KR20130038005A

KR20130038005A - 조력발전 구조물

Info

Publication number: KR20130038005A
Application number: KR1020110102618A
Authority: KR
Inventors: 정광옥; 정해권; 정준홍
Original assignee: 정광옥
Priority date: 2011-10-07
Filing date: 2011-10-07
Publication date: 2013-04-17
Also published as: KR101416761B1

Abstract

본 발명은 해수가 일시 저류되도록 형성된 저수지(10); 저수지(10)에 대한 해수의 유출입을 개방 또는 폐쇄하도록 설치된 수문(11); 저수지(10)의 물이 바다(1)를 향하여 흐르도록 형성된 발전수로(20); 발전수로(20)에 설치된 수차(100);를 포함하는 것을 특징으로 하는 조력발전 구조물을 제시함으로써, 에너지의 손실을 최소화할 수 있고, 지속적으로 발전이 가능하도록 한다.

Description

조력발전 구조물{STRUCTURE FOR TIDAL POWER GENERATION}

본 발명은 토목 분야에 관한 것으로서, 상세하게는 조력발전 구조물에 관한 것이다.

조력발전(潮力發電, tidal power generation)이란, 조수(潮水) 간만(干滿)의 수위차로부터 위치에너지를 운동에너지로 바꾸어 전기에너지로 전환하는 발전방식D을 말한다.

일단 댐에 바닷물을 가뒀다가 흘려보내면서 낙차를 이용해 터빈을 돌려 전기를 만든다는 점에서, 단지 물살이 빠른 곳에 수차발전기(터빈)를 설치하여 자연적인 조류 흐름에 의해 전기를 만드는 조류발전과 구분된다.

종래의 조력발전 구조물은, 조석이 발생하는 하구나 만을 방조제로 막아 해수를 가두고 수차발전기를 설치하여, 밀물이나 썰물 때에 저수지와 해수면의 수위차(낙차)를 이용하여 발전하여 전기에너지를 생산하는 방식을 취하였다(수력발전과 대동소이).

그런데, 이러한 종래의 조력발전 구조물은 에너지의 손실이 지나치게 크다는 점, 발전이 일시적으로 이루어질 수밖에 없다는 점(수직낙하 방식) 등의 문제가 지적되어 왔다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 에너지의 손실을 최소화할 수 있고, 지속적으로 발전이 가능하도록 하는 수력발전 구조물을 제시하는 것을 그 목적으로 한다.

상기 과제의 해결을 위하여, 본 발명은 해수가 일시 저류되도록 형성된 저수지(10); 상기 저수지(10)에 대한 해수의 유출입을 개방 또는 폐쇄하도록 설치된 수문(11); 상기 저수지(10)의 물이 바다(1)를 향하여 흐르도록 형성된 발전수로(20); 상기 발전수로(20)에 설치된 수차(100);를 포함하는 것을 특징으로 하는 조력발전 구조물을 제시한다.

상기 저수지(10)의 해수가 유입되도록 형성된 도수로(30)를 더 포함하고, 상기 발전수로(20)는 상기 도수로(30)의 물이 바다(1)를 향하여 흐르도록 형성된 것이 바람직하다.

상기 저수지(10)는 복수가 형성되고, 상기 도수로(30)는 상기 복수의 저수지(10a,10b)의 해수가 유입되도록, 상기 복수의 저수지(10a,10b) 사이에 형성된 것이 바람직하다.

상기 발전수로(20)의 해수가 유입되어 바다(1)를 향하여 방류되도록 형성된 방수로(40)를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 수차(100)는 연직방향으로 형성된 회전축(110); 상기 회전축(110)을 중심으로 방사상 구조로 설치된 복수의 회전날개(120);를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 발전수로(20)의 내벽에는 상기 수차(100)의 회전축(110)의 일측에 형성된 상기 회전날개(120)가 수납되도록 수차 수납홈(22)이 형성되며, 상기 회전축(110)의 타측에 형성된 상기 회전날개(120)는 발전용 유로(a)에 노출되도록 위치하는 것이 바람직하다.

상기 발전수로(20)는 격벽(50)에 의해 구획되어 복수가 형성되고, 상기 격벽(50)의 양측 내벽에는 상기 수차(100)의 회전축(110)의 일측에 형성된 상기 회전날개(120)가 수납되도록 상기 수차 수납홈(22)이 형성되며, 상기 격벽(50)의 양측 내벽의 수차 수납홈(22)은 상호 엇갈린 위치에 형성된 것이 바람직하다.

상기 저수지(10)의 해수를 상기 발전수로(20)의 상단에 양수하도록 양수펌프(200)가 설치된 것이 바람직하다.

상기 발전수로(20)의 상단은 상기 저수지(10)의 만조수위보다 높은 위치에 형성된 것이 바람직하다.

본 발명은 에너지의 손실을 최소화할 수 있고, 지속적으로 발전이 가능하도록 하는 수력발전 구조물을 제시한다.

도 1 이하는 본 발명의 실시예를 도시한 것으로서,
도 1은 제1 실시예의 구성도.
도 2는 제2 실시예의 구성도.
도 3은 제3 실시예의 구성도.
도 4는 수차의 평면도.
도 5는 발전수로의 제1 실시예의 평면도.
도 6은 발전수로의 제2 실시예의 평면도.
도 7은 발전수로의 제2 실시예의 단면도.
도 8은 발전수로의 제3 실시예의 평면도.
도 9는 발전수로의 제4 실시예의 단면도.
도 10 내지 14는 발전과정의 구성도.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 관하여 상세히 설명한다.

도 1 이하에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 조력발전 구조물은 기본적으로, 해수가 일시 저류되도록 댐 등의 물막이 구조에 의해 형성된 저수지(10); 저수지(10)에 대한 해수의 유출입을 개방 또는 폐쇄하도록 댐 등에 설치된 수문(11); 저수지(10)의 물이 바다(1)를 향하여 흐르도록 형성된 발전수로(20); 발전수로(20)에 설치된 수차(100);를 포함하여 구성된다.

즉, 종래의 조력발전 방식과 같이 낙차에 의한 물의 위치 에너지를 이용하는 것이 아니라, 저수지, 댐과 별도로 완만한 경사를 갖는 발전수로(20)를 형성하여 바다(1)를 향하여 물이 서서히 흐르도록 하고, 발전수로(20)에 설치된 수차(100)에 의해 발전이 이루어지도록 한 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 발전 구조물의 일실시예로서, 육지(2) 내측에 저수지(10)를 형성하고, 저수지(10)에 인접한 바다(1)를 향하여 다수의 발전수로(20)를 형성한 구조이다.

본 발명은 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 종래와 같이 댐에 의한 낙차 방식을 사용하지 않고, 서서히 흐르는 물의 흐름을 반복적으로 이용하여 발전을 실시하므로, 물의 위치에너지를 전기에너지로 전환하는 효율이 높아져 에너지의 손실을 최소화할 수 있다.

둘째, 서서히 흐르는 물의 흐름을 다수의 수차에 의해 반복하여 이용할 수 있으므로, 수차례에 걸친 발전이 가능한바, 전력수요가 몰리는 시간에 충분한 양의 전기를 공급할 수 있다.

셋째, 발전수로가 형성된 지역에 항상 일정한 수심의 해수가 흐르도록 할 수 있으므로 친환경적이다.

본 발명에 의한 조력발전 구조물은 넓은 면적의 부지를 차지하는 대규모 구조물로서, 각 지역의 지형적 특성에 맞추어 다양한 실시예에 의해 구현될 수 있다.

저수지(10)로부터 직접 바다(1)를 향하여 해수를 방류하는 발전수로(20)를 형성하기 어려운 지역의 경우, 저수지(10)의 해수가 유입되도록 바다(1)에 인접하여 별도의 도수로(30)를 형성하고, 발전수로(20)는 도수로(30)의 물이 바다(1)를 향하여 흐르도록 형성할 수 있다(도 2).

복수의 저수지(10a,10b)가 형성된 경우, 그 복수의 저수지(10a,10b) 사이에 도수로(30)를 형성하여 복수의 저수지(10a,10b)의 해수가 유입되도록 할 수도 있다(도 2).

복수의 저수지를 형성하기 어려운 경우에는, 저수지(10)에 인접한 육지(2)에 별도의 방수로(40)를 형성하고, 저수지(10)에 연결된 발전수로(20)의 해수가 위 방수로(40)를 통해 바다(1)를 향하여 방류되도록 할 수도 있다(도 3).

수차(100)는 연직방향으로 형성된 회전축(110); 회전축(110)을 중심으로 방사상 구조로 설치된 복수의 회전날개(120);를 포함하는 구조를 적용하는 것이 바람직하다(도 4).

즉, 일반적인 수차의 회전축이 수평방향(물의 흐름방향)을 향하여 형성됨에 비해, 위 수차(100)의 경우에는 회전축(110)이 연직방향(물의 흐름방향에 대하여 수직방향)으로 형성됨에 특징이 있는 것이다.

이러한 구성을 취하는 경우, 수평방향 회전축의 구성을 취하는 일반적인 수차에 비해, 회전날개(120)와 물의 접촉면적을 증대할 수 있다는 점, 이로 인하여 수력에 의한 발전효율을 높일 수 있다는 점 등의 효과를 얻을 수 있다.

다만, 이러한 구성은 회전날개(120) 중 일부는 물의 흐름에 의해 정방향으로 구동하지만, 다른 일부는 물의 흐름에 대하여 역방향으로 구동하므로, 회전을 방해할 수 있다는 문제가 있다.

이를 해결하기 위해서는, 발전수로(20)의 내벽에 수차(100)의 회전축(110)의 일측에 형성된 회전날개(120)가 수납되도록 수차 수납홈(22)이 형성되며, 회전축(110)의 타측에 형성된 회전날개(120)는 발전용 유로(a)에 노출되도록 위치하는 구조를 취할 수 있다(도 5,6).

이러한 구조는 수차 수납홈(22)이 물의 흐름 중 일부를 막으므로, 역방향 회전에 의한 방해를 최소화할 수 있다는 효과가 있다.

또한 본 실시예는 발전수로(20)의 폭이 좁은 경우에도, 그 발전수로(20)의 폭에 비해 큰 폭을 갖는 수차(100)를 설치하도록 하므로, 발전효율을 높일 수 있다는 장점도 있다.

복수의 발전수로(20)가 격벽(50)에 의해 구획되어 형성되는 경우에는, 격벽(50)의 양측 내벽에 수차(100)의 회전축(110)의 일측에 형성된 회전날개(120)가 수납되도록 수차 수납홈(22)이 형성되며, 격벽(50)의 양측 내벽의 수차 수납홈(22)은 상호 엇갈린 위치에 형성된 구성을 취함으로써 상기 효과를 얻을 수 있다(도 8).

한편, 저수지(10)의 해수를 발전수로(20)의 상단에 양수하도록 양수펌프(200)가 설치된 구조를 취함으로써, 양수식 조력발전 구조를 형성할 수도 있다(도 9).

양수식 발전이란 한밤중에 남아도는 전력을 사용해서 저수조로 물을 퍼올려 두었다가 낮에 전력수요가 몰릴 때에 방류하여 발전하는 방식을 말한다.

일반적으로 양수에 필요한 전력량은 방류발전으로 나오는 전력량보다 약 3할정도 많기 때문에 전력손실로 볼 수도 있지만, 그렇지 않을 경우의 낭비되는 잉여전력을 사용해서 필요시에 전력을 재생하는 것이므로 도리어 경제성이 있는 것으로 평가받고 있다.

이러한 양수식 조력발전 구조에서는, 발전수로(20)의 상단이 저수지(10)의 만조수위보다 높은 위치에 형성되도록 하고, 양수펌프(200)에 의해 해수를 발전수로(20)의 상단에 펌핑하는 구성을 취하는 것이 바람직하다.

조력발전 구조의 발전과정을 구체적으로 살피면 다음과 같다.

만조수위(HWL)에서 저수지(10)의 수문(11)을 폐쇄하는데, 양수식의 경우에는 양수펌프에 의해 해수를 발전수로(20) 상단으로 양수한다(도 10).

이러한 밀물 시에는 저수지(10)의 수위가 상승하므로 펌프 양정고를 낮출 수 있다.

수위가 낮아지면서 간조수위(LWL)까지 발전수로(20)를 통해 해수가 흘러 수차를 회전시킨다(도 11,12).

썰물 시에는 방수측 바다(1)의 수위가 하강하므로 해수의 동수구배를 증가시켜 유속을 증대할 수 있다.

간조수위(LWL) 이후 수문(11)을 개방하여 저수지(10)로 해수를 유입한다(도 13).

이후, 만조수위(HWL)에 이르면 다시 저수지(10)의 수문(11)을 폐쇄하고, 상기 과정을 반복한다(도 14).

양수펌프(200)를 이용하는 경우, 간조수위(LWL)는 물론 만조수위(HWL)에서도 발전이 가능함은 상술한 바와 같다(도 10).

이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 실시예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 실시예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께 하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.

a : 발전용 유로 10 : 저수지
11 : 수문 20 : 발전수로
22 : 수차 수납홈 30 : 도수로
40 : 방수로 50 : 격벽
100 : 수차 110 : 회전축
120 : 회전날개 200 : 양수펌프

Claims

해수가 일시 저류되도록 형성된 저수지(10);
상기 저수지(10)에 대한 해수의 유출입을 개방 또는 폐쇄하도록 설치된 수문(11);
상기 저수지(10)의 물이 바다(1)를 향하여 흐르도록 형성된 발전수로(20);
상기 발전수로(20)에 설치된 수차(100);를
포함하는 것을 특징으로 하는 조력발전 구조물.
제1항에 있어서,
상기 저수지(10)의 해수가 유입되도록 형성된 도수로(30)를 더 포함하고,
상기 발전수로(20)는 상기 도수로(30)의 물이 바다(1)를 향하여 흐르도록 형성된 것을 특징으로 하는 조력발전 구조물.
제2항에 있어서,
상기 저수지(10)는 복수가 형성되고,
상기 도수로(30)는 상기 복수의 저수지(10a,10b)의 해수가 유입되도록, 상기 복수의 저수지(10a,10b) 사이에 형성된 것을 특징으로 하는 조력발전 구조물.
제1항에 있어서,
상기 발전수로(20)의 해수가 유입되어 바다(1)를 향하여 방류되도록 형성된 방수로(40)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조력발전 구조물.
제1항에 있어서,
상기 수차(100)는
연직방향으로 형성된 회전축(110);
상기 회전축(110)을 중심으로 방사상 구조로 설치된 복수의 회전날개(120);를 포함하는 것을 특징으로 하는 조력발전 구조물.
제5항에 있어서,
상기 발전수로(20)의 내벽에는 상기 수차(100)의 회전축(110)의 일측에 형성된 상기 회전날개(120)가 수납되도록 수차 수납홈(22)이 형성되며,
상기 회전축(110)의 타측에 형성된 상기 회전날개(120)는 발전용 유로(a)에 노출되도록 위치하는 것을 특징으로 하는 조력발전 구조물.
제6항에 있어서,
상기 발전수로(20)는 격벽(50)에 의해 구획되어 복수가 형성되고,
상기 격벽(50)의 양측 내벽에는 상기 수차(100)의 회전축(110)의 일측에 형성된 상기 회전날개(120)가 수납되도록 상기 수차 수납홈(22)이 형성되며,
상기 격벽(50)의 양측 내벽의 수차 수납홈(22)은 상호 엇갈린 위치에 형성된 것을 특징으로 하는 조력발전 구조물.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 저수지(10)의 해수를 상기 발전수로(20)의 상단에 양수하도록 양수펌프(200)가 설치된 것을 특징으로 하는 조력발전 구조물.
제8항에 있어서,
상기 발전수로(20)의 상단은 상기 저수지(10)의 만조수위보다 높은 위치에 형성된 것을 특징으로 하는 조력발전 구조물.