KR101259817B1 - 해상 풍력 단지의 송전 시스템 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

해상 풍력 단지의 송전 시스템 및 그 방법이 개시된다.
본 발명의 실시 예에 따른 해상 풍력 단지의 송전 시스템은, 해상 풍력 단지에 위치하여 하나 이상의 풍력 터빈에서 생산되는 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 하나 이상의 제1 에너지 저장부에 저장하는 해상 변전소, 상기 제1 에너지 저장부에 저장된 전력을 실어 육상으로 이송하는 전력 운반선 및 상기 전력 운반선으로부터 배전되는 전력을 교류 전력으로 변환하여 계통으로 공급하는 육상 변전소를 포함한다.

Description

해상 풍력 단지의 송전 시스템 및 그 방법{SYSTEM AND METHOD FOR POWER TRANSMISSION OF SEA WIND FARM}
본 발명은 해상 풍력 단지의 송전 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 풍력 발전기는 바람의 운동에너지를 기계적 에너지로 변환시키고 이로부터 전기를 생산하는 것으로 무공해, 무한정의 바람을 이용함으로 환경에 미치는 영향이 적고, 국토를 효율적으로 이용할 수 있는 장점이 있다.
풍력 발전기가 여러 기 설치되어 있는 대규모 해상 풍력 단지(Wind Farm, 해상풍력발전단지)의 경우에는 발전단가도 기존의 화석에너지 발전방식과 경쟁이 가능한 수준이어서 대체 에너지 산업으로서 빠르게 성장하고 있는 추세이다.
다만, 육상 풍력 단지를 조성함에 있어서 소음 진동으로 인한 민원 발생, 인허가 지연으로 인한 사업 애로 및 대규모 풍력단지를 조성하기 위한 부지의 한계 등의 문제점으로 최근에는 해상 풍력 단지의 개발이 대두되고 있다.
해상 풍력 단지는 풍부한 해상 풍력자원과 육지와 충분히 이격되어 민원이 적다는 장점이 있지만 높은 생산, 건설비용으로 초기 투자비가 비싸며 육상 풍력터빈에 비해 부식 방지 등 여러 가지 기술이 선결돼야 한다는 단점이 있다.
특히, 해상 풍력 단지를 구축하기 위해서는 생산되는 전력을 육상의 전력망으로 송전하기 위한 해저 케이블을 구비해야 한다. 즉, 해저면에 전력 케이블을 설치해야 하는데 이를 설치하는 데에는 상당한 시간과 초기 비용이 투자되어야 하므로 해상 풍력 단지 조성에 큰 문제가 되고 있다.
뿐만 아니라 통상의 해상 풍력 단지는 육상으로부터 약10km 지점에 조성되거나, 최근에는 육상에서 그보다 더 멀어지는 추세에 있기 때문에 육상으로 전력을 이송하는 것에는 점점 많은 비용이 발생 된다.
한편, 특허문헌1 한국공개특허 제10-2010-0063676호에는 초고압 직류 송전(High Voltage Direct Current, HVDC)를 이용하여 해저 전기를 공급하는 배전 시스템을 개시하고 있다. 실제로 해상 풍력 단지의 송전거리가 늘어날수록 전력 손실도 늘어나기 때문에 이를 극복하기 위해 해저 케이블에 HVDC 등의 기술이 적용되고 있는 실정이다.
그러나, 해상 풍력 단지가 대체 에너지로서의 역할을 수행하려면 끊김이 없이 안정적인 전력공급이 전제되어야 하는 반면, 해저 케이블은 초기 비용 투자 뿐 아니라 장애가 발생되는 경우 해저에서 유지보수가 이루어짐으로써 유지하는 데에도 상당한 시간과 비용이 투자되어야 하는 문제점이 있다.
따라서, 해상 풍력 단지를 조성함에 있어서 저비용으로 안정적으로 전력을 이송할 수 있는 방안이 절실히 요구되고 있다.
특허문헌 1 : 한국공개특허 제10-2010-0063676호 (2010.06.11. 공개)
본 발명의 실시 예는 해저 케이블의 설치 없이 안정적으로 전력을 이송할 수 있는 해상 풍력 단지의 송전 시스템 및 그 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 해상 풍력 단지에 위치하여 하나 이상의 풍력 터빈에서 생산되는 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 하나 이상의 제1 에너지 저장부에 저장하는 해상 변전소; 상기 제1 에너지 저장부에 저장된 전력을 실어 육상으로 이송하는 전력 운반선; 및 상기 전력 운반선으로부터 배전되는 전력을 교류 전력으로 변환하여 계통으로 공급하는 육상 변전소를 포함하는 해상 풍력 단지의 송전 시스템이 제공된다.
상기 해상 변전소는, 상기 하나 이상의 풍력 터빈과 연결되는 전력선을 통해 생산되는 상기 교류 전력을 수집하는 전력 수집부; 상기 전력 수집부에서 수집한 상기 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 상기 제1 에너지 저장부에 충전하는 충전부; 상기 제1 에너지 저장부에 저장중인 전력을 상기 전력 운반선으로 전달하기 위한 케이블과 연결되는 커넥터 연결부; 및 상기 전력 수집부 및 충전부를 제어하는 제어부 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 전력 운반선은, 상기 해상 변전소의 제1 에너지 저장부로부터 상기 직류 전력을 저장하는 하나 이상의 제2 에너지 저장부; 및 상기 해상 변전소로부터 전력 충전 시 입력되는 전력을 상기 하나 이상의 제2 에너지 저장부로 각각 분배하는 전력 분배기 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 제1 에너지 저장부와 제2 에너지 저장부는, 입력되는 직류 전력을 저장하는 하나 이상의 충전 모듈; 상기 하나 이상의 충전 모듈을 수납하기 위한 고정틀이 형성되고 외부로부터 상기 하나 이상의 충전 모듈을 보호하는 케이스; 충방전을 위해 상기 하나 이상의 충전 모듈로 각각 분기되는 전력선과 연결되는 입출력 단자; 및 상기 케이스의 내부에 형성되어 상기 충전 모듈의 충방전으로 인해 발생되는 열을 냉각시키는 냉각팬 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 충전 모듈은, 수퍼 캐패시터 또는 배터리 중 어느 하나로 구성될 수 있다.
상기 해상 변전소는, 상기 제1 에너지 저장부 및 제2 에너지 저장부를 옮길 수 있는 크레인을 더 포함할 수 있다.
상기 전력 운반선은, 상기 제2 에너지 저장부가 적재된 육상 운송수단이 탑재될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 측면에 따른, 해상 풍력 단지에 위치하여 하나 이상의 풍력 터빈에서 생산되는 교류 전력을 육상으로 송전하는 방법에 있어서, a) 상기 하나 이상의 풍력 터빈에서 생산되는 전력을 해상 변전소의 제1 에너지 저장부에 저장하는 단계; b) 상기 제1 에너지 저장부에 저장된 상기 전력을 전력 운반선의 제2 에너지 저장부에 충전하고, 상기 전력 운반선을 육상으로 이송하는 단계; 및 c) 상기 전력 운반선의 상기 제2 에너지 저장부에 충전된 전력을 육상 변전소로 배전하는 단계; 를 포함하는 해상 풍력 단지의 송전 방법이 제공된다.
상기 a) 단계는, 상기 해상 변전소가 상기 하나 이상의 풍력 터빈과 연결되는 전력선을 통해 생산되는 상기 교류 전력을 수집하는 단계; 및 상기 수집한 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 상기 제1 에너지 저장부에 저장하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 c) 단계 후, 상기 배전된 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 계통에 전달하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 b) 단계는, b-1) 상기 전력이 저장된 상기 제1 에너지 저장부를 전력 운반선에 선적하고, 상기 전력 운반선의 충전되지 않은 제2 에너지 저장부를 상기 해상 변전소에 내리는 단계일 수 있다.
상기 해상 변전소는, 상기 제1 에너지 저장부의 전력량을 체크하여 기준치를 초과하면 상기 전력 운반선 및 육상 변전소 중 적어도 하나로 전력 이송 요청 메시지를 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 해상 풍력 단지의 송전 시스템은 전력 운반선을 이용하여 해상에서 생산되는 전력을 육상으로 이송함으로써 기존의 해저 케이블 설치 및 유지 보수를 위한 비용을 줄이고 안정적으로 전력을 육상으로 송전할 수 있다.
그리고, 이동이 자유로운 전력 운반선을 이용하여 전력을 송전 함으로써 해상 풍력 단지에서 생산되는 전력을 특정 지역에 국한되지 않고 자원이 부족한 지역이나 국가로 이송하여 수출할 수도 있다.
또한, 전력을 충전하여 저장하는 각 에너지 저장부들을 분리 및 이송 가능하도록 독립적으로 모듈화함으로써 전력 이송을 위해 재충전하는 시간을 줄일 수 있으며, 육상 접안시설 내에 해상 전력 송전을 위한 육상 변전소가 존재하지 않더라도 육상 운송수단을 이용하여 육상 변전소가 있는 곳까지 전력을 이송할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 해상 풍력 단지의 송전 시스템을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 해상 변전소의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 에너지 저장부의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 전력 운반선의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 육상 변전소의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 해상 풍력 단지의 송전 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 해상 풍력 단지의 송전 방법을 나타낸 흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이제 본 발명의 실시 예에 따른 해상 풍력 단지의 송전 시스템 및 그 방법 에 대하여 도면을 참조로 하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 해상 풍력 단지의 송전 시스템을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
첨부된 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 해상 풍력 단지의 송전 시스템은 하나 이상의 해상 풍력 터빈(100), 해상 변전소(200), 전력 운반선(300) 및 육상 변전소(400)를 포함한다.
풍력 터빈(100)은 바람에 의해 회전하는 복수의 블레이드 회전력을 이용하여 전력을 생산한다. 도 1에서는 풍력 터빈(100)이 하나인 것으로 도시되었으나 하나 이상의 풍력 터빈(100)이 일정한 거리를 두고 설치되어 해상 풍력 단지를 이룬다. 그리고, 풍력 터빈(100)이 전력을 생산하는 원리는 일반적으로 알려진 내용이므로 구체적인 설명은 생략한다.
해상 변전소(200)는 해상 풍력 단지 내에 위치하여 하나 이상의 풍력 터빈(100)에서 생산되는 교류 전력을 육상으로 공급하기 위해 직류 전력으로 변환하여 에너지 저장부에 저장한다. 그리고, 해상 변전소(200)는 전력 운반선(300)의 정박을 위한 접안시설을 갖추고 있다.
전력 운반선(300)은 해상 변전소(200)에 정박된 상태에서 충전 케이블을 연결하여 상기 저장된 직류 전력을 충전하고, 연안으로 이동하여 상기 충전된 전력을 육상으로 송전한다.
육상 변전소(400)는 육상에 위치하여 전력 운반선(300)과 연결되는 배전 케이블을 통해 배전되는 직류 전력을 계통으로 전달하기에 적절한 교류 전력으로 변환하여 계통으로 공급한다.
한편, 도 2 및 도 3을 통하여 본 발명의 실시 예에 따른 해상 변전소의 구성을 구체적으로 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 해상 변전소의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
첨부된 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 해상 변전소(200)는 전력 수집부(210), 충전부(220), 에너지 저장부(230), 커넥터 연결부(240), 제어부(250) 및 크레인(260)을 포함한다.
전력 수집부(210)는 하나 이상의 풍력 터빈(100)과 연결되는 전력선을 통해 생산 전력을 수집한다.
충전부(220)는 전력 수집부(210)에서 수집되는 전력을 에너지 저장부(230)에 저장하기에 적절한 형태의 고압의 직류 전력으로 변환하여 충전한다. 이 때, 충전부(220)는 스위치를 통해 각각 연결되는 복수의 에너지 저장부(230-1, 230-2, 230-3, …, 230-n)에 직류 전력을 분배하여 충전할 수 있다.
또한, 충전부(220)는 에너지 저장부(230)에 저장 중인 전력을 방전하여 커넥터 연결부(240)에 연결되는 케이블을 통해 전력 운반선(300)으로 전달할 수 있다. 즉, 해상 변전소(200)는 풍력 터빈(100)에서 생산되는 전력을 에너지 저장부(230)에 임시로 저장하고 있다가 저장 전력의 이송을 위해 전력 운반선(300)으로 옮겨 재충전할 수 있다.
에너지 저장부(Energy Storage)(230)는 충전부(220)를 통해 입력되는 직류 전력을 저장하는 에너지 저장 수단이며, 아래의 도 3을 통해 세부 구성을 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 에너지 저장부의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
첨부된 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 에너지 저장부(230)는 케이스(231), 하나 이상의 충전 모듈(232) 및 입출력 단자(233) 및 냉각팬(234)을 포함한다.
케이스(231)은 사각의 컨테이너 박스와 같은 함체로 외부의 물리적 충격이나 물이 유입되는 것을 방지한다. 또한, 케이스(231)는 내부에 하나 이상의 충전 모듈(232)을 수납하기 위한 고정틀이 형성되어 케이스(231)가 기울어지거나 요동하더라도 충전 모듈(232)이 움직이지 않도록 단단히 고정한다.
하나 이상의 충전 모듈(232)은 수퍼 캐패시터 또는 배터리와 같은 에너지 저장장치로 구성되어 충전부(220)를 통해 전달되는 직류 전력을 저장한다.
수퍼 캐패시터는 메가와트(MW)급의 대용량 전력을 저장(충전)하기 용이하며, 최근 수퍼 캐패시터의 용량 대비 가격이 하락하고 있고 신뢰성이 우수하므로 수퍼 캐패시터를 적용하는 것이 바람직할 수 있다. 이처럼, 충전 모듈의 적용은 특정한 충전 장비에 한정되지 않으며 충전 장비의 개발 상황에 따라 우수한 에너지 저장 장치를 적용하여 사용할 수 있다.
입출력 단자(233)는 충방전을 위해 연결되는 전력 충방전 단자로 내부적으로 하나 이상의 충전 모듈(232)로 각각 분기되는 전력선과 연결되고, 외부적으로 충전부(220)와 연결된다.
냉각팬(234)은 케이스(231)의 내부에 적어도 하나를 형성하여 충전 모듈(232)의 충방전으로 인해 발생되는 열을 냉각시킨다.
이처럼 본 발명의 실시 예에 따른 에너지 저장부(230)는 하나 이상의 충전 모듈(232)을 컨테이너 박스와 같은 케이스(231)에 수납하고, 입출력 단자(233)를 통해 충전부(220)와 연결 및 분리가 용이한 구조로 구성하였다. 이는 각 에너지 저장부(230)를 편리하게 독립적으로 분리하거나 간편하게 이송하기 위함이며 이에 대한 설명은 뒤에서 다시 언급하도록 한다.
커넥터 연결부(240)는 에너지 저장부(230)에 저장중인 전력을 전달하기 위하여 전력 운반선(300)의 케이블과 연결된다.
제어부(250)는 각 에너지 저장부(230)에 축적하고 있는 전력량을 체크하면서 방전이 필요한 시점을 미리 계산하여 전력 운반선(300) 및 육상 변전소(400)로 전력 이송 요청 메시지를 전송한다. 이 때, 제어부(250)는 축적되는 전력량이 미리 설정된 기준치를 초과하면 전력 이송 요청 메시지를 전송할 수 있다.
이를 위해 도 1에서는 생략되었으나 해상 변전소(200)는 전력 운반선(300) 및 육상 변전소(400)와의 통신을 위한 무선통신 수단 및 위성 통신 수단을 더 포함할 수 있다. 상기 무선 통신수단은 예컨대 이동통신, 휴대인터넷통신 및 초단파통신(VHF) 등을 위한 안테나와 송수신장치 일 수 있다.
제어부(250)는 전력 운반선(300)의 케이블이 커넥터 연결부(240)에 연결되면 에너지 저장부(230)에 저장된 전력을 전력 운반선(300)으로 충전하도록 충전부(220)를 제어한다. 이 때, 제어부(250)는 충전부(220)와 각 에너지 저장부(230-1, 230-2, 230-3, … 230-n)를 연결하는 스위치를 선택적으로 개폐하여 전력 운반선(300)으로 충전되는 전력량을 조절할 수 있다.
한편, 해상 변전소(200)는 전력 운반선(300)으로 전력 충전이 이루어 지는 동안에도 풍력 터빈(100)에서 지속적으로 전력이 생산되므로 충전부(220)를 복수로 구성할 수 있다. 그래서, 제1 충전부는 충전이 완료된 에너지 저장부(230)의 전력을 전력 운반선(300)으로 전달하고, 동시에 제2 충전부는 풍력 터빈(100)에서 생산되는 전력을 비어있는 에너지 저장부(230)에 충전할 수 있다.
또한, 해상 변전소(200)는 하나 이상의 충전부(220)를 이용하여 제1 충전부에 장애가 발생시 제2 충전부를 통해 전력 충전을 대체함으로써 안정적으로 전력을 저장할 수도 있다.
크레인(260)은 해상 변전소(200)에서 신속히 전력을 이송해야 하는 상황이 발생되거나 기상이 악화되는 등의 경우 전력 운반선(300)으로 에너지 저장부(230)를 싣거나 내리는 작업을 수행한다.
즉, 크레인(260)은 전력 운반선(300)에서 비어있는 에너지 저장부(230)를 옮겨 해상 변전소(200)에 내리고, 해상 변전소(200)의 충전이 완료된 에너지 저장부(230)를 전력 운반선(300)에 선적한다. 따라서, 해상 변전소(200)에서 전력 운반선(300)으로 전력을 충전하는 과정을 생략함으로써 전력 운송 시간을 단축할 수 있는 이점이 있다.
이러한 점을 고려하여 본 발명의 실시 예에 따른 에너지 저장부(230)는 앞에서 설명한 것처럼 독립적으로 모듈화하여 분리 및 이송할 수 있도록 구성한 것이다. 이 때, 에너지 저장부(230)의 교환을 위해서 해상 변전소(200)는 전력 운반선(300)이 1회 수송하는 수보다 많은 에너지 저장부(230)를 보관하고 있는 것이 바람직하다.
한편, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 전력 운반선의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
첨부된 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 전력 운반선(300)은 해상 변전소와 육상 변전소를 정기적으로 이동하면서 전력을 송전하는 해상 운송 수단으로 케이블(310), 전력 분배기(320) 및 에너지 저장부(330)를 포함한다.
케이블(310)은 일측 단부에 구비되는 커넥터를 이용하여 해상 변전소(200) 또는 육상 변전소(400)에 연결되어 충전되거나 배전되는 전력을 전달한다.
전력 분배기(320)는 해상 변전소(200)로부터 전력 충전시 케이블(310)을 통해 입력되는 전력을 복수의 에너지 저장부(330-1, 330-2, 330-3, …, 330-n)로 각각 분배한다. 그리고, 배전시 복수의 에너지 저장부(330-1, 330-2, 330-3, …, 330-n)로부터 출력되는 전력을 케이블(310)을 통해 육상 변전소(400)로 배전한다.
에너지 저장부(330)는 해상 변전소(200)에서 설명한 에너지 저장부(230)와 실질적으로 동일하며 각 에너지 저장부(330-1, 330-2, 330-3, …, 330-n)를 독립적으로 분리 및 이송할 수 있도록 구성한다.
전력 운반선(300)은 육상과 해상 풍력 단지간의 멀지 않은 거리를 왕복하기 때문에 대형 선박뿐만 아니라 소규모의 선박들의 활용이 가능하다. 이 때, 대형 전력 운반선이 사용되는 경우, 해상에 전력 운반선이 계류하고, 전력 운반선내에 소규모 선박이 충전 케이블을 이끌고 육상으로 접안 하여 송전할 수 있다.
특히, 기존의 해저 케이블을 이용한 전력 송전은 해저 케이블이 시설된 특정한 육상 지역으로 한정된 송전만이 가능한 반면, 본 발명의 실시 예에 따른 전력 운반선(300)을 이용한 전력송전은 육상의 어느 곳이든 자유롭게 이송이 가능하다. 따라서, 대형 선박을 이용하여 전력 자원이 부족한 지역이나 국가로 자유롭게 이송함으로써 수출이 용이한 장점이 있다.
또한, 전력 운반선(300)에 탑재된 에너지 저장부(330)는 각각 모듈화 되어 있어서 분리가 용이하며 자유롭게 하역이 가능하다. 따라서, 항구나 포구와 같은 육상 접안장소에 반드시 육상 변전소(400)가 존재하지 않더라도 육상 운송수단을 이용하여 육상 변전소(400)가 있는 곳까지 전력을 이송할 수 있는 장점이 있다.
또한, 전력 운반선(300)은 에너지 저장부(330)를 장착한 육상운송수단(예; 화물차)을 탑재할 수도 있다. 따라서, 육상운송수단에 장착된 에너지 저장부(330)에 전력을 저장하거나 충전이 완료된 해상 변전소(200)의 에너지 저장부(230)와 교환하여 탑재하고 육상의 접안 시설에 도착하면 별도의 하역작업 없이 육상 변전소(400)까지 이송할 수 있다. 이 경우, 기존의 항구나 포구와 같은 접안 시설을 활용하여 자유롭게 전력을 이송할 수 있는 장점이 있다.
한편, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 육상 변전소의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
첨부된 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 육상 변전소(400)는 케이블 연결부(410), 배전 전력 체크부(420) 및 전력 변환부(430)를 포함한다.
케이블 연결부(410)는 전력 운반선(300)에 저장중인 전력을 전달 받기 위하여 전력 운반선(300)의 케이블 단부에 구비되는 커넥터와 연결된다.
배전 전력 체크부(420)는 연결된 케이블 연결부(410)를 통해 전력 운반선(300)으로부터 전달되는 배전 전력량을 체크한다. 이 때, 배전되는 총 전력량에 따라 전력 공급(납품)금액이 결정될 수 있다.
전력 변환부(430)는 상기 배전되는 직류 전력을 계통으로 전달하기에 적절한 교류 전력으로 변환하여 계통으로 공급한다.
한편, 도 6 및 도 7을 통하여 본 발명의 실시 예에 따른 해상 풍력 단지의 전력 송전 방법을 설명한다.
도 6은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 해상 풍력 단지의 송전 방법을 나타낸 흐름도이다.
첨부된 도 6을 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 하나 이상의 풍력 터빈(100)이 바람에 의해 회전하는 복수의 블레이드 회전력을 이용하여 전력을 생산한다(S101).
해상 변전소(200)는 해상 풍력 단지 내에 위치하여 하나 이상의 풍력 터빈(100)에서 생산되는 전력을 수집하여 저장한다(S102). 이 때, 해상 변전소(200)는 풍력 터빈(100)에서 생산되는 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 하나 이상의 에너지 저장부(230)에 저장한다.
해상 변전소(200)는 하나 이상의 에너지 저장부(230)에 축적되는 전력량을 체크하여 상기 축적된 전력량이 미리 설정된 기준치를 초과하면(S103; 예), 충전이 완료된 것으로 판단하여 전력 운반선(300) 및 육상 변전소(400)로 전력 이송 요청 메시지를 전송한다(S104).
반면, 상기 S103 단계에서 해상 변전소(200)는 충전중인 하나 이상의 에너지 저장부(230)의 전력량이 상기 기준치를 초과하지 않으면 충전이 완료될 때까지 충전을 계속한다(S103; 아니오).
해상 변전소(200)는 상기 전력 이송 요청에 따라 접안 되는 전력 운반선(300)의 충전 케이블을 커넥터 연결부(240)에 연결한다(S105).
그리고, 해상 변전소(200)는 충전 케이블을 통해 하나 이상의 에너지 저장부(230)에 저장된 전력을 전력 운반선(300)에 탑재된 하나 이상의 에너지 저장부(330)로 전달하여 충전한다(S106).
이후, 전력 운반선(300)은 상기 충전이 완료되면 상기 충전 케이블을 분리하고 육상으로 이동한다(S107).
전력 운반선(300)은 육상의 접안시설에 정박하면 육상 변전소(400)와 배전 케이블을 연결하고(S108), 하나 이상의 에너지 저장부(330)에 충전된 전력을 배전한다(S109).
육상 변전소(400)는 배전 케이블을 통해 배전되는 직류 전력을 계통으로 전달하기에 적절한 교류 전력으로 변환하여 계통으로 공급한다(S110). 그리고, 육상 변전소(400)는 배전 완료 시까지 전달되는 총 배전 전력량을 체크한다(S111).
한편, 도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 해상 풍력 단지의 송전 방법을 나타낸 흐름도이다.
첨부된 도 7을 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 해상 풍력 단지의 송전 방법은 하나 이상의 풍력 터빈(100)에서 생산되는 전력을 저장하고, 전력 이송 요청 메시지를 전송하는 S201 단계 내지 S204 단계가 상기 도 6의 S101 단계 내지 S104 단계와 실질적으로 동일함으로 그 설명을 생략한다.
이하, 설명에 있어서 에너지 저장부를 전력이 충전된 상태인 제1 에너지 저장부와 전력이 충전되지 않은 상태인 제2 에너지 저장부로 구분한다.
해상 변전소(200)는 상기 전력 이송 요청에 따라 접안시설에 전력 운반선(300)이 정박하면, 크레인(260)을 이용하여 전력 운반선(300)에 실려있는 하나 이상의 제2 에너지 저장부(330)를 옮겨 해상 변전소(200)에 내린다(S206).
해상 변전소(200)는 충전이 완료된 하나 이상의 제1 에너지 저장부(230)의 입출력 단자(233)와 전력선을 분리하고(S207), 크레인(260)을 이용하여 전력 운반선(300)에 선적한다(S208).
이후, 전력 운반선(300)은 하나 이상의 제1 에너지 저장부(230)의 선적이 완료되면 육상으로 이동하여 육상의 접안시설에 정박한다(S209).
이 때, 상기 육상의 접안시설 내에 육상 변전소(400)가 존재하지 않는 경우, 즉, 일반 접안시설임을 가정할 경우에는 전력 운반선(300)에 선적되어 있는 하나 이상의 제1 에너지 저장부(230)를 육상 운송수단으로 하역하여 육상 변전소(400)로 이송한다(S210).
이와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 해상 풍력 단지의 송전 시스템은 전력 운반선(300)을 이용하여 해상에서 생산되는 전력을 육상으로 이송함으로써 기존의 해저 케이블 설치 및 유지 보수를 위한 비용을 줄이고 안정적으로 전력 송전을 수행할 수 있는 효과가 있다.
그리고, 이동이 자유로운 전력 운반선(300)을 이용하여 송전을 함으로써 해상 풍력 단지에서 생산되는 전력을 특정 지역에 국한되지 않고 자원이 부족한 지역이나 국가로 이송하여 수출할 수 있는 효과가 있다.
또한, 전력을 충전하여 저장하는 각 에너지 저장부들을 분리 및 이송이 가능하도록 독립적으로 모듈화함으로써 전력 이송을 위해 재충전하는 시간을 줄일 수 있으며, 육상 접안시설 내에 해상 전력 송전을 위한 육상 변전소가 존재하지 않더라도 육상 운송수단을 이용하여 육상 변전소가 있는 곳까지 전력을 이송할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시 예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에만 한정되는 것은 아니며 그 외의 다양한 변경이 가능하다.
예컨대, 도 7에 도시한 본 발명의 제2 실시 예에서는 제2 에너지 저장부(230)를 전력 운반선(300)에 직접 선적하였으나 이에 한정되지 않으며, 전력 운반선(300)을 바지선으로 구성하여 육상 운송수단을 탑재하고, 육상 운송수단에 제2 에너지 저장부(230)를 적재할 수 있다.
따라서, 전력 운반선(300)이 육상 접안시설에 도착하면 하역 절차 없이 바로 육상 변전소로 이동하여 송전할 수 있는 이점이 있다.
또한, 도 7에서 상기 도 6의 상기 제1 실시 예와 같이 육상 접안시설에 육상 변전소(400)가 존재하는 경우 S108 단계 내지 S111 단계와 같이 육상 변전소로 배전 케이블을 연결하여 전력을 송전할 수 도 있다.
본 발명의 실시 예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시 예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: 풍력 터빈
200: 해상 변전소
210: 전력 수집부
220: 충전부
230: 에너지 저장부(제1 에너지 저장부)
240: 커넥터 연결부
250: 제어부
260: 크레인
300: 전력 운반선
310: 케이블
320: 전력 분배기
330: 에너지 저장부(제2 에너지 저장부)
400: 육상 변전소
410: 케이블 연결부
420: 배전 전력 체크부
430: 전력 변환부

Claims (12)

  1. 해상 풍력 단지에 위치하여 하나 이상의 풍력 터빈에서 생산되는 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 하나 이상의 제1 에너지 저장부에 저장하는 해상 변전소;
    상기 제1 에너지 저장부에 저장된 전력을 실어 육상으로 이송하는 전력 운반선; 및
    상기 전력 운반선으로부터 배전되는 전력을 교류 전력으로 변환하여 계통으로 공급하는 육상 변전소;
    배전 전력을 전달받기 위하여 상기 전력 운반선의 배전 케이블 단부에 구비되는 커넥터와 연결되는 케이블 연결부; 및
    상기 케이블 연결부를 통해 상기 전력 운반선으로부터 전달되는 총 배전 전력량을 체크하는 배전 전력 체크부
    를 포함하는 해상 풍력 단지의 송전 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 해상 변전소는,
    상기 하나 이상의 풍력 터빈과 연결되는 전력선을 통해 생산되는 상기 교류 전력을 수집하는 전력 수집부;
    상기 전력 수집부에서 수집한 상기 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 상기 제1 에너지 저장부에 충전하는 충전부;
    상기 제1 에너지 저장부에 저장중인 전력을 상기 전력 운반선으로 전달하기 위한 케이블과 연결되는 커넥터 연결부; 및
    상기 전력 수집부 및 충전부를 제어하는 제어부
    중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 해상 풍력 단지의 송전 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 전력 운반선은,
    상기 해상 변전소의 제1 에너지 저장부로부터 상기 직류 전력을 저장하는 하나 이상의 제2 에너지 저장부; 및
    상기 해상 변전소로부터 전력 충전 시 입력되는 전력을 상기 하나 이상의 제2 에너지 저장부로 각각 분배하는 전력 분배기
    중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 해상 풍력 단지의 송전 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 에너지 저장부와 제2 에너지 저장부는,
    입력되는 직류 전력을 저장하는 하나 이상의 충전 모듈;
    상기 하나 이상의 충전 모듈을 수납하기 위한 고정틀이 형성되고 외부로부터 상기 하나 이상의 충전 모듈을 보호하는 케이스;
    충방전을 위해 상기 하나 이상의 충전 모듈로 각각 분기되는 전력선과 연결되는 입출력 단자; 및
    상기 케이스의 내부에 형성되어 상기 충전 모듈의 충방전으로 인해 발생되는 열을 냉각시키는 냉각팬
    중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 해상 풍력 단지의 송전 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 충전 모듈은,
    수퍼 캐패시터 또는 배터리 중 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 해상 풍력 단지의 송전 시스템.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 해상 변전소는,
    상기 제1 에너지 저장부 및 제2 에너지 저장부를 옮길 수 있는 크레인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해상 풍력 단지의 송전 시스템.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 전력 운반선은,
    상기 제2 에너지 저장부가 적재된 육상 운송수단이 탑재되어 있는 것을 특징으로 하는 해상 풍력 단지의 송전 시스템.
  8. 해상 풍력 단지에 위치하여 하나 이상의 풍력 터빈에서 생산되는 교류 전력을 육상으로 송전하는 방법에 있어서,
    a) 상기 하나 이상의 풍력 터빈에서 생산되는 전력을 해상 변전소의 제1 에너지 저장부에 저장하는 단계;
    b) 상기 제1 에너지 저장부에 저장된 상기 전력을 전력 운반선의 제2 에너지 저장부에 충전하고, 상기 전력 운반선을 육상 변전소로 이송하는 단계;
    c) 상기 육상 변전소의 접안시설에 정박하면 상기 전력 운반선의 배전 케이블을 상기 육상 변전소의 케이블 연결부에 연결하여 상기 전력 운반선의 상기 제2 에너지 저장부에 충전된 전력을 상기 육상 변전소로 배전하는 단계; 및
    d) 상기 배전되는 전력을 계통에 전달하기 위한 교류 전력으로 변환하여 공급하되, 상기 케이블 연결부를 통해 상기 제2 에너지 저장부로부터 전달되는 총 배전 전력량을 체크하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 해상 풍력 단지의 송전 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 a) 단계는,
    상기 해상 변전소가 상기 하나 이상의 풍력 터빈과 연결되는 전력선을 통해 생산되는 상기 교류 전력을 수집하는 단계; 및
    상기 수집한 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 상기 제1 에너지 저장부에 저장하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 해상 풍력 단지의 송전 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 c) 단계 후,
    상기 배전된 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 계통에 전달하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해상 풍력 단지의 송전 방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 b) 단계는,
    b-1) 상기 전력이 저장된 상기 제1 에너지 저장부를 전력 운반선에 선적하고, 상기 전력 운반선의 충전되지 않은 제2 에너지 저장부를 상기 해상 변전소에 내리는 단계
    인 것을 특징으로 하는 해상 풍력 단지의 송전 방법.
  12. 제 8 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 해상 변전소는,
    상기 제1 에너지 저장부의 전력량을 체크하여 기준치를 초과하면 상기 전력 운반선 및 육상 변전소 중 적어도 하나로 전력 이송 요청 메시지를 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 해상 풍력 단지의 송전 방법.
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