KR20110087282A - 풍력발전소 - Google Patents

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KR20110087282A
KR20110087282A KR1020117010604A KR20117010604A KR20110087282A KR 20110087282 A KR20110087282 A KR 20110087282A KR 1020117010604 A KR1020117010604 A KR 1020117010604A KR 20117010604 A KR20117010604 A KR 20117010604A KR 20110087282 A KR20110087282 A KR 20110087282A
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제랄드 헤헨베르거
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제랄드 헤헨베르거
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Abstract

에너지 생산 공장 특히 풍력발전소는, 구동축, 제너레이터(8) 및 세 개의 구동장치들과 세 개의 동력분리장치(take-offs)를 가진 차동기어(11 내지 13)를 포함하고, 제 1 구동장치가 구동축에 연결되고, 동력분리장치가 제너레이터(8)에 연결되며, 동력분리장치가 제너레이터(8)에 연결되고, 제 2 구동장치가 차동 구동장치(6)에 연결되며, 차동기어(11 내지 13)가 유성기어이다. 차동 구동장치(6)가 차동기어(11 내지 13)의 선 휠(11)에 연결되고, 상기 차동 구동장치(6)가 차동기어(11 내지 13)으로부터 멀어지는 방향을 향하는 제너레이터(8)의 측부에 배열된다.

Description

풍력발전소{WIND POWER STATION}
본 발명은 에너지 발생 발전소 특히, 구동축, 제너레이터 및 세 개의 구동장치와 세 개의 동력 분리장치(take- offs)들을 가진 풍력 발전소에 관한 것이며, 제 1 구동장치는 구동축에 연결되고 동력분리장치는 제너레이터에 연결되며, 제 2 구동장치는 차동 구동장치(differential drive)에 연결되고, 차동기어는 유성기어(planetary gear)이다.
풍력발전소는 전기발생 발전소로서 중요성이 증가하고 있다. 그 결과, 바람에 의해 발생되는 동력의 백분율은 꾸준히 증가하고 있다. 따라서, 이것은 한편으로 동력품질에 대한 새로운 표준을 만들고 다른 한편으로 훨씬 더 큰 풍력발전소에 관한 트렌드를 만든다. 동시에 근해(off- shore) 풍력발전소에 관한 트렌드는, 적어도 5MW 의 설정출력 크기를 가진 발전소를 요구한다. 근해 영역에서 풍력발전소의 정비 또는 수리와 인프라스트럭쳐에 관한 고비용 때문에, 발전소의 효율과 유용성은 특별한 중요성을 가진다.
문헌 제 WO 2004/109157 A1 호에 공개된 복합 정수력 "다중경로(multipath)"의 개념은, 여러개의 병렬 차동 단계들과 여러개의 전환가능한 클러치들을 가지고 개별 경로들사이에서 전환될 수 있다. 상기 기술적 해결방법에 의하면, 정수력장치가 가지는 출력 및 따라서 손실이 감소될 수 있다. 그러나, 중요한 문제점은, 전체 유니트에 관한 복잡한 설계이다. 또한 개별 단계들사이의 전환은, 풍력발전소의 규정에 관한 문제를 가진다. 또한, 상기 공개문헌은, 제너레이터 축에 직접 작용하는 기계적 브레이크를 공개한다.
문헌 제 EP 1283359 A1 호는 전기적 차동 구동장치를 가진 1 단계 및 다중 단계 차동기어를 도시하고, 1 단계 버전은 입력축 주위에서 동축을 이루며 배열되고 설계에 따라 로터축에 대해 극도로 높은 질량 관성 모멘트를 가지며 높은 공칭 속도를 가지는 특수 삼상 교류 장치를 포함한다. 선택적으로, 차동기어의 입력축에 대해 평행하게 향하고 고속의 표준 삼상 교류 장치를 가진 다중 단계 차동기어가 제안된다.
공지된 실시예들이 가지는 문제점은 한편으로 차동 구동장치내부의 높은 손실 또는 다른 한편으로 이 문제를 해결하는 설계에서 복잡한 기구 또는 특수 전기장치 기술 및 그에 따른 고비용이 있다. 일반적으로, 규정관련 기준, 예를 들어, 로터에 대한 차동 구동장치의 질량관성 모멘트(Jred)가 적절하게 고려되지 못한다고 결정될 수 있다.
본 발명의 목적은, 상기 문제점을 최대한 회피하고 최저비용으로 풍력발전소의 최대에너지와 최적제어를 보장하는 유용한 차동 구동장치를 제조하는 것이다.
본 발명의 목적은, 차동 구동장치가 차동 기어의 선(sun)휠에 연결되고 차동구동장치가 차동기어로부터 멀어지는 방향을 향하는 제너레이터의 측부에 배열되어 달성된다.
그 결과, 풍력발전소가 매우 콤팩트하고 효율적으로 설계될 수 있고, 또한 에너지 생산 공장 특히, 풍력발전소가 최적으로 제어-공학적 특성(control-engineering aspect)들을 가진다.
본 발명의 선호되는 실시예들은 종속항들의 주제이다.
본 발명의 선호되는 실시예들이 도면들을 참고하여 상세하게 설명된다.
도 1은, 종래기술을 따르는 6 MW 풍력발전소에 관한 출력곡선, 로터속도 및 속도비와 출력계수와 같은 결과 특성값들을 도시하는 선도.
도 2는 종래기술을 따르는 전기식 차동 구동장치를 가진 차동기어의 원리를 도시한 도면.
도 3은, 종래기술을 따르는 펌프/모터 조합을 가진 정수력 구동장치의 원리를 도시한 도면.
도 4는, 차동 단계의 입력축과 동축을 이루고 종래기술을 따르는 특수 삼상 교류 기계의 원리를 도시한 도면.
도 5는, 풍력발전소의 로터에 관한 회전속비와 따라서 차동 구동장치의 최대입력 토크(Mmax)를 도시한 도면.
도 6은, 예로서 풍속에 대한 전기 차동 구동장치의 회전속도와 출력비를 도시한 도면.
도 7은, 1단계 차동기어에 관해 공칭 속도 범위의 함수로서 최대토크와 크기인자(y/x)를 도시한 도면.
도 8은, 1 단계 차동기어를 가지고 선택적으로 2 단계 차동기어를 가진 차동 구동장치를 위한 변속비 및 토크 및 Jred에 관한 효과를 도시한 도면.
도 9는, 차동 구동장치의 질량관성모멘트(J)의 값이 최소 로터속도(nmin)의 경우에 로터축에 대해 Jred 를 계산하기 위해 곱해질 수 있는 1 단계 또는 2 단계 차동기어를 위한 다중 인수(J)를 도시한 도면.
도 10은, 속도에 관해 전기식 차동 구동장치를 가지고 로터에서 속도 점프(speed jump)를 보상하기 위해 요구되는 1 단계 또는 2 단계의 차동기어를 위한 토크를 도시한 도면.
도 11은, 차동 구동장치를 위해 요구되는 토크에 대해 필드 약화 범위를 포함한 전기식 차동 구동장치(PM 동기모터)의 속도/토크 특성을 도시한 도면.
도 12는, 전기식 차동 구동장치의 필드 약화 범위의 함수로서 크인인자(y/x)와 차동 구동장치를 위한 최대입력토크를 도시한 도면.
도 13은, 필드약화 범위의 함수로서 총에너지 출력(gross energy output)의 차이를 도시한 도면.
도 14는, 80% 필드약화 범위를 가진 전기식 차동 구동장치에 대해 서로 다른 평균 연간 풍속들에서 다양한 공칭 속도범위를 위한 총에너지 출력의 차이를 도시한 도면.
도 15는, 유압식 차동 구동장치에 대해 서로 다른 평균 연간 풍속들에서 다양한 공칭 속도범위를 위한 총에너지 출력의 차이를 도시한 도면.
도 16은, 1 단계 차동기어에 대한 다양한 공칭속도에서 전기식 차동 구동장치를 위한 동력생산 비용을 도시한 도면.
도 17은, 2 단계 차동기어에 대한 다양한 공칭속도에서 전기식 차동 구동장치를 위한 동력생산 비용을 도시한 도면.
도 18은, 삽입되어(in-between) 연결된 전기저항들을 가지고 단락되는 삼상 교류 기계를 도시한 도면.
도 19는, 주기어박스내에 일체구성된 1 단계 차동기어를 가진 솔루션을 도시한 도면.
도 20은, 동기 제너레이터내에 일체구성된 1 단계 차동기어를 가진 솔루션을 도시한 도면.
도 21은, 동심연결되거나 중공인 휠 및 차동 구동장치를 가진 1 단계 차동기어를 위한 선택적 솔루션을 도시한 도면.
풍력발전소의 로터 출력은 다음 공식과 같다.
로터 출력= 로터 표면적* 출력계수*공기밀도/2 * 풍속3
단, 출력계수는, 풍력발전소의 로터가 가지는 팁 속도비(tip speed ratio)(= 블레이드 팁 속도 대 풍속의 비)이다. 풍력발전소의 로터는, 개발과정에서 결정되어야 하는 팁 속도 비(대부분의 경우 7 내지 9)의 함수로서 최적 출력계수를 가지도록 설계된다. 이런 이유로, 풍력발전소가 부분 부하범위에서 작동하는 동안, 최적 공기역학적 효율을 보장하기 위해 저속이 설정되어야 한다.
도 1은, 로터출력을 위한 비율들, 로터속도, 팁 속도비 및 로터의 특정 최대속도범위를 위한 출력 계수 또는 8.0 내지 8.5의 최적 팁속도비를 도시한다. 도 1의 선도로부터, 팁속비가 8.0 내지 8.5의 최적값으로부터 벗어날 때 출력계수가 강하하고, 따라서 로터의 공기역학적 특성은 상기 공식에 따라 감소하는 것을 알 수 있다.
도 2는, 차동 단계(3, 11 내지 13), 적응식 감소단계(stage)(4) 및 차동 구동장치(6)로 구성된 풍력발전소용 차동 시스템의 원리를 도시한다. 풍력발전소의 로터(1)는 주 기어박스(2)를 위한 구동축상에 배열되고 주 기어박스(2)를 구동한다. 주 기어박스(2)는 두 개의 유성 단계들과 스퍼(spur)휠 단계를 가진 3 단계 기어박스이다. 주 기어박스(2)와 제너레이터(8)사이에, 차동 단계(3)의 유성 캐리어(planetary carrier)(12)에 의해 주기어박스(2)에 의해 구동되는 차동단계(3)가 구성된다. 제너레이터(8)-필요한 경우, 20 kv이상의 공칭전압(nominal voltage)을 가질 수 있고 별도로 여자된 동기식 제너레이터-가 차동 단계(3)의 중공 휠(13)과 연결되어 중공휠에 의해 구동된다. 차동단계(3)의 피니온기어(11)는 차동 구동장치(6)에 연결된다. 차동 구동장치(6)의 속도는, 한편으로 로터(1)의 가변속도의 경우 제너레이터(8)의 일정속도를 보장하고 다른 한편으로 풍력발전소의 전체 구동트레인내에서 토크를 제어하기 위해 제어된다. 도시된 경우, 차동 구동장치(6)의 입력속도를 증가시키기 위해, 차동 구동장치(6)와 차동단계(3)사이에 전방휠단계 형태로 적응감소 단계(4)를 제공하는 2 단계 차동기어가 선택된다. 차동단계(3)와 적응감소단계(4)는 2 단계 차동기어를 형성한다. 차동구동장치는, 주파수 컨버터(7)와 변환기(transformer)(5)를 통해 그리드(grid)에 연결되는 삼상 교류 기계이다. 선택적으로, 차동 구동장치는 도 3에 도시된 것처럼 예를 들어, 정수력적(hydrostatic) 펌프/모터 조합(9)으로서 설계될 수 있다. 이 경우, 제 2 펌프는 적응 감소단계(10)를 통해 제너레이터(8)의 구동축에 연결되는 것이 선호된다.
도 4는, 종래기술을 따르는 차동기어의 또 다른 실시예를 도시한다. 여기서, 유성캐리어(12)는 이미 설명한 방식으로 주 기어박스(2)로부터 구동되고, 제너레이터(8)는 중공휠(13)에 연결되거나 피니온기어는 전기식 차동 구동장치(6)에 연결된다. 상기 변형된 실시예는 1-단계 솔루션(solution)으로서 설계를 위해, 표준 삼상 교류기계에 비해 상당히 고가이고 매우 높은 질량관성모멘트를 가지는 특수 삼상 교류 기계가 이용된다. 이것은, 로터(1)에 대한 차동 구동장치(6)의 질량관성 모멘트에 관하여 제어공학과 관련하여 특히 부정적인 효과를 가진다.
차동기어의 속도에 관한 식은 다음과 같다.
속도제너레이터 = x* 속도Rotor + y* 속도차동구동장치
제너레이터 속도는 일정하고, 요인(x,y)은 주 기어박스와 차동기어박스의 선택된 기어비로부터 유도될 수 있다. 로터상의 토크는, 로터의 공기역학적 효율과 이용가능한 바람공급에 의해 결정된다. 로터축상 토크와 차동 구동장치사이의 비율이 일정하고 상기 비율에 의해 구동트레인내부의 토크는 차동구동장치에 의해 조정될 수 있다.
차동구동장치를 위한 토크의 식은 다음과 같다.
토크 차동구동장치 = 토크 로터 * y/x
단, 크기요인(y/x)은 차동 구동장치에 대해 요구되는 설계토크의 측정값이다.
차동구동장치의 출력은, 필수적으로, 기본속도 배 로터출력으로부터 로터속도의 백분율 편차로 형성되는 결과에 비례한다. 결과적으로, 넓은 속도범위는 기본적으로 해당 대형 차동 구동장치를 요구한다.
도 5는, 다양한 속도범위의 예를 도시한다. 차동 구동장치(-...모터 및 +....제너레이터)의 공칭속도를 가지고 필드 약화(field weakening)없이 형성되는 로터의 기본속도로부터 백분율 속도편차(speed deviation)가 로터의 -/+ 공칭속도범위에 의해 정의된다. 전기식 삼상 교류기계에 있어서, 최대속도가 영구적으로 공칭토크(Mn) 또는 공칭 출력(Pn)을 영구적으로 발생시키는 최대출력이 차동 구동장치의 공칭속도(n)에 의해 정의된다.
유압식 왕복 피스톤 펌프와 같은 정수력 구동장치에 있어서, 차동 구동장치의 공칭속도는 최대토크(Tmax)를 가진 차동 구동장치가 최대연속 출력(POmax)을 생산하는 모든 속도이다. 이 경우, 펌프가 가지는 공칭압력(PN)와 공칭크기(NG) 및 변위체적(Vgmx)이 최대토크(Tmax)를 결정한다.
공칭 출력범위내에서, 풍력발전소의 로터는, 80%의 필드약화범위를 가진 상기 실시예에서 구해질 수 있는 한계값들(nmax)과 (nmin - maxP)사이의 평균속도(nrated)로 회전한다. 부하감소없이 구해질 수 있는 한계값들(nmax)과 (nmin-maxP)사이의 조절속도범위는, 돌풍에 대해 보상할 수 있도록 큰 것으로 선택한다. 속도범위의 크기는 돌풍(gusting) 또는 풍력발전소의 로터의 관성 및 소위 피치 시스템(pitch system)(로터 블레이드 조정 시스템)의 동적특성(dynamics)에 의존하고, 일반적으로 약 -/+ 5%이다. 도시된 실시예에서, -/+ 6%의 조정 속도범위가 차동 구동장치를 이용하여 극도의 돌풍(gust)을 보상하기 위한 해당 리저브(reserve)를 가지도록 선택된다. 매우 느린 피치 시스템을 가진 풍력발전소는, 약 -/+ 7% 내지 -/+ 8%의 속도범위를 조정하기 위해 양호하게 설계될 수 있다. 상기 조정속도범위내에서, 풍력발전소는 공칭출력을 생산해야 하고 즉, 이 경우 차동 구동장치(6)에 최대토크가 가해진다. 즉, 이 경우 차동 구동장치가 공칭토크를 달성할 수 있기 때문에 로터의 -/+ 공칭속도범위는 동일하게 커야한다.
차동단계를 가진 전기식 및 유압식 차동 구동장치에 있어서, 차동 구동장치가 0의 속도를 가지는 로터 속도가 기본속도로 명명된다. 지금 작은 로터속도범위에 있어서, 기본속도는 (nmin - maxP)를 초과하고, 차동 구동장치는 0의 속도에서 공칭토크를 발생시킬 수 있어야 한다. 전기식이든 유압식이든지 차동 구동장치는, 공칭토크보다 상당히 작은 0의 속도에서 토크를 발생시킬 수 있을 뿐이다. 그러나, 이것은 설계시 해당 오버사이징(oversizing)에 의해 보상될 수 있다. 그러나 최대설계토크는 차동 구동장치를 위한 크기결정(sizing) 요인이기 때문에, 이러한 이유에 의해 상대적으로 작은 속도범위는 차동 구동장치의 크기에 대해 단지 제한적인 적극적(positive) 효과를 가진다.
한 개이상의 차동 단계를 가지거나 유압식인 구동 장치 설계에 있어서, -/+ 공칭 속도범위는 하기 공식으로부터 변위에 관해 계산될 수 있다.
기본속도= (nmax + nmin) * 0.5에 대하여,
-/+ 공칭속도범위= -/+(nmax - nmin)/(nmax + nmin)
이 경우, nmax 및 nmin의 속도를 가진 차동 구동장치의 변위에 관하여, 차동 구동장치의 공칭속도가 결정된다.
도 6에서, 예를 들어, 회전속도 또는 출력비율들이 차동단계를 위해 제공된다. 제너레이터의 속도 및 별도로 여자된 평균 전압 동기 제너레이터는, 일정 주파수의 전압 그리드와 연결을 통해 일정하다. 차동 구동장치를 양호하게 이용할 수 있도록, 상기 구동장치는 기본속도의 낮은 범위에서 모터(motor)모드로 작동하고 기본속도의 상대적으로 높은 범위에서 제너레이터모드로 작동한다. 즉, 차동단계에서 출력이 모터범위에서 유입되고 차동단계로부터 출력은 제너레이터 범위에서 제거된다. 전기식 차동 구동장치에 있어서 상기 출력은 그리드내에서 제거되거나 그리드로 공급되는 것이 선호된다. 유압식 차동 구동장치에 있어서, 출력은 제너레이터 축내에서 제거되거나 제너레이터축으로 공급된다. 제너레이터 출력과 차동 구동장치 출력의 합은, 전기식 차동 구동장치를 위한 그리드내부로 제공되는 총출력을 발생시킨다.
차동 입력상에 토크이외에, 차동 구동장치를 위한 입력토크는 또한, 차동기어의 전달비에 의존한다. 유성 단계의 최적 전달비가 약 6의 소위 정지 기어비(stationary gear ratio)에 있는 것으로 분석되면, 1 단계 차동기어에 의해 차동 구동장치를 위한 토크는 속도범위에 비례적으로 더 크지 않다. 기술적으로, 이러한 문제를 감소시키지만 문제를 제거하지 못하는 상대적으로 큰 정지 기어비가 발생될 수 있다.
도 7은, 1 단계 차동기어를 위해 최대토크와 (표시를 위해 -5000이 곱해지는) 크기요인(y/x)이 로터의 공칭속도의 함수로서 작용한다. 대략 -/+ 14% 내지 -/+ 17% 의 공칭속도범위에서, 가장 작은 크기요인 및 그 결과 가장 작은 최대토크(Mmax)가 차동 구동장치를 위해 발생된다.
1 단계 차동기어를 위해, 배치에 의하면 더욱 작아지는 공칭속도범위에 있어서 차동 구동장치를 위한 설계토크가 증가된다. 상기 문제를 해결하기 위해, 예를 들어, 2 단계 차동기어가 이용될 수 있다. 이것은, 예를 들어, 차동단계(3)와 차동구동장치(6 또는 9)사이에 적응 감소 단계(4)를 구성하여 달성될 수 있다. 따라서, 차동단계의 비용을 결정하는 차동단계의 입력토크는 감소될 수 없다.
도 8은, 로터축에 관한 양쪽 변형예들의 질량관성모멘트(Jred)의 비율인 1 단계 및 2 단계 차동기어와 요인(Jred)을 위한 차동 구동장치의 토크들을 제시한다. 도 8을 참고할 때, 약 1500 rpm의 차동 구동장치 공칭속도에 대해 도시된 경우에서- 차동기어의 변속비를 자유롭게 선택하여, 작아지는 속도범위를 가짐에 따라 차동 구동장치의 요구되는 토크가 작아지게 된다. 약 -/+ 16.5%의 공칭속도범위보다 큰 범위에서, 본 실시예에서 고려하는 1 단계 차동기어의 정지기어비는 추가로 적응 감소단계없이 1500 rpm의 차동 구동장치 공칭속도에 의해 달성될 수 있다. 그러나, 다중 단계 차동기어가 가지는 문제점은, 다소 높은 기어손실과 높은 기어비용이다. 또한, 상대적으로 작은 공칭 토크에 의해 차동 구동장치가 가지는 질량 관성모멘트가 상대적으로 작아지더라도, 풍력발전소의 로터축에 대한 차동 구동장치가 가지는 상대적으로 높은 질량관성 모멘트가 상대적으로 높은 기어 변속(transmission)에 의해 형성된다.
약 2.6배인 풍력발전소의 로터가 가지는 저속범위에 해당하는 경우에 있어서, 상기 풍력발전소의 제어성(controllability)은 상기 질량관성모멘트(Jred)에 상당히 의존하고- 상기 풍력발전소의 로터가 가지는 질량관성모멘트와 비교하여 작을수록 차동 구동장치가 가지는 제어 역학(dynamics)은 더욱 양호해지기 때문에, 1단계 차동기어에 대한 2 단계 차동기어를 위한 질량관성모멘트(Jred)의 값은 문제점을 가져서 (a) 차동 구동장치는 상대적으로 큰 치수를 요구하거나 (b) 상대적으로 취약한 제어특성에 기인하여 해당 보상수단이 제공되지 못하면 풍력발전소에 대해 상대적으로 더 큰 부하를 야기하고 취약한 출력품질(power quality)을 야기한다. 따라서, 상대적으로 높은 기어 비용과 손실에 기인하여 1 단계 차동 구동장치는 단지 조건부로 그리고 다중 단계 솔루션에 대해 낮은 공칭속도범위(nominal speed range)에서만 기술적인 대안이 된다.
속도범위를 선택하는 동안에도 일반적으로 동일한 요구가 질량관성모멘트(Jred)에 대해 적용된다. 도 9에서 질량관성모멘트에 곱해지는 곱인수(muliplication factor)(f(J))가 가장 낮은 로터 속도(nmin)에서 로터 축에 대한 차동 구동장치의 질량관성모멘트(Jred)를 계산하기 위해 최소 로터속도에 곱해진다.
풍력발전소의 로터가 가지는 속도점프(jump)를 보상할 수 있도록, 차동 구동장치는 따라서 오버사이즈(oversize)되어야 하고 즉, 질량관성모멘트(Jred)가 증가함에 따라 즉, 공칭 속도범위가 증가하거나 심지어 낮은 속도범위에서 다중 단계 차동 구동장치가 이용될 때 상당한 비용 요인이 된다.
도 10은, 돌풍(wind gust)을 보상하기 위해 차동 구동장치에 대해 요구되는 토크가 도시된다. 2 초내에 4.5m/s 내지 11.5 m/s로 가속되는 돌풍을 가정할 때, 이러한 돌풍은- 풍력발전소의 로터가 가지는 공칭속도의 함수로서- 모든 공칭속도범위에 대해 11.7 rpm의 동일 속도에 대해 5.6 rpm 내지 10.3 rpm 의 속도 점프를 발생시킬 것이다. 상기 차동 구동장치는 상기 속도점프를 추종해야하고, 상기 목적을 위해 요구되는 가속토크는 해당 질량관성모멘트(Jred)로 감소되고 속도점프를 감소시킨다. 분명히, 상대적으로 높은 기어변속비에 의해 다중 단계 차동기어들은 상대적으로 높은 토크를 발생시킨다.
풍력발전소의 로터가 가지는 속도범위를 확대시키고 따라서 에너지 출력을 증가시키기 위해 차동기어의 균일한 기어변속(gear transmission)에 대한 대안은, 예를 들어, 주파수 변환기를 가지고 영구자석으로 작동되는 동기식 삼상 교류 기계의 경우와 같이 전기식 차동 구동장치의 소위 필드 약화(field weakening) 범위를 이용하는 것이다.
상기 필드약화 범위는, 전기식 삼상 교류 기계의 공칭속도보다 큰 모든 속도범위이다. 상기 공칭속도에 대하여 공칭 토크 또는 공칭 틸팅 모멘트가 정의된다. 추가로 제공되는 설명들과 표에서, 상기 필드약화 범위는 공칭속도에 대한 속도- 즉 예를 들어, 1.5 배 공칭속도는 50%의 필드약화 범위에 해당한다-로서 정의된다.
예를 들어, 도 11은 1500 rpm을 가진 전기식 차동 구동장치가 가지는 최대토크 또는 틸팅모멘트에 관한 값을 도시한다. 분명히, 영 또는 공칭속도이상인 속도에서 구할 수 있는 최대 토크는 상대적으로 낮다. 도시된 실시예에서 부분 부하 범위에서 풍력발전소의 중요한 특징은 예를 들어, 모터작동에 관련된다. 요구되는 토크는 허용 최대값보다 상당히 작다.
제너레이터가 작동할 때, 예를 들어, 1730 rpm보다 큰 속도에 대해 풍력발전소의 부하가 감소되어야 하고 따라서 허용된 최대 토크는 초과되지 못한다. 도 10을 참고할 때, 80%의 필드약화범위는 공칭속도의 1.8배에 이르고 실시예에서 선택된 전기식 구동장치에 대해 기술적으로 합리적인 상한값(upper limit)을 표시한다.
예를 들어, 영구자석으로 작동되는 동기식 삼상 교류기계가 필드약화 범위에서 매우 양호한 효율을 가지는 것을 언급할 만하며, 이것은 차동 구동장치의 효율과 관련하여 상당한 장점을 가진다.
삼상 교류기계에 대해 상기 필드약화 범위는, 50% 내지 60% 까지의 설계 함수로서 즉 속도 피드백없이 공칭속도의 약 1.5 배 내지 1.6배에서 작동될 수 있고, 또한, 엔코더가 이용되어야 한다. 엔코더의 이용은 추가의 에러 소스가 되고 소위 엔코어없는(encorderless) 토크 또는 속도제어의 이용이 동역학적으로 더욱 선호되기 때문에, 필드약화 범위를 결정할 때 제어동역학과 최적 연간에너지 출력사이에서 최적값이 구해질 수 있다. 즉, 높은 평균 풍속과 관련 극한 돌풍(extreme gust)이 있을 때, 엔코더없는 제어가 상기 돌풍을 보상할 수 있는 필드약화 범위가 선택될 수 있다. 보상되어야 할 약간 작은 돌풍을 가진 낮은 평균 풍속들에서, 최적 연간 에너지 출력이 고려되어 속도 피드백을 가진 가장 큰 필드약화 범위가 선택된다. 상기 필드약화 범위는, 모터모드일 때 낮은 풍속에서 가장 큰 속도범위를 이용하는 풍력발전소의 차동 구동장치가 가지는 속도특성과 매우 양호하게 적합하다.
다양한 평균 연간 풍속에서 풍력발전소의 에너지 출력 또는 차동 구동장치의 크기에 대한 필드약화 범위의 크기가 가지는 효과를 증명하기 위해, 차동 구동장치가 가지는 필드약화 범위는 차동기어의 변속을 동시에 적응하며 풍력발전소의 로터가 가지는 속도범위 세트에서 변화될 수 있다.
도 12는, 필드약화 범위의 함수로서 차동 구동장치의 최대입력 토크와 (표시하기 위해 -5,000배 곱해지는) 크기인자(y/x)를 표시한다. 약 70%의 필드약화 범위로부터 시작하여 차동 구동장치의 최적 크기인자들 따라서 가장 작은 최소값(Mmax)이 차동 구동장치를 위해 형성되고, 절대 최소값은 100%의 필드약화 범위에 있다.
도 13은, 다양한 연간 풍속에 대한 필드약화 범위의 함수로서 총에너지 출력(gross energy output)의 차이를 도시한다. 100% 내지 120%의 필드약화 범위내에서 최적값이 도달된다. 상기 경계조건을 기초하여, 필드약화 범위는 이용 조건의 함수 그러나 각 경우 50%보다 크거나 같은 것으로 선택된다.
평균 연간 풍속은, (로터의 중심에 해당하는) 허브의 높이에서 측정된 풍속의 연평균이다. 10.0 m/s, 8.5m/s, 7.5m/s 및 6.0m/s의 최대 평균 연간 풍속은 소위 IEC 타입 1, 2, 3 및 4 클래스에 해당한다. 레이레이(Rayleigh) 분포는 표준 통계적 주파수 분포로서 채택된다.
또한, 차동 구동장치로서 영구자석으로 작동되는 동기식 삼상 교류 기계는, 이미 설명한 것과 같이 풍력발전소의 규정과 관련하여 유리한 것으로 증명된 공칭 토크와 비교할 때- 상이한 설계를 가진 삼상 교류기계와 비교하여- 작은 질량관성 모멘트를 가지는 장점을 가져서 질량관성 모멘트없는 차동 구동장치를 특수 설계하기 위한 비용이 가치있게 된다.
선택적으로, 소위 릴럭턴스(reluctance) 기계들은 또한 전형적으로 높은 공칭속도에서 매우 작은 질량관성모멘트를 가진다. 상기 릴럭턴스 기계들은 상당한 강성을 가지며 특히, 근해 영역(offshore area)에서 사용하기에 양호한 것으로 알려져 있다.
물론, 차동 구동장치의 크기는, 풍력발전소의 전체 효율에 상당한 효과를 가진다. 상기 실시예들을 고려할 때 기본적인 발견사항에 의하면, 풍력발전소의 로터가 가지는 상대적으로 큰 속도범위는 상대적으로 양호한 공기역학적 효율을 발생시키고 다른 한편으로 차동 구동장치는 상대적으로 큰 크기를 가진다. 그 결과 상대적으로 큰 손실을 발생시켜서, (차동 구동장치의 손실 및 로터의 공기역학에 의해 결정된) 상대적으로 양호한 시스템효율을 상쇄시킨다.
도 14는, 풍력발전소의 로터가 가지는 공칭속도범위의 함수로서 다양한 평균 연간 풍속에서 전기식 차동 구동장치를 가진 풍력발전소의 총 에너지 출력의 차이를 도시한다. 이 경우, 총에너지 출력은, 차동기어 및 ( 주파수 변환기를 포함한) 차동 구동장치가 가지는 손실을 뺀 풍력발전소의 로터가 가지는 배출가스 공급에 기초한다. 본 발명에 의하면, -/+ 6%의 공칭 속도범위는, 차동 구동장치를 가진 풍력발전소의 공칭 출력범위내에서 최소요구 규정속도범위에 의해 요구되는 기초가 된다. 공칭속도는, 차동 구동장치의 공칭속도에 의해 발생되는 로터속도범위를 의미한다. 또한, 차동 구동장치의 공칭속도이상의 80%까지의 필드약화 범위가 선택된다. 상기 계획으로부터, 약 -/+ 20%의 공칭속도범위내에서 최적값이 도달되고 공칭속도범위의 확대가 더 이상 유리하지 않다는 것을 용이하게 감지한다.
도 15는, 다양한 평균 연간풍속들에서 유압식 차동 구동장치를 가진 풍력발전소의 총 에너지 출력 차이를 도시한다. 유압식 차동 구동장치의 경우 상당히 높은 손실들이 에너지 출력에 부정적인 영향을 가져서, 8.5 m/s보다 큰) 높은 평균 연간풍속에서 규정을 위해 -/+ 10% 및 상대적으로 낮은 평균 연간 풍속에서 1/+15%의 에너지 출력최적값과 -/+ 6%인 최소 요구값사이의 공칭속도범위가 합리적인 것으로 보인다. 공칭속도범위의 약 -/+ 12%에서 곡선의 꼬임(kink)은, 적응 감소단계 4에서 낮은 변속과 풍력발전소의 공칭 작동범위에서 영에 해당하는 속도일 때 차동 구동장치의 높은 공칭토크로부터 발생한다.
궁극적으로, 가장 낮은 출력발생비용을 허용하는 파워트레인을 개발하는 것이 목적이다. 차동 구동장치의 최적화에서 상기 목적과 관련된 사항은, (a) 총에너지 출력, (b) 차동 구동장치의 생산비용 및, (c) 총생산 비용에 영향을 주는 풍력발전소의 토크 또는 속도제어상태이다. 상기 총에너지는 출력발생 비용 및 따라서 윈드 파크(wind park)의 경제적 효율에 대해 비례적으로 형성된다. 생산비용은 소위 윈드파크의 총 생산비용과 관련되고 단지 정비 및 운전비용을 포함한 윈드파크의 총 비용에 대한 풍력발전소의 비례적인 자본비용의 백분율과 관련된다. 평균적으로 상기 풍력발전소에 특정된 동력생산비용의 비율은 소 온쇼어(on shore) 프로젝트에서 약 2/3이고 오프쇼어 프로젝트에서 약 1/3이다. 평균적으로 약 50%의 백분율이 정의될 수 있다. 즉, 연간에너지 출력의 차이는, 풍력발전소의 생산비용의 차이의 두 배로 고려될 수 있다. 즉, - 도시된 전기식 차동 구동장치의 예에서- 최적크기 인자가 이미 약 -/+ 14% 내지 -/+ 17%의 공칭속도범위내에 설정될 때, 상기 비용 결정 인자는, 약 -/+ 20%의 공칭속도범위로부터 시작하는 최적에너지 출력보다 동력생산비용에 관한 백분율에서 상대적으로 작은 효과를 가진다.
도 16은, 전기식 차동 구동장치와 1 단계 차동기어를 가진 윈드파크의 동력생산비용에 관한 서로 다른 속도범위의 효과를 도시한다. 여기러 모든 풍속 조건에 대해, -/+ 15%와 -/+ 20%사이의 공칭 범위 및 약 -/+ 17%의 최적값에서 매우 양호한 값이 구해질 수 있다.
도 17은, 전기식 차동 구동장치를 가진 (약 -/+ 16.5%의 공칭 속도범위아래인) 2 단계 차동기어를 가진 윈드파크의 동력생산비용에 관한 서로 다른 속도범위의 효과를 도시한다. 주로 상대적으로 낮은 평균연간풍속에서, 15%와 20.0%사이의 속도범위에서 최적값이 구해질 수 있다. 8.5m/s보다 큰 평균연간풍속의 경우에, 적어도 -/+ 6% 내지 약 -/+ 10%의 상대적으로 작은 속도범위가 규정상의 이유로 인해 매력적인 수정값을 나타낸다. 즉, 다중 단계 차동기어들은, 매우 높은 평균 연간 풍속에서 1 단계 솔루션과 함께 경쟁력있는 기초가 된다.
그러나, 차동 구동장치의 설계에서, 다른 중요한 특수한 경우들이 고려될수 있다. 예를 들어, 차동 구동장치의 속도에 대한 로터 속도의 일정한 비율에 의해 차동 구동장치의 고장은 상당한 손상을 발생시킬 수 있다. 한가지 예로서, 풍력발전소의 명목 작동시 차동 구동장치의 고장이 있다. 그 결과, 파워트레인상의 전달가능한 토크는 동시에 영으로 된다. 이 경우 풍력발전소의 로터가 가지는 속도는, 로터 블레이드 조정의 신속한 재조정에 의해 갑자기 감소되는 것이 선호되고, 제너레이터는 그리드(grid)로부터 분리된다. 제너레이터가 가지는 상대적으로 높은 질량관성 모멘트에 기초하여, 제너레이터의 속도는 단지 서서히 변환된다. 그 결과, 차동 구동장치가 지연없이 적어도 부분적으로 토크를 유지할 수없다면, 차동 구동장치의 과도한 회전속도는 회피할 수 없다.
상기 이유에 의해 예를 들어, 유압식 차동 구동장치를 이용할 때, 기계식 브레이크가 제공되고 차동 구동장치가 고장 나는 경우에, 구동트레인을 손상시키는 과도한 회전속도를 방지한다. 상기 목적을 위해 문헌 제 WO2004/109157 호는, 상기 제너레이터 축에 직접 작용하여 제너레이터를 제동할 수 있는 기계식 브레이크를 도시한다.
이미 여러 번 설명하였고 차동 구동장치로서 주파수변환기를 가진 조합으로서 이용될 수 있고 영구자석으로 작동되는 동기식 삼상 교류기계는, 고장에 대해 매우 안전한 장점을 가진다. 약 공칭 모멘트에 이르는 토크가, 삽입되어 연결된 전기 저항이 있건 없건간에 주 코일을 회로단락(short-circuiting)시켜서 간단하게 유지될 수 있다. 즉, 예를 들어, 변환기의 고장에 있어서- 동기식 삼상 교류기계는 간단한 전기식 스위치( 고장 대비(fail- safe))에 의해 자동으로 회로단락될 수 있고, 따라서 공칭속도에서 예를 들어, 공칭값까지 가질 수 있고 그에 따라 속도감소에 의해 감소되고 매우 낮은 속도에서 영으로 감소되는 토크가 유지된다. 그 결과, 차동 구동장치의 과도한 회전속도가 간단하게 방지된다.
도 18은, 사이에 연결된 전기저항들을 가지고 회로단락된 삼상 교류기계의 가능성을 도시한다.
영구자석으로 작동되는 동기식 삼상 교류기계가 고장나는 경우에, 차동 구동장치의 속도가 차동 구동장치를 손상시키는 임계속도를 초과하지 않도록 로터의 속도가 제어되어야 한다. 풍력발전소의 제너레이터와 로터가 가지는 측정속도에 기초하여, 차동 구동장치의 속도가 규정된 임계 경계값을 초과하지 못하도록 로터 블레이드의 조정에 의해 로터의 속도는 차동 구동장치의 속도에 관한 하기 식에 따라 제어된다.
속도 제너레이터 = x * 속도 로터 + y * 속도 차동 구동장치
로터 블레이드의 제어와 차동 구동장치의 제어가 동시에 고정날 수 있는 일정 환경에서 풍력발전소의 제어가 고장나면, 영구자석으로 작동되는 동기식 삼상 교류기계의 주 코일이 회로단락되어, 토크가 유지되어 과도한 회전속도를 방지한다. 영구자석으로 작동되는 동기식 삼상 교류기계와 풍력발전소의 제어가 동시에 고장나는 것은 고려하지 않는다.
풍력발전소가 예를 들어, 서비스를 제공하지 못할 때, 차동 구동장치의 불필요한 가속은 영구자석으로 작동되는 동기식 삼상 교류기계를 회로단락시켜서 방지될 수 있다.
풍력발전소의 최적제어와 관련한 상기 이유들에 의해- 최적 비용에 있는 차동기어의 단순한 기계적 설계와 총 효율- 1 단계 차동기어는 이상적인 기술적 솔루션을 나타낸다. 이와 관련하여, 차동 구동장치의 설계통합에 관한 다양한 접근들이 존재한다.
도 19는 본 발명을 따르는 변형예를 도시한다. 로터(1)는 주 기어박스(2)를 구성도하고 유성 캐리어(12)에 의해 상기 주기어박스는 차동단계들(11 내지 13)을 구동한다. 제너레이터(8)가 중공 휠(13)에 연결되고, 피니온 기어(11)가 차동 구동장치(6)에 연결된다. 상기 차동기어는 1 단계이고, 차동 구동장치(6)는 주 기어박스(2)의 구동축과 제너레이터(8)의 구동축에 대해 동심축 배열을 형성한다. 피니온기어(11)와 차동 구동장치(6)사이의 연결이 스퍼 휠 단계와 주기어박스(2)의 구동축을 거치기 때문에, 차동단계는 주기어박스(2)와 일체부품인 것이 선호되고, 주 기어박스는 다음에 로터(1)에 작용하는 브레이크(15)에 의해 연결되며, 커플링(14)이 제너레이터(8)에 연결된다.
도 20은, 본 발명의 또 다른 변형예를 도시한다. 로터(1)는 또한, 주 기어박스(2)를 구동하고 주 기어박스(2)는 유성캐리어(12)에 의해 차동단계(11 내지 13)들을 구동한다. 제너레이터(8)는 중공후리(13)에 연결되고, 피이온기어(11)는 차동 구동장치(6)에 연결된다. 차동기어는 1 단계이고, 차동 구동장치(6)는 주 기어박스(2)의 구동축 및 제너레이터(8)의 구동축에 대해 동심축 배열을 형성한다. 그러나 여기서 중공축이 제너레이터(8)에 제공되어, 차동 구동장치는 차동기어로부터 멀리 떨어지는 방향을 향하는 제너레이터(8)의 측부에 배열될 수 있다. 그 결과, 차동단계는 별도의 조립체이고 제너레이터(8)에 연결되며, 다음에 커플링(14)과 브레이크(15)에 의해 주기어박스(2)에 연결되는 것이 선호된다. 피니온 기어(11)와 차동 구동장치(6)사이의 연결축(16)은 예를 들어, 유리섬유 또는 탄소섬유를 가진 섬유복합 축과 같은 낮은 질량관성모멘트를 가진 특수 변형예에서 구성되는 것이 선호된다.
도시된 변형예들의 동심축을 가진 1 단계 실시예가 가지는 중요한 장점들은, (a)차동기어의 설계가 가지는 단순함, (b) 차동기어가 가지는 높은 효율 및 (c) 로터(1)에 대해 차동 구동장치(6)가 가지는 상대적으로 낮은 질량관성모멘트이다. 또한, 도 19의 변형예에서, 차동기어는 별도의 조립체로서 조립되고 주기어박스와 독립적으로 구성되고 유지될수 있다. 물론, 상기 차동 구동장치(6)는 또한 유압식 구동장치로 대체될 수 있다. 그러나, 대체하기 위해 유압식 차동 구동장치와 상호작용하는 제 2 펌프요소가 제너레이터(8)에 의해 구동되어야 한다.
높은 평균 연간 풍속들에 대하여, 차동단계(11 내지 13)들과 차동 구동장치(6)사이의 (도 2 또는 도 3에서 이론적으로 도시된) 적응식 감속단계(adaptive reduction stage)(4)가 도 19와 도 20을 따르는 실시예들을 위해 구성될 수 있다.
도 19와 도 20을 따르는 변형예들은, 삼상 교류기계를 위한 중공 축 솔루션과 피니온 기어를 불필요하게 만드는 차동단계의 경제적이고 간단한 설계와 표준 삼상교류기계의 적용에 의해 도 4의 종래기술에 비해 눈에 띄고, 풍력발전소의 규정을 참고할 때 질량 관성모멘트에 대한 로터축과 비교하여 결정적인 장점을 가진다.
도 19와 도 20에 도시된 변형예는, 브레이크(15)에 의해 풍력발전소의 소위 긴급 제동효과와 관련하여 눈에 띈다. 상기 브레이크(15)가 작동할 때 일반적으로 공칭모멘트의 2.5배에 이르는 제동토크가 작용한다고 가정하면, 제동토크는 감소된 질량 관성 모멘트로 로터, 제너레이터 및 차동 구동장치로 분할하여 작용할 것이다. 질량 관성 모멘트는 설계된 풍력발전소의 질량비율(mass ratio)들의 함수인 특징을 가진다. 실제 예로서, 브레이크(15)와 관련하여 5MW의 풍력발전소가 공칭작동할 때, 로터(1)에 대해 약 1,900 kgm2, 동기식 제너레이터(8)에 대해 약 200 kgm2 및 차동 구동장치(6)에 대해 약 10 kgm2 이라고 가정할 수 있다. 즉 대부분의 (로터의 공칭 모멘트의 90% 또는 2.2배인) 제동모멘트가 풍력발전소의 로터축에 작용한다. 도 19의 변형예에서, 차동 구동장치는 브레이크(15)와 로터(1)사이의 토크 플럭스(flux)내에 배열되기 때문에, 차동 구동장치는 로터와 차동 구동장치사이의 일정한 토크비에 해당하는 공칭모멘트의 약 2.2배를 견뎌야한다.
도 20에 도시된 변형예가 가지는 주요 장점에 의하면, 브레이크(15)가 고장나면, 브레이크의 제동모멘트는 질량관성모멘트를 결정하는 로터에 대해 차동기어를 통해 작용하지 않는다. 이 경우, 단지 제동모멘트의 약 9.5%가 제너레이터(8)에 작용하고 약 0.5%가 차동 구동장치(6)에 작용한다. 도 19에 도시된 차동기어(11 내지 13) 및 브레이크(15)의 배열에 의하면, 영구자석으로 작동되는 동기식 삼상 교류기계의 회로단락은, 그렇지 않은 경우 긴급한 경우에 공칭토크를 상당히 초과하는 토크가 존재하기 때문에, 차동 구동장치내에서 토크를 유지하기 위해 유용하다.
도 21은 차동기어의 또 다른 실시예를 도시한다. 공지된 방법에 의해 유성 캐리어(12)가 주기어박스(12)에 의해 구동되지만, 제너레이터(8)가 피니온기어(11)에 연결되고, 중공휠이 로터(17)와 스테이터(18)로 구성된 전기식 차동 구동장치에 연결된다. 상기 변형예는, 동심축을 가진 1 단계 솔루션을 제공하고, 기어-엔지니어링 경계조건은 상대적으로 작은 로터(15)의 속도를 형성한다. 제어공학과 관련하여, 이것은 로터(1)에 대한 차동 구동장치(17)의 질량관성 모멘트와 관련한 긍정적인 효과를 가진다.
상기 실시예들은, 기술적으로 유사한 적용예들에서 구성될 수 있다. 본 발명은 강 및 해양 조류를 이용하기 위한 수력전기 동력 발전소에 관한 것이다. 상기 적용예를 위해, 동일한 기본 요건들이 풍력발전소들 다시 말해 가변 유속에 대해 적용된다. 상기 경우의 구동축은 예를 들어, 물과 같은 유동매체에 의해 구동되는 장치들에 의해 직접 또는 간접적으로 구동된다. 그 결과, 구동축은 차동기어를 직접 또는 간접으로 구동한다.
1....로터
2.... 주 기어박스
12....유성캐리어
11....차동단계
8.... 제너레이터
13....중공휠
14.... 커플링
15....브레이크

Claims (16)

  1. 구동축, 제너레이터(8) 및 세 개의 구동장치들과 세 개의 동력분리장치(take-offs)를 가진 차동기어(11 내지 13)를 포함하고, 제 1 구동장치가 구동축에 연결되고, 동력분리장치가 제너레이터(8)에 연결되며, 동력분리장치가 제너레이터(8)에 연결되고, 제 2 구동장치가 차동 구동장치(6)에 연결되며, 차동기어(11 내지 13)가 유성기어인 에너지 생산 공장 특히 풍력발전소에 있어서,
    차동 구동장치(6)가 차동기어(11 내지 13)의 선 휠(11)에 연결되고, 상기 차동 구동장치(6)가 차동기어(11 내지 13)으로부터 멀어지는 방향을 향하는 제너레이터(8)의 측부에 배열되는 것을 특징으로 하는 에너지 생산공장.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 차동 구동장치(6)가 상기 제너레이터(8)의 축과 동축을 이루며 배열되는 것을 특징으로 하는 에너지 생산공장.
  3. 제 1항 또는 제 2 항에 있어서, 에너지 생산공장이 단지 한 개의 차동 단계(11 내지 13)를 가지는 것을 특징으로 하는 에너지 생산공장.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 에너지 생산공장이 일단계의 차동기어(3)를 가지는 것을 특징으로 하는 에너지 생산공장.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 에너지 생산공장은 다중단계의 차동기어(3,4)를 가지는 것을 특징으로 하는 에너지 생산공장.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 구동축은 풍력발전소의 로터축인 것을 특징으로 하는 에너지 생산공장.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 연결축(16)이 섬유복합(fiber-composite) 축으로서 피니온기어(11)와 차동 구동장치(6)사이에 구성되는 것을 특징으로 하는 에너지 생산공장.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 차동 구동장치(6)는 전기기계인 것을 특징으로 하는 에너지 생산공장.
  9. 제 8 항에 있어서, 전기기계(6)는 삼상 교류기계인 것을 특징으로 하는 에너지 생산공장.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서, 전기기계(6)는 영구자석으로 작동되는 동기식 삼상 교류 기계인 것을 특징으로 하는 에너지 생산공장.
  11. 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 전기기계(6)는 단락될 수 있는 것을 특징으로 하는 에너지 생산공장.
  12. 제 8 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 전기기계(6)는 필드 약화(field-weakening) 범위에서 작동되고, 전기기계(6)는 적어도 50%의 필드약화 범위에서 적어도 여러 번 작동되는 것을 특징으로 하는 에너지 생산공장.
  13. 제 8 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 구동축에 연결되는 제 1 구동장치는 기본속도에서 회전하고, 제 1 구동장치의 속도범위는 기본속도의 적어도 -/+ 6.0% 및 기껏해야 -/+ 20.0%이며, 전기기계(6)는 공칭속도에서 작동하는 것을 특징으로 하는 에너지 생산공장.
  14. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 차동 구동장치(6)가 유압구동장치인 것을 특징으로 하는 에너지 생산공장.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 구동축은 풍력발전소의 로터축인 것을 특징으로 하는 에너지 생산공장.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 구동축상에 작용하는 브레이크(15)는, 제 1 구동장치가 배열되는 차동기어(11 내지 13)의 측부에 배열되는 것을 특징으로 하는 에너지 생산공장.
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