KR20130064517A - 신재생에너지를 이용한 압축공기 저장 발전 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 신재생에너지를 이용한 압축공기 저장 발전 장치에 관한 것으로, 해상에 설치된 다수개의 신재생에너지 발전기(10)와; 해저지반에 관입되는 해저 기초구조물(70)과; 상기 해저 기초구조물(70) 위에 고정 설치되고 상면이 해수면보다 높은 격실구조의 외부구조물(60)과; 상기 외부구조물(60)의 최상부 격실(62)에 설치되고 상기 신재생에너지 발전기(10)에서 생산된 전기를 구동원으로 모터(21)를 구동시켜 외부의 공기를 흡입하여 압축시키는 공기압축기(20)와; 상기 외부구조물(60)의 하부격실에 설치되고 상기 공기압축기(20)에 의해 압축된 공기를 압축공기 유입관(34)을 통해 저장하며 연결관(35)으로 상호 연통된 다수개의 압축공기 저장구조물(30)과; 상기 외부구조물(60)의 최상부 격실(62)에 설치되고 상기 압축공기 저장구조물(30)에서 압축공기 유출관(36)을 통해 추출되는 압축공기의 부피를 팽창시키는 재가열기(32)와; 상기 외부구조물(60)의 최상부 격실(62)에 설치되고 상기 재가열기(32)에 의해 팽창된 압축공기에 의해 구동되는 터빈(40), 및 상기 외부구조물(60)의 최상부 격실(62)에 설치되고 상기 터빈(40)의 구동에 의해 발전되는 발전기(50)로 구성됨으로써, 신재생에너지 발전전력의 불균질성으로 인하여 기저전력으로의 활용이 어려운 점을 해결하여 소비자의 수요에 맞춰 원하는 전기를 필요할 때, 필요한 만큼 쓸 수 있는 품질로 안정적으로 공급할 수 있는 효과가 있다.

Description

신재생에너지를 이용한 압축공기 저장 발전 장치 {Apparatus for Compressed Air Energy Storage Generation using the New Renewable Energy}
본 발명은 신재생에너지를 이용한 압축공기 저장 발전 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 신재생에너지 발전전력의 불균질성으로 인하여 기저전력으로의 활용이 어려운 점을 해결하여 소비자의 수요에 맞춰 원하는 전기를 필요할 때, 필요한 만큼 쓸 수 있는 품질로 안정적으로 공급하기 위한 인공구조물을 이용한 압축공기 저장 발전 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 신재생에너지는 기존의 화석연료를 변환시켜 이용하거나 햇빛, 물, 지열, 바람, 생물유기체 등을 포함하는 재생 가능한 에너지를 변환시켜 이용하는 에너지로 지속 가능한 에너지 공급체계를 위한 미래에너지원을 그 특성으로 하고 있고, 신재생에너지는 유가의 불안정과 기후변화협약의 규제 대응 등으로 그 중요성이 커지게 되었다.
국내 발전원별 전력량은 석탄 및 LNG가 차지하는 비중은 다소 축소되며 원자력이 차지하는 비중은 증가될 전망이고, 전체 에너지에서 신재생에너지가 분담하는 비중이 2020년 6.6%, 2030년 11%를 목표로 하고 있다.
그러나, 이러한 신재생에너지(풍력, 태양광, 태양열, 조류, 조력, 파력 등)는 원자력, 화력, 수력 등에 의한 발전에 비하여 전력 발전량이 시간별로 불안정하기 때문에 신재생에너지 발전량 비율이 전체 발전량의 10%를 초과하는 경우 전체 전력망의 불안정으로 인해 전력품질에 심각한 피해가 우려된다.
따라서, 전력품질의 안정화를 위해서는 에너지 저장이 필요한데 이러한 에너지저장 시스템은 경부하시 유휴전력을 저장하고 과부하시 전력을 사용함으로써 첨두 부하 분산을 통해 발전소 건설비, 송전선 설치비 등의 투자비를 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 전력 예비율을 높여 여름·겨울철의 전력 피크와 대규모 정전 사고 등에 효과적인 대응이 가능하고 신재생에너지 확산이라는 부가가치를 창출할 수 있다.
종래의 저장시스템으로는 압축공기 저장(CAES: Compressed Air Energy Storage) 시설과 양수발전이 있으나, 심야의 값싼 전력을 이용하여 하부댐의 물을 상부댐에 양수시켜 첨두부하 시에 발전함으로써 전체적인 전력계통의 발전효율 향상과 경제적인 전력계통의 운용이 가능한 상기 양수발전은 수량이 풍부하고 큰 자연 낙차를 줄 수 있는 조건이 형성되어야 하는 입지 제한조건 및 환경문제와 더불어 과거에 비해 심야전력의 사용 급증 등의 문제로 인해 그 효용이 떨어지게 되어, 대규모 에너지 저장 기술인 압축공기 저장이 주목을 받게 되었고, 이러한 에너지 저장을 통한 전력효율 극대화는 공급자와 소비자가 정보를 교환하여 에너지 효율을 최적화하는 스마트 그리드(Smart grid)의 핵심요소로 대두되게 되었다.
이러한 압축공기 저장 시스템은 잉여 전력으로 공기를 동굴이나 지하에 압축하고 압축된 공기를 가열하여 터빈을 돌리는 방식으로 대규모 저장이 가능하고 발전단가가 낮은 장점이 있으나, 압축공기 저장시설의 구축을 위해 암염층을 융해하여 공동을 건설하거나 천연가스 또는 석유채취 후의 배사구조 대수층을 이용하거나 광산의 폐갱도 또는 천연공동을 이용하여 암반공동을 건설하는 방법 등은 초기 구축비용이 과다하고 국내에는 암염층이나 배사구조 대수층을 찾아보기 어려운 지리적 제약이 따르는 단점이 있으며, 암반공동을 건설하는 방식으로는 공개특허공보 제10-2009-0025648호의 폐광이나 동굴의 유휴 지하공간을 압축공기에너지 저장장치로 활용한 발전방식 및 장치가 있다.
이에 국내에서도 해상풍력단지를 포함한 신재생 에너지원의 개발이 구체화되고 있고 에너지 시장의 확대와 신재생에너지 개발의 발달은 압축공기 저장기술의 시장 수요의 증가를 수반할 것이므로, 전력 소비자의 계통 연계성을 고려하면 에너지 저장시설의 위치선정에서의 유연성이 중요하게 되었고, 압축공기를 저장할 수 있는 인공 구조물 시스템의 개발을 통해 에너지원에 따른 저장용량 및 저장장소를 고려하여 에너지원별로 최적화하여 적용할 필요성이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 신재생에너지 발전전력의 불균질성으로 인하여 기저전력으로의 활용이 어려운 점을 해결하여 소비자의 수요에 맞춰 원하는 전기를 필요할 때, 필요한 만큼 쓸 수 있는 품질로 안정적으로 공급하기 위한 인공구조물을 이용한 압축공기 저장 발전 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 압축공기 저장을 위해 인공구조물을 이용하므로 해저에서 압축공기 저장시설의 구축을 위해 암염층을 융해하여 공동을 건설하거나 국내에는 찾아보기 어려운 배사구조 대수층을 이용하는 것에 비해 비용이 절감되고 발전입지에 구애받지 않는 압축공기 저장 발전 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 압축공기 저장을 위한 인공구조물을 병렬 분산형으로 설치하여 대용량 인공저장시설 구축이 가능하고 효율적으로 활용할 수 있는 압축공기 저장 발전 장치를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 해상에 설치된 다수개의 신재생에너지 발전기와; 해저지반에 관입되는 해저 기초구조물과; 상기 해저 기초구조물 위에 고정 설치되고 상면이 해수면보다 높은 격실구조의 외부구조물과; 상기 외부구조물의 최상부 격실에 설치되고 상기 신재생에너지 발전기에서 생산된 전기를 구동원으로 모터를 구동시켜 외부의 공기를 흡입하여 압축시키는 공기압축기와; 상기 외부구조물의 하부격실에 설치되고 상기 공기압축기에 의해 압축된 공기를 압축공기 유입관을 통해 저장하며 연결관으로 상호 연통된 다수개의 압축공기 저장구조물과; 상기 외부구조물의 최상부 격실에 설치되고 상기 압축공기 저장구조물에서 압축공기 유출관을 통해 추출되는 압축공기의 부피를 팽창시키는 재가열기와; 상기 외부구조물의 최상부 격실에 설치되고 상기 재가열기에 의해 팽창된 압축공기에 의해 구동되는 터빈, 및 상기 외부구조물의 최상부 격실에 설치되고 상기 터빈의 구동에 의해 발전되는 발전기로 구성되는 것을 그 기본 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서 상기 신재생에너지 발전기는 풍력 발전기, 조류 발전기, 조력 발전기 또는 파력 발전기인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서 상기 압축공기 저장구조물은 외부구조물 내에서 격실구조프레임으로 구분되는 다층의 격실구조에 병렬 분산형으로 고정설치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서 상기 압축공기 저장구조물은 고압 (100bar)을 견딜 수 있도록 강합성 또는 철근콘크리트 재료 등의 복합재료를 사용하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 공기압축기에 의해 배출되는 고열의 압축공기의 열에너지를 축열기로 전달하는 열교환기가 상기 외부구조물의 최상부 격실에 추가로 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 압축공기 저장구조물로 저장되는 압축공기의 부피를 축소시켜 저장용량을 증가시키기 위한 냉각기가 상기 외부구조물의 최상부 격실에 추가로 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 압축공기 저장구조물에 저장된 압축공기를 균일한 압력으로 추출하는 레귤레이터가 상기 외부구조물의 최상부 격실에 추가로 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 연결관, 압축공기 유입관 또는 압축공기 유출관에 설치되고 압축공기 저장구조물에 저장되는 압축공기량에 따라 제어부에 의해 그 개폐가 제어되는 유량조절밸브가 추가로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 압축공기 저장구조물의 다층 구조에서 압축공기의 압축공기 저장구조물로의 유입과 압축공기 저장구조물로부터의 유출은 각 층별로 압축공기 저장구조물이 병렬로 연통되어 있어 각 층별로 압축공기의 유입과 유출이 이루어지거나, 모든 층의 압축공기 저장구조물이 모두 병렬로 연통되어 유입과 유출이 각각 단일의 경로에 의해서만 이루어거나, 각 층별로 또는 모든 층의 압축공기 저장구조물이 병렬로 연통되어 있지만 각각의 압축공기 저장구조물별로 압축공기의 유출이 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이상에서 살펴본, 본 발명인 신재생에너지를 이용한 압축공기 저장 발전 장치는 첫째, 압축공기 저장을 위해 인공구조물을 이용하므로 신재생에너지 발전전력의 불균질성으로 인하여 기저전력으로의 활용이 어려운 점을 해결하여 소비자의 수요에 맞춰 원하는 전기를 필요할 때, 필요한 만큼 쓸 수 있는 품질로 안정적으로 공급할 수 있고,
둘째, 압축공기 저장을 위해 인공구조물을 이용하므로 해저에서 압축공기 저장시설의 구축을 위해 암염층을 융해하여 공동을 건설하거나 국내에는 찾아보기 어려운 배사구조 대수층을 이용하는 것에 비해 비용이 절감되고 발전입지에 구애받지 않으며,
세째, 압축공기 저장을 위한 인공구조물을 병렬 분산형으로 설치하여 대용량 인공저장시설 구축이 가능하고 효율적으로 활용할 수 있는 효과가 있다.
도 1 은 본 발명에 따른 압축공기 저장 발전 장치의 개념도.
도 2 는 본 발명에 따른 압축공기 저장 발전 장치의 해중 설치 단면도.
도 3 은 본 발명에 따른 압축공기 저장구조물이 외부구조물 내에서 다층의 격실구조에 설치된 것을 나타낸 확대도.
도 4 는 본 발명에 따른 외부구조물의 최상부 격실에 설치된 발전 장치를 나타낸 확대도.
도 5 는 본 발명에 따른 압축공기 저장구조물의 일실시예를 나타낸 도면.
상기와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하면서 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1 은 본 발명에 따른 압축공기 저장 발전 장치의 개념도이고, 도 2 는 본 발명에 따른 압축공기 저장 발전 장치의 해중 설치 단면도이며, 도 3 은 본 발명에 따른 압축공기 저장구조물이 외부구조물 내에서 다층의 격실구조에 설치된 것을 나타낸 확대도이고, 도 4 는 본 발명에 따른 외부구조물의 최상부 격실에 설치된 발전 장치를 나타낸 확대도이며, 도 5 는 본 발명에 따른 압축공기 저장구조물의 일실시예를 나타낸 도면이다.
도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 모터(21)를 구동시켜 외부의 공기를 흡입하여 압축시키는 공기압축기(20)는 그 구동원으로 본 발명의 일실시예에서는 해상에 설치된 신재생에너지 발전기인 다수개의 풍력 발전기(10)에서 생산된 전기를 이용함으로써 풍력발전과 연계된 압축공기 저장시설을 설명하지만, 본 발명에서는 그 구동원으로서 풍력 발전기에만 한정되는 것은 아니고 신재생에너지원인 조류, 조력 또는 파력 발전기를 이용할 수도 있다.
이러한 신재생에너지는 외부 환경에 따라 출력변동성이 심하므로 본 발명에서는 전력분전반(11)을 통해 우선적으로 공기압축기(20)의 모터(21)를 구동하는데 전력을 공급하고 잉여 전력을 기타 전력계통으로 공급한다.
상기 공기압축기(20)는 두 개 이상을 병렬로 설치하여 공기압축시간을 단축시킬 수도 있다.
상기 공기압축기(20)에 의해 압축된 공기는 압축공기 유입관(34)을 통해 인공구조물인 압축공기 저장구조물(30)로 저장되는데 그 형태는 원통형이 바람직하고 그 상부는 돔형상으로 하는 것이 고압에도 잘 견딜 수 있다. 상기 압축공기 저장구조물(30) 내의 압축공기의 압력을 감지하여 일정압력 이상일 경우 공기압축기(20)의 작동을 제어부(25)가 제어할 수도 있다.
여기서, 인공구조물인 압축공기 저장구조물(30)은 해저에서 압축공기 저장시설의 구축을 위해 암염층을 융해하여 공동을 건설하거나 배사구조 대수층을 이용하는 것에 비해 비용이 절감되고 입지의 영향이 적다.
또한, 도 5에 도시된 두 가지 실시예에 나타낸 바와 같이, 상기 압축공기 저장구조물(30)은 고압 (100bar)을 견딜 수 있도록 강합성 또는 철근콘크리트 재료 등의 복합재료를 사용함이 바람직하고, 대용량의 단일의 압축공기 저장구조물을 사용하는 경우 고압의 위험성에 대한 피해가 크므로 소용량의 다수개의 압축공기 저장구조물(30)을 연결관(35)으로 상호 연통시키고 상기 연결관(35)을 통해 압축공기가 이동할 수 있으며 연결관(35)에 유량조절밸브(37)를 설치하여 압축공기량에 따라 그 개폐를 제어함이 바람직하다.
즉, 전체 압축공기량이 적은 경우에는 연결관(35)의 유량조절밸브(37)를 이용하여 일부 연결관(35)을 폐쇄함으로써 압축공기가 저장되어 있는 일부 압축공기 저장구조물(30) 내의 압력을 일정하게 유지하도록 할 수 있고, 압축공기량이 많아질수록 폐쇄된 연결관(35)을 개방함으로써 압축공기가 저장되는 압축공기 저장구조물(30)의 수를 증가시키게 된다.
나아가, 상기 유량조절밸브(37)는 상기 압축공기 저장구조물(30) 내의 압축공기의 압력을 감지하여 일정압력 이상일 경우 그 개폐가 제어부(25)에 의해 자동으로 제어되는 전동밸브일 수도 있다.
한편, 상기 공기압축기(20)와 압축공기 저장구조물(30) 사이에는 상기 공기압축기(20)에 의해 배출되는 고열의 압축공기의 열에너지를 축열기(24)로 전달하는 열교환기(22)와 압축공기 저장구조물(30)로 저장되는 압축공기의 부피를 축소시켜 저장용량을 증가시키기 위한 냉각기(23)가 개재될 수 있다.
여기서, 상기 축열기(24)는 상기 열교환기(22)와 재가열기(32) 사이에 개재되어 설치되어 있고, 상기 열교환기(22)와 냉각기(23)는 상기 공기압축기(20)와 일체로 구성될 수도 있다.
상기에서 언급하였듯이, 유량조절밸브(37)를 이용하여 일부 연결관(35)을 폐쇄함으로써 압축공기가 저장되어 있는 일부 압축공기 저장구조물(30) 내의 압력을 일정하게 유지할 수도 있지만, 상기 압축공기 저장구조물(30)에 저장된 압축공기를 균일한 압력으로 추출하기 위해 레귤레이터(31)가 압축공기 저장구조물(30)에 연결설치될 수도 있다.
또한, 상기 열교환기(22)로부터 열에너지를 전달받는 축열기(24)로부터 열에너지를 다시 전달받는 재가열기(32)는 상기 압축공기 저장구조물(30)에서 압축공기 유출관(36)을 통해 추출되는 압축공기의 부피를 팽창시켜 터빈(40)의 구동효율을 증가시키도록 한다.
상기 압축공기 저장구조물(30)에서 추출되는 압축공기와 연료를 혼합하여 연소시키는 경우에는 연소기(33)가 추가로 설치될 수 있으나, 공기터빈을 이용할 경우에는 화석연료를 사용하지 않고 전력을 생산할 수 있다.
최종적으로, 상기 재가열기(32)에 의해 팽창된 압축공기에 의해 터빈(40)은 구동되고, 상기 터빈(40)의 구동에 의해 발전기(50)는 발전된다.
본 발명에서는 상기 풍력 발전기(10)를 제외한 상기 다수개의 압축공기 저장구조물(30)을 포함한 발전 장치들은 해중에 설치되는 외부구조물(60) 내에 설치되어 근거리에 있는 해상 풍력 발전기(10)로부터 전력을 공급받을 수 있을 뿐만 아니라 육상에서의 발전소 건설에 따른 부지비용을 절감할 수 있다.
이러한 외부구조물(60)은 해중에 설치되는 만큼 바다의 수압에 견딜 수 있도록 철근콘크리트로 제작됨이 바람직하고 방수 및 방식처리가 되어야 하며, 그 형상은 해류의 영향을 최소화할 수 있도록 원통형이 바람직하다.
또한, 상기 외부구조물(60)은 해저 기초구조물(70) 위에 고정 설치되는데 해저 기초구조물(70)로는 석션파일 기초, 말뚝 기초, 부유식 기초 및 자켓식 기초 등이 있다.
본 발명에서는 그 일실시예로 파일 내부의 물이나 공기와 같은 유체를 외부로 석션함으로써 발생된 파일 내부와 외부의 압력차를 이용하여 설치되는 파일인 석션파일(Suction Pile)을 사용함이 바람직하고, 이러한 석션파일의 형상은 석션을 가하기 용이하게 상단부는 밀폐되고 하단부가 열린 모양으로 상기 외부구조물의 저면이 석션파일의 밀폐된 상단부에 고정되게 된다.
여기서, 상기 외부구조물(60)의 석션파일(70)에의 고정은 육상에서 석션파일의 제작시 외부구조물(60)과 석션파일(70)을 상하 일체형으로 제작하여 해저지반에 관입시키거나, 전단키나 별도의 고정구조물 등을 이용하여 외부구조물(60)과 석션파일(70)을 상호 결합시킬 수도 있다.
도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 외부구조물(60) 내에서 다수개의 압축공기 저장구조물(30)을 포함한 발전 장치의 배치구조를 살펴보면, 외부구조물(60)의 하부격실에는 외부구조물(60)의 저면에서 일정정도 이격된 높이에서부터 다수개의 압축공기 저장구조물(30)이 연결관(35)을 통해 연통되면서 다층으로 설치된다.
여기서, 압축공기 저장구조물(30)의 다층 구조를 위해 외부구조물(60)의 저면에는 일정높이의 평평한 마운드(61)가 있고 그 상부로 다층의 격실구조가 형성되어 압축공기 저장구조물(30)이 병렬 분산형으로 고정설치되도록 하는데, 상기 마운드(61)는 외부구조물(60)의 누수로 인해 외부구조물(60)의 저면에 고이는 해수로부터 압축공기 저장구조물(30)을 보호하기 위함이고 다층의 격실구조는 격실구조프레임(63)으로 구분되고 다층의 격실구조로 외부구조물(60)의 직경을 줄임으로써 구조물의 자중을 저감시켜 해저 기초구조물(70)에 걸리는 하중을 최소화할 수 있도록 하기 위함이다.
또한, 압축공기 저장구조물(30)이 설치되는 격실과 구분되는 상기 외부구조물(60)의 최상부 격실(62)에는 압축공기 저장구조물(30)을 제외한 발전 장치에 필요한 기기인 공기압축기(20), 열교환기(22), 냉각기(23), 축열기(24), 레귤레이터(31), 재가열기(32), 연소기(33), 터빈(40), 발전기(50) 및 제어부(25)가 설치되는데, 열교환기(22), 냉각기(23), 레귤레이터(31), 재가열기(32) 등은 압축공기 저장구조물(30)에 설치될 수도 있다.
한편, 상기 외부구조물(60)의 상면에는 발전 장치의 관리를 위해 사람이 드나들 수 있도록 개폐식 통로가 있어야 하고, 발전시 발생할 수 있는 배기가스를 배출하기 위한 환풍구도 마련되어야 하는데, 이를 위해 상기 외부구조물(60)의 상면은 해수면보다 항상 높아야 한다.
본 발명과 같이 압축공기 저장구조물(30)의 다층 구조에서 압축공기의 압축공기 저장구조물(30)로의 유입과 압축공기 저장구조물(30)로부터의 유출은 각 층별로 압축공기 저장구조물(30)이 병렬로 연통되어 있어 각 층별로 압축공기의 유입과 유출이 이루어질 수도 있고, 모든 층의 압축공기 저장구조물(30)이 모두 병렬로 연통되어 유입과 유출이 각각 단일의 경로에 의해서만 이루어질 수도 있으며, 각 층별로 또는 모든 층의 압축공기 저장구조물(30)이 병렬로 연통되어 있지만 각각의 압축공기 저장구조물(30)별로 압축공기의 유출이 이루어질 수도 있다. 어떠한 압축공기 유입 및 유출방식 구조를 사용하더라도 상기 압축공기 저장구조물(30) 내의 압축공기의 압력을 감지하여 일정압력 이상일 경우 그 개폐가 제어부에 의해 자동으로 제어되는 상기 유량조절밸브(37)에 의해 압축공기가 저장되어 있는 압축공기 저장구조물(30) 내의 압력을 일정하게 유지하도록 할 수 있다.
여기서, 상기 유량조절밸브(37)는 연결관(35)뿐만 아니라, 압축공기 유입관(34) 및 압축공기 유출관(36)에도 설치될 수 있다.
더불어, 상기 압축공기 저장구조물(30)을 병렬 분산형으로 설치함으로써 대용량 인공저장시설 구축이 가능하고 압축공기를 효율적으로 활용할 수 있게 된다.
이러한 본 발명인 신재생에너지를 이용한 압축공기 저장 발전 장치에 의한 발전과정을 도 1을 참조하여 보다 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
우선, 풍력 발전기(10) 등에서 생산된 신재생에너지는 외부 환경에 따라 출력변동성이 심하므로 전력분전반(11)을 통해 우선적으로 공기압축기(20)의 모터(21)를 구동하는데 전력을 공급하고 잉여 전력을 기타 전력계통으로 공급한다.
다음으로, 공기압축기(20)에 의해 압축된 공기는 압축공기 유입관(34)을 통해 압축공기 저장구조물(30)로 유입되는데, 상기 공기압축기(20)는 두 개 이상을 병렬로 설치하는 경우 공기압축시간을 단축시킬 수 있을 뿐만 아니라 풍력 발전기(10) 등에서 생산된 전력량이 많아도 공기압축기(20)에 발생할 수 있는 과부하를 줄일 수 있다.
한편, 압축공기가 압축공기 저장구조물(30)에 저장되기 전에 상기 공기압축기(20)와 일체 또는 별개로 구성된 열교환기(22)와 냉각기(23)에 의해 고열의 압축공기의 열에너지가 축열기(24)로 전달되고 압축공기의 부피가 축소된다.
그 다음으로, 다층 구조로 설치되고 고압(100bar)에 견딜 수 있는 인공구조물인 상기 압축공기 저장구조물(30)은 연결관(35)으로 상호 연통되어 있어 상기 연결관(35)을 통해 압축공기가 이동할 수 있으며 연결관(35)에 설치된 유량조절밸브(37)에 의해 압축공기량에 따라 그 개폐를 제어하여 압축공기 저장구조물(30) 내의 압력을 일정하게 유지하도록 한다.
또한, 상기에서 상술한 바와 같이 압축공기 저장구조물(30)의 다층 구조에서 압축공기의 압축공기 저장구조물(30)로의 유입과 압축공기 저장구조물(30)로부터의 유출은 각 층별로 압축공기의 유입과 유출이 이루어질 수도 있고, 압축공기의 유입과 유출이 각각 단일의 경로에 의해서만 이루어질 수도 있으며, 각각의 압축공기 저장구조물(30)별로 압축공기의 유출이 이루어질 수도 있다.
그 다음으로, 상기 열교환기(22)로부터 열에너지를 전달받는 축열기(24)로부터 열에너지를 다시 전달받는 재가열기(32)는 상기 압축공기 저장구조물(30)에서 압축공기 유출관(36)을 통해 추출되는 압축공기의 부피를 팽창시킨다.
여기서, 공기의 압축 및 팽창과정에서 발생하는 열에너지를 저장 활용하여 냉난방원으로 이용할 수도 있다.
한편, 레귤레이터(31)가 압축공기 저장구조물(30)에 연결설치되어 압축공기 저장구조물(30)에 저장된 압축공기를 균일한 압력으로 추출할 수 있고, 상기 압축공기 저장구조물(30)에서 추출되는 압축공기와 연료를 혼합하여 연소시키는 경우에는 연소기(33)가 추가로 설치될 수 있다.
마지막으로, 상기 재가열기(32)에 의해 팽창된 압축공기는 터빈(40)을 구동시키고, 상기 터빈(40)의 구동에 의해 발전기(50)는 발전된다.
상기에서는 본 발명에 대한 특정의 바람직한 실시예를 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 실시예에만 한정되는 것은 아니고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 요지를 벗어남이 없이 다양하게 변경시킬 수 있을 것이다.
10: 신재생에너지 발전기 11: 전력분전반
20: 공기압축기 21: 모터
22: 열교환기 23: 냉각기
24: 축열기 25: 제어부
30: 압축공기 저장구조물 31: 레귤레이터
32: 재가열기 33: 연소기
34: 압축공기 유입관 35: 연결관
36: 압축공기 유출관 37: 유량조절밸브
40: 터빈 50: 발전기
60: 외부구조물 61: 마운드
62: 최상부 격실 63: 격실구조 프레임
70: 해저 기초구조물

Claims (9)

  1. 해상에 설치된 다수개의 신재생에너지 발전기(10)와;
    해저지반에 관입되는 해저 기초구조물(70)과;
    상기 해저 기초구조물(70) 위에 고정 설치되고 상면이 해수면보다 높은 격실구조의 외부구조물(60)과;
    상기 외부구조물(60)의 최상부 격실(62)에 설치되고 상기 신재생에너지 발전기(10)에서 생산된 전기를 구동원으로 모터(21)를 구동시켜 외부의 공기를 흡입하여 압축시키는 공기압축기(20)와;
    상기 외부구조물(60)의 하부격실에 설치되고 상기 공기압축기(20)에 의해 압축된 공기를 압축공기 유입관(34)을 통해 저장하며 연결관(35)으로 상호 연통된 다수개의 압축공기 저장구조물(30)과;
    상기 외부구조물(60)의 최상부 격실(62)에 설치되고 상기 압축공기 저장구조물(30)에서 압축공기 유출관(36)을 통해 추출되는 압축공기의 부피를 팽창시키는 재가열기(32)와;
    상기 외부구조물(60)의 최상부 격실(62)에 설치되고 상기 재가열기(32)에 의해 팽창된 압축공기에 의해 구동되는 터빈(40), 및
    상기 외부구조물(60)의 최상부 격실(62)에 설치되고 상기 터빈(40)의 구동에 의해 발전되는 발전기(50)로 구성되는 것을 특징으로 하는 신재생에너지를 이용한 압축공기 저장 발전 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 신재생에너지 발전기(10)는 풍력 발전기, 조류 발전기, 조력 발전기 또는 파력 발전기인 것을 특징으로 하는 신재생에너지를 이용한 압축공기 저장 발전 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 압축공기 저장구조물(30)은 외부구조물(60) 내에서 격실구조프레임(63)으로 구분되는 다층의 격실구조에 병렬 분산형으로 고정설치되는 것을 특징으로 하는 신재생에너지를 이용한 압축공기 저장 발전 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 압축공기 저장구조물(30)은 고압 (100bar)을 견딜 수 있도록 강합성 또는 철근콘크리트 재료 등의 복합재료를 사용하는 것을 특징으로 하는 신재생에너지를 이용한 압축공기 저장 발전 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 공기압축기(20)에 의해 배출되는 고열의 압축공기의 열에너지를 축열기(24)로 전달하는 열교환기(22)가 상기 외부구조물(60)의 최상부 격실(62)에 추가로 설치되는 것을 특징으로 하는 신재생에너지를 이용한 압축공기 저장 발전 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 압축공기 저장구조물(30)로 저장되는 압축공기의 부피를 축소시켜 저장용량을 증가시키기 위한 냉각기(23)가 상기 외부구조물(60)의 최상부 격실(62)에 추가로 설치되는 것을 특징으로 하는 신재생에너지를 이용한 압축공기 저장 발전 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 압축공기 저장구조물(30)에 저장된 압축공기를 균일한 압력으로 추출하는 레귤레이터(31)가 상기 외부구조물(60)의 최상부 격실(62)에 추가로 설치되는 것을 특징으로 하는 신재생에너지를 이용한 압축공기 저장 발전 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 연결관(35), 압축공기 유입관(34) 또는 압축공기 유출관(36)에 설치되고 압축공기 저장구조물(30)에 저장되는 압축공기량에 따라 제어부(25)에 의해 그 개폐가 제어되는 유량조절밸브(37)가 추가로 구성되는 것을 특징으로 하는 신재생에너지를 이용한 압축공기 저장 발전 장치.
  9. 제 3 항에 있어서,
    상기 압축공기 저장구조물(30)의 다층 구조에서 압축공기의 압축공기 저장구조물(30)로의 유입과 압축공기 저장구조물(30)로부터의 유출은
    각 층별로 압축공기 저장구조물(30)이 병렬로 연통되어 있어 각 층별로 압축공기의 유입과 유출이 이루어지거나,
    모든 층의 압축공기 저장구조물(30)이 모두 병렬로 연통되어 유입과 유출이 각각 단일의 경로에 의해서만 이루어거나,
    각 층별로 또는 모든 층의 압축공기 저장구조물(30)이 병렬로 연통되어 있지만 각각의 압축공기 저장구조물(30)별로 압축공기의 유출이 이루어지는 것을 특징으로 하는 신재생에너지를 이용한 압축공기 저장 발전 장치.
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