KR101304913B1 - 해상 풍력 단지의 송전 시스템 및 그 방법 - Google Patents

해상 풍력 단지의 송전 시스템 및 그 방법 Download PDF

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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 단지 내에 복수로 설치되어 바람에 의해 생산되는 전력을 에너지저장 시설에 저장하는 풍력 터빈, 상기 풍력 터빈의 에너지 저장 시설에 저장된 상기 전력을 수집하는 복수의 자선을 포함하며 상기 해상 풍력 단지에서 상기 자선들에 의해 수집된 전력을 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.
다수의 풍력 발전기가 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 단지의 송전 시스템은, 해상 풍력 단지 내에 복수로 설치되어 바람에 의해 생산되는 전력을 에너지저장 시설에 저장하는 풍력 터빈; 상기 풍력 터빈의 에너지 저장 시설에 저장된 상기 전력을 수집하는 복수의 자선을 포함하며 상기 해상 풍력 단지에서 상기 자선들에 의해 수집된 전력을 육상으로 이송하는 전력 운반선; 및 상기 전력 운반선으로부터 배전되는 전력을 교류 전력으로 변환하여 계통으로 공급하는 육상 변전소를 포함한다.
또한, 상기 풍력 터빈은, 상기 전력을 생산하는 발전 모듈; 상기 생산되는 전력을 고압의 직류 전력으로 변환하여 충전하는 충전 모듈; 상기 충전 모듈을 통해 입력되는 직류 전력을 저장하는 적어도 하나의 에너지 저장 모듈; 상기 에너지 저장 모듈에 저장된 전력을 상기 자선으로 전달하기 위한 충전 케이블과 연결되는 커넥터 연결 모듈; 및 상기 충전 모듈과 복수의 상기 에너지 저장 모듈을 연결하는 스위치를 선택적으로 개폐하여 충전되는 전력량을 조절하는 제어 모듈 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어 모듈은, 상기 에너지 저장 모듈에 축적된 전력량이 미리 설정된 기준치를 초과하면 전력 이송 요청 메시지를 상기 전력 운반선 및 상기 육상 변전소 중 적어도 하나로 전송할 수 있다.
또한, 상기 풍력 터빈은, 상기 자선이 상기 에너지 수집을 위해 정박되는 접안시설을 포함할 수 있다.
또한, 상기 전력 운반선은, 각 풍력 터빈으로부터 생산된 상기 전력을 충전하는 충전 캐리어를 포함하는 복수의 자선; 'ㄷ'자 형태로 오목하게 형성되어 상기 자선을 상기 전력 운반선의 내측으로 안착시키는 접안부; 육상 케이블과 연결되어 상기 자선의 충전 캐리어로부터 배전 케이블을 통해 전달되는 전력을 상기 육상 변전소로 전달하는 배전 커넥터; 및 상기 충전 캐리어와 연결된 스위치를 제어하여 상기 육상 변전소로 배전되는 전력량을 조절하는 배전 제어부 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 자선의 충전 캐리어는, 입력되는 직류 전력을 저장하는 하나 이상의 에너지 저장 모듈; 상기 하나 이상의 에너지 저장 모듈을 수납하기 위한 고정 틀이 형성되고 외부로부터 상기 하나 이상의 에너지 저장 모듈을 보호하는 케이스; 충방전을 위해 상기 하나 이상의 에너지 저장 모듈로 각각 분기되는 전력선과 연결되는 입출력 단자; 및 상기 케이스의 내부에 형성되어 상기 에너지 저장 모듈의 충방전으로 인해 발생되는 열을 냉각시키는 냉각팬 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 에너지 저장 모듈은, 수퍼 캐패시터 또는 배터리 중 어느 하나로 구성될 수 있다.
또한, 상기 전력 운반선은, 상기 자선을 싣거나 예인 하여 상기 해상 풍력 단지와 상기 육상 변전소 사이를 이동할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 측면에 따른, 해상 풍력 단지 송전 시스템의 풍력 터빈이 육상으로 전력을 송전하는 방법은, a) 바람에 의해 생산되는 전력을 에너지 저장 설비에 저장하는 단계; b) 상기 에너지 저장 설비에 축적된 전력의 송전 준비가 완료되면 전력 운반선 및 육상 변전소 중 적어도 하나로 전력 이송을 요청하는 단계; c) 상기 전력 이송 요청에 따른 상기 전력 운반선으로부터 분리된 자선이 접안 되면 상기 자선의 충전 케이블을 상기 에너지 저장 설비의 커넥터에 연결하는 단계; 및 d) 상기 에너지 저장 설비에 저장된 전력을 상기 자선에 탑재된 하나 이상의 충전 캐리어로 전송하여 충전하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 b) 단계는, 상기 에너지 저장 설비에 축적되는 전력량을 체크하여 상기 축적된 전력량이 미리 설정된 기준치를 초과하면 상기 송전 준비가 완료된 것으로 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 d) 단계 이후에, 상기 충전이 완료되면 상기 충전 케이블을 분리하고 상기 에너지 저장 설비의 축적 전력량을 초기화하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 전력 운반선을 이용하여 해상에서 생산되는 전력을 육상으로 이송함으로써 기존의 해상 풍력 단지 내부 및 육상간의 해저 케이블 설치 및 유지 보수를 위한 비용을 줄이고 안정적으로 송전할 수 있다.
그리고, 충전 캐리어가 탑재된 복수의 자선을 분산 배치하여 전력을 수집함으로써 풍력 터빈의 저장 전력의 이송을 위해 재충전 되는 시간을 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 이동이 자유로운 전력 운반선을 이용하여 전력을 송전을 함으로써 해상 풍력 단지에서 생산되는 전력을 특정 지역에 국한되지 않고 자원이 부족한 지역이나 국가로 이송하거나 수출할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 해상 풍력 단지의 송전 시스템을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 풍력 터빈의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 전력 운반선의 구성을 개략적으로 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 충전 캐리어의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 육상 변전소의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 풍력 터빈의 해상 풍력 단지의 송전 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 전력 운반선의 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), 전력 운반선(200) 및 육상 변전소(300)를 포함한다.
풍력 터빈(100)은 해상 풍력 단지 내에 설치되는 구조물로 바람에 의해 회전하는 복수의 블레이드 회전력을 이용하여 전력을 생산한다. 도 1에서는 편의상 풍력 터빈(100)이 하나인 것으로 도시하였으나 하나 이상의 풍력 터빈(100)이 일정한 거리를 두고 설치되어 해상 풍력 단지를 이룬다.
풍력 터빈(100)은 바람의 운동에너지를 기계적 에너지로 변환하여 생산되는 교류 전력을 육상으로 공급하기 위해 직류 전력으로 변환하여 저장하는 에너지 저장설비를 포함한다. 그리고, 후술되는 전력 운반선(200)의 자선(210)이 상기 에너지 저장설비에 저장된 전력을 육상으로 옮기기 위해 머무르는 접안시설을 갖추고 있다.
전력 운반선(200)은 해상 풍력 단지내의 각 풍력 터빈(100)에 저장된 전력을 수집하는 복수의 자선(210)을 포함하는 일종의 모선으로, 상기 해상 풍력 단지와 육상 변전소(300)를 왕복하여 자선(210)에 의해 수집된 전력을 육상 변전소(300)로 운반하여 송전한다. 이 때, 자선(210)은 복수 개로 구비되어 각 풍력 터빈(100)으로부터 생산된 전력을 충전하는 충전 캐리어(211)를 포함한다.
육상 변전소(300)는 육상에 위치하여 전력 운반선(200)과 연결되는 배전 케이블을 통해 배전되는 직류 전력을 계통으로 전달하기에 적절한 교류 전력으로 변환하여 계통으로 공급한다.
한편, 도 2 내지 도 5를 통하여 본 발명의 실시 예에 따른 해상 풍력 단지의 송전 시스템의 각 구성을 구체적으로 설명한다.
먼저, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 풍력 터빈의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
첨부된 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 풍력 터빈(100)은 발전 모듈(110), 충전 모듈(120), 에너지 저장 모듈(130), 커넥터 연결 모듈(140) 및 제어 모듈(150)을 포함한다.
발전 모듈(110)은 바람에 의해 회전하는 블레이드의 회전력을 이용하여 전력을 생산한다.
충전 모듈(120)은 발전 모듈(110)에서 생산되는 전력을 에너지 저장 모듈(130)에 저장하기에 적절한 형태의 고압의 직류 전력으로 변환하여 충전한다. 이 때, 충전 모듈(120)은 스위치를 통해 각각 연결되는 복수의 에너지 저장 모듈(130-1, 130-2, 130-3, …, 130-n)에 직류 전력을 분배하여 충전할 수 있다.
또한, 충전 모듈(120)은 에너지 저장 모듈(130)에 저장 중인 전력을 방전하여 커넥터 연결 모듈(140)에 연결되는 충전 케이블을 통해 자선(210)의 충전 캐리어(211)로 전달할 수 있다.
즉, 풍력 터빈(100)은 생산되는 전력을 에너지 저장 모듈(130)에 임시로 저장하고 있다가 저장된 전력을 육상으로 이송하기 위해 자선(210)의 충전 캐리어(211)로 옮기는 재충전을 수행한다.
에너지 저장 모듈(Energy Storage Module)(130)은 충전 모듈(120)을 통해 입력되는 직류 전력을 저장하며 수퍼 캐패시터 또는 배터리와 같은 에너지 저장장치로 구성된다.
커넥터 연결 모듈(140)은 에너지 저장 모듈(130)에 저장중인 전력을 자선(210)의 충전 캐리어(211)로 전달하기 위하여 충전 케이블과 연결된다.
제어 모듈(150)은 각 에너지 저장 모듈(130)에 축적하고 있는 전력량을 체크하면서 방전이 필요한 시점을 미리 계산하여 전력 운반선(200) 및 육상 변전소(300)로 전력 이송 요청 메시지를 전송한다.
이 때, 제어 모듈(150)은 에너지 저장 모듈(130)에 축적된 전력량이 미리 설정된 기준치를 초과하면 전력 이송 요청 메시지를 전송할 수 있다. 이를 위해 상기 도 2에서는 생략되었으나 풍력 터빈(100)은 전력 운반선(200) 및 육상 변전소(300)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.
제어 모듈(150)은 자선(210)의 케이블이 커넥터 연결 모듈(140)에 연결되면 에너지 저장 모듈(130)에 저장된 전력이 자선(210)의 충전 캐리어(211)에 충전되도록 충전 모듈(120)을 제어한다. 이 때, 제어 모듈(150)은 충전 모듈(120)과 각 에너지 저장 모듈(130-1, 130-2, 130-3, … 130-n)을 연결하는 스위치를 선택적으로 개폐하여 충전 캐리어(211)로 충전되는 전력량을 조절할 수 있다.
또한, 풍력 터빈(100)은 하나 이상의 충전 모듈(120)을 포함하는 이중화된 구성을 적용하여 만약에 제1 충전 모듈에 장애가 발생시 제2 충전 모듈을 통해 전력 충전 기능을 대체함으로써 안정적으로 생산 전력을 저장할 수 있다.
다음, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 전력 운반선의 구성을 개략적으로 나타낸다.
첨부된 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 전력 운반선(200)은 복수의 자선(210), 접안부(220), 배전 케이블(230), 배전 커넥터(240) 및 배전 제어부(250)를 포함한다.
자선(210)은 독립된 운송수단을 가지는 소형 바지선으로 구성될 수 있으며 상술한 바와 같이 적어도 하나의 충전 캐리어(211)를 포함한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 충전 캐리어의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
첨부된 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 충전 캐리어(211)는 케이스(2111), 복수의 에너지 저장 모듈(2112), 입출력 단자(2113) 및 냉각팬(2114)을 포함한다.
케이스(2111)는 사각의 컨테이너 박스와 같은 함체로 외부의 물리적 충격이나 물이 유입되는 것을 방지한다. 또한, 도면에서는 생략되었으나 케이스(2111)는 내부에 하나 이상의 에너지 저장 모듈(2112)을 수납하기 위한 고정 틀이 형성되어 케이스(2111)가 기울어지거나 요동하더라도 에너지 저장 모듈(2112)이 움직이지 않도록 단단히 고정한다.
에너지 저장 모듈(2112)은 풍력 터빈(100)과 같이 수퍼 캐패시터 또는 배터리와 같은 에너지 저장장치로 구성되어 입출력 단자(2113)를 통해 전달되는 직류 전력을 저장한다. 특히, 상기 수퍼 캐패시터는 메가와트(MW)급의 대용량 전력을 저장(충전)하기 용이하며, 최근 수퍼 캐패시터의 용량 대비 가격이 하락하고 있고 신뢰성이 우수하므로 이를 적용하는 것이 바람직할 수 있다.
다만, 본 발명의 실시 예에 있어서 에너지 저장 모듈(2112)은 특정한 에너지 저장장치에 한정되지 않으며 충전 장비의 개발 상황에 따라 우수한 에너지 저장 장치를 적용하여 사용할 수 있다.
입출력 단자(2113)는 충전 및 방전을 위해 연결되는 전력 충방전 단자로 내부적으로 하나 이상의 에너지 저장 모듈(2112)로 각각 분기되는 전력선과 연결되고, 외부적으로 전력 운반선(200)의 배전 케이블(230)과 연결된다.
냉각팬(2114)은 케이스(2111)의 내부에 적어도 하나를 형성하여 에너지 저장 모듈(2112)의 충방전으로 인해 발생되는 열을 냉각시킨다.
접안부(220)는 'ㄷ'자 형태로 오목하게 형성되어 자선(210)을 전력 운반선(200)의 내측으로 안착시키기 위한 접안시설이며, 접안된 자선(210)을 로프 등을 이용하여 고정 수단(221)에 고정하여 예인한다.
또한, 접안부(220)는 유압시스템을 이용하여 승강되는 리프트(미도시)를 접안된 자선(210)의 하부로부터 들어올려 싣고서 이동할 수도 있다.
배전 케이블(230)은 입출력 단자(2113)를 통해 각 자선(210)의 충전 캐리어(211)와 연결되어 충전 캐리어(211)에 저장된 전력을 배전 커넥터(240)로 전달한다.
배전 커넥터(240)는 육상 변전소(300)의 육상 케이블과 연결되고 각 충전 캐리어(211)로부터 배전 케이블(230)을 통해 전달되는 전력을 육상 변전소(300)로 전달한다.
배전 제어부(250)는 배전 커넥터(240)가 육상 케이블과 연결되면 충전 캐리어(211)에 저장된 전력을 육상 변전소(300)로 전달한다. 이 때, 도면에서는 생략되었으나 배전 제어부(250)는 각 충전 캐리어(211)와 연결된 스위치를 제어하여 육상 변전소(300)로 배전되는 전력량을 조절할 수 있다.
전력 운반선(200)은 복수의 자선(210)을 싣고 해상 풍력 단지로 이동하며, 복수의 자선(210)은 전력 운반선(200)이 해상 풍력 단지에 정박된 상태에서 각각의 미리 할당된 대상 풍력 터빈(100)으로 이동하여 충전 캐리어(211)에 전력을 충전한다.
그리고, 자선(210)은 대상 풍력 터빈(100)으로부터 저장 중인 전력의 충전이 완료되면 전력 운반선(200)으로 복귀하여 접안부(220)에 안착한다.
즉, 본 발명의 실시 예에 따르면, 해상 풍력 단지내의 풍력 터빈(100)들이 수백 미터에서 수 킬로미터를 두고 설치되는 점을 고려하여, 충전 캐리어(211)를 탑재한 복수의 자선(210)이 각각 대상 풍력 터빈(100)으로 이동하여 임시로 저장중인 생산 전력을 충전 받아온다. 따라서, 풍력 발전 단지 내부 및 육상과의 해저 케이블 시설 없이도 육상으로의 안전한 송전이 가능하다.
또한, 복수의 자선(210)을 분산 배치하여 생산 전력을 충전 받기 때문에 다수의 풍력 터빈(100)으로부터 전력을 수거하는 시간을 단축할 수 있는 효과가 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(300)는 육상 케이블 연결부(310), 배전 전력 체크부(320) 및 전력 변환부(330)를 포함한다.
육상 케이블 연결부(310)는 충전 캐리어(211)에 저장중인 전력을 전달 받기 위하여 전력 운반선(200)의 케이블부(230) 단부에 구비되는 배전 커넥터(240)와 연결된다.
배전 전력 체크부(320)는 연결된 육상 케이블 연결부(310)를 통해 전력 운반선(200)으로부터 전달되는 배전 전력량을 체크한다. 이 때, 배전되는 총 전력량에 따라 전력 공급(납품)금액이 결정될 수 있다.
전력 변환부(330)는 상기 배전되는 직류 전력을 계통으로 전달하기에 적절한 교류 전력으로 변환하여 계통으로 공급한다.
한편, 앞서 설명한 본 발명의 실시 예에 따른 해상 풍력 단지의 송전 시스템의 구성을 토대로 해상 풍력 단지의 송전 방법을 아래의 도 6 및 도 7을 통해 설명한다.
먼저, 도 6을 통하여 본 발명의 실시 예에 따른 풍력 터빈(100)을 주체로 하는 해상 풍력 단지의 송전방법을 설명한다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 풍력 터빈의 해상 풍력 단지의 송전 방법을 나타낸 흐름도이다.
첨부된 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 하나 이상의 풍력 터빈(100)이 바람에 의해 회전하는 복수의 블레이드 회전력을 이용하여 전력을 생산한다(S101). 이 때, 풍력 터빈(100)은 발전 모듈(110)에서 생산되는 교류 전력을 직류로 변환하여 에너지 저장 모듈(130)에 저장한다(S102).
풍력 터빈(100)은 에너지 저장 모듈(130)에 축적되는 전력량을 체크하여 상기 축적된 전력량이 미리 설정된 기준치를 초과하면(S103; 예), 송전 준비가 완료된 것으로 판단하여 전력 운반선(200) 및 육상 변전소(300)로 전력 이송 요청 메시지를 전송한다(S104)
반면, 상기 S103 단계에서 풍력 터빈(100)은 충전중인 하나 이상의 에너지 저장 모듈(130)에 축적된 전력량이 상기 기준치를 초과하지 않으면 충전이 완료될 때까지 충전을 계속한다(S103; 아니오).
풍력 터빈(100)은 상기 전력 이송 요청에 따라 전력 운반선(200)으로부터 분리된 자선(210)이 접안 되면, 자선(210)의 충전 케이블을 커넥터 연결 모듈(140)에 연결한다(S105).
그리고, 풍력 터빈(100)는 에너지 저장 모듈(130)에 저장된 전력을 충전 케이블을 통해 자선(210)에 탑재된 하나 이상의 충전 캐리어(211)로 전송하여 충전한다(S106).
풍력 터빈(100)은 상기 충전이 완료되면 상기 충전 케이블을 분리하고, 에너지 저장 모듈(130)의 축적 전력량을 초기화한다(S107).
이후, 도면에서는 생략되었으나 적어도 하나의 풍력 터빈(100)으로부터 생산 전력을 수거한 자선(210)은 전력 운반선(200)으로 복귀하여 육상으로 이송된다.
다음, 도 7을 통하여 본 발명의 실시 예에 따른 전력 운반선(200)을 주체로 하는 해상 풍력 단지의 송전방법을 설명한다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 전력 운반선의 해상 풍력 단지의 송전 방법을 나타낸 흐름도이다.
첨부된 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 전력 운반선(200)은 풍력 터빈(100)으로부터 전력 이송 요청을 수신하면(S201), 충전 캐리어(211)가 탑재된 적어도 하나의 자선을 싣고 해상 풍력 단지로 이동한다(S202).
전력 운반선(200)은 복수의 자선(210)에 전력을 수집해야 하는 대상 풍력 터빈(100)을 각각 할당한다(S203). 이 때, 전력 운반선(200)은 풍력 터빈(100)의 식별정보에 기초한 전력 이송 요청 정보 및 전력 축적 상태정보를 파악하여 각 자선(210)에 대상 풍력 터빈(100)을 할당할 수 있다.
전력 운반선(200)의 자선(210)들이 각각 할당된 대상 풍력 터빈(100)으로 이동하여, 풍력 터빈(100)의 에너지 저장 모듈(130)에 저장된 전력을 충전 케이블을 통해 충전 캐리어(211)로 충전한다(S204).
전력 운반선(200)의 충전을 완료한 자선이 모두 복귀할 때까지 정박 위치에서 대기하고, 모든 자선의 복귀가 완료되면(S205), 육상 변전소가 있는 곳으로 이동한다(S206).
전력 운반선(200)은 육상의 접안시설에 도착하면 육상 변전소(300)와 배전 케이블(230)을 연결하고(S207), 하나 이상의 충전 캐리어(211)에 충전된 전력을 육상 변전소(300)로 배전한다(S208).
이 때, 도면에서는 생략되었으나 배전 완료 시까지 육상 변전소(300)로 전달되는 총 배전 전력량을 체크할 수 있으며, 육상 변전소(300)는 배전 케이블(230)을 통해 배전되는 직류 전력을 계통으로 전달하기에 적절한 교류 전력으로 변환하여 계통으로 공급한다.
이와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 해상 풍력 단지의 송전 시스템은 전력 운반선(200)을 이용하여 해상에서 생산되는 전력을 육상으로 이송함으로써 기존의 해상 풍력 단지 내부 및 육상간의 해저 케이블 설치 및 유지 보수를 위한 비용을 줄이고 안정적으로 송전할 수 있는 효과가 있다.
그리고, 그리고, 충전 캐리어가 탑재된 복수의 자선을 분산 배치하여 전력을 수집함으로써 풍력 터빈(100)의 저장 전력의 이송을 위해 재충전 되는 시간을 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 이동이 자유로운 전력 운반선(200)을 이용하여 전력을 송전을 함으로써 해상 풍력 단지에서 생산되는 전력을 특정 지역에 국한되지 않고 자원이 부족한 지역이나 국가로 이송하거나 수출할 수 있는 효과가 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 110: 발전 모듈
120: 충전 모듈 130: 에너지 저장 모듈
140: 커넥터 연결 모듈 150: 제어 모듈
200: 전력 운반선 210: 자선
211: 충전 캐리어 220: 접안부
221: 고정부 230: 배전 케이블
240: 배전 커넥터 250: 배전 제어부
300: 육상 변전소 310: 육상 케이블 연결부
320: 배전 전력 체크부 330: 전력 변환부

Claims (11)

  1. 해상 풍력 단지 내에 복수로 설치되어 바람에 의해 생산되는 전력을 에너지저장 시설에 저장하는 풍력 터빈;
    상기 풍력 터빈의 에너지 저장 시설에 저장된 상기 전력을 수집하는 복수의 자선을 포함하며 상기 해상 풍력 단지에서 상기 자선들에 의해 수집된 전력을 육상으로 이송하는 전력 운반선; 및
    상기 전력 운반선으로부터 배전되는 전력을 교류 전력으로 변환하여 계통으로 공급하는 육상 변전소를 포함하되,
    상기 풍력 터빈은, 상기 에너지 저장 시설에 축적되는 전력량을 체크하여 축적된 전력량이 미리 설정된 기준치를 초과하면 송전 준비가 완료된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 해상 풍력 단지의 송전 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 풍력 터빈은,
    상기 전력을 생산하는 발전 모듈;
    상기 생산되는 전력을 고압의 직류 전력으로 변환하여 충전하는 충전 모듈;
    상기 충전 모듈을 통해 입력되는 직류 전력을 저장하는 적어도 하나의 에너지 저장 모듈;
    상기 에너지 저장 모듈에 저장된 전력을 상기 자선으로 전달하기 위한 충전 케이블과 연결되는 커넥터 연결 모듈; 및
    상기 충전 모듈과 복수의 상기 에너지 저장 모듈을 연결하는 스위치를 선택적으로 개폐하여 충전되는 전력량을 조절하는 제어 모듈
    중 적어도 하나를 포함하는 해상 풍력 단지의 송전 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어 모듈은,
    상기 에너지 저장 모듈에 축적된 전력량이 미리 설정된 기준치를 초과하면 전력 이송 요청 메시지를 상기 전력 운반선 및 상기 육상 변전소 중 적어도 하나로 전송하는 해상 풍력 단지의 송전 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 풍력 터빈은,
    상기 자선이 상기 전력 수집을 위해 정박되는 접안시설을 포함하는 해상 풍력 단지의 송전 시스템.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전력 운반선은,
    각 풍력 터빈으로부터 생산된 상기 전력을 충전하는 충전 캐리어를 포함하는 복수의 자선;
    'ㄷ'자 형태로 오목하게 형성되어 상기 자선을 상기 전력 운반선의 내측으로 안착시키는 접안부;
    육상 케이블과 연결되어 상기 자선의 충전 캐리어로부터 배전 케이블을 통해 전달되는 전력을 상기 육상 변전소로 전달하는 배전 커넥터; 및
    상기 충전 캐리어와 연결된 스위치를 제어하여 상기 육상 변전소로 배전되는 전력량을 조절하는 배전 제어부
    중 적어도 하나를 포함하는 해상 풍력 단지의 송전 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 자선의 충전 캐리어는,
    입력되는 직류 전력을 저장하는 하나 이상의 에너지 저장 모듈;
    상기 하나 이상의 에너지 저장 모듈을 수납하기 위한 고정 틀이 형성되고 외부로부터 상기 하나 이상의 에너지 저장 모듈을 보호하는 케이스;
    충방전을 위해 상기 하나 이상의 에너지 저장 모듈로 각각 분기되는 전력선과 연결되는 입출력 단자; 및
    상기 케이스의 내부에 형성되어 상기 에너지 저장 모듈의 충방전으로 인해 발생되는 열을 냉각시키는 냉각팬
    중 적어도 하나를 포함하는 해상 풍력 단지의 송전 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 에너지 저장 모듈은,
    수퍼 캐패시터 또는 배터리 중 어느 하나로 구성되는 해상 풍력 단지의 송전 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 전력 운반선은,
    상기 자선을 싣거나 예인 하여 상기 해상 풍력 단지와 상기 육상 변전소 사이를 이동하는 해상 풍력 단지의 송전 시스템.
  9. 해상 풍력 단지 송전 시스템의 풍력 터빈이 육상으로 전력을 송전하는 방법에 있어서,
    a) 바람에 의해 생산되는 전력을 에너지 저장 설비에 저장하는 단계;
    b) 상기 에너지 저장 설비에 축적된 전력의 송전 준비가 완료되면 전력 운반선 및 육상 변전소 중 적어도 하나로 전력 이송을 요청하는 단계;
    c) 상기 전력 이송 요청에 따른 상기 전력 운반선으로부터 분리된 자선이 접안 되면 상기 자선의 충전 케이블을 상기 에너지 저장 설비의 커넥터에 연결하는 단계; 및
    d) 상기 에너지 저장 설비에 저장된 전력을 상기 자선에 탑재된 하나 이상의 충전 캐리어로 전송하여 충전하는 단계를 포함하되,
    상기 b) 단계는, 상기 에너지 저장 설비에 축적되는 전력량을 체크하여 상기 축적된 전력량이 미리 설정된 기준치를 초과하면 상기 송전 준비가 완료된 것으로 판단하는 단계를 포함하는 해상 풍력 단지의 송전 방법.
  10. 삭제
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 d) 단계 이후에,
    상기 충전이 완료되면 상기 충전 케이블을 분리하고 상기 에너지 저장 설비의 축적 전력량을 초기화하는 단계를 더 포함하는 해상 풍력 단지의 송전 방법.
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