KR101179682B1 - 부유식 해상 풍력발전설비 - Google Patents

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Abstract

계류라인의 길이 및 설치 개수를 최소화함으로써 경제성을 확보하고, 구조물의 요잉(yawing) 운동에 대한 컨트롤이 양호하도록, 풍력발전부를 탑재한 상부 타워와, 상부 타워를 지지하는 부력체인 하부구조물, 상기 하부구조물을 계류하기 위해 하부구조물과 해저면을 연결하는 단일의 계류라인, 상기 풍력발전부에 구비되어 바람의 방향에 따라 상부 타워에 대해 풍력발전부를 회동시키기 위한 회동부를 포함하는 부유식 해상 풍력발전설비를 제공한다.

Description

부유식 해상 풍력발전설비{FLOATING OFFSHORE WIND POWER GENERATION PLANT}
본 발명은 풍력을 이용하여 전기를 생산하는 풍력발전설비에 관한 것이다. 더욱 상세하게 본 발명은 해상에 설치되는 부유식 해상 풍력발전설비에 관한 것이다.
지구온난화에 따른 환경규제와 화석연료의 수급불안 등의 문제점이 대두됨으로서 신재생 에너지 생산시스템으로서의 풍력발전이 각광을 받고 있다.
풍력발전설비는 주로 육상에 설치되어 왔으나, 점차적으로 해상 설치가 증가하고 있다. 풍력발전을 위해 해상은 육상에 비해 바람의 질이 대체로 좋은 편이며, 날개 소음 문제에 있어서도 보다 쉽게 대응할 수 있는 장점이 있다. 특히, 경제성 확보를 위해서는 대규모의 단지 확보가 요망되는 데 육상에는 이러한 단지를 구비하기 어려워, 연안이나 근해의 해상이 대단위 해상풍력단지로 떠오르고 있다.
풍력발전설비를 해상에 설치하기 위한 구조는 크게 고정식과 부유식으로 나눌 수 있다. 고정식 구조는 육상에서와 같이 구조물이 직접 해저면에 고정되어 환경하중을 구조적 변형으로 대응하는 형식이고, 부유식은 수면에 떠있으며 자중, 부력, 환경 하중 및 계류력을 받고 있고, 구조물의 6자유도 운동으로 환경하중을 이겨내는 방식이다.
최근까지 해상 풍력발전설비는 고정식으로 주로 얕은 수심에 설치되었다. 그러나, 고정식 구조는 구조물이 해저면에 고정되어 있어 유리한 조업조건을 제공하지만 수심이 깊어지면 구조물의 규모가 너무 커지고 피로파괴의 위험성을 피하기 어려워진다. 또한, 설비의 대형화 추세에 따라 구조물의 제작, 설치에 드는 비용이 천문학적으로 증가하게 된다.
바람은 육상에서 멀어질수록 강하고 일정해지므로 발전효율을 높일 수 있다. 이에 점차 해안으로부터 멀리 떨어져 수심이 깊은 곳에서도 풍력발전의 개발 필요성이 제기되고 있다. 따라서 수심이 깊어져도 구조물의 크기에 제한을 받지 않는 부유식 구조를 이용한 해상 풍력발전설비에 대한 많은 연구가 이루어지고 있다.
부유식 구조는 부력체의 자세 복원성의 메커니즘에 따라 폰툰형, 인장계류형, 주상형으로 분류할 수 있다. 이 중 인장계류형은 부력체를 해저와 인장 계류라인으로 결합하여 계류라인의 강성으로 복원력을 발생시키는 구조이다. 이러한 구조의 대표적인 형식으로는 인장 다리 플랫폼(Tension Leg Platform: TLP)이 있다. TLP 형식은 부력체인 플랫폼에 복수개의 계류라인을 설치하여 해저면에 연결하고, 플랫폼이 정적 평형위치보다 조금 아래로 내려가도록 계류라인을 당겨 장력이 걸리도록 한 구조이다.
주상형의 경우 대표적인 형식으로 스파형 플랫폼(spar platform)이 있다. 스파형 플랫폼은 부력중심 밑에 중력중심을 갖는 실린더형태의 구조물을 수직으로 세우고 그 위에 플랫폼을 설치한 형태로, 복수개의 계류라인이 구조물과 해저 사이에 설치된다.
상기한 부유식 해상 풍력발전설비를 개발함에 있어서, 구조물의 안정성과 경제성은 매우 중요하게 고려될 사항이다. 이에 설비의 안정성 확보를 전제로 제작, 설치 및 운전 비용이 가장 적게 드는 방식으로 개발이 이루어질 필요가 있다.
이에, 계류라인의 길이 및 설치 개수를 최소화함으로써 경제성을 확보할 수있도록 된 부유식 해상 풍력발전설비를 제공한다.
또한, 구조물의 요잉(yawing) 운동에 대한 컨트롤이 양호한 부유식 해상 풍력발전설비를 제공한다.
이를 위해 본 설비는 풍력발전부를 탑재한 상부 타워와, 상부 타워를 지지하는 부력체인 하부구조물, 상기 하부구조물을 계류하기 위해 하부구조물과 해저면을 연결하는 단일의 계류라인, 상기 풍력발전부에 구비되어 바람의 방향에 따라 상부 타워에 대해 풍력발전부를 회동시키기 위한 회동부를 포함할 수 있다.
계류라인은 하부구조물의 하단에 설치되고 선단에는 앵커가 설치되어 해저면으로 고정되는 구조일 수 있다.
계류라인은 인장 계류 구조일 수 있다.
풍력발전부는 로터와, 상부 타워에 회전가능하게 설치되고 로터를 회전가능하게 지지하는 나셀(nacelle)을 포함하며, 발전장치, 축전장치 또는 송전장치를 더 구비할 수 있다.
회동부는 나셀에 설치되고 외측으로 연장되는 테일붐과, 테일붐 후방에 회전가능하게 설치되어 바람을 분출하여 상부 타워에 대해 나셀을 회동시키는 테일로터, 테일로터를 구동시키기 위한 구동부를 포함할 수 있다.
테일붐은 나셀에 대해 로터의 반대쪽 선단에 설치될 수 있다.
테일로터는 나셀의 회전방향을 향해 배치된 구조일 수 있다.
구동부는 로터의 회전력을 이용한 구조일 수 있다.
구동부는 로터의 회전축과 연결되는 구동샤프트와, 구동샤프트에 연결되어 동력을 전달하는 변속기어박스, 변속기어박스 출력축에 연결되고 테일붐 후방으로 연장되는 테일구동샤프트, 테일구동샤프트와 테일로터 사이에 설치되어 테일구동샤프트의 동력을 직교 방향으로 전환하여 테일로터로 전달하는 테일로터기어박스를 포함할 수 있다.
나셀 내에 로터의 회전축에 연결되는 메인기어박스와 발전기가 구비되고, 구동샤프트는 발전기에 연결되어 동력을 전달받는 구조일 수 있다.
구동부는 바람의 방향을 검출하는 풍향계와, 풍향계의 검출신호에 따라 각 기어박스의 구동을 제어하여 테일로터의 회전속도나 회전방향을 제어하는 컨트롤러를 더 포함할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 설비는 계류라인의 길이 및 설치 개수를 최소화하여 설치 작업에 소요되는 시간과 노력을 줄일 수 있게 된다.
또한, 요 컨트롤을 위한 별도의 요 컨트롤 시스템을 구비할 필요가 없어 설비의 제조 단가를 낮추고, 발전 단가를 낮춰 가격 경쟁력을 높일 수 있게 된다.
또한, 계류라인을 최소화하면서도 양호한 요 컨트롤을 확보할 수 있게 된다.
도 1은 본 실시예에 따른 부유식 해상 풍력발전설비를 도시한 개략적인 도면이다.
도 2는 본 실시예에 따른 부유식 해상 풍력발전설비의 단면을 도시한 도면이다.
도 3은 본 실시예에 따른 부유식 해상 풍력발전설비의 작동 상태를 도시한 개략적인 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명의 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도내에서 다양한 형태로 변형될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면들은 개략적이고 축적에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 감소되어 도시되었으며 임의의 치수는 단지 예시적인 것이지 한정적인 것은 아니다. 둘 이상의 도면에 나타나는 동일하거나 유사한 구조물, 요소 또는 부품에는 동일한 도면부호를 사용하여 나타낸다.
도 1은 본 실시예에 따른 부유식 해상 풍력발전설비를 도시한 개략적인 도면이다.
상기한 도면에 의하면, 본 실시예의 풍력발전설비(10)는 풍력발전부를 탑재한 상부 타워(12)와, 상기 상부 타워(12)를 지지하는 부력체인 하부구조물(14), 상기 하부구조물(14)을 계류하기 위해 하부구조물(14)과 해저면을 연결하는 단일의 계류라인(16)을 포함한다.
상기 풍력발전부는 로터(11)와, 상부 타워(12)에 결합되어 로터를 회전가능하게 지지하는 나셀(nacelle)(13)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 풍력발전부는 발전장치나 축전장치 또는 송전장치를 더 구비할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 발전장치로써, 상기 나셀(13) 내부에는 로터(11)의 회전축(15)과 연결되는 메인기어박스(17)와, 상기 메인기어박스(17)의 출력축에 연결되어 회전축의 회전력을 이용하여 전력을 생산하는 발전기(19)가 구비된다.
본 실시예에서 상기 나셀(13)은 상부 타워(12)에 대해 자유롭게 회전가능하게 설치된다. 그리고, 상기 나셀(13)에는 바람의 방향에 따라 로터(11)가 설치된 나셀(13)의 방향을 바꿀 수 있도록 상부 타워(12)에 대해 나셀(13)를 회동시키는 회동부(20)가 구비된다. 이에 회동부(20)는 나셀(13)를 회동시켜 나셀의 방향을 변환함으로써, 나셀에 설치된 로터를 바람이 오는쪽으로 향하게 한다.
상기 상부 타워(12)는 로터(11)를 수면으로부터 미리 설정된 높이에 위치시키기 위한 것으로 소정 길이를 갖는 기둥 형태로 되어 있다. 상기 상부 타워(12)는 상기 하부구조물(14)에 고정 설치된다. 그리고 상기 상부 타워(12)와 상기 나셀(13) 사이에는 베어링블럭(29)이 더 설치된다. 이에 상기 나셀(13)은 베어링블럭(29)을 매개로 상기 상부 타워(12)에 대해 자유롭게 회전 운동하게 된다.
상기 하부구조물(14)은 상단에 설치되는 상부 타워(12)와 풍력발전부의 중량을 부력으로 지지하는 부력체이다. 본 실시예에서 상기 하부구조물(14)은 수직 실린더 형태로 이루어지나 특별히 이에 한정되지 않는다. 상기 하부구조물(14)은 내부가 빈 중공 구조로 부력을 생성할 수 있도록 구성된다. 또한, 상기 하부구조물은 부력중심 밑에 중력중심을 두기 위한 발라스트(ballast)가 하부에 탑재될 수 있다.
상기 하부구조물(14)의 하단에는 계류라인(16)의 상단이 설치된다.
본 실시예에서 상기 계류라인(16)의 개수는 한 개로 이루어진다. 이와 같이 단일의 계류라인(16)에 의해 설비가 계류됨으로써, 계류라인(16) 자체의 개수를 줄이고, 계류라인(16)의 앵커 설치 작업을 최소화할 수 있게 된다.
여기서 상기 계류라인(16)은 강성을 갖는 와이어로프(wire rope)로 이루어질 수 있다. 와이어로프는 소선을 꼬아 만든 스트랜드(strand)를 단일 또는 복수개의 층으로 꼬아 합친 구조일 수 있으며, 특별히 한정되지 않는다.
상기 계류라인(16)의 상단은 하부구조물(14)의 하단에 고정 설치되고 하단에는 앵커(18)가 설치되어 해저면에 고정된다. 앵커(anchor)(18)는 계류라인(16)으로 연결되는 하부구조물(14)을 미리 설정된 위치에 계류하기 위한 것으로, 예를 들어 앵커볼트 등의 해저면에 고정되는 구조 또는 닻이나 콘크리트 구조물 등의 자중에 의해 가라앉는 중력식 구조가 적용될 수 있으며 특별히 한정되지 않는다.
본 실시예에서 상기 계류라인(16)은 하부구조물(14)과 앵커(18) 사이에 장력을 갖는 인장 계류 구조로 설치된다. 즉, 계류라인(16)은 하부구조물(14)의 부력에 대항하여 하부구조물(14)을 수중으로 끌어내리도록 당겨져 앵커(18)에 계류된다.
이에 계류라인(16)에는 잉여부력에 의한 장력(tension)이 걸려있게 된다. 상기 계류라인(16)은 설비의 조건에 따라 미리 설정된 초기 장력(pretension)을 부여하여 계류한다. 이에 계류라인(16)은 계류라인(16)에 걸리는 초기 장력(pretension)과 설비의 상하 동요와 같이 운전 중에 걸리는 동적 장력(dynamic tension)을 고려하여 그 제원을 결정한다.
한편, 본 설비는 단일의 계류라인(16)에 의해 지지된 구조이므로, 설비의 요(yaw) 컨트롤이 원활하게 이루어지지 않을 수 있다 이에 본 설비는 상기 나셀(13)에 회동부(20)가 구비되어 설비가 자전되는 요잉(yawing) 운동시 상부 타워(12)에 대해 나셀(13)을 회전시켜 로터의 방향을 변환하게 된다.
본 실시예에서 상기 회동부(20)는 나셀(13)에 설치되고 외측으로 연장되는 테일붐(21)와, 상기 테일붐(21) 후방에 회전가능하게 설치되어 바람을 분출하여 상부 타워(12)에 대해 나셀(13)을 회동시키는 테일로터(22), 테일로터(22)를 구동시키기 위한 구동부를 포함한다.
상기 테일붐(21)은 나셀(13)을 기준으로 하여 로터(11)의 반대방향 선단에 설치된다. 즉, 테일붐(21)은 로터(11)의 축선상을 따라 로터(11)의 반대쪽으로 연장된다. 상기 테일붐(21)의 선단에 테일로터(22)가 설치된다. 상기 테일붐(21)은 테일로터(22)를 나셀(13)로부터 충분히 이격시키기 위한 것으로, 테일붐(21)의 길이가 길수록 테일로터(22)에 의해 나셀에 걸리는 토크(torque)가 커져 나셀을 회전시키기 용이해진다. 상기 테일붐(21)의 길이는 토크와 설비의 하중 등에 따라 다양하게 선택될 수 있다.
이에 상기 테일로터(22)는 구동부에 의해 회전되어 바람을 분출하게 되고, 바람의 분출압에 의한 추진력은 나셀(13)로 전달되어 상부 타워(12)(12)에 대해 나셀(13)을 회전시키게 된다. 상기 나셀(13)(13)은 언급한 바와 같이 베어링블럭(29)을 매개로 하부구조물(14)에 설치되어 있어서 하부구조물(14)에 대해 자유롭게 회전된다.
상기 테일로터(22)는 복수개의 블레이드를 구비한 구조로, 나셀(13)의 회전방향을 향해 배치된다. 본 실시예에서 상기 테일로터(22)는 로터(11)에 직교하는 방향으로 배치된다.
본 실시예에서 상기 테일로터(22) 회동을 위한 구동부는 로터(11)의 회전력을 이용한 구조로 되어 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 이를 위해 상기 구동부는 로터(11)의 회전축(15)과 연결되는 구동샤프트(23)와, 상기 구동샤프트(23)에 연결되어 동력을 전달하는 변속기어박스(24), 상기 변속기어박스(24) 출력축에 연결되고 테일붐(21) 후방으로 연장되는 테일구동샤프트(25), 상기 테일구동샤프트(25)와 테일로터(22) 사이에 설치되어 테일구동샤프트(25)의 동력을 직교 방향으로 전환하여 테일로터(22)로 전달하는 테일로터기어박스(26)를 포함한다.
상기 구동샤프트(23)는 나셀(13) 내부에서 상기 발전기(19) 축에 연결된다. 이에 로터(11)의 회전축(15)은 메인기어박스(17)와 발전기(19)를 통해 구동샤프트(23)와 직결되어 구동샤프트(23)에 동력을 전달하게 된다.
상기 구동샤프트(23)와 테일구동샤프트(25) 사이에 변속기어박스(24)가 설치된다. 상기 변속기어박스(24)는 내부에 복수의 기어군을 갖춰, 구동샤프트(23)의 회전속도를 적정비로 변속 또는 정역변환하여 출력축인 테일구동샤프트(25)로 전달하게 된다.
상기 테일구동샤프트(25)는 테일붐(21) 내부를 따라 연장되어 테일로터기어박스(26)를 통해 테일로터(22)와 직결된다.
상기 테일로터기어박스(26)는 내부에 복수의 기어군을 갖춰, 테일구동샤프트(25)에 직교하여 배치된 테일로터(22)의 축으로 동력을 전달하게 된다. 여기서 상기 테일로터기어박스(26)는 직교하는 방향으로 동력을 전달함과 더불어 테일로터(22)의 블레이드 피치각을 조절하는 역할을 수행할 수 있다.
이와 같이 본 설비는 로터(11)로부터 발생된 회전력을 구동샤프트(23)와 테일로터(22)샤프트를 통해 테일로터(22)로 전달하여 테일로터(22)를 회전시키게 된다.
또한, 상기 구동부는 나셀(13)의 방향을 바람의 방향에 따라 정확히 일치시킬 수 있도록, 바람의 방향에 따라 테일로터(22)의 구동을 제어하는 구조로 되어 있다.
이를 위해 상기 구동부는 바람의 방향을 검출하는 풍향계(28)와, 상기 풍향계(28)의 검출신호에 따라 각 변속기어박스(24) 또는 테일로터기어박스(26)를 제어하여 테일로터(22)의 회전량을 제어하는 컨트롤러(27)를 더 포함한다.
상기 풍향계(28)는 나셀을 포함한 설비 상에 설치될 수 있으며, 정확한 풍향을 확인할 수 있는 위치면 설치 위치에 있어서 한정되지 않는다.
상기 컨트롤러(27)는 풍향계(28)와 전기적으로 연결되어 풍향계(28)의 신호를 연산하여 바람의 방향에 대한 나셀(13)의 방향을 검출하게 된다. 상기 컨트롤러(27)는 바람의 방향에 대해 연산된 나셀(13)의 방향에 따라 변속기어박스(24) 또는 테일로터기어박스(26)로 제어신호를 출력하여 변속기어박스(24) 또는 테일로터기어박스(26)의 구동을 제어한다.
도 3은 상기한 회동부에 의한 나셀(13)의 회전 상태를 도시하고 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 하부구조물(14)의 요 컨트롤이 제대로 이루어지지 않아 하부구조물이 요잉 운동하여 자전되거나, 로터(11)가 바람을 마주하고 있는 상태에서 바람의 방향이 전환되면, 로터(11)와 바람의 방향이 어긋나 로터(11)가 바람을 정면으로 맞지 못하게 된다.
설비에 설치된 풍향계(28)는 실시간으로 나셀(13)에 대한 바람의 방향을 검출하게 된다. 풍향계(28)의 검출값은 컨트롤러(27)로 인가되고 컨트롤러(27)는 바람의 방향에 대해 현재 로터(11)의 방향을 연산하게 된다.
상기 컨트롤러(27)는 연산값에 따라 로터(11)의 방향과 바람의 방향이 어긋난 경우 변속기어박스(24) 또는 테일로터기어박스(26)로 출력신호를 인가하여 그 구동을 제어하게 된다. 테일로터기어박스(26)가 테일로터(22)의 블레이드의 피치각을 조절하는 구조인 경우 상기 컨트롤러(27)는 테일로터기어박스(26) 역시 제어하여 블레이드의 피치각을 조절한다.
상기 변속기어박스(24)의 구동에 따라 구동샤프트(23)의 동력은 회전방향이나 회전속도가 적절하게 변환되어 테일구동샤프트(25)로 전달된다. 이에 테일구동샤프트(25)와 테일로터기어박스(26)를 통해 연결된 테일로터(22)는 제어된 회전속도나 방향으로 구동된다.
상기 테일로터(22)가 제어된 값으로 회전되면 나셀(13)의 회전방향으로 바람을 분출하게 된다. 바람의 분출압에 의한 추진력은 나셀(13)로 전달된다. 이에 나셀(13)에는 상부 타워(12)를 축으로 한 토크가 발생되고, 상부 타워(12)에 대해 나셀(13)이 일방향으로 회전하게 된다.
상기 나셀(13)이 회전함에 따라 바람의 방향과 어긋나 있던 로터(11)의 방향이 바뀌어 바람이 부는 쪽을 향하게 된다. 이러한 과정은 지속적으로 이루어져 컨트롤러(27)는 바람의 방향에 따라 나셀(13)을 회전시킴으로써, 로터를 계속 바람과 정면으로 마주하도록 한다.
이와 같이, 테일로터(22)를 통해 설비의 요 컨트롤이 원활하게 이루어짐으로써, 하부구조물(14)의 요잉 운동이나 바람의 변화에 관계없이 항상 로터(11)를 바람이 오는 쪽으로 향하게 할 수 있게 된다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명의 예시적인 실시예가 도시되어 설명되었지만, 다양한 변형과 다른 실시예가 본 분야의 숙련된 기술자들에 의해 행해질 수 있을 것이다. 이러한 변형과 다른 실시예들은 첨부된 청구범위에 모두 고려되고 포함되어, 본 발명의 진정한 취지 및 범위를 벗어나지 않는다 할 것이다.
10 : 풍력발전설비 11 : 로터
12 : 상부타워 13 : 나셀
14 : 하부구조물 15 : 회전축
16 : 계류라인 17 : 메인기어박스
18 : 앵커 19 : 발전기
20 : 회동부 21 : 테일붐
22 : 테일로터 23 : 구동샤프트
24 : 변속기어박스 25 : 테일구동샤프트
26 : 테일로터기어박스 27 : 컨트롤러
28 : 풍향계 29 : 베어링블럭

Claims (9)

  1. 풍력발전부를 탑재한 상부 타워와, 상기 상부 타워를 지지하는 부력체인 하부구조물, 상기 하부구조물을 계류하기 위해 하부구조물과 해저면을 연결하는 단일의 계류라인, 상기 풍력발전부에 구비되어 바람의 방향에 따라 상부 타워에 대해 풍력발전부를 회동시키기 위한 회동부를 포함하고,
    상기 풍력발전부는 로터와, 상기 상부 타워에 회전가능하게 설치되고 상기 로터를 회전가능하게 지지하는 나셀(nacelle)을 포함하며,
    상기 회동부는 상기 나셀에 설치되고 외측으로 연장되는 테일붐와, 상기 테일붐 후방에 회전가능하게 설치되어 바람을 분출하여 상부 타워에 대해 나셀을 회동시키는 테일로터, 상기 테일로터를 구동시키기 위한 구동부를 포함하는 부유식 해상 풍력발전설비.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 계류라인은 와이어로프로 이루어진 부유식 해상 풍력발전설비.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 계류라인은 상기 하부구조물의 하단에 고정되고 선단에는 앵커가 설치되어 해저면으로 고정되는 구조의 부유식 해상 풍력발전설비.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 계류라인은 인장 계류 구조인 부유식 해상 풍력발전설비.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구동부는 로터의 회전력을 이용한 구조의 부유식 해상 풍력발전설비.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 구동부는 상기 로터의 회전축과 연결되는 구동샤프트와, 상기 구동샤프트에 연결되어 동력을 전달하는 변속기어박스, 상기 변속기어박스 출력축에 연결되고 상기 테일붐 후방으로 연장되는 테일구동샤프트, 상기 테일구동샤프트와 상기 테일로터 사이에 설치되어 테일구동샤프트의 동력을 직교 방향으로 전환하여 테일로터로 전달하는 테일로터기어박스를 포함하는 부유식 해상 풍력발전설비.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 구동부는 바람의 방향을 검출하는 풍향계와, 상기 풍향계의 검출신호에 따라 변속기어박스 또는 테일로터기어박스의 구동을 제어하여 테일로터의 회전값을 변환하는 컨트롤러를 더 포함하는 부유식 해상 풍력발전설비.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101340298B1 (ko) * 2012-09-07 2013-12-11 한국생산기술연구원 부유식 해상풍력발전구조물 설계를 위한 실험용 축소모형
KR101634712B1 (ko) 2015-09-10 2016-06-29 강원대학교 산학협력단 부유식 풍력발전기의 제어 시스템
KR101957037B1 (ko) * 2017-09-08 2019-03-11 울산대학교 산학협력단 양식장 겸용 부유식 해상풍력발전장치
WO2020101077A1 (ko) * 2018-11-16 2020-05-22 울산대학교 산학협력단 양식장 겸용 부유식 해상풍력발전장치

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009048830A1 (en) * 2007-10-08 2009-04-16 Larry Alan Viterna Floating wind turbine system
US20100003134A1 (en) * 2006-10-10 2010-01-07 James Ian Edwards Wind and wave power generation

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100003134A1 (en) * 2006-10-10 2010-01-07 James Ian Edwards Wind and wave power generation
WO2009048830A1 (en) * 2007-10-08 2009-04-16 Larry Alan Viterna Floating wind turbine system

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103291546A (zh) * 2013-06-27 2013-09-11 上海交通大学 调液柱阻尼控制的近海漂浮式风电机
CN103291546B (zh) * 2013-06-27 2014-04-16 上海交通大学 调液柱阻尼控制的近海漂浮式风电机

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