KR20200129235A - Hydrogen generation system using seawater and renewable energy - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a hydrogen generation system using seawater and renewable energy. According to the present invention, a hydrogen generation system (100) includes a renewable energy generation unit (110) for generating an electric power through combined power generation of tidal power generation, wave power generation, and wind power generation. An energy storage unit (170) is charged by the electric power generated from the renewable energy generation unit (110). The energy storage unit (170) is connecte d to a hydrogen production unit (200). The hydrogen production unit (200) generates a hydrogen fuel through electrolysis by using the electric power supplied from the energy storage unit (170) and the seawater. The hydrogen fuel generated from the hydrogen production unit (200) is stored in a plurality of hydrogen storage tanks (300). A controller (400) is connected to the renewable energy generation unit (110), the energy storage unit (170), and the hydrogen production unit (200). The controller (400) controls driving of the renewable energy generation unit (110), the energy storage unit (170), and the hydrogen production unit (200), and controls an amount of the hydrogen fuel in the hydrogen storage tank (300). As described above, according to the present invention, the electric power is stably produced by controlling the renewable energy generation unit and supplied to the hydrogen production unit so that hydrogen production is increased, and the electric power produced from the renewable energy generation unit is stored in the energy storage unit to allow the controller to actively supply the electric power according to the amount of hydrogen fuel stored in the hydrogen storage tank so that efficiency is improved.

Description

해수 및 신재생 에너지를 이용한 수소발생 시스템{HYDROGEN GENERATION SYSTEM USING SEAWATER AND RENEWABLE ENERGY}Hydrogen generation system using seawater and renewable energy {HYDROGEN GENERATION SYSTEM USING SEAWATER AND RENEWABLE ENERGY}

본 발명은 수소발생 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 해수를 전기분해함에 있어서 풍력, 파력, 조력 에너지를 전기 에너지로 전환하여 이용할 수 있도록 구성되는 해수 및 신재생 에너지를 이용한 수소발생 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a hydrogen generation system, and more particularly, to a hydrogen generation system using seawater and renewable energy configured to convert and use wind, wave, and tidal energy into electric energy in electrolyzing seawater. .

최근 환경 오염과 화석 연료의 부족으로 인해 태양, 바람, 조류 등과 같은 신재생 에너지(renewable energy)에 대한 연구가 지속적으로 증가하고 있다.Recently, due to environmental pollution and a shortage of fossil fuels, research on renewable energy such as solar, wind, and algae is continuously increasing.

이들 중 태양광 발전은 태양전지를 이용하여 빛을 직접 전기 에너지로 변환시키는 발전방식으로, 태양전지, 컨버터, 축전지로 구성되며, 산업용 발전 시스템은 물론, 차량, 주거용, 가로등 등과 같이 생활 전반에 널리 사용되고 있다.Among these, solar power generation is a power generation method that directly converts light into electrical energy using solar cells, and consists of solar cells, converters, and storage batteries, and is widely used in life as a vehicle, residential, street lamp, as well as industrial power generation systems. Is being used.

그러나 태양광 발전 방식은 전력 생산량이 일사량에 의존할 수 밖에 없으며, 에너지 밀도가 낮은 등의 문제점이 있다. However, the photovoltaic power generation method has problems such as low energy density and the amount of power produced is inevitably dependent on the amount of solar radiation.

한편, 풍력과 조력발전은 바람 또는 조류를 이용하여 회전날개를 회전시켜 전기 에너지를 생산하는 발전방식으로, 바람 또는 조류의 세기나 방향에 따라 발전량이 차이가 많은 문제가 있다. 따라서, 태양광이나 바람 또는 조류와 같이 자연환경을 이용한 발전방식은 부하의 요구에 안정적으로 에너지를 공급하기 어려워 이를 개선하는 시스템이 개발되고 있다.On the other hand, wind and tidal power generation is a power generation method in which electric energy is produced by rotating a rotating blade using wind or tide, and there is a problem in that the amount of power generation differs greatly depending on the strength or direction of the wind or tide. Therefore, a power generation method using natural environments such as sunlight, wind, or tide is difficult to stably supply energy to the demand of a load, and systems for improving this have been developed.

대한민국 공개특허공보 제2012-0093671호('발명의 명칭:태양광 및 풍력 하이브리드 발전을 이용한 계통 연계 시스템 및 이를 이용한 태양광 및 풍력 하이브리드 계통 연계 발전 장치)에는 태양광과 풍력을 연계한 발전장치가 개시되어 있다. 상기 발전장치는 일조량이 부족한 경우에는 풍력을 이용하고, 바람 세기나 방향이 일정하지 않는 경우에는 태양광을 이용토록 함으로써, 태양광과 풍력을 모두 활용하고 있다. Republic of Korea Patent Publication No. 2012-0093671 ('invention title: a system linkage system using solar and wind hybrid power generation and a power generation device connected to a solar and wind hybrid system using the same) discloses a power generation device linking solar and wind power. Has been. The power generation device uses wind power when the amount of sunlight is insufficient, and uses solar power when the wind intensity or direction is not constant, thereby utilizing both solar power and wind power.

하지만 상기 발전장치는 태양광이나 풍력을 상호 보완적으로 활용할 뿐, 기본적으로 태양광과 풍력에 전적으로 의존할 수밖에 없어, 태양광이나 풍력 둘다 충분히 활용할 수 없는 경우에는 안정적인 발전이 이루어지지 않는 문제점이 있다.However, the power generation device only complementarily utilizes solar or wind power, and basically has no choice but to completely rely on solar and wind power, and thus, there is a problem that stable power generation cannot be achieved when both solar and wind power cannot be sufficiently utilized. .

또한, 종래 기술은 단순히 발전장치로부터 전력을 공급받아 전기분해를 이용하여 수소를 생산하는 원론적 기술만을 개시할 뿐이다.In addition, the prior art merely discloses a principle technology for producing hydrogen using electrolysis by receiving electric power from a power generation device.

이로 인해, 해상 환경 변화 등에 의해 상기 발전장치의 발전 효율이 저하되고 이로 인하여 수소 생산량이 급격하게 줄어드는 경우, 수소를 저장하는 탱크의 내부 압력이 변화하여 적은량의 수소를 저장하고 관리하는 것이 매우 어려워지는 문제점이 있다.For this reason, when the power generation efficiency of the power generation device decreases due to changes in the marine environment, etc., and thus the amount of hydrogen production decreases rapidly, the internal pressure of the tank storing hydrogen changes, making it very difficult to store and manage a small amount of hydrogen. There is a problem.

대한민국 공개특허공보 제10-2016-0114802호(2016년 10월 06일 공개)Republic of Korea Patent Publication No. 10-2016-0114802 (published on October 06, 2016) 대한민국 등록특허공보 제10-1098521호(2011년 12월 26일 등록)Korean Registered Patent Publication No. 10-1098521 (registered on December 26, 2011)

본 발명은 상기한 문제점을 개선하기 위해 발명된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 자연환경을 이용하여 친환경적으로 생산된 전기 에너지를 이용하여 해수를 전기분해하여 수소를 안정적으로 생산하여 저장할 수 있도록 구성되는 해수 및 신재생 에너지를 이용한 수소발생 시스템을 제공하는 것이다.The present invention was invented to improve the above problems, and the problem to be solved by the present invention is that seawater can be electrolyzed using electric energy produced environmentally by using the natural environment to stably produce and store hydrogen. It is to provide a hydrogen generation system using seawater and renewable energy that is configured to be.

본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제는 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다. The technical problem of the present invention is not limited to those mentioned above, and another technical problem that is not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 해수 및 신재생 에너지를 이용한 수소발생 시스템에 따르면, 조력, 파력, 및 풍력의 복합 발전을 통해 전력을 생산하는 재생 에너지 발전부; 상기 재생 에너지 발전부로부터 생산된 전력에 의해 충전되는 에너지 저장부; 상기 에너지 저장부로부터 공급받은 전력과 해수를 이용하여 전기분해에 의해 수소연료를 생성하는 수소생산부; 상기 수소연료를 전달받아 수소연료를 저장하는 복수 개의 수소저장 탱크; 및 상기 재생 에너지 발전부, 에너지 저장부, 수소생산부와 연결되어 상기 재생 에너지 발전부, 에너지 저장부, 수소생산부의 구동을 제어하고, 상기 수소저장 탱크의 수소 연료량을 제어하는 컨트롤러;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.According to the hydrogen generation system using seawater and renewable energy according to an embodiment of the present invention in order to achieve the above object, a renewable energy generation unit for generating electric power through combined power generation of tidal power, wave power, and wind power; An energy storage unit charged by electric power generated from the renewable energy generation unit; A hydrogen production unit for generating hydrogen fuel by electrolysis using the electric power and seawater supplied from the energy storage unit; A plurality of hydrogen storage tanks receiving the hydrogen fuel and storing the hydrogen fuel; And a controller connected to the renewable energy generation unit, the energy storage unit, and the hydrogen production unit to control driving of the renewable energy generation unit, the energy storage unit, and the hydrogen generation unit, and to control the amount of hydrogen fuel in the hydrogen storage tank. It is characterized by being.

상기 수소생산부는, 상기 에너지 저장부로부터 전력을 공급받는 전기 모터, 상기 전기 모터에 의해 구동되어 해수를 펌핑하는 워터 펌프, 상기 워터 펌프를 통해 해수를 공급받아 가열하여 해수를 수증기 상태로 만드는 히터, 상기 히터로부터 증기 상태의 해수를 전달받아 전기분해를 통해 수소 가스를 생성하는 전기 분해 시스템부, 및 상기 전기분해 시스템부를 통해 생성된 수소 가스를 소정의 고압으로 압축하여 상기 수소저장 탱크로 전달하는 압축기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.The hydrogen production unit may include an electric motor supplied with power from the energy storage unit, a water pump driven by the electric motor to pump seawater, a heater that receives and heats seawater through the water pump to make seawater into a vapor state, An electrolysis system unit receiving seawater in a vapor state from the heater and generating hydrogen gas through electrolysis, and a compressor that compresses the hydrogen gas generated through the electrolysis system unit at a predetermined high pressure and delivers it to the hydrogen storage tank It characterized in that it is configured to include.

상기 히터의 온도와 상기 전기분해 시스템부의 온도 및 압력은 상기 컨트롤러에 의해 각각 제어되는 것을 특징으로 한다.The temperature of the heater and the temperature and pressure of the electrolysis system are respectively controlled by the controller.

상기 재생 에너지 발전부는, 공기의 유동이 가진 운동 에너지의 공기 역학적 특성인 풍력을 이용하여 전력을 생성하는 풍력 발전기, 해수면의 수위 차를 이용하여 전력을 생성하는 조력 발전기, 파랑 에너지를 이용하여 전력을 생성하는 파력 발전기, 상기 풍력 발전기, 조력 발전기, 및 파력 발전기와 연결되어 상기 풍력 발전기, 조력 발전기 및 파력 발전기로부터 생성된 전력을 하나로 결합하는 에너지 변환기, 및 상기 에너지 변환기에 연결되어 상기 풍력 발전기, 조력 발전기, 및 파력 발전기에서 생산된 전력을 상기 에너지 저장부로 공급하도록 전력을 변환하는 컨버터를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.The renewable energy generator includes a wind power generator that generates power using wind power, which is an aerodynamic characteristic of kinetic energy of the flow of air, a tidal generator that generates power using a difference in water level at sea level, and power using wave energy. An energy converter that is connected to the generating wave generator, the wind generator, the tidal generator, and the wave generator and combines the power generated from the wind generator, the tidal generator, and the wave generator into one, and the wind generator, the tidal power being connected to the energy converter. It characterized in that it is configured to include a generator, and a converter for converting power to supply the power generated by the wave generator to the energy storage unit.

상기 풍력 발전기는, 수직하게 배치되고, 요(yaw)각 조절 가능하게 설치되는 수직축, 상기 수직축 상에 상기 수직축과 직교하는 방향으로 회전 가능하게 설치되는 회전축이 관통하여 구비되는 기어박스, 상기 기어박스를 중심으로 하여 방사상으로 배치되어 피치(Pitch)각 조절이 가능하도록 상기 회전축의 일단에 연결되는 복수 개의 회전날개, 상기 회전축의 타단에 결합되어 상기 회전축의 회전력을 전달받아 구동되는 동력전달부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.The wind power generator is a vertical shaft disposed vertically and installed so as to adjust a yaw angle, a gearbox through which a rotation shaft rotatably installed on the vertical axis in a direction orthogonal to the vertical axis penetrates, and the gearbox Including a plurality of rotation blades connected to one end of the rotation shaft to enable adjustment of the pitch angle by being radially centered, and a power transmission unit that is coupled to the other end of the rotation shaft and is driven by receiving the rotational force of the rotation shaft. It characterized in that it is configured.

상기 동력전달부는, 상기 기어박스의 회전력을 전달받아 기계적 에너지를 압력 에너지로 변환하는 유압펌프, 상기 유압펌프의 유압을 전달받아 구동되는 유압모터, 및 상기 유압모터의 유압에 의해 구동되는 제너레이터를 포함하는 것을 특징으로 한다.The power transmission unit includes a hydraulic pump that converts mechanical energy into pressure energy by receiving the rotational force of the gearbox, a hydraulic motor driven by receiving hydraulic pressure from the hydraulic pump, and a generator driven by hydraulic pressure of the hydraulic motor. Characterized in that.

상기 컨트롤러는 상기 요 각 및 피치각의 제어를 통해 상기 동력전달부의 전력량을 제어하는 것을 특징으로 한다.The controller is characterized in that to control the amount of power of the power transmission unit through the control of the yaw angle and the pitch angle.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.Details of other embodiments are included in the detailed description and drawings.

본 발명의 일 실시예에 따른 해수 및 신재생 에너지를 이용한 수소발생 시스템에 따르면, 파도와 바람이 심한 해상에서 풍력 발전기, 파력 발전기, 조력 발전기의 동력전달부를 제어함으로써 전력을 안정적으로 생산하여 수소생산부에 공급할 수 있으므로, 수소의 생산량을 증가시킬 수 있다. 따라서, 효율성이 향상된 해수 및 신재생 에너지를 이용한 수소발생 시스템을 제공할 수 있는 효과가 있다.According to the hydrogen generation system using seawater and renewable energy according to an embodiment of the present invention, a hydrogen production unit by stably producing electric power by controlling the power transmission unit of a wind power generator, a wave power generator, and a tidal power generator in a sea with severe waves and wind As it can be supplied to, the production of hydrogen can be increased. Therefore, there is an effect of providing a hydrogen generation system using seawater and renewable energy with improved efficiency.

그리고 본 발명의 일 실시예에 따른 해수 및 신재생 에너지를 이용한 수소발생 시스템에 따르면, 재생 에너지 발전부로부터 생산된 전력을 에너지 저장부에 저장하여 컨트롤러를 통해 수소저장 탱크의 수소연료 저장량에 따라 능동적으로 전력을 공급할 수 있으므로 효율성이 더욱 향상된 해수 및 신재생 에너지를 이용한 수소발생 시스템을 제공할 수 있는 효과가 있다.And according to the hydrogen generation system using seawater and renewable energy according to an embodiment of the present invention, the power generated from the renewable energy generation unit is stored in the energy storage unit, and is actively used according to the amount of hydrogen fuel stored in the hydrogen storage tank through the controller. Since power can be supplied by the method, there is an effect of providing a hydrogen generation system using seawater and renewable energy with improved efficiency.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다. The effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description of the claims.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 해수 및 신재생 에너지를 이용한 수소발생 시스템의 구성을 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 해수 및 신재생 에너지를 이용한 수소발생 시스템의 일부 구성을 나타내는 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소발생 시스템이 제어되는 상태를 나타낸 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 재생 에너지 발전부의 풍력 발전기의 구성을 나타내는 개략도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기의 회전날개의 피치각(β)과 선단속도율(λ)에 따른 전력계수(Cp)를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기의 유압펌프 및 유압모터가 PID 제어되는 상태를 나타낸 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기의 회전날개를 조절하는 알고리즘을 나타낸 신호흐름도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기의ㅋ 회전날개의 조절 시 미리 설정된 제 1 내지 제4상태를 나타낸 그래프이다.1 is a schematic diagram showing the configuration of a hydrogen generation system using seawater and renewable energy according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic diagram showing a partial configuration of a hydrogen generation system using seawater and renewable energy according to an embodiment of the present invention.
3 is a flow chart showing a state in which the hydrogen generating system is controlled according to an embodiment of the present invention.
4 is a schematic diagram showing the configuration of a wind power generator of a renewable energy generator according to an embodiment of the present invention.
5 is a graph showing a power factor (Cp) according to a pitch angle (β) and a tip speed ratio (λ) of a rotating blade of a wind turbine according to an embodiment of the present invention.
6 is a flow chart showing a state in which the hydraulic pump and the hydraulic motor of the wind generator according to an embodiment of the present invention are PID controlled.
7 is a signal flow diagram showing an algorithm for adjusting the rotor blades of a wind power generator according to an embodiment of the present invention.
8 is a graph showing preset first to fourth states when adjusting the rotation blades of the wind turbine according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings to the extent that those of ordinary skill in the art can easily implement the present invention.

실시예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.In describing the embodiments, descriptions of technical contents that are well known in the technical field to which the present invention pertains and are not directly related to the present invention will be omitted. This is to more clearly convey the gist of the present invention by omitting unnecessary description.

마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다. 또한, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 각 도면에서 동일한 또는 대응하는 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하였다.For the same reason, some components in the accompanying drawings are exaggerated, omitted, or schematically illustrated. In addition, the size of each component does not fully reflect the actual size. The same reference numerals are assigned to the same or corresponding components in each drawing.

도 1에는 해수 및 신재생 에너지를 이용한 수소발생 시스템의 구성이 개략도로 도시되어 있고, 도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 해수 및 신재생 에너지를 이용한 수소발생 시스템의 일부 구성이 개략도로 도시되어 있다.FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a hydrogen generation system using seawater and renewable energy, and FIG. 2 is a schematic diagram showing a partial configuration of a hydrogen generation system using seawater and renewable energy according to an embodiment of the present invention. Has been.

도 1에 도시된 바와 같이, 수소발생 시스템(100)은 크게 재생 에너지 발전부(110), 에너지 저장부(170), 수소생산부(200), 수소저장 탱크(300), 및 컨트롤러(400)로 구성될 수 있다.As shown in Figure 1, the hydrogen generation system 100 is largely a renewable energy generation unit 110, an energy storage unit 170, a hydrogen production unit 200, a hydrogen storage tank 300, and a controller 400. Can be configured.

본 실시예에서, 상기 재생 에너지 발전부(110)는, 풍력 발전기(120), 파력 발전기(130), 조력 발전기(140), 에너지 변환기(150), 및 컨버터(160)로 구성될 수 있다.In this embodiment, the renewable energy generator 110 may be composed of a wind generator 120, a wave generator 130, a tidal generator 140, an energy converter 150, and a converter 160.

상기 재생 에너지 발전부(110)는, 여러 재생 에너지를 조합하여 복합적으로 전력을 생산하는 하이브리드식 발전기에 해당한다.The renewable energy generator 110 corresponds to a hybrid generator that combines several renewable energies to produce power in a complex manner.

본 실시예에서, 상기 풍력 발전기(120), 조력 발전기(140)에는 각각 터빈의 요 각도(yaw angle), 피치 각도(pitch angle) 조절을 위한 동력전달부가 구비되어, 각각 공기의 유동이 가진 운동 에너지의 공기 역학적 특성인 풍력을 이용하여 전력을 생성하고, 해류의 흐름(조력)을 이용할 때 상기 동력전달부를 최적화하여 발전효율을 최대화 하여 전력을 생성한다. In this embodiment, the wind generator 120 and the tidal generator 140 are provided with a power transmission unit for adjusting the yaw angle and the pitch angle of the turbine, respectively, each movement of the air flow Electric power is generated by using wind power, which is an aerodynamic characteristic of energy, and power is generated by maximizing power generation efficiency by optimizing the power transmission unit when using an ocean current (tidal power).

그리고 상기 파력 발전기(130)는 부유하는 부표를 통해 파도의 병진 운동을 이용하여 전력을 생성한다. In addition, the wave generator 130 generates electric power by using the translational motion of waves through floating buoys.

본 실시예에서, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 풍력 발전기(120)는, 수직축(121), 회전축(미도시)이 구비되는 기어박스(123), 복수 개의 회전날개(124), 및 동력전달부(125)로 구성될 수 있다. In this embodiment, as shown in Figure 4, the wind power generator 120, a vertical shaft 121, a gearbox 123 provided with a rotating shaft (not shown), a plurality of rotating blades 124, and power It may be composed of a transmission unit 125.

상기 수직축(121)은 수직하게 배치되고, 요(yaw)각 조절 가능하게 설치될 수 있다. 상기 수직축(121)은 축 전체가 회전 가능하게 설치될 수 있지만, 상기 기어박스(123)가 설치된 일단부만 회전 가능하게 형성될 수도 있다.The vertical shaft 121 may be disposed vertically, and may be installed to be adjustable in a yaw angle. The vertical shaft 121 may be installed so that the entire shaft is rotatable, but only one end portion on which the gearbox 123 is installed may be rotatably formed.

상기 수직축(121) 상에는 기어박스(123)가 구비된다. 상기 기어박스(123)는 상기 수직축(121)과 직교하는 방향으로 회전 가능하게 설치되는 회전축(미도시)이 관통하여 구비된다. A gearbox 123 is provided on the vertical shaft 121. The gearbox 123 is provided through a rotation shaft (not shown) that is rotatably installed in a direction perpendicular to the vertical shaft 121.

상기 기어박스(123)를 중심으로 하여서는 복수 개의 회전날개(124)가 방사상으로 배치된다. 상기 회전날개(124)는 피치(Pitch)각 조절이 가능하도록 상기 회전축의 일단에 연결될 수 있다. A plurality of rotating blades 124 are radially arranged around the gearbox 123. The rotation blade 124 may be connected to one end of the rotation shaft so that a pitch angle can be adjusted.

상기 회전축의 타단에는 동력전달부(125)가 결합된다. 상기 동력전달부(125)는 상기 회전축의 회전력을 전달받아 구동된다.A power transmission unit 125 is coupled to the other end of the rotation shaft. The power transmission unit 125 is driven by receiving the rotational force of the rotation shaft.

상기 동력전달부(125)는, 도시되지는 않았지만 유압펌프, 유압모터, 및 제너레이터를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 유압펌프는 상기 기어박스(123)의 회전력을 전달받아 기계적 에너지를 압력 에너지로 변환하는 역할을 한다.Although not shown, the power transmission unit 125 may include a hydraulic pump, a hydraulic motor, and a generator. The hydraulic pump serves to convert mechanical energy into pressure energy by receiving the rotational force of the gearbox 123.

상기 유압모터는 상기 유압펌프의 유압을 전달받아 구동되고, 상기 제너레이터는 상기 유압모터의 유압에 의해 구동됨으로써 전력을 생성하게 된다.The hydraulic motor is driven by receiving the hydraulic pressure of the hydraulic pump, and the generator is driven by the hydraulic pressure of the hydraulic motor to generate electric power.

본 실시예에서, 상기 유압펌프와 유압모터 사이는 유압회로에 의해 연결될 수 있다. 상기 유압회로는 상기 유압모터에 균일하게 에너지가 전달되도록 하는 역할을 한다.In this embodiment, the hydraulic pump and the hydraulic motor may be connected by a hydraulic circuit. The hydraulic circuit serves to uniformly transmit energy to the hydraulic motor.

본 실시예에서는 풍력 발전기(120)의 회전날개(124)의 피치(Pitch)각이나 수직축의 요(yaw)각을 조절하여 동력전달부를 안정화 할 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 아래에서 설명하기로 한다.In this embodiment, it is possible to stabilize the power transmission unit by adjusting the pitch angle of the rotation blade 124 of the wind power generator 120 or the yaw angle of the vertical axis. A detailed description of this will be described below.

상기 풍력 발전기(120), 파력 발전기(130), 및 조력 발전기(140)로부터 생성된 총 전력은 에너지 변환기(150)에 의해 결합된다. 즉, 상기 에너지 변환기(150)는 상기 풍력 발전기(120), 파력 발전기(130), 및 조력 발전기(140)의 동력전달부와 연결되며, 각 동력전달부로부터 동력을 전달받아 전체 에너지 생산량을 조절하는 역할을 한다. 상기 에너지 변환기(150)는 발전기(미도시)와 상기 발전기와 연결된 유압 모터(미도시)를 구동하여 전기를 생성한다.The total power generated from the wind generator 120, the wave generator 130, and the tidal generator 140 is combined by an energy converter 150. That is, the energy converter 150 is connected to the power transmission unit of the wind power generator 120, the wave power generator 130, and the tidal power generator 140, and receives power from each power transmission unit to adjust the total energy production. Plays a role. The energy converter 150 generates electricity by driving a generator (not shown) and a hydraulic motor (not shown) connected to the generator.

본 실시예에서, 상기 에너지 변환기(150)에는 어큐뮬레이터(151), 상기 어큐뮬레이터(151)와 연결되는 유압 모터(153), 및 상기 유압 모터(153)에 의해 구동되는 발전기(155)로 구성될 수 있다. 상기 어큐뮬레이터(151)는 상기 풍력 발전기(120), 파력 발전기(130), 조력 발전기(140)와 연결되어 상기 풍력 발전기(120), 파력 발전기(130) 및 조력 발전기(140)로부터 생성된 에너지를 하나로 결합하기 위한 것이다. 그리고, 상기 어큐뮬레이터(151)는 총 유량 중 일정량을 축적해 두었다가 필요에 따라 방출하는 것으로, 상기 유압 모터(153)의 동력원 보조 작용도 한다. 따라서 상기 유압 모터(153) 및 발전기(155)가 일정한 속도로 작동하도록 보조함으로써, 상기 유압 모터(153) 및 발전기(155)는 높을 효율을 달성할 수 있다.In this embodiment, the energy converter 150 may include an accumulator 151, a hydraulic motor 153 connected to the accumulator 151, and a generator 155 driven by the hydraulic motor 153. have. The accumulator 151 is connected to the wind generator 120, the wave generator 130, and the tidal generator 140 to generate energy generated from the wind generator 120, the wave generator 130, and the tidal generator 140. It is to unite into one. In addition, the accumulator 151 accumulates a certain amount of the total flow rate and releases it as necessary, and also serves as a power source of the hydraulic motor 153. Therefore, by assisting the hydraulic motor 153 and the generator 155 to operate at a constant speed, the hydraulic motor 153 and the generator 155 can achieve high efficiency.

상기 에너지 변환기(150)에는 컨버터(160)가 연결된다. 상기 컨버터(160)는 상기 풍력 발전기(120), 파력 발전기(130), 및 조력 발전기(140)에서 생산된 전력을 상기 에너지 저장부(170)로 공급하도록 전력을 변환하는 역할을 한다.A converter 160 is connected to the energy converter 150. The converter 160 serves to convert electric power to supply the electric power produced by the wind generator 120, the wave generator 130, and the tidal generator 140 to the energy storage unit 170.

한편, 상기 에너지 저장부(170)는 상기 재생 에너지 발전부(110)로부터 생산된 전력에 의해 충전된다. 상기 에너지 저장부(170)의 충전량은 컨트롤러(400)에 의해 제어될 수 있다. Meanwhile, the energy storage unit 170 is charged by electric power generated from the renewable energy generation unit 110. The amount of charge of the energy storage unit 170 may be controlled by the controller 400.

한편, 상기 수소생산부(200)는 상기 재생 에너지 발전부(110)로부터 생산된 전력과 해수를 이용하여 전기분해에 의해 수소연료를 생성하는 역할을 한다. 상기 수소생산부(200)는 상기 에너지 저장부(170)에 연결되어 전력을 상기 에너지 저장부(170)를 통해 전달받을 수 있다.On the other hand, the hydrogen production unit 200 serves to generate hydrogen fuel by electrolysis using the electric power and seawater produced from the renewable energy generation unit 110. The hydrogen production unit 200 may be connected to the energy storage unit 170 to receive power through the energy storage unit 170.

본 실시예에서, 상기 수소생산부(200)는, 전기 모터(210), 워터 펌프(220), 히터(230), 전기분해 시스템부(240), 필터(미도시). 및 압축기(250)로 구성될 수 있다. 상기 전기 모터(210)는 상기 에너지 저장부(170)로부터 전력을 공급받아 구동되고, 상기 워터 펌프(220)는 상기 전기 모터(210)에 의해 구동되어 해수를 펌핑한다. 이때, 펌핑되는 해수는 전기 분해를 위한 촉매(전해액)다. In this embodiment, the hydrogen production unit 200, an electric motor 210, a water pump 220, a heater 230, an electrolysis system unit 240, a filter (not shown). And a compressor 250. The electric motor 210 is driven by receiving power from the energy storage unit 170, and the water pump 220 is driven by the electric motor 210 to pump seawater. At this time, the pumped seawater is a catalyst (electrolyte) for electrolysis.

상기 워터 펌프(220)를 통해 펌핑된 해수는 히터(230)로 전달된다. 상기 히터(230)는 상기 워터 펌프(220)를 통해 해수를 공급받아 가열하여 해수를 수증기 상태로 만드는 역할을 한다. 즉, 상기 히터(230)는 해수가 수증기로 변할 때까지 가열하고, 해수로부터 불순물을 분리한다. Seawater pumped through the water pump 220 is delivered to the heater 230. The heater 230 serves to receive and heat seawater through the water pump 220 to make the seawater into a vapor state. That is, the heater 230 heats the seawater until it turns into steam, and separates impurities from the seawater.

이때, 수증기가 된 해수는 상기 전기분해 시스템부(240)로 이동된다. 이는 고온 및 수증기 때문에 전기분해 공정의 효율을 높일 수 있기 때문이다. 상기 전기분해 시스템부(240)의 음극 측에서는 수소 가스가 생성되고, 필터를 사용하여 수증기 및 불순물을 제거한다. At this time, the seawater that has become steam is moved to the electrolysis system unit 240. This is because the high temperature and water vapor can increase the efficiency of the electrolysis process. Hydrogen gas is generated on the cathode side of the electrolysis system unit 240, and water vapor and impurities are removed using a filter.

본 실시예에서, 상기 전기분해 시스템부(240)의 구조는 도 2에 개략적으로 도시된 바와 같이, 탱크 속에 해수를 채우고 에노드(+극)와 캐소드(-극)를 삽입하여 전력을 공급해주는 구조일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 그리고, 상기 재생 에너지 발전부(110)에서 발전된 전력은 애노드와 캐소드에 전기적으로 접속되어 전력을 공급하는데, 이때, 전력은 조절 가능하며, 따라서 수소생성량의 조절이 용이하다. In this embodiment, the structure of the electrolysis system unit 240 is, as schematically shown in FIG. 2, filling seawater into the tank and inserting an anode (+ pole) and a cathode (-pole) to supply power. It may be a structure, but is not limited thereto. In addition, the power generated by the renewable energy generator 110 is electrically connected to the anode and the cathode to supply power. In this case, the power is adjustable, and thus the amount of hydrogen generation can be easily adjusted.

한편, 고체 산화물에 의한 증기 전기분해 시스템은 800-900°C, 작동압력 1bar에서 작동하며, PEM(Polymer Electrolyte Membrane : 고분자 전해질형)에 의한 증기 전기분해 시스템은 20-200°C, 작동 압력 20-30bar에서 작동한다. On the other hand, the steam electrolysis system by solid oxide operates at 800-900°C, operating pressure 1bar, and the steam electrolysis system by PEM (Polymer Electrolyte Membrane: polymer electrolyte type) is 20-200°C, operating pressure 20 Works at -30bar.

따라서, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 컨트롤러(400)는 전기분해 시스템의 종류에 따라 두 가지 방법 즉, 상기 히터(230)를 통해 상기 전기분해 시스템부(240)의 온도를 제어하거나, 상기 전기 모터(210)를 통해 상기 워터 펌프(220)의 용량 가변 및 워터 펌프와 연결된 유량 제어 밸브(flow control valve)를 제어하여 상기 전기분해 시스템부(240)의 압력을 조절함으로써 수소 생성량의 조절을 용이하게 할 수 있다.Therefore, as shown in FIG. 3, the controller 400 controls the temperature of the electrolysis system unit 240 through the heater 230 in two ways according to the type of the electrolysis system, or By controlling the capacity of the water pump 220 and a flow control valve connected to the water pump through the electric motor 210, the pressure of the electrolysis system unit 240 is adjusted to control the amount of hydrogen produced. You can do it easily.

이와 같이 생성된 수소는 상기 압축기(250)로 이동된다. 수소의 응축 온도는 물의 응축 온도보다 매우 낮게 때문에 남아있는 수증기는 상기 필터를 사용하여 제거할 수 있다. 상기 압축기(250)는 수소를 고압으로 압축하여 상기 수소저장 탱크(300)로 전달하고, 수소저장 탱크는 전달 받은 수소연료를 저장한다. Hydrogen generated in this way is moved to the compressor 250. Since the condensation temperature of hydrogen is much lower than that of water, remaining water vapor can be removed using the filter. The compressor 250 compresses hydrogen at high pressure and delivers it to the hydrogen storage tank 300, and the hydrogen storage tank stores the received hydrogen fuel.

이와 같이 저장된 수소연료는 연료전지 엔진, 연료전지 차량, 또는 산업용 연료 전지 시스템과 같은 녹색 연료로 사용할 수 있다.The stored hydrogen fuel can be used as green fuel such as a fuel cell engine, a fuel cell vehicle, or an industrial fuel cell system.

다음으로, 상기 컨트롤러(400)는 본 발명의 상기 재생 에너지 발전부(110)로터 상기 수소생산부(200)에 공급되는 전력량, 상기 에너지 저장부(170)의 충전량, 상기 수소저장 탱크(300)의 수소연료량 등을 제어하여 최적의 수소발생 시스템을 구성하도록 한다.Next, the controller 400 is the amount of power supplied to the renewable energy generation unit 110 rotor the hydrogen production unit 200 of the present invention, the amount of charge of the energy storage unit 170, the hydrogen storage tank 300 By controlling the amount of hydrogen fuel, etc., the optimum hydrogen generation system is constructed.

상기 컨트롤러(400)는 상기 재생 에너지 발전부(110)로부터 생산된 전력을 상기 에너지 저장부(170)에 충전시키며, 상기 수소생산부(200)에 공급한다. 본 발명 실시예에서는 재생 에너지 발전부(110)로부터 상기 수소생산부(200)로 전력을 안정적으로 공급하면서, 사이클 수명 시간을 보장하기 위해, 수소 생산 공정의 온/오프 시간을 줄일 수 있다. 이를 위해, 상기 컨트롤러(400)는 상기 풍력 발전기(120), 조력 발전기(140)의 동력전달부를 최적화하여 발전효율을 최대화하여 전력을 생성한다.The controller 400 charges the power generated from the renewable energy generation unit 110 into the energy storage unit 170 and supplies it to the hydrogen generation unit 200. In an exemplary embodiment of the present invention, in order to stably supply power from the renewable energy generation unit 110 to the hydrogen production unit 200 and ensure a cycle life time, the on/off time of the hydrogen production process may be reduced. To this end, the controller 400 optimizes the power transmission unit of the wind power generator 120 and the tidal power generator 140 to maximize power generation efficiency to generate power.

한편, 도 5는 상기 풍력 발전기(120)의 피치각(β)과 선단속도율(λ)에 따른 전력계수(Cp)를 나타낸 그래프이고, 도 7은 상기 회전날개(124)를 조절하는 알고리즘을 나타낸 신호흐름도이며, 도 8은 회전날개(124)의 조절 시 미리 설정된 제 1 내지 제 4상태를 나타낸 그래프이다.On the other hand, Figure 5 is a graph showing the power coefficient (Cp) according to the pitch angle (β) and the tip speed rate (λ) of the wind generator 120, Figure 7 is an algorithm for adjusting the rotating blade 124 It is a signal flow diagram shown, and FIG. 8 is a graph showing preset first to fourth states when the rotation blade 124 is adjusted.

도 5를 참조하여 풍력에 의한 발전전력은 아래의 수학식 1에 의해 결정된다.With reference to FIG. 5, power generated by wind power is determined by Equation 1 below.

<수학식 1><Equation 1>

Figure pat00001
Figure pat00001

전력계수(Cp)는 회전날개(124)의 피치각(pitch angle)인 β와 선단속도율(tip speed ratio)인 λ를 인자로 갖는다. 선단속도율 λ는 회전날개(124)의 끝단에서의 선단속도(

Figure pat00002
, R은 회전날개의 반지름)의 바람의 속도(Vw)에 대한 비율이다. 전력계수(Cp)는 아래 수학식 2에 의해 계산된다.The power factor Cp has a pitch angle β of the rotor blade 124 and a tip speed ratio λ as factors. The tip speed rate λ is the tip speed at the end of the rotary blade 124 (
Figure pat00002
, R is the ratio of the radius of the rotor blade to the wind speed (Vw). The power factor (Cp) is calculated by Equation 2 below.

<수학식 2><Equation 2>

Figure pat00003
Figure pat00003

c1 내지 지6은 회전날개(124)의 특성에 따른 계수이며, 예컨대 c1은 0.5, c2는 116/λi, c3는 0.4, c4는 0, c5는 5, c6은 21/λi, x는 1.5로 주어질 수 있으며, λi는 아래 수학식 3로 주어질 수 있다.c1 to G6 are coefficients according to the characteristics of the rotating blade 124, for example, c1 is 0.5, c2 is 116/λi, c3 is 0.4, c4 is 0, c5 is 5, c6 is 21/λi, and x is 1.5. May be given, and λi may be given by Equation 3 below.

<수학식 3><Equation 3>

Figure pat00004
Figure pat00004

선단속도율(λ, tip speed ratiol TSR)은 아래 수학식 4와 같이 주어질 수 있으며, ωr은 회전날개(124)의 각속도이다.Tip speed ratio (λ, tip speed ratiol TSR) can be given as in Equation 4 below, and ω r is the angular speed of the rotor blade 124.

<수학식 4><Equation 4>

Figure pat00005
Figure pat00005

도 5에 도시된 바와 같이, 핏치각(β)이 0도인 경우 선단속도율(λ)이 8.1일 때 전력계수(Cp)는 0.48의 최대값을 갖는다. 이 선단속도율 값이 회전날개(124)의 해당 피치각에서 최대 발전 효율을 가지는 최적값이 된다. 이에 따라 상기 풍력 발전기(120)의 발생 전력을 최대화하기 위한 회전날개(124)의 회적 회전속도(optimal rotor speed)를 산출할 수 있다.As shown in FIG. 5, when the pitch angle β is 0 degrees, the power factor Cp has a maximum value of 0.48 when the tip speed ratio λ is 8.1. This tip speed rate value becomes the optimum value having the maximum power generation efficiency at the corresponding pitch angle of the rotating blade 124. Accordingly, the optimal rotor speed of the rotor blade 124 for maximizing the generated power of the wind generator 120 may be calculated.

회전날개(124)의 최적 회전 속도(ωt-opt)는 아래 수학식 5에서 나타낸 바와 같다.The optimum rotation speed (ωt-opt) of the rotary blade 124 is as shown in Equation 5 below.

<수학식 5><Equation 5>

Figure pat00006
Figure pat00006

여기에서 λopt는 λ의 최적 선단속도비(Tip Speed Ratio;TSR)를 의미한다.Here, λopt means the optimum tip speed ratio (TSR) of λ.

회전날개(124)에 의해 생성된 토크는 아래 수학식 6에서 나타낸 바와 같다.The torque generated by the rotary blade 124 is as shown in Equation 6 below.

<수학식 6><Equation 6>

Figure pat00007
Figure pat00007

한편, 도 6에 도시된 바와 같이, 유압펌프 및 유압모터는 PID(proportional integral derivatition control) 제어를 통해 자동 제어 가능하다.Meanwhile, as shown in FIG. 6, the hydraulic pump and the hydraulic motor can be automatically controlled through PID (proportional integral derivatition control) control.

첫 번째 제어는 상기 최적 선단 속도비(Optimal TSR)에 따른 회전날개(124)의 각속도(ωto)로부터 PID/SMC(Sliding Mode Controller)를 통해 유압펌프를 제어하는 것이고, 두 번째 제어는 유압모터의 스피드 입력(yr)에 따라 PID/AFSMC(Adaptive-Fuzzy Sliding Mode Controller)를 통해 유압모터를 제어하는 것이다. 이때, 유압펌프로부터 유압모터로 전달되는 에너지는 유압회로를 통해 균일하게 전달될 수 있다.The first control is to control the hydraulic pump through PID/SMC (Sliding Mode Controller) from the angular speed (ω to ) of the rotary blade 124 according to the optimum tip speed ratio (Optimal TSR), and the second control is to control the hydraulic motor. It controls the hydraulic motor through PID/AFSMC (Adaptive-Fuzzy Sliding Mode Controller) according to the speed input (y r ) of. At this time, energy transmitted from the hydraulic pump to the hydraulic motor may be uniformly transmitted through the hydraulic circuit.

Figure pat00008
은 기어박스(123)의 기어비라 할 때, 동력전달부의 유압펌프의 최적 펌프 속도는 회전날개의 최적 각속도로부터
Figure pat00009
의 관계식에서 구할 수 있다.
Figure pat00008
When referring to the gear ratio of the gearbox 123, the optimum pump speed of the hydraulic pump of the power transmission unit is from the optimum angular velocity of the rotating blade.
Figure pat00009
It can be obtained from the relational expression of

상기 유압펌프의 최적 펌프 속도(ωp-opt)는 펌프의 사판율 또는 변위율(displacement ratio, αp)을 PID(proportional integral derivation control) 제어 또는 SMC제어를 통해 얻을 수 있고 이는 아래와 같은 수학식으로 나타낼 수 있다. The optimum pump speed (ω p-opt ) of the hydraulic pump can be obtained through PID (proportional integral derivation control) control or SMC control of the swash plate ratio or displacement ratio (α p ) of the pump, which is the following equation. Can be represented by

Figure pat00010
Figure pat00010

여기서,

Figure pat00011
이고, ωp는 펌프속도, ωp-opt는 최적 펌프속도이다. 이와 같이, 동력전달부의 유압펌프의 펌프속도(ωp)를 조절함으로써,
Figure pat00012
에서 유압펌프의 제어를 통해 회전날개(124)의 최적 회전속도(ωt-opt)를 얻을 수 있으며 이에 의하여 최적 선단속도비율(λopt)을 얻고 최적의 전력(Ptopt)을 얻을 수 있다.here,
Figure pat00011
And ω p is the pump speed, and ω p-opt is the optimum pump speed. In this way, by adjusting the pump speed (ω p ) of the hydraulic pump of the power transmission unit,
Figure pat00012
The optimum rotational speed (ωt-opt) of the rotary blade 124 can be obtained through the control of the hydraulic pump, thereby obtaining the optimum tip speed ratio (λopt) and the optimum power (Ptopt).

또한 유압모터에 대한 두 번째 제어도, 유압모터 스피드(yr)을 입력값으로하여 모터속도(ωm)에 대하여 상기 첫 번째 제어와 유사하게 최적 모터스피드와 모터스피드와의 차이값을 이용하여 PID또는 AFSMC 제어함으로써 사판각도(유압모터 displacement angle, αM)를 조정함으로써 최적 모터스피드를 얻을 수 있고 최적의 전력(Ptopt)을 얻을 수 있다.In addition, the second control for the hydraulic motor is similar to the first control for the motor speed (ωm) with the hydraulic motor speed (yr) as an input value, and the PID or By controlling the AFSMC, the optimum motor speed can be obtained and the optimum power (Ptopt) can be obtained by adjusting the swash plate angle (hydraulic motor displacement angle, αM).

본 실시예에서는 풍력발전기(120)를 예로 들어 설명하였지만 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 조력발전기(140)도 동일한 회전 날개를 가지는 구성으로써 최적 전력을 얻을 수 있도록 동일한 제어 방법이 적용될 수 있다. 즉, 본 명세서 전체에서 풍력발전대신 조력발전에도 풍력발전과 동일한 설명이 적용된다.In the present embodiment, the wind turbine 120 has been described as an example, but is not limited thereto. For example, the tidal generator 140 is also configured to have the same rotating blades, and the same control method may be applied to obtain optimum power. That is, the same description as for wind power is applied to tidal power instead of wind power throughout the present specification.

다음으로, 도 7 및 도 8을 참조하면, 상기 회전날개(124)의 각도 조절 실시예를 나타내는 흐름도가 도시되어 있다.Next, referring to FIGS. 7 and 8, a flow chart showing an embodiment of adjusting the angle of the rotary blade 124 is shown.

도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 수직축(121) 및 회전날개(124)는 요(yaw)각 과 피치(Pitch)각의 조정이 가능하도록 회전하며, 4개의 상태를 미리 설정하여 각 상태에 따라 요와 핏치의 각도를 조절하는 내용이 개시된다. 4개의 상태는, 제1상태(Region 1) 및 제4상태(Region 4)는 에너지의 생성이 이루어지지 않는 상태를 의미하고, 제2상태(Region 2)는 풍력에 따른 제1에너지를 생성하면서 에너지 효율을 증대시키는 상태를 의미하고, 제3상태(Region 3)는 제1에너지를 생성하면서 에너지 효율을 감소시키는 상태를 의미한다. 7 and 8, the vertical shaft 121 and the rotary blade 124 rotate so that the yaw angle and the pitch angle can be adjusted, and four states are preset to Contents of adjusting the yaw and pitch angles according to the state are disclosed. In the four states, the first state (Region 1) and the fourth state (Region 4) mean a state in which energy is not generated, and the second state (Region 2) generates first energy according to wind power. It means a state of increasing energy efficiency, and the third state (Region 3) means a state of reducing energy efficiency while generating first energy.

먼저, 바람의 방향에 맞도록 요각이 설정되어 있는지 판단한 후, 요각을 조절하여 바람의 방향과 회전날개(124)가 대향하도록 일치시킨다. 요각이 바람의 방향에 적합하게 조절된 경우 바람의 속도에 따라, 바람의 속도가 제2상태(Region 2)나 제3상태(Region 3)에 속하는 경우 핏치 각을 0으로 조절한다. 제4상태(Region 4)에 속하는 경우 회전날개(124)의 회전 속도를 천천히 감소시키도록 핏치각을 조절한다.First, it is determined whether the yaw angle is set to match the direction of the wind, and then the yaw angle is adjusted so that the direction of the wind and the rotating blades 124 face each other. When the yaw angle is adjusted appropriately to the direction of the wind, the pitch angle is adjusted to 0 when the wind speed is in the second state (Region 2) or the third state (Region 3) according to the wind speed. In the case of belonging to the fourth state (Region 4), the pitch angle is adjusted to slowly decrease the rotational speed of the rotary blade 124.

위와 같은 메커니즘을 통해 파력 또는 조력의 발전량이 큰 경우 풍력발전량을 가변시키면서 조절 가능하고, 과도한 에너지의 생성이나 과소한 에너지의 생성을 방지할 수 있다. 또한, 바람의 속도가 너무 빠를 경우 회전날개(124)의 파손을 방지하고, 속도가 부족한 경우 발전 효율을 최적화 할 수 있다.Through the above mechanism, when the amount of generation of wave or tidal power is large, it is possible to adjust while varying the amount of wind power, and it is possible to prevent generation of excessive energy or generation of excessive energy. In addition, when the speed of the wind is too high, damage to the rotor blades 124 can be prevented, and when the speed is insufficient, power generation efficiency can be optimized.

이와 같이, 본 발명은 풍력, 조력, 파력의 재생에너지를 조합하여 균일한 에너지 생산량을 보장할 수 있으며, 동력전달부의 발전 효율을 최적화하여 과도한 에너지 생성이나 과소환 에너지 생성에 효과적으로 대처할 수 있으므로 풍력, 조력발전의 에너지 생성 효율을 증대시킬 수 있는 효과도 있다. As described above, the present invention can ensure a uniform energy production by combining renewable energy of wind power, tidal power, and wave power, and can effectively cope with excessive energy generation or under-reduction energy generation by optimizing the power generation efficiency of the power transmission unit. There is also an effect that can increase the energy generation efficiency of tidal power generation.

그리고 본 발명은, 파도와 바람이 심한 해상에서 풍력 발전기(120), 파력 발전기(130), 조력 발전기(140)의 동력전달부를 제어, 특히, 풍력 발전기(120)를 회전날개(124)를 풍속에 따라 제어함으로써 전력을 안정적으로 생산하여 수소생산부(200)에 공급할 수 있으므로, 수소의 생산량을 증가시킬 수 있다. 따라서, 효율성이 향상된 해수 및 신재생 에너지를 이용한 수소발생 시스템을 제공할 수 있는 효과도 있다.And the present invention controls the power transmission of the wind power generator 120, the wave power generator 130, the tidal power generator 140 in the sea where waves and winds are severe, in particular, the wind power generator 120 to the rotation blade 124 By controlling according to, since power can be stably produced and supplied to the hydrogen production unit 200, the production amount of hydrogen can be increased. Therefore, there is an effect of providing a hydrogen generation system using seawater and renewable energy with improved efficiency.

또한, 상기 재생 에너지 발전부(110)로부터 생산된 전력을 에너지 저장부(170)에 저장하여 컨트롤러(400)를 통해 수소저장 탱크(300)의 수소연료 저장량에 따라 능동적으로 전력을 공급할 수 있으므로 효율성이 더욱 향상된 해수 및 신재생 에너지를 이용한 수소발생 시스템을 제공할 수 있는 효과도 있다.In addition, since the power generated from the renewable energy generation unit 110 can be stored in the energy storage unit 170 and actively supply power according to the amount of hydrogen fuel stored in the hydrogen storage tank 300 through the controller 400, efficiency There is also an effect that can provide a hydrogen generation system using more improved seawater and renewable energy.

한편, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.Meanwhile, the present specification and drawings disclose preferred embodiments of the present invention, and although specific terms are used, these are merely used in a general meaning to easily explain the technical content of the present invention and to aid understanding of the present invention. It is not intended to limit the scope of the invention. It is obvious to those of ordinary skill in the art that other modifications based on the technical idea of the present invention may be implemented in addition to the embodiments disclosed herein.

100: 수소발생 시스템 110: 재생 에너지 발전부
120: 풍력 발전기 130: 파력 발전기
140: 조력 발전기 150: 에너지 변환기
160: 컨버터 170: 에너지 저장부
200: 수소생산부 210: 전기 모터
220: 워터 펌프 230: 히터
240: 전기분해 시스템부 250: 압축기
300: 수소저장 탱크 400: 컨트롤러100: hydrogen generation system 110: renewable energy generation
120: wind generator 130: wave generator
140: tidal generator 150: energy converter
160: converter 170: energy storage unit
200: hydrogen production unit 210: electric motor
220: water pump 230: heater
240: electrolysis system unit 250: compressor
300: hydrogen storage tank 400: controller

Claims (7)

조력, 파력, 및 풍력의 복합 발전을 통해 전력을 생산하는 재생 에너지 발전부;
상기 재생 에너지 발전부로부터 생산된 전력에 의해 충전되는 에너지 저장부;
상기 에너지 저장부로부터 공급받은 전력과 해수를 이용하여 전기분해에 의해 수소연료를 생성하는 수소생산부;
상기 수소연료를 전달받아 수소연료를 저장하는 복수 개의 수소저장 탱크; 및
상기 재생 에너지 발전부, 에너지 저장부, 수소생산부와 연결되어 상기 재생 에너지 발전부, 에너지 저장부, 수소생산부의 구동을 제어하고, 상기 수소저장 탱크의 수소 연료량을 제어하는 컨트롤러;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 해수 및 신재생 에너지를 이용한 수소발생 시스템.Renewable energy generation unit for generating electric power through combined power generation of tidal power, wave power, and wind power;
An energy storage unit charged by electric power generated from the renewable energy generation unit;
A hydrogen production unit generating hydrogen fuel by electrolysis using the electric power and seawater supplied from the energy storage unit;
A plurality of hydrogen storage tanks receiving the hydrogen fuel and storing the hydrogen fuel; And
And a controller connected to the renewable energy generation unit, the energy storage unit, and the hydrogen production unit to control the driving of the renewable energy generation unit, the energy storage unit, and the hydrogen production unit, and to control the amount of hydrogen fuel in the hydrogen storage tank. Hydrogen generation system using seawater and renewable energy, characterized in that. 제 1항에 있어서,
상기 수소생산부는,
상기 에너지 저장부로부터 전력을 공급받는 전기 모터,
상기 전기 모터에 의해 구동되어 해수를 펌핑하는 워터 펌프,
상기 워터 펌프를 통해 해수를 공급받아 가열하여 해수를 수증기 상태로 만드는 히터,
상기 히터로부터 증기 상태의 해수를 전달받아 전기분해를 통해 수소 가스를 생성하는 전기분해 시스템부, 및
상기 전기분해 시스템부를 통해 생성된 수소 가스를 소정의 고압으로 압축하여 상기 수소저장 탱크로 전달하는 압축기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 해수 및 신재생 에너지를 이용한 수소발생 시스템.The method of claim 1,
The hydrogen production unit,
An electric motor receiving power from the energy storage unit,
A water pump driven by the electric motor to pump seawater,
A heater that receives seawater through the water pump and heats it to make the seawater into a vapor state,
An electrolysis system unit for generating hydrogen gas through electrolysis by receiving seawater in a vapor state from the heater, and
Hydrogen generation system using seawater and renewable energy, characterized in that it comprises a compressor that compresses the hydrogen gas generated through the electrolysis system unit to a predetermined high pressure and delivers it to the hydrogen storage tank. 제 2항에 있어서,
상기 히터의 온도와 상기 전기분해 시스템부의 온도 및 압력은 상기 컨트롤러에 의해 각각 제어되는 것을 특징으로 하는 해수 및 신재생 에너지를 이용한 수소발생 시스템.The method of claim 2,
Hydrogen generation system using seawater and renewable energy, characterized in that the temperature of the heater and the temperature and pressure of the electrolysis system unit are respectively controlled by the controller. 제 3항에 있어서,
상기 재생 에너지 발전부는,
공기의 유동이 가진 운동 에너지의 공기 역학적 특성인 풍력을 이용하여 전력을 생성하는 풍력 발전기,
해수면의 수위 차를 이용하여 전력을 생성하는 조력 발전기,
파랑 에너지를 이용하여 전력을 생성하는 파력 발전기,
상기 풍력 발전기, 조력 발전기, 및 파력 발전기와 연결되어 상기 풍력 발전기, 조력 발전기 및 파력 발전기로부터 생성된 전력을 하나로 결합하는 에너지 변환기, 및
상기 에너지 변환기에 연결되어 상기 풍력 발전기, 조력 발전기, 및 파력 발전기에서 생산된 전력을 상기 에너지 저장부로 공급하도록 전력을 변환하는 컨버터를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 해수 및 신재생 에너지를 이용한 수소발생 시스템.The method of claim 3,
The renewable energy generation unit,
A wind power generator that generates power using wind power, which is the aerodynamic characteristic of the kinetic energy of the air flow,
A tidal generator that generates electric power by using the difference in water level at sea level,
A wave generator that generates electric power using wave energy,
An energy converter connected to the wind generator, the tidal generator, and the wave generator to combine the electric power generated from the wind generator, the tidal generator and the wave generator into one, and
Hydrogen generation using seawater and renewable energy, characterized in that it comprises a converter connected to the energy converter to convert electric power to supply the electric power produced by the wind generator, the tidal generator, and the wave generator to the energy storage unit. system. 제 4항에 있어서,
상기 풍력 발전기는,
수직하게 배치되고, 요(yaw)각 조절 가능하게 설치되는 수직축,
상기 수직축 상에 상기 수직축과 직교하는 방향으로 회전 가능하게 설치되는 회전축이 관통하여 구비되는 기어박스,
상기 기어박스를 중심으로 하여 방사상으로 배치되어 피치(Pitch)각 조절이 가능하도록 상기 회전축의 일단에 연결되는 복수 개의 회전날개,
상기 회전축의 타단에 결합되어 상기 회전축의 회전력을 전달받아 구동되는 동력전달부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 해수 및 신재생 에너지를 이용한 수소발생 시스템.The method of claim 4,
The wind power generator,
A vertical axis that is arranged vertically and is installed so that the yaw angle can be adjusted,
A gearbox through which a rotation shaft is rotatably installed on the vertical axis in a direction orthogonal to the vertical axis,
A plurality of rotation blades disposed radially around the gearbox and connected to one end of the rotation shaft to enable adjustment of a pitch angle,
Hydrogen generation system using seawater and renewable energy, characterized in that comprising a power transmission unit coupled to the other end of the rotation shaft and driven by receiving the rotational force of the rotation shaft. 제 5항에 있어서,
상기 동력전달부는,
상기 기어박스의 회전력을 전달받아 기계적 에너지를 압력 에너지로 변환하는 유압펌프,
상기 유압펌프의 유압을 전달받아 구동되는 유압모터, 및
상기 유압모터의 유압에 의해 구동되는 제너레이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 해수 및 신재생 에너지를 이용한 수소발생 시스템.The method of claim 5,
The power transmission unit,
A hydraulic pump for converting mechanical energy into pressure energy by receiving the rotational force of the gearbox,
A hydraulic motor driven by receiving hydraulic pressure from the hydraulic pump, and
Hydrogen generation system using seawater and renewable energy, characterized in that it comprises a generator driven by the hydraulic pressure of the hydraulic motor. 제 6항에 있어서,
상기 컨트롤러는 상기 요(yaw)각 또는 피치(Pitch)각의 제어를 통해 상기 동력전달부의 전력량을 제어하는 것을 특징으로 하는 해수 및 신재생 에너지를 이용한 수소발생 시스템.The method of claim 6,
The controller is a hydrogen generation system using seawater and renewable energy, characterized in that controlling the amount of power of the power transmission unit through the control of the yaw angle or the pitch angle.
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