KR20160033811A - 해상 풍력발전기용 부유 장치 및 그 부유 장치가 구비된 풍력발전기 - Google Patents

Abstract

해상 풍력발전기용 부유 장치 및 그 부유 장치가 구비된 풍력발전기가 개시된다. 본 발명의 일측면에 따른 해상 풍력발전기용 부유 장치는 해상용 풍력발전기의 원통형 기둥이 중심에 위치하도록 결합되는 튜브 형태의 본체; 본체 내에 해수를 채우기 위한 펌프; 풍력발전기의 진동수를 측정하는 진동센서; 및 진동수에 상응하는 질량값을 산출하고, 본체가 질량값에 상응하는 질량을 갖도록 펌프를 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

해상 풍력발전기용 부유 장치 및 그 부유 장치가 구비된 풍력발전기{Floating device for wind turbine generator in ocean and wind turbine generator having the floating device}

본 발명은 흔들림을 최소화하기 위한 해상 풍력발전기용 부유 장치 및 그 부유 장치가 구비된 풍력발전기에 관한 것이다.

일반적으로 해상 풍력발전기는 바다 또는 바닷가에 설치되고 해풍을 이용하여 전기 에너지를 생산하는 장치로서, 이와 같이 설치되는 해상 풍력발전기에는 송전케이블이 전기적으로 연결되어 해상 풍력발전기에서 생산된 전기 에너지를 사용처로 송전하도록 구성되어 있다.

특히, 해상에서 부는 바람은 육상에서 부는 바람보다 풍속이 강하고 비교적 안정적이면서 풍량도 풍부하여 육상 풍력발전기에서 생산하는 전기 에너지량보다 더 많은 전기 에너지를 생산할 수 있는 장점이 있다.

현재의 해상 풍력발전기들은 대부분 해변에서 15km 이내, 심도 15m 이하의 해상에 위치하며, 기존의 방식으로는 심해 20m 가 넘는 해상에는 설치가 힘들며 설치하더라도 구조물 제작에 드는 추가비용이 천문학적으로 늘어날 수 밖에 없어, 부유식 풍력발전기들이 테스트되고 있다.

이러한 해상 풍력발전기는　가느다란 원통형 구조(spar 형)를 가지며 일반적으로 심해에 부유식으로 설치되며, 바람 또는 물살에 의한 흔들림 또는 자체 진동을 방지하기 위해 1~3개의 닻을 해저에 장착시키는 것이 일반적이다.

하지만, 해저에 닻이 설치됨으로 인해 그 장비 비용뿐 아니라 설치 비용이 만만치 않다.

대한민국 공개특허 제10-2014-0075893 (공개일자 2014년06월20일) 부유식 해상풍력발전기의 상하 방향 요동 저감장치

따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 부유식 해상 풍력발전기의 흔들림을 최소화하며 진동을 줄이기 위한 부유장치 및 그 부유 장치가 구비된 풍력발전기를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적들은 이하에 서술되는 바람직한 실시예를 통하여 보다 명확해질 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 해상용 풍력발전기의 원통형 기둥이 중심에 위치하도록 결합되는 튜브 형태의 본체; 상기 본체 내에 해수를 채우기 위한 펌프; 상기 풍력발전기의 진동수를 측정하는 진동센서; 및 상기 진동수에 상응하는 질량값을 산출하고, 상기 본체가 상기 질량값에 상응하는 질량을 갖도록 상기 펌프를 제어하는 제어부를 포함하는 해상 풍력발전기용 부유 장치가 제공된다.

여기서, 상기 본체 내에 공기를 주입하기 위한 공기주입부를 더 포함하되, 상기 제어부는 상기 본체 내에 채워지는 해수의 양에 상응하는 공기가 주입되도록 상기 공기주입부를 제어할 수 있다.

또한, 상기 본체의 기울어짐을 측정하기 위한 기울기 센서; 및 상기 본체 내에 공기를 주입하기 위한 공기주입부를 더 포함하되, 상기 제어부는 기울기 센서에 의한 측정값에 따라 상기 공기주입부를 제어할 수 있다.

또한, 바람의 세기를 측정하거나 상기 풍력발전기의 날개 회전량을 측정하기 위한 바람측정부를 더 포함하되, 상기 제어부는 상기 바람측정부에 의한 측정값에 따라 상기 펌프를 제어할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 바람에 따라 회전하는 날개부; 끝단 일측에 상기 날개부가 고정되며 원통형상을 갖는 기둥부; 및 상기 기둥부가 중심에 위치하도록 상기 기둥부 일측에 설치되는 튜브 형상의 부유식 구조물을 포함하되, 상기 부유식 구조물은 상기 기둥부의 진동수를 측정하고, 상기 진동수에 상응하는 질량을 갖도록 내부에 해수를 유입시키는 해상 풍력발전기가 제공된다.

여기서, 상기 부유식 구조물은 본체 내에 채워지는 해수의 양에 상응하도록 내부에 공기를 주입할 수 있다.

본 발명에 따르면, 튜브 형상의 부유 구조물에 의해 부유식 해상 풍력발전기 설치가 용이하고 그 비용도 절감할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 외부 바람 또는 풍력발전기의 진동수 등에 따라 부유물의 무게를 가변할 수 있어 풍력발전기 본체의 흔들림 및 진동을 최소화할 수 있다.

도 1은 일반적인 해상 풍력발전기를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 부유 장치가 구비된 해상 풍력발전기를 개략적으로 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 부유 장치를 위에서 바라본 평면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 부유 장치의 기능에 따른 구성을 도시한 기능 블록도.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어 도면 부호에 상관없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 일반적인 해상 풍력발전기를 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 부유 장치가 구비된 해상 풍력발전기를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 부유 장치를 위에서 바라본 평면도이다.

도 1과 같이 일반적인 해상 풍력발전기는 원통 형상의 기둥 중 수중에 위치하는 부분에 부유물(예를 들어, 공기와 물 등)이 포함되며, 연결된 닻을 해저에 장착하는 형태이다.

이와 비교하여 도 2에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력발전기는 바람에 따라 회전하는 날개부(10), 끝단 일측에 날개부가 고정되며 원통형상을 갖는 기둥부(20) 및 기둥부(20)가 중심에 위치하도록 기둥부(20)의 일측에 설치되는 튜브 형상의 부유식 구조물인 부유 장치(30)를 포함한다.

본 실시예에 따르면 부유 장치(30)에 의해 풍력발전기가 부유된다. 즉, 부유 장치(30)가 튜브의 역할을 수행하게 되는 것이며, 이로 인해 부유식 해상 풍력발전기의 설치가 용이하고 그 비용도 절감할 수 있게 되는 것이다.

도 3을 함께 참조하면, 부유 장치(30)의 본체(32) 중심에 형성된 홀(34)에 풍력발전기의 기둥부(20)가 관통되는 형태로 서로 결합될 수 있다. 그리고, 부유 장치(30)의 본체(32) 내부에는 해수와 공기가 유입될 수 있다. 공기는 부력을 높이기 위한 것이며, 해수는 부유 장치(30)의 질량을 높이기 위한 것이다.

풍력발전기의 구동 또는 바람의 영향 등에 의해 풍력발전기에는 진동이 발생되게 되는데, 풍력발전기의 질량을 높임으로써 이러한 진동을 줄일 수 있다. 풍력발전기 자체의 질량을 무한정 늘릴 수 없으므로, 본 실시예에 따른 부유 장치(30)는 풍력발전기의 진동을 측정하고, 그 측정된 진동에 따라 해수를 이용하여 자체 질량을 가변시킨다. 즉, 질량을 높이기 위해 본체(32) 내부에 해수를 유입시키고, 질량이 낮아도 무방할 때에는 내부에 존재하는 해수를 배출시킨다. 부유 장치(30)의 본체(32) 내부에 해수가 너무 많은 경우 상대적으로 공기의 양은 줄어들어 부력이 약해질 수 있기 때문이다. 또한 일례에 따르면 부유 장치(30)는 필요 시 본체(32) 내부에 공기를 유입시킬 수도 있다.

이하, 부유 장치(30)의 구성에 대해 설명하며 부유 장치(30)의 주요 기능에 대해 상세히 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 부유 장치(30)의 기능에 따른 구성을 도시한 기능 블록도이다.

도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 부유 장치(30)는 진동센서(310), 펌프(340) 및 제어부(360)를 포함한다.

진동센서(310)는 결합 또는 연결된 풍력발전기의 진동수를 측정하기 위한 것이며, 제어부(360)는 측정된 진동수에 따라 펌프(340)를 제어하여 본체 내부에 해수를 유입시킨다. 즉, 제어부(360)는 측정된 진동수에 상응하는 질량값을 산출하고, 본체가 그 질량값에 상응하는 질량을 갖도록 펌프(340)를 제어하여 해수를 본체 내부를 유입시키는 것이다. 예를 들어, 진동수가 높은 경우 본체의 질량을 높이기 위해 일정량의 해수를 본체 내부로 유입시킨다. 또는 제어부(360)는 풍력발전기의 진동수가 일정 수준 이하로 떨어질 때까지 해수가 본체 내부로 유입되도록 펌프(340)를 제어한다.

그리고, 도면에 도시된 바와 같이 부유 장치(30)는 기울기 센서(320) 및 공기주입부(350)를 더 포함할 수 있다. 공기주입부(350)는 본체 내에 공기를 주입하기 위한 것이며, 제어부(360)는 본체 내에 채워지는 해수의 양에 상응하는 공기가 주입되도록 공기주입부(350)를 제어한다. 즉, 부유 장치(30)는 내부에 해수가 채워지면 공기가 외부로 빠져나가 부력이 약해질 수도 있으므로, 이때 내부로 공기를 유입시키는 것이다. 일례에 따르면 부유 장치(30)의 본체는 고무와 같이 신축성이 높은 재질일 수 있으며, 이에 따라 공기가 채워질 수록 부피 또한 커질 수 있으며 그에 따라 더욱 높은 부력이 발생될 수 있다.

그리고, 기울기 센서(320)는 본체의 기울어진 정도를 측정하기 위한 것인데, 제어부(360)는 기울기 센서(320)에 의한 측정값에 따라 공기주입부(350)(또는 펌프(340))를 제어한다. 예를 들어, 부유 장치(30)는 본체가 한쪽으로 기울어진 경우, 정상적으로 복원시키기 위해 더욱 부력을 강화할 필요가 있으므로 이때 공기를 본체 내부에 주입시킨다.

그리고, 도면에 도시된 바와 같이 부유 장치(30)는 바람측정부(330)를 더 포함할 수 있는데, 바람측정부(330)는 외부 바람의 세기를 측정하기 위한 것이다. 여기서, 바람의 세기에 따라 풍력발전기의 날개 회전량이 달라질 수 있으므로 다른 실시예에 따르면 바람측정부(330)는 풍력발전기의 날개 회전량을 측정할 수도 있다. 제어부(360)는 바람측정부(330)에 의한 측정값에 따라 펌프(340)(또는 공기주입부(350))를 제어한다. 즉, 바람의 세기에 따라 풍력발전기의 흔들림 정도가 달라질 수 있으므로, 바람의 세기에 적합한 질량을 갖도록 펌프(340)에 의한 해수 유입을 제어하는 것이다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10 : 날개부 20 : 기둥부
30 : 부유 장치

Claims (4)

1. 해상용 풍력발전기의 원통형 기둥이 중심에 위치하도록 결합되는 튜브 형태의 본체;
   상기 본체 내에 해수를 채우기 위한 펌프;
   상기 풍력발전기의 진동수를 측정하는 진동센서; 및
   상기 진동수에 상응하는 질량값을 산출하고, 상기 본체가 상기 질량값에 상응하는 질량을 갖도록 상기 펌프를 제어하는 제어부를 포함하는 해상 풍력발전기용 부유 장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 본체 내에 공기를 주입하기 위한 공기주입부를 더 포함하되,
   상기 제어부는 상기 본체 내에 채워지는 해수의 양에 상응하는 공기가 주입되도록 상기 공기주입부를 제어하는 해상 풍력발전기용 부유 장치.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 본체의 기울어짐을 측정하기 위한 기울기 센서; 및
   상기 본체 내에 공기를 주입하기 위한 공기주입부를 더 포함하되,
   상기 제어부는 기울기 센서에 의한 측정값에 따라 상기 공기주입부를 제어하는 해상 풍력발전기용 부유 장치.
4. 청구항 1에 있어서,
   바람의 세기를 측정하거나 상기 풍력발전기의 날개 회전량을 측정하기 위한 바람측정부를 더 포함하되,
   상기 제어부는 상기 바람측정부에 의한 측정값에 따라 상기 펌프를 제어하는 해상 풍력발전기용 부유 장치.

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