KR20210015434A - 양수발전과 수자원 관리용 내부 댐 구조 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 댐 안에 수위가 더 높은 내부 댐을 건설하여 양수발전을 하는 방식으로 유연성 전원을 확보하여 적정수요 공급으로 전력손실 방지 및 재생에너지 간헐성을 해소하고, 댐 수질개선과 저수량 증가를 통한 가뭄에 대비토록 하는 내부 댐 구조 및 그 방법에 있어서, 일정한 수위를 유지하도록 지류를 차단하여 물을 저장하고 전력이 필요할 때 낙차 시켜 발전하는 방식으로 유연성 전원과 수자원을 확보하는 내부 댐으로서, 높은 낙차를 형성하도록 지류를 차단하여 형성된 내부 댐과, 상기 내부 댐의 높은 낙차를 이용하여 전력을 생산하도록 형성된 양수발전소와, 상기 내부 댐으로 인하여 물길이 단절된 지류를 본 댐과 연결되도록 형성된 수로를 포함하고, 또한 상기 내부 댐은 본 댐의 폐쇄적 지형에 형성된 것으로서, 상기 폐쇄적 지형의 고지대를 이용하여 형성된 풍력발전과, 상기 본 댐과 내부 댐의 수면위에 형성된 수상태양광발전과, 상기 풍력발전과 태양광발전의 잉여전력을 상기 내부 댐에 물을 저장하는 양수장치와 수소를 생산하는 수전해시설에 공급하도록 형성되고, 상기 수전해시설에 연계된 수소발전소가 형성된 재생에너지 복합발전 단지 및 상기 재생에너지 복합발전 단지에 형성된 풍력발전기 주탑을 이용하여 관광케이블카 전용 케이블이 형성되고, 상기 내부 댐 수면에 레저용 수상시설이 설치되어 형성된 에너지테마파크를 포함 한다.

Description

양수발전과 수자원 관리용 내부 댐 구조 및 그 방법{omitted}

본 발명은 양수발전과 수자원 관리용 내부 댐 구조 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 댐 안에 수위가 더 높은 내부 댐을 건설하여 양수발전을 하는 방식으로 유연성 전원을 확보하여 적정수요 공급으로 전력손실 방지 및 재생에너지 간헐성을 해소하고, 댐 수질개선과 저수량 증가를 통한 가뭄에 대비토록 하는 내부 댐 구조 및 그 방법에 관한 것이다.

양수발전은 수력발전의 한 형태로서, 야간이나 전력이 풍부할 때 하부 댐의 물을 상부 댐을 양수 하였다가 전력이 필요할 때 다시 하부 댐으로 배출하여 발전하는 방식으로서, 원자력이나 화력발전보다 기동성이 우수하고 잉여전력을 저장할 수 있는 유연성 전원으로 합리적이고 유리한 방법이다.

그러나 종래의 높은 낙차를 발생시키도록 건설되는 상·하부 댐 방식은 녹지자연도와 생태자연경관이 우수한 곳에 지어져 공사에 따른 산림훼손 및 생태계가 파괴될 뿐 아니라, 건설기간이 길고 건설비용과 운영비도 천문학적 수준에 이르고 있다.

또한, 높은 산에 건설되기 때문에 경사지를 이루고 있는 지형의 특성상 그 면적과 장소가 한정될 수밖에 없으며, 이에 발전량도 한정적이며, 양수발전용 외에는 다른 용도가 없어 경제성이 현저히 떨어진다는 문제점도 제기되고 있다.

또한, 기후변화 대책으로 개발되고 있는 풍력과 태양광발전의 비중이 확대되면서 최고출력에 대한 출력제한 등 잉여전력의 막대한 손실이 발생되고 있으며, 또한 출력변동과 간헐성에 대응할 수 있는 대규모 유연성 전원이 필요한 실정이다.

또한, 전력공급 안정화를 위한 최고수요 공급방식은 사용량이 줄어드는 경부하시 많은 잉여전력이 손실되고 있으며, 전력수요가 급증하는 혹서기와 혹한기 및 발전기의 고장이나 정전 발생시 즉시 가동할 수 있도록 하는 설비예비력이 상시 발전대기 상태를 유지하면서 발전소가 가동되든 않대든 발전량과 무관한 고정비용이 지급되고 있다. 이렇게 최고수요 공급방식과 설비예비력으로 인하여 천문학적 규모의 자원과 비용이 손실되고 있는 실정이다.

한편, 댐은 집중호우기에 물을 담수하여 상수도용, 농공업용, 수력발전용, 하천유지용수 등 편리하게 이용되고 있다. 그러나 댐은 정체수역으로서 집중호우기에 흘러드는 흙탕물과 산업폐수, 생활하수 등으로 갈수록 수질오염이 심해지고 있으며, 특히 저층에 퇴적층을 이루고 있는 고농도 오염원은 수질저하는 물론 댐 저수기능과 수명을 단축시키고 있다.

특히 기후변화로 인하여 갈수록 빈번하고 장기화 되고 있는 가뭄 대책으로 더 많은 댐 건설이 주장되고 있으나, 댐을 건설할 수 있는 지점은 이미 대부분 개발되었고, 물 수요는 날로 증가되고 있지만 물 부족에 대한 대책은 여전히 해결되지 않고 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 댐, 저수지, 강 등의 물을 저장할 수 있는 폐쇄적 지형에 설치되고, 양수발전에 적합한 수위로 건설하여 유연성 전원을 확보하고 댐 순환에 따른 수질개선 및 증가된 저수량으로 가뭄을 대비하도록 하는 내부 댐 구조 및 그 방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 일정한 수위를 유지하도록 지류를 차단하여 물을 저장하고 전력이 필요할 때 낙차 시켜 발전하는 방식으로 유연성 전원과 수자원을 확보하는 내부 댐으로서, 높은 낙차를 형성하도록 지류를 차단하여 형성된 내부 댐과, 상기 내부 댐의 높은 낙차를 이용하여 전력을 생산하도록 형성된 양수발전소와, 상기 내부 댐으로 인하여 물길이 단절된 지류를 본 댐과 연결되도록 형성된 수로를 포함한다.

본 발명의 일실시 예에 따르면, 상기 수로는 지점을 절개하여 형성되거나 또는 도수터널로 형성되는 것으로, 상기 본 댐과 지류의 수위를 조절할 수 있도록 형성된 수문을 더 포함한다.

본 발명의 일실시 예에 따르면, 상기 내부 댐(20)은 댐(10) 보다 높은 위치의 폐쇄적인 지형에 형성되는 것으로, 주변 능선을 이용한 풍력발전소(400)과, 댐(10)과 내부 댐(20)의 수면에 형성된 수상태양광발전소(500)와, 댐(10)의 일측에 형성된 수전해시설 및 수소발전소(600)와, 상기 각각의 발전소에서 생산된 전력을 통합제어 하도록 하는 통합변전제어부(700)를 포함하여 형성된 재생에너지 복합발전 단지를 특징으로 하는 양수발전과 수자원 관리용 내부 댐 구조 및 그 방법.

본 발명의 일실시 예에 따르면, 상기 재생에너지 복합발전 단지에 형성된 풍력발전기 주탑을 이용하여 관광케이블카 전용 케이블이 형성되고, 상기 내부 댐 수면에 수상레저시설이 설치되어 형성된 에너지테마파크를 특징으로 하는 양수발전과 수자원 관리용 내부 댐 구조 및 그 방법.

이상에서와 같이 본 발명에 따르면, 기 건설된 수많은 댐, 저수지, 강을 이용한 내부 댐 양수발전으로 유연성 전원을 구축함으로써, 적정수요 공급으로 막대한 전력 손실을 방지하고, 재생에너지 최고출력 저장 및 간헐성을 해소하고, 설비예비력을 현저히 줄일 수 있어서 유연성 전원이 부족하여 손실되었던 천문학적 자원과 비용을 획기적으로 절약할 수 있다.

또한, 내부 댐은 저수량을 현저히 증대시킬 뿐만 아니라, 지속적인 양수발전으로 댐의 정체수역을 순환시켜 수질개선은 물론 물의 자정능력을 향상시켜 항상 깨끗한 원수를 확보하여 가뭄에 대비할 수 있다.

특히, 지속적으로 댐을 순환시킬 수 있어서 저층 고밀도의 퇴적층에 용존산소가 풍부한 물이 공급되면서 퇴적을 억제함과 동시에 장기적으로 퇴적층을 소멸시켜 댐 저수기능 향상 및 수명을 획기적으로 연장시킬 수 있게 된다.

또한, 기존의 댐을 이용함으로서 건설기간이 짧고, 건설비용이 절약되며 환경훼손을 최소화 할 수 있다.

또한, 2단 수면의 산정호수에 관광케이블카와 레저용 수상시설 및 재생에너지 복합발전 단지로 어우러진 에너지테마파크는 새로운 형태의 혁신적인 관광자원으로서 국내관광 활성화 및 새로운 일자리창출로 소외지역 경제 활성화에 기여할 수 있을 뿐 아니라, 재생에너지 개발에 따른 주민 수용성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 내부 댐을 나타내 보인 평면도이고,
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 재생에너지 발전단지 및 관광케이블카의 형태를 예시적으로 나내는 도면이다.

본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서 동일한 구성에 대해서는 동일부호를 사용하며, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 이미 공지되어 실시되고 있는 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.

도 1 은 본 발명의 일실시 예에 따른 내부 댐을 나타내 보인 평면도 이다.

본 발명은 일실시 예에 따르면, 양수발전과 수자원 관리용 내부 댐 구조 및 그 방법은 댐, 저수지, 강 등지의 폐쇄적 구간에 설치되는 것으로, 내부 댐(20)과, 도수터널(40)과, 양수발전소(300)를 포함한다.

먼저, 상기 내부 댐(20)은 댐(10) 내부에 폐쇄적 지형을 이용하여 더 많은 저수량과 높은 낙차가 형성되도록 건설된다. 상기 내부 댐(20)은 도 1의 [A]지점과 같이 지류의 상류가 폐쇄적인 계곡일 경우 그 입구만 차단하도록 형성되고, 도 1의 [B]지점과 같이 지류의 중간지점에 일정한 폐쇄구간이 형성될 경우에는 상기 폐쇄구간 양측에 상기 내부 댐(20)이 각각 형성되도록 이루어진다.

따라서, 상기 내부 댐(20)은 상기 댐(10) 내부에 일정한 낙차를 갖도록 형성되어 상기 일정한 낙차를 이용해 양수발전을 구현할 수 있게 되며, 더불어 더 확장된 면적과 높이로 인하여 더 많은 물을 저장할 수 있게 된다. 또한, 상기 내부 댐(20)은 강우 시 물을 자연스럽게 저장하며 발전을 할 수 있어서, 강우 시 출력변동 되는 태양광발전의 간헐성을 자연스럽게 해결할 수 있는 장점도 있다. 또한 상기 [A]지점의 내부 댐(20)은 강우로 수위가 올라가면 자연스럽게 여수로를 월류하여 댐(10)으로 합류되는 구조이고, 상기 [B]지점의 내부 댐(20)은 지류(33)가 단절된 상태로서 후술되는 일정한 수로(40)가 형성되어 상기 지류(33)의 물이 댐(으로 합류되게 된다.

상기 수로(40)는 상기 [B]지점의 양측에 형성된 내부 댐(20)의 각각의 전방에 형성되어 상기 지류(33)의 물이 상기 댐(10)으로 합류되도록 형성된다. 상기 수로(40)는 절개 방식과 도수터널 방식으로 향성될 수 있다. 또한 상기 수로(40)는 상기 지류(33)와 상기 댐(10)의 수위를 각각 다르게 관리할 수 있도록 하는 수문(5)이 형성될 수 있다.

일반적으로 댐은 만수위를 기준으로 여수로가 형성되어 있어서 상기 댐(10) 측에 저수율은 한정되어 있다. 그러나 상류 측은 물 흐름의 경사도 등을 고려할 때 더 많은 물을 저장할 수 있는 구조이다. 이에 상기 수문(5)이 상기 지류(33)와 댐(10)을 차단하게 형성됨으로써, 상기 지류(33)에는 훨씬 더 많은 물을 저장할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 내부 댐(20)의 저수량 증가까지 저장능력이 획기적으로 향상될 수 있다. 이는 댐의 둑 높이기 사업과 같은 효율적인 방식이다.

양수발전소(300)는 상기 내부 댐(20)에 형성되는 것으로, 양수와 발전이 일체형 내지는 각각 분리형으로 형성될 수 있다. 또한 상기 [B]지점과 같이 상기 내부 댐(20)이 양측에 형성될 경우 상기 양수발전소(300)가 양측에 각각 형성될 수 있어 전력생산이 더 유리하다. 상기 양수발전소(300)의 물을 저장하는 전력은 기저발전과 재생에너지 잉여전력이 이용된다.

따라서, 상기 내부 댐(20)은 양수발전의 유연성 전원 확보할 뿐만 아니라, 저수량 증가 및 수질개선으로 자정능력을 향상시켜 항상 깨끗한 원수를 유지할 수 있으므로 항구적인 가뭄 대책도 마련될 수 있게 된다.

도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 재생에너지 발전단지 및 관광케이블카의 형태를 예시적으로 나내는 도면이다.

본 발명에 일실시 예에 따르면, 상기 내부 댐(20)은 댐(10) 보다 높은 위치의 폐쇄적인 지형에 형성되는 것으로, 주변 능선을 이용한 풍력발전소(400)과, 댐(10)과 내부 댐(20)의 수면에 형성된 수상태양광발전소(500)와, 댐(10)의 일측에 형성된 수전해시설 및 수소발전소(600)와, 상기 각각의 발전소에서 생산된 전력을 통합제어 하도록 형성된 통합변전제어부(700)를 포함한다.

상기 통합변전제어부(700)는 상기 각각의 발전소에서 생산된 전력을 통합제어 하여 수요자에게 공급되도록 송전 및 상기 내부 댐(20)에 형성된 양수발전소(300)의 양수동력과 상기 수소를 생산하도록 형성된 수전해시설(600)에 전기를 공급하도록 형성된다.

또한, 상기 내부 댐(20)은 폐쇄적 지형의 접근성이 어려운 자연풍광이 우수한 곳으로서, 이를 관광자원으로 활용할 수 있도록 상기 풍력발전소(400) 주탑에 관광케이블카(900) 전용케이블(99)을 설치하고, 상기 내부 댐(20)의 수면에 수상레저시설(미도시)을 형성하여 재생에너지 복합발전 단지와 상기 관광케이블카(900) 및 수상레저시설이 융합된 에너지테마파크를 조성할 수 있다.

상기한 바와 같이 본 발명에 따르면, 댐(10) 내부의 폐쇄적 지형에 설치되는 상기 내부 댐(20)으로 양수발전(300)의 유연성 전원을 확보하여 적정수요 공급으로 전력 손실을 방지하고, 재생에너지의 간헐성과 출력변동을 해소하고, 설비예비력을 줄일 수 있는 등 천문학적으로 손실되었던 자원과 비용을 획기적으로 절약할 수 있으며, 양수발전(300) 과정에서 증가된 저수량과 수질개선으로 자정능력이 향상되어 항상 깨끗한 원수 상태를 유지할 수 있어서 가뭄 대책도 마련될 수 있다. 특히 민원발생 요인이 적은 폐쇄적 지형을 이용하여 재생에너지 복합발전 단지를 조성할 수 있으며, 상기 재생에너지 복합발전 단지와, 상기 풍력발전소(400)의 주탑을 이용한 관광케이블카(900)와, 내부 댐(20) 수면의 수상레저시설로 융합된 에너지테마파크를 조성하여 새로운 형태의 관광자원으로 활용하여 국내 관광산업 활성화 및 소외지역 일자리창출로 지역경제를 활성화는 물론 재생에너지 개발에 따른 주민 수용성 향상에 기여할 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

5 : 수문 10 : 댐
20 : 내부 댐 33 : 지류
40 : 도수로 300 : 양수발전소
400 : 풍력발전소 500 : 태양광발전소
600 : 수소연료전지발전소 700 : 통합변전제어부
900 : 케이블카 99 : 케이블카 케이블

Claims (5)

1. 일정한 수위를 유지하도록 지류를 차단하여 물을 저장하고 전력이 필요할 때 양수발전 방식으로 유연성 전원과 수자원을 확보하는 내부 댐에 있어서,
   높은 낙차를 형성하도록 지류를 차단하여 형성된 내부 댐;
   상기 내부 댐으로 인하여 물길이 단절된 지류를 본 댐과 연결되도록 형성된 수로;
   상기 내부 댐의 높은 낙차를 이용하여 전력을 생산하도록 형성된 양수발전소를 포함하는 것을 특징으로 하는 양수발전과 수자원 관리용 내부 댐 구조 및 그 방법.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 수로는 일정한 지점을 절개하여 형성되거나 또는 도수터널로 형성되는 것으로, 상기 본 댐과 지류의 수위를 조절할 수 있도록 형성된 수문을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 양수발전과 수자원 관리용 내부 댐 구조 및 그 방법.
3. 제 1항과 2항에 있어서,
   상기 내부 댐으로 증가된 저수량, 상기 댐과 지류를 연결하는 수로에 수문을 형성하여 지류 상류부까지 확대하여 저수량을 증가시키는 것을 특징으로 하는 양수발전과 수자원 관리용 내부 댐 구조 및 그 방법.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 내부 댐은 댐 보다 높은 위치의 폐쇄적인 지형에 형성되는 것으로, 주변 능선을 이용한 풍력발전소와, 댐과 내부 댐의 수면에 형성된 수상태양광발전소와, 댐의 일측에 형성된 수전해시설 및 수소발전소와, 상기 각각의 발전소에서 생산된 전력을 통합제어 하도록 하는 통합변전제어부를 포함하여 형성된 재생에너지 복합발전 단지를 특징으로 하는 양수발전과 수자원 관리용 내부 댐 구조 및 그 방법.
5. 제 1항과 4항에 있어서,
   상기 재생에너지 복합발전 단지에 형성된 풍력발전기 주탑을 이용하여 관광케이블카 전용 케이블이 형성되고, 상기 내부 댐 수면에 수상레저시설이 설치되어 형성된 에너지테마파크를 특징으로 하는 양수발전과 수자원 관리용 내부 댐 구조 및 그 방법.

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