KR20180087243A - 재생가능 에너지원으로부터 에너지를 생성하는 장치 및 방법 - Google Patents

재생가능 에너지원으로부터 에너지를 생성하는 장치 및 방법 Download PDF

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KR20180087243A
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크리스토퍼 존 앤서니 코만
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크리스토퍼 존 앤서니 코만
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Abstract

전기 에너지 발전기 어레이는 적어도 하나의 형태의 자연 유동으로부터 전기를 발생시키도록 배치되고, 이 발전기는 자연 에너지 유동으로부터의 에너지에 의해 구동되는, 그리고 구동 메커니즘에 연결되는 구동 샤프트를 가지며, 이 발전기는 일체형 전기 모터 및 구동 메커니즘에 분리가능하게 연결되는 복수의 개별 발전기를 더 포함하고, 이 개별 발전기는 일련의 타이를 통해 연결되어 연결형 발전기 어레이를 형성하며, 이 어레이는 구동 메커니즘에 연결된 경우에는 구동 메커니즘에 의해 회전되어 전기를 발생하고, 또는 구동 메커니즘으로부터 분리된 경우에는 일체형 전기 모터에 의해 회전되어 전기를 발생한다. 이 발전기는 일체형 전기 모터에 급전하도록 배치되는 전기 저장 장치를 포함할 수 있다. 또한 전기 저장 장치에 공급하기 위해, 또는 지역적인 사용을 위해, 또는 전술한 전기 에너지 발전기 어레이를 사용하여 전기 배전망에 공급하기 위해 적어도 하나의 자연 에너지 유동으로부터 전기를 발생하는 방법이 개시되어 있다.

Description

재생가능 에너지원으로부터 에너지를 생성하는 장치 및 방법
본 발명은 재생가능한 자연 유동 에너지 원으로부터 유도된 에너지를 생성 및 저장하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
특히, 본 발명은 풍력, 태양력, 수력 및 조력 에너지와 같은 자연 발생 에너지 유동 또는 에너지 원에 의해 생성되는 전력을 생성 및 저장하는 것에 관한 것이다.
세계의 전기 수요를 공급하기 위한 대안적인 배출 가스가 없는 재생가능 에너지에 대한 수요가 계속 증가하고 있다. 수송이 전동 기술의 사용으로 이동함에 따라 배출 가스가 없는 전력에 대한 수요가 증가할 것이다. 세계의 일부 현지에서는 물의 공급이 일차적으로 부족하고, 경우에 따라 물의 공급은 바다로부터 이루어지고, 물의 담수화가 요구된다. 물의 담수화는 깨끗한 물을 제공하기 위해 대량의 전기를 필요로 한다.
수송, 요리, 난방수, 가정에서의 용도, 그리고 산업 및 비지니스 내에서의 증가 일로에 있는 용도를 위한 청정하고 배출 가스가 없는 전기의 공급은 필수적이다. 전력을 생성하기 위한 석탄과 가스의 계속적인 사용은 장기간 지속될 수 없다. 탄소 기반의 화석 연료의 연소를 감소시키고, 기후 변화를 감소시키기 위해 지방 및 빈곤 지역에 전기를 공급하는 것이 또한 필요하다.
자연 유동 생성 에너지는 어떤 탄소 배출도 초래하지 않는 재생가능 에너지이고, 화석 연료에 대한 지속적인 사용 및 의존의 필요성을 감소시킬 실용적 대안이다. 이하에서 자연 유동(natural flow)이라는 용어는 직접적인 탄소 배출을 초래하지 않는 재생가능 에너지 원을 의미하기 위해 사용되며, 예를 들면, 풍력, 수력, 태양력, 및 조력 에너지 유동이 있다.
전기를 발생시키기 위해 육상 및 해상에서 수많은 풍력 구동 솔루션이 존재하지만 이것은 자연 풍력 유동의 전력 출력에 제한될 뿐만 아니라 대용량 단일 발전기 및 풍력 유동 구동 기어를 수용 및 회전시키기 위해 요구되는 구조적 요구에 의해 제한된다. 현재 블레이드 길이는 고용량 8MW 발전기를 구동시키는데 요구되는 각각의 블레이드의 경우에 80m를 초과한다. 10MW 풍력 터빈은 현재 시험 중이며, 현재의 설계 및 기술을 이용하는 20 MW 풍력 터빈이 고려될 가능성이 있으며, 이것도 또한 대형 블레이드를 사용해야 한다. 또한 이러한 "터빈"은 풍력 유동이 낮거나, 존재하지 않거나, 또는 너무 높은 풍력 유동으로 인해 안전 한계에 도달한 경우에 휴면 상태가 된다. 휴면 상태인 경우 터빈에 의해 전기가 생성되지 않는다.
태양 에너지는 일광 시간 중에만 생성될 수 있고, 최대 출력은 전기를 생산하기 위해 흡수되거나 반사되는 직사 태양광의 양에 의해 결정된다. 솔라 어레이(solar array)는 전기를 제공하기 위해 넓은 면적의 토지 및/또는 옥상 공간을 사용한다. 평균 태양 에너지는 구름 없는 날 정오에 약 1,000 와트/m2를 생산한다.
조력 에너지는 수많은 설계와 시도에도 불구하고 아직 크게 성공적으로 사용되고 있지 않다. 이러한 자연 에너지 유동을 효과적으로 활용하는 경우 조수가 유입되거나 유출됨에 따른 자연적인 변동에 기인되어 에너지 생산에서 기복이 발생한다. 그러나, 이것은 일정 형태의 예측가능성 및 제어가능성을 제공한다.
제어할 수 있는 재생가능 에너지 전기 생산의 가장 성공적인 형태는 수력을 기반으로 하므로 전기는 댐에 저장된 물의 유동에 의해 구동되는 발전기로부터 생산된다. 수요가 낮은 기간 동안에는 생성된 전기는 댐으로 물을 역으로 펌핑하는데 사용된다.
현재 풍력, 조력 및 태양 재생가능 에너지 기술의 근본적인 결함은 오로지 자연 유동에만 의존한다는 것이다. 이러한 자연 유동은 항상 이용가능하거나, 안정적이거나, 일관적이지 않으며, 수력, 풍력, 및 태양력의 경우 최적의 장소는 전력이 필요한 주거지, 도시 및 산업 중심지로부터 멀리 떨어져 있는 경우가 많다. 결과적으로 이러한 에너지 원 및 기존의 발전소로부터 전력을 수집하여 전력이 필요한 지역 및 위치에 전력을 공급하기 위해 배전망이 확장되어야 한다.
본 발명의 제 1 양태에 따르면, 적어도 하나의 형태의 자연 유동으로부터 전기를 발생시키도록 배치된 전기 에너지 발전기가 제공되며, 이 발전기는 자연 에너지 유동으로부터의 에너지에 의해 구동되는, 그리고 구동 메커니즘에 연결되는 구동 샤프트를 가지며, 이 발전기는 일체형 전기 모터 및 구동 메커니즘에 분리가능하게 연결되는 복수의 개별 발전기를 더 포함하고, 이 개별 발전기는 일련의 타이(tie)를 통해 연결되어 연결형 발전기 어레이를 형성하고, 이 어레이는 구동 메커니즘에 연결된 경우에는 구동 메커니즘에 의해 회전되고, 또는 구동 메커니즘으로부터 분리된 경우에는 일체형 전기 모터에 의해 회전되어 전기를 생성한다.
바람직하게는, 일련의 발전기를 연결하여 어레이를 형성하기 위해 적어도 2 개 이상, 더 바람직하게는 3 내지 8 개, 더 바람직하게는 4 개의 타이가 사용된다. 타이는 발전기 어레이의 주위에서 등간격으로 위치될 수 있다.
바람직하게는, 각각의 타이는 적어도 실질적으로 강성이다.
바람직하게는, 각각의 타이는 발전기 어레이의 각각의 발전기에 적어도 실질적으로 견고하게 연결된다.
바람직하게는 구동 메커니즘의 회전에 의해 발생되는 전기는 전기 공급망에 공급되거나, 또는 현지에서 사용되거나, 현장에 위치되거나 현장 외에 위치될 수 있는 전기 저장 장치 내에 저장된다.
전기 저장 장치는 하나 이상의 배터리일 수 있다. 바람직하게는 상기 또는 각각의 배터리는 현장에 위치한다. 상기 또는 각각의 전기 저장 장치는 과잉 에너지가 배터리로 전환될 때 충전되는, 그리고 필요에 따라 에너지를 방출할 수 있도록 배치되는 종래 유형일 수 있다.
바람직하게는 각각의 개별 발전기는 로터 및 스테이터 브러시리스(brushless) 유형의 발전기를 포함한다. 타이에 의해 구동 샤프트에 개별 발전기를 연결하면 사용자의 요구와 조건에 부합하는 크기를 가질 수 있는 어레이가 형성된다.
발전기의 구동 샤프트는 풍력, 조력, 수력 유동, 또는 이들 유동의 조합에 의해 구동될 수 있다. 다른 유형의 자연 유동이 사용될 수도 있다. 본 발전기는 풍력에 의해 구동될 수 있고, 베인의 움직임은 회전 운동으로 전환되어 구동 샤프트를 구동시킬 수 있다. 다른 실시형태에서, 발전기 어레이는 태양력에 의해 구동될 수 있고, 솔라 패널(solar panel)에 의해 발생되는 전기 에너지는 연결형 발전기 어레이를 회전시키는 일체형 전기 모터 또는 모터들을 구동하는데 사용될 수 있다. 발전기 어레이는 강물의 유동에 의해 또는 조수의 유동의 결과로서 유동하는 물에 의해 구동될 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 다른 형태의 자연 에너지 유동이 사용될 수도 있다.
발전기 어레이가 일체형 전기 모터를 포함하고 있으므로 이 어레이는 발전이 필요한 경우에 원격으로 온/오프 전환될 수 있다. 그러므로 이러한 발전기 어레이는 자연 유동이 충분한 경우에는 자연 유동 수단에 의해, 또는 자연 유동이 불충분한 경우에는 어레이를 구동하는데 이용되는 현지에서 저장된 에너지에 의해 지속적으로 효과적으로 가동될 수 있다. 그러므로 이 어레이는 더 효율적이고, 신뢰할 수 있고, 비용 효율적이고, 안정한 전기 공급을 제공할 수 있고, 전반적인 투자 수익을 증대시킬 수 있다.
선택적으로 이 어레이는 이 어레이 또는 어레이들에 부착되는 것이 바람직한 기계 장치를 구동하도록 배치될 수 있다.
바람직하게는 각각의 개별 발전기는 1W 내지 50MW ,또는 더 바람직하게는 1W 내지 10MW ,또는 더 바람직하게는 1W 내지 5MW의 용량을 갖는다. 바람직한 실시형태에서, 각각의 개별 발전기는 1 KW 내지 5MW의 용량을 갖는다.
바람직하게는 각각의 발전기 어레이는 1W 내지 50MW, 또는 바람직하게는 1W 내지 100MW, 또는 가장 바람직하게는 5KW 내지 50MW의 용량을 갖는다.
발전기의 전체 용량을 소형 멀티 와트 발전기로부터 대형 멀티 메가와트 발전기로 확장시킬 수 있도록 개별 발전기들을 연결형 발전기 어레이로 형성하는 것이 바람직하다. 각각의 개별 발전기는 중심 지지 샤프트 상에 적층되거나 배치될 수 있고, 타이에 의해 구동 메커니즘에 연결되어 발전기의 전체 용량을 증가시킬 수 있다. 타이는 중심 지지 샤프트에 평행할 수 있다.
발전기 어레이는 2 내지 100 개의 개별 발전기, 또는 2 내지 50 개의 개별 발전기, 또는 2 내지 20 개의 개별 발전기를 포함할 수 있다.
장점은 개별 발전기가 공장에서 더 작은 구성으로 조립될 수 있고, 이 개별 발전기가 현장에서 결합 및 적층될 수 있으므로 비용 및 수송의 복잡성이 감소되는 것이다. 각각의 개별 발전기가 더 작은 구성으로 조립되므로 발전기 어레이를 원하는 장소로 육로 수송 또는 해상 수송이 더 용이해진다.
대안적으로 또는 추가적으로, 발전기의 소형의 스택(stack)이 제작 및 수송될 수 있고, 그런 다음에 이러한 소형의 스택은 사용자의 전력 요구사항을 충족시키 위해 더 큰 스택으로 조립될 수 있다. 예를 들면, 2 내지 10개의 발전기의 서브 스택이 제작될 수 있고, 다음에 필요에 따라 더 큰 스택에 제작될 수 있다. 이러한 경우, 각각의 서브 스택의 타이 요소는 완성된 스택의 타이를 형성하기 위해 서로 연결될 수 있다.
본 명세서에서, 용어 "타이" 및 "타이 요소"는 상호교환가능하게 사용된다.
일부의 실시형태에서, 발전기 어레이는 이 발전기 어레이를 수용하는 구조적 지지 타워(tower)를 더 포함한다. 구조적 지지 타워는 자연 유동과 상호작용하도록, 그리고 중심 구동 샤프트 및 이에 따라 구동 메커니즘을 구동하도록 배치되는 블레이드를 지지할 수도 있다. 지지 타워는 솔라 패널 또는 솔라 패널들의 어레이의 장착을 위한 장소를 제공할 수도 있다.
바람직한 실시형태에서, 발전기 어레이는 전기 저장 장치를 더 포함한다. 바람직하게는 이 전기 저장 장치는 배터리이고, 이 배터리는 에너지의 자연 유동에 의해 충전되도록 배치된다. 일부의 실시형태에서, 배터리는 태양력에 의해 충전될 수 있다. 다른 실시형태에서, 배터리는 발전기 어레이에 의해 발생되는 전기에 의해 충전될 수 있다. 상기 또는 각각의 배터리에 의해 저장되는 에너지가 비교적 작기 때문에, 당장 입수할 수 있는 전통적인 배터리와 저장 수단을 사용하는 것이 가능하고, 따라서 피크 타임 동안에 배전망에 공급하기 위한 자연 에너지 유동으로부터 발생되는 재생가능 에너지의 대규모 저장과 관련된 문제들 중 하나를 극복할 수 있다.
바람직하게는 발전기 어레이는 전기 저장 장치 및/또는 배전망으로부터의 에너지에 의해 급전되도록 배칠될 수 있는 일체형 전기 모터 또는 모터들을 더 포함한다. 일체형 전기 모터는, 전자기 커플러가 작동되고, 발전기 어레이가 자연 유동 구동 메커니즘으로부터 분리되면, 발전기 어레이를 회전시키기 위해 배터리 내에 저장된 에너지를 사용할 수 있다. 이는 구동 샤프트와 구동 메커니즘을 구동시키기 위한 에너지의 자연 유동이 존재하지 않거나 작동 안전 한계로 인해 자연 유동이 사용될 수 있는 경우에 발생한다. 예를 들면, 배터리는 발전기 어레이로부터 분리된 태양 발전 유닛으로부터 에너지를 저장하는데 사용될 수 있거나, 발전기 어레이로부터 과잉 에너지를 저장할 수 있다. 따라서, 발전기 어레이, 저장 장치 및 전기 모터는 로드 밸런싱(load balancing)을 위해 사용될 수 있다.
전기 모터는 발전기 어레이에 결합되고, 이 발전기 어레이가, 예를 들면, 전자기 커플러를 통해 자연 유동 구동 메커니즘로부터 분리된 경우에만 작동된다. 현지에서 또는 배전망으로부터 전기 에너지에 대한 요구가 없는 경우, 전기 모터는 결합될 필요가 없다. 바람직하게는 일체형 전기 모터가 발전기 어레이를 구동시키도록 결합된 경우, 전자기 커플러는 자연 유동 구동 메커니즘을 분리시킨다. 바람직하게 자연 유동 구동 메커니즘은, 전자기 커플러가 결합 또는 분리된 경우에, 마찰 브레이크에 의해 정위치에 유지된다. 자연 유동 구동 메커니즘은, 자연 유동이 존재하지 않거나, 또는 너무 느리거나, 또는 너무 빠른 경우에, 중심 구동 샤프트와의 연결로부터 벗어난 위치에 유지될 수 있다. 자연 유동 구동 메커니즘이 분리된 경우, 발전기 어레이는 일체형 전기 모터에 의해 구동되어 보다 제어된 그리고 일관된 전기 공급을 제공할 수 있다. 또한 고장난 모터의 대기를 허용하기 위해 어레이에 결합되는 모터의 수를 조절하는 것이 가능하다.
또한 적어도 하나의 형태의 자연 유동으로부터 전기를 발생시키도록 배치된 전기 에너지 발전기가 제공될 수 있으며, 이 발전기는 자연 유동 구동 메커니즘에 연결되는 구동 샤프트를 가지며, 이 발전기는 구동 메커니즘에 분리가능하게 연결되는 복수의 개별 발전기를 더 포함하고, 각각의 개별 발전기는 전기를 발생시키기 위해 자연 유동 구동 메커니즘의 회전을 이용하도록 구성될 수 있고, 이 발전기는 자연 유동으로부터의 에너지에 의해 충전되도록 배치된, 그리고 이 자연 유동이 구동 메커니즘을 구동시키는데 사용될 수 없는 때에 발전기 어레이를 구동시키기 위해 전기 모터에 급전할 수 있도록 배치된 전기 저장 장치를 더 포함한다.
일부의 실시형태에서, 이 어레이는 기계 장치에 연결될 수 있다. 어레이의 회전은 부착된 기계 장치를 구동시킬 수 있다. 일부의 실시형태에서, 자연 유동은 어레이를 구동하여 전기 에너지 저장 장치를 충전한다. 저장된 전기는 일체형 전기 모터를 구동하는데 사용될 수 있고, 어레이의 회전은 부착된 기계 장치를 구동시키는데 사용될 수 있다.
바람직하게는 발전기의 어레이는 전자기 커플러를 통해 자연 유동 구동 메커니즘에 분리가능하게 연결된다.
개별 발전기는 함께 연결되어 발전기 어레이를 형성한다. 바람직한 실시형태에서, 각각의 개별 발전기는 일련의 타이를 통해 연결되어 어레이를 형성한다. 바람직하게는, 2 개 이상, 바람직하게는 적어도 3 개의 타이가 사용된다.
바람직하게는 전기 모터는 발전기 어레이 내에 결합된다. 일부의 실시형태에서, 백업(back-up) 모터로서 적어도 하나의 추가의 전기 모터가 제공될 수 있다.
바람직하게는 전기 모터는 발전기 어레이와 결합되도록 이동될 수 있다. 바람직한 실시형태에서, 이는 전자기 커플러에 의해 이루어진다. 바람직하게는 자연 유동 구동 메커니즘은 전기 모터를 연결하는 것이 바람직한 경우 및 전기 모터가 결합된 동안에 발전기 어레이로부터 분리될 수도 있다. 구동 메커니즘의 분리는 전자기 커플러에 의해 이루어질 수 있다. 구동 기어 박스가 사용될 수도 있다. 충분한 자연 유동을 사용할 수 없는 경우, 또는 작동 제한에 도달한 경우, 또는 발전기 어레이가 일체형 전기 모터에 의해 구동되도록 자연 유동 구동 메커니즘으로부터 분리되는 것이 필요한 경우에, 자연 유동 구동 샤프트를 감속시키거나 고정시키기 위해 마찰 브레이크가 사용될 수 있다.
전기 모터의 결합 전에 자연 유동 구동 메커니즘으로부터 어레이를 분리시키면 효율이 향상되는데, 그렇지 않으면, 일체형 모터가 어레이 및 자연 유동 메커니즘(예를 들면, 터빈 블레이드)를 회전시켜야 하고, 따라서 실질적으로 더 강력한 모터를 필요로 하고, 상당히 더 많은 저장된 전기를 소비한다는 것이 이해될 것이다.
발전기 어레이 및/또는 부착되거나 국소화된 솔라 패널에 의해 생성되는 전기가 국가 배전망에 공급될 수 있을 뿐만 아니라 현지에서 사용될 수 있거나, 또는 수요가 높지만 재생가능 원(source) 유동이 낮은 경우에 전기 모터를 구동하는데 필요한 전기 저장 장치 또는 장치들을 충전할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 따라서 이 발전기는 배출가스가 없는 재생가능 에너지 원으로부터 보다 연속적인 그리고 제어가능한 전기 공급을 제공한다.
자연 유동이 최적인 경우에 생성되는 에너지의 대규모 배전망 저장과 관련된 어려움이 있다는 것이 밝혀졌다. 이것은 발전을 위해 에너지의 자연 유동을 사용하는데 단점으로 간주되었다. 대규모 저장을 위한 기술이 아직 상업적으로 가능하기 않으므로, 현재 최적의 유동 중에 발생되는 전력은, 수요가 높지만 자연 에너지 유동이 낮은 경우에, 전기 배전망에의 공급을 위해 저장 및 제어될 수 없다.
본 발명의 제 1 양태에 따른 발전기 어레이를 포함하는 발전기는 자연 유동으로부터 또는 태양 에너지로부터의 과잉 에너지에 의해 충전되는 국소화 배터리 어레이일 수 있는 전기 저장 장치에 전력을 저장하고 인출함으로써 이러한 결점을 극복한다고 생각된다. 이러한 저장된 전력은 발전기 어레이 내의 일체형 전기 모터를 구동하기 위해 인출된다.
바람직하게는 발전기로부터의 전기의 흐름은 모니터링되고 제어된다. 제어기은 원격형일 수 있다. 바람직하게는 이 제어는 설치 장소에 수용된 제어기 회로에 의해 이루어질 수 있다. 제어기는 발전기를 모니터링 및 제어하도록 배치된 컴퓨터일 수 있다. 제어기는 바람직하게는 발전기 출력, 배터리 충전 수준, 배전망으로부터의 에너지 수요, 아일랜딩(islanding), 회전 속도, 자연 유동 속도, 모터 결합, 유동 구동 메커니즘으로부터 발전기의 분리, 및 발전기 내에 수용된 기타 센서 중 적어도 하나를 모니터링할 수 있다
본 발전기는 재생가능 에너지의 유동에 전적으로 의존하지 않는 보다 안정되고 제어된 공급으로부터 상당히 개선된 전기 생성을 제공한다는 것이 이해될 것이다. 본 시스템은 완벽하게 배출 가스가 없고, 어떤 화석 연료나 인공 연료에도 의존하지 않는다. 발전기 어레이 내의 일체형 전기 모터에, 그리고 낮은 공급 및 높은 수요 시에 전기 배전망에 에너지를 공급하기 위해 자연 에너지 유동에 의해 발생된 저장된 전기 에너지를 사용하면, 환경에 상당한 위험을 초래하는, 그리고 에너지의 공급에서 장기적인 재정 비용을 초래하는, 탄소 배출 연료나 핵 연료에 의해 구동되는 발전소에 의존할 필요가 감소된다.
유리하게도, 본 발전기 어레이는 연결되거나 오프-그리드(off-grid) 요건의 소용량 배전망으로부터 대용량 배전망으로 용이하고 비용효율적으로 규모조절될 수 있고, 수직 구성이나 수평 구성으로 조립될 수 있다. 발전기의 규모조절은 발전기에 개별 발전기를 추가하거나 발전기로부터 개별 발전기를 제거함으로써 실행될 수 있다.
바람직하게는 본 발전기는 태양력, 풍력, 수력 및 조력 구동형 발전기 어레이로부터 자연 유동을 사용할 수 있는 자연 유동과 상호작용하기 위한 다수의 설계를 활용할 수 있다. 일부의 실시형태에서, 중심 샤프트는 수평으로 또는 수직으로 장착될 수 있는 풍력, 수력 또는 조력 구동형 블레이드에 의해 구동될 수 있다. 블레이드 또는 에어포일은 소규모일 수 있다. 현재의 대용량 풍력 터빈의 경우와 같이 발전기 어레이로부터 높은 전기 생성을 얻기 위해 자연 유동 구동 메커니즘을 구동하는데 대규모 블레이드가 반드시 요구되는 것은 아니다.
다른 실시형태에서, 발전기 어레이는 솔라 패널 어레이에 의해 발생되는 태양 에너지를 이용하는 일체형 전기 모터에 의해 회전될 수 있다. 솔라 패널 어레이로부터의 태양 에너지는 배전망에 직접적으로 공급되거나, 현장의 배터리 내에 저장될 수 있다. 대안적으로 일체형 전기 모터를 구동하기 위해 솔라 어레이로부터의 전기가 사용될 수 있고, 발전기 어레이로부터의 출력은 배전망에 공급될 수 있다.
발전기 어레이로부터의 출력은 솔라 어레이로부터의 출력보다 크고, 향상된 효율이 달성된다. 예를 들면, 솔라 어레이 출력이 5 KW이고, 이것이 배터리의 어레이를 충전하는데 사용되고, 이 배터리 어레이가 1MW 발전기 어레이 내의 일체형 전기 모터를 구동할 수 있는 경우, 충전, 방전, 및 전송을 통해 5KW의 작동 손실을 가정할 때 950 KW의 양의 출력 이득이 있다.
일부의 바람직한 실시형태에서, 수직 블레이드가 사용될 수 있다. 솔라 패널은 배전망에 또는 배터리 또는 배터리들의 형태일 수 있는 국부적 전기 저장소에 추가의 에너지를 제공하기 위해 지지 타워에 고정될 수 있다.
풍력 유동의 경우, 블레이드 및 구동 기어 박스를 지지하는데 사용되는 타워는 대규모 고용량 단일 터빈 풍력 구동형 발전기의 경우와 같이 발전기 어레이를 회전시키는 고속의 풍력을 포착하기 위해 상당히 높을 필요가 없다는 것이 밝혀졌다. 유리하게도, 본 발전기 어레이는 발전기 어레이 및 모터의 제한된 회전 저항으로 인해 비교적 낮은 풍속에서도 작동될 수 있다. 타워의 높이가 상대적으로 낮다는 것은 육상 기반의 발전기 어레이를 기존의 배전망 인프라 근처에 배치하여 긴 송전선에 기인된 비효율성을 감소시킬 수 있음을 의미한다.
바람직하게는 각각의 개별 발전기는 각각의 브러시리스 발전기 내에 단일의 높은 수명 주기의 밀봉형 세라믹 베어링을 포함할 수 있다. 일체형 전기 모터도 또한 단일의 높은 수명 주기의 밀봉형 세라믹 베어링을 포함할 수 있다.
유리하게도, 단일의 높은 수명 주기의 밀봉형 세라믹 베어링을 사용하면 상기 또는 각각의 개별 발전기의 수명이 크게 증가하고, 유지비용 및 정지시간이 감소된다. 바람직하게는, 자연 유동 구동 메커니즘과 발전기 어레이 사이에 위치되는 기어 박스는 높은 수명 주기의 윤활제를 수용한다 바람직하게는, 요구되는 모든 다른 베어링은 세라믹을 기반으로 한다.
본 발명의 제 1 양태 또는 제 2 양태에 따른 발전기 어레이를 사용하면, 타워, 블레이드, 및 발전기 어레이의 부품의 크기가 작으므로 수송 및 특수 건설 설비 비용이 상당히 감소될 것으로 예상된다.
본 발명의 제 2 양태에 따르면, 본 발명의 제 1 양태에 따른 발전기를 사용하여 전기 저장 장치에 공급하기 위한, 또는 지역적 사용을 위한, 또는 전기 배전망에 공급하기 위한 전기를 발생시키는 방법이 제공된다.
바람직하게는 자연 유동으로부터의 에너지는 전기 저장 장치 내에 저장된다. 자연 저장 장치로부터의 에너지는 어떤 이유로 자연 유동이 사용될 수 없는 경우에 발전기 어레이를 구동시키기 위해 일체형 전기 모터에 급전하기 위해 사용될 수 있다.
바람직하게는 전기 모터를 사용하는 것이 바람직한 경우, 발전기 어레이는 자연 유동 구동 메커니즘으로부터 분리된다. 이것은 전자기 커플러에 의해 이루어진다.
본 발명의 제 3 양태에 따르면, 로터 및 샤프트 부분 상의 지지 브래킷 상에 장착되는 대응하는 스테이터를 포함하는 개별 발전기가 제공되며, 상기 샤프트 부분은 다른 개별 발전기의 대응하는 샤프트 부분에 연결될 수 있고, 로터는 발전기 어레이를 형성하도록 복수의 타이 요소에 연결될 수 있다.
본 발명의 제 4 양태에 따르면, 발전기의 제조 방법이 제공되며, 이 방법은 적어도 하나의 자연 유동에 의해 회전가능한 지지 샤프트 및 자연 유동 구동 샤프트를 제공하는 단계를 포함하고, 이 방법은 지지 샤프트 상에 적어도 2 개의 개별 발전기를 장착하는 단계, 복수의 타이를 사용하여 발전기를 연결하여 어레이를 형성하는 단계, 및 상기 어레이를 자연 유동 구동 샤프트에 의해 구동되는 구동 메커니즘에 연결하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는 본 방법은 자연 유동 구동 샤프트를 기어박스를 통해, 그리고 또한 선택적으로 전자기 커플러를 통해 발전기 어레이에 연결하는 단계를 포함한다.
개별 발전기들은 함께 연결되어 발전기 어레이를 형성하며, 바람직한 실시형태에서, 각각의 개별 발전기는 일련의 타이를 통해 연결되어 어레이를 형성한다.
본 발명은 첨부한 도면을 참조하여 단지 예로서 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 그리고 전동 모터를 장착한 발전기 어레이의 개략도이고;
도 2는 수직 구동 블레이드를 가진 발전기 어레이이 개략도이고;
도 3은 수평 구동 블레이드를 가진 발전기 어레이의 개략도이고;
도 4는 수직 유동 기어를 가진 풍력 및 조력의 하이브리드 발전기 어레이의 개략도이고;
도 5는 발전기 어레이 주위의 지지 타워에 부착된 솔라 패널 및 수직 구동 블레이드를 가진 발전기 어레이의 개략도이고;
도 6a는 본 발명에 따른 발전기 어레이의 개략 측면도이고;
도 6b는 도 6a의 발전기 어레이의 개략 사시도이고;
도 6c는 도 6a의 발전기 어레이 개략 측면도이다.
도 1은 본 발명에 따른 적어도 하나의 형태의 자연 유동으로부터 전기를 생성하도록 배치된 발전기(1)의 개략도로서, 이 발전기는 자연 에너지 유동에 의해 구동되는, 그리고 다수의 타이에 연결되는 중심 구동 샤프트(2)를 가지며, 타이는 다수의 개별 발전기(6)에 연결되어 어레이(8)의 구동 메커니즘을 형성한다. 구동 메커니즘이 회전하면 어레이가 회전되어 전기가 발생된다. 발전기 어레이(8)는 복수의 개별 발전기(6)를 포함하고, 개별 발전기의 각각은 전자기 커플러를 통해 구동 메커니즘(2)에 또한 연결되고, 각각의 개별 발전기는 구동 메커니즘 또는 일체형 전기 모터의 회전을 이용하여 전기를 생성하도록 배치된다.
개별 발전기(6) 및 일체형 전기 모터는 타이에 연결되어 어레이를 형성한다. 다음에 타이는 스플라인 구동 샤프트에 연결되고, 이 스플라인 구동 샤프트는 스플라인 구동 샤프트 및 이어서 자연 유동 구동 메커니즘에 직접 연결된다.
각각의 개별 발전기(6)는 로터(10) 및 스테이터(12)를 포함한다. 각각의 개별 발전기는 지지 브래킷(16)을 통해 중심 지지 샤프트(14) 상에 지지된다.
지지 브래킷(16)은 각각 중심 지지 샤프트(14)에 부착되고, 이것으로부터 외측으로 연장된다.
중심 지지 샤프트(14)는 중심 지지 샤프트 상의 지지 브래킷에 볼트로 고정된 다수의 스테이터(10)를 지지한다. 세라믹 베어링은 사용 시에 스테이터(12)와 각각의 로터(10) 사이에 위치되도록 고정된다. 다음에 로터(10)는 스테이터(12)를 덮도록 또는 스테이터(12)와 일치되도록 위치된다.
로터(10)는 일련의 타이(4)에 의해 상호간에 그리고 스플라인 구동 샤프트(2)에 연결되어 연결 타이(4)의 종방향으로 연장되는 어레이를 포함하는 구동 메커니즘을 형성한다. 구동 샤프트(2)가 회전함에 따라, 일련의 연결 타이(4)에 의해 형성된 발전기 어레이(8)는 중심 지지 샤프트(14) 및 스테이터(12)를 중심으로 로터를 회전시킨다.
각각의 로터(10)는 일련의 분극 자석(미도시)를 포함한다. 로터가 일련의 통전 전극(energising pole) 및 구리선을 포함하는 스테이터(12)의 주위에서 회전함에 따라 전극은 자석에 의해 여기되어 전기가 생성된다.
중심 지지 샤프트(14)는 중공형이고, 개별 발전기를 연결하기 위해 필요한 모든 배선(18)을 수용하도록 배치된다.
또한 브러시리스 전기 모터(20)가 중심 지지 샤프트의 주위의 브래킷 상에 제공되어 장착되고, 어레이의 타이에 연결된다. 모터(2)를 위한 배선도 또한 이 중심 지지 샤프트 내에 설치된다.
이 실시형태에서, 발전기는 4 개의 로터 및 스테이터(각각의 로터-스테이터 쌍은 개별 발전기(6)를 형성함)를 포함하고, 또한 전기 모터(20)를 포함한다. 개별 발전기 및 일체형 모터의 수는 발전기 전체에서 요구되는 발전 출력의 규모에 따라 증가 또는 감소될 수 있다. 발전기를 형성하기 위해 2 내지 100 개의 개별 발전기가 사용될 수 있다곡 생각된다.
각각의 개별 발전기(6)는 현장 밖에서 제조되어 발전기의 위치로 이송되어 현장에서 함께 연결될 수 있다. 각각의 개별 발전기(6)는 종래의 풍력 터빈에서 요구되는 대형 발전기보다 훨씬 작고 수송하기 쉽다.
개별 발전기에 의해 생성되는 전기는 전기 공급망에 공급되거나, 현지에서 사용되거나, 또는 전기 저장 장치에 저장된다.
이제 수직으로 배치된 블레이드(22)를 구비한 발전기 어레이(8)를 예시하는 도 2를 참조하면, 발전기는 구조적 지지 타워(24) 내에 수용되어 있음을 알 수 있다. 블레이드(22)는 유동 구동 기어박스(26) 및 전자기 커플러(28)를 통해 중심 구동 샤프트(2)에 연결된다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 블레이드의 구성은 수직 또는 수평 구동 구성일 수 있다. 이 발전기 어레이는 수평 또는 수직 구성으로 배치될 수도 있다.
도 3의 실시형태에서, 유동 구동 기어 박스(26)는 전자기 커플러(28)를 통해 수직 자연 유동 구동 샤프트(36)와 발전기 어레이(8) 사이에 위치된다. 블레이드 및 자연 유동 수직 구동 샤프트(36)는 전자기 커플러(28) 및 유동 구동 기어박스(26)를 통해 어레이 구동 샤프트(2)에 연결된다. 구동 샤프트(2)와 유동 구동 기어 박스의 연결은 도 2 및 도 3에서 가장 명확하게 볼 수 있는 전자기 커플러(28)에 의해 제어될 수 있다. 전자기 커플러(28)는, 자연 유동이 낮거나, 또는 자연 유동이 작동 안전 한계를 초과하지만 에너지 수요가 높은 경우에, 발전기 어레이(8)가 자연 유동 구동 기어박스(26)와 결합 또는 분리될 수 있도록 한다. 자연 유동이 사용될 수 없으나 수요는 높은 경우, 구동 샤프트(2)는 유동 구동 기어 박스(26)으로부터 분리될 수 있고, 일체형 전기 모터(20)는 발전기 어레이를 구동하도록 결합될 수 있다.
결합 및 결합해제 시에 자연 유동 구동 기어박스(26)는 마찰 브레이크(30)를 이용하여 감속 및 정위치에 고정된다. 자연 유동 구동 기어박스를 결합 해제 및 정지 상태에 고정하면 발전기 어레이는 지지 타워의 근처 또는 내부에 수용된 배터리 파워 리저브(reserve)에 의해 급전되는 전기 모터(20)에 의해 구동될 수 있다.
구동 기어가 자연 유동 구동 기어박스(26)로부터 분리됨에 따라, 일체형 전기 모터(20)가 발전기 어레이를 구동하기 위해 결합될 수 있다.
발전기 어레이를 구동하기 위해 배터리 내에 저장된 에너지를 사용하면 배전망 또는 배전망 외의 요건에 더욱 지속적이고 제어가능한 전기 공급을 제공할 수 있다.
제어기에 연결되는 제어 회로가 제공된다. 제어기는 발전기로부터의 전기의 흐름을 모니터링하고, 원격으로 또는 설치 장소에서 제어된다. 제어기는 발전기 출력, 배터리 충전 수준, 배전망으로부터의 에너지 수요, 아일랜딩, 발전기 어레이 회전 속도, 자연 유동 속도, 모터 결합, 발전기 어레이의 유동 구동 기어로부터의 결합해제 및 결합, 및 어레이 내에 수용되는 기타 센서들을 모니터링한다.
도 3은 도 2와 유사하지만, 블레이드(34)가 유동 구동 기어 박스(26)에 수평으로 연결되는 구동 샤프트(36)를 회전시키도록 배치되는 대안적인 실시형태를 도시한다. 동일한 요소에 대해서는 동일한 참조번호가 사용된다. 공기 블레이드는 프로펠러처럼 회전하도록 배치되고, 자연 유동 구동 샤프트(36)는 실질적으로 수평이다. 구동 샤프트(36)는, 이 경우에 운동을 수직 회전으로 전환하는 유동 구동 기어 박스(26)에 연결된다. 이전과 같이 전자기 커플러(28)가 제공되고, 이것은 구동 샤프트(36)를 이동시켜 유동 구동 기어 박스(26)와 연결 상태 또는 단절 상태가 되게 한다.
이전과 같이 유동 구동 기어 박스로부터의 구동은 구동 샤프트로 전달되고, 이것은 대응하는 수의 스테이터에 대해 다수의 로터의 로터를 회전시킨다. 본 실시형태에서, 하나의 전기 모터와 9 개의 개별 발전기가 제공된다.
도 4는 다른 플랫폼 및/또는 해저 또는 하상에 계류될 수 있는 부유 플랫폼(38) 상에 장착된 풍력 및 조력의 하이브리드 구성의 개략도이다. 이 하이브리드 발전기 어레이는 풍력으로부터 전기를 발생시키도록 배치된 제 1 발전기 어레이(40)를 포함한다. 하이브리드 발전기는 조수의 유동으로부터 전기를 발생시키도록 배치된 제 2 발전기(42)를 포함한다. 블레이드의 구성은 수직 또는 수평 구동 구성 또는 이들의 조합일 수 있으나, 본 실시례에서, 블레이드의 구성은 둘 모두 수직 구동 구성이다. 지지 타워(44, 44')는 부유 플랫폼(38)에 연결된다. 이러한 구성 또는 유사한 구성은 육상 기반의 수력 및 풍력 유동 솔루션 및/또는 심해 풍력 및 해류 솔루션으로서 이용될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 지지 타워(44)은 상방으로 연장되고, 풍력 유동 솔루션에 연결되고, 조력 유동 발전기를 위한 지지 타워(44')는 플랫폼으로부터 하방으로 연장되고, 방수가 되도록 배치된다.
이제 도 5를 참조하면, 본 도면은 수직 구성의 블레이드(46)를 가진 실시형태를 예시하며, 여기서 지지 타워(24)의 외면에 솔라 패널(48)이 부착되어 있다. 솔라 패널은 타워의 주위에 360°로 부착될 수 있고, 태양광에 최대로 노출되도록 배치될 수 있다. 이 구성은 모든 장소에 적합하지만, 공간의 제곱미터 당 최대의 재생가능 에너지의 포착을 얻기 위해 특히 도시 환경, 작은 장소, 옥상, 원격 위치 또는 가동 위치나 임시 위치, 수인선 선박에 유용할 것이다.
솔라 패널 어레이는 배전망이나 현장의 전기 에너지 저장 장치에 직접 전기를 공급할 수 있다. 솔라 패널 어레이는 또한 발전기 어레이를 작동시키기 위해 일체형 전기 모터를 구동하도록 배치될 수도 있다.
도 6a 내지 도 6c는 5 개의 개별 발전기(66) 및 1 개의 일체형 모터(80)을 구비한 대안적인 발전기 어레이(61)를 도시한다.
도 6a는 본 발명에 따른 적어도 하나의 형태의 자연 유동으로부터 전기를 생성하도록 배치된 대안적인 발전기(61)의 개략도로서, 이 발전기는 자연 에너지 유동에 의해 구동되는 그리고 다수의 타이(64)에 연결되는 중심 구동 샤프트(62)를 가지며, 상기 다수의 타이(64)는 다수의 개별 발전기(66)에 연결되어 어레이(68)의 구동 메커니즘을 형성한다. 구동 메커니즘의 회전은 어레이(68)를 회전시키고, 전기를 발생시킨다. 발전기 어레이(68)는 복수의 개별 발전기(66)를 포함하고, 개별 발전기의 각각은 전자기 커플러를 통해 구동 메커니즘(62)에 또한 연결되고, 각각의 개별 발전기는 구동 메커니즘 또는 일체형 전기 모터의 회전을 이용하여 전기를 생성하도록 배치된다.
개별 발전기(66) 및 일체형 전기 모터(80)는 타이에 연결되어 어레이를 형성한다. 다음에 타이는 스플라인 구동 샤프트에 연결되고, 이 스플라인 구동 샤프트는 스플라인 구동 샤프트 및 이어서 자연 유동 구동 메커니즘에 직접 연결된다.
각각의 개별 발전기(66)는 로터(70) 및 스테이터(72)를 포함한다. 각각의 개별 발전기는 지지 브래킷(76)을 통해 중심 지지 샤프트(74) 상에 지지된다.
지지 브래킷(76)은 각각 중심 지지 샤프트(74)에 부착되고, 이것으로부터 외측으로 연장된다.
중심 지지 샤프트(74)는 중심 지지 샤프트 상의 지지 브래킷에 볼트로 고정된 다수의 스테이터(70)를 지지한다. 세라믹 베어링은 사용 시에 스테이터(72)와 각각의 로터(70) 사이에 위치되도록 고정된다. 다음에 로터(70)는 스테이터(72)를 덮도록 또는 스테이터(12)와 일치되도록 위치된다.
로터(70)는 일련의 타이(64)에 의해 상호간에 그리고 스플라인 구동 샤프트에 연결되어 연결 타이(64)의 종방향으로 연장되는 어레이를 포함하는 구동 메커니즘을 형성한다. 구동 샤프트(62)가 회전함에 따라, 일련의 연결 타이(64)에 의해 형성된 발전기 어레이(68)는 중심 지지 샤프트(64) 및 스테이터(72)를 중심으로 로터를 회전시킨다.
발전기와 모터를 함께 연결하기 위해 타이(64)와 각각의 로터의 연결을 용이화하기 위한 타이 연결 마운트(mount; 65)가 전기 모터(80)의 로터를 포함하는 각각의 로터 상에 제공된다.
대안적인 실시형태에서, 2 개 이상의 일체형 전기 모터(80)가 단일의 어레이(68) 내에 제공될 수 있다.
도 6a 내지 도 6c에 도시된 실시례에서, 발전기 어레이를 연결하기 위해 4 개의 타이가 제공되어 있다. 이 타이는 강성이고, 각각의 로터가 각각의 타이에 연결되도록 어레이를 따라 종방향으로 배치된다.
대안적인 실시형태에서, 다양한 수의 타이, 예를 들면, 3, 5, 6, 7, 8, 9 또는 10 개의 타이가 제공될 수 있다. 대안적인 또는 추가적인 실시형태에서, 모든 로터가 모든 타이에 연결되지 않을 수도 있다. 예를 들면, 각각의 로터는 하나 건너의 타이에 연결될 수 있거나, 또는 일부의 타이에만 연결될 수 있다. 대안적인 또는 추가적인 실시형태에서, 타이는 종방향이 아니며, 대신에 예를 들면 발전기 어레이의 주위에서 만곡될 수 있다.
타이(64)의 일단부는 베어링(67)에 연결된다. 이 베어링은 중심 지지 샤프트(64) 상에서 유지되고, 중심 지지 샤프트(64) 상에서 자유롭게 회전됨으로써 로터가 스테이터에 대해 회전하도록 허용한다.
타이(64)의 타단부는 중심 구동 샤프트 상의 전자기 커플러 또는 클러치(62)를 통해 구동 메커니즘에 연결된다. 따라서 어레이는 필요한 경우에 자연 유동으로부터 분리될 수 있다.
대안적인 실시례에서 모터(80)는 어레이(68)를 따라 임의의 위치에 배치될 수 있고, 도 6a 내지 도 6c에 도시된 바와 같이 어레이의 일단부에 있는 것으로 제한되지 않는다는 것을 당업자는 이해할 것이다.
도 1 내지 도 5에 도시된 실시례에 관하여 논의된 모든 특징은 도 6a 내지 도 6c에 도시된 실시례에 적용될 수 있다.
이 실시형태의 발전기 어레이가 적어도 부분적으로 자연 유동에 의해 구동되는 것으로서 설명되었으나, 어레이의 설계는 수많은 다른 용도에서 사용될 수 있도록 한다는 것이 이해될 것이다.
예를 들면, 어레이는 에너지 저장 장치 또는 장치들을 충전하는 충분한 전기를 생성하도록 사용될 수 있다. 저장된 전기는 일체형 전기 모터를 구동하기 위해, 그리고 어레이를 회전시키기 위해 사용될 수 있다. 어레이의 회전은 이 어레이 또는 어레이들에 부착될 수 있는 추가의 기계 장치를 구동시킬 수 있다는 것이 이해될 것이다.

Claims (23)

  1. 적어도 하나의 형태의 자연 유동(natural flow)으로부터 전기를 발생시키도록 배치된 전기 에너지 발전기 어레이로서,
    상기 발전기는 자연 에너지 유동으로부터의 에너지에 의해 구동되는, 그리고 구동 메커니즘에 연결되는 구동 샤프트를 가지며, 상기 발전기는 일체형 전기 모터 및 상기 구동 메커니즘에 분리가능하게 연결되는 복수의 개별 발전기를 더 포함하고, 상기 개별 발전기는 일련의 타이(tie)를 통해 연결되어 연결형 발전기 어레이를 형성하고, 상기 어레이는 상기 구동 메커니즘에 연결된 경우에는 상기 구동 메커니즘에 의해 회전되고, 또는 상기 구동 메커니즘으로부터 분리된 경우에는 상기 일체형 전기 모터에 의해 회전되어 전기를 발생하는,
    전기 에너지 발전기 어레이.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동 메커니즘의 회전에 의해 발생되는 전기는 전기 공급망에 공급되거나, 현지에서 사용되거나, 또는 전기 저장 장치에 저장되는,
    전기 에너지 발전기 어레이.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 전기 저장 장치는 하나 이상의 배터리를 포함하는,
    전기 에너지 발전기 어레이.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 개별 발전기는 로터 및 스테이터 브러시리스(brushless) 유형의 발전기를 포함하는,
    전기 에너지 발전기 어레이.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발전기의 구동 샤프트는 풍력, 태양력, 조력 또는 수력 유동 또는 이들 유동의 조합에 의해 구동될 수 있는,
    전기 에너지 발전기 어레이.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 개별 발전기는 중심 지지 샤프트 상에 배치될 수 있고, 상기 발전기의 전체 용량을 증가시키기 위해 구동 메커니즘의 타이에 의해 연결될 수 있는,
    전기 에너지 발전기 어레이.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발전기 어레이는 2 내지 100 개의 개별 발전기, 또는 2 내지 50 개의 개별 발전기, 또는 2 내지 20 개의 개별 발전기를 포함하는,
    전기 에너지 발전기 어레이.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발전기는 상기 일체형 전기 모터를 구동하도록 배치된 전기 저장 장치를 더 포함하는,
    전기 에너지 발전기 어레이.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 일체형 전기 모터는 상기 구동 메커니즘과 결합되도록 배치되고, 상기 발전기 어레이를 회전시키키 위해, 그리고 상기 구동 샤프트가 상기 자연 유동 구동 메커니즘으로부터 분리된 경우에 상기 개별 발전기를 구동하기 위해 상기 전기 저장 장치 내에 저장된 에너지를 사용할 수 있도록 배치되고, 상기 어레이의 선택적 회전은 추가의 기계 장치를 구동하는,
    전기 에너지 발전기 어레이.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 발전기 어레이는 전자기 커플러(coupler)에 의해 상기 자연 유동 구동 메커니즘과 결합/분리되는,
    전기 에너지 발전기 어레이.
  11. 제 10 항에 있어서,
    중심 구동 샤프트와 상기 구동 메커니즘 사이에 위치되는 구동 기어는 분리가능하게 배치되는,
    전기 에너지 발전기 어레이.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 구동 기어는 마찰 브레이크에 의해 정지되거나 감속되는,
    전기 에너지 발전기 어레이.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발전기는 에너지의 자연 유동에 의해 충전되도록 배치된, 그리고 상기 자연 유동이 상기 발전기 어레이를 구동하는데 활용될 수 없는 때에 상기 발전기 어레이를 구동시키도록 상기 일체형 전기 모터에 급전할 수 있도록 배치된 전기 저장 장치를 더 포함하는,
    전기 에너지 발전기 어레이.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 발전기 어레이는 또한 추가의 기계 장치를 구동하도록 배치되는,
    전기 에너지 발전기 어레이.
  15. 제 14 항에 있어서,
    적어도 3 개의 타이가 제공되는,
    전기 에너지 발전기 어레이.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발전기 어레이로부터 전기의 흐름은 모니터링 및 제어되는,
    전기 에너지 발전기 어레이.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 발전기를 모니터링 및 제어하도록 배치된 컴퓨터이고, 상기 제어기는 바람직하게는 발전기 출력, 배터리 충전 수준, 배전망으로부터의 에너지 수요, 아일랜딩(islanding), 회전 속도, 자연 유동 속도, 모터 결합, 유동 구동 기어로부터 발전기의 분리, 및 발전기 내에 수용된 기타 센서 중 적어도 하나를 모니터링할 수 있는,
    전기 에너지 발전기 어레이.
  18. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중심 구동 샤프트는 수평으로 또는 수직으로 장착될 수 있는 풍력, 수력 또는 조력에 의해 구동되는 블레이드에 의해 구동되거나, 상기 발전기 어레이는 솔라 패널 어레이(solar panel array)에 의해 발생되는 태양 에너지를 이용하는 일체형 전기 모터에 의해 회전되는,
    전기 에너지 발전기 어레이.
  19. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발전기 타워 상에 장착된 솔라 패널(solar panel) 어레이로부터의 태양 에너지는 배전망에 직접 공급되거나 현장의 전기 저장 장치 내에 저장되는,
    전기 에너지 발전기 어레이.
  20. 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 개별 발전기는 로터와 스테이터를 포함하고, 각각의 로터와 스테이터 사이에는 베어링이 제공되고, 각각의 베어링은 단일의 높은 수명 주기(life cycle)의 밀봉식 세라믹 베어링인,
    전기 에너지 발전기 어레이.
  21. 제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 따른 전기 에너지 발전기 어레이를 사용하여, 전기 저장 장치에 공급하기 위해, 또는 지역적 사용을 위해, 또는 전기 배전망에 공급하기 위해 적어도 하나의 자연 에너지 유동으로부터 전기를 발생시키는 방법.
  22. 로터 및 샤프트 부분 상의 지지 브래킷 상에 장착되는 대응하는 스테이터를 포함하는 발전기로서,
    상기 샤프트는 다른 개별 발전기의 대응하는 샤프트 부분에 연결가능하고, 상기 로터는 발전기 어레이를 형성할 수 있도록 복수의 타이 요소에 연결가능한,
    발전기.
  23. 발전기를 제조하는 방법으로서,
    지지 샤프트 및 적어도 하나의 자연 유동에 의해 회전가능한 자연 유동 구동 샤프트를 제공하는 단계를 포함하고, 상기 지지 샤프트 상에 적어도 2 개의 개별 발전기를 장착하는 단계, 어레이를 형성하기 위해 복수의 타이 요소를 사용하여 상기 발전기를 연결시키는 단계, 및 상기 자연 유동 구동 샤프트에 의해 구동되는 구동 메커니즘에 상기 어레이를 연결하는 단계를 더 포함하는,
    발전기를 제조하는 방법.
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