KR100842467B1 - 해수 또는 염수 담수화 장치를 포함하는 풍력발전장치 - Google Patents

해수 또는 염수 담수화 장치를 포함하는 풍력발전장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 타워(Tower, 66), 타워에 의해 지지된 곤돌라(Gondola, 22), 상기 곤돌라(22)에 장착된 로터(Rotor, 10, 12) 및 상기 로터에 의해 기계적으로 구동되고 미청정수를 역삼투장치로 공급하여 처리하는 적어도 하나의 압력펌프(20)를 포함하는 풍력발전장치에 관한 것으로서, 상기 역삼투장치의 구성부가 타워(66) 내에 배치되어 있다.
풍력발전장치, 역삼투장치, 타워, 곤돌라, 미청정수, 식수

Description

해수 또는 염수 담수화 장치를 포함하는 풍력발전장치{WIND ENERGY INSTALLATION COMPRISING A SEAWATER OR BRACKISH WATER DESALINATION PLANT}
본 발명은 타워(Tower), 이 타워에 의해 지지된 곤돌라(Gondola), 곤돌라에 장착된 로터(Rotor) 및 이 로터에 의해 기계적으로 구동되고 미청정수(未淸淨水)를 역삼투장치로 공급하여 처리하는 적어도 하나의 압력펌프를 갖는 풍력발전장치(Wind Power Plant)에 관한 것이다.
전력을 생성하는데 사용되는 풍력발전장치는 여러가지 상이한 구조로 알려져 있다. 더욱이, 주로 화석에너지원(Fossil Energy Source)을 이용하여 해수(Sea Water) 또는 염수(Brackish Water)를 담수화하는 해수 담수화장치(Desalination Plant)가 알려져 있다. 또한, 역삼투처리에 따라 작용하는 전기 작동식 발전장치의 경우는, 보통 화석연료를 사용하여 전력을 생성하는데 사용된다.
재생가능한 에너지원의 사용을 가능케 하기 위하여, 예를 들면 US 4,187,173, DE 200 13 613 U1, DE 197 14 512 C2, DE 198 50 565 A1 및 DE 43 21 050 A1에 개시된 바와 같이, 풍력발전장치에 의하여 역삼투장치의 펌프 및 다른 전기장치를 가동하는데 필요한 전력을 생성하는 것이 이미 제안된 바가 있다. 이러한 종래의 발전장치의 상호연결은 제한된 효능을 갖는다는 것이 명백하다.
DE 38 08 536 A1에는 로터가 마이터 기어(Mitre Gear)에 의하여 일련의 펌프에 작용하고, 이 일련의 펌프는 타워에 위치된 압력 콘테이너(Pressure Container)에 작용하는 풍력발전장치가 개시되어 있다. 이 압력 콘테이너는 번갈아 풍력발전장치 외부에 위치된 역삼투장치에 공급한다.
하지만, 상기 공지의 발전장치는 복잡하고 고가의 구성을 갖는다.
따라서, 본 발명의 목적은 간단한 구성으로 식수를 제조하기 위하여 고효율의 해수 또는 염수로 담수화할 수 있는 풍력발전장치를 제공하는 데 있다.
본 발명에 의하면, 상기 목적은 특허청구범위의 청구항 1의 특징에 의해 해결되며 종속항은 본 발명의 유리한 구성을 제공한다.
본 발명의 요지는, 역삼투장치에 대하여 필요한 해수 또는 염수의 압력과 체적유량을 생성하는 펌프장치(Pump Unit)를 구동하기 위해 직접 풍력발전장치의 유용한 운동에너지의 대부분을 사용하는 데 있고, 상기 풍력발전장치안에 미청정수(未淸淨水) 저장소, 필터장치(Filter Unit), 펌프장치, 역삼투장치 및 식수 저장탱크 등의 모든 작동구성부들이 통합되어 있다. 이러한 구성에 의하면, 발전기에 의해 생성된 전력이 기계에너지로 역으로 전환되지 않는다는 것이 보장된다. 이러한 전환 연쇄는 필요한 구성부와 장치에 대해 이중의 효율손실 및 고비용을 의미한다.
풍력발전장치 로터의 회전에너지는, 기어(Gear)에 의해 직간접적으로 풍력발전장치 곤돌라 내에 있는 1개 이상의 펌프장치에 전달된다. 이와 같이 직접 기계적으로 구동되는 펌프는, 타워의 베이스(Base)로부터 담수화처리될 해수 또는 염수가 공급되어 속도의존형(Speed-dependent) 체적유량을 생성한다. 상기 해수 또는 염수는 밸브시스템(Valve System)에 의해 역삼투장치에 공급된다.
밸브 제어기와 다수개의 역삼투장치의 작용으로서, 시스템에 압력이 작용된다. 압력과 체적유량은 조정장치(Regulating Device)에 의해 제어되고 일정한 작동조건에 알맞게 설정된다. 임시저장 배터리(Battery)는 시스템 내에 부하변동(Load Fluctuation)의 간단한 보상을 보장한다. 주어진 유용한 로터 회전력을 이용하기 위하여, 조정장치에 의하여 밸브를 통해, 몇개의 펌프장치와 역삼투장치를 선택적으로 연결하거나 단절하는 것도 가능하다.
필터장치와 역삼투장치는, 바람직하게는 타워의 상부에 수용되며 곤돌라로 부터 상부에서 압력매체와 함께 공급된다. 필터장치와 역삼투장치는 바람직하게는 회전프레임(Rotating Frame)의 곤돌라에 회전방식으로 고정되어 있으므로, 압력수로(Pressure Water Line)가 펌프장치에 견고하게 연결될 수 있다. 식수탱크는, 상기 압력수로 아래에 위치하여 타워에 견고하게 고정되어 있으며, 역삼투장치로부터 식수를 흘려보낸다. 물의 헤드높이(Head Height)를 통하여, 식수 제거파이프 내에 압력이 동시에 생성되고, 이는 더 먼 거리의 연결을 허용하게 된다.
해수 또는 염수 공급파이프의 통과 및 작업원의 접근을 위하여, 식수탱크 중앙에는 관(Duct)이 구비되어 있다. 풍력발전장치의 기대(基台)에는 프리필터(Prefilter), 염소처리장치(Chlorination Plant) 및 이송펌프(Feed Pump)를 갖는 해수 또는 염수 저장소가 위치되어 있다.
풍력발전장치를 근해(近海)에 구축하여 해수 또는 염수에 직접 설치한 경우에는 특히 이점이 있다. 필요한 구성부를 갖는 미청정수 저장소는 수위 아래의 기대에 직접 합체될 수 있고, 실질적으로 해수 또는 염수의 양에 제한을 받지 않고 직접 공급될 수 있다.
계속적으로 생성된 필터 찌꺼기와 그밖의 폐기 농축물은 해수 또는 염수로 직접 돌려보내질 수 있다.
전체의 작동장치는 근해의 풍력발전장치에 직접 통합되어 있다. 소비자들을 위해 지상에는 물배관(Water Pipeline)만이 필요하다. 2차 장치(Secondary Unit)를 위해 필요한 전기보조에너지는 소형의 발전기에 의해 생성된다.
도1은 본 발명의 바람직한 실시형태를 도시한 것이다.
병진 공기운동(Translatory Air Movement)으로부터 회전에너지로의 풍력발전장치의 에너지 변형은, 로터 블레이드(Rotor Blade, 10)에 의해 발생되고, 상기 로터 블레이드는 로터 허브(Rotor Hub, 12)상에 선회가능하게 장착되며 상기 로터 블레이드의 설정각은 블레이드 조절부(14)에 의해 변경된다. 상기 로터 상에서 상기 허브(12)에 의해 구동되는 기어(16)에 의해, 구동축의 속력은 1500∼3000 min-1 까지 상승된다. 상기의 급속하게 회전하는 구동축을 중심으로 보조 발전기(18)와 1개 이상의 압력펌프(20)가 구동된다. 상기 보조 발전기(18)에 의해 생산된 전력은, 배터리에 의해 일시적으로 저장되고 상기 조정장치에 공급된다.
상기 구성부들은, 풍향추적시스템(Wind Direction Tracking System, 24)에 의해 가변(可變) 풍량에 따라 연속적으로 방위설정된 풍력발전장치의 곤돌라(22)에 위치된다. 회전통로(Rotary Passage, 26)를 통해 해수 또는 염수는 저장탱크(27)로 이송되어, 밸브(31)에 의해 회전 곤돌라(22) 내의 압력펌프(20)로 공급된다. 압력펌프(20)는 공급된 해수 또는 염수를 압력하에 놓는다.
압력 저장소 또는 탱크(28)는, 부하 피크(Load Peak)를 보상하고, 이에 따라 단위시간당 압력분포를 원활하게 한다. 조정밸브(30)를 사용하는 조정장치(32)에 의해, 가압된 해수 또는 염수의 체적유량과, 블레이드 조절부(14)를 통한 로터의 출력은, 서로 조화되도록 조정된다.
필터장치(36)와 역삼투장치(38)는, 곤돌라(22)의 하부에서 연합하여 회전하는 프레임(34) 내에 위치된다. 곤돌라에 매달아 회전한 결과로서, 압력파이프는, 역삼투장치(38)는 물론, 압력펌프(20)와 필터장치(38) 사이에도 견고하게 연결될 수 있다. 저장소로서 사용되는 식수 탱크(40)는 역삼투장치(38) 아래에 위치된다. 지상 위의 탱크의 전체 높이의 결과로서 정압(Static Pressure)이 발생하게 되므로, 물을 식수 파이프(42)를 경유하여 장거리에 걸쳐 이송할 수 있다.
제안된 해결책에서, 풍력발전장치는 해수 또는 염수에 직접 설치되므로, 그 발전장치는 해수 또는 염수(44)에 의해 전측면이 둘러싸여져 있다. 미청정수 필터(46)에 의해, 물은 수면 아래에 위치된 미청정수 저장소(48)로 통과한다. 전해질 염소처리 시스템(Chlorination System, 50)에 의해 물은 화학적으로 선처리된다. 전기적으로 작동되는 리프팅 펌프(Lifting Pump, 52)는 해수 또는 염수를 미청정수 리프팅 파이프(Lifting Pipe, 54), 회전통로(Rotary Passage, 26) 및 저장탱크(27)를 거쳐 곤돌라(22)내의 압력펌프(20)로 이송한다. 미청정수 리프팅 파이프(54)에 평행하게 폐수 파이프(56)가 위치되고, 상기 폐수 파이프는, 소금물 농축물과 필터장치(36)로부터의 필터 찌꺼기를 해수 또는 염수로 돌려보낸다. 상기 파이프들은 외부파이프 중앙에 배치되며, 식수 탱크(40) 내의 클라임 쓰루우 파이프(Climb-Through Pipe, 58)상에 위치된다. 또한, 상기 클라임 쓰루우 파이프(58)는 작업원이 유지 또는 수리를 위해 기어올라가는데 사용되며, 하부 타워 부분은 출입구 도어(60)를 통하여 접근할 수 있다.
전체의 발전장치는 기대(62)에 의해 해저에 연결되어 있다. 타워(66)는 바닥 플랜지(Bottom Flange, 64)에 의해 기대(62)에 연결되어 있다. 타워(66)는 식수탱크(40)를 구비한 하부 타워 부분과, 필터장치(36)와 역삼투장치(38)를 구비한 상부 타워 부분으로 구성되어 있다. 양 타워 부분들은 연결 플랜지(68)에 의해 상호연결되어 있다. 필터장치(36)와 역삼투장치(38)에 대한 유지를 위해, 회전 프레임(Rotating Frame, 34)은, 각각 서브어셈블리(Subassembly) 아래에 2개의 유지 플랫폼(Maintenance Platform, 70)을 포함한다.

Claims (12)

  1. 타워(Tower, 66), 상기 타워에 의해 지지된 곤돌라(Gondola, 22), 상기 곤돌라(22)에 장착된 로터(Rotor, 10, 12) 및 상기 로터(10, 12)에 의해 기계적으로 구동되고 미청정수(未淸淨水)를 역삼투장치로 공급하여 처리하는 적어도 하나의 압력펌프(20)를 갖는 풍력발전장치에 있어서,
    상기 역삼투장치의 구성부가 타워(66) 내에 위치된 것을 특징으로 하는 풍력발전장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 압력펌프(20)는, 상기 곤돌라(22) 내에 위치된 것을 특징으로 하는 풍력발전장치.
  3. 제1항에 있어서,
    로터 허브(Rotor Hub, 12)에 의해 구동되어 상기 적어도 하나의 압력펌프(20)를 구동하는 기어(16)를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 압력펌프와 상기 역삼투장치 사이에 압력 저장소(28)가 위치된 것을 특징으로 하는 풍력발전장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 압력 저장소(28)는, 상기 곤돌라(22)에 위치된 것을 특징으로 하는 풍력발전장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 역삼투장치는, 상기 타워(66)에 상기 곤돌라(22)와 함께 회전방식으로 장착된 것을 특징으로 하는 풍력발전장치.
  7. 제1항에 있어서,
    처리될 미청정수는 염수(Brackish Water)인 것을 특징으로 하는 풍력발전장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 풍력발전장치는, 미청정수 저장소(48)를 구비한 것을 특징으로 하는 풍력발전장치.
  9. 제1항에 있어서,
    하부 타워 부분에 식수탱크(40)가 위치된 것을 특징으로 하는 풍력발전장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 풍력발전장치는, 상기 로터 허브(12)에 의해 구동되는 보조 발전기(18)를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 역삼투장치는, 조정장치(Regulating Device)에 의해 개별적으로 연결, 단절될 수 있는 몇개의 모듈러장치(Modular Unit)를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전장치.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 풍력발전장치는, 바다에 수직으로 설치된 것을 특징으로 하는 풍력발전장치.
KR20037009737A 2001-02-06 2002-01-28 해수 또는 염수 담수화 장치를 포함하는 풍력발전장치 KR100842467B1 (ko)

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