KR101092878B1 - 블레이드의 국부 공력면 변화를 이용하는 풍력발전용 블레이드의 하중 저감장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 블레이드의 국부 공력면 변화를 이용하는 풍력발전용 블레이드의 하중 저감장치에 관한 것이다.

본 발명의 하중 저감장치는, 블레이드의 끝부분에 위치되어 블레이드의 공력면 중 한 부분이 되면서 블레이드의 상부나 하부로 회전되어 블레이드의 일부 공력면이 변화되는 형태를 발생시키는 러더; 상기 블레이드의 내부에 위치되어 러더를 움직여 주는 액추에이터; 및 상기 러더에 의한 블레이드의 공력면을 변화시키기 위해 액추에이터의 구동을 제어하는 제어기;를 포함하여 구성된다.

본 발명의 블레이드 하중 저감장치를 사용하면, 일정한 발전 출력을 얻고 블레이드에 가해지는 과도한 하중의 회피 등을 위한 구동이 신속하게 이루어지면서도 에너지 소모량은 매우 적은 특징이 있다.

풍력발전, 블레이트, 날개, 하중, 저감, 공력면, 에이러런

Description

블레이드의 국부 공력면 변화를 이용하는 풍력발전용 블레이드의 하중 저감장치{THE AERODYNAMIC LOAD REDUCTION APPARATUS OF BLADE FOR WIND POWER GENERATION}

본 발명은 풍력발전용 블레이드의 하중을 저감하기 위한 장치에 관한 것이다.

블레이드를 사용한 풍력발전 시스템에 있어서 일정한 발전출력 및 과도한 하중의 회피 등을 위해 블레이드의 각도를 회전시켜 주는 피치컨트롤이 이루어지고 있다.

즉, 풍력이 약한 조건에서는 풍력의 영향을 많이 받아 블레이드결합체의 회전이 원활하게 이루어지고, 레이티드 풍속 이상의 과도한 풍력 조건에서는 풍력의 영향을 적게 받도록 하기 위해 피치컨트롤이 이루어지고 있는 것이다.

특히, 피치컨트롤은 블레이드결합체에 위치된 복수 개의 블레이드 중 하부를 향해 위치된 블레이드의 하중을 저감하는 기능을 하는데 이는 피치컨트롤의 목적 중 매우 큰 비중을 차지한다.

이러한 피치컨트롤은 도 1과 같이 블레이드 자체의 각도를 조절해주는 방식이다.

그런데 풍력발전용 블레이드는 대부분 길고 무거워(통상 10톤 정도임) 종래와 같은 피치컨트롤에 많은 에너지가 소요되고 반응 속도가 느리다는 문제점을 가지고 있었다.

또, 많은 에너지가 요구되기 때문에 피치컨트롤을 위한 전원에 문제가 발생되는 경우 피치컨트롤이 이루어지지 못하는 문제점이 발생되었다.(배터리를 사용하더라도 많은 에너지가 소모되므로 주전원의 문제가 신속하게 해결되지 못하면 배터리의 방전으로 인해 피치컨트롤이 이루어지지 못하는 것이다.)

뿐만 아니라 피치컨트롤이 신속하게 이루어지지 못하므로 피치컨트롤의 목적 달성 효과가 낮은 문제점도 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하려는 것으로서, 더욱 상세하게는 에너지 소모량이 적으면서도 일정한 출력 및 과도한 하중의 회피 등을 위한 동작이 신속하게 이루어지도록 할 수 있는 풍력발전용 블레이드의 하중 저감장치를 제공하려는데 목적이 있다.

본 발명에서는 풍력발전용 블레이드의 끝부분에 항공기의 에이러런과 같이 공력면의 변화를 가져올 수 있는 장치를 구비하고, 이러한 장치의 구동을 제어기가 제어함으로써 일정한 출력을 얻고 과도한 하중의 회피 등을 위한 동작이 신속하게 이루어지며, 에너지 소모량은 매우 적도록 한다.

이러한 본 발명의 블레이드 하중 저감장치는, 블레이드의 끝부분에 위치되어 블레이드의 공력면 중 한 부분이 되면서 블레이드의 상부나 하부로 회전되어 블레이드의 일부 공력면이 변화되는 형태를 발생시키는 러더를 갖는다.

또, 상기 블레이드의 내부에 위치되어 러더를 움직여 주는 액추에이터를 갖는다.

또, 러더에 의한 블레이드의 공력면을 변화시키기 위해 액추에이터의 구동을 제어하는 제어기를 갖는다.

본 발명의 풍력발전용 블레이드의 하중 저감장치는, 풍력발전용 블레이드의 끝부분에 항공기의 에이러런과 같이 공력면의 변화를 가져올 수 있는 장치(러더와 액추에이터)가 구비되어 있고, 이러한 장치의 구동을 제어하는 제어기가 구비되어 있어 일정한 발전 출력을 얻고 블레이드에 가해지는 과도한 하중의 회피 등을 위한 구동이 신속하게 이루어지면서도 에너지 소모량은 매우 적은 특징이 있다.

상기와 같은 구성에서 블레이드의 여러 지점에서 발생되는 응력을 감지하는 센서가 구비되어 있고, 제어기는 센서에 의해 감지된 데이터에 근거하여 액추에이터의 움직임을 제어하는 경우 블레이드의 각 부분에 작용하는 응력을 통해 변형률 분포와 굽힘응력이나 비틀림 응력의 정도를 검출하고, 이에 절절히 대응할 수 있는 특징이 있다.

또, 공력면의 변화를 가져오는 러더가 복수 개 구비된 경우라면 블레이드에 작용하는 응력에 보다 적절히 대응할 수 있는 특징이 있다.

이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다.

그러나 첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일 예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.

본 발명은 풍력발전용 블레이드(1)의 하중을 저감하기 위한 장치에 관한 것인데 블레이드(1) 전체의 각도를 회전시켜 주던 종래의 피치컨트롤 방식과 달리 신속한 구동이 가능하고, 에너지 소모량이 적은 방식을 제공하려는 목적을 갖는다.

본 출원의 발명자는 상기와 같은 목적을 위하여, 블레이드(1)의 끝부분에서 일부 공력면을 변화시켜주는 방식을 안출하였다.

이러한 방식은 항공기의 에이러런과 같은 것이다.

다만, 항공기에 구비된 에이러런은 항공기의 자세 제어를 위한 것이지 블레이드의 하중 저감을 위한 것은 아니다.

따라서 본 발명의 장치는, 블레이드(1)의 끝부분에 위치되어 블레이드(1)의 공력면 중 한 부분이 되면서 블레이드(1)의 상부나 하부로 회전되어 블레이드(1)의 일부 공력면이 변화되는 형태를 발생시키는 러더(10)를 갖는다.

또, 블레이드(1)의 내부에 위치되어 러더(10)를 움직여 주는 액추에이터(20)를 갖는다.

상기와 같은 러더(10)나 액추에이터(20)의 구조는 항공기의 에이러런에 구비된 방식 등으로 구현 가능한 것이므로 구체적인 설명은 생략한다.

본 발명의 구성요소인 러더(10)가 블레이드(1)의 끝부분에 위치되어야 하는 이유는 전체 공력면 대비 크지 않은 일부 공력면의 변화만을 통해서도 본 발명의 목적을 달성할 수 있기 때문이다.

변화되는 공력면의 크기가 크면 상대적으로 구동 속도가 느려질 수 있고 액추에이터(20)의 크기 및 무게도 상대적으로 증가하는 결과를 가져온다.

그런데 상기와 같은 러더(10)와 액추에이터(20)를 갖는 구성만으로는 본 발명의 목적을 달성할 수 없다.

회전되는 블레이드(1)의 위치 및 가해지는 응력 등의 상황에 적절히 대응하면서 본 발명의 목적 달성에 맞게 러더(10)의 움직임을 제어할 필요성이 있다.

따라서 본 발명에서는 러더(10)에 의한 블레이드(1)의 공력면을 변화시키기 위해 액추에이터(20)의 구동을 제어하는 제어기(30)가 구비된다.

이러한 제어기(30)는 컴퓨터의 중앙처리장치(CPU)나 각종 전자기기의 제어부와 같은 형태로 구현될 수 있다.

상기와 같은 본 발명에 있어서, 블레이드(1)의 각 부분에 작용하는 응력을 통해 응력의 변형률분포와 굽힘응력이나 비틀림 응력의 정도를 검출하고, 이에 절절히 대응하는 것이 본 발명의 목적을 달성하는데 효과적이며, 블레이드(1)의 손상을 방지하는 효과를 얻을 수도 있다.

이를 위하여 블레이드의 여러 지점에서 발생되는 응력을 감지하는 센서(40)를 블레이드에 위치시킬 수 있다.

이러한 센서(40)는 이미 공지된 다양한 종류의 센서(40)를 적용할 수 있지만 블레이드(1) 내에 위치되는 광섬유센서인 것이 바람직하다.

이는 광섬유센서의 경우 블레이드(1)와 일체화시키는 것이 용이하고 감지 능력이 우수할 뿐만 아니라 고장 발생률 등도 낮기 때문이다.

상기와 같은 센서(40)를 갖는 경우 제어기(30)는 센서(40)에 의해 감지된 데 이터에 근거하여 액추에이터(20)의 움직임을 제어하도록 구현한다.

본 발명에 있어서, 가변되는 공력면에 해당되는 러더(10)를 복수 개 구비하고, 제어기(30)는 각 러더(10)의 움직임을 각각 제어할 수 있도록 구현하는 것이 바람직하다.

이것은 블레이드(1)에 가해지는 굽힘응력이나 비틀림응력 등과 같이 복잡한 형태의 응력에 적절히 대응하면서 본 발명의 목적을 달성할 수 있게 공력면을 변화시키는 것이 용이하기 때문이다.

도 1은 블레이드의 하중 저감을 위한 종래의 피치컨트롤 방식을 설명하기 위한 개략도

도 2는 본 발명의 풍력발전용 블레이드의 하중 저감장치를 설명하기 위한 개략도

도 3은 본 발명의 구성요소인 러더가 움직여 공력면이 변화되는 것을 설명하기 위한 개략도

A : 러더가 상부로 회전된 상태

B : 통상의 블레이드와 같은 공력면을 갖도록 러더가 회전되지 않은 상태

C : 러더가 하부로 회전된 상태

도 4는 센서에 의해 감지된 데이터에 근거하여 액추에이터와 러더가 움직이는 것을 설명하기 위한 개략도

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1. 블레이드 10. 러더

20. 액추에이터 30. 제어기

40. 센서

Claims (4)

1. 삭제
2. 풍력발전용 블레이드의 하중을 저감하기 위한 장치에 있어서,

   블레이드(1)의 끝부분에 위치되어 블레이드(1)의 공력면 중 한 부분이 되면서 블레이드(1)의 상부나 하부로 회전되어 블레이드(1)의 일부 공력면이 변화되는 형태를 발생시키는 러더(10);

   상기 블레이드(1)의 내부에 위치되어 러더(10)를 움직여 주는 액추에이터(20); 및

   상기 러더(10)에 의한 블레이드(1)의 공력면을 변화시키기 위해 액추에이터(20)의 구동을 제어하는 제어기(30);를 포함하여 구성되어 있으며,

   상기 블레이드(1)에는 블레이드(1)의 여러 지점에서 발생되는 응력을 감지하는 센서(40)가 위치되어 있고,

   상기 제어기(30)는 상기 센서(40)에 의해 감지된 데이터에 근거하여 액추에이터(20)의 움직임을 제어하는 것을 특징으로 하는, 블레이드의 국부 공력면 변화를 이용하는 풍력발전용 블레이드의 하중 저감장치.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 센서(40)는 블레이드 내에 위치된 광섬유센서인 것을 특징으로 하는, 블레이드의 국부 공력면 변화를 이용하는 풍력발전용 블레이드의 하중 저감장치.
4. 제 2항 또는 제 3항에 있어서,

   상기 러더(10)가 복수 개 구비되어 있고, 제어기(30)는 각 러더(10)의 움직임을 각각 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는, 블레이드의 국부 공력면 변화를 이용하는 풍력발전용 블레이드의 하중 저감장치.

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