KR102134996B1 - Floating offshore wind power system - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 부유식 해상풍력발전 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 해상에 부유된 해상풍력발전 시스템을 이용하여 전력을 생산함에 있어, 회전 로터와 연결된 블레이드의 각도 조절을 통해 양력을 제어할 수 있도록 함으로써, 블레이드의 각도 조절에 의해 가변 되는 양력을 이용하여 블레이드에 더욱 큰 회전력을 가함으로써 풍력발전 효율을 극대화시킬 수 있고, 또한 가변블레이드는 블레이드 길이를 최대한 늘릴 수 있도록 하여 출력을 상승시킬 수 있는 부유식 해상풍력발전 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a floating offshore wind power generation system, and more specifically, in producing power using an offshore wind power generation system floating on the sea, it is possible to control lift through angle adjustment of a blade connected to a rotating rotor. By making it possible, the wind power efficiency can be maximized by applying a larger rotational force to the blade by using a lift force that is variable by adjusting the angle of the blade, and the variable blade can increase the power by increasing the blade length as much as possible. It relates to a floating offshore wind power generation system.
일반적으로, 해상풍력발전(Offshore wind power)은 풍력터빈을 해상 및 호수와 같은 수역에 설치하여, 그 곳에서 부는 바람의 운동에너지를 회전날개에 의한 기계에너지로 변환하여 전기를 얻는 발전방식을 말한다.Generally, offshore wind power refers to a power generation method in which a wind turbine is installed in a water body such as a sea or a lake, and the kinetic energy of the wind blowing there is converted into mechanical energy by a rotating blade to obtain electricity. .
육상풍력발전의 발달로 인하여 풍력터빈이 대형화 됨에 따라, 설치 장소의 한계가 드러나게 되었고 터빈의 대형화로 인한 소음문제, 설치 및 운반문제, 시각적인 경관 등이 문제로 야기되었다. 따라서 이러한 육상풍력발전의 문제점을 해소하기 위한 해결책으로 해상풍력발전이 고안되었다.Due to the development of onshore wind power, as wind turbines have grown in size, the limitations of the installation site have been revealed, and noise problems, installation and transport problems, and visual landscapes have been caused by the large size of turbines. Therefore, offshore wind power was developed as a solution to the problems of onshore wind power generation.
최근에는 수심 40 ~ 900[m] 심해에도 설치가 가능한 부유식 해상풍력발전 시스템이 각광받고 있다.Recently, a floating offshore wind power system that can be installed in the depths of 40 to 900[m] in the deep sea has been spotlighted.
하지만, 이 풍력발전 기술은 타 발전 기술에 비해, 비교적 일정한 풍향으로 풍질이 우수하여 이용률은 높으나, 심해 설치에 따른 부유체와 해저전력선 등 시설비가 높아 경제성이 급격히 떨어진다. However, this wind power generation technology has a high rate of use due to its excellent wind quality in a relatively constant wind direction, compared to other power generation technologies, but its economic efficiency is sharply reduced due to the high cost of facilities such as floating bodies and submarine power lines due to deep sea installation.
따라서, 경제성을 극대화하기 위해서, 종래의 블레이드(회전 날개) 크기 및 길이를 늘리는 방식이 매우 효과적이다.Therefore, in order to maximize economic efficiency, a method of increasing the size and length of a conventional blade (rotary blade) is very effective.
종래 블레이드 길이(R)와 블레이드 중량(M)의 관계는 대략 M = 0.5 * R2.53로 나타낼 수 있다. 이것은 블레이드 중량이 블레이드 길이에 대해 지수함수적으로 증가하는 것을 보여 주며, 블레이드의 공급가격은 중량에 비례하므로 결국 급격하게 시설비가 증가하게 된다.The relationship between the conventional blade length (R) and the blade weight (M) can be represented by approximately M = 0.5 * R 2.53 . This shows that the blade weight increases exponentially with respect to the blade length, and since the supply price of the blade is proportional to the weight, the facility cost increases rapidly.
또한 바람의 운동에너지(E)에 영향을 주는 공기중량(m)과 바람속도 (V)의 사이에 관계식은 E = ½ * m * V2 이며, 이 식으로부터 E ∝ R2, V3의 식이 유도된다. 즉, 바람의 운동에너지는 블레이드 길이 제곱에 비례하고, 풍속의 세제곱에 비례한다.In addition, the relationship between air weight (m) and wind speed (V) affecting the kinetic energy (E) of the wind is E = ½ * m * V 2 , from which E ∝ R 2 , V 3 Is induced. That is, the kinetic energy of the wind is proportional to the square of the blade length and the cube of the wind speed.
따라서 바람의 운동에너지로부터 발전 효율을 극대화하기 위해서는 블레이드 길이를 늘릴수록 제곱에 비례하고 바람속도 세제곱에 비례하도록 운동에너지를 증가 시킬 수 있다.Therefore, in order to maximize the power generation efficiency from the kinetic energy of the wind, as the blade length is increased, the kinetic energy can be increased to be proportional to the square and proportional to the wind speed cubed.
하지만, 그에 비해서 블레이드 공급가격에 직접적인 영향을 주는 블레이드의 자체 중량은 지수함수적으로 증가하는 문제와 그 블레이드들의 중량을 지탱하기 위한 타워 또한 거대해지며 설치가 복잡해지고 시설비등이 급격하게 증가하는 문제점을 가지고 있었다.However, compared to the problem, the blade's own weight, which directly affects the blade supply price, increases exponentially, and the tower to support the weight of the blade is also huge, the installation is complicated, and the facility boiling increases rapidly. I had.
따라서, 현재는 블레이드 길이를 최대화하면서도 전체적인 중량을 획기적으로 최소화하여 발전 효율을 극대화할 수 있는 풍력발전 기술이 필요한 실정이다.Accordingly, at present, there is a need for a wind power generation technology capable of maximizing power generation efficiency by dramatically minimizing overall weight while maximizing blade length.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 블레이드 길이를 최대화 하면서도 중량을 획기적으로 최소화하는 풍력발전 기술로 블레이드 길이 제곱에 비례하고 풍속의 세제곱에 비례하는 바람의 운동에너지가 블레이드에 더욱 큰 회전력을 가함으로써 풍력발전 효율을 극대화시킬 수 있도록 하는 부유식 해상풍력발전 시스템을 제공하고자 한다.The present invention is to solve the above-mentioned problems, while maximizing the blade length while dramatically minimizing the weight, the wind power is proportional to the square of the blade length and the kinetic energy of the wind proportional to the cube of the wind speed to provide a greater rotational force to the blade. In order to maximize the efficiency of wind power generation, we intend to provide a floating offshore wind power generation system.
본 발명의 일 실시예에 따른 부유식 해상풍력발전 시스템은 수면에 부유되는 부유체 및 상기 부유체의 상측에 마련되는 풍력발전모듈을 포함하며, 상기 풍력발전모듈을 향해 불어오는 바람이 가지는 운동에너지가 상기 풍력발전모듈의 로터의 외측 방향으로 설치된 하나 이상의 가변블레이드에 가해지되, 상기 가변블레이드는 각도 조절이 가능하도록 마련됨에 따라 상기 가변블레이드의 각도 조절에 의해 상기 로터의 회전속도 변화가 조절되는 것을 특징으로 할 수 있다.Floating offshore wind power generation system according to an embodiment of the present invention includes a floating body floating on the water surface and a wind power generation module provided on the upper side of the floating body, and the kinetic energy of the wind blowing toward the wind power generation module Is applied to one or more variable blades installed in the outer direction of the rotor of the wind power module, the variable blade is provided so that the angle can be adjusted, the rotational speed change of the rotor is adjusted by adjusting the angle of the variable blade It can be characterized as.
일 실시예에서, 상기 부유체는 삼각형 구조로 배치되는 적어도 3개 이상의 부유기둥, 상기 부유기둥의 수면 아래 중심부에 설치되는 파향가변타, 상기 부유기둥을 서로 연결하는 트러스(truss) 구조체, 상기 트러스 구조체에서 마련되는 터렛(turret), 상기 터렛과 연결되는 계류로프(mooring rope) 및 상기 터렛과 연결되는 해저 전력선을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.In one embodiment, the floating body is at least three or more floating pillars arranged in a triangular structure, a fluctuating variable installed at the center below the surface of the floating pillars, truss structure connecting the floating pillars to each other, the truss It may be characterized in that it comprises a turret (turret) provided in the structure, a mooring rope (mooring rope) connected to the turret and the submarine power line connected to the turret.
일 실시예에서, 상기 풍력발전모듈은 상기 부유체에 직립되는 주타워, 상기 주타워의 상부에 마련되는 발전모듈, 상기 발전모듈 내측에서 한 개 이상으로 직결되는 발전기, 상기 발전모듈에 마련된 로터와 연결되는 하나 이상의 연결 파이프, 상기 연결 파이프의 말단부에 마련되며, 회전을 통해 각도가 조절되는 익형 구조의 가변블레이드, 상기 로터와 상기 가변블레이드 사이에 마련되며, 양력을 발생시키는 구조의 고정블레이드 및 상기 연결 파이프와 상기 로터를 서로 연결하는 하나 이상의 로터지지대를 포함하며, 상기 가변블레이드의 각도가 좌측 또는 우측으로 변경됨에 따라 상기 가변블레이드에 가해지는 바람의 운동에너지가 제어되는 것을 특징으로 할 수 있다.In one embodiment, the wind power generation module is a main tower upright on the floating body, a power generation module provided on an upper portion of the main tower, a generator directly connected to one or more inside the power generation module, and a rotor provided on the power generation module. One or more connecting pipes to be connected, provided at the distal end of the connecting pipe, a variable blade of a pneumatic structure whose angle is adjusted through rotation, provided between the rotor and the variable blade, a fixed blade of a structure for generating lift and the It may include a connecting pipe and at least one rotor support connecting the rotor to each other, and the kinetic energy of the wind applied to the variable blade is controlled as the angle of the variable blade is changed to the left or right.
일 실시예에서, 본 발명은 상기 로터의 말단부에 마련된 축허브와 연결되는 익형보조타워를 더 포함하며, 상기 익형보조타워는 직립된 상태를 기준으로 측면 모서리 영역이 바람이 불어오는 방향을 향하도록 위치됨에 따라, 상기 익형보조타워를 향해 불어오는 방향에 의해 상기 익형보조타워에 양력이 발생되면서 상기 부유체가 바람이 불어오는 방향을 향하도록 회전하여 위치가 이동되는 것을 특징으로 할 수 있다.In one embodiment, the present invention further includes an airfoil auxiliary tower connected to the shaft hub provided at the distal end of the rotor, wherein the airfoil auxiliary tower is directed to the side edge area toward the wind blowing direction based on the upright state. As it is positioned, as the lift is generated in the airfoil auxiliary tower by a direction blowing toward the airfoil auxiliary tower, the floating body may be rotated so as to face the direction in which the wind blows, so that the position may be moved.
일 실시예에서, 상기 익형보조타워의 일부 영역에는 직립된 상태를 기준으로 상기 익형보조타워의 측면 모서리 영역에 발생되는 양력을 증가시키기 위한 가변익형보조타워가 마련되며, 상기 가변익형보조타워의 각도가 좌측 또는 우측으로 변경됨에 따라 상기 부유체가 바람이 불어오는 방향을 향하도록 회전하여 위치가 이동되는 것을 특징으로 할 수 있다.In one embodiment, a variable airfoil auxiliary tower is provided in some areas of the airfoil auxiliary tower to increase lift generated in a side edge area of the airfoil auxiliary tower based on an upright state, and an angle of the variable airfoil auxiliary tower is provided. As it is changed to the left or right side, the floating body may be rotated so as to face the direction in which the wind blows, and thus the position may be moved.
본 발명의 일 측면에 따르면, 해상풍력발전 시스템이 심해일수록 운동에너지에 세제곱에 비례하는 영향을 주는 바람속도와 육상과 비교해서 해상에는 바람의 운동에너지에 대한 장애물이 거의 없어 바람이 일정한 방향성을 갖는 우수한 풍질로 전력생산을 높여주는 이용률과 민원 및 환경 문제를 해결할 수 있어 각광을 받고 있으나, 심해 설치에 따르는 높은 시설비등은 급격히 경제성을 떨어뜨린다.According to one aspect of the present invention, the deeper the offshore wind power system is, the deeper the wind has a certain directionality, so there is little obstacle to the kinetic energy of the wind at sea compared to wind speed and land, which have a proportional effect on the kinetic energy. It is in the spotlight because it can solve the use rate and civil complaints and environmental problems that increase the power generation with excellent wind quality, but the high facility boiling due to the installation of the deep sea rapidly decreases economic efficiency.
따라서 현재는 블레이드 길이를 최대화하면서도 전체적인 중량을 획기적으로 최소화하게 되면 바람의 운동에너지를 이용한 부유식 해상풍력발전 시스템은 블레이드 길이 제곱, 바람 속도 세제곱에 비례하는 전력생산으로 경제성을 극대화시킬 수 있는 장점을 가진다. 또한 본 발명의 일 측면에 따르면, 풍력발전모듈의 정적동적 하중의 일부분이 축허브에 집중되므로 이 하중을 적절하게 감당하기 위한 익형보조타워와 익형보조타워에 마련된 측면 모서리 영역에 발생되는 양력을 증가시키기 위한 익형 구조인 가변익형보조타워는 각도가 좌측 또는 우측으로 변경됨에 따라, 상기 부유체 자체가 터렛을 중심으로 바람이 불어오는 방향을 향하도록 하여 로터가 항시 바람을 정면으로 바라볼 수 있도록 하여 전력생산 효율을 높이는 장점을 가진다. 또한 이와 같은 효과를 가속시키기 위해서 부유체의 중심 수면 하부에는 파향가변타가 설치 될 수 있다.Therefore, at present, while maximizing the blade length and dramatically minimizing the overall weight, the floating offshore wind power system using wind kinetic energy has the advantage of maximizing economic efficiency by generating power proportional to the blade length squared and the wind speed cubed. Have In addition, according to one aspect of the present invention, since a portion of the static dynamic load of the wind power module is concentrated on the shaft hub, the lift generated in the side edge area provided in the airfoil auxiliary tower and the airfoil auxiliary tower is appropriately increased. As the angle is changed to the left or right side of the variable airfoil auxiliary tower for the airfoil structure, the floating body itself is directed toward the wind blowing around the turret so that the rotor can always face the wind. It has the advantage of increasing the power production efficiency. In addition, in order to accelerate this effect, a wave variable variable can be installed below the center water surface of the floating body.
파향가변타는 일반적으로 해류의 방향성은 해수심 일정 부분까지 해상의 풍향과 유사하게 흐르고, 이 유동 에너지를 이용하여 가변익형보조타워와 같이 로터가 항시 바람을 정면으로 바라볼 수 있도록 하여 전력생산 효율을 높인다. 특히, 공기밀도가 약1.225[㎏/㎥]에 비해 해수밀도가 약1,020[㎏/㎥]인 것을 감안하면 파향가변타(112a)는 가변익형보조타워(130a)에 비해 적은 면적으로도 큰 효과를 낼 수 있다.In general, the direction of the current flows similarly to the wind direction of the sea to a certain part of the depth of the sea, and using this flow energy, the rotor can always face the wind in the same way as the variable wing auxiliary tower, thereby improving the power production efficiency. Increase. In particular, considering that the air density is about 1,020 [kg/㎥] compared to about 1.225 [㎏/㎥], the
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 부유식 해상풍력발전 시스템(100)의 전체적인 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 부유체(110)를 보다 구체적으로 도시한 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 풍력발전모듈(120)을 보다 구체적으로 도시한 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 익형보조타워(130)를 보다 구체적으로 도시한 도면이다.
도 5는 도 4에 도시된 가변익형보조타워(130a)의 단면을 도시한 도면이다.1 is a view showing the overall configuration of a floating offshore wind
FIG. 2 is a view more specifically showing the
3 is a view more specifically showing the
4 is a view showing the airfoil
5 is a view showing a cross-section of the variable wing auxiliary tower (130a) shown in FIG.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred embodiments are provided to help understanding of the present invention. However, the following examples are provided only for easier understanding of the present invention, and the contents of the present invention are not limited by the examples.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 부유식 해상풍력발전 시스템(100)의 전체적인 구성을 도시한 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 부유체(110)를 보다 구체적으로 도시한 도면이며, 도 3은 도 1에 도시된 풍력발전모듈(120)을 보다 구체적으로 도시한 도면이고, 도 4는 도 1에 도시된 익형보조타워(130)를 보다 구체적으로 도시한 도면이다.1 is a view showing the overall configuration of a floating offshore wind
도 1 내지 도 4를 살펴보면, 본 발명의 일 실시예에 따른 부유식 해상풍력발전 시스템(100)는 크게 부유체(110) 및 풍력발전모듈(120)을 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 일 실시예에서는 추가적으로 익형보조타워(130)를 더 포함할 수 있다.Referring to Figures 1 to 4, the floating offshore wind
먼저 부유체(110)는 해상에서 부유되어 부유식 해상풍력발전 시스템(100)이 가라앉지 않도록 부력을 제공하는 역할을 한다. 이러한 부유체(110)는 도 2를 통해 살펴보기로 한다.First, the floating
도 2를 살펴보면, 부유체(110)는 삼각형 구조를 가지는 적어도 3개 이상의 부유기둥(111), 각각의 부유기둥(111)을 서로 연결하는 트러스구조체(112), 트러스구조체(112)의 일측에서 돌출된 형태로 마련되는 터렛(turret, 113), 터렛(113)과 연결되어 해상으로 늘어지는 계류로프(mooring rope, 114) 및 해저전력선(115)을 포함하여 구성될 수 있다.Referring to Figure 2, the
부유기둥(111)은 내부에 물을 충수하거나 배수함으로써 부유식 해상풍력발전 시스템(100)이 해상에서 한쪽으로 치우치거나 쓰러지지 않도록, 능동적으로 무게중심을 맞추어 자세를 제어하는 역할을 한다.The floating
이때 적어도 3개 이상의 부유기둥(111)이 삼각형 형태로 형성됨으로써, 부유식 해상풍력발전 시스템(100)이 한쪽으로 치우쳐지거나 쓰러지지 않도록 한다. 부유기둥(111)의 하측에서 풍력발전모듈(120)의 불규칙한 풍하중에 따른 거동 및 부유체(110) 불규칙한 수면 파력로부터 오는 파하중에 따른 거동은 모두 부유체(110)을 불규칙한 거동들을 형성하게 되는데, 에너지를 투입하지 않고 물의 항력을 효과적으로 이용하여 수동적으로 감쇠시키는 역할을 하는 수항력판(111a)이 각각 설치된다.At this time, at least three or more floating
트러스구조체(112)는 각각의 부유기둥(111)을 서로 연결하는 연결 구조체를 의미하며, 해상에서 강한 파도, 풍랑, 풍속 등에 의해 파손되지 않도록 각각의 부유기둥(111)을 지지하고 지탱하는 역할을 한다. 이때, 트러스구조체(112)의 중심 수심 하부에는 파향가변타(112a)가 마련된다.The
파향가변타(112a)는 일반적으로 해류의 방향성은 해수심 일정 부분까지 해상의 풍향과 유사하게 흐르고, 이 유동 에너지를 이용하여 가변익형보조타워(130a)와 같이 로터가 항시 바람을 정면으로 바라볼 수 있도록 하여 전력생산 효율을 높인다. 특히, 공기밀도가 약1.225[㎏/㎥]에 비해 해수밀도가 약1,020[㎏/㎥]인 것을 감안하면 파향가변타(112a)는 가변익형보조타워(130a)에 비해 적은 면적으로도 큰 효과를 낼 수 있다.In general, the
트러스구조체(112)의 일측에는 외측 방향으로 터렛(113)이 돌출되어 마련된다.On one side of the
터렛(113)은 계류로프(114) 및 해저 전력선을 바람의 운동에너지를 최대한 받기 위해 방향으로 부유체(110)가 터렛(113)을 중심으로 회전할 때, 계류로프(114) 및 해저 전력선은 회전하지 않고 고정될 수 있도록 유지하면서도 부유체(110)가 해류에 의해 떠내려가거나 현 위치에서 크게 벗어나지 않도록 위치를 유지하는 역할을 한다.
이때, 계류로프(114)은 일측이 해저면에 고정되기 때문에 부유식 해상풍력발전 시스템(100)이 현 위치에서 터렛(113)을 중심으로 회전하거나 어느 정도 반경에 대해서는 이동할 수 있지만, 현 위치를 크게 벗어나거나 떠내려가지 않도록 하는 역할을 한다.At this time, the
또한, 터렛(113)을 중심으로 부유체(110)가 회전할 때, 계류로프(114)가 트러스구조체(112)의 하부에 걸려 회전운동을 방해할 수 있기 때문에 이 부분은 부유체(110) 중심부로 이동시켜 회전운동을 원할하게 할 수 있는 구조를 가진다.In addition, when the floating
다시 도 1로 돌아와서, 풍력발전모듈(120)은 부유기둥(111)의 상측에 마련되며, 정면으로 불어오는 바람의 운동에너지를 가변 및 고정블레이드(123a, 123b)에 의해 로터 및 로터허브(122a, 122b)를 회전시켜 기계에너지로 변환시키고 이것과 직결된 발전기(122a)에 의해서 전기에너지로 변환하여 전력을 생산한다. 이에 관해서는 도 3을 통해 보다 구체적으로 살펴보기로 한다.Returning to FIG. 1 again, the
도 3을 살펴보면, 풍력발전모듈(120)은 3개의 부유기둥(111) 중 어느 하나의 부유기둥(111)에 직립되는 주타워(121), 주타워(121)의 상부에 마련되는 발전모듈(122), 발전모듈(122)과 회전이 가능하도록 마련된 로터(123)와 연결되는 하나 이상의 연결 파이프(123c)를 포함한다.Referring to FIG. 3, the wind
또한, 각각의 연결 파이프(123c)는 가변 및 고정블레이드(123a, 123b)를 포함하여 구성될 수 있다.In addition, each connecting
주타워(121)는 발전모듈(122), 로터(123), 연결 파이프(123c), 가변 및 고정블레이드(123a, 123b) 및 로터지지대(123g)의 하중을 지탱하는 역할을 하며, 길이는 제한되지 않는다. 주타워(121)의 높이는 가변 및 고정 블레이드(123a, 123b) 및 연결 파이프(123c)의 더한 길이보다 길게 형성된다.The
발전모듈(122)의 내부에는 로터(123)의 회전력을 전기에너지로 변환하는 발전기(122a)가 내장되며, 로터(123)에는 적어도 2개 이상의 연결 파이프(123c)가 연결된다. 이때, 로터(123)는 로터(123)와 축허브(123f)를 로터지지대(123g)가 연결하고 가변 및 고정블레이드(123a, 123b) 및 연결 파이프(123c)에 바람의 운동에너지로 인한 풍하중을 지지하기 위한 로터지지대(123g)가 연결하여 구성된다. 축허브(123f)는 후술되는 익형보조타워(130)와 연결될 수 있다.Inside the
발전모듈(122)는 여러 개의 발전기(122a)가 직결되어 구성되어 있다. 일반적으로 풍력발전 시스템이 대형화 될수록 그에 맞는 발전기가 개발되어서 설치되어 기계에너지에서 전기에너지로 변환하는 역할을 한다. 하지만, 단일 대형 발전기를 신규로 개발 설치하는 것은 발전모듈(122)의 하중을 줄이는 장점은 있으나 많은 개발비용이 발생하게 된다. 본 발명은 발전모듈(122)의 하중을 충분히 감당할 수 있는 구조가 되므로, 이러한 문제점을 해결하기 위해서 발전기의 요구 출력에 맞게 상용기성품의 발전기를 1개 이상 직결해서 설치하여 그에 대한 비용을 크게 절감할 수 있다.The
연결 파이프(123c)는 원형의 파이프 형태이다. 이에 관해서는 도 3을 통해 보다 구체적으로 살펴보기로 한다.The connecting
도 3을 살펴보면, 연결 파이프(123c)는 연결 파이프(123c)의 바깥쪽 말단부에 위치되는 가변 블레이드(123a)와, 로터(122a)와 가변블레이드(123a) 사이에 마련되는 고정블레이드(123b)를 포함하여 구성된다.Referring to Figure 3, the connecting pipe (123c) is a fixed blade (123b) provided between the variable blade (123a), and the rotor (122a) and the variable blade (123a) located on the outer end of the connecting pipe (123c) Including.
가변블레이드(123a)는 일측 방향으로 회전을 통해 각도가 조절되는 익형 구조를 가지는 회전 날개를 의미하며, 가변블레이드(123a)의 각도 조절에 의해 가변블레이드(123a)에 가해지는 바람의 운동에너지를 적절하게 제어함으로서 급격한 로터 회전 속도 증가에 따른 기계적 고장을 최소화 하면서도 효율은 최대한 확보하게 한다.The
고정블레이드(123b)는 가변블레이드(123a)와는 달리 회전을 통해 각도가 조절되는 구조가 아닌 연결 파이프(123c)를 회전축으로 일정한 방향으로 틀어진 상태로 고정된 익형 구조를 가지는 회전 날개를 의미한다.Unlike the
따라서, 고정블레이드(123b)에는 항시 일정한 양력이 가해지게 된다.Therefore, a constant lifting force is always applied to the fixed
다시 도 1로 돌아와서, 본원발명은 로터(123)를 지지하며 부유체(110)가 기류를 따라 자동으로 회전되기 위한 익형보조타워(130)를 더 포함할 수 있다. 이에 관해서는 도 4를 통해 보다 구체적으로 살펴보기로 한다.Returning to FIG. 1 again, the present invention may further include an airfoil
도 4를 살펴보면, 익형보조타워(130)는 부유체(110)의 상측에 직립되며 풍력발전모듈(120)의 정적동적 하중의 일부분이 축허브(123e)에 집중되므로 이 하중을 적절하게 감당하기 위해서 존재한다. Referring to Figure 4, the airfoil
그리고 그 단면은 좌우 대칭의 비행기 날개의 단면과 상응하는 형태로 형성된다.And the cross section is formed in a shape corresponding to the cross section of the plane wing of right and left symmetry.
보다 구체적으로, 익형보조타워(130)는 그 단면이 좌우 대칭이 되는 비행기 날개의 단면과 같이 양력을 발생시키는 형태로 형성된다. 따라서, 익형보조타워(130)의 정면이 아닌 측면을 향해 바람이 불어올 경우에도 익형보조타워(130) 주위에 형성되는 기류에 의해 익형보조타워(130)의 하측과 연결된 부유체(110)가 터렛(113)을 중심으로 자연스럽게 회전하게 된다.More specifically, the airfoil
부유체(110)는 해상에 고정되지 않았기 때문에, 부유체(110)가 터렛(113)을 중심으로 자유롭게 회전이 가능하다.Since the floating
익형보조타워(130)에 의해 발생되는 양력에 의해 부유체(110)는 터렛(113)을 중심으로 자연스럽게 회전하게 되고, 그에 따라 익형보조타워(130)의 정면은 바람이 불어오는 방향과 정확히 일치하게 된다.Due to the lift generated by the airfoil
즉, 이러한 익형보조타워(130)의 구조는 항시 부유식 해상풍력발전 시스템(100)이 바람이 불어오는 방향과 정면을 향할 수 있도록 하는 장점을 가지게 된다.That is, the structure of the airfoil
이때, 익형보조타워(130)의 하측부와 상측부는 고정된 반면, 중심부의 일부 영역은 익형보조타워(130)가 직립된 상태를 기준으로 측면 모서리 영역에 발생되는 양력을 증가시키기 위한 가변익형보조타워(130a)가 마련된다.At this time, the lower part and the upper part of the airfoil
가변익형보조타워(130a)는 앞서 살펴본 가변블레이드(123a)와 마찬가지로 좌우측으로 회전하면서 각도가 조절되는데, 이는 익형보조타워(130) 주위에 형성되는 기류에 의한 양력이 보다 극대화되도록 하기 위함이다. 즉, 가변익형보조타워(130a)이 일측(예컨대, 시계방향)으로 꺾이는 경우에는 가변익형보조타워(130a)에 의한 바람 저항이 발생되면서 부유체(110)는 그에 반하여 반대 방향(예컨대, 반시계방향)으로 회전하게 된다.The variable airfoil
반대로, 가변익형보조타워(130a)이 일측(예컨대, 반시계방향)으로 꺾이는 경우에는 가변익형보조타워(130a)에 의한 바람 저항이 발생되면서 부유체(110)는 그에 반하여 반대 방향(예컨대, 시계방향)으로 회전하게 된다.Conversely, when the variable airfoil
즉, 가변익형보조타워(130a)은 부유체(110)의 방향을 직접적으로 변경시킴으로써 풍력발전모듈(120)이 항시 바람이 불어오는 방향과 정면을 향하도록 하는 장점을 가지게 된다.That is, the variable wing auxiliary tower (130a) has the advantage that the
이때, 가변익형보조타워(130a)의 단면을 도 5를 통해 살펴보면 다음과 같다.At this time, the cross-section of the variable-wing type
도 5는 도 4에 도시된 가변익형보조타워(130a)의 단면을 도시한 도면이다.5 is a view showing a cross-section of the variable wing auxiliary tower (130a) shown in FIG.
도 5를 살펴보면, 가변익형보조타워(130a)는 그 단면이 비행기 날개의 단면과 같이 양력을 발생시키는 형태로 형성된다. 따라서, 가변익형보조타워(130a)의 정면이 아닌 측면을 향해 바람이 불어올 경우에도 가변익형보조타워(130a) 주위에 형성되는 기류에 의해 가변익형보조타워(130a)의 하측과 연결된 부유체(110)가 터렛(113)을 중심으로 자연스럽게 회전하게 된다.Referring to Figure 5, the variable wing auxiliary tower (130a) is formed in a form that generates a lift, such as the cross-section of the wing of the plane. Therefore, even when the wind blows toward the side instead of the front side of the variable wing type
부유체(110)는 해상에 고정된 것이 아닌, 자유롭게 회전이 가능하기 때문에, 가변익형보조타워(130a)에 의해 발생되는 양력에 의해 부유체(110)는 터렛(113)을 중심으로 자연스럽게 회전하게 되고, 그에 따라 가변익형보조타워(130a)의 정면은 바람이 불어오는 방향과 정확히 일치하게 제어를 할 수 있게 된다.Since the floating
즉, 이러한 가변익형보조타워(130a)의 구조는 항시 부유식 해상풍력발전 시스템(100)이 바람이 불어오는 방향과 정면을 향할 수 있도록 하는 장점을 가지게 된다.That is, the structure of the variable wing type
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although described above with reference to the preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art will variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the invention as set forth in the claims below. You will understand that you can.
100: 부유식 해상풍력발전 시스템
110: 부유체
111: 부유기둥
111a: 수항력판
112: 트러스구조체
112a: 파향가변타
113: 터렛
114: 계류로프
115: 해저전력선
120: 풍력발전모듈
121: 주타워
122: 발전모듈
122a: 발전기
123: 로터
123a: 가변블레이드
123b: 고정블레이드
123c: 연결 파이프
123d: 로터허브
123e: 로터축
123f: 축허브
123g: 로터지지대
130: 익형보조타워
130a: 가변익형보조타워
130b: 고정익형보조타워100: floating offshore wind power generation system
110: floating body
111: floating pillar
111a: Water Force Plate
112: truss structure
112a: Facing Variable
113: Turret
114: mooring rope
115: submarine power line
120: wind power module
121: main tower
122: power generation module
122a: generator
123: rotor
123a: variable blade
123b: Fixed blade
123c: connecting pipe
123d: rotor hub
123e: rotor shaft
123f: Chub Herb
123g: Rotor support
130: airfoil auxiliary tower
130a: Variable wing auxiliary tower
130b: Fixed wing auxiliary tower
Claims (5)
상기 부유체의 상측에 마련되는 풍력발전모듈;을 포함하며,
상기 풍력발전모듈을 향해 불어오는 바람이 가지는 운동에너지가 상기 풍력발전모듈의 로터의 외측 방향으로 설치된 하나 이상의 가변블레이드에 가해지되, 상기 가변블레이드는 각도 조절이 가능하도록 마련됨에 따라 상기 가변블레이드의 각도 조절에 의해 상기 로터의 회전속도 변화가 조절되며,
상기 풍력발전모듈은,
상기 부유체에 직립되는 주타워;
상기 주타워의 상부에 마련되는 발전모듈;
상기 발전모듈 내측에서 한 개 이상으로 직결되는 발전기;
상기 발전모듈에 마련된 로터와 연결되는 하나 이상의 연결 파이프;
상기 연결 파이프의 말단부에 마련되며, 회전을 통해 각도가 조절되는 익형 구조의 가변블레이드;
상기 로터와 상기 가변블레이드 사이에 마련되며, 양력을 발생시키는 구조의 고정블레이드;
상기 연결 파이프와 상기 로터를 서로 연결하는 하나 이상의 로터지지대; 및
상기 로터의 말단부에 마련된 축허브와 연결되는 익형보조타워;를 포함하며,
상기 익형보조타워는 직립된 상태를 기준으로 측면 모서리 영역이 바람이 불어오는 방향을 향하도록 위치됨에 따라, 상기 익형보조타워를 향해 불어오는 방향에 의해 상기 익형보조타워에 양력이 발생되면서 상기 부유체가 바람이 불어오는 방향을 향하도록 회전하여 위치가 이동되는 것을 특징으로 하는, 부유식 해상풍력발전 시스템.
A floating body floating on the water surface; And
Includes; wind power module provided on the upper side of the floating body;
The kinetic energy of the wind blowing toward the wind power module is applied to one or more variable blades installed in the outer direction of the rotor of the wind power module, but the variable blade angle is provided as the angle is adjustable. The rotation speed change of the rotor is adjusted by adjustment,
The wind power module,
A main tower upright to the floating body;
A power generation module provided on an upper portion of the main tower;
A generator directly connected to one or more inside the power generation module;
At least one connecting pipe connected to the rotor provided in the power generation module;
It is provided at the distal end of the connecting pipe, the variable blade of the airfoil structure to adjust the angle through rotation;
A fixed blade provided between the rotor and the variable blade and having a structure for generating lift force;
At least one rotor support connecting the connecting pipe and the rotor to each other; And
Includes; airfoil auxiliary tower connected to the shaft hub provided at the distal end of the rotor;
The airfoil auxiliary tower is positioned to face the direction in which the wind blows, based on the erected state. A floating offshore wind power system, characterized in that the position is moved by rotating to face the direction in which the wind blows.
상기 부유체는,
삼각형 구조로 배치되는 적어도 3개 이상의 부유기둥;
상기 부유기둥의 수면 아래 중심부에 설치되는 파향가변타;
상기 부유기둥을 서로 연결하는 트러스(truss) 구조체;
상기 트러스 구조체에서 마련되는 터렛(turret);
상기 터렛과 연결되는 계류로프(mooring rope); 및
상기 터렛과 연결되는 해저 전력선;을 포함하는 것을 특징으로 하는, 부유식 해상풍력발전 시스템.
According to claim 1,
The floating body,
At least three or more floating columns arranged in a triangular structure;
A fluctuating variable installed at the center of the water surface of the floating column;
Truss structures connecting the floating pillars to each other;
A turret provided in the truss structure;
A mooring rope connected to the turret; And
And a submarine power line connected to the turret.
상기 가변블레이드의 각도가 좌측 또는 우측으로 변경됨에 따라 상기 가변블레이드에 가해지는 바람의 운동에너지가 제어되는 것을 특징으로 하는, 부유식 해상풍력발전 시스템.
According to claim 1,
Floating variable wind power generation system, characterized in that the kinetic energy of the wind applied to the variable blade is controlled as the angle of the variable blade is changed to the left or right.
상기 익형보조타워의 일부 영역에는,
직립된 상태를 기준으로 상기 익형보조타워의 측면 모서리 영역에 발생되는 양력을 증가시키기 위한 가변익형보조타워;가 마련되며,
상기 가변익형보조타워의 각도가 좌측 또는 우측으로 변경됨에 따라 상기 부유체가 바람이 불어오는 방향을 향하도록 회전하여 위치가 이동되는 것을 특징으로 하는, 부유식 해상풍력발전 시스템.According to claim 1,
In some areas of the airfoil auxiliary tower,
A variable airfoil auxiliary tower for increasing lift generated in a side edge region of the airfoil auxiliary tower based on an upright state is provided.
Floating floating wind power generation system, characterized in that the position is moved by rotating the floating body toward the direction in which the wind blows as the angle of the variable wing auxiliary tower is changed to the left or right.
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GRNT | Written decision to grant |