KR101203008B1 - 풍력 발전 플랜트 - Google Patents

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KR101203008B1
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세르게이 알베르토비치 볼로토프
올레그 니콜라에비치 일린체프
알베르트 바실리에비치 볼로토프
주라프 아브탄딜로비치 오타라시빌리
에프게니 발레리아노비치 포드고르니
레오니트 아나톨리에비치 타란니코프
니키타 세르게에비치 볼로토프
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세르게이 알베르토비치 볼로토프
알베르트 바실리에비치 볼로토프
올레그 니콜라에비치 일린체프
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Abstract

본 발명은 전력을 생산하기 위하여 풍력 에너지를 이용하는 풍력 발전 플랜트에 관한 것이다. 본 발명의 풍력 발전 플랜트는 풍력 터빈의 실린더형 유니트들(1, la)로서 동축상으로 배치된 수 개의 실린더형 유니트들을 포함하는데, 그 각각은 오목-볼록 플레이트들을 구비한 스테이터, 오목-볼록 블레이드들을 구비한 로터, 및 발전기(6)를 포함하며, 그 발전기의 로터는 풍력 터빈의 적어도 하나의 로터에 기계적으로 연결된다. 본 발명에 따르면, 적어도 하나의 발전기(6)가 풍력 터빈의 유니트들(1, la) 사이에 위치되고, 발전기의 로터는 풍력 터빈의 적어도 하나의 유니트(1)의 로터에 기계적으로 연결되는데, 그것은 발전기(6)의 일 측부에 배치된 것이며, 발전기의 스테이터는 발전기의 다른 측부에 배치된 풍력 터빈의 적어도 하나의 유니트(1a)에 연결된다. 발전기의 일 측부에 배치된 풍력 터빈의 적어도 하나의 유니트의 로터의 블레이드들 및 스테이터의 플레이트들과, 발전기의 다른 측부에 배치된 풍력 터빈의 적어도 하나의 유니트의 로터의 블레이드들 및 스테이터의 플레이트들은, 상기 유니트들의 로터들이 바람의 작용에 의하여 반대의 방향으로 회전하도록 위치된다. 풍력 발전 플랜트는 이용되는 풍속의 범위를 작은 값까지 연장시키는 것을 가능하게 하여서, 풍력 에너지 효율을 증가시키고 또한 발전기의 하중 및 크기 변수를 감소시킨다.

Description

풍력 발전 플랜트{Wind-driven Power Plant}
본 발명은 발전, 특히 지역 및 중앙의 전력 시스템에 에너지를 공급하기 위하여 그리고 원격 지역을 위해 전력을 생산하기 위하여 풍력 에너지를 이용하여 발전하는 것에 관련된 것이다.
몇 가지 풍력 발전 플랜트들의 형태로서는 수평 및 수직 회전축을 갖는 프로펠러(propeller)들의 로터(rotor)들, 드램(dram), 및 로터의 형태가 있다(Robert Gash (Harsg.), Windkraftanlagen - B.G. Teubner, Stutgart, 1993). 그러나, 실제로는 세 개의 블레이드(blade)들을 구비한 프로펠러 형태의 플랜트만이 이용되고 있다. 그러한 플랜트는 복잡한 설계의 블레이드들, 발전기(electric generator)와 윈드 휠(wind wheel) 간의 큰 감속 비율을 갖는 고가의 감속기, 발전기 자체, 및 공기 유동의 방향에 따라 휠을 위치선정하고 블레이드들의 위치를 제어하기 위한 컴퓨터를 구비한다. 풍력 발전 플랜트 헤드(wind-driven power plant head), 윈드 휠, 및 블레이드들의 큰 중량 때문에, 바람의 속도와 방향이 빠르게 변화하는 때에는 그 제어 시스템이 휠의 적절한 방위(orientation)를 제공할 수 없다. 바람의 속도 및 방향과 블레이드 및 휠 위치의 지속적인 불일치는 풍력 발전 플랜트의 활용 계수(utilization factor)가 10-23%보다 높지 않게 되는 결과로 이어진다. 수 직 자세의 회전 축과, 다리우스(Darrieus) 블레이드(Robert Gash (Harsg.), Windkraftanlagen - B.G. Teubner, Stutgart, 1993) 또는 사보니우스(Savonius) 블레이드(US 1766765)를 갖는 임의 방향의 바람을 이용하는 풍력 발전 플랜트들의 설계안이 알려져 있지만, 이들은 그 작동 모드를 설정하기가 어렵기 때문에 실용적으로 이용되지는 않는다.
윈드-로터(wind-rotor) 발전 플랜트가 특허 KZ 3355 로부터 알려져 있다. 그 플랜트의 블록(block)들은, 체적 프로파일의 블레이드(volume profiled blade)들을 구비한 실린더형 로터(cylindrical rotor)들, 및 웨더 베인(weather vane)들에 의한 풍향에 맞게 조정되는 가동성 지향 유니트(movable directing unit)들을 포함하는 모듈(module)들을 포함한다. 전력을 발생시키기 위하여 둘 이상의 발전기들이 이용되는데, 상기 발전기들은 시동 클러치(starting clutch) 및 기계적 트랜스미션(mechanical transmission)을 통해서 로터 샤프트(rotor shaft)와 결합된다. 그러나, 실제로는 다중모듈 플랜트에서 지향 유니트를 작동적으로 제어하는 것을 그 큰 하중으로 인하여 사실상 불가능하다. 그러므로, 높은 풍력 에너지 활용 계수를 얻는 것도 불가능하다. 시동 클러치 및 기계적 트랜스미션은 효율을 저하시키고 스테이션(station)을 복잡하고 고비용으로 만든다.
윈드-로터 발전 스테이션은 특허 KZ 5595 로부터 알려져 있다. 그 발전 스테이션의 플랜트는 윈드-로터 유니트들 또는 모듈들을 포함하는데, 그것은 발전기 그룹에 연결되고 또한 헤일만 공식(Heilman's formula)을 이용하여 설계된 수직 블레이드 풍력 로터들 및 실린더형의 안내 장치들을 포함한다. 그러나, 이러한 발전 플랜트도 단점들을 갖는다. 그 모듈들의 로터들에서의 블레이드들의 수와 모듈들의 로터들 및 안내 장치들의 직경이 헤일만 공식에 따라 변화되는데, 그것은 실제 조건에서 충분한 결과를 도출하지 않으며 또한 표면층 공기 유동에서 작동하는 풍력 발전 플랜트의 복수의 조건들을 포함하지 않는다.
풍력 발전 플랜트 및 풍력 발전 스테이션은 특허 EA 003784 B1 로부터 알려져 있다. 풍력 발전 플랜트는 수직으로 직렬적으로 배치된 하나 이상의 실린더형 유니트들을 포함하는데; 각 유니트는 오목-볼록 플레이트(concavo-convex plate)들을 구비한 스테이터(stator), 및 모든 유니트들에 대해 공통인 수직 샤프트에 부착된 오목-볼록 블레이드(concavo-convex blade)들을 구비한 로터를 포함하고; 그 샤프트의 하측 단부는 발전기의 로터에 연결된다. 그 로터들은 모든 유니트들에서 일정한 외측 직경을 갖는다. 풍력 발전 플랜트에 있는 유니트들의 갯수는 유니트의 높이와 바람 조건에 따라서 1 내지 50 개이다. 풍력 발전 플랜트의 유니트들 간에는 고리형 원추형 스크린(annular conical screen)들을 갖는 간극들이 있다. 모든 유니트들의 로터들은 유사한 갯수의 블레이드들을 포함한다.
그러나, 이 기술적 해결안도 몇가지 단점들을 갖는다. 풍속이 지면으로부터의 상이한 높이에서 상이하기 때문에, 상이한 높이들에 있는 풍력 발전 플랜트의 유니트들의 파워(power)가 상이하다. 플랜트의 낮은 부분에 위치된 유니트들의 파워는 낮고, 공통 샤프트에 연결된 그 유니트들은 상측 유니트들에 의하여 구동되는 팬과 같이 회전할 수 있어서 풍력 발전 플랜트의 전체 파워가 감소된다. 이 단점은 유니트들의 설계만을 변화시킴에 의하여는 극복될 수 없다. 풍력 발전 플랜트 의 파워를 증가시키는 것이 필요한 때에는, 스테이터 및 로터의 직경이 증가되어야 한다. 이것은 풍속이 그대로 유지된다면 로터 회전 속도가 감소되는 결과를 초래한다. 그러한 조건에서 이용되는 저속 발전기들을 큰 크기와 하중을 가져야 한다.
본 발명의 목적은 미리정해진 파워 1 kW 당의 비전력 생산량(specific electric power production)이 증가되고 풍력 에너지의 활용 계수가 높은 형태의 모듈로 된 풍력 발전 플랜트를 개발하는 것이고, 또한 동시에 유니트들을 칼럼(column)으로 조립하는 공정을 단순화시키며, 또한 발전기 샤프트가 유니트들의 샤프트에 (감속 유니트 없이) 직접적으로 연결된 때에 높은 비전력을 달성하기 위하여 발전기의 크기 및 하중을 감소시키는 것이다.
본 발명의 목적은 유니트 로터들의 독립적인 회전을 제공함에 의하여 달성되는데, 이 때 그들은 상이한 회전 속도로 회전할 수 있고 국부적인 풍속에 따라 전력을 생산할 수 있으며, 발전기의 로터 및 스테이터를 반대의 방향으로 구동할 수 있어서, 로터만이 회전하고 스테이터가 안정적으로 남아 있는 종래의 동급 발전기에 비하여 작은 크기 및 하중을 갖는 발전기를 설계하는 것을 가능하게 한다. 그것은 발전기 권취체(generator winding)에 대한 발전기 자기 시스템(generator magnetic system)의 증가된 결과적 속도 때문인데, 이것은 발전기의 비전력(specific power) 증가 또는 발전기 파워의 1kW 당 발전기의 낮은 재료 소비로 이어진다.
또한 상기 목적은, 풍력 터빈(wind turbine)의 수 개의 동축상 실린더형 유니트들 및 발전기를 포함하는 풍력 발전 플랜트를 설계함에 의하여 달성되는데, 그 유니트들 각각은 오목-볼록 플레이트들을 구비한 스테이터 및 오목-볼록 블레이드들을 구비한 로터를 포함하고, 그 발전기는 풍력 터빈의 적어도 하나의 로터에 기계적으로 연결된 로터를 갖는바, 본 발명에 다른 풍력 발전 플랜트는 풍력 터빈의 유니트들 사이에 위치된 적어도 하나의 발전기를 포함한다. 이 발전기의 로터는 발전기의 일 측부에 위치된 적어도 하나의 풍력 터빈 유니트의 로터에 기계적으로 연결되고, 스테이터는 발전기의 다른 측부에 위치된 적어도 하나의 풍력 터빈 유니트의 로터에 연결된다. 발전기의 일 측부에 위치된 적어도 하나의 풍력 터빈 유니트의 스테이터 플레이트들 및 로터 블레이드들과, 그 발전기의 다른 측부에 위치된 적어도 하나의 풍력 터빈 유니트의 로터 블레이드들 및 스테이터 플레이트들은, 바람이 부는 때에 상기 유니트들의 로터들이 반대의 방향으로 회전하도록 구성된다.
발전기의 스테이터에 오목-볼록 블레이드들이 제공되도록 하는 것이 바람직한데, 바람이 부는 때에 오목-볼록 블레이드들은 그 스테이터에 연결된 풍력 터빈 유니트의 로터와 동일한 방향으로 부가적인 토크를 발생시키도록 배치된다.
발전기는 와이어링 연결(wiring connections) 및 필드 제어(field control)의 자동 제어 시스템을 구비한 이극성 밸브 발전기(heteropolar valve generator)인 것이 바람직하다. 풍력 발전 플랜트에는, 바람이 부는 때에 발전기 여기부(generator excitation)를 켜고 공기의 움직임(stir)이 없는 때에 당분간 발전기 여기부를 끄는 릴레이(relay)가 구비될 수 있다.
나아가, 바람이 실제 조건에서 부는 때에는 공전 구동(idle running) 중의 로터 유니트들의 회전 속도의 0.5 내지 0.6 의 범위에서 로터 유니트 회전의 정격 속도(rated speed)를 제공하도록 출력 동력(output power)을 제어하기 위한 수단이 풍력 발전 플랜트에 더 제공될 수 있다.
풍력 발전 플랜트는 각각 자체의 부하를 갖거나 또는 병렬적으로 공통의 부하에 연결될 수 있는 수 개의 발전기들을 포함한다.
발전기의 각 측부에는 하나 초과의 풍력 터빈 유니트들을 배치시키는 것이 바람직한데, 여기에서 발전기의 로터 및 스테이터를 회전시키는 그 유니트들의 동력은 동일하다.
발전기의 각 측부에는 하나 초과의 풍력 터빈 유니트들을 배치시키는 것이 바람직한데, 여기에서 스테이터를 회전시키는 유니트들의 동력 Nst 과 로터를 회전시키는 유니트들의 동력 Nrt 은 Nst = k?Nrt 의 등식에 해당하는 관계를 갖는바,
여기에서 k 는 로터의 관성 모멘트(moment of inertia)에 대한 스테이터의 관성 모멘트의 비율이다.
풍력 발전 플랜트의 유니트들은, 예를 들어 부유하는 플랫폼(floating platform) 상에서, 수평으로는 물론 수직으로도 배치될 수 있다. 유니트들이 수직으로 배치되는 때에는, 상측 유니트들의 블레이드들의 갯수는 하측 유니트들의 블레이드들의 갯수와 동일하거나 또는 2 내지 50% 만큼 적고, 스테이터들의 플레이트들은 스테이터 직경에 따라서 0.6-60°에서 원주를 따라서 균일하게 이격된다. 유니트들이 수평으로 배치되는 때에는, 플랜트에 바람개비 방향타(weathercock rudder)가 부가적으로 제공되어서, 그것이 바람 방향에 대해 직각으로 유지된다. 나아가, 그 유니트들은 협곡(gorge), 통로(pass), 및 언덕의 옆부분에 횡단하여 수평으로 배치될 수 있다.
바람직하게는, 베어링을 갖는 지지 스테이터 커버(support stator cover)들이 풍력 터빈 유니트의 각 측부에 고정된다. 풍력 터빈 유니트의 각 로터는 상기 베어링(bearings)에 샤프트 세트(shaft set)를 포함한다.
각 발전기의 스테이터는 그에 견고하게 고정된 샤프트를 포함할 수 있고, 그 플랜트에는 발전기의 상이한 측부들에 위치된 풍력 터빈 유니트 로터들의 샤프트들을 그들 사이에 배치된 발전기의 로터 샤프트 및 스테이터 샤프트에 연결하기 위한 유연성 결합부(couplings)가 제공될 수 있다.
발전기의 일 측부에 배치된 풍력 터빈 유니트 로터들의 샤프트들을 서로 연결하기 위하여, 유연성 결합부가 제공될 수 있다. 결합부는 풍력 발전 플랜트의 요소들에 대한 갑작스러운 돌풍의 부정적 작용을 방지하는 것을 돕는다.
발전기의 샤프트들과 그 발전기의 대응하는 샤프트들에 연결된 풍력 터빈 유니트 로터들의 샤프트들은 스테이터 및 로터 와이어링으로부터의 케이블(cable)을 위한 채널(channel)들을 갖는 것이 바람직하다. 상기 샤프트들은 발전기 와이어링의 유출부(outlet)들의 연결을 위한 접촉 링(contact ring)들을 구비한 브러쉬 유니트(brush unit)들을 가지는바, 그 접촉 링들은 풍력 터빈 유니트 로터들의 샤프트들의 단부들에 또는 발전기 샤프트들에 배치된다.
도 1 은 발전기의 각 측부에 풍력 터빈 유니트를 구비한 플랜트의 전체적인 도면이고;
도 2 는 발전기의 각 측부에 두 개의 풍력 터빈 유니트들을 구비한 전체적인 도면이며;
도 3 은 수 개의 발전기들 및 발전기의 각 측부에 수 개의 풍력 터빈 유니트들을 구비한 플랜트의 도면이고;
도 4 는 풍력 터빈 유니트의 일부분(fragment)의 종단면도이고;
도 5 및 도 6 은 발전기의 상이한 측부들에 위치된 풍력 터빈 유니트들의 횡단면도이고;
도 7 은 스테이터의 블레이드들 및 유연성 결합부를 구비한 발전기의 측면도이며;
도 8 은 도 7 에 도시된 것과 동일한 발전기의 평면도이다.
도 1 에 도시된 풍력 발전 플랜트는 풍력 터빈의 두 개의 동축상 실린더형 유니트들(1, 1a)과 그 유니트들 사이에 배치된 발전기(6)를 포함한다. 도 4 내지 도 6 에 도시된 바와 같이, 실린더형 유니트들(1, 1a) 각각은 대응되게, 오목-볼록 플레이트들(3, 3a)을 구비한 스테이터(2, 2a) 및 오목-볼록 블레이드들(5, 5a)을 구비한 로터(4, 4a)를 포함한다. 발전기(6)의 일 측부, 예를 들어 그 위에(도 5 참조) 위치된 풍력 터빈 유니트의 로터(4)의 블레이드(5)들 및 스테이터(2)의 플레이트(3)들과, 발전기(6)의 다른 측부(도 6 참조)에 위치된 적어도 하나의 풍력 터 빈 유니트(1a)의 로터(4a)의 블레이드(5a)들 및 스테이터(2a)의 플레이트(3a)들은, 상기 유니트들(1, 1a)의 로터들(4, 4a)이 바람의 작용 하에서 반대의 방향으로 회전하도록 구성된다.
커버(7)들은 각 풍력 터빈 유니트의 두 측부들에 고정되는바, 상기 커버들은 기둥(post; 8)들과 상호연결된다. 베어링(9)은 커버(7)에 장착되고, 각 풍력 터빈 유니트의 로터(4)들은 베어링(9)에 고정된 샤프트(10)를 갖는다. 각 풍력 터빈 유니트는 독립적인 유니트로서 설계된다. 이것은 요소들의 통일성을 제공하고, 그러므로 풍력 발전 플랜트의 생산과 장착을 단순화시킨다.
발전기(6)의 스테이터는 예를 들어 플랜지(flange; 12)에 의하여 스테이터에 고정된 샤프트(11)를 구비하고, 발전기(6)의 로터는 샤프트(13)를 구비한다(도 7 참조). 발전기(6)의 샤프트들(11, 13)은, 유연성 결합부(14)에 의해서, 발전기(6)의 상이한 측부들에 위치된 풍력 터빈 유니트들(1, 1a)의 로터들(4, 4a)의 대응하는 샤프트들(10, 10a)에 연결된다. 풍력 터빈 유니트들(1, 1a)의 로터들(4, 4a)의 샤프트들(10, 10a)과, 발전기(6)의 로터 및 스테이터의 샤프트들(11, 13)은 알려진 방법들 중의 하나에 의하여 유연성 결합부(14)에 연결될 수 있는바; 발전기(6)의 로터 및 스테이터의 샤프트들(11, 13)의 단부들과 풍력 터빈 유니트들의 로터들(4, 4a)의 샤프트들(10, 10a)은 프로파일(profile)을 갖는 치들(teeth) 또는 스플라인들(splines) 또는 슬롯들(slots)을 구비한, 타원형, 다면형, 또는 둥근 형상을 가질 수 있고, 유연성 결합부(14)에는 대응하여 프로파일(profile)을 갖는 치들(teeth) 또는 스플라인들(splines) 또는 슬롯들(slots)을 구비한, 타원형, 다면 형, 또는 둥근 형상을 갖는 부싱(bushing; 15)들이 제공될 수 있다. 발전기(6)의 몸체 내에는 스테이터 와이어링으로부터의 유출부 케이블을 위한 개구(미도시)가 있는데, 상기 케이블은 샤프트(11)에 있는 개구(미도시)를 통과하고 브러쉬 유니트(16)에 연결된다. 케이블은 기둥(8)에 고정된 스페이서(spacer; 17)에 의하여 회전이 방지된다(도 1 내지 도 3 참조). (제공된다면) 로터 와이어링으로부터의 케이블들은 동일한 방식으로 배치된다. 발전기를 자극하기 위하여 영구 자석이 이용된다면, 브래쉬 유니트들은 샤프트들 중의 하나에만 장착된다. 발전기의 더 우수한 냉각을 위하여 그리고 연결된 유니트(1a)의 로터와 동일한 방향으로의 회전을 위하여, 오목-볼록 블레이드(18)들은 발전기(6)의 스테이터에 장착된다.
몇 개의 풍력 터빈 유니트들(1, 1a)이 발전기(6)의 각 측부에 배치될 수 있는바, 예를 들어 그들 중의 두 개가 도 2 에 도시되어 있다.
풍력 발전 플랜트의 동력을 증가시키기 위하여 필요하다면, 수 개의 발전기들이 도 3 에 도시된 바와 같이 장착되고, 수 개의 유니트들이 발전기의 각 측부에 배치되는바, 여기에서 발전기의 스테이터를 회전시키는 유니트들의 동력 및/또는 갯수는 발전기의 로터를 회전시키는 유니트들의 동력 및 갯수보다 크다. 이것은 로터보다 스테이터가 더 큰 하중 및 직경을 가지고, 따라서 그 관성 모멘트가 로터의 관성 모멘트보다 커서 그 관성 모멘트를 극복하기 위하여 더 큰 시동력(starting force)이 필요하기 때문이다. 스테이터 직경이 크지 않은 때에는, 그 구조의 안정성이 브레이싱(bracings)(미도시)에 의하여 제공된다.
풍력 발전 플랜트는 튜브형의 기둥(도 1 참조)에 수직으로 장착될 수 있는 데, 그 기둥은 전력선을 위해 이용되는 지지대들, 재전송기(retransmitter)들의 타워 폴(tower pole)들, 지면 또는 기반 베드(foundation bed) 상의 원추형(도 2 참조), 실린더형의 또는 3 또는 4 지점의 베이스(base; 19)(도 3 참조)들 상에 있을 수 있다. 필요한 전력이 높은 때에는, 풍력 발전 플랜트들이 다중플랜트(multiplant)의 풍력 발전 스테이션들로 조합되어서 국지적 바람 지역(local wind rose)에 따라 위치된다. 서로 가깝게 위치된 때에는, 그들이 다리(bridge)에 의해 연결된다.
지구 상에는 표면에 가까운 곳에서 영구적인 고속의 강한 바람이 부는 장소가 많다. 산들 간의 통로들과 좁은 협곡들이 전형적으로 그러하다. 유명한 "크림스카야 보라(Krymskaya Bora)"는 그러한 바람들 중의 하나인데, 그 바람은 언덕의 옆부분을 따라 일어나서 계곡 아래로 40-60 m/s 의 속도로 불며, 또한 그린랜드(Greenland)의 바람들도 그러한 바람들 중의 하나이다. 그러한 조건들에서는 언덕 옆부분들을 가로질러서, 그리고 좁은 통로들 내의 경사진 표면들에, 그리고 협곡을 가로질러서, 텐션 브레이싱들(tension bracings) 상에서 풍력 발전 플랜트들을 수평으로 위치시키는 것이 보다 효과적이다. 그 플랜트는 바람개비 방향타(미도시)에 의해 바람의 방향에 직각으로 유지된다.
풍력 발전 플랜트의 작동 중에, 각 유니트(1)(도 4 내지 도 6 참조)에서는, 플레이트(3)들을 구비한 스테이터(2)가 공기 유동을 받아 들이고, 그것을 압축 및 가속시켜서 로터(4)의 블레이드(5)들로 지향시킨다. 그 공기 유동은 로터(4)의 샤프트(10)에 연결된 블레이드(5)들에 작용하여서 샤프트(10) 및 그에 연결된 발전 기(6)의 로터의 회전을 유발한다. 플레이트(3a)들을 구비한 유니트(1a)의 스테이터(2a)도 공기 유동을 받아 들여서, 그것을 압축 및 가속시키며, 그것을 로터(4a)의 블레이드(5a)들로 지향시킨다. 그 공기 유동은 샤프트(10)에 연결된 블레이드(5a)들에 작용하여서 샤프트(10a) 및 그에 연결된 발전기(6)의 스테이터를 발전기 로터의 회전 방향과 반대의 방향으로 회전시킨다. 유니트 로터 회전의 정격 속도로 발전기의 스테이터 및 로터의 반대방향으로의 회전은, 로터만이 회전하고 스테이터는 고정적인 발전기에 비하여 발전기의 동력이 증가되는 결과를 낳는다. 발전기의 로터 및 스테이터의 반대 방향으로의 회전은 와이어링에 대한 자석 시스템의 움직임의 속도를 증가시킨다. 이것은 하기의 공식과 같은 전자기유도 법칙에 따라 동일한 양만큼 발전기의 기전력 및 동력의 증가로 귀결되는바:
e = L?v?B
여기에서,
e 는 도전체에서의 전압의 순간값이고;
L 은 도전체의 활성 부분의 길이이며;
v 는 자기장 내에서의 도전체의 상대 움직임의 속도이고;
B 는 자속 밀도(magnetic induction)이다.
상기 조건에서, 얻어지는 전력은 이와 같은 형태의 풍력 발전 플랜트의 에너지 특성에 대응하여 증가한다. 에너지는 발전기들 또는 유니트들의 샤프트 자유 단부들에 배치된 접촉 링들에 의해 브러쉬 유니트(16)들을 통해 추출된다. 발전기들로부터 브러쉬 유니트들로 케이블들을 놓기 위하여, 유니트 샤프트들과 로터 샤 프트들에는 채널들이 있다. 풍속이 변화하는 때에는, 하중을 받는 때의 최적 회전 속도를 바람의 특정 속도에서 부하없는 때의 회전 속도의 0.5-0.6 범위에서 유지하기 위하여 권취체의 경로(paths of winding)가 자동적으로 방향전환(commutate)된다.

Claims (18)

  1. 풍력 터빈(wind turbine)의 수 개의 동축상 실린더형 유니트(coaxial cylindrical unit)들로서, 그 유니트들 각각은 오목-볼록 플레이트(concavo-convex plate)들을 구비한 스테이터(stator) 및 오목-볼록 블레이드(concavo-convex blade)들을 구비한 로터(rotor)를 포함하는, 실린더형 유니트들; 및
    풍력 터빈의 적어도 하나의 로터에 기계적으로 연결된 로터를 갖는 발전기;를 포함하는 풍력 발전 플랜트로서,
    상기 플랜트는 풍력 터빈의 유니트들 사이에 위치된 적어도 하나의 발전기를 포함하고, 그 발전기의 로터의 샤프트는 발전기의 일 측부에 위치된 적어도 하나의 풍력 터빈 유니트의 로터의 샤프트에 기계적으로 연결되며, 각 발전기의 스테이터는 그에 대해서 회전하지 않게끔 그 안에 견고히 고정된 샤프트를 포함하고, 이 샤프트는 발전기의 다른 측부에 위치된 적어도 하나의 풍력 터빈 유니트의 로터의 샤프트에 연결되고, 발전기의 일 측부에 위치된 적어도 하나의 풍력 터빈 유니트의 스테이터 플레이트들 및 로터 블레이드들과, 발전기의 다른 측부에 위치된 적어도 하나의 풍력 터빈 유니트의 로터 블레이드들 및 스테이터 플레이트들은, 바람이 부는 때에 상기 유니트들의 로터들이 서로에 대해 반대의 방향으로 개별적으로 회전하도록 구성된 것을 특징으로 하는, 풍력 발전 플랜트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 플랜트에는 발전기의 반대측 측부들에 위치된 풍력 터빈 유니트 로터들의 샤프트들을 그들 사이에 배치된 발전기의 로터 샤프트 및 스테이터 샤프트에 연결하기 위한 유연성 결합부(couplings)가 제공된 것을 특징으로 하는, 풍력 발전 플랜트.
  3. 제 1 항에 있어서,
    발전기의 스테이터에는, 바람이 부는 때에 발전기의 그 스테이터에 연결된 풍력 터빈 유니트의 로터의 회전방향과 동일한 방향으로 부가적인 토크(torque)를 발생시키도록 구성된 오목-볼록 블레이드들이 제공된 것을 특징으로 하는, 풍력 발전 플랜트.
  4. 제 1 항에 있어서,
    발전기는 와이어링 연결(wiring connections) 및 필드 제어(field control)의 자동 제어 시스템을 구비한 이극성 발전기(heteropolar generator)인 것을 특징으로 하는, 풍력 발전 플랜트.
  5. 제 3 항에 있어서,
    풍력 발전 플랜트에는, 바람이 부는 때에 발전기 여기부(generator excitation)를 켜고 공기의 움직임(stir)이 없는 때에 발전기 여기부를 끄는 릴레이(relay)가 제공된 것을 특징으로 하는, 풍력 발전 플랜트.
  6. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    바람이 실제 조건에서 부는 때에는 공전 구동(idle running) 중의 로터 유니트들의 회전 속도의 0.5 내지 0.6 의 범위에서 로터 유니트 회전의 정격 속도(rated speed)를 제공하도록 출력 동력(output power)을 제어하기 위한 수단이 풍력 발전 플랜트에 더 제공된 것을 특징으로 하는, 풍력 발전 플랜트.
  7. 제 1 항에 있어서,
    풍력 발전 플랜트는 병렬적으로 공통의 부하에 연결된 수 개의 발전기들을 포함하는 것을 특징으로 하는, 풍력 발전 플랜트.
  8. 제 1 항에 있어서,
    풍력 발전 플랜트는 각각 개별의 부하를 갖는 수 개의 발전기들을 포함하는 것을 특징으로 하는, 풍력 발전 플랜트.
  9. 제 1 항에 있어서,
    발전기의 각 측부에는 하나 초과의 풍력 터빈 유니트들을 배치되고, 발전기의 로터 및 스테이터를 회전시키는 그 유니트들의 동력은 동일한 것을 특징으로 하는, 풍력 발전 플랜트.
  10. 제 1 항에 있어서,
    발전기의 각 측부에는 하나 초과의 풍력 터빈 유니트들이 배치되고, 스테이터를 회전시키는 유니트들의 동력 Nst 과 발전기의 로터를 회전시키는 유니트들의 동력 Nrt 은 Nst = k?Nrt 의 등식에 해당하는 관계를 가지고,
    k 는 로터의 관성 모멘트(moment of inertia)에 대한 스테이터의 관성 모멘트의 비율인 것을 특징으로 하는, 풍력 발전 플랜트.
  11. 제 1 항에 있어서,
    유니트들은 수직으로 배치된 것을 특징으로 하는, 풍력 발전 플랜트.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상측 유니트들의 블레이드들의 갯수는 하측 유니트들의 블레이드들의 갯수와 동일하거나 또는 2 내지 50% 만큼 적고, 그 유니트들 안에 있는 스테이터들의 플레이트들은 원주를 따라서 0.6-60°로 균일하게 이격된 것을 특징으로 하는, 풍력 발전 플랜트.
  13. 제 1 항에 있어서,
    유니트들은 수평으로 배치되고, 플랜트를 바람 방향에 대해 직각으로 유지하기 위하여 플랜트에는 바람개비 방향타(weathercock rudder)가 부가적으로 제공된 것을 특징으로 하는, 풍력 발전 플랜트.
  14. 제 12 항에 있어서,
    협곡(gorge), 통로(pass), 및 언덕의 옆부분에 횡단하여 배치된 것을 특징으로 하는, 풍력 발전 플랜트.
  15. 제 1 항에 있어서,
    베어링을 갖는 지지 스테이터 커버(support stator cover)들이 풍력 터빈 유니트의 각 측부에 고정되고, 풍력 터빈 유니트의 각 로터는 상기 베어링(bearings)에 샤프트 세트(shaft set)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 풍력 발전 플랜트.
  16. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    발전기의 일 측부에 배치된 풍력 터빈 유니트 로터들의 샤프트들을 서로 연결하기 위하여 유연성 결합부가 제공된 것을 특징으로 하는, 풍력 발전 플랜트.
  17. 제 1 항에 있어서,
    발전기의 샤프트들과 그 발전기의 대응하는 샤프트들에 연결된 풍력 터빈 유니트 로터들의 샤프트들은 스테이터 및 로터 와이어링으로부터의 케이블(cable)들을 놓기 위한 채널(channel)들을 가지고, 상기 샤프트들은 발전기 와이어링의 유출부(outlet)들의 연결을 위하여 접촉 링(contact ring)들을 구비한 브러쉬 유니트(brush unit)들을 가지며, 그 접촉 링들은 풍력 터빈 유니트 로터들의 샤프트들의 단부들에 또는 발전기 샤프트들에 배치된 것을 특징으로 하는, 풍력 발전 플랜트.
  18. 삭제
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