KR101217584B1 - 풍선 및 연을 이용한 해상풍력 관측 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 해상에 부유하고, 고정와이어로 연결되어 해저에 설치되는 고정부재에 의해 해상의 정해진 위치에 고정되는 부이와, 부이로부터 연결와이어로 연결되고, 일정 고도로의 부상 및 유지가 가능하도록 하며, 서로 일체로 결합되는 풍선 및 연과, 풍선 및 연에 의해 연결되어 공중에 위치하는 장비탑재부와, 장비탑재부에 탑재되고, 전원공급부로부터 전원을 공급받으며, 풍향과 풍속을 측정하는 풍향풍속측정부와 위치정보를 제공하는 GPS를 포함하며, 풍향과 풍속 및 위치정보를 신호로 출력하는 관측부와, 장비탑재부에 탑재되고, 관측부로부터 신호를 수신받아 무선신호로 처리하여 송신하는 무선송신부를 포함하도록 한 풍선 및 연을 이용한 해상풍력 관측 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 풍선 및 연을 활용하여 해상의 다양한 위치와 높이에서 해상 풍력의 관측이 가능하도록 하고, 개발 및 유지에 소요되는 비용을 줄일 수 있으며, 설치가 간편하고, 해상 풍력 단지의 적지 선정을 위한 해상 풍력의 실측 데이터 확보가 용이하도록 한다.

Description

풍선 및 연을 이용한 해상풍력 관측 시스템{MARINE WIND POWER OBSERVATION SYSTEM USING BALLOON AND KITE}
본 발명은 해상풍력 관측 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 풍선 및 연을 활용하여 해상의 다양한 위치와 높이에서 해상 풍력의 관측이 가능하도록 하고, 개발 및 유지에 소요되는 비용을 줄일 수 있는 풍선 및 연을 이용한 해상풍력 관측 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 지구관측 자료는 해양, 기상, 환경, 농업 등의 다양한 분야에서 이루어지고 있으며, 실시간으로 수집된 자료 및 모델링 등에 의해 얻어진 결과는 여러 분야에서 유용한 과학 정보로 제공된다.
한편, 이러한 지구관측 자료 중에서 해상풍력은 풍력을 이용한 분야에서 중요한 데이터로 사용되고 있는데, 이를 관측하기 위하여, 기상 관측소, 인공위성, 소다 라이다(SODAR LIDAR) 장비, 해상 고정 관측 타워 등이 사용되고 있다.
여기서, 기상 관측소에 의한 관측은 남한의 육상과 해상에 산재한 기상청의 기상 관측소, 무인 관측소(AWS), 등대 관측소, 해상 부이 등에서 이루어지는데, 이로부터 얻은 데이터는 지면 1m 높이에서의 자료인 관계로 해양의 풍력발전기 하부 높이(hub height)를 기준으로 하는 해양풍력의 자원지도 검증에 적합하지 않다.
또한, 인공위성에 의한 관측은 관측지의 접근 용이성에 상관없이 단시간에 광범위한 지역을 관측할 수 있기 때문에 기상 관측상 접근이 어려운 해양상의 관측에 유리하나, 위성이 규칙적인 항로를 따라 이동함으로써 같은 지역을 1일 2회 정도 통과하게 되어 높은 시간 분해능을 기대할 수 없으며, 위성센서의 관측 폭이 정해져 있기 때문에 일부 지역에서 결측이 발생하는 단점을 가진다.
또한, 소다 라이다 장비에 의한 관측은 소다(SODAR)와 라이다(LIDAR)를 이용하여 해안선의 연안 지역에서 바람 연직 분포를 평가하는 이점을 가지나, 고가 장비로 인하여 활용하는데 어려움이 있다.
또한, 해상 고정 관측 타워에 의한 관측은 해상의 일정 고정점에 타워를 설치하여 장기간 해상 풍력을 관측할 수 있으나, 설치에 소요되는 비용과 기간으로 인해 적용의 한계를 가진다.
상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 풍선 및 연을 활용하여 해상의 다양한 위치와 높이에서 해상 풍력의 관측이 가능하도록 하고,개발 및 유지에 소요되는 비용을 줄일 수 있으며, 설치가 간편하고, 해상 풍력 단지의 적지 선정을 위한 해상 풍력의 실측 데이터 확보가 용이하도록 한다.
본 발명의 다른 목적들은 이하의 실시예에 대한 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 측면에 따르면, 해상에 부유하고, 고정와이어로 연결되어 해저에 설치되는 고정부재에 의해 해상의 정해진 위치에 고정되는 부이와, 상기 부이로부터 연결와이어로 연결되고, 일정 고도로의 부상 및 유지가 가능하도록 하며, 서로 일체로 결합되는 풍선 및 연과, 상기 풍선 및 상기 연에 의해 연결되어 공중에 위치하는 장비탑재부와, 상기 장비탑재부에 탑재되고, 전원공급부로부터 전원을 공급받으며, 풍향과 풍속을 측정하는 풍향풍속측정부와 위치정보를 제공하는 GPS를 포함하며, 풍향과 풍속 및 위치정보를 신호로 출력하는 관측부와, 상기 장비탑재부에 탑재되고, 상기 관측부로부터 신호를 수신받아 무선신호로 처리하여 송신하는 무선송신부를 포함하는 풍선 및 연을 이용한 해상풍력 관측 시스템이 제공된다.
상기 장비탑재부는, 상기 관측부가 일정 각도를 유지하도록 하는 자이로스코프형 프레임으로 이루어질 수 있다.
상기 무선송신부로부터 출력되는 무선신호를 수신받아 데이터로 처리하며, 처리된 데이터를 외부로 출력하는 데이터처리부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 풍선 및 연을 이용한 해상풍력 관측 시스템에 의하면, 풍선 및 연을 활용하여 해상의 다양한 위치와 높이에서 해상 풍력의 관측이 가능하도록 하고, 개발 및 유지에 소요되는 비용을 줄일 수 있으며, 설치가 간편하고, 해상 풍력 단지의 적지 선정을 위한 해상 풍력의 실측 데이터 확보가 용이하도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 풍선 및 연을 이용한 해상풍력 관측 시스템을 도시한 도면이고,
도 2는 본 발명에 따른 풍선 및 연을 이용한 해상풍력 관측 시스템을 도시한 구성도이고,
도 3은 본 발명에 따른 풍선 및 연을 이용한 해상풍력 관측 시스템의 장비탑재부를 도시한 단면도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고, 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고, 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니고, 본 발명의 기술 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 식으로 이해 되어야 하고, 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명하며, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 부여하고, 이에 대해 중복되는 설명을 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 풍선 및 연을 이용한 해상풍력 관측 시스템을 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 풍선 및 연을 이용한 해상풍력 관측 시스템을 도시한 구성도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 풍선 및 연을 이용한 해상풍력 관측 시스템(100)은 해상에 고정되는 부이(110)와, 부이(110)에 연결되는 풍선(120) 및 연(130)과, 풍선(120) 및 연(130)에 연결되는 장비탑재부(140)와, 장비탑재부(140)에 각각 탑재되는 관측부(160) 및 무선송신부(170)를 포함한다.
부이(110)는 해상에 부유하도록 부력을 가지고, 이를 위해 부력을 가진 재질로 이루어지거나 부력을 가진 구조, 예컨대 내부가 빈 구조로 이루어질 수 있으며, 고정와이어(111)로 연결되어 해저에 설치되는 고정부재(112)에 의해 해상의 정해진 위치에 고정된다. 고정와이어(111) 및 고정부재(112)는 다수로 이루어질 수 있고, 고정부재(112)는 본 실시예에서처럼 콘크리트나 금속 등의 중량물로 이루어지거나, 본 실시예와 달리 앵커 등으로 이루어질 수 있다.
부이(110)는 고정와이어(111)와 고정부재(112)에 의해 파랑 및 조석 영향에 상관없이 일정 범위의 위치에 고정될 수 있다. 또한, 부이(110)는 하방으로 연장되도록 설치되는 가이드바(113)를 가짐으로써 가이드바(113)에 연결되는 고정와이어(111)의 길이를 줄이도록 하여, 보다 정확한 위치에 고정될 수 있도록 하며, 해저 수심이 20 내지 30m의 해상이 고정될 수 있다.
풍선(120) 및 연(130)은 둘 중 어느 하나 또는 모두가 부이(110)로부터 연결와이어(121)로 연결되고, 일정 고도로의 부상 및 유지가 가능하도록 하며, 서로 일체로 결합된다. 여기서, 풍선(120)과 연(130)은 서로 일체를 이루도록 부착되거나, 와이어에 의해 서로 일체를 이루도록 연결될 수 있으며, 풍선(120)에 의한 상승력과 연(130)에 의한 양력에 의해 일정 고도, 예컨대 70 내지 90m 고도로의 부상 및 유지를 가능하도록 한다.
장비탑재부(140)는 풍선(120) 및 연(130)에 의해 연결되어 공중에 위치하는데, 이를 위해 연결와이어(121) 또는 별도의 와이어에 의해 풍선(120) 및 연(130)에 연결되며, 연결와이어(121) 등과의 연결을 위해 상단과 하단에 연결부(143; 도 3에 도시)가 마련될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 장비탑재부(140)는 관측부(160)가 일정 각도를 유지하도록 하는 자이로스코프형 프레임으로 이루어질 수 있고, 이를 위해 일례로 풍선(120) 및 연(130)에 연결되는 바디(141)와, 바디(141)의 내측에 적어도 X축, Y축 및 Z축을 기준으로 회전 가능하도록 설치되는 회전체(142)를 포함할 수 있다. 여기서, 회전체(142)는 본 실시예에서처럼 구 형태를 가지고, 바디(141) 내의 구 형태의 공간에 자유롭게 회전할 수 있도록 설치되고, 하부에 중량부를 가짐으로써 중력 방향에 대하여 항상 정렬되도록 하는 구조를 가질 수 있는데, 이러한 본 실시예와 달리, X축, Y축, Z축 방향으로 각각 설치되는 회전축에 의해 다축 회전이 가능하도록 함으로써 일정 각도 및 자세를 유지할 수 있도록 한다. 한편, 회전체(142)에는 관측부(160)가 설치될 수 있는데, 본 실시예에서처럼 바디(141)는 관측부(160)의 관측에 필요한 개구(141a)가 단일 또는 다수로 형성될 수 있고, 회전체(142)도 이를 위해 바디(141)의 개구(141a)와 통하도록 개구(142a)를 형성하거나 일측이 개방되도록 형성될 수 있다.
관측부(160)는 장비탑재부(140)에 탑재되고, 배터리 등과 같은 전원공급부(150)로부터 전원을 공급받으며, 풍향과 풍속을 측정하는 풍향풍속측정부(161)와 위치정보를 제공하는 GPS(162)를 포함하며, 풍향과 풍속 및 위치정보를 신호로 출력한다. 여기서, 풍향풍속측정부(161)는 풍향에 따라 정렬되는 깃발을 가지는 모듈과 풍속에 따라 변화하는 회전속도를 가지는 바람개비를 가지는 모듈로 이루어질 수 있으며, 이 밖에도 다양한 방법에 의하여 풍향과 풍속을 측정하는 장치가 사용될 수 있다.
무선송신부(170)는 장비탑재부(140)에 탑재되고, 관측부(160)로부터 출력되는 신호를 수신받아 무선신호로 처리하여 송신한다. 또한, 무선송신부(170)는 관측부(160)의 신호를 무선신호로 처리하기 위하여 신호처리부(171)를 가질 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 풍선 및 연을 이용한 해상풍력 관측 시스템(100)은 무선송신부(170)로부터 출력되는 무선신호를 무선수신부(181)에 의해 수신받아 데이터로 처리하여 출력하는 데이터처리부(180)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 데이터처리부(180)는 처리된 데이터를 모니터 등의 디스플레이부 또는 프린터 등을 통해서 외부로 출력할 수 있도록 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 풍선 및 연을 이용한 해상풍력 관측 시스템에 의하면, 풍선 및 연을 활용하여 해상의 다양한 위치, 예컨대 해안 인근, 도서, 연근해 등에서와 다양한 높이에서 해상 풍력의 관측이 가능하도록 한다. 또한, 예컨대 반경 20km의 해양풍력 단지에 대하여 본 발명에 따른 풍선 및 연을 이용한 해상풍력 관측 시스템(100)을 8개 설치하여 원하는 풍속 및 풍향의 데이터를 얻을 수 있다. 한편, 풍향풍속측정부(161)에 의한 측정 위치는 GPS(162)에 의해 확인할 수 있다.
또한, 종래의 해상 고정 타워나 인공위성 등에 비하여, 개발 및 유지에 소요되는 비용을 줄일 수 있으며, 설치가 간편하다.
또한, 해상 풍력 단지의 적지 선정을 위한 해상 풍력의 실측 데이터 확보가 용이하도록 하고, 특히, 기존 해상 고정 타워의 관측 결과와 비교하며, 인근 해역의 다양한 위치와 높이에 대한 풍력 관측이 가능하다.
이와 같이 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이러한 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
110 : 부이 111 : 고정와이어
112 : 고정부재 113 : 가이드바
120 : 풍선 121 : 연결와이어
130 : 연 140 : 장비탑재부
141 : 바디 141a : 개구
142 : 회전체 142a : 개구
143 : 연결부 150 : 전원공급부
160 : 관측부 161 : 풍향풍속측정부
162 : GPS 170 : 무선송신부
171 : 신호처리부 180 : 데이터처리부
181 : 무선수신부

Claims (3)

  1. 해상에 부유하고, 고정와이어로 연결되어 해저에 설치되는 고정부재에 의해 해상의 정해진 위치에 고정되는 부이;
    상기 부이로부터 연결와이어로 연결되고, 일정 고도로의 부상 및 유지가 가능하도록 하며, 서로 일체로 결합되는 풍선 및 연;
    상기 풍선 및 상기 연에 의해 연결되어 공중에 위치하는 장비탑재부;
    상기 장비탑재부에 탑재되고, 전원공급부로부터 전원을 공급받으며, 풍향과 풍속을 측정하는 풍향풍속측정부와 위치정보를 제공하는 GPS를 포함하며, 풍향과 풍속 및 위치정보를 신호로 출력하는 관측부; 및
    상기 장비탑재부에 탑재되고, 상기 관측부로부터 신호를 수신받아 무선신호로 처리하여 송신하는 무선송신부를 포함하고,
    상기 장비탑재부는,
    상기 관측부가 일정 각도를 유지하도록 하는 자이로스코프형 프레임으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 풍선 및 연을 이용한 해상풍력 관측 시스템.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 무선송신부로부터 출력되는 무선신호를 수신받아 데이터로 처리하며, 처리된 데이터를 외부로 출력하는 데이터처리부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 풍선 및 연을 이용한 해상풍력 관측 시스템.
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