KR20130025707A - 디아이싱 장치를 포함하는 풍력 발전기 및 그 제어방법 - Google Patents

디아이싱 장치를 포함하는 풍력 발전기 및 그 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 측면에 따르면, 풍력 발전기의 나셀에 장착되어 블레이드의 리딩 엣지 전체에 대해 디아이싱 작업을 수행할 수 있는 디아이싱 장치를 구비하는 풍력 발전기를 제공한다.
이를 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기는, 나셀, 타워, 로터와 로터에 풍력으로 인해 발생한 회전력을 제공하는 하나 이상의 블레이드를 구비하는 풍력 발전기에 있어서, 블레이드 및 블레이드의 날개부를 회전시키는 모터; 블레이드의 회전 축계를 고정하는 브레이크; 나셀 하부에 설치되고 회전하면서 블레이드 날개부의 리딩 엣지부에 디아이싱 유액을 분사하는 디아이싱 장치; 블레이드 중 하나의 블레이드가 타워의 높이 방향에 평행하게 고정되도록 모터와 브레이크를 제어하고, 고정된 블레이드의 리딩 엣지부가 타워와 마주보도록 모터를 제어하고, 고정된 블레이드의 리딩 엣지부 전체에 디아이싱 유액이 분사되도록 디아이싱 장치의 분사 회전각과 분사압을 제어하는 제어부;를 포함한다.
이를 통해, 본 발명의 일 측면에 따르면, 효율적인 디아이싱 작업을 통해 풍력 발전기의 가동률을 향상시킬 수 있고, 하나 이상의 블레이드 각각에 대한 디아이싱 장치를 구비하지 않고도 모든 블레이드에 대해 디아이싱 작업을 수행할 수 있어서 비용적 측면에서도 유리하고, 작업자 없이도 자동으로 디아이싱을 수행할 수 있어서 작업 능률을 향상시킬 수 있으며, 블레이드의 팁(Tip)부에도 디아이싱 유액이 직접 닿게 할 수 있어서 디아이싱 작업 시간을 최소화할 수 있다.

Description

디아이싱 장치를 포함하는 풍력 발전기 및 그 제어방법{WIND POWER GENERATOR WITH DEVICE FOR DE-ICING AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 디아이싱 장치를 포함하는 풍력 발전기 및 그 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 풍력 발전기의 나셀에 장착되어 블레이드에 대해 디아이싱 작업을 수행하는 디아이싱 장치를 포함하는 풍력 발전기 및 그 제어방법에 관한 것이다.
세계의 전력 수요를 충족시키기 위해 대안적인 에너지원이 개발되고 있다. 이러한 하나의 대안 에너지원은 풍력이다. 상기와 같은 풍력 발전기는 크게 로터(rotor)와, 나셀(nacelle) 및 타워(tower)로 구성된다. 풍력 발전기는 로터를 통해 바람 자원으로부터 얻어진 에너지를 발전부를 통해 전기 에너지로 변환하여 전력을 생산하는 장치이다.
풍력 발전기는 기류(air current)에 의해 제공되는 에너지를 전기로 전환시킨다. 기류는 타워의 정상부에서 나셀에 장착된 큰 로터 블레이드 또는 프로펠러를 회전시킨다.
블레이드는 스테이터에 대해 로터를 회전시켜 전류를 발생시킨다. 회전 속도는 다수의 브레이킹 시스템의 사용을 통해서뿐만 아니라 블레이드 피치를 변경시킴으로써 제어된다. 강한 바람의 상태 시, 회전 속도를 제한하기 위해, 블레이드 피치가 조정되어 풍력 에너지를 흘려 보낸다. 종종, 블레이드가 높은 회전 속도를 이루는 것을 더욱 방지하기 위해 브레이킹 시스템이 사용된다. 낮은 바람의 상태 시, 가능한 한 많은 풍력 에너지를 포획하기 위해, 블레이드 피치가 조정된다.
통상, 풍력 발전기는 풍향 조건이 우수한 산간 지방이나 해안가 지역에 주로 설치되며, 상기한 지역들은 대체로 겨울철에 눈이 많이 내리는 지역이다. 따라서, 겨울철 눈이 많이 내리게 되면 풍력 발전기를 구성하는 블레이드에는 눈이 많이 쌓이게 되고, 이렇게 쌓인 눈이 결빙되어 발전 효율에 영향을 미치게 되어 실질적인 풍력 발전기의 수명에 큰 영향을 미치게 된다.
특히, 블레이드는 바람이 가진 에너지를 회전력으로 변환시켜 로터 또는 나셀로 전달하도록 하는 구성으로써, 상기와 같은 블레이드는 풍력 발전기의 핵심적인 구성임을 고려할 때 지속적인 유지 보수 및 점검을 수행한다.
상기한 유지 보수 및 점검을 수행하고자 할 경우에는 외부에서 크레인 등을 이용하거나 나셀 등을 통해 작업자가 블레이드로 이동하여야 한다. 하지만, 전술한 바와 같이 블레이드가 결빙된다면 작업자가 블레이드로 이동하는 도중 상기와 같이 결빙된 것에 의해 안전 사고의 발생 우려가 클 수밖에 없다는 문제점이 있다.
또한, 회전자인 블레이드의 결빙은 풍력 발전기의 영역에 있는 사람과 물체가 낙하하는 얼음으로 인하여 부상을 입거나 손상될 수 있는 위험을 포함한다. 회전자인 블레이드가 얼음으로 덮여 있을 때, 얼음이 얼마나 많이 언제 떨어질지 예측할 수 없으며, 따라서 그 영역의 위험을 방지하도록 풍력 발전기는 정지해야 한다.
종래 기술의 상태에서, 이러한 문제를 방지하기 위해 여러 가지 방안이 강구되었다.
특히, 특허문헌 1(일본공개특허공보 제2008-159336호)에서는 전극을 통해 발생하는 플라즈마 현상을 이용한 디아이싱 장치를 개시하고 있는데, 이러한 장치에는 다음과 같은 문제점이 있다.
첫째, 대형 풍력 발전기와 이에 대응하는 대형 회전자 블레이드를 갖는 경우에는 특허문헌 1의 플라즈마 현상을 이용한 디아이싱 장치를 운용하는데 필요한 동력소비가 상당히 크다. 즉, 특허문헌 1의 전극을 이용하여 플라즈마 현상을 발생시키고 이를 통해 블레이드를 디아이싱하는데 필요한 전력이, 디아이싱을 통해 얻는 풍력 발전량 보다 더 클 수 있다는 문제점이 있다.
둘째, 이러한 장치는 블레이드의 결빙에 대해 완전한 보호장치는 아니다. 즉, 블레이드 자체에 설치된 이러한 장치가 파손될 수 있는 위험이 존재하고, 다른 한편으로 이러한 장치는 임의의 낮은 온도에서 결빙이 형성되는 것 자체를 방지할 수는 없기 때문이다.
특허문헌 1 : 일본공개특허공보 제2008-159336호(2008.07.10.공개)
본 발명의 일 측면에 따르면, 풍력 발전기의 나셀에 장착되어 블레이드의 리딩 엣지 전체에 대해 디아이싱 작업을 수행할 수 있는 디아이싱 장치를 구비하는 풍력 발전기 및 그 제어방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기는, 나셀, 타워, 로터와 로터에 풍력으로 인해 발생한 회전력을 제공하는 하나 이상의 블레이드를 구비하는 풍력 발전기에 있어서, 블레이드 및 블레이드의 날개부를 회전시키는 모터; 블레이드의 회전 축계를 고정하는 브레이크; 나셀 하부에 설치되고 회전하면서 블레이드 날개부의 리딩 엣지부에 디아이싱 유액을 분사하는 디아이싱 장치; 블레이드 중 하나의 블레이드가 타워의 높이 방향에 평행하게 고정되도록 모터와 브레이크를 제어하고, 고정된 블레이드의 리딩 엣지부가 타워와 마주보도록 모터를 제어하고, 고정된 블레이드의 리딩 엣지부 전체에 디아이싱 유액이 분사되도록 디아이싱 장치의 분사 회전각과 분사압을 제어하는 제어부;를 포함한다.
또한, 블레이드는 회전축과 결합하는 루트부와 바람이 작용하는 날개부의 끝부분인 팁부를 포함하고, 제어부는 블레이드가 타워의 높이 방향에 평행하게 고정되도록 모터와 브레이크를 제어한 후, 모터가 블레이드의 날개부를 180도 회전시키도록 제어하고, 디아이싱 장치가 고정된 블레이드의 루트부에서 팁부까지 고정된 블레이드의 리딩 엣지부 전체에 디아이싱 유액을 분사하도록 디아이싱 장치의 분사 회전각을 제어한다.
또한, 디아이싱 장치는 회전하는 분사 노즐을 포함하고, 제어부는 분사 노즐의 회전각을 제어하여 고정된 블레이드의 리딩 엣지부 전체에 디아이싱 유액이 분사되도록 제어한다.
또한, 디아이싱 유액은 염분수, 해수, 증류수, 물 또는 부동액을 포함한다.
또한, 제어부는 고정된 블레이드의 루트부에서 팁부로 갈수록 회전 가능한 디아이싱 장치의 분사압을 증가시켜 디아이싱 장치가 고정된 블레이드의 리딩 엣지부 전체에 디아이싱 유액을 분사하도록 제어한다.
또한, 디아이싱 장치에 디아이싱 유액을 공급하기 위해 유액을 저장하는 저장부; 저장부에서 디아이싱 유액이 디아이싱 장치로 이동하는 경로인 유로부;를 더 포함한다.
또한, 블레이드의 아이싱을 검출하는 아이싱 검출부를 더 포함하고, 제어부는 아이싱 검출부가 블레이드의 아이싱을 검출한 것으로 판단되면 디아이싱 장치가 가동되도록 제어한다.
또한, 아이싱 검출부는 블레이드를 촬영하여 아이싱을 검출한다.
또한, 아이싱 검출부는 블레이드의 하중 변화를 측정하여 아이싱을 검출한다.
또한, 아이싱 검출부는 풍력 발전기의 외부 온도를 실시간으로 측정하여 아이싱을 검출한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 풍력 발전기 제어방법은, 나셀, 타워, 로터와 로터에 풍력으로 인해 발생한 회전력을 제공하는 하나 이상의 블레이드를 구비하는 풍력 발전기 제어방법에 있어서, 하나 이상의 블레이드의 아이싱 여부를 검출하고; 하나 이상의 블레이드에 아이싱이 검출되면 블레이드 중 하나의 블레이드가 타워의 높이 방향과 평행한 위치에 오도록 블레이드를 회전시킨 후 고정하고; 고정된 블레이드의 리딩 엣지부가 타워와 마주보도록 블레이드의 날개부를 회전시키고; 나셀 하부에 설치된 디아이싱 장치의 분사 회전각과 분사압 조절을 통해 고정된 블레이드의 리딩 엣지부 전체에 디아이싱 유액을 분사한다.
또한, 나셀 하부에 설치된 디아이싱 장치의 분사 회전각과 분사압 조절을 통해 고정된 블레이드의 리딩 엣지부 전체에 디아이싱 유액을 분사하는 것은, 고정된 블레이드의 루트부에서 팁부로 갈수록 회전 가능한 디아이싱 장치의 분사압을 증가시키는 것이다.
또한, 나셀 하부에 설치된 디아이싱 장치를 통해 고정된 블레이드의 리딩 엣지부 전체에 디아이싱 유액을 분사한 후, 하나 이상의 블레이드 중 다른 블레이드의 리딩 엣지부 전체에 대해서도 디아이싱 유액을 분사하는 과정을 반복하여 수행한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 효율적인 디아이싱 작업을 통해 풍력 발전기의 가동률을 향상시킬 수 있다.
또한, 하나 이상의 블레이드 각각에 대한 디아이싱 장치를 구비하지 않고도 모든 블레이드에 대해 디아이싱 작업을 수행할 수 있어서 비용적 측면에서도 유리하다.
또한, 작업자 없이도 자동으로 디아이싱을 수행할 수 있어서 작업 능률을 향상시킬 수 있다.
또한, 블레이드의 팁(Tip)부에도 디아이싱 유액이 직접 닿게 할 수 있어서 디아이싱 작업 시간을 최소화할 수 있다.
도 1은 일반적인 풍력 발전기의 정지 상태를 도시한 일 측면도이다.
도 2는 일반적인 풍력 발전기가 발전 중인 상태를 도시한 정면도이다.
도 3은 일반적인 풍력 발전기의 블레이드 리딩 엣지 부분에 발생한 아이싱 현상을 도시한 일 측면도이다.
도 4는 일반적인 풍력 발전기의 블레이드 리딩 엣지면에 발생한 아이싱 현상을 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 디아이싱 장치를 포함하는 풍력 발전기의 세부 구성을 도시한 개략도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 디아이싱 장치를 포함하는 풍력 발전기의 구성을 도시한 개략도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기에 포함되는 디아이싱 장치의 분사 회전각과 분사압이 조절되는 것을 도시한 개략도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기의 구성을 도시한 블록도이다.
도 9와 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 디아이싱 장치를 포함하는 풍력 발전기 제어방법 과정을 도시한 순서도이다.
이하 본 발명의 실시예에 대해 첨부된 도면을 기초로 상세히 설명한다.
먼저 일반적인 풍력 발전기의 정지 상태 및 발전 중인 상태에서 블레이드의 모양에 대해 도 1 내지 도 2를 통해 설명하고, 풍력 발전기의 블레이드에 아이싱이 발생한 경우에 대해 도 3 내지 도 4를 통해 설명한다.
도 1은 일반적인 풍력 발전기의 정지 상태를 도시한 일 측면도이고, 도 2는 일반적인 풍력 발전기가 발전 중인 상태를 도시한 정면도이다.
또한, 도 3은 일반적인 풍력 발전기의 블레이드 리딩 엣지 부분에 발생한 아이싱 현상을 도시한 일 측면도이고, 도 4는 일반적인 풍력 발전기의 블레이드 리딩 엣지면에 발생한 아이싱 현상을 도시한 단면도이다.
도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 일반적인 풍력 발전기(1)는 나셀(3), 타워(5), 로터(미도시), 허브(7), 블레이드(100)를 포함한다.
여기서 나셀(3)은 도 1에 도시된 바와 같이, 풍력 발전기(1)가 설치되는 지평면 또는 수평면에 평행하도록 형성되고, 타워(5)는 지평면 또는 수평면에 수직이 되도록 형성된다.
블레이드(100)는 허브(7) 부분과 연결되고 내부적으로는 허브(7)에 포함되는 회전축과 연결되며 회전축은 로터(50)에 연결된다.
또한, 블레이드(100)는 리딩 엣지부(130) 및 트레일링 엣지부(150)를 포함하는 날개부와 루트부(170)를 포함한다. 날개부는 바람이 직접 작용하는 부분이고, 루트부(170)는 회전축과 결합하는 부분이다.
또한, 리딩 엣지부(130)는 블레이드(100) 중에서 대부분의 아이싱이 형성되는 부분이고, 트레일링 엣지부(150)는 리딩 엣지부(130)의 반대편에 위치하는 날개부이다.
또한, 도 1은 풍력 발전기(1)가 발전하지 않고 정지된 상태를 도시하고 있는데, 도 1에 도시된 바와 같이 정지된 상태에서는 블레이드(100)의 트레일링 엣지부(150)가 타워(5) 쪽으로 향하게 되고, 리딩 엣지부(130)가 타워(5)의 반대쪽으로 향하게 된다.
또한, 도 2는 풍력 발전기(1)가 발전 중인 상태를 도시하고 있는데, 도 2에 도시된 바와 같이 발전 중인 상태에서는 블레이드(100)의 트레일링 엣지부(150), 리딩 엣지부(130) 어느 것도 타워(5) 쪽으로 향하고 있지 않다. 즉, 발전 중인 상태에서는 블레이드(100)가 풍력을 회전력으로 변환시키기 위해 블레이드(100)의 날개면이 바람이 불어오는 방향으로 향하고 있다.
또한, 발전 중인 상태에서 풍력 발전기(1)가 가장 효율적으로 정지하려면 불어오는 바람의 힘을 최대한 활용하여 정지해야 하는데, 이를 위해서 풍력 발전기(1)를 정지시킬 때는 블레이드(100)의 트레일링 엣지부(150)를 타워(5) 방향으로 회전시켜 풍력 발전기(1)를 정지시키는 것이 가장 효율적이다. 즉, 트레일링 엣지부(150)를 타워(5) 방향으로 회전시키는 것이, 인위적으로 가해야 하는 브레이킹의 힘을 최소화하고, 불어오는 바람을 풍력 발전기(1)의 뒤 쪽으로 흘려보내면서 블레이드(100)를 정지시키는 가장 효율적이고 안정적인 방법이다. 여기서 블레이드(100)를 정시상태로 하기 위하여 트레일링 엣지부(150)가 회전하는 각도는 약 90도이다.
또한, 도 3 내지 도 4에 도시된 바와 같이 아이싱 현상은 블레이드(100)의 리딩 엣지부(130)에 주로 발생한다. 아이싱 현상으로 인해 블에이드(100)의 리딩 엣지부(130)에 형성된 얼음(9)은 도 3에서 보듯이, 블레이드(100)의 루트부(170)에서 팁(tip)부로 갈수록 그 두께가 증가하고, 도 4에서 보듯이, 블레이드(100)의 루트부(170)에서 팁부로 갈수록 그 면적이 감소한다.
이상에서 살펴본 바를 기초로 볼 때, 블레이드(100)의 리딩 엣지부(130)에 주로 아이싱 현상이 발생하고, 이에 대한 디아이싱 작업을 수행하기에는 풍력 발전기(1)의 정지 상태가 적합하다.
즉, 발전 상태에서 디아이싱 작업을 수행하게 되면 풍력 발전기(1)의 파손의 위험이 있기 때문에 풍력 발전기(1)가 정지한 상태에서 디아이싱 작을 수행하는 것이 유리하다.
그러나 일반적으로 풍력 발전기(1)가 정지한 상태에서는 리딩 엣지부(130)가 타워(5) 쪽을 향하고 있지 않기 때문에 작업자가 직접 블레이드(100)에 진입하여 작업하거나, 소정의 디아이싱 장치를 풍력 발전기(1)의 앞쪽에 설치해야 하는 불편함이 있다.
이러한 점을 극복하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 디아이싱 장치(400, 도5에 도시)를 제안하고, 위에서 상술한 풍력 발전기(1)의 블레이드(100) 상태를 기초로 본 발명의 일 실시예에 따른 디아이싱 장치(400)를 포함하는 풍력 발전기(1)에 대해 도 5 내지 도 8을 기초로 이하 상술한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 디아이싱 장치를 포함하는 풍력 발전기의 세부 구성을 도시한 개략도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 디아이싱 장치를 포함하는 풍력 발전기의 구성을 도시한 개략도이며, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기에 포함되는 디아이싱 장치의 분사 회전각과 분사압이 조절되는 것을 도시한 개략도이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기의 구성을 도시한 블록도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기(1)는 모터(200), 브레이크(300), 디아이싱 장치(400)와 제어부(500)를 포함한다.
모터(200)는 블레이드(100) 및 블레이드(100)의 날개부를 회전시킨다. 즉, 디아이싱 작업을 수행하기 위한 사전 과정으로, 하나 이상의 블레이드(100a, 100b, 100c) 중 어느 하나의 블레이드(100)를 원하는 위치에 이동시킨다. 즉, 도 5 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 하나의 블레이드(100b)가 지평면 또는 수평면과 수직이 되는 위치에 이동하도록 블레이드(100)를 회전시킨다.
또한, 모터(200)는 블레이드(100)를 원하는 위치에 이동시킨 후 블레이드(100)의 날개부를 디아이싱 작업이 용이하도록 회전시킨다. 즉, 지평면 또는 수평면과 수직이 되는 위치에 이동된 블레이드(100b)의 리딩 엣지부(130b)가 타워(5) 쪽으로 향하도록 블레이드(100b)의 날개부를 회전시킨다. 이는 디아이싱 장치(400)를 통해 분사되는 디아이싱 유액이 분사되는 방향과 리딩 엣지부(130b)가 마주보도록 하여 디아이싱 작업이 용이하게 수행될 수 있도록 하기 위함이다. 일 예로 블레이드(100b)의 리딩 엣지부(130b)가 타워(5)와 마주보도록 블레이드(100b)의 날개부를 180도 회전시킬 수 있다.
또한, 모터(200)는 제어부(500)의 제어신호에 따라 그 작동여부가 결정된다.
브레이크(300)는 모터(200)에 의해 블레이드(100)가 원하는 위치에 이동한 후 더 이상 움직이지 않도록 블레이드(100)를 고정한다. 브레이크(300)는 블레이드(100)의 회전 축계에 제동력을 가하는 형태의 브레이크를 모두 포함할 수 있다.
또한, 브레이크(300)는 제어부(500)의 제어신호에 따라 그 작동여부가 결정된다.
디아이싱 장치(400)는 나셀(3) 하부에 설치된다.
또한, 디아이싱 장치(400)가 나셀(3) 하부에 설치됨으로써, 하나의 디아이싱 장치(400)로 하나 이상의 블레이드(100a, 100b, 100c) 각각에 디아이싱 작업을 수행할 수 있다.
또한, 디아이싱 장치(400)가 디아이싱 작업을 수행할 때 작업 대상 블레이드(도 5 내지 7에서 100b)의 뒤 쪽에 위치하게 되어 바람의 영향을 최대한 적게 받으면서 디아이싱 작업을 수행할 수 있다.
또한, 디아이싱 장치(400)는 분사 노즐(410)과 본체(430)를 포함한다. 분사 노즐(410)은 디아이싱 유액을 직접 외부로 분사하는 부분이다.
도 5 내지 도 6에서 보듯이, 분사 노즐(410)은 블레이드(100b)의 리딩 엣지부(130b)에 수직 방향으로 디아이싱 유액을 분사한다. 즉, 분사 노즐(410)은 수평면 또는 지평면에 수평 방향으로 디아이싱 유액을 분사한다.
또한, 도 7에서 보듯이. 분사 노즐(410)은 회전이 가능하고 분사압의 조절이 가능하다.
분사 노즐(410)의 분사압을 조절하는 방식은 여러 가지가 있을 수 있다. 일 예로 디아이싱 유액이 저장부(470)에서 나와 분사 노즐(410)까지 이동하는 경로인 유로부(450)에 제어밸브를 설치하고, 제어밸브의 개방 정도를 제어부(500)를 통해 조절함으로써 분사 노즐(410)의 분사압을 조절하는 방식을 들 수 있다. 또한, 저장부(470) 또는 유로부(450)에 펌프로부터 배출되는 디아이싱 유액의 압력을 제어부(500)로 제어하여 분사 노즐(410)의 분사압을 조절할 수 있다.
또한, 본체(430)는 디아이싱 장치(400)를 지지하고, 나셀(3)과 직접 결합하는 부분이다. 본체(430)는 제어부(500)와 직접 연결되어 제어부(500)에서 인가되는 제어신호를 수신하여 분사 노즐(410)에서 디아이싱 유액이 분사하도록 한다. 즉, 제어부(500)에서 인가되는 제어신호에 따라 분사 노즐(410)의 분사 회전각 또는 분사압이 결정된다.
또한, 본체(430)는 디아이싱 유액이 흐르는 경로인 유로부(450)와 연결되고, 유로부(450)는 디아이싱 유액이 저장되는 저장부(470)에 연결된다.
본체(430)는 제어부(500)의 제어신호에 따라 저장부(470)에 저장된 디아이싱 유액이 유로부(450)를 거쳐 분사 노즐(410)에서 분사되도록 한다. 즉, 디아이싱 장치(400)는 제어부(500)의 제어신호에 따라 그 작동여부가 결정된다.
또한, 본체(430)는 디아이싱 장치(400)의 구성에서 나셀(3) 하부와 직접 접촉하여 고정되는 부분이다. 이러한 본체(430)는 다양한 방식으로 나셀(3)의 하부에 고정될 수 있는데, 일 예로 볼팅을 통해 나셀(3) 하부에 고정될 수 있다.
볼팅을 통해 고정시키는 과정은 나셀(3) 하부와 본체(430) 사이에 결합판(401)을 삽입한 후 나셀(3)과 본체(430)가 결합되도록 볼팅을 수행한다.
볼팅을 통해 고정시키는 경우에는 추후 유지/보수가 필요할 때 용이하게 탈착이 가능하다는 장점이 있다.
또한, 기타 접착 등의 방식으로도 본체(430)를 나셀(3) 하부에 고정시킬 수 있다.
또한, 유로부(450)와 저장부(470)는 도 6에 도시된 바와 같이 나셀(3) 내부에 설치된다. 도 6에 도시된 바와 같이 유로부(450)가 나셀(3) 내부에서 시작하여 디아이싱 장치(400)의 본체(430)에 연결되려면 본체(430)와 연결되는 나셀(3)의 영역에 구멍을 형성하여 유로부(450)가 본체(430) 내부에 연결되어야 한다.
이러한 경우, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기는 본체(430)와 접촉하는 나셀(3) 부분과 본체(430) 사이에 결합판(401)을 구비하고 있어서, 유로부(450) 주변의 수밀문제를 최소화할 수 있다. 즉, 유로부(450)의 통과를 위해 나셀(3) 및 본체(430)에 형성된 구멍이 결합판(401)에 의해 덮임으로써 수밀문제를 최소화할 수 있다. 또한, 본체(430), 나셀(3) 및 결합판(401)에 형성된 구멍과 그 구멍을 통과하는 유로부(450) 사이에는 어느 정도 간극이 발생할 수 있는데, 이를 방지하기 위하여 유로부(450)에는 링 형태의 고무부재 등이 설치될 수도 있다. 이 외에에도 다양한 방식을 통하여 나셀(3) 및 본체(430)에 형성되어 유로부(450)의 통과를 위해 형성된 구멍을 덮고, 유로부(450) 주변의 간극을 방지할 수 있다.
다만, 유로부(450)와 저장부(470)는 풍력 발전기(1) 외부 환경에 따라 다른 곳(풍력 발전기 내부 또는 외부)에 설치될 수 있다.
일 예로 나셀(3)의 견고성이 낮은 경우에는 그 안정성을 고려할 때, 저장부(470)는 풍력 발전기(1)의 외부에 설치될 수 있다. 즉, 저장부(470)는 지면 또는 풍력 발전기(1)의 타워(5) 내부 등에 설치될 수 있다.
또한, 디아이싱 장치(400)에서 분사되는 디아이싱 유액은 염분수, 해수, 증류수, 물, 또는 부동액 등을 포함한다. 즉, 아이싱 현상으로 블레이드(100)의 리딩 엣지부(130)에 형성된 얼음 또는 눈을 디아이싱할 수 있는 물질은 모두 포함될 수 있다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기(1)는 블레이드의 아이싱을 검출하는 아이싱 검출부(600)를 더 포함한다.
또한, 아이싱 검출부(600)는 다양한 형태로 블레이드(100)의 아이싱을 검출할 수 있다. 즉, 블레이드(100)에 아이싱이 발생하는 환경인지 여부를 판단하여 아이싱을 검출하거나 블레이드(100)에 아이싱 형상이 있는지 여부를 판단하여 아이싱을 검출할 수 있다.
일 예로, 블레이드(100)를 촬영하여 블레이드(100)의 아이싱을 검출할 수 있다. 이때 아이싱 검출부(600)는 카메라 등의 촬영 장치를 포함하여 실시될 수 있다.
또한, 아이싱 검출부(600)는 블레이드(100)의 하중을 모니터링하여 하나 이상의 블레이드(100)의 하중 불균형 발생 여부로 블레이드(100)의 아이싱을 검출한다. 여기서 블레이드(100)의 하중 모니터링 방법으로는, 블레이드(100)의 루트부(170)에 스트레인게이지 또는 광섬유 센서 등을 설치하여 블레이드(100)의 하중 변화를 모니터링하는 방법이 있다.
또한, 풍력 발전기(1)는 아이싱 검출부(600)의 일 예인 온도센서(630)를 더 포함할 수 있다.
즉, 위에서 상술한 디아이싱 작업이 풍력 발전기(1)의 외부 온도와 관계 없이 주기적으로 수행될 수 있으나, 보다 효율적인 디아이싱 작업을 수행하기 위해서 풍력 발전기(1)의 외부 온도를 온도센서(630)로 측정하여 디아이싱 작업이 필요한 온도가 되었을 때에만 디아이싱 장치(400)를 작동시킬 수 있다.
여기서, 온도센서(630)는 온도를 측정할 수 있는 모든 형태의 센서를 포함한다. 또한, 온도센서(630)는 풍력 발전기(1) 외부 온도를 주기적으로 또는 실시간으로 측정할 수 있다.
또한, 온도센서(630)에서 측정된 풍력 발전기(1) 외부 온도는 제어부(500)로 전송된다.
제어부(500)는 위에서 살펴본 모터(200), 브레이크(300), 디아이싱 장치(400)의 작동 여부를 직접 제어한다. 즉, 블레이드(100) 또는 블레이드의 날개부의 회전이 필요한 경우에는 모터(200)를, 회전 중인 블레이드(100)를 고정시키는 경우에는 브레이크(300)를, 디아이싱 작업을 수행할 경우에는 디아이싱 장치(400)를 제어한다. 구체적으로 디아이싱 장치(400)의 제어에 있어서는, 디아이싱 장치(400)에 포함되는 분사 노즐(410)의 분사 회전각과 분사압을 제어한다.
구체적으로 도 7에 도시된 바와 같이, 제어부(500)는 디아이싱 장치(400)가 고정된 블레이드(100b)의 리딩 엣지부(130b) 전체에 디아이싱 유액을 분사하도록 고정된 블레이드(100b)의 루트부(170b)에서 팁부(190b)로 갈수록 회전 가능한 디아이싱 장치(400)의 분사압을 증가시킨다. 이렇게 제어부(500)의 제어를 통해 디아이싱 장치(400)가 고정된 블레이드(100b)의 루트부(170b)에서 팁부(190b)로 회전하면서 분사압을 증가시켜 디아이싱 유액을 분사하면, 고정된 블레이드(100b)의 리딩 엣지부(130b) 전체에 디아이싱 유액이 닿을 수 있다.
또한, 제어부(500)는 아이싱 검출부(600)의 일 예인 온도센서(630)에서 측정된 풍력 발전기(1)의 외부 온도가 기설정된 온도 이하이면 디아이싱 작업의 필요성이 있다고 판단하고, 블레이드(100) 또는 블레이드의 날개부의 회전을 위해 모터(200)를 제어하고, 회전 중인 블레이드(100)를 고정시키기 위해 브레이크(300)를 제어하고, 디아이싱 작업을 수행하기 위해 디아이싱 장치(400)를 제어한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 디아이싱 장치를 포함하는 풍력 발전기 제어방법에 대해 도 9 내지 도 10을 기초로 설명한다. 도 9 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 디아이싱 장치를 포함하는 풍력 발전기 제어방법 과정을 도시한 순서도이다.
먼저 풍력 발전기(1)가 풍력 발전을 계속 수행하는 중에(단계 800). 풍력 발전기(1)에 설치된 아이싱 검출부(600)를 통해 풍력 발전기(1)의 블레이드(100)의 아이싱 여부를 검출한다(단계 810).
다음으로 위의 검출 결과를 통해 블레이드(100)에 아이싱 현상이 있는지 여부를 판단한다(단계 820).
만약 블레이드(100)에 아이싱 현상이 없는 경우로 판단되면 계속 풍력 발전을 수행한다(단계 800으로 복귀).
만약 블레이드(100)에 아이싱 현상이 있는 경우로 판단되면, 블레이드(100)에 발생한 아이싱 현상을 해결할 필요성이 있는 경우이므로, 하나 이상의 블레이드(100a, 100b, 100c) 중의 어느 하나의 블레이드(도 5 또는 도 6에서 도시된 바를 참조하면 100b)가 풍력 발전기(1)의 타워(5)의 높이 방향과 평행한 위치에 오도록 모터(200)를 제어하여 회전시킨다. 또한, 블레이드(100b)가 원하는 위치에 도달하면 이를 브레이크(300)를 통해 고정시킨다(단계 830).
다음으로, 이렇게 고정된 블레이드(100b)의 리딩 엣지부(130b)가 타워(5)와 마주보도록 블레이드(100b)의 날개부를 180도 회전시킨다(단계 840).
이렇게 회전하여 타워(5)와 마주보게 된 블레이드(100b)의 리딩 엣지부(130b)에 대해 나셀(3) 하부에 설치된 디아이싱 장치(400)가 디아이싱 유액을 분사한다. 즉, 디아이싱 장치(400)의 회전각과 분사압 조절을 통해 고정된 블레이드(100b)의 리딩 엣지부(130b) 전체에 디아이싱 유액을 분사한다(단계 850).
마지막으로 다른 블레이드(100a, 100c)에 대해서도 위와 동일한 과정을 수행한다(단계 860). 이러한 일련의 과정은 블레이드(100) 상에 아이싱된 얼음이나 눈 등이 제거될 때까지 주기적으로 또는 여러 번 실시될 수 있다.
또한, 도 9의 단계 850은 도 10의 단계 950과 같은 세부제어과정으로 대체되어 실시될 수 있다.
즉, 도 9에서의 실시예와 상응하게 단계 800 내지 단계 850은 도 10에서의 단계 900 내지 단계 950과 대응될 수 있다.
도 9의 단계 850은 도 10에 도시된 바와 같이, 디아이싱 장치(400)가 고정된 블레이드(100b)의 리딩 엣지부(130b) 전체에 디아이싱 유액을 분사하도록 고정된 블레이드(100b)의 루트부(170b)에서 팁부(190b)로 갈수록 회전 가능한 디아이싱 장치(400)의 분사압을 증가시키는 단계 950으로 대체되어 실시될 수 있다.
1 : 풍력 발전기 3 : 나셀
5 : 타워 7 : 허브
9 : 얼음 100 : 블레이드
130 : 트레일링 엣지부 150 : 리딩 엣지부
170 : 루트부 200 : 모터
300 : 브레이크 400 : 디아이싱 장치
410 : 분사 노즐 430 : 본체
450 : 유로부 470 : 저장부
500 : 제어부 600 : 아이싱 검출부
630 : 온도센서

Claims (13)

  1. 나셀, 타워, 로터와 상기 로터에 풍력으로 인해 발생한 회전력을 제공하는 하나 이상의 블레이드를 구비하는 풍력 발전기에 있어서,
    상기 블레이드 및 블레이드의 날개부를 회전시키는 모터;
    상기 블레이드의 회전 축계를 고정하는 브레이크;
    상기 나셀 하부에 설치되고, 회전하면서 상기 블레이드 날개부의 리딩 엣지부에 디아이싱 유액을 분사하는 디아이싱 장치;
    상기 블레이드 중 하나의 블레이드가 상기 타워의 높이 방향에 평행하게 고정되도록 상기 모터와 브레이크를 제어하고, 상기 고정된 블레이드의 리딩 엣지부가 상기 타워와 마주보도록 상기 모터를 제어하고, 상기 고정된 블레이드의 리딩 엣지부 전체에 상기 디아이싱 유액이 분사되도록 상기 디아이싱 장치의 분사 회전각과 분사압을 제어하는 제어부;를 포함하는 풍력 발전기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 블레이드는 회전축과 결합하는 루트부와 바람이 작용하는 날개부의 끝부분인 팁부를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 디아이싱 장치가 상기 고정된 블레이드의 루트부에서 상기 팁부까지 상기 고정된 블레이드의 리딩 엣지부 전체에 상기 디아이싱 유액을 분사하도록 상기 디아이싱 장치의 분사 회전각을 제어하는 풍력 발전기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 디아이싱 장치는 회전하는 분사 노즐을 포함하고,
    상기 제어부는 상기 분사 노즐의 회전각을 제어하여 상기 고정된 블레이드의 리딩 엣지부 전체에 상기 디아이싱 유액이 분사되도록 제어하는 풍력 발전기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 디아이싱 유액은 염분수, 해수, 증류수, 물 또는 부동액을 포함하는 풍력 발전기.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 고정된 블레이드의 상기 루트부에서 상기 팁부로 갈수록 상기 회전 가능한 디아이싱 장치의 분사압을 증가시켜 상기 디아이싱 장치가 상기 고정된 블레이드의 리딩 엣지부 전체에 디아이싱 유액을 분사하도록 제어하는 풍력 발전기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 디아이싱 장치에 상기 디아이싱 유액을 공급하기 위해 상기 디아이싱 유액을 저장하는 저장부;와 상기 저장부에서 상기 디아이싱 장치로 상기 디아이싱 유액이 이동하는 경로인 유로부;를 더 포함하는 풍력 발전기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 블레이드의 아이싱을 검출하는 아이싱 검출부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 아이싱 검출부가 상기 블레이드의 아이싱을 검출한 것으로 판단되면 상기 디아이싱 장치가 가동되도록 제어하는 풍력 발전기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 아이싱 검출부는 상기 블레이드를 촬영하여 아이싱을 검출하는 풍력 발전기.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 아이싱 검출부는 상기 블레이드의 하중 변화를 측정하여 아이싱을 검출하는 풍력 발전기.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 아이싱 검출부는 상기 풍력 발전기의 외부 온도를 실시간으로 측정하여 아이싱을 검출하는 풍력 발전기.
  11. 제2항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 풍력 발전기 제어방법에 있어서,
    상기 하나 이상의 블레이드의 아이싱 여부를 검출하고;
    상기 하나 이상의 블레이드에 아이싱이 검출되면 상기 블레이드 중 하나의 블레이드가 상기 타워의 높이 방향과 평행한 위치에 오도록 상기 블레이드를 회전시킨 후 고정하고;
    상기 고정된 블레이드의 리딩 엣지부가 상기 타워와 마주보도록 상기 블레이드의 날개부를 회전시키고;
    상기 나셀 하부에 설치된 디아이싱 장치의 분사 회전각과 분사압 조절을 통해 상기 고정된 블레이드의 리딩 엣지부 전체에 디아이싱 유액을 분사하는 풍력 발전기 제어방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 나셀 하부에 설치된 상기 디아이싱 장치의 분사 회전각과 분사압 조절을 통해 상기 고정된 블레이드의 리딩 엣지부 전체에 상기 디아이싱 유액을 분사하는 것은,
    상기 고정된 블레이드의 상기 루트부에서 상기 팁부로 갈수록 상기 회전 가능한 디아이싱 장치의 분사압을 증가시키는 것인 풍력 발전기 제어방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 나셀 하부에 설치된 상기 디아이싱 장치를 통해 상기 고정된 블레이드의 리딩 엣지부 전체에 상기 디아이싱 유액을 분사한 후, 상기 하나 이상의 블레이드 중 다른 블레이드의 리딩 엣지부 전체에 대해서도 상기 디아이싱 유액을 분사하는 과정을 반복하여 수행하는 풍력 발전기 제어방법.
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