KR101291152B1 - 풍력터빈용 블레이드 및 이를 갖춘 풍력터빈과 그 제어방법 - Google Patents

풍력터빈용 블레이드 및 이를 갖춘 풍력터빈과 그 제어방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101291152B1
KR101291152B1 KR1020110088936A KR20110088936A KR101291152B1 KR 101291152 B1 KR101291152 B1 KR 101291152B1 KR 1020110088936 A KR1020110088936 A KR 1020110088936A KR 20110088936 A KR20110088936 A KR 20110088936A KR 101291152 B1 KR101291152 B1 KR 101291152B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
blade
wind turbine
heater
heat transfer
transfer member
Prior art date
Application number
KR1020110088936A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20130025560A (ko
Inventor
이병규
김홍겸
이종환
조영석
하영열
하인철
한동기
Original Assignee
삼성중공업 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성중공업 주식회사 filed Critical 삼성중공업 주식회사
Priority to KR1020110088936A priority Critical patent/KR101291152B1/ko
Publication of KR20130025560A publication Critical patent/KR20130025560A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101291152B1 publication Critical patent/KR101291152B1/ko

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03DWIND MOTORS
    • F03D1/00Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor 
    • F03D1/06Rotors
    • F03D1/065Rotors characterised by their construction elements
    • F03D1/0675Rotors characterised by their construction elements of the blades
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03DWIND MOTORS
    • F03D80/00Details, components or accessories not provided for in groups F03D1/00 - F03D17/00
    • F03D80/40Ice detection; De-icing means
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05BINDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00Control
    • F05B2270/30Control parameters, e.g. input parameters
    • F05B2270/303Temperature
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/72Wind turbines with rotation axis in wind direction

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Wind Motors (AREA)

Abstract

풍력터빈용 블레이드 및 이를 갖춘 풍력터빈과 그 제어방법이 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 풍력터빈용 블레이드는 타워 상부의 나셀에 설치되며 바람에 의해 회전하면서 나셀 내부의 발전기를 구동하는 풍력터빈용 블레이드에 있어서, 블레이드는 리딩엣지 부분에 매설(埋設)된 가열장치를 포함하고, 가열장치는 히터 및 히터의 열을 블레이드 표면으로 확산시키기 위해 히터 위에 적층된 전열부재를 포함한다.

Description

풍력터빈용 블레이드 및 이를 갖춘 풍력터빈과 그 제어방법{BLADE FOR WIND TURBINE, WIND TURBINE HAVING THE BLADE, AND CONTROL METHOD OF THE WIND TURBINE}
본 발명은 풍력터빈용 블레이드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 블레이드 리딩엣지 부분의 디아이싱(deicing) 효율을 높일 수 있도록 한 풍력터빈용 블레이드 및 이를 갖춘 풍력터빈과 그 제어방법에 관한 것이다.
풍력터빈은 풍력에너지를 기계적인 에너지로 변환해 전기를 생산하는 장치로, 온실가스 저감을 위한 청정에너지원으로 각광받고 있다. 통상적인 풍력터빈은 타워(tower)와, 타워의 상부에 장착된 나셀(nacelle)과, 나셀에 연결되며 복수의 블레이드를 갖춘 로터(rotor)를 구비한다.
이러한 풍력터빈은 동절기와 같은 추운 환경에서 운전을 할 경우 블레이드의 리딩엣지(Leading edge) 부분에 결빙이 생길 수 있다. 블레이드 리딩엣지에 형성되는 얼음은 블레이드의 편심을 유발하여 회전을 저해할 수 있고, 심할 경우 풍력터빈의 가동정지를 초래할 수 있다. 따라서 결빙온도 이하의 추운 환경에서 운전하는 풍력터빈은 블레이드 리딩엣지 부분의 얼음을 제거하거나 결빙을 방지하는 디아이싱(deicing)대책이 필요하다.
블레이드의 디아이싱을 위한 방안으로는 블레이드 리딩엣지 부분에 히터를 설치하여 가열하는 방법이 있다. 일 예로 일본 공개특허공보 2010-234989호는 항공기나 풍력터빈 날개구조체의 착빙을 방지하기 위한 것으로, 날개구조체의 리딩엣지 내측에 전열히터 등으로 된 발열체를 설치하는 기술을 제시하고 있다.
그러나 위 공보에 제시된 바와 같이, 단지 블레이드 리딩엣지 부분에 발열체를 설치하여 가열하는 방식은 발열체의 가열을 위한 에너지의 소모가 너무 크기 때문에 실효성이 낮은 결점이 있었다. 즉 통상의 풍력터빈의 블레이드는 강성을 높이면서도 무게를 줄이기 위해 섬유강화플라스틱(fiber-reinforced plastic)처럼 전열성이 떨어지는 소재로 만들기 때문에 리딩엣지 내측에 발열체를 설치하더라도 표면 쪽으로의 열전달이 원활하지 않아 제빙 또는 결빙방지를 위한 에너지의 소모가 너무 큰 문제가 있다.
특허문헌1: 일본 공개특허공보 2010-234989호(2010. 10. 21. 공개)
본 발명의 목적은 블레이드 표면으로의 열전달이 용이하도록 하여 블레이드의 디아이싱 효율을 높이면서도 에너지 소모를 줄일 수 있도록 하는 풍력터빈용 블레이드 및 이를 갖춘 풍력터빈과 그 제어방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 타워 상부의 나셀에 설치되며 바람에 의해 회전하면서 상기 나셀 내부의 발전기를 구동하는 풍력터빈용 블레이드에 있어서, 상기 블레이드는 리딩엣지 부분에 매설(埋設)된 가열장치를 포함하고, 상기 가열장치는 히터 및 히터의 열을 상기 블레이드 표면으로 확산시키기 위해 상기 히터 위에 적층된 전열부재를 포함하는 풍력터빈용 블레이드가 제공될 수 있다.
상기 가열장치는 상기 히터의 열이 상기 전열부재 쪽으로 전달될 수 있도록 상기 히터 하부에 적층된 단열재를 더 포함할 수 있다.
상기 전열부재는 상기 블레이드 리딩엣지 곡면에 대응하도록 휘어진 박판형태일 수 있다.
상기 전열부재는 상기 블레이드 리딩엣지 곡면에 대응하도록 휘어진 철망형태일 수 있다.
상기 전열부재는 상기 블레이드 길이방향으로 길게 연장될 수 있다.
상기 전열부재는 복수 개가 상기 블레이드 길이방향으로 매설될 수 있다.
상기 히터는 복수 개가 상기 블레이드의 길이방향으로 매설되고, 상기 블레이드에 매설된 전원케이블에 각각 연결될 수 있다.
상기 히터는 복수 개가 상기 블레이드의 길이방향으로 매설되고, 상기 블레이드 내에는 상기 각 히터마다 별도로 전원을 공급할 수 있는 전원케이블들이 설치될 수 있다.
상기 히터는 금속피복재를 포함하고, 그 외면이 금속의 용융접합에 의해 마련되는 결합부에 의해 상기 전열부재와 결합될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 타워의 상부에 설치되며 발전기를 갖춘 나셀과, 바람에 의해 회전하면서 상기 발전기를 구동하는 복수의 블레이드와, 상기 블레이드의 리딩엣지 부분에 매설(埋設)된 가열장치를 포함하고, 상기 가열장치는 히터 및 상기 히터의 열을 블레이드 표면으로 확산시키기 위해 히터 위에 적층된 전열부재를 포함하는 풍력터빈이 제공될 수 있다.
상기 풍력터빈은 상기 가열장치의 동작제어를 위한 것으로, 제어부, 외기의 온도를 감지하는 외기온도센서, 히터의 동작제어를 위한 히터구동부, 가열장치의 원격제어를 위한 무선통신부, 사용자가 가동조건을 입력하기 위한 조작부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 외기의 온도를 감지하고, 외기의 온도가 설정온도 미만이면 상기 히터가 가열되도록 상기 히터에 전원을 인가하고, 외기의 온도가 설정온도 이상이면 상기 히터에 전원인가를 중단하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 풍력터빈의 제어방법이 제공될 수 있다.
상기 히터에 전원을 인가할 때는 외기의 온도변화에 대응하여 전압을 단계적으로 변화시킬 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 블레이드 리딩엣지의 부위별로 온도를 다르게 제어할 수 있도록 상기 블레이드의 길이방향으로 매설된 복수의 히터에 각각 전원의 인가조건을 다르게 하는 것을 특징으로 하는 풍력터빈의 제어방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 풍력터빈용 블레이드는 리딩엣지 부분에 매설된 전열부재가 히터의 열을 블레이드의 리딩엣지 표면 전역으로 고르게 확산시키기 때문에 블레이드의 디아이싱 효율을 높이면서도 에너지 소모를 줄일 수 있다.
또 발명의 실시 예에 따른 풍력터빈의 제어방법은 외기의 온도가 설정온도 미만일 때 블레이드 리딩엣지 부분에 매설된 히터를 가동시키고, 외기의 온도가 설정온도 이상일 때 히터를 정지시키도록 제어할 수 있기 때문에 에너지소모를 최소화할 수 있다.
또 본 발명의 실시 예에 따른 풍력터빈의 제어방법은 외기의 온도변화에 대응하여 히터에 인가되는 전압을 단계적으로 변화시키는 방식으로 히터를 제어할 수 있기 때문에 에너지소모를 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 블레이드를 갖춘 풍력터빈의 정면도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 풍력터빈용 블레이드의 사시도로, 가열장치가 설치된 리딩엣지 부분을 절개하여 나타낸 것이다.
도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ' 선에 따른 단면도이다.
도 4는 도 3의 Ⅳ부 상세도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 블레이드를 갖춘 풍력터빈의 가열장치 제어를 위한 구성들을 나타낸 블록도이다.
도 6은 본 실시 예에 따른 블레이드를 갖춘 풍력터빈의 가열장치 제어동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 7과 도 8은 본 실시 예에 따른 풍력터빈용 블레이드에 설치되는 가열장치의 다른 실시 예들을 나타낸 것이다.
이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 블레이드를 갖춘 풍력터빈의 정면도이다. 풍력터빈(10)은 타워(11), 타워(11)의 상단에 설치된 나셀(12), 그리고 나셀(12)에 설치된 복수의 블레이드(13)를 포함한다. 복수의 블레이드(13)는 나셀(12)에 회전하도록 설치된 허브(14)에 방사형으로 설치된다. 블레이드(13)는 바람에 의해 회전함으로써 허브(14)를 회전시키고, 허브(14)는 나셀(12) 내부에 설치된 발전기(미도시)를 회전시켜 전기를 발생시킨다.
이러한 풍력터빈(10)이 결빙온도 이하의 추운 환경에 설치될 경우에는 운전 중 블레이드(13)의 리딩엣지(13a, Leading edge)에 결빙이 생길 수 있다. 블레이드 리딩엣지(13a)에 형성되는 얼음은 블레이드(13) 회전을 저해하고, 심할 경우 풍력터빈(10)의 작동불능을 초래할 수 있다.
따라서 본 실시 예에 따른 풍력터빈(10)용 블레이드(13)는 리딩엣지(13a) 부분의 결빙을 방지하거나 생성된 얼음을 녹여서 제거하기 위한 가열장치(20)를 구비한다.
가열장치(20)는 도 2와 도 3에 도시한 바와 같이, 블레이드 리딩엣지(13a) 표면에 근접하도록 블레이드 리딩엣지(13a) 부분에 매설(埋設)되며, 블레이드(13) 길이방향으로 길게 연장될 수 있다. 구체적으로 가열장치(20)는 블레이드 리딩엣지(13a) 부분에 매설된 히터(21)와, 히터(21)의 열을 블레이드(13) 표면 쪽으로 전달하여 확산시키도록 히터(21)의 위에 적층된 전열부재(22)와, 히터(21)의 열이 전열부재(22) 쪽으로 전달될 수 있도록 히터(21)의 하부에 적층된 단열재(23)를 포함할 수 있다.
전열부재(22)는 블레이드 리딩엣지(13a) 부분의 곡면에 대응하도록 휘어진 박판형태로 마련될 수 있고, 도 2에 도시한 예처럼 철망형태로 마련될 수 있다. 이는 히터(21)의 열이 전열부재(22)를 통해 확산되도록 함으로써 블레이드 리딩엣지(13a) 부분 전역을 고르게 가열함과 동시에 가열효과를 높일 수 있도록 한 것이다. 이러한 전열부재(22)는 구리, 알루미늄, 철 등 전열성이 좋은 소재에 의해 마련될 수 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 철망형태로 된 전열부재(22)는 전열성을 높이는 기능 뿐만 아니라 블레이드(13)의 주 재료가 되는 복합소재(섬유강화플라스틱 등)와 결합성을 높일 수 있고, 자체가 블레이드 리딩엣지(13a) 부분의 강성을 높이는 기능도 할 수 있다. 즉 도 3에 도시한 바와 같이, 전열부재(22)가 블레이드 리딩엣지(13a) 부분의 뼈대 역할도 하기 때문에 블레이드 리딩엣지(13a) 부분의 강성을 강화할 수 있다.
여기서는 블레이드(13) 소재와의 결합성 및 블레이드 리딩엣지(13a) 부분의 보강측면을 고려하여, 철망형태로 된 전열부재(22)를 제시하였으나, 전열부재의 형태가 이에 한정되는 것은 아니다. 전열부재는 주 기능이 히터의 열을 블레이드 표면 쪽으로 확산시키는 것이므로 통상의 금속판형태 또는 그 표면에 요철을 가진 금속판 형태일 수 있다.
히터(21)의 하부에 설치되는 단열재(23)는 석면, 유리섬유, 코르크 등과 같이 단열이 우수한 소재에 의해 마련될 수 있다. 이러한 단열재는 도 3에 도시한 바와 같이, 히터(21)의 하부를 넓게 커버하여 히터(21)의 열이 블레이드(13) 내측으로 확산되는 것을 차단할 수 있다. 이는 그 만큼 히터(21)의 열이 전열부재(22) 쪽으로 전달되어 블레이드 리딩엣지(13a) 부분의 디아이싱(deicing)에 기여할 수 있음을 의미한다.
히터(21)는 도 4에 도시한 바와 같이, 금속튜브와 같은 피복재(21a)를 포함하고, 그 외면이 금속의 용융접합방식으로 마련되는 결합부(25)에 의해 전열부재(22)와 결합될 수 있다. 즉 납땜이나 용접과 같은 금속의 용융접합에 의해 전열부재(22)에 일체화된 형태로 결합될 수 있다. 또 이러한 결합은 히터(21)가 배열되는 방향으로 연속하여 이루어질 수 있다. 이는 히터(21)가 금속소재의 결합부(25)에 의해 전열부재(22)와 결합됨으로써 히터(21)의 열이 전열부재(22)로 원활히 전달될 수 있도록 함과 동시에 히터(21)가 전열부재(22)에 견고히 결합될 수 있도록 한 것이다. 또 이러한 구성은 히터(21)가 전열부재(22)에 미리 결합된 상태에서 설치될 수 있도록 하여 블레이드(13)의 제작과정에서 가열장치(20)를 설치하는 작업이 용이하도록 하는 부수적인 효과도 거둘 수 있도록 한 것이다.
이러한 가열장치(20)를 갖춘 블레이드(13)를 제조할 때는 도 2와 도 3에 도시한 바와 같이, 블레이드(13)의 주 원료가 되는 복합소재를 몰드(mold)를 이용하여 블레이드(13) 형태로 성형하는 과정에서 가열장치(20)를 블레이드 리딩엣지(13a) 부분에 적층하는 방식으로 매설할 수 있다. 따라서 성형이 완료된 상태(성형된 복합소재의 경화가 완료된 상태)에서 블레이드(13) 외면은 매끈한 곡면을 유지할 수 있다.
한편, 제조가 완료된 블레이드에 전술한 바와 같은 가열장치(20)를 설치할 때는 블레이드 리딩엣지(13a) 부분만을 절개하여 제거 한 후, 여기에 가열장치(20)를 설치하고, 가열장치(20) 위에 블레이드 리딩엣지를 이루는 커버를 장착할 수 있다. 이 경우 커버는 볼트를 체결하거나 접착제로 부착하는 방식에 의해 결합될 수 있다. 또 커버가 결합되는 부분의 틈새(테두리부분 틈새) 또는 볼트가 체결되는 부분에는 공기저항을 최소화하기 위해 실란트(sealant) 등을 채우거나 도포하여 매끈한 외면이 유지되도록 할 수 있다.
또 본 실시 예에 따른 풍력터빈(10)은 도 5에 도시한 바와 같이, 가열장치(20)의 동작제어를 위한 제어부(31), 외기의 온도를 감지하는 외기온도센서(32), 사용자가 가동조건을 입력하기 위한 조작부(33), 히터(21)의 전원제어를 위한 히터구동부(34), 가열장치(20)의 원격제어를 위한 무선통신부(35)를 포함할 수 있다.
외기온도센서(32)는 외기의 온도를 감지한 후 이를 제어부(31)에 전송함으로써 제어부(31)가 이를 토대로 히터구동부(34)를 제어할 수 있도록 한다. 조작부(33)는 가열장치(20)의 동작 조건이 되는 설정온도 등을 사용자가 설정할 수 있도록 한다. 무선통신부(35)는 원격제어시스템(미도시)과 교신을 통해 가열장치(20)를 원격제어할 수 있도록 하고, 외기온도, 히터(21)의 가동상태 등의 동작정보를 원격제어시스템으로 전송하는 기능을 한다.
조작부(33), 제어부(31), 무선통신부(35), 히터구동부(34)는 나셀(12)의 내부에 마련될 수 있고, 외기온도센서(32)는 나셀(12)의 외면 등에 설치될 수 있다. 그리고 각 블레이드(13)에 설치된 히터(21)는 히터구동부(34)로부터 풍력터빈의 회전축(미도시)과 허브(14)를 통하여 각 블레이드(13)로 연장되는 전원케이블(미도시)과 연결될 수 있다. 또 회전하는 축으로 전원을 연결할 때는 통상의 직류전동기에서 회전하는 축으로 전원을 연결하는 장치와 유사한 브러시형 전원연결장치를 채용할 수 있다.
도 6은 본 실시 예에 따른 풍력터빈(10)의 가열장치(20) 제어동작을 설명하기 위한 흐름도이다. 도시한 바와 같이, 제어부(31)는 외기온도센서(32)를 통해 외기의 온도를 감지하고(단계 41), 감지된 온도가 설정온도 미만인지를 판단한다(단계 42). 여기서 설정온도는 사용자가 미리 설정한 온도로 결빙조건이 되는 0℃이하의 임의 온도일 수 있다.
단계 42에서 외기의 온도가 설정온도 미만이면, 제어부(31)는 히터구동부(34)를 제어하여 히터(21)에 전원이 인가되도록 함으로써 히터(21)가 가동되도록 한다(단계 43). 그리고 단계 42에서 외기의 온도가 설정온도 이상이면, 제어부(31)는 히터(21)에 전원인가를 중단한다(단계 44). 이처럼 본 실시 예의 가열장치(20)는 외기온도가 설정온도 미만인 경우에만 자동으로 동작하므로 에너지소모를 최소화할 수 있다.
한편, 가열장치(20)가 동작할 때 히터(21)의 열은 전열부재(22)를 통해 블레이드 리딩엣지(13a) 전역으로 빠르게 확산되므로 블레이드 리딩엣지(13a)의 고른 가열이 이루어질 수 있다. 또 히터(21)의 하부는 단열재(23)에 의해 단열된 상태이기 때문에 히터(21)의 열은 대부분 블레이드 리딩엣지(13a) 표면 쪽으로 발산되므로 블레이드 리딩엣지(13a)의 가열효과를 높일 수 있다. 이처럼 본 실시 예에 따른 풍력터빈(10)의 가열장치(20)는 블레이드 리딩엣지(13a) 표면 쪽으로의 열 확산이 빠르고, 대부분의 열을 블레이드 리딩엣지(13a) 표면으로 유도할 수 있기 때문에 에너지 소모를 줄이면서도 블레이드 리딩엣지(13a)의 가열을 빠르게 수행할 수 있다. 이처럼 블레이드 리딩엣지(13a)가 가열되면, 블레이드 리딩엣지(13a)의 결빙을 방지할 수 있다. 물론 블레이드 리딩엣지(13a)에 이미 얼음이 형성된 경우에는 얼음을 녹여 제거할 수 있다.
히터(21)가 가동될 때 제어부(31)는 에너지절감차원에서 주기적으로 설정시간동안 히터(21)에 전원을 인가하였다가 중단하는 형태를 반복하는 방식으로도 제어할 수 있다. 또한 외기의 온도변화에 대응하여 히터(21)에 인가되는 전압을 단계적으로 변화시키는 방식으로 제어할 수도 있다. 예를 들면, 외기온도가 0 ~ -10℃인 경우를 1단계, -11 ~ -20℃를 2단계, -21 ~ -30℃를 3단계 식으로 설정한 후 외기온도가 하강할수록 히터(21)에 인가되는 전압을 높이는 방식으로 제어할 수 있다. 이렇게 하면, 에너지소모를 최소화하면서도 블레이드 리딩엣지(13a)의 결빙을 방지할 수 있다.
도 7과 도 8은 블레이드(13)에 설치되는 가열장치의 다른 실시 예들이다. 도 7의 가열장치(120)는 전열부재(122)의 하면에 블레이드(13)의 길이방향으로 복수의 히터(121a,121b,121c...)가 상호 이격된 상태로 매설되고, 각 히터(121a,121b,121c...)가 블레이드(13)에 매설된 전원케이블(127)에 연결되는 형태다. 또 각 히터(121a,121b,121c...)의 하부에는 도 2의 예와 마찬가지로 단열재(미도시)가 설치될 수 있다.
도 8의 가열장치(220)는 복수의 전열부재(222a,222b,222c...)가 블레이드(13)의 길이방향으로 연이어 매설되고, 각 전열부재(222a,222b,222c...)의 하면에 각각 별도의 히터(221a,221b,221c...)가 설치되며, 각 히터(221a,221b,221c...)가 블레이드(13)에 매설된 전원케이블(227)에 연결되는 것이다. 또 각 히터(221a,221b,221c...)의 하부에는 역시 단열재(미도시)가 설치될 수 있다.
이처럼 상호 분할된 복수의 전열부재(222a,222b,222c...)와 복수의 히터(221a,221b,221c...)가 블레이드(13) 길이방향으로 매설되는 형태는 블레이드(13)의 제작과정에서 이들의 설치가 용이하도록 할 수 있다. 또 풍력터빈(10)의 사용과정에서 히터에 고장이 발생할 경우 고장난 히터가 있는 부분의 블레이드 외면만을 부분적으로 절개한 후 히터와 전열부재를 함께 교체하는 것이 가능하기 때문에 유지보수가 용이할 수 있다.
또 복수의 히터(221a,221b,221c...)가 블레이드(13) 길이방향으로 매설되는 형태는 히터들(221a,221b,221c...) 중 일부에만 선택적으로 전원을 인가함으로써 블레이드 리딩엣지(13a)가 부분적으로 가열되도록 하거나, 각 히터(221a,221b,221c...)마다 전원의 인가조건(전압, 전원공급시간 등)을 달리하여 블레이드 리딩엣지(13a) 부위별로 온도를 다르게 제어할 수도 있다. 이처럼 각 히터(221a,221b,221c...)를 별도로 제어하기 위해 블레이드(13) 내에는 히터마다 별도로 전원을 공급할 수 있는 복수의 전원케이블이 설치될 수 있다.
10: 풍력터빈, 11: 타워,
12: 나셀, 13: 블레이드,
20: 가열장치, 21: 히터,
22: 전열부재, 23: 단열재,
25: 결합부.

Claims (15)

  1. 타워 상부의 나셀에 설치되며 바람에 의해 회전하면서 상기 나셀 내부의 발전기를 구동하는 풍력터빈용 블레이드에 있어서,
    상기 블레이드는 리딩엣지 부분에 매설(埋設)된 가열장치를 포함하고,
    상기 가열장치는 히터 및 상기 히터의 열을 상기 블레이드 표면으로 확산시키기 위해 상기 히터 위에 적층된 전열부재를 포함하며,
    상기 히터는 금속피복재를 포함하고 그 외면이 금속의 용융접합에 의해 마련되는 결합부에 의해 상기 전열부재와 결합되는 풍력터빈용 블레이드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가열장치는 상기 히터의 열이 상기 전열부재 쪽으로 전달될 수 있도록 상기 히터 하부에 적층된 단열재를 더 포함하는 풍력터빈용 블레이드.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전열부재는 상기 블레이드 리딩엣지 곡면에 대응하도록 휘어진 박판형태인 것을 특징으로 하는 풍력터빈용 블레이드.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전열부재는 상기 블레이드 리딩엣지 곡면에 대응하도록 휘어진 철망형태인 것을 특징으로 하는 풍력터빈용 블레이드.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전열부재는 상기 블레이드 길이방향으로 길게 연장된 것을 특징으로 하는 풍력터빈용 블레이드.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전열부재는 복수 개가 상기 블레이드 길이방향으로 매설된 것을 특징으로 하는 풍력터빈용 블레이드.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 히터는 복수 개가 상기 블레이드의 길이방향으로 매설되고 상기 블레이드에 매설된 전원케이블에 각각 연결된 것을 특징으로 하는 풍력터빈용 블레이드.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 히터는 복수 개가 상기 블레이드의 길이방향으로 매설되고,
    상기 블레이드 내에는 상기 각 히터마다 별도로 전원을 공급할 수 있는 전원케이블들이 설치된 것을 특징으로 하는 풍력터빈용 블레이드.
  9. 삭제
  10. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 블레이드를 갖춘 풍력터빈.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 가열장치의 동작제어를 위한 것으로, 제어부, 외기의 온도를 감지하는 외기온도센서, 상기 히터의 동작제어를 위한 히터구동부를 더 포함하는 풍력터빈.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 가열장치의 원격제어를 위한 무선통신부와, 사용자가 가동조건을 입력하기 위한 조작부를 더 포함하는 풍력터빈.
  13. 제11항에 따른 풍력터빈의 제어방법에 있어서,
    외기의 온도를 감지하고,
    외기의 온도가 설정온도 미만이면 상기 히터가 가열되도록 상기 히터에 전원을 인가하고,
    외기의 온도가 설정온도 이상이면 상기 히터에 전원인가를 중단하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 풍력터빈의 제어방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 히터에 전원을 인가할 때는 외기의 온도변화에 대응하여 전압을 단계적으로 변화시키는 것을 특징으로 하는 풍력터빈의 제어방법.
  15. 제8항에 따른 블레이드를 갖춘 풍력터빈의 제어방법에 있어서,
    상기 블레이드 리딩엣지의 부위별로 온도를 다르게 제어할 수 있도록 상기 각 히터에 인가되는 전원의 인가조건을 다르게 하는 것을 특징으로 하는 풍력터빈의 제어방법.
KR1020110088936A 2011-09-02 2011-09-02 풍력터빈용 블레이드 및 이를 갖춘 풍력터빈과 그 제어방법 KR101291152B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110088936A KR101291152B1 (ko) 2011-09-02 2011-09-02 풍력터빈용 블레이드 및 이를 갖춘 풍력터빈과 그 제어방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110088936A KR101291152B1 (ko) 2011-09-02 2011-09-02 풍력터빈용 블레이드 및 이를 갖춘 풍력터빈과 그 제어방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130025560A KR20130025560A (ko) 2013-03-12
KR101291152B1 true KR101291152B1 (ko) 2013-07-31

Family

ID=48177166

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110088936A KR101291152B1 (ko) 2011-09-02 2011-09-02 풍력터빈용 블레이드 및 이를 갖춘 풍력터빈과 그 제어방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101291152B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106438229A (zh) * 2016-10-28 2017-02-22 上海电机学院 适应极端低温环境的兆瓦级风力发电加热***
KR102238008B1 (ko) * 2020-02-24 2021-04-08 한국에너지기술연구원 수지전달주조로 제작되는 복합재 구조물을 위한 방빙 열선 연결 장치 및 이의 제작 방법

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101954616B1 (ko) * 2017-02-06 2019-03-08 (주)티엔케이 자체 제빙 풍력블레이드
CN107905961B (zh) 2017-11-09 2019-12-20 新疆金风科技股份有限公司 叶片的加热除冰***及其方法、叶片和风力发电机组

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3038676U (ja) * 1996-12-11 1997-06-24 明治機械株式会社 粉状乳製品用保温カバ−
JP2010234989A (ja) * 2009-03-31 2010-10-21 Ikutoku Gakuen Kanagawa Koka Daigaku 着氷防止構造を有する翼構造体
US20110038729A1 (en) * 2009-08-11 2011-02-17 EcoTemp International, Inc. Wind turbines
WO2011092481A1 (en) * 2010-01-29 2011-08-04 Gkn Aerospace Services Limited Electrothermal heater

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3038676U (ja) * 1996-12-11 1997-06-24 明治機械株式会社 粉状乳製品用保温カバ−
JP2010234989A (ja) * 2009-03-31 2010-10-21 Ikutoku Gakuen Kanagawa Koka Daigaku 着氷防止構造を有する翼構造体
US20110038729A1 (en) * 2009-08-11 2011-02-17 EcoTemp International, Inc. Wind turbines
WO2011092481A1 (en) * 2010-01-29 2011-08-04 Gkn Aerospace Services Limited Electrothermal heater

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106438229A (zh) * 2016-10-28 2017-02-22 上海电机学院 适应极端低温环境的兆瓦级风力发电加热***
KR102238008B1 (ko) * 2020-02-24 2021-04-08 한국에너지기술연구원 수지전달주조로 제작되는 복합재 구조물을 위한 방빙 열선 연결 장치 및 이의 제작 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20130025560A (ko) 2013-03-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107084100B (zh) 一种基于石墨烯加热膜的风电叶片加热融冰***及该叶片的制作方法
US9482208B2 (en) Wind turbine rotor blade having an electrical heating arrangement and method of making the same
RU2591369C2 (ru) Лопатка ветровой турбины и способ изготовления такой лопатки
KR101291152B1 (ko) 풍력터빈용 블레이드 및 이를 갖춘 풍력터빈과 그 제어방법
CN103161689B (zh) 一种大型风力发电组合叶片防冰与除冰***
CN103538724B (zh) 航空器冰保护***和方法
CN105626370B (zh) 一种抗冰风电叶片结构
DK2597305T3 (en) Wind turbine rotor blade with a heating means and method for producing the same
EP1715159B1 (en) Aircraft engine nacelle inlet having access opening for electrical ice protection system
CA2914727C (en) Rotor blade deicing
CN104995403B (zh) 风力发电站的转子叶片
CN105143667B (zh) 风能设施的转子叶片
US20150056074A1 (en) System and method for deicing wind turbine rotor blades
CA2770950A1 (en) Wind turbines
EP3478959B1 (en) Busbars in a stacking arrangement
CA2813659C (en) Rotor blade with heating device for a wind turbine
CN107859603B (zh) 一种防冰除冰风电叶片及其制作方法
CN106438226B (zh) 用于风力发电机叶片的循环电加热融防冰装置
ITMI20110329A1 (it) Aerogeneratore provvisto di dispositivi antighiaccio e metodo per prevenire la formazione di ghiaccio su pale di un aerogeneratore
CN112922792B (zh) 叶片电热复合膜、叶片、风力发电机组及制造叶片的方法
DK201470503A1 (en) System and method for deicing wind turbine rotor blades
KR101954616B1 (ko) 자체 제빙 풍력블레이드
CN206299047U (zh) 自热防水卷材及防水结构
CN103161682A (zh) 大型玻璃钢风力发电机机舱罩除霜装置
CN110481795A (zh) 一种石墨烯复合材料直升机旋翼防除冰装置及制作方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant