KR101459020B1

KR101459020B1 - 잉여전력을 이용한 플라이휠 에너지 저장 시스템

Info

Publication number: KR101459020B1
Application number: KR1020130136820A
Authority: KR
Inventors: 유재수
Original assignee: 주식회사 씨피이셀
Priority date: 2013-11-12
Filing date: 2013-11-12
Publication date: 2014-11-07

Abstract

본 발명은 풍력 또는 태양광에너지를 이용하는 재생에너지발생부와 상기 재생에너지발생부의 전압이 규정이상인 경우 그 전력을 한전에 직접공급하거나 재생에너지발생부의 전압이 규정이하인 경우 플라이휠재생부에 공급토록 설치되는 컨트롤러 및 컨트롤러로 부터 전원이 공급되면서 발전기가 연결되는 플라이휠재생부로서 이루어 지고, 상기 플라이휠재생부는 케이싱의 내측에 순차동작수단을 통하여 개별동작하도록 복수의 모터유니트로서 이루어져 축을 하나 또는 복수의 모터유니트로서 구동토록 하는 잉여전력을 이용한 플라이휠 에너지 저장 시스템에 관한 것이다.

Description

잉여전력을 이용한 플라이휠 에너지 저장 시스템{System for Flywheel Energy Storage using a surplus electric energy}

본 발명은 풍력 또는 태양광에너지를 이용하는 재생에너지발생부와 상기 재생에너지발생부 또는 플라이휠재생부의 공급전압이 규정이상인 경우 그 전력을 한전에 직접공급하고 재생에너지발생부 또는 플라이휠재생부의 공급전압이 규정이하인 경우 플라이휠재생부에 공급토록 설치되는 컨트롤러 및 컨트롤러로 부터 전원이 공급되면서 발전기가 연결되는 플라이휠재생부로서 이루어 지고, 상기 플라이휠재생부는 케이싱의 내측에 순차동작수단을 통하여 개별동작하도록 복수의 모터유니트로서 이루어져 축을 하나 또는 복수의 모터유니트로서 구동토록 하는 잉여전력을 이용한 플라이휠 에너지 저장 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 풍력, 태양광에너지, 디젤엔진등을 사용하는 소규모 발전 시스템은 잉여 전력의 저장하는 매체로서 반드시 축전지를 사용한다.

그리고, 태양광 발전과 풍력 발전과 같은 신재생 에너지를 활용하여 전력 비용을 절감하려는 시도가 이루어지고 있으며, 태양 에너지를 이용한 발전은 하루 중 낮에만 이용이 가능하고, 계절별로는 여름에 더 많은 전력을 생산할 수 있는데 반해 계절별 편차가 다소 큰 단점이 있다.

또한, 풍력 에너지를 이용한 발전은 대체로 밤에 발전량이 많으며, 계절적으로는 겨울에 더 많은 전력을 생산할 수 있어 태양 에너지의 단점을 어느 정도 보완할 수 있다.

따라서, 상시 전력을 얻기 위하여 디젤발전기와 신재생 에너지인 태양광 및 풍력 발전을 연계하는 하이브리드 발전 방식이 많이 개발되고 있다.

이와같은 기술과 관련되어 종래의 특허 제1262126호에 소규모 하이브리드 발전 시스템의 기술이 제시되고 있으며 그 구성은 도1에서와 같이, 디젤 발전기(20)와, 상기 디젤 발전기(20)의 보조하는 분산 전력 공급원으로서, 태양 에너지 및 풍력 에너지를 사용하여 전력을 생산하는 재생 발전부(30)와, 상기 디젤 발전기(20) 및 재생 발전부(30)에서 생산된 전력을 공급받아 사용하는 전력 부하(40)와, 상기 디젤 발전기(20) 및 재생 발전부(30)에서 생산된 전력이 상기 전력 부하(40)의 소비량보다 작은 경우에 이를 보상할 수 있도록 구성된 플라이 휠(50)과, 상기 디젤 발전기(20) 및 재생 발전부(30)에서 생산된 전력이 상기 전력 부하(40)의 소비량보다 큰 경우에 그잉여 전력을 공급받아 바로 소모하도록 구성된 덤프 로드(60)와, 상기 디젤 발전기(20) 및 재생 발전부(30)에서 생산되는 전력량과 상기 전력 부하(40)의 변동량을 실시간으로 모니터링하여 상기 디젤 발전기(20)의 전력 생산 반응속도보다 빠른 주기의 변동에 발생한 때에는 상기 플라이휠(50)을 작동시켜 필요 전력을 보상하도록 해주는 중앙 모니터링 및 제어부(10);를 포함하되, 상기 플라이 휠(50)은 베어링을 매개로 소형 발전기와 연결된 것으로서, 이 플라이 휠(50)의 관성에너지를 이용하여 작은 용량의 전력을 일시 생산할 수 있는 장치인 것을 특징으로 하고, 상기 중앙 모니터링 및 제어부(10)는 상기 디젤 발전기(20) 및 재생 발전부(30)에서 생산되는 전력량이 상기 전력 부하(40)의 소비 전력량보다 항상 일정량의 여유분을 가지도록 제어하고, 전력 공급시에는 이 여유분의 잉여 전력을 상기 덤프 로드(60)로 공급하여 소모하는 것을 특징으로 하며, 상기 덤프 로드(60)는 풍력 발전의 과풍속 제어용으로 사용하는 것을 특징으로 하되, 상기 재생 발전부(30)의 발전량 변동에 대비할 수 있도록 하면서, 실제로 전력부하(40)로 공급하는 때에는 과전력이 공급되지 않도록 여유분의 잉여 전력을 상기 덤프 로드(60)로 바이패스 시켜 곧바로 소모시킴으로써 별도의 축전 수단이 필요하지 않는 것을 특징으로 하고, 상기 중앙 모니터링 및 제어부(10)는 디젤 발전기로부터 현재 발전량을 전송받고 필요한 제어신호를 출력하는 디젤발전 모듈, 상기 재생 발전부(30)에서 현재 발전량을 전송받고 필요한 제어신호를 출력하는 재생발전모듈, 부하 변동에 따른 전력 부족분을 보상하기 위해 상기 플라이 휠(50)에 대한 제어신호를 출력하는 플라이 휠 제어모듈, 상기 덤프 로드(60)로부터 현재 덤프 로드에서 소모되고 있는 전력량을 전송받고 필요한 제어신호를 출력하는 덤프 제어모듈 및 부하 미터로부터 현재 부하의 전력 소비량을 전송받고 필요한 제어신호를 출력하는 부하 모니터링 모듈로 구성되되, 상기 디젤 발전기(20) 및 재생 발전부(30)로부터 생산되는 전력량을 제어하는데 필요한 부하변동 DB를 포함하는 구성으로 이루어 진다.

그러나, 상기와 같은 발전시스템은, 잉여 전력을 발생시 이를 소비토록 별도의 덤프 로드(60)를 구비하여야 하여 구조가 복잡하게 되고, 하나의 플라이 휠(50)만을 사용하여 효율적인 전력관리가 힘들게 되는 단점이 있는 것이다.

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 환경적인 요인에 상관없이 균일한 전원의 공급이 가능토록 하고, 마찰손실을 줄여 발전기의 발전효율을 증대시킬 수 있도록 하며, 회전축 상에 회전관성력을 제공하는 플라이휠을 설치하여 회전력을 배가시켜 발전기의 발전효율을 극대화할 수 있도록 하고, 마그네트 사이에 작용하는 인력과 척력의 상호 작용에 의해 플라이휠의 회전관성을 더욱 증대토록 하는 잉여전력을 이용한 플라이휠 에너지 저장 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 풍력 또는 태양광에너지를 이용하는 재생에너지발생부와 상기 재생에너지발생부의 전압이 규정이상인 경우 그 전력을 한전에 직접공급하거나 재생에너지발생부의 전압이 규정이하인 경우 플라이휠재생부에 공급토록 설치되는 컨트롤러 및 컨트롤러로 부터 전원이 공급되면서 발전기가 연결되는 플라이휠재생부로서 이루어 지고,

상기 플라이휠재생부는, 케이싱의 내측에 순차동작수단을 통하여 개별동작하도록 복수의 모터유니트로서 이루어지고,

상기 모터유니트는, 마그네틱베어링으로 케이싱의 내측에 지지되는 축의 외측에 복수의 로우터코아가 구별되어 각각 구비되는 로우터, 상기 로우터코아에 대응토록 케이싱에 복수의 고정자코아가 구별되어 각각 구비되는 고정자, 상기 축에 고정되면서 복수의 제1마그네트가 구비되는 복수의 플라이휠로서 이루어지며,

상기 순차동작수단은, 상기 플라이휠에 각각 대응토록 케이싱의 내측에 고정되면서 전원의 공급시 제1마그네트에 대응되어 인력 및 척력이 동작토록 돌출되는 제2마그네트로서 이루어지는 잉여전력을 이용한 플라이휠 에너지 저장 시스템을 제공한다.

그리고, 본 발명은 제2마그네트는 플라이휠의 양측면 원주방향에 동일간격으로 각각 배치되면서 플라이휠의 평면상에서 서로 엇갈리게 배치되는 잉여전력을 이용한 플라이휠 에너지 저장 시스템을 제공한다.

더하여, 본 발명의 발전기의 회전축에 복수의 플라이휠발생부가 연결되는 잉여전력을 이용한 플라이휠 에너지 저장 시스템을 제공한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 환경적인 요인에 상관없이 균일한 전원의 공급이 가능하고, 마찰손실을 줄여 발전기의 발전효율을 증대시키며, 회전축 상에 회전관성력을 제공하는 플라이휠을 설치하여 회전력을 배가시켜 발전기의 발전효율을 극대화하고, 마그네트 사이에 작용하는 인력과 척력의 상호 작용에 의해 플라이휠의 회전관성을 더욱 증대하는 효과가 있는 것이다.

도1은 종래의 소규모 하이브리드 발전 시스템을 도시한 블럭도이다.
도2는 본 발명에 따른 플라이휠 에너지 저장 시스템을 도시한 블럭도이다.
도3은 본 발명에 따른 플라이휠 에너지 저장 시스템의 플라이휠재생부를 도시한 사시도이다.
도4는 본 발명에 따른 플라이휠 에너지 저장 시스템의 플라이휠재생부를 도시한 동작상태 단면도이다.
도5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라이휠 에너지 저장 시스템의 플라이휠재생부 연결상태도이다.

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도2는 본 발명에 따른 플라이휠 에너지 저장 시스템을 도시한 블럭도이고, 도3은 본 발명에 따른 플라이휠 에너지 저장 시스템의 플라이휠재생부를 도시한 사시도이며, 도4는 본 발명에 따른 플라이휠 에너지 저장 시스템의 플라이휠재생부를 도시한 동작상태 단면도이고, 도5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라이휠 에너지 저장 시스템의 플라이휠재생부 연결상태도이다.

본 발명은, 풍력(101) 또는 태양광에너지(103)를 이용하는 재생에너지발생부(100)와 상기 재생에너지발생부(100)의 전압이 규정이상인 경우 그 전력을 한전(700)에 직접공급하거나 재생에너지발생부의 전압이 규정이하인 경우 플라이휠재생부(500)에 공급토록 설치되는 컨트롤러(300)로서 이루어 진다.

그리고, 상기 플라이휠재생부(500)는, 케이싱(510)의 내측에 순차동작수단(530)을 통하여 플라이휠(570)의 측면에 배력이 개별동작하도록 설치되는 복수의 모터유니트(550)로서 이루어진다.

이때, 상기 모터유니트(550)는, 마그네틱베어링(400)으로 케이싱(510)의 내측에 지지되는 축(551)의 외측에 복수의 로우터코아가 구별되어 각각 구비되는 로우터(553), 상기 로우터코아에 대응토록 케이싱(510)에 복수의 고정자코아가 구별되어 각각 구비되는 고정자(555), 상기 축에 플라이휠(570)로서 이루어 진다.

계속하여, 상기 마그네틱베어링(400)은, 상기 축(551)에 고정되는 ㄷ자형상의 제1위치결정판(410) 수평 및 수직면에 각각 설치되는 제1자성체(430)와 상기 제1위치결정판(410)에 대응토록 케이싱(510)에 고정되는 ㄷ자 형상의 제2위치결정판(450) 및 상기 제2위치결정판의 내측면에 형성되는 제2자성체(470)로서 이루어진다.

또한, 상기 복수의 모터유니트(550)의 하나의 플라이휠(570) 양측에 대칭토록 각각 설치된다.

더하여, 상기 플라이휠(570)의 양측면에는 원주방향을 따라 복수의 제1마그네트(571)가 구비된다.

한편, 상기 순차동작수단(530)은, 상기 플라이휠(570)에 각각 대응토록 케이싱(510)의 내측에 고정되는 고정판(539)과 전원의 공급시 제1마그네트(571)에 대응되어 인력 및 척력이 동작토록 고정판의 장착공간(537)에서 돌출 및 수납되는 제2마그네트(531)와 상기 제2마그네트(531)가 전방으로 돌출 또는 수납토록 설치되는 솔레노이드(533)로서 이루어 진다.

그리고, 상기 제2마그네트(531)는 플라이휠(570)의 양면의 원주방향에 동일간격으로 각각 배치되면서 플라이휠의 평면상에서 서로 엇갈리게 배치된다.

더하여, 상기 플라이휠재생부는, 복수개가 하나의 발전기(580)에 일체로 연결되는 구성으로 이루어 진다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 동작을 설명한다.

도2 내지 도5에서 도시한 바와같이 본 발명은, 풍력(101) 또는 태양광에너지(103)를 이용하는 재생에너지발생부(100)는 계절적 요인에 따라 그 발전량이 일정하지 않게 되고, 본 발명에서는 풍력 또는 태양광에너지의 평균적인 발전량을 확인한 후 컨트롤러(300)에 의해 전압을 조절하여 한전 또는 수용가로 이루어진 전력소비처(700)에 항상 일정한 전압을 공급토록 한다.

즉, 본 발명의 컨트롤러(300)는, 상기 재생에너지발생부(100)의 전압이 규정이상인 경우 그 전력을 전력소비처(700)에 직접공급한다.

또한, 상기 재생에너지발생부의 전압이 규정이하인 경우 플라이휠재생부(500)에 전력을 공급하여 플라이휠재생부(500)에서 발전을 수행하고, 상기 플라이휠재생부(500)의 공급전압이 규정 전압이상인 경우 컨트롤러(300)를 통하여 전력소비처(700)에 공급토록 한다.

이때, 상기 플라이휠재생(500)에서 공급되는 전압이 규정이하인 경우 플라이휠재생부(500)의 공급전력 및 재생에너지발생부의 전압을 플라이휠재생부(500)에 재 공급하여 발전을 수행한다.

그리고, 상기 플라이휠재생부(500)는, 케이싱(510)의 내측에 순차동작수단(530)을 통하여 플라이휠(570)의 측면에서 회전력을 증가시키는 배력이 개별동작하도록 설치되는 복수의 모터유니트(550)로서 이루어져 재생에너지발생부의 공급전압에 따라 순차동작수단(530)을 각각 동작토록 한다.

이때, 상기 모터유니트(550)는, 마그네틱베어링(400)으로 케이싱(510)의 내측에 지지되는 축(551)의 외측에 복수의 로우터코아가 구별되어 각각 구비되는 로우터(553), 상기 로우터코아에 대응토록 케이싱(510)에 복수의 고정자코아가 구별되어 각각 구비되는 고정자(555), 상기 축에 플라이휠(570)로서 이루어져 전원의 공급시 모터의 원리에 의해 축(551)이 회전되고, 상기 축(551)의 회전시 플라이휠(570)이 동시에 회전될 때 원주방향을 따라 설치되는 복수의 제1마그네트(571)가 순차동작수단(530)에 구비되는 제2마그네트와의 사이에서 인력 및 척력이 작용하면서 회전력을 배가 시키게 된다.

계속하여, 상기 축(551)은 일반적인 베어링을 사용하여도 되나 본 발명에서는 마그네틱베어링(400)을 사용하여 마찰 손실을 최소화 한다.

이때, 상기 마그네틱베어링(400)은, 상기 축(551)에 고정되는 ㄷ자형상의 제1위치결정판(410) 수평 및 수직면에 각각 설치되는 제1자성체(430)와 상기 제1위치결정판(410)에 대응토록 케이싱(510)에 고정되는 ㄷ자 형상의 제2위치결정판(450) 및 상기 제2위치결정판의 내측면에 형성되는 제2자성체(470)로서 이루어져 일정위치에서 마그네트를 마찰 없이 지지토록 한다.
한편, 상기 순차동작수단(530)은, 상기 플라이휠(570)에 각각 대응토록 케이싱(510)의 내측에 고정되는 고정판(539), 상기 고정판(539)에 형성되는 장착공간(537)에 고정되는 솔레노이드(533)를 통하여 연결되는 제2마그네트(531), 상기 제2마그네트(531)에 대응토록 플라이휠(570)에 형성되는 제1마그네트(571)의 조립구조로 이루어져 솔레노이드(533)가 동작하면서 제2마그네트의 전원공급을 제어할 때 + 또는 -극성이 작용토록 되는 제2마그네트(531)가 제1마그네트(571)에 근접되면서 고정되는 제2마그네트를 중심으로 회전되는 제1마그네트에 인력 및 척력이 연속하여 동작토록 된다.

즉, 본 발명의 순차동작수단(530)은, 고정판의 양측면에 각각 구비되는 제2마그네트(531)가 상기 제2마그네트에 대응토록 각 플라이휠(570) 일면의 원주방향에 동일간격으로 각각 배치되면서 양측의 플라이휠에 설치되는 제1마그네트가 평면상에서 서로 엇갈리게 배치되고, 상기 고정판(539)의 양측에 각각 설치되는 제2마그네트가 솔레노이드(533)에 의해 노출될 때 양측의 모터유니트에 각각 구비되는 플라이휠(570)의 제1마그네트(571)와 상호 작용이 이루어져 축(551)의 회전시 원주방향에 배치되는 제2마그네트(531)가 제1마그네트(571)를 회전방향으로 연속하여 밀고 당기게 되어 회전력을 배가시키도록 한다.

삭제

더하여, 상기 플라이휠재생부는, 복수개가 하나의 발전기(580)에 일체로 연결되어 복수의 플라이휠재생부의 발전기에 하나의 축으로 연결되어 일정한 회전력이 발생이 가능토록 되어 효율적인 전원이 발생이 이루어지는 것이다.

101...풍력 103...태양광에너지
300...컨트롤러 500...플라이휠재생부
510...케이싱 550...모터유니트
570...플라이휠 700...한전

Claims

풍력 또는 태양광에너지를 이용하는 재생에너지발생부와 상기 재생에너지발생부 또는 플라이휠재생부의 공급전압이 규정이상인 경우 그 전력을 한전에 직접공급하고 재생에너지발생부 또는 플라이휠재생부의 공급전압이 규정이하인 경우 플라이휠재생부에 공급토록 설치되는 컨트롤러 및 컨트롤러로 부터 전원이 공급되면서 발전기가 연결되는 플라이휠재생부로서 이루어 지고,
상기 플라이휠재생부는, 컨트롤러에서 공급되는 전원에 의해 케이싱의 내측에서 축을 통하여 회전토록 하면서 축에 고정되는 복수의 플라이휠 일측면에 원주방향을 따라 복수의 제1마그네트가 구비되는 복수의 모터유니트로서 이루어지고, 상기 플라이휠에 대응토록 케이싱에 고정되는 순차동작수단을 통하여 플라이휠에 자장에 의한 인력 또는 척력이 작용토록 설치되며,
상기 모터유니트는, 마그네틱베어링으로 케이싱의 내측에 지지되는 축의 외측에 복수의 로우터코아가 구별되어 각각 구비되는 로우터, 상기 로우터코아에 대응토록 케이싱에 복수의 고정자코아가 구별되어 각각 구비되는 고정자, 상기 축에 고정되는 플라이휠로서 이루어지고,
상기 순차동작수단은, 복수의 플라이휠 일면이 각각 대향토록 케이싱의 내측에 고정되는 고정판, 상기 고정판의 양측면에 각각 구비되는 장착공간에 설치되면서 전원의 공급시 제1마그네트에 대응되어 인력 또는 척력이 작용토록 하면서 장착공간에서 돌출 또는 수납되는 제2마그네트, 상기 제2마그네트를 전방으로 돌출 또는 수납토록 고정판에 설치되는 솔레노이드로서 이루어지며,
상기 제2마그네트는, 양측 플라이휠의 원주방향에 동일간격으로 각각 배치되면서 평면상에서 양측의 플라이휠에 서로 엇갈리게 배치되는 잉여전력을 이용한 플라이휠 에너지 저장 시스템.
제1항에 있어서, 상기 마그네틱베어링은, 상기 축에 고정되는 ㄷ자형상의 제1위치결정판 측면 및 제1위치결정판에 형성되는 제1자성체와 상기 제1위치결정판에 대응토록 케이싱에 고정되는 ㄷ자 형상의 제2위치결정판 내측면에 형성되는 제2자성체로 이루어진 것을 특징으로 하는 잉여전력을 이용한 플라이휠 에너지 저장 시스템.
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제1항에 있어서, 상기 발전기의 회전축에서 복수의 플라이휠발생부가 서로 다른 각도에서 각각 연결되는 것을 특징으로 하는 잉여전력을 이용한 플라이휠 에너지 저장 시스템.