KR100929111B1 - 풍력 발전장치 설치방법 - Google Patents

Abstract

일반적으로 풍력터빈은 블레이드를 지나가는 공기의 난류 영향으로 일정간격 거리를 두고 설치해야 하는데, 난류 영향을 받지 않게 배치할 경우 같은 면적에 더 많은 풍력터빈의 설치가 가능해진다.

본 발명은 풍력 터빈간 난류 영향을 받지 않으면서 같은 면적에서 더 많은 수의 풍력터빈을 설치하여 대용량의 전기 생산이 가능하도록 하는 풍력터빈의 설치방법에 관한 것으로, 동일한 방향으로 다수의 풍력터빈을 설치하고 각각의 동기화 전기신호 또는 회전축을 체인이나 기어장치로 연결하여 일정한 회전속도와 회전각을 유지하도록 동기화시킴으로써 풍력 에너지를 최대한 이용하여 단위 면적당 전기 생산용량을 증가시키게 된다.

풍력, 다축터빈, 동기화, 난류

Description

풍력 발전장치 설치방법{Installation Methods of Windpower Plant}

풍력터빈은 블레이드에서 발생하는 난류의 영향으로 풍력터빈의 설치 간격에 제한을 받게 되어 일정한 면적에서 생산할 수 있는 전기 에너지도 한정되게 된다. 그러므로 이러한 난류 영향을 받지 않도록 풍력터빈을 효과적으로 배치하여 설치할 경우 단위 면적당 전기에너지 생산량이 증가하게 된다.

본 발명은 근접한 풍력터빈 블레이드의 난류 영향을 받지 않으면서 더 많은 수를 설치하여 대용량의 전기 생산이 가능하도록 하는 풍력터빈의 설치방법에 관한 것으로, 좁은 면적에서 동일한 방향으로 다수의 풍력터빈을 설치하고 각각의 회전축을 동기화 전기신호로 제어하거나 체인 또는 기어장치로 연결하여 일정한 회전각을 유지하도록 함으로써, 풍력 터빈간 난류 영향 없이 좁은 면적에서 풍력 에너지를 최대한 이용하여 전기 생산이 가능한 풍력 발전장치를 제공하게 된다.

풍력에너지는 지형지물이나 장애물을 만나게 되면 난류가 발생하면서 속도와 방향이 변하게 된다. 풍력터빈의 경우도 대단지로 설치할 경우 각각의 풍력 터빈에 서 난류가 발생되므로 설치 간격이 좁아지게 되면 난류 간섭으로 효율이 저하된다.

그러나 2개 내지 3개의 대형 블레이드로 회전하는 대용량 풍력터빈의 경우 고속으로 회전하지 못하므로 블레이드와 블레이드의 회전시차 사이에 이용하지 못하는 난류가 발생되지 않은 양질의 풍력에너지가 일부 존재하게 되는데 풍속이 빠를수록 블레이드에 에너지로 제대로 이용되지 못하고 흘려보내게 되어 효율이 저하된다. 그러므로 블레이드의 회전 간격 사이로 흐르는 풍력에너지를 이용할 경우 단위면적에서의 풍력에너지 효율이 상승하여 전력 생산량이 증가하게 된다.

단위 면적에서의 출력을 높이기 위해 날개의 길이를 크게 하는 방법이 있으나 날개 길이를 계속 늘이게 되면 중량이 증가하고 날개의 강도가 약해져 기술적인 한계에 부딪히게 된다.

본 발명은 좁은 면적에서 풍력 터빈간 난류 영향을 받지 않으면서 더 많은 수의 풍력터빈을 설치하여 대용량의 전기 생산이 가능하도록 하는 풍력터빈의 설치방법에 관한 것으로, 좁은 면적에서 동일한 방향으로 다수의 풍력터빈을 설치하고 각각의 회전축을 동기화 전기신호로 제어하거나 체인 또는 기어장치로 연결하여 일정한 회전각을 유지하면서 회전하도록 동기화함으로써, 풍력 터빈간 난류 영향 없이 좁은 면적에서 대용량 전기 생산이 가능하도록 한 풍력 발전장치에 관한 것이다.

일반적으로 풍력 발전기는 바닥에 기초와 기둥을 세우고 상부에 대형 회전부와 발전기를 각각 1개씩 설치하므로 대용량화에 어려움이 많았을 뿐만 아니라, 단위면적당 발전량이 낮은 문제점이 있었다.

풍력 발전장치는 블레이드 길이를 지나치게 늘이지 않고 설치 면적이 적으면서도 대용량의 전기를 생산할 수 있는 설치방법의 기술개발이 요구된다.

따라서 본 발명의 목적은 앞서 설명한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 좁은 면적에 여러 대의 풍력 발전장치를 설치하기 위하여 풍력터빈이 설치된 회전축을 동일한 방향으로 여러 대를 배치하고 각각의 회전축을 체인이나 기어 같은 동기화장치로 연결하여 일정한 회전각을 유지토록 함으로써 동일 면적에 겹쳐 있으면서도 간섭되지 않고 근접한 풍력터빈의 블레이드에서 활용하지 못한 풍력에너지를 이용하여 전기를 효율적으로 생산 가능한 풍력 발전장치를 제공하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구체적인 수단은, 좁은 면적에서 풍력에너지를 최대한 이용할 수 있도록 육지에 있는 기초 또는 해상에 있는 부유체의 상부에 각각의 회전축을 가진 여러 개의 풍력터빈을 일정간격을 두고 같은 방향으로 설치하고 각각의 풍력터빈 회전축을 동기화 전기신호로 제어하거나 체인 또는 기어장치로 연결하여 항상 일정한 회전방향과 회전각이 유지되도록 함으로써 좁은 면적에서 다수의 풍력터빈으로 대용량 풍력발전장치 구성을 가능하게 한다.

각각의 풍력터빈 블레이드는 정면에서 볼 때 겹치는 위치에 있지만 블레이드의 회전방향과 회전각이 다르므로 각각은 난류가 없는 풍력 에너지를 이용하여 전기 생산이 가능하게 된다. 또한 각각의 회전축은 체인이나 기어장치로 연결되어 하 부에 발전기를 구동할 수 있어 무게 중심을 낮춰서 설비 구성이 가능하게 된다.

이상에서와 같이 본 발명의 풍력 발전장치에 따르면, 여러 개의 회전축으로 회전하는 풍력터빈이 일정한 거리와 회전각을 유지하면서 회전하도록 동기화 전기신호로 제어하거나 체인 또는 기어 같은 동기화장치로 동기화하여 구동함으로써 좁은 면적에서 더 많은 전기에너지를 얻을 수 있고, 동기화장치를 통해 발전기 댓수를 줄이면서 하부에 설치 가능하므로 무게 중심을 낮게 설계하여 대용량 풍력터빈을 구성하는 비용을 줄일 수 있는 장점이 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 첨부 도면을 참조하여 설명하도록 하겠다.

도 1은 본 발명에 의한 풍력 발전장치의 정면도이고, 도 2는 본 발명에 의한 풍력 발전장치의 측면도이고, 도 3은 본 발명에 의한 풍력 발전장치의 다른 설치상태를 나타내는 정면도이고, 도 4는 본 발명에 의한 풍력 발전장치의 또 다른 설치상태를 나타내는 정면도이고, 도 5는 본 발명에 의한 풍력 발전장치의 동기화 방법을 나타내는 후면도이고, 도 6은 풍력터빈에 의한 난류 유동 흐름을 나타낸 것이다.

본 발명에 따른 풍력 발전장치는 도 1에서와 같이, 블레이드가 동일한 방향 으로 설치되고 회전하는 면적이 겹쳐져 회전속도와 회전각이 동기화 된 상태로 구동되는 다수의 풍력터빈(300)과; 각각의 풍력터빈(300)의 구동에 의해 회전하는 회전축(310)과; 각각의 회전축(310)을 체인이나 기어 같은 장치로 연결하여 회전방향과 회전각이 정해진 상태로 동력을 전달하는 동기화장치(330)와; 동기화장치(330)에서 전달된 힘으로 회전하여 전기를 발생시키는 발전기(400)와; 전체 하중을 지지하고 중심을 유지하는 해상의 부유체(200)가 구비된다. 바람이 불 경우 고정부(500)를 기준으로 부유체(200)가 방향을 이동하면서 풍력터빈(300)이 바람의 정면으로 향하게 되고, 바람의 힘에 의해 풍력터빈(300)의 회전축(310)이 회전을 하여 발전기(400)를 구동하게 된다. 이때 동기화장치(330)에 의해 근접한 블레이드끼리 일정한 회전방향과 회전각을 유지하면서 동기화하여 회전하게 된다.

근접한 블레이드끼리는 동일 선상에서 기어처럼 맞물려 회전이 가능하나, 동기화장치(330) 등이 고장 날 때를 대비하여 도 2에서와 같이 회전축(310)이 각각 회전하여도 근접한 블레이드가 접촉되지 않도록 앞쪽의 블레이드의 면적보다 넓게 띄워서 설치하여 안전을 확보할 수 있게 된다.

도 3에서와 같이 하부의 부유체(200)를 움직이지 않게 하거나 지상에 설치할 경우에는 기초(100) 상부에 회전 중심축(110)을 만들어 바람의 방향에 따라 회전하면서 가동할 수 있게 된다.

도 4에서와 같이 해상 부유체(200)와 기둥(320)을 변형하여 더 좁은 면적에서 큰 용량의 발전설비를 구성 할 수 있게 된다.

도 5에서와 같이 동기화장치(330)는 체인이나 기어 장치로 구성되고, 기어의 치차에 맞물린 상태로 각각의 회전축이 동기화 되어 일정한 회전속도와 회전각도가 유지되도록 하고, 다양하게 높이나 위치를 조절하여 발전기(400)가 설치 가능하도록 구비된다. 동기화장치(330)는 변환축(340)에 의해 회전 방향 전환이 가능하게 되고 기둥 내부나 별도의 통로를 통해 외부로 노출되지 않게 설치되도록 구비된다.

또 다른 동기화 방법으로서 각각의 회전축(310)에서 회전각 신호를 전기신호로 받아서 각각의 회전축(310)에 설치된 발전기(400)에서 여자전류를 제어하여 회전 각도를 일정하게 유지하도록 할 수 있다.

도 6에서와 같이 풍력터빈(300)의 블레이드에서는 주기적으로 회전에 의한 난류유동(600)이 발생하는데, 동기화 되어 회전하는 풍력터빈(300)은 근접한 풍력터빈이 사용하지 못한 난류유동(600)이 없는 중간 구간의 풍력에너지를 이용하여 구동이 가능하므로 좁은 설치 면적에서 많은 수량의 풍력터빈(300) 설치가 가능하여 대용량 풍력발전장치를 구성할 수 있게 된다.

이상에서와 같이 본 발명은 기존의 풍력발전장치에서 단점으로 지적된 대용량화의 한계와 많은 부지를 차지하는 등 문제점을 가지고 있었던 것에 비해 좁은 면적에서도 효율성을 극대화할 수 있는 풍력 발전장치를 제공할 수 있다. 또한 기존의 풍력 발전장치와 달리 다양한 배열로 좁은 면적에서 대용량 발전설비를 구성함으로써 콤팩트한 풍력 발전장치를 제공할 수 있게 된다.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니 된다.

도 1은 본 발명에 의한 풍력 발전장치의 정면도

도 2는 본 발명에 의한 풍력 발전장치의 측면도

도 3은 본 발명에 의한 풍력 발전장치의 다른 설치상태를 나타내는 정면도

도 4는 본 발명에 의한 풍력 발전장치의 또 다른 설치상태를 나타내는 정면도

도 5는 본 발명에 의한 풍력 발전장치의 동기화 방법을 나타내는 후면도

도 6은 풍력터빈에 의한 난류 유동 흐름

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ※

100 : 기초 110 : 중심축

120 : 롤러 130 : 상부구조물

200 : 부유체

300 : 풍력터빈 310 : 회전축

320 : 기둥

330 : 동기화장치 340 : 변환축

400 : 발전기

500 : 고정부

600 : 난류유동

Claims (6)

1. 난류의 영향을 받지 않고 같은 면적에 더 많은 수의 풍력터빈을 설치하여 대용량으로 전기를 생산할 수 있는 풍력터빈 설치방법에 있어서, 블레이드가 동일한 방향으로 회전하는 면적이 겹쳐져 설치되고 회전속도와 회전각이 동기화 된 상태로 구동되는 다수의 풍력터빈(300)과; 각각의 풍력터빈(300)의 구동에 의해 회전하는 회전축(310)과; 각각의 회전축(310)을 동기화 전기신호 또는 체인이나 기어 같은 장치로 연결하여 회전방향과 회전각이 정해진 상태로 동력을 전달하는 동기화장치(330)와; 동기화장치(330)에서 전달된 힘으로 회전하여 전기를 발생시키는 발전기(400)로 구성되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전장치
2. 청구항 1에 있어서;

   상기의 풍력터빈(300)은 동일한 방향으로 여러 개 설치되고, 근접한 블레이드와 회전축(310)의 회전방향은 반대이면서 회전부 면적이 서로 겹치는 위치에 배치되어 설치면적을 줄이면서 난류의 영향을 받지 않도록 구성하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전장치
3. 청구항 2에 있어서;

   상기의 풍력터빈(300)은 난류의 영향을 받지 않도록 같은 선상에 블레이드가 설치되거나, 고장시 회전축(310)이 각각 회전하여도 이웃하는 블레이드가 접촉되지 않도록 앞쪽의 블레이드의 면적보다 넓게 띄워서 설치되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전장치
4. 청구항 1에 있어서;

   상기의 동기화장치(330)는 여러 개인 풍력터빈(300) 회전축(310)의 회전각을 일정하게 유지되도록 동기화하는 것으로, 일정한 회전각의 전기신호를 받아서 발전기(300)의 여자전류 또는 회전저항을 조절하여 각 회전축(310)의 회전각이 동기화되도록 하여 블레이드간 난류영향을 받지 않도록 구성되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전장치
5. 청구항 1에 있어서;

   상기의 동기화장치(330)는 여러 개인 풍력터빈(300) 회전축(310)의 회전각을 일정하게 유지되도록 동기화하는 것으로, 일정한 회전각을 유지하고 회전축(310)에서 발생되는 동력을 발전기(400)에 전달하기 위하여 체인이나 기어 장치로 구성되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전장치
6. 청구항 1에 있어서;

   상기의 발전기(400)는 여러 개의 회전축(310)에서 전달되는 동력을 모아서 구동하고, 무게 중심을 낮추고 중량을 줄이기 위해 한대의 풍력터빈(300)이나 하부의 기초(100) 또는 부유체(200)에 설치하여 전기를 생산하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전장치

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