KR20180050696A - 풍력 발전 설비 및 풍력 발전 설비의 냉각을 제어하기 위한 방법 - Google Patents

풍력 발전 설비 및 풍력 발전 설비의 냉각을 제어하기 위한 방법 Download PDF

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프리에스 얀 데
카이 엔스코나투스
말테 코에니츠
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보벤 프로퍼티즈 게엠베하
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Abstract

본 발명은, 냉각 매체가 통과하는 도관들이, 풍력 발전 설비의 내부로부터 타워 벽을 통해 또는 기초부를 통해 밖으로 안내되고, 열 교환기 내의 냉각 도관들은, 타워에 대해 외부에서 지탱되거나 또는 그곳에 배치되며, 그리고 타워 벽과 냉각 시스템의 벽의 커버 사이에 배치되는 것인, 풍력 발전 설비에 관한 것이다.

Description

풍력 발전 설비 및 풍력 발전 설비의 냉각을 제어하기 위한 방법
본 발명은 풍력 발전 설비 및 풍력 발전 설비의 냉각을 제어하기 위한 방법에 관한 것이다.
풍력 발전 설비 내에서 에너지의 변환 시, 일반적으로 열 형태의 손실이 발생한다. 이는, 그러한 손실이 일반적으로 풍력 발전 설비의 메인 구동 트레인에서 발생하는, 풍력 발전 설비의 발전기에서의 바람의 운동 에너지의 전기 에너지로의 변환의 경우, 및 또한 풍력 발전 설비에 의해 생성된 에너지의 전력망 내로의, 예를 들어 중전압 전력망 내로의, 전기 공급의 경우 양자 모두에서 적용된다. 그러한 목적을 위해, 전력 전자장치들, 예를 들어 전류 인버터, 변압기 및/또는 개폐 설비들(switching installations) 또는 이와 유사한 같은 것이, 일반적으로 요구된다.
풍력 발전 설비에서, 풍력 발전 설비의 기관실 내에 배치되는 메인 구동 트레인의 경우에, 손실은 주로 기어박스(이러한 것이 제공되는 경우) 내에서, 베어링에서, 발전기 내에서(예를 들어, 이력 손실(hysteresis losses)) 또는, 예를 들어 유압 설비들 또는 제어 유닛 및 조절 유닛들에서, 예를 들어, 로터 블레이드 각도를 설정하는 피치 구동기(pitch drive) 또는 풍력에 대해 풍력 발전 설비의 각도를 설정하는 방위각 유닛(azimuth drive)과 같은, 다른 제어 유닛들에서 발생한다. 풍력 발전 설비의 기관실 내에 또한, 전력 전자장치들, 예를 들어 변압기, 전류 인버터 및/또는 이와 같은 것이 더 제공되는 경우, 열이 풍력 발전 설비의 운전 시 그러한 유닛들에서도 생성되며, 그리고 이러한 열은 방출되어야만 한다.
무-기어 풍력 발전 설비의 경우에, 주요 손실은, 발전기 내의 메인 구동 트레인에서, 즉 한편으로는 풍력 발전 설비의 기관실에서 발생하며 그리고, 전력망 변압기 및 경우에 따라 전력 전자장치에서, 예를 들어 전류 인버터에서 발생하고, 이 경우 후자들은 일반적으로 풍력 발전 설비의 타워 베이스 영역에 배치된다. 1.5MW 풍력 발전 설비의 경우에, 손실은 50 kW 내지 100 kW 일 수 있다.
EP 1 200 733호는, 폐쇄형 냉각 회로를 구비한 풍력 발전 설비를 개시하고, 여기서 풍력 발전 설비의 타워는, 냉각 부재로서 또는 열 교환기로서 냉각 회로에 통합되며, 그리고 풍력 발전 설비의 내부에서 생성되는 열은, 풍력 발전 설비의 타워를 통해 방출된다. 이러한 해결 방법의 장점은, 소정의 냉각 효과가 가능한 한 적은 외부 공기에 의해 달성될 수 있으며, 따라서, (예를 들어 염류를 포함하는) 공기로부터의 수분, 먼지 또는 다른 성분들의 유입이 가능한 한 최상의 정도로 방지되거나 또는 어떤 경우에도 다른 해결 방법에 비해 상당히 감소하게 되도록 한다는 것이다. 그러나 어떤 환경 하에서 풍력 발전 설비 내부의 구성요소들의 충분한 냉각을 제공할 수 없는 경우, 냉각 효율을 개선하기 위해, 외부로부터 외부 공기의 공급이 지원되어야 한다. 이는, 먼지 또는 염류 또는 이와 같은 것으로 인한 문제를 수반할 수 있다.
DE 10 2004 061 391호는, 열 매체를 위한 도관이 그 내부에서 적어도 부분적으로 풍력 발전 설비의 기초부를 통해 연장되며 그리고 지반과 열을 교환하는데 적합한, 풍력 발전 설비를 제시하며, 이 경우 도관은 또한 적어도 부분적으로 지반 자체를 통해 연장되어야 한다.
EP 2 002 120호는, 풍력 발전 설비를 위한 열 관리 시스템을 개시하고, 이 경우 열 생성 구성요소들(변압기, 변환기 등)은 직접적으로 풍력 발전 설비의 타워의 내측 표면에 배치되며, 그리고 열 생성 구성요소들에 의해 생성되는 열은 풍력 발전 설비의 타워의 내측 표면으로 직접적으로 방출되고, 그로 인해 풍력 발전 설비 타워 전체에 양호한 열 전도 경로를 제공하도록 한다.
DE 10 2009 055 784호는, 풍력 발전 설비 및, 풍력 발전 설비의 구성요소에 의한 온도 조절 방법을 개시하며, 이 경우 온도 조절부는, 적어도 하나의 열적으로 단열된 유체 저장 수단, 유체 저장 수단을 풍력 발전 설비의 적어도 하나의 구성요소와 연결하는 도관 시스템, 및 도관 시스템을 통해 유체를 운반하기 위한 장치를 포함하고, 상기 적어도 하나의 구성요소 및 상기 도관 시스템은 서로 열적 연관 상태에 놓인다. 유체 저장 수단은, 풍력 발전 설비의 타워 외부에 배치된다.
EP 1 798 414호는, 냉각 핀 형태의 열 교환기가 타워 상에 외부적으로 배치되는 풍력 발전 설비를 개시하고, 열 교환기는 타워 벽을 통해 열 운반 매체(예를 들어 공기 또는 물)를 통과시키며, 그리고 그러한 매체는, 풍력 발전 설비 내부의 풍력 발전 설비의 구성요소들에 의해 가열되고, 따라서 가열된 매체가, 타워의 외부로 안내되어, 그곳에서 열 교환기에 의해 냉각되도록 한다. 열 교환기들은, 풍력 발전 설비의 타워의 적어도 4개의 측면에 배치되며, 그에 따라, 풍향과 무관하게 항상 최적의 냉각을 제공하도록 한다.
EP 2 203 642호는, 풍력 발전 설비의 타워의 내부에서 생성되는 열이, 열 교환기 및 그에 연결되는 도관 시스템을 통해 열 전달 매체에 의해, 더욱 구체적으로 풍력 발전 설비의 기초부를 통해 타워 외부 및 옆에 배치되는 다른 열 교환기 내로, 방출되는 풍력 발전 설비를 개시한다.
또한, 풍력 발전 설비들을 위한 다른 냉각 개념들이, 예를 들어 WO-A-99/30031, DE-A-19528862, DE 2707343, DE 69217654, JP 60-245955, JP 60-093261, DE-A1-10 352023, WO-A-01/77526, US-B1-7168251, 및 DE-A1-10 204061391호에서 또한 공지된다.
또한, 이미 앞서 공지된 해결 방법들 중의 일부는, 비용이 매우 많이 들며 (예를 들어 DE 10 2004 061 391호 또는 EP 2 203 642 호로부터 공지되는 해결 방법들), 그리고 DE 10 2009 055784호로부터 공지되는 해결 방법은 해안에서의 이용에 적합하지 않다.
마지막으로, 다수의 앞서 공지된 해결 방법들은, 매우 잦은 유지보수를 필요로 하고, 이는 결국 시스템의 비용을 높인다. 더불어, 대부분의 앞서 공지된 해결 방법들은 또한, 기존의 설비에서 개장될 수 없으며, 그리고 일부 해결 방법, 예를 들어 EP 1 798 414 호로부터 공지되는 해결 방법은, 파손(Vandalism)으로부터, 즉 타워의 외벽에 배치되는 냉각 핀들의 의도한 파손으로부터 안전하지 않다.
특히 EP 1 798 414, DE 10 2009 055784, EP 2 2002 120 또는 DE 10 2004 061 391호로부터 공개된 해결 방법들은, 전체 풍력 발전 설비에 대한 매력적인 미관에 대한 요구를 충족시키지 못한다.
우선권 주장된 독일 특허 출원에 관하여, 독일 특허청은, 뒤따르는 간행물들을 검색했다: DE 199 32 394 A1, US 2012/0 119 505 A1 및 EP 2 000 668 A1.
본 발명의 과제는, 전술한 단점들을 방지하는 풍력 발전 설비를 위한 냉각 시스템을 제공하는 것, 특히 더불어 미적으로 만족스러운 외관을 제공하고, 유지보수 빈도가 낮으며, 파손에 대해 매우 실질적으로 안전하고, 또한 개장될 수 있으며, 더불어 저렴하며, 그리고 또한 개선된 냉각 성능을 제공하는, 풍력 발전 설비를 위한 냉각 시스템을 제공하는 것이다.
상기 과제는, 청구항 제 1항에 따른 풍력 발전 설비에 의해 달성된다.
바람직한 개선예들이, 종속 청구항들에 기술된다.
따라서, 냉각 매체가 그를 통해 유동하는 도관들이, 풍력 발전 설비의 내부로부터 타워 벽을 통해 또는 기초부를 통해 밖으로 안내되고, 열 교환기 내의 냉각 도관들은 타워에 대해 외부에서 지탱되거나 또는 그곳에 배치되며, 그리고 타워 벽과 냉각 시스템의 벽의 커버 사이에 배치되는 것인, 제1 냉각 유닛을 구비하는 풍력 발전 설비가 제안된다.
이러한 해결 방법의 장점은, 제1 냉각 유닛이, 기초부의 영역에, 즉 타워의 지반 근처의 영역에, 예를 들어 풍력 발전 설비의 기초부 근처의 타워 부분에 제공될 수 있으며, 그리고 풍력 발전 설비의 전체적인 미관이 커버에 의해 심각하게 훼손되지 않으며, 상기 해결 방법은, 특히 기존의 (즉 이미 운전 중인) 풍력 발전 설비에서 개장될 수 있고, 상기 해결 방법은 또한, 매우 실질적으로 파손 방지되며 그리고 유지보수 또한 용이하다는 것이다.
바람직하게, 타워 벽(외향 측면)과 냉각 시스템의 커버(내측 표면) 사이의 영역에, 예를 들어 다수의 팬으로 이루어진 환기 시스템이 제공되어, 냉각 공기가 밖으로부터 예를 들어 하부 영역의 개구를 통해 흡인될 수 있도록 하며, 냉각 공기가 타워 벽과 커버 사이의 공간 내로 밀려 들어가도록 하고, 그로 인해 그곳에 배치되는 열 교환기 내의 냉각 도관들 주변에서 냉각 공기가 유동하도록 하며, 그리고 냉각 공기가 냉각 도관들 내에 있는 냉각 매체를 냉각하도록 한다.
타워 베이스의 영역에 있는 냉각 시스템의 커버 또는 벽이, 예를 들어 착색에 의해, 타워 전체의 외관에 시각적으로 맞춰지면, 전체 커버 또는 벽은 또한, 거의 인지되지 않으며 그리고 그에 따라 전체 풍력 발전 설비의 미관을 전혀 또는 거의 훼손하지 않는다. 냉각 시스템은 또한, 특히 커버 또는 벽이 금속 플레이트 또는 이와 같은 것으로 이루어지는 경우에, 커버 또는 벽 덕분에, 파손에 관련하여 매우 실질적으로 안전하며, 그리고 특히 본 발명에 따른 냉각 시스템은, 언제든지 개장될 수 있다. 부가적으로, 본 발명에 따른 냉각 시스템은, 유지보수 빈도가 매우 낮으며, 그리고 그에 따라 본 발명에 따른 해결 방법은 매우 저렴하다.
타워 근처의 영역에거, 풍력 발전 설비들의 타워들은, 일반적으로 하나, 2개 또는 더 많은 도어를 갖는다. 현재 그러한 풍력 발전 설비가, 타워 베이스 근처 영역에, 냉각 시스템 및 상기 냉각 시스템의 커버 또는 벽을 갖추게 되는 경우에, 타워들에 대한 접근이 물론 도어들에 대한 액세스가 언제든지 확실하게 가능해야만 하며, 그리고 그에 따라 냉각 도관 또는 이와 같은 것이 예컨대 도어 표면 위를 덮지 않아야 한다. 다른 한편으로, 타워 자체에 존재하는 실제 도어 전방에, 커버 내에 제공되는 제2 도어를 제공하는 것이 또한 가능하며, 따라서 2개의 도어가, 풍력 발전 설비에 접근하기 위해 개방될 필요가 있다. 이는 구조적으로, 풍력 발전 설비의 범죄성 접근 및 권한이 없는 침입에 대해 풍력 발전 설비의 보안을 더욱더 증가시킨다.
그러한 관점에서, 커버 또는 벽 내에 존재하며 그리고 타워 벽 내의 도어에 대향하는 도어는 또한, 예컨대 풍력 발전 설비의 타워 내의 도어와 상이한 잠금-키(lock-key) 시스템을 갖도록, 채비될 수 있다. 부가적으로, 커버 내의 도어는, 경보 시스템을 갖도록 제공될 수 있으며, 따라서 권한이 없는 누군가가 상기 도어를 억지로 열 경우, 알람이 자동으로 촉발되며, 그리고 이때 권한이 없는 자가 여전히 타워 벽 내의 도어를 열고자 한다면, 이는 소정 양의 시간을 필요로 하며, 그리고 그에 따라 서비스 인력(또는 경찰) 및 이와 같은 인력이 적절한 시기에 풍력 발전 설비에 오도록 하는 것 및 풍력 발전 설비의 보안을 다시 회복시키는 것을 허용한다.
특히 바람직하게, 그러한 경우, 커버 또는 벽 내에 제공되는 도어는, 슬라이딩 도어의 형태이며, 이 경우 문짝(door leaf)은, 자체의 전방 단부에서, 도어가 폐쇄될 때 커버 후방에 위치하게 되며, 그리고 그에 따라 파단 공구에 의해서도 옆으로 밀릴 수 없다.
커버 또는 벽 내의 도어는 또한, 전체적인 풍력 발전 설비의 미적 통일감을 향상시킨다.
바람직한 (또한 대안적인) 실시예에서, 냉각 도관들 자체가, 풍력 발전 설비의 기초부 내로 통과될 수 있으며, 따라서 냉각 매체에 의해 방출되는 열이, 설비의 기초부 내로 방출된다.
또한, 타워 기초부 내에 배치되는 재냉기(recooler) 또는 열 교환기가 냉각 도관에 연결되도록 하는 것이, 또한 가능하다.
본 발명에 따른 냉각 장치는 또한, 이러한 구현예에서, 타워 베이스의 영역에서의 열의 방출이, 타워의 이러한 영역이, 외부가 매우 추운 경우에도, 예를 들어 -30℃인 경우에도, 여전히 (외부 온도에 비해) 항상 훨씬 더 높은 온도에 놓인다는 것, 및 그에 따라 타워 내부의 임의의 장비가, 결빙 손상 또는 부식 손상, 냉기, 습도 또는 이와 같은 것으로부터 더 양호하게 보호된다는 것을 의미한다는, 장점을 갖는다.
동절기에 앞서 설비를 타격하는 집중 호우가 나타나고, 타워에 흘러내리는/떨어지는 비로 인해 타워 벽 내에 형성되는 도어들 또한 물을 맞으며, 그리고 이때 그곳이 결빙되는 것이 발생할 수도 있다. 이러한 경우 서비스 인력들이 동결로 인해 그러한 도어들을 전반적으로 개방하는 것은 매우 어렵다. 본 발명에 의해, 이제 도어에서의 그러한 동결이 전혀 발생하지 않을 수 있다는 것이 보장되며 그리고 그에 따라 설비에 대한 접근이 항상 보장된다.
이상에 설명된 변형예들에서, 본 발명에 따른 냉각 수단은, 풍력 발전 설비의 유일한 냉각 장치를 형성한다.
도 1은 본 발명에 따른 풍력 발전 설비에 대한 개략도를 도시하고,
도 2는 제1 실시예에 따른 풍력 발전 설비의 타워의 하부 영역에 대한 개략도를 도시하며,
도 3은 제1 실시예에 따른 풍력 발전 설비의 타워의 부분에 대한 개략적 부분 단면도를 도시하고,
도 4는 제2 실시예에 따른 풍력 발전 설비의 냉각 유닛에 대한 개략도를 도시하며,
도 5는 제1 실시예 또는 제2 실시예에 따른 풍력 발전 설비의 타워의 하부 영역에 대한 단면도를 도시하고,
도 6은 제1 실시예 또는 제2 실시예에 따른 풍력 발전 설비의 타워의 하부 영역에 대한 개략적 단면도를 도시하며,
도 7은 제3 실시예에 따른 풍력 발전 설비에 대한 개략적 단면도를 도시하며, 그리고
도 8은 제4 실시예에 따른 풍력 발전 설비에 대한 개략적 단면도를 도시한다.
도 1은 본 발명에 따른 풍력 발전 설비에 대한 개략도를 도시한다. 풍력 발전 설비(100)는, 길이방향 축(102b)을 갖는 타워(102) 및 타워(102) 위의 기관실(104)을 포함한다. 타워(102)는, 타워(102)를 형성하기 위해 서로 위아래로 배치되는, 복수의 타워 세그먼트를 포함할 수 있다. 기관실(104)에, 예를 들어 3개의 로터 블레이드(108) 및 하나의 스피너(101)를 갖는 공기 역학적 로터(106)가, 제공된다. 공기 역학적 로터(106)는, 풍력 발전 설비의 운전 시 풍력에 의해 회전하도록 야기되며 그리고, 직접 또는 간접적으로 공기 역학적 로터(106)에 연결되는, 발전기의 로터 부재를 또한 회전시킨다. 발전기는, 기관실(104) 내에 배치되며 그리고 전기 에너지를 생성한다. 로터 블레이드들(108)의 피치각은, 개별적인 로터 블레이드(108)의 로터 블레이드 기부들에서 피치 모터들에 의해 변경될 수 있다.
제1 냉각 유닛(200)이, 하부 타워 세그먼트의 영역에 제공된다. 이 경우, 제1 냉각 유닛(200)은, 또한 하부 타워 세그먼트 또는 타워 베이스의 외부에, 또는 하부 타워 세그먼트 또는 타워 베이스의 둘레에 제공된다.
본 발명에 따르면, 냉각 유닛은, 풍력 발전 설비의 타워 둘레에, 연속적인 링의 형태 또는, 대안으로서 연속적인 것이 아니라, 분할된 방식으로, 예를 들어 1/2 세그먼트, 1/4 세그먼트, 1/8 세그먼트 등의 형태로 배치될 수 있다.
도 2는 제1 실시예에 따른 풍력 발전 설비의 타워의 하부 영역에 대한 개략도를 도시한다. 제1 냉각 유닛(200)은, 벽(202)과 지붕(203)을 포함하며, 그리고 바람직하게 타워(102)를 완전히 둘러싼다. 그러나, 이에 대한 대안으로서, 제1 냉각 유닛(200)은, 타워(102)를 단지 부분적으로만 둘러쌀 수도 있다. 제1 냉각 유닛(200)은, 벽(202) 내에, 복수의 하부 개구(204) 및 복수의 상부 개구(205)를 갖는다. 상부 개구들은 또한, 제1 냉각 유닛의 지붕(203)에도 제공될 수 있다. 또한, 제1 냉각 유닛(200)은, 적어도 하나의 도어(201)를 갖는다.
도 3은 제1 실시예에 따른 풍력 발전 설비의 타워에 대한 개략적 부분 단면도를 도시한다. 제1 냉각 유닛(200)은, 복수의 하부 개구(204)와 복수의 상부 개구(205)를 구비하는 벽(202)을 갖는다. 벽(202)은, 타워(102)의 타워 벽(102a)에 대해 이격된다. 복수의 열 교환기(210)가, 타워 벽(102a)과 제1 냉각 유닛(200)의 벽(202) 사이에 제공된다. 열 교환기들(210)은, 예를 들어 냉각 도관 또는 복수의 냉각 도관을 구비할 수 있다. 선택적으로, 열 교환기들(210)은 타워(102)의 길이방향(102b)에 대해 수직으로 배치될 수 있다.
본 발명에 따르면, 차가운 공기가, 하부 개구들(204)을 통해 흡인되고, 열 교환기들(210)을 지나도록 안내되며, 그리고 가열된 공기는, 상부 개구들(205)을 통해 외부로 방출될 수 있다.
본 발명에 따르면, 냉각제가, 열 교환기들(210)에 제공될 수 있고, 상기 냉각제는, 풍력 발전 설비의 구성요소들을 냉각하기 위해 타워 벽(102a)을 통과하게 된다.
특히 열 교환기들(210)은, 능동적 열 교환기 표면(211)인, 열 교환기 표면(211)을 가질 수 있다. 열 교환기 표면(211)은, 예를 들어 냉각 도관들의 복수의 벽을 포함할 수 있으므로, 열 교환기 표면(211)을 통해 유동하는 차가운 공기는 냉각 도관들 내의 냉각제를 냉각한다.
도 4는 제2 실시예에 따른 풍력 발전 설비의 제1 냉각 유닛에 대한 개략도를 도시한다. 도 4는 특히 단지 제1 냉각 유닛(200)만을 도시한다. 제1 냉각 유닛(200)은, 벽(202), 복수의 하부 개구(204), 복수의 상부 개구(205) 및 복수의 열 교환기(210)를 구비한다. 선택적으로, 팬들(220)이, 열 교환기들(210) 아래에 개별적으로 배치될 수 있다. 따라서, 차가운 공기가, 하부 개구들(204)을 통해 팬들(220)에 의해 흡인되고, 열 교환기들(210)를 지나도록 안내되며(거기에서 가열되고), 그리고 상부 개구들(205)을 통해 방출될 수 있다. 열 교환기들(210) 내의 냉각제는, 이러한 공기 유동에 의해 냉각될 수 있다.
도 5는 풍력 발전 설비의 타워의 하부 영역에 대한 횡단면도를 도시한다. 제1 냉각 유닛(200)의 벽(202)은, 타워 세그먼트(102)의 벽(102a)에 대해 간격을 두고 배치된다. 복수의 열 교환기(210)가, 타워 벽(102a)과 제1 냉각 유닛(200)의 벽(202) 사이의 영역에 제공될 수 있다.
도 6은 제1 실시예 또는 제2 실시예에 따른 풍력 발전 설비의 타워의 하부 영역에 대한 개략적인 단면도를 도시한다. 제1 냉각 유닛(200)은, 타워 벽(102a)에 대해 간격을 두고 배치되는 벽(202), 복수의 하부 개구(204) 및 복수의 상부 개구(205)를 갖는다. 복수의 열 교환기(210)가, 타워 벽(102a)과 제1 냉각 유닛(200)의 벽(202) 사이에, 예를 들어 타워의 길이방향 축에 대해 수직으로 배치되도록, 제공된다. 선택적으로, 팬(220)이, 각각의 열 교환기(210) 아래에 제공될 수 있다.
본 발명의 대안적인 실시예에 따르면, 제1 냉각 유닛(200)은, 어떤 환기 장치들 또는 팬들(220)을 구비하는 것이 아니라, 열 교환기들(210) 통해 냉각제를 이송하기 위한 적어도 하나의 펌프를 구비할 수 있다.
도 7은 제3 실시예에 따른 풍력 발전 설비에 대한 개략적인 단면도를 도시한다. 도 7은, EP 1 200 733호에 기술된 바와 같은 풍력 발전 설비를 도시한다. 부가적으로, 타워의 하부 영역에, 제1 실시예 또는 제2 실시예에 따른 제1 냉각 유닛(200)이 제공된다. 제3 실시예에 따른 풍력 발전 설비는 따라서, 2개의 냉각 시스템 또는 냉각 유닛을 포함한다. 도 7은, 타워(102)의 상단부에 기관실(104)을 갖는 풍력 발전 설비의 단면도를 도시된다. 기관실(104)은, 풍력 발전 설비의 메인 구동 트레인을 수용할 수 있다. 상기 메인 구동 트레인은 실질적으로, 공기 역학적 로터(106) 및 이에 장착되는 로터 블레이드(108)로 이루어진다. 공기 역학적 로터(106)는, 발전기 로터(160) 및 발전기 스테이터(170)를 포함하는, 발전기(130)에 연결된다. 공기 역학적 로터(106) 및 그와 더불어 발전기 로터(160)가 회전할 때, 전기 에너지가 예를 들어 교류 또는 직류의 형태로 생성된다. 전류 인버터를 구비하는 전력함(190) 및 변압기(180)가, 타워(102)의 하부 영역에 제공될 수 있다.
부가적으로, 풍력 발전 설비는, 변압기(180) 및 전력함 또는 전류 인버터(190)의 영역으로부터 채널(112)을 통해 타워(102)의 벽을 따라 기관실(104) 상방으로 공기를 추진할 수 있는, 적어도 하나의 팬(100a)을 예를 들어 타워(102)의 하부 영역에 구비하는, 제2 냉각 유닛을 구비한다. 그곳에서, 공기 유동은, 발전기(130)를 통해 또는 지나도록 유동하며, 그리고 다시 타워(102)의 벽(102a)을 따라 아래쪽으로 유동한다. 이로써 공기는 냉각되며 그리고, 이러한 방식에서 외부 공기가 전혀 진입할 수 없거나 또는 매우 제한적으로만 진입할 수 있기 때문에 특히 해안 지역에서 매우 바람직한, 폐쇄형 냉각 회로가 획득된다. 냉각 채널들(112, 111)은 호스 또는 도관들의 형태로 형성될 수 있다. 이에 대한 대안으로서, 타워(102)의 벽은 이중벽 구조일 수 있다. 가열된 공기가 타워(102)의 하부 영역으로부터 채널(111)을 통해 위쪽으로 그리고 그에 따라 타워(102)의 벽을 지나도록 유동하기 때문에, 타워(102)의 벽은 열 교환기로서 작용하고, 따라서 공기가 채널 내부에서 냉각된다.
선택적으로, 전력함(190)과 변압기(180)는, 제2 냉각 유닛의 냉각 채널들(111, 112)을 통한 공기 유동에 의해 냉각될 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 냉각 유닛(200)이, 타워(102)의 하부 영역에 부가적으로 제공된다.
그에 따라, 제3 실시예에 따른 풍력 발전 설비는, 2개의 냉각 유닛으로 이루어진 냉각 시스템을 구비한다. 제2 냉각 유닛은, 타워(102)의 벽 상의 채널들(111, 112) 및 팬(100a)에 의해 형성된다. 제1 냉각 유닛(200)은 제1 실시예 또는 제2 실시예에 따른 냉각 유닛에 상응한다.
2개의 냉각 유닛의 조합의 경우에, 본 발명에 따르면, 각각의 냉각 유닛은, 한편으로는 풍력 발전 설비의 최적의 냉각이 달성되도록 및 다른 한편으로 개별 냉각 유닛들의 최적의 작동이 달성되도록 제어될 수 있다.
제3 실시예에 따른 풍력 발전 설비는, 냉각-제어 유닛(300)을 포함한다. 냉각-제어 유닛(300)은, 제1 냉각 유닛(200, 210) 및 제2 냉각 유닛(팬; 100a)에 연결된다. 또한, 제어 유닛(300)은, 예를 들어 발전기의 온도, 변압기의 온도, 전력함의 온도, 외부 온도 등과 같은 풍력 발전 설비의 운전 파라미터를 수신할 수 있고, 제1 냉각 유닛 및 제2 냉각 유닛의 작동을 적절하게 제어할 수 있다. 냉각-제어 유닛(300)의 제1 작동 모드에서, 제2 냉각 유닛만이, 팬(100a)의 회전속도의 제어에 의해 제어된다. 제1 냉각 유닛(200)은 이 경우 비활성화될 수 있다. 제2 작동 모드에서, 제1 냉각 유닛(200)만이 활성화되고, 제2 냉각 유닛(100a)은 활성화되지 않는다. 제3 작동 모드에서, 제1 냉각 유닛(200) 및 제2 냉각 유닛(100a) 양자 모두가 활성화된다. 냉각-제어 유닛(300)은, 제1 냉각 유닛 및 제2 냉각 유닛의 냉각 특성들을 고려하여 최적의 냉각이 달성되는 방식으로, 제1 냉각 유닛(200) 및 제2 냉각 유닛(100a)의 작동을 제어하도록 구성된다.
그에 따라, 본 발명의 양태에 따르면, 2개의 냉각 유닛이, 항상 지속적으로 풍력 발전 설비의 전체 장치들을 개별적으로 균일하게 그리고 최대로 가능한 정도로 냉각하기 위해 기여하는 것이 아니라, 풍력 발전 설비의 제1 냉각이 요구되면, 우선 먼저 제1 실시예 또는 제2 실시예에 따른 본 발명에 따른 제1 냉각 유닛이 작동하게 되며, 그리고 나서 냉각에 대한 요구가 추가로 증가함에 따라, 타워 내부의 제2 냉각 유닛이, 말하자면 폐쇄형 냉각 회로가, 스위치 온 된다.
물론, 개별 시스템들에 대해 정확히 역으로 스위치 온 되도록 하는 것, 즉 예를 들어 풍력 발전 설비의 낮은 부분 부하 범위에서, 먼저 작동이, 단지 도 7의 제1 냉각 유닛에 의해 실행되며, 그리고 냉각 요구가 더 높을 때에만, 제2 냉각 유닛이 부가되는 것이 가능하다.
개별 냉각 유닛들의 스위치 온이, 제어 유닛(300)에 의해 의도에 따라 제어될 수 있으며 그리고 개별 냉각 유닛들의 개별적인 냉각 비율이, 의도에 따라 설정될 수 있으며, 그로 인해, 한편으로 풍력 발전 설비 내의 구성요소들의 최적의 냉각이 제공될 수 있고, 다른 한편으로 가능한 한 가장 작은 에너지에 의해 풍력 발전 설비의 전체 냉각이 실행될 수 있다.
또한, 바람직하게, 풍력 발전 설비의 타워의 내부에 배치되는 폐쇄형 냉각 회로가, 타워 벽의 외벽이지만 커버 내부에 제공되는, 냉각 회로에 연결되는 것 또한 가능하다.
기체, 예를 들어 공기는 물론, 액체, 예를 들어 물, 오일 또는 이와 같은 것이, 냉각 매체로서 사용될 수 있다.
냉각 매체로서 기체를 사용할 때, 팬 장치에 의해, 냉각 매체가 도관들/파이프들을 통해 이동되는 것이 고려된다. 냉각 매체로서 액체를 사용할 때, 강제 대류가, 하나의 펌프 또는 복수의 펌프에 의해 실시된다.
한편으로 팬들 및/또는 다른 한편으로 펌프들은, 그러한 경우에 제어 유닛(300)에 의해 제어되며 그리고 상기 제어 유닛에 연결된다.
도 8은 제4 실시예에 따른 풍력 발전 설비의 개략적인 단면도를 도시한다. 도 8은, 특히 풍력 발전 설비의 하부 및 풍력 발전 설비의 기초부만 도시한다. 풍력 발전 설비는, 타워(102) 및 기초부(600)를 구비한다. 제1 실시예 또는 제2 실시예에 따른 제1 냉각 유닛(200)이, 타워의 하부 영역 둘레에 제공된다. 풍력 발전 설비의 타워 내부에, 도 7의 제3 실시예에 따른 제2 냉각 유닛을 구성하는 적어도 하나의 팬(101) 및 냉각 채널들(111, 112)이 제공된다. 선택적으로, 제3 냉각 유닛, 예를 들어 열 저장 수단(400)이, 타워(102) 아래의 지하실(100b)에 제공될 수 있다. 상기 열 저장 수단(400)은, 예를 들어 20㎥ 이상의 물탱크일 수 있다. 열 저장 수단(400)은 따라서 제3 냉각 유닛을 구성하며, 그리고 제1 냉각 유닛(200) 및/또는 제2 냉각 유닛(100a)에 연결될 수 있을 것이다. 제3 실시예에서와 같이, 제1 냉각 유닛, 제2 냉각 유닛 및/또는 제3 냉각 유닛에 연결될 수 있으며 그리고 각각의 냉각 유닛들의 작동을 제어할 수 있는, 냉각-제어 유닛(300)이 제공된다.
부가적으로, 제4 냉각 유닛(500)이 선택적으로, 풍력 발전 설비의 기초부(600) 내에 제공될 수 있다. 제4 냉각 유닛(500)은, 냉각 채널들(501)을 갖는 열 교환기로서 기초부(600) 내에 제공될 수 있다. 제4 냉각 유닛(500)은, 제1 냉각 유닛, 제2 냉각 유닛 및/또는 제3 냉각 유닛에 연결될 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 풍력 발전 설비는, 콘크리트 타워 또는 강철 타워 또는 이들의 조합을 포함할 수 있을 것이다.
지하실(100b) 내의 열 저장 수단(400) 또는 제3 냉각 유닛(400)에 의해, 지하실(100b)의 공기 조화 또는 기후 조절이 이루어지는 것이 가능하다. 이는 예를 들어, 프리스트레스트 앵커(prestressed anchor)가 지하실(100b) 내부의 콘크리트 타워에 제공되는 경우에 바람직하다. 제3 냉각 유닛(400)의 작동에 의해, 프리스트레스트 앵커의 부식이 적어도 감소할 수 있다.
선택적으로, 도 7에 따른 변압기(180) 및/또는 전력 전자장치를 가진 전력함(190)이, 지하실(100b) 내에 제공될 수 있다. 제3 냉각 유닛(400), 예컨대 열 저장 수단(400)의 작동은, 그에 따라, 지하실(100b) 내의 전력함(190) 및/또는 변압기(180)가 냉각되도록 또는 지하실(100b)이 제3 냉각 유닛(400)의 작동에 의해 공기 조화되거나 또는 기후 조절될 수 있도록, 제어 유닛(300)에 의해 제어될 수 있다.
제1 냉각 유닛, 제2 냉각 유닛 및 제3 냉각 유닛 또는 제4 냉각 유닛의 제어에서, 제어 유닛(300)은 선택적으로, 지하실(100b) 내부, 기초부(600) 내부 및 타워(102) 외부의 온도를 검출하며 그리고 제어 시 고려할 수 있다.

Claims (8)

  1. 풍력 발전 설비로서,
    타워 벽(102a) 및 길이방향 축(102b)을 구비하는 타워(102), 및
    복수의 열 교환기(210) 및 상기 타워 벽(102a)으로부터 거리를 두고 배치되는 외벽(202)을 구비하는, 상기 타워(102)의 하부 영역의 제1 냉각 유닛(200)
    을 포함하는 풍력 발전 설비에 있어서,
    상기 복수의 열 교환기(210)는, 상기 타워 벽(102a)과 상기 제1 냉각 유닛(200)의 상기 외벽(202) 사이에 배치되고,
    상기 제1 냉각 유닛(200)은, 상기 복수의 열 교환기(210) 아래에 복수의 하부 개구(204) 및 상기 복수의 열 교환기(210) 위에 복수의 상부 개구(205)를 구비하며, 그리고
    상기 제1 냉각 유닛(200)은, 상기 타워 벽(102a)과 상기 냉각 유닛(200)의 상기 외벽(202) 사이에서 연장되며 그리고 이들 사이의 간극을 덮는, 지붕(203)을 구비하는 것인, 풍력 발전 설비.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 복수의 열 교환기(210) 및 특히 열 교환기 표면은, 풍력 발전 설비의 상기 타워(102)의 상기 길이방향 축(102b)에 대해 실질적으로 수직으로 또는 수평으로 배치되는 것인, 풍력 발전 설비.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제1 냉각 유닛(200)은, 상기 타워 벽(102a) 및/또는 기초부(600)를 통해 연장되며 그리고 냉각 매체가 그를 통해 유동하는, 적어도 하나의 냉각 도관을 구비하고,
    상기 제1 냉각 유닛(200)은, 상기 하부 개구(204)를 통해 공기를 흡인하며 그리고 상기 열 교환기(210)를 통해 공기를 통과시켜, 그에 따라 공기가 상기 상부 개구들(205)를 통해 배출될 수 있도록 하는, 적어도 하나의 팬(220)을 포함하는 것인, 풍력 발전 설비.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 타워(102)의 내부에, 적어도 하나의 팬(100a) 및 적어도 하나의 냉각 채널(111, 112)을 갖는 제2 냉각 유닛이, 상기 타워 벽(102a) 및/또는 상기 기초부(600)에 제공되고,
    상기 팬(100a)은, 공기가 냉각을 위해 상기 타워 벽(102a) 및/또는 기초부를 따르는 상기 적어도 하나의 냉각 채널(111, 112)을 따라 유동하는 것을 허용하도록 구성되는 것인, 풍력 발전 설비.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    기초부(600)로서, 상기 타워(102)가 상기 기초부(600) 상에 제공되는 것인, 기초부(600),
    상기 기초부(600) 내의 또는 상의 지하실(100b)로서, 특히 열 저장 수단의 형태의 제3 냉각 유닛(400)이 상기 지하실(100b) 내에 제공되는 것인, 지하실(100b), 및
    제1 냉각 유닛, 제2 냉각 유닛 및/또는 제 3 냉각 유닛(200, 100a, 400)을 제어하도록 구성되는 냉각-제어 유닛(300)을 더 포함하는 것인, 풍력 발전 설비.
  6. 제 4항에 있어서,
    풍력 발전 설비의 상기 기초부(600) 내에 제4 냉각 유닛(500)을 더 포함하고,
    상기 제4 냉각 유닛(500)은, 상기 기초부(600) 내에 적어도 하나의 냉각 채널(501)을 포함하며,
    상기 제어 유닛(300)은, 상기 제1 냉각 유닛, 제2 냉각 유닛, 제3 냉각 유닛 및/또는 제4 냉각 유닛의 작동을 제어하도록 구성되는 것인, 풍력 발전 설비.
  7. 타워 벽(102a)을 갖는 타워(102)를 포함하는 풍력 발전 설비를 위한 개장 가능한 냉각 유닛(200)으로서,
    지붕(203),
    복수의 하부 개구(204) 및 복수의 상부 개구(205)를 구비하는 외벽(202), 및,
    상기 외벽(202) 내부에 그리고 상기 하부 개구(204)와 상부 개구(205) 사이에 놓이는 복수의 열 교환기(210)
    를 포함하고,
    상기 냉각 유닛(200)은, 상기 타워 벽(102a) 둘레에 배치될 수 있는 것인, 풍력 발전 설비를 위한 개장 가능한 냉각 유닛.
  8. 타워 벽(102) 및 길이방향 축(102b)을 구비하는 타워(102)를 포함하는 풍력 발전 설비의 냉각을 제어하기 위한 방법으로서, 상기 풍력 발전 설비는, 상기 타워(102)의 하부 영역이자 타워 외부에 놓이며 그리고 복수의 열 교환기(210)를 포함하는, 제1 냉각 유닛(200), 풍력 발전 설비의 타워 내부에 놓이는 제2 냉각 유닛(100a, 111, 112), 풍력 발전 설비의 지하실 내에 놓이는 제3 냉각 유닛(400), 및/또는 풍력 발전 설비의 기초부에 놓이는 제4 냉각 유닛(500)을 포함하는 것인, 풍력 발전 설비의 냉각을 제어하기 위한 방법에 있어서,
    냉각-제어 유닛(300)을 이용하여 제1 냉각 유닛, 제2 냉각 유닛, 제3 냉각 유닛 및/또는 제4 냉각 유닛(200, 100a, 400, 500)의 작동을 제어하는 단계를 포함하고,
    제1 작동 모드에서, 상기 4개의 냉각 유닛 중 하나가 활성화되는 한편, 다른 냉각 유닛들은 비활성화되며,
    제2 작동 모드에서, 상기 4개의 냉각 유닛 중 2개가 활성화되는 한편, 다른 냉각 유닛들은 비활성화되고,
    제3 작동 모드에서, 상기 4개의 냉각 유닛 중 3개가 활성화되며, 그리고
    제4 작동 모드에서, 상기 4개의 냉각 유닛 모두가 활성화되는 것인, 풍력 발전 설비의 냉각을 제어하기 위한 방법.
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