KR20140017885A - 고공 풍력발전기 - Google Patents

고공 풍력발전기 Download PDF

Info

Publication number
KR20140017885A
KR20140017885A KR1020120084613A KR20120084613A KR20140017885A KR 20140017885 A KR20140017885 A KR 20140017885A KR 1020120084613 A KR1020120084613 A KR 1020120084613A KR 20120084613 A KR20120084613 A KR 20120084613A KR 20140017885 A KR20140017885 A KR 20140017885A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
wind
power
altitude
wind turbine
power transmission
Prior art date
Application number
KR1020120084613A
Other languages
English (en)
Inventor
임춘택
박철
최수용
Original Assignee
한국과학기술원
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 한국과학기술원 filed Critical 한국과학기술원
Priority to KR1020120084613A priority Critical patent/KR20140017885A/ko
Publication of KR20140017885A publication Critical patent/KR20140017885A/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
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D5/00—Other wind motors
    • F03D5/02—Other wind motors the wind-engaging parts being attached to endless chains or the like
    • 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
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D1/00—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor 
    • F03D1/02—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor  having a plurality of rotors
    • 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
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/20—Rotors
    • F05B2240/21—Rotors for wind turbines
    • F05B2240/221—Rotors for wind turbines with horizontal axis
    • 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
    • Y02E10/70—Wind 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
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Wind Motors (AREA)

Abstract

본 발명은, 고공 풍력발전기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고도에 따라 바람의 속도가 다르다는 사실을 이용하여 고도에 따라 다수의 블레이드(blade)를 구비하도록 하는 고공 풍력발전기에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 다수의 선형 블레이드를 고도에 따라 설치하되, 고도에 따라 바람의 속도가 빨라짐을 고려하여 바람을 수렴하는 각도를 달리하도록 제어함으로써, 풍속에 따른 최적의 발전이 가능하도록 한다.

Description

고공 풍력발전기{HIGH ALTITUDE WIND TURBINE POWER GENERATOR}
본 발명은, 고공 풍력발전기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고도에 따라 바람의 속도가 다르다는 사실을 이용하여 고도에 따라 다수의 블레이드(blade)를 구비하도록 하는 고공 풍력발전기에 관한 것이다.
도 1은 종래의 egg-beater 방식의 수직축 풍력발전기(200)의 일 실시예를 나타내는 도면이다. 풍속은 고도에 따라 다르기 때문에, 도 1과 같이 축(210)이 수직방향이고 egg-beater 형태의 블레이드(blade)(220)를 가지는 풍력발전 방식은, 특정 고도에 설치되는 경우 이외에는 최적 파워를 얻을 수가 없다는 단점이 있다. 그러한 단점을 해소하기 위해 고도별로, 풍속에 최적인 여러 개의 egg-beater blade가 설치된 풍력발전을 할 경우, egg-beater 방식의 수직축 풍력발전기의 장점인 발전기를 지상에 설치할 수 있는 단순한 구조라는 점이 퇴색되는 문제점이 있었다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 다수의 선형 블레이드를 고도에 따라 설치하되, 고도에 따라 바람의 속도가 빨라짐을 고려하여 바람을 수렴하는 각도를 달리하도록 제어함으로써, 풍속에 따른 최적의 발전이 가능하도록 하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 다수의 선형 블레이드(blade)를 이용한 고공 풍력발전기는, 상기 고공 풍력발전력을 지지하도록 설치되는 2개의 타워(tower); 좌우 양 단부가 각각 상기 각 타워의 상단부에 연결되어 수평방향으로 설치되며, 풍력에 의해 회전하는, 원기둥 형상의 지지 휠(support wheel); 루프 형태로서, 일측은 상기 지지 휠의 일 단부에 상기 지지 휠과 수직하게 걸려 있고, 타측은 발전기에 걸려 있어, 풍력에 의해 회전하며 상기 발전기에 동력을 전달하는 제1 동력전달체인; 루프 형태로서, 일측은 상기 지지 휠의 타 단부에 상기 지지 휠과 수직하게 걸려 있고, 타측은 발전기에 걸려 있어, 풍력에 의해 회전하며 상기 발전기에 동력을 전달하는 제2 동력전달체인; 상기 2개의 타워 사이 하부에 설치되고, 상기 각 동력전달체인에 의해 전달된 동력을 이용하여 전력을 생산하는 발전기(generator); 및 좌우측 단부가 각각 상기 제1 동력전달체인 및 제2 동력전달체인에 연결되어 수평방향으로 설치되며, 풍력에 의해 상기 제1 동력전달체인 및 제2 동력전달체인의 회전을 일으키는 다수의 블레이드(blade)를 포함한다.
상기 각 블레이드는, 마주 불어오는 바람에 의하여 위쪽 방향으로 힘을 받도록, 바람을 향한 전면부가 수평면을 기준으로 일정 각도(이하 '올림각'이라 한다) 들어올려진 형태로 제어될 수 있다.
상기 각 블레이드는, 상기 동력전달체인의 회전에 따라 높은 고도로 올라갈수록 작은 올림각을 갖도록 제어될 수 있다.
상기 지지 휠은, 풍력에 의해 상기 지지 휠이 회전되도록 하는 블레이드를 구비할 수 있다.
상기 타워는, 불어오는 바람에 의해, 블레이드 전면부에 발생하는 압력에 의해 각 타워 외측으로 손실되는 바람을 줄이기 위한 덕트(duct)를 구비할 수 있다.
상기 고공 풍력발전기는, 상기 고공 풍력발전기가 지상에 기 설치된 형태로 고정시키기 위한 당김줄(guy-wire)을 더 구비할 수 있다.
상기 각 블레이드는, 각 타워 외측으로 손실되는 바람을 줄여 발전 효율을 높이기 위하여, 동일 고도 상에서, 불어오는 바람을 마주하는 면의 블레이드(이하 '전면 블레이드'라 한다)의 올림각이, 상기 전면 블레이드 뒤쪽의 블레이드(이하 '후면 블레이드'라 한다)의 올림각보다 기 설정된 일정 비율로 더 작은 것이 바람직하다.
상기 고공 풍력발전기를 향하여 일 방향(이하 '제1 방향'이라 한다)으로 불어오는 바람에 대한 상기 각 동력전달체인의 회전방향과, 상기 제1 방향과 반대방향(이하 '제2 방향'이라 한다)으로 불어오는 바람에 대한 상기 각 동력전달체인의 회전방향은 서로 반대방향을 이루며, 이로부터 상기 제1 방향 및 제2 방향의 바람 모두에 대하여 동력전달체인의 회전에 의한 상기 발전기의 발전이 이루어질 수 있다.
상기 블레이드는, 상기 제1 및 제2 동력전달체인에, 분리 및 부착이 모두 가능하도록 탈착식으로 설치될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 다중 고공 풍력발전기는, 하나의 축에 동일 각 간격을 이루도록 구비되어 있으며, 풍력에 의해 회전하는 3개의 블레이드(blade)와, 상기 날개의 회전에 따른 동력을 전달하는 샤프트와, 상기 블레이드의 회전에 따라 발생한 동력을 전달받아 전력을 발생시키는 발전기를 구비하는 풍력발전기; 및 기 풍력발전기가 설치된 타워를 포함하고, 상기 다중 고공 풍력발전기는, 고도를 달리하여 상기 타워에 2개 이상 설치될 수 있다.
본 발명에 의하면, 다수의 선형 블레이드를 고도에 따라 설치하되, 고도에 따라 바람의 속도가 빨라짐을 고려하여 바람을 수렴하는 각도를 달리하도록 제어함으로써, 풍속에 따른 최적의 발전이 가능하도록 하는 효과가 있다.
도 1은 종래의 egg-beater 방식의 수직축 풍력발전기의 일 실시예를 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고공 풍력발전기가 설치된 상태를 나타내는 모식도.
도 3은 도 2의 고공 풍력발전기의 발전 원리 및 특징을 설명하기 위한 도면.
도 4는 도 2의 고공 풍력발전기를 위에서 내려다 본 도면으로서, 발전기에 수렴되는 유효 바람 넓이를 설명하기 위한 도면.
도 5는 덕트(duct) 설치시 유효 바람 넓이가 증가되는 효과를 설명하기 위한 도면.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 고공 풍력발전기가 설치된 상태를 나타내는 모식도.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고공 풍력발전기(100)가 설치된 상태를 나타내는 모식도이며, 도 3은 도 2의 고공 풍력발전기의 발전 원리 및 특징을 설명하기 위한 도면이다.
풍력밀도(wind power density)는, 지면에 가까운 높이에서 다음 수학식을 만족한다.
Figure pat00001
여기서 P low 는 지상의 풍력밀도, k는 상수, ρ는 공기밀도(air density), v는 풍속(wind speed)을 의미한다.
그러나, 지면으로부터 약 800m의 고도에서는 풍속은 약 2배가 되고, 풍력밀도는 지상에서의 풍력밀도의 약 10배에 해당하게 된다. 이러한 관계를 수학식 2에 나타내었으며, 고도에 따른 풍속과 풍력밀도의 데이터를 표 1에 나타내었다.
Figure pat00002
고도 (m) 평균 풍속(wind speed)(m/s) 평균 풍력밀도(wind power density)(W/m2)
10 3.3 22
80 4.6 58
800 7.2 205
이하 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한다.
2개의 타워(tower)(110)는, 상기 고공 풍력발전기(100)를 양측에서 지지하는 역할을 담당한다.
지지 휠(support wheel)(120)은, 원기둥 형상으로서, 수평으로 눕혀진 상태로 2개의 타워(110) 상단부에 연결되어 설치된다. 즉 눕혀진 원기둥 형상의 좌우 양 단부가 각각 좌우측의 타워(110)의 상단부(111)에 연결되도록 설치되며, 풍력에 의해 회전하게 된다. 상기 지지 휠(120)은, 풍력을 받아 상기 지지 휠(120)이 회전되도록 하는 블레이드(121)를 하나 이상 구비할 수 있다. 이러한 지지 휠(120)의 회전을 일으키는 것은 지지 휠(120)에 달린 블레이드(121)만이 아니며, 이하에서 후술하는 바와 같이 2개의 동력전달체인(130)에 달린 다수의 블레이드(151,152)도 풍력을 받아 그러한 회전력을 지지 휠(120)에 전달한다.
동력전달체인(130)은 루프 형태로서 도 3에서 보는 바와 같이 지면에 수직하게 설치된다. 이러한 동력전달체인은 2개이며, 하나는 좌측 타워 측에, 다른 하나는 우측 타워 측에 설치된다. 각각 타워 내부에 설치될 수도 있고, 타워 바로 옆에 설치될 수도 있다. 도 2의 경우는 이와 같은 동력전달체인이 타워 내부에 지면과 수직인 루프형태로 설치된 경우로서, 도면 상에는 나타나지 아니하였다.
두 개의 동력전달체인(130)을 각각 제1 동력전달체인, 제2 동력전달체인이라 하자. 예를 들어, 제1 동력전달체인 루프의 상부는 상기 지지 휠(120)의 좌측 단부에 상기 지지 휠(120)과 수직하게 걸려 있고, 루프의 하부는 2개의 타워(110) 사이 지면측 하부에 설치된 발전기(140)의 좌측 단부에 걸려 있다.
마찬가지로 제2 동력전달체인 루프의 상부는 상기 지지 휠(120)의 우측 단부에 상기 지지 휠(120)과 수직하게 걸려 있고, 루프의 하부는 상기 발전기(140)의 우측 단부에 걸려 있다.
블레이드(151,152)가 받은 풍력에 의해 이러한 두 개의 동력전달체인(130) 루프는 회전을 일으키고, 지지 휠(120)의 회전시키고, 발전기(140)를 구동하여 전력을 생산하게 된다. 이러한 블레이드(151,152)는 동력전달체인(130)으로부터 분리 및 동력전달체인(130)에의 부착이 모두 가능하도록 탈착식으로 설치될 수도 있다. 또한 이러한 블레이드의 형태는 직육면체, 유선형 구조 등 다양한 형태가 가능하다.
도 3은, 바람이 제1 방향(10)으로 불 경우의 도면(310) 및 그 반대방향(제2 방향)(30)으로 불 경우(320)의 두 도면을 포함한다.
도 3에서, 바람이 제1 방향(10)으로 불 경우(310), 동력전달체인(130) 및 지지 휠(120)의 회전방향은 도시된 바와 같다(20). 이때 동력전달체인(130) 및 지지 휠(120)의 회전하는 원리를 이하에서 설명한다. 또한 바람이 제2 방향(30)으로 불 경우(320), 동력전달체인(130) 및 지지 휠(120)의 회전방향은 도시된 바와 같다(40). 제1 방향 및 제2 방향의 경우에 풍력에 의해 블레이드가 회전하여 발전하는 원리는 동일하므로, 이하에서는 바람이 제1 방향으로 불 경우(310)를 참조하여 설명한다.
다수의 전면 블레이드(blade)(151)는, 좌측 단부가 상기 제1 동력전달체인에, 우측 단부가 제2 동력전달체인에 연결되어 수평방향으로(도 2 참조) 설치된다. 도 3에서 보는 바와 같이, 전면 블레이드(151)는, 마주 불어오는 바람(10)에 의하여 위쪽 방향으로 힘을 받도록, 바람을 향한 전면부가 수평면을 기준으로 일정 각도(이하 '올림각'이라 한다) 들어올려진 형태로 제어된다. 이와 같이 들어올려진 블레이드(151)는 마주 불어오는 바람(10)에 의해 위쪽 방향으로 힘을 받고 이에 따라 동력전달체인(130) 및 지지 휠(120)의 회전(20)을 일으킨다. 마주 불어온 바람(11)은 각 전면 블레이드(151) 하부에 부딪혀 윗방향으로 힘을 가한 후 꺾여진 방향(12)으로 진행하여, 반대편 각 후면 블레이드(152) 상부에 부딪혀 아래쪽 방향으로 힘을 가하여 회전(20)을 더욱 진행시키고 빠져나간다(13).
한편, 상기 각 블레이드(151,152)는, 도 3에 도시된 바와 같이 동력전달체인(130)의 회전에 따라 높은 고도로 올라갈수록 작은 올림각을 갖도록 제어되는 것이 바람직하다. 올림각이 클 경우 마주 오는 바람에 저항을 많이 받고 동력전달체인(130) 루프의 회전력을 높이게 되는데, 고도가 높아질수록 바람의 속도가 커지므로, 올림각을 상대적으로 작게 함으로써 동력전달체인(130)에 무리한 힘이 가해지는 것을 방지하면서도 동력전달체인(130) 루프의 회전력을 적절히 높여 적절한 수준의 발전량을 확보하는 것이 가능하기 때문이다.
당김줄(guy-wire)(170)은, 상기 고공 풍력발전기가 지상에 기 설치된 형태로 고정시키는 역할을 담당한다. Egg-beater 방식과 같이 축이 수직방향인 윈드 터빈(wind turbine)은 블레이드에 닿지 않게 축으로부터 지상 고정물간 당김줄을 설치가 곤란하였으나, 본 발명의 고공 풍력발전기(100)의 경우는 도시한 바와 같이 당김줄을 타워에 연결할 경우에도 블레이드와 닿지 않아 설치가 용이하다는 장점이 있다.
전술한 바와 같은 본 발명의 고공 풍력발전기(100)는, 기존의 풍력발전기와 달리 요잉(yawing) 회전이 없기 때문에, 높은 고도로 건설이 가능한 것이며, 이에 따라 강인성(robustness)이 향상된다.
도 4는 도 2의 고공 풍력발전기(100)를 위에서 내려다 본 도면으로서, 발전기에 수렴되는 유효 바람 넓이를 설명하기 위한 도면이다.
하기 때문에, 도면에서 보는 바와 같이 바람이 타워(110) 바깥쪽으로 꺾여 나가는 현상이 발생한다. 이에 따라 고공 풍력발전기(100)가 마주하는 바람의 넓이는 실제면적 A0이지만, 블레이드(151)에 실질적으로 수용되는 바람의 양에 해당하는 면적인 유효면적 Aeff 넓이에 해당하는 바람의 양만을 받게 된다.
이때 고공 풍력발전기(100)의 파워는 수학식 3으로 결정된다
Figure pat00003
여기서 시스템 효율
Figure pat00004
이며,
Figure pat00005
이다.
한편, 전면 블레이드(151)과 후면 블레이드(152)의 발전 비율을 조정함으로써 유효단면적에 의한 손실을 줄일 수 있다. 블레이드의 올림각이 일정각도까지 커질수록 블레이드 전면에서의 압력이 커지고, 동력전달체인(130) 루프의 회전력을 증가시키게 되나, 한편으로는 압력이 커짐에 따라 좌우측으로 빠져나가는 바람이 많아져서 유효 면적 Aeff가 줄어들게 된다.
이와 같이 각 타워 외측으로 손실되는 바람을 줄여 발전 효율을 높이기 위하여, 전면 블레이드(151)의 올림각을 상대적으로 작게 하여 압력을 줄임으로써 유효 단면적 Aeff를 크게 하고(즉 많은 바람의 양을 유입하고), 대신 후면 블레이드(152)의 올림각을 상대적으로 크게 함으로써, 후면 블레이드(152)에 의하여 동력전달체인(130) 루프의 회전력을 더욱 증가시키는 방법을 채택할 수 있다. 즉 전면 블레이드(151)에 의한 발전량보다 후면 블레이드(152)에 의한 발전량을 상대적으로 크게 하는 것이다. 예를 들어 전면 블레이드(151)와 후면 블레이드(152)의 발전 비율을 3:7이나 4:6으로 하는 것이, 7:3이나 5:5로 하는 것보다 총 발전량이 더 커질 수 있다.
도 5는 덕트(duct) 설치시 유효 바람 넓이가 증가되는 효과를 설명하기 위한 도면이다. 도 4의 도면에서, 고공 풍력발전기(100)에 덕트(duct)가 더 구비되어 있는 경우를 도시한 도면이다.
덕트(duct)(160)는, 각 타워 외측으로 손실되는 바람을 줄이기 위한 장치이다. 즉, 마주 불어오는 바람(10)에 의해 블레이드 전면부(151)에 압력이 발생하더라도, duct(160)에 의해, 타워(110) 외측으로 빠져나가는 바람을 최대한 줄임으로써 유효면적 Aeff를 크게 할 수 있는 것이다.
이때
Figure pat00006
와 같이 개선됨을 알 수 있다.
한편, 이 경우에도, 도 4를 참조하여 설명한 것과 동일한 원리로, 전면 블레이드(151)에 의한 발전량보다 후면 블레이드(152)에 의한 발전량을 상대적으로 크게 함으로써 총 발전량을 더 크게 할 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 고공 풍력발전기(500)가 설치된 상태를 나타내는 모식도이다.
타워(540)에 설치되는 각 풍력발전기(510, 520, 530)는, 하나의 축에 동일 각 간격을 이루어 풍력에 의해 회전하는 3개로 구성된 블레이드(blade)(511, 521, 531)와, 상기 날개의 회전에 따른 동력을 전달하는 샤프트(미도시)와, 상기 블레이드의 회전에 따라 발생한 동력을 전달받아 전력을 발생시키는 발전기(미도시)를 구비한다
상기 풍력발전기는, 도시된 바와 같이 고도를 달리하여 상기 타워(540)에 2개 이상(510, 520, 530) 설치되게 할 수 있다.
이 경우 고도가 올라감에 따라 풍속이 커진다는 점을 이용하여, 각 풍력발전기(510, 520, 530)의 블레이드(511, 521, 531)는, 각 풍력발전기가 설치된 고도가 올라감에 따라 일정 비율로 긴 길이를 갖도록 함으로써 더욱 최적의 발전량을 확보할 수도 있고 고도에 관계없이 동일한 길이를 갖도록 할 수도 있다.
10, 11, 20: 바람 20, 40: 지지 휠 및 동력전달체인 회전방향
100: 고공 풍력발전기
110: 타워(tower) 120: 지지 휠(support wheel)
121: 지지 휠 블레이드(blade) 130: 동력전달체인
140: 발전기(generator) 151: 전면 블레이드
152: 후면 블레이드 160: 덕트(duct)
170: 당김줄
500: 다중 고공 풍력발전기
510,520,530: 풍력발전기 511,521,531: 블레이드

Claims (10)

  1. 다수의 선형 블레이드(blade)를 이용한 고공 풍력발전기로서,
    상기 고공 풍력발전력을 지지하도록 설치되는 2개의 타워(tower);
    좌우 양 단부가 각각 상기 각 타워의 상단부에 연결되어 수평방향으로 설치되며, 풍력에 의해 회전하는, 원기둥 형상의 지지 휠(support wheel);
    루프 형태로서, 일측은 상기 지지 휠의 일 단부에 상기 지지 휠과 수직하게 걸려 있고, 타측은 발전기에 걸려 있어, 풍력에 의해 회전하며 상기 발전기에 동력을 전달하는 제1 동력전달체인;
    루프 형태로서, 일측은 상기 지지 휠의 타 단부에 상기 지지 휠과 수직하게 걸려 있고, 타측은 발전기에 걸려 있어, 풍력에 의해 회전하며 상기 발전기에 동력을 전달하는 제2 동력전달체인;
    상기 2개의 타워 사이 하부에 설치되고, 상기 각 동력전달체인에 의해 전달된 동력을 이용하여 전력을 생산하는 발전기(generator); 및
    좌우측 단부가 각각 상기 제1 동력전달체인 및 제2 동력전달체인에 연결되어 수평방향으로 설치되며, 풍력에 의해 상기 제1 동력전달체인 및 제2 동력전달체인의 회전을 일으키는 다수의 블레이드(blade)
    를 포함하는 고공 풍력발전기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 각 블레이드는,
    마주 불어오는 바람에 의하여 위쪽 방향으로 힘을 받도록, 바람을 향한 전면부가 수평면을 기준으로 일정 각도(이하 '올림각'이라 한다) 들어올려진 형태로 제어되는 것
    을 특징으로 하는 고공 풍력발전기.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 각 블레이드는,
    상기 동력전달체인의 회전에 따라 높은 고도로 올라갈수록 작은 올림각을 갖도록 제어되는 것
    을 특징으로 하는 고공 풍력발전기.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 지지 휠은,
    풍력에 의해 상기 지지 휠이 회전되도록 하는 블레이드를 구비하는 것
    을 특징으로 하는 고공 풍력발전기.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 타워는,
    불어오는 바람에 의해, 블레이드 전면부에 발생하는 압력에 의해 각 타워 외측으로 손실되는 바람을 줄이기 위한 덕트(duct)를 구비하는 것
    을 특징으로 하는 고공 풍력발전기.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 고공 풍력발전기가 지상에 기 설치된 형태로 고정시키기 위한 당김줄(guy-wire)을 더 구비하는 것
    을 특징으로 하는 고공 풍력발전기.
  7. 청구항 2에 있어서,
    상기 각 블레이드는,
    각 타워 외측으로 손실되는 바람을 줄여 발전 효율을 높이기 위하여,
    동일 고도 상에서, 불어오는 바람을 마주하는 면의 블레이드(이하 '전면 블레이드'라 한다)의 올림각이, 상기 전면 블레이드 뒤쪽의 블레이드(이하 '후면 블레이드'라 한다)의 올림각보다 기 설정된 일정 비율로 더 작은 것
    을 특징으로 하는 고공 풍력발전기.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 고공 풍력발전기를 향하여 일 방향(이하 '제1 방향'이라 한다)으로 불어오는 바람에 대한 상기 각 동력전달체인의 회전방향과, 상기 제1 방향과 반대방향(이하 '제2 방향'이라 한다)으로 불어오는 바람에 대한 상기 각 동력전달체인의 회전방향은 서로 반대방향을 이루며, 이로부터 상기 제1 방향 및 제2 방향의 바람 모두에 대하여 동력전달체인의 회전에 의한 상기 발전기의 발전이 이루어지는 것
    을 특징으로 하는 고공 풍력발전기.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 블레이드는,
    상기 제1 및 제2 동력전달체인에, 분리 및 부착이 모두 가능하도록 탈착식으로 설치되는 것
    을 특징으로 하는 고공 풍력발전기.
  10. 다중 고공 풍력발전기로서,
    하나의 축에 동일 각 간격을 이루도록 구비되어 있으며, 풍력에 의해 회전하는 3개의 블레이드(blade)와, 상기 날개의 회전에 따른 동력을 전달하는 샤프트와, 상기 블레이드의 회전에 따라 발생한 동력을 전달받아 전력을 발생시키는 발전기를 구비하는 풍력발전기; 및
    상기 풍력발전기가 설치된 타워
    를 포함하고,
    상기 풍력발전기는,
    고도를 달리하여 상기 타워에 2개 이상 설치되는 것
    을 특징으로 하는 다중 고공 풍력발전기.
KR1020120084613A 2012-08-01 2012-08-01 고공 풍력발전기 KR20140017885A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120084613A KR20140017885A (ko) 2012-08-01 2012-08-01 고공 풍력발전기

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120084613A KR20140017885A (ko) 2012-08-01 2012-08-01 고공 풍력발전기

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20140017885A true KR20140017885A (ko) 2014-02-12

Family

ID=50266237

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120084613A KR20140017885A (ko) 2012-08-01 2012-08-01 고공 풍력발전기

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20140017885A (ko)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5895002B2 (ja) 風力および／または水力のために風／水を追跡するツインタービンシステム
CN106150923B (zh) 一种空中高度可调节的风力发电机
US20100213716A1 (en) Fluid flow energy concentrator
KR20070010169A (ko) 풍차 날개 및 상기 풍차 날개의 탑상 설치 방법
CN105863957A (zh) 一种可变桨距大功率垂直轴风力发电装置及气动启停控制方法
US8749088B2 (en) Methods and devices for generating electricity from high altitude wind sources
US20100215488A1 (en) Fluid flow energy concentrator
CN205918545U (zh) 一种空中高度可调节的风力发电机
CN101949354A (zh) 一种垂直轴风力机
KR20190042141A (ko) 풍력발전기 날개 각도의 자동 조절장치
CN102410149A (zh) 一种悬浮式风力发电机
KR20140017885A (ko) 고공 풍력발전기
CN205895497U (zh) 高空风力发电系统
KR20120129430A (ko) 기울기 조절이 가능한 볼록날개를 갖춘 풍력발전기
CN201835981U (zh) 一种垂直轴风力机
CN205895494U (zh) 热气球风力发电装置
CN2900848Y (zh) 斜轴式风力发电装置
CN207218591U (zh) 一种海上太阳能极板安装结构
CN210239912U (zh) 一种风力发电机塔架
JP5561837B2 (ja) 風力発電用風車の回転力推進装置
CN101886610B (zh) 垂直轴风力发电机的风叶系统
WO2014089630A1 (en) Wind energy conversion apparatus
KR20110016975A (ko) 물레터빈 날개에 의한 풍력발전
CN206257000U (zh) 一种双帆导风式风力发电机
JP2003120511A (ja) 浮上式風力発電設備

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application