KR102545332B1 - 조류의 회피기능을 향상시킨 해상 풍력발전기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 해상의 풍력발전기로 접근하는 갈매기 등의 각종 조류가 바람개비 형태로 회전하는 블레이드와 충돌하지 않고 해당 블레이드를 쉽게 인지하여 피해갈 수 있도록 각각의 블레이드 표면에 조류회피용 도장색을 적용시키되, 종래의 일반적인 회피도장색을 대신하여 외부의 빛과 입사 각도에 따라 반사와 간섭을 거치면서 다양하고 화려한 색상을 발현시키는 회피구조색을 적용시키는 한편, 상기 회피구조색을 조류와의 충돌이 가장 빈번하게 발생하는 각 블레이드의 가장자리를 따라 소정의 도장폭을 가지도록 도포 또는 부착(접착)시킴으로서, 각각의 블레이드가 포함된 풍력발전기의 외관을 크게 저하시키지 않으면서도 각각의 블레이드에 대한 조류의 회피기능은 보다 더 향상시킬 수 있도록 하고, 상기 회피구조색의 내측에 해당하는 각 블레이드의 가장자리를 따라 소정의 도장폭을 가지는 암색 계열의 배경도장색을 추가로 적용시켜 회피구조색의 발현도를 한층 더 증대시킬 수 있도록 하며, 풍력발전기의 본체를 제공하는 나셀의 외측면 또는 상기 나셀의 전방측에서 각각의 블레이드와 함께 회전하는 허브의 외측면상에 회피구조색의 야간발현을 위한 백라이트 기능의 조명램프를 설치함으로서, 주간 뿐만 아니라 야간시의 조류 회피기능 역시 충분하게 달성할 수 있도록 한 조류의 회피기능을 향상시킨 해상 풍력발전기에 관한 것이다.

Description

조류의 회피기능을 향상시킨 해상 풍력발전기{Ocean wind power generator with improved function for avoidance of birds}

본 발명은 해상의 풍력발전기로 접근하는 갈매기 등의 각종 조류(鳥類)가 바람개비 형태로 회전하는 블레이드와 충돌하지 않고 해당 블레이드를 쉽게 인지하여 피해갈 수 있도록 각각의 블레이드 표면에 조류회피용 구조색(構造色: Structural color)을 적용시킨 풍력발전기에 관한 것이다.

일반적으로 해상에 설치되는 풍력발전기는 다수 개, 통상 3개 또는 4개의 블레이드가 일정한 각도범위를 두고 외주면상에 방사상으로 연결 설치되는 허브(Hub)와, 상기 허브로부터 후방측으로 연장되는 수평전동축의 회전력을 이용하여 전기를 생산하는 발전기가 내장된 나셀(Nacelle)과, 상기 나셀을 해수면으로부터 소정의 높이에 위치시키기 위한 타워포스트(Tower post)를 포함하여서 이루어지는 것이다.

도 1 및 도 2에서는 해상에 설치되는 풍력발전기(1)의 대표적인 일례를 나타내었는 바, 해저면으로부터 해수면 위의 일정한 높이에 이르기까지 타워포스트(2)가 설치되어 있고, 상기 타워포스트(2)의 상단에 기계실을 제공하는 나셀(3)이 설치되어 있으며, 상기 타워포스트(2)와 나셀(3)간의 연결부위는 나셀(3)의 상대회전을 지지하는 회전지지부(3a)가 되고, 상기 나셀(3)의 선단측(도 2에서 우측단)에 블레이드(4)의 허브(4a)가 축회전 가능하게 연결 설치되는 한편, 그 후단부측에 꼬리날개(3b)가 연결 설치되어 있으며, 상기 블레이드(4)는 총 3개로 하여 120도의 각도범위를 두고 허브(4a)상에 연결 설치되어 있다.

상기 타워포스트(2) 중에서 해수면 아래에 해당하는 하측 부분은 소정의 깊이만큼 해저면으로 압입(壓入)되어 풍력발전기(1)의 베이스를 제공하는 모노파일(Monopile)(2a)이 되고, 상기 모노파일(2a)은 트랜지션피스(Transition piece)(2b)에 의하여 나머지의 상부측 타워구조물과 연결 설치되어 있으며, 상기 모노파일(2a)과 트랜지션피스(2b)의 사이에는 고강도 콘크리트로서의 그라우팅(Grouting) 접합부가 형성되어 있고, 상기 트랜지션피스(2b)의 상단에 나머지 타워구조물의 하단부가 볼트로 연결되는 것이다.

이와 더불어, 상기 나셀(3)의 내부에는 허브(4a)의 후방측으로부터 연장되는 수평전동축(5a)과 연결된 상태로 블레이드(4)의 회전력을 이용하여 전기를 생산하는 발전기(5)가 설치되어 있고, 해당 발전기(5) 전방측의 수평전동축(5a)상에는 블레이드(4)의 회전속도를 전력생산에 적합한 수준으로 높이기 위한 증속기어박스(6)가 설치되어 있으며, 상기 트랜지션피스(2b)의 상부측에 해당하는 타워포스트(2)의 내부에는 그 높이 방향에 걸쳐 수직전동축(5b)이 설치될 수 있고, 상기 수직전동축(5b)의 하단에도 발전기(5)가 설치될 수 있으며, 이 경우 상기 나셀(3)의 내부에는 수평전동축(5a)의 회전력을 수직전동축(5b)으로 전달시키는 베벨기어유닛(7)이 추가로 설치될 것이다.

상기와 같이 타워포스트(2)에 의하여 해수면으로부터 일정 높이에 나셀(3)과 허브(4a) 및 블레이드(4)가 위치되는 풍력발전기(1)의 특성상 갈매기 등의 조류가 블레이드(4) 사이의 공간을 거쳐 날아 다닐 수 있는 바, 블레이드(4)가 정지해 있는 상태라면 조류들이 블레이드(4)를 인지하여 쉽게 피해갈 수 있으나, 각각의 블레이드(4)가 바람개비 형태로 회전하고 있는 상태에서는 블레이드(4) 사이의 빈 공간을 인지하고 해당 공간을 통과하려던 조류가 회전하는 블레이드(4)와 충돌하는 상황이 빈번하게 발생하는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 보완하기 위하여 도 1 및 도 2에서와 같이 각각의 블레이드(4) 끝단에 암색(暗色) 계열의 회피도장색(8)을 적용시킴으로서, 블레이드(4) 사이의 빈 공간을 통과하려던 조류가 자신측으로 회전하면서 다가오는 블레이드(4)의 존재를 회피도장색(8)으로 인지하여 피해갈 수 있도록 한 것이 알려져 있으나, 각각의 블레이드(4) 끝단에 회피도장색(8)을 적용시키는 것만으로는 조류의 회피기능을 충분히 확보하기가 어려운 문제점이 있었으며, 이로 인하여 상기 회피도장색(8)의 적용에도 불구하고 풍력발전기(1)의 블레이드(4)에 조류가 충돌하여 폐사하는 상황이 지속적으로 발생하고 있다.

상기와 같은 상황을 방지하기 위하여 각각의 블레이드(4) 전체 표면에 암색 계열의 회피도장색(8)을 도포시킬 경우, 어두운 색상의 블레이드(4)에 의하여 풍력발전기(1)의 전체적인 외관이 볼품없이 나빠지게 되므로, 전력생산과 관광개발의 2가지 목적을 동시에 추구하는 풍력발전단지의 취지와 다소 어긋나는 문제점이 발생하였고, 풍력발전기(1)의 외관을 이유로 밝은 계통의 회피도장색(8)을 적용시킬 경우에는 암색 계열에 비하여 조류 회피기능의 저하가 유발되는 문제점이 있었으며, 종래의 회피도장색(8)만으로는 주간의 조류 회피기능만을 제공할 수 있을 뿐이고 야간의 조류 회피기능은 전혀 제공할 수 없는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 기존의 회피도장색을 대신하여 외부의 빛과 입사 각도에 따라 반사와 간섭을 거치면서 다양하고 화려한 색상을 발현시키는 회피구조색을 적용시키는 한편, 상기 회피구조색을 조류와의 충돌이 가장 빈번하게 발생하는 각 블레이드의 가장자리를 따라 소정의 도장폭을 가지도록 도포 또는 부착(접착)시킴으로서, 각각의 블레이드가 포함된 풍력발전기의 외관을 크게 저하시키지 않으면서도 각각의 블레이드에 대한 조류의 회피기능은 보다 더 향상시킬 수 있도록 하는 것을 그 주된 기술적 과제로 한다.

이와 더불어, 본 발명은 상기 회피구조색의 내측에 해당하는 각 블레이드의 가장자리를 따라 소정의 도장폭을 가지는 암색 계열의 배경도장색을 추가로 적용시켜 회피구조색의 발현도를 한층 더 증대시킬 수 있도록 하고, 풍력발전기의 본체를 제공하는 나셀의 외측면 또는 상기 나셀의 전방측에서 각각의 블레이드와 함께 회전하는 허브의 외측면상에 회피구조색의 야간발현을 위한 백라이트 기능의 조명램프를 설치함으로서, 주간 뿐만 아니라 야간시의 조류 회피기능 역시 충분하게 달성할 수 있도록 하는 것을 또 다른 기술적 과제로 한다.

상기의 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서의 본 발명은, 다수 개의 블레이드가 일정한 각도범위를 두고 외주면상에 방사상으로 연결 설치되는 허브와, 상기 허브로부터 후방측으로 연장되는 수평전동축의 회전력을 이용하여 전기를 생산하는 발전기가 내장된 나셀과, 상기 나셀을 해수면으로부터 소정의 높이에 위치시키기 위한 타워포스트를 포함하여서 이루어지며, 상기 각각의 블레이드 표면에는 조류의 충돌을 방지하는 회피도장색이 적용된 해상 풍력발전기에 있어서, 상기 회피도장색은 외부의 빛과 입사 각도에 따라 반사와 간섭을 거치면서 다양하고 화려한 색상을 발현시키는 공지의 구조색을 이용한 회피구조색이 되고, 상기 회피구조색이 각 블레이드의 가장자리를 따라 소정의 도장폭을 가지도록 도포되거나 부착되는 것을 특징으로 하며, 상기 회피구조색의 내측에 해당하는 각 블레이드의 가장자리를 따라서는 구조색의 발현도를 높일 수 있도록 소정의 도장폭을 가지는 암색 계열의 배경도장색이 추가로 적용되는 것을 특징으로 하고, 상기 회피구조색은 전복 껍데기의 내부 표면을 박리하여 얻어낸 천연구조색 또는 필름의 표면에 인위적으로 구조색을 인쇄시킨 인공구조색 중에서 택일한 것이 사용됨을 특징으로 하며, 상기 나셀의 외측면에는 회피구조색의 야간 발현을 위한 백라이트를 제공하도록 발전기의 전력을 이용하여 블레이드 방향으로 조명을 비추는 조명램프가 설치되는 것을 특징으로 하고, 해당 조명램프의 전력공급기구는 발전기와 접속 설치되는 전력변환기와, 상기 전력변환기의 출력을 제어하는 컨트롤러와, 상기 컨트롤러를 조명램프와 접속시키는 배전반을 포함하여서 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 백라이트의 다른 실시예로서, 발전기의 전력을 이용하여 각 블레이드의 길이 방향으로 조명을 비추는 조명램프가 허브의 외측면에 설치되는 것을 특징으로 하고, 해당 조명램프의 전력공급기구는 나셀의 내부에서 발전기와 접속 설치되는 전력변환기와, 상기 나셀 내부의 수평전동축상에 설치된 상태로 전력변환기와 접속 설치되는 슬립링과, 상기 허브의 내부에 설치된 상태로 수평전동축의 중심축선을 따라 배선된 케이블라인에 의하여 슬립링과 접속 설치되는 컨트롤러와, 상기 컨트롤러를 조명램프와 접속시키도록 허브의 내부에 설치되는 배전반을 포함하여서 이루어지는 것을 특징으로 하며, 상기 허브측 조명램프용 전력공급기구의 다른 실시예로서는, 나셀의 전방면과 허브의 후방면에서 서로 마주보도록 근접하여 설치되는 한 쌍의 무선충전기와, 상기 나셀 전방면의 무선충전기를 발전기와 접속시키도록 나셀의 내부에 설치되는 전력변환기와, 상기 허브 후방면의 무선충전기와 접속된 상태로 허브의 내부에 설치되는 배터리와, 상기 배터리의 출력을 제어하도록 허브의 내부에 설치되는 컨트롤러와, 상기 컨트롤러를 조명램프와 접속시키도록 허브의 내부에 설치되는 배전반을 포함하여서 이루어지는 것을 특징으로 하는 한편, 상기 허브의 외측면에는 컨트롤러와 접속되는 무선송신기가 설치되고, 상기 나셀의 외측면에는 허브의 무선송신기와 무선통신이 가능한 무선수신기가 설치되며, 상기 나셀 전방면의 무선충전기와 나셀 내부의 전력변환기 사이에는 스위치유닛이 개재되고, 상기 스위치유닛이 무선수신기와 접속 설치되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 조류와의 충돌이 가장 빈번하게 발생하는 풍력발전기의 블레이드 가장자리를 따라 외부의 빛과 입사 각도에 의하여 다양하고 화려한 반사 및 간섭 색상을 발현시키는 회피구조색을 적용시킴으로서, 블레이드 사이의 빈 공간을 통과하려던 조류가 자신측으로 회전하면서 다가오는 블레이드의 존재를 보다 더 손쉽고 정확하게 인지하여 안전하게 피해갈 수 있도록 하는 효과를 제공하며, 이를 통하여 각각의 블레이드가 포함된 풍력발전기의 외관을 크게 저하시키지 않으면서도 각각의 블레이드에 대한 조류의 회피기능은 크게 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.

이와 더불어, 상기 회피구조색의 내측에 해당하는 각 블레이드의 가장자리를 따라 소정의 도장폭을 가지는 암색 계열의 배경도장색을 추가로 적용시킴으로서, 회피구조색의 발현도와 조류의 회피기능을 한층 더 증대시킬 수 있는 효과를 제공하며, 풍력발전기의 본체를 제공하는 나셀의 외측면 또는 상기 나셀의 전방측에서 각각의 블레이드와 함께 회전하는 허브의 외측면상에 회피구조색의 야간발현을 위한 백라이트 기능의 조명램프를 설치함으로서, 주간 뿐만 아니라 야간시의 조류 회피기능 역시 충분하게 달성할 수 있는 효과를 제공한다.

특히, 각 블레이드의 길이 방향으로 조명을 비추는 조명램프를 허브의 외측면에 설치한 경우에는, 블레이드 가장자리측의 회피구조색 대부분을 조명영역에 포함시킬 수 있게 됨으로서, 조명램프와 회피구조색에 의한 야간시의 조류 회피기능을 한층 더 극대화시킬 수 있는 효과를 제공함은 물론이고, 블레이드와 어우러진 조명이 블레이드와 함께 회전하는 야간의 추가적인 볼거리를 제공할 수 있기 때문에, 전력생산과 관광개발을 동시에 추구하는 풍력발전단지의 취지에 보다 더 부합되게 하는 효과를 제공한다.

그리고, 나셀 전방면과 허브 후방면의 무선충전기를 이용하여 나셀측 발전기로부터 생산된 전력을 허브측 조명램프로 공급시키게 함으로서, 슬립링을 이용하는 방식과 비교하여 전력공급기구의 불필요한 수리나 유지보수 작업을 최소화시킬 수 있는 효과를 제공하며, 나셀과 허브에 각각 설치된 무선충전기로부터 배터리에 저장되는 전력량이 설정치에 도달할 경우, 허브측 무선송신기로부터 나셀측 무선수신기로 해당 신호를 전송하여 배터리의 충전작업을 일시 중지시킬 수 있도록 함으로서, 조명램프의 가동에 따른 불필요한 전력낭비 또한 방지할 수 있는 등의 매우 유용한 효과를 제공하는 것이다.

도 1은 조류의 회피기능이 제공된 종래의 해상 풍력발전기를 나타내는 정면도.
도 2는 도 1의 측면도.
도 3은 본 발명에 따른 조류의 회피기능을 향상시킨 해상 풍력발전기를 나타내는 정면도.
도 4는 도 3의 측면도.
도 5는 도 3의 "A"부 확대도.
도 6은 도 4의 "B"부 확대도.
도 7 및 도 8은 도 5 및 도 6의 회피구조색 주변에 배경도장색을 적용시킨 예시도.
도 9는 본 발명에 적용되는 백라이트 시스템의 제 1실시예를 나타내는 요부 발췌 측단면도.
도 10은 도 9의 "C"부 확대도.
도 11은 도 9의 나셀측 정면도.
도 12는 본 발명에 적용되는 백라이트 시스템의 제 2실시예를 나타내는 요부 발췌 측단면도.
도 13은 도 12의 허브측 정면도.
도 14는 도 12의 개략적인 배선도.
도 15는 본 발명에 적용되는 백라이트 시스템의 제 3실시예를 나타내는 요부 발췌 측단면도.
도 16은 도 15의 개략적인 배선도.
도 17은 본 발명에 적용되는 백라이트 시스템의 제 4실시예를 나타내는 개략적인 배선도.

이하, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 풍력발전기(1)의 경우에도 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 다수 개(도면상 3개)의 블레이드(4)가 일정한 각도범위를 두고 외주면상에 방사상으로 연결 설치되는 허브(4a)와, 상기 허브(4a)로부터 후방측으로 연장되는 수평전동축(5a)의 회전력을 이용하여 전기를 생산하는 발전기(5)가 내장된 나셀(3)과, 상기 나셀(3)을 해수면으로부터 소정의 높이에 위치시키기 위한 타워포스트(2)를 베이스로 하여 구성되는 것이며, 그 이외에 풍력발전기(1)를 제공하기 위한 나머지 기본적인 구성요소 또한 종래의 기술내용에서 설명되어진 것과 동일하게 이루어지는 것이다.

따라서, 본 발명에 대한 이후의 설명에서는 각각의 블레이드(4)상에 종래의 회피도장색(8)과 차별화된 조류의 회피기능을 제공하기 위한 기술적 사항과, 각각의 블레이드(4)에 대한 백라이트(Backlight)식 조명기구를 이루는 기술적 사항 및 해당 조명기구로 발전기(5)의 전력을 인가시키기 위한 전력공급루트에 대한 기술적 사항이 중점적으로 기재될 것이며, 풍력발전기(1)를 구성하는 일반적인 사항에 대해서는 앞선 종래의 기술내용에서 설명되지 아니한 부분만이 별도로 언급되어질 것이다.

본 발명의 제 1요부를 이루는 구성요소로서는 도 3 내지 도 6에 걸쳐 도시된 바와 같이, 각각의 블레이드(4)에 적용된 기존의 회피도장색(8)을 대신하여 외부의 빛과 입사 각도에 따라 반사와 간섭을 거치면서 다양하고 화려한 색상을 발현시키는 구조색(構造色: Structural color)을 각 블레이드(4)의 가장자리를 따라 소정의 도장폭을 가지도록 도포 또는 부착(접착)시킴으로서, 갈매기 등의 조류가 블레이드(4)의 존재를 보다 더 쉽게 인지하여 안전하게 피해갈 수 있는 회피구조색(9)으로 활용토록 한 것이다.

상기 구조색은 공지된 바와 같이, 특정 색채에 의존하지 않고 투명한 물질들의 주기적인 구조에 의하여 빛의 반사와 간섭을 거치면서 영롱하고 반짝이는 색감을 발현하는 유채색을 일컫는 것이고, 외부로부터 입사되는 빛과 그 각도에 따라 시시각각으로 색채가 달라지기 때문에 종래의 회피도장색(8)에 적용된 것과 같은 일반적인 화학 색소와는 차별화되며, 이러한 구조색의 차별화된 특성을 풍력발전기(1)의 블레이드(4)에 적용시킴으로서 종래의 회피도장색(8)에 비하여 한층 더 우수한 조류의 회피기능을 달성토록 하였다는 것이다.

상기 구조색의 대표적인 예로서는, 수컷 공작새의 깃털이나 카멜레온의 피부 또는 모르포나비의 날개나 전복 껍데기 등의 천연구조색을 들 수 있고, 우리나라의 조상들도 자연의 구조색을 진귀하게 여겨 나전칠기 공예 등에 전복 껍데기를 사용하였으며, 상기 구조색을 인공적으로 발현시킬 수 있도록 한 인공구조색의 경우는 CD나 DVD의 표면에 적용된 홀로그램 또는 콜로이드 입자의 3차원 결정 구조를 직접 인쇄시킨 스티커나 필름 등을 대표적인 예로 들 수 있다.

본 발명에 적용되는 상기 회피구조색(9)은 전복 껍데기의 내부 표면을 박리하여 얻어낸 천연구조색 또는 얇은 필름의 표면에 인위적으로 구조색을 인쇄시킨 인공구조색 중에서 택일한 것을 사용하는 것이 바람직하고, 앞서 설명되어진 바와 같이 구조색 자체가 매우 영롱하고 반짝이는 색채를 시시각각 다르게 발현할 수 있기 때문에, 도 5 및 도 6에서와 같이 블레이드(4)의 전체 표면이 아닌 조류와의 충돌이 가장 빈번하게 발생하는 블레이드(4)의 가장자리에만 회피구조색(9)을 적용시키더라도 조류의 회피기능을 충분히 달성할 수 있으며, 이로 인하여 회피구조색(9)이 적용된 블레이드(4)가 풍력발전기(1)의 외관을 크게 저하시키지 않게 된다.

상기와 같은 관점에 입각하여 도 5에서 일측(도면상 좌측 또는 우측) 회피구조색(9)의 도장폭이나 부착(접착)폭은 블레이드(4) 전체폭의 1/20 내지 1/10 정도가 바람직하고, 필요에 따라서는 도 7 및 도 8에서와 같이 상기 회피구조색(9)의 내측에 해당하는 각 블레이드(4)의 가장자리를 따라 구조색의 발현도를 높일 수 있도록 암색(暗色) 계열의 배경도장색(9a)을 추가로 적용시킬 수도 있으며, 이 경우에도 일측의 회피구조색(9) 및 배경도장색(9a)의 도장폭이나 부착(접착)폭이 블레이드(4) 전체폭의 1/10을 넘지 않도록 하는 것이 바람직하고, 상기 배경도장색(9a)을 암색 계열로 하는 이유는 앞서 설명되어진 나전칠기 공예에서 전복 껍데기를 이용한 도안(무늬나 그림) 이외의 나머지 바탕색을 검은색으로 하는 이유와 일맥 상통하는 것이다.

상기와 같이 풍력발전기(1)를 이루는 각 블레이드(4)의 가장자리를 따라 회피구조색(9)을 적용시키거나, 상기 회피구조색(9)을 배경도장색(9a)과 함께 적용시킨 것은 태양빛을 이용한 주간(晝間)시의 조류 회피기능을 확보하기 위한 것이며, 매우 흐린 날씨나 야간(夜間)시에는 구조색의 발현에 필요한 외부의 빛이 부족하게 되므로 이를 보충할 수 있는 백라이트 시스템을 풍력발전기(1)에 추가로 적용시킴으로서, 주간 뿐만 아니라 매우 흐린 날씨나 야간시에도 조류의 회피기능이 충분하게 확보되도록 하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 본 발명에 적용되는 백라이트 시스템의 제 1실시예로서는 도 9 내지 도 11에 걸쳐 도시된 바와 같이, 상기 나셀(3)의 외측면에서 블레이드(4)의 후방측 방향으로 조명을 비추는 조명램프(10)가 설치된 것으로서, 도면상 상기 조명램프(10)는 총 8개의 개수로 하여 45도의 각도범위를 두고 나셀(3) 몸통의 선단측 둘레 방향을 따라 방사상으로 설치되는 한편, 블레이드(4)측으로의 충분한 조명범위를 확보할 수 있도록 나셀(3)의 외측 방향으로 소정의 각도(도면상 30~45도 내외의 각도)만큼 경사지게 설치되어 있으며, 상기 조명램프(10)는 LED램프를 대표적인 예로 들 수 있으나, 그 이외의 다른 어떤 조명기구가 사용되더라도 무방하다.

이와 더불어, 상기 각각의 조명램프(10)는 나셀(3) 몸통의 선단측 둘레 방향을 따라 링 형상으로 설치된 장착프레임(11)의 내측에 삽입되어 있고, 상기 장착프레임(11)은 조명램프(10)의 헤드 부분이 전방측으로 노출되도록 선단측이 개구된 수납프레임 형태를 이루고 있으며, 상기 각각의 조명램프(10) 부분을 제외한 장착프레임(11)의 개구부 내측에는 외부의 습기나 이물질 등이 나셀(3)의 몸통 내부로 유입되지 않도록 함과 동시에 조명램프(10)와 전력 공급용 케이블라인(15)의 고정 및 배선을 위한 에폭시(Epoxy) 등의 경화성(硬化性) 충진물(10a)이 적용되어 있고, 상기 각각의 조명램프(10)는 전력공급기구를 거쳐 나셀(3)에 내장된 발전기(5)와 접속 설치되도록 이루어져 있다.

도 9를 기준으로 할 경우, 상기 전력공급기구는 케이블라인(15)에 의하여 발전기(5)와 접속 설치되는 전력변환기(12)와, 상기 전력변환기(12)의 출력을 제어하는 컨트롤러(13)와, 상기 컨트롤러(13)를 조명램프(10)와 접속시키는 배전반(14)으로 이루어져 있으며, 상기 배전반(14)으로부터 각각의 조명램프(10)측으로 케이블라인(15)이 하나씩 연장 설치됨으로서, 블레이드(4)의 회전력을 이용하여 발전기(5)에서 생산된 전력이 전력변환기(12)를 거쳐 조명램프(10)에 사용 가능한 수준으로 일차 조정된 다음, 컨트롤러(13)와 배전반(14) 및 각각의 케이블라인(15)을 거쳐 설정된 시간대에 조명램프(10) 전체를 점등시키거나 필요한 개수만큼의 조명램프(10)를 선택적으로 점등시킬 수 있는 것이다.

상기와 같이 나셀(3)의 외측면에서 블레이드(4)의 후방측을 향하여 조명을 비추는 제 1실시예의 백라이트 시스템은 위에서 설명되어진 방식으로 한정되는 것이 아니며, 조명램프(10)의 위치나 개수 및 그 배치상태와 장착프레임(11)의 적용여부 등에 따라 다양한 방식으로 변경될 수 있음은 물론이고, 상기 전력공급기구 또한 전력변환기(12)와 컨트롤러(13) 및 배전반(14) 이외의 다른 제어장치가 추가되거나, 전력변환기(12)와 컨트롤러(13) 및 배전반(14)의 기능이 통합된 하나의 제어유닛이 설치될 수도 있으며, 이는 이후에 설명되어질 제 2 내지 제 4실시예에 따른 백라이트 시스템에도 동일하게 적용되는 사항임을 밝혀두는 바이다.

상기와 같이 본 발명에 적용되는 백라이트 시스템의 제 1실시예는 나셀(3)의 외측면에서 블레이드(4)의 후방측을 향하여 조명을 비추는 방식이 되므로, 전력공급기구가 포함된 백라이트 시스템의 설치작업 자체는 용이하게 수행할 수 있는 반면, 그 길이가 비교적 길게 되는 블레이드(4) 전체를 조명램프(10)로 비추기가 어렵기 때문에, 각각의 블레이드(4) 가장자리를 따라 적용된 회피구조색(9)의 야간발현도를 보다 더 높은 수준으로 확보하여 주야간에 상관없이 조류의 회피기능을 극대화시키도록 하는 측면에서는 다소 부족한 점이 있었다.

상기와 같은 제 1실시예의 단점을 보완할 수 있도록 본 발명에 적용되는 백라이트 시스템의 제 2실시예는 도 12 내지 도 14에 걸쳐 도시된 바와 같이, 상기 허브(4a)의 외측면에 각 블레이드(4)의 길이 방향으로 조명을 비추는 조명램프(10)를 설치한 것이며, 상기 조명램프(10)는 각각의 블레이드(4)가 허브(4a)와 연결되는 부위에 맞추어 각 블레이드(4)의 좌,우측 가장자리와 인접한 위치마다 1개씩 총 6개(하나의 블레이드마다 2개씩)를 설치하는 것이 바람직하고, 각각의 조명램프(10)는 허브(4a)의 외측면으로 돌출 형성시킨 램프커버(11a)의 내부로 삽입시키되, 조명램프(10)의 헤드 부분이 해당 블레이드(4)의 끝단부측을 향하도록 램프커버(11a)와 함께 설치하는 것이 바람직하다.

본 발명에 적용되는 백라이트 시스템의 제 2실시예는 각각의 블레이드(4)와 함께 회전하는 허브(4a)의 외측면에 조명램프(10)가 설치되어 각각의 조명램프(10)도 허브(4a)와 함께 회전하게 되므로, 나셀(3) 내부의 발전기(5)로부터 허브(4a) 외측면의 각 조명램프(10)로 전력을 공급하는 전력공급기구 또한 제 1실시예와는 다르게 구성되어야 하며, 도 12 및 도 14에서는 해당 전력공급기구로서 나셀(3)의 내부에 설치되는 전력변환기(12)가 수평전동축(5a)의 슬립링(Slip ring)(16)을 거쳐 허브(4a)의 내부에 설치되는 컨트롤러(13) 및 배전반(14)과 접속되도록 하였다.

다시 말해서, 상기 나셀(3)의 내부에서 케이블라인(15)에 의하여 발전기(5)와 접속 설치되는 전력변환기(12)와, 나셀(3) 내부의 수평전동축(5a)상에 설치된 상태로 케이블라인(15)에 의하여 전력변환기(12)와 접속되는 슬립링(16)과, 상기 허브(4a)의 내부에 설치된 상태로 수평전동축(5a)의 중심축선을 따라 배선된 케이블라인(15)에 의하여 슬립링(16)과 접속되는 컨트롤러(13)와, 상기 컨트롤러(13)를 각각의 조명램프(10)와 접속시키도록 허브(4a)의 내부에 설치되는 배전반(14)으로 전력공급기구를 구성하였다는 것이며, 상기 슬립링(16)은 로터리 죠인트 또는 로터리 커넥터 등으로도 불리우는 전기/기계적 부품으로서, 회전하는 장비에 전력이나 신호를 공급할 때 전선의 꼬임없이 전달 가능한 공지의 회전접속기구이다.

본 발명에서는 각각의 블레이드(4)에 의하여 허브(4a)와 함께 회전하는 수평전동축(5a) 부분중에서 베벨기어유닛(7)의 전방측에 해당하는 수평전동축(5a)상에 슬립링(16)을 베어링 형태로 장착시키되, 해당 슬립링(16)의 내주면과 슬립링(16)이 장착된 수평전동축(5a) 부분을 도전체(導電體)로 제작한 다음, 전력변환기(12)로부터 연장되는 케이블라인(15)을 슬립링(16) 내주면의 도전체와 접속시키는 한편, 수평전동축(5a)의 도전체 부분으로부터 수평전동축(5a)의 중심축선 방향을 따라 케이블라인(15)을 연장시켜 이를 허브(4a) 내부의 컨트롤러(13)와 접속시키는 방식이 적용되었으며, 이러한 방식 역시 슬립링(16)을 이용한 전기접속 분야에서는 널리 알려진 공지기술에 해당한다.

따라서, 블레이드(4)의 회전력을 이용하여 발전기(5)에서 생산된 전력이 전력변환기(12)를 거쳐 조명램프(10)에 사용 가능한 수준으로 일차 조정된 다음, 전력변환기(12)와 케이블라인(15)으로 접속된 슬립링(16) 및 해당 슬립링(16)과 접속된 수평전동축(5a)상의 케이블라인(15)을 거쳐 허브(4a) 내부의 컨트롤러(13)로 전력이 공급되고, 해당 컨트롤러(13)에서 설정된 시간대에 맞추어 배전반(14)과 접속된 조명램프(10) 전체를 점등시키거나 필요한 개수만큼의 조명램프(10)를 선택적으로 점등시키게 되는 것이며, 상기 컨트롤러(13)와 배전반(14) 및 각각의 조명램프(10)는 슬립링(16)과 접속된 수평전동축(5a)상의 케이블라인(15)으로부터 전력을 공급받는 상태로 허브(4a)와 함께 회전하게 된다.

상기와 같이 허브(4a)의 외측면에서 각 블레이드(4)의 길이 방향으로 조명을 비추도록 한 제 2실시예의 백라이트 시스템은, 각 블레이드(4)의 가장자리를 따라 적용된 회피구조색(9)의 야간발현도를 보다 더 높은 수준으로 확보하여 주야간에 상관없이 조류의 회피기능을 극대화시킬 수 있는 동시에, 각각의 블레이드(4)와 어우러진 조명이 블레이드(4)와 함께 회전하는 야간의 추가적인 볼거리를 제공할 수 있는 장점을 가지는 반면, 전력공급기구에 소모품으로서의 슬립링(16)이 적용됨에 따라 슬립링(16)의 마모 및 이로 인한 접속불량시마다 전력공급기구의 수리나 유지보수 작업이 수행되어야 하는 단점이 발생하게 된다.

상기와 같은 단점을 보완하기 위하여 본 발명에 적용되는 백라이트 시스템의 제 3실시예는 도 15 및 도 16에 도시된 바와 같이, 제 2실시예에 적용된 전력공급기구의 슬립링(16)을 대신하여 나셀(3)의 전방면과 허브(4a)의 후방면에 서로 마주보도록 근접하여 설치되는 한 쌍의 무선충전기(17)를 적용시켰으며, 상기 전력변환기(12)는 나셀(3) 전방면의 무선충전기(17)를 발전기(5)와 접속시키도록 나셀(3)의 내부에 설치되어 있고, 상기 허브(4a) 후방면의 무선충전기(17)는 허브(4a)의 내부에 설치되는 배터리(18)와 접속되어 있으며, 상기 컨트롤러(13)와 배전반(14)은 허브(4a)의 내부에서 배터리(18)와 접속 설치되어 있다.

따라서, 블레이드(4)의 회전력을 이용하여 발전기(5)에서 생산된 전력이 전력변환기(12)를 거쳐 조명램프(10)에 사용 가능한 수준으로 일차 조정된 다음, 나셀(3)측 무선충전기(17)와 허브(4a)측 무선충전기(17)를 거쳐 허브(4a) 내부의 배터리(18)에 충전 및 저장되고, 허브(4a) 내부의 컨트롤러(13)가 해당 배터리(18)의 전력을 이용하여 설정된 시간대에 배전반(14)과 접속된 조명램프(10) 전체를 점등시키거나 필요한 개수만큼의 조명램프(10)를 선택적으로 점등시키게 되는 것이며, 상기 무선충전기(17)의 경우도 교류 전압을 정류하여 배터리(축전지)(18)의 충전에 적합한 직류 전압을 무선으로 얻어내는 공지기술로서, 자기 유도나 자기 공진 또는 전자기파 방식 등의 다양한 종류가 적용될 수 있다.

상기와 같은 제 3실시예의 백라이트 시스템은 제 2실시예에 적용되었던 소모품으로서의 슬립링(16) 대신에 무선충전기(17)와 배터리(18)를 사용하여 고정체로서의 나셀(3)에 내장된 발전기(5)의 전력을 회전체로서의 허브(4a)에 설치된 각각의 조명램프(10)로 전달시킬 수 있도록 함으로서, 앞서 설명되어진 제 2실시예의 모든 장점을 구현시키면서도 슬립링(16)의 마모에 따른 전력공급기구의 수리나 유지보수 등의 불필요한 작업을 최소화시킬 수 있는 추가적인 잇점을 제공하게 되는 것이다.

보다 더 바람직하게는 조명램프(10)의 가동에 충분한 수준의 전력량이 배터리(18)에 저장된 경우, 발전기(5)로부터 무선충전기(17)를 통한 배터리(18)의 충전작업을 일시 중단시킴으로서 불필요한 전력의 낭비를 방지토록 하는 것이며, 이를 위하여 도 17에 도시된 제 4실시예의 백라이트 시스템에는 상기 허브(4a)의 외측면에 컨트롤러(13)와 접속되는 무선송신기(19)가 설치되어 있고, 상기 나셀(3)의 외측면에는 허브(4a)의 무선송신기(19)와 무선통신이 가능한 무선수신기(19a)가 설치되어 있으며, 상기 나셀(3) 전방면의 무선충전기(17)와 나셀(3) 내부의 전력변환기(12) 사이에는 스위치유닛(20)이 개재되어 있고, 상기 스위치유닛(20)이 무선수신기(19a)와 접속 설치되어 있다.

따라서, 발전기(5)로부터 전력변환기(12)와 무선충전기(17)를 거쳐 일정 수준 이상의 전력량이 배터리(18)에 저장(충전)된 경우, 배터리(18)와 접속된 컨트롤러(13)가 이를 감지하여 허브(4a)의 무선송신기(19)로부터 나셀(3)의 무선수신기(19a)를 거쳐 스위치유닛(20)으로 전력차단신호를 전송시킴으로서, 전력변환기(12)로부터 나셀(3)측 무선충전기(17)를 통한 전력공급을 차단시키게 되며, 배터리(18)에 저장된 전력이 조명램프(10)의 가동에 지속적으로 사용되어 추가적인 충전작업이 필요할 경우, 배터리(18)와 접속된 컨트롤러(13)가 이를 감지하여 허브(4a)의 무선송신기(19)로부터 나셀(3)의 무선수신기(19a)를 거쳐 스위치유닛(20)으로 전력공급신호를 전송시킴으로서, 전력변환기(12)로부터 나셀(3)측 무선충전기(17)를 통한 전력공급이 재개되도록 하는 것이다.

도 9와 도 12 및 도 15에서 도면부호 3c로 도시된 것은 수평전동축(5a)의 축회전과 나셀(3) 몸통의 상대회전을 지지토록 한 베어링을 나타낸 것이고, 도 12와 도 15에서 도면부호 4b로 도시된 것은 특정 회전 속도에 맞추어 설계된 풍력발전기(1)용 터빈이 한계 속도에 도달할 경우, 발전시스템에 무리가 가해지지 않도록 블레이드(4)의 양력(揚力)을 한계 속도 이하로 제어하는 데 사용되는 스톨유닛(Stall unit)을 나타낸 것으로서, 상기 스톨유닛(4b)은 허브(4a)의 전방측 내주면을 따라 설치되는 얇은 금속 재질의 스트립(Strip)이 된다.

상기 스톨유닛(4b)은 각 블레이드(4)의 피치각을 제어하여 블레이드(4)의 회전속도를 조절토록 한 피치컨트롤러와 함께 풍력발전기(1)에 기본적으로 적용되는 공지기술일 뿐만 아니라, 본 발명의 요부를 이루는 기술적 구성과는 실질적인 관련성이 없으므로 이에 대한 세부적인 설명은 생략하기로 하며, 상기 제 2 내지 제 4실시예에 따른 백라이트 시스템에 있어 나셀(3)이나 허브(4a)의 내측 또는 외측에 블레이드(4)의 회전방향을 감지하는 센서를 설치한 다음, 해당 센서로부터 입력된 회전방향측(블레이드의 좌측 또는 우측)의 조명램프(10)만을 선택적으로 점등시킴으로서, 야간시의 조류 회피기능에 지장을 초래하지 않으면서도 추가적인 에너지 절감을 이루어내도록 하는 것도 가능함을 밝혀두는 바이다.

상기와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명에 따르면, 조류와의 충돌이 가장 빈번하게 발생하는 풍력발전기(1)의 블레이드(4) 가장자리를 따라 외부의 빛과 입사 각도에 의하여 다양하고 화려한 반사 및 간섭 색상을 발현시키는 회피구조색(9)을 적용시킴으로서, 블레이드(4) 사이의 빈 공간을 통과하려던 조류가 자신측으로 회전하면서 다가오는 블레이드(4)의 존재를 보다 더 손쉽고 정확하게 인지하여 안전하게 피해가도록 할 수 있으며, 이를 통하여 각각의 블레이드(4)가 포함된 풍력발전기(1)의 외관을 크게 저하시키지 않으면서도 각각의 블레이드(4)에 대한 조류의 회피기능은 크게 향상시킬 수 있다.

이와 더불어, 상기 회피구조색(9)의 내측에 해당하는 각 블레이드(4)의 가장자리를 따라 소정의 도장폭을 가지는 암색 계열의 배경도장색(9a)을 추가로 적용시킴으로서, 회피구조색(9)의 발현도와 조류의 회피기능을 한층 더 증대시킬 수 있으며, 풍력발전기(1)의 본체를 제공하는 나셀(3)의 외측면 또는 상기 나셀(3)의 전방측에서 각각의 블레이드(4)와 함께 회전하는 허브(4a)의 외측면상에 회피구조색(9)의 야간발현을 위한 백라이트 기능의 조명램프(10)를 설치함으로서, 주간 뿐만 아니라 야간시의 조류 회피기능 역시 충분하게 달성할 수 있다.

특히, 각 블레이드(4)의 길이 방향으로 조명을 비추는 조명램프(10)를 허브(4a)의 외측면에 설치한 경우에는, 블레이드(4) 가장자리측의 회피구조색(9) 대부분을 조명영역에 포함시킬 수 있게 됨으로서, 조명램프(10)와 회피구조색(9)에 의한 야간시의 조류 회피기능을 한층 더 극대화시킬 수 있음은 물론이고, 블레이드(4)와 어우러진 조명이 블레이드(4)와 함께 회전하는 야간의 추가적인 볼거리를 제공할 수 있기 때문에, 전력생산과 관광개발을 동시에 추구하는 풍력발전단지의 취지에 보다 더 부합되도록 할 수 있다.

그리고, 나셀(3) 전방면과 허브(4a) 후방면의 무선충전기(17)를 이용하여 나셀(3)측 발전기(5)로부터 생산된 전력을 허브(4a)측 조명램프(10)로 공급시키도록 함으로서, 슬립링(16)을 이용하는 방식과 비교하여 전력공급기구의 불필요한 수리나 유지보수 작업을 최소화시킬 수 있으며, 나셀(3)과 허브(4a)에 각각 설치된 무선충전기(17)로부터 배터리(18)에 저장되는 전력량이 설정치에 도달할 경우, 허브(4a)측 무선송신기(19)로부터 나셀(3)측 무선수신기(19a)로 해당 신호를 전송하여 배터리(18)의 충전작업을 일시 중지시킬 수 있도록 함으로서, 조명램프(10)의 가동에 따른 불필요한 전력낭비 또한 방지할 수 있는 것이다.

1 : 풍력발전기 2 : 타워포스트 2a : 모노파일
2b : 트랜지션피스 3 : 나셀 3a : 회전지지부
3b : 꼬리날개 3c : 베어링 4 : 블레이드
4a : 허브 4b : 스톨유닛 5 : 발전기
5a : 수평전동축 5b : 수직전동축 6 : 증속기어박스
7 : 베벨기어유닛 8 : 회피도장색 9 : 회피구조색
9a : 배경도장색 10 : 조명램프 10a : 충진물
11 : 장착프레임 11a : 램프커버 12 : 전력변환기
13 : 컨트롤러 14 : 배전반 15 : 케이블라인
16 : 슬립링 17 : 무선충전기 18 : 배터리
19 : 무선송신기 19a : 무선수신기 20 : 스위치유닛

Claims (9)

1. 최소 2개 이상의 블레이드가 일정한 각도범위를 두고 외주면상에 방사상으로 연결 설치되는 허브와, 상기 허브로부터 후방측으로 연장되는 수평전동축의 회전력을 이용하여 전기를 생산하는 발전기가 내장된 나셀과, 상기 나셀을 해수면으로부터 소정의 높이에 위치시키기 위한 타워포스트를 포함하여서 이루어지며, 상기 각각의 블레이드 표면에는 조류(鳥類)의 충돌을 방지하는 회피도장색이 적용된 해상 풍력발전기에 있어서,
   상기 회피도장색은 외부의 빛과 입사 각도에 따라 반사와 간섭을 거치면서 다양하고 화려한 색상을 발현시키는 공지의 구조색을 이용한 회피구조색이 되고, 상기 회피구조색이 각 블레이드의 가장자리를 따라 소정의 도장폭을 가지도록 도포되거나 부착되며,
   상기 회피구조색의 내측에 해당하는 각 블레이드의 가장자리를 따라서는 구조색의 발현도를 높일 수 있도록 소정의 도장폭을 가지는 암색(暗色) 계열의 배경도장색이 추가로 적용되고, 상기 허브의 외측면에는 회피구조색의 야간 발현을 위한 백라이트를 제공하도록 각 블레이드의 길이 방향으로 조명을 비추는 조명램프가 설치되며,
   상기 조명램프는 전력공급기구를 거쳐 나셀에 내장된 발전기와 접속 설치되고, 상기 전력공급기구는 나셀의 전방면과 허브의 후방면에서 서로 마주보도록 근접하여 설치되는 한 쌍의 무선충전기와, 상기 나셀 전방면의 무선충전기를 발전기와 접속시키도록 나셀의 내부에 설치되는 전력변환기와, 상기 허브 후방면의 무선충전기와 접속된 상태로 허브의 내부에 설치되는 배터리와, 상기 배터리의 출력을 제어하도록 허브의 내부에 설치되는 컨트롤러와, 상기 컨트롤러를 조명램프와 접속시키도록 허브의 내부에 설치되는 배전반을 포함하여서 이루어지며,
   상기 허브의 외측면에는 컨트롤러와 접속되는 무선송신기가 설치되고, 상기 나셀의 외측면에는 허브의 무선송신기와 무선통신이 가능한 무선수신기가 설치되며, 상기 나셀 전방면의 무선충전기와 나셀 내부의 전력변환기 사이에는 스위치유닛이 개재되고, 상기 스위치유닛이 무선수신기와 접속 설치되는 것을 특징으로 하는 조류의 회피기능을 향상시킨 해상 풍력발전기.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서, 상기 회피구조색은 전복 껍데기의 내부 표면을 박리하여 얻어낸 천연구조색 또는 필름의 표면에 인위적으로 구조색을 인쇄시킨 인공구조색 중에서 택일한 것이 사용됨을 특징으로 하는 조류의 회피기능을 향상시킨 해상 풍력발전기.
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제

Images