WO2013147498A1

WO2013147498A1 - 유압식 풍력 발전 장치 및 그 방법

Info

Publication number: WO2013147498A1
Application number: PCT/KR2013/002508
Authority: WO
Inventors: 최경식; 조병학; 양동순; 박신열; 박병철; 임영섭
Original assignee: Korea Electric Power Corp
Current assignee: Korea Electric Power Corp
Priority date: 2012-03-27
Filing date: 2013-03-26
Publication date: 2013-10-03
Anticipated expiration: 2014-09-27
Also published as: KR101967148B1; KR20130109413A; CN104204513B; CN104204513A

Abstract

본 발명은 유압식 풍력 발전 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 블레이드가 구비되어 바람에 의해 회전하는 회전부와, 상기 회전부에 연결되며, 실린더와 피스톤이 구비되어 상기 회전부의 회전에 따라 상기 피스톤의 구동으로 유체를 공급하는 유체공급부와, 상기 유체공급부에 연결되며, 상기 유체공급부에서 공급되는 유체의 압력에 의해 회전되는 유압모터부 및 상기 유압모터부에 연결되며, 상기 유압모터부의 회전에 따라 전기를 발생시키는 발전부를 포함한다. 이에 의해, 에너지 손실이 감소되고 고효율 영역에서 유압모터부를 운전할 수 있어 발전 효율이 상승될 수 있는 효과가 있다.

Description

유압식 풍력 발전 장치 및 그 방법

본 발명은 유압식 풍력 발전 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 증속기 대신 풍력을 유압으로 전환시키는 유압실린더로 대체하여 발전 장치의 중량을 감소시키고, 축압부에 저장된 유체의 유출을 제어하여 발전 효율을 상승시킬 수 있는 유압식 풍력 발전 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로 풍력발전기는 공기의 유동이 가진 운동 에너지의 공기역학적(aerodynamic) 특성을 이용하여 회전자(rotor)를 회전시켜 기계적 에너지로 변환시키고 이 기계적 에너지로 전기를 얻는 기계이다.

그리고, 풍력발전기는 지면에 대한 회전축의 방향에 따라 수평형 및 수직형으로 분류되고, 주요 구성 요소로는 날개(blade)와 허브(hub)로 구성된 회전자와, 회전을 증속하여 발전기를 구동시키는 증속 장치(gear box), 발전기 및 각종 안전장치를 제어하는 제어 장치, 유압 브레이크 장치와 전력 제어 장치 및 타워 등으로 구성된다.

한편, 최근에는, 회전자(rotor)를 회전시켜 얻은 기계적 에너지로부터 전기를 발생시키는 과정에서 에너지 전달매체로 유체를 사용하는 유압식 풍력 발전기가 알려져 있다

여기서, 종래의 유압식 풍력 발전기는 유압 펌프를 통해 유출시키는 유량을 증가시키려는 목적으로, 유압 펌프와 블레이드 사이에 증속기가 설치되었다.

하지만, 증속기는 고가의 장치로 풍력발전장치의 제조비용을 증가시키고 고장이 빈번하다는 단점이 있었으며, 또한, 증속기를 통해 에너지 손실이 발생되므로 발전 효율이 낮아지는 문제점이 있었다.

본 발명에 따른 유압식 풍력 발전 장치 및 그 방법은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로서, 다음과 같은 과제해결을 목적으로 한다.

본 발명은 일 측면으로서, 실린더와 피스톤을 통해 다량의 유체를 공급할 수 있어 증속기의 배제가 가능해져 에너지 손실을 감소시키며, 이를 통해, 발전 효율이 상승될 수 있는 유압식 풍력 발전 장치 및 그 방법의 제공을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 일 측면으로서, 유체 압력의 축적 후 소정 범위 유압의 제공이 가능해져 고효율 영역에서 발전할 수 있는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 유압식 풍력 발전 장치는 블레이드가 구비되어 바람에 의해 회전하는 회전부와, 상기 회전부에 연결되며, 실린더와 피스톤이 구비되어 상기 회전부의 회전에 따라 상기 피스톤의 구동으로 유체를 공급하는 유체공급부와, 상기 유체공급부에 연결되며, 상기 유체공급부에서 공급되는 유체의 압력에 의해 회전되는 유압모터부 및 상기 유압모터부에 연결되며, 상기 유압모터부의 회전에 따라 전기를 발생시키는 발전부를 포함한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 유압식 풍력 발전 장치 중 일정한 유압을 상기 유압모터부에 공급하기 위해, 상기 유체공급부는 복수로 마련되어 방사상으로 배치되며, 상기 유체공급부의 일측은 상기 회전부에 각각 연결되고, 타측은 하나의 유로를 통해 유압모터부에 연결될 수 있다.

그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 유압식 풍력 발전 장치는 중앙에 개구가 형성되어 복수의 상기 유체공급부가 각각 연결되는 연결판을 더 포함하며, 상기 연결판의 개구에는 수평방향으로 형성되는 구동축이 결합되고, 상기 구동축으로부터 소정 간격 이격되어 수평방향으로 형성되는 회전축이 상기 블레이드에 결합되며, 상기 구동축의 단부와 상기 회전축의 단부는 수직방향으로 형성되는 연결축에 의해 연결되되, 상기 회전부의 회전에 따라 상기 연결판의 중앙은 상기 회전축과 상기 구동축의 이격된 간격을 반경으로 하는 원을 그리며 회전하도록 마련될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 유압식 풍력 발전 장치는 상기 회전부와 상기 유체공급부가 설치되는 타워가 구비되며, 상기 타워는 복수로 마련되고, 복수의 상기 타워에 각각 설치된 유체공급부에 연결되며, 각각의 상기 유체공급부로부터 공급되는 유체의 압력을 저장 후, 상기 유압모터부에 소정 압력의 유체를 제공하는 축압부를 더 포함할 수 있다.

그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 유압식 풍력 발전 장치에서 상기 유압모터부는 복수로 마련되고, 각각의 유압모터부에는 용량이 서로 다른 유압모터가 구비되어 상기 축압부에 각각 연결될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 유압식 풍력 발전 장치는 용량이 서로 다른 유압모터 중 상기 축압부에 축적된 압력에 따라 에너지 효율이 상대적으로 높은 유압모터가 구동되도록 제어하는 제어부가 더 포함될 수 있다.

그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 유압식 풍력 발전 장치에서, 상기 축압부에는 압력감지센서가 설치되고, 상기 축압부와 상기 유압모터부사이에는 유량센서가 설치되며, 상기 압력감지센서에서 측정되는 압력값을 환산하여 얻은 수위값이 축압부 가용 용량의 최대가 되는 수위에 도달할 때 발전기를 운전하고,

출력값이 운전구간 이하 일때 또는 압력감지센서로부터 감지되는 압력이 축압부의 최저 수위에 대응되는 압력일 때 발전기의 운전을 정지시키는 작동을 하는 제어부를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 유압식 풍력 발전 장치에서 상기 유압모터부에는 상기 유압모터부의 회전을 컨트롤하기 위해 유량을 조절할 수 있는 사판각도 조절부가 설치되며, 상기 제어부는 상기 사판각도 조절부의 각도조절을 제어하도록 마련될 수 있다.

그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 유압식 풍력 발전 방법은 블레이드가 구비되는 회전부에 연결되며 실린더와 피스톤이 구비되는 유체공급부에서, 회전부의 회전에 따라 유체공급부의 피스톤이 구동되어 유압이 형성되는 단계와, 상기 유체공급부에서 공급되는 유체의 압력에 의해 유압모터부가 회전되는 단계 및 상기 유압모터부의 회전에 따라 발전기에서 전기를 발생시키는 단계를 포함한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 유압식 풍력 발전 방법은 복수로 설치된 유체공급부에 연결되고, 각각의 상기 유체공급부로부터 공급되는 유체를 저장하는 축압부가 상기 유압모터부에 소정 압력의 유체를 제공하도록 마련되는 단계를 더 포함할 수 있다.

그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 유압식 풍력 발전 방법에서 일정한 유압을 상기 유압모터부에 공급하기 위해, 상기 유체공급부는 복수로 마련되어 방사상으로 배치되며, 상기 유체공급부의 일측은 상기 회전부에 각각 연결되고, 타측은 유압모터부에 연결될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 유압식 풍력 발전 장치 및 그 방법은 다음과 같은 효과 중 적어도 일부를 가진다.

본 발명의 일 실시예에 따른 유압식 풍력 발전 장치 및 그 방법은 실린더와 피스톤을 구비하는 유체공급부를 통해 다량의 유체를 공급할 수 있어 증속기의 배제가 가능해져 에너지 손실이 감소되며, 이를 통해, 발전 효율이 상승될 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 유압식 풍력 발전 장치 및 그 방법은 축압기를 통해 유체 압력의 축적 후 유압모터에 소정 범위 유압의 제공이 가능하므로, 유압모터-발전기의 고효율 영역에서 운전할 수 있어 효율향상을 기대할 수 있다.

그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 유압식 풍력 발전 장치 및 그 방법은 증속기를 배제하여 설치비용이 감소되며, 증속기의 고장 염려가 없어 유지보수가 용이한 효과가 있다.

본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유압식 풍력 발전 장치를 도시한 도면이다.

도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유압식 풍력 발전 장치 중 유체공급부가 방사상으로 배치되어 작동되는 작동상태를 도시한 도면이다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 유압식 풍력 발전 장치 중 효율에 따른 유압모터부의 운전 제어를 도시한 도면이다.

본 명세서에서 사용되는 용어에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 해석되지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함한다", "구비한다", "갖다" 등의 용어는 설시된 특징, 개수, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 의미하는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 개수, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 도면을 참조하면서 유압식 풍력 발전 장치(1000) 및 그 방법에 관하여 구체적으로 설명하기로 한다.

도 1을 참조하면, 본 발명 중 일 실시예에 따른 유압식 풍력 발전 장치(1000)는 블레이드(110)가 구비되어 바람에 의해 회전하는 회전부(100)를 포함한다.

또한, 본 발명 중 일 실시예에 따른 유압식 풍력 발전 장치(1000)는 상기 회전부(100)에 연결되며, 실린더(210)와 피스톤(220)이 구비되어 상기 회전부(100)의 회전에 따라 상기 피스톤(220)의 구동으로 유체를 공급하는 유체공급부(200)를 포함한다(도 3 내지 도 5 참조).

여기서, 상기 실린더(210)와 피스톤(220)에 대한 구체적인 설명은 후술하기로 한다.

또한, 본 발명 중 일 실시예에 따른 유압식 풍력 발전 장치(1000)는 상기 유체공급부(200)에 연결되며, 상기 유체공급부(200)에서 공급되는 유체의 압력에 의해 회전되는 유압모터부(300)를 포함한다.

그리고, 본 발명 중 일 실시예에 따른 유압식 풍력 발전 장치(1000)는 상기 유압모터부(300)에 연결되며, 상기 유압모터부(300)의 회전에 따라 전기를 발생시키는 발전부(400)를 포함한다.

한편, 본 발명 중 일 실시예에 따른 유압식 풍력 발전 장치(1000)는 중앙에 개구가 형성되어 복수의 상기 유체공급부가 각각 연결되는 연결판;을 더 포함할 수 있다.

이하, 각 구성별로 상세히 설명한다.

도 1을 참조하면, 회전부(100)는 블레이드(110)가 구비되어 바람에 의해 회전하도록 마련된다.

여기서, 상기 회전부(100)에는 상기 블레이드(110)가 포함되며, 상기 블레이드(110)는 바람에 의해 회전하도록 마련되어 상기 블레이드(110)를 통해 발생되는 회전에너지가 상기 회전부(100)에 연결된 유체공급부(200)로 전달되도록 마련된다.

도 1 및 도 3을 참조하면, 유체공급부(200)는 상기 회전부(100)에 연결되며, 또한, 상기 유체공급부(200)는 실린더(210)와 피스톤(220)이 구비되어 상기 회전부(100)의 회전에 따라 상기 피스톤(220)의 구동으로 유체를 공급하도록 마련된다

여기서, 상기 유체공급부(200)는 도 1에 도시된 바와 같이, 일측이 유압모터부(300)에 연결되고 타측이 유체저장부(310)에 연결되도록 마련될 수 있다.

그리고, 상기 유체공급부(200)로부터 유출된 유체가 유압모터부(300)를 구동시킨 후 유체저장부(310)에 저장되며, 상기 유체저장부(310)에 저장된 유체는 펌프(320)에 의해 다시 유체공급부(200)로 유입되는 순환이 가능하도록 마련될 수 있다.

즉, 유체저장부(310)로부터 공급되는 유체가 상기 블레이드(110)의 회전으로부터 발생되는 에너지에 의해 유체공급부(200)의 실린더(210)에 유입되어 상기 실린더(210) 내부에 배치된 피스톤(220)을 구동시킨다.

여기서, 상기 유체공급부(200)의 실린더(210)에 유입된 유체는 상기 피스톤(220)의 구동에 의해 실린더(210) 외부로 유출되며, 상기 유체공급부(200)에 연결된 유압모터부(300)를 회전시키도록 마련된다.

종래의 유압식 풍력 발전에서는 실린더(210)가 구비되지 않은 유압 펌프를 사용하였으며, 이러한 유압 펌프의 경우, 유체의 공급 용량이 상대적으로 적어서 증속기를 사용하였었다.

하지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 유압식 풍력 발전 장치(1000) 및 그 방법은 피스톤(220)이 구비된 실린더(210)를 유체공급부(200)로 사용하여 증속기없이도 상대적으로 많은 용량의 유체를 상기 유압모터부(300)에 공급가능하므로, 안정적인 발전이 가능하다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 유압식 풍력 발전 장치(1000) 및 그 방법은 증속기를 배제하여 증속기에서 발생되던 에너지 손실이 감소될 수 있으며, 이를 통해, 발전 효율이 상승되는 효과가 있다.

그리고, 증속기 배제로부터 증속기를 생산하기 위한 설치비용이 감소되며, 증속기의 고장 염려가 없어 유지보수가 용이한 효과가 있다.

한편, 상기 유체공급부(200)는 복수로 마련되어 방사상으로 배치될 수 있다.

즉, 도 3 내지 도 5를 참조하면, 상기 유체공급부(200)에 구비되는 실린더(210)와 피스톤(220)은 일정한 유압을 상기 유압모터부(300)에 공급하기 위해, 복수로 마련되어 방사상으로 배치되며, 상기 유체공급부(200)의 일측은 상기 회전부(100)에 연결되고, 타측은 하나의 유로를 통해 상기 유압모터부(300)에 연결되도록 마련될 수 있다.

또한, 복수의 상기 유체공급부(200)는 3개로 마련되어 상호 120도의 간격을 가지도록 방사상으로 배치될 수 있다. 다만, 상기 유체공급부(200)의 개수와 간격이 이에 한정되는 것은 아니다.

여기서, 복수의 상기 유체공급부(200)에 구비되는 실린더(210)와 피스톤(220)은 중앙에 개구(510)가 형성된 연결판(500)에 각각 연결될 수 있다.

또한, 상기 유체공급부(200)에 구비된 실린더(210)는 유로(212)에 연결되며, 상기 유로(212)에는 축압부(600)가 연결되도록 마련될 수 있다.

그리고, 상기 연결판(500)의 개구(510)에는 수평방향으로 형성되는 구동축(520)이 결합되고, 상기 구동축(520)으로부터 소정 간격(R) 이격되어 수평방향으로 형성되는 회전축(120)이 상기 블레이드(110)에 결합되며, 상기 구동축(520)의 단부와 상기 회전축(120)의 단부는 수직방향으로 형성되는 연결축(530)에 의해 연결되도록 마련될 수 있다.

또한, 상기 회전부(100)의 회전에 따라 상기 연결판(500)의 중앙은 상기 회전축(120)과 상기 구동축(520)의 이격된 간격을 반경으로 하는 원을 그리며 회전하도록 마련될 수 있다.

즉, 도 3을 참조하면, 상기 블레이드(110)는 회전축(120)에 결합되어 회전축(120)과 함께 회전하게 된다.

그리고, 상기 회전축(120)의 단부에는 수직방향으로 연장형성되는 연결축(530)이 연결되어 있으며, 상기 연결축(530)은 상기 회전축(120)의 회전에 연동되어 회전하게 된다.

또한, 상기 연결축(530)의 단부에는 구동축(520)이 연결되어 있으며, 상기 연결축(530)의 회전에 따라 연동되어 회전하게 된다.

즉, 상기 회전축(120)이 회전하게 되면, 상기 구동축(520)은 상기 회전축(120)과 상기 구동축(520)의 이격된 간격(R)을 반지름으로 하는 원을 그리면서 회전을 하게 된다.

여기서, 상기 구동축(520)은 상기 연결판(500)의 중앙에 형성된 개구(510)에 연결되므로, 상기 구동축(520)이 회전하게 되면 상기 연결판(500) 역시 상기 회전축(120)과 상기 구동축(520)의 이격된 간격(R)을 반지름으로 하는 원을 그리면서 회전을 하게 된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 유압식 풍력 발전 장치(1000) 및 그 방법은 상기 유체공급부(200)를 방사상으로 배치하여 상기 유압모터에 일정한 유량을 공급할 수 있게 되며, 이하, 이에 대해 설명한다.

하나의 실린더(210)를 통해 상기 유압모터부(300)로 유체가 공급되는 경우, 공급되는 유체는 시간에 따라 변화가 생긴다.

즉, 실린더(210)가 압축될 때는 실린더(210) 내부로 유입된 유체가 상기 유압모터부(300)로 공급될 수 있지만, 실린더(210)가 팽창될 때는 실린더(210) 내부로 유체가 유입되면서 일시적으로 유압모터부(300)로의 유체 공급이 중단된다.

따라서, 시간에 따라 크기와 위상이 변화되는 교류와 같이, 상기 유체 역시 시간에 따라 공급되는 양에 변화가 발생된다.

하지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 유압식 풍력 발전 장치(1000) 및 그 방법은 유체공급부(200)가 복수로 마련되어 방사상으로 배치되므며, 이에 의해, 유압모터부(300)에 공급되는 유체의 양을 일정하게 할 수 있다.

즉, 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 복수의 상기 실린더(210)에 유출되는 각각의 유량은 시간에 따라 변화되지만, 복수의 상기 실린더(210)에서 유출되는 총유량은 일정하게 유지될 수 있다.

예를 들어, 좀더 구체적으로 설명하면, 상기 연결판(500)이 도 3에 도시된 위치에서 시계방향으로 이동되는 경우, 실린더(X)에서는 피스톤(220)이 팽창되므로 제1유로(212(a))를 통해 유체가 유출되지 않으며, 제1밸브(214(a))가 열려 상기 실린더(X) 내부로 유체가 유입된다. 즉, 실린더(X)를 통해 유출되는 유량은 0이다.

그리고, 실린더(Y)에서는 피스톤(220)의 압축이 상당히 진행된 상태로, 제2밸브(214(b))는 닫혀 있고, 제2유로(212(b))를 통해 유체가 유출되고 있다. 여기서, 실린더(Y)를 통해 유출되는 유량을 0.8로 가정한다.

또한, 실린더(Z)에서는 피스톤(220)의 압축이 시작되는 상태로 제3밸브(214(c))는 닫히고, 제3유로(212(c))를 통해 유체가 유출되기 시작한다. 여기서, 실린더(Z)를 통해 유출되는 유량을 0.2로 가정한다.

도 3의 경우, 3개의 실린더(X,Y,Z)를 통해 유출되어 하나의 유로로 마련되는 제4유로(212(d))를 통해 이동되는 총유량은 1에 해당된다.

여기서, 제1유로(212(a))의 ①은 제4유로(212(d))의 ①에 연결되고, 제2유로(212(b))의 ②는 제4유로(212(d))의 ②에 연결되며, 제3유로(212(c))의 ③은 제4유로(212(d))의 ③에 연결되도록 마련될 수 있다. 이러한 연결 구조는 도 4 및 도 5에서도 공통된다.

그리고, 상기 연결판(500)이 도 4에 도시된 위치에서 시계방향으로 이동되는 경우, 실린더(X)에서는 피스톤(220)의 압축이 시작되는 상태로 제1밸브(214(a))는 닫히고, 제1유로(212(a))를 통해 유체가 유출되기 시작한다. 여기서, 실린더(X)를 통해 유출되는 유량을 0.2로 가정한다.

또한, 실린더(Y)에서는 피스톤(220)이 팽창되므로 제2유로(212(b))를 통해 유체가 유출되지 않으며, 제2밸브(214(b))가 열려 상기 실린더(Y) 내부로 유체가 유입된다. 즉, 실린더(Y)를 통해 유출되는 유량은 0이다.

그리고, 실린더(Z)에서는 피스톤(220)의 압축이 상당히 진행된 상태로, 제3밸브(214(c))는 닫혀 있고, 제3유로(212(c))를 통해 유체가 유출되고 있다. 여기서, 실린더(Z)를 통해 유출되는 유량을 0.8로 가정한다.

도 4의 경우, 3개의 실린더(X,Y,Z)를 통해 유출되어 하나의 유로로 마련되는 제4유로(212(d))를 통해 이동되는 총유량은 1에 해당된다.

그리고, 상기 연결판(500)이 도 5에 도시된 위치에서 시계방향으로 이동되는 경우, 실린더(X)에서는 피스톤(220)의 압축이 상당히 진행된 상태로, 제1밸브(214(a))는 닫혀 있고, 제1유로(212(a))를 통해 유체가 유출되고 있다. 여기서, 실린더(X)를 통해 유출되는 유량을 0.8로 가정한다.

또한, 실린더(Y)에서는 피스톤(220)의 압축이 시작되는 상태로 제2밸브(214(b))는 닫히고, 제2유로(212(b))를 통해 유체가 유출되기 시작한다. 여기서, 실린더(Y)를 통해 유출되는 유량을 0.2로 가정한다.

그리고, 실린더(Z)에서는 피스톤(220)이 팽창되므로 제3유로(212(c))를 통해 유체가 유출되지 않으며, 제3밸브(214(c))가 열려 상기 실린더(Z) 내부로 유체가 유입된다. 즉, 실린더(Z)를 통해 유출되는 유량은 0이다.

도 5의 경우, 3개의 실린더(X,Y,Z)를 통해 유출되어 하나의 유로로 마련되는 제4유로(212(d))를 통해 이동되는 총유량은 1에 해당된다.

즉, 도 3 내지 도 5의 예시에서 복수의 실린더(210) 중 각각의 실린더(210)를 통해 유출되는 유량은 서로 다르지만, 3개의 실린더(X,Y,Z)를 통해 유출되어 하나의 유로를 통해 이동되는 총유량은 1로서 동일하다.

즉, 크기는 같고 위상만 120도 차이가 있는 3상 교류에서 출력이 일정한 것처럼 본 발명의 일 실시예에 따른 유압식 풍력 발전 장치(1000) 및 그 방법은 복수의 실린더(210)를 방사상으로 배치하여 유체의 총유출량이 일정하게 유지되도록 마련될 수 있다.

이로부터, 일정한 양의 유체를 유압모터부(300)에 공급할 수 있고, 또한, 일정한 출력의 발전이 가능해지는 효과가 있다.

한편, 상기 제1밸브 내지 제3밸브는 액체의 역류를 방지하기 위해 한쪽 방향으로만 흐르게 하도록 형성되는 체크밸브로 마련될 수 있다.

도 1을 참조하면, 유압모터부(300)는 상기 유체공급부(200)에 연결되며, 상기 유체공급부(200)에서 공급되는 유체의 압력에 의해 회전되도록 마련된다.

여기서, 유압모터가 포함되는 상기 유압모터부(300)는 발전기를 포함하는 발전부(400)에 연결되어 있으므로, 상기 유압모터부(300)의 회전에 따라 발전부(400)에서 전기가 발생되도록 마련된다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유압식 풍력 발전 장치(1000) 및 그 방법은 상기 회전부(100)와 상기 유체공급부(200)가 설치되는 타워(900)가 구비될 수 있으며, 상기 타워(900)는 복수로 마련될 수 있다. 여기서, 상기 타워(900)에는 풍속계(990)가 설치될 수 있다.

그리고, 도 1에 도시된 바와 같이, 축압부(600)는 복수의 상기 타워(900)에 각각 설치된 유체공급부(200)에 연결되며, 각각의 상기 유체공급부(200)로부터 공급되는 유체를 저장 후, 상기 유압모터부(300)에 소정 압력의 유체를 제공하도록 마련될 수 있다.

블레이드의 회전속도가 풍황에 따라 불규칙한 경우, 종래의 풍력 발전기의 출력 역시 불규칙해지는 문제가 있었다.

하지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 유압식 풍력 발전 장치(1000) 및 그 방법은 축압부(600)가 구비되며, 상기 축압부(600)는 복수의 타워(900)에 각각 설치된 유체공급부(200)로부터 유입되는 유체의 압력을 축적한 후 상기 축압부(600)의 일측에 연결된 유압모터부(300)에 일정한 유압을 제공하여 상기 유압모터부(300)에 연결된 발전부(400)에서 일정한 출력이 발생될 수 있도록 마련된다.

이로부터, 일정한 양의 유체를 축압부(600)를 통해 유압모터부(300)에 공급할 수 있을뿐만 아니라 유체 유동에 의해 유압시스템에 가해지는 충격을 최소화하여 시스템 내구성을 향상시킬 수 있다.

또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 축압부(600)에는 압력감지센서(610)가 설치되고, 상기 유압모터부(300)에는 유량센서(620)가 설치될 수 있다.

그리고, 제어부(700a)는 상기 압력감지센서에서 측정되는 압력값을 환산하여 얻은 수위값이 축압부 가용 용량의 최대가 되는 수위에 도달할 때 발전기를 운전하고, 출력값이 운전구간 이하 일때 또는 압력감지센서로부터 감지되는 압력이 축압부의 최저 수위에 대응되는 압력일 때 발전기의 운전을 정지시키는 작동을 제어하도록 마련될 수 있다.

여기서, 상기 유압모터부(300)에는 상기 유압모터부(300)의 회전을 컨트롤하기 위해 유량을 조절할 수 있는 사판각도 조절부(800)가 설치되며, 상기 제어부(700a)는 상기 사판각도 조절부(800)의 각도조절을 제어하도록 마련될 수 있다.

상기 제어부(700a)는 상기 축압부(600)에 설치된 압력감지센서(610)로부터 감지되는 축압부의 압력(P)에 대한 데이터 및 유압모터부(300)에 설치된 유량센서(620)로부터 감지되는 유량(Q)에 대한 데이터를 입력받아 저장한다.

그리고, 상기 제어부(700a)는 상기 축압부의 압력(P)로부터 유체의 수위(L)를 추정하도록 마련될 수 있다.

여기서, 유압모터부(300)-발전부(400)의 효율(η_mg)은 상기 유압모터부(300)의 효율(η_m)과 상기 발전부(400)의 효율 (η_g)을 곱한 값에 해당된다.

도 6을 참조하면, 유압모터부(300)-발전부(400)의 효율(η_mg)이 소정의 효율(η_mg1)보다 낮은 구간에서는 유압모터부(300)가 정지되는 정지구간으로 설정되며, 유압모터부(300)-발전부(400)의 효율(η_mg)이 소정의 효율(η_mg1)보다 높고 최대효율(η_{mg max})보다 낮은 구간에서는 유압모터부(300)가 가동되는 운전구간으로 설정될 수 있다.

여기서, 소정의 효율(η_mg1)은 임의 지점(b)에서의 효율로, 상수에 해당되며, 각종의 조건을 고려하여 임의로 설정될 수 있다.

한편, 상기 제어부(700a)는 상기 축압부의 압력(P)이 상기 축압부(600) 가용 용량의 최대가 되는 수위에 대응되는 압력 이상이면 상기 사판각도 조절부(800)로 운전 시작신호를 보내며, 운전 시작신호에 따라 상기 사판각이 점진적으로 개방되도록 마련될 수 있다.

그리고, 상기 제어부(700a)에 의해 축압부의 압력(P)에 대한 데이터와 유량(Q)에 대한 데이터를 계산하며, 상기 제어부(700a)는 PQ/η_mg1값이 도 6에서의 b+((a-b)/2)지점에 대응되는 값이 될 때까지 사판각을 계속 개방시키고, 그 후 사판각도 조정은 변화하는 PQ/η_mg1값에 따라 사판각도를 조정한다.

그리고, 사판각 조정방식은 제어부(700a)에서 (PQ/η_mg1-b)값이 도 6에서의 a 값에서 b 값을 뺀 값의 백분율, 즉 PQ*100/(η_mg1*(a-b))를 계산하여 사판각도 운영 최대각의 백분율에 해당하는 사판각을 개방하는 신호를 상기 사판각도 조절부(800)로 보내는 방식이다.

여기서, 상기 제어부(700a)는 출력값(PQ/η_mg1)이 운전 구간 이하, 즉,도 6에서의 b 지점에 대응되는 값 이하로 낮아지거나 또는 상기 압력감지센서(610)로부터 감지되는 압력이 상기 축압부(600) 가용 용량의 최저가 되는 수위에 대응되는 압력 이하가 되면 상기 사판각도 조절부(800)로 운전정지 신호를 보내게 되며, 상기 사판각도 조절부(800)는 사판각도를 0도로 조절하여 상기 유압모터부(300)의 가동을 정지시킨다.

이러한 방식에 따라 상기 사판각도 조절부(800)를 제어하는 것을 통해 유압모터-발전기의 효율을 향상시킬 수 있으며, 결과적으로 이용률을 제고시킬 수 있을뿐만 아니라 유압에너지를 안정적으로 전력으로 변화시켜서 전기의 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

그리고, 상기 제어부(700a)는 상기 유압모터부(300)에 설치된 사판각도 조절부(800)를 제어하여 유량(Q)을 컨트롤할 수 있다. 즉, 사판각도가 점점 증가되면, 상기 유압모터부(300)로 유입되는 유량(Q)도 증가하여 상기 유압모터부(300)의 회전 속도는 빨라진다.

그리고, 사판각도가 점점 감소되면, 상기 유압모터부(300)로 유입되는 유량(Q)도 감소하여 상기 유압모터부(300)의 회전 속도는 느려진다.

즉, 풍속이 불규칙한 경우, 풍속이 높을 때에는 일부의 유체를 이용하여 발전하고 나머지 유체는 상기 축압부(600)에 저장하여 유압을 축적하며, 풍속이 낮을 때에는 상기 축압부(600)에 저장된 유압을 이용하여 발전할 수 있으므로, 이를 통해, 일정한 발전 출력을 얻을 수 있을 뿐만 아니라 발전 효율이 향상되는 효과가 있다.

도 2를 참조하면, 상기 유압모터부(300)는 복수로 마련되고, 각각의 유압모터부(300)에는 용량이 서로 다른 유압모터가 구비되어 상기 축압부(600)에 각각 연결되도록 마련될 수 있다.

즉, 시간에 따라 풍속이 변하는 경우, 상기 축압부(600)에 저장되는 유체의 저장량도 서로 다르므로, 상기 축압부(600)에 저장된 유체의 저장량을 고려하여 가장 효율이 높은 유압모터부(300)를 구동하도록 마련될 수 있다.

예를 들어, 상기 유압모터부(300)에 구비되는 상기 유압모터가 4개이고, 상기 유압모터의 각각의 용량이 전체용량의 6.25%, 12.5%, 25%, 50%라면, 풍속이 가장 약한 때에는 6.25% 용량의 유압모터를 구동시키고, 풍속이 가장 강한 때에는 큰 용량부터 순차적으로 작은 용량을 선정 조합시킨 유압모터를 구동시키도록 마련될 수 있다.

여기서, 용량이 서로 다른 유압모터 중 상기 축압부(600)에 축적된 압력에 따라 에너지 효율이 상대적으로 높은 유압모터가 구동되도록 제어하는 제어부(700b)가 더 포함될 수 있다.

다만, 유압모터의 개수와 용량은 하나의 예시일 뿐이며, 개수와 용량은 이에 한정되지 않는다.

이에 의해, 해당 풍속에서 최대의 발전 효율을 얻을 수 있는 효과가 있다.

한편, 전술한 바와 같이, 축압부(600)의 압력과 유량에 따라 발전기의 정지 또는 운전을 제어하는 제어부(700a)와, 복수의 유압모터부(300) 중 유량에 따라 효율이 상대적으로 높은 유압모터부(300)를 구동하는 제어부(700b)는 하나의 제어부로 마련될 수도 있고, 별개의 제어부로 마련될 수도 있다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 유압식 풍력 발전 방법에 대해 설명한다. 다만, 전술한 바와 같이, 유압식 풍력 장치와 공통되는 부분에 대한 설명은 상기의 설명으로 대체한다.

우선, 블레이드(110)가 구비되는 회전부(100)에 연결되며 실린더(210)와 피스톤(220)이 구비되는 유체공급부(200)에서, 회전부(100)의 회전에 따라 유체공급부(200)의 피스톤(220)이 구동되어 유압이 형성된다.

다음, 상기 유체공급부(200)에서 공급되는 유체의 압력에 의해 유압모터부(300)가 회전되며, 상기 유압모터부(300)의 회전에 따라 발전기에서 전기가 발생된다.

여기서, 복수로 설치된 유체공급부(200)에 연결되고, 각각의 상기 유체공급부(200)로부터 공급되는 유체를 저장하는 축압부(600)가 상기 유압모터부(300)에 소정 압력의 유체를 제공하여 상기 유압모터부(300)가 회전하도록 마련될 수 있다.

그리고, 일정한 유압을 상기 유압모터부(300)에 공급하기 위해, 상기 유체공급부(200)는 복수로 마련되어 방사상으로 배치되며, 상기 유체공급부(200)의 일측은 상기 회전부(100)에 연결되고, 타측은 하나의 유로로 마련되는 제4유로(212(d))를 통해 상기 유압모터부(300)에 연결되도록 마련될 수 있다.

본 발명의 명세서, 본 실시예 및 본 명세서에 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타내고 있는 것에 불과하며, 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것이 자명하다고 할 것이다.

Claims

블레이드가 구비되어 바람에 의해 회전하는 회전부;

상기 회전부에 연결되며, 실린더와 피스톤이 구비되어 상기 회전부의 회전에 따라 상기 피스톤의 구동으로 유체를 공급하는 유체공급부;

상기 유체공급부에 연결되며, 상기 유체공급부에서 공급되는 유체의 압력에 의해 회전되는 유압모터부; 및

상기 유압모터부에 연결되며, 상기 유압모터부의 회전에 따라 전기를 발생시키는 발전부;

를 포함하는 유압식 풍력 발전 장치.
제1항에 있어서,

일정한 유압을 상기 유압모터부에 공급하기 위해, 상기 유체공급부는 복수로 마련되어 방사상으로 배치되며, 상기 유체공급부의 일측은 상기 회전부에 연결되고, 타측은 하나의 유로를 통해 상기 유압모터부에 연결되는 것을 특징으로 하는 유압식 풍력 발전 장치.
제2항에 있어서,

중앙에 개구가 형성되어 복수의 상기 유체공급부가 각각 연결되는 연결판;을 더 포함하며,

상기 연결판의 개구에는 수평방향으로 형성되는 구동축이 결합되고, 상기 구동축으로부터 소정 간격 이격되어 수평방향으로 형성되는 회전축이 상기 블레이드에 결합되며, 상기 구동축의 단부와 상기 회전축의 단부는 수직방향으로 형성되는 연결축에 의해 연결되되,

상기 회전부의 회전에 따라 상기 연결판의 중앙은 상기 회전축과 상기 구동축의 이격된 간격을 반경으로 하는 원을 그리며 회전하는 것을 특징으로 하는 유압식 풍력 발전 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 회전부와 상기 유체공급부가 설치되는 타워가 구비되며,

상기 타워는 복수로 마련되고, 복수의 상기 타워에 각각 설치된 유체공급부에 연결되며, 각각의 상기 유체공급부로부터 공급되는 유체의 압력을 저장 후, 상기 유압모터부에 소정 압력의 유체를 제공하는 축압부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유압식 풍력 발전 장치.
제4항에 있어서,

상기 유압모터부는 복수로 마련되고, 각각의 유압모터부에는 용량이 서로 다른 유압모터가 구비되어 상기 축압부에 각각 연결되는 것을 특징으로 하는 유압식 풍력 발전 장치.
제5항에 있어서,

용량이 서로 다른 유압모터 중 상기 축압부에 축적된 압력에 따라 에너지 효율이 상대적으로 높은 유압모터가 구동되도록 제어하는 제어부가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 유압식 풍력 발전 장치.
제4항에 있어서,

상기 축압부에는 압력감지센서가 설치되고, 상기 축압부와 상기 유압모터부사이에는 유량센서가 설치되며, 상기 압력감지센서에서 측정되는 압력값을 환산하여 얻은 수위값이 축압부 가용 용량의 최대가 되는 수위에 도달할 때 발전기를 운전하고,

출력값이 운전구간 이하 일때 또는 압력감지센서로부터 감지되는 압력이 축압부의 최저 수위에 대응되는 압력일 때 발전기의 운전을 정지시키는 작동을 하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유압식 풍력 발전 장치.
제7항에 있어서,

상기 유압모터부에는 운전중에 상기 유압모터부의 회전을 컨트롤하기 위해 유량을 조절할 수 있는 사판각도 조절부가 설치되며, 상기 제어부는 상기 사판각도 조절부의 각도조절을 제어하는 것을 특징으로 하는 유압식 풍력 발전 장치.
블레이드가 구비되는 회전부에 연결되며 실린더와 피스톤이 구비되는 유체공급부에서, 회전부의 회전에 따라 유체공급부의 피스톤이 구동되어 유압이 형성되는 단계;

상기 유체공급부에서 공급되는 유체의 압력에 의해 유압모터부가 회전되는 단계; 및

상기 유압모터부의 회전에 따라 발전기에서 전기를 발생시키는 단계;

를 포함하는 유압식 풍력 발전 방법.
제9항에 있어서,

복수로 설치된 유체공급부에 연결되고 각각의 상기 유체공급부로부터 공급되는 유체를 저장하는 축압부가 상기 유압모터부에 소정 압력의 유체를 제공하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유압식 풍력 발전 방법.
제10항에 있어서,

상기 유체공급부는 일정한 유압을 상기 유압모터부에 공급하기 위해 복수로 마련되어 방사상으로 배치되며, 상기 유체공급부의 일측은 상기 회전부에 연결되고, 타측은 하나의 유로를 통해 상기 유압모터부에 연결되는 것을 특징으로 하는 유압식 풍력 발전 방법.