KR20240049912A - 신재생 에너지 기반 하이브리드 발전 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예에 따르면, 신재생 에너지 발전부; 상기 신재생 에너지 발전부에 의해 생산된 전력 중 적어도 일부를 저장하는 배터리; 상기 배터리로부터 전기 에너지를 공급받아 회전 에너지를 발생시키는 모터; 및 상기 모터와 연계하여, 상기 회전 에너지를 증속하여 전기 에너지를 생산하는 영구자석형 발전기를 포함하는, 신재생 에너지 기반 하이브리드 발전 시스템이 제공된다.

Description

신재생 에너지 기반 하이브리드 발전 시스템{HYBRID POWER GENERATION SYATEM BASED ON NEW RENEWABLE ENERGY}

본 발명은 신재생 에너지 기반 하이브리드 발전 시스템에 관한 것으로, 신재생 에너지 중 일부를 이용하여 모터에 기반한 발전을 시킴으로써, 전기 생산량을 극대화할 수 있도록 하는 발전 시스템에 관한 것이다.

신재생 에너지는 기존의 화석 연료를 변환시켜 이용하거나, 햇빛, 물, 지열, 강수, 생물유기체 등을 이용하여 재생 가능한 에너지를 의미한다.

대표적으로, 신재생 에너지는 태양광 발전, 풍력 발전, 수력 발전, 태양열 발전 등을 통해 생산되는 에너지를 포함하는 개념이다.

일례로 태양광 발전은 금속에 일정 진동수 이상의 빛을 비출 때 금속 표면에서 전자가 튀어나오는 광전 효과를 이용한 발전 방식이다.

따라서, 태양광 발전은 기계적인 진동과 소음이 없고 수명이 길며, 유지와 보수가 비교적 용이한 측면이 있다.

태양광 발전설비는 설치 방식에 따라서 크게 고정형(Fixed array) 태양광 발전설비와 가변형(Semi-Fixed Array) 태양광 발전설비, 그리고 추적식(Tracking Array) 태양광 발전설비로 나뉠 수 있다. 고정형 태양광 발전설비는 방위각과 경사각을 고정하여 설치되는 구조로서, 초기 설치비가 저렴하고 kW당 점유면적이 적게 소요되면서, 구조적으로 안전하여 전복 또는 오작동의 사고 가능성이 낮다. 그러나, 고정형 태양광 발전설비는 항시 정해진 방위각 및 경사각을 갖기 때문에 태양 고도 변화에 따른 발전량의 변동이 있어 발전효율이 좋지 못하다.

이러한 단점을 극복하기 위한 여러가지 노력들이 있었으나, 자연 현상을 이용한 발전 방식에 있어서는 여전히 저효율의 문제가 존재하며, 기존 화석 연료 기반의 전력 생산을 통해 보완하여야 하는 문제점이 있었다.

본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것이다.

본 발명의 목적은, 신재생 에너지 발전에 의해 생산된 에너지를 그대로 계통 출하하는 것이 아니라, 모터를 통해 회전 에너지를 발생시켜, 증속된 형태로 더 많은 전기 에너지를 생산하여 에너지 생산 효율이 극대화될 수 있도록 하는 것이다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 신재생 에너지 발전부; 상기 신재생 에너지 발전부에 의해 생산된 전력 중 적어도 일부를 저장하는 배터리; 상기 배터리로부터 전기 에너지를 공급받아 회전 에너지를 발생시키는 모터; 및 상기 모터와 연계하여, 상기 회전 에너지를 증속하여 전기 에너지를 생산하는 영구자석형 발전기를 포함하는, 신재생 에너지 기반 하이브리드 발전 시스템이 제공된다.

상기 신재생 에너지 기반 하이브리드 발전 시스템은, 상기 배터리로부터의 전기 에너지를 교류로 변환하여 상기 모터에 공급하는 인버터; 및 상기 영구자석형 발전기에 의해 생산된 에너지의 적어도 일부를 직류로 변환하여 상기 배터리에 저장되도록 하는 컨버터를 더 포함할 수 있다.

상기 영구자석형 발전기는, 영구자석을 사용한 무브러쉬 회전자를 구동시켜 전기 에너지를 생산할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 신재생 에너지 발전에 의해 생산된 에너지를 그대로 계통 출하하는 것이 아니라, 모터를 통해 회전 에너지를 발생시켜, 증속된 형태로 더 많은 전기 에너지를 생산하기 때문에, 에너지 생산 효율이 극대화될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 신재생 에너지 기반 하이브리드 발전 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.

이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 신재생 에너지 기반 하이브리드 발전 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.

도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 시스템은, 신재생 에너지 발전부(100), 인버터(200), 모터(300), 영구자석형 발전기(400), 컨버터(500), 배터리(600)를 포함하여 구성될 수 있다.

신재생 에너지 발전부(100)는 예를 들면, 태양광 발전, 풍력 발전, 수력 발전의 방식 등으로 전기 에너지를 생성하는 부분이다. 즉, 신재생 에너지 발전부(100)는 햇빛, 물, 강수, 생물유기체 등을 포함하여 재생이 가능한 에너지로 변환시켜 이용하는 에너지를 생산하는 부분이다. 환언하면, 본 발명의 실시예에 있이서, 신재생 에너지 발전부(100)는 태양광, 풍력, 수력 등 환경적인 자원을 이용하여 전기 에너지를 생산하는 모든 발전기기를 포함하는 개념으로 이해되어야 한다.

태양광 발전은 주간에 한정되어 발전이 이루어지는 제약이 있고, 풍력 발전은 바람이 있어야 하는 환경적 제약 조건이 있으며, 수력 발전은 물과 관련된 지역적 제약 조건을 가지고 있다.

본 발명의 실시예에에서는, 이러한 신재생 에너지 발전에 대한 제약조건을 타개하기 위해, 후술할 바와 같이, 모터 기반 PMG 발전을 토대로 발전 효율을 극대화한다.

신재생 에너지 발전부(100)에 의해 생산된 에너지는 직류(DC) 전기 에너지일 수 있는데, 이 중 일부는 배터리(600)로 저장되고, 나머지 일부는 신재생 에너지 발전부(100)의 동작 또는 도 1에 도시된 시스템의 운영에 활용된다.

신재생 에너지 발전부(100)에 의해 생산된 에너지 중 배터리(600)로 저장될 에너지의 양은 충전조절기에 의해 설정될 수 있다. 충전조절기는 신재생 에너지 발전부(100)의 내부에 포함되거나, 이와 연계되는 구성요소로서 구비될 수 있다.

배터리(600)에 저장된 전기 에너지는 일정 주기 또는 수시로 인버터(200)에 의해 교류(AC) 전기 에너지로 변환되어 모터(300)로 공급된다. 배터리(600)는 ESS(Energy Storage System) 등으로 구현될 수 있다.

모터(300)는 배터리(600)로부터 직류 전기 에너지를 제공받아 회전 운동을 한다. 모터(300)의 회전 에너지는 영구자석형 발전기(400)로 제공되고, 영구자석형 발전기(400)는 모터(300)의 회전력을 제공받아 증속된 회전 에너지를 발생시켜 전기 에너지를 생산한다. 모터(300)와 영구자석형 발전기(400)는 상호 기어박스를 통해 연결될 수 있다.

영구자석형(PMG) 발전기(400)는 모터(300)의 회전력을 더욱 높은 속도로 올려 발전을 시키는데, 이에 의해 생산된 교류(AC) 전기 에너지 중 일부는 컨버터(500)에 의해 직류 전기 에너지로 변환되어 배터리(600)에 저장되어, 다시 모터(300)의 구동에 활용된다. 또한, 나머지 일부는 계통으로 출하되어 판매 대상이 된다.

영구자석형 발전기(400)는 영구자석(ex. 네오디뮴 자석)을 사용한 무브러쉬 회전자를 구동한다. 그러나, 기존의 브러쉬 발전기로 구현될 수도 있다. 발전 효율을 증가시키기 위해, 발전기(400)의 고정자 권선의 감은 수, 자석 세기, 그리고 회전력을 증가시킬 수 있다. 또한, 기어박스와 연계한 변속장치를 사용하여 필요에 따른 전력 생산량 조절을 할 수도 있다.

위의 설명에서는, 모터(300)가 교류 모터인 것을 예로 들었으나, 만약 직류 모터로 구현되는 경우에는, 인버터(200) 및 컨버터(500)가 생략될 수도 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 신재생 에너지 발전에 의해 생산된 에너지를 그대로 계통 출하하는 것이 아니라, 모터를 통해 회전 에너지를 발생시켜, 증속된 형태로 더 많은 전기 에너지를 생산하기 때문에, 에너지 생산 효율이 극대화될 수 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (3)

1. 신재생 에너지 발전부;
   상기 신재생 에너지 발전부에 의해 생산된 전력 중 적어도 일부를 저장하는 배터리;
   상기 배터리로부터 전기 에너지를 공급받아 회전 에너지를 발생시키는 모터; 및
   상기 모터와 연계하여, 상기 회전 에너지를 증속하여 전기 에너지를 생산하는 영구자석형 발전기를 포함하는, 신재생 에너지 기반 하이브리드 발전 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 배터리로부터의 전기 에너지를 교류로 변환하여 상기 모터에 공급하는 인버터; 및
   상기 영구자석형 발전기에 의해 생산된 에너지의 적어도 일부를 직류로 변환하여 상기 배터리에 저장되도록 하는 컨버터를 더 포함하는, 신재생 에너지 기반 하이브리드 발전 시스템.
3. 제1항에 있어서,
   상기 영구자석형 발전기는,
   영구자석을 사용한 무브러쉬 회전자를 구동시켜 전기 에너지를 생산하는, 신재생 에너지 기반 하이브리드 발전 시스템.