KR101589418B1 - 풍력발전시스템의 출력 안정화 장치 - Google Patents

풍력발전시스템의 출력 안정화 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 풍력발전유닛의 출력과 에너지저장유닛의 출력을 더한 합성출력의 분당 변동률을 기준값 이하가 되게 제어함으로써 풍력발전시스템의 용량이 기준값 이상으로 소정시간 이상 지속될 수 있게 하였을 뿐만 아니라, 충전수단에 공기의 흐름이 원활할 수 있도록 공기의 유로를 형성함에 따라 충전수단의 방열효율을 높일 수 있고, 타워에 감긴 내진수단을 구비하여 타워를 진동으로부터 안정적으로 보호할 수 있는 풍력발전시스템의 출력 안정화 장치에 관한 것이다.

Description

풍력발전시스템의 출력 안정화 장치{Device for stabilizing of wind power generation system}
본 발명은 풍력발전시스템의 출력 안정화 장치에 관한 것으로, 상세하게는 풍력발전유닛의 출력과 에너지저장유닛의 출력을 더한 합성출력의 분당 변동률을 기준값 이하가 되게 제어함으로써 풍력발전시스템의 용량이 기준값 이상으로 소정시간 이상 지속될 수 있게 한 풍력발전시스템의 출력 안정화 장치에 관한 것이다.
일반적으로 널리 사용되는 화석에너지는 그 양이 한정되어 있으므로 언젠가는 고갈되고, 여러 오염물질을 배출하기 때문에 대부분의 국가에서는 이를 대체하여 사용할 수 있는 대체에너지를 개발하고 있는 실정이다. 화석에너지를 대체할 수 있는 에너지원으로는 조수 간만의 차를 이용하여 에너지를 얻는 조력, 바람의 힘을 이용하여 에너지를 얻는 풍력, 태양의 열이나 빛을 이용한 태양에너지 등이 있고, 이러한 자연력을 이용한 발전 시스템에 대한 관심이 높아지고 있으며, 이와 관련된 다양한 기술이 개발되고 있다.
이러한 자연력을 이용한 발전시스템 중 하나로 풍력발전시스템이 있다.
풍력발전시스템은 바람에 의해 회전되어 풍력 에너지를 기계적인 에너지로 변환시키는 날개, 날개에서 발생한 회전력을 가속하는 변속장치, 날개에서 발생한 기계적인 에너지를 전기 에너지로 변환하는 발전기를 포함하여 구성된다.
이러한 풍력발전시스템 또는 시스템과 관련된 기술로는 특허문헌 1 내지 3을 비롯하여 다양한 기술이 있다.
이러한 통상의 풍력발전시스템은 전술한 바와 같이 바람을 이용하여 전기를 발생시키는 장치로, 풍속, 풍향, 계절 등의 기상조건에 따라 그 출력이 불안정하고 연속적이지 못하다는 단점을 지니고 있다. 이에 따라, 발전기로부터 출력되는 전기 에너지를 공급받아 저장한 후 각 로드 즉, 상기 풍력 발전 시스템과 연결된 각 부하로 제공하는 충전수단을 구비하고 있다.
그러나 충전수단으로 공급되는 전기 에너지 즉, 입력 전력이 일정하지 않고, 순간순간 가변되기 때문에 충전수단의 수명이 현저하게 저하되는 문제점이 있었다.
또한, 풍속이 늦을 경우, 발전기는 낮은 전력을 생성하고, 이때 충전수단은 입력 저항이 크기 때문에 낮은 전력을 저장하기 어려워 에너지 저장 효율이 떨어지고, 제어수단은 발진기로부터 생성된 낮은 전력을 충전수단에서 원하는 전력까지 상승시켜야 하기 때문에, 발전 전력이 낮을 경우, 승압 효율이 낮아 발전 대비 충전 효율이 더욱 떨어지는 문제점이 있었다.
이러한 단점을 개선하여 안정적인 출력을 얻기 위한 다양한 기술이 개발되고 있으며, 그 예로 특허문헌 4 및 5가 있다.
특허문헌 4는 풍력발전설비; 풍력발전설비의 출력변동 완화 및 주파수 보상제어가 되도록 에너지저장장치의 출력 명령치를 결정하는 통합제어부; 및 미리 저장된 에너지를 이용하여 통합제어부의 출력 명령치에 추종하여 전력을 흡수/방출 할 수 있는 에너지저장장치를 포함하는 출력안정화형 풍력발전시스템에 관한 것이고,
특허문헌 5는 (a) 풍력발전설비의 풍력발전설비와 전기적으로 연결된 전력 계통 측으로의 순시 출력 정보와 풍력발전설비와 전기적으로 연결된 에너지 저장부의 충전 상태 정보를 실시간으로 수집하는 단계; (b) 순시 출력 정보와 충전 상태 정보를 이용하여 풍력발전설비의 출력 안정화를 위한 에너지 저장부의 에너지 출력 제어치를 생성하는 단계; 및 (c) 에너지 출력 제어치에 따라 에너지 저장부의 전력 계통 측으로의 에너지 출력을 제어하는 단계를 포함하는 풍력발전설비 출력 안정화 방법에 관한 것이다.
이러한 종래의 풍력발전설비의 출력 안정화 장치 및 방법은 에너지저장장치에 저장된 충전에너지와 발전설비의 출력에너지의 출력 조절이 정밀하게 이루어지지 않음으로써 에너지 효율이 떨어지는 문제가 있다.
1. 대한민국 공개특허 제10-2009-0120250호 2. 대한민국 등록특허 제10-1243192호 3. 대한민국 등록특허 제10-1337651호 4. 대한민국 등록특허 제10-1034276호 5. 대한민국 등록특허 제10-1092219호
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 개발된 것으로, 풍력발전유닛의 출력과 에너지저장유닛의 출력을 더한 합성출력의 분당 변동률을 기준값 이하가 되게 제어함으로써 풍력발전시스템의 용량이 기준값 이상으로 소정시간 이상 지속될 수 있게 한 풍력발전시스템의 출력 안정화 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 충전수단의 방열효율을 높였고, 타워를 진동으로부터 안정적으로 보호할 수 있게 한 풍력발전시스템의 출력 안정화 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 이루기 위한 풍력발전시스템의 출력 안정화 장치는 타워의 상단에 설치된 회전날개의 회전에 의해서 회전하는 로터와, 로터의 회전에 의해 구동되는 발전기 및 전체 장치의 운전 상태를 감시 및 제어하는 전력관리부를 포함하는 풍력 발전 시스템에 있어서, 상기 발전기의 출력 전력을 저장하고, 필요로 하는 부하에 공급하는 에너지저장장치를 더 구비하여, 부하에 공급되는 전력은 발전기의 출력과 에너지저장장치의 출력을 더한 합성출력을 공급하되, 합성출력의 변동률이 10%이하가 되게 하고, 에너지저장장치의 총 용량은 출력이 발전기의 용량의 10% 이상으로 설정된 시간 이상 지속적으로 출력될 수 있으며, 상기 에너지저장장치는 다수의 충전수단과, 충전수단의 구동을 감시 및 제어하는 충전수단관리부와, 상기 충전수단의 DC전력을 계통의 AC전력으로 변환하는 전력변환부로 이루어지고, 상기 전력관리부는 로터의 회전속도를 감지하여 설정된 기준값 이하일 경우, 로터의 회전력이 발전기의 구동에 충분치 않은 것으로 판단하여 발전기의 출력을 여분의 충전수단으로 출력하여 충전하고, 에너지저장장치의 충전수단들 중 적어도 하나 이상의 충전수단의 출력을 부하에 공급하고, 로터의 회전속도가 기 설정된 기준값 이상일 경우, 발전기의 출력과 기 설정된 충전수단의 출력의 합성출력을 부하게 공급하되, 출력 중인 충전수단의 잔류 전력을 감지하여 설정된 값 이하가 되면 충전수단의 출력을 전환하여 대기 중인 충전수단 중 어느 하나의 충전수단 출력을 부하에 공급하며, 상기 충전수단관리부는 출력중인 충전수단의 잔류 전력을 감지하여 잔류 전력이 설정된 기준치 이하가 되면 전력관리부에 해당 충전수단의 방전 예고 신호를 전송하여 전력관리부가 대기 중인 충전수단으로 출력을 전환하게 하고, 발전기의 여유 전력 중 일부를 방전된 충전수단으로 공급하여 충전시키는 것을 특징으로 한다.
상기 충전수단은 각각 방열수단을 구비하되, 상기 방열판은, 충전수단의 일부를 감싸도록 설치된 방열판본체의 표면에 소정 간격으로 다수의 방열핀을 설치하되, 상기 방열핀들 중 일부 일체형방열핀은 방열판본체의 표면에 일체화되고, 일체형방열핀들 사이에는 방열판본체의 중간에 설치된 격벽에 일단이 일체화되어 방열판본체와의 사이에 통기유로가 형성된 이격방열핀을 설치하며, 각 방열핀들의 바깥쪽 단부에는 방열핀들의 중간 부분을 중심으로 양단을 향하며 방열판본체로부터 멀어지도록 경사지게 설치된 가이드판을 구비하여, 송풍기에서 송풍되는 바람이 보다 효과적으로 방열판본체를 통과할 수 있게 하여 방열 효율을 높이는 것이 바람직하다.
상기 충전수단관리부는 자가진단모듈을 구비하여 각 충전수단의 고장 유무를 감시하고, 소정 충전수단이 고장을 일으킬 경우, 해당 충전수단은 충전 및 방전을 정지시키고, 다른 충전수단으로 충방전회로를 전환되게 할 수 있다.
상기 에너지저장시스템이 설치되는 컨테이너의 벽에는 단열/방음용 압면이 더 설치될 수 있다.
상기 타워에는 진동에 의해 타워가 기울어지지 않게 지지하는 내진수단을 구비하고, 상기 내진수단은 일단은 타워의 상단에 설치되고, 하단은 지상에 고정되되, 타워의 외주면을 1회이상 감아 나선형으로 설치된 2개 이상의 내진와이어; 및 상기 내진와이어에 연결된 내진스프링으로 이루어질 수 있다.
상기 내진스프링과 내진와이어 사이에는 거리조절수단을 더 구비하여 내진스프링과 내진와어이어 이루어진 전체 길이를 조절함에 의해 장력을 조절할 수 있게 할 수 있다.
상기 거리조절수단은 턴버클(turnbuckle)이 사용될 수 있다.
또한, 상기 내진수단은 타워 또는 기초에 고정되는 실린더부; 상기 실린더부에 끼워져 내부에 유체가 압축되는 피스톤부; 상기 실린더부와 피스톤부 사이에 설치되고 탄성수지에 매설된 스프링으로 이루어진 탄성부재; 및 상기 실린더부와 피스톤부 사이의 거리를 측정하여 타워의 진동을 감지하는 변위센서를 포함하여 이루어질 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 풍력발전시스템의 출력 안정화 장치는 풍력발전유닛의 출력과 에너지저장유닛의 출력을 더한 합성출력의 분당 변동률을 기준값 이하가 되게 제어함으로써 풍력발전시스템의 용량이 기준값 이상으로 소정시간 이상 지속될 수 있게 할 수 있어 출력을 안정화시킬 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명은 충전수단에 공기의 흐름이 원활할 수 있도록 공기의 유로를 형성함에 따라 충전수단의 방열효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라, 타워에 감긴 내진수단을 구비하여 타워를 진동으로부터 안정적으로 보호할 수 있는 효과도 있은 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 풍력발전시스템의 출력 안정화 장치의 구성도
도 2는 본 발명에 따른 풍력발전시스템의 출력 안정화 장치를 구성하는 에너지저장장치의 구성도
도 3은 본 발명에 따른 출력 안정화 장치를 구비한 풍력발전시스템을 구성하는 타워의 일예의 사시도
도 4는 타워에 설치되는 내진장치를 구성하는 스프링과 길이조절수단의 사시도
도 5는 본 발명에 따른 출력 안정화 장치를 구비한 풍력발전시스템에 구비된 내진장치의 다른 일예의 단면도
도 6은 본 발명에 따른 풍력발전시스템의 출력 안정화 장치를 구성하는 에너지저장장치의 일예의 사시도
도 7은 방열수단을 구비한 충전수단의 일예의 사시도
도 8은 도 7의 평면도
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.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여, 첨부도면이 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명은 풍력발전시스템의 출력을 안정화시킬 수 있을 뿐만 아니라, 공중 구조물을 보다 안정적으로 지지할 수 있다.
본 발명에 따른 풍력발전시스템의 출력 안정화 장치는 출력을 안정화시킬 수 있는 제어수단과, 출력 안정화를 위한 물리적 구조물로 이루어진다.
먼저, 출력을 안정화할 수 있는 제어수단으로는 전력관리부와 충전수단관리부를 구비하고 있다.
이러한 본 발명에 따른 출력 안정화 장치를 구비한 풍력발전시스템은 통상의 풍력발전시스템과 같이, 타워(100)의 상단에 설치된 회전날개(10)의 회전에 의해서 회전하는 로터(20)와, 로터의 회전에 의해 구동되는 발전기(30) 및 전체 장치의 운전 상태를 감시 및 제어하는 전력관리부(50)를 포함하며, 이러한 구성 요소들은 이미 잘 알려진 것으로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
다만, 이러한 장치 들 중, 출력을 안정화시키는 작용을 하는 구성요소에 대하여는 아래에서 상세하게 설명한다.
상기와 같이 구성된 풍력발전시스템은 상기 발전기의 출력 전력을 저장하고, 필요로 하는 부하에 공급하는 에너지저장장치(40)를 구비하고 있다.
풍력발전시스템에 있어서, 부하에 공급되는 전력은 발전기(30)의 출력과 에너지저장장치(40)의 출력을 더한 합성출력을 공급하는 것이 통상적이고, 합성출력의 변동률이 10% 이하가 되게 하고, 에너지저장장치의 총 용량은 출력이 발전기의 용량의 10% 이상으로 설정된 시간 이상 지속적으로 출력될 수 있어야 한다.
이를 위해 상기 에너지저장장치(40)는 다수의 충전수단(41)과, 충전수단의 구동을 감시 및 제어하는 충전수단관리부(42)와, 상기 충전수단의 DC전력을 계통의 AC전력으로 변환하는 전력변환부(43)을 포함한다.
상기 충전수단(41)은 전기를 저장하였다가 출력하는 수단으로 통상적으로 사용되는 배터리가 될 수 있다. 특히, 충방전이 가능한 충전지가 사용될 수 있다.
상기 충전수단(41)은 다수가 구비되는 것이 바람직하고, 충방전시 발생되는 열을 방출하기 위한 방열수단(60)을 구비하는 것이 바람직하다.
상기 방열수단(60)은 다양하게 변형하여 실시할 수 있으나, 방열효율을 높이기 위한 바람직한 예는 도 7 및 도 8에 도시한 바와 같이 구성하는 것이다.
즉, 상기 방열수단(60)은 충전수단(41)의 열을 흡수하는 방열판(61)과, 방열판에서 흡수한 열을 외부로 배출시키는 송풍팬(62)으로 이루어진다.
상기 송풍팬(62)은 통상적으로 바람을 일으키는 송풍기가 사용될 수 있는 것으로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
특히, 상기 방열판(61)은 충전수단의 일부를 감싸도록 설치된 방열판본체(61b)의 표면에 소정 간격으로 다수의 방열핀(61s, 62d)을 설치하되, 상기 방열핀들 중 일부 일체형방열핀(61s)은 방열판본체의 표면에 일체화되고, 일체형방열핀들 사이에는 방열판본체의 중간에 설치된 격벽(61w)에 일단이 일체화되어 방열판본체와의 사이에 통기유로가 형성된 이격방열핀(61d)을 설치하여 구성된다.
또한, 각 방열핀들(61s, 62d)의 바깥쪽 단부에는 도 7 및 도 8에 도시한 바와 같이, 방열핀들의 중간 부분을 중심으로 양단을 향하며 방열판본체로부터 멀어지도록 경사지게 설치된 가이드판(61g)을 구비하여, 송풍기에서 송풍되는 바람이 보다 효과적으로 방열판본체를 통과할 수 있게 하여 방열 효율을 높였다.
즉, 바람이 유입되는 유입부와, 배출되는 배출부의 면적을 넓혀 송풍팬(62)에 의해 송풍되는 바람이 보다 빠르게 방열판을 통과하여 열을 방출할 수 있게 한 것이다.
상기 충전수단(41)의 구동을 제어하기 위한 수단으로, 상기한 충전수단관리부(42)를 구비하고 있다.
상기 충전수단관리부(42)는 출력중인 충전수단의 잔류 전력을 감지하여, 잔류 전력이 설정된 기준치 이하가 되면 전력관리부(43)에 해당 충전수단의 방전 예고 신호를 전송하여 전력관리부가 대기 중인 충전수단으로 출력을 전환하게 하고, 발전기의 여유 전력 중 일부를 방전된 충전수단으로 공급하여 충전시키게 한다.
즉, 본 발명의 출력 안정화 장치를 구비한 풍력발전시스템은 도 2 및 도 6에 도시한 바와 같이, 에너지저장부(40)의 충전수단(41)에는 다수의 충전수단(41m, 41h)이 구비되어 있으며, 다수의 충전수단(41m, 41h) 중 일부는 전력공급용충전수단(41m)로 사용되고, 일부는 보조충전수단(41h)으로 사용된다.
상기 보조충전수단(41h)은 상기 충전수단관리부(42)에 의해 구동이 제어되고, 도 2에 도시한 바와 같이 스위칭수단(41s)을 구비하여 이 스위칭수단(41s)의 구동을 제어함에 의해 보조충전수단(41h)의 에너지가 전력공급용충전수단(41m)에 공급되거나 차단된다.
상기 보조충전수단(41h)에서 전력공급용충전수단(41m)으로 에너지를 보충하기 위한 조건은 전력공급용충전수단(41m)의 에너지 잔량이 20 내지 30%이다. 즉, 상기 충전수단관리부(42)에는 전력공급용충전수단(41m)에 저장된 에너지의 잔량을 감지하는 에너지잔량 감지수단을 구비하고 있으며, 이 에너지잔량 감지수단에서 감지된 전력공급용충전수단(41m)의 에너지잔량이 설정된 기준치 이하이면 상기 스위칭수단(41s)을 작동시켜 보조충전수단(41h)의 에너지가 전력공급용충전수단(41m)을 보충하게 된다.
또한, 상기 충전수단들(41m, 41h)은 전술한 바와 같이 다수가 구비되어 있고, 이렇게 다수의 충전수단은 다수의 선반에 랙 형태로 탈착 가능하게 설치될 수 있다.
즉, 도 6에 도시한 바와 같이 합체형상으로 만들어진 지지대에 다수의 선반을 구비하고, 각 선반에 충전수단을 탈착 가능하게 설치하되, 선반의 내부에는 가이드레일(미도시)을 설치하고, 이 가이드레일을 따라 수평으로 이동하는 슬라이더(44)를 설치하며, 이 슬라이더(44)의 상부에 상기 충전수단을 설치한 상태에서 슬라이더를 밀어 넣음에 의해 충전수단이 선반의 내부로 들어가 지지대에 설치되는 것이다.
상기 전력관리부(50)는 로터의 회전속도를 감지하여 설정된 기준값 이하일 경우, 로터의 회전력이 발전기의 구동에 충분치 않은 것으로 판단하여 발전기의 출력을 여분의 충전수단으로 출력하여 충전하고, 에너지저장장치의 충전수단들 중 적어도 하나 이상의 충전수단의 출력을 부하에 공급하고, 로터의 회전속도가 기 설정된 기준값 이상일 경우, 발전기의 출력과 기 설정된 충전수단의 출력의 합성출력을 부하에 공급하되, 출력 중인 충전수단의 잔류 전력을 감지하여 설정된 값 이하가 되면 충전수단의 출력을 전환하여 대기 중인 충전수단 중 어느 하나의 충전수단 출력을 부하에 공급한다.
즉, 기후에 따라 회전날개(10)의 회전 속도가 달라질 수 있고, 이러한 회전속도에 맞추어 전력관리부(50)가 출력을 충전수단 또는 부하 중 어느 쪽으로 제어할 수 있게 함으로써, 부족한 출력을 부하에 직접 공급할 때 발생될 수 있는 문제 즉, 부하의 비정상적인 구동을 방지할 수 있는 것이다.
또한, 상기 충전수단관리부(42)는 자가진단모듈을 구비하여 각 충전수단의 고장 유무를 감시하고, 소정의 충전수단이 고장을 일으킬 경우, 해당 충전수단은 충전 및 방전을 정지시키고, 다른 충전수단으로 충방전회로를 전환할 수 있게 하였다.
즉, 각 충전수단들에 모두 자가진단모듈을 설치하여 충전수단을 상시 감시하고, 어느 하나의 충전수단에 이상에 발생하였을 경우, 해당 충전수단의 구동을 정지시킨 후, 알람을 발생시켜 해당 충전수단의 이상을 알림과 동시에 고장이 발생된 충전수단의 일을 다른 충전수단으로 대체시켜 구동시키게 된다.
또한, 본 발명에 따른 풍력발전시스템의 에너지저장장치는 에너지 효율을 높이고, 구성하는 전자 부품을 보호하기 위해서는 장치가 설치되는 공간이 항온 항습되는 것이 바람직하고, 이를 위해 에너지저장장치가 설치되는 컨테이너의 내부 또는 외부에 단열수단을 설치하는 것이 바람직하다.
또한, 통상의 에너지저장장치는 구성하는 기구 장치들이 구동할 때 많은 소음이 발생하고, 이러한 소음이 외부로 방출되는 것을 방지하는 것이 바람직하다.
이에 본 발명에 따른 풍력발전시스템의 에너지저장장치가 설치되는 컨테이너의 벽에 단열/방음용 압면을 설치하여 단열과 방음 효과를 높이는 것이 바람직하다.
상기한 바와 같이, 제어 방법을 달리함에 따라 출력 효율을 높일 수 있지만, 물리적으로도 안정된 상태를 유지할 수 있어야 출력이 안정됨은 물론 장치의 내구성이 높아지게 된다.
이에 따라 본 발명의 출력 안정화 장치를 구비한 풍력발전시스템은 장치를 구성하는 타워(100)를 보다 안정적으로 지지하고, 진동에 강하게 하기 위해 내진수단(70)을 구비하고 있다.
상기 내진수단(70)은 도 3에 도시한 바와 같이, 일단은 타워의 상단에 연결되고, 하단은 지상에 고정되되, 타워의 외주면을 1회이상 감아 나선형으로 설치되고, 타워를 중심으로 등간격으로 감긴 2개 이상의 내진와이어(71); 및 상기 내진와이어에 연결된 내진스프링(72)으로 이루어진다.
이렇게 구성된 내진수단(70)의 내진와이어(71)는 타워의 외주면을 감고 있어 타워의 강도를 보강함은 물론, 타워(100)가 진동에 의해 흔들릴 때 지지하는 견인줄의 역할을 하여 내진 기능을 하게 된다.
상기 내진스프링(72)과 내진와이어(71) 사이에는 거리조절수단(73)을 더 구비하여 내진스프링과 내진와어이어로 이루어진 전체 길이를 조절함에 의해 장력을 조절할 수 있게 하여 진동 흡수 성능을 높이는 것이 바람직하다.
상기 거리조절수단(73)은 다양하게 변형하여 실시 할 수 있으나, 바람직하게는 도 4에 도시한 바와 같이. 턴버클(turnbuckle)을 사용하는 것이다. 즉, 턴버클의 너트부재를 회전시킴에 의해 양단의 볼트부 사이의 거리가 조절되고, 이에 따라 내진와이어(71)의 장력이 조절될 수 있는 것이다.
이렇게 거리조절수단(73)을 구비함에 따라, 내진와이어 또는 내진스프링의 노후에 따라 탄성이 변하였을 때 이를 조절할 수 있는 것이다.
또한, 내진수단은 타워 또는 기초에 고정되는 실린더부(74); 상기 실린더부에 끼워져 내부에 유체가 압축되는 피스톤부(75); 상기 실린더부와 피스톤부 사이에 설치되고 탄성수지(76r)에 매설된 스프링(76s)으로 이루어진 탄성부재(76); 및 상기 실린더부와 피스톤부 사이의 거리를 측정하여 타워의 진동을 감지하는 변위센서(77)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 실린더부(74)는 도 5에 도시한 바와 같이, 기초에 고정되거나, 도시하지는 않았으나, 타워의 하단에 고정될 수 있고, 상기 피스톤부(75)는 대향되는 다른 구조물에 고정되어 지면이 진동하면 피스톤부(75)가 실린더부(74)로 수축되면서 진동을 흡수하게 된다.
이렇게 실린더부(74)와 피스톤부(75)의 작용에 의해 지면의 진동이 타워에 전달되는 것을 방지할 수 있지만, 타워를 보다 견고하게 지면의 기초에 고정시키고, 진동에 대응할 수 있도록 상기 탄성부재(76)를 더 구비하고 있으며, 탄성부재는 자체 탄성에 의해 지면의 기초에 전달되는 진동을 흡수하여 타워에 전달되는 것을 감쇄시키는 것이다.
상기 탄성부재(76)는 스프링(76s)만으로 구성할 수도 있으나, 스프링만으로 구성할 경우, 수분에 의해 스프링이 노후됨은 물론, 탄성항복이 일어날 수 있으므로 고무나 합성수지 등 탄성을 갖는 재질로 만들어진 탄성수지(76r)에 매설하여 구성하는 것이 바람직하다.
상기 변위센서(77)는 지면의 기초에 고정된 피스톤부 또는 실린더부를 기준으로 타측 실린더부 또는 피스톤부의 변위 즉, 타워 하단에 고정된 것과 지면의 기초에 고정된 것 사이의 거리를 감지함에 의해 진동의 세기를 감지하고, 감지된 변위는 유선 또는 무선으로 풍력발전시스템을 구성하는 모니터링 장비에 전달되어 해당 풍력발전용 타워의 진동 여부를 알릴 수도 있다.
한편, 상기에서 도 1 내지 도 8을 이용하여 서술한 것은, 본 발명의 주요 사항만을 서술한 것으로, 그 기술적 범위 내에서 다양한 설계가 가능한 만큼, 본 발명이 도 1 내지 도 8의 구성에 한정되는 것이 아님은 자명하다.
10: 회전날개
20; 로터
30: 발전기
40: 에너지저장장치
41: 충전수단 42: 충전수단관리부
43: 전력변환부
50: 전력관리부
60: 방열수단
61: 방열판 61b: 방열판본체
61s: 일체형방열핀 61d: 이격방열핀
61g: 가이드판 61w: 격벽
62: 송풍팬
70: 내진수단
71: 내진와이어
72: 내진스프링
73: 거리조절수단
74: 실린더부
75: 피스톤부
76: 탄성부재 76f: 고정수단
76r: 탄성수지 76s: 스프링
77: 변위센서

Claims (8)

  1. 타워의 상단에 설치된 회전날개의 회전에 의해서 회전하는 로터와, 로터의 회전에 의해 구동되는 발전기 및 전체 장치의 운전 상태를 감시 및 제어하는 전력관리부를 포함하는 풍력 발전 시스템에 있어서,
    상기 발전기의 출력 전력을 저장하고, 필요로 하는 부하에 공급하는 에너지저장장치를 더 구비하여, 부하에 공급되는 전력은 발전기의 출력과 에너지저장장치의 출력을 더한 합성출력을 공급하되, 합성출력의 변동률이 10% 이하가 되게 하고, 에너지저장장치의 총 용량은 출력이 발전기의 용량의 10% 이상으로 설정된 시간 이상 지속적으로 출력될 수 있으며,
    상기 에너지저장장치는 다수의 충전수단와, 충전수단의 구동을 감시 및 제어하는 충전수단관리부와, 상기 충전수단의 DC전력을 계통의 AC전력으로 변환하는 전력변환부로 이루어지고,
    상기 전력관리부는 로터의 회전속도를 감지하여 설정된 기준값 이하일 경우, 로터의 회전력이 발전기의 구동에 충분치 않은 것으로 판단하여 발전기의 출력을 여분의 충전수단으로 출력하여 충전하고, 에너지저장장치의 충전수단들 중 적어도 하나 이상의 충전수단의 출력을 부하에 공급하고,
    로터의 회전속도가 기 설정된 기준값 이상일 경우, 발전기의 출력과 기 설정된 충전수단의 출력의 합성출력을 부하게 공급하되, 출력 중인 충전수단의 잔류 전력을 감지하여 설정된 값 이하가 되면 충전수단의 출력을 전환하여 대기 중인 충전수단 중 어느 하나의 충전수단 출력을 부하에 공급하며,
    상기 충전수단관리부는 출력중인 충전수단의 잔류 전력을 감지하여 잔류 전력이 설정된 기준치 이하가 되면 전력관리부에 해당 충전수단의 방전 예고 신호를 전송하여 전력관리부가 대기 중인 충전수단으로 출력을 전환하게 하고, 발전기의 여유 전력 중 일부를 방전된 충전수단으로 공급하여 충전시키는 것을 특징으로 하는 풍력발전시스템의 출력 안정화 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 충전수단은 각각 방열수단을 구비하되, 방열수단은 방열판과 송풍팬으로 이루어지고,
    상기 방열판은, 충전수단의 일부를 감싸도록 설치된 방열판본체의 표면에 소정 간격으로 다수의 방열핀을 설치하되, 상기 방열핀들 중 일부 일체형방열핀은 방열판본체의 표면에 일체화되고, 일체형방열핀들 사이에는 방열판본체의 중간에 설치된 격벽에 일단이 일체화되어 방열판본체와의 사이에 통기유로가 형성된 이격방열핀을 설치하며, 각 방열핀들의 바깥쪽 단부에는 방열핀들의 중간 부분을 중심으로 양단을 향하며 빵열판본체로부터 멀어지도록 경사지게 설치된 가이드판을 구비하여, 송풍기에서 송풍되는 바람이 보다 효과적으로 방열판본체를 통과할 수 있게 하여 방열 효율을 높인 것을 특징으로 하는 풍력발전시스템의 출력 안정화 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 충전수단관리부는 자가진단모듈을 구비하여 각 충전수단의 고장 유무를 감시하고, 소정 충전수단이 고장을 일으킬 경우, 해당 충전수단은 충전 및 방전을 정지시키고, 다른 충전수단으로 충방전회로를 전환하는 것을 특징으로 하는 풍력발전시스템의 출력 안정화 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 에너지저장장치가 설치되는 컨테이너의 벽에는 단열/방음용 압면이 더 설치된 것을 특징으로 하는 풍력발전시스템의 출력 안정화 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 타워에는 진동에 의해 타워가 기울어지지 않게 지지하는 내진수단을 구비하고,
    상기 내진수단은 일단은 타워의 상단에 설치되고, 하단은 지상에 고정되되, 타워의 외주면을 1회이상 감아 나선형으로 설치되고, 타워를 중심으로 등간격으로 감긴 2개 이상의 내진와이어; 및
    상기 내진와이어에 연결된 내진스프링으로 이루어진 것을 특징으로 하는 풍력발전시스템의 출력 안정화 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 내진스프링과 내진와이어 사이에는 거리조절수단을 더 구비하여 내진스프링과 내진와어이어 이루어진 전체 길이를 조절함에 의해 장력을 조절할 수 있게 한 것을 특징으로 하는 풍력발전시스템의 출력 안정화 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 거리조절수단은 턴버클(turnbuckle)인 것을 특징으로 하는 풍력발전시스템의 출력 안정화 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 타워에는 진동에 의해 타워가 기울어지지 않게 지지하는 내진수단을 더 구비하고,
    상기 내진수단은 타워 또는 기초에 고정되는 실린더부;
    상기 실린더부에 끼워져 내부에 유체가 압축되는 피스톤부;
    상기 실린더부와 피스톤부 사이에 설치되고 탄성수지에 매설된 스프링으로 이루어진 탄성부재; 및
    상기 실린더부와 피스톤부 사이의 거리를 측정하여 타워의 진동을 감지하는 변위센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전시스템의 출력 안정화 장치.
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Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1182281A (ja) * 1997-09-05 1999-03-26 Sony Corp 風力発電装置
KR100742607B1 (ko) * 2006-04-17 2007-07-25 (주)한울옵틱스 풍력발전기를 이용한 전원공급 제어 장치 및 그 방법
JP2008182859A (ja) * 2007-01-26 2008-08-07 Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd 風力発電装置と蓄電装置のハイブリッドシステム，風力発電システム，電力制御装置
KR20090120250A (ko) 2008-05-19 2009-11-24 이경백 Igbt를 응용한 태양광/바람에 의한 다기능 발전장치
KR20110016858A (ko) * 2009-06-05 2011-02-18 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤 계통 안정화 장치, 방법 및 풍력 발전 시스템
KR101034276B1 (ko) 2008-12-05 2011-05-16 한국전기연구원 출력안정화형 풍력발전 시스템 및 그 제어방법
KR101092219B1 (ko) 2010-04-21 2011-12-12 한국전기연구원 풍력 발전 설비 출력 안정화 방법 및 시스템
KR101243192B1 (ko) 2011-08-02 2013-03-25 한국전기연구원 풍력발전 설비 출력 제어 방법 및 시스템
KR101337651B1 (ko) 2012-05-04 2013-12-05 삼성중공업 주식회사 풍력발전단지의 출력 제어 시스템 및 그 방법

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1182281A (ja) * 1997-09-05 1999-03-26 Sony Corp 風力発電装置
KR100742607B1 (ko) * 2006-04-17 2007-07-25 (주)한울옵틱스 풍력발전기를 이용한 전원공급 제어 장치 및 그 방법
JP2008182859A (ja) * 2007-01-26 2008-08-07 Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd 風力発電装置と蓄電装置のハイブリッドシステム，風力発電システム，電力制御装置
KR20090120250A (ko) 2008-05-19 2009-11-24 이경백 Igbt를 응용한 태양광/바람에 의한 다기능 발전장치
KR101034276B1 (ko) 2008-12-05 2011-05-16 한국전기연구원 출력안정화형 풍력발전 시스템 및 그 제어방법
KR20110016858A (ko) * 2009-06-05 2011-02-18 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤 계통 안정화 장치, 방법 및 풍력 발전 시스템
KR101092219B1 (ko) 2010-04-21 2011-12-12 한국전기연구원 풍력 발전 설비 출력 안정화 방법 및 시스템
KR101243192B1 (ko) 2011-08-02 2013-03-25 한국전기연구원 풍력발전 설비 출력 제어 방법 및 시스템
KR101337651B1 (ko) 2012-05-04 2013-12-05 삼성중공업 주식회사 풍력발전단지의 출력 제어 시스템 및 그 방법

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