KR20110030170A - 지능형 수력 하이브리드 풍력발전기 - Google Patents

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Abstract

해양이나 호수에 설치되는 전력계통 연계 지능형 대형 수력 하이브리드 풍력발전기에 관한 것으로서 수력 하이브리드 풍력발전기를 지지하는 기둥의 내부를 상부 저수조로 이용할 수 있으며, 풍력터빈을 이용하여 해수 또는 담수를 직접 상부 저수조로 펌핑하고 상부 저수조의 하부에 위치하는 수력터빈발전기에서 전력을 생산함으로써, 풍속의 급격한 변화에도 발전기의 출력을 일정하게 제어할 수 있고 상부 저수조의 저수 용량을 조절하여 바람이 불지 않을 경우의 발전량을 조절할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 수력 하이브리드 풍력발전기는 풍량 정보와 함께 수조로 펌핑되는 유량과 취수량 그리고 발전에 사용되는 유량과 발전량으로부터 발전출력 정보와 함께 향후 발전가능량 정보를 전력계통운영자(SO) 또는 중앙통제소로 제공하며 전력계통운영자 또는 중앙 통제소의 명령 또는 발전가격정보를 받아 자동으로 제어할 수 있는 쌍방향 통신 및 제어 기능을 갖는다.
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Description

지능형 수력 하이브리드 풍력발전기{SMART HYDRO HYBRID WIND GENERATOR SYSTEM}
본 발명은 수력 하이브리드 풍력발전기에 관한 것으로서, 특히 해양이나 호수에 설치되는 전력계통 연계 지능형 대형 수력 하이브리드 풍력발전기에 관한 것이다.
풍력발전기는 효율과 소음 때문에 대형화하고 있다. 그러나 종래의 풍력발전기의 출력은 바람의 세기에 따라 급격히 변화하기 때문에 전력계통에 연계할 때 전력계통 운용 및 제어에 상당한 어려움이 있다.
배터리와 같은 저장장치를 갖고 있는 풍력발전기는 배터리와 이를 충전하기위해 직류로 변환하고 전력계통에 교류로 보내기 위한 컨버터가 필요하다. 그러나 배터리의 가격이 매우 고가이므로 대규모 풍력발전기에 적용이 곤란하다. 아울러 배터리의 충방전 횟수에 한계가 있고 급속으로 충방전이 곤란하므로 출력이 급격히 변하는 풍력발전기에 적용하기 어렵다.
종래의 풍력발전기의 발전량과 출력은 예측할 수 없다. 따라서 전력계통망 운영자에게 발전가능 정도에 대한 정보를 제공할 수 없고 외부에서 발전량을 제어 할 수 없다.
종래의 풍력발전기는 풍속에 따라 발전 효율을 최적화하기 위해 터빈 블레이드의 피치를 조절하지만, 아주 강한 바람이 불 경우에는 풍력발전기와 블레이드 보호를 위해서 브레이크를 사용하여 발전을 조절하거나 동작을 멈추기 때문에 효율이 떨어진다.
종래의 기술은 양수 발전소를 풍력발전기에서 생산된 전기로 펌프를 구동하여 양수하는 것인데 이는 물을 펌핑하는 과정과 발전 과정이 중복되어 효율이 떨어지며, 상당한 크기의 전력계통 설비가 필요하므로 대규모 투자가 수반되어 경제성이 떨어진다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 풍력발전기를 지지하는 기둥의 내부를 상부 저수조로 이용하며 풍력터빈을 이용하여 해수 또는 담수를 직접 상부 저수조로 펌핑하고, 상부 저수조의 하부에 위치하는 터빈에 연결된 수력터빈발전기에서 전력을 생산하는 수력 하이브리드 풍력발전기로서 풍속의 급격한 변화에도 수력터빈발전기의 출력을 일정하게 제어할 수 있고, 상부 저수조의 저수 용량을 조절하여 바람이 불지 않을 경우에도 발전량을 조절할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
호수나 해상에 적용시에는 호수나 해양의 물을 직접 취수하며, 호수나 해양의 물을 직접 취수할 수 없는 경우에는 수력터빈을 구동하기 위한 물을 보관하는 상부 저수조(취수조 또는 고(高)수조라고도 함) 뿐만 아니라 상부 저수조로 물을 공급하고 상부 저수조에서 배출된 물을 저장하기 위한 별도의 하부 저수조(저(低)수조라고도 함)를 갖춘다. 발전량의 규모를 고려하여 취수/발전 유량과 상하부 저수조 규모가 결정된다.
이러한 목적은 본 발명에 의해 달성되는데, 본 발명에 따른 수력 하이브리드 풍력발전기는 수력 하이브리드 풍력발전기로서, 물을 담아두기 위해 지상에 존재하는 상부 저수조;와, 상부 저수조의 물이 아래로 흐르는 힘을 원동력으로 작동하는 수력터빈을 포함하고 수력터빈의 작동에 의해 전력을 생성하는 수력터빈발전기 및, 바람을 원동력으로 하여 작동하는 풍력터빈을 포함하고, 상기 풍력터빈은 바람의 힘을 받는 블레이드와, 블레이드와 결합되어 블레이드가 바람의 힘을 받으면 회전하는 로터와, 로터의 회전축을 이루고 로터가 회전하면 함께 회전하는 구동축과, 상부 저수조로 물을 이동시키기 위한 펌프와, 구동축과 맞물려서 구동축의 회전력을 펌프로 전달하는 베벨기어와, 베벨기어와 펌프사이에 연결되어 구동축의 회전력을 펌프에 전달할지 여부를 제어하는 클러치 및 블레이드와 로터와 구동축을 지면으로부터 높이 위치시키기 위해 블레이드와 로터와 구동축을 지지하는 기둥을 포함한다. 본 발명에 따른 수력 하이브리드 풍력발전기는 상기 기둥의 내부에 상기 상부 저수조를 설치한 구조를 가질 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 수력 하이브리드 풍력발전기는 상기 풍력터빈이 2이상 존재하고, 2이상의 풍력터빈들이 상부 저수조를 공유하여 1개의 수력터빈발전기로 발전할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 수력 하이브리드 풍력발전기는 풍속, 상부 저수조의 수위, 입수량, 출수량, 및 수력터빈발전기 출력을 모니터하여 발전 가능량을 산출하고, 이를 근거로 유량을 조절하여 발전량을 조절하는 제어장치를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 수력 하이브리드 풍력발전기는 운영자로부터 명령을 받아 유량을 조절하여 발전량을 조절할 수 있는 제어장치를 더 포함하거나, 전력 판매 가격이 높을 때는 발전량이 최대가 되도록 유량을 조절하고, 전력 판매 가격이 낮을 때는 상부 저수조의 수위가 최대가 되도록 유량을 조절함으로써 발전량을 조절할 수 있는 제어장치를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 수력 하이브리드 풍력발전기는 상부 저수조의 수면보다 수면이 아래에 존재하고 상부 저수조로부터 배출된 물을 저장하는 하부 저수조를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 수력 하이브리드 풍력발전기는 전력계통으로부터 전력을 공급받아, 상기 수력터빈발전기를 역가압하여 수력터빈을 역회전하여 상부 저수조로 물을 펌핑할 수 있다.
본 발명에 의한 수력 하이브리드 풍력발전기는 수력 하이브리드 풍력발전기를 지지하는 기둥의 내부를 상부 저수조로 이용하며 풍력터빈을 이용하여 해수를 직접 상부 저수조로 펌핑하고 상부 저수조의 하부에 위치하는 수력터빈발전기에서 전력을 생산하는 풍력 수력 하이브리드 풍력발전기로서 풍속의 급격한 변화에도 수력 하이브리드 풍력발전기의 출력을 일정하게 제어할 수 있고 상부 저수조의 저수 용량을 조절하여 바람이 불지 않을 경우의 발전량을 조절할 수 있다.
본 발명에 의한 수력 하이브리드 풍력발전기는 또한 풍량 정보와 함께 수조로 펌핑되는 유량과 상부저수조의 수위(취수량) 그리고 발전에 사용되는 유량과 발전출력과 함께 가능한 발전량에 대한 예측 정보를 전력계통운영자(SO)에게 제공하며 전력계통운영자 또는 중앙 통제소에서 명령 또는 발전가격정보를 받아 발전량을 제어할 수 있다.
본 발명에 의한 수력 하이브리드 풍력발전기는 복잡한 변속장치, 전력변환장 치, 이차 전지 등이 필요하지 않은 간단한 구조이고, 가격이 비싼 이차전지, 전력변환장치, 변속장치 등을 사용하지 않으므로 대규모 수력 하이브리드 풍력발전기에 적용할 경우에 설비투자비용 측면에서 경제성이 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 다수의 취수터빈이 취수하여 1~2 개의 발전 터빈이 있는 구조로 상부 저수조의 공동이용이 가능하다.
저 회전-고토크의 펌핑용 풍력 취수터빈을 이용하므로 종래의 발전용 풍력발전기의 고 회전-저토크의 풍력 터빈처럼 전력계통 주파수와 발전기의 회전속도를 맞추기 위해 회전수를 높이는 고가의 증속 장치가 필요 없으며, 회전수를 일정하게 유지할 필요가 없기 때문에 효율이 최대가 되는 풍속에 맞는 최적 회전수로 운전이 가능하다. 또한, 고토크 저속 날개를 이용하므로 강풍이 불어도 날개가 빨리 회전하지 않아 회전 속도가 느리므로 기기 진동 측면에서도 유리하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수력 하이브리드 풍력발전기의 구조를 도시한 개략도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 수력 하이브리드 풍력발전기의 구성을 도시한 블록도이다.
본 발명의 실시예에 따른 수력 하이브리드 풍력발전기(100)는 블레이드(102), 로터(104), 구동축(106), 베벨기어(108), 클러치(110), 펌프(112), 상부 저수조(114), 수력터빈발전기(116), 기둥(120)을 포함한다.
블레이드(blade)는 바람의 힘을 받는 장치이고, 로터는 블레이드가 결합되는 장치로서, 블레이드에 의해 바람의 힘을 전달받아 회전할 수 있다. 구동축은 로터 의 회전축을 이루고 로터가 회전하면 함께 회전하는 장치이다.
상부 저수조는 수력발전을 위해 사용될 물을 담아두기 위한 용기로서, 일반적으로 지상에 존재한다. 수력터빈발전기는 상부 저수조의 물이 아래로 흐르는 힘을 원동력으로 작동하는 수력터빈을 포함하고 수력터빈의 작동에 의해 전력을 생성한다.
수력발전을 위한 물의 근원적인 공급원은 바다, 호수 등이 될 수 있다. 하지만, 바다, 호수 등의 물의 공급원이 없더라도 별도의 저수조를 설치하여 물의 근원적인 공급원으로 이용할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따라서는 수력 하이브리드 풍력발전기는 하부 저수조를 더 포함할 수 있다. 하부 저수조는 상부 저수조의 수면보다 수면이 아래에 존재하고, 상부 저수조로부터 배출된 물을 저장한다.
펌프는 상부 저수조로 물을 이동시키기 위한 장치이고, 베벨기어는 상술한 구동축과 맞물려서 구동축의 회전력을 펌프로 전달하는 장치이고, 클러치는 베벨기어와 펌프사이에 연결되어 구동축의 회전력을 펌프에 전달할지 여부를 제어하기 위한 장치이다.
기둥은 블레이드 및 로터를 지면에서 떨어진 상공에 위치하도록 하는 구조물로서, 일반적으로 블레이드, 로터, 구동축, 베벨기어를 지면으로부터 지지한다. 본 발명의 실시예에 따르면, 이 기둥의 내부에 상부 저수조를 설치할 수도 있다.
블레이드가 바람의 힘을 받으면 로터가 회전하고, 이 회전력이 구동축과 베벨기어를 통해 펌프로 전달되고, 펌프가 작동하여 물을 아래에서 위로 끌어올려 상부 저수조에 저장한다. 상부 저수조의 하부에 수력터빈발전기를 설치하고, 상부 저 수조의 물을 배출하여 수력터빈발전기를 구동하면 전력이 생성된다. 수력터빈으로는 예컨대, 펠톤터빈을 쓸 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라서 상부 저수조를 공유하는 수력 하이브리드 풍력발전기의 구조를 도시한 개략도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따라서 상부 저수조를 공유하는 수력 하이브리드 풍력발전기의 구성을 도시한 블록도이다.
바람을 원동력으로 하여 작동하는 풍력발전기의 구성요소를 풍력터빈이라고 한다. 본 발명의 실시예에 따른 풍력터빈은, 바람의 힘을 받는 블레이드, 블레이드와 결합되어 블레이드가 바람의 힘을 받으면 회전하는 로터, 로터의 회전축을 이루고 로터가 회전하면 함께 회전하는 구동축, 상부 저수조로 물을 이동시키기 위한 펌프, 구동축과 맞물려서 구동축의 회전력을 펌프로 전달하는 베벨기어, 블레이드와 로터와 구동축을 지면으로부터 높이 위치시키기 위해 블레이드와 로터와 구동축을 지지하는 기둥을 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 풍력터빈이 2이상 존재하는 경우에, 2이상의 풍력터빈들이 상부 저수조를 공유하여 1개의 수력터빈발전기로 발전할 수 있다.
도 5는 종래의 수력 하이브리드 풍력발전기의 출력 대비 본 발명의 실시예에 따른 수력 하이브리드 풍력발전기의 출력변화를 도시한 도면이다.
종래의 수력 하이브리드 풍력발전기는 풍속에 따라서 출력이 급격하게 변하는 경우가 있지만, 본 발명에 따른 수력 하이브리드 풍력발전기에서는 출력변동이 급격하게 변하지 않음을 알 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 수력 하이브리드 풍력발전기의 제어장치의 입력 및 출력을 도시한 개략도이고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 수력 하이브리드 풍력발전기의 운전 설정을 위한 상부 저수조 수위의 단계를 도시한 도면이다.
본 발명에 따른 수력 하이브리드 풍력발전기는 유량을 조절하는 제어장치를 더 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 제어장치는 풍력터빈의 출력(621), 수력터빈발전기의 출력(622), 출수량(623), 입수량(624), 상부 저수조의 수위(625), 풍속(626) 등을 모니터하여 발전 가능량을 산출할 수 있고, 이를 근거로 수(水)량을 조절하는 기능을 가진다.
풍력터빈의 출력은 바람에 의해 상기 구동축이 회전하는 회전력을 말하고, 수력터빈발전기의 출력은 상부 저수조의 물을 배출하여 수력터빈발전기를 구동시켜서 발생되는 전력을 말한다. 상부 저수조에 담겨 있는 물의 양을 저수량이라고 하고 상부 저수조의 수위에 의해 산출될 수 있고, 저수량 또는 상부 저수조의 수위는 저수량계에 의해 측정된다. 또한, 펌프에 의해서 상부 저수조로 흘러들어가는 단위시간당 물의 양을 입수량이라고 하고, 상부 저수조에서 수력터빈발전기로 공급되는 단위시간당 물의 양을 출수량이라고 하는데, 입수량과 출수량은 유량계를 이용하여 측정될 수 있다. 풍속은 바람의 속도를 말하며, 풍속계에 의해서 측정될 수 있다.
일반적으로, 본 명세서에서의 유량이라는 용어는 물이 흐르는 양을 의미하는 것으로서, 유량을 조절한다고 함은 입수량과 출수량을 조절한다는 것을 의미한다.
상부 저수조의 물은 상부 저수조와 수력터빈발전기 간의 수로에 설치된 밸브의 조절에 의해 유량이 조절되어 수로를 통해 수력터빈발전기로 공급되어 수력터빈 을 돌려서 발전을 한다. 이때 밸브를 통해 흘러나가는 출수량과 수력터빈발전기에서의 출력을 측정할 수 있다. 이렇게 측정된 저수량, 입수량, 출수량, 수력터빈발전기의 출력에 대한 신호는 제어장치로 보내진다. 제어장치는 순간 풍속, 입수량, 저수량(또는 상부 저수조의 수위), 출수량, 및 수력터빈발전기의 출력으로부터 수력 하이브리드 풍력발전기의 총발전 출력의 범위와 발전량을 산출하고, 풍속의 변화량에 따른 발전량을 예측한다.
본 발명에 따른 제어장치는, 또 다른 실시예에 따르면, 전력계통운영자가 보내 주는 가격 정보에 따라 전력 판매 가격이 최대가 되도록 유량을 조절하여 발전량을 조절하는 기능을 가지는데, 이러한 조절은 발전 가능 범위 내에서 전력 판매 가격이 높을 때 발전량이 최대가 되도록 유량을 조절하고, 전력 판매 가격이 낮을 때는 상부 저수조의 수위가 최대가 되도록 유량을 조절함으로써 가능하다. 즉, 전력 판매 가격이 높을 때는 발전된 전력을 전력계통에 공급하는 비율을 높히고, 전력 판매 가격이 낮을 때는 전력 판매 가격이 높을 때에 대비하여 상부 저수조의 수위가 높아지도록 입수량과 수력 하이브리드 풍력발전기의 출력을 조절할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 제어장치는 발전량을 조절하기 위해, 클러치를 제어하여(721, 723) 상부 저수조의 수위를 설정하거나 입수량을 조절할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 수력 하이브리드 풍력발전기는 전력계통으로부터 전력을 공급받아, 상기 수력터빈발전기를 역회전하여 상부 저수조로 물을 펌핑할 수 있는데, 이러한 기능은 바람이 불지 않는 경우 전력 판매 가격이 낮을 때에 전력 판매 가격이 높을 때를 대비하여 상부 저수조의 수위가 높아지도록 하는데 유용하다.
수력발전 가능 시간(645)은 현재 상부 저수조 수위(625)와 출수량(623)을 이용하여 제어장치(610)에서 수학식 1과 같이 계산되어 운영자 및 현장운전자에게 전송된다. 수학식 1에서 A는 상부 저수조의 수평단면적으로 L·A는 상부 저수조의 체적이다.
Figure 112009057341496-PAT00001
저수 예상 소요시간(646)은 만수위(711; Lmax)와 현재 수위(625)와의 차이를 순수 유입량인 입수량(624)과 출수량(623)의 차이가 채우는 데 걸리는 예상시간이다. 저수 예상 소요 시간(646)은 현재 상부 저수조 수위(625), 입수량(624) 및 출수량(623)을 이용하여 제어시스템(610)에서 수학식 2와 같이 계산되어 발전기 운영자에게 전송된다.
Figure 112009057341496-PAT00002
본 발명의 실시예에 따른 제어장치는 운영자로부터 명령을 받아 유량을 조절하여 발전량을 조절하는 기능을 가진다. 운영자는 유무선 통신장치를 통하여 제어장치에 발전량을 조절하는 명령을 내릴 수 있고, 이때, 수력터빈발전기의 노즐의 개도를 조절하여, 출수량과 수력터빈발전기의 출력을 조정할 수 있고, 이로써 수력 하이브리드 풍력발전기의 총 발전 출력을 조절할 수 있다.
가능한 발전량, 출력범위, 예측되는 발전량은 통신장치를 통해 운영자(전력계통운영자 또는 발전조정실)에게로 전송된다. 이를 수신한 운영자는 통신장치를 통해 제어명령을 제어장치로 보낼 수 있고, 제어장치는 운영자가 보낸 정보에 따라 발전량을 조절할 수 있다.
수력 하이브리드 풍력발전기의 설치와 관련하여, 입지선정과 설계시에 풍속자료을 바탕으로 상부 저수조의 용량을 결정하여 바람이 불지 않을 경우의 최대 발전량을 미리 산출할 수 있다.
원격에 위치한 운영자는 스마트 수력복합 수력 하이브리드 풍력발전기로부터 전송되는 원격자동운전 가능 신호(644)의 상태에 따라서, 즉 원격자동운전 가능 신호(644)의 상태가 온(on)되면, 원격 운전 신호(641)를 전송함으로써 본 발명에 따른 수력 하이브리드 풍력발전기의 운전을 원격에서 조정할 수 있다. 원격에서 뿐만 아니라 수력 하이브리드 풍력발전기의 현장 운전자는 제어장치로부터 전송되는 모든 신호(641 내지 646)를 감시하거나 설정할 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따라서 선택할 수 있는 운전 모드를 도시한 도면이다.
본 발명의 실시에에 따른 수력 하이브리드 풍력발전기는 상부 저수조의 수위에 따라 운전 모드를 변경할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 수력 하이브리드 풍력발전기는 하나 이상의 운전 모드를 제공할 수 있는데, 이러한 운전 모드 에는 현재 풍속에서의 최대 풍력발전과 보유하고 있는 저수량을 모두 활용하여 최대 수력발전을 동시에 수행하는 풍속 추종 및 수력발전 복합 모드(817), 풍력 에너지 모두를 수력발전을 위해 사용하는 최대 수력발전 모드(816), 원격 또는 로컬에서 주어진 목표 발전량을 만족시키도록 자동으로 풍력발전과 수력발전을 제어하는 자동 운전 모드(814), 그리고 수동 운전 모드(815)가 포함된다.
풍속 추종 및 수력발전 복합 모드(817)에서 풍력 터빈은 풍속을 추종하여 최대 출력내도록 제어되며, 수력발전은 보유하고 있는 저수량을 이용하여 최대 수력 발전이 가능하도록 운전된다. 이때 저수량의 제어는 풍속이 발전 최소기준보다 낮을 경우 풍력 에너지를 모두 저수를 위해 사용하고 수력은 이를 이용하여 최대 발전이 되도록 운전할 수 있도록 제어방법을 변형시킬 수 있다.
풍속 추종 및 수력발전 복합 모드(817)는 현재 전력시장에서 풍력발전의 거래 단가가 최대일 경우 판단 기준(812)에 따라 자동으로 또는 운영자나 운전자의 선택(812)에 의해 강제적으로 선택되어 질 수 있다.
원격 자동 운전(814)은 현재 수위(625)가 지정수위보다 높은 경우(712)에 가능하며 원격지의 운전자 선택(641,813)에 의해 선택된다. 로컬 자동 운전(814)은 현재 수위(625)가 지정수위보다 높은 경우(712)에 가능하며 로컬 운전자 선택(813)에 의해 선택된다. 매뉴얼 운전 모드(815)는 로컬 운전자의 임의 선택에 의한다.
본 명세서에 사용된 용어는 단지 구체적인 실시예를 서술하기 위한 목적이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 또한, 상술한 내용 및 그 등가물들은 다양한 형태로 구현될 수 있다는 것이 상기 설명으로부터 이해될 것이다. 그러므 로, 본 발명에 대한 설명이 특정 실시예와 관련하여 서술되었지만, 본 발명의 진정한 범위는 이하의 청구항들 및 당업자들에게 그 자체로 연상될 수 있는 임의의 등가물들을 포함하며, 본 명세서에서 서술된 특정 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수력 하이브리드 풍력발전기의 구조에 대한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 수력 하이브리드 풍력발전기의 구성을 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라서 상부 저수조를 공유하는 수력 하이브리드 풍력발전기의 구조에 대한 개략도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라서 상부 저수조를 공유하는 수력 하이브리드 풍력발전기의 구성을 도시한 블록도이다.
도 5는 종래의 수력 하이브리드 풍력발전기의 출력 대비 본 발명의 실시예에 따른 수력 하이브리드 풍력발전기의 출력변화를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 수력 하이브리드 풍력발전기의 제어장치의 입력 및 출력에 대한 개략도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 수력 하이브리드 풍력발전기의 운전 설정을 위한 상부 저수조 수위의 단계를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따라서 선택할 수 있는 운전 모드를 도시한 도면이다.

Claims (8)

  1. 수력 하이브리드 풍력발전기로서,
    물을 담아두기 위해 지상에 존재하는 상부 저수조;와,
    상부 저수조의 물이 아래로 흐르는 힘을 원동력으로 작동하는 수력터빈을 포함하고 수력터빈의 작동에 의해 전력을 생성하는 수력터빈발전기; 및,
    바람을 원동력으로 하여 작동하는 풍력터빈;을 포함하고,
    상기 풍력터빈은,
    바람의 힘을 받는 블레이드;와,
    블레이드와 결합되어 블레이드가 바람의 힘을 받으면 회전하는 로터;와,
    로터의 회전축을 이루고 로터가 회전하면 함께 회전하는 구동축;과,
    상부 저수조로 물을 이동시키기 위한 펌프;와,
    구동축과 맞물려서 구동축의 회전력을 펌프로 전달하는 베벨기어;와,
    베벨기어와 펌프사이에 연결되어 구동축의 회전력을 펌프에 전달할지 여부를 제어하는 클러치; 및
    블레이드와 로터와 구동축을 지면으로부터 높이 위치시키기 위해 블레이드와 로터와 구동축을 지지하는 기둥;을 포함하는, 수력 하이브리드 풍력발전기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기둥의 내부에 상기 상부 저수조를 설치한 구조를 가지는, 수력 하이브리드 풍력발전기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 풍력터빈이 2이상 존재하고,
    2이상의 풍력터빈들이 상부 저수조를 공유하여 1개의 수력터빈발전기로 발전하는, 수력 하이브리드 풍력발전기.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 수력 하이브리드 풍력발전기는 풍속, 상부 저수조의 수위, 입수량, 출수량, 및 수력터빈발전기 출력을 모니터하여 발전 가능량을 산출하고, 이를 근거로 유량을 조절하여 발전량을 조절하는 제어장치를 더 포함하는, 수력 하이브리드 풍력발전기.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 수력 하이브리드 풍력발전기는 운영자로부터 명령을 받아 유량을 조절 하여 발전량을 조절하는 제어장치를 더 포함하는, 수력 하이브리드 풍력발전기.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 수력 하이브리드 풍력발전기는 전력 판매 가격이 높을 때는 발전량이 최대가 되도록 유량을 조절하고, 전력 판매 가격이 낮을 때는 상부 저수조의 수위가 최대가 되도록 유량을 조절함으로써 발전량을 조절하는 제어장치를 더 포함하는, 수력 하이브리드 풍력발전기.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상부 저수조의 수면보다 수면이 아래에 존재하고, 상부 저수조로부터 배출된 물을 저장하는 하부 저수조;를 더 포함하는, 수력 하이브리드 풍력발전기.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    전력계통으로부터 전력을 공급받아, 상기 수력터빈발전기를 역가압하여 수력터빈을 역회전하여 상부 저수조로 물을 펌핑하는, 수력 하이브리드 풍력발전기.
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