KR101589867B1 - 부유식 수직축 풍력발전 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 부유식 수직축 풍력발전 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는 토크 센서와 컨트롤러를 구비하여 발전기의 회전수와 토크를 측정 및 계산하여 모니터링부를 통해 확인할 수 있고, 풍력발전기의 풍속에 따른 발전기의 발전 전압, 발전 전류, 발전 전력을 즉시 확인할 수 있으며, 발전 누적량을 시간 단위, 일 단위, 월 단위 등 다양한 단위로 표시함으로써, 발전상황을 실시간으로 확인하고 이를 통해 발전계획을 용이하게 수립할 수 있는 부유식 수직축 풍력발전 시스템에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 해수면에 대하여 수직으로 배치되는 회전축; 회전축의 상단에 결합되는 경광등; 경광등의 하부에 위치한 회전축 상에 설치되어 회전축의 회전에너지를 전기에너지로 변환하는 발전기; 발전기의 하부에 위치한 회전축 상에 설치되어 회전축의 토크와 회전수를 측정하는 토크 센서; 발전기에 의해 생성된 불완전한 교류를 직류 전압으로 변환하여 배터리에 충전하고, 발전전압, 발전전류, 발전전력량을 포함한 데이터를 저장하는 컨트롤러; 및 발전기와 토크 센서 및 컨트롤러를 수용하며, 경광등의 하부에 돔 형상으로 설치되는 발전기 보호돔을 포함하는 부유식 수직축 풍력발전 시스템을 제공한다.

Description

부유식 수직축 풍력발전 시스템{omitted}

본 발명은 부유식 수직축 풍력발전 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는 토크 센서와 컨트롤러를 구비하여 발전기의 회전수와 토크를 측정 및 계산하여 모니터링부를 통해 확인할 수 있고, 풍력발전기의 풍속에 따른 발전기의 발전 전압, 발전 전류, 발전 전력을 즉시 확인할 수 있으며, 발전 누적량을 시간 단위, 일 단위, 월 단위 등 다양한 단위로 표시함으로써, 발전상황을 실시간으로 확인하고 이를 통해 발전계획을 용이하게 수립할 수 있는 부유식 수직축 풍력발전 시스템에 관한 것이다.

풍력발전은 바람의 힘에 의해서 회전하는 풍차의 회전력으로 발전기를 돌려 전기를 발생시키는 기술로, 청정에너지인 바람을 동력원으로 하므로 환경오염이 발생하지 않는다는 장점이 있다.

풍력발전은 크게 육상풍력발전과 해상풍력발전이 있다. 해상풍력발전을 위해서는 바다 위에 발전기를 설치하여야 하며, 전력망을 바다에 깔아야 할 뿐만 아니라 바다 위에 변전소도 지어야 한다. 따라서 육상풍력발전에 비해 건설비가 많이 든다는 단점이 있다. 그러나 해수면의 형상이 일정하므로 주변 지형의 영향을 받는 육상풍력발전에 비해 풍력감소가 적고, 설치 부지 및 규모의 제한이 적은 장점이 있다.

해상풍력발전은 크게 발전설비를 해상에 설치하는 방법에 따라 고정식과 부유식으로 나눌 수 있다.

고정식은 수심이 깊지 않은 바다의 해저지반에 기초공사를 하고, 그 위에 구조물 및 발전설비를 설치하는 방식이다. 고정식 풍력발전에 사용되는 기초로는 콘크리트 자중 기초, 모노파일 기초, 멀티파일 기초 등으로 분류된다.

부유식은 해상에 떠있는 부유체 위에 발전설비를 고정시키고, 부유체의 운동을 계류 시스템으로 제어하는 방식이다. 부유식은 해안에서 멀리 떨어져서 설치할 수 있기 때문에 주변 환경에 미치는 소음과 전자기 등의 영향이 적다. 부유식은 대략 수심 40~50m 이상인 해상에 설치될 때 고려할 수 있는 방식이다. 부유식은 해상에 떠 있기 때문에 파도, 바람 등의 주위 환경의 영향을 많이 받아 고정식에 비해 움직임이 크기 때문에 가능한 움직임이 작도록 설계하는 것이 관건이다.

부유식 구조물은 부력체가 외력을 받은 경우에 이에 대항하여 자세를 유지하는 복원력의 발생 메커니즘에 따라 폰툰형, 주상형, 인장 계류형으로 분류할 수 있다.

폰툰형은 부력체가 기울어지면 기울어진 쪽의 부력이 증가하고 반대쪽의 부력이 감소하여 복원 모멘트가 생기는 것을 이용한다. 폰툰형은 부력체가 수면 위에 떠 있기 때문에 파의 영향을 많이 받으므로 정온한 해역에 적합하다.

주상형은 실린더 형태의 부력체 위에 플랫폼이 설치된 형태로서 부력 중심 밑에 중력 중심을 둠으로써 안정성을 얻으며, 위치 유지를 위하여 유연계류장치나 긴장계장치가 설치된다.

인장 계류형은 플랫폼이 정적평형위치보다 조금 아래로 내려가도록 끌어당겨서 수개의 쇠줄이나 쇠파이프로 해저면에 연결하여 쇠줄이나 쇠파이프에 잉여부력에 의한 인장력이 걸리도록 하여 복원력을 발생시키는 방식이다.

선행기술문헌 : KR등록특허공보 제1413612호(2014.7.4.공고)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 특히 발전상황을 실시간으로 확인할 수 있고, 이를 통해 발전계획을 용이하게 수립할 수 있는 풍력발전시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 안출된 본 발명에 따른 부유식 수직축 풍력발전 시스템은 해수면에 대하여 수직으로 배치되는 회전축; 회전축의 상단에 결합되는 경광등; 경광등의 하부에 위치한 회전축 상에 설치되어 회전축의 회전에너지를 전기에너지로 변환하는 발전기; 발전기의 하부에 위치한 회전축 상에 설치되어 회전축의 토크와 회전수를 측정하는 토크 센서; 발전기에 의해 생성된 불완전한 교류를 직류 전압으로 변환하여 배터리에 충전하고, 발전전압, 발전전류, 발전전력량을 포함한 데이터를 저장하는 컨트롤러; 및 발전기와 토크 센서 및 컨트롤러를 수용하며, 경광등의 하부에 돔 형상으로 설치되는 발전기 보호돔을 포함한다.

또한, 본 발명은 토크 센서와 컨트롤러로부터 전송된 데이터를 기반으로 풍속, 발전전압, 발전전류, 발전전력량, 발전 누적량, 발전기 회전수, 발전기 토크, 발전기 효율을 계산하여 화면상에 표시하는 모니터링부를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 의하면 토크 센서와 컨트롤러를 구비하여 발전기의 회전수와 토크를 측정 및 계산하여 모니터링부를 통해 확인할 수 있고, 풍력발전기의 풍속에 따른 발전기의 발전 전압, 발전 전류, 발전 전력을 즉시 확인할 수 있으며, 발전 누적량을 시간 단위, 일 단위, 월 단위 등 다양한 단위로 표시함으로써, 발전상황을 실시간으로 확인하고 이를 통해 발전계획을 용이하게 수립할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 부유식 수직축 풍력발전 시스템의 정면도,
도 2는 도 1 중 발전기 보호돔의 내부구조를 도시한 정면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 부유식 수직축 풍력발전 시스템의 정면도이고, 도 2는 도 1 중 발전기 보호돔의 내부구조를 도시한 정면도이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 부유식 수직축 풍력발전 시스템은, 도 1 및 도 2를 참조하면, 회전축(2), 경광등(4), 풍속계(5), 발전기(6), 토크 센서(8), 컨트롤러(10), 배터리(12), 발전기 보호돔(14), 수직형 블레이드(16), 블레이드 집풍장치(18), 발전기터빈 받침대(20), 및 모니터링부(미도시)를 포함하여 이루어진다. 도시되지 않았으나, 발전기터빈 받침대(20)의 하부에는 부유체가 결합된다.

회전축(2)은 해수면에 대하여 수직으로 배치된다. 회전축(2)에는 경광등(4), 발전기(6), 토크 센서(8), 수직형 블레이드(16) 등이 결합되어 회전축(2)과 함께 회전한다.

경광등(4)은 회전축(2)의 상단에 결합된다. 일례로 경광등(4)은 LED가 사용될 수 있으며, 여기서 경광등의 종류를 한정하는 것은 아니다.

발전기(6)는 경광등(4)의 하부에 위치한 회전축(2) 상에 설치되어 회전축(2)의 회전에너지를 전기에너지로 변환한다.

토크 센서(8)는 발전기(6)의 하부에 위치한 회전축(2) 상에 설치되어 회전축(2)의 토크와 회전수를 측정한다.

컨트롤러(10)는 발전기(6)에 의해 생성된 불완전한 교류를 직류 전압으로 변환하여 배터리(12)에 충전하고, 발전전압, 발전전류, 발전전력량을 포함한 데이터를 저장한다.

발전기 보호돔(14)은 발전기(6)와 토크 센서(8) 및 컨트롤러(10)를 수용하며, 경광등(4)의 하부에 돔 형상으로 설치된다.

모니터링부(미도시)는 토크 센서(8)와 컨트롤러(10)로부터 전송된 데이터를 기반으로 풍속, 발전전압, 발전전류, 발전전력량, 발전 누적량, 발전기 회전수, 발전기 토크, 발전기 효율을 계산하여 화면상에 표시한다. 발전 누적량은 일 단위, 월 단위 등 다양한 단위로 계산될 수 있다.

도시되지 않았으나, 발전기터빈 받침대(20)의 하부에는 부유체가 결합된다. 부유체는 하부에만 콘크리트 등으로 하중물질을 채운 형태가 사용될 수 있으며, 부유체에는 해상에서 고정시키기 위한 고정로프가 결합될 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

2 - 회전축 4 - 경광등
5 - 풍속계 6 - 발전기
8 - 토크 센서 10 - 컨트롤러
12 - 배터리 14 - 발전기 보호돔
16 - 수직형 블레이드 18 - 블레이드 집풍장치
20 - 발전기터빈 받침대

Claims (2)

1. 해수면에 대하여 수직으로 배치되는 회전축;
   회전축의 상단에 결합되는 경광등;
   경광등의 하부에 위치한 회전축 상에 설치되어 회전축의 회전에너지를 전기에너지로 변환하는 발전기;
   발전기의 하부에 위치한 회전축 상에 설치되어 회전축의 토크와 회전수를 측정하는 토크 센서;
   발전기에 의해 생성된 불완전한 교류를 직류 전압으로 변환하여 배터리에 충전하고, 발전전압, 발전전류, 발전전력량을 포함한 데이터를 저장하는 컨트롤러; 및
   발전기와 토크 센서 및 컨트롤러를 수용하며, 경광등의 하부에 돔 형상으로 설치되는 발전기 보호돔
   을 포함하는 부유식 수직축 풍력발전 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   토크 센서와 컨트롤러로부터 전송된 데이터를 기반으로 풍속, 발전전압, 발전전류, 발전전력량, 발전 누적량, 발전기 회전수, 발전기 토크, 발전기 효율을 계산하여 화면상에 표시하는 모니터링부
   를 더 포함하는 부유식 수직축 풍력발전 시스템.

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