KR20210095838A - 풍력터빈과 에너지저장장치 및 발전체를 이용한 1차 에너지의 증산 시스템 - Google Patents

풍력터빈과 에너지저장장치 및 발전체를 이용한 1차 에너지의 증산 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시 예에 의하면, 풍력터빈과 에너지저장장치 및 발전체를 이용한 1차에너지의 증산시스템을 가동하기 위해 상기 풍력터빈(112)과 제1발전동체(111)를 통해 전력이 상기 제1배터리팩(110)에 저장되도록 구성하고, 상기 제2발전동체(112)와 상기 제1배터리팩(110) 사이에 설치되어 전력을 변환하는 상기 제1컨버터(113) 등을 상기 입력부(101a,101b)로 구성하며;
ESS(120)와 제1인버터(123)를 통해 인가된 전력을 상기 전동모터(131)에 공급하며,
상기 제2발전동체(122)와 상기 ESS(120) 사이에 설치되어 전압을 입력전압으로 변환하는 상기 제2컨버터(114)를 구성하며, 상기 ESS(120)로부터 제2인버터(124)를 통해서 Grid로 연결하여 풍력터빈과 에너지저장장치 및 발전체를 이용한 1차에너지의 증산시스템을 가동함으로써 친환경적인 에너지의 재사용 및 에너지증산의 효율성을 제공한다.

Description

풍력터빈과 에너지저장장치 및 발전체를 이용한 1차 에너지의 증산 시스템{Primary energy production system using wind-power energy, ESS and generator}
본 발명은 풍력터빈과 에너지저장장치 및 발전체를 이용한 1차에너지의 증산시스템에 관한 것으로, 기존의 풍력 에너지(Wind-power)와 에너지 저장장치(ESS)를 이용한 발전량의 한계를 극복하고자 무부하 회전저항의 특징을 가지는 발전체를 이용하여 저장되는 1차에너지를 재사용 하여 2차에너지로 증산하고자 하는 하이브리드 에너지 증산시스템에 관한 것이다.
일반적으로 종래의 일반적인 풍력 에너지와 에너지 저장장치를 이용한 발전시스템은 바람의 상태와 기후환경에 의해 발전량의 한계가 있다.
따라서 1차 에너지원을 재사용하여 증산해주는 시스템이 필요하여 기 발명된 ‘2개의 회전자를 이용하는 발전기(특허101955030)’와 기존의 풍력 에너지 및 에너지 저장장치의 융합을 이용하여 친환경적인 전력생산 및 증산시스템을 제공하기 위함이다.
본 발명의 목적은 풍력터빈(wind turbine), 제1발전동체(1st Generator), 제2발전동체(2nd Generator), 제1차배터리팩(1st Battery Pack), 에너지저장장치(ESS), Controller, 전동모터, 인버터(Invertor), 컨버터(Convertor)를 융합하여 에너지생산 효율을 극대화할 수 있는 하이브리드 전력생산 및 증산시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 실시 예에 의하면, 본 시스템은 전원공급부에 풍력터빈(wind turbine)과;
풍력터빈(wind turbine)과 결합되는 제1발전동체와;
제1발전동체와 결합되는 제1컨버터와;
제1컨버터와 결합되는 제1배터리팩과;
제1배터리팩과 연결되어 에너지를 점핑(jumping) 및 승압(busting)시키는 부스터와;
부스터와 연결되는 ESS(에너지저장장치)와;
ESS와 연결되는 제1인버터와;
제1인버터로부터 전원을 공급받는 전동모터와;
전동모터로 구동되는 제2발전동체와;
제2발전동체와 연결되는 제2컨버터(Convertor)와;
제2컨버터(Convertor)와 연결되는 ESS와;
ESS로부터 전력을 Grid에 연결하기 위한 제2인버터 및;
외부전원과 전원제어부 및 지능형통합제어부를 구비한다.
이 때 전동모터의 전기 에너지의 입력값을 제2발전동체의 전기 에너지의 출력값에 비하여 1/1~1/10의 낮은 수준으로 구성하며, 기계적인 토크는 회전저항이 미미한 발전기(특허101955030)를 이용하여 전동모터의 기계적인 출력토크 값을 제2발전동체의 기계적인 입력토크 값과 동일하게 구성하거나 조금 더 크게 구성할 수도 있다.
따라서 전동모터의 전기에너지의 입력값에 비해서 제2발전동체의 전기에너지의 출력값이 크게 나타난다.
본 발명의 실시 예에 의하면 풍력터빈과 제1발전동체 및 제1컨버터를 이용하여 제1배터리팩에게 1차에너지를 저장하고, 부스터를 이용하여 제1배터리팩으로부터 용량이 더 큰 ESS로 1차에너지를 점핑(jumping) 및 승압(busting)하며, ESS로부터 전원을 공급받는 전동모터로 제2발전동체를 구동시켜 생성된 2차에너지를 ESS에 다시 피드백하여 저장해주는 일시적인 하이브리드 전력생산 및 증산시스템이 구성된다.
이는 에너지보존법칙에 위반된다고 볼 수가 있으나, 최초에 입력되는 작은 전기적 1차에너지가 전동모터 기계적 1차에너지로 사용됨과 동시에 회전저항이 없는 제2발전동체에게도 동일한 토크가진 기계적 2차에너지로 사용되어, 결국 출력이 큰 전기적 2차에너지가 제2발전동체로부터 생산되는 획기적인 방법으로써 에너지저장장치를 이용하는 경우에는 부하를 매우 적게 받는 매우 유용한 시스템이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 구조를 나타내는 블록도
도 2는 도 1에 도시한 전원제어부의 블록도
도 3은 2개의 회전자를 이용하는 발전기의 평면도
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예로 첨부된 도 1 내지 도 2를 참고하여 더욱 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 풍력터빈과 에너지저장장치 및 발전체를 이용한 1차 에너지의 증산시스템의 구조를 나타내는 블록도이다.
전원공급부(100)는 풍력터빈(112)과 제1발전동체(111) 및 제1컨버터(113)와;
제1배터리팩(110)과 부스터(118) 및 ESS(120)과;
제1인버터(123) 및 제2인버터(124)와;
전동모터(131)와 제2발전동체(122)와
충전기를 포함한 외부전원(119); 및
전원제어부(150)와 지능형 통합제어부(300)를 구비한다.
또한, 구성방법으로는 상기 풍력터빈(112)은 상기 제1발전동체(111)와 상기 제1컨버터(113)를 통해서 상기 제1배터리팩(110)에 1차에너지를 저장한다.
상기 제1배터리팩(110)에 저장된 1차에너지는 상기 부스터(118)를 통해서 상기 ESS(120)에 공급하도록 구성된다.
상기 ESS(120)는 제1인버터(113)를 통해서 상기 전동모터(131)와 결합되어 상기 제2발전동체(122)를 구동한다.
상기 제2발전동체(122)에서 생산된 전력은 제2컨버터(114)를 통해 상기 ESS(120)에 2차에너지로 저장된다.
또한, 상기 ESS(120)에 저장된 2차에너지는 제2인버터(124)를 통해서 Grid(On & Off)와 연결되어 소비자에게 일정부분을 공급한다.
그리고 충전기를 포함한 상기 외부전원(119)은 비상충전을 위해 상기 제1배터리팩(110)과 결합된다.
상기 제1발전동체(111) 및 상기 제2발전동체(122)는 교류발전용 또는 직류발전용으로 선택하여서 구성할 수 있다.
도 2는 도 1에 도시한 전원제어부(150)를 나타내는 블록도이다.
상기 제1발전동체(111) 및 상기 외부전원(119)을 통해 전압이 상기 제1배터리팩(110)에 저장되는 제1입력부(101a)와;
상기 제2발전동체(122)로부터 상기 ESS(120)로 저장되는 제2입력부(101b)와;
상기 ESS(120)로부터 상기 제2인버터(124)에 의해서 on-grid 또는 off-grid로 공급되는 출력부(102)로 구성된다.
또한, 상기 입력부(101a,101b)와 상기 출력부(102)를 제어하는 전원제어부(150)를 구성하며, 상기 전원제어부(150)는 지능형통합제어부(300)의 제어를 받도록 구성한다.
본 발명의 도 1내지 도 2의 기능을 보면,
상기 풍력터빈(112)에 의해 구동되는 상기 제1발전동체(111)는 상기 제1컨버터(113)에 의해서 상기 제1배터리팩(110)에 1차에너지로 저장되며,
상기 제1배터리팩(110)의 1차에너지를 부스터(118)로 상기 ESS(120)에 점핑 및 승압시켜주며,
승압된 상기 ESS(120)의 1차에너지를 이용하여 제1인버터(123)를 통해서 상기 전동모터(131)가 구동되면 상기 제2발전동체(122)를 통해서 발생한 전력이 제2컨버터(114)를 경유하여 상기 ESS(120)에 다시 2차에너지로 생산되어 저장된다.
따라서 한시적으로 2차에너지가 상기 ESS(120)에서 상기 전동모터(131)에 전력이 공급되고, 상기 제1인버터(123)를 통해서 상기 전동모터(131)가 상기 제2발전동체(122)를 가동시켜 상기 ESS(120)에 수차례 2차에너지가 저장되도록 하여 한시적인 에너지 재생산 리사이클링을 제공한다.
2차에너지의 저장량은 발전 플랜트의 구성 및 기타 조건에 따라서 출력값을 다르게 구성할 수 있으며,
잉여 생산된 상기 ESS(120)의 전력은 상기 제2인버터(124)에 의해서 on-grid 또는 off-grid를 이용하여 소비자에게 일정부분을 공급한다.
이러한 동작원리를 만들기 위해서는 상기 전동모터(131)의 1차 전기에너지의 입력값을 상기 제2발전동체(122)의 2차 전기에너지의 출력값에 비하여 매우 낮은 수준(예를 들면, 1/2 내지 1/10)으로 구성을 하면서도 상기 전동모터(131)의 기계적인 출력토크 값을 상기 제2발전동체(122)의 기계적인 입력토크 값에 비하여 동일하거나 또는 조금 더 높게 구성할 수도 있다.
이는 에너지보존법칙에 위반된다고 볼 수가 있으나, 최초에 입력되는 작은 전기적 1차에너지가 상기 전동모터(131) 기계적 1차에너지로 사용됨과 동시에 회전저항이 없는 상기 제2발전동체(122)에게도 동일한 토크가진 기계적 2차에너지로 사용되어, 결국 출력이 큰 전기적 2차에너지가 상기 제2발전동체(122)로부터 생산되는 획기적인 방법으로써 에너지 저장장치를 이용하는 경우에는 부하를 매우 적게 받는 매우 유용한 시스템이다.
상기 외부전원(119)은 충전기에 의해서 상기 제1배터리팩(110)에 전력을 저장할 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조로 본 발명의 풍력터빈과 에너지저장장치 및 발전체를 이용한 1차에너지의 증산시스템에 대하여 설명하였지만, 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 수정, 변경 및 다양한 변형실시예가 가능할 것이다. 그러므로 본 발명의 보호 범위는 변화나 변경 예 또는 조절 예를 모두 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 풍력터빈과 에너지저장장치 및 발전체를 이용한 1차 에너지의 증산시스템
100: 전원공급부
101a: 제1입력부 101b: 제2입력부
110: 제1배터리팩(1st battery pack)
111: 제1발전동체
113: 제1컨버터 114: 제2컨버터
118: 부스터 119: 외부전원
120: ESS
122: 제2발전동체 123: 제1인버터 124: 제2인버터
131: 전동모터
150: 전원제어부
300: 지능형 통합제어부

Claims (6)

  1. 풍력터빈 에너지저장장치 및 발전체를 이용한 1차에너지의 증산시스템(1);
    풍력터빈(111)으로부터 구동되는 제1발전동체(111);
    상기 제1발전동체(111)와 상기 제1배터리팩(110)을 연결하는 상기 제1컨버터(113)와;
    상기 제1발전동체(111)로부터 상기 제1컨버터(113)를 통하여 전력을 공급받는 제1배터리팩(110);
    상기 제1배터리팩(110)과 ESS(120)를 연결하는 부스터(118)와;
    상기 제1배터리팩(110)에 저장된 에너지를 상기 부스터(118)로 점핑 및 승압을 받는 상기 ESS(120)와;
    상기 ESS(120)으로부터 제1인버터(123)를 경유하여 구동되는 전동모터(131)와;
    상기 전동모터(131)에 의해 구동되는 제2발전동체(122)와;
    상기 제2발전동체(122)로부터 상기 ESS(120)에 2차에너지를 저장시키기 위해 연결되는 제2컨버터(114); 및
    상기 ESS(120)에 저장된 에너지를 상기 제2인버터(124)를 통하여 Grid로 연결하는 것을 특징으로 하는 풍력터빈과 에너지저장장치 및 발전체를 이용한 1차에너지의 증산시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전동모터(131)의 전기에너지의 입력값을 상기 제2발전동체(122)의 전기에너지의 출력값에 보다 낮은 수준으로 구성을 하며, 상기 전동모터(131)의 기계적인 출력토크 값을 상기 제2발전동체(122)의 기계적인 입력토크 값에 비하여 동일하거나 또는 조금 더 높게 구성하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력터빈과 에너지저장장치 및 발전체를 이용한 1차에너지의 증산시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    구동원리를 살펴보면 상기 풍력터빈(112)과 제1발전동체(111)로부터 생산된 에너지는 상기 제1컨버터(113)에 의해서 상기 제1배터리팩(110)에 1차에너지로 저장되며, 상기 제1배터리팩(110)의 1차에너지를 상기 ESS(120)에 점핑 및 승압시켜주며, 승압된 상기 ESS(120)의 1차에너지를 이용하여 제1인버터(123)를 통해서 상기 전동모터(131)가 구동되면 상기 제2발전동체(122)를 통해서 발생한 전력이 제2컨버터(114)를 경유하여 상기 ESS(120)에 다시 2차에너지로 증산되어 저장하게 되며;
    그러므로 한시적으로 2차에너지가 상기 ESS(120)에서 상기 전동모터(131)에 전력이 공급되고, 상기 제1인버터(123)를 통해서 상기 전동모터(131)가 상기 제2발전동체(122)를 가동시켜 상기 ESS(120)에 수차례 2차에너지가 저장되도록 하여 한시적인 에너지재생산 리사이클링을 제공하게 되며;
    잉여 생산된 상기 ESS(120)의 전력은 상기 제2인버터(124)에 의해서 on-grid 또는 off-grid를 이용하여 소비자에게 일정부분을 공급하는 것을 특징으로 하는 풍력터빈과 에너지저장장치 및 발전체를 이용한 1차에너지의 증산시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1발전동체(111)와 상기 제2발전동체(122)는 교류발전용 또는 직류발전용으로 선택하여서 구성할 수 있도록 구성하는 것을 특징으로 하는 풍력터빈과 에너지저장장치 및 발전체를 이용한 1차에너지의 증산시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 풍력터빈(112) 및 상기 외부전원(119)을 통해 전압이 상기 제1배터리팩(110)에 저장되는 상기 제1 입력부(101a)와;
    상기 제2발전동체(122)로부터 상기 ESS(120)으로 저장되는 상기 제2 입력부(101b)와;
    상기 ESS(120)로부터 상기 전동모터(131) 및 제2인버터(124)로 공급되는 상기 출력부(102)와;
    상기 입력부(101a,101b)와 상기 출력부(102)를 제어하는 상기 전원제어부(150); 및
    상기 전원제어부(150)가 지능형통합제어부(300)의 제어를 받도록 구성하는 것을 특징으로 하는 풍력터빈과 에너지저장장치 및 발전체를 이용한 1차에너지의 증산시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    각 기기의 컨디션이 이미 설정된 수치 이상의 입출력 값이 인가될 경우는 상기 전원제어부(150)를 통합관리 하는 상기 지능형 통합제어부(300)를 통해 입출력을 조정하는 것을 특징으로 하는 풍력터빈과 에너지저장장치 및 발전체를 이용한 1차에너지의 증산시스템.
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