KR20220148100A - 풍력 터빈을 위한 백업 전원 - Google Patents

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KR20220148100A
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렌테로 페드로 팔로마레스
디아즈 알리오 메디나
몰리나 빅토르 마누엘 가르시아
로드리게즈 자비어 산타크루즈
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제너럴 일렉트릭 레노바블레스 에스빠냐 에스.엘.유.
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Abstract

본 개시는, 타워, 타워 상에 장착되는 기관실, 복수의 블레이드를 갖는 풍력 터빈 로터 및 풍력 터빈 로터와 작동적으로 결합되는 풍력 터빈 발전기를 포함하는, 풍력 터빈에 관한 것이다. 풍력 터빈은, 기관실과 함께 배열되는 하나 이상의 보조 풍력 에너지 변환기를 더 포함한다. 본 개시는 또한, 풍력 터빈의 보조 시스템에 전력을 제공하기 위한 방법에 관한 것이다.

Description

풍력 터빈을 위한 백업 전원{BACK-UP POWER SUPPLY FOR WIND TURBINES}
본 개시는, 풍력 터빈에 관한 것이며, 더욱 구체적으로, 풍력 터빈을 위한 백업 전원에 관한 것이다. 본 개시는 또한, 대규모 풍력 터빈의 기관실에 통합되는 소형 풍력 터빈들을 사용하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.
현대의 풍력 터빈들은, 통상적으로 전력망(electrical grid)에 전기를 공급하기 위해 사용된다. 이러한 종류의 풍력 터빈들은, 일반적으로 타워 및 타워 상에 배열되는 로터를 포함한다. 전형적으로 허브 및 복수의 블레이드를 포함하는 로터는, 블레이드들 상에서의 바람의 영향 하에서 회전하도록 설정된다. 상기 회전은, 통상적으로, 직접적으로 또는 기어박스를 통해, 로터 샤프트를 통해 발전기로 전달되는, 토크를 발생시킨다. 이러한 방식으로, 발전기는, 전력망에 공급될 수 있는 전기를 생산한다.
풍력 터빈 허브는, 기관실의 전방에 회전 가능하게 결합될 수 있다. 풍력 터빈 허브는, 로터 샤프트에 연결될 수 있으며, 그리고 로터 샤프트는 이어서, 기관실 내부의 프레임에 배열되는 하나 이상의 로터 샤프트 베어링을 사용하여, 기관실 내에 회전 가능하게 장착될 수 있다. 기관실은, 예를 들어, 기어박스(존재하는 경우) 및 발전기, 그리고, 풍력 터빈에 의존하여, 전력 변환기 및 보조 시스템들과 같은, 추가적인 구성요소들을 수용 및 보호하는, 풍력 터빈 타워의 상부에 배열되는 하우징이다.
풍력 터빈은, 그들의 기능을 수행하기 위해 전원에 의존하는, 복수의 보조 시스템을 포함할 수 있다. 그러한 보조 시스템들은, 블레이드들을 그들의 종방향축을 따라 회전시키기 위한, 하나 이상의 피치 시스템을 포함할 수 있으며, 그리고 또한 기관실 및 풍력 터빈 로터를 유입되는 풍향과 정렬시키도록 타워의 종방향축을 중심으로 기관실을 회전시키기 위한, 요 시스템(yaw system)을 포함할 수 있다. 추가적인 보조 시스템들이, (풍력 터빈으로부터 제어 센터로 상황을 전송하기 위한) 통신 장치들, 공조 시스템들, 조명들, 윤활 펌프들, 신호등(beacon) 및 이외의 여러 가지를 포함한다.
풍력 터빈이 작동 중이며 그리고 상기 망으로 전력을 전달하고 있을 때, 그러한 보조 시스템들은, 전력망에 대한 그들의 연결로부터 그들의 기능을 수행하기 위한 전력을 받을 수 있다. 예를 들어, 풍력 터빈의 메인 계기용 변압기가, 전력망에, 예를 들어 풍력 발전 단지(wind farm)의 전력망에, 연결될 수 있다. 보조 계기용 변압기가, 보조 시스템들에 공급하기 위해 상기 망으로부터 전달되는 전력의 전압을 낮추기 위해 연결될 수 있을 것이다.
풍력 터빈의 수명 도중에, 풍력 터빈이 일시적으로 전력망으로부터 연결 해제되는 일이, 발생할 수 있다. 예를 들어, 풍력 터빈 고장, 또는 망 결함이, 풍력 터빈이 망으로부터 연결 해제되는 상황을 야기할 수 있을 것이다. 풍력 터빈이 망으로 전력을 전달할 수 없을 뿐만 아니라, 보조 시스템들이, 망으로부터 전력을 받을 수도 없다. 그러한 상황을 다루기 위해, 백업 전원들을 제공하는 것이, 알려져 있다. 예를 들어, 울트라 캡들 또는 배터리들이, 풍력 터빈이 장기간의 시간 동안 망으로부터 연결 해제되는 경우에도, 적어도 가장 필수적인 보조 시스템들(예를 들어, 신호등들, 통신 시스템들, 풍력 터빈 컨트롤러)이 계속하여 작동할 수 있는 것을 확실히 하기 위해, 제공될 수 있을 것이다. 풍력 터빈에 백업 전원을 제공하기 위해, 예를 들어, 디젤 발전기 또는 태양광 패널을 제공하는 것이, 또한 알려져 있다.
풍력 터빈이 다시 전력망에 연결될 수 있을 때, 여러 시스템이, 준비될 필요가 있으며, 그리고 예를 들어, 다시 시동될 수 있기 이전에, 가열되는 것을 요구한다. 풍력 터빈은, 시동의 시점에 우세풍(prevailing wind) 방향과 반드시 정렬되는 것은 아닐 수 있을 것이다. 따라서, 풍력 터빈의 요 시스템은, 풍력 터빈의 실제 시동 이전에, 활성화될 필요가 있을 수 있다.
그러한 백업 전원이 제공되는 경우에도, 배터리들 및 울트라 캡들은, 예를 들어 1주일 또는 2주일의 연결 해제 도중에, 전력을 제공하기에 충분하지 않을 수 있을 것이다. 부가적인 에너지 또는 전력이, 작동을 재개하기 이전에 가열하기 위해 요구될 수 있을 것이다. 장기간의 시간 동안 백업 전원을 제공하는 것이 가능한 경우에도, 수반되는 비용이 감당하기 어려울 수 있을 것이다.
본 개시의 일 양태에서, 풍력 터빈이, 제공된다. 풍력 터빈은, 타워, 타워 상에 장착되는 기관실, 복수의 블레이드를 갖는 풍력 터빈 로터 및 풍력 터빈 로터와 작동적으로 결합되는 풍력 터빈 발전기를 포함한다. 풍력 터빈은, 기관실 내에 내장되는, 하나 이상의 보조 풍력 에너지 변환기를 더 포함한다.
이러한 양태에 따르면, 풍력 터빈이 장기간의 시간 동안 전력망으로부터 연결 해제되는 경우에도, 풍력 터빈의 보조 시스템들에 전력을 제공할 수 있는, 풍력 터빈이, 제공된다. 보조 풍력 에너지 변환기들이, 그러한 보조 시스템들을 위한 전력을 발생시키기 위해, 기관실에 내장된다. 따라서, 바람이 풍력 터빈의 시동을 위해 이용 가능한 경우, 동일한 바람이, 풍력 터빈을 시동하기 위한 준비 시에 보조 시스템들에 전력을 공급하기 위해 사용될 수 있다.
본 명세서에서, 보조 풍력 에너지 변환기들이 적어도 부분적으로 기관실 내부에 또는 기관실 하우징의 벽을 따라 배열되는 것이, 본 개시에 포함된다는 것이, 이해되어야 한다. 보조 풍력 에너지 변환기들은, 예를 들어, 기관실의 천장, 커버 또는 슈라우드에 의해 적어도 부분적으로 커버될 수 있으며, 그리고 그에 따라 기관실의 외부로부터 시인 불가능할 수 있을 것이다.
예들에서, 보조 풍력 에너지 변환기들의 로터 평면은, 기관실의 국부적인 부분(천장 또는 측벽)에 실질적으로 평행할 수 있다. 즉, 로터 평면은, 보조 풍력 에너지 변환기가 배열되는 기관실의 부품 또는 부분에 실질적으로 평행할 수 있다. 예를 들어, 기관실의 천장과 함께 배열되는 보조 풍력 에너지 변환기(또는 "더 작은" 풍력 터빈)에 대해, 로터 평면은, 실질적으로 수평일 수 있다.
본 개시의 추가적인 양태에서, 기관실과 함께 배열되는 하나 이상의 보조 풍력 에너지 변환기를 통해 공기 유동을 유발하도록 기관실의 슈라우드 내부에서 바람을 유동시키는 단계를 포함하는, 방법이, 제공된다. 방법은, 보조 풍력 에너지 변환기의 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환하는 단계 및 보조 풍력 에너지 변환기의 전기 에너지의 적어도 일부를 풍력 터빈의 보조 시스템에 및/또는 에너지 저장 요소에 제공하는 단계를 더 포함한다.
도 1은 풍력 터빈의 일 예의 사시도를 개략적으로 예시하고;
도 2는 도 1의 풍력 터빈의 기관실의 일 예의 간략화된 내부도를 예시하며;
도 3a 내지 3d는 복수의 보조 풍력 에너지 변환기를 포함하는 풍력 터빈의 일 예를 개략적으로 예시하며; 그리고
도 4는 어떻게 전력이 풍력 터빈의 보조 시스템들에 공급될 수 있는지에 대한 일 예를 개략적으로 예시한다.
이제, 본 개시의 실시예들을 상세하게 참조할 것이며, 이러한 실시예들의 하나 이상의 예가, 도면들에 예시된다. 각각의 예는, 본 발명의 설명으로서 제공되는 것이지, 본 발명에 대한 제한으로서 제공되는 것은 아니다. 실제로, 본 발명의 범주 또는 사상으로부터 벗어남이 없이, 다양한 변형 및 수정이 본 발명에 대해 이루어질 수 있다는 것이, 이 기술이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다. 예를 들어, 하나의 실시예의 일부로서 예시되거나 설명되는 특징들은, 다른 실시예와 함께 사용되어, 또 다른 실시예를 생성할 수 있다. 따라서, 본 개시는, 첨부된 청구범위 및 이들의 균등물의 범주 내에 속하는 것으로서, 그러한 변형들 및 수정들을 커버하는 것으로 의도된다.
도 1은, 풍력 터빈(10)의 일 예의 사시도이다. 본 예에서, 풍력 터빈(10)은, 수평-축 풍력 터빈이다. 대안적으로, 풍력 터빈(10)은, 수직-축 풍력 터빈일 수 있다. 본 예에서, 풍력 터빈(10)은, 지면(12) 상의 지지 시스템(14)으로부터 연장되는 타워(100), 타워(100) 상에 장착되는 기관실(16), 및 기관실(16)에 결합되는 로터(18)를 포함한다. 도 1은, 구체적으로, 내륙(onshore)의 풍력 터빈을 도시하고 있지만, 본 개시는 또한 연안(offshore)의 풍력 터빈에 관련된다.
로터(18)는, 회전 가능한 허브(20) 및, 허브(20)에 결합되며 그리고 허브로부터 외향으로 연장되는, 적어도 하나의 로터 블레이드(22)를 포함한다. 본 예에서, 로터(18)는, 3개의 로터 블레이드(22)를 갖는다. 대안적인 실시예에서, 로터(18)는, 3개를 초과 또는 3개 미만의 로터 블레이드(22)를 포함한다. 타워(100)는, 지지 시스템(14)과 타워(100)의 상단부(102)에 배열되는 기관실(16) 사이에, 캐비티(cavity)(도 1에 도시되지 않음)를 한정하도록, 관형 스틸로 제작될 수 있다. 대안적인 실시예에서, 타워(100)는, 임의의 적절한 높이를 갖는 임의의 적절한 유형의 타워이다. 대안예에 따르면, 타워는, 콘크리트로 이루어지는 부분 및 관형 스틸 부분을 포함하는, 하이브리드 타워일 수 있다. 또한, 타워는, 부분적 또는 전체적 격자 타워일 수 있다.
로터 블레이드들(22)은, 운동 에너지가 바람으로부터 사용 가능한 기계적 에너지로, 그리고 이어서 전기 에너지로 전달되는 것을 가능하게 하기 위해, 로터(18)를 회전시키는 것을 용이하게 하도록 허브(20)를 중심으로 이격된다. 로터 블레이드들(22)은, 블레이드 뿌리 부분(24)을 복수의 하중 전달 영역(26)에서 허브(20)에 결합함으로써, 허브(20)에 정합된다. 하중 전달 영역들(26)은, 허브 하중 전달 영역 및 블레이드 하중 전달 영역(양자 모두 도 1에는 도시되지 않음)을 구비할 수 있다. 로터 블레이드들(22)에 유도되는 하중은, 하중 전달 영역들(26)을 통해 허브(20)로 전달된다.
예들에서, 로터 블레이드들(22)은, 약 15 미터(m) 내지 약 90 m 이상의 범위의 길이를 가질 수 있다. 로터 블레이드들(22)은, 풍력 터빈(10)이 본 명세서에 설명되는 바와 같이 기능하는 것을 가능하게 하는, 임의의 적절한 길이를 가질 수 있다. 예를 들어, 블레이드 길이에 대한 비제한적 예들이, 20 m 이하, 37 m, 48.7 m, 50.2 m, 52.2 m, 또는 91 m를 초과하는 길이를 포함한다. 바람이 풍향(28)으로부터 로터 블레이드들(22)을 타격함에 따라, 로터(18)는, 로터축(30)을 중심으로 회전된다. 로터 블레이드들(22)이 회전되며 그리고 원심력에 종속됨에 따라, 로터 블레이드들(22)은, 또한 다양한 힘들 및 모멘트들에도 종속된다. 그에 따라, 로터 블레이드들(22)은, 중립적인, 또는 편향되지 않는, 위치로부터 편향된 위치로, 편향 및/또는 회전할 수 있을 것이다.
또한, 로터 블레이드들(22)의 피치각, 즉 풍향에 대한 로터 블레이드(22)의 배향을 결정하는 각도가, 바람 벡터들에 대한 적어도 하나의 로터 블레이드(22)의 각도 위치를 조정함으로써 풍력 터빈(10)에 의해 발생되는 하중 및 전력을 제어하기 위해, 피치 시스템(32)에 의해 변경될 수 있다. 로터 블레이드들(22)의 피치축들(34)이 도시된다. 풍력 터빈(10)의 작동 도중에, 피치 시스템(32)은, 특히, 로터 블레이드들의 (일부의) 받음각(angle of attack)이 감소되도록, 로터 블레이드(22)의 피치각을 변경할 수 있고, 이는 회전 속도를 감소시키는 것을 용이하게 하고 및/또는 로터(18)의 급정지(stall)를 용이하게 한다.
본 예에서, 각각의 로터 블레이드(22)의 블레이드 피치가, 풍력 터빈 컨트롤러(36)에 의해 또는 피치 제어 시스템(80)에 의해, 개별적으로 제어된다. 대안적으로, 모든 로터 블레이드(22)에 대한 블레이드 피치는, 상기 제어 시스템에 의해 동시에 제어될 수 있다.
또한, 본 예에서, 풍향(28)이 변경되면, 기관실(16)의 요 방향이, 로터 블레이드들(22)을 풍향(28)에 대해 위치 설정하기 위해, 요축(38)을 중심으로 회전될 수 있을 것이다.
본 예에서, 풍력 터빈 컨트롤러(36)는, 기관실(16) 내부에서 집중되어 있는 것으로 도시되어 있지만, 풍력 터빈 컨트롤러(36)는, 풍력 터빈(10) 전체에 걸친, 지지 시스템(14) 상의, 풍력 발전 단지 내부의, 및/또는 원격 제어 센터에 있는, 분산된 시스템일 수 있다. 풍력 터빈 컨트롤러(36)는, 본 명세서에 설명된 방법들 및/또는 단계들을 수행하도록 구성되는, 프로세서(40)를 포함한다. 또한, 본 명세서에 설명된 다른 구성요소들 중 많은 것이, 프로세서를 포함한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같은, 용어 "프로세서"는, 이 기술이 속하는 분야에서, 컴퓨터로서 언급되는 집적 회로로 제한되는 것이 아니라, 광범위하게 컨트롤러, 마이크로컨트롤러, 마이크로컴퓨터, 프로그램 가능한 논리 컨트롤러(PLC), 주문형 집적 회로 및 다른 프로그램 가능한 회로를 지칭하며, 그리고 이러한 용어들은, 본 명세서에서 상호 교환 가능하게 사용된다. 프로세서 및/또는 제어 시스템은 또한 메모리, 입력 채널들 및/또는 출력 채널들을 포함할 수 있다는 것이, 이해되어야 한다.
도 2는, 풍력 터빈(10)의 일부에 대한 확대 단면도이다. 본 예에서, 풍력 터빈(10)은, 기관실(16) 및 기관실(16)에 회전 가능하게 결합되는 로터(18)를 포함한다. 더욱 구체적으로, 로터(18)의 허브(20)는, 메인 샤프트(44), 기어박스(46), 고속 샤프트(48) 및 커플링(50)에 의해, 기관실(16) 내부에 배치되는 발전기(42)에 회전 가능하게 결합된다. 본 예에서, 메인 샤프트(44)는, 기관실(16)의 종방향축(도시되지 않음)에 적어도 부분적으로 동축으로 배치된다. 메인 샤프트(44)의 회전이, 기어박스(46)를 구동하고, 기어박스는 후속적으로, 로터(18) 및 메인 샤프트(44)의 상대적으로 느린 회전 운동을 고속 샤프트(48)의 상대적으로 빠른 회전 운동으로 전환시킴으로써, 고속 샤프트(48)를 구동한다. 고속 샤프트는, 커플링(50)의 도움을 받아 전기 에너지를 생성하기 위한 발전기(42)에 연결된다. 또한, 변압기(90) 및/또는 적절한 전자기기, 스위치들 및/또는 인버터들이, 400 V 내지 1000 V 사이의 전압을 갖는 발전기(42)에 의해 생성되는 전기 에너지를, 중간 전압(10 내지 35 KV)을 갖는 전기 에너지로 변환하기 위해, 기관실(16) 내에 배열될 수 있다. 상기 전기 에너지는, 전력 케이블(160)을 통해 기관실(16)로부터 타워(100)로 전달된다.
기어박스(46), 발전기(42), 및 변압기(90)는, 선택적으로 메인 프레임(52)으로서 구현될 수 있는, 기관실(16)의 메인 지지 구조 프레임에 의해 지지될 수 있다. 기어박스(46)는, 하나 이상의 토크 아암(103)에 의해 메인 프레임(52)에 연결되는, 기어박스 하우징을 포함할 수 있다. 본 예에서, 기관실(16)은, 메인 전방 지지 베어링(60) 및 메인 후방 지지 베어링(62)을 더 포함한다. 또한, 발전기(42)는, 특히 발전기(42)의 진동이 메인 프레임(52) 내로 도입되는 것 및 그로 인해 소음 방출 소스를 야기하는 것을 방지하기 위해, 지지 수단(54)을 분리시킴으로써 메인 프레임(52)에 장착될 수 있다.
선택적으로, 메인 프레임(52)은, 기관실(16)의 구성요소들 및 로터(18)의 중량에 의해 그리고 바람 및 회전 하중에 의해 야기되는 전체 하중을 지탱하도록, 그리고 더불어 이러한 하중들을 풍력 터빈(10)의 타워(100) 내로 도입하도록, 구성된다. 로터 샤프트(44), 발전기(42), 기어박스(46), 고속 샤프트(48), 커플링(50), 그리고, 이에 국한되는 것은 아니지만, 지지부(52) 및 전방 지지 베어링(60) 및 후미 지지 베어링(62)을 포함하는, 임의의 연관된 체결, 지지 및/또는 고정 장치는, 때때로 드라이브 트레인(64)으로 지칭된다.
또한, 기관실(16)은, 풍향(28)에 대한 로터 블레이드들(22)의 관점(perspective)을 제어하기 위해, 기관실(16)을 그리고 그에 따라 또한 로터(18)를 요축(38)을 중심으로 회전시키기 위해 사용될 수 있는, 요 구동 메커니즘(56)을 포함할 수 있다.
풍향(28)에 대해 기관실(16)을 적절하게 위치 설정하기 위해, 기관실(16)은 또한, 풍향계 및 풍속계를 포함할 수 있는, 적어도 하나의 기상 측정 시스템(meteorological measurement system)을 포함할 수 있을 것이다. 기상 측정 시스템(58)은, 풍향(28) 및/또는 풍속을 포함할 수 있는 정보를 풍력 터빈 컨트롤러(36)에 제공할 수 있다. 본 예에서, 피치 시스템(32)은, 적어도 부분적으로 허브(20) 내의 피치 어셈블리(66)로서 배열된다. 피치 어셈블리(66)는, 하나 이상의 피치 구동 시스템(68) 및 적어도 하나의 센서(70)를 포함한다. 각각의 피치 구동 시스템(68)은, 피치축(34)을 따라 로터 블레이드(22)의 피치각을 조절하기 위해 (도 1에 도시된) 개별적인 로터 블레이드(22)에 결합된다. 3개의 피치 구동 시스템(68) 중 단지 하나만, 도 2에 도시된다.
본 예에서, 피치 어셈블리(66)는, 개별적인 로터 블레이드(22)를 피치축(34)을 중심으로 회전시키기 위해, 허브(20)에 그리고 (도 1에 도시된) 개별적인 로터 블레이드(22)에 결합되는, 적어도 하나의 피치 베어링(72)을 포함한다. 피치 구동 시스템(68)은, 피치 구동 모터(74), 피치 구동 기어박스(76) 및 피치 구동 피니언(78)을 포함한다. 피치 구동 모터(74)는, 피치 구동 모터(74)가 피치 구동 기어박스(76)에 기계적인 힘을 부여하도록, 피치 구동 기어박스(76)에 결합된다. 피치 구동 기어박스(76)는, 피치 구동 피니언(78)이 피치 구동 기어박스(76)에 의해 회전되도록, 피치 구동 피니언(78)에 결합된다. 피치 베어링(72)은, 피치 구동 피니언(78)의 회전이 피치 베어링(72)의 회전을 야기하도록, 피치 구동 피니언(78)에 결합된다.
피치 구동 시스템(68)은, 풍력 터빈 컨트롤러(36)로부터의 하나 이상의 신호의 수신 시 로터 블레이드(22)의 피치각을 조정하기 위해, 풍력 터빈 컨트롤러(36)에 결합된다. 본 예에서, 피치 구동 모터(74)는, 전력에 의해 및/또는, 피치 어셈블리(66)가 본 명세서에 설명된 바와 같이 기능하는 것을 가능하게 하는, 유압 시스템에 의해 구동되는, 임의의 적절한 모터이다. 대안적으로, 피치 어셈블리(66)는, 이에 국한되는 것은 아니지만, 유압 실린더, 스프링 및/또는 서보 메커니즘과 같은, 임의의 적절한 구조, 구성, 배열체 및/또는 구성요소들을 포함할 수 있다. 특정 실시예에서, 피치 구동 모터(74)는, 허브(20)의 회전 관성으로부터 추출되는 에너지에 의해 및/또는 에너지를 풍력 터빈(10)의 구성요소들에 공급하는 저장된 에너지 소스(도시되지 않음)에 의해 구동된다.
피치 어셈블리(66)는 또한, 특별히 우선시 되는 상황의 경우 및/또는 로터(18)가 과속 중인 동안에, 풍력 터빈 컨트롤러(36)로부터의 제어 신호에 따라 피치 구동 시스템(68)을 제어하기 위한, 하나 이상의 피치 제어 시스템(80)을 포함할 수 있다. 본 예에서, 피치 어셈블리(66)는, 풍력 터빈 컨트롤러(36)로부터 독립적으로 피치 구동 시스템(68)을 제어하기 위해, 개별적인 피치 구동 시스템(68)에 통신 가능하게 결합되는 적어도 하나의 피치 제어 시스템(80)을 포함한다. 본 예에서, 피치 제어 시스템(80)은, 피치 구동 시스템(68) 및 센서(70)에 결합된다. 풍력 터빈(10)의 정상적인 작동 동안, 풍력 터빈 컨트롤러(36)는, 로터 블레이드들(22)의 피치각을 조정하도록 피치 구동 시스템(68)을 제어할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 예를 들어 배터리, 전기 커패시터들, 또는 허브(20)의 회전에 의해 구동되는 전기 발전기를 포함하는, 전력 생성기(84)가, 허브(20)에 또는 허브 내부에 배열되며, 그리고, 센서(70)에, 피치 제어 시스템(80)에 그리고 피치 구동 시스템(68)에, 전력 소스를 이러한 구성요소들에 제공하기 위해, 결합된다. 본 예에서, 전력 생성기(84)는, 풍력 터빈(10)의 작동 동안 지속적인 전력 소스를 피치 어셈블리(66)에 제공한다. 대안적인 실시예에서, 전력 생성기(84)는, 단지 풍력 터빈(10)의 전력 손실 이벤트 도중에만, 피치 어셈블리(66)에 전력을 제공한다. 전력 손실 이벤트는, 전력망 손실 또는 일시적 하락(dip), 풍력 터빈(10)의 전기 시스템의 오작동, 및/또는 풍력 터빈 컨트롤러(36)의 고장을 포함할 수 있을 것이다. 전력 손실 이벤트 동안에, 전력 발생기(84)는, 피치 어셈블리(66)가 전력 손실 이벤트 도중에 작동할 수 있도록, 피치 어셈블리(66)에 전력을 제공하도록 작동한다.
본 예에서, 피치 구동 시스템(68), 센서(70), 피치 제어 시스템(80), 케이블들 및 전력 발생기(84)는 각각, 허브(20)의 내측 표면(88)에 의해 한정되는 캐비티(86) 내에 배치된다. 대안적인 실시예에서, 상기 구성요소들은, 허브(20)의 외측 표면에 대해 배치되며, 그리고 외측 표면에, 직접적으로 또는 간접적으로, 결합될 수 있을 것이다.
도 3a 내지 3d는 복수의 보조 풍력 에너지 변환기를 포함하는 풍력 터빈의 일 예를 개략적으로 예시한다. 도 3a는 공기 유동을 풍력 에너지 변환기들을 향해 공급하는 공기 도관을 개략적으로 예시한다. 도 3b는 기관실의 상부 근처의 평면 단면도를 예시한다. 도 3c는 기관실의 상부 근처에 배열되는 복수의 보조 풍력 에너지 변환기를 예시한다. 도 3d는, 종방향 수직 평면(좌측 상부)에서의 단면도, 횡방향 수직 평면(우측 상부)에서의 단면도 및 평면 단면도를 개략적으로 예시한다. 본 개시의 모든 예들은, 연안 및 내륙의 풍력 터빈들 및 풍력 발전 단지들 양자 모두에 사용될 수 있을 것이다.
본 개시의 일 양태에서, 타워(100), 타워(100)에 장착되는 기관실(16) 및, 복수의 블레이드(22)를 갖는 풍력 터빈 로터(18)를 포함하는, 풍력 터빈(10)이, 제공된다. 풍력 터빈은, 풍력 터빈 로터(18)와 작동적으로 결합되는 풍력 터빈 발전기(42)를 더 포함한다. 풍력 터빈(10)은, 기관실(16)과 함께 배열되는 하나 이상의 보조 풍력 에너지 변환기(140)를 더 포함한다. 보조 풍력 에너지 변환기들(140)은, 기관실에 내장되는 것으로 도시되어 있다.
본 예에서, 보조 풍력 에너지 변환기들(140)은, 기관실의 천장의 일부를 형성할 수 있다. 본 예의 보조 풍력 에너지 변환기들(140)은, 이러한 변환기들이 그에 부착되는 기관실의 부품에 실질적으로 평행한 로터 평면을 가질 수 있다.
본 명세서에서, 풍력 터빈 발전기(42)는, 풍력 터빈의 메인 발전기로서 간주될 수 있다. 메인 발전기는, 풍력 터빈 로터의 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환하도록 구성된다. 전기 에너지는, 예를 들어, 전력 전자 변환기 및 메인 계기용 변압기를 통해, 전력망에 전달될 수 있다. 로터(18)는, 기관실(16)에 대해 (그 내부에 배열되는 프레임에 대해) 회전 가능하게 장착될 수 있다(예를 들어, 도 1 참조).
보조 풍력 에너지 변환기들(140) 또한, 공기 유동에 의해 구동되며, 그리고 또한 공기 유동에 의한 구동 시 회전하도록 하기 위해 블레이드들 또는 베인들을 갖는 로터를 포함한다. 그러나, 보조 풍력 에너지 변환기들(140)은, 풍력 터빈 로터보다 훨씬 작다. 보조 풍력 에너지 변환기들은, 대응하는 (보조) 발전기를 구동하도록 구성될 수 있다. 보조 발전기에 의해 제공되는 전기 에너지는, 전력망에 전달되도록 예정된 것이 아니다. 대신에, 보조 발전기에 의해 제공되는 전기 에너지는, 에너지 저장 요소에 제공될 수 있으며, 그리고 또한 특히 보조 시스템들에 제공될 수 있다. 그러한 보조 시스템들은, 가열 시스템들, 냉각 시스템들, 신호등들, 통신 장치들, 피치 시스템들, 요 시스템 및 다른 것을 포함할 수 있다. 용어 "보조 풍력 에너지 변환기들 및 더 작은 풍력 터빈들"은, 본 명세서에서는 상호 교환 가능하게 사용된다.
도 3의 예에서, 보조 풍력 에너지 변환기들(140)은, 기관실의 슈라우드(120)에 의해 커버된다. 슈라우드는, 임의의 유형의 적절한 커버 또는 덮개에 의해 형성될 수 있다. 이 점에 있어서, 기관실은, 이중 천장을 갖는 것으로 간주될 수 있다. 기관실의 제1 천장은, 기관실의 내부 하우징을 폐쇄한다. 제2 천장은, 슈라우드에 의해 형성된다. 제1 천장과 제2 천장 사이에, 바람 채널들(150)이 배열될 수 있다. 다른 예에서, 기관실은, 이중 측벽을 가질 수 있으며, 바람 채널들(150)은, 2개의 측벽 사이에 배열될 수 있다.
예들에서, 하나 이상의 바람 채널(150)이, 기관실의 슈라우드(120)와 나머지 부분 사이에 제공될 수 있다. 도 3의 예에서, 바람 채널들(150)은, 입구(152) 및 출구(154)를 가질 수 있다. 입구(152)는, 내측으로 점진적으로 감소하는 단면을 갖는 바람 채널을 위한 유입구를 형성할 수 있고, 즉 바람 채널(150)의 치수들은, 바람 채널(150)의 입구 지점으로부터 중앙 부분(156)을 향해 감소한다. 출구(154)는, 점진적으로 증가하는 단면을 갖는 바람 채널의 유출구를 형성할 수 있으며, 즉 바람 채널의 치수들은, 즉 바람 채널의 중앙 부분(156)으로부터 출구 지점으로, 점진적으로 증가하는 단면을 갖는다.
도 3의 예에서, 비록 다른 예들에서는 그럴 수도 있겠지만, 보조 풍력 에너지 변환기들(140)은, 바람 채널(150)을 통한 바람 유동에 의해 직접적으로 구동되지는 않는다. 바람 채널의 변화하는 단면은, 바람이 바람 채널(150)을 통해 유동할 때, 풍속이 바람 채널의 가장 좁은 부분에서 증가한다는 것을 의미한다. 풍속의 증가는, 베르누이 원리로 인해, 바람 채널의 (가장) 좁은 부분에서의 정적 압력이 더 낮다는 것을 의미한다. 유체가 채널의 협착 섹션(또는 초크(choke))을 통해 유동할 때 초래되는, 유체 압력의 감소는, 벤츄리 효과로도 알려져 있다.
풍력 터빈(10)은, 유입구(122)로부터 유출구 또는 복수의 유출구로 연장되는, 공기 도관(124) 또는 공기 유동 시스템을 포함할 수 있다. 유출구(들)는, 기관실에 배열될 수 있다. 유입구는, 풍력 터빈의 타워와 함께 배열될 수 있다. 추가적인 예에서, 유입구는, 풍력 터빈의 상이한 개소에, 예를 들어, 타워의 상이한 높이에, 전이부와 함께 또는 전이부에서, 기관실에 또는 다른 곳에, 배열될 수 있다. 유입구(122)와 유출구(들) 사이에, 하나 이상의 보조 풍력 에너지 변환기(140)가, 배열된다. 도 3의 예에서, 보조 풍력 에너지 변환기들(140)은, 기관실의 내부로부터 기관실의 외부를 향하는 공기 유동에 의해 구동되도록 구성된다. 공기가 공기 도관(124)을 통해 유동함에 따라, 공기는, 풍력 터빈의 상이한 부품들에 냉각을 제공할 수 있다.
도 3a의 예에 따라, 공기 도관은, 풍력 터빈 타워의 바닥으로부터 기관실까지 연장될 수 있다. 또한, 공기 도관은, 수직 채널(127)에서 기관실의 후방(순풍방향) 단부를 따라 더 연장될 수 있다. 본 예에서, 밸브(128)가, 공기 도관을 통과하는 유량 및/또는 공기 도관을 통한 경로를 제어하기 위해, 수직 채널(127) 내에 배열될 수 있다. 다른 예에서, 공기 도관은, 예를 들어, 전기적 구성요소들과 같은, 냉각을 요구할 수 있는 특정 구성요소들을 따라 또는 그들 인근에 배열될 수 있다.
도시된 예에서, 공기 도관은, 이어서, 공기 도관의 실질적으로 수평인 부분(141)에서 전방으로(기관실의 역풍방향 측으로) 연장된다. 실질적으로 수평인 부분(141)을 따라, 보조 풍력 에너지 변환기들로의 복수의 입구가 배열될 수 있다.
도 3d에서 가장 잘 볼 수 있는 바와 같이, 바람이 바람 채널(150)을 통해 유동함에 따라, 전술한 벤츄리 효과에 의해 보조 풍력 에너지 변환기(140)의 일 측면 상에 저압이 생성된다. 변환기(140)의 입구(142)로부터 출구로의 공기 유동이 생성될 수 있다. 입구(142)를 향한 공기 유동은, 풍력 터빈의 내부로부터 유래할 수 있다. 변환기(140)의 출구는, 바람 채널(150)의 중앙 부분(156)에 의해 형성될 수 있다.
본 예에서, 기관실의 내부로부터 기관실의 외부를 향한 공기 유동은, 그에 따라, 벤츄리 효과에 의해 야기될 수 있다. 공기가 보조 풍력 에너지 변환기(140)를 통해 유동함에 따라, 변환기는, 회전하도록 설정된다. 보조 풍력 에너지 변환기(140)는, 변환기(140)의 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환하기 위해 보조 발전기에 작동적으로 결합될 수 있다.
풍력 에너지 변환기(140)를 통한 공기 유동이 주로 벤츄리 효과에 의해 구동될 수 있음에도 불구하고, 부가적인 유동, 풍력 터빈 타워의 굴뚝 효과에 의해 제공될 수 있다. 공기 도관(124)의 유입구는, 이러한 굴뚝 효과를 개선하기 위해 풍력 터빈의 바닥에 또는 바닥 근처에 배열될 수 있다. 굴뚝 효과는, 공기 부력으로부터 야기되는, 건물들, 굴뚝들 또는 타워들의 안팎으로의 공기의 이동이다. 부력은, 예를 들어, 온도 및 습도의 차이로부터 야기되는, 공기 밀도의 차이로 인해 발생할 수 있다.
일부 예에서, 공기 도관은, 공기 도관 내의 공기 유동, 그리고 특히 공기 도관 내부에서의 경로를 제어하기 위해, 하나 이상의 밸브(128)를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 밸브는, 유체의 유동을 조정, 유도 또는 제어하는, 임의의 요소 또는 장치로서 간주될 수 있다. 하나 이상의 밸브가, 공기를 보조 풍력 에너지 변환기들 중 하나 이상으로 그리고 다른 보조 풍력 에너지 변환기들로부터 멀어지게 유도하기 위해, 사용될 수 있다. 보조 변환기들 중 일부를 우회하는 것, 또는 보조 변환기들 중 일부를 향해 공기 유동을 집중시키는 것이, 예를 들어, 바람 상태에, 그리고 특히 유입되는 우월풍의 방향에 의존할 수 있다.
예들에서, 보조 풍력 에너지 변환기들 중 하나 이상은, 기관실의 측벽과 함께 배열될 수 있다. 도 3b를 참고하면, 변환기(140)들 중 하나 이상이, 기관실의 제1 측벽(16A)과 함께 배열될 수 있다. 다른 변환기들(140)이, 기관실의 대향 측벽(16B)과 함께 배열될 수 있다. 측벽들(16A, 16B) 각각과 함께 배열되는 변환기들의 개수는, 상이할 수도 있고, 동일할 수도 있다. 여전히 도 3b를 참고하면, 하나 이상의 보조 풍력 에너지 변환기(140)가, 기관실의 후면(16C)(하류측 단부) 근처에 배열될 수 있다. 또한, 하나 이상의 보조 풍력 에너지 변환기(140)가, 기관실의 전면(16D)(상류측 단부) 근처에 배열될 수 있다.
보조 풍력 에너지 변환기들은, 기관실의 측벽(들) 및/또는 천장의 일부를 형성할 수 있다.
우월풍의 상태에 의존하여, 보조 풍력 에너지 변환기들의 선택이 이루어질 수 있는 반면, 다른 것들은 그렇지 않다.
밸브들은 또한, 채널 내에서 공기 유동을 방지하기 위해 사용될 수 있을 것이다. 즉, (예를 들어, 풍력 터빈이 상기 망에 정상적으로 연결된 때에) 보조 풍력 에너지 변환기들의 작동이 불필요하다고 간주되는 경우에는, 보조 풍력 에너지 변환기들의 작동은, 이때, 공기 유동 채널 내의 하나 이상의 밸브를 폐쇄함으로써 중단될 수 있다.
필터들 또는 다른 정화 시스템들이, 유입구(122)에 또는 공기 채널(124)을 따라 배열될 수 있다.
도 3c를 참고하면, 보조 풍력 에너지 변환기들 중 하나 이상이, 기관실의 상부에 또는 상부 근처에 배열될 수 있을 것이다. 기관실(16)은, 발전기, 전력 전자 변환기, 및 기어박스(존재하는 경우)와 같은, 구성요소들을 보호하는 하우징을 형성할 수 있다. 슈라우드(120)는, 슈라우드(120)와 메인 하우징 사이에서 바람 흐름을 제공하기 위해, 기관실의 메인 하우징으로부터 오프셋될 수 있다.
예들에서, 보조 풍력 에너지 변환기들은, 보조 발전기 및 보조 발전기에 연결되는 전자 변환기를 포함한다. 보조 발전기는, 보조 풍력 에너지 변환기들의 임펠러 내에 내장될 수 있다.
대안적인 예에서, 보조 풍력 에너지 변환기들을 구동하는 공기 유동은, 보조 풍력 에너지 변환기들의 입구로부터 보조 풍력 에너지 변환기들의 출구로 배열되고, 보조 풍력 에너지 변환기의 입구 및 출구는, 기관실의 외부에 배열된다. 즉, 이러한 예들에서, 보조 풍력 에너지 변환기(들)를 구동하는 공기 유동은, 풍력 터빈(및 특히 기관실)의 내부로부터 풍력 터빈의 외부로 배열되지 않는다. 이러한 예들 중 일부에서, 공기 유동의 적어도 일부는, 보조 풍력 에너지 변환기들의 출구로부터 입구로 재순환될 수 있다.
일부 예에서, 보조 풍력 에너지 변환기들은, 공기 유동을 구동하기 위한 모터로서 작동되도록 구성될 수 있다. 가능한 구현예에서, 보조 풍력 에너지 변환기들은, 선택적으로 모터로서 구동될 수 있으며, 즉 보조 풍력 에너지 변환기에 연결되는 보조 발전기가, 팬으로서 보조 풍력 에너지 변환기를 구동하기 위한, 모터로서 작용할 수 있다. 보조 풍력 에너지 변환기들로부터 어떠한 에너지 생산도 요구되지 않으며, 그리고 풍력 터빈의 일부 부분에서 냉각이나 증강 냉각에 대한 요구가 존재할 때, 가외의 냉각 공기 유동이, 팬으로서 보조 풍력 에너지 변환기들을 구동함으로써, 형성될 수 있다. 제어 시스템이, 공기 도관 내에서 밸브들을 제어하기 위해 그리고 보조 풍력 에너지 변환기들을 선택적으로 구동하기 위해, 제공될 수 있다. 공기 유동은, 전술한 벤츄리 효과, 굴뚝 효과 및 보조 풍력 에너지 변환기들에 의해 제공되는 흡입의 조합일 수 있다.
본 개시의 일 양태에서, 풍력 터빈(10)의 보조 시스템에 전력을 제공하기 위한 방법이, 제공된다. 방법은, 기관실(16)과 함께 배열되는 하나 이상의 보조 풍력 에너지 변환기(140)를 통한 공기 유동을 유발하도록 기관실(16)의 슈라우드 내부에서 바람을 유동시키는 단계를 포함한다. 상기 방법은 추가로, 보조 풍력 에너지 변환기들(140)의 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환하는 단계 및 보조 풍력 에너지 변환기들(140)의 전기 에너지의 적어도 일부를 풍력 터빈의 보조 시스템에 및/또는 에너지 저장 요소에 제공하는 단계를 더 포함한다.
예들에서, 하나 이상의 보조 풍력 에너지 변환기를 통한 공기 유동은, 공기 유동을 유발하는 바람 유동에 실질적으로 수직일 수 있다.
예들에서, 그러한 방법은, 정상 작동 도중을 포함하여 연속적으로 수행될 수 있다. 다른 예에서, 그러한 방법은, 전력망과의 연결이 상실되었다는 검출이 이루어지는 때에 수행될 수 있다. 예를 들어, 풍력 터빈 컨트롤러 또는 풍력 발전 단지 컨트롤러가, 그러한 결정을 행할 수 있다. 상기 망으로부터의 연결 해제에 응답하여, 보조 풍력 에너지 변환기들 중 하나 이상이, 작동될 수 있다. 예를 들어, 풍력 터빈 컨트롤러는, 풍력 터빈 내부의 공기 채널을 따르는 밸브들을 개방하도록 제어하며, 그리고 공기 유동이 대응하는 보조 풍력 에너지 변환기들을 향하도록 허용한다.
도 4는, 어떻게 전력이 풍력 터빈의 보조 시스템들에 공급될 수 있는지에 대한 일 예를 개략적으로 예시한다. 도 4는 복수의 보조 풍력 에너지 변환기("더 작은 풍력 터빈")(140)를 예시한다. 보조 발전기(148)가, 이러한 더 작은 터빈들 각각과 작동적으로 연결된다. 보조 발전기(148)는, AC 및 DC 전력을 생산할 수 있다. 변환기(146)가, 발전기(148)에 의해 전달되는 AC 또는 DC 전력을 DC 버스(160)에 전달될 DC 전력으로 변환할 수 있다.
이러한 예들에서, 단일 DC 버스(160)가, 보조 풍력 에너지 변환기들(140) 모두에 공용일 수 있다. DC 버스(160)로부터, 전기 에너지의 일부가, 보조 시스템들에 제공될 수 있다. 보조 시스템들(169) 중의 일부는, AC 전원을 요구할 수 있다. DC/AC 인버터(166)가, DC 버스(160)로부터의 DC 전력을 보조 시스템들(169)을 위한 AC 전력으로 변환할 수 있다. 보조 시스템들(168) 중의 일부는, DC 버스(160)로부터 직접적으로 전달될 수 있는, DC 전력을 요구할 수 있다.
정상 작동에 있어서, DC 버스로의 전력은, 풍력 발전 단지 망일 수 있는, 전력망(200)으로부터 보장될 수 있다. AC/DC 변환기(210)가, 전력망(200)과 DC 버스(160) 사이에 배열될 수 있다.
일부 예에서, 방법은, 보조 풍력 에너지 변환기들(140)의 전기 에너지의 다른 일부를 에너지 저장 요소에 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 도 4에 예시된 바와 같이, 풍력 터빈은, 하나 이상의 울트라 캡("울트라 커패시터")(172), 및/또는 하나 이상의 배터리(174)를 포함할 수 있다. 울트라 캡들(172) 및 배터리들은, 보조 시스템들 중의 일부를 위한 백업 전원을 형성할 수 있다. 전력망과의 연결이 상실된 경우에, 울트라 캡들(172), 배터리들(174) 또는 다른 에너지 저장 요소들이, 적어도 약간의 시간 동안 보조 시스템들에 전력을 제공할 수 있다. 본 명세서에 설명된 것과 같은 시스템들 및 방법들과 더불어, 중요한 보조 시스템들의 지속적인 작동을 보장하기 위해 요구되는 에너지 저장량이, 보조 풍력 에너지 변환기들로부터의 에너지 공급으로 인해, 감소될 수 있다. 앞서 언급된 바와 같이, 에너지의 공급은, 작동 전반에 걸쳐 잠재적으로 연속적일 수 있고 및/또는 상기 망으로부터 연결 해제의 경우에 선택적일 수 있다.
보조 풍력 에너지 변환기들(140)이 작동 상태일 때, 보조 풍력 에너지 변환기들(140)로부터의 전력의 일부는, 에너지 저장 요소들에 전달될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 복수의 보호 요소(퓨즈들, 스위치들 등)가, 도 4에 도시된 전기 회로에 배열될 수 있다.
본 개시의 추가적인 양태에서, 풍력 터빈 타워의 상부에 배열되는 기관실, 메인 발전기에 작동적으로 결합되는 복수의 블레이드를 갖는 풍력 터빈 로터 및 하나 이상의 보조 시스템을 포함하는, 풍력 터빈이, 제공된다. 풍력 터빈은, 기관실과 함께 배열되는 제1 보조 풍력 에너지 변환기를 더 포함할 수 있으며, 제1 보조 풍력 에너지 변환기는, 보조 발전기와 작동적으로 결합된다. 보조 발전기는, 풍력 터빈이 전력망으로부터의 연결 해제될 때, 보조 시스템들 중 하나 이상에 전력을 제공하도록 구성된다.
일부 예에서, 더 작은 풍력 터빈은, 기관실의 내부로부터 기관실의 외부를 향하는 공기 유동에 의해 구동되도록 구성될 수 있다.
일부 예에서, 기관실의 내부로부터 기관실의 외부를 향하는 공기 유동은, 기관실의 슈라우드 내부에서 바람 유동의 벤츄리 효과에 의해 야기될 수 있다. 예들에서, 공기 유동 채널이, 풍력 터빈의 유입구와 기관실에서의 유출구 사이에, 제공될 수 있으며, 그리고 이때 유입구는, 풍력 터빈의 타워 내에 배열된다.
일부 예에서, 풍력 터빈은, 전력을 보조 시스템들에 제공하기 위한 배터리들 및/또는 울트라 캡들을 더 포함할 수 있다.
본 개시의 범주 내에서, 보조 풍력 에너지 변환기들은, 다양한 형상 및 크기를 가질 수 있다. 일부 예에서, 양방향성 웰스 터빈(bidirectional Wells turbine)이 사용될 수 있다. 일부 예에서, 보조 풍력 에너지 변환기들은, 벤츄리 효과에 의존할 수 있다. 다른 예에서, 보조 풍력 에너지 변환기들은, 직접적으로 바람 유동에 의해 구동될 수 있다. 예들에서, 보조 풍력 에너지 변환기들의 로터는, 예를 들어, 50 cm 내지 2 미터의 직경일 수 있다. 예들에서, 보조 풍력 에너지 변환기들의 개수는, 2 내지 20개일 수 있으며, 그리고 더욱 구체적으로 4 내지 10개일 수 있다. 보조 풍력 에너지 변환기들의 정격 전력은, 변환기의 단면적 및 변환기를 통한 공칭 유속(nominal flow speed)에 의존할 것이다.
여기에 기재된 설명은, 바람직한 실시예를 포함하여 본 발명을 개시하고, 또한 이 기술이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자가 임의의 장치 또는 시스템의 제조 및 사용 그리고 임의의 통합된 방법의 수행을 포함하여 본 발명을 실시할 수 있도록 하기 위해 여러 예들을 사용한다. 본 개시의 특허 가능한 범위는, 청구범위에 의해 한정되고, 이 기술이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자가 인지하는 다른 예들을 포함할 수 있다. 이러한 다른 예들은, 이러한 예들이 청구범위의 문구 자체와 다르지 않은 구조적 요소를 갖거나, 이러한 예들이 청구범위의 문구 자체와 미미한 차이를 갖는 균등한 구조적 요소를 포함하는 경우에 청구범위의 범주 내에 속하는 것으로 의도된다. 설명된 다양한 실시예들로부터의 양태들 및 이러한 양태 각각에 대한 다른 공지된 균등물은, 본 출원의 원리에 따라 추가적인 실시예 및 기술을 구성하기 위해 이 기술이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 혼합 및 연합될 수 있다. 도면에 관련된 참조 부호가 청구범위에서 괄호 내에 위치되는 경우에, 이들 참조 부호는 청구범위의 명료성을 높이고자 하는 것이며 청구범위의 범주를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.

Claims (15)

  1. 풍력 터빈(10)으로서,
    타워(100);
    상기 타워(100) 상에 장착되는 기관실(16);
    복수의 블레이드(22)를 갖는 풍력 터빈 로터(18); 및
    상기 풍력 터빈 로터(18)와 작동적으로 결합되는 풍력 터빈 발전기(42)
    를 포함하며, 그리고
    상기 기관실(16)에 내장되는 하나 이상의 보조 풍력 에너지 변환기(140)를 더 포함하는 것인, 풍력 터빈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보조 풍력 에너지 변환기들(140) 중 하나 이상이, 상기 기관실의 슈라우드(120)에 의해 커버되는 것인, 풍력 터빈.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 보조 풍력 에너지 변환기들(140) 중 하나 이상을 구동하는 공기 유동(air flow)이, 벤츄리 효과(venturi effect)에 의해 야기되는 것인, 풍력 터빈.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보조 풍력 에너지 변환기들을 구동하는 상기 공기 유동은, 상기 기관실의 내부로부터 상기 기관실(16)의 외부로 배열되는 것인, 풍력 터빈.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    공기 도관(air conduit)이, 상기 풍력 터빈의 유입구(122)와 상기 기관실의 유출구 사이에 제공되는 것인, 풍력 터빈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 유입구(122)는, 상기 풍력 터빈(10)의 타워(100)와 함께 배열되는 것인, 풍력 터빈.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 공기 도관은, 상기 공기 유동을 제어하기 위한 그리고 선택적으로 상기 공기 도관 내부에서 공기 유동의 경로를 제어하기 위한, 하나 이상의 밸브(128)를 포함하는 것인, 풍력 터빈.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 보조 풍력 에너지 변환기들(140)을 구동하는 상기 공기 유동은, 상기 보조 풍력 에너지 변환기들의 입구로부터 상기 보조 풍력 에너지 변환기들의 출구로 배열되고, 상기 보조 풍력 에너지 변환기들의 상기 입구 및 출구는, 상기 기관실의 외부에 배열되며, 그리고 선택적으로, 상기 공기 유동의 적어도 일부가, 상기 보조 풍력 에너지 변환기들의 출구로부터 상기 입구로 재순환되는 것인, 풍력 터빈.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보조 풍력 에너지 변환기들(140) 중 하나 이상이, 상기 기관실(16)의 상부 또는 그 근처에 배열되고, 및/또는 상기 기관실의 측벽과 함께 배열되는 것인, 풍력 터빈.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보조 풍력 에너지 변환기들(140)은, 보조 발전기(148) 및 상기 보조 발전기(148)에 연결되는 전자 변환기(146)를 포함하는 것인, 풍력 터빈.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 보조 풍력 에너지 변환기들(140)의 상기 보조 발전기들(148)은, 공통 DC 버스(160)에 연결되는 것인, 풍력 터빈.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나 이상의 에너지 저장 요소를 더 포함하며, 그리고 선택적으로, 상기 에너지 저장 요소들은, 상기 보조 풍력 에너지 변환기들로부터 전력을 수용하도록 구성되는 것인, 풍력 터빈.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보조 풍력 에너지 변환기들은, 공기 유동을 구동하기 위한 모터로서 작동되도록 구성되는 것인, 풍력 터빈.
  14. 방법으로서,
    기관실과 함께 배열되는 하나 이상의 보조 풍력 에너지 변환기를 통해 공기 유동을 유발하도록, 기관실의 슈라우드 내부에서 바람을 유동시키는 단계;
    상기 보조 풍력 에너지 변환기의 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환하는 단계; 및
    상기 보조 풍력 에너지 변환기들의 전기 에너지의 적어도 일부를 상기 풍력 터빈의 보조 시스템에 및/또는 에너지 저장 요소에 제공하는 단계
    를 포함하는 것인, 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 풍력 터빈 타워 내부의 공기 채널을 통해 상기 보조 풍력 에너지 변환기들로 공기 유동을 제어하는 단계를 포함하는 것인, 방법.
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