KR200467060Y1 - 철도용 전력 발전 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 고안은 철도용 전력 발전 시스템에 관한 것으로, 본 고안에 따른 철도용 전력 발전 시스템은 철도 선로를 따라 설치되므로 유휴지를 효율적으로 활용할 수 있으며, 태양 에너지 및 풍력 에너지를 이용하여 전기 공급이 원활하지 않은 산간지역, 사막 등에서도 철도 차량에 전력을 공급할 수 있다. 또한, 본 고안에 따른 철도용 전력 발전 시스템은 야간이나 비 또는 눈 등의 기상상황으로 인해 태양광에 의한 전력 생성이 불가능할 경우에도 풍력 에너지와 축전지에 저장된 전력을 이용하여 철도 차량에 전력을 공급할 수 있다.

Description

철도용 전력 발전 시스템{The Electricity Generating System For Train}
본 고안은 철도용 전력 발전 시스템에 관한 것으로, 더 자세하게는 유휴지인 철도 선로를 활용하면서 태양 에너지 및 풍력 에너지를 이용하여 철도 차량에 전력을 공급할 수 있는 철도용 전력 발전 시스템에 관한 것이다.
근래에 화석 에너지의 사용으로 인하여 심각한 환경 오염 발생이 문제가 되고 있을 뿐만 아니라 화석 연료의 남용에 따른 고갈로 화석 연료의 가격이 급등하는 등의 문제점들이 발생하고 있으며, 이러한 문제점을 극복하기 위하여 청정 에너지 및 대체 에너지의 개발이 활발히 진행되고 있다.
특히, 태양 에너지는 무한하면서 청정한 에너지이기 때문에 미래의 새로운 대체 에너지원으로서 각광을 받고 있으며, 현재 건축물, 가로등, 자동차 등 뿐만 아니라 계통선과 원거리에 떨어져 있는 무인 등대, 시계탑, 통신 장비 등 매우 다양하게 활용되고 있다.
일반적으로 태양 에너지를 이용한 전력 발전 시스템은 광전효과를 이용하여 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하는 태양 전지(PV : Photovoltaic)를 이용하여 발전 전력을 얻으며, 상기 태양 전지는 다수의 셀(cell)들이 직/병렬로 연결되어 전압 및 전류를 발생시킬 수 있도록 구성되어 있다.
이러한 태양광 발전 시스템의 경우 넓은 공간 확보가 필요하지만, 현실적으로 공간확보에 큰 어려움이 따르는 실정이다. 그리고 태양광 발전은 일조시간이 길고, 일조량이 많은 곳을 부지로 선정하고 발전시설을 갖춰야 하는데, 이러한 조건은 농작물의 생육 및 주거지와 같은 형태로 조성되어 있는 경우가 많아 부지 확보에 따른 비용소모가 큰 실정이다.
이러한 이유로 인해 다른 용도로 사용되고 있는 토지의 미사용 공간인 유휴지를 활용하는 방안이 연구되고 있으며, 특히 대규모의 발전시설을 일관성 있게 시공 및 운영할 수 있는 유휴지로서 철도 선로를 활용하는 방안이 고려되고 있다.
도 1은 철도 선로를 이용한 종래의 태양광 발전 시스템을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 태양광 발전 시스템은 선로(1a)와 선로(1b) 사이의 선로중심간격구간(10)에 설치된 태양광 패널에 의해 전력을 생성한다.
하지만, 상기 태양광 발전 시스템에 있어서 선로(1a)와 선로(1b) 사이의 선로중심간격구간(10)은 선로에 내린 빗물의 배수, 유지보수 장비의 설치를 위한 공간으로 이용되어야 하기 때문에 태양광 패널을 설치하기에는 적절치 않다는 문제점이 있다.
또한, 상기 태양광 발전 시스템은 야간이나 비 또는 눈 등의 기상상황으로 인해 태양광에 의한 전력 생성이 불가능할 경우에는 철도 차량에 전력을 공급할 수 없을 뿐만 아니라, 태양광에 의해 얻어진 전력을 철도 차량에 인가하여 효율적으로 활용하는 방안에 대하여는 구체적으로 제시하고 있지 못하다는 문제점이 있다.
<선행기술문헌>
미국 특허출원공개공보 US2010/0200041호(2010.08.12.)
일본 공개특허공보 특개2010-219336호(2010.09.30.)
일본 공개특허공보 특개2010-220411호(2010.09.30.)
일본 등록실용신안공보 실용신안등록제 3133962호(2007.07.11.)
본 고안은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 본 고안의 목적은 유휴지인 철도 선로를 활용하면서 태양 에너지 및 풍력 에너지를 이용하여 철도 차량에 전력을 공급하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 고안의 일 실시예에 따른 철도용 전력 발전 시스템은, 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하여 전압 및 전류를 생성하는 태양 전지 패널; 철도 선로를 사이에 두고 일정 간격으로 지반에 고정되어 대향 설치된 다수의 기둥에 의해 상기 태양 전지 패널을 지지하는 지지 구조물; 및 상기 태양 전지 패널에서 생성된 전압 및 전류를 수집하여 철도 차량에 전력을 공급하는 전력 공급 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 태양 전지 패널은, 다수의 셀이 직/병렬로 연결되어 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하여 전압 및 전류를 생성하는 태양 전지 모듈; 및 상기 태양 전지 모듈을 고정하기 위한 고정 프레임을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 전력 공급 장치는, 상기 태양 전지 패널에서 생성된 전압 및 전류를 수집하여 철도 차량의 구동에 필요한 전력을 출력하는 전력 조절기; 상기 전력 조절기로부터 입력되는 전력을 저장하는 축전지; 상기 전력 조절기 또는 상기 축전지로부터 입력되는 전압을 교류 전압으로 변환하여 출력하는 인버터; 상기 인버터를 통해 변환된 교류 전압을 철도 차량의 집전판에 인가하기 위한 가선; 및 상기 가선의 고정 설치를 위한 브라켓을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 전력 조절기는, 상기 태양 전지 패널에서 생성된 전압 및 전류를 수집하여 수집된 전압 및 전류 레벨이 철도 차량의 구동에 필요한 전력 레벨에 도달하면, 상기 인버터 및 상기 가선을 통해 철도 차량에 전력을 공급하고, 상기 수집된 전압 및 전류 레벨이 철도 차량의 구동에 필요한 전력 레벨을 초과하면, 초과 전력을 상기 축전지에 저장하였다가 필요시에 상기 인버터 및 상기 가선을 통해 철도 차량에 전력을 공급하며, 상기 축전지에 전력이 완전히 충전된 상태에서, 상기 수집된 전압 및 전류 레벨이 철도 차량의 구동에 필요한 전력 레벨을 초과하면 초과 전력을 전봇대에 설치된 외부의 전력망으로 전송하고, 전력이 부족할 경우 외부의 전력망으로부터 전력을 전송받아 철도 차량에 공급하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 철도 선로를 따라 풍력 에너지를 전기 에너지로 변환하여 전압 및 전류를 생성하는 윈드 터빈을 더 포함하며, 상기 전력 공급 장치는 상기 윈드 터빈에서 생성된 전압 및 전류를 수집하여 철도 차량에 전력을 공급하는 것을 특징으로 한다.
본 고안에 따른 철도용 전력 발전 시스템은 철도 선로를 따라 설치되므로 유휴지를 효율적으로 활용할 수 있으며, 태양 에너지 및 풍력 에너지를 이용하여 전기 공급이 원활하지 않은 산간지역, 사막 등에서도 철도 차량에 전력을 공급할 수 있다.
또한, 본 고안에 따른 철도용 전력 발전 시스템은 야간이나 비 또는 눈 등의 기상상황으로 인해 태양광에 의한 전력 생성이 불가능할 경우에도 풍력 에너지와 축전지에 저장된 전력을 이용하여 철도 차량에 전력을 공급할 수 있다.
도 1은 철도 선로를 이용한 종래의 태양광 발전 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 고안의 일 실시예에 따른 철도용 전력 발전 시스템을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 고안의 다른 일 실시예에 따른 철도용 전력 발전 시스템을 나타낸 도면이다.
이하, 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 고안의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 고안의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 설명하기로 한다.
본 고안의 바람직한 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 고안의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하거나 간략하게 설명한다.
도 2는 본 고안의 일 실시예에 따른 철도용 전력 발전 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 고안에 따른 철도용 전력 발전 시스템(200)은, 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하여 전압 및 전류를 생성하는 태양 전지 패널(210)과, 상기 태양 전지 패널(210)을 지지하기 위한 지지 구조물(230)과, 상기 태양 전지 패널(210)에서 생성된 전압 및 전류를 수집하여 철도 차량(T)에 전력을 공급하는 전력 공급 장치(250)를 포함하여 구성된다.
여기에서, 설명의 편의를 위해 하나의 태양 전지 패널(210)만을 도시하였지만, 상기 태양 전지 패널(210)은 철도 선로를 따라 연속적으로 다수개 배열될 수 있으며, 이에 따라 상기 태양 전지 패널(210)을 지지하기 위한 지지 구조물(230) 역시 철도 선로를 따라 연장될 수 있다. 그리고, 철도 선로가 복선으로 배치된 경우를 도시하였지만, 철도 선로의 개수는 변경이 가능하다.
상기 태양 전지 패널(210)은 다수의 셀이 직/병렬로 연결되어 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하여 전압 및 전류를 생성하는 태양 전지 모듈(211)과, 상기 태양 전지 모듈(211)을 고정하기 위한 고정 프레임(213)을 포함하여 구성된다.
본 실시예에서는 상기 고정 프레임(213)이 양측방향으로 하방되면서 경사진 지붕 형상으로 구성되어 있지만, 필요에 따라 다양한 형상으로 변형이 가능함은 물론이다.
상기 지지 구조물(230)은 철도 선로(L1, L2)를 사이에 두고 일정 간격으로 지반에 고정되어 대향 설치된 다수의 기둥(231)을 포함하며, 상기 각 기둥(231)에 의해 상기 태양 전지 패널(210)이 철도 선로를 지나는 철도 차량(T)의 상부에 위치하게 된다.
여기에서, 상기 각 기둥(231)은 철도 선로 위를 지나는 철도 차량(T)과 충돌하지 않도록 소정 높이를 가지면서, 상기 태양 전지 패널(210)을 지지할 수 있는 강도를 갖는 것이 바람직하다.
상기 전력 공급 장치(250)는 상기 태양 전지 패널(210)에서 생성된 전압 및 전류를 수집하여 철도 차량의 구동에 필요한 전력을 출력하는 전력 조절기(251), 상기 전력 조절기(251)로부터 입력되는 전력을 저장하는 축전지(253), 상기 전력 조절기(251) 또는 상기 축전지(253)로부터 입력되는 전압을 교류 전압으로 변환하여 출력하는 인버터(255)와, 상기 인버터(255)를 통해 변환된 교류 전압을 철도 차량(T)의 집전판(P)에 인가하기 위한 가선(257), 상기 가선(257)의 고정 설치를 위한 브라켓(259)을 포함하여 구성된다.
여기에서, 상기 가선(257)은 기존 철도 시스템에서와 같이 조가선과 함께 사용되거나 제3궤조 형식으로 구성될 수 있다.
상기 전력 조절기(251)는 상기 태양 전지 패널(210)에서 생성된 전압 및 전류를 수집하여 수집된 전압 및 전류 레벨이 철도 차량의 구동에 필요한 전력 레벨(예를 들어, 500 내지 1500V 전압)에 도달하면, 상기 인버터(255) 및 상기 가선(257)을 통해 철도 차량(T)에 전력을 공급한다.
그리고, 상기 전력 조절기(251)는 상기 수집된 전압 및 전류 레벨이 철도 차량의 구동에 필요한 전력 레벨을 초과하면, 초과 전력을 축전지(253)에 저장하였다가 필요시에 상기 인버터(255) 및 상기 가선(257)을 통해 차량에 전력을 공급한다.
또한, 상기 전력 조절기(251)는 상기 축전지(253)에 전력이 완전히 충전된 상태에서, 상기 수집된 전압 및 전류 레벨이 철도 차량의 구동에 필요한 전력 레벨을 초과하면, 초과 전력을 전봇대(I)에 설치된 외부의 전력망(S)으로 전송하고, 전력이 부족할 경우 외부의 전력망(S)으로부터 전력을 전송받아 철도 차량에 공급할 수도 있다.
도 3은 본 고안의 다른 일 실시예에 따른 철도용 전력 발전 시스템을 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 고안의 다른 일 실시예에 따른 철도용 전력 발전 시스템(300)은, 야간이나 비 또는 눈 등의 기상상황으로 인해 태양광에 의한 전력 생성이 불가능할 경우를 대비하여, 철도 선로를 따라 풍력 에너지를 전기 에너지로 변환하는 윈드 터빈(310)이 설치된 것을 제외하고는 도 2에 도시된 철도용 전력 발전 시스템(200)과 거의 동일하다.
여기에서, 상기 윈드 터빈(310)은 날개가 상기 태양 전지 패널(210)과 충돌하지 않으면서 상층부의 바람을 충분히 받을 수 있는 높이로 설치되는 것이 바람직하다.
상기 윈드 터빈(310)에서 발생한 전력은 상기 전력 조절기(251)에 의해 수집되어 상기 인버터(255) 및 상기 가선(257)을 통해 철도 차량(T)으로 공급되거나, 상기 축전지(253)에 저장될 수도 있다.
한편, 본 실시예에서는 철도 선로와 철도 차량의 차륜이 구름 접촉하는 스템에 적용된 경우를 예로 들어 설명하였지만, 철도 차량이 철도 선로 위를 부상하여 주행하는 자기부상열차 시스템, 모노 레일 방식의 철도 차량 시스템, 놀이동산, 유원지, 관광지 등에 설치된 소규모의 선로 차량 시스템에도 적용이 가능함은 물론이다. 또한, 본 실시예에서는 인버터를 통해 교류 전압으로 변환하여 철도 차량에 공급하는 경우를 예로 들어 설명하였지만, 인버터 없이 직류 전압에 의해 구동되는 철도 차량에 전력을 바로 공급하는 것도 가능함은 물론이다.
상술한 바와 같이, 본 고안에 따른 철도용 전력 발전 시스템은 철도 선로를 따라 설치되므로 유휴지를 효율적으로 활용할 수 있으며, 태양 에너지 및 풍력 에너지를 이용하여 전기 공급이 원활하지 않은 산간지역, 사막 등에서도 철도 차량에 전력을 공급할 수 있다.
또한, 본 고안에 따른 철도용 전력 발전 시스템은 야간이나 비 또는 눈 등의 기상상황으로 인해 태양광에 의한 전력 생성이 불가능할 경우에도 풍력 에너지와 축전지(또는 외부 전력망)에 저장된 전력을 이용하여 철도 차량에 전력을 공급할 수 있다.
이제까지 본 고안에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 설명하였다. 그러나, 본 고안의 실시예는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 고안을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공 되어지는 것으로, 본 고안의 범위가 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 여러 가지 다른 형태로 변형이 가능함은 물론이다.
200, 300 : 철도용 전력 발전 시스템
T : 철도 차량
L1, L2 : 철도 선로
I : 전봇대
S : 외부 전력망
210 : 태양 전지 패널
211 : 태양 전지 모듈
213 : 고정 프레임
230 : 지지 구조물
231 : 기둥
250 : 전력 공급 장치
251 : 전력 조절기
253 : 축전지
255 : 인버터
257 : 가선
259 : 브라켓
310 : 윈드 터빈

Claims (8)

  1. 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하여 전압 및 전류를 생성하는 태양 전지 패널;
    철도 선로를 사이에 두고 일정 간격으로 지반에 고정되어 대향 설치된 다수의 기둥에 의해 상기 태양 전지 패널을 지지하는 지지 구조물; 및
    상기 태양 전지 패널에서 생성된 전압 및 전류를 수집하여 철도 차량에 전력을 공급하는 전력 공급 장치를 포함하고,
    상기 전력 공급 장치는,
    상기 태양 전지 패널에서 생성된 전압 및 전류를 수집하여 철도 차량의 구동에 필요한 전력을 출력하는 전력 조절기;
    상기 전력 조절기로부터 입력되는 전력을 저장하는 축전지;
    상기 전력 조절기 또는 상기 축전지로부터 입력되는 전압을 교류 전압으로 변환하여 출력하는 인버터;
    상기 인버터를 통해 변환된 교류 전압을 철도 차량의 집전판에 인가하기 위한 가선; 및
    상기 가선의 고정 설치를 위한 브라켓을 포함하여 구성되며,
    상기 전력 조절기는,
    상기 태양 전지 패널에서 생성된 전압 및 전류를 수집하여 수집된 전압 및 전류 레벨이 철도 차량의 구동에 필요한 전력 레벨에 도달하면, 상기 인버터 및 상기 가선을 통해 철도 차량에 전력을 공급하고, 상기 수집된 전압 및 전류 레벨이 철도 차량의 구동에 필요한 전력 레벨을 초과하면, 초과 전력을 상기 축전지에 저장하였다가 필요시에 상기 인버터 및 상기 가선을 통해 철도 차량에 전력을 공급하고,
    상기 축전지에 전력이 완전히 충전된 상태에서, 상기 수집된 전압 및 전류 레벨이 철도 차량의 구동에 필요한 전력 레벨을 초과하면 초과 전력을 전봇대에 설치된 외부의 전력망으로 전송하고, 전력이 부족할 경우 외부의 전력망으로부터 전력을 전송받아 철도 차량에 공급하는 것을 특징으로 하는 철도용 전력 발전 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 태양 전지 패널은,
    다수의 셀이 직/병렬로 연결되어 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하여 전압 및 전류를 생성하는 태양 전지 모듈; 및
    상기 태양 전지 모듈을 고정하기 위한 고정 프레임을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 철도용 전력 발전 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 각 기둥은 철도 선로 위를 지나는 철도 차량과 충돌하지 않도록 소정 높이를 가지면서 상기 태양 전지 패널을 지지할 수 있는 강도를 갖는 것을 특징으로 하는 철도용 전력 발전 시스템.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서,
    철도 선로를 따라 풍력 에너지를 전기 에너지로 변환하여 전압 및 전류를 생성하는 윈드 터빈을 더 포함하며,
    상기 전력 공급 장치는 상기 윈드 터빈에서 생성된 전압 및 전류를 수집하여 철도 차량에 전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 철도용 전력 발전 시스템.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 윈드 터빈은,
    날개가 상기 태양 전지 패널과 충돌하지 않으면서 상층부의 바람을 받을 수 있는 높이로 설치되는 것을 특징으로 하는 철도용 전력 발전 시스템.
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