KR101757275B1 - 비행선을 이용한 고고도 발전설비 - Google Patents

비행선을 이용한 고고도 발전설비 Download PDF

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Abstract

본 발명은 비행선을 이용한 고고도 발전설비에 관한 것이다.
본 발명의 목적은 지표면의 범위를 벗어나 장애물로부터의 간섭의 영향이 없는 거대한 공간인 대기를 활용하여 거대 규모의 발전 장치를 설치하여 단위당 발전용량을 높일 수 있는 비행선을 이용한 고고도 발전설비를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 발전설비는, 지구의 고고도의 기류대의 바람을 이용하도록 비행선을 이용하여 고고도의 발전을 하는 설비로서,
자체 추력 및 항력을 가지며, 높낮이를 유지하도록 스태빌라이저(Stabilizer)를 장착하고, 일정한 위치범위에서 작동할 수 있도록 다이나믹 포지셔닝 시스템(Dynamic Positioning System)을 장착한 비행선(10); 상기 비행선(10)으로 들어오는 공기의 속도를 증가시키는 베르누이 관(20); 상기 베르누이 관(20) 내에 설치되고 상기 베르누이 관(20)을 통해 유입된 기류를 움직이는 날개에 부딪치게 하여 그 운동에너지를 회전운동으로 바꾸어 전기를 생산하는 발전 터빈(30); 상기 비행선(10)을 일정한 고도 및 범위에서 움직이도록 비행선(10)을 구속하고 상기 발전 터빈(30)에서 생산된 전기를 공급하는 전선(50); 상기 전선(50)을 통해 공급되는 전기를 수신하고 개별 수용가에 송전하는 전기 수신/송신 설비(40); 상기 비행선(10) 하단에 설치되며 전기 수신/송신 설비(40)에 연결되는 전선(50)을 연결하는 전선 연결부(60); 및 상기 비행선(10)의 상기 비행선(10)의 자체 추력을 위한 동력장치(70)를 구비하는 것을 특징으로 하는 비행선을 이용한 고고도 발전설비를 제시한다.

Description

비행선을 이용한 고고도 발전설비{Generation Plant on High Altitude Using Airship}
본 발명은 비행선을 이용한 고고도 발전설비에 관한 것으로, 특히 지표면의 범위를 벗어나 장애물로부터의 간섭의 영향이 없는 거대한 공간인 대기를 활용하여 거대 규모의 발전 장치를 설치하여 단위당 발전용량을 높일 수 있는 비행선을 이용한 고고도 발전설비에 관한 것이다.
현재 사용되고 있는 발전설비는 화력발전이나 원자력발전이 주를 이루고 있으나, 무공해 대체 발전설비로서 태양광발전, 풍력발전, 하이브리드 발전 등이 사용되고 있다.
태양광 발전은 반도체 소자인 태양전지판에 햇빛을 쏘이면 광전자효과를 일으켜 전기가 발생하는 원리를 이용하는 것으로, 무공해, 무소음, 무한 에너지로서 대표적인 대체에너지 이용 시스템의 하나이다. 일반적인 태양광 발전 시스템은 태양전지로 구성된 모듈과, 제어기, 축전지 및 인버터로 구성되어 있으며 시스템 이용방법에 따라 산간, 벽지 및 섬 등의 원격지와 주택에 설치되는 독립형 시스템과 외부의 전선에 연결하여 사용되고 남은 잉여전력을 전력회사에 판매하는 계통연계형 시스템, 태양광발전기에 디젤발전, 풍력발전 등을 복합적으로 연결하여 발전하는 하이브리드 시스템 등으로 구분할 수 있다.
그러나, 상기와 같은 태양광 발전은 태양광의 위치에 따라서 전력발생량이 좌우되며, 태양광이 없는 날씨에는 발전이 불가능하여 상시 부하에 대한 안정적인 전력공급원으로서 전력공급이 불가능한 문제점이 있다.
또한, 풍력발전은 자연 상태의 무공해 에너지원으로 바람의 힘을 회전력으로 전환시켜 발생되는 전력을 전력계통이나 수요자에 직접 공급하는 기술로서 풍력발전 시스템은 다양한 형태의 풍차를 이용하여 바람에너지를 기계적 에너지로 변환하고, 이 기계적 에너지로 발전기를 구동하여 전력을 얻어내는 시스템이다. 일반적으로 풍력발전장치에는 수평축 풍력발전기와 수직축 풍력발전기가 있다. 수평축 풍력발전기는 회전축이 바람의 방향에 대해 수평인 풍력발전시스템으로써 비교적 간단한 구조로 이루어져 있어 설치하기 편리하나 바람의 방향에 영향을 받는다. 일반적으로 수평축 풍력발전기는 기동풍속(cut-in wind speed) 4m/s, 정격풍속(rated wind speed) 13.5m/s, 정지풍속(cut-out wind speed) 25m/s를 요구하며, 프로펠라형이 가장 많이 사용된다. 수직축 풍력발전기는 회전축이 바람에 불어오는 방향에 수직인 풍력발전시스템으로써 바람의 방향에 관계가 없어 사막이나 평지에도 설치 가능하나 설치비용이 많이 들고 효율이 떨어지므로 보급률이 낮으며, 정지풍속은 높은 편이나 대용량인 경우 초기 기동에 있어 수평축에 비해 높은 풍속을 요구한다. 일반적으로 사용되는 대용량 풍력발전기의 경우 초기기동에 있어 높은 풍속을 요구하는데 비해 평균 풍속 4m/s 이하인 우리나라의 실정에 맞지 않으므로 보급되기 어려운 문제점이 있다. 상기와 같은 문제점을 해결하고자, 태양광 발전기와 소용량의 풍력발전기를 보완하여 함께 사용하여 가로등 등에 전력을 제공하는 하이브리드 발전시스템이 제안되고 있다. 그러나, 상기 태양광발전기와 풍력발전기와 같이 성질이 다른 두 개의 발전기에서 발생한 전력이 동시에 투입되면, 충돌하거나 역전류가 발생하여 고가의 발전설비가 손상되는 문제점이 있다. 또한, 상기 태양광발전기와 풍력발전기의 전력 품질 모니터링, 시스템 진단, 및 차단 시스템이 실시간으로 적절하게 이루어지지 못하면, 유동적으로 대처하지 못하는 문제점이 있다.
또한 지금까지 풍력 발전의 범위는 매우 한정이 되어있으며, 지표면 혹은 해상에서 일정한 범위를 차지하는 풍력 발전 단지를 설치하여 발전을 하고 있다. 지상의 광대한 범위 영역을 사용하므로 해당 구역을 타용도로 사용하는 것은 불가능하였고 사용을 하더라도 제약이 많을 수밖에 없다. 또한 현재까지 대단위 풍력 발전이라고 하면 지표면 상에서 불어오는 바람을 이용한다는 한계를 가지며, 단위 설비당 발전능력은 화력발전이나 원자력 발전에 등에 비하여 생산전력이 미미하다.
한편, 대기권을 살펴보면 무한한 바람이 지구 대류권에서 생성되고 있다는 것을 알 수 있다. 지구의 대류 현상으로 인하여 고고도의 대기는 항상 일정하고 저고도 날씨의 영향을 받지 않으며 풍부한 기류를 생성하고 있다. 이러한 기류대에 발전 설비를 장착하고 있는 비행선을 올려놓음으로써 거의 무한한 대단위 발전을 할 수 있을 것이다.
본 발명은 상기와 같은 배경하에서 안출된 것으로, 지표면의 범위를 벗어나 장애물로부터의 간섭의 영향이 없는 거대한 공간인 대기를 활용하여 거대 규모의 발전 장치를 설치하여 단위당 발전용량을 높일 수 있는 비행선을 이용한 고고도 발전설비를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 비행선을 이용한 고고도 발전설비는, 지구의 고고도의 기류대의 바람을 이용하도록 비행선을 이용하여 고고도의 발전을 하는 설비로서,
자체 추력 및 항력을 가지며, 높낮이를 유지하도록 스태빌라이저(Stabilizer)를 장착하고, 일정한 위치범위에서 작동할 수 있도록 다이나믹 포지셔닝 시스템(Dynamic Positioning System)을 장착한 비행선(10);
상기 비행선(10)으로 들어오는 공기의 속도를 증가시키는 베르누이 관(20);
상기 베르누이 관(20) 내에 설치되고 상기 베르누이 관(20)을 통해 유입된 기류를 움직이는 날개에 부딪치게 하여 그 운동에너지를 회전운동으로 바꾸어 전기를 생산하는 발전 터빈(30);
상기 비행선(10)을 일정한 고도 및 범위에서 움직이도록 비행선(10)을 구속하고 상기 발전 터빈(30)에서 생산된 전기를 공급하는 전선(50);
상기 전선(50)을 통해 공급되는 전기를 수신하고 개별 수용가에 송전하는 전기 수신/송신 설비(40);
상기 비행선(10) 하단에 설치되며 전기 수신/송신 설비(40)에 연결되는 전선(50)을 연결하는 전선 연결부(60); 및
상기 비행선(10)의 상기 비행선(10)의 자체 추력을 위한 동력장치(70)를 구비하는 것을 특징으로 하는 비행선을 이용한 고고도 발전설비를 제시한다.
본 발명에 의하면 장애물의 간섭이 없는 지구의 대류권에 발전설비를 설치하므로 설비 규모를 대형화할 수 있으며 또한 지상에서는 전력송신설비만 설치하면 되므로 지표의 범위를 적게 차지하고 또한 지표뿐만 아니라 해상 등에도 전력송신설비를 설치할 수 있고 또한 공해가 없으며 발전용량을 높일 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비행선을 이용한 고고도 발전설비의 비행선 부분을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2a, 도 2b 및 도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 비행선을 이용한 고고도 발전설비를 각각 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 고고도 발전설비에서 사용되는 바람을 도시한 도면이다.
도 4는 비행선의 여러 형태를 도시한 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 여러 실시예에 따른 베르누이 관의 여러 형태를 각각 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6a, 도 6b 및 도 6c는 상기 조절가능한 흡입구의 정면도를 각각 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 발전설비의 비행선의 수리 또는 교체를 위해 육상으로 랜딩하는 경우를 개략적으로 도시한 도면이다.
이하 첨부 도면을 참조로 하여 본 발명의 일 실시예에 따른 비행선을 이용한 고고도 발전설비에 대해 상세히 설명하도록 한다. 도면 전체에 걸쳐서 동일 또는 유사의 부분에 대해서는 동일 또는 유사의 도면번호를 부여하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비행선을 이용한 고고도 발전설비의 비행선 부분을 개략적으로 도시한 도면이다.
비행선(10)은 자체 추력 또는 스태빌라이저(Stabilizer)(도시 않음)를 이용하여 높낮이와 일정한 속력을 유지하며 일정한 위치범위에서 작동할 수 있도록 다이나믹 포지셔닝 시스템(Dynamic Positioning System)(도시 않음)을 장착한다. 비행선(10)은 전술한 바와 같이 자체 추력을 갖는 것이 바람직하지만, 보조 수단으로서, 또는 고장 등과 같은 비행선(10)이 자체 추력을 갖지 못하는 비상의 경우 등을 대비하여 전선(50)을 비행선(10)의 인장력을 견딜 수 있는 충분히 강한 재질로 형성하고 또한 상기 스태빌라이저와 도 7과 관련하여 후술하는 얼레(80)를 이용하여 비행선(10)의 위치를 제어할 수도 있다. 또한 전술한 바와 같이 비행선(10)이 자체 추력을 갖는 경우에도 전술한 바와 같은 전선(50) 및 스태빌라이저와 얼레(80)를 이용하면 추력을 덜 이용하면서도 비행선(10)을 제어할 수 있는 장점이 있다. 또한 전선(50)에는 일반 고전력선에 적용되는 위치식별용 장애구(도시 않음)를 다수 개 설치하여 주변을 비행하는 다른 비행선 또는 항공기로 하여금 사고를 예방하게 할 수 있다.
스태빌라이저는 안전 장치로서 비행선(10)의 자세 안정 장치이다. 다이내믹 포지셔닝 시스템(DPS)은 GPS와 전파를 이용해 비행선(10) 위치를 정확하게 파악하고 센서를 통해 비행선(10)에 전달되는 기류 정보를 분석하고 이러한 정보를 통해 기류대에서 비행선(10)의 위치를 유지할 수 있도록 하는 시스템이다. 또한 비행선(10)은 현실적 기류에 대항한다는 것은 어렵기 때문에 비행선의 자체 추력 및 지상의 전기 수신/송신 설비(40)에 연결된 전선(50)에 의지하여 연처럼 고정되게 된다. 전선(50)은 비행선(10)의 인장력에 대응할 수 있도록 예를 들어, 탄소 섬유와 같은 특수한 재료로 제작되어야 하는데 탄소 섬유로 한정되지 않으며 동일하거나 유사한 기능을 하는 것이라면 어느 것이라도 무방하다. 비행선(10)에는 발전 터빈(30)이 설치되고 항력 및 추력을 갖는다. 도면에서 베르누이 관(20)은 상기 발전 터빈(30)이 구동될 수 있도록 바람의 속도를 증가시키는 기능을 한다. 상기 발전 터빈(30)은 베르누이 관(20)을 통해 유입된 기류를 움직이는 날개에 부딪치게 하여 그 운동에너지를 회전운동으로 바꾸어 전기를 생산한다. 전선 연결부(60)는 전기 수신/송신 설비(40)에 연결되는 전선(50)을 연결하는 부분이다. 도면에서 미설명 부호 70은 비행선(10)의 자체 추력을 위한 동력장치이다.
도 2a, 도 2b 및 도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 비행선을 이용한 고고도 발전설비를 각각 개략적으로 도시한 도면이다.
상기 비행선(10)에서 생산된 전기는 도면에 도시된 바와 같이 지표상의 전기수신/송신 설비(40)까지 연결된 전선(50)을 통하여 전기 수신/송신 설비(40)에 공급된다. 상기 전기 수신/송신 설비(40)는 도 2의 (a), (b), 및 (c)에서 볼 수 있는 바와 같이 다양한 곳 즉 리그선(Rig Pontoon), 선박 또는 지표상에 설치될 수 있으며, 도시되지 않은 전기 수요처 일반 주택, 공공설비 등에 전기를 공급할 수 있다. 전선(50)은 비행선(10)을 일정한 고도 및 범위에서 움직이도록 비행선(10)을 구속하고 상기 발전 터빈(30)에서 생산된 전기를 전기 수신/송신 설비(40)에 공급한다. 또한, 도면에는 도시치는 않았지만, 전선의 임의의 지점에 하드포인트(Hard point) 즉, 전투기의 동체나 날개에 미사일, 폭탄, 연료탱크를 다는 파일런(Pylon, 현수지주)를 붙일 수 있도록 강하게 제작한 연결부위처럼 연결부위를 설치하여 보조 부양체를 부착할 수도 있고 비행선이 지상에 착륙할 때에는 하드포인트를 제거하면 전선과 보조 부양체는 분리될 수 있다. 또한 상기 보조 부양체 및 하드 포인트는 전선(50)이 기류 및 돌풍의 영향을 받아 예기치 못하게 움직이는 것을 제어할 수 있도록 공기역학적인 측면에서 제작되어 있으며, 그 모양은 일정 형태로 한정되지 않는다.
도 3은 본 발명의 고고도 발전설비에서 사용되는 바람을 도시한 도면이다.
본 발명의 비행선을 이용한 고고도 발전에서 사용하는 바람의 영역은 도면에서 A로 표시된 항상 바람의 양이 풍부하고 방향이 일정하며 태풍 등의 영향을 받지 않는 전 지구적인 흐름의 대규모 풍계 구역이다.
A로 표시된 제트 기류는 편서풍 안에 있는 넓이 수백 km, 두께 수백 m의 특히 바람이 강한 부분이다.
대규모 풍계 구역의 바람의 세기는 구역별로 다르지만 대략적으로 살펴보면 8 ~ 40 m/s 속도의 바람이 일정하게 흐르며 특히 제트 기류의 구간에서는 50 ~ 100 m/s 의 속도로 바람이 부는 것으로 알려져 있다. 따라서 본 발명에 적용하여 대규모의 전기생산을 하는데 충분하다.
그러면 이하에서는 본 발명에 적용되는 베르누이 관에 대해서 상세히 설명한다.
Figure 112011049381067-pat00001
Figure 112011049381067-pat00002
위의 그림의 관 형상은 베르누이의 원리를 이용하여 외부에서 입력되는 바람을 관 속으로 통과시켜 특정 지점에서 유속을 증가시키기 위한 것이다. V1의 유속을 가진 인자를 지름 A1의 관으로 입력시켜 지름 A2를 가진 관에서 V2만큼의 속도를 증가시킨 인자로 출력시키게 된다.
이렇게 출력된 V2 유속의 에너지원으로 터빈을 회전시켜 전기를 생성한다. 즉, 터빈 입구의 스팀용량이 100 ton/hr 일 경우 전기 발생량은 22.2 MW/hr가 되는 터빈을 일례를 들어보자. 터빈의 용량을 통해서 유량을 간략히 계산해 보면 아래와 같다. 동력은 비중과 유량의 곱에 비례하므로, 공기의 비중을 대략 1.0 kgf/m3이라고 했을 때 유량을 계산할 수 있다. 고고도 비행선에 적용되는 관의 흡입구에 유입되는 구간의 유속을 10 m/s 라 가정하면, 면적은 A1은 아래와 같다.
흡입 용량 = 100 ton/hr,
공기 비중 = 약 1.0 kgf/m3,
유량 Q (m3/s),
손실계수 C or C' 일 때,
동력 = C * 비중 * 유량인 식에 의하면, 흡입용량 = 100 ton/hr로부터
다음의 식이 성립한다.
동력 = 100 ton/hr = 100 * 1000 kgf / (60 * 60 s) = 27.8 kgf/s
= C * 1.0 kgf/m3 * Q (m3/s)이고 유량은 면적*유속이므로
= C * 1.0 kgf/m3 * A1 (m2) * 10 m/s가 된다.
따라서 A1 (m2) = 2.78 * C(m2) 이라는 관의 넓이를 구할 수 있다. 터널에서의 에너지 손실 계수를 고려하여 입력 구간의 면적을 정할 수 있고, 상관관계에 따라 에너지를 생성하고자 하는 출력 구간의 면적과 유속을 동시에 선정할 수 있다. 즉 바람의 속도가 10 m/sec일 때 흡입구의 넓이가 2.78 m2(지름 0.94m)이면 22.2 MW/hr의 에너지가 생성된다. 22.2 MW/hr의 에너지를 약 인구 10만 정도가 사용 가능한 100MW/hr로 전환하여 같은 바람의 속도 10m/s로 가정했을 때 필요한 흡입구의 넓이는 11.12 m2이고 이때의 흡입구의 지름은 1.88m이 된다.
흡입구의 지름 1.88m인 100MW/hr의 발전 출력을 가지는 비행선은 일반 국내용 여객기의 크기보다 작을 것이다. 따라서 이는 규모가 큰 것은 아니며 보다 대규모의 발전을 위하여 더욱 큰 규모의 것도 제작할 수 있다.
비행선은 도 4에 도시된 바와 같이 전통적인 비행선 형태, 항공기 형태 등 여러 가지의 형태를 가질 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 여러 실시예에 따른 베르누이 관의 여러 형태를 각각 개략적으로 도시한 도면이다.
한 형태의 베르누이 관(20)을 도시한 도 5a를 참조하면, 조절가능한 흡입구(10a)는 고고도의 기류 즉 공기를 흡입하는 입구로서 풍량을 조절가능하게 설계되어 있으며, 이 조절가능한 흡입구(10a)에 연결되는 윈드 가이드(20a)를 통해 상기 흡입구(10a)로 들어온 공기의 유속이 빨라지게 된다. 발전 터빈(30)의 터빈 축(30a)은 비행선(10)의 길이방향으로 길게 연장하여 비행선(10)의 끝단 정도에서 터빈 축(30a)의 끝단에 발전실(30b)이 설치되고, 발전실(30b) 내에 발전기(30c)가 설치된다. 또한, 배기 홀(10b)을 통해 상기 조절가능한 흡입구(10a)로부터 들어온 공기가 배출되게 된다.
다른 형태의 베르누이 관(20)을 도시한 도 5b를 참조하면, 조절가능한 흡입구(10a)는 고고도의 기류 즉 공기를 흡입하는 입구로서 풍량을 조절가능하게 설계되어 있으며, 이 조절가능한 흡입구(10a)에 연결되는 윈드 가이드(20a)를 통해 상기 흡입구(10a)로 들어온 공기의 유속이 빨라지게 된다. 비행선(10)의 길이방향으로 짧게 연장하는 터빈(30)의 터빈 축(30a)의 끝단에 터빈 축(30a)의 회전력을 전달하도록 기어박스(30d)가 설치되고 상기 기어박스(30d)에 직교하여 발전기(30b)가 배치된다. 또한, 배기 홀(10b)을 통해 상기 조절가능한 흡입구(10a)로부터 들어온 공기가 배출되게 된다.
도 5a 및 도 5b에 있어서, 윈드 가이드(20a)는 베르누이 관(20) 내부로 유입되는 공기가 발전 터빈(30)에 도달하기 전 공기가 압축될 수 있도록 유도해 주고 또한 일정한 방향을 가지도록 하여 상기 터빈(30)의 블레이드가 회전하기에 최적의 조건이 될 수 있도록 제어해 준다. 윈드 가이드(20a)는 고정형 또는 가변형으로 되고 설치 목적에 맞게 선택할 수 있다.
도 6a, 도 6b 및 도 6c는 상기 조절가능한 흡입구의 정면도를 각각 도시하는데, 도 6a는 흡입구가 완전히 닫친 상태를 도시하고, 도 6b는 중간정도 열린 상태를 도시하고, 도 6c는 완전히 열린 상태를 도시하는데 이것으로 한정되지 않으며 여러 다양한 형태를 가질 수 있을 것이다.
도 6a, 도 6b 및 도 6c의 도시와 같이 공기의 흡입량을 조절하도록 하는 것은 바람의 세기에 따라 베르누이 관내로 유입되는 공기의 양을 조절하기 위함이다.
도 7은 본 발명의 발전설비의 비행선의 수리 또는 교체를 위해 육상으로 랜딩하는 경우를 개략적으로 도시한 도면이다.
도면에서 비행선(10)이 육상으로 랜딩할 경우 얼레(80)를 통해 전선을 감고 비행선(10) 자체도 고도를 낮추어 랜딩 플랫폼(90) 상에 착륙할 수 있다.
본 발명에 의하면 장애물의 간섭이 없는 지구의 대류권에 발전설비를 설치하므로 설비 규모를 대형화할 수 있으며 또한 지상에서는 전력송신설비만 설치하면 되므로 지표의 범위를 적게 차지하고 또한 지표뿐만 아니라 해상 등에도 전력송신설비를 설치할 수 있고 또한 공해가 없으며 발전용량을 높일 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
지금까지 본 발명의 일 실시예에 따른 비행선을 이용한 고고도 발전설비를 첨부 도면을 참조로 하여 설명하였으나 이것은 예시 목적이지 이것으로 본 발명을 한정하고자 함은 아니며, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 이하의 부속청구범위에 의해 정해지며, 본 발명의 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형 형태는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 비행선 10a: 조절가능한 흡입구
10b: 배기 홀 20: 베르누이 관
20a: 윈드 가이드 30: 발전 터빈
30a: 터빈 축 30b: 발전실
30c: 발전기 30d: 기어박스
40: 전기 수신/송신 설비 50: 전선
60: 전선 연결부 70: 동력장치
80: 얼레 90: 랜딩 플랫폼

Claims (12)

  1. 지구의 고고도의 기류대의 바람을 이용하도록 비행선을 이용하여 고고도의 발전을 하는 설비로서,
    자체 추력 및 항력을 가지며, 높낮이를 유지하도록 스태빌라이저(Stabilizer)를 장착하고, 일정한 위치범위에서 작동할 수 있도록 다이나믹 포지셔닝 시스템(Dynamic Positioning System)을 장착한 비행선(10);
    상기 비행선(10)으로 들어오는 공기의 속도를 증가시키는 베르누이 관(20);
    상기 베르누이 관(20) 내에 설치되고 상기 베르누이 관(20)을 통해 유입된 기류를 움직이는 날개에 부딪치게 하여 그 운동에너지를 회전운동으로 바꾸어 전기를 생산하는 발전 터빈(30);
    상기 비행선(10)을 일정한 고도 및 범위에서 움직이도록 비행선(10)을 구속하고 상기 발전 터빈(30)에서 생산된 전기를 공급하는 전선(50);
    상기 전선(50)을 통해 공급되는 전기를 수신하고 개별 수용가에 송전하는 전기 수신/송신 설비(40);
    상기 비행선(10) 하단에 설치되며 전기 수신/송신 설비(40)에 연결되는 전선(50)을 연결하는 전선 연결부(60); 및
    상기 비행선(10)의 자체 추력을 위한 동력장치(70);를 포함하되,
    상기 베르누이 관(20)은 고고도의 기류 즉 공기를 흡입하는 입구로서 풍량을 조절가능하게 설계되어 있는 조절가능한 흡입구(10a), 상기 조절가능한 흡입구(10a)에 연결되고 상기 조절가능한 흡입구(10a)로 들어온 공기의 유속을 상승시키는 윈드 가이드(20a), 발전 터빈(30), 상기 비행선(10)의 길이방향으로 길게 연장하는 상기 발전 터빈(30)의 터빈 축(30a), 상기 터빈 축(30a)의 끝단에 설치된 발전실(30b), 발전실(30b) 내에 설치된 발전기(30c), 및 상기 조절가능한 흡입구(10a)로부터 들어온 공기를 배출시키는 배기 홀(10b)을 포함하는 것을 특징으로 하는 비행선을 이용한 고고도 발전설비.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 전선(50)은 비행선(10)의 인장력에 대응할 수 있도록 탄소 섬유 및 이에 상응하는 힘을 가진 물질로 제작되는 것을 특징으로 하는 비행선을 이용한 고고도 발전설비.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 스태빌라이저는 안전 장치로서 비행선(10)의 자세 안정 장치이고, 상기 다이내믹 포지셔닝 시스템(DPS)은 GPS와 전파를 이용해 비행선(10) 위치를 정확하게 파악하고 센서를 통해 비행선(10)에 전달되는 기류를 분석하고 이러한 정보를 통해 기류대에서 비행선(10)의 위치를 유지할 수 있는 시스템인 것을 특징으로 하는 비행선을 이용한 고고도 발전설비.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 전기 수신/송신 설비(40)는 리그선(Rig Pontoon), 선박 또는 지표상에 설치될 수 있는 것을 특징으로 하는 비행선을 이용한 고고도 발전설비.
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 전선(50)의 임의의 지점에 하드포인트(Hard point)를 설치하고 이 하드포인트에 비행선(10)의 보조 부양체를 설치하되 상기 보조 부양체 및 하드 포인트는 전선(50)이 기류 및 돌풍의 영향을 받아 예기치 못하게 움직이는 것을 제어할 수 있도록 공기역학적인 측면에서 제작된 것을 특징으로 하는 비행선을 이용한 고고도 발전설비.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 윈드 가이드(20a)는 고정형 또는 가변형으로 되고, 베르누이 관(20) 내부로 유입되는 공기가 발전 터빈(30)에 도달하기 전 공기가 압축될 수 있도록 유도해 주고 또한 일정한 방향을 가지도록 하여 상기 터빈(30)의 블레이드가 회전하기에 최적의 조건이 될 수 있도록 제어해 주는 것을 특징으로 하는 비행선을 이용한 고고도 발전설비.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 조절가능한 흡입구(10a)는 흡입구 내로 유입되는 바람의 세기에 따라 베르누이 관내로 유입되는 공기의 양을 조절하도록 공기의 흡입량을 조절하는 것을 특징으로 하는 비행선을 이용한 고고도 발전설비.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 비행선(10)이 육상으로 랜딩할 경우 전선(50)을 감기 위한 얼레(80), 비행선(10)의 지상에의 착륙을 위한 랜딩 플랫폼(90)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비행선을 이용한 고고도 발전설비.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 전선(50)은 위치 식별용의 다수 개의 장애구를 포함하는 것을 특징으로 하는 비행선을 이용한 고고도 발전설비.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 비행선(10)이 자체 추력을 갖지 못하게 된 경우, 상기 스태빌라이저, 전선(50) 및 상기 얼레(80)가 상기 비행선(10)의 자세를 제어하는 것을 특징으로 하는 비행선을 이용한 고고도 발전설비.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100886214B1 (ko) * 2008-04-21 2009-03-10 김대봉 튜브부양체를 이용한 공중 풍력발전시스템
KR100933514B1 (ko) * 2009-04-03 2009-12-23 태창엔이티 주식회사 공중부양 비행선을 이용한 풍력 발전 시스템

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