WO2020111726A1 - 파력 발전 장치 및 그 제어방법 - Google Patents

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WO2020111726A1
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lift
blue
wing
lifting
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이상헌
박상욱
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주식회사 인진
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    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
    • F03B13/12—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy
    • F03B13/14—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy
    • F03B13/16—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem"
    • F03B13/18—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem" where the other member, i.e. rem is fixed, at least at one point, with respect to the sea bed or shore
    • F03B13/1845—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem" where the other member, i.e. rem is fixed, at least at one point, with respect to the sea bed or shore and the wom slides relative to the rem
    • F03B13/1865—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem" where the other member, i.e. rem is fixed, at least at one point, with respect to the sea bed or shore and the wom slides relative to the rem where the connection between wom and conversion system takes tension only
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • F03B15/00—Controlling
    • F03B15/02—Controlling by varying liquid flow
    • F03B15/04—Controlling by varying liquid flow of turbines
    • F03B15/06—Regulating, i.e. acting automatically
    • F03B15/14—Regulating, i.e. acting automatically by or of water level
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/30—Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient

Definitions

  • the following embodiments relate to a wave power generating device and a control method thereof.
  • the wave power generation device is a device that generates power using the energy of the waves.
  • the wave power generation device is provided with a floating body floating on the sea level in order to capture the energy of the waves.
  • a structure capable of efficiently absorbing energy of waves is required.
  • a floating body capable of controlling the degree to which the floating body is submerged in the sea surface according to the state of the wave and a wave power generating device including the floating body.
  • An object according to an embodiment is to provide a wave power generating apparatus and a control method for improving the lifting motion of the floating body by generating lift force acting on the floating body.
  • An object according to an embodiment is to provide a wave power generating device and a control method for increasing the power production efficiency according to the wave state acting on the floating body.
  • Wave power generating apparatus a floating body floating on the sea surface; A lift unit connected to the floating body and generating a lift force that moves the floating body in the vertical direction through waves acting on the floating body; And a latching control unit controlling an operation of the lift generating unit according to a wave period acting on the floating body.
  • the lifting unit may include a lifting wing that is rotatably connected to the floating body, and the angle of attack according to the waves acting on the floating body is adjusted according to rotation.
  • the lifting wing may be formed to have a hydrofoil shape.
  • the lifting blade further includes a flap that is adjustable in length to a rear end based on a cross section, and the flap can extend a stream line formed along the surface of the lifting blade. .
  • the lifting wing portion may further include a balance adjustment wing for maintaining the balance of the floating body.
  • the latching control unit rotates the lifting wing so that a negative lift occurs when the floating body is located in the blue trough (wave trough), and when the floating body deviates from the blue bone, positive lift The lift wing can be rotated to cause this to occur.
  • the latching control unit may rotate the lift wing so that a negative lift is generated in the process of moving the float from the blue crest to the blue goal.
  • the power generating unit for generating power according to the movement of the floating body
  • the power generating unit is fixed to the seabed on one side, the power transmission wire is connected to the floating body is adjusted in length; And a drum provided on the floating body and on which the power transmission wire is wound. And a generator connected to the drum and generating power through the rotational force of the drum.
  • the control method of the wave power generation apparatus is provided with a floating body floating on the sea level, and a lifter wing rotatably connected to the floating body and providing lift in the vertical direction according to the rotation. step; Recognizing that the floating body is located in the blue bone; Adjusting the angle of attack of the lift wing so that when the float is located in the blue bone, negative lift occurs; Recognizing that the floating body deviates from the blue bone; And when the floating body deviates from the blue bone, adjusting the angle of attack of the lifting blades so that a positive lifting force occurs.
  • the control method of the wave power generation apparatus is provided with a floating body floating on the sea level, and a lifter wing rotatably connected to the floating body and providing lift in the vertical direction according to the rotation. step; Recognizing that the floating body is located on the blue floor; Adjusting the angle of attack of the lift wing so that when the float is located on the blue floor, positive lift or neutral sound occurs; And in the process of moving the float from the blue floor to the bone, adjusting the angle of attack of the lift wing so that a negative lift is generated.
  • the wave power generating apparatus and the control method according to an embodiment may increase the lifting motion of the floating body.
  • the wave power generating device and the control method according to an embodiment may increase power production efficiency by adjusting lift according to a wave state acting on a floating body.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a wave power generating apparatus according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of a power generation unit according to an embodiment.
  • FIG 3 is a perspective view of a lifting wing according to an embodiment.
  • FIG. 4 is a block diagram of a wave power generator according to an embodiment.
  • FIG. 5 is an operation diagram of a wave power generator according to an embodiment.
  • FIG. 6 is an operation diagram of a wave power generator according to an embodiment.
  • FIG. 7 is a schematic diagram of a wave power generator according to an embodiment.
  • FIG. 8 is a flowchart of a method for controlling a wave power generator according to an embodiment.
  • FIG. 9 is a flowchart of a method for controlling a wave power generator according to an embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a wave power generating apparatus according to an embodiment
  • FIG. 2 is a schematic diagram of a power generation unit according to an embodiment
  • FIG. 3 is a perspective view of a lift wing according to an embodiment
  • FIG. 4 is an embodiment It is a block diagram of the wave power generation device according to.
  • the wave power generating apparatus 1 may generate electric power through wave energy.
  • the wave power generating device 1 can absorb the energy due to the periodic vertical motion of the sea level due to the waves and convert it into mechanical kinetic energy to produce electric power.
  • the wave power generating device 1 may generate lift through the energy of water particles according to the direction of the wave, thereby increasing energy absorption efficiency according to changes in sea level.
  • the wave power generating apparatus 1 may include a floating body 100, an electric power generating unit 130, a lift generating unit 120, a latching control unit 140, and a sensing unit 150.
  • the floating body 100 may float on the sea level.
  • the floating body 100 may absorb wave energy while moving on the sea surface by waves.
  • the floating body 100 may perform translational or rotational motion on the sea level according to the movement of the waves.
  • the floating body 100 has three degrees of freedom (Heave, surge, sway) along the X, Y, Z axis, or yaw, pitch around the X, Y, Z axis, It is possible to perform 3 degrees of freedom of rotation of the roll.
  • the floating body 100 can perform a motion of 6 degrees of freedom on the sea level.
  • the floating body 100 may be controlled to be submerged in the sea level according to the wave condition.
  • the power generation unit 130 may generate power through energy according to the movement of the floating body 100.
  • the power generation unit 130 may include a power transmission wire 131, a drum 132 and a generator 133.
  • the power transmission wire 131 may convert kinetic energy according to the movement of the floating body 100 into linear kinetic energy and transmit it to the generator 133.
  • One side of the power transmission wire 131 is fixed to the sea, and the other side can be connected to the floating body 100. Therefore, the power transmission wire 131 can suspend the floating body 100 at a specific location on the sea.
  • the length of the power transmission wire 131 may be adjusted according to the movement of the floating body 100.
  • the power transmission wire 131 is wound on the drum 132 provided on the floating body 100, and the length can be adjusted according to the rotation of the drum 132.
  • a plurality of power transmission wires 131 may be connected to the floating body 100.
  • the power transmission wire 131 may be connected to each of three or more different positions of the floating body 100, for example. According to this structure, since the plurality of power transmission wires 131 are adjusted in length in association with the six degrees of freedom movement of the floating body 100, the kinetic energy of the floating body 100 is effectively converted to linear kinetic energy. Can be.
  • the power transmission wire 131 may be wound on the drum 132.
  • the drum 132 may rotate according to the linear movement of the power transmission wire 131.
  • the drum 132 may convert the linear kinetic energy of the power transmission wire 131 into rotational kinetic energy.
  • a tension holding unit (not shown) for maintaining the tension of the power transmission wire 131 may be connected to the drum 132.
  • the tension maintaining unit may rotate the drum 132 in a direction in which the power transmission wire 131 is wound so that the power transmission wire 131 may be pulled according to the movement of the floating body 100.
  • the generator 133 is connected to the drum 132 and may generate electric power through the rotational force of the drum 132.
  • the generator 133 may be provided on the floating body 100.
  • the lift generating unit 120 is connected to the floating body 100 and may generate lift force that moves the floating body 100 in the vertical direction through waves acting on the floating body 100. For example, the lift generating unit 120 generates lift through the flow of water particles according to the progress of the wave, and thereby moves the floating body 100 upward and downward, thereby generating power generation efficiency of the wave power generating device 1. Can increase.
  • the lift generating unit 120 may be operated using a part of electric power generated by the wave power generating device 1.
  • the lift generating unit 120 may include a connecting member 121 and a lift wing 122.
  • the connecting member 121 may be connected to the floating body 100.
  • the lifting blade may be rotatably connected to the floating body 100 through the connecting member 121.
  • an angle of attack according to waves acting on the floating body 100 may be adjusted. For example, by lifting the lift wing 122 so that the angle of attack is adjusted, a positive lift that raises the floating body 100 may be generated, or a negative lift that lowers the floating body 100 may be generated.
  • Lift wing 122 may be formed to have a hydrofoil shape. Therefore, the lift wing 122 can generate lift through the flow of water particles as the waves progress.
  • the front portion of the lift wing 122 contacting the water particles according to the direction of the wave is referred to as a front end
  • the rear part of the lift wing 122 is referred to as a rear end.
  • the lifting wing 122 may include a flap 1211 connected to the rear end to be adjustable in length based on the cross section.
  • the flap 1211 may increase the strength of the lift force generated by the lift wing 122 by extending a stream line formed along the surface of the lift wing 122.
  • the latching control unit 140 may control the operation of the lift generating unit 120 according to the period of the wave acting on the floating body 100.
  • the latching control unit 140 controls the lift generating unit 120 to constrain the floating body 100 when the vertical movement speed of the wave is 0, and releases the restriction of the floating body 100 after a predetermined time has elapsed. So that the lift generating unit 120 can be controlled.
  • the latching control unit 140 may control the rotation of the lift wing 122 so that positive or negative lift is generated according to the blue state in which the floating body 100 is located.
  • the sensing unit 150 may sense the state of the waves acting on the floating body 100.
  • the sensing unit 150 may detect, for example, at least one of a wave moving direction, a wave wave, a wave speed, a wave period, and a wave pattern acting on the floating body 100.
  • FIG. 5 is an operation diagram of the wave power generating device 1 according to an embodiment
  • FIG. 6 is an operation diagram of the wave power generating device 1 according to an embodiment.
  • the wave power generating device 1 may improve the wave power generating efficiency through the floating body 100 through the latching control of the lift generating unit 120.
  • the latching control unit 140 may rotate the lift wing 122 so that negative lift is generated when the floating body 100 is located in the blue trough.
  • the floating body 100 enters the blue goal, the floating body 100 moves in a descending direction, and thus, when negative lift is generated in the floating body 100 through the lift wing 122, the floating body 100 moves to the sea level.
  • the degree to which the floating body 100 is locked may increase.
  • the latching control unit 140 may rotate the lifting wing 122 so that the positive lifting force acts on the floating body 100. Since the floating body 100 is floating on the sea level, the upward movement of the floating body 100 according to a change in the height of the sea level may be increased. In other words, since the movement of the floating body 100 according to the change in sea level can occur more actively, the floating body 100 can absorb energy according to the change in height of the sea level more efficiently.
  • the latching control unit 140 may rotate the lift wing 122 so that the negative lift is generated in the process of moving the floating body 100 from the blue crest to the blue goal.
  • the latching control unit 140 provides negative lift of the floating body 100 through the rotation of the lifting wing 122, The degree of descending motion of the floating body 100 may be increased. Therefore, the floating body 100 can absorb energy according to a decrease in the height of the sea level more efficiently.
  • FIG. 7 is a schematic diagram of a wave power generator according to an embodiment.
  • the wave power generating device 2 may include a floating body 200, a lift generating unit 220, and a power transmission wire 231.
  • the lift generating unit 220 may include a connecting member 221, a lift wing 222, and a balance adjustment wing 223.
  • the balance adjustment wing 223 may maintain the balance of the floating body 200.
  • the balance adjustment wing 223 is located at the rear of the lifting wing 222, and provides lift to the floating body 200 to prevent the floating body 200 from being inclined by the lifting force of the lifting wing 222 can do.
  • FIG. 8 is a flowchart of a method for controlling a wave power generator according to an embodiment.
  • the wave power generating device control method includes: providing a wave power generating device (310), recognizing whether the floating body is located in the blue bone (320), and controlling the floating body to generate negative lift force. (330), it may include a step (340) of recognizing whether the floating body deviates from the blue bone, and (350) of controlling the floating body to generate a positive lift force.
  • a wave power generating device may be provided.
  • the wave power generating device can generate electric power through energy according to the movement of the floating body.
  • the wave power generating device may be provided with a floating body floating on the sea level, and a lifting blade rotatably connected to the floating body and providing lift in the vertical direction according to rotation.
  • step 320 it is possible to recognize whether the floating body is located in the blue goal. For example, in step 320, it is possible to recognize whether the floating body is located in the blue valley through the sensing unit that recognizes the state of the sea level acting on the floating body.
  • step 330 while the floating body is positioned in the blue bone, the angle of attack of the lift wing can be adjusted so that negative lift is generated.
  • the momentary kinetic energy in the vertical direction acting on the floating body is zero, so the negative floating force is applied to the floating body through the lift wing, thereby determining the degree of submersion of the floating body against the sea level. Can be increased.
  • step 340 it can be recognized that the floating body deviates from the blue goal.
  • step 350 when the floating body deviates from the blue bone, the angle of attack of the lifting blade can be adjusted so that the positive lifting force acts on the floating body.
  • the floating body moves in an ascending direction, thereby providing positive lift to effectively assist the floating body's upward movement.
  • FIG. 9 is a flowchart of a method for controlling a wave power generator according to an embodiment.
  • a method of controlling a wave power generating apparatus includes a step 410 in which a wave power generating apparatus is provided, a step 420 of recognizing whether a floating body is located on a blue floor, a positive amount of the floating body It may include a step of controlling 430 to generate a lift, and a step of controlling 440 to generate a negative lift while the floating body moves to the blue bone.
  • a wave power generating device may be provided.
  • step 420 it may be recognized whether the floating body is located on the blue floor.
  • step 430 when the floating body is located on the blue floor, the angle of attack of the lift wing can be adjusted so that positive lift or neutral sound occurs.
  • the momentary kinetic energy in the vertical direction acting on the floating body is zero, so providing the floating body with a positive or negative lift force to move the floating body in the descending direction Can be prevented.
  • step 440 in the process of moving the float from the blue floor to the bone, the angle of attack of the lift wing can be adjusted so that negative lift is generated in the float.
  • the angle of attack of the lift wing can be adjusted so that negative lift is generated in the float.

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Abstract

파력 발전 장치 및 그 제어방법을 개시한다. 일 실시 예에 다른 파력 발전 장치는, 해수면 상에서 부유하는 부유체; 상기 부유체에 연결되고, 상기 부유체에 작용하는 파도를 통해 상기 부유체를 상하 방향으로 이동시키는 양력을 발생시키는 양력 발생부; 및 상기 부유체에 작용하는 파도 주기에 따라 상기 양력 발생부의 작동을 제어하는 래칭 제어부를 포함할 수 있다.

Description

파력 발전 장치 및 그 제어방법
아래의 실시예는 파력 발전 장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
파력 발전 장치는 파도의 에너지를 이용하여 전력을 생산하는 장치이다. 파력 발전 장치는 파도의 에너지를 포획하기 위해, 해수면 상에 부유하는 부유체를 구비하게 된다. 전력 생산 효율을 높이기 위하여, 파도의 에너지를 효율적으로 흡수할 수 있는 구조가 요구된다. 이를 위하여, 파도의 상태에 따라 부유체가 해수면에 잠기는 정도를 조절할 수 있는 부유체 및 이를 포함하는 파력 발전 장치가 요구되는 실정이다.
전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출과정에서 보유하거나 습득한 것으로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에 공개된 공지기술이라고 할 수는 없다.
일 실시 예에 따른 목적은, 부유체에 작용하는 양력을 발생시킴으로써, 부유체의 승강 운동을 향상시키는 파력 발전 장치 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.
일 실시 예에 따른 목적은, 부유체에 작용하는 파도 상태에 따라 전력 생산 효율을 상승시키기 위한 파력 발전 장치 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.
일 실시 예에 따른 파력 발전 장치는, 해수면 상에서 부유하는 부유체; 상기 부유체에 연결되고, 상기 부유체에 작용하는 파도를 통해 상기 부유체를 상하 방향으로 이동시키는 양력을 발생시키는 양력 발생부; 및 상기 부유체에 작용하는 파도 주기에 따라 상기 양력 발생부의 작동을 제어하는 래칭 제어부를 포함할 수 있다.
일 측에 있어서, 상기 양력 발생부는, 상기 부유체에 회전 가능하게 연결되고, 회전에 따라 상기 부유체에 작용하는 파도에 따른 받음각(angle of attack)이 조절되는 양력 날개를 포함할 수 있다.
일 측에 있어서, 상기 양력 날개는 수중익 형태(hydrofoil shape)를 가지도록 형성될 수 있다.
일 측에 있어서, 상기 양력 날개는, 단면을 기준으로 후단에 길이 조절 가능하게 연결되는 플랩을 더 포함하고, 상기 플랩은 상기 양력 날개의 표면을 따라 형성되는 유선(stream line)을 연장시킬 수 있다.
일 측에 있어서, 상기 양력 날개부는 상기 부유체의 균형을 유지하기 위한 균형 조절 날개를 더 포함할 수 있다.
일 측에 있어서, 상기 래칭 제어부는 상기 부유체가 파랑의 골(wave trough)에 위치하는 경우, 음의 양력이 발생하도록 상기 양력 날개를 회전시키고, 상기 부유체가 파랑의 골로부터 이탈하면, 양의 양력이 발생하도록 상기 양력 날개를 회전시킬 수 있다.
일 측에 있어서, 상기 래칭 제어부는 상기 부유체가 파랑의 마루(wave crest)로부터 파랑의 골로 이동하는 과정에서, 음의 양력이 발생하도록 상기 양력 날개를 회전시킬 수 있다.
일 측에 있어서, 상기 부유체의 움직임에 따라 전력을 생산하는 전력생산부를 더 포함하고, 상기 전력 생산부는 일측은 해저상에 고정되고, 상기 부유체에 연결되어 길이가 조절되는 동력전달와이어; 및 상기 부유체에 구비되고, 상기 동력전달와이어가 권취되는 드럼; 및 상기 드럼에 연결되고, 상기 드럼의 회전력을 통해 발전하는 발전기를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따른 파력 발전 장치 제어방법은, 해수면 상을 부유하는 부유체와, 상기 부유체에 회전 가능하게 연결되고 회전에 따라 상기 부유체에 상하 방향으로의 양력을 제공하는 양력 날개가 제공되는 단계; 상기 부유체가 파랑의 골에 위치하는 것을 인식하는 단계; 상기 부유체가 파랑의 골에 위치하면, 음의 양력이 발생하도록 상기 양력 날개의 받음각을 조절하는 단계; 상기 부유체가 파랑의 골로부터 이탈하는 것을 인식하는 단계; 및 상기 부유체가 파랑의 골로부터 이탈하면, 양의 양력이 발생하도록 상기 양력 날개의 받음각을 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따른 파력 발전 장치 제어방법은, 해수면 상을 부유하는 부유체와, 상기 부유체에 회전 가능하게 연결되고 회전에 따라 상기 부유체에 상하 방향으로의 양력을 제공하는 양력 날개가 제공되는 단계; 상기 부유체가 파랑의 마루에 위치하는 것을 인식하는 단계; 상기 부유체가 파랑의 마루에 위치하면, 양의 양력 또는 중성 음력이 발생하도록 상기 양력 날개의 받음각을 조절하는 단계; 및 상기 부유체가 파랑의 마루로부터 골로 이동하는 과정에서, 음의 양력이 발생하도록 상기 양력 날개의 받음각을 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따른 파력 발전 장치 및 그 제어방법은, 부유체의 승강 운동을 증가시킬 수 있다.
일 실시 예에 따른 파력 발전 장치 및 그 제어방법은, 부유체에 작용하는 파도 상태에 따라 양력을 조절함으로써, 전력 생산 효율을 상승시킬 수 있다.
일 실시예에 따른 파력 발전 장치 및 그 제어방법의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 일 실시 예에 따른 파력 발전 장치의 모식도이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 전력생산부의 개략도이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 양력 날개의 사시도이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 파력 발전 장치의 블록도이다.
도 5는 일 실시 예에 따른 파력 발전 장치의 작동도이다.
도 6은 일 실시 예에 따른 파력 발전 장치의 작동도이다.
도 7은 일 실시 예에 따른 파력 발전 장치의 모식도이다.
도 8은 일 실시 예에 따른 파력 발전 장치 제어방법의 순서도이다.
도 9는 일 실시 예에 따른 파력 발전 장치 제어방법의 순서도이다.
이하, 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 일 실시 예에 따른 파력 발전 장치의 모식도이고, 도 2는 일 실시 예에 따른 전력생산부의 개략도이고, 도 3은 일 실시 예에 따른 양력 날개의 사시도이며, , 도 4는 일 실시 예에 따른 파력 발전 장치의 블록도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 일 실시 예에 따른 파력 발전 장치(1)는 파력 에너지를 통해 전력을 생산할 수 있다. 파력 발전 장치(1)는 파도에 의한 해수면의 주기적 상하 운동에 따른 에너지를 흡수하고, 기계적 운동 에너지로 변환하여 전력을 생산할 수 있다. 파력 발전 장치(1)는 파도의 진행 방향에 따른 물 입자의 에너지를 통해 양력을 생산하여, 해수면 변화에 따른 에너지 흡수 효율을 증대시킬 수 있다. 일 실시 예에 따른 파력 발전 장치(1)는, 부유체(100), 전력 생산부(130), 양력 발생부(120), 래칭 제어부(140) 및, 센싱부(150)를 포함할 수 있다.
부유체(100)는 해수면 상에서 부유할 수 있다. 부유체(100)는 파도에 의해 해수면 상에서 움직이면서, 파력 에너지를 흡수할 수 있다. 부유체(100)는 파도의 움직임에 따라 해수면 상에서 병진 운동하거나 회전 운동할 수 있다. 예를 들어, 부유체(100)는 X, Y, Z 축을 따라 3자유도의 변이 운동(Heave, surge, sway)을 하거나, X, Y, Z축을 중심으로 요우(yaw), 피치(pitch), 롤(roll)의 3자유도의 회전 운동을 할 수 있다. 다시 말하면, 부유체(100)는 해수면 상에서 6자유도(6 degree of freedom)의 운동을 할 수 있다. 부유체(100)는 파도 상태에 따라 해수면에 잠기는 정도가 조절될 수 있다.
전력 생산부(130)는 부유체(100)의 움직임에 따른 에너지를 통해 전력을 생산할 수 있다. 전력 생산부(130)는 동력전달와이어(131), 드럼(132) 및 발전기(133)를 포함할 수 있다.
동력전달와이어(131)는 부유체(100)의 움직임에 따른 운동 에너지를 선형의 운동 에너지로 변환하여 발전기(133)에 전달할 수 있다. 동력전달와이어(131)는 일측은 해상에 고정되고, 타측은 부유체(100)에 연결될 수 있다. 따라서, 동력전달와이어(131)는 부유체(100)를 해상의 특정 위치에 계류시킬 수 있다. 동력전달와이어(131)는 부유체(100)의 움직임에 따라 길이가 조절될 수 있다. 예를 들어, 동력전달와이어(131)는 부유체(100)에 구비된 드럼(132)에 권취되고, 드럼(132)의 회전에 따라 길이가 조절될 수 있다.
동력전달와이어(131)는 부유체(100)에 복수개가 연결될 수 있다. 동력전달와이어(131)는 예를 들어, 부유체(100)의 서로 다른 3 위치에 이상에 각각 연결될 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면, 복수의 동력전달와이어(131)는 부유체(100)의 6자유도 움직임에 연동하여 길이가 조절되기 때문에, 부유체(100)의 운동 에너지를 효과적으로 선형 운동 에너지로 변환할 수 있다.
드럼(132)에는 동력전달와이어(131)가 권취될 수 있다. 드럼(132)은 동력전달와이어(131)의 선형 움직임에 따라 회전할 수 있다. 다시 말하면, 드럼(132)은 동력전달와이어(131)의 선형 운동 에너지를 회전 운동 에너지로 변환할 수 있다. 드럼(132)에는 동력전달와이어(131)의 장력을 유지하기 위한 장력 유지부(미도시)가 연결될 수 있다. 장력 유지부는 부유체(100)의 움직임에 따라 동력전달와이어(131)가 당겨질 수 있도록, 동력전달와이어(131)가 감겨지는 방향으로 드럼(132)을 회전시킬 수 있다.
발전기(133)는 드럼(132)에 연결되고, 드럼(132)의 회전력을 통해 전력을 생산할 수 있다. 발전기(133)는 부유체(100)에 구비될 수 있다.
양력 발생부(120)는 부유체(100)에 연결되고, 부유체(100)에 작용하는 파도를 통해 부유체(100)를 상하 방향으로 이동시키는 양력을 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 양력 발생부(120)는 파도의 진행에 따른 물입자의 유동을 통해 양력을 발생시키고, 이를 통해 부유체(100)를 상하 방향으로 이동시킴으로써, 파력 발전 장치(1)의 발전 효율을 증대시킬 수 있다. 양력 발생부(120)는 파력 발전 장치(1)에서 생성되는 전력의 일부를 사용하여 작동될 수 있다. 양력 발생부(120)는 연결 부재(121) 및 양력 날개(122)를 포함할 수 있다.
연결 부재(121)는 부유체(100)에 연결될 수 있다. 양력날개는 연결 부재(121)를 통해 부유체(100)에 회전 가능하게 연결될 수 있다. 양력날개는 축을 중심으로 회전하면서, 부유체(100)에 작용하는 파도에 따른 받음각(angle of attack)이 조절될 수 있다. 예를 들어, 양력 날개(122)는 받음각이 조절되도록 회전함으로써, 부유체(100)를 상승시키는 양성 양력을 발생시키거나, 부유체(100)를 하강시키는 음성 양력을 발생시킬 수 있다.
양력 날개(122)는 수중익 형태(hydrofoil shape)을 가지도록 형성될 수 있다. 따라서, 양력 날개(122)는 파도의 진행에 따른 물 입자의 유동을 통해 양력을 발생시킬 수 있다. 이하에서는, 설명의 편의를 위해 파도의 진행방향에 따라 물 입자와 접촉하는 양력 날개(122)의 앞 부분을 전단이라 하고, 양력 날개(122)의 뒷 부분을 후단이라 칭하도록 한다.
양력 날개(122)는 단면을 기준으로 후단에 길이 조절 가능하게 연결되는 플랩(1211)을 포함할 수 있다. 플랩1211)은 양력 날개(122)의 표면을 따라 형성되는 유선(stream line)을 연장시킴으로써, 양력 날개(122)에서 발생하는 양력의 세기를 증대시킬 수 있다.
래칭 제어부(140)는 부유체(100)에 작용하는 파도의 주기에 따라 양력 발생부(120)의 작동을 제어할 수 있다. 래칭 제어부(140)는 파도의 수직 방향의 운동 속도가 0일 때는 부유체(100)를 구속하도록 양력 발생부(120)를 제어하고, 소정의 시간이 경과하면 부유체(100)의 구속을 해제하도록 양력 발생부(120)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 래칭 제어부(140)는 부유체(100)가 위치한 파랑의 상태에 따라, 양의 양력 또는 음의 양력이 발생하도록 양력 날개(122)의 회전을 제어할 수 있다.
센싱부(150)는 부유체(100)에 작용하는 파도의 상태를 센싱할 수 있다. 센싱부(150)는 예를 들어, 부유체(100)에 작용하는 파도의 진행 방향, 파도의 파고, 파도의 속도, 파도의 주기 및 파도의 패턴 중 적어도 어느 하나를 검출할 수 있다.
도 5는 일 실시 예에 따른 파력 발전 장치(1)의 작동도이고, 도 6은 일 실시 예에 따른 파력 발전 장치(1)의 작동도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 파력 발전 장치(1)는 양력 발생부(120)의 래칭 제어를 통해 부유체(100)를 통한 파력 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
래칭 제어부(140)는, 도 5와 같이 부유체(100)가 파랑의 골(wave trough)에 위치하는 경우, 음의 양력이 발생하도록 양력 날개(122)를 회전시킬 수 있다. 부유체(100)가 파랑의 골로 진입하는 경우, 부유체(100)는 하강하는 방향으로 운동하게 되므로, 양력 날개(122)를 통해 부유체(100)에 음의 양력을 발생시키게 되면, 해수면에 부유체(100)가 잠기는 정도가 증가할 수 있다.
이후, 도 6과 같이, 부유체(100)가 파랑의 골로부터 이탈하게 되면 래칭 제어부(140)는 부유체(100)에 양의 양력이 작용하도록 양력 날개(122)를 회전시킬 수 있다. 부유체(100)는 해수면 상에 부유하기 때문에, 해수면의 높이 변화에 따른 부유체(100)의 상승 운동이 증가될 수 있다. 다시 말하면, 해수면 변화에 따른 부유체(100)의 움직임이 보다 적극적으로 발생할 수 있기 때문에, 부유체(100)는 해수면의 높이 변화에 따른 에너지를 보다 효율적으로 흡수할 수 있다.
한편, 래칭 제어부(140)는 부유체(100)가 파랑의 마루(wave crest)로부터 파랑의 골로 이동하는 과정에서는, 음의 양력이 발생하도록 양력 날개(122)를 회전시킬 수 있다. 다시 말하면, 해수면의 높이가 낮아짐에 따라 부유체(100)가 하강하는 과정에서, 래칭 제어부(140)는 양력 날개(122)의 회전을 통해 부유체(100)의 음의 양력을 제공하기 때문에, 부유체(100)의 하강 운동 정도가 증가될 수 있다. 따라서, 부유체(100)는 해수면의 높이 감소에 따른 에너지를 보다 효율적으로 흡수할 수 있다.
도 7은 일 실시 예에 따른 파력 발전 장치의 모식도이다.
도 7을 참조하면, 일 실시 예에 따른 파력 발전 장치(2)는, 부유체(200), 양력 발생부(220) 및, 동력전달와이어(231)를 포함할 수 있다.
양력 발생부(220)는 연결부재(221), 양력 날개(222) 및, 균형 조절 날개(223)를 포함할 수 있다.
균형 조절 날개(223)는 부유체(200)의 균형을 유지할 수 있다. 예를 들어, 균형 조절 날개(223)는 양력 날개(222)의 후방에 위치하고, 양력 날개(222)의 양력에 의해 부유체(200)가 기울어지는 것을 방지하도록 부유체(200)에 양력을 제공할 수 있다.
이하에서는, 일 실시 예에 따른 파력 발전 장치 제어방법에 대해 설명하도록 한다. 파력 발전 장치 제어방법을 설명함에 있어서, 앞서 설명한 기재와 중복되는 기재는 생략하도록 한다.
도 8은 일 실시 예에 따른 파력 발전 장치 제어방법의 순서도이다.
도 8을 참조하면 파력 발전 장치 제어방법은, 파력 발전 장치가 제공되는 단계(310), 부유체가 파랑의 골에 위치하는지를 인식하는 단계(320), 부유체에 음의 양력이 발생하도록 제어하는 단계(330), 부유체가 파랑의 골에서 이탈하는지를 인식하는 단계(340) 및, 부유체에 양의 양력이 발생하도록 제어하는 단계(350)를 포함할 수 있다.
단계 310에서는 파력 발전 장치가 제공될 수 있다. 파력 발전 장치는 부유체의 움직임에 따른 에너지를 통해 전력을 생산할 수 있다. 파력 발전 장치는 해수면 상에서 부유하는 부유체와, 부유체에 회전 가능하게 연결되고 회전에 따라 부유체에 상하 방향으로의 양력을 제공하는 양력 날개가 제공될 수 있다.
단계 320에서는, 부유체가 파랑의 골에 위치하는지 여부를 인식할 수 있다. 예를 들어, 단계 320에서는 부유체에 작용하는 해수면의 상태를 인식하는 센싱부를 통해 부유체가 파랑의 골에 위치하는지를 인식할 수 있다.
단계 330에서는, 부유체가 파랑의 골에 위치하는 상태에서, 음의 양력이 발생하도록 양력 날개의 받음각을 조절할 수 있다. 부유체가 파랑의 골에 위치하는 경우, 부유체에 작용하는 상하 방향으로의 순간 운동에너지는 0이기 때문에, 양력 날개를 통해 음의 양력을 부유체에 작용함으로써, 해수면에 대한 부유체의 잠기는 정도를 증가시킬 수 있다.
단계 340에서는, 부유체가 파랑의 골로부터 이탈하는 것을 인식할 수 있다.
단계 350에서는, 부유체가 파랑의 골로부터 이탈하는 경우, 부유체에 양의 양력이 작용하도록 양력 날개의 받음각을 조절할 수 있다. 부유체가 파랑의 골로부터 이탈하게 되면 부유체는 상승하는 방향으로 움직이게 되므로, 양의 양력을 제공하여 부유체의 상승 운동을 효과적으로 보조할 수 있다.
도 9는 일 실시 예에 따른 파력 발전 장치 제어방법의 순서도이다.
도 9를 참조하면, 일 실시 예에 따른 파력 발전 장치의 제어방법은, 파력 발전 장치가 제공되는 단계(410), 부유체가 파랑의 마루에 위치하는지 인식하는 단계(420), 부유체에 양의 양력이 발생하도록 제어하는 단계(430) 및, 부유체가 파랑의 골로 이동하는 과정에서 음의 양력이 발생하도록 제어하는 단계(440)를 포함할 수 있다.
단계 410에서는 파력 발전 장치가 제공될 수 있다.
단계 420에서는, 부유체가 파랑의 마루에 위치하는지 인식할 수 있다.
단계 430에서는 부유체가 파랑의 마루에 위치한 상태에서, 양의 양력 또는 중성 음력이 발생하도록 양력 날개의 받음각을 조절할 수 있다. 부유체가 파랑의 마루에 위치하는 경우, 부유체에 작용하는 상하 방향으로의 순간 운동 에너지는 0이기 때문에, 부유체에 양의 양력 또는 음의 양력을 제공함으로써, 부유체가 하강하는 방향으로 운동하는 것을 방지할 수 있다.
단계 440에서는, 부유체가 파랑의 마루로부터 골로 이동하는 과정에서, 부유체에 음의 양력이 발생하도록 양력 날개의 받음각을 조절할 수 있다. 부유체가 파랑의 마루에서 골로 이동하는 과정에서는, 부유체가 하강하는 운동을 하기 때문에, 음의 양력을 제공하여 부유체의 하강 운동을 효과적으로 보조할 수 있다.
이상과 같이 비록 한정된 도면에 의해 실시 예들이 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구조, 장치 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

Claims (10)

  1. 해수면 상에서 부유하는 부유체;
    상기 부유체에 연결되고, 상기 부유체에 작용하는 파도를 통해 상기 부유체를 상하 방향으로 이동시키는 양력을 발생시키는 양력 발생부; 및
    상기 부유체에 작용하는 파도 주기에 따라 상기 양력 발생부의 작동을 제어하는 래칭 제어부를 포함하는, 파력 발전 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 양력 발생부는,
    상기 부유체에 회전 가능하게 연결되고, 회전에 따라 상기 부유체에 작용하는 파도에 따른 받음각(angle of attack)이 조절되는 양력 날개를 포함하는, 파력 발전 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 양력 날개는 수중익 형태(hydrofoil shape)를 가지도록 형성되는, 파력 발전 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 양력 날개는, 단면을 기준으로 후단에 길이 조절 가능하게 연결되는 플랩을 더 포함하고,
    상기 플랩은 상기 양력 날개의 표면을 따라 형성되는 유선(stream line)을 연장시키는, 파력 발전 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 양력 발생부는,
    상기 부유체의 균형을 유지하기 위한 균형 조절 날개를 더 포함하는, 파력 발전 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 래칭 제어부는,
    상기 부유체가 파랑의 골(wave trough)에 위치하는 경우, 음의 양력이 발생하도록 상기 양력 날개를 회전시키고,
    상기 부유체가 파랑의 골로부터 이탈하면, 양의 양력이 발생하도록 상기 양력 날개를 회전시키는, 파력 발전 장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 래칭 제어부는,
    상기 부유체가 파랑의 마루(wave crest)로부터 파랑의 골로 이동하는 과정에서, 음의 양력이 발생하도록 상기 양력 날개를 회전시키는, 파력 발전 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 부유체의 움직임에 따라 전력을 생산하는 전력 생산부를 더 포함하고,
    상기 전력 생산부는,
    일측은 해저상에 고정되고, 상기 부유체에 연결되어 길이가 조절되는 동력전달와이어; 및
    상기 부유체에 구비되고, 상기 동력전달와이어가 권취되는 드럼; 및
    상기 드럼에 연결되고, 상기 드럼의 회전력을 통해 발전하는 발전기를 포함하는, 파력 발전 장치.
  9. 해수면 상을 부유하는 부유체와, 상기 부유체에 회전 가능하게 연결되고 회전에 따라 상기 부유체에 상하 방향으로의 양력을 제공하는 양력 날개가 제공되는 단계;
    상기 부유체가 파랑의 골에 위치하는 것을 인식하는 단계;
    상기 부유체가 파랑의 골에 위치하면, 음의 양력이 발생하도록 상기 양력 날개의 받음각을 조절하는 단계;
    상기 부유체가 파랑의 골로부터 이탈하는 것을 인식하는 단계; 및
    상기 부유체가 파랑의 골로부터 이탈하면, 양의 양력이 발생하도록 상기 양력 날개의 받음각을 조절하는 단계를 포함하는, 파력 발전 장치 제어방법.
  10. 해수면 상을 부유하는 부유체와, 상기 부유체에 회전 가능하게 연결되고 회전에 따라 상기 부유체에 상하 방향으로의 양력을 제공하는 양력 날개가 제공되는 단계;
    상기 부유체가 파랑의 마루에 위치하는 것을 인식하는 단계;
    상기 부유체가 파랑의 마루에 위치하면, 양의 양력 또는 중성 음력이 발생하도록 상기 양력 날개의 받음각을 조절하는 단계; 및
    상기 부유체가 파랑의 마루로부터 골로 이동하는 과정에서, 음의 양력이 발생하도록 상기 양력 날개의 받음각을 조절하는 단계를 포함하는, 파력 발전 장치 제어방법.
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