KR20140147673A - 조력 발전장치의 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 조력 발전장치의 시공방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 보 형식의 댐으로서 기초에서부터 수로를 이루는 터널을 철근콘크리트로 설치하고 필요에 따라 계단식으로 설치하여 수문의 크기를 사용하기 편리하게 조정할 수 있게 하는 조력 발전장치의 시공방법에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 조력 발전장치의 시공방법은 조수 간만의 차가 있는 바다에 철구조물로 가물막이를 한 후 철근콘크리트 기초에 세워진 보 형식 댐에 형성된 다수의 수로 중 어느 하나 이상의 수로에 수차를 설치하고, 상기 수차에 발전기를 연결하여 전기를 생산하는 조력 발전장치의 시공방법에 있어서;
상기 수차가 설치된 수로를 제외한 나머지 수로를 철근콘크리트로 다단으로 형성하되, 하부에서 상부로 갈수록 후퇴되게 계단식으로 형성하고, 상기 계단식 수로에 맞도록 수로를 개폐하는 수문을 후퇴되게 설치하는 것을 특징으로 한다.

Description

조력 발전장치의 시공방법{CONSTRUCTION METHOD OF TIDAL POWER GENERATOR}

본 발명은 조력 발전장치의 시공방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 보 형식의 댐으로서 기초에서부터 수로를 이루는 터널을 철근콘크리트로 설치하고 필요에 따라 계단식으로 설치하여 수문의 크기를 사용하기 편리하도록 조정할 수 있게 하는 조력 발전장치의 시공방법에 관한 것이다.

일반적인 발전방법으로 수력 발전, 화력 발전, 원자력 발전 등을 들 수 있다.

화력 발전의 경우 발전설비를 가동시키기 위해 엄청난 양의 석유 또는 석탄에너지가 필수적으로 공급되어야 하므로 석유, 석탄자원이 고갈되고 있는 현시점에서는 많은 어려움이 예견되고 공해도 큰 문제가 되고 있으며, 원자력 발전의 경우 방사능 유출과 핵폐기물 처리가 심각한 문제점이다.

따라서 이러한 일반적인 발전방법보다 저렴하고 안전하고 획기적인 발전방법이 요구된다.

석유나 석탄자원이 필요 없고 방사능이나 핵폐기물 문제가 없는 발전방법으로는 태양열 발전, 파력 발전, 조력 발전, 풍력 발전 등 다양하며, 이중 가장 쉽게 적용할 수 있는 게 바로 바람의 힘을 이용한 풍력 발전과 조수간만의 차이에 따라 낙차의 힘을 이용한 조력 발전이다.

이중 조력 발전은 간조에서 만조로 갈수록 점차 해수면이 차오르게 되고, 이에 따라 조수가 연안 쪽으로 수평 이동하게 되는데, 이러한 조수의 유입방향 쪽에 댐을 막아 수차를 설치하여 수차가 조수의 낙차에 의해 회전되면 그 회전력에 의해 발전기를 구동하여 이로부터 전력을 생산하는 방식으로서, 지구와 달이 존재하는 한 항상 균일한 조수의 수평 이동이 이루어지게 되므로 조력발전에 대한 많은 연구가 이루어지고 있다.

즉, 바닷물이 호수로 들어가는 입구에 발전할 수 있는 수로를 놓은 매립형 댐을 만들어 조력 발전을 해왔다.

이와 같은 종래의 매립형 댐은 흙으로 매립하기 위하여 물이 깊어질수록 폭이 넓어지므로 터널길이가 길어질 수밖에 없어 공사비가 많이 소요되고, 터널수로를 충분히 설치할 수 없어 만조때 물을 댐 안에 가득 채우려 해도 수로가 짧아 바닷물 높이보다 댐 안의 물 높이가 낮으며, 이로 인해 갯벌이 드러난 곳은 물이 말라 황폐화된다.

또한, 수로와 수문이 적어 발전이 끝나고 물을 빼려고 해도 최저수면까지 완전히 뺄 수 없어 물이 남아있게 되고 이로 인해 갯벌이 묻혀 어민들의 생활터전을 잃게 되며, 4~5시간 동안 발전이 끝나고 1시간 내에 물을 가득 채운 후 다시 최저수면까지 완전히 뺄 수 없으므로 정상적인 복류발전을 못하게 되는 원인이 된다.

이와 같이 수로와 수문이 적어 여러 피해가 발생하고 전세계적으로 복류발전을 한다고 복류발전기만 설치하였을 뿐 정상적인 복류발전을 못하게 되며, 친환경에너지이며 자원이 풍부한 조력 발전이 활성화되지 못하였다.

한편, 국내 선행기술 공개특허 제10-2010-0004089호에는 바닷가나 강가에 인접한 육지에 일정한 폭과 깊이로 흙을 파내어 홈 부를 형성하는 제1공정과; 상기 홈 부에 횡 방향으로 복수의 수로가 형성되게 하고, 일정한 폭과 높이로 보를 형성하는 제2공정과; 상기 보로 둘러싼 육지에 일정한 깊이로 흙을 파내어 저수조를 형성하는 제3공정과; 상기 수로에 수차를 장착하는 제4공정과; 상기 수차와 연동되는 발전기를 장착하는 제5공정; 및 상기 보의 외부에 잔존하는 흙을 제거하여 물이 수로를 통하여 상기 저수조로 유입되게 하는 제6공정을 포함하는 조력 발전 장치의 시공 방법을 개시하고 있다.

이와 같은 방법에 의하여 필요한 장소에 대형이나 소형으로 장착할 수 있고. 조석 간만의 차이에 의하여 작업공정이 영향을 받지 않으며, 언제라도 간편하게 시공할 수 있으므로 제작원가를 절감할 수 있다.

그런데 이 조력 발전 장치의 시공 방법은 수심이 얕은 곳이나 깊은 곳에 보 형식의 댐을 막아 조력 발전 장치를 시공하는데 문제가 없으나, 조차가 크거나 수심이 깊은 지역은 수문 높이가 너무 높아 관리하기 어려운 문제점이 있었다.

또한, 종래 조력 발전 댐의 수문은 승강기로 들어올려 수문을 열고 닫는 방법으로, 계단식이 아닌 수직 3단의 보 형식 터널수로인 경우 예를 들어 폭 20m x 높이 30m~40m 이상인 1개의 수문을 들어올려 개폐하기가 매우 어려웠다.

또한, 광범위한 호수지역에서 병목 구간의 입구를 막을 경우 물의 소통이 잘 되지 않아서 댐 안의 물 높이보다 바다 쪽의 물 높이가 더 높게 되어 갯벌이 드러나서 황폐화되고, 물을 완전히 뺄 수 없어 물이 늘 차여 있으므로 갯벌이 묻히는 환경피해로 인해 어민들의 소득 감소와 같은 피해로 이어진다.

그리고 발전이 끝나고 남은 물을 최저 수면까지 완전히 빼고 가득 채울 수 있는 수로와 수문 단면적을 설치하려면 매립식 댐 건설방법으로는 물이 깊을수록 터널수로 길이가 길어질 수밖에 없어, 과다한 공사비 때문에 수로와 수문 단면적을 적게 설치하므로 갯벌 황폐화와 환경피해로 인한 어민피해 등 양방향 발전을 하기 어려운 문제점이 있었다.

공개특허 제10-2010-0004089호(2010년 01월 12일)

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 조수 간만의 차가 있는 바다에 일(一)자형 형식의 댐을 막거나 철근콘크리트에 의해 터널식 수로를 설치하고, 상기 터널식 수로에 수문을 설치하되, 수문의 높이가 너무 높아 관리하기 어려운 곳은 계단식으로 나누어 터널식 수로와 수문을 설치하여 수문 높이를 관리하기 좋게 설치할 수 있도록 하는 조력 발전장치의 시공방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 예를 들어 폭 20m x 높이 30m인 수로인 경우 수로 폭 20m 중간의 상하에 수문의 중량과 수압을 충분히 지탱할 수 있는 회전축을 설치하고 회전축 상하 양단부에 고정 베어링을 설치하여 수로 바닥과 수로 천정에 고정함으로써, 30m 높이의 1개의 수문을 수평으로 90도 회전하여 쉽게 개폐할 수 있어 높은 수문을 이용할 수 있게 하는 조력 발전장치의 시공방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 기존의 매립식 터널수로를 보 형식 터널수로로 변경하여 수로 설치공사비를 최대한 줄일 수 있는 것으로, 물이 깊은 곳이나 지반이 약한 경우 땅을 파고 지하로 터널수로를 설치할 때 구조계산에 이상이 없는 길이로 잘라 계단식으로 쌓아 올리면 1개의 기초 위에 터널수로 여러 개를 완성할 수 있어 기초길이의 공사비가 줄게 되고 수로단면적은 기존보다 3배(3단인 경우) 이상 넓게 하여 모든 피해를 막고 정상적인 복류발전도 할 수 있게 하는 조력 발전장치의 시공방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 수로와 수문 면적을 늘림에 따라 환경피해나 어민들의 피해를 감소시키고, 양방향 발전을 통해 전력 생산이 증가되도록 하는 조력 발전장치의 시공방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 수문의 면적을 지하까지 넓혀서 발전이 끝난 후에 물을 빨리 빼고 채우는 것이 가능한 조력 발전장치의 시공방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 조력 발전장치의 시공방법은,

조수 간만의 차가 있는 바다에 철구조물로 가물막이를 한 후 철근콘크리트 기초에 세워진 보 형식 댐에 형성된 다수의 수로 중 어느 하나 이상의 수로에 수차를 설치하고, 상기 수차에 발전기를 연결하여 전기를 생산하는 조력 발전장치의 시공방법에 있어서;

상기 수차가 설치된 수로를 제외한 나머지 수로를 철근콘크리트로 다단으로 형성하되, 하부에서 상부로 갈수록 후퇴되게 계단식으로 형성하고, 상기 계단식 수로에 맞도록 수로를 개폐하는 수문을 후퇴되게 설치하는 것을 특징으로 한다.

상기 계단식 수로는 일정 높이 간격을 갖고 수평으로 다수 설치되는 중보와, 상기 중보를 받칠 수 있도록 수직으로 다수 세워지는 보기둥에 의해 형성된 일(一)자형 수로인 것을 특징으로 한다.

상기 계단식 수로는 철근콘크리트에 의해 보 형식 터널식으로 형성된 미음(ㅁ)자형 터널식 수로인 것을 특징으로 한다.

상기 미음(ㅁ)자형 수로를 구조계산에 의해 짧은 길이로 설치하는 것을 특징으로 한다.

상기 일(一)자형 수로(21)나 미음(ㅁ)자형 터널식 수로의 상부에 물을 가두기 위해 철근콘크리트벽체로 댐을 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 물이 깊은 곳이나 지반이 약한 경우 땅을 파고 지하로 보 형식의 터널식 수로를 형성하되, 지하로 다단의 보 형식 터널수로를 구조계산에 의해 이상이 없는 길이로 나누어 계단식으로 높게 설치하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 조력 발전장치의 시공방법은, 조수 간만의 차가 있는 바다에 철구조물로 가물막이를 한 후 철근콘크리트 기초에 세워진 보 형식 댐에 형성된 다수의 수로 중 어느 하나 이상의 수로에 수차를 설치하고, 상기 수차에 발전기를 연결하여 전기를 생산하되;

상기 수로와 수로를 개폐하는 수문을 다단으로 설치하지 않는 경우, 상기 수문의 좌우 폭 중간 상하에 회전축을 설치하고 그 회전축 상하 양단부에 회전할 수 있도록 베어링을 장착하여 수로 바닥과 수로 천정에 고정하는 것에 의해 90도 수평 회전으로 수문이 개폐되는 것을 특징으로 한다.

상술한 과제의 해결 수단에 의하면, 조수 간만의 차가 있는 바다에 일반 보 형식의 댐을 막아서 철근콘크리트에 의해 터널식 수로를 설치하고, 상기 터널식 수로에 수문을 설치하되, 수문의 크기가 너무 커 관리하기 어려운 곳은 계단식으로 나누어 터널식 수로와 수문을 설치함으로써, 조차가 크거나 수심이 깊은 지역에서 수문 높이를 용이하게 관리할 수 있고, 보 형식으로 댐을 막으므로 토사가 많이 필요치 않는다.

또한, 수심이 깊고 지반이 약한 곳을 암반이 나올 때까지 파고 지하로 다단의 보 형식 터널수로를 설치하므로 수로 길이를 구조계산에 의해 튼튼하고 최대한 짧게 할 수 있어 기초길이가 짧아 공사비를 최대한 줄일 수 있으며 2층 이상의 수로에 기초공사를 하지 않아 더욱 공사비를 줄일 수 있다.

또한, 보조수문을 많이 설치하므로 발전이 끝나고 남는 물을 빨리 최저수면까지 빼내거나 가득 채울 수 있어 양방향 발전을 할 수 있고 그만큼 더 많은 전기를 생산할 수 있다.

또한, 보 형식 터널수로는 그 길이를 짧게 할 수 있어 공사비가 많이 절감되고 구조를 계산하여 튼튼하게 설치할 수 있다.

또한, 흙을 파낸 지하까지 수로와 수문을 설치하여 수로와 수문 면적을 늘림에 따라 환경피해나 어민들의 피해를 감소시키고, 양방향 발전을 통해 전력 생산이 증가되는 장점이 있다.

또한, 보 형식 터널수로는 설치비가 저렴하여 수로를 충분히 설치할 수 있어 지하 밑바닥 기초 위에서부터 지하로 수로와 수문을 설치하여 수문의 면적을 지하까지 넓혀서 발전이 끝난 후에 물을 빨리 빼고 채울 수 있고, 바닷물이 자연 상태와 똑같이 들고나므로 모든 피해를 막을 수 있으며 정상적인 복류발전도 할 수 있어 수로단면적이 부족하여 발생하는 모든 피해의 원인을 해결할 수 있다.

또한, 수로 폭 중간의 상하에 수문의 중량과 수압을 충분히 지탱할 수 있는 회전축을 설치하고 회전축 상하 양단부에 고정 베어링을 설치하여 수로 바닥과 수로 천정에 고정함으로써, 높은 높이의 1개의 수문을 수평으로 90도 회전하여 쉽게 개폐할 수 있어 높은 수문을 이용하게 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 조력 발전장치 개략적인 정면도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 발전실의 내부 평면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 조력 발전장치에서 발전실을 제외한 댐의 개략적인 정면도이다.
도 4는 도 3의 측면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 조력 발전장치의 수로를 보여주는 사시도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 조력 발전장치의 수로와 수문의 설치 상태를 보여주는 도면이다.

이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참고로 그 구성 및 작용을 설명하기로 한다.

도면들 중 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호 및 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 조력 발전장치의 개략적인 정면도이고, 도 2는 도 1에 나타낸 발전실의 내부 평면도이다.

도 1 및 도 2에 나타낸 본 발명의 일 실시예에 따른 조력 발전장치는 낙차가 크지 않거나 수심이 얕은 지역에 설치될 수 있는 것으로, 교각(11), 교량(12), 보기둥(17), 수로(21), 수문(14), 와이어(16), 크레인(15), 크레인 설치보(13) 및 발전실(20)을 포함하여 구성된다.

먼저 조수 간만의 차가 있는 바다에 철구조물로 가물막이를 한 후, 철근콘크리트로 바다 등의 바닥면에 기초가 형성되고 그 상부에 도면에서 보아 횡방향으로(물의 흐름 방향과 직각방향으로) 소정간격을 두고 교각(11)이 수직으로 돌출 형성되며, 상기 교각(11)의 상부에는 차량이나 사람이 다닐 수 있도록 교량(12)이 설치된다.

상기 교각(11) 사이에는 교각보다 낮은 높이로 수로(21)를 형성할 수 있도록 다수의 보기둥(17)이 설치되어 수로의 측벽을 이루되, 그 수로(21)의 앞이나 뒤에는 수로에 흐르는 물을 조절할 수 있도록 수문(14)이 설치된다.

상기 보기둥(17)의 상부와 교량(12) 하부 사이에 크레인 설치보(13)가 이웃된 교각(11)을 연결할 수 있도록 수평방향으로 설치되고, 상기 크레인 설치보(13)에는 상기 수문(14)을 승강하는 크레인(15)이 설치된다.

상기 크레인(15)과 수문(14)은 와이어(16)로 연결되어 크레인(15)의 작동에 의해 수문(14)이 상승하거나 하강하여 수로(21)가 열리거나 닫히게 된다.

또한, 상기 교각(11) 사이의 어느 하나 이상에는 조력에 의해 발전할 수 있도록 발전실(20)이 구비된다.

상기 발전실(20)의 상부에도 이웃된 교각(11)을 연결할 수 있도록 수평방향으로 크레인 설치보(13)가 설치되고, 크레인 설치보(13)에는 발전실(20)의 수문(22)을 승강하는 크레인(15)이 설치된다.

상기 발전실(20)에는 종방향으로 다수의 수로(21)가 형성되고, 이 수로(21)의 앞이나 뒤에는 수로(21)에 흐르는 물을 조절할 수 있도록 수문(22)이 설치된다.

이때 각 수로(21)에는 수로에 흐르는 물의 방향에 따라 회전하는 수차(24)가 설치되고, 상기 수차(24)의 일측에는 수차의 회전축에 연결되어 전기를 발생하는 발전기(25)가 설치된다.

이와 같이 교량(22) 위로 차가 다닐 수 있게 할 때는 발전실(20)을 댐(100) 내부에 설치하고 발전실(20) 벽체와 교각(11) 사이를 철근콘크리트로 연결하여 그 교각 사이로 물이 통과할 수 있도록 한다.

상술한 구성에서 보 형식의 댐(100)을 설치하여 조수 간만의 차이를 이용하여 만조때 수문(14,22)을 전부 열어 댐 안에 바닷물이 가득 차이게 되면 수문(14,22)을 닫고, 간조때 바닷물이 빠져나가면 수차(24)의 수문(22)을 열어 예를 들어 70% 발전하고, 30% 남은 물은 수문(14,22)을 전부 열어 전부 빼준다.

이와 마찬가지로 만조때 바닷물이 들어와 발전할 수 있는 낙차가 생겼을 경우 수차(24)의 수문(22)을 열어 70% 물로 발전하고, 수문(14,22)을 전부 열어 30% 덜 차인 물을 채우는 것을 반복적으로 진행한다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 조력 발전장치에서 발전실을 제외한 댐의 개략적인 정면도이고, 도 4는 도 3의 측면도이다.

도 3 및 도 4에 나타낸 본 발명의 다른 실시예에 따른 조력 발전장치는 조차가 크거나 수심이 깊은 지역에 설치될 수 있는 것으로, 계단식 일(一)자형 수로(19)와 수문(14)을 보여준다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 교각(11), 교량(12), 보기둥(17), 수로(19), 수문(14), 와이어(16), 크레인(15), 크레인 설치보(13) 및 중보(18)를 포함하여 구성된다.

미도시된 철근콘크리트로 바다 등의 바닥면에 기초가 형성되고 그 상부에 도면에서 보아 횡방향으로(물의 흐름 방향과 직각방향으로) 소정간격을 두고 교각(11)이 수직으로 돌출 형성되며, 교각(11)의 상부에는 차량이나 사람이 다닐 수 있도록 교량(12)이 설치된다.

또한, 이웃된 교각(11) 사이에는 이웃된 교각(11)을 서로 연결할 수 있도록 중보(18)가 일정높이 간격으로 수평방향으로 다수 설치되고, 중보(18)에 의해 상하로 구획된 교각(11) 사이에는 다수의 보기둥(17)이 수직으로 설치되어 수로(19)의 측벽을 이루며 상기 중보(18)와 보기둥(17)에 의해 계단식 일(一)자형 수로(19)가 형성된다.

이때, 보기둥(17)과 중보(18)는 하부에서 상부로 갈수록 후퇴 설치되며, 이에 맞추어 수로(19)에 흐르는 물을 조절하는 수문(14) 역시 하부에서 상부로 갈수록 후퇴 설치된다.

상기 최상층의 중보(18)와 교량(12) 하부 사이에 크레인 설치보(13)가 이웃된 교각(11)을 연결할 수 있도록 수평방향으로 설치되고, 상기 크레인 설치보(13)에는 상기 수문(14)을 승강하는 크레인(15)이 설치된다.

상기 크레인(15)과 수문(14)은 각각 와이어(16)로 연결되어 크레인(15)의 작동에 의해 수문(14)이 상승하거나 하강하여 수로(19)가 열리거나 닫히게 된다.

물론 도 3의 실시예에서도 이웃된 교각(11) 사이의 어느 하나 이상에 조력에 의해 발전할 수 있도록 수로, 수차, 발전기가 구비되는 발전실이 설치됨은 물론이다.

도 3에서는 크레인(15)과 와이어(16)를 이용하여 수문(14)을 열고 닫는 것을 예를 들어 설명하였으나, 이는 단지 하나의 예일 뿐 최대한 편리한 방법으로 수문을 개폐할 수 있는 것으로 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

예를 들어 30m 이상 높은 1개의 수문을 이용할 때 상기 수문의 좌우 폭 중간 상하에 회전축을 설치하고 회전축 상하 양단부에 회전을 지지하는 고정 베어링을 장착하여 수로 바닥과 수로 천정에 고정한다.

이때 수문의 중량과 수압을 지탱하고 움직일 수 있게 수문의 회전축 상하 양쪽 끝에 베어링이 설치되고, 댐 안쪽에 수문이 세워 설치된다.

이에 의해 수문을 90도 수평 방향으로 회전시켜 수문을 쉽게 개폐할 수 있다.

상기 수문이 열린 상태에서 수문 반쪽이 밖으로 돌출되고 나머지 반쪽은 수로 내부에 위치되며, 이 경우 바다 쪽에서 연상해 보면 물속으로 다단의 터널수로가 되고 댐 안쪽에 보면 일(-)자형의 높은 수로에 높은 수문이 설치된 것으로 연상해 볼 수 있다.

이와 같이 수심이 깊은 곳에 철근콘크리트로 수로(19)와 수문(14)을 설치하되, 세로의 보기둥(17)과 보기둥(17) 사이에 가로의 중보(18)를 계단식으로 설치하여 거기에 맞게 수문(14)을 설치함으로써 수문(14)의 높이가 높아 관리하기 어려운 것을 관리하기 좋게 할 수 있다.

예를 들어 조차가 높고 물이 깊어 수문 1개의 높이가 40m로 관리하기 어려운 경우 본 발명에서와 같이 계단식으로 해서 10m 높이 수문 4개로 나누어 관리하기 좋게 할 수 있다.

또한, 발전실을 제외한 수문을 보 형식으로 많이 설치하므로 발전이 끝나고 남는 물을 빨리 최저수면까지 빼내거나 가득 채울 수 있어 정상적인 양방향 발전을 할 수 있고 그만큼 더 많은 전기를 생산할 수 있다.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 조력 발전장치의 수로를 보여주는 사시도이다.

도 5에 나타낸 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 조력 발전장치는 낙차가 크거나 수심이 깊은 지역에 설치될 수 있는 것으로, 계단식 미음(ㅁ)자형 터널식 수로(19)와 수문(14)을 보여준다.

도 5에 도시된 바와 같이, 미도시된 댐을 구성하는 교각과 교각 사이에 철근콘크리트로 수로(19)를 상하와 좌우로 다수 설치하되, 하부에서 상부로 갈수록 후퇴 설치하는 계단식으로 설치하며, 이에 맞추어 수로(19)에 흐르는 물을 조절하는 수문(14) 역시 하부에서 상부로 갈수록 후퇴 설치된다.

물론 도 5의 실시예에서도 댐을 구성하는 이웃된 교각 사이의 어느 하나 이상에 조력에 의해 발전할 수 있도록 수로, 수차, 발전기가 구비되는 발전실이 설치됨은 물론이다.

종래의 매립형은 흙으로 매립하기 위하여 물이 깊어질수록 폭이 넓어지므로 터널길이가 길어질 수밖에 없어, 매립형의 터널식 수로는 짧게 할 수가 없으나, 본 발명의 보 형식 터널수로는 구조계산에 맞는 한(구조상 이상이 없는 한) 최대한 짧게 할 수 있어 공사비를 절감할 수 있다.

이와 같이 기존의 매립식 댐 건설방법을 보 형식 댐 건설방법으로 바꾸어 건설시 즉, 물이 깊은 곳이나 지반이 약한 경우 땅을 파고 지하로 보 형식의 터널수로를 설치시, 기존의 매립식 터널수로 폭 20m x 높이 45m x 길이 70m 1개의 터널수로를 구조계산에 의해 이상이 없는 길이로 나누어(예를 들어 27m, 23m, 20m씩 잘라) 계단식으로 3단을 쌓아 올리면 1개의 기초 위에 수로 폭 20m x 높이 45m x 길이 27m의 터널수로 1개를 완성할 수 있어 기존의 기초길이 70m가 27m로 줄어 기초길이 43m의 공사비가 줄게 된다.

또한, 2단, 3단의 기초공사를 하지 않아 기초길이 140m의 공사비가 더욱 줄게 되고, 수로단면적은 기존보다 3배 이상 증가하여 기존의 수차 수로에서 매립지를 통과하는 수로를 없게 하며, 발전실 외벽에 수문을 설치하면 기존의 매립지를 통과하는 수로와 수문 설치비로 충분한 수로와 수문을 설치할 수 있어 수로공사비를 줄이고 모든 피해를 막을 수 있고 복류발전을 정상적으로 할 수 있다.

또한 이상에서는 교각(11)과 교량(12)을 설치하여 상부에 차로를 설치하는 것을 예를 들어 설명하였으나, 경우에 따라 교각과 교량을 설치하지 않고 터널식 수로와 수문을 설치한 상태에서 이 수문을 승강할 수 있는 크레인 설치보를 설치할 수도 있다.

이와 같이 수심이 깊거나 조차가 너무 높아서 수문이 너무 커 관리하기 어려울 때 수로(19)를 계단식으로 설치하여 수문(14) 관리를 용이하게 할 수 있다.

한편, 상기 일(一)자형 수로(21)나 미음(ㅁ)자형 터널식 수로(19)의 상부에 물을 가두기 위해 철근콘크리트로 댐을 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 발전이 끝나고 덜 차인 물높이도 역시 3m 이므로 남는 물을 뺄 수 있는 수문의 높이와 수문의 면적이면 덜 차인 물도 채울 수 있으므로 3m 남는 물 높이와 최저수면 아래 지하 밑바닥 기초 상단까지 수로 높이로 수문을 설치한다.

예를 들어, 최저수면 가까이 퇴적물이 쌓여 지반이 약한 갯벌이나 모래가 쌓여 있으면 암반층이나 단단한 지반이 나올 때까지 흙을 파낸 후 기초공사를 하고 지하에 수로와 수문을 설치하므로 지하 밑바닥 기초 상단까지 30m 깊이이면, 수문 높이는 발전이 끝나고 남은 물 높이 3m + 30m = 33m의 수로와 수문 높이가 되고, 댐의 형성시 수로(19)(21)와 수문(22)(14)을 최대한 낮게 설치하는 것이 수로단면적을 계산할 때 적용되나, 최고조차의 물을 가둘 수 있게 설치하는 것이 바람직하다.

이와 같이 지하 밑바닥 기초 위에서부터 지하로 수로와 수문을 설치하여 수문의 면적을 지하까지 넓힐 수 있으므로 발전이 끝난 후에 물을 빨리 빼고 채울 수 있다.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 조력 발전장치의 수로와 수문의 설치 상태를 보여주는 도면으로서, 수로의 면적을 최대한 늘이기 위해 최저수면에 가깝게 있는 얕은 곳의 지하에 흙을 파내고 기초 위에서부터 지하에 수로와 수문을 설치하는 상태를 나타낸다.

도 6에 도시된 바와 같이, 기존의 수로와 수문 구조물이 7m 이상 낮게 설치된 곳에서 기초(110) 상단에 수로(120)가 설치되고, 수로의 상단에는 댐 안에 물을 가두기 위해 철근콘크리트벽체(150)가 설치되며, 수로(120)를 사이에 두고 터널벽체(130)가 입설된다.

이때, 기초(110)의 높이는 2m 또는 3m, 터널벽체(130)의 폭 또한 2m 또는 3m이고, 수로(120)의 높이는 20m, 30m, 40m, 수로의 폭은 10m, 20m이며, 도 6 중 미설명 부호 140은 터널상판이다.

상기 표시된 숫자는 한 예를 들었을 뿐 꼭 이와 같은 것은 아니다.

도 6에 나타난 실시예는 거대한 호수의 입구가 병목 구간으로 좁은 곳의 지반이 약하고 깊은 곳을, 흙을 파낸 지하까지 수로와 수문을 설치하여 수로와 수문 면적을 늘림에 따라 환경피해나 어민들의 피해를 감소시키고, 양방향 발전을 통해 전력 생산을 늘릴 수 있다.

상기 미음(ㅁ)자형 터널식 수로(19)와 수문(14)은 기존 매립형 터널식 수로와 수문이 거의 같은 것으로 볼 수 있으나, 기존 매립형 터널식 수로는 수로 위에 물을 댐 안에 가두기 위해 사토를 쌓아 댐을 형성하고 터널 길이를 짧게 할 수 없는 관계로 공사비가 많이 드는 단점이 있다.

이에 비해 일(一)자형 수로(21)나 수문(22)과 미음(ㅁ)자형 터널식 수로와 수문은 수로 상단에 물을 댐 안에 가두기 위해 철근콘크리트로 댐을 형성하는 것으로서, 수로의 길이 또한 구조계산에 맞는 한 최대한 짧게 설치할 수 있어 공사비가 저렴한 장점이 있다.

이상에서 본 발명에 대한 기술 사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

11: 교각 12: 교량
13: 크레인 설치보 14,22,220: 수문
15: 크레인 16,230: 와이어
17: 기둥 18: 중보
19,21: 수로 20: 발전실
24: 수차 25: 발전기
100: 댐 110: 기초
120:수로 130:터널벽체
140:터널상판 150:철근콘크리트벽체

Claims (7)

1. 조수 간만의 차가 있는 바다에 철구조물로 가물막이를 한 후 철근콘크리트 기초에 세워진 보 형식 댐에 형성된 다수의 수로 중 어느 하나 이상의 수로에 수차를 설치하고, 상기 수차에 발전기를 연결하여 전기를 생산하되;
   상기 수차가 설치된 수로를 제외한 나머지 수로를 철근콘크리트로 다단으로 형성하여, 하부에서 상부로 갈수록 후퇴되게 계단식으로 형성하고, 상기 계단식 수로에 맞도록 수로를 개폐하는 수문을 후퇴되게 설치하는 것을 특징으로 하는 조력 발전장치의 시공방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 계단식 수로는 일정 높이 간격을 갖고 수평으로 다수 설치되는 중보와, 상기 중보를 받칠 수 있도록 수직으로 다수 세워지는 보기둥에 의해 형성된 일(一)자형 수로인 것을 특징으로 하는 조력 발전장치의 시공방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 계단식 수로는 철근콘크리트에 의해 터널식으로 형성된 미음(ㅁ)자형 터널식 수로인 것을 특징으로 하는 조력 발전장치의 시공방법.
4. 제3항에 있어서,
   상기 미음(ㅁ)자형 터널식 수로를 구조계산에 의해 짧게 설치하는 것을 특징으로 하는 조력 발전장치의 시공방법.
5. 제2항 또는 제3항에 있어서,
   상기 일(一)자형 수로나 미음(ㅁ)자형 터널식 수로의 상부에 물을 가두기 위해 철근콘크리트벽체로 댐을 형성하는 것을 특징으로 하는 조력 발전장치의 시공방법.
6. 제1항에 있어서,
   물이 깊은 곳이나 지반이 약한 경우 땅을 파고 지하로 보 형식의 터널식 수로를 형성하되, 지하로 다단의 보 형식 터널수로를 구조계산에 의해 이상이 없는 길이로 나누어 계단식으로 높게 설치하는 것을 특징으로 하는 조력 발전장치의 시공방법.
7. 조수 간만의 차가 있는 바다에 철구조물로 가물막이를 한 후 철근콘크리트 기초에 세워진 보 형식 댐에 형성된 다수의 수로 중 어느 하나 이상의 수로에 수차를 설치하고, 상기 수차에 발전기를 연결하여 전기를 생산하되;
   상기 수로와 수로를 개폐하는 수문을 다단으로 설치하지 않는 경우, 상기 수문의 좌우 폭 중간 상하에 회전축을 설치하고 그 회전축 상하 양단부에 회전할 수 있도록 베어링을 장착하여 수로 바닥과 수로 천정에 고정하는 것에 의해 90도 수평 회전으로 수문이 개폐되는 것을 특징으로 하는 조력 발전장치의 시공방법.

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