KR20140006521A - 자세 평형 유지 기능을 갖는 부유식 해상 풍력 발전기 - Google Patents

자세 평형 유지 기능을 갖는 부유식 해상 풍력 발전기 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 자세 평형 유지 기능을 갖는 부유식 해상 풍력 발전기는 풍력 블레이드가 설치되는 너셀 어셈블리와, 상기 너셀 어셈블비가 설치되고 기울기 센서가 설치된 풍력 타워와, 상기 풍력 타워 어셈블리 하부에 설치되는 부유체 어셈블리와, 상기 부유체 어셈블리의 외각에 설치되는 다수 개의 유공압 실린더와, 상기 유공압 실린더 단부에 결합되어 상하로 이동되는 보조 부유체를 포함하되, 해수면 및 풍황의 변화에 따라 상기 유공압 실린더가 상기 보조 부유체를 상하이동시켜서 부유체 어셈블리의 평형상태를 유지시키는 것을 특징으로 한다.

Description

자세 평형 유지 기능을 갖는 부유식 해상 풍력 발전기{offshore floating type wind turbine with controlling stable balance}
본 발명은 부유식 해상 풍력 발전기에 관한 것으로서, 극심한 풍력하중이나 해양하중에 의해 풍력타워가 과도하게 기울어지는 것을 방지하기 위한 장치를 갖는 부유식 해상 풍력 발전기에 관한 것이다.
석유와 석탄 자원이 고갈되어 감에 따라 태양광, 풍력, 파력, 조력 등의 대체에너지를 개발하기 위한 노력이 지속적으로 이루어져 왔고, 풍력발전에 의한 풍력에너지는 고갈되지 않고 공해를 유발하지 않는 자연에너지라는 장점으로 세계 각국에서 연구개발에 많은 관심을 가져왔다.
그러나, 현재 육지에서의 풍력발전기에 대한 소음과 전자파, 기기의 설치장소 확보 어려움, 조류의 충돌 자연경관 훼손 및 국토의 파괴 등에 의한 여러 부작용으로 풍력발전기 시설에 대한 기피현상이 일고 있으며, 이러한 이유로 인해 육지에서 해상으로 풍력발전기가 이전 설치되고 있는 상황이며, 대규모 해상 풍력 단지가 검토 및 건설중에 있다.
하지만 해상풍력발전기 또한 타워의 해양바닥에 설치하는 과정에서의 시설설치기간이나 시공비 등의 초기비용부담의 증가와 해상 바닥에 고정되어 있어 파도 또는 조수간만의 차이에 따른 수위의 차이나 바닷물의 이동, 바람의 세기나 방향에 따른 풍력발전의 저해요인과 해양생물들의 교란, 자연경관 훼손 등의 환경오염과 해상에서 다양하게 불어오는 바람에 대해 좌,우회전에만 국한되어 있어 효율적이지 못하다는 문제점을 안고 있다.
특히, 해상 풍력 발전에 있어서 근해보다 심해에서 이루어지는 부유식 해상 풍력 발전이 일반적이고, 발전기를 안정적으로 설치할 수 있는 구조에 대한 기술은 핵심적이라 할 수 있다.
이러한 부유식 해상 풍력 발전기의 설치에 대한 선행 기술에는 우리 나라 특허청에 출원된 공개특허 제10-2010-0077903호, 출원번호 제10-2010-0037169호, 제10-2010-7026250호 등이 있다.
도 1은 종래의 해상 풍력 발전기를 도시하는 개념도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 종래의 풍력 발전기에서는 펌프를 이용한 발라스트 방식을 이용하여 바람 또는 파도에 의해서 풍력 타워가 균형을 잡을 수 있도록 하였다.
그러나, 종래의 이러한 선행 기술들은 변화무쌍한 해상의 기후 변화에 능동적으로 대처할 수 없다는 문제점이 있다.
본 발명에 따른 자세 평형 유지 기능을 갖는 부유식 해상 풍력 발전기는 해상의 극심한 풍력하중이나 해양 하중의 변화에도 안정적으로 풍력 발전기의 자세를 유지할 수 있어서 풍력 발전의 안전성 및 효율을 향상시키는 데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명에 따른 자세 평형 유지 기능을 갖는 부유식 해상 풍력 발전기는 단순한 구조를 통해서 해상 풍력 발전기를 안정적으로 지지할 수 있으므로 건설 비용을 절감할 수 있는 데 다른 목적이 있다.
본 발명에 따른 자세 평형 유지 기능을 갖는 부유식 해상 풍력 발전기는 풍력 블레이드가 설치되는 너셀 어셈블리와, 상기 너셀 어셈블리가 설치되고 기울기 센서가 설치된 풍력 타워와, 상기 풍력 타워 어셈블리 하부에 설치되는 부유체 어셈블리와, 상기 부유체 어셈블리의 외각에 설치되는 다수 개의 유공압 실린더와, 상기 유공압 실린더 단부에 결합되어 상하로 이동되는 보조 부유체를 포함하되, 해수면 및 풍황의 변화에 따라 상기 유공압 실린더가 상기 보조 부유체를 상하이동시켜서 부유체 어셈블리의 평형상태를 유지시키는 것을 특징으로 한다.
상기 보조 부유체가 단부에 결합된 다수 개의 유공압 실린더는 삼각 형태를 이루는 지지 프레임에 설치되고, 상기 지지 프레임의 중심에 상기 부유체 어셈블리가 결합되는 것을 특징으로 한다.
상기 보조 부유체가 단부에 결합된 다수 개의 유공압 실린더는 다각형 형태를 이루는 지지 프레임에 설치되고, 상기 지지 프레임의 중심에 상기 부유체 어셈블리가 결합되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 자세 평형 유지 기능을 갖는 부유식 해상 풍력 발전기는 유공압 실린더와 보조 부유체를 통해서 해상 풍력 발전기를 안정적으로 평형 상태를 유지할 수 있으므로 풍력 발전의 안정성 및 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 유공압 실린더와 보조 부유체를 이용하는 단순한 구조를 통해서 제작 비용을 증가시키지 않더라도 부유식 해상 풍력 발전 단지를 건설할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 종래의 해상 풍력 발전기를 도시하는 개념도.
도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 자세 평형 유지 기능을 갖는 부유식 해상 풍력 발전기의 작동 예시도.
도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 자세 평형 유지 기능을 갖는 부유식 해상 풍력 발전기의 개념사시도.
도 4는 본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따른 자세 평형 유지 기능을 갖는 부유식 해상 풍력 발전기를 도시하는 개념도.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시 예를 상세하게 설명하고자 한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 자세 평형 유지 기능을 갖는 부유식 해상 풍력 발전기의 작동 예시도이다.
도 2의 (a)에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 자세 평형 유지 기능을 갖는 부유식 해상 풍력 발전기는 풍력 블레이드가 설치되는 너셀 어셈블리(10)와, 상기 너셀 어셈블리(10) 하부에 설치되어 기울기 센서를 갖는 풍력타워(60)와, 상기 풍력 타워 하부에 설치되는 스파(Spar)형태의 부유체 어셈블리(20)와, 상기 부유체 어셈블리(20)의 외각에 설치되는 다수 개의 유공압 실린더(40)와, 상기 유공압 실린더(40) 단부에 결합되어 상하로 이동되는 보조 부유체(30)를 포함하여 이루어진다.
본 발명에 따른 자세 평형 유지 기능을 갖는 부유식 해상 풍력 발전기의 기본적인 작동 원리에 대해 살펴보면, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이 해수면의 변화 혹은 풍하중의 변화에 따라 풍력타워(60)이 기울어지게 되면 이를 풍력타워(60) 내부에 설치되어 있는 풍력타워 기울기 센서가 풍력타워의 기울기를 감지하게 되며 그 기울기가 셋팅된 값을 지나쳐 과도하게 기울게 되면 유공압 실린더(40)가 상기 보조 부유체(30)를 상하이동시켜서 부유체 어셈블리(20)의 평형상태를 유지시키게 된다.
즉, 우측으로 부유체 어셈블리(20)가 지나치게기울어지는 경우 우측에 설치된 유공압 실린더(40)가 작동되어 보조 부유체(30)를 밀어 복원 모멘트를 발생시켜 기울어진 부유체 어셈블리(20)를 다시 세우게 된다.
이러한 유공압 실린더(40)의 작동은 풍력 타워(60)에 설치되는 기울기 센서로부터 제어부가 부유체 어셈블리(20)의 평형 상태를 입력받고 이를 각각의 유공압 실린더를 작동시켜서 부유체 어셈블리(20)의 평형 상태를 유지시키게 된다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 자세 평형 유지 기능을 갖는 부유식 해상 풍력 발전기의 개념사시도이며, 지지 프레임이 삼각 형태를 이루는 경우이다.
도 3에 도시된 실시예는 다수 개의 유공압 실린더(40)가 삼각 형태를 이루면서 상기 부유체 어셈블리(20)에 결합되는 형태이다.
도 3에 도시된 실시예는 부유체 어셈블리(20)와 삼각 형상을 이루는 지지 프레임(50)에 보조 부유체(30)가 설치되고, 부유체 어셈블리(20)의 평형 상태에 따라서 각각의 모서리에 설치된 유공압 실린더가 작동되어 보조 부유체의 높이를 조절하게 된다.
도 4는 본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따른 자세 평형 유지 기능을 갖는 부유식 해상 풍력 발전기를 도시하는 개념도이며, 지지 프레임이 사각 형태를 이루는 경우이다.
도 4에 도시된 실시예는 다수 개의 유공압 실린더(40)는 사각 형태를 이루면서 각 측면에 다수 개의 유공압 실린더가 설치된 형태이다.
도 4에 도시된 형태는 사각 형태의 틀을 이루는 지지 프레임(50)의 중심에 부유체 어셈블리(20)가 설치되고, 각 사각 형태의 지지 프레임(50)에는 다수 개의 실린더(40)가 설치된 형태이다.
이외에도 지지 프레임의 형태에 따라서 다각형 또는 원형으로 유공압 실린더(40)와 보조 부유체(30)가 설치될 수도 있다.
이상과 같이 본 발명은 자세 평형 유지 기능을 갖는 부유식 해상 풍력 발전기를 제공하는 것을 주요한 기술적 사상으로 하고 있으며, 도면을 참고하여 상술한 실시 예는 단지 하나의 실시 예에 불과하므로 본 발명의 진정한 범위는 특허청구범위에 의해 결정되어야 한다.
10: 너셀 어셈블리
20: 부유체 어셈블리
30: 보조 부유체
40: 실린더
50: 지지 프레임
60: 풍력 타워

Claims (3)

  1. 부유식 해상 풍력 발전기에 있어서,
    풍력 블레이드가 설치되는 너셀 어셈블리와;
    상기 너셀 어셈블비가 설치되고, 기울기 센서가 설치된 풍력 타워와;
    상기 풍력 타워 하부에 설치되는 부유체 어셈블리와;
    상기 부유체 어셈블리의 외각에 설치되는 다수 개의 유공압 실린더와;
    상기 유공압 실린더 단부에 결합되어 상하로 이동되는 보조 부유체;를 포함하되,
    해수면 및 풍황의 변화에 따라 상기 유공압 실린더가 상기 보조 부유체를 상하이동시켜서 부유체 어셈블리의 평형상태를 유지시키는 것을 특징으로 하는 자세 평형 유지 기능을 갖는 부유식 해상 풍력 발전기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 보조 부유체가 단부에 결합된 상기 다수 개의 유공압 실린더는,
    삼각 형태를 이루는 지지 프레임에 설치되고, 상기 지지 프레임의 중심에 상기 부유체 어셈블리가 결합되는 것을 특징으로 하는 자세 평형 유지 기능을 갖는 부유식 해상 풍력 발전기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 보조 부유체가 단부에 결합된 상기 다수 개의 유공압 실린더는,
    다각형 형태를 이루는 지지 프레임에 설치되고, 상기 지지 프레임의 중심에 상기 부유체 어셈블리가 결합되는 것을 특징으로 하는 자세 평형 유지 기능을 갖는 부유식 해상 풍력 발전기.
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