KR20190121718A

KR20190121718A - 해양 복합 발전 선박

Info

Publication number: KR20190121718A
Application number: KR1020190115702A
Authority: KR
Inventors: 황용안
Original assignee: 황용안
Priority date: 2019-09-18
Filing date: 2019-09-18
Publication date: 2019-10-28

Abstract

본 발명은 하나의 발전용 선체에서 파력, 조류, 풍력 및 태양광 발전을 함께 시행하는 해양 복합 발전 선박에 관한 것으로, 특히 발전선체(112)의 양측단에서 다수의 백스톱클러치(114)에 연결된 지렛대(102)와 부구(101)가 상하로 움직여 파력용 구동축(115)을 일방향으로 회전케 하여 분동식 파력발전기(121)를 구동하고, 이 발전선체(112)의 저부에서 조류에 대응하는 다수의 수평축형 가변익 프로펠러(109)가 조류용 구동축(118)을 일방향으로 회전케 하여 분동식 조류발전기(105)를 구동하고, 이 발전선체(112)의 상부에서 수직축형 가변익 터빈(124)이 풍력용 구동축(123)을 회전케 하여 분동식 풍력발전기(125)를 구동하고, 이 발전선체(112)의 지붕에서 태양전지모듈(104)에 의해 태양광발전을 하도록 하며, 상기한 분동식 파력발전기, 조류발전기, 풍력발전기(121, 105, 125)는 각각 파고, 조류, 풍속에 따른 토오크(torque)의 검출정보에 의한 변속기제어시스템(200, 300, 400)에 의해 다수의 분동(分動)발전기(m1, m2, m3)를 제어 구동되도록 함으로써, 가취(加取)에너지가 극대화되어 고효율의 대량 전력생산을 실현함을 특징으로 하는 해양 복합 발전선박에 관한 것이다.

Description

해양 복합 발전시스템{Ocean combined generating ship}

최근에는 친환경적인 녹색에너지로 풍력, 태양력, 조력 등의 자연력을 이용한 발전이 주목받고 있다. 수력 발전은 입지 조건 및 막대한 건설비, 화력 발전은 대기 온난화 및 공해, 원자력은 주민의 입지 거부 및 방사능 문제 그리고 녹색에너지인 풍력, 태양력은 날씨 변화에 따른 안정적인 전력공급 문제, 댐을 이용하는 조력발전은 입지 조건과 건설비 등의 문제점이 있다.

이에 비해, 우리나라는 다도해로 이루어진 서해안과 남해안의 섬과 육지, 또는 섬과 섬 사이에 빠른 조류가 형성되는 해협 또는 수로가 산재하므로 이를 이용한 저비용의 친환경적인 조류발전과 파력발전, 해양풍력발전, 태양광발전 등의 복합 발전을 실시할 수 있는 가능성이 매우 풍부하다.

다만, 종래의 파력발전, 조류발전, 해양풍력발전, 태양광발전 등의 발전시스템은 편의상 각각 분리된 별도의 발전방식으로 시행되었고, 또는 하나의 큰 발전단지를 구축하고 여기에 여러 종류의 해양발전유닛을 배치하여 발전을 하는 플랜트형의 발전방식은 시도되었으나, 본 발명과 같이 하나의 이동식 발전용 선박에서 파력발전, 조류발전, 해양풍력발전, 태양광발전을 함께 시행하는 경우는 시도된 적이 없었다.

대표적인 파력발전의 방식은 파랑의 운동에너지를 1차 변환하는 방식에 따라 여러 가지로 분류할 수 있으며, 수면에 떠 있는 부체가 파랑의 운동에 의하여 상하 또는 회전운동을 하도록 하여 발전기를 회전시키는 가동물체형 방식과, 파랑의 작용에 의하여 공기실 내의 수위가 변동함에 따라 공기실 내의 공기가 압축, 팽창될 때 노즐을 통하여 발생하는 공기 흐름으로 터빈을 돌려 발전하는 진동수주방식이 주류를 이루고 있다.

대표적인 조류발전의 방식은 내부에 발전장치를 구비한 타워형 구조물을 바다에 설치하는 방식, 축류식 블레이드를 내장한 구조물을 해저 또는 해중에 설치하는 방식, 발전용 수차가 설치된 선박 같은 부유체를 이용하는 방식으로 구분된다.

이러한 조류나 풍력 등에 의한 발전량은 유속의 세제곱에 비례하므로 유속이 강하면 좋다고 생각하지만 발전기 용량의 한계를 넘어서면 과열로 고가의 발전기가 타거나 파괴되는 문제가 발생하였다.

그리고 이러한 문제점을 해결하기 위한 노력으로 창안된 선행기술발명의 시도가 있었다.

예를 들면, 도 11에서 나타낸 도 3, 도 3b 및 도 3c는 종래기술 및 선행기술발명(특허제10-1059126호)의 풍력 발전 시스템의 가취(加取)에너지 특성을 그래프로 나타낸 비교도이다. 종래의 풍력 발전 시스템은 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같다. 먼저, 도 3a는, 동력 변환장치와 연관하여 기계변환장치, 예로 사보니어스형(Savonius Type) 풍력회전동력장치 같은 것을 사용함에 따라 가취 풍력에너지는 작되, 가취시간이 긴 경우이고, 도 3b는 다른 굵은 선으로 표시된 부분은, 예로 고정핏치 프로펠러처럼 가취 풍력에너지는 크되, 가취시간이 그 만큼 짧은 경우를 표시하는 것이다. 전체 폐쇄된 굵은 선하의 면적은 총 가취에너지량을 보이는 것이다.

종래의 조류나 풍력 발전 시스템 등은, 도 12에 나타낸 도 3a 또는 도 3b와 같이 유속과 대비하여 볼 때 가취에너지는 장기간 저출력형이나, 단기간 고출력형으로서 설치된다. 즉, 도 3a와 같은 장기간 저출력 형태의 발전기 시스템은, 저 유속에서도 발전기가 구동되어 전기를 생산하기는 하지만, 고속 유속에서도 저출력의 전기만을 생산하기 때문에 고속 유속에서 생산될 에너지가 버려지는 것이다. 또한 도 3b와 같이 단기간 고출력 형태의 발전기 시스템은, 고출력으로 구동시키기 위해서는 적정 토크 이상의 파워가 필요한데, 저 유속에서는 토크가 부족하여 발전기가 구동되지 못하고, 적정 수준 이상의 고속 유속에서만 생산되는 에너지를 전기에너지로 변환시킬 수 있게 된다.

한편, 도 13에서 나타낸 선행기술발명의 '대표도'를 살펴보면 풍속 검출장치(30)에 의해 검출된 풍속에 의거하여 상기 복수의 발전장치(20)의 고정자 여자코일을 선택적으로 연결/단락시키기는 제어장치(40)와; 상기 제어장치(40)에 의해 풍속에 따라 발전장치(20)의 여자코일과의 연결/단락이 제어되어 발전장치(20)의 여자코일로부터 생산되는 전기를 안정화시켜 출력하는 출력장치(50)를 포함하여 구성된 것이다. 따라서 풍속이 서서히 증가하면 발전장치(20)에서는 첫 번째, 2번째, 3번째, 4번째 순으로 여자코일이 연결되는데 이때 선행기술발명은 도 14에 나타낸 도 3c처럼 가취에너지를 얻는다고 주장하고 있다. 그러나 실제로는 도 3c-1처럼 첫 번째, 2번째, 3번째, 4번째 순으로 여자코일에서 계단식의 총 가취에너지를 얻게 된다. 즉, 선행기술발명은 도 3c처럼 선형의 가취에너지가 나오는 것이 아니라 실제로는 도 3c-1처럼 저속과 고속을 아우르는 계단식의 가취에너지를 얻게 된다.

이에 비해, 본 발명에서는 도 8에 나타낸 바와 같이, 다수의 분동(分動)발전기(m1, m2, m3)를 분동변속기(t1, t2, t3)와 분동글러치(c1, c2, c3)로 연결하여서 파고, 조류, 풍력의 세기에 따른 토오크 감응식 변속기제어시스템(200, 300, 300)에 의해 제어되도록 함으로써, 선행기술발명(도 3c-1)에 비해, 도 15에 나타낸 바와 같이 훨씬 세분된 다단계의 선형에 가까운 가취에너지를 얻는 특성을 가진다.

한편, 한국등록특허 제10-1788239호나 한국등록특허 제10-1178482호의 해양복합발전방식은 발전단지를 구축하고 배치한 각종 발전유닛에서 발생된 전력을 통합하여 발전기의 출력단에서 발생된 주파수와 진폭을 제어하는 '복합전력 관리장치'를 청구항에 명시하고 있다. 그러나 이 '복합전력 관리장치'는 각 발전유닛에서 발생된 전력을 하나의 전력원으로 통합하여 이를 상용전원으로 인가하는 기능을 하는 것일 뿐, 분동(分動)발전기(m1, m2, m3)에 의해 가취에너지를 극대화 하여 고효율로 발전을 시행하려는 본 발명과는 동일한 구성 및 목적으로 창안된 것이 아니다.

한국등록특허 제10-1788239호 한국등록특허 제10-1263678호 한국등록특허 제10-1178482호 일본공개특허 특개평7-301171호 한국등록특허 제10-1597998호 한국등록특허 제10-1633705호

본 발명은 상기한 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 하나의 해양 복합 발전 선박에 있어서, 발전선체(112) 양측단에서 다수의 백스톱클러치(114)에 연결된 부구(101)와 지렛대(102)가 일방향으로 파력용 구동축(115)을 회전케 하여 파력발전을 하고, 발전선체(112)의 저부에서 조류에 대응하는 다수의 수평축형 가변익 프로펠러(109)가 조류용 구동축(118)을 회전케 하여 조류발전을 하고, 발전선체(112)의 상부에서 수직축형 가변익 터빈(124)으로 풍력용 구동축(123)을 회전하여 풍력발전을 하고, 발전선체(112)의 지붕에서 태양전지모듈(104)에 의해 태양광발전을 하며, 상기한 분동식 파력발전기, 조류발전기, 풍력발전기(121, 105, 125)가 각각 파고, 조류, 풍속에 따른 토오크(torque)의 검출정보에 의한 변속기제어시스템(200, 300, 400)에 의해 다수의 분동(分動)발전기(m1, m2, m3)를 구동함으로써, 총 가취에너지가 극대화되어 고효율의 대량 전력생산을 실현하게 하는 것이다.

본 발명은 상기한 과제를 달성하기 위한 것으로서,

해양 복합 발전 선박에 있어서, 발전선체(112)의 양측단에 다수의 부구(101)와 지렛대(102)가 연결된 백스톱클러치(114)로 파력용 구동축(115)을 한쪽 방향으로만 회전케 하여 파력발전기(121)를 구동하는 파력발전유닛; 상기 발전선체(112)의 저부에 조류에 대응하는 다수의 가변익 프로펠러(109)가 조류용 구동축(118)을 한쪽방향으로만 회전케 하여 조류발전기(105)를 구동하는 조류발전유닛; 상기 발전선체(112)의 상부에 가변익 터빈(124)에 의해 풍력용 구동축(123)을 한쪽방향으로만 회전케 하여 풍력발전기(125)를 구동하는 풍력발전유닛; 상기 발전선체(112)의 지붕에 태양전지모듈(104)를 설치하여 인버터(106)에 의해 교류전력을 생산하는 태양광발전유닛;을 구성하여서 된 것이다.

그리고 상기 파력발전기(121), 조류발전기(105), 풍력발전기(125)는 각각 다수의 분동(分動)발전기(m1, m2, m3)를 분동(分動)변속기(t1, t2, t3)와 분동(分動)글러치(c1, c2, c3)에 의해 다단으로 연결하고, 상기 분동(分動)변속기(t1, t2, t3)와 분동(分動)글러치(c1, c2, c3)는 파고감응식 변속기제어시스템(200), 조류감응식 변속기제어시스템(300), 풍속감응식 변속기제어시스템(400)에 의해 제어되도록 구성하여서 된 것이다.

그리고 상기 파고감응식 변속기제어시스템(200), 조류감응식 변속기제어시스템(300), 풍속감응식 변속기제어시스템(400)은 각각 파고, 조류, 풍속에 따른 토오크(torque)를 측정하는 센서; 이 센서 정보를 검출하는 센서정보검출부; 이 검출정보에 의해 변속조건를 결정하는 변속조건판단부; 상기 변속조건의 판단에 따라 분동글러치(c1, c2, c3) 및 분동변속기(t1, t2, t3)를 시프트업·다운(shift up & down)하는 제어부; 에 의해 분동(分洞)발전기(m1, m2, m3)를 자동 제어하도록 하여서 된 것이다.

본 발명은 발전선체(112)의 측면에서 조류력발전을, 발전선체(112) 저부에서 조류력발전을, 상부에서 풍력발전을, 지붕에서는 태양광발전을 복합하여 실행함으로써, 총 발전량 대비 시설비용이 적게 소요되고, 이동이 가능할 뿐만 아니라 날씨, 시간, 장소 등에 구애를 받지 않고 지속적으로 꾸준하게 전력을 생산할 수 있으며, 특히 분동식(分動式) 파력, 조류, 풍력발전기(121, 105, 125)에서 최대의 가취(加取)에너지를 얻을 수 있게 함으로써, 하나의 발전용 선박에서 가성비가 좋은 고효율로 전력 생산을 실현할 수 있고, 수요에 따라 이 발전 선박을 여러 개로 연결하여 대규모의 전력생산단지를 구축할 수 있는 등 많은 장점을 지니고 있다.

도 1은 파도의 골부분에 위치한 본 발명의 실시예의 정면도이고,
도 2는 파도의 마루부분에 위치한 본 발명의 실시예의 배면도이고,
도 3은 요동하는 파도에 대응하는 본 발명의 실시예를 보인 측면도이고,
도 4는 파력발전유닛의 웜기어(103)와 연결축(122)의 절개도이고,
도 5는 파력발전유닛의 지랫대(102) 연결구조의 확대사시도이고,
도 6은 한 방향으로만 구동하는 백스톱클러치(114)의 절개도이고,
도 7은 수평축형 가변익 프로펠러(109)의 가변성을 보인 단면도이고,
도 8은 파력발전기(105) 및 파고감응식 변속기제어시스템(200)의 블록도이고,
도 9는 조류발전기(121) 및 조류감응식 변속기제어시스템(300)의 블록도이고,
도 10은 풍력발전기(125) 및 풍속감응식 변속기제어시스템(400)의 블록도이고,
도 11은 본 발명 실시예의 발전선체(112)를 다단으로 연결한 평면도이고,
도 12는 종래 저출력, 고출력발전기(도 3a, 도 3b)의 가취에너지 그래프이고,
도 13은 선행기술발명의 대표도이고,
도 14는 선행발명의 주장(도 3c) 및 실제(도 3c-1) 가취에너지 그래프이고,
도 15는 본 발명 실시예의 가취(加取)에너지 그래프이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 해양 복합 발전 선박에 대하여 상세하게 설명한다.

본 발명은 도 1 내지 도 3에 나타낸 바와 같이, 하나의 발전선체(112)에 파력발전유닛, 조류발전유닛, 풍력발전유닛, 태양광발전유닛을 함께 구비하여 복합 발전을 시행하게 되어 있다.

먼저, 상기 발전선체(112)의 파력발전유닛에 대하여 설명하면, 도 5에 나타낸 바와 같이, 발전선체(112)의 측면 양단 지지체(119)의 베어링유닛(120)에 파력용 구동축(115)이 설치되고, 이 파력용 구동축(115) 사이에 배치한 다수의 백스톱클러치(114)에는 부구(101)가 달린 지렛대(102)를 체결하여 부구(101)가 파도의 파고에 따라 상하로 요동하면 일방향으로만 회전하는 백스톱클러치(114)가 파력용 구동축(115)을 한 방향으로만 회전시키게 되어 있다. 그러므로 상기 다수의 백스톱클러치(114)에 체결된 지렛대(102)의 부구(101)가 개별적으로 계속 파도에 의해 요동하면 파력용 구동축(115)이 연속적으로 회전되어 구동력이 발생하게 된다. 이 구동력은 웜기어(103)와 연결축(122)에 의해 도 8에 나타낸 바와 같은 분동식 파력발전기(121)에 연결되어 최대의 가취에너지가 얻어지는 파력발전을 시행하게 되어 있다.

그리고 상기 발전선체(112)의 조류발전유닛에 대하여 설명하면, 도 1 내지 도 3에 나타낸 바와 같이, 발전선체(112)의 저부에 지지대(108)와 베어링지지기둥(116)에 의해 조류용 구동축(118)이 설치되고, 이 조류용 구동축(118) 사이에 다수의 가변익 프로펠러(109)를 체결하여 구동력을 발생시키게 된다. 이 구동력은 웜기어(110)와 연결축(111)에 의해 도 9에 나타낸 바와 같이 분동식 조류발전기(105)에 연결되어 조류감응식 변속기제어시스템(300)에 의해 최대의 가취에너지가 얻어지는 조류발전을 하게 되어 있다.

한편, 상기한 조류용 구동축(118)이 서로 교차하는 밀물(+T)과 썰물(-T)의 조류에 대응하여 항상 한 방향으로만 회전하게 하려면 가변익 프로펠러(109)는 밀물(+T)과 썰물(-T)의 조류방향에 대응하여 일정한 경사각(c)의 범위에서 서로 반대되는 기울기로 변화되는 가변익을 구성하는 것이 바람직하다.

즉, 상기한 가변익 프로펠러(109)는 도 7에 나타낸 바와 같이 가변익 프로펠러(109)의 내부에 빈틈(204)이 형성된 걸림쇠(205)를 갖추어 고정하고 여기에 돌기(203)가 형성된 날개축(201)을 끼워서 교차하는 조류의 힘에 따라 상기한 날개축(201)의 돌기(203)에 차단된 걸림쇠(205)가 빈틈(204)의 유격만큼 회전되도록 함으로써, 가변익 프로펠러(109)가 밀물(+T)과 썰물(-T)의 조류방향에 대응하여 일정한 경사각(c)으로 기울어지게 한 것이다.

그러므로 상기한 가변익 프로펠러(109)는 조류의 힘에 의한 반작용으로 날개축(201)의 돌기(203)에 의해 걸림쇠(205)가 빈틈(204)의 유격만큼 회전하게 되어 넓은 날개면이 조류에 의해 뒤로 밀린 형태의 경사각(c)으로 변화하게 되기 때문에, 밀물(+T)의 조류에 대응하여 자동으로 좌 경사(a)의 상태로 변하고, 썰물(-T)의 조류에 대응하여 자동으로 우 경사(b)의 상태로 변하여, 이러한 가변익 프로펠러(109)가 조류용 구동축(118)을 밀물(+T)과 썰물(-T)의 조류에 대응하여 항상 한쪽 방향으로만 회전되게 함으로 밀물(+T)과 썰물(-T)의 양방향 에너지를 모두 수용하게 된다.

그리고 이 발전선체(112)의 풍력발전유닛에 대하여 설명하면, 도 1 내지 도 3에 나타낸 바와 같이 발전선체(112)의 상부에 설치한 구동축지지기둥(126)의 내부에 풍력용 구동축(123)이 설치되고, 이 이 풍력용 구동축(123) 상단에 수직축형의 가변익 터빈(124)을 체결하여 구동력을 발생시키게 된다. 이 구동력은 도 10에 나타낸 바와 같이, 분동식 풍력발전기(125)에 연결되어 풍속감응식 변속기제어시스템(400)에 의해 최대의 가취에너지가 얻어지는 풍력발전을 하게 되어 있다.

한편, 상기한 수직축형의 가변익 터빈(124)은 바람을 맞이하는 정회전방향의 날개는 항상 수직으로 펼쳐지고 역회전방향의 날개는 바람에 의해 피치가 수평으로 젖혀져 바람의 저항을 덜 받게 되는 형태인 것을 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 발전선체(112)의 태양광발전유닛에 대하여 설명하면, 도 1 내지 도 3에 나타낸 바와 같이, 발전선체(112)의 지붕에 태양전지모듈(104)을 설치하고 이를 축전지와 전력변환장치를 갖춘 실내 인버터(106)에 의해 교류전력을 생산하게 된다. 여기서 상기한 태양전지모듈(104)은 태양광을 최대한 직사광에 가깝게 받아들이는 형태로 자동 변환되는 시스템으로 설치하는 것이 바람직하다.

다음은, 상기한 본 발명에 있어서 발전기에 의한 가취에너지의 수용범위를 최대한 확대시키는 방안에 대하여 설명한다.

일반적으로, 조류나 풍력 등에 의한 발전량은 유속의 세제곱에 비례하므로 유속이 강하면 좋다고 생각하지만 회전력이 발전기 용량의 한계를 넘어서면 과열로 고가의 발전기가 타거나 파괴되는 문제가 발생한다.

통상의 풍력발전기는 유속이 3m/sec일 때 시동되고 약 10배인 30m/sec 이상이면 파손을 막기 위해 가동을 중단하거나 날개의 피치 각도를 바꾸어 발전기를 보호한다. 그런데 해양에서는 파력발전을 위한 파도의 높이는 최저 0.1m에서 최고 10m까지여서 구동토오크(torque)는 파고에 따라 약 100배의 차이가 나고, 조력발전을 위한 조류의 유속은 최저 0.1m/sec에서 최고 10m/sec까지여서 구동토오크는 유속에 따라 약 100배의 차이가 나며, 풍력발전을 위한 바람의 유속은 최저 0.5m/sec에서 최고 50m/sec까지여서 구동토오크는 풍속에 따라 약 100배의 차이가 나므로 최저와 최고 에너지를 모두 함께 수용할 발전기를 찾기란 매우 어렵다.

즉, 에너지 범위가 100배 이상의 차이가 나면 발전기의 분당회전속도(RPM)는 약 100배 이상 증가하여 과열로 로우터가 파괴되는 문제가 있으므로, 종래의 풍력 및 조류발전 시스템에서는 발전기가 도 12의 도 3a 또는 도 3b와 같이 유속과 대비하여 볼 때 가취(加取)에너지는 장기간 저출력형이나, 단기간 고출력형으로서 설치된다.

상기한 저출력 형태의 발전기 시스템은 도 3a와 같이 장기간 저 유속에서 발전기가 구동되어 전기를 생산하기는 하지만, 고속 유속에서도 저출력의 전기만을 생산하기 때문에 고속 유속에서 생산될 에너지가 버려지는 것이다. 또한 상기한 단기간 고출력 형태의 발전기 시스템은 고출력으로 구동시키기 위해서 적정 토크 이상의 파워가 필요한데, 도 3b와 같이 저 유속에서는 토크가 부족하여 발전기가 구동되지 못하고, 적정 수준 이상의 고속 유속에서만 생산되는 에너지를 전기에너지로 변환시킬 수 있고 저속 유속에서 생산될 에너지는 버려지게 된다.

따라서 본 발명의 실시예는 가취에너지의 수용범위를 최대한 확대시키기 위하여 다음과 같은 해결책을 강구하였다.

상기한 발전선체(112)의 파력발전유닛, 조류발전유닛, 풍력발전유닛에 구성하고 있는, 도 8에 나타낸 본 발명의 분동식 파력발전기(121) 및 도 9에 나타낸 분동식 조류발전기(105) 및 도 10에 나타낸 분동식 풍력발전기(125)는 공통적으로 다수의 분동(分動)발전기(m1, m2, m3)를 다단의 변속단을 갖춘 분동(分動)변속기(t1, t2, t3)와 분동(分動)글러치(c1, c2, c3)에 의해 다단으로 연결하여 파고감응식 변속기제어시스템(200), 조류감응식 변속기제어시스템(300), 풍속감응식 변속기제어시스템(400)으로 제어하도록 하므로써 각 발전유닛의 가취에너지의 수용범위를 최대한 확대하게 하였다.

이러한 분동식 발전시스템은 1차 분동클러치와 변속기(c1, t1,)를 1차 분동발전기(m1)에 연결하고, 상기한 1차 분동발전기(m1)에는 2차 분동클러치와 변속기(c2, t2,) 및 2차 분동발전기(m2)를 연결하고, 상기한 2차 분동발전기(m2)에는 3차 분동클러치와 변속기(c3, t3,) 및 3차 분동발전기(m3)를 순차적으로 연결하여서 된 것이다. 그리고 상기 분동(分動)발전기(m1, m2, m3)는 파고감응식 변속기제어시스템(200), 조류감응식 변속기제어시스템(300), 풍속감응식 변속기제어시스템(400)에 의해 각각 분동(分動)변속기(t1, t2, t3)와 분동(分動)글러치(c1, c2, c3)를 순차적으로 제어함으로써, 수용된 에너지에 따른 토오크(torque)가 점차적으로 강해지면 각 분동발전기(m1, m2, m3)가 파손되는 한계 회전수를 넘기지 않도록 다단의 변속단을 갖춘 분동변속기(t1, t2, t3) 및 분동글러치(c1, c2, c3)가 구동 토오크(torque)를 1차, 2차, 3차 분동발전기(m1, m2, m3)의 순으로 차례로 분산 수용하도록 하여 발전기 파손의 위험을 해소하면서 취합한 가취에너지의 범위가 극대화 되도록 할 수 있다.

한편, 도 8에 나타낸 바와 같이, 상기한 파고감응식 변속기제어시스템(200)은 파고에 의한 토오크(torque)를 측정하는 센서; 센서의 정보를 검출하는 파고정보검출부; 파고의 검출정보에 의해 파력에 따른 발전기의 부하와 회전속도를 연산하여 최적의 변속조건를 결정하는 변속조건판단부; 상기 변속조건의 판단에 따라 가속 또는 감속 조작으로 변속단을 업다운시프트하는 제어부;로 이루어진 것이다. 이러한 파고감응식 변속기제어시스템(200)의 명령에 따라 제어되는 파력발전기(121)의 변속단은 1차 분동클러치와 분동변속기(c1, t1,), 2차 분동클러치와 분동변속기(c2, t2,), 3차 분동클러치와 분동변속기(c3, t3,)를 순차적으로 업다운시프트(up & down shift)하여 각 분동발전기(m1, m2, m3)의 출력을 제어하게 된다.

즉, 파도의 파고가 낮아 파력용 구동축(115)의 구동모멘트가 비교적 약하면, 상기 제어부의 명령에 따라 상기 1차 분동클러치와 분동변속기(c1, t1,)에 의해 1차 분동발전기(m1)만 구동되고 나머지 2차 분동클러치와 분동변속기(c2, t2,)는 무 클러치 상태가 되어 2, 3차 분동발전기(m2, m3)는 무구동 상태가 된다. 그리고 파고가 점차 높아져 파력구동축(115)의 구동모멘트가 증가되면, 상기 제어부의 명령에 따라 상기 1차 분동클러치와 분동변속기(c1, t1,)와 함께 순차적으로 2차 분동클러치와 분동변속기(c2, t2,)가 시프트업 되고, 그 이상으로 파고가 점차 높아져 파력구동축(115)의 구동모멘트가 증가되면, 3차 분동클러치와 분동변속기(c3, t3,)까지도 시프트업 되는 방식으로 각 분동발전기(m1, m2, m3)가 순차적으로 제어되어 파력발전기(121)가 구동되므로 가취에너지가 크게 증가하게 된다.

또한, 도 9에 나타낸 바와 같이, 상기한 조류감응식 변속기제어시스템(300)은 조류 유속에 의한 토오크(torque)를 측정하는 센서; 센서의 정보를 검출하는 조류정보검출부; 조류의 검출정보에 의해 조류에 따른 발전기의 부하와 회전속도를 연산하여 최적의 변속조건를 결정하는 변속조건판단부; 상기 변속조건의 판단에 따라 가속 또는 감속 조작으로 변속단을 업다운시프트하는 제어부;로 이루어져 있다. 이러한 조류감응식 변속기제어시스템(300)의 명령에 따라 제어되는 조류발전기(105)의 변속단은 1차 분동클러치와 분동변속기(c1, t1,), 2차 분동클러치와 분동변속기(c2, t2,), 3차 분동클러치와 분동변속기(c3, t3,)를 순차적으로 업다운시프트하여 각 분동발전기(m1, m2, m3)의 출력 회전수를 변동시킬 수 있게 된다.

즉, 조류의 속도가 낮아 조류용 구동축(118)의 구동모멘트가 비교적 약하면, 상기 제어부의 명령에 따라 상기 1차 분동클러치와 분동변속기(c1, t1,)에 의해 1차 분동발전기(m1)만 구동되고 나머지 2차 분동클러치와 분동변속기(c2, t2,)는 무 클러치 상태가 되어 2, 3차 분동발전기(m2, m3)가 구동하지 않게 되어있다. 그리고 조류가 점차 강해져 조류구동축(118)의 구동모멘트가 증가되면, 상기 제어부의 명령에 따라 상기 1차 분동클러치와 분동변속기(c1, t1,)는 물론 순차적으로 나머지 2차 분동클러치와 분동변속기(c2, t2,)가 시프트업 되고, 그 이상으로 강한 조류에서는 3차 분동클러치와 분동변속기(c3, t3,)까지도 시프트업 되는 방식으로 2, 3차 분동발전기(m2, m3)가 순차적으로 제어되어 조류발전기(105)가 구동되므로 가취에너지가 크게 증가하게 된다.

또한, 도 10에 나타낸 바와 같이, 상기한 풍속감응식 변속기제어시스템(400)은 풍속에 의한 토오크(torque)를 측정하는 센서; 센서의 정보를 검출하는 풍속정보검출부; 풍속의 검출정보에 의해 풍속에 따른 발전기의 부하와 회전속도를 연산하여 최적의 변속조건를 결정하는 변속조건판단부; 상기 변속조건의 판단에 따라 가속 또는 감속 조작으로 변속단을 업다운시프트하는 제어부;로 이루어져 있다. 이러한 풍속감응식 변속기제어시스템(400)의 명령에 따라 제어되는 풍력발전기(125)의 변속단은 1차 분동클러치와 분동변속기(c1, t1,), 2차 분동클러치와 분동변속기(c2, t2,), 3차 분동클러치와 분동변속기(c3, t3,)를 순차적으로 업다운시프트하여 각 분동발전기(m1, m2, m3)의 출력 회전수를 변동시킬 수 있게 된다.

즉, 풍속의 속도가 낮아 풍력용 구동축(123)의 구동모멘트가 비교적 약하면, 상기 제어부의 명령에 따라 상기 1차 분동클러치와 분동변속기(c1, t1,)가 업다운시프트하여 1차 분동발전기(m1)만 구동되고 나머지 2차 분동클러치와 분동변속기(c2, t2,)는 무 클러치 상태가 되어 2, 3차 분동발전기(m2, m3)가 구동하지 않게 된다. 그리고 풍속의 세기가 점차 강해져 풍력구동축(123)의 구동모멘트가 증가되면, 상기 제어부의 명령에 따라 상기 1차 분동클러치와 분동변속기(c1, t1,)는 고단의 변속단으로 시프트업되고, 또한 순차적으로 나머지 2차 분동클러치와 분동변속기(c2, t2,)가 시프트업되고, 그 이상으로 변한 풍속에서는 3차 분동클러치와 분동변속기(c3, t3,)까지도 시프트업되는 방식으로 2, 3차 분동발전기(m2, m3)가 순차적으로 제어되어 풍력발전기(125)가 구동되므로 가취에너지가 크게 증가하게 된다.

그러므로, 도 12의 도3a, 도3b나, 도 14의 도3c-1에 나타낸 종래 및 선행발명기술의 가취에너지 그래프와 도 15에 나타낸 본 발명 실시예의 가취에너지 그래프를 비교하면, 본 발명의 가취에너지 그래프는 선형에 가까운 다단계의 그래프로서 최대의 가취에너지 수용범위를 가진 것으로 확인할 수 있다.

즉, 본 발명의 해양 복합 발전시스템은, 발전선체(112) 양측단에서 다수의 백스톱클러치(114)에 연결된 부구(101)와 지렛대(102)가 일방향으로 파력용 구동축(115)을 회전케 하여 파력발전을 하고, 발전선체(112)의 저부에서는 조류에 대응하는 다수의 수평축형 프로펠러(109)가 조류용 구동축(118)을 회전케 하여 조류발전을 하고, 발전선체(112)의 상부에서는 수직축형 가변익으로 풍력용 구동축(123)을 회전하여 풍력발전을 하고 지붕에서는 태양전지모듈(104)에 의해 태양광발전을 하도록 하면서, 파고와 조류와 풍속의 구동토오크 검출정보에 따라 각 변속기제어시스템(200, 300, 400)으로 분동(分動)발전기(m1, m2, m3)를 제어하여 파력발전기, 조류발전기, 풍력발전기(121, 115, 125)에서 항상 최대의 가취(加取)에너지를 얻을 수 있는 발전을 하게 되는 것이다.

이상의 전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해되어야 한다.

101 : 부구(浮具), 102 : 지렛대,
103 : 웜기어, 104 : 태양전지모듈,
105 : 조류발전기, 106 : 인버터,
107 : 정박케이블, 108 : 지지대,
109 : 가변익 프로펠러, 110 : 웜기어,
111 : 연결축, 112 : 부류식 발전선체,
113 : 관절연결유닛, 114 : 백스톱클러치,
115 : 파력용 구동축, 116 : 베어링지지기둥,
117 : 베어링유닛, 118 : 조류용 구동축,
119 : 지지체, 120 : 베어링유닛,
121 : 파력발전기, 122 : 연결축,
123 : 풍력용 구동축, 124 : 가변익 터빈,
125 : 풍력발전기, 126 : 구동축지지기둥
201 : 회전축, 202 : 가변익,
203 : 돌기, 204 : 빈틈,
205 : 걸림쇠, a : 좌 경사,
b : 우 경사, c : 경사각.
c1, c2, c3 : 분동(分動)클러치, t1, t2, t3 : 분동(分動)변속기,
m1, m2, m3 : 분동(分動)발전기.
s1 : 파고측정센서, 200 : 파고감응식 변속기제어시스템,
s2 : 조류측정센서, 300 : 조류감응식 변속기제어시스템,
s3 : 풍속측정센서, 400 : 풍력감응식 변속기제어시스템,

Claims

해양 복합 발전 선박에 있어서, 발전선체(112)의 양측단에 다수의 부구(101)와 지렛대(102)가 연결된 백스톱클러치(114)로 파력용 구동축(115)을 한쪽 방향으로만 회전케 하여 파력발전기(121)를 구동하는 파력발전유닛; 상기 발전선체(112)의 저부에 조류에 대응하는 다수의 가변익 프로펠러(109)가 조류용 구동축(118)을 한쪽방향으로만 회전케 하여 조류발전기(105)를 구동하는 조류발전유닛; 상기 발전선체(112)의 상부에 가변익 터빈(124)에 의해 풍력용 구동축(123)을 한쪽방향으로만 회전케 하여 풍력발전기(125)를 구동하는 풍력발전유닛; 상기 발전선체(112)의 지붕에 태양전지모듈(104)를 설치하여 인버터(106)에 의해 교류전력을 생산하는 태양광발전유닛; 을 구성하여서 된 것을 특징으로 하는 해양 복합 발전시스템.
제 1항에 있어서, 상기 파력발전기(121), 조류발전기(105), 풍력발전기(125)는 각각 다수의 분동(分動)발전기(m1, m2, m3)를 분동(分動)변속기(t1, t2, t3)와 분동(分動)글러치(c1, c2, c3)에 의해 다단으로 연결하고, 상기 분동(分動)변속기(t1, t2, t3)와 분동(分動)글러치(c1, c2, c3)는 파고감응식 변속기제어시스템(200), 조류감응식 변속기제어시스템(300), 풍속감응식 변속기제어시스템(400)에 의해 자동 제어되도록 구성하여서 된 것을 특징으로 하는 해양 복합 발전시스템.
제 1항 및 제 2항에 있어서, 상기 파고감응식 변속기제어시스템(200), 조류감응식 변속기제어시스템(300), 풍속감응식 변속기제어시스템(400)은 각각 파고, 조류, 풍속에 따른 토오크(torque)를 측정하는 센서; 이 센서의 정보를 검출하는 센서정보검출부; 이 검출정보에 의해 변속조건를 결정하는 변속조건판단부; 상기 변속조건의 판단에 따라 분동글러치(c1, c2, c3) 및 분동변속기(t1, t2, t3)를 시프트업·다운(shift up & down)하는 제어부; 에 의해 분동(分洞)발전기(m1, m2, m3)를 자동 제어하도록 하여서 된 것을 특징으로 하는 해양 복합 발전시스템.