KR101303006B1 - 디아이싱 장치를 포함하는 풍력 발전기 및 그 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 측면에 따르면, 풍력 발전기의 나셀에 장착되어 블레이드에 대해 디아이싱 작업을 수행할 수 있는 디아이싱 장치를 구비하는 풍력 발전기를 제공한다.
이를 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기는, 나셀, 타워, 로터와 로터에 풍력으로 인해 발생한 회전력을 제공하는 하나 이상의 블레이드를 구비하는 풍력 발전기에 있어서, 블레이드는 회전축과 연결되며 루트부와 블레이드의 끝부분인 팁부를 포함하고, 나셀 하부에 설치되고 디아이싱 유액을 외부로 분사하는 분사 노즐을 포함하고 분사 노즐의 방향이 회전 중인 블레이드의 리딩 엣지부를 향하는 디아이싱 장치; 분사 노즐이 디아이싱 장치 쪽으로 회전해오는 블레이드의 팁부를 향할 때 디아이싱 유액을 분사하기 시작하여 분사 노즐이 루트부를 향할 때까지 디아이싱 유액을 분사하도록 디아이싱 장치를 제어하는 제어부;를 포함한다.
이를 통해, 아이싱 방지 및 아이싱 발생시간 지연을 통해 풍력 발전기의 가동률을 향상시킬 수 있고, 하나 이상의 블레이드 각각에 대한 디아이싱 장치를 구비하지 않고도 모든 블레이드에 대해 디아이싱 작업을 수행할 수 있어서 비용적 측면에서도 유리하고, 작업자 없이도 자동으로 디아이싱 작업을 수행할 수 있어서 작업 능률을 향상시킬 수 있고, 블레이드의 아이싱을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 부수적으로 블레이드 클리닝 효과도 동시에 달성할 수 있으며, 블레이드의 팁부에서 루트부까지 리딩 엣지부 전체에 대해 아이싱 방지 효과를 달성할 수 있다.

Description

디아이싱 장치를 포함하는 풍력 발전기 및 그 제어방법{WIND POWER GENERATOR WITH DEVICE FOR DE-ICING AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 디아이싱 장치를 포함하는 풍력 발전기 및 그 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 풍력 발전기의 나셀에 장착되어 블레이드에 대해 디아이싱 작업을 수행하는 디아이싱 장치를 포함하는 풍력 발전기 및 그 제어방법에 관한 것이다.
세계의 전력 수요를 충족시키기 위해 대안적인 에너지원이 개발되고 있다. 이러한 하나의 대안 에너지원은 풍력이다. 상기와 같은 풍력 발전기는 크게 로터(rotor)와, 나셀(nacelle) 및 타워(tower)로 구성된다. 풍력 발전기는 로터를 통해 바람 자원으로부터 얻어진 에너지를 발전부를 통해 전기 에너지로 변환하여 전력을 생산하는 장치이다.
풍력 발전기는 기류(air current)에 의해 제공되는 에너지를 전기로 전환시킨다. 기류는 타워의 정상부에서 나셀에 장착된 큰 로터 블레이드 또는 프로펠러를 회전시킨다.
블레이드는 스테이터에 대해 로터를 회전시켜 전류를 발생시킨다. 회전 속도는 다수의 브레이킹 시스템의 사용을 통해서뿐만 아니라 블레이드 피치를 변경시킴으로써 제어된다. 강한 바람의 상태 시, 회전 속도를 제한하기 위해, 블레이드 피치가 조정되어 풍력 에너지를 흘려 보낸다. 종종, 블레이드가 높은 회전 속도를 이루는 것을 더욱 방지하기 위해 브레이킹 시스템이 사용된다. 낮은 바람의 상태 시, 가능한 한 많은 풍력 에너지를 포획하기 위해, 블레이드 피치가 조정된다.
통상, 풍력 발전기는 풍향 조건이 우수한 산간 지방이나 해안가 지역에 주로 설치되며, 상기한 지역들은 대체로 겨울철에 눈이 많이 내리는 지역이다. 따라서, 겨울철 눈이 많이 내리게 되면 풍력 발전기를 구성하는 블레이드에는 눈이 많이 쌓이게 되고, 이렇게 쌓인 눈이 결빙되어 발전 효율에 영향을 미치게 되어 실질적인 풍력 발전기의 수명에 큰 영향을 미치게 된다.
특히, 블레이드는 바람이 가진 에너지를 회전력으로 변환시켜 로터 또는 나셀로 전달하도록 하는 구성으로써, 상기와 같은 블레이드는 풍력 발전기의 핵심적인 구성임을 고려할 때 지속적인 유지 보수 및 점검을 수행한다.
상기한 유지 보수 및 점검을 수행하고자 할 경우에는 외부에서 크레인 등을 이용하거나 나셀 등을 통해 작업자가 블레이드로 이동하여야 한다. 하지만, 전술한 바와 같이 블레이드가 결빙된다면 작업자가 블레이드로 이동하는 도중 상기와 같이 결빙된 것에 의해 안전 사고의 발생 우려가 클 수밖에 없다는 문제점이 있다.
또한, 회전자인 블레이드의 결빙은 풍력 발전기의 영역에 있는 사람과 물체가 낙하하는 얼음으로 인하여 부상을 입거나 손상될 수 있는 위험을 포함한다. 회전자인 블레이드가 얼음으로 덮여 있을 때, 얼음이 얼마나 많이 언제 떨어질지 예측할 수 없으며, 따라서 그 영역의 위험을 방지하도록, 풍력 발전기는 정지해야 한다.
종래 기술의 상태에서, 이러한 문제를 해결하기 위해 여러 가지 방안이 강구되었다.
특히, 특허문헌 1(미국등록특허공보 US 7,802,961)에서는 블레이드에 발생하는 아이싱 현상을 방지하기 위해 해수를 블레이드의 리딩 엣지부에 분사하는 방법을 개시하고 있는데, 이러한 장치에는 다음과 같은 문제점이 있다.
특허문헌 1에서처럼 풍력 발전이 수행되는 중에 블레이드 전방으로 해수를 분사하면 블레이드를 향해 불어오는 바람의 영향으로 인해 효율적인 디아이싱 작업이 수행될 수 없다.
즉, 특허문헌 1의 디아이싱 장치로는 다량의 해수를 블레이드 전방에 분사해야 하므로 분사 노즐이 다수 개 필요하여 설치 제한 및 비용상의 문제점이 있고, 효과적인 분사 각도나 분사량을 정해서 디아이싱 작업을 수행할 수 없다는 문제점이 있다.
특허문헌 1 : 미국등록특허공보 US 7,802,961 (2010.09.28.공개)
본 발명의 일 측면에 따르면, 풍력 발전기의 나셀에 장착되어 블레이드에 대해 디아이싱 작업을 수행할 수 있는 디아이싱 장치를 구비하는 풍력 발전기 및 그 제어방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기는, 나셀, 타워, 로터와 로터에 풍력으로 인해 발생한 회전력을 제공하는 하나 이상의 블레이드를 구비하는 풍력 발전기에 있어서, 블레이드는 회전축과 연결되는 루트부와 블레이드의 끝부분인 팁부를 포함하고, 나셀 하부에 설치되며 디아이싱 유액을 외부로 분사하는 분사 노즐을 포함하고 분사 노즐의 방향이 회전 중인 블레이드의 리딩 엣지부를 향하는 디아이싱 장치; 분사 노즐이 디아이싱 장치 쪽으로 회전해오는 블레이드의 팁부를 향할 때 디아이싱 유액을 분사하기 시작하여 분사 노즐이 루트부를 향할 때까지 디아이싱 유액을 분사하도록 디아이싱 장치를 제어하는 제어부;를 포함한다.
또한, 회전 중인 블레이드의 위치를 감지하는 블레이드 위치 감지부를 더 포함하고, 제어부는 위치 감지부를 통해 감지된 블레이드의 위치 정보를 기초로, 분사 노즐의 분사 방향이 팁부를 향하는 시점을 판단하고, 루트부를 향하는 시점에 디아이싱 장치가 디아이싱 유액을 분사하기 시작하도록 제어한다.
또한, 제어부는 위치 감지부를 통해 감지된 블레이드의 위치 정보를 기초로, 분사 노즐의 분사 방향이 루트부를 향하는 시점을 판단하고, 루트부를 향하는 시점에 디아이싱 장치가 디아이싱 유액의 분사를 중지하도록 제어한다.
또한, 제어부는 팁부에서 시작하여 루트부까지 디아이싱 장치가 블레이드 리딩 엣지부에 디아이싱 유액을 분사하도록 분사 노즐의 분사압을 제어한다.
또한, 제어부는 디아이싱 유액이 팁부에서 시작하여 루트부까지 분사되도록, 분사 노즐이 팁부를 향할 때는 분사 노즐의 분사압을 상승시키고, 분사 노즐이 루트부를 향할 때는 분사 노즐의 분사압을 하강시킨다.
또한, 풍력 발전기의 외부 온도를 감지하는 온도 감지부를 더 포함하고, 제어부는 온도 감지부가 감지한 외부 온도와 기설정된 온도를 비교하여 디아이싱 장치의 가동 여부를 판단한다.
또한, 제어부는 외부 온도가 기설정된 온도 이하인 경우에 디아이싱 장치가 블레이드의 리딩 엣지부 전체에 디아이싱 유액을 분사하도록 제어한다.
또한, 제어부는 외부 온도와 기설정된 온도의 차이에 따라 디아이싱 장치에서 분사되는 디아이싱 유액의 분사량을 조절한다.
또한, 디아이싱 장치가 분사하는 디아이싱 유액은 염분수, 해수, 증류수, 물 또는 부동액을 포함한다.
또한, 분사 노즐은 회전하는 블레이드의 리딩 엣지부를 따라 소정의 각도로 회전하면서 분사를 실시한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기 제어방법은 나셀, 타워, 로터, 로터에 풍력으로 인해 발생한 회전력을 제공하는 하나 이상의 블레이드와 블레이드의 리딩 엣지부에 디아이싱 유액을 분사하는 디아이싱 장치를 포함하는 풍력 발전기 제어방법에 있어서, 디아이싱 장치의 분사 방향을 블레이드의 리딩 엣지부와 일치시키고; 발전 중인 풍력 발전기의 외부 온도를 감지하고; 감지된 외부 온도가 기설정된 온도 이하인 경우에 회전 중인 블레이드의 위치를 감지하고; 감지된 회전 중인 블레이드의 위치 정보를 기초로, 디아이싱 장치의 분사 방향이 디아이싱 장치 쪽으로 회전해오는 블레이드의 팁부를 향할 때 디아이싱 유액이 분사되기 시작하여 디아이싱 장치의 분사 방향이 루트부를 향할 때까지 디아이싱 유액이 분사되도록 제어한다.
또한, 팁부에서 시작하여 루트부까지 블레이드 리딩 엣지부에 디아이싱 유액이 분사되도록 제어하는 것은, 디아이싱 장치의 분사 방향이 팁부를 향할 때는 분사압을 상승시키고, 디아이싱 장치의 분사 방향이 루트부를 향할 때는 분사압을 하강시켜 블레이드 리딩 엣지부 전체에 디아이싱 유액이 분사되도록 제어하는 것이다.
또한, 외부 온도와 기설정된 온도의 차이에 따라 분사되는 디아이싱 유액의 분사량을 조절하는 것을 더 포함한다.
또한, 디아이싱 유액이 분사된 블레이드를 따라 회전하는 다음 블레이드에 대해서도 디아이싱 장치가 상기와 동일한 과정을 반복하도록 제어한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 아이싱 방지 및 아이싱 발생시간 지연을 통해 풍력 발전기의 가동률을 향상시킬 수 있다.
또한, 하나 이상의 블레이드 각각에 대한 디아이싱 장치를 구비하지 않고도 모든 블레이드에 대해 디아이싱 작업을 수행할 수 있어서 비용적 측면에서도 유리하다.
또한, 작업자 없이도 자동으로 디아이싱 작업을 수행할 수 있어서 작업 능률을 향상시킬 수 있다.
또한, 블레이드의 아이싱을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 부수적으로 블레이드 클리닝 효과도 동시에 달성할 수 있다.
또한, 블레이드의 팁부에서 루트부까지 리딩 엣지부 전체에 대해 아이싱 방지 효과를 달성할 수 있다.
도 1은 일반적인 풍력 발전기의 정지 상태를 도시한 일 측면도이다.
도 2 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 디아이싱 장치를 포함하는 풍력 발전기의 구성을 도시한 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 디아이싱 장치를 포함하는 풍력 발전기를 도시한 개략도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 디아이싱 장치를 포함하는 풍력 발전기의 동작 과정을 도시한 개략도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 디아이싱 장치를 포함하는 풍력 발전기의 블레이드 상태를 도시한 개념도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 디아이싱 장치를 포함하는 풍력 발전기의 구성을 도시한 블록도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 디아이싱 장치를 포함하는 풍력 발전기 제어방법을 도시한 순서도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 디아이싱 장치를 포함하는 풍력 발전기 제어방법을 도시한 순서도이다.
이하 본 발명의 실시예에 대해 첨부된 도면을 기초로 상세히 설명한다.
먼저 일반적인 정지 상태의 풍력 발전기에 대해 도 1을 통해 설명한다.
도 1은 일반적인 풍력 발전기의 정지 상태를 도시한 일 측면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 일반적인 풍력 발전기(1)는 나셀(3), 타워(5), 로터(50), 허브(7), 블레이드(100)를 포함한다.
여기서 나셀(3)은 도 1에 도시된 바와 같이, 풍력 발전기(1)가 설치되는 지평면 또는 수평면에 평행하도록 형성되고, 타워(5)는 지평면 또는 수평면에 수직이 되도록 형성된다.
블레이드(100)는 허브(7) 부분과 연결되고 내부적으로는 허브(7)에 포함되는 회전축과 연결되며 회전축은 로터(50) 연결된다.
또한, 블레이드(100)는 리딩 엣지부(130) 및 트레일링 엣지부(150)를 포함하는 날개부와 루트부(170)를 포함한다. 날개부는 바람이 직접 작용하는 부분이고, 루트부(170)는 회전축과 결합하는 부분이다.
또한, 리딩 엣지부(130)에는 블레이드(100) 중에서 대부분의 아이싱이 형성되고, 트레일링 엣지부(150)는 날개부에서 리딩 엣지부(130)의 반대편에 위치한다.
또한, 도 1은 풍력 발전기(1)가 발전하지 않고 정지된 상태를 도시하고 있는데, 도 1에 도시된 바와 같이 정지된 상태에서는 블레이드(100)의 트레일링 엣지부(150)가 타워(5) 쪽으로 향하게 되고, 리딩 엣지부(130)가 타워(5)의 반대쪽으로 향하게 된다.
그러나, 풍력 발전기(1)가 발전 중인 상태에서는 블레이드(100)의 트레일링 엣지부(150), 리딩 엣지부(130) 어느 것도 타워(5) 쪽 정면으로 향하고 있지 않다(도 4 참조). 즉, 아이싱 현상이 주로 발생하는 블레이드(100)의 리딩 엣지부(130)는 타워(5) 쪽과 소정의 각도를 형성하며 이 상태에서 블레이드(100)는 바람에 의해 회전한다.
이러한 상태에서 리딩 엣지부(130)에 디아이싱 유액을 분사하기 위해서는, 디아이싱 유액의 분사 각도와 분사 시점이 중요하다.
이러한 점을 고려하여 아래에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기(1)에 대해 도 2 내지 도 7을 기초로 설명한다.
도 2 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 디아이싱 장치를 포함하는 풍력 발전기의 구성을 도시한 개략도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 디아이싱 장치를 포함하는 풍력 발전기를 도시한 개략도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 디아이싱 장치를 포함하는 풍력 발전기의 동작 과정을 도시한 개략도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 디아이싱 장치를 포함하는 풍력 발전기의 블레이드 상태를 도시한 개념도이며, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 디아이싱 장치를 포함하는 풍력 발전기의 구성을 도시한 블록도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기(1)는 일반적인 풍력 발전기와 마찬가지로 나셀(3), 타워(5), 로터(50), 허브(7), 블레이드(100)를 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기(1)는 디아이싱 장치(400)와 제어부(500)를 포함한다.
디아이싱 장치(400)는 나셀(3) 하부에 설치된다.
또한, 디아이싱 장치(400)는 나셀(3) 하부에 설치됨으로써, 하나의 디아이싱 장치(400)로 하나 이상의 블레이드(100a, 100b, 100c) 각각에 디아이싱 작업을 수행할 수 있다.
또한, 디아이싱 장치(400)가 디아이싱 작업을 수행할 때 작업 대상 블레이드(100)의 뒤 쪽에 위치하게 되어 바람의 영향을 최대한 적게 받으면서 디아이싱 작업을 수행할 수 있다.
또한, 디아이싱 장치(400)는 분사 노즐(410)과 본체(430)를 포함한다. 분사 노즐(410)은 디아이싱 유액을 직접 외부로 분사하는 부분이다. 여기서 분사 노즐(410)의 분사 방향은 디아이싱 장치(400) 쪽으로 회전해오는 블레이드(도 4에서 100c)의 리딩 엣지부(130c)를 향하는 방향이다.
또한, 분사 노즐(410)의 분사 방향은 회전 중인 블레이드(100c)의 리딩 엣지부(130c)를 향한다.
또한, 분사 노즐(410)은 분사 방향이 디아이싱 장치(400) 쪽으로 회전해오는 블레이드(100c)의 팁부(190c)를 향할 때 디아이싱 유액을 분사하기 시작한다.
또한, 분사 노즐(410)은 분사 방향이 블레이드(100c)의 루트부(170c)를 향할 때까지 디아이싱 유액을 분사한다.
또한, 분사 노즐(410)은 디아이싱 장치(400) 쪽으로 회전해오는 블레이드(100c)의 리딩 엣지부(130c)를 향해 디아이싱 유액을 분사하기 위해서 회전이 가능하다. 즉, 리딩 엣지부(130c)와 분사 노즐(410)의 분사 각도는 동일 평면상에 위치하지 않기 때문에 분사 노즐(410)의 분사 방향이 정확하게 리딩 엣지부(130c)를 향하기 위해서, 분사 노즐(410)이 회전하는 블레이드(100c)의 리딩 엣지부(130c)를 따라 소정의 각도로 회전하는 형태로 분사를 실시할 수 있다.
이와 같은 과정을 통해 블레이드(100c)의 리딩 엣지부(130c) 전체에 디아이싱 유액이 분사될 수 있다.
또한, 본체(430)는 디아이싱 장치(400)를 지지하고, 나셀(3)과 직접 결합하는 부분이다. 본체(430)는 제어부(500)와 직접 연결되어 제어부(500)에서 인가되는 제어신호를 수신하여 분사 노즐(410)에서 디아이싱 유액이 분사하도록 한다.
또한, 본체(430)는 디아이싱 유액이 흐르는 경로인 유로부(450)와 연결되고, 유로부(450)는 디아이싱 유액이 저장되는 저장부(470)에 연결된다.
본체(430)는 제어부(500)의 제어신호에 따라 저장부(470)에 저장된 디아이싱 유액이 유로부(450)를 거쳐 분사 노즐(410)에서 분사되도록 한다. 즉, 디아이싱 장치(400)는 제어부(500)의 제어신호에 따라 그 작동여부가 결정된다.
또한, 본체(430)는 디아이싱 장치(400)의 구성에서 나셀(3) 하부와 직접 접촉하여 고정되는 부분이다. 이러한 본체(430)는 다양한 방식으로 나셀(3)의 하부에 고정될 수 있는데, 일 예로 볼팅을 통해 나셀(3) 하부에 고정될 수 있다.
볼팅을 통해 고정시키는 과정은 나셀(3) 하부와 본체(430) 사이에 결합판(401)을 삽입한 후 나셀(3)과 본체(430)가 결합되도록 볼팅을 수행한다.
볼팅을 통해 고정시키는 경우에는 추후 유지/보수가 필요할 때 용이하게 탈착이 가능하다는 장점이 있다.
기타 접착 등의 방식으로도 본체(430)를 나셀(3) 하부에 고정시킬 수 있다.
또한, 유로부(450)와 저장부(470)는 도 3에 도시된 바와 같이 나셀(3) 내부에 설치된다. 도 3에 도시된 바와 같이 유로부(450)가 나셀(3) 내부에서 시작하여 디아이싱 장치(400)의 본체(430)에 연결되려면 본체(430)와 연결되는 나셀(3)의 영역에 구멍을 형성하여 유로부(450)가 본체(430) 내부에 연결되어야 한다.
이러한 경우, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기는 본체(430)와 접촉하는 나셀(3) 부분과 본체(430) 사이에 결합판(401)을 구비하고 있어서, 유로부(450) 주변의 수밀문제를 최소화할 수 있다. 즉, 유로부(450)의 통과를 위해 나셀(3) 및 본체(430)에 형성된 구멍이 결합판(401)에 의해 덮임으로써 수밀문제를 최소화할 수 있다. 또한, 본체(430), 나셀(3) 및 결합판(401)에 형성된 구멍과 그 구멍을 통과하는 유로부(450) 사이에는 어느 정도 간극이 발생할 수 있는데, 이를 방지하기 위하여 유로부(450)에는 링 형태의 고무부재 등이 설치될 수도 있다. 이 외에도 다양한 방식을 통하여 나셀(3) 및 본체(430)에 형성되어 유로부(450)의 통과를 위해 형성된 구멍을 덮고, 유로부(450) 주변의 간극을 방지할 수 있다.
다만, 유로부(450)와 저장부(470)는 풍력 발전기(1) 외부 환경에 따라 다른 곳(풍력 발전기 내부 또는 외부)에 설치될 수 있다.
일 예로 나셀(3)의 견고성이 낮은 경우 그 안정성을 고려할 때, 저장부(470)는 풍력 발전기(1)의 외부에 설치될 수 있다. 즉, 저장부(470)는 지면 또는 풍력 발전기 타워 내부 등에 설치될 수 있다.
또한, 디아이싱 장치(400)에서 분사되는 디아이싱 유액은 염분수, 해수, 증류수, 물 또는 부동액 등을 포함한다. 즉, 블레이드(100)의 리딩 엣지부(130)에 형성될 수 있는 아이싱 현상을 방지할 수 있는 물질은 모두 포함될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기(1)는 온도 감지부(200)를 더 포함할 수 있다.
즉, 위에서 상술한 디아이싱 작업은 풍력 발전기(1)의 외부 온도와 관계 없이 주기적으로 수행되는 실시 형태인데, 보다 효율적인 디아이싱 작업을 수행하기 위해서 풍력 발전기(1)의 외부 온도를 온도 감지부(200)로 측정하여 디아이싱 작업이 필요한 온도가 되었을 때에만 디아이싱 장치(400)를 작동시킬 수 있다.
여기서, 온도 감지부(200)는 온도를 측정할 수 있는 모든 형태의 센서를 포함한다. 또한, 온도 감지부(200)는 풍력 발전기(1) 외부 온도를 주기적으로 또는 실시간으로 측정할 수 있다.
또한, 온도 감지부(200)에서 측정된 풍력 발전기(1) 외부 온도는 제어부(500)로 전송된다. 제어부(500)는 온도 감지부(200)가 감지한 외부 온도와 기설정된 온도를 비교한다. 제어부(500)는 비교 결과에 따라 디아이싱 장치(400)의 가동 여부를 판단한다.
구체적으로 제어부(500)는 외부 온도가 기설정된 온도 이하인 경우에 디아이싱 장치(400)가 블레이드(100)의 리딩 엣지부(130)에 디아이싱 유액을 분사하도록 제어한다.
또한, 제어부(500)는 외부 온도와 기설정된 온도의 차이를 산정하고 그 차이에 따라 디아이싱 장치(400)에서 분사되는 디아이싱 유액의 분사량을 조절할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기(1)는 블레이드 위치 감지부(300)를 더 포함할 수 있다.
블레이드 위치 감지부(300)는 회전 중인 블레이드(100)의 위치를 감지한다. 블레이드 위치 감지부(300)는 다양한 형태로 블레이드(100)의 위치를 감지할 수 있는데, 일 예로 회전축에 연결되는 각 블레이드(100a, 100b, 100c)의 위치를 기억하고 회전축에 회전각 감지 센서를 장착하여 블레이드(100)의 위치를 감지할 수 있다. 또한, 카메라 등의 비젼 센서를 통해서도 회전 중인 블레이드(100)의 위치를 감지할 수 있다.
이렇게 블레이드 위치 감지부(300)를 통해 감지된 회전 중의 블레이드(100)의 위치를 기초로 디아이싱 유액 분사 시점을 결정한다. 즉, 제어부(500)는 블레이드 위치 감지부(300)를 통해 감지된 블레이드(100)의 위치 정보를 기초로, 디아이싱 장치(400)의 분사 노즐(410)의 분사 방향이 디아이싱 장치(400) 쪽으로 회전해오는 블레이드(100c)의 팁부(190c)를 향하는 시점을 판단한다. 이를 통해 제어부(500)는 디아이싱 장치(400)의 가동을 제어한다.
즉, 제어부(500)는 분사 노즐(410)의 분사 방향이 블레이드(100c)의 팁부(190c)쪽을 향하는 시점에 디아이싱 장치(400)가 블레이드의 리딩 엣지부(130c)에 디아이싱 유액을 분사하기 시작하도록 제어한다.
또한, 제어부(500)는 블레이드 위치 감지부(300)를 통해 감지된 블레이드(100)의 위치 정보를 기초로, 분사 노즐(410)의 분사 방향이 블레이드(100c)의 루트부(170c)쪽을 향하는 시점에 디아이싱 장치(400)가 블레이드의 리딩 엣지부(130c)에 디아이싱 유액의 분사를 중지하도록 제어한다.
또한, 제어부(500)는 블레이드(400c)의 팁부(190c)에서 시작하여 루트부(170c)까지 디아이싱 장치(400)가 블레이드 리딩 엣지부(130c) 전체에 디아이싱 유액을 분사하도록 분사 노즐(410)의 분사압을 제어한다.
즉, 제어부(500)는 디아이싱 유액이 블레이드(100c)의 팁부(190c)에서 시작하여 루트부(170c)까지 분사되도록, 분사 노즐(410)이 팁부(190c)를 향할 때는 분사 노즐(410)의 분사압을 상승시키고, 분사 노즐(410)이 루트부(170c)를 향할 때는 분사 노즐(410)의 분사압을 하강시킨다.
즉, 제어부(500)는 도 6에 도시된 바와 같이, 디아이싱 장치(400)로부터 먼 거리에 있는 블레이드(100c)의 팁부(190c)에 디아이싱 유액이 닿도록 하기 위해 분사 노즐(410)의 분사압을 높이고, 디아이싱 장치(400)로부터 가까운 거리에 있는 블레이드(100c)의 루트부(170c)로 갈수록 분사 노즐(410)의 분사압을 낮춘다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 디아이싱 장치를 포함하는 풍력 발전기 제어방법에 대해 도 8을 기초로 설명한다. 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 디아이싱 장치를 포함하는 풍력 발전기의 제어방법을 도시한 순서도이다.
먼저 풍력 발전기(1)가 풍력 발전을 계속 수행하도록 한다(단계 800).
디아이싱 장치(400)의 디아이싱 유액 분사 방향이 블레이드(100)의 리딩 엣지부(130)를 향하도록 디아이싱 장치(400)의 유액 분사 방향을 리딩 엣지부(130)와 일치시킨다 (단계 810).
풍력 발전기(1)에 설치된 온도 감지부(200)를 통해 풍력 발전기(1) 외부 온도를 감지한다(단계 820). 감지된 풍력 발전기(1)의 외부 온도가 기설정된 온도 이하인지 여부를 판단한다(단계 830).
만약 감지된 풍력 발전기(1)의 외부 온도가 기설정된 온도를 초과하는 경우에는 계속 풍력 발전을 수행한다(단계 800으로 복귀).
만약 감지된 풍력 발전기(1)의 외부 온도가 기설정된 온도 이하이면, 블레이드(100)에 아이싱이 발생될 가능성이 큰 경우이므로, 회전 중인 블레이드(100)의 위치를 감지한다(단계 840).
감지된 회전 중의 블레이드(100)의 위치 정보를 기초로, 나셀(3) 하부에 설치된 디아이싱 장치(400)의 분사 방향이 디아이싱 장치(400) 쪽으로 회전해오는 블레이드(도 4를 참조하면 100c)의 팁부(190c)를 향할 때를 판단하고, 팁부(190c)를 향할 때 디아이싱 유액을 리딩 엣지부(130c)에 분사하기 시작한다(단계 850).
다음으로, 디아이싱 장치(400)의 분사 방향이 루트부(170c)를 향할 때를 판단하고, 루트부(170c)를 향할 때까지 디아이싱 유액이 회전하는 블레이드(100c)의 리딩 엣지부(130c)에 분사되도록 한다(단계 860).
디아이싱 유액이 분사된 블레이드(100c)를 따라 회전하는 다음 블레이드(100)에 대해서 위와 같은 과정을 동일하게 반복한다(단계 870).
마지막으로, 본 발명의 다른 실시예에 따른 디아이싱 장치를 포함하는 풍력 발전기 제어방법에 대해 도 9를 기초로 설명한다. 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 디아이싱 장치를 포함하는 풍력 발전기의 제어방법을 도시한 순서도이다.
먼저 풍력 발전기(1)가 풍력 발전을 계속 수행하도록 한다(단계 900).
디아이싱 장치(400)의 디아이싱 유액 분사 방향이 블레이드(100)의 리딩 엣지부(130)를 향하도록 디아이싱 장치(400)의 유액 분사 방향을 리딩 엣지부(130)와 일치시킨다(단계 910).
풍력 발전기(1)에 설치된 온도 감지부(200)를 통해 풍력 발전기(1) 외부 온도를 감지한다(단계 920). 감지된 풍력 발전기(1)의 외부 온도가 기설정된 온도 이하인지 여부를 판단한다(단계 930).
만약 감지된 풍력 발전기(1)의 외부 온도가 기설정된 온도를 초과하는 경우에는 계속 풍력 발전을 수행한다(단계 900으로 복귀).
만약 감지된 풍력 발전기(1)의 외부 온도가 기설정된 온도 이하이면, 블레이드(100)에 아이싱이 발생될 가능성이 큰 경우이므로, 회전 중인 블레이드(100)의 위치를 감지한다(단계 940).
감지된 회전 중의 블레이드(100)의 위치 정보를 기초로, 나셀(3) 하부에 설치된 디아이싱 장치(400)의 분사 방향이 디아이싱 장치(400) 쪽으로 회전해오는 블레이드(도 4를 참조하면 100c)의 팁부(190c)를 향할 때를 판단하고, 팁부(190c)를 향할 때 디아이싱 유액을 리딩 엣지부(130c)에 분사하기 시작한다(단계 950).
이 경우, 팁부(190c)에 디아이싱 유액이 닿도록 디아이싱 장치(400)의 분사압을 상승시킨다(단계 960).
다음으로, 디아이싱 장치(400)의 분사 방향이 루트부(170c)를 향할 때를 판단하고, 루트부(170c)를 향할 때까지 디아이싱 유액이 회전하는 블레이드(100c)의 리딩 엣지부(130c)에 분사되도록 디아이싱 장치(400)의 분사압을 하강시킨다(단계 970). 즉, 분사 방향이 팁부(190c)를 향할 때에는 높은 압력으로 디아이싱 유액을 분사하고, 블레이드(100c)가 디아이싱 장치(400) 쪽으로 접근하여 분사 방향이 루트부(170c)를 향할 때까지 선형적 또는 순차적으로 분사압을 하강시킨다. 이는 회전 중인 블레이드(100c)의 리딩 엣지부(130c) 전체에 디아이싱 유액이 분사되도록 하기 위함이다.
그리고, 디아이싱 유액이 분사된 블레이드(100c)를 따라 회전하는 다음 블레이드(100)에 대해서 위와 같은 과정을 동일하게 반복한다(단계 980).
1 : 풍력 발전기 3 : 나셀
5 : 타워 7 : 허브
50 : 로터 100 : 블레이드
130 : 리딩 엣지부 150 : 트레일링 엣지부
170 : 루트부 200 : 온도 감지부
300 : 블레이드 위치 감지부 400 : 디아이싱 장치
401 : 결합판 410 : 분사 노즐
430 : 본체 450 : 유로부
470 : 저장부 500 : 제어부

Claims (14)

  1. 나셀, 타워, 로터와 상기 로터에 풍력으로 인해 발생한 회전력을 제공하는 하나 이상의 블레이드를 구비하는 풍력 발전기에 있어서,
    상기 블레이드는 회전축과 연결되는 루트부와 상기 블레이드의 끝부분인 팁부를 포함하고,
    상기 나셀 하부에 설치되며 디아이싱 유액을 외부로 분사하는 분사 노즐을 포함하고 상기 분사 노즐의 방향이 회전 중인 상기 블레이드의 리딩 엣지부를 향하는 디아이싱 장치;
    상기 분사 노즐이 상기 디아이싱 장치 쪽으로 회전해오는 상기 블레이드의 팁부를 향할 때 상기 디아이싱 유액을 분사하기 시작하여 상기 분사 노즐이 상기 루트부를 향할 때까지 상기 디아이싱 유액을 분사하도록 상기 디아이싱 장치를 제어하는 제어부;를 포함하는 풍력 발전기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 회전 중인 블레이드의 위치를 감지하는 블레이드 위치 감지부를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 위치 감지부를 통해 감지된 블레이드의 위치 정보를 기초로, 상기 분사 노즐의 분사 방향이 상기 팁부를 향하는 시점을 판단하고, 상기 팁부를 향하는 시점에 상기 디아이싱 장치가 상기 디아이싱 유액을 분사하기 시작하도록 제어하는 풍력 발전기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 위치 감지부를 통해 감지된 블레이드의 위치 정보를 기초로, 상기 분사 노즐의 분사 방향이 상기 루트부를 향하는 시점을 판단하고, 상기 루트부를 향하는 시점에 상기 디아이싱 장치가 상기 디아이싱 유액의 분사를 중지하도록 제어하는 풍력 발전기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 팁부에서 시작하여 상기 루트부까지 상기 디아이싱 장치가 상기 블레이드 리딩 엣지부에 상기 디아이싱 유액을 분사하도록 상기 분사 노즐의 분사압을 제어하는 풍력 발전기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 디아이싱 유액이 상기 팁부에서 시작하여 상기 루트부까지 분사되도록, 상기 분사 노즐이 상기 팁부를 향할 때는 상기 분사 노즐의 분사압을 상승시키고, 상기 분사 노즐이 상기 루트부를 향할 때는 상기 분사 노즐의 분사압을 하강시키는 풍력 발전기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 풍력 발전기의 외부 온도를 감지하는 온도 감지부를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 온도 감지부가 감지한 외부 온도와 기설정된 온도를 비교하여 상기 디아이싱 장치의 가동 여부를 판단하는 풍력 발전기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 외부 온도가 상기 기설정된 온도 이하인 경우에 상기 디아이싱 장치가 상기 블레이드의 리딩 엣지부 전체에 디아이싱 유액을 분사하도록 제어하는 풍력 발전기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 외부 온도와 상기 기설정된 온도의 차이에 따라 상기 디아이싱 장치에서 분사되는 상기 디아이싱 유액의 분사량을 조절하는 풍력 발전기.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 디아이싱 장치가 분사하는 디아이싱 유액은 염분수, 해수, 증류수, 물 또는 부동액을 포함하는 풍력 발전기.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 분사 노즐은 상기 회전하는 블레이드의 리딩 엣지부를 따라 소정의 각도로 회전하면서 분사를 실시하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기.
  11. 나셀, 타워, 로터, 상기 로터에 풍력으로 인해 발생한 회전력을 제공하는 하나 이상의 블레이드와 상기 블레이드의 리딩 엣지부에 디아이싱 유액을 분사하는 디아이싱 장치를 포함하는 풍력 발전기의 제어방법에 있어서,
    상기 디아이싱 장치의 분사 방향을 상기 블레이드의 리딩 엣지부와 일치시키고;
    발전 중인 상기 풍력 발전기의 외부 온도를 감지하고;
    상기 감지된 외부 온도가 기설정된 온도 이하인 경우에 상기 회전 중인 블레이드의 위치를 감지하고;
    상기 감지된 회전 중인 블레이드의 위치 정보를 기초로, 상기 디아이싱 장치의 분사 방향이 상기 디아이싱 장치 쪽으로 회전해오는 상기 블레이드의 팁부를 향할 때 상기 디아이싱 유액이 분사되기 시작하여 상기 디아이싱 장치의 분사 방향이 상기 루트부를 향할 때까지 상기 디아이싱 유액이 분사되도록 제어하는 풍력 발전기 제어방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 팁부에서 시작하여 상기 루트부까지 상기 블레이드 리딩 엣지부에 상기 디아이싱 유액이 분사되도록 제어하는 것은,
    상기 디아이싱 장치의 분사 방향이 상기 팁부를 향할 때는 분사압을 상승시키고, 상기 디아이싱 장치의 분사 방향이 상기 루트부를 향할 때는 분사압을 하강시켜 상기 블레이드 리딩 엣지부 전체에 상기 디아이싱 유액이 분사되도록 제어하는 것을 포함하는 풍력 발전기 제어방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 외부 온도와 상기 기설정된 온도의 차이에 따라 상기 분사되는 상기 디아이싱 유액의 분사량을 조절하는 것을 더 포함하는 풍력 발전기 제어방법.
  14. 삭제
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