KR20240015978A - 다층 수력 발전시스템 - Google Patents

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KR20240015978A
KR20240015978A KR1020220093935A KR20220093935A KR20240015978A KR 20240015978 A KR20240015978 A KR 20240015978A KR 1020220093935 A KR1020220093935 A KR 1020220093935A KR 20220093935 A KR20220093935 A KR 20220093935A KR 20240015978 A KR20240015978 A KR 20240015978A
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Abstract

다층 수력 발전시스템에 관한 발명이다. 본 발명의 다층 수력 발전시스템은 물을 가둬두는 물 저장 하우징; 상기 물 저장 하우징 내에 배치되는 복수 개의 단위 기구; 상기 단위 기구에 복수 개로 마련되되 제1 샤프트에 의해 회전하는 제1 터빈; 상기 제1 터빈에 이웃하게 배치되고 상기 제1 터빈이 회전하게 물을 공급하는 복수 개의 물 배관; 및 상기 제1 터빈에 각각 연결되되 상기 제1 터빈의 회전에너지를 이용해서 전기에너지로 발전하는 복수 개의 제1 발전기를 포함한다.

Description

다층 수력 발전시스템{HYDROELECTRIC POWER GENERATING SYSTEM}
본 발명은, 다층 수력 발전시스템에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는, 계곡이나 하천에서 수력으로 발전할 수 있음은 물론 수자원이 풍족하지 못한 곳에서도 효율적인 발전을 통해 전기 생산량을 높일 수 있으며, 특히 적은 에너지로 많은 전기를 연속적으로 생산할 수 있는, 다층 수력 발전시스템에 관한 것이다.
수력 발전장치는 도 1에 도시된 것처럼 수로(10)를 통해 높은 곳에 위치한 물의 낙차(落差)를 이용하여, 물의 위치에너지를 발전기 터빈(20)의 운동에너지로 변환시켜 전기를 얻는 발전 방식을 일컫는다.
물의 힘을 이용한 발전이라는 의미로, 흐르는 물에 의해 회전하는 터빈을 통해 발전기를 작동시킴으로써 전기를 얻는 방식을 가리킨다.
수력 발전은 운영하는 방식에 따라 여러 가지 종류로 나뉜다.
먼저 자연낙차 혹은 자연유량을 이용하는 방식을 수로식(水路式) 발전이라고 하는데, 이는 지형·계절·강우량 등의 영향을 많이 받는다. 이러한 점을 보완하여 발전량을 안정적으로 유지하고 낙차도 키우고자, 오늘날 수력발전은 대부분 댐의 건설을 통한 발전 방식을 취하고 있다.
경사가 급한 산지가 적고 강수의 계절적 편차가 큰 우리나라는 일반적으로 수력발전에 불리하다. 이에 따라, 이러한 자연조건을 극복하기 위한 방식들이 시도되고 있는데, 대표적으로 양수식(揚水式) 발전이 있다. 이는 전력 소비가 적은 야간에 남는 전력을 이용하여 댐의 하류로 흘려보낸 물을 펌프를 통해 다시 댐의 상류로 끌어올려 두었다가 낮에 다시 발전에 사용하는 방식이다. 또한 동고서저의 경동성 지형 특성을 이용한 방식인 유역변경식(流域變更式) 발전이 있는데, 이는 기존의 하천의 흐름을 낙차가 큰 방향으로 변경하여 발전소를 세우는 방법이다. 대표적으로 섬진강 수력발전소와 강릉 수력발전소가 있다.
수력발전은 자연 상태의 흐르는 물을 이용하여 전기를 얻기 때문에, 발전과정에서 공해가 발생하지 않고 발전에 필요한 원료비가 들지 않는다는 장점이 있다. 그러나 경제성을 갖기 위해서는 물의 낙차가 크고 유량이 풍부한 지역이어야 하는 까다로운 입지 조건이 요구되며, 초기 건설 비용이 많이 든다는 단점이 있다. 또한 발전 용량을 키우려면 대체로 대규모의 댐이 필요한데, 대규모의 댐 건설에 따르는 환경문제가 야기될 수 있다. 댐에 의해 새로 생기는 상류 쪽 호수에는 대규모의 수몰지역이 생겨나게 되며, 호수가 넓을 경우, 잦은 안개 발생 등 지역의 기후에도 영향을 끼친다. 또한 자연 상태 하천의 단절이라는 생태적 측면에서의 부작용이 발생하기도 한다.
한편, 댐과 같이 거대한 조건이 아닌 경우, 예컨대 하천의 경우에는 도 2와 같은 방식의 발전이 이루어지기도 한다. 그렇지만, 도 2와 같은 조건은 수자원이 풍족한 경우에 해당하는 것으로서 만약, 수자원이 풍족하지 못하면 발전이 어렵거나 설비 대비 발전량이 미비해 실효성이 떨어지는 문제점이 있다.
대한민국특허청 출원번호 제10-2007-0130635호 대한민국특허청 출원번호 제10-2010-0113567호 대한민국특허청 출원번호 제10-2012-0018489호 대한민국특허청 출원번호 제10-2015-0009467호
본 발명의 목적은, 계곡이나 하천에서 수력으로 발전할 수 있음은 물론 수자원이 풍족하지 못한 곳에서도 효율적인 발전을 통해 전기 생산량을 높일 수 있으며, 특히 적은 에너지로 많은 전기를 연속적으로 생산할 수 있는, 다층 수력 발전시스템을 제공하는 것이다.
상기 목적은, 물을 가둬두는 물 저장 하우징; 상기 물 저장 하우징 내에 배치되는 복수 개의 단위 기구; 상기 단위 기구에 복수 개로 마련되되 제1 샤프트에 의해 회전하는 제1 터빈; 상기 제1 터빈에 이웃하게 배치되고 상기 제1 터빈이 회전하게 물을 공급하는 복수 개의 물 배관; 및 상기 제1 터빈에 각각 연결되되 상기 제1 터빈의 회전에너지를 이용해서 전기에너지로 발전하는 복수 개의 제1 발전기를 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 수력 발전시스템에 의해 달성된다.
상기 물 저장 하우징이 높이 방향을 따라 다층으로 배열되며, 제일 하부의 물 저장 하우징에 마련되는 양수기; 및 일단부는 상기 양수기에 연결되고 타단부는 제일 상부의 물 저장 하우징에 배치되며, 하부의 물을 상부의 물 저장 하우징으로 순환시키는 순환 파이프를 더 포함할 수 있다.
상기 물 저장 하우징들 사이에 배치되되 상기 단위 기구를 거쳐 배수되는 배수관; 상기 배수관 내에 복수 개로 마련되되 제2 샤프트에 의해 회전하는 제2 터빈; 및 상기 제2 터빈에 각각 연결되되 상기 제2 터빈의 회전에너지를 이용해서 전기에너지로 발전하는 복수 개의 제2 발전기를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 터빈과 상기 제2 터빈의 작용으로 상기 제1 발전기와 상기 제2 발전기를 통해 발전이 이루어지게 컨트롤하는 한편, 일정 주기로 상기 양수기가 자동 동작하게 컨트롤하는 시스템 컨트롤러를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 계곡이나 하천에서 수력으로 발전할 수 있음은 물론 수자원이 풍족하지 못한 곳에서도 효율적인 발전을 통해 전기 생산량을 높일 수 있으며, 특히 적은 에너지로 많은 전기를 연속적으로 생산할 수 있는 효과가 있다.
도 1 및 도 2는 일반적인 수력 발전장치의 구조도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 수력 발전시스템의 전체 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 수력 발전시스템에서 기구 하우징과 단위 기구의 배치도이다.
도 5는 단위 기구의 상세도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 수력 발전시스템의 요부 예시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 수력 발전시스템의 시스템 블록도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 쉽게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
그러나 본 발명에 관한 설명은 구조적이나 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
예컨대, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있어서 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
본 명세서에서, 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하여지도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 그리고 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
따라서 몇몇 실시예에서, 잘 알려진 구성 요소, 잘 알려진 동작 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하려고 구체적으로 설명되지 않는다.
한편, 본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 사전적 의미에 제한되지 않으며, 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성 요소 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
여기서 사용되는 모든 용어는 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 같은 의미가 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 실시예의 설명 중 같은 구성에 대해서는 같은 참조부호를 부여하도록 하며, 때에 따라 같은 참조부호에 대한 설명은 생략하도록 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 수력 발전시스템의 전체 사시도, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 수력 발전시스템에서 기구 하우징과 단위 기구의 배치도, 도 5는 단위 기구의 상세도, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 수력 발전시스템의 요부 예시도, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 수력 발전시스템의 시스템 블록도이다.
이들 도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 다층 수력 발전시스템은 계곡이나 하천에서 수력으로 발전할 수 있음은 물론 수자원이 풍족하지 못한 곳에서도 효율적인 발전을 통해 전기 생산량을 높일 수 있으며, 특히 적은 에너지로 많은 전기를 연속적으로 생산할 수 있게끔 한다.
이러한 효과를 제공할 수 있는 본 실시예에 따른 다층 수력 발전시스템은 물을 가둬두는 물 저장 하우징(101)을 포함한다. 본 실시예에서 물 저장 하우징(101)이 높이 방향을 따라 다층으로 배열된다. 도면에는 4개 층의 물 저장 하우징(101)을 개시했지만, 물 저장 하우징(101)의 층수는 도시된 것보다 적을 수도 혹은 많을 수도 있다. 따라서, 도면의 형상에 본 발명의 권리범위가 제한되지 않는다.
물 저장 하우징(101) 내에 단위 기구(102)가 배치된다. 단위 기구(102)는 물 저장 하우징(101) 내에 복수 개로 배치된다. 도면에는 단위 기구(102)가 원통 형상으로 되어 있으며, 물 저장 하우징(101) 내에 8개 배치되는 것으로 도시했다. 하지만, 이의 개수에 본 발명의 권리범위가 제한되지 않는다.
단위 기구(102)에는 제1 샤프트(103)에 의해 회전하는 제1 터빈(104)이 마련된다. 제1 터빈(104)은 단위 기구(102)의 각 부에 복수 개로 적용된다.
그리고, 제1 터빈(104)에 이웃하게 물 배관(105)이 마련된다. 물 배관(105)은 제1 터빈(104)에 이웃하게 배치되되 제1 터빈(104)이 회전하게 물을 공급하는 수단이다. 따라서, 물 배관(105)과 제1 터빈(104)은 한 조합으로 이루어진다.
제1 터빈(104)에는 제1 발전기(106)가 연결된다. 즉 제1 발전기(106)는 제1 터빈(104)에 각각 연결되되 제1 터빈(104)의 회전에너지를 이용해서 전기에너지로 발전하는 수단이다.
제일 하부의 물 저장 하우징(101)에는 양수기(130)가 마련된다. 그리고, 양수기(130)에 순환 파이프(131)가 연결된다. 순환 파이프(131)는 그 일단부가 양수기(130)에 연결되고 타단부는 제일 상부의 물 저장 하우징(101)에 배치되며, 하부의 물을 상부의 물 저장 하우징(101)으로 순환시키는 라인을 이룬다.
물 저장 하우징(101)들 사이에는 단위 기구(102)를 거쳐 배수되는 배수관(110)이 마련된다.
그리고, 배수관(110) 내에 제2 샤프트(113)에 의해 회전하는 제2 터빈(114)이 마련된다. 제2 터빈(114)은 배수관(110)의 각 부에 복수 개로 적용된다.
제2 터빈(114)에는 제2 발전기(116)가 연결된다. 즉 제2 발전기(116)는 제2 터빈(114)에 각각 연결되되 제2 터빈(114)의 회전에너지를 이용해서 전기에너지로 발전하는 수단이다.
한편, 본 실시예에 따른 다층 수력 발전시스템에는 시스템의 컨트롤을 위해 시스템 컨트롤러(140)가 더 마련된다.
시스템 컨트롤러(140)는 제1 터빈(104)과 제2 터빈(114)의 작용으로 제1 발전기(106)와 제2 발전기(116)를 통해 발전이 이루어지게 컨트롤하는 한편, 일정 주기로 양수기(130)가 자동 동작하게 컨트롤한다.
이러한 역할을 수행하는 시스템 컨트롤러(140)는 중앙처리장치(141, CPU), 메모리(142, MEMORY), 그리고 서포트 회로(143, SUPPORT CIRCUIT)를 포함할 수 있다.
중앙처리장치(141)는 본 실시예에서 제1 터빈(104)과 제2 터빈(114)의 작용으로 제1 발전기(106)와 제2 발전기(116)를 통해 발전이 이루어지게 컨트롤하는 한편, 일정 주기로 양수기(130)가 자동 동작하게 컨트롤하기 위해서 산업적으로 적용될 수 있는 다양한 컴퓨터 프로세서들 중 하나일 수 있다.
메모리(142, MEMORY)는 중앙처리장치(141)와 연결된다. 메모리(142)는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체로서 로컬 또는 원격지에 설치될 수 있으며, 예를 들면 랜덤 액세스 메모리(RAM), ROM, 플로피 디스크, 하드 디스크 또는 임의의 디지털 저장 형태와 같이 쉽게 이용가능한 적어도 하나 이상의 메모리일 수 있다.
서포트 회로(143, SUPPORT CIRCUIT)는 중앙처리장치(141)와 결합되어 프로세서의 전형적인 동작을 지원한다. 이러한 서포트 회로(143)는 캐시, 파워 서플라이, 클록 회로, 입/출력 회로, 서브시스템 등을 포함할 수 있다.
본 실시예에서 시스템 컨트롤러(140)는 제1 터빈(104)과 제2 터빈(114)의 작용으로 제1 발전기(106)와 제2 발전기(116)를 통해 발전이 이루어지게 컨트롤하는 한편, 일정 주기로 양수기(130)가 자동 동작하게 컨트롤하는데, 이러한 일련의 컨트롤 프로세스 등은 메모리(142)에 저장될 수 있다. 전형적으로는 소프트웨어 루틴이 메모리(142)에 저장될 수 있다. 소프트웨어 루틴은 또한 다른 중앙처리장치(미도시)에 의해서 저장되거나 실행될 수 있다.
본 발명에 따른 프로세스는 소프트웨어 루틴에 의해 실행되는 것으로 설명하였지만, 본 발명의 프로세스들 중 적어도 일부는 하드웨어에 의해 수행되는 것도 가능하다.
이처럼, 본 발명의 프로세스들은 컴퓨터 시스템 상에서 수행되는 소프트웨어로 구현되거나 또는 집적 회로와 같은 하드웨어로 구현되거나 또는 소프트웨어와 하드웨어의 조합에 의해서 구현될 수 있다.
이하, 본 시스템의 작용을 설명한다.
물을 가둬두는 기구 하우징(101)의 내부에 또 다른 단위 기구(102)를 기구 하우징(101)의 크기와 물의 양에 따라 여러 개 설치하되 단위 기구(102)의 각 부에는 제1 샤프트(103)가 마련되고 제1 샤프트(103)에는 여러 개의 제1 터빈(104)이 배치되며, 제1 터빈(104)들이 회전할 수 있게 제1 터빈(104)의 방향에 맞게 물 배관(105)이 마련된다. 제1 터빈(104)마다 제1 발전기(106)가 연결되어 발전한다.
또한, 단위 기구(102) 하부의 배수관(110)에 물의 흐르는 방향에 맞게 역시 여러 개의 제2 터빈(114)이 형성되어 있고 해당 제2 터빈(114)에 제2 발전기(116)가 연결되어 발전한다.
이러한 수발전구조가 층층이 여러 층으로 구성되어 있으며, 제일 하부의 물을 가둬두는 기구 하우징(101)에 양수기(130)를 설치해서 그 물을 제일 상부의 물을 가둬두는 기구 하우징(101)으로 올려 그 물의 중력으로 층층이 내려오면서 발전하게 된다. 따라서, 물의 양이 적어도 충분한 발전이 이루어질 수 있다.
이에 대해 좀 더 부연하면, 제일 하부의 물을 가둬두는 기구 하우징(101)에 양수기(107)를 설치해서 그 물을 제일 상부의 물을 가둬두는 기구 하우징(101)으로 올리되 물 배관(105)으로 물이 흘러 낙차의 힘으로 단위 기구(102) 내에 설치된 제1 터빈(104)을 회전시켜 발전할 수 있다.
물 배관(105)에서 내려온 물을 다시 이용하여 하부의 배수관(110)에 설치된 여러 개의 제2 터빈(114)을 회전시켜 발전할 수 있다.
이상 설명한 바와 같은 구조를 기반으로 작용을 하는 본 실시예에 따르면, 계곡이나 하천에서 수력으로 발전할 수 있음은 물론 수자원이 풍족하지 못한 곳에서도 효율적인 발전을 통해 전기 생산량을 높일 수 있으며, 특히 적은 에너지로 많은 전기를 연속적으로 생산할 수 있게 된다.
이처럼 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 청구범위에 속한다고 하여야 할 것이다.
101 : 물 저장 하우징 102 : 단위 기구
103 : 제1 샤프트 104 : 제1 터빈
105 : 물 배관 106 : 제1 발전기
110 : 배수관 113 : 제2 샤프트
114 : 제2 터빈 116 : 제2 발전기
130 : 양수기 131 : 순환 파이프
140 : 시스템 컨트롤러

Claims (4)

  1. 물을 가둬두는 물 저장 하우징;
    상기 물 저장 하우징 내에 배치되는 복수 개의 단위 기구;
    상기 단위 기구에 복수 개로 마련되되 제1 샤프트에 의해 회전하는 제1 터빈;
    상기 제1 터빈에 이웃하게 배치되고 상기 제1 터빈이 회전하게 물을 공급하는 복수 개의 물 배관; 및
    상기 제1 터빈에 각각 연결되되 상기 제1 터빈의 회전에너지를 이용해서 전기에너지로 발전하는 복수 개의 제1 발전기를 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 수력 발전시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 물 저장 하우징이 높이 방향을 따라 다층으로 배열되며,
    제일 하부의 물 저장 하우징에 마련되는 양수기; 및
    일단부는 상기 양수기에 연결되고 타단부는 제일 상부의 물 저장 하우징에 배치되며, 하부의 물을 상부의 물 저장 하우징으로 순환시키는 순환 파이프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 수력 발전시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 물 저장 하우징들 사이에 배치되되 상기 단위 기구를 거쳐 배수되는 배수관;
    상기 배수관 내에 복수 개로 마련되되 제2 샤프트에 의해 회전하는 제2 터빈; 및
    상기 제2 터빈에 각각 연결되되 상기 제2 터빈의 회전에너지를 이용해서 전기에너지로 발전하는 복수 개의 제2 발전기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 수력 발전시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 터빈과 상기 제2 터빈의 작용으로 상기 제1 발전기와 상기 제2 발전기를 통해 발전이 이루어지게 컨트롤하는 한편, 일정 주기로 상기 양수기가 자동 동작하게 컨트롤하는 시스템 컨트롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 수력 발전시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20100113567A (ko) 2008-01-15 2010-10-21 와이어쓰 엘엘씨 3Ｈ-[1,2,3]트라이아졸로[4,5-Ｄ]피리미딘 화합물, ｍＴＯＲ 카이네이즈 및 ＰＩ3 카이네이즈 억제제로서의 이의 용도 및 합성
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KR20150009467A (ko) 2013-07-15 2015-01-26 주식회사 케이티 스케일러블 비디오 신호 인코딩/디코딩 방법 및 장치

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