KR20200008603A - 풍력 에너지 전환 모듈 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 에너지 분야에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 공기 유동 힘을 이용하여 전기 에너지를 생성하는 풍력 파워 플랜트에 관한 것이다. 풍력 에너지 전환 모듈은, 가이드 벨트(1)를 따라 이동하는 케이싱(9)을 포함하고, 케이싱(9) 내에 설치되고, 케이싱 상에 장착된 연 형상을 갖는 적어도 하나의 풍력 에너지 수신기(10)를 포함하고, 케이싱(9) 및 바람에 대한 풍력 에너지 수신기의 지향 구동기(10)를 포함하고, 제어 시스템을 포함하고, 가이드 벨트(1)에 관한 접촉 가이드 레일(3)과의 힘 상호 작용 동안 가이드 벨트(1)를 따라 케이싱(1)이 이동할 때 전기를 생성하는 전기 생성기(6)를 포함한다. 제어 시스템은 전기 생성기(6)의 제동 힘을 변경함으로써 모듈들의 속도를 변경한다. 본 발명은 모듈들의 속도를 제어함으로써 높은 풍력 에너지 효율을 보장할 수 있다.
Description
본 발명은 에너지 분야에 관한 것이고, 보다 구체적으로는, 공기 유동의 힘을 이용하여 전기 에너지를 생산하는 풍력 에너지 설비들에 관한 것이다.
종래 기술에서, 가이드 벨트를 위한 풍력 에너지 전환 모듈이 알려져 있는데, 이는 트러스 형상의 프레임으로 만들어진 경로를 따라 이동하는 캐리지이며, 캐리지에 장착된 날개 프로파일을 포함하며, 캐리지는 롤러들에 의한 수단에 달려 있다(WO 2016150561 A).
레일 트랙을 위한 풍력 에너지 전환 모듈이 알려져 있고, 이는 레일 트랙을 따라 이동하는 트롤리(trolley)와, 트롤리 상에 장착된 돛 풍력 에너지 수신기와, 기계적인 전기 생성기를 포함한다(EP 2078853 A1).
가이드 벨트를 위한 풍력 에너지 전환 모듈이 알려져 있고, 이는 풍력 에너지에 의해 레일 트랙을 따라 이동하는 트롤리와, 트롤리 상에 장착된 공력 프로파일 날개들의 형상의 에너지 수신기들와, 바람에 대한 날개 프로파일들을 지향하기 위한 기계적인 구동기들과 케이싱을 포함한다(FR 2297333 A1).
가이드 벨트를 위한 풍력 에너지 전호나 모듈이 알려져 있고, 모듈은, 가이드 벨트를 따라 이동하는 케이싱과, 케이싱 상에 장착된 적어도 하나의 풍력 에너지 수신기와, 바람에 대한 풍력 에너지 수신기의 지향 구동기와 케이싱을 포함하고, 제어 시스템은 작동 알고리즘을 포함하고, 풍력 에너지 수신기의 지향 구동기 및 케이싱에 견고하게 장착된 생성기를 사용하여 풍력 에너지 수신기로 바람이 불어올 때, 바람에 의해 생성된 힘들을 변경할 수 있다(WO 2016154757 A1).
종래 기술들로부터 알려진 기술 솔루션들의 일반적인 단점은 아래와 같다:
-모듈의 속도를 제어할 수 없어서, 공기 유동이 변경하는 조건에서 각각의 순간에서 모듈의 최대 풍력 에너지 효율을 얻을 수 없음.
-날개 면적 및 설치된 생성기 용량의 변경이 불가능하므로, 시스템이 효과적일 수 있는 풍속 범위가 좁음. 전통적인 풍력 생성기는, 일부 추정들에 따르면, 시간의 15%를 넘지 않아야 최적의 성능으로 작동함. 다른 날에는, 풍력이 작동하기에 너무 약하거나 때때로 너무 강함.
-고속에서만 효과적인 작동 모드를 달성하여 고용량의 적외선 음파를 생성하고, 이는 동물 및 사람에게 위험하고, 조류의 대량 사망을 야기할 수 있고, 식물 주변에 제한된 구역을 만들 필요가 있음.
-고가의 구조 재료들 및 기술들을 사용하도록 하는 구조적 요소들의 고부하.
-구조 파트들의 큰 치수들과 무게, 운송 및 설치 작업에 고유한 운송 및 설치가 요구됨.
-구조물들의 낮은 유지 보수성; 큰 파트를 교체하려면 반복되는 구유의 운송 및 설치 작업들이 요구됨.
-파트가 고장났을 때 구조의 작동 손실, 수리가 완료될 때까지 가동 중지 시간이 생성됨.
제안된 것들 중 가장 가까운 것은, 가이드 벨트를 따라 이동하는 케이싱과, 케이싱에 장착된 연 형상의 적어도 하나의 풍력 에너지 수신기와, 바람 및 케이싱에 대한 풍력 에너지 수신기의 지향 구동기와, 제어 시스템 뿐만 아니라, 가이드 벨트에 관한 접촉 가이드 레일과의 힘 상호 작용과 가이드 벨트를 따라 케이싱이 이동할 때, 전기를 생성하는 전기 생성기를 포함하는 풍력 에너지 전환 모듈이다(2012년 5월 27일 공개된 RU 2451826 C2). 공지된 모듈은 부착된 케이블의 형상의 왜곡으로 인한 연(kite)들의 어택 각도(angle of attack)를 제어하는 제어 시스템을 갖는다.
모듈 속도를 제어할 수 없는 것도 이 모듈의 단점일 수 있고, 이는 공기 유동이 변화하는 조건 하에서 각각의 시점에서 모듈의 최대 풍력 에너지 효율을 얻을 수 없게 한다.
청구된 기술적 솔루션의 목적은, 상기 단점들이 없고, 증가된 에너지 효율로 추가적인 장점을 갖는 풍력 에너지 전환 모듈을 제공하는 것이다.
청구된 기술적 솔루션에 의해 달성된 기술적 결과는 모듈들의 속도를 제어함으로써 높은 풍력 에너지 사용 계수(CWEU, coefficient of wind energy usage)를 제공하는 것이다.
기술적 결과는 가이드 벨트를 따라 이동하는 케이싱과, 케이싱 상에 장착된 적어도 하나의 풍력 에너지 수신기와, 바람에 대한 풍력 에너지 수신기 및 케이싱의 지향 구동기와, 제어 시스템과, 상기 가이드 벨트를 따라 상기 케이싱의 이동 동안, 그리고 상기 가이드 벨트에 관한 접촉 가이드와의 힘 상호 작용 동안(force interaction with a contact guide associated with the guide belt), 전기 에너지를 생성하는 전기 에너지 생성 장치를 포함하는 풍력 에너지 전환 모듈에 의해 달성되고, 본 발명에 따르면, 상기 제어 시스템은 상기 전기 에너지 생성 장치의 제동 힘을 변경함으로써 모듈들의 속도를 변경할 수 있다.
모듈의 특정 실시 예들이 가능하다.
-상기 풍력 에너지 수신기는 날개 프로파일의 형상으로 만들어질 수 있다.
-상기 풍력 에너지 수신기는, 변경되는 공력 프로파일 및/또는 면적을 갖는 날개 형상으로 만들어질 수 있다.
-상기 풍력 에너지 수신기는 적어도 하나의 돛 형상으로 만들어질 수 있다.
-상기 풍력 에너지 수신기는, 메인 프로파일 및 적어도 하나의 경사 플랩을 구비하는 복합 공력 프로파일을 갖는 날개의 형상으로 만들어질 수 있다.
-상기 풍력 에너지 수신기는 그 중간 파트로 상기 케이싱에 부착되어, 바람이 불어올 때, 풍력 에너지 수신기로부터 상기 케이싱 상에 외팔보 하중(cantilever load)이 보상될 수 있다.
-상기 모듈이 상기 가이드 벨트를 따라 수평으로 이동할 때, 상기 풍력 에너지 수신기는 수직으로 지향될 수 있다.
-상기 모듈이 상기 가이드 벨트를 따라 수직으로 이동할 때, 상기 풍력 에너지 수신기는 수평으로 지향될 수 있다.
-상기 케이싱은 레일 트랙을 따라 또는 모노레일을 따라 이동할 수 있다.
-상기 가이드 벨트를 따라 상기 케이싱을 이동시키는 것은 자기 베어링(magnetic bearing)에 의해 구현될 수 있다.
-상기 전기 에너지 생성 장치는 회전 타입의 전지 에너지 생성 장치이고, 상기 가이드 벨트에 관한 접촉 가이드와의 힘 상호 작용은 기계적일 수 있다.
-다른 실시 예에서, 상기 전기 에너지 생성 장치는 선형 전기 생성기의 이동 가능한 파트이고, 상기 가이드 벨트에 관한 접촉 가이드와의 힘 상호 작용은 전자기적일 수 있다.
-상기 선형 전기 생성기의 이동 가능한 파트는 짧은 레일의 형상으로 만들어져서, 상기 모듈이 톱니 상에 있는 권선들과 연자성 강철의 레일의 형상으로 만들어진 접촉 가이드와의 전자기적인 상호 작용에 의해 움직일 때, 전기를 생성할 수 있다.
-상기 제어 시스템은, 상기 접촉 가이드의 짧은 레일 및 기어 레일의 톱니를 편향시키는 전기 제어 모듈을 포함할 수 있다.
-기계적인 힘 상호 작용은, 고정된 기어 레일의 형상으로 만들어진 접촉 가이드와 기어에 의해 형성되는 기어링(gearing)에 의해 수행될 수 있다.
-상기 전기 에너지 생성 장치는, 밸브-인덕터(valve-inductor) 타입 생성기의 형상으로 만들어질 수 있다.
-상기 제어 시스템은 상기 전기 에너지 생성 장치를 모터 모드로 전달할 수 있다.
--상기 케이싱에는 풍속 센서 및 풍량 센서가 설치될 수 있다.
-상기 제어 시스템은 센서들로부터 정보를 수신하고, 상기 센서들로부터의 정보를 사용하는 알고리즘에 따라, 풍력 에너지 수신기의 구동 방향에 의해 풍력 에너지 수신기를 최적의 방식으로 지향시킬 수 있다.
-상기 풍력 에너지 수신기의 구동은 서보 구동(servo drive)일 수 있다.
-상기 제어 시스템은 상기 풍력 에너지 수신기의 지향을 변경하기 위한 보조 공력 제어기를 포함할 수 있다.
-상기 제어 시스템은 공력 프로파일을 변경, 및/또는 베인 모드로 전달할 때까지 날개의 면적을 변경할 수 있다.
-상기 케이싱은 상기 가이드 벨트 및 접촉 가이드를 세정하기 위한 장착된 제설 장비를 포함할 수 있다.
청구된 기술적 솔루션의 특별한 실시 예는 상기 개시된 경우에 국한되지 않음을 밝혀 둔다.
청구된 기술 솔루션의 본질은 도면들을 통해 설명된다.
도 1은 레일 플랜트(rail plant)의 기본 버전인, 풍력 에너지 전환 모듈들을 갖는 풍력 에너지 전환 시스템의 일반적인 도면을 도시한다
도 2는 모듈을 추가할 수 있는 레일 플랜트의 유사한 실시 예를 도시한다.
도 3은 크로스윈드 작동(crosswind operation)을 위한 플랜트 실시 예를 도시한다.
도 4는 풍력 에너지 전환 시스템의 실시 예를 도시하고, 가이드 벨트 섹션은 액세스 브리지 형상의 지지 구조 상에 장착되고, 풍력 에너지 전환 모듈은 수직으로 지향된다.
도 5는 풍력 에너지 전환 모듈의 실시 예를 도시하고, 전기 에너지 생성 장치는 접촉 가이드와 전자기적으로 상호 작용하는 선형 전기 생성기의 이동 파트이다.
도 6은 풍력 에너지 전환 모듈의 실시 예이고, 전기 에너지 생성 장치는 회전식 전기 생성기이다.
도 7은 가이드 벨트가 모노레일 형상으로 만들어진 풍력 에너지 전환 시스템의 실시 예이다.
도 8은 풍력 에너지 전환 모듈의 실시 예를 도시하고, 가이드 벨트를 따라 이동하는 능력은 풍력 에너지 전환 모듈과 가이드 벨트의 자기적 상호 작용에 기인한다.
도 9는 풍력 에너지 전환 모듈의 실시 예를 도시하고, 풍력 에너지 수신기는 메인 프로파일 및 적어도 하나의 경사 플랩을 포함하는 복합 공력 프로파일을 갖는 날개 형상으로 만들어진다.
도 10 및 도 11은 풍력 에너지 수신기들의 다양한 속도 삼각형(speed triangle)들을 도시한다.
도 1은 레일 플랜트(rail plant)의 기본 버전인, 풍력 에너지 전환 모듈들을 갖는 풍력 에너지 전환 시스템의 일반적인 도면을 도시한다
도 2는 모듈을 추가할 수 있는 레일 플랜트의 유사한 실시 예를 도시한다.
도 3은 크로스윈드 작동(crosswind operation)을 위한 플랜트 실시 예를 도시한다.
도 4는 풍력 에너지 전환 시스템의 실시 예를 도시하고, 가이드 벨트 섹션은 액세스 브리지 형상의 지지 구조 상에 장착되고, 풍력 에너지 전환 모듈은 수직으로 지향된다.
도 5는 풍력 에너지 전환 모듈의 실시 예를 도시하고, 전기 에너지 생성 장치는 접촉 가이드와 전자기적으로 상호 작용하는 선형 전기 생성기의 이동 파트이다.
도 6은 풍력 에너지 전환 모듈의 실시 예이고, 전기 에너지 생성 장치는 회전식 전기 생성기이다.
도 7은 가이드 벨트가 모노레일 형상으로 만들어진 풍력 에너지 전환 시스템의 실시 예이다.
도 8은 풍력 에너지 전환 모듈의 실시 예를 도시하고, 가이드 벨트를 따라 이동하는 능력은 풍력 에너지 전환 모듈과 가이드 벨트의 자기적 상호 작용에 기인한다.
도 9는 풍력 에너지 전환 모듈의 실시 예를 도시하고, 풍력 에너지 수신기는 메인 프로파일 및 적어도 하나의 경사 플랩을 포함하는 복합 공력 프로파일을 갖는 날개 형상으로 만들어진다.
도 10 및 도 11은 풍력 에너지 수신기들의 다양한 속도 삼각형(speed triangle)들을 도시한다.
아래는 풍력 에너지 수신기들로 사용되는 날개들의 예시에 대한 청구된 모듈의 실시예의 이론적인 근거들이다.
공기 유동을 가로질러 날개들의 이동에 직선 섹션을 지향(orient)을 갖는 모듈의 가능한 실시 예가 나타난다.
시스템의 공기 역학적 계산에 따르면, 유동을 가로질러 날개 속도가 증가하면, 1제곱 미터로부터 전력은 고속으로 증가한다(날개의 공력 품질에 따라 15 내지 200m/s).
의존성(dependence)은 거의 선형이다.
날개 구조에 대한 부하가 증가한다.
이 경우, 주된 영향 기준은 속도이다(풍속 대 유동에 대한 날개 속도의 비율).
2미만의 속도에서, 날개의 공력 품질이 작은 역할을 하고, 날개 프로파일의 운반 능력이 큰 역할을 하고, 속도가 2이상이면 공력 품질이 보다 중요해지고, 속도가 5이상이면 공력 품질은 굉장히 중요하다. 또한, 날개 속도가 낮을수록, 유동 다운워시가 커진다.
설계된 플랜트의 경우, 날개 속도는 다음으로 제한되어야 한다.
10m/s-15m/s -안전상, 환경 친화성, 심리적 안락함의 이유
60m/s-공력 소음
5m/s-30m/s-회전 시 원심 과부하.
실제로, 플랜트 제어를 구성할 때, 위의 제한을 고려하여 날개의 최고 속도에 도달해야 한다.
날개의 공력 힘들을 생성하는 능력은 국부 기류에 대한 날개 설정 각도에 달려 있다. 국부적으로(날개 영역에서) 공기 유동은 날개 속도, 제동 및 풍력 생성기에 의한 유동의 기울기 벡터 값에 의해 자연풍의 유동과 상이하다.
제어 파라미터들:
입력 파라미터들:
-겉보기 풍속;
-겉보기 풍향0;
-실제 풍속;
-실제 풍향;
-모듈 속도;
-모듈들 사이의 거리;
-모듈 통과 전환 포인트(module passing turn over point);
제어되는 파라미터들:
-겉보기 바람에 대한 날개 설정 각도;
-메인 날개 프로파일에 대한 플랩 설정 각도(플랩을 갖는 날개를 사용하는 경우);
-날개 영역;
-모듈 속도;
제어 파라미터들 및 방법들:
겉보기 바람에 대한 날개 설정 각도는, 날개 회전 서보 드라이브를 사용하거나, 서보-구동 보조 공력 표면(안정제)을 사용하여 설정된다. 겉보기 바람은 직접적으로 움직이는 날개에 의해 감지되는 바람이며, 실제 바람 벡터와 함께 풍력 생성기의 작동으로 인해 생성하는 모든 속도 벡터들이 추가된 결과이다.
제어 대상(control object)은 날개에 대한 공력 힘 제한에 도달할 때, 바람이 증가할 때, 알고리즘에 따라 설정 각도를 점차적으로 줄이면서(예를 들어, 바람의 1m/s 당 1도), 변경하는 겉보기 바람에 대해 일정한 최적의 날개 설정 각도를 유지하는 것이다. 모듈이 윈드워드 열(windward row)에서 리워드 열(leeward row)로 전환되면, 서보-드라이버는 윙 트러스트 벡터를 회전시키기 위해 윙 각도를 반대 방향으로 돌린다. 방향 센서, 풍속 센서 및 전환 포인트 센서(turn point sensor)가 초기 데이터를 제공한다. 서보 안정기를 사용하는 경우, 그것은 풍향 센서 및 동시에 공력 증폭기이다.
메인 날개 프로파일에 대한 플랩 설정 각도는(플랩을 갖는 날개를 사용하는 경우), 플랩 서보 모터를 사용하거나 서보 구동 보조 공력 표면(안정제)을 사용하여 설정된다.
제어 대상은 날개에 대한 공력 힘 제한에 도달할 때, 바람이 증가할 때, 알고리즘에 따라 설정 각도를 점차적으로 줄이면서(예를 들어, 바람의 1m/s 당 3도), 메인 날개 프로파일에 대해 일정한 최적의 플랩 설정 각도를 유지하는 것이다. 모듈이 윈드워드 열에서 리워드 열로 전환되면, 서보-드라이버는 플랩 각도를 반대 방향으로 돌려 윙 트러스트 벡터를 돌린다. 방향 센서, 풍속 센서 및 전환 포인트 센서(turn point sensor)가 초기 데이터를 제공한다. 서보 안정기를 사용하는 경우, 그것은 풍향 센서 및 동시에 공력 증폭기이며, 동시에 플랩 설정 제어와 날개 설정 각도 제어의 2가지 기능을 수행한다.
시스템이 작동 모듈들의 수의 변경을 사용하지 않는 경우, 작동 날개들의 전체 영역의 최적 값을 달성하기 위해, 날개 영역은 특정 바람 조건에 의해 설정되고, 전기 생성기들은 파워 리저브(power reserve)를 갖는다.
모듈 속도는 생성기의 제동력을 변경함으로써 제어된다. 생성이기의 제동 토크는 생성이기의 전기적 제어에 의해 풀 제동에서 음의 값으로, 즉 모터 모드로 전환하기 전에 변경된다. 생성기는 이동의 기계적인 에너지를 전기 에너지로 전환하는 제동을 보장한다. 완전 제동 시, 속도 부족으로 기계 용량이 0이다. 제동이 없으면, 속도가 최대이지만 힘이 부족함으로 기계적 용량도 제로(zero)가 된다. 이 두가지 극단적인 케이스들 사이에는, 각각의 바람 조건에 대해, 기계적 동력 및 전력이 최대인 최적 포인트가 있다. 생성기 제어 시스템은 생성기가 사용하는 전력을 변경하므로, 생성기 코일에 공급되고 코일들로부터 취해진 전류 펄스들의 전기적 제어에 의해 생성기에 의해 제동 토크가 생성될 수 있다. 가장 간단한 케이스에서, 생성기 코일들은 교류 네트워크로 직접적으로 작동하고, 교류 네트워크의 주파수와 모듈들의 속도의 동기화가 자동으로 보장된다.
제어 대상들:
-모듈 전체의 도움으로 최대 풍력 에너지 사용 계수(CWEU)를 보장함. 각각의 전체 날개 면적에 대해, 풍력 생성기의 CWEU가 최대인 최적 속도(벨트를 따라 날개 속도와 실제 풍속 비율)가 있음. 속도 제어 시스템은, 속도 센서들 및 실제 또는 겉보기 풍향 센서들로부터 데이터, 모듈의 속도 센서로부터 데이터, 다른 모듈들의 위치에 관한 데이터를 수신하고, 최적의 속도를 지속적으로 유지하면서 생성기의 제동 토크를 조정하고, 벨트의 섹션에서 허용되는 최대 속도, 벨트 상에 모듈들의 균일한 분포, 모듈들의 충돌 방지, 생성된 교번하는 직류의 주어진 주파수를 유지할 필요성, 생성기 전기 효율이 최대인 속도를 고려해야 할 필요성과 같은 제한들을 고려함;
-스타트-업 시 모듈들의 분리 기능을 보장. 대부분의 생성기들은 풍력 생성이 가벼운 바람에서 시작하지 못하게 하는 상당한 이탈력을 가지고 있음. 베인-인덕션(vane-induction) 기술은 모듈 속도 센서로부터 데이터를 수신하는 제어 시스템이 이탈력을 최소화하여 시동을 용이하게 함;
-모듈들의 비상 셧-다운(shut-down)을 보장함. 풍속이 안전 작동 한계를 초과할 경우, 실제 또는 겉보기 풍속 센서들로부터 데이터를 수신하는 제어 시스템이 모든 모듈들의 생성기들을 완전히 제동함;
-운송 작동들의 성능 보장: 벨트로의 모듈들의 입력, 벨트로부터 모듈들의 출력, 저장소(depot)로 모듈들의 운송.
풍력 에너지 전환 모듈은, 가이드 벨트(1)를 따라 이동하는 케이싱(9)과, 케이싱(9) 상에 장착된 풍력 에너지를 수용하는 적어도 하나의 풍력 에너지 수신기(10)를 포함한다. 이 경우, 풍력 에너지 수신기(10)는 날개 프로파일 및 적어도 하나의 돛의 형상으로, 또는 메인 프로파일 및 적어도 하나의 경사 플랩을 포함하는 복합 공력 프로파일을 갖는 날개의 형상으로 만들어질 수 있다. 풍력 수신기(10)를 그 중간 부분으로 케이싱(10)에 부착할 수 있어서, 풍력 에너지 수신기(10)로부터 케이싱(9)에 대한 외팔보 하중이 바람이 불어올 때 보상된다. 가이드 벨트(1)를 따라 풍력 에너지 전환 모듈의 가능한 수직 이동에 의해, 풍력 에너지 수신기(10)는 수평으로 지향된다. 그리고, 가이드 벨트(1)를 따라 풍력 에너지 전환 모듈의 가능한 수평 이동에 따라, 풍력 에너지 수신기(10)는 수직으로 지향된다. 이 경우, 케이싱(9) 자체는 레일 트랙 또는 모노레일을 따라 이동한다. 자기 베어링에 의해 가이드 벨트(1)를 따라 케이싱(9)을 이동시키는 것이 가능하다(도 8).
바람 및 케이싱(9)에 대한 풍력 에너지 수신기(10)의 지향 구동기(미도시)는 작동 알고리즘을 갖는 제어 시스템을 포함하며, 바람 에너지 수신기(10)에 바람이 불어올 때, 바람에 의해 생성된 힘들을 변경하고, 케이싱(9)에 견고하게 장착된 전기 생성기(6) 뿐만 아니라 풍력 에너지 수신기(10)의 지향 구동을 사용한다. 풍력 에너지 수신기(10)의 지향 구동기는, 서보 구동의 형상으로 만들어질 수 있다.
이 경우, 전기 생성기(6)는 접촉 가이드(3)와 전자기적으로 상호 작용하는 선형 전기 생성기(도 5)의 이동 가능한 파트일 수 있고, 선형 생성기의 이동 가능한 파트는 톱니(5)에 권선들을 갖는 짧은 레일의 형상으로 만들어지고, 모듈이 접촉 가이드(3)와 전자기적 상호 작용을 통해 이동하고, 연자성 강철로 만들어진 레일 형상으로 만들어진 접촉 장치(8)들을 통해 네트워크 와이어(7)들로 전기를 전달할 때, 전기를 생성한다. 또한, 전기 생성기(6)는 회전 타입 전기 생성기(도 6)일 수 있고, 힘 상호 작용은 기계적이고, 기계적인 힘 상호 작용은 기어(14)를 갖는 고정 기어 레일(13)의 형상으로 만들어진 기어 변속-롤링 접촉 레일에 의해 수행되고, 연자성 강철로 만들어진 레일의 형상의 접촉 장치(8)들을 통해 와이어(7)들을 통해 네트워크로 전기를 전달한다. 전기 생성기(6)는 또한 베인-인덕터(vane-inductor) 타입 생성기의 형상으로 만들어질 수 있다.
어느 경우에나, 제어 시스템은 전기 생성기(6)와 접촉 가이드(3)의 힘 상호 작용을 변경할 수 있다. 제어 시스템은 전기 생성기(6)를 모터 모드로 전환할 수 있다.
제어 시스템은 센서들로부터 정보를 수신하고, 정보를 이용하는 알고리즘에 따라 풍력 에너지 수신기(10)의 구동 지향의 수단에 의해 풍력 에너지 수신기(10)를 최적의 방식으로 지향할 수 있다. 케이싱(9) 상에 장착된 풍속 센서 및 풍향 센서(미도시)와 같은 센서들을 사용할 수 있다. 또한, 제어 시스템은 풍력 에너지 수신기(10)의 방향을 변경하기 위해 보조 공력 제어기(미도시)를 포함할 수 있다. 알고리즘에 의해 지정된 풍속을 초과하는 경우, 제어 시스템은 바람에 대한 풍력 에너지 수신기(10)의 설정 각도들을 베인 모드로 전달까지 변경함으로써, 공력 힘들을 감소시킬 수 있다.
제어 시스템은 풍속에 따라 최적의 공력 프로파일과 날개 면적을 설정할 수 있다.
풍력 에너지 전환 시스템 내의 모듈들을 다음과 같이 작동한다.
공력 힘은 바람이 모듈들에 장착된 풍력 에너지 수신기(10)들에 불어올 때 생성한다. 이 힘들은 모듈들을 가이드 벨트(1)를 따라 이동시키고, 풍력 에너지 수신기(10)는, 바람의 방향에 따라, 가이드 벨트의 각각의 섹션에서 최고의 추력을 생성하기 위해 바람의 방향으로 지속적으로 지향된다. 전기 생성기(6)는 접촉 가이드(3)와 상호 작용하고, 가이드 벨트(1)에 연결된다. 생성기(6) 및 접촉 가이드(3)의 상호 작용으로부터 생성하는 힘에 의해 수행된 작업의 결과로서, 생성기(6)는 전류를 생성하고, 가이드 벨트(1)를 따라 배치된 네트워크로 전송된다. 여기서, 생성된 전기의 파라미터에 따라, 생성기(6)는 실제로 풍력의 영향 하에서 모듈을 이동시키기 위한 브레이크이기 때문에, 제어 시스템은 모듈 자체의 속도를 지속적으로 제어한다.
제어 시스템은 특정 시간에 가이드 벨트(1)에 표시되는 모듈들의 수를 제어한다. 예를 들어, 모듈의 진단 또는 유지 관리를 위해, 전체 시스템을 종료하지 않고 주어진 시간에 모든 모듈을 제거한다. 이를 위해, 예비적으로, 벨트(1)의 섹션은 폐쇄된 윤곽선을 따르는 이동에서, 필요한 모듈의 현재 위치를 고려하여, 저장소의 다음 섹션으로 전환된다. 현재 또는 이 지역의 풍력 에너지가 그러한 운동에 충분하지 않은 경우, 전기 생성기(6)는 모터 모드로 전송되어 네트워크로부터 전기를 소비한다. 마찬가지로, 진단 또는 제설과 같은 특수한 목적 모듈이 가이드 벨트(1) 상에 가이드된다. 일반적인 경우, 시스템의 작동은 가이드 벨트(1), 생성기(6), 그들의 특정한 경우에 가이드 벨트(1)에 베어링되는 모듈의 타입이 얼마나 정확하게 만들어지는 지에 의존하지 않는 점에 유의해야 한다.
Claims (23)
- 가이드 벨트를 따라 이동하는 케이싱;
상기 케이싱 상에 장착되는 적어도 하나의 풍력 에너지 수신기;
바람에 대한 상기 풍력 에너지 수신기 및 케이싱의 지향 구동기;
제어 시스템; 및
상기 가이드 벨트를 따라 상기 케이싱의 이동 동안, 그리고 상기 가이드 벨트에 관한 접촉 가이드와의 힘 상호 작용 동안, 전기 에너지를 생성하는 전기 에너지 생성 장치를 포함하고,
상기 제어 시스템은 상기 전기 에너지 생성 장치의 제동 힘을 변경함으로써 모듈들의 속도를 변경하는 풍력 에너지 전환 모듈. - 제 1 항에 있어서,
상기 풍력 에너지 수신기는 날개 프로파일의 형상으로 만들어지는 풍력 에너지 전환 모듈. - 제 1 항에 있어서,
상기 풍력 에너지 수신기는, 변경되는 공력 프로파일을 갖는 날개 형상으로 만들어지거나, 및/또는 변경되는 면적 프로파일을 갖는 날개의 형상으로 만들어지는 풍력 에너지 전환 모듈. - 제 1 항에 있어서,
상기 풍력 에너지 수신기는 적어도 하나의 돛 형상으로 만들어지는 풍력 에너지 전환 모듈. - 제 2 항에 있어서,
상기 풍력 에너지 수신기는, 메인 프로파일 및 적어도 하나의 경사 플랩을 구비하는 복합 공력 프로파일을 갖는 날개의 형상으로 만들어지는 풍력 에너지 전환 모듈. - 제 1 항에 있어서,
상기 풍력 에너지 수신기는 그 중간 파트로 상기 케이싱에 부착되어, 바람이 불어올 때, 풍력 에너지 수신기로부터 상기 케이싱 상에 외팔보 하중이 보상되는 풍력 에너지 전환 모듈. - 제 1 항에 있어서,
상기 모듈이 상기 가이드 벨트를 따라 수평으로 이동할 때, 상기 풍력 에너지 수신기는 수직으로 지향되는 풍력 에너지 전환 모듈. - 제 1 항에 있어서,
상기 모듈이 상기 가이드 벨트를 따라 수직으로 이동할 때, 상기 풍력 에너지 수신기는 수평으로 지향되는 풍력 에너지 전환 모듈. - 제 1 항에 있어서,
상기 케이싱은 레일 트랙을 따라 또는 모노레일을 따라 이동하는 풍력 에너지 전환 모듈. - 제 1 항에 있어서,
상기 가이드 벨트를 따라 상기 케이싱을 이동시키는 것은 자기 베어링에 의해 구현되는 풍력 에너지 전환 모듈. - 제 1 항에 있어서,
상기 전기 에너지 생성 장치는 회전 타입의 전지 에너지 생성 장치이고, 상기 가이드 벨트에 관한 접촉 가이드와의 힘 상호 작용은 기계적인 풍력 에너지 전환 모듈. - 제 1 항에 있어서,
상기 전기 에너지 생성 장치는 선형 전기 생성기의 이동 가능한 파트이고, 상기 가이드 벨트에 관한 접촉 가이드와의 힘 상호 작용은 전자기적인 풍력 에너지 전환 모듈. - 제 12 항에 있어서,
상기 선형 전기 생성기의 이동 가능한 파트는 짧은 레일의 형상으로 만들어져서, 상기 모듈이 톱니 상에 있는 권선들과 연자성 강철의 레일의 형상으로 만들어진 접촉 가이드와의 전자기적인 상호 작용에 의해 움직일 때, 전기를 생성하는 풍력 에너지 전환 모듈. - 제 13 항에 있어서,
상기 제어 시스템은, 상기 접촉 가이드의 짧은 레일 및 기어 레일의 톱니를 편향시키는 전기 제어 모듈을 포함하는 풍력 에너지 전환 모듈. - 제 11 항에 있어서,
기계적인 힘 상호 작용은, 고정된 기어 레일의 형상으로 만들어진 접촉 가이드와 기어에 의해 형성되는 기어링에 의해 수행되는 풍력 에너지 전환 모듈. - 제 1 항에 있어서,
상기 전기 에너지 생성 장치는, 베인-인덕터 타입 생성기의 형상으로 만들어지는 풍력 에너지 전환 모듈. - 제 1 항에 있어서,
상기 제어 시스템은 상기 전기 에너지 생성 장치를 모터 모드로 전달하는 풍력 에너지 전환 모듈. - 제 1 항에 있어서,
상기 케이싱에는 풍속 센서 및 풍량 센서가 설치되는 풍력 에너지 전환 모듈. - 제 18 항에 있어서,
상기 제어 시스템은 센서들로부터 정보를 수신하고, 상기 센서들로부터의 정보를 사용하는 알고리즘에 따라, 풍력 에너지 수신기의 구동 방향에 의해 풍력 에너지 수신기를 최적의 방식으로 지향시키는 풍력 에너지 전환 모듈. - 제 19 항에 있어서,
상기 풍력 에너지 수신기의 구동은 서보 구동인 풍력 에너지 전환 모듈. - 제 19 항에 있어서,
상기 제어 시스템은 상기 풍력 에너지 수신기의 지향을 변경하기 위한 보조 공력 제어기를 포함하는 풍력 에너지 전환 모듈. - 제 19 항에 있어서,
상기 제어 시스템은 공력 프로파일을 변경, 및/또는 베인 모드로 전달할 때까지 날개의 면적을 변경하는 풍력 에너지 전환 모듈. - 제 1 항에 있어서,
상기 케이싱은 상기 가이드 벨트 및 접촉 가이드를 세정하기 위한 장착된 제설 장비를 포함하는 풍력 에너지 전환 모듈.
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