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KR102375024B1 - 파력 펌프 보조형 해수 양수발전 시스템 - Google Patents

파력 펌프 보조형 해수 양수발전 시스템 Download PDF

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KR102375024B1
KR102375024B1 KR1020200160292A KR20200160292A KR102375024B1 KR 102375024 B1 KR102375024 B1 KR 102375024B1 KR 1020200160292 A KR1020200160292 A KR 1020200160292A KR 20200160292 A KR20200160292 A KR 20200160292A KR 102375024 B1 KR102375024 B1 KR 102375024B1
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KR
South Korea
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seawater
storage tank
tank
pipe
pump
Prior art date
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Active
Application number
KR1020200160292A
Other languages
English (en)
Inventor
김지영
우상균
이철희
한관우
Original Assignee
한국전력공사
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 한국전력공사 filed Critical 한국전력공사
Priority to KR1020200160292A priority Critical patent/KR102375024B1/ko
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Abstract

본 발명의 파력 펌프 보조형 해수 양수발전 시스템은, 해저면에 설치되는 해수 저장조와, 상기 해수 저장조의 일측에 설치되어 상기 해수 저장조의 내외부로 해수가 유출입하도록 안내하는 해수 유출입 관로와, 상기 해수 유출입 관로의 상부 일측에 설치되어 양수 시 상기 해수 저장조 내부 해수가 상기 해수 유출입 관로를 통해 유출되거나 발전 시 해수가 상기 해수 유출입 관로를 통해 상기 해수 저장조 내부로 유입되도록 펌프 수차를 구비한 발전기와, 상기 해수 저장조의 상부 일측에 설치되어 상기 해수 저장조 내부가 통기되는 공기 유출입 통기관과, 상기 해수 저장조의 내부와 통로가 연결되고 부력에 의해 떠있는 상태로 파력에 의해 가동될 때 상기 해수 저장조 내부의 해수를 수시로 배출시키는 파력 펌프를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

파력 펌프 보조형 해수 양수발전 시스템{Sea water pumped hydro power system with wave pump}
본 발명은 파력 펌프 보조형 해수 양수발전 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 해양 수중 공간을 활용하여 해수의 유입 및 배출 과정을 통해 전력을 저장하였다가 원하는 시간에 사용하기 위한 파력 펌프 보조형 해수 양수발전 시스템에 관한 것이다.
대규모의 전력 에너지저장을 위해서 기존에 활용 중인 기술로 양수발전 기술이 있다. 양수발전은 육지에서 산과 강의 낙차를 이용하여 강의 물을 산 정상의 상류 저수지에 양수 저장하였다가 필요 시 방류하여 발전하는 수력발전식 저장 기술로 개발 입지에 한계가 있어 해양공간에 양수발전을 적용하기 위한 기술이 제시되고 있다.
기존의 해수를 이용하는 양수발전으로 해안가 고지대에 저류지를 만들어 해수를 양수하여 저장하는 양수발전 개념이 제시된 바 있으나, 이 역시 적용 가능한 입지가 제한적이며 주변에 미치는 환경영향이 크기 때문에 실용화에 어려움이 있다.
유럽 등에서는 해저지반에 자중으로 안착시키는 중력식 콘크리트 구체 구조물에 해수의 유입 및 배출을 통해 전력을 저장하는 개념을 제시한 바 있으나, 수심 500 m 이상의 대수심 지역에서 효용성이 있어 국내에서는 서해 및 남해에서 대규모 개발이 예상되는 해상풍력단지와 연계할 수 있는 천해형 해수 양수발전 기술이 필요하다.
최근 대규모 해상풍력 및 수상태양광 등의 개발이 활발하게 추진되고 있어, 해양에서의 대규모 재생에너지단지 연계형 에너지저장 기술의 수요가 커지고 있다.
따라서 실용적인 해양 에너지저장 기술의 마련이 필요한 실정이다.
대한민국 등록특허공보 제10-0564330호(2006.03.20.)
본 발명은 대규모 재생에너지의 안정적 공급을 위하여 대용량 에너지저장 기술이 필요하므로 입지 제약이 상대적으로 작은 해양공간을 활용한 에너지저장 기술의 확보를 위하여 대부분의 근해 영역에 용이하게 적용이 가능한 해수 양수발전 시스템을 마련하고자, 조위차와 파랑을 이용하여 양수발전 효율을 향상시킬 수 있는 파력 펌프 보조형 해수 양수발전 시스템을 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 파력 펌프 보조형 해수 양수발전 시스템은, 해저면에 설치되는 해수 저장조와, 상기 해수 저장조의 일측에 설치되어 상기 해수 저장조의 내외부로 해수가 유출입하도록 안내하는 해수 유출입 관로와, 상기 해수 유출입 관로의 상부 일측에 설치되어 양수 시 상기 해수 저장조 내부 해수가 상기 해수 유출입 관로를 통해 유출되거나 발전 시 해수가 상기 해수 유출입 관로를 통해 상기 해수 저장조 내부로 유입되도록 펌프 수차를 구비한 발전기와, 상기 해수 저장조의 상부 일측에 설치되어 상기 해수 저장조 내부가 통기되는 공기 유출입 통기관과, 상기 해수 저장조의 내부와 통로가 연결되고 부력에 의해 떠있는 상태로 파력에 의해 가동될 때 상기 해수 저장조 내부의 해수를 수시로 배출시키는 파력 펌프를 포함하되,
상기 파력 펌프는, 상기 해수 저장조의 측면 일측 외부에서 상기 해수 저장조 내부의 바닥까지 인접하도록 관통하는 수로관과, 측면 하부 일측에 상기 수로관의 상단이 연결되고 측면 하부 타측에 탱크 배출관이 연결되도록 해수면 아래에 떠있는 실린더 탱크와, 상기 실린더 탱크의 상면 중앙을 관통하여 하부가 상기 실린더 탱크 안에서 왕복 운동하는 피스톤과, 상기 피스톤의 상단에 연결되어 해수면의 파고 높이차에 의해 상하 이동하면서 상기 피스톤을 상하 왕복 운동시키는 부력체로 구성되고,
상기 수로관의 상부 끝단과 상기 탱크 배출관은 상기 실린더 탱크의 양 측면을 각각 관통하여 상기 실린더 탱크 내부에서 일정 간격을 유지하면서 동일한 높이로 수평되게 배치되는 것을 특징으로 한다.
다른 실시예로서, 본 발명의 해수 유출입 관로는, 일측 개구단이 상기 해수 저장조 내부 바닥과 인접하도록 하부를 향해 설치되고, 타측 개구단이 상기 해수 저장조 외부에 대해 해저면으로부터 일정 높이에 위치하도록 하부를 향해 설치되고, 상부 유턴부 중앙 내외부에 상기 펌프 수차와 상기 발전기가 설치되는 것을 특징으로 한다.
다른 실시예로서, 본 발명의 공기 유출입 통기관의 상부 일측에는 상기 공기 유출입 통기관의 통로 개폐하는 밸브가 설치되는 것을 특징으로 한다.
삭제
다른 실시예로서, 본 발명의 수로관의 상부는 상기 실린더 탱크의 하부 측면 일측을 관통하여 실린더 탱크 내부로 돌출되고, 상기 수로관의 상부 끝단에는 상기 피스톤의 상승 시 상기 수로관의 통로를 개방하고 피스톤이 하강 시 수로관의 통로를 폐쇄하는 제1 수문이 설치되는 것을 특징으로 한다.
다른 실시예로서, 본 발명의 탱크 배출관은 상기 실린더 탱크 하부 측면 타측을 관통하여 외부로 돌출되고, 상기 탱크 배출관의 외부로 돌출된 끝단에는 상기 피스톤의 상승 시 상기 탱크 배출관의 통로를 개방하고 피스톤이 하강 시 탱크 배출관의 통로를 폐쇄하는 제2 수문이 설치되는 것을 특징으로 한다.
삭제
다른 실시예로서, 본 발명의 제1 수문과 제2 수문은 상부 힌지점을 중심으로 한쪽 방향으로만 상하 개폐되는 여닫이식인 것을 특징으로 한다.
다른 실시예로서, 본 발명의 파력 펌프는 고저조위 변화에도 상기 부력체가 해수면에 위치하도록 상기 실린더 탱크 외부 바닥 중앙과 해수 저장조의 측면 일측을 연결하는 연결와이어가 설치되는 것을 특징으로 한다.
다른 실시예로서, 본 발명의 실린더 탱크 상부 외측면에는 상기 실린더 탱크가 해수면 아래에 수평을 유지하면서 떠있도록 밸런스를 잡아주는 부력 저항 날개가 설치되는 것을 특징으로 한다.
다른 실시예로서, 본 발명의 피스톤은, 상기 부력체가 상단에 연결되는 피스톤로드와, 상기 피스톤로드의 하단에 연결되어 상기 실린더 탱크 내벽을 타고 상하 왕복 운동하는 피스톤헤드로 구성된 것을 특징으로 한다.
다른 실시예로서, 본 발명의 해수 저장조의 상면 일측에는 풍력발전장치와 태양광발전장치가 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 파력 펌프 보조형 해수 양수발전 시스템은 변동성 재생에너지 발전원의 증가에 따라 전력공급 안정화를 위한 대용량 에너지저장 설비가 필요하며, 해수 양수발전 시스템을 통해 대책 마련이 가능하다. 기존 육상 양수발전의 입지한계에 의한 신규 건설 어려움을 해수 양수발전을 통해 극복할 수 있다. 국가의 신재생에너지 보급 정책에 따라 향후 대규모 해상풍력단지가 지속적으로 건설됨에 따라 본 발명에서 제시하는 해수 양수발전 시스템을 해상풍력단지에 인접하여 연계 구축함으로써 육해상 구간의 전력계통 보강 대책문제를 동시에 해결할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 파력 펌프 보조형 해수 양수발전 시스템을 이용한 양수 시 구성도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 파력 펌프 보조형 해수 양수발전 시스템을 이용한 발전 시 구성도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 파력 펌프의 작동 원리를 설명하기 위한 구성도,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 해양 재생에너지 복합 플랫폼을 설명하기 위한 구성도이다.
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 구성은 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 파력 펌프 보조형 해수 양수발전 시스템을 이용한 양수 시 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 파력 펌프 보조형 해수 양수발전 시스템을 이용한 발전 시 구성도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 파력 펌프의 작동 원리를 설명하기 위한 구성도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 파력 펌프 보조형 해수 양수발전 시스템은, 해저면에 설치되는 해수 저장조(10)와, 상기 해수 저장조(10)의 일측에 설치되어 상기 해수 저장조(10)의 내외부로 해수가 유출입하도록 안내하는 해수 유출입 관로(20)와, 상기 해수 유출입 관로(20)의 상부 일측에 설치되어 양수 시 상기 해수 저장조(10) 내부 해수가 상기 해수 유출입 관로(20)를 통해 유출되거나 발전 시 해수가 상기 해수 유출입 관로(20)를 통해 상기 해수 저장조(10) 내부로 유입되도록 펌프 수차(32)를 구비한 발전기(30)와, 상기 해수 저장조(10)의 상부 일측에 설치되어 상기 해수 저장조(10) 내부가 통기되는 공기 유출입 통기관(40)과, 상기 해수 저장조(10)의 내부와 통로가 연결되고 부력에 의해 떠있는 상태로 파력에 의해 가동될 때 상기 해수 저장조(10) 내부의 해수를 수시로 배출시키는 파력 펌프(50)를 포함하여 이루어져 있다.
즉, 상기 해수 저장조(10)는 원형의 콘크리트 또는 강구조물로 제작되어 해저면에 설치되는 것으로서, 필요로 하는 에너지저장 용량에 따라 해수 저장조(10)의 크기가 결정된다.
상기 해수 유출입 관로(20)는 원형관 또는 직사각형관 형태로 제작되는 것으로서, 설치 대상위치의 수위변화 범위를 고려하여 해수 유출입 관로(20)의 길이를 결정하며, 저장 용량과 상기 펌프 수차(32) 및 발전기(30) 용량에 따라 해수 유출입 관로(20)의 크기와 수량을 결정하고 다수의 해수 유출입 관로(20)를 병렬로 구성할 수도 있다.
상기 해수 유출입 관로(20)는 역유(U)자 형태로 이루어진 것으로서, 일측 개구단(22)이 상기 해수 저장조(10) 내부 바닥과 인접하도록 하부를 향해 설치되고, 타측 개구단(24)이 상기 해수 저장조(10) 외부에 대해 해저면으로부터 일정 높이에 위치하도록 하부를 향해 설치되며, 상부 유턴부(26) 중앙 내외부에 상기 펌프 수차(32)와 발전기(30)가 설치되어 있다.
상기 공기 유출입 통기관(40)은 상기 해수 저장조(10) 내외부로 해수가 원활하게 유입 및 배출이 될 수 있도록 적정 크기의 공기 유출입가 형성되고, 상부 일측에 공기 유출입 통기관(40)의 통로 개폐하는 밸브(42)가 설치되는 것이 바람직하다.
상기 파력 펌프(50)는, 상기 해수 저장조(10)의 측면 일측 외부에서 해수 저장조(10) 내부의 바닥까지 인접하도록 관통하는 수로관(51)과, 측면 하부 일측에 상기 수로관(51)의 상단이 연결되고 측면 하부 타측에 탱크 배출관(52)이 연결되도록 해수면 아래에 떠있는 실린더 탱크(53)와, 상기 실린더 탱크(53)의 상면 중앙을 관통하여 하부가 상기 실린더 탱크(53) 안에서 왕복 운동하는 피스톤(54)과, 상기 피스톤(54)의 상단에 연결되어 해수면의 파고 높이차에 의해 상하 이동하면서 상기 피스톤(54)을 상하 왕복 운동시키는 부력체(55)로 구성되어 있다.
이때, 상기 파력 펌프(50)는 고저조위 변화에도 상기 부력체(55)가 해수면에 위치하도록 상기 실린더 탱크(53) 외부 바닥 중앙과 해수 저장조(10)의 측면 일측을 연결하는 연결와이어(56)가 설치되어 있다.
상기 수로관(51)의 상부 끝단은 상기 실린더 탱크(53)의 하부 측면 일측을 관통하여 실린더 탱크(53) 내부로 돌출되고, 상기 상부 끝단에는 상기 피스톤(54)의 상승 시 상기 수로관(51)의 통로를 개방하고 피스톤(54)이 하강 시 수로관(51)의 통로를 폐쇄하는 제1 수문(51a)이 설치되어 있다.
상기 탱크 배출관(52)은 상기 실린더 탱크(53) 하부 측면 타측을 관통하여 상기 실린더 탱크(53) 외부로 돌출되고, 상기 외부로 돌출된 끝단에는 상기 피스톤(54)의 상승 시 상기 탱크 배출관(52)의 통로를 개방하고 피스톤(54)이 하강 시 탱크 배출관(52)의 통로를 폐쇄하는 제2 수문(52a)이 설치되어 있다.
상기 수로관(51)의 상부 끝단과 상기 탱크 배출관(52)은 상기 실린더 탱크(53)의 양 측면을 각각 관통하여 상기 실린더 탱크(53) 내부에서 일정 간격을 유지하면서 동일한 높이로 수평되게 배치되는 것이 바람직하다.
상기 제1 수문(51a)과 제2 수문(52a)은 상부 힌지점을 중심으로 한쪽 방향으로만 상하 개폐되는 여닫이식으로 구성하는 것이 바람직하다.
상기 실린더 탱크(53) 상부 외측면에는 실린더 탱크(53)가 해수면 아래에 수평을 유지하면서 떠있도록 밸런스를 잡아주는 부력 저항 날개(53a)가 설치되어 있다.
상기 피스톤(54)은 상단에 상기 부력체(55)가 연결되는 피스톤로드(54a)와, 상기 피스톤로드(54a)의 하단에 연결되어 상기 실린더 탱크(53) 내벽을 타고 상하 왕복 운동하는 피스톤헤드(54b)로 구성되어 있다.
이와 같이 구성된 본 발명은 도 1과 같은 양수 시의 운전 방식에 따라 잉여전력이 발생하여 저장이 필요한 경우, 잉여전력을 이용하여 펌프 수차(32)를 가동하면 해수 저장조(10) 내부의 해수가 해수 유출입 관로(20)를 따라 해수 저장조(10) 외부로 배출하여 비워둔다.
그리고, 해수 저장조(10) 내 해수의 배출이 완료되면 수로관(51)의 제1 수문(51a)과 탱크 배출관(52)의 제2 수문(52a) 및 공기 유출입 통기관(40)의 밸브(42)를 닫아 필요 시까지 비워진 해수 저장조(10)를 유지한다.
즉, 양수 시 저조위 시점을 이용하여 해수 저장조(10) 내외부 수위차가 작을 때 양수를 하여 양수에 소모되는 전력을 줄일 수 있다.
그러나, 전력생산이 필요한 때에는 도 2와 같이 수로관(51)의 제1 수문(51a)과 탱크 배출관(52)의 제2 수문(52a) 및 공기 유출입 통기관(40)의 밸브(42)를 개방하고 해수 저장조(10) 내외부의 수위차에 의하여 외부에서 내부로 유입되는 유량을 이용하여 펌프 수차(32) 및 발전기(30)를 가동하고 전력을 생산한다.
이때, 해수 유출입 관로(20) 내에 해수가 채워져 있지 않은 경우 해수 저장조(10) 외부의 해수가 내부로 유입될 수 있도록 초기 기동을 위해 펌프 수차(32)를 취수 모드로 일시적으로 가동할 필요가 있으며, 해수 유출입 관로(20)가 만관되어 사이폰 효과에 의해 유입이 시작되면 발전 모드로 운전한다. 수위차가 클수록 발전 효율이 높기 때문에 고조위 시점을 이용하면 유리하며, 발전이 가능한 해수 저장조(10) 내외부의 수위차 범위 내에서 충분히 전력을 생산한다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 파력 펌프(50)를 함께 이용하면 양수 시 소모전력을 줄이고, 발전 시 수위차를 확대하여 발전량을 증가시킴으로써 전체 양수발전 효율을 향상할 수 있다.
즉, 파력 펌프(50) 적용 시 최적 용량과 수량은 효율 증가에 따른 이득과 제반 비용을 고려하여 결정한다. 이와 같이 파력 펌프(50)는 해수 저장조(10) 내부의 해수를 수시로 양수하여 배출시키는 역할을 하며, 해수면에 위치하는 부력체(55)가 파도의 상하 움직임에 따라 피스톤(54)을 상하 왕복 운동하도록 하는 역할을 하여 양수 파력 펌프(50)로 작동을 한다.
이때, 파력 펌프(50)는 도 3에 표시된 바와 같이, 부력체(55), 피스톤(54), 실린더 탱크(53), 부력 저항 날개(53a), 한쪽 방향으로만 개폐되는 수로관(51)의 제1 수문(51a)과 탱크 배출관(52)의 제2 수문(52a)으로 구성되어 있기 때문에 고저조위 변화에도 부력체(55)가 해수면에 위치할 수 있도록 유연한 연결와이어(56)에 의해 해수 저장조(10)와 실린더 탱크(53)를 연결하며, 부력체(55)와 실린더 탱크(53) 간의 상대 운동 효과를 증대시키기 위하여 넓은 평면을 가지는 부력 저항 날개(53a)가 실린더 탱크(53) 상부 외측면에 위치한다.
그리고, 피스톤(54)는 항상 일방향으로 양수하여 해수 저장조(10) 내의 해수를 배출하는 것이 목적이므로, 도 3에 표시한 화살표 방향과 같이 수로관(51)의 제1 수문(51a) 및 탱크 배출관(52)의 제2 수문(52a)이 한쪽 방향으로만 개폐되는 역할에 의해 해수 저장조(10) 내의 해수가 수로관(51), 실린더 탱크(53), 탱크 배출관(52)을 통해 한방향으로 해수가 흐르도록 한다.
다음으로, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 해양 재생에너지 복합 플랫폼을 설명하기 위한 구성도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 파력 펌프 보조형 해수 양수발전 시스템은, 해양 재생에너지 복합 플랫폼으로서 활용될 수 있도록 해수 저장조(10)의 외부 상면 일측에 풍력발전장치(70)와 태양광발전장치(80)를 설치하여 재생에너지원에 의해 생산된 전력을 저장할 수 있도록 상호 연계 운전할 수도 있다.
한편, 본 발명은 상술한 실시예로만 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 수정 및 변형하여 실시할 수 있고, 그러한 수정 및 변형이 가해진 기술사상 역시 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 한다.
10 : 해수 저장조 20 : 해수 유출입 관로
22 : 일측 개구단 24 : 타측 개구단
26 : 유턴부 30 : 발전기
32 : 펌프 수차 40 : 공기 유출입 통기관
42 : 밸브 50 : 파력 펌프
51 : 수로관 51a : 제1 수문
52 : 탱크 배출관 52a : 제2 수문
53 : 실린더 탱크 53a : 부력 저항 날개
54 : 피스톤 54a : 피스톤로드
54b : 피스톤헤드 55 : 부력체
56 : 연결와이어 70 : 풍력발전장치
80 : 태양광발전장치

Claims (12)

  1. 해저면에 설치되는 해수 저장조(10)와,
    상기 해수 저장조(10)의 일측에 설치되어 상기 해수 저장조(10)의 내외부로 해수가 유출입하도록 안내하는 해수 유출입 관로(20)와,
    상기 해수 유출입 관로(20)의 상부 일측에 설치되어 양수 시 상기 해수 저장조(10) 내부 해수가 상기 해수 유출입 관로(20)를 통해 유출되거나 발전 시 해수가 상기 해수 유출입 관로(20)를 통해 상기 해수 저장조(10) 내부로 유입되도록 펌프 수차(32)를 구비한 발전기(30)와,
    상기 해수 저장조(10)의 상부 일측에 설치되어 상기 해수 저장조(10) 내부가 통기되는 공기 유출입 통기관(40)과,
    상기 해수 저장조(10)의 내부와 통로가 연결되고 부력에 의해 떠있는 상태로 파력에 의해 가동될 때 상기 해수 저장조(10) 내부의 해수를 수시로 배출시키는 파력 펌프(50)를 포함하되,
    상기 파력 펌프(50)는,
    상기 해수 저장조(10)의 측면 일측 외부에서 상기 해수 저장조(10) 내부의 바닥까지 인접하도록 관통하는 수로관(51)과,
    측면 하부 일측에 상기 수로관(51)의 상단이 연결되고 측면 하부 타측에 탱크 배출관(52)이 연결되도록 해수면 아래에 떠있는 실린더 탱크(53)와,
    상기 실린더 탱크(53)의 상면 중앙을 관통하여 하부가 상기 실린더 탱크(53) 안에서 왕복 운동하는 피스톤(54)과,
    상기 피스톤(54)의 상단에 연결되어 해수면의 파고 높이차에 의해 상하 이동하면서 상기 피스톤(54)을 상하 왕복 운동시키는 부력체(55)로 구성되고,
    상기 수로관(51)의 상부 끝단과 상기 탱크 배출관(52)은 상기 실린더 탱크(53)의 양 측면을 각각 관통하여 상기 실린더 탱크(53) 내부에서 일정 간격을 유지하면서 동일한 높이로 수평되게 배치되는 것을 특징으로 하는 파력 펌프 보조형 해수 양수발전 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 해수 유출입 관로(20)는,
    일측 개구단(22)이 상기 해수 저장조(10) 내부 바닥과 인접하도록 하부를 향해 설치되고,
    타측 개구단(24)이 상기 해수 저장조(10) 외부에 대해 해저면으로부터 일정 높이에 위치하도록 하부를 향해 설치되고,
    상부 유턴부(26) 중앙 내외부에 상기 펌프 수차(32)와 상기 발전기(30)가 설치되는 것을 특징으로 하는 파력 펌프 보조형 해수 양수발전 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 공기 유출입 통기관(40)의 상부 일측에는 상기 공기 유출입 통기관(40)의 통로 개폐하는 밸브(42)가 설치되는 것을 특징으로 하는 파력 펌프 보조형 해수 양수발전 시스템.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 수로관(51)의 상부는 상기 실린더 탱크(53)의 하부 측면 일측을 관통하여 실린더 탱크(53) 내부로 돌출되고,
    상기 수로관(51)의 상부 끝단에는 상기 피스톤(54)의 상승 시 상기 수로관(51)의 통로를 개방하고 피스톤(54)이 하강 시 수로관(51)의 통로를 폐쇄하는 제1 수문(51a)이 설치되는 것을 특징으로 하는 파력 펌프 보조형 해수 양수발전 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 탱크 배출관(52)은 상기 실린더 탱크(53) 하부 측면 타측을 관통하여 외부로 돌출되고,
    상기 탱크 배출관(52)의 외부로 돌출된 끝단에는 상기 피스톤(54)의 상승 시 상기 탱크 배출관(52)의 통로를 개방하고 피스톤(54)이 하강 시 탱크 배출관(52)의 통로를 폐쇄하는 제2 수문(52a)이 설치되는 것을 특징으로 하는 파력 펌프 보조형 해수 양수발전 시스템.
  7. 삭제
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 제1 수문(51a)과 제2 수문(52a)은 상부 힌지점을 중심으로 한쪽 방향으로만 상하 개폐되는 여닫이식인 것을 특징으로 하는 파력 펌프 보조형 해수 양수발전 시스템.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 파력 펌프(50)는 고저조위 변화에도 상기 부력체(55)가 해수면에 위치하도록 상기 실린더 탱크(53) 외부 바닥 중앙과 해수 저장조(10)의 측면 일측을 연결하는 연결와이어(56)가 설치되는 것을 특징으로 하는 파력 펌프 보조형 해수 양수발전 시스템.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 실린더 탱크(53) 상부 외측면에는 상기 실린더 탱크(53)가 해수면 아래에 수평을 유지하면서 떠있도록 밸런스를 잡아주는 부력 저항 날개(53a)가 설치되는 것을 특징으로 하는 파력 펌프 보조형 해수 양수발전 시스템.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 피스톤(54)은,
    상기 부력체(55)가 상단에 연결되는 피스톤로드(54a)와,
    상기 피스톤로드(54a)의 하단에 연결되어 상기 실린더 탱크(53) 내벽을 타고 상하 왕복 운동하는 피스톤헤드(54b)로 구성된 것을 특징으로 하는 파력 펌프 보조형 해수 양수발전 시스템.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 해수 저장조(10)의 상면 일측에는 풍력발전장치(70)와 태양광발전장치(80)가 설치되는 것을 특징으로 하는 파력 펌프 보조형 해수 양수발전 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100564330B1 (ko) 2004-01-28 2006-03-27 한국해양연구원 조력수조 발전장치
JP2011527402A (ja) * 2008-07-11 2011-10-27 ティロットソン，ロバート 波作動式ポンプおよびそれを海底に接続する手段
KR101642948B1 (ko) * 2015-04-24 2016-07-26 한국전력기술 주식회사 해상 부유식 발전장치

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100564330B1 (ko) 2004-01-28 2006-03-27 한국해양연구원 조력수조 발전장치
JP2011527402A (ja) * 2008-07-11 2011-10-27 ティロットソン，ロバート 波作動式ポンプおよびそれを海底に接続する手段
KR101642948B1 (ko) * 2015-04-24 2016-07-26 한국전력기술 주식회사 해상 부유식 발전장치

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