KR20200058669A - 부유식 복합발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 부유식 복합발전장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양광 패널 및 이온 폴리머 금속 복합체를 이용한 신재생 에너지 발전장치를 이용하여 다목적 에너지를 생산 및 저장할 수 있는 부유식 복합발전장치에 관한 것이다.

Description

부유식 복합발전장치 {Floating offshore combind generator}

본 발명은 부유식 복합발전장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양광 패널 및 이온 폴리머 금속 복합체를 이용한 신재생 에너지 발전장치를 이용하여 다목적 에너지를 생산 및 저장할 수 있는 부유식 복합발전장치에 관한 것이다.

일반적으로, 전력을 생산하는 방법으로는 화력발전, 원자력발전, 수력발전, 태양열발전, 조력발전, 풍력 발전 등이 있으며, 상기 화력발전 및 원자력발전은 열에 의해 발생된 증기로 발전장치 내의 터빈을 회전시켜 전기를 발생하는 것이고, 수력 발전은 댐에 저장된 저수된 물의 낙차에 의해 터빈을 회전시켜 전기를 발생하는 것이다.

그러나 상기 화력발전은 화석연료 즉, 석탄, 석유를 에너지원으로 사용함에 따라 발전소의 건설비가 상대적으로 저렴하긴 하나 화석연료의 고갈의 단점과 환경을 오염시키는 문제점이 있으며, 상기 원자력 발전은 우라늄 등의 방사능 물질을 핵분열시킬 때 발생되는 막대한 양의 열을 에너지원으로 사용하는 것으로 상기 화력발전에 비해 발전용량은 크나 방사능에 의한 환경오염이 심각한 문제점이 있다.

또한, 수력발전은 댐에 의해 저수된 물의 위치 에너지를 낙차시켜 얻는 회전에너지로 변환시키는 것으로 발전원가가 낮으나 일정한 발전효율을 기대하기 어려울뿐만 아니라 발전소가 건설되는 지역에 제한적이고 넓은 면적의 땅이 수몰되어야 하는 문제점이 있었다.

최근 들어 청정 대체에너지로서 주목받고 있는 에너지원으로는 태양에너지, 조력에너지, 지열에너지, 생화학에너지, 풍력에너지 등이 있으며, 그 중에서 설치 비용이 적게 들고 효율성이 우수한 태양에너지와 풍력에너지를 동시에 이용하는 해양발전장치에 대한 관심과 개발이 집중되고 있는 실정이다.

이러한 해양발전장치는 한국등록특허 제10-1093063호 '부유식 해양 복합발전장치' (등록일자 : 2011.12.06)가 제시되어 있으며, 종래기술에 따른 해양발전장치는 해수면에 부유하도록 부력을 갖는 부유체와 상기 부유체의 상부에 설치되며, 크기가 다른 복수의 메인 프로펠러를 마련하여 바람이 불어오는 방향으로 향하며 회전하여 발전하는 풍력발전부와 수중에 위치하도록 상기 부유체의 하부에 설치되며, 복수의 보조 프로펠러를 마련하여 해류의 방향에 따라 회전하여 발전하는 해류발전부와 상기 부유체가 해수면에 계류하도록 상기 부유체의 하부로부터 연결되어 해저면에 지지되는 앙카를 포함하며, 상기 해류발전부는 수중에 위치하도록 상기 부유체의 하부에 설치되는 보조 몸체프레임과 상기 보조 몸체프레임에 회전가능하게 설치되는 제1 보조 회전축과, 상기 제1 보조 회전축의 일단부에 마련되는 제1 보조 프로펠러를 갖는 제1 수중 회전부와 상기 제1 보조 회전축의 중심을 관통하여 회전가능하게 마련되는 제2 보조 회전축과, 상기 제2 보조 회전축의 양단부에 각각 마련되는 제2 보조 프로펠러 및 제3 보조 프로펠러를 갖는 제2 수중 회전부와 상기 제1 수중 회전부 및 제2 수중 회전부의 회전에 의해 발전하는 보조 발전기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

한편, 종래의 해양발전장치는 해저면에 지지되어 해수면에 계류되어 풍력발전과 해류발전을 수행함으로써, 수심이 깊은 해상에서는 안정적인 지지가 되지 않는 불편함이 있고, 해상의 높은 파도에 의해 안전성이 떨어지므로 해상에서 해양 발전을 위한 위치 선정의 제한이 따르는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 해상에서 태양광 패널 및 이온 폴리머 금속 복합체를 이용하여 전력을 생산하고, 생산된 전력을 안정적으로 저장하며, 전력 수요의 피크타임에 전력계통에 공급 또는 부력체에 설치되는 용승모듈에 에너지를 공급하여 자동으로 해양 심층수에 내포된 영양염을 표층으로 확산시켜 해역의 기초생산성을 증대시키는 것을 주요 목적으로 한다.

본 발명은, 오목한 상광하협 형상을 이루어 부력을 제공하고, 내부에 복수의 분할공간으로 구획된 수용공간이 마련된 부유체와, 상기 부유체의 상단 가장자리를 따라 결합되는 프레임와, 상기 프레임에 장착되는 복수의 태양광 발전 모듈와, 상기 부유체의 하면에 장착되어, 해수의 유동 상태에 따라 수직 또는 수평 방향으로 굽힘 현상이 발생하여 전기에너지를 발생시키는 이온 폴리머 금속 복합체모듈 및 상기 수용공간 내에 설치되어 상기 태양광 발전 모듈 및 상기 이온 폴리머 금속 복합체 모듈에 의해 생산되는 전기를 저장하는 에너지 저장 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 바람직하게는, 상기 부유식 복합발전장치는, 상기 부유체의 하부를 관통하여 설치되어 심해수를 끌어올릴 수 있도록 하는 용승모듈을 더 포함하고, 상기 용승모듈은, 상기 수용공간의 중심부에 수직으로 설치되고 하단은 상기 부유체 외부로 연장되는 유입구와, 상기 유입구와 연통되며 상기 수용공간을 가로질러 상기 부유체 외측까지 연장되는 복수의 토출구;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 바람직하게는, 상기 부유체는, 상기 수용공간의 중심부에 상방으로 직립되게 설치되는 포스트가 결합되고, 상기 포스트의 외주면에 상협하광 형상으로 태양광 반사체가 형성되되, 상기 태양광 반사체와 상기 포스트 사이에 형성된 환기구를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 부유식 복합발전장치는 원형 타입의 구조물로서, 태양광 발전 모듈과 이온 폴리머 금속 복합체 모듈이 설치되어 신재생 에너지 발전 효율이 높을 뿐만 아니라, 동시에 수행하여 에너지 저장 모듈에 저장할 수 있으며, 해수면에 부유하여 이동이 가능하며 기상상태에 따라 해상의 넓은 범위에서 선택적으로 발전할 수 있는 효과가 있다.

또한, 심해수를 끌어올려 영양염이 풍부한 심층수를 표층으로 공급하는 용승모듈이 장착되고, 용승모듈은 태양광 발전 모듈과 이온 폴리머 금속 복합체 모듈을 통해 생산하여 저장된 에너지 저장모듈에서 공급받아 작동되므로, 자가발전이 가능한 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 부유식 복합발전장치를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 부유식 복합발전장치의 내부를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 부유식 복합발전장치를 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 이온 폴리머 금속 복합체 모듈의 분해사시도이다.

이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다.

첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일 예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.

다만, 본 발명을 설명함에 있어, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 부유식 복합발전장치(1000)를 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 부유식 복합발전장치(1000)의 내부를 나타낸 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 부유식 복합발전장치(1000)는 부유체(100), 프레임(200), 태양광 발전 모듈(300), 이온 폴리머 금속 복합체 모듈(400) 및 에너지 저장 모듈(600)을 포함한다.

먼저, 상기 부유체(100)는, 파도의 충격을 완충하는 구조로 오목한 상광하협 형상을 이루며 부력을 제공한다. 상기 부유체(100)는 원형 타입의 구조물로서 해수면에서 수평이동이 자유롭고, 파도, 조류 등의 외력에 의해 회전되더라도 태양광 발전 및 용승작업에 영향을 받지 않는 구조로 이루어진다.

또한, 상기 부유체(100)의 내부는 복수의 분할공간으로 구획된 수용공간(110)이 마련되되, 상기 수용공간(110)은 동심을 이루는 복수의 격벽들에 의해 구분되어 형성된다.

바람직하게는, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 수용공간(110)은 상기 부유체(100)의 중심부로부터 제1수용공간(111), 제2수용공간(113) 및 제3수용공간(115)이 순차적으로 형성될 수 있으며, 상기 각 수용공간(110)은 보조격벽에 의해 공간이 각각 분할된다.

상기 제1수용공간(111)은 상기 부유체(100)의 중앙에 위치하여, 후술할 포스트(500)가 상방으로 직립되게 설치되며, 또한, 상기 부유체(100)의 하부를 관통하여 용승모듈(700)이 장착된다.

상기 제2수용공간(113)은 상기 제1수용공간(111)의 외면에 형성되며 내부에는 상기 에너지 저장 모듈(600)이 복수 개가 설치되고, 상기 제3수용공간(115)은 상기 제2수용공간(113)의 외면에 형성되며 내부에는 해상에서 필요한 장비들을 구비할 수 있는 구역이 되며 상황에 따라 상기 에너지 저장 모듈(600)이 더 설치될 수 있다.

또한, 상기 부유체(100)는, 부유체(100)의 상면을 덮어 상기 수용공간(110)을 밀폐시키기 위한 덮개(800)를 더 포함할 수 있으며, 상기 덮개(800)를 구비함에 따라 상기 부유체(100)의 상부에는 탑승자가 이동할 수 있는 공간을 형성할 뿐만 아니라 비 또는 해수의 침입을 차단하여 상기 수용공간(110)에 설치되어 있는 상기 에너지 저장 모듈(600)을 보호할 수 있다.

상기 에너지 저장 모듈(600)에 관한 상세한 설명은 후술하기로 한다.

다음으로, 상기 프레임(200)은 상기 부유체(100)의 상단 가장자리를 따라 결합되되, 상기 부유체(100)의 상단 가장자리 일부분은 선원이 탑승할 수 있도록 출입구가 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 상기 프레임(200)은 복수의 모듈층을 가지며 각각의 모듈층에는 상기 태양광 발전 모듈(300)이 각각 복수 개가 장착된다.

이때, 상기 태양광 발전 모듈(300)은 상기 프레임(200)에 복수 개가 장착되며, 상기 프레임(200)의 제1 모듈층은 상기 부유체(100)의 상단에 형성되어, 상기 부유체(100)의 가장자리 방향으로 경사지도록 250W 모듈 12장이 설치되어 3KW 전력 생산이 이루어진다.

또한, 상기 프레임(200)의 제2 모듈층은 상기 제1 모듈층의 하부에 위치하며 해수면 방향으로 250W 모듈 12장이 설치되어 3KW 전력 생산이 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 프레임(200)의 제3 모듈층은 상기 프레임(200)의 배면에 위치하며, 원형으로 형성된 상기 부유체(100)의 중심점 방향을 바라보도록 300W 모듈 10장이 설치되어 3KW 전력 생산이 이루어진다.

다음으로, 이온 폴리머 금속 복합체 모듈(400)은, 상기 부유체(100)의 하면에 장착되어, 해수의 유동상태에 따라 수직 또는 수평 방향으로 굽힘 현상이 발생하여 전기에너지를 발생시키며, 이는 도 4를 참조한다.

도 4는 본 발명에 따른 이온 폴리머 금속 복합체 모듈(400)의 분해사시도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 이온 폴리머 금속 복합체 모듈(400)은, 부력바디(410), 이온 폴리머 금속 복합체(430) 및 정류부(450)로 구성된다.

먼저, 상기 부력 바디(410)는, 해상에 부유하도록 부력을 가지는 환형의 형상으로 복수개가 종방향으로 결합되어, 해상에서 수직 또는 수평으로 부유되도록 한다.

보다 상세하게는, 상기 부력 바디(410)의 중심부에는 중공관 형태의 내부 실린더가 형성되는데, 상기 내부 실린더에는 상기 정류부(450)가 수용 가능하다.

또한, 상기 부력바디(410)는 상기 내부 실린더를 중심으로 방사상으로 배치 형성되는 지지 프레임이 형성되며, 본 발명에서는 상기 지지 프레임의 형상을 사각으로 형성됨을 일 예로 도시하였지만, 지지 프레임의 형상은 제한되지 않는다.

또한, 바람직하게는, 상기 부력바디(410)는 범퍼 재생 소재로 제조됨에 따라, 해양 생물 부착을 방지하여, 더 많은 에너지를 생산할 수 있도록 할 수 있다.

상기 정류부(450)는, 상기 이온 폴리머 금속 복합체 모듈(400)에 의해 교류 형태로 발생된 전기에너지를 직류로 변환하며, 상기 정류부(450)는 상기 에너지 저장 모듈(600)과 연결되어 생산된 전기에너지를 상기 에너지 저장 모듈(600)로 전송함으로써, 생산된 전력을 공급 또는 저장할 수 있다.

다음으로, 상기 이온 폴리머 금속 복합체(430)는, 전기활성고분자(EAPs; Electro Active Polymers) 중에서 이온성 고분자 소재를 기반으로 하는 금속 복합체로서 외력이 가해지는 경우 고분자 박막층 내부의 이온이 이동하면서 전기에너지가 발생하는 소재이다. 이러한 이온 폴리머 금속 복합체(430)는 기존의 압전소자와는 달리 낮은 주파수 대역의 물리적 자극에도 전기에너지를 생산하는 특성이 있어서 끊임없이 해수가 유동하는 해상에 적합하다. 특히, 상기 이온 폴리머 금속 복합체(430)는 친수성 소재로서 물속에서도 전기에너지의 생산이 가능하기 때문에 해상 환경에 적합할 뿐만 아니라 유지 및 보수가 상당히 용이한 장점을 가진다.

또한, 본 발명에 따른 상기 이온 폴리머 금속 복합체(430)는 일정 길이의 필름 형태로 형성되어 상기 부력바디(410)의 지지 프레임의 둘레를 따라 복수 개가 일정 간격을 두고 캔틸레버 형식으로 고정배치된다.

이러한 이온 폴리머 금속 복합체(430)는 상기 지지 프레임의 둘레 상에서 방사상으로 고정배치되어 일단부는 상기 부력바디(410)의 내부 공간으로 고정되고 타단부는 상기 부력바디(410)의 외부로 돌출되어, 일단부가 해수와 접하면서 굽힘현상이 발생됨에 따라, 에너지를 생산할 수 있다.

이상으로 이온 폴리머 금속 복합체 모듈(400)에 관한 설명을 마친다.

다음으로 에너지 저장 모듈(600)은, 상기 부유체(100)의 내부에 형성된 수용공간(110)에 복수 개가 설치되어, 상기 태양광 발전 모듈(300) 및 상기 이온 폴리머 금속 복합체 모듈(400)에 의해 생산되는 전기를 저장하여 전력을 전력계통에 공급하고 후술할 용승모듈(700)에 전력을 공급하여 용승작업을 할 수 있도록 하며, 상기 용승모듈(700)에 관한 상세한 내용은 후술하기로 한다.

도 3은 본 발명에 따른 부유식 복합발전장치(1000)를 나타낸 단면도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 부유체(100)는, 상기 수용공간(110)의 중심부에 상방으로 직립되게 설치되는 포스트(500)가 결합된다. 이때, 상기 포스트(500)의 외주면에는 상협하광 형상으로 태양광 반사체(510)가 형성되며, 상기 태양광 반사체(510)의 하단에는 상기 포스트(500)의 내부와 연통되는 환기구(530)가 마련된다.

상기 태양광 반사체(510)은 상기 부유체(100)의 가장자리를 따라 결합되는 상기 프레임(200)에 장착되는 복수의 상기 태양광 발전 모듈(300)에 태양광이 반사되어 전달될 수 있도록 하여, 태양에서 발생되는 태양광의 입사각과 무관하게 전력을 최대효율로 생산할 수 있으며, 상기 환기구(530)는 후술할 용승모듈(700)에 의해 심층수를 취수하는 과정에서 심층수의 낮은 온도에 의해 상기 수용공간(110)의 내부에 냉각공기가 형성되고, 상기 수용공간(110)의 내부에 형성된 냉각공기는 상기 수용공간(110)과 직립되게 설치되는 상기 포스트(500)를 지나 상기 환기구(530)를 통해 외부로 토출된다.

이때, 상기 태양광 발전 모듈(300)은 종래의 반도체로 구성되어 지속적인 태양열의 영향에 의해 온도가 올라가면 전압이 저하되고 온도가 떨어지면 전압이 상승하게 되어 운전온도가 높을수록 효율이 낮아지는데, 심층수의 낮은 온도에 의해 상기 수용공간(110)의 내부에 형성된 냉각공기가 상기 환기구(530)를 통해 토출되어 상기 태양광 발전 모듈(300)의 온도를 낮추게 되므로, 상기 태양광 발전 모듈(300)의 효율을 상승시키는 효과가 있다.

또한, 상기 용승모듈(700)은, 인공용승 펌프(750), 유입구(710) 및 토출구(730)를 포함하여 구성된다.

상기 인공용승 펌프(750)는, 상기 수용공간(110)의 중심부 즉, 제1수용공간(111)에 형성됨이 바람직하다.

상기 유입구(710)는 상기 수용공간(110)의 중심부 즉, 제1수용공간(111)에 수직으로 설치되고 하단은 상기 부유체(100) 외부로 연장되어 돌출 형성되며, 상기 토출구(730)는 상기 유입구(710)와 연통되어 상기 수용공간(110) 즉, 제2수용공간(113) 및 제3수용공간(115)을 가로질러 상기 부유체(100)의 외측까지 연장되어 형성된다.

또한, 바람직하게는 상기 토출구(730)는 복수 개가 구비되되, 4방향으로 동일한 각도로 4개로 형성되는 것이 바람직하다.

그리고 상기 유입구(710)의 일단에 취수관 파이프가 장착되어 심해까지 연장되어 해양심층수를 취수하며, 상기 취수관 파이프에서 유입된 해양심층수를 복수의 토출구(730)를 통하여 배출하므로 본 발명에 따른 부유체(100)가 한 방향으로 기울어지는 것을 방지할 수 있다.

이때, 상기 유입구(710)의 도입부에는 부피가 큰 이물질이 유입되지 않도록 그물망이 형성되어 이물질이 상기 부유체(100) 내부로 유입되는 것을 방지하는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 부유식 복합발전장치(1000)는 해상에서 계류하여 파도의 충격을 완화할 수 있는 구조로 형성된 상기 부유체(100)와, 상기 부유체(100)는 태양광 발전 모듈(300) 및 이온 폴리머 금속 복합체 모듈(400)이 장착되어 복합적으로 신재생 에너지 발전을 수행함으로써, 생산된 전력을 안전하게 상기 에너지 저장 모듈(600)에 저장하여 전력 계통에 공급할 뿐만 아니라, 상기 에너지 저장 모듈(600)에 저장된 전력을 이용하여 상기 용승모듈(700)을 구동하여 심층영역의 영양염 농도가 높은 심층수를 표층영역의 영양염농도를 상승시키고 생물생산량을 개선시킬 수 있다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.

100 : 부유체
110 : 수용공간
111 : 제1수용공간
113 : 제2수용공간
115 : 제3수용공간
200 : 프레임
300 : 태양광 발전 모듈
400 : 이온 폴리머 금속 복합체 모듈
410 : 부력 바디
430 : 이온 폴리머 금속 복합체
450 : 정류부
500 : 포스트
510 : 태양광 반사체
530 : 환기구
600 : 에너지 저장 모듈
700 : 용승모듈
710 : 유입구
730 : 토출구
750 : 인공용승펌프
800 : 덮개
1000 : 부유식 복합발전장치

Claims (3)

1. 오목한 상광하협 형상을 이루어 부력을 제공하고, 내부에 복수의 분할공간으로 구획된 수용공간이 마련된 부유체;
   상기 부유체의 상단 가장자리를 따라 결합되는 프레임;
   상기 프레임에 장착되는 복수의 태양광 발전 모듈;
   상기 부유체의 하면에 장착되어, 해수의 유동 상태에 따라 수직 또는 수평 방향으로 굽힘 현상이 발생하여 전기에너지를 발생시키는 이온 폴리머 금속 복합체모듈;
   상기 수용공간 내에 설치되어 상기 태양광 발전 모듈 및 상기 이온 폴리머 금속 복합체 모듈에 의해 생산되는 전기를 저장하는 에너지 저장 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 부유식 복합발전장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 부유식 복합발전장치는,
   상기 부유체의 하부를 관통하여 설치되어 심해수를 끌어올릴 수 있도록 하는 용승모듈;을 더 포함하고,
   상기 용승모듈은, 상기 수용공간의 중심부에 수직으로 설치되고 하단은 상기 부유체 외부로 연장되는 유입구;
   상기 유입구와 연통되며 상기 수용공간을 가로질러 상기 부유체 외측까지 연장되는 복수의 토출구;를 포함하는 것을 특징으로 하는 부유식 복합발전장치.
   
3. 제 1 항, 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 부유체는,
   상기 수용공간의 중심부에 상방으로 직립되게 설치되는 포스트가 결합되고, 상기 포스트의 외주면에 상협하광 형상으로 태양광 반사체가 형성되되,
   상기 태양광 반사체와 상기 포스트 사이에 형성된 환기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 부유식 복합발전장치.
   
   

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