KR20130059319A - 조력 발전소 및 상기 조력 발전소를 작동하기 위한 방법 - Google Patents

조력 발전소 및 상기 조력 발전소를 작동하기 위한 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20130059319A
KR20130059319A KR1020127024451A KR20127024451A KR20130059319A KR 20130059319 A KR20130059319 A KR 20130059319A KR 1020127024451 A KR1020127024451 A KR 1020127024451A KR 20127024451 A KR20127024451 A KR 20127024451A KR 20130059319 A KR20130059319 A KR 20130059319A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
water turbine
speed ratio
tip speed
blade tip
power plant
Prior art date
Application number
KR1020127024451A
Other languages
English (en)
Inventor
라파엘 아르리트
프랭크 비스컵
요헨 바일레프
Original Assignee
보이트 파텐트 게엠베하
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 보이트 파텐트 게엠베하 filed Critical 보이트 파텐트 게엠베하
Publication of KR20130059319A publication Critical patent/KR20130059319A/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
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B17/00—Other machines or engines
    • F03B17/06—Other machines or engines using liquid flow with predominantly kinetic energy conversion, e.g. of swinging-flap type, "run-of-river", "ultra-low head"
    • F03B17/061—Other machines or engines using liquid flow with predominantly kinetic energy conversion, e.g. of swinging-flap type, "run-of-river", "ultra-low head" with rotation axis substantially in flow direction
    • 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
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B17/00—Other machines or engines
    • F03B17/06—Other machines or engines using liquid flow with predominantly kinetic energy conversion, e.g. of swinging-flap type, "run-of-river", "ultra-low head"
    • 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
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
    • 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
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
    • F03B13/10—Submerged units incorporating electric generators or 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
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B3/00—Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto
    • F03B3/04—Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto with substantially axial flow throughout rotors, e.g. propeller turbines
    • 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
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B3/00—Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto
    • F03B3/12—Blades; Blade-carrying rotors
    • F03B3/126—Rotors for essentially axial flow, e.g. for propeller turbines
    • 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
    • F05B2210/00—Working fluid
    • F05B2210/40—Flow geometry or direction
    • F05B2210/404—Flow geometry or direction bidirectional, i.e. in opposite, alternating directions
    • 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
    • F05B2260/85—Starting
    • 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
    • Y02E10/20—Hydro energy
    • 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
    • Y02E10/30—Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)
  • Hydraulic Turbines (AREA)
  • Control Of Water Turbines (AREA)

Abstract

본 발명은 비틀림 강성 로터 블레이드를 갖는 수 터빈, 적어도 간접적으로 발전기를 구동하는, 수 터빈에 연결되는 구동 트레인을 포함하는 유동 발전소에 관한 것으로서, 유동 발전소를 위하여 디자인되는 유입 속도(v)에서, 수 터빈은 λs≥1인 미리 결정된 자동 재시작 날개 끝 속도 비(λs) 아래의 날개 끝 속도 비를 위하여 비자동 재시작되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

조력 발전소 및 상기 조력 발전소를 작동하기 위한 방법{TIDAL POWER PLANT AND METHOD FOR OPERATING SAID TIDAL POWER PLANT}
본 발명은 특히 조류로부터 에너지를 획득하기 위한 유동 발전소(flow power plant) 뿐만 아니라, 그 작동 방법에 관한 것이다.
댐 구조체 없이, 주위 유동으로 자립형(free-standing) 방식으로 작동하는 유동 발전소는 특히 조류로부터 에너지를 획득하는데 적합하다. 대안으로서, 유수에서의 사용이 가능하며, 부분적으로 뒤에 만들어진 댐(barrage)에서 동력을 발생시키는 것이 가능하다. 일반적인 유동 발전소는 부유하거나 지지 구조체에 의해 수체의 바닥면 상에 지지되는 샤시(chasis) 상을 회전하는 로터 형태의 수 터빈을 포함한다.
자립형 발전소 디자인은 포괄적인 댐의 건설을 위하여 부적합할 수 있는 위치에서 조력 에너지 단지의 건설을 허용한다. 그러나, 이러한 형태의 발전소들은 어떠한 구조적 장치 없이 가장 긴 유지 간격에서 동안 물 외부의 서비스 액세스(service access)를 위하여 디자인되어야만 한다. 게다가, 폭풍우 날씨 조건 하에서 피크 부하(loading peak)를 견디기 위하여 바다에서의 사용을 위하여 가능한 한 튼튼한 발전소가 제공되어야만 한다.
게다가, 발전소를 언제든지 안전하게 정지시킬 수 있도록 하고 정지 상태에서 발전소를 안전하게 할 수 있도록 하기 위하여 예방 조치가 취해져야만 한다. 예를 들면, 수 터빈을 갖는 샤시가 유지를 실행하도록 올려져야만 할 때, 이는 필요하다. 해결책으로서, 수 터빈의 로터 블레이드를 허브(hub) 상에 회전할 수 있게 고정하고 로터 블레이드를 발전소를 제동하기 위한 베인 위치(vane position)를 바꾸는 것이 제안되어 왔다. 또한, 어떠한 경우에도 로터가 멈출 수 있도록 하기 위하여 일반적인 발전소들에 일반적으로 잠금 브레이크(locking brake)가 제공된다.
회전할 수 있게 체결된(hinged) 로터 블레이드는 확실히 수 터빈의 시동 행동을 향상시키나 비용이 많이 드는 공사를 야기한다. 이는 차례로 발전소의 고장 가능성의 증가와 관련된다. 수 터빈 또는 회전 유닛의 다른 부품을 위한 잠금 브레이크는 또한 트리거 시스템(trigger system) 또는 에너지 공급 시스템이 제공될 필요가 있는, 발전소의 복잡성을 증가시키는 추가적인 부품을 형성한다. 특히 단지 가끔 작동되는 제동 메커니즘을 위하여, 특히 해수 환경에서, 해안 성장 또는 침식의 문제점이 존재한다.
본 발명의 목적은 앞서 언급한 종래 기술의 문제점들을 극복하고 유동 발전소, 특히 조류 발전소 및 그 작동 방법을 제공하는 것으로서, 이는 구조적으로 단순화된 발전소를 위하여 수 터빈의 안전한 차단을 보장한다.
본 발명의 기초를 형성하는 목적은 독립항의 특징들에 의해 해결된다. 바람직한 실시 예들이 종속항들로부터 획득된다.
본 발명은 비틀림 강성(torsionally rigid) 로터 블레이드를 갖는 로터 형태로 구성된 일반적인 자립형(free-standing) 유동 발전소용 수 터빈으로부터 시작한다. 이를 위하여 다양한 구성들이 실현 가능하며, 허브 상에 로터 블레이드를 고정하는 것도 가능한데, 이때 로터 블레이드는 방사상 바깥쪽으로 확장한다. 이는 전방 또는 후방 방향으로 로터 블레이드의 스윕(sweep)의 가능성을 포함한다. 외부로 지지하는 링 및 방사상으로 안쪽으로 향하는 로터 블레이드가 대안의 구성으로서 실현 가능하다. 게다가, 로터는 적어도 간접적으로 발전기를 구동하는 구동 트레인에 연결된다. 수 터빈 및 회전 속도에 대하여 단단한 발전기 전기자(armature)의 결합을 갖는 직접적인 구동이 특히 바람직하다. 대안으로서, 발전기가 기계적 또는 유체역학적 전달을 거쳐 수 터빈에 간접적으로 연결될 수 있거나 혹은 삽입된 유압 회로에 의해 힘(force)의 간접적 전달이 달성된다.
안전한 차단을 위하여, 본 발명에 따른 발전소의 수 터빈은 광범위한 작동 범위에 걸쳐 비자동 재시작(non-auto-restart)되도록 구성되는데, 날개 끝 속도 비(tip speed ratio, λ)를 위하여 자동 재시작의 저해는 λs≥1인 구조적으로 결정된 자동 재시작 날개 끝 속도 비(auto-restart tip speed ratio, λs) 아래에서 발생한다. 날개 끝 속도 비(λ)는 순환 속도(u)의 비, 즉, 유입 속도(v)에 대한 수 터빈의 로터 블레이드 날개 끝에서의 탄젠트 속도(λ=u/v)로서 정의되는데, 유입 속도에 대하여 로터 표면 위의 에너지 면에서 평균의 주위 유동의 속도가 추정된다.
본 발명의 경우에 있어서 자동 재시작 날개 끝 속도 비(λs)는, 발전소를 위하여 디자인되는, 선택된 위치에서 이론적으로 예상되는 명시된 최대 유입 속도(vmax)까지의 유입 속도(v)에서, 풍력 터빈의 베어링 및 구동 트레인 내의 다른 회전 부품 내의 구동력의 합이 수 터빈에 의해 발생되는 구동 모멘트보다 더 크기 위한 가장 높은 날개 끝 속도 비(λ)로 정의된다. 발전기에서 발생되는 전자기 모멘트는 여기서는 고려되지 않는다.
본 발명에 따른 발전소를 차단하기 위한 훨씬 높은 안전 여유는 λs≥1.5, 및 특히 바람직하게는 λs≥2를 갖는 자동 재시작 날개 끝 속도 비(λs)를 위한 사양을 갖는 것이 특히 바람직하다. 앞서 언급한 자동 재시작 날개 끝 속도 비(λs)를 위한 하한은 3≤λ≤6의 범위에서 날개 끝 속도 비(λ)를 위하여 동력 최적 방법으로 제어되는 발전소와 관련된다. 이와 다른 발전소 디자인을 위하여, 관련된 동력 최적 날개 끝 속도 비(λopt)로부터 시작하는 자동 재시작 날개 끝 속도 비(λs)를 위하여 본 발명에 따라 선택된 하한은 λs≥λopt/6, 바람직하게는 λs≥λopt/3, 및 특히 바람직하게는 λs≥λopt/2를 갖는 하한에 의해 명시된다.
본 발명의 특히 바람직한 실시 예를 위하여 수 터빈은 음성 동력 계수(power coefficient, cp)가 영교차(zero-crossing) 날개 끝 속도 비(λ0)까지의 낮은 날개 끝 속도 비(λ) 범위 내에 존재하도록 구성된다. 자동 재시작 날개 끝 속도 비(λs)를 결정하기 위하여 구동 트레인 내의 베어링 손실이 고려되는데, 따라서 자동 재시작 날개 끝 속도 비(λs)는 영교차 날개 끝 속도 비(λ0)보다 다소 크다. 본 발명의 특히 바람직한 실시 예를 위하여 수 터빈은 영교차 날개 끝 속도 비(λ0)를 위하여 λ0≥1, 및 바람직하게는 λ0≥1,5인 조건이 충족되도록 구성된다.
모터 구동 발전기에 의해 개시될 때, 본 발명에 따른 유동 발전소는 발전소가 수 터빈 자체의 구동 운동에 의해 독점적으로 가속되고 동력 최적 작동 범위 내에서 구동될 때까지 광범위한 날개 끝 속도 비 범위를 통하여 자동 재시작 날개 끝 속도 비(λs)까지 구동하여야만 한다. 자동 재시작이 없는 순환 속도의 확장 범위는 따라서 수 터빈이 선택된 위치에서 고려되는 최대 유입 속도(vmax)를 위하여 비제어 방식으로 개시하지 않도록 보장한다. 따라서, 수 터빈을 고정하기 위하여 분리된 브레이크를 사용할 필요가 없으며 그에 따라 구조적으로 단순화된 발전소 개념이 발생한다.
작동하는 발전소가 정지 상태가 되는 경우에, 제동 과정은 수 터빈의 순환 속도(u)를 느리게 하고 날개 끝 속도 비(λ)를 미리 결정된 자동 재시작 날개 끝 속도 비(λs) 아래로 감소시킴으로써 개시된다. 단기간 작동을 위하여 디자인된 제동 시스템이 이러한 목적을 위하여 사용될 수 있다. 또 다른 가능성은 발전기에 의해 생산되는 발전기 모멘트를 확대함으로써 제동 모멘트를 초래하는 것을 포함한다. 부가적으로 또는 대안으로서, 제동 베어링 모멘트 내의 단기간 증가에 의해 순환 속도(u)의 원하는 감속이 초래된다. 이러한 목적을 위하여, 수 터빈을 위하여 마찰 베어링을 사용할 때 베어링 갭(bearing gap)에서의 개입에 의한 베어링 특성에서의 변화가 고려될 수 있다. 제동을 위하여 얻어진 측정은 여기서는 영구적으로 작용해서는 안 된다. 그것들은 단지 수 터빈의 날개 끝 속도 비(λ)를 미리 결정된 자동 재시작 날개 끝 속도 비(λs) 아래로 가져오도록 사용된다. 그리고 나서 마지막 잠금까지의 또 다른 제동 단계가 수 터빈의 비자동 재시작 특성을 기반으로 하여 자동으로 획득된다.
로터 형태로 구성되는 수 터빈이 바람직하게 사용되는데, 로터 블레이드는 λs≥1인 자동 재시작 날개 끝 속도 비(λs)를 위하여 본 발명에 따른 사양이 달성되는 것과 같이 설치 각 및 프로파일 행동(profile behavior)과 관련하여 구성된다. 본 발명의 바람직한 실시 예를 위하여, 자동 재시작의 확장 저해를 보장하기 위하여 적어도 하나의 로터 블레이드의 세로 확장의 위치상으로 경계가 정해진 서브섹션(subsection)이 디자인된다. 특히, 느린 구동일 때 더 느리게 가중되는 방사상 내부 섹션이 이러한 목적을 위하여 고려될 수 있으며, 반면에 방사상 외부 섹션은 특히 최적 날개 끝 속도 비(λopt)의 범위에서 바람직한 빠른 구동을 위하여 디자인된다. λ≤λs인 낮은 날개 끝 속도 비의 범위에서의 적용을 위한 로터 블레이드의 제 1 방사 섹션에 더하여, 그에 알맞게 λ＞λs인 범위에서 가능한 최고의 효율을 달성하기 위하여 프로파일 행동 및 설치 각이 선택되도록 적어도 하나의 제 2 방사 섹션이 제공된다.
본 발명의 또 다른 실시 예를 위하여, 수 터빈의 자동 재시작은 양방향 유입 특성과 결합된다. 특히, 곡률(curvature)을 갖는 점대칭(point-symmetrical) 프로파일, 따라서 반사식 형태의 골격선을 갖는 프로파일이 이러한 목적을 위하여 사용된다. 이는 λ≤λ0인 느린 구동에서 원하는 음성 동력 계수(cp≤0)를 발생하고 최적 날개 끝 속도 비 주위의 작동 범위에서의 날개 끝 속도 비(λ)가 두 개의 반대로 향하는 주된 유입 방향으로부터의 유입을 위한 허용가능한 효율에 이르도록 하기 위하여 바람직하게 선택될 수 있다.
본 발명은 바람직한 실시 예들을 참조하여 도면과 함께 아래에 더 상세히 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 유동 발전소를 위하여 날개 끝 속도 비(λ)의 함수로서 동력 계수(cp)의 특징적 행동을 도시한다.
도 2는 도 1에 따른 동력 계수 특성을 갖는 발전소를 위하여 다양하게 선택되는 날개 끝 속도 비(λ) 및 베어링에서의 속도 의존 제동력 손실(Pr)을 위하여 유입 속도(v)의 함수로서 수 터빈에 의해 발생되는 구동력(P)을 도시한다.
도 3은 자동 재시작의 확장 저해를 달성하기 위하여 수 터빈의 로터 블레이드의 지역적으로 제한된 적용을 갖는 본 발명의 일 실시 예를 도시한다.
도 4는 도 3에 도시된 수 터빈의 방사 섹션을 위하여 지역적으로 할당된 동력 계수의 행동을 도시한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예를 위하여 날개 끝 속도 비(λ)의 함수로서 수 터빈의 동력 계수(cp)의 행동을 도시한다. 동력 최적 날개 끝 속도 비(λopt)=4를 갖는 발전소 디자인이 선택된다. 자동 재시작의 확장 저해를 보장하기 위하여, 수 터빈은 낮은 날개 끝 속도 비(λ)를 위하여 동력 계수(cp)가 0보다 적게 되도록 구성된다. cp≤0인 범위는 영교차 날개 끝 속도 비(λ0)까지 확장하는데 본 발명의 바람직한 실시 예를 위한 영교차 날개 끝 속도 비는 λ0＞2로 선택된다. 게다가, 본 발명의 경우에 있어서 λs＞2로 선택되는 자동 재시작 날개 끝 속도 비(λs)까지, 발전소를 위하여 디자인되는 모든 유입 속도(v)에 대하여, 회전 유닛에 작용하는 제동 모멘트(moment)는 수 터빈에 의해 생산되는 구동 모멘트보다 크다는 조건이 충족된다. 이는 아래에 도 2를 참조하여 설명된다. 이는 유입 속도(v)의 함수로서 수 터빈에 의해 발생되는 구동력(P)을 도시한다. 본 발명의 바람직한 실시 예를 위하여 λ=4인 동력 최적 날개 끝 속도 비(λopt)를 위한 동력 최적 발전소 작동이 이 경우에 있어서 달성된다. 이러한 범위 내에서 발전소는 정격 출력(Pn)이 도달되고 동력 경감이 발생할 때까지 정상 작동으로 제어된다. 이러한 목적을 위하여, 동력 제한은 λ＞λopt인 날개 끝 속도 비(λ) 범위에서 작동함으로써 실행될 수 있다.
도 2는 또한 유입 속도(v)의 증가와 함께 증가하는, 회전 유닛(rotating unit)의 베어링에서 생산되는 동력 손실(Pr)의 행동을 도시한다. 설명을 위하여 동력 손실(Pr)이 과장되어 도시되는데 그 이유는 일반적으로 발생하는 동력 손실이 정격 출력(Pn)에 대하여 ＜2%의 범위 내에 있기 때문이다.
λ≤2를 갖는 낮은 날개 끝 속도 비에 대하여, 도 1에 따른 바람직한 실시 예를 위하여 음성 동력 계수(cp)가 나타난다. 본 발명의 바람직한 실시 예를 위하여 동력 손실(Pr)이 설명을 위하여 과장되어 도시되었다고 가정하면, 자동 재시작 저해는 λ=2,5의 날개 끝 속도 비까지 확장되는데, 이는 자동 재시작 날개 끝 속도 비(λs)와 상응한다. 이를 위하여 이론적으로 예상되는 최대 유입 속도(vmax) 아래의 모든 유입 속도(v)에 대하여, 수 터빈에 의해 발생되는 구동력(P)은 베어링에서의 동력 손실(Pr)보다 크지 않다는 조건이 충족되는 것이 유지된다.
도 3은 도식적으로 단순화된 방법으로 본 발명에 따른 조력 발전소(1)를 도시한다. 이는 비틀림 강성으로 허브(4)에 고정된, 로터 블레이드(3.1, 3.2, 3.3)를 갖는 수 터빈(2)을 포함하는데, 이는 실질적으로 도시된 실시 예에 대하여 방사상으로 바깥쪽으로 향한다. 구동 샤프트(5)는 허브(4)와 인접한다. 회전 유닛의 다른 부품들 및 관련 베어링 부품들과 발전기는 상세히 도시되지 않는다. 이것들은 일반적으로 지지 구조체(7) 상에 위치하는 샤시(6) 내에 수용된다.
도 3에 도시된 본 발명의 실시 예를 위하여 로터 블레이드(3.1, 3.2, 3.3)의 방사상 내부 영역들은 본 발명에 따라 선택된 재시작 저해에 원인이 된다. 이러한 목적을 위하여, 제 1 방사 섹션이 고정되는데, 이는 로터 블레이드(3.1)의 예에서 도시된 것과 같이, 제 1 반경(R1)으로부터 더 큰 제 2 반경(R2)까지 확장한다. R3＞R2인 제 3 반경(R3)으로부터 더 큰 제 4 반경(R4)까지 확장하는 제 2 방사 섹션(15)을 위하여, 날개 끝 속도 비(λ)〉λs를 위하여 동력 계수(cp)에 대한 실질적인 기여가 획득된다. 동력 계수(cp)에 대한 제 1 방사 섹션(14) 및 제 2 방사 섹션(15)의 기여가 도 4에 도시된다. 이는 첫 번째로 지역적으로 할당된 동력 계수(A1)를 나타내는데, 이는 제 1 방사 섹션(14)에 배치된다. 따라서, 제 1 방사 섹션(14)은 작은 날개 끝 속도 비(λ)의 영역 내에서 수 터빈을 제동한다. 이러한 작동 범위에서 양성 기여는 수 터빈의 자동 재시작을 초래하기 위하여 제 2 방사 섹션(15)의 기여를 반영하는, 두 번째로 지역적으로 할당된 동력 계수(A2)를 통하여 확장하지 않는다. 전체 동력 계수(cp)는 실질적으로 두 번째로 영역으로 지정된 동력 계수(A2)의 행동에 의해 더 큰 날개 끝 속도 비(λ)를 위하여 결정된다.
도 3은 제 1 반경(R1) 및 제 2 반경(R2) 사이의 제 1 방사 섹션(14) 내에 속하는 로터 블레이드(3.2)에 대한 허브 근처 프로파일 섹션(11)의 확대도를 도시한다. 양방향 유입이 제공되는 선택된 프로파일은 상세히 도시되지 않은 골격선에 대하여 반사식 뒷전(reflexed trailing edge)을 갖는다. 프로파일은 여기서 대칭 점(12)에 대하여 점대칭(point-symmetric)일 수 있다. 프로파일 및 설치 각 행동의 선정을 통하여 동력 계수 특성이 자동 재시작의 저해를 보장하도록 결정될 수 있다. 도 3은 회전 면(plane of rotation, 8)에 대한 프로파일 코드의 각 위치를 도시하는데 회전 면(8)은 표면 법선(surface normal)으로서 회전 유닛(10)의 회전 축(9) 및 허브(4) 상의 로터 블레이드(3.1, 3.2, 3.3)의 기점(base point)의 위치에 의해 결정된다. 이는 80o-90o의 유입 각 범위 내의 프로파일 양극(profile polar)이 음성 양력 계수(lift coefficient)를 갖는 것을 특징으로 하는 프로파일에 대한 설치 각의 감소를 야기한다.
본 발명의 또 다른 실시 예들이 다음의 청구항들로부터 획득된다.
1 : 조력 발전소
2. 수 터빈
3.1, 3.2, 3.3 : 로터 블레이드
4 : 허브
5 : 구동 샤프트
6 : 샤시
7 : 지지 구조체
8 : 회전 면
9 : 회전 축
10 : 회전 유닛
11 : 프로파일 섹션
12 : 대칭점
13 : 프로파일 코드
14 : 제 1 방사 섹션
15 : 제 2 방사 섹션
A1 : 첫 번째로 지역적으로 할당된 동력 계수
A2 : 두 번째로 지역적으로 할당된 동력 계수
u : 순환 속도
v : 유입 속도
vmax : 최대 유입 속도
cp : 동력 계수
λ : 날개 끝 속도 비
λopt : 동력 최적 날개 끝 속도 비
λS : 자동 재시작 날개 끝 속도 비
λ0 : 영교차 날개 끝 속도 비
P : 구동력
Pn : 정격 출력
Pr : 동력 손실

Claims (11)

  1. 비틀림 강성 로터 블레이드(3.1, 3.2, 3.3)를 갖는 수 터빈(2);
    적어도 간접적으로 발전기를 구동하는, 상기 수 터빈(2)에 연결되는 구동 트레인;을 포함하는 유동 발전소에 있어서,
    상기 유동 발전소가 디자인되기 위한 유입 속도(v)에서, 상기 수 터빈(2)은 λs≥1인 미리 결정된 자동 재시작 날개 끝 속도 비(λs) 아래의 날개 끝 속도 비(λ)를 위하여 비자동 재시작되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 유동 발전소.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 자동 재시작 날개 끝 속도 비(λs)를 위하여 λs≥1.5 및 바람직하게는 λs≥2인 것을 유지하는 특징으로 하는 유동 발전소.
  3. 제 1항 혹은 2항에 있어서, 상기 수 터빈(2)의 동력 최적 날개 끝 속도 비(λopt)부터 시작하여, 상기 자동 재시작 날개 끝 속도 비(λs)를 위하여 λs≥λopt/6, 바람직하게는 λs≥λopt/3, 및 특히 바람직하게는 λs≥λopt/2인 것을 유지하는 것을 특징으로 하는 유동 발전소.
  4. 전 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수 터빈(2)은 상기 자동 재시작 날개 끝 속도 비(λs)보다 작은, 영교차 날개 끝 속도 비(λ0)까지의 음성 동력 계수(cp)를 갖는 것을 특징으로 하는 유동 발전소.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 영교차 날개 끝 속도 비를 위하여 λ0≥1 및 바람직하게는 λ0≥1.5인 것을 유지하는 것을 특징으로 하는 유동 발전소.
  6. 전 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수 터빈(2)의 로터 블레이드(3.1, 3.2, 3.3)는 각각 제 1 방사 섹션(14) 및 제 2 방사 섹션(15)을 포함하며, 상기 제 1 방사 섹션(14)을 위한 프로파일 행동 및 설치 각 행동은 상기 자동 재시작 날개 끝 속도 비(λs) 아래의 날개 끝 속도 비(λ)에 적용되며 상기 제 2 방사 섹션(15)을 위하여 상기 자동 재시작 날개 끝 속도 비(λs) 위의 날개 끝 속도 비(λ)에 적용되는 것을 특징으로 하는 유동 발전소.
  7. 전 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수 터빈(2)에 양방향으로 유동이 제공될 수 있는 것을 특징으로 하는 유동 발전소.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 수 터빈(2)의 로터 블레이드들(3.1, 3.2, 3.3)은 적어도 방사 확장의 일부를 넘어 곡선의, 점대칭 프로파일을 갖는 것을 특징으로 하는 유동 발전소.
  9. 비틀림 강성 로터 블레이드(3.1, 3.2, 3.3)를 갖는 수 터빈(2) 및 적어도 간접적으로 발전기를 구동하는, 상기 수 터빈(2)에 연결되는 구동 트레인을 포함하는 유동 발전소를 작동하기 위한 방법에 있어서,
    상기 수 터빈(2)의 날개 끝 속도 비(λ)가 λs≥1인 미리 결정된 자동 재시작 날개 끝 속도 비(λs)를 초과할 때까지, 모터로 작동되는 발전기의 도움으로, 정지된 수 터빈(2)으로부터 시작하는 유동 발전소를 개시하는 단계;
    상기 날개 끝 속도 비(λ)가 상기 미리 결정된 자동 재시작 날개 끝 속도 비(λs) 아래로 떨어지고 상기 수 터빈(2)이 실질적으로 자동으로 정지로 제동할 때까지 상기 수 터빈(2)의 부분적 제동에 의해 상기 유동 발전소를 차단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유동 발전소를 작동하기 위한 방법.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 차단 단계 동안에, 발전기에 의해 발생되는 발전기 모멘트에서의 증가는 상기 수 터빈(2)의 날개 끝 속도 비(λ)를 상기 자동 재시작 날개 끝 속도 비(λs) 아래로 감소시키도록 사용되며, 상기 수 터빈(2) 및 상기 발전기 사이에 직접적인 구동 연결이 존재하는 것을 특징으로 하는 유동 발전소를 작동하기 위한 방법.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 차단 단계 동안에, 상기 구동 트레인의 베어링 상의 마찰 모멘트는 상기 수 터빈(2)의 날개 끝 속도 비(λ)를 상기 자동 재시작 날개 끝 속도 비(λs) 아래로 감소시키기 위하여 증가되는 것을 특징으로 하는 유동 발전소를 작동하기 위한 방법.
KR1020127024451A 2010-04-16 2011-02-22 조력 발전소 및 상기 조력 발전소를 작동하기 위한 방법 KR20130059319A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102010015534.9 2010-04-16
DE102010015534A DE102010015534A1 (de) 2010-04-16 2010-04-16 Strömungskraftwerk und Verfahren für dessen Betrieb
PCT/EP2011/000842 WO2011141074A2 (de) 2010-04-16 2011-02-22 Strömungskraftwerk und verfahren zu dessen betrieb

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20130059319A true KR20130059319A (ko) 2013-06-05

Family

ID=44625294

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020127024451A KR20130059319A (ko) 2010-04-16 2011-02-22 조력 발전소 및 상기 조력 발전소를 작동하기 위한 방법

Country Status (7)

Country Link
US (1) US8847418B2 (ko)
EP (1) EP2521856B1 (ko)
JP (1) JP2013525660A (ko)
KR (1) KR20130059319A (ko)
CA (1) CA2793149A1 (ko)
DE (1) DE102010015534A1 (ko)
WO (1) WO2011141074A2 (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2495442B (en) * 2010-12-30 2014-11-05 Cameron Int Corp System for the control of water level
DE102012224188A1 (de) * 2012-12-21 2014-06-26 Wobben Properties Gmbh Verfahren zur Steuerung eines Wasserschütz-Antriebs für ein Wasserschütz mit einer elektrischen Maschine, Betriebsschaltung, Wasserschütz-Antrieb und Wasserkraftanlage

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2418624C2 (de) * 1974-04-18 1981-12-10 Pintsch Bamag Antriebs- Und Verkehrstechnik Gmbh, 4220 Dinslaken Seezeichen, insbesondere Boje, mit elektrischer Lichtquelle
US5946909A (en) * 1997-05-23 1999-09-07 Swort International, Inc. Floating turbine system for generating power
US6877968B2 (en) * 2002-11-27 2005-04-12 The Salmon River Project Limited Low head water turbine
US6824353B2 (en) * 2002-12-19 2004-11-30 Wen-Pin Lin Water turbine
WO2005072184A2 (en) * 2004-01-21 2005-08-11 Harvest Wind Energy Corporation Methods and devices for utilizing flowing power
ITVA20040055A1 (it) * 2004-11-23 2005-02-23 St Microelectronics Srl Metodo e circuito di controllo di un impianto di generazione di energia elettrica
US7500907B2 (en) * 2005-04-07 2009-03-10 Jose Gentilcore Water driven motor
US7357701B2 (en) * 2005-04-07 2008-04-15 Dan Gautier Water driven rotary tool
TW200726908A (en) * 2005-10-04 2007-07-16 Arthur Benjamin O Connor Wind turbine
US8174136B2 (en) * 2006-04-26 2012-05-08 Alliance For Sustainable Energy, Llc Adaptive pitch control for variable speed wind turbines
EP2015987A2 (en) * 2006-05-10 2009-01-21 Viryd Technologies Inc. Fluid energy converter
US7791214B2 (en) * 2006-10-10 2010-09-07 Adaptide, Inc. Adaptive tidal current power extraction device
US8147201B2 (en) * 2007-08-10 2012-04-03 Verdant Power Inc. Kinetic hydro power triangular blade hub
WO2009062262A1 (en) * 2007-11-16 2009-05-22 Elemental Energy Technologies Limited A power generator
DE102007061185B4 (de) * 2007-12-17 2010-11-11 Voith Patent Gmbh Tauchende Energieerzeugungsanlage, angetrieben durch eine Wasserströmung
EP2235360A1 (en) * 2007-12-19 2010-10-06 Neville Alan Smith Apparatus for extracting energy from flowing water
BRPI0905662B1 (pt) * 2008-01-08 2021-05-25 Richard Arthur Henry Reynolds Conjunto de turbina
DE102008023050A1 (de) 2008-05-09 2009-11-12 Voith Patent Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb eines Gleitlagers
GB2461265A (en) * 2008-06-23 2009-12-30 Tidal Energy Ltd Tidal turbine with limited axial thrust
US20100060001A1 (en) * 2008-07-31 2010-03-11 Mariah Power, Inc. Wind turbine safety system and methods
DE102008053732B8 (de) * 2008-10-29 2013-10-02 Voith Patent Gmbh Verfahren und Vorrichtung für die Leistungsregelung eines Unterwasserkraftwerks

Also Published As

Publication number Publication date
WO2011141074A3 (de) 2012-04-12
CA2793149A1 (en) 2011-11-17
WO2011141074A2 (de) 2011-11-17
JP2013525660A (ja) 2013-06-20
EP2521856B1 (de) 2014-10-01
EP2521856A2 (de) 2012-11-14
US8847418B2 (en) 2014-09-30
DE102010015534A1 (de) 2011-10-20
US20130049362A1 (en) 2013-02-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7750490B2 (en) Method and system for extracting inertial energy from a wind turbine
US4515525A (en) Minimization of the effects of yaw oscillations in wind turbines
JP2005201260A (ja) 油圧装置を備えた風力発電プラントの制御システム
US20150275858A1 (en) Wind turbine yaw control systems
KR20120024983A (ko) 가변속 발전 장치 및 그 제어 방법
CN102606397B (zh) 风轮机及驱动一个或更多个液压变桨致动器的方法
US20110254271A1 (en) Tidal Turbine System
KR20100100876A (ko) 동력발생장치
AU2007308515A1 (en) A method for damping tower oscillations, an active stall controlled wind turbine and use hereof
US20140117667A1 (en) Marine current power plant and a method for its operation
JP2007085182A (ja) 空力的調速機構を備える縦軸型直線翼風車
WO2013010332A1 (en) Method of operating wind turbine and controller thereof
KR20130059319A (ko) 조력 발전소 및 상기 조력 발전소를 작동하기 위한 방법
WO2012032547A2 (en) Mechanism for blade pitch control for wind turbine
EP2775138B1 (en) Method of control for a wind turbine during start-up
KR101967148B1 (ko) 유압식 풍력 발전 장치 및 그 방법
GB2476509A (en) Turbine with reduced thrust coefficient at excessive speed
EP2992207B1 (en) Method for starting a wind turbine in a cold climate environment
EP3997334B1 (en) Control device and method of controlling a wind turbine
RU71707U1 (ru) Роторный ветродвигатель
JP4040939B2 (ja) 風力発電装置およびその装置を使用した風力発電方法
TWI753664B (zh) 風力發電裝置
WO2012111022A1 (en) Speed control of wind turbine by implying drag using centrifugal control
JP6165303B1 (ja) 垂直軸型風車
JP2022045298A (ja) 風力発電機

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid