KR20130053120A

KR20130053120A - 양수를 이용한 소수력발전 장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR20130053120A
Application number: KR1020110118671A
Authority: KR
Inventors: 박우선
Original assignee: 한국해양과학기술원
Priority date: 2011-11-15
Filing date: 2011-11-15
Publication date: 2013-05-23

Abstract

본 발명은 저낙차의 수력발전 때에 에너지원이 되는 유체를 양수하여 수위를 일정 수위까지 유지시켜 향상된 유속으로 수력발전의 효율을 증대시키기 위한 소수력발전 장치와 그 방법에 관한 것으로, 자연현상에 따른 수위차로 유체의 흐름이 형성되는 강이나 하천 또는 바다에 설치되는 제방; 상기 제방을 관통하여 형성된 수로에 설치되어 수로를 통해 흐르는 유체의 운동에너지를 전기에너지로 변환시켜 발전하는 발전터빈; 상기 제방 내측에 설치되어 일정 체적의 유체가 저수되도록 설치된 수조; 상기 수로에 설치되어 유체가 수로를 통해 유입되도록 하거나 수조에 저수된 유체가 배출되도록 단속하는 수문, 및 상기 수조 상단에 설치되어 제방 내측의 유체를 수조 내부로 펌핑하는 양수펌프를 포함하고, 상기 양수펌프는 수조에 저수된 유체의 수위를 증가시킬 수 있도록 한 것이다. 본 발명은 강이나 하천 또는 일반적인 수로에서 수위차가 낮아 에너지로 이용하지 못했던 조건에서도 소수력을 이용한 발전이 가능하여 발전효율을 제고할 수 있고, 또한, 조차가 작은 곳에서도 양수를 이용하여 소수력발전이 가능하고, 수조에 저수된 유체 이외에 외부로부터 유체를 일정 높이까지 양수시킴으로써 발전터빈을 회전시키는 유속을 강화시켜 보다 안정적인 전력을 공급할 수 있으며, 최적의 발전조건을 형성하여 수력발전의 효율을 증대시킨 것이다.

Description

양수를 이용한 소수력발전 장치 및 그 방법{Apparatus for Small Hydro Power using Pumping Water and Method thereof}

본 발명은 양수를 이용하여 소수력 발전하는 장치와 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 저낙차의 수력발전 때에 에너지원이 되는 유체를 양수하여 수위를 일정 수위까지 유지시켜 향상된 유속으로 수력발전의 효율을 증대시키기 위한 소수력발전 장치와 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로 수력발전은 큰 다목적 댐의 수두차(水頭差)에 의해서 에너지를 얻는 것으로, 높은 곳에 위치한 물의 위치에너지를 발전기 터빈의 운동에너지로 변환시키고 발전기 내부의 전자기유도 현상을 이용하여 전기를 얻는 방법이다. 이와는 달리 소수력발전은 강이나 작은 하천 또는 수로나 폭포수 등의 낙차를 이용한 발전 방식이다. 소수력 발전은 대부분 하천 내에서(Run-of-River) 위치에너지에 의해 작은 규모의 물로부터 운동에너지를 만들고 이를 전기에너지, 대체로 20MW이하로 바꾸어 전기를 얻는 발전을 의미한다.

종래기술로서 소수력을 이용한 발전 장치는 등록특허공보 제10-0691529호의 소수력을 이용한 발전시스템은 하천 수로의 유도관로를 통해 흐르는 물의 흐름으로 수차를 회전시켜 발전하는 것이다. 이는 물의 위치에너지, 즉 낙차가 작아 발전효율이 작은 단점이 있다.

또한, 조력발전(Tide Power Generation)은 조수 간만의 수위차로부터 위치에너지를 운동에너지로 바꾸어 전기에너지로 전환하는 발전방식이다. 조석이 발생하는 하구나 만을 방조제로 막아 해수를 가두고 수차발전기를 설치하여 썰물 때에 저수지와 해수면의 수위차를 이용하여 발전함으로써 전기에너지를 생산하는 방식이다. 조석 간만의 차가 큰 만이나 강 하구에 댐을 건설하고 밀물과 썰물 때에 터빈을 돌려 발전하는 시스템으로 수력발전과 유사한 방식이다.

조력발전의 주기는 썰물(Ebb)을 이용한 발전과 밀물(Flood)을 이용한 발전으로 이루어진다. 조력발전소의 경우, 수문을 닫아 밀물 때 들어왔던 물을 내만에 가득 채워 썰물 때에 낮아진 해면으로 가둔 물을 떨어뜨려 터빈 발전기를 돌려 전기에너지로 전환한다. 또한, 밀물 때에도 발전기를 돌려 효율을 높일 수 있는데, 밀물 때에는 수위차가 썰물 때보다 적으므로 썰물발전보다 발전효율이 낮다.

해양에너지를 응용한 발전 방식 중 가장 먼저 개발되었으며, 조류로 수차를 가동시켜 발생하는 동력으로 제분소를 운영하여 옥수수나 밀을 빻기도 하였다. 조력발전은 조석 간만의 차가 큰 지역으로 한정되어 입지조건이 까다롭고, 조위의 변화가 1년 동안 균일하지 않으며, 조위가 일정한 시간대에서는 발전할 수 없고, 시설 기반 비용이 비싸다는 단점이 있다. 최근에는 갑문 안쪽의 해양 생태계에 끼치는 영향 때문에 많은 나라에서 조력발전에 대해 회의적이다. 갑문 안팎의 바닷물 소통량이 작아 식물성 플랑크톤의 급증으로 인한 먹이 사슬 변화, 염분의 농도변화 그리고 물고기가 둑을 자유로이 오갈 수 없는 이유로 생태계의 혼란이 우려된다. 또한 강어귀에 침전물이 늘어나 생태계와 발전 모두에 악영향을 끼칠 수 있다. 그러나 에너지원이 고갈될 염려가 없는 신재생에너지이며, 공해의 원인이 되지 않기 때문에 장차 유망한 발전방법의 하나이다.

효율이 좋은 조력발전소를 만들기 위해서는 조석 간만의 큰 차이와 함께 저수 용량이 큰 저수지를 만들 수 있어야 한다. 이런 이유로 조력발전 개발이 가능한 지역은 한정되어 있고, 기술 상 해결해야 하는 부분이 많이 있는 실정이다.

특히 조력발전을 위한 조류는 지구의 바다에서는 달과 태양의 인력으로 인해 해수면의 높이가 변하는 조석현상이 일어난다. 이런 조석현상에 따라 바닷물이 수평으로 운동하는 것이다. 조류가 해류와 다른 점은 바닷물이 흐르는 방향과 빠르기가 시간에 따라 변한다는 점이다. 또한, 해류는 지속적인 흐름이지만, 조류는 특정한 시간에 한해서 나타나는 현상이다. 그리고 달과 태양에 의해 발생한 조석의 영향은 넓은 바다에서는 크지 않지만 특정한 지역에서는 크게 나타난다. 조류를 이용해 조력발전을 하면 청정에너지를 만들어 낼 수 있다. 그러나 하루에 두 번만 발전이 가능하여 안정적인 전력의 공급이 어려운 단점이 있다.

종래기술로서 조력을 이용한 발전장치로 등록특허 제10-0867547호의 조력발전과 해류발전을 겸하는 통합발전시스템은 조석간만에 의한 해수의 위치에너지 차를 이용하여 발전하는 조력발전소와 연계되어 조력발전소의 수차발전기를 통해 호수(조지)로 유입되거나 수문을 통하여 외해(해측)로 방류되는 해수의 빠른 흐름을 이용하여 발전설비의 가동률을 높이고 전력에너지를 효율적으로 생산해낼 수 있도록 하는 조력발전과 해류발전을 겸할 수 있도록 하는 것이다.

그러나 종래기술은 조석간만의 차이로 발전을 함에 있어서, 조류가 만조일 때에 수위는 일정한 위치에너지를 가지고 있어 수차발전기의 효율성이 저하될 수 있었다. 더욱이 조류가 만조 상태에서의 위치에너지로만 발전을 하게 되어 조석간만의 차이가 작을 때에는 수차발전기의 발전효율이 미미하여 발전 효율성이 저하될 수 있는 문제가 있었다.

본 발명은 상기 문제점 중에서 강이나 하천 또는 일반적인 수로에서 하류측보다 상류측 유체의 위치에너지를 높여 낙차가 크게 형성될 수 있도록 유체를 양수할 수 있는 수조를 구비하여 소수력발전의 발전 효율성을 제고하기 위한 것이 목적이다.

또한, 본 발명은 조차가 작은 곳에서 양수를 이용하여 유체의 위치에너지, 즉 낙차를 높인 후에 제방의 수로 내에 설치된 발전터빈으로 발전이 가능한 유속이 강화되도록 하여 소수력발전의 효율성을 제고하기 위한 것이 목적이다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위한 것으로, 양수를 이용한 소수력발전 장치는 자연현상에 따른 수위차로 유체의 흐름이 형성되는 강이나 하천 또는 바다에 설치되는 제방; 상기 제방을 관통하여 형성된 수로에 설치되어 수로를 통해 흐르는 유체의 운동에너지를 전기에너지로 변환시켜 발전하는 발전터빈; 상기 제방 내측에 설치되어 일정 체적의 유체가 저수되도록 설치된 수조; 상기 수로에 설치되어 유체가 수로를 통해 유입되도록 하거나 수조에 저수된 유체가 배출되도록 단속하는 수문, 및 상기 수조 상단에 설치되어 제방 내측의 유체를 수조 내부로 펌핑하는 양수펌프를 포함하고, 상기 양수펌프는 수조에 저수된 유체의 수위를 증가시키는 것이다.

또한, 본 발명에서, 상기 유체는 강 또는 하천의 담수이거나 바다의 해수를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에서, 상기 수조는 제방 내측에 복수로 설치되고, 각 수조에 수문이 구비된 수로가 제방을 관통하여 형성되며, 수로에 발전터빈이 설치되고, 수조에 각각의 양수펌프가 설치될 수 있다.

또한, 본 발명에서, 상기 수조는 제방 내측에 복수로 설치되고, 각 수조를 연결하는 단일의 수로가 제방을 관통하여 형성되며, 수로에 발전터빈 및 수문이 구비되어 설치되고, 수조에 양수펌프가 설치될 수 있다.

또한, 본 발명에서, 상기 수조 내측과 제방 하류 쪽에 수위를 감지하는 수위센서가 각각 설치될 수 있다.

또한, 본 발명에서, 수조의 높이를 제방의 높이보다 더 높게 형성하되, 수조가 설치된 부분의 제방의 높이도 함께 높일 수 있다.

또한, 본 발명의 양수를 이용한 소수력발전 방법은 (a) 제어장치가 제1수위센서로부터 수조에 저수된 유체의 수위를 감지하고, 제2수위센서로부터 제방 하류 쪽 유체의 수위를 감지하는 단계; (b) 상기 제어장치는 제1수위센서와 제2수위센서의 수위차가 발전을 위한 고효율점 범위에 있는지를 판단하여 고효율점 범위에 있지 않으면 양수펌프를 기동시켜 수조 외부의 유체를 수조 내부로 양수하는 단계; (c) 상기 제어장치는 제1수위센서와 제2수위센서의 수위차가 발전을 위한 고효율점 범위에 있는지를 판단하여 고효율점에 범위에 있으면 수문을 개방시키는 단계; (d) 상기 수문의 개방 후에 수조에 저수된 유체가 수로를 통해 배출되면서 수로에 설치된 발전터빈이 기동되어 발전하는 단계, 및 (e) 상기 제어장치는 발전터빈이 발전을 하는 동안 제1수위센서와 제2수위센서의 감지신호를 비교 판단하여 수위차가 발전을 위한 저효율점 범위에 있으면 수문을 폐쇄하는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명의 양수를 이용한 소수력발전 방법은 (a) 제어장치가 제1수위센서로부터 수조에 저수된 유체의 수위를 감지하고, 제2수위센서로부터 제방 외만 쪽 유체의 수위를 감지하는 단계; (b) 상기 제어장치는 제2수위센서로부터 조류의 만조를 감지하여 제1수위센서와 제2수위센서의 수위차가 없어 발전을 위한 고효율점 범위에 있지 않으면 수문을 닫은 후에 양수펌프를 기동시켜 수조 외부의 유체를 수조 내부로 양수하는 단계; (c) 상기 제어장치는 제1수위센서와 제2수위센서의 수위차가 발전을 위한 고효율점 범위에 있는지를 판단하여 고효율점에 범위에 있으면 수문을 개방시키는 단계; (d) 상기 수문의 개방 후에 수조에 저수된 유체가 수로를 통해 배출되면서 수로에 설치된 발전터빈이 기동되어 발전하는 단계, 및 (e) 상기 제어장치는 발전터빈이 발전을 하는 동안 제1수위센서와 제2수위센서의 감지신호로부터 수위차가 발전을 위한 저효율점 범위에 있는지를 판단하는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명에서, 상기 단계 (c)에서 제어장치는 제2수위센서로부터 조류의 간조를 감지하여 수문을 개방할 수 있다.

또한, 본 발명에서, 상기 단계 (d)에서 수로를 통해 유체가 배출되는 동안 수조 내부의 유체가 저효율점 범위에 있지 않으면 양수펌프는 계속 유체를 수조 내부로 양수할 수 있다.

본 발명은 강이나 하천 또는 일반적인 수로에서 수위차가 낮아 에너지로 이용하지 못했던 조건에서도 소수력을 이용한 발전이 가능하여 발전효율을 제고할 수 있고, 또한, 조차가 작은 곳에서도 양수를 이용하여 소수력발전이 가능하고, 수조에 저수된 유체 이외에 외부로부터 유체를 일정 높이까지 양수시킴으로써 발전터빈을 회전시키는 유속을 강화시켜 보다 안정적인 전력을 공급할 수 있으며, 최적의 발전조건을 형성하여 수력발전의 효율을 증대시킨 것이다.

도 1은 본 발명의 양수를 이용한 소수력발전 장치의 제1실시예를 나타낸 구성도이다.
도 2는 도 1의 평단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 양수를 이용한 소수력발전 장치에서 제어를 위한 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 양수를 이용한 소수력발전 장치를 이용하여 발전하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 제1실시예에 의한 작용을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 양수를 이용한 소수력발전 장치를 이용하여 발전하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 제2실시예에 의한 작용을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 양수를 이용한 소수력발전 장치의 제3실시예를 나타낸 평단면도이다.
도 9는 본 발명의 양수를 이용한 소수력발전 장치의 제4실시예를 나타낸 평단면도이다.

이하, 본 발명에 따른 양수를 이용한 소수력발전 장치에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

본 발명은 강이나 하천 또는 일반적인 수로 등 수위차가 낮은 곳에 설치된 제방의 상류에 수조를 설치하고 수조에 유체를 양수하여 하류와의 수위차를 높인 후에 발전이 가능하도록 함으로써 소수력발전을 보다 효율적으로 증대시킬 수 있도록 하는 것이다. 그리고 유체는 강이나 하천 또는 일반적인 수로의 담수이거나 바다의 해수가 포함된다.

도 1 및 도 2의 제1실시예에서, 제방(10)은 자연현상, 즉 유체의 흐름이 형성되는 강이나 하천 또는 일반적인 수로 등에 설치된다. 제방(10)은 물을 담아 두는 역할과 더불어 유속의 조절, 그리고 홍수 예방 등을 위한 조건을 갖춘 것이 좋다.

또한, 제방(10) 저부에는 수로(11)가 관통 형성되어 있고, 수로(11)를 통해 흐르는 유체의 운동에너지를 전기에너지로 변환시켜 발전하는 발전터빈(30)이 설치되어 있다. 발전터빈(30)은 유속의 흐름이 형성되는 어느 방향이든 회전되어 발전할 수 있는 것이다. 수로(11)에는 유체가 수로를 통해 유입되도록 하거나 수조(40)에 저수된 유체가 배출되도록 단속하는 수문(20)이 설치되어 있다.

수조(40)는 제방(10) 내측, 상류 쪽에 설치되어 일정 체적의 유체가 저수되도록 설치된 것이다. 수조(40)가 설치된 부분의 제방(10)은 수조(40)에 저수되는 유체의 양을 늘릴 수 있도록 다소 높게 형성되어도 좋다. 수조(40)는 시트파일이나 콘크리트 타설 등으로 설치될 수 있다.

양수펌프(41)는 수조(40)에 저수된 유체의 수위를 증가시키기 위하여 상류 쪽으로부터 유체를 펌핑하여 양수하는 것이다. 즉 양수펌프(41)는 수조(40)에 저수된 유체의 수위보다 더 높은 수위의 위치에너지를 가질 수 있도록 하는 것이다. 양수펌프(41)는 수조(40) 위에 설치되거나 제방(10) 위에 설치될 수 있고, 외부로부터 인가되는 전원으로 기동하여 양수할 수 있도록 한다.

도 3에서, 제1수위센서(25)는 수조(40) 내측에 설치되어 수조 내부의 수위를 감지하는 것이다. 제1수위센서(25)는 감지된 신호를 제어장치(27)로 전송한다.

제2수위센서(26)는 제방(10) 외측, 즉 하류 쪽에 설치되어 수위를 감지하는 것이다. 제2수위센서(26)는 감지된 신호를 제어장치(27)로 전송한다.

제어장치(27)는 상기 제1수위센서(25)와 제2수위센서(26)로부터 감지신호를 감지하여 수문(20)의 개폐와 양수펌프(41)의 기동 등을 제어하는 것이다. 제어장치(27)에는 제1수위센서(25)와 제2수위센서(26)의 감지신호에 대응하는 수위 또는 수위차 등에 관한 데이터가 포함되고, 이 데이터로부터 제어신호를 출력할 수 있도록 하는 프로그램이 포함되어 있다.

상기 제방(10)에는 하나 이상의 수조(40), 수로(11), 수문(20), 양수펌프(41) 및 발전터빈(30)을 설치함으로써 더욱 향상된 발전량 및 효율성을 극대화할 수 있을 것이다.

이와 같이 이루어진 본 발명의 제1실시예의 작용을 도 4의 흐름도와 도 5a 내지 도 5c의 도면을 참조하여 설명한다.

먼저, 도 5a에서, 제어장치(27)가 제1수위센서(25)로부터 수조(40)에 저수된 유체의 수위를 감지하고(S1), 제2수위센서(26)로부터 제방(10) 하류 쪽 유체의 수위를 감지한다(S2). 이때, 수조(40) 내에는 일정 수위의 유체가 저수되어 있는 것이 좋다. 그리고 수문(20)은 폐쇄되어 있다.

도 5b에서, 제어장치(27)는 수조(40) 내 유체의 수위와 제방(10) 하류 쪽 유체의 수위 차이가 일정 범위 이상(이하, '고효율점 범위'라 함)으로 제1수위센서(25)와 제2수위센서(26)의 수위차가 발전을 위한 범위에 있는지를 판단한다(S3). 따라서 제어장치(27)는 고효율점 범위에 있지 않으면 양수펌프(41)를 기동시켜 수조(40) 외부의 유체가 수조 내부로 양수되도록 한다(S4).

또한, 도 5c에서, 제어장치(27)는 제1수위센서(25)와 제2수위센서(26)의 수위차가 발전을 위한 고효율점 범위에 있는지를 판단하여 고효율점에 범위에 있으면 수문(20)을 개방시킨다(S5). 수문(20)의 개방 후에 수조(40)에 저수된 유체가 수로(11)를 통해 배출되면서 수로(11)에 설치된 발전터빈(30)이 기동되어 발전이 이루어진다(S6).

제어장치(27)는 발전터빈(30)이 발전을 하는 동안 수조(40) 내 유체의 수위와 제방(10) 하류 쪽 유체의 수위 차이가 일정 범위 이하(이하, '저효율점 범위'라 함)가 되는지 제1수위센서(25)와 제2수위센서(26)로부터 감지신호를 계속 비교 판단한다(S7). 이때, 수위차가 발전을 위한 저효율점 범위에 있으면 수문(20)을 폐쇄하여 발전을 정지시킨다(S8). 한편 제어장치(27)가 발전터빈(30)의 발전 도중에도 일정 수위차가 유지될 수 있도록 양수펌프(41)를 작동시켜 수조(40) 내에 유체가 지속적으로 양수되도록 할 수 있다.

다음으로 본 발명의 제2실시예를 도 6의 흐름도와 도 7의 작동도를 참조하여 설명한다.

우선, 제2실시예는 조차가 작은 곳이나 시간에 따른 조류의 흐름이 약한 경우에도 양수를 이용하여 소수력발전을 보다 효율적으로 증대시킬 수 있도록 발전터빈과 양수펌프를 설치하고 이를 제어하는 것이다.

따라서 제2실시예에서는 제방(10)이 바다 쪽에 설치된 것이다. 즉 제방(10)은 자연현상, 즉 조류에 따른 수위차로 조류의 흐름이 형성되는 내만에 설치된다. 제방(10)은 방파제 역할과 더불어 소수력발전을 위한 조건을 갖춘 것이 좋다. 더욱이 내만에는 유체, 즉 해수가 일정 수위로 저수되어 있는 것이 좋다.

또한, 제2실시예의 구성은 제1실시예의 구성과 동일하지만, 제어장치에 의한 제어가 다소 상이하다.

도 7a에서, 제어장치(27)가 제1수위센서(25)로부터 수조(40)에 저수된 유체의 수위를 감지하고(S11), 제2수위센서(26)로부터 제방(10) 외만 쪽 유체의 수위를 감지한다(S12). 그리고 제어장치(27)는 제2수위센서(26)로부터 조류의 만조를 감지하여 제1수위센서(25)와 제2수위센서(26)의 수위차가 고효율점 범위에 있는지를 판단한다(S13). 즉 제어장치(27)는 조류의 만조 때에 유체가 수조 내로 유입되면서 수조 내부의 유체가 고효율점 범위에 도달하는지를 판단하는 것이다.

도 7b에서, 조류의 만조로 인하여 수조(40) 내부와 제방(10) 외만 사이에 각 유체의 수위차가 없어 발전을 위한 고효율점 범위에 있지 않으면 수문(20)을 닫는다(S14). 그리고 제어장치(27)는 양수펌프(41)를 기동시켜 수조(40) 외부의 유체가 수조 내부로 양수되도록 한다(S15).

또한, 도 7c에서, 조류의 간조로 제방(10) 외만에 수위가 낮아지면 제어장치(27)는 제1수위센서(25)와 제2수위센서(26)의 수위차가 발전을 위한 고효율점 범위에 있는지를 판단하여 고효율점 범위에 있으면 수문(20)을 개방시킨다(S16). 수문(20)의 개방 후에 수조(40)에 저수된 유체가 수로(11)를 통해 배출되면서 수로(11)에 설치된 발전터빈(30)이 기동되어 발전이 이루어진다(S17).

제어장치(27)는 발전터빈(30)이 발전을 하는 동안 제1수위센서(25)와 제2수위센서(26)의 감지신호를 비교 판단한다(S18).

이때, 수위차가 발전을 위한 저효율점 범위를 지나 수조(40) 내에 유체가 모두 배출되면 발전은 정지된다.

더욱이 제어장치(27)는 제2수위센서(26)로부터 조류의 간조를 감지하여 수문(20)을 개방할 수 있도록 하는 것이 좋다. 또한, 수로(11)를 통해 유체가 배출되는 동안 수조(40) 내부의 유체가 저효율점 범위에 있지 않으면 제어장치(27)는 일정 수위차가 유지될 수 있도록 양수펌프(41)를 계속 가동시켜 유체가 수조(40) 내부로 양수되도록 할 수 있다.

다음으로 본 발명의 제3실시예로 도 8에서, 제방(10)은 강이나 하천 또는 일반적인 수로에 설치되거나 바다에 설치될 수 있는 것이다. 제방(10)은 상류 쪽 또는 내만에 복수의 수조(40, 42)를 일정 간격으로 설치한 것이다. 제방(10)에는 각 수조(40, 42)로 연결되는 수로(11, 12)가 각각 관통 형성되고, 수로(11, 12)에는 수문(20, 21)과 발전터빈(30, 31)이 각각 설치된다. 그리고 수조(40, 42)에 유체를 펌핑할 수 있도록 양수펌프(41, 43)가 설치된다.

제3실시예는 소수력발전이 가능한 위치 및 개수를 늘려 발전량을 증대시킬 수 있을 것이다.

다음으로, 본 발명의 제4실시예로 도 9에서, 제방(10)은 강이나 하천 또는 일반적인 수로에 설치되거나 바다에 설치될 수 있는 것이다. 제방(10)은 상류 쪽 또는 내만에 복수의 수조(44, 46, 48)를 일정 간격으로 설치한 것이다. 제방(10)에는 각 수조(44, 46, 48)로 연결되는 연통된 단일의 수로(13)가 관통 형성된다. 즉 수로(13)는 제방(10)의 바다 쪽에는 단일의 출입구가 형성되고, 각 수조(44, 46, 48)로는 분기되도록 형성된 것이다. 그리고 수로(13)에는 수문(22)과 발전터빈(32)이 설치되고, 수조(44, 46, 48)에는 유체를 펌핑할 수 있도록 양수펌프(45, 47, 49)가 각각 설치된다. 양수펌프(45, 47, 49)는 각 수조(44, 46, 48)마다 설치될 수 있고, 단일로 설치될 수 있다. 또한, 각 수조(44, 46, 48)마다 수문이 설치될 수도 있을 것이다.

제4실시예는 소수력발전을 위한 유체의 양을 늘려 발전시간 및 발전량을 증대시킬 수 있을 것이다.

본 발명은 양수를 이용하여 소수력의 발전을 하는 장치로서, 설치 규모에 따라 발전량이 달라질 수 있고, 수조와 양수펌프 및 발전터빈의 설치 개수나 설치 방향 등에 따라 발전량이 달라질 수 있을 것이다.

이상의 설명에서 본 발명은 특정의 실시 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.

10: 제방 11, 12, 13: 수로
20, 21, 22: 수문 25: 제1수위센서
26: 제2수위센서 27: 제어장치
30, 31, 32: 발전터빈 40, 42, 44, 46, 48: 수조
41, 43, 45, 47, 49: 양수펌프

Claims

자연현상에 따른 수위차로 유체의 흐름이 형성되는 강이나 하천 또는 바다에 설치되는 제방;
상기 제방을 관통하여 형성된 수로에 설치되어 수로를 통해 흐르는 유체의 운동에너지를 전기에너지로 변환시켜 발전하는 발전터빈;
상기 제방 내측에 설치되어 일정 체적의 유체가 저수되도록 설치된 수조;
상기 수로에 설치되어 유체가 수로를 통해 유입되도록 하거나 수조에 저수된 유체가 배출되도록 단속하는 수문, 및
상기 수조 상단에 설치되어 제방 내측의 유체를 수조 내부로 펌핑하는 양수펌프를 포함하고,
상기 양수펌프는 수조에 저수된 유체의 수위를 증가시키는 양수를 이용한 소수력발전 장치.
제1항에 있어서, 상기 유체는 강 또는 하천의 담수이거나 바다의 해수인 양수를 이용한 소수력발전 장치.
제1항에 있어서, 상기 수조는 제방 내측에 복수로 설치되고, 각 수조에 수문이 구비된 수로가 제방을 관통하여 형성되며, 수로에 발전터빈이 설치되고, 수조에 각각의 양수펌프가 설치되는 양수를 이용한 소수력발전 장치.
제1항에 있어서, 상기 수조는 제방 내측에 복수로 설치되고, 각 수조를 연결하는 단일의 수로가 제방을 관통하여 형성되며, 수로에 발전터빈 및 수문이 구비되어 설치되고, 수조에 양수펌프가 설치되는 양수를 이용한 소수력발전 장치.
제1항, 제3항 또는 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수조 내측과 제방 하류 쪽에 수위를 감지하는 수위센서가 각각 설치된 양수를 이용한 소수력발전 장치.
제1항에 있어서, 상기 수조의 높이를 제방의 높이보다 더 높게 형성하되, 수조가 설치된 부분의 제방의 높이도 함께 높인 양수를 이용한 소수력발전 장치.
(a) 제어장치가 제1수위센서로부터 수조에 저수된 유체의 수위를 감지하고, 제2수위센서로부터 제방 하류 쪽 유체의 수위를 감지하는 단계;
(b) 상기 제어장치는 제1수위센서와 제2수위센서의 수위차가 발전을 위한 고효율점 범위에 있는지를 판단하여 고효율점 범위에 있지 않으면 양수펌프를 기동시켜 수조 외부의 유체를 수조 내부로 양수하는 단계;
(c) 상기 제어장치는 제1수위센서와 제2수위센서의 수위차가 발전을 위한 고효율점 범위에 있는지를 판단하여 고효율점에 범위에 있으면 수문을 개방시키는 단계;
(d) 상기 수문의 개방 후에 수조에 저수된 유체가 수로를 통해 배출되면서 수로에 설치된 발전터빈이 기동되어 발전하는 단계, 및
(e) 상기 제어장치는 발전터빈이 발전을 하는 동안 제1수위센서와 제2수위센서의 감지신호를 비교 판단하여 수위차가 발전을 위한 저효율점 범위에 있으면 수문을 폐쇄하는 단계를 포함하여 이루어진 양수를 이용한 소수력발전 방법.
(a) 제어장치가 제1수위센서로부터 수조에 저수된 유체의 수위를 감지하고, 제2수위센서로부터 제방 외만 쪽 유체의 수위를 감지하는 단계;
(b) 상기 제어장치는 제2수위센서로부터 조류의 만조를 감지하여 제1수위센서와 제2수위센서의 수위차가 없어 발전을 위한 고효율점 범위에 있지 않으면 수문을 닫은 후에 양수펌프를 기동시켜 수조 외부의 유체를 수조 내부로 양수하는 단계;
(c) 상기 제어장치는 제1수위센서와 제2수위센서의 수위차가 발전을 위한 고효율점 범위에 있는지를 판단하여 고효율점에 범위에 있으면 수문을 개방시키는 단계;
(d) 상기 수문의 개방 후에 수조에 저수된 유체가 수로를 통해 배출되면서 수로에 설치된 발전터빈이 기동되어 발전하는 단계, 및
(e) 상기 제어장치는 발전터빈이 발전을 하는 동안 제1수위센서와 제2수위센서의 감지신호로부터 수위차가 발전을 위한 저효율점 범위에 있는지를 판단하는 단계를 포함하여 이루어진 양수를 이용한 소수력발전 방법.
제8항에 있어서, 상기 단계 (c)에서 제어장치는 제2수위센서로부터 조류의 간조를 감지하여 수문을 개방하는 양수를 이용한 소수력발전 방법.
제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 단계 (d)에서 수로를 통해 유체가 배출되는 동안 수조 내부의 유체가 저효율점 범위에 있지 않으면 양수펌프는 계속 유체를 수조 내부로 양수하는 양수를 이용한 소수력발전 방법.