KR101475480B1 - Height adjustable wind power generator - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 높이 가변형 풍력발전기 및 타워 높이 조절 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a height variable wind turbine and a tower height adjustment method.
최근 차세대 동력원으로 각광받고 있는 풍력 발전은 전세계적으로 그 규모와 시장성이 증가하고 있다. 일반적으로 풍력 발전은 풍력 터빈을 이용하여, 바람을 전기에너지로 바꾸어 생산하는 발전 방식으로, 풍력이 전력망에서 차지하는 비중이 커지면서 차세대 동력원으로서 중요한 역할을 하고 있다. Wind power generation, which has been attracting attention as a next generation power source, is growing in size and marketability around the world. Generally, wind power generation is a power generation system that uses wind turbines to convert wind into electric energy. Wind power plays a major role as a next generation power source as it occupies a larger portion in the power grid.
풍력발전기는 용량 증가로 인해 그 크기가 점점 대형화되고 있는 추세이다. 이로 인해 유지보수 작업 시에 발전기 높이 이상의 대형 크레인 혹은 헬리콥터가 필수적으로 필요하게 되어 유지보수 비용이 증가하게 되는 원인이 된다. Wind turbines are becoming larger and larger due to the increase in capacity. As a result, a large crane or a helicopter more than the height of the generator is required for the maintenance work, which causes the maintenance cost to increase.
특히, 최근 각광받고 있는 해상 풍력발전기의 경우 그 설치 위치가 바다라는 특성으로 인해 육상용에 비해 유지보수가 더 힘든 문제점이 있다. In particular, in the case of offshore wind turbines, which are currently in the spotlight, there is a problem that maintenance is more difficult than maintenance on land due to the characteristics of the sea.
풍력 발전을 수행함에 있어서 바람의 세기뿐만 아니라 바람의 방향도 매우 중요한 요소이다. 이러한 사항에 더하여 고도에 따른 바람의 영향도 발전량에 영향을 주는 요인 중 하나가 된다. In wind power generation, not only wind intensity but also wind direction are very important factors. In addition to these factors, the influence of winds at high altitudes is also one of the factors affecting power generation.
도 1은 고도에 따른 바람의 영향에 따른 적절한 풍력발전기 타워의 높이를 보여주는 그림이다. 1 is a view showing the height of an appropriate wind generator tower according to the influence of wind according to altitude.
도 1을 참조하면, H 높이를 가지는 건물이나 나무에 의해 바람의 진행이 방해를 받아 난류(turbulent flow)가 발생하게 되어 설치 위치에 따라 바람을 최적으로 받아들일 수 있는 높이가 다르게 됨을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 1, turbulent flow occurs due to obstruction of the wind by a building or tree having an H-height, and it can be confirmed that the height at which the wind can be received optimally depending on the installation position is different .
일반적으로 풍력발전기는 발전을 함에 있어서 건축 구조물 혹은 지형지물로 인한 방해를 받지 않는 공간에 설치하지만, 최상의 발전량을 고려하는 경우에는 도 1에 도시된 것과 같이 고도에 따른 바람의 영향도 고려사항이 되어야 할 것이다. In general, a wind turbine generator is installed in a space that is not disturbed by building structures or features in generating electricity. However, when considering the best power generation, consideration should be given to the effect of wind, something to do.
또한, 찬 공기과 더운 공기가 만나 와류가 생기는 부분에 블레이드가 있다면 최상의 발전을 기대하기 어려운 문제점도 있다. In addition, there is a problem that it is difficult to expect the best power generation if there is a blade in a part where cold air and hot air meet and vortex occurs.
하지만, 한국공개특허공보 제10-2012-0040747호에 개시된 것과 같이 기존의 풍력발전기는 요 제어를 통해 블레이드의 방향을 조정하는 것에 초점이 맞춰진 경향이 있다. However, as disclosed in Korean Patent Publication No. 10-2012-0040747, existing wind turbines tend to focus on adjusting the direction of the blades through yaw control.
전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.The above-described background technology is technical information that the inventor holds for the derivation of the present invention or acquired in the process of deriving the present invention, and can not necessarily be a known technology disclosed to the general public prior to the filing of the present invention.
본 발명은 타워 외부에 마련된 복수의 모터를 이용하여 요 제어 기능을 수행하면서 최적 발전량의 고도에 맞게 타워의 높이를 조절하여 발전 효율을 높일 수 있는 높이 가변형 풍력발전기 및 타워 높이 조절 방법을 제공하기 위한 것이다. The present invention relates to a height variable type wind power generator and a tower height adjusting method capable of adjusting a height of a tower in accordance with an altitude of an optimum power generation amount while performing a yaw control function using a plurality of motors provided outside the tower, will be.
본 발명은 유지보수 시에 타워 높이를 최대로 낮추어 대형크레인 대신에 소형크레인으로 작업이 가능하여 해상용에서도 적용 가능하며 유지보수 비용이 절감되고 안전한 작업이 가능한 높이 가변형 풍력발전기 및 타워 높이 조절 방법을 제공하기 위한 것이다. The present invention is applicable to marine applications because it can work with a small crane instead of a large crane by lowering the height of the tower to the maximum at the time of maintenance. It is possible to use a height variable wind turbine and tower height adjustment method .
본 발명의 이외의 목적들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.Other objects of the present invention will become readily apparent from the following description.
본 발명의 일 측면에 따르면, 내표면에는 풍력발전기 타워의 하단 외주면에 형성된 나선형태의 나사산에 대응되는 나사홈이 형성되어 있고, 외표면에는 소정 간격으로 톱니가 형성되어 있는 베어링; 및 상기 톱니에 치합되는 기어를 회전시키는 구동모터를 포함하되, 상기 베어링이 상기 풍력발전기 타워의 하단에 나사결합되어 있는 높이 가변형 풍력발전기가 제공된다. According to an aspect of the present invention, there is provided a bearing having a screw groove corresponding to a screw thread in the outer circumferential surface of a lower end of a wind turbine tower and having teeth formed at a predetermined interval on an outer surface thereof; And a drive motor for rotating the gear engaged with the teeth, wherein the bearing is screwed to the lower end of the wind power generator tower.
상기 구동모터를 고정 설치하고, 상기 베어링을 회전 가능하게 지지하는 타워 기초부를 더 포함하되, 상기 타워 기초부에는 상기 타워의 하단 일부분을 소정 깊이까지 수용 가능한 수용 공간이 마련되어 있을 수 있다.The tower base portion may further include a receiving space capable of receiving a portion of the lower end of the tower to a predetermined depth. The tower base portion may be provided with a driving motor fixedly installed therein and rotatably supporting the bearing.
고도별 풍속 정보에 기초하여 최대 발전량 기대 높이를 산출하고, 상기 풍력발전기 타워가 상기 최대 발전량 기대 높이에 도달하도록 상기 구동모터의 동작을 제어하는 제어부를 더 포함하되, 상기 구동모터의 동작에 의해 상기 베어링이 회전하고, 상기 베어링의 회전에 의해 상기 풍력발전기 타워가 회전하면서 수직 방향으로 이동할 수 있다.Further comprising a control unit for calculating an expected height of the maximum power generation amount based on the altitude-specific wind speed information and controlling the operation of the drive motor so that the wind power generator tower reaches the maximum power generation expected height, The bearing rotates and the wind turbine tower can be rotated in the vertical direction by the rotation of the bearing.
상기 제어부는 고도별 풍향 정보에 기초하여 나셀의 방향을 결정하고, 상기 나셀이 결정된 방향을 향하도록 하는 상기 풍력발전기 타워의 회전각에 상응하여 상기 구동모터의 회전수를 결정할 수 있다.The control unit may determine the direction of the nacelle based on altitude-dependent direction information and determine the number of rotations of the driving motor in accordance with the rotation angle of the wind turbine tower so that the nacelle is directed in a determined direction.
상기 구동모터의 회전수는 상기 구동모터의 기어와 상기 베어링의 톱니 사이의 기어 비에 따라 결정될 수 있다.The rotational speed of the driving motor may be determined according to a gear ratio between the gear of the driving motor and the teeth of the bearing.
상기 구동모터는 상기 풍력발전기 타워의 주변에 방사상으로 복수 개가 설치되며, 개별 제어가 가능하다. A plurality of driving motors are installed radially around the wind turbine tower, and they can be individually controlled.
상기 높이 가변형 풍력발전기는 해상용 풍력발전기이며, 상기 타워 기초부는 해저 지판에 고정되는 고정파일과 연결되는 케이블이 연결되어 있고, 상기 수용 공간의 내부가 비어 있어 부력을 제공할 수 있다.The height variable type wind power generator is a marine wind power generator in which a cable connected to a fixing file fixed to a bottom plate of the tower is connected and the inside of the accommodation space is empty and buoyancy can be provided.
한편 본 발명의 다른 측면에 따르면, 외주면에 나선형태로 나사산이 형성된 타워에 나사결합되는 베어링과, 상기 베어링의 외표면에 기어결합된 구동모터를 포함하는 높이 가변형 풍력발전기의 타워 높이 조절 방법으로서, (a) 제어부에서 고도별 풍속 정보를 수신하는 단계; (b) 상기 고도별 풍속 정보에 기초하여 최대 발전량 기대 높이를 산출하는 단계; (c) 현재 타워 높이와 상기 최대 발전량 기대 높이를 비교하여 높이 조정 시에 발전 효율 향상 여부를 판단하는 단계; 및 (d) 발전 효율 향상이 기대되는 경우에 한해 상기 현재 타워 높이와 상기 최대 발전량 기대 높이의 차이에 상응하는 상기 타워의 상승/하강 높이에 따라 상기 구동모터를 동작시키는 구동신호를 생성하여 출력하는 단계를 포함하는 높이 가변형 풍력발전기의 타워 높이 조절 방법이 제공된다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of adjusting a tower height of a variable height wind turbine including a bearing screwed into a spiral-shaped tower on an outer circumferential surface thereof, and a drive motor gear- (a) receiving the altitude-dependent wind speed information from the control unit; (b) calculating a maximum power generation expected height based on the altitude wind speed information; (c) comparing the current height of the tower with the expected height of the maximum power generation amount to determine whether or not the power generation efficiency is improved when the height is adjusted; And (d) generating and outputting a driving signal for operating the driving motor according to the rising / falling height of the tower corresponding to the difference between the current tower height and the maximum power generation expected height only when the power generation efficiency is expected to be improved There is provided a method of adjusting the height of a tower of a height variable wind power generator.
상기 단계 (d)에서, 상기 제어부는 상기 최대 발전량 기대 높이에서의 풍향 정보에 기초하여 나셀의 방향이 바람을 최대로 맞게 되는 회전각을 고려하여 상기 구동모터의 회전수를 결정할 수 있다.In the step (d), the controller may determine the number of revolutions of the driving motor in consideration of the rotation angle at which the direction of the nacelle is maximized based on the wind direction information at the maximum power generation expected height.
상기 회전수는 상기 구동모터와 상기 베어링의 기어 비에 의해 결정될 수 있다. The number of revolutions can be determined by the gear ratio of the drive motor and the bearing.
상기 단계 (c)는 높이 조정에 소모되는 상기 구동모터의 전력, 상기 최대 발전량 기대 높이에서의 발전 효율, 상기 현재 높이에서의 발전 효율을 고려하여 상기 발전 효율 향상 여부를 판단할 수 있다.The step (c) may determine whether the power generation efficiency is improved in consideration of the power of the driving motor consumed for height adjustment, the power generation efficiency at the maximum power generation amount expected height, and the power generation efficiency at the current height.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.Other aspects, features, and advantages will become apparent from the following drawings, claims, and detailed description of the invention.
본 발명의 실시예에 따르면, 타워 외부에 마련된 복수의 모터를 이용하여 요 제어 기능을 수행하면서 최적 발전량의 고도에 맞게 타워의 높이를 조절하여 발전 효율을 높일 수 있는 효과가 있다. According to the embodiment of the present invention, a plurality of motors provided on the outside of the tower can be used to control the yaw control function, and the height of the tower can be adjusted according to the altitude of the optimum power generation amount, thereby improving the power generation efficiency.
또한, 유지보수 시에 타워 높이를 최대로 낮추어 대형크레인 대신에 소형크레인으로 작업이 가능하여 해상용에서도 적용 가능하며 유지보수 비용이 절감되고 안전한 작업이 가능한 효과가 있다. In addition, it is possible to work with a small crane instead of a large crane by lowering the height of the tower to the maximum at the time of maintenance, and it is applicable to the marine use, and the maintenance cost is reduced and safe operation is possible.
도 1은 고도에 따른 바람의 영향에 따른 적절한 풍력발전기 타워의 높이를 보여주는 그림,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 높이 가변형 풍력발전기의 종단면도,
도 3은 도 2의 AA선에 따른 단면도,
도 4는 타워 높이 조절의 개념을 나타낸 도면,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 높이 가변형 풍력발전기의 종단면도,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 높이 가변형 풍력발전기의 높이 조절 방법의 순서도. FIG. 1 is a view showing the height of an appropriate wind power generator tower according to the influence of wind according to altitude; FIG.
2 is a longitudinal sectional view of a height variable type wind turbine according to an embodiment of the present invention,
3 is a sectional view taken along the line AA in Fig. 2,
4 is a view illustrating the concept of the height adjustment of the tower,
5 is a longitudinal sectional view of a height variable type wind power generator according to another embodiment of the present invention,
6 is a flowchart illustrating a method of adjusting a height of a height variable type wind turbine according to an exemplary embodiment of the present invention.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, . On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, the terms "comprises" or "having" and the like refer to the presence of stated features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
또한, 명세서에 기재된 "…부", "…모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.Also, the terms " part, "" module," and the like, which are described in the specification, mean a unit for processing at least one function or operation, and may be implemented by hardware or software or a combination of hardware and software.
또한, 각 도면을 참조하여 설명하는 실시예의 구성 요소가 해당 실시예에만 제한적으로 적용되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상이 유지되는 범위 내에서 다른 실시예에 포함되도록 구현될 수 있으며, 또한 별도의 설명이 생략될지라도 복수의 실시예가 통합된 하나의 실시예로 다시 구현될 수도 있음은 당연하다.It is to be understood that the components of the embodiments described with reference to the drawings are not limited to the embodiments and may be embodied in other embodiments without departing from the spirit of the invention. It is to be understood that although the description is omitted, multiple embodiments may be implemented again in one integrated embodiment.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일하거나 관련된 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Reference will now be made in detail to the preferred embodiments of the present invention, examples of which are illustrated in the accompanying drawings, wherein like reference numerals refer to the like elements throughout. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 높이 가변형 풍력발전기의 종단면도이고, 도 3은 도 2의 AA선에 따른 단면도이며, 도 4는 타워 높이 조절의 개념을 나타낸 도면이다. FIG. 2 is a longitudinal sectional view of a height variable type wind turbine according to an embodiment of the present invention, FIG. 3 is a sectional view taken along line AA of FIG. 2, and FIG.
본 발명의 일 실시예에 따른 높이 가변형 풍력발전기(100)는 육상용 풍력발전기로서, 타워 외부에 배치된 구동모터의 구동에 의해 타워가 회전하면서 상승 혹은 하강하게 되어 타워 높이의 조절이 가능한 것을 특징으로 한다. The height variable type
또한, 타워 자체의 회전을 통해 바람의 방향에 따라 나셀의 방향을 전환하는 요(yaw) 제어 기능도 함께 수행할 수 있다. In addition, a yaw control function for switching the direction of the nacelle along the direction of the wind through rotation of the tower itself can also be performed.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 타워(110), 타워 기초부(120), 수용공간(122), 베어링(130), 나사홈(131), 톱니(132)구동모터(140), 회전축(141), 기어(142)가 도시되어 있다. 2 to 4, a
본 발명의 일 실시예에 따른 높이 가변형 풍력발전기(100)는 바람에 의해 회전하는 블레이드의 회전에너지를 나셀 내부의 발전기에서 전기에너지로 변환함으로써 발전을 수행한다. 이 때 나셀은 타워(110)의 상단에 설치되며, 바람에 가장 큰 영향을 받는 블레이드의 수직방향 위치는 타워(110)의 높이에 의해 결정될 수 있다. The height variable type
타워(110)의 하단 외주면에는 나선형태로 감기는 나사산이 형성되어 있다. On the outer peripheral surface of the lower end of the
베어링(130)은 소정 높이를 가지는 링(ring) 형상으로, 내표면에는 타워(110)의 하단 외주면에 형성된 나사산이 대응되는 나선형태로 감기는 나사홈(131)이 형성되어 있어, 타워(110)와 나사결합 방식으로 결합될 수 있다. The
따라서, 베어링(130)이 회전하게 되면 타워(110)도 회전하면서 수직 방향으로 이동하게 된다. Accordingly, when the
베어링(130)의 외표면에는 소정 간격의 톱니(132)가 형성되어 있어 수직방향의 회전축(141)을 가지는 구동모터(140)의 기어(142)에 치합하게 되고, 이로 인해 구동모터(140)의 회전력이 베어링(130)에 전달될 수 있다. The
복수의 구동모터(140)는 타워(110)의 외주면을 따라 방사상으로 배치될 수 있으며, 타워(110)와 평행한 수직방향의 회전축을 가지고 있다. 또한, 각 구동모터(140)는 베어링(130)의 외표면에 형성된 톱니에 치합되는 기어(142)를 가지고 있다. The plurality of drive motors 140 may be arranged radially along the outer circumferential surface of the
복수의 구동모터(140)가 고정되며, 베어링(130)을 회전 가능하게 지지하는 타워 기초부(120)에는 지표면 내에 일정 깊이만큼 타워(110)의 하단부가 삽입될 수 있는 수용공간(122)이 형성되어 있다. 타워(110)는 수용공간(122)의 깊이만큼 하강할 수 있으며, 타워(110)가 수용공간(122) 내에 최대로 수용된 경우 타워(110)는 최저 높이를 가지게 된다. A plurality of drive motors 140 are fixed and an
제어부(미도시)는 복수의 구동모터(140)의 동작을 제어한다. 높이 가변형 풍력발전기(100)에 설치된 센서(미도시) 혹은 외부 시스템으로부터 현 시점의 바람에 관한 정보(고도별 풍속 정보, 풍향 정보 등)를 획득하고서, 최대 발전량이 기대되는 타워(110)의 높이를 결정하고, 타워(110)를 해당 높이까지 상승 혹은 하강시키도록 복수의 구동모터(140)를 정방향 혹은 역방향으로 회전시키는 구동신호를 생성하여 출력한다. A control unit (not shown) controls the operation of the plurality of drive motors 140. Information (altitude-specific wind speed information, wind direction information, and the like) of the current wind from the sensor (not shown) provided in the height variable type
추가적으로 제어부는 풍향 정보에 기초하여 나셀의 방향을 결정하고, 타워(110)의 나셀이 결정된 방향을 향하도록 하는 타워(110)의 회전각을 산출한 후, 복수의 구동모터(140)를 회전시키는 구동신호를 생성하여 출력할 수 있다. In addition, the control unit determines the direction of the nacelle based on the wind direction information, calculates the rotation angle of the
이 때 구동모터(140)의 회전수는 구동모터(140)의 기어와 베어링(130)의 톱니 사이의 기어 비에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 베어링(130)과 구동모터(140)의 기어 비가 n:1인 경우, 타워(110)를 180도 회전시켜야 할 때 베어링(130)을 1/2회전시켜야 하기에 구동모터(140)를 n/2회전시키도록 제어할 수 있을 것이다. The number of revolutions of the driving motor 140 may be determined according to the gear ratio between the gear of the driving motor 140 and the teeth of the
본 실시예에서 구동모터(140)를 복수 개 장착함으로써 단시간 내에 타워(110)가 최적 높이로 이동하게 하고, 일부 구동모터(140)가 고장난 경우의 대비(redundancy)가 가능하다. In the present embodiment, by mounting a plurality of driving motors 140, the
복수의 구동모터(140)는 개별 제어가 가능하여, 타워 높이를 빠르게 조절할 필요가 없거나 나셀의 방향 조절(요 제어 기능)만이 필요한 경우에는 최소한의 수에 해당하는 구동모터(140)만을 구동시키며, 신속한 조절이 필요할 경우에는 보다 많은 수의 구동모터(140)를 구동시키게 된다. The plurality of driving motors 140 can be individually controlled and only the driving motor 140 corresponding to the minimum number is driven when it is not necessary to adjust the height of the tower quickly or only the direction adjustment of the nacelle (yaw control function) And a larger number of driving motors 140 are driven when rapid adjustment is required.
본 실시예에 따른 높이 가변형 풍력발전기(100)는 타워(110) 주변의 구동모터(140)가 구동되면 베어링(130)이 타워(110)을 중심으로 회전하게 되고, 베어링(130)에 나사결합된 타워(110)가 베어링(130)의 회전에 따라 회전하면서 상승 혹은 하강하게 된다. The height variable type
도 4의 (a)에 도시된 것과 같이, 타워의 하단부가 타워 기초부의 수용공간 내에 일부분이 수용된 경우를 기준 높이로 가정한다. 이 경우 구동모터를 정방향으로 회전시킴으로써 베어링을 역방향으로 회전시켜 타워의 높이를 낮추거나(도 4의 (b) 참조), 구동모터를 역방향으로 회전시킴으로써 베어링을 정방향으로 회전시켜 타워의 높이를 높일 수 있을 것이다(도 4의 (c) 참조). 여기서, 구동모터의 회전 방향에 따른 타워의 상승/하강은 반대일 수도 있을 것이다. As shown in Fig. 4 (a), a case where the lower end portion of the tower is partially accommodated in the receiving space of the tower base portion is assumed as a reference height. In this case, by rotating the drive motor in the forward direction, the bearing is rotated in the opposite direction to lower the height of the tower (refer to FIG. 4 (b)) or by rotating the drive motor in the reverse direction, (See Fig. 4 (c)). Here, the rise / fall of the tower along the direction of rotation of the drive motor may be reversed.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 높이 가변형 풍력발전기의 종단면도이다. 5 is a longitudinal sectional view of a height variable type wind turbine according to another embodiment of the present invention.
본 발명의 다른 실시예에 따른 높이 가변형 풍력발전기(200)는 해상용 풍력발전기로서, 도 2에 도시된 육상용 풍력발전기와 비교할 때 타워 높이 조절 원리 및 구조는 거의 동일하며, 차이점을 위주로 설명하기로 한다. The height variable type
즉, 도 5의 타워(210), 베어링(230), 구동모터(240)는 도 2의 타워(110), 베어링(130), 구동모터(140)에 대응된다. That is, the
해상용 풍력발전기의 타워 기초부(220)에는 내부에 타워(210)의 하단부를 수용하기 위한 수용공간(222)이 마련되어 있는데, 수용공간(222)의 내부가 비어 있어 해상용 풍력발전기를 해상에 부유시키기 위한 부력을 제공해 준다. The
타워 기초부(220)에는 해저 지판에 고정되는 고정파일과 연결되는 케이블(260)이 연결되어 있어 타워 기초부(220)가 일정 위치에 고정되어 있을 수 있도록 한다. A
타워 기초부(220)의 상부에는 복수의 구동모터(240)를 고정 설치하고 베어링(230)을 회전 가능하게 지지하는 고정판(250)이 설치되어 있으며, 고정판(250)의 중심에는 타워(210)가 관통될 수 있는 관통홀이 형성되어 있다. A plurality of driving motors 240 are fixed to the upper portion of the
따라서, 해상용 풍력발전기에서도 구동모터(240)의 동작에 의해 베어링(230)이 회전하게 되고, 이로 인해 타워 기초부(220)에 대해 상대적으로 타워(210)가 상승 또는 하강할 수 있어 타워(210)의 높이 조절이 가능하게 된다. Therefore, even in the marine wind power generator, the
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 높이 가변형 풍력발전기의 높이 조절 방법의 순서도이다. 도 6의 각 단계는 전술한 높이 가변형 풍력발전기의 제어부에서 수행될 수 있다. 6 is a flowchart illustrating a method of adjusting a height of a height variable type wind turbine according to an exemplary embodiment of the present invention. Each step of Fig. 6 can be performed in the control section of the above-described variable-height wind turbine generator.
우선 제어부는 센서 혹은 외부 시스템(예를 들어, 기상센터, 윈드팜(wind farm)에 설치된 풍향/풍속 조사 시스템 등)로부터 고도별 풍속 정보를 수신한다(단계 S310). The control unit receives the altitude-specific wind speed information from a sensor or an external system (for example, a weather / wind speed survey system installed in a weather center or a wind farm) (step S310).
수신된 고도별 풍속 정보를 분석하여 최대 발전량이 기대되는 나셀의 높이, 즉 타워의 높이를 산출한다(단계 S320). The height of the nacelle at which the maximum power generation is expected, that is, the height of the tower, is calculated by analyzing the received wind velocity information (step S320).
현재 타워 높이와 비교하여 최대 발전량이 기대되는 타워 높이까지 높이 조정 시에 발전 효율이 향상되는지 여부를 판단한다(단계 S330). It is determined whether or not the power generation efficiency is improved at the height adjustment to the tower height at which the maximum power generation amount is expected compared with the current tower height (step S330).
발전 효율이 향상되지 않을 것으로 판단되는 경우에는 높이 조절을 수행하지 않고 다시 단계 S310으로 되돌아간다. If it is determined that the power generation efficiency will not be improved, the process returns to step S310 without performing the height adjustment.
이는 높이 조절을 위해 동작되는 타워 주변의 구동모터의 전력 소모량과 연관된다. 높이 조절을 수행하였으나 발전 효율이 향상되지 않을 경우, 높이 조절에 소모된 구동모터의 전력만큼의 손실이 발생하기 때문에 구동모터의 전력 소모량 이상의 발전 효율 향상이 기대되는 경우에 한해 높이 조절을 수행할 수 있다. This is related to the power consumption of the drive motor around the tower being operated for height adjustment. If height adjustment is performed but the power generation efficiency is not improved, since the power loss of the drive motor consumed for the height adjustment is generated, the height adjustment can be performed only when the power generation efficiency is expected to be higher than the power consumption amount of the drive motor have.
발전 효율이 향상될 것으로 판단되는 경우에 단계 S340으로 진행한다. 단계 S340에서는 제어부는 최대 발전량이 기대되는 높이와 현재 타워 높이의 차이를 산출하여, 타워의 상승 혹은 하강 높이를 결정한 후 구동모터를 동작시키는 구동신호를 생성하여 출력한다. If it is determined that the power generation efficiency is to be improved, the flow proceeds to step S340. In step S340, the controller calculates a difference between a height at which the maximum power generation is expected and a current tower height, determines a rising or falling height of the tower, and then generates and outputs a driving signal for operating the driving motor.
이 때 해당 고도에서의 풍향을 고려하여 나셀의 방향이 바람을 최대로 맞을 수 있도록 하는 회전각을 추가적으로 고려하여 구동모터를 동작시킬 수 있을 것이다. 이 경우 구동모터의 회전수는 구동모터와 베어링의 기어 비를 고려하여 결정될 수 있다. In this case, considering the wind direction at the corresponding altitude, the driving motor may be operated by further considering the rotation angle to allow the direction of the nacelle to maximize the wind. In this case, the number of rotations of the drive motor can be determined in consideration of the gear ratio of the drive motor and the bearing.
또한, 구동모터를 동작시킴에 있어서 일부 구동모터에서 고장이 발생한 경우 여분의 구동모터를 동작시키도록 하고, 고장난 구동모터는 베어링으로부터 멀어지도록 이동시켜 베어링의 회전력 손실을 줄이도록 할 수 있다. Further, in the operation of the drive motor, the redundant drive motor may be operated when a failure occurs in some drive motors, and the failed drive motor may be moved away from the bearings to reduce the rotational loss of the bearings.
본 실시예들에 따르면, 타워 자체가 회전하여 기존의 요 제어 기능을 대신할 수 있어 나셀에서 요 제어에 이용되는 설비를 생략할 수 있고, 최적 발전량이 기대되는 고도에 맞도록 타워의 높이를 조절하여 발전 효율을 높일 수 있다.According to the embodiments, the tower itself can rotate to replace the existing yaw control function, so that the equipment used for yaw control in the nacelle can be omitted, and the height of the tower can be adjusted to meet the height at which the optimum power generation is expected Thereby improving power generation efficiency.
유지보수 시에는 타워 높이를 최대로 낮추어 대형크레인 대신 중소형 크레인으로 작업이 가능하게 할 수 있어, 유지보수 비용을 절감하고 안전한 작업 수행이 가능하도록 한다. 특히 해상 위에서 유지보수 작업을 하게 되는 해상용 풍력발전기에서 큰 장점으로 작용할 수 있다. In maintenance, the tower height can be reduced to the maximum to enable the small and medium sized crane to be used instead of the large crane, thereby reducing the maintenance cost and ensuring safe operation. Especially, it can be a great advantage in offshore wind turbine that is going to be maintenance work on the sea.
상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention as defined in the following claims And changes may be made without departing from the spirit and scope of the invention.
100, 200: 높이 가변형 풍력발전기 110, 210: 타워
120, 220: 타워 기초부 122, 222: 수용 공간
130, 230: 베어링 140, 240: 구동모터
142, 242: 기어 250: 고정판
260: 케이블100, 200: height variable type
120, 220:
130, 230: bearings 140, 240: drive motor
142, 242: gear 250: fixed plate
260: Cable
Claims (11)
상기 톱니에 치합되는 기어를 회전시키는 구동모터를 포함하되,
상기 베어링이 상기 풍력발전기 타워의 하단에 나사결합되어 있는 높이 가변형 풍력발전기. A bearing on the inner surface of which a thread groove corresponding to a spiral thread formed on the outer peripheral surface of the lower end of the wind power generator tower is formed and teeth are formed on the outer surface at predetermined intervals; And
And a drive motor for rotating the gear engaged with the teeth,
Wherein the bearing is threadedly coupled to a lower end of the wind turbine tower.
상기 구동모터를 고정 설치하고, 상기 베어링을 회전 가능하게 지지하는 타워 기초부를 더 포함하되,
상기 타워 기초부에는 상기 타워의 하단 일부분을 소정 깊이까지 수용 가능한 수용 공간이 마련되어 있는 높이 가변형 풍력발전기. The method according to claim 1,
Further comprising a tower base portion fixedly installed with the drive motor and rotatably supporting the bearing,
Wherein the tower base portion is provided with a receiving space capable of receiving a portion of the lower end of the tower up to a predetermined depth.
고도별 풍속 정보에 기초하여 최대 발전량 기대 높이를 산출하고, 상기 풍력발전기 타워가 상기 최대 발전량 기대 높이에 도달하도록 상기 구동모터의 동작을 제어하는 제어부를 더 포함하되,
상기 구동모터의 동작에 의해 상기 베어링이 회전하고, 상기 베어링의 회전에 의해 상기 풍력발전기 타워가 회전하면서 수직 방향으로 이동하는 높이 가변형 풍력발전기. The method according to claim 1,
Further comprising a control unit for calculating an expected height of the maximum power generation amount based on the altitude-specific wind speed information and controlling the operation of the drive motor so that the wind power generator tower reaches the maximum power generation expected height,
Wherein the bearing is rotated by an operation of the drive motor and the wind turbine tower is rotated by the rotation of the bearing to move in a vertical direction.
상기 제어부는 고도별 풍향 정보에 기초하여 나셀의 방향을 결정하고, 상기 나셀이 결정된 방향을 향하도록 하는 상기 풍력발전기 타워의 회전각에 상응하여 상기 구동모터의 회전수를 결정하는 높이 가변형 풍력발전기. The method of claim 3,
Wherein the controller determines the direction of the nacelle based on altitude-dependent direction information and determines the number of rotations of the drive motor in accordance with the rotation angle of the wind turbine tower so that the nacelle is directed in a determined direction.
상기 구동모터의 회전수는 상기 구동모터의 기어와 상기 베어링의 톱니 사이의 기어 비에 따라 결정되는 높이 가변형 풍력발전기. 5. The method of claim 4,
Wherein the rotational speed of the drive motor is determined by a gear ratio between a gear of the drive motor and a tooth of the bearing.
상기 구동모터는 상기 풍력발전기 타워의 주변에 방사상으로 복수 개가 설치되며, 개별 제어가 가능한 높이 가변형 풍력발전기.The method according to claim 1,
Wherein the drive motor is installed radially around the wind turbine tower and is individually controllable.
상기 높이 가변형 풍력발전기는 해상용 풍력발전기이며,
상기 타워 기초부는 해저 지판에 고정되는 고정파일과 연결되는 케이블이 연결되어 있고, 상기 수용 공간의 내부가 비어 있어 부력을 제공하는 높이 가변형 풍력발전기. 3. The method of claim 2,
The height variable type wind power generator is a marine wind power generator,
Wherein the tower base portion is connected to a cable connected to a fixed file fixed to the bottom plate and the inside of the accommodation space is empty to provide buoyancy.
(a) 제어부에서 고도별 풍속 정보를 수신하는 단계;
(b) 상기 고도별 풍속 정보에 기초하여 최대 발전량 기대 높이를 산출하는 단계;
(c) 현재 타워 높이와 상기 최대 발전량 기대 높이를 비교하여 높이 조정 시에 발전 효율 향상 여부를 판단하는 단계;
(d) 발전 효율 향상이 기대되는 경우에 한해 상기 현재 타워 높이와 상기 최대 발전량 기대 높이의 차이에 상응하는 상기 타워의 상승/하강 높이에 따라 상기 구동모터를 동작시키는 구동신호를 생성하여 출력하는 단계를 포함하는 높이 가변형 풍력발전기의 타워 높이 조절 방법. A method of adjusting a tower height of a height variable wind turbine including a bearing screwed to a tower formed in a spiral shape on an outer circumferential surface thereof and a drive motor gear-coupled to an outer surface of the bearing,
(a) receiving the altitude-dependent wind speed information from the control unit;
(b) calculating a maximum power generation expected height based on the altitude wind speed information;
(c) comparing the current height of the tower with the expected height of the maximum power generation amount to determine whether or not the power generation efficiency is improved when the height is adjusted;
(d) generating and outputting a driving signal for operating the driving motor according to the rising / falling height of the tower corresponding to the difference between the current tower height and the maximum power generation expected height only when the power generation efficiency is expected to be improved Wherein the height of the height adjustable wind power generator is adjustable.
상기 단계 (d)에서,
상기 제어부는 상기 최대 발전량 기대 높이에서의 풍향 정보에 기초하여 나셀의 방향이 바람을 최대로 맞게 되는 회전각을 고려하여 상기 구동모터의 회전수를 결정하는 높이 가변형 풍력발전기의 타워 높이 조절 방법. 9. The method of claim 8,
In the step (d)
Wherein the controller determines the number of revolutions of the driving motor in consideration of a rotation angle at which the direction of the nacelle is maximized based on the wind direction information at the maximum power generation expected height.
상기 회전수는 상기 구동모터와 상기 베어링의 기어 비에 의해 결정되는 높이 가변형 풍력발전기의 타워 높이 조절 방법.10. The method of claim 9,
Wherein the number of revolutions is determined by a gear ratio of the drive motor and the bearing.
상기 단계 (c)는 높이 조정에 소모되는 상기 구동모터의 전력, 상기 최대 발전량 기대 높이에서의 발전 효율, 상기 현재 높이에서의 발전 효율을 고려하여 상기 발전 효율 향상 여부를 판단하는 높이 가변형 풍력발전기의 타워 높이 조절 방법.9. The method of claim 8,
Wherein the step (c) includes the step of determining whether the power generation efficiency is improved in consideration of the power of the driving motor consumed for height adjustment, the power generation efficiency at the maximum power generation amount expected height, and the power generation efficiency at the current height How to adjust the tower height.
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- 2013-10-24 KR KR20130126878A patent/KR101475480B1/en not_active IP Right Cessation
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