KR20120041814A - 해상 부유식 복합 발전 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 해상 부유식 복합 발전 시스템에 관한 것으로서, 해양환경에서 쉽게 얻을 수 있는 태양광, 파력, 풍력, 조류 등 비연속적으로 발생하는 청정에너지를 연속적으로 발전시켜 극대화된 발전용량을 확보할 수 있도록 하는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따르면, 해상에 부유하는 부유체;와 상기 부유체의 상부에 설치되어 태양의 태양광을 이용하여 전기를 발생시키는 태양광 발전기;와 상기 부유체의 측면에 설치되어 파도의 파력을 이용하여 전기를 발생시키는 파력 발전기;와 상기 부유체의 상부에 설치되어 바람의 풍력을 이용하여 전기를 발생시키는 풍력 발전기;와 상기 부유체의 하부에 흐르는 조류를 이용하여 전기를 발생시키는 조류 발전기; 및 상기 태양광 발전기, 상기 파력 발전기, 상기 풍력 발전기, 및 상기 조류 발전기에 전기적으로 연결되어, 발전기에서 발생된 전력을 통합하여 발전기에서 발생된 주파수와 진폭을 제어하는 복합전력 관리장치;를 포함하는 것을 기술적 요지로 한다.
이와 같은 본 발명은 해양환경에서의 태양광, 파력, 풍력, 조류 등의 청정에너지를 연속적으로 발전시켜 발전용량을 극대화할 수 있게 되므로, 개별 발전 시스템에 비해 발전 비용을 절감하여 발전효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

Description

해상 부유식 복합 발전 시스템{Hybrid power generation system for floating facilities at sea}
본 발명은 해상 부유식 복합 발전 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 해양환경에서 얻을 수 있는 자연에너지를 이용해 친환경적인 전력을 생산하여 각종 해상구조물에 전력을 공급할 수 있는 해상 부유식 복합 발전 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 전기를 생산하기 위한 대표적인 발전의 형태로는 화석연료를 에너지원으로 하는 화력발전 및 핵분열을 이용하는 원자력 발전을 들 수 있을 것이다.
그러나 화력발전은 화석연료의 연소에 의해 발생하는 에너지를 이용함에 따른 공해 유발의 문제와 함께 막대한 건설비가 요구되는 문제점이 있다. 그리고 원자력발전은 많은 양의 전기를 생산하는데 유리하지만 방사선 누출을 차단하기 위한 시설투자에 막대한 비용이 요구되고, 혐오시설로 인식되어 건설준비단계에서부터 지역주민들에 의한 강력한 저항을 받을 수밖에 없으며, 폐기물 처리가 쉽지 않을 뿐만 아니라 경미한 사고일지라도 심각한 환경파괴를 초래할 수 있는 위험이 항시 존재하는 문제점이 있다.
근래 들어 화력이나 원자력에서 벗어나 공해 문제로부터 자유로울 수 있는 풍력, 조력, 수력, 태양열과 같은 자연에너지가 공해가 없는 청정에너지일 뿐만 아니라, 고갈될 염려가 없는 영구적인 에너지원으로서 발전 용도의 에너지원으로 주목을 받고 있다.
그러나 통상적인 발전 형태인 수력발전은 공해를 유발하지는 않지만, 물막이를 위한 막대한 비용이 요구되고, 댐 건설 후 광범위한 지역의 수몰에 따른 생태계의 변화와 더불어 심한 경우에는 해당 지역의 기후까지도 변화시키는 2차적인 환경문제가 발생할 수 있는 문제점이 있다.
한편 풍력발전 및 태양열발전은 기상상태의 영향에 지배되므로 바람이 없는 경우 및 태양복사에너지가 차단되는 경우에는 발전이 불가능한 문제점이 있다.
청정에너지를 이용한 발전의 형태는 발전을 거듭하여 해양환경에서 얻을 수 있는 무궁무진한 자연에너지를 이용하여 전력을 생산하는 다양한 종류의 발전 형태가 등장하였으며, 동시에 그 사용범위가 증가하고 있다. 실제로 해양에서 얻을 수 있는 에너지원을 이용한 전력생산의 예를 살펴보면, 태양광, 조류, 온도차, 파력, 풍력, 조수간만의차 등을 이용하여 전력을 생산하는 다양한 종류의 발전 형태가 이용되고 있다.
이와 같은 발전의 형태는 모두 공해와는 무관한 청정에너지를 발전에 이용하는 점에서 장점이 있지만, 조력발전은 입지조건이 상당히 제한적임에 따라 보편적으로 적용되기 어려울 뿐만 아니라 막대한 건설비용 부담과 더불어 갯벌을 황폐화 및 방대한 지역의 환경에 막대한 영향을 미치는 문제점이 있으며, 파력발전 및 해수온도차발전 역시 입지조건이 상당히 제한적임에 따라 보편적으로 적용되기가 어려운 문제점이 있다.
해양환경에서 날씨의 변화와 상관없이 지속적인 발전이 가능한 것과 동시에 오염이 없는 청정에너지원을 이용한다는 측면에서 조류발전이 대안으로 부각되고 있으며, 조류발전은 임지조건의 제약이 전혀 없는 것은 아니지만 조력발전에 비해서는 폭 넓은 이용이 가능하고, 조류의 운동에너지를 적극적으로 이용한다는 측면에서 큰 관심사가 되고 있지만, 구조가 복잡하고 발전용량에 대한 한계성이 따르는 문제점이 있다.
따라서 상기한 해양환경에서의 청정에너지원을 이용한 발전 방식의 문제점을 보완하여 보다 효율적으로 해양 청정에너지원을 이용하기 위한 해상 발전 시스템이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 해양환경에서 쉽게 얻을 수 있는 태양광, 파력, 풍력, 조류 등 비연속적으로 발생하는 청정에너지를 연속적으로 발전시켜 극대화된 발전용량을 확보할 수 있도록 하는 해상 부유식 복합 발전 시스템을 제공하는 것이다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 해상 부유식 복합 발전 시스템은, 해상에 부유하는 부유체;와 상기 부유체의 상부에 설치되어 태양의 태양광을 이용하여 전기를 발생시키는 태양광 발전기;와 상기 부유체의 측면에 설치되어 파도의 파력을 이용하여 전기를 발생시키는 파력 발전기;와 상기 부유체의 상부에 설치되어 바람의 풍력을 이용하여 전기를 발생시키는 풍력 발전기;와 상기 부유체의 하부에 흐르는 조류를 이용하여 전기를 발생시키는 조류 발전기; 및 상기 태양광 발전기, 상기 파력 발전기, 상기 풍력 발전기, 및 상기 조류 발전기에 전기적으로 연결되어, 발전기에서 발생된 전력을 통합하여 발전기에서 발생된 주파수와 진폭을 제어하는 복합전력 관리장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시 예에 따르면, 상기 복합 전력 관리 장치는, 상기 각각의 발전기에 연결되어 발전기에서 발생된 전력의 주파수 및 진폭을 제어하는 전력제어기와, 상기 각각의 전력제어기에 연결되어 전력제어기를 통해 나온 전기의 노이즈 성분을 제거하는 필터와, 상기 필터에 연결되어 역전압 및 역전류를 차단하기 위한 계통 연결 제어기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시 예에 따르면, 상기 계통 연결 제어기는 각각의 발전기에 연결되어 복수개로 설치하거나, 통합 연결하여 하나가 설치되는 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시 예에 따르면, 상기 해상 부유식 복합 발전 시스템은 다수개의 섹터(sector)로 구성되고, 다수개의 섹터로 구성된 해상 부유식 복합 발전 시스템을 전기적으로 연결시키는 통합관리제어소가 설치되며, 상기 통합관리 제어소는, 두 계통 이상의 에너지 변동에 의한 전력 품질을 개선하는 에너지 저장 장치와, 역전압 및 역전류를 차단하는 계통 연결 제어기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시 예에 따르면, 상기 해상 부유식 복합 발전 시스템의 상부에는 관광을 위한 평탄 바닥면을 갖는 해상 조망대가 형성되고, 상기 해상 부유식 복합 발전 시스템의 하부에는 벽면이 유리창으로 둘러싸여 있어 해저를 관찰할 수 있는 해저 조망대가 형성된 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시 예에 따르면, 상기 부유체의 하부에는 다수개의 기둥이 형성되며, 상기 각 기둥에는 그물망이 연결되어 가두리 양식장으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 구성되고 작용하는 본 발명은, 해양환경에서의 태양광, 파력, 풍력, 조류 등의 청정에너지를 연속적으로 발전시켜 발전용량을 극대화할 수 있게 되므로, 개별 발전 시스템에 비해 발전 비용을 절감하여 발전효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 해상 부유식 복합 발전 시스템을 다수개의 섹터로 구성되도록 하여 일정 크기를 가지는 섬 형태로 구조화시켜 부유체의 상?하부에 해상 및 해저 조망대를 설치함으로써 관광 자원으로 활용하여 수익을 창출할 수 있는 장점이 있다.
또한, 부유체의 하부에는 가두리 양식장을 설치하여 어업이 가능하도록 하고, 연속적으로 생산되는 전력을 통해 가두리 양식장을 자동화시킴으로써 수익을 극대화할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른, 해상 부유식 복합 발전 시스템의 개략 사시도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른, 해상 부유식 복합 발전 시스템의 전력 계통도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른, 해상 부유식 복합 발전 시스템의 구성도.
도 4는 본 발명의 바람직한 다른 실시 예에 따른, 해상 부유식 복합 발전 시스템의 개략 사시도.
도 5는 본 발명의 바람직한 다른 실시 예에 따른, 해상 부유식 복합 발전 시스템의 전력 계통도.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른, 해상 부유식 복합 발전 시스템의 통합관리소의 구성도.
도 7은 본 발명의 바람직한 또다른 실시 예에 따른, 해상 부유식 복합 발전 시스템의 확장형 개략 사시도.
도 8 및 도 9는 본 발명의 바람직한 또다른 실시 예에 따른, 해상 부유식 복합 발전 시스템의 개략도.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 보다 상세히 설명하도록 한다. 본 발명의 특징 및 이점들은 다음의 바람직한 실시 예에 대한 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
또한 하기 설명에서 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들 없이도, 본 발명이 실시될 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다. 따라서 이 기술분야에 널리 알려진 주지관용의 일반적인 구성에 대해서는 상세한 설명을 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른, 해상 부유식 복합 발전 시스템의 개략 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 해상 부유식 복합 발전 시스템(100)은 태양광, 파력, 풍력, 조류 발전을 복합한 형태의 발전 블록으로 만들어 진다. 즉, 해상에 부유할 수 있는 부유체(10)와, 태양광 발전기(12), 파력 발전기(14), 풍력 발전기(16), 조류 발전기(18) 및 이들에 전기적으로 연결되어 발전기에서 발생된 전력을 제어하는 복합전력 관리장치(30)를 포함하여 구성된다.
이와 같이, 여러 발전원을 사용함으로써 기상환경에 변화에 따라 하나의 발전원의 전력이 생산되지 않더라도 다른 발전원이 상대적인 발전을 수행함으로써 발전을 지속적으로 수행할 수 있게 된다.
여기서 상기 복합전력 관리장치(Hybrid Power management system)는 각 발전기에서 발생된 전력을 하나의 전력원으로 통합하여 이를 상용전원으로 인가하며, 발전량이 낮은 발전기를 차단하고 발전량이 일정 이상 되면 전력을 충전하도록 구성된다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른, 해상 부유식 복합 발전 시스템의 전력 계통도이며, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른, 해상 부유식 복합 발전 시스템의 구성도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 각 발전기에서 발생된 전력은 복합전력 관리장치(Hybrid Power management system)에서 통합관리되는데, 태양광, 조력, 풍력, 파력에 의한 발전량은 해양환경에 따라 변화한다.
이렇게 생성된 전력을 상용전원(Grid power bus)에 연결하기 위해서는 안정적인 전원 형태가 되어야 하는데, 이를 위한 복합전력 관리장치(30)는, 각각의 발전기에 연결되어 발전기에서 발생된 전력의 주파수 및 진폭을 제어하는 전력제어기(32)와, 상기 각각의 전력제어기(32)에 연결되어 전력제어기를 통해 나온 전기의 노이즈(고조파) 성분을 제거하는 필터(34)와, 상기 필터(34)에 연결되어 역전압 및 역전류를 차단하기 위한 계통 연결 제어기(36)를 포함하여 구성된다.
여기서 상기 계통 연결 제어기(36)는 각각의 발전기에 연결되어 복수개로 설치하거나, 통합 연결하여 하나가 설치될 수 있다.
도 4는 본 발명의 바람직한 다른 실시 예에 따른, 해상 부유식 복합 발전 시스템의 개략 사시도이며, 도 5는 본 발명의 바람직한 다른 실시 예에 따른, 해상 부유식 복합 발전 시스템의 전력 계통도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 해상 부유식 복합 발전 시스템(100)은 다수개의 섹터(sector)로 구성되고, 다수개의 섹터로 구성된 해상 부유식 복합 발전 시스템(100)을 전기적으로 연결시키는 통합관리 제어소(300)가 설치된다.
도 5에 도시된 복합 발전 시스템(100)은 6개의 복합 발전 섹터가 모인 형태로 구성되어 있는데, 이와 같이 여러 개의 복합 발전 시스템(100)을 조합하여 하나의 부유식 복합 발전 단지를 구성할 수 있으며, 이러한 부유식 복합 발전 단지는 각 섹터의 발전 전력을 하나의 통합관리 제어소(300)에서 통합 관리하여 상용전원에 인가하게 된다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른, 해상 부유식 복합 발전 시스템의 통합관리소의 구성도이다.
도 6을 참조하면, 통합관리 제어소(300)는 두 계통 이상의 에너지 변동에 의한 전력 품질을 개선하는 에너지 저장 장치(320)와, 역전압 및 역전류를 차단하는 계통 연결 제어기(340)를 포함하여 구성되며, 각각의 복합 발전 섹터에서 생산된 전력을 교류전원으로 취합하여 상용전원으로 연동시킨다.
도 6을 참조하면 알 수 있듯이, 다수개의 복합 발전 섹터(100)가 상기 통합관리 제어소(300)에 연결될 경우 Flywheel 형태의 에너지 저장 장치(320)를 설치하여 두 계통 이상의 에너지 변동에 의한 전력 품질을 개선시켜 상용전원에 연결시키게 된다.
그리고 내부 시스템의 문제로 역전압이나 역전류가 발생하면 이를 차단하기 위하여 계통 연결 제어기(340)를 전체 시스템 및 각 개별 시스템에 설치하여 차단할 수 있도록 하는데, 단일 시스템이 도시된 바와 같이 다수개로 취합될 경우 에너지 저장 장치와 상용전원 사이에 설치된다.
도 7은 본 발명의 바람직한 또다른 실시 예에 따른, 해상 부유식 복합 발전 시스템의 확장형 개략 사시도이다.
도 7을 참조하면, 도 4에 도시된 단일의 해상 부유식 복합 발전 단지가 대용량 발전을 위해 확장된 것을 알 수 있으며, 필요할 경우 복수개의 단지를 더 조합하여 더 큰 규모의 전력 시스템을 구축할 수 있을 것이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 바람직한 또다른 실시 예에 따른, 해상 부유식 복합 발전 시스템의 개략도이다.
도 8을 참조하면, 해상 부유식 복합 발전 시스템(100)의 상부에는 관광을 위한 평탄 바닥면을 갖는 해상 조망대(11)가 형성되고, 하부에는 벽면이 유리창으로 둘러싸여 있어 해저를 관찰할 수 있는 해저 조망대(15)가 형성되며, 주요 발전설비(13)는 중앙부에 설치된다.
이와 같은 본 발명은 해상에서 부유하는 복합 발전 시스템이므로 이를 활용해 조망대 등을 이용한 해양 관광 자원으로 활용할 수 있게 되는 것이며, 이를 위해 발전 시스템의 상부를 인공섬의 형태로 만들어 관광객을 위한 숙박설비와 식당 및 선착장 등이 설치될 수 있을 것이다.
도 9를 참조하면, 상기 부유체(10)의 하부에는 다수개의 기둥(20)이 형성되며, 상기 각 기둥에는 그물망이 연결되어 가두리 양식장(40)으로 구성된다.
이와 같이 부유체(10)의 하부에는 가두리 양식장(40)을 설치하여 운용하는 구조로 설계하는데, 하부 구조는 외해 가두리 양식장과 유사한 구조로 그물의 외부에 부력재 형태의 프레임(42)을 설치하는 형태로 구성할 수 있다.
그리고 가두리 양식장(40) 내에서 어류의 먹이를 공급할 수 있도록 먹이공급관(50)이 부유체(10)의 하부를 통해 그물망 내로 설치될 수 있으며, 필요할 경우 별도의 포획통로(44)를 만들어 추가로 어류를 포획할 수 있도록 하고, 전체 그물망은 프레임(42)을 따라서 그물을 좁힐 수 있도록 구조화시켜 어류 수거가 용이하도록 한다.
이와 같은 가두리 양식장(40)은 먹이공급과 포획을 위한 시스템의 전원공급이 복합 발전 시스템을 통해 언제든지 공급될 수 있으므로 양식장을 효율적이고 안정적으로 운영할 수 있게 되는 것이다.
전술한 내용은 후술할 발명의 청구범위를 더욱 잘 이해할 수 있도록 본 발명의 특징과 기술적 장점을 다소 폭넓게 상술하였다. 상술한 본 발명의 개념과 특정 실시 예는 본 발명과 유사 목적을 수행하기 위한 다른 형상의 설계나 수정의 기본으로서 즉시 사용될 수 있음이 해당 기술분야의 숙련된 사람들에 의해 인식되어야 한다.
또한 상기에서 기술된 실시 예는 본 발명에 따른 하나의 실시 예일 뿐이며, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상의 범위에서 다양한 수정 및 변경이 가능할 것이다. 이러한 다양한 수정 및 변경 또한 본 발명의 기술적 사상의 범위 내라면 하기에서 기술되는 본 발명의 청구범위에 속한다 할 것이다.
10: 부유체 11: 해상 조망대
13: 발전설비 15: 해저 조망대
12: 태양광 발전기 14: 파력 발전기
16: 풍력 발전기 18: 조류 발전기
30: 복합전력 관리장치 32: 전력 제어기
34: 필터 36: 계통 연결 제어기
20: 기둥 40: 가두리 양식장
42: 프레임 44: 포획통로
50: 먹이공급관
100: 해상 부유식 복합 발전 시스템 300: 통합관리 제어소
320: 에너지 저장장치 340: 계통 연결 제어기

Claims (6)

  1. 해상 부유식 복합 발전 시스템에 있어서,
    해상에 부유하는 부유체;
    상기 부유체의 상부에 설치되어 태양의 태양광을 이용하여 전기를 발생시키는 태양광 발전기;
    상기 부유체의 측면에 설치되어 파도의 파력을 이용하여 전기를 발생시키는 파력 발전기;
    상기 부유체의 상부에 설치되어 바람의 풍력을 이용하여 전기를 발생시키는 풍력 발전기;
    상기 부유체의 하부에 흐르는 조류를 이용하여 전기를 발생시키는 조류 발전기; 및
    상기 태양광 발전기, 상기 파력 발전기, 상기 풍력 발전기, 및 상기 조류 발전기에 전기적으로 연결되어, 발전기에서 발생된 전력을 통합하여 발전기에서 발생된 주파수와 진폭을 제어하는 복합전력 관리장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 해상 부유식 복합 발전 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 복합 전력 관리 장치는,
    상기 각각의 발전기에 연결되어 발전기에서 발생된 전력의 주파수 및 진폭을 제어하는 전력제어기와,
    상기 각각의 전력제어기에 연결되어 전력제어기를 통해 나온 전기의 노이즈 성분을 제거하는 필터와,
    상기 필터에 연결되어 역전압 및 역전류를 차단하기 위한 계통 연결 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 해상 부유식 복합 발전 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 계통 연결 제어기는 각각의 발전기에 연결되어 복수개로 설치하거나, 통합 연결하여 하나가 설치되는 것을 특징으로 하는 해상 부유식 복합 발전 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 해상 부유식 복합 발전 시스템은 다수개의 섹터(sector)로 구성되고, 다수개의 섹터로 구성된 해상 부유식 복합 발전 시스템을 전기적으로 연결시키는 통합관리제어소가 설치되며,
    상기 통합관리 제어소는,
    두 계통 이상의 에너지 변동에 의한 전력 품질을 개선하는 에너지 저장 장치와,
    역전압 및 역전류를 차단하는 계통 연결 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 해상 부유식 복합 발전 시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 해상 부유식 복합 발전 시스템의 상부에는 관광을 위한 평탄 바닥면을 갖는 해상 조망대가 형성되고, 상기 해상 부유식 복합 발전 시스템의 하부에는 벽면이 유리창으로 둘러싸여 있어 해저를 관찰할 수 있는 해저 조망대가 형성된 것을 특징으로 하는 해상 부유식 복합 발전 시스템.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 부유체의 하부에는 다수개의 기둥이 형성되며,
    상기 각 기둥에는 그물망이 연결되어 가두리 양식장으로 구성되는 것을 특징으로 하는 해상 부유식 복합 발전 시스템.
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