KR101227390B1

KR101227390B1 - 풍력발전시스템

Info

Publication number: KR101227390B1
Application number: KR1020110057281A
Authority: KR
Inventors: 이한열
Original assignee: 이한열
Priority date: 2010-06-15
Filing date: 2011-06-14
Publication date: 2013-02-01
Also published as: KR20110136739A

Abstract

본 발명은 풍력발전시스템에 관한 것으로, 저장된 액체를 이송펌프를 통해 보조탱크로 이송하거나 유체터빈을 통과한 액체를 저장하는 주탱크와; 상기 주탱크에 저장된 액체를 보조탱크로 이송하는 이송펌프와; 상기 주탱크로부터 이송된 액체를 저장하는 보조탱크와; 풍력에너지를 회전에너지로 변환하는 날개 회전체와, 상기 날개 회전체의 회전축에 연결되되 설정된 값으로 회전수를 조절하는 기어박스와, 상기 기어박스에 연결되어 회전함으로써 유압에너지 또는 직선에너지를 발생시켜 상기 보조탱크에 저장된 액체를 압축탱크로 이송시킴과 동시에 압축에너지를 축적시키는 압축펌프로 구성된 유압발생부와; 대기압 이상의 설정된 기체가 충전된 상태에서 하부의 유입유로로 상기 압축펌프를 통해 이송되는 액체를 충전하되, 충전된 액체를 컨트롤러의 제어에 따라 하부의 토출유로로 토출시키는 압축탱크와; 상기 압축탱크의 토출유로로 토출되는 액체를 터빈날개에 부딪치게 하여 토출된 액체의 운동에너지를 회전에너지로 변환시키는 유체터빈과; 상기 유체터빈에 연결되어 회전에너지를 전기에너지로 변환하는 발전기와; 상기 압축탱크 내부의 유압상태를 감지하는 유압센서와, 압축탱크에 충전되는 액체의 레벨을 감지하는 레벨센서와, 상기 압축탱크의 토출유로의 개폐를 조절하는 컨트롤밸브와, 상기 유압센서, 레벨센서 및 컨트롤밸브에 연결되어 제어하되 상기 컨트롤밸브가 닫힌 상태에서 측정된 유압값 및 레벨값이 설정된 최대 유압값 및 최대 레벨값이 되면 상기 컨트롤밸브를 열도록 제어하고, 상기 컨트롤밸브가 열린 상태에서 측정된 유압값 및 레벨값이 설정된 최소 유압값 및 최소 레벨값이 되면 상기 컨트롤밸브를 닫도록 제어하는 컨트롤러가 구비된 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이상과 같은 본 발명에 의하면, 풍력발전기의 기계적인 장치와 전기적인 장치를 분리하여 기계적인 장치만 타워의 꼭대기에 설치가능함으로써 장비의 무게를 줄여 장비설치의 안정성 및 효율성을 도모할 수 있다. 또한, 바람의 세기에 따른 불규칙한 회전에너지를 압축에너지로 변환한 후, 변환된 일정한 압축에너지를 이용하여 터빈을 동작시킴으로써 효율적이면서도 안정적인 전기생산이 가능하다.

Description

풍력발전시스템{Wind power generation system}

본 발명은 풍력발전시스템에 관한 것으로, 특히, 바람의 세기에 따른 불규칙한 회전에너지를 압축에너지로 변환한 후, 변환된 일정한 압축에너지를 이용하여 유체터빈을 동작시킴으로써 안정적인 전기생산이 가능한 풍력발전시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 풍력발전기는 바람의 에너지를 전기에너지로 바꿔주는 장치를 말한다.

도 1은 종래에 따른 풍력발전기의 구성을 나타내는 블록도로서, 종래에 따른 풍력발전기는 바람에 의해 회전되어 풍력에너지를 회전에너지로 변환하는 날개회전체(210)와, 날개회전체(210)의 회전축에 연결되되 설정된 값으로 회전수를 조절하는 기어박스(220)와, 상기 기어박스(220)에 의해 조절된 회전수만큼 회전함으로써 회전에너지를 전기에너지로 변환하는 발전기(230)로 구성된다.

그런데, 이와 같은 종래에 따른 풍력발전기의 경우, 바람을 이용하는 특성상 타워의 꼭대기에 위치하게 되는데, 기계적인 장치(날개회전체(210), 기어박스(220))와 전기적인 장치(발전기(230))의 구성이 일체형으로 형성되므로 설치비용이 높고, 설치위험도도 증가하게 된다. 예를 들어, 'Vestas' 사의 V90 모델의 3MW 급에 해당하는 풍력발전기의 무게는 실제로 100 톤에 이른다.

또한, 종래에 따른 풍력발전기는 바람에 의한 날개회전체(210)의 회전에너지를 직접적으로 발전기(230)에 의한 전기에너지로 변환하게 되는데, 발전이 시작되는 컷인속도(Cut-In Speed) 이전의 회전과 바람의 세기가 너무 커져 발전이 불가능해질 때의 컷아웃 속도(Cut-Out Speed) 이후의 회전과 같이 무의미한 회전에너지가 존재하여 에너지의 낭비를 초래하였다. 또한, 바람의 세기에 따라 발전량이 불규칙하게 변하는 문제점이 존재하였다.

또한, 종래에 따른 풍력발전기는 발전기(230)가 기어박스(220)와 동일한 축선상에 연결되므로, 브레이크 시스템 등의 안전장치가 고장난 상태에서 바람이 아주 세게 부는 경우 발전기(230)에 과부하가 걸릴 수 있어 장치의 안전을 보장하기 어려운 문제점도 존재하였다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 풍력발전기의 기계적인 장치와 전기적인 장치를 분리하여 장비설치의 안정성 및 효율성을 도모하고, 동시에, 바람의 세기에 따른 불규칙한 회전에너지를 압축에너지로 변환한 후, 변환된 일정한 압축에너지를 이용하여 터빈을 동작시킴으로써 안정적인 전기생산이 가능한 풍력발전시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 풍력발전시스템은, 저장된 액체를 이송펌프를 통해 보조탱크로 이송하거나 유체터빈을 통과한 액체를 저장하는 주탱크와;

상기 주탱크에 저장된 액체를 보조탱크로 이송하는 이송펌프와;

상기 주탱크로부터 이송된 액체를 저장하는 보조탱크와;

풍력에너지를 회전에너지로 변환하는 날개 회전체와, 상기 날개 회전체의 회전축에 연결되되 설정된 값으로 회전수를 조절하는 기어박스와, 상기 기어박스에 연결되어 회전함으로써 유압에너지 또는 직선에너지를 발생시켜 상기 보조탱크에 저장된 액체를 압축탱크로 이송시킴과 동시에 압축에너지를 축적시키는 압축펌프로 구성된 유압발생부와;

대기압 이상의 설정된 기체가 충전된 상태에서 하부의 유입유로로 상기 압축펌프를 통해 이송되는 액체를 충전하되, 충전된 액체를 컨트롤러의 제어에 따라 하부의 토출유로로 토출시키는 압축탱크와;

상기 압축탱크의 토출유로로 토출되는 액체를 터빈날개에 부딪치게 하여 토출된 액체의 운동에너지를 회전에너지로 변환시키는 유체터빈과;

상기 유체터빈에 연결되어 회전에너지를 전기에너지로 변환하는 발전기와;

상기 압축탱크의 내부의 유압상태를 감지하는 유압센서와, 압축탱크에 충전되는 액체의 레벨을 감지하는 레벨센서와, 상기 압축탱크의 토출유로의 개폐를 조절하는 컨트롤밸브와, 상기 유압센서, 레벨센서 및 컨트롤밸브에 연결되어 제어하되 상기 컨트롤밸브가 닫힌 상태에서 측정된 유압값 및 레벨값이 설정된 최대 유압값 및 최대 레벨값이 되면 상기 컨트롤밸브를 열도록 제어하고, 상기 컨트롤밸브가 열린 상태에서 측정된 유압값 및 레벨값이 설정된 최소 유압값 및 최소 레벨값이 되면 상기 컨트롤밸브를 닫도록 제어하는 컨트롤러가 구비된 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 제어부는 상기 압축탱크로 충전되는 액체의 역류를 방지하도록 상기 컨트롤러의 제어에 따라 상기 유입유로의 개폐를 조절하는 역류방지밸브를 더 구비하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제어부는, 컨트롤러에 연결되며 상기 유체터빈의 터빈날개의 회전속도를 감지하는 회전속도감지센서를 더 구비하되, 상기 컨트롤러는 상기 터빈날개의 회전속도가 설정된 회전속도 범위를 유지하도록 상기 컨트롤밸브의 개폐량을 제어하여 토출량을 조절할 수 있다.

이상과 같은 본 발명에 의하면, 풍력발전기의 기계적인 장치와 전기적인 장치를 분리하여 기계적인 장치만 타워의 꼭대기에 설치가능함으로써 장비의 무게를 줄여 장비설치의 안정성 및 효율성을 도모할 수 있다. 또한, 바람의 세기에 따른 불규칙한 회전에너지를 압축에너지로 변환한 후, 변환된 일정한 압축에너지를 이용하여 터빈을 동작시킴으로써 효율적이면서도 안정적인 전기생산이 가능하다. 또한, 컨트롤러를 통해 유체터빈의 회전을 제어함으로 동일한 축선상에 연결된 발전기의 과부하를 줄일 수 있다.

도 1은 종래에 따른 풍력발전기의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 풍력발전시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 공지 구성에 대한 구체적인 설명 또는 당업자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 풍력발전시스템은, 저장된 액체(또는 액체상태의 유체)를 이송펌프(20)를 통해 보조탱크(30)로 이송하거나 또는 유체터빈(60)을 통과한 액체를 저장하는 주탱크(10)와; 주탱크(10)에 저장된 액체를 보조탱크(30)로 이송하는 이송펌프(20)와; 주탱크(10)로부터 이송된 액체를 저장하는 보조탱크(30)와; 풍력에너지를 회전에너지로 변환하는 날개 회전체(42)와, 날개 회전체(42)의 회전축에 연결되되 설정된 값으로 회전수를 조절하는 기어박스(44)와, 기어박스(44)에 연결되어 회전함으로써 유압에너지 또는 직선에너지를 발생시켜 보조탱크(30)에 저장된 액체를 압축탱크(50)로 이송시킴과 동시에 압축에너지를 축적시키는 압축펌프(46)로 구성된 유압발생부(40)와; 대기압 이상의 설정된 기체가 충전된 상태에서 하부의 유입유로(52)로 압축펌프(46)를 통해 이송되는 액체를 충전하되, 충전된 액체를 컨트롤러(84)의 제어에 따라 하부의 토출유로(54)로 토출시키는 압축탱크(50)와; 압축탱크(50)의 토출유로(54)로 토출되는 액체를 터빈날개(62)에 부딪치게 하여 토출된 액체의 운동에너지를 회전에너지로 변환시키는 유체터빈(60)과; 유체터빈(60)에 연결되어 회전에너지를 전기에너지로 변환하는 발전기(70)와; 압축탱크(50)의 내부의 유압상태를 감지하는 유압센서(81)와, 압축탱크(50)에 충전되는 액체의 레벨을 감지하는 레벨센서(82)와, 압축탱크(50)의 토출유로(54)의 개폐를 조절하는 컨트롤밸브(83)와, 유압센서(81), 레벨센서(82) 및 컨트롤밸브(83)에 연결되어 제어하되 컨트롤밸브(83)가 닫힌 상태에서 측정된 유압값 및 레벨값이 설정된 최대 유압값 및 최대 레벨값이 되면 컨트롤밸브(83)를 열도록 제어하고, 컨트롤밸브(83)가 열린 상태에서 측정된 유압값 및 레벨값이 설정된 최소 유압값 및 최소 레벨값이 되면 컨트롤밸브(83)를 닫도록 제어하는 컨트롤러(84)가 구비된 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 제어부는 압축탱크(50)로 충전되는 액체의 역류를 방지하도록 컨트롤러(84)의 제어에 따라 유입유로(52)의 개폐를 조절하는 역류방지밸브(85)를 더 구비하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제어부는, 컨트롤러(84)에 연결되며 유체터빈(60)의 터빈날개(62)의 회전속도를 감지하는 회전속도감지센서(86)를 더 구비하되, 컨트롤러(84)는 터빈날개(62)의 회전속도가 설정된 회전속도 범위를 유지하도록 컨트롤밸브(83)의 개폐량을 제어하여 토출량을 조절할 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 주탱크(10)는 액체를 저장하는 주된 저장탱크로서, 저장된 액체를 보조탱크(30)로 이송하거나, 또는 유체터빈(60)을 통과한 액체를 받아서 저장하는 기능을 한다.

상기 이송펌프(20)는 압력작용을 이용하여 액체를 수송하는 기계로서, 주탱크(10)에 저장된 액체를 유로를 통하여 보조탱크(30)로 이송하는 장치이다. 이송펌프(20)는 작업자에 의해 수동적으로 작동지시를 받을 수 있고, 또는 제어부의 컨트롤러(84)에 의해 제어되어 동작할 수도 있다.

상기 보조탱크(30)는 주탱크(10)와 같이 액체를 2차적으로 저장하는 보조 저장탱크로서, 주탱크(10)로부터 이송된 액체를 저장하거나, 또는 저장된 액체를 압축탱크(50)로 이송하는 기능을 한다. 이 때, 보조탱크(30)는 이송펌프(20)에 의해 주탱크(10)로부터 액체를 이송받되 일정높이의 위치에너지를 갖도록 배치하는 것이 바람직하다.

상기 유압발생부(40)는 풍력발전기의 기본 구성인 날개회전체(42)와 기어박스(44) 및, 추가구성인 압축펌프(46)를 포함하여 구성되는 기계적인 장치로서, 바람을 이용하는 특성상 타워의 꼭대기에 배치설계되는 것이 바람직하다.

이 때, 압축펌프(46)는 유압발생부(40)의 바로 아래, 타워의 상부에 위치시켜 효율적으로 무게를 분산 운용할 수도 있다.

여기서, 상기 날개회전체(42)는 바람에 의해 회전되어 풍력에너지를 기계적인 회전에너지로 변환시키는 장치이다.

또한, 상기 기어박스(44)는 날개회전체(42)에서 발생한 회전력이 중심 회전축을 통해 변속기어에 전달되어 설정된 회전수로 회전하도록 조절하는 변속장치를 의미한다.

또한, 상기 압축펌프(46)는 액체를 압축하여 그 압력을 높이는데 쓰이는 장치로서, 기어박스(44)에 연결되어 회전함으로써 회전에너지를 유압에너지 또는 직선에너지로 변환한다. 이렇게 변환된 유압에너지를 이용하여 보조탱크(30)에 저장된 액체를 압축탱크(50)의 하부(또는 저면)에 형성된 유입유로(52)로 액체를 이송하게 된다. 이 때 압축탱크(50)는 대기압 이상의 설정된 기체가 충전된 상태에서 액체를 전달받게 된다. 이에 따라 압축탱크(50)는 전송받는 액체와 함께 압축에너지를 축적하게 된다.

이에 따라, 유압발생부(40)는 기존의 전기적인 장치인 발전기를 기어박스(44)에 직접 연결하지 않으므로, 타워의 꼭대기에 배치설계되는 유압발생부(40)는 그 무게를 줄일 수 있어 설비의 효율성 및 안정성을 도모할 수 있다. 참고적으로, 추가적 구성인 압축펌프(46)는 기존 발전기에 비해 그 무게가 작다.

또한, 상기 압축탱크(50)는 대기압 이상의 설정된 기체가 충전된 상태에서 액체를 저장하거나 토출하는 저장탱크로서, 압축탱크(50)의 하부(또는 저면)에 유입유로(52) 및 토출유로(54)가 형성되어, 유입유로(52)를 통해 보조탱크(30)로부터 액체를 전송받거나 토출유로(54)를 통해 유체터빈(60)으로 액체를 토출한다. 여기서, 압축탱크(50) 내부에 대기압 이상의 설정된 기체가 충전된 상태에서 액체를 충전하게 되면 액체량이 증가할수록 상기 설정된 기체의 부피는 점차 줄어들게 되며 이로 인해 압축탱크(50)의 내부 압력은 상승하게 된다. 즉, 압축된 기체는 마치 탄성력을 갖는 스프링을 눌러 줄 때와 같이 수축되어 압축에너지를 저장하는 역할을 하게 된다.

또한, 액체(또는 액체상태의 유체)는 중력에 의해 압축탱크(50)의 저면(밑면)에서부터 차오르게 되고, 상기 설정된 기체는 액체의 상부에서 부피가 줄어들며 압축이 일어나게 된다. 이 때, 상기 토출유로(54)는 액체 토출시 상기 설정된 기체가 먼저 분출되지 않도록 압축탱크(50)의 하부에 형성되어야 한다. 한편, 압축탱크(50) 내부에 형성되는 액체는 압축이 일어날 때 부피가 변하지 않으므로 압축펌프(46)에서 압축탱크(50) 사이의 유입유로(52)는 길이가 길어지거나 내부압력이 변하여도 액체의 부피변화는 일어나지 않는다. 즉, 압축탱크(50)의 내부 압력의 변화는 액체의 비용적(Specific Volume)의 변화와 비례하게 되므로 결국 압축펌프(46)의 용량에 비례하게 된다.

또한, 상기 유체터빈(60)은 압축탱크(50)로부터 토출되는 높은 압력의 액체를 날개바퀴의 터빈 날개(62)에 부딪치게 함으로써 회전하는 힘을 얻는 원동기로서, 토출된 액체의 운동에너지를 회전에너지로 변환시키는 장치이다. 한편, 터빈 날개(62)에 부딪힌 액체는 설정된 유로를 따라 주탱크(10)에 저장되게 된다.

또한, 상기 발전기(70)는 회전에너지를 전기에너지로 변환시키는 전기적인 장치로서, 유체터빈(60)의 터빈 날개(62)에 연결되어 회전함으로써 전기에너지를 생산한다. 이 때 발전기(70)는 기계적 장치인 유압발생부(40)와 분리되어 형성되며, 타워의 꼭대기에 배치될 필요없이 안정된 배치공간에 설치되어 유체터빈(60)과 함께 동작할 수 있다.

또한, 상기 제어부는 크게 유압센서(81), 레벨센서(82), 컨트롤밸브(83) 및 컨트롤러(84)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 유압센서(81)(또는 압축센서)는 압축탱크(50)의 내부에 설치되어 압축탱크(50) 내부의 유압(압축) 상태를 감지하는 구성이다. 또한, 상기 레벨센서(82)는 압축탱크(50)의 내부에 설치되되 압축탱크의 하부(또는 저면)로 이송(또는 충전)되는 액체의 레벨(높이)를 감지하는 구성이다. 또한, 상기 컨트롤밸브(83)는 압축탱크(50)의 토출유로(54)에 설치되어 토출유로(54)의 개폐상태를 조절(특히, 개폐량도 조절)하는 구성이다. 또한, 상기 컨트롤러(84)는 유압센서(81), 레벨센서(82) 및 컨트롤밸브(83)에 연결되어 각 구성을 제어하는 장치로서, 유압센서(81)로부터 측정된 유압값을 전송받고, 레벨센서(82)로부터 측정된 레벨값을 전송받으며, 컨트롤밸브(83)의 개폐 및 개폐량을 조절하도록 동작제어할 수 있다. 특히, 상기 컨트롤러(84)는 컨트롤밸브(83)가 닫힌 상태에서 측정된 유압값 및 측정된 레벨값이 설정된 최대 유압값 및 최대 레벨값이 되면 컨트롤밸브(83)를 열도록 동작제어하고, 컨트롤밸브(83)가 열린 상태에서 측정된 유압값 및 측정된 레벨값이 설정된 최소 유압값 및 최소 레벨값이 되면 컨트롤밸브(84)를 닫도록 동작제어하는 기능을 갖는다. 이에 따라, 바람의 세기에 따른 불규칙한 회전에너지를 압축에너지로 변환한 후, 변환된 일정한 압축에너지를 이용하여 유체터빈(60)을 동작시킴으로써 발전기(70)에서 효율적이면서도 안정적인 전기생산이 가능하게 된다.

또한, 상기 제어부는 압축탱크(50)로 충전(이송)되는 액체의 역류를 방지하기 위해 압축탱크(50)의 유입유로(52)에 설치되어 유입유로(52)의 개폐를 조절하는 역류방지밸브(85)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 이 때, 역류방지밸브(85)는 컨트롤러(84)에 연결되어 동작제어되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제어부는 유체터빈(60)에 설치되어 터빈날개(62)의 회전속도를 감지하는 회전속도감지센서(86)를 더 구비할 수 있다. 이 때, 회전속도감지센서(86)는 컨트롤러(84)에 연결되어 측정된 회전속도값을 전송할 수 있다. 이에 따라, 컨트롤러(84)는 터빈날개(62)의 측정된 회전속도가 설정된 회전속도 범위를 유지하도록 컨트롤밸브(83)의 개폐량을 조절하여 토출량을 조절할 수 있다. 즉, 터빈날개(62)의 회전속도가 설정된 회전속도 범위보다 작아지는 경우에는 컨트롤밸브(83)의 열린상태의 양을 크게 하여 토출량을 증가시키고, 터빈날개(62)의 회전속도가 설정된 회전속도 범위를 초과하는 경우에는 컨트롤밸브(83)의 열린상태의 양을 작게 하여 토출량을 감소시킬 수 있다. 바람직하게는 개폐량을 단계적으로 설정하여, 터빈날개(62)의 회전속도 범위에 따라 설정된 개폐량만큼 컨트롤밸브(83)가 단계적으로 열리고 닫히도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 풍력발전시스템의 에너지 변환과정을 정리해보면, 날개회전체(42)로부터 풍력에너지가 회전에너지로 변환하고, 이는 압축펌프(46)를 통해 유압에너지 또는 직선에너지로 변환되어, 압축탱크(50)에서 압축에너지로 보관된다. 이후, 유압터빈(60)에 분출되어 회전에너지로 변환된 후, 발전기(70)에 의해 전기에너지로 바뀌게 된다. 여기서, 압축에너지로 터빈 날개(62)를 회전시킬 때, 계속적으로 시스템이 운전가능하도록 하기 위해서 압축탱크(50)의 압축압력이 압축탱크 내에서 유지되어야 한다. 즉, 액체가 압축탱크(50) 내에서 일정한 압력으로 토출유로(54)를 통해 계속적으로 토출되어야만 발전기(70)를 구동시키는 유체터빈(60)의 구동이 계속될 수 있다. 따라서, 유체터빈(60)이 계속 구동되기 위해서는 날개회전체(42)의 회전으로 인해 구동되는 압축펌프(46)에 의해 압축탱크(50) 내부로 유입되는 액체량이 유체터빈(60)으로 토출되는 액체량보다 크거나 같아야 한다. 또는 압축탱크(50)가 지속적으로 압축압력을 유지시킬 만큼의 탱크용량을 보유하는 것도 유체터빈(60)을 꾸준히 구동시키기 위한 하나의 방법이 될 수 있다.

이상과 같은 본 발명에 의하면, 풍력발전기의 기계적인 장치와 전기적인 장치를 분리하여 기계적인 장치만 타워의 꼭대기에 설치가능함으로써 장비의 무게를 줄여 장비설치의 안정성 및 관리상 편리성을 도모할 수 있다. 다시 말해, 유압발생부(40)에서 발전기(70)의 구성을 분리하여 설치하므로 유압발생부의 무게를 크게 줄여 줄 수 있으므로, 유압발생부(40)가 설치되는 타워의 강재의 양도 줄일 수 있어 기존 풍력발전기에 비해 설치비가 적게 적용될 수 있어 훨씬 경제적이다.

또한, 바람의 세기에 따른 불규칙한 회전에너지를 압축에너지로 변환한 후, 변환된 일정한 압축에너지를 이용하여 터빈을 동작시킴으로써 효율적이면서도 안정적인 전기생산이 가능하다. 또한, 본 발명에 따른 풍력발전시스템은 전기의 발전이 불가능한 기존의 날개회전체의 컷인속도 미만의 버려지는 에너지 및 컷아웃속도 이상에서 버려지는 에너지도 압축펌프(46)를 통한 압축에너지 변환이 가능하므로 효과적인 전기 생산을 할 수 있다.

이상, 본 발명에 대하여 도면과 실시예를 가지고 설명하였으나, 본 발명은 특정 실시예에 한정되지 않으며, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서 많은 수정과 변형이 가능함을 이해할 것이다. 또한, 상기 도면은 발명의 이해를 돕기 위해 도시된 것으로서, 청구범위를 한정하도록 이해해서는 아니될 것이다.

10 : 주탱크 20 : 이송펌프
30 : 보조탱크 40 : 유압발생부
42, 210 : 날개회전체 44, 220 : 기어박스
46 : 압축펌프 50 : 압축탱크
52 : 유입유로 54 : 토출유로
60 : 유체터빈 62 : 터빈 날개
70, 230 : 발전기 81 : 유압센서
82 : 레벨센서 83 : 컨트롤밸브
84 : 컨트롤러 85 : 역류방지밸브
86 : 회전속도감지센서

Claims

저장된 액체를 이송펌프를 통해 보조탱크로 이송하거나, 유체터빈을 통과한 액체를 저장하는 주탱크와;
상기 주탱크에 저장된 액체를 보조탱크로 이송하는 이송펌프와;
상기 주탱크로부터 이송된 액체를 저장하는 보조탱크와;
풍력에너지를 회전에너지로 변환하는 날개 회전체와, 상기 날개 회전체의 회전축에 연결되되 설정된 값으로 회전수를 조절하는 기어박스와, 상기 기어박스에 연결되어 회전함으로써 유압에너지 또는 직선에너지를 발생시켜 상기 보조탱크에 저장된 액체를 압축탱크로 이송시킴과 동시에 압축에너지를 축적시키는 압축펌프로 구성된 유압발생부와;
대기압 이상의 설정된 기체가 충전된 상태에서 하부의 유입유로로 상기 압축펌프를 통해 이송되는 액체를 충전하되, 충전된 액체를 컨트롤러의 제어에 따라 하부의 토출유로로 토출시키는 압축탱크와;
상기 압축탱크의 토출유로로 토출되는 액체를 터빈날개에 부딪치게 하여 토출된 액체의 운동에너지를 회전에너지로 변환시키는 유체터빈과;
상기 유체터빈에 연결되어 회전에너지를 전기에너지로 변환하는 발전기와;
상기 압축탱크 내부의 유압상태를 감지하는 유압센서와, 압축탱크에 충전되는 액체의 레벨을 감지하는 레벨센서와, 상기 압축탱크의 토출유로의 개폐를 조절하는 컨트롤밸브와, 상기 유압센서, 레벨센서 및 컨트롤밸브에 연결되어 제어하되 상기 컨트롤밸브가 닫힌 상태에서 측정된 유압값 및 레벨값이 설정된 최대 유압값 및 최대 레벨값이 되면 상기 컨트롤밸브를 열도록 제어하고, 상기 컨트롤밸브가 열린 상태에서 측정된 유압값 및 레벨값이 설정된 최소 유압값 및 최소 레벨값이 되면 상기 컨트롤밸브를 닫도록 제어하는 컨트롤러가 구비된 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 압축탱크로 충전되는 액체의 역류를 방지하도록 상기 컨트롤러의 제어에 따라 상기 유입유로의 개폐를 조절하는 역류방지밸브를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 풍력발전시스템.
제 2 항에 있어서,
상기 제어부는, 컨트롤러에 연결되며 상기 유체터빈의 터빈날개의 회전속도를 감지하는 회전속도감지센서를 더 구비하되,
상기 컨트롤러는 상기 터빈날개의 회전속도가 설정된 회전속도 범위를 유지하도록 상기 컨트롤밸브의 개폐량을 제어하여 토출량을 조절하는 것을 특징으로 하는 풍력발전시스템.