KR20080097147A - 수중 발전장치의 구동렬 - Google Patents

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KR20080097147A
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generator
fluid coupling
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controllable fluid
power
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KR1020080040476A
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바스테크 안드레아스
루다스 번하드
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보이트 파텐트 게엠베하
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Abstract

본 발명은 수류에 의해 구동되는 발전장치에 관한 것으로서,
수차(2), 발전기(3), 상기 수차(2)와 발전기(3) 사이의 구동렬(1)을 포함하여 구성되며,
상기 구동렬(1)은 발전기(3)로 파워를 독점적으로 전송하는 제어가능한 유체 커플링(4)을 구비하는 것을 특징으로 하는 발전장치이다.
발전장치, 수차, 수력발전

Description

수중 발전장치의 구동렬{A drive train for a submarine power generation plant}
본 발명은 수류, 특히 해양 조류에 의해서 구동되는 수중 발전장치의 구동렬에 관한 것이다. 본 발명은 또한 그러한 수중 발전장치를 작동하는 방법에 관한 것이다.
수중 발전장치는 댐 구조에 무관하게 수류 내에 자유롭게 설치된다. 그러한 발전장치는 해양 조류로부터 발전을 하기 위해서 사용되며, 특히 바람직하게는 간만 조류를 이용하기 위해서 사용된다. 그러한 수중 발전장치에 관련되는 구성요소들로는 수차와 발전기가 있으며 이들은 통상적으로 곤돌라 내에 일체화되어 있거나 곤돌라 주위로 회전하도록 배치된다. 곤돌라는 통상적으로 해양 바닥에 기초물로서 설치된 지지 구조에 고정되거나, 타이 로드 시스템에 의해서 위치가 유지되는 부유 유닛에 고정된다.
발전을 위해 사용되는 대부분의 수류에는 수류 상태의 요동(fluctuations)이 있다. 그러한 주변 수류 내 이용가능한 운동 에너지의 변화는 특히 해양 조류에서 현저하다. 예를 들어, 간만 조류에서는 유속이 주기적으로 변화하며 수류의 방향이 역으로 되기도 한다. 나아가, 평균 유속은 무시할 수 없는 요동에 의해서 중첩된다. 이와 같이 시간적으로 변화하는 파워 공급으로 인해서 주변 수류에 의해 구동되는 수차는 변화하는 회전 속도를 갖는 난점이 있고, 가장 단순하게 수차와 발전기가 직결되는 경우에 높은 효율을 얻기 위해서는 발전기를 주파수 변동 방식으로 구성할 필요가 있다. 그 자체가 장치의 파워 요소이며 고장에 취약한 주파수 변환기가 통상적으로 네트워크 연결 및 속도 제어를 위해 사용된다.
이에 따라, DE 10 2004 058 258 A1에서는 직접적으로 네트워크 연결되고 정상 작동 중에 정주파수로 회전하는 발전기를 갖는 발전장치를 개시하고 있다. 그와 같은 정주파수 발전기에 가변 속도 수차를 연결하기 위해 상기 문헌에서 제시하고 있는 기술은, 파워 분할(power-splitting) 기어가 파워를 두 개의 파워 브랜치로 분할하고 파워 브랜치는 출력측에서 유체 구성요소에 의해서 연결되며, 상기 유체 구성요소는 파워 분할 기어의 기어비 및 파워 분할비를 조절하여 주파수 록킹된 발전기 구동을 실현하도록 한 파워 분할 구동렬 구성 기술이다.
수중 발전장치의 구동렬에 대한 파워 분할 구성은 구성 및 제작의 복잡도가 높다는 점 및 회전 방향을 역으로 할 수 없다는 단점이 있다. 또한, DE 10 2004 058 258 A1에서 개시된 발명은 발전장치의 정격 최대 파워에 도달하였을 때 구동렬 자체를 통해서 록킹할 수 있는 가능성을 전혀 제공하지 못한다. 이를 위해서는 수차의 기하학적 구조나 수류에 대한 피치 각도를 변경해서 주변 수류로부터의 소요 파워(power take-up)를 제한되게 할 필요가 있다. 프로펠러 형태로 구성된 수차의 경우에는, 상기 목적을 위해서 통상적으로 피치 각도를 변경한다. 이와 같이 이 방식에는 구성 및 제어 상에 과다한 노력이 요구되는 바, 고장 없이 견고한 발전장치 설계에 바람직하지 않으며 수차의 제작 및 유지에 높은 비용이 소요된다.
본 발명은 단순하고 견고한 구성을 특징으로 하는 수중 발전장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 이를 위해서는, 수류 상태가 시간에 따라 변하는 경우 특히 주기적인 수류 및 요동이 발생되는 경우에도, 발전기를 정속으로 구동하고 발전기를 네트워크에 직접 연결하는 것이 가능하도록 발전장치의 구동렬을 구성하여야 한다. 나아가, 정지상태로부터 네트워크 동기화 작동까지 가이드될 수 있으며, 정격 최대 파워에 도달하면 주변 수류에 대한 수차의 피치 각도 또는 기하학적 변경이 전혀 없이도 록킹이 가능한 발전장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명자는 수차와 발전기 사이에, 파워 흐름을 전달하기 위한 제어가능한 유체 커플링을 개재하는 것이 필요하다는 것을 인식하였다. 유체 커플링은 펌프 휠로 사용되는 적어도 하나의 1차 휠과 터빈 휠이라고 불리며 그쪽으로 모멘트 전송이 행해지는 적어도 하나의 2차 휠을 포함한다. 유체 커플링은 가이드 휠을 포함하지 않으며, 따라서 유체 커플링의 환상(toroidal) 작동 챔버 내에서 회전하는 작동 매질의 환상 유동이, 모멘트 밸런스의 결과로, 1차 휠에 의해서 인가된 모멘트에 대응하는 반작용(reaction) 모멘트를 2차 휠로 전송한다. 모멘트 전송을 위해서는 유채 커플링 내에 어떤 슬립이 필요하므로, 1차 휠은 언제나 2차 휠보다 높은 속도를 갖는다. 존재하는 슬립에 따라 유체 커플링에 의해서 전송될 수 있는 모멘트는 성능계수 λ에 대한 특성 패밀리 내 에서 결정될 수 있다. 성능계수 λ는 유체 커플링이 작동 매질에 의해 충진되는 정도(충진도)에 의존하며, 그 결과로 유체 커플링의 제어성이 구현된다.
제어가능한 유체 커플링을 수차에 의해 구동하는 것은 간접적인 방식으로 됨이 바람직하다. 즉, 고정 기어비를 갖는 스피드 스텝이 구동렬 내의 수차와 제어가능한 유체 커플링 사이에 제공되어 유체 커플링의 효과적인 작동을 하도록 한다.
바람직한 한 실시예에 따르면 제어가능한 유체 커플링에는 직선식 날개 배치(straight blading)가 제공된다. 이는 유체 커플링을 양쪽 회전 방향으로 순환할 수 있게 한다. 이에 따라 양방향으로 회전하는 수차를 갖는 것이 가능하고, 따라서 변화하는 방향을 갖는 흐름, 특히 방향이 180도 변화하는 간만 조류에 대해서 추종하지는 않으면서도 파워를 취하는 수차를 사용해서 발전장치를 구성하는 것을 가능하게 한다. 그러나, 이러한 경우를 위해서는, 서로 다른 방향으로부터의 유체 유입이 가능하고 수차의 회전 방향은 수류 방향 변화의 결과로만 변화하도록 수차의 기하구조를 구성할 필요가 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 제어가능한 유체 커플링에는 사선식 날개 배치(oblique blading)가 제공된다. 이는 직선식 날개 배치에 비해서 높은 효율을 갖는 이점이 있다. 나아가, 구동렬에 미치는 발전기의 단락(short-circuit) 모멘트의 영향이 감소된다. 그러나 이 경우에는 수차가 단지 한 방향으로만 회전할 수 있어서, 유입 방향 변화에 대해 발전장치를 추종하도록 하는 것이 필요하다.
전기 네트워크에 대해 록킹된 정주파수 발전기의 정상 작동 상태에서는, 발전기의 회전속도가 거의 일정하게 되도록 전기 네트워크에 의한 지지가 있어서, 발 전기에 대한 파워공급에 따라서 본 발명에 따른 구동렬에 의한 모멘트 전송 및 그에 따라 유체 커플링의 슬립이 변하게 된다. 이는, 유체 커플링이 시스템에 내재하는 관성을 추가적으로 증가시킴에 의해서, 수류의 유동 속도 변화에 의해 발생되는 모멘트 충격을 보상하도록 한다.
제어가능한 유체 커플링 내부 작동 매질의 충진도를 조절함에 의해서, 수차에서 취해지는 모멘트에 따라 1차 측과 2차 측의 속도비를 조절하는 것이 가능하다. 그에 따라서, 주변 수류의 미리 결정된 속도에서 회전 속도를 의도적으로 조절함에 의해서 파워 입력을 조절하는 것이 가능하다. 이에 대해서, 발전장치의 정격 최대 파워에 도달한 때에 파워 록킹하기 위한 바람직한 방법을 참조하여 설명한다.
수차의 속도는 파워 입력이 증가할수록 높은 값으로 이동한다. 동시에, 제어가능한 유체 커플링에 의해서 발전기로 전송되는 모멘트는, 그 발전장치에 대해 미리 결정된 극한값-정격 최대 파워보다 작게 지정된 값-에 도달할 때까지 증가한다. 본 발명에 따르면, 이 경우에 발전장치가 감속되는데, 작동 매질의 일부가 제어가능한 유체 커플링으로부터 취해져서 성능계수 λ에 대한 특성 패밀리 내에서의 속도 및 모멘트 점프가 일어나도록 하는 방식으로 발전장치가 감속되며, 이는 유체 커플링에 의해서 전송되는 모멘트의 슬립에 대한 의존성이 변경됨을 의미한다. 이는 1차 측이 더 빠른 속도를 갖도록 하고, 더 빨리 회전하는 수차로 인해 성능계수의 변경을 가져온다. 수차의 회전 속도가 증가하여 수차의 성능계수가 감소하는 범위에까지 이르면, 주변 수류로부터의 수차의 소요 파워(취하는 파워)(power take-up)가 감소하고 그에 따라 희망하던 록킹 효과가 일어난다.
충진도를 제어함에 의해서 유체 커플링을 조정하여 수차의 회전 속도 및/또는 발전기 속도에 영향을 주게 되는 본 발명에 따른 작동 방법의 추가적인 실시예는 발전장치를 정지상태에서 가동하여 동기화시킨 다음 네트워크 연결시키는 것에 관련된다. 이 목적을 위해서, 우선은, 거의 방출된(discharged) 유체 커플링 상태에서, 수차, 그리고 수차와 제어가능한 유체 커플링 사이에 바람직하게는 제공되는 고정 기어비를 갖는 기어가 처음의 정지상태 또는 낮은 속도에서 속도가 올라간다.
일단 이것이 일어난 후에는, 유체 커플링에 대한 제어된 또는 조절된 매질 충진이 일어나서, 발전기와 같은 유체 커플링의 2차 측 하류에 따르는 구성요소들이 또한 작동된다. 제어가능한 유체 커플링 내의 충진도를 조절함에 의해서 동기식 발전기의 경우에는 수차 측에 약간의 초동기화 작동(supersynchronous operation)이 실현되도록 발전기의 회전 속도가 설정된다. 비동기식 발전기는 다른 제어 전략을 요한다. 이어서 발전기는 네트워크에 연결되되, 동기식 발전기의 경우에는 충분히 작은 위상각 편향(phase angle deviation)에서 연결된다.
본 발명에 의해 단순하고 견고한 구성을 특징으로 하는 수중 발전장치가 제공된다. 수류 상태가 시간에 따라 변하는 경우 특히 주기적인 수류 및 요동이 발생되는 경우에도, 발전기를 정속으로 구동하고 발전기를 네트워크에 직접 연결하는 것이 가능한 효과가 있다. 나아가, 정지상태로부터 네트워크 동기화 작동까지 가이드될 수 있으며, 정격 최대 파워에 도달하면 주변 수류에 대한 수차의 피치 각도 또는 기하학적 변경이 전혀 없이도 록킹이 가능한 발전장치 및 방법이 제공된다.
첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 발전장치의 구동렬(1)의 구성을 개략적으로 보인 것이다. 도면부호 2는 수차를 나타내며, 이는 예를 들면 프로펠러 방식으로 구성될 수 있다. 수차(2)는 발전기(3)를 간접적으로 구동한다. 발전기(3)는 동기 발전기일 수도 있고 비동기 발전기일 수도 있다. 발전기의 극의 개수는, 정상 작동시에 일정하게 되는 선택된 발전기 속도에 맞게 정해진다. 본 명세서의 경우에는, 예를 들어 6 극의 발전기가 사용된다. 본 발명에 따라, 구동렬(1) 내의 수차(2)와 발전기(3) 사이에 제어가능한 유체 커플링(4)이 파워 전달을 위해 놓여진다. 제어가능한 유체 커플링(4)의 작동 챔버 내의 작동 매질의 충진도를 조절함에 의해서 제어가 이루어진다. 충진도를 설정하는 장치가 당업자의 전문지식의 범위 내에서 설치될 수 있다. 예를 들면, 이를 위해서 스쿠핑(scooping) 파이프나 밸브가 사용될 수 있다. 이들은 도 1에 상세히 도시하지 않는다. 제어가능한 유체 커플링(4)의 충진도를 조절하기 위해 개루프/폐루프 제어 유닛(6)이 제공된다. 바람직한 실시예에 따르면, 제어 유닛(6)에는 적어도, 수차(2)의 회전 속도를 기술하는 제 1 파라미터와 발전기의 속도가 그로부터 유도될 수 있는 제 2 파라미터가 제공된다.
바람직한 실시예에 따르면, 제어가능한 유체 커플링(4)의 효율적인 작동을 위해서, 고정 기어비를 갖는 기어(5)가 일반적으로 저속으로 운행되는 수차(2)와 커플링 사이에 개재된다. 본 실시예에서는 수차의 속도가 80 내지 100 범위의 율(factor)로 증가된다. 시스템 구조에 따라서는 다른 비를 선택하는 것도 가능하며, 특히 유체 커플링의 작동을 효과적인 방식으로 가능하게 하기 위해 더 큰 비로 선택하는 것도 가능하다.
제어가능한 유체 커플링(4)은 직선식 날개 배치(straight blading)를 가질 수 있다. 이렇게 하면 양방향 모두로의 회전이 가능하며 이에 따라 수차(2)가 다른 회전 방향으로 구동될 수 있다. 수차(2)가 단지 한 방향으로만 회전하는 경우(예를 들어 주변 수류(ambient current flow)에 상대적인 방향 변화가 없거나 수차가 흐름을 따르는 경우)에는, 제어가능한 유체 커플링을 위해서 사선식 날개 배치(oblique blading)를 제공하는 것도 가능하며, 이는 효율을 향상시킨다.
제어가능한 유체 커플링(4)을 사용하면 주변 수류의 요동에 의해 수차가 받는 모멘트 충격(moment impulses)이 완화될 수 있다. 동시에, 제어가능한 유체 커플링은 발전기의 오실레이션(oscillations)을 완화시킨다. 오실레이션은 구동렬(1)로부터 야기될 수 있고, 또는 네트워크 명멸(flickering)과 같은 것을 통해서 네트워크 측으로부터 야기될 수도 있다.
본 발명에 따른 구동렬(1)은 변화하는 수차 회전 속도에 대해서 발전기를 고정 주파수로 동작할 수 있도록 한다. 이는 유체 커플링(4)으로부터 전달되는 모멘트 변화의 결과로 슬립(slip)이 변화하고 그 결과 1차 측으로부터 2차 측으로의 속도비가 변화함에 의해서 이루어진다. 이는, 정상 작동시 충진도가 소정값으로 설정되고, λ 값 특성 패밀리에서의 어떤 슬립 대 토크 진행을 따르게 되는 제어가능한 유체 커플링(4)의 경우에 중요하다. 제어가능한 유체 커플링(4)의 작동 챔버가 작동 매질로 충진되는 정도(충진도)에 대한 개루프 또는 폐루프 제어에 의해서 서로 다른 λ 값 특성 간의 전이가 추가적으로 이루어질 수 있다. 이는 특별한 작동 상황이 존재하는 작동 방식의 경우에 특히 필요하다. 이에 대해서, 본 발명에 따른 발전장치의 동기화(synchronization) 및 록킹(locking)에 관한 두 예를 참조하여 아래에서 설명한다.
정전 발전기(static electric generator)(3)와 구동렬(1) 내의 방출된(discharged) 유체 커플링(4)을 구비한 발전장치에 기초하여, 수차와 고정 기어비를 갖는 기어(5)와 같은 제어가능한 유체 커플링(4)의 1차 측에 배치되는 구성요소들의 스피드가 증가된다. 정격 속도에 도달되기까지는(발전기에 대해 초동기화(supersynchronous)), 방출된 유체 커플링(4) 또는 낮은 부분 충진(low partial filling)이 사용된다. 수차(2)의 준비작동(run-up)이 종료되면, 제어가능한 유체 커플링(4)에 대한 조절된 내지 제어된 충진이 이루어지게 되는데, 개루프/폐루프 제어 유닛(6)에 의해 미리 결정된 충진도 가이던스에 따라서 충진되되, 발전기(3) 샤프트의 속도가 어떤 회전 속도-동기식 발전기에서는 대략 동기 작동에 대응하는 속도이고 비동기식 발전기에서는 전기 네트워크의 주파수에 대응하는 속도-에 도달할 때까지 충진된다. 그 후에 발전기의 활성화가 시작되되, 동기식 발전기에서는 위상각 편향(phase angle deviation)을 최소한 후에 활성화를 시작한다.
추가적으로 유리한 작동 가이던스로서, 발전장치의 미리 결정된 정격 최대 파워에 이르는 고부하의 입력에 대해서 논의한다. 이를 위해서, 도 2는 수차(2)에 대한 파워 소요(power take-up)와 속도의 관계를 보인다.
속도 n1 까지는 바람직하게 파워가 증가하여 미리 결정된 정격 최대 파워 Pmax 까지 도달하며 발전장치의 록킹이 필요하게 된다. 본 발명에 따르면, 수차(2) 또는 수류에 관한 공격 지점(position of attack)에는 어떠한 변화도 없다. 그 대신에, 본 발명에 따라 구동렬(1)에서 사용되는 제어가능한 유체 커플링(4)에 의해서 록킹이 이루어진다. 이를 위해, 유체 커플링(4)은 부분적으로 방출되어서, 토크와 슬립 사이의 비가 λ특성 패밀리 내에서 또 다른 특성으로 변위되게 된다. 이런 특성 상의 점프는 속도 증가를 야기한다. 도 2는 예로서 속도 n2 를 보이고 있고, 제 1 충진도 및 정격 최대 전력에 관련되는 n1 과 위의 n2 사이에서의 커브 진행을 파선으로 보이고 있다. 이는 달리 말해서, 수차(2)가 록킹을 위한 더 높은 속도까지 가속되며, 그 더 높은 속도는 수차의 파워 소요가 저감되는, 수차의 성능계수 그래프 상의 어떤 범위에 달하도록 선택된다는 것을 의미한다. 이것이 도 3에 도시되어 있다.
도 3에서는 도 2에서 예로서 선택된 속도(n1 과 n2)가 다시 보여진다. 속도 n1 이 더 큰 속도 n2 에 비해서 더 높은 성능계수에 관련되어 있음을 볼 수 있으며, 이는 수차가 주변 수류로부터 덜 효율적인 방식으로 운동 에너지를 취하는 회전 속도 범위로 가이드 되었음을 의미한다. 그 결과, 본 발명에 따른 구동렬(1)로의 파워 입력은 바라는 대로 감소된다.
본 기술분야의 숙련된 기술자의 전문적 지식의 범위 내에서 본 발명의 추가적인 전개가 가능하다. 특히, 본 발명에 따른 발전장치의 구동렬(1)의 제어가능한 유체 커플링(4)의 1차 측 또는 2차 측에 파워 전송을 위한 추가적인 구성요소들을 제공하는 것이 가능하다. 이들은 고정 기어비를 갖는 기어 요소이거나 추가적인 유체역학 요소일 수 있다. 또한, 구동렬 내에 둘 이상의 유체 커플링(4)을 사용하되 파워 범위에 따라 교번하는 방식으로 작동시키거나 서로 병렬로 작동시키는 것도 가능하다.
도 1은 수차로부터 발전기로의 파워 흐름을 전달하는 제어가능한 유체 커플링을 갖는 일반 발전장치의 구동렬을 간략하게 보인 것이다.
도 2는 정격 최대 파워에 도달하였을 때 발전장치를 록킹하는 본 발명에 따른 작동 방식을 속도/파워 그래프로 보인 것이다.
도 3은 수차의 성능계수가 속도에 따라 변화하는 것을 개략적으로 보인 것이다.
<주요 도면부호에 대한 간단한 설명>
1: 구동렬 2: 수차
3: 발전기 4: 제어가능한 유체 커플링
5: 고정 기어비를 갖는 기어 6: 개루프/폐루프 제어 유닛

Claims (12)

  1. 수차(2), 발전기(3), 상기 수차(2)와 발전기(3) 사이의 구동렬(1)을 포함하여 구성되며,
    상기 구동렬(1)은 발전기(3)로 파워를 독점적으로 전송하는 제어가능한 유체 커플링(4)을 구비하는 것을 특징으로 하는 발전장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제어가능한 유체 커플링(4)은 유체 커플링(4) 내의 작동 매질의 충진도 설정에 의해서 조절되는 것을 특징으로 하는 발전장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 수차(2)와 상기 제어가능한 유체 커플링(4) 사이에 고정 기어비를 갖는 기어가 개재되는 것을 특징으로 하는 발전장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어가능한 유체 커플링(4)의 2차 휠이 발전기(3)와 직결되는 것을 특징으로 하는 발전장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발전기는 정상 작동 중에 정속으로 구동되고 상기 발전기는 전기 네트워크에 직결되는 것을 특징으로 하는 발전장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어가능한 유체 커플링(4)이 개루프/폐루프 제어 유닛(6)과 연결되어서 상기 제어가능한 유체 커플링(4)의 작동 매질 충진도가 조절됨에 의해서 수차(2)의 회전 속도 및/또는 발전기(3)의 속도가 조절되는 것을 특징으로 하는 발전장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어가능한 유체 커플링(4)이 직선식 날개 배치를 가져 수차(2)가 주변 수류에 의해서 양쪽 회전 방향으로 구동될 수 있는 것을 특징으로 하는 발전장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어가능한 유체 커플링(4)은 사선식 날개 배치를 갖는 것을 특징으로 하는 발전장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 수차(2)는 수류 유입 방향의 변화를 추종하도록 만들어지는 것을 특징으로 하는 발전장치.
  10. 주변 수류로부터 운동 에너지를 취하여서, 수차(2)와 발전기(3) 사이에 개재되어 독점적으로 파워를 전송하는 제어가능한 유체 커플링(4)을 써서 간접적으로 상기 발전기(3)를 구동하는 수차(2)를 구비하는 발전장치를 작동하는 방법으로서,
    상기 제어가능한 유체 커플링(4)의 작동 매질 충진도를 개루프 또는 폐루프 제어함에 의해서 상기 수차(2)의 회전속도 및/또는 상기 발전기(3)의 속도를 조절하는 단계를 포함하는 발전장치의 작동방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 발전장치의 정지에서 준비작동(run-up) 동안에는 상기 수차(2)와 1차 측의 구동렬 부분이 부분적으로 방출된 제어가능한 유체 커플링(4)을 써서 미리 결정된 속도까지 도달되고,
    1차 측이 미리 결정된 속도에 도달된 후에는 상기 제어가능한 유체 커플링(4)이 작동 매질로 부분적으로 충진되며, 그를 통해서 발전기(3)가 준비작동되고 제어가능한 유체 커플링(4)의 충진도 제어에 의해서 동기화 속도에 도달하고, 그 후 전기 네트워크에 발전기(3)가 연결되는 것을 특징으로 하는 발전장치의 작동방법.
  12. 제 10 항에 있어서, 발전장치의 정격 최대 파워에 도달하면 제어가능한 유체 커플링(4)의 작동 매질 충진도 감소가 이루어져서, 제어가능한 유체 커플링(4)의 슬립 증가에 따라 성능계수가 감소하는 범위까지 수차(2)의 회전 속도가 증가되는 것을 특징으로 하는 발전장치의 작동방법.
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7643928B2 (en) * 2004-01-05 2010-01-05 Bombardier Transportation Gmbh System and method for controlling the speed of a gas turbine engine
US20110057602A1 (en) * 2009-09-09 2011-03-10 John Boyd Miller Apparatus with electric element powered by a capacitive ceramic-based electrical energy storage unit (eesu) with charging interface and with on-board energy generation
TW201235559A (en) * 2011-02-22 2012-09-01 zuo-dong Lin Wind power generation device
BE1027092B1 (nl) * 2019-03-05 2020-10-05 Mataro Holding Bv Systemen en werkwijzen voor het opwekken van energie uit een vloeistofstroom
CN112128045B (zh) * 2020-09-23 2022-01-25 自然资源部第一海洋研究所 波浪能发电装置

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE454729C (de) * 1926-03-23 1928-01-16 Carl Schmieske Einrichtung zum Regeln von Fluessigkeitsgetrieben nach Art der Foettinger-Getriebe
DE1600191C2 (de) * 1966-05-07 1975-03-20 Voith Getriebe Kg, 7920 Heidenheim Hydrodynamische Bremse für Fahrzeuge
DE1775654C3 (de) * 1968-09-06 1975-04-30 Escher Wyss Gmbh, 7980 Ravensburg Hydrodynamischer Drehmomentwandler
US4160170A (en) * 1978-06-15 1979-07-03 United Technologies Corporation Wind turbine generator pitch control system
US4189648A (en) * 1978-06-15 1980-02-19 United Technologies Corporation Wind turbine generator acceleration control
DE8131395U1 (de) * 1981-10-28 1982-12-16 Voith-Turbo Gmbh & Co Kg, 7180 Crailsheim "schaufelrad einer stroemungsmaschine"
DE3811246A1 (de) * 1988-04-02 1989-10-12 Voith Turbo Kg Hydrodynamische bremse
DE9403850U1 (de) * 1994-03-08 1994-08-25 Roeben Ernst Dieter Drehzahlvariable Kopplung zwischen Rotor und Generator in einer Windkraftanlage zur Stromerzeugung
US6913437B2 (en) * 2000-08-30 2005-07-05 Voith Turbo Gmbh & Co. Kg Hydrodynamic component
DE10115561A1 (de) * 2001-03-28 2002-10-24 Voith Turbo Kg Hydrodynamische Kupplung
DE10314757B3 (de) * 2003-03-31 2004-11-11 Voith Turbo Gmbh & Co. Kg Antriebsstrang zum Übertragen einer variablen Leistung
DE10357292B4 (de) * 2003-12-05 2006-02-02 Voith Turbo Gmbh & Co. Kg Verfahren für die Steuerung eines Antriebsstrangs für eine Strömungskraftmaschine mit Drehzahlführung, Kraftstoßreduktion und Kurzzeitenergiespeicherung
DE10361443B4 (de) * 2003-12-23 2005-11-10 Voith Turbo Gmbh & Co. Kg Regelung für eine Windkraftanlage mit hydrodynamischem Getriebe
DE102004058258A1 (de) * 2004-12-03 2006-06-08 Voith Turbo Gmbh & Co. Kg Vorrichtung und Verfahren zur Erzeugung elektrischer Energie aus einer Meeresströmung
CA2627859A1 (en) * 2005-10-31 2007-05-10 Chapdrive As A turbine driven electric power production system and a method for control thereof

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US8039977B2 (en) 2011-10-18

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