KR20160119389A - 능동형 조수력 발전기를 포함하는 부유식 구조물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 부유식 구조물에 관한 것으로, 보다 구체적으로 능동형 조수력 발전기를 포함하는 부유식 구조물에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 부유식 구조물은, 물에 의해 부력을 받아 부유하는 몸체; 상기 몸체의 위치를 제어하기 위해 물 속에서 회전하는 추진기; 물의 흐름에 의해 회전하되 연직축에 수직한 평면 상에서 상기 추진기와 일체로 움직이는 터빈; 및 상기 터빈의 회전을 이용하여 전력을 생산하는 발전기;를 포함할 수 있다.

Description

능동형 조수력 발전기를 포함하는 부유식 구조물{FLOATING STRUCTURE COMPRISING ACTIVE TIDAL HYDROELECTRICAL POWER GENERATOR}
본 발명은 부유식 구조물에 관한 것으로, 보다 구체적으로 능동형 조수력 발전기를 포함하는 부유식 구조물에 관한 것이다.
부유식 원유생산저장하역설비(Floating Production Storage Offloading, FPSO), 시추선(drillship)과 같은 해양 구조물은 바다 위 특정 지점에 도달하면 그 지점에 머무르면서 원유, 가스 등의 자원을 시추한다. 이와 같은 특수 목적의 해양 구조물은 장시간 바다 위에 머무르면서 구조물 본연의 목적을 달성하기 위해 각종 작업을 수행한다. 따라서, 해양 구조물은 운용 시 동력을 공급하기 위한 에너지가 지속적으로 필요하며, 특히 장비의 구동, 승무원의 생활을 위해 많은 전력이 사용된다.
대한민국 공개특허 10-2011-0020118 (2011.03.02. 공개)
본 발명의 실시예는 구조물 주위의 조류와 같은 물의 흐름을 이용하여 발전하는 부유식 구조물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시예는 물의 흐름 방향이 바뀌더라도 발전 효율을 최고로 유지할 수 있는 부유식 구조물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 부유식 구조물은, 물에 의해 부력을 받아 부유하는 몸체; 상기 몸체의 위치를 제어하기 위해 물 속에서 회전하는 추진기; 물의 흐름에 의해 회전하되 연직축에 수직한 평면 상에서 상기 추진기와 일체로 움직이는 터빈; 및 상기 터빈의 회전을 이용하여 전력을 생산하는 발전기;를 포함할 수 있다.
상기 추진기는: 상기 몸체가 정해진 위치에서 머무르도록 상기 몸체에 추진력을 제공할 수 있다.
상기 부유식 구조물은 상기 연직축을 중심으로 상기 추진기 및 상기 터빈을 회전시키는 연직축 구동부를 더 포함할 수 있다.
상기 부유식 구조물은: 상기 몸체 주위에 흐르는 물의 방향 및 속도를 감지하는 센서부; 및 상기 물의 방향 및 속도를 기반으로 상기 몸체의 표류 방향을 산출하는 연산부를 더 포함하고, 상기 연직축 구동부는: 상기 추진기 및 상기 터빈의 회전축이 상기 몸체의 표류 방향을 향하도록 상기 연직축을 중심으로 상기 추진기 및 상기 터빈을 회전시킬 수 있다.
상기 터빈은 회전축이 상기 추진기의 회전축과 일치하도록 설치될 수 있다.
상기 터빈은 회전축이 상기 추진기의 회전축과 평행하되 기 결정된 간격만큼 이격되도록 설치될 수 있다.
상기 터빈 및 상기 추진기는: 상기 연직축, 상기 터빈의 회전축 및 상기 추진기의 회전축이 모두 동일 평면 상에 위치하도록 설치될 수 있다.
상기 터빈 및 상기 추진기는 상기 연직축을 사이에 두고 각각 일측 및 타측에 설치될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 조류와 같이 구조물 주위에 흐르는 물의 흐름을 이용하여 부유식 구조물에 필요한 전력을 생산할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 부유식 구조물 주위에 흐르는 물의 흐름 방향이 바뀌더라도 발전 효율을 극대화시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 발전 장치가 구비된 부유식 구조물의 예시적인 측면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 추진기와 터빈이 일체로 설치된 모습을 나타내는 예시적인 측면도이다.
도 3 및 도 4는 각각 본 발명의 다른 실시예에 따라 추진기와 터빈이 일체로 설치된 모습을 나타내는 예시적인 측면도 및 정면도이다.
이하, 본 명세서에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 발전 장치가 구비된 부유식 구조물(100)의 예시적인 측면도이다.
상기 부유식 구조물(100)은 몸체(110) 주위의 물의 흐름, 예컨대 조류를 이용하여 발전하는 발전 장치를 포함한다.
상기 부유식 구조물(100)은 일정한 위치에 머물러 있을 수 있는 것으로, 도 1에 도시된 바와 같이 시추선을 포함할 수 있으나 이에 제한되지는 않는다. 예를 들어, 상기 부유식 구조물(100)은 선박을 포함하여 시추선뿐만 아니라 반잠수식 리그나 FPSO와 같은 시추용 해양 구조물을 포함할 수도 있으며, 실시예에 따라 시추용 구조물 외에 정해진 위치에서 일정 기간 동안 머물러 있는 임의의 구조물을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 부유식 구조물(100)은 몸체(110), 추진기(120), 터빈(130) 및 발전기를 포함할 수 있다.
상기 몸체(110)는 물에 의해 부력을 받아 부유하는 구조체로서, 도 1에 도시된 바와 같이 상기 부유식 구조물(100)이 시추선이라면 상기 몸체(110)는 선체일 수 있다.
상기 추진기(120)는 상기 몸체(110)의 위치를 제어하기 위해 물 속에서 회전한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 추진기(120)는 프로펠러를 포함하며, 상기 프로펠러는 몸체(110)에 구비된 엔진으로부터 동력을 전달받아 회전함으로써 상기 몸체(110)에 추진력을 제공할 수 있다.
전술한 바와 같이 상기 부유식 구조물(100)은 고정된 위치에서 일정 기간 동안 머물러 있으므로, 본 발명의 실시예에 따르면 상기 추진기(120)는 몸체(110)를 전진시키기 위해 한 방향으로만 추진력을 제공하는 일반적인 프로펠러가 아니라, 상기 몸체(110)가 정해진 위치에서 머무르도록 다수의 방향으로 추진력을 제공하는 위치 제어용 프로펠러이다. 일 예로, 상기 추진기(120)는 연직축을 중심으로 360°에 걸쳐 추진력을 제공하는 전방위 추진기(Azimuth Thruster)를 포함할 수 있다.
상기 터빈(130)은 물의 흐름에 의해 회전하되 연직축에 수직한 평면 상에서 상기 추진기(120)와 일체로 움직일 수 있다. 다시 말해, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 터빈(130)은 몸체(110)의 하부에 추진기(120)와 함께 설치되어 상기 추진기(120)와 일체로 움직일 수 있다.
상기 터빈(130)은 발전기에 연결되고, 상기 발전기는 터빈(130)의 회전을 이용하여 전력을 생산한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 추진기(120)와 터빈(130)이 일체로 설치된 모습을 나타내는 예시적인 측면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 터빈(130)은 추진기(120)와 함께 설치되어 연직축(Z)을 중심으로 상기 추진기(120)와 일체로 회전할 수 있다.
이와 같은 연직축(Z) 중심 회전 구동을 위해, 상기 부유식 구조물(100)은 연직축(Z)을 중심으로 상기 추진기(120) 및 상기 터빈(130)을 회전시키는 연직축 구동부(150)를 포함할 수 있다. 상기 연직축 구동부(150)는 서보(servo) 모터를 포함할 수 있으며, 모터의 회전에 의해 상기 추진기(120) 및 상기 터빈(130)이 설치된 부분이 연직축(Z)을 중심으로 회전한다.
나아가, 상기 연직축 구동부(150)는 터빈(130)과 연결된 발전기(140)의 발전 효율이 향상되도록 상기 터빈(130)의 위치를 조절할 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 부유식 구조물(100)은 몸체(110) 주위에 흐르는 물의 방향 및 속도를 감지하는 센서부, 및 상기 물의 방향 및 속도를 기반으로 몸체(110)의 표류 방향을 산출하는 연산부를 더 포함할 수 있다. 그리고, 상기 연직축 구동부(150)는 추진기(120) 및 터빈(130)의 회전축(R)이 몸체(110)의 표류 방향을 향하도록 연직축(Z)을 중심으로 상기 추진기(120) 및 상기 터빈(130)을 회전시킬 수 있다.
예를 들어, 상기 부유식 구조물(100)의 몸체(110)에는 다수의 지점들에 걸쳐 조류를 감지하는 센서가 설치될 수 있다. 이 센서들은 해당 지점에 흐르는 조류에 관한 데이터를 수집할 수 있으며, 각 지점의 센서로부터 수집된 조류에 관한 데이터는 몸체(110)에 구비된 컴퓨터를 이용하여 분석될 수 있다. 컴퓨터는 조류의 방향 및 속도와 같은 데이터를 분석하여 조류에 의한 몸체(110)의 표류 방향을 산출할 수 있다.
그리고, 상기 연직축 구동부(150)는 상기 컴퓨터로부터 몸체(110)의 표류 방향을 기초로 생성된 제어 신호를 수신하고, 추진기(120) 및 터빈(130)이 상기 몸체(110)의 표류 방향을 향하도록 연직축(Z)을 중심으로 추진기(120) 및 터빈(130)을 회전시킬 수 있다.
이와 같은 연직축 구동부(150)에 의한 터빈 위치 조절을 통해, 본 발명의 실시예는 조류의 방향이 변하여도 터빈(130)의 회전축(R)이 지속적으로 조류를 좇아 이동하도록 한다. 그 결과, 상기 터빈(130)은 지속적으로 조류를 마주할 수 있어 터빈의 회전 속도가 최대로 유지되며 그로 인해 발전기(140)의 발전 효율 역시 최고로 유지될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 터빈(130)은 회전축이 상기 추진기(120)의 회전축과 일치하도록 설치될 수 있다. 다시 말해, 도 2에 도시된 바와 같이, 추진기(120)와 터빈(130)은 동축으로 설치됨으로써 상기 추진기(120)의 회전축과 상기 터빈(130)의 회전축은 일치할 수 있다.
도 3 및 도 4는 각각 본 발명의 다른 실시예에 따라 추진기(120)와 터빈(130)이 일체로 설치된 모습을 나타내는 예시적인 측면도 및 정면도이다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 터빈(130)은 회전축(RT)이 추진기(120)의 회전축(RP)과 평행하게 설치되되, 서로 간에 기 결정된 간격(D)만큼 이격될 수 있다.
도 2에 도시된 실시예와 같이 추진기(120)와 터빈(130)이 동축으로 설치되는 경우, 조류의 원래 흐름에 상기 추진기(120)에 의한 교란이 더하여져 상기 터빈(130)의 회전 속도가 보다 상승할 수 있는 효과가 있다.
그리고, 도 3에 도시된 실시예와 같이 추진기(120)와 터빈(130)이 서로 평행한 각기 다른 축에 설치되는 경우, 상기 추진기(120)의 동작을 위한 부품과 상기 터빈(130)에 연결된 발전기(140)를 설치하기 위한 공간을 여유있게 확보할 수 있는 이점이 있다.
그러나, 두 실시예 모두 추진기(120)의 회전축(RT)과 터빈(130)의 회전축(RP)이 서로 하나의 지점에서 교차하지 않고 일치하거나 평행하도록 구성됨으로써, 조류의 방향이 바뀌어도 터빈(130)의 회전 속도 및 그에 따른 발전 효율을 항시 극대화시킬 수 있다.
나아가, 상기 터빈(130)과 상기 추진기(120)는 연직축(Z)을 사이에 두고 각각 일측 및 타측에 설치될 수 있다. 즉, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 연직축(Z)을 중심으로 추진기(120)는 우측에 설치되고, 터빈(130)은 좌측에 설치되어 상기 연직축(Z)을 기준으로 서로 다른 공간에 구비될 수 있다.
그 결과, 상기 터빈(130)은 추진기(120)와 일정 간격(D)만큼 이격되어 있더라도 상기 추진기(120)에 의해 교란된 유체의 영향을 받아 회전 속도가 증가하는 효과를 얻을 수 있다.
이상에서 실시예를 통해 본 발명을 설명하였으나, 위 실시예는 단지 본 발명의 사상을 설명하기 위한 것으로 이에 한정되지 않는다. 통상의 기술자는 전술한 실시예에 다양한 변형이 가해질 수 있음을 이해할 것이다. 본 발명의 범위는 첨부된 특허청구범위의 해석을 통해서만 정해진다.
100: 부유식 구조물
110: 몸체
120: 추진기
130: 터빈
140: 발전기
150: 연직축 구동부
Z: 연직축
R: 회전축
RP: 추진기 회전축
RT: 터빈 회전축

Claims (7)

  1. 부력을 받아 부유하는 몸체;
    상기 몸체에 설치되어 상기 몸체에 추진력을 제공하도록 회전하는 추진기;
    물의 흐름에 의해 회전하되 연직축에 수직한 평면 상에서 상기 추진기와 일체로 움직이는 터빈; 및
    상기 터빈의 회전을 이용하여 전력을 생산하는 발전기를 포함하는 부유식 구조물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 연직축을 중심으로 상기 추진기 및 상기 터빈을 회전시키는 연직축 구동부를 더 포함하는 부유식 구조물.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 부유식 구조물은:
    상기 몸체 주위에 흐르는 물의 방향 및 속도를 감지하는 센서부; 및
    상기 물의 방향 및 속도를 기반으로 상기 몸체의 표류 방향을 산출하는 연산부를 더 포함하고,
    상기 연직축 구동부는:
    상기 추진기 및 상기 터빈의 회전축이 상기 몸체의 표류 방향을 향하도록 상기 연직축을 중심으로 상기 추진기 및 상기 터빈을 회전시키는 부유식 구조물.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 터빈은 회전축이 상기 추진기의 회전축과 일치하도록 설치되는 부유식 구조물.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 터빈은 회전축이 상기 추진기의 회전축과 평행하되 기 결정된 간격만큼 이격되도록 설치되는 부유식 구조물.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 터빈 및 상기 추진기는:
    상기 연직축, 상기 터빈의 회전축 및 상기 추진기의 회전축이 모두 동일 평면 상에 위치하도록 설치되는 부유식 구조물.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 터빈 및 상기 추진기는 상기 연직축을 사이에 두고 각각 설치되는 부유식 구조물.
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