KR100786301B1 - Wind force generation system - Google Patents

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KR100786301B1
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유광규
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주식회사 세원엔테크
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Abstract

A wind power generation system is provided to generate power regardless of the intensity of wind and simplify the configuration of the wind power generation system by arranging air compression units, first and second air tanks, an air motor, and a generator. A wind power generating system includes a plurality of air compression units(10), first air tanks(20), a second air tank(30), an air motor(40), and a generator(50). The air compression units have compressors(13) attached to a rotary shaft of a propeller(12). The first air tanks are connected to the respective compressors, and store air compressed by the compressors. The second air tank stores compressed air supplied from the first air tanks. The air motor rotates by the air pressure supplied from the second air tank. The generator converts rotating force of the air motor into electrical energy. A plurality of compressors are connected in serial on the rotary shaft, and clutches are arranged among the compressors so as to increase/decrease the number of the operating compressors in accordance with the intensity of wind.

Description

풍력 발전 시스템{wind force generation system}Wind power generation system

도 1은 본 발명에 따른 풍력 발전 시스템의 개략 구성도.1 is a schematic configuration diagram of a wind power generation system according to the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 공기압축부의 개략 단면도.Figure 2 is a schematic cross-sectional view of the air compression unit according to the present invention.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명※ Explanation of codes for main parts of drawing

10 : 공기압축부10: air compression unit

11 : 기둥 12 : 프로펠러   11: pillar 12: propeller

121 : 회전축 13, 13a, 13b, 13c : 압축기   121: rotating shaft 13, 13a, 13b, 13c: compressor

131 : 커버 132a, 132b, 132c : 클러치   131: cover 132a, 132b, 132c: clutch

20 : 1차 에어탱크20: primary air tank

21 : 압력조절밸브 22 : 체크밸브   21: pressure regulating valve 22: check valve

30 : 2차 에어탱크30: secondary air tank

31 : 압력유지밸브   31: pressure holding valve

40 : 에어모터40: air motor

50 : 발전기50: generator

본 발명은 풍력 발전 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 풍력 발전 시스템이 설치된 지역의 바람의 세기에 관계없이 일정한 발전 작동을 수행할 수 있도록 한 풍력 발전 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a wind power generation system, and more particularly, to a wind power generation system capable of performing a constant power generation operation irrespective of the wind strength of the region where the wind power generation system is installed.

일반적으로, 풍력발전시스템은 바람의 힘을 이용하여 전기에너지를 생산하는 것으로서, 근래에 들어 환경오염이 없는 천연 에너지원으로 그 사용이 점차 증대되고 있는 실정이다.In general, the wind power generation system generates electric energy by using the force of the wind, and in recent years, its use is gradually increasing as a natural energy source without environmental pollution.

이러한 풍력 발전 시스템에는 통상적으로 지면에 기둥을 설치하고, 기둥의 상단에 바람의 힘에 의해 회전되는 프로펠러가 설치되며, 프로펠러의 회전축에 발전기를 연결하여 프로펠러가 회전되는 동력에 의해 발전이 이루어지도록 하고 있다.In such a wind power generation system, a pillar is usually installed on the ground, and a propeller rotated by the force of wind is installed at the top of the pillar, and a generator is connected to the rotating shaft of the propeller to generate power by the power of the propeller rotating. have.

하지만, 상기와 같은 풍력 발전 시스템은 일정하지 않은 풍향과 풍속으로 인하여 발전 가능한 최적의 발전기 회전 속도를 얻기가 어렵고, 발전이 가능한 풍속이 유지되는 시간이 짧아서 실질적인 발전 용량은 발전 가능 용량의 20%대에 불과한 실정이다.However, such a wind power generation system is difficult to obtain the optimal generator rotation speed that can be generated due to the inconsistent wind direction and wind speed, and the actual power generation capacity is 20% of the power generation capacity due to the short time that the wind speed that can generate power is maintained. It is just a situation.

또한, 기존의 풍력 발전 시스템은 바람을 받아 회전력을 일으키는 프로펠러와 회전속도를 변환시키는 기어박스, 전기를 발생시키는 발전기 등의 발전 시스템이 나쎌(nacell)이라 부르는 발전 몸체를 구성하고 있고, 이 발전 몸체는 프로펠러와 함께 바람을 받는 효율을 높이기 위하여 높은 기둥위에 설치되어 있다.In addition, the existing wind power generation system constitutes a power generation body called a nacell, which is a power generation system such as a propeller generating rotational force, a rotational gearbox, and a generator generating electricity. Along with the propellers, it is installed on a high column to increase the efficiency of the wind.

프로펠러와 기어박스, 발전기 등으로 이루어진 무겁고 복잡한 발전 시스템이 높은 위치에 설치됨에 따라 고장이 발생될 경우에는 수리가 어렵고, 무거운 장비를 지탱하기 위해 기둥의 설치 및 시공 비용이 많이 소요되고 있으며, 프로펠러 한기 당 고가의 발전 시스템을 한개씩 설치함에 따라 발전시스템의 설치 비용이 높아지는 문제점도 있었다.As heavy and complex power generation system consisting of propeller, gearbox, and generator is installed at high position, it is difficult to repair in case of failure, and it is expensive to install and construct pillars to support heavy equipment. There was also a problem that the installation cost of the power generation system is increased by installing the expensive power generation system one by one.

장비의 유지 관리에 있어서도 기존의 발전시스템은 태풍 및 해풍, 비바람, 태양열, 영하의 기온 등 다양한 외기 변화에 노출되어 있어 온도 변화 및 습기, 염분 등에 의해 정밀한 전기 부품 및 기계 부품으로 이루어진 발전시스템이 손상을 받기 쉬운 문제점도 있었다.Even in the maintenance of equipment, existing power generation systems are exposed to various external air changes such as typhoons, sea breezes, rainstorms, solar heat, and sub-zero temperatures, so that power generation systems composed of precise electric and mechanical parts are damaged by temperature changes, moisture, and salt. There was also a problem easy to receive.

이에, 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 그 목적은 풍력 발전 시스템이 설치된 지역의 바람의 세기에 관계없이 일정한 발전 작동을 수행하면서, 바람의 세기에 따라 작동되는 압축기의 수가 증감되도록 함에 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the conventional problems as described above, the object of which is to operate according to the strength of the wind, while performing a constant power generation operation irrespective of the strength of the wind in the region where the wind power generation system is installed To increase or decrease the number of compressors.

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상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 풍력에 의해 회전하는 프로펠러의 회전축에 일체로 압축기가 결합된 다수의 공기압축부, 상기 각각의 압축기와 연결되고 압축기에서 압축된 공기를 저장하는 다수의 1차 에어탱크, 상기 다수의 1차 에어탱크에서 공급된 압축 공기를 저장하는 2차 에어탱크, 상기 2차 에어탱크에서 분출되는 공기압에 의해 회전 작동되는 에어모터, 상기 에어모터의 회전력을 전기에너지로 변환시키는 발전기를 포함하는 풍력 발전 시스템에 있어서, 상기 압축기가 직렬로 다수개가 연결되고, 상기 압축기의 사이에 바람의 세기에 따라 작동되는 압축기의 수가 증감되도록 하는 클러치가 구비된 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a plurality of air compression unit integrally coupled to the rotary shaft of the propeller rotating by wind power, a plurality of air compressors connected to each of the compressor and stores the compressed air in the compressor A primary air tank, a secondary air tank for storing compressed air supplied from the plurality of primary air tanks, an air motor that is rotated by air pressure blown out of the secondary air tank, and the rotational force of the air motor is converted into electrical energy. In the wind power generation system including a generator for converting, the plurality of compressors are connected in series, characterized in that the clutch is provided between the compressor to increase or decrease the number of compressors operating in accordance with the strength of the wind.

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이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고로 하여 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 풍력 발전 시스템의 개략 구성도로서, 도시된 것과 같이 본 발명은 프로펠러(12)의 회전축에 일체로 압축기(13)가 결합된 다수의 공기 압축부(10)와, 상기 공기압축부(10)에서 압축된 공기를 저장하는 1차 에어탱크(20)와, 다수의 1차 에어탱크(30)에서 공급된 압축공기를 저장하는 2차 에어탱크(40) 및 2차 에어탱크(40)에서 공급된 압축공기의 힘에 의해 회전하는 에어모터(40)와 에어모터(40)에 연결되어 전력을 생산하는 발전기(50)로 구성된다.1 is a schematic configuration diagram of a wind power generation system according to the present invention, as shown in the present invention, a plurality of air compressors 10 having a compressor 13 integrally coupled to a rotating shaft of the propeller 12, and Primary air tank 20 for storing the air compressed by the air compression unit 10, secondary air tank 40 and secondary air for storing the compressed air supplied from the plurality of primary air tank (30) It consists of an air motor 40 that rotates by the force of the compressed air supplied from the tank 40 and a generator 50 connected to the air motor 40 to produce electric power.

상기 공기압축부(10)는 바람의 힘에 의해 압축공기를 생산하는 것으로서, 기둥(11)의 상단에 바람의 힘에 의해 회전되는 프로펠러(12)가 구비되고, 프로펠러(12)의 후방으로는 프로펠러(12)와 일체로 회전하는 회전축이 구비되며, 회전축에 압축공기를 생산하는 통상의 압축기(13)를 결합하여 바람의 힘에 의해 프로펠러(12)가 회전되면서 압축공기가 생산되도록 한다.The air compression unit 10 is to produce compressed air by the force of the wind, the top of the column 11 is provided with a propeller 12 is rotated by the force of the wind, the rear of the propeller 12 It is provided with a rotating shaft that is integrally rotated with the propeller 12, by combining a conventional compressor (13) for producing compressed air to the rotating shaft to produce compressed air while the propeller 12 is rotated by the force of the wind.

상기 1차 에어탱크(20)는 각각의 공기압축부(10)에 대응되게 구비되고, 상기 압축기(13)와 배관으로 연결되어 압축기(13)에서 생산된 압축공기가 저장되도록 하여 생산된 압축공기의 손실을 최소화하면서 1차 에어탱크(20)에 높은 압력의 공기가 저장되도록 한다.The primary air tank 20 is provided to correspond to each of the air compression unit 10, the compressed air produced by being connected to the compressor 13 and the pipe to store the compressed air produced by the compressor (13) The high pressure air is stored in the primary air tank 20 while minimizing the loss of the oil.

상기 2차 에어탱크(40)는 다수의 1차 에어탱크(30)에서 공급된 압축공기를 저장하는 공간으로서, 각각 다른 압력의 압축공기가 저장된 1차 에어탱크(30)의 공기를 하나의 탱크에 저장하여 최종적으로 에어모터(40)에 균일한 압력의 압축공기가 공급되도록 한다.The secondary air tank 40 is a space for storing the compressed air supplied from the plurality of primary air tanks 30, one tank for the air of the primary air tank 30, each of which is stored compressed air of different pressure The compressed air is finally supplied to the air motor 40 by uniform pressure.

이 때, 상기 2차 에어탱크(40)의 내측에는 다수의 격실을 형성하고, 각각의 격실 사이에는 통상의 압력조절장치 등을 배치하여 2차 에어탱크(40)에서 배출되는 공기의 압력이 상시 발전기의 효율적인 작동이 이루어질 수 있는 상태를 유지하도 록 하는 것이 바람직하며, 상기 1차 에어탱크와 2차 에어탱크의 사이에 추가적인 보조 에어탱크를 설치하는 것도 무방하다.At this time, a plurality of compartments are formed inside the secondary air tank 40, and a normal pressure regulator or the like is disposed between each compartment so that the pressure of the air discharged from the secondary air tank 40 is always maintained. It is desirable to maintain a state in which the efficient operation of the generator can be made, it is also possible to install an additional auxiliary air tank between the primary air tank and the secondary air tank.

상기 에어모터(40)는 2차 에어탱크(40)에서 공급된 압축공기의 유속 및 유압에 의해 작동되는 것으로서, 압축공기의 분사력에 의해 회전되는 통상의 에어터빈이나 공기의 압력에 의해 구동되는 통상의 피스톤장치 등으로 형성하는 것이 바람직하다.The air motor 40 is operated by the flow rate and hydraulic pressure of the compressed air supplied from the secondary air tank 40, it is usually driven by the pressure of the normal air turbine or air rotated by the injection force of the compressed air It is preferable to form the piston device or the like.

상기 발전기(50)는 상기 에어모터(40)의 구동력을 전기에너지로 변환하는 것으로서, 회전운동에너지를 전기에너지로 변환하는 통상의 발전기(50)를 이용하는 것이 바람직하고, 발전기(50)에서 생성된 전기에너지를 수요처에 공급하도록 함으로써, 공기압축부(10)에서 생성된 압축공기를 이용하여 최종적으로 전기에너지를 생산할 수 있도록 한다.The generator 50 is to convert the driving force of the air motor 40 to electrical energy, it is preferable to use a conventional generator 50 for converting rotational kinetic energy into electrical energy, generated in the generator 50 By supplying the electric energy to the demand destination, it is possible to finally produce the electric energy using the compressed air generated in the air compression unit (10).

이에 따라, 프로펠러(12)에 발전기(50)를 직결하는 방식과 비교할 때 에어탱크에 저장된 압축공기를 분사시켜 전기에너지를 생산함에 따라 전력이 필요한 시간에 필요한 양 만큼만 전기에너지를 생산하는 것이 가능해져 에너지 활용의 효율성이 더욱 증대될 뿐만 아니라, 바람의 세기에 관계없이 에어모터(40)의 회전 속도를 상시 일정하게 유지할 수 있게 되어 더욱 안정적이고 지속적인 전력의 생산이 가능해지게 되는 것이다.Accordingly, as compared with the method of directly connecting the generator 50 to the propeller 12, as the compressed air stored in the air tank to produce electrical energy, it is possible to produce only the amount of electrical energy required at the required time. Not only is the efficiency of energy utilization further increased, the rotational speed of the air motor 40 can be kept constant at all times regardless of the strength of the wind, and thus more stable and sustainable power production is possible.

더불어, 상기 1차 에어탱크(20)에는 공기압축부(10)로 부터 압축공기가 1차 에어탱크(20)의 허용 압력 이상으로 공급되어 1차 에어탱크(20)가 파손되는 것을 방지하기 위하여 일정 압력 이상의 압력에서 자동 개방되면서 공기압축부(10)에서 공급되는 공기를 1차 에어탱크(20)의 외부로 배출시키는 압력조절밸브(21)를 구비하고, 1차 에어탱크(20)의 허용 압력 이상의 압축공기가 유입될 때 압력조절밸브(21)가 자동 개방되도록 함으로써, 1차 에어탱크(20)가 안전하게 압축공기를 저장할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.In addition, to prevent the primary air tank 20 from being damaged by supplying compressed air from the air compression unit 10 to the primary air tank 20 above the allowable pressure of the primary air tank 20. It is provided with a pressure control valve 21 for automatically discharging the air supplied from the air compression unit 10 to the outside of the primary air tank 20 while automatically opening at a pressure higher than a predetermined pressure, and permitting the primary air tank 20. It is preferable that the pressure control valve 21 is automatically opened when the compressed air above the pressure is introduced, so that the primary air tank 20 can safely store the compressed air.

또한, 상기 1차 에어탱크(20)와 2차 에어탱크(30)의 사이 배관에는 공기의 역류를 방지하는 체크밸브(22)를 구비하여 1차 에어탱크(20)에서 2차 에어탱크(30) 사이의 공기의 역류가 방지되도록 함으로서, 1차 에어탱크(20)에 불필요한 압축공기가 차오르는 것을 방지할 뿐만 아니라, 2차 에어탱크(30)에 압축공기 안정적으로 저장되도록 하는 것이 바람직하며, 상술한 공기압축부(10)와 1차 에어탱크(20)의 사이에도 공기의 역류를 방지하도록 상술한 체크밸브(22)와 동일한 구성의 체크밸브를 구비하는 것도 무방하다.In addition, the pipe between the primary air tank 20 and the secondary air tank 30 is provided with a check valve 22 to prevent the back flow of air to the secondary air tank 30 in the primary air tank 20 By preventing the reverse flow of air between the), it is preferable not only to prevent unnecessary compressed air from filling up in the primary air tank 20, but also to stably store the compressed air in the secondary air tank 30, A check valve having the same configuration as that of the check valve 22 described above may be provided between the air compressor 10 and the primary air tank 20 so as to prevent backflow of air.

또한, 상기 2차 에어탱크(40)와 에어모터(40)의 사이에는 2차 에어탱크(40)에서 분출되는 압축공기가 상시 일정한 유속 및 압력으로 공급되도록 하는 압력유지밸브(31)를 구비하여 2차 에어탱크(40)를 통해 분출되는 압축공기에 의해 에어모터(40)가 발전에 필요한 효율적인 작동상태를 유지할 수 있도록 함으로써, 전력 생산이 안정적이고 지속적으로 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.In addition, between the secondary air tank 40 and the air motor 40 is provided with a pressure holding valve 31 for supplying compressed air ejected from the secondary air tank 40 at a constant flow rate and pressure at all times. By the compressed air ejected through the secondary air tank 40 to maintain the efficient operating state required for power generation of the air motor 40, it is desirable to ensure that the power production is made stable and continuous.

또한, 상기 발전기(50)에는 바람이 불지 않아 압축공기가 생성 되지 않는 기간이나 계절에도 발전을 수행할 수 있도록 공지의 내연 발전기관이나, 태양열 발전 시스템 또는 축전시스템 등을 연결하는 것도 무방하다.In addition, the generator 50 may be connected to a known internal combustion generator tube, a solar power generation system, or a power storage system so as to perform power generation in a period or season in which compressed air is not generated due to wind.

도 2는 본 발명에 따른 공기압축부(10)의 개략 단면도로서, 상술한 공기압축 부(10)는 도시된 것과 같이, 커버(131)일측으로 회전축(121)의 끝단에 결합되어 바람의 힘에 의해 회전하는 프로펠러(12)가 구비되고, 프로펠러(12)의 후방으로 커버(131)의 내측에 회전축(121)상에 결합되는 다수의 압축기(13a)(13b)(13c)가 직렬로 연결되며, 상기 다수의 압축기(13a)(13b)(13c)에 동력을 전달하는 회전축(121)에는 압축기(13a)(13b)(13c) 사이의 동력을 연결하거나 중지되도록 하는 다수의 클러치(132a)(132b)(132c)를 구비하여 바람의 세기에 따라 작동되는 압축기(13a)(13b)(13c)의 수가 증감되도록 한다.2 is a schematic cross-sectional view of the air compression unit 10 according to the present invention, wherein the air compression unit 10 is coupled to the end of the rotation shaft 121 to one side of the cover 131 as shown in the wind force. The propeller 12 is rotated by a plurality of compressors, a plurality of compressors 13a, 13b, 13c coupled in series on the rotating shaft 121 inside the cover 131 to the rear of the propeller 12 is connected in series And a plurality of clutches 132a for connecting or stopping the power between the compressors 13a, 13b, and 13c to the rotating shaft 121 for transmitting power to the plurality of compressors 13a, 13b, and 13c. 132b and 132c are provided to increase or decrease the number of compressors 13a, 13b and 13c operated according to the wind strength.

이 때, 상기 클러치(132a)(132b)(132c)는 프로펠러(12)의 회전속도가 빨라질 때에는 프로펠러(12)와 가까운 위치의 클러치(132a)(132b)(132c)부터 후방으로 차례대로 연결되도록 함으로써 회전축(121)에 연결되어 작동되는 압축기(13a)(13b)(13c)의 수가 점차 증가되도록 하고, 프로펠러(12)의 회전속도가 느려질 때에는 프로펠러(12)와 멀리 떨어진 클러치(132a)(132b)(132c)부터 차례대로 동력 전달이 중단되도록 함으로써, 회전축(121)에 연결되어 회전 작동되는 압축기(13a)(13b)(13c)의 수가 감소되도록 함으로써 바람의 세기에 따라 최적의 공기 압축이 이루어지게 되는 것이다.At this time, the clutches 132a, 132b and 132c are sequentially connected rearward from the clutches 132a, 132b and 132c at positions close to the propeller 12 when the speed of rotation of the propeller 12 is increased. As a result, the number of the compressors 13a, 13b, and 13c connected to the rotary shaft 121 is gradually increased, and when the rotation speed of the propeller 12 is slowed, the clutches 132a and 132b far from the propeller 12. By stopping the transmission of power in order from (132c), the number of compressors (13a) (13b) (13c) connected to the rotating shaft (121) to be rotated is reduced to achieve the optimal air compression according to the wind strength. You lose.

상술한 바와 같이 본 발명은 풍력 발전 시스템이 공기압축부와 1,2차 에어탱크 및 에어모터와 발전기로 구성되도록 하여 풍력 발전 시스템이 설치된 지역의 바람의 세기에 관계없이 일정한 발전 작동을 수행할 수 있도록 함으로서, 풍력발전기의 구조가 간단해지면서도 안정적인 전력 생산이 가능해질 뿐만 아니라, 에어탱크에 압축공기를 저장한 후 필요한 시간에만 전력생산을 하는 것이 가능해져 전력 생산의 효율성이 더욱 증대되는 효과를 가질 뿐만 아니라, 회전축에 다수의 압축기 및 클러치를 구비하여 바람의 세기에 따라 작동되는 압축기의 수가 증감되도록 함으로서, 바람의 세기에 따라 최적의 작동 효율로 최적의 압축공기를 생산할 수 있는 효과를 가지게 된다.As described above, the present invention allows the wind power generation system to be composed of the air compression unit, the primary and secondary air tanks, the air motor, and the generator, thereby performing a constant power generation operation regardless of the wind strength of the region where the wind power generation system is installed. By simplifying the structure of the wind power generator, it is possible not only to make stable power generation, but also to store the compressed air in the air tank and to produce power only when necessary, thereby increasing the efficiency of power generation. In addition, by providing a plurality of compressors and clutches on the rotating shaft to increase or decrease the number of compressors operated in accordance with the wind strength, it has the effect of producing the optimum compressed air with the optimum operating efficiency according to the wind strength.

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Claims (5)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 풍력에 의해 회전하는 프로펠러(12)의 회전축(121)에 일체로 압축기(13)가 결합된 다수의 공기압축부(10), 상기 각각의 압축기(13)와 연결되고 압축기(13)에서 압축된 공기를 저장하는 다수의 1차 에어탱크(20), 상기 다수의 1차 에어탱크(20)에서 공급된 압축 공기를 저장하는 2차 에어탱크(30), 상기 2차 에어탱크(30)에서 분출되는 공기압에 의해 회전 작동되는 에어모터(40), 상기 에어모터(40)의 회전력을 전기에너지로 변환시키는 발전기(50)를 포함하는 풍력 발전 시스템에 있어서, A plurality of air compression unit 10, the compressor 13 is integrally coupled to the rotary shaft 121 of the propeller 12 that is rotated by the wind, connected to each of the compressor 13 and compressed in the compressor (13) A plurality of primary air tanks 20 for storing air, secondary air tanks 30 for storing compressed air supplied from the plurality of primary air tanks 20, and blow-outs in the secondary air tanks 30 In the wind power generation system including an air motor 40 is rotated by the air pressure that is, the generator 50 for converting the rotational force of the air motor 40 into electrical energy, 상기 회전축(121)상에 직렬로 다수개의 압축기(13a)(13b)(13c)가 연결되고, 상기 압축기(13a)(13b)(13c)의 사이에 바람의 세기에 따라 작동되는 압축기(13a)(13b)(13c)의 수가 증감되도록 하는 클러치(132a)(132b)(132c)가 구비된 것을 특징으로 하는 풍력 발전 시스템.A plurality of compressors (13a) (13b) (13c) are connected in series on the rotating shaft (121), and the compressor (13a) is operated in accordance with the strength of wind between the compressors (13a) (13b) (13c). A wind power generation system, characterized in that clutches (132a) (132b) (132c) are provided to increase or decrease the number of (13b) (13c).
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