KR20140027654A - 조류와 풍력을 이용한 발전시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 해양에서 조류와 바람을 이용하여 발전하는 조류와 풍력을 이용한 발전시스템에 관한 것으로, 전후방의 양측이 앵커를 통해서 고정설치되어 바닷물에 부유(浮遊)해 있는 바지선; 날개, 변속장치 및 발전기를 구비하여 상기 바지선(100) 상부의 전후방에 설치되어서 불어오는 바람을 이용하여 전기를 생산하게 하는 풍력발전기; 및 상기 바지선의 하부인 바닷물 속에 설치되어서 유동하는 바닷물을 이용하여 전기를 생산하게 하는 조류발전기;로 구성되되, 해양에서 바지선을 중심으로 해수면 위에는 풍력발전장치를 설치하고 해수면 아래에는 조류발전장치를 설치함에 따라 일체화함으로써, 간단한 설비의 구성으로 조력 및 풍력에 의한 에너지 생성 효과를 동시에 얻을 수 있게 한다.

Description

조류와 풍력을 이용한 발전시스템{Power generation system using current and wind power}
본 발명은 조류와 풍력을 이용한 발전시스템에 관한 것으로, 해양에서 바닷물의 유동에 의해 발생되는 조류와 불어오는 바람에 의한 풍력을 이용하여 발전하는 조류와 풍력을 이용한 발전시스템에 관한 것이다.
현재 세계적으로 지구상의 화학에너지의 고갈과 무공해 청정에너지를 추구하려는 활발한 움직임이 일어나고 있으며, 국내에서는 전기사용량의 증가, 도서지역 및 기타지역의 무전력가구의 해소, 지구상의 화학연료 고갈에 대한 대비책 등으로 대체에너지의 개발이 활발히 이루어지고 있다.
이에, 대체 에너지로써 자연을 이용한 발전에는 태양열발전, 조력발전, 조류발전, 지열발전 그리고 풍력발전이 있다.
특히, 상기와 같은 자연을 이용한 발전에 있어서, 우리나라는 3면이 바다로 둘러싸여 있는 관계로 조력 또는 조류발전이 효과적일 수 있고, 또한 산이 많은 관계로 바람이 많은 지형의 특성에 의해 풍력발전이 효과적이라고 할 수 있다.
여기서, 상기 조류발전은 조수간만의 차에 의해 발생하는 높은 유속을 이용하여 에너지를 생산하는 발전으로 물살이 빠른 곳에 터빈을 설치하여, 수평 유체 흐름을 회전운동으로 변환시켜 전력을 생산하는 방식이고, 풍력발전은 바람의 에너지를 통해 날개를 회전시키고 이때 발생된 날개의 회전력에 의한 운동에너지를 전기에너지로 바꿔서 전력을 생산하는 방식이다.
그러나, 현재 상기의 조류발전은 바다 또는 강에서 그리고 풍력발전은 육지에서 서로 분리되어 따로 운용되고 있는 것을 볼 수 있다.
따라서, 각기 따로 별도로 설치되어온 조류발전기와 풍력발전기를 하나로 일체화하여 설치되게 함으로써, 발전 설비의 설치의 간편함과 관리의 편리함을 제공할 필요가 있다 할 것이다.
본 발명의 목적은, 해양에서 바지선를 중심으로 해수면 위에는 풍력발전장치를 설치하고 해수면 아래에는 조류발전장치를 설치함에 따라 일체화함으로써, 간단한 설비의 구성으로 조력 및 풍력에 의한 에너지 생성 효과를 동시에 얻을 수 있는 조류와 풍력을 이용한 발전시스템을 제공하는 데에 있다.
상기와 같은 목적을 성취하기 위한 본 발명의 실시예에 따른, 해양에서 조류와 바람을 이용하여 발전하는 조류와 풍력을 이용한 발전시스템은, 전후방의 양측이 앵커를 통해서 고정설치되어 바닷물에 부유(浮遊)해 있는 바지선; 날개, 변속장치 및 발전기를 구비하여 상기 바지선(100) 상부의 전후방에 설치되어서 불어오는 바람을 이용하여 전기를 생산하게 하는 풍력발전기; 및 상기 바지선의 하부인 바닷물 속에 설치되어서 유동하는 바닷물의 유속을 이용하여 전기를 생산하게 하는 조류발전기;로 구성된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 조류발전기는, 상기 바지선에 설치되어서 기계적에너지를 전기에너지로 변환하는 발전기와, 상기 발전기에 연결되어서 회전을 통해 기계적에너지를 상기 발전기로 전달하는 회동샤프트와, 베어링부재 및 지지샤프트로 이루어져서 상기 회동샤프트를 축으로 하여 회전되게 설치되는 회전체와, 바닷물이 내부를 통해 관통하도록 유입부 및 유출부를 구비하여 양측이 외통(外通)하도록 이루어지며, 상기 회전체를 통해 회전가능하게 설치되되 조류의 유동 방향에 따라 회전하는 제트형상의 조류유도부재와, 상기 조류유도부재의 내부에 설치되어서 조류가 갖는 에너지를 기계적인 동력으로 변환하여 상기 회동샤프트로 전달하는 터빈과, 상기 터빈에 회전가능하게 설치되어서 조류에 의해 회전되어서 회전동력을 생성하는 다수 개의 제1 프로펠러로 구성된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 조류유도부재를 관통하는 조류와 상기 조류유도부재의 외부에서 유동하는 조류를 통해 회전하도록 상기 조류유도부재 후방의 외측에서 상기 터빈과 결합되는 제2 프로펠러가 추가로 구비된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 조류유도부재의 유입부에는 이동하는 조류의 유속을 증가시키기 위한 칸막이가 다수 개로 소정의 간격을 두고 구비된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 발전기는 터빈의 후방에 장착되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제1 프로펠러 및 상기 제2 프로펠러는 나선형으로 이루어진다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 조류유도부재의 유입부는, 바닷물의 유입을 많게 하는 확장부와, 상기 확장부로부터 유입되는 바닷물의 유속을 증가시키기 위한 협소부로 이루어진다.
상기와 같은 본 발명의 실시예에 따른 조류와 풍력을 이용한 발전시스템은 다음과 같은 효과를 제공한다.
첫째. 상기 바지선의 아래 수중에는 조류발전기가 수상에는 풍력발전기가 동시에 가동될 수 있어 날씨와 밤낮 구분없이 조류와 풍력에너지를 얻을 수 있게 함과 동시에 지속적으로 청정에너지를 공급받을 수 있게 한다.
둘째. 상기 조류유도부재의 유입부에 확장부를 구비함으로써 바닷물이 많이 유입 및 통과되어 발전효과를 높일 수 있다.
셋째. 상기 조류유도부재 및 터빈이 조류방향에 따라 360도로 회전할 수 있어 밀물과 썰물이 교차하는 시간 이외에는 날씨 및 바람과 상관없이 장기간 그리고 지속적인 발전이 가능하다.
넷째, 조류 및 풍력에너지를 위한 장치를 동시에 설치할 수 있어 간단한 설비의 구성으로 조력 및 풍력에 의한 에너지 생성 효과를 동시에 얻을 수 있으며, 유지 및 보수관리가 용이하다.
다섯째. 설치 시 자연환경을 훼손하지 않으며, 발전 시 일산화탄소와 같은 오염물질을 배출하지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 조류와 풍력을 이용한 발전시스템을 보인 개략도.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 조류와 풍력을 이용한 발전시스템을 보인 개략도.
이하, 본 발명에 따른 조류와 풍력을 이용한 발전시스템에 대한 바람직한 실시예들에 대해 첨부된 도면들을 참조로 하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 조류와 풍력을 이용한 발전시스템을 보인 개략도이며, 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 조류와 풍력을 이용한 발전시스템을 보인 개략도이다.
우선, 도면들 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 동일한 참조부호로 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략하기로 한다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따라서 해양에서 조류와 바람을 이용하여 발전하는 조류와 풍력을 이용한 발전시스템은 바지선(100)을 통해서 상부, 즉 수면 위에는 풍력발전기(200)가, 그리고 하부, 즉 수면 아래에는 조류발전기(300)가 설치되게 하였다.
그리고, 상기 바지선(100)은 바닷물의 유동에 의해 이동하지 못하도록 전후방의 양측이 앵커(110) 및 밧줄(120)을 통해서 고정설치되어 바닷물에 부유(浮遊)해 있는 상태가 되게 하였다.
여기서, 상기 바지선(100)은, 미도시되었지만 두 개가 쌍선이 되어 다수 개의 풍력발전기(200)를 설치하는 것도 가능하다.
상기 풍력발전기(200)는 육지에 설치되어 불어오는 바람을 이용하여 동력을 얻는 일반적인 것과 유사, 즉 날개(210), 변속장치(미도시) 및 발전기(150)를 구비하여 상기 바지선(100) 상부의 전후방에 설치되어서 불어오는 바람을 이용하여 전기를 생산하게 한다.
다시 말하면, 상기 풍력발전기(200)는 소정의 높이로 세워 설치되는 기둥(220)과, 이 기둥(220)의 상단부에 설치되고 3엽의 날개(210)들을 구비한 모터(230)로 구성되어 있으며, 풍력으로 3엽의 날개(210)를 회전시켜서 모터(230)에 의하여 발전이 이루어지며, 다수 개의 풍력발전기(200)에서 생산된 전력을 모아서 발전기(150, 또는 축전기)에 충전시켜서 필요한 장소에 공급한다.
여기서, 상기 풍력발전기(200)에 대한 구성요소들의 구체적인 설명은, 통상적으로 육지에서 이용되는 것들과 동일하여 그들에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
상기 조류발전기(300)는 상술한 바와 같이 바지선(100)의 하부인 바닷물 속에 설치되어서 유동하는 바닷물을 이용하여 전기를 생산하는 역할을 하는 것으로, 발전기(150), 회동샤프트(310), 회전체(320), 조류유도부재(330), 터빈(340) 및 제1 프로펠러(350)로 구성된다.
상기 발전기(150)는, 도 1에 도시된 바와 같은 일 실시예에서는 바지선(100)에 설치되어서 풍력발전기(200) 및 조류발전기(300)에 의해서 바람 또는 조류를 통해서 얻은 기계적에너지를 전기에너지로 변환하는 역할을 한다.
그리고, 상기 발전기(150)는 풍력발전기(200) 및 조류발전기(300)에 각각 따로 설치하는 것도 가능하지만, 본 발명의 목적인 장치 구성의 간편화를 위해서 하나만을 설치하여 풍력발전기(200) 및 조류발전기(300)의 기계적에너지를 전기에너지로 변환/축전하게 하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 발전기(150)는 생선된 전기를 축전하여 적소에 공급하는 축전기로서 동시에 이용되는 것도 가능하다.
한편, 상기 발전기(150)는 도 2에 도시된 바와 같은 다른 실시예에서는 터빈(340)의 후방에 직접 장착되는 것도 가능하다.
이때는, 다음에 기술되는, 일 실시예에서 설치된 회동샤프트(310)를 별도로 설치할 필요가 없어 장치의 구성을 간편화할 수 있게 한다.
그리고, 상기 터빈(340)의 후방에 발전기(150)가 설치될 때에는 풍력발전기(200) 또한 그 발전기(150)를 이용하지만 바지선(100)의 상부에 별도의 발전기(150)를 설치하는 것도 가능하다.
상기 회동샤프트(310)는 도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에서 발전기(150)가 바지선(100)의 상부에 있을 때 사용되는 것으로, 발전기(150)에 연결되어서 조류에 의한 회전동력의 기계적에너지를 발전기(150)로 전달하는 역할을 한다.
상기 회전체(320)는 베어링부재(321) 및 지지샤프트(322)로 이루어져서 바지선(100)과 조류유도부재(330)를 서로 연결시켜준다.
그리고, 상기 회전체(320)는 회동샤프트(310)를 축으로 하여 회전되게 설치되어서 조류에 의해 조류유도부재(330)가 자유자재로 유동할 수 있게 한다.
즉, 조류에 의해 조류유도부재(330)가 이동하게 되면 회동샤프트(310)에 회전가능하게 결합된 베어링부재(321)를 통해서 회전이 안내되게 하여 조류의 이동방향에 대응하여 용이하게 이동될 수 있게 하였다.
상기 회동샤프트(310) 및 회전체(320)는 조류유도부재(330)의 유출부(332) 보다 유입부(331)에 근접하게 설치되는 것이 바람직한데, 그 이유는 조류유도부재(330) 내부에 설치된 제1 프로펠러(350)의 장착수를 증가시켜 보다 많은 회전동력을 얻을 수 있게 하기 위한 것이다.
상기 조류유도부재(330)는 바닷물이 내부를 통해 관통하도록 유입부(331) 및 유출부(332)를 구비하여 양측이 수평으로 외통(外通)하도록 이루어지며, 상기 회전체(320)를 통해 회전가능하게 설치되되 조류의 유동 방향에 따라 회전되게 한다.
한편, 상기 조류유도부재(330)는 도면에 도시된 바와 같이 조류의 유동방향에 따라 용이하게 회동할 수 있도록 제트형상으로 이루어지게 하고 있지만, 다양한 형상으로 이루어지는 것도 가능하다.
상기 조류유도부재(330)의 유입부(331)에는 이동하는 조류의 유속을 증가시키기 위한 칸막이(370)가 다수 개로 소정의 간격을 두고 설치되게 하는 것이 바람직하다.
따라서, 상기 칸막이(370)들 사이의 유입부(331)로 바닷물이 고속으로 유입되게 함으로써 조류유도부재(330)의 내부에 설치된 제1 프로펠러(350)의 회전속도를 증가시킬 수 있게 되는 것이다.
또한, 상기 조류유도부재(330)의 유입부(331)는, 바닷물의 유입을 많게 하는 확장부(331-1) 및 상기 확장부(331-1)로부터 유입되는 바닷물의 유속을 증가시키기 위한 협소부(331-2)로 이루어지게 함으로써, 증가된 조류의 유속으로 제1 프로펠러(350)의 회전속도가 증가될 수 있게 하였다.
상기 터빈(340)은 조류유도부재(330)의 내부에 설치되어서 조류가 갖는 에너지를 제1 프로펠러(350)의 회전력을 통해 전달받아 기계적인 동력으로 변환하여 회동샤프트(310)로 전달하는 역할을 한다.
상기 제1 프로펠러(350)는 다수 개로 구성되어서 터빈(340)에 회전가능하게 설치되며, 조류의 유속에 의해 회전되어서 회전동력을 생성하여 터빈(340)으로 전달하는 역할을 한다.
그리고, 상기 제1 프로펠러(350)는 미도시되었지만, 조류의 이동력을 많이 받아 큰 회전동력을 발생시킬 수 있도록 나선형으로 이루어지게 하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에서는 도 1에 도시된 바와 같이, 제2 프로펠러(360)를 추가로 구비하였다.
상기 제2 프로펠러(360)는 조류유도부재(330)를 관통하는 조류와, 상기 조류유도부재(330)의 외부에서 유동하는 조류를 통해 회전하도록 조류유도부재(330) 후방의 외측에서 터빈(340)과 결합되게 하였다.
따라서, 상기 제2 프로펠러(360)는 상기 제1 프로펠러(350)와 함께 회전하여 훨씬 많은 회전동력을 생성하여 터빈(340)으로 전달할 수 있게 하였다.
여기서, 상기 제2 프로펠러(360) 또한 미도시되었지만, 조류의 이동력을 많이 받아 큰 회전동력을 발생시킬 수 있도록 나선형으로 이루어지게 하는 것이 바람직하다.
상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 실시예들에 따른 조류와 풍력을 이용한 발전시스템에 대한 작동상태를 간략하게 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 풍력발전기(200)의 작동에 있어서는, 소정의 높이로 세워 설치되는 기둥(220)의 상부에 지지된 3엽의 날개(210)가 바람을 받아 회전하게 되고, 그 회전에 의해 모터(230)가 작동하여 발전이 이루어진다.
상기와 같이 발전이 이루어지면 그 전기는 발전기(150, 또는 축전기)에 충전된다.
이와 동시에 조류발전기(300)가 작동하게 되는데, 즉, 조류의 이동방향에 대응하여 이동하면서 작동하게 되는데,
먼저, 조류가 조류유도부재(330)의 내부를 관통하여 제1 프로펠러(350) 및 제2 프로펠러(360)를 회전시켜 회전동력을 발생시킨다.
상기와 같이 발생된 회전동력은 터빈(340)에서 기계적에너지가 되어 그를 회동샤프트(310)로 전달하고, 상기 회동샤프트(310)는 기계적에너지를 발전기(150)로 전달하여 전기에너지로 변환되게 한다.
그 다음, 변환된 전기에너지는 발전기(150) 또는 별도로 구비된 축전기에 보내어져 축전되어서 전기를 필요로 하는 소정의 장소로 공급해준다.
상술 한 바와 같이 본 발명은 비록 한정된 실시 예에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다 할 것이다.
100: 바지선 110: 엥커
120: 밧줄 150: 발전기
200: 풍력발전기 210: 날개
220: 기둥 230: 모터
300: 조류발전기 310: 회동샤프트
320: 회전체 321: 베어링부재
322: 지지샤프트 330: 조류유도부재
331: 유입부 331-1: 확장부
331-2: 협소부 332: 유출부
340: 터빈 350: 제1 프로펠러
360: 제2 프로펠러 370: 칸막이

Claims (7)

  1. 해양에서 조류와 바람을 이용하여 발전하는 조류와 풍력을 이용한 발전시스템에 있어서,
    전후방의 양측이 앵커(110) 및 밧줄(120)을 통해서 고정설치되어 바닷물에 부유(浮遊)해 있는 바지선(100);
    날개(210), 변속장치 및 발전기(150)를 구비하여 상기 바지선(100) 상부의 전후방에 설치되어서 불어오는 바람을 이용하여 전기를 생산하게 하는 풍력발전기(200); 및
    상기 바지선(100)의 하부인 바닷물 속에 설치되어서 유동하는 바닷물을 이용하여 전기를 생산하게 하는 조류발전기(300);로 구성되는 것을 특징으로 하는 조류와 풍력을 이용한 발전시스템.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 조류발전기(300)는,
    상기 바지선(100)에 설치되어서 기계적에너지를 전기에너지로 변환하는 발전기(150)와,
    상기 발전기(150)에 연결되어서 조류에 의한 회전동력의 기계적에너지를 상기 발전기(150)로 전달하는 회동샤프트(310)와,
    베어링부재(321) 및 지지샤프트(322)로 이루어져서 상기 회동샤프트(310)를 축으로하여 회전되게 설치되는 회전체(320)와,
    바닷물이 내부를 통해 관통하도록 유입부(331) 및 유출부(332)를 구비하여 양측이 외통(外通)하도록 이루어지며, 상기 회전체(320)를 통해 회전가능하게 설치되되 조류의 유동 방향에 따라 회전하는 제트형상의 조류유도부재(330)와,
    상기 조류유도부재(330)의 내부에 설치되어서 조류가 갖는 에너지를 기계적인 동력으로 변환하여 상기 회동샤프트(310)로 전달하는 터빈(340)과,
    상기 터빈(340)에 회전가능하게 설치되어서 조류에 의해 회전되어서 회전동력을 생성하는 다수 개의 제1 프로펠러(350)로 구성되는 것을 특징으로 하는 조류와 풍력을 이용한 발전시스템.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 조류유도부재(330)를 관통하는 조류와 상기 조류유도부재(330)의 외부에서 유동하는 조류를 통해 회전하도록 상기 조류유도부재(330) 후방의 외측에서 상기 터빈(340)과 결합되는 제2 프로펠러(360)가 추가로 구비되는 것을 특징으로 하는 조류와 풍력을 이용한 발전시스템.
  4. 청구항 2에 있어서, 상기 조류유도부재(330)의 유입부(331)에는 이동하는 조류의 유속을 증가시키기 위한 칸막이(370)가 다수 개로 소정의 간격을 두고 설치되는 것을 특징으로 하는 조류와 풍력을 이용한 발전시스템.
  5. 청구항 2에 있어서, 상기 발전기(150)는 터빈(340)의 후방에 장착되는 것을 특징으로 하는 조류와 풍력을 이용한 발전시스템.
  6. 청구항 2에 있어서, 상기 제1 프로펠러(350) 및 상기 제2 프로펠러(360)는 나선형으로 이루어진 것을 특징으로 하는 조류와 풍력을 이용한 발전시스템.
  7. 청구항 2에 있어서, 상기 조류유도부재(330)의 유입부(331)는, 바닷물의 유입을 많게 하는 확장부(331-1)와, 상기 확장부(331-1)로부터 유입되는 바닷물의 유속을 증가시키기 위한 협소부(331-2)로 이루어진 것을 특징으로 하는 조류와 풍력을 이용한 발전시스템.
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