KR20130042668A - 마이크로 수력 전기 발전 시스템 - Google Patents

Abstract

현재 전기소모량은 원인자 부담 방식에 의하여 전기 소모량에 따라 산업용 전기, 가정용, 상업용 전기로 나누어 져있고 이에 전기사용량의 누진제도 등으로 원인자 부담 방식의 전기료 폭등으로 이루어지고 있다. 이에 소비자들은 에너지 절약 등의 캠페인 등으로 전기 사용량을 규제하고 있다. 이에 전기를 사용자가 사용한 후의 배출 하는 하수 및 오수 등으로 소 수력을 발전시키는 장치이다. 이를 극대화하여 전기 발생량 대비 시설비용의 채산성을 맞춘 것이 발명품의 효과이다. 이에 배출되는 물의 량의 집수하는 구조와 이의 낙차를 이용하기 위하여 나선형의 배수라인과 원형 침전 방식으로 중력을 이용한 물의 유속을 극대화하는 구조를 갖추었으며 이것은 소 수력의 낙차에 의하여 운동에너지 발생량의 저조의 최대 단점을극복한 구조이다. 이에 최소의 높이를 이용하여 회전체를 두 개 이상 장착하는 구조로 전기발생량을 1.5배 이상 만들 수 있는 구조로 고안되었다. 이에 원인자 부담의 전기료 부담 방식에서 자가발전의 의미를 갖춘 국민의 정서를 바꿀 수 있다 하겠다. 특히 이 전기 발생장치는 환경 오염 등 이차 피해가 없는 구조이기에 정부의 신재생에너지와 녹색성장의 도움이 될 것으로 예상되는 발명의 고안임을 밝힌다.

Description

마이크로 수력 전기 발전 시스템 {micro hydroelectric power system}

본 발명은 마이크로 수력 발전 장치에 관한 것으로서, 수력 발전의 목적인 전기 발생량인 운동 에너지를 최대한 만들 수 있는 방법이다. 이에 공장, 건물등에옥상 및 외부에 발명품의 발전기를 설치하여 비상발전기가 아닌 항상 사용이 가능공공시설의 전기를 비상용으로 사용 하게 만들수 있는 시스템에 관한 것이다 이에설치한곳에 맞게 발전기를 만들어 버려지는 물을 이용 하여 운영경비를 거의 들지 않게 하여 현재 풍력, 태양광등보다 시설비는 적게 전기 발생량은 높게 만들어 정부의 신 재생 에너지 부문 소 수력 발전 부문에 보다 효과적인 발전 장치 중 효율적이며 경제적인 처리를 하는 구조에 관한 것이다.

일반적으로 전기를 발생시키는 발전장치, 화석연료를 이용하는 화력발전, 우라늄을 이용하는 원자력 발전, 풍력을 및 태양열 등을 이용하는 발전, 물의 위치 에너지를 이용하는 수력 발전 등이 있다. 화력발전의 경우 화석에너지의 석탄과 석유의 고갈로 인한 원가 상승과 지구 온난화의 주요 원인이므로 더 이상의 발전이 어려워 보이는 부문이 있고, 또한 원자력 발전의 경우는 일본 원자력 발전소의 경우처럼 위험성이 높아 비핵화 현상으로 이루어지고 있다. 이에 정부에서는 신 재생에너지로 풍력, 태양열, 지열, 소 수력 등으로 대체 에너지의 연구에 박차를 구하고 있다. 이 중 수력 발전의 경우 물의 흐르는 운동 에너지를 이용하기에 강우량과 물의 집합 점이 중요하다. 하지만 생활시설의 모든 부분은 전기와 물을 같이 사용하고 사용한 물을 하수관 및 오수관으로 배출한다. 버려지는 이 물을 사용하여 물의 흐름을 중력을 배가시킨 후 물의 압력(설계유량)을 높여 운동에너지를 최대한 발생시키며 전기를 축전지로 모아 건물에 재분배하며 이를 1,2,차 리싸이클 방식 등으로 발전량을 높이는 기술이 배경이 된다. 실제적 으로 참고문헌의 경우 0.35 M3 / sec 일때 년간 발전량은 16.6 MWh 로 산정되며 가동율 74%이다. 이에 비교하여 일일 발생량은 454. kw 이다. 발명품을 사용하면 약 680 kw 일일 발생을 배가시킬 수 있다. 이에 자가 발전 등 현재 한전 공급분에서 약 10- 30%정도의 효과를 볼 수 있는 기술이 배경이 된다.

하수처리장 방류수를 이용한 소 수력 발전 성능 분석

한국태양에너지학회 2012.3.29-30 대구 EXCO 춘계학술발표대회 논문집

에너지 관리 공단 신 재생에너지 센터,"신 재생에너지 R&D 전략 2030 시리즈:

소 수력부문

수력발전이란 ? 물의 에너지를 이용하여 운동에너지로 교체하여 발전기에 저장하고 축전하여 변압기로 보내어 생활에 필요한 전기로 사용을 한다. 전기 발생량의 량과 설치비용의 채산성이 문제가 되었고 이것이 해결 과제이다. 해결 하기 위하여는 현재 사회적 이슈 원자력 발전의 위험성의 확산 되어 대체에너지로 바뀌고 있는 중이다. 원자력의 경우 전기발전량이 사용량의 약 30%정도이다. 이를 원인자 부담 산정 방식으로 신축 건물과 기존 건축물에 이용하는 방식이다. 해결 하기위한 일정한 량의 물은 빗물 + 오수+ 하수이다. 이를 낙차가 있어야 하기에 건물의 옥상이나 범형구조물의 틀을 이용하는 방식으로 한다. 대표 도의 방식이다. 낙차의 높이가 약 2.5m-3m 이면 가능하다. 이 방식을 사용하면 물 재이용 촉진법의 빗물 재이용 시설도 같이 하게 되는 장점이 있다. 일차적으로 낙차와 중력을 이용하기에 낙차에 의한 압력을 높여 소 수력 발전의 한계인 2m를 줄이는 것의 발명의 고안이 들어간다. 중력을 높여 운동에너지를 최대한 끌어 올리는 것은 낙차 및 기호 2-2의 방식으로 일반적인 수레바퀴의 방식이 아닌 기호 1-1의 방법으로 하여 작으면서 강한 압력을 상승시킨다. 도면의 방식대로 연결하여 발전기를 줄이는 방식으로 전기소모량의 약 10-20% 정도만 발전량을 생산한다면 산업 이용 가능성이 높아 질 것이다. 특히 이 소 수력의 발전의 가장 큰 해결 과제는 건물, 비닐 하우스, 공장 등의 전기 누진세에 대하여 일정한 나만의 전기 공급장치를 친환경으로 해결 하려는 과제가 크다. 또한 건물같은 경우 옥상 대표도에서 보듯 적은 공간으로 전기 발생을 시키는 것으로 사용자의 편리성을 만들었다.

정부의 오수 산정량의 따라 오수의 배출량은 정해진다. 예를 들어 급식시설이 있는 병원의 경우 병상 당 1000리터이다. 90 병상이 있는 병원의 경우 일일 오수 배출량은 약 90톤이며 빗물과 하수 등을 95톤으로 배출량을 산정한다. 이를 유속 량으로 계산하면 1.095 m3/s가 나온다, 참고문헌을 대비한다면 일일 생산량 1500kw의 전기 발전량을 낼 수 있는 방법이다. 이는 병원의 전기 사용량의 1/3 정도이다. 이에 채산성은 가능한 기술이므로 도면 2-1를 이용하여 도면과 같이 이용하여 사용자의 전력 수준에 맞게 연결하여 사용자가 원하는 전기 발생량을 생산되는 발전기 시스템을 이용한다 도면의 구조는 물의 압력을 높여야 운동에너지를 최대로 높일 수 있는 구조로 중력의 힘을 최대한 발산 시키기에 만들었으며 에어 컴퓨레샤를 이용하여 수압등을 높이는 구조도 함께 사용 하여 적은 높이에서도 5m 이상의 물의 압력을 발생 시킨다. 이에 유입관의 후미에 나선형으로 떨어지는 힘에 자연압력이 가해지는 구조로 구성한다. 이렇게 하면 1-1,1-2,1-4를 통하여 1-5와 1-6으로 전달되어 이를 범형된 구조물로 발전축전시켜 피요 가능한 량의 전기를 발생시키는 것이다. 구조인 발전 방식을 이용하여 발전기에 전기가 발생 되고 이를 300으로 이동 발전 축전을 시켜 사용 가능한 전기를 발생시키는 것이다. 이에 기존 소 수력의 발전보다 1.5배의 발전량을 낼 수 있으며 소 수력의 문제였던 낙차의 높이를 줄 일수 있는 방식의 구조를 하게 된 것이다. 기본적인 수력 발전의 원리와 수력 발전을 극 대 화 시키기 위한 구조물로 채산성이 있는 발전기로 전기료보다 저렴한 방식으로 이용자에게 경제적인 혜택을 누릴 수 있다.

본 발명에 따른 물의 낙차를 이용하는 수력 발전 장치에 의하면, 건물의 높이에 따라 배출되는 물의 양에 따라 많은 전기 발생량을 낼 수 있다. 이는 곧 건물의 전기 사용량에 대비하며 또한 대부분의 비닐하우스, 공장 등에서 건물 내 소모량의 전기사용량의 일정분을 자가 발전 형태로 바뀔 수 있는 효과가 발생한다.

2단 구조의 발전 방식으로 물을 재이용하여 건물의 옥상이나 지면에 놓아도 일정한 낙차를 이용하며 전력부족의 곳에서는 지속적인 사용이 가능한 방식이다 낙차를 최대한 이용하여 최대의 운동 에너지를 이용하기 구조를 만드는 라인 및 기계 장치 등이 발전 전력을 입력 인터페이스에 집합하고 이동 정전압 부를 통과시 전력을 측정하며 A/C 변환부를 통과하여 교류 선택 공급 부를 통하여 출력 인터 페이스롤 이동하여 사용하게 만드는 구조이다.

이하 첨부 도면을 보면 크게 3가지의 구조로 되어 있다. 1차 구조는 물의 일정한 수력댐의 역할을 하는 집수구조이며 우수관 교체로 운동 에너지를 모으는 집수 라인으로 가며 집수 라인 말미에 나선형과 침전조의 구조로 만들어 물의 압력을 높인다. 이에 회전 구조체의 날개를 약 100mm이하로 하여 소 수력에 발전에 맞게 하는 구조로만들어 회전속도를 극대화하며 발전기로 가게 하는 구조이며 발전기는 하나이며 회전체를 높이에 맞게 2개 이상 설치하여 낙차에 대한 압력의 발전량을 최대한 많이 만드는 방식이다. 회전체의 운동 에너지는 부호 1-1을 통하여 발전기로 모여 지며 모여진 전기는 축전지로 모여 지게 되며 이를 전기로 사용하는 방식의 구조이다.

이를 산업상의 이용이 가능하게끔 하기 위하여는 건물의 일일 전기소모량 대비 필요 이상의 전기 발생량을 만들 수 있는 유속 량으로 계산한다.

도면 1의 100 구조를 높이 2m에 하나씩이 가능한 방식이나 높이 높을수록 전기발생량은 높아질 수 있다.이에 최초 설치시 유속 량 및 전기 소모량 대비에 의한 예상 설계가 선결되어야 한다. 발명품의 단점은 오수를 낙차를 이용할 장소로 옮겨야 하는 이동 모터를 이용하여야 한다. 허나 실제 적으로 일일 100톤 미만의 펌프는 1/3hp의 모터 정도를 사용하며 250w의 전기 소모량이 발생 된다. 이에 전기 발생량은 656kw의 전기 발생이 가능 한 구조이다. 이를 요약 해보면 오수와 빗물 기타용수를 포함하여 사용한 후의 물의 재이용을 하는 장치로써 물이 높은 곳에서 아래로 떨어지는 낙차를 이용하여 회전체를 돌리는 운동 에너지를 발전기를 이용하는데 운동에너지를 최대한 발생하기 위하여 높이에 맞추어 회천 축을 여러 개 만들며 이를 축을 이용하여 소 수력 발전에 단점이 채산성을 맞추는 발명품으로 건물내 필요 한곳으로 전기를 이동하는 것이 이 발명이 고안된 것이다.

1-1.수차(구동체) 2-1. 저류장치(물탱크)
1-2 회전축 2-2.낙차이용 구조물
1-3 링회전기어 2-3 회전 순환 펌프
1-4 증속회전기어 2-5 저류장치(필터포함)
1-5 발전기 2-6 낙차 이용 순환관
1-6 축전지 2-7 낙차 이용 관
1-7 기존 콘트롤 박스 1-8 전자동 콘트롤 박스

Claims (1)

1. 마이크로 수력 발전에 있어 집수조를 두개 이상 사용하여 범형의 틀을이용하여 구동체를 사용하는 방식 중 건물 옥상이나 옥외에 이층 구조의 탱크를 이용하여 소 수력 발전을 하는 구조

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