KR20130034753A - 풍력 및 조류 복합 발전 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 풍력 및 조류 복합 발전 시스템에 관한 것으로서, 구조물에 설치된 풍력 및 조류 발전으로부터 전력을 생산하는 풍력 및 조류 복합 발전 시스템에 있어서, 상기 구조물은 내부에 수용공간이 형성되어 압축공기를 저장하는 저장부를 포함하는 압축용기로써, 상기 저장부에 풍력 및 조류 발전으로부터 생산된 전력을 이용하여 공기를 압축하여 저장하고, 압축된 공기로 터빈을 회전시켜 발전하는 것을 특징으로 한다.
이에 의하여 별도의 저장 설비 없이 압축 공기를 발전 구조물 내부에 저장이 가능하여 건설 비용 절감이 가능한 풍력 및 조류 복합 발전 시스템이 제공된다.

Description

풍력 및 조류 복합 발전 시스템{Complex powergeneration system using wind energy and tidal current}
본 발명은 풍력 및 조류 복합 발전 시스템에 관한 것으로, 좀더 자세하게는, 타워기둥에 설치된 조력 발전용 수차 및 풍력 발전용 블레이드로부터 전력을 생산하는 풍력 및 조류 복합 발전 시스템에 있어서, 상기 타워기둥 내부에 형성되어 압축공기를 저장하는 저장부;와, 상기 저장부에 상기 수차 및 상기 블레이드로부터 생산된 전력을 이용하여 공기를 압축하여 저장하는 압축기;와, 상기 저장부에 저장된 압축 공기를 이용하여 발전하는 발전기;를 포함하여 별도의 저장 설비가 설치되지 않아도 압축 공기를 타워기둥 내부에 저장함으로써 건설 비용 절감이 가능한 풍력 및 조류 복합 발전 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 일반적으로 전력의 생산 방법은 화력, 수력, 원자력, 태양열, 풍력, 조류, 조류 발전등이 있다.
화력, 수력 및 원자력 발전은 연료 매장량의 한계, 환경 오염 및 방사능 위험성 때문에 최근 이를 대체하기 위하여 태양열, 풍력, 조류 및 조류 발전 등의 자연의 청정에너지를 이용한 발전 방법이 다양하게 연구되고 있다.
풍력발전은 블레이드가 자연 풍속에 의해 회전하면서 발전기를 통해 전기 에너지를 생성하는 발전 방식으로서, 저탄소 청정 에너지원으로 효과가 매우 크고, 연간 평균 풍속이 높은 지역에 설치되어 지속적으로 발전 가능한 장점이 있으나, 기압차에 의해 발생하는 바람은 항상 일정하게 부는 것이 아니기 때문에 에너지 생산량이 불규칙적인 단점이 있다.
조류 발전은 조류 유속이 빠른 곳에 터빈과 발전기를 설치하여 해수의 운동에너지로부터 전기를 생산하며, 자연적인 조류 흐름을 그대로 이용한다.
따라서, 저수지를 확보하기 위해 댐을 막을 필요가 없고, 선박의 항해 자유로우며 어류의 이동을 방해하지 않고 주변 생태계에 영향을 주지 않는 환경친화적 대체에너지 시스템이며, 청정에너지 중의 하나로서 국내의 지형적 여건상 매우 유망한 에너지 자원으로 고려되고 있다.
그러나, 상술한 풍력 및 조류 발전은 특성상 에너지원의 불규칙성으로 인해 일정한 정출력 발전이 어려운 단점이 있다.
한편, 압축 공기 저장 장치(Compressed Air Energy Storage, CAES)는 생산된 전기로 모터를 구동하여 지하나 별도의 설비에 공기를 압축하여 에너지를 저장하고, 전력이 필요할 경우 압축된 공기의 배출을 통해 터빈을 돌려 다시 발전하는 시스템으로서, 전력 공급을 일정하게 유지하기 위해서 사용된다.
그러나, 이러한 압축 공기 저장 장치는 압축 공기를 저장하기 위한 별도의 설비가 설치되어야 하고, 그로 인해 발전 시스템의 전체 크기가 커지게 되며 저장 용기 설치를 위한 비용이 추가로 발생하는 단점이 있다.
대한민국 공개특허공보 제2010-0099794호 (2010-09-15) '조류,풍력 겸용 발전시스템'
따라서 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 조류 및 풍력 발전기의 타워기둥 내부에 형성된 저장부에 생산된 전력을 압축 공기의 형태로 저장하고, 전력이 필요한 경우 압축 공기를 이용하여 발전함으로써 별도의 저장 설비 없이 압축 공기를 타워기둥 내부에 저장하여 건설 비용 절감이 가능한 풍력 및 조류 복합 발전 시스템을 제공함에 있다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 타워기둥에 설치된 조력 발전용 수차 및 풍력 발전용 블레이드로부터 전력을 생산하는 풍력 및 조류 복합 발전 시스템에 있어서, 상기 타워기둥 내부에 형성되어 압축공기를 저장하는 저장부;와, 상기 저장부에 상기 수차 및 상기 블레이드로부터 생산된 전력을 이용하여 공기를 압축하여 저장하는 압축기;와, 상기 저장부에 저장된 압축 공기를 이용하여 발전하는 발전기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 타워기둥은 내식성을 갖는 재질로 마련되는 외벽과, 고온 고압에서 안정성을 유지할 수 있는 재질로 마련되는 내벽을 갖는 구조로 형성되며, 상기 외벽과 상기 내벽 사이에 콘크리트가 충진되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 외벽과 상기 내벽 사이에 전단연결재가 형성되어 상기 타워기둥에 전달되는 하중을 지지하고 상기 외벽과 내벽의 결합력을 보강하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 타워기둥은 지중에 매설되는 일단이 상기 내벽이 상기 외벽보다 길도록 단차가 형성되어 돌출되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 조류 및 풍력 발전기의 타워기둥에 내부에 형성된 저장부에 생산된 전력을 압축 공기의 형태로 저장하고, 전력이 필요한 경우 압축 공기를 이용하여 발전함으로써 별도의 저장 설비 없이 압축 공기를 타워기둥 내부에 저장하여 건설 비용 절감이 가능한 풍력 및 조류 복합 발전 시스템이 제공된다.
또한, 저장부에 저장된 압축공기를 이용하여 발전함으로써 안정된 전력 공급이 가능한 풍력 및 조류 복합 발전 시스템이 제공된다.
도 1은 풍력 및 조류 복합 발전기를 도시한 사시도이고,
도 2는 본 발명 풍력 및 조류 복합 발전 시스템 타워기둥의 종단면도이고,
도 3는 본 발명 풍력 및 조류 복합 발전 시스템의 타워기둥의 횡단면도이고,
도 4는 본 발명 풍력 및 조류 복합 발전 시스템의 전력 생산 흐름도이고,
도 5는 본 발명 풍력 및 조류 복합 발전 시스템의 잔교식 타워기둥의 단면도이고,
도 6은 본 발명 풍력 및 조류 복합 발전 시스템의 중력식 타워기둥의 단면도이다.
설명에 앞서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 일실시예에서 설명하기로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 풍력 및 조류 복합 발전 시스템에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 풍력 및 조류 복합 발전기를 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명 풍력 및 조류 복합 발전 시스템 타워기둥의 종단면도이고, 도 3는 본 발명 풍력 및 조류 복합 발전 시스템의 타워기둥의 횡단면도이다.
본 발명에 따른 풍력 및 조류 복합 발전 시스템은 풍력발전 장치(10) 및 조력발전 장치(20)가 설치되는 타워기둥(30)과, 상기 타워기둥(30) 내부에 설치되어 압축 공기를 저장하는 저장부(40)와, 공기를 압축하는 압축기(50)와, 압축공기를 이용하여 발전하는 발전기(60)를 포함한다.
도 1을 참조하면, 타워기둥(30)은 원통 형상으로써 수상으로 노출되는 상단에 풍력발전 장치(10)가 설치되고 수중에는 조력발전 장치(20)가 설치된다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 타워기둥(30)은 외벽(31)과 내벽(32)을 갖는 모노파일식 구조이며, 외벽(31)은 해수에 의한 부식을 방지하도록 내식성을 갖는 재질로 형성되며 본 실시예에서는 섬유강화플라스틱(Fiber reinforced polymer, FPR)로 설치되고, 내벽(32)은 고온 고압에서 안전성을 유지할 수 있는 금속 재질로 설치되며, 본 실시예에서는 강관으로 설치된다.
또한, 외벽(31)과 내벽(32) 사이에는 외벽(31)과 내벽(32)을 연결하는 다수의 전단열결재(33)가 설치되고 콘크리트가 충진되어 바람 및 조류에 의한 하중을 지지한다.
종래의 풍력 및 조력 복합발전 장치는 내부에 해수를 채워 발전장치가 부력에 의한 영향을 받는 것을 방지하여, 기둥의 내부 공간을 이용할 수 없었다.
그러나, 본 실시예에서는 콘크리트를 채워 외벽(31)과 내벽(32)의 결합력을 보강하고, 콘크리트의 하중으로 인해 부력에 의한 발전장치의 부유를 방지함으로써 내부에 수용공간을 마련될 수 있고, 따라서 타워기둥(30)을 압축공기를 저장할 수 있는 저장부(40)로서 기능을 할 수 있다.
따라서, 별도의 저장 설비 없이도 타워기둥(30)을 저장부(40)로 사용이 가능하므로 비용 절감 및 발전 장치 전체의 크기를 소형화할 수 있다.
또한, 타워기둥(30)을 안정적으로 지지하기 위하여 상술한 섬유강화플라스틱 및 강관과 콘크리트의 결합력을 보강하기 위하여 전단열결재(33)가 외벽(31)과 내벽(32)의 결합력을 강화한다.
한편, 타워기둥(30)은 상술한 구조뿐만 아니라, 내부 구속 중공 철근콘크리트(Internally Confined Hollow Reinforced Concrete Column, ICH RC)구조 등으로 설치가 가능하며, 내부 구속 중공 철근콘크리트 구조 및 섬유강화플라스틱을 이용한 합성 구조 역시 가능하다.
도 2를 참조하면, 내벽(32)은 외벽(31)보다 하방으로 돌출되도록 연장 형성되어 타워기둥(30)을 해저 바닥의 암반층에 타공하여 설치시 콘크리트가 부서지는 것을 방지함으로써, 내벽(32)은 해저 바닥의 암반층에 설치되고, 외벽(31)은 지반층에 설치되어 타워기둥(30)이 견고하게 고정될 수 있다.
저장부(40)는 내벽(32) 내부에 형성된 공간에 설치되어 압축된 공기를 저장하며, 상술한 바에 의하여 고온 고압에도 견딜 수 있도록 설치된다.
도 4를 참조하면, 압축기(50)는 풍력발전 장치(10)와 조력발전 장치(20)로부터 생산된 전력을 이용하여 공기를 압축하여 저장부(40)로 공급한다.
또한, 발전기(60)는 저장부(40)에 저장된 압축공기로 터빈을 회전시켜 전력을 생산한다.
도 5 및 도 6은 중력식 구조 및 잔교식 구조를 나타낸 단면도이다.
한편, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 본 발명 풍력 및 조류 복합 발전 시스템은 암반에 고정된 하부구조물에 타워기둥(30)에 설치되는 중력식 구조 및 다수의 타워기둥 상부에 교량 등의 구조물이 설치되는 잔교식 구조에도 적용이 가능하다.
지금부터는 상술한 풍력 및 조류 복합 발전 시스템의 일실시예의 작동에 대하여 설명한다.
도 4는 본 발명 풍력 및 조류 복합 발전 시스템의 전력 생산 흐름도이다.
먼저, 타워기둥(30)에 설치된 풍력발전 장치(10)와 조력발전 장치(20)로부터 생산된 전력은 압축기(50)로 공급되고, 압축기(50)는 외부의 공기를 압축하여 저장부(40)에 공급하여 저장된다.
이때, 고압으로 압축된 공기는 고온 고압에 견딜 수 있는 재질로 구비된 타워기둥(30) 내벽(32) 내부의 저장부(40)에 의하여 안정적으로 저장된다.
그 후, 저장된 압축공기는 발전기(60)를 이용하여 전력을 생산한다.
상술한 바에 의하여 수시로 변하는 풍력 또는 조력 에너지를 저장부(40)에 저장하여 공급함으로써 정출력 전력을 생산하여 공급할 수 있다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
30: 타워기둥 31: 외벽
32: 내벽 33: 전단열결재
40: 저장부 50: 압축기
60: 발전기

Claims (4)

  1. 타워기둥에 설치된 조력 발전용 수차 및 풍력 발전용 블레이드로부터 전력을 생산하는 풍력 및 조류 복합 발전 시스템에 있어서,
    상기 타워기둥 내부에 형성되어 압축공기를 저장하는 저장부;
    상기 저장부에 상기 수차 및 상기 블레이드로부터 생산된 전력을 이용하여 공기를 압축하여 저장하는 압축기;
    상기 저장부에 저장된 압축 공기를 이용하여 발전하는 발전기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 및 조류 복합 발전 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 타워기둥은 내식성을 갖는 재질로 마련되는 외벽과, 고온 고압에서 안정성을 유지할 수 있는 재질로 마련되는 내벽을 갖는 구조로 형성되며, 상기 외벽과 상기 내벽 사이에 콘크리트가 충진되는 것을 특징으로 하는 풍력 및 조류 복합 발전 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 외벽과 상기 내벽 사이에 전단연결재가 형성되어 상기 타워기둥에 전달되는 하중을 지지하고 상기 외벽과 내벽의 결합력을 보강하는 것을 특징으로 하는 풍력 및 조류 복합 발전 시스템.
  4. 제2항에 있어서
    상기 타워기둥은 지중에 매설되는 일단이 상기 내벽이 상기 외벽보다 길도록 단차가 형성되어 돌출되는 것을 특징으로 하는 풍력 및 조류 복합 발전 시스템.


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