KR20230095487A - 부유식 풍력발전 장치 및 그의 움직임 제어 방법 - Google Patents

부유식 풍력발전 장치 및 그의 움직임 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 부유식 풍력발전 장치 및 그의 움직임 제어 방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 측면에 따르면, 풍력발전 장치는, 풍력에 의해 전기를 생산하는 풍력발전 설비; 및 상기 풍력발전 설비를 지지하고, 부력을 제공하는 부유식 구조체를 포함하고, 상기 부유식 구조체는, 부력을 제공하고, 내부에 해수가 채워지도록 공간을 갖는 복수의 부유 기둥; 상기 복수의 부유 기둥을 연결하는 연결체; 상기 부유식 구조체가 배치된 해상의 해양환경을 감지하는 해양환경 감지부; 상기 복수의 부유 기둥 각각에 해수를 유입시키거나 배출시키는 복수의 펌프; 및 상기 해양환경 감지부에서 감지된 해양환경에 따라 상기 부유식 구조체의 움직임을 예측하여 상기 복수의 부유 기둥에 해수를 유입되거나 배출되도록 상기 복수의 펌프를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

부유식 풍력발전 장치 및 그의 움직임 제어 방법{FLOATING WIND POWER GENERATOR AND MOVEMENT CONTROLLING METHOD THEREOF}
본 발명은 부유식 풍력발전 장치 및 그의 움직임 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 해상에 설치된 부유식 풍력발전 장치가 해양환경에 의해 움직이는 것을 제어할 수 있는 부유식 풍력발전 장치 및 그의 움직임 제어 방법에 대한 발명이다.
풍력발전은 풍력에너지를 기계적인 에너지로 변환하여 전기를 생산하는 기술로, 온실가스 저감을 위한 청정 에너지원으로 각광받고 있다. 이러한 풍력발전 장치는 주로 육상에 설치되지만, 육상에 설치된 풍력발전 장치는 소음 문제 및 부지 확보 문제 등과 같은 문제가 있다. 그에 따라 최근에는 해상에 풍력발전 장치를 설치하는 추세가 증가하고 있다.
해상에 설치된 풍력발전 장치 중 하나로 해상에 풍력발전 장치를 부유하여 설치하는 부유식 풍력발전 장치가 있다. 이러한 부유식 풍력발전 장치는 해상의 수심에 영향을 받지 않고, 설치할 수 있는 장점이 있다. 또한, 해상에서 강한 바람을 이용하여 발전효율을 높이기 위해 수심이 깊은 원해에 설치할 수 있는 장점이 있다.
이러한 부유식 풍력발전 장치는 상부에 발전을 위한 설비가 배치되고, 해당 설비를 지지하기 위한 부유식 구조체가 하부에 배치된다. 부유식 구조체는 해양환경에 의해 상하 운동, 좌우 운동 및 회전 운동이 이루어지며, 부유식 구조체가 과도하게 운동하는 경우에 상부에 배치된 발전 설비에서의 발전 효율이 떨어질 수 있고, 풍력발전 장치가 전복될 위험이 있다.
그에 따라 부유식 구조체에 포함된 부유 기둥에 해수를 채우고, 펌프를 이용하여 부유 기둥을 채우는 해수의 양을 조절하여 풍력발전 장치가 해양환경에서 운동되는 것을 조절할 수 있다. 하지만, 펌프를 이용하여 부유 기둥에 해수가 유입되거나 배출되는 시간이 소요됨에 따라 해양환경에 실시간으로 부유식 구조체의 움직임을 제어하는 것이 어려운 문제가 있다.
대한민국 등록특허 제10-2255985호 (2021.05.18.) 대한민국 등록특허 제10-1713618호 (2017.03.02.) 대한민국 공개특허 제10-2016-0033811호 (2016.03.29.)
본 발명의 실시예들은 상기와 같은 배경에서 발명된 것으로서, 해양환경에 실시간으로 부유식 구조체의 움직임을 제어할 수 있는 부유식 풍력발전 장치 및 그의 움직임 제어 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 풍력발전 장치는, 풍력에 의해 전기를 생산하는 풍력발전 설비; 및 상기 풍력발전 설비를 지지하고, 부력을 제공하는 부유식 구조체를 포함하고, 상기 부유식 구조체는, 부력을 제공하고, 내부에 해수가 채워지도록 공간을 갖는 복수의 부유 기둥; 상기 복수의 부유 기둥을 연결하는 연결체; 상기 부유식 구조체가 배치된 해상의 해양환경을 감지하는 해양환경 감지부; 상기 복수의 부유 기둥 각각에 해수를 유입시키거나 배출시키는 복수의 펌프; 및 상기 해양환경 감지부에서 감지된 해양환경에 따라 상기 부유식 구조체의 움직임을 예측하여 상기 복수의 부유 기둥에 해수를 유입되거나 배출되도록 상기 복수의 펌프를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 제어부는 상기 복수의 펌프를 각각 독립적을 제어할 수 있다.
상기 부유식 구조체는, 상기 부유식 구조체의 움직임을 감지하는 구조체 감지부를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 해양환경 감지부에서 감지된 해양환경에 따라 상기 구조체 감지부에서 감지된 상기 부유식 구조체의 움직임을 학습할 수 있다.
상기 제어부는 인공신경망을 이용하여 상기 부유식 구조체의 움직임을 학습할 수 있다.
상기 제어부는 해양환경의 변화를 예측하여 상기 부유식 구조체의 움직임을 예측할 수 있다.
상기 연결체는, 설비를 지지하는 설비 지지부; 상기 설비 지지부와 소정의 간격으로 이격된 위치에 배치되고, 상기 복수의 칼럼을 각각 지지하는 복수의 칼럼 지지부; 및 상기 설비 지지부와 상기 복수의 칼럼 지지부를 연결하는 지지 연결부를 포함할 수 있다.
상기 연결체는, 상기 설비 지지부와 상기 복수의 칼럼을 각각 연결하는 복수의 지지빔을 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 측면에 따르면, 풍력발전 장치의 움직임 제어 방법은, 풍력에 의해 전기를 생산하는 풍력발전 설비를 지지하고 부력을 제공하는 부유식 구조체의 움직임을 감지하는 단계; 상기 부유식 구조체가 배치된 해상의 해양환경을 감지하는 단계; 상기 해양환경에 따른 상기 부유식 구조체의 움직임을 학습하는 단계; 상기 부유식 구조체의 움직임에 대해 학습된 결과를 기초로, 상기 해양환경에 따른 부유식 구조체의 움직임을 예측하는 단계; 및 상기 부유식 구조체의 부력을 제공하도록 상기 부유식 구조체에 포함된 복수의 부유 기둥에 해수가 유입되거나 배출되도록 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 복수의 부유 기둥에 해수가 유입되거나 배출되도록 조절하는 단계는, 상기 복수의 부유 기둥에 각각 해수를 유입시키거나 배출시키는 복수의 펌프를 제어할 수 있다.
상기 부유식 구조체의 움직임을 학습하는 단계는, 인공신경망을 이용하여 상기 부유식 구조체의 움직임을 학습할 수 있다.
상기 부유식 구조체의 움직임을 예측하는 단계는, 해양환경의 변화를 예측하여 상기 부유식 구조체의 움직임을 예측할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는, 해양환경에 따라 부유식 구조체의 움직임을 학습하여 해양환경에 대한 부유식 구조체의 움직임을 예측하여 부유 기둥을 채우는 해수의 양을 조절하기 위해 펌프를 사전에 가동시켜, 해양환경에 따라 실시간으로 풍력발전 장치의 움직임을 제어할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전 장치의 제1 부유 기둥을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전 장치의 움직임을 제어하기 위한 구성을 나타낸 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전 장치의 움직임을 제어하기 위한 학습 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전 장치의 움직임을 제어하기 위한 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전 장치의 움직임을 제어하기 위한 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전 장치의 움직임 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하에서는 본 발명의 실시예들에 대해 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하에 소개되는 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있기 위한 예로서 제공되는 것이다. 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략하였으며 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전 장치(10)에 대해 설명한다. 본 발명의 일실시예에 따른 풍력발전 장치(10)는, 부유식 구조체(100) 및 발전 설비(200)를 포함한다.
발전 설비(200)는 도 1에 개략적으로 도시하였지만, 부유식 구조체(100)의 상부에 배치되고, 해상 풍력에 의해 회전하여 전기를 생산할 수 있다. 이러한 발전 설비(200)는, 풍력 터빈이 지지기둥의 상단에 설치되고, 풍력 터빈은 복수의 블레이드 및 너셀(nacelle)을 포함할 수 있다. 본 발명의 일실시예에서, 상기와 같은, 발전 설비(200)가 부유식 구조체(100) 상부에 배치되는 것에 대해 설명하지만, 필요에 따라 다른 다양한 설비가 부유식 구조체(100) 상부에 배치될 수 있다.
부유식 구조체(100)는 해상에 부유될 수 있게 해상에 설치되며, 발전 설비(200)를 지지한다. 이러한 부유식 구조체(100)는 제1 부유 기둥(112), 제2 부유 기둥(114), 제3 부유 기둥(116), 연결체(120), 구조체 감지부(130), 해양환경 감지부(140), 제어부(150), 제1 펌프(162), 제2 펌프(164) 및 제3 펌프(166)를 포함한다.
제1 부유 기둥(112), 제2 부유 기둥(114) 및 제3 부유 기둥(116)은 각각 연결체(120)의 상부에 배치되며, 서로 소정의 간격이 이격되어 배치될 수 있다. 본 실시예에서, 연결체(120)의 상부에 제1 부유 기둥(112), 제2 부유 기둥(114) 및 제3 부유 기둥(116)이 배치된 것으로 설명하지만, 더 많은 부유 기둥이 배치될 수 있다.
도 2를 참조하여, 제1 부유 기둥(112)에 대해 설명하며, 제2 부유 기둥(114) 및 제3 부유 기둥(116)은 제1 부유 기둥(112)과 동일한 구조를 가질 수 있다. 제1 부유 기둥(112)은 내부에 소정의 공간을 가지며, 내부 공간에 해수가 채워질 수 있다. 제1 부유 기둥(112)의 내부에 제1 펌프(162)가 배치될 수 있다. 제1 펌프(162)는 제1 부유 기둥(112)에 해수를 채우기 위해 배치될 수 있다.
제1 부유 기둥(112)은 도시된 바와 같이, 대략 원기둥 형상을 가질 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 횡단면 형상은 다각형 형상을 가질 수 있다.
연결체(120)는 제1 부유 기둥(112), 제2 부유 기둥(114) 및 제3 부유 기둥(116)을 지지하고, 복수의 칼럼(110)의 하부에 배치된다. 이러한 연결체(120)는 설비 지지부(121), 기둥 지지부(123), 지지 연결부(125) 및 지지빔(127)을 포함한다.
설비 지지부(121)는, 발전 설비(200)를 지지하기 위해 배치되고, 연결체(120)의 중앙 부분에 배치될 수 있다. 발전 설비(200)는 해상 풍력에 의해 전기를 생산할 수 있는 풍력 발전 설비일 수 있으며, 발전 설비(200)의 지지기둥이 배치될 수 있다.
기둥 지지부(123)는 중앙에 배치된 설비 지지부(121)를 기준으로 소정의 거리가 이격된 위치에 배치되고, 복수 개가 구비될 수 있다. 이러한 복수의 기둥 지지부(123)는 상부에 제1 부유 기둥(112), 제2 부유 기둥(114) 및 제3 부유 기둥(116)이 각각 배치되고, 제1 부유 기둥(112), 제2 부유 기둥(114) 및 제3 부유 기둥(116)이 배치될 수 있게 소정의 너비를 가질 수 있다.
본 실시예에서 제1 부유 기둥(112), 제2 부유 기둥(114) 및 제3 부유 기둥(116)이 구비된 것에 대해 설명함에 따라 기둥 지지부(123)도 세 개가 구비될 수 있다. 이러한 세 개의 기둥 지지부(123)는 설비 지지부(121)에서 소정의 거리가 이격된 위치에 배치되고, 세 개의 기둥 지지부(123)는 서로 동일한 간격을 가지도록 배치될 수 있다.
지지 연결부(125)는 설비 지지부(121)와 기둥 지지부(123)를 연결하기 위해 구비된다. 기둥 지지부(123)는 설비 지지부(121)와 소정의 간격이 이격된 위치에 배치됨에 따라 설비 지지부(121)와 기둥 지지부(123)를 서로 연결한다. 즉, 지지 연결부(125)는 중앙에 배치된 설비 지지부(121)에서 기둥 지지부(123)가 배치된 외측 방향으로 연장되어 배치되고, 도 1에 도시된 바와 같이, 설비 지지부(121)에서 외측 방향으로 세 개가 연결되어 배치될 수 있다.
지지 연결부(125)는 도시된 바와 같이, 소정의 너비를 가질 수 있으며, 설비 지지부(121)에서 외측 방향으로 연결되어 소정의 길이를 가질 수 있다.
지지빔(127)은 지지 연결부(125)의 상부에 배치되고, 일단이 제1 부유 기둥(112)에 연결되며, 타단이 설비 지지부(121)에 연결될 수 있다. 지지빔(127)은 제1 부유 기둥(112), 제2 부유 기둥(114) 및 제3 부유 기둥(116)이 연결체(120)에 보다 견고하게 결합될 수 있게 지지하는 역할을 한다. 예컨대, 이러한 지지빔(127)은 제1 부유 기둥(112)과 설비 지지부(121) 사이에 복수 개가 배치될 수 있으며, 수평 방향으로 배치되거나 또는 경사진 상태로 배치될 수 있다.
구조체 감지부(130)는 부유식 구조체(100)의 무게중심, 흘수, 고유 진동수 등을 감지한다. 이를 위해 구조체 감지부(130)는 힘 센서, 가속도 센서 및 자이로 센서 등을 포함할 수 있다. 구조체 감지부(130)는 부유식 구조체(100)가 해상에서 해양환경에 따라 움직이는 것을 감지할 수 있다. 구조체 감지부(130)에서 감지된 신호는 제어부(150)로 전송될 수 있다.
해양환경 감지부(140)는 해양환경에 대한 각종 정보를 감지한다. 이러한 해양환경 감지부(140)는 풍속, 풍향, 파고 및 파주기 등을 감지할 수 있다. 해양환경 감지부(140)는 이러한 해양환경에 대해 실시간으로 감지할 수 있으며, 해양환경 감지부(140)에서 감지된 신호는 제어부(150)로 전송될 수 있다.
제어부(150)는 구조체 감지부(130)에서 감지된 부유식 구조체(100)의 움직임 및 해양환경 감지부(140)에서 감지된 해양환경에 대한 정보를 이용하여 해양환경에 따라 부유식 구조체(100)의 움직임에 대한 학습이 이루어질 수 있다. 제어부(150)는 상기와 같이, 부유식 구조체(100)의 움직임에 대한 학습에 따라 해양환경에 따라 부유식 구조체(100)가 최소한의 움직임이 이루어지도록 제1 펌프(162), 제2 펌프(164) 및 제3 펌프(166)의 동작을 제어할 수 있다. 또한, 제어부(150)는 제1 펌프(162), 제2 펌프(164) 및 제3 펌프(166)의 동작을 독립적으로 제어할 수 있다.
이러한 제어부(150)는 인공신경망을 이용하여 부유식 구조체(100)의 움직임에 대해 학습이 이루어질 수 있다. 인공신경망은 기계학습과 인지과학에서 생물학의 신경망에서 영감을 얻은 통계학적인 학습 알고리즘을 의미한다. 인공신경망은 시냅스 결합으로 네트워크를 형성한 인공 뉴런(노드)이 학습을 통해 시냅스의 결합 세기를 변화시켜 문제 해결 능력을 가지는 모델 전반을 의미할 수 있다.
예컨대, 본 실시예에서, 제어부(150)는 인공신경망 모델 중 제한된 볼츠만 머신 모델을 이용하는 것에 대해 설명한다. 제한된 볼츠만 머신 모델은, 차원 감소, 분류, 선형 회귀 분석, 협업 필터링(collaborative filtering), 특징 값 학습(feature learning) 및 주제 모델링(topic modelling)에 사용할 수 있는 알고리즘으로 Geoff Hinton이 제안한 모델이다.
이러한 제한된 볼츠만 머신 모델은 가시층(visible layer) 및 은닉층(hidden layer)로 구성되고, 가시층에는 다수의 가시노드(visible node)를 포함하고, 은닉층은 다수의 은닉노드(hidden node)를 포함한다. 그리고 모든 은닉층에 위치하는 은닉노드는 가시층에 위치하는 가시노드와 연결되고, 모든 가시층의 가시노드는 은닉층의 은닉노드와 연결된다. 즉, 제한된 볼츠만 머신 모델은 같은 층의 노드는 서로 연결되지 않고, 다른 층의 노드와 연결된다.
가시층의 가시노드는 데이터가 입력되면 입력된 데이터를 은닉층의 얼마나 전달할 것인지를 확률에 따라 결정(stochastic decision)한다. 즉, 확률에 따라 입력된 데이터가 전달할 것으로 결정하면 1로 표시하고, 데이터를 전달하지 않을 것으로 결정하면 0으로 표시한다.
도 4를 참조하면, 가시층의 가시노드(i)로 입력 데이터(v)가 입력되면, 가시노드의 입력 데이터와 가중치(wij)의 곱셈 값이 서로 더해진다. 그리고 활성 함수(예컨대, 시그모이드(Sigmoid) 함수)를 거쳐 0 또는 1의 값으로 샘플링되어 은닉노드(j)에 출력 값(h)이 출력된다.
제한된 볼츠만 머신 모델은 비지도 학습(unsupervised learning)을 통해 가중치를 조절하여 입력 데이터의 중요한 특징들을 학습한다. 여기서 가중치는 입력 데이터(v), 은닉노드의 출력 값(h), 재구성(reconstruction) 과정을 통해 계산되는 보정된 입력 데이터(v') 및 재생산(Regeneration) 과정을 통해 계산되는 보정된 출력값(h')으로부터 오차 값(v'h'-vh)을 계산하여 조절될 수 있다.
도 5 및 도 6을 참조하여, 제한된 볼츠만 머신 모델에서 가중치를 조절하는 것에 대한 일례를 설명한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 재구성 과정에서 은닉층의 각 은닉노드(j)의 출력 값(h)과 가중치(wji)의 곱셈 값은 모두 합산된 후, 활성 함수를 거쳐 0 또는 1의 값으로 샘플링되어 입력 노드(i)에서 보정된 입력 데이터(v')으로 출력된다.
도 6에 도시된 바와 같이, 재생산 과정에서 가시노드(i)의 보정된 입력 데이터(v')와 가중치(wij)의 곱셈 값은 서로 합해진 후 활성 함수를 거쳐 0 또는 1의 값으로 샘플링되어 은닉노드(j)에서 다시 보정된 출력값(h')으로 출력된다.
따라서 출력값(h), 보정된 입력 데이터(v'), 보정된 출력값(h')의 계산은 각각 아래와 같이 수학식 1, 수학식 2 및 수학식 3과 같이 표현될 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00001
[수학식 2]
Figure pat00002
[수학식 3]
Figure pat00003
여기서, P는 샘플링 함수, hcj는 입력 케이스(c)에 대한 은닉노드(j)의 출력 값, Nv는 가시노드의 수, vci는 가시노드(i)로 입력되는 입력 케이스(c)의 입력 데이터, wij는 가시노드(i)와 은닉노드(j) 사이의 가중치, bh j는 은닉노드(j)의 입력 바이어스 값, σ는 활성 함수(예컨대, 로지스틱 함수(logistic function))이다.
그리고 Nh는 은닉노드의 수, hcj는 은닉노드(j)에서 출력되는 입력 케이스(c)의 출력 값, wji는 은닉노드(j)와 가시노드(i) 사이의 가중치, bh i는 가시노드(i)의 출력 바이어스 값, h'cj는 입력 케이스(c)에 대한 은닉노드(j)의 보정된 출력 값이다.
이렇게 계산된 출력 값(h), 보정된 입력 데이터(v') 및 보정된 출력 값(h')를 이용하여 가중치(wij), 출력 바이어스(bh) 및 입력 바이어스(bv)는 입력 데이터의 특징을 학습하기 위해 보정될 수 있으며, 가중치, 출력 바이어스 및 입력 바이어스의 보정은 수학식 4, 수학식 5 및 수학식 6으로 보정될 수 있다.
[수학식 4]
Figure pat00004
[수학식 5]
Figure pat00005
[수학식 6]
Figure pat00006
여기서, Nc는 입력 배치를 구성하는 입력케이스의 수, ε는 학습율(learning rate)을 의미한다. 인공신경망에서 연산 시간과 학습 효율을 높이기 위해 다수의 입력 데이터로 이루어진 입력 케이스(c)의 집합인 입력 배치(batch)를 기준으로 가중치 보정이 이루어진다.
상기와 같은 제한된 볼츠만 머신 모델을 이용하면, 입력데이터로, 구조체 감지부(130)에서 측정되는 해양환경에 따른 부유식 구조체(100)의 움직임 정보가 입력될 수 있다. 그리고 제어부(150)에서 제한된 볼츠만 머신 모델을 이용하여 해양환경에 따른 부유식 구조체(100)의 움직임에 대한 학습이 이루어질 수 있다.
예컨대, 제한된 볼츠만 머신 모델에서 가시층의 가시노드(i)로 입력되는 입력 데이터(v)에 해양환경의 풍향에 따라 부유식 구조체(100)가 일 측으로 기울어지는 경우 은닉노드(j)의 출력 값(h)으로 1 값이 출력되고, 부유식 구조체(100)가 타 측으로 기울어지는 경우 은닉노드(j)의 출력 값(h)로 0 값이 출력될 수 있다. 그리고 도 5 및 도 6에 도시된 과정을 거치면서 학습되어 해양환경에 따라 부유식 구조체(100)의 움직임에 대한 학습이 이루어질 수 있다.
상기와 같은 학습을 통해 제어부(150)는 해양환경에 따른 부유식 구조체(100)의 움직임에 대해 사전 학습이 이루어질 수 있으며, 그에 따라 제어부(150)는 해양환경의 정보를 실시간으로 감지하면 그에 따라 부유식 구조체(100)의 제1 부유 기둥(112), 제2 부유 기둥(114) 및 제3 부유 기둥(116)에 각각 해수가 어느 정도 채워져야 부유식 구조체(100)의 움직임이 최소화될 것인지에 대해 예측이 이루어질 수 있다.
따라서 제어부(150)는 인공신경망을 이용하여 해양환경에 따라 부유식 구조체(100)의 움직임을 예측하여, 제1 펌프(162), 제2 펌프(164) 및 제3 펌프(166)의 동작을 제어한다. 여기서, 제어부(150)는 마이크로프로세서를 포함하는 연산 장치, 메모리 등에 의해 구현될 수 있으며, 그 구현 방식은 당업자에게 자명한 사항이므로 더 이상의 자세한 설명을 생략한다.
제1 펌프(162), 제2 펌프(164) 및 제3 펌프(166)는 각각 제1 부유 기둥(112), 제2 부유 기둥(114) 및 제3 부유 기둥(116)에 설치되고, 각각 제1 부유 기둥(112), 제2 부유 기둥(114) 및 제3 부유 기둥(116)에 해수를 유입시키거나 배출시킬 수 있다. 제1 펌프(162), 제2 펌프(164) 및 제3 펌프(166)는 각각 제1 부유 기둥(112), 제2 부유 기둥(114) 및 제3 부유 기둥(116)의 내부에 설치될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 부유 기둥(112), 제2 부유 기둥(114) 및 제3 부유 기둥(116)의 외부에 설치될 수도 있다.
도 7을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 부유식 풍력발전 장치(10)의 움직임 제어 방법에 대해 설명한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 부유식 풍력발전 장치(10)의 움직임 제어 방법에 대해 설명하면서, 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명한다.
구조체 감지부(130)에서 부유식 구조체(100)의 움직임을 감지한다(S101).
구조체 감지부(130)는 부유식 구조체(100)의 움직임을 감지하며, 부유식 구조체(100)의 무게중심, 흘수, 고유 진동수 등을 감지한다.
해양환경 감지부(140)에서 해양환경을 감지한다(S103).
해양환경 감지부(140)는 부유식 구조체(100)가 배치된 해양의 주변 환경을 감지한다. 해양환경 감지부(140)는 풍속, 풍향, 파고 및 파주기 등의 정보를 감지한다.
여기서, 단계 S101에서 구조체 감지부(130)가 부유식 구조체(100)의 움직임을 감지하는 것과, 단계 S103에서 해양환경 감지부(140)가 부유식 구조체(100)가 배치된 해양의 주변 환경을 감지하는 것은 동시에 수행될 수 있다.
해양환경에 따른 부유식 구조체(100)의 움직임을 학습한다(S105).
제어부(150)는 단계 S101에서 구조체 감지부(130)가 부유식 구조체(100)의 움직임을 감지하는 것과, 단계 S103에서 해양환경 감지부(140)가 부유식 구조체(100)가 배치된 해양의 주변 환경을 감지된 정보를 기초로, 해양환경에 따라 부유식 구조체(100)의 움직임에 대해 학습이 이루어진다.
여기서, 제어부(150)는 앞서 설명한 인공신경망을 이용하여 부유식 구조체(100)의 움직임에 대해 학습이 이루어질 수 있다.
해양환경에 따른 부유식 구조체(100)의 움직임을 예측한다(S107).
해양환경 감지부(140)는 해양환경에 대해 실시간으로 감지하고, 제어부(150)는 해양환경 감지부(140)에서 감지된 해양환경에 대해 정보를 기초로, 부유식 구조체(100)의 움직임을 예측한다.
예컨대, 제어부(150)는 해상에 부유된 부유식 구조체(100)가 일 측으로 기울어지도록 해풍이 불고 있는 것을 감지한 경우에 해풍이 소정의 시간의 경과된 다음에 부유식 구조체(100)가 타 측으로 기울어지도록 해풍이 불 것을 예측하여 부유식 구조체(100)가 해풍에 대향된 방향으로 움직여야 하는 것을 예측할 수 있다.
펌프를 제어한다(S109).
상기와 같이, 제어부(150)는 해풍의 변화를 예측하여 부유식 구조체(100)의 움직임을 예측함에 따라 부유식 구조체(100)의 제1 펌프(162), 제2 펌프(164) 및 제3 펌프(166)가 각각 동작하도록 제어하여, 제1 부유 기둥(112), 제2 부유 기둥(114) 및 제3 부유 기둥(116)에 해수가 배출되거나 유입되도록 한다.
10: 풍력발전 장치
100: 부유식 구조체
112: 제1 부유 기둥 114: 제2 부유 기둥
116: 제3 부유 기둥
120: 연결체 121: 설비 지지부
123: 기둥 지지부 125: 지지 연결부
127: 지지빔
130: 구조체 감지부 140: 해양환경 감지부
150: 제어부
162: 제1 펌프 164: 제2 펌프
166: 제3 펌프
200: 발전 설비

Claims (12)

  1. 풍력에 의해 전기를 생산하는 풍력발전 설비; 및
    상기 풍력발전 설비를 지지하고, 부력을 제공하는 부유식 구조체를 포함하고,
    상기 부유식 구조체는,
    부력을 제공하고, 내부에 해수가 채워지도록 공간을 갖는 복수의 부유 기둥;
    상기 복수의 부유 기둥을 연결하는 연결체;
    상기 부유식 구조체가 배치된 해상의 해양환경을 감지하는 해양환경 감지부;
    상기 복수의 부유 기둥 각각에 해수를 유입시키거나 배출시키는 복수의 펌프; 및
    상기 해양환경 감지부에서 감지된 해양환경에 따라 상기 부유식 구조체의 움직임을 예측하여 상기 복수의 부유 기둥에 해수를 유입되거나 배출되도록 상기 복수의 펌프를 제어하는 제어부를 포함하는,
    풍력발전 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 복수의 펌프를 각각 독립적을 제어하는,
    풍력발전 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 부유식 구조체는, 상기 부유식 구조체의 움직임을 감지하는 구조체 감지부를 더 포함하는,
    풍력발전 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 해양환경 감지부에서 감지된 해양환경에 따라 상기 구조체 감지부에서 감지된 상기 부유식 구조체의 움직임을 학습하는,
    풍력발전 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 제어부는 인공신경망을 이용하여 상기 부유식 구조체의 움직임을 학습하는,
    풍력발전 장치.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 제어부는 해양환경의 변화를 예측하여 상기 부유식 구조체의 움직임을 예측하는,
    풍력발전 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 연결체는,
    설비를 지지하는 설비 지지부;
    상기 설비 지지부와 소정의 간격으로 이격된 위치에 배치되고, 상기 복수의 칼럼을 각각 지지하는 복수의 칼럼 지지부; 및
    상기 설비 지지부와 상기 복수의 칼럼 지지부를 연결하는 지지 연결부를 포함하는,
    풍력발전 장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 연결체는, 상기 설비 지지부와 상기 복수의 칼럼을 각각 연결하는 복수의 지지빔을 더 포함하는,
    풍력발전 장치.
  9. 풍력에 의해 전기를 생산하는 풍력발전 설비를 지지하고 부력을 제공하는 부유식 구조체의 움직임을 감지하는 단계;
    상기 부유식 구조체가 배치된 해상의 해양환경을 감지하는 단계;
    상기 해양환경에 따른 상기 부유식 구조체의 움직임을 학습하는 단계;
    상기 부유식 구조체의 움직임에 대해 학습된 결과를 기초로, 상기 해양환경에 따른 부유식 구조체의 움직임을 예측하는 단계; 및
    상기 부유식 구조체의 부력을 제공하도록 상기 부유식 구조체에 포함된 복수의 부유 기둥에 해수가 유입되거나 배출되도록 조절하는 단계를 포함하는,
    풍력발전 장치의 움직임 제어 방법.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 복수의 부유 기둥에 해수가 유입되거나 배출되도록 조절하는 단계는, 상기 복수의 부유 기둥에 각각 해수를 유입시키거나 배출시키는 복수의 펌프를 제어하는,
    풍력발전 장치의 움직임 제어 방법.
  11. 제9 항에 있어서,
    상기 부유식 구조체의 움직임을 학습하는 단계는, 인공신경망을 이용하여 상기 부유식 구조체의 움직임을 학습하는,
    풍력발전 장치의 움직임 제어 방법.
  12. 제9 항에 있어서,
    상기 부유식 구조체의 움직임을 예측하는 단계는, 해양환경의 변화를 예측하여 상기 부유식 구조체의 움직임을 예측하는,
    풍력발전 장치의 움직임 제어 방법.
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