KR890000011B1 - 델타 연결 조력 발전 설비 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

델타 연결 조력 발전 설비

제1도는 종래 분야의 쌍 저수지 조력발전 설비를 도시하는 도면.

제2도는 종래 분야의 연결저수지 조력발전 설비를 도시하는 도면.

제3도는 종래 분야의 델타 연결 조력발전설비를 도시하는 도면.

제4도는 본 발명에 따른 신규의 델타연결조력발전 설비를 도시하는 도면.

제5도는 델타연결조력발전소의 몇개의 가동형태와 그 시간에 따라 발생되는 전기에너지의 양을 도시하는그래프.

제6도는 제4도의 델타 연결 조력 발전설비의 확대 평면도.

제7도는 제4도의 발전설비의 일부인 델타 연결 조력 발전소의 횡단면도.

제8도는 제6도의 선 8-8에 따른 델타연결조력발전설비의 하류 부분의 횡단면도.

제9도는 터어빈 발전기의 하류부분에 설치된 게이트의 다른 실시예의 횡단면도.

제10도는 터어빈 발전기의 하류부분에 설치된 게이트의 또다른 실시예의 횡단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ·

1 : 발전소 2 : 낮은 저수지로 통하는 수문

3 : 바다로 통하는 수문 4 : 바다와 낮은 저수지 사이의 수문

5 : 바다와 높은 저수지 사이의 수문 8 : 높은 저수지

9 : 낮은 저수지 10 : 바다

11 : 발전소 12 : 델타구조물

13 : 지지벽 14 : 바다와 낮은 저수지 사이의 수문

21 : 델타게이트 22 : 터어빈 발전기

23 : 수로

본 발명은 수력-전기 또는 수력-기계 발전설비에 관한 것이며 특히 전력원으로 조수를 이용하는 델타 연결조력발전설비에 관한 것이다.

낮은 수두 수력의 특수한 형태인 조력이 과거에 광범위하게 사용되어 왔다, 여러해동안, 조수에너지 회수의 많은 방법이 제시되거나 시험되어 왔다. 이러한 장치는 수차, 상승 플랫포옴 또는 추, 공기 압축기, 물가압기 및 다른 많은 장치로 시행되었다. 최근에는, 하나 또는 두개의 저수지속에 잠겨서 가동되는 낮은 수두수력터어빈의 여러가지 종류에 의존하여 설계가 이루어졌다.

비회수에너지원이 부족하고 비용이 많이 들어서, 조력 발전설비는 역사상 최초의 현대식 조력발전설비로 불리우는 1966년의 프랑스의 라 랑스 발전소와 카슬로구브스크 원형조력 발전소로 불리우는 1968년의 소련의 발전소의 형태로 복귀되었다.

현재, 캐나다에는 훤디만의 지류만의 어내폴리스 로얄에 조력발전 설비가건설중이다.

라 랑스, 키슬로구브스크 및 어내폴리스 로양의 이러한 모든 현대식 조력발전설비는, 하나의 저수지 설계이다. 즉, 이것들은 하나의 저수지와 바다사이의 조수에 의해서 발생되는 수두차로부터 발전하게 설계되어 있다.

최근에, 하나의 자수지는 킬로와드 시간당원으로 표시되는(원/KWh) 낮은 비용으로 조수에너지를 발생시킨다는 것이 알려졌다. 일반적인 화석연료 및 에너지의 가격의 인상으로, 조력발전의 장점이 연료소모의 절약을 이룬다고 보고 있다. 그러나, 이러한 절약이 큰 규모의 조력차원의 개발을 모의하기에는 충분한 확신을 주지 못한다. 이 분야의 공지의 상황에서는 조수에너지는 너무 비싸다고 사료되기 때문이다. 이 분야의 현재상태의 조력발전의 다른 단점은 이것이 달의 영향에 따라 에너지를 발생시킨다는 것이다. 에너지 발생형태는 매일같이 변한다. 현재 존재하거나 건설중인 조력발전설비는 필요할때 전력을 공급하지 못한다. 즉, 언제라도 전력은 소비자에게 필요하다는 것이다. 요약하면, 현재의 분야의 조력발전의 주된 2개의 단점은 (1) 비싼 비용의 에너지와 (2) 필요할때 사용가능한 발전능력의 부족이다.

많은 방법이 필요한 전력을 제공하기 위해서 제시되어 왔다. 그러나, 필요한때 조력을 제공하는 공지의 모든 방법은 비싼 에너지 비용을 야기시킨다. 상기의 2번째 문제점을 해결하면 1번째 문제가 극심해진다. 예로서, 이러한 문제에 대한 해결책의 2가지가 언급된다. 이것은 이 분야에서 "쌍 저수지(paired-basins)"와 " 연결저수지(linked-basins)"의 설비로 알려진 것이다. 쌍 저수지 설비는 전기적으로 연결된 2개의 저수지를 사용한다. 이것은 보다 긴 시간동안의 발전을 가능하게 한다(제1도). 이러한 형태의 설비는 필요할때 에너지를 공급하기 위해 실시되었으나 싼 비용의 에너지를 발생시키지 못한다. 이것은 단지 조력 발전의 2가지 문제점 중 하나만을 해결한다.

연결 저수지 설비는 높은 저수지와 낮은 저수지의 2개의 안을 사용하며 발전소가 이들 사이에 위치된다. 이러한 설비도 필요할때 발전을 가능하게 한다.(제2도) 이러한 형태의 설비로서는 발전능력이 필요할때 사용가능하게 이루어지나 에너지의 단위가격이 하나의 저수지 설비보다 비싸다. 따라서, 이러한 설비도 조력발전의 2개의 주된 단점중 하나만을 해결한다.

상기에 언급된 모든 조력 발전에 있어서, 발전소는 단지 하루에 제한된 시간, 즉 하루에 약 10시간 동안 에너지를 발생시킬 수 있다. 비싼 설비의 이러한 제한된 사용은2개의 주된 조력발전의 단점의 핵심이다. 만약 설비가 하루의 보다 많은 시간중에 에너지를 발생시킬 수 있다면, 보다 많은 에너지가 발생되고 조수에너지의 단위당 가격이 낮아질 것이다. 하루에 보다 많은 시간중에 에너지를 발생시키는 설비능력이란 필요할때 전력을 공급하기 위한 가능성을 개선시킨다는 것을 의미한다.

동일한 발전소에서 보다 많은 에너지를 얻기 위하여, 1961년 4윌에(더 인터내쇼날 파사마-쿼오디 엔지니어링 앤드 피셔리 보오드의 조사서, 적요록 72호, 국제공동회의보고서 "국제 파사마-쿼오디 조력 프로젝트의 조사서")높은 저수지에서 낮은 저수지로 또는 바다로 물을 흘려 보내어 에너지를 발생시키는 게이트 설비가 제시되었다. 이러한 설비는 델타 연결 설비로 불리우며 제3도에 도시된다. 이것은 제방, 발전소 1, 낮은 저수지의 수문 2, 바다로의 수문 3, 바다와 낮은 저수지 사이의 수문 4 및 바다와 높은 저수지 사이의 수문 5로 이루어진다. 이러한 형태의 설비의 가동 형태가 제5도의 상부에 도시된다.

바다의 조수의 변화가 각각 수직축위의 바다수위와 수평축위의 시간의 관계로 주어진 싸인 곡선으로 되시된다. 제3도의 수문 4와 5에 의해서, 낮은 저수지와 높은 저수지의 수위가 바다 조수의 범위와 수문의 능력에 따라서 각각 가능한 최저 수위와 최고수위로 유지된다. 발전이 물을 높은저수지로부터 바다로 또는 높은저수지로 부터 낮은저수지로 발전소 1의 터어빈을 통하여 흘려보내어 발생된다. 조력설비의 작동에 따라, 높은저수지와 낮은저수지의 수위가 제5도에 도시된 것 같이 "높은저수지 수위"와 "낮은저수지 수위"로 변동된다. 이러한 조력설비에 있어서 여러가지 가동형태가 시행되며 단지 이러한 몇개의 형태만이 제5도에 도시된다.

제5도에 수직선으로 그어진 부분은 높은저수지로부터 바다로 물이 흐를때의 발전기간을 도시한다. 이러한 발전기간의 끝부분과 다음기간의 시작부분 사이에는 제5도에 t₁으로 표시된 시간간격이 있다. 이러한 시간간격동안은 발전이 높은 저수지로부터 낮은 저수지로 물을 흘려보내서 실시된다. 수평선으로 그어진 부분에서 도시원 높은 저수지로부터 낮은 저수지로의 이러한 발전힝태는 시간과 t₁중에 이루어지거나 이러한 시간간격의 일부분속에서 집중된다. 시간에 따라 발생된 에너지의 양은 제5도의 하부 부분에 도시되어 있다.

제5도는 델타 연결 설비의 조력발전이 필요할때 발생할 수 있다는 것을 도시한다. 에너지출력이 하나의 저수지설비에 비해서 현저하게 증가된다. 제5도의 하부의 수평선으로 그어진 면적부는 이러한 증가된 에너지출력을 도시한다.

그러나, 하나의 저수지 설비와 비교하여, 델타연결설비는 비록 하나의 발전소만이 필요하긴 하지만 하나의 저수지 설비에 비하여 약 4배의 수문과 약 2배의 길이의 제방이 필요하다는 것을 알 수 있다. 수문과 제방이 모든 기계적 장치와 전기적 장치를 지니는 발전소보다는 덜 비싸기는 하지만, 참가된 수문과 제방의 길이가 에너지의 비용에 보태지게 된다.

본 발명의 목적은 종래 분야의 비용보다 훨씬 낮은 비용으로 신규의 델타연결조력발전설비를 제공하는 것이다.

따라서, 본 발명은 항상 가능한한 낮은 수위로 유지되는 "낮은저수지"의 조수저수지와 항상 가능한한 높은수위로 유지되는 "높은저수지" 및 바다와 연결된 델타연결조력발전설비에 있어서, 발전설비에 의해 에너지 발생기간중에 물이 높은 저수지로부터 수력터어빈을 통하여 2개의 작동위치를 지니는 제어게이트를 향해 흐르며 상기의 2개의 작동위치중 하나의 위치에서는 게이트는 터어빈으로부터 낮은저수지로 물을 흐르게 안내하고 다른 위치에서는 게이트는 터어빈으로부터 바다로 물을 흐르게하며, 터어빈으로부터 낮은 저수지 또는 바다로의 2개의 가능한 물의 흐름이 수평의 슬라브구조물과 상기 슬라브구조물의 외부단부를 따른 지지벽에 의해서 서로 분리되는 것을 특징으로 한다. 상기에 설명된 델타연결조력발전설비에 있어서, 높은 저수지와 바다를 연결하는 수로가 높은 조수의 바다로부터 높은저수지속으로의 물의 흐름을 허락하는 수력터어빈 위의 공가에 설치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 및 다른 목적과 장점이 첨부된 도면에서 도시된 양호할 실시에의 하기의 상세한 설명으로부터 보다 완전하게 설명되고 보다 명백해질 것이다.

제4도로부터, 델타연결조력발전설비가 높은 조수저수지와 낮은조수저수지가 바다 및 서로에 인접하게 건설되는 면적부에 위치되는 것이 도시되며, 높은저수지, 낮은저수 및 바다의 3개의 물의 영역이 도번 8, 9 및 10으로 각각 도시된다. 이러한 3개의 물의 영역이 델타연결조력발전설비에 의해서 서로 연결될 수 있으며, 델타연결조력발전설비는 일반적으로 도번 11, 12 및 13으로 각각 도시된 발전소, 델타구조물 및 지지벽으로 이루어져서 도시된다. 발전소 11은 제7도, 9도 및 10도에서 도시된 것 같이 도번 22로 도시된 터어빈 발전기와 도번 21로 도시된 "델타게이트"를 지닌다. 이러한 델타게이트는 하부위치에 있을때는 물의 흐름을 터어빈으로부터 바다로 향하게 하고 상부위치에 있을때는 터어빈으로부터 낮은 저수지로 향하게 한다. 터어빈 발전기는 여러가지 형태일 수 있으며 선택된 형태는 본 발명의 사용에 영향을 주지 않는다.

델타연결조력발전소 11에서는, 물이 높은 저수지 8로부터 터어빈 22로 향하게 된다. 물이 터어빈과 델타게이트 21을 통과한 후에는, 발전설비의 델타구조물 12를 통과한다. 이러한 델타구조물은 낮은저수지 9로 향하는 물의 흐름과 바다 10으로 향하는 물의 흐름을 분리시킨다. 이러한 델타구조물의 중요한 부분은 제4도, 6도 및 8도에 도시된 지지벽 13이다.

제7도, 9도 및 10도에 도시된 것 같이 발전설비의 다른 요소부는 수로인데 발전소 11의 상부부분에 설립되어 있다. 이러한 수로는 도번 23으로 도시되어 있다.

제7도, 9도 및 10도를 다시 참조하면, 발전설비가 에너지를 발생시킬 때 물은 높은저수지 8로부터 터어빈 22를 통하여 델타게이트 21로 흐른다. 이러한 델타게이트는 상부 또는 하부 작동위치에 있을 수 있다. 상부위치에 있을때, 터어빈 22로부터 흐르는 물은 낮은저수지 9를 향하여 안내된다. 델타게이트 21이 하부위치에 있으면, 터어빈 22로부터 흐르는 물은 바다 10을 통하여 안내된다.

델타게이트는 제7도에서 도시된 것 같이 상류단의 한지로 설계되거나 제9도에 도시된 것 같이 하류단의 한지로 설계되거나 제10도에 도시된 것 같이 수직 리프트게이트로 설계되거나 또는 다른 여러가지 방법으로 설계될 수 있다.

바다의 수위가 높을 때는, 수로 23의 게이트는 물이 바다 10으로부터 높은 저수지 8속으로 흐르게 열려진다. 동시에 높은 저수지 8로부터 터어빈 22를 통하여 낮은 저수지 9속으로 흐르는 물에 의해서 에너지를 발생시킨다. 델타연결조력발전설비는 필요할때 사용가능한 발전능력을 이룰 수 있다.

이 분야의 종래의 상태에 따라 설립된 델타연결조력발전설비가 해양에서 큰 면적에 걸친 광범위한 수로의 건조, 작동 및 보수가 요구된다.

본 발명은 수로를 소형으로, 건조, 작동 및 보수의 비용을 감소시키면서 발전소와 일체로 건조되게 한다. 더우기, 이 분야의 종래의 상태와 비교하여, 본 발명은 수문과 필요한 그 작동기계장치의 수효에 있어서 25%를 절감할수 있게 한다.

본 발명의 델타연결조력발전설비의 소형구조에 따라서, 모든 구조가 적당한 코오퍼댐(cofferdam)에 의해서 바다로부터 보호되어 "건조상태"로 설립될 수 있다. 따라서, 삽교 제방 같은 큰 제방에서 수로를 건조하는데 대한민국의 서해를 따라 사용된 건조기술은 본 발명으로 쉽게 이루어질 수 있다.

Claims (3)

1. 항상 가능한한 낮은수위로 유지되는 낮은저수지인 조수 저수지와 항상 가능한한 높은수위로 유지되는 높은 저수지인 조수저수지 및 바다와 연결되는 발전설비에 있어서, 발전설비에 의해서 에너지가 생산되는 기간중에 물이 높은 저수지로부터 수력터어빈을 통하여 2개의 작동위치를 지니는 제어게이트를 향하여 흐르고 상기의 2개의 작동위치중에서 하나의 위치에서는 게이트가 물의 흐름을 터어빈으로부터 낮은 저수지를 항하여 안내하고 다른 위치에서는 물의 흐름을 터어빈으로부터 바다를 향하여 안내하는 것을 특징으로 하는 수력-전기 또는 수력-기계 조수 발전설비.
2. 터어빈으로부터 낮은 저수지로 또는 바다로의 가능한 2개의 물의 흐름이 수평의 슬라브구조물과 상기 슬라브 구조물의 외단부를 따른 지지벽에 의해서 서로 분리되는 것을 특징으로 하는 제1항에 따른 수력-전기 또는 수력-기계조력발전설비.
3. 수로가 물이 높은 조수의 바다로부터 높은 저수지속으로 흐르게 하도록 수력터어빈 위의 공간에 설치되는 것을 특징으로 하는 제1항에 따른 수력-전기 또는 수력-기계조력 발전설비.

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