KR20150008284A - 가변수주 진동장치 및 이를 이용한 파력 발전 장치 - Google Patents

가변수주 진동장치 및 이를 이용한 파력 발전 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20150008284A
KR20150008284A KR20130082003A KR20130082003A KR20150008284A KR 20150008284 A KR20150008284 A KR 20150008284A KR 20130082003 A KR20130082003 A KR 20130082003A KR 20130082003 A KR20130082003 A KR 20130082003A KR 20150008284 A KR20150008284 A KR 20150008284A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
air chamber
wave
air
working fluid
water
Prior art date
Application number
KR20130082003A
Other languages
English (en)
Inventor
박신열
조병학
양동순
최경식
박병철
오진식
Original Assignee
한국전력공사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국전력공사 filed Critical 한국전력공사
Priority to KR20130082003A priority Critical patent/KR20150008284A/ko
Publication of KR20150008284A publication Critical patent/KR20150008284A/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
    • F03B13/12—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy
    • F03B13/14—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy
    • F03B13/24—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy to produce a flow of air, e.g. to drive an air turbine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
    • F03B13/12—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy
    • F03B13/14—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy
    • F03B13/22—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the flow of water resulting from wave movements to drive a motor or turbine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2220/00—Application
    • F05B2220/70—Application in combination with
    • F05B2220/706—Application in combination with an electrical generator
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/30—Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)

Abstract

본 발명은 가변수주 진동장치 및 이를 이용한 파력 발전 장치에 관한 것으로, 해수면 상에 떠 있는 에어 챔버와 상기 에어 챔버 내부에 구비되며 파랑에 따라 내부에 채워진 작동액의 수위가 가변되는 수직수주가 형성되는 수주관로를 포함하는 가변수주 진동장치를 이용한 파력 발전 장치에 있어서, 상기 에어 챔버와 대기 사이에 구비되어 파랑의 진동주기를 센싱하는 파랑 센싱기;상기 파랑 센싱기의 센싱 결과에 따라 상기 에어 챔버의 체적을 조절하는 제어기; 및 상기 수주관로 상부에 구비되어 상기 작동액의 수직수주 수위 변화에 따라 압축 또는 팽창되는 상기 수주관로 내의 공기를 이용하여 동력을 발생시키는 동력 발생기;를 포함한다.

Description

가변수주 진동장치 및 이를 이용한 파력 발전 장치{VARIABLE LIQUID COLUMN OSCILLATOR APPARATUS AND WAVE POWER APPARATUS USING THE SAME}
본 발명은 가변수주 진동장치 및 이를 이용한 파력 발전 장치에 관한 것으로, 보다 자세하게는 파랑의 진동주기 변화에 따라, 에어 챔버의 체적을 조절하여 수주관로에서의 작동액의 고유진동주기를 파랑의 진동주기와 공진시키면, 작동액의 상하운동이 파랑의 상하운동에 비해 크게 증폭되어 파랑 에너지 흡수효율을 극대화 할 수 있는 가변수주 진동장치 및 이를 이용한 파력 발전 장치에 관한 것이다.
Point absorber형 파력발전기는 파랑의 상하운동으로 발생하는 파랑의 에너지를 흡수하여 전기로 변환한다. 이러한 Point absorber형 파력발전기는 부유동체가 해저에 고정된 구조물에 대한 반작용으로 발전하는 1 동체(single-body) 형식과 부유동체와 잠수동체로 구성되어 이들 사이의 상대운동으로부터 발전하는 2 동체(two-body)형식이 있다.
1 동체 파력발전기는 계류체인이 없이 상부 동체와 하부구조물이 연결봉에 의해 직접 연결되므로, 계류체인이 제공하는 장력에 의한 동체 움직임의 유연성이 결여된다. 따라서 파고 10m 이상의 극한파가 입사할 경우 연결봉과 유압실린더에 심각한 하중이 걸리게 되어 손상될 위험이 크다. 그리고 부유동체와 추(weight)를 잠수동체로 사용하는 형태의 2 동체 파력발전기는 하부의 잠수동체가 무거운 추이기 때문에 관성이 매우 크며 파랑에 의한 움직임이 작고, 상부에 설치되는 부유동체는 파랑에 의한 움직임이 잠수동체에 비해 상대적으로 크게 발생한다. 따라서 두 개의 동체 사이에는 상대적인 운동이 발생하게 되며 이를 이용하여 유압실린더를 구동한다. 이와 같이 무거운 추를 잠수동체로 배치해야 하므로 제작비용이 증가하게 되고, 설치와 유지보수도 어려운 단점을 갖는다.
또한 유압실린더와 유압모터 및 발전기는 물론, 축압기, 작동유 저장조, 각종 제어밸브 및 배관 등으로 구성되는 복잡한 구조의 유압식 전력변환장치를 필요로 한다.
한편, 부유동체와 제동판(damper plate)을 잠수동체로 갖는 또 다른 형태의 2 동체 파력발전기는 수심이 파장의 1/2보다 깊은 곳에서는 파랑의 영향이 미치지 못하는 특성을 이용한다. 연안에서 제일 많이 분포하는 주기 6초대 파랑의 파장이 60m 정도인 것을 고려하여 하부 제동판은 수심 30m 이상의 깊이에 설치된다. 상부에 설치되는 부유동체는 파랑에 의해 움직임이 발생된다. 따라서 제동판과 상부 부유동체 사이에는 상대적인 운동이 발생하게 되며 이를 이용하여 유압실린더를 구동한다. 이와 같이 최소 30m 수심에 제동판을 배치해야 하므로 제작비용이 증가하게 되고, 설치와 유지보수도 어려운 단점을 갖는다. 또한 유압실린더와 유압모터 및 발전기는 물론, 축압기, 작동유 저장조, 각종 제어밸브 및 배관 등으로 구성되는 복잡한 구조의 유압식 전력변환장치를 가지며, 작동유가 유출될 경우 환경오염의 우려가 크다.
관련하여, 한국등록특허 1085907호는 "가변수주형 파력발전장치"에 관한 기술을 개시하고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로서, 파랑의 진동주기 변화에 따라 에어 챔버의 체적을 제어하는 가변수주 진동장치 및 이를 이용한 파력 발전 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 수주관로에서의 작동액의 수직수주 수위 변화에 따라 압축 또는 팽창되는 수주관로 상부 공기를 이용하여 동력을 발생시키는 가변수주 진동장치 및 이를 이용한 파력 발전 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 수주관로에서의 작동액의 수직수주 수위를 조절하는 가변수주 진동장치 및 이를 이용한 파력 발전 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 가변수주 진동장치는 에어 챔버; 상기 에어 챔버의 내부 중앙을 관통하여 구비되어 하부는 상기 에어 챔버의 하부와 연통되며, 내부에는 작동액이 채워진 수주관로; 및 상기 에어 챔버는, 상기 수주관로의 상부를 감싸며, 내부에 공기를 저장하는 상부 실린더; 상기 수주관로의 하부를 감싸는 하부 실린더; 및 상기 상부 실린더와 상기 하부 실린더를 연결하여, 상기 상부 실린더에 저장된 공기를 상기 하부 실린더로 이동시키는 이동통로를 제공하는 중간 실린더;를 포함한다.
또한, 상기 중간 실린더의 단면적은 상기 상부 실린더와 상기 하부 실린더의 단면적보다 작게 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 수주관로의 하부에는, 일정량의 작동액을 저장하는 작동액 저장조를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 에어 챔버와 대기 사이에 파랑 센싱기를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 파랑 센싱기의 센싱 결과에 따라 상기 에어 챔버의 체적을 조절하는 제어기를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 수주관로의 내측에 수위 센싱기를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 수주관로 상부에는 동력 발전기를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 동력 발전기는 상기 작동액의 수직수주 수위에 따라 압축 또는 팽창되는 상기 수주관로 내의 공기를 이용하여 구동되는 에어 터빈; 및 상기 에어 터빈과 연결되어 동력을 생산하는 발전기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 작동액은 담수 또는 해수를 사용하는 것을 특징으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 가변수주 진동장치를 이용한 파력 발전 장치는 해수면 상에 떠 있는 에어 챔버와 상기 에어 챔버 내부에 구비되며, 파랑에 따라 내부에 채워진 작동액의 수위가 가변되는 수직수주가 형성되는 수주관로를 포함하는 가변수주 진동장치를 이용한 파력 발전 장치에 있어서, 상기 에어 챔버와 대기 사이에 구비되어 파랑의 진동주기를 센싱하는 파랑센싱기; 상기 센싱기의 센싱 결과에 따라, 상기 에어 챔버의 체적을 조절하는 제어기; 및 상기 수주관로 상부에 구비되어, 상기 작동액의 수직수주 수위 변화에 따라 압축 또는 팽창되는 상기 수주관로 내의 공기를 이용하여 동력을 발생시키는 동력 발생기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어기는, 파랑의 진동주기가 긴 경우에는, 작동액의 고유진동주기를 길게 하기 위해 공기 이동통로를 개방하여 에어 챔버의 체적을 늘이고, 파랑의 진동주기가 짧은 경우에는, 작동액의 고유진동주기를 짧게 하기 위해 공기 이동통로를 폐쇄하여 에어 챔버의 체적을 줄이는 것을 특징으로 한다.
상기 수주관로에 구비되어, 상기 작동액의 수직수주 수위 변화를 센싱하는 수위 센싱기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 작동액은 상기 수주관로 하부에 구비되는 작동액 저장조에 저장되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 의한 가변수주 진동장치 및 이를 이용한 파력 발전 장치는 에어 챔버의 체적을 조절하여 수주관로에서의 작동액의 고유진동주기를 파랑의 진동주기와 공진시켜, 작동액의 상하운동이 파랑의 상하운동에 비해 크게 증폭되므로, 파랑에 의한 파고, 파주기 등의 변화에 상관없이 안정적으로 동력을 발생시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 수주관로에서의 작동액의 수직수주 수위 변화에 따라 압축 또는 팽창되는 수주관로 상부 공기를 이용하여 동력을 발생시킴으로써, 종래에 비해 전력 변환 과정이 축소시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 수주관로 내에서 작동액의 유동은 유체 피스톤의 역할을 수행하고 에어 챔버 내의 공기는 에어 스프링 효과를 유발함으로써, 에어 스프링의 강성과 작동액의 질량으로 형성되는 진동계를 파랑의 주기와 일치시킬 수 있어 파랑 에너지의 흡수 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 에어 터빈과 발전기를 이용하여 동력을 발생시킴으로써, 종래의 유압식 전력변환장치의 고장 시 누유에 의한 해상오염의 염려가 없는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 계류체인이 제공하는 장력에 의해 극한파에 의한 충격을 완화시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가변수주 진동장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 가변수주 진동장치를 이용한 파력 발전 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 가변수주 진동장치를 이용한 파력 발전 장치가 수면위에 설치되는 모습을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 가변수주 진동장치를 이용한 파력 발전 장치의 제원과 파라미터를 설명하기 위한 도면이다.
도 6 및 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 가변수주 진동장치를 이용한 파력 발전 장치의 주파수응답 특성을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 우선, 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 출력되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 가변수주 진동장치 및 이를 이용한 파력 발전 장치에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가변수주 진동장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 가변수주 진동장치(100)는 에어 챔버(110), 에어 챔버(110)의 내부 중앙을 관통하여 구비되는 수주관로(120), 수주관로(120) 하부에 구비되는 작동액 저장조(114)를 포함한다.
에어 챔버(110)는 수주관로(120)의 상부를 감싸며, 내부에 공기를 저장하여 부력을 제공하는 상부 실린더(111), 수주관로(120)의 하부를 감싸는 하부 실린더(113) 및 상부 실린더(111)와 하부 실린더(113)를 연결되어, 상부 실린더(111)에 저장된 공기를 하부 실린더(113)(120)로 이동시키는 이동통로를 제공하는 중간 실린더(112)를 포함한다. 이때, 중간 실린더(112)의 단면적은 상부 실린더(111)와 하부 실린더(113)의 단면적보다 작게 형성되도록 한다.
수주관로(120)는 에어 챔버(110) 내부 중앙을 관통하여 구비되되, 하부는 에어 챔버(110) 하부와 연동되어 에어 챔버(110) 내에 저장된 공기가 순환되도록 한다. 그리고 수주관로(120)는 파랑에 따라 높이가 가변되는 작동액의 수직수주를 형성한다.
작동액 저장조는 수주관로(120) 하부에 구비되어, 일정량의 작동액이 저장되어 있으며, 작동액은 담수 또는 해수로 사용할 수 있다. 이때, 작동액은 도면에서의 점선 부분에 해당한다.
그리고 에어 챔버(110)와 대기 사이에는 파랑 센싱기(130a) 구비되고. 수주관로(120)의 내측에는 수위 센싱기(130b)를 더 구비할 수 있다. 이때, 파랑 센싱기(130a)는 파랑의 진동주기를 측정하는 센서이고, 수위 센싱기(130b)는 수위 변화값에 따른 수위높이를 측정하는 센서이다. 이러한 센싱기들(130a,130b)의 변화 값은 제어기(140)에 입력되어 이후 설명될 파력 발전 장치의 운전에 이용하게 된다. 즉, 파랑 센싱기(130a)의 센싱 결과에 따라 제어기(140)가 에어 챔버(110)의 체적을 조절하게 된다. 보다 자세하게 제어기는, 파랑 센싱기(130a)의 센싱 결과 파랑의 진동주기가 긴 경우에는, 작동액의 고유진동주기를 길게 하기 위해 공기 이동통로를 개방하여 에어 챔버의 체적을 늘이고, 파랑 센싱기(130a)의 센싱 결과 파랑의 진동주기가 짧은 경우에는, 작동액의 고유진동주기를 짧게 하기 위해 공기 이동통로를 폐쇄하여 에어 챔버의 체적을 줄일 수 있다. 이와 같이, 에어 챔버(110)의 체적을 조절하여 수주관로에서의 작동액의 고유진동주기를 파랑의 진동주기와 공진시키면, 작동액의 상하운동이 파랑의 상하운동에 비해 크게 증폭되어 파랑 에너지의 흡수효율을 증대시킬 수 있다.
이때, 파력 발전 장치의 동력을 발생시키는 동력 발전기는 수주관로(120) 상부에 구비되어, 작동액의 수직수주 수위에 따라 압축 또는 팽창되는 수주관로(120) 내의 공기를 이용하여 구동되는 에어 터빈, 에어 터빈과 연결되어 동력을 생산하는 발전기를 포함한다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 가변수주 진동장치를 이용한 파력 발전 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 가변수주 진동장치를 이용한 파력 발전 장치가 수면위에 설치되는 모습을 설명하기 위한 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 파력 발전 장치는 앞서 설명한 동력 발전기를 매개로 다수의 가변수주 진동장치(100)들이 연결 설치되는데, 이때, 가변수주 진동장치(100)들은 동일한 구조를 갖기 때문에 구조에 대한 설명은 대표적으로 도 1을 참조하여 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 파력 발전 장치는 에어 챔버(110), 수주관로(120), 작동액 저장조(114), 파랑 센싱기(130a), 수위 센싱기(130b), 제어기(140) 및 동력 발전기를 포함한다.
에어 챔버(110)는 내부에 공기를 저장하고 있어 부력으로 해수면 상에 떠 있는다.
수주관로(120)는 에어 챔버(110) 내부에 구비되어, 파랑에 따라 상하로 높이가 가변되는 작동액의 수직수주가 형성된다.
작동액 저장조(114)는 수주관로(120)의 하부에 구비되어, 일정량의 작동액을 저장하고 있으며 일부의 작동액은 수주관로(120)에 채워져 있다.
파랑 센싱기(130a)는 에어 챔버(110)와 대기 사이에 구비되어 파랑의 진동주기에 따른 변화를 센싱한다. 그리고 수위 센싱기(130b)는 수주관로(120) 내부에 구비되어 수위 변화를 센싱한다. 수위 센싱기(130b)는 작동액이 기 설정된 수위 즉, 수주관로(120) 상부로 넘치지 않는 소정의 높이를 넘는지 안 넘는지 여부를 센싱한다.
이와 같이, 수주관로(120)에는 작동액이 채워져 있고, 파랑에 의해 작동액이 상하로 유동되면 에어 챔버(110)에 저장되어 있는 공기가 압축 또는 팽창되게 되는데, 본 발명에서는 이러한 작동액의 질량과 에어 챔버(110)에 저장되어 있는 공기에서 발생하는 에어 스프링 상수로 진동계를 형성하여 가변수주 진동장치(100)의 진동이 동조되도록 에어 챔버(110)에 저장된 공기의 에어 스프링 상수를 제어기(140)를 통해 제어하도록 하였다.
제어기(140)는 파랑 센싱기(130a)의 센싱 결과에 따라, 에어 챔버(110)의 체적을 조절한다. 즉, 제어기(140)는 파랑 센싱기(130a)의 센싱 결과 파랑의 진동주기가 긴 경우에는, 작동액의 고유진동주기를 길게 하기 위해 공기 이동통로를 개방하여 에어 챔버의 체적을 늘이고, 파랑 센싱기(130a)의 센싱 결과 파랑의 진동주기가 짧은 경우에는, 작동액의 고유진동주기를 짧게 하기 위해 공기 이동통로를 폐쇄하여 에어 챔버의 체적을 줄일 수 있다. 이때, 제어기(140)는 공기 이동 차단 수단 또는 제어 밸브 형태로 구비될 수 있다.
동력 발생기는 수주관로(120) 상부에 구비되어, 작동액의 수직수주 수위 변화에 따라 압축 또는 팽창되는 수주관로(120) 내의 공기를 이용하여 동력을 발생시킨다.
이와 같이 구성된 파력 발전 장치는 도 4에 도시된 바와 같이 에어 챔버의 부력으로 해수면 상위에 떠 있으며, 해저에는 해저싱커(Sinker,160)가 설치되며 해저싱커는 해수면에 떠 있는 파력발전 장치와 상호 연결되는 체인을 포함하고 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 가변수주 진동장치를 이용한 파력 발전 장치의 제원과 파라미터를 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하여 설명하면, pb는 가변수주 진동장치(100)의 밀도, T1n?과?T2n 은 각각 가변수주 진동장치(100) 및 수직수주의 고유진동주기, η은 에너지 변환효율을 나타낸다.
파력 발전 장치의 운전은 에어 챔버(110)의 용적에 큰 영향을 받는다. 하지만, 에어 챔버의 용적을 파랑에 따라 조절하는 방법은 에어 챔버 구조가 복잡해지고 대용량의 밸브들이 필요하다. 따라서 본 실시 예에서는 발전기의 토크를 조절하여 수직수주의 진동을 제동하는 제어방법을 적용할 수 있다. 파력 발전 장치의 출력을 제어하는 파라미터로 수직수주의 댐핑비율(ξ2)을 사용할 수 있다. 수직수주의 댐핑계수(b2)는 주어진 수직수주의 댐핑비율(ξ2)로부터 계산되어 발전기의 토크를 제어하는 값으로 사용된다. 발전기의 토크가 증가하면 수직수주의 댐핑계수(ξ2)도 증가하며, 발전기(12)의 토크가 감소하면 수직수주의 댐핑계수(ξ2)도 감소한다. 이때, 댐핑은 진동을 흡수하는 비율을 말한다.
도 6 내지 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 가변수주 진동장치를 이용한 파력 발전 장치의 주파수응답 특성을 설명하기 위한 도면이다. 도 6 내지 도 11은 도 5의 제원과 파라미터들을 이용하여 시뮬레이션으로 계산된, 가변수주 진동장치(100)를 이용한 파력 발전 장치의 주파수응답 특성을 보이고 있다. 또한, 도면에 표시된 (1) 내지 (6)의 표시는 수직수주의 댐핑비율에 따른 변화된 값을 말하며, (1)은 댐핑비율이 0.4 인 경우, (2)는 댐핑비율이 0.5 인 경우, (3)은 댐핑비율이 0.6 인 경우, (4)는 댐핑비율이 0.7인 경우, (5)는 댐핑비율이 0.8인 경우, (6)은 댐핑비율이 0.9인 경우에 해당한다.
도 6은 가변수주 진동장치(100)의 진폭(z1)과 Goda’s formula에 의한 파랑의 진폭(Ag)을 보이고 있다. 가변수주 진동장치(100)의 진폭이 Goda formula에 의한 입사파의 진폭보다 약 0.5~1m정도 크게 되는 것을 볼 수 있다. 도 7은 수직수주의 진폭을 보이고 있다.
도 8 및 도 9는 각각 가변수주 진동장치(100)와 수직수주의 속도를 보이고 있다. 가변수주 진동장치(100)의 속도는 가변수주 진동장치(100)의 고유진동주기인 약 3초 부근에서 집중되는 반면에, 수직수주의 속도는 가변수주 진동장치(100)의 고유진동주기인 3초에서 수직수주의 고유진동주기인 8초 범위에서 일정한 크기를 보이고 있다.
도 10은 가변수주 진동장치(100)와 파랑의 상호작용에 의해 생성된 마찰손실에 상당하는 가변수주 진동장치(100)의 출력을 나타난다. 짧은 주기에서는 파랑에 의해 상당히 높은 출력이 발생함을 알 수 있다. 그 이유는 이 범위의 주기에서 가변수주 진동장치(100) 진폭이 갑자기 증가하는데 기인한다.
도 11은 수직수주에 의해 발전된 출력이 파랑주기 4~8초 범위에서 설계조건인 150kW를 출력함을 보이고 있다. 또한 수직수주의 댐핑비율(ξ2)이 증가함에 따라 출력의 피크값이 왼쪽으로 이동함을 알 수 있다. 출력곡선은 파랑주기 6초 부근을 중심으로 약 4~8초 범위에서 2개의 출력 피크 값이 나타나며, 이러한 결과는 넓은 파랑주기 대역에서 출력을 균등하게 낼 수 있어 파력 발전기의 이용율 향상에 크게 기여할 수 있다.
이처럼, 본 발명에 의한 가변수주 진동장치 및 이를 이용한 파력 발전 장치는 에어 챔버의 체적을 조절하여 수주관로에서의 작동액의 고유진동주기를 파랑의 진동주기와 공진시켜, 작동액의 상하운동이 파랑의 상하운동에 비해 크게 증폭되므로, 파랑에 의한 파고, 파주기 등의 변화에 상관없이 안정적으로 동력을 발생시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 수주관로에서의 작동액의 수직수주 수위 변화에 따라 압축 또는 팽창되는 수주관로 상부 공기를 이용하여 동력을 발생시킴으로써, 종래에 비해 전력 변환 과정이 축소될 수 있다.
또한, 본 발명은 수주관로 내에서 작동액의 유동은 유체 피스톤의 역할을 수행하고 에어 챔버 내의 공기는 에어 스프링 효과를 유발함으로써, 에어 스프링의 강성과 작동액의 질량으로 형성되는 진동계를 파랑의 주기와 일치시킬 수 있어 파랑 에너지의 흡수 효율을 향상시킬 수 있다.
100 : 가변수주 진동장치
110 : 에어 챔버 120 : 수주관로
130a: 파랑 센싱기 130b: 수위 센싱기
140 : 제어기 150 : 동력 발전기

Claims (13)

  1. 에어 챔버;
    상기 에어 챔버의 내부 중앙을 관통하여 구비되되 하부는 상기 에어 챔버의 하부와 연통되며, 내부에는 작동액이 채워진 수주관로; 및
    상기 에어 챔버는,
    상기 수주관로의 상부를 감싸며, 내부에 공기를 저장하는 상부 실린더; 상기 수주관로의 하부를 감싸는 하부 실린더; 및 상기 상부 실린더와 상기 하부 실린더를 연결하며, 상기 상부 실린더에 저장된 공기를 상기 하부 실린더로 이동시키는 이동통로를 제공하는 중간 실린더;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변수주 진동장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 중간 실린더의 단면적은 상기 상부 실린더와 상기 하부 실린더의 단면적보다 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 가변수주 진동장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 수주관로의 하부에는, 일정량의 작동액을 저장하는 작동액 저장조를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 가변수주 진동장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 에어 챔버와 대기 사이에 파랑 센싱기를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 가변수주 진동장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 파랑 센싱기의 센싱 결과에 따라 상기 에어 챔버의 체적을 조절하는 제어기를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 가변수주 진동장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 수주관로의 내측에 수위 센싱기를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 가변수주 진동장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 수주관로 상부에는 동력 발전기를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 가변수주 진동장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 동력 발전기는
    상기 작동액의 수직수주 수위에 따라 압축 또는 팽창되는 상기 수주관로 내의 공기를 이용하여 구동되는 에어 터빈; 및
    상기 에어 터빈과 연결되어 동력을 생산하는 발전기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변수주 진동장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 작동액은 담수 또는 해수를 사용하는 것을 특징으로 하는 가변수주 진동장치.
  10. 해수면 상에 떠 있는 에어 챔버와 상기 에어 챔버 내부에 구비되며, 파랑에 따라 내부에 채워진 작동액의 수위가 가변되는 수직수주가 형성되는 수주관로를 포함하는 가변수주 진동장치를 이용한 파력 발전 장치에 있어서,
    상기 에어 챔버와 대기 사이에 배치되어, 파랑의 진동주기를 센싱하는 파랑 센싱기;
    상기 파랑 센싱기의 센싱 결과에 따라, 상기 에어 챔버의 체적을 조절하는 제어기; 및
    상기 수주관로 상부에 구비되어, 상기 작동액의 수직수주 수위 변화에 따라 압축 또는 팽창되는 상기 수주관로 내의 공기를 이용하여 동력을 발생시키는 동력 발생기;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 파력 발전 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 파랑 센싱기의 센싱 결과 파랑의 진동주기가 긴 경우에는 상기 작동액의 고유진동주기를 길게하기 위해 공기 이동통로를 개방하여 상기 에어 챔버의 체적을 늘이고, 상기 파랑 센싱기의 센싱 결과 파랑의 진동주기가 짧은 경우에는 상기 작동액의 고유진동주기를 짧게하기 위해 공기 이동통로를 폐쇄하여 상기 에어 챔버의 체적을 줄이는 것을 특징으로 하는 파력 발전 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 수주관로의 내측에 구비되어, 상기 작동액의 수직수주 수위 변화를 센싱하는 수위 센싱기를 포함하는 것을 특징으로 하는 파력 발전 장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 작동액은 상기 수주관로 하부에 구비되는 작동액 저장조에 저장되는 것을 특징으로 하는 파력 발전 장치.
KR20130082003A 2013-07-12 2013-07-12 가변수주 진동장치 및 이를 이용한 파력 발전 장치 KR20150008284A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20130082003A KR20150008284A (ko) 2013-07-12 2013-07-12 가변수주 진동장치 및 이를 이용한 파력 발전 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20130082003A KR20150008284A (ko) 2013-07-12 2013-07-12 가변수주 진동장치 및 이를 이용한 파력 발전 장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20150008284A true KR20150008284A (ko) 2015-01-22

Family

ID=52571983

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR20130082003A KR20150008284A (ko) 2013-07-12 2013-07-12 가변수주 진동장치 및 이를 이용한 파력 발전 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20150008284A (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170264003A1 (en) * 2016-03-10 2017-09-14 Samsung Electronics Co., Ltd. Electronic device comprising antenna
WO2017164450A1 (ko) * 2016-03-23 2017-09-28 전자부품연구원 최대 출력 추종을 위한 능동 위상 제어 방법 및 이를 지원하는 파력 발전 시스템
CN110594076A (zh) * 2019-09-20 2019-12-20 天津大学 基于浮式平台的内嵌式减振发电系统及减振发电方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170264003A1 (en) * 2016-03-10 2017-09-14 Samsung Electronics Co., Ltd. Electronic device comprising antenna
WO2017164450A1 (ko) * 2016-03-23 2017-09-28 전자부품연구원 최대 출력 추종을 위한 능동 위상 제어 방법 및 이를 지원하는 파력 발전 시스템
CN110594076A (zh) * 2019-09-20 2019-12-20 天津大学 基于浮式平台的内嵌式减振发电系统及减振发电方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2006320515C1 (en) Wave energy converter utilizing internal reaction mass and spring
EP1439306B1 (en) Wave energy converter
EP2094966B1 (en) Wave energy converter
CA2779287C (en) Hydraulic apparatus
US11624346B2 (en) Active resonance C-type buoyant flap wave energy converter
US20140138953A1 (en) Wave energy converter design incorporating an induction generator
KR20140022376A (ko) 환형 부유체
JP2007132336A (ja) 波力発電装置
KR101800494B1 (ko) 진동수주형 웨이브 에너지 변환 장치 및 시스템
CA3157262A1 (en) Motion absorbing system and method for a structure
Alves et al. Performance evaluation of an axysimmetric floating OWC
KR20150008284A (ko) 가변수주 진동장치 및 이를 이용한 파력 발전 장치
KR101076080B1 (ko) 파도동력변환장치
US20210148326A1 (en) Tide Activated Device to Operate A Turbine Generator
KR101133674B1 (ko) 파랑에너지를 이용한 가변 수주진동장치
EP3334924B1 (en) Wave energy converter
JP2018013129A (ja) 波力エネルギー発電システム
KR20190017276A (ko) 부유식 해양구조물의 운동 저감 장치
Lai et al. Numerical study on the optimization of hydrodynamic performance of oscillating buoy wave energy converter
KR101377281B1 (ko) 횡류터빈을 이용한 가변 수주진동형 파력 발전장치
KR101324307B1 (ko) 자려진동 에너지를 이용한 조류 발전기
AU2008243086B2 (en) Wave energy converter
KR20160141628A (ko) 회전각 가변 슬라이딩 부표 방식 파력발전기의 회전각 제어방법
CN116928002A (zh) 一种带波浪能装置的漂浮式海上风电平台
CN116788453A (zh) 一种用于漂浮式风电的调谐液柱阻尼减振系统

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Withdrawal due to no request for examination