KR20230097911A

KR20230097911A - 풍량에 따라 조절되는 블레이드를 구비하는 풍력 발전 시스템, 블레이드 및 그 제어 방법

Info

Publication number: KR20230097911A
Application number: KR1020210192215A
Authority: KR
Inventors: 이재석
Original assignee: 카페24 주식회사
Priority date: 2021-12-24
Filing date: 2021-12-30
Publication date: 2023-07-03
Also published as: KR20230097914A; KR20230097913A; KR20230097912A

Abstract

풍량에 따라 조절되는 블레이드를 구비하는 풍력 발전 시스템이 개시되어 있다. 풍력 발전 시스템은, 수평 방향의 이동 경로를 제공하는 레일, 레일의 이동 경로에 따라 슬라이딩 되어 이동하도록 구성된 이동체, 이동체에 설치되어 바람에 따른 에너지를 기반으로 이동체의 이동을 위한 동력을 제공하는 복수의 블레이드, 이동체 및 블레이드 중 적어도 하나의 이동에 연동하여 회전함으로써 전력을 생성하는 발전기가 구비된 나셀 및 이동체 및 블레이드를 제어하기 위한 제어부를 포함한다. 각각의 블레이드는 에어포켓을 포함하고, 제어부로부터 인가되는 면적 제어 신호에 응답하여 상기 에어포켓의 면적을 조절할 수 있다.

Description

풍량에 따라 조절되는 블레이드를 구비하는 풍력 발전 시스템, 블레이드 및 그 제어 방법{A SYSTEM FOR WIND POWER GENERATION INCLUDING BLADE ADJUSTED ACCORDING TO AIRFLOW, BLADE AND METHOD FOR CONTROLLING IT }

본 발명은 풍량에 따라 조절되는 블레이드를 구비하는 풍력 발전 시스템에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는, 블레이드를 구비하는 하나 또는 다수 개의 이동체를 기반으로 풍력 발전을 수행하는 풍력 발전 시스템으로서, 풍량에 따라 블레이드의 면적을 조절할 수 있는 풍력 발전 시스템과 그에 적용되는 블레이드 및 제어 방법 등에 관한 것이다.

풍력 발전기는 바람이 지니고 있는 에너지를 전기 에너지로 바꿔주는 장치이다. 불어오는 바람은 풍력 발전기의 날개를 회전시키게 된다. 이때 생긴 날개의 회전력으로 전기를 생산할 수 있다. 구체적으로 풍력 발전기는 날개, 변속장치, 발전기의 세 부분으로 구성될 수 있다. 날개는 바람에 의해 회전되어 풍력 에너지를 기계적인 에너지로 변환시키는 장치이다. 발전기는 날개에서 발생한 기계적인 에너지를 전기 에너지로 변환하는 장치이다.

이와 같은 풍력 발전은 기존의 화석 연료를 대체하기 위한 신재생 에너지로서 주목받고 있으나, 통상적인 구성의 날개 회전식 풍력 발전기에서는 보다 큰 전기 에너지를 얻기 위해 회전 날개의 대형화가 필수적인 반면, 회전 날개의 대형화는 주변에 소음을 발생시키는 문제점이 있다.

한국 등록특허공보 제 10-2032550 호 ("풍력 발전 장치", 주식회사 더조은에너지)

전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 블레이드를 구비하는 하나 또는 다수 개의 이동체를 기반으로 풍력 발전을 수행하는 풍력 발전 시스템으로서, 풍량에 따라 블레이드의 면적을 조절할 수 있는 풍력 발전 시스템과 그에 적용되는 블레이드 및 제어 방법 등을 제공하는데 그 목적이 있다.

다만, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.

전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 일 측면에서 풍량에 따라 조절되는 블레이드를 구비하는 풍력 발전 시스템을 제공한다. 상기 풍력 발전 시스템은, 수평 방향의 이동 경로를 제공하는 레일; 상기 레일의 이동 경로에 따라 슬라이딩 되어 이동하도록 구성된 이동체; 상기 이동체에 설치되어 바람에 따른 에너지를 기반으로 상기 이동체의 이동을 위한 동력을 제공하는 복수의 블레이드; 상기 이동체 및 블레이드 중 적어도 하나의 이동에 연동하여 회전함으로써 전력을 생성하는 발전기가 구비된 나셀 (nacelle); 및 상기 이동체 및 블레이드를 제어하기 위한 제어부를 포함한다. 각각의 상기 블레이드는 에어포켓을 포함하고, 상기 제어부로부터 인가되는 면적 제어 신호에 응답하여 상기 에어포켓의 면적을 조절할 수 있다.

상기 블레이드는, 바람을 받는 상기 에어 포켓을 형성하는 돛 형태의 박막; 상기 돛 형태의 박막의 제 1 측을 지지하되, 상기 돛 형태의 박막을 감거나 풀도록 회전하는 제 1 지지부; 상기 돛 형태의 박막의 상기 제 1 측에 대향된 제 2 측을 지지하되, 상기 제 1 지지부의 회전과 연동하여 트랙을 따라 이동 가능한 제 2 지지부; 상기 제 1 지지부 및 상기 제 2 지지부를 고정하는 제 1 고정부; 및 상기 돛 형태의 박막의 배향을 조정하기 위하여 상기 고정부를 회전시키는 회전부를 포함할 수 있다.

상기 면적 제어 신호는, 상기 에어포켓의 면적을 감소시킬 것을 나타내는 제 1 면적 제어 신호; 및 상기 에어포켓의 면적을 증가시킬 것을 나타내는 제 2 면적 제어 신호를 포함할 수 있다. 상기 제 1 면적 제어 신호는 상기 블레이드가 받는 실시간 풍량이 설정된 값 이상일 경우 상기 에어포켓의 면적을 감소시키도록 하여 상기 블레이드의 파손을 방지하기 위한 신호일 수 있다.

상기 블레이드는, 상기 제 1 면적 제어 신호를 수신하는 것을 기반으로 하여, 제 1 지지부가 상기 돛 형태의 박막의 박막을 감는 방향으로 회전하고, 상기 제 2 지지부는 상기 트랙을 따라 상기 제 1 지지부에 근접하도록 이동함으로써, 상기 돛 형태의 박막의 면적을 감소시킬 수 있다.

상기 블레이드는, 상기 제 2 면적 제어 신호를 수신하는 것을 기반으로 하여, 제 1 지지부가 상기 돛 형태의 박막의 박막을 푸는 방향으로 회전하고, 상기 제 2 지지부는 상기 트랙을 따라 상기 제 1 지지부에 멀어지도록 이동함으로써, 상기 돛 형태의 박막의 면적을 증가시킬 수 있다.

상기 제 1 고정부는 상기 제 1 지지부 및 상기 제 2 지지부의 하부를 고정할 수 있다. 상기 풍력 발전 시스템은 상기 제 1 지지부 및 상기 제 2 지지부의 상부를 고정하는 제 2 고정부를 더 포함할 수 있다.

상기 레일은 루프를 형성하고, 각각의 상기 블레이드는, 상기 루프 내에서의상기 복수의 블레이드 각각의 위치에 따라 결정되는 목표 이동 방향에 관한 정보 및 바람의 방향에 관한 정보를 기반으로, 상기 목표 이동 방향으로의 동력을 최대화시키도록 적응적으로 회전하도록 구성될 수 있다.

전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 다른 측면에서 블레이드를 제공한다. 상기 블레이드는, 수평 방향의 이동 경로를 제공하는 레일, 상기 레일의 이동 경로에 따라 슬라이딩 되어 이동하도록 구성된 이동체, 상기 이동체 및 블레이드 중 적어도 하나의 이동에 연동하여 회전함으로써 전력을 생성하는 발전기가 구비된 나셀 (nacelle); 및 상기 이동체 및 블레이드를 제어하기 위한 제어부를 포함하는 풍력 발전 시스템에 적용되며, 복수의 상기 블레이드가 상기 이동체에 설치되어 바람에 따른 에너지를 기반으로 상기 이동체의 이동을 위한 동력을 제공하고, 각각의 상기 블레이드는 에어포켓을 포함하고, 상기 제어부로부터 인가되는 면적 제어 신호에 응답하여 상기 에어포켓의 면적을 조절할 수 있다.

전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 또 다른 측면에서 블레이드의 제어 방법을 제공한다. 상기 제어 방법은, 수평 방향의 이동 경로를 제공하는 레일, 상기 레일의 이동 경로에 따라 슬라이딩 되어 이동하도록 구성된 이동체, 상기 이동체에 설치되어 바람에 따른 에너지를 기반으로 상기 이동체의 이동을 위한 동력을 제공하는 복수의 블레이드-각각의 상기 블레이드는 에어포켓을 포함함-, 상기 이동체 및 블레이드 중 적어도 하나의 이동에 연동하여 회전함으로써 전력을 생성하는 발전기가 구비된 나셀 (nacelle), 및 상기 이동체 및 블레이드를 제어하기 위한 제어부를 포함하는 풍력 발전 시스템에서 상기 블레이드의 제어 방법으로서, 상기 제어부로부터 면적 제어 신호를 수신하는 단계; 및 수신된 상기 면적 제어 신호에 응답하여 상기 에어포켓의 면적을 조절하는 단계를 포함할 수 있다.

개시된 기술은 다음의 효과를 가질 수 있다. 다만, 특정 실시예가 다음의 효과를 전부 포함하여야 한다거나 다음의 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.

본 발명에 따르면, 레일부가 제공하는 이동 경로를 따라 풍력을 사용하여 이동하는 이동체를 기반으로 전력을 발생시키는 풍력 발전 시스템을 실현하며 특히 실시간 풍량에 따라 블레이드의 면적, 예컨데 블레이드에 구비된 돛 형태의 박막의 면적을 적응적으로 조절함으로써 강풍에 의한 블레이드의 파열을 사전에 예방할 수 있어 풍력 발전 시스템의 유지 보수 측면에서 용이한 장점을 제공할 수 있다.

또한, 레일이 제공하는 이동 경로를 따라 이동하는 복수의 블레이드 및/또는 이동체의 이동을 이용하여 발전기의 회전 축이 회전하도록 구성함으로써, 종래 대형 회전 날개의 회전에 따른 소음 발생 문제를 해결할 수 있다.

또한, 대량의 전력을 생산할 수 있는 윈드팜 (Wind Farm) 을 구성함에 있어서 종래의 날개 회전 방식의 풍력 발전기에 비해 공간 효율성을 증대시킬 수 있고, 건설 비용 역시 감축시킬 수 있다.

또한, 바람의 방향에 적응적으로 블레이드가 회전 가능하도록 구성하는 것에 의해, 기상 조건의 변화에 구애받지 않고 높은 효율로 전력을 생산할 수 있다.

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 시스템에 대한 개념도이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 루프형 풍력 발전 시스템의 사시도이다.
도 3 은 제 1 측면에 따른 블레이드 및/또는 이동체와 발전기 중심 축 간의 동력 전달 구조를 나타낸다.
도 4 는 제 2 측면에 따른 블레이드 및/또는 이동체와 발전기 중심 축 간의 동력 전달 구조를 나타낸다.
도 5 는 베르누이의 정리에 대한 개념도이다.
도 6 은 바람과 범주 형태에 따른 세일링 요트의 속력을 나타낸다.
도 7 은 일 측면에 따른 블레이드 지지대의 단면도이다.
도 8 은 일 측면에 따른 고도 분리형 블레이드의 예시도이다.
도 9 는 일 측면에 따른 레일, 이동체 및 블레이드의 결합 관계도이다.
도 10 은 일 측면에 따른 풍력 발전 시스템의 상면도이다.
도 11 은 블레이드 간격 조절이 가능한 풍력 발전 시스템의 상면도이다.
도 12 는 발전기 중심 축의 배치에 대한 예시도이다.
도 13 은 기어 변환이 가능한 풍력 발전 시스템의 예시도이다.
도 14 는 분리 건설되는 격납고에 대한 예시도이다.
도 15 는 레일 상에 건설되는 격납고에 대한 예시도이다.
도 16 은 블레이드 간 체결 형태에 대한 예시도이다.
도 17 은 지면 방향으로 폴딩 가능한 블레이드의 예시도이다.
도 18 은 동심을 가지는 복수 레일 배치 형태에 대한 예시도이다.
도 19 는 적층형 복수 레일 배치 형태에 대한 예시도이다.
도 20 은 본 발명의 제 2 실시 형태에 따른 풍력 발전 시스템에 대한 개념도이다.
도 21 은 본 발명의 제 3 실시 형태에 따른 풍력 발전 시스템에 대한 개념도이다.
도 22 는 도 21 의 실시 형태에서 이동체와 발전기 중심 축 간의 동력 전달 구조를 나타낸다.
도 23은 본 발명의 제 4 실시 형태에 따른 풍력 발전 시스템에 대한 개념도이다.
도 24는 도 23에 도시된 레일 및 이동체의 정합 구조와, 이들과 회전축 및 나셀의 연결 구조를 설명하기 위한 단면도이다.
도 25는 도 24에 발전기에 의항 발전된 전력이 전송로로 전달되는 경로를 예시적으로 설명하기 위한 예시도이다.
도 26은 바퀴와 레일 간을 톱니 바퀴 형태로 구성하여 미끄러짐을 방지하는 구조를 설명하기 위한 개념도이다.
도 27은 루프를 이루는 레일부를 설명하기 위한 사시도이다.
도 28은 복수의 루프를 이루는 복수의 레일부를 설명하기 위한 사시도이다.
도 29는 에어 포켓의 면적을 가변적으로 조절할 수 있는 블레이드의 구조를 예시적으로 나타내는 사시도이다.
도 30은 이동 지지부와 트랙 간의 연결 관계를 예시적으로 나타내는 단면도이다.
도 31은 제 1 면적 제어 신호에 따라 돛 형태의 박막의 면적을 감소시킨 상태를 나타내는 사시도이다.
도 32는 도 29에 도시된 블레이드 구조를 채용한 블레이드 유닛들을 수직방향으로 복수 개 연결한 고도 분리형 블레이드를 나타내는 사시도이다.
도 33은 복수의 박막을 구비하고 복수의 박막을 겹쳐 에어 포켓 면적을 가변적으로 조절할 수 있는 블레이드의 구조를 예시적으로 나타내는 사시도이다.
도 34는 제 1 면적 제어 신호에 따라 에어포켓의 총 면적을 감소시킨 상태를 나타내는 사시도이다.
도 35는 도 33에 도시된 블레이드 구조를 채용한 블레이드 유닛들을 수직방향으로 복수 개 연결한 고도 분리형 블레이드를 나타내는 사시도이다.
도 36은 다른 실시예로서 다중 접철형 구조를 기반으로 돛 형태의 박막을 접어 에어 포켓의 면적을 감소시킬 수 있는 블레이드 구조를 나타낸다.
도 37은 본 발명의 도 29, 도 33 및 도 25를 참조한 실시예의 설명하였던 면적을 조절하는 블레이드를 포함하는 풍력 발전 시스템의 제어 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 38은 블레이드의 면적을 조절하는 단계의 세부 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 39는 기존 풍력 발전기와 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 시스템의 출력에 대한 비교 결과를 나타낸다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.

전술한 바와 같이, 풍력 발전은 기존의 화석 연료를 대체하기 위한 신재생 에너지로서 주목받고 있으나, 통상적인 구성의 날개 회전식 풍력 발전기에서는 보다 큰 전기 에너지를 얻기 위해 회전 날개의 대형화가 필수적인 반면, 회전 날개의 대형화는 주변에 소음을 발생시키는 문제점이 있다. 회전 소음에 따른 피해를 최소화 하기 위해, 풍력 발전기의 설치 위치를 해상으로 변경하는 시도가 이루어지기도 했으나, 해상 설치의 경우 건설 비용의 증대로 풍력 발전의 장점인 경제성을 오히려 악화시키는 문제점이 있으며, 환경적인 측면에서도 큰 문제를 발생시킬 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 시스템은, 레일이 제공하는 이동 경로를 따라 이동하는 복수의 블레이드 및/또는 이동체의 이동을 이용하여 발전기의 회전 축이 회전하도록 구성함으로써, 종래 대형 회전 날개의 회전에 따른 소음 발생 문제를 해결할 수 있다. 이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 시스템에 대해서 보다 구체적으로 설명한다.

<제 1 실시 형태>

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 시스템에 대한 개념도이이고, 도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 루프형 풍력 발전 시스템의 사시도이다. 도 1 또는 도 2 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 시스템 (100) 은 레일 (10), 이동체 (20), 복수의 블레이드 (30) 및 발전기가 구비된 나셀 (nacelle) (40) 을 포함할 수 있다.

레일 (10) 은 이동체 (20) 및/또는 복수의 블레이드 (30) 가 슬라이딩되어 이동할 수 있는 이동 경로를 제공할 수 있다. 도 1 을 통해 도시된 실시예에서 레일 (10) 은 이동체 (20) 의 측면에서 이동 경로를 제공하는 것으로 예시되어 있으나, 레일 (10) 은 이동체 (20) 및/또는 복수의 블레이드 (30) 가 슬라이딩되어 이동할 수 있는 이동 경로를 제공할 수 있는 다양한 설계 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 기차 레일이나 모노 레일과 같은 형태가 채용될 수도 있다. 도 1 에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 레일 (10) 은 지면에 설치되거나 지지대를 통해 설치되어 이동체 (20) 및/또는 복수의 블레이드 (30) 들의 수평 방향의 이동 경로를 제공하도록 구성될 수 있다.

이동체 (20) 는 레일 (10) 이 제공하는 이동 경로에 따라 슬라이딩 되어 이동하도록 구성될 수 있고, 복수의 블레이드 (30) 들은 이동체에 설치되어 바람에 따른 에너지를 기반으로 이동체 (20) 의 이동을 위한 동력을 제공할 수 있다. 즉, 바람이 불면, 바람이 제공하는 에너지가 블레이드 (30) 들에 작용하고 블레이드 (30) 들 및 상기 블레이드들이 연결된 이동체 (20) 가 이동하도록 구성된다. 도 1 에 도시된 실시예에서는 이동체 (20) 가 레일 (10) 접촉하고 이동체 (20) 상에 복수의 블레이드 (30) 가 설치되는 것으로 예시되어 있으나, 레일 (10), 이동체 (20) 및 블레이드 (30) 의 설치 형태 및 구조는 다양한 변형이 채용될 수 있다. 예를 들어, 일 측면에서 블레이드 (30) 들 각각이 레일 (10) 상에서 슬라이드 이동 가능하도록 구성되고, 이동체 (20) 는 복수의 블레이드 (30) 를 연결하는 구성으로서 기능할 수도 있다. 일 측면에서 이동체 (20) 는 도 1 에 도시된 바와 같이 일체 형태일 수도 있고, 다른 측면에서 복수의 분절 구조를 가지는 체인 형태일 수도 있다. 또한, 실시 형태에 따라 이동체 (20) 는 가요성을 가지는 재질로서 구성될 수도 있다.

다시 도 1 을 참조하면, 이동체 (20) 및/또는 블레이드 (30) 와 인접하여, 발전기가 구비된 나셀 (40) 이 배치될 수 있다. 일 측면에 따라, 발전기는 발전기 중심 회전 축에 결합된 발전기 중심 축 기어 (45) 의 회전에 따라 전력을 생산하는 발전기일 수 있으며, 상기 발전기의 중심 회전 축은 이동체 (20) 및 블레이드 (30) 중 적어도 하나의 이동에 연동하여 회전하도록 구성될 수 있다. 도 1 에는 이동체 (20) 의 이동에 연동하여 발전기 중심 회전 축이 회전하는 구성이 예시되어 있다.

관련하여, 도 3 은 제 1 측면에 따른 블레이드 및/또는 이동체와 발전기 중심 회전 축 간의 동력 전달 구조를 나타내고, 도 4 는 제 2 측면에 따른 블레이드 및/또는 이동체와 발전기 중심 회전 축 간의 동력 전달 구조를 나타낸다.

도 3 에 도시된 바와 같이, 발전기는 발전기 중심 회전 축 (45c) 및 발전기 중심 회전 축 (45c) 에 결합된 원형 톱니 기어 (45) 를 구비하고, 이동체 (20) 및 블레이드 (30) 중 적어도 하나의 발전기를 대향하는 면에는 복수 개의 톱니 산 (20a) 이 구비되며, 이동체 (20) 및 블레이드 (30) 중 적어도 하나의 이동에 따라 톱니 산 (20a) 이 원형 톱니 기어 (45) 의 톱니 산 (45a) 와 맞물려 이동함에 따라 발전기 중심 회전 축 (45c) 이 회전하도록 구성될 수 있다. 도 3 에는 이동체 (20) 에 톱니 산 (20a) 이 구비되는 것으로 예시적으로 도시되었으나, 블레이드 (30) 의 발전기를 대향하는 면에 톱니 산 (20a) 이 구비될 수도 있다.

또는, 도 4 에 도시된 바와 같이, 예를 들어 블레이드 (30) 의 발전기를 대향하는 측면으로 블레이드 동력 전달 막대 (30a) 가 구비될 수 있고, 블레이드 동력 전달 막대 (30a) 가 이동하면서 발전기 중심 축 기어 (45) 에 형성된 기어 톱니 산 (45a) 에 작용하는 것에 의해 발전기 중심 회전 축 (45c) 이 회전하도록 구성될 수도 있다. 도 4 에 도시된 바와 달리, 이동체 (20) 의 발전기를 대향하는 측면으로 소정 간격을 가지고 동력 전달 막대가 구비되어 중심 회전 축 (45c) 의 회전을 유발하도록 구성될 수도 있다.

도 12 는 발전기 중심 축의 배치에 대한 예시도이다. 도 12 에 도시된 바와 같이, 발전기 중심 축은 레일과의 관계에서 다양한 실시 형태를 가질 수 있다. 일 측면에 따르면, 도 2 또는 도 12 에 도시된 바와 같이 레일 (10) 및 이동체 (20) 가 루프를 형성하는 실시 형태에서, 발전기 중심 회전 축 (1210, 1220) 은 루프의 외부에 위치할 수도 있고, 루프의 내부에 위치할 수도 있다. 또한 발전기 중심 회전 축 (1210, 1220) 의 회전은 이동체 및/또는 블레이드의 이동에 직접 연동될 수도 있고, 발전기 중심 회전 축 (1230) 과 같이 매개 수단을 구비하여 회전 연동하도록 구성될 수도 있다. 도 12 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 시스템은, 이동체 (20) 및 블레이드 (30) 중 적어도 하나의 이동에 연동하여 회전하는 동력 전달 샤프트 (1231) 를 더 포함하고, 동력 전달 샤프트 (1231) 에 구비된 회전 풀리와 발전기의 발전기 중심 회전 축 (1230) 에 구비된 회전 풀리가 회전 벨트 (1233) 에 따라 회전 연동하도록 구성될 수도 있다. 회전 벨트 (1233) 는 예를 들어 컨베이터 벨트 또는 체인 형태로서 구성될 수도 있다.

다시 도 2 를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 시스템에 있어서, 레일 (10) 은 루프를 형성하도록 구성될 수 있다. 일 측면에 따르면, 레일 (10) 은 복수의 상부 프레임 지지대 (13) 에 의해 지지되는 상부 프레임 (11) 을 더 포함할 수 있고, 상부 프레임 (11) 은 블레이드 (30) 의 상부를 이동 가능하게 유지하여 블레이드 (30) 들의 기립 안정성을 향상시키도록 구성될 수 있다.

레일 (10) 이 루프로 형성되는 것에 의해, 복수의 블레이드들 및/또는 이동체의 이동 경로는 순환되는 구조를 가질 수 있다. 여기서, 복수의 블레이드 (30) 들 각각은, 루프 내에서의 상기 복수의 블레이드 (30) 들 각각의 위치에 따라 결정되는 목표 이동 방향에 관한 정보 및 바람의 방향에 관한 정보를 기반으로, 목표 이동 방향으로의 동력을 최대화시키도록 적응적으로 회전하도록 구성될 수 있다.

다른 측면에 따르면, 복수의 블레이드 (30) 들 각각은, 가요성을 가지는 소재로 구성되어 복수의 에어 포켓을 구비하며, 루프 내에서의 복수의 블레이드들 각각의 위치에 따라 결정되는 목표 이동 방향에 관한 정보 및 바람의 방향에 관한 정보를 기반으로, 복수의 에어 포켓 중 적어도 하나의 에어 포켓에 대한 공기 충전량을 제어함으로써 목표 이동 방향으로의 동력을 최대화시키는 형상으로 변형되도록 구성될 수도 있다.

목표 이동 방향과 관련하여, 도 10 을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다. 도 10 은 일 측면에 따른 풍력 발전 시스템의 상면도이다. 도 10 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 레일 (10) 이 형성하는 루프는, 예를 들어 제 1 방향의 이동 경로를 제공하는 제 1 부분 (1010), 제 1 방향과 반대인 제 2 방향의 이동 경로를 제공하는 제 2 부분 (1030), 제 1 부분으로부터 제 2 부분으로의 이동 경로를 제공하는 제 1 조인트 부분 (1020) 및 제 2 부분으로부터 제 1 부분으로의 이동 경로를 제공하는 제 2 조인트 부분 (1040) 을 포함할 수 있다. 예를 들어, 루프 내에서 블레이드들이 시계 방향으로 이동하도록 구성될 수 있으며, 따라서 제 1 부분 (1010) 에서 블레이드들의 목표 이동 방향은 도 10 에서 (우 → 좌) 방향일 수 있고, 제 1 조인트 부분 (1020) 에서 블레이드들의 목표 이동 방향은 블레이드가 제 1 부분 (1010) 에서 제 2 부분 (1030) 으로 이동한 정도에 따라, (우 → 좌) 방향에서, (하 → 상) 방향으로, 그리고 다시 (좌 → 우) 방향으로 점진적으로 변화하게 된다. 한편, 제 2 부분 (1030) 에서의 블레이드들의 목표 이동 방향은 (좌 → 우) 방향으로 결정되며, 제 2 조인트 부분 (1040) 에서의 블레이드들의 목표 이동 방향은 블레이드가 제 2 부분 (1030) 에서 제 1 부분 (1010) 으로 이동한 정도에 따라, (좌 → 우) 방향에서, (상 → 하) 방향으로, 그리고 다시 (우 → 좌) 방향으로 점진적으로 변화하게 된다. 즉, 블레이드들의 목표 이동 방향은 루프 내에서의 각각의 블레이드의 위치에 따라 각기 다르게 결정될 수 있다.

각 블레이드들의 목표 이동 방향이 결정되면, 바람의 방향에 관한 정보를 기반으로, 각 블레이들의 목표 이동 방향으로의 동력을 최대화시키도록 각 블레이드의 배향이 변경되도록, 각 블레이드를 적응적으로 회전하도록 구성할 수 있다. 예를 들어, 복수의 블레이드들 각각의 회전은, 지면에 수직인 회전축을 기준으로 수행될 수 있다.

바람 방향에 따른 목표 이동 방향으로의 동력 최대화와 관련하여, 도 5 는 베르누이의 정리에 대한 개념도이고, 도 6 은 바람과 범주 형태에 따른 세일링 요트의 속력을 나타낸다. 도 5 에 도시된 바와 같이 베르누이의 정리는 공기의 흐름에 대한 속도를 변화시켜 압력 차이를 발생시킴으로써 양력을 발생되는 현상을 설명할 수 있으며, 베르누이의 정리를 적용하여 바람의 방향에 빠라 원하는 목표 이동 방향으로의 동력을 최대화 시키도록 블레이드들이 배향되도록 구성할 수 있다. 또한, 도 6 은 바람과 범주 형태에 따른 세일링 요트의 속력을 나타낸다. 도 6 에 도시된 바와 같이 세일링 요트는 돛 (sail) 의 방향을 적절히 조절하는 것에 의해 동일 바람 방향에 대해서도 원하는 방향으로 배가 진행하도록 동력을 생성할 수 있다. 이와 유사한 원리로, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 시스템에서도 블레이드의 위치에 따라 목표 이동 방향이 결정되었을 때, 바람의 방향을 고려하여 목표 이동 방향으로의 동력이 최대화될 수 있도록 블레이드들을 회전시켜 블레이드의 배향을 변경시킬 수 있다.

예를 들어, 복수의 블레이드들 각각은, 목표 이동 방향이 바람의 방향과 일치한다는 결정에 응답하여, 풍하 범주를 수행하는 방향으로 회전하도록 구성되고, 목표 이동 방향이 바람의 방향과 반대라는 결정에 응답하여, 풍상 범주를 수행하는 방향으로 회전하도록 구성될 수 있다. 도 10 에서, 바람의 방향이 (우 → 좌) 방향일 때, 제 1 부분 (1010) 에서는 풍하 범주를 수행하는 방향으로 블레이드가 회전되고, 제 2 부분 (1030) 에서는 풍상 범주를 수행하는 방향으로 블레이드가 회전할 수 있다. 제 1 조인트 부분 (1020) 및 제 2 조인트 부분 (1030) 에서는 블레이드들 각각의 위치에 따른 목표 이동 방향에 따라 동력이 최대화되도록 블레이드가 회전될 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 각각의 블레이드는 세일링 요트의 돛 (sail) 과 같은 형태로 구성될 수 있다. 각각의 블레이드가 지지대를 구비하고, 돛 (sail) 형태의 박막이 지지대에 의해 유지되도록 구성될 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 측면에 따른 풍력 발전 시스템은 대형 회전 날개를 구비하는 종래의 풍력 발전기에 비해 현저하게 감축된 설비 비용으로 구성하는 것이 가능하다. 돛 형태의 박막은 마포나 면포와 같은 천막 재질로 형성되거나, 테트론과 같은 합성 섬유, 또는 폴리머 융합체가 사용될 수도 있다.

한편, 전술한 바와 같이 베르누이의 원리 및/또는 세일링 요트의 진행 방향 조정 원리와 관련하여, 블레이드들 (30) 각각이 목표 이동 방향으로의 동력을 최대화시키는 형상을 가지도록 변형시키는 것이 가능하다. 예를 들어, 베르누이의 정리에 따라, 블레이드의 일 측면의 구배를 증가시키고 타 측면의 구배에 비해 커지도록 함으로써 블레이드 양 측면에서의 공기 흐름 속도를 변화시키는 것에 따라 블레이드의 특정 측면으로부터 반대 측면으로의 동력을 생성하도록 구성될 수 있다.

일 예시적인 실시예에서, 복수의 블레이드들 각각은, 가요성을 가지는 소재로 구성될 수 있고, 복수의 에어 포켓을 구비하며, 복수의 에어 포켓 중 특정 에어 포켓에 선택적으로 공기 충전량을 변경시키는 것에 의해, 소정 바람 조건 하에서 원하는 방향으로 블레이드가 동력을 가지는 형상을 구현할 수 있다. 공기 충전량 변경을 위해서는 예를 들어 공기 펌프가 사용될 수 있다.

다른 실시예에서는, 별도의 에어 포켓을 구비하지 않는 박막 형태의 블레이드가 분절 단위로 각도 변경이 가능한 격자 형태의 지지대에 의해 제어될 수 있고, 각각의 격자 단위로 회전량을 변화시키는 것에 의해 주어진 바람 조건 하에서의 원하는 이동 방향으로의 동력을 최대화 시키는 형상으로 블레이드를 변형하도록 구성될 수도 있다.

한편, 본 발명의 일 측면에 따르면, 각각의 블레이드의 회전은 예를 들어 지면에 수직인 회전 축을 기준으로 수행될 수 있다. 도 7 은 일 측면에 따른 블레이드 지지대의 단면도이다. 도 7 에 도시된 바와 같이, 각각의 블레이드들의 지지대는 돛 형태의 박막을 지지하도록 구성되는 상부 지지대 (31) 및 상기 상부 지지대 (31) 가 회전 가능하게 결합되는 하부 지지대 (32) 를 포함할 수 있다. 하부 지지대 (32) 는 상부 지지대 (31) 에 결합된 블레이드 회전 축 (35) 이 통과할 수 있는 공동을 제공한다. 블레이드 회전 축 (35) 은 모터 축 (34) 과 연결되어 모터 (33) 로부터의 회전력을 기반으로 회전하는 것에 의해 상부 지지대를 회전 시키고, 돛 형태의 박막의 배향을 원하는 방향으로 조정하도록 할 수 있다.

한편, 도 8 은 일 측면에 따른 고도 분리형 블레이드의 예시도이다. 본 발명의 일 측면에 따른 풍력 발전 시스템에 있어서, 전력 생산 효율을 극대화시키기 위한 적절한 블레이드의 크기는 상당히 큰 규모일 수 있고, 고도에 따라 바람의 방향이 상이할 수 있다. 따라서, 고도에 따라 바람의 방향이 각기 상이한 경우에도, 블레이드 (30) 의 목표 이동 방향으로의 동력을 최대화시키기 위해, 블레이드는 고도에 따라 구분되는 제 1 부분 (37a), 제 2 부분 (37b) 및 제 3 부분 (37c) 을 구비하고, 제 1 조인트 (38a), 제 2 조인트 (38b) 및 제 3 조인트 (38c) 를 구비하여, 각 조인트 부분을 각각 회전 가능하도록 구성하는 것에 의해, 각 부분들에 포함된 돛 형태의 박막의 배향을 각기 다르게 설정할 수 있다. 즉, 복수의 블레이드 (30) 들 각각은, 높이 방향으로 구분된 제 1 부분 블레이드 및 제 2 부분 블레이드를 구비하고, 제 1 부분 블레이드 및 제 2 부분 블레이드는 서로 독립적으로 회전 가능하도록 구성되며, 제 1 부분 블레이드 및 제 2 부분 블레이드가 각각 배치된 높이에서의 바람의 방향에 관한 정보를 기반으로 블레이드 (30) 의 목표 이동 방향으로의 동력을 최대화시키도록 회전될 수 있다.

블레이드의 목표 이동 방향을 결정하기 위한 위치 정보, 바람의 방향에 관한 정보 등의 획득은 통상적인 센서 시스템 중 임의의 것을 채용하는 것에 의해 달성될 수 있고, 블레이드의 배향 결정 및 변경을 위한 제어 시스템 역시 통상의 제어 시스템 중 임의의 것을 선택할 수 있다.

예를 들어, 루프 내에서의 상기 복수의 블레이드들 각각의 위치에 대한 정보는, 복수의 블레이드들 각각에 구비되는 위치 신호 수신 장치가, 루프 내에 복수 개 구비되는 위치 식별 신호 발생 장치 중 적어도 하나로부터의 위치 식별 신호를 수신하는 것에 의해 획득될 수 있다. 또 다른 측면에서, GPS 와 같은 위치 결정 시스템에 의해 각 블레이드의 위치 정보를 결정할 수 있다. 블레이드의 위치에 따른 목표 이동 방향은 데이터베이스에 저장된 테이블 정보에 따라 결정될 수도 있고, 각 위치 및 루프 형상을 기반으로 컴퓨팅 디바이스가 실시간으로 계산하도록 구성될 수도 있다. 한편, 바람의 방향에 관한 정보는, 복수의 블레이드들 각각에 구비되는 풍향 센서로부터 획득되어, 각 블레이드 마다의 바람의 방향에 대한 정확한 정보를 사용하도록 할 수도 있다. 배향 결정과 같은 연산을 수행하는 제어 시스템은, 각각의 블레이드 마다 별도의 컴퓨팅 디바이스 또는 프로세서가 구비되도록 설정될 수 있고, 또는 각각의 블레이드와 정보를 송수신하도록 구성된 통합 제어 시스템을 구비하여 통합 제어 시스템이 각각의 블레이드에 대한 제어를 수행하도록 구성할 수도 있다.

다시 도 2 를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 시스템 (100) 은 복수의 나셀을 구비할 수 있다. 예를 들어 나셀 (40) 은 발전기 중심 축 기어 (45-1) 를 구비하는 발전기를 구비할 수 있고, 발전기 중심 축 기어 (45-2) 를 구비하는 추가적인 발전기가 포함된 별도의 나셀이 더 구비될 수도 있다.

한편, 풍력 발전기의 형태에 따라, 나셀 (40) 에 구비된 발전기는 미리 결정된 목표 회전 속도를 가지도록 구성될 수도 있다. 또는, 필요에 따라 목표 회전 속도를 조정하는 것이 요구될 수 있다.

관련하여, 복수의 블레이드 (30) 들 각각은, 이동체 (20) 에 대한 설치 위치가 변경 가능하도록 구성될 수 있고, 따라 블레이드 (30) 들 간의 간격이 조정될 수도 있다. 또한, 전술한 바와 같이, 블레이드 (30) 들 각각이 레일 (10) 상에서 슬라이딩 가능하도록 구성되고, 이동체 (20) 는 각각의 블레이드 (30) 를 연결하는 체인 형태로 구성될 수도 있다. 이 경우에도, 이동체 (20) 와 블레이드 (30) 의 결합은 재조정이 가능한 형태로 구성될 수 있다. 도 9 는 일 측면에 따른 레일, 이동체 및 블레이드의 결합 관계도이다. 도 9 에 도시된 바와 같이, 레일 (10) 상에서 복수의 블레이드 (30) 들이 슬라이딩 이동 가능하도록 구비될 수 있고, 이동체 (20) 는 각각의 블레이드들 (30) 을 연동시키되, 결합 위치가 재조정이 가능한 형태로 구비될 수 있다. 다만, 도 9 의 레일, 이동체 및 블레이드의 결합 관계도는 일 예시적인 형태이며, 레일 (10) 상에서 이동체 (20) 및/또는 블레이드 (30) 가 슬라이딩 이동 가능하도록 구성되는 다양한 실시 형태가 채용될 수 있다.

도 10 은 일 측면에 따른 풍력 발전 시스템의 상면도이고, 도 11 은 블레이드 간격 조절이 가능한 풍력 발전 시스템의 상면도이다. 발전기 중심 회전 축의 회전 속도 조절을 위한 측면에서, 블레이드의 이동 속도가 제어되는 형태가 가능하다. 도 11 에 도시된 바와 같이, 레일은 직선 구간 (1110) 및 곡선 구간 (1120-1, 1120-2) 을 포함할 수 있고, 복수의 블레이드들은, 직선 구간 (1110) 에 위치할 때보다 곡선 구간 (1120-1, 1120-2) 에 위치할 때 더 좁은 간격으로 배치되도록 구성될 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 시스템은 앞서 도 2 에 예시된 바와 같이 레일 (10) 이 루프를 형성하도록 구성될 수 있고, 루프의 내부에 형성되어 루프보다 더 짧은 이동 경로를 제공하는 내부 루프를 더 포함하고, 발전기는, 미리 결정된 목표 회전 속도를 가지도록 구성되며, 풍속에 관한 정보를 기반으로, 상기 목표 회전 속도에 더 가까운 회전 속도를 달성하도록 상기 루프 및 상기 내부 루프 중 어느 하나의 이동체 및 블레이드 중 적어도 하나의 이동에 연동하여 회전하도록 구성될 수 있다.

보다 구체적으로, 도 13 은 기어 변환이 가능한 풍력 발전 시스템의 예시도이다. 도 13 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 시스템은, 루프 (1310) 와, 제 1 내부 루프 (1320) 및 제 2 내부 루프 (1330) 를 포함할 수 있다. 제 1 내부 루프 (1320) 는 루프 (1310) 보다 더 짧은 이동 경로를 가지도록 구성되고, 제 2 내부 루프 (1330) 는 제 1 내부 루프 (1320) 보다도 더 짧은 이동 경로를 가지도록 구성된다. 동일한 풍속에도, 루프 (1310), 제 1 내부 루프 (1320) 및 제 2 내부 루프 (1330) 는 각기 다른 이동 속도를 가지도록 구성될 수 있다. 앞서 살핀 바와 같이, 발전기는 목표 회전 속도를 가지도록 구성될 수 있으므로, 풍속에 따라 상기 발전기의 목표 회전 속도에 가장 적합한 회전 속도를 제공할 수 있는 루프에 선택적으로 회전 연동하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 13 에 도시된 바와 같이, 발전기 중심 회전 축 (1340) 은 제 1 회전 벨트 (1341) 를 통해 루프 (1310) 에 대한 제 1 회전 연동 샤프트 (1311) 와 연결될 수 있고, 제 2 회전 벨트 (1342) 를 통해 제 1 내부 루프 (1320) 에 대한 제 2 회전 연동 샤프트 (1321) 와 연결될 수 있고, 제 3 회전 벨트 (1343) 를 통해 제 2 내부 루프 (1330) 에 대한 제 3 회전 연동 샤프트 (1331) 와 연결될 수 있다. 제 1 회전 벨트 (1341) 내지 제 3 회전 벨트 (1343) 각각은, 발전기 중심 회전 축 (1340) 과 회전 연동이 온/오프 가능하도록 구성될 수 있어, 제 1 회전 벨트 (1341) 내지 제 3 회전 벨트 (1343) 중 어느 하나를 선택적으로 발전기 중심 회전 축 (1340) 와 회전 연동시킬 수 있다. 다만 도 13 에 도시된 실시 형태는 예시적인 것이며, 기어 박스와 같이 다양한 실시 형태를 통해 복수의 루프 중 어느 하나의 루프가 발전기의 중심 회전 축을 회전시키도록 선택되는 구성이 달성될 수 있다.

여기서, 풍속에 관한 정보는 풍속 센서로부터 획득될 수 있다. 풍속 센서는 단일 개 구비될 수도 있고, 또는 각각에 루프마다, 또는 각각의 블레이드마다 설치되어 각각의 풍속에 따른 각 루프의 예상 이동 속도를 연산하도록 구성될 수도 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 시스템에 있어서, 태풍의 발생과 같이 풍력 발전 시스템의 정상적인 작동이 담보되지 않는 상황에서는 블레이드를의 보호를 위한 조치가 필요할 수 있다. 관련하여, 예를 들면 블레이드들의 보관을 위한 격납고가 설치되거나, 블레이들 간의 체결에 이루어지거나, 블레이드가 지면을 향해 폴딩되는 형태로 블레이드의 보호 조치가 수행될 수 있다.

도 14 는 분리 건설되는 격납고에 대한 예시도이다. 도 14 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 시스템은, 복수의 블레이드들이 격납되는 격납고 (1430), 레일에 포함되는 분기점 (1410) 및 분기점으로부터 격납고 까지의 이동 경로를 제공하는 격납 레일 (1420) 을 더 포함하고, 복수의 블레이드 (30) 들은 분기점 (1410) 및 격납 레일 (1420) 을 경유하여 격납고 (1430) 에 격납되도록 구성될 수 있다. 전술한 바와 같이 이동체 (20) 및/또는 블레이드 (30) 의 레일 (10) 에 대한 결합관계는 다양한 실시 형태를 가지고 구현될 수 있으며, 블레이드 (30) 자체가 레일 (10) 상에서 슬라이딩 이동 가능하게 구성되는 경우, 보호 조치가 필요한 시점에 블레이드 (30) 들은 레일 (10) 상의 분기점 (1410) 에서 격납 레일 (1420) 로 이동되도록 조치되고, 격납 레일 (1420) 을 따라 슬라이딩 이동 되어 격납고 (1430) 에 격납 조치될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 이동체 (20) 가 레일 (10) 상에서 슬라이딩 이동 되고, 블레이드 (30) 는 이동체 (20) 상에서 설치 위치가 변경 가능하도록 구비될 수 있다. 이러한 실시 형태에서, 이동체 (20) 는 루프의 일부분이 분리 가능하도록 구성되고, 블레이드의 보호 조치가 필요한 시점에 이동체 (20) 의 루프 일부분이 분리되어 분기점 (1410) 을 경유하여 격납 레일 (1420) 을 따라 격납고 (1430) 까지 연장되도록 이동할 수 있다. 블레이드들은 이동체 (20) 상에서 설치 위치가 변경 가능하므로, 격납 레일 (1420) 을 따라 연장된 이동체 (20) 상에서 이동되어 격납고 (1430) 에 격납될 수 있다.

도 15 는 레일 상에 건설되는 격납고에 대한 예시도이다. 도 15 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 시스템은, 레일 (10) 이 관통하도록 구성된 격납고 (1530) 를 더 포함하고, 복수의 블레이드 (30) 들은 레일 (10) 을 따라 이동하여 격납고 (1530) 에 격납되도록 구성될 수도 있다. 도 15 에 의해 예시된 실시예에서도, 도 14 에서와 같이 이동체 및/또는 블레이드의 레일과의 결합 관계에 따라 다양한 방법으로 블레이드 (30) 들이 격납고 (1530) 로 이동될 수 있다.

도 16 은 블레이드 간 체결 형태에 대한 예시도이다. 도 16 에 도시된 바와 같이, 블레이드 (1630-1) 내지 블레이드 (1630-2) 의 복수의 블레이드들은 태풍에 대한 보호 조치가 필요할 때 상호 결합되도록 할 수 있다.

일 측면에 따르면, 복수의 블레이드들 각각은, 복수의 블레이드들의 간격이 최소화되었을 때 인접하는 블레이드와 결합되도록 하는 체결 수단을 포함할 수 있다. 즉, 인접 블레이드 간의 체결을 통해 결과적으로 복수 블레이드들이 전부 결합되어, 태풍에 대한 저항력을 향상시킬 수 있다.

다른 측면에 따르면, 복수의 블레이드들은, 복수의 블레이드들의 간격이 최소화되었을 때 가장 좌측에 위치하는 제 1 블레이드 (1630-1) 와 가장 우측에 위치하는 제 2 블레이드 (1630-2) 를 포함하고, 제 1 블레이드 (1630-1) 및 제 2 블레이드 (1630-2) 는 각각 체결 수단을 구비하며, 제 1 블레이드의 체결 수단 및 제 2 블레이드의 체결 수단이 상호 체결되는 것에 의해 복수의 블레이드들이 결합되도록 구성될 수도 있다. 이외에도 다양한 실시 형태를 통해 복수의 블레이드들이 결합되는 구성이 가능하다.

도 17 은 지면 방향으로 폴딩 가능한 블레이드의 예시도이다. 도 17 에 도시된 바와 같이, 복수의 블레이드들 각각은, 지면 방향을 향해 폴딩 가능하도록 구성될 수 있다. 평상시에 정상 위치 (1730) 에 위치하여 바람의 에너지를 기반으로 동력을 생성하는 블레이드들은, 태풍 위험과 같이 보호 조치가 필요한 시점에는 지면 인접 위치 (1740) 로 폴딩되어, 바람의 영향을 최소화하도록 할 수 있다.

한편, 대용량의 전력을 발생시킬 수 있는 윈드 팜 (Wind Farm) 의 형태로 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 시스템을 구성하는 것이 가능하다. 관련하여, 도 18 은 동심을 가지는 복수 레일 배치 형태에 대한 예시도이고, 도 19 는 적층형 복수 레일 배치 형태에 대한 예시도이다. 도 18 에 도시된 바와 같이, 제 1 루프 (1810), 제 2 루프 (1820) 및 제 3 루프 (1830) 가 동심을 가지되 상이한 이동 길이를 가지도록 배치되어, 공간 활용도를 향상시킬 수 있다. 또는 도 19 에 도시된 바와 같이, 제 1 루프 (1810), 제 2 루프 (1820) 및 제 3 루프 (1830) 가 수직 방향으로 차례로 적층되어, 공간 활용도를 향상시킬 수 있다. 도 18 및 도 19 의 실시 형태가 복합적으로 구현될 수도 있다.

한편, 도면들에 레일은 지면에 완전히 수평적인 형태로 도시되었으나, 지형에 따라 상당한 수준의 굴곡이 레일에 적용될 수도 있고, 또한 직선 형태가 아닌 다수의 커브를 포함하는 형태의 레일이 구현되는 것도 가능하다. 본 발명에서 "수평 방향"은 위와 같이 완전한 수평 방향 뿐만 아니라, 수직 방향 이외의 대략적인 경사를 가지는 방향을 전부 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.

<제 2 실시 형태>

도 20 은 본 발명의 제 2 실시 형태에 따른 풍력 발전 시스템에 대한 개념도이다. 도 20 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 시스템 (2000) 은 레일 (2010), 이동체 (2020), 복수의 블레이드 (2030), 결합체 (2050) 및 발전기가 구비된 나셀 (nacelle) (2040) 을 포함할 수 있다.

레일 (2010) 은 복수의 이동체 (2020) 가 슬라이딩 되어 이동할 수 있는 수평 방향의 이동 경로를 제공할 수 있다. 여기서 수평 방향은 전술한 바와 같이 수학적 의미의 완전한 수평방향 뿐만 아니라, 대략적으로 지면 또는 수면을 따르는 이동 경로로 이해될 수 있다. 도 20 을 통해 도시된 실시예에서 레일 (2010) 상에 이동체 (2020) 가 슬라이딩 되도록 이동 경로를 제공하는 것으로 예시되어 있으나, 앞서 예를 들어 도 1 또는 도 2 에 도시된 바와 같이 레일 (2010) 이 이동체 (2020) 의 측면에서 이동 경로를 제공하는 형태를 포함하여, 레일 (2010) 은 이동체 (2020) 가 슬라이딩 되어 이동할 수 있는 이동 경로를 제공할 수 있는 다양한 설계 형태를 가질 수 있다. 도 20 에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 레일 (2010) 은 지면에 설치되거나 지지대를 통해 설치되어 이동체 (2020) 들의 수평 방향의 이동 경로를 제공하도록 구성될 수 있다.

복수의 이동체 (2020) 는 레일 (2010) 이 제공하는 이동 경로에 따라 슬라이딩 되어 이동하도록 구성될 수 있다. 여기서, 복수의 이동체 (2020) 각각은 복수의 이동체에 각각 설치되어 바람에 따른 에너지를 기반으로 복수의 이동체 각각의 이동을 위한 동력을 제공하는 블레이드 (2030) 를 구비할 수 있다. 즉, 각각의 이동체 (2020) 는 바람을 기반으로 하는 블레이드 (2030) 의 동력에 따라 레일 (2010) 이 제공하는 이동 경로에 따라 슬라이딩 되어 이동할 수 있다.

환언하면, 복수의 블레이드 (2030) 들은 이동체 (2020) 에 설치되어 바람에 따른 에너지를 기반으로 이동체 (2020) 의 이동을 위한 동력을 제공할 수 있다. 즉, 바람이 불면, 바람이 제공하는 에너지가 블레이드 (2030) 들에 작용하고 블레이드 (2030) 들 및 이러한 블레이드들이 연결된 이동체 (2020) 가 이동하도록 구성된다. 도 20 에 도시된 실시예에서는 이동체 (2020) 가 레일 (2010) 접촉하고 이동체 (2020) 상에 블레이드 (2030) 가 설치되는 것으로 예시되어 있으나, 레일 (2010), 이동체 (2020) 및 블레이드 (2030) 의 설치 형태 및 구조는 다양한 변형이 채용될 수 있다.

도 20 에 도시된 바와 같이, 복수의 이동체 각각에 구비된 블레이드의 상단에 체결되고, 블레이드에 의해 제공되는 동력을 기반으로 이동하는 결합체 (2050) 가 구비될 수 있다. 일 측면에서 결합체 (2050) 는 도 20 에 도시된 바와 같이 일체 형태일 수도 있고, 다른 측면에서 복수의 분절 구조를 가지는 체인 형태일 수도 있다. 또한, 실시 형태에 따라 결합체 (2050) 는 가요성을 가지는 재질로서 구성될 수도 있다.

다시 도 20 을 참조하면, 결합체 (2050) 와 인접하여, 발전기가 구비된 나셀 (2040) 이 배치될 수 있다. 일 측면에 따라, 발전기는 발전기 중심 회전 축에 결합된 발전기 중심 축 기어 (2045) 의 회전에 따라 전력을 생산하는 발전기일 수 있으며, 상기 발전기의 중심 회전 축은 결합체 (2050) 의 이동에 연동하여 회전하도록 구성될 수 있다. 도 20 에는 결합체 (2050) 의 이동에 연동하여 발전기 중심 회전 축이 회전하는 구성이 예시적으로 도시되어 있다.

관련하여, 앞서 제 1 실시 형태와 관련하여 설명된 바와 같이, 도 3 은 제 1 측면에 따른 블레이드 및/또는 이동체와 발전기 중심 회전 축 간의 동력 전달 구조를 나타내고, 도 4 는 제 2 측면에 따른 블레이드 및/또는 이동체와 발전기 중심 회전 축 간의 동력 전달 구조를 나타낸다. 관련하여, 제 2 실시 형태의 결합체 (2050) 와 발전기 중심 회전 축 간의 동력 전달 구조에도 도 3 및 도 4 의 동력 전달 구조가 채용될 수 있다.

예를 들어, 도 3 에 도시된 바와 같이, 발전기는 발전기 중심 회전 축 (45c) 및 발전기 중심 회전 축 (45c) 에 결합된 원형 톱니 기어 (45) 를 구비할 수 있고, 결합체 (도 20 의 2050) 의 발전기를 대향하는 면에는 복수 개의 톱니 산이 구비되며, 결합체 (2050) 의 이동에 따라 톱니 산이 원형 톱니 기어 (45) 의 톱니 산 (45a) 와 맞물려 이동함에 따라 발전기 중심 회전 축 (45c) 이 회전하도록 구성될 수 있다.

유사한 취지로, 이하, 제 1 실시 형태 및 관련 도면을 통해 설명되었던 본 발명의 특징들은 제 2 실시 형태에도 적용될 수 있다. 이하 설명에서는 제 1 실시 형태의 레일 및 이동체의 도면 부호와 함께 설명되나, 통상의 기술자라면 해당 설명에 따라 제 2 실시 형태에 대해서도 쉽게 적용할 수 있을 것이다.

도 12 는 발전기 중심 축의 배치에 대한 예시도이다. 도 12 에 도시된 바와 같이, 발전기 중심 축은 레일과의 관계에서 다양한 실시 형태를 가질 수 있다. 일 측면에 따르면, 도 12 에 도시된 바와 같이 레일 (10) 및 이동체 (20) 가 루프를 형성하는 실시 형태에서, 발전기 중심 회전 축 (1210, 1220) 은 루프의 외부에 위치할 수도 있고, 루프의 내부에 위치할 수도 있다. 또한 발전기 중심 회전 축 (1210, 1220) 의 회전은 결합체 (2050) 의 이동에 직접 연동될 수도 있고, 발전기 중심 회전 축 (1230) 과 같이 매개 수단을 구비하여 회전 연동하도록 구성될 수도 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 시스템은, 결합체 (2050) 의 이동에 연동하여 회전하는 동력 전달 샤프트 (1231) 를 더 포함하고, 동력 전달 샤프트 (1231) 에 구비된 회전 풀리와 발전기의 발전기 중심 회전 축 (1230) 에 구비된 회전 풀리가 회전 벨트 (1233) 에 따라 회전 연동하도록 구성될 수도 있다. 회전 벨트 (1233) 는 예를 들어 컨베이터 벨트 또는 체인 형태로서 구성될 수도 있다.

한편, 도 1 및 도 2 를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 시스템에 있어서, 레일 (10) 은 루프를 형성하도록 구성될 수 있다. 일 측면에 따르면, 제 2 실시 형태에서 있어서 레일 (2010) 은 복수의 상부 프레임 지지대에 의해 지지되는 상부 프레임을 더 포함할 수 있으며, 상부 프레임은 결합체 (2050) 를 이동 가능하게 유지하여 블레이드 (2030) 들의 기립 안정성을 향상시키도록 구성될 수 있다.

레일 (10, 2010) 이 루프로 형성되는 것에 의해, 복수의 블레이드들 및/또는 이동체의 이동 경로는 순환되는 구조를 가질 수 있다. 여기서, 복수의 블레이드 (2030) 들 각각은, 루프 내에서의 상기 복수의 블레이드 (2030) 들 각각의 위치에 따라 결정되는 목표 이동 방향에 관한 정보 및 바람의 방향에 관한 정보를 기반으로, 목표 이동 방향으로의 동력을 최대화시키도록 적응적으로 회전하도록 구성될 수 있다.

*101다른 측면에 따르면, 복수의 블레이드 (2030) 들 각각은, 가요성을 가지는 소재로 구성되어 복수의 에어 포켓을 구비하며, 루프 내에서의 복수의 블레이드들 각각의 위치에 따라 결정되는 목표 이동 방향에 관한 정보 및 바람의 방향에 관한 정보를 기반으로, 복수의 에어 포켓 중 적어도 하나의 에어 포켓에 대한 공기 충전량을 제어함으로써 목표 이동 방향으로의 동력을 최대화시키는 형상으로 변형되도록 구성될 수도 있다.

관련하여, 제 2 실시 형태에서, 결합체 (2050) 와 복수의 블레이드 (2030) 들 각각은, 복수의 블레이드들 간의 간격을 조정하기 위해 이동 가능하도록 체결될 수 있다. 여기서, 일 측면에 따르면 결합체 (2050) 는 각각의 블레이드 (2030) 를 연결하는 체인 형태로 구성될 수도 있다. 이 경우에도, 결합체 (2050) 와 블레이드 (2030) 의 결합은 재조정이 가능한 형태로 구성될 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 시스템은 레일 (2010) 이 루프를 형성하도록 구성될 수 있고, 루프의 내부에 형성되어 루프보다 더 짧은 이동 경로를 제공하는 내부 루프를 더 포함하고, 발전기는, 미리 결정된 목표 회전 속도를 가지도록 구성되며, 풍속에 관한 정보를 기반으로, 상기 목표 회전 속도에 더 가까운 회전 속도를 달성하도록 상기 루프 및 상기 내부 루프 중 어느 하나의 결합체의 이동에 연동하여 회전하도록 구성될 수 있다.

도 14 는 분리 건설되는 격납고에 대한 예시도이다. 도 14 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 시스템은, 복수의 블레이드들이 격납되는 격납고 (1430), 레일에 포함되는 분기점 (1410) 및 분기점으로부터 격납고 까지의 이동 경로를 제공하는 격납 레일 (1420) 을 더 포함하고, 복수의 블레이드 (30) 들은 분기점 (1410) 및 격납 레일 (1420) 을 경유하여 격납고 (1430) 에 격납되도록 구성될 수 있다. 복수의 이동체 (2020) 가 레일 (2010) 상에서 슬라이딩 이동 가능하게 구성되는 경우, 보호 조치가 필요한 시점에 블레이드 (2030) 를 구비하는 이동체 (2020) 들은 레일 (2010) 상의 분기점 (1410) 에서 격납 레일 (1420) 로 이동되도록 조치되고, 격납 레일 (1420) 을 따라 슬라이딩 이동 되어 격납고 (1430) 에 격납 조치될 수 있다.

도 15 는 레일 상에 건설되는 격납고에 대한 예시도이다. 도 15 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 시스템은, 레일 (10) 이 관통하도록 구성된 격납고 (1530) 를 더 포함하고, 복수의 블레이드 (30) 들은 레일 (10) 을 따라 이동하여 격납고 (1530) 에 격납되도록 구성될 수도 있다. 제 2 실시 형태에서, 블레이드 (2030) 를 구비하는 복수의 이동체 (2020) 들은 레일 (2010) 을 따라 이동하여 격납고에 격납되도록 구성될 수 있다.

<제 3 실시 형태>

도 21 은 본 발명의 제 3 실시 형태에 따른 풍력 발전 시스템에 대한 개념도이다. 도 21 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 시스템 (2100) 은 레일 (2110), 이동체 (2120), 복수의 블레이드 (2130) 및 발전기가 구비된 나셀 (nacelle) (2140) 을 포함할 수 있다.

레일 (2110) 은 복수의 이동체 (2120) 가 슬라이딩 되어 이동할 수 있는 수평 방향의 이동 경로를 제공할 수 있다. 여기서 수평 방향은 전술한 바와 같이 수학적 의미의 완전한 수평방향 뿐만 아니라, 대략적으로 지면 또는 수면을 따르는 이동 경로로 이해될 수 있다. 도 21 을 통해 도시된 실시예에서 레일 (2110) 상에 이동체 (2120) 가 슬라이딩 되도록 이동 경로를 제공하는 것으로 예시되어 있으나, 앞서 예를 들어 도 1 또는 도 2 에 도시된 바와 같이 레일 (2110) 이 이동체 (2120) 의 측면에서 이동 경로를 제공하는 형태를 포함하여, 레일 (2110) 은 이동체 (2120) 가 슬라이딩 되어 이동할 수 있는 이동 경로를 제공할 수 있는 다양한 설계 형태를 가질 수 있다. 도 21 에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 레일 (2110) 은 지면에 설치되거나 지지대를 통해 설치되어 이동체 (2120) 들의 수평 방향의 이동 경로를 제공하도록 구성될 수 있다.

복수의 이동체 (2120) 는 레일 (2110) 이 제공하는 이동 경로에 따라 슬라이딩 되어 이동하도록 구성될 수 있다. 여기서, 복수의 이동체 (2120) 각각은 복수의 이동체에 각각 설치되어 바람에 따른 에너지를 기반으로 복수의 이동체 각각의 이동을 위한 동력을 제공하는 블레이드 (2130) 를 구비할 수 있다. 즉, 각각의 이동체 (2120) 는 바람을 기반으로 하는 블레이드 (2130) 의 동력에 따라 레일 (2110) 이 제공하는 이동 경로에 따라 슬라이딩 되어 이동할 수 있다.

환언하면, 복수의 블레이드 (2130) 들은 이동체 (2120) 에 설치되어 바람에 따른 에너지를 기반으로 이동체 (2120) 의 이동을 위한 동력을 제공할 수 있다. 즉, 바람이 불면, 바람이 제공하는 에너지가 블레이드 (2130) 들에 작용하고 블레이드 (2130) 들 및 이러한 블레이드들이 연결된 이동체 (2120) 가 이동하도록 구성된다. 도 21 에 도시된 실시예에서는 이동체 (2120) 가 레일 (2110) 접촉하고 이동체 (2120) 상에 블레이드 (2130) 가 설치되는 것으로 예시되어 있으나, 레일 (2110), 이동체 (2120) 및 블레이드 (2130) 의 설치 형태 및 구조는 다양한 변형이 채용될 수 있다.

다시 도 21 을 참조하면, 이동체 (2120) 및/또는 블레이드 (2130) 와 인접하여, 발전기가 구비된 나셀 (2140) 이 배치될 수 있다. 일 측면에 따라, 발전기는 발전기 중심 회전 축에 결합된 발전기 중심 축 기어 (2145) 의 회전에 따라 전력을 생산하는 발전기일 수 있으며, 상기 발전기의 중심 회전 축은 이동체 (2120) 및 블레이드 (2130) 중 적어도 하나의 이동에 연동하여 회전하도록 구성될 수 있다. 도 21 에는 이동체 (2120) 의 이동에 연동하여 발전기 중심 회전 축이 회전하는 구성이 예시되어 있다. 관련하여, 도 21 의 예시적인 실시예에서는 이동체 (2120) 의 발전기를 대향하는 면에 동력 전달 막대 (2125) 가 구비될 수 있다.

보다 구체적으로, 도 22 는 도 21 의 실시 형태에서 이동체와 발전기 중심 축 간의 동력 전달 구조를 나타낸다. 도 22 에 도시된 바와 같이, 발전기는 발전기 중심 회전 축 (2145c) 및 발전기 중심 회전 축 (2145c) 에 결합된 원형 톱니 기어 (2145a) 를 구비하고, 예를 들어 이동체 (2120) 의 발전기를 대향하는 측면으로 블레이드 동력 전달 막대 (2125) 가 구비될 수 있고, 블레이드 동력 전달 막대 (2125) 가 이동하면서 발전기 중심 축 기어 (2145) 에 형성된 기어 톱니 산 (2145a) 에 작용하는 것에 의해 발전기 중심 회전 축 (2145c) 이 회전하도록 구성될 수도 있다. 도 22 에 도시된 바와 달리, 블레이드 (2130) 의 발전기를 대향하는 측면으로 동력 전달 막대가 구비되어 중심 회전 축 (2145c) 의 회전을 유발하도록 구성될 수도 있다.

유사한 취지로, 이하, 제 1 실시 형태 및 관련 도면을 통해 설명되었던 본 발명의 특징들은 제 3 실시 형태에도 적용될 수 있다. 이하 설명에서는 제 1 실시 형태의 레일 및 이동체의 도면 부호와 함께 설명되나, 통상의 기술자라면 해당 설명에 따라 제 3 실시 형태에 대해서도 쉽게 적용할 수 있을 것이다.

도 12 는 발전기 중심 축의 배치에 대한 예시도이다. 도 12 에 도시된 바와 같이, 발전기 중심 축은 레일과의 관계에서 다양한 실시 형태를 가질 수 있다. 일 측면에 따르면, 도 2 또는 도 12 에 도시된 바와 같이 레일 (10) 및 이동체 (20) 가 루프를 형성하는 실시 형태에서, 발전기 중심 회전 축 (1210, 1220) 은 루프의 외부에 위치할 수도 있고, 루프의 내부에 위치할 수도 있다. 또한 발전기 중심 회전 축 (1210, 1220) 의 회전은 이동체 및/또는 블레이드의 이동에 직접 연동될 수도 있고, 발전기 중심 회전 축 (1230) 과 같이 매개 수단을 구비하여 회전 연동하도록 구성될 수도 있다. 도 12 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 시스템은, 이동체 (20) 및 블레이드 (30) 중 적어도 하나의 이동에 연동하여 회전하는 동력 전달 샤프트 (1231) 를 더 포함하고, 동력 전달 샤프트 (1231) 에 구비된 회전 풀리와 발전기의 발전기 중심 회전 축 (1230) 에 구비된 회전 풀리가 회전 벨트 (1233) 에 따라 회전 연동하도록 구성될 수도 있다. 회전 벨트 (1233) 는 예를 들어 컨베이어 벨트 또는 체인 형태로서 구성될 수도 있다.

한편, 도 1 및 도 2 를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 시스템에 있어서, 레일 (10) 은 루프를 형성하도록 구성될 수 있다. 일 측면에 따르면, 제 3 실시 형태에서 있어서 레일 (2110) 은 복수의 상부 프레임 지지대에 의해 지지되는 상부 프레임을 더 포함할 수 있으며, 상부 프레임은 이동체 (2120) 에 구비된 블레이드들 (2130) 을 이동 가능하게 유지하여 블레이드 (2130) 들의 기립 안정성을 향상시키도록 구성될 수도 있다.

레일 (10, 2110) 이 루프로 형성되는 것에 의해, 복수의 블레이드들 및/또는 이동체의 이동 경로는 순환되는 구조를 가질 수 있다. 여기서, 복수의 블레이드 (2130) 들 각각은, 루프 내에서의 상기 복수의 블레이드 (2130) 들 각각의 위치에 따라 결정되는 목표 이동 방향에 관한 정보 및 바람의 방향에 관한 정보를 기반으로, 목표 이동 방향으로의 동력을 최대화시키도록 적응적으로 회전하도록 구성될 수 있다.

다른 측면에 따르면, 복수의 블레이드 (2130) 들 각각은, 가요성을 가지는 소재로 구성되어 복수의 에어 포켓을 구비하며, 루프 내에서의 복수의 블레이드들 각각의 위치에 따라 결정되는 목표 이동 방향에 관한 정보 및 바람의 방향에 관한 정보를 기반으로, 복수의 에어 포켓 중 적어도 하나의 에어 포켓에 대한 공기 충전량을 제어함으로써 목표 이동 방향으로의 동력을 최대화시키는 형상으로 변형되도록 구성될 수도 있다.

한편, 전술한 바와 같이 베르누이의 원리 및/또는 세일링 요트의 진행 방향 조정 원리와 관련하여, 블레이드들 (2130) 각각이 목표 이동 방향으로의 동력을 최대화시키는 형상을 가지도록 변형시키는 것이 가능하다. 예를 들어, 베르누이의 정리에 따라, 블레이드의 일 측면의 구배를 증가시키고 타 측면의 구배에 비해 커지도록 함으로써 블레이드 양 측면에서의 공기 흐름 속도를 변화시키는 것에 따라 블레이드의 특정 측면으로부터 반대 측면으로의 동력을 생성하도록 구성될 수 있다.

한편, 다른 실시예로서 블레이드의 회전뿐만 아니라 블레이드의 에어포켓의 면적을 감소시키거나 증가시키는 구조도 제안될 수 있다. 이러한 구조는, 특히 과다한 풍량으로 인한 블레이드의 파손을 방지하는데 유용할 수 있다. 예를 들어, 블레이드가 감당하기 어려운 과다한 풍량을 블레이드에 공급될 경우 블레이드의 파손이 발생할 수 있으며, 블레이드의 파손은 막대한 손실과 재건설 비용을 발생시킬 수 있다. 본 발명은 이러한 블레이드의 파손을 방지하기 위하여 블레이드에 구비된 돛 형태의 박막을 통하여 형성되는 에어포켓의 면적을 감소시킴으로써 과다한 풍량 공급으로 인한 블레이드의 로드를 감소시킬 수 있는 실시예를 기재하기로 한다. 이러한 실시예는 추후 도 29 내지 도 38을 참조한 실시예를 통하여 설명될 것이다.

제 3 실시 형태에서, 복수의 이동체 (2120) 들은 레일 (2110) 상에서 각각 이동 가능하여, 이동체 (2120) 간의 간격이 변경될 수 있다. 도 10 은 일 측면에 따른 풍력 발전 시스템의 상면도이고, 도 11 은 블레이드 간격 조절이 가능한 풍력 발전 시스템의 상면도이다. 발전기 중심 회전 축의 회전 속도 조절을 위한 측면에서, 블레이드의 이동 속도가 제어되는 형태가 가능하다. 도 11 에 도시된 바와 같이, 레일은 직선 구간 (1110) 및 곡선 구간 (1120-1, 1120-2) 을 포함할 수 있고, 복수의 블레이드들은, 직선 구간 (1110) 에 위치할 때보다 곡선 구간 (1120-1, 1120-2) 에 위치할 때 더 좁은 간격으로 배치되도록 구성될 수 있다.

도 14 는 분리 건설되는 격납고에 대한 예시도이다. 도 14 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 시스템은, 복수의 블레이드들이 격납되는 격납고 (1430), 레일에 포함되는 분기점 (1410) 및 분기점으로부터 격납고 까지의 이동 경로를 제공하는 격납 레일 (1420) 을 더 포함하고, 복수의 블레이드 (30) 들은 분기점 (1410) 및 격납 레일 (1420) 을 경유하여 격납고 (1430) 에 격납되도록 구성될 수 있다. 제 3 실시 형태와 같이, 각각의 이동체 (2120) 에 구비되는 블레이드들 (2130) 이 레일 (2110) 상에서 슬라이딩 이동 가능하게 구성되는 경우, 보호 조치가 필요한 시점에 블레이드 (2130) 가 구비된 이동체 (2120) 들은 레일 (2110) 상의 분기점 (1410) 에서 격납 레일 (1420) 로 이동되도록 조치되고, 격납 레일 (1420) 을 따라 슬라이딩 이동 되어 격납고 (1430) 에 격납 조치될 수 있다.

도 15 는 레일 상에 건설되는 격납고에 대한 예시도이다. 도 15 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 시스템은, 레일 (10) 이 관통하도록 구성된 격납고 (1530) 를 더 포함하고, 복수의 블레이드 (30) 들은 레일 (10) 을 따라 이동하여 격납고 (1530) 에 격납되도록 구성될 수도 있다. 도 15 에 의해 예시된 실시예에서도, 도 14 에서와 같이 이동체 및/또는 블레이드의 레일과의 결합 관계에 따라 다양한 방법으로 블레이드 (30) 들이 격납고 (1530) 로 이동될 수 있다. 제 3 실시 형태에서, 복수의 이동체 (2120) 들이 레일 (2120) 을 따라 이동하여 격납고에 격납되도록 구성될 수도 있다.

<제 4 실시 형태>

한편, 본 발명의 다른 형태에 따르면, 철도 형태의 레일부를 구성하고, 적어도 하나의 블레이드를 구비하여 풍력을 기반으로 철도를 통하여 이동할 수 있는 이동체를 레일부 상에서 이동시키고, 이동체에서 자체적으로 발전을 수행한 후 철도를 통하여 발전된 전력을 전송할 수 있는 풍력 발전 시스템을 구현할 수도 있다.

도 23은 본 발명의 제 4 실시 형태에 따른 풍력 발전 시스템에 대한 개념도이다.

도 23에 도시된 바와 같이, 제 4 실시 형태에 따른 풍력 발전 시스템(3000)은 수평 방향의 이동 경로를 제공하는 레일부(3010) 및 상기 레일부(3010)의 이동 경로에 따라 이동하도록 구성된 복수의 이동체(3020)을 포함할 수 있다.

상기 이동체(3020)는 바람에 따른 에너지를 기반으로 상기 이동체(3020)의 이동을 위한 동력을 제공하는 적어도 하나의 블레이드(3030)를 구비할 수 있다. 도 23에 도시된 실시예에서는 이동체(3030)당 하나의 블레이드(3030)을 구비한 예를 도시하고 있으나, 이동체(3020)에 구비되는 블레이드는 복수일 수도 있음은 물론이다.

상기 이동체(3020)는 상기 블레이드(3030)에 의하여 제공되는 풍력 기반 동력을 기반으로 운동 에너지를 제공받는다. 상기 이동체(3020)는 상기 블레이드(3030)에 의하여 제공되는 동력을 기반으로 상기 레일부(3010)에 정합되어 회전함에 의하여 상기 레일부(3010)의 이동 경로에 따라 상기 이동체를 이동시키는 복수의 바퀴(3022)를 구비할 수 있다.

도 24는 도 23에 도시된 레일부(3010) 및 이동체(3020) 정합 구조와, 이들과 회전축 및 나셀의 연결 구조를 설명하기 위한 단면도이다.

도 24에 도시된 바와 같이, 상기 레일부(3010)는 2개의 레일이 평행하게 쌍을 이루고 하부에는 레일 쌍을 고정하기 위한 지지판(3040)이 설치된다. 즉, 레일부(3010)는 철도 형태로 구성될 수 있다. 이에 상응하여, 이동체(3020)를 이동시키기 위하여 이동체(3020)에 구비되는 바퀴(3022)의 외주면 중심부에는 상기 레일부(3010)의 레일이 삽입되기 위한 정합홈(3024)이 형성될 수 있다. 따라서, 이동체(3020)은 기차의 이동 구조와 유사한 형태로 구성되어 레일부(3010) 상에서 이동할 수 있다.

이동체(3020)에 구비되는 바퀴는 복수일 수 있는데 예를 들어 도 24에서는 4개의 바퀴를 구비한 예를 설명하였으나, 이동체(3020)에 구비된 바퀴(3022)의 개수는 실시 환경에 따라 다양할 수 있다. 본 발명의 또 다른 실시예들에 따르면 레일부 또한 모노레일과 같이 하나의 레일로 구성될 수도 있고, 3개 이상의 레일 쌍으로 구성될 수도 있다.

이동체(3020)의 내부에는 상기 바퀴(3022)의 회전력을 기반으로 전력을 생성하는 발전기가 구비된 나셀(nacelle)(3028)이 포함된다. 나셀(3028)에 구비된 발전기의 회전 축은 바퀴(3022)의 회전축(3026)과 직접 또는 간접적으로 연결됨으로써, 발전기는 바퀴(3022)의 회전에 따른 회전력을 기반으로 전력을 발생시킨다.

도 25는 도 24에 발전기에 의항 발전된 전력이 전송로로 전달되는 경로를 예시적으로 설명하기 위한 예시도이다.

도 23 및 도 25를 참조하면, 발전기, 바퀴의 회전축(3026), 바퀴(3022), 레일부(3010) 및 외부로 전력을 전송하기 위한 전송로(3080)는 전기적으로 연결되어, 도 25에 도시된 전력 전송 경로와 같이, 나셀(3028)내의 발전기로부터 생성된 전력 및/또는 발전기에 의하여 생성되어 나셀 내의 축전기에 축전된 전력이 회전축(3026), 바퀴(3022) 및 레일부(3010)을 통하여 전송로(3080)로 전송될 수 있다. 이를 위하여 회전축(3026), 바퀴(3022) 및 레일부(3010) 각각의 적어도 일부분은 전기 전달이 용이한 도체로 구성될 수 있다.

즉, 본 발명의 바람직한 제 4 실시 형태에 따르면 철도 형태의 레일부(3010) 상에서 풍력을 기반으로 이동하는 이동체(3020)가 바퀴(3022)의 회전력을 이용하여 자체적으로 발전하고, 발전한 전력을, 별도의 전송로의 설치 없이도, 레일부(3010)를 활용하여 외부로 전송할 수 있는 풍력 발전 시스템을 구현할 수 있다.

도 26은 바퀴와 레일 간을 톱니 바퀴 형태로 맞물리게 구성하여 미끄러짐을 방지하고 제어가 용이하도록 하는 구조를 설명하기 위한 개념도이다.

도 26에 도시된 바와 같이, 레일부(4010)의 바퀴 접촉면, 예컨대 상면에는 복수의 제 1 톱니 바퀴 산(4012)이 형성된다. 이에 상응하여 이동체의 바퀴(4022)의 레일부 접촉면, 예컨대 레일부 정합홈에는 그 외주면을 따라 레일부(4010)의 톱니 바퀴 산(4012)에 상응하여 맞물릴 수 있는 복수의 제 2 톱니 바퀴 산(4023)이 형성된다.

이 경우 이동체의 불필요한 미끄러짐이 방지될 수 있으며, 긴급 상황 시 이동체의 제동이 용이해진다. 따라서, 이동체의 이동에 대한 정밀하고 정확한 제어가 가능해진다. 톱니 바퀴 산의 모양은 단면을 기준으로 사각형, 삼각형 등 다각형을 비롯하여 반원형, 물결형 등과 같이 다양한 모양이 가능하다.

도 27은 루프를 이루는 레일부를 설명하기 위한 사시도로서, 앞서 설명한 제 1 실시 형태 내지 제 3 실시 형태에서와 동일한 취지로, 레일부(3010)는 루프를 형성할 수 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면 풍력 발전 시스템은 복수의 레일부를 구비하여 복수의 루프를 형성할 수도 있다. 도 28은 복수의 루프를 이루는 복수의 레일부를 설명하기 위한 사시도로서, 도 28에 도시된 바와 같이, 복수 개의 상기 레일부는, 제 1 루프를 형성하는 제 1 레일부(3010-1) 및 상기 제 1 루프(3010-1)의 내부에 배치되는 상대적으로 작은 크기의 제 2 루프를 형성하는 제 2 레일부(3010-2)를 포함할 수 있다.

한편, 유사한 취지로, 이하, 제 1 실시 형태 및 관련 도면을 통해 설명되었던 본 발명의 특징들은 제 4 실시 형태에도 적용될 수 있다. 이하 설명에서는 제 1 실시 형태의 레일 및 이동체의 도면 부호와 함께 설명되나, 통상의 기술자라면 해당 설명에 따라 제 4 실시 형태에 대해서도 쉽게 적용할 수 있을 것이다.

예를 들어, 도 1 및 도 2 를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 시스템에 있어서, 레일 (10) 은 루프를 형성하도록 구성될 수 있으며 동일한 취지로 제 4 실시 형태에서의 레일부(3010)은, 도 27 내지 도 28에 도시된 바와 같이, 루프를 형성하도록 구성될 수 있다. 일 측면에 따르면, 제 4 실시 형태에서 있어서 풍력 발전 시스템은 복수의 상부 프레임 지지대에 의해 지지되는 상부 프레임을 더 포함할 수 있으며, 상부 프레임은 이동체 (3020) 에 구비된 블레이드들 (3030)을 이동 가능하게 유지하여 블레이드 (3030) 들의 기립 안정성을 향상시키도록 구성될 수도 있다.

레일 (10, 3010) 이 루프로 형성되는 것에 의해, 복수의 블레이드들 및/또는 이동체의 이동 경로는 순환되는 구조를 가질 수 있다. 여기서, 복수의 블레이드 (3030) 들 각각은, 루프 내에서의 상기 복수의 블레이드 (3030) 들 각각의 위치에 따라 결정되는 목표 이동 방향에 관한 정보 및 바람의 방향에 관한 정보를 기반으로, 목표 이동 방향으로의 동력을 최대화시키도록 적응적으로 회전하도록 구성될 수 있다.

다른 측면에 따르면, 복수의 블레이드 (3030) 들 각각은, 가요성을 가지는 소재로 구성되어 복수의 에어 포켓을 구비하며, 루프 내에서의 복수의 블레이드들 각각의 위치에 따라 결정되는 목표 이동 방향에 관한 정보 및 바람의 방향에 관한 정보를 기반으로, 복수의 에어 포켓 중 적어도 하나의 에어 포켓에 대한 공기 충전량을 제어함으로써 목표 이동 방향으로의 동력을 최대화시키는 형상으로 변형되도록 구성될 수도 있다.

목표 이동 방향과 관련하여, 도 10 을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다. 도 10 은 일 측면에 따른 풍력 발전 시스템의 상면도이다. 도 10 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 레일 (10)(제 4 실시예에서의 레일부(3010)에 대응) 이 형성하는 루프는, 예를 들어 제 1 방향의 이동 경로를 제공하는 제 1 부분 (1010), 제 1 방향과 반대인 제 2 방향의 이동 경로를 제공하는 제 2 부분 (1030), 제 1 부분으로부터 제 2 부분으로의 이동 경로를 제공하는 제 1 조인트 부분 (1020) 및 제 2 부분으로부터 제 1 부분으로의 이동 경로를 제공하는 제 2 조인트 부분 (1040) 을 포함할 수 있다. 예를 들어, 루프 내에서 블레이드들이 시계 방향으로 이동하도록 구성될 수 있으며, 따라서 제 1 부분 (1010) 에서 블레이드들의 목표 이동 방향은 도 10 에서 (우 → 좌) 방향일 수 있고, 제 1 조인트 부분 (1020) 에서 블레이드들의 목표 이동 방향은 블레이드가 제 1 부분 (1010) 에서 제 2 부분 (1030) 으로 이동한 정도에 따라, (우 → 좌) 방향에서, (하 → 상) 방향으로, 그리고 다시 (좌 → 우) 방향으로 점진적으로 변화하게 된다. 한편, 제 2 부분 (1030) 에서의 블레이드들의 목표 이동 방향은 (좌 → 우) 방향으로 결정되며, 제 2 조인트 부분 (1040) 에서의 블레이드들의 목표 이동 방향은 블레이드가 제 2 부분 (1030) 에서 제 1 부분 (1010) 으로 이동한 정도에 따라, (좌 → 우) 방향에서, (상 → 하) 방향으로, 그리고 다시 (우 → 좌) 방향으로 점진적으로 변화하게 된다. 즉, 블레이드들의 목표 이동 방향은 루프 내에서의 각각의 블레이드의 위치에 따라 각기 다르게 결정될 수 있다.

한편, 전술한 바와 같이 베르누이의 원리 및/또는 세일링 요트의 진행 방향 조정 원리와 관련하여, 블레이드들 (3030) 각각이 목표 이동 방향으로의 동력을 최대화시키는 형상을 가지도록 변형시키는 것이 가능하다. 예를 들어, 베르누이의 정리에 따라, 블레이드의 일 측면의 구배를 증가시키고 타 측면의 구배에 비해 커지도록 함으로써 블레이드 양 측면에서의 공기 흐름 속도를 변화시키는 것에 따라 블레이드의 특정 측면으로부터 반대 측면으로의 동력을 생성하도록 구성될 수 있다.

한편, 풍력 발전기의 형태에 따라, 나셀에 구비된 발전기는 미리 결정된 목표 회전 속도를 가지도록 구성될 수도 있다. 또는, 필요에 따라 목표 회전 속도를 조정하는 것이 요구될 수 있다.

제 4 실시 형태에서, 복수의 이동체 (3020) 들은 레일부(3010) 상에서 각각 이동 가능하여, 이동체 (3020) 간의 간격이 변경될 수 있다. 예를 들어, 이동체(3020) 간을 연결하는 연결부(3050)은 이동체 간의 간격을 가변적으로 조절하도록 구성될 수 있다. 도 10 은 일 측면에 따른 풍력 발전 시스템의 상면도이고, 도 11 은 블레이드 간격 조절이 가능한 풍력 발전 시스템의 상면도이다. 발전기 중심 회전 축의 회전 속도 조절을 위한 측면에서, 블레이드의 이동 속도가 제어되는 형태가 가능하다. 도 11 에 도시된 바와 같이, 레일은 직선 구간 (1110) 및 곡선 구간 (1120-1, 1120-2) 을 포함할 수 있고, 복수의 블레이드들은, 직선 구간 (1110) 에 위치할 때보다 곡선 구간 (1120-1, 1120-2) 에 위치할 때 더 좁은 간격으로 배치되도록 구성될 수 있다.

도 15 는 레일 상에 건설되는 격납고에 대한 예시도이다. 도 15 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 시스템은, 레일 (10) 이 관통하도록 구성된 격납고 (1530) 를 더 포함하고, 복수의 블레이드 (30) 들은 레일 (10) 을 따라 이동하여 격납고 (1530) 에 격납되도록 구성될 수도 있다. 도 15 에 의해 예시된 실시예에서도, 도 14 에서와 같이 이동체 및/또는 블레이드의 레일과의 결합 관계에 따라 다양한 방법으로 블레이드 (30) 들이 격납고 (1530) 로 이동될 수 있다. 제 4 실시 형태에서, 복수의 이동체 (2120) 들이 레일 (2120) 을 따라 이동하여 격납고에 격납되도록 구성될 수도 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시예로서 블레이드의 회전뿐만 아니라 블레이드의 에어포켓의 면적을 감소시키거나 증가시키는 구조를 설명하기로 한다. 이러한 구조는, 특히 과다한 풍량으로 인한 블레이드의 파손을 방지하는데 유용할 수 있다. 예를 들어, 블레이드가 감당하기 어려운 과다한 풍량을 블레이드에 공급될 경우 블레이드의 파손이 발생할 수 있으며, 블레이드의 파손은 막대한 손실과 재건설 비용을 발생시킬 수 있다. 본 발명은 이러한 블레이드의 파손을 방지하기 위하여 블레이드에 구비된 돛 형태의 박막을 통하여 형성되는 에어포켓의 면적을 감소시킴으로써 과다한 풍량 공급으로 인한 블레이드의 로드를 감소시킬 수 있는 실시예를 기재하기로 한다.

도 29는 에어 포켓의 면적을 가변적으로 조절할 수 있는 블레이드의 구조를 예시적으로 나타내는 사시도이다.

도 29를 참조하면, 블레이드(5000)는 바람을 받는 상기 에어 포켓을 형성하는 돛 형태의 박막(5300)을 구비한다. 상기 돛 형태의 박막(5300)의 제 1 측, 예컨대 좌측은 제 1 지지부인 회전 지지부(5200)에 의하여 지지되고, 제 1 측에 대향된 제 2 측, 예컨대 우측은 제 2 지지부인 이동 지지부(5100)에 의하여 지지될 수 있다. 즉, 박막(5300)은 회전 지지부(5200) 및 이동 지지부(5100)의 지지에 의하여 바람을 받아 이동력을 발생시킬 수 있는 에어 포켓을 형성할 수 있다.

상기 회전 지지부(5200)는 고정부(5500)의 상부 일측에 고정되며 박막을 감거나 풀도록 회전할 수 있다. 예를 들어, 도 29에 도시된 회전 지지부(5200)는 원통형으로써 회전축에 따라 회전하면서 박막(5300)을 외주면에 감을 수 있도록 구성된다. 회전 지지부(5200)는 수직 축 중심으로 회전할 수 있도록 하는 통상의 구성, 예컨대 모터 등을 포함할 수 있다.

상기 이동 지지부(5100)는 고정부(5500)의 상부 타측에 구비된 트랙(5400)을 따라 수평 이동 가능하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 이동 지지부(5100)는 회전 지지부(5200)의 회전에 따라 박막이 감기면서 회전 지지부(5200) 쪽으로 박막(5300)이 당겨짐에 따라 회전 지지부(5200) 쪽으로 트랙(5400)을 따라 이동할 수 있다.

도 30은 이동 지지부(5100)와 트랙(5400) 간의 연결 관계를 예시적으로 나타내는 단면도로서, 도 30을 참조하면, 고정부(5500) 상부에 구비된 트랙(5400) 내에서 이동 지지부(5100)의 하단부가 이탈되지 않으면서도 슬라이딩되면서 수평 이동할 수 있도록 체결되어 있다.

풍력 발전 시스템에 구비되는 각각의 블레이드는, 레일(예컨대, 루프) 내에서, 블레이드 각각의 위치에 따라 결정되는 목표 이동 방향에 관한 정보 및 바람의 방향에 관한 정보를 기반으로, 목표 이동 방향으로의 동력을 최대화시키도록 적응적으로 회전하도록 구성된다. 블레이드(5000), 특히 돛 형태의 박막(5300)의 배향을 조정하기 위하여 고정부(5500)의 하부에는 고정부(5500)를 회전시키는 회전부(5600)가 구비된다.

풍력 발전 시스템은, 앞선 실시예들에서 언급햇듯이, 수평 방향의 이동 경로를 제공하는 레일, 레일의 이동 경로에 따라 슬라이딩 되어 이동하도록 구성된 이동체, 이동체에 설치되어 바람에 따른 에너지를 기반으로 이동체의 이동을 위한 동력을 제공하는 복수의 블레이드, 상기 이동체 및 블레이드 중 적어도 하나의 이동에 연동하여 회전함으로써 전력을 생성하는 발전기가 구비된 나셀(nacelle)을 포함할 수 있다.

본 실시예에서는 이동체 및 블레이드를 제어하기 위한 제어 시스템이 구비될 수 있다. 앞서도 언급햇듯이, 배향 결정과 같은 연산을 수행하는 제어 시스템은, 각각의 블레이드 마다 별도의 컴퓨팅 디바이스 또는 프로세서가 구비되도록 설정될 수 있고, 또는 각각의 블레이드와 정보를 송수신하도록 구성된 통합 제어 시스템을 구비하여 통합 제어 시스템이 각각의 블레이드에 대한 제어를 수행하도록 구성할 수도 있다.

본 실시예에서 제어 시스템은 블레이드(5000)가 받는 실시간 풍량 값을 센서로부터 수집하여 블레이드(5000)가 파손되지 않고 안전하게 견딜 수 있는 임계 풍량값을 데이터베이스(미도시)로부터 추출하여 실시간 풍량값과 임계 풍량값을 비교분석하여 블레이드(5000)로 면적 제어 신호를 전송함으로써 블레이드(5000)가 형성하는 에어포켓의 면적을 조절할 수 있다.

상기 면적 제어 신호는 상기 에어포켓의 면적을 감소시킬 것을 나타내는 제 1 면적 제어 신호 및 에어포켓의 면적이 감소된 상태에서 다시 상기 에어포켓의 면적을 증가시킬 것을 나타내는 제 2 면적 제어 신호를 포함할 수 있다. 상기 제 1 면적 제어 신호는 상기 블레이드(5000)가 받는 실시간 풍량이 설정된 값 이상일 경우 상기 에어포켓의 면적을 감소시키도록 하여 상기 블레이드의 파손을 방지하기 위한 신호를 의미할 수 있다.

제 1 면적 제어 신호를 수신하는 블레이드(5000)에서는, 제 1 면적 제어 신호에 응답하여, 회전 지지부(5200)가 상기 돛 형태의 박막을 감는 방향으로 회전하고, 상기 이동 지지부(5100)는 트랙(5400)을 따라 상기 회전 지지부(5200)에 근접하도록 이동함으로써, 상기 돛 형태의 박막(5300)의 면적을 감소시킬 수 있다. 여기서 박막(5300)의 면적은 박막이 펼쳐져 돛처럼 에어포켓을 형성할 수 있는 면적, 즉 실질적으로 풍력 발전에 활용할 수 있는 면적을 의미할 수 있다.

도 31은 제 1 면적 제어 신호에 따라 돛 형태의 박막(5300)의 면적을 감소시킨 상태를 나타내는 사시도이다.

도 31에 도시된 바와 같이, 제 1 면적 제어 신호에 응답하여 회전 지지부(5200)가 시계 방향으로 회전함에 따라 박막이 회전 지지부(5200)의 외주면에 감기면서, 이동 지지부(5100)는 트랙을 따라 회전 지지부(5200)에 근접한 위치까지 이동하였음을 알 수 있다. 따라서, 박막(5300)의 대부분이 회전 지지부(5200)에 감긴 상태가 되어 박막의 면적이 감소한다. 즉 에어포켓의 면적이 감소하게 되는 것이다.

한편, 상기 블레이드(5000)는, 상기 제 2 면적 제어 신호를 수신하는 것을 기반으로 하여, 회전 지지부가(5200) 상기 돛 형태의 박막의 박막을 푸는 방향으로 회전하고, 이동 지지부(5100)는 트랙(5400)을 따라 회전 지지부(5000)에 멀어지도록 이동함으로써, 상기 돛 형태의 박막(5300)의 면적을 증가시킬 수 있다.

한편, 다른 실시예에 따르면 블레이드는 회전 지지부 및 이동 지지부의 하부를 고정하는 제 1 고정부 및 회전 지지부 및 이동 지지부의 상부를 고정하는 제 2 고정부를 구성할 수도 있다. 즉, 도 29에 도시된 블레이드(5000)의 형태에 상부를 고정하는 제 2 고정부가 부가되는 것이다. 이 경우 상부에 마련된 제 2 고정부의 하단 일측은 회전 지지부(5200)를 고정할 수도 있고, 제 2 고정부의 하단 타측에는 이동 지지부(5100)의 상단과 슬라이딩 가능하도록 정합하기 위한 트랙이 형성될 수도 있다.

도 32는 도 29에 도시된 블레이드 구조를 채용한 블레이드 유닛들을 수직방향으로 복수 개 연결한 고도 분리형 블레이드를 나타내는 사시도이다.

도 32에 도시된 바와 같이, 앞서 설명햇던 회전 지지부와 이동 지지부의 동작 메커니즘에 의하여 에어포켓의 면적을 감소시키거나 증가시킬 수 있는 구조를 갖는 블레이드 유닛들이 복수 개 수직방향으로 연결되어 고도 분리형 블레이드를 형성할 수 있다.

앞서 도 8을 참조한 설명에서도 언급했듯이, 본 발명의 일 측면에 따른 풍력 발전 시스템에 있어서, 전력 생산 효율을 극대화시키기 위한 적절한 블레이드의 크기는 상당히 큰 규모일 수 있고, 고도에 따라 바람의 방향이 상이할 수 있다. 따라서, 고도에 따라 바람의 방향이 각기 상이한 경우에도, 블레이드의 목표 이동 방향으로의 동력을 최대화시키기 위해, 블레이드는 고도에 따라 구분되는 제 1 블레이드 유닛(5000a), 제 2 블레이드 유닛(5000b) 및 제 3 블레이드 유닛(5000c)을 구비하고, 각각 독립적으로 회전 가능하도록 구성하는 것에 의해, 각 부분들에 포함된 돛 형태의 박막의 배향을 각기 다르게 설정할 수 있다.

예를 들어, 복수의 블레이드들 각각은, 높이 방향으로 구분된 제 1 블레이드 유닛(5000a) 및 제 2 블레이드 유닛(5000b)을 구비하고, 제 1 블레이드 유닛(5000a) 및 제 2 블레이드 유닛(5000b)는 서로 독립적으로 회전 가능하도록 구성되며, 제 1 블레이드 유닛(5000a) 및 제 2 블레이드 유닛(5000b)이 각각 배치된 높이에서의 바람의 방향에 관한 정보를 기반으로 블레이드의 목표 이동 방향으로의 동력을 최대화시키도록 회전될 수 있다.

도 33은 복수의 박막을 구비하고 복수의 박막을 겹쳐 에어 포켓 면적을 가변적으로 조절할 수 있는 블레이드의 구조를 예시적으로 나타내는 사시도이다.

도 33를 참조하면, 블레이드(6000)는 바람을 받는 제 1 에어 포켓을 형성하는 돛 형태의 제 1 박막(6300a) 및 바람을 받는 제 2 에어 포켓을 형성하는 돛 형태의 제 2 박막(6300b)을 구비한다.

제 1 박막 지지부(6210, 6220)는 상기 제 1 박막(6300a)이 제 1 에어포켓을 형성하도록 제 1 박막(6300a)의 적어도 상단과 하단을 지지하고, 제 2 박막 지지부(6230, 6240)는 제 2 박막(6300b)이 제 2 에어포켓을 형성하도록 제 2 박막(6300b)의 적어도 상단과 하단을 지지한다.

이러한 상기 제 1 박막 지지부(6210, 6220) 및 상기 제 2 박막 지지부(6230, 6240)는 상호 간에 접거나 펼칠 수 있도록 힌지 형태로 프레임부(6100)에 결합될 수 있다.

여기서 각각의 블레이드는, 레일, 예컨대 루프 내에서, 블레이드 각각의 위치에 따라 결정되는 목표 이동 방향에 관한 정보 및 바람의 방향에 관한 정보를 기반으로, 목표 이동 방향으로의 동력을 최대화시키도록 적응적으로 회전하도록 구성된다. 도 33에 도시된 블레이드(6000)에서, 특히 돛 형태의 제 1 박막(6300a) 및 제 2 박막(6300b)의 배향을 조정하기 위하여 프레임부(6100)의 하부에는 프레임부(6100)를 회전시키는 회전부(6400)가 구비된다. 회전부(6400)와 프레임부(6100)는 동일한 중심축상에 형성될 수 있다.

본 실시예에서 제어 시스템은 블레이드(6000)가 받는 실시간 풍량 값을 센서로부터 수집하여 블레이드(6000)가 파손되지 않고 안전하게 견딜 수 있는 임계 풍량값을 데이터베이스(미도시)로부터 추출하여 실시간 풍량값과 임계 풍량값을 비교분석하여 블레이드(6000)로 면적 제어 신호를 전송함으로써 블레이드(6000)가 형성하는 에어포켓의 면적을 조절할 수 있다.

상기 면적 제어 신호는 상기 에어포켓의 면적을 감소시킬 것을 나타내는 제 1 면적 제어 신호 및 상기 에어포켓의 면적을 증가시킬 것을 나타내는 제 2 면적 제어 신호를 포함할 수 있다. 상기 제 1 면적 제어 신호는 상기 블레이드(6000)가 받는 실시간 풍량이 설정된 값 이상일 경우 상기 에어포켓의 면적을 감소시키도록 하여 상기 블레이드(6000)의 파손을 방지하기 위한 신호를 의미할 수 있다.

상기 제 1 면적 제어 신호를 수신하는 블레이드(6000)에서는, 상기 제 1 박막 지지부(6210, 6220) 및 상기 제 2 박막 지지부(6230, 6240)를 제어하여 상기 제 1 박막(6300a) 및 상기 제 2 박막(6300b)의 적어도 일부가 겹쳐지도록 접어, 상기 블레이드(6000)에서 형성되는 복수의 에어포켓의 총 면적을 감소시킬 수 있다.

반면, 블레이드(6000)는 상기 제 2 면적 제어 신호가 수신되는 경우, 상기 제 1 박막 지지부(6210, 6220) 및 상기 제 2 박막 지지부(6230, 6240)를 제어하여 상기 제 1 박막(6300a) 및 상기 제 2 박막(6300b)이 겹쳐지지 않도록 펼쳐, 상기 블레이드(6000)에서 형성되는 복수의 에이포켓의 총 면적을 증가시킬 수 있다.

도 34는 제 1 면적 제어 신호에 따라 에어포켓의 총 면적을 감소시킨 상태를 나타내는 사시도이다.

도 34에 도시된 바와 같이, 제 1 면적 제어 신호에 응답하여, 상기 제 1 박막 지지부(6210, 6220) 및 상기 제 2 박막 지지부(6230, 6240)가 힌지에 의하여 접힘으로써, 상기 제 1 박막(6300a) 및 상기 제 2 박막(6300b)의 적어도 일부가 겹쳐지도록 접혀져, 상기 블레이드(6000)에서 형성되는 복수의 에어포켓의 총 면적을 감소하게 된다.

도 35는 도 33에 도시된 블레이드 구조를 채용한 블레이드 유닛들을 수직방향으로 복수 개 연결한 고도 분리형 블레이드를 나타내는 사시도이다.

도 35에 도시된 바와 같이, 앞서 설명햇던 복수의 박막을 구비하고 복수의 박막을 서로 겹쳐지도록 접어 에어포켓의 총 면적을 감소시킬 수 있는 구조를 갖는 접철형 블레이드 유닛들이 복수 개 수직방향으로 연결되어 고도 분리형 블레이드를 형성할 수 있다.

앞서도 언급햇듯이, 본 발명의 일 측면에 따른 풍력 발전 시스템에 있어서, 전력 생산 효율을 극대화시키기 위한 적절한 블레이드의 크기는 상당히 큰 규모일 수 있고, 고도에 따라 바람의 방향이 상이할 수 있다. 따라서, 고도에 따라 바람의 방향이 각기 상이한 경우에도, 블레이드의 목표 이동 방향으로의 동력을 최대화시키기 위해, 블레이드는 고도에 따라 구분되는 제 1 블레이드 유닛(6000a), 제 2 블레이드 유닛(6000b) 및 제 3 블레이드 유닛(6000c)을 구비하고, 각각 독립적으로 회전 가능하도록 구성하는 것에 의해, 각 부분들에 포함된 돛 형태의 박막의 배향을 각기 다르게 설정할 수 있다.

예를 들어, 복수의 블레이드들 각각은, 높이 방향으로 구분된 제 1 블레이드 유닛(6000a) 및 제 2 블레이드 유닛(6000b)을 구비하고, 제 1 블레이드 유닛(6000a) 및 제 2 블레이드 유닛(6000b)는 서로 독립적으로 회전 가능하도록 구성되며, 제 1 블레이드 유닛(6000a) 및 제 2 블레이드 유닛(6000b)이 각각 배치된 높이에서의 바람의 방향에 관한 정보를 기반으로 블레이드의 목표 이동 방향으로의 동력을 최대화시키도록 회전될 수 있다.

도 36은 다른 실시예로서 다중 접철형 구조를 기반으로 돛 형태의 박막을 접어 에어 포켓의 면적을 감소시킬 수 있는 블레이드 구조를 나타낸다. 도 36에 도시된 바와 같이, 블레이드(7000)은 다중 접철 가능하고, 다중 접철을 통하여 면적 제어 신호에 응답하여 에어 포켓의 면적을 감소시킬 수 있다. 또한 이러한 다중 접철형 구조의 블레이드 유닛을 수직 방향으로 연결하여 독립적으로 회전하도록 함으로써 고도 분리형 블레이드를 형성할 수도 있다.

도 37은 본 발명의 도 29, 도 33 및 도 25를 참조한 실시예의 설명하였던 면적을 조절하는 블레이드를 포함하는 풍력 발전 시스템의 제어 동작을 설명하기 위한 흐름도로서, 수평 방향의 이동 경로를 제공하는 레일, 상기 레일의 이동 경로에 따라 슬라이딩 되어 이동하도록 구성된 이동체, 상기 이동체에 설치되어 바람에 따른 에너지를 기반으로 상기 이동체의 이동을 위한 동력을 제공하는 복수의 블레이드, 상기 이동체 및 블레이드 중 적어도 하나의 이동에 연동하여 회전함으로써 전력을 생성하는 발전기가 구비된 나셀 (nacelle)을 포함하는 풍력 발전 시스템의 제어 시스템에 의하여 수행될 수 있다.

도 37을 참조하면, 먼저, 제어 시스템은 적어도 하나의 상기 블레이드에 공급되는 실시간 풍량을 측정하는 센서로부터 실시간 풍량 정보를 수신할 수 있다(단계:S11). 여기서 상기 실시간 풍량 정보는 블레이드를 식별하기 위한 블레이드 식별 정보 및 상기 블레이드 식별 정보에 대응하는 실시간 풍량 값을 포함할 수 있다.

다음으로, 제어 시스템은 상기 블레이드 식별 정보에 대응하는 임계 풍량 값을 데이터베이스로부터 추출할 수 있다(단계:S12). 상기 블레이드 식별 정보에 대응하는 임계 풍량값음 데이터베이스에 미리 저장되어 관리될 수 있다.

블레이드에 대응하는 실시간 풍량 정보 및 임계 풍량 값이 학보되면, 제어 시스템은 블레이드에 대응하는 실시간 풍량 값 및 임계 풍량값을 비교하는 것을 기반으로 하여 상기 블레이드의 면적을 조절할 수 있다(단계:S13).

도 38은 블레이드의 면적을 조절하는 단계의 세부 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 38을 참조하면, 제어 시스템은 블레이드 식별자에 대응하는 블레이드의 실시간 풍량 값 및 임계 풍량 값을 입력하고(단계:S21), 추출된 임계 풍량 값과 상기 실시간 풍량 값을 비교할 수 있다(단계:S22).

여기서 만약 상기 실시간 풍량 값이 상기 임계 풍량 값 이상이면, 이는 블레이드가 감당하기 어려운 정도의 바람이 블레이드에 공급되고 있다는 것으로 간주할 수 있으므로, 제어 시스템은 상기 블레이드 식별 정보에 대응하는 블레이드의 에어포켓의 면적을 감소시킬 것을 나타내는 제 1 면적 제어 신호를 상기 블레이드 식별 정보에 대응하는 블레이드로 전송할 수 있다(단계:S23). 예를 들어, 상기 제 1 면적 제어 신호는 돛 형태의 박막을 감아 에어 포켓의 면적을 감소시킬 것을 지시하는 제 1 제어 신호일 수도 있고, 복수의 박막의 적어도 일부가 겹쳐지도록 접어 에어 포켓의 총 면적을 감소시킬 것을 지시하는 제 2 제어 신호일 수도 있다.

이와 같이, 블레이드에 공급되는 풍량에 따라, 블레이드의 에어포켓의 면적을 감소시키거나 증가시키는 구조를 설명하였다. 이러한 실시예는 과다한 풍량으로 인한 블레이드의 파손을 방지하는데 유용할 수 있다. 예를 들어, 블레이드가 감당하기 어려운 과다한 풍량을 블레이드에 공급될 경우 블레이드의 파손이 발생할 수 있으며, 블레이드의 파손은 막대한 손실과 재건설 비용을 발생시킬 수 있다. 본 발명은 이러한 블레이드의 파손을 방지하기 위하여 블레이드에 구비된 돛 형태의 박막을 통하여 형성되는 에어포켓의 면적을 감소시킴으로써 과다한 풍량 공급으로 인한 블레이드의 로드를 감소시킬 수 있다.

한편, 실시간 풍량 정보에 따라 블레이드의 회전을 제어하여 블레이드가 받는 로드를 감소시킬 수도 있다. 예를 들어, 풍력 발전 시스템은, 수평 방향의 이동 경로를 제공하는 레일, 레일의 이동 경로에 따라 슬라이딩 되어 이동하도록 구성된 이동체, 이동체에 설치되어 바람에 따른 에너지를 기반으로 상기 이동체의 이동을 위한 동력을 제공하는 복수의 블레이드, 이동체 및 블레이드 중 적어도 하나의 이동에 연동하여 회전함으로써 전력을 생성하는 발전기가 구비된 나셀 (nacelle) 및 상기 이동체 및 블레이드를 제어하는 제어부를 포함하는 풍력 발전 시스템에서, 상기 레일은 루프를 형성하고, 각각의 상기 블레이드는, 상기 루프 내에서의 상기 복수의 블레이드 각각의 위치에 따라 결정되는 목표 이동 방향에 관한 정보 및 바람의 방향에 관한 정보를 기반으로, 상기 목표 이동 방향으로의 동력을 최대화시키도록 적응적으로 회전하도록 구성될 수 있다.

상기 제어부는 적어도 하나의 상기 블레이드에 공급되는 실시간 풍량을 측정하는 센서로부터 실시간 풍량 정보를 수신하고, 수신되는 실시간 풍량 정보 및 상기 블레이드에 대응하는 임계 풍량값을 기반으로 하여 적어도 하나의 상기 블레이드가 받는 풍량이 감소되는 방향으로 회전하도록 제어하는 회전 변경 제어 신호를 전송할 수 있다.

상기 회전 변경 제어 신호는 적어도 하나의 상기 블레이드가 받는 실시간 풍량이 설정된 값 이상일 경우 블레이드가 받는 풍량이 감소되는 방향으로 적어도 하나의 상기 블레이드가 회전하도록 함에 의하여, 블레이드의 파손을 방지하기 위한 신호일 수 있다.

상기 실시간 풍량 정보는 블레이드를 식별하기 위한 블레이드 식별 정보 및 상기 블레이드 식별 정보에 대응하는 실시간 풍량 값을 포함할 수 있다. 상기 제어부는, 상기 블레이드 식별 정보에 대응하는 임계 풍량 값을 데이터베이스로부터 추출하고, 추출된 임계 풍량 값과 상기 실시간 풍량 값을 비교하여, 상기 실시간 풍량 값이 상기 임계 풍량 값 이상이면 상기 블레이드 식별 정보에 대응하는 블레이드로 상기 회전 변경 제어 신호를 전송할 수 있다.

<실험예>

본 발명의 일 측면에 따른 풍력 발전 시스템은 종래 대형 팬 방식의 풍력 발전기에 비해 개선된 발전 효율 및 저감된 소음 발생을 달성할 수 있다. 본 발명의 일 측면에 따른 풍력 발전 시스템의 발전 성능 및 소음 발생에 대한 실험을 위해 실험예의 풍력 발전 시스템에 대한 컴퓨터 유체역학 모델은 아래와 같은 설계 조건으로 구현될 수 있다.

- 복수의 블레이드들이 루프를 형성하는 레일 상에 순차적으로 배치되어 바람을 기반으로 구동 에너지를 형성

- 계산 영역 크기 : 300 x 250 x 200 (m³) (제주 가시리 발전소와 동일 규모)

- 터빈 익형 (NACA0009 - 돛 모양) : 수평 길이 = 90 (m) / 수직 높이 = 120 (m) / 최대양력 입사각 = 5.5 degree / 터빈 간 거리 = 150 (m) / 레일 상 이동 속도 = 1.9 m/s (제너레이터 최대효율 기준)

- 풍황 조건 : 평균 풍속 = 11.4 m/s (Re_chord

7 x 10⁷) / 풍황조건 = 0 (headwind), 45, 90 (crosswind), 180 (tailwind) 도

컴퓨터 유체역학 해석이 상기 모델의 이동하는 블레이드들이 레일 상의 직선 영역에서 발생시키는 에너지를 기반으로 하는 전력 생성 양에 대한 측정을 위해 사용되었으며, 종래의 풍력 발전 시스템의 효율과 비교하였다.

기존 풍력 터빈 대비 출력 측정을 위한 발전기 (Power generator) 의 선정/특성과 관련하여, 94.4 % 의 효율을 가지는 제너레이터를 기준으로 평가하였다. 허브 (기어) 는 레일에 연결되어 발전기 나셀의 중심 축으로 토크 (torque) 를 전달하도록 구성된다. 허브 및 나셀의 속성은 5 MW NREL 의 참조 풍력 터빈에 의해 결정되었다 (https://www.nrel.gov/docs/fy09osti/38060.pdf 참조).

출력을 측정하기 위한 방법으로서, 측풍 (Crosswind) 내의 흐름 (Flow) 및 소용돌이 (Vortex) 를 고려하였다. 하기의 수학식 1 에 따라 생성되는 전력을 추산하였다.

여기서,

는 블레이드의 이동 방향의 유닛 벡터를 나타낸다.

풍향 별 출력 계산 값은 아래의 표 1 과 같다.

풍향		X 방향 힘	Y 방향 힘	추산된 전력
0ㅀ - headwind		338.0 KN	-48.9 KN	-87.7 KW
45ㅀ - headwind		245.3 KN	136.8 KN	245 KW
90ㅀ - crosswind		57.9 KN	166.2 KN	298.1 KW
180ㅀ - tailwind	전	-23.9 KN	1183 KN	2122 KW
	후	-13.1 KN	725 KN	1300 KW

도 39는 기존 풍력 발전기와 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 시스템의 출력에 대한 비교 결과를 나타낸다. 도 39 에는, 기존 풍력 발전기 (NREL's EMD turbine installed in California, USA (rotor diameter 77m)) 와 비교하여, 예측되는 전력 출력이 도시된다. 관련하여, 최대 출력이 발생하는 tailwind 를 받는 개별 터빈의 경우 범용 풍력터빈 대비 유사하거나 높은 출력을 보이는 것을 알 수 있다. 뿐만 아니라, 소음의 발생과 관련된 압력 손실이 기존 범용 터빈의 65분 1 정도로 작은 것으로 나타났다 (최대압력손실 기준 260 Pa,) (참조: Li et al., 2020, Renewable Energy).

유체역학 분석 결과, 개별 돛 모양 터빈의 경우 tailwind 와 가까운 풍향의 경우 기존 범용 풍력 터빈과 유사하거나 더 우수한 출력을 기대할 수 있었고, 다만 레일을 따라 터빈의 입장에서 풍향이 tailwind에서 벗어나 headwind 경향의 풍향으로 바뀌면 급격한 출력의 저감이 있어 전체적으로 같은 설비 용량의 기존 풍력단지 대비 출력이 낮은 것으로 평가된다. 다만, 본 발명의 일 측면에 따라 바람의 방향에 따라 적응적으로 블레이드의 회전을 통해 최대의 동력을 받도록 하는 경우, 출력 저감 문제가 해소될 것으로 예상된다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 시스템은 기존 풍력 터빈 대비 구동부가 적고, 구조가 단순하여 더 큰 규모의 터빈을 사용하면 추가적인 출력의 향상을 기대할 수 있다. 나아가, 풍력 발전 소음과 직결된 압력 손실이 동 규모의 기존 풍력 터빈 대비 65분의 1 수준 (최대 압력손실 기준) 으로 저소음 운전의 강점이 있는 것으로 나타났다.

이상, 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 보호범위가 상기 도면 또는 실시예에 의해 한정되는 것을 의미하지는 않으며 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

이상에서 설명한 본 발명은 일련의 기능 블록들을 기초로 설명되고 있지만, 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

Claims

풍력 발전 시스템으로서,
수평 방향의 이동 경로를 제공하는 레일;
상기 레일의 이동 경로에 따라 슬라이딩 되어 이동하도록 구성된 이동체;
상기 이동체에 설치되어 바람에 따른 에너지를 기반으로 상기 이동체의 이동을 위한 동력을 제공하는 복수의 블레이드;
상기 이동체 및 블레이드 중 적어도 하나의 이동에 연동하여 회전함으로써 전력을 생성하는 발전기가 구비된 나셀 (nacelle); 및
상기 이동체 및 블레이드를 제어하기 위한 제어부를 포함하고,
각각의 상기 블레이드는 에어포켓을 포함하고, 상기 제어부로부터 인가되는 면적 제어 신호에 응답하여 상기 에어포켓의 면적을 조절하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 블레이드는,
바람을 받는 상기 에어 포켓을 형성하는 돛 형태의 박막;
상기 돛 형태의 박막의 제 1 측을 지지하되, 상기 돛 형태의 박막을 감거나 풀도록 회전하는 제 1 지지부;
상기 돛 형태의 박막의 상기 제 1 측에 대향된 제 2 측을 지지하되, 상기 제 1 지지부의 회전과 연동하여 트랙을 따라 이동 가능한 제 2 지지부;
상기 제 1 지지부 및 상기 제 2 지지부를 고정하는 제 1 고정부; 및
상기 돛 형태의 박막의 배향을 조정하기 위하여 상기 고정부를 회전시키는 회전부를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 시스템.
제 2 항에 있어서, 상기 면적 제어 신호는,
상기 에어포켓의 면적을 감소시킬 것을 나타내는 제 1 면적 제어 신호; 및
상기 에어포켓의 면적을 증가시킬 것을 나타내는 제 2 면적 제어 신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 시스템.
제 3 항에 있어서, 상기 제 1 면적 제어 신호는 상기 블레이드가 받는 실시간 풍량이 설정된 값 이상일 경우 상기 에어포켓의 면적을 감소시키도록 하여 상기 블레이드의 파손을 방지하기 위한 신호인 것을 특징으로 하는 풍력 발전 시스템.
제 3 항에 있어서, 상기 블레이드는,
상기 제 1 면적 제어 신호를 수신하는 것을 기반으로 하여, 제 1 지지부가 상기 돛 형태의 박막의 박막을 감는 방향으로 회전하고, 상기 제 2 지지부는 상기 트랙을 따라 상기 제 1 지지부에 근접하도록 이동함으로써, 상기 돛 형태의 박막의 면적을 감소시키는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 시스템.
제 3 항에 있어서, 상기 블레이드는,
상기 제 2 면적 제어 신호를 수신하는 것을 기반으로 하여, 제 1 지지부가 상기 돛 형태의 박막의 박막을 푸는 방향으로 회전하고, 상기 제 2 지지부는 상기 트랙을 따라 상기 제 1 지지부에 멀어지도록 이동함으로써, 상기 돛 형태의 박막의 면적을 증가시키는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 시스템.
제 3 항에 있어서,
상기 제 1 고정부는 상기 제 1 지지부 및 상기 제 2 지지부의 하부를 고정하고,
상기 제 1 지지부 및 상기 제 2 지지부의 상부를 고정하는 제 2 고정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 레일은 루프를 형성하고, 각각의 상기 블레이드는, 상기 루프 내에서의 상기 복수의 블레이드 각각의 위치에 따라 결정되는 목표 이동 방향에 관한 정보 및 바람의 방향에 관한 정보를 기반으로, 상기 목표 이동 방향으로의 동력을 최대화시키도록 적응적으로 회전하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 시스템.
블레이드로서,
수평 방향의 이동 경로를 제공하는 레일, 상기 레일의 이동 경로에 따라 슬라이딩 되어 이동하도록 구성된 이동체, 상기 이동체 및 블레이드 중 적어도 하나의 이동에 연동하여 회전함으로써 전력을 생성하는 발전기가 구비된 나셀 (nacelle); 및 상기 이동체 및 블레이드를 제어하기 위한 제어부를 포함하는 풍력 발전 시스템에 적용되며,
복수의 상기 블레이드가 상기 이동체에 설치되어 바람에 따른 에너지를 기반으로 상기 이동체의 이동을 위한 동력을 제공하고,
각각의 상기 블레이드는 에어포켓을 포함하고, 상기 제어부로부터 인가되는 면적 제어 신호에 응답하여 상기 에어포켓의 면적을 조절하는 것을 특징으로 하는 블레이드.
제 9 항에 있어서, 바람을 받는 상기 에어 포켓을 형성하는 돛 형태의 박막;
상기 돛 형태의 박막의 제 1 측을 지지하되, 상기 돛 형태의 박막을 감거나 풀도록 회전하는 제 1 지지부;
상기 돛 형태의 박막의 상기 제 1 측에 대향된 제 2 측을 지지하되, 상기 제 1 지지부의 회전과 연동하여 트랙을 따라 이동 가능한 제 2 지지부;
상기 제 1 지지부 및 상기 제 2 지지부를 고정하는 제 1 고정부; 및
상기 돛 형태의 박막의 배향을 조정하기 위하여 상기 고정부를 회전시키는 회전부를 포함하는 것을 특징으로 하는 블레이드.
제 10 항에 있어서, 상기 면적 제어 신호는,
상기 에어포켓의 면적을 감소시킬 것을 나타내는 제 1 면적 제어 신호; 및
상기 에어포켓의 면적을 증가시킬 것을 나타내는 제 2 면적 제어 신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 블레이드.
제 11 항에 있어서, 상기 제 1 면적 제어 신호는 상기 블레이드가 받는 실시간 풍량이 설정된 값 이상일 경우 상기 에어포켓의 면적을 감소시키도록 하여 상기 블레이드의 파손을 방지하기 위한 신호인 것을 특징으로 하는 블레이드.
제 11 항에 있어서, 상기 제 1 면적 제어 신호를 수신하는 것을 기반으로 하여, 제 1 지지부가 상기 돛 형태의 박막의 박막을 감는 방향으로 회전하고, 상기 제 2 지지부는 상기 트랙을 따라 상기 제 1 지지부에 근접하도록 이동함으로써, 상기 돛 형태의 박막의 면적을 감소시키는 것을 특징으로 하는 블레이드.
제 11 항에 있어서, 상기 제 2 면적 제어 신호를 수신하는 것을 기반으로 하여, 제 1 지지부가 상기 돛 형태의 박막의 박막을 푸는 방향으로 회전하고, 상기 제 2 지지부는 상기 트랙을 따라 상기 제 1 지지부에 멀어지도록 이동함으로써, 상기 돛 형태의 박막의 면적을 증가시키는 것을 특징으로 하는 블레이드.
제 11 항에 있어서,
상기 제 1 고정부는 상기 제 1 지지부 및 상기 제 2 지지부의 하부를 고정하고,
상기 제 1 지지부 및 상기 제 2 지지부의 상부를 고정하는 제 2 고정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 블레이드.
제 9 항에 있어서, 상기 레일은 루프를 형성하고, 각각의 상기 블레이드는, 상기 루프 내에서의상기 복수의 블레이드 각각의 위치에 따라 결정되는 목표 이동 방향에 관한 정보 및 바람의 방향에 관한 정보를 기반으로, 상기 목표 이동 방향으로의 동력을 최대화시키도록 적응적으로 회전하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 시스템.
수평 방향의 이동 경로를 제공하는 레일, 상기 레일의 이동 경로에 따라 슬라이딩 되어 이동하도록 구성된 이동체, 상기 이동체에 설치되어 바람에 따른 에너지를 기반으로 상기 이동체의 이동을 위한 동력을 제공하는 복수의 블레이드-각각의 상기 블레이드는 에어포켓을 포함함-, 상기 이동체 및 블레이드 중 적어도 하나의 이동에 연동하여 회전함으로써 전력을 생성하는 발전기가 구비된 나셀 (nacelle), 및 상기 이동체 및 블레이드를 제어하기 위한 제어부를 포함하는 풍력 발전 시스템에서 상기 블레이드의 제어 방법으로서,
상기 제어부로부터 면적 제어 신호를 수신하는 단계; 및
수신된 상기 면적 제어 신호에 응답하여 상기 에어포켓의 면적을 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
제 17 항에 있어서,
상기 블레이드는,
바람을 받는 상기 에어 포켓을 형성하는 돛 형태의 박막;
상기 돛 형태의 박막의 제 1 측을 지지하되, 상기 돛 형태의 박막을 감거나 풀도록 회전하는 제 1 지지부;
상기 돛 형태의 박막의 상기 제 1 측에 대향된 제 2 측을 지지하되, 상기 제 1 지지부의 회전과 연동하여 트랙을 따라 이동 가능한 제 2 지지부;
상기 제 1 지지부 및 상기 제 2 지지부를 고정하는 제 1 고정부; 및
상기 돛 형태의 박막의 배향을 조정하기 위하여 상기 고정부를 회전시키는 회전부를 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
제 18 항에 있어서, 상기 면적 제어 신호는,
상기 에어포켓의 면적을 감소시킬 것을 나타내는 제 1 면적 제어 신호; 및
상기 에어포켓의 면적을 증가시킬 것을 나타내는 제 2 면적 제어 신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
제 19 항에 있어서, 상기 제 1 면적 제어 신호는 상기 블레이드가 받는 실시간 풍량이 설정된 값 이상일 경우 상기 에어포켓의 면적을 감소시키도록 하여 상기 블레이드의 파손을 방지하기 위한 신호인 것을 특징으로 하는 제어 방법.
제 19 항에 있어서, 상기 블레이드는,
상기 제 1 면적 제어 신호를 수신하는 것을 기반으로 하여, 제 1 지지부가 상기 돛 형태의 박막의 박막을 감는 방향으로 회전하고, 상기 제 2 지지부는 상기 트랙을 따라 상기 제 1 지지부에 근접하도록 이동함으로써, 상기 돛 형태의 박막의 면적을 감소시키는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
제 19 항에 있어서, 상기 블레이드는,
상기 제 2 면적 제어 신호를 수신하는 것을 기반으로 하여, 제 1 지지부가 상기 돛 형태의 박막의 박막을 푸는 방향으로 회전하고, 상기 제 2 지지부는 상기 트랙을 따라 상기 제 1 지지부에 멀어지도록 이동함으로써, 상기 돛 형태의 박막의 면적을 증가시키는 것을 특징으로 하는 제어 방법.