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[한국해양과학기술원] 조류 발전용 발전 장치

최고관리자　 0 Comments　 1 Views　 20-11-10 15:46　 기계

다중 반복승강식 발전장치

보유기관 및 연구자 : 한국해양과학기술원 연안개발연구센터 고진환

상담신청 기술문의

TRL09
사업화
- 본격적인 양산 및 사업화 단계
TRL08
시작품 인증/
표준화
- 일부 시제품의 인증 및 인허가 취득 단계
  - 조선 기자재의 경우 선급기관 인증, 의약품의 경우 식약청의 품목 허가 등
TRL07
Pilot 단계 시작품
신뢰성 평가
- 시작품의 신뢰성 평가
- 실제 환경(수요기업)에서 성능 검증이 이루어지는 단계
TRL06
Pilot 단계 시작품
성능 평가
- 경제성(생산성)을 고려한, 파일로트 규모의 시작품 제작 및 평가
- 시작품 성능평가
TRL05
시제품 제작/
성능평가
- 개발한 부품/시스템의 시작품(Prototype) 제작 및 성능 평가
- 경제성(생산성)을 고려하지 않고, 우수한 시작품을 1개~수개 미만으로 개발
TRL04
연구실 규모의
부품/시스템 성능평가
- 연구실 규모의 부품/시스템 성능 평가가 완료된 단계
- 실용화를 위한 핵심요소기술 확보
TRL03
연구실 규모의
성능 검증
- 연구실/실험실 규모의 환경에서 기본 성능이 검증될 수 있는 단계
- 개발하려는 시스템/부품의 기본 설계도면을 확보하는 단계
- 모델링/설계기술 확보
TRL02
실용 목적의 아이디어/
특허 등 개념 정립
- 실용 목적의 아이디어, 특허 등 개념 정립
TRL01
기초 이론/
실험
- 연구과제 탐색 및 기회 발굴 단계

기술개요: · 본 기술은 수평 유동하는 유체 내에서 반복적으로 승강하는 부재를 이용한 조류 발전 장치에 관한 기술임

· 조류 발전 방식에는 조류에 의해 한 방향으로 회전하는 임펠러(impeller)를 이용하는 방식, 조류에 의해 상하로 왕복하는 날개(wing) 형상의 승강부재를 이용하는 방식 등이 존재함

· 본 발명은 승강 부재를 이용하는 조류 발전 장치에 관한 것으로서, 승강 부재의 왕복 운동을 단방향 회전 운동으로 변환하기 위한 간단한 구조를 갖는 점에 특징이 있음

기술의 필요성: · 전력 생산을 위한 기존의 발전은 화력 발전 및 원자력 발전이 큰 비중을 차지하였나, 화력 발전은 화석 연료의 고갈 및 환경 오염 문제, 원자력 발전은 사고시 방사능 물질 유출에 의한 치명적 결과를 초래할 수 있다는 단점이 존재함

· 차세대 친환경 발전의 한 종류로서, 조류 발전은 자연적인 조류(tidal stream)를 이용하므로 댐 시설이 필요하지 않으며, 어류의 이동을 방해하지 않는 등 주변 환경에 대한 영향이 거의 없는 청정 발전이라 할 수 있고, 특히 조력이라는 무한한 자원을 이용할 수 있다는 점에서 주목해야 할 발전 방식임

· 특히, 조류 발전 장치의 승강부재와 관련된 본 기술은 조류 발전에 반드시 필요한 핵심 기술이라 할 수 있음

기술적 유용성: · 본 기술 주제와 관련하여 에너지기술평가원의 연구 과제 진행된 바 있으며, 울돌목에서 실증 실험을 진행 완료한 바 있음

· 유속 2m/s 조건에서 한쌍의 포일로 6.4kW 얻었으며. 두쌍 포일인 경우 10kW 이상 출력 만족이 가능할 것으로 판단됨 (통수단면적 3.24m2, 효율 26% 이상은 달성)

· 아울러, 본 기술과 관련하여, 조류-양수 하이브리드 발전에 관한 후속 연구가 진행되고 있음

[조류 발전 장치의 개략적인 사시도]

기술의 특징: · 수평 유동하는 유체를 이용하여 전력을 생산하는 발전 장치로서, 직선 왕복 운동을 양방향 회전 운동으로 변환하여 전달하는 제1 변환 유닛(200) 양방향 회전 운동을 일방향 회전 운동으로 변환하여 출력하는 제2 변환 유닛(300)을 포함

· 제2 변환 유닛은, 제1 샤프트에 장착되며 상기 제1 변환 유닛에 의해 양방향으로 구동되는 제1 및 2 양방향 회전 기어(310, 320), 제1 샤프트에 평행한 제 2 샤프트에 장착된 제1 및 2 아이들러 기어(330, 440), 제2 샤프트에 평행하며 일방향 회전 운동을 출력하는 제3 샤프트에 장착된 제1 및 2 출력 기어(350, 360) 및 제3 샤프트와 제1 및 2 출력 기어 사이에 각각 구비됨

· 제1 방향의 회전력은 제3 샤프트에 전달하되 제2 방향의 회전력은 제3 샤프트에 전달하지 않는 제1 및 2 단방향 클러치 부재(370, 380)를 포함

[본 발명의 일 실시예에 따른 다중 반복승강식 발전장치의 전체사시도]

기술의 우수성: · 본 발명은 승강 부재를 이용하는 조류 발전 장치에 있어서 승강 부재의 왕복 운동을 비교적 간단한 구조를 통해 단방향의 회전 운동으로 변환 가능한 조류 발전 장치를 제공하는 점에 특장점이 있음

· 즉, 제1 및 2 출력 기어에 결합된 제1 및 2 단방향 클러치 부재(370, 380)가 시계 방향(또는 다른 실시예에서 반시계 방향일 수도 있음)의 회전력 만을 전달하므로, 6개의 기어(310,320,330,340,350,360)와 2개의 단방향 클러치 부재(370,380)로 구성되는 비교적 간단한 구성을 통해, 양방향 회전 운동을 단방향 회전 운동으로 변환 가능함

경쟁동향: · 국외의 조류발전 기술개발은 영국을 중심으로 미국, 캐나다, 노르웨이, 네덜란드, 호주 등에서 활발하게 수행하고 있는데, 영국의 EMEC 실증센터와 캐나다의 FORCE 실증센터에서 다양한 종류의 조류발전 시스템과 계통연계 실험을 수행하고 있음

· 우리나라도 선진국의 기술수준(조류발전 시스템 효율 약 26%, 수차 효율 약 36%)에 도달한 것으로 판단되며, 이를 기술성숙도 측면으로 검토해 보면 기술성숙도 7단계에 해당됨

· 한편, 조류발전 시스템이 상용화 단계에 도달하려면 GWh 규모의 전력을 생산, 수년 간 검증을 통해 경제성을 확보하여야 하는데, 고가의 조류발전 구조물 및 발전시스템 비용 등으로 인해 원자력, 화력 등 상용 발전원에 비해 아직까지 경제성 측면의 개선이 필요함

시장 동향 및 전망: · 우리나라의 에너지 밸런스 흐름도에 따르면 1차에너지 기준 95.5%를 수입에 의존하고 있으며, 금액으로는 93.2억불에 해당함. 자급하고 있는 에너지원으로는 LNG, 무연탄, 수력 및 신 재생에너지가 있음

· 이 중 우리나라 신 재생에너지 원 별 생산량 비중은 2013년 기준, 폐기물(65.8%), 바이오(15.8%), 수력(9.0%), 태양광(3.5%), 풍력(2.5%), 연료전지(1.2%), 해양(1.0%), 지열(0.9%), 태양열(0.5%) 등으로 상당 부분이 폐기물에서 얻고 있는 실정이나, 실제 신 재생 에너지 자급률이 높은 국가일수록 태양광, 풍력 등 자연에너지의 비중이 높으므로 우리나라 역시 자연에너지의 비중을 높일 필요가 있는 상황임