KR100668987B1 - 풍력 에너지 터빈 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 적어도 하나의 회전자 날개와 상기 회전자 날개를 위한 조정 장치를 지닌 회전자를 구비한 풍력 발전 설비에 관한 것이다.

발전 용량이 증가하여 회전자 날개가 증가함에 따라, 회전자 날개 조정을 위한 구동 장치가 더욱 커져야 한다. 그런데, 장애 발생 시에 이와 같이 대형화된 구동 장치는 고비용의 운반, 시간 및 재정적 손실이 발생하게 된다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위해 한개 이상의 구동 장치를 갖춘 설비를 제공한다. 본 발명에 따른 구성으로 각각의 구성 장치는 총 풍력 전력의 일부분만을 감당하게 되어, 작은 크기로 구현이 가능하게 되며 후속 부품에 작은 부하를 걸게된다.

회전자 날개, 풍력 발전 설비,

Description

풍력 에너지 터빈 장치{WIND ENERGY TURBINE}

도1은 복수 개의 구동 장치를 구비한 회전자 날개를 개략적으로 나타낸 도면.

도2는 본 발명에 따른 제어(control)를 개략적으로 나타낸 도면.

도3은 직류 모터에 의한 본 발명의 제어를 개략적으로 나타낸 도면.

본 발명은 적어도 하나의 회전자 날개(rotor blade)와 상기 회전자 날개를 위한 조정 장치(adjusting device)를 구비한 풍력 발전 설비에 관한 것이다.

이와 같은 풍력 발전 설비는 당업계에 널리 알려져 왔고 전문가 문헌에 상술되어 있다. 예를 들어, 에릭 하우(Eric Hau)가 저술하여 스프링거 베어락 출판사 (Springr-Verlag)가 출판한 'Windkraftanlagen'(풍력 발전 설비)'라는 저서의 제2판(1996년 발행)의 제231쪽에는 그 내용이 상술되어 있다.

상기 조정 장치는 회전자 날개 또는 중앙 회전자 날개 조절 시에는 회전자 날개들을 주어진 시간 내에 선정된 위치에 설치할 수 있도록 설계돼야 한다. 이와 같은 목적에서, 당업계에서는 모터가 자주 사용되고 있으며, 상기 모터는 회전자 날개와 이에 따른 부하량에 의해 결정되는 최소 출력 전력을 가져야만 한다.

사용 상태 및 전송 설비의 설계에 대한 고려를 하지 않더라도, 설비의 크기가 증가함에 따라 회전자 날개는 따라서 커지게 되고 그 결과 회전자 날개 및 회전자 날개 조정에 사용되는 모터도 또한 증가한 출력 전력이 요구된다. 그런데 이와 같은 증대된 출력 전력은 필연적으로 모터의 크기를 증가시키게 되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 본 명세서의 서두에서 설명한 종류의 풍력 발전 설비를 개발하는 데 있으며, 당업계에서 직면하고 있는 전술한 문제점을 해결하는 데 있다.

본 발명에 따르면, 조정 장치는 최소한 두 개의 구동 장치(drive)를 구비한다. 이와 같이 해서, 회전자 날개 또는 복수 개의 회전자 날개를 위하여 필요한 힘이 회전자 날개 밑동에 복수 개의 위치에서 동시에 가해지는 것이 가능하다. 그 결과, 복수 개의 구동 장치가 있으므로, 전체 요구되는 힘의 일부 해당 비율만 가지고 각각의 구동 장치가 후속 부품에 힘을 가한다. 그 결과, 각 부품들이 작은 크기로 설계 구현되는 것이 가능해진다.

또한, 본 발명에 따르면 현재 대량으로 사용 가능하며 계속된 동작으로 이미 검증 완료된 가용 구동 장치들을 그대로 이용하는 것이 가능하다. 또한, 그 결과 처리를 위한 방법과 장치들이 이미 알려져 있으며 또한 검증되어 있는 장점이 있 다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 상기 구동 장치는 전기 모터, 더욱 상세하게는 직류 모터(DC motor)가 사용될 수 있다. 장애 시에는 상기 전기 모터는 예를 들어 밧테리와 같은 긴급 구난 전력 공급원에 연결되어 사용될 수 있다. 또한, 상기 전기 모터로서 삼상 비동기 모터(three-phase asynchronous motor)를 사용할 수 있다.

회전자 날개 조정 과정 동안 흐르던 삼상 전류가 스위치 오프되고 나면 제동 토크를 발생시키기 위하여, 상기 모터에 직류 전류를 흘려주어서 정적 자계(static magnetic field)가 상기 삼상 모터에 발생하도록 할 수 있다. 이와 같이 해서, 여전히 회전하고 있는 모터에 제동을 가하여 정지 모터에 제동 토크를 가해지도록 할 수 있다.

피치 조절에 관련된 동작 과정에 관해서는 독일특허출원번호 제197 31 918.1호에 상술되어 있으니 참조할 수 있다. 본 발명의 구성에 관해서는 당업계의 평균 정도의 지식을 가진 자는 여기에 기술된 구조를 사용할 수 있으리라 생각된다. 앞서 언급한 선행 출원의 내용을 참조하여 본 발명의 내용을 구현하는데 도움을 받을 수 있다.

본 발명의 많은 양호한 실시예가 청구항에 기술될 것이다. 첨부하는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도1은 회전자 날개 밑동(rotor blade root; 10)을 간단히 보여주고 있으며, 그 주위에는 세개의 조정 장치(adjusting device; 12)가 배열되어 있다. 회전자 날개 밑동(10)은 외측 둘레에 외부 톱니 배열(14)을 가지고 있으며, 도면에는 점선으로 표시되어 있다.

조정 장치(12)는 회전자 날개 밑동의 둘레에 동일 간격으로 배열되어 있다. 상기 조정 장치는 양호한 실시예로서, 회전자 날개를 위하여 회전 마운트의 형태로 설비되는 회전 볼 접속과 톱니 배열 형태로 결합하고, 이와같이 해서 회전자 날개와 접속된다.

다른 실시예로서, 회전자 날개에 상기 조정 장치를 직접 부착하는 것이 이론적으로 가능하지만, 회전자 날개 밑동-나머지 회전자 날개와 같이 유리 섬유 강화 플라스틱 재질(glass fiber-reinforced plastic; GRP) 또는 이와 유사한 재질을 구성하거나 상기 조정 장치가 회전자 날개에 직접 접속된 상황 하에서는 회전자 날개에 손상을 입힐 염려가 있다.

세개의 구동 장치(12) 모두를 동시에 작동시킴으로 인하여, 각각의 구동 장치(12)는, 회전자 날개(10)의 조절에 필요한, 요구되는 총 출력 전력의 1/3만을 인가하게 된다.

더욱이, 복수 개의 구동 장치 중 각각은 오직 일부분만을, 본 예제에서는 요구되는 전체 전력의 1/3만을 구동하게 되므로 단일 조정 장치(12)만을 사용하는 경우보다 그 크기가 현저히 작아질 수 있다. 조정 장치(12)중 어느 하나가 손상된 경우에, 적절한 크기로 되어 있어 풍력 발전 설비 교탑 내에서 도르래 장치를 이용하여 교체될 수 있다.

도2는 제어 구성을 나타낸 도면이다. 제어 구성을 중앙 제어 장치(20)와 복 수 개의 부품(22)으로 구성되며, 측정치 채집기 및/또는 레퍼런스 값 생성기 및/또는 입력 수단의 형태로 구성될 수 있다.

상기 부품에 의해, 제어 장치(20)에 정보가 획득 가능하게 되고, 상기 정보로부터 제어 장치(20)는 조정 장치(12)를 동작시키기 위한 제어 데이터를 얻게 된다. 상기 제어 데이터는, 예를 들어 회전자 날개(10)를 조절하기 위한 삼상 전류 또는 상기 조정 장치(12)에 제동 토크를 주기 위한 직류 전류를 가진 삼상 비동기 모터의 형태로 상기 조정 장치(12)에게 제공하는 스위칭 소자(24)에 영향을 줄 수 있다.

이와 같이 해서, 회전자 날개에 부하의 자체적 변화 시에, 예를 들어서 급류 바람이 불어서 방향이 약간 변하던가 하여 의미있는 회전자 날개 조정이 불가능한 경우에, 제동력을 가할 수 있게 된다.

상기 세 개의 조정 장치(12)는 세 개 중 어느 하나에 장애가 발생한 경우에도 회전자 날개의 조정 기능이 유지될 수 있도록 설계된다. 그 결과, 무슨 이유에서든지 한 조정 장치에 장애가 발생하더라도 나머지 두 개의 조정 장치에 의해 필요한 피치 제한 효과가 여전히 작동되고 있으므로 풍력 발전 설비 전체를 셧다운시킬 필요가 없게 된다.

상기 조정 장치 중 어느 하나에 장애가 발생하면, 부하는 나머지 두개의 조정 장치에 나누어 인가되게 되지만, 각각의 조정 장치는 연장된 시간 동안 과부하 상태에서 견딜수 있도록 설계되어지도록 함으로써 해결될 수 있다.

이와 같이, 개별 조정 장치는 어느 하나의 장애 발생 시를 대비해서 약간 오 버사이즈 되도록 설계하여 둠으로써, 장애 발생 시에도 풍력 발전 설비를 안전 정지시키거나 회전자 날개를 깃털 위치(feather position)로 하여 나머지 두 개의 조정 장치가 특정 시간 동안 사태를 수습할 수 있도록 한다.

도3은 정상 동작 전압에 릴레이(24)에 의해 연결된 구동 장치(12) 중 하나를 예로 나타낸 도면이다. 이 경우, 릴레이(24)는 활성화된 위치에 있다.

만일, 전력 공급이 중단되면 릴레이(24)는 에너지를 잃게 되고, 릴레이 접촉 방향은 반전되어 대기 위치로 되어 조정 장치(12)를 밧테리(26)에 접속시키게 되며, 그 결과 이 상황에서 회전자 날개는 깃털 위치로 움직여 설비가 안전하게 정지하게 된다.

그 경우(비승인) 밧테리가 완전히 방전되는 것이 감내 되고 분명치 않은 회전자 날개 피치 셋팅으로 비결정적 상태에 설비가 놓이게 된다.

Claims (6)

1. 적어도 하나의 회전자 날개(rotor blade)로 구성된 회전자를 지닌 풍력 발전 설비(wind power installation)에 있어서, 상기 회전자 날개의 피치 각도를 조정하기 위한 조정 장치(adjusting device)를 구비하되,

   상기 회전자 날개의 피치 각도를 조절하기 위해 상기 회전자 날개의 내측 부위(inner portion)에는 상기 회전자 날개를 길이 방향으로의 축을 회전 중심축으로 해서 회전 운동을 가능하도록 하는 회전자 날개 밑동(rotor blade root; 10)을 구성하고,

   상기 조정 장치는 적어도 두 개의 전기 모터 구동 장치를 구비하되, 상기 복수 개의 전기 구동 장치는 상기 회전자 날개가 상기 회전자 날개의 길이 방향의 축을 회전축으로 하여 회전 운동을 할 수 있도록 상기 회전자 날개 밑동에 회전 토크를 인가할 수 있도록 접속 구성하고,

   상기 회전자 날개를 조정하기 위해 필요한 힘이 구동 장치의 개수에 따라 보 수의 지점에서 상기 회전자 날개 밑동에 인가되고,

   상기 전기 모터 구동 장치는 삼상 비동기 모터(three-phase asynchronous motor)이고,

   상기 회전자 날개를 조정하는 동안에 흐르던 삼상 전류가 스위치 꺼진 후에는 제동 토크(braking torque)를 발생시키기 위하여, 상기 삼상 비동기 모터에 직류 전류를 흘려주어서 정적 자계(static magnetic field)가 상기 삼상 비동기 모터에 방생하도록 구성된 풍력 발전 설비.
2. 적어도 하나의 회전자 날개(rotor blade)로 구성된 회전자를 지닌 풍력 발전 설비(wind power installation)에 있어서, 상기 회전자 날개의 피치 각도를 조정하기 위한 조정 장치(adjusting device)를 구비하되,

   상기 회전자 날개의 피치 각도를 조절하기 위해 상기 회전자 날개의 내측 부위(inner portion)에는 상기 회전자 날개를 길이 방향으로의 축을 회전 중심축으로 해서 회전 운동을 가능하도록 하는 회전자 날개 밑동(rotor blade root; 10)을 구성하고,

   상기 조정 장치는 적어도 두 개의 전기 모터 구동 장치를 구비하되, 상기 복수 개의 전기 구동 장치는 상기 회전자 날개가 상기 회전자 날개의 길이 방향의 축을 회전축으로 하여 회전 운동을 할 수 있도록 상기 회전자 날개 밑동에 회전 토크를 인가할 수 있도록 접속 구성되고,

   상기 회전자 날개를 조정하기 위해 필요한 힘이 구동 장치의 개수에 따라 보수의 지점에서 상기 회전자 날개 밑동에 인가되고,

   상기 전기 모터 구동 장치는 전기 직류 모터(electric dc motor)이고,

   상기 직류 모터는 정상 동작 시에 동작 전압에 전기적으로 연결되고 있다가, 전원 장애 (power failure) 발생 시에는 전기적으로 밧테리(battery)에 연결되어서 전원 공급을 받아 회전자 날개를 깃털 위치(feathered position)로 움직여서 설비가 안전하게 정지하도록 하는 풍력 발전 설비.
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