KR20130062825A - 풍력발전기의 유지보수작업 원격파악장치 및 원격파악방법 - Google Patents

풍력발전기의 유지보수작업 원격파악장치 및 원격파악방법 Download PDF

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Abstract

풍력발전기의 유지보수작업 원격파악장치 및 파악방법이 개시된다. 본 발명의 풍력발전기의 유지보수작업 원격파악장치는, 풍력발전기의 타워 입구에 배치되는 작업표시판의 체결여부를 감지하고, 작업표시판이 입구에 체결된 경우 체결 신호를 송신하는 신호 송신부; 및 신호 송신부로부터 송신되는 신호를 수신하여 풍력발전기의 작업 여부를 원격으로 파악하며, 풍력발전기의 작동을 감시하는 원격감시장치를 포함한다.

Description

풍력발전기의 유지보수작업 원격파악장치 및 원격파악방법{REMOTE CONTROLLING APPARATUS FOR MAINTENANCING PROCESS OF WIND POWER GENERATION AND ITS METHOD}
본 발명은, 풍력발전기의 유지보수작업 원격파악장치 및 원격파악방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 원거리에서도 작업자의 풍력발전기 작업 여부를 파악할 수 있는 풍력발전기의 유지보수작업 원격파악장치 및 원격파악방법에 관한 것이다.
풍력 발전이란 자연의 바람으로 풍차(風車)를 돌리고, 이것을 기어기구 등을 이용하여 속도를 높여 발전기를 돌리는 발전 방식을 말한다. 풍력발전은 자연상태의 무공해 에너지원으로 현재의 대체에너지원 중 가장 경제성이 높은 에너지원으로써 바람의 힘을 회전력으로 전환시켜 발생되는 전력을 전력계통이나 수요자에 직접 공급하는 기술이다.
풍력발전기란 다양한 형태의 풍차를 이용하여 바람 에너지를 기계적 에너지로 변환하고, 이 기계적 에너지로 발전기를 구동하여 전력을 얻어내는 장치를 말한다. 이러한 풍력발전기는 무한정의 청정에너지인 바람을 동력원으로 하므로 기존의 화석연료나 우라늄 등을 이용한 발전방식과 달리 발열에 의한 열공해나 대기오염 그리고 방사능 누출 등과 같은 문제가 없는 무공해 발전방식이다.
풍력발전은 바람에너지를 날개를 이용해서 전기에너지로 바꾸게 되는데 이때 이론상 날개의 바람에너지 중 59.3%만이 전기에너지로 바뀔 수 있다고 한다. 이것도 날개의 형상에 따른 효율, 기계적인 마찰, 발전기의 효율 등을 고려하면 실제적으로 20 ~ 40%만이 전기에너지로 이용될 수 있다.
풍력발전기는 날개의 회전축이 놓인 방향에 따라 수평축 발전기와 수직축 발전기로 구별된다. 수직축 풍력 발전기는 회전축이 바람의 방향에 대해 수직인 풍력발전기로, 이 발전기는 바람의 방향과 관계없이 운전 가능하며(요잉 시스템 불필요), 증속기 및 발전기가 지상에 설치되므로 그 하중이 비교적 적어 설치시 건설 비용이 적게 소요되는 장점이 있다. 다만, 시스템 종합 효율이 낮고, 자기동(self-starting)이 불가능하며 시동 토크가 필요한 단점이 있다.
이러한 수직축 발전기는 수평축 발전기에 비해 효율이 떨어지기 때문에, 현재 실시되고 있는 풍력발전기는 대부분 수평축 발전기이다. 수평축 풍력 발전기는 회전축이 바람이 불어오는 방향에 수평인 풍력 발전기로 현재 가장 안정적이고 고효율적인 풍력발전기로 인정되고 있다.
수평축 풍력발전기도 날개의 수가 세 개인 것과 두 개인 것 그리고 하나인 것으로 나눌 수 있다. 날개가 두 개인 형태는 주로 바다에 세우는 초대형 발전기(예상 발전용량 3-6메가와트)에 많고, 지상에 세워지는 풍력발전기는 대부분 세 개의 날개를 가지고 있다. 또한 풍력으로부터 오는 힘이 발전기에 전달될 때 기어 등의 중개장치를 이용하는지, 그 힘이 날개 이외의 아무런 매개체도 거치지 않고 직접 전달되는지에 따라 형태가 달라진다.
한편 풍력발전기의 주요 구성을 살펴보면 풍력발전기는 바람이 가진 에너지를 회전력으로 변환시켜 주는 장치인 회전체(rotor)와, 회전체에 연결되어 회전되는 블레이드(blade)와, 터빈 및 기계 브레이크 시스템에 발생되는 과부하를 방지하기 위한 장치로 블레이드 주 코드 방향이 회전면과 수직이 되도록 피치각을 90도로 회전시켜 최대의 공력저항으로 로터를 제동시키는 원리로 작동되는 브레이크 시스템과, 바람의 세기에 관계없이 일정한 전력을 생산하도록 하는 운전시스템과, 회전체를 지지하는 타워(Tower)로 구성된다.
풍력발전기는 20년의 수명 운전기간 동안 정기적 또는 부정기적으로 유지 보수 작업이 필요하며 이는 현장 작업자를 통해 이루어진다. 유지 보수를 위해 풍력발전기의 내부로 진입하기 위해서는 타워의 입구인 문을 통해 타워나 나셀(nacelle)로 이동할 수 있다.
한편 풍력발전기의 유지 보수 작업 시 안전 지침을 통해 현장에서 작업 중임을 알리는 표식을 설치하도록 권고하고 있다. 이 표식은 체인이나 끈에 작업표시판을 부착하여 타워의 문에 걸어놓도록 하고 있다.
그러나 이러한 종래의 실시예는 육안에 의한 관찰로만 작업 여부를 확인할 수 있으므로 원거리에서는 작업 유무를 파악하기에 어려움이 있다. 또한 악천후나 고풍속 상황에서 타워에 직접 가야만 작업자의 작업 유무를 알 수 있으므로 작업자에게 적절한 대피 지시를 내리는 데 어려움이 있다. 나아가 타워의 문이 잠겼을 경우 외부에서 작업표시판을 볼 수 없으므로 작업자의 작업 유무를 확인하는 것이 불가능한 단점이 있다.
한국특허공개공보 제2011-0116085호(미츠비시 주식회사) 2011. 10. 25.
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 원거리에서도 풍력발전기의 유지 보수 작업 진행 여부를 파악할 수 있는 풍력발전기의 유지보수작업 원격파악장치 및 원격파악방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 풍력발전기의 타워 입구에 배치되는 작업표시판의 체결여부를 감지하고, 상기 작업표시판이 상기 입구에 체결된 경우 체결 신호를 송신하는 신호 송신부; 및 상기 신호 송신부로부터 송신되는 신호를 수신하여 상기 풍력발전기의 작업 여부를 원격으로 파악하며, 상기 풍력발전기의 작동을 감시하는 원격감시장치를 포함하는 풍력발전기의 유지보수작업 원격파악장치가 제공될 수 있다.
상기 신호 송신부는 상기 작업표시판을 상기 입구의 걸림부재에 체결시키는 체결부재에 마련되어 상기 체결부재를 상기 걸림부재에 체결 시 상기 원격감시장치로 신호를 송신하는 전자식 신호기를 포함할 수 있다.
상기 걸림부재는 걸림쇠이고, 상기 체결부재는 로프(rope) 또는 체인일 수 있다.
상기 신호 송신부는, 상기 체결부재를 상기 걸림부재에 체결하는 경우 체결 신호를 상기 원격감시장치로 송신하고, 상기 체결부재의 체결을 해제하는 경우 상기 체결 신호의 송신을 차단할 수 있다.
상기 풍력발전기의 유지 보수 작업 중임을 표시하는 모니터를 더 포함할 수 있다.
상기 원격감시장치와 연동되며 작업 시간이나 상기 풍력발전기의 작동 유무를 기록하는 데이터 스토레지(data storage)를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 풍력발전기의 타워 입구에 배치되는 작업표시판의 체결여부를 감지하는 도어 온/오프 스위치; 상기 도어 온/오프 스위치에서 발생되는 신호를 송신하는 터빈 제어기; 및 상기 터빈 제어기로부터 송신되는 신호를 수신하여 상기 풍력발전기의 작업 여부를 원격으로 파악하며, 상기 풍력발전기의 작동을 감시하는 원격감시장치를 포함하는 풍력발전기의 유지보수작업 원격파악장치가 제공될 수 있다.
또한 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면 풍력발전기의 타워 입구에 배치되는 작업표시판의 상기 타워 입구에 체결여부를 감지하는 단계; 상기 작업표시판이 상기 입구에 체결된 경우 체결 신호를 원격감시장치로 송신하여 작업자의 작업 여부를 파악하는 단계를 포함하는 풍력발전기의 유지보수작업 원격파악방법이 제공될 수 있다.
상기 체결여부의 감지 및 상기 체결 신호의 송신은 상기 작업표시판을 상기 입구에 체결시키는 체결부재에 마련되는 신호 송신부에 의해 이루어질 수 있다.
상기 풍력발전기의 작업 시간 및 상기 풍력발전기의 작동 유무를 기록하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들은, 풍력발전기의 유지 보수 작업 유무를 원격으로 파악할 수 있으므로 풍력발전기의 가동 시점에 대한 정확한 정보를 얻을 수 있고, 악천후나 고풍속 상황에서 작업자의 대피 유무를 정확히 확인할 수 있으므로 작업의 안정성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기의 유지보수작업 원격파악장치가 적용된 풍력발전기를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기의 유지보수작업 원격파악장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기의 유지보수작업 원격파악장치가 적용된 풍력발전기를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 본 실시 예가 적용되는 풍력발전기는 크게 로터(R, rotor), 나셀(N, nacelle) 및 타워(T, tower)를 포함한다. 로터(R)는 바람에 의해 회전되는 날개이고, 나셀(N)은 로터(R)의 회전에 의해 얻어지는 회전 운동 에너지를 전기 에너지로 변환시키기 위한 각종 부품들을 포함하며, 타워(T)는 지면에 설치되어 로터(R) 및 나셀(N)을 지지한다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기의 유지보수작업 원격파악장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
이 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 풍력발전기의 유지보수작업 원격파악장치(1)는, 풍력발전기의 타워 입구(E)에 배치되는 작업표시판(P)의 체결여부를 감지하고 작업표시판(P)이 입구(E)에 체결된 경우 체결 신호를 송신하는 신호 송신부(10)와, 신호 송신부(10)로부터 송신되는 신호를 수신하여 풍력발전기의 작업 여부를 원격으로 파악하며 풍력발전기의 작동을 감시하는 원격감시장치(20)를 구비한다.
신호 송신부(10)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 작업표시판(P)을 타워(T)의 입구(E)에 걸어두기 위한 체결부재(200)에 마련되며 체결부재(200)의 단부에 마련된 체결고리(210)를 타워 입구(E)의 걸림부재(100)에 체결하면 체결 신호를 후술하는 원격감시장치(20)로 송신한다.
본 실시 예에서 신호 송신부(10)는 체결부재(200)의 걸림부재(100) 체결을 인식하는 센서(미도시)와, 센서에서 전달되는 신호를 원격감시장치(20)로 무선으로 송신하는 무선통신모듈(미도시)을 포함한다.
그리고 본 실시 예에서 센서는 걸림부재(100)와 체결부재(200)의 체결 시 흐르는 미세 전류를 인식하는 센서일 수도 있고, 걸림부재(100)와 체결부재(200)의 체결시 전달되는 진동을 인식하는 센서일 수도 있다. 또한 본 실시 예에서 무선통신모듈은 와이파이(Wi-Fi) 등일 수 있다.
즉 본 실시 예에서 체결부재(200)의 체결고리(210)를 걸림부재(100)에 체결하면 풍력발전기의 유지 보수 작업이 시작된 것으로 보고, 체결부재(200)의 걸림을 해제하면 유지 보수 작업이 종료된 것으로 본다.
본 실시 예에서 신호 송신부(10)는 작업표시판(P)을 타워 입구(E)의 걸림부재(100)에 체결시키는 체결부재(200)에 마련되어 체결부재(200)를 걸림부재(100)에 체결 시 원격감시장치(20)로 신호를 송신하는 전자식 신호기일 수 있다.
그리고 본 실시 예에서 작업표시판(P)을 타워 입구(E)의 걸림부재(100)에 체결시키는 체결부재(200)는 로프(rope) 또는 체인일 수 있고, 체결부재(200)의 단부에는 후크 형상의 체결고리(210)가 마련된다. 또한 본 실시 예에서 걸림부재(100)는 걸림쇠일 수 있다.
원격감시장치(20)는 신호 송신부(10)에서 송신되는 신호를 기초로 풍력발전기의 유지 보수 작업의 시작 및 종료 여부를 파악하며 풍력발전기의 작동을 감시하는 역할을 한다.
즉 원격감시장치(20)는 체결부재(200)의 걸림부재(100) 체결에 의해 신호 송신부(10)에서 송신되는 신호를 풍력발전기의 유지 보수 작업이 시작된 것으로 인식하고, 체결부재(200)의 걸림 해제에 의한 송신 신호의 차단을 유지 보수 작업의 종료로 인식한다.
본 실시 예에서 원격감시장치(20)는 SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition) 시스템일 수 있다.
SCADA 시스템은 원격지에 설치되어 있는 장치 및 장비를 중앙에서 감시 및 제어하기 위한 시스템으로, 크게 중앙 운영자가 감시 및 제어할 수 있도록 하는 중앙통제 컴퓨터 혹은 스카다 서버와, 원격지로 설치되어 중앙통제 컴퓨터의 제어가 이루어지는 원격지 장비들(예를 들어, RTU, MTU 등)과, 중앙통제 컴퓨터와 원격지 장비들의 데이터 전송로를 형성하는 유/무선 상의 통신 링크 등으로 구성된다.
원격지 장비들의 경우 데이터 수집, 원격 제어 및 원격진단 등의 기능을 독립적으로 가지며, 그에 따른 상황 및 내역을 중앙통제 컴퓨터로 전송하도록 구현되고, 중앙통제 컴퓨터의 경우 원격지 장비들이 보고하는 각종 정보를 감시하고 표시한다.
한편 본 실시 예는 풍력발전기의 유지 보수 작업 중임을 표시하는 모니터(30)와, 원격감시장치(20)와 연동되며 작업 시간이나 풍력발전기의 작동 유무를 기록하는 데이터 스토레지(40, data storage)를 더 포함한다.
이하에서 본 실시 예에 따른 풍력발전기의 유지보수작업 원격파악방법을 간략히 설명한다.
먼저 풍력발전기의 유지 보수 작업을 위해 타워(T)의 입구(E)로 들어가면서 작업표시판(P)을 타워(T)의 입구(E)에 걸어둔다. 작업표시판(P)이 타워(T)의 입구(E)에 걸려지면 작업표시판(P)을 지지하면서 작업표시판(P)을 타워(T)의 입구(E)에 체결시키는 체결부재(200)에 마련된 신호 송신부(10)는 체결 신호를 원격감시장치(20)로 송신한다. 원격감시장치(20)는 송신되는 신호에 의해 풍력발전기의 작업이 시작되는 것으로 인식하고, 이를 모니터(30)를 통해 표시하거나 데이터 스토레지(40, data storage)를 통해 작업 시작 시간을 기록한다.
다음으로 작업자가 풍력발전기의 유지 보수 작업을 완료한 후 타워(T)의 입구(E)를 나오면서 타워(T)의 입구(E)에 체결된 체결부재(200)의 걸림을 해제하면 신호 송신부(10)에서 송신되는 신호는 차단되어 더 이상 원격감시장치(20)로 송신될 수 없고, 원격감시장치(20)는 이를 풍력발전기의 유지 보수 작업의 종료로 인식하여 데이터 스토레지(40)를 통해 작업 종료 시간을 기록한다.
이상에서 살펴 본 바와 같이 본 실시 예는 풍력발전기의 유지 보수 작업 유무를 원격으로 파악할 수 있으므로 풍력발전기의 가동 시점에 대한 정확한 정보를 얻을 수 있고, 악천후나 고풍속 상황에서 작업자의 대피 유무를 정확히 확인할 수 있으므로 작업의 안정성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
한편 본 실시 예는 미 도시되었지만 전술한 신호 송신부 대신 타워(T)의 입구에 마련되는 도어 온/오프 스위치를 이용할 수도 있다. 즉 체결부재(200)를 걸림부재(100)에 체결하면 도어 온/오프 스위치는 이를 인식하여 터빈(미도시)의 제어기(미도시)로 신호를 보내고, 터빈의 제어기에서는 이 신호를 원격감시장치로 보내어 전술한 방법으로 작업 유무를 파악할 수도 있다.
이와 같이 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
1 : 풍력발전기의 유지보수작업 원격파악장치
10 : 신호 송신부 20 : 원격감시장치
30 : 모니터 40 : 데이터 스토레지
100 : 걸림부재 200 : 체결부재
210 : 체결고리 N : 나셀(nacelle)
P : 작업표시판 R : 로터(rotor)
T : 타워(tower)

Claims (10)

  1. 풍력발전기의 타워 입구에 배치되는 작업표시판의 체결여부를 감지하고, 상기 작업표시판이 상기 입구에 체결된 경우 체결 신호를 송신하는 신호 송신부; 및
    상기 신호 송신부로부터 송신되는 신호를 수신하여 상기 풍력발전기의 작업 여부를 원격으로 파악하며, 상기 풍력발전기의 작동을 감시하는 원격감시장치를 포함하는 풍력발전기의 유지보수작업 원격파악장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 신호 송신부는,
    상기 작업표시판을 상기 입구의 걸림부재에 체결시키는 체결부재에 마련되어 상기 체결부재의 상기 걸림부재 체결을 인식하는 센서; 및
    상기 센서로부터 전달되는 신호를 상기 원격감시장치로 송신하는 무선통신모듈을 포함하는 풍력발전기의 유지보수작업 원격파악장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 걸림부재는 걸림쇠이고,
    상기 체결부재는 로프(rope) 또는 체인인 것을 특징으로 하는 풍력발전기의 유지보수작업 원격파악장치.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 신호 송신부는,
    상기 체결부재를 상기 걸림부재에 체결하는 경우 체결 신호를 상기 원격감시장치로 송신하고,
    상기 체결부재의 체결을 해제하는 경우 상기 체결 신호의 송신을 차단하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기의 유지보수작업 원격파악장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 풍력발전기의 유지 보수 작업 중임을 표시하는 모니터를 더 포함하는 풍력발전기의 유지보수작업 원격파악장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 원격감시장치와 연동되며 작업 시간이나 상기 풍력발전기의 작동 유무를 기록하는 데이터 스토레지(data storage)를 더 포함하는 풍력발전기의 유지보수작업 원격파악장치.
  7. 풍력발전기의 타워 입구에 배치되는 작업표시판의 체결여부를 감지하는 도어 온/오프 스위치;
    상기 도어 온/오프 스위치에서 발생되는 신호를 송신하는 터빈 제어기; 및
    상기 터빈 제어기로부터 송신되는 신호를 수신하여 상기 풍력발전기의 작업 여부를 원격으로 파악하며, 상기 풍력발전기의 작동을 감시하는 원격감시장치를 포함하는 풍력발전기의 유지보수작업 원격파악장치.
  8. 풍력발전기의 타워 입구에 배치되는 작업표시판의 상기 타워 입구에 체결여부를 감지하는 단계;
    상기 작업표시판이 상기 입구에 체결된 경우 체결 신호를 원격감시장치로 송신하여 작업자의 작업 여부를 파악하는 단계를 포함하는 풍력발전기의 유지보수작업 원격파악방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 체결여부의 감지 및 상기 체결 신호의 송신은 상기 작업표시판을 상기 입구에 체결시키는 체결부재에 마련되는 신호 송신부에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 풍력발전기의 유지보수작업 원격파악방법.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 풍력발전기의 작업 시간 및 상기 풍력발전기의 작동 유무를 기록하는 단계를 더 포함하는 풍력발전기의 유지보수작업 원격파악방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101499159B1 (ko) * 2013-10-30 2015-03-06 삼성중공업 주식회사 풍력 발전기 및 허브 잠금 제어 방법
CN110376991A (zh) * 2019-03-07 2019-10-25 埃斯倍风电科技(青岛)有限公司 一种变桨系统驱动器的远程维护系统及远程维护方法

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