KR20220112300A - 적어도 하나의 풍력 터빈을 동작시키기 위한 방법 및 풍력 터빈 또는 풍력 터빈들의 그룹 - Google Patents

적어도 하나의 풍력 터빈을 동작시키기 위한 방법 및 풍력 터빈 또는 풍력 터빈들의 그룹 Download PDF

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핀 다우가르트 마드센
헨릭 바흐 모르텐센
포울 슈캐르백
얀 티슈테드
옌스 톰센
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지멘스 가메사 리뉴어블 에너지 아/에스
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Abstract

적어도 하나의 풍력 터빈(1)을 동작시키기 위한 방법이 개시되며, 풍력 터빈(1)은 전력-가스 변환기(4) 및 전기 그리드(3)에 전기적으로 커플링되고, 제어 유닛(5)은 적어도 하나의 풍력 터빈(1)의 적어도 하나의 발전기(2)에 의해 생성된 전력에 대한 전력 레벨(20)을 결정하고 결정된 전력 레벨(20)이 주어진 하위 임계값(15)에 도달하거나 초과할 때 생성된 전력을 전력-가스 변환기(4)에 적어도 부분적으로 공급하고, 결정된 전력 레벨(20)이 주어진 상위 임계값(17)에 도달하거나 초과할 때 전력-가스 변환기(4)에 공급되는 전력의 양이 일정하게 유지된다.

Description

적어도 하나의 풍력 터빈을 동작시키기 위한 방법 및 풍력 터빈 또는 풍력 터빈들의 그룹
본 발명은 적어도 하나의 풍력 터빈(wind turbine)을 동작시키기 위한 방법에 관한 것이며, 풍력 터빈은 전력-가스 변환기(power-to-gas converter) 및 전기 그리드(electric grid)에 전기적으로 커플링(couple)되고, 제어 유닛(unit)은 적어도 하나의 풍력 터빈의 적어도 하나의 발전기에 의해 생성된 전력에 대한 전력 레벨(level)을 결정하고 결정된 전력 레벨이 주어진 하위 임계값에 도달하거나 초과할 때 생성된 전력을 전력-가스 변환기에 적어도 부분적으로 공급한다. 부가적으로, 본 발명은 풍력 터빈 또는 풍력 터빈들의 그룹(group)에 관한 것이다.
풍력 터빈들은 재생 가능 에너지(renewable energy)의 상당히 적절한 소스(source)이다. 풍력 터빈에 의해 생성되는 전력은 현재 풍속에 강하게 의존한다. 출력 전력이 풍속과 강한 상관 관계가 있는 풍속 체제에서, 풍속이 특정 임계치에 도달하면 비교적 일정한 전력 출력이 달성될 수 있지만, 다수의 경우들에서, 풍력 터빈들은 그 동작 시간의 주목할 만한 부분 동안 동작된다.
전기 그리드 내 전력 대부분이 풍력 터빈들에 의해 예컨대, 근해 풍력 발전 지역(offshore wind farm)에 의해 제공되는 경우, 풍속이 낮은 시간들에도 충분한 전력을 제공할 필요가 있을 것이다. 그러나 이것은 더 높은 풍속 시간들에 매우 높은 전력 출력으로 이어질 것이다. 이는 큰 전력 출력을 처리하기 위해 전기 그리드가 확장될 것을 요구할 수 있고 경제적인 이유들로 문제의 여지가 또한 있을 수 있다. 대안은 더 적은 전력을 생산하게 풍력 터빈을 제어하도록 예컨대, 저항기를 가열함으로써 초과 전력을 태우거나 이와 유사한 낭비적인 접근법들일 것이다. 원칙적으로 전력 등락들을 보상하기 위해 동일한 전기 그리드 내의 다른 에너지 소스들 예컨대, 가스 파워 플랜트(gas power plant)들을 사용하는 것이 또한 가능할 것이다. 그러나 이는 재생 가능 에너지의 최대 사용이 요구될 때 바람직하지 않을 수 있다.
이 문제를 완화하기 위해, 풍력 터빈에 의해 생성된 전력의 적어도 일부를 사용하여 전력-가스 변환기, 예컨대, 수소를 생성하는 전해조(electrolyzer)를 구동하는 것이 종래 기술로부터 알려져 있다. 이 접근법의 예들은 문서들 US 5592028 A, US 7075189 A 및 US 7199482 A에서 개시된다. 문서 US 7471010은 가스 저장 시설로서 풍력 터빈 타워를 사용하는 것을 제안한다. 생성된 가스는 예컨대, 문서 WO 02/084839 A2에서 논의된 바와 같이 전기 전력으로 되돌릴 수 있다.
문서 CN 107 769 255 A는 가변-속도 일정-주파수 풍력 발전 시스템(system)을 개시한다. 낮은 풍속들에서 그리고 저속에서 풍력 터빈의 회전 동안, 생성된 전력의 품질은 그리드에 공급하기에 충분하지 않고, 이에 따라 전력은 수소를 생성하기 위해 전기분해 전지에만 독점적으로 공급된다. 컷인 속도(cut-in speed)가 도달되면, 발전기는 전해 전지에 전력 공급을 중단하고 그리드에 연결된다. 그 후, 정격 전력이 도달될 때까지 풍속이 증가함에 따라 전력이 지속적으로 증가한다. 풍력 터빈이 정격 전력에 도달하면, 발전기는 부가적으로, 총 전력을 추가로 증가시키기 위해 적어도 하나의 전해 전지에 공급한다.
전기 그리드에 비교적 짧은 시간 간격들 동안 비교적 일정한 전력 레벨을 제공하기 위한 접근법이 문서 WO 2013/087553 A1에서 논의된다. 이 문서는 주어진 예측 간격 동안 최소 풍속 및 이에 따른 전력 출력의 최소치를 예측하고 그 후 전기 그리드에 제공되는 전력 레벨을 이 레벨 또는 이 레벨 아래로 제한할 것을 제안한다. 그 후 초과 전력은 전력-가스 변환기를 구동하는 데 사용된다. 이 접근법이 풍력 터빈의 전력 출력의 예측력(predictability)을 개선하지만, 전기 그리드에 제공되는 전력 레벨은 특히 비교적 짧은 예상 간격들이 사용되는 경우 시간이 지남에 따라 여전히 크게 변동될 수 있다. 그러나 풍속의 변동들이 심한 경우에 긴 예상 간격들을 사용하는 것은, 전기 그리드에 출력될 수 있는 전력의 양의 비교적 큰 감소로 이어지고 또한 전력-가스 변환기의 비교적 큰 용량이 요구할 것이며, 이는 풍력 터빈의 비용을 눈에 띄게 증가시킬 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 풍력 터빈의 비교적 낮은 구현 비용을 허용하는 동시에, 풍력 터빈에 의해 많은 양의 전력이 제공할 때, 전기 그리드에 대한 높은 피크(peak) 전력 출력의 문제를 적어도 부분적으로 완화하는, 적어도 하나의 풍력 터빈을 동작시키기 위한 방법을 제공하는 것이다. 바람직하게는, 이 방법은 매우 다양한 사용 조건들에서 전기 그리드에 대한 비교적 일정한 전력 출력을 허용해야 한다.
문제는 적어도 하나의 풍력 터빈을 동작시키기 위한 초기에 논의된 방법에 의해 해결되며, 여기서 결정된 전력 레벨이 주어진 상위 임계값에 도달하거나 초과할 때 전력-가스 변환기에 공급되는 전력의 양이 일정하게 유지된다.
결정된 전력 레벨이 상위 임계값에 도달하거나 초과하면 전력-가스 변환기에 공급되는 전력을 일정하게 유지함으로써, 사용된 전력-가스 변환기의 용량이 자유롭게 선정될 수 있다. 아래에서 보다 상세히 논의될 바와 같이, 특히, 전력-가스 변환기에 제공되는 전력 레벨이 상위 임계값과 하위 임계값 간의 차이와 등가일 때 최대 용량이 도달되는 방식으로 전력-가스 변환기의 용량을 선택하는 것이 가능하다. 이는 하위 임계값과 상위 임계값 사이에서 전기 그리드에 제공되는 전력 레벨의 안정기(plateau)를 생성하고 이에 따라, 적어도 하나의 풍력 터빈이 광범위한 동작 조건들에 걸쳐 전기 그리드에 비교적 일정한 전력 레벨을 제공할 수 있다는 것을 보장한다. 동시에, 전력-가스 변환기의 용량은 비교적 낮을 수 있고, 이에 따라 풍력 터빈 또는 풍력 터빈들의 그룹의 비용을 낮게 유지한다.
전력-가스 변환기에 제공되는 전력량을 제한하는 것은 상위 임계치를 넘는 더 높은 전력 출력이 비교적 짧은 시간 간격들, 예컨대, 소량의 일일 생산 시간에 대해서만 예상될 때 특히 유리하다. 이 경우에, 풍력 터빈의 피크 출력에 정격인 전력-가스 변환기를 사용하는 것은 비용들을 눈에 띄게 증가시키지만, 생산된 가스량은 비교적 소량만큼만 증가시킬 것이다. 일단 상위 임계치가 사용되면 전기 그리드에 대한 전력 출력은 예컨대, 풍력 발전 지역 내 다른 풍력 터빈들을 보상하는 데 사용될 수 있고 이에 따라 이러한 풍력 터빈들의 서비싱(servicing) 등을 허용할 수 있다.
적어도 하나의 발전기에 의해 생성된 전력의 전력 레벨은 예컨대, 제어 유닛에 의해 측정될 수 있거나, 예컨대, 현재 풍속 또는 발전기 또는 발전기들의 회전 속도로부터 계산될 수 있다. 풍력 터빈은, 적어도 풍력 터빈 자체의 전력 요건들보다 더 많은 전력이 생산될 때 발전기가 항상 전기 그리드에 적어도 일부 전력을 공급하는 방식으로 설계될 수 있다.
결정된 전력 레벨이 상위 임계값에 도달하거나 초과할 때, 상위 임계값을 초과하는 전력을 전기 그리드에 공급함으로써 전력-가스 변환기에 공급되는 전력이 일정하게 유지될 수 있다. 따라서 예컨대, 풍력 터빈의 최대 전력 출력이 도달될 때까지 전기 그리드에 공급되는 전력의 양을 증가시키는 것이 가능하다.
풍력 터빈 또는 생성된 전력을 운반하는 다른 컴포넌트(component)들에 대한 손상을 방지하기 위해, 풍속, 블레이드(blade)들의 회전 속도 또는 유사한 파라미터의 셧다운 임계치(shutdown threshold)가 도달되면, 풍력 터빈을 셧다운 상태로 스위칭(switch)하는 것이 가능하다. 예컨대, 풍력 터빈을 정지 상태(standstill)로 제동을 거는 것이 가능하다. 특정 조건들에서 셧다운 상태의 개시는 종래 기술로부터 알려져 있고, 이에 따라 상세히 논의되지 않을 것이다. 분명히, 전력-가스 변환기 및 전기 그리드에 공급되는 전력은 셧다운 절차 동안 0으로 감소되고 이에 따라 일정하게 유지되지 않는다.
결정된 전력 레벨이 하위 임계값과 상위 임계값 사이에 있을 때, 전력-가스 변환기에 공급되는 전력의 양을 변동시킴으로써 일정한 양의 전력이 전기 그리드에 공급될 수 있다. 바람직하게는 0이 아닌 양의 전력이 이 경우에 전기 그리드에 공급된다. 하위 임계값은, 상위 임계값이 도달될 때만 초과되는 전기 그리드에 대한 풍력 터빈의 정격 전기 전력으로 간주될 수 있다. 하위 임계값이 상위 임계값 또는 풍력 터빈에 의해 생성될 수 있는 최대 전력의 작은 부분에만 대응하는 방식으로 선택되는 경우, 그리드에 대한 전력 출력은 상대적으로 조기에 포화되고 일단 하위 임계값에 도달되면 대부분의 동작 조건들에서 일정하게 유지된다.
적어도 하나의 발전기에 의해 생성되고 특히, 풍력 터빈 자체의 동작을 위해 사용되지 않는 모든 전력은, 결정된 전력 레벨이 하위 임계값 이하일 때 전기 그리드에 전력이 공급될 수 있다. 다시 말해서, 전력-가스 변환기에, 생성된 전력이 전혀 공급되지 않거나 또는 전력-가스 변환기의 대기 모드(standby mode)에 필요할 수 있는 소량의 전력만이 공급된다. 따라서 결정된 전력 레벨이 하위 임계값 이하인 동안 어떠한 가스도 생성되지 않고 이에 따라, 전기 그리드에 대한 최적의 전력 출력을 보장한다.
매우 낮은 풍속에서, 풍력 터빈에 의해 효과적으로 전력을 생성하는 것이 가능하지 않을 수 있다. 예컨대, 풍력 터빈의 전자 장치의 동작은 이 경우 발전기에 의해 생성될 전력보다 더 많은 양의 전력을 요구하는 것이 가능하다. 따라서 임계 풍속을 사용하는 것이 가능하며, 임계 풍속 이하에서, 생성된 전력이 없고, 이에 따라 전기 그리드에 어떠한 전력도 공급되지 않는다.
상위 및/또는 하위 임계값은 풍력 터빈의 생산 동안 결정될 수 있고 그리고/또는 전력-가스 변환기의 정격 전력에 의존하고 그리고/또는 사용자에 의해 수동으로 조정될 수 있다. 대안적으로, 상위 및/또는 하위 임계값은 예컨대, 예측된 풍속 및/또는 현재 전력 가격 및/또는 다른 요인들에 기초하여 풍력 터빈의 동작 동안 동적으로 결정될 수 있다.
사용자에 의한 수동 조정 또는 임계치들의 동적 결정은 특정 요인들에 의해 제한될 수 있다. 예컨대, 임계치들의 차이를 전력-가스 변환기의 정격 용량 이하로 유지하는 임계치들의 조정만을 허용하는 것이 가능하다. 이는 임계치들 사이에서 생성된 모든 부가적인 전력이 전력-가스 발전기에 공급될 수 있다는 것을 보장한다. 또한, 임계치들 중 적어도 하나의 동적 또는 수동 조정이 예컨대, 풍력 터빈의 파라미터(parameter)들에 의존할 수 있는 미리 결정된 범위로 제한되는 것이 가능하다. 예컨대, 풍력 터빈의 최대 전력 출력과 상위 임계치 사이의 최대 차이는 풍력 터빈의 비교적 균일한 전력 출력을 보장하기 위해 제한될 수 있다.
적어도 하나의 풍력 터빈은 주어진 최대 전력을 제공하도록 설계될 수 있고, 제1 임계값은 최대 전력의 30% 내지 50%에 대응할 수 있고 그리고/또는 상위 임계값은 최대 전력의 75% 내지 95%에 대응할 수 있다. 바람직하게는 하위 임계값은 최대 전력의 45% 내지 55%의 범위에 있을 수 있고 특히 최대 전력의 40%일 수 있다. 상위 임계값은 바람직하게는 최대 전력의 80% 내지 90%, 바람직하게는 85%일 수 있다. 예컨대, 풍력 터빈 또는 풍력 터빈들의 그룹의 정격이 10MW의 최대 전력 출력인 경우, 제1 임계값은 4MW로 선정될 수 있고 제2 임계값은 8,5MW로 선정될 수 있다. 이 경우에, 예컨대, 4MW까지 생성된 모든 전력을 전기 그리드에 제공하고, 4MW를 초과하여 생성된 4,5MW까지의 전력을 전력-가스 변환기에 제공하고, 생성될 수 있는 마지막 1,5MW를 전기 그리드에 제공하고, 이에 따라 전기 그리드에 대한 전력 출력을 최대 5,5MW까지 증가시키는 것이 가능하다.
상위 및 하위 임계값 사이의 차이는 전력-가스 변환기의 필요한 용량을 정의할 수 있으며, 예컨대, 풍력 터빈의 최대 전력 정격의 35% 내지 55%일 수 있다.
논의된 최대 전력은 풍력 터빈 또는 풍력 터빈들의 그룹을 셧다운할 필요가 있기 이전에, 매우 높은 풍속들에서 풍력 터빈 또는 풍력 터빈들의 그룹에 의해 출력되는 전력일 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 전해조는 물로부터 수소를 생성하기 위해 전력-가스 변환기로서 사용될 수 있다. 그러나 다른 가스들 예컨대, 메탄(methane)을 생성하는 것이 또한 가능하다.
본 발명의 방법에 더하여, 본 발명은 또한 풍력 터빈 또는 풍력 터빈들의 그룹에 관한 것이며, 이는 풍력 터빈 또는 풍력 터빈들의 그룹의 전력-가스 변환기 및 발전기를 전기 그리드에 커플링하기 위한 커플링 수단에 전기적으로 커플링되는 적어도 하나의 발전기를 포함하고, 풍력 터빈 또는 풍력 터빈들의 그룹의 동작 동안 전력-가스 변환기와 전기 그리드 사이의 전기 전력의 분배는 제어 유닛에 의해 결정되고, 제어 유닛은 본 발명의 방법을 구현하도록 설계된다.
전력-가스 변환기에 의해 생성된 가스는 풍력 터빈 내에서 생산될 수 있다. 이는 풍력 터빈에 또는 별개의 저장 시설에 국부적으로 저장될 수 있다. 예컨대, 파이프라인(pipeline)들, 트럭(truck)들 또는 선박들에 의해 저장 시설들, 프로세싱 플랜(processing plan)들 등과 같은 외부 애플리케이션(application)들로 이를 배송(ship)하는 것이 또한 가능하다. 수소가 가스로서 생성되는 경우, 이는 예컨대, 전력-가스 변환기 자체에 의해 직접적으로 또는 국부적으로 사용되고 풍력 터빈 또는 풍력 터빈들의 그룹에 의해 또는 별개의 디바이스 예컨대, 소외(off site)에 의해 전력이 공급될 수 있는 별개의 디바이스에 의해, 메탄 또는 암모니아(ammonia)를 포함하는 다른 에너지 소스들로 변환될 수 있다. 가스의 부가적인 생산은 장거리 배송 또는 항공과 같은 비-전기 섹터(non-electrified sector)들에서 사용되는 에너지를 생산하도록 허용한다.
논의된 방법 및 풍력 터빈 또는 풍력 터빈들의 그룹은 풍력 터빈 또는 풍력 터빈들의 그룹의 보다 균일한 전력 출력을 허용하기 때문에, 풍력 터빈들에 의해 생성된 더 많은 양의 전력이 특정 양의 가용 전력을 요구하는 전기 그리드에 사용될 수 있다. 전력의 일부를 사용하여 가스를 생산하는 것은 또한 전기 그리드에 제공되는 전력의 최대량을 감소시키도록 허용하며, 이는 그리드 용량이 제한된 영역에서 풍력 터빈 또는 풍력 터빈들의 그룹이 사용될 때 특히 유리할 수 있다. 이는 예컨대, 근해 풍력 발전 단지(offshore wind park)들 등에 대해 적절할 수 있다.
논의된 발명을 통해, 풍력 터빈 또는 풍력 터빈들의 그룹, 예컨대, 근해 풍력 단지들은 전기 전력 그리드의 제약들 및 상업적 조건들에 덜 의존할 수 있고, 동시에 화학 에너지, 즉 가스를 생성할 수 있다. 부가적인 전력-가스 변환기의 사용이 초기 비용이 증가시키지만, 이는 전기 그리드에서 지속되는 낮은 전력 가격들의 위험을 헷지(hedge)한다. 전체 전력 출력 및 전력 출력의 등락이 제한되기 때문에, 논의된 발명은 또한 섬(island)들과 같이 그리드 가용성이 낮은 사이트들에서 대규모 근해 풍력 발전 지역이 건설되도록 허용한다.
본 발명의 다른 목적들 및 특징들은 첨부 도면들과 함께 고려되는 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 도면들은 단지 예시의 목적으로 설계된 원칙적인 개요들일 뿐이며 본 발명을 제한하지 않는다. 도면들은 다음을 보여준다.
도 1은 본 발명에 따른 방법의 예시적인 실시예를 구현하는 본 발명에 따른 풍력 터빈의 예시적인 실시예이다.
도 2는 도 1에 도시된 풍력 터빈의 상이한 동작 모드들에 대한 임계치들을 또한 보여주는, 풍속에 의존한 풍력 터빈 전력의 예시적인 출력이다.
도 1은 전력-가스 변환기(4) 및 전기 그리드(3)에 전기적으로 커플링된 풍력 터빈(1)을 도시한다. 도시된 바와 같이, 발전기(2)는 풍력 터빈(1)의 동작 동안 전력-가스 변환기(4)와 전기 그리드(3) 사이의 전기 전력의 분배를 결정하는 제어 유닛(5)을 통해 전기 그리드(3) 및 전력-가스 변환기(4)에 커플링된다. 특정 최소 풍속이 초과되면, 바람은 풍력 터빈 블레이드들(21)을 통해 허브(22)를 회전시킬 수 있고 이 회전 에너지는 발전기(2)에 의해 전기 전력으로 변환될 수 있다. 발전기(2)의 출력은 통상적으로 허브(hub)(22)의 회전 속도에 의존하는 주파수를 갖는 교류이다. 따라서 바람직하게는 통상적으로 직류로 동작되어야 하는 전력-가스 변환기(4)에 공급하기 전에 그리고 통상적으로 고정 주파수에서 동작되는 전기 그리드(3)에 공급하기 전에 전력이 컨디셔닝(condition)된다. 전기 그리드(3)에 제공되는 전류는 전기 그리드(3)의 교류 전류와 고정된 위상 관계를 또한 가져야 한다.
도 1에 도시된 예에서, 예컨대, 제어 유닛 또는 도시되지 않은 별개의 유닛이 발전기(2)에 의해 제공되는 전류를 직류로 변환하는 것이 가능하다. 이 전류의 일부는 전력-가스 변환기(4)에 직접 공급될 수 있고 나머지 부분은 발전기(2)를 전기 그리드(3)에 커플링하기 위한 수단(6)을 통해 전기 그리드(3)에 공급될 수 있다. 수단(6)은 예컨대, 올바른 주파수 및 위상을 갖는 출력 전류를 제공하기 위해 전기 그리드에 동기화되는 DC/AC 변환기를 포함할 수 있다. 그 후, 전력 분배는 예컨대, 수단(6)을 제어함으로써 제어될 수 있다.
대안적으로, 예컨대, 전기 그리드(3) 및 전력-가스 변환기(4)에 대해 별개의 전력 변환기들을 사용하고 전력 분배를 결정하기 위해 양 전력 변환기들을 제어하는 것이 가능할 것이다.
도 1에 도시된 예에서, 전력-가스 변환기는 풍력 터빈(1) 내에 배열된 2개의 컨테이너(container)들(7, 8)에 연결된다. 컨테이너(7)는 물 또는 가스를 생성하기 위해 프로세싱된 상이한 재료를 저장할 수 있고 컨테이너(8)는 생성된 가스를 저장할 수 있다. 대안적으로, 예컨대, 파이프라인 또는 유사한 수단에 의해 전력-가스 변환기(4)에 소스 재료를 제공하고 그리고/또는 파이프라인 또는 유사한 수단에 의해 생성된 가스를 제거하는 것이 가능할 것이다.
도 1의 예는 전용 제어 유닛(5) 및 전력-가스 변환기(4)를 갖는 단일 발전기(2)를 구비한 단일 풍력 터빈을 도시한다. 또한, 다수의 풍력 터빈들(1), 예컨대, 풍력 발전 지역 내 풍력 터빈들의 그룹에 대해 공통 제어 유닛(5) 및 전력-가스 변환기(4)를 사용하는 것이 유리할 수 있다.
전력-가스 변환기(4)와 전기 그리드(3) 사이의 생성된 전력의 분배는 이제 도 2를 참조하여 설명될 것이다. 도 2에서, x-축(9)은 풍속을 보여주고 y-축(10)은 이러한 풍속들에서 발전기(2)에 의해 생성된 전력을 보여준다. 생성된 전력은 풍력 터빈(1)에 의해 제공될 수 있는 최대 전력(11)의 퍼센티지(percentage)로서 보여진다. 전력 레벨(20)은 특정 풍속(12)까지 어떠한 전력도 생성되지 않는 제1 전력 레벨(13)에 머문다. 그 후, 생성된 전력은 최대 전력(11)이 도달되는 풍속(14)까지 증가한다. 이 지점에서, 생성된 전력은 풍속(19)에서 풍력 터빈의 컴포넌트들에 대한 손상을 회피하기 위해 셧다운이 요구될 때까지 포화된다.
제어 유닛(5)은 발전기(2)에 의해 생성된 전력에 대한 전력 레벨(20)을 결정하고, 결정된 전력 레벨(20)에 따라 전기 그리드(3)와 전력-가스 변환기(4) 사이의 전력의 분배를 제어하도록 구성된다. 전력 레벨(20)은 다른 파라미터들로부터, 예컨대, 측정되거나 예측된 풍속 또는 허브(22)의 회전 속도로부터 직접 측정되거나 결정될 수 있다.
결정된 전력 레벨(20)이 주어진 하위 임계값(15)에 도달하거나 초과하면, 제어 유닛은 생성된 전력의 적어도 일부를 전력-가스 변환기에 공급하고 그리하여 전기 그리드 상의 부하를 감소시킨다. 결정된 전력 레벨(20)이 상위 임계값(17)을 초과하는 동안, 전력-가스 변환기에 공급되는 전력은 일정하게 유지된다. 다시 말해서, 상위 임계값(17)을 넘는 결정된 전력 레벨(20)의 추가 증가는 전력-가스 변환기에 공급되는 전력의 양을 증가시키지 않는다. 상위 임계값(17)을 초과하는 전력은 바람직하게는 전기 그리드(3)에 공급된다. 대안적으로, 이는 다른 방식으로 예컨대, 배터리(battery)들에 의해 저장될 수 있다.
바람직하게는 결정된 전력 레벨(20)이 하위 임계치(15)와 상위 임계치(17) 사이에 있을 때, 일정한 양의 전력이 전기 그리드(3)에 공급된다. 이는 상위 임계값(17)이 도달될 때까지 하위 임계값(15)을 초과하는 전력을 전력-가스 변환기에만 독점적으로 공급함으로써 달성될 수 있다. 바람직하게는, 결정된 전력 레벨(20)이 하위 임계값(15) 미만인 경우 전력-가스 변환기에는 전력이 제공되지 않는다. 따라서 전력-가스 변환기(4)에 제공되는 전력의 최대량은 하위 임계값(15)과 상위 임계값(17) 사이의 차이일 수 있다.
논의된 임계값들(15, 17)은 풍력 터빈(1)의 생산 시에 고정되거나, 사용자에 의해 설정되거나 동적으로 조정될 수 있다. 임계값들(15, 17) 사이의 최대 거리는 사용된 전력-가스 변환기(4)의 용량에 의존할 수 있다. 대용량 전력-가스 변환기(4)가 풍력 터빈(1)의 비용을 눈에 띄게 증가시킬 수 있기 때문에, 전력-가스 변환기(4)에 제공되는 전력의 양을 제한하기 위한 상위 임계치(17)의 사용은 풍력 터빈(1)을 제공하는 비용을 눈에 띄게 낮출 수 있다.
동시에, 논의된 접근법은 광범위한 동작 조건들에 걸쳐 일정한 전력 출력을 허용한다. 전기 그리드(3)에 대한 풍력 터빈의 전력 출력은 하위 및 상위 임계치(15, 17) 사이에서 그리고 일단 최대 전력(11)에 도달되면 일정할 수 있다. 따라서, 이는 풍속(16)과 풍속(18) 사이와 풍속(14)과 풍속(19) 사이의 풍속들에 대해 일정하다. 바람직하게는 상위 임계값(17)과 최대 전력 사이의 차이는 비교적 낮은데, 예컨대, 도 2에 도시된 예에서 최대 전력(11)의 15%이다. 풍력 터빈(1)이 예컨대, 10MW의 출력 전력을 제공하는 경우, 이 차이는 1,5MW와 등가이다. 하위 임계값(15)까지 그리고 상위 임계값(17)이 초과되는 경우에만 전기 그리드에 전력을 제공함으로써, 이에 따라 하위 임계값(15) 및 이에 따른 풍속(16)이 초과되면, 전기 그리드(3)에 제공되는 전력은 상위 임계값(17)과 최대 전력(11) 사이의 차이에 의해서만 변동된다.
따라서 논의된 예에서, 전기 그리드에 제공되는 전력의 양은 풍속(16)으로부터 풍속(19)의 범위에 이르는 큰 범위의 동작 조건들에 걸쳐 1,5MW만큼만 변동될 것이다. 따라서 이 양을 넘어 전기 그리드에 제공되는 전력의 변동은 풍속(16) 미만의 매우 낮은 풍속들을 갖는 드문 시간들에 대해 제한된다.
본 발명이 바람직한 실시예를 참조하여 상세히 설명되었지만, 본 발명은 당업자가 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다른 변동들을 유도할 수 있는 개시된 실시예들에 의해 제한되지 않는다.

Claims (8)

  1. 적어도 하나의 풍력 터빈(wind turbine)(1)을 동작시키기 위한 방법으로서,
    상기 풍력 터빈(1)은 전력-가스 변환기(power-to-gas converter)(4) 및 전기 그리드(electric grid)(3)에 전기적으로 커플링(couple)되고, 제어 유닛(unit)(5)은 상기 적어도 하나의 풍력 터빈(1)의 적어도 하나의 발전기(2)에 의해 생성된 전력에 대한 전력 레벨(level)(20)을 결정하고 상기 결정된 전력 레벨(20)이 주어진 하위 임계값(15)에 도달하거나 초과할 때 상기 생성된 전력을 상기 전력-가스 변환기(4)에 적어도 부분적으로 공급하고,
    상기 결정된 전력 레벨(20)이 주어진 상위 임계값(17)에 도달하거나 초과할 때 상기 전력-가스 변환기(4)에 공급되는 전력의 양이 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는,
    적어도 하나의 풍력 터빈을 동작시키기 위한 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 결정된 전력 레벨(20)이 상기 상위 임계값(17)에 도달하거나 초과할 때, 상기 상위 임계값(17)을 초과하는 전력을 상기 전기 그리드(3)에 공급함으로써 상기 전력-가스 변환기(4)에 공급되는 전력이 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는,
    적어도 하나의 풍력 터빈을 동작시키기 위한 방법.
  3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 결정된 전력 레벨(20)이 상기 하위 임계값(15)과 상기 상위 임계값(17) 사이에 있을 때, 상기 전력-가스 변환기(4)에 공급되는 전력의 양을 변동시킴으로써 일정한 양의 전력이 상기 전기 그리드(3)에 공급되는 것을 특징으로 하는,
    적어도 하나의 풍력 터빈을 동작시키기 위한 방법.
  4. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 발전기(2)에 의해 생성되고 특히, 상기 풍력 터빈(1) 자체의 동작을 위해 사용되지 않는 모든 전력은, 상기 결정된 전력 레벨(20)이 상기 하위 임계값(15) 이하일 때 상기 전기 그리드(3)에 전력이 공급되는 것을 특징으로 하는,
    적어도 하나의 풍력 터빈을 동작시키기 위한 방법.
  5. 제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상위 및/또는 하위 임계값(15, 17)은 상기 풍력 터빈(1)의 생산 동안 결정되고 그리고/또는 상기 전력-가스 변환기(4)의 정격 전력(power rating)에 의존하고 그리고/또는 사용자에 의해 수동으로 조정되는 것을 특징으로 하는,
    적어도 하나의 풍력 터빈을 동작시키기 위한 방법.
  6. 제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 풍력 터빈은 주어진 최대 전력(11)을 제공하도록 설계되고, 상기 제1 임계값(15)은 상기 최대 전력(11)의 30% 내지 50%에 대응하고 그리고/또는 상기 상위 임계값(17)은 상기 최대 전력(11)의 75% 내지 95%에 대응하는 것을 특징으로 하는,
    적어도 하나의 풍력 터빈을 동작시키기 위한 방법.
  7. 제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전력-가스 변환기(4)로서 전해조(electrolyser)가 물로부터 수소를 생성하는데 사용되는,
    적어도 하나의 풍력 터빈을 동작시키기 위한 방법.
  8. 풍력 터빈 또는 풍력 터빈들의 그룹(group)으로서,
    상기 풍력 터빈(1) 또는 풍력 터빈들(1)의 그룹의 전력-가스 변환기(4) 및 상기 발전기(2)를 전기 그리드(3)에 커플링하기 위한 커플링 수단(6)에 전기적으로 커플링되는 적어도 하나의 발전기(2)를 포함하고, 상기 풍력 터빈(1) 또는 풍력 터빈들(1)의 그룹의 동작 동안 상기 전력-가스 변환기(4)와 상기 전기 그리드(3) 사이의 전기 전력의 분배는 제어 유닛(5)에 의해 결정되고,
    상기 제어 유닛(5)은 제1 항 내지 제7 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 구현하도록 설계되는 것을 특징으로 하는,
    풍력 터빈 또는 풍력 터빈들의 그룹.
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