KR20130126075A - 풍력 발전기용 타워 및 풍력 발전기 - Google Patents

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KR20130126075A
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신상명
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삼성중공업 주식회사
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Abstract

풍력 발전기용 타워가 개시된다. 풍력 발전기의 나셀(nacelle)을 지지하는 풍력 발전기용 타워는 상기 나셀이 상측에 위치하는 타워 본체, 상기 타워 본체 내부의 상단으로부터 하단까지 연결하는 와이어, 및 상기 와이어의 일 영역에 연결되어 상기 와이어의 장력을 조절하는 장력 조절 유닛을 포함한다.

Description

풍력 발전기용 타워 및 풍력 발전기{TOWER FOR WIND GENERATOR AND WIND GENERATOR}
본 발명은 풍력 발전기용 타워 및 풍력 발전기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 풍력에 의해 회전하는 로터(rotor)가 연결된 나셀(nacelle)을 지지하는 풍력 발전기용 타워 및 풍력 발전기에 관한 것이다.
풍력 발전기는 풍력에 의해 회전하는 블레이드를 이용해 전력을 발전하는 장치이다.
종래의 풍력 발전기는 풍력에 의해 회전하는 로터, 로터에 연결된 발전기가 위치하는 나셀, 및 나셀을 지지하는 풍력 발전기용 타워를 포함한다.
종래의 풍력 발전기에서 풍력 발전기용 타워의 고유 진동수는 로터 및 로터에 연결된 발전기의 운전에 영향을 크게 미친다. 특히 로터의 회전에 의한 주파수가 타워의 고유 진동수와 근접해 있을 경우에는 공진이 발생할 수 있기 때문에 풍력 발전기 개발에 어려움이 있었다.
이러한 진동을 개선하기 위해 종래의 풍력 발전기는 타워의 고유 진동수를 변경하기 위해서는 더미 중량(dummy mass)을 타워 상부에 추가하거나 타워의 두께, 직경 등을 변경하여 진동수를 변경하였다. 그러나, 더미 중량을 타워 상부에 추가하게 되면 불필요한 무게 증가로 인해 타워의 하중이 증가하게 되고 이는 불필요한 비용 증가로 이어지는 문제점이 있었다. 특히, 타워의 두께나 직경을 늘이는 경우는 타워의 무게 증가와 더불어, 타워의 운송 가능 크기가 벗어나는 문제점이 발생할 수 있으며, 타워의 두께나 직경을 줄이는 경우는 타워의 강도가 약해지는 문제점이 발생할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 풍력 발전기용 타워의 무게와 비용을 증가시키거나, 강도가 약해지는 것을 수반하는 형상 수정 이외에 풍력 발전기용 타워의 고유 진동수를 변경시키는 풍력 발전기용 타워 및 풍력 발전기를 제공하고자 한다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 제1 측면은 풍력 발전기의 로터(rotor)에 연결된 나셀(nacelle)을 지지하는 풍력 발전기용 타워에 있어서, 상기 나셀이 상측에 위치하는 타워 본체, 상기 타워 본체 내부의 상단으로부터 하단까지 연결하는 와이어, 및 상기 와이어의 일 영역에 연결되어 상기 와이어의 장력을 조절하는 장력 조절 유닛을 포함하는 풍력 발전기용 타워를 제공한다.
상기 와이어는 타워 본체 내부의 상단으로부터 하단까지 각각 연결된 제1 서브 와이어 및 제2 서브 와이어를 포함하며, 상기 장력 조절 유닛은 상기 제1 서브 와이어 및 상기 제2 서브 와이어 각각에 연결된 제1 서브 장력 조절 유닛 및 제2 서브 장력 조절 유닛을 포함할 수 있다.
상기 제1 서브 와이어 및 상기 제2 서브 와이어는 서로 교차하거나 서로 나란하게 연장될 수 있다.
상기 타워 본체는 내부를 복수개의 영역으로 구획하는 복수개의 내부 구조물을 포함하며, 상기 와이어는 상기 타워 본체 내부의 상단으로부터 상기 내부 구조물까지 연결된 제3 서브 와이어, 이웃하는 상기 내부 구조물 사이에 연결된 제4 서브 와이어, 및 상기 내부 구조물로부터 상기 타워 본체 내부의 하단까지 연결된 제5 서브 와이어를 포함하며, 상기 장력 조절 유닛은 상기 제3 서브 와이어, 상기 제4 서브 와이어, 및 상기 제5 서브 와이어 각각에 연결된 제3 서브 장력 조절 유닛, 제4 서브 장력 조절 유닛, 및 제5 서브 장력 조절 유닛을 포함할 수 있다.
상기 제3 서브 와이어, 상기 제4 서브 와이어 및 상기 제5 서브 와이어는 복수이며, 상기 복수의 제3 서브 와이어 각각, 상기 복수의 제4 서브 와이어 각각 및 상기 복수의 제5 서브 와이어 각각은 서로 교차하거나 서로 나란하게 연장될 수 있다.
상기 장력 조절 유닛은 턴버클(turnbuckle)일 수 있다.
또한, 본 발명의 제2 측면은 풍력 발전기에 있어서, 풍력에 의해 회전하는 로터, 상기 로터에 연결된 나셀, 및 상기 나셀을 지지하는 상기 풍력 발전기용 타워를 포함하는 풍력 발전기를 제공한다.
상술한 본 발명의 과제 해결 수단의 일부 실시예 중 하나에 의하면, 풍력 발전기용 타워의 무게와 비용을 증가시키거나, 강도가 약해지는 것을 수반하는 형상 수정 이외에 풍력 발전기용 타워의 고유 진동수를 변경시키는 풍력 발전기용 타워 및 풍력 발전기를 제공하고자 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 풍력 발전기를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 본 발명의 제1 실시예에 따른 풍력 발전기의 풍력 발전기용 타워의 내부를 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 장력 조절 유닛을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 풍력 발전기용 타워를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 풍력 발전기용 타워를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 풍력 발전기(1000)를 설명한다. 이하에서, 타워는 풍력 발전기용 타워를 의미한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 풍력 발전기를 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 풍력 발전기(1000)는 로터(100), 나셀(200) 및 풍력 발전기용 타워(300)를 포함한다.
로터(100)는 풍력에 의해 회전하는 부분이며, 나셀(200)에 위치하여 전기를 발전하는 발전기에 연결되어 있다.
나셀(200)은 로터(100)에 연결되어 있으며, 로터(100)에 의한 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환하는 발전기가 그 내부에 위치하고 있다.
풍력 발전기용 타워(300)는 지면에 대해 나셀(200)이 플로팅(floating)되도록 나셀(200)을 지지하며, 풍력 발전기용 타워(300) 자체의 진동이 조절되는 기능을 가지고 있다.
도 2는 도 1에 도시된 본 발명의 제1 실시예에 따른 풍력 발전기의 풍력 발전기용 풍력 발전기용 타워의 내부를 나타낸 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 풍력 발전기용 타워(300)는 타워 본체(310), 와이어(320) 및 장력 조절 유닛(330)을 포함한다.
타워 본체(310)는 나셀(200)이 상측에 위치하도록 나셀(200)을 지지하고 있으며, 그 내부에 공간을 형성하고 있다. 타워 본체(310)의 내부에는 내부 구조물(313)이 위치하고 있으나, 이 내부 구조물(313)은 와이어(320)에 간섭을 주지 않는 형태로 형성되어 있다.
와이어(320)는 타워 본체(310) 내부에 위치하고 있으며, 타워 본체(310)의 상단(311)으로부터 하단(312)까지 연결하고 있다.
장력 조절 유닛(330)은 와이어(320)의 일 영역(320a)에 연결되어 와이어(320)의 장력을 조절한다.
도 3은 도 2에 도시된 장력 조절 유닛을 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 장력 조절 유닛(330)은 턴버클(turnbuckle)이며, 턴버클인 장력 조절 유닛(330)의 양 단에 와이어(320)가 연결되어 있다. 턴버클인 장력 조절 유닛(330)을 제어하여 타워 본체(310)의 양단에 연결된 와이어(320)의 장력을 조절함으로써, 타워 본체(310)의 고유 진동수을 변경할 수 있기 때문에, 로터(100)의 회전에 의한 주파수가 풍력 발전기용 타워(300)의 고유 진동수와 근접해 공진이 발생되는 것이 방지된다. 이로 인해 전체적인 풍력 발전기(1000)가 크게 진동하는 것이 억제됨으로써, 풍력 발전기(1000)에 의한 풍력 발전 효율이 향상된다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 풍력 발전기용 타워(300)의 장력 조절 유닛(330)은 턴버클이나, 이에 한정되지 않고 본 발명의 다른 실시예에 따른 풍력 발전기용 타워의 장력 조절 유닛은 와이어(320)의 장력을 조절할 수 있는 어떠한 형태로도 형성될 수 있다.
이상과 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 풍력 발전기(1000)는 장력 조절 유닛(330)을 이용해 타워 본체(310)의 양단에 연결된 와이어(320)의 장력을 조절함으로써, 타워 본체(310)의 고유 진동수을 변경하여 로터(100)의 회전에 의한 주파수가 풍력 발전기용 타워(300)의 고유 진동수와 동조되어 공진이 발생되는 것을 방지하기 때문에, 풍력 발전기(1000)가 크게 진동하는 것을 억제하여 풍력 발전 효율이 향상된다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 풍력 발전기(1000)는, 풍력 발전기용 타워(300)의 무게와 비용을 증가시키거나 강도가 약해지는 것을 수반하는 풍력 발전기용 타워(300)의 형상 수정이 아니라, 단순히 와이어(320) 및 장력 조절 유닛(330)을 이용해 풍력 발전기용 타워(300)의 고유 진동수를 변경시키기 때문에, 전체적인 풍력 발전 운용 비용 및 풍력 발전에 대한 신뢰성이 향상된다.
이하, 도 4를 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 풍력 발전기용 타워를 설명한다.
이하, 제1 실시예와 구별되는 특징적인 부분만 발췌하여 설명하며, 설명이 생략된 부분은 제1 실시예에 따른다. 그리고, 본 발명의 제2 실시예에서는 설명의 편의를 위하여 동일한 구성요소에 대하여는 본 발명의 제1 실시예와 동일한 참조번호를 사용하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 풍력 발전기용 타워를 나타낸 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 풍력 발전기용 타워(302)는 타워 본체(310), 와이어(320) 및 장력 조절 유닛(330)을 포함한다.
와이어(320)는 타워 본체(310) 내부에 위치하고 있으며, 타워 본체(310)의 상단(311)으로부터 하단(312)까지 연결하고 있다. 와이어(320)는 타워 본체(310) 내부의 상단(311)으로부터 하단(312)까지 각각 연결된 제1 서브 와이어(321) 및 제2 서브 와이어(322)를 포함한다. 제1 서브 와이어(321)와 제2 서브 와이어(322)는 서로 교차하도록 연장되어 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 풍력 발전기용 타워(302)의 제1 서브 와이어(321) 및 제2 서브 와이어(322)는 서로 교차하도록 연장되어 있으나, 본 발명의 다른 실시예에 따른 타워의 제1 서브 와이어 및 제2 서브 와이어는 서로 나란하도록 연장되어 있을 수 있다.
장력 조절 유닛(330)은 제1 서브 와이어(321)에 연결되어 제1 서브 와이어(321)의 장력을 조절하는 제1 서브 장력 조절 유닛(331) 및 제2 서브 와이어(322)에 연결되어 제2 서브 와이어(322)의 장력을 조절하는 제2 서브 장력 조절 유닛(332)을 포함한다.
이와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 풍력 발전기용 타워(302)는 와이어(320)가 타워 본체(310) 내부의 상단(311)으로부터 하단(312)까지 각각 연결된 제1 서브 와이어(321) 및 제2 서브 와이어(322)를 포함하고 장력 조절 유닛(330)이 제1 서브 와이어(321)에 연결되어 제1 서브 와이어(321)의 장력을 조절하는 제1 서브 장력 조절 유닛(331) 및 제2 서브 와이어(322)에 연결되어 제2 서브 와이어(322)의 장력을 조절하는 제2 서브 장력 조절 유닛(332)을 포함함으로써, 제1 서브 와이어(321) 및 제2 서브 와이어(322) 중 하나 이상의 장력을 조절하여 보다 정밀하게 타워 본체(310)의 고유 진동수을 변경하여 로터(100)의 회전에 의한 주파수가 풍력 발전기용 타워(302)의 고유 진동수와 동조되어 공진이 발생되는 것을 방지한다.
이하, 도 5를 참조하여 본 발명의 제3 실시예에 따른 풍력 발전기용 타워를 설명한다.
이하, 제1 실시예와 구별되는 특징적인 부분만 발췌하여 설명하며, 설명이 생략된 부분은 제1 실시예에 따른다. 그리고, 본 발명의 제3 실시예에서는 설명의 편의를 위하여 동일한 구성요소에 대하여는 본 발명의 제1 실시예와 동일한 참조번호를 사용하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 풍력 발전기용 타워를 나타낸 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 풍력 발전기용 타워(303)는 타워 본체(310), 와이어(320) 및 장력 조절 유닛(330)을 포함한다.
타워 본체(310)의 내부에는 복수개의 내부 구조물(315)이 위치하고 있으며, 이 복수개의 내부 구조물(315)은 타워 본체(310)의 내부를 복수개의 영역으로 구획하는 형태로 형성되어 있다.
와이어(320)는 타워 본체(310) 내부에 위치하고 있으며, 타워 본체(310)의 상단(311)으로부터 하단(312)까지 연결하고 있다. 와이어(320)는 타워 본체(310) 내부의 상단(311)으로부터 상기 내부 구조물(315)까지 연결된 제3 서브 와이어(323), 이웃하는 내부 구조물(315) 사이에 연결된 제4 서브 와이어(324), 및 내부 구조물(315)로부터 타워 본체(310) 내부의 하단(312)까지 연결된 제5 서브 와이어(325)를 포함한다.
장력 조절 유닛(330)은 제3 서브 와이어(323), 제4 서브 와이어(324), 및 제5 서브 와이어(325) 각각에 연결된 제3 서브 장력 조절 유닛(333), 제4 서브 장력 조절 유닛(334), 및 제5 서브 장력 조절 유닛(335)을 포함한다.
이와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 풍력 발전기용 타워(303)는 와이어(320)가 타워 본체(310) 내부의 상단(311)으로부터 상기 내부 구조물(315)까지 연결된 제3 서브 와이어(323), 이웃하는 내부 구조물(315) 사이에 연결된 제4 서브 와이어(324), 및 내부 구조물(315)로부터 타워 본체(310) 내부의 하단(312)까지 연결된 제5 서브 와이어(325)를 포함한다. 제3 서브 와이어(323), 제4 서브 와이어(324) 및 상기 제5 서브 와이어(325)는 복수이며, 복수의 제3 서브 와이어(323) 각각, 복수의 제4 서브 와이어(324) 각각 및 복수의 제5 서브 와이어(325) 각각은 서로 나란하게 연장되어 있다.
한편, 본 발명의 제3 실시예에 따른 풍력 발전기용 타워(303)의 복수의 제3 서브 와이어(323) 각각, 복수의 제4 서브 와이어(324) 각각 및 복수의 제5 서브 와이어(325) 각각은 서로 나란하게 연장되어 있으나, 이에 한정되지 않고 본 발명의 다른 실시예에 따른 풍력 발전기용 타워의 복수의 제3 서브 와이어 각각, 복수의 제4 서브 와이어 각각 및 복수의 제5 서브 와이어 각각은 서로 교차하도록 연장되어 있을 수 있다.
장력 조절 유닛(330)은 제3 서브 와이어(323), 제4 서브 와이어(324), 및 제5 서브 와이어(325) 각각에 연결되어 제3 서브 와이어(323), 제4 서브 와이어(324), 및 제5 서브 와이어(325) 각각의 장력을 조절하는 제3 서브 장력 조절 유닛(333), 제4 서브 장력 조절 유닛(334), 및 제5 서브 장력 조절 유닛(335)을 포함함으로써, 제3 서브 와이어(323), 제4 서브 와이어(324) 및 제5 서브 와이어(325) 중 하나 이상의 장력을 조절하여 보다 정밀하게 타워 본체(310) 및 내부 구조물(315)의 고유 진동수을 변경하여 로터(100)의 회전에 의한 주파수가 풍력 발전기용 타워(303)의 고유 진동수와 동조되어 공진이 발생되는 것을 방지한다.
본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 바람직한 실시예를 통해 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.
타워 본체(310), 와이어(320), 장력 조절 유닛(330)

Claims (7)

  1. 풍력 발전기의 로터(rotor)에 연결된 나셀(nacelle)을 지지하는 풍력 발전기용 타워에 있어서,
    상기 나셀이 상측에 위치하는 타워 본체;
    상기 타워 본체 내부의 상단으로부터 하단까지 연결하는 와이어; 및
    상기 와이어의 일 영역에 연결되어 상기 와이어의 장력을 조절하는 장력 조절 유닛
    을 포함하는 풍력 발전기용 타워.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 와이어는 타워 본체 내부의 상단으로부터 하단까지 각각 연결된 제1 서브 와이어 및 제2 서브 와이어를 포함하며,
    상기 장력 조절 유닛은 상기 제1 서브 와이어 및 상기 제2 서브 와이어 각각에 연결된 제1 서브 장력 조절 유닛 및 제2 서브 장력 조절 유닛을 포함하는 풍력 발전기용 타워.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 서브 와이어 및 상기 제2 서브 와이어는 서로 교차하거나 서로 나란하게 연장되는 풍력 발전기용 타워.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 타워 본체는 내부를 복수개의 영역으로 구획하는 복수개의 내부 구조물을 포함하며,
    상기 와이어는 상기 타워 본체 내부의 상단으로부터 상기 내부 구조물까지 연결된 제3 서브 와이어, 이웃하는 상기 내부 구조물 사이에 연결된 제4 서브 와이어, 및 상기 내부 구조물로부터 상기 타워 본체 내부의 하단까지 연결된 제5 서브 와이어를 포함하며,
    상기 장력 조절 유닛은 상기 제3 서브 와이어, 상기 제4 서브 와이어, 및 상기 제5 서브 와이어 각각에 연결된 제3 서브 장력 조절 유닛, 제4 서브 장력 조절 유닛, 및 제5 서브 장력 조절 유닛을 포함하는 풍력 발전기용 타워.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제3 서브 와이어, 상기 제4 서브 와이어 및 상기 제5 서브 와이어는 복수이며,
    상기 복수의 제3 서브 와이어 각각, 상기 복수의 제4 서브 와이어 각각 및 상기 복수의 제5 서브 와이어 각각은 서로 교차하거나 서로 나란하게 연장되는 풍력 발전기용 타워.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 장력 조절 유닛은 턴버클(turnbuckle)인 풍력 발전기용 타워.
  7. 풍력 발전기에 있어서,
    풍력에 의해 회전하는 로터(rotor);
    상기 로터에 연결된 나셀(nacelle); 및
    상기 나셀을 지지하며, 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 풍력 발전기용 타워
    를 포함하는 풍력 발전기.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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