WO2019088498A1

WO2019088498A1 - 에너지 저장장치를 이용한 발전시스템

Info

Publication number: WO2019088498A1
Application number: PCT/KR2018/012075
Authority: WO
Inventors: 유철; 김명기; 김민주
Original assignee: (주)카리스가드레일; 유철; 김명기; 김민주
Priority date: 2017-11-03
Filing date: 2018-10-15
Publication date: 2019-05-09
Also published as: KR20190050572A

Abstract

본 발명은 전기를 생산하는 무부하 발전기와 에너지 저장장치를 이용하여 다양한 전력 수용처에 전기를 공급할 수 있는 에너지 저장장치를 이용한 발전시스템에 관한 것이다. 이를 위해 본 발명은 구동모터가 장착되어 회동하는 발전기축과, 상기 발전기축에 다수 개가 설치되어 전기를 생상하는 무부하 직류발전기, 상기 무부하 직류발전기들에서 생성된 직류전기를 전달받는 접속회로기판, 상기 접속 회로기판에 병렬 연결되면서 전기가 저장 충전되는 에너지 저장장치들 및, 상기 에너지 저장장치중 하나와 직렬 연결되어 구동모터에 동력을 공급하는 주에너지 저장장치로 이루어지되, 상기 에너지 저장장치들의 전기가 수용처에 공급하는 출력에너지 저장장치 단자에 공급? 상기 출력에너지 저장장치 단자는 다른 출력에너지 저장장치 단자와 상호 전기를 주고 받도록 연결되어 있다.

Description

에너지 저장장치를 이용한 발전시스템

본 발명은 전기를 생산하는 무부하 직류 또는 교류 발전기와 에너지 저장장치(ESS: Energy Storage System)를 이용하여 다양한 전력 수용처에 유효 전기를 공급할 수 있는 에너지 저장장치를 이용한 발전시스템에 관한 것이다.

통상적으로 회전하는 축에 장착된 기계설비에서 회전 운동에너지인 기계적 에너지를 필요시 전기에너지로 변환시키어 출력하고자 할 때, 기계적 에너지를 이용하여 전동 발전기를 동작시키어 전기에너지를 출력하도록 되어 있다.

이 같은 전기에너지를 생산하는 종래 전력생산 방식은 수력, 화력, 원자력, 태양광, 풍력, 조력 등 다양한 방식을 채택하고 있으나, 상기와 같은 전력생산 방식들은 전력생산을 위해 초기투자가 상당히 소요되는 문제점이 있으며, 특히 원자력을 이용한 전력생산 방식은 지진동이나 해일, 또는 설비작동 부주의 등에 의해 치명적인 위험성을 항상 가지고 있는 단점이 있었다.

또한, 화력발전은 석탄, 석유, 천연가스 등의 연소로 얻은 열에너지를 기계적 에너지로 변환하여 발전기를 돌려 전기를 생산하게 되는데, 연료연소에 따른 환경문제가 필히 대두되었다. 그리고 수력이나 조력발전은 기후조건의 영향을 받으면서 막대한 시설비가 투자되고, 태양광 발전은 거대한 설비공간이, 풍력발전은 주변 생태계를 위협하는 문제점 등을 가지고 있다.

또한, 종래 상기와 같은 발전시스템들은 전기를 생산하면, 전력소와 전기 송배전 및 수용가 측의 사용을 위해서 추가적으로 2차 전력설비를 구축해야 하기 때문에 자연히 막대한 설비투자로 인하여 사용하는 전기료가 비싸지는 문제점을 가지고 있었다.

[선행기술문헌]

대한민국 등록특허공보 제 10-0995816호(2010. 11. 16.)

대한민국 공개특허공보 제 10-2013-0130986호(2013. 12. 03.)

이에 본 발명은 상기와 같은 종래 문제점을 감안하여 발명된 것으로, 전력생산을 위해 초기 전기에너지를 이용하여 무부하 발전들이 설치된 발전축을 구동시켜 발생된 전기에너지를 복수의 에너지 저장장치에 저장하고, 상기 에너지 저장장치에 저장된 전기에너지의 일부를 발전축의 회전 동력원으로 활용하면서 나머지 전기에너지를 수용가 측에 공급할 수 있는 에너지 저장장치를 이용한 발전시스템을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 발전시스템은:

구동모터(1)가 장착되어 회동하는 발전기축과, 상기 발전기축에 설치되어 전기를 생산하는 다수의 무부하 직류발전기, 상기 무부하 직류발전기에서 생성된 직류전기를 전달받는 접속회로기판, 상기 접속회로기판에 병렬 연결되면서 전기가 저장 충전되는 복수의 에너지 저장장치 및, 상기 에너지 저장장치 중 하나와 직렬 연결되어 구동모터에 동력을 공급하는 주에너지 저장장치를 포함하며;

여기에서, 상기 에너지 저장장치의 전기가 수용처에 공급하는 출력에너지 저장장치 단자에 공급되고 상기 출력에너지 저장장치 단자는 다른 출력에너지 저장장치 단자와 상호 전기를 주고 받을 수 있도록 연결되어, 복수의 수용처에 전기를 배전할 수 있는 것;

을 특징으로 한다.

실시예에 따라,

상기 무부하 직류발전기 대신 무부하 교류발전기가 적용될 수 있으며;

이 경우 본 발명의 상기 발전시스템은:

적정 연결 및 배치되는 AC/DC 컨버를 더 포함하여 이루어질 것이다.

이러한 본 발명에 따른 에너지 저장장치를 이용한 발전시스템은 전력생산시 초기 발전에 필요한 구동모터를 작동시키는 전기에너지만 필요하면서 전기생산시 생성된 전기가 에너지 저장장치들에 저장되고, 저장된 전기에너지의 일부를 구동모터를 구동시키는 에너지로 이용하며 나머지 전기에너지를 다양한 전기 수용처에 사용할 수 있으므로, 전기생산의 효율을 극대화시켜 획기적인 전기 사용료의 절감 효과가 있다.

또한, 본 발명은 특히 상용전원이 공급되지 않은 도서지역이나 원격지 등에 저렴한 제조비용을 설치가능 하면서 실시간으로 전력 수용가 측에 안정적인 전력을 공급할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 발전시스템의 구성도.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발전시스템의 구성도.

[부호의 설명]

1 : 구동모터

2 : 발전기축

3a : 무부하 직류발전기

3b : 무부하 교류발전기,

4 : 접속회로기판

5 : 에너지 저장장치

6 : 주에너지 저장장치

7a,7b : 출력에너지 저장장치 단자

8 : 커버축

9 : AC/DC 컨버터

이상에 기재된 또는 기재되지 않은 본 발명 '에너지 저장장치를 이용한 발전시스템'(이하 '발전시스템')의 특징과 작용효과들은, 이하에서 첨부도면을 참조하여 설명하는 실시예 기재를 통하여 더욱 명백해질 것이다. 도면에서 부호 '10'은 본 발명에 따른 발전시스템을 나타낸다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 발전시스템(10)은 구동모터(1)가 장착되어 회동하는 발전기축(2)과, 상기 발전기축(2)에 설치되어 전기를 생산하는 다수의 무부하 직류발전기(3a), 상기 무부하 직류발전기(3a)에서 생성된 직류전기를 전달받는 접속회로기판(4), 상기 접속회로기판(4)에 병렬 연결되면서 전기가 저장 충전되는 복수의 에너지 저장장치(5) 및, 상기 에너지 저장장치(5) 중 하나와 직렬 연결되어 구동모터(1)에 동력을 공급하는 주에너지 저장장치(6)를 포함하여 이루어진다.

*여기에서, 상기 에너지 저장장치(5)의 전기가 수용처에 공급하는 출력에너지 저장장치 단자(7a)에 공급되고 상기 출력에너지 저장장치 단자(7a)는 다른 출력에너지 저장장치 단자(7b)와 상호 전기를 주고 받을 수 있도록 연결된다. 상기 출력에너지 저장장치 단자(7a,7b)는 바람직하게, 3개 이상 설치되어 대응하는 복수 전기 수용처에 각각 전기를 공급할 수 있도록 한다.

상기 구동모터(1)에 의해 회전하는 발전기축(2)은 초강도 탄소섬유 재질로 되어 있고, 상기 발전기축(2)에 장착되는 무부하 직류발전기(3a)는 발전기축(2)을 감싼 스테인레스 강 SUS303 재질로 이루어진 커버축(8)에 장착되어 있으며, 상기 구동모터(1)가 발전기축(2)을 회전시키면 무부하 직류발전기(3a)가 각각 직류전기를 생성하여 접속회로기판(4)으로 보내게 되는 것이다.

본 발명에 따른 발전시스템(10)의 작용을 구체적으로 설명한다.

먼저, 전기를 생산하기 위해 초기에 수정 처음 저장되어 에너지 저장장치(5)에 존재에는 전기를 이용하여 상기 구동모터(1)를 구동시킨다. 그러면 상기 구동모터(1)의 동력에 의해 발전기축(2)이 회전 구동되는데, 이때 상기 발전기축(2)에 장착된 다수의 무부하 직류발전기(3a)가 일체로 회전하게 되면서 직류전기를 생성하게 된다.

이렇게 생성된 직류전기는 상기 접속회로기판(4)을 거쳐 각 에너지 저장장치(5)에 저장되는데, 저장된 직류전기의 에너지 일부 특히 그 중에서 선택된 하나 이상의 에너지 저장장치(5a)의 에너지가 주에너지 저장장치(6)로 공급되어 상기 구동모터(1)의 동력원으로 이용되고, 나머지 에너지 저장장치(5)의 직류전기는 에너지 저장장치(5)를 통해 출력 에너지 저장장치 단자(7a,7b)로 공급되어 필요로 하는 수용가에 전기를 공급할 수 있도록 되어 있다.

설계에 따라 상기 에너지는 접속회로기판(4)을 거쳐 각 에너지 저장장치(5)에 고르게 분배될 수도 있으나, 적어도 상기 주에너지 저장장치(6)에 연결된 전용의 에너지 저장장치(5a)는 상기 무부하 직류발전기(3a) 중에서 선택된 전용의 무부하 직류발전기(3a-1)와 1:1로 직접 연결되도록 구성하는 것이 좋으며, 이 경우 안정적인 구동력을 제공할 수 있는 장점이 있다. 이것은 후술하는 도 2의 실시에에서도 마찬가지이다.

여기서 상기 발전기축(2)에 설치되는 무부하 직류발전기(3a)의 설치개수와 크기, 용량 등은 수용가 측의 필요에 의하여 설계 변경이 가능하고 또한, 상기 에너지 저장장치(5)의 크기와 용량 및 설치개수 등도 조절 가능하게 설계할 수 있음은 물론이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 발전시스템(10)은 발전기축(2)에 무부하 직류발전기 대신 무부하 교류발전기(3b)들을 장착시키어 교류전기를 생성하고, 직류전기로 변환시켜 에너지 저장장치(5)에 저장하는 구조로 설계할 수 있으며, 이 경우 AC/DC컨버터(9)의 적정 배치기 필요하다.

이 실시예에서, 본 발명의 발전시스템(10)은 구동모터(1)가 장착되어 회동하는 발전기축(2)과, 상기 발전기축(2)에 설치되어 전기를 생산하는 다수의 무부하 교류발전기(3b), 상기 무부하 교류발전기(3b)에서 생성된 교류전기를 전달받는 접속회로기판(4), 상기 접속회로기판(4)의 교류전기를 제공받아 직류전기로 변환시키는 AC/DC컨버터(9), 상기 AC/DC 컨버터(9)에 병렬 연결되면서 전기가 저장 충전되는 복수의 에너지 저장장치(5) 및, 상기 에너지 저장장치(5) 중 하나와 직렬 연결되어 구동모터(1)에 동력을 공급하는 주에너지 저장장치(6)를 포함하여 이루어진다.

여기에서, 상기 에너지 저장장치(5)의 전기가 수용처에 공급하는 출력에너지 저장장치 단자(7a)에 공급되고 상기 출력에너지 저장장치 단자(7a)는 다른 출력에너지 저장장치 단자(7b)와 상호 전기를 주고 받을 수 있도록 연결된다. 상기 출력에너지 저장장치 단자(7a,7b)는 바람직하게, 3개 이상 설치되어 대응하는 복수 전기 수용처에 각각 전기를 공급할 수 있도록 한다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 발전시스템(10)은 직류전기를 생성할 때 또는 교류전기를 생성할 때에 대응하여 적절하게 설계 변경함으로써 에너지 저장장치(5)에 충전 및 저장을 할 수가 있다. 후자의 경우, AC/DC 컨버터(9)를 제외하고는 앞서 설명한 기술사항과 동일하므로 중복 설명은 생략한다.

이와 같은 본 발명에 따른 에너지 저장장치를 이용한 발전시스템은 전기생산을 위해 초기에 외부전기를 이용하여 구동모터(1)를 구동시키면, 상기 발전기축(2)에 설치된 무부하 발전기(3a,3b)들에 의하여 전기를 생산하고, 생성된 전기를 복수의 에너지 저장장치(5)들에 각각 충전 저장한 다음, 저장된 전기의 일부를 이용하여 구동모터(1)의 동력원으로 사용하고 나머지 충전전기를 수용가 측에 공급할 수가 있다.

따라서 본 발명은 전원이 필요하는 모든 주거, 공장등과 상용전원이 공급되지 않는 도서지역이나 원격지 등의 전력 공급시스템으로 중소규모로 설치하여 전기를 공급할 수 있을 뿐만 아니라, 특히 전기가 필요한 모든 전기 수용처에 설치하여 별도의 외부전기 없이 적은 비용으로 전기를 사용할 수가 있다.

Claims

구동모터(1)가 장착되어 회동하는 발전기축(2)과, 상기 발전기축(2)에 설치되어 전기를 생산하는 다수의 무부하 직류발전기(3a), 상기 무부하 직류발전기(3a)에서 생성된 직류전기를 전달받는 접속회로기판(4), 상기 접속회로기판(4)에 병렬 연결되면서 전기가 저장 충전되는 복수의 에너지 저장장치(5) 및, 상기 에너지 저장장치(5) 중에서 선택된 하나 또는 2 이상의 전용 에너지 저장장치(5a)와 직렬 연결되어 구동모터(1)에 동력을 공급하는 주에너지 저장장치(6)를 포함하며;

상기 에너지 저장장치(5)의 전기가 수용처에 공급하는 출력에너지 저장장치 단자(7a)에 공급되고 상기 출력에너지 저장장치 단자(7a)는 다른 출력에너지 저장장치 단자(7b)와 상호 전기를 주고 받을 수 있도록 연결되어 이루어진 것;

을 특징으로 하는 에너지 저장장치를 이용한 발전시스템.
제1항에 있어서,

상기 출력에너지 저장장치 단자(7a, 7b)는 3개 이상으로 구비되어, 대응하는 복수 전기 수용처에 각각 전기를 공급할 수 있는 단자를 갖춘 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치를 이용한 발전시스템.
제1항에 있어서,

상기 구동모터(1)에 의해 회전하는 발전기축(2)은, 초강도 탄소섬유 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치를 이용한 발전시스템.
제1항에 있어서,

상기 발전기축(2)에 장착되는 무부하 직류발전기(3a)는 발전기축(2)을 감싼 스테인레스강 재질로 이루어진 커버축(8)에 장착된 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치를 이용한 발전시스템.
구동모터(1)가 장착되어 회동하는 발전기축(2)과, 상기 발전기축(2)에 설치되어 전기를 생산하는 다수의 무부하 교류발전기(3b), 상기 무부하 교류발전기(3b)에서 생성된 교류전기를 전달받는 접속회로기판(4), 상기 접속회로기판(4)의 교류전기를 제공받아 직류전기로 변환시키는 AC/DC 컨버터(9), 상기 AC/DC 컨버터(9)에 병렬 연결되면서 전기가 저장 충전되는 복수의 에너지 저장장치(5) 및, 상기 에너지 저장장치(5) 중에서 선택된 하나 또는 2 이상의 전용 에너지 저장장치(5a)와 직렬 연결되어 구동모터(1)에 동력을 공급하는 주에너지 저장장치(6)를 포함하며;

상기 에너지 저장장치(5)의 전기가 수용처에 공급하는 출력에너지 저장장치 단자(7a)에 공급되고, 상기 출력에너지 저장장치 단자(7a)는 다른 출력에너지 저장장치 단자(7b)와 상호 전기를 주고 받을 수 있도록 연결되어 이루어진 것;

을 특징으로 하는 에너지 저장장치를 이용한 발전시스템.
제1항 또는 제5항에 있어서,

상기 주에너지 저장장치(6)에 연결된 전용의 에너지 저장장치(5a)는 상기 무부하 발전기(3a,3b) 중에서 선택된 전용의 무부하 발전기(3a-1,3b-1)와 1:1로 직접 연결되도록 구성되는 것;

을 특징으로 하는 에너지 저장장치를 이용한 발전시스템.