KR20190026545A

KR20190026545A - 조류발전용 해양구조물, 그 시공방법 및 이를 이용한 조류발전시스템

Info

Publication number: KR20190026545A
Application number: KR1020180022937A
Authority: KR
Inventors: 김유신; 김정호; 김유준; 송석규; 김영환
Original assignee: 김유신
Priority date: 2017-09-04
Filing date: 2018-02-26
Publication date: 2019-03-13
Also published as: KR102176003B1

Abstract

본 발명은 조류발전용 해양구조물, 그 시공방법 및 이를 이용한 조류발전시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 조류가 흘러 유속이 빠른 구간의 해저암반층에 락볼트 앵커를 이용해 기둥을 형성하여 해양구조물 시공이 용이하도록 하고, 수면의 높이에 따라 높이 변화되는 발전장치부를 이용하여 발전 효율을 높일 수 있도록 이루어진 조류발전용 해양구조물, 그 시공방법 및 이를 이용한 조류발전시스템에 관한 것이다.
이를 위해 해양구조물의 지지를 받아 발전장치부를 포함하여 조류발전시스템을 구성하고, 기초 시공 단계와 해양구조물 시공 단계를 포함하여 조류발전용 해양구조물을 시공한다.

Description

조류발전용 해양구조물, 그 시공방법 및 이를 이용한 조류발전시스템{OFFSHORE CONSTRUCTION FOR TIDAL STREAM POWER GENERATION AND CONSTRUCTION METHOD THEREFOR AND TIDAL STREAM POWER GENERATION SYSTEM USING THE SAME}

본 발명은 조류발전용 해양구조물, 그 시공방법 및 이를 이용한 조류발전시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 조류가 흘러 유속이 빠른 구간의 해저암반층에 락볼트 앵커를 이용해 기둥을 형성하여 해양구조물 시공이 용이하도록 하고, 수면의 높이에 따라 높이 변화되는 발전장치부를 이용하여 발전 효율을 높일 수 있도록 이루어진 조류발전용 해양구조물, 그 시공방법 및 이를 이용한 조류발전시스템에 관한 것이다.

일반적으로 조류발전(潮流發電)은 조수 간만의 수위차에 의한 위치에너지와 그에 따른 운동에너지로부터 전기에너지로 전환하는 발전방식이다.

우리나라는 조수 간만의 차가 많은 지역을 보유해 이를 이용한 조류발전은 앞으로의 활용도가 무궁무진한 시장이다.

이러한 조류발전 장치는 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 특히 조류발전기를 해저면에 위치시키기 위한 케이슨과 같은 해양구조물의 설치는 유속이 빠른 조류의 영향과 설치 영역의 불균일에 의해 작업의 어려움과 정밀한 시공이 곤란하며, 설치한 해양구조물과 조류발전기는 유지보수가 어려운 문제가 있다.

예를 들어, 케이슨 등의 해양구조물에 설치된 조류발전 장치의 유지보수는, 해상크레인 등을 이용하여 조류발전 장치를 육상으로 이동시킨 뒤 공정이 완료되면 다시 해저면 상으로 위치시키거나, 무인 해중 작업 장치(Remote Operating Vessel,ROV) 등을 이용하여 수행되는 등 과다한 비용이 소요되며 보수기간이 길어지는 문제점이 있다.

또한, 종래에는 지상에서 만든 중량체를 바지선 등을 이용하여 해저면에 안착시키는 방법 및 이들 해양구조물에 부력체를 갖는 조류발전기를 와이어 등으로 연결토록 한 구조물 등이 있다.

그러나, 이러한 종래의 해양구조물은 빠른 유속의 조류로 인하여 정밀한 시공과 안정적인 설치 및 지지가 어려운 문제가 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 일 예의 종래 기술을 살펴보면, 먼저 사석 기초의 강도를 증대시키기 위하여 다지기 공정 및 고르기 공정을 수행한다. 이와 관련된 발명으로는 특허출원 제10-1999-0043658호와, 특허출원 제10-2003-0062926호 및 특허출원 제10-2008-0033494호 등 다수 개가 개시되어 있다.

이들 선행기술들은 해저면 사석 기초 고르기와 지지기반을 다지는 등의 작업을 위한 것이나, 사석의 침하 문제와 빠른 유속과 파랑에 의해 정밀 시공이 어렵고 시공 기간 및 시공 비용이 증가하는 문제가 있다.

이에 따라 미래의 중요한 대안 에너지의 하나로서 지목되는 조류발전에 있어, 조류발전을 하는 경우 해양구조물과 발전장치의 유지보수 및 발전장치가 설치되는 기초부의 형성은 매우 중요하면서 해결해야 하는 문제점으로 도래하고 있으며, 이에 대한 대안이 필요한 실정이다.

또한, 종래에는 중량을 가지는 해양구조물의 설치로 설치될 장소의 해양암반층 면적이 컸으며, 해양구조물이 안정적인 지지를 받지 못해 조류발전을 수행하기 매우 어려웠던 바, 양구조물 시공이 용이하도록 하고 발전 효율을 높일 수 있도록 이루어진 조류발전용 해양구조물, 그 시공방법 및 이를 이용한 조류발전시스템에 대한 연구가 필요한 실정이다.

대한민국 등록특허공보 제10-0339036호(2002.05.31. 공고) 대한민국 등록특허공보 제10-0651697호(2006.12.06. 공고) 대한민국 등록특허공보 제10-0985647호(2010.10.05. 공고)

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 빠른 유속의 조류에 대응하여 해양구조물의 시공이 용이하도록 하고, 해양구조물의 견고한 고정과 그에 대한 발전장치부의 설치가 용이하도록 이루어진 조류발전용 해양구조물, 그 시공방법 및 이를 이용한 조류발전시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 조류발전용 해양구조물, 그 시공방법 및 이를 이용한 조류발전시스템은, 좌측의 주 구조물과 우측의 주 구조물 사이로 조류가 통과하는 유로구역을 형성한 해양구조물과; 해양구조물의 지지를 받아 유로구역 내에 설치되고, 수면 높이의 변화에 따라 부력에 의해 힌지회동하여 위치가 조정되면서 전력을 생산하는 터빈을 구비한 발전장치부를 포함한다.

이때, 해양구조물은, 하단에 일체형으로 너비를 가지는 기초베이스에 의해 해저암반층에 접하면서 지지되고 상부가 수면 상부로 돌출된 길이를 갖는 기둥파이프와, 기둥파이프를 관통하면서 해저암반층의 내부에 박힌 락볼트형 앵커를 구비한 다수개의 기둥부를 포함한다.

한편, 기초베이스는, 기둥파이프의 하단과 일체형으로 연통되되 상방에서 하방 내측으로 경사면을 가지며 관통한 베이스공을 형성한다.

그리고, 락볼트형 앵커는, 선단을 구성하는 앵커헤드와, 앵커헤드에서 연장된 앵커축봉을 가지되, 앵커축봉의 하부 나사부를 따라 경사면에 조여지는 조임너트에 의해 기초베이스에 고정되고, 조임너트의 조임에 따라 앵커헤드에서 확장되면서 벌어져 해저암반층에 박히는 확장날개를 포함한다.

한편, 기둥부는, 기둥파이프의 상부로 이웃하는 기둥부와의 높이를 동일하게 조절하도록 연장 연결된 연장파이프를 더 포함한다.

한편, 해양구조물은, 좌측의 주 구조물과 우측의 주 구조물을 구성하는 기둥부 일측을 연결하고 발전장치부를 지지하는 제1 지지보와, 제1 지지보의 상방으로 간격을 가지며 기둥부를 연결하도록 설치되고 좌측의 주 구조물과 우측의 주 구조물을 덮는 상부구조물을 지지하는 제2 지지보를 구성한 지지보를 포함한다.

필요에 따라, 해양구조물은, 좌측의 주 구조물과 우측의 주 구조물을 구성하는 기둥부 측방을 덮어 유로구역 내로의 조류 흐름을 유도하고 이물질 유입을 방지하는 유로판을 더 포함한다.

한편, 발전장치부는, 해양구조물의 좌측 주 구조물과 우측 주 구조물에 힌지축에 의해 힌지회동 가능하도록 결합되고 하방으로 길이를 가지는 지지프레임과, 지지프레임의 양측 하부에 힌지축에 의해 회전하도록 구비되고 내부에 공기가 채워진 부력통을 가지는 터빈을 포함하여 구성한다.

한편, 본 발명에 따른 조류발전용 해양구조물의 시공방법은 크게 기초 시공 단계와, 해양구조물 시공 단계를 포함하여 이루어진다.

기초 시공 단계는, 하부 일체형의 기초베이스와 내부를 관통하여 해저암반층에 박히는 락볼트형 앵커에 의해 해저암반층의 지지를 받고 수면 상부로 일부 돌출된 기둥파이프를 설정된 간격과 위치로 설치하여 다수개의 기둥부를 시설하는 단계이다.

그리고, 해양구조물 시공 단계는, 기초 시공 단계에 의해 설정된 위치에 설정된 간격으로 설치된 다수개의 기둥부를 연결하여 좌측의 주 구조물과 우측의 주 구조물을 구성하고, 조류가 통과하는 유로구역을 가지는 해양구조물을 시설하기 위한 단계이다.

구체적으로, 기초 시공 단계는, 기초베이스가 놓일 해저암반층의 위치와 높낮이를 포함한 바닥 지형을 확인하는 위치 탐색 및 지형 파악 과정과; 설치될 위치의 해저암반층 바닥 지형에 따라 기초베이스의 형상을 조절하고, 설정된 높이를 가지며 수면 상부로 돌출되도록 기둥파이프의 길이를 조절하는 기초베이스 형상 및 기둥파이프 길이 조절 과정와; 기둥파이프를 바지선을 이용해 해저암반층의 설정된 위치로 위치시키고 하강시켜 설치하는 기둥파이프 설치 과정과; 기둥파이프 내로 굴착장치를 이용해 해저암반층을 천공한 다음, 기둥파이프를 관통하면서 천공된 해저암반층의 내부에 박히도록 락볼트 앵커를 설치하는 락볼트 앵커 설치 과정을 포함한다.

이어서 구체적으로 해양 구조물 시공 단계는, 기둥부와 이웃하는 기둥부의 높이를 기둥파이프의 상부로 연장파이프를 연결하여 동일 선상의 높이를 가지도록 조절하는 기둥부 조절 및 연장 설치 과정과; 다수개의 기둥부를 연결하는 지지보를 이용해 발전장치부가 설치 결합될 공간을 형성하고, 유로구역을 가지도록 좌측의 주 구조물과 우측의 주 구조물을 구성하는 지지보 연결 및 주 구조물 설치 과정을 포함하여 이루어진다.

그리고, 필요에 따라 해양 구조물 시공 단계는, 좌측의 주 구조물과 우측의 주 구조물 상부를 덮는 상부 구조물을 구성하는 상부 구조물 설치 과정을 더 포함하여 이루어진다.

이와 같이 본 발명에 따른 조류발전용 해양구조물, 그 시공방법 및 이를 이용한 조류발전시스템은, 조류가 흘러 유속이 빠른 구간의 해저암반층에 락볼트 앵커를 이용해 기둥을 형성하여 해양구조물 시공이 용이한 효과를 가진다.

또한, 해양구조물에 결합된 발전장치부가 수면의 높이에 따라 힌지회동하여 높이 변화됨에 따라 발전 효율을 높일 수 있는 효과를 가진다.

도 1은 본 발명에 따른 조류발전용 해양구조물을 이용한 조류발전시스템을 보여주는 도면이다.
도 2와 도 3은 본 발명에 따른 조류발전용 해양구조물을 이용한 조류발전시스템의 기둥부를 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 조류발전용 해양구조물을 이용한 조류발전시스템의 발전장치부를 보여주는 도면이다.
도 5(a)(b)는 도 4에 따른 발전장치부의 동작을 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 조류발전용 해양구조물 시공방법을 보여주는 흐름도이다.

이하에는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 조류발전용 해양구조물, 그 시공방법 및 이를 이용한 조류발전시스템의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다.

그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 상부 또는 상방은 바닥면에서 높이를 가지는 부분 또는 그 방향을 가리키는 것으로 하며, 하부 또는 하방은 이와 반대되는 부분 또는 그 방향을 가리키는 것으로 하여 설명하기로 한다.

또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략하기로 한다.

도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 조류발전용 해양구조물, 그 시공방법 및 이를 이용한 조류발전시스템은, 조류가 흘러 유속이 빠른 구간의 해저암반층(F)에 락볼트 앵커(13)를 이용하여 기둥 파이프(11a)를 지지하여 기둥부(11)를 형성함으로 이를 이용한 해양구조물(10)의 시설이 용이하고, 해양구조물(10)의 지지를 받는 발전장치부(20)는 부력에 의해 수면의 높이 변화에 능동적으로 대처함에 따라 조류를 이용한 발전 생산 능력을 높일 수 있도록 이루어진다.

다시 말해, 조류발전용 해양구조물(10)은, 해저암반층(F)에 설정된 위치와 간격을 가지며 다수개 설치된 기둥부(11)를 이용해 좌측의 주 구조물(10a)과 우측의 주 구조물(10b)을 구성하고, 좌. 우측의 주 구조물(10a, 10b) 사이로 조류가 통과하는 유로구역(2)을 형성한다.

이와 같이, 중량을 가지는 중량체가 아닌 기둥파이프(11a)를 이용해 기둥부(11)를 형성하고 이를 이용해 해양구조물(10)을 시설함으로 빠른 유속의 조류를 피해 안정적인 설치가 가능하다.

또한, 기둥파이프(11a)의 설치를 SEP 바지선을 이용해 조류의 영향을 받지 않는 바깥에서 수중 하부로 하강시켜 위치시킴으로 안정적인 설치가 가능하다.

한편, 이러한 해양구조물(10)의 지지를 받아 설치되는 발전장치부(20)는 수면 높이의 변화에 따라 부력에 의해 힌지회동하여 위치가 조정됨으로 전력 생산이 용이하고 발전효율을 상승시킨다.

그리고, 본 발명에 적용된 해양구조물(10)은 하단에 일체형으로 너비를 가지는 기초베이스(12)에 의해 해저암반층(F)에 접하면서 지지되고 상부가 수면 상부로 돌출된 길이를 갖는 기둥파이프(11a)와, 기둥파이프(11a)를 관통하면서 해저암반층(F)의 내부에 박힌 락볼트형 앵커(13)를 구비한 다수개의 기둥부(11)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이러한 본 발명에 따른 조류발전용 해양구조물, 그 시공방법 및 이를 이용한 조류발전시스템(1)을 도 1 내지 도 5(a)(b)를 참조하여 구체적으로 살펴보면 하기와 같다.

도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 조류발전시스템(1)은, 크게 조류발전용 해양구조물(10)과, 전력 생산을 위한 발전장치부(20)를 포함한다.

먼저, 조류발전용 해양구조물(10)은, 좌측의 주 구조물(10a)과 우측의 주 구조물(10b) 사이로 조류가 통과하는 유로구역(2)을 형성한다.

이를 위해, 해양구조물(10)은 하단에 일체형으로 너비를 가지는 기초베이스(12)에 의해 해저암반층(F)에 접하면서 지지되고 상부 일측은 수면 상부로 돌출되는 길이를 가지는 기둥파이프(11a)를 이용해 기둥부(11)를 구성한다.

이러한 기둥파이프(11a)를 해저암반층(F)의 설치될 지점에 설치하여 기둥부(11)를 구성하는데, 기둥파이프(11a)를 관통하면서 해저암반층(F)의 내부에 박히는 락볼트형 앵커(13)를 이용해 고정시킨다.

상술의 기둥파이프(11a)는 설치될 지점에 대한 탐색에 따라 이미 설정된 길이를 가지며 SEP 바지선을 이용해 해저암반층(F) 상에 설치되는데 이는 후술에서 상세히 설명하기로 한다.

보다 구체적으로, 도 2와 도 3을 참조하면, 기둥파이프(11a)는 설정된 길이를 가지는 관 상의 파이프이며 필요에 따라 원형 또는 다각의 파이프 형상을 가진다.

그리고, 기둥파이프(11a)의 하부에는 기초베이스(12)가 일체형으로 구성되어 있으며, 기초베이스(12)는 해저암반층(F)에 접하면서 기둥파이프(11a)가 조류 흐름에 의한 흔들림에 의해 좌.우로 이탈되거나 파손됨을 방지하는 역할을 수행한다.

한편, 기초베이스(12)는 기둥파이프(11a)의 하단과 일체형으로 연통되되 상방에서 하방 내측으로 경사면(12a-1)을 가지며 관통한 베이스공(12a)을 가진다.

그리고, 이러한 베이스공(12a)을 관통하여 해저암반층(F)을 천공하고 락볼트형 앵커(13)를 이용하여 기둥파이프(11a)가 해저암반층(F)에 지지되게 한다.

상술의 락볼트 앵커(13)는 본 발명의 출원인이 이미 개시하여 등록을 받아 권리를 가지는 기술로, 이에 대한 구체적 기술의 설명은 대한민국 등록특허공보 제 10-1133431호, 대한민국 등록특허공보 제10-1156501호, 대한민국 등록특허공보 제10-1376534호에 기재되어 있는 바, 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략하기로 한다.

다만, 기초파이프(11a)의 상부에서 내부를 관통하면서 기초베이스(12)의 베이스공(12a)을 통과하여 해저암반층(F)에 박히는 락볼트형 앵커(13)는, 도 2를 참조하면, 선단을 구성하는 앵커헤드(13a)와, 앵커헤드(13a)에서 연장된 앵커축봉(13c)을 가지고, 앵커헤드(13a)에는 조작에 따라 암반층을 파고들어 박히는 확장날개(13b)를 포함한다.

이때, 앵커축봉(13c)의 하부에 형성된 하부 나사부(13c-1)를 따라 조임너트(15)가 결합되게 구비되는데, 조임너트(15)는 하부 나사부(13c-1)와 결합되면서 락볼트형 앵커(13)의 구조에 따라 확장날개(13b)가 확장되어 벌려지게 하는 역할을 수행한다.

이와 더불어, 조임너트(15)는 기초베이스(12)의 베이스공(12a)에 형성된 경사면(12a-1)을 상방에서 하방으로 가압해 조으면서 락볼트형 앵커(13)가 기둥파이프(11a) 및 기초베이스(12)와 일체형이 되게 하고 기둥파이프(11a) 및 기초베이스(12)를 해저암반층에 지지하게 한다.

다시 말해, 설정된 위치 지점에 기초베이스(12)가 해저암반층(F)의 상면에 위치되도록 기둥파이프(11a)를 안착시키고, 락볼트형 앵커(13)를 설치하는데, 조임너트(15)는 조이면서 기초베이스(12)의 경사면(12a-1)을 가압하고 락볼트형 앵커(13)는 확장날개(13b)가 벌어지면서 천공된 해저암반층 내부에 박혀 고정된다.

이와 같이 설치된 기둥파이프(11a)는 설정된 위치와 간격을 가지며 설치되어 해양구조물(10)의 기둥부(11)를 구성하는데, 기둥부(11)는 기둥파이프(11a)의 상부로 이웃하는 기둥부(11)와의 높이를 동일하게 조절하도록 연장파이프(11b)를 더 포함하여 구성한다.

이에 따라 기둥부(11)는 이웃하는 기둥부(11)와 동일 선상의 높이를 가질 수 있다.

이와 같은 구조에 따라 해양구조물(10)을 이루는 기둥부(11)는 해저암반층(F)에 지지를 받는 기둥파이프(11a)와, 기둥파이프(11a)의 상부로 연장된 연장파이프(11b)를 가진다.

한편, 재차 도 2를 참조하면, 이러한 연장파이프(11b)는 기둥파이프(11a)의 상부에 용접 등의 방법을 통해 연결부(11b-1)를 형성하면서 일체형으로 연결되거나, 클램프 등 별도의 고정부재를 이용해 연결부(11b-1)를 구성하여 연장할 수 있다.

각각의 연장파이프(11b) 길이는 각각의 기둥파이프(11a)의 길이에 따라 달라질 수 있으며, 필요에 따라 절단하여 높이를 맞출 수 있음은 물론이다.

한편, 재차 도 1과 도 3을 참조하면, 기둥파이프(11a)를 관통하는 락볼트형 앵커(13)는, 앵커축봉(13c)의 상부에 형성된 상부 나사부(13c-2)를 조이는 고정너트(16)와 고정브라켓(17)을 이용해 기둥파이프(11a)에 단단히 일체형으로 고정된다.

이에 따라 기둥파이프(11a)에는 콘크리트 등을 타설할 필요없이 락볼트형 앵커(13)를 설치한 구조만으로, 해양구조물(10)의 기둥부(11)를 구성할 수 있으며 시공 기간 및 인력을 단축하고 공사 단가를 현저히 낮출 수 있는 효과 또한 가진다.

한편, 본 발명에 적용되는 해양구조물(10)은 상술한 바와 같이, 다수개의 기둥부(11)를 이용해 좌측의 주 구조물(10a)과 우측의 주 구조물(10b)을 세우고 사이 간격에 조류가 흐르는 유로구역(2)을 가지도록 시설된다.

이때, 해양구조물(10)은 구조물을 연결하고 지지하는 제1 지지보 및 제2 지지보를 포함하는 지지보(14)를 가진다.

구체적으로 해양구조물(10)은, 좌측의 주 구조물(10a)과 우측의 주 구조물(10b)을 구성하는 기둥부(11) 일측을 연결하고 설치된 발전장치부(20)를 지지하는 제1 지지보(14a)를 가진다.

그리고, 제1 지지보(14a)의 상방으로 간격을 가지며 기둥부(11)를 연결하도록 설치되고 좌측의 주 구조물(10a)과 우측의 주 구조물(10b)을 덮는 상부구조물(10c)을 지지하는 제2 지지보(14b)를 가진다.

한편, 본 발명에 따른 해양구조물(10)은 도시되진 않았지만, 좌측의 주 구조물(10a)과 우측의 주 구조물(10b)을 구성하는 기둥부(11) 측방을 덮어 유로구역(2) 내로의 조류 흐름을 유도하고 이물질 유입을 방지하는 유로판을 더 포함하여 구성한다.

이때, 유로판은 판 상의 형태이거나 메쉬망 형태일 수 있다.

또한, 유로판이 구비된 해양구조물(10)을 구성하는 기둥부(11)를 설정된 위치에 따라 설치할 때 유로구역(2)을 형성하는 좌측의 주 구조물의 기둥부(11)와 우측의 주 구조물 기둥부(11) 사이를 넓게 또는 좁게 설치해 조류의 흐름을 유도하면서 유속을 증가시킬 수 있게 한다.

한편, 본 발명에 따른 조류발전용 해양구조물을 이용한 조류발전시스템(1)에 적용된 발전장치부(20)는, 구체적으로 도 4를 참조하면, 힌지축(21a)을 가지는 지지프레임(21)과, 부력통(22a)을 가지는 터빈(22)으로 구성한다.

구체적으로, 지지프레임(21)은 해양구조물(10)의 좌측 주 구조물(10a)과 우측 주 구조물(10b)에 힌지축(21a)에 의해 힌지회동 가능하도록 결합되고 하부에 구비된 터빈(22)이 조류를 이용할 수 있도록 하방으로 길이를 가진다.

그리고, 터빈(22)은 지지프레임(21)의 양측 하부에 힌지축(21b)에 의해 회전하도록 구비되는데, 내부에 공기가 채워진 부력통(22a)을 포함한다.

바람직하게 이러한 부력통(22a)은 도시한 바와 같이, 터빈(22)과 일체형으로 구비될 수 있으며, 필요에 따라 부력통(22a)을 터빈(22)의 외측에 탈착가능하게 결합시킬 수 있음은 물론이다.

이와 같은 구조에 따라, 도 5(a)(b)를 참조하면, 발전장치부(20)는 부력통(22a)의 부력에 의해 수면에 떠있는 상태로 조류의 흐름에 따라 유속에 의해 터빈(22)의 날개가 회전하면서 전력을 생산할 수 있다.

이때, 조수 간만의 차에 의해 수면의 높이가 A -> B -> C 변화됨에 따라 발전장치부(20)는 이에 대응하여 터빈(22)이 조류의 흐름에 밀려 상부 힌지축(21a)에 의해 힌지회동하면서 그 위치가 조정된다.

도 5(a)를 참조하면, 조류의 흐름은 좌측에서 우측으로 흐르고, A -> B -> C 로의 수면 높이 변화에 따라 터빈(22)은 좌측에서 우측으로 밀려 힌지축(21a)을 중심으로 힌지회동하여 위치 조정된다.

도 5(b)를 참조하면, 조류의 흐름은 우측에서 좌측으로 흐르고, A -> B -> C 로의 수면 높이 변화에 따라 터빈(22)은 우측에서 좌측으로 밀려 힌지축(21a)을 중심으로 힌지회동하여 위치 조정된다.

이와 같은 발전장치부(20)의 구조에 따라 본 발명에 따른 조류발전용 해양구조물을 이용한 조류발전시스템(1)은 조수 간만의 차에 따라 항상 발전이 이루어져 발전효율을 높이는 효과를 가진다.

한편, 재차 도 1을 참조하면, 본 발명에 적용되는 발전장치부(20)는 제1 지지보(14a)에 안착되도록 구성되거나 힌지축(21a, 도4)을 지지할 수 있도록 별도의 결합부(30)를 포함하여 제1 지지보(14a)에 구비된다.

이에 따라 해양구조물(10)에 발전장치부(20)의 설치가 매우 용이할 뿐만 아니라 발전장치부(20)의 유지 및 보수가 용이한 효과를 가진다.

이어서, 도 6을 참조하여 본 발명에 따른 조류발전용 해양구조물의 시공방법을 보다 구체적으로 살펴보면 하기와 같다.

본 발명에 따른 조류발전시스템(1)을 구성하기 위한 조류발전용 해양구조물(10)은 도시한 바와 같이, 기초 시공 단계(S1)와, 해양구조물 시공 단계(S2)를 거쳐 해저암반층(F)에 시설된다.

이때, 기초 시공 단계(S1)는 하부 일체형의 기초베이스(12)와 내부를 관통하여 해저암반층(F)에 박히는 락볼트형 앵커(13)에 의해 해저암반층(F)의 지지를 받고 수면 상부로 일부 돌출된 기둥파이프(11a)를 설정된 간격과 위치로 설치하여 다수개의 기둥부(11)를 시설하는 단계이다.

또한, 해양구조물 시공 단계(S2)는, 기초 시공 단계(S1)에 의해 설정된 위치에 설정된 간격으로 설치된 다수개의 기둥부(11)를 연결하여 좌측의 주 구조물(10a)과 우측의 주 구조물(10b)을 구성하고, 조류가 통과하는 유로구역(2)을 가지는 해양구조물(10)을 시설하기 위한 단계이다.

먼저, 기초 시공 단계(S1)를 보다 구체적으로 살펴보면 하기와 같다.

도시한 바와 같이, 기초 시공 단계(S1)는, 위치 탐색 및 지형 파악 과정(S11)과, 기초베이스 형상 및 기둥파이프 길이 조절 과정(S12)와, 기둥파이프 설치 과정(S13)과, 락볼트 앵커 설치 과정(S14)를 포함하여 이루어진다.

위치 탐색 및 지형 파악 과정(S11)은 수중 해저암반층(F) 상에 기초베이스(12)가 놓일 위치와 높낮이를 포함한 바닥 지형을 확인하는 과정이다.

본 발명에 따른 조류발전용 해양구조물을 시공하기 위해, 해상작업용 크레인 바지선 구체적으로 SEP 바지선이 이용된다.

이러한 바지선에서 탐색 장치를 이용하여 해양구조물(10)이 설치될 해저암반층(10)의 위치와 형상을 파악한다.

그리고, 기초베이스 형상 및 기둥파이프 길이 조절 과정(S12)는, 설치될 위치의 해저암반층(F) 바닥 지형에 따라 기초베이스(12)의 형상을 조절하여 해저암반층에 기초베이스(12)의 안착시 안정적인 지지가 가능하게 한다.

다시 말해, 기초베이스(12)는 위치될 해저암반층(F)의 지형 형상에 맞게 절곡되거나 성형된다.

그리고, 기초베이스(12)를 일체형으로 구비한 기둥파이프(11a)를 설정된 높이를 가지며 수면 상부로 돌출되도록 길이를 조절한다.

이러한 기초베이스 형상 및 기둥파이프 길이 조절 과정(S12)은 해상 바지선 상에서 이루어진다.

이어서, 기둥파이프 설치 과정(S13)은 기둥파이프(11a)를 바지선을 이용해 해저암반층(F)의 설정된 위치로 위치시키고 하강시켜 설치하는 과정이다.

수상 바지선의 일종인 SEP(Self Elevating Platform) 바지선이 이용되는데, SEP 바지선은 바지선에 고정용 장치(Leg)를 부착하여 수중의 견고한 지반에 고정할 수 있는 바지선으로 수면에 떠 있는 선체를 물 위로 일정 간격 들어올려 고정시킨 다음 작업을 수행한다.

이에 따라 기둥파이프(11a)는 수중의 영향이 없는 바지선 위에서 설정한 높이에 있도록 바지선에 구비된 크레인 등의 장치를 이용해 위치된다.

이어서, 락볼트 앵커 설치 과정(S14)이 수행되는데, 이는 기둥파이프(11a) 내로 굴착장치를 이용해 해저암반층(F)을 천공한 다음, 기둥파이프(11a)를 관통하면서 천공된 해저암반층(F)의 내부에 박히도록 락볼트 앵커(13)를 설치하는 과정이다.

이러한 락볼트 앵커(13)는 상술한 바와 같이, 본 발명의 출원인이 이미 개시하여 등록을 받아 권리를 가지는 기술로 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략하기로 한다.

상술한 바와 같이, 설정된 위치 지점에 기초베이스(12)가 해저암반층(F)의 상면에 위치되도록 기둥파이프(11a)를 안착시키고, 락볼트형 앵커(13)를 설치하는데, 조임너트(15)를 조이면서 기초베이스(12)의 경사면(12a-1)을 가압하고 락볼트형 앵커(13)는 확장날개(13b)가 벌어지면서 천공된 해저암반층(F) 내부에 박혀 고정된다.

이어서, 재차 도 6을 참조하여 해양구조물 시공 단계(S2)를 살펴보면 하기와 같다.

해양구조물 시공 단계(S2)는, 기둥부 조절 및 연장 설치 과정(S21)과, 지지보 연결 및 주 구조물 설치 과정(S22)을 포함하여 이루어진다.

먼저, 기둥부 조절 및 연장 설치 과정(S21)은, 기둥파이프(11a)를 이용한 기둥부(11)와 이웃하는 기둥부(11)의 높이를 기둥파이프(11a)의 상부로 연장파이프(11b)를 연결하여 동일 선상의 높이를 가지도록 조절하는 과정이다.

이러한 설치과정은 수면 위에서 이루어지기 때문에 조류의 영향을 받지 않으며 안정적인 설치가 이루어진다.

한편, 지지보 연결 및 주 구조물 설치 과정(S22)은 다수개의 기둥부(11)를 연결하는 지지보(14)를 이용해 발전장치부(20)가 설치 결합될 공간을 형성하고, 유로구역(2)을 가지도록 좌측의 주 구조물(10a)과 우측의 주 구조물(10b)을 구성하는 과정이다.

이때, 지지보(14)는 좌측의 주 구조물(10a)과 우측의 주 구조물(10b)을 구성하는 기둥부(11) 일측을 연결하고 설치된 발전장치부(20)를 지지하는 제1 지지보(14a)와, 제1 지지보(14a)의 상방으로 간격을 가지며 기둥부(11)를 연결하도록 설치되고 좌측의 주 구조물(10a)과 우측의 주 구조물(10b)을 덮는 상부구조물(10c)을 지지하는 제2 지지보(14b)를 포함한다.

한편, 상술한 바와 같이, 필요에 따라 좌측의 주 구조물(10a)과 우측의 주 구조물(10b)을 구성하는 기둥부(11) 측방을 덮어 유로구역(2) 내로의 조류 흐름을 유도하고 이물질 유입을 방지하는 유로판을 더 포함하여 설치한다.

그리고, 해양 구조물 시공 단계(S2)는 상부 구조물 설치 과정(S23)을 더 포함하는데, 이러한 상부 구조물 설치 과정은, 좌측의 주 구조물(10a)과 우측의 주 구조물(10b) 상부를 덮는 상부 구조물(10c)을 설치하는 과정이다.

이러한 상부 구조물(10c)은 해양 구조물(10)의 기둥부(11)가 수면의 상부로 일정 높이 돌출되게 설치되는 바, 필요에 따라 길이를 갖는 다리 또는 화단을 구축할 수 있으며, 해양 구조물(10)의 크기에 따라 별도의 건물을 설치할 수 있음은 물론이다.

이와 같은 조류발전용 해양구조물 시공방법에 따라 해저면(F) 상에 설치된 해양구조물(10)의 지지를 받아 발전장치부(20)를 구성하여 조류발전시스템(1)을 시설한다.

이상에서 설명한 본 발명은 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것은 아니다.

1 : 조류발전시스템 2 : 유로구역
10 : 해양구조물 10a, 10b : 주 구조물
10c : 상부구조물 11 : 기둥부
11a : 기둥파이프 12 : 기초베이스
12a : 베이스공 13 : 락볼트형 앵커
13a : 앵커헤드 13b : 확장날개
13c : 앵커축봉 15 : 조임너트
20 : 발전장치부 21 : 지지프레임
22 : 터빈 22a : 부력통
F : 해저암반층

Claims

좌측의 주 구조물(10a)과 우측의 주 구조물(10b) 사이로 조류가 통과하는 유로구역(2)을 형성한 해양구조물(10)과;
상기 해양구조물(10)의 지지를 받아 유로구역(2) 내에 설치되고, 수면 높이의 변화에 따라 부력에 의해 힌지회동하여 위치가 조정되면서 전력을 생산하는 터빈(22)을 구비한 발전장치부(20)를 포함하되;
상기 해양구조물(10)은,
하단에 일체형으로 너비를 가지는 기초베이스(12)에 의해 해저암반층(F)에 접하면서 지지되고 상부가 수면 상부로 돌출된 길이를 갖는 기둥파이프(11a)와, 상기 기둥파이프(11a)를 관통하면서 상기 해저암반층(F)의 내부에 박힌 락볼트형 앵커(13)를 구비한 다수개의 기둥부(11)를 포함하는 것을 특징으로 하는 조류발전용 해양구조물을 이용한 조류발전시스템.
제 1항에 있어서,
상기 기초베이스(12)는,
상기 기둥파이프(11a)의 하단과 일체형으로 연통되되 상방에서 하방 내측으로 경사면(12a-1)을 가지며 관통한 베이스공(12a)을 형성하고,
상기 락볼트형 앵커(13)는,
선단을 구성하는 앵커헤드(13a)와, 상기 앵커헤드(13a)에서 연장된 앵커축봉(13c)을 가지되, 상기 앵커축봉(13c)의 하부 나사부(13c-1)를 따라 상기 경사면(12a-1)에 조여지는 조임너트(15)에 의해 상기 기초베이스(12)에 고정되고, 상기 조임너트(15)의 조임에 따라 상기 앵커헤드(13a)에서 확장되면서 벌어져 상기 해저암반층(F)에 박히는 확장날개(13b)를 포함하는 것을 특징으로 하는 조류발전용 해양구조물을 이용한 조류발전시스템.
제 1항에 있어서,
상기 기둥부(11)는,
상기 기둥파이프(11a)의 상부로 이웃하는 기둥부(11)와의 높이를 동일하게 조절하도록 연장 연결된 연장파이프(11b)를 더 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 조류발전용 해양구조물을 이용한 조류발전시스템.
제 1항에 있어서,
상기 해양구조물(10)은,
좌측의 주 구조물(10a)과 우측의 주 구조물(10b)을 구성하는 기둥부(11) 일측을 연결하고 상기 발전장치부(20)를 지지하는 제1 지지보(14a)와, 상기 제1 지지보(14a)의 상방으로 간격을 가지며 기둥부(11)를 연결하도록 설치되고 좌측의 주 구조물(10a)과 우측의 주 구조물(10b)을 덮는 상부구조물(10c)을 지지하는 제2 지지보(14b)를 구성한 지지보(14)를 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 조류발전용 해양구조물을 이용한 조류발전시스템.
제 4항에 있어서,
상기 해양구조물(10)은,
좌측의 주 구조물(10a)과 우측의 주 구조물(10b)을 구성하는 기둥부(11) 측방을 덮어 상기 유로구역(2) 내로의 조류 흐름을 유도하고 이물질 유입을 방지하는 유로판을 더 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 조류발전용 해양구조물을 이용한 조류발전시스템.
제 1항에 있어서,
상기 발전장치부(20)는,
상기 해양구조물(10)의 좌측 주 구조물(10a)과 우측 주 구조물(10b)에 힌지축(21a)에 의해 힌지회동 가능하도록 결합되고 하방으로 길이를 가지는 지지프레임(21)과,
상기 지지프레임(21)의 양측 하부에 힌지축(21b)에 의해 회전하도록 구비되고, 내부에 공기가 채워진 부력통(22a)을 가지는 터빈(22)을 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 조류발전용 해양구조물을 이용한 조류발전시스템.
하부 일체형의 기초베이스(12)와 내부를 관통하여 해저암반층(F)에 박히는 락볼트형 앵커(13)에 의해 상기 해저암반층(F)의 지지를 받고 수면 상부로 일부 돌출된 기둥파이프(11a)를 설정된 간격과 위치로 설치하여 다수개의 기둥부(11)를 시설하는 기초 시공 단계(S1)와;
상기 기초 시공 단계(S1)에 의해 설정된 위치에 설정된 간격으로 설치된 다수개의 기둥부(11)를 연결하여 좌측의 주 구조물(10a)과 우측의 주 구조물(10b)을 구성하고, 조류가 통과하는 유로구역(2)을 가지는 해양구조물(10)을 시설하기 위한 해양구조물 시공 단계(S2)를 포함하되;
상기 기초 시공 단계(S1)는,
상기 기초베이스(12)가 놓일 상기 해저암반층(F)의 위치와 높낮이를 포함한 바닥 지형을 확인하는 위치 탐색 및 지형 파악 과정(S11)과;
설치될 위치의 해저암반층(F) 바닥 지형에 따라 상기 기초베이스(12)의 형상을 조절하고, 설정된 높이를 가지며 수면 상부로 돌출되도록 상기 기둥파이프(11a)의 길이를 조절하는 기초베이스 형상 및 기둥파이프 길이 조절 과정(S12)와;
상기 기둥파이프(11a)를 바지선을 이용해 상기 해저암반층(F)의 설정된 위치로 위치시키고 하강시켜 설치하는 기둥파이프 설치 과정(S13)과;
상기 기둥파이프(11a) 내로 굴착장치를 이용해 해저암반층(F)을 천공한 다음, 상기 기둥파이프(11a)를 관통하면서 천공된 해저암반층(F)의 내부에 박히도록 락볼트 앵커(13)를 설치하는 락볼트 앵커 설치 과정(S14);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 청구항 1항 내지 청구항 6항 중 어느 한 항의 해양구조물을 설치하기 위한 조류발전용 해양구조물 시공방법.
제 7항에 있어서,
상기 해양 구조물 시공 단계(S2)는,
상기 기둥부(11)와 이웃하는 기둥부(11)의 높이를 기둥파이프(11a)의 상부로 연장파이프(11b)를 연결하여 동일 선상의 높이를 가지도록 조절하는 기둥부 조절 및 연장 설치 과정(S21)과;
상기 다수개의 기둥부(11)를 연결하는 지지보(14)를 이용해 발전장치부(20)가 설치 결합될 공간을 형성하고, 유로구역(2)을 가지도록 좌측의 주 구조물(10a)과 우측의 주 구조물(10b)을 구성하는 지지보 연결 및 주 구조물 설치 과정(S22)을; 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 조류발전용 해양구조물 시공방법.
제 8항에 있어서,
상기 해양 구조물 시공 단계(S2)는,
상기 좌측의 주 구조물(10a)과 우측의 주 구조물(10b) 상부를 덮는 상부 구조물(10c)을 구성하는 상부 구조물 설치 과정(S23)을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 조류발전용 해양구조물 시공방법.