KR102497308B1 - 해상풍력 발전기 기울어짐 보상 시스템 - Google Patents

해상풍력 발전기 기울어짐 보상 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일실시예는 터빈부가 배치된 바디와, 상기 바디에 배치되고, 상기 바디의 기울기를 조절하는 기울기 조절부와, 상기 터빈부를 향해 불어오는 풍속 및 풍향을 측정하는 제1센서와, 상기 바디의 기울기를 측정하는 제2센서를 구비한 센서부 및 상기 센서부로부터 전달받은 상기 풍속 및 풍향 측정값 및 상기 기울기 측정값에 기초하여, 상기 기울기 조절부의작동을 제어하는 제어부를 포함하는, 해상풍력 발전기 기울어짐 보상 시스템을 제공한다.

Description

해상풍력 발전기 기울어짐 보상 시스템{SYSTEM FOR CONPENSATING FOR THE INCLING OF OFFSHORE WIND POWER GENERATOR}
본 발명은 해상풍력 발전기 기울어짐 보상 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 바람에 의한 기울어짐을 보상 가능한 해상풍력 발전기 기울어짐 보상 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 바람을 이용하여 발전을 하는 풍력발전기는 발전기의 회전축에 블레이드(또는 프로펠러)를 설치하여, 바람에 의해 블레이드가 회전함에 따라 발생되는 회전력을 이용하여 발전을 할 수 있도록 구성된다. 이러한 풍력발전기는 바람의 에너지를 전기에너지로 바꿔주는 장치로서, 통상적으로 블레이드, 변속장치 및 발전기로 구성되며, 풍력발전기의 블레이드를 회전시키고, 이때 발생한 블레이드의 회전력으로 전기를 생산한다. 여기서, 블레이드는 바람에 의해 회전되어 풍력에너지를 기계적인 에너지로 변환시키는 장치이고, 변속장치는 블레이드에서 발생한 회전력이 중심 회전축을 통해서 변속기어에 전달되고, 발전기에서 요구되는 회전수로 높임으로써 발전기를 회전시키는 장치이고, 발전기는 블레이드에서 발생한 기계적인 에너지를 전기에너지로 변환하는 장치이다.
이러한 풍력발전 시스템은 기술의 발전으로 인한 설치 비용 하락과 각국의 신재생에너지 확대 정책에 따라 최근에 도입이 지속적으로 증가하고 있는 추세이다. 또한, 과거에는 풍력발전 구조물들이 주로 육상에 설치되었으나 풍력 자원량, 미관, 장소의 제약 등의 문제로 인해 최근에는 해상에 대규모의 풍력단지를 건설하는 추세이다.
해상풍력 발전기의 종류는 고정식과 부유식으로 나뉘는데, 그 중에서 부유식 해상풍력 발전기는 스파 부이식(Spar-buoy), 반잠수식(Submersible), 인장 계류식(TLP: Tension Leg Platform) 등으로 구분된다. 터빈을 해저 지반에 고정된 기초 위에 설치하는 고정식과 달리 부유식은 부유체에 터빈을 설치해 운영하는 방식이기 때문에 50-60m 이상 깊은 바다에도 설치 가능해 먼 바다의 우수한 바람 자원을 활용할 수 있고 입지 제약에서 상대적으로 자유로워 대규모 단지 조성도 가능하다.
하지만, 부유식 해상풍력 발전기는 바람(wind thrust)에 의한 풍력발전기의 기울어짐이 발생하고, 이에 따른 터빈의 출력저하와 부품 수명의 단축이 야기되는 단점이 있다. 이를 해결하기 위한 종래기술로서, 부유식 해상풍력 발전기의 하부구조물을 대형화하는 방법이 있다. 그러나, 이 경우, 부유식 해상풍력 발전기의 구조물 대형화로 인해 바다 한가운데로 제작, 운반 및 설치가 어려우며, 비용이 크게 증가하는 문제점이 있다. 또한, 유체를 이용한 무게 조절 방식으로 해상풍력 발전기의 기울어짐을 방지하는 기술이 있으나, 구조물의 기울어짐에 대응하는 시간이 많이 소요된다는 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 적은 비용으로 해상풍력 발전기의 기울어짐을 최소화시켜 풍력발전 효율을 증가시키는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 해상풍력 발전기 기울어짐 보상 시스템, 상단에, 터빈부가 배치된 바디와, 상기 바디에 배치되고, 상기 바디의 기울기를 조절하는 기울기 조절부와, 상기 터빈부를 향해 불어오는 풍속 및 풍향을 측정하는 제1센서와, 상기 바디의 기울기를 측정하는 제2센서를 구비한 센서부 및 상기 센서부로부터 전달받은 상기 풍속 및 풍향 측정값 및 상기 기울기 측정값에 기초하여, 상기 기울기 조절부의 작동을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 기울기 조절부는, 상기 바디에, 상기 바디의 원주방향을 따라 회전 가능하게 배치되는 조절부바디와, 상기 조절부바디 내부에 배치되되, 상기 바디의 반경방향을 따라 왕복 선형이동 가능한 이동부재를 구비할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 기울기 측정값에 기초하여, 상기 조절부바디의 회전 운동 및 상기 이동부재의 선형 운동 중 적어도 하나를 제어할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 기울기 조절부가 바람이 불어오는 방향의 반대방향에 위치하도록, 상기 조절부바디의 회전운동을 제어할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 기울기의 측정값이 미리 설정된 기울기 비교값보다 큰 경우, 이동부재가 상기 바디의 반경방향 외측으로 이동하도록 제어할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 미리 설정된 기울기 비교값은, 서로 다른 복수개의 기울기 비교값을 포함하고, 상기 제어부는, 복수개의 상기 기울기 비교값에 기초하여 상기 이동부재의 이동거리를 제어할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 바디에 다축 회전운동 가능하게 배치되고, 다수의 회전 블레이드를 구비한 다축운동부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 회전 블레이드의 길이방향이 상기 풍향과 교차하도록 상기 다축운동부의 다축회전운동을 제어할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 해상풍력 발전기 기울어짐 보상 시스템은, 바디의 기울어짐 방향 및 정도 측정값(즉, 기울기 측정값)에 기초하여, 조절부바디의 회전이동 및/또는 이동부재의 왕복 선형운동을 제어함으로써, 바람에 의한 해상풍력 발전기의 기울어짐을 보상하고, 결과적으로 기울어짐 현상에 의한 풍력발전 효율 저하를 감소시킬 수 있다. 또한, 바디에 설치된 콤팩트(compact)한 기울기 조절부를 이용하여 기울기 보상을 수행함으로써, 기존의 풍력발전장치 기울어짐을 보상하는 대형 시스템에 비해, 제작, 운반 및 설치 비용을 감소시킬 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 부유식 해상풍력 발전기 기울어짐 보상 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기울기 조절부를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전면에서 바라본 해상풍력 발전기 기울어짐 보상 시스템을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 측면에서 바라본 해상풍력 발전기 기울어짐 보상 시스템을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 경사각에 따라 이동하는 기울기 조절부를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 경사각에 따라 이동하는 기울기 조절부를 나타낸 도면이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 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.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 부유식 해상풍력 발전기 기울어짐 보상 시스템을 나타낸 도면이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기울기 조절부를 나타낸 도면이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전면에서 바라본 해상풍력 발전기 기울어짐 보상 시스템을 나타낸 도면이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 측면에서 바라본 해상풍력 발전기 기울어짐 보상 시스템을 나타낸 도면이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 경사각에 따라 이동하는 기울기 조절부를 나타낸 도면이다. 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 경사각에 따라 이동하는 기울기 조절부를 나타낸 도면이다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 해상풍력 발전기 기울어짐 보상 시스템(10)은, 해상에 설치되는 부유식 해상풍력 발전기에 발생하는 바람에 의한 기울어짐 현상을 보상(compensation)함으로써 해상풍력 발전기의 기울기를 감소시키고, 이에 의해 풍력발전 효율을 증가시키기 위한 시스템일 수 있다.
해상풍력 발전기 기울어짐 보상 시스템(10)에 의해 기울어짐이 보상되는 해상풍력 발전기는, 예를 들어, 스파 부이(spar-buoy)형, 바지(barge)형, 반잠수(Semi-Submergible)형, 또는 인장계류(tension Leg Platform)형 등 다양한 형태일 수 있다. 다만, 설명의 편의를 위해, 이하에서는 스파 부이형 해상풍력 발전기를 중심으로 설명하기로 한다. 이때, 해상풍력 발전기 기울어짐 보상 시스템(10)은 바디(100)와, 다축운동부(200)와, 센서부(300)와, 기울기 조절부(400)와, 제어부(500)를 포함할 수 있다.
바디(100)는 다축운동부(200), 센서부(300), 기울기 조절부(400)와 같은 해상풍력 발전기 기울어짐 보상 시스템(10)의 다른 구성부들이 설치 및 지지되는 구조체일 수 있다. 이때, 바디(100)는 다른 구성부를 지지가능한 다양한 형상일 수 있으며, 일 예로 바디(100)는 원기둥 형상의 구조체일 수 있다.
바디(100)는, 바다에 부유한 상태에서 해수면을 기준으로, 해수면의 상측에 위치하는 상단부와, 해수면의 하측(즉, 수중)에 위치하는 하단부로 구분될 수 있다. 이러한 경우, 바디(100)는 하단부가 상단부보다 더 넓은 폭을 가질 수 있다. 또한, 바디(100)는 하단부가 상단부보다 긴 길이로 형성될 수 있다. 이러한 바디(100)의 형상에 의해, 해상풍력 발전기 기울어짐 보상 시스템(10)이 직립하여 부유(浮遊)한 상태를 안정적으로 유지할 수 있다.
바디(100)는 상단부에, 터빈부(미도시)가 배치될 수 있다. 터빈부는 후술할 회전 블레이드(210)의 회전운동을 이용하여, 해상풍력 발전기를 향해 불어오는 풍력을 전기에너지로 변환할 수 있다.
바디(100)는 그 하단부가, 닻(Anchor)(미도시)및 계류줄(M1) 중 적어도 하나를 이용해 해저 바닥면과 연결될 수 있다. 보다 구체적으로, 계류줄(M1)의 일단은 바디(100)의 하단부에 연결되고, 계류줄(M1)의 타단은 해저 바닥면에 연결될 수 있다. 이를 통해 바디(100) 및 해상풍력 발전기 기울어짐 보상 시스템(10)이 바람 및 파도에 의해 이동되거나 떠내려가는 것을 방지할 수 있다. 계류줄(M1)은 예를 들어, 와이어 로프(Wire Rope) 또는 쇠사슬(Chain)일 수 있다.
다축운동부(200)는 풍향 및 풍속에 기초하여, 풍향에 대한 회전 블레이드(210)의 배치각도를 조절할 수 있다. 이때, 다축운동부 (200)는, 해수면을 기준으로, 바디(100)의 상단부에 배치될 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 다축운동부(200)는 바디(100)의 다른 단부에 배치될 수도 있다.
다축운동부(200)는 바디(100)에, 다축 회전운동 가능하게 설치될 수 있다. 이러한 경우, 다축운동부(200)는 바디(100)의 길이방향과 평행한 중심축(C1)을 중심으로 회전(이하, 제1 회전운동)가능할 뿐만 아니라, 상기한 중심축(C1)에 수직한 가상의 중심축을 중심으로 회전(이하, 제2 회전운동)가능할 수 있다. 이러한 다축 회전운동을 통해, 다축운동부(200)는 회전 블레이드(210)의 길이방향이 풍향과 수직이 되도록, 회전 블레이드(210)의 배치 각도를 조절할 수 있다. 다축운동부(210)는 예를 들어 나셀(Nacelle)일 수 있다.
회전 블레이드(210)는 바람에 의해 회전할 수 있다. 이때, 해상풍력 발전기 기울어짐 보상 시스템(10)은 회전 블레이드(210)로부터 발생된 회전력으로 터빈부를 통해 전기에너지로 변환시킬 수 있다.
회전 블레이드(210)는 다축운동부(200)에 배치될 수 있다. 구체적으로, 회전 블레이드(210)는 다축운동부(200)의 전단부에 설치되며, 이에 따라 해상풍력 발전기 기울어짐 보상 시스템(10)을 향해 불어오는 바람의 방향과 마주보는 위치에 배치될 수 있다. 이때, 회전 블레이드(210)는 복수개 구비될 수 있다. 일 실시예로서, 회전 블레이드(210)는 3개 구비될 수 있다. 이러한 경우, 3개의 회전 블레이드(210)는 서로 동일한 간격(예컨대, 120° 간격)으로 이격 배치될 수 있다.
전술한 바와 같이, 회전 블레이드(210)는 다축운동부(200)에 의해, 회전 블레이드(210)의 블레이드 길이방향이 풍향에 수직하도록, 배치 각도가 조절될 수 있다. 이에 따라, 회전 블레이드(210)가, 바람이 불어오는 방향에 대해 수직한 배치상태를 유지 가능함으로써, 풍향에 영향으로 블레이드 회전력이 감소하는 것을 방지할 수 있다. 이에 의해, 해상풍력 발전기 기울어짐 보상 시스템(10)의 발전효율이 증가할 수 있다.
기울기 조절부(400)는 바디(100)의 기울기를 조절하여, 해상풍력 발전기의 기울어짐 현상을 보상할 수 있다. 이때, 기울기 조절부(400)는 조절부바디(410)와, 이동부재(420)를 구비할 수 있다. 또한, 기울기 조절부(400)는 레일(L1)과 선형이동축(L2)을 더 구비할 수 있다.
조절부바디(410)는 바디(100)가 기울어진 방향 및 기울어진 정도를 기초로, 회전 이동함으로써, 바디(100)의 기울기를 조절할 수 있다. 이때, 조절부바디(410)는 바디(100)에 이동 가능하게 배치될 수 있다. 도면에는, 조절부바디(410)가 바디(100)의 하단부에 배치된 실시예를 도시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
일 실시예로, 조절부바디(410)는 바디(100)의 원주방향(예컨대, 도 2의 R방향)을 따라, 바디(100)가 기울어진 방향의 반대 방향으로 이동할 수 있다. 이때, 바디(100)의 외면에는, 바디(100)의 원주방향(R방향)을 따라 연장되는 레일(L1)이 배치될 수 있다. 이러한 경우, 조절부부다(410)는 상기한 레일(L1) 상에 이동 가능하게 배치되어, 레일(L1)을 따라 원주방향(R방향)으로 회전 이동할 수 있다. 이때, 조절부바디(410)는 바디(100)의 외면으로부터, 반경방향 외측으로 돌출되도록 배치될 수 있다. 이러한 경우, 조절부바디(410)는 원주방향(R방향)을 따라 회전 이동하여 바디(100)의 일 측면에서 반경방향 외측으로 돌출 배치될 수 있다. 이에 의해, 조절부바디(410)는, 그 돌출 배치된 방향으로 바디(100)에 힘을 가하여 바디(100)의 기울기를 조절할 수 있다. 기울기주절부(400)의 작동을 통해 바디(100) 기울어짐을 보상하는 구체적인 방법은 후술하기로 한다.
조절부바디(410)는 내부에, 수용공간이 마련될 수 있다. 이러한 수용공간 내에는 선형이동축(L2)과, 이동부재(420)가 배치될 수 있다. 선형이동축(L2)은 수용공간 내에서, 조절부바디(410)의 일단으로부터, 타단을 향해 연장되도록 설치될 수 있다. 이때, 선형이동축(L2)의 연장방향은 바디(100)의 반경방향과 평행한 방향일 수 있다.
이동부재(420)는 바디(100)가 기울어진 방향 및 기울어진 정도를 기초로 왕복 선형이동하는 무게추일 수 있다. 이동부재(420)는 왕복 선형운동을 통해, 바디(100)의 기울기를 조절할 수 있다.
이동부재(420)는 삼각기둥, 사각기둥과 같은 다각기둥 형상이나, 원기둥 형상 등 다양한 형상일 수 있으나, 이하에서는 이동부재(420)가 원기둥 형상인 실시예를 중심으로 설명하기로 한다.
이동부재(420)는 전술한 바와 같이, 조절부바디(410)의 수용공간 내에 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 이동부재(420)는 선형이동축(L2)에 왕복 선형이동 가능하게 결합될 수 있다.
일 예로, 이동부재(420)는 바디(100)로부터 멀어지도록, 선형이동축(L2)을 따라 반경방향(B) 외측으로 이동하거나, 다른 예로, 이동부재(420)는 바디(100)를 향해 다가가도록 반경방향(예컨대, 도 2의 B방향) 내측으로 이동할 수 있다. 한편, 이동부재(420)의 크기, 무게 또는 형상 등 구체적 특징은, 해상 풍력 발전기 기울어짐 보상 시스템(10)의 스펙에 맞춰 변경될 수 있다.
센서부(300)는 회전 블레이드(210)를 향해 불어오는 바람의 속도(풍향) 및 방향(풍향)과, 바디(100)의 기울어진 방향 및 기울어진 정도(기울기 또는 경사각)을 측정할 수 있다. 이때, 센서부(300)는 제1센서와 제2센서를 구비할 수 있다. 이러한 경우, 제1센서는 상술한 풍속 및 풍향을 측정할 수 있다. 그리고, 제2센서는 상술한 바디(100)의 기울어진 방향 및 정도를 측정할 수 있다. 센서부(300)는 예를 들어, 가속도 센서 및/또는 방위 센서를 포함할 수도 있다.
일 실시예로서, 센서부(300)는 다축운동부(200)에 배치되어, 전술한 측정을 수행할 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 실시예로서, 센서부(300)는바디(100)에 배치되거나, 또 다른 실시예로서, 센서부(300) 중 제1 센서는 다축이동부(200)에 배치되고, 제2 센서는 바디(100)에 배치될 수도 있다. 센서부(300)는 풍향 및 풍속 측정값과, 기울어진 방향 및 정도 측정값을 포함하는 측정신호를 생성하여, 제어부(500)로 전달할 수 있다.
제어부(500)는 다축운동부(200)와, 기울기 조절부(400)의 작동을 제어할 수 있다. 이때, 제어부(500)는 예를 들어, 해상풍력 발전기 기울어짐 보상 시스템(10)의 제어용 컴퓨터에 장착되는 회로기판이나, 회로기판에 장착되는 컴퓨터 칩이나, 컴퓨터 칩에 내장되거나 제어용 컴퓨터에 내장되는 소프트웨어 등의 형태로 구현될 수 있다.
제어부(500)는 센서부(300)로부터 전달받은 풍속 및 풍향 측정값에 기초하여, 다축운동부(200)의 다축회전운동을 제어할 수 있다. 구체적으로, 제어부(500)는 다축운동부(200)가 전술한 제1 회전운동 및 제2 회전운동 중 적어도 하나의 회전운동을 하도록 제어함으로써, 회전 블레이드(210)의 길이방향이, 바람이 불어오는 방향과 교차하도록 회전 블레이드(210)의 배치각도를 조절할 수 있다. 일 실시예로서, 제어부(500)는 회전 블레이드(210)의 길이방향이, 풍향과 수직이 되도록 다축운동부(200)를 회전 운동시켜, 회전 블레이드(210)의 배치각도를 조절할 수 있다.
제어부(500)는 센서부(300)로부터 전달받은 기울어짐 방향 및 기울어짐 정도 측정값에 기초하여, 기울기 조절부(400)의 작동을 제어할 수 있다. 보다 구체적으로, 제어부(500)는 조절부바디(410)의 회전이동 및 이동부재(420)의 왕복 선형이동 중 적어도 하나를 제어하여, 바람에 의한 바디(100)의 기울어짐을 보상할 수 있다.
제어부(500)는 바디(100)가 기울어진 방향의 반대 방향으로 조절부바디(410)가 회전 이동시킬 수 있다. 예를 들어, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 해상풍력 발전기 기울어짐 보상 시스템(10)의 전방으로부터, 해상풍력 발전기를 향해 바람이 불어오는 경우, 바디(100)가 후방(예컨대, Z축 방향)을 향해 기울어질 수 있다. 이러한 경우, 제어부(500)는, 조절부바디(410)가 레일(L1)을 따라 회전하도록 제어하여, 바디(100)의 전면부로 이동시킬 수 있다. 회전이동이 완료된 조절부바디(410)는, 시스템(10)의 전방에서 바라볼 때, 회전 블레이드(210) 및 다축운동부(200)와 동일평면(이하, 제1 평면)상에 배치될 수 있다. 여기서, 제1 평면은 도면의 XY 평면과 평행한 가상의 평면일 수 있다. 이때, 조절부바디(410)의 중심은 다축운동부(200)의 중심과 동일한 가상의 중심축(C1)상에 위치할 수 있다(도 3 참조). 다른 예로, 도면에는 도시하지 않았으나, 해상풍력 발전기 기울어짐 보상 시스템(10)의 후방에서 해상풍력 발전기를 향해 바람이 불어오는 경우, 바디(100)가 전방(예컨대, -Z축 방향)을 향해 기울어질 수 있다. 이러한 경우, 제어부(500)는, 조절부바디(410)가 레일(L1)을 따라 회전하도록 제어하여, 바디(100)의 후면부로 이동시킬 수 있다.
이처럼, 제어부(500)는, 해상풍력 발전기로 불어오는 바람의 방향에 기초하여, 바람에 의해 바디(100)가 기울어지는 방향의 반대방향으로 조절부바디(410)를 이동시킴으로써, 기울어지는 방향의 반대방향으로 보상력(compensation force)을 발생시킬 수 있다. 이러한 보상력에 의해, 바디(100)가 기울어진 방향의 반대방향으로 가력되어 회동함으로써, 바람에 의한 바디(100)의 기울어짐을 감소시킬 수 있다.
제어부(500)는 바디(100)의 기울기 측정값에 기초하여, 이동부재(420)의 왕복 선형운동을 제어할 수 있다. 보다 구체적으로, 제어부(500)는 바디(100)의 기울어짐 방향 및 정도에 맞춰, 이동부재(420)를 반경방향(B) 외측으로 바디(100)로부터 멀어지도록 선형이동하거나, 이동부재(420)를 반경방향(B) 내측으로 바디(100)를 향해 다가가도록 선형이동시키실 수 있다.
예를 들어, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 해상풍력 발전기 기울어짐 보상 시스템(10)의 전방으로부터, 해상풍력 발전기를 향해 바람이 불어옴에 따라 바디(100)가 후방(예컨대, -X축 방향)으로 기울어지는 경우, 제어부(500)는 우선, 상술한 바와 같이 조절부바디(410)를 바디(100)의 전면부로 이동시킨 후, 이동부재(420)가 선형이동축(L2)을 따라 반경방향(B) 외측으로 이동하도록 제어할 수 있다. 다른 예로, 도면에는 도시하지 않았으나, 해상풍력 발전기 기울어짐 보상 시스템(10)의 후방으로부터, 해상풍력 발전기를 향해 바람이 불어옴에 따라 바디(100)가 전방(예컨대, X축 방향)으로 기울어지는 경우, 제어부(500)는 우선, 상술한 바와 같이 조절부바디(410)를 바디(100)의 후면부로 이동시킨 후, 이동부재(420)가 선형이동축(L2)을 따라 반경방향(B) 외측으로 이동하도록 제어할 수 있다.
한편, 바디(100)의 기울어짐 정도가 미미한 경우, 제어부(500)는 이동부재(420)의 선형운동만을 제어할 수 있다. 즉, 제어부(500)는 바디(100)가 바람에 의해 미미하게 기울어지는 경우, 바디(100)의 기울어짐 방향의 반대 방향으로 이동부재(420)를 이동시킴으로써, 기울어짐을 보상할 수 있다.
이처럼, 제어부(500)는, 바람에 의한 바디(100)의 기울어짐 방향 및 정도에 기초하여, 바디(100)가 기울어지는 방향의 반대방향으로 이동부재(420)를 선형 이동시킴으로써, 기울어지는 방향의 반대 방향으로 보상력을 발생시켜 바디(100)의 기울어짐을 감소시킬 수 있다.
제어부(500)는 기울기 비교값(이하, 미리 설정된 기울기 비교값)을 설정할 수 있다. 이때, 기울기 비교값은 제어부(500)가 기울기 조절부(400)의 작동을 제어하기 위해 이용되는 기준값을 의미할 수 있다.
구체적으로, 제어부(500)는 센서부(300)로부터 전달받은 바디(100)의 기울어짐 정도 측정값(즉, 기울기 측정값)이 미리 설정된 기울기 비교값보다 큰 경우, 조절부바디(410)를 기울어진 방향의 반대방향으로 이동시키고, 그리고/또는 이동부재(420)를 바디(100)의 반경방향(B) 외측으로 이동시킬 수 있다.
여기서, 측정대상인 기울기는, 기울어진 상태인 바디(100)의 중심축(C1)과, 평형상태의 바디(100)의 중심축(기준 중심축)(C2)이 이루는 각도(θ)를 의미할 수 있다. 또한, 바디(100)의 평형상태는, 상기한 중심축(C1)과, 기준 중심축(C2)이 동일선상에 배치되며, 해수면에 수직한 상태를 의미할 수 있다.
제어부(500)는 기울기 측정값과, 미리 설정된 기울기 비교값을 비교하여, 이동부재(420)의 선형이동거리를 제어할 수 있다. 구체적으로, 제어부(500)는 기울기 측정값과 미리 설정된 기울기 비교값의 차가 클수록, 이동부재(420)가 바디(100)로부터 반경방향(B) 외측으로 멀어지도록, 이동거리를 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 제어부(500)는, 상대적으로 약한 바람에 의해 바디(100)의 기울어짐 정도가 작아 제1 기울기 측정값(θ1)이 측정된 경우(도 5 참조)에 비해, 상대적으로 강한 바람에 의해 바디(100)의 기울어짐 정도가 커 제2 기울기 측정값(θ2)이 측정된 경우(도 6 참조)에, 이동부재(420)가 반경방향(B) 외측으로 더 많이 이동하도록 제어할 수 있다.
한편, 미리 설정된 기울기 비교값은 복수개의 기울기 비교값을 포함할 수 있다. 복수개의 기울기 비교값은 서로 다른 값으로 설정될 수 있다. 이러한 경우, 제어부(500)는 기울기 측정값을, 서로 다른 복수개의 기울기 비교값과 순차적으로 비교하여, 이동부재(420)이 선형이동 거리를 조절할 수 있다. 이때, 제어부(500)는 기울기 비교값의 크기에 기초하여, 작은 값부터 큰 값 순(또는 역순)으로, 비교 순서를 설정한 후, 이러한 비교 순서에 따라 기울기 측정값과 비교함으로써, 이동부재(420)의 이동거리를 결정할 수 있다.
이처럼, 복수개의 기울기 비교값과 비교/판단을 통해, 필요한 이동거리를 정밀히 제어할 수 있고, 이에 의해 이동부재(420)의 과도한 선형이동으로 인해, 바디(100)가 원래 기울어진 방향의 역방향으로 다시 기울어지는 것을 방지할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 해상풍력 발전기 기울어짐 보상 시스템(10)은, 바디(100)의 기울어짐 방향 및 정도 측정값(즉, 기울기 측정값)에 기초하여, 조절부바디(410)의 회전이동 및/또는 이동부재(420)의 왕복 선형운동을 제어함으로써, 바람에 의한 해상풍력 발전기의 기울어짐을 보상하고, 결과적으로 기울어짐 현상에 의한 풍력발전 효율 저하와 부품 수명 단축 문제를 개선시킬 수 있다. 또한, 바디(100)에 설치가능한 콤팩트(compact)한 기울기 조절부(400)를 이용하여 기울기 보상을 수행함으로써, 기존의 풍력발전장치 기울어짐을 보상하는 대형 시스템에 비해, 제작, 운반 및 설치 비용을 감소시킬 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 해상풍력 발전기 기울어짐 보상 시스템
100: 바디
200: 다축운동부
210: 회전 블레이드
300: 센서부
400: 기울기 조절부
410: 조절부바디
420: 이동부재
500: 제어부

Claims (8)

  1. 상단에, 터빈부가 배치된 바디;
    상기 바디에 배치되고, 상기 바디의 기울기를 조절하는 기울기 조절부;
    상기 터빈부를 향해 불어오는 풍속 및 풍향을 측정하는 제1센서와, 상기 바디의 기울기를 측정하는 제2센서를 구비한 센서부; 및
    상기 센서부로부터 전달받은 상기 풍속 및 상기 풍향의 측정값 및 상기 기울기의 측정값에 기초하여, 상기 기울기 조절부의 작동을 제어하는 제어부;를 포함하고,
    상기 기울기 조절부는,
    상기 바디에, 상기 바디의 원주방향을 따라 회전가능하게 배치되는 조절부바디;와, 상기 조절부바디 내부에 배치되되, 상기 바디의 반경방향을 따라 왕복 선형이동 가능한 이동부재;를 구비하는, 해상풍력 발전기 기울어짐 보상 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 기울기의 측정값에 기초하여, 조절부바디의 회전운동 및 이동부재의 선형운동 중 적어도 하나를 제어하는, 해상풍력 발전기 기울어짐 보상 시스템.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 기울기 조절부가 바람이 불어오는 방향의 반대방향에 위치하도록, 상기 조절부바디의 회전운동을 제어하는, 해상풍력 발전기 기울어짐 보상 시스템.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 기울기의 측정값이 미리 설정된 기울기 비교값보다 큰 경우, 이동부재가 상기 바디의 반경방향 외측으로 이동하도록 제어하는, 해상풍력 발전기 기울어짐 보상 시스템.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 미리 설정된 기울기 비교값은, 서로 다른 복수개의 기울기 비교값을 포함하고,
    상기 제어부는, 복수개의 상기 기울기 비교값에 기초하여 상기 이동부재의 이동거리를 제어하는, 해상풍력 발전기 기울어짐 보상 시스템.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 바디에 다축 회전운동 가능하게 배치되고, 다수의 회전 블레이드를 구비한 다축운동부;를 더 포함하는, 해상풍력 발전기 기울어짐 보상 시스템.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 회전 블레이드의 길이방향이 상기 풍향과 교차하도록 상기 다축운동부의 다축회전운동을 제어하는, 해상풍력 발전기 기울어짐 보상 시스템.
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