KR20060008914A - 풍력발전소 작동방법 - Google Patents

Abstract

풍력장치를 계획하여 설치할 때, 풍력장치 부분에서 예상되는 환경에서의 시야 장애는 인가 및 허락을 받는 데 대단히 중요한 역할을 한다. 예를 들어, 풍력장치가 주택 부근에 설치되면, 태양이 바람직하지 않은 위치에 있을 때, 풍력장치 또는 그 회전자가 태양과 주택 사이에 있을 수 있다. 햇빛이 구름에 의해 영향을 주지 못하면, 회전하는 회전자는 그 주택에 (움직이는) 그림자를 계속적으로 보낸다. 이웃한 주택에서 풍력장치에 의해 초래된 그림자 투사는 종종 거주자에게 매우 성가신 것으로 인식되고 있다. 풍력장치가 법적인 인가조건을 만족시킨다고 하더라도, 불필요한 그림자 투사 효과가 방지된다고 하는 보장이 항상 있는 것은 아니다.

본 발명의 목적은 그림자 투사 조절을 향상시키는 수단을 풍력장치에 제공하는 데 있다.

이 목적은, 제1 광 강도가 직접 광 방사 영역에서 검출되고, 제2 광 강도가 그림자 영역에서 검출되고, 제1 광 강도와 제2 광 강도의 차이가 예정치 보다 큰 경우 풍력장치가 정지되는 풍력장치에 의해 달성된다.

Description

풍력발전소 작동방법{METHOD FOR OPERATING A WIND POWER STATION}

본 발명은 풍력발전소 작동방법에 관한 것이다.

풍력장치를 계획하여 설치할 때, 풍력장치 부분에서 예상되는 환경에서의 시야 장애(visual detraction)는 인가 및 허락을 받는 데 대단히 중요한 역할을 한다. 예를 들어, 풍력장치가 주택 부근에 설치되면, 태양이 바람직하지 않은 위치에 있을 때, 풍력장치 또는 그 회전자가 태양과 주택 사이에 있을 수가 있다. 햇빛이 구름에 의해 영향을 받지 않는 경우, 회전하는 회전자는 그 주택에 (움직이는) 그림자를 계속적으로 보낸다. 이웃한 주택에서 풍력장치에 의해 초래된 그림자 투사는 종종 거주자에게 매우 성가신 것으로 인식되고 있다. 풍력장치가 법적인 인가조건을 만족시킨다고 하더라도, 불필요한 그림자 투사 효과가 방지된다고 하는 보장이 항상 있는 것은 아니다.

DE 199 29 970 A1호는 항상 그림자가 발생할 수 있는 지에 대해 광 강도로부터 유도하기 위하여 광 강도를 검출하는 그림자 투사 조절 시스템을 개시하고 있다.

그러나, 광 강도의 적절한 레벨은 발생되는 그림자에 대한 필요 조건 중의 하나에 불과하다는 것에 주목하기 바란다. 다른 필요 조건은, 예를 들어 청정 공기 이다. 어렴풋한 시야(hazy visual) 조건하에서는, 광이 확산되어 높은 레벨의 광 강도에도 불구하고 그림자가 적거나 그림자가 없는 일이 생긴다. 광 강도에 기초로 하는 풍력장치의 제어는 그림자가 없더라도 정지를 초래할 수 있다.

본 발명의 목적은 이러한 단점을 극복하는 수단을 풍력장치에 제공하는 데 있다.

본 발명에 의하여 상기 목적은 청구항 제 1 항에 기재한 바와 같은 풍력장치 작동방법에 의해 달성된다. 유익한 개선사항은 첨부한 청구범위에 설명되어 있다.

본 발명은, 높은 레벨의 광 강도를 갖는 직접 태양 방사가 있는 경우에 그림자 투사가, 예정된 태양 위치에서만 발생될 수 있고, 예정된 광 조건 또는 구름 차폐물(Cloud cover)이 있을 때, 발생한다는 사실의 인식에 기초를 두고 있다. 그러나, 구름 차폐물은 직접 검출될 수는 없지만, 그럼에도 불구하고 그림자가 발생하지 않는 광 확산(diffuse light)을 야기할 수 있으므로, 광과 그림자 사이의 명암 차이가 용이하게 검출될 수 있어서 이 명암 차이가 이용되고 있다. 이 차이가 예정치 보다 작으면 이에 따라 명백하게 인식가능한 그림자가 발생되지 않고, 따라서 풍력장치를 정지할 필요가 없다.

한편, 비교적 작은 레벨의 광 강도에서 조차도 방해가 되는 그림자가 발생할 수 있다. 그것은 다시 광과 그림자 사이의 명암 차이를 검출함으로써 용이하게 확인될 수 있다.

공지된 바와 같이, 태양의 위치는 그 연도의 시간과 그날의 시간에 의존하며, 어떤 관련된 생활방해(immission) 지점(즉, 그림자 투사가 발생될 수 있는 장소(지역))에 대한 측정 또는 계산 프로그램에 의해 확인될 수 있다. 이에 따라 그림자에 기초한 풍력장치의 정지(shadow-based shutdown of a wind power installation)에 대한 근거는, 태양의 위치와 장치의 지형학적 배치 때문에 (생활방해 지점에 있는) 이웃한 거주자에 대하여 그림자 투사가 발생할 수 있는 계산된 시간이다. 태양 위치에 대한 예정된 시간과 병행하여, 광과 그림자 사이의 차이가 광 센서들에 의해 확인되고, 따라서 발생되는 그림자 투사의 가능성이 체크된다. 태양의 위치에 대하여 예정된 시간, 즉 그림자가 생활방해 지점으로 투사될 수 있는 시간 동안에 그림자가 발생하는 경우에만 풍력장치의 그림자에 기초한 정지가 발생된다.

본 발명에 의한 풍력장치의 경우에, 그림자에 기초한 정지는 입력/디스플레이 장치(LC 디스플레이)를 경유하여 실시될 수 있다. 이 목적을 위해 광 강도의 현재 레벨의 세팅(settings) 또는 값들과 광과 그림자 사이의 정지차(shutdown difference)가 판독될 수 있다. 덧붙여, 정지가 현재 시간에 되어 있는 상태 즉, 정지가 온(on)인지 오프(off)인지 또는 활성 중인지 비활성 중인지를 디스플레이에서 알 수 있다. 정지 시간의 입력은 별도의 메뉴에서 예정되어 있거나 저장되어 있을 수 있다.

'그림자에 기초한 정지' 모드에서, 현재의 제1 광 강도(직접적인 광 입사를 갖는)(% 값), 현재의 제2 광 강도(그림자 영역에서)(% 값), 정지차(% 값), 그림자 정지(온/오프) 또는 그림자 정지(활성/비활성)과 같은 변수들이 디스플레이된다. 이런 점에서 정지차는 제1 광 강도(직접 광 방사)와 제2 광 강도(그림자를 갖는) 사이의 차이의 값을 말하며, 이 값에서 풍력장치가 정지될 것이다. 예를 들어, 풍력장치가 생활방해 지점에 가까이 근접하면, 투사되는 그림자는 하늘이 약간 흐릴지라도 방해가 될 수 있다. 따라서, 그 경우에(풍력장치가 문제가 되는 생활방해 지점에 근접하는 경우), 상기 풍력장치는 생활방해 지점이 풍력장치에서 더욱 멀어지는 상황에 대한 값보다 정지차에 대해 더 낮은 값을 수용하여야 한다. 광 강도의 레벨에 대하여, 작은 백분율 값은 광 강도의 작은 레벨(예로서 하늘이 흐릴 때)을 나타내고, 높은 백분율 값은 강한 광 강도, 예로서, 직접 태양 방사를 나타내고, 이것은 태양 방사가 구름 차폐물 또는 안개에 의해 방해되지 않는다는 것을 가리킨다. 그림자 정지(온/오프)는 그 풍력장치가 항상 작동하는 지를 가리킨다. 그림자 정지(활성/비활성)는 그 풍력장치가 투사되는 그림자 때문에 현재 정지되어 있는 것을 특정한다.

차이에 대해서, 정지차를 초과한 값이 확인되고 동시에 입력된 시간 창, 즉 태양 방사 또는 태양의 위치를 고려하는 시간 창에서 일치가 된다면, 풍력장치는 그림자에 기초한 정지(shutdown)가 '온'으로 전환되는 경우 자동적으로 멈춘다. 풍력장치가 투사되는 그림자 때문에 멈춰 있는 동안에, 이에 대응하는 상태 메세지가 디스플레이 장치의 주메뉴에 나타난다.

정지차의 값은 적절한 입력을 통해 변경될 수 있다. 회전자 날개의 그림자가 생활방해 지점에 대하여 거리가 멀어짐에 따라 약해지고 어떤 지점에서 전체적으로 중대성을 잃어버릴 때, 투사되는 그림자는 여전히 더 큰 차이가 포함되어 있을 때에만 거리의 증가에 따라 불리한 효과를 가진다. 정지차는 또한 그 지점에서의 지형학적 인자에 의존하기 때문에, 정지차는 지역적 인자들에 따라 설정되어야 한다.

광 상태들은 또한 풍력장치가 정지한 후, 계속적으로 더 측정된다. 정지차가 2분 이상, 양호하게는 10분의 기간동안 그 규정값 이하로 떨어지거나, 또는 그림자가 생활방해 지점에서 투사되는 그림자로 인하여 더 이상 악영향을 주지 않는 정도까지 이동(태양 위치의 변화 또는 태양 경로 때문에)된다면, 풍력장치가 다시 자동적으로 시작된다.

그림자 투사의 발생에 대한 시간들은 메뉴를 통해 입력되도록 편집된다. 이런 관점에서 그 값들은 시작 및 종료 데이터와 시작시간 및 정지시간으로 구성된다. 입력된 값들은 언제든지 변경, 확장 또는 제거될 수 있으며, 이것은 수동 입력에 의해 또는 적절한 프로그램에서의 판독에 의해 실시될 수 있다.

태양 위치에 관한 시간들은 윈터 타임(Winter time)의 형태로 입력된다. 연도를 뛰어넘는 것도 역시 프로그래밍에서 고려된다.

그림자에 기초한 정지에 대한 시간들은 항상 추종(compliance)에 대해 증거(proof)를 제공할 수 있도록 원격 모니터링을 통해 현재 시간에 또는 그 후에 불러올 수 있다.

전술한 방법을 수행하기 위한 풍력장치는 태양의 위치 또는 이 태양의 위치를 나타내는 데이터가 저장되어 있는 데이터 처리장치를 포함한다. 또한, 풍력장치는 다수의, 양호하게는 3개의 광 센서를 포함한다. 이 센서들은 풍력장치 주위에 균일한 간격 관계로 배치된다.

도 1은 본 발명에 의한 풍력장치의 측면도이다.

도 2는 광 센서 위에서 파일론을 취한 단면에 대한 간략한 평면도이다.

도 3은 2개의 다른 태양 위치에서 그림자 투사를 도시한 측면도이다.

도 4는 2개의 다른 태양 위치에서 그림자 투사 효과에 대한 평면도이다.

본 발명은 실례를 들어 실시예에 의해 이하에 상세히 설명된다.

도 1은 풍력장치(1)의 간략한 측면도를 도시한다.

풍력장치(1)는 파일론(pylon: 10)을 포함하고, 파일론 상부에는 회전자 날개(14)를 갖는 포드(pod: 12)가 배치되어 있다. 파일론(10)의 예정된 높이에 배치된 센서(16)들은 광 강도를 검출한다. 센서(16)를 예정된 높이에 배치하면 센서들을 사람들의 악의적인 손상 또는 조작으로부터 실질적으로 보호하게 된다.

이런 점에서 그 높이는, 예를 들어 센서를 청소하거나 또한 교체할 수 있도록 하기 위해 합리적인 비용으로 센서(16)에 접근할 수 있도록 하는 위치로 선택될 수 있다. 또한, 센서의 빙결(icing)을 방지하거나 회피하기 위해 센서(16)를 위한 가열장치를 제공하는 것도 생각할 수 있다.

센서(16)를 풍력장치의 파일론(10)에 장착하는 대안으로서, 또한 센서(16)를 별개의 기둥(도시안됨) 또는 다른 적절한 장치상에 설치하는 것도 생각할 수 있다.

도 2는 센서(16) 위에서 풍력장치(1)의 파일론(10)을 취한 단면에서의 간략한 도면이다. 이 도면으로부터 이 경우에 3개의 센서(16)가 파일론(10) 외주에 균 일한 간격으로 양호하게 배치되어 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 센서들간의 간격은 120°이다.

파일론(10)의 원형 단면 때문에, 파일론(10)의 원주면의 한 절반 즉, 180° 영역은 항상 빛의 직접적인 입사에 노출되어 있다. 따라서, 원주면의 다른 절반(다른 180°영역)은 그림자 속에 있게 된다. 적어도 3개의 센서를 사용하면 적어도 하나는 광의 직접적인 입사에 확실히 노출되며 적어도 하나는 그림자에 있게 된다는 것을 의미한다.

이에 따라, 시간상 어떤 필요한 순간에, 직접 광 방사가 포함되어 있을 때의 광 강도와 그림자에서의 광 강도가 검출될 수 있고, 따라서 그 광 강도들 사이의 차이를 검사할 수 있다. 그 차이는 풍력장치의 제어시스템에 의해 측정되어 풍력장치의 창작내용(invention)에 따라 제어하는 데 직접 사용될 수 있다.

도 3은 에너콘(Enercon)사의 타입 E-40인 풍력장치를 도시하며, 이것은 주택(2)으로부터 일정 거리 E에 위치해 있다. 또한 상기 주택(2)은 생활방해 지점 A로서 언급될 수도 있다.

태양이 아침에 떠오르고 윈터 타임에서 낮 동안일 때, 태양은 단지 낮은 높이-항상 생활방해 지점 A에서 바라보는 것과 같이-로 떠오르게 되므로 태양이 위치 Ⅰ에 있을 때 입사각은 βⅠ가 된다.

태양이 더 높이-태양 위치 Ⅱ-에 있으면, 이것은 태양 광선의 다른 입사각 βⅡ을 포함하게 된다. 태양 광선의 이러한 입사각 βⅠ 및 βⅡ(그외에 다른 입사각을 고려할 수 있다)은 또한 일반적으로 그림자가 생활방해 지점 A에 직접 투사될 수 있을 때를 설정한다.

도 3에 도시된 시나리오는 다른 전망에서 보는 도 4에서 한번 더 도시되어 있다. 태양이 남동쪽(생활방해 지점에서 한번 더 생각한)에 있을 때, 태양 광선은 각도 βⅠ-동서 축에 대하여-로 풍력장치에 비친다.

태양이 남쪽 방향으로 더 멀리 이동함에 따라, 태양 광선은 다른 각도 βⅡ에서 풍력장치(1)에 입사된다.

태양 위치가 지구의 지형학적 위치의 함수이고, 입사각 α 및 β가 풍력장치의 그림자가 생활방해 지점 A에 입사되고 있는 것을 규정할 때에만, 광과 그림자 사이의 차이가 예정된 값, 소위 정지차를 초과하는 경우 풍력장치는 정지된다. 상기 정지차는 광 입사 뿐만 아니라 생활방해 지점에 대한 거리에도 의존한다. 풍력장치가 문제가 되는 생활방해 지점에 매우 근접하면, 투사되는 그림자는 약간 흐린 하늘에서도 문제를 일으킬 수 있다. 따라서 그런 상황에서의 풍력장치는 생활방해 지점이 풍력장치로부터 많이 떨어져 있는 상황에 비하여 정지차에 대해 낮은 값을 취하여야 한다.

상기 차이가 정지차보다 작으면, 풍력장치-태양 위치에 무관하게-는 정지되지 않으며 여전히 전기에너지를 발생할 수 있다. 그러한 상황은 특히 하늘에 짙은 구름이 있을 때 발생한다.

풍력장치가 생활방해 지점으로부터 멀어질수록 이에 따라 일반적으로 그림자 투사효과가 생활방해 지점에서 발생할 수 있는 시간이 더 짧아진다.

상기 차이는 생활방해 지점 A 또는 풍력장치에서 직접 측정될 수 있다. 생활 방해 지점과 풍력장치가 서로 접근함에 따라, 풍력장치에서 측정된 광 강도 값들은 생활방해 지점 A에 대해서도 유효하게 된다.

상기 차이 자체는, 예를 들어 다수의 광 센서에 의해 측정될 수 있는 데, 센서의 값들은 풍력장치에 연결된 데이터 처리장치에 의해 처리된다. 그림자 투사가 생활방해 지점에서 발생될 수 있는 태양 위치들도 역시 상기 데이터 처리장치에 프로그램되어 있다. 이러한 태양의 '그림자-투사' 위치들은 각각의 풍력장치에 대해 다르며, 따라서 데이터 처리장치가 각 풍력장치에 대해 그림자가 투사될 수 있는 태양의 다른 위치를 저장하고 있다는 것을 쉽게 이해할 것이다.

또한 생활방해 지점 근방에 배치된 풍력발전소의 경우에, 그림자 투사 효과를 회피하고자 하는 것은, 풍력장치가 그림자를 생활방해 지점에 투사시킬 때 풍력발전소의 개별 풍력장치를 정지시키는 중앙 데이터 처리장치에 의해 제어될 수 있다는 것을 이해할 것이다.

그림자가 투사되면, 풍력장치는 즉시 정지되는 것은 아니며 다만 그림자가 일정 시간동안, 예를 들어 5 내지 10분 사이에 걸쳐 투사될 때에만 정지된다.

그림자가, 예를 들어 태양과 풍력장치 사이에 구름이 있기 때문에 더 이상 투사되지 않으면, 시스템이 다시 즉시 풍력장치를 작동시키지 않고 일정시간, 예로서 5 내지 10분 사이에 걸쳐 대기하고 나서 풍력장치를 작동시키고 또 차이가 시간 주기내에서 정지차보다 작을 때에만 다시 동작시키도록 할 수 있다.

또한, 필요하면 이미 프로그램되어 있는 태양의 정지 위치 이외에, 풍력장치에 대한 태양의 다른 위치들을 프로그램할 수도 있다.

본 발명에 의하여 그림자 투사 조절을 향상시키는 수단을 풍력장치에 제공함으로써 불필요한 그림자 투사 효과를 방지한다.

Claims (11)

1. 제1 광 강도가 직접 광 방사의 영역에서 검출되고, 제2 광 강도가 그림자 영역에서 검출되고, 제1 광 강도와 제2 광 강도의 차이가 예정치 보다 큰 경우 풍력장치가 정지되는 풍력장치 작동방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   태양의 예정된 위치에서만 풍력장치를 정지하는 풍력장치 작동방법.
3. 제 2 항에 있어서,

   풍력장치가 태양의 예정된 위치에서 적어도 일시적으로 정지되는 것을 특징으로 하는 풍력장치 작동방법.
4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,

   풍력장치의 정지를 시동시킬 수 있는 태양의 예정된 위치가 풍력장치 또는 이 풍력장치와 관련된 제어 및/또는 데이터 처리장치에 저장되는 것을 특징으로 하는 풍력장치 작동방법.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

   광과 그림자 사이의 차이가 복수의 광 센서에 의해 결정되고, 데이터 처리장 치에 의해 확인된 차이로부터 평가가 실행되는 것을 특징으로 하는 풍력장치 작동방법.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 의한 방법을 실행하기 위한 풍력장치로서,

   풍력장치를 제어하는 데이터 처리장치를 포함하고, 상기 데이터 처리장치에 풍력장치의 정지를 발생시킬 수 있는 관점을 나타내는 값 또는 태양의 위치가 저장되어 있는 풍력장치.
7. 제 6 항에 있어서,

   풍력장치가 복수의 광 센서에 연결되고, 이 광 센서들에 의해 각각 현재의 광 및 그림자의 강도 또는 일정 시간에 걸쳐 확인된 광 및 그림자의 강도가 측정되고, 광 센서들에 의해 결정된 데이터는 데이터 처리장치에 의해 처리되고, 풍력장치의 정지는 광과 그림자 사이의 차이가 태양의 예정된 위치가 취해질 때의 예정치를 초과하는 경우 실행되는 것을 특징으로 하는 풍력장치.
8. 제 7 항에 있어서,

   적어도 3개의 균일하게 이격된 센서들이 풍력장치 주위에 배열된 것을 특징으로 하는 풍력장치.
9. 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,

   풍력장치는 디스플레이 장치를 구비하고, 이 디스플레이 장치에 의해 그림자에 기초한 정지 상태가 재생될 수 있는 것을 특징으로 하는 풍력장치.
10. 제 6 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,

    저장된 태양 위치를 넘어서 추가의 생활방해(immission) 지점들에 대한 태양의 새로운 위치가 저장될 수 있고, 이러한 저장은 적절한 프로그래밍에 의해 실행되는 것을 특징으로 하는 풍력장치.
11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 의한 다수의 풍력장치를 구비한 풍력 발전소.

Images