KR20130093511A - 터빈을 위한 사전 경고 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 터빈을 위한 사전 경고 시스템에 관한 것으로, 본 시스템은 터빈(A)의 상류에서 그 터빈(A)으로 부터 멀리 위치될 수 있는 하나 이상의 근거리 및 원거리 센서(40); 하나 이상의 근거리 및 원거리 센서(40)로부터 주어지는 데이타를 터빈(A)에 전달하기 위해 그 터빈(A)과 상기 하나 이상의 근거리 및 원거리 센서(40) 사이에 있는 통신 링크(37); 및 터빈(A)의 작동 설정을 조정하기 위한 제어기를 포함하며, 이 제어기는 사용시 하나 이상의 근거리 및 원거리 센서로부터 받은 데이타에 따라 작동 설정을 조정하게 된다.

Description

터빈을 위한 사전 경고 시스템 및 방법{AN ADVANCED WARNING SYSTEM AND METHOD FOR A TURBINE}
본 발명은 터빈을 위한 사전 경고 시스템 및 터빈을 위한 방법에 관한 것으로, 특히 해양 터빈에 대한 적용에 관한 것인데, 하지만 이에 한정되는 것은 아니다.
조력 발전은 바다가 주기적으로 올라가고 내려감으로써 발생되는 자연 에너지를 이용하는 것이다. 이들 조수는 태양과 달의 중력장에서 지구가 회전하기 때문에 발생되는 것이다.
조수의 에너지를 유용한 전력으로 전환시키기 위해 다양한 방법이 사용될 수 있다. 이들 방법은 크게 두 가지 범주, 즉 조류 시스템과 조력 댐으로 나누어질 수 있다.
조력 댐의 경우, 물은 만조 중에 댐 뒤에 모이고 수두(head of water)가 생길 때까지는 간조 중에 댐 뒤에 유지된다. 저장된 물의 수두가 충분한 높이로 되면, 그 저장된 물은 방출되어 댐의 내부에 수용되어 있는 터빈을 통과하여 흐게 되며, 이렇게 해서 물에 저장되어 있던 위치 에너지가 유용한 전력으로 전환되는 것이다.
조류 시스템은 풍력 터빈과 유사하게 작동되는데, 보통 조류로 회전되는 터빈으로 이루어진다. 물은 공기의 800 배인 밀도를 가지며 그래서 해양 터빈은 훨씬 더 낮은 유속에서도 풍력 터빈에 필적하는 전력을 얻어낼 수 있다. 그러나, 현재까지 해양 터빈은 아직 널리 사용되고 있지 않다.
터빈에서 풍속을 검출하는 반응성 제어 시스템을 풍력 터빈에 제공하는 것이 알려져 있는데, 풍속이 소정의 상한을 넘으면 터빈이 높은 속도의 바람에 의해 손상을 입는 것으로부터 보호하기 위해 상기 반응성 제어 시스템이 터빈을 작동 중지시키게 된다. 터빈이 고장난 경우에 그 터빈에서 부스러기가 방출될 수 있고 그 부스러기는 근처의 기반 시설과 사람에게 손상을 줄 수 있기 때문에, 터빈의 작동 중지로 그 터빈의 안정성이 증대된다.
도 1 은 그러한 반응성 제어 시스템(미도시)을 이용하는 해양 터빈(2)을 나타낸다. 이 터빈(2)은 지나가는 물(화살표(8)로 표시되어 있음)의 영향으로 회전하는 다수의 블레이드(6)를 갖는 로터(4)를 포함한다. 반응성 제어 시스템은 로터(4)의 회전 속도를 모니터렁하고, 터빈(2)의 발전기(미도시)에서 나오는 출력을 거의 일정하게 유지하기 위해 블레이드(6)의 피치(pitch)를 제어하게 된다. 대안적으로, 상기 제어 시스템은 일정한 출력을 유지하기 위해 발전기에 대한 부하를 변화시킬 수도 있다.
도 2 는 조수 사이클(실선(10)으로 표시되어 있음)의 썰물과 밀물 시기 중에 벌크 평균 물 속도를 시간의 함수로 나타낸 그래프를 보여준다. 조류는 그래프의 시간축을 가로지를 때(즉, "12" 로 표시된 바와 같은 게조(slack water)시에) 방향을 바꾸게 되며, 물 속도는 게조부터 조수의 중간점(14)까지 가면서 증가하며 그 중간점에서 물 속도는 최대값에 이르게 된다. 중간점(14)을 지나 조류가 다음 게조(12)까지 진행함에 따라 물 속도는 감소하게 된다. 그러므로, 벌크 평균 물 속도는 대략 사인 곡선 패턴을 따르게 된다. 그러나, 이 그래프의 일 부분을 확대한 것에서 보는 바와 같이, 짧은 시간 스케일로 물 속도는 이 전체적으로 사인 곡선적인 형태에서 변하게 된다.
또한 도 2 의 그래프에는 전술한 반응성 제어 시스템을 사용하는 터빈(2)의 발전기의 최종 출력이 나타나 있다. 터빈(2)이 효과적으로 작동하기 위해서는 물 속도가 소정의 최소값 보다 클 필요가 있다. 그러므로, 도 2 에서 보는 바와 같이, 터빈(2)은 물 속도가 게조(12)부터 증가할 때의 최소 컷인 속도(16) 및 물 속도가 게조(12) 쪽으로 감소할 때의 최대 컷아웃 속도(16)를 갖는다.
일단 물 속도가 최소 컷인 속도(16)에 이르면, 영역(20)으로 표시되어 있는 바와 같이 터빈이 작동되고 또한 발전기가 조류로부터 전력을 발생시키게 된다. 터빈(2)은 소정의 안전 운전 한계(22)(터빈(2)의 정상적인 작동 레벨임)을 갖고 있으며, 반응성 제어 시스템은 발전기의 출력이 이 한계를 넘는 것을 방지하도록 구성되어 있다. 그러므로, 조류가 상기 안전 운전 한계(22)를 초과하게 될 전력을 발생시키기에 충분한 속도에 이르면, 반응성 제어 시스템이 작동되고 사용되어, 발생된 전력을 제한하도록 터빈의 작동 설정을 제어하게 된다. 이는 전술한 바와 같이 블레이드(6)의 피치를 조절하거나 발전기에 대한 부하를 조절하여 이루어지게 된다.
물 속도가 중간점(14)을 지나면서 감소함에 따라, 반응성 제어 시스템은 더 많은 물 에너지를 얻도록 작동 설정을 조절해야 한다. 반응성 제어 시스템이 물 속도의 감소를 검출할 때와 그에 따라 반응성 제어 시스템이 작동 설정을 조절할 때 사이에는 시간차("24"로 표시되어 있음)가 있다. 그러므로, 터빈(2)은 항상 안전 운전 한계(22)로 유지되는 것은 아니고 얻어진 전력은 결과적으로 감소하게 된다.
안전 운전 한계(22)는 극단적인 경우가 발생하면 전력이 최대 정상 작동 한계(26)을 넘는 것을 방지하기 위해 반응성 제어 시스템이 터빈의 작동 설정을 조절하기 위한 충분한 시간(응답 시간(25))이 확보될 수 있는 레벨로 설정된다. 최대 작동 한계는 로터(4)의 회전 속도, 터빈(2)이 받는 스트레스, 터빈(2)의 발전기의 온도, 전류 또는 전압 등에 의해 결정된다.
그러한 극단적인 경우가 도 3 에 나타나 있다. 극단적인 경우(28)에서는 일시적인 전력 서지(surge)가 일어나는데, 하지만 이러한 서지에 대항하기 위해 터빈의 작동 설정을 조절하는 반응성 제어 시스템에 의해 억제된다. 안전 운전 한계(22)는 반응성 제어 시스템이 반응하기 위한 충분한 시간이 확보되는 레벨로 설정되므로, 전력이 최대 정상 작동 한계(26)를 넘는 것이 방지되고 또한 터빈(2)은 극단적인 경우(28)로 인한 손상을 입지 않는다.
도 4 는 도 3 의 극단적인 경우(28) 보다 크기가 큰 실패의 경우(30)를 나타낸다. 이 실패의 경우(30)는 반응성 제어 시스템을 사용해 터빈의 작동 설정을 조절하여 제어되기에는 너무 크다. 따라서, 비상 안전 시스템을 작동시킬 필요가 있는데, 이 시스템은 터빈(2)이 최대 가능 부하(32)에 도달하기 전에 그 터빈을 작동 중지시키게 된다. 최대 가능 부하(32)는 터빈(2)의 항복 강도에 의해 결정되는데, 따라서 이 한계에 도달하거나 심지어 그에 접근하면, 터빈(2)이 심각한 손상을 입을 위험이 생긴다.
종래 기술의 반응성 제어 시스템은 전술한 시간차(2) 때문에 물의 에너지를 완전히 이용하지 못하고 있다. 또한, 반응 제어 시스템의 응답 시간을 확보하기 위해 안전 운전 한계(22)는 최대 정상 작동 한계 보다 충분히 낮아야 할 필요가 있다. 그러므로, 터빈(2)에 의해 얻어지는 전력은 반응성 제어 시스템의 응답 시간 에 의해 감소된다. 더욱이, 반응성 제어 시스템은 실패의 경우에는 대처하지 못하므로 터빈(2)에 심각한 손상을 끼칠 위험이 있다.
본 발명은 전술한 문제들 중의 일부 또는 전부를 해결할 수 있는 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 터빈을 위한 사전 경고 시스템이 제공되는 바, 이 시스템은 터빈 부근의 유동 조건에 영향을 줄 수 있는 하나 이상의 변수를 감지하기 위해 터빈의 상류에서 그 터빈으로 부터 멀리 위치될 수 있는 하나 이상의 근거리 및 원거리 센서; 상기 하나 이상의 근거리 및 원거리 센서로부터 주어지는 데이타 또는 이로부터 유도된 데이타를 터빈에 전달하기 위해 그 터빈과 상기 하나 이상의 근거리 및 원거리 센서 사이에 있는 통신 링크; 및 터빈의 작동 설정을 조정하기 위한 제어기를 포함하며, 상기 제어기는 사용시 하나 이상의 근거리 및 원거리 센서로부터 주어지는 데이타에 따라 작동 설정을 조정하게 된다.
터빈의 작동 설정은 블레이드 피치 및/또는 발전기 부하를 포함할 수 있다.
상기 하나 이상의 근거리 센서는 다른 터빈의 작동 조건을 감지할 수 있다.
상기 하나 이상의 근거리 센서는 스트레인 게이지, 음향 도플러 해류계, 압력 센서, 온도 센서, 진동 센서, 속도 센서, 회전속도 센서, 발전기 출력 센서 및 발전기 품질 센서 중의 하나 이상을 포함할 수 있다.
제어기는 일차 제어기와 이차 제어기를 포함할 수 있으며, 사용시 일차 제어기에 결함이 발생한 경우에 이차 제어기가 터빈의 작동 설정을 조정할 수 있다.
사용시 결함이 검출되거나 안전 한계가 초과되면 터빈을 작동 중지시키는 안전 작동 중지 명령 모듈을 더 포함할 수 있다.
상기 하나 이상의 근거리 및 원거리 센서 및/또는 제어기로부터 주어지는 데이타를 전달하기 위해 외부 모니터링부와 연결되어 있는 통신 링크를 더 포함할 수 있다.
상기 외부 모니터링부는 터빈 서비스 데스크, 날씨 정보 제공원 또는 바다 상태 정보 제공원일 수 있다.
원거리 센서는 바다 상태 정보 센서를 포함할 수 있다. 하나 이상의 원거리 센서는 적어도 하나의 부표(bouy)를 포함할 수 있다.
터빈은 해양 터빈일 수 있다.
사전 경고 시스템은 사전 경고 시스템과 다수의 터빈을 포함하는 터빈 구역에 사용될 수 있으며, 사전 경고 시스템의 제어기는 사용시 다수의 터빈들 중의 하나 이상의 작동 설정을 조정한다.
하나 이상의 센서는 다수의 터빈들 중의 하나 이상에 위치될 수 있다. 하나 이상의 근거리 및 원거리 센서 및/또는 제어기로부터 주어지는 데이타는 다른 터빈 구역에 전달될 수 있다.
다수의 터빈은 해양 터빈일 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 터빈을 위한 사전 경고를 제공하는 방법이 제공되는 바, 이 방법은 근거리 및 원거리 센서를 사용하여 터빈 상류의 다수의 위치에서 소정의 파라미터를 감지하는 단계; 감지된 데이타를 터빈에 전달하는 단계; 및 받은 데이타에 따라 터빈의 작동 설정을 제어하는 단계를 포함한다.
소정의 파라미터를 감지하는 단계는 다른 터빈의 파라미터를 감지하는 것을 포함할 수 있다.
상기 방법은 감지된 파라미터가 결함을 나타내거나 또는 안전 한계가 초과되었음을 나타내면 터빈을 작동 중지시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명을 더 잘 이해하고 또한 본 발명이 어떻게 실시될 수 있는지를 보다 명확히 보여주기 위해, 이제 첨부 도면을 예시적으로 참조하도록 한다.
도 1 은 종래 기술의 터빈과 반응성 제어 시스템의 개략적인 측면도이다.
도 2 는 조수 사이클의 썰물 또는 밀물 시기 중에 도 1 의 터빈에 의해 얻어지는 전력의 그래프이다.
도 3 은 극단적인 상황 중에 도 1 의 터빈에 의해 얻어지는 전력의 그래프이다.
도 4 는 실패의 경우 중에 도 1 의 터빈에 의해 얻어지는 전력의 그래프이다.
도 5 는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 사전 경고 시스템을 이용하는 상류 터빈과 하류 터빈의 개략적인 측면도이다.
도 6 은 하류 터빈의 제어 시스템의 개략적인 조직도이다.
도 7 은 하류 터빈과 이 터빈 및 다른 터빈과의 상호 작용을 보여주는 개략적인 조직도이다.
도 8 은 극단적인 유동의 경우 중에 사전 경고 시스템을 사용하는 터빈 구역의 개략적인 사시도이다.
도 9 는 조수 사이클의 썰물 또는 밀물 시기 중에 사전 경고 시스템을 사용하는 터빈에 의해 얻어지는 전력의 그래프이다.
도 10 은 극단적인 유동의 경우 중에 사전 경고 시스템을 사용하는 터빈에 의해 얻어지는 전력의 그래프이다.
도 11 은 실패의 경우 중에 사전 경고 시스템을 사용하는 터빈에 의해 얻어지는 전력의 그래프이다.
도 12 는 사전 경고 시스템의 다른 실시 형태의 평면도이다.
도 5 는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 사전 경고 시스템을 보여준다. 이 사전 경고 시스템은 상류 터빈(34)과 하류 터빈(36)을 포함한다. 상류 터빈(34)과 하류 터빈(36)은 거리(d)로 서로 분리되어 있으며, 상류 터빈(34)은 조류(8)에 대해 하류 터빈(36)의 상류에 있는 지점에 위치된다. 그러므로, 물은 상류 터빈(34)을 지난 다음에 하류 터빈(36)으로 흐르게 된다. 상류 터빈(34)은 하나 이상의 센서를 포함하는데, 이 센서는 직접 물 자체로 부터 또는 상류 터빈(34)의 작동 조건으로부터 간접적으로 조류에 대한 정보를 제공한다.
상기 하나 이상의 센서는 스트레인 게이지, 음향 도플러 해류계, 압력 센서, 온도 센서, 진동 센서, 속도 센서, 회전속도 센서, 발전기 출력 센서 및 발전기 품질 센서 중의 하나 이상을 포함한다. 그러나, 현재 있는 조건에 대한 유용한 정보를 제공할 수 있는 다른 센서도 사용될 수 있다.
상류 터빈(34)과 하류 터빈(36)은 통신 링크(37)로 서로 연결되어 있다. 이 링크는 적어도 정보를 상류 터빈(34)으로부터 하류 터빈(36)으로 전달할 수 있는 유선 또는 무선 통신 채널일 수 있다.
상류 터빈(34)은 상기 하나 이상의 센서로부터 주어진 데이타를 통신 링크(37)를 통해 하류 터빈(36)에 전달한다. 도 6 에서 보는 바와 같이, 외부 데이타(38)가 하류 터빈(36)에 주어지고 파라미터 합성기(40)에 전달된다. 이 파라미터 합성기(40)는 하류 터빈(36)의 현재 작동 설정을 모니터링하는 하나 이상의 기계 센서(42)로부터 입력을 받는다. 파라미터 합성기(40)는 현재의 작동 설정 및 상류 터빈(34)으로부터 받은 데이타를 평가하여, 접근하는 조류에 대한 최적의 작동 설정을 결정한다. 이 정보는 일차 제어기(44)에 전달된다.
상기 하나 이상의 기계 센서(42)로부터 입력을 받는 보정 제어기(46)가 또한 제공된다. 일차 제어기(44)는 받은 정보를 보정 제어기(46)와 비교하고, 하류 터빈(36)의 작동 설정이 조정될 필요가 있는지의 여부를 결정하게 된다. 조정될 필요가 있으면, 일차 제어기(44)는 작동 설정의 조정을 행하게 된다. 일차 제어기(44)가 작동 설정을 제어하지 못하게 되는 실패의 경우에 상기 보정 제어기(46)가 또한 작동 설정을 제어할 수 있다.
명확히 해 두어야 할 것으로, 본 발명에 있어서 "실패'는, 기계 또는 그의 구성품이 미리 정해진 안전 또는 의도된 작동 조건에서 벗어나 작동하는 상황을 포함하는 것이다. 이러한 경우는 기계 구성품 또는 결합체의 실제 기계적 또는 전기적 고장을 포함하며, 이에 한정되지 않는다. 상기 경우는 또한 기계가 짧은 가간 동안 작동될 수 있더라도 구성품 또는 결합체의 사용이 안전하지 않거나 장래의 작동에 해로운 경우도 포함한다.
안전 센서(50)를 모니터링하는 안전 "감시부"(48)가 제공된다. 이 안전 감시부(50)는 하류 터빈(36)에서의 조건, 예컨대 발전기의 온도, 터빈에 작용하는 스트레스, 진동 수준 등에 대한 정보를 제공한다. 이들 파라미터들 중 어떤 것이라도 위험 수준에 도달하면, 안전 감시부(48)가 작동되어 하류 터빈(36)의 안전 작동 중지를 명령하게 된다. 안전 감시부(48)는 또한 일차 제어기(44)의 입력 및/또는 출력(도 7 참조)을 모니터링한다. 하류 터빈(36)의 작동 설정이 정확하게 조정되지 못하게 할 수 있는 실패가 있음을 안전 감시부(48)가 검출하면, 이 안전 감지부(48)는 다시 하류 터빈(36)의 안전 작동 중지를 명령하게 된다.
도 7 은 상기 사전 경고 시스템이 다수의 터빈을 포함하는 터빈 구역에 어떻게 적용되는 가를 보여준다. 보는 바와 같이, 터빈(Y)은 다수의 상류 터빈(X)으로부터 사전 경고 정보를 받게 되며, 이 정보는 도 6 을 참조하여 전술한 바와 같이 터빈(Y)의 작동 설정을 제어하는데 사용된다. 또한, 터빈(Y)은 그 자진의 데이타(및 가능하다면 앞에 있는 상류 터빈(X)의 데이타)를 다수의 하류 터빈(Z)에 전달하게 되고, 이 하류 터빈은 그 데이타를 사용하여 그들의 작동 설정을 제어한다.
도 8 은 터빈 구역의 사시도를 나타낸다. 보는 바와 같이, 상류 터빈(X)들 중의 하나가 극단적인 경우를 겸출하고 이 정보는 하류 터빈에 전달된다.
도 9 는 사전 경고 시스템을 제외하고는 도 2 와 유사한 도면으로, 조수 사이클의 썰물 또는 밀물 시기 중에 시간의 함수로서의 벌크 평균 물 속도 및 사전 경고 시스템을 사용하는 하류 터빈(36)의 발전기의 최종 출력의 그래프를 보여준다.
터빈(2)과 유사하게, 상기 사전 경고 시스템은 발전기의 출력이 소정의 안전 운전 한계(22)를 넘는 것을 방지하도록 구성되어 있다. 그러나, 하류 터빈(36)은 능동적으로 제어되므로, 터빈의 작동 설정의 조정은 조류가 그 하류 터빈(36)에 도달하면 행해질 수 있다. 이리 하여, 종래 기술의 반응성 제어 시스템에서 생기는 시간차(24)가 없어진다. 그러므로, 하류 터빈(36)은 항상 안전 운전 한계(22)에서 유지될 수 있으며 또한 얻어지는 전력은 결과적으로 증가된다.
또한, 상기 사전 경고 시스템은 응답 시간 요건을 효과적으로 제거하므로, 도 10 에서 보는 바와 같이, 하류 터빈(36)은 극단적인 경우(28)가 일어나면 최대 정상 작동 한계(26)를 넘지 않고 더 높은 안전 운전 한계(52)에서 작동될 수 있다. 상류 터빈(34)이 극단적인 경우(28)를 검출하면, 하류 터빈(26)의 작동 설정이 조정되어 전력이 더 낮은 안전 운전 한계(22)로 감소된다. 이리 하여, 전력이 최대 정상 작동 한계(26)를 넘는 것이 방지된다. 또한, 하류 터빈(36)은 주로 더 높은 안전 운전 한계(52)에서 작동할 수 있으므로, 영역(54)에서 보는 바와 같이 상기 사전 경고 시스템을 사용하여 조류에서 더 많은 전력을 얻을 수 있다.
더욱이, 실패의 경우(30)가 검출되면, 도 11 에서 보는 바와 같이, 사전 경고 시스템은 그 실패의 경우(30)가 하류 터빈(36)에 도달하기 전에 그 하류 터빈(36)을 작동 중지시킬 수 있다. 그러므로, 하류 터빈(36)은 실패의 경우를 피하게 되며 그래서 상기 사전 경고 시스템은 하류 터빈(36)에 심각한 손상이 생기는 것을 방지한다.
도 5 에 나타나 있는 실시 형태에서, 상류 터빈(34)은 반응성 제어 시스템을 사용하여 제어될 수 있는데, 왜냐하면 이는 상류 위치로부터 정보를 받지 않기 때문이다. 도 12 는 대안적인 실시 형태를 나타내는데, 이에 의하면 터빈 구역에 있는 모든 터빈들이 사전 경고 시스템을 수용한다. 도 12 의 실시 형태에서, 터빈 구역(A)의 상류에 있는 위치에 하나 이상의 센서(56)가 제공된다. 그러므로, 터빈 구역(A)에 있는 모든 터빈들이 상기 하나 이상의 센서(40)로부터 데이타를 받고 그래서 접근하는 조류 조건의 사전 경고를 받게 된다. 또한, 하나 이상의 센서(56) 및/또는 터빈 구역(A)으로부터 주어진 데이타는 터빈 구역(A)의 하류에 있는 다른 터빈 구역(B, C)에 전달된다. 하나 이상의 센서(56) 및 터빈 구역(A - C) 으로부터 주어진 데이타는 또한 터빈 서비스 데스크(58) 또는 위성(60)과 같은 외부 모니터링부에도 전달될 수 있다. 서비스 데스크(58)는 장기간에 결쳐 터빈 구역(A - C)을 모니터링하기 위한 것으로, 터빈의 성능을 모니터링하고 또한 필요한 유지 보수를 계획하는데 사용된다.
터빈 부근에서의 유동 조건에 영향을 줄 수 있는 감지된 또는 예측된 데이타는 상기 모니터링부에 전달될 수 있고, 여기서 그 데이타가 처리되고 다음에 그 처리 또는 유도된 데이타는 개별 터빈에 전달된다. 따라서, 모니터링부는 복수의 제공원으로부터 다양한 데이타를 받을 수 있고 데이타 또는 지시의 더욱 제한된 부분만 개별 터빈에 전달할 수 있다. 처리 단계들의 결합은 적절하다면 모니터링부 및/또는 터빈에 의해 실행될 수 있다. 일 특별한 실시 형태에서, 비교적 적은 양의 보고 데이타 또는 지시만 각각의 개별 터빈에 전달되도록 모니터링부가 데이타 처리 및 분석 단계를 수행하는 것이 바람직하다. 이렇게 해서 얻어지는 추가적인 이점으로서, 새로운 데이타 분석 알고리즘, 다른 데이타 종류 또는 제공원 및/또는 다른 소프트웨어 업데이트를 수용하기 위해 각 터빈을 업데이트할 필요 없이 모니터링부 소프트웨어는 쉽게 업데이트될 수 있다.
위성(60)은 날씨 정보 제공원 또는 바다 상태 정보 제공원일 수 있으며, 받은 정보는 선박(62) 또는 육지의 수신처에 날씨 또는 바다 상태 보고서를 제공하여 특히 쓰나미의 접근을 알려주기 위해 사용될 수 있다.
일 실시 형태에서, 감지 장비가 터빈 또는 터빈 어레이/구역의 상류로 떨어져서 위치될 수 있으며 하나 이상의 바다 상태 감지 부표 또는 그에 상당하는 장비의 형태로 될 수 있다. 이러한 장비는 부표가 터빈 어레이에 대해 최적으로 위치될 수 있도록 터빈 작동자에 의해 작동 또는 제어될 수 있다. 따라서, 최적의 전력 효율을 얻고/얻거나 실패의 경우의 발생을 피하도록 작동 설정을 조정하기 위해, 한 어레이에서 가장 상류에 있는 터빈의 작동 설정도 예컨대 불리하거나 극단적인 유동 조건과 같은 가변적인 유동 조건이 발생되기 직전에 조정될 수 있다.
이러한 감지 장비는 터빈 제어 시스템이 그 장비에 의해 감지된 조건에 대응할 충분한 시간을 갖도록 최적으로 위치될 수 있다.
그러한 감지 장비는 원거리 및 근거리 감지 능력을 제공하기 위해 상기 다른 정보 제공원과 함께 사용될 수도 있다. 이렇게 감지 능력을 결합하면, 감지된 조건의 신뢰성 및 하나 이상의 터빈이 작동하는 유효성을 개선할 수 있다.
이러한 장비는 수력 터빈에 특히 유리한데, 왜냐하면 조류의 특성으로 인해, 작동 중에 터빈(들)에 부딪히거나 그렇지 않을 수 있는 고립된/고립되어 있거나 일시적인 유동 패턴이 발생될 수 있기 때문이다. 따라서, 본 발명은 필요에 따라서는 일반적인 또는 우세한(예컨대, 원거리) 유동 조건 및/또는 국부적인 유동 조건에 대처할 수 있다.
상기 하나 이상의 터빈과 조수 조건 또는 날씨 정보 제공원 사이의 상기 통신 링크는 양 방향성일 수 있는데, 이렇게 되면, 조수 터빈 또는 어레이는 바다 상태 감지 시스템으로서 작용할 수 있고 또한 터빈이 받는 조건에 관한 정보를 적절한 네트워크를 통해 정보 제공원, 서비스 데스크 또는 다른 수신처에 제공할 수 있다.
감지된 유동 조건에 응답하여 사용되는 제어 전략은 터빈의 작동 안전에 우선권을 줄 것이고, 다음은 들어오는 유동으로부터 얻어지는 출력의 최적화이다.
본 발명은 만조 또는 간조 중에 작용할 수 있으며 따라서 상류에 있는 것으로 설명된 터빈들은 번갈아 일어나는 조수 중에 하류가 되며 또한 그 반대도 가능하다.
본 발명을 해양 터빈을 참조하여 설명했지만, 풍력 터빈에도 적용될 수 있다.
본 명세서에서 노력의 불필요한 중복과 문구의 불필요한 반복을 피하기 위해, 어떤 특징들은 본 발명의 단지 하나 또는 수개의 양태나 실시 형태와 관련하여 설명되었다. 그러나, 기술적으로 가능하다면, 본 발명의 어떤 양태나 실시 형태와 관련하여 설명한 특징이라도 본 발명의 다른 양태나 실시 형태에도 사용될 수 있음을 이해해야 한다.

Claims (20)

  1. 수력 터빈을 위한 사전 경고 시스템으로서,
    터빈 부근의 유동 조건에 영향을 줄 수 있는 하나 이상의 변수를 감지하기 위해 터빈의 상류에서 그 터빈으로 부터 멀리 위치될 수 있는 하나 이상의 근거리 및 원거리 센서;
    상기 하나 이상의 근거리 및 원거리 센서로부터 주어지는 데이타 또는 이로부터 유도된 데이타를 터빈에 전달하기 위해 그 터빈과 상기 하나 이상의 근거리 및 원거리 센서 사이에 있는 통신 링크; 및
    터빈의 작동 설정을 조정하기 위한 제어기를 포함하며,
    상기 제어기는 사용시 하나 이상의 근거리 및 원거리 센서로부터 주어지는 데이타에 따라 작동 설정을 조정하게 되는, 수력 터빈을 위한 사전 경고 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    터빈의 작동 설정은 블레이드 피치 및/또는 발전기 부하를 포함하는 사전 경고 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 근거리 센서는 다른 터빈의 작동 조건을 감지하는 사전 경고 시스템.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 근거리 센서는 스트레인 게이지, 음향 도플러 해류계, 압력 센서, 온도 센서, 진동 센서, 속도 센서, 회전속도 센서, 발전기 출력 센서 및 발전기 품질 센서 중의 하나 이상을 포함하는 사전 경고 시스템.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어기는 일차 제어기와 이차 제어기를 포함하며, 사용시 일차 제어기에 결함이 발생한 경우에 이차 제어기가 터빈의 작동 설정을 조정하게 되는 사전 경고 시스템.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    사용시 결함이 검출되거나 안전 한계가 초과되면 터빈을 작동 중지시키는 안전 작동 중지 명령 모듈을 더 포함하는 사전 경고 시스템.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 근거리 및 원거리 센서 및/또는 제어기로부터 주어지는 데이타를 전달하기 위해 외부 모니터링부와 연결되어 있는 통신 링크를 더 포함하는 사전 경고 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 외부 모니터링부는 터빈 서비스 데스크, 날씨 정보 제공원 또는 바다 상태 정보 제공원인 사전 경고 시스템.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나 이상의 원거리 센서는 바다 상태 정보 센서를 포함하는 사전 경고 시스템.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나 이상의 원거리 센서는 적어도 하나의 부표(bouy)를 포함하는 사전 경고 시스템.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나 이상의 원거리 센서는 날씨 감지 장비를 포함하는 사전 경고 시스템.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 사전 경고 시스템을 포함하는 터빈.
  13. 제 12 항에 있어서,
    해양 터빈인 터빈.
  14. 수력 터빈 구역으로서,
    제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 사전 경고 시스템; 및
    다수의 수력 터빈을 포함하고,
    상기 사전 경고 시스템의 제어기는 사용시 상기 다수의 터빈들 중의 하나 이상의 작동 설정을 조정하는 수력 터빈 구역.
  15. 제 14 항에 있어서,
    하나 이상의 센서는 다수의 터빈들 중의 하나 이상에 위치되는 터빈 구역.
  16. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
    하나 이상의 센서 및/또는 제어기로부터 주어지는 데이타는 다른 터빈 구역에 전달되는 터빈 구역.
  17. 제 14 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다수의 터빈은 해양 터빈인 터빈 구역.
  18. 수력 터빈을 위한 사전 경고를 제공하는 방법으로서,
    하나 이상의 근거리 및 원거리 센서를 사용하여 터빈 상류의 위치에서 소정의 파라미터를 감지하는 단계;
    감지된 데이타 또는 그로부터 유도된 데이타를 터빈에 전달하는 단계; 및
    받은 데이타에 따라 터빈의 작동 설정을 제어하는 단계를 포함하는 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    소정의 파라미터를 감지하는 단계는 다른 터빈의 파라미터를 감지하는 것을 포함하는 방법.
  20. 제 18 항 또는 제 19 항에 있어서,
    감지된 파라미터가 결함을 나타내거나 또는 안전 한계가 초과되었음을 나타내면 터빈을 작동 중지시키는 단계를 더 포함하는 방법.
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