KR20160019034A - 기동성 해상 풍력 터빈 - Google Patents

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Abstract

기동성 해상 풍력 터빈은 칼럼, 베이스 및 다수의 터빈 블레이드들을 포함한다. 한 실시예에서, 칼럼은 베이스 및 다수의 커넥팅 로드들의 중앙 부분에 있으며, 커넥팅 로드들은 터빈 블레이드와 연결되도록 칼럼으로부터 방사상으로 연장한다. 베이스는 베이스의 안정성을 증가시키도록 중앙 부분의 양측부에 배치된 측부 부분을 또한 포함할 수 있다. 터빈 블레이드는 풍차 날개의 형상을 닮은 블레이드 표면을 가지며, 터빈 블레이드는 대응하는 커넥팅 로드 상에 회전 가능하게 배치되고 칼럼과 수직으로 정렬된다. 다른 실시예에서, 컨트롤러는 바람의 방향을 검출하도록 터빈 블레이드 상에 배치되어 기동성 풍력 터빈의 움직임 방향을 추가로 제어할 수 있다.

Description

기동성 해상 풍력 터빈{MOBILE OFFSHORE WIND TURBINE}
본 발명은 해상 풍력 터빈에 관한 것으로, 특히 바람의 방향이 변할 때 발전 효율을 향상시키도록 움직일 수 있는 기동성 해상 풍력 터빈에 관한 것이다.
해상 풍력 발전소는 바람으로부터 전기를 발생시키도록 수역에 있는 풍력 발전 단지의 건축물을 지칭한다. 육상의 풍력 발전 단지에 적절한 위치를 찾는 것이 점점 어려워졌다. 많은 경우에, 주로 풍력 터빈에 의해 만들어지는 소음과 풍력 터빈의 배치의 미적 영향으로 인하여 풍력 터빈의 설치에 대하여 많은 저항이 있었다. 또한, 풍력 터빈이 효과적으로 작동할 수 있기 위하여, 바람을 수반하고 나무와 건물 등이 없는 개방 영역이 필요하며, 이는 항상 쉽게 이용할 수 없다.
최근에, 해양, 해안(해안가) 또는 연안 가까이에 풍력 터빈 또는 풍력 발전 단지를 설치하는 것이 보다 대중화되었다. 보다 큰 면적이 해상 풍력 터빈에 이용될 수 있으며, 바람은 육지에서보다 해양에서 더욱 일정하고 더욱 높은 속도일 수 있으며, 풍속 수직 비틀림(wind shear)은 대체로 줄어든다. 또한, 감소된 소음 제약과 함께, 풍력 터빈은 보다 높은 속도로 회전할 수 있다.
또한, 해상 풍력 발전은 에너지 수입을 감축하고, 공기 오염 및 온실 기체를 감소시키며, 재생 가능한 전기 기준에 부합하고, 직업 및 지역 사업 기회를 창출하는 것을 도울 수 있다. 또한, 바람은 해안을 벗어나서 훨씬 강하고, 육지에서의 바람과 달리, 바다쪽으로 부는 바람은 사람들이 가장 많은 전기를 사용할 때와 일치하는 오후에 강할 수 있다. 연안 터빈은 해안을 따르는 전력 빈곤층(power-hungry populations)에 근접하여 위치될 수 있어, 새로운 육상 전송 라인의 필요성을 제거한다.
그러나, 해상 풍력 발전은 그 규모로 인하여 가장 비싼 에너지 발생 기술로 간주된다. 예를 들어, 비부유성(non-floating) 해상 풍력 터빈에 대하여, 연안의 수리 및 유지보수 비용은 풍력 발전 단지의 폐쇄 및 퇴역 후에 이러한 기반의 이동, 거리, 휴지시간 및 제거로 인하여 비싸다. 또한, 비부유성 해상 풍력 터빈은 나쁜 기후 조건에, 그리고 열악한 설치 접근성에 의해 취약할 수 있다. 또한, 고정 기반의 해상 풍력 발전 단지는 단지 약 30m까지의 바다 깊이에서만 상업적으로 사용될 수 있었으며, 이는 세계적으로 이용할 수 있는 해상 풍력 에너지의 작은 비율만을 얻을 수 있다.
보다 최근에, 부유성 풍력 터빈이 개발되었으며, 해안으로부터 멀리 떨어져 깊은 바다에서 사용되고 있다. Roddier 등에 허여된 U.S. Pat. No. 8,471,396(이후, "'396 특허"라 한다)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 적어도 3개의 칼럼들과, 타워를 수직으로 정렬하여 유지하도록 칼럼들 사이에서 물 밸러스트(water ballast)를 움직이는 능동형 밸러스트 시스템을 포함하는 부유성 풍력 터빈 플랫폼을 개시한다. 또한 '396 특허는 비대칭 정박 시스템과 같은 하나 이상의 추가의 특징들과, 환경 하중에 견딜 수 있을 뿐만 아니라 다른 플랫폼과 비교하였을 때 비교적 가벼운 중량이며 에너지 생산을 위하여 양호한 경제성으로 이어질 수 있는 능동형 밸러스트 시스템을 개시한다. '396 특허에 개시된 바와 같은 부유성 풍력 터빈에 대해서도, 그 기동성이 매우 한정된다. 또한, 상기 부유성 풍력 터빈을 건축하는 제조 비용이 여전히 매우 비싸다. 더욱이, 상기 부유성 풍력 터빈은 여전히 나쁜 기후 조건에 취약할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, Moiret의 U.S. Pat. Pub. No. 2013/0266453은, 그 중앙 영역에 있는 풍력 터빈 타워용 지지부 및 그 주변에 있는 다수의 레그 가이드들을 가지는 플랫폼; 운반을 위한 상승 위치와 해저 상에 놓이기 위한 하강 위치 사이에서 이동할 수 있는 다수의 레그를 포함하는 해상 풍력 터빈 토대를 개시한다. '396 특허에 개시된 부유성 풍력 터빈처럼, Moiret에 의한 풍력 터빈 개시는 한정된 가동성을 가지며, 이는 나쁜 기후 조건에 대한 취약성으로 이어질 수 있다. 그러므로, 여전히 상기 문제점을 극복하도록 신규하고 개선된 풍력 터빈에 대한 필요성이 있다.
본 발명의 목적은 바람의 방향이 변할 때 발전 효율을 향상시키도록 움직일 수 있는 기동성 해상 풍력 터빈을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 그 제조 비용을 감소시키는 기동성 해상 풍력 터빈을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 나쁜 기후에 의해 손상되는 것을 피하도록 안전한 곳으로 이동할 수 있는 기동성 해상 풍력 터빈을 제공하는데 있다.
일 실시 형태에서, 기동성 해상 풍력 터빈은 칼럼, 베이스 및 다수의 터빈 블레이드를 포함할 수 있다. 일 실시 형태에서, 칼럼은 베이스 및 다수의 커넥팅 로드들의 중앙 부분에 있으며, 커넥팅 로드들은 터빈 블레이드와 연결되도록 칼럼으로부터 방사상으로 뻗어있다. 베이스는, 베이스의 안정성을 증가시키도록 중앙 부분의 양측부에 배치된 측부 부분을 또한 포함할 수 있다. 터빈 블레이드는 풍차 날개(sail)의 형상을 닮은 블레이드 표면을 가지며, 터빈 블레이드는 대응하는 커넥팅 로드 상에 회전 가능하게 배치되고 칼럼과 수직으로 정렬된다.
다른 실시 형태에서, 바람 방향이 터빈 블레이드의 블레이드 표면에 실질적으로 평행할 때, 바람은, 바람 방향을 따라서 움직이도록 기동성 풍력 터빈을 실제 구동할 수 있다. 컨트롤러가 바람의 방향을 검출하도록 터빈 블레이드 상에 배치되어 기동성 풍력 터빈의 움직임 방향을 추가로 제어할 수 있다는 것을 유념하여야 한다.
또 다른 실시 형태에서, 바람 방향이 터빈 블레이드의 블레이드 표면에 실질적으로 평행하지 않을 때, 각 터빈 블레이드는 전기를 발생시키기 위해 칼럼을 추가로 구동하도록 바람에 의해 구동될 수 있다. 특히, 각 터빈 블레이드 상의 컨트롤러가 바람 방향에 대응하는 블레이드 표면의 방향을 변경하도록 구성되어서, 터빈 블레이드는 칼럼을 구동하도록 연속적으로 회전할 수 있다. 예시적인 실시 형태에서, 각 터빈 블레이드 상의 컨트롤러는 전기 생산을 최대화하도록 컨트롤 센터에 의해 모두 제어될 수 있다.
종래의 부유성 풍력 터빈과 비교하여, 본 발명은 다음과 같은 이점을 갖는다: (i) 해상 풍력 터빈은 바람 방향이 터빈 블레이드의 블레이드 표면에 실질적으로 평행할 때 움직일 수 있다. 바람은, 바람 방향을 따라서 움직이도록 풍력 터빈을 실제로 구동할 수 있으며; (ⅱ) 컨트롤러가 블레이드 표면의 방향을 제어하도록 각 터빈 블레이드 상에 배치되어서, 터빈 블레이드는 전기 생산을 최대화하기 위하여 칼럼을 구동하도록 연속적으로 회전할 수 있으며; (ⅲ) 기후 조건이 변할 때, 컨트롤러는 나쁜 기후에 의해 손상되는 것을 피하도록 안전한 곳으로 풍력 터빈을 움직이도록 작동될 수 있다.
도 1은 적어도 3개의 칼럼들과, 타워를 수직으로 정렬 유지하도록 칼럼들 사이에서 물 밸러스트를 이동시키는 능동형 밸러스트 시스템을 포함하는 부유성 풍력 터빈 플랫폼을 개시하는 종래 기술을 도시한 도면이다.
도 2는 해상 풍력 터빈 기반을 개시하는 또 다른 종래 기술을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 기동성 해상 풍력 터빈의 개략적 평면도이다.
도 4 및 도 5는 풍력 터빈이 바람 방향을 따라서 이동할 때 본 발명에 따른 기동성 해상 풍력 터빈을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6 내지 도 8은 터빈 블레이드들이 전기를 발생시키도록 회전할 때 본 발명에 따른 기동성 해상 풍력 터빈을 개략적으로 도시한 도면이다.
다음에 설정된 상세한 설명은 본 발명의 양태에 따라서 제공된 예시적인 디바이스의 설명으로서 의도되고, 본 발명이 준비되거나 또는 이용될 수 있는 유일한 형태를 나타내도록 의도되지 않는다. 오히려, 동일하거나 또는 등가의 기능 및 구성요소들이 본 발명의 사상 및 범위 내에 포용되도록 또한 의도된 다른 실시예들에 의해 달성될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
달리 정의되지 않으면, 본 명세서에서 사용되는 모든 기술 및 과학 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에게 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 비록 기술된 것들과 유사하거나 또는 등가의 임의의 방법, 디바이스 및 재료들이 본 발명의 실시 또는 테스팅에서 사용될 수 있을지라도, 예시적인 방법, 디바이스 및 재료들이 지금 설명된다.
기술된 모든 문헌은 설명 및 개시의 목적을 위하여 참조에 의해 통합되며, 예를 들어, 상기 문헌에 기술된 디자인 및 방법론은 곧 설명되는 발명과 관련하여 사용될 수 있다. 위에서, 다음에 명세서 도처에 열거되거나 또는 기술된 문헌은 본 출원의 출원일 전에 그 개시를 위해 단독으로 제공된다. 여기에서, 본원 발명자가 선행 발명에 의해 이러한 개시에 선행할 권리가 없다고 인정하는 것으로서 해석되는 것은 아니다
상기된 바와 같이, 부유성 풍력 터빈이 개발되었으며 해안으로부터 멀리 떨어진 깊은 바다에서 사용되었다. 그러나, 부유성 풍력 터빈의 기동성은 매우 한정되고, 그 제조 비용은 여전히 비싸다. 또한, 한정된 기동성으로 인하여, 풍력 터빈은 나쁜 기후 조건에 취약하다. 본 발명의 목적, 특징 및 효과를 더 이해하기 위하여, 도면과 함께 다수의 실시예들이 다음과 같이 예시된다:
도 3을 참조하여, 기동성 해상 풍력 터빈(300)은 칼럼(310), 베이스(320) 및 다수의 터빈 블레이드(330)들을 포함할 수 있다. 한 실시예에서, 칼럼(310)은 베이스(320) 및 다수의 커넥팅 로드(312)들의 중앙 부분(322)에 있으며, 커넥팅 로드들은 터빈 블레이드(330)와 연결하도록 칼럼(310)으로부터 방사상으로 연장한다. 베이스(320)는, 또한 베이스(320)의 안정성을 증가시키도록 중앙 부분(322)의 양측부에 배치된 측부 부분(324)을 또한 포함할 수 있다. 터빈 블레이드(330)는 풍차 날개의 형상을 닮은 블레이드 표면(332)을 가지며, 터빈 블레이드(330)는 대응하는 커넥팅 로드(312) 상에 회전 가능하게 배치되고 칼럼(310)과 수직으로 정렬된다.
또 다른 실시예를 위한 도 4 및 도 5를 참조하여, 바람 방향이 터빈 블레이드(330)의 블레이드 표면(332)에 실질적으로 평행할 때, 바람은 바람의 방향을 따라서 움직이도록 기동성 풍력 터빈을 실제로 구동할 수 있다. 컨트롤러(334)가 바람의 방향을 검출하고 기동성 풍력 터빈(300)의 움직임 방향을 추가로 제어하도록 터빈 블레이드(330) 상에 배치될 수 있다는 것을 유념하여야 한다. 추가의 실시예에서, 컨트롤러는 검출 결과를 컨트롤 센터(도시되지 않음)로 전송할 수 있으며, 컨트롤 센터는 기동성 풍력 터빈을 위한 최적화된 루트를 발생시키도록 검출 결과와 기후 조건을 통합할 수 있다.
추가의 실시예를 위한 도 6 내지 도 8을 참조하여, 바람 방향이 터빈 블레이드(330)들의 블레이드 표면(332)에 실질적으로 평행하지 않을 때, 각 터빈 블레이드(330)는 전기를 발생시키기 위하여 칼럼(310)을 추가로 구동하도록 바람에 의해 구동된다. 특히, 각 터빈 블레이드(330) 상의 컨트롤러(334)가 바람 방향에 대응하는 블레이드 표면(332)의 방향을 변화시키도록 구성되어서, 터빈 블레이드(330)는 칼럼(310)을 구동하도록 연속적으로 회전될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 각 터빈 블레이드(330) 상의 컨트롤러(334)는 전기 생산을 최대화하도록 컨트롤 센터에 의해 모두 제어될 수 있다.
기후 조건이 변할 때, 컨트롤러(334)는 바람 방향을 검출할 수 있으며 도 8로부터 도 3으로 블레이드 표면(332)을 변화시킬 수 있어서, 풍력 터빈(300)은 부응하여 나쁜 기후에 의해 손상되는 것을 피하도록 안전한 곳으로 바람 방향을 따라서 움직일 수 있다. 마찬가지로, 각 터빈 블레이드(330) 상의 컨트롤러(334)는 컨트롤 센터에 의해 총체적으로 제어될 수 있어서, 기동성 풍력 터빈의 움직임은 잘 관리될 수 있다.
상기된 실시예에 따라서, 본 발명은 다음과 같은 이점을 가진다: (i) 해상 풍력 터빈(300)은 바람 방향이 터빈 블레이드(330)들의 블레이드 표면(332)에 실질적으로 평행할 때 움직일 수 있다. 바람은, 바람 방향을 따라서 움직이도록 풍력 터빈(300)을 실제로 구동할 수 있으며; (ⅱ) 컨트롤러(334)가 블레이드 표면(332)의 방향을 제어하도록 각 터빈 블레이드(330) 상에 배치되어서, 터빈 블레이드(330)는 전기 생산을 최대화하기 위하여 칼럼(310)을 구동하도록 연속적으로 회전할 수 있으며; (ⅲ) 기후 조건이 변할 때, 컨트롤러(334)는 나쁜 기후에 의해 손상되는 것을 피하도록 안전한 곳으로 풍력 터빈(300)을 움직이도록 작동될 수 있다.
상기의 설명 및 예시에 의해 본 발명을 기술하였지만, 이것들은 본 발명의 예시이며 제한으로서 간주되지 않는다는 것을 이해하여야 한다. 따라서, 본 발명은 이전의 설명에 의해 한정되는 것으로서 간주되지 않고, 임의의 등가물을 포함한다.

Claims (7)

  1. 중앙 부분과, 상기 중앙 부분의 양측부 상에 배치된 2개의 측부 부분을 가지는 베이스;
    상기 베이스의 중앙 부분에 배치된 칼럼;
    블레이드 표면을 가지는 다수의 터빈 블레이드;를 포함하며,
    다수의 커넥팅 로드가 상기 칼럼으로부터 상기 터빈 블레이드와 연결되도록 방사상으로 뻗어있고, 상기 터빈 블레이드는 대응하는 커넥팅 로드 상에 회전 가능하게 배치되고 상기 칼럼과 수직으로 정렬되는 것을 특징으로 하는, 기동성 해상 풍력 터빈.
  2. 제1항에 있어서,
    바람 방향을 검출하고 상기 해상 풍력 터빈의 이동 방향을 제어하도록 상기 터빈 블레이드 상에 배치된 컨트롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 기동성 해상 풍력 터빈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 바람 방향이 상기 터빈 블레이드의 블레이드 표면과 실질적으로 평행할 때, 상기 해상 풍력 터빈은 바람 방향을 따라서 이동하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 기동성 해상 풍력 터빈.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 해상 풍력 터빈을 위한 최적화된 루트를 생성하도록 검출 결과와 기후 조건을 통합하기 위하여 검출 결과를 컨트롤 센터에 전송하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 기동성 해상 풍력 터빈.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 바람 방향이 상기 터빈 블레이드의 블레이드 표면에 실질적으로 평행하지 않을 때, 각 터빈 블레이드는 전기를 발생시키기 위하여 상기 칼럼을 추가로 구동하도록 바람에 의해 구동되는 것을 특징으로 하는, 기동성 해상 풍력 터빈.
  6. 제5항에 있어서,
    각 터빈 블레이드 상의 컨트롤러는, 상기 칼럼을 구동하기 위하여 상기 터빈 블레이드를 연속적으로 회전시킬 수 있도록 바람 방향에 대응하여 상기 블레이드 표면의 방향을 변경하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 기동성 해상 풍력 터빈.
  7. 제6항에 있어서,
    각 터빈 블레이드 상의 컨트롤러는 전기 생산을 최대화하도록 총체적으로 제어되도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 기동성 해상 풍력 터빈.
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