KR101788239B1 - 해상 풍력-파력 복합발전 부유장치 및 이를 이용한 해양 복합발전 에너지 섬 구조물 - Google Patents

해상 풍력-파력 복합발전 부유장치 및 이를 이용한 해양 복합발전 에너지 섬 구조물 Download PDF

Info

Publication number
KR101788239B1
KR101788239B1 KR1020160149365A KR20160149365A KR101788239B1 KR 101788239 B1 KR101788239 B1 KR 101788239B1 KR 1020160149365 A KR1020160149365 A KR 1020160149365A KR 20160149365 A KR20160149365 A KR 20160149365A KR 101788239 B1 KR101788239 B1 KR 101788239B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
power generation
energy
unit
floating
wave
Prior art date
Application number
KR1020160149365A
Other languages
English (en)
Inventor
한택희
김성원
홍혜민
이진학
Original Assignee
한국해양과학기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국해양과학기술원 filed Critical 한국해양과학기술원
Priority to KR1020160149365A priority Critical patent/KR101788239B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101788239B1 publication Critical patent/KR101788239B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D13/00—Assembly, mounting or commissioning of wind motors; Arrangements specially adapted for transporting wind motor components
    • F03D13/20—Arrangements for mounting or supporting wind motors; Masts or towers for wind motors
    • F03D13/25—Arrangements for mounting or supporting wind motors; Masts or towers for wind motors specially adapted for offshore installation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B35/00—Vessels or similar floating structures specially adapted for specific purposes and not otherwise provided for
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
    • F03B13/12—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy
    • F03B13/14—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy
    • F03B13/16—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem"
    • F03B13/18—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem" where the other member, i.e. rem is fixed, at least at one point, with respect to the sea bed or shore
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20—Hydro energy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/30—Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient
    • Y02E10/38—
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/727—Offshore wind turbines

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Wind Motors (AREA)

Abstract

본 발명은 해상에 설치되어 해상풍력과 파력발전을 복합으로 발전하는 해양복합발전 부유장치에 있어서,
바람을 이용하여 풍력타워의 상부에 설치되는 날개를 회전시켜서 에너지를 발생시키는 풍력발전유닛; 파도에 의해 발생하는 조력을 이용하여 에너지를 발생시키는 파력발전유닛을 포함하고, 상기 파력발전유닛은, 해상에 부유하면서 파도에 따라서 상하로 왕복운동을 하는 적어도 하나의 부력체; 상기 부력체에 연결되어 상기 부력체가 상하로 움직이면서 발생시키는 운동에너지를 외부로 전달하는 에너지 전달체; 및 상기 에너지 전달체에 연결되어 상기 에너지 전달체를 통해서 전달된 운동에너지를 전기에너지로 변환시켜서 발전하는 발전기가 설치된 에너지 발전체를 포함하며, 상기 풍력발전유닛의 풍력타워와 상기 파력발전유닛의 에너지 발전체가 결합되며 상기 풍력발전유닛과 상기 파력발전유닛을 해상에서 부유시키는 부유유닛; 상기 부유유닛의 일부분에 결합되어 상기 부유유닛을 외부에서 출입이 가능하도록 연결시키는 연결부재; 및 상기 부유유닛의 일부분에 설치되며 상기 풍력발전유닛과 상기 파력발전유닛에 연결되어, 상기 풍력발전유닛과 상기 파력발전유닛의 작동을 관리하면서 제어하는 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

해상 풍력-파력 복합발전 부유장치 및 이를 이용한 해양 복합발전 에너지 섬 구조물{WIND-WAVE COMBINED POWER FLOATING DEVICES AND ENERGY ISLAND COMPLEX COMPOSED OF THOSE UNITS}
본 발명은 해상풍력과 파력발전을 복합으로 발전하는 부유장치와 그 장치로 구성되는 해양복합발전 부유식 구조물 모듈(에너지 아일랜드 모듈), 그리고 상기 부유식 구조물 모듈을 연결하여 대형 해양복합발전 에너지 섬(에너지 아일랜드 콤플렉스)을 구성하는 해상 풍력-파력 복합발전 부유장치 및 이를 이용한 해양 복합발전 에너지 섬 구조물에 관한 것이다.
일반적으로 전기를 생산하기 위한 대표적인 발전의 형태로는 화석연료를 에너지원으로 하는 화력발전 및 핵분열을 이용하는 원자력 발전을 들 수 있을 것이다.
그러나, 화력발전은 화석연료의 연소에 의해 발생하는 에너지를 이용함에 따른 공해 유발의 문제와 함께 막대한 건설비가 요구되는 문제점이 있다. 그리고 원자력발전은 많은 양의 전기를 생산하는데 유리하지만 방사선 누출을 차단하기 위한 시설투자에 막대한 비용이 요구되고, 혐오시설로 인식되어 건설준비단계에서부터 지역 주민들에 의한 강력한 저항을 받을 수밖에 없으며, 폐기물 처리가 쉽지 않을 뿐만 아니라 경미한 사고일지라도 심각한 환경파괴를 초래할 수 있는 위험이 항시 존재하는 문제점이 있다.
근래 들어 화력이나 원자력에서 벗어나 공해 문제로부터 자유로울 수 있는 풍력, 조력, 수력, 태양열과 같은 자연에너지가 공해가 없는 청정에너지일 뿐만 아니라, 고갈될 염려가 없는 영구적인 에너지원으로서 발전 용도의 에너지원으로 주목을 받고 있다.
그러나, 통상적인 발전 형태인 수력발전은 공해를 유발하지는 않지만, 물막이를 위한 막대한 비용이 요구되고, 댐 건설 후 광범위한 지역의 수몰에 따른 생태계의 변화와 더불어 심한 경우에는 해당 지역의 기후까지도 변화시키는 2차적인 환경문제가 발생할 수 있는 문제점이 있다.
한편, 풍력발전 및 태양열발전은 기상상태의 영향에 지배되므로 바람이 없는 경우 및 태양복사에너지가 차단되는 경우에는 발전이 불가능한 문제점이 있다.
청정에너지를 이용한 발전의 형태는 발전을 거듭하여 해양환경에서 얻을 수 있는 무궁무진한 자연에너지를 이용하여 전력을 생산하는 다양한 종류의 발전 형태가 등장하였으며, 동시에 그 사용범위가 증가하고 있다.
실제로 해양에서 얻을 수 있는 에너지원을 이용한 전력생산의 예를 살펴보면, 태양광, 조류, 온도차, 파력, 풍력, 조수간만의차 등을 이용하여 전력을 생산하는 다양한 종류의 발전 형태가 이용되고 있다.
이와 같은 발전의 형태는 모두 공해와는 무관한 청정에너지를 발전에 이용하는 점에서 장점이 있지만, 조력발전은 입지조건이 상당히 제한적임에 따라 보편적으로 적용되기 어려울 뿐만 아니라 막대한 건설비용 부담과 더불어 갯벌을 황폐화 및 방대한 지역의 환경에 막대한 영향을 미치는 문제점이 있으며, 파력발전 및 해수온도차발전 역시 입지조건이 상당히 제한적임에 따라 보편적으로 적용되기가 어려운 문제점이 있다.
해양환경에서 날씨의 변화와 상관없이 지속적인 발전이 가능한 것과 동시에 오염이 없는 청정에너지원을 이용한다는 측면에서 조류발전이 대안으로 부각되고 있으며, 조류발전은 임지조건의 제약이 전혀 없는 것은 아니지만 조력발전에 비해서는 폭 넓은 이용이 가능하고, 조류의 운동에너지를 적극적으로 이용한다는 측면에서 큰 관심사가 되고 있지만, 구조가 복잡하고 발전용량에 대한 한계성이 따르는 문제점이 있다.
따라서, 상기한 해양환경에서의 청정에너지원을 이용한 발전 방식의 문제점을 보완하여 보다 효율적으로 해양 청정에너지원을 이용하기 위한 해상 발전 시스템이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
대한민국 등록특허번호 제10-1178482호(발명의 명칭: 해상 부유식 복합 발전 시스템)
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 개선하기 위하여 창출된 것으로, 해상에 설치되어 풍력과 파력발전을 복합적으로 행하는 복합발전 부유체 유닛으로 구성되는 해양 복합발전 부유식 구조물과, 그러한 구조물을 모듈형으로 연결하여 대형 해양 복합발전 에너지섬을 기존에 비해 간단한 구성 및 저렴한 비용으로 용이하게 구축할 수 있도록 구성되는 해상 풍력-파력 복합발전 부유장치 및 이를 이용한 해양 복합발전 에너지 섬 구조물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 해상 풍력-파력 복합발전 부유장치는, 해상에 설치되어 해상풍력과 파력발전을 복합으로 발전하는 해양복합발전 부유장치에 있어서, 바람을 이용하여 풍력타워의 상부에 설치되는 날개를 회전시켜서 에너지를 발생시키는 풍력발전유닛; 파도에 의해 발생하는 조력을 이용하여 에너지를 발생시키는 파력발전유닛을 포함하고, 상기 파력발전유닛은, 해상에 부유하면서 파도에 따라서 상하로 왕복운동을 하는 적어도 하나의 부력체; 상기 부력체에 연결되어 상기 부력체가 상하로 움직이면서 발생시키는 운동에너지를 외부로 전달하는 에너지 전달체; 및 상기 에너지 전달체에 연결되어 상기 에너지 전달체를 통해서 전달된 운동에너지를 전기에너지로 변환시켜서 발전하는 발전기가 설치된 에너지 발전체를 포함하며, 상기 풍력발전유닛의 풍력타워와 상기 파력발전유닛의 에너지 발전체가 결합되며 상기 풍력발전유닛과 상기 파력발전유닛을 해상에서 부유시키는 부유유닛; 상기 부유유닛의 일부분에 결합되어 상기 부유유닛을 외부에서 출입이 가능하도록 연결시키는 연결부재; 및 상기 부유유닛의 일부분에 설치되며 상기 풍력발전유닛과 상기 파력발전유닛에 연결되어, 상기 풍력발전유닛과 상기 파력발전유닛의 작동을 관리하면서 제어하는 컨트롤러를 포함할 수 있다.
또한, 상기 부유유닛은, 상기 풍력발전유닛과 상기 파력발전유닛이 설치되는 공간을 제공하며 상기 연결부재에 연결되는 부유구조체; 및 상기 부유구조체의 하부에 연결되고 수중에 고정되어 상기 부유구조체를 해상에서 고정시키는 계류라인을 포함할 수 있다.
또한, 상기 부력체는, 강재, 경량콘크리트와 강재를 합성하는 이중관, 경량콘크리트와 철근 및 강재를 합성하는 구조, 경량 콘크리트와 철근을 합성하는 구조, 경량 콘크리트와 철근 및 강재 빔을 합성하는 구조, 경량콘크리트와 강재 트러스 및 강재박스를 합성하는 구조, 경량콘크리트와 강재 트러스 구조를 합성하는 구조 중에서 하나일 수 있다.
또한, 상기 부력체는, FRP를 이용하여 제작될 수 있다.
또한, 상기 부유유닛의 하부면 중앙에서 아래방향으로 설정된 길이를 돌출시켜서 상기 부유유닛이 해상에서 부유시 중심을 잡아주는 스파를 더 포함할 수 있다.
또한, 설정된 길이로 제작되어 상기 연결부재에 연결되면서 외부로 접근하는 로드를 연장된 상태로 제공하는 연결암을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 부유유닛의 하부에 설치되며 상기 컨트롤러의 제어에 의해 상기 부유유닛의 자세와 위치를 제어하는 추진유닛을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 추진유닛은, 상기 부유유닛의 하부에 설치되는 프로펠러; 및 상기 프로펠러에 연결되며 상기 컨트롤러의 제어에 의해 상기 프로펠러를 작동시키는 프로펠러 구동기를 포함할 수 있다.
전술한 복합발전 부유장치가 설치되는 에너지 섬 구조물에 있어서, 상기 연결암이 연결된 상기 복합발전 부유장치들을 상기 연결암을 통해 결합하여 하나로 연결시키며 해상에서 부유하는 구조로 이루어진 에너지 섬 본체; 상기 에너지 섬 본체의 일부분에 설치되어 외부에서 출입이 가능하도록 외부와 상기 에너지 섬 본체를 연결시키는 접안시설; 상기 에너지 섬 본체의 하부면 중앙에서 아래방향으로 설정된 길이를 돌출시켜서 상기 에너지 섬 본체가 해상에서 부유시 중심을 잡아주는 메인 스파; 상기 에너지 섬 본체의 하부에 설치되고 해저면에 픽싱되어 상기 에너지 섬 본체를 해상에 고정시키는 메인 계류라인; 및 상기 에너지 섬 본체에 설치되며 상기 복합발전 부유장치들에 설치된 상기 컨트롤러와 연결되어 상기 복합발전 부유장치들을 관리하고 작동을 제어하는 메인 컨트롤러를 포함할 수 있다.
또한, 상기 복합발전 부유장치들을 연결하는 상기 연결암들을 연결시키면서 반원형상으로 형성되며 적어도 하나의 파력발전기가 설치되는 링 구조체를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 링 구조체와 상기 연결암들이 형성하는 공간에 설치되어 태양광을 집광하는 태양광 패널을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 복합발전 부유장치가 설치된 적어도 하나의 에너지 섬 본체들을 연결시켜서 에너지 섬 콤플렉스를 이룰수 있다.
본 발명의 해상 풍력-파력 복합발전 부유장치 및 이를 이용한 해양 복합발전 에너지 섬 구조물은, 해상에 건설되는 부유유닛에 풍력발전유닛과 파력발전유닛을 함께 설치하여 복합발전유닛을 이루어서 효율적이며 효과적인 에너지의 생산이 가능하다.
또한, 복수의 복합발전유닛들을 에너지 섬본체를 통해서 하나로 연결하여 에너지 섬 구조물의 건설이 가능하다.
또한, 복수의 에너지 섬본체들을 하나로 연결하여 자족적이며 대용량의 에너지의 생성이 가능한 복합적인 에너지 섬 콤플렉스의 구축이 가능하다.
도 1은 해상 풍력-파력 복합발전 부유장치의 개념도.
도 2는 상기 부유체 재질 및 구조의 제 1실시예를 나타낸 도면.
도 3은 상기 부유체 재질 및 구조의 제 2실시예를 나타낸 도면.
도 4는 상기 복합발전 부유장치에 스파가 설치된 모습을 나타낸 도면.
도 5는 상기 복합발전 부유장치에 연결암이 연결된 모습을 나타낸 도면.
도 6은 상기 복합발전 부유장치들이 상기 에너지 섬 본체로 연결되어 해양 복합발전 에너지 섬 구조물을 형성한 모습을 나타낸 도면.
도 7은 상기 해양 복합발전 에너지 섬 구조물에 링 구조체가 형성된 모습을 나타낸 도면.
도 8은 상기 해양 복합발전 에너지 섬 구조물에 태양광 패널이 설치된 모습을 나타낸 도면.
도 9는 상기 해양 복합발전 에너지 섬 구조물에 메인 스파가 설치된 모습을 나타낸 도면.
도 10은 상기 에너지 섬 콤플렉스를 나타낸 개념도.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다.　이들 실시 예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다.　본 발명의 다양한 실시 예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다.　예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시 예로 구현될 수 있다.　또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다.　따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다.　도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시 예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 해상 풍력-파력 복합발전 부유장치의 개념도이고, 도 2는 상기 부유체 재질 및 구조의 제 1실시예를 나타낸 도면이며, 도 3은 상기 부유체 재질 및 구조의 제 2실시예를 나타낸 도면이고, 도 4는 상기 복합발전 부유장치에 스파가 설치된 모습을 나타낸 도면이며, 도 5는 상기 복합발전 부유장치에 연결암이 연결된 모습을 나타낸 도면이고, 도 6은 상기 복합발전 부유장치들이 상기 에너지 섬 본체로 연결되어 해양 복합발전 에너지 섬 구조물을 형성한 모습을 나타낸 도면이며, 도 7은 상기 해양 복합발전 에너지 섬 구조물에 링 구조체가 형성된 모습을 나타낸 도면이고, 도 8은 상기 해양 복합발전 에너지 섬 구조물에 태양광 패널이 설치된 모습을 나타낸 도면이며, 도 9는 상기 해양 복합발전 에너지 섬 구조물에 메인 스파가 설치된 모습을 나타낸 도면이고, 도 10은 상기 에너지 섬 콤플렉스를 나타낸 개념도이다.
도 1 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 해상에 설치되어 해상풍력과 파력발전을 복합으로 발전하는 해양복합발전 부유장치(10)에 있어서, 본 발명은 풍력발전유닛(100), 파력발전유닛(200), 부유유닛(300), 연결부재(400) 및 컨트롤러(500)를 포함할 수 있다.
상기 풍력발전유닛(100)은 바람을 이용하여 풍력타워(70)의 상부에 설치되는 날개(80)를 회전시켜서 에너지를 발생시킬 수 있다.
즉, 풍력 발전기(wind power generator, 風力發電機)의 원리와 구성을 알아보면, 불어오는 바람은 풍력 발전기의 날개를 회전시키게 되고, 이때 생긴 날개의 회전력으로 전기를 생산하여 우리가 사용하게 되는 것이다.
구체적으로, 풍력 발전기는 날개, 변속장치, 발전기의 세 부분으로 구성되어 있는데, 날개는 바람에 의해 회전되어 풍력 에너지를 기계적인 에너지로 변환시키는 장치이고, 변속장치는 날개에서 발생한 회전력이 중심 회전축을 통해서 변속기어에 전달되어 발전기에서 요구되는 회전수로 높여서 발전기를 회전시킨다.
상기 파력발전유닛(200)은 파도에 의해 발생하는 조력을 이용하여 에너지를 발생시킬 수 있다.
파력발전(wave power generation, 波力發電)은 파도의 상하운동 에너지를 이용해서 동력을 얻어 발전(發電)하는 방법으로 파력으로부터 에너지를 얻기 위한 작동원리에 따라 가동물체형, 진동수주형, 월파형으로 나눌 수 있다.
가동물체형의 발전원리는 수면의 움직임에 따라 민감하게 반응하도록 고안된 기구를 사용하여 파랑에너지를 기구에 직접 전달하여 기구의 움직임을 전기 에너지로 변환하는 방식이다.
진동수주형 파력발전은 워터칼럼 내부로 유입된 파랑에 의하여 생기는 공간의 변화를 내부공기의 유동으로 변환하고, 이를 유도관으로 유입하여 공기의 흐름을 생성시키고 유도관 내에 설치된 터빈을 회전시켜 전기를 얻는 방식이다.
월파형 파력발전은 파랑의 진행방향 전면에 사면을 두어 운동에너지에 의해 파랑이 사면을 넘어서게 되면, 이것이 위치에너지로 변환하여 저수된 후, 형성된 수두차(1차 변환)를 이용하여 저장된 해수를 저수지의 하부로 흘리면 통로 하부에 설치된 수차터빈(2차 변환)이 회전하여 발전하는 방식이다.
파력발전유닛(200)은 부력체(210), 에너지 전달체(220) 및 에너지 발전체(230)를 포함할 수 있다.
상기 부력체(210)는 적어도 하나 이상으로 구성되어 해상에 부유하면서 파도에 따라서 상하로 왕복운동을 할 수 있다.
부력체(210)는 강재(a), 경량콘크리트와 강재를 합성하는 이중관(b), 경량콘크리트와 철근 및 강재를 합성하는 구조(c), 경량 콘크리트와 철근을 합성하는 구조(d), 경량 콘크리트와 철근 및 강재 빔을 합성하는 구조(e), 경량콘크리트와 강재 트러스 및 강재박스를 합성하는 구조(f), 경량콘크리트와 강재 트러스 구조를 합성하는 구조(g) 중에서 하나일 수 있다.
또한, 부력체(210)는 가볍고 내구성이 탁월한 FRP 합성수지를 이용하여 제작될 수 있다.
FRP(fiber reinforced plastics)란, 유리 및 카본 섬유로 강화된 플라스틱계 복합재료로, 경량, 내식성, 성형성(成型性) 등이 뛰어난 고성능, 고기능성 재료를 일컫는다.
상기 에너지 전달체(220)는 부력체(210)에 연결되어 부력체(210)가 상하로 움직이면서 발생시키는 운동에너지를 외부로 전달할 수 있다.
상기 에너지 발전체(230)는 에너지 전달체(220)에 연결되어 에너지 전달체(220)를 통해서 전달된 운동에너지를 전기에너지로 변환시켜서 발전하는 발전기가 설치된 구성요소이다.
상기 부유유닛(300)은 풍력발전유닛(100)의 풍력타워(70)와 파력발전유닛(200)의 에너지 발전체(230)가 결합되며 풍력발전유닛(100)과 파력발전유닛(200)을 해상에서 부유시킬 수 있다.
부유유닛(300)은 부유구조체(310)와 계류라인(320)을 포함할 수 있다.
부유구조체(310)은 풍력발전유닛(100)과 파력발전유닛(200)이 설치되는 공간을 제공하며 연결부재(400)에 연결될 수 있다.
계류라인(320)은 부유구조체(310)의 하부에 연결되고 수중에 고정되어 부유구조체(310)를 해상에서 고정시킬 수 있다.
상기 연결부재(400)는 부유유닛(300)의 일부분에 결합되어 부유유닛(300)을 외부에서 출입이 가능하도록 연결시킬 수 있다.
상기 컨트롤러(500)는 부유유닛(300)의 일부분에 설치되며 풍력발전유닛(100)과 파력발전유닛(200)에 연결되어, 풍력발전유닛(100)과 파력발전유닛(200)의 작동을 관리하면서 제어할 수 있다.
본 발명 해양복합발전 부유장치(10)는 스파(510), 연결암(520) 및 추진유닛(530)을 더 포함할 수 있다.
상기 스파(510)는 부유유닛(300)의 하부면 중앙에서 아래방향으로 설정된 길이를 돌출시켜서 부유유닛(300)이 해상에서 부유시 중심을 잡아줄 수 있다.
스파(spar)란, 돛이나 스피나커 폴, 아래 활대 등의 나무로 된 막대나 튼튼한 금속으로 만들어진 막대로 삭구(원목을 삭도집재하는 데 사용되는 케이블, 도르래와 기타 장비)를 지탱해주는 기능을 수행하며, 원통형의 길다란 실린더형 하부구조(Hull)가 특징인 심해용 생산설비이다.
또한, 자켓이나 타워를 설치 할 수 없는 심해 지역에 투입되고, TLP와 마찬가지로 드릴장비를 장착하여 시추작업이 가능하도록 설계하는 경우도 있으며, 실린더 안에는 발라스트와 원유 저장을 위한 탱크가 구비될 수 있다.
상기 연결암(520)은 설정된 길이로 제작되어 연결부재(400)에 연결되면서 외부로 접근하는 로드를 연장된 상태로 제공할 수 있다.
상기 추진유닛(530)은 부유유닛(300)의 하부에 설치되며 컨트롤러(500)의 제어에 의해 부유유닛(300)의 자세와 위치를 제어할 수 있다.
추진유닛(530)은 프로펠러(532)와 프로펠러 구동기(534)를 포함할 수 있다.
상기 프로펠러(532)는 부유유닛(300)의 하부에 설치될 수 있다.
상기 프로펠러 구동기(534)는 프로펠러(532)에 연결되며 컨트롤러(500)의 제어에 의해 프로펠러(532)를 작동시킬 수 있다.
전술한 복합발전 부유장치가 설치되는 에너지 섬 구조물에 있어서, 본 발명은 에너지 섬 본체(600), 접안시설(700), 메인 스파(800), 메인 계류라인(900) 및 메인 컨트롤러(1000)를 포함할 수 있다.
상기 에너지 섬 본체(600)는 연결암(520)이 연결된 복합발전 부유장치(10)들을 연결암(520)을 통해 결합하여 하나로 연결시키며 해상에서 부유하는 구조로 이루어질 수 있다.
이때, 복합발전 부유장치(10)의 계류라인(320)은 제거되고, 에너지 섬 본체(600)의 단면은 5각 또는 7각형이며, 중심부로 갈수록 단면적이 증가하는 구조일 수 있다.
상기 접안시설(700)은 에너지 섬 본체(600)의 일부분에 설치되어 외부에서 출입이 가능하도록 외부와 에너지 섬 본체(600)를 연결시킬 수 있다.
상기 메인 스파(800)는 에너지 섬 본체(600)의 하부면 중앙에서 아래방향으로 설정된 길이를 돌출시켜서 에너지 섬 본체(600)가 해상에서 부유시 중심을 잡아줄 수 있다.
상기 메인 계류라인(900)은 에너지 섬 본체(600)의 하부에 설치되고 해저면에 픽싱되어 에너지 섬 본체(600)를 해상에 고정시킬 수 있다.
상기 메인 컨트롤러(1000)는 에너지 섬 본체(600)에 설치되며 복합발전 부유장치(10)들에 설치된 컨트롤러(500)와 연결되어 복합발전 부유장치(10)들을 관리하고 작동을 제어할 수 있다.
본 발명 에너지 섬 구조물(40)은 링 구조체(1100)와 태양광 패널(1200)을 더 포함할 수 있다.
상기 링 구조체(1100)는 복합발전 부유장치(10)들을 연결하는 연결암(520)들을 연결시키면서 반원형상으로 형성되며 적어도 하나의 파력발전기(30)가 설치되는 구조일 수 있다.
상기 태양광 패널(1200)은 링 구조체(1100)와 연결암(520)들이 형성하는 공간에 설치되어 태양광을 집광할 수 있다.
또한, 복합발전 부유장치(10)가 설치된 적어도 하나의 에너지 섬 본체(600)들을 연결시켜서 에너지 섬 콤플렉스(50)를 이룰수 있다.
에너지 섬 콤플렉스(50)는 파력과 풍력발전기가 설치되며, 중앙부에는 해상도시 또는 변전소 및 컨트롤 센터를 설치하여 운영할 수 있다.
이와 같이 복합발전 부유장치(10)를 독립적으로 구성이 가능하며, 이를 연결하여 에너지 섬 구조물(40)로 확장이 가능하며, 각 에너지 섬 구조물(40) 또한 독립적으로 운영이 가능하며, 이를 다시 확장 연결하여 에너지 섬 콤플렉스(50)로 운영이 가능한 부유체 구조물을 제안한다.
이상에서는 본 발명을 바람직한 실시 예에 의거하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 아니하고 청구항에 기재된 범위 내에서 변형이나 변경 실시가 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백한 것이며, 그러한 변형이나 변경은 첨부된 특허청구범위에 속한다 할 것이다.
10 : 해양복합발전 부유장치
30 : 파력발전기
40 : 에너지 섬 구조물
50 : 에너지 섬 콤플렉스
70 : 풍력타워
80 : 날개
100 : 풍력발전유닛
200 : 파력발전유닛
210 : 부력체
a : 강재
b : 경량콘크리트와 강재를 합성하는 이중관
c : 경량콘크리트와 철근 및 강재를 합성하는 구조
d : 경량 콘크리트와 철근을 합성하는 구조
e : 경량 콘크리트와 철근 및 강재 빔을 합성하는 구조
f : 경량콘크리트와 강재 트러스 및 강재박스를 합성하는 구조
g : 경량콘크리트와 강재 트러스 구조를 합성하는 구조
220 : 에너지 전달체
230 : 에너지 발전체
300 :　부유유닛
310 : 부유구조체
320 : 계류라인
400 : 연결부재
500 : 컨트롤러
510 : 스파
520 : 연결암
530 : 추진유닛
532 : 프로펠러
534 :　프로펠러 구동기
600 : 에너지 섬 본체
700 : 접안시설
800 : 메인 스파
900 : 메인 계류라인
1000 : 메인 컨트롤러
1100 : 링 구조체
1200 : 태양광 패널

Claims (12)

  1. 해상에 설치되어 해상풍력과 파력발전을 복합으로 발전하는 해양복합발전 부유장치에 있어서,
    바람을 이용하여 풍력타워의 상부에 설치되는 날개를 회전시켜서 에너지를 발생시키는 풍력발전유닛;
    파도에 의해 발생하는 조력을 이용하여 에너지를 발생시키는 파력발전유닛을 포함하고,
    상기 파력발전유닛은,
    해상에 부유하면서 파도에 따라서 상하로 왕복운동을 하는 적어도 하나의 부력체;
    상기 부력체에 연결되어 상기 부력체가 상하로 움직이면서 발생시키는 운동에너지를 외부로 전달하는 에너지 전달체; 및
    상기 에너지 전달체에 연결되어 상기 에너지 전달체를 통해서 전달된 운동에너지를 전기에너지로 변환시켜서 발전하는 발전기가 설치된 에너지 발전체를 포함하며,
    상기 풍력발전유닛의 풍력타워와 상기 파력발전유닛의 에너지 발전체가 결합되며 상기 풍력발전유닛과 상기 파력발전유닛을 해상에서 부유시키는 부유유닛;
    상기 부유유닛의 일부분에 결합되어 상기 부유유닛을 외부에서 출입이 가능하도록 연결시키는 연결부재; 및
    상기 부유유닛의 일부분에 설치되며 상기 풍력발전유닛과 상기 파력발전유닛에 연결되어, 상기 풍력발전유닛과 상기 파력발전유닛의 작동을 관리하면서 제어하는 컨트롤러를 포함하고,
    상기 부유유닛은,
    상기 풍력발전유닛과 상기 파력발전유닛이 설치되는 공간을 제공하며 상기 연결부재에 연결되는 부유구조체; 및
    상기 부유구조체의 하부에 연결되고 수중에 고정되어 상기 부유구조체를 해상에서 고정시키는 계류라인을 포함하며,
    상기 부력체는,
    강재, 경량콘크리트와 강재를 합성하는 이중관, 경량콘크리트와 철근 및 강재를 합성하는 구조, 경량 콘크리트와 철근을 합성하는 구조, 경량 콘크리트와 철근 및 강재 빔을 합성하는 구조, 경량콘크리트와 강재 트러스 및 강재박스를 합성하는 구조, 경량콘크리트와 강재 트러스 구조를 합성하는 구조 중에서 하나이거나,
    상기 부력체는,
    FRP를 이용하여 제작되고,
    상기 부유유닛의 하부면 중앙에서 아래방향으로 설정된 길이를 돌출시켜서 상기 부유유닛이 해상에서 부유시 중심을 잡아주는 스파를 더 포함하며,
    설정된 길이로 제작되어 상기 연결부재에 연결되면서 외부로 접근하는 로드를 연장된 상태로 제공하는 연결암을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해상 풍력-파력 복합발전 부유장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 청구항 1항에 의한 복합발전 부유장치가 설치되는 에너지 섬 구조물에 있어서,
    연결암이 연결된 상기 복합발전 부유장치들을 상기 연결암을 통해 결합하여 하나로 연결시키며 해상에서 부유하는 구조로 이루어진 에너지 섬 본체;
    상기 에너지 섬 본체의 일부분에 설치되어 외부에서 출입이 가능하도록 외부와 상기 에너지 섬 본체를 연결시키는 접안시설;
    상기 에너지 섬 본체의 하부면 중앙에서 아래방향으로 설정된 길이를 돌출시켜서 상기 에너지 섬 본체가 해상에서 부유시 중심을 잡아주는 메인 스파;
    상기 에너지 섬 본체의 하부에 설치되고 해저면에 픽싱되어 상기 에너지 섬 본체를 해상에 고정시키는 메인 계류라인; 및
    상기 에너지 섬 본체에 설치되며 상기 복합발전 부유장치들에 설치된 상기 컨트롤러와 연결되어 상기 복합발전 부유장치들을 관리하고 작동을 제어하는 메인 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 해상 풍력-파력 복합발전 부유장치를 이용한 해양 복합발전 에너지 섬 구조물.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 복합발전 부유장치들을 연결하는 상기 연결암들을 연결시키면서 반원형상으로 형성되며 적어도 하나의 파력발전기가 설치되는 링 구조체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해상 풍력-파력 복합발전 부유장치를 이용한 해양 복합발전 에너지 섬 구조물.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 링 구조체와 상기 연결암들이 형성하는 공간에 설치되어 태양광을 집광하는 태양광 패널을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해상 풍력-파력 복합발전 부유장치를 이용한 해양 복합발전 에너지 섬 구조물.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 복합발전 부유장치가 설치된 적어도 하나의 에너지 섬 본체들을 연결시켜서 에너지 섬 콤플렉스를 이루는 것을 특징으로 하는 해상 풍력-파력 복합발전 부유장치를 이용한 해양 복합발전 에너지 섬 구조물.
KR1020160149365A 2016-11-10 2016-11-10 해상 풍력-파력 복합발전 부유장치 및 이를 이용한 해양 복합발전 에너지 섬 구조물 KR101788239B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160149365A KR101788239B1 (ko) 2016-11-10 2016-11-10 해상 풍력-파력 복합발전 부유장치 및 이를 이용한 해양 복합발전 에너지 섬 구조물

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160149365A KR101788239B1 (ko) 2016-11-10 2016-11-10 해상 풍력-파력 복합발전 부유장치 및 이를 이용한 해양 복합발전 에너지 섬 구조물

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101788239B1 true KR101788239B1 (ko) 2017-10-20

Family

ID=60299149

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160149365A KR101788239B1 (ko) 2016-11-10 2016-11-10 해상 풍력-파력 복합발전 부유장치 및 이를 이용한 해양 복합발전 에너지 섬 구조물

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101788239B1 (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190062903A (ko) * 2017-11-29 2019-06-07 한국해양과학기술원 부유식 해상복합발전장치
KR20190121718A (ko) 2019-09-18 2019-10-28 황용안 해양 복합 발전 선박
KR102154935B1 (ko) 2019-09-18 2020-09-10 황용안 파력과 조류력의 복합발전터빈

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190062903A (ko) * 2017-11-29 2019-06-07 한국해양과학기술원 부유식 해상복합발전장치
KR101998260B1 (ko) * 2017-11-29 2019-07-09 한국해양과학기술원 부유식 해상복합발전장치
KR20190121718A (ko) 2019-09-18 2019-10-28 황용안 해양 복합 발전 선박
KR102154935B1 (ko) 2019-09-18 2020-09-10 황용안 파력과 조류력의 복합발전터빈

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3049668B1 (en) Floating wind turbine support system
CA2702844C (en) River and tidal power harvester
US7525212B1 (en) Ocean power harvester
JP4324640B1 (ja) 海上移動式原子力発電プラント
Cahay et al. Use of a vertical wind turbine in an offshore floating wind farm
US20120187693A1 (en) Hydrokinetic energy transfer device and method
WO2015161921A1 (en) Thermal solar power generation system
KR101788239B1 (ko) 해상 풍력-파력 복합발전 부유장치 및 이를 이용한 해양 복합발전 에너지 섬 구조물
KR101620900B1 (ko) 조류 순응형 해상 부유식 풍력발전장치
SE540572C2 (sv) Vågkraftverk
JP2019513605A (ja) 再生可能なエネルギバージ船
GB2525389A (en) Thermal solar power generation system
US20130088013A1 (en) Water current energy converter system
CN102758741A (zh) 一种海洋漂浮式平台狭管聚风发电***
Hollaway Sustainable energy production: Key material requirements
KR101998260B1 (ko) 부유식 해상복합발전장치
WO2017204437A1 (ko) 조류 발전기
WO2010087600A2 (ko) 자연력변환시스템
RU2722760C1 (ru) Парусная энергетическая установка, преобразующая энергию потоков двух сред
GB2608387A (en) Energy converter for ocean waves and method for using thereof
CN110435839B (zh) 一种漂浮式海上风光储发电***雷达测风移动平台减摇基础承台
JP2013067269A (ja) 移動と定位置保持の浮島水車発電システム
JP5656155B1 (ja) 多胴船型潮流発電施設
WO2011037279A1 (ja) 河川流発電装置
WO2024101372A1 (ja) 風力発電装置用プロペラ及びこれを用いた風力発電装置。

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant