KR20150115050A - 파력발전장치를 구비한 선박 또는 해양구조물 - Google Patents

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Abstract

파력발전장치를 구비한 선박 또는 해양구조물이 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 파력발전장치는, 해상에 부유되는 선체; 및 선체의 선수로부터 선미까지 중심라인을 기준으로 양쪽에 각각 배치되되, 파랑에 의한 선체의 움직임에 따른 파랑의 운동에너지를 전기에너지로 변환시키는 파력발전유닛을 포함한다.

Description

파력발전장치를 구비한 선박 또는 해양구조물{VESSEL AND OCEAN CONSTRUCTION INCLUDING SEA HEAVY POWER OCEAN FACILITY}
본 발명은 파력발전장치를 구비한 선박 또는 해양구조물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 해양에서 발생되는 파랑으로부터 에너지를 생산하는 파력발전장치를 구비한 선박 또는 해양구조물에 관한 것이다.
파동에너지를 이용하여 발전하는 방식은 2가지가 있다. 제1 방식은 서로에 상대 운동하는 2개의 부유체 간에 영구자석과 코일을 개재하여 파력발전장치를 만드는 방식이다.
그리고 제2 방식은 1개의 부유체 안에 중량물(mass)를 삽입하여 서로에 상대 운동하는 중량물과 부유체 간에 영구자석과 코일을 개재하여 파력발전장치를 만드는 방식이다.
이들 중 제1 방식은 서로 상대 운동하는 2개의 부유체가 필요하고, 하나의 부유체가 해저면에 고정되어야 하고, 다른 하나의 부유체가 파면에 부유되어야 하며, 그리고 2개의 부유체 간에 수밀적인 상태에서 상대운동을 허용하여야 하기 때문에, 구조적으로 복잡하고, 유지보수가 어렵다고 하는 문제점을 가지고 있다.
아울러 제2 방식은 해저면에 고정되는 하나의 부유체 만이 필요하고, 하나의 부유체에만 수밀적인 구조를 제공하기 때문에, 제1 방식보다 구조적으로 단순하고 유지보수가 용이하다는 장점을 가지고 있어서, 최근에는 제1 방식보다 더 파력발전장치에 적용되고 있다.
이러한 기존의 파력발전 개념은, 연안에서 파랑에 의한 압력의 차이를 이용하거나 해수면 근처의 변화를 이용하여 발전하는 형태였으므로, 원양의 선박에서는 사용되기 어려웠다.
시추선과 같이 자세 및 위치제어시스템이 탑재된 선박은, 파랑에 의한 선체의 요동이 자세 및 위치제어시스템에 의해 제한되어 정해진 범위 내에 위치된다.
이러한 선박은, 전술한 바와 같이 파랑으로부터 에너지를 생산하도록 구성되어 있진 않으며, 파랑을 제한하기 위해 에너지를 소모할 뿐이다.
따라서 전술한 시추선과 같은 선박 또는 부유되는 해양구조물은, 에너지의 회수 측면에서 효율적이지 못하였다.
대한민국 특허출원 제10-2005-126214호
본 발명의 일 실시 예는, 파랑에 의해 부유되는 선체의 요동에 따른 에너지를 흡수하여 소모되는 에너지를 회수할 수 있는 파력발전장치를 구비한 선박 또는 해양구조물을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 해상에 부유되는 선체; 및 상기 선체의 선수로부터 선미까지 중심라인을 기준으로 양쪽에 각각 배치되되, 파랑에 의한 상기 선체의 움직임에 따른 상기 파랑의 운동에너지를 전기에너지로 변환시키는 파력발전유닛을 포함하는 파력발전장치를 구비한 선박 또는 해양구조물이 제공될 수 있다.
상기 파력발전유닛은, 상기 선체로부터 상기 해상으로 이동 가능하도록 마련되는 파력발전본체; 상기 선체의 움직임에 따른 해수의 유동에 의해 회전되도록 상기 파력발전본체에 마련되는 회전날개; 및 상기 회전날개의 중심부에 배치되어 상기 회전날개에 의한 회전력을 전기에너지를 변환시키는 발전모듈을 포함할 수 있다.
상기 파력발전본체는, 상기 선체의 선수부와 선미부 양쪽에 배치될 수 있다.
전술한 선박 또는 해양구조물은, 상기 파력발전유닛을 상기 선체로부터 상기 해상으로 이동시키도록 상기 선체에 배치되는 유압실린더를 더 포함할 수 있다.
상기 선체의 양쪽에 배치되되, 상기 파력발전본체가 복수로 배치되는 폰툰유닛을 포함할 수 있다.
상기 파력발전유닛은, 상기 선체의 위치를 유지할 수 있도록 전기모터에 의해 작동되는 수평형 스러스터이며, 상기 수평형 스러스터는, 상기 선체가 움직일 때 상기 전기모터에 의해 발전을 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 파랑에 의해 부유되는 선체의 요동에 따른 에너지를 흡수하여 소모되는 에너지를 회수할 수 있는 파력발전장치를 구비한 선박 또는 해양구조물을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 시추선의 정면도이다.
도 2는 도 1의 파력발전유닛이 배치된 데크의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 시추선의 평면도이다.
이하, 첨부된 도면에 도시된 특정 실시 예들에 의해 본 발명의 다양한 실시 예들을 설명한다. 후술되는 본 발명의 실시 예들에 차이는 상호 배타적이지 않은 사항으로 이해되어야 한다. 즉 본 발명의 기술 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서, 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은, 일 실시 예에 관련하여 다른 실시 예로 구현될 수 있으며, 각각의 개시된 실시 예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 변경될 수 있음이 이해되어야 하며, 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭하며, 길이 및 면적, 두께 등과 그 형태는 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다.
도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 선박 또는 해양구조물로는, 시추선을 상정하여 설명한다.
도 1과 도 2를 참조하면, 본 실시 예에 따른 시추선은, 해저의 자원을 시추할 수 있도록 시추장비가 탑재되며, 시추 시에 위치정렬 가능토록 다이나믹 포지션닝 시스템(dynamic positioning system, DPS 또는 DP)이 탑재되는 선체(100)와, 선체(100)의 양쪽에 배치되는 파력발전유닛(110)을 포함한다.
파력발전유닛(110)은, 선체(100)의 선수로부터 선미까지 중심라인을 기준으로 양쪽에 각각 배치되며, 파랑에 의한 선체(100)의 움직임에 따른 파랑의 운동에너지를 전기에너지로 변환시킬 수 있다.
즉 본 실시 예에 따른 파력발전유닛(110)은, 파랑에 의해 선체(100)가 요동됨에 따라 해수를 통과시킬 수 있으며, 후술되는 발전모듈(120)이 가동되어 전기를 생산할 수 있다.
이러한 파력발전유닛(110)은, 선체(100)의 양쪽에 배치되어 해상에서 선체(100)의 균형을 유지함으로써 파랑에 의한 선체(100)의 롤링 및 피칭운동을 제한할 수 있다. 이에 따라 선체(100)는 파랑에 의한 요동 시에 움직임이 제한되어 안정적인 시추양상의 위치 범위 내에 있을 수 있다.
이를 위한 본 실시 예에 따른 파력발전유닛(110)은, 선체(100)로부터 해상으로 이동 가능하도록 마련되는 파력발전본체(115)와, 선체(100)의 움직임에 따른 해수의 유동에 의해 회전되도록 파력발전본체(115)에 마련되는 회전날개(117)와, 회전날개(117)의 중심부에 배치되어 회전날개(117)에 의한 회전력을 전기에너지를 변환시키는 발전모듈(120)을 포함할 수 있다.
이러한 파력발전본체(115)는, 해상에 정해진 깊이로 잠수되어 부유될 수 있도록 내부가 중공된 환형의 파이프구조로 마련될 수 있다. 일 예로, 복수의 환형 파이프가 적층되어 결합된 구조로 마련될 수 있다.
회전날개(117)는, 파력발전본체(115)를 통과하는 해수의 유동에 의해 회전될 수 있도록 유선형의 날개들을 포함할 수 있으며, 발전모듈(120)의 외주부에 결합될 수 있다.
이러한 회전날개(117)의 회전에 의해 전기를 생산하는 발전모듈(120)은, 발전기와 거의 동일한 구조의 발전을 위한 영구자석과 유도코일(미도시)을 포함하며, 해상에서 해수의 침입이 차단되도록 외부환경에 대해 수밀 구조로 마련된다.
본 실시 예에 따른 발전모듈(120)은, 파력발전본체(115)의 상부와 하부에 지지되도록 결합된다. 회전날개(117)는 발전모듈(120)에 회전 가능하게 결합된다.
이처럼 중공 환형 형상의 파력발전본체(115), 파력발전본체(115)의 내측에 배치되는 회전날개(117)와 발전모듈(120)은, 높이에 비해 직경이 커서, 선체(100)의 균형을 수월하게 유지할 수 있으며, 선체(100)에 가해지는 파랑에 의한 운동에너지에 따른 선체(100)의 요동을 전기에너지로 흡수할 수 있다.
또한 본 실시 예에 따른 파력발전본체(115)는, 선체(100)의 선수부와 선미부 양쪽에 배치될 수 있다. 이는 파랑에 의한 선체(100)의 요동에 따른 롤링 및 피칭운동을 수월하게 감쇠시킬 수 있는 배치양상이다.
즉 선체(100)의 선수와 선미에 양측에 배치되는 파력발전유닛(110)은 선체(100)의 롤링 및 피칭운동을 쉽게 잠재울 수 있으며, 롤링 및 피칭운동의 감쇠 시에 파력발전본체(115)를 통과하는 해수에 의해 회전날개(117)를 회전시켜 발전을 수행할 수 있으며, 전술한 다이나믹 포지션닝 시스템에 의해 소모되는 전기에너지의 일부를 회수할 수 있다.
한편 본 실시 예에 따른 시추선은, 파력발전유닛(110)을 선체(100)로부터 해상으로 이동시키도록 선체(100)에 배치되는 유압실린더(122)를 더 포함할 수 있다. 이러한 유압실린더(122)는, 선체(100)의 양쪽으로 파력발전유닛(110)을 이동시킬 수 있도록 각각의 파력발전유닛(110)에 연결된다.
파력발전유닛(110)은, 운항 시에는 선체(100)의 내부에 배치되어 있다가 시추작업과 같이 위치의 정해진 상태에서 유압실린더(122)에 의해 선체(100)의 외부로 이동될 수 있다. 이때에 선체(100)의 파력발전유닛(110)이 출몰되는 출입구(102)에는 자동개폐 가능한 외벽도어(125)가 마련될 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 실시 예에 따른 시추선은, 선체(100)의 선수와 선미 양쪽에 파력발전유닛(110)이 외부로 출몰 가능하게 배치됨으로써 필요 시에 파력발전유닛(110)에 의한 발전을 수행할 수 있으며, 파력발전유닛(110)에 의해 선체(100)에 가해지는 파랑의 충격을 수월하게 완화시킬 수 있으므로, 선체(100)의 요동에 대한 안정성이 향상되며, 선체(100)의 움직임을 제한할 때 사용되는 전기에너지를 회수할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 시추선에 대해서 설명한다. 다른 실시 예에 따른 시추선은, 파력발전유닛(110)의 배치구조와 양상을 제외하고는 전술한 실시 예와 대부분 동일하다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 시추선은, 선체(100)의 양쪽에 배치되되 전술한 바와 같은 파력발전유닛(110)의 파력발전본체(115)가 복수로 배치되는 폰툰유닛(130, pontoon unit)을 포함할 수 있다.
폰툰유닛(130)은, 해수가 상하로 통과할 수 있도록 통로가 마련되며, 이러한 통로에 파력발전유닛(110)이 배치된다. 폰툰유닛(130)은, 복수의 파력발전유닛(110)을 상호 분리시키는 격벽들이 내부에 마련될 수 있으며, 해상에 일정 깊이 잠겨 부유될 수 있도록 부력공간이 마련될 수 있다.
이러한 폰툰유닛(130)은, 해상에 일정 깊이로 잠수될 수 있으며, 배치되는 파력발전유닛(110)에 의해서는 전기가 생산될 수 있다. 즉 파랑에 의해 선체(100)가 움직일 때, 폰툰유닛(130)이 선체(100)의 양쪽에서 상하로 움직이게 되며, 파력발전본체(115)로는 해수가 통과할 수 있다.
해수는, 파력발전본체(115)를 통과하면서 회전날개(117)를 회전시킬 수 있으며, 회전날개(117)는 발전모듈(120)의 영구자석 또는 유도코일을 가동시켜 전기를 생산할 수 있다.
또한 본 실시 예에 따른 폰툰유닛(130)에는, 선체(100)에 대한 위치 정렬할 수 있도록 전술한 다이나믹 포지션닝 시스템과 연동되는 위치정렬추진모듈(미도시)이 마련될 수 있다.
이러한 위치정렬추진모듈은, 전술한 다이나믹 포지션닝 시스템의 추진유닛과 거의 동일한 장치로서, 다이나믹 포지션닝 시스템에 연결되어 추진유닛과 함께 작동될 수 있다.
이때 위치정렬추진모듈은, 추진유닛보다 선체(100)로부터 더 유격된 거리에서 선체(100)에 대해 추진력을 제공할 수 있으며, 선체(100)의 회전 시에 더 많은 회전력을 제공할 수 있다.
즉 위치정렬추진모듈은, 추진유닛보다 더 작은 추진력을 갖도록 마련될 수 있으나, 선체(100)에 대한 회전력의 제공 시에는 폰툰유닛(130)이 배치되는 팔의 길이에 의해 충분한 회전력을 제공할 수 있다. 이러한 위치정렬추진모듈의 작용원리는, 모멘트의 크기가 팔 길이에 비례하는 원리에 기초한다.
이때의 위치정렬추진모듈은, 드릴에 의한 시추 과정 시에 선체(100)의 회전 움직임을 제한하여 일정위치로 유지할 때, 추진유닛보다 선체(100)에 더 많은 회전력을 제공할 수 있으므로, 선체(100)의 위치안정에 상당한 기여를 할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 파력발전유닛(110)은 선체(100)의 위치를 유지할 수 있도록 전기모터에 의해 작동되는 수평형 스러스터일 수 있으며, 수평형 스러스터는 선체가 움직일 때 전기모터에 의해 발전을 수행할 수 있다.
이러한 수평형 스러스터는, 주로 드릴 쉽과 같이 부유된 상태에서 해저에 대한 드릴링 작업을 수행할 때, 선체의 위치를 유지할 수 있도록 선체의 양쪽에 배치되는 스러스터, 또는 추진기로서, 동적위치정렬시스템(dynamic positioning system, DP SYSTEM)의 구성요소이다.
이러한 수평형 스러스터는, 도시되진 않았으나 도 1과 도 2의 파력발전유닛(110)의 배치양상과는 달리 회전날개(117)와 유사한 프로펠러가 선체(100)에 추력을 제공할 수 있도록 배치되며, 구동을 위한 전기모터와 함께 컴팩트하게 배치된다.
이러한 수평형 스러스터는, 선체(100)가 이동될 때 해수가 통과하면서 회전날개(117)와 같은 프로펠러가 회전되며, 프로펠러에 의해 전기모터가 구동되며, 전기모터가 발전기로서 작동되어 전기를 생산할 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 일 실시 예에 대하여 설명하였으나, 이를 기초로 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다 할 것이다.
100: 선체 102: 출입구
110: 파력발전유닛 115: 파력발전본체
117: 회전날개 120: 발전모듈
122: 유압실린더 125: 외벽도어
130: 폰툰유닛

Claims (6)

  1. 해상에 부유되는 선체; 및
    상기 선체의 선수로부터 선미까지 중심라인을 기준으로 양쪽에 각각 배치되되, 파랑에 의한 상기 선체의 움직임에 따른 상기 파랑의 운동에너지를 전기에너지로 변환시키는 파력발전유닛을 포함하는 파력발전장치를 구비한 선박 또는 해양구조물.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 파력발전유닛은,
    상기 선체로부터 상기 해상으로 이동 가능하도록 마련되는 파력발전본체;
    상기 선체의 움직임에 따른 해수의 유동에 의해 회전되도록 상기 파력발전본체에 마련되는 회전날개; 및
    상기 회전날개의 중심부에 배치되어 상기 회전날개에 의한 회전력을 전기에너지를 변환시키는 발전모듈을 포함하는 파력발전장치를 구비한 선박 또는 해양구조물.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 파력발전본체는, 상기 선체의 선수부와 선미부 양쪽에 배치되는 파력발전장치를 구비한 선박 또는 해양구조물.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 파력발전유닛을 상기 선체로부터 상기 해상으로 이동시키도록 상기 선체에 배치되는 유압실린더를 더 포함하는 파력발전장치를 구비한 선박 또는 해양구조물.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 선체의 양쪽에 배치되되, 상기 파력발전본체가 복수로 배치되는 폰툰유닛을 포함하는 파력발전장치를 구비한 선박 또는 해양구조물.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 파력발전유닛은, 상기 선체의 위치를 유지할 수 있도록 전기모터에 의해 작동되는 수평형 스러스터이며,
    상기 수평형 스러스터는, 상기 선체가 움직일 때 상기 전기모터에 의해 발전을 수행하는 파력발전장치를 구비한 선박 또는 해양구조물.
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