KR101583775B1 - 소형 풍력팜의 커플형 풍력발전설비 및 이를 구비한 소형 풍력팜 - Google Patents

소형 풍력팜의 커플형 풍력발전설비 및 이를 구비한 소형 풍력팜 Download PDF

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Abstract

본 발명은 커플형 풍력 터빈의 공력효율을 극대화함으로써 전기에너지 생산량을 증대시킬 수 있고, 커플형 풍력 터빈 간의 기류형성을 최적화하여 개별 수직형 풍력 터빈의 운전효율을 증가시킬 수 있는 소형 풍력팜의 커플형 풍력발전설비 및 이를 구비한 소형 풍력팜에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 풍력팜을 구성하며, 한 쌍의 수직형 풍력터빈장치가 복수로 이루어지는 커플형 풍력발전설비에 있어서, 상기 수직형 풍력터빈장치를 구성하는 지지 기둥과 상기 지지 기둥의 상단부에 회전가능하게 설치되어 풍력발전을 실행하도록 구성되는 풍력 터빈을 포함하며, 상기 풍력 터빈의 직경을 D라 하고, 상기 한 쌍의 풍력 터빈 간의 거리를 X라 할 때, 상기 한 쌍의 풍력 터빈 간의 거리는 X=0.5D 이내로 하며, 상기 한 쌍의 풍력 터빈의 회전방향은 서로 반대방향으로 하는 것을 특징으로 하는 소형 풍력팜의 커플형 풍력발전설비에 제공된다.

Description

소형 풍력팜의 커플형 풍력발전설비 및 이를 구비한 소형 풍력팜{COUPLE TYPE WIND POWER EQUIPMENT IN SMALL WIND FARM AND SMALL WIND FARM HAVING THE SAME}
본 발명은 소형 풍력팜의 커플형 풍력발전설비 및 이를 구비한 소형 풍력팜에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 커플형 풍력 터빈의 공력효율을 극대화함으로써 전기에너지 생산량을 증대시킬 수 있고, 커플형 풍력 터빈 간의 기류형성을 최적화하여 개별 수직형 풍력 터빈의 운전효율을 증가시킬 수 있는 소형 풍력팜의 커플형 풍력발전설비 및 이를 구비한 소형 풍력팜에 관한 것이다.
우리나라는 현재 전체 도서(3,358개) 중 2,876개(11개 시도, 55개 시군구)가 무인도서(85.7%)로 이루어져 있다. 도서지역은 대부분 독립적인 발전에너지 시스템을 구축하고 있으며, 디젤을 중심으로 하는 화석연료를 에너지 발생원으로 사용하고 있다. 화석연료는 육지에서의 이송비용, 해외수입 및 오염발생으로 친환경 도서개발에는 부적합한 실정이다.
최근 들어 국민생활 향상과 주5일 근무제 정착으로 도서지방의 관광자원화가 주목을 받고 있다. 예를 들어 개발가능 도서가 가장 많은 전라남도의 경우에는 전남 섬 개발사업을 통해 증도, 보길도 등 자연휴양, 건강어촌체험, 레저 등 테마별 관광 인프라의 구축을 추진하고 있으며, 기후변화 관련하여 울릉도 녹색섬, 전남 청정에너지 자립섬, 제주 가파도 탄소없는 섬(Carbon Free Island) 구축사업을 추진하고 있다.
종래에는 도서지역의 주 전기에너지원으로 디젤발전방식이 사용되어 왔다. 친환경 도서개발에는 도서지역에서 풍부한 풍자원을 이용한 신재생에너지 발전시스템이 필요하다. 기존에는 소규모 도서지역을 대상으로 단일 또는 수 대의 소형풍력발전기를 정열 배치 방식으로 풍력팜을 구성하고 있다.
또한, 에너지의 효율만을 고려하여 수평축발전기가 주축을 이루고 있다. 생활 공간과 가까이 설치되어야하는 소형풍력발전기의 경우, 소음 및 운전의 안정성이 중요하다. 기존의 소형 수평형은 수직형에 비하여 소음이 커서 생활공간 근처에 설치하기는 부적절하다.
또한, 복수의 터빈을 일정간격으로 정렬배치하거나 독립적으로 운영되고 있으며, 일정간격의 정렬배치에서는 상류 측에 설치된 터빈의 후류가 하류 측에 설치된 터빈에 영향을 주어 하류 측 터빈의 성능이 나빠지는 원인이 되고 있는 문제점이 있다.
소형풍력의 경우에도 단순배열방식을 적용하여 풍력팜을 구성하고 있는 실정이다. 즉 터빈의 효율을 극대화할 수 있는 커플형 풍력발전설비를 포함하는 소형풍력팜의 터빈설비 방법은 없는 상태이며, 전기에너지의 생산성을 고려함과 동시에, 기류 형성을 최적화하는 연구가 필요한 실정이다.
본 발명과 관련된 관련기술로는 대한민국 공개특허공보 제10-2012-0000325호(2012.01.02) 및 대한민국 공개특허공보 제10-2013-0109236호(2013.10.07)에 제안되어 있다.
(문헌1) 대한민국 공개특허공보 제10-2011-00020858호(2011.03.03.) (문헌2) 대한민국 공개특허공보 제10-2012-0000325호(2012.01.02.)
따라서, 본 발명은 상기한 종래의 문제점들을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 도서지역 등 단위독립지역에 친환경 전기에너지 생산시스템을 구축함에 있어서 소형 풍력터빈으로 구성된 풍력팜을 구축하되 기존의 디젤발전방식을 탈피하여 친환경이며, 고효율 발전시스템을 구축할 수 있는 소형 풍력팜의 커플형 풍력발전설비 및 이를 구비한 소형 풍력팜을 제공하는데 그 목적이 있다.
구체적으로, 본 발명은 커플형 풍력 터빈의 공력효율을 극대화함으로써 전기에너지 생산량을 증대시킬 수 있으며, 커플형 풍력 터빈 간의 기류형성을 최적화하여 개별 수직형 풍력 터빈의 운전효율을 증가시킬 수 있는 소형 풍력팜의 커플형 풍력발전설비를 제공하고자 한다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 목적들 및 다른 특징들을 달성하기 위한 본 발명의 일 관점에 따르면, 풍력팜을 구성하며, 한 쌍의 수직형 풍력터빈장치가 복수로 이루어지는 커플형 풍력발전설비에 있어서, 상기 수직형 풍력터빈장치를 구성하는 지지 기둥과 상기 지지 기둥의 상단부에 회전가능하게 설치되어 풍력발전을 실행하도록 구성되는 풍력 터빈을 포함하며, 상기 풍력 터빈의 직경을 D라 하고, 상기 한 쌍의 풍력 터빈 간의 거리를 X라 할 때, 상기 한 쌍의 풍력 터빈 간의 거리는 X=0.5D 이내로 하며, 상기 한 쌍의 풍력 터빈의 회전방향은 서로 반대방향으로 하는 것을 특징으로 하는 소형 풍력팜의 커플형 풍력발전설비에 제공된다.
본 발명에 있어서, 상기 수직형 풍력터빈장치의 풍력 터빈은 중심축을 중심으로 하여 대칭되는 단면 원호 또는 반원 형태의 블레이드, 및 상기 블레이드에 구비되는 양압/부압 조절 수단을 포함하는 다리우스형(darrieus type) 풍력 터빈인 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 양압/부압 조절 수단은 상기 블레이드에 형성되는 하나 이상의 유통공, 및 일단은 상기 블레이드의 유통공 일측에 고정되고 타단은 자유단으로 이루어져 바람에 의해 상기 유통공을 개폐하도록 구성되는 플렉시블 개폐부재를 포함하는 다리우스형(darrieus type) 풍력 터빈이며, 상기 플렉시블 개폐부재는 블레이드의 볼록면 측에 구비되게 구성될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 한 쌍의 풍력 터빈은 하나의 풍력 터빈의 회전중심을 지나는 수평선을 기준으로 수평되게 배치되거나, 하나의 풍력 터빈의 회전 중심을 지나는 수평선을 기준으로 하나의 풍력 터빈의 회전중심과 다른 하나의 풍력 터빈의 회전중심을 잇는 선이 소정 각도 경사진 오프셋 각도(offset degree)를 갖고 배치되게 구성될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 오프셋 각도는 40°이상 50°이하인 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 지지 기둥의 상단부에 회전가능하게 구비되어 풍향에 따라 풍력터빈을 조향시키는 능동 조향기를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 한 쌍의 풍력 터빈 각각에서 바람이 불어오는 방향인 전방 일측에 상기 풍력 터빈으로 불어오는 바람을 풍력 터빈으로 수렴되도록 유도하기 위한 바람 가이드 수단을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 바람 가이드 수단은 기립되게 구비되는 지지대와, 상기 풍력 터빈의 길이 전장에 상응하는 크기로 형성되며 상기 지지대의 상단부에 구비되는 유선형 바람 유도 부재로 구성될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 바람 가이드 수단은 상기 풍력 터빈에 대하여 종방향 및 횡방향 중 적어도 하나 이상의 방향으로 구동가능하게 구비되는 바람 유도 부재; 및 상기 바람 유도 부재를 구동시키는 구동 유닛을 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 바람 유도 부재는 상기 풍력 터빈의 길이 방향에 직교하는 횡방향으로 회동가능하게 구비되는 수평 유도 부재, 및 일단부는 지면에 접촉하고, 타단부는 상기 구동 유닛에 의해 승강가능하게 구비되는 상하 유도 부재 중 적어도 하나를 포함하며, 상기 구동 유닛은 유압구동방식 또는 기어구동방식으로 구성될 수 있으며, 상기 상하 유도 부재의 상면은 라운드지게 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명에 다른 관점에 따르면, 상기한 커플형 풍력발전설비로 구성되는 소형 풍력팜이 제공된다.
본 발명에 의한 소형 풍력팜의 커플형 풍력발전설비 및 이를 구비한 소형 풍력팜에 따르면, 소형 수직형 풍력터빈의 공력효율을 극대화함으로써 전기에너지 생산량 증대에 기여할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 수직형 소형풍력팜 구축에 있어서 풍력 터빈 간의 기류형성을 최적화하여 개별 수직형 풍력 터빈의 운전효율을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 한 쌍(2대)의 커플형 풍력발전설비의 효과적인 배치 및 바람 가이드 수단, 조향기 등의 구성을 통해 시스템 발전량 증가를 도모할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 소형 풍력팜의 커플형 풍력발전설비로서, 수직타입 커플형 풍력발전설비의 구성(a) 및 배치 구조(b)를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 소형 풍력팜의 커플형 풍력발전설비의 구성을 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 소형 풍력팜의 커플형 풍력발전설비로서, 수직타입(다리우스 타입) 풍력발전장치를 갖는 커플형 풍력발전설비의 구성(a) 및 배치 구조(b)를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 커플형 풍력발전설비를 구성하는 다리우스 풍력 터빈의 구성을 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 커플형 풍력 터빈의 설치 간격에 따른 유동 특성을 분석하여 나타낸 것으로, (a)는 X=0.5D, (b)는 X=1.0D, (c)는 X=2.0D의 경우를 나타낸 것이다.
본 발명의 추가적인 목적들, 특징들 및 장점들은 다음의 상세한 설명 및 첨부도면으로부터 보다 명료하게 이해될 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에 앞서, 본 발명은 다양한 변경을 도모할 수 있고, 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 아래에서 설명되고 도면에 도시된 예시들은 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.
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.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 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.
또한, 명세서에 기재된 "...부", "...유닛", "...모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미할 수 있다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 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.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 소형 풍력팜의 커플형 풍력발전설비에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
먼저, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 제1 실시 예에 따른 소형 풍력팜의 커플형 풍력발전설비에 대하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 소형 풍력팜의 커플형 풍력발전설비로서, 수직타입 커플형 풍력발전설비의 구성(a) 및 배치 구조(b)를 도시한 것이며, 도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 소형 풍력팜의 커플형 풍력발전설비의 구성을 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 소형 풍력팜의 커플형 풍력발전설비는, 풍력팜을 구성하되, 한 쌍(즉, 2대)의 수직형 풍력터빈장치가 복수로 이루어지는 커플형 풍력발전설비에 있어서, 상기 수직형 풍력터빈장치를 구성하는 지지 기둥(110)과 상기 지지 기둥(110)의 상단부에 회전가능하게 설치되고 풍력발전을 실행하도록 구성되는 풍력 터빈(120)을 포함하며, 풍력 터빈(120)의 직경을 D라 하고, 한 쌍의 풍력 터빈(120) 간의 거리를 X라 할 때, 한 쌍의 풍력 터빈(120) 간의 거리는 X=0.5D 이내(즉, X=0.5D 이하)로 하며, 상기 한 쌍의 풍력 터빈(120)의 회전방향은 서로 반대방향으로 하는 것을 특징으로 한다.
여기에서, 상기 한 쌍의 풍력 터빈(120)은 하나의 풍력 터빈의 회전중심을 지나는 수평선을 기준으로 수평되게 배치되거나(도 1의 (b)의 왼쪽 그림), 하나의 풍력 터빈의 회전 중심을 지나는 수평선을 기준으로 하나의 풍력 터빈의 회전중심과 다른 하나의 풍력 터빈의 회전중심을 잇는 선이 소정 각도 경사진 오프셋 각도(offset degree)(A)를 갖고 배치되도록 한다(도 1의 (b)의 오른쪽 그림). 이때, 상기 오프셋 각도(A)는 40°이상 50°미만인 것이 바람직하다.
이와 같은 거리 간격과 배열 방식을 갖는 풍력터빈장치를 복수 설치하여 풍력팜을 구성하게 된다. 이러한 거리 간격과 배치 구조를 통한 얻어지는 효과에 대해서는 후술한다.
계속해서, 본 발명에 있어서, 도 1에 도시된 바와 같이 상기 풍력터빈장치의 지지 기둥(110)의 상단부에 회전가능하게 구비되어 풍향에 따라 풍력터빈을 조향시키는 능동 조향기(130)를 더 포함한다. 이러한 능동 조향기(13)는 풍력 터빈의 역회전 현상을 방지하고, 풍력 터빈이 항상 바람부는 방향을 향하도록 하여 발전 효율을 더욱 증대시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 도 2에 도시된 바와 같이 상기 한 쌍의 풍력 터빈(120) 각각의 전방 일측(바람이 불어오는 방향을 전방으로 함)에 그 풍력 터빈으로 불어오는 바람을 유도하기 위한 바람 가이드 수단(140)을 더 포함한다. 상기 바람 가이드 수단(140)은 한 쌍의 풍력 터빈(120) 측으로 바람이 유도되도록 모아주는 기능을 하도록 구성된다.
구체적으로, 상기 바람 가이드 수단(140)은 일 예로 풍력 터빈(120)이 배치되는 전방 일측에 기립되게 구비되는 지지대와, 상기 풍력 터빈(120)의 전장 길이(수직방향 길이)에 상응하는 크기로 형성되며, 상기 지지대의 상단부에 구비되는 유선형 바람 유도 부재로 구성될 수 있다.
다른 일 예로, 상기 바람 가이드 수단(140)은 일 예와 같이 고정 방식이 아닌 구동 방식으로 구성될 수 있는데, 수평 상에서 즉 풍력 터빈(120)의 길이 방향에 직교하는 횡방향으로 구동하여 상기 한 쌍의 풍력 터빈(120)으로 바람이 모아지도록(수렴되도록) 풍력 터빈(120)의 전방 일측에서 회동구동 가능하게 구비되는 수평 유도 부재와, 풍력 터빈의 길이 방향인 종방향으로, 즉 상하 방향으로 구동하여 상기 풍력 터빈(120) 측으로 바람이 유도되도록 상하 구동가능하게 구비되는 상하 유도 부재, 및 상기 수평 유도 부재와 상하 유도 부재를 각각 좌우 회동 및 상하 승강가능하게 구동시키는 구동유닛(미도시)을 포함하여 구성될 수 있다.
여기에서, 상기 상하 유도 부재는 일단이 지면에 접촉하고, 타단은 상기 구동유닛에 의해 승강 구동됨으로써 바람을 풍력 터빈 측으로 유도하게 된다.
상기 수평 유도 부재의 전단(즉, 바람을 향하는 앞단)은 바람 저항을 최소화하도록 테이퍼지게(첨단으로) 형성되고, 유사하게 상기 상하 유도 부재는 그 상면이 라운드지게 형성되어 바람의 저항을 최소화하도록 구성되는 것이 바람직하다.
여기에서, 상기 다른 예의 바람 가이드 수단(140)의 수평 유도 부재와 상하 유도 부재는 반드시 두 유도 부재 모두 구비될 필요는 없으며, 설계 여건과 환경에 따라 선택적으로 구비될 수 있다, 즉 상기 다른 예의 바람 가이드 수단(140)은 수평 유도 부재와 상하 유도 부재 중 적어도 하나 이상으로 구비될 수 있다.
다음으로, 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 제2 실시 예에 따른 소형 풍력팜의 커플형 풍력발전설비를 설명한다. 도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 소형 풍력팜의 커플형 풍력발전설비로서, 수직타입(다리우스 타입) 풍력발전장치를 갖는 커플형 풍력발전설비의 구성(a) 및 배치 구조(b)를 도시한 것이며, 도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 커플형 풍력발전설비를 구성하는 다리우스 풍력 터빈의 구성을 개략적으로 도시한 평면도이다. 앞서 설명한 제1 실시 예의 구성요소와 동일 구성요소에 대해서는 동일 부호를 부여한다.
본 발명의 제2 실시 예에 따른 소형 풍력팜의 커플형 풍력발전설비는, 풍력팜을 구성하되, 한 쌍(즉, 2대)의 수직형 풍력터빈장치가 복수로 이루어지는 커플형 풍력발전설비에 있어서, 상기 수직형 풍력터빈장치를 구성하는 지지 기둥과 상기 지지 기둥의 상단부에 회전가능하게 설치되고 풍력발전을 실행하도록 구성되는 다리우스형(darrieus type) 풍력 터빈(200)을 포함하며, 상기 다리우스형 풍력 터빈(200)의 직경을 D라 하고, 한 쌍의 다리우스형 풍력 터빈(200) 간의 거리를 X라 할 때, 한 쌍의 다리우스형 풍력 터빈(200) 간의 거리는 X=0.5D 이내로 하며, 상기 한 쌍의 다리우스형 풍력 터빈(200)의 회전방향은 서로 반대방향으로 하는 것을 특징으로 한다.
제2 실시 예에서도 마찬가지로, 상기 한 쌍의 다리우스형 풍력 터빈(200)은 하나의 풍력 터빈의 회전중심을 지나는 수평선을 기준으로 수평되게 배치되거나, 하나의 풍력 터빈의 회전 중심을 지나는 수평선을 기준으로 하나의 풍력 터빈의 회전중심과 다른 하나의 풍력 터빈의 회전중심을 잇는 선이 소정 각도 경사진 오프셋 각도(offset degree), 예를 들면 40°이상 50°미만인 오프셋 각도를 갖고 배치된다.
상기 다리우스형 풍력 터빈(200)은 도 4에 도시된 바와 같이, 중심축을 중심으로 하여 대칭되는 단면 원호 또는 반원 형태의 블레이드(210)와, 상기 블레이드(210)에 형성되는 하나 이상의 유통공(220), 및 일단은 상기 블레이드(210)의 유통공(220) 일측에 고정되고 타단은 자유단으로 이루어져 바람에 의해 상기 유통공(220)을 개폐하도록 구성되는 플렉시블(연질) 개폐부재(230)를 포함한다. 본 발명에서, 상기 블레이드(210)에 형성되는 유통공(220)과 블레이드(210)에 구비되는 플렉시블 개폐부재(230)는 양압/부압 조절 수단을 구성한다.
상기 플렉시블(연질) 개폐부재(230)는 블레이드(210)의 볼록면 측에 구비되게 된다.
이와 같이 다리우스형 풍력 터빈(200)의 블레이드(210)가 유통공(220)와 플렉시블 개폐부재(230)가 구비됨으로써, 도 4에 도시된 바와 같이 블레이드(210)는 일측의 블레이드 면이 양압면(중심축을 기준으로 좌측 면)으로 될 경우, 플렉시블 개폐부재(230)의 바람의 힘에 의해 유통공(220)을 폐쇄하게 되어, 양압면 전면에 걸쳐 바람을 받게 된다. 한편, 블레이드(210)는 대칭되는 타측의 블레이드 면이 부합면(중심축을 기준으로 우측 면)으로 될 경우, 바람은 유통공(220)을 통해 들어가고, 이에 따라 플렉시블 개폐부재(230)는 바람의 힘에 의해 자유단이 이격되면서 유통공(220)을 통해 바람이 통과하게 된다.
이러한 블레이드(210)는 풍력 터빈(200)이 회전하면서 바람 방향에 대하여 자동으로(즉, 별도의 구동장치 없이) 양압면에서는 유통공(220)을 폐쇄시키고, 부압면에서는 유통공(220)을 개방시켜 풍력 터빈(200)의 성능을 향상시킬 수 있고, 이에 따라 발전 효율을 더욱 증대시킬 수 있다.
상기와 같이 본 발명은 한 쌍의 풍력 터빈 간의 최적 배치를 통해 공력 효율을 극대화할 수 있다. 도 5는 본 발명에 따른 커플형 풍력 터빈의 설치 간격에 따른 유동 특성을 분석하여 나타낸 것으로, (a)는 X=0.5D, (b)는 X=1.0D, (c)는 X=2.0D의 경우를 나타낸 것이다. 도 5의 (a)에 나타나 있는 바와 같이, 본 발명은 X=0.5D일 때 한 쌍의 풍력 터빈 사이로 최적의 풍량이 유입되고, 이에 따라 공력효율을 극대화할 수 있음을 실험을 통해 확인하였다.
한편, 본 발명의 제2 실시 예에서도 앞서 제1 실시 예에서 설명한 능동 조향기 및 바람 가이드 수단을 포함하여 구성될 수 있다.
상기에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 소형 풍력팜의 커플형 풍력발전설비는, 소형 수직형 풍력 터빈의 공력효율을 극대화함으로써 전기에너지 생산량 증대에 기여할 수 있으며, 또한, 수직형 소형 풍력팜 구축에 있어서 풍력 터빈 간의 기류형성을 최적화하여 개별 수직형 풍력 터빈의 운전효율을 증가시킬 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명은 한 쌍(2대)의 커플형 풍력발전설비의 효과적인 배치 및 바람 가이드 수단, 조향기 등의 구성을 통해 시스템 발전량 증가를 도모할 수 있는 이점이 있다.
본 명세서에서 설명되는 실시 예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110: 지지 기둥
120: 풍력 터빈
130: 능동 조향기
140: 바람 가이드 수단
200: 다리우스형(darrieus type) 풍력 터빈
210: 블레이드
220: 유통공
230: 플렉시블(연질) 블레이드

Claims (12)

  1. 풍력팜을 구성하며, 한 쌍의 수직형 풍력터빈장치가 복수로 이루어지는 커플형 풍력발전설비에 있어서,
    상기 수직형 풍력터빈장치를 구성하는 지지 기둥과 상기 지지 기둥의 상단부에 회전가능하게 설치되어 풍력발전을 실행하도록 구성되는 풍력 터빈을 포함하며,
    상기 풍력 터빈의 직경을 D라 하고, 상기 한 쌍의 풍력 터빈 간의 거리를 X라 할 때, 상기 한 쌍의 풍력 터빈 간의 거리는 X=0.5D 이내로 하며, 상기 한 쌍의 풍력 터빈의 회전방향은 서로 반대방향으로 하는 것을 특징으로 하며,
    상기 한 쌍의 풍력 터빈 각각에서 바람이 불어오는 방향인 전방 일측에 상기 풍력 터빈으로 불어오는 바람을 풍력 터빈으로 수렴되도록 유도하기 위한 바람 가이드 수단을 더 포함하고,
    상기 바람 가이드 수단은
    상기 풍력 터빈에 대하여 종방향 및 횡방향 중 적어도 하나 이상의 방향으로 구동가능하게 구비되는 바람 유도 부재; 및
    상기 바람 유도 부재를 구동시키는 구동 유닛을 포함하며,
    상기 바람 유도 부재는 상기 풍력 터빈의 길이 방향에 직교하는 횡방향으로 회동가능하게 구비되는 수평 유도 부재, 및 일단부는 지면에 접촉하고, 타단부는 상기 구동 유닛에 의해 승강가능하게 구비되는 상하 유도 부재 중 적어도 하나를 포함하며,
    상기 구동 유닛은 유압구동방식 또는 기어구동방식으로 구성되는
    소형 풍력팜의 커플형 풍력발전설비.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수직형 풍력터빈장치의 풍력 터빈은
    중심축을 중심으로 하여 대칭되는 단면 원호 또는 반원 형태의 블레이드, 및 상기 블레이드에 구비되는 양압/부압 조절 수단을 포함하는 다리우스형(darrieus type) 풍력 터빈인
    소형 풍력팜의 커플형 풍력발전설비.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 양압/부압 조절 수단은
    상기 블레이드에 형성되는 하나 이상의 유통공, 및
    일단은 상기 블레이드의 유통공 일측에 고정되고 타단은 자유단으로 이루어져 바람에 의해 상기 유통공을 개폐하도록 구성되는 플렉시블 개폐부재를 포함하며,
    상기 플렉시블 개폐부재는 블레이드의 볼록면 측에 구비되게 구성되는
    소형 풍력팜의 커플형 풍력발전설비.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 한 쌍의 풍력 터빈은
    하나의 풍력 터빈의 회전중심을 지나는 수평선을 기준으로 수평되게 배치되거나, 하나의 풍력 터빈의 회전 중심을 지나는 수평선을 기준으로 하나의 풍력 터빈의 회전중심과 다른 하나의 풍력 터빈의 회전중심을 잇는 선이 소정 각도 경사진 오프셋 각도(offset degree)를 갖고 배치되게 구성되는
    소형 풍력팜의 커플형 풍력발전설비.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 오프셋 각도는 40°이상 50°이하인
    소형 풍력팜의 커플형 풍력발전설비.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 지지 기둥의 상단부에 회전가능하게 구비되어 풍향에 따라 풍력터빈을 조향시키는 능동 조향기를 더 포함하는
    소형 풍력팜의 커플형 풍력발전설비.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 바람 가이드 수단은 기립되게 구비되는 지지대와, 상기 풍력 터빈의 길이 전장에 상응하는 크기로 형성되며 상기 지지대의 상단부에 구비되는 유선형 바람 유도 부재로 구성되는
    소형 풍력팜의 커플형 풍력발전설비.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제1항에 있어서,
    상기 상하 유도 부재의 상면은 라운드지게 형성되는
    소형 풍력팜의 커플형 풍력발전설비.
  12. 청구항 1 내지 청구항 6, 청구항 8, 청구항 11 중 어느 한 항에 따른 커플형 풍력발전설비로 이루어지는 소형 풍력팜.
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