KR101379597B1 - 조류발전시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 조류발전시스템에 관한 것으로서, 강변 둑(1)의 측부에 강물 수면과 인접하는 조류발전시스템(100)이 시설되되, 상기 조류발전시스템(100)은, 콘크리트관 형태로 일단부에 강물 유입을 위한 강물유입구(12)가 적어도 200~300미터의 구간을 두고 하부로 단차져 다층의 수로를 형성하는 수로관부(10)와; 상기 수로관부(10)의 종단으로부터 200~300미터 길이로 점차 좁아지는 형태로 연장 형성되어 수로관부를 통해 유입된 물의 유속을 증속하는 경사수로관부(20)와; 상기 경사수로관부(20)의 종단되는 지점으로부터 연장되며, 내부에는 발전기(T)가 다수개 배치되고, 발전기가 배치된 상부측에는 발전기 내부와 통하는 출입통로(32) 및 출입통로를 개폐하는 해치(hatch)(34)가 구비된 발전관부(30);로 이루어진 것을 특징으로 하는바, 본 발명에 따른 조류발전시스템은 강의 생태계를 파괴하지 않는 범위에서 강변 둑의 측부에 시설하여 강을 따라 흐르는 강물이 수위 고저에 따라 각 다층의 수로를 이루는 수로관부에 통과, 합류되게 하고 경사수로관부를 통과하면서 빠른 유속으로 전환하여 발전관부 내에 배치시킨 다수개의 발전기를 거쳐 효율적으로 전기생산이 이루어지는 효과가 있고, 발전기와 관련한 관계자가 발전기의 내부로 쉽게 접근하여 점검 및 수리를 용이하게 할 수 있는 효과가 제공된다.

Description

조류발전시스템{The tidal current generator system}

본 발명은 조류발전시스템에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 조류발전시스템을 강변을 따라 이어지는 강변 둑의 측부에 시설하여 생태계에 거의 영향을 주지 않으면서 강을 따라 흐르는 조류를 이용하여 전기를 생산할 수 있도록 하고, 발전기와 관련하여 관계자가 발전기의 내부로 쉽게 접근하여 발전기 점검 및 수리가 용이하게 이루어질 수 있도록 한 조류발전시스템에 관한 것이다.

일반적으로 자연 에너지를 이용한 발전은 태양 발전, 풍력발전 또는 조력발전, 수력발전, 조류발전 등을 그 예로 들 수 있다.

여기서 조력발전은 조수간만의 차를 이용하여 밀물 때 물을 가둔 후, 썰물 때 저장된 물을 낙하시키면서 방출하고, 해수의 방출과정에서 발생한 에너지를 이용해 발전을 실시한다.

조력발전소는 해수를 이용하여 발전을 수행하기는 하지만, 발전소가 설치되는 위치의 제약이 심하여 적절한 부지를 찾기 어려운 문제점이 있고, 해수를 가두기 위한 시스템을 설치해야하기 때문에 넓은 면적이 필요할 뿐만 아니라, 해안 생태계에 악영향을 끼치며, 인위적인 시스템을 건설해야하기 때문에 막대한 골재가 필요할 뿐만 아니라 공사과정에서 갯벌 생태계의 파괴가 발생하고, 조류 흐름의 변화로 인한 수산자원이 고갈되는 문제점이 있다.

상기 조류발전은 바다 혹은 바다와 이어지는 강 하구 중 특히 물살이 빠른 곳에 발전기(터빈)를 설치해 전기를 생산하는 것을 말한다.

조류발전은 해안에 방파제를 설치하여 조수간만의 차이를 이용한 상기 조력발전과는 달리, 빠른 해수의 흐름이 나타나는 해역에 댐이나 방파제의 설치 없이 해류를 이용하여 바다 속에 설치한 터빈을 돌리는 방식이다.

조류발전은 저수지를 확보하기 위해 댐이나 방파제를 건설할 필요가 없기 때문에 조력발전에 비해 시설비용이 적게 들며, 선박 지나다니기가 자유로워 어류의 이동을 방해하지 않고 주변 생태계에 영향을 주지 않는 환경친화적 대체에너지 시스템이다.

특히 조류발전은 자연적인 조류 흐름을 그대로 이용한다는 점에서 가장 환경친화적인 것으로 평가되고 있다.

상기 조류발전과 관련한 선원기술은 대한민국 등록특허 제10-1185642호(명칭: 조류발전장치) 및 공개특허 제10-2008-0032187호(명칭:조수, 강 등과 같은 수류를 이용한 발전 장치)가 개시되어 있다.

상기와 같은 조류발전장치 및 그외의 조류발전장치 시설들은 수중에 기반을 마련하여 시설하거나 혹은 수상에 시설하는 타입으로서, 대부분 조류가 빠르게 발생하는 해역에서는 가능하나 대체적으로 조류가 느리게 발생하는 강(江)에서는 발전시설에 따른 제약을 받는다.

상기와 같이 해역에 시설되는 조류발전시설을 강에 적용하는 경우, 강 생태계 파괴에 영향을 주고, 느리게 나타나는 조류영향으로는 발전이 어려우며, 특히 발전기를 점검 및 고장상태를 확인하기 위해서는 발전장치가 시설된 장소까지 외부에서 배를 타고 이동해야 하는 불편한 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같이 제반되는 종래의 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 그 목적은 조류발전시스템을 강변을 따라 이어지는 강변 둑의 측부에 시설하여 생태계에 거의 영향을 주지 않으면서 강을 따라 흐르는 조류를 이용하여 전기를 생산할 수 있도록 하고, 발전기와 관련하여 관계자가 발전기의 내부로 쉽게 접근하여 발전기 점검 및 수리가 용이하게 이루어질 수 있도록 한 강변 둑 구축용 조류발전시스템을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의하면, 강변 둑의 측부에 강물 수면과 인접하는 조류발전시스템이 시설되되, 상기 조류발전시스템은, 콘크리트관 형태로 일단부에 강물 유입을 위한 강물유입구가 적어도 200~300미터의 구간을 두고 하부로 단차져 다층의 수로를 형성하는 수로관부와; 상기 수로관부의 종단으로부터 200~300미터 길이로 점차 좁아지는 형태로 연장 형성되어 수로관부를 통해 유입된 물의 유속을 증속하는 경사수로관부와; 상기 경사수로관부의 종단되는 지점으로부터 연장되며, 내부에는 발전기가 다수개 배치되고, 발전기가 배치된 상부측에는 발전기 내부와 통하는 출입통로 및 출입통로를 개폐하는 해치(hatch)가 구비된 발전관부를 포함하고, 상기 강물유입구는 45도 내지 60도의 각도로 경사지게 형성되고, 강물유입구 전방에는 협작물 끼임을 방지하는 스크린이 설치된 것을 특징으로 한다.

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본 발명에 따른 상기 해치가 구비되는 출입통로의 상부에는 외부로부터 물 유입방지를 위한 대구경 벨로우즈관이 신축가능하게 더 구비된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 조류발전시스템은 강의 생태계를 파괴하지 않는 범위에서 강변 둑의 측부에 시설하여 강을 따라 흐르는 강물이 수위 고저에 따라 각 다층의 수로를 이루는 수로관부에 통과, 합류되게 하고 경사수로관부를 통과하면서 빠른 유속으로 전환하여 발전관부 내에 배치시킨 다수개의 발전기를 거쳐 효율적으로 전기생산이 이루어지는 효과가 있고, 발전기와 관련한 관계자가 발전기의 내부로 쉽게 접근하여 점검 및 수리를 용이하게 할 수 있는 효과가 제공된다.

도 1은 본 발명인 발전시스템을 강변 둑의 측부에 시설한 예를 보여주는 개념도,
도 2는 본 발명에 따른 발전시스템을 도시한 정면도,
도 3은 본 발명에 따른 발전시스템의 수로관부 전방을 도시한 일부분 정면도,
도 4는 본 발명에 따른 발전시스템의 경사수로관부와 발전관부를 도시한 일부분 확대 단면도,
도 5는 도 4에서 수위가 낮아진 상태에서 물이 유입되어 발전관부로 강물이 흐르는 상태를 일 예로 도시한 단면도,
도 6은 본 발명에 따른 발전관부 내부의 발전기 설치상태 일예를 도시한 평면도,
도 7은 본 발명에 따른 발전기가 위치한 발전관부를 절개하여 도시한 단면도,
도 8은 도 7에서 발전기측과 연결된 출입통로에 벨로우즈관이 설치된 예를 보여주는 단면도이다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

본 발명에 따른 조류발전시스템(100)은 도 1에서 도시한 바와 같이 수 키로미터에 달하는 강의 연안을 이루는 강변 둑(1)에 시설되어 흐르는 강물을 조류발전시스템 내부를 통과시키면서 빠른 유속을 갖게 하여 조류를 이용한 것이다.

상기 조류발전시스템(100)은 강변 둑(1)을 공사하면서 시설되는 것으로, 상부는 강물 수면과 거의 인접하는 높이로 강변 둑(1)의 측부에 시설하며, 이는 통상적인 물막이 공사를 이룬 상태에서 시공이 이루어진다.

조류발전시스템(10)의 형태는 콘크리트를 타설하여 제작된 콘크리트관을 이어 붙임식으로 길게 구축된 강변 둑(1)을 따라 시공되는 것으로, 강물을 유입하기 위한 수로관부(10), 강물의 유속을 높이기 위한 경사수로관부(20), 강물의 유속으로서 발전이 이루어지는 발전관부(30)로 구분된다.

본 발명의 조류발전시스템(100)의 시공범위는 강의 길이에 따라 시공범위가 달라질 수 있으나 대략 2㎞에 달하는 긴 구간에 시공이 이루어지며, 양쪽 강변 둑 또는 어느 하나의 강변 둑에 시공이 이루어진다.

상기 수로관부(10)는 첨부된 도 2에서와 같이 일단부에 강물 유입을 위한 강물유입구(12)가 적어도 200~300미터의 구간을 두고 하부로 단차져 다층의 수로가 형성되는 형태로 시공이 이루어진다.

여기서 수로관부(10)의 강물유입구(12) 시작점은 첨부된 도 2에서 도시한 바와 같이, 200~300미터의 구간을 두고 시공되어 각각 강물을 여러 지점에서 유입할 수 있도록 한 것이며, 상기 강물유입구(12)는 도 3에서 발췌한 바와 같이 45도 내지 60도의 각도로 경사지게 형성되고, 강물유입구(12)의 전방에는 협작물 끼임을 방지하는 스크린(14)이 동일한 경사를 이루게 설치된다.

참고로 상기 스크린은 다수개의 창살이 배열 설치되어 물은 통과되고, 창살 사이보다 큰 협작물은 통과하지 못하도록 한 것으로 볼트를 이용해 강물유입구의 가장자리에 다수지점 체결시켜 고정된다.

상기 수로관부(10)는 도 2에서 도시한 바와 같이 200 내지 300미터의 구간에서 강물이 각 유입되도록 가정하였을 때 이의 길이는 5개의 수로가 최종지점 길이는 1 내지 1.5㎞에 달하는 긴 구간을 이루며, 각 최종지점에서는 각각 유입된 물이 합쳐지는 형태로 통과할 수 있도록 한 것이다.

상기 수로관부(10)의 다층 수로부분 개수는 강의 깊이에 따라 그 개수를 더 증가하는 방식으로도 시공할 수 있다.

한편, 상기 경사수로관부(20)는 수로관부(10)의 종단으로부터 200~300미터 길이로 후방측이 점차 좁아지는 형태가 되게 연장 형성된 것으로, 수로관부(10)를 통해 유입된 물의 유속을 증속시킬 수 있도록 한 구간이다.

상기 발전관부(30)는 경사수로관부(20)가 종단되는 지점으로부터 연장되며, 그 내부에는 발전기(T)가 다수개 배치된다. 상기 발전기(T)는 발전관부(30)의 내부에 일정높이로 돌출된 받침부 및 발전관부의 내부 천정에 견고히 고정하는 타입으로 설치된다.

상기 발전기가 배치된 발전관부(30)의 상부에는 관계자가 발전기(T) 내부와 통하는 출입통로(32)가 구비되고, 상기 출입통로(32)를 개폐하는 해치(hatch)(34)가 마련된다.

일 실시예로서 상기 발전기(T)는 첨부된 도 6에서 도시한 바와 같이 발전관부(30)의 크기에 따라 그 내부에 좌우 대칭으로 배치되는 형태로 시설할 수 있다.

또한 첨부된 도 8에서 도시한 바와 같이 상기 해치(34)가 구비되는 출입통로(32)의 상부에는 외부로부터 물 유입방지를 위한 대구경 벨로우즈관(36)이 신축가능하게 더 구비되어도 좋다. 상기 벨로우즈관(36)은 해치가 위치한 발전관부(30)의 상부에 강물이 출입통로(32)의 상부측까지 올라올 경우를 대비하여 벨로우즈관(36)을 잡아당겨 출입통로를 통해 발전기 내부로 물이 유입되는 것을 방지할 수 있도록 한 것이다.

한편, 도면상에서는 도시하지 않았지만 상기 발전관부의 발전기들로부터 배선되는 전기공급선은 별도의 케이블관로를 발전관부로부터 설치하여 외부에 시설되는 축전소까지 생산된 전기를 공급할 수 있도록 한다.

이와 같이 구성된 본 발명인 조류발전시스템의 운영에 대한 작용을 기술하면 다음과 같다.

수 키로미터에 이르는 강의 연안에 축조된 강변 둑(1)의 측부에 접하게 시설된 조류발전시스템(100)은 각 구간별로 나뉘어 흐르는 강물이 각각 유입되어 흐르게 된다.

상기 수로관부(10)의 강물유입구(12)는 그 전방에 스크린(14)이 설치되어 있고, 강물유입구의 경사각은 흐르는 강물 중 각종 협작물이 끼이지 않고 외측으로 미끄러져 나가게 함으로써, 강물유입구(12)의 막힘을 방지한다.

더욱이 수로관부(10)의 강물유입구(12)는 모두 합쳐진 형태가 아니고, 도 2에서와 같이 각 경사각을 이루는 단차 형식으로 시공되어 있다는 점에서 협작물이 스크린(14)에 쉽게 걸리지 않아 강물유입구(12)의 막힘 현상을 없애준다.

상기와 같이 수로관부(10)에 유입되어 흐르는 물은 도 4에서 도시한 바와 같이 수로관부가 종단되는 지점에 가까워지는 상태에서 점차 유속이 빠르게 진행된다.

이는 상기 수로관부(10)가 끝나는 지점에서 연장된 경사수로관부(20)에 의해 강물의 유속은 빠른 속도로 발전관부(30)를 통과하게 된다. 이는 도시된 바와 같이 점차 작은 폭으로 좁혀지는 경사수로관부(20)에 의해 자연스럽게 유속을 높일 수 있게 된다.

상기와 같은 유속은 경사수로관부(20)로부터 연장된 발전관부(30)의 내부를 통과하면서 그 내부에 다수개 배치된 발전기(T)들을 수압으로 회전시켜 전기에너지를 생산할 수 있게 된다. 여기서 발전기의 발전원리는 통상적인 알려진 기술로서 이하 자세한 설명은 생략하기로 한다.

상기와 같이 수로관부(10), 경사수로관부(20), 발전관부(30)를 순차적으로 통과하는 강물은 조류발전시스템의 외부에서 흐르는 강물의 유속과는 달리 상기와 같이 빠른 유속으로 발전기(T)를 돌려 충분한 전기에너지를 생산할 수 있게 된다.

본 발명에 따른 조류발전시스템을 건너편 강변 둑에도 시설한 경우, 상기와 같은 동일하게 전기에너지를 생산할 수 있거나, 강 건너편 측의 조류발전시스템을 역방향이 되게 시설함으로써, 밀물과 썰물의 조수차이로 인해 역으로 흐르는 강물을 이용해 상기와 같이 전기에너지를 효율적으로 생산할 수 있다.

통상적으로 알려진 조력발전장치에 비해 본 발명의 조류발전시스템(100)은 강 연안의 강변 둑(1)을 따라 시설되기 때문에 생태계를 파괴하지 않는 범위에서 시설 및 유지관리보수에 매우 유리한 이점이 있다.

가령, 발전기(T)의 내부점검은 발전관부(30)의 상부에 마련된 해치(34)를 도 7에서와 같이 열고 출입통로(32)를 통해 관계자가 발전기(T) 내부로 들어가 발전기의 상태를 점검 및 수리할 수 있다.

상기 발전관부(30)의 상부에 물이 점차 차오르는 점을 감안하여, 첨부된 도 7에서 도시한 바와 같이 출입통로(32) 상부에 마련된 대구경 벨로우즈관(36)을 상방향으로 신장시켜 물 유입이 출입통로(32) 내부로 이루어지지 않도록 한 상태에서 해치(34)를 열고 출입통로를 통해 발전기(T) 내부로 진입할 수 있다.

따라서 본 발명에 따른 조류발전시스템은 강의 조류를 빠른 유속으로 변환시켜 발전기를 통한 효율적인 전기생산이 가능하고, 강물유입은 수로관부의 경사진 강물유입구측에 협잡물이 걸리지 않아 강물유입구가 막히는 사례가 없고, 강변 둑 측부에 시설되어 있기 때문에 지상으로부터 배를 타지 않고도 발전기 내부 진입이 용이하여 점검 및 수리작업성 또한 매우 효율적으로 수행할 수 있는 이점이 있다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

1: 강변 둑 10: 수로관부
12: 강물유입구 14: 스크린
20: 경사수로관부 30: 발전관부
32: 출입통로 34: 해치(hatch)
36: 대구경 벨로우즈관 T: 발전기

Claims (4)

1. 강변 둑(1)의 측부에 강물 수면과 인접하는 조류발전시스템(100)이 시설되되, 상기 조류발전시스템(100)은, 콘크리트관 형태로 일단부에 강물 유입을 위한 강물유입구(12)가 적어도 200~300미터의 구간을 두고 하부로 단차져 다층의 수로를 형성하는 수로관부(10)와; 상기 수로관부(10)의 종단으로부터 200~300미터 길이로 점차 좁아지는 형태로 연장 형성되어 수로관부를 통해 유입된 물의 유속을 증속하는 경사수로관부(20)와; 상기 경사수로관부(20)의 종단되는 지점으로부터 연장되며, 내부에는 발전기(T)가 다수개 배치되고, 발전기가 배치된 상부측에는 발전기 내부와 통하는 출입통로(32) 및 출입통로를 개폐하는 해치(hatch)(34)가 구비된 발전관부(30);를 포함하고,
   상기 강물유입구(12)는 45도 내지 60도의 각도로 경사지게 형성되고, 강물유입구(12) 전방에는 협작물 끼임을 방지하는 스크린(14)이 설치된 것을 특징으로 하는 조류발전시스템.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 해치(34)가 구비되는 출입통로(32)의 상부에는 외부로부터 물 유입방지를 위한 대구경 벨로우즈관(36)이 신축가능하게 더 구비된 것을 특징으로 하는 조류발전시스템.

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