KR101422476B1 - 부양식 풍력발전시설 - Google Patents

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Abstract

부양식 풍력발전시설이 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 부양식 풍력발전시설은 물에 뜨는 부양(浮揚)체; 부양체 위에 배치되는 지지부재; 지지부재 위에 설치된 풍력발전기; 지지부재를 지지함과 동시에 지지부재의 기울기를 조절할 수 있도록 부양체에 고정된 상태에서 지지부재를 부양체와 이격되게 지지하는 기울기보정장치; 풍력발전기의 기울기를 감지하는 기울기센서; 및 기울기센서의 정보를 근거로 기울기보정장치를 통해 지지부재를 움직여 풍력발전기의 기울기를 보정하도록 제어하는 제어장치를 포함한다.

Description

부양식 풍력발전시설{FLOATING WIND POWER PLANT}
본 발명은 부양식 풍력발전시설에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 풍력발전기의 기울기를 보정하여 부양체의 움직임에도 풍력발전기가 늘 일정한 자세를 유지할 수 있도록 하는 부양식 풍력발전시설에 관한 것이다.
풍력발전기는 청정에너지인 바람을 이용해 발전기를 구동하여 전기를 발생시키는 장치다. 화석연료나 우라늄을 이용하는 발전방식에 비해 대기오염, 방사능누출 등과 같은 환경오염이 발생하지 않는 장점이 있다.
통상의 풍력발전기는 타워(tower)와, 타워의 상부에 좌우로 회전하도록 설치되며 발전기를 내장한 나셀(nacelle)과, 발전기의 구동을 위해 나셀에 설치된 블레이드를 포함하는 형태다.
한편, 이러한 풍력발전기는 타워의 높이가 대략 100미터에 이르고 블레이드 길이도 40 ~ 90미터에 이르는 거대 구조물이기 때문에 육상에 설치할 경우 설치장소의 제약이 따른다. 즉 복수를 설치하기 위해서는 상호 이격거리로 인해 넓은 부지가 필요하고, 산마루처럼 바람이 좋은 곳에 설치해야 하기 때문이다.
따라서 이러한 풍력발전기는 상대적으로 공간확보가 용이하고 바람이 좋은 해상에 설치하기도 한다. 해상에 설치할 때는 등록특허공보 10-0900500호(2009. 06. 03. 공고, 특허문헌 1)에 개시된 바와 같이 해상에 부양체를 설치하고 이 부양체 위에 풍력발전기를 설치하는 방식이 알려져 있다. 원해처럼 수심이 깊을 경우 타워을 고정식으로 설치하기가 어렵고, 근해보다는 원해가 바람의 발생이 좋기 때문이다.
그러나 이러한 부양식 풍력발전시설은 파도, 조류, 바람에 의해 부양체가 흔들리는 관계로 풍력발전기가 일정한 자세을 유지하기 어렵기 때문에 안정적인 동작을 구현하기 어려울 수 있다.
특허문헌 1: 대한민국 등록특허공보 10-0900500호(2009. 06. 03. 공고)
본 발명의 목적은 부양체의 움직임에도 풍력발전기가 늘 일정한 자세를 유지하여 안정적인 동작을 구현할 수 있도록 하는 부양식 풍력발전시설을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 물에 뜨는 부양(浮揚)체; 상기 부양체 위에 배치되는 지지부재; 상기 지지부재 위에 설치된 풍력발전기; 상기 지지부재를 지지함과 동시에 상기 지지부재의 기울기를 조절할 수 있도록 상기 부양체에 고정된 상태에서 상기 지지부재를 상기 부양체와 이격되게 지지하는 기울기보정장치; 상기 풍력발전기의 기울기를 감지하는 기울기센서; 상기 기울기센서의 정보를 근거로 상기 기울기보정장치를 통해 상기 지지부재를 움직여 상기 풍력발전기의 기울기를 보정하도록 제어하는 제어장치를 포함하는 부양식 풍력발전시설이 제공될 수 있다.
상기 풍력발전기는 상기 지지부재의 중심에 설치되고, 상기 기울기보정장치는 상기 지지부재의 중심과 이격된 위치에서 상기 지지부재를 지지하며 상기 지지부재의 중심을 기준으로 방사형으로 배치된 복수의 유압실린더와, 상기 복수의 유압실린더를 동작시키는 유압구동장치를 포함할 수 있다.
상기 각 유압실린더는 상기 부양체에 고정된 실린더부와, 상기 실린더부로부터 상방으로 연장되어 상기 지지부재에 회전 가능하게 연결된 로드부를 포함할 수 있다.
상기 풍력발전기는 상기 지지부재에 고정된 타워와, 상기 타워의 상단에 좌우로 회전하도록 설치되며 발전기를 내장한 나셀과, 상기 발전기의 구동을 위해 상기 나셀에 회전하도록 설치된 블레이드를 포함할 수 있다.
상기 기울기센서는 상기 타워와 상기 지지부재 중 적어도 하나에 설치될 수 있다.
상기 풍력발전시설은 상기 지지부재의 중심부를 유동 가능하게 지지하도록 상기 부양체에 설치되며 상기 지지부재의 하면 중심부와 접하는 상부가 반구형으로 마련된 중심지지체를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 부양식 풍력발전시설은 풍력발전기가 설치된 지지부재를 움직여 풍력발전기의 기울기를 보정할 수 있기 때문에 파도나 조류에 의해 부양체가 흔들리는 경우에도 풍력발전기가 늘 일정한 자세를 유지하도록 할 수 있고, 이를 통해 안정된 발전동작을 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 부양식 풍력발전시설의 측면도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 부양식 풍력발전시설의 부양체와 지지부재의 구성 및 유압실린더의 배치구조를 나타낸 평면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 부양식 풍력발전시설의 유압실린더 장착구조를 나타낸 상세도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 부양식 풍력발전시설의 중심지지체 장착구조를 나타낸 상세도이다.
이하에서는 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명의 실시 예에 따른 부양식 풍력발전시설은 도 1에 도시한 바와 같이, 해상 또는 호수의 수면에 떠있는 상태를 유지하는 부양체(浮揚體)(10)와, 부양체(10) 위에 움직임이 가능하게 설치된 지지부재(20)와, 지지부재(20) 위에 설치된 풍력발전기(30)를 구비한다.
또 이 풍력발전시설은 지지부재(10)의 기울기를 조절하는 기울기보정장치(40)와, 풍력발전기(30)의 기울기를 감지하는 기울기센서(60)와, 기울기센서(60)의 감지정보를 근거로 기울기보정장치(40)를 동작시켜 지지부재(20)의 기울기를 조절함으로써 풍력발전기(30)의 기울기를 보정하도록 제어하는 제어장치(70)를 포함한다.
부양체(10)는 도 1과 도 2에 도시한 바와 같이, 그 상부에 설치되는 풍력발전기(30)의 전복을 방지할 수 있을 정도로 면적이 넓게 마련된다. 또 하부가 수면에 잠기고 상부가 수면 위에 노출된 상태를 유지한다. 부양체(10)의 하부는 부양체(10)가 조류나 파도에 의해 떠내려 가지 않도록 하나 이상의 무어링장치(11)에 의해 고정될 수 있다.
한편, 본 실시 예는 원형으로 된 부양체(10)를 제시하고 있으나, 부양체(10)의 형태는 사각, 육각 등 다양한 형태일 수 있다. 또 본 실시 예는 부양체(10)에 하나의 풍력발전기(30)가 설치된 경우를 제시하고 있으나, 부양체(10)를 크게 할 경우 부양체의 위에 복수의 풍력발전기(30)를 설치할 수도 있다.
풍력발전기(30)는 타워(31), 나셀(32), 블레이드(33)를 포함한다. 타워(31)는 지지부재(20)의 상면에 대하여 수직을 유지하도록 그 하단이 지지부재(20)의 상면 중심부에 고정된다. 나셀(32)은 발전기(미도시)를 내장하며 타워(31)의 상단에 좌우로 회전하도록 설치된다. 블레이드(33)는 나셀(32)에 회전하도록 설치되어 나셀(32) 내부의 발전기를 구동한다.
이러한 풍력발전기(30)는 바람에 의해 블레이드(33)가 회전하여 나셀(32) 내부의 발전기를 구동함으로써 전기를 발생시킨다. 또 바람의 방향을 따라 나셀(32)이 회전할 수 있다. 여기서는 일 예로써 나셀(32)이 회전하는 타워형 풍력발전기를 제시하였으나, 풍력발전기의 형태가 이에 한정되는 것은 아니다. 풍력발전기는 지지부재 위에 발전기가 고정되고 이 발전기로부터 지지부재에 대하여 수직을 이루도록 연장된 회전축에 복수의 블레이드가 설치된 형태일 수도 있다.
지지부재(20)는 도 1과 도 2에 도시한 바와 같이, 면적이 넓은 원판형태로 마련될 수 있다. 또 그 하부는 부양체(10)와 소정간격 이격된 상태에서 중심지지체(50)와 기울기보정장치(40)에 의해 움직임이 가능하게 지지될 수 있다. 여기서는 원판형태의 지지부재(20)를 제시하였으나, 지지부재(20)는 원판형으로 한정되지 않고 사각, 오각 등 다각형의 평판형태일 수 있다. 또 지지부재(20)는 풍력발전기(30)의 타워(31)가 고정되는 중심부분으로부터 반경방향으로 확장되는 형태의 철골구조물로 이루어질 수도 있다.
중심지지체(50)는 부양체(10)에 고정된 상태에서 지지부재(20)의 하면 중심부분을 유동 가능하게 지지한다. 중심지지체(50)는 도 4에 도시한 바와 같이, 지지부재(20)를 지지하는 상부가 반구형으로 이루어질 수 있다. 그리고 지지부재(20)의 하면에는 중심지지체(50)에 대응하는 형상의 지지부(51)가 마련될 수 있다. 이러한 중심지지체(50)는 지지부재(20)의 중심부분을 유동 가능하게 지지함으로써 지지부재(20)의 기울기를 조절할 수 있도록 하고, 지지부재(20)의 상부에 설치된 풍력발전기(30)의 무게를 지지함으로써 풍력발전기(30)가 안정적으로 지지될 수 있도록 한다.
기울기보정장치(40)는 지지부재(20)의 둘레 쪽을 지지하는 복수의 유압실린더(41)와, 유압실린더(41)에 유압을 제공하여 각 유압실린더(41)의 동작을 개별적으로 제어하는 유압구동장치(42)를 포함한다.
복수의 유압실린더(41)는 도 2에 도시한 바와 같이, 풍력발전기(30)의 타워(31)가 고정된 지지부재(20)의 중심으로부터 반경방향으로 이격된 위치에 설치될 수 있고, 지지부재(20)의 중심을 기준으로 방사형으로 배치될 수 있다. 그리고 각 유압실린더(41)는 도 3에 도시한 바와 같이, 부양체(10)에 매입상태로 고정된 실린더부(41a)와, 실린더부(41a)로부터 상방으로 연장되어 지지부재(20)의 하면에 회전 가능하게 연결된 로드부(41b)를 구비한다. 로드부(41b)는 유압실린더(41)의 동작에 의해 그 길이가 신축됨으로써 지지부재(20)를 밀어올리거나 끌어 내릴 수 있다.
로드부(41b)에는 지지부재(20)와 회전 가능하게 연결될 수 있도록 상단에 구형 연결체(43)가 마련되고, 지지부재(20)의 하면에는 구형 연결체(43)가 진입하여 지지되는 반구형 홈(44)이 마련될 수 있다. 또 지지부재(20)에는 구형 연결체(43)가 반구형 홈(44)으로부터 이탈하지 않도록 구형 연결체(43)를 지지한 상태로 복수의 고정나사에 의해 지지부재(20) 하면에 고정되는 연결부재(45)가 설치될 수 있다. 또 각 유압실린더(41)에는 유압구동장치(42)와 연계된 유압배관(47)이 연결된다. 유압배관(47)과 유압구동장치(42)는 도 1에 도시한 바와 같이. 부양체(10)에 매설될 수 있다.
유압구동장치(42)는 도면에 상세히 나타내지는 않았지만, 유압을 발생시키는 펌프 등의 유압발생장치와, 각 유압실린더(41)로 유압을 제공하여 각 유압실린더(41)를 개별적으로 동작시키는 유압분배장치를 포함할 수 있다. 그리고 유압발생장치와 유압분배장치는 제어장치(70)에 의해 동작이 제어될 수 있다.
이러한 구성은 제어장치(70)의 제어에 의해 유압구동장치(42)가 각 유압실린더(41)의 동작을 제어함으로써 지지부재(20)의 기울기를 조절하고, 이를 통해 풍력발전기(30)의 기울기를 조절할 수 있도록 한 것이다. 즉 어느 하나의 유압실린더(41)가 신장할 때 지지부재(20)의 중심을 기준으로 반대편에 위치하는 유압실린더(41)가 수축하는 방식으로 동작함으로써 지지부재(20)의 기울기를 조절하는 것이다.
기울기센서(60)는 풍력발전기(30)의 타워(31)나 지지부재(20) 중 적어도 하나에 설치될 수 있고, 기울기를 감지할 수 있는 자이로센서(Gyro Sensor)로 구성될 수 있다. 여기서는 기울기센서(60)의 일 예로 자이로센서를 제시하였으나, 기울기센서(60)의 형태가 이에 한정되는 것은 아니다. 기울기를 감지하는 다양한 형태의 전자식센서나 중력센서 등이 채용될 수 있다.
다음은 본 실시 예에 따른 부양식 풍력발전시설의 동작에 대하여 설명한다.
부양체(10)는 파도, 조류, 바람에 의해 흔들릴 수 있기 때문에 부양체(10)의 상부에 설치된 풍력발전기(30)도 부양체(10)의 흔들림에 따라 기울기가 수시로 변할 수 있다. 이때 제어장치(70)는 기울기센서(60)를 통해 풍력발전기 타워(31)의 기울기를 감지하고, 감지된 기울기 정보를 근거로 각 유압실린더(41)를 동작시키도록 유압구동장치(42)의 동작을 제어한다.
제어동작은 풍력발전기(30)가 기울어진 방향과 반대방향로 지지부재(20)의 기울기가 변하도록 각 유압실린더(41)를 개별 동작시킴으로써 부양체(10)의 움직임에도 불구하고 풍력발전기(30)의 타워(31)가 늘 일정한 자세를 유지하도록 할 수 있다. 이때는 풍력발전기(30)가 기울어진 방향의 유압실런더(41)가 신장하고 그 반대편의 유압실린더(41)가 수축하는 방식으로 동작함으로써 지지부재(20)의 기울기가 조절될 수 있고, 이를 통해 풍력발전기(30)의 기울기가 보정될 수 있다.
따라서 풍력발전기(30)는 부양체(10)가 흔들리는 경우에도 늘 일정한 자세를 유지하여 안정적인 발전동작을 구현할 수 있다.
10: 부양체, 11: 무어링장치,
20: 지지부재, 30: 풍력발전기,
31: 타워, 32: 나셀,
33: 블레이드, 40: 기울기보정장치,
41: 유압실린더, 42: 유압구동장치,
50: 중심지지체, 60: 기울기센서,
70: 제어장치.

Claims (5)

  1. 물에 뜨는 부양체(浮揚體);
    상기 부양체 위에 배치되는 지지부재;
    상기 지지부재 위에 설치된 풍력발전기;
    상기 지지부재를 지지함과 동시에 상기 지지부재의 기울기를 조절할 수 있도록 상기 부양체에 고정된 상태에서 상기 지지부재를 상기 부양체와 이격되게 지지하는 기울기보정장치;
    상기 풍력발전기의 기울기를 감지하는 기울기센서; 및
    상기 기울기센서의 정보를 근거로 상기 기울기보정장치를 통해 상기 지지부재를 움직여 상기 풍력발전기의 기울기를 보정하도록 제어하는 제어장치를 포함하는 부양식 풍력발전시설.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 풍력발전기는 상기 지지부재의 중심에 설치되고,
    상기 기울기보정장치는 상기 지지부재의 중심과 이격된 위치에서 상기 지지부재를 지지하며 상기 지지부재의 중심을 기준으로 방사형으로 배치된 복수의 유압실린더와, 상기 복수의 유압실린더를 동작시키는 유압구동장치를 포함하는 부양식 풍력발전시설.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 유압실린더 각각은 상기 부양체에 고정된 실린더부와, 상기 실린더부로부터 상방으로 연장되어 상기 지지부재에 회전 가능하게 연결된 로드부를 포함하는 부양식 풍력발전시설.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 기울기센서는 상기 풍력발전기의 타워와 상기 지지부재 중 적어도 하나에 설치되는 것을 특징으로 하는 부양식 풍력발전시설.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 지지부재의 중심부를 유동 가능하게 지지하도록 상기 부양체에 설치되며 상기 지지부재의 하면 중심부와 접하는 상부가 반구형으로 마련된 중심지지체를 더 포함하는 부양식 풍력발전시설.
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