KR102123777B1 - 도로의 중앙분리대에 설치되는 풍력발전기 및 상기 풍력발전기를 이용한 풍력 발전 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 도로의 중앙 분리대에 설치되어 풍력 발전을 수행하는 풍력 발전 시스템을 개시한다. 특히, 상기 시스템은, 중앙분리대와 수직으로 설치되는 회전축 및 상기 회전축의 외측에 부착되어 상기 중앙분리대에 의해 구분되는 상행선 및 하행선의 차량에 의해 발생되는 바람에 의해 상기 회전축이 회전하도록 하는 복수의 회전날개들을 포함하는 풍력발전기; 및 상기 회전축의 회전량에 따라 전기를 생성하는 발전 장치;를 포함할 수 있다.

Description

도로의 중앙분리대에 설치되는 풍력발전기 및 상기 풍력발전기를 이용한 풍력 발전 방법 {WIND POWER GENERATOR INSTALLED ON THE CENTRAL SEPARATION OF THE ROAD AND WIND POWER GENERATION METHOD UISNG THE WIND POWER GENERATOR}
본 발명은 도로의 중앙분리대에 설치되는 풍력발전기 및 상기 풍력발전기를 이용한 풍력 발전 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 중앙분리대에 설치 가능한 풍력발전기를 이용하여 전기를 생산하는 방법에 관한 것이다.
우리나라를 비롯해 세계 풍력발전시장은 기후변화와 기존 화석연료 대체 필요성으로 가파르게 확대되고 있다.
세계 풍력발전시장은 현재 신규 설치 상위 10개국 중 7개국이 1GW 이상, 누적 설치 상위 10개국 중 9개 국가가 10GW 이상 시장규모를 형성하고 있다. GWEC(Global Wind Energy Council)에 따르면 2023년까지 매년 55GW 이상 성장세가 지속할 것으로 전망된다.
특히, 유럽과 미국의 성장이 안정세에 접어든 가운데 동남아시아와 해상풍력시장에서 큰 폭의 성장이 기대되는 상황이다. 해상풍력은 작년 연말 기준 전체 풍력발전설비 설치 량의 4%에 불과하나, 폭발적인 성장이 기대된다.
2018년 기준으로 전년 대비 육상 풍력은 9% 성장했으나 해상풍력은 20%로 눈에 띄는 성장세를 보였다. 작년 연말 기준 신규설치용량만 4.49GW에 이른다. 이는 전년 대비 24% 많은 설치용량이다. GWEC는 2022년부터 2023년까지 매년 7~8GW 규모 해상풍력발전단지가 조성될 것으로 전망했다.
초기 유럽이나 미국을 중심으로 확대됐던 경향과 달리 최근에는 아시아, 특히 중국의 성장세가 두드러진다. 중국은 작년 기준으로 신규 설비만 전 세계 풍력 시장의 45%에 달하는 23GW를 설치했다. 현재까지 누적 설치 량만 211GW에 달한다. 2013년 이후 중국은 세계 최대 풍력발전설치 국가 자리(전 세계 대비 35%)를 유지하고 있다.
하지만, 이러한 기존의 풍력 발전은 연중 일정 이상의 바람이 발생하는 곳을 찾기가 어렵고 풍력 발전 장비가 거대하여, 풍력 발전 설비를 설치하는 것이 쉽지 않았으며, 특히, 저주파 소음 문제로 인한 주민들의 민원 때문에, 풍력 발전 설비를 설치하는 것이 쉽지 않았다.
따라서, 풍력발전의 필요성이 증가함에 따라 다양한 방식의 풍력발전을 개발하고, 다양한 방식으로 풍력 발전 설비를 설치할 필요성이 있다. 특히, 자연적으로 발생하는 바람이 아닌, 차량 등의 움직임으로 인하여 발생하는 바람을 이용한 풍력 발전 방법이 필요한 실정이다.
한국공개특허 제10-2016-0007173호 (명칭: 풍력 발전기용 블레이드 및 이를 포함하는 풍력 발전기, 2016.01.20)
본 발명은 도로의 중앙분리대에 설치되는 풍력발전기 및 상기 풍력발전기를 이용한 풍력 발전 방법을 제공하고자 한다. 상세하게는, 도로의 중앙 분리대에 풍력발전을 설치하여, 상행선과 하행선을 이동하는 차량이 발생시키는 바람을 이용하여 전기를 발생시키는 방법 및 장치를 제공하고자 한다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 도로의 중앙 분리대에 설치되어 풍력 발전을 수행하는 풍력 발전 시스템에 있어서, 중앙분리대와 수직으로 설치되는 회전축 및 상기 회전축의 외측에 부착되어 상기 중앙분리대에 의해 구분되는 상행선 및 하행선 중 적어도 하나를 주행하는 하나 이상의 차량에 의해 발생되는 바람에 의해 상기 회전축이 회전하도록 하는 복수의 회전날개들을 포함하는 풍력발전기; 및 상기 회전축의 회전량에 따라 전력을 생성하는 발전 장치;를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 발전 장치에 의해 생성되는 전력량을 확인하고, 복수의 전기 사용처로 상기 생성된 전력을 분배하는 관리서버;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 풍력 발전기는, 자연적으로 발생하는 풍향 및 풍속을 측정하기 위한 풍향풍속센서를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 복수의 회전날개들은, 유선형으로 형성되되, 상기 복수의 회전날개들의 끝부분이 상기 하나 이상의 차량이 이동해 오는 방향으로 향하도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 복수의 회전날개들은, 상기 회전축 둘레에 일정 간격으로 부착될 수 있다.
또한, 상기 발전 장치는, 상기 풍력발전기에 의해 발생한 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 인버터; 및 상기 발전 장치 내에서 발생하는 역조류를 측정하기 위한 역조류 전력량계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 풍력발전기에 의해 발생한 직류 전류 및 상기 역조류 중 적어도 하나에 의한 과전류를 방지하기 위한 접속함; 및 상기 풍력 발전기에 의해 발생한 직류 전력을 수집하기 위한 축전지;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 풍력발전기는, 상기 도로의 표면의 온도를 측정하기 위한 온도 센서를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 차량의 이동으로 발생하는 공기의 흐름을 이용하여 전기를 발생시킬 수 있다.
또한, 이러한 공기의 흐름을 기반으로 해당 차량의 과속 여부를 알 수 있고, 과열되는 아스팔트 도로의 온도를 감소시킬 수 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 풍력 발전 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 풍력발전기의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 발전 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 4 내지 도 5는 본 발명에 따른 실시 예들을 구현하기 위한 방법들을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 관리 서버의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 과제 해결 수단의 특징 및 이점을 보다 명확히 하기 위하여, 첨부된 도면에 도시된 본 발명의 특정 실시 예를 참조하여 본 발명을 더 상세하게 설명한다.
다만, 하기의 설명 및 첨부된 도면에서 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 공지 기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도면 전체에 걸쳐 동일한 구성 요소들은 가능한 한 동일한 도면 부호로 나타내고 있음에 유의하여야 한다.
이하의 설명 및 도면에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위한 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
또한, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하기 위해 사용하는 것으로, 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용될 뿐, 상기 구성요소들을 한정하기 위해 사용되지 않는다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다.
또한, 본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 기술되는 "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 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", "기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, "일(a 또는 an)", "하나(one)", "그(the)" 및 유사 관련어는 본 발명을 기술하는 문맥에 있어서(특히, 이하의 청구항의 문맥에서) 본 명세서에 달리 지시되거나 문맥에 의해 분명하게 반박되지 않는 한, 단수 및 복수 모두를 포함하는 의미로 사용될 수 있다.
상술한 용어들 이외에, 이하의 설명에서 사용되는 특정 용어들은 본 발명의 이해를 돕기 위해서 제공된 것이며, 이러한 특정 용어의 사용은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다른 형태로 변경될 수 있다.
아울러, 본 발명의 범위 내의 실시 예들은 컴퓨터 실행가능 명령어 또는 컴퓨터 판독가능 매체에 저장된 데이터 구조를 가지거나 전달하는 컴퓨터 판독가능 매체를 포함한다. 이러한 컴퓨터 판독가능 매체는, 범용 또는 특수 목적의 컴퓨터 시스템에 의해 액세스 가능한 임의의 이용 가능한 매체일 수 있다. 예로서, 이러한 컴퓨터 판독 가능 매체는 RAM, ROM, EPROM, CD-ROM 또는 기타 광 디스크 저장장치, 자기 디스크 저장장치 또는 기타 자기 저장장치, 또는 컴퓨터 실행가능 명령어, 컴퓨터 판독가능 명령어 또는 데이터 구조의 형태로 된 소정의 프로그램 코드 수단을 저장하거나 전달하는 데에 이용될 수 있고, 범용 또는 특수 목적 컴퓨터 시스템에 의해 액세스 될 수 있는 임의의 기타 매체와 같은 물리적 저장 매체를 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.
아울러, 본 발명은 퍼스널 컴퓨터, 랩탑 컴퓨터, 핸드헬드 장치, 멀티프로세서 시스템, 마이크로프로세서-기반 또는 프로그램 가능한 가전제품(programmable consumer electronics), 네트워크 PC, 미니컴퓨터, 메인프레임 컴퓨터, 모바일 전화, PDA, 페이저(pager) 등을 포함하는 다양한 유형의 컴퓨터 시스템 구성을 가지는 네트워크 컴퓨팅 환경에서 실시될 수 있다. 본 발명은 또한 네트워크를 통해 유선 데이터 링크, 무선 데이터 링크, 또는 유선 및 무선 데이터 링크의 조합으로 링크된 로컬 및 원격 컴퓨터 시스템 모두가 태스크를 수행하는 분산형 시스템 환경에서 실행될 수 있다. 분산형 시스템 환경에서, 프로그램 모듈은 로컬 및 원격 메모리 저장 장치에 위치될 수 있다.
또한, 처리 흐름도 도면들의 각 블록과 흐름도 도면들의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다. 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.
또한, 각 블록은 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실행 예들에서는 블록들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 블록들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.
본 개시의 실시예들을 구체적으로 설명함에 있어서, 특정 시스템의 예를 주된 대상으로 할 것이지만, 본 명세서에서 청구하고자 하는 주요한 요지는 유사한 기술적 배경을 가지는 여타의 통신 시스템 및 서비스에도 본 명세서에 개시된 범위를 크게 벗어나지 아니하는 범위에서 적용 가능하며, 이는 당해 기술분야에서 숙련된 기술적 지식을 가진 자의 판단으로 가능할 것이다.
삭제
이제, 본격적으로 본 발명의 실시 예에 따른 풍력 발전 시스템에 대해 살펴보도록 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 풍력 발전 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 풍력 발전 시스템은 통신망(100), 풍력발전기(200), 관리 서버(300), 발전 장치(400), 상행선 차량(500a) 및 하행선 차량(500b)을 포함할 수 있다.
여기서, 풍력발전기(200) 또는 발전 장치(400)는 관리 서버(300)와 통신망(100)을 통해 연동될 수 있다. 이 때, 통신망(100)은 유무선 통신망일 수 있다. 예를 들어, 해당 무선 통신망은 LTE (Long Term Evolution), 5G (5 Generation) 및 WiFi 등을 이용하는 무선 통신망일 수 있고, 이더넷(Ethernet), xDSL(ADSL, VDSL), HFC(Hybrid Fiber Coaxial Cable), FTTC(Fiber to The Curb), FTTH(Fiber To The Home) 등의 유선 통신망일 수도 있다.
본 발명의 풍력발전기(200) 또는 발전 장치(400)는 통신망(100)을 경유하여 관리 서버(300)에 각종 데이터를 송수신할 수 있다. 이러한 풍력발전기(200) 또는 발전 장치(400)는 통신망(100)을 통하여 음성 또는 데이터 통신을 수행할 수 있으며, 관리 서버(300)와 통신망(100)을 통해 정보를 송수신 할 수 있다. 이를 위한 본 발명의 풍력발전기(200)은 관리 서버(300)와 데이터를 송수신하기 위한 프로그램 및 프로토콜을 저장하는 메모리, 각종 프로그램을 실행하여 연산 및 제어하기 위한 마이크로프로세서 등을 구비할 수 있다.
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관리 서버(300)는 발전 장치(400)로부터 생성된 전력량을 확인하고, 복수의 전기 사용처로 생성된 전력을 분배하기 위한 장치이다. 또한, 관리 서버(300)는 풍력발전기(200)에 부착된 온도 센서를 통해 측정된 도로의 표면 온도를 수신하고, 풍력발전기(200)에 부착된 풍향풍속 센서를 통해 측정된 자연적으로 발생한 풍향 및 풍속에 대한 정보를 수신하고, 풍력발전기(200)의 회전축의 회전량을 수신할 수 있다.
또한, 관리 서버(300)는 상기 회전량, 자연적으로 발생한 풍향 및 풍속을 기반으로 상행선 차량(500a) 또는 하행선 차량(500b)의 속도를 측정할 수 있으며, 상기 측정된 속도를 기반으로 상행선 차량(500a) 또는 하행성 차량(500b)의 과속 여부를 결정할 수 있다. 또한, 측정된 속도 및 도로의 표면 온도를 기반으로 풍력발전기(200)의 분사노즐을 통해 물과 같은 특정 액체를 분사할 수 있도록 제어할 수 있다.
발전 장치(400)는 풍력발전기(200)의 회전축의 회전량에 따라 전력을 생성하고, 이를 관리 서버(300) 및/또는 복수의 전기 사용처로 전력을 공급하기 위한 장치이다. 발전 장치(400)는 풍력발전기(200)의 회전축의 회전량에 따라 발생한 직류 전력을 저장하고, 이를 복수의 전기 사용처가 사용할 수 있도록 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 복수의 전기 사용처에 공급할 수 있다.
상행선 차량(500a) 및 하행선 차량(500b)은 각각 도로에서 상행선 및 하행선 방향으로 이동하는 차량을 의미할 수 있다.
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도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 풍력발전기(200)의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 풍력발전기(200)는 회전축(210), 복수의 회전날개(230) 및 복수의 분사노즐(250)을 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 도 2에는 도시되어 있지 않으나, 풍력발전기(200)는 자연스럽게 발생하는 바람의 풍향 및 풍속을 측정하기 위한 풍향풍속 센서, 도로의 표면 온도를 측정하기 위한 온도 센서 및 풍력 발전기(200)와 상행선 차량(500a) 또는 하행선 차량(500b) 간의 거리를 측정하기 위한 거리 측정 센서를 더 포함할 수 있다.
회전축(210)은 중앙 분리대와 수직으로 설치되어, 유선형 형태로 형성되는 복수의 회전날개(230)의 오목한 부분에 바람이 부딪히면서, 부딪히는 힘에 의해 유선형 형태의 오목한 부분에서 볼록한 부분 방향으로 회전할 수 있다.
즉, 도 2를 참조할 때, 회전축(210)은 왼쪽에서 오른쪽 방향으로 회전할 수 있다. 또한, 회전축(200)은 원통형 모양으로 형성될 수 있으며, 회전축(200)의 원통형 내부는 비어있을 수 있다.
복수의 회전날개(230)들은 유선형으로 형성되어, 회전축의 외측 표면에 일정 간격으로 부착되어 있을 수 있다. 또한, 유선형으로 형성된 복수의 회전날개(230)들의 끝은 상행선 차량(500a) 또는 하행선 차량(500b)이 이동해 오는 방향으로 향하도록 설계될 수 있다. 또한, 복수의 회전 날개(230)는 끝부분에서 회전축(200)에 부착된 부분으로 갈수록 그 너비가 점점 넓어지도록 설계될 수 있다.
즉, 복수의 회전날개(230)는 회전축(210)에 부착된 부분의 너비가 가장 두껍고, 회전축(210)에서 멀어질수록 너비가 얇아지도록 설계될 수 있다.
복수의 분사노즐(250)은 회전축(210)의 하단부에 부착되며, 회전축(210)의 둘레에 골고루 분배되어 설치될 수 있다. 다시 말해, 복수의 분사노즐(250)은 회전축(210)의 360도 둘레 전체에 골고루 분배되어 설치될 수 있다. 이 때, 복수의 분사노즐(250)은 임의의 위치에 설치될 수 있으나, 일정 간격을 기반으로 부착될 수 있다.
예를 들어, 도 2와 같이 복수의 단(예를 들어, 2단) 구조로 설치될 수 있으며, 가로 방향으로 설치된 분사노즐들 간에는 제 1 간격을 가질 수 있고, 세로 방향으로 설치된 분사노즐들 간에는 제 2 간격을 가질 수 있다.
다만, 도 2에서는 하단의 분사노즐과 상단의 분사노즐이 일직선으로 설치되는 모습을 보여주고 있으나, 분사노즐이 어긋나는 방향으로 교차하여 설치될 수 있다. 예를 들어, 2개의 하단의 분사노즐들 사이에 1개의 상단의 분사노즐이 위치할 수 있도록 설치될 수 있다.
한편, 풍력발전기(200)는 풍향풍속센서를 포함할 수 있다. 풍향풍속센서는 회전축(210)의 원통형 내부에 비어있는 공간 내에 설치된 긴 바 형태의 지지대 위에 설치될 수 있다. 이러한 지지대를 통해 풍향풍속센서는 회전축(210)의 가장 상단부분 보다 약 30cm~1m 가량 높게 위치하도록 설치될 수 있다.
풍향풍속센서는 풍력발전기(200)가 설치된 중앙분리대에 자연적으로 불어오는 바람의 풍향 및 풍속을 측정하여 관리 서버(300)에 전송할 수 있다.
또한, 풍력발전기(200)는 온도 센서를 포함할 수 있으며, 온도 센서는 회전축(210)의 밑면부에서 회전축(210)이 제자리에서 회전 가능하도록 고정하고 있는 고정대의 양 측면에 부착될 수 있다.
온도 센서는 하행선 방향 및 상행선 방향의 도로 표면의 온도를 측정할 수 있다. 또한, 온도 센서는 특정된 도로 표면의 온도를 관리 서버(300)에 전송할 수 있다.
또한, 풍력발전기(200)는 거리 측정 센서를 포함할 수 있으며, 거리 측정 센서는 회전축(210)의 밑면부에서 회전축(210)이 제자리에서 회전 가능하도록 고정하고 있는 고정대의 양 측면에 부착될 수 있다.
거리 측정 센서는 상행선 차량(500a) 및/또는 하행선 차량(500b)과 상기 풍력발전기(200) 간의 거리를 측정하여, 상행선 차량(500a) 및/또는 하행선 차량(500b)이 몇 차선에서 주행중인지를 판단할 수 있도록, 상기 측정된 거리를 관리 서버(300)로 전송할 수 있다.
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도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 발전 장치(400)의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 발전 장치(400)는 접속함(410), 축전지(430), 인버터(450) 및 역조류 전력량계(470)를 포함할 수 있다.
접속함(410)은 풍력발전기(200)의 회전축의 회전량에 따라 생성된 직류 전력을 축전지(430)로 전달하기 위한 장치이다. 또한, 접속함(410)은 발전 장치(400)에 과전류가 발생하면, 이를 차단하여, 발전 장치(400)를 보호하기 위한 장치이며, 과전류는 풍력발전기(200)로부터 전달되는 전력 및/또는 발전 장치(400) 내부에서 생성되는 역조류에 의해 발생할 수 있다.
축전지(430)는 접속함(410)으로부터 전달받은 직류 전류를 수집하고 저장하기 위한 장치이다. 이러한 축전지(430)는 일정 시간동안 직류 전류를 저장하고 있다가, 전기 사용처(600) 및/또는 관리 서버(300)가 전력 공급을 요청하면, 저장된 직류 전류를 인버터(450)로 전달할 수 있다.
인버터(450)는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하기 위한 장치이다. 복수의 전기 사용처(600)가 교류 전력을 이용하여 각종 전자전기 제품을 가동시키므로, 인버터(450)는 이를 위하여 풍력발전기(200)를 통해 생성된 직류 전력을 교류 전력으로 변환시켜, 전기 사용처(600) 및/또는 관리 서버(300)로 전력을 공급할 수 있다.
역조류 전력량계(470)는 발전 장치(400)에서 발생하는 역조류의 전력량을 측정하기 위한 장치이다. 역조류 전력량계(470)가 역조류를 측정함으로써, 풍력발전기(200)를 통해 생성된 전력 대비 실제 사용 가능한 전력 양에 대한 비율을 계산하는데 사용할 수 있다.
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도 4 내지 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 풍력발전기(200) 및 풍력 발전 시스템을 이용하여, 전력을 생성하는 실시 예 및 상행선 차량(500a) 및 하행선 차량(500b)의 과속 여부를 측정하고, 분사노즐(250)로부터 액체를 분사하는 실시 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4 내지 도 5를 참조하면, 풍력발전기(200)의 회전날개(230)에 자연적으로 발생하는 바람 및 상행선 차량(500a)/하행선 차량(500b)으로 인해 발생하는 바람이 합쳐져서 발생한 제 1 바람이 유선형의 회전 날개(230)의 오목한 부분과 충돌 또는 유입되면(S405), 제 1 바람이 회전날개(230)와 충돌하여 발생하는 힘에 의해 회전축(210)이 회전할 수 있다(S410). 이 때, 제 1 바람이 회전날개(230)에 충돌하는 힘이 강하고 길수록 회전축(210)의 회전량 및 회전력은 증가하고, 이러한 회전량 및 회전력을 통해 더 강한 전력이 생성될 수 있다.
이러한 회전량 및 회전력을 기반으로 생성된 전력은 접속함(410)을 거쳐서 축전지(430)에 저장될 수 있다. 또한, 축전지(430)에 저장된 전력은 전기 사용처(600) 및/또는 관리 서버(300)의 요청에 의해 인버터(450)를 거쳐 전기 사용처(600) 및/또는 관리 서버(300)로 전송될 수 있다.
또한, 회전축(210)의 회전량 및 회전력을 기반으로 생성된 전력은 직류 전력이고, 일반적으로 전기 사용처(600)에서 요구하는 전력은 교류 전력이므로, 인버터(450)에서 직류 전력을 교류 전력으로 변환할 수 있다.
한편, 관리 서버(300)는 회전축(210)의 회전량 및 회전력에 의해 발전 장치(400)로부터 생성된 전력량을 확인하고, 복수의 전기 사용처(600)들 및/또는 관리 서버(300)에 생성된 전력을 분배할 수 있다.
또한, 관리 서버(300)는 상기 회전량과 회전력 등을 기반으로 풍력발전기(200)의 회전축(210)이 회전하는 회전 속도 (예를 들어, 각속도)를 산출할 수 있다(S415). 또한, 관리 서버(300)는 풍향풍속 센서로부터 자연적으로 발생하는 제 2 바람의 풍속 및 풍향을 획득하고(S420), 상기 회전축(210)의 회전 속도 및 제 2 바람의 풍속 및 풍향을 기반으로 상기 회전축(210)이 회전하는데 상행선 차량(500a) 및/또는 하행선 차량(500b)이 영향을 끼친 정도를 확인할 수 있다.
예를 들어, 상행선 차량(500a) 및/또는 하행선 차량(500b)을 고려하지 않고, 오직 제 2 바람의 풍속 및 풍향만을 고려할 때, 회전축(210)의 예상 각속도를 추정하고, 상기 제 1 바람으로 인하여 발생한 회전축(210)의 제 1 각속도를 측정한다. 그리고, 측정된 각속도와 예상 각속도의 차이값 만큼을 상행선 차량(500a) 또는 하행성 차량(500b)에 의해서만 발생한 제 3 바람으로 인한 제 2 각속도로 추정할 수 있다.
또한, 관리 서버(300)는 제 2 각속도를 기반으로 제 3 바람의 풍향 및 풍속을 계산하고, 상기 풍향 및 풍속을 기반으로 상행선 차량(500a) 또는 하행선 차량(500b)의 주행 속도를 산출할 수 있다(S425).
이렇게 산출된 주행 속도를 기반으로 상행선 차량(500a) 또는 하행선 차량(500b)의 과속 여부를 판단하는데 보조 자료로 활용할 수 있다. 특히, 구간 단속 구간의 중앙 분리대에 풍력발전기(200)를 설치하면, 구간 단속 내에서의 과속 측정에 도움이 될 수 있다.
다만, 상술한 방법으로는 상행선 차량(500a) 또는 하행선 차량(500b)가 어느 차선으로 주행하고 있는지를 측정하지 못할 수 있다. 따라서, 상기 차량의 속도를 측정한 것의 정확성을 높이기 위해, 거리 측정 센서를 활용할 수 있다. 예를 들어, 상기 풍력발전기(200)의 고정대의 양측면에 부착되어, 상행선 차량(500a) 또는 하행선 차량(500b)과 고정대 간의 거리를 측정할 수 있고, 관리 서버(300)는 이를 기반으로 상행선 차량(500a) 또는 하행선 차량(500b)의 주행 차선에 대한 정보를 획득할 수 있다.
관리 서버(300)는 상기 주행 차선에 대한 정보 또는 측정된 거리를 기반으로, 상기 제 3 바람으로 인해 발생한 제 2 각속도를 보정할 수 있다. 즉, 상행선 차량(500a) 또는 하행선 차량(500b)이 2차선에 있는 것으로 측정되었다면, 동일한 속도라도 1차선에서 주행한 것보다 제 3 바람으로 인해 발생한 제 2 각속도가 작게 산출될 것 인바, 상행성 차량(500a) 또는 하행선 차량(500b)이 1차선에서 주행한 경우의 제 3 바람의 예상 풍속 및 예상 풍향을 상기 측정된 거리 또는 주행 차선에 대한 정보를 기반으로 산출하고, 이를 기반으로 제 2 각속도를 보정할 수 있다.
또한, 이러한 보정된 제 2 각속도를 기반으로 관리 서버(300)는 상행선 차량(500a) 또는 하행선 차량(500b)의 주행 속도를 측정할 수 있다.
관리 서버(300)는 상기 주행 속도가 제 1 임계값 이상이면, 상행선 차량(500a) 또는 하행선 차량(500b)이 과속인 것으로 판단할 수 있다. 제 1 임계값은 풍력발전기(200)가 설치된 도로의 규정 속도에 따라 변경될 수 있다.
한편, 관리 서버(300)는 상기 측정된 주행 속도가 제 2 임계값 미만(예를 들어, 5km/h)이거나 제 1 각속도가 제 3 임계값 미만이면, 회전축(210)의 회전이 거의 없는 것으로 판단할 수 있다. 이러한 경우, 관리 서버(300)는 풍력발전기(200)의 고정대 양측면에 설치된 온도 센서를 통해 도로 표면의 온도를 측정할 수 있다. 또한, 측정된 도로 표면의 온도가 제 4 임계값 (예를 들어, 40도) 이상이면, 회전축(210)의 하단부에 설치된 복수의 분사노즐(250)들에서 물과 같은 액체를 분사하도록 제어하여, 도로 표면의 온도를 낮추도록 제어할 수 있다.
이 때, 측정된 주행 속도가 제 2 임계값 미만이거나 제 1 각속도가 제 3 임계값 미만인 경우에만 분사노즐(250)에서 액체를 분사하도록 하는 것은, 회전축(210)의 회전력이 큰 경우, 분사노즐(250)도 함께 회전하고, 이러한 회전력으로 인하여 액체가 주행하는 차량 또는 도로가 아닌 기타 장소에 난사될 수 있고, 이러한 난사로 인하여 발생할 수 있는 피해를 감소시키기 위함이다.
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도 6은 상술한 본 발명의 실시 예를 구현하기 위한 관리 서버(300)의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 관리 서버(300)는 제어 모듈(310), 통신 모듈(320) 및 저장 모듈(330)을 포함할 수 있다.
통신 모듈(320)은 풍력발전기(200) 및 발전 장치(400)와 통신하기 위한 것으로서, 통신 모듈(320)이 기능을 수행하기 위한 통신망은 WLAN(Wireless LAN), 와이파이(Wi-Fi), 와이브로(Wibro), 와이맥스(Wimax), HSDPA(High Speed Downlink Packet Access) 등의 무선 통신 방식을 이용하는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니며, 시스템 구현 방식에 따라 이더넷(Ethernet), xDSL(ADSL, VDSL), HFC(Hybrid Fiber Coaxial Cable), FTTC(Fiber to The Curb), FTTH(Fiber To The Home) 등의 유선 통신 방식을 이용할 수도 있다.
저장 모듈(330)은 데이터를 저장하기 위한 장치로, 주 기억 장치 및 보조 기억 장치를 포함하고, 관리 서버(300)의 기능 동작에 필요한 응용 프로그램을 저장한다. 이러한 저장 모듈(330)은 크게 프로그램 영역과 데이터 영역을 포함할 수 있다. 여기서, 관리 서버(300)는 풍력발전기(200) 및 발전 장치(400)의 요청에 상응하여 각 기능을 활성화하는 경우, 제어 모듈(310)의 제어 하에 해당 응용 프로그램들을 실행하여 각 기능을 제공하게 된다.
제어 모듈(310)은 운영 체제(OS, Operation System) 및 각 구성을 구동시키는 프로세스 장치가 될 수 있다.
따라서, 관리 서버(300)의 제어 모듈(310)은 본 발명의 실시 예에 따른 관리 서버(300)의 동작 과정 전반을 제어할 수 있다. 다시 말해, 도 1 내지 도 5를 기반으로 상술한 본 발명의 실시 예들에 따른 관리 서버(300)의 동작 과정 전반이 제어 모듈(310)에 의해 제어될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 명세서는 다수의 특정한 구현물의 세부사항들을 포함하지만, 이들은 어떠한 발명이나 청구 가능한 것의 범위에 대해서도 제한적인 것으로서 이해되어서는 안되며, 오히려 특정한 발명의 특정한 실시형태에 특유할 수 있는 특징들에 대한 설명으로서 이해되어야 한다. 개별적인 실시형태의 문맥에서 본 명세서에 기술된 특정한 특징들은 단일 실시형태에서 조합하여 구현될 수도 있다. 반대로, 단일 실시형태의 문맥에서 기술한 다양한 특징들 역시 개별적으로 혹은 어떠한 적절한 하위 조합으로도 복수의 실시형태에서 구현가능하다. 나아가, 특징들이 특정한 조합으로 동작하고 초기에 그와 같이 청구된 바와 같이 묘사될 수 있지만, 청구된 조합으로부터의 하나 이상의 특징들은 일부 경우에 그 조합으로부터 배제될 수 있으며, 그 청구된 조합은 하위 조합이나 하위 조합의 변형물로 변경될 수 있다.
마찬가지로, 특정한 순서로 도면에서 동작들을 묘사하고 있지만, 이는 바람직한 결과를 얻기 위하여 도시된 그 특정한 순서나 순차적인 순서대로 그러한 동작들을 수행하여야 한다거나 모든 도시된 동작들이 수행되어야 하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 특정한 경우, 멀티태스킹과 병렬 프로세싱이 유리할 수 있다. 또한, 상술한 실시 형태의 다양한 시스템 컴포넌트의 분리는 그러한 분리를 모든 실시형태에서 요구하는 것으로 이해되어서는 안되며, 설명한 프로그램 컴포넌트와 시스템들은 일반적으로 단일의 소프트웨어 제품으로 함께 통합되거나 다중 소프트웨어 제품에 패키징될 수 있다는 점을 이해하여야 한다.
본 명세서에서 설명한 주제의 특정한 실시형태를 설명하였다. 기타의 실시형태들은 이하의 청구항의 범위 내에 속한다. 예컨대, 청구항에서 인용된 동작들은 상이한 순서로 수행되면서도 여전히 바람직한 결과를 성취할 수 있다. 일 예로서, 첨부도면에 도시한 프로세스는 바람직한 결과를 얻기 위하여 반드시 그 특정한 도시된 순서나 순차적인 순서를 요구하지 않는다. 특정한 구현 예에서, 멀티태스킹과 병렬 프로세싱이 유리할 수 있다.
본 기술한 설명은 본 발명의 최상의 모드를 제시하고 있으며, 본 발명을 설명하기 위하여, 그리고 통상의 기술자가 본 발명을 제작 및 이용할 수 있도록 하기 위한 예를 제공하고 있다. 이렇게 작성된 명세서는 그 제시된 구체적인 용어에 본 발명을 제한하는 것이 아니다. 따라서, 상술한 예를 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하였지만, 통상의 기술자라면 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서도 본 예들에 대한 개조, 변경 및 변형을 가할 수 있다.
따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위에 의해 정하여져야 한다.
본 발명은 도로의 중앙분리대에 설치되는 풍력발전기 및 상기 풍력발전기를 이용한 풍력 발전 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 중앙분리대에 설치 가능한 풍력발전기를 이용하여 전기를 생산하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 차량의 이동으로 발생하는 공기의 흐름을 이용하여 전기를 발생시킬 수 있다. 또한, 이러한 공기의 흐름을 기반으로 해당 차량의 과속 여부를 알 수 있고, 과열되는 아스팔트 도로의 온도를 감소시킬 수 있다.
따라서, 본 발명은 도로의 중앙분리대에 설치되는 풍력발전기 및 상기 풍력발전기를 이용한 풍력 발전 방법을 통해 전력 발전 산업 전반의 발전에 이바지할 수 있으며, 시판 또는 영업의 가능성이 충분할 뿐 아니라 현실적으로 명백하게 실시할 수 있는 정도이므로 산업상 이용가능성이 있다.
100: 통신망 200: 풍력발전기
300: 관리 서버 400: 발전 장치
500a: 상행선 차량 500b: 하행선 차량

Claims (8)

  1. 도로의 중앙 분리대에 설치되어 풍력 발전을 수행하는 풍력 발전 시스템에 있어서,
    상기 중앙 분리대와 수직으로 설치되는 회전축 및 상기 회전축의 외측에 부착되어 상기 중앙 분리대에 의해 구분되는 상행선을 주행하는 상행선 차량 또는 하행선을 주행하는 하행선 차량에 의해 발생되는 바람에 의해 상기 회전축이 회전하도록 하는 복수의 회전날개들과, 상기 회전축의 하부측 외주연을 따라 복수의 단 구조로 설치되며 가로 방향으로 설치된 분사노즐들 간에는 제 1 간격을 가지고 세로 방향으로 설치된 분사노즐들 간에는 제 2 간격을 가지도록 설치되는 상기 도로에 특정 액체를 분사하기 위한 복수의 분사노즐을 포함하고, 풍향 및 풍속을 측정하는 풍향풍속센서와 상기 도로의 표면 온도를 측정하는 온도 센서를 더 포함하는 풍력발전기;
    상기 회전축의 회전량에 따라 전력을 생성하는 발전 장치;
    상기 발전 장치로부터 생성된 전력량을 확인하고, 복수의 전기 사용처로 상기 생성된 전력을 분배하는 관리 서버;
    상기 풍력발전기에 의해 발생한 직류 전류 및 상기 역조류 중 적어도 하나에 의한 과전류를 방지하기 위한 접속함; 및
    상기 풍력발전기에 의해 발생한 직류 전력을 수집하기 위한 축전지; 를 포함하고,
    상기 회전축을 중심으로 외주연을 따라 일정 간격으로 수직하게 설치되는 상기 복수의 회전날개들은,
    중심부로 갈수록 두께가 증대되는 유선형으로 형성되되, 상기 복수의 회전날개들의 끝부분이 중간 부분과 상이한 방향으로 향하도록 형성되고,
    상기 회전축의 둘레에 일정 간격으로 부착되는 것을 특징으로 하고,
    상기 발전 장치는,
    상기 풍력발전기에 의해 발생한 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 인버터; 및
    상기 발전 장치 내에서 발생하는 역조류를 측정하기 위한 역조류 전력량계; 를 포함하고,
    상기 관리 서버는,
    상기 회전축의 회전량에 기반하여 제1 각속도를 산출하고,
    상기 풍향풍속센서를 통하여 측정되는 풍향 및 풍속에 대한 정보에 기반하여 예상 각속도를 산출하고,
    상기 제1 각속도와 상기 예상 각속도 사이의 차이에 기반하여 제2 각속도를 산출하고,
    상기 산출된 제2 각속도에 기반하여 상기 상행선 차량의 제1 속도 또는 상기 하행선 차량의 제2 속도를 산출하고,
    상기 제1 속도 또는 상기 제2 속도가 제1 임계값 이상인지 여부에 기반하여 과속 여부를 판단하는 것을 특징으로 하고,
    상기 관리 서버는,
    상기 제1 속도 또는 상기 제2 속도가 제2 임계값 미만이거나 상기 제1 각속도가 제3 임계값 미만인 경우, 상기 도로의 표면 온도가 임계 온도 이상이면 상기 복수의 분사노즐을 통해 상기 특정 액체를 분사함으로써 상기 표면 온도를 낮추도록 제어하는 것을 특징으로 하는,
    풍력 발전 시스템.
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KR1020200032641A 2020-03-17 2020-03-17 도로의 중앙분리대에 설치되는 풍력발전기 및 상기 풍력발전기를 이용한 풍력 발전 방법 KR102123777B1 (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR200358891Y1 (ko) * 2004-05-13 2004-08-12 이우춘 풍력발전을 이용한 전력공급시스템
KR20160007173A (ko) 2014-07-11 2016-01-20 삼성중공업 주식회사 풍력 발전기용 블레이드 및 이를 포함하는 풍력 발전기
JP2020010520A (ja) * 2018-07-09 2020-01-16 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 制御システムおよび制御方法

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