KR20160039163A - 단류발전기를 설치하여 복류발전을 할 수 있는 조력발전장치의 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 단류발전기를 설치하여 복류발전을 할 수 있는 조력발전장치의 시공방법복류에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 단류발전기가 설치된 수차수로 양측으로 보조수로를 각각 설치하여 일측 보조수로는 물을 들여와 발전하고 타측 보조수로는 기존의 퇴수로에 연결해서 발전한 물이 나갈 수 있게 하여 필요로 하는 수문만의 개폐로 복류 발전을 가능케 하는 단류발전기를 설치하여 복류발전을 할 수 있는 조력발전장치의 시공방법에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 단류발전기를 설치하여 복류발전을 할 수 있는 조력발전장치의 시공방법은 내부에 발전기와 수차를 구비하고 양측으로 수차수로 벽체가 형성되어 이루어진 수차수로; 상기 수차수로 벽체의 양측에 수로벽체 벽체와 이격되게 보조수로 벽체가 각각 형성되어 이루어지고 상기 수차수로와 물이 통할 수 있게 연결된 보조수로; 및 상기 수차수로와 보조수로의 일단과 다단에 구비되어 정류와 복류 발전을 위해 개폐에 의해 물을 유입하거나 배수하는 다수의 수문; 을 포함하여 구성된다.

Description

단류발전기를 설치하여 복류발전을 할 수 있는 조력발전장치의 시공방법{Construction method of double flow tidal power devicesd}

본 발명은 단류발전기를 설치하여 복류발전을 할 수 있는 조력발전장치의 시공방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 단류 발전기가 설치된 수차수로 양측으로 보조수로를 각각 설치하여 일측 보조수로는 물을 들여와 발전하고 타측 보조수로는 기존의 퇴 수로에 연결해서 발전한 물이 나갈 수 있게 하여 필요로 하는 수문만의 개폐로 복류 발전을 가능케 하는 단류발전기를 설치하여 복류발전을 할 수 있는 조력발전장치의 시공방법에 관한 것이다.

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

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 조력 발전에 대한 많은 연구가 이루어지고 있다.

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

이와 같은 종래의 매립 형 댐은 수로와 수문이 적어 4~5시간 동안 발전이 끝나고 1시간 내에 물을 가득 채우고 최저수면까지 완전히 뺄 수 없으므로 복류 발전을 한다고 복류 발전기만 설치하였을 뿐 정상적인 복류 발전을 못하게 되는 원인이 된다. 또 한 갯벌감소와 수질악화의 환경적인 피해와 갯벌감소로 인한 어민들의 삶의 터전을 잃는 피해가 되는 원인은 수로면적이 부족하기 때문에 여러 가지 문제점이 있었다.

즉, 조력 발전에는 단류 발전과 복류 발전을 할 수 있는데 현재까지 복류 발전은 복류 발전기 구매가격이 단류 발전기보다 50%이상 비싸고 퇴수로를 내해나 외해에 같은 구조로 설치하여 설치비가 많이 들며 역회전하여 복류 발전을 하므로 이에 따르는 문제점이 있었다.

또한, 종래의 매립형 댐은 발전실 수차에서 나가고 들어오는 물의 입출을 위해 매립지를 통과하는 수로를 설치하고 그 수로 위에 토사를 매립하여 도로포장을 하며, 관배수수로를 별도로 설치하여 시공비와 설치비가 많이 드는 문제점이 있었다.

그리고 기존의 발전기 설치는 발전기 1대당 발전 효율성을 높이고자 저수량의 약 30% ~ 40%의 물만 활용하고 나머지 70% ~ 80%의 물은 그대로 버려 경제성이 떨어지는 문제점이 있었다.

그리고 수문에 관한 것이다. (예)기존의 수문은 수문 폭20m x 높이 15m로 되었을 때 수문무개가 무거워 수문을 열고 닫는 시간이 많이 걸리므로 발전이 끝나고 남고 덜 차인 물을 처리하는 시간이 짧게 되는 문제점이 있었다.

그리고 물깊이가 낮은 곳은 발전 실 설치길이가 길어져 공사비가 많이 드는 문제점이 있었다,

공개특허 제10-2010-0004089호(2010년 01월 12일)

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 단류 발전기가 설치된 수차수로 양측으로 보조수로를 각각 설치하여 일측 보조수로는 물을 들여와 기존의 발전방향과 똑같이 발전하고 타측 보조수로는 기존의 퇴 수로에 연결해서 발전한 물이 나갈 수 있게 하여 필요로 하는 수문만의 개폐로 복류 발전을 가능케 함으로써 사용하기 편리하고 경제적으로 비용을 절감할 수 있는 단류발전기를 설치하여 복류발전을 할 수 있는 조력발전장치의 시공방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 수로와 수문이 적어 4~5시간 동안 발전이 끝나고 1시간 내에 물을 가득 채우고 최저수면까지 완전히 뺄 수 없으므로 복류 발전을 한다고 복류 발전기만 설치하였을 뿐 정상적인 복류 발전을 못하게 되는 원인이 된다. 또 한 갯벌감소와 수질악화의 환경적인 피해와 갯벌감소로 인한 어민들의 삶의 터전을 잃는 피해가 되는 원인은 수로면적이 부족하기 때문에 여러 가지 문제점을 해결하는 조력발전장치의 시공방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 조력 발전에는 단류 발전과 복류 발전을 할 수 있는데 현재까지 복류 발전은 복류 발전기 구매가격이 단류 발전기보다 50%이상 비싸고 퇴수수로를 내해나 외해에 같은 구조로 설치하여 설치비가 많이 들며 역회전하여 복류 발전을 하므로 이에 따르는 문제점을 해결하는 조력발전장치의 시공방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 기존의 발전기 설치는 발전기 1대당 발전 효율성을 높이고자 저수량의 약 30% ~ 40%의 물만 활용하고 나머지 70% ~ 80%의 물은 그대로 버려 경제성이 떨어지는 문제점을 해결하는 조력발전장치의 시공방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 수문을 열고 닫는 시간을 단축하기 위하여 기존의 (예)수로 폭20m x 수로높이15m = 300m²를 수로 폭20m x 수로높이5m씩 x 3단 = 300m²의 수문을 5m 씩 3등분으로 나누어 3단의 계단식으로 수문을 후퇴되게 설치하여 수문의 중량과 높이를1/3로 줄일 수 있어 개폐의 속도를 빠르게 할 수 있는 단류발전기를 설치하여 복류발전을 할 수 있는 조력발전장치의 시공방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

개폐기의 크레인 설치높이를 5m로 낮게 설치하므로 교량의 높이 또한 15m에서 5m로 낮아져 10m높이가 낮아지므로 공사비를 줄일 수 있고 물이 깊거나 지반이 약하여 깊이 파낼 수 있는 곳에는 수차수로 밑으로 즉 수차수로아래층 수로 폭20m x 수로높이5m x 3단 = 수로넓이300m²의 수로를 설치했을 때는 수로면적은 줄지 않고 보조수로의(32,33)수문으로 이루어진 (102b)보조수로 폭20m x 높이15m = 수로넓이300m²를 없게 줄여 발전실 설치길이를 짧게 할 수 있고 보조수로(22,23)수문으로 이루어진 (102a)수로 폭20m x 높이15m = 수로넓이300m²를 (수로 폭10m x 5m x 3단 = 수로면적150m²) + 아래층으로 보조수로(22-1,23-1)수문으로 이루어진 (수로 폭10m x 수로높이5m x 3단 = 수로면적150m²) = 수로넓이300m²로 되어 즉 수로 폭10m x 높이5m x 계단식수로6단 = 수로면적300m²되어 수로면적은 300m²로 같으며 수로 폭은10m로 줄일 수 있어 보조수로(102a)의 수로 폭10m와 보조수로(102b)의 수로 폭20m 합계30m씩 발전기1대에 대한 발전실 설치길이를 줄일 수 있다. 예를 들어 발전기25대설치한다면 x 설치길이30m = 750m의 발전실 설치길이를 줄일 수 있어 공사비를 많이 줄일 수 있는 단류발전기를 설치하여 복류발전을 할 수 있는 조력발전장치의 시공방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 복류 조력발전장치는, 내부에 발전기와 수차를 구비하고 양측으로 수차수로 벽체가 형성되어 이루어진 수차수로;

상기 수차수로 벽체의 양측에 수로벽체 벽체와 이격되게 보조수로 벽체가 각각 형성되어 이루어지고 상기 수차수로와 물이 통할 수 있게 연결된 보조수로; 및

상기 수차수로와 보조수로의 일단과 다단에 구비되어 정류와 복류발전을 위해 개폐에 의해 물을 유입하거나 배수하는 다수의 수문을 포함하여 구성된다.

또한, 상기 수차수로와 보조수로가 상하로 설치되고 상하의 수차수로와 상하의 보조수로가 서로 물이 통할 수 있도록 위아래로 연통되어, 상하의 보조수로 수문을 열어 반대편의 바닷물을 들여와 발전하고 상기 발전에 사용한 물을 수차가 설치된 아래층의 수문을 통해 저수지로 배수하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시 예에 따른 단류발전기를 설치하여 복류발전을 할 수 있는 조력발전장치의 시공방법은, 내부에 발전기와 수차를 구비한 1개의 다단의 수차수로와, 상기 1개의 다단의 수차수로가 설치된 수차수로 일측으로 소정의 폭 간격을 띄워 설치되는 것으로 상기 다단의 수차수로와 물이 통할 수 있게 연결된 1개의 다단의 보조수로가 연이어 배치되고, 상기 각 수차수로와 보조수로의 일단과 다단에 정류와 복류발전을 위해 개폐에 의해 물을 유입하거나 배수하는 다수의 수문이 구비되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 발전기1대 설치하는데 보조수로 겸 관배수수로가 2개씩 설치되므로 별도로 관배수수로를 설치하지 않아도 발전이 끝나고 남고 덜 차이는 물을 자연과 같이 처리할 수 있는 관배수수로면적이 충분하여 (예 발전기30대설치한다면 보조수로 겸 관배수수로는60개 설치됨)갯벌감소와 어민피해, 수질악화 전혀 업고 정상적인복류발전을 할 수 있어 기존의 매립지를 통과하는 별도의 관배수수로를 설치하지 않는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 수문을 열고 닫는 시간을 단축하기 위하여 기존의 (예)수로 폭20m x 수로높이15m = 300m²를 수로 폭20m x 수로높이5m씩 x 3단 = 300m²의 수문을 5m 씩 3등분으로 나누어 3단의 계단식으로 수문을 후퇴되게 설치하여 수문의 중량과 높이를1/3로 줄일 수 있어 개폐의 속도를 구조계산 하여 몇 배로 빠르게 할 수 있게 단류발전기를 설치하여 복류발전을 할 수 있는 것을 특징으로 한다.

상술한 과제의 해결 수단에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 발전기 구매가격이 단류 발전기보다 50% 이상 비싼 복류 발전기를 사용하지 않고 단류 발전기만 설치하여 복류 발전을 정상적으로 할 수 있으므로 많은 경제적인 효과가 있다.

둘째, 종래 발전이 끝나고 복류 발전을 하려면 수차의 블라인드(팬)의 방향을 바꾸어 역회전하여 발전을 하는 어려움과 역회전하므로 발생되는 문제점이 있었으나, 본 발명은 단류 발전기만 설치하여 반대편의 물을 보조수로를 통하여 들여와 발전을 하므로, 1개의 수차수로 내에 단류 발전기1대를 설치하여 양쪽으로 1대씩 2대를 설치한 것과 똑같은 효과가 있어 경제적이며 역회전하지 않아 역회전으로 발생되는 문제점도 없으며 필요로 하는 수문만 열고 닫아 복류 발전을 할 수 있어 사용하기 편리하다.

셋째, 기존의 조력 발전장치는 발전실 수차에서 나가고 들어오는 물을 매립지를 통과하는 수로를 설치하고 수로 위에 토사로 매립하여 도로포장하던 것을, 본 발명은 발전실 내부의 보조수로 벽체를 교량의 다리로 활용하여 발전실 위에 교량을 설치할 수 있어 기존의 매립지를 통과하는 수로가 없어 매우 경제성이 크고, 매립지를 통과하는 수로 1개의 설치공사비로 발전실 내부에 보조수로 벽체를 4개 이상 설치할 수 있어 공사비를 많이 절감할 수 있다.

넷째，기존의 관배수수로를 별도로 설치하던 것을, 본 발명은 복류 발전을 위하여 발전실 내에 발전기 1대에 보조수로 2개가 설치되므로 설치비가 많이 드는 관배수 수로를 별도로 설치하지 않고 수로가 더 필요한 경우 발전기를 더 설치하면 되어 더욱 효과적이다. 즉 물이1.8m남을때 까지 발전을 하므로 1.8m이상2m높이가 남았다고 보면 발전기를 2대 더 설치하여 발전하면 남는 물은 적어지고 보조수로 겸 관배수수로는 4개가 늘어나므로 자연과 같이 1시간 내에 충분히 처리 할 수 있다.

다섯째, 기존의 발전기는 발전기 1대당 발전효율성을 높이고자 저수량의 30%~40%의 물을 활용하고 나머지 60%~70%의 물을 모두 버렸으나, 본 발명은 단류 발전기로 복류 발전을 하므로 70~80% 물을 발전하고 20~30% 물만 버려지므로 매우 큰 경제적인 효과가 있다.

즉, 발전기 1대당 효율성은 복류 발전을 하는 것보다 더 클 수 없기 때문에 최고조차 때의 저수량을 소화할 수 있는 발전기를 설치하면 버려지는 물이 최소화되고 추가되는 발전기 설치비만 들고 전력생산량은 4배 이상 될 것으로 예상되어 경제성이 높다.

여섯째, 발전이 끝나고 댐 안에 남고 덜 차인 물을 자연 상태와 마찬가지로 완전히 빼고 덜 차인 물을 가득 채울 수 있는 수로 면적을 충분히 설치할 수 있어 정상적인 복류 발전을 할 수 있고, 갯벌 피해가 전혀 없어 이로 인한 어민피해가 없으며 댐 안의 물이 유통순환이 잘되어 수질악화 오염을 막을 수 있어 환경피해를 최소화하면서, 전력생산은 몇 배로 증가하므로 불모지인 조력발전사업을 활성화할 수 있는 효과가 있다.

즉 기존의 설치방법은 관배수수로면적이 부족하여 모든 피해의 문제인 갯벌피해, 어민피해, 수질악화 등이 발생하고 정상적인복류발전을 못하여 조력발전사업이 활성화되지 못한 것을 본 단류발전기를 설치하여 복류발전을 할 수 있는 방법은 발전기1대 설치하는데 관배수수로 겸 보조수로가 2개씩 설치되므로 조력발전사업에 악제가 되었던 여러 가지 문제점이 되었던 수로면적이 부족함을 해결하였고 구매가격이 비싼 복류발전기와 수로면적이 부족하여 발생되는 모든 문제점을 동시에 해결하는 방법이 되어 조력발전사업을 마음 놓고 할 수 있는 것이다.

일곱째, 수문의 높이를 5m로 줄이므로 수문의 중량이1/3로 가벼워 수문의 속도를 빠르게 할 수 있는 효과가 있다.

여덟째 교량설치의 다리발높이와 크래인설치 높이를 줄일 수 있어 공사비가 절감되고 발전실 설치길이를 짧게 할 수 있어 많은 공사비를 줄일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 단류발전기를 설치하여 복류발전을 할 수 있는 조력발전장치의 시공방법의 개략적인 평면도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 발전실의 내부 측면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 단류발전기를 설치하여 복류발전을 할 수 있는 조력발전장치의 시공방법의 개략적인 정면도이다.
도 4는 도 3과 같은 단류발전기를 설치하여 복류발전을 할 수 있는 조력발전장치의 시공방법에서 발전실 내의 발전기, 수차수로와 보조수로, 수문설치 구조를 나타내는 평면도이다.
도 5는 본 발명의 물이 깊은 곳이나 지반이 약한 곳을 암반층까지 깊게 파고 수차수로아래층으로 다단의 수문과 수로를 설치하는 또 다른 실시 예에 따른 단류발전기를 설치하여 복류발전을 할 수 있는 조력발전장치의 시공방법을 나타내는 평면도이다.

이하 본 발명의 실시 예에 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 일실시 예에 따른 단류발전기를 설치하여 복류발전을 할 수 있는 조력발전장치의 시공방법의 개략적인 평면도이고, 도 2는 도 1에 나타낸 발전실의 내부 측면도이다.

도 1은 수심이 깊지 않아 단층으로 발전실을 설치할 때 발전기(3) 수차수로 양측으로 보조수로 벽체(20)를 설치하여 1대의 발전기 수차수로(101) 양측으로 보조수로(102a,102b)가 각각 1개씩 형성되어 발전기(3) 1대에 보조수로(102a,102b) 2개가 연이어 설치되는 복류 조력발전장치(100)의 개략적인 평면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 수차수로 벽체(1) 양측으로 보조수로 벽체(20)가 설치되어 보조수로(102a,102b)가 형성되어 보조수로(102a)로 물이 들어가면 발전할 수 있게 기존의 수차수로(101)에 연결되고, 복수의 수문(21,22,23,31,32,33)으로 구성되어 발전용수를 공급하는 수로가 되며 발전이 끝난 후 관배수수로가 된다.

여기서 수문(21)은 기존 발전기 수차의 발전용수의 수문이고, 수문(31)은 기존 수차수로의 퇴수로 수문이다.

또한, 수문(22)은 보조발전용수 겸 관배수수로의 수문이고, 수문(23)은 반대로 복류 발전할 때 보조발전용수 겸 관배수수로의 수문이며, 수문(32)은 퇴수로 겸 관배수수로의 수문이며, 수문(33)은 반대로 복류 발전할 때 퇴수로 겸 관배수수로의 수문이다.

이때 수차수로 벽체(1)와 수차수로 벽체(1) 사이 수로는 높은 장벽의 수로로서 중간부위의 양쪽 수차수로 벽체(1)에 발전기(3)를 장착할 수 있는 브래킷(4)이 설치되고, 상기 브래킷(4)이 설치된 위치의 부분에 보조수로 벽체(20)와 수차수로 벽체(1) 사이 보조수로 중간부위 즉, 발전기(3)를 고정 설치한 브래킷(4)이 설치된 반대편의 전체의 보조수로(102a,102b)에 슬러브(8)로 보조수로 벽체(20)를 연결하여 구조를 튼튼하게 해서 발전기(3)의 하중을 견딜 수 있게 보강한다.

또한, 하나의 수차수로 벽체(1) 양측으로 보조수로 벽체(20)가 설치되는 것에 의해 보조수로(102a,102b)가 형성되어 수문(23)을 열면 반대편의 물이 들어와 수차(5)를 통과하여 복류 발전하게 되고(화살표 ⑩ 참조), 발전한 물이 수문(33)을 열면 복류 발전한 물이 빠져나가는(화살표 ⑪ 참조) 퇴수로가 되며, 발전이 끝나고 남고 덜 차인 물을 빼고 채우기 위해 보조수로(102a)의 수문(22,23)을 열면 관배수수로가 된다.

또한, 발전이 끝나고 보조수로(102b)의 수문(32,33)을 열면 관배수수로가 된다.

수문(21,22)을 열고 수문(31,33)은 닫은 채 수문(32)을 열면 화살표 ⑫와 같은 방향으로 물이 유입되어 발전을 하고 발전한 물이 화살표 ⑬과 같은 방향으로 수문(32)을 통하여 빠져나가는 정방향 발전을 하는 것과, 수문(33)을 닫고 수문(31,32)을 열면 화살표 ⑬과 같은 방향으로 2개의 수문(31,32)을 통하여 물이 빠져나가는 2가지 방법으로 1차적인 단류 발전이 된다.

또한, 1차적으로 수문(33)을 닫고 수문(31,32)을 열어 물이 유입되어 발전을 하고 수문(21,22)을 열면 발전한 물이 수문(21,22)을 통해 나갈 수 있게 반대방향으로 발전기를 설치하여 발전할 수도 있다.

2차적인 복류 발전은 기존의 단류 발전기(3)를 설치한 수차수로 벽체(1) 양측으로 복류 발전을 위해 보조수로 벽체(20)로 보조수로(102a,102b)를 설치하여 기존의 수차수로(1)와 물이 통하게 연결시켜 반대편의 물을 수문(23)을 통해 화살표 ⑩ 방향과 같이 물이 들어와 복류 발전을 하고, 수문(31,32)을 막으면 수문(33)으로 화살표 ⑪과 같은 방향으로 물이 수로를 통해 나가므로 단류 발전기와 반대 방향의 물을 들여와 정상적인 복류 발전을 할 수 있다.

즉, 수문(21,22)을 열어 발전할 경우 발전한 물은 정방향 발전할 때는 수문(31,32)을 통하여 나가고, 반대로 수문(23)을 열어 복류 발전을 할 때는 수문(33)으로 돌아 나간다.

상기 수문(31)은 발전한 물을 수문(32)과 같이 동시에 열어 배수할 수 있다.

발전실 내부에는 진공상태로 물이 차여 있고 내부의 전체의 물은 같이 움직이므로 발전한 물은 수로의 면적이 넓은 만큼 수압의 에너지가 분산되어 수로 밖의 물표면 위로 발전한 물이 내해나 외해의 표면수위 위로 올라가는 것을 막을 수 있어 효율적인 전력생산을 할 수 있다.

특히 보조수로(102a,102b)는 발전이 끝나고 나면 관배수수로가 되어 관배수수로를 별도로 설치할 필요가 없어 공사비가 별도로 추가되지 않고 보조수로 설치비만 드는 셈이 되어 단류 발전기를 설치한 상태에서 복류 발전을 할 수 있어 경제성이 매우 높다.

미설명 부호 6은 수문을 지지하는 기둥이고, 7은 발전실 내부 진입통로이다.

도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 복류 조력 발전장치의 개략적인 정면도이고, 도 4는 도 3과 같은 복류 조력 발전장치에서 발전실 내의 발전기, 수차수로와 보조수로, 수문설치 구조를 나타내는 평면도이다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 다단의 보 형식 수로를 설치하고 계단식으로 수문을 설치하는 기술을 적용하여 발전실 밑으로 지반이 약한 곳이 있으면 암반층까지 깊게 파고, 수차수로 벽체(1) 양측으로 수차수로 벽체(1), 보조수로 벽체(20)를 세우고 계단식으로 수로와 수문(2)을 설치하면 발전실 내부는 발전용수가 서로 통하게 들어갈 수 있게 넓은 공간이 되고 또 반대편의 수로 벽체(1,20) 사이 수로에는 퇴수가 서로 통할 수 있는 공간의 수로가 되어 발전하는데 충분한 물을 공급할 수 있고 또 발전한 물이 충분히 빠질 수 있다.

또한, 발전이 끝나고 남고 덜 차인 물을 빼고 채울 수 있는 관배수수로가 되어 수로면적이 충분하여 별도로 관배수수로를 설치하지 않아 추가되는 공사비가 들지 않고 복류 발전을 할 수 있고 수로 높이가 높은 만큼 수로면적이 늘어나므로 발전실 설치장소를 줄일 수 있다.

또한, 본인의 특허출원번호 10-2014-0055467은 암반층까지 깊게 파고 구조물을 설치하므로 구조물이 설치되어 있어도 기존의 물길 면적의 120~130% 이상 설치할 수 있으며 보강파일작업과 시트파일작업 및 세굴방지작업이 필요 없고 가물막이 길이를 줄일 수 있어 공사비를 절감할 수 있고 발전실을 설치하는데 적용하면 매우 경제적이다.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 복류 조력 발전장치를 나타내는 평면도이다.

도 5에 도시된 바와 같이 물이 깊은 곳에 다단으로 계단식 수로를 설치하는 방법으로 발전실 내 다단의 수차수로(101) 1개와 다단의 보조수로(102) 1개가 연이어 설치된다.

도 1의 보조수로 벽체(20)를 설치하지 않고 1개의 다단의 수차수로(101)를 설치한 상태에서, 다단의 수차수로(101)가 설치된 수차수로 일측으로 보조수로(102)가 될 수 있는 보조수로 폭 간격을 띄워 설치하는 것으로서, 다단의 보조수로(102) 1개와 다단의 수차수로(101) 1개가 연이어 설치된다.

이때 각 단의 수로(101,102)에는 수문이 구비되고, 상하단의 수로(101,102)의 물은 수문을 통해 서로 통할 수 있게 연통된다.

도 5에서 수문(21,22,23,31)은 위층의 수문을 나타내고, 수문(21-1,22-1,23-1,31-1)은 아래층의 수문을 나타낸다.

상기한 구성에서 수문(23,23-1)을 열어 바다의 물을 들여와 수차(5)를 통과해 발전기(3)을 돌려 발전하고, 발전한 물은 아래층의 수문(21-1)을 열어 저수지로 들어가게 되므로 도 1의 보조수로 벽체(20)가 줄게 되어 발전실 설치 길이가 1/3 이 줄게 되어 공사비를 많이 줄일 수 있고 2차적인 정상적인 복류 발전을 할 수 있다.

본 기술을 적용하여 땜을 건설하였을 때 기존의 설치방법과 비교해보면

첫째 보조수로 겸 관배수수로 (102a, 102b)가 많이 설치되면 기존의공사비보다 공사비가 많이 들것으로 생각하겠지만 그렇지 않다.

기존의 설치방법은 발전실 수차수로에 연결되어 매립지를 통과하는 터널수로를 설치하지 않기 때문에 기존의 토목공사비로 충분할 것으로 본다. 대한민국의 조력발전예정지의 강화조력을 예로 들어보면

저수면적36.9km² 조차높이9m 발전기14대에 수차수로에서 매립지를 통과하는 터널수로14개와 관배수수로6기로 합계20기의 수로 폭20m x 높이 15m x 길이44m + 세굴방지콘크리트30m씩 되어 40%물만 발전하는 것으로 되어 있으며 본 개발은 기존의 매립지를 통과하는 터널수로를 설치하지 않고 발전 실에서 발전한 물이 곧바로 바다와 저수지로 나가므로 기존의 터널수로1기 설치하는 공사비로 도1을 보면 보조수로벽체(20)1개 + 수차수로벽체(1)1/3개를 설치하면 (102a,102b)보조수로2개씩 설치되므로 보조수로벽체(20)2개와 수차수로벽체(1)2/3개면 (102a2개 + 102b2개) 보조수로4개씩 설치할 수 있어 발전기2대씩 충분히 설치할 수 있는 공사비가 되고 80%물을 사용할 때 발전기28대가 설치되므로 보조수로 겸 관배수수로는 56기가 되어 기존의 관배수수로6기보다 50기가 더 많아 수로면적은 충분하고 공사비는 추가되지 않으며 기존의 관배수수로6개의 남은공사비는 발전 실 설치길이가 늘어나는 가물막이 공사비로 충당하면 토목공사비는 추가되는 것이 없다고 본다.

둘째 4.5시간동안 발전을 하고 정조 시간30분을 포함하여 1시간 내에 남고 덜 차인 물높이1.8m도 자연과 같이 완전히 빼고 자연과같이 가득 채울 수 있어 갯벌감소피해와 갯벌감소로 인한 어민피해, 수질악화 없고 정상적인복류발전을 할 수 있을까? 에 대하여 조력발전은 보통 발전할 수 있는 낙차가1.8m이상에서 발전을 하고 1.8m로 낙차가 낮아지면 발전을 멈추고 남고 덜 차인 물을 빼고 채우게 된다. 조차높이9m의 80%물을 발전하면 조차높이9m의 20%남는 물높이1.8m가 된다. 발전이 끝나면 어느 한편의 물은1.8m높이로 쌓여있으므로 물이 자연낙하 되는 공식을 적용하여 유속을 계산하여 남고 덜 차인 물을 몇 분 동안에 자연과 같이 처리할 수 있는지 계산해 보기로 한다.

강화조력의 저수면적36.9km², 조차높이9m, 기존의 단류발전기 14대 관배수수로6기로 40%물을 사용

기존의 단류발전기14대와 관배수수로6기로 40%물을 사용하던 것을 개발된 방법으로 발전기 28대 설치에 보조수로 겸 관배수수로 56기수로 80%물을 사용하고20%물이 남고 덜 차이므로 수로 폭20m x 높이 15m의 수로56기로 처리된다.

1.8m의 남는 물의 량 : 저수면적36,900,000m² x 1.8m(남은 물높이) = 남는 물의 량66,420,000t

여기서 물높이 1.8m의 자연낙하되는 유속을 계산하여보면

9.8 x 2 x 1 x 1.8m =

= 초속 5.939m로서 물이 빠질수록 유속이 느려지므로 절반인 평균유속은 2.9698m로 계산이 된다.

여기서 평균유속 9.8 x 2 x 1 x 0.45m =

= 2.9698m이므로 평균 유속을 적용하면 물이 빠지는 평균물높이는 0.45m이다.

1분에 빼고 채울 수 있는 물의 량을 계산하여보면

1분에 처리할 수 있는 물의 량 : 수로 폭20m x 수로높이 15m x 수로개수56 x 평균유속2.9698m x 60초 = 2,993,558t으로 1분에 처리할 수 있는 물의 량이 계산되며, 여기서

남는 물1.8m높이일 때의 저수량 66,420,000t ÷ 2,993,558t = 22.187분으로 자연과 같이 완전히 빼고 가득 채울 수 있고 발전이 끝나고 남고 덜 차인 물을 빼고 채우는데 38분 동안(수차수로28기로 나가는 물은 계산안한 것임) 시간적 여유가 있어 1시간동안에 자연과같이 충분히 처리할 수 있으며 발전기대수를 정격발전 할 수 있는 물의 량을 계산하여 설치하였으나 실제로 정격발전을 못하여 물이 많이 남으면 발전시간을38분연장하여 발전하여도 남는 물높이가1.8m이상 되면 발전기를(예)2대 더 설치하여 발전하면 남는 물은 적어지고(102a,102b)보조수로 겸 관배수수로는 4개가 늘어나므로 자연과같이 충분히 처리할 수 있어 갯벌피해, 수질악화, 전혀 업고 어민피해최소화 되고 정상적인복류발전을 할 수 있어 조력발전의 저해가 되었던 모든 문제들을 해결 할 수 있게 조정하여 발전기를 가감하여 설치하면 된다.

셋째 발전실에서 곧바로 바다로 발전한 물이 나갈 때 발전효율성은 떨어지지 않을까 생각할 수 있으나 전혀 그렇지 않다고 본다.

기존의 발전기설치방법은 수차수로벽체1개사이만 띄워 연이어 설치하고 매립지를 통과하는 수로바닥에 굴곡을 주어 물의 흐름에 변화를 주어 효율성을 높여왔으나 효율성은 발전기와 수차를 제작하여 시뮬레이션한 효율성보다 많이 떨어질 것으로 본다. 또한 발전기10대를 설치하여10대를 모두 가동하였을 때는 효율성이 떨어지지만 10대중 어느 곳이든 1대만 가동한다면 발전기와 수차를 제작하여 시뮬레이션 한 효율성과 같을 것이다.

발전한 물이 바다로 나갈 때 유속이 빠르므로 바다의 물과 맡 닿을 때 나가는 물의 에너지에 의해 물 표면위로 올라가며 나가게 된다. 이때 물 표면위로 올라간 물높이가0.5m이면 정격발전 하는 물의낙차가4.8m일 때 0.5m의 높이만큼 효율성이 떨어진다. 즉 4.8m로 발전하였으나 0.5m의 높이가 손실되어 4.3m의 낙차로 발전한 효율이 된다. 기존의 발전기설치는 수차수로벽체(1)1개의 공간으로 연이어 설치되므로 물이 나갈 때 물이 옆으로 빨리 퍼질 수 없기 때문에 물이 표면위로 올라가 효율성이 떨어지나 본 발명은 발전기1대설치하는데 (102a102b)보조수로 겸 관배수수로가 2개씩 띄워져 연이어 설치되어 물이 옆으로 퍼질 수 있는 공간이 넓어 에너지가 빨리 분산되어 바닷물 표면위로 올라가는 것이 높지 않아 효율성이 기존보다 더 높을 것이고 1번 발전기나 20번 발전기의 효율성도 차이가 나지 않을 것이다.

발전기설치대수가10대보다 20대설치가 효율성이 더 낮을 것이다.

발전기10기를 설치했을 때 효율성이 그중가장 높은 곳은 1번기와 10번기의 발전기이며 제일 효율성이 낮은 곳은 5번기와 6번기일 것이다. 1번기와 10번기는 물이 옆으로 빨리 퍼질 수 있는 공간이 있어 나가는 물높이가 빨리 낮아져 낮아진 만큼 효율성이 높고 5번기와 6번기는 복판에 끼어 있어 물이 옆으로 퍼지는 시간이 늦기 때문에 효율성이 낮고 발전기10기 설치했을 때 보다 발전기20기 설치한 것이 평균효율성이 낮다는 원인도 이와 같다. 물이 낮은 곳에 발전기를 설치하는 것보다 물이 깊은 곳에 설치하는 것이 발전효율성이 더 높은 것도 물이 깊으면 빨리 퍼지므로 같은 이치이다.

이상에서 본 발명에 대한 기술 사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 바람직한 실시 예를 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.

1: 수차수로 벽체 2: 수로와 수문
3: 발전기 4: 브래킷
5: 수차 6: 기둥
7: 진입통로 8: 슬러브
20 : 보조수로 벽체 21,22,23,31,32,33; 수문
100: 복류 조력 발전장치 101: 수차수로
102: 보조수로

Claims (5)

1. 내부에 발전기와 수차를 구비하고 양측으로 수차수로 벽체가 형성되어 이루어진 수차수로;
   상기 수차수로 벽체의 양측에 수로벽체 벽체와 이격되게 보조수로 벽체가 각각 형성되어 이루어지고 상기 수차수로와 물이 통할 수 있게 연결된 보조수로 및
   상기 수차수로와 보조수로의 일단과 다단에 구비되어 정류와 복류 발전을 위해 개폐에 의해 물을 유입하거나 배수하는 다수의 수문을 포함하는 단류발전기를 설치하여 복류발전을 할 수 있는 조력발전장치의 시공방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 수차수로와 보조수로가 상하로 설치되고 상하의 수차수로와 상하의 보조수로가 서로 물이 통할 수 있도록 위아래로 연통되어, 상하의 보조수로 수문을 열어 반대편의 바닷물을 들여와 발전하고 상기 발전에 사용한 물을 수차가 설치된 아래층의 수문을 통해 저수지로 배수하는 것을 특징으로 하는 단류발전기를 설치하여 복류발전을 할 수 있는 조력발전장치의 시공방법.
3. 제1항에 있어
   상기내부에 발전기와 수차를 구비한 1개의 다단의 수차수로와, 상기 1개의 다단의 수차수로가 설치된 수차수로 일측으로 소정의 폭 간격을 띄워 설치되는 것으로 상기 다단의 수로수차와 물이 통할 수 있게 연결된 1개의 다단의 보조수로가 연이어 배치되고, 상기 각 수차수로와 보조수로의 일단과 다단에 정류와 복류 발전을 위해 개폐에 의해 물을 유입하거나 배수하는 다수의 수문이 구비되는 것을 특징으로 하는 단류발전기를 설치하여 복류발전을 할 수 있는 조력발전장치의 시공방법.
4. 제1항에 있어
   상기발전기1대 설치하는데 보조수로 겸 관배수수로가 2개씩 설치되므로 별도로 관배수수로를 설치하지 않아도 발전이 끝나고 남고 덜 차이는 물을 자연과 같이 처리할 수 있는 관배수수로면적이 충분하여 매립지를 통과하는 별도의 관배수수로를 설치하지 않는 것을 특징으로 하는 단류발전기를 설치하여 복류발전을 할 수 있는 조력발전장치의 시공방법.
5. 제1항에 있어
   상기 수문을 열고 닫는 시간을 단축하기 위하여 기존의 (예)수로 폭20m x 수로높이15m = 300m²를 수로 폭20m x 수로높이5m씩 x 3단 = 300m²의 수문을 5m 씩 3등분으로 나누어 3단의 계단식으로 수문을 후퇴되게 설치하여 수문의 중량과 높이를1/3로 줄일 수 있어 개폐의 속도를 구조계산 하여 몇 배로 빠르게 할 수 있는 것을 특징으로 하는 단류발전기를 설치하여 복류발전을 할 수 있는 조력발전장치의 시공방법.

Images