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[한국해양과학기술원] 저수심 수력발전용 듀얼터빈 조립체

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

저수심 수력발전용 듀얼터빈 조립체

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 저수심 수력발전용 듀얼터빈 조립체에 관한 것으로, 수심 20 미터 이내의 바다, 하천 또는 인공수로에 설치되어 유체의 유동에너지를 발전가능한 기계적 회전력으로 변환하도록 이루어지는 저수심 수력발전용 듀얼터빈 조립체에 관한 것임

· 자세하게는, 서로 반대 방향으로 회전하는 한 쌍의 터빈을 수심 20m 이내의 바다, 하천, 또는 인공수로에 설치하여 효율이 보다 향상되고 터빈 간 성능이 유사하게 유지되도록 하는 저수심 수력발전용 듀얼터빈 조립체에 관한 기술임

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

· 이를 극복하기 위해 차세대 친환경 발전이 각광 받고 있으며, 태양열, 풍력, 수력에너지 등의 대체 에너지 활용에 대한 연구가 활발히 수행 중임

· 이의 한 종류로서, 수력 발전은 물의 유동 에너지를 기계적 회전력으로 변환하여 발전하는 발전 방식이며, 특히 저수심 수력발전은 수심 20m 이내의 바다, 하천이나 인공수로(방수로, 농수로 등)에 수차 터빈을 설치하여 발전하는 형태로서, 본 기술은 유량 및 수심이 가변하는 저수심 환경에서도 고출력, 고효율을 달성할 수 있는 듀얼터빈 조립체에 관한 기술인 점에서 활용가치가 높다고 판단됨

기술적 유용성: · 저수심에서는 물이 프로펠러의 원주 방향에서 일정한 유량으로 공급되어야 하는 프로펠러형 터빈에는 적용하기 어려움

· 부유부재 방식도 유량 및 수심의 변화에 따라 부유부재가 일정한 위치 및 방향을 유지할 수 없는 문제점이 존재하는 점에서, 본 듀얼터빈 조립체 기술이 유용하게 활용될 수 있음

기술의 특징: · 유체의 흐름에 의해 회전하는 제1 수직축 터빈 및 상기 제1 수직축 터빈과 수평방향으로 이격되고, 유체의 흐름에 의해 상기 제1 수직축 터빈(10)과 반대방향으로 회전하는 제2 수직축 터빈(20)을 포함

· 유체의 X방향 흐름시 조류에 의한 유체 동력에 의해 회전되어 터빈 회전축의 바깥쪽을 막는 제3 포일(F3), 조류에 의한 유체 동력에 의해 회전되어 터빈의 회전축 사이를 막는 제 4 포일(F4)을 구비

· 터빈의 회전력을 발전기의 회전축으로 전달하는 회전력전달유닛(40)은, 제1 수직축 터빈의 회전력을 발전기의 회전축으로 전달하는 제1 전달유닛(41) 및 제2 수직축 터빈의 회전력을 발전기의 회전축으로 전달하는 제2 전달유닛(42)을 포함

[저수심 수력발전용 듀얼터빈 조립체의 사시도]

기술의 우수성: · 본 발명은 서로 반대방향으로 회전하는 한 쌍의 터빈을 수심 20m 이내의 바다, 하천 또는 인공수로에 설치하여 효율이 보다 향상되고 터빈 간 성능이 유사하게 유지되도록 이루어지는 저수심 수력발전용 듀얼터빈 조립체를 제공함

· 서로 반대방향으로 회전하는 한 쌍의 터빈이 최종 동력축을 서로 공유하므로 보다 간결한 구조로 목적하는 효과를 달성할 수 있음

· 유체의 흐름방향이 역전되더라도 발전기가 높은 출력을 유지할 수 있도록 유체의 흐름이 자동으로 변경되도록 제1 ~ 제4 포일을 구비하는 점에서 우수한 기술임

[저수심 수력발전용 듀얼터빈 조립체의 사용 상태를 나타내는 횡단면도]

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

· 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 재생에너지 자급률이 높은 국가일수록 태양광, 풍력 등 자연에너지의 비중이 높으므로 우리나라 역시 자연에너지의 비중을 높일 필요가 있는 상황임

[국내 에너지밸런스 흐름도]

관련 논문: · 유연성이 진동식 조류발전기에 미치는 영향

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