KR20220101181A

KR20220101181A - 풍력 터빈

Info

Publication number: KR20220101181A
Application number: KR1020227020870A
Authority: KR
Inventors: 토르벤 라데가드 바운; 니엘스 빈테르 보이그트
Original assignee: 베스타스 윈드 시스템스 에이/에스
Priority date: 2019-11-22
Filing date: 2020-11-20
Publication date: 2022-07-19
Also published as: JP2023503456A; US20220389907A1; EP4062057A1; CN114729625A; WO2021098929A1

Abstract

풍력 터빈은 풍력 터빈 타워에 연결된 나셀을 형성하도록 조립된 적어도 2개의 개별 유닛을 포함한다. 두 개의 유닛 중 제1 유닛은 회전자 지지 조립체와 발전기를 수용한다. 큰 유연성과 재구성 능력을 가능하게 하기 위해, 두 개의 유닛 중 제2 유닛은 발전기에 의해 구동되는 전기분해 전지 스택을 수용한다.

Description

풍력 터빈

본 발명은 풍력 터빈 타워에 연결된 나셀을 형성하도록 조립된 적어도 2개의 개별 유닛을 포함하는 풍력 터빈에 관한 것으로, 2개의 유닛 중 제1 유닛은 회전자-지지 조립체를 수용한다.

또한, 본 발명은 풍력 터빈을 사용하기 위한 방법에 관한 것이다.

일반적으로 풍력 터빈은 전력망에 전력을 생산했다. 전력 수요의 변화로 인해 전력이 항상 원하는 출력인 것은 아니다.

본 발명 내용의 실시예의 목적은 풍력 터빈으로부터의 대안적인 전력 출력을 제공하는 것이다.

본 발명 내용은 나셀을 형성하도록 조립된 적어도 2개의 개별 유닛을 포함하는 풍력 터빈을 제공하며, 여기서 2개의 유닛 중 제2 유닛은 발전기에 의해 전력을 공급받는 전기분해 전지 스택을 수용한다.

전기분해 전지 스택은 별도의 장치에 보관되므로, 전력 변환을 위해 다른 수단으로 교체하거나 서비스 등을 위해 회전자 지지 조립체 및 발전기로부터 분리할 수 있다.

제1 유닛 및 제2 유닛의 예는 임의의 크기 및 형상의 유닛을 포함하고 조립되도록 구성된다.

제2 유닛 및/또는 제1 유닛은 선적 화물 컨테이너의 크기 및 형상과 유사하거나 동일한 크기 및/또는 외부 형상으로 형성될 수 있다. 따라서, 각 유닛은 취급, 운송 및 보관과 관련하여 화물 컨테이너 선적의 이점을 가지고 있다. 예를 들어, 선적 화물 컨테이너는 선박, 기차, 트럭 등으로 전 세계 어디에서나 처리할 수 있으며 대량 또는 특수 운송에 비해 저렴한 비용으로 처리할 수 있다.

비용 절감은 제1 유닛 또는 제2 유닛이 운송 화물 컨테이너일 때 더욱 두드러진다. 선적화물 컨테이너는 복합 컨테이너, 표준화물 컨테이너, 박스 컨테이너, 해상화물 컨테이너 또는 ISO 컨테이너라고도 하며, 일반적으로 대륙간 교통을 위한 컨테이너화된 전 세계 복합 운송 시스템에서 자재 및 제품을 저장하고 이동하는 데 사용되는 컨테이너를 말한다. 선적화물 컨테이너는 ISO 668:2013 시리즈 1 화물 컨테이너에 대한 ISO 표준의 치수 및 구조 사양을 따를 수 있다.

제 1 유닛 및 제 2 유닛은 회전축의 방향으로 차례로 대향하게 되듯이 회전자-지지 조립체에 의해 정의된 회전축으로부터 반경 방향으로 멀어지는 방향으로 나란히 배치될 수 있다.

상기 나셀은 타워에 의해 직접 운반되거나 중간 타워 구조를 통해 타워에 의해 간접적으로 운반될 수 있다. 풍력 터빈이 전통적인 수평축 유형인 경우, 상기 나셀은 일반적으로 타워 상단과 나셀 사이의 요잉 배치에 의해 운반된다.

그러나 본 발명은 또한 하나 이상의 나셀이 타워에 의해 다시 운반되는 횡단 빔 구조에 의해 운반되는 종류의 다중 회전자 풍력 터빈에 관한 것일 수 있다.

본 발명은 업윈드 풍력 터빈 또는 다운윈드 풍력 터빈에 관한 것이다.

풍력 터빈은 일반적으로 나셀 외부에 발전기가 있는 직접 구동 풍력 터빈일 수 이거나, 풍력 터빈은 발전기가 메인 유닛에 있는 것일 수 있다.

풍력 터빈의 유형에 따라, 유닛(들)은 추가 부품, 예를 들어 기어 박스, 베어링 시스템 및 윤활, 냉각 및 제어 목적을 위한 다양한 종류의 주변 장비를 포함할 수 있다.

상기 냉각 시스템은, 예를 들어, 구동계의 냉각 또는 전기분해 전지 스택의 냉각 간에 전환하도록 배치된 스위치를 사용하여 구동계 및/또는 전기분해 전지 스택의 구성요소를 냉각하도록 작동할 수 있다. 이러한 스위치는 구동계 및/또는 전기분해 전지 스택의 냉각 필요성에 기초하여, 예를 들어 구동계 및/또는 전기분해 전지 스택에 배치된 온도 센서를 사용하여 자동으로 작동할 수 있다.

제3 유닛은 하나 또는 두 개의 개별 유닛으로 조립될 수 있다. 제3 유닛은 예를 들어 발전기와 전력망 사이에 연결된 전력 변환 조립체를 포함할 수 있다. 이러한 전력 변환 조립체는 하나 이상의 작동 구성요소, 예를 들어 변환기, 변압기, 스위치 기어 또는 발전기로부터의 전력을 수용자에게 적합한 형태로 변환하는 것과 관련된 다른 구성요소를 포함할 수 있다.

전기 에너지의 경우, 전력 변환 조립체는 예를 들어 외부 전력 그리드에 발전기를 연결하도록 구성될 수 있다. 그 경우, 전력 변환 조립체는 예를 들어 변환기, 변압기 및/또는 스위치 기어로 구성될 수 있다. 이러한 구성 요소는 전력 변환 조립체에 포함될 수 있다.

예를 들어, 발전기는 비동기식 또는 동기식 발전기일 수 있으며, 변환기 전압은 때때로 고정자 전압이라고 하는 발전기 전압과 동일한 범위에 있을 수 있다.

다른 예에서, 상기 발전기는 이중 급전 유도 발전기(DFIG: doubly fed induction generator)일 수 있다. 이 경우 변환기의 전압은 발전기 고정자 전압과 다를 수 있다. 상기 변환기는 발전기 회전자에 연결되며 일반적으로 고정자 전압보다 같거나 낮은 전압이다.

저전압은 예를 들어 최대 1000V의 전압으로 간주될 수 있다. 중간 전압으로서 1KV에서 약 60kV의 전압이 고려될 수 있다. 발전기 전압은 저전압 또는 중전압일 수 있다.

일 실시예에서, 제2 유닛 및 제3 유닛은 제1 유닛의 대향 측면에 배치된다. 그 실시예에서, 제2 유닛 및 제3 유닛은 ISO 668:2013 시리즈 1 화물 컨테이너에 대한 ISO 표준의 치수 및 구조 사양에 따르며 컨테이너의 두 개의 절반 부분이 운송 중에 하나의 컨테이너를 형성하도록 조립되고 제1 유닛의 반대쪽에 배치되도록 두 개의 유닛으로 분할될 수 있도록 배치된 하나의 선적 화물 컨테이너의 절반 크기를 가질 수 있다. 상기 컨테이너는 특히 컨테이너의 길이 방향, 즉 컨테이너의 가장 긴 방향으로 연장되는 경계면에서 분할될 수 있다.

제1 유닛과 제2 유닛은 유닛 고정 구조에 의해 계면에서 조립된다. 유닛 고정 구조는 예를 들어 서비스 또는 교체를 위해 타워 상단에 제1 유닛이 조립된 후 나중에 제1 유닛에서 제2 유닛을 해제하는 데 적합할 수 있다. 그 목적을 위해, 유닛 고정 구조체는 제1 유닛 및 제2 유닛 상에 상호 체결 구조 특징부를 포함할 수 있다. 이러한 상호 체결 구조 특징부의 예는 제1 및 제2 유닛 중 하나의 돌출부 및 제1 및 제2 유닛 중 다른 하나의 오목부 또는 구멍일 수 있으며, 상기 유닛 고정 구조체는 제1 유닛 및 제2 유닛의 해제 가능한 결합을 허용하는 볼트 인터페이스를 형성할 수 있으며 또는 상기 제2 유닛은 서비스, 구성 요소 교체 또는 지면과 나셀 사이에서 구성 요소 및 인력 운송을 위해 제2 유닛이 지상으로 내릴 수 있는 케이블에 의해 제1 유닛의 일정 위치에 고정될 수 있다. 일 실시예에서, 유닛 고정 구조체는 제2 유닛이 제1 유닛에 근접하게 하강될 때 제2 유닛이 제1 유닛에 의해 수용될 수 있도록 구성된다. 이러한 유닛 고정 구조체는 후크에 의해 구성되거나, 제1 유닛과 제2 유닛에 맞물리는 구조로 구성될 수 있다.

전기분해 전지 스택은 일반적으로 발전기의 전력을 사용하여 물 및/또는 이산화탄소를 화학 물질, 예를 들어 수소 또는 일산화탄소로 변환할 수 있으며, 다른 장치 또는 구조체에는 전기분해 생성물을 메탄올 또는 암모니아 또는 기타 화학 물질로 변환하는 화학 합성 시설이 포함될 수 있다. 물은 물 공급 장치로부터 전기분해 시스템으로의 유체 흐름을 용이하게 하는 유체 공급 장치 조립체를 통해 공급될 수 있다. 탄소 또는 질소 기반 수소 운반체의 경우, CO2 또는 N2가 배관을 통해 공급되거나 나셀 주변의 공기에서 포집될 수 있다.

상기 제1 유닛은 전기분해 전지 스택에서 수용부로의 흐름을 촉진하는 유체 또는 가스 전달 조립체를 수용할 수 있다. 한 실시예에서, 전기분해 전지 스택에 의해 생성된 화학 물질은 유체 또는 액체 전달 조립체에 의해 예를 들어 제1 유닛을 통해 타워로 수송될 수 있다.

제2 유닛은 제1 유닛으로부터 해제될 수 있다. 이 실시예에서, 유체 공급 조립체 및 유체 전달 조립체는 2개의 유닛 사이의 인터페이스에서 분리를 용이하게 할 수 있다. 공급 해제 구조체 또는 전달 해제 구조체는 예를 들어 전기분해 전지 스택에 대한 유체 공급 조립체의 해제 가능한 연결을 용이하게 하고 제2 유닛이 다른 풍력 터빈에서 사용하기 위해 부착되는 경우 재조립을 허용할 수 있다.

제3 유닛에 수용된 전력 변환 조립체는 변압기, 변환기, 배터리, 기체-액체 분리 장비, 냉각기, 펌프, 압력 조절기 및 스위치 기어로 구성된 그룹에서 선택되는 작동 부품을 포함한다.

상기 제1 유닛은 특히 예를 들어 요잉 장치를 통해 풍력 터빈 타워에 연결될 수 있다. 상기 제1 유닛은 회전자-지지 조립체를 수용할 수 있다.

상기 제2 유닛은 제1 유닛을 통해 풍력 터빈 타워에 연결될 수 있다.

상기 제2 유닛은 제1 유닛을 통해 풍력 터빈 타워에 연결되고 전기분해 전지 스택을 포함하지만, 전기분해 전지 스택은 제1 유닛에 직접 연결될 수 있다. 이러한 방식으로 제1 유닛는 전기분해 전지 스택에서 타워로 로드 경로를 형성한다. 상기 제1 유닛은 예를 들어 회전자-지지 조립체를 유지하는 메인 프레임을 포함할 수 있고, 전기분해 전지 스택은 메인 프레임에 직접 연결될 수 있다.

상기 제1 및 제2 유닛은 유닛 중 하나를 유닛 중 다른 하나로부터 기밀하게 격리하도록 배치될 수 있다. 선택된 하나의 서브 유닛에서 이러한 기밀 격리는 몇 가지 이점을 가질 수 있다. 하나의 유닛은 밀폐되어 있을 수 있는 반면, 인접 장치는 개방되어 있어, 예를 들어 화재의 경우 신속한 압력 감소가 가능하게 된다. 유닛들 사이의 접근 도어는 밀폐될 수 있다.

일 실시예에서, 제1 유닛 및 제2 유닛은 공기가 예를 들어 나셀 아래에서 나셀 위로, 간극을 통해 통과하도록 하는 간극을 형성하는 계면에서 결합된다. 이러한 간극은 열 대류를 증가시켜 제1 및 제2 유닛 내부의 공간을 냉각시킬 수 있다. 또한, 제1 유닛 및 제2 유닛에 대한 제3 유닛의 위치에 따라, 제1 유닛 및 제3 유닛 사이 또는 제2 유닛 및 제3 유닛 사이에 간극이 형성될 수 있다. 또한, 서브 유닛 중 하나에서 폭발이 발생해야 하는 경우, 상기 간극은 간극에 의해 분리된 인접 유닛에 대한 폭발의 영향을 줄일 수 있다. 이러한 충격을 더욱 줄이기 위해, 적어도 하나 또는 각각의 보조 유닛은 내부 공간의 신속한 개방을 허용하는 압력 해제 구조를 가질 수 있다. 이것은 감소된 강도로 벽 구조에 부착된 분출 패널에 의해 촉진될 수 있다. 일 실시예에서, 제2 유닛(들)의 전체 측면은 보조 유닛 내부의 증가된 압력에 의해 해제될 수 있다.

일 실시예에서, 진동 감쇠 재료는 유닛들 사이에 배치된다. 고무 또는 발포제 또는 유사한 탄성 변형 및 진동 감쇠 효과를 갖는 재료를 사용할 수 있다. 완충재는 특히 제1 유닛과 제2 유닛 사이에서 압축될 수 있고, 특히 제1 유닛과 제2 유닛이 못, 리벳, 볼트 또는 임의의 유사한 기계적 부착에 의해 고정되는 곳에 배치될 수 있다.

일 실시예에서, 제1 유닛은 제2 유닛(들)보다 더 넓다. 제1 유닛이 "더 넓다"는 것은 수평면에서의 치수와 회전축에 수직인 치수가 제2 유닛(들)의 동일한 치수보다 크다는 것을 의미한다. 제1 유닛은 ISO 668:2013 시리즈 1 화물 컨테이너에 대한 ISO 표준의 치수 및 구조 사양을 따르는 선적 화물 컨테이너보다 특히 넓을 수 있는 반면, 제2 유닛은 ISO 표준, ISO 668:2013, 시리즈 1 화물 컨테이너에 대해 지정된 것보다 작은 사이즈나 그 사이즈로 된다.

상기 나셀은, 제1 유닛에 부착되고 유닛 고정 구조체가 제2 유닛을 제1 유닛에 연결할 수 있는 위치까지 지면으로부터 수직 방향으로 제2 유닛을 호이스팅하도록 구성된 크레인 구조체를 포함할 수 있다. 이는 크레인 구조체가 다른 방향으로 이동할 필요 없이 제2 유닛을 수직으로 들어올리도록(hoist) 구성되어 있음을 의미한다. 이러한 호이스팅 절차는 수직이 아닌 다른 방향으로 제1 유닛과 제2 유닛 사이의 상대적인 이동을 필요로 하지 않으면서 부착을 용이하게 하는 회전 가능하거나 슬라이딩 가능한 후크를 포함하는 상기 유닛 고정 구조체와 조합하여 특히 적합하다.

상기 크레인은 예를 들어 매달린 구성과 수축된 구성 사이에서 이동할 수 있는 캔틸레버 빔 구조를 포함할 수 있다. 매달린 구성에서, 캔틸레버 빔 구조는, 제2 유닛을 운반하도록 구성되고 제1 유닛을 향하여 그리고 제1 유닛으로부터 멀어지는 방향으로 제2 유닛을 들어올리는 데 사용할 수 있는 적어도 하나의 선택적인 여러 외부 돌출 캔틸레버를 형성한다. 외측으로 돌출된 캔틸레버 빔 구조는 특히 제1 유닛의 지붕 부분에 부착될 수 있다.

일반적으로, 전기분해 전지 스택은 변환기를 통해 발전기에 의해 전력을 공급받을 수 있다. 상기 변환기는 메인 유닛, 제2 유닛 또는 제3 장치에 수용될 수 있다. 상기 변환기는 예를 들어 별도의 구성요소일 수 있거나 발전기 또는 전기분해 전지 스택에 통합될 수 있다.

제2 측면에서, 본 발명 내용은 풍력 에너지를 사용하여 수소를 제조하는 방법을 제공하며, 상기 방법은:

- 풍력 터빈 타워에 연결된 나셀을 형성하기 위해 조립된 적어도 2개의 개별 유닛을 포함하는 풍력 터빈을 제공하는 단계로서, 2개의 상기 유닛 중 제1 유닛은 회전자-지지 조립체 및 발전기를 수용하고, 2개의 상기 유닛 중 제2 유닛은 전기분해 전지 스택을 수용하는, 풍력 터빈을 제공하는 단계; 및

- 발전기에 의해 전기분해 전지 스택에 의해 전기분해 전지 스택에 전력을 공급하는 단계;를 포함한다.

상기 방법은 제1 유닛을 통해 전기분해 전지 스택에 물을 공급하는 단계, 및 제1 유닛을 통해 전기분해 전지 스택으로부터 화학 물질을 전도하는 단계를 포함할 수 있다.

다음에서, 본 발명의 실시예는 도면을 참조하여 더 상세하게 설명될 것이다
도 1a 및 도 1b는 풍력 터빈을 도시한다.
도 2는 풍력 터빈의 나셀을 도시한다.
도 3 내지 도 5는 풍력 터빈의 상이한 구성을 예시한다.
도 6은 2개의 제2 유닛(61, 62)이 서로 상하로 배치된 실시예를 도시한다.
도 7은 인터페이스의 세부사항을 개략적으로 도시한다.
도 8 내지 도 9는 제2 유닛이 제1 유닛에 부착된 후의 도 7의 제1 유닛 및 제2 유닛을 도시하는 도면이다.
도 10은 제1 및 제2 유닛의 내용을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 11a는 제3 유닛을 갖는 실시예를 도시하는 도면이다.
도 11b는 2개의 유닛 사이의 간극의 세부사항을 도시하는 도면이다.
도 12 내지 도 15는 제1 유닛과 제2 유닛 사이의 인터페이스의 4가지 상이한 실시예를 도시하는 도면이다.
도 16 내지 도 18은 제1 유닛 및 제2 유닛이 힌지 구조에 의해 조립된 실시예를 도시하는 도면이다.
도 19 및 도 20은 제2 유닛을 제1 유닛에 부착하기 위한 후크의 추가 세부사항을 도시하는 도면이다.
도 21은 제2 유닛이 지면으로 자유롭게 하강될 수 있는 개방 위치의 후크를 도시하는 도면이다.
도 22는 제1 유닛에 제2 유닛을 부착하기 위한 2개의 볼트 구멍이 있는 단면을 도시하는 도면이다.
도 23, 도 24 및 도 25는 후크가 슬라이딩하도록 구성된 실시예를 도시하는 도면이다.
도 26 내지 도 28은 제2 유닛을 들어올리기 위한 제1 유닛 상의 크레인의 실시예를 도시하는 도면이다.

상세한 설명 및 특정 예는 실시예를 나타내면서 단지 예시의 방식으로 제공되는 것으로 이해되어야 하는데, 그 이유는 본 발명의 사상 및 범위 내의 다양한 변경 및 수정이 이 상세한 설명으로부터 통상의 기술자에게 명백할 것이기 때문이다. .

도 1a 및 도 1b는 타워(3)에 장착된 나셀(2)을 갖는 풍력 터빈(1)을 도시한다. 3개의 회전자 블레이드(5)를 지지하는 허브(4)는 회전자를 형성하고 나셀(2)의 회전자 지지 조립체에 의해 지지된다. 일반적으로, 회전자-지지 조립체는 기어 장치 및 발전기를 허브에 연결하는 회전자 샤프트를 포함한다. 그러나, 상기 발전기는 샤프트에 의해 직접 구동될 수 있으므로 기어가 항상 필요한 것은 아니다. 도 1b는 나셀 외부에 위치한 발전기(6)를 갖는 직접 구동 풍력 터빈을 도시한다.

도 2는 나셀이 제1 유닛(20), 제2 유닛(21) 및 제3 유닛(22)을 포함하는 것을 예시한다. 냉각 영역(23)은 나셀의 상부에 배치된다. 상기 냉각 영역은 제1 유닛, 및/또는 제2 또는 제3 유닛의 일부를 형성할 수 있는 열교환기에 의해 형성된다. 상기 제1 유닛(20)은 요잉 장치(미도시)를 통해 타워(3)에 장착되어, 회전자를 바람으로 향하게 하기 위해 나셀(2)이 회전할 수 있게 한다. 상기 냉각 장치는 예를 들어 냉각 기어, 발전기 및 구동계의 다른 구성요소를 위한 구동계와 선택적으로 전기분해 전지 스택을 냉각하기 위해 전기분해 전지 스택 모두에 연결될 수 있다.

상기 제1 유닛(20)은 회전을 위한 메인 샤프트를 지지하는 메인 베어링 유닛, 허브(4)의 후방에 순차적으로 배치되는 기어 장치 및 발전기를 수용한다. 제1 유닛의 구성 요소는 주로 구동계의 일부를 형성한다.

상기 제2 유닛(21)은 전해 전지 스택(34), 및 전해 전지 스택과 유체를 연통시키는 유체 공급 및 전달 구조를 수용한다.

상기 제2 유닛(21) 및 제3 유닛(22)은 유닛 고정 구조체에 의해 제1 유닛(20)의 측면을 따라 장착된다. 개시된 실시예에서는, 제1 유닛(20)의 후방 벽을 향해 허브(4)로부터 허브(4)의 회전 축을 따른 방향에서 보아, 제2 유닛(21)이 제1 유닛(20)의 좌측을 따라 장착되고 제3 유닛(22)이 제1 유닛(20)의 우측을 따라 장착되는 방식으로 장착된다.

상기 제1 유닛 및 제2 유닛은 둘러싸이고, 선택적으로 밀폐 가능한 유닛으로 되어, 하나의 구획부는 보조 공간을 정의하는 제2 유닛에 의해 형성되고, 다른 구획부는 메인 공간을 정의하는 제1 유닛에 의해 형성된다. 이를 통해 회전자-지지 조립체는 전기분해 전지 스택에서 분리될 수 있다. 2개의 구획부는 협력하는 개구(36)에 의해 결합될 수 있어, 인원 및 장비가 제1 유닛의 메인 공간에서 제2 유닛의 보조 공간으로 들어갈 수 있게 된다. 상기 개구(36)는 밀폐되어 제1 유닛 및 제2 유닛 중 하나에서 제1 유닛 및 제2 유닛 중 다른 하나로 화재 등이 확산되는 것을 방지할 수 있다.

상기 제3 유닛은 전기분해 전지 스택에 전력을 공급하기 위해 발전기로부터 전력을 변환하기 위한 전력 변환 조립체를 수용한다.

도 1에서, 상기 제2 유닛 및 제3 유닛은 ISO 표준, 1 시리즈 화물 컨테이너에 대한 ISO 668:2013에 의해 제공되는 치수 및 구조 사양을 갖는 40피트 선적 화물 컨테이너와 같은 표준화된 화물 컨테이너의 일반적으로 형상 및 크기를 갖는 요소로 구성된다. 상기 제2 유닛는 ISO 코너 리프팅 구조체에 의해 제1 유닛에 부착되며, 일반적으로 강철로 성형되며 컨테이너에 대한 특히 강력한 인터페이스를 구성한다.

도 3 내지 도 5는 풍력 터빈의 상이한 구성을 예시한다.

도 3에서, 풍력 터빈은 기어박스(33)를 통해 발전기(32)를 구동하는 회전자(31)를 포함한다. 기어박스는 결정적이지 않으며, 발전기와 회전자 사이에 기어박스가 없는 직접 구동 발전기의 경우에도 다른 구성요소의 사용을 고려할 수 있다.

상기 발전기는 AC에서 DC로 변환하는 변환기(34)에 전기적으로 연결된다. 상기 변환기(34)는 계통 연결에 적합한 전기적 신호의 특성으로 DC에서 AC로 변환하는 변환기(35)에 다시 연결된다. 이것은 풍력 터빈의 일반적인 연결이다. 상기 나셀의 전력 변환 조립체에 의해 제공되는 AC 신호는 풍력 터빈 타워(36)를 통해 전송된다. 다른 곳, 예를 들어 타워의 바닥에서, AC 신호는 전력 변환 조립체(37)에 의해 전기분해 전지 스택(38)에서 사용될 수 있는 DC 신호로 변환된다.

도 4는 전기분해 전지 스택이 풍력 터빈 타워(36) 위에 위치하는 풍력 터빈을 도시한다. 이 실시예에서, 상기 전력 변환 조립체(41)는 발전기로부터의 AC 전력을 DC 신호로 변환한다. 이러한 변환은 점선으로 표시된 상자(42)로 시각화된, 발전기의 통합된 부분일 수 있다. 상기 전기분해 전지 스택은 DC 전원에 의해 직접 전원이 공급되고 유체 공급 조립체(43)를 통해 물을 공급 받는다. 이 실시예에서, 생성된 화학 물질인 수소는 유체 전달 조립체(44) 및 기체/액체 분리기(45)에 의해 타워를 통해 전달된다. 상기 수소는 호스 시스템(46)을 통해 타워를 통과하여 전달된다.

추가 전력은 예를 들어 풍력 터빈 타워의 베이스에서 배터리 충전을 위해 케이블(47)을 통해 DC 형태로 타워를 통해 송전될 수 있다.

도 5는 도 4에 도시된 것과 본질적으로 동일한 구성요소 및 동일한 번호를 갖는 실시예를 도시한다. 추가로, 이러한 실시예는 타워(36)를 통해 연장되는 연결부(52)를 통해 그리드에 전달될 수 있는 AC 전력으로 DC 전력을 변환하도록 구성된 추가 전력 변환 조립체(51)를 포함하거나, 예를 들어 냉각 및 제어 목적을 위한 다양한 전력 소비 요소(53)에서 풍력 터빈에 의해 소비될 수 있다.

도 6은 제2 유닛(61) 및 제3 유닛(62)이 제2 유닛 아래의 제3 유닛과 결합된 실시예를 도시한다. 이 실시예에서, 상부 제2 유닛(61)은 40피트 운송화물 컨테이너의 크기 및 형상을 갖는 유닛으로 구성되고, 하부의 제3 유닛(62)은 20피트 운송화물 컨테이너의 크기 및 형상을 갖는 유닛으로 구성된다. 두 컨테이너 모두 ISO 표준, ISO 668:2013에서 제공하는 치수 및 구조적 사양을 갖고 있으며, 상기 제2 유닛은 주로 20피트 컨테이너의 코너 리프팅 장치와 부분적으로는 40 피트 컨테이너의 코너 리프팅 장치에 의해 서로 부착된다.

도 7은 인터페이스의 세부사항을 개략적으로 도시한다. 상기 인터페이스는 해제 가능한 방식으로 제2 유닛(71)과 제1 유닛(72)을 연결하고, 설치 장소로 운송된 후에 제2 유닛이 제1 유닛에 부착되거나 예를 들어 유지보수 동안 교체될 수 있게 한다. 개시된 실시예에서, 제2 유닛(71)은 임의의 다른 유닛과 독립적으로 제1 유닛(72)에 부착되고, 유닛 고정 구조체는 제1 유닛의 내향 홈 또는 트랙(73)에 의해 구성된다. 상기 트랙(73)은 점선으로 도시되어 있고 외부 표면(75)으로의 오목부를 정의한다. 상기 트랙은 수평 단면에서 C자형 프로파일을 가지며, 즉 위에서 보았을 때, 상기 트랙은 제2 유닛에 제공된 돌출부(74)를 수용하도록 구성되며, 특히 제2 유닛(71)이 제1 유닛(72)의 외면(75)을 따라 하강하는 과정을 통하여 돌출부(74)를 수용하게 된다. 이것은 화살표 76으로 설명된다. 이 과정을 통해 제2 유닛을 쉽게 교체할 수 있다.

상기 제1 유닛은 제2 유닛에 수용된 전기분해 전지 스택으로부터, 예를 들어 메인 프레임을 통해 타워 내로 부하 경로를 형성할 수 있다. 특히, 이러한 부하 경로는 제2 유닛에서 타워로의 부하 경로와 다를 수 있다. 이하에서, 상이한 다른 실시예들이 설명된다.

상기 제2 유닛(71)은 볼트 형상의 고정 핀(78)으로 구성된 전기분해 전지 스택 고정 구조체에 의해 제2 유닛에 고정된 전기분해 전지 스택(77)을 수용한다.

제1 유닛은, 외벽에 부착되고 제2 유닛이 수용되어 제1 유닛 상에 고정될 때 변환기(77)의 중량을 수용하도록 구성된 강화 브래킷(79)을 갖는다.

도 8은 제2 유닛이 제1 유닛에 부착된 후의 도 7의 제1 유닛 및 제2 유닛을 도시한다. 이 상태에서, 볼트 모양의 고정 핀(78)은 왼쪽으로 옆으로 연장되어 강화 브래킷 특징부(79)에 맞물리게 된다. 상기 브래킷은 제1 유닛의 강성 프레임에 연결될 수 있고, 예를 들어 메인 프레임에 의해 지지되어 전기분해 전지 스택으로부터 메인 프레임을 통해 타워로 직접 부하를 보낼 수 있다.

볼트 모양의 고정 핀은 이제 전기분해 전지 스택이 제1 유닛에 의해 직접 운반되는 전기분해 전지 스택 고정 구조체를 구성한다. 전기분해 전지 스택 고정 구조체는 작동 구성요소로부터 타워로의 부하 경로의 일부를 형성하고, 제1 유닛과 제2 유닛 사이의 인터페이스는 제2 유닛으로부터 타워로 향하는 또 다른 부하 경로의 일부를 형성한다. 도 9는 전기분해 전지 스택이 바닥 지지 구조체(91)에 의해 제2 유닛에서 지지될 수 있고, 이로써 제1 유닛의 메인 프레임과 제2 유닛 사이에서 전기분해 전지 스택의 부하를 분담할 수 있음을 예시한다.

도 10은 내용물을 갖는 제1 유닛(101) 및 내용물을 갖는 제2 유닛(102)을 개략적으로 도시한다. 상기 제2 유닛에서, 전기분해 전지 스택(103)은 유체 공급 조립체(105)에 의해 지지되어 물 공급원으로부터 제1 유닛을 통해 전해 전지 스택(103)으로의 유체 흐름을 촉진한다. 유체 전달 조립체(104)는 수소 또는 전기분해 전지 스택에 의해 생성된 수소 또는 다른 화학 물질의 유체 흐름을 제1 유닛을 통해 그리고 풍력 터빈 타워를 통해 수용자에 제공한다.

도 11a는 전력 변환 조립체, 예를 들어 DC에서 AC로 변환하기 위한 변환기, 또는 선택적으로 발전기로부터 전력을 변환하고 풍력 터빈을 그리드 연결하기 위한 변환기 및 변압기의 하나 이상의 작동 구성요소를 수용할 수 있는 제3 유닛(111)을 갖는 실시예를 도시한다. 마지막으로 언급된 실시예에서, 풍력 터빈은 문제의 화학 물질과 그리드용 전력을 모두 생산할 수 있다.

도 11b는 상기 유닛(71, 72)의 측벽(118) 사이에 밀폐 덕트(117)를 형성하는 탄성 밀폐 전이부(116)에 의해 연결된 2개의 결합 조인트(115)를 형성하는 개스킷 밀폐부(114)를 도시한다. 밀폐된 덕트는 장치 사이에 케이블 등을 통과시키거나 직원을 위한 접근로로 사용될 수 있다.

측벽은 주름진 모양으로 된다. 보다 구체적으로, 메인 유닛의 주름과 보조 유닛의 주름은 서로 다르다. 주름진 벽 사이에는 간극(119)이 있어, 공기가 메인 유닛과 보조 유닛 사이에서 흐를 수 있다. 상기 간극은 주름으로 인해 유닛의 길이에 따라 달라지는 크기를 갖는다.

도 12 내지 도 15는 제1 유닛과 제2 유닛 사이의 계면을 형성하는 유닛 고정 구조체의 4가지 상이한 실시예를 도시한다. 이들 4가지 예시 각각에서, 제1 유닛(121) 및 제2 유닛(122)은 유닛 고정 구조를 형성하고 아래에서 더 상세히 설명되는 협동 구조체에 의해 연결된다.

도 12에서, 협동 구조체는 제1 유닛 및 제2 유닛이 볼트에 의해 결합되는 브래킷(123)에 의해 구성된다.

도 13에서, 협동 구조체는 도 12에서 사용된 것과 유사한 하부 브래킷(123)에 의해 구성된다. 상부 가장자리에서, 제1 유닛 및 제2 유닛은 힌지 포인트(132)에서 제1 유닛에 회동 가능하게 결합된 후크(131)에 의해 조립된다. 상기 후크는 화살표(133)로 표시된 바와 같이 회전할 수 있고, 예시된 위치에 있을 때 제2 유닛의 에지 브래킷(134)과 맞물린다. 상기 하부 브라켓(123)이 제거되고, 후크(131)가 제1 유닛으로 회동되면, 제2 유닛은 지면으로 하강될 수 있다.

도 14의 실시예는 도 13의 실시예와 유사하지만, 하부 브래킷이 상부 브래킷(141)으로 교체되고 후크가 하부 가장자리에 위치된다.

도 15에서는 제2 유닛을 제1 유닛에 볼트 체결하기 위한 하부 및 상부 브라켓이 사용되며, 슬라이드 지지부(151)는 볼트가 결합된 상태에서 제2유닛의 하면을 지지한다. 예를 들어 작동 요소의 교체 또는 유지 관리를 위해, 제2 유닛을 지면으로 낮추려는 경우, 슬라이딩 가능한 지지대를 왼쪽으로 밀고 제2 유닛을 내릴 수 있다(예를 들어 제1 유닛 내부로 설치된 크레인을 사용하여).

도 12 내지 도 15에 도시된 바와 같이, 브래킷 또는 후크는 제2 유닛으로부터 제1 유닛의 강성 부분, 예를 들어 하중 지지 칼럼, 예를 들어 제1 유닛의 코너 칼럼 내로 부하를 유도한다. 다양한 구조적 특징부는 제2 유닛을 운반하는 브래킷 또는 후크를 제1 유닛의 메인 프레임에 직접 연결하여, 타워로의 부하 경로를 설정할 수 있다.

도 12 내지 도 15에 도시된 바와 같이 후크 및 브래킷 유닛 고정 구조 외에, 전기분해 전지 스택 고정 구조(미도시)는 제1 유닛 내부의 메인 프레임에 전기분해 전지 스택(미도시)을 직접 연결한다.

도 16 내지 도 18은 제1 유닛 및 제2 유닛이 힌지 요소를 통해 연장하는 힌지 핀(166)을 수용하기 위한 구멍을 갖는 힌지 요소(163, 164, 165)를 포함하는 힌지 구조에 의해 조립되는 실시예를 예시한다. 도 16은 인터페이스가 간극(167)을 형성하여, 공기가 예를 들어 간극을 통해 나셀 아래에서 나셀 위로 통과하도록 허용하는 것을 추가로 보여준다. 상기 간극은 거리 요소(168)에 의해 바닥에서 열린 상태로 유지되며, 이는 다수의 핀 또는 공기가 유닛 사이를 통과하도록 하는 개방 구조로 구성될 수 있다.

이러한 간극은 열 대류를 증가시켜 제1 및 제2 유닛 내부의 공간을 냉각시킬 수 있다. 상기 간극은 힌지 구조를 갖는 실시예에 한정되지 않고, 다른 조립 방법과 결합될 수 있다.

도 17 및 도 18은 힌지 요소(163, 164, 165) 및 힌지 핀(166)을 도시한다. 도 17에서, 힌지 요소는 힌지 핀이 힌지 요소 내로 슬라이드할 수 있도록 서로에 대해 정확하게 위치된다. 도 18에서, 힌지 핀은 힌지 요소의 구멍을 통해 삽입된다.

도 19는 제2 유닛(191)을 제1 유닛(192)에 부착하기 위한 후크의 추가 세부사항을 도시한다. 상기 후크(193)는 제1 유닛의 힌지(194)에 회전 가능하게 매달려 있다. 상기 후크는 제2 유닛의 개구(195)를 통해 회전할 수 있고 제2 유닛의 리세스 또는 에지(196)에 걸리게 될 수 있다.

후크는 또한 제2 유닛에 부착될 수 있고 제1 유닛의 리세스 또는 에지에 걸리게 될 수 있으며, 이 경우에 후크는 즉, 도 20에 예시적으로 도시된 바와 같이 반대로 부착될 수 있다. 상기 후크의 위치는 액추에이터에 의해 제어될 수 있다.

도 21은 제2 유닛이 지면에 자유롭게 하강될 수 있는 개방 위치의 후크를 도시한다.

도 22는 2개의 볼트 구멍(221)이 보이는 단면을 도시한다. 볼트 구멍은 견고한 고정용 볼트를 사용하여 제1 유닛에 제2 유닛을 쉽게 부착할 수 있다. 이 실시예에서, 후크는 주로 제1 유닛에 대한 정확한 높이에 제2 유닛을 위치시키기 위한 것이고, 볼트는 유닛을 결합하기 위한 것이다.

도 19, 21 및 22에서, 후크는 바람직하게는 제1 유닛의 내부 표면을 따라 배치된 기둥 또는 지지 포스트를 통해 제1 유닛의 메인 프레임에 의해 지지된다. 도 19에서, 상기 칼럼(197)은 제1 유닛의 내면을 따라 연장되어 제1 유닛의 바닥 부분에서 메인 프레임의 후크를 지지한다.

도 20에서, 상기 후크가 제2 유닛의 일부를 형성하는 경우, 후크가 맞물리는 제1 유닛의 에지는 바람직하게는 제1 유닛의 메인 프레임에 의해 지지될 수 있다. 다시 말하지만, 이것은 제1 유닛의 내부 표면을 따라 배치된 기둥 또는 칼럼을 통할 수 있다.

상기 후크는 예를 들어 유압 구동 액츄에이터를 포함하는 동력 구동 수단에 의해 개방 위치(도 21)와 폐쇄 위치(도 19, 20, 22) 사이에서 이동될 수 있다.

도 23, 24, 25는 후크가 회전 가능하게 매달리지 않고 슬라이딩 가능하게 매달린 실시예를 도시한다. 이러한 기능은 도 19 내지 도 22의 실시예와 유사하다. 도 23 및 도 24를 참조하면, 단면도는 제1 유닛에 제2 유닛을 볼트로 견고하게 고정하기 위해 사용될 수 있는 볼트 구멍(231)을 도시한다. 도 23의 후크는 제1 유닛에 부착되고, 도 24의 후크는 제2 유닛에 부착된다.

도 25a에서, 상기 후크(251)는 좌측으로 슬라이딩되어 제2 유닛의 에지 결합을 해제하고 제2 유닛이 지면으로 하강되도록 한다. 도 25b에서, 상기 후크(251)가 우측으로 슬라이드되어, 제2 유닛의 에지에 맞물리고 두 유닛이 서로 고정된 상태를 유지한다. 상기 후크는 동력 구동 수단, 예를 들어 유압 액츄에이터에 의해 슬라이드될 수 있다.

도 26은 유지보수 또는 교체 동안 제2 유닛의 상승 또는 하강을 예시한다. 제2 유닛은 제1 유닛의 일부를 형성하는 크레인(261)을 사용하여 들어 올려진다. 이동은 본질적으로 화살표(263)로 도시된 수직 평면에서만 이루어지며, 제1 유닛에 대한 제2 유닛의 부착은 힌지식 또는 슬라이딩 가능한 후크 등과 같은 이동 가능한 고정 특징부를 포함하는 이전에 설명된 바와 같은 유닛 고정 구조에 의해 용이해질 수 있다.

도 27은 내부 크레인(261)을 확대하여 도시한 것이다. 상기 크레인은 제1 유닛의 지붕 부분에 부착되고, 그 위치에 따라, 상기 유닛 고정 구조가 제1 유닛과 제2 유닛 사이의 맞물림을 형성할 수 있는 위치까지 수직 방향으로 제2 유닛을 들어올릴 수 있다. 이러한 과정은 수직 방향 이외의 다른 방향으로 이동할 필요가 없으므로, 외부 크레인 지원의 필요성을 줄여 조립 절차를 간단하게 한다. 수평면에서의 조정을 위해, 크레인(261)은 예를 들어 화살표(262)로 예시된 바와 같이 수평으로 이동하는 옵션을 가질 수 있다.

도 28은 제1 유닛(282)의 지붕에 이중 캔틸레버 빔(281)을 갖는 다른 크레인 구조체를 개략적으로 도시한다. 상기 캔틸레버 빔(281)은 텔레스코픽 섹션(283)에서 옆으로 연장될 수 있다. 상기 캔틸레버 빔은 제1 유닛(282)에 대한 제2 유닛(284)의 리프팅 및 연결을 용이하게 한다. 회동 또는 슬라이딩 가능한 후크를 포함하는 본 명세서에 개시된 유닛 고정 구조체는 일반적으로 수직 방향으로만 들어 올려 제2 유닛의 부착을 용이하게 하지만, 인앤아웃 이동은 제1 유닛과 제2 유닛 사이의 수평 거리의 미세 조정을 용이하게 한다 .

정의

여기서, "나셀"이라는 용어는 풍력 터빈용 머신 하우스, 즉 회전자와 구동계 를 운반하고 풍력 터빈 타워에 의해 운반되는 부품을 설명하는 일반적으로 통용되는 용어를 의미한다.

본 명세서에서 용어 "제1 유닛" 및 "제2 유닛"은 개별적으로 운송될 수 있고, 하나 이상의 다른 유닛과 조립되어 나셀을 형성할 수 있는 유닛을 지칭한다.

여기에서, "회전자 지지 조립체"라는 용어는 회전자를 지지하는 나셀의 부품, 일반적으로 구동계, 메인 베어링 및 메인 프레임을 의미한다. 상기 구동계는 풍력 터빈의 유형, 예를 들어 회전자 샤프트, 발전기, 및 선택적으로 회전자 샤프트와 발전기 사이의 기어박스에 따라 다른 구성요소를 포함할 수 있다.

1: 풍력 터빈
2: 나셀
3: 타워
4: 허브
6: 발전기
20: 제1 유닛
21: 제2 유닛
22: 제3 유닛

Claims

풍력 터빈 타워에 연결된 나셀을 형성하도록 조립된 적어도 2개의 개별 유닛을 포함하는 풍력 터빈으로서, 2개의 상기 유닛 중 제1 유닛은 회전자-지지 조립체를 수용하고, 2개의 상기 유닛 중 제2 유닛은 발전기에 의해 생성된 전기분해 전지 스택을 수용하는 것을 특징을 하는 풍력 터빈.
제1항에 있어서,
상기 제2 유닛은 상기 제1 유닛으로부터 해제 가능한 것을 특징으로 하는 풍력 터빈.
제1항 또는 제2항에 있어서,
물 공급원으로부터 전기분해 전지 스택으로의 유체 흐름을 촉진하는 유체 공급 조립체를 포함하고, 상기 유체 공급 조립체는 제2 유닛의 외부에 위치되는 것을 특징으로 하는 풍력 터빈.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유체 공급 조립체는 상기 제1 유닛에 위치되는 것을 특징으로 하는 풍력 터빈.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전기분해 전지 스택으로부터 수용부(recipient)로의 유체 흐름을 촉진하는 유체 전달 조립체를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 터빈.
제5항에 있어서,
상기 유체 전달 조립체는 상기 제1 유닛에 위치되는 것을 특징으로 하는 풍력 터빈.
제5항에 있어서,
상기 유체 전달 조립체는 상기 제1 유닛의 외부에 위치되는 것을 특징으로 하는 풍력 터빈.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
공기 통로, 및 필터를 포함하되, 상기 공기 통로는 상기 필터를 통해 주변 공기를 안내하도록 배치되고, 상기 필터는 CO₂를 결합(binding)하도록 된 것을 특징으로 하는 풍력 터빈.
제8항에 있어서,
이산화탄소를 에탄올로 전환시키는 촉매를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 터빈.
제9항에 있어서,
상기 제1 유닛은 상기 발전기를 수용하는 것을 특징으로 하는 풍력 터빈.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 유닛은 풍력 터빈 타워에 연결되는 것을 특징으로 하는 풍력 터빈.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 유닛은 제1 유닛을 통해 풍력 터빈 타워에 연결되는 것을 특징으로 하는 풍력 터빈.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
하나 또는 두 개의 개별 유닛에 조립되고, 발전기와 전력 그리드 사이에 연결된 전력 변환 조립체를 수용하는 제3 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 터빈.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
2개의 상기 유닛의 제1 유닛 및 제2 유닛은 유닛 사이의 간극을 정의하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 풍력 터빈.
제14항에 있어서,
상기 간극은 상기 제1 유닛과 상기 제2 유닛 사이의 공기 흐름을 용이하게 하는 것을 특징으로 하는 풍력 터빈.
제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
구동계 및 전기분해 전지 스택(18)에 연결된 냉각 장치(23)를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 터빈. 제17항에 있어서, 냉각 장치(23)는 구동계를 냉각시키는 구성과 전기분해 전지 스택을 냉각하는 구성 사이에서 전환 가능한 것을 특징으로 하는 풍력 터빈.
풍력에 의해 구동되는 발전기에 연결된 전기분해 전지 스택을 이용하여 화학물질을 제조하는 방법에 있어서,
- 풍력 터빈 타워에 연결된 나셀을 형성하기 위해 조립된 적어도 2개의 개별 유닛을 포함하는 풍력 터빈을 제공하는 단계로서, 2개의 상기 유닛 중 제1 유닛은 회전자-지지 조립체 및 발전기를 수용하고, 2개의 상기 유닛 중 제2 유닛은 전기분해 전지 스택을 수용하는, 풍력 터빈을 제공하는 단계; 및
- 상기 발전기에 의해 전기분해 전지 스택에 의해 전기분해 전지 스택에 전력을 공급하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제17항에 있어서,
상기 제2 유닛 외부에 위치한 공급 조립체를 통해 전기분해 전지 스택에 물을 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제17항 또는 제18항에 있어서,
상기 제2 유닛의 외부에서 전달 조립체를 통해 전기분해 전지 스택으로부터 화학 물질을 전도하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.