KR20120071039A - 전기 분해 장치를 구비하는 풍력 발전기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 풍력 발전기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 물의 전기 분해를 통한 수소 제조 장치 및 수소 저장 합금을 사용하는 수소 저장 장치를 구비하는 풍력 발전기에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 직립되도록 형성되고, 내부에 공간을 구비하는 타워;
상기 타워의 하측에 형성되어서 물이 공급되는 공급관, 상기 공급관을 통하여 공급되는 물을 전기 분해할 수 있도록 설치되는 전기분해 장치, 상기 전기분해 장치에 의해 분해된 수소기체를 저장 또는 방출하기 위한 수소 저장 장치 및 상기 수소 저장 장치로부터 전달받는 열을 주변으로 전달하기 위한 열 전도체를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 분해 장치를 구비하는 풍력 발전기를 제공한다.

Description

전기 분해 장치를 구비하는 풍력 발전기{WIND POWER GENERATION HAVING HYDROGEN STORAGE EQUIPMENT}

본 발명은 풍력 발전기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 물의 전기 분해를 통한 수소 제조 장치 및 수소 저장 합금을 사용하는 수소 저장 장치를 구비하는 풍력 발전기에 관한 것이다.

일반적으로 풍력 발전기는 바람의 힘을 이용하여 전기에너지를 생산하는 것으로서, 근래에 들어 환경오염이 없는 천연 에너지원으로 그 사용이 점차 증대되고 있는 실정이다.

풍력 발전이란 공기의 유동 즉, 바람이 가진 운동에너지를 기계적 에너지로 변환시킨 뒤 이를 이용하여 전기에너지를 생산하는 것으로서 점차 사용범위가 증가하고 있다.

도 2는 종래기술에 의한 수직형 풍력 발전기로서, 상기 풍력발전을 위한 풍력 발전기는 지면에 견고하게 세워지는 타워(1)와, 상기 타워(1)의 상단에 회동 가능하도록 장착되며 그 내부에는 도시하지 않은 증속기, 발전기 및 제어 장치 등을 갖춘 너셀(2)과, 상기 발전기의 회전축 선단에 장착되는 로터(미도시)로 구성되며, 상기 로터는 대부분 2~3개의 블레이드(3)를 갖는 구조로 제작된다.

따라서, 전방으로부터 불어오는 바람에 의해 로터가 회전되면 회전축을 매개로 발전기의 회전자가 회전되어 대응되는 고정자에 유도전류가 발생함으로써 전류가 생산되도록 되어 있다.

이때, 상기와 같은 풍력 발전기는 일반적으로 내부에 빈 공간(4)을 갖는 타워 구조로 제작 및 설치되고 있다.

상기와 같은 풍력발전기는 발전량이 고르지 못하여 풍력발전기와 연계된 전력망의 관점에서는 발전된 전기의 잉여나 부족분에 대한 대안이 필요하고, 상기와 같은 풍력발전기 타워 내부가 빈 공간인 관계로 무게 중심(G)이 높아 풍력에 의한 횡하중에 취약하다는 문제점을 갖는다.

즉, 타워의 무게중심(G)이 높게 형성되어 바람에 의한 횡하중에 대한 안정성이 떨어지며, 설치 위치에 따라 극한 환경에 노출되어 발전기의 사용 수명이 줄어드는 영향을 받으며, 풍력발전의 특성상 발전량이 남거나 부족한 경우가 발생하는데 이에 대한 대처가 요구된다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 풍력 발전기의 한계를 극복하기 위하여 물의 전기 분해를 통한 수소 제조 장치 및 수소 저장 합금을 사용하는 수소 저장 장치를 장착함으로써 풍력 발전기의 성능 및 운용 편의성을 개선하고 설치 환경의 제약을 감소시킬 수 있는 풍력 발전기를 제공하는데 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 분해 장치를 구비하는 풍력 발전기는 직립되도록 형성되고, 내부에 공간을 구비하는 타워, 상기 타워의 하측에 형성되어서 물이 공급되는 공급관, 상기 공급관을 통하여 공급되는 물을 전기 분해할 수 있도록 설치되는 전기분해 장치, 상기 전기분해 장치에 의해 분해된 수소기체를 저장 또는 방출하기 위한 수소 저장 장치 및 상기 수소 저장 장치로부터 전달받는 열을 주변으로 전달하기 위한 열 전도체를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전기 분해 장치는 상기 타워의 내부의 하단에 설치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 수소 저장 장치는 수소 기체를 저장 또는 방출할 수 있는 합금을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 수소 저장 장치는 주로 상기 타워의 하측에 설치되나 타워의 전체적인 설계에 따라 그 개수와 위치를 자유로이 정하되, 적어도 한 개 이상 설치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 열 전도체는 상기 타워의 내부 및 외부, 너셀 및 블레이드 내외부 등 온도 환경 하중을 조절할 필요가 있는 위치에 수소 제조 장치로부터 주로 길이 방향을 따라 상측으로 연장 형성되는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 전기 분해 장치를 구비하는 풍력 발전기에 의하면, 전기 분해 장치 및 수소 저장 합금을 이용하여 수소 저장 합금을 포함하는 수소 저장 장치와 열 전도체를 풍력발전기 내부에 적절히 배치하여 풍력발전기의 내외부에서의 온도 환경 하중에 대응하여 극한 환경을 경감시킴으로써 운전 수명을 증대시킬 수 있다.

또한, 물 전기 분해 및 수소저장합금 이용 수소 저장 장치의 적절한 배치를 통하여 풍력발전기의 무게중심을 낮추어 횡하중 등의 조건에서 풍력발전기의 구조적인 안정성을 높일 수 있다.

또한, 전력망과의 통신을 통하여 결정되는 풍력 발전량 중 발전 여유분을 풍력발전기 내에서 물 전기 분해에 이용하여 수소 기체를 생산하고 수소 기체를 저장함으로써 에너지의 효율적인 활용을 기대할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 전기 분해 장치를 구비하는 풍력 발전기의 타워에 수소 제조 장치 및 수소 저장 장치가 설치된 상태를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 종래 기술에 의한 풍력 발전기의 단면도를 나타낸 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 전기 분해 장치를 구비하는 풍력 발전기는 타워(10), 너셀(20), 및 회전축(미도시)을 중심으로 회전되는 블레이드(30)를 포함한다.

상기 타워(10)는 고정식 또는 부유식의 적절한 기초위에 설치된다. 이러한 타워(10)의 상단에는 내부에 공간을 구비하는 너셀(20)이 설치된다.

상기 너셀(20)의 내부에는 도시하지 않았지만, 증속기, 발전기, 너셀(20)의 회전을 제어하기 위한 너셀 방향 조절 장치, 상기 블레이드(30)의 회전을 제어하기 위한 블레이드 피치각 조절 장치가 포함될 수 있다.

여기서, 상기 블레이드(30)는 복수개로 이루어지고 이러한 블레이드(30)의 회전에 의해 회전축으로 회전력이 전달된다.

상기 회전축을 경유하여서 복수개로 구비되는 증속기를 통하여 회전속도가 점차적으로 증가하도록 한다. 이러한 증속기는 일반적으로 적용되는 기술구성으로서 상세한 설명은 생략하도록 한다.

상기 블레이드(30)는 허브(21)의 가장자리에 복수개가 구비된 외형으로써, 풍력에 의해 상기 허브(21)를 회전시키는 회전력을 발생시킨다.

한편, 상기 타워(10)의 하측에는 그 내부로 물이 공급될 수 있도록 공급관(11)이 형성된다. 이러한 공급관(11)을 통하여 물이 공급되면 이것에 연통되도록 형성되는 전기 분해 장치(12)에 의해서 전기 분해된다.

상기 전기 분해 장치(12)는 전력망과의 통신을 통하여 결정되는 발전 여유분을 풍력 발전기 내에서 물 전기 분해에 이용하여 수소기체를 생산하도록 하는 것이 바람직하다. 즉, 발전 용량 중 소요량을 초과하는 여유분을 수소 기체 생산에 활용함으로써 에너지 활용 효율을 극대화 할 수 있다.

상기 전기 분해 장치(12)는 상기 타워(10)의 대략 하단에 위치하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하단에 위치하도록 하게 되면 상기 타워(10)의 무게 중심(G)이 하측으로 위치할 수 있으므로 구조적인 안정성을 확보할 수 있게 된다.

또한, 상기 전기 분해 장치(12)로부터 분해된 수소 기체는 근접하여 설치되는 수소 저장 장치(13, 14, 15)로 이송된다. 이러한 수소 저장 장치(13, 14, 15)는 상기 수소 기체를 일시적으로 저장을 할 수 있으며, 수소의 방출 기능도 하게 된다.

이때, 상기 수소 저장 장치(13, 14, 15) 에 수소 기체가 저장될 때, 다양한 금속 성분의 합금으로 제조된 수소저장합금에 저장된다. 이와 같은 금속 재질과 수소 기체의 흡착 과정에 의해 발생되는 열이 방출될 수 있게 된다.

이후, 상기 수소 저장 장치(13, 14, 15)의 수소 기체에 의하여 발생되는 열은 상측으로 연장 형성되는 열 전도체(16)로 전달된다.

상기와 같이 수소 기체에 의하여 발생된 열을 상기 열 전도체(16)를 통하여 상측, 즉 타워(10)의 내부 또는 외부를 따라 상측으로 이동되어서 너셀(20)을 경유하여 블레이드(30)의 내부까지 도달하게 된다.

아울러, 타워(10)의 내부에서 수행되는 과정을 제어 및 모니터링 하기 위하여 타워(10)의 외부로부터 통신 선(17)을 연결할 수도 있다.

이로 인하여, 열 전도체(16)를 통하여 너셀(20)의 기어 박스 또는 블레이드(30)에도 열을 공급할 수 있으므로 기후나 온도변화에 따른 풍력 발전기의 환경 변화를 완화시켜서 운전 수명의 연장의 경제적인 효과를 가져올 수 있게 된다.

이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시 예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

10: 타워 11: 공급관
12: 전기 분해 장치 13, 14, 15: 수소 저장 장치
16: 열 전도체 17: 통신 선

Claims (5)

1. 직립되도록 형성되고, 내부에 공간을 구비하는 타워(10);
   상기 타워(10)의 하측에 형성되어서 물이 공급되는 공급관(11);
   상기 공급관(11)을 통하여 공급되는 물을 전기 분해할 수 있도록 설치되는 전기분해 장치(12);
   상기 전기분해 장치에 의해 분해된 수소기체를 저장 또는 방출하기 위한 수소 저장 장치(13, 14, 15); 및
   상기 수소 저장 장치(13, 14, 15)로부터 전달받는 열을 주변으로 전달하기 위한 열 전도체(16);
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 분해 장치를 구비하는 풍력 발전기.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 전기 분해 장치(12)는 상기 타워(10)의 내부의 하단에 설치되는 것을 특징으로 하는 전기 분해 장치를 구비하는 풍력 발전기.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 수소 저장 장치(13, 14, 15)는 수소 기체를 저장 또는 방출할 수 있는 합금 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기 분해 장치를 구비하는 풍력 발전기.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 수소 저장 장치(13, 14, 15)는 상기 타워(10)의 하측에 주로 설치되고, 적어도 한 개 이상 설치되는 것을 특징으로 하는 전기 분해 장치를 구비하는 풍력 발전기.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 열 전도체(16)는 상기 타워(10)의 내부에서 길이 방향을 따라 상측으로 연장 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 분해 장치를 구비하는 풍력 발전기.

Images