KR20150131372A - 풍력 발전 설비 및 풍력 발전 설비의 운전 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 적어도 하나의 로터 블레이드(108), 적어도 하나의 로터 블레이드(108)의 적어도 하나의 섹션을 가열하기 위한 블레이드 가열 시스템(400), 풍력 발전 설비(100)의 영역 내의 또는 주변의 외부 온도를 검출하기 위한 적어도 하나의 온도 센서(510), 풍력 발전 설비(100)의 영역 내의 또는 주변의 습도를 검출하기 위한 적어도 하나의 습도 센서(520) 및, 온도 한계값의 미달 시 그리고 습도 한계값의 초과 시 블레이드 가열 시스템(400)을 활성화하기 위한 제어 유닛(300)을 포함하는 풍력 발전 설비에 관한 것으로, 이 경우 온도 한계값은 +5℃이고, 습도 한계값은 70%이다.

Description

풍력 발전 설비 및 풍력 발전 설비의 운전 방법{WIND TURBINE AND METHOD FOR OPERATING A WIND TURBINE}
본 발명은 풍력 발전 설비 및 풍력 발전 설비의 운전 방법에 관한 것이다.
소정의 온도 미만에서 풍력 발전 설비의 로터 블레이드에 결빙이 발생할 수 있다. 이러한 결빙 또는 착빙은 바람직하지 않은데, 그 이유는 로터 블레이드로부터 얼음이 떨어져 주변으로 날아가면, 이는 풍력 발전 설비 주변의 사람과 건물에 위해를 가할 수 있기 때문이다. 또한 풍력 발전 설비의 로터 블레이드 상의 결빙 또는 착빙은 변경된 공기 역학 거동을 야기하므로, 풍력 발전 설비는 더 이상 최적으로 운전될 수 없다.
WO 2004/104412 A1호에 풍력 발전 설비의 운전 방법이 공개되어 있고, 이 경우 풍력 발전 설비의 주변의 온도가 검출된다. 또한 풍력 발전 설비의 운전 파라미터가 검출된다. 저장된 운전 파라미터와 검출된 운전 파라미터의 편차 시 외부 온도가 체크된다. 외부 온도가 한계값 미만인 경우에, 풍력 발전 설비의 작동은 영향을 받을 수 있다. 그러나 온도가 한계값 이상인 경우에, 저장된 파라미터 값들은 검출된 파라미터에 맞게 조정된다.
WO 2010/131522 A1호에 풍력 발전 설비의 운전 방법이 공개되어 있고, 이 경우 풍력 발전 설비의 운전 파라미터가 검출되고 미리 결정된 기준값들과 비교될 수 있다. 검출된 운전 파라미터와 기준 운전 파라미터 사이의 차이가 한계값을 초과하면, 로터 블레이드는 형성된 착빙을 제거하기 위해 가열된다.
우선권 주장 독일 출원 시 독일 특허청에 의해 하기 간행물들이 조사되었다: DE 196 21 485 A1, US 2010/0034652 A1, US 2010/0119370 및 Cattin R. 등의 연구 "결빙 조건 하에서의 풍력 터빈의 4년 간의 모니터링(Four years of monitoring a wind turbine under icing conditions)" 13. 구조의 대기 결빙에 관한 국제 워크샵(International Workshop on Atmospheric Icing of Structures), 2009년 9월 11일, 1-5.
본 발명의 과제는 풍력 발전 설비 및 낮은 온도에서도 풍력 발전 설비의 운전의 효과적인 방법을 가능하게 하는 풍력 발전 설비의 운전 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제는 청구범위 제 1 항 및 제 5 항에 따른 풍력 발전 설비에 의해 그리고 청구범위 제 4 항에 따른 풍력 발전 설비의 운전 방법에 의해 해결된다.
따라서 적어도 하나의 로터 블레이드, 적어도 하나의 로터 블레이드의 적어도 하나의 섹션을 가열하기 위한 블레이드 가열 시스템, 풍력 발전 설비의 영역 내의 또는 주변의 외부 온도를 검출하기 위한 적어도 하나의 온도 센서, 풍력 발전 설비의 영역 내의 또는 주변의 습도를 검출하기 위한 적어도 하나의 습도 센서 및, 온도 한계값의 미달 시 그리고 습도 한계값의 초과 시 블레이드 가열 시스템을 활성화하기 위한 제어 유닛을 포함하는 풍력 발전 설비가 제공되고, 이 경우 온도 한계값은 +5℃이고, 습도 한계값은 70%이다.
본 발명의 양상에 따라 온도 한계값은 +2℃이고, 습도 한계값은 약 95%이다.
또한 본 발명은 적어도 하나의 로터 블레이드, 로터 블레이드의 적어도 하나의 섹션을 가열하기 위한 블레이드 가열 시스템, 풍력 발전 설비의 영역 내의 외부 온도를 검출하기 위한 온도 센서 및, 풍력 발전 설비의 영역 내의 습도를 검출하기 위한 적어도 하나의 습도 센서를 포함하는 풍력 발전 설비의 운전 방법에 관한 것이다. 블레이드 가열 시스템은 온도 한계값의 미달 시 그리고 습도 한계값의 초과 시 활성화된다. 온도 한계값은 +5℃이고, 습도 한계값은 70%이다.
또한 본 발명은 로터 블레이드, 로터 블레이드를 가열하기 위한 블레이드 가열 시스템, 풍력 발전 설비의 영역 내의 외부 온도를 검출하기 위한 온도 센서, 풍력 발전 설비의 영역 내의 습도를 검출하기 위한 습도 센서 및, 2℃의 온도에 미달되고 습도 구배 한계값이 초과되면, 블레이드 가열 시스템을 활성화하기 위한 제어 유닛을 포함하는 풍력 발전 설비에 관한 것이다.
본 발명은 예방적으로, 즉 풍력 발전 설비의 로터 블레이드에 착빙 또는 결빙이 나타나기 전에, 로터 블레이드의 가열 시스템을 활성화하는 사상에 관한 것이다. 로터 블레이드의 가열 시스템의 활성화는 외부 온도 및 상대 습도 또는 습도의 변동에 의존해서 이루어진다.
본 발명의 다른 실시예들은 종속 청구항의 대상이다.
본 발명의 장점 및 실시예들은 하기에서 도면을 참고로 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 풍력 발전 설비를 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 풍력 발전 설비를 개략적으로 도시한 블록 회로도.
도 1에 본 발명에 따른 풍력 발전 설비가 도시된다. 풍력 발전 설비(100)는 타워(102)와 나셀(104)을 포함한다. 나셀(104)에 3개의 로터 블레이드(108)와 스피너(110)를 가진 로터(106)가 배치된다. 로터(106)는 작동 시 풍력에 의해 회전 운동하고, 이로 인해 나셀(104) 내의 전기 발전기를 구동한다. 로터 블레이드는 전방 에지(108a)와 후방 에지(108b)를 갖는다.
도 2는 본 발명에 따른 풍력 발전 설비의 개략적인 블록 회로도를 도시한다. 본 발명에 따른 풍력 발전 설비(100)는 발전기(200), 제어 유닛(300), 로터 블레이드(108)의 적어도 하나의 섹션을 가열하기 위한 가열 시스템(400) 및 다수의 센서(500)를 포함한다. 센서들(500)은 풍력 발전 설비의 근처 또는 주변의 온도를 검출하기 위한 적어도 하나의 온도 센서(510) 및 풍력 발전 설비(100)의 근처 또는 주변의 습도를 검출하기 위한 습도 센서(520)를 포함한다. 센서들(500)의 측정 결과는 제어 유닛(300)에 전달되고, 상기 제어 유닛은 이러한 측정 결과를 기초로 로터 블레이드(108)를 가열하기 위한 블레이드 가열 시스템(400)을 활성화한다.
따라서 블레이드 가열 시스템(400)은 외부 온도 및 상대 습도에 의존해서 제어 또는 활성화된다. 블레이드 가열 시스템(400)이 예방적으로 활성화됨으로써 로터 블레이드의 공기 역학적으로 중요한 영역에서 착빙은 그것이 형성되기 전에 저지될 수 있다. 이를 위해 블레이드 가열 시스템(400)이 활성화되고, 로터 블레이드의 적어도 공기 역학적으로 중요한 영역들이 가열된다. 이러한 공기 역학적으로 중요한 영역은 특히 로터 블레이드의 전방 에지 영역이다. 예를 들어 로터 블레이드의 후방 에지 영역과 같이 공기 역학적으로 그렇게 중요하지 않은 영역들은 선택적으로 또한 블레이드 가열 시스템(400)에 의해 결빙 없이 유지될 수 있다. 그러나 이는 선택적일 뿐이다.
풍력 발전 설비의 운전을 제어하기 위한 제어 유닛(300)이 자동 모드이면, 본 발명에 따라 예방적인 블레이드 가열은 블레이드 가열 시스템(400)에 의해 활성화된다. 예를 들어 제어 유닛(300) 내에 습도 및 외부 온도에 대한 한계값이 저장될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따라 블레이드 가열 시스템(400)은 70% 이상의 습도와 < +5℃의 외부 온도에서 활성화된다. 선택적으로 블레이드 가열 시스템은 ≤ +2℃의 외부 온도에서 그리고 ≥ 95%의 습도부터 활성화된다.
선택적으로 공기 압력 센서(540)와 풍력 발전 설비에 대한 액세스를 모니터링하기 위한 센서들(530)이 제공될 수 있다.
본 발명에 따라 습도 및 외부 온도의 한계값은 풍력 발전 설비의 설치 위치에 의존해서 선택될 수 있다.
온도(또는 한계값)가 높을수록, 로터 블레이드 가열 시스템은 조기에 활성화된다. 습도(또는 한계값)가 높을수록, 가열 시스템은 늦게 활성화된다.
선택적으로 외부 온도를 위한 센서와 상대 습도를 위한 센서(습도 센서)는 인접하게 나셀 내에 제공될 수 있다. 기존의 설비에 이미 외부 온도 센서가 제공되어 있으므로, 상대 습도를 위한 센서만이 개장되면 된다.
온도 센서(510)에 의해 검출된 외부 온도가 ≤ +2℃이고, 상대 습도가 ≥ 70%이면, 본 발명에 따라 블레이드 가열 시스템(400)은 제어 유닛(300)에 의해 활성화되고, 즉 온도의 한계값에 미달되고, 습도의 한계값이 초과되면, 선택적으로 블레이드 가열 시스템이 활성화된다. 제어 유닛(300)에 의한 블레이드 가열 시스템(400)의 활성화는 풍력 발전 설비가 운전 중인지 또는 정지 상태인지의 여부와 무관하게 이루어질 수 있다. 바람직하게 블레이드 가열 시스템(400)에 필요한 에너지는 우선 풍력 발전 설비에 의해 생성된 전력에 의해 제공된다.
블레이드 가열 시스템(400)은 특히, 결빙을 방지하기 위해, 공기 역학적으로 중요한 섹션, 예를 들어 전방 에지(108a)가 가열되도록 형성될 수 있다.
본 발명에 따라 블레이드 가열 시스템(400)에 최대 전력 소비가 지정될 수 있다. 예를 들어 풍력이 존재하지 않기 때문에 풍력 발전 설비가 충분한 전력을 제공하지 않는 경우에, 블레이드 가열 시스템(400)이 필요로 하는 전력은 공급 네트워크로부터 인출될 수 있다. 이는 블레이드 가열 시스템(400)의 미리 규정된 최대 허용 전력까지만 유효하다.
본 발명의 양상에 따라 제어 유닛(300)은, 풍력 발전 설비(100)의 로터 블레이드(108) 상의 착빙을 현재 출력 곡선과 저장된 출력 곡선의 비교에 의해 검출하도록 형성될 수 있다. 이에 대한 대안으로서 착빙 검출을 위한 공개된 다른 방법도 가능하다. 활성화된 예방적인 블레이드 가열 시스템(400)에도 불구하고 로터 블레이드(108) 상의 착빙이 검출되면, 풍력 발전 설비(100)는 비상 시 정지될 수 있다. 이러한 경우에 제어 유닛(300)은 예방적인 블레이드 가열 모드로부터 자동 블레이드 제빙 모드로 전환될 수 있으므로, 로터 블레이드(108)는 블레이드 가열 시스템(400)에 의해 제빙될 수 있다. 블레이드 제빙이 종료되면, 제어 유닛(300)은 다시 자동 모드로 전환되고, 예방적인 블레이드 가열 시스템(400)은 외부 온도 및 습도에 따라서 활성화될 수 있다.
유지보수 스위치가 스위치 온되고, 정지 스위치가 활성화되는 즉시 또는 풍력 발전 설비에 유지보수 담당자가 들어가면, 본 발명의 다른 양상에 따라 제어 유닛(300)은 예방적인 블레이드 가열 시스템(400)을 활성화하거나 비활성화할 수 있다. 이를 위해 해당하는 센서들(530)이 풍력 발전 설비의 유지보수 스위치, 정지 스위치 또는 풍력 발전 설비의 도어에 제공될 수 있다. 유지보수 담당자가 풍력 발전 설비를 다시 떠나고, 풍력 발전 설비의 정상적인 운전이 다시 활성화되면, 제어 유닛(300)은 외부 온도가 한계값 아래로 내려가고, 상대 습도가 한계값보다 큰 경우에 예방적인 블레이드 가열 시스템(400)을 활성화한다.
본 발명에 따라 선택적으로 풍력 발전 설비의 근처 또는 주변의 공기 압력을 결정하기 위한 센서(540)가 제공될 수 있다. 제어 유닛(300)은, 공기 압력 센서(540)에 의해 검출된 공기 압력에 의존해서 블레이드 가열 시스템(400)의 운전에 영향을 미치도록 형성될 수 있다.
다른 실시예에 따라, 온도가 2℃의 한계값 아래로 내려가고 습도의 구배가 한계값을 초과하면, 제어 유닛은 블레이드 가열 시스템을 활성화한다. 습도의 구배가 클수록, 블레이드 가열 시스템은 조기에 활성화되어야 한다. 따라서 온도뿐만 아니라, 습도 구배도, 즉 시간에 따른 습도의 변화도 블레이드 가열 시스템의 활성화 시 함께 고려된다.
본 발명에 따른 블레이드 가열 시스템은 공기 히터로서, 발열 매트 등으로서 형성될 수 있다.
100 풍력 발전 설비
102 타워
104 나셀
106 로터
108 로터 블레이드
110 스피너
300 제어 유닛
400 블레이드 가열 시스템
510 온도 센서
520 습도 센서
540 공기 압력 센서

Claims (5)

  1. 풍력 발전 설비(100)로서,
    적어도 하나의 로터 블레이드(108),
    적어도 하나의 로터 블레이드(108)의 적어도 하나의 섹션을 가열하기 위한 블레이드 가열 시스템(400),
    풍력 발전 설비(100)의 영역 내의 또는 주변의 외부 온도를 검출하기 위한 적어도 하나의 온도 센서(510),
    풍력 발전 설비(100)의 영역 내의 또는 주변의 습도를 검출하기 위한 적어도 하나의 습도 센서(520) 및,
    온도 한계값에 미달되고 습도 한계값이 초과되면, 블레이드 가열 시스템(400)을 활성화하기 위한 제어 유닛(300)
    을 포함하고, 온도 한계값은 +5℃이고, 습도 한계값은 70%인 것인 풍력 발전 설비.
  2. 제 1 항에 있어서, 온도 한계값은 +2℃이고, 습도 한계값은 대략 95%인 것인 풍력 발전 설비.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 블레이드 가열 시스템(400)은 적어도 하나의 로터 블레이드(108)의 전방 에지를 가열하도록 구성되는 것인 풍력 발전 설비.
  4. 적어도 하나의 로터 블레이드(108), 상기 적어도 하나의 로터 블레이드(108)의 적어도 하나의 섹션을 가열하기 위한 블레이드 가열 시스템(400), 풍력 발전 설비(100)의 영역 내의 외부 온도를 검출하기 위한 적어도 하나의 온도 센서(510) 및 풍력 발전 설비(100)의 영역 내의 습도를 검출하기 위한 적어도 하나의 습도 센서(520)를 포함하는 풍력 발전 설비의 운전 방법으로서,
    적어도 하나의 온도 센서(510)에 의해 풍력 발전 설비(100)의 영역 내의 외부 온도를 측정하는 단계,
    적어도 하나의 습도 센서(520)에 의해 풍력 발전 설비(100)의 영역 내의 습도를 측정하는 단계, 및
    온도 한계값에 미달되고 습도 한계값이 초과되면, 상기 블레이드 가열 시스템(400)을 활성화하는 단계
    를 포함하고, 온도 한계값은 +5℃이고, 습도 한계값은 70%인 것인 풍력 발전 설비의 운전 방법.
  5. 적어도 하나의 로터 블레이드(108),
    상기 적어도 하나의 로터 블레이드(108)의 적어도 하나의 섹션을 가열하기 위한 블레이드 가열 시스템(400),
    풍력 발전 설비(100)의 영역 내의 또는 주변의 외부 온도를 검출하기 위한 적어도 하나의 온도 센서(510),
    풍력 발전 설비(100)의 영역 내의 또는 주변의 습도를 검출하기 위한 적어도 하나의 습도 센서(520), 및
    2℃의 온도 한계값에 미달되고 습도 구배-한계값이 초과되면, 블레이드 가열 시스템(400)을 활성화하기 위한 제어 유닛(300)
    을 포함하는 풍력 발전 설비(100).
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