KR101544558B1 - 녹색성장을 위한 태양광 융합형 저풍속 고효율 풍력발전 타워 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 에너지저장시스템(Energy Storage System;ESS), 지열발전, 에너지관리시스템(Energy Management System;EMS), 풍력발전, 태양광발전을 포함하여 건물구조를 이루는 에너지 타워에 관한 것이다.
Description
본 발명은 일정 면적 위에 고층 형태의 건축물로서 상층부에 다수의 그린 에너지원을 이용한 발전 시스템을 장착한 녹색성장을 위한 태양광 융합형 저풍속 고효율 풍력발전 타워에 관한 것이다.
본 발명은 불안정한 신재생 에너지를 이용하여 생산된 전력을 시설에 공급하고 유휴전력은 배터리에 저장한 후 사용전력이 부족할 때 공급하여 안정된 전력을 공급하는 시스템을 갖춘 하이브리드 스마트 그린 타워(HYBRID SMART GREEN ENERGY TOWER)로서, 에너지저장시스템(Energy Storage System;ESS), 지열발전, 에너지관리시스템(Energy Management System;EMS), 풍력발전, 태양광발전 등을 포함하여, 주변 초고층건물과 조화를 이루는 친환경 발전소 보급 기능; 에너지 타워 내에 연구시설, 교육시설, 체육시설, 재활치료센터, 위락시설을 통한 지역사회 활성화 기능; 신재생 에너지의 융복합을 통한 경제성 및 효율 증대; 및 관광자원으로서의 활용 기능을 갖는다.
현재, 화석연료의 고갈로 인한 대체에너지 개발 시급하다는 점, 원전가동 중단시 전력 대란에 따른 에너지 확보가 시급하다는 점, 지구온난화에 따른 그린에너지 개발 시급하다는 점, 정부 대책에 따른 융합 그린에너지 시스템 개발이 필요하다는 점, 새 건물 신축시 융합 그린에너지 법제화 제도에 관한 대응책 마련이 필요하다는 점, 세계 환경 단체인 그린피스에서 권장하는 그린에너지 중 풍력에너지 개발 대책 마련 시급하다는 점, 각 지방 지역별로 태양광 외의 인프라가 거의 없어, 신재생 에너지 인프라가 빈약하다는 점, 내륙 및 도심에서의 신재생 에너지 솔루션이 필요하다는 점, 효율적인 신재생 에너지 솔루션 구축이 필요하다는 점 등 에너지 관련 많은 문제점이 제기되고 있는 실정이다.
환경 문제로 인해 그린 에너지는 선택이 아닌 필수이며 국가차원의 경쟁이 이루어지고 있는 상황이다. 그린에너지의 보급이 단순히 저가의 에너지원을 활용하는 아이디어가 아닌 국가 경쟁력으로 직결되고 있는 실정이다. 하나의 특정 기술과 독자적인 운영만으로는 시대에 필요한 그린 에너지 보급에 한계가 있다.
따라서 기존 기술들의 융합을 통해 현실적으로 활용가능한 에너지 생산 기술이 요구된다.
본 발명은 제2차 녹색성장 5개년 계획안('14~'18)에 부합하는 과제로써, 저탄소 경제, 사회 구조를 정착하고 녹색기술과 ICT의 융합을 통한 창조경제구현, 기후변화에 안전하고 쾌적한 생활기반 구축을 위한 태양광 융합형 저풍속 고효율 풍력발전 타워를 제공하고자 함에 목적이 있다.
다른 목적으로서, 40dB 이하의 저소음, 저풍속, 무진동, 고효율 수직형 하이브리드풍력터빈과, 도시의 건물에서 발생하는 와류에도 발전효율을 높일 수 있는 집풍장치와, 태양광발전, ESS, ICT를 포함하는 융합신재생에너지 타워를 제공하고자 함에 발명의 목적이 있다.
또 다른 목적으로서, 도시형 공동주택, 주상복합, 초고층 빌딩의 높이를 이용한 전략발전시스템을 구축할 수 있도록 하는 태양광 융합형 풍력발전 타워를 제공하고자 함에 발명의 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여,
본 발명은 지상에 설치되는 다층 구조의 구조물로서,
타워와;
상기 타워 내의 2층 미만의 저층부에 설치되어 생산된 전력 에너지를 저장하는 에너지저장시스템(Energy Storage System;ESS)와; 상기 타워 내의 난방을 위해 설치하는 지열발전부와;
상기 타워 내의 2층~4층 미만의 저층부에 설치되는 생활체육시설, 체험관, 레스토랑, 기능성 양성소, 부설연구소의 각종 시설과;
상기 타워 내의 4층~5층 미만의 저층부에 설치되어 에너지 생산, 사용관리, 수요예측, 효율관리 및 분석기능을 갖는 에너지관리시스템(Energy Management System;EMS)과;
상기 타워 내의 5층~옥상에 설치되어 에너지를 생산하는 수직축 풍력발전부와; 타워의 옥상에 설치되는 태양광 모듈과, 전망대를 포함하는 태양광발전부;를 포함하여 이루어지는 친환경 에너지 타워를 제공한다.
본 발명에 따른 태양광 융합형 저풍속 고효율 풍력발전 타워는 도심의 이미지에 부합하는 타워 형태의 발전시스템으로서, 도심의 특성에 부합한 저소음, 난기류에 적합한 풍력 시스템과, 좁은 면적의 타워에 장착할 수 있는 수직형 태양발전 시스템을 포함과, 전력에너지의 저장과 발전을 제공하는 ESS 및 EMS 기술의 융합을 통해 전력을 생산하여 시설에 공급하고, 유휴전력은 배터리에 저장한 후 사용전력이 부족할 때 공급하여 안정된 전력 공급할 수 있다는 장점을 갖는다.
그리고 도서지방에 제로 디젤 섬 구축이 가능하며, 도심지역의 초고층빌딩과 15층 이상의 아파트 및 관공서 등에 융합 그린에너지 발전 타워 구축으로 인한 소요 전력량 공급가능하다는 장점을 갖는다.
또한 주변 초고층건물과 조화를 이루는 친환경 발전소 보급이 가능하고, 에너지 타워 내에 연구시설, 교육시설, 체육시설, 재활치료센터, 위락시설을 갖춰 지역사회 활성화가 가능하며, 신재생 에너지의 융복합을 통한 경제성 및 효율 증대와 관광자원으로서의 활용 가능하다는 장점을 갖는다.
도 1은 본 발명에 따른 친환경 에너지 타워의 전체 구성을 보인 도면.
도 2는 본 발명에 따른 친환경 에너지 타워의 전체 구성으로서, 옥상을 제외한 전층을 보인 도면.
도 3은 도 1에 도시된 에너지 타워의 조감도.
도 4는 다른 형태를 보인 친환경 에너지 타워의 조감도.
도 5는 본 발명의 친환경 에너지 타워에 설치하는 에너지관리시스템의 구성도.
도 6은 본 발명의 친환경 에너지 타워에 설치하는 수직축 풍력발전부의 제1실시예(싱글 부스터)를 도시한 사시도.
도 7은 본 발명의 친환경 에너지 타워에 설치하는 수직축 풍력발전부의 제2실시예(더블 부스터)를 도시한 사시도.
도 8은 본 발명의 친환경 에너지 타워에 설치하는 수직축 풍력발전부의 제3실시예(트리플 부스터)를 도시한 사시도.
도 9는 도 8에 도시된 수직축 풍력발전부의 정면도.
도 2는 본 발명에 따른 친환경 에너지 타워의 전체 구성으로서, 옥상을 제외한 전층을 보인 도면.
도 3은 도 1에 도시된 에너지 타워의 조감도.
도 4는 다른 형태를 보인 친환경 에너지 타워의 조감도.
도 5는 본 발명의 친환경 에너지 타워에 설치하는 에너지관리시스템의 구성도.
도 6은 본 발명의 친환경 에너지 타워에 설치하는 수직축 풍력발전부의 제1실시예(싱글 부스터)를 도시한 사시도.
도 7은 본 발명의 친환경 에너지 타워에 설치하는 수직축 풍력발전부의 제2실시예(더블 부스터)를 도시한 사시도.
도 8은 본 발명의 친환경 에너지 타워에 설치하는 수직축 풍력발전부의 제3실시예(트리플 부스터)를 도시한 사시도.
도 9는 도 8에 도시된 수직축 풍력발전부의 정면도.
이하, 상기의 기술 구성에 대한 구체적인 내용을 도면과 함께 살펴보고자 한다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 친환경 에너지 타워(1)는 태양광, 풍력, ESS, EMS각 복합적으로 구성된 그린에너지 타워로서,
지상에 설치되는 다층 구조의 구조물인 타워(10)와;
상기 타워(10) 내의 2층 미만의 저층부에 설치되어 생산된 전력 에너지를 저장하는 에너지저장시스템(Energy Storage System;ESS)(20)와; 상기 타워(10) 내의 난방을 위해 설치하는 지열발전부(30)와;
상기 타워(10) 내의 2층~4층 미만의 저층부에 설치되는 생활체육시설, 체험관, 레스토랑, 기능성 양성소, 부설연구소의 각종 시설(40)과;
상기 타워(10) 내의 4층~5층 미만의 저층부에 설치되어 에너지 생산, 사용관리, 수요예측, 효율관리 및 분석기능을 갖는 에너지관리시스템(Energy Management System;EMS)(50)과;
상기 타워(10) 내의 5층~옥상에 설치되어 에너지를 생산하는 수직축 풍력발전부(60)와; 타워(10)의 옥상에 설치되는 태양광 모듈과, 전망대를 포함하는 태양광발전부(70);를 포함하여 이루어진다.
상기 친환경 에너지 타워(1)는 도 3 및 도 4를 통해 확인되는 바와 같이, 주변 초고층건물과 조화를 이루어 친환경 발전소이다.
상기 친환경 에너지 타워(1)는 도심의 이미지에 부합하는 타워 형태의 발전시스템으로서, 도심의 특성에 부합한 저소음, 난기류에 적합한 풍력 시스템과, 좁은 면적의 타워에 장착할 수 있는 수직형 태양발전 시스템 포함과, 전력에너지의 저장과 발전을 제공하는 ESS 및 EMS 기술의 융합을 통해 전력을 생산하여 시설에 공급한다.
상기 친환경 에너지 타워(1)는 에너지 생산을 위한 발전 설비 외에, 연구시설, 교육시설, 체육시설, 재활치료센터, 위락시설을 갖춤으로써, 지역사회 활성화를 가능케 하며, 신재생 에너지의 융복합을 통한 경제성 및 효율 증대와, 관광자원으로서의 활용 가능하다는 장점을 갖는다.
상기 친환경 에너지 타워(1)의 구체적인 층별 구조를 예시적으로 살펴보면 다음과 같다.
상기 친환경 에너지 타워(1)는 15층 높이의 빌딩을 구성한 후,
1층은 생산된 전력에너지를 저장하는 에너지저장시스템(Energy Storage System;ESS)과 주차장 공간으로 활용한다.
2층은 생활체육시설, 체험관, 레스토랑, 기능공 양성소 등 지역사회 활성화를 위한 공간으로 이용된다.
3층은 부설연구소, 4층은 계측실과; 전기의 생산, 운반, 소비 과정에 정보통신기술을 접목하여 공급자와 소비자가 서로 상호작용함으로써 효율성을 높인 지능형 전력망시스템인 스마트 그리드(Smart Grid) 이용공간으로 활용한다.
5층 이후에는 풍력, 태양광 발전설비를 갖추도록 구성한다. 그리고 옥상에는 PV Cell을 설치한다.
이외에 상기 15층 높이의 빌딩에는 조망용 또는 누드형 엘리베이터가 설치되어 외부 조망과 각층별 이동이 용이하게 이루어질 수 있도록 하고, 상기 엘리베이터와 별도로 내부에 나선형 계단 또는 비상 계단을 설치하여 엘리베이터와 별도의 각층간 이동 수단을 구비하도록 한다.
이하, 상기 에너지 타워(1)를 이루는 각 부 구성에 대해 구체적으로 살펴보고자 한다.
상기 에너지저장시스템(Energy Storage System;ESS)(20)는 과잉생산된 전력을 저장해 두었다가 일시적으로 전력이 부족할 때 송전해 주는 저장장치를 말한다.
상기 ESS는 에너지를 저장하는 방식에 따라 리튬이온전지, 레독스플로(redoxflow) 전지, NAS(나스-황)전지, 슈퍼커패시터, 압축공기 저장 발전시스템(CAES, Compressed Air EnergyStorage), 플라이휠 에너지 저장 시스템(FESS, Flywheel Energy StorageSystem) 등으로 구분된다. 또한 용도에 따라 주파수 조절용, 피크감소용, 신재생출력 안정용 등으로 나눌 수 있다.
상기 리튬이온전지(LiB)는 이차 전지의 일종으로서, 방전 과정에서 리튬 이온이 음극에서 양극으로 이동하는 전지이다. 충전시에는 리튬 이온이 양극에서 음극으로 다시 이동하여 제자리를 찾게 되는 충전 및 재사용이 가능하다.
리튬 이온 전지는 크게 양극, 음극, 전해질의 세 부분으로 나뉘며, 다양한 종류의 물질들이 이용가능하다.
상업적으로 가장 많이 이용되는 음극 재질은 흑연, 양극에는 층상의 리튬코발트산화물(lithium cobalt oxide)의 산화물, 인산철리튬(lithium iron phosphate, LiFePO4)과 같은 폴리 음이온, 리튬망간 산화물, 스피넬 등이 이용, 음극, 양극과 전해질로 어떤 물질을 사용하느냐에 따라 전지의 전압과 수명, 용량, 안정성 등이 크게 바뀐다. 최근에는 나노기술을 응용한 제작으로 전지의 성능을 높이고 있다.
전지의 용량은 mAh또는 Ah로 표시하는데, 휴대폰에 사용하는 전지는 800~1000mAh가 가장 많이 쓰이며, 스마트폰에는 1100~1950mAh도 사용한다. 노트북에 사용되는 전지는 2400~5500mAh가 가장 많이 사용되며 대용량 전지의 용량은 최소한 수십 kWh 이상이다.
상기 레독스플로(redoxflow) 전지는 Reduction(환원), Oxdaition(산화), flow(흐름)의 단어를 합성한 것으로, 가수(假數)가 변화하는 금속 이온을 가진 수용성 전해액을 탱크에 저장하고, 그 전해액을 펌프로 셀이라고 불리는 부분에 송액하여 충전/방전하는 전지를 의미한다.
양극과 음극의 전해액으로서 바나듐 등 금속 이온을 용해시킨 산성수용액을 이용하여 양극과 음극의 전해액을 각각의 탱크에 저장하여 전지 셀로 송액 순환한다.
전해액에 바나듐을 사용한 경우, 전지 셀 내에서 충전/방전시에 생기는 반응은 다음과 같다.
양극 : 1/2(VO2)2SO4 +1/2H2SO4 + H+ + e- 충전/방전↔VOSO4 + H2O
음극 : VSO4 + 1/2H2SO4 충전/방전 ↔ 1/2V2(SO4)3 + H+ + e-
상기 NAS(나스-황)전지는 300~350℃의 온도에서 용융상태의 나트륨 이온이 전해질을 이동하면서 전위차 발생 원리를 이용하는 것으로서, 음극으로서 나트륨, 양극으로서 유황을 사용하고 전해질로서 베타알루미나 세라믹스(나트륨이온 전도성을 가진 고체전해질)를 사용한다. 전지의 충·방전은 300℃ 부근에서 가능한 고온형 전지이다. 높은 에너지 밀도, 낮은 비용, 대용량화가 용이하다는 장점을 갖는다.
상기 슈퍼커패시터(Supper Capacitor)는 전극과 전해이온사이에 형성된 electric double layer(EDL)로 이루어진 두 직렬 capacitor에 에너지를 저장하는 원리를 이용하는 것으로서, 높은 출력밀도, 긴 수명, 높은 효율, 안정성을 갖는다.
상기 압축공기 저장 발전 시스템(CAES, Compressed Air EnergyStorage)은 전력수요가 낮은 시간대 또는 조절 불가한 전력을 압축기를 사용하여 압축공기 에너지로 지하에 저장하고, 전력수요가 높은 시간대에 압축공기를 이용하여 전력을 생산하는 시스템이다. Off-peak load 시, 공기를 동굴이나 지하에 압축, Peak load 시, 압축된 공기를 가열하여 터빈을 돌리는 방식에 의하는 것으로서, 대규모로 장시간 저장 가능, 가스발전에 비해 약 60% 가스 절감, 정지에서 가동까지 적은 시간 소요, 낮은 발전 단가의 장점을 갖는다.
상기 플라이휠 에너지 저장 시스템(Flywheel Energy StorageSystem, FESS)은 전기에너지를 회전하는 운동에너지로 저장했다가 다시 전기에너지로 변환하는 원리에 의한 것으로서, 높은 에너지효율, 긴 수명, 단위용량당 저비용의 장점을 갖는다. 자기(초전도 또는 전자석) 베어링, 복합재 회전체, 회전 안정시스템, 냉각시스템, 전력 입출력 모터 시스템 등으로 구성된다.
상기 지열발전부(30)는 증발증기(flash-steam) 시스템, 건조증기(dry steam) 시스템, 그리고 바이너리(binary)시스템 중 선택되는 어느 1로 이루어지는 것으로서, 에너지 타워 내부의 난방에 필요한 에너지를 공급하게 된다.
상기 지열은 우리가 살고 있는 지구 내부의 열에너지를 의미하는 것으로서, 이와 같은 지열의 이용은 크게 직접이용과 간접이용으로 나눌 수가 있다.
상기 직접이용은 말 그대로 지열의 온도를 히트펌프, 냉동기의 응축열원, 각종 건조 산업, 도로의 융설(Snow melting), 농장, 원예 등에 이용하는 것을 의미한다. 그에 반에 간접이용은 심부지열의 고온수나 증기 등을 이용하여 전기를 활용하는 지열발전(Geothermal power plant)에 활용하는 기술을 말한다.
지열발전 시스템은 생산되는 지열유체의 온도 및 상(phase)에 따라 크게 증발증기(flash-steam) 시스템, 건조증기(dry steam) 시스템, 그리고 바이너리(binary)시스템으로 나눌 수 있다.
상기 증발 증기 시스템(Flash steam power plant)은 크게 생산된 열수가 분리기(separator)를 1회만 통과하면서 증기만을 분리해 발전에 이용하는 단일 증발 증기 시스템과, 1차 분리기에서 분리되어 나온 고온의 액체로부터 2차 분리기를 사용하여 압력 조건을 낮추어줌으로써 다시 증기를 추출하여 발전에 이용하는 복합 증발 증기 시스템으로 나눌 수 있다.
상기 건조 증기 시스템(Dry-steam power plant)은 발전기를 가동시키기 위해 235℃ 이상의 고온의 증기를 파이프를 통하여 직접 터빈에 주입하여 전력을 생산하는 시스템이다.
상기 바이너리 시스템(Binary cycle power plant)은 중저온(85~170℃)의 지열에너지를 가진 유체의 열을 기화점이 낮은 2차 유체(secondary fluid or working fluid)를 기화시킴으로써 발생되는 증기를 발전에 이용하는 방법이다. 바이너리 시스템은 다른 방법들에 비해 비교적 낮은 85~170℃의 온도를 사용하기 때문에 현재 지열에너지 발전 방법 중에 가장 널리 사용되는 방법이다.
상기 타워(10) 내의 2층~4층 미만의 저층부에는 생활체육시설, 체험관, 레스토랑, 기능성 양성소, 부설연구소의 각종 시설(40)이 설치된다. 이는 발전설비를 통한 지역사회 활성화를 위한 것으로서, 단순 에너지 생산에 그치는 것이 아니라, 지역사회 발전을 위한 교육, 문화, 생활편의 시설 확충과 관광명소로서의 기능을 높이기 위한 것이다.
상기 에너지관리시스템(Energy Management System;EMS)(50)은 도 5에 도시된 바와 같이, 태양광과 풍력을 활용한 친환경 에너지 타워의 에너지 생산량, 에너지 사용량, 에너지 사용 예측, 에너지 비용 산출 등 에너지 현황을 관리하고 하이브리드 스마트 그린 에너지 타워(HYBRID SMART GREEN ENERGY TOWER)의 구성요소인 자산의 취득, 이동, 재물조사, 감가상각관리, 수리 및 변경 등의 모든 이력을 전산화하여 효율화된 통합관리 시스템이다.
상기 에너지관리시스템이 추구하고자 하는 바는 빌딩의 최적화된 에너지 활용을 통해 효율적으로 운영하는 것으로 정의할 수 있다. 에너지 절약 제어 알고리즘을 통해서 빌딩에서 소비되는 에너지 및 자원에 대한 최적화를 통해 운영 비용을 절감할 수 있다.
그리고 EMS 개념을 빌딩에 적용하기 위해서는 빌딩 내에 이를 확장 가능하고 유연성이 있는 빌딩 자동 제어 시스템이 있으면 되기 때문에, 기존의 건물이라도 에너지 절약 제어 알고리즘을 통해 운영 비용을 최적화할 수 있다.
상기 수직축 풍력발전부(60)는 도 6 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 풍력터빈(601)과, 상기 풍력터빈(601)의 외둘레에 설치되어 있는 집풍장치(602)를 포함하여 이루어진다.
상기 수직축 풍력발전부(60)는 에너지 타워의 각층별로 타워의 중심에 풍력터빈(601)을 설치하고, 상기 풍력터빈의 외둘레에 다수의 집풍장치(602)를 설치하여 다양한 방향에서 불어오는 바람을 집풍하여 효율적으로 풍력터빈을 통한 에너지 생산이 효율적으로 이루어질 수 있도록 구성된다.
이때 수직축 풍력발전부(60)가 설치된 각 층의 바닥에는 태양광 발전을 위한 다수의 태양광 전지가 설치된다.
상기 풍력터빈(601)은 블레이드 타입이 사보니우스 형 또는 TRIPLE Type인 것으로서, 수평형에 비해 소음 제거가 유리하고 저풍속 적용 효율 증대 효과를 갖는 수직형이다.
상기 집풍장치(602)는 풍속을 2배 이상 증가시키고, 에너지 발생량을 3배로 증가시킬 수 있는 것으로서, 도 6 내지 9에 도시된 바와 같이, 싱글 부스터(Single booster), 더블 부스터(Double booster), 트리플 부스터(Triple booster) 중 어느 1을 선택하여 설치한다.
상기 집풍장치(602)는 서 풍속을 최소한 50% 이상 증가시키는 것으로서, 이는 바깥 바람을 풍력터빈(601)으로 유입하면서 바람의 밀도를 압축(Air compression effect - Tunnel effect)시키고, 풍속을 증가시키는 역할을 하기 때문이다.
이와 같은 집풍장치(602)를 통해 도시 고층 건물 위의 높은 풍속과 와류를 동시에 해결할 수 있다.
우리나라 연평균 풍속은 4.5m/sec이며, 연중 부는 바람의 75%이상이 8m/sec 이하이다. 대부분 겨울철과 봄철에 부는 북서풍이며, 그나마도 해안 도서 지방을 제외한 내륙 지방은 연평균 풍속이 4.0m/sec ±5m/sec 범위이다.
이와 같은 문제를 해결하기 위해서는, 터빈의 높이를 지상에서 매 10m씩 인상하면 풍속이 비례적으로 1m/sec씩 증가하므로, 고층, 예를 들어 15층의 수직형 다층 타워를 세워, 각층에 용량이 5kW, 7kW 또는 10kW인 풍력터빈을 설치함으로써 소형 풍력 설치 제한 규정인 연평균 풍속 4.5m/sec를 극복할 수 있다.
소형 수직축 Savonius 풍력터빈 발전량 계산은 다음의 표 1과 같다.
[표 1]
Roughness 4.0 (대도시 또는 내륙 산악지대) 풍력 발전 량 계산은 다음의 표 2와 같다.
[표 2]
풍속 발전량을 요약하여 보면 다음의 표 3과 같다.
[표 3]
상기 태양광발전부(70)를 통한 태양광발전은 반도체로 만들어진 태양전지에 빛 에너지가 투입되면 전자의 이동이 일어나서 전류가 흐르고 전기가 발생하는 원리를 이용하는 것이다. 태양전지는 하나의 크기가 대략 10×10㎠로, 빛을 받으면 0.6볼트의 전압이 생기고, 최대 1.5와트(W)의 용량을 갖게 된다. 전류의 세기는 태양전지의 크기에 따라 달라진다. 태양광 발전은 무한정ㆍ무공해의 태양 에너지를 이용하므로 연료비가 들지 않고, 대기오염이나 폐기물 발생이 없다.
상기 태양광발전부(70)는 에너지타워의 각층과 옥상 전면에 설치되는 태양광 패널을 통해 에너지를 생산하게 된다.
상기 태양광 패널은 도 9에 도시된 바와 같이, 에너지 타워의 각층별로 설치되되, 남동, 남서, 정남 방향에만 설치함으로써, 최소한의 설비 투자를 통한 효율적인 태양광 에너지 생산이 이루어질 수 있도록 한다.
태양광발전은 기계적인 진동과 소음이 없고, 수명이 최소 20년 이상으로 길며, 유지보수도 용이하나, 전력 생산량이 지역별 일사량에 의존하는 것과 큰 설치면적을 필요로 하는 점, 초기투자비 및 발전단가가 높은 점 등이 한계로 지적된다.
이에 본 발명에서는 태양광 발전과 풍력발전을 융합한 그린에너지 타워를 통해 이와 같은 문제를 해결한다.
태양광 PV Array Farm 발전량과 그 산출 근거를 살펴보면 다음의 표 4와 같다.
[표 4]
본 발명에 따른 태양광 융합형 저풍속 고효율 풍력발전 타워(10)의 구체적인 예로서, 타워(10)의 제원 및 각층 구성 살펴보면 다음의 표 5와 같다.
[표 5]
상기 표 5의 태양광 융합형 저풍속 고효율 풍력발전 타워(10)를 통한 총 복합 발전량을 살펴보면 다음의 표 6과 같다.
[표 6]
본 발명에 따른 태양광 융합형 저풍속 고효율 풍력발전 타워는 태양광과 풍력을 활용한 친환경 에너지 타워로서, 저풍속 고효율 수직형 소형풍력발전기(Cp 값 = 53% : 역대 최고치) 등의 발전설비와, 고효율, 긴 수명의 저장설비(ESS)와, 안정적이며 효율적으로 운영관리 할 수 있는 에너지관리시스템(EMS)을 포함하여 구성되어 융합에너지에 대한 시너지 효과를 최대로 높일 수 있으며, 아파트, 도심형 초고층빌딩 등에 적용이 가능하여 산업상 이용가능성이 크다.
10: 타워
20: 에너지저장시스템(Energy Storage System;ESS)
30: 지열발전부
40: 각종 시설
50: 에너지관리시스템(Energy Management System;EMS)
60: 수직축 풍력발전부
70: 태양광발전부
20: 에너지저장시스템(Energy Storage System;ESS)
30: 지열발전부
40: 각종 시설
50: 에너지관리시스템(Energy Management System;EMS)
60: 수직축 풍력발전부
70: 태양광발전부
Claims (3)
- 지상에 설치되는 다층 구조의 구조물로서,
타워(10)와;
상기 타워(10) 내의 2층 미만의 저층부에 설치되어 생산된 전력 에너지를 저장하는 에너지저장시스템(Energy Storage System;ESS)(20)와;
상기 타워(10) 내의 난방을 위해 설치하는 지열발전부(30)와;
상기 타워(10) 내의 2층~4층 미만의 저층부에 설치되는 생활체육시설, 체험관, 레스토랑, 기능성 양성소, 부설연구소의 각종 시설(40)과;
상기 타워(10) 내의 4층~5층 미만의 저층부에 설치되어 에너지 생산, 사용관리, 수요예측, 효율관리 및 분석기능을 갖는 에너지관리시스템(Energy Management System;EMS)(50)과;
상기 타워(10) 내의 5층~옥상에 설치되어 에너지를 생산하는 수직축 풍력발전부(60)와; 타워(10)의 옥상에 설치되는 태양광 모듈과, 전망대를 포함하는 태양광발전부(70);로 이루어지는 것에 있어서,
수직축 풍력발전부(60)가 설치된 각 층은 수직형 풍력터빈(601)의 외둘레로 1번 꺾인 형태의 더블 부스터(double booster) 또는 2번 꺾인 형태의 트리플 부스터(Triple booster)의 집풍장치(602)를 설치하여 풍속을 2배 이상으로 증가시키도록 구성되고,
상기 각 층의 남동, 남서, 정남 방향 바닥에는 태양광 패널을 설치하여 각층별 태양광 발전이 가능하도록 한 수직형 태양발전 시스템을 포함하여 풍력 및 태양광의 복합발전이 효율적으로 이루어지도록 구성된 것임을 특징으로 하는 친환경 에너지 타워.
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