KR100531244B1 - Wind Power Generation by Subway Train Traveling Wind - Google Patents
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Abstract
본 발명은 지하철 터널 내부에서 지하철 차량의 이동시 발생하는 주행풍을 이용한 풍력발전시스템에 관한 것으로서, 지하철 차량 주행 시 발생하는 주행 풍에 의해 회전하는 수직축 풍력터빈(WT), 터빈 하단에 설치되는 발전기(G), 상기 터빈과 발전기를 지하철 터널벽면(TW)과 차량교행 중앙분리지점에 설치하기 위하여 터널벽면 또는 천장과 바닥에 차량 주행과 수평으로 터빈이 설치될 수 있도록 지지하여 주는 지지대(S)로 구성된 풍력터빈 유닛(Unit); 바닥에 설치되어 발전된 전기에너지를 각 터미널에 설치된 축전지까지 옮겨주는 인출 전선(OW); 인출전선을 통하여 전달된 전기에너지를 충전하는 축전지(B); 및 충전된 전기에너지를 상용으로 사용 가능한 교류전압으로 만들어 부하에 공급하는 전력변환기(PI)로 구성된 것을 특징으로 한다. 이러한 구성에 의해, 지하철 차량의 이동시에 풍력에너지로 변환되는 에너지의 일부를 다시 전기에너지로 변환하여 재활용할 수 있고, 일반적으로 지하철 차량은 일정한 속도와 일정한 간격으로 운행되므로 항상 일정한 전압과 출력을 얻을 수 있다. The present invention relates to a wind power generation system using a traveling wind generated when a subway vehicle moves inside a subway tunnel, and includes a vertical shaft wind turbine (WT) rotated by the traveling wind generated when the subway vehicle is driven, and a generator installed at a bottom of a turbine ( G), as a support (S) for supporting the turbine and the generator to be installed horizontally on the tunnel wall or the ceiling and floor in order to install the turbine and generator on the tunnel tunnel surface (TW) and the center of the vehicle intersection. Configured wind turbine unit; An outgoing wire (OW) installed at the bottom to transfer generated electric energy to a storage battery installed at each terminal; Storage battery (B) for charging the electrical energy transmitted through the lead wires; And a power converter (PI) that converts the charged electrical energy into a commercially available AC voltage and supplies the load to the load. With this configuration, part of the energy converted to wind energy during the movement of the subway car can be converted back into electrical energy and recycled. In general, the subway car runs at a constant speed and at regular intervals, so that a constant voltage and output are always obtained. Can be.
Description
본 발명은 지하철 터널 내부에서 지하철 차량의 이동시에 발생하는 주행풍을 이용한 풍력발전시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 지하철이 일정한 속도 및 간격으로 주행하는 지하철 터널 내부에 풍력터빈 유닛을 설치함으로써, 자연풍의 세기 및 방향에 좌우되는 일반적인 풍력발전시스템과 달리 지하철 터널내로 주행하는 지하철 차량에 의해 발생하는 주행풍을 이용하여 일정한 전압과 출력을 얻을 수 있는 풍력발전시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a wind power generation system using a running wind generated when a subway vehicle moves inside a subway tunnel, and more particularly, by installing a wind turbine unit inside a subway tunnel in which the subway runs at a constant speed and interval. Unlike a general wind power generation system that depends on the strength and direction of the present invention relates to a wind power generation system that can obtain a constant voltage and output by using the driving wind generated by a subway vehicle traveling in a subway tunnel.
현대사회에서 전기는 생활의 일부가 된 필수적 에너지 형태이며, 이러한 전기에너지는 이미 화력, 수력, 원자력 등 여러 가지 방식을 사용하여 얻어지고 있으며, 그 특성 또한 우수하다. 그러나 계속적인 에너지 생산에 따른 자원의 고갈과 이로 인한 에너지 생산의 한계성, 고 비용 그리고 발전시스템에 의해 발생되는 환경의 오염 등 많은 문제점을 안고 있다. 따라서 최근 이러한 문제를 인식한 각국은 대체에너지 개발에 대한 투자를 꾸준히 증가시켜가고 있는 실정이며, 국내 및 외국에서 부분적으로 이에 대한 성과가 나타나고 있다. 풍력발전의 경우 이중 각광받고 있는 분야이다. 기술의 발전에 따라 풍력발전의 경우 그 가능성이 어느 때보다 높아지고 있는 실정이며 현재 여러 곳에서 실용화되어 사용되고 있다. 그러나 풍력발전이 가능하려면 5∼6 m/sec 이상의 바람이 상시적으로 불어주어야 하기 때문에, 풍력발전의 많은 부분이 자연현상에 의존하고 있는 실정이다. 이와 관련하여, 도로의 중앙분리대에 팬을 설치하여, 그 도로를 주행하는 차량의 주행풍을 이용한 풍력발전기(한국공개특허공보 특2001-0092983)가 개시되어 있다. 그러나, 이러한 종래기술에서는 도로를 주행하는 차량에 의해 유발되는 주행풍의 세기가 상대적으로 약할 뿐만 아니라, 역방향으로 부는 자연풍에 의해 주행풍이 상쇄되어 주행풍의 세기를 감소시키는 등 자연풍에 노출되어 발전기의 효율을 저하시키는 문제점이 있었다. 또한, 상기 종래기술에서는, 중앙선을 침범하는 차량을 보호하기 위하여 콘크리트 등으로 제조되는 중앙분리대내에 발전설비(전압조정기 및 축전지를 포함함)를 구성함으로써, 노화 및 기능 저하, 차량과 중앙분리대의 충돌 등에 의해 야기될 수 있는 발전설비의 고장에 탄력적으로 대처할 수 없는 문제점도 있었다. In modern society, electricity is an essential form of energy that has become part of life, and this electrical energy is already obtained by using various methods such as thermal power, hydropower, and nuclear power, and its characteristics are excellent. However, there are many problems such as exhaustion of resources due to continuous energy production, the limitation of energy production, high cost, and pollution of the environment caused by power generation system. Therefore, countries that have recently recognized this problem have been steadily increasing their investment in alternative energy development, and the results have been shown in part in domestic and foreign countries. Wind power generation is in the spotlight. With the development of technology, the possibility of wind power generation is increasing more than ever, and it is currently being used in various places. However, in order to be able to generate wind power, more than 5 to 6 m / sec of wind must be blown at all times, so much of the wind power depends on natural phenomena. In this regard, a wind power generator (Korean Laid-Open Patent Publication No. 2001-0092983) using a running wind of a vehicle driving a road by installing a fan in a central separator of a road is disclosed. However, in the related art, not only the intensity of the driving wind caused by the vehicle traveling on the road is relatively weak, but also the natural wind blowing in the reverse direction cancels the driving wind, thereby reducing the intensity of the driving wind. There was a problem of deterioration. In addition, in the prior art, by forming a power generation facility (including a voltage regulator and a battery) in a central separator made of concrete, etc. to protect the vehicle invading the center line, aging and functional degradation, collision of the vehicle and the central separator There was also a problem that can not flexibly cope with the failure of the power generation equipment that can be caused by.
이와 같이, 단순히 자연현상에 의존하는 종래의 풍력발전시스템에서는 자연풍의 세기 및 풍향의 변동 등에 기인하여 불규칙적인 출력 특성을 가지고 있고, 한계풍속 이상의 자연풍이 항시 부는 장소에 국한될 수 밖에 없으므로 그 설치장소가 제한적이고, 자연풍에 노출된 장소에 설치될 경우에도 자연풍의 풍향이 차량에 의한 주행풍과 다를 경우에는 주행풍의 세기를 저하시키고, 발전을 위한 설비 전체를 일체로 구성함으로써 보수 및 유지가 곤란하고, 초기 시스템에 투자되는 비용이 상대적으로 높아서, 경제성을 만족시키는 것이 현실적으로 곤란하다는 문제점이 있었다. As described above, in the conventional wind power generation system that simply relies on natural phenomena, it has irregular output characteristics due to natural wind intensity and wind direction fluctuation, and is limited to a place where natural winds exceeding the limit wind speed are always limited. Is limited, and even if it is installed in a place exposed to natural wind, if the wind direction of the natural wind is different from the driving wind caused by the vehicle, the strength of the driving wind is reduced, and the entire facility for power generation is difficult to maintain and maintain. However, there is a problem that it is practically difficult to satisfy the economics because the cost invested in the initial system is relatively high.
현재 대도시에는 사람과 물자의 원활한 이동을 위하여 지하철이 설치되어 하루 20 시간 가량을 운행하고 있으며, 차량의 운행을 위하여 막대한 전기에너지가 투입되고 있다. 이렇게 지하철이 운행될 때 지하철 터널 내부에서 지하철 차량의 이동에 의하여 상당한 풍력이 발생하고 있는데, 이렇게 발생한 풍력은 전혀 이용되지 못하고 있는 실정이다. 본 발명은 상기와 같은 문제점 및 현 실정을 감안하여 안출된 것으로서, 지하철 터널 내부에서 발생하는 주행풍을 다시 전기에너지로 변환하여 재사용하고자하는 하는 의도하에서, 지하철 터널 내부에서 지하철 차량의 운행에 지장을 주지 않도록 터널벽면 및 레일이 설치된 터널 바닥에 풍력터빈을 설치함으로써, 지하철 차량이 운행될 때 발생하는 주행풍을 다시 전기에너지로 변환할 수 있는 풍력발전시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다. Currently, metros are installed in the big cities and operate about 20 hours a day for the smooth movement of people and goods, and enormous electric energy is input for the operation of vehicles. When the subway is operated, considerable wind is generated by the movement of the subway vehicle inside the subway tunnel, and the generated wind is not used at all. The present invention has been made in view of the above-mentioned problems and the present situation, and is intended to prevent the operation of subway cars in subway tunnels under the intention of reusing the driving wind generated inside the subway tunnels into electrical energy again. It is an object of the present invention to provide a wind power generation system capable of converting the driving wind generated when a subway vehicle is driven back into electrical energy by installing a wind turbine on a tunnel wall and a tunnel floor on which a rail is installed.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 풍력발전시스템은 지하철 차량 주행시 발생하는 주행풍에 의해 회전하는 수직축 풍력터빈(WT), 터빈 하단에 설치되는 발전기(G), 및 상기 터빈과 발전기를 지하철 터널벽면(TW)과 차량교행 중앙분리지점에 설치하기 위하여 터널벽면 또는 천장과 바닥에 차량 주행과 수평으로 터빈이 설치될 수 있도록, 상기 풍력터빈과 발전기를 지지하여 주는 지지대(S)로 구성된 풍력터빈 유닛; 상기 풍력 터빈 유닛에 의해 발전된 전기에너지를 터미널로 전달하는 인출전선(OW); 상기 인출전선을 통하여 얻어진 전기에너지를 충전하는 축전지(B); 및 충전된 전기에너지를 상용으로 사용 가능한 교류전압으로 변환하여 부하에 공급하는 전력변환기(PI)를 포함하는 것을 특징으로 한다. In order to achieve the above object, the wind power generation system according to the present invention is a vertical axis wind turbine (WT) rotated by the running wind generated when traveling in a subway vehicle, a generator (G) installed at the bottom of the turbine, and the turbine and generator As a support (S) for supporting the wind turbine and the generator so that the turbine can be installed horizontally with the vehicle running on the tunnel wall or the ceiling and the floor in order to install at the subway tunnel wall (TW) and the center of the vehicle intersection. A configured wind turbine unit; A lead wire (OW) for transferring electric energy generated by the wind turbine unit to a terminal; A storage battery (B) for charging electrical energy obtained through the lead wire; And it characterized in that it comprises a power converter (PI) for converting the charged electrical energy into a commercially available AC voltage to supply to the load.
여기서, 상기 수직축 풍력터빈은 사보니우스형 터빈인 것이 바람직하고, 상기 풍력 터빈 유닛은 지하철 주행과 나란히 차량 교행 중앙분리지점과 양 터널 벽면을 따라 다수개 설치되는 것이 전력 효율면에서 바람직하다. 또한, 상기 인출전선은 각각의 상기 풍력 터빈 유닛으로부터 발생한 전력이 터미널 사이의 중간지점을 기준으로 가까운 터미널에 모아지도록 배선되는 것이 바람직하다. 이는 각각의 풍력 터빈 유닛으로부터 발생한 전력이 인출전선 재료 자체의 전기 저항에 의해 저하되는 정도를 감소시키기 위한 것이다. Here, it is preferable that the vertical axis wind turbine is a savonius turbine, and the wind turbine unit is preferably installed in plural along the tunnel intersection and both tunnel wall surfaces of the vehicle alongside the subway. In addition, the lead wire is preferably wired so that the power generated from each of the wind turbine units is collected at a terminal close to the intermediate point between the terminals. This is to reduce the extent to which the power generated from each wind turbine unit is degraded by the electrical resistance of the lead wire material itself.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 풍력발전시스템을 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the wind power generation system according to the present invention.
도1은 본 발명에 따른 풍력발전시스템을 설치할 수 있는 지하철 터널 내부의 단면도이다. 지하철은 도1에 도시한 지하철 터널 내부에서 보통 평균 60km/h 정도의 속도로 운행이 되는데, 이때 차량 주변에는 상대적으로 60km/h에 해당하는 풍력에너지가 발생하게 되고 이것이 풍력으로 변환된다면 차량 주변에 17∼18 m/sec 의 풍력에너지를 발생시키게 된다. 지하철 구조상 벽면 그리고 바닥과 지하철 차량 사이에는 지하철 차량 운행을 위하여 일정한 간격이 형성되어 있는데 이곳에 10 m/sec 이상의 주행풍이 발생하게 된다. 본 발명은 이러한 주행풍을 이용하여 발전하는 풍향발전시스템을 제공한다. 1 is a cross-sectional view of the inside of a subway tunnel that can be installed in the wind power generation system according to the present invention. The subway runs at an average speed of about 60km / h inside the subway tunnel shown in FIG. 1, at which time wind energy corresponding to 60km / h is generated around the vehicle. It generates wind energy of 17-18 m / sec. Due to the subway structure, a certain distance is formed between the wall and the floor and the subway car for the operation of the subway car, and the driving wind of 10 m / sec or more is generated there. The present invention provides a wind direction power generation system that generates power using such traveling wind.
도2는 본 발명에서 이용되는 수직축 풍력 터빈의 단면도이고, 도3은 본 발명에 따른 풍력 터빈 유닛을 도시하는 정면도이다. FIG. 2 is a sectional view of a vertical axis wind turbine used in the present invention, and FIG. 3 is a front view showing the wind turbine unit according to the present invention.
도3에 도시된 바와 같이, 풍력 터빈 유닛은 수직축 풍력 터빈(WT), 터빈의 축과 직결된 발전기(G), 그리고 이러한 유닛을 터널벽면에 부착할 수 있도록 하는 지지대(S) 그리고 전압을 인출할 수 있는 인출전선(OW), 축전지, 전력변환장치 등으로 구성된다. As shown in Fig. 3, the wind turbine unit draws a vertical axis wind turbine (WT), a generator (G) directly connected to the shaft of the turbine, a support (S) and a voltage for attaching such a unit to the tunnel wall surface. It consists of a lead wire (OW), a storage battery, a power converter, and the like.
여기서, 풍력터빈(WT)은 현재 프로펠러형, 다리우스형, 그리고 사보니우스형으로 대별되는데, 프로펠러형의 경우 고속이며, 에너지 변환 계수도 높아 자연풍을 이용한 풍력발전시스템에 많이 적용되고 있다. 또 다리우스형의 경우도 프로펠러형과 달리 풍향에 영향을 받지 않는 특성으로 인하여 상용 풍력발전시스템으로 사용되고 있지만 자기동(自起動)이 되지 않아 부가적인 기동장치가 필요하여 이로 인한 에너지 효율이 저하되고, 시스템 구조가 복잡해지는 단점을 가진다. 이에 비하여 사보니우스형 터빈의 경우 에너지 변환 계수가 프로펠러형이나 다리우스형에 비해 다소 낮은 편이지만, 지하철 차량 교행 중앙분리지점과 양 터널벽면 또는 바닥과 운행중인 지하철 차량 사이에서의 설치를 고려할 때 프로펠러형이나 다리우스형 풍력터빈은 설치하기가 어렵다. 따라서 출력계수는 다소 낮지만 본 발명에서 제시한 사보니우스형의 터빈을 설치하는 것이 유리하다.Here, wind turbines (WT) are currently classified into propeller-type, Darius-type, and Savonius-type, and the propeller type has high speed and high energy conversion factor, and is widely applied to wind power generation systems using natural wind. Unlike the propeller type, the Darius type is also used as a commercial wind power generation system due to its unaffected wind direction. However, it is not self-moving and requires an additional starting device, resulting in lower energy efficiency. It has the disadvantage of complicated system structure. Compared to the propeller type or Darius type, the Savonius turbine has a lower energy conversion factor than the propeller type or Darius type. Type or Darius wind turbines are difficult to install. Therefore, although the output coefficient is rather low, it is advantageous to install the savonius turbine presented in the present invention.
인출전선(OW)은 다수의 유닛에서 발생한 전력을 한 곳에 모으기 위하여, 지하철 바닥 또는 벽면에 지하철 차량의 운행에 영향을 주지 않도록 설치한 것으로서, 전기저항이 작은 굵은 전선을 사용하는 것이 바람직하다. 그러나, 인출전선은 그 재료 고유의 전기저항을 가지고, 터미널에 설치된 축전시스템과 각 유닛사이의 거리가 다르기 때문에 각 유닛간에 약간의 전압차가 발생하게 된다. 그러나, 지하철 차량은 저속으로 출발하여 역간 거리의 중심에서 최고 속력을 가지는 경향이 있기 때문에, 각 유닛에서 발생하는 전압은 중앙에서 가장 크겠지만 축전시스템까지 전달되는 거리가 상대적으로 길어, 실제 축전시스템에서는 고른 전압을 얻을 수 있다. 이와 같은 구성을 가지는 각각의 유닛에서 발생한 전력을 모으게 되면 충분히 상용할 수 있을 만큼의 전력을 생산할 수 있다. The outgoing wire OW is installed so as not to affect the operation of the subway vehicle on the floor or wall of the subway, in order to collect the power generated in a plurality of units in one place, it is preferable to use a thick wire with a small electrical resistance. However, the lead wire has a material-specific electrical resistance, and a slight voltage difference occurs between the units because the distance between the power storage system installed in the terminal and each unit is different. However, since subway cars tend to start at a lower speed and have the highest speed in the center of the distance between stations, the voltage generated by each unit is the largest in the center, but the distance to the power storage system is relatively long. Even voltage can be obtained. Collecting the power generated in each unit having such a configuration can produce enough power for commercial use.
이상과 같은 구성으로 된 풍력 터빈 유닛은 차량 교행 중앙분리지점과 양 터널벽면 및 바닥에 설치하기 용이하고 고장이나 불량상태가 발생할 때 그 정비를 간편하게 하기 위해서 모듈구조로 제작하는 것이 바람직하다. 또한, 한 개의 유닛으로부터 발생되는 전력은 소용량이기 때문에 출력이 작아 그 효용성이 떨어지므로, 상기 유닛을 일정 간격 즉, 각각의 유닛이 서로 간섭받지 않는 최소한의 간격을 유지하도록 다수개 설치하는 것이 바람직하다. The wind turbine unit having the above configuration is easy to be installed in the vehicle intersection center separation point and both tunnel walls and floors, and it is desirable to manufacture the module structure in order to simplify the maintenance when a failure or bad condition occurs. In addition, since the power generated from one unit is small, the output is small and its utility is inferior. Therefore, it is preferable to install a plurality of units so as to maintain a predetermined interval, that is, a minimum interval in which each unit does not interfere with each other. .
도4은 본 발명에 따른 풍력 터빈 유닛을 지하철 터널내부에 설치한 일 실시예의 정면도이다. 도3을 참조하여 설명한 풍력 터빈 유닛을 지하철 터널의 양쪽 벽면 및/또는 차량교행 중앙분리지점에 설치하고, 발전기(G)로부터 생산한 전력을 전달하기 위한 인출전선(OW)을 레일 외곽 및/또는 차량교행 중앙분리지점 바로 아래에 배치하여 지하철 차량의 운행에 장애가 되지 않도록 구성되어 있다. 4 is a front view of an embodiment in which the wind turbine unit according to the present invention is installed in a subway tunnel. The wind turbine unit described with reference to FIG. 3 is installed at both wall surfaces of the subway tunnel and / or the center of the vehicle intersection, and the lead wire OW for delivering the electric power generated from the generator G is provided on the outside of the rail and / or Placed just below the center of the car crossing, it is configured to not interfere with the operation of subway cars.
도5는 본 발명에 따른 풍력 터빈 유닛(Unit)을 지하철 내부에 다수 설치한 일 실시예의 정면도이고, 도6은 본 발명에 따른 풍력발전시스템의 전체 계통도를 도시한다. 도6에서, 풍력 터빈 유닛(Unit 11 내지 41, 및 Unit 1 내지 4)이 지하철 터널의 양쪽 벽면을 따라 다수개 설치되어 있고, 이러한 풍력 터빈 유닛으로부터 발생한 전력이 터미널 중간지점을 기준으로 가까운 터미널쪽으로 전달되도록 인출전선(OW)이 배선되어 있고, 또한 연속적이면서도 최대 출력을 얻기 위하여 풍력터빈 유닛에 설치된 발전기는 각각의 인출전선과 병렬이 되도록 연결된다. 이러한 인출전선을 통하여 풍력 터빈 유닛이 축전지에 연결되고, 축전지는 전력변환기(PI 1,2)에 연결되어 있다. 이러한 구성으로 된 풍력발전시스템을 구비한 지하철 터널내로 지하철 차량이 주행할 경우, 일정 간격으로 다수 설치된 각각의 유닛은 주행풍을 이용하여 발전을 시작하고, 이렇게 발전된 전력을 지하철 터널내부에 설치된 인출전선을 통하여 터미널에 설치된 축전지에 저장될 수 있다. 또한, 전력변환기(PI)를 통하게 함으로써 축전지에 저장된 전력을 상용교류 전원으로 변환할 수 있고, 이렇게 변환된 전원을 부하에 공급할 수 있다. 한편, 각각의 풍력터빈 유닛으로부터 발생한 전압의 차이에 의해 전류가 축전지쪽으로 흐르지 않고, 다른 풍력터빈 유닛으로 유입하는 현상이 발생할 수 있고, 또한 풍향이 바뀌게 되면 풍력터빈의 회전방향이 바뀌어 발전기에 역전압을 발생시켜 전류가 역으로 흐르는 경우도 생길 수 있으므로, 각각의 풍력터빈 유닛의 발전기 단자에 다이오드를 역방향으로 설치하는 것이 바람직하다. 이러한 다이오드에 의해 전류가 역으로 흐르는 현상을 미연에 방지할 수 있다. FIG. 5 is a front view of an embodiment in which a plurality of wind turbine units according to the present invention are installed in a subway, and FIG. 6 shows an overall schematic diagram of a wind power generation system according to the present invention. In Fig. 6, a plurality of wind turbine units (Units 11 to 41, and Units 1 to 4) are installed along both walls of the subway tunnel, and the power generated from these wind turbine units is toward the terminal close to the terminal midpoint. The outgoing wire OW is wired for transmission, and the generator installed in the wind turbine unit is connected in parallel with each outgoing wire in order to obtain continuous and maximum output. The wind turbine unit is connected to the storage battery through the lead wire, and the storage battery is connected to the power converters PI 1 and 2. When a subway vehicle runs in a subway tunnel equipped with the wind power generation system having such a configuration, each unit installed at a predetermined interval starts to generate power by using the driving wind, and the generated electric power is drawn out in the subway tunnel. It can be stored in the battery installed in the terminal through. In addition, by passing through the power converter (PI) it is possible to convert the power stored in the battery to a commercial AC power supply, it is possible to supply the converted power to the load. On the other hand, due to the difference in the voltage generated from each wind turbine unit, the current does not flow to the storage battery, the phenomenon of flowing into another wind turbine unit may occur, and if the wind direction is changed, the rotation direction of the wind turbine is changed to reverse the voltage to the generator It is also possible to generate a current flowing in the reverse direction, it is preferable to install the diode in the reverse direction to the generator terminal of each wind turbine unit. Such a diode can prevent the current from flowing backward.
축전지 및 전력변환기는 기존에 많이 사용되고 있지만, 본 발명은 이러한 장치를 지하철 터널내부가 아닌 터미널에 설치함으로써 풍력 터빈 유닛 및 풍력발전시스템의 구조를 간소화하였다. Storage batteries and power converters are widely used in the past, but the present invention simplifies the structure of the wind turbine unit and the wind power generation system by installing such a device in a terminal rather than inside a subway tunnel.
일반적으로 풍력자원으로부터 얻을 수 있는 풍력에너지는 하기 수학식(1)과 같이 알려져 있다. In general, wind energy obtained from wind resources is known as in Equation (1) below.
(ρ: 공기밀도, V: 풍속 , A : 날개의 단면적) (ρ: air density, V: wind speed, A: wing cross section)
식 (1)에서 도출되는 풍력에너지는 풍속의 3제곱에 비례하며, 날개의 단면적에 비례하는 특성을 가지고 있는 것을 알 수 있으며, 많은 에너지를 생산하기 위해서는 풍속을 빠르게 할 수 있어야 하며, 날개의 단면적을 크게 하는 것이 중요할 것이다. 그러나 지하철 차량의 속도는 이와 상관없이 정해져 있고, 날개의 단면적 역시 터널벽면과 지하철 차량의 간격에 의해 좌우되기 때문에 출력을 무한정 증가시키는 것은 불가능하다. 따라서 단면적이 큰 날개를 한 개 설치하는 것보다는 도 5와 6에서 보여주는 바와 같이, 소형의 터빈 유닛을 터널 벽면 및/또는 차량교행 중앙분리지점과 바닥을 따라 일정한 간격으로 설치하여 에너지를 생산하는 것이 필요하다. It can be seen that the wind energy derived from Equation (1) is proportional to the third square of the wind speed and has a property that is proportional to the cross-sectional area of the wing.In order to produce a lot of energy, the wind speed must be fast and the cross-sectional area of the wing It will be important to make it larger. However, the speed of the subway car is determined irrespective of this, and it is impossible to increase the power indefinitely because the cross section of the wing also depends on the distance between the tunnel wall and the subway car. Therefore, rather than installing a single wing with a large cross-sectional area, as shown in Figs. 5 and 6, it is more efficient to produce energy by installing a small turbine unit at regular intervals along the tunnel wall and / or the center of traffic crossing and the floor. need.
일반적으로 날개의 계수에 따라 약간씩 다르지만 실제 사보니우스형 터빈에서 얻어지는 출력은 공기계수를 ρ= 1.25 kg/m3 로 적용하여 하기 수학식(2)로 나타난다. In general, although slightly varies depending on the coefficient of the wing, the actual power output from the Savonius turbine is represented by the following equation (2) by applying the air coefficient ρ = 1.25 kg / m3.
여기서, V 는 차량의 주행에 따라 발생하는 풍속을 나타낸다. Here, V represents the wind speed generated according to the running of the vehicle.
또한, 도 2에서 보여주는 것처럼 A 는 풍력터빈의 단면적을 나타내는데 수학식(3)과 같이 알려져 있다. In addition, as shown in Figure 2 A represents the cross-sectional area of the wind turbine is known as Equation (3).
여기서, h 는 풍력 터빈의 길이를 나타낸다. Where h represents the length of the wind turbine.
이상, 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 풍력발전시스템은 지하철 차량의 운행으로 발생하는 주행풍을 이용함으로써 에너지 생산을 위한 새로운 자원 없이도 상당한 양의 전기에너지를 생산할 수 있다. 또한, 지하철 차량의 운행에 부수하여 발생하는 주행풍을 이용함으로써 이로 인해 발생하는 공해가 전혀 없으며, 지하철 차량의 운행에 사용된 전기에너지를 다시 발전시스템을 통하여 재생산하여 재활용함으로써 에너지 생산에 따르는 비용을 절감할 수 있다. 더욱이, 상기의 풍력발전시스템은 자연풍을 이용하는 것과 달리, 불규칙적인 것이 아니라 상시 안정적으로 일정한 전력을 생산할 수 있으며, 전기에너지의 수용 증가에 따른 발전소의 설치를 대체할 수도 있다. 향후 증가가 예상되는 지하철 건설의 증가 및 에너지 자원의 고 비용화는 상기 시스템의 효용성 및 경제적 가치를 증가시켜줄 수 있을 것으로 기대된다. As described above, the wind power generation system according to the present invention can produce a significant amount of electric energy without using new resources for energy production by using the driving wind generated by the operation of the subway vehicle. In addition, there is no pollution caused by using the driving wind generated by the operation of the subway car, and the cost of energy production is regenerated and recycled through the power generation system. Can be saved. In addition, the wind power generation system, unlike the use of natural wind, can produce a constant power stably at all times, not irregular, and can replace the installation of the power plant according to the increase in the acceptance of electrical energy. The increase in subway construction and the high cost of energy resources, which are expected to increase in the future, are expected to increase the utility and economic value of the system.
이상, 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 수정이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 보호범위는 예시된 실시예에 한정되는 것이 아니며, 첨부된 특허청구의 범위에 의하여 정해져야 할 것인 바, 본 발명의 기술적 범위를 일탈하지 않는 범위내에 속하는 모든 변형 및 수정을 포함하는 것이다. In the above, the present invention has been described with reference to one embodiment shown in the drawings, but this is merely exemplary, and those skilled in the art to which the present invention pertains can make various modifications and changes therefrom. Will understand. Therefore, the technical protection scope of the present invention is not limited to the illustrated embodiment, but should be determined by the appended claims, all modifications and modifications falling within the scope not departing from the technical scope of the present invention. It will include.
도 1 은 지하철 터널 내부의 단면도,1 is a cross-sectional view inside the subway tunnel,
도 2 는 풍력 터빈의 단면도,2 is a sectional view of a wind turbine,
도 3 은 본 발명에 따른 풍력 터빈 유닛의 정면도.3 is a front view of a wind turbine unit according to the invention.
도 4 는 본 발명에 따라 풍력 터빈 유닛을 지하철 터널 내부에 설치한 풍력발전시스템의 정면도,4 is a front view of a wind power generation system in which a wind turbine unit is installed inside a subway tunnel according to the present invention;
도 5 는 본 발명에 따라 지하철 터널 내부에 다수개 설치된 풍력 터빈 유닛의 정면도,5 is a front view of a plurality of wind turbine units installed inside a subway tunnel according to the present invention;
도 6 은 본 발명에 따른 풍력발전시스템의 전체 계통도.6 is an overall schematic diagram of a wind power generation system according to the present invention;
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on main parts of drawing
WT : 풍력 터빈 TW : 터널 벽면WT: Wind Turbine TW: Tunnel Wall
S : 지지대 G : 발전기S: Support G: Generator
Unit : 풍력터빈 유닛 OW: 인출전선Unit: Wind Turbine Unit OW: Outgoing Wire
PI : 전력변환기(인버터) Battery : 축전지PI: Power Converter (Inverter) Battery: Storage Battery
Rail : 레일Rail: Rail
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