KR20120026337A

KR20120026337A - 해상풍력발전용 수소생산장치

Info

Publication number: KR20120026337A
Application number: KR1020100088494A
Authority: KR
Inventors: 박현춘; 갈상학; 김기두
Original assignee: 현대중공업 주식회사
Priority date: 2010-09-09
Filing date: 2010-09-09
Publication date: 2012-03-19

Abstract

본 발명은 전기분해를 이용하여 수소를 생산하는 수소생산장치에 관한 것으로서, 바닷물을 전기분해함에 있어 풍력을 전기에너지로 전환하여 이용하도록 구성한 해상풍력발전용 수소생산장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 해상풍력발전용 수소생산장치는 풍력을 이용하여 전기에너지를 발생하는 풍력발전기와, 상기 풍력발전기에서 생산한 전기에너지를 이용하여 해수를 전기분해하는 전해조와, 상기 전해조에서 발생한 수소를 저장하는 수소저장부를 포함하는 것을 기술적 특징으로 한다.

Description

해상풍력발전용 수소생산장치{Hydrogen Generator for Offshore Wind Turbine}

본 발명은 전기분해를 이용하여 수소를 생산하는 수소생산장치에 관한 것으로서, 특히 풍력을 전기에너지로 전환하여 바닷물을 전기분해하도록 구성한 것이다.

해상풍력발전기는 바다 또는 바닷가에 설치되어 해풍을 이용하여 전기에너지를 생산한다. 이와 같은 해상풍력발전기에는 송전케이블이 연결되어 생산된 전기에너지를 육상의 사용처로 송전한다.

해상에서 부는 바람은 육상에서 부는 바람보다 균일하며 안정적이고 풍량 또한 크다. 따라서 해상풍력발전기는 비교적 안정적으로 많이 부는 해풍을 이용함으로써 전기에너지를 육상풍력발전기에 비해서 원활하게 생산한다. 또한 해상풍력발전기는 인적이 없는 바다에 설치되므로, 풍력발전기의 소음 및 진동에 따른 민원을 해결할 수 있다. 하지만, 해상풍력발전기는 생산된 전기에너지를 육상의 사용처로 송전해야 하기 때문에 송전케이블의 길이가 길어지게 되며, 송전케이블의 길이가 길면 길수록 전기에너지의 소모 또한 커지기 때문에 전기에너지의 손실이 크다는 단점이 있다.

또한 해상풍력발전기가 육상풍력발전기에 비해서 비교적 균일하게 지속적으로 전기에너지를 생산하지만, 풍력발전의 원천에너지인 바람은 그 속성상 원하는 시간에 원하는 크기가 불지 않기 때문에, 원하는 시간에만 발전하도록 제어하기에 어려움이 있다. 따라서 전기에너지의 수요가 비교적 낮은 심야시간과 같은 때에는 생산된 전기에너지를 마땅한 사용처에 송전하지 못하고 폐기하여야 하며, 반대로 전기에너지의 수요가 비교적 높은 여름철이나 저녁시간에는 생산하는 전기에너지가 부족해지는 문제점이 있다.

본 발명은 앞에서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 바다 또는 바닷가에 설치된 해상풍력발전기에서 생산된 전기에너지를 이용하여 바닷물을 전기분해하여 수소를 생산하도록 구성한 해상풍력발전용 수소생산장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 해상풍력발전용 수소생산장치는 풍력을 이용하여 전기에너지를 발생하는 풍력발전기와, 상기 풍력발전기에서 생산한 전기에너지를 이용하여 해수를 전기분해하는 전해조와, 상기 전해조에서 발생한 수소를 저장하는 수소저장부를 포함하는 것을 기술적 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 수소저장부에는 발생한 수소를 압축하는 압축펌프와, 압축된 수소를 저장하는 수소탱크를 포함한다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 수소저장부에는 생산된 수소를 육상으로 이송하기 위해서 육상으로 연장되는 파이프라인이 설치될 수 있다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 수소저장부에는 생산된 수소를 선박으로 이송하기 위해서 선박으로 연장되는 라인이 설치될 수 있다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 풍력발전기에서 생산된 전기에너지를 상기 전해조에서 해수를 효율적으로 전기분해할 수 있게 제어하는 제어부를 포함한다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 전해조에는 전기분해에 사용되는 해수를 전기분해에 적합하도록 여과 및 전처리를 할 수 있는 장치를 포함한다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 전해조에는 해수의 전기분해에서 발생하는 부산물인 염소가스와 산소가스를 처리할 수 있는 장치를 포함한다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 풍력발전기에는 육상으로 연장되는 송전선이 설치되어 생산된 전기에너지를 육상으로 송전하거나, 필요에 따라 생산된 전기에너지를 육상으로 송전하지 않고 수소를 생산하는데 사용할 수 있다.

앞서 설명한 바와 같이, 본 발명의 해상풍력발전용 수소생산장치는 풍력발전기에서 생산한 전기가 비예측성, 불균일성이라는 특성을 가져서, 전기에너지의 발전시점과 수요시점이 일치하지 않는다는 단점을 가지고 있으므로, 발전시점과 수요시점이 불일치하는 경우에 풍력발전기에서 발전된 초과 전기에너지를 폐기하지 않고 저장가능한 수소에너지로 변환하여 저장할 수 있다는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 해상풍력발전용 수소생산장치는 풍력발전기에서 생산한 전기에너지를 먼거리까지 송전하지 않고 바닷물을 이용하여 수소를 생산함으로써, 먼거리 송전에 따른 전기에너지의 손실을 줄일 수 있다는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 해상풍력발전용 수소생산장치는 바닷물 즉 해수를 전기분해함에 따라 담수를 전기분해할 시에 필요한 전해액의 추가 과정을 생략할 수 있어 효과적이라는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 해상풍력발전용 수소생산장치는 바다 또는 바닷가에 설치됨에 따라 풍력발전기가 작동하면서 발생하는 소음 및 진동에 따른 민원을 줄일 수 있으며, 필요에 따라서는 송전설비를 설치하여 발전한 전기에너지를 사용처에 송전하거나 또는 전기분해하여 수소를 생산할 수 있게 구성할 수 있다.

또한, 본 발명의 해상풍력발전용 수소생산장치는 수소저장탱크 및 압축펌프가 해저에 위치함에 따라 수소의 폭발을 방지할 수 있고, 설사 폭발하더라도 인적이 없는 해저에서 폭발하기 때문에 피해를 최소화할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 해상풍력발전용 수소생산장치를 나타낸 개념도이고,
도 2는 본 발명에 따른 해상풍력발전용 수소생산장치의 개략도이며,
도 3은 도 2에 도시된 수소저장시스템을 나타낸 개략도이다.

아래에서는 본 발명에 따른 해상풍력발전용 수소생산장치의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.

도면에서, 도 1은 본 발명에 따른 해상풍력발전용 수소생산장치를 나타낸 개념도이고, 도 2는 본 발명에 따른 해상풍력발전용 수소생산장치의 개략도이며, 도 3은 도 2에 도시된 수소저장시스템을 나타낸 개략도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 해상풍력발전용 수소생산장치(100)는 풍력발전기(110)와, 상기 풍력발전기(110)에서 생산한 전기에너지를 제어하는 제어부(120)와, 해수가 유입되며 상기 제어부(120)에서 송전된 전기에너지를 이용하여 해수를 전기분해하는 전해조(130)와, 상기 전해조(130)에서 발생한 수소를 저장하는 수소저장부(140)를 포함한다.

아래에서는 이와 같이 구성된 해상풍력발전용 수소생산장치에 대해 구체적으로 설명한다.

풍력발전기(110)의 프로펠러가 풍력에 의해 회전하면서 터빈을 구동시키고 터빈의 구동에 따라 전기에너지가 발생한다. 발생한 전기에너지는 제어부(120)로 흘러가고 제어부(120)에서는 전기에너지를 제어하여 전해조(130)에서 바닷물을 전기분해하는데 이용한다.

전해조(130)에서 바닷물을 전기분해함으로써, 전해조(130)에서는 수소와 산소, 염소가스가 발생하고 발생한 수소는 풍력발전기(110)의 하단에 장착된 수소저장부(140)에 저장된다.

수소저장부(140)는 풍력발전기(110)의 기둥 하단에 장착되어 해저에 위치한다. 이와 같이 수소저장부(140)가 해저에 위치함에 따라 육상 또는 해상에 위치하는 것보다 폭발의 원인이 되는 불꽃과 같은 열원발생과 산소의 공급이 원천적으로 차단되어 육상 또는 해상보다 폭발로부터 안전하다. 한편 산소와 염소는 바닷속으로 분출하거나 또는 별도의 산소 또는 염소저장부를 구축하여 산소 또는 염소를 저장해둘 수 있다.

한편 수소저장부(140)에는 수소탱크(141)와 압축펌프(143)가 장착되며 전해조(130)에서 발생한 수소를 압축펌프(143)에서 압축한 상태로 수소탱크(141)에 저장한다. 또한 수소저장부(140)에는 파이프라인(151)이 육상으로 연장되어 수소저장부(140)에 저장된 수소를 육상으로 이송하며, 해수면에 떠 있는 수소운반선(153)과 연결되는 이송라인(145)을 통해 수소탱크(141)에 저장된 수소를 수소운반선(153)으로 옮겨 실을 수 있다. 따라서 수소탱크(141)에 저장된 수소는 수소운반선(153) 또는 파이프라인(151)을 통해 수요자에서 공급 가능하다.

100 : 수소생산장치
110 : 풍력발전기
120 : 제어부
130 : 전해조
140 : 수소저장부
141 : 수소탱크
143 : 압축펌프
145 : 이송라인
151 : 파이프라인
153 : 수소운반선

Claims

풍력을 이용하여 전기에너지를 발생하는 풍력발전기와,
상기 풍력발전기에서 생산한 전기에너지를 이용하여 해수를 전기분해하는 전해조와, 상기 전해조에서 발생한 수소를 저장하는 수소저장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 해상풍력발전용 수소생산장치.
제1항에 있어서,
상기 풍력발전기는 해저에 설치되어 풍력발전기의 주변에 선박을 정박할 수 있는 것을 특징으로 하는 해상풍력발전용 수소생산장치.
제1항에 있어서,
상기 수소저장부에는 발생한 수소를 압축하는 압축펌프와, 압축된 수소를 저장하는 수소탱크를 포함하는 것을 특징으로 하는 해상풍력발전용 수소생산장치.
제1항에 있어서,
상기 수소저장부에는 육상으로 연장되는 파이프라인이 설치되어 생산된 수소를 상기 파이프라인을 통해 육상으로 이송하는 것을 특징으로 하는 해상풍력발전용 수소생산장치.
제2항에 있어서,
상기 수소저장부에는 선박으로 연장되는 이송라인이 설치되어 생산된 수소를 상기 선박으로 이송하는 것을 특징으로 하는 해상풍력발전용 수소생산장치.
제1항에 있어서,
상기 풍력발전기에서 생산된 전기에너지를 상기 전해조에서 해수를 전기분해할 수 있게 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 해상풍력발전용 수소생산장치.
제1항에 있어서,
상기 풍력발전기에는 육상으로 연장되는 송전선이 설치되어 생산된 전기에너지를 육상으로 송전하거나, 필요에 따라 생산된 전기에너지를 육상으로 송전하지 않고 수소를 생산하는데 사용할 수 있는 것을 특징으로 하는 해상풍력발전용 수소생산장치.