KR100669036B1 - 풍력 발전 터빈의 회전익 날개 - Google Patents

풍력 발전 터빈의 회전익 날개 Download PDF

Info

Publication number
KR100669036B1
KR100669036B1 KR1020057004432A KR20057004432A KR100669036B1 KR 100669036 B1 KR100669036 B1 KR 100669036B1 KR 1020057004432 A KR1020057004432 A KR 1020057004432A KR 20057004432 A KR20057004432 A KR 20057004432A KR 100669036 B1 KR100669036 B1 KR 100669036B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
rotor blade
wind turbine
conductor structure
rotor blades
kilovolts
Prior art date
Application number
KR1020057004432A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20050057340A (ko
Inventor
알로이즈 우벤
Original Assignee
알로이즈 우벤
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 알로이즈 우벤 filed Critical 알로이즈 우벤
Publication of KR20050057340A publication Critical patent/KR20050057340A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100669036B1 publication Critical patent/KR100669036B1/ko

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D1/00—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor 
    • F03D1/06—Rotors
    • F03D1/0608—Rotors characterised by their aerodynamic shape
    • F03D1/0633—Rotors characterised by their aerodynamic shape of the blades
    • F03D1/0641—Rotors characterised by their aerodynamic shape of the blades of the section profile of the blades, i.e. aerofoil profile
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D80/00—Details, components or accessories not provided for in groups F03D1/00 - F03D17/00
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/20—Wind motors characterised by the driven apparatus
    • F03D9/25—Wind motors characterised by the driven apparatus the apparatus being an electrical generator
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C2230/00—Boundary layer controls
    • B64C2230/12—Boundary layer controls by using electromagnetic tiles, fluid ionizers, static charges or plasma
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2220/00—Application
    • F05B2220/70—Application in combination with
    • F05B2220/706—Application in combination with an electrical generator
    • F05B2220/7068—Application in combination with an electrical generator equipped with permanent magnets
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/20—Rotors
    • F05B2240/30—Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00—Aeronautics or air transport
    • Y02T50/10—Drag reduction

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Wind Motors (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

본 발명은 회전익 날개, 특히 풍력 발전 설비의 회전익 날개에 관한 것이다. 본 발명의 목적은 풍력 발전 설비의 회전익 날개의 공기 저항 계수를 개선하고 음향 전력 레벨을 낮추기 위함이다. 본 발명에 따른 풍력 발전 설비의 회전익 날개는 가압면과 흡입면을 구비하고, 상기 흡입면 상에 균일하고 전체를 커버하는 정전계가 인가됨을 특징으로 한다.
풍력발전, 회전익 날개, 로터 블레이드, 동전기.

Description

풍력 발전 터빈의 회전익 날개{ROTOR BLADE FOR A WIND TURBINE}
본 발명은 회전익 날개(rotor blade)에 관한 것으로, 특히 풍력 발전 설비(Wind Power Installation)의 회전익 날개에 관한 것이다.
풍력 발전 설비를 위하여 여러 가지 형태의 회전익 날개가 알려져 있다. 풍력 발전 설비용 회전익 날개에 대한 설계는, 회전익 날개가 작동 중에는 날개에 공기가 부딪혀서 발생하는 소음 음향 전력(acoustic power)을 가능한 낮은 레벨로 유지하고, 공기 저항값을 적게 해서 풍력 에너지 회전익 날개에 의해 생산되는 손실을 적게 하도록 하는 방향으로 기술적 노력이 경주되고 있다.
회전익 날개에서 소음으로 발생하는 음향 전력(acoustic power)의 레벨을 낮추기 위해서, 또는 저항 계수값(coefficient of resistance; CR-value)을 줄이기 위해 보통 채용되는 방법으로서, 회전익 날개의 외형 설계를 적절히 개선하거나 바꾸는 방법이 이용되어 왔다.
본 발명의 목적은 풍력 발전 설비의 회전익 날개에서 발생하는 음향 전력 레벨을 낮추고 동시에 저항 계수 값(CR-value)을 개선할 수 있는 방법을 제공하는 데 있다. 본 발명은 특허청구범위 제1항에 기재된 특징을 구비한 회전익 날개에 의해 달성된다.
본 발명은 회전익 날개의 흡입면(suction side) 상에 전계(electric field)가 생성되도록 구성한다. 이와 같은 전계는, 바람직한 실시예로서 회전익 날개의 윗면에 약 -4 킬로볼트(KV) 정도의 전압을 인가함으로써 정전계(electrostatic field)가 발생하도록 할 수 있다. 회전익 날개의 선단부(leading edge)로부터 회전익 날개 팁 영역 내의 회전익 날개의 최소한 30%에 해당하는 후단부(trailing edge)까지에 전계가 제공될 수 있으며, 이를 다시 설명하면 회전익 날개의 회전익 날개 밑동(root)으로부터 가장 멀리 떨어져 있는 부위까지 전계를 발생시킬 수 있다.
전계를 발생시키기 위해서는 회전익 날개의 흡입면 상에 그물 망(network) 형태의 도체 구조를 제공할 수 있다. 그물 망 형태의 도체 구조는 (예를 들면 구리와 같은) 가로 세로 행렬 형태(matrix)의 도체로 구성될 수 있으며, 메쉬 구성으로 해서 서로 나란히 교축하도록 복수 개의 도체를 정렬할 수 있으며, 도체들 사이의 간격은 1 밀리미터(mm) 내지 10 밀리미터(mm) 사이의 값을 취하도록 할 수 있으며, 바람직하게는 4 밀리미터(mm) 또는 그 이하로 할 수 있다.
놀랍게도 전계를 -2 킬로볼트(KV) 내지 -10 킬로볼트(KV), 더욱 바람직하게는 -4 킬로볼트(KV)로 해서 인가함으로써 회전익 날개의 전력 값을 10% 내지 15% 정도 상승시키도록 하는 효과가 있었다. 동시에 본 발명에 따른 회전익 날개의 소음 음향 전력은 약 1 데시벨(dB) 혹은 그 이하로 감소하였다.
회전익 날개의 길이를 약 20 미터(m) 정도로 해서 흡입면 상에 전계를 유지하기 위해서는 한 개의 회전익에 약 5 킬로볼트(KV) 정도의 전력을 내는 것이 바람직하고, 길이가 32 미터(m)인 회전익 날개에 대해서는 회전익 날개당 약 15 킬로볼트(KV)의 전력이 공급되어야 한다.
아래의 그래프는 전계 전압 값에 따른 저항계수(CR-value) 특성을 나타낸 도면으로서, 전계 계수(CP)의 전계 전압(Vd)에 대한 의존성을 나타내고 있다.
Figure 112005013556616-pct00001
<표1>
Figure 112006079676319-pct00002
Figure 112006079676319-pct00003
위의 그래프를 참조하면, 최대 전력 계수(Cp)는 최대값으로 약 112에 다다르고 있으며, 4 킬로볼트(KV) 이상에서 또는 3.9 킬로볼트(KV) 이하에서는 하강하고 있다. 동일 방향 또는 반대 방향으로의 전압에 대해서 전계가 회전익 날개의 압력면에 인가될 수 있다.
회전익 날개에 전계를 인가하는 방법은 풍력 발전 설비의 회전익 날개와 전압 또는 전하 공급 장치 사이에 동전기 접속(galvanic connection) 방식이 적용될 수 있다. 동전기 접속을 분리하기 위한 바람직한 실시 수단이 제공될 수 있는데, 회전익 날개 밑동(root) 또는 허브(hub) 또는 풍력 발전 설비 내에 스위치 형태를 구비함으로써 동전기 접속을 차단할 수 있다. 동전기 접속 내에서 한 개의 스위치 이상을 제공하는 것도 가능하다.
전압(전하) 공급 수단과 회전익 날개 사이의 동전기 접속 차단은 폭풍이 다가올 경우 인터럽트(interrupt)될 수 있다. 이와 같은 관점에서, 해당 폭풍 상황이 파악된 경우 자동으로 인터럽션 걸리도록 할 수 있다.
예를 들어서, 심각한 전력 요동(power fluctuation)이 있는 경우 인터럽트가 걸리도록 할 수 있는데, 이는 풍력 발전 설비에 있어서 심한 전력 요동 또는 바람의 심한 요동은 일반적으로 폭풍이 오기 전에 나타나는 바람의 징표가 되기 때문이다.
그러나, 바람 내의 전기 전압을 측정함으로써 폭풍이 다가오는 것을 검출할 수도 있다. 일반적으로 폭풍이 다가올 때에 전압이 상승 또는 하강하고, 그 결과 이는 폭풍이 다가오고 있다는 꽤 믿음직한 징표로 받아들여질 수 있다.
따라서, 회전익 날개와 전압 공급 수단 사이에 동전기 차단에 의해 전계를 셧다운 하는 것은 풍력 발전 설비 전체 특히 회전익 날개를 보호하기 위한 것으로 작용한다. 또한, 전압 공급 수단에 대한 해당 인터럽트를 컨트롤하는 것은 폭풍이 다가올 때에 진행하는 당 업계에 알려진 다른 종래 기술 방법이 적용될 수 있다.

Claims (8)

  1. 가압면(pressure side)과 흡입면(suction side)으로 구성되는 회전익 날개를 적어도 하나 구비한 풍력 발전 설비로서, -2 킬로볼트(KV)와 -10 킬로볼트(KV) 범위 내의 전압을 상기 회전익 날개의 흡입면 상의 도체 구조(conductor structure)에 인가함으로써 균일한 크기의 정전계(electrostatic field)가 상기 날개면을 커버하도록 하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 설비.
  2. 제1항에 있어서, 상기 정전계는 상기 회전익 날개의 흡입면 상에 상기 회전익 날개의 선단부(leading edge)와 후단부(trailing edge) 사이에 형성됨을 특징으로 하는 풍력 발전 설비.
  3. 제1항에 있어서, 상기 도체 구조는 상기 회전익 날개의 흡입면 상의 그물 망 network) 형태의 도체 구조이고, 상기 도체 구조는 가로 세로 행렬 형태(matrix)를 형성하고, 인접 도체 사이의 간격은 1 mm 내지 10 mm 범위 내의 값을 지니는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 설비.
  4. 제1항에 있어서, 상기 도체 구조에 인가되는 전압은 -3.9 킬로볼트(KV)와 -4 킬로볼트(KV) 사이의 값임을 특징으로 하는 풍력 발전 설비.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서, 상기 도체 구조는 상기 회전익 날개의 흡입면 상의 그물 망 (network) 형태의 도체 구조이고, 상기 도체 구조는 가로 세로 행렬 구조(matrix)를 형성하고, 인접 도체 사이의 간격은 4 mm 이하인 것을 특징으로 하는 풍력 발전 설비.
  8. 제1항에 있어서, 상기 인가 전압은 직류(DC) 전압이고, 상기 회전익 날개의 도체 구조에 직류 전압 공급원(DC voltage supply means)에 의해 인가됨을 특징으로 하는 풍력 발전 설비.
KR1020057004432A 2002-09-21 2003-09-16 풍력 발전 터빈의 회전익 날개 KR100669036B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10244022A DE10244022B4 (de) 2002-09-21 2002-09-21 Rotorblatt
DE10244022.0 2002-09-21

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20050057340A KR20050057340A (ko) 2005-06-16
KR100669036B1 true KR100669036B1 (ko) 2007-01-16

Family

ID=31969395

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020057004432A KR100669036B1 (ko) 2002-09-21 2003-09-16 풍력 발전 터빈의 회전익 날개

Country Status (17)

Country Link
US (1) US7311490B2 (ko)
EP (1) EP1546551B1 (ko)
JP (1) JP4208835B2 (ko)
KR (1) KR100669036B1 (ko)
CN (1) CN100390407C (ko)
AR (1) AR041325A1 (ko)
AU (1) AU2003266392B2 (ko)
BR (1) BR0314291B1 (ko)
CA (1) CA2498834C (ko)
CY (1) CY1115015T1 (ko)
DE (1) DE10244022B4 (ko)
DK (1) DK1546551T3 (ko)
ES (1) ES2460341T3 (ko)
PL (1) PL219028B1 (ko)
PT (1) PT1546551E (ko)
SI (1) SI1546551T1 (ko)
WO (1) WO2004029449A1 (ko)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006028167A1 (de) * 2006-06-16 2007-12-20 Daubner & Stommel Gbr Bau-Werk-Planung Verfahren zum Betreiben einer zumindest einen fluiddynamischen Auftriebskörper aufweisenden Vorrichtung, insbesondere einer Windenergieanlage
EP2190092A2 (en) 2008-11-19 2010-05-26 Vestas Wind Systems A/S Improved lightning protection system for wind turbines
DE102011014537B3 (de) * 2011-03-18 2012-05-31 Nordex Energy Gmbh Windenergieanlage mit einem Rotorblatt und einem Blitzableiter
JP5812476B2 (ja) * 2011-08-02 2015-11-11 学校法人 東洋大学 永久磁石回転電機及びその運転方法
IT202200000209A1 (it) * 2022-01-10 2023-07-10 Verme Massimo Sistema per la regolazione del flusso attorno ad un hydrofoil per mezzo della forza elettrostatica

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2102527A (en) * 1937-06-14 1937-12-14 Everett M Hadley Air resistance reducer
US3120363A (en) * 1958-09-11 1964-02-04 Electronatom Corp Flying apparatus
GB1106531A (en) * 1964-03-16 1968-03-20 Hawker Siddeley Aviation Ltd Improvements in or relating to the control of boundary layer conditions, at the surfaces of aerodynamic bodies, in particular over aircraft surfaces
GB2244252A (en) * 1990-05-22 1991-11-27 Philip Parry Reducing shock wave losses over aircraft surfaces
JP2000500558A (ja) * 1995-11-20 2000-01-18 ザ・トラステイーズ・オブ・プリンストン・ユニバーシテイ 境界層制御用の電磁タイルのジグザグ作動
DE19614420C2 (de) * 1996-04-12 2003-05-22 Aloys Wobben Rotorblatt und Windenergieanlage mit einem Rotorblatt
DE19712034A1 (de) * 1997-03-21 1998-09-24 Deutsch Zentr Luft & Raumfahrt Profilkante eines aerodynamischen Profils
DE19807477C2 (de) * 1997-09-30 2000-01-13 Deutsch Zentr Luft & Raumfahrt Rotor
DE19804308C2 (de) * 1997-09-30 2003-10-30 Deutsch Zentr Luft & Raumfahrt Profil
DE19743694C2 (de) * 1997-10-02 2001-11-15 Aloys Wobben Rotorblatt und Windenergieanlage mit einem Rotorblatt
DE19815519A1 (de) * 1998-03-31 1999-10-07 Tacke Windenergie Gmbh Rotorblatt für eine Windkraftanlage

Also Published As

Publication number Publication date
PT1546551E (pt) 2014-03-25
ES2460341T3 (es) 2014-05-13
SI1546551T1 (sl) 2014-04-30
AR041325A1 (es) 2005-05-11
US20050201865A1 (en) 2005-09-15
BR0314291B1 (pt) 2012-09-18
DE10244022A1 (de) 2004-04-01
EP1546551A1 (de) 2005-06-29
CA2498834C (en) 2008-04-15
US7311490B2 (en) 2007-12-25
DE10244022B4 (de) 2005-03-10
CY1115015T1 (el) 2016-12-14
EP1546551B1 (de) 2014-02-26
JP4208835B2 (ja) 2009-01-14
JP2005539176A (ja) 2005-12-22
PL374216A1 (en) 2005-10-03
WO2004029449A1 (de) 2004-04-08
BR0314291A (pt) 2005-07-26
CN100390407C (zh) 2008-05-28
AU2003266392A1 (en) 2004-04-19
CA2498834A1 (en) 2004-04-08
DK1546551T3 (en) 2014-03-24
CN1682032A (zh) 2005-10-12
PL219028B1 (pl) 2015-03-31
KR20050057340A (ko) 2005-06-16
AU2003266392B2 (en) 2007-08-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2377485C (en) Wind turbine blade with a system for deicing and lightning protection
EP1272759B1 (en) Lightning protection system for, e.g., a wind turbine, wind turbine blade having a lightning protection system, method of creating a lightning protection system and use thereof
EP2545277B1 (en) Wind turbine blade with lightning protection system
CN101936264A (zh) 横向传导雷电保护系统
EP3078852A1 (en) Lightning protection device, direct-drive wind turbine generator system and lightning protection method thereof
WO2004044419A8 (en) Lightning protection of a pitch-controlled wind turbine blade
EP3255275A1 (en) Rotor blade down-conductor
US11060508B2 (en) Lightning receptor for a rotor blade of a wind turbine
KR20140115963A (ko) 기류 발생 장치 및 풍력 발전 시스템
KR100669036B1 (ko) 풍력 발전 터빈의 회전익 날개
CN207701299U (zh) 一种防击穿型风电叶片避雷装置
US8729444B2 (en) Photovoltaic system with potential reduction
US10746161B2 (en) Lightning transmission device between the rotor and the nacelle in a wind turbine
CN110234871A (zh) 防雷装置
EP2589803B1 (en) Lightning arrester structure for wind generator blade
CN105134511A (zh) 一种风能叶片的防雷装置
CN202914253U (zh) 一种具有限制雷电流功能的风电叶片
KR101143515B1 (ko) 피뢰시스템
WO2023117326A1 (en) Wind turbine blade and wind turbine
CN220168082U (zh) 一种风电叶片分段式防雷结构
EP4083416A1 (en) Wind turbine blade and wind turbine
US20230296076A1 (en) A blade for a rotor of a wind turbine comprising internally a continous cable arrangement intended to measure conductivity
CN113982869A (zh) 风机叶片导体组件、防雷装置及安装方法
CN102900631A (zh) 具有限制雷电流功能的风电叶片及其制造工艺
CN106532524A (zh) 一种组合开关安装支架

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130102

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140102

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150108

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160106

Year of fee payment: 10

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20161230

Year of fee payment: 11

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180104

Year of fee payment: 12

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190103

Year of fee payment: 13

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191227

Year of fee payment: 14