KR20130048854A - 부유식 해상풍력 발전시스템 - Google Patents

부유식 해상풍력 발전시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR20130048854A
KR20130048854A KR1020110113735A KR20110113735A KR20130048854A KR 20130048854 A KR20130048854 A KR 20130048854A KR 1020110113735 A KR1020110113735 A KR 1020110113735A KR 20110113735 A KR20110113735 A KR 20110113735A KR 20130048854 A KR20130048854 A KR 20130048854A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
sprocket
power generation
chain
floating
shaft
Prior art date
Application number
KR1020110113735A
Other languages
English (en)
Inventor
이충호
김병국
Original Assignee
현대중공업 주식회사
지에스건설 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 현대중공업 주식회사, 지에스건설 주식회사 filed Critical 현대중공업 주식회사
Priority to KR1020110113735A priority Critical patent/KR20130048854A/ko
Publication of KR20130048854A publication Critical patent/KR20130048854A/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D13/00—Assembly, mounting or commissioning of wind motors; Arrangements specially adapted for transporting wind motor components
    • F03D13/20—Arrangements for mounting or supporting wind motors; Masts or towers for wind motors
    • F03D13/22—Foundations specially adapted for wind motors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D15/00—Transmission of mechanical power
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/90—Mounting on supporting structures or systems
    • F05B2240/95—Mounting on supporting structures or systems offshore
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00—Function
    • F05B2260/40—Transmission of power
    • F05B2260/402—Transmission of power through friction drives
    • F05B2260/4022—Transmission of power through friction drives through endless chains
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/727—Offshore wind turbines

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Wind Motors (AREA)

Abstract

본 발명은 해상에 고중량의 부유구조물을 띄우고 그 상부로 높은 지지프레임을 세우며, 상기 지지프레임의 최 상단에서 풍력블레이드를 회전시켜 전력을 생산하는 부유식 해상풍력 발전시스템에 관한 것이다.
특히, 본 발명은 부유구조물의 내측에 고중량의 발전기장치를 설치하여 부유체로서 작동할 수 있도록 하고, 그 상부로 높은 지지프레임과 풍력블레이드에도 상기 지지프레임처럼 직립된 상태를 유지할 수 있도록 하며, 고중량의 발전기장치의 작업을 해결한 부유식 해상풍력 발전시스템에 관한 것이다.

Description

부유식 해상풍력 발전시스템{Sea floating wind turbine apparatus for generating electricity}
본 발명은 해상에 고중량의 부유구조물을 띄우고 그 상부로 높은 지지프레임을 세우며, 상기 지지프레임의 최 상단에서 풍력발전을 위한 블레이드를 회전시켜 전력을 생산하는 부유식 해상풍력 발전시스템에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 부유구조물의 내측에 발전기를 설치하고, 그 상부로 높은 지지프레임과 풍력 블레이드를 장착함으로 바람이나 풍랑에도 상기 지지프레임이 쓰러지지 않고 오뚝이처럼 직립된 상태를 유지할 수 있도록 하여, 통상의 풍력발전기와 달리 동력전달장치 및 발전기장치를 최 상단의 헤드에 장착하지 않고, 지지프레임 내부 및 해면에 있는 부유체 내부에 설치함으로서 설치 작업의 곤란성 및 해상의 기상 악화에 따른 높은 파도에도 설치물이 전복되는 현상을 방지할 수 있는 부유식 해상풍력 발전시스템에 관한 것이다.
통상적으로 풍력발전기는 바람이 많이 발생되는 지역에 높은 구조물로 설치되고, 그 바람을 이용하여 블레이드를 회전시키고, 이를 통해서 전기를 생산하는 장치이다.
이러한 종래 이러한 풍력 발전기는 통상적으로 육상에 설치하거나, 해저지반의 기초 위에 풍력발전기를 설치하여 해상에서 부는 안정된 바람을 통해 생산된 전력을 해저케이블을 통해 육상의 변전소를 통해 계통에 연계하거나 수요자에 직접 공급하는 방식으로 운영되고 있다. 육상이나 연근해의 해저지반에 기초를 이러한 풍력발전기의 문제점은 환경문제, 소음문제 등으로 적당한 설치 장소를 찾기 힘들다는 것이다.
또한 연근해에 설치되는 해상의 풍력발전기도 다음과 같은 제약이 따른다.
첫째, 풍력발전기 최 상단의 헤드에 발전기와 그 동력전달장치등의 고중량을 최소 지상 수십에서 백미터 상부에 위치하고 있기에 이를 지지하는 골조 구조물을 세우는데 많은 비용과 문제점이 있다.
둘째, 이러한 해상 풍력발전기를 수심이 깊은 바다쪽에 부유체 위에 설치하게 되면, 최상단의 헤드부분이 무거워 파랑시 전체구조물이 불안전해질 수 있다. 결국 깊은 바다 속 지반까지 지지프레임을 연장하여 세우는 방식을 이용할 수 밖에 없는데 이 경우 막대한 공사비용 뿐만 아니라, 해저지반이 약한 경우 그 내부 깊숙히 앵커를 박아 세워야 하기에 설치 작업에 많은 어려움이 발생된다.
본 발명은 해상에 고중량의 부유구조물을 띄우고 그 상부로 높은 지지프레임을 세우며, 상기 지지프레임의 최 상단에서 풍력블레이드를 회전시켜 전력을 생산하는 부유식 해상풍력 발전시스템을 제공하고자 한다.
특히, 본 발명은 부유구조물의 내측에 발전기를 설치하여 전체 무게중심을 낮추었고, 그 상부로 높은 지지프레임과 풍력블레이드를 장착함으로 바람이나 풍랑에도 상기 지지프레임이 쓰러지지 않고 오뚝이처럼 직립된 상태를 유지할 수 있도록 하여 안정되고 설치가 용이하며 제조비용과 설치비용이 상대적으로 저렴한 부유식 해상풍력 발전시스템을 제공하고자 한다.
　
본 발명을 위한 부유식 해상풍력 발전시스템은, 고중량으로 해상에 떠 있는 부유구조물(10); 상기 부유구조물(10) 내측 중심부에 설치되는 발전기장치(20); 상기 부유구조물(10)의 상단으로 세워진 풍력블레이드 지지프레임(30); 상기 풍력블레이드 지지프레임(30)의 최 상단에 회전가능하게 체결된 풍력블레이드(41)를 가진 헤드(40);를 포함하여 구성되어 고중량의 발전기장치(20)를 부유구조물(10)의 내측에 설치함으로 높은 높이의 풍력블레이드 지지프레임(30)이 안정된 상태로 부유 직립되게 하고; 풍력블레이드(41)의 회전력을 체인체(50)를 형성하는 체인과 스프라켓을 통해서 발전기장치(20)로 전달한다.
또한 본 발명 부유식 해상풍력 발전시스템에 따른 헤드(40)는 전방으로 돌출된 회전샤프트(42)의 끝단에 장착된 풍력블레이드(41); 회전샤프트(42)의 좌우 양단 부분에서 회전을 지지하는 지지플레이트(43)과 그 내측에 삽입된 베어링(44); 상기 회전샤프트(42)의 일측에 고정되어 샤프트와 함께 회전하도록 체결된 제1스프라켓(45); 상기 제1스프라켓(45)의 외주면을 감고 돌아, 하향하여 발전기장치(20)까지 배열되는 체인체(50);를 포함하여 구성되어, 상기 풍력블레이드(41)의 회전을 체인체(50)를 통해서 발전기장치(20)로 전달하고; 부유구조물(10)은 다각형이나 또는 원형의 형상을 한 구조물이며; 부유구조물(10)의 하단은 단면이 평판의 플레이트(11) 형태이거나 곡면의 타원형(12)이다.
또한 본 발명 부유식 해상풍력 발전시스템에 따른 발전기장치(20)는, 출력측 체인(A)의 회전력을 제2스프라켓(55)을 통해 수평으로 전달받은 발전샤프트(51)에 체결된 발전기(52)(53)이 무게중심을 해상에 위치시키도록 함과 동시에, 전력을 발생시켜 전류를 생산할 수 있고,
다른 실시예로서 발전기장치(20)는, 출력측 체인(A)의 회전력을 제2스프라켓(55)로 전달받는 샤프트(71); 상기 샤프트(71)의 외주면에 체결된 제1베벨기어(72); 상기 제1베벨기어(72)의 회전력을 수직방향으로 방향전환시키는 제2베벨기어(73)의 발전샤프트(51); 상기 발전샤프트(51)의 외주면에 체결되어, 상기 발전샤프트(51)의 회전에 따라 동일한 방향의 회전을 하는 발전기(52)(53)이 무게중심을 해상에 위치시키도록 함과 동시에, 전력을 발생시켜 전류를 생산하게 된다.
상기 지지프레임(30)는, 트렌스구조로 형성하거나 또는 일체형의 관형으로 형성하여, 최상단에 헤드를 장착한다.
또한 본 발명 부유식 해상풍력 발전시스템에 따른 체인체(50)는, 헤드(40)에 장착된 제1스프라켓(45)과 발전기장치(20) 부분에 장착된 제2스프라켓(55); 상기 제1스프라켓(45)과 제2스프라켓(55)의 외주면을 감는 체인(A);으로 이루어지고 : 제1스프라켓(45)과 제2스프라켓(55) 및 체인(A)을 연결함에, 다단구조로 체인과 스프라켓을 연결하여 그 회전운동이 전달되도록 하며 : 다단구조는, 제1스프라켓(45)과 제2스프라켓(55) 사이에 복수 개의 보조샤프트((81)를 일정한 간격을 두고 설치하되, 베어링(28)이 설치된 지지패널(27)을 관통하도록 하고; 상기 보조샤프트(81)에는 별도의 보조스프라켓(85)을 하나 내지 4개를 각각 설치하며; 상기 보조스프라켓(85)들을 별도의 연장체인(A)으로 연결하여 회전력을 전달할 수 있도록 한다.
본 발명은 부유구조물을 해상에 띄우고, 그 상단에 지지프레임을 형성하여 풍력발전기를 건설하기에 비용이 저렴하다는 장점이 있다.
또한 본 발명은 종래 고중량이 나가는 발전기장치를 부유구조물에 설치하기에, 부유구조물이 마치 배와 같이 떠서 부유구조물 상부의 지지프레임을 받치고 있으며, 바람이나 풍랑에 의해서 지지프레임가 흔들리더라도 마치 오뚝이와 같이 다시 복원 직립할 수 있다는 장점이 있다.
또한 본 발명은 부유구조물 내부에 고중량의 발전기장치를 설치하기에 설치 작업이 용이하고, 시공성이 우수하며, 공기를 단축시킬 수 있다는 장점이 있다.
또한 본 발명은 대용량화하기에 유리하다. 즉, 대용량화를 위해서 종래에는 고중량의 발전기장치를 더 증대시켜야만 하는데, 이를 위해서는 헤드가 무거워져 시공성이 떨어진다. 그러나 본 발명은 부유구조물의 내측에 발전기장치를 내장시키기에 대용량화에 대한 작업성이 유리하다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 풍력발전 시스템을 전체 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 풍력발전 시스템 요부인 헤드부분을 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 발전기장치가 설치된 부유구조물의 단면을 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 발전기장치에 회전력이 전달되는 구조를 도시한 일 실시예,
도 5는 본 발명의 발전기장치에 회전력이 전달되는 다른 구조의 실시예를 도시한 도면,
도 6은 본 발명의 체인체가 다단으로 결합되는 상태를 도시한 도면,
도 7은 본 발명의 부유구조물의 하단 단면이 타원형으로 형성된 실시예를 도시한 도면,
도 8은 본 발명의 부유구조물이 설치되어 앵커에 의해서 위치고정되는 상태를 도시한 도면,
도 9는 본 발명의 부유구조물이 앵커에 의해서 위치 고정되는 다른 실시예를 도시한 도면이다.
이하 본 발명의 구성과 그 작용을 도시된 도 1 내지 9를 통해서 상세히 살펴본다.
도시된 것처럼 본 발명은, 해상에 떠 있도록 구조화된 부유구조물(10)이 있고, 상기 부유구조물(10) 내측 중심부에 설치되는 발전기장치(20)가 있으며, 상기 부유구조물(10)의 상단으로 세워진 풍력블레이드 지지프레임(30)이 있다. 또한 상기 풍력블레이드 지지프레임(30)의 최 상단에 회전가능하게 체결된 풍력블레이드(41)를 가진 헤드(40)가 있다. 따라서 본 발명은 고중량의 발전기장치(20)를 부유구조물(10)의 내측에 설치함으로 높은 높이의 풍력블레이드 지지프레임(30)가 안정된 상태로 부유 직립되게 하고, 풍력블레이드(41)의 회전력을 체인체(50)를 형성하는 체인과 스프라켓을 통해서 발전기장치(20)로 전달하는 것이다.
즉, 본 발명의 주요한 특징은 부유구조물(10) 내측에 발전기장치(20)를 내장하여 마치 오뚝이와 같이 지지프레임(30)을 직립한 상태를 유지할 수 있도록 함에 있다. 일반적인 모든 풍력발전기는 블레이드가 체결되는 헤드의 내측에 발전기장치를 내장한다. 이는 동력을 하단으로 전달해야만 하는 번거로움을 제거하기 위한 것이었다. 그러나 이러한 관계로 발생되는 문제점이 너무 많다. 고중량의 헤드를 고공에 설치하는 작업이 쉽지 않고, 이를 지지해야만하는 지지프레임의 중량도 부담스러웠다. 또한 지역적으로 해저 지반에 고정 설치하는 문제는 더 큰 번거로움이 발생된다.
본 발명은 해상에 부유할 수 있는 부유구조물(10)을 형성하고, 그 상부로 높게 지지프레임(30)를 설치하고 최 상단에는 헤드(40)를 장착하는 방식을 택했다. 대다수의 중량을 수면 또는 수중으로 내려, 전체 무게중심을 낮춤으로서 좀더 안정된 구조물을 완성하였고, 헤드(40)의 중량을 최소화하여 설치시 발생되는 부담을 최소화한 것이다. 풍력발전기의 대다수의 중량은 발전기에 있다. 발전을 위해서 회전해야만 하는 자기코일(52)과 그 외곽을 둘러싸는 자기체(53)의 중량이 가장 많은 중량을 차지한다. 본 발명은 이러한 발전기장치(20)를 모두 부유구조물(10)의 내측에 설치한 후, 부유구조물(10)이 해상에 떠 있도록 설계한 것이다. 마치 배와 같이 해상 위에서 떠 있으면서, 상부의 지지프레임(30)과 풍력블레이드(41)를 받치고 있기에 바람이나 풍랑에 의해서 상기 지지프레임(30)가 흔들리더라도, 다시 복원하여 정 위치로 곧게 설 수 있도록 하는 것이다.
이러한 것을 가능하게 하기 위해서는 상기 지지프레임(30)의 최 상단에 설치된 풍력블레이드(41)의 회전력을 발전기장치(20)로 전달해야만 한다. 발전기를 회전시키는 터빈이나 기타 샤프트에 그대로 전달되어 발전기를 가동시켜야 하는 것이다. 이를 위해서 본 발명은 체인과 스프라켓을 사용하였다. 사실상 본 발명의 발전기장치(20)는 중량물이다. 풍력블레이드(41)와 지지프레임(30)의 경우도 그 길이가 수백 미터에 이르는 부피나 무게가 큰 구조물인 것이다. 이러한 구조물 풍력블레이드(41)의 회전력을 전달하기 위해서는 마찰을 최소화시킨 상태에서 전달시킴이 가장 중요하다.
이러한 문제를 해결하기 위해서 본 발명에서는 상기 풍력블레이드(41)가 회전하는 회전력을 그 회전샤프트(42)로 받고 이 회전력을 체인체(50)를 통해서 해상에 떠 있는 부유구조물(10)로 전달하는 것이다. 보다 정확하게는 상기 부유구조물(10)의 내측에 설치된 발전기장치(20)의 내부로 전달하여 발전기를 가동시키게 된다. 이러한 원리를 통해서 본 발명은 해상에 풍력발전시스템을 설치할 수 있게 된다.
특별히 지상에서 바람이 많이 발생되는 지역만을 엄선하는 수고를 덜을 수 있고, 바람이 지역적인 특성에 의해서 제약을 받을 수 있는 여건을 최소화하며, 풍력발전기를 설치함으로 그 지역이 다른 용도로 사용될 수 있는 이용 기회를 방해하지 않게 된다. 나아가 고중량의 부유구조물(10)을 해상에 떠 있도록 하는 착상에 따라 종래 해저까지 설치해야만 했던 지지프레임(30)의 길이를 최소화할 수 있으며, 헤드의 저 중량화에 따라 지지프레임(30)를 보다 경량화할 수 있다는 큰 장점을 가진 것이다.
그럼 이하 본 발명의 보다 상세한 실시예를 살펴본다.
도시된 도 1과 2에서처럼, 본 발명의 헤드(40)는 전방으로 돌출된 회전샤프트(42)의 끝단에 장착된 풍력블레이드(41)가 설치되고, 회전샤프트(42)의 좌우 양단 부분에서 회전을 지지하는 지지플레이트(43)과 그 내측에 삽입된 베어링(44)이 있으며, 상기 회전샤프트(42)의 일측에 고정되어 샤프트와 함께 회전하도록 체결된 제1스프라켓(45)이 있다. 또한 상기 제1스프라켓(45)의 외주면을 감고 돌아, 하향하여 발전기장치(20)까지 배열되는 체인체(50)가 있다. 따라서 상기 풍력블레이드(41)의 회전을 체인체(50)를 통해서 발전기장치(20)로 전달하는 것이다.
헤드(40)의 경량화에 의해서 본 발명은 풍력블레이드(41)가 장착되는 헤드(40)에 별다른 구성물을 설치할 필요가 없다. 단순하게 도시된 도면에서처럼, 회전력 전달을 위한 제1스프라켓(45)을 설치하면 된다. 헤드(40)의 전방으로는 회전가능하게 설치된 풍력블레이드(41)가 설치되고, 상기 풍력블레이드(41)의 회전샤프트(42)는 헤드(40) 내측 지지플레이트(43)에 끼워지게 된다. 상기 회전샤프트(42)의 회전에 마찰을 최소화하기 위한 베어링(44)이 삽입된 상태로 결합되는 것이다. 따라서 상기 풍력블레이드(41)가 회전을 하면, 그 회전샤프트(42)가 회전을 하고, 상기 회전샤프트(42)의 외주면에 체결된 제1스프라켓(45)도 같이 회전을 한다. 이 제1스프라켓(45)의 외주면에는 도시된 것처럼 체인(A)이 감기게 되는데, 상기 제1스프라켓(45)을 포함하여 체인(A) 및 부유구조물(10)의 내측에 설치된 발전기장치(20)까지 연결되는 모든 동력 전달 매체를 본 발명에서는 체인체(50)라 명명하였다.
도시된 도 1과 8에는 서로 다른 형태의 부유구조물을 도시하고 있다.
본 발명의 부유구조물(10)은, 다각형이나 또는 원형의 형상을 한 구조물인 것이 바람직하다. 도 1에 도시된 부유구조물(10)을 살펴보면, 8각의 형상을 하고 있다. 이는 일 실시예에 불과하다. 4각형이나 5각형의 형태로 본 발명의 부유구조물(10)을 설치할 수 있는 것은 물론 어떠한 형태의 다각형 형태로 제작될 수 있다. 또한 도 8, 9에서처럼 완벽한 원형의 형태로 제작하는 것도 가능하다.
또한 본 발명의 부유구조물(10)은 항상 해상에 떠 있는 형태로 설치된다. 보다 정확하게는 도시된 도 3에서처럼 반 잠수된 상태를 유지하는 것이 바람직하다. 이러한 방식이 상단의 지지프레임(30)가 흔들리며 기울 때 다시 복원하는 힘을 강하게 하기 위해서 부유구조물(10)의 부피 중 대다수는 수중에 있도록 설치한다. 이 부유구조물(10)의 하단은 단면이 평판의 플레이트(11) 형태이거나, 곡면의 타원형(12)인 것이 바람직하다. 도 3에서는 부유구조물(10)의 하단이 평판의 플레이트 형태이지만, 도 7에서는 부드럽게 라운드진 원형 또는 타원형의 형상이다. 수중에 잠기게 될 부유구조물(10)이며, 상부로 떠오른 부분도 있다. 상기 부유구조물(10)의 잠수된 바닥의 형태도 본 발명은 도시된 도 3에서처럼 평판형의 플레이트 형상일 수도 있고, 도 7에서처럼 타원형의 형태로 실시할 수 있다.
다음으로 본 발명의 상기 발전기장치(20)는, 다음과 같은 구성으로 작동을 한다. 즉, 도시된 도 4에서처럼, 출력측 체인(A)의 회전력을 제2스프라켓(55)을 통해 수평으로 전달받은 발전샤프트(51)에 연결된 발전기와 회전하며 무게중심을 해상에 위치시키도록 함과 동시에, 전력을 발생시켜 전류를 생산하는 것이다.
제1스프라켓(45)에 감긴 체인(A)을 통해서 그대로 제2스프라켓(55)으로 회전력이 전달될 수도 있지만, 제2스프라켓(55)에 전달되기 전에 다양한 수단을 통해서 마찰과 무게를 줄일 수도 있다. 이 작동 후에는 도시된 것처럼 상기 출력측 체인(A)을 통해서 제2스프라켓(55)으로 회전력이 전달되고, 발전샤프트(51)에 전달되는 것이다. 발전샤프트(51)가 회전을 하면 전력이 발생되는 것이다. 이 전력에 따른 전류는 도 4에서처럼 부유구조물(10) 하단으로 배열된 케이블(99)을 타고 별도의 축전장치에 저장되거나 부유구조물(10) 내측의 발전기장치(20)의 내측에 1차 충전이 가능하다.
물론 이러한 구조는 하나의 실시예에 불과하며, 발전샤프트(51)를 통해서 전력을 생산할 수도 있다.
이와는 다른 실시예는 도시된 도 5를 통해서 설명한다.
도시된 바와 같이, 발전기장치(20)는, 출력 측 체인(A)의 회전력을 제2스프라켓(55)으로 전달받는 샤프트(71)가 있고, 상기 샤프트(71)의 외주면에 체결된 제1베벨기어(72)가 있으며, 상기 제1베벨기어(72)의 회전력을 수직방향으로 방향전환시키는 제2베벨기어(73)의 발전샤프트(51)가 있다. 또한 상기 발전샤프트(51)의 외주면에 체결되어, 상기 발전샤프트(51)의 회전에 따라 전력을 발생시켜 전류를 생산하는 것이다.
이 실시예는 스프라켓을 통해서 X축 방향으로 회전되는 회전력을 얻었다면, 이를 수직방향인 Y축 방향으로 방향 전환하여 전류를 생산하는 방식이다. 출력 체인의 회전력이 제2스프라켓(55)을 회전시키면, 제2스프라켓(55)을 관통한 샤프트(71)가 회전을 한다. 이 회전으로 같은 샤프트(71)에 체결된 제1베벨기어(72)가 회전을 하고, 이와 치합된 제2베벨기어(72)도 회전을 하는데, 이 제2베벨기어(72)는 수직방향으로 내려선 발전샤프트(51)를 회전시키게 된다. 그리고 이후의 작동상황은 전술된 제1실시예와 동일하다.
즉, 직 하방의 베어링을 통해서 결합된 상기 발전샤프트(51)의 회전운동을 통해서 전력이 생산되는 것이다.
또한 본 발명에서는 상기 지지프레임(30)를 경량화할 수 있기에 그 시공을 위한 단가가 적게 발생된다. 즉, 트렌스구조로 형성하거나 또는 일체형의 관형으로 형성하여, 최상단에 헤드(40)를 장착한 것이다.
종래의 수중 지반에 트렌스구조물인 지지프레임(30)를 장착하는 방식에 비하여 그 지지프레임(30)의 길이를 짧게 형성해도 되면서, 고중량의 발전기장치(20)를 헤드(40)에 설치하지 않고, 부유구조물(10)의 내측에 장착하기에 지지프레임(30)를 경량화할 수 있다. 그러나 상기 풍력블레이드(41)의 무게도 상당하므로 본 발명의 지지프레임(30)은 도시된 도면의 실시예는 물론 트러스구조로 형성하는 것도 가능하다. 또한 일체형의 관형으로 제작해도 무방하다.
다음으로 본 발명의 구성인 체인체(50)에 대해서 살펴본다.
본 발명에서 사용되는 체인(A)의 경우도 일체형으로 형성한다면, 고중량이다. 이러한 고중량의 체인(A)을 제1스프라켓(45)과 회전샤프트(42)만으로 지지하게 되면 파손될 우려가 높다. 따라서 본 발명에서는 다단의 구조도 활용하고자 한다.
즉, 앞의 실시예에서 본 발명의 체인체(50)는, 헤드(40)에 장착된 제1스프라켓(45)과 발전기장치(20) 부분에 장착된 제2스프라켓(55)을 형성하고, 상기 제1스프라켓(45)과 제2스프라켓(55)의 외주면을 감는 체인(A);로 이루어진 실시예를 사용할 수도 있다.
그리고 다단으로 장착된 체인(A)을 연결한 실시예도 사용가능한 것이다.
그 실시 예를 도시된 도 6을 통해서 살펴본다. 이때 중요한 사항은 제1스프라켓(45)과 제2스프라켓(55) 및 체인(A)을 연결함에, 다단구조로 체인과 스프라켓을 연결하여 그 회전운동이 전달되도록 한다는 것이다.
그 단수는 풍력발전기의 날개크기 또는 용량과 연결되는 체인(A)의 길이를 고려하여 단수를 설정하는 것이다. 이렇게 하는 이유는 중간 중간에 마찰을 감소시킬 수 있는 수단을 강구할 수 있으며, 고중량의 체인(A)을 하나의 샤프트를 통해서 지지하지 않아도 되기 때문이다. 또한 체인과 스프라켓 및 별도의 기어 등을 사용하여 속도를 변속시킬 수 있도록 한다.
도시된 도 6에는 이러한 다단구조의 일실시예가 도시되어 있다. 즉, 상기 다단구조는, 제1스프라켓(45)과 제2스프라켓(55) 사이에 복수 개의 보조샤프트(81)를 일정한 간격을 두고 설치하되, 베어링(28)이 설치된 지지패널(27)을 관통하도록 하고, 상기 보조샤프트(81)에는 별도의 보조스프라켓(85)을 하나 내지 4개를 각각 설치하며, 상기 보조스프라켓(85)들을 별도의 연장체인(A)으로 연결하여 회전력을 전달할 수 있도록 한다.
일정한 길이의 연장체인(A)을 연결하고, 이 체인이 감길 수 있는 보조스프라켓(85)을 각각 마련하여 체인에서 체인으로 연결하는 구조이다. 도시된 것처럼 만일 최 상단의 제1스프라켓(45)에서 하나의 체인(A)이 내려와 다음 단의 보조샤프트(85)에 감긴 보조스프라켓(85)과 연결된다면, 또 다른 보조스프라켓(85)을 통해서 다음 단의 보조스프라켓(85)과 연장체인(A)으로 연장시키는 방식이다. 서로 양쪽에서 균형을 이루어 회전할 수 있도록 하나 또는 둘 이상의 연장체인(A)이 감길 수 있다.
물론 상기 보조샤프트(81)는 도시된 것처럼 각각 지지프레임(30)에 결합된 별도의 지지패널(27)을 통해서 지지를 받으며, 그 지지패널(27)에도 별도의 베어링(28)이 체결되어 보조샤프트(81)의 회전에 무리가 없도록 한다. 이러한 구조는 무게를 여러 단으로 나누어 지지할 수 있기에 내구성을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.
본 발명은 이밖에 많은 다른 형태로 실시가 가능하다. 풍력블레이드(41)와 헤드(40)가 바람의 방향에 따라 회전할 수 있도록 하는 수단도 강구됨이 바람직하고, 이에 따라 부유구조물(10)의 내측에 설치되는 발전기장치(20)도 동기화하여 회전할 수 있는 수단도 비치할 필요가 있다.
이하 부유구조물(10)의 계류장치에 대해서 설명한다. 도 3에서처럼, 본 발명의 부유구조물(10)은 해상 지반에 앵커(94)를 설치하고 와이어나 체인(93)을 통해서 연결하여 위치 고정시킨다.
다음으로 발전기장치(20)의 경우 풍랑에 의해서 흔들리거나 진동을 그대로 받게 되면 전력생산에 무리를 초래할 소지가 있다. 이를 해결하기 위해서는 스프링댐퍼(미도시된)를 통해서 지지하도록 하여 파랑에 의한 충격을 자체적으로 흡수할 수 있도록 함이 바람직하다. 또한 도 4와 5에서 미설명된 부호는 21번과 22번이다. 21번은 발전샤프트(51)를 지지하는 지지수단이고, 22번은 베어링이다.
도 3, 8과 9의 경우 앵커(94)나 아우트리거(91)를 이용하여 부유구조물(10)을 고정시킨 방식의 실시예를 도시하고 있는데, 앵커(94)를 통해서 해저 지반에 와이어나 체인(93)의 일단을 고정하고, 타단은 부유구조물(10)에 고정하여 흔들리거나 이동하는 현상을 방지한다. 도시된 도면에서는 모두 부유구조물(10)의 외측으로 연장된 아우트리거(91)의 끝단에 타단의 체인(93)이나 와이어를 결합한 실시예를 도시하고 있다. 각각의 아우트리거(91)를 부유구조물(10)의 중심부에서 방사형으로 연장될 수 있도록 하고, 연장된 아우트리거(91)의 끝단에 체인(93)이나 와이어를 결합시키는 것이다. 도 8에서처럼 하나의 아우트리거(91)에 하나의 앵커(94)와 체인(93)을 연결할 수도 있지만, 도 9에서처럼 2개의 앵커(94)와 체인(93)을 연결하여도 무방하다.
10; 부유구조물 11; 플레이트
12; 타원형 20; 발전기장치
30; 지지프레임 40; 헤드
41; 풍력블레이드 42; 회전샤프트
43; 지지플레이트 44; 베어링
45; 제1스프라켓 50; 체인체
51; 발전샤프트 52; 자기코일
53; 자기체 55; 제2스프라켓
71; 샤프트 72; 제1베벨기어
81; 보조샤프트

Claims (10)

  1. 풍력시스템에 있어서,
    고중량으로 해상에 떠 있도록 구조화된 부유구조물(10);
    상기 부유구조물(10) 내측에 설치되는 발전기장치(20);
    상기 부유구조물(10)의 상단으로 세워진 풍력블레이드 지지프레임(30);
    상기 풍력블레이드 지지프레임(30)의 최 상단에 회전가능하게 체결된 풍력블레이드(41)를 가진 헤드(40);
    상기 풍력블레이드(41)의 회전력을 체인과 스프라켓을 통해서 상기 부유구조물(10) 내측에 있는 발전기장치(20)로 전달하는 체인체(50)로 구성되는 것을 특징으로 하는 부유식 해상풍력 발전시스템.
  2. 제1항 있어서,
    헤드(40)는,
    전방으로 돌출된 회전샤프트(42)의 끝단에 장착된 풍력블레이드(41);
    회전샤프트(42)의 좌우 양단 부분에서 회전을 지지하는 지지플레이트(43)과 그 내측에 삽입된 베어링(44);
    상기 회전샤프트(42)의 일측에 고정되어 샤프트와 함께 회전하도록 체결된 제1스크류켓(45);
    상기 제1스프라켓(45)의 외주면을 감고 돌아, 하향하여 발전기장치(20)까지 배열되는 체인체(50);를 포함하여 구성되어, 상기 풍력블레이드(41)의 회전을 체인체(50)를 통해서 발전기장치(20)로 전달하는 것을 특징으로 하는 부유식 해상풍력 발전시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    부유구조물(10)은,
    다각형이나 또는 원형의 형상을 한 구조물인 것을 특징으로 하는 부유식 해상풍력 발전시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    부유구조물(10)의 하단은 단면이 평판의 플레이트(11) 형태이거나, 곡면의 타원형(12)인 것을 특징으로 하는 부유식 해상풍력 발전시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    발전기장치(20)는,
    출력측 체인(A)의 회전력을 제2스프라켓(55)을 통해 수평으로 전달받은 발전샤프트(51)에 체결된 자기코일(52);
    상기 자기코일(52)의 외곽부를 감싸는 전력을 발생시켜 전류를 생산하는 것을 특징으로 하는 부유식 해상풍력 발전시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    발전기장치(20)는,
    출력측 체인(A)의 회전력을 제2스프라켓(55)으로 전달받는 샤프트(71);
    상기 샤프트(71)의 외주면에 체결된 제1베벨기어(72);
    상기 제1베벨기어(72)의 회전력을 수직방향으로 방향전환시키는 제2베벨기어(73)의 발전샤프트(51);
    상기 발전샤프트(51)의 외주면에 체결되어, 상기 발전샤프트(51)의 회전에 따라 동일한 방향의 회전을 하는 전류를 생산하는 것을 특징으로 하는 부유식 해상풍력 발전시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    지지프레임단의 최상단에 헤드를 장착한 것을 특징으로 하는 부유식 해상풍력 발전시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    체인체(50)는,
    헤드(40)에 장착된 제1스프라켓(45)과 발전기장치(20) 부분에 장착된 제2스프라켓(55);
    상기 제1스프라켓(45)과 제2스프라켓(55)의 외주면을 감는 체인(A);으로 이루어진 것을 특징으로 하는 부유식 해상풍력 발전시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    제1스프라켓(45)과 제2스프라켓(55) 및 체인(A)을 연결함에,
    다단구조로 체인과 스프라켓을 연결하여 그 회전운동이 전달되도록 한 것을 특징으로 하는 부유식 해상풍력 발전시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    다단구조는,
    제1스프라켓(45)과 제2스프라켓(55) 사이에 복수 개의 보조샤프트(81)를 일정한 간격을 두고 설치하되, 베어링(28)이 설치된 지지패널(27)을 관통하도록 하고;
    상기 보조샤프트(81)에는 별도의 보조스프라켓(85)을 하나 내지 4개를 각각 설치하며;
    상기 보조스프라켓스프라켓 별도의 연장체인(A)으로 연결하여 회전력을 전달할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 부유식 해상풍력 발전시스템.
KR1020110113735A 2011-11-03 2011-11-03 부유식 해상풍력 발전시스템 KR20130048854A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110113735A KR20130048854A (ko) 2011-11-03 2011-11-03 부유식 해상풍력 발전시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110113735A KR20130048854A (ko) 2011-11-03 2011-11-03 부유식 해상풍력 발전시스템

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20130048854A true KR20130048854A (ko) 2013-05-13

Family

ID=48659753

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110113735A KR20130048854A (ko) 2011-11-03 2011-11-03 부유식 해상풍력 발전시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20130048854A (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111003108A (zh) * 2019-12-24 2020-04-14 安徽中能众诚新能源科技有限公司 一种适应大风力的水上浮体锚固系统
WO2021216133A1 (en) * 2020-04-21 2021-10-28 Saavedra John A Wind turbine with base-mounted generator
CN113864123A (zh) * 2021-10-15 2021-12-31 西安热工研究院有限公司 一种海上移动风力发电站

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111003108A (zh) * 2019-12-24 2020-04-14 安徽中能众诚新能源科技有限公司 一种适应大风力的水上浮体锚固系统
WO2021216133A1 (en) * 2020-04-21 2021-10-28 Saavedra John A Wind turbine with base-mounted generator
CN113864123A (zh) * 2021-10-15 2021-12-31 西安热工研究院有限公司 一种海上移动风力发电站

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20180010580A1 (en) System and method for generating electricity using grid of wind and water energy capture devices
JP5738203B2 (ja) オフショア風力発電パーク
EP1509696B1 (en) A device for a wind power station placed in deep water
EP2727813B1 (en) Column-stabilized offshore platform with water-entrapment plates and asymmetric mooring system for support of offshore wind turbines
EP2461031A2 (en) Technology for combined offshore floating wind power generation
US6208035B1 (en) Power generation apparatus utilizing energy produced from ocean level fluctuation
CN104081044B (zh) 浮体式风力发电装置及该浮体式风力发电装置的浮设方法
EP2633188B1 (en) Large floating vertical axis wind turbine
KR20100087095A (ko) 해상 수직축 풍력 터빈 및 관련 시스템 및 방법
JP2013508609A (ja) 浮体式垂直軸形風力タービンモジュールシステム及び方法
WO2005107425A2 (en) Offshore windmill electric generator
US8439641B2 (en) Flow driven engine
CN112648149B (zh) 海上漂浮式风机基础及海上风机
CN201941953U (zh) 海上组合式漂浮风力发电平台
GB2542548A (en) System and method
KR20130048854A (ko) 부유식 해상풍력 발전시스템
KR20100014506A (ko) 다운윈드 파워 플랜트 및 다운윈드 파워 플랜트 작동 방법
US20140322012A1 (en) Flow Driven Engine
KR101202156B1 (ko) 수상 부유 풍력 발전기
JP6420971B2 (ja) 水上風力発電装置用の基礎構造、水上風力発電装置および水上風力発電装置の製造方法
CN108979966A (zh) 一种抗强风海上风电机组及安装方法
CN114320765A (zh) 一种用于浮动式风电机组的偏航支承与驱动方法
KR20100069123A (ko) 오뚝이 발전기
JP7313212B2 (ja) 洋上施設用浮体構造物及びその設置構造
US9169822B2 (en) Deep ocean current power plant and constructing procedure thereof

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Withdrawal due to no request for examination