KR20120102839A - 해상풍력발전용 해류발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 해상풍력발전용 해류발전장치는 수중에 고정되는 하단과 수상으로 노출된 상단이 해저면에 수직으로 고정되는 원기둥 형태의 메인포스트와, 상기 메인포스트 상단에 고정되며 풍력발생시 제1허브 외주면에 고정된 다수개의 제1블레이드에 의해 회전되어 전류가 발생되는 풍력발전로터와, 상기 메인포스트 하단에 고정되며 유체흐름에 따라 제2허브 외주면에 고정된 다수개의 제2블레이드에 의해 회전되어 전류가 발생되는 유체발전로터가 형성된 해류발전장치에 있어서, 상기 메인포스트는 하단 외주면에 수직 상방향으로 대칭되어 밀착고정된 직사각 형태의 가이드레일과, 상기 메인포스트 하단에 삽입되며 일측부에 원형 통공이 형성된 가이드플레이트와, 상기 가이드플레이트의 통공 저면에 상단이 고정되고 수직 하방향으로 일정길이 돌출되어 하단이 제2허브에 고정된 원형관과, 상기 가이드플레이트 상부에 고정되며 통공에 삽입되는 와이어가 권취되는 전동윈치가 형성되며; 상기 제2허브는 메인포스트 하단이 삽입되는 제2가이드공과, 상기 가이드레일이 삽입되는 직사각 형태의 제2가이드홈과, 상기 원형관 하단 내측에 와이어 하단이 고정되는 와이어고정홈이 형성된 구조로 이루어진다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 의한 해상풍력발전용 해류발전장치는 해저면에 고정된 메인포스트 하단에 삽입된 가이드플레이트와 제2허브가 전동윈치에 의해 수직으로 승강됨으로써, 해수에 의한 침식 또는 운영중 고장으로 인한 보수가 필요할 때 수면위로 유체발전로터를 상승시켜 유지보수 할 수가 있어 발전장치의 유지비용이 크게 절감되고, 해상에서의 작업시간이 단축되는 효과가 있다.

Description

해상풍력발전용 해류발전장치 { Current power device applied to offshore wind power system }

본 발명은 해상풍력발전용 해류발전장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하단이 고정된 메인포스트에 풍력 또는 해류, 조류, 강흐름, 방수로 등과 같은 장소의 유체흐름을 이용하여 전력이 각각 생산되는 풍력발전로터와 유체발전로터에 각각 고정됨으로써, 발전이 이루어지며, 메인포스트 하단에서 수직으로 승강되는 유체발전로터와 가이드플레이트에 의해 유체발전로터의 유지보수가 용이한 해상풍력발전용 해류발전장치에 관한 것이다.

일반적으로 해상풍력발전은 풍력에 의해 회전되는 로터의 블레이드(blade)를 통해 운동에너지가 기계에너지로 변환되어 전기에너지를 얻는 방법으로, 해양, 강 또는 연안지역에 설치함으로써 설치지역의 특성에 따라 발생되는 풍력을 사용하는 것이다. 또한, 최근에는 로터가 고정되며 해수면에 잠기는 메인포스트의 하단에 보조로터를 추가 설치함으로써 유체에 의한 추가발전이 이루어지고 있다.

그러나 상기와 같이 해수면에 잠겨있는 보조로터는 해수에 의한 침식으로 인해 유지보수가 필요하지만 해양의 특성상 조수간만의 차와 기상상황에 따라 유지보수 시간이 장기화되고 이에 따른 많은 비용손실이 발생되는 것이다.

기존에 실용화되고 알려진 방식은 대형 지지파일이 발전장치를 지지하고, 이를 수면위에 올리기 위해 수중에서부터 수직기어가이드 및 수중 모터가 이를 작동시키는 복잡한 형식으로 수면위의 큰 해양외력을 견디기 위해서는 지지물이 매우 크게 요구된다. 또한, 수중 착저식일 경우에는 대형지지물을 영구히 해저바닥에 위치시켜 회수가 불가능하며, 유지보수를 위해 발전장치 카세트만 수면위로 올리는 복잡한 장치를 사용하고 있으며, 발전장치 전체를 수리할 경우에는 분리와 조립이 매우 어렵고, 해양환경에서 수행해야 하는 어려움이 발생된다.

상기와 같이 유체의 흐름이 빠른 곳에서 유속을 이용하여 청정에너지 발전이 가능하지만 이를 위해서는 여러 가지 어려운 기술적 문제를 해결해야 하며, 외국사례에서는 발전장치의 상하이동을 하기 위해 기어박스 뒤에 구동기어를 같이 장착하여 수중에서 작동하는 방식을 적용하고 있다.

도 1(a)는 영국의 Seaflow 장치로서, 수중 발전장치를 지지하기 위해 대형 파일이 설치되고, 발전장치의 유지보수를 위해 파일 한 면에 수직기어장치와 발전장치 뒤에 수중모터가 설치되어 있는 복잡한 형태이고, 발전장치 유닛의 유지보수는 해상에서 이루어지며, 이런 장치를 완전히 분리하기가 매우 어렵게 구성되어 있다.

또한, 도 1(b)는 영국의 Lunar 발전장치로 발전장치의 지지를 위해 매우 무거운 착저식 하부구조물이 있고, 이는 영구적으로 그 지역에 설치됨으로 회수가 불가능하고, 발전기의 유지보수를 위해서는 발전기 카세트만 수면으로 올리는 장치를 갖고 있지만 매우 복잡한 제어시스템으로 구성된다.

따라서, 상기 발전장치는 기어박스의 수밀과 이와 별도로 구동기어 및 동력모터를 별개로 장착하고, 이 모든 운용이 수중에서 이루어지고 있어 여러 가지 복잡한 장치가 요구되어 발전장치의 편리하고 신뢰성 있는 기기 운용이 어려우며, 육상과 달리 해양, 강, 방수로 등 유속이 빠르고, 사람의 접근이 용이하지 않은 곳에서는 발전시스템의 유지보수 및 운용이 용이하고 신뢰성 있는 장치가 요구된다.

전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 해양이나 강 또는 발전소 방수로 등 유속이 빠른 곳에서 유체의 흐름을 이용하여 발전하는 유체발전장치의 유체발전로터를 수면위로 이송시켜 유지보수를 실시할 수 있는 것으로, 해저면에 수직으로 고정된 메인포스트 하단에 삽입된 가이드플레이트와 제2허브가 전동윈치에 의해 가이드레일을 따라 메인포스트에서 승강되도록 형성된 해상풍력발전용 해류발전장치를 제공하는데 목적이 있다.

또한, 가이드레일에 삽입된 가이드플레이트와 제2허브가 변화되는 유체흐름에 따라 시계/반시계방향으로 회전되어 발전효율이 향상되도록 가이드레일에 각각 삽입된 제1,2가이드홈이 가이드레일보다 넓게 형성된 해상풍력발전용 해류발전장치를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

본 발명의 해상풍력발전용 해류발전장치는 수중에 고정되는 하단과 수상으로 노출된 상단이 해저면에 수직으로 고정되는 원기둥 형태의 메인포스트와, 상기 메인포스트 상단에 고정되며 풍력발생시 제1허브 외주면에 고정된 다수개의 제1블레이드에 의해 회전되어 전류가 발생되는 풍력발전로터와, 상기 메인포스트 하단에 고정되며 유체흐름에 따라 제2허브 외주면에 고정된 다수개의 제2블레이드에 의해 회전되어 전류가 발생되는 유체발전로터가 형성된 해류발전장치에 있어서, 상기 메인포스트는 하단 외주면에 수직 상방향으로 대칭되어 밀착고정된 직사각 형태의 가이드레일과, 상기 메인포스트 하단에 삽입되며 일측부에 원형 통공이 형성된 가이드플레이트와, 상기 가이드플레이트의 통공 저면에 상단이 고정되고 수직 하방향으로 일정길이 돌출되어 하단이 제2허브에 고정된 원형관과, 상기 가이드플레이트 상부에 고정되며 통공에 삽입되는 와이어가 권취되는 전동윈치가 형성되며; 상기 제2허브는 메인포스트 하단이 삽입되는 제2가이드공과, 상기 가이드레일이 삽입되는 직사각 형태의 제2가이드홈과, 상기 원형관 하단 내측에 와이어 하단이 고정되는 와이어고정홈이 형성된 구조로 이루어진다.

또한, 상기 가이드플레이트는 원형관에 의해 제2허브와 일정간격이 유지되며 가이드레일에 삽입되도록 대칭을 이루며 제1가이드홈이 형성된다.

또한, 상기 가이드플레이트와 제2허브는 전동윈치에 의해 승강되는 와이어의 상하 이동에 의해 제1,2가이드홈이 각각 가이드레일을 따라 승강되도록 형성된다.

또한, 상기 제1,2가이드홈은 가이드레일의 폭 보다 넓게 형성되어 유체흐름의 변화에 따라 시계/반시계 방향으로 회전되도록 형성된다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 의한 해상풍력발전용 해류발전장치는 해저면에 고정된 메인포스트 하단에 삽입된 가이드플레이트와 제2허브가 전동윈치에 의해 수직으로 승강됨으로써, 해수에 의한 침식 또는 운영중 고장으로 인한 보수가 필요할 때 수면위로 유체발전로터를 상승시켜 유지보수 할 수가 있어 발전장치의 유지비용이 크게 절감되고, 해상에서의 작업시간이 단축되는 효과가 있다.

또한, 가이드레일을 따라 수직으로 승강되는 제1,2가이드홈이 가이드레일보다 더 넓게 형성됨으로써 시간에 따라 변화는 유체흐름에 따라 유체발전로터가 시계/반시계 방향으로 일정각도 회전되어 유향변화에 능동적인 대응이 이루어져 발전효율이 향상되는 또 다른 효과가 있다.

도 1은 일반적인 조류 발전장치를 보여주는 참고도
도 2는 본 발명에 따른 해상풍력발전용 해류발전장치 상세도
도 3은 본 발명에 따른 해상풍력발전용 해류발전장치 부분 분해도
도 4와 도 5는 본 발명에 따른 해상풍력발전용 해류발전장치 사용상태도

도 2는 본 발명에 따른 해상풍력발전용 해류발전장치 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 해상풍력발전용 해류발전장치 상세도로서, 도면 중에 표시되는 도면 부호 1은 본 발명에 의한 해류발전장치를 지시하는 것이다.

이하 본 발명에 의한 해상풍력발전용 해류발전장치를 첨부되는 도면들을 통해 보다 상세히 설명하도록 한다.

본 발명의 해상풍력발전용 해류발전장치는, 도 2에 도시된 바와 같이, 원기둥 형태로 하단(102)이 해저면에 고정되고 상단(101)이 해상으로 돌출된 메인포스트(10)와, 상기 메인포스트(10) 상단(101)에 고정되며 풍력에 의해 발전이 이루어지는 풍력발전로터(20)와, 상기 메인포스트(10) 하단(102)에 고정되며 해류, 조류, 강흐름, 방수로 등과 같은 장소의 유체흐름에 의해 발전이 이루어지는 유체발전로터(30)가 형성된 구조로 이루어진다.

상기 메인포스트(10)는 도 2에 부분 확대 도시한 바와 같이, 하단(102) 외주면에 수직 상방향으로 대칭되어 밀착 고정된 직사각 형태의 가이드레일(11)과, 메인포스트(10)에 삽입되어 상하로 승강되며 일측에 후술되는 와이어(141)가 삽입되는 원형 통공(122)이 다수개 형성된 원판 형태의 가이드플레이트(12)와, 상기 가이드플레이트(12) 저면에 상단이 고정되며 하단이 후술되는 제2허브(31)에 고정된 원형관(13)과, 상기 원형관(13)에 삽입되는 와이어(141)가 권취되며 메인포스트(10) 일측에 고정되어 사용자의 조작에 의해 수동 또는 자동으로 와이어(141)의 길이가 조절되도록 하는 전동윈치(14)가 형성된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 풍력발전로터(20)는 메인포스트(10) 상단(101)에 고정되며 풍력발생시 제1허브(21) 외주면을 따라 다수개 고정된 제1블레이드(22)가 회전되어 발전이 이루어지며, 도 3에 도시된 바와 같이, 유체발전로터(30)는 메인포스트(10) 하단(102)에 삽입되는 구조로 형성되며, 유체에 의해 제2허브(31) 외주면을 따라 다수개 고정된 제2블레이드(32)가 회전되어 상하 양측에서 각각 발전이 이루어져 해류발전장치(1)의 효율이 배가되는 것이다.

또한, 상기 제2허브(31)는 가이드플레이트(11)와 원형관(13)을 통해 결합되며, 메인포스트(10)가 삽입되는 제2가이드공(311)과, 가이드레일(11)이 삽입되는 제2가이드홈(312)이 가이드레일(11)의 폭 보다 더 넓게 형성되며, 원형관(13) 하단과 연결되며 와이어(141)가 삽입되어 제2허브(31) 내측 또는 외측에서 볼트와 같은 다양한 체결수단을 통해 고정되도록 와이어고정홈(313)이 형성된다.

특히, 상기 제1,2가이드홈(121,312)은 가이드레일(11)을 따라 수직으로 이송되는 구조로 전원 인가시 구동되는 전동윈치(14)의 작동에 의해 와이어(141)가 감기거나 풀리면서 승강되는 것이며, 제1,2가이드홈(121,312)은 가이드레일(11)의 폭 보다 더 넓게 형성되어 밀물, 썰물 또는 주변 지형에 의해 시간에 따라 변화되는 유체의 흐름에 따라서 시계/반시계 방향으로 회전됨으로써 발전효율이 향상될 수 있는 것이다.

이하, 실시예를 들어 본 발명의 해상풍력발전용 해류발전장치의 설치 및 보수 방법을 도 4와 도 5를 참고하여 설명하면 다음과 같다. 이는 본 발명을 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 하기 실시예의 범위로 한정되지는 않는다.

본 발명의 해상풍력발전용 해류발전장치는 해양이나 강 또는 발전소 방수로 등 유속이 빠른 곳에 메인포스트(10) 하단(102)이 지반에 고정되도록 설치되는데, 상기 하단(102)의 가이드레일(11)에 맞춰서 제1,2가이드홈(121,312)이 삽입되고, 메인포스트(10) 일측에 고정되는 전동윈치(141)에 권취된 와이어(141)가 가이드플레이트(12)의 통공(122)에 삽입 후 원형관(13)을 거쳐 제2허브(31)의 와이어고정홈(313)에 삽입되어 유체발전로터(30)가 메인포스트(10)의 특정 위치에 고정하게 되는 것이다. 특히, 도 4a,b와 같이, 전동윈치(14)의 상하 제어버튼(도면 미도시) 조작에 의해 와이어(141)가 권취되거나 풀림으로써 유체발전로터(30)가 승강되는 것이다.

또한, 도 5a,b,c에 도시된 바와 같이, 조수간만의 차와 지형 특성에 따라 변화되는 유체의 방향에 따라 제2블레이드(32)가 회전될 수 있도록 제1,2가이드홈(121,312)이 가이드레일(11)의 폭 보다 더 넓게 형성되어 유체의 흐름 변화에 따라 시계/반시계 방향으로 회동되어 유체발전로터(20)가 유향 변화에 능동적으로 대응될 수 있는 것이다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 의한 해상풍력발전용 해류발전장치는 해저면에 고정된 메인포스트 하단에 삽입된 가이드플레이트와 제2허브가 전동윈치에 의해 수직으로 승강됨으로써, 해수에 의한 침식 또는 운영중 고장으로 인한 보수가 필요할 때 수면위로 유체발전로터를 상승시켜 유지보수 할 수가 있어 발전장치의 유지비용이 크게 절감되고, 해상에서의 작업시간이 단축되는 효과가 있다.

또한, 가이드레일을 따라 수직으로 승강되는 제1,2가이드홈이 가이드레일보다 더 넓게 형성됨으로써 시간에 따라 변화는 유체의 흐름 방향에 따라 유체발전로터가 시계/반시계 방향으로 일정각도 회전되어 유향변화에 능동적인 대응이 이루어져 발전효율이 향상되는 또 다른 효과가 있다.

본 발명은 상기한 특징의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

10: 메인포스트 101,102: 상단, 하단
11: 가이드레일 12: 가이드플레이트
121: 제1가이드홈 122: 통공
13: 원형관 14: 전동윈치
141: 와이어 20: 풍력발전로터
21: 제1허브 22: 제1블레이드
30: 유체발전로터 31: 제2허브
311: 제2가이드공 312: 제2가이드홈
313: 와이어고정홈 32: 제2블레이드

Claims (4)

1. 수중에 고정되는 하단과 수상으로 노출된 상단이 해저면에 수직으로 고정되는 원기둥 형태의 메인포스트와, 상기 메인포스트 상단에 고정되며 풍력발생시 제1허브 외주면에 고정된 다수개의 제1블레이드에 의해 회전되어 전류가 발생되는 풍력발전로터와, 상기 메인포스트 하단에 고정되며 유체흐름에 따라 제2허브 외주면에 고정된 다수개의 제2블레이드에 의해 회전되어 전류가 발생되는 유체발전로터가 형성된 해류발전장치에 있어서,
   상기 메인포스트(10)는 하단(102) 외주면에 수직 상방향으로 대칭되어 밀착고정된 직사각 형태의 가이드레일(11)과, 상기 메인포스트(10) 하단(102)에 삽입되며 일측부에 원형 통공(122)이 형성된 가이드플레이트(12)와, 상기 가이드플레이트(12)의 통공(122) 저면에 상단이 고정되고 수직 하방향으로 일정길이 돌출되어 하단이 제2허브(31)에 고정된 원형관(13)과, 상기 가이드플레이트(12) 상부에 고정되며 통공(122)에 삽입되는 와이어(141)가 권취되는 전동윈치(14)가 형성되며;
   상기 제2허브(31)는 메인포스트(10) 하단(102)이 삽입되는 제2가이드공(311)과, 상기 가이드레일(11)이 삽입되는 직사각 형태의 제2가이드홈(312)과, 상기 원형관(13) 하단 내측에 와이어(141) 하단이 고정되는 와이어고정홈(313)이 형성된 것을 특징으로 하는 해상풍력발전용 해류발전장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 가이드플레이트(12)는 원형관(13)에 의해 제2허브(31)와 일정간격이 유지되며 가이드레일(11)에 삽입되도록 대칭을 이루며 제1가이드홈(121)이 형성된 것을 특징으로 하는 해상풍력발전용 해류발전장치.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 가이드플레이트(12)와 제2허브(31)는 전동윈치(14)에 의해 승강되는 와이어(141)의 상하 이동에 의해 제1,2가이드홈(121,312)이 각각 가이드레일(11)을 따라 승강되도록 형성된 것을 특징으로 하는 해상풍력발전용 해류발전장치.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제1,2가이드홈(121,312)은 가이드레일(12)의 폭 보다 넓게 형성되어 유체흐름의 변화에 따라 시계/반시계 방향으로 회전되도록 형성된 것을 특징으로 하는 해상풍력발번용 해류발전장치.

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