KR101581405B1 - 풍력 발전 시스템 - Google Patents

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가부시키가이샤 교와 컨설턴츠
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Abstract

풍차 발전 기구와 충방전 장치를 구비하고, 풍차 발전 출력의 충방전 장치로의 송전과, 충방전 장치로부터 시스템으로의 출력에 의해, 시스템으로의 출력을 평활화하는 풍력 발전 시스템으로서, 충방전 장치의 대용량화를 초래하지 않고, 시스템으로의 출력을 안정적으로 평활화할 수 있는 풍력 발전 시스템을 제공한다.
풍차 발전 기구와 충방전 장치를 구비하고, 풍차 발전 출력의 충방전 장치로의 송전과, 충방전 장치로부터 시스템으로의 출력에 의해, 시스템으로의 출력을 평활화하는 풍력 발전 시스템으로서, 양수 발전 기구를 구비하고, 충방전 장치로부터 전력 공급을 받은 양수 발전 기구에 의한 양수와, 양수의 낙차를 이용한 양수 발전 기구에 의한 수력 발전 및 수력 발전 출력의 충방전 장치로의 송전을, 수십 초 내지 몇분의 비교적 짧은 소정 시간 피치로 선택적으로 행하고, 상기 선택은, 직전의 피치에서의 풍차 발전 출력 평균값과, 직전의 피치 종료 시점에서의 충방전 장치 축전량에 기초하여 행한다.

Description

풍력 발전 시스템{WIND POWER GENERATION SYSTEM}
본 발명은, 풍차 발전 기구(機構)와 충방전 장치를 구비하고, 풍차 발전 출력의 충방전 장치로의 송전과, 충방전 장치로부터 시스템으로의 출력에 의해, 시스템으로의 출력을 평활화하는 풍력 발전 시스템에 관한 것이다.
풍차 발전 기구와 충방전 장치를 구비하고, 풍차 발전 출력의 충방전 장치로의 송전과, 충방전 장치로부터 시스템으로의 출력에 의해, 시스템으로의 출력을 평활화하는 풍력 발전 시스템이 특허 문헌 1, 2 등에 개시되어 있다.
일본 공개특허 제2010―071159호 공보 일본 공개특허 제2010―159661호 공보
풍차 발전 출력의 시간 경과 변동은 크기 때문에, 시스템으로의 출력을 안정적으로 평활화하기 위해서는, 풍차 발전의 잉여 전력을 축전하는 충방전 장치의 대용량화가 필요하다. 그러나, 충방전 장치는 일반적으로 고가이고, 대용량화는, 풍력 발전 시스템의 고가격화를 초래하고, 풍력 발전 시스템의 보급 촉진을 방해한다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것이며, 풍차 발전 기구와 충방전 장치를 구비하고, 풍차 발전 출력의 충방전 장치로의 송전과, 충방전 장치로부터 시스템으로의 출력에 의해, 시스템으로의 출력을 평활화하는 풍력 발전 시스템으로서, 충방전 장치의 대용량화를 초래하지 않고, 시스템으로의 출력을 안정적으로 평활화할 수 있는 풍력 발전 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에 있어서는, 풍차 발전 기구와 충방전 장치를 구비하고, 풍차 발전 출력의 충방전 장치로의 송전과, 충방전 장치로부터 시스템으로의 출력에 의해, 시스템으로의 출력을 평활화하는 풍력 발전 시스템으로서, 양수(揚水) 발전 기구를 구비하고, 충방전 장치로부터 전력 공급을 받은 양수 발전 기구에 의한 양수와, 양수의 낙차를 이용한 양수 발전 기구에 의한 수력 발전 및 수력 발전 출력의 충방전 장치로의 송전을, 수십 초 내지 몇분의 비교적 짧은 소정 시간 피치로 선택적으로 행하고, 상기 선택은, 직전의 피치에서의 풍차 발전 출력 평균값과, 직전의 피치 종료 시점에서의 충방전 장치 축전량에 기초하여 행하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 시스템을 제공한다.
본 발명에 관한 풍력 발전 시스템에 있어서는, 풍차 발전의 잉여 전력을 충방전 장치에 축전하는 동시에, 양수 발전 기구의 저수의 위치 에너지로 변환하여 축적하므로, 필요에 따라 양수의 낙차를 이용한 양수 발전 기구에 의한 수력 발전 출력을 풍차 발전 출력과 동시에 시스템에 출력함으로써, 충방전 장치를 대용량화하는 일 없이, 시스템으로의 출력을 안정적으로 평활화할 수 있다.
종래의 양수 발전은, 예를 들면, 야간과 낮이라는 긴 시간 스팬에서의 전력 공급의 평활화를 도모하는 것이었지만, 본 발명은, 충방전 장치로부터 전력 공급을 받은 양수 발전 기구에 의한 양수와, 양수의 낙차를 이용한 양수 발전 기구에 의한 수력 발전 및 수력 발전 출력의 충방전 장치로의 송전을, 수십 초 내지 몇분의 비교적 짧은 소정 시간 피치로 선택적으로 행함으로써, 양수 발전을, 시시각각 변동하는 풍차 발전 출력의 평활화에 이용하는 것이며, 양수 발전의 신규한 이용 방법을 제안하는 것이다.
풍차 발전 출력은 수십 초 내지 몇분의 비교적 짧은 소정 시간 피치로 산과 골(山谷)로 변동하는 경우가 많기 때문에, 충방전 장치로부터 전력 공급을 받은 양수 발전 기구에 의한 양수와, 양수의 낙차를 이용한 양수 발전 기구에 의한 수력 발전 및 수력 발전 출력의 충방전 장치로의 송전을, 수십 초 내지 몇분의 비교적 짧은 소정 시간 피치로 선택적으로 행하는 것이 합리적이다.
상기 선택을, 직전의 피치에서의 풍차 발전 출력 평균값과, 직전의 피치 종료 시점에서의 충방전 장치 축전량에 기초하여, 피드백 방식으로 행하면, 풍차 발전 출력 충방전 장치 축전량의 시시각각의 변동에 따른 선택이 가능하게 된다.
본 발명의 바람직한 태양(態樣)에 있어서는, 상기 피치는 1∼2분 피치이다.
풍차 발전 출력의 시간 경과의 변화의 계측 데이터에 의하면, 1∼2분의 피치로 중(中) 정도의 산과 골이 발생하는 경우가 많기 때문에, 충방전 장치로부터 전력 공급을 받은 양수 발전 기구에 의한 양수와, 양수의 낙차를 이용한 양수 발전 기구에 의한 수력 발전 및 수력 발전 출력의 충방전 장치로의 송전을, 1∼2분 피치로 선택적으로 행하는 것이 합리적이다.
본 발명의 바람직한 태양에 있어서는, 선택 개시 직후의 1 피치는, 시스템으로의 출력에 같은 출력의 양수 발전 기구에 의한 수력 발전을 행하고, 상기 수력 발전 출력을 충방전 장치를 통하여 시스템에 출력한다.
선택 개시 직후는, 직전의 피치가 존재하지 않으므로, 우선 시스템으로의 출력에 같은 출력의 양수 발전 기구에 의한 수력 발전을 행하고, 상기 수력 발전 출력을 충방전 장치를 통하여 시스템에 출력하는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 태양에 있어서는, 양수 발전 기구는, 상하 한 쌍의 저수 탱크와, 상부 탱크와 하부 탱크와의 사이의 연통로의 도중에 설치된 펌프 수차(水車) 기구를 구비하고, 펌프 수차 기구는, 서로 주위 방향의 역방향으로 회전하는 1조의 임펠러가 케이싱 내에 동축에 설치된 펌프·수차부(水車部)와, 내외 이중 회전자형 발전 전동기를 가지는 모터·발전기부를 가지고, 상기 1조의 임펠러는 각각 상기 모터·발전기부의 내외의 각각의 회전자에 결합되어 있다.
상하 한 쌍의 저수 탱크와, 상부 탱크와 하부 탱크와의 사이의 연통로의 도중에 설치된 펌프 수차 기구에 의해, 양수 발전 기구를 구성할 수 있다.
서로 주위 방향의 역방향으로 회전하는 1조의 임펠러가 케이싱 내에 동축에 설치된 펌프·수차부와 내외 이중 회전자형 발전 전동기를 가지는 모터·발전기부를 가지고, 상기 1조의 임펠러는 각각 상기 모터·발전기부의 내외의 각각의 회전자에 결합된 펌프 수차 기구는, 전후단 임펠러의 상반 회전 토크(torque)가 같은 상태로, 나아가서는 임펠러를 흐르는 수류의 각 운동량 변화가 전후단에서 같은 상태로, 운전되는 특징을 가지고 있고, 펌프 및 수차 운전의 양 운전 상태에서, 가이드 베인 등의 보조 기계 없이 축 방향 유입 유출을 실현할 수 있다. 이 특징은, 펌프(양수) 운전과 수차 운전을 순간적으로 전환할 필요가 생긴 경우에, 상기 순간의 전환을 확실하게 실현하는 데 유리하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 관한 풍력 발전 시스템의 블록도이다.
도 2는 풍차 발전 출력의 시간 경과의 변화의 실측 데이터의 일례를 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2의 실측 데이터에 기초하여 작성한 풍차 발전 출력의 1분간 평균값의 시간 경과의 변화를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 관한 풍력 발전 시스템에 의한 풍력 발전의 시뮬레이션의 결과를 나타낸 표이다.
도 5는 본 발명에 바람직한 펌프 수차 기구의 단면도(斷面圖)이다.
본 발명의 실시예에 관한 풍력 발전 시스템을 설명한다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 풍력 발전 시스템(a)은, 풍차 발전 기구(B)와, 양수 발전 기구(C)와, 양자의 작동을 제어하는 제어 장치(D)를 구비하고 있다.
풍차 발전 기구(B)는, 풍차 발전기(1)와, 풍차 발전기(1)의 교류 출력을 직류로 변환하는 풍차용 인버터(2)와, 전력량계(3)와, 충방전 장치(4)와, 충방전 장치(4)의 직류 출력을 시스템으로의 교류 출력으로 변환하는 연계용(連系用) 인버터(5)를 구비하고 있다.
양수 발전 기구(C)는, 상부 저수 탱크(6)와 ,하부 저수 탱크(7)와, 상하 저수 탱크 간의 연통로(8)와, 연통로(8)를 개폐하는 전자(電磁) 밸브(9)와, 연통로(8)의 도중에 설치된 펌프 수차(10)와, 펌프 수차(10)를 구동하고 또한 펌프 수차(10)에 의해 구동되는 유도 발전 전동기(11)와, 충방전 장치(4)의 직류 출력을 유도 발전 전동기(11)의 여자(勵磁) 전류(교류)로 변환하고 또한 유도 발전 전동기(11)의 교류 출력을 직류로 변환하는 발전 전동기용 인버터(12)를 구비하고 있다.
발전 전동기용 인버터(12)와 충방전 장치(4)는, 양 방향 초퍼(13)를 통하여 접속되어 있다.
풍차 발전 기구(B)의 작동을 설명한다.
풍차 발전기(1)의 교류 출력이, 풍차용 인버터(2)를 통하여 직류 출력으로 변환되어, 충방전 장치(4)에 송전된다[풍차 발전기(1)의 출력이 직류의 경우에는 풍차용 인버터(2)는 불필요하다]. 풍차 발전기(1)의 출력값은 전력량계(3)에 의해 검지되고, 제어 장치(D)에 입력된다. 충방전 장치(4)의 축전량도 제어 장치(D)에 입력된다. 제어 장치(D)로부터 시스템으로의 출력 지령이 충방전 장치(4)에 출력되는 동시에, 전압/주파수 제어 지령이 연계용 인버터(5)에 출력되고, 충방전 장치(4)의 직류 출력이 연계용 인버터(5)를 통하여 소정 전압/주파수의 교류 출력으로 변환되어, 시스템에 출력된다.
양수 발전 기구(C)의 수차 운전 작동(수력 발전 작동)을 설명한다.
제어 장치(D)로부터 개도(開度) 제어 지령이 전자 밸브(9)에 출력되어 전자 밸브(9)의 개도가 제어된다. 제어 장치(D)로부터, 여자 전류 출력 지령이 충방전 장치(4)에 출력되는 동시에, 여자 전압 제어 지령이 발전 전동기용 인버터(12)에 출력된다. 충방전 장치(4)의 직류 출력이 양 방향 초퍼(13)에 의해 승압되고, 이어서, 발전 전동기용 인버터(12)에 의해 3상 교류로 변환되는 동시에 전압과 주파수가 조정되어, 여자 전류로서 발전 전동기(11)에 공급된다. 전자 밸브(9)에 의해 유량 제어된 수류가, 상부 저수 탱크(6)로부터 연통로(8)를 통하여 하부 저수 탱크(7)에 흘러 연통로(8)의 도중에 설치된 펌프 수차(10)를 회전 구동하고, 펌프 수차(10)는 발전 전동기(11)를 구동하여 발전한다. 발전 전동기(11)의 3상 교류 출력은, 발전 전동기용 인버터(12)에 의해 직류 출력으로 변환되고, 양 방향 초퍼(13)에 의해 강압된 후, 충방전 장치(4)에 송전된다.
양수 발전 기구(C)의 펌프 운전 작동(양수 작동)을 설명한다.
제어 장치(D)로부터, 여자 전류 출력 지령이 충방전 장치(4)에 출력되는 동시에, 여자 전압 제어 지령과 상(相) 교체 지령이 발전 전동기용 인버터(12)에 출력된다. 충방전 장치(4)의 직류 출력이 양 방향 초퍼(13)에 의해 승압되고, 이어서, 발전 전동기용 인버터(12)에 의해 3상 교류로 변환되고 전압 및 주파수가 조정되는 동시에 상 교체된다. 상 교체에 의해, 발전 전동기용 인버터(12)의 3상 중 2상이 교체되어, 펌프 수차(10)의 회전 방향이 수차 운전 시와는 역방향으로 되어, 펌프 운전(양수 작동)이 개시된다. 직후에, 제어 장치(D)로부터 전개 제어 지령이 전자 밸브(9)에 출력되어 전자 밸브(9)가 전개되고, 하부 저수 탱크(7) 내의 물이 상부 저수 탱크(6)에 밀어올려져, 상부 저수 탱크(6)에 저수된다.
소정일의 15시 40분부터 16시 10분까지 행해진 필드 시험에 의해 얻어진, 풍차 로터 직경 2 m, 정격 출력 1.2 kW(풍속 11.5 m/s)의 풍차 발전기(1)의 출력의 시간 경과의 변화 생데이터를 도 2에 나타내고, 도 2의 생(生)데이터로부터 얻어진 1분간 평균 출력의 시간 경과의 변화를 도 3에 나타낸다. 도 3에 있어서, 검게 칠해진 영역은, 시스템으로의 평활 출력을 63 W로 하는 경우의 부족 전력을 나타내고, 해칭 영역은 시스템으로의 평활 출력을 63 W로 하는 경우의 잉여 전력을 나타낸다.
양수 발전 기구(C)를 사용하지 않고, 풍차 발전 기구(B)와 제어 장치(D)만을 사용하여, 15시 40분부터 16시 10분까지, 시스템으로의 63 W의 평활 출력을 유지하는 경우에는, 15시 40분부터 15시 46분까지의 부족 전력 3.56 Wh가 15시 40분의 시점에서 충방전 장치(4)에 축전되어 있고, 이후 부족 전력은 충방전 장치(4)로부터의 출력으로 조달하여, 잉여 전력은 충방전 장치(4)에 축전하는 것으로 가정하면, 16시 10분의 시점에서, 7.15 Wh의 전력이 충방전 장치(4)에 축전되어 있는 것으로 되어, 충방전 장치(4)의 필요 축전 용량은, 7.15 Wh로 된다.
도 2로부터, 1∼2분의 피치로 중(中) 정도의 산과 골이 발생하고 있는 것을 알 수 있다. 그래서, 풍차 발전 기구(B)에 의한 발전을 계속적으로 행하는 동시에, 양수 발전 기구(C)에 의한 양수와, 양수의 낙차를 이용한 양수 발전 기구(C)에 의한 수력 발전을, 1분 피치로 선택적으로 행하고, 시스템으로의 63 W의 계속적인 평활 출력을 유지하는 경우를 시뮬레이션한다. 시뮬레이션은 이하의 조건 하에 행한다.
(1) 펌프 수차(10)로서 양정(揚程) 및 낙차가 2 m의 펌프 수차를 사용한다. 상기 펌프 수차(10)의 펌프 운전 작동 시의 에너지 효율은, 실측에 기초하여 0.7로 하고, 펌프 수차(10)의 수차 운전 작동 시의 에너지 효율은, 실측에 기초하여 0.9로 한다. 즉, 풍차 발전의 잉여 전력 1 Wh를 펌프 수차(10)의 펌프 운전 작동에 의해 상부 저수 탱크(6) 내의 저수의 위치 에너지로 변환하고, 이어서, 상기 위치 에너지를 펌프 수차(10)의 수차 운전 작동에 의해 전력 에너지로 변환한 경우, 0.63 Wh의 전력 에너지가 얻어지는 것으로 한다. 인버터(5, 12), 전자 밸브(9), 제어 장치(D)의 구동에 필요한 전력은 평활 출력이나 펌프 구동에 필요로 하는 전력에 비해 미소하므로, 무시하게 된다.
(2) 15시 40분의 시점에서, 충방전 장치(4)의 축전량은 영이며, 상부 저수 탱크(6)에는, 펌프 수차(10)의 수차 운전 작동과 펌프 수차(10)에 의한 발전 전동기(11)의 구동에 의해 5.0 Wh의 전력으로 변환되는 양의 위치 에너지에 상당하는 양, 즉 1019 리터의 물이 저수되어 있는 것으로 한다.
(3) 15시 40분∼15시 41분 동안은, 시스템으로의 출력 63 W와 같은 출력의 양수 발전 기구(C)에 의한 수력 발전을 행하고, 상기 수력 발전 출력을 충방전 장치(4), 연계용 인버터(5)를 통하여 시스템에 출력한다.
양수 발전 기구(C)에 의한 양수와, 양수의 낙차를 이용한 양수 발전 기구(C)에 의한 수력 발전과의 1분 피치에서의 선택은, 후술하는 바와 같이, 직전의 피치에서의 풍차 발전 출력 평균값과, 직전의 피치 종료 시점에서의 충방전 장치 축전량에 기초하여, 피드백 방식으로 행하지만, 선택 개시 직후는, 직전의 피치가 존재하지 않으므로, 우선 시스템으로의 출력과 같은 출력의 양수 발전 기구에 의한 수력 발전을 행하고, 상기 수력 발전 출력을 충방전 장치(4), 연계용 인버터(5)를 통하여 시스템에 출력한다.
(4) 15시 41분 이후의 각 1분간은, 직전의 1분간의 풍차 발전 출력 평균값과 직전의 1분간 종료 시점에서의 충방전 장치(4)의 축전량에 기초하여, 충방전 장치(4)로부터 전력 공급을 받은 양수 발전 기구(C)에 의한 양수와, 양수의 낙차를 이용한 양수 발전 기구(C)에 의한 수력 발전 및 수력 발전 출력의 충방전 장치(4)에 대한 송전을 선택적으로 행한다.
보다 구체적으로는, 직전의 1분간의 풍차 발전 출력 평균값이 63W 미만인 경우에는, 직전 1분간 분의 부족 전력을 다음의 1분간에 양수 발전 기구(C)에 의한 수력 발전에 의해 보충하여, 시스템에 63 W 출력한다.
직전의 1분간의 풍차 발전 출력 평균값이 63W 이상이고, 또한 직전의 1분간 종료 시점에서의 충방전 장치(4)의 축전량이 3Wh 이하인 경우에는, 다음의 1분간에서는 양수 발전 기구(C)에 의한 수력 발전은 행하지 않고, 양수 발전 기구(C)에 의한 양수도 행하지 않는다.
직전의 1분간의 풍차 발전 출력 평균값이 63W 이상이고, 또한 직전의 1분간 종료 시점에서의 충방전 장치(4)의 축전량이 3Wh를 초과하는 경우에는, 다음의 1분간에서는 양수 발전 기구(C)에 의한 수력 발전 발전하지 않고, 3 Wh로부터의 초과분의 축전력을 양수 발전 기구(C)에 공급하여 양수하고, 저수의 위치 에너지로 변환하여 상부 저수 탱크(6)에 축적한다.
시뮬레이션 결과를 도 4에 나타낸다. 도 4에 있어서, 상부 저수 탱크에 양수된 물의 위치 에너지의 난과 피치 종료 시의 상부 저수 탱크의 저수의 위치 에너지의 난에 기재한 에너지 값(Wh)은, 양수의 낙차를 이용한 수력 발전에 의한 전기 에너지로의 변환 후의 값이다.
도 4로부터 알 수 있는 바와 같이, 충방전 장치(4)의 축전량의 최대값은, 16시 10분의 시점에서의 3.95 Wh이다. 그리고, 16시 10분의 시점에서의 상부 저수 탱크의 저수량은 367리터이다.
상기 시뮬레이션에 있어서는, 양수 발전 기구(C)에 의한 양수와, 양수의 낙차를 이용한 양수 발전 기구(C)에 의한 수력 발전을, 1분 피치로 선택적으로 행함으로써, 충방전 장치(4)의 축전 용량을 3.95 Wh로 설정하면, 바꾸어 말하면 풍차 발전 기구(B)만에서 시스템으로의 63 W의 계속적인 평활 출력을 유지하는 경우의 대략 절반까지 충방전 장치(4)의 축전 용량을 감소시켜도, 시스템으로의 63 W의 계속적인 평활 출력을 유지할 수 있다.
상기 시뮬레이션의 결과를 근거로 하여 다음과 같이 설명할 수 있다.
(1) 풍차 발전 기구와 충방전 장치를 구비하고, 풍차 발전 출력의 충방전 장치로의 송전과, 충방전 장치로부터 시스템으로의 출력에 의해, 시스템으로의 출력을 평활화하는 풍력 발전 시스템에, 양수 발전 기구를 부설하고, 충방전 장치로부터 전력 공급을 받은 양수 발전 기구에 의한 양수와, 양수의 낙차를 이용한 양수 발전 기구에 의한 수력 발전 및 수력 발전 출력의 충방전 장치로의 송전을, 비교적 짧은 소정 시간 피치로 선택적으로 행하는 것은, 충방전 장치의 대용량화를 억제하는 데 유효하다. 그리고, 본 양수 발전 기구는, 300℃ 이상의 환경을 유지하기 위해 대규모 주변 기기를 필요로 하는 NAS 전지, 고가이며 충방전의 시간이 늦고 또한 열화되기 쉬운 Li 이온 전지 등과 비교하여, 운전 비용이 들지 않고 간소하며 내용(耐用) 연수가 길고, 유지보수성도 현저하게 우수하다. 또한, 이들 전기적인 커패시터는 대용량화가 극히 곤란하지만, 본 양수 발전 기구는 낙차/양정, 탱크 용량, 유체(流體) 밀도를 변경함으로써 처리 능력을 간단하고 또한 자유롭게 설계할 수 있어, 풍력 발전의 규모를 불문하고 어떤 풍량 발전소에도 적용할 수 있다. 또한, 수 개소의 발전소를 일괄하여 집중 처리하는 것도 가능하며, 충방전 장치만으로 시스템 출력의 평활화를 도모하는 종전의 풍력 발전 시스템에 비해 경제적이다. 상기 선택을, 직전의 피치에서의 풍차 발전 출력 평균값과, 직전의 피치 종료 시점에서의 충방전 장치 축전량에 기초하여, 피드백 방식으로 행하면, 풍차 발전 출력 충방전 장치 축전량의 시시각각의 변동에 따른 선택을 할 수 있다.
(2) 종래의 양수 발전은, 예를 들면, 야간과 낮이라고 하는 긴 시간 스팬에서의 전력 공급의 평활화를 도모하는 것이었지만, 충방전 장치로부터 전력 공급을 받은 양수 발전 기구에 의한 양수와, 양수의 낙차를 이용한 양수 발전 기구에 의한 수력 발전 및 수력 발전 출력의 충방전 장치로의 송전을, 비교적 짧은 소정 시간 피치로 선택적으로 행함으로써, 양수 발전을, 출력이 시시각각 변동하는 풍차 발전에 의한 전력 공급의 평활화에 이용할 수 있다.
(3) 도 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 풍차 발전 출력은 1∼2분의 피치로 중 정도의 산과 골이 발생하는 경우가 많기 때문에, 양수 발전 기구에 의한 양수와, 양수의 낙차를 이용한 양수 발전 기구에 의한 수력 발전 및 수력 발전 출력의 충방전 장치로의 송전을, 1∼2분 피치로 선택적으로 행하는 것이 합리적이다.
펌프 수차(10)와 유도 발전 전동기(11)를, 도 5에 나타낸 서로 주위 방향의 역방향으로 회전하는 1조의 임펠러(14, 15)가 케이싱 내에 동축에 설치된 펌프·수차부(16)와, 내외 이중 회전자형 전동기를 가지는 모터·발전기부(17)를 가지고, 상기 1조의 임펠러(14, 15)는 각각 상기 모터·발전기부(17)의 내외의 각각의 회전자(18, 19)에 결합된 펌프 수차 기구(E)에 의해 구성해도 된다. 펌프 수차 기구(E)는, 전후단 임펠러(14, 15)의 상반 회전 토크가 같은 상태에서, 나아가서는 임펠러를 흐르는 수류의 각 운동량 변화가 전후단에서 같은 상태에서, 운전되는 특징을 가지고 있고, 펌프 및 수차 운전의 양 운전 상태에서, 가이드 베인 등의 보조 기계 없이 축 방향 유입 유출을 실현할 수 있다. 이 특징은, 펌프 운전(양수 작동)과 수차 운전(발전 작동)을 순간적으로 전환할 필요가 생긴 경우에, 상기 순간의 전환을 확실하게 실현하는 데 유리하다. 그리고, 펌프 수차 기구(E)의 상세한 것에 대해서는, 일본 특허 제4245240호 공보를 참조할 수 있다.
유도 발전 전동기(11) 대신에, 영구 자석식 동기(同期) 발전기를 사용해도 된다. 이 경우에는, 충방전 장치(4)로부터 영구 자석식 동기 발전기로 향하는 여자 전류는 필요하지 않다.
양수 발전 기구에 의한 양수와, 양수의 낙차를 이용한 양수 발전 기구에 의한 수력 발전 및 수력 발전 출력의 충방전 장치로의 송전을, 풍차 발전 출력 충방전 장치의 축전량의 시시각각의 변동에 따라, 시시각각 선택적으로 행하는 태양은 상기 실시예에 한정되지 않는다. 제어의 시간 피치, 제어 개시 시의 상부 저수 탱크(6)의 저수량이나 충방전 장치(4)의 축전량, 양수 선택의 판단 기준이 되는 충방전 장치(4)의 축전량 등은 적절히 선택해도 된다.
[산업 상의 이용 가능성]
본 발명은, 신설(新設) 기설(旣設)을 불문하고, 풍력 발전소에 널리 이용 가능하다.
A 풍력 발전 시스템
B 풍차 발전 기구
C 양수 발전 기구
D 제어 장치
E 펌프 수차 기구
1 풍차 발전기
2 풍차용 인버터
3 전력량계
4 충방전 장치
5 연계용 인버터
6 상부 저수 탱크
7 하부 저수 탱크
8 연통로
9 전자 밸브
10 펌프 수차
11 유도 발전 전동기
12 발전 전동기용 인버터
13 양 방향 초퍼
14, 15 임펠러
16 펌프·수차부
17 모터·발전기부
18, 19 회전자

Claims (5)

  1. 풍차 발전 기구(機構)와 충방전 장치를 구비하고, 풍차 발전 출력의 충방전 장치로의 충전과, 상기 충방전 장치로부터 시스템으로의 출력에 의해, 상기 시스템으로의 출력을 평활화하는 풍력 발전 시스템으로서,
    양수(揚水) 발전 기구를 구비하고, 상기 충방전 장치로부터 전력 공급을 받은 양수 발전 기구에 의한 양수와, 상기 양수의 낙차를 이용한 양수 발전 기구에 의한 수력 발전 및 수력 발전 출력의 충방전 장치로의 송전을, 수십 초 내지 몇분의 비교적 짧은 소정 시간 피치로 선택적으로 행하고, 상기 선택은, 직전의 피치에서의 풍차 발전 출력 평균값과, 직전의 피치 종료 시점에서의 충방전 장치 축전량에 기초하여 행하는,
    풍력 발전 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 피치는 1∼2분 피치인, 풍력 발전 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    선택 개시 직후의 1피치는, 상기 시스템으로의 출력과 같은 출력의 양수 발전 기구에 의한 수력 발전을 행하고, 상기 수력 발전 출력을 충방전 장치를 통하여 상기 시스템에 출력하는, 풍력 발전 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    선택 개시 직후의 1피치는, 상기 시스템으로의 출력과 같은 출력의 양수 발전 기구에 의한 수력 발전을 행하고, 상기 수력 발전 출력을 충방전 장치를 통하여 상기 시스템에 출력하는, 풍력 발전 시스템.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 양수 발전 기구는, 상하 한 쌍의 저수 탱크와, 상부 탱크와 하부 탱크 사이의 연통로의 도중에 설치된 펌프 수차(水車) 기구를 구비하고,
    상기 펌프 수차 기구는, 서로 주위 방향의 역방향으로 회전하는 1조의 임펠러가 케이싱 내에 동축에 설치된 펌프·수차부와 내외 이중 회전자형 발전 전동기를 가지는 모터·발전기부를 가지고,
    상기 1조의 임펠러는 각각 상기 모터·발전기부의 내외의 각각의 회전자에 결합되어 있는, 풍력 발전 시스템.
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