KR101616427B1 - Floating offshore wind turbine - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 부유식 해상 풍력발전기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 강한 바람 및 파도에 의해 크게 진동하는 풍력 발전기를 일정한 평형 상태가 유지되도록 조정하여 안정적인 풍력발전이 가능하게 하는 부유식 해상 풍력발전기에 관한 것이다.The present invention relates to a floating offshore wind turbine generator, more particularly, to a floating offshore wind turbine generator capable of stabilizing wind power generation by adjusting a constantly balanced state of a wind turbine generator vibrating largely by strong winds and waves will be.
전기의 사용량이 점차 많아지게 되면서 전력수급에 대한 불균형이 문제가 되었다. 이런 문제를 해결하기 위해 원자력 발전, 수력발전 및 풍력발전 등 다양한 방식으로 전기가 생산되고 있다. 이 중 환경오염을 발생하지 않으면서도 적은 비용으로 높은 효율을 내는 풍력발전에 대한 개발이 활발히 이루어지고 있다.As electricity consumption gradually increased, imbalance in electricity supply and demand became a problem. To solve these problems, electricity is being produced in a variety of ways such as nuclear power, hydro power and wind power. Among these, development of wind power generation which is high in efficiency at a low cost without causing environmental pollution is actively being developed.
풍력발전은 크게 육상 풍력발전과 해상풍력발전이 있다. 이 중, 해상풍력발전은 육상풍력발전에 비해서 설치 부지 및 규모의 제한이 적고, 주변 지형의 영향을 적게 받으면서 안정적인 풍력을 공급받을 수 있다는 장점이 있다.Wind power generation is largely onshore wind power and offshore wind power generation. Of these, offshore wind power generation has the advantage of being less restricted in installation site and scale compared to onshore wind power generation, and being able to receive stable wind power while receiving less influence from the surrounding terrain.
해상 풍력발전은 크게 부유식과 고정식으로 나뉘며, 고정식 해상 풍력발전은 부유식 해상 풍력 발전에 비해 구조가 간단하지만 고정을 위한 기초 공사 비용이 많이 드는 데 반해, 부유식 해상 발전은 고정식 해상 풍력 발전에 비해 기초 공사 비용이 적게 드나, 제작 비용이 많이 드는 단점이 있다.The offshore wind power generation is largely divided into floating type and fixed type. The fixed type offshore wind power generation is simple in structure compared to floating offshore wind power generation, but the foundation cost for fixing is large, while floating type offshore generation is compared with fixed offshore wind power generation There is a disadvantage that the cost of foundation is low, but the cost of production is high.
특히, 부유식 해상 발전은 파도 및 바람 등의 주위 환경의 영향을 많이 받아 안정적인 자세를 유지하기 어렵기 때문에 별도의 장치가 필요하다.Particularly, it is difficult to maintain a stable posture due to the influence of the surrounding environment such as waves and winds.
이러한 부유식 해상풍력발전의 단점의 해결 방안의 일 례로써, 한국 공개 특허 제10-2010-0130666호에 해양 부유 구조물 및 그것의 임시부력 복원 방법에 대한 연구가 개시되어 있다. 그러나, 이 선행기술에 개시된 해양 부유 구조물은 조석간만의 차로 인한 수심의 변동 및 얕은 해역에서는 안정적이지 못한 단점이 있다. 또한, 한국 공개 특허 10-2012-0021629호에 서 타워 진동 억제 구조를 개시하고 있으나, 이 선행기술에 개시된 구조를 이용해서는 심한 파도에 의해 발생하는 진동을 억제하기 어려우므로 부유식 해상 풍력발전기에 안정적으로 대응하지 못하는 문제가 있다.As an example of a solution to the disadvantages of such floating offshore wind power generation, Korean Unexamined Patent Application Publication No. 10-2010-0130666 discloses a study on a floating structure of ocean and its temporary buoyancy restoration method. However, the marine floating structure disclosed in this prior art has a disadvantage that it is not stable in the fluctuation of the water depth due to the difference in the tidal range only and in the shallow sea area. Although Korean Patent Laid-Open No. 10-2012-0021629 discloses a tower vibration suppression structure, it is difficult to suppress the vibration caused by a severe wave by using the structure disclosed in this prior art. Therefore, There is a problem in that it can not be coped with.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 강한 바람 및 파도로 인해 크게 진동하는 풍력 발전기가 일정한 평형 상태를 유지하도록 조정하여 안정적이고 효율적인 풍력발전이 가능하도록 하는 부유식 해상 풍력발전기를 제공하고자 하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a floating offshore wind turbine generator capable of stably and efficiently generating wind power by adjusting a wind turbine generator vibrating largely due to strong winds and waves to maintain a constant equilibrium state.
본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problem of the present invention is not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems which are not mentioned can be understood by those skilled in the art from the following description.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 부유식 해상 풍력발전기는 허브와, 상기 허브에 결합되어 회전하는 블레이드를 포함하는 로터, 상기 허브에 결합되어 회전하는 주축과 상기 주축의 회전력을 전달받아 전력을 생산하는 발전기를 수용하는 나셀, 상기 나셀을 지지하는 지지타워, 부력을 형성하여 상기 지지타워를 수면 위로 지지하는 부유체 및 상기 나셀 내에 이동 가능하게 설치되어 상기 지지타워의 기울기에 따라 이동하여, 변화하는 무게 중심을 조정하는 중심추를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a floating offshore wind turbine including a hub, a rotor coupled to the hub, the rotor including a rotating blade, a main shaft rotating and coupled to the hub, A support tower for supporting the nacelle, a float for supporting the support tower on the water surface by forming buoyancy, and a movable body movably installed in the nacelle to move along a slope of the support tower, And a center weight for adjusting the center of gravity.
상기 지지타워의 기울기를 측정하는 기울기 센서 및 상기 기울기 센서에 측정된 기울기 측정값을 수신받아 상기 중심추를 이동시키는 중심추 위치 제어기를 더 포함할 수 있다.A tilt sensor for measuring a tilt of the support tower, and a center weight position controller for receiving the tilt measurement value measured by the tilt sensor and moving the center weight.
상기 중심추 위치 제어기는 상기 기울기 측정값이 기설정된 범위를 초과하는 경우 상기 기울기 측정값을 상기 중심추의 위치값으로 변환하여 상기 중심추를 이동시킬 수 있다.The center weight position controller may shift the center weight by converting the tilt measurement value to a position value of the center weight when the tilt measurement value exceeds a predetermined range.
상기 지지타워의 기울기를 측정하는 기울기 센서, 상기 블레이드를 회전시켜 피치각을 조절하는 피치 조절부, 상기 피치 조절부를 작동시켜 상기 블레이드의 피치각을 조정하는 표준 제어기 및 상기 기울기 센서에 측정된 값을 수신받아 상기 기울기 측정값이 기설정된 범위 내에 있는 경우, 상기 표준 제어기의 피치각 조정시 상기 기울기 측정값에 따라 상기 표준 제어기 조정값을 가감하여 상기 블레이드의 피치각을 조정하는 기울기 보완 제어기를 더 포함할 수 있다.A standard controller for adjusting the pitch angle of the blades by operating the pitch adjusting unit, and a controller for controlling the pitch angle of the blade by adjusting a value measured by the tilt sensor And adjusting the pitch angle of the blade by adding or subtracting the standard controller adjustment value according to the slope measurement value when adjusting the pitch angle of the standard controller when the slope measurement value is within a predetermined range can do.
상기 중심추에 결합되어 상기 중심추를 길이방향을 이동시키는 이동 부재 및 상기 중심추 위치 제어기로부터 제어값을 수신받아 상기 이동부재를 구동시키는 구동부를 더 포함할 수 있다.A moving member coupled to the center weight for moving the center weight in the longitudinal direction, and a driving unit for receiving the control value from the center weight position controller and driving the moving member.
본 발명은 강한 바람 및 파도 등이 가해지는 환경에서도 평형 상태를 이루어 안정적인 자세를 유지할 수 있다.The present invention can maintain a stable posture by achieving an equilibrium state even in an environment where strong winds and waves are applied.
또한, 풍력 발전기의 진동을 최대한 조정하여 풍력 발전 운전 시간을 연장시킬 수 있다.In addition, it is possible to extend the operation time of the wind power generator by adjusting the vibration of the wind power generator as much as possible.
도 1은 파고에 따라 진동하는 부유식 해상 풍력발전기를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 부유식 해상 풍력발전기를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 부유식 해상 풍력발전기의 상부 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3의 부유식 해상 풍력발전기의 평형상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 도 3의 부유식 해상 풍력발전기의 작동 일례을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 도 3의 부유식 해상 풍력발전기의 작동 일례를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 7는 본 발명의 제2 실시예에 따른 부유식 해상 풍력발전기의 상부 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 8은 도 7의 부유식 해상 풍력발전기의 평형상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 9는 도 7의 부유식 해상 풍력발전기의 작동 일례을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 10은 도 7의 부유식 해상 풍력발전기의 작동 일례를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 부유식 해상 풍력발전기의 작동을 나타낸 제어 블록도이다.
도 12는 본 발명에 따른 부유식 해상 풍력발전기의 작동을 나타낸 순서도이다.1 is a schematic view of a floating offshore wind turbine that vibrates according to a wave height.
2 is a perspective view schematically illustrating a floating offshore wind turbine according to an embodiment of the present invention.
3 is a schematic view illustrating an upper structure of a floating offshore wind turbine according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a view schematically showing an equilibrium state of the floating offshore wind turbine generator of FIG. 3;
5 is a schematic view showing an operation example of the floating offshore wind power generator of FIG.
FIG. 6 is a schematic view showing an example of operation of the floating offshore wind turbine generator of FIG. 3;
7 is a view schematically showing an upper structure of a floating offshore wind turbine generator according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a view schematically showing an equilibrium state of the floating offshore wind turbine of FIG. 7; FIG.
Fig. 9 is a schematic view showing an operation example of the floating offshore wind power generator of Fig. 7;
10 is a schematic view showing an operation example of the floating offshore wind power generator of FIG.
11 is a control block diagram showing the operation of the floating offshore wind turbine of the present invention.
12 is a flowchart showing the operation of a floating offshore wind turbine according to the present invention.
본 발명의 이점과 특징 그리고 그것들을 달성하는 방법들은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 단지 청구항에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조부호는 동일 구성요소를 지칭한다.Brief Description of the Drawings The advantages and features of the present invention and methods of accomplishing the same will be apparent from the following detailed description of embodiments thereof taken in conjunction with the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. Is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the present invention is only defined by the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.
도 1은 파고에 따라 진동하는 부유식 해상 풍력발전기를 개략적으로 나타낸 도면이다.1 is a schematic view of a floating offshore wind turbine that vibrates according to a wave height.
도 1에 도시된 것처럼, 부유식 해상 풍력발전기는 해저 지면에 고정되지 않고 바다에 떠 있기 때문에 파도의 영향을 크게 받는다. 따라서, 부유식 해상 풍력발전기는 끊임없이 움직이는 해수의 유동에 의해 진동하게 된다. 특히, 높은 파고에 의해 진동하는 경우 부유식 해상 풍력발전기가 크게 흔들리게 되어 안정적인 풍력 발전이 어렵게 된다.As shown in Fig. 1, the floating offshore wind turbine is not fixed on the seabed ground and floats on the sea, so that it is greatly affected by waves. Thus, a floating offshore wind turbine is vibrated by the flow of seawater constantly moving. Particularly, when the wind turbine vibrates due to the high crest, the floating offshore wind turbine is largely shaken, making stable wind turbine generation difficult.
이하, 도 2 내지 도 12를 참조하여 본 발명에 따른 부유식 해상 풍력발전기를 상세히 설명한다.Hereinafter, a floating offshore wind turbine generator according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 2 to 12. FIG.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 부유식 해상 풍력발전기를 개략적으로 나타낸 사시도이다.2 is a perspective view schematically illustrating a floating offshore wind turbine according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 부유식 해상 풍력발전기(1)는 강한 바람 및 파도가 발생하는 환경 속에서도 일정한 자세를 유지하여 안정적으로 전기를 발전할 수 있다. 부유식 해상 풍력발전기(1)는 풍향에 의해 회전되는 로터(10), 상기 로터의 회전력으로 전력을 생산하는 발전기 등을 감싸는 나셀(13), 상단부가 나셀(13)에 연결되는 지지타워(20), 지지타워(20)를 지지하는 부유체(30), 무게 중심을 조정하는 중심추(110), 중심추(110)를 이동시키는 이동 부재(120), 이동부재(120)를 구동시키는 구동부(130), 지지타워(20)의 기울기를 측정하는 기울기 센서(140) 및 지지타워(20)의 기울기 및 진동을 조절하는 제어부(150)를 포함한다.Referring to FIG. 2, the floating offshore
이하, 이러한 특징을 갖는 본 발명에 따른 부유식 해상 풍력발전기(1)의 각 구성부에 대해 좀 더 상세히 설명한다.Hereinafter, each component of the floating offshore
로터(10)는 피치각이 제어되는 블레이드(11), 복수개의 블레이드(11)가 동일한 각도로 이격되어 설치된 허브(12)를 포함한다. 로터(10)는 지지타워(20)의 상단부에 설치되고, 전방에서 불어오는 바람을 받아 블레이드(11)가 회전하면서 블레이드(11)에 결합된 허브(12)가 회전한다.The
블레이드(11)는 허브(12)를 중심으로 배치되어 전방에서 불어오는 바람을 받아 일 방향으로 회전하는 것으로, 일정한 회전 속도를 유지하도록 조절될 수 있다. 블레이드(11)가 바람을 받아 회전함에 따라 허브(12)와 주축(40)도 함께 회전하게 된다.The
나아가, 복수 개의 블레이드(11) 및 블레이드(11)의 피치각은 각각 독립적으로 제어되어, 바람에 의해 용이하게 블레이드(11)의 회전속도를 제어할 수 있다.Further, the pitch angles of the plurality of
또한, 도시된 바와 같이 블레이드(11)는 허브(12)에 3개가 설치되어 윈드로터(10)의 소음 및 안정상의 문제를 극복할 수 있다. 그러나, 블레이드(11)의 개수가 반드시 3개로 한정되어야 하는 것은 아니며, 필요에 따라 블레이드(11)의 개수가 그 이상 및 이하가 될 수 있다.In addition, as shown in the figure, three
허브(12)는 주축(40)과 블레이드(11)의 단부를 연결하는 동시에 보호하는 역할을 하며, 부유식 해상 풍력발전기(1)의 전방으로 갈수록 단면적이 작아지는 원추형의 형상으로 형성될 수 있다. 허브(12)가 원추형의 형상으로 형성됨으로써, 공기의 유동이 원활하게 안내되어 윈드로터(10)는 더욱 용이하게 회전할 수 있다. 그러나, 허브(12)가 원추형의 형상으로 형성되는 것으로 한정될 것은 아니며, 형상은 다양하게 변형될 수 있다. 예를 들어, 허브(12)는 타원형의 형상으로 형성될 수도 있다.The
나셀(13)은 허브(12)와 연결되어 허브(12)의 회전력을 이용하여 전기를 생산하는 엔진룸을 말한다. 나셀(13)은 허브(12)와 연결된 주축(40), 허브(12)로부터 회전력을 전달받아 전력을 생산하는 기어박스(50), 보조축(41), 발전기(60) 및 변압기(70) 등을 감싼다.The
주축(40)은 허브(12)에 회전 가능하게 결합되어 블레이드(11)의 주축(40)이 된다. 또한, 주축(40)은 허브(12)로부터 전달받은 회전력을 나셀(13) 내의 발전기(60)에 전달한다.The
기어박스(50)는 주축(40)의 회전력을 보조축(41)을 통해 발전기(60)에 전달하는 역할을 한다. 기어박스(50)는 허브(12)와 연결되는 주축(40)과 발전기(60)와 연결되는 보조축(41)을 내부에 수용하며, 주축(40)과 보조축(41)은 서로 나란하게 배치될 수 있다. 주축(40)과 보조축(41)에는 각각 톱니가 형성된 기어가 결합된다.The
발전기(60)는 블레이드(11)의 회전으로 발생된 기계적 회전 에너지를 전기 에너지로 변환하는 역할을 하며, 부유식 해상 풍력발전기(1)에는 적어도 하나 이상의 발전기(60)가 설치될 수 있다. 발전기(60)는 주축(40)과 보조축(41)을 통해 전달받은 회전력을 이용하여 전기를 생산한다. 발전기(60)는 외부로부터 전기를 공급받아 주축(40)에 구동력을 전달하고 블레이드(11)를 회전하게 할 수 있다.The
변압기(70)는 발전기(60)의 일측에 연결되어, 발전기(60)로부터 공급된 전기 에너지를 사용 가능한 전압과 위상을 갖는 상태로 변환한다. 발전기(60)에서 변환된 전기 에너지는 전압과 위상이 불안정한 상태이므로, 전력계통부(미도시)에 공급하여 사용할 수 없다. 따라서, 변압기(70)는 불안정한 상태의 전기 에너지를 안정된 전압과 위상을 갖는 상태로 변환하여 전력계통부(미도시)에 공급한다.The
이상에서 설명한 나셀(13)은 지지타워(20)와 베어링 구조로 연결되어 풍향에 대응하여 용이하게 회전될 수 있다. 이로 인해, 바람에 따라 회전하는 나셀(13)과 나셀(13) 내의 주축(40)과 결합된 로터(10)는 바람을 이용하여 원활하게 전기를 생산할 수 있게 된다.The
지지타워(20)는 부유식 해상 풍력발전기(1)의 기둥을 이루는 것이다. 지지타워(20)는 바람 및 파도로부터 최소의 변위를 가질 수 있도록 중공형의 형상으로 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 지지타워(20)의 상단부는 나셀(13)과 연결되고, 하단부는 부력을 형성하는 부유체(30)와 연결된다.The
부유체(30)는 수선면에 위치하여 지지타워(20)를 지지한다. 부유체(30)는 부유식 해상 풍력발전기(1)의 설치 위치에 따라 다양한 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 부유체(30)의 길이가 길고 수선면적이 작은 스파형 해상 풍력발전기 또는 부유체(30)가 원기둥형으로 제작되어 수선면적이 큰 반잠수식 해상 풍력발전기 등이 있다.The float (30) is positioned on the water surface to support the support tower (20). The
중심추(110)는 나셀(13) 내에 설치되고, 지지타워(20)의 기울기에 따라 이동하여 무게 중심을 조정한다. 중심추(110)는 부유식 해상 풍력발전기(1)의 평형상태가 유지되도록 제공된다. 즉, 중심추(110)는 나셀(13) 내에 설치된 구성 요소의 무게뿐만 아니라 블레이드(11)와 허브(12)의 무게 등을 고려하여 설치된다. 중심추(110)는 이동부재(120)와 구동부(130)에 의해 이동한다. 다만, 이에 한정되지 않고 구동부(13)가 없이 중심추(11)가 이동할 수 있다. 또한, 중심추(110)는 다양한 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 원통형, 반원형 또는 원추형일 수 있다. 중심추(110)는 나셀(13) 내부의 빈공간을 최대한 활용할 수 있도록 상부면이나 하부면이 곡선으로 이루어지는것이 바람직하다.The
구동부(130)에 의해 구동되는 이동부재(120)는 중심추(110)의 일단에 연결되어 중심추(110)를 이동시킨다. 이동부재(120)는 구동부의 회전력을 이용하여 직선이동할 수 있는 볼스크류일 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않으며 직선 이동을 위한 랙앤피니언 기어, 또는 회전 이동을 위한 싱글 피니어 유성기어와 같이 다양한 기업 조합을 이용할 수 있다.The moving
구동부(130)는 모터를 포함하고, 모터에 의해 발생된 회전력을 이용하여 이동부재(120)를 길이방향 또는 회전방향으로 이동시킨다. 중심추(130)가 이동 부재(120)의 이동 길이 또는 회전각만큼 이동됨으로써, 부유식 해양 풍력 발전기(1)의 진동에 의해 변화된 무게중심이 조정된다. 구동부(130)는 복수 개의 이동부재(120)에 각각 결합할 수도 있고, 하나의 구동부(130)를 통해 복수 개의 이동 부재(120)를 작동시킬 수도 있다.The driving
이하, 이러한 특징을 갖는 나셀(13) 내의 중심추(110), 이동 부재(120) 및 구동부(130)에 다양한 실시예를 통해 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, the
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 부유식 해상 풍력발전기(1)의 상부 구조를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 4는 도 3의 부유식 해상 풍력발전기의 평형상태를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 5는 도 3의 부유식 해상 풍력발전기의 작동 일례을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 6은 도 3의 부유식 해상 풍력발전기의 작동 일례를 개략적으로 나타낸 도면이다.FIG. 3 is a schematic view showing an upper structure of a floating
도 3 내지 도 6를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 부유식 해상 풍력발전기(1)는 중심추(111)를 주축(40)의 길이 방향을 따라 이동시켜 파고에 의해 변화되는 무게 중심을 평형 상태로 유지시킨다.3 to 6, the floating offshore
중심추(111)는 나셀(13) 내의 주축(40)으로부터 반경방향으로 이격된 채 설치된다. 이동 부재(121)는 주축(40)의 길이방향으로 설치되고, 중심추(111)를 주축(40)의 길이방향으로 이동시킨다. 구동부(131)는 이동 부재(121)의 일측에 설치되고, 이동 부재(121)를 주축(40)의 길이방향으로 이동시킨다. 즉, 중심추(111)가 나셀(13)의 길이방향으로 이동하면서 변화하는 무게중심을 조정한다. 도 3에 도시된 것처럼, 이동 부재(121)가 볼스크류인 경우, 구동부(131)는 스크류 사프트(121a)의 일측에 결합되고, 중심추(111)는 볼베어링(121b)에 결합된다. 구동부(131)의 회전에 의해 스크류 사프트(121a)가 회전하면 볼베어링(121b)과 결합된 중심추(111)가 직선 방향으로 이동하게 된다. 따라서, 중심추(111)의 이동 거리는 볼스크류의 회전수에 의해 결정된다.The
도 4 내지 도 6을 참조하면, 파고에 기울어지는 지지타워(20)를 중심추(111)가 이동하면서 지지타워(20)가 평형상태를 유지하도록 한다. 도 4는 지지타워(20)가 평형상태를 유지하는 경우를 도시한 것으로, 나셀 내의 다른 구성 요소와의 관계를 고려하여 중심추의 위치가 달라질 수 있다.Referring to FIGS. 4 to 6, the
도 5에 도시한 것처럼, 지지타워(20)가 블레이드(11) 방향으로 기울어지는 경우(점선으로 표시), 구동부(131)와 이동부재(121)는 중심추(111)를 그 반대방향으로 이동시킨다. 이에, 부유식 해양 풍력발전기(1)는 파고에 의해 블레이드(11)쪽으로 기울어졌다가 평형상태를 유지하게 된다(실선으로 표시). 그리고, 도 6에 도시한 것처럼, 지지타워(20)가 나셀(13) 후방으로 기울어지는 경우(점선으로 표시), 구동부(131)와 이동부재(121)는 중심추(111, 실선)를 그 반대방향으로 이동시킨다. 이에, 부유식 해양 풍력발전기(1)는 파고에 의해 나셀(13) 후방쪽으로 기울어졌다가 평형상태를 유지하게 된다(실선으로 표시). 도면에 도시하지 않았지만, 파도가 다시 잔잔해서 지지타워(20)가 도4와 같이 평형상태가 되면 중심추(11)도 도 4와 같은 평형상태의 위치로 복귀한다.5, when the supporting
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 부유식 해상 풍력발전기의 상부 구조를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 8은 도 7의 부유식 해상 풍력발전기의 평형상태를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 9는 도 7의 부유식 해상 풍력발전기의 작동 일례을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 10은 도 7의 부유식 해상 풍력발전기의 작동 일례를 개략적으로 나타낸 도면이다.FIG. 7 is a schematic view showing an upper structure of a floating offshore wind turbine according to a second embodiment of the present invention, FIG. 8 is a view schematically showing an equilibrium state of the floating offshore wind turbine of FIG. 7, 7 is a schematic view showing an example of operation of the floating offshore wind turbine generator of Fig. 7, and Fig. 10 is a view schematically showing an example of operation of the floating offshore wind turbine generator of Fig.
도 7 내지 도 10을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 부유식 해양 풍력발전기(1)는 복수개의 중심추(112,113)와 이동부재(122,123)를 이용하여 파고에 의해 변화되는 무게 중심을 평형 상태로 유지시킨다.7 to 10, a floating offshore
중심추(112,113)는 나셀(13) 내의 주축(40)으로부터 반경방향으로 이격된 채 복수 개가 설치된다. 각 중심추(112,113)는 서로 이격되게 설치된다. 복수 개의 중심추(112,113)는 나셀(13) 내의 다른 구성 요소나 평형 상태의 무게 중심 등을 고려하여 위치에 따라 무게나 형상이 다를 수 있다. 또한, 복수 개의 중심추(112,113)의 평형상태의 위치나 무게 중심 이동시 이동 길이도 평형 상태의 무게 중심이나 평형 상태가 깨진 경우의 무게 중심의 위치 등을 고려하여 각각 다를 수 있다.A plurality of
이동 부재(122,123)는 주축(40)의 길이방향으로 중심추들(112,113)에 각각 연결되고, 중심추들(112,113) 각각을 주축(40)의 길이방향으로 이동시킨다. 구동부(132,133)는 각 이동 부재(122,123)의 일측에 연결되어 이동부재(122,123) 각각을 상기 주축(40)의 길이방향으로 이동시킨다. 다만, 구동부(132,133)는 각 이동부재(122,123)에 각각 제공될 수도 있고, 하나의 구동부(132,133)로 각 이동 부재(122,123)에 연결하여 구동하게 할 수도 있다. 즉, 복수 개의 중심추(112,113)가 나셀(13)의 길이방향으로 각각 이동하면서 변화하는 무게중심을 조정한다. 도 7에 도시된 것처럼, 중심추(112,113)은 나셀(13)의 상부와 하부에 각각 설치될 수 있다. 도 3과 같이, 이동 부재(122,123)이 볼스크류인 경우, 중심추(112,113)는 볼베어링에 결합된다. 구동부(132,133)에 결합된 스크류 샤프트가 회전하면 중심추(112,113)는 직선방향으로 이동하게 된다. 이 때, 중심추(112,113)의 이동거리는 볼스크류의 회전수에 따라 결정된다.The
도 8 내지 도 10를 참조하면, 파고에 기울어지는 지지타워(20)를 복수 개의 중심추(112,113)가 각각 이동하면서 지지타워(20)가 평형상태를 유지하도록 한다. 도 8에 도시한 것처럼, 지지타워(20)가 평형상태를 유지하는 경우 중심추(112,113)의 위치가 중심추(112,113)에 따라 각각 다를 수 있다.Referring to FIGS. 8 to 10, a plurality of
도 9에 도시한 것처럼, 지지타워(20)가 블레이드(11) 방향으로 기울어지는 경우(점선으로 표시), 변화된 무게 중심을 평형상태로 이동시키기 위해 각 중심추(112,113)를 이동시킨다. 이에, 부유식 해양 풍력발전기(1)는 파고에 의해 블레이드(11)쪽으로 기울어졌다가 평형상태를 유지하게 된다(실선으로 표시). 그리고, 도 10에 도시한 것처럼, 지지타워(20)가 나셀(13) 후방으로 기울어지는 경우(점선으로 표시), 변화된 무게 중심을 평형상태로 이동시키기 위해 각 중심추(112,113)를 이동시킨다. 이에, 부유식 해양 풍력발전기(1)는 파고에 의해 나셀(13) 후방쪽으로 기울어졌다가 평형상태를 유지하게 된다(실선으로 표시). 도면에 도시하지 않았지만, 파도가 다시 잔잔해서 지지타워(20)가 도8과 같이 평형상태가 되면 중심추(11)도 도 8과 같은 평형상태의 위치로 복귀한다.As shown in Fig. 9, when the
본 발명의 부유식 해상 풍력발전기(1)는 상기에서 설명한 제1 실시예 및 제2 실시예에 국한되지 않는다. 예를 들면, 중심추는 직선이동과 회전이동 모두가 가능할 수 있다. 또한, 중심추, 이동부재 및 구동부가 다양한 위치에 다양한 형태로 제공될 수 있다. 특히, 이동부재는 다양한 방향으로 설치되어 변화되는 무게중심을 고려하여 다양한 위치로 중심추를 이동시킬 수 있다.The floating offshore
이하에서는 본 발명에 따른 부유식 해양 풍력 발전기의 제어방식에 대해 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, the control method of the floating offshore wind turbine according to the present invention will be described in detail.
도 11은 본 발명의 부유식 해상 풍력발전기(1)의 작동을 나타낸 제어 블록도이고, 도 12는 본 발명에 따른 부유식 해상 풍력발전기(1)의 작동을 나타낸 순서도이다.Fig. 11 is a control block diagram showing the operation of the floating offshore
도 11 및 도 12을 참조하면, 본 발명에 따른 부유식 해양 풍력 발전기(1)는 지지타워(20)의 기울기를 측정하는 기울기 센서(140), 지지타워(20)의 기울기를 조정하거나 진동을 감소시키는 제어부(150)를 포함한다.11 and 12, a floating offshore
제어부(150)는 바람과 파고에 의해 시시각각 변화하는 지지타워(20)의 움직임을 기울기 센서(140)로부터 수신받는다. 즉, 기울기 센서(140)는 지지타워(20)의 현재 상태를 제어부(150)에 알리고 제어부(150)가 이를 조정할 수 있도록 한다.The
제어부(150)는 기울기 센서(140)로부터 수신받은 값을 판별하여, 풍력 발전을 정지시키거나 블레이드(11)의 피치값 또는 중심추(110)의 위치값를 조절한다. 즉, 제어부(150)는 지지타워(20)의 기울기 값을 나눠 일정범위 내에서는 블레이드(11)의 피치를 조정하여 진동을 감소시키고, 그 일정범위를 초과하는 경우에는 중심추(110)의 위치를 조정하고, 중심추(110)의 위치 조정 가능 범위를 초과하는 경우에는 풍력 발전을 정지시킨다.The
이에, 제어부(150)는 중심추 위치 제어기(151), 표준 제어기(153), 기울기 보완 제어기(154)를 포함한다.The
중심추 위치 제어기(151)는 기울기 센서(140)로부터 측정된 지지타워(20)의 기울기가 기설정한 범위를 초과하는 경우, 기울기 측정값을 중심추(110)의 위치로 변환하고 변환된 위치값에 따라 구동부를 작동시킨다. 작동 일례를 살펴보면, 중심추 위치 제어기(151)는 평형상태의 중심추(110)의 위치값을 기준으로 구동부(130)의 회전 속도 및 시간을 조절할 수 있다. 즉, 기울기 센서(140)로부터 수신받은 기울기 측정값을 통해 변화하는 무게 중심을 계산하여 중심추의 위치를 선정한다. 이것은 이동부재(120)의 이동 거리 또는 회전각, 구동부(130)의 회전 속도 및 시간 등을 추론하여 구동부(130)를 작동시키도록 명령할 수 있다. 이를 통해, 파고에 의해 변화하는 무게 중심을 조정하여 부유식 해양 풍력발전기(1)를 안전한 평형상태로 유지시킨다.The center
표준 제어기(153)는 블레이드(11)의 피치각를 조정한다. 피치각은 블레이드(11)가 회전하면서 허브(12)에 대해 기울어진 각도로, 피치각이 0도인 경우, 블레이드(11)는 전방에서 불어오는 바람의 양의 100%를 받게 된다. 표준 제어기(153)는 출력 파워 오차를 고려하여 피치조절부(160)가 작동하여 피치각을 제어하게 된다. 따라서, 바람의 풍향과 풍속에 의해 진동하는 부유식 해양 풍력 발전기(1)를 블레이드(11) 피치각을 조정하여 안전한 평형 상태를 유지시킨다.The
기울기 보완 제어기(154)는 지지타워(20)의 기울기가 기설정한 범위 내에 있는 경우, 표준 제어기(153)의 피치 조정시 표준 제어기(153) 값을 가감하여 블레이드(11)의 피치를 조정한다. 즉, 지지타워(20)가 기울어지는 정도가 크지 않는 경우, 중심추(110)를 이동시키지 않고 블레이드(11) 피치각을 조정하여 부유식 해상 풍력발전기(1)를 안전한 평형상태로 유지시킨다.The
도 12에 참조하면, 본 발명에 따른 부유식 해상 풍력발전기(1)는 아래와 같이 작동한다.Referring to Fig. 12, the floating offshore
부유식 해상 풍력발전기(1)에 전원이 공급되어 정상적으로 운전하게 되면, 기울기 센서(140)도 작동하게 된다. 기울기 센서(140)에서 측정된 값이 기설정된 범위 내에 있으면, 제어부(150)는 이를 기울기 보완 제어기(154)에 알려 표준 제어기(153)를 통한 블레이드(11) 피치각 제어시 그 값을 가감하게 한다. 또한, 기울기 센서(140)에서 측정된 값이 기설정된 범위를 초과하는 경우, 제어부(150)는 이를 중심추 위치 제어기(151)에 알려 중심추(110)의 위치값으로 변환하고 이 변환값을 통해 구동부(130)를 작동시킨다. 구동부(130)는 이동 부재(120)를 이동시켜 중심추(110)를 움직인다.When power is supplied to the floating offshore
이와 같이, 본 발명에 따른 부유식 해양 풍력발전기(1)는 기울기 센서(140)로 기울어진 정도를 측정하고, 일정 기울기 이상 기울어진 경우 중심추(110)를 조정하여 평형 상태를 유지시킬 뿐만 아니라 일정 기울기 이내로 기울어진 경우 블레이드(11)의 피치각을 조정하여 간단하게 진동을 감소시킬 수 있다.As described above, the floating offshore
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서도 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, You can understand that you can. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive.
1: 부유식 해상 풍력발전기 10: 로터
11: 블레이드 12: 허브
13: 나셀 20: 지지타워
30: 부유체 40: 주축
41: 보조축 50: 기어박스
60: 발전기 70: 변압기
110, 111, 112, 113: 중심추 120, 121, 122, 123: 이동부재
130, 131, 132, 133: 구동부 140: 기울기 센서
150: 제어부 151: 중심추 위치 제어기
153: 표준 제어기 154: 기울기 보완 제어기
160: 피치 조절부1: Floating offshore wind power generator 10: Rotor
11: blade 12: hub
13: Naselle 20: Support Tower
30: float 40: spindle
41: auxiliary shaft 50: gear box
60: Generator 70: Transformer
110, 111, 112, 113:
130, 131, 132, 133: driving unit 140: tilt sensor
150: control unit 151: center weight position controller
153: Standard controller 154: Slope compensation controller
160:
Claims (5)
상기 허브에 결합되어 회전하는 주축과 상기 주축의 회전력을 전달받아 전력을 생산하는 발전기를 수용하는 나셀;
상기 나셀을 지지하는 지지타워;
부력을 형성하여 상기 지지타워를 수면 위로 지지하는 부유체;
상기 나셀 내에 이동 가능하게 설치되고, 상기 허브와 결합되어 회전력을 전달받는 주축의 반경방향에 상기 주축과 평행하게 이격되게 설치된 중심추;
상기 중심추에 연결되어 상기 중심추를 상기 주축의 길이방향을 따라 이동시키는 스크류 샤프트와 볼베어링을 포함하는 이동 부재;
상기 스크류 샤프트의 일측에 결합되어 상기 이동부재를 구동시키는 구동부;
상기 블레이드의 피치각을 조절하는 피치 조절부;
상기 지지타워의 기울기를 측정하는 기울기 센서; 및
상기 기울기 센서로부터 수신된 기울기 측정값에 따라 상기 중심추의 위치 및 상기 블레이드의 피치각 중 적어도 어느 하나를 조절하는 제어부를 포함하되,
상기 제어부는
상기 나셀 내의 상기 주축, 기어박스, 보조축, 발전기 및 변압기의 무게 분포를 고려하여 상기 중심추 위치 및 이동거리를 산출하도록 하는 부유식 해상 풍력 발전기.A rotor including a hub and a blade coupled to the hub;
A nacelle for receiving a rotating main shaft coupled to the hub and a generator for receiving power of rotation of the main shaft and generating electric power;
A support tower for supporting the nacelle;
A float forming buoyancy to support the support tower above the water surface;
A center weight movably installed in the nacelle and spaced apart from and parallel to the main axis in a radial direction of the main shaft coupled with the hub to receive a rotational force;
A moving member connected to the center weight and including a screw shaft and a ball bearing for moving the center weight along a longitudinal direction of the main shaft;
A driving unit coupled to one side of the screw shaft to drive the moving member;
A pitch adjusting unit for adjusting a pitch angle of the blade;
A tilt sensor for measuring a tilt of the support tower; And
And a controller for adjusting at least one of a position of the center weight and a pitch angle of the blade according to a tilt measurement value received from the tilt sensor,
The control unit
Wherein the center weight position and the movement distance are calculated in consideration of the weight distribution of the main shaft, the gear box, the auxiliary shaft, the generator, and the transformer in the nacelle.
상기 제어부는 상기 산출된 중심추의 위치 및 이동 거리에 따라 상기 구동부의 회전수, 회전 속도 및 시간 중 적어도 어느 하나를 산출하여 상기 구동부를 제어하는 부유식 해상 풍력 발전기.The method according to claim 1,
Wherein the control unit calculates at least one of the number of revolutions, the revolving speed and the time of the driving unit according to the calculated position and distance of the center weight to control the driving unit.
상기 제어부는
상기 기울기 센서에서 측정된 기울기값이 기설정된 범위를 초과하는 경우에 상기 기울기값에 따라 상기 중심추를 이동시키는 부유식 해상 풍력 발전기.The method according to claim 1,
The control unit
And the center weight is moved in accordance with the tilt value when the tilt value measured by the tilt sensor exceeds a preset range.
상기 이동부재는 상기 주축을 중심으로 복수 개가 이격되게 설치되고,
상기 중심추는 상기 복수 개의 이동부재의 볼베어링에 각각 결합되며,
상기 제어부는 상기 기울기 센서에 측정된 값에 따라 상기 복수 개의 중심추의 위치 및 이동거리를 각각 변환하여 상기 각각의 중심추의 이동에 의해 상기 지지타워의 무게중심을 조절하는 부유식 해상 풍력 발전기.The method according to claim 1,
A plurality of moving members are provided so as to be spaced apart from each other around the main shaft,
Wherein the center weight is coupled to the ball bearings of the plurality of moving members,
Wherein the control unit converts the position and the movement distance of the plurality of center weights and adjusts the center of gravity of the support tower by moving each of the center weights according to the measured value of the tilt sensor.
상기 중심추는 상부면 또는 하부면이 곡면으로 형성된 부유식 해상 풍력 발전기.The method according to claim 1,
Wherein the center weight has a curved upper or lower surface.
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