KR20130095581A - Superconducting wind turbine generator having cryo-cooling system operating by self-generated power - Google Patents

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KR20130095581A
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박민원
유인근
김광민
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창원대학교 산학협력단
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Abstract

PURPOSE: A superconductive wind power generator with a cooling system operated by self-generated power is provided to operate a cryogenic cooling device using some of the self-generated power. CONSTITUTION: A superconductive wind power generator with a cooling system operated by self-generated power comprises a wind power generating part (100), a power conversion part (200), a cooling part (300), and a control part (500). The wind power generating part has a rotor made of a superconductive coil and converts rotating force generated by wind power to first electric energy. The power conversion part converts the first electric energy to second electric energy. The cooling part cools the rotor to maintain the rotor at a predetermined temperature or less. The control part controls to supply the second electric energy to each component. [Reference numerals] (100) Wind power generating part; (200) Power conversion part; (300) Cooling part; (500) Control part; (AA) System side

Description

자체 발전 전력으로 구동되는 냉각 시스템이 구비된 초전도 풍력 발전기{Superconducting wind turbine generator having cryo-cooling system operating by self-generated power}Superconducting wind turbine generator having cryo-cooling system operating by self-generated power

본 발명은 초전도 풍력 발전기에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 초전도 풍력 발전기에서 발전되는 전력 중 일부를 극저온 냉각 장치용 전원으로 사용하는 초전도 풍력 발전기에 관한 것이다.
The present invention relates to a superconducting wind generator, and more particularly, to a superconducting wind generator using a portion of the power generated in the superconducting wind generator as a power source for cryogenic cooling device.

풍력은 자연상태의 무공해 에너지원으로서 대체에너지원 중 가장 경제성이 좋은 에너지원이다. 풍력발전시스템은 다양한 형태의 풍차를 이용하여 바람 에너지를 기계적 에너지로 변환하고, 이 기계적 에너지로 발전기를 구동하여 전력을 얻어내는 발전 시스템을 말한다. 이러한 풍력발전시스템은 무한정의 청정에너지인 바람을 동력원으로 하므로 기존의 화석연료나 우라늄 등을 이용한 발전방식과 달리 발열에 의한 열 공해나 대기오염 그리고 방사능 누출 등과 같은 문제가 없는 무공해 발전방식이다. 이에 따라 풍력 발전은 현재 가장 유력한 대체 에너지원으로 인정받고 있는 상태이며 전 세계적으로 그 활용이 증가하고 있는 추세에 있다.Wind power is a pollution-free energy source in the natural state and is the most economical energy source among alternative energy sources. The wind power generation system refers to a power generation system that converts wind energy into mechanical energy using various types of windmills, and generates electric power by driving a generator with the mechanical energy. Since the wind power generation system uses the wind power, which is infinitely clean energy, is a pollution-free power generation method without problems such as heat pollution, air pollution, and radioactive leakage due to heat generation, unlike conventional power generation methods using fossil fuel or uranium. Accordingly, wind power is currently recognized as the most viable alternative energy source, and its use is increasing worldwide.

또한, 극저온에서 전기적 저항이 '0'이 되는 초전도체가 개발되면서 상기 풍력발전시스템에서 사용되는 회전자로 초전도 선재의 코일이 적용되었다. 상기 초전도 선재의 코일로 구성되는 풍력발전시스템은 고자장, 저손실, 높은 토크와 같은 특성에 따라 구리 등의 일반 금속 도체를 이용하여 제작된 풍력 발전기와 비교하여 효율 향상 및 부피와 비용 감소를 도모할 수 있다.In addition, as a superconductor having an electrical resistance of '0' at cryogenic temperatures was developed, a coil of superconducting wire was applied as a rotor used in the wind power generation system. The wind power generation system composed of the coil of the superconducting wire can improve the efficiency and reduce the volume and cost compared to the wind power generator manufactured using the general metal conductor such as copper according to the characteristics such as high magnetic field, low loss and high torque. Can be.

이와 같은 초전도 선재의 코일을 적용한 풍력발전시스템은 US 공개특허 제 20100259117호를 통해 제시되었다. 상기 종래 기술에서는 고온 초전도 선재의 코일을 적용하여 비교적 높은 극저온 상태에서도 동작이 가능하고, 발전 효율이 향상되는 초전도 풍력 발전시스템에 대해서 제시하고 있다.The wind power generation system using the coil of such a superconducting wire has been presented through US Patent Publication No. 20100259117. The prior art proposes a superconducting wind power generation system capable of operating in a relatively high cryogenic state by applying a coil of a high temperature superconducting wire and improving power generation efficiency.

이때, 상기 초전도 선재의 코일은 일정 온도 이하에서만 초전도체 성질을 유지하므로, 상기 초전도 풍력발전시스템은 극저온의 환경에서 동작해야 한다. 따라서, 초전도 풍력 발전기는 초전도 선재 코일을 냉각시키기 위한 별도의 냉각 시스템이 필요하며 이를 위한 별도의 전원 공급 장치가 구비되어야 한다.
At this time, since the coil of the superconducting wire maintains the superconductor property only at a predetermined temperature or less, the superconducting wind power generation system should operate in a cryogenic environment. Therefore, the superconducting wind generator requires a separate cooling system for cooling the superconducting wire coil and a separate power supply device for this purpose.

US 공개특허 제 20100259117호US Patent Publication No. 20100259117

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 초전도 풍력 발전기에서 발전되는 전력 중 일부를 극저온 냉각부 전원으로 공급하여 자체 발전 전력으로 구동되는 냉각시스템이 구비된 초전도 풍력 발전기를 제공하고자 한다.The present invention has been made to solve the above problems, to provide a superconducting wind generator with a cooling system driven by self-generated power by supplying some of the power generated in the superconducting wind generator to the cryogenic cooling unit power. .

또한, 본 발명은 초전도 풍력 발전기에서 발전되는 전력을 극저온 냉각부 및 축전부 등에 효율적으로 배분하여 자체 발전 전력으로 구동되는 냉각시스템이 구비된 초전도 풍력 발전기를 제공하고자 한다.In addition, the present invention is to provide a superconducting wind generator with a cooling system driven by self-generated power by efficiently allocating the power generated in the superconducting wind generator to the cryogenic cooling unit and the power storage unit.

또한, 본 발명은 다양한 냉각 방식을 제공하는 냉각시스템이 구비된 초전도 풍력 발전기를 제공하고자 한다.
In addition, the present invention is to provide a superconducting wind generator with a cooling system that provides a variety of cooling methods.

본 발명의 일 측면에 따른 자체 발전 전력으로 구동되는 냉각 시스템이 구비된 초전도 풍력발전기는 초전도 선재의 코일로 구성된 회전자를 포함하여, 풍력에 의한 회전력을 제1 전기에너지로 전환하는 풍력발전부; 상기 제1 전기에너지를 제2 전기에너지로 변환하는 전력변환부; 상기 풍력발전부의 회전자가 일정 온도 이하를 유지하도록 상기 회전자를 냉각시키는 냉각부; 및 상기 제2 전기에너지가 각 구성요소에 공급되도록 제어하는 제어부를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a superconducting wind power generator including a cooling system driven by self-generated power, including: a wind turbine for converting rotational force caused by wind into first electrical energy, including a rotor composed of a coil of a superconducting wire; A power converter converting the first electrical energy into second electrical energy; A cooling unit cooling the rotor so that the rotor of the wind power generator maintains a predetermined temperature or less; And a controller for controlling the second electric energy to be supplied to each component.

이때, 상기 제2 전기에너지를 저장하는 축전부를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 냉각부에 공급되는 전력량이 상기 냉각부의 구동을 위한 필요 전력량 미만이면, 상기 축전부에 저장된 제2 전기에너지가 상기 냉각부에 공급되도록 제어할 수 있다.The power storage unit may further include a power storage unit configured to store the second electric energy, and the controller may control the second electric energy stored in the power storage unit when the amount of power supplied to the cooling unit is less than the amount of power required for driving the cooling unit. It can be controlled to be supplied to the cooling unit.

또한, 상기 제2 전기에너지를 저장하는 축전부를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 제2 전기에너지 중 상기 냉각부의 구동을 위한 필요 전력량은 상기 냉각부에 공급되도록 제어하고, 남은 잉여 전력은 상기 축전부에 공급되도록 제어할 수도 있다.The power storage unit may further include a power storage unit configured to store the second electric energy, and the controller may control an amount of power required for driving the cooling unit among the second electric energy to be supplied to the cooling unit, and the remaining surplus power may be stored in the power storage unit. It may be controlled to be supplied to the wealth.

본 발명에 적용가능한 일 실시예에서 상기 냉각부는, 상기 풍력발전부 내부의 회전자 몸체 내부에 설치될 수 있다.In one embodiment applicable to the present invention, the cooling unit may be installed in the rotor body inside the wind turbine.

이때, 상기 냉각부는, 냉매순환 방식 또는 전도 냉각 방식 중 선택되는 어느 하나의 방식을 이용하여 상기 풍력발전부의 회전자를 냉각시킬 수 있다.At this time, the cooling unit may cool the rotor of the wind power generation unit by using any one of a refrigerant circulation method or a conductive cooling method.

바람직하게는, 상기 제어부는, 상기 풍력발전부의 회전자의 온도가 일정 온도 이상이 되면, 상기 냉각부가 냉매순환 방식을 이용하여 상기 회전자를 냉각하도록 제어한다.Preferably, the control unit, when the temperature of the rotor of the wind turbine is a predetermined temperature or more, the cooling unit controls to cool the rotor using a refrigerant circulation method.

본 발명에 적용가능한 다른 실시예에서 상기 냉각부는, 상기 풍력발전부 내부에 설치되는 제1 냉각부; 및 상기 풍력발전부 외부에 설치되는 제2 냉각부를 포함할 수 있다.
In another embodiment applicable to the present invention, the cooling unit includes: a first cooling unit installed inside the wind power generation unit; And a second cooling unit installed outside the wind power generator.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 초전도 풍력 발전기는 발전되는 전력 중 일부를 극저온 냉각부 전원으로 공급하여 냉각 시스템이 자체 발전 전력으로 구동될 수 있는 효과가 있다.The superconducting wind generator according to the preferred embodiment of the present invention has an effect that the cooling system can be driven by its own power generation by supplying some of the generated power to the cryogenic cooling unit power.

또한, 본 발명은 별도의 제어부 및 축전부를 포함하여, 초전도 풍력 발전기에서 발전되는 전력을 극저온 냉각부 및 축전부 등에 효율적으로 배분하는 효과가 있다.In addition, the present invention includes an additional control unit and a power storage unit, there is an effect of efficiently distributing the power generated in the superconducting wind generator, such as cryogenic cooling unit and power storage unit.

또한, 본 발명은 극저온 냉각부가 회전자 몸체 내부에 설치되는 경우 다양한 냉각 방식의 제어를 통해 효율적인 냉각 효과를 제공할 수 있다.
In addition, the present invention can provide an efficient cooling effect through the control of various cooling methods when the cryogenic cooling unit is installed inside the rotor body.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자체 발전 전력으로 구동되는 냉각 시스템이 구비된 초전도 풍력 발전기를 나타낸 도면;
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 자체 발전 전력으로 구동되는 냉각 시스템이 구비된 초전도 풍력 발전기를 나타낸 도면;
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 자체 발전 전력으로 구동되는 냉각 시스템이 구비된 초전도 풍력 발전기를 나타낸 도면; 및
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 자체 발전 전력으로 구동되는 냉각 시스템이 구비된 초전도 풍력 발전기를 나타낸 도면이다.1 is a view showing a superconducting wind generator with a cooling system driven by self-generated power according to an embodiment of the present invention;
2 shows a superconducting wind generator with a cooling system driven by self-generated power according to another embodiment of the present invention;
3 shows a superconducting wind generator with a cooling system driven by self-generated power according to another embodiment of the invention; And
4 is a diagram illustrating a superconducting wind generator with a cooling system driven by self-generated power according to another embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention is capable of various modifications and various embodiments, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. It should be understood, however, that it is not intended to be limited to the specific embodiments of the invention but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자체 발전 전력으로 구동되는 냉각 시스템이 구비된 초전도 풍력 발전기를 나타낸 도면이다.1 is a view showing a superconducting wind generator with a cooling system driven by self-generated power according to an embodiment of the present invention.

도 1 에 도시된 바와 같이, 본 발명에 적용가능한 바람직한 실시예에서 자체 발전 전력으로 구동되는 냉각 시스템이 구비된 초전도 풍력 발전기는 초전도 선재의 코일로 구성된 회전자를 포함하여 풍력에 의한 회전력을 제1 전기에너지로 전환하는 풍력발전부(100); 상기 제1 전기에너지를 제2 전기에너지로 변환하는 전력변환부(200); 상기 풍력발전부(100)의 회전자가 일정 온도 이하를 유지하도록 상기 회전자를 냉각시키는 냉각부(300); 및 상기 제2 전기 에너지가 각 구성요소에 공급되도록 제어하는 제어부(500)를 포함한다.
As shown in FIG. 1, in a preferred embodiment applicable to the present invention, a superconducting wind generator with a cooling system driven by self-generated power includes a rotor composed of coils of superconducting wires to provide rotational force by wind power. Wind power generation unit 100 for converting into electrical energy; A power converter 200 for converting the first electrical energy into second electrical energy; Cooling unit 300 for cooling the rotor so that the rotor of the wind power generator 100 maintains a predetermined temperature or less; And a controller 500 for controlling the second electric energy to be supplied to each component.

풍력발전부(100)는 초전도 선재의 코일로 구성된 회전자를 포함하여 풍력에 의한 회전력을 제1 전기에너지로 전환한다. 보다 상세하게는, 상기 풍력발전부(100)는 풍력에 의해 블레이드가 회전하며 초전도 선재의 코일로 구성된 회전자도 회전하게 되고, 상기 회전자의 회전으로 인해 고정자로의 자속이 변화하며 상기 고정자에 기전력이 유도되는 방식을 통해 제1 전기에너지를 발전한다. 이는 상기 풍력발전부(100)의 간단한 동작원리로 상기 풍력발전부(100)는 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있다.The wind power generator 100 converts the rotational force by the wind into the first electrical energy, including a rotor composed of a coil of superconducting wire. More specifically, the wind power generator 100 is rotated by the wind blades and rotates the rotor consisting of a coil of superconducting wire, the magnetic flux to the stator changes due to the rotation of the rotor to the stator The first electric energy is generated in a manner in which electromotive force is induced. This is a simple operation principle of the wind turbine 100, the wind turbine 100 may be implemented in a modified form in a range without departing from the essential characteristics.

이때, 상기 초전도 선재의 코일로는 저온 초전도 물질뿐만 아니라 고온 초전도 물질도 적용될 수 있다. 상기 초전도 선재의 코일은 적용되는 초전도 물질의 특성에 알맞은 방식으로 권선될 수 있다.
In this case, the coil of the superconducting wire may be applied to a high temperature superconducting material as well as a low temperature superconducting material. The coil of the superconducting wire may be wound in a manner suitable for the characteristics of the superconducting material applied thereto.

전력변환부(200)는 상기 풍력발전부(100)를 통해 발전되는 제1 전기에너지를 제2 전기에너지로 변환한다. 본 발명에 적용가능한 실시예에서, 상기 전력변환부(200)는 상기 풍력발전부(100)를 통해 발전되는 제1 전기에너지의 형태에 따라 다양하게 변형된 형태로 구현될 수 있다. 예를 들면, 상기 풍력발전부(100)로부터 발전되는 제1 전기에너지가 단상 교류라면 상기 전력변환부(200)는 상기 단상 교류의 제1 전기에너지를 각 구성요소에 공급될 수 있는 직류 또는 일정 주파수의 단상 교류 형태의 제2 전기에너지로 변환할 수 있다. 또는 상기 풍력발전부(100)로부터 발전되는 제1 전기에너지가 3상 교류라면 상기 전력변환부(200)는 상기 3상 교류의 제1 전기에너지를 각 구성요소에 공급될 수 있는 직류 또는 일정 주파수의 3상 교류 형태의 제2 전기에너지로 변환할 수 있다. 이때, 상기 전력변환부(200)는 불규칙한 풍력으로부터 발전되는 일정하지 않은 주파수 성분의 제1 전기에너지를 계통 및 각 구성요소에 공급될 수 있는 제2 전기에너지로 변환하는 모듈로서, 상기 전력변환부(200)는 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있다.
The power converter 200 converts first electric energy generated through the wind power generator 100 into second electric energy. In an embodiment applicable to the present invention, the power conversion unit 200 may be implemented in variously modified forms according to the form of the first electrical energy generated through the wind power generation unit 100. For example, if the first electric energy generated from the wind power generator 100 is single-phase alternating current, the power converter 200 may provide a direct current or a constant voltage to supply the first electrical energy of the single-phase alternating current to each component. It can be converted into the second electrical energy in the form of single-phase alternating current of frequency. Alternatively, if the first electric energy generated from the wind power generator 100 is a three-phase alternating current, the power converter 200 may provide a direct current or a predetermined frequency to supply the first electrical energy of the three-phase alternating current to each component. Can be converted into a second electrical energy in the form of a three-phase alternating current. In this case, the power converter 200 is a module for converting the first electrical energy of the non-constant frequency component generated from the irregular wind power to the second electrical energy that can be supplied to the system and each component, the power converter 200 may be implemented in a modified form without departing from the essential characteristics.

냉각부(300)는 상기 풍력발전부(100)의 회전자가 일정 온도 이하를 유지하도록 상기 회전자를 냉각시킨다. 본 발명에 적용가능한 바람직한 실시예에서, 상기 냉각부(300)는 냉매순환 방식을 이용하여 상기 풍력발전부(100)의 회전자를 냉각시킬 수 있다. 냉매순환 방식이란 냉각된 저온의 냉매를 순환시켜 냉각하는 방식을 말한다. 이때, 상기 냉각부(300)는 상기 풍력발전부(100)의 회전자에 적용되는 초전도 선재의 코일에 따라 알맞은 온도의 저온 냉매를 순환시켜 상기 회전자를 냉각시킬 수 있다. 예를 들면, 임계온도가 약 10K인 니오브-티탄 합금 재료의 코일이 상기 회전자에 적용되는 경우, 상기 냉각부(300)는 약 10K 이하의 온도를 유지하도록 한다. 또한, 임계온도가 약 93K인 BSCCO 재료의 코일이 상기 회전자에 적용되는 경우, 상기 냉각부(300)는 약 93K 이하의 온도를 유지하도록 한다.The cooling unit 300 cools the rotor so that the rotor of the wind power generator 100 maintains a predetermined temperature or less. In a preferred embodiment applicable to the present invention, the cooling unit 300 may cool the rotor of the wind power generator 100 using a refrigerant circulation method. The refrigerant circulation method refers to a method of circulating and cooling a cooled low temperature refrigerant. At this time, the cooling unit 300 may cool the rotor by circulating a low temperature refrigerant of a suitable temperature in accordance with the coil of the superconducting wire applied to the rotor of the wind turbine (100). For example, when a coil of niobium-titanium alloy material having a critical temperature of about 10K is applied to the rotor, the cooling unit 300 maintains a temperature of about 10K or less. In addition, when a coil of BSCCO material having a critical temperature of about 93K is applied to the rotor, the cooling unit 300 maintains a temperature of about 93K or less.

또한, 상기 냉각부(300)는 전도냉각 방식을 이용하여 상기 풍력발전부(100)의 회전자를 냉각시킬 수 있다. 이때, 전도냉각 방식이란 극저온 냉동기 저온부에 냉각 대상을 직·간접으로 접촉시켜 냉각하는 방식을 말한다. 본 발명에 적용가능한 바람직한 실시예에서, 상기 풍력발전부(100)의 회전자가 저온 초전도 선재의 코일로 구성되는 경우에는 열적 안정성이 우수한 냉매순환 방식을 이용하고, 상기 풍력발전부(100)의 회전자가 고온 초전도 선재의 코일로 구성되는 경우에는 비교적 전력 소모가 적은 전도냉각 방식을 이용할 수 있다. 이는 일 실시예로, 상기 풍력발전부(100)의 회전자를 냉각하기 위한 상기 냉각부(300)의 냉각 방식은 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있다.In addition, the cooling unit 300 may cool the rotor of the wind power generator 100 by using a conductive cooling method. In this case, the conduction cooling method refers to a method of cooling by directly or indirectly contacting a cooling target with a cryogenic freezer. In a preferred embodiment applicable to the present invention, when the rotor of the wind turbine 100 is composed of a coil of a low temperature superconducting wire, it uses a refrigerant circulation method excellent in thermal stability, the rotation of the wind turbine 100 When the coil is composed of a self-heating superconducting wire, it is possible to use a conductive cooling method with relatively low power consumption. This is an embodiment, the cooling method of the cooling unit 300 for cooling the rotor of the wind power generator 100 may be implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention.

또한, 상기 냉각부(300)는 상기 두 냉각 방식을 모두 이용하여 상기 풍력발전부(100)의 회전자를 냉각할 수도 있다.
In addition, the cooling unit 300 may cool the rotor of the wind power generator 100 using both cooling methods.

제어부(500)는 상기 전력변환부(200)를 통해 변환된 제2 전기에너지가 각 구성요소에 공급되도록 제어한다. 보다 상세하게는, 상기 제어부(500)는 상기 제2 전기에너지가 각 구성요소에 공급되는 전력량을 제어한다.
The controller 500 controls the second electric energy converted through the power converter 200 to be supplied to each component. In more detail, the controller 500 controls the amount of power supplied with the second electric energy to each component.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 자체 발전 전력으로 구동되는 냉각 시스템이 구비된 초전도 풍력 발전기를 나타낸 도면이다.2 is a view showing a superconducting wind generator with a cooling system driven by self-generated power according to another embodiment of the present invention.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 적용가능한 바람직한 실시예에서 자체 발전 전력으로 구동되는 냉각 시스템이 구비된 초전도 풍력 발전기는 전력변환부(200)를 통해 변환된 제2 전기 에너지를 저장하는 축전부(400)를 포함할 수 있다.
As shown in FIG. 2, in a preferred embodiment applicable to the present invention, a superconducting wind generator with a cooling system driven by self-generated power may store electricity that stores second electric energy converted through the power converter 200. It may include a portion 400.

축전부(400)는 상기 전력변환부(200)에 의해 변환된 제2 전기에너지를 저장할 수 있다. 본 발명에 적용가능한 바람직한 실시예에서, 상기 자체 발전 전력으로 구동되는 냉각 시스템이 구비된 초전도 풍력 발전기는 축전부(400)를 구비하여 상기 냉각부에 공급되는 전력량이 상기 냉각부의 구동을 위한 필요 전력량보다 부족한 경우, 상기 축전부(400)에 저장된 전력을 상기 냉각부(300)에 공급할 수 있다. 이하 상기 축전부(400)에 저장된 전력을 상기 냉각부(300)에 공급하는 방법은 제어부(500)의 상세한 설명에서 설명한다.The power storage unit 400 may store the second electric energy converted by the power converter 200. In a preferred embodiment applicable to the present invention, the superconducting wind generator having a cooling system driven by the self-generated power has a power storage unit 400, the amount of power supplied to the cooling unit is required power for driving the cooling unit If more insufficient, power stored in the power storage unit 400 may be supplied to the cooling unit 300. Hereinafter, a method of supplying power stored in the power storage unit 400 to the cooling unit 300 will be described in detail with reference to the control unit 500.

상기 축전부(400)의 축전 용량은 상기 풍력발전부(100)에서 발전되는 평균 전력량 또는 상기 냉각부(300)의 구동을 위한 필요 전력량 등을 고려하여 설정될 수 있다. 본 발명에 적용가능한 실시예에서 상기 축전부(400)의 축전 용량은 상기 풍력발전부(100)에서 발전되는 하루 평균 전력량에서 상기 냉각부(300)를 하루 구동하기 위한 필요 전력량을 감한 전력량 이상의 용량으로 할 수 있다. 이는 일 실시예로, 상기 축전부(400)의 축전 용량은 여러 변형된 형태로 구현될 수 있다.
The power storage capacity of the power storage unit 400 may be set in consideration of the average power generated in the wind power generator 100 or the amount of power required for driving the cooling unit 300. In an embodiment applicable to the present invention, the power storage capacity of the power storage unit 400 is equal to or greater than the amount of power subtracted from the average power generated by the wind power generator 100 to drive the cooling unit 300 per day. You can do This is an embodiment, the power storage capacity of the power storage unit 400 may be implemented in various modified forms.

본 발명에 적용가능한 실시예에서 상기 제어부(500)는 상기 전력변환부(200)에 의해 변환되는 제2 전기에너지 중 상기 냉각부(300)의 구동을 위한 필요 전력량은 상기 냉각부(300)에 공급되도록 제어하고, 남은 잉여 전력은 상기 축전부(400)에 공급되도록 제어할 수 있다.이때, 자연발생적인 풍력은 불규칙하므로, 이를 이용하여 발전되는 전력량 또한 불규칙하게 된다. 그러므로 상기 제어부(500)는 상기 전력변환부(200)에 의해 변환되는 제2 전기에너지가 우선적으로 상기 냉각부(300)에 공급되도록 제어하여 상기 냉각부(100)가 안정적으로 구동되도록 한다. 이후 잉여 전력은 상기 축전부(400)에 공급되도록 제어할 수 있다. 이때, 상기 축전부(400)가 완충되었다면 상기 제어부(500)는 상기 잉여 전력이 기타 구성요소에 공급되도록 제어할 수 있다. 상기 제어부(500)의 각 구성요소에 공급되는 전력량의 제어 방법은 관리자에 의해 설정될 수 있다. 또한, 상기 제어 방법은 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있다.In the embodiment applicable to the present invention, the control unit 500 of the second electric energy converted by the power conversion unit 200 is required power for the driving of the cooling unit 300 to the cooling unit 300 It is controlled to be supplied, and the remaining surplus power can be controlled to be supplied to the power storage unit 400. At this time, since the naturally occurring wind power is irregular, the amount of power generated by using it is also irregular. Therefore, the controller 500 controls the second electric energy converted by the power converter 200 to be supplied to the cooling unit 300 first so that the cooling unit 100 is stably driven. After that, the surplus power may be controlled to be supplied to the power storage unit 400. At this time, if the power storage unit 400 is fully buffered, the controller 500 may control the surplus power to be supplied to other components. The method of controlling the amount of power supplied to each component of the controller 500 may be set by an administrator. In addition, the control method may be implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention.

또한, 본 발명에 적용가능한 바람직한 실시예에서, 상기 제어부(500)는 상기 냉각부(300)에 공급되는 전력량이 상기 냉각부(300)의 구동을 위한 필요 전력량 미만이면, 상기 축전부(400)에 저장된 제2 전기에너지가 상기 냉각부(300)에 공급되도록 제어할 수 있다. 이때, 상기 축전부(400)에 저장되어 있는 제2 전기에너지가 없다면, 상기 제어부(500)는 외부 전원을 이용하여 상기 냉각부(300)를 구동시킬 수 있다.In addition, in a preferred embodiment applicable to the present invention, the control unit 500, if the amount of power supplied to the cooling unit 300 is less than the amount of power required for driving the cooling unit 300, the power storage unit 400 The second electrical energy stored in the control unit may be supplied to the cooling unit 300. In this case, if there is no second electrical energy stored in the power storage unit 400, the controller 500 may drive the cooling unit 300 by using an external power source.

또는, 본 발명에 적용가능한 다른 실시예에서, 상기 제어부(500)는 상기 초전도 풍력 발전기로부터 발전되는 전력량이 일정 전력량 미만인 경우, 상기 냉각부(300)가 축전부(400)에 저장된 제2 전기에너지를 이용하여 구동되도록 제어할 수도 있다.
Alternatively, in another embodiment applicable to the present invention, when the amount of power generated from the superconducting wind generator is less than a predetermined amount of power, the cooling unit 300 stores the second electric energy stored in the power storage unit 400. It can also be controlled to be driven using.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 자체 발전 전력으로 구동되는 냉각 시스템이 구비된 초전도 풍력 발전기를 나타낸 도면이다.3 is a view showing a superconducting wind generator with a cooling system driven by self-generated power according to another embodiment of the present invention.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 냉각부(300)는 상기 풍력발전부(100) 내부의 회전자 몸체 내부에 설치될 수 있다. As shown in FIG. 3, the cooling unit 300 may be installed in the rotor body inside the wind power generator 100.

이때, 상기 냉각부(300)가 상기 회전자 몸체 내부에 설치되기 위해서는 상기 풍력발전부(100)의 외부에 설치되는 경우보다 소형화 및 경량화되어야 한다. 그러므로 본 발명에 적용가능한 실시예에서 상기 회전자 몸체 내부에 설치되는 냉각부(300)는 냉매순환 방식을 이용한 냉각 장치 및 소형화 및 경량화에 유리한 전도냉각 방식을 이용하는 냉각 장치를 포함할 수 있다. 또는, 상기 냉각부(300)는 전도냉각 방식을 이용한 냉각 장치만으로 구성될 수도 있다.At this time, in order to be installed inside the rotor body, the cooling unit 300 should be smaller and lighter than the case where the cooling unit 300 is installed outside the wind power generator 100. Therefore, in an embodiment applicable to the present invention, the cooling unit 300 installed inside the rotor body may include a cooling device using a refrigerant circulation method and a cooling device using a conductive cooling method that is advantageous for miniaturization and light weight. Alternatively, the cooling unit 300 may be configured of only a cooling device using a conductive cooling method.

본 발명에 적용가능한 바람직한 실시예에서, 상기 냉각부(300)는 우선적으로는 전도냉각 방식으로 상기 풍력발전부의 회전자를 냉각시키고, 상기 회전자의 온도가 일정 온도 이상이 되면 비교적 열적 안정성이 우수한 냉매순환 방식으로 상기 회전자를 냉각시킬 수 있다. 이때, 상기 냉각부(300)의 구동은 상기 제어부(500)에 의해 제어될 수 있다.
In a preferred embodiment applicable to the present invention, the cooling unit 300 preferentially cools the rotor of the wind power generation unit by conduction cooling, and is relatively excellent in thermal stability when the temperature of the rotor is above a certain temperature. The rotor may be cooled by a refrigerant circulation method. In this case, the driving of the cooling unit 300 may be controlled by the control unit 500.

상기 제어부(500)는 상기 풍력발전부(100)의 회전자의 온도가 일정 이상이 되면, 상기 냉각부(300)가 냉매 순환 방식을 이용하여 상기 회전부를 냉각하도록 제어할 수 있다. 초전도 선재의 초전도성을 유지하기 위해서는 상기 초전도 선재 또는 상기 초전도 선재를 포함하는 회전자가 임계 온도 이하로 유지되어야 한다. 즉, 상기 초전도 선재의 초전도성을 유지하기 위하여, 상기 제어부는 상기 회전자의 온도가 일정 이상이 되면 상기 냉각부(300)가 비교적 열적 안정성이 우수한 냉매 순환 방식으로 상기 회전자를 냉각하도록 제어하여, 상기 회전자가 임계 온도 이하로 유지되도록 할 수 있다. The controller 500 may control the cooling unit 300 to cool the rotating unit by using a refrigerant circulation method when the temperature of the rotor of the wind power generator 100 reaches a predetermined value or more. In order to maintain the superconductivity of the superconducting wire, the superconducting wire or the rotor including the superconducting wire should be kept below a critical temperature. That is, in order to maintain the superconductivity of the superconducting wire, the control unit controls the cooling unit 300 to cool the rotor in a refrigerant circulation method having a relatively excellent thermal stability when the temperature of the rotor reaches a predetermined value. The rotor can be maintained below a critical temperature.

또한, 본 발명에 적용가능한 다른 실시예에서 상기 제어부(500)는 상기 회전자의 온도에 따라 상기 냉각부(300)의 냉각 방식을 모두 이용하여 상기 회전자를 냉각하도록 제어할 수도 있다. 상기 제어부(500)에 의한 상기 냉각부(300)의 냉각 방식은 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있다.
In addition, in another embodiment applicable to the present invention, the control unit 500 may control to cool the rotor using all of the cooling methods of the cooling unit 300 according to the temperature of the rotor. The cooling method of the cooling unit 300 by the control unit 500 may be implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 자체 발전 전력으로 구동되는 냉각 시스템이 구비된 초전도 풍력 발전기를 나타낸 도면이다.4 is a diagram illustrating a superconducting wind generator with a cooling system driven by self-generated power according to another embodiment of the present invention.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 냉각부(300)는 상기 풍력발전부(100) 내부에 설치되는 제1 냉각부(300-1) 및 상기 풍력발전부(100) 외부에 설치되는 제2 냉각부(300-2)로 구분될 수 있다. 상기 제1 냉각부(300-1) 및 제2 냉각부(300-2)는 냉매순환 방식 또는 전도냉각 방식 중 선택되는 하나 이상의 방식을 이용하여 상기 풍력발전부(100)의 회전자를 냉각할 수 있다.As shown in FIG. 4, the cooling unit 300 includes a first cooling unit 300-1 installed inside the wind power generator 100 and a second cooling unit installed outside the wind power generator 100. It may be divided into the unit 300-2. The first cooling unit 300-1 and the second cooling unit 300-2 may cool the rotor of the wind power generator 100 using one or more methods selected from a refrigerant circulation method or a conduction cooling method. Can be.

본 발명에 적용가능한 바람직한 실시예에서, 상기 제1 냉각부(300-1)는 전도냉각 방식을 이용하고, 상기 제2 냉각부(300-2)는 냉매순환 방식을 이용할 수 있다. 보다 상세하게는, 상기 제1 냉각부(300-1)는 상기 풍력발전부(100)의 내부에 설치되므로 소형화, 경량화가 가능한 전도냉각 방식을 이용할 수 있다. 또한 상기 제2 냉각부(300-2)는 상기 풍력발전부(100)의 외부에 설치되어 부피 및 무게의 제한이 상기 제1 냉각부(300-1)보다 완화되므로, 열적 안정성이 비교적 우수한 냉매 순환 방식을 이용할 수 있다. 이때, 상기 제1 냉각부(300-1)는 상기 풍력발전부(100)의 회전자 몸체 내부에 설치되어, 보다 효율적으로 상기 회전자를 냉각시킬 수 있다.
In a preferred embodiment applicable to the present invention, the first cooling unit 300-1 may use the conductive cooling method, and the second cooling unit 300-2 may use the refrigerant circulation method. More specifically, since the first cooling unit 300-1 is installed inside the wind power generation unit 100, a conductive cooling method capable of miniaturization and light weight can be used. In addition, the second cooling unit 300-2 is installed outside the wind power generation unit 100, so that the limitation of volume and weight is alleviated than that of the first cooling unit 300-1, and thus the refrigerant having relatively excellent thermal stability is provided. A circular scheme can be used. In this case, the first cooling unit 300-1 may be installed inside the rotor body of the wind power generator 100 to cool the rotor more efficiently.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
So far I looked at the center of the preferred embodiment for the present invention. Those skilled in the art will appreciate that the present invention can be implemented in a modified form without departing from the essential features of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in an illustrative rather than a restrictive sense. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than by the foregoing description, and all differences within the scope of equivalents thereof should be construed as being included in the present invention.

100: 풍력발전부 200: 전력변환부
300: 냉각부 400: 축전부
500: 제어부100: wind power generation unit 200: power conversion unit
300: cooling unit 400: power storage unit
500:

Claims (7)

초전도 선재의 코일로 구성된 회전자를 포함하여, 풍력에 의한 회전력을 제1 전기에너지로 전환하는 풍력발전부;
상기 제1 전기에너지를 제2 전기에너지로 변환하는 전력변환부;
상기 풍력발전부의 회전자가 일정 온도 이하를 유지하도록 상기 회전자를 냉각시키는 냉각부; 및
상기 제2 전기에너지가 각 구성요소에 공급되도록 제어하는 제어부를 포함하는 자체 발전 전력으로 구동되는 냉각 시스템이 구비된 초전도 풍력발전기.
A wind power generation unit including a rotor composed of a coil of a superconducting wire, converting rotational force by wind power into first electric energy;
A power converter converting the first electrical energy into second electrical energy;
A cooling unit cooling the rotor so that the rotor of the wind power generator maintains a predetermined temperature or less; And
And a superconducting wind generator having a cooling system driven by self-generated power including a control unit for controlling the second electric energy to be supplied to each component.
제 1항에 있어서,
상기 제2 전기에너지를 저장하는 축전부를 더 포함하고,
상기 제어부는,
상기 냉각부에 공급되는 전력량이 상기 냉각부의 구동을 위한 필요 전력량 미만이면, 상기 축전부에 저장된 제2 전기에너지가 상기 냉각부에 공급되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 자체 발전 전력으로 구동되는 냉각 시스템이 구비된 초전도 풍력발전기.
The method of claim 1,
Further comprising a power storage unit for storing the second electrical energy,
The control unit,
When the amount of power supplied to the cooling unit is less than the amount of power required for driving the cooling unit, the cooling system driven by the self-generated power, characterized in that the second electric energy stored in the power storage unit is controlled to be supplied to the cooling unit Superconducting wind power generator.
제 1항에 있어서,
상기 제2 전기에너지를 저장하는 축전부를 더 포함하고,
상기 제어부는,
상기 제2 전기에너지 중 상기 냉각부의 구동을 위한 필요 전력량은 상기 냉각부에 공급되도록 제어하고, 남은 잉여 전력은 상기 축전부에 공급되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 자체 발전 전력으로 구동되는 냉각 시스템이 구비된 초전도 풍력발전기.
The method of claim 1,
Further comprising a power storage unit for storing the second electrical energy,
The control unit,
The amount of power required for driving the cooling unit of the second electric energy is controlled to be supplied to the cooling unit, and the remaining surplus power is controlled to be supplied to the power storage unit is provided with a cooling system driven by self-generated power. Superconducting wind generator.
제 1항에 있어서,
상기 냉각부는,
상기 풍력발전부 내부의 회전자 몸체 내부에 설치되는 것을 특징으로 하는 자체 발전 전력으로 구동되는 냉각 시스템이 구비된 초전도 풍력발전기.
The method of claim 1,
The cooling unit includes:
Superconducting wind power generator with a cooling system driven by its own power generation, characterized in that installed in the rotor body inside the wind turbine.
제 1항에 있어서,
상기 냉각부는,
냉매순환 방식 또는 전도 냉각 방식 중 선택되는 어느 하나의 방식을 이용하여 상기 풍력발전부의 회전자를 냉각시키는 것을 특징으로 하는 자체 발전 전력으로 구동되는 냉각 시스템이 구비된 초전도 풍력발전기.
The method of claim 1,
The cooling unit includes:
A superconducting wind power generator with a cooling system driven by self-generated power, characterized in that for cooling the rotor of the wind power generator using any one of the refrigerant circulation method or the conduction cooling method.
제 5항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 풍력발전부의 회전자의 온도가 일정 온도 이상이 되면, 상기 냉각부가 냉매순환 방식을 이용하여 상기 회전자를 냉각하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 자체 발전 전력으로 구동되는 냉각 시스템이 구비된 초전도 풍력발전기.
6. The method of claim 5,
The control unit,
When the temperature of the rotor of the wind turbine is a predetermined temperature or more, the superconducting wind turbine with a cooling system driven by self-generated power, characterized in that the cooling unit controls to cool the rotor using a refrigerant circulation method. .
제 1항에 있어서,
상기 냉각부는,
상기 풍력발전부 내부에 설치되는 제1 냉각부; 및 상기 풍력발전부 외부에 설치되는 제2 냉각부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자체 발전 전력으로 구동되는 냉각 시스템이 구비된 초전도 풍력발전기.The method of claim 1,
The cooling unit includes:
A first cooling unit installed inside the wind power generation unit; And a second cooling unit installed outside the wind power generator, wherein the superconducting wind power generator is provided with a cooling system driven by self-generated power.
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