KR20150141882A - 수중 해류 발전소 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 수력 터빈 및 상기 수력 터빈에 구동 연결된 발전기를 포함하는 나셀; 나셀을 지지하고 해저 지반 내에 설치된 지지 구조; 및 운전, 제어, 데이터 검출 및 다른 기능에 이용되는, 밀봉하여 밀폐된 다수의 장치를 포함하는 수중 수력 발전소에 관한 것이다. 본 발명에 따른 수중 발전소는, 고장에 덜 민감한 장치들을 포함하는 제1 박스가 제공되고, 고장에 더 민감한 장치들을 포함하는 제2 박스가 제공되고, 장치들의 2개의 그룹은 전자/전기 케이블 및 유동 매체를 위한 튜브와 같은 도체 스트랜드에 의해 서로 연결되고, 도체 스트랜드들은 적어도 수면과 작업 위치 내의 제2 박스 사이의 간격만큼의 길이를 가진다.

Description

수중 해류 발전소{UNDERWATER MARINE CURRENT POWER PLANT}

본 발명은 수력 터빈, 상기 수력 터빈에 구동 연결된 발전기 및 수중 지반 위에 설치된 지지 구조와 같은 주요 부분들을 포함하는, 바다 또는 강에서 해상- 또는 육상 운전을 위한 해류 발전소에 관한 것이다. 터빈과 발전기는 어뢰형 하우징 내에 위치한다.

DE 10 2013 001 212 및 DE 10 2012 025 127를 참조한다. DE 10 2008 020 964호도 참조한다. 상기 간행물들은 전류 전송 케이블이 정비 작업 시 케이블-나셀 연결을 분리할 필요 없이 나셀이 수면 위로 상승할 수 있을 정도의 충분한 길이를 갖는 수중 수력 발전소를 기술한다.

터빈, 발전기 및 하우징은 소위 나셀을 형성한다. 이들은 지지 구조에 의해 지지된다. 이들은 수중 지반 위에, 예를 들어 해저 지반 위에 설치된다. 이들은 지반 내 수 미터 깊이에 삽입될 수 있다. 또한 예를 들어 콘크리트로 이루어진 중량 구조들도 제공되고, 상기 구조들은 지반의 드릴링을 필요로 하지 않는다. 지지 구조는 말뚝으로 이루어질 수 있다.

모든 수중 발전 설비에서 중요한 문제는 정비와 수리이다. 특히 터빈과 나셀은 가끔 정비를 필요로 한다. 또한 예상 밖의 수리 작업도 필요하다. 이러한 작업은 수중에서 이루어질 수 없고, 선박 또는 육지에서 이루어질 수 있다. 따라서 나셀은 지지 구조로부터 분리되어 선박 위로 올려 져야 한다. 이것은 일반적으로 선박 크레인에 의해 케이블 구조를 이용해서 이루어진다.

그러나 설비 전체는 터빈과 발전기 외에도 제어, 데이터 검출 및 다른 기능에 이용되는, 마찬가지로 수중에 위치하므로 밀봉하여 밀폐된 다른 장치들을 포함한다. 경우에 따라서 센서, 정류기, 변압기, 중앙 프로세스 유닛 등이 이러한 장치에 속한다.

이들은 수밀 박스에 봉해 넣어지고, 박스는 해류 발전소의 어딘가에, 예를 들어 지지 구조 내에 또는 상에 및 나셀 내에 또는 상에 배치된다. 나셀은 세분될 수 있고, 나셀의 부분이 박스를 형성할 수 있다. 장치들은 일반적으로 매우 민감하다. 따라서 수중 정비 또는 교체는 불가능하다. 따라서 상기 장치들은 전체적으로 수면으로 올려져야 한다. 이 경우 다른 문제가 발생한다: 상기 장치들은 전기 또는 전자 케이블과 같은 도체 스트랜드에 의해, 경우에 따라서는 압축 공기 또는 유압 라인에 의해 서로 및 다른 장비에, 예를 들어 발전기에 도전 연결되어 있다.

따라서 밀봉하여 밀폐된 박스 내에 위치한 장치들뿐만 아니라 나셀 전체와 같은 다른 부분들도 거기에 포함된 부품들이 정비 또는 수리를 필요로 하지 않더라도 수면으로 옮겨야 할 필요가 있을 수 있다.

수력 발전소 전체를 현장에 둔 채로, 즉 수중에서 정비 및 수리를 실시하고자 한다면, 이러한 작업은 수중에서 잠수사들에게 맡겨질 수도 있다. 그러나 이러한 잠수는 어렵다. 한 번의 잠수로 작업이 이루어질 수 없기 때문에, 잠수는 때때로 반복되어야 한다. 또한 모든 잠수는 잠수사들의 생명의 위험과 직결된다.

본 발명의 과제는 잠수할 필요 없이, 정비와 수리 작업이 더 간단하고 저렴하게 실시될 수 있도록 수중 발전소를 형성하는 것이다.

상기 과제는 청구범위 제1항에 따른 발전소에 의해 해결된다.

본 발명은 다음과 같이 파악된다:

밀봉 폐쇄된 박스 내에 밀폐된 상기 장치들에 정비 또는 수리가 전혀 또는 거의 필요 없는 장치들 및 그러한 확률이 매우 높은 다른 장치들이 있다.

상기 본 발명의 과제의 해결 방법은 다음과 같다:

- 한편으로는 민감한, 즉 고장이 잦은 그리고 다른 한편으로는 민감하지 않은, 즉 고장이 잦지 않은 상기 장치들은 2개의 다른 박스 내에 설치된다.

- 2개의 범주의 장치들은 상기 스트랜드 - 전기 케이블, 전자 케이블 등 - 에 의해 서로 연결되어 유지된다.

- 스트랜드의 길이는 해수면과 민감한 장치가 들어 있는 박스의 설치 위치 사이의 거리와 적어도 동일하게 설정된다.

수중 발전소의 수심은 5 내지 30 m의 범위이고, 따라서 연결이 비교적 간단하다. 작업 위치에 있는 장치 박스에서 도체 스트랜드는 롤러에 감길 수 있다. 정비 또는 수리를 위해 선박의 갑판 위로 박스를 올리는 경우에 스트랜드는 풀린다.

본 발명의 경제성은 매우 높다. 즉 민감한 장치가 들어 있는 박스를 들어올릴 때 케이블 연결을 분리하지 않아도 되고, 따라서 다시 케이블 연결을 형성하지 않아도 된다.

본 발명은 도면을 참고로 설명된다.

도 1은 지지 구조로부터 분리된 나셀을 포함하는 모듈 방식으로 구성된 수중 발전소를 도시한 도면이다.
도 2는 분리 가능한 전기 발전기를 포함하는 본 발명의 대안적 실시예를 위한 수중 발전소를 도시한 종단면도이다.

도 1은 본 발명에 따른 수중 발전소를 개략적으로 간단하게 도시한다. 상기 수중 발전소는 모듈 방식으로 구성되고, 지지 구조(4)를 포함하고, 상기 지지 구조는 이 경우 수중 지반(5)까지 안내된다. 지지 구조(4)는 하나의 말뚝을 포함할 수 있고, 상기 말뚝의 하단부(4.1)는 해저 지반에 삽입된다. 상기 지지 구조(4)에 나셀(2)이 연결될 수 있고, 상기 나셀은 또한 수력 터빈(3)을 지지한다. 이 실시예에서 추가로 전기 발전기(6)가 나셀(2) 내에 수용된다. 상기 발전기는 적어도 터빈(3)에 의해 직접 구동되고, 조류로부터 얻어진 동력 에너지를 전기 에너지로 변환한다. 지지 구조(4)에 나셀(2)을 연결하기 위해 커플링 장치가 제공되고, 상기 커플링 장치는 결합 가능한 수용부(12)와 접속용 파이프(13)를 포함한다.

모듈 방식으로 구성된 수중 발전소(1)는 유도 전송 장치(7)를 포함하고, 상기 장치는 전기 발전기(6)에 의해 생성된 전력을 무접촉으로 나셀(2)로부터 지지 구조(4)로 전송하는데 이용된다. 이를 위해 유도 전송 장치(7)는 변압기(9)를 포함할 수 있고, 상기 변압기의 1차측(10)은 나셀(2)에 할당되고 상기 변압기의 2차측(11)은 지지 구조(4)에 할당된다. 또한 유도 전송 장치(7)는 도시된 바와 같이 커플링 장치(15)의 부분일 수 있거나 그 근처에 형성될 수 있다.

간단한 커플링 가능성을 구현하기 위해 유도 전송 장치(7)는, 그 부품들이 주변 해수에 대해 밀폐되도록 구현되고, 연결 후에 전기 발전기의 에어 갭 영역은 물에 잠긴다.

제1 박스(14.1)가 제공된다. 상기 박스는 고장에 덜 민감한 장치들을 포함하고, 또한 고장에 민감한 장치들을 포함하는 박스(14.2)가 제공된다.

고장에 민감한 장치들은 설비의 운전, 제어, 파라미터의 검출 및 다른 기능을 위한 장치들일 수 있다. 고장에 민감한 장치들은 변환기, 스위치, 변압기 또는 유압 장치일 수도 있다. 기본적으로 주전원까지 이르는, 고정적인 빈도를 특징으로 하는 모든 장치들이 고려된다. 이러한 장치들은 자주 정비되고 경우에 따라서 교체되어야 한다. 상기 장치들은 또한 정비 빈도에 따라 분류될 수 있다. 또한 정비가 잦은 부분들은 어셈블리 또는 박스 내에 통합될 수 있다.

2개의 박스의 장치들은 서로 함께 작동하고 따라서 전기, 전자 또는 다른 방식으로 도전 연결된다. 이를 위해 케이블(8)이 이용된다. 케이블(8)은 2개의 박스(14.1, 14.2) 사이에서 조립 상태의 박스(14.2)의 위치와 수면 사이에서 측정했을 때 적어도 수심에 상응하는 길이를 갖는다. 2개의 박스 사이에서 케이블 섹션을 감기 위해 케이블 롤러(15)가 제공된다. 고장에 민감한 장치들이 들어 있는 박스(14.2)는 지지 구조(4)에, 예를 들어 기초 플레이트(16)에 고정된다. 고정은, 간단하고 신속하게 형성되지만, 마찬가지로 간단하고 신속하게 다시 해제될 수 있도록 형성되고 배치된다. 이때 예를 들어 자기에 의한 고정이 고려된다. 경우에 따라서 지지 구조(4)는 해저 지반 내에 설치된 말뚝(17)을 포함할 수 있다.

고장에 민감한 장치들과 고장에 민감하지 않은 장치들이 들어 있는 박스들은 해류 발전소 내 임의의 위치에, 예를 들어 나셀 자체 내에, 터빈 내에, 지지 프레임 내에 또는 상기 다른 부분들에 위치할 수 있다. 상기 박스들은, 시각적으로 식별할 수 없도록 통합될 수 있다.

2개의 박스(14.1, 14.2) 및 긴 케이블(8)의 본 발명에 따른 배치에 의해 고장에 민감한 장치들을 포함하는 박스(14.2)는 필요 시 또는 때때로 지지 구조(4)에서 고정 해제될 수 있고, 수면 위로, 예를 들어 건조하고 안정한 상태에서 각각의 작업이 실행될 수 있는 선박의 갑판 위로 올려 질 수 있다.

도 2는 수력 터빈(3)이 수직 구동자로서 형성된 모듈 방식의 수중 발전소(1)를 간단히 도시한다.

박스(14.1, 14.2)는 가능하면 장치들의 고장 빈도 및/또는 접근 가능성에 따라 분류되어 다른 박스로 다시 세분될 수도 있다.

상기 케이블(8)은 압축 공기, 저압, 전류 등을 포함한 다양한 매체를 전도하는 다수의 스트랜드를 포함할 수 있다.

케이블(8)이 기계적 가이드 구조에 의해, 즉 케이블 롤러(15)뿐만 아니라 고리 또는 텔레스코픽 장치에 의해 안내되는 것이 고려될 수 있다.

1 수중 발전소
2 나셀
3 수력 터빈
4 지지 구조
4.1 말뚝의 하단부
5 수중 지반
6 전기 발전기
7 전송 장치
8 케이블
9 변압기
10 변압기의 1차측
11 변압기의 2차측
12 수용부
13 접속용 파이프
14.1 고장에 덜 민감한 장치들을 수용하기 위한 박스
14.2 고장에 더 민감한 장치들을 수용하기 위한 박스
15 케이블 롤러
16 기초 플레이트
17 말뚝

Claims (5)

1. 수중 수력 발전소로서,
   수력 터빈(3) 및 상기 수력 터빈에 구동 연결된 발전기(6)를 포함하는 나셀(2);
   상기 나셀을 지지하고 해저 지반 내에 또는 위에 설치된 지지 구조(4); 및
   운전, 제어, 데이터 검출 및 다른 기능에 이용되는, 밀봉하여 밀폐된 복수의 장치
   를 포함하고,
   고장에 덜 민감한 장치들을 포함하는 제1 박스(14.1)가 제공되고,
   고장에 더 민감한 장치들을 포함하는 제2 박스(14.2)가 제공되며,
   2개 그룹의 상기 장치들은 전자/전기 케이블, 유동 매체를 위한 튜브와 같은 도체 스트랜드(8)에 의해 서로 연결되고,
   상기 도체 스트랜드(8)는 적어도 수면과 작업 위치 내의 제2 박스 사이의 간격만큼의 길이를 가지는, 수중 수력 발전소.
2. 제1항에 있어서,
   상기 스트랜드를 감기 위한 수단(15)이 제공되는, 수중 수력 발전소.
3. 제2항에 있어서,
   상기 수단(15)은 수직 또는 수평 회전축을 가진 케이블 롤러를 포함하는, 수중 수력 발전소.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
   상기 수단(15)은 상기 나셀(2) 상에 또는 내에 또는 상기 기초 구조(4) 상에 또는 내에 배치되는, 수중 수력 발전소.
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 박스(14.1. 14.2)는 상기 지지 구조(4) 상에 또는 내에 또는 나셀 상에 또는 내에 배치되는, 수중 수력 발전소.

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