WO2022231289A1 - 이동체를 사용한 풍력 발전 시스템 - Google Patents

이동체를 사용한 풍력 발전 시스템 Download PDF

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WO2022231289A1
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blades
wind
rail
generator
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PCT/KR2022/005989
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이재석
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카페24 주식회사
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    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D80/00—Details, components or accessories not provided for in groups F03D1/00 - F03D17/00
    • F03D80/80—Arrangement of components within nacelles or towers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D5/00—Other wind motors
    • F03D5/04—Other wind motors the wind-engaging parts being attached to carriages running on tracks or the like
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/20—Wind motors characterised by the driven apparatus
    • F03D9/25—Wind motors characterised by the driven apparatus the apparatus being an electrical generator
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Definitions

  • the present invention relates to a power generation system, and more particularly, to a wind power generation system for generating wind power based on one or a plurality of moving objects having blades, and a moving object included therein.
  • a wind generator is a device that converts wind energy into electrical energy.
  • the blowing wind causes the blades of the wind turbine to rotate. Electricity can be generated from the rotational force of the blades generated at this time.
  • the wind power generator may be composed of three parts: a blade, a transmission, and a generator.
  • a blade is a device that is rotated by the wind and converts wind energy into mechanical energy.
  • a generator is a device that converts mechanical energy generated by the blades into electrical energy.
  • An object of the present invention for solving the above problems is to generate electric power based on a moving object moving using wind power along a movement path provided by a rail unit, thereby solving the noise generation problem due to the rotation of a conventional large rotor blade.
  • the wind power generation system may include: a rail unit providing a movement path in a horizontal direction; and a plurality of movable bodies configured to move along a movement path of the rail unit.
  • the movable body is a blade that provides power for movement of the movable body based on energy according to the wind, and is matched with the rail based on the power provided by the blade and rotates according to the movement path of the rail part. It may include a nacelle provided with a plurality of wheels for moving the movable body and a generator for generating electric power based on the rotational force of the wheels.
  • the rail unit may have a railway type in which two rails are paired in parallel, and the wheel may include a matching groove for inserting the rail.
  • the generator may be connected to the rotation shaft of the wheel to generate electric power based on the rotational force transmitted from the rotation shaft of the wheel.
  • the generator, the rotating shaft, the wheel, the rail unit and a transmission path for transmitting power to the outside are electrically connected to transmit the power generated from the generator to the transmission path through the rotating shaft, the wheel and the rail unit. have.
  • the rail unit forms a loop, and each of the plurality of blades provided in the plurality of movable bodies is based on information about the target movement direction and wind direction determined according to the position of each of the plurality of blades in the loop. Based on the information about the target, it may be configured to rotate adaptively to maximize power in the target direction of movement. The rotation of each of the plurality of blades may be performed based on a rotation axis perpendicular to the ground.
  • each of the plurality of blades is configured to rotate in a direction to perform a downwind category in response to determining that the target direction of movement coincides with a direction of wind, responsive to determining that the direction of movement is opposite to the direction of wind
  • it can be configured to rotate in a direction that performs the wind category.
  • Each of the plurality of blades may include a first partial blade and a second partial blade separated in a height direction.
  • the first partial blade and the second partial blade are configured to be rotatable independently of each other,
  • the first partial blade and the second partial blade may each be configured to adaptively rotate to maximize power in the target movement direction, respectively, based on information about the direction of wind at the disposed height.
  • the rail unit forms a loop, and each of the plurality of blades provided in the plurality of moving bodies is made of a flexible material and has a plurality of air pockets, and each of the plurality of blades in the loop is formed of a flexible material. Maximizing power in the target movement direction by controlling the amount of air filling of at least one air pocket among the plurality of air pockets based on information about the direction of the target movement determined according to the location and information about the wind direction It may be configured to be deformed into a shape.
  • the rail unit forms a loop, and the information on the position of each of the plurality of blades in the loop includes a location signal receiving device provided on each of the plurality of blades, a location identification signal provided with a plurality of locations in the loop may be obtained by receiving a location identification signal from at least one of the generating devices.
  • the information on the wind direction may be obtained from a wind direction sensor provided in each of the plurality of blades.
  • the plurality of rail portions includes: a first rail portion forming a first loop; and a second rail portion forming a second loop disposed inside the first loop.
  • the blade may have a horizontal length of 90 m and a vertical height of 120 m.
  • Each of the plurality of blades may be configured to adaptively rotate so that the moving speed of each of the movable bodies approaches 1.9 m/s.
  • the wind power generation system may further include a connection unit connecting the moving objects, and the connecting unit may be configured to variably adjust a distance between the moving objects.
  • the present invention provides a movable body in another aspect.
  • the moving body is a moving body used in a wind power generation system, and is configured to move along a moving path of a rail that provides a horizontal moving path, and at least provides power for moving the moving body based on energy according to the wind.
  • one blade a plurality of wheels for moving the movable body according to the movement path of the rail by matching and rotating the rail unit based on the power provided by the blade; and a nacelle equipped with a generator for generating electric power based on the rotational force of the wheel.
  • the rail unit may have a railway type in which two rails are paired in parallel, and the wheel may include a matching groove for inserting the rail.
  • the generator is connected to the rotation shaft of the wheel to generate power based on the rotational force transmitted from the rotation shaft of the wheel, and a transmission path for transmitting power to the generator, the rotation shaft, the wheel, the rail unit and the outside is electrically is connected to and transmits the power generated from the generator to the transmission path through the rotation shaft, the wheel, and the rail unit.
  • the blade is adaptively configured to maximize power in the target movement direction based on information on a target movement direction and information on a wind direction determined according to the position of the movable body in a loop formed by the rail unit. It may be configured to rotate.
  • the blade is made of a flexible material and has a plurality of air pockets, and information on a target movement direction determined according to a position of the movable body in a loop formed by the rail unit and information on a wind direction Based on the plurality of air pockets by controlling the air filling amount for at least one air pocket may be configured to be deformed into a shape that maximizes the power in the target movement direction.
  • the blades are plural, and each of the plurality of blades includes a first partial blade and a second partial blade separated in a height direction, and the first partial blade and the second partial blade are configured to be rotatable independently of each other, , each of the first partial blade and the second partial blade may be configured to rotate adaptively to maximize power in the target movement direction, respectively, based on information about the wind direction at the disposed height.
  • the blade may have a horizontal length of 90 m and a vertical height of 120 m.
  • the blade may be configured to adaptively rotate so that the moving speed of the movable body approaches 1.9 m/s.
  • the disclosed technology may have the following effects. However, this does not mean that a specific embodiment should include all of the following effects or only the following effects, so the scope of the disclosed technology should not be construed as being limited thereby.
  • the rotation shaft of the generator By configuring the rotation shaft of the generator to rotate by using the movement of a plurality of blades and/or a movable body moving along the movement path provided by the rail, it is possible to solve the noise generation problem according to the rotation of the conventional large rotor blades.
  • the blade by configuring the blade to be rotatable adaptively to the wind direction, it is possible to produce electric power with high efficiency regardless of changes in weather conditions.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram of a wind power generation system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view of a loop type wind power generation system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 shows a power transmission structure between a blade and/or a movable body and a central shaft of a generator according to the first aspect
  • FIG. 4 shows a power transmission structure between the blade and/or the movable body and the generator central shaft according to the second aspect.
  • 5 is a conceptual diagram of Bernoulli's theorem.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of a blade support according to one side.
  • FIG. 8 is an exemplary view of a highly detachable blade according to one side.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a coupling relationship between a rail, a movable body, and a blade according to one side.
  • FIG. 10 is a top view of a wind power generation system according to an aspect.
  • FIG. 11 is a top view of a wind power generation system with adjustable blade spacing.
  • FIG. 12 is an exemplary view of the arrangement of the generator central axis.
  • FIG. 13 is an exemplary view of a wind power generation system capable of gear change.
  • FIG. 14 is an exemplary view of a hangar constructed separately.
  • 15 is an exemplary view of a hangar built on a rail.
  • 16 is an exemplary view of a fastening form between blades.
  • 17 is an exemplary view of a blade foldable in the ground direction.
  • 18 is an exemplary view of a configuration of a plurality of rails having concentricity.
  • 19 is an exemplary view of a multi-layered multi-rail arrangement.
  • FIG. 20 is a conceptual diagram of a wind power generation system according to a second embodiment of the present invention.
  • 21 is a conceptual diagram of a wind power generation system according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 22 shows a power transmission structure between a moving body and a central shaft of a generator in the embodiment of FIG. 21 .
  • FIG. 23 is a conceptual diagram of a wind power generation system according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 24 is a cross-sectional view for explaining the matching structure of the rail and the movable body shown in FIG. 23, and a connection structure between them, the rotating shaft, and the nacelle.
  • 25 is an exemplary diagram for exemplarily explaining a path through which power generated by the generator in FIG. 24 is transmitted to a transmission path.
  • 26 is a conceptual diagram for explaining a structure for preventing slipping by configuring between a wheel and a rail in the form of a toothed wheel.
  • 27 is a perspective view for explaining a rail part constituting a roof.
  • 28 is a perspective view for explaining a plurality of rail units constituting a plurality of loops.
  • 29 shows a comparison result of the output of the conventional wind power generator and the wind power system according to an embodiment of the present invention.
  • first, second, etc. may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, a first component may be referred to as a second component, and similarly, a second component may also be referred to as a first component. and/or includes a combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.
  • the present invention is intended to solve the above problems, and the wind power generation system according to an embodiment of the present invention uses the movement of a plurality of blades and/or a movable body moving along a movement path provided by a rail.
  • the rotation shaft By configuring the rotation shaft to rotate, it is possible to solve the problem of noise generation according to the rotation of the conventional large rotor blades.
  • a wind power generation system according to an embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram of a wind power generation system according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a perspective view of a loop type wind power generation system according to an embodiment of the present invention.
  • the wind power generation system 100 according to an embodiment of the present invention is a nacelle provided with a rail 10, a movable body 20, a plurality of blades 30 and a generator. ) (40).
  • the rail 10 may provide a movement path through which the movable body 20 and/or the plurality of blades 30 slide and move.
  • the rail 10 is exemplified as providing a movement path from the side of the movable body 20 , but the rail 10 has the movable body 20 and/or a plurality of blades 30 .
  • It may have various design forms that can provide a movement path that can be moved by sliding.
  • a form such as a train rail or a mono rail may be employed.
  • the rail 10 according to an embodiment of the present invention is installed on the ground or installed through a support to provide a movement path in the horizontal direction of the movable body 20 and/or the plurality of blades 30 can be configured to
  • the movable body 20 may be configured to slide and move according to a movement path provided by the rail 10 , and a plurality of blades 30 are installed in the movable body to prevent the movement of the movable body 20 based on energy according to the wind. can provide power for That is, when the wind blows, the energy provided by the wind acts on the blades 30 and the blades 30 and the movable body 20 to which the blades are connected are configured to move.
  • the movable body 20 is in contact with the rail 10 and it is exemplified that a plurality of blades 30 are installed on the movable body 20 , but the rail 10 , the movable body 20 and the blade
  • the installation form and structure of (30) can be employed in various modifications.
  • each of the blades 30 is configured to be slidably movable on the rail 10 , and the movable body 20 may function as a configuration connecting the plurality of blades 30 .
  • the movable body 20 may be integrally formed as shown in FIG. 1 , or in the other aspect may be in the form of a chain having a plurality of segment structures.
  • the movable body 20 may be made of a material having flexibility.
  • the nacelle 40 provided with the generator may be disposed adjacent to the movable body 20 and/or the blade 30 .
  • the generator may be a generator that produces power according to the rotation of the generator central shaft gear 45 coupled to the generator central rotation shaft, and the central rotation shaft of the generator is one of the movable body 20 and the blade 30 . It may be configured to rotate in association with the at least one movement. 1 illustrates a configuration in which the generator center rotational shaft rotates in association with the movement of the movable body 20 .
  • FIG. 3 shows a power transmission structure between the blade and/or movable body according to the first aspect and a generator center rotation shaft
  • FIG. 4 is a power transmission structure between the blade and/or movable body and the generator center rotation shaft according to the second aspect indicates
  • the generator has a generator central rotational shaft 45c and a circular toothed gear 45 coupled to the generator central rotational shaft 45c, and at least one of the movable body 20 and the blade 30 .
  • a plurality of toothed peaks 20a are provided on a surface facing the generator of 45a) as it moves in engagement with the generator center rotational shaft 45c may be configured to rotate.
  • FIG. 3 exemplarily shows that the toothed mountain 20a is provided on the movable body 20, the toothed mountain 20a may be provided on the surface of the blade 30 facing the generator.
  • the blade power transmission rod 30a may be provided on the side opposite to the generator of the blade 30, and the blade power transmission rod 30a moves while the generator central axis
  • the generator central rotational shaft 45c may be configured to rotate by acting on a gear toothed mountain 45a formed on the gear 45 .
  • a power transmission rod may be provided with a predetermined interval on the side opposite to the generator of the movable body 20 to induce rotation of the central rotation shaft 45c.
  • the generator central axis may have various embodiments in relation to the rail.
  • the generator center rotation shafts 1210 and 1220 may be located outside the loop. Also, it may be located inside the loop.
  • the rotation of the generator central rotation shaft 1210, 1220 may be directly linked to the movement of the movable body and/or the blade, and may be configured to rotate with an intermediate means such as the generator central rotation shaft 1230.
  • the wind power generation system further includes a power transmission shaft 1231 that rotates in association with the movement of at least one of the movable body 20 and the blade 30, and ,
  • the rotary pulley provided on the power transmission shaft 1231 and the rotary pulley provided on the generator center rotary shaft 1230 of the generator may be configured to rotate according to the rotary belt 1233 .
  • the rotating belt 1233 may be configured, for example, in the form of a conveyor belt or chain.
  • the rail 10 may be configured to form a loop.
  • the rail 10 may further include an upper frame 11 supported by a plurality of upper frame supports 13 , wherein the upper frame 11 moves the upper portion of the blade 30 . may be configured to improve the standing stability of the blades 30 by maintaining them.
  • each of the plurality of blades 30 is based on the information about the direction of the target movement and the information about the wind direction determined according to the position of each of the plurality of blades 30 in the loop, the target movement It may be configured to rotate adaptively to maximize power in the direction.
  • each of the plurality of blades 30 is made of a flexible material and has a plurality of air pockets, and in a target movement direction determined according to the position of each of the plurality of blades in the loop. It may be configured to be deformed into a shape that maximizes power in a target movement direction by controlling an air filling amount for at least one air pocket among a plurality of air pockets based on the information about the information and the information about the wind direction.
  • the loop formed by the rail 10 includes, for example, a first portion 1010 providing a movement path in a first direction, a first direction and A second portion 1030 provides a travel path in an opposite second direction, a first joint portion 1020 provides a travel path from the first portion to the second portion, and movement from the second portion to the first portion may include a second joint portion 1040 that provides a path.
  • the blades may be configured to move clockwise within the loop, so the target movement direction of the blades in the first portion 1010 may be the (right ⁇ left) direction in FIG. 10 , the first joint portion
  • the target movement direction of the blades in 1020 is, according to the degree to which the blade has moved from the first portion 1010 to the second portion 1030, in the (right ⁇ left) direction, in the (down ⁇ up) direction, and again It changes gradually in the (left ⁇ right) direction.
  • the target movement direction of the blades in the second portion 1030 is determined in the (left ⁇ right) direction
  • the target movement direction of the blades in the second joint portion 1040 is the blade in the second portion 1030 According to the degree of movement to the first part 1010, it is gradually changed in the (left ⁇ right) direction, (up ⁇ down) direction, and again in the (right ⁇ left) direction. That is, the target movement direction of the blades may be determined differently depending on the position of each blade in the loop.
  • each blade is configured to adaptively rotate so that the orientation of each blade is changed to maximize the power in the target movement direction of each blade can do.
  • the rotation of each of the plurality of blades may be performed based on a rotation axis perpendicular to the ground.
  • FIG. 5 is a conceptual diagram of Bernoulli's theorem
  • FIG. 6 shows the speed of a sailing yacht according to the wind and category form.
  • Bernoulli's theorem can explain the phenomenon in which lift is generated by generating a pressure difference by changing the speed of the air flow, and by applying Bernoulli's theorem, the desired target movement is fast in the direction of the wind.
  • the blades can be configured to be oriented to maximize power in the direction.
  • Figure 6 shows the speed of the sailing yacht according to the wind and category type. As shown in FIG.
  • the sailing yacht can generate power so that the ship proceeds in a desired direction even in the same wind direction by appropriately adjusting the direction of the sail.
  • the blades are rotated so that the power in the target movement direction can be maximized in consideration of the wind direction. to change the orientation of the blade.
  • each of the plurality of blades is configured to rotate in a direction to perform a downwind category in response to determining that the target direction of movement coincides with the direction of wind, and in response to determining that the direction of target movement is opposite to the direction of wind.
  • it may be configured to rotate in a direction that performs the wind category.
  • the blade when the wind direction is a (right ⁇ left) direction, the blade is rotated in the direction performing the downwind category in the first part 1010, and in the second part 1030 in the direction performing the upwind category.
  • the blade can rotate.
  • the blades may be rotated to maximize power according to the target movement direction according to the positions of the respective blades.
  • each blade may be configured in a shape such as a sail of a sailing yacht.
  • Each blade is provided with a support, and a thin film in the form of a sail may be configured to be held by the support. Therefore, it is possible to configure the wind power generation system according to an aspect of the present invention at a significantly reduced facility cost compared to a conventional wind power generator having a large rotary blade.
  • the sail-shaped thin film may be formed of a tent material such as a linen or cotton cloth, or a synthetic fiber such as Tetron, or a polymer fusion material may be used.
  • each of the blades 30 it is possible to deform each of the blades 30 to have a shape that maximizes the power in the target moving direction.
  • Bernoulli's theorem by varying the airflow velocity on both sides of the blade by increasing the gradient on one side of the blade and making it larger relative to the gradient on the other side, from one side of the blade to the opposite side may be configured to generate power.
  • each of the plurality of blades may be made of a flexible material, and has a plurality of air pockets, for selectively changing the amount of air filling in a specific air pocket among the plurality of air pockets. Accordingly, it is possible to implement a shape in which the blade has power in a desired direction under a predetermined wind condition.
  • An air pump can be used, for example, to change the air charge.
  • a blade in the form of a thin film that does not have a separate air pocket can be controlled by a support in the form of a grid that can change the angle in units of segments, and the wind given by changing the amount of rotation in units of each grid It may be configured to deform the blade into a shape that maximizes power in a desired direction of movement under conditions.
  • each blade may be performed based on a rotation axis perpendicular to the ground, for example.
  • 7 is a cross-sectional view of a blade support according to one side.
  • the support of each blade may include an upper support 31 configured to support a sail-shaped thin film and a lower support 32 to which the upper support 31 is rotatably coupled. have.
  • the lower support 32 provides a cavity through which the blade rotation shaft 35 coupled to the upper support 31 can pass.
  • the blade rotation shaft 35 is connected to the motor shaft 34 to rotate the upper support by rotating based on the rotational force from the motor 33, and to adjust the orientation of the sail-shaped thin film in a desired direction. .
  • FIG. 8 is an exemplary view of a highly separated blade according to one side.
  • an appropriate blade size for maximizing power production efficiency may be a fairly large size, and the direction of the wind may be different depending on the altitude. Therefore, in order to maximize the power in the target movement direction of the blade 30, even when the wind direction is different depending on the altitude, the blade is divided according to the altitude of the first part (37a), the second part (37b) and a third part 37c, including a first joint 38a, a second joint 38b, and a third joint 38c, so that each joint part is configured to be rotatable, respectively, so that each part
  • the orientation of the sail-shaped thin film included in the fields can be set differently.
  • each of the plurality of blades 30 includes a first partial blade and a second partial blade separated in a height direction, and the first partial blade and the second partial blade are configured to be rotatable independently of each other, The first partial blade and the second partial blade may be rotated to maximize the power in the target movement direction of the blade 30 based on the information about the direction of the wind at each disposed height.
  • Acquisition of position information for determining the target movement direction of the blade, information about the wind direction, etc. can be achieved by employing any of the conventional sensor systems, and the control system for determining and changing the orientation of the blade is also Any of the conventional control systems may be selected.
  • the information on the position of each of the plurality of blades in the loop, the position signal receiving device provided in each of the plurality of blades, from at least one of the plurality of position identification signal generating devices provided in the loop may be obtained by receiving a location identification signal of
  • location information of each blade may be determined by a positioning system such as GPS.
  • the target movement direction according to the position of the blade may be determined according to table information stored in the database, or the computing device may be configured to calculate in real time based on each position and the loop shape.
  • the information on the wind direction may be obtained from a wind direction sensor provided in each of the plurality of blades, and accurate information on the wind direction for each blade may be used.
  • the control system for performing an operation such as orientation determination may be set to be provided with a separate computing device or processor for each blade, or an integrated control system configured to transmit and receive information to and from each blade so that the integrated control system is It can also be configured to perform control for each blade.
  • the wind power generation system 100 may include a plurality of nacelles.
  • the nacelle 40 may include a generator having a generator central shaft gear 45-1, and a separate nacelle including an additional generator having a generator central shaft gear 45-2 is further provided. it might be
  • the generator provided in the nacelle 40 may be configured to have a predetermined target rotation speed. Alternatively, it may be required to adjust the target rotation speed as necessary.
  • each of the plurality of blades 30 may be configured such that an installation position with respect to the movable body 20 can be changed, and the distance between the blades 30 may be adjusted accordingly.
  • each of the blades 30 is configured to be slidable on the rail 10
  • the movable body 20 may be configured in the form of a chain connecting each of the blades 30 .
  • the coupling of the movable body 20 and the blade 30 may be configured in a form in which readjustment is possible.
  • 9 is a diagram illustrating a coupling relationship between a rail, a movable body, and a blade according to one side. As shown in FIG.
  • a plurality of blades 30 may be provided to be slidably movable on the rail 10 , and the movable body 20 interlocks each of the blades 30 , but the coupling position can be readjusted. It may be provided in any possible form. However, the coupling relationship diagram of the rail, the movable body, and the blade in FIG. 9 is an exemplary form, and various embodiments in which the movable body 20 and/or the blade 30 are slidably movable on the rail 10 may be employed. can
  • FIG. 10 is a top view of a wind power generation system according to one side
  • FIG. 11 is a top view of a wind power generation system with adjustable blade spacing.
  • the rail may include a straight section 1110 and curved sections 1120 - 1 and 1120 - 2 , and the plurality of blades are curved sections than when positioned in the straight section 1110 .
  • the rail When positioned at (1120-1, 1120-2), it may be configured to be arranged at a narrower interval.
  • the wind power generation system may be configured such that the rail 10 forms a loop, as illustrated in FIG. 2 above, and is formed inside the loop to provide a shorter movement path than the loop further comprising an inner loop to It may be configured to rotate in association with movement of at least one of the one movable body and the blade.
  • FIG. 13 is an exemplary view of a wind power generation system capable of gear change.
  • the wind power generation system may include a loop 1310 , a first inner loop 1320 , and a second inner loop 1330 .
  • the first inner loop 1320 is configured to have a shorter travel path than the loop 1310
  • the second inner loop 1330 is configured to have a shorter travel path than the first inner loop 1320 .
  • the loop 1310 , the first inner loop 1320 , and the second inner loop 1330 may be configured to have different moving speeds.
  • the generator since the generator may be configured to have a target rotational speed, it may be configured to selectively rotationally interlock with a loop capable of providing a rotational speed most suitable for the target rotational speed of the generator according to wind speed.
  • the generator central rotational shaft 1340 can be connected with a first rotational interlocking shaft 1311 for the loop 1310 via a first rotational belt 1341 , and a second can be connected with the second rotational peristaltic shaft 1321 about the first inner loop 1320 via a rotating belt 1342 , and a third rotation about the second inner loop 1330 via a third rotating belt 1343 . It may be connected to the interlocking shaft 1331 .
  • Each of the first rotating belt 1341 to the third rotating belt 1343 may be configured to be on/off in rotational linkage with the generator center rotation shaft 1340, so that the first rotating belt 1341 to the third rotation is possible. Any one of the belts 1343 may optionally be rotationally associated with the generator central axis of rotation 1340 .
  • the embodiment shown in FIG. 13 is exemplary, and a configuration in which any one of a plurality of loops is selected to rotate the central rotation axis of the generator can be achieved through various embodiments such as a gear box.
  • the information about the wind speed may be obtained from the wind speed sensor.
  • a single wind speed sensor may be provided, or it may be installed in each loop or each blade to calculate the expected movement speed of each loop according to each wind speed.
  • the wind power generation system in a situation in which the normal operation of the wind power generation system is not guaranteed, such as the occurrence of a typhoon, measures to protect the blades may be required.
  • measures to protect the blades may be required.
  • a hangar for the storage of the blades is installed, a fastening between the blades is made, or the protection measures of the blades may be performed in the form that the blades are folded toward the ground.
  • the wind power generation system provides a hangar 1430 in which a plurality of blades are stored, a junction 1410 included in the rail, and a movement path from the junction to the hangar. It further includes a containment rail 1420 that is configured to be stored, and the plurality of blades 30 may be configured to be stored in the hangar 1430 via the junction 1410 and the containment rail 1420 .
  • the coupling relationship of the movable body 20 and/or the blade 30 to the rail 10 can be implemented in various embodiments, and the blade 30 itself can be slidably moved on the rail 10 .
  • the blades 30 are arranged to move from the junction 1410 on the rail 10 to the containment rail 1420 at the time when protective measures are required, and slide along the containment rail 1420 to the hangar 1430.
  • the movable body 20 may be slidably moved on the rail 10 , and the blade 30 may be provided so that the installation position on the movable body 20 can be changed.
  • the movable body 20 is configured such that a part of the roof is detachable, and at a point in time when a protective action of the blade is required, the roof part of the movable body 20 is separated via the branch point 1410 to the containment rail 1420 It can be moved to extend to the hangar 1430 along the. Since the installation position of the blades on the movable body 20 can be changed, the blades can be moved on the movable body 20 extending along the containment rail 1420 and stored in the hangar 1430 .
  • the wind power generation system according to an embodiment of the present invention further includes a hangar 1530 configured to pass through the rail 10 , and the plurality of blades 30 includes the rail 10 . It may be configured to move along and be stored in the hangar 1530 . Also in the embodiment illustrated by FIG. 15 , as in FIG. 14 , the blades 30 may be moved to the hangar 1530 in various ways according to the coupling relation of the movable body and/or the blade with the rail.
  • FIG. 16 is an exemplary view of a fastening form between blades. As shown in FIG. 16 , a plurality of blades of the blade 1630 - 1 to blade 1630 - 2 can be coupled to each other when protection measures against typhoons are required.
  • each of the plurality of blades may include a fastening means for coupling with an adjacent blade when the distance between the plurality of blades is minimized. That is, through the fastening between adjacent blades, as a result, all of the plurality of blades are combined, thereby improving resistance to typhoons.
  • the plurality of blades includes a first blade 1630-1 positioned on the leftmost side and a second blade 1630-2 positioned on the rightmost side when the distance between the plurality of blades is minimized,
  • the first blade 1630-1 and the second blade 1630-2 each have a fastening means, so that the plurality of blades are coupled by the fastening means of the first blade and the fastening means of the second blade are fastened to each other.
  • a configuration in which a plurality of blades are coupled through various embodiments is possible.
  • each of the plurality of blades may be configured to be foldable toward the ground direction.
  • the blades that are normally located in the normal position 1730 and generate power based on the energy of the wind are folded to the ground adjacent position 1740 at a time when protective measures are required, such as a typhoon risk, to minimize the influence of the wind.
  • FIG. 18 is an exemplary view of a multiple rail arrangement having a concentricity
  • FIG. 19 is an exemplary view of a stacked multiple rail arrangement form.
  • the first loop 1810 , the second loop 1820 , and the third loop 1830 are concentrically arranged to have different moving lengths, so that space utilization can be improved.
  • the first loop 1810 , the second loop 1820 , and the third loop 1830 are sequentially stacked in a vertical direction to improve space utilization. 18 and 19 may be implemented in combination.
  • the wind power generation system 2000 includes a rail 2010, a movable body 2020, a plurality of blades 2030, a combination body 2050, and a nacelle provided with a generator. (nacelle) (2040).
  • the rail 2010 may provide a horizontal movement path through which the plurality of movable bodies 2020 can slide and move.
  • the horizontal direction may be understood as a movement path along the ground or water surface as well as a complete horizontal direction in a mathematical sense as described above.
  • FIG. 20 it is exemplified as providing a movement path so that the movable body 2020 is slid on the rail 2010, but, for example, as shown in FIG. 1 or FIG. 2 above, the rail 2010 Including a form that provides a movement path from the side of the movable body 2020, the rail 2010 may have various design shapes that can provide a movement path through which the movable body 2020 can slide.
  • the rail 2010 according to an embodiment of the present invention may be installed on the ground or installed through a support to provide a horizontal movement path of the movable bodies 2020.
  • the plurality of movable bodies 2020 may be configured to slide and move according to a movement path provided by the rail 2010 .
  • each of the plurality of movable bodies 2020 may include a blade 2030 that is installed on the plurality of movable bodies, respectively, and provides power for movement of each of the plurality of movable bodies based on wind energy. That is, each movable body 2020 may slide and move according to a movement path provided by the rail 2010 according to the power of the blade 2030 based on wind.
  • the plurality of blades 2030 may be installed in the moving body 2020 to provide power for movement of the moving body 2020 based on energy according to wind. That is, when the wind blows, the energy provided by the wind acts on the blades 2030 and the blades 2030 and the movable body 2020 to which these blades are connected are configured to move.
  • the movable body 2020 contacts the rail 2010 and the blade 2030 is installed on the movable body 2020, but the rail 2010, the movable body 2020, and the blade 2030 ) of the installation form and structure can be employed in various modifications.
  • a coupling body 2050 that is fastened to an upper end of a blade provided in each of a plurality of movable bodies and moves based on power provided by the blades may be provided.
  • the coupling body 2050 may be integral as shown in FIG. 20 , or in the other aspect may be in the form of a chain having a plurality of segmented structures.
  • the assembly 2050 may be configured as a material having flexibility.
  • a nacelle 2040 equipped with a generator may be disposed adjacent to the assembly 2050 .
  • the generator may be a generator that generates power according to the rotation of the generator central shaft gear 2045 coupled to the generator central rotation shaft, and the central rotation shaft of the generator rotates in association with the movement of the assembly 2050 can be configured to 20, a configuration in which the generator center rotational shaft rotates in association with the movement of the assembly 2050 is illustrated by way of example.
  • FIG. 3 shows a power transmission structure between the blade and/or the movable body according to the first aspect and the generator center rotation shaft
  • FIG. 4 is the blade according to the second aspect. and/or a power transmission structure between the mobile body and the generator center rotation shaft.
  • the power transmission structure of Figs. 3 and 4 can also be employed in the power transmission structure between the assembly 2050 and the generator center rotation shaft of the second embodiment.
  • the generator may have a generator central rotational shaft 45c and a circular toothed gear 45 coupled to the generator central rotational shaft 45c, and a combination (2050 in FIG. 20 ) ) is provided with a plurality of toothed peaks on the surface facing the generator, and as the toothed mountain moves in engagement with the toothed mountain 45a of the circular toothed gear 45 according to the movement of the assembly 2050, the generator center rotational shaft 45c is It may be configured to rotate.
  • the generator central axis may have various embodiments in relation to the rail.
  • the generator center rotation axes 1210 and 1220 may be located outside of the loop, and the loop may be located inside the
  • the rotation of the generator-centered rotational shafts 1210 and 1220 may be directly linked to the movement of the assembly 2050, or may be configured to be rotationally linked by providing an intermediate means such as the generator-centered rotational shaft 1230.
  • the wind power generation system further includes a power transmission shaft 1231 that rotates in association with the movement of the assembly 2050, and a rotary pulley provided on the power transmission shaft 1231 and the generator of the generator
  • a rotary pulley provided on the central rotary shaft 1230 may be configured to rotate in accordance with the rotary belt 1233 .
  • the rotating belt 1233 may be configured, for example, in the form of a conveyor belt or chain.
  • the rail 10 may be configured to form a loop.
  • the rail 2010 may further include an upper frame supported by a plurality of upper frame supports, and the upper frame holds the assembly 2050 movably to move the blade 2030 . ) can be configured to improve their standing stability.
  • each of the plurality of blades 2030 is based on the information on the direction of the target movement determined according to the position of each of the plurality of blades 2030 in the loop and information on the direction of the wind, the target movement It may be configured to rotate adaptively to maximize power in the direction.
  • each of the plurality of blades 2030 is made of a flexible material and has a plurality of air pockets, and a target movement determined according to the position of each of the plurality of blades in the loop Based on the information about the direction and the information about the wind direction, it may be configured to be deformed into a shape that maximizes the power in the target movement direction by controlling the amount of air filling for at least one of the plurality of air pockets.
  • the loop formed by the rail 10 includes, for example, a first portion 1010 providing a movement path in a first direction, a first direction and A second portion 1030 provides a travel path in an opposite second direction, a first joint portion 1020 provides a travel path from the first portion to the second portion, and movement from the second portion to the first portion may include a second joint portion 1040 that provides a path.
  • the blades may be configured to move clockwise within the loop, so the target movement direction of the blades in the first portion 1010 may be the (right ⁇ left) direction in FIG. 10 , the first joint portion
  • the target movement direction of the blades in 1020 is, according to the degree to which the blade has moved from the first portion 1010 to the second portion 1030, in the (right ⁇ left) direction, in the (down ⁇ up) direction, and again It changes gradually in the (left ⁇ right) direction.
  • the target movement direction of the blades in the second portion 1030 is determined in the (left ⁇ right) direction
  • the target movement direction of the blades in the second joint portion 1040 is the blade in the second portion 1030 According to the degree of movement to the first part 1010, it is gradually changed in the (left ⁇ right) direction, (up ⁇ down) direction, and again in the (right ⁇ left) direction. That is, the target movement direction of the blades may be determined differently depending on the position of each blade in the loop.
  • each blade is configured to adaptively rotate so that the orientation of each blade is changed to maximize the power in the target movement direction of each blade can do.
  • the rotation of each of the plurality of blades may be performed based on a rotation axis perpendicular to the ground.
  • each of the plurality of blades is configured to rotate in a direction to perform a downwind category in response to determining that the target direction of movement coincides with the direction of wind, and in response to determining that the direction of target movement is opposite to the direction of wind.
  • it may be configured to rotate in a direction that performs the wind category.
  • the blade when the wind direction is a (right ⁇ left) direction, the blade is rotated in the direction performing the downwind category in the first part 1010, and in the second part 1030 in the direction performing the upwind category.
  • the blade can rotate.
  • the blades may be rotated to maximize power according to the target movement direction according to the positions of the respective blades.
  • each blade may be configured in a shape such as a sail of a sailing yacht.
  • Each blade is provided with a support, and a thin film in the form of a sail may be configured to be held by the support. Therefore, it is possible to configure the wind power generation system according to an aspect of the present invention at a significantly reduced facility cost compared to a conventional wind power generator having a large rotary blade.
  • the sail-shaped thin film may be formed of a tent material such as a linen or cotton cloth, or a synthetic fiber such as Tetron, or a polymer fusion material may be used.
  • each of the blades 30 it is possible to deform each of the blades 30 to have a shape that maximizes the power in the target moving direction.
  • Bernoulli's theorem by varying the airflow velocity on both sides of the blade by increasing the gradient on one side of the blade and making it larger relative to the gradient on the other side, from one side of the blade to the opposite side may be configured to generate power.
  • each of the plurality of blades may be made of a flexible material, and has a plurality of air pockets, for selectively changing the amount of air filling in a specific air pocket among the plurality of air pockets. Accordingly, it is possible to implement a shape in which the blade has power in a desired direction under a predetermined wind condition.
  • An air pump can be used, for example, to change the air charge.
  • a blade in the form of a thin film that does not have a separate air pocket can be controlled by a support in the form of a grid that can change the angle in units of segments, and the wind given by changing the amount of rotation in units of each grid It may be configured to deform the blade into a shape that maximizes power in a desired direction of movement under conditions.
  • each blade may be performed based on a rotation axis perpendicular to the ground, for example.
  • 7 is a cross-sectional view of a blade support according to one side.
  • the support of each blade may include an upper support 31 configured to support a sail-shaped thin film and a lower support 32 to which the upper support 31 is rotatably coupled. have.
  • the lower support 32 provides a cavity through which the blade rotation shaft 35 coupled to the upper support 31 can pass.
  • the blade rotation shaft 35 is connected to the motor shaft 34 to rotate the upper support by rotating based on the rotational force from the motor 33, and to adjust the orientation of the sail-shaped thin film in a desired direction. .
  • FIG. 8 is an exemplary view of a highly separated blade according to one side.
  • an appropriate blade size for maximizing power production efficiency may be a fairly large size, and the direction of the wind may be different depending on the altitude. Therefore, in order to maximize the power in the target movement direction of the blade 30, even when the wind direction is different depending on the altitude, the blade is divided according to the altitude of the first part (37a), the second part (37b) and a third part 37c, including a first joint 38a, a second joint 38b, and a third joint 38c, so that each joint part is configured to be rotatable, respectively, so that each part
  • the orientation of the sail-shaped thin film included in the fields can be set differently.
  • each of the plurality of blades 30 includes a first partial blade and a second partial blade separated in a height direction, and the first partial blade and the second partial blade are configured to be rotatable independently of each other, The first partial blade and the second partial blade may be rotated to maximize the power in the target movement direction of the blade 30 based on the information about the direction of the wind at each disposed height.
  • Acquisition of position information for determining the target movement direction of the blade, information about the wind direction, etc. can be achieved by employing any of the conventional sensor systems, and the control system for determining and changing the orientation of the blade is also Any of the conventional control systems may be selected.
  • the information on the position of each of the plurality of blades in the loop, the position signal receiving device provided in each of the plurality of blades, from at least one of the plurality of position identification signal generating devices provided in the loop may be obtained by receiving a location identification signal of
  • location information of each blade may be determined by a positioning system such as GPS.
  • the target movement direction according to the position of the blade may be determined according to table information stored in the database, or the computing device may be configured to calculate in real time based on each position and the loop shape.
  • the information on the wind direction may be obtained from a wind direction sensor provided in each of the plurality of blades, and accurate information on the wind direction for each blade may be used.
  • the control system for performing an operation such as orientation determination may be set to be provided with a separate computing device or processor for each blade, or an integrated control system configured to transmit and receive information to and from each blade so that the integrated control system is It can also be configured to perform control for each blade.
  • the wind power generation system 100 may include a plurality of nacelles.
  • the nacelle 40 may include a generator having a generator central shaft gear 45-1, and a separate nacelle including an additional generator having a generator central shaft gear 45-2 is further provided. it might be
  • the generator provided in the nacelle 40 may be configured to have a predetermined target rotation speed. Alternatively, it may be required to adjust the target rotation speed as necessary.
  • each of the assembly 2050 and the plurality of blades 2030 may be movably fastened to adjust a distance between the plurality of blades.
  • the coupling body 2050 may be configured in a chain shape connecting each blade 2030 . Even in this case, the coupling of the coupling body 2050 and the blade 2030 may be configured in a form in which readjustment is possible.
  • FIG. 10 is a top view of a wind power generation system according to one side
  • FIG. 11 is a top view of a wind power generation system with adjustable blade spacing.
  • the rail may include a straight section 1110 and curved sections 1120 - 1 and 1120 - 2 , and the plurality of blades are curved sections than when positioned in the straight section 1110 .
  • the rail When positioned at (1120-1, 1120-2), it may be configured to be arranged at a narrower interval.
  • the wind power generation system may be configured such that the rail 2010 forms a loop, and further includes an inner loop formed inside the loop to provide a shorter movement path than the loop,
  • the generator is configured to have a predetermined target rotational speed, and based on the information about the wind speed, by interlocking with the movement of any one combination of the loop and the inner loop to achieve a rotational speed closer to the target rotational speed. It may be configured to rotate.
  • FIG. 13 is an exemplary view of a wind power generation system capable of gear change.
  • the wind power generation system may include a loop 1310 , a first inner loop 1320 , and a second inner loop 1330 .
  • the first inner loop 1320 is configured to have a shorter travel path than the loop 1310
  • the second inner loop 1330 is configured to have a shorter travel path than the first inner loop 1320 .
  • the loop 1310 , the first inner loop 1320 , and the second inner loop 1330 may be configured to have different moving speeds.
  • the generator since the generator may be configured to have a target rotational speed, it may be configured to selectively rotationally interlock with a loop capable of providing a rotational speed most suitable for the target rotational speed of the generator according to wind speed.
  • the generator central rotational shaft 1340 can be connected with a first rotational interlocking shaft 1311 for the loop 1310 via a first rotational belt 1341 , and a second can be connected with the second rotational peristaltic shaft 1321 about the first inner loop 1320 via a rotating belt 1342 , and a third rotation about the second inner loop 1330 via a third rotating belt 1343 . It may be connected to the interlocking shaft 1331 .
  • Each of the first rotating belt 1341 to the third rotating belt 1343 may be configured to be on/off in rotational linkage with the generator center rotation shaft 1340, so that the first rotating belt 1341 to the third rotation is possible. Any one of the belts 1343 may optionally be rotationally associated with the generator central axis of rotation 1340 .
  • the embodiment shown in FIG. 13 is exemplary, and a configuration in which any one of a plurality of loops is selected to rotate the central rotation axis of the generator can be achieved through various embodiments such as a gear box.
  • the information about the wind speed may be obtained from the wind speed sensor.
  • a single wind speed sensor may be provided, or it may be installed in each loop or each blade to calculate the expected movement speed of each loop according to each wind speed.
  • the wind power generation system in a situation in which the normal operation of the wind power generation system is not guaranteed, such as the occurrence of a typhoon, measures to protect the blades may be required.
  • measures to protect the blades may be required.
  • a hangar for the storage of the blades is installed, a fastening between the blades is made, or the protection measures of the blades may be performed in the form that the blades are folded toward the ground.
  • the wind power generation system provides a hangar 1430 in which a plurality of blades are stored, a junction 1410 included in the rail, and a movement path from the junction to the hangar. It further includes a containment rail 1420 that is configured to be stored, and the plurality of blades 30 may be configured to be stored in the hangar 1430 via the junction 1410 and the containment rail 1420 .
  • the plurality of movable bodies 2020 are configured to be slidably movable on the rail 2010, the movable bodies 2020 having the blade 2030 at the time when protective measures are required are located at the junction 1410 on the rail 2010 at the containment rail. It may be moved to 1420 , and may be moved to slide along the containment rail 1420 to be stored in the hangar 1430 .
  • the wind power generation system according to an embodiment of the present invention further includes a hangar 1530 configured to pass through the rail 10 , and the plurality of blades 30 includes the rail 10 . It may be configured to move along and be stored in the hangar 1530 .
  • a plurality of movable bodies 2020 having blades 2030 may be configured to move along a rail 2010 and to be stored in a hangar.
  • FIG. 16 is an exemplary view of a fastening form between blades. As shown in FIG. 16 , a plurality of blades of the blade 1630 - 1 to blade 1630 - 2 can be coupled to each other when protection measures against typhoons are required.
  • each of the plurality of blades may include a fastening means for coupling with an adjacent blade when the distance between the plurality of blades is minimized. That is, through the fastening between adjacent blades, as a result, all of the plurality of blades are combined, thereby improving resistance to typhoons.
  • the plurality of blades includes a first blade 1630-1 positioned on the leftmost side and a second blade 1630-2 positioned on the rightmost side when the distance between the plurality of blades is minimized,
  • the first blade 1630-1 and the second blade 1630-2 each have a fastening means, so that the plurality of blades are coupled by the fastening means of the first blade and the fastening means of the second blade are fastened to each other.
  • a configuration in which a plurality of blades are coupled through various embodiments is possible.
  • the wind power generation system 2100 includes a rail 2110 , a movable body 2120 , a plurality of blades 2130 , and a generator provided with a nacelle 2140 . ) may be included.
  • the rail 2110 may provide a horizontal movement path through which the plurality of movable bodies 2120 slide and move.
  • the horizontal direction may be understood as a movement path along the ground or water surface as well as a complete horizontal direction in a mathematical sense as described above.
  • the rail 2110 as shown in FIG. 1 or FIG. Including a form that provides a movement path from the side of the movable body 2120
  • the rail 2110 may have various design shapes capable of providing a movement path through which the movable body 2120 slides and moves.
  • the rail 2110 according to an embodiment of the present invention may be installed on the ground or installed through a support to provide a horizontal movement path of the movable bodies 2120 .
  • the plurality of movable bodies 2120 may be configured to slide and move according to a movement path provided by the rail 2110 .
  • each of the plurality of movable bodies 2120 may include a blade 2130 that is installed on the plurality of movable bodies, respectively, and provides power for movement of each of the plurality of movable bodies based on wind energy. That is, each movable body 2120 may slide and move according to a movement path provided by the rail 2110 according to the power of the blade 2130 based on wind.
  • the plurality of blades 2130 may be installed on the movable body 2120 to provide power for the movement of the movable body 2120 based on energy according to the wind. That is, when the wind blows, the energy provided by the wind acts on the blades 2130 and the blades 2130 and the movable body 2120 to which these blades are connected are configured to move.
  • the movable body 2120 contacts the rail 2110 and the blade 2130 is installed on the movable body 2120 , but the rail 2110 , the movable body 2120 and the blade 2130 . ) of the installation form and structure can be employed in various modifications.
  • a nacelle 2140 equipped with a generator may be disposed adjacent to the movable body 2120 and/or the blade 2130 .
  • the generator may be a generator that generates power according to the rotation of the generator central shaft gear 2145 coupled to the generator central rotation shaft, and the central rotation shaft of the generator is one of the movable body 2120 and the blade 2130 . It may be configured to rotate in association with the at least one movement.
  • 21 illustrates a configuration in which the generator center rotational shaft rotates in association with the movement of the movable body 2120 .
  • a power transmission rod 2125 may be provided on a surface of the movable body 2120 facing the generator.
  • FIG. 22 shows a power transmission structure between the mobile body and the generator central shaft in the embodiment of FIG. 21 .
  • the generator has a generator central rotational shaft 2145c and a circular toothed gear 2145a coupled to the generator central rotational shaft 2145c, for example, the generator of the movable body 2120 facing the generator.
  • a blade power transmission rod 2125 may be provided laterally, and the generator center rotational axis ( 2145c) may be configured to rotate. 22
  • a power transmission rod may be provided on the side opposite to the generator of the blade 2130 to induce rotation of the central rotational shaft 2145c.
  • the generator central axis may have various embodiments in relation to the rail.
  • the generator center rotation shafts 1210 and 1220 may be located outside the loop. Also, it may be located inside the loop.
  • the rotation of the generator central rotation shaft 1210, 1220 may be directly linked to the movement of the movable body and/or the blade, and may be configured to rotate with an intermediate means such as the generator central rotation shaft 1230.
  • the wind power generation system further includes a power transmission shaft 1231 that rotates in association with the movement of at least one of the movable body 20 and the blade 30, and ,
  • the rotary pulley provided on the power transmission shaft 1231 and the rotary pulley provided on the generator center rotary shaft 1230 of the generator may be configured to rotate according to the rotary belt 1233 .
  • the rotating belt 1233 may be configured, for example, in the form of a conveyor belt or chain.
  • the rail 10 may be configured to form a loop.
  • the rail 2110 may further include an upper frame supported by a plurality of upper frame supports, and the upper frame includes blades 2130 provided in the movable body 2120 . It may be configured to improve the standing stability of the blades 2130 by remaining movable.
  • the movement path of the plurality of blades and/or the movable body may have a circulating structure.
  • each of the plurality of blades 2130 is, based on information about the direction of the target movement determined according to the position of each of the plurality of blades 2130 in the loop, and information about the direction of the wind, the target movement It may be configured to rotate adaptively to maximize power in the direction.
  • each of the plurality of blades 2130 is made of a flexible material and has a plurality of air pockets, and in a target movement direction determined according to the position of each of the plurality of blades in the loop. It may be configured to be deformed into a shape that maximizes power in a target movement direction by controlling an air filling amount for at least one air pocket among a plurality of air pockets based on the information about the information and the information about the wind direction.
  • the loop formed by the rail 10 includes, for example, a first portion 1010 providing a movement path in a first direction, a first direction and A second portion 1030 provides a travel path in an opposite second direction, a first joint portion 1020 provides a travel path from the first portion to the second portion, and movement from the second portion to the first portion may include a second joint portion 1040 that provides a path.
  • the blades may be configured to move clockwise within the loop, so the target movement direction of the blades in the first portion 1010 may be the (right ⁇ left) direction in FIG. 10 , the first joint portion
  • the target movement direction of the blades in 1020 is, according to the degree to which the blade has moved from the first portion 1010 to the second portion 1030, in the (right ⁇ left) direction, in the (down ⁇ up) direction, and again It changes gradually in the (left ⁇ right) direction.
  • the target movement direction of the blades in the second portion 1030 is determined in the (left ⁇ right) direction
  • the target movement direction of the blades in the second joint portion 1040 is the blade in the second portion 1030 According to the degree of movement to the first part 1010, it is gradually changed in the (left ⁇ right) direction, (up ⁇ down) direction, and again in the (right ⁇ left) direction. That is, the target movement direction of the blades may be determined differently depending on the position of each blade in the loop.
  • each blade is configured to adaptively rotate so that the orientation of each blade is changed to maximize the power in the target movement direction of each blade can do.
  • the rotation of each of the plurality of blades may be performed based on a rotation axis perpendicular to the ground.
  • each of the plurality of blades is configured to rotate in a direction to perform a downwind category in response to determining that the target direction of movement coincides with the direction of wind, and in response to determining that the direction of target movement is opposite to the direction of wind.
  • it may be configured to rotate in a direction that performs the wind category.
  • the blade when the wind direction is a (right ⁇ left) direction, the blade is rotated in the direction performing the downwind category in the first part 1010, and in the second part 1030 in the direction performing the upwind category.
  • the blade can rotate.
  • the blades may be rotated to maximize power according to the target movement direction according to the positions of the respective blades.
  • each blade may be configured in a shape such as a sail of a sailing yacht.
  • Each blade is provided with a support, and a thin film in the form of a sail may be configured to be held by the support. Therefore, it is possible to configure the wind power generation system according to an aspect of the present invention at a significantly reduced facility cost compared to a conventional wind power generator having a large rotary blade.
  • the sail-shaped thin film may be formed of a tent material such as a linen or cotton cloth, or a synthetic fiber such as Tetron, or a polymer fusion material may be used.
  • each of the blades 2130 it is possible to deform each of the blades 2130 to have a shape that maximizes the power in the target moving direction.
  • Bernoulli's theorem by varying the airflow velocity on both sides of the blade by increasing the gradient on one side of the blade and making it larger relative to the gradient on the other side, from one side of the blade to the opposite side may be configured to generate power.
  • each of the plurality of blades may be made of a flexible material, and has a plurality of air pockets, for selectively changing the amount of air filling in a specific air pocket among the plurality of air pockets. Accordingly, it is possible to implement a shape in which the blade has power in a desired direction under a predetermined wind condition.
  • An air pump can be used, for example, to change the air charge.
  • a blade in the form of a thin film that does not have a separate air pocket can be controlled by a support in the form of a grid that can change the angle in units of segments, and the wind given by changing the amount of rotation in units of each grid It may be configured to deform the blade into a shape that maximizes power in a desired direction of movement under conditions.
  • each blade may be performed based on a rotation axis perpendicular to the ground, for example.
  • 7 is a cross-sectional view of a blade support according to one side.
  • the support of each blade may include an upper support 31 configured to support a sail-shaped thin film and a lower support 32 to which the upper support 31 is rotatably coupled. have.
  • the lower support 32 provides a cavity through which the blade rotation shaft 35 coupled to the upper support 31 can pass.
  • the blade rotation shaft 35 is connected to the motor shaft 34 to rotate the upper support by rotating based on the rotational force from the motor 33, and to adjust the orientation of the sail-shaped thin film in a desired direction. .
  • FIG. 8 is an exemplary view of a highly separated blade according to one side.
  • an appropriate blade size for maximizing power production efficiency may be a fairly large size, and the direction of the wind may be different depending on the altitude. Therefore, in order to maximize the power in the target movement direction of the blade 30, even when the wind direction is different depending on the altitude, the blade is divided according to the altitude of the first part (37a), the second part (37b) and a third part 37c, including a first joint 38a, a second joint 38b, and a third joint 38c, so that each joint part is configured to be rotatable, respectively, so that each part
  • the orientation of the sail-shaped thin film included in the fields can be set differently.
  • each of the plurality of blades 30 includes a first partial blade and a second partial blade separated in a height direction, and the first partial blade and the second partial blade are configured to be rotatable independently of each other, The first partial blade and the second partial blade may be rotated to maximize the power in the target movement direction of the blade 30 based on the information about the direction of the wind at each disposed height.
  • Acquisition of position information for determining the target movement direction of the blade, information about the wind direction, etc. can be achieved by employing any of the conventional sensor systems, and the control system for determining and changing the orientation of the blade is also Any of the conventional control systems may be selected.
  • the information on the position of each of the plurality of blades in the loop, the position signal receiving device provided in each of the plurality of blades, from at least one of the plurality of position identification signal generating devices provided in the loop may be obtained by receiving a location identification signal of
  • location information of each blade may be determined by a positioning system such as GPS.
  • the target movement direction according to the position of the blade may be determined according to table information stored in the database, or the computing device may be configured to calculate in real time based on each position and the loop shape.
  • the information on the wind direction may be obtained from a wind direction sensor provided in each of the plurality of blades, and accurate information on the wind direction for each blade may be used.
  • the control system for performing an operation such as orientation determination may be set to be provided with a separate computing device or processor for each blade, or an integrated control system configured to transmit and receive information to and from each blade so that the integrated control system is It can also be configured to perform control for each blade.
  • the wind power generation system 100 may include a plurality of nacelles.
  • the nacelle 40 may include a generator having a generator central shaft gear 45-1, and a separate nacelle including an additional generator having a generator central shaft gear 45-2 is further provided. it might be
  • the generator provided in the nacelle 40 may be configured to have a predetermined target rotation speed. Alternatively, it may be required to adjust the target rotation speed as necessary.
  • the plurality of movable bodies 2120 are each movable on the rail 2110 , so that an interval between the movable bodies 2120 may be changed.
  • 10 is a top view of a wind power generation system according to one side
  • FIG. 11 is a top view of a wind power generation system with adjustable blade spacing.
  • the rail may include a straight section 1110 and curved sections 1120 - 1 and 1120 - 2 , and the plurality of blades are curved sections than when positioned in the straight section 1110 .
  • the rail may include a straight section 1110 and curved sections 1120 - 1 and 1120 - 2 , and the plurality of blades are curved sections than when positioned in the straight section 1110 .
  • the wind power generation system in a situation in which the normal operation of the wind power generation system is not guaranteed, such as the occurrence of a typhoon, measures to protect the blades may be required.
  • measures to protect the blades may be required.
  • a hangar for the storage of the blades is installed, a fastening between the blades is made, or the protection measures of the blades may be performed in the form that the blades are folded toward the ground.
  • the wind power generation system provides a hangar 1430 in which a plurality of blades are stored, a junction 1410 included in the rail, and a movement path from the junction to the hangar. It further includes a containment rail 1420 that is configured to be stored, and the plurality of blades 30 may be configured to be stored in the hangar 1430 via the junction 1410 and the containment rail 1420 .
  • each movable body 2120 when the blades 2130 provided in each movable body 2120 are configured to be slidably movable on the rail 2110, the movable body provided with the blade 2130 at a time when protection measures are required ( The 2120 are arranged to be moved from the junction 1410 on the rail 2110 to the containment rail 1420 , and can be slid along the containment rail 1420 to be contained in the hangar 1430 .
  • the wind power generation system according to an embodiment of the present invention further includes a hangar 1530 configured to pass through the rail 10 , and the plurality of blades 30 includes the rail 10 . It may be configured to move along and be stored in the hangar 1530 . Also in the embodiment illustrated by FIG. 15 , as in FIG. 14 , the blades 30 may be moved to the hangar 1530 in various ways according to the coupling relation of the movable body and/or the blade with the rail. In the third embodiment, the plurality of movable bodies 2120 may be configured to move along the rail 2120 and be stored in the hangar.
  • FIG. 16 is an exemplary view of a fastening form between blades. As shown in FIG. 16 , a plurality of blades of the blade 1630 - 1 to blade 1630 - 2 can be coupled to each other when protection measures against typhoons are required.
  • each of the plurality of blades may include a fastening means for coupling with an adjacent blade when the distance between the plurality of blades is minimized. That is, through the fastening between adjacent blades, as a result, all of the plurality of blades are combined, thereby improving resistance to typhoons.
  • the plurality of blades includes a first blade 1630-1 positioned on the leftmost side and a second blade 1630-2 positioned on the rightmost side when the distance between the plurality of blades is minimized,
  • the first blade 1630-1 and the second blade 1630-2 each have a fastening means, so that the plurality of blades are coupled by the fastening means of the first blade and the fastening means of the second blade are fastened to each other.
  • a configuration in which a plurality of blades are coupled through various embodiments is possible.
  • each of the plurality of blades may be configured to be foldable toward the ground direction.
  • the blades that are normally located in the normal position 1730 and generate power based on the energy of the wind are folded to the ground adjacent position 1740 at a time when protective measures are required, such as a typhoon risk, to minimize the influence of the wind.
  • a rail unit in the form of a railway is configured, and at least one blade is provided to move a moving body that can move through the railway based on wind power on the rail unit, and the moving body generates power by itself.
  • a wind power generation system that can transmit the generated power through the railroad.
  • FIG. 23 is a conceptual diagram of a wind power generation system according to a fourth embodiment of the present invention.
  • the wind power generation system 3000 includes a rail unit 3010 providing a movement path in the horizontal direction and a plurality of rail units configured to move along the movement path of the rail unit 3010 .
  • the movable body 3020 may include at least one blade 3030 that provides power for the movement of the movable body 3020 based on wind energy.
  • 23 shows an example in which one blade 3030 is provided per movable body 3030, of course, the number of blades provided in the movable body 3020 may be plural.
  • the blade provided in the movable body 3020 may be a highly separable blade as shown in FIG. 8 , or a plurality of highly separable blades may be provided.
  • the moving body 3020 receives kinetic energy based on wind-based power provided by the blade 3030 .
  • the movable body 3020 is matched with the rail unit 3010 based on the power provided by the blade 3030 and rotates, thereby moving the movable body along the movement path of the rail unit 3010.
  • a plurality of wheels 3022 may be provided.
  • FIG. 24 is a cross-sectional view for explaining the matching structure of the rail unit 3010 and the movable body 3020 shown in FIG. 23, and a connection structure between them, the rotating shaft, and the nacelle.
  • the rail unit 3010 may be configured in the form of a railroad.
  • a matching groove 3024 for inserting the rail of the rail unit 3010 may be formed in the center of the outer circumferential surface of the wheel 3022 provided on the movable body 3020 in order to move the movable body 3020 .
  • the movable body 3020 may be configured in a shape similar to a moving structure of a train and move on the rail unit 3010 .
  • the rail part may also be configured as one rail like a monorail, or may be configured with three or more pairs of rails.
  • the inside of the movable body 3020 includes a nacelle 3028 provided with a generator for generating electric power based on the rotational force of the wheel 3022 .
  • the rotation shaft of the generator provided in the nacelle 3028 is directly or indirectly connected to the rotation shaft 3026 of the wheel 3022 , so that the generator generates power based on the rotational force according to the rotation of the wheel 3022 .
  • 25 is an exemplary diagram for exemplarily explaining a path through which power generated by the generator in FIG. 24 is transmitted to a transmission path.
  • the generator, the rotation shaft 3026 of the wheel, the wheel 3022, the rail unit 3010, and the transmission path 3080 for transmitting power to the outside are electrically connected, in FIG.
  • the power generated from the generator in the nacelle 3028 and/or the power generated by the generator and stored in the capacitor in the nacelle connects the rotating shaft 3026, the wheels 3022 and the rail unit 3010. through the transmission path 3080 .
  • at least a portion of each of the rotating shaft 3026 , the wheel 3022 , and the rail unit 3010 may be formed of a conductor that easily transmits electricity.
  • the moving body 3020 moving based on wind power on the rail part 3010 in the form of a railway generates power by itself using the rotational force of the wheels 3022, and the generated power is separately generated. It is possible to implement a wind power generation system that can transmit to the outside by using the rail unit 3010 without the installation of a transmission means.
  • 26 is a conceptual diagram for explaining a structure that prevents slipping and facilitates control by configuring a wheel and a rail to be engaged in the form of a cog wheel.
  • a plurality of first cogwheel mounts 4012 are formed on a wheel contact surface, for example, an upper surface of the rail unit 4010 .
  • a plurality of second cogwheel mounts that can be engaged with the rail part contact surface of the wheel 4022 of the moving body, for example, in the rail part matching groove, corresponding to the toothed wheel mount 4012 of the rail part 4010 along the outer peripheral surface thereof. (4023) is formed.
  • the shape of the cogwheel mountain can have various shapes, such as polygons such as rectangles and triangles, as well as semicircles and wavy shapes, based on the cross section.
  • FIG. 27 is a perspective view for explaining a rail portion constituting a roof.
  • the rail portion 3010 may form a roof to the same effect as in the first to third embodiments described above.
  • the wind power generation system may be provided with a plurality of rails to form a plurality of loops.
  • 28 is a perspective view for explaining a plurality of rail parts forming a plurality of loops.
  • the plurality of rail parts includes a first rail part 3010 - 1 and the second rail part forming a first loop.
  • a second rail unit 3010 - 2 forming a second loop having a relatively small size is disposed inside the first loop 3010 - 1 .
  • the rail 10 may be configured to form a loop, and for the same purpose, the rail in the fourth embodiment Portion 3010 may be configured to form a loop, as shown in FIGS. 27-28 .
  • the wind power generation system may further include an upper frame supported by a plurality of upper frame supports, and the upper frame moves the blades 3030 provided in the movable body 3020 . It may be configured to enhance the standing stability of the blades 3030 by keeping them possible.
  • each of the plurality of blades 3030 is based on the information about the direction of the target movement determined according to the position of each of the plurality of blades 3030 in the loop and information about the direction of the wind, the target movement It may be configured to rotate adaptively to maximize power in the direction.
  • each of the plurality of blades 3030 is made of a flexible material and has a plurality of air pockets, and in a target movement direction determined according to the position of each of the plurality of blades in the loop. It may be configured to be deformed into a shape that maximizes power in a target movement direction by controlling an air filling amount for at least one air pocket among a plurality of air pockets based on the information about the information and the information about the wind direction.
  • FIG. 10 is a top view of a wind power generation system according to an aspect.
  • the loop formed by the rail 10 (corresponding to the rail portion 3010 in the fourth embodiment) is, for example, a movement in the first direction.
  • a first portion 1010 providing a path, a second portion 1030 providing a travel path in a second direction opposite to the first direction, and a first joint providing a travel path from the first portion to the second portion can include a portion 1020 and a second joint portion 1040 that provides a path of travel from the second portion to the first portion.
  • the blades may be configured to move clockwise within the loop, so the target movement direction of the blades in the first portion 1010 may be the (right ⁇ left) direction in FIG. 10 , the first joint portion
  • the target movement direction of the blades in 1020 is, according to the degree to which the blade has moved from the first portion 1010 to the second portion 1030, in the (right ⁇ left) direction, in the (down ⁇ up) direction, and again It changes gradually in the (left ⁇ right) direction.
  • the target movement direction of the blades in the second portion 1030 is determined in the (left ⁇ right) direction
  • the target movement direction of the blades in the second joint portion 1040 is the blade in the second portion 1030 According to the degree of movement to the first part 1010, it is gradually changed in the (left ⁇ right) direction, (up ⁇ down) direction, and again in the (right ⁇ left) direction. That is, the target movement direction of the blades may be determined differently depending on the position of each blade in the loop.
  • each blade is configured to adaptively rotate so that the orientation of each blade is changed to maximize the power in the target movement direction of each blade can do.
  • the rotation of each of the plurality of blades may be performed based on a rotation axis perpendicular to the ground.
  • each of the plurality of blades is configured to rotate in a direction to perform a downwind category in response to determining that the target direction of movement coincides with the direction of wind, and in response to determining that the direction of target movement is opposite to the direction of wind.
  • it may be configured to rotate in a direction that performs the wind category.
  • the blade when the wind direction is a (right ⁇ left) direction, the blade is rotated in the direction performing the downwind category in the first part 1010, and in the second part 1030 in the direction performing the upwind category.
  • the blade can rotate.
  • the blades may be rotated to maximize power according to the target movement direction according to the positions of the respective blades.
  • each blade may be configured in a shape such as a sail of a sailing yacht.
  • Each blade is provided with a support, and a thin film in the form of a sail may be configured to be held by the support. Therefore, it is possible to configure the wind power generation system according to an aspect of the present invention at a significantly reduced facility cost compared to a conventional wind power generator having a large rotary blade.
  • the sail-shaped thin film may be formed of a tent material such as a linen or cotton cloth, or a synthetic fiber such as Tetron, or a polymer fusion material may be used.
  • each of the blades 3030 in relation to the principle of Bernoulli's principle and/or the principle of adjusting the traveling direction of a sailing yacht, it is possible to deform each of the blades 3030 to have a shape that maximizes the power in the target moving direction.
  • Bernoulli's theorem by varying the airflow velocity on both sides of the blade by increasing the gradient on one side of the blade and making it larger relative to the gradient on the other side, from one side of the blade to the opposite side may be configured to generate power.
  • each of the plurality of blades may be made of a flexible material, and has a plurality of air pockets, for selectively changing the amount of air filling in a specific air pocket among the plurality of air pockets. Accordingly, it is possible to implement a shape in which the blade has power in a desired direction under a predetermined wind condition.
  • An air pump can be used, for example, to change the air charge.
  • a blade in the form of a thin film that does not have a separate air pocket can be controlled by a support in the form of a grid that can change the angle in units of segments, and the wind given by changing the amount of rotation in units of each grid It may be configured to deform the blade into a shape that maximizes power in a desired direction of movement under conditions.
  • each blade may be performed based on a rotation axis perpendicular to the ground, for example.
  • 7 is a cross-sectional view of a blade support according to one side.
  • the support of each blade may include an upper support 31 configured to support a sail-shaped thin film and a lower support 32 to which the upper support 31 is rotatably coupled. have.
  • the lower support 32 provides a cavity through which the blade rotation shaft 35 coupled to the upper support 31 can pass.
  • the blade rotation shaft 35 is connected to the motor shaft 34 to rotate the upper support by rotating based on the rotational force from the motor 33, and to adjust the orientation of the sail-shaped thin film in a desired direction. .
  • FIG. 8 is an exemplary view of a highly separated blade according to one side.
  • an appropriate blade size for maximizing power production efficiency may be a fairly large size, and the direction of the wind may be different depending on the altitude. Therefore, in order to maximize the power in the target movement direction of the blade 30, even when the wind direction is different depending on the altitude, the blade is divided according to the altitude of the first part (37a), the second part (37b) and a third part 37c, including a first joint 38a, a second joint 38b, and a third joint 38c, so that each joint part is configured to be rotatable, respectively, so that each part
  • the orientation of the sail-shaped thin film included in the fields can be set differently.
  • each of the plurality of blades 30 includes a first partial blade and a second partial blade separated in a height direction, and the first partial blade and the second partial blade are configured to be rotatable independently of each other, The first partial blade and the second partial blade may be rotated to maximize the power in the target movement direction of the blade 30 based on the information about the direction of the wind at each disposed height.
  • Acquisition of position information for determining the target movement direction of the blade, information about the wind direction, etc. can be achieved by employing any of the conventional sensor systems, and the control system for determining and changing the orientation of the blade is also Any of the conventional control systems may be selected.
  • the information on the position of each of the plurality of blades in the loop, the position signal receiving device provided in each of the plurality of blades, from at least one of the plurality of position identification signal generating devices provided in the loop may be obtained by receiving a location identification signal of
  • location information of each blade may be determined by a positioning system such as GPS.
  • the target movement direction according to the position of the blade may be determined according to table information stored in the database, or the computing device may be configured to calculate in real time based on each position and the loop shape.
  • the information on the wind direction may be obtained from a wind direction sensor provided in each of the plurality of blades, and accurate information on the wind direction for each blade may be used.
  • the control system for performing an operation such as orientation determination may be set to be provided with a separate computing device or processor for each blade, or an integrated control system configured to transmit and receive information to and from each blade so that the integrated control system is It can also be configured to perform control for each blade.
  • the generator provided in the nacelle may be configured to have a predetermined target rotation speed. Alternatively, it may be required to adjust the target rotation speed as necessary.
  • the plurality of movable bodies 3020 are each movable on the rail unit 3010 , so that an interval between the movable bodies 3020 may be changed.
  • the connection part 3050 connecting the moving objects 3020 may be configured to variably adjust the distance between the moving objects.
  • 10 is a top view of a wind power generation system according to one side
  • FIG. 11 is a top view of a wind power generation system with adjustable blade spacing. In terms of adjusting the rotational speed of the generator center rotational shaft, a form in which the moving speed of the blade is controlled is possible. As shown in FIG.
  • the rail may include a straight section 1110 and curved sections 1120 - 1 and 1120 - 2 , and the plurality of blades are curved sections than when positioned in the straight section 1110 .
  • the rail When positioned at (1120-1, 1120-2), it may be configured to be arranged at a narrower interval.
  • the wind power generation system in a situation in which the normal operation of the wind power generation system is not guaranteed, such as the occurrence of a typhoon, measures to protect the blades may be required.
  • measures to protect the blades may be required.
  • a hangar for the storage of the blades is installed, a fastening between the blades is made, or the protection measures of the blades may be performed in the form that the blades are folded toward the ground.
  • the wind power generation system provides a hangar 1430 in which a plurality of blades are stored, a junction 1410 included in the rail, and a movement path from the junction to the hangar. It further includes a containment rail 1420 that is configured to be stored, and the plurality of blades 30 may be configured to be stored in the hangar 1430 via the junction 1410 and the containment rail 1420 .
  • each movable body 2120 when the blades 2130 provided in each movable body 2120 are configured to be slidably movable on the rail 2110, the movable body provided with the blade 2130 at a time when protection measures are required ( The 2120 are arranged to be moved from the junction 1410 on the rail 2110 to the containment rail 1420 , and can be slid along the containment rail 1420 to be contained in the hangar 1430 .
  • each movable body 3020 having the blades 3030 when each movable body 3020 having the blades 3030 is configured to be movable on the rail 3010 by a movement principle similar to that of a train, the movable body 3020 at a time when protective measures are required.
  • the wind power generation system according to an embodiment of the present invention further includes a hangar 1530 configured to pass through the rail 10 , and the plurality of blades 30 includes the rail 10 . It may be configured to move along and be stored in the hangar 1530 . Also in the embodiment illustrated by FIG. 15 , as in FIG. 14 , the blades 30 may be moved to the hangar 1530 in various ways according to the coupling relation of the movable body and/or the blade with the rail. In the fourth embodiment, a plurality of movable bodies 3020 may be configured to move along the rail 3010 and to be stored in a hangar.
  • each of the plurality of blades may be configured to be foldable toward the ground direction.
  • the blades that are normally located in the normal position 1730 and generate power based on the energy of the wind are folded to the ground adjacent position 1740 at a time when protective measures are required, such as a typhoon risk, to minimize the influence of the wind.
  • This foldable blade is applicable to any of the first to fourth embodiments.
  • FIG. 29 shows a comparison result of the output of the conventional wind power generator and the wind power system according to an embodiment of the present invention.
  • the predicted power output is shown compared to a conventional wind power generator (NREL's EMD turbine installed in California, USA (rotor diameter 77m)).
  • NREL's EMD turbine installed in California, USA (rotor diameter 77m)
  • the individual turbines subjected to the tailwind, where the maximum output occurs show similar or higher output compared to the general-purpose wind turbine.
  • the pressure loss related to the generation of noise was found to be as small as 1/65 of that of the existing general-purpose turbine (260 Pa, based on the maximum pressure loss) (Reference: Li et al., 2020, Renewable Energy).
  • the wind power generation system has fewer driving units than a conventional wind turbine, and has a simple structure, so that additional output improvement can be expected when a larger-scale turbine is used.
  • the pressure loss directly related to the noise of wind power generation is 1/65 of that of the existing wind turbine of the same size (based on the maximum pressure loss), indicating that it has the strength of low-noise operation.

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Abstract

풍력 발전 시스템 및 이동체가 개시되어 있다. 풍력 발전 시스템은 수평 방향의 이동 경로를 제공하는 레일부 및 레일부의 이동 경로에 따라 이동하도록 구성된 복수의 이동체를 포함한다. 이동체는 바람에 따른 에너지를 기반으로 이동체의 이동을 위한 동력을 제공하는 블레이드, 블레이드에 의하여 제공되는 동력에 기반으로 레일부에 정합되어 회전함에 의하여 레일부의 이동 경로에 따라 이동체를 이동시키는 복수의 바퀴 및 바퀴의 회전력을 기반으로 전력을 생성하는 발전기가 구비된 나셀(nacelle) 을 포함할 수 있다.

Description

이동체를 사용한 풍력 발전 시스템
본 발명은 발전 시스템에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는, 블레이드를 구비하는 하나 또는 다수 개의 이동체를 기반으로 풍력 발전을 수행하는 풍력 발전 시스템 및 그에 포함되는 이동체에 관한 것이다.
풍력 발전기는 바람이 지니고 있는 에너지를 전기 에너지로 바꿔주는 장치이다. 불어오는 바람은 풍력 발전기의 날개를 회전시키게 된다. 이때 생긴 날개의 회전력으로 전기를 생산할 수 있다. 구체적으로 풍력 발전기는 날개, 변속장치, 발전기의 세 부분으로 구성될 수 있다. 날개는 바람에 의해 회전되어 풍력 에너지를 기계적인 에너지로 변환시키는 장치이다. 발전기는 날개에서 발생한 기계적인 에너지를 전기 에너지로 변환하는 장치이다.
이와 같은 풍력 발전은 기존의 화석 연료를 대체하기 위한 신재생 에너지로서 주목받고 있으나, 통상적인 구성의 날개 회전식 풍력 발전기에서는 보다 큰 전기 에너지를 얻기 위해 회전 날개의 대형화가 필수적인 반면, 회전 날개의 대형화는 주변에 소음을 발생시키는 문제점이 있다.
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 레일부가 제공하는 이동 경로를 따라 풍력을 사용하여 이동하는 이동체를 기반으로 전력을 발생시킴으로써, 종래 대형 회전 날개의 회전에 따른 소음 발생 문제를 해결할 수 있는 풍력 발전 시스템 및 그에 사용되는 이동체를 제공하는 것이다.
다만, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 일 측면에서 풍력 발전 시스템을 제공한다. 상기 풍력 발전 시스템은, 수평 방향의 이동 경로를 제공하는 레일부; 및 상기 레일부의 이동 경로에 따라 이동하도록 구성된 복수의 이동체를 포함한다.
상기 이동체는, 바람에 따른 에너지를 기반으로 상기 이동체의 이동을 위한 동력을 제공하는 블레이드, 상기 블레이드에 의하여 제공되는 동력에 기반으로 상기 레일부에 정합되어 회전함에 의하여 상기 레일부의 이동 경로에 따라 상기 이동체를 이동시키는 복수의 바퀴 및 상기 바퀴의 회전력을 기반으로 전력을 생성하는 발전기가 구비된 나셀 (nacelle) 을 포함할 수 있다. 상기 레일부은 2개의 레일이 평행하게 쌍을 이루는 철도 형태이고, 상기 바퀴는 상기 레일이 삽입되기 위한 정합홈을 포함할 수 있다.
상기 발전기는 상기 바퀴의 회전축과 연결되어 상기 바퀴의 회전축으로부터 전달되는 회전력을 기반으로 전력을 생성할 수 있다. 상기 발전기, 상기 회전축, 상기 바퀴, 상기 레일부 및 외부로 전력을 전송하기 위한 전송로는 전기적으로 연결되어 상기 발전기로부터 생성된 전력을 상기 회전축, 상기 바퀴 및 상기 레일부을 통하여 상기 전송로로 전송할 수 있다.
상기 레일부는 루프를 형성하고, 상기 복수의 이동체에 구비되는 복수의 블레이드들 각각은, 상기 루프 내에서의 상기 복수의 블레이드들 각각의 위치에 따라 결정되는 목표 이동 방향에 관한 정보 및 바람의 방향에 관한 정보를 기반으로, 상기 목표 이동 방향으로의 동력을 최대화시키도록 적응적으로 회전하도록 구성될 수 있다. 상기 복수의 블레이드들 각각의 회전은, 지면에 수직인 회전축을 기준으로 수행될 수 있다.
상기 복수의 블레이드들 각각은, 상기 목표 이동 방향이 바람의 방향과 일치한다는 결정에 응답하여, 풍하 범주를 수행하는 방향으로 회전하도록 구성되고, 상기 목표 이동 방향이 바람의 방향과 반대라는 결정에 응답하여, 풍상 범주를 수행하는 방향으로 회전하도록 구성될 수 있다.
상기 복수의 블레이드들 각각은, 높이 방향으로 구분된 제 1 부분 블레이드 및 제 2 부분 블레이드를 구비할 수 있다.상기 제 1 부분 블레이드 및 제 2 부분 블레이드는 서로 독립적으로 회전 가능하도록 구성되며, 상기 제 1 부분 블레이드 및 제 2 부분 블레이드가 각각 배치된 높이에서의 바람의 방향에 관한 정보를 기반으로 각각 상기 목표 이동 방향으로의 동력을 최대화시키도록 적응적으로 회전하도록 구성될 수 있다.
상기 레일부는 루프를 형성하고, 상기 복수의 이동체에 구비되는 복수의 블레이드들 각각은, 가요성을 가지는 소재로 구성되어 복수의 에어 포켓을 구비하며, 상기 루프 내에서의 상기 복수의 블레이드들 각각의 위치에 따라 결정되는 목표 이동 방향에 관한 정보 및 바람의 방향에 관한 정보를 기반으로, 상기 복수의 에어 포켓 중 적어도 하나의 에어 포켓에 대한 공기 충전량을 제어함으로써 상기 목표 이동 방향으로의 동력을 최대화시키는 형상으로 변형되도록 구성될 수 있다.
상기 레일부는 루프를 형성하고, 상기 루프 내에서의 복수의 블레이드들 각각의 위치에 대한 정보는, 상기 복수의 블레이드들 각각에 구비되는 위치 신호 수신 장치가, 상기 루프 내에 복수 개 구비되는 위치 식별 신호 발생 장치 중 적어도 하나로부터의 위치 식별 신호를 수신하는 것에 의해 획득될 수 있다. 상기 바람의 방향에 관한 정보는, 복수의 블레이드들 각각에 구비되는 풍향 센서로부터 획득될 수 있다.
상기 레일부는 복수 개이며, 복수 개의 상기 레일부는, 제 1 루프를 형성하는 제 1 레일부; 및 상기 제 1 루프의 내부에 배치되는 제 2 루프를 형성하는 제 2 레일부를 포함할 수 있다.
상기 블레이드는, 90 m 의 수평 길이를 가지고, 120 m 의 수직 높이를 가질 수 있다. 복수의 블레이드들 각각은, 상기 이동체 각각의 이동 속도가 1.9 m/s 에 가까워지도록 적응적으로 회전하도록 구성될 수 있다. 상기 풍력 발전 시스템은, 상기 이동체 간을 연결하는 연결부를 더 포함하되, 상기 연결부는 상기 이동체 간의 간격을 가변적으로 조절하도록 구성될 수 있다.
한편, 전술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 다른 측면에서 이동체를 제공한다. 상기 이동체는 풍력 발전 시스템에 사용되는 이동체로서, 수평 방향의 이동 경로를 제공하는 레일부의 이동 경로에 따라 이동하도록 구성되며, 바람에 따른 에너지를 기반으로 상기 이동체의 이동을 위한 동력을 제공하는 적어도 하나의 블레이드; 상기 블레이드에 의하여 제공되는 동력에 기반으로 상기 레일부에 정합되어 회전함에 의하여 상기 레일의 이동 경로에 따라 상기 이동체를 이동시키는 복수의 바퀴; 및 상기 바퀴의 회전력을 기반으로 전력을 생성하는 발전기가 구비된 나셀을 포함할 수 있다.
상기 레일부은 2개의 레일이 평행하게 쌍을 이루는 철도 형태이고, 상기 바퀴는 상기 레일이 삽입되기 위한 정합홈을 포함할 수 있다. 상기 발전기는 상기 바퀴의 회전축과 연결되어 상기 바퀴의 회전축으로부터 전달되는 회전력을 기반으로 전력을 생성하고, 상기 발전기, 상기 회전축, 상기 바퀴, 상기 레일부 및 외부로 전력을 전송하기 위한 전송로는 전기적으로 연결되어 상기 발전기로부터 생성된 전력을 상기 회전축, 상기 바퀴 및 상기 레일부을 통하여 상기 전송로로 전송할 수 있다.
상기 블레이드는, 상기 레일부가 이루는 루프 내에서 상기 이동체의 위치에 따라 결정되는 목표 이동 방향에 관한 정보 및 바람의 방향에 관한 정보를 기반으로, 상기 목표 이동 방향으로의 동력을 최대화시키도록 적응적으로 회전하도록 구성될 수 있다.
상기 블레이드는, 가요성을 가지는 소재로 구성되어 복수의 에어 포켓을 구비하며, 상기 레일부가 이루는 루프 내에서의 상기 이동체의 위치에 따라 결정되는 목표 이동 방향에 관한 정보 및 바람의 방향에 관한 정보를 기반으로, 상기 복수의 에어 포켓 중 적어도 하나의 에어 포켓에 대한 공기 충전량을 제어함으로써 상기 목표 이동 방향으로의 동력을 최대화시키는 형상으로 변형되도록 구성될 수 있다.
상기 블레이드는 복수이며, 복수의 블레이드들 각각은, 높이 방향으로 구분된 제 1 부분 블레이드 및 제 2 부분 블레이드를 구비하고, 상기 제 1 부분 블레이드 및 제 2 부분 블레이드는 서로 독립적으로 회전 가능하도록 구성되며, 상기 제 1 부분 블레이드 및 제 2 부분 블레이드가 각각 배치된 높이에서의 바람의 방향에 관한 정보를 기반으로 각각 상기 목표 이동 방향으로의 동력을 최대화시키도록 적응적으로 회전하도록 구성될 수 있다.
상기 블레이드는, 90 m 의 수평 길이를 가지고, 120 m 의 수직 높이를 가질 수 있다. 상기 블레이드는, 상기 이동체의 이동 속도가 1.9 m/s 에 가까워지도록 적응적으로 회전하도록 구성될 수 있다.
개시된 기술은 다음의 효과를 가질 수 있다. 다만, 특정 실시예가 다음의 효과를 전부 포함하여야 한다거나 다음의 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 시스템에 따르면, 레일부가 제공하는 이동 경로를 따라 풍력을 사용하여 이동하는 이동체를 기반으로 전력을 발생시킴으로써, 종래 대형 회전 날개의 회전에 따른 소음 발생 문제를 해결할 수 있는 풍력 발전 시스템 및 그에 사용되는 이동체를 제공하는 것이다.
레일이 제공하는 이동 경로를 따라 이동하는 복수의 블레이드 및/또는 이동체의 이동을 이용하여 발전기의 회전 축이 회전하도록 구성함으로써, 종래 대형 회전 날개의 회전에 따른 소음 발생 문제를 해결할 수 있다.
또한, 대량의 전력을 생산할 수 있는 윈드팜 (Wind Farm) 을 구성함에 있어서 종래의 날개 회전 방식의 풍력 발전기에 비해 공간 효율성을 증대시킬 수 있고, 건설 비용 역시 감축시킬 수 있다.
또한, 바람의 방향에 적응적으로 블레이드가 회전 가능하도록 구성하는 것에 의해, 기상 조건의 변화에 구애받지 않고 높은 효율로 전력을 생산할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 시스템에 대한 개념도이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 루프형 풍력 발전 시스템의 사시도이다.
도 3 은 제 1 측면에 따른 블레이드 및/또는 이동체와 발전기 중심 축 간의 동력 전달 구조를 나타낸다.
도 4 는 제 2 측면에 따른 블레이드 및/또는 이동체와 발전기 중심 축 간의 동력 전달 구조를 나타낸다.
도 5 는 베르누이의 정리에 대한 개념도이다.
도 6 은 바람과 범주 형태에 따른 세일링 요트의 속력을 나타낸다.
도 7 은 일 측면에 따른 블레이드 지지대의 단면도이다.
도 8 은 일 측면에 따른 고도 분리형 블레이드의 예시도이다.
도 9 는 일 측면에 따른 레일, 이동체 및 블레이드의 결합 관계도이다.
도 10 은 일 측면에 따른 풍력 발전 시스템의 상면도이다.
도 11 은 블레이드 간격 조절이 가능한 풍력 발전 시스템의 상면도이다.
도 12 는 발전기 중심 축의 배치에 대한 예시도이다.
도 13 은 기어 변환이 가능한 풍력 발전 시스템의 예시도이다.
도 14 는 분리 건설되는 격납고에 대한 예시도이다.
도 15 는 레일 상에 건설되는 격납고에 대한 예시도이다.
도 16 은 블레이드 간 체결 형태에 대한 예시도이다.
도 17 은 지면 방향으로 폴딩 가능한 블레이드의 예시도이다.
도 18 은 동심을 가지는 복수 레일 배치 형태에 대한 예시도이다.
도 19 는 적층형 복수 레일 배치 형태에 대한 예시도이다.
도 20 은 본 발명의 제 2 실시 형태에 따른 풍력 발전 시스템에 대한 개념도이다.
도 21 은 본 발명의 제 3 실시 형태에 따른 풍력 발전 시스템에 대한 개념도이다.
도 22 는 도 21 의 실시 형태에서 이동체와 발전기 중심 축 간의 동력 전달 구조를 나타낸다.
도 23은 본 발명의 제 4 실시 형태에 따른 풍력 발전 시스템에 대한 개념도이다.
도 24는 도 23에 도시된 레일 및 이동체의 정합 구조와, 이들과 회전축 및 나셀의 연결 구조를 설명하기 위한 단면도이다.
도 25는 도 24에 발전기에 의항 발전된 전력이 전송로로 전달되는 경로를 예시적으로 설명하기 위한 예시도이다.
도 26은 바퀴와 레일 간을 톱니 바퀴 형태로 구성하여 미끄러짐을 방지하는 구조를 설명하기 위한 개념도이다.
도 27은 루프를 이루는 레일부를 설명하기 위한 사시도이다.
도 28은 복수의 루프를 이루는 복수의 레일부를 설명하기 위한 사시도이다.
도 29는 기존 풍력 발전기와 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 시스템의 출력에 대한 비교 결과를 나타낸다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제 1, 제 2 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. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
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.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
전술한 바와 같이, 풍력 발전은 기존의 화석 연료를 대체하기 위한 신재생 에너지로서 주목받고 있으나, 통상적인 구성의 날개 회전식 풍력 발전기에서는 보다 큰 전기 에너지를 얻기 위해 회전 날개의 대형화가 필수적인 반면, 회전 날개의 대형화는 주변에 소음을 발생시키는 문제점이 있다. 회전 소음에 따른 피해를 최소화 하기 위해, 풍력 발전기의 설치 위치를 해상으로 변경하는 시도가 이루어지기도 했으나, 해상 설치의 경우 건설 비용의 증대로 풍력 발전의 장점인 경제성을 오히려 악화시키는 문제점이 있으며, 환경적인 측면에서도 큰 문제를 발생시킬 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 시스템은, 레일이 제공하는 이동 경로를 따라 이동하는 복수의 블레이드 및/또는 이동체의 이동을 이용하여 발전기의 회전 축이 회전하도록 구성함으로써, 종래 대형 회전 날개의 회전에 따른 소음 발생 문제를 해결할 수 있다. 이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 시스템에 대해서 보다 구체적으로 설명한다.
<제 1 실시 형태>
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 시스템에 대한 개념도이이고, 도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 루프형 풍력 발전 시스템의 사시도이다. 도 1 또는 도 2 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 시스템 (100) 은 레일 (10), 이동체 (20), 복수의 블레이드 (30) 및 발전기가 구비된 나셀 (nacelle) (40) 을 포함할 수 있다.
레일 (10) 은 이동체 (20) 및/또는 복수의 블레이드 (30) 가 슬라이딩되어 이동할 수 있는 이동 경로를 제공할 수 있다. 도 1 을 통해 도시된 실시예에서 레일 (10) 은 이동체 (20) 의 측면에서 이동 경로를 제공하는 것으로 예시되어 있으나, 레일 (10) 은 이동체 (20) 및/또는 복수의 블레이드 (30) 가 슬라이딩되어 이동할 수 있는 이동 경로를 제공할 수 있는 다양한 설계 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 기차 레일이나 모노 레일과 같은 형태가 채용될 수도 있다. 도 1 에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 레일 (10) 은 지면에 설치되거나 지지대를 통해 설치되어 이동체 (20) 및/또는 복수의 블레이드 (30) 들의 수평 방향의 이동 경로를 제공하도록 구성될 수 있다.
이동체 (20) 는 레일 (10) 이 제공하는 이동 경로에 따라 슬라이딩 되어 이동하도록 구성될 수 있고, 복수의 블레이드 (30) 들은 이동체에 설치되어 바람에 따른 에너지를 기반으로 이동체 (20) 의 이동을 위한 동력을 제공할 수 있다. 즉, 바람이 불면, 바람이 제공하는 에너지가 블레이드 (30) 들에 작용하고 블레이드 (30) 들 및 상기 블레이드들이 연결된 이동체 (20) 가 이동하도록 구성된다. 도 1 에 도시된 실시예에서는 이동체 (20) 가 레일 (10) 접촉하고 이동체 (20) 상에 복수의 블레이드 (30) 가 설치되는 것으로 예시되어 있으나, 레일 (10), 이동체 (20) 및 블레이드 (30) 의 설치 형태 및 구조는 다양한 변형이 채용될 수 있다. 예를 들어, 일 측면에서 블레이드 (30) 들 각각이 레일 (10) 상에서 슬라이드 이동 가능하도록 구성되고, 이동체 (20) 는 복수의 블레이드 (30) 를 연결하는 구성으로서 기능할 수도 있다. 일 측면에서 이동체 (20) 는 도 1 에 도시된 바와 같이 일체 형태일 수도 있고, 다른 측면에서 복수의 분절 구조를 가지는 체인 형태일 수도 있다. 또한, 실시 형태에 따라 이동체 (20) 는 가요성을 가지는 재질로서 구성될 수도 있다.
다시 도 1 을 참조하면, 이동체 (20) 및/또는 블레이드 (30) 와 인접하여, 발전기가 구비된 나셀 (40) 이 배치될 수 있다. 일 측면에 따라, 발전기는 발전기 중심 회전 축에 결합된 발전기 중심 축 기어 (45) 의 회전에 따라 전력을 생산하는 발전기일 수 있으며, 상기 발전기의 중심 회전 축은 이동체 (20) 및 블레이드 (30) 중 적어도 하나의 이동에 연동하여 회전하도록 구성될 수 있다. 도 1 에는 이동체 (20) 의 이동에 연동하여 발전기 중심 회전 축이 회전하는 구성이 예시되어 있다.
관련하여, 도 3 은 제 1 측면에 따른 블레이드 및/또는 이동체와 발전기 중심 회전 축 간의 동력 전달 구조를 나타내고, 도 4 는 제 2 측면에 따른 블레이드 및/또는 이동체와 발전기 중심 회전 축 간의 동력 전달 구조를 나타낸다.
도 3 에 도시된 바와 같이, 발전기는 발전기 중심 회전 축 (45c) 및 발전기 중심 회전 축 (45c) 에 결합된 원형 톱니 기어 (45) 를 구비하고, 이동체 (20) 및 블레이드 (30) 중 적어도 하나의 발전기를 대향하는 면에는 복수 개의 톱니 산 (20a) 이 구비되며, 이동체 (20) 및 블레이드 (30) 중 적어도 하나의 이동에 따라 톱니 산 (20a) 이 원형 톱니 기어 (45) 의 톱니 산 (45a) 와 맞물려 이동함에 따라 발전기 중심 회전 축 (45c) 이 회전하도록 구성될 수 있다. 도 3 에는 이동체 (20) 에 톱니 산 (20a) 이 구비되는 것으로 예시적으로 도시되었으나, 블레이드 (30) 의 발전기를 대향하는 면에 톱니 산 (20a) 이 구비될 수도 있다.
또는, 도 4 에 도시된 바와 같이, 예를 들어 블레이드 (30) 의 발전기를 대향하는 측면으로 블레이드 동력 전달 막대 (30a) 가 구비될 수 있고, 블레이드 동력 전달 막대 (30a) 가 이동하면서 발전기 중심 축 기어 (45) 에 형성된 기어 톱니 산 (45a) 에 작용하는 것에 의해 발전기 중심 회전 축 (45c) 이 회전하도록 구성될 수도 있다. 도 4 에 도시된 바와 달리, 이동체 (20) 의 발전기를 대향하는 측면으로 소정 간격을 가지고 동력 전달 막대가 구비되어 중심 회전 축 (45c) 의 회전을 유발하도록 구성될 수도 있다.
도 12 는 발전기 중심 축의 배치에 대한 예시도이다. 도 12 에 도시된 바와 같이, 발전기 중심 축은 레일과의 관계에서 다양한 실시 형태를 가질 수 있다. 일 측면에 따르면, 도 2 또는 도 12 에 도시된 바와 같이 레일 (10) 및 이동체 (20) 가 루프를 형성하는 실시 형태에서, 발전기 중심 회전 축 (1210, 1220) 은 루프의 외부에 위치할 수도 있고, 루프의 내부에 위치할 수도 있다. 또한 발전기 중심 회전 축 (1210, 1220) 의 회전은 이동체 및/또는 블레이드의 이동에 직접 연동될 수도 있고, 발전기 중심 회전 축 (1230) 과 같이 매개 수단을 구비하여 회전 연동하도록 구성될 수도 있다. 도 12 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 시스템은, 이동체 (20) 및 블레이드 (30) 중 적어도 하나의 이동에 연동하여 회전하는 동력 전달 샤프트 (1231) 를 더 포함하고, 동력 전달 샤프트 (1231) 에 구비된 회전 풀리와 발전기의 발전기 중심 회전 축 (1230) 에 구비된 회전 풀리가 회전 벨트 (1233) 에 따라 회전 연동하도록 구성될 수도 있다. 회전 벨트 (1233) 는 예를 들어 컨베이터 벨트 또는 체인 형태로서 구성될 수도 있다.
다시 도 2 를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 시스템에 있어서, 레일 (10) 은 루프를 형성하도록 구성될 수 있다. 일 측면에 따르면, 레일 (10) 은 복수의 상부 프레임 지지대 (13) 에 의해 지지되는 상부 프레임 (11) 을 더 포함할 수 있고, 상부 프레임 (11) 은 블레이드 (30) 의 상부를 이동 가능하게 유지하여 블레이드 (30) 들의 기립 안정성을 향상시키도록 구성될 수 있다.
레일 (10) 이 루프로 형성되는 것에 의해, 복수의 블레이드들 및/또는 이동체의 이동 경로는 순환되는 구조를 가질 수 있다. 여기서, 복수의 블레이드 (30) 들 각각은, 루프 내에서의 상기 복수의 블레이드 (30) 들 각각의 위치에 따라 결정되는 목표 이동 방향에 관한 정보 및 바람의 방향에 관한 정보를 기반으로, 목표 이동 방향으로의 동력을 최대화시키도록 적응적으로 회전하도록 구성될 수 있다.
다른 측면에 따르면, 복수의 블레이드 (30) 들 각각은, 가요성을 가지는 소재로 구성되어 복수의 에어 포켓을 구비하며, 루프 내에서의 복수의 블레이드들 각각의 위치에 따라 결정되는 목표 이동 방향에 관한 정보 및 바람의 방향에 관한 정보를 기반으로, 복수의 에어 포켓 중 적어도 하나의 에어 포켓에 대한 공기 충전량을 제어함으로써 목표 이동 방향으로의 동력을 최대화시키는 형상으로 변형되도록 구성될 수도 있다.
목표 이동 방향과 관련하여, 도 10 을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다. 도 10 은 일 측면에 따른 풍력 발전 시스템의 상면도이다. 도 10 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 레일 (10) 이 형성하는 루프는, 예를 들어 제 1 방향의 이동 경로를 제공하는 제 1 부분 (1010), 제 1 방향과 반대인 제 2 방향의 이동 경로를 제공하는 제 2 부분 (1030), 제 1 부분으로부터 제 2 부분으로의 이동 경로를 제공하는 제 1 조인트 부분 (1020) 및 제 2 부분으로부터 제 1 부분으로의 이동 경로를 제공하는 제 2 조인트 부분 (1040) 을 포함할 수 있다. 예를 들어, 루프 내에서 블레이드들이 시계 방향으로 이동하도록 구성될 수 있으며, 따라서 제 1 부분 (1010) 에서 블레이드들의 목표 이동 방향은 도 10 에서 (우 → 좌) 방향일 수 있고, 제 1 조인트 부분 (1020) 에서 블레이드들의 목표 이동 방향은 블레이드가 제 1 부분 (1010) 에서 제 2 부분 (1030) 으로 이동한 정도에 따라, (우 → 좌) 방향에서, (하 → 상) 방향으로, 그리고 다시 (좌 → 우) 방향으로 점진적으로 변화하게 된다. 한편, 제 2 부분 (1030) 에서의 블레이드들의 목표 이동 방향은 (좌 → 우) 방향으로 결정되며, 제 2 조인트 부분 (1040) 에서의 블레이드들의 목표 이동 방향은 블레이드가 제 2 부분 (1030) 에서 제 1 부분 (1010) 으로 이동한 정도에 따라, (좌 → 우) 방향에서, (상 → 하) 방향으로, 그리고 다시 (우 → 좌) 방향으로 점진적으로 변화하게 된다. 즉, 블레이드들의 목표 이동 방향은 루프 내에서의 각각의 블레이드의 위치에 따라 각기 다르게 결정될 수 있다.
각 블레이드들의 목표 이동 방향이 결정되면, 바람의 방향에 관한 정보를 기반으로, 각 블레이들의 목표 이동 방향으로의 동력을 최대화시키도록 각 블레이드의 배향이 변경되도록, 각 블레이드를 적응적으로 회전하도록 구성할 수 있다. 예를 들어, 복수의 블레이드들 각각의 회전은, 지면에 수직인 회전축을 기준으로 수행될 수 있다.
바람 방향에 따른 목표 이동 방향으로의 동력 최대화와 관련하여, 도 5 는 베르누이의 정리에 대한 개념도이고, 도 6 은 바람과 범주 형태에 따른 세일링 요트의 속력을 나타낸다. 도 5 에 도시된 바와 같이 베르누이의 정리는 공기의 흐름에 대한 속도를 변화시켜 압력 차이를 발생시킴으로써 양력을 발생되는 현상을 설명할 수 있으며, 베르누이의 정리를 적용하여 바람의 방향에 빠라 원하는 목표 이동 방향으로의 동력을 최대화 시키도록 블레이드들이 배향되도록 구성할 수 있다. 또한, 도 6 은 바람과 범주 형태에 따른 세일링 요트의 속력을 나타낸다. 도 6 에 도시된 바와 같이 세일링 요트는 돛 (sail) 의 방향을 적절히 조절하는 것에 의해 동일 바람 방향에 대해서도 원하는 방향으로 배가 진행하도록 동력을 생성할 수 있다. 이와 유사한 원리로, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 시스템에서도 블레이드의 위치에 따라 목표 이동 방향이 결정되었을 때, 바람의 방향을 고려하여 목표 이동 방향으로의 동력이 최대화될 수 있도록 블레이드들을 회전시켜 블레이드의 배향을 변경시킬 수 있다.
예를 들어, 복수의 블레이드들 각각은, 목표 이동 방향이 바람의 방향과 일치한다는 결정에 응답하여, 풍하 범주를 수행하는 방향으로 회전하도록 구성되고, 목표 이동 방향이 바람의 방향과 반대라는 결정에 응답하여, 풍상 범주를 수행하는 방향으로 회전하도록 구성될 수 있다. 도 10 에서, 바람의 방향이 (우 → 좌) 방향일 때, 제 1 부분 (1010) 에서는 풍하 범주를 수행하는 방향으로 블레이드가 회전되고, 제 2 부분 (1030) 에서는 풍상 범주를 수행하는 방향으로 블레이드가 회전할 수 있다. 제 1 조인트 부분 (1020) 및 제 2 조인트 부분 (1030) 에서는 블레이드들 각각의 위치에 따른 목표 이동 방향에 따라 동력이 최대화되도록 블레이드가 회전될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 각각의 블레이드는 세일링 요트의 돛 (sail) 과 같은 형태로 구성될 수 있다. 각각의 블레이드가 지지대를 구비하고, 돛 (sail) 형태의 박막이 지지대에 의해 유지되도록 구성될 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 측면에 따른 풍력 발전 시스템은 대형 회전 날개를 구비하는 종래의 풍력 발전기에 비해 현저하게 감축된 설비 비용으로 구성하는 것이 가능하다. 돛 형태의 박막은 마포나 면포와 같은 천막 재질로 형성되거나, 테트론과 같은 합성 섬유, 또는 폴리머 융합체가 사용될 수도 있다.
한편, 전술한 바와 같이 베르누이의 원리 및/또는 세일링 요트의 진행 방향 조정 원리와 관련하여, 블레이드들 (30) 각각이 목표 이동 방향으로의 동력을 최대화시키는 형상을 가지도록 변형시키는 것이 가능하다. 예를 들어, 베르누이의 정리에 따라, 블레이드의 일 측면의 구배를 증가시키고 타 측면의 구배에 비해 커지도록 함으로써 블레이드 양 측면에서의 공기 흐름 속도를 변화시키는 것에 따라 블레이드의 특정 측면으로부터 반대 측면으로의 동력을 생성하도록 구성될 수 있다.
일 예시적인 실시예에서, 복수의 블레이드들 각각은, 가요성을 가지는 소재로 구성될 수 있고, 복수의 에어 포켓을 구비하며, 복수의 에어 포켓 중 특정 에어 포켓에 선택적으로 공기 충전량을 변경시키는 것에 의해, 소정 바람 조건 하에서 원하는 방향으로 블레이드가 동력을 가지는 형상을 구현할 수 있다. 공기 충전량 변경을 위해서는 예를 들어 공기 펌프가 사용될 수 있다.
다른 실시예에서는, 별도의 에어 포켓을 구비하지 않는 박막 형태의 블레이드가 분절 단위로 각도 변경이 가능한 격자 형태의 지지대에 의해 제어될 수 있고, 각각의 격자 단위로 회전량을 변화시키는 것에 의해 주어진 바람 조건 하에서의 원하는 이동 방향으로의 동력을 최대화 시키는 형상으로 블레이드를 변형하도록 구성될 수도 있다.
한편, 본 발명의 일 측면에 따르면, 각각의 블레이드의 회전은 예를 들어 지면에 수직인 회전 축을 기준으로 수행될 수 있다. 도 7 은 일 측면에 따른 블레이드 지지대의 단면도이다. 도 7 에 도시된 바와 같이, 각각의 블레이드들의 지지대는 돛 형태의 박막을 지지하도록 구성되는 상부 지지대 (31) 및 상기 상부 지지대 (31) 가 회전 가능하게 결합되는 하부 지지대 (32) 를 포함할 수 있다. 하부 지지대 (32) 는 상부 지지대 (31) 에 결합된 블레이드 회전 축 (35) 이 통과할 수 있는 공동을 제공한다. 블레이드 회전 축 (35) 은 모터 축 (34) 과 연결되어 모터 (33) 로부터의 회전력을 기반으로 회전하는 것에 의해 상부 지지대를 회전 시키고, 돛 형태의 박막의 배향을 원하는 방향으로 조정하도록 할 수 있다.
한편, 도 8 은 일 측면에 따른 고도 분리형 블레이드의 예시도이다. 본 발명의 일 측면에 따른 풍력 발전 시스템에 있어서, 전력 생산 효율을 극대화시키기 위한 적절한 블레이드의 크기는 상당히 큰 규모일 수 있고, 고도에 따라 바람의 방향이 상이할 수 있다. 따라서, 고도에 따라 바람의 방향이 각기 상이한 경우에도, 블레이드 (30) 의 목표 이동 방향으로의 동력을 최대화시키기 위해, 블레이드는 고도에 따라 구분되는 제 1 부분 (37a), 제 2 부분 (37b) 및 제 3 부분 (37c) 을 구비하고, 제 1 조인트 (38a), 제 2 조인트 (38b) 및 제 3 조인트 (38c) 를 구비하여, 각 조인트 부분을 각각 회전 가능하도록 구성하는 것에 의해, 각 부분들에 포함된 돛 형태의 박막의 배향을 각기 다르게 설정할 수 있다. 즉, 복수의 블레이드 (30) 들 각각은, 높이 방향으로 구분된 제 1 부분 블레이드 및 제 2 부분 블레이드를 구비하고, 제 1 부분 블레이드 및 제 2 부분 블레이드는 서로 독립적으로 회전 가능하도록 구성되며, 제 1 부분 블레이드 및 제 2 부분 블레이드가 각각 배치된 높이에서의 바람의 방향에 관한 정보를 기반으로 블레이드 (30) 의 목표 이동 방향으로의 동력을 최대화시키도록 회전될 수 있다.
블레이드의 목표 이동 방향을 결정하기 위한 위치 정보, 바람의 방향에 관한 정보 등의 획득은 통상적인 센서 시스템 중 임의의 것을 채용하는 것에 의해 달성될 수 있고, 블레이드의 배향 결정 및 변경을 위한 제어 시스템 역시 통상의 제어 시스템 중 임의의 것을 선택할 수 있다.
예를 들어, 루프 내에서의 상기 복수의 블레이드들 각각의 위치에 대한 정보는, 복수의 블레이드들 각각에 구비되는 위치 신호 수신 장치가, 루프 내에 복수 개 구비되는 위치 식별 신호 발생 장치 중 적어도 하나로부터의 위치 식별 신호를 수신하는 것에 의해 획득될 수 있다. 또 다른 측면에서, GPS 와 같은 위치 결정 시스템에 의해 각 블레이드의 위치 정보를 결정할 수 있다. 블레이드의 위치에 따른 목표 이동 방향은 데이터베이스에 저장된 테이블 정보에 따라 결정될 수도 있고, 각 위치 및 루프 형상을 기반으로 컴퓨팅 디바이스가 실시간으로 계산하도록 구성될 수도 있다. 한편, 바람의 방향에 관한 정보는, 복수의 블레이드들 각각에 구비되는 풍향 센서로부터 획득되어, 각 블레이드 마다의 바람의 방향에 대한 정확한 정보를 사용하도록 할 수도 있다. 배향 결정과 같은 연산을 수행하는 제어 시스템은, 각각의 블레이드 마다 별도의 컴퓨팅 디바이스 또는 프로세서가 구비되도록 설정될 수 있고, 또는 각각의 블레이드와 정보를 송수신하도록 구성된 통합 제어 시스템을 구비하여 통합 제어 시스템이 각각의 블레이드에 대한 제어를 수행하도록 구성할 수도 있다.
다시 도 2 를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 시스템 (100) 은 복수의 나셀을 구비할 수 있다. 예를 들어 나셀 (40) 은 발전기 중심 축 기어 (45-1) 를 구비하는 발전기를 구비할 수 있고, 발전기 중심 축 기어 (45-2) 를 구비하는 추가적인 발전기가 포함된 별도의 나셀이 더 구비될 수도 있다.
한편, 풍력 발전기의 형태에 따라, 나셀 (40) 에 구비된 발전기는 미리 결정된 목표 회전 속도를 가지도록 구성될 수도 있다. 또는, 필요에 따라 목표 회전 속도를 조정하는 것이 요구될 수 있다.
관련하여, 복수의 블레이드 (30) 들 각각은, 이동체 (20) 에 대한 설치 위치가 변경 가능하도록 구성될 수 있고, 따라 블레이드 (30) 들 간의 간격이 조정될 수도 있다. 또한, 전술한 바와 같이, 블레이드 (30) 들 각각이 레일 (10) 상에서 슬라이딩 가능하도록 구성되고, 이동체 (20) 는 각각의 블레이드 (30) 를 연결하는 체인 형태로 구성될 수도 있다. 이 경우에도, 이동체 (20) 와 블레이드 (30) 의 결합은 재조정이 가능한 형태로 구성될 수 있다. 도 9 는 일 측면에 따른 레일, 이동체 및 블레이드의 결합 관계도이다. 도 9 에 도시된 바와 같이, 레일 (10) 상에서 복수의 블레이드 (30) 들이 슬라이딩 이동 가능하도록 구비될 수 있고, 이동체 (20) 는 각각의 블레이드들 (30) 을 연동시키되, 결합 위치가 재조정이 가능한 형태로 구비될 수 있다. 다만, 도 9 의 레일, 이동체 및 블레이드의 결합 관계도는 일 예시적인 형태이며, 레일 (10) 상에서 이동체 (20) 및/또는 블레이드 (30) 가 슬라이딩 이동 가능하도록 구성되는 다양한 실시 형태가 채용될 수 있다.
도 10 은 일 측면에 따른 풍력 발전 시스템의 상면도이고, 도 11 은 블레이드 간격 조절이 가능한 풍력 발전 시스템의 상면도이다. 발전기 중심 회전 축의 회전 속도 조절을 위한 측면에서, 블레이드의 이동 속도가 제어되는 형태가 가능하다. 도 11 에 도시된 바와 같이, 레일은 직선 구간 (1110) 및 곡선 구간 (1120-1, 1120-2) 을 포함할 수 있고, 복수의 블레이드들은, 직선 구간 (1110) 에 위치할 때보다 곡선 구간 (1120-1, 1120-2) 에 위치할 때 더 좁은 간격으로 배치되도록 구성될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 시스템은 앞서 도 2 에 예시된 바와 같이 레일 (10) 이 루프를 형성하도록 구성될 수 있고, 루프의 내부에 형성되어 루프보다 더 짧은 이동 경로를 제공하는 내부 루프를 더 포함하고, 발전기는, 미리 결정된 목표 회전 속도를 가지도록 구성되며, 풍속에 관한 정보를 기반으로, 상기 목표 회전 속도에 더 가까운 회전 속도를 달성하도록 상기 루프 및 상기 내부 루프 중 어느 하나의 이동체 및 블레이드 중 적어도 하나의 이동에 연동하여 회전하도록 구성될 수 있다.
보다 구체적으로, 도 13 은 기어 변환이 가능한 풍력 발전 시스템의 예시도이다. 도 13 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 시스템은, 루프 (1310) 와, 제 1 내부 루프 (1320) 및 제 2 내부 루프 (1330) 를 포함할 수 있다. 제 1 내부 루프 (1320) 는 루프 (1310) 보다 더 짧은 이동 경로를 가지도록 구성되고, 제 2 내부 루프 (1330) 는 제 1 내부 루프 (1320) 보다도 더 짧은 이동 경로를 가지도록 구성된다. 동일한 풍속에도, 루프 (1310), 제 1 내부 루프 (1320) 및 제 2 내부 루프 (1330) 는 각기 다른 이동 속도를 가지도록 구성될 수 있다. 앞서 살핀 바와 같이, 발전기는 목표 회전 속도를 가지도록 구성될 수 있으므로, 풍속에 따라 상기 발전기의 목표 회전 속도에 가장 적합한 회전 속도를 제공할 수 있는 루프에 선택적으로 회전 연동하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 13 에 도시된 바와 같이, 발전기 중심 회전 축 (1340) 은 제 1 회전 벨트 (1341) 를 통해 루프 (1310) 에 대한 제 1 회전 연동 샤프트 (1311) 와 연결될 수 있고, 제 2 회전 벨트 (1342) 를 통해 제 1 내부 루프 (1320) 에 대한 제 2 회전 연동 샤프트 (1321) 와 연결될 수 있고, 제 3 회전 벨트 (1343) 를 통해 제 2 내부 루프 (1330) 에 대한 제 3 회전 연동 샤프트 (1331) 와 연결될 수 있다. 제 1 회전 벨트 (1341) 내지 제 3 회전 벨트 (1343) 각각은, 발전기 중심 회전 축 (1340) 과 회전 연동이 온/오프 가능하도록 구성될 수 있어, 제 1 회전 벨트 (1341) 내지 제 3 회전 벨트 (1343) 중 어느 하나를 선택적으로 발전기 중심 회전 축 (1340) 와 회전 연동시킬 수 있다. 다만 도 13 에 도시된 실시 형태는 예시적인 것이며, 기어 박스와 같이 다양한 실시 형태를 통해 복수의 루프 중 어느 하나의 루프가 발전기의 중심 회전 축을 회전시키도록 선택되는 구성이 달성될 수 있다.
여기서, 풍속에 관한 정보는 풍속 센서로부터 획득될 수 있다. 풍속 센서는 단일 개 구비될 수도 있고, 또는 각각에 루프마다, 또는 각각의 블레이드마다 설치되어 각각의 풍속에 따른 각 루프의 예상 이동 속도를 연산하도록 구성될 수도 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 시스템에 있어서, 태풍의 발생과 같이 풍력 발전 시스템의 정상적인 작동이 담보되지 않는 상황에서는 블레이드를의 보호를 위한 조치가 필요할 수 있다. 관련하여, 예를 들면 블레이드들의 보관을 위한 격납고가 설치되거나, 블레이들 간의 체결에 이루어지거나, 블레이드가 지면을 향해 폴딩되는 형태로 블레이드의 보호 조치가 수행될 수 있다.
도 14 는 분리 건설되는 격납고에 대한 예시도이다. 도 14 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 시스템은, 복수의 블레이드들이 격납되는 격납고 (1430), 레일에 포함되는 분기점 (1410) 및 분기점으로부터 격납고 까지의 이동 경로를 제공하는 격납 레일 (1420) 을 더 포함하고, 복수의 블레이드 (30) 들은 분기점 (1410) 및 격납 레일 (1420) 을 경유하여 격납고 (1430) 에 격납되도록 구성될 수 있다. 전술한 바와 같이 이동체 (20) 및/또는 블레이드 (30) 의 레일 (10) 에 대한 결합관계는 다양한 실시 형태를 가지고 구현될 수 있으며, 블레이드 (30) 자체가 레일 (10) 상에서 슬라이딩 이동 가능하게 구성되는 경우, 보호 조치가 필요한 시점에 블레이드 (30) 들은 레일 (10) 상의 분기점 (1410) 에서 격납 레일 (1420) 로 이동되도록 조치되고, 격납 레일 (1420) 을 따라 슬라이딩 이동 되어 격납고 (1430) 에 격납 조치될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 이동체 (20) 가 레일 (10) 상에서 슬라이딩 이동 되고, 블레이드 (30) 는 이동체 (20) 상에서 설치 위치가 변경 가능하도록 구비될 수 있다. 이러한 실시 형태에서, 이동체 (20) 는 루프의 일부분이 분리 가능하도록 구성되고, 블레이드의 보호 조치가 필요한 시점에 이동체 (20) 의 루프 일부분이 분리되어 분기점 (1410) 을 경유하여 격납 레일 (1420) 을 따라 격납고 (1430) 까지 연장되도록 이동할 수 있다. 블레이드들은 이동체 (20) 상에서 설치 위치가 변경 가능하므로, 격납 레일 (1420) 을 따라 연장된 이동체 (20) 상에서 이동되어 격납고 (1430) 에 격납될 수 있다.
도 15 는 레일 상에 건설되는 격납고에 대한 예시도이다. 도 15 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 시스템은, 레일 (10) 이 관통하도록 구성된 격납고 (1530) 를 더 포함하고, 복수의 블레이드 (30) 들은 레일 (10) 을 따라 이동하여 격납고 (1530) 에 격납되도록 구성될 수도 있다. 도 15 에 의해 예시된 실시예에서도, 도 14 에서와 같이 이동체 및/또는 블레이드의 레일과의 결합 관계에 따라 다양한 방법으로 블레이드 (30) 들이 격납고 (1530) 로 이동될 수 있다.
도 16 은 블레이드 간 체결 형태에 대한 예시도이다. 도 16 에 도시된 바와 같이, 블레이드 (1630-1) 내지 블레이드 (1630-2) 의 복수의 블레이드들은 태풍에 대한 보호 조치가 필요할 때 상호 결합되도록 할 수 있다.
일 측면에 따르면, 복수의 블레이드들 각각은, 복수의 블레이드들의 간격이 최소화되었을 때 인접하는 블레이드와 결합되도록 하는 체결 수단을 포함할 수 있다. 즉, 인접 블레이드 간의 체결을 통해 결과적으로 복수 블레이드들이 전부 결합되어, 태풍에 대한 저항력을 향상시킬 수 있다.
다른 측면에 따르면, 복수의 블레이드들은, 복수의 블레이드들의 간격이 최소화되었을 때 가장 좌측에 위치하는 제 1 블레이드 (1630-1) 와 가장 우측에 위치하는 제 2 블레이드 (1630-2) 를 포함하고, 제 1 블레이드 (1630-1) 및 제 2 블레이드 (1630-2) 는 각각 체결 수단을 구비하며, 제 1 블레이드의 체결 수단 및 제 2 블레이드의 체결 수단이 상호 체결되는 것에 의해 복수의 블레이드들이 결합되도록 구성될 수도 있다. 이외에도 다양한 실시 형태를 통해 복수의 블레이드들이 결합되는 구성이 가능하다.
도 17 은 지면 방향으로 폴딩 가능한 블레이드의 예시도이다. 도 17 에 도시된 바와 같이, 복수의 블레이드들 각각은, 지면 방향을 향해 폴딩 가능하도록 구성될 수 있다. 평상시에 정상 위치 (1730) 에 위치하여 바람의 에너지를 기반으로 동력을 생성하는 블레이드들은, 태풍 위험과 같이 보호 조치가 필요한 시점에는 지면 인접 위치 (1740) 로 폴딩되어, 바람의 영향을 최소화하도록 할 수 있다.
한편, 대용량의 전력을 발생시킬 수 있는 윈드 팜 (Wind Farm) 의 형태로 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 시스템을 구성하는 것이 가능하다. 관련하여, 도 18 은 동심을 가지는 복수 레일 배치 형태에 대한 예시도이고, 도 19 는 적층형 복수 레일 배치 형태에 대한 예시도이다. 도 18 에 도시된 바와 같이, 제 1 루프 (1810), 제 2 루프 (1820) 및 제 3 루프 (1830) 가 동심을 가지되 상이한 이동 길이를 가지도록 배치되어, 공간 활용도를 향상시킬 수 있다. 또는 도 19 에 도시된 바와 같이, 제 1 루프 (1810), 제 2 루프 (1820) 및 제 3 루프 (1830) 가 수직 방향으로 차례로 적층되어, 공간 활용도를 향상시킬 수 있다. 도 18 및 도 19 의 실시 형태가 복합적으로 구현될 수도 있다.
한편, 도면들에 레일은 지면에 완전히 수평적인 형태로 도시되었으나, 지형에 따라 상당한 수준의 굴곡이 레일에 적용될 수도 있고, 또한 직선 형태가 아닌 다수의 커브를 포함하는 형태의 레일이 구현되는 것도 가능하다. 본 발명에서 "수평 방향"은 위와 같이 완전한 수평 방향 뿐만 아니라, 수직 방향 이외의 대략적인 경사를 가지는 방향을 전부 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
<제 2 실시 형태>
도 20 은 본 발명의 제 2 실시 형태에 따른 풍력 발전 시스템에 대한 개념도이다. 도 20 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 시스템 (2000) 은 레일 (2010), 이동체 (2020), 복수의 블레이드 (2030), 결합체 (2050) 및 발전기가 구비된 나셀 (nacelle) (2040) 을 포함할 수 있다.
레일 (2010) 은 복수의 이동체 (2020) 가 슬라이딩 되어 이동할 수 있는 수평 방향의 이동 경로를 제공할 수 있다. 여기서 수평 방향은 전술한 바와 같이 수학적 의미의 완전한 수평방향 뿐만 아니라, 대략적으로 지면 또는 수면을 따르는 이동 경로로 이해될 수 있다. 도 20 을 통해 도시된 실시예에서 레일 (2010) 상에 이동체 (2020) 가 슬라이딩 되도록 이동 경로를 제공하는 것으로 예시되어 있으나, 앞서 예를 들어 도 1 또는 도 2 에 도시된 바와 같이 레일 (2010) 이 이동체 (2020) 의 측면에서 이동 경로를 제공하는 형태를 포함하여, 레일 (2010) 은 이동체 (2020) 가 슬라이딩 되어 이동할 수 있는 이동 경로를 제공할 수 있는 다양한 설계 형태를 가질 수 있다. 도 20 에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 레일 (2010) 은 지면에 설치되거나 지지대를 통해 설치되어 이동체 (2020) 들의 수평 방향의 이동 경로를 제공하도록 구성될 수 있다.
복수의 이동체 (2020) 는 레일 (2010) 이 제공하는 이동 경로에 따라 슬라이딩 되어 이동하도록 구성될 수 있다. 여기서, 복수의 이동체 (2020) 각각은 복수의 이동체에 각각 설치되어 바람에 따른 에너지를 기반으로 복수의 이동체 각각의 이동을 위한 동력을 제공하는 블레이드 (2030) 를 구비할 수 있다. 즉, 각각의 이동체 (2020) 는 바람을 기반으로 하는 블레이드 (2030) 의 동력에 따라 레일 (2010) 이 제공하는 이동 경로에 따라 슬라이딩 되어 이동할 수 있다.
환언하면, 복수의 블레이드 (2030) 들은 이동체 (2020) 에 설치되어 바람에 따른 에너지를 기반으로 이동체 (2020) 의 이동을 위한 동력을 제공할 수 있다. 즉, 바람이 불면, 바람이 제공하는 에너지가 블레이드 (2030) 들에 작용하고 블레이드 (2030) 들 및 이러한 블레이드들이 연결된 이동체 (2020) 가 이동하도록 구성된다. 도 20 에 도시된 실시예에서는 이동체 (2020) 가 레일 (2010) 접촉하고 이동체 (2020) 상에 블레이드 (2030) 가 설치되는 것으로 예시되어 있으나, 레일 (2010), 이동체 (2020) 및 블레이드 (2030) 의 설치 형태 및 구조는 다양한 변형이 채용될 수 있다.
도 20 에 도시된 바와 같이, 복수의 이동체 각각에 구비된 블레이드의 상단에 체결되고, 블레이드에 의해 제공되는 동력을 기반으로 이동하는 결합체 (2050) 가 구비될 수 있다. 일 측면에서 결합체 (2050) 는 도 20 에 도시된 바와 같이 일체 형태일 수도 있고, 다른 측면에서 복수의 분절 구조를 가지는 체인 형태일 수도 있다. 또한, 실시 형태에 따라 결합체 (2050) 는 가요성을 가지는 재질로서 구성될 수도 있다.
다시 도 20 을 참조하면, 결합체 (2050) 와 인접하여, 발전기가 구비된 나셀 (2040) 이 배치될 수 있다. 일 측면에 따라, 발전기는 발전기 중심 회전 축에 결합된 발전기 중심 축 기어 (2045) 의 회전에 따라 전력을 생산하는 발전기일 수 있으며, 상기 발전기의 중심 회전 축은 결합체 (2050) 의 이동에 연동하여 회전하도록 구성될 수 있다. 도 20 에는 결합체 (2050) 의 이동에 연동하여 발전기 중심 회전 축이 회전하는 구성이 예시적으로 도시되어 있다.
관련하여, 앞서 제 1 실시 형태와 관련하여 설명된 바와 같이, 도 3 은 제 1 측면에 따른 블레이드 및/또는 이동체와 발전기 중심 회전 축 간의 동력 전달 구조를 나타내고, 도 4 는 제 2 측면에 따른 블레이드 및/또는 이동체와 발전기 중심 회전 축 간의 동력 전달 구조를 나타낸다. 관련하여, 제 2 실시 형태의 결합체 (2050) 와 발전기 중심 회전 축 간의 동력 전달 구조에도 도 3 및 도 4 의 동력 전달 구조가 채용될 수 있다.
예를 들어, 도 3 에 도시된 바와 같이, 발전기는 발전기 중심 회전 축 (45c) 및 발전기 중심 회전 축 (45c) 에 결합된 원형 톱니 기어 (45) 를 구비할 수 있고, 결합체 (도 20 의 2050) 의 발전기를 대향하는 면에는 복수 개의 톱니 산이 구비되며, 결합체 (2050) 의 이동에 따라 톱니 산이 원형 톱니 기어 (45) 의 톱니 산 (45a) 와 맞물려 이동함에 따라 발전기 중심 회전 축 (45c) 이 회전하도록 구성될 수 있다.
유사한 취지로, 이하, 제 1 실시 형태 및 관련 도면을 통해 설명되었던 본 발명의 특징들은 제 2 실시 형태에도 적용될 수 있다. 이하 설명에서는 제 1 실시 형태의 레일 및 이동체의 도면 부호와 함께 설명되나, 통상의 기술자라면 해당 설명에 따라 제 2 실시 형태에 대해서도 쉽게 적용할 수 있을 것이다.
도 12 는 발전기 중심 축의 배치에 대한 예시도이다. 도 12 에 도시된 바와 같이, 발전기 중심 축은 레일과의 관계에서 다양한 실시 형태를 가질 수 있다. 일 측면에 따르면, 도 12 에 도시된 바와 같이 레일 (10) 및 이동체 (20) 가 루프를 형성하는 실시 형태에서, 발전기 중심 회전 축 (1210, 1220) 은 루프의 외부에 위치할 수도 있고, 루프의 내부에 위치할 수도 있다. 또한 발전기 중심 회전 축 (1210, 1220) 의 회전은 결합체 (2050) 의 이동에 직접 연동될 수도 있고, 발전기 중심 회전 축 (1230) 과 같이 매개 수단을 구비하여 회전 연동하도록 구성될 수도 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 시스템은, 결합체 (2050) 의 이동에 연동하여 회전하는 동력 전달 샤프트 (1231) 를 더 포함하고, 동력 전달 샤프트 (1231) 에 구비된 회전 풀리와 발전기의 발전기 중심 회전 축 (1230) 에 구비된 회전 풀리가 회전 벨트 (1233) 에 따라 회전 연동하도록 구성될 수도 있다. 회전 벨트 (1233) 는 예를 들어 컨베이터 벨트 또는 체인 형태로서 구성될 수도 있다.
한편, 도 1 및 도 2 를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 시스템에 있어서, 레일 (10) 은 루프를 형성하도록 구성될 수 있다. 일 측면에 따르면, 제 2 실시 형태에서 있어서 레일 (2010) 은 복수의 상부 프레임 지지대에 의해 지지되는 상부 프레임을 더 포함할 수 있으며, 상부 프레임은 결합체 (2050) 를 이동 가능하게 유지하여 블레이드 (2030) 들의 기립 안정성을 향상시키도록 구성될 수 있다.
레일 (10, 2010) 이 루프로 형성되는 것에 의해, 복수의 블레이드들 및/또는 이동체의 이동 경로는 순환되는 구조를 가질 수 있다. 여기서, 복수의 블레이드 (2030) 들 각각은, 루프 내에서의 상기 복수의 블레이드 (2030) 들 각각의 위치에 따라 결정되는 목표 이동 방향에 관한 정보 및 바람의 방향에 관한 정보를 기반으로, 목표 이동 방향으로의 동력을 최대화시키도록 적응적으로 회전하도록 구성될 수 있다.
*101다른 측면에 따르면, 복수의 블레이드 (2030) 들 각각은, 가요성을 가지는 소재로 구성되어 복수의 에어 포켓을 구비하며, 루프 내에서의 복수의 블레이드들 각각의 위치에 따라 결정되는 목표 이동 방향에 관한 정보 및 바람의 방향에 관한 정보를 기반으로, 복수의 에어 포켓 중 적어도 하나의 에어 포켓에 대한 공기 충전량을 제어함으로써 목표 이동 방향으로의 동력을 최대화시키는 형상으로 변형되도록 구성될 수도 있다.
목표 이동 방향과 관련하여, 도 10 을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다. 도 10 은 일 측면에 따른 풍력 발전 시스템의 상면도이다. 도 10 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 레일 (10) 이 형성하는 루프는, 예를 들어 제 1 방향의 이동 경로를 제공하는 제 1 부분 (1010), 제 1 방향과 반대인 제 2 방향의 이동 경로를 제공하는 제 2 부분 (1030), 제 1 부분으로부터 제 2 부분으로의 이동 경로를 제공하는 제 1 조인트 부분 (1020) 및 제 2 부분으로부터 제 1 부분으로의 이동 경로를 제공하는 제 2 조인트 부분 (1040) 을 포함할 수 있다. 예를 들어, 루프 내에서 블레이드들이 시계 방향으로 이동하도록 구성될 수 있으며, 따라서 제 1 부분 (1010) 에서 블레이드들의 목표 이동 방향은 도 10 에서 (우 → 좌) 방향일 수 있고, 제 1 조인트 부분 (1020) 에서 블레이드들의 목표 이동 방향은 블레이드가 제 1 부분 (1010) 에서 제 2 부분 (1030) 으로 이동한 정도에 따라, (우 → 좌) 방향에서, (하 → 상) 방향으로, 그리고 다시 (좌 → 우) 방향으로 점진적으로 변화하게 된다. 한편, 제 2 부분 (1030) 에서의 블레이드들의 목표 이동 방향은 (좌 → 우) 방향으로 결정되며, 제 2 조인트 부분 (1040) 에서의 블레이드들의 목표 이동 방향은 블레이드가 제 2 부분 (1030) 에서 제 1 부분 (1010) 으로 이동한 정도에 따라, (좌 → 우) 방향에서, (상 → 하) 방향으로, 그리고 다시 (우 → 좌) 방향으로 점진적으로 변화하게 된다. 즉, 블레이드들의 목표 이동 방향은 루프 내에서의 각각의 블레이드의 위치에 따라 각기 다르게 결정될 수 있다.
각 블레이드들의 목표 이동 방향이 결정되면, 바람의 방향에 관한 정보를 기반으로, 각 블레이들의 목표 이동 방향으로의 동력을 최대화시키도록 각 블레이드의 배향이 변경되도록, 각 블레이드를 적응적으로 회전하도록 구성할 수 있다. 예를 들어, 복수의 블레이드들 각각의 회전은, 지면에 수직인 회전축을 기준으로 수행될 수 있다.
예를 들어, 복수의 블레이드들 각각은, 목표 이동 방향이 바람의 방향과 일치한다는 결정에 응답하여, 풍하 범주를 수행하는 방향으로 회전하도록 구성되고, 목표 이동 방향이 바람의 방향과 반대라는 결정에 응답하여, 풍상 범주를 수행하는 방향으로 회전하도록 구성될 수 있다. 도 10 에서, 바람의 방향이 (우 → 좌) 방향일 때, 제 1 부분 (1010) 에서는 풍하 범주를 수행하는 방향으로 블레이드가 회전되고, 제 2 부분 (1030) 에서는 풍상 범주를 수행하는 방향으로 블레이드가 회전할 수 있다. 제 1 조인트 부분 (1020) 및 제 2 조인트 부분 (1030) 에서는 블레이드들 각각의 위치에 따른 목표 이동 방향에 따라 동력이 최대화되도록 블레이드가 회전될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 각각의 블레이드는 세일링 요트의 돛 (sail) 과 같은 형태로 구성될 수 있다. 각각의 블레이드가 지지대를 구비하고, 돛 (sail) 형태의 박막이 지지대에 의해 유지되도록 구성될 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 측면에 따른 풍력 발전 시스템은 대형 회전 날개를 구비하는 종래의 풍력 발전기에 비해 현저하게 감축된 설비 비용으로 구성하는 것이 가능하다. 돛 형태의 박막은 마포나 면포와 같은 천막 재질로 형성되거나, 테트론과 같은 합성 섬유, 또는 폴리머 융합체가 사용될 수도 있다.
한편, 전술한 바와 같이 베르누이의 원리 및/또는 세일링 요트의 진행 방향 조정 원리와 관련하여, 블레이드들 (30) 각각이 목표 이동 방향으로의 동력을 최대화시키는 형상을 가지도록 변형시키는 것이 가능하다. 예를 들어, 베르누이의 정리에 따라, 블레이드의 일 측면의 구배를 증가시키고 타 측면의 구배에 비해 커지도록 함으로써 블레이드 양 측면에서의 공기 흐름 속도를 변화시키는 것에 따라 블레이드의 특정 측면으로부터 반대 측면으로의 동력을 생성하도록 구성될 수 있다.
일 예시적인 실시예에서, 복수의 블레이드들 각각은, 가요성을 가지는 소재로 구성될 수 있고, 복수의 에어 포켓을 구비하며, 복수의 에어 포켓 중 특정 에어 포켓에 선택적으로 공기 충전량을 변경시키는 것에 의해, 소정 바람 조건 하에서 원하는 방향으로 블레이드가 동력을 가지는 형상을 구현할 수 있다. 공기 충전량 변경을 위해서는 예를 들어 공기 펌프가 사용될 수 있다.
다른 실시예에서는, 별도의 에어 포켓을 구비하지 않는 박막 형태의 블레이드가 분절 단위로 각도 변경이 가능한 격자 형태의 지지대에 의해 제어될 수 있고, 각각의 격자 단위로 회전량을 변화시키는 것에 의해 주어진 바람 조건 하에서의 원하는 이동 방향으로의 동력을 최대화 시키는 형상으로 블레이드를 변형하도록 구성될 수도 있다.
한편, 본 발명의 일 측면에 따르면, 각각의 블레이드의 회전은 예를 들어 지면에 수직인 회전 축을 기준으로 수행될 수 있다. 도 7 은 일 측면에 따른 블레이드 지지대의 단면도이다. 도 7 에 도시된 바와 같이, 각각의 블레이드들의 지지대는 돛 형태의 박막을 지지하도록 구성되는 상부 지지대 (31) 및 상기 상부 지지대 (31) 가 회전 가능하게 결합되는 하부 지지대 (32) 를 포함할 수 있다. 하부 지지대 (32) 는 상부 지지대 (31) 에 결합된 블레이드 회전 축 (35) 이 통과할 수 있는 공동을 제공한다. 블레이드 회전 축 (35) 은 모터 축 (34) 과 연결되어 모터 (33) 로부터의 회전력을 기반으로 회전하는 것에 의해 상부 지지대를 회전 시키고, 돛 형태의 박막의 배향을 원하는 방향으로 조정하도록 할 수 있다.
한편, 도 8 은 일 측면에 따른 고도 분리형 블레이드의 예시도이다. 본 발명의 일 측면에 따른 풍력 발전 시스템에 있어서, 전력 생산 효율을 극대화시키기 위한 적절한 블레이드의 크기는 상당히 큰 규모일 수 있고, 고도에 따라 바람의 방향이 상이할 수 있다. 따라서, 고도에 따라 바람의 방향이 각기 상이한 경우에도, 블레이드 (30) 의 목표 이동 방향으로의 동력을 최대화시키기 위해, 블레이드는 고도에 따라 구분되는 제 1 부분 (37a), 제 2 부분 (37b) 및 제 3 부분 (37c) 을 구비하고, 제 1 조인트 (38a), 제 2 조인트 (38b) 및 제 3 조인트 (38c) 를 구비하여, 각 조인트 부분을 각각 회전 가능하도록 구성하는 것에 의해, 각 부분들에 포함된 돛 형태의 박막의 배향을 각기 다르게 설정할 수 있다. 즉, 복수의 블레이드 (30) 들 각각은, 높이 방향으로 구분된 제 1 부분 블레이드 및 제 2 부분 블레이드를 구비하고, 제 1 부분 블레이드 및 제 2 부분 블레이드는 서로 독립적으로 회전 가능하도록 구성되며, 제 1 부분 블레이드 및 제 2 부분 블레이드가 각각 배치된 높이에서의 바람의 방향에 관한 정보를 기반으로 블레이드 (30) 의 목표 이동 방향으로의 동력을 최대화시키도록 회전될 수 있다.
블레이드의 목표 이동 방향을 결정하기 위한 위치 정보, 바람의 방향에 관한 정보 등의 획득은 통상적인 센서 시스템 중 임의의 것을 채용하는 것에 의해 달성될 수 있고, 블레이드의 배향 결정 및 변경을 위한 제어 시스템 역시 통상의 제어 시스템 중 임의의 것을 선택할 수 있다.
예를 들어, 루프 내에서의 상기 복수의 블레이드들 각각의 위치에 대한 정보는, 복수의 블레이드들 각각에 구비되는 위치 신호 수신 장치가, 루프 내에 복수 개 구비되는 위치 식별 신호 발생 장치 중 적어도 하나로부터의 위치 식별 신호를 수신하는 것에 의해 획득될 수 있다. 또 다른 측면에서, GPS 와 같은 위치 결정 시스템에 의해 각 블레이드의 위치 정보를 결정할 수 있다. 블레이드의 위치에 따른 목표 이동 방향은 데이터베이스에 저장된 테이블 정보에 따라 결정될 수도 있고, 각 위치 및 루프 형상을 기반으로 컴퓨팅 디바이스가 실시간으로 계산하도록 구성될 수도 있다. 한편, 바람의 방향에 관한 정보는, 복수의 블레이드들 각각에 구비되는 풍향 센서로부터 획득되어, 각 블레이드 마다의 바람의 방향에 대한 정확한 정보를 사용하도록 할 수도 있다. 배향 결정과 같은 연산을 수행하는 제어 시스템은, 각각의 블레이드 마다 별도의 컴퓨팅 디바이스 또는 프로세서가 구비되도록 설정될 수 있고, 또는 각각의 블레이드와 정보를 송수신하도록 구성된 통합 제어 시스템을 구비하여 통합 제어 시스템이 각각의 블레이드에 대한 제어를 수행하도록 구성할 수도 있다.
다시 도 2 를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 시스템 (100) 은 복수의 나셀을 구비할 수 있다. 예를 들어 나셀 (40) 은 발전기 중심 축 기어 (45-1) 를 구비하는 발전기를 구비할 수 있고, 발전기 중심 축 기어 (45-2) 를 구비하는 추가적인 발전기가 포함된 별도의 나셀이 더 구비될 수도 있다.
한편, 풍력 발전기의 형태에 따라, 나셀 (40) 에 구비된 발전기는 미리 결정된 목표 회전 속도를 가지도록 구성될 수도 있다. 또는, 필요에 따라 목표 회전 속도를 조정하는 것이 요구될 수 있다.
관련하여, 제 2 실시 형태에서, 결합체 (2050) 와 복수의 블레이드 (2030) 들 각각은, 복수의 블레이드들 간의 간격을 조정하기 위해 이동 가능하도록 체결될 수 있다. 여기서, 일 측면에 따르면 결합체 (2050) 는 각각의 블레이드 (2030) 를 연결하는 체인 형태로 구성될 수도 있다. 이 경우에도, 결합체 (2050) 와 블레이드 (2030) 의 결합은 재조정이 가능한 형태로 구성될 수 있다.
도 10 은 일 측면에 따른 풍력 발전 시스템의 상면도이고, 도 11 은 블레이드 간격 조절이 가능한 풍력 발전 시스템의 상면도이다. 발전기 중심 회전 축의 회전 속도 조절을 위한 측면에서, 블레이드의 이동 속도가 제어되는 형태가 가능하다. 도 11 에 도시된 바와 같이, 레일은 직선 구간 (1110) 및 곡선 구간 (1120-1, 1120-2) 을 포함할 수 있고, 복수의 블레이드들은, 직선 구간 (1110) 에 위치할 때보다 곡선 구간 (1120-1, 1120-2) 에 위치할 때 더 좁은 간격으로 배치되도록 구성될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 시스템은 레일 (2010) 이 루프를 형성하도록 구성될 수 있고, 루프의 내부에 형성되어 루프보다 더 짧은 이동 경로를 제공하는 내부 루프를 더 포함하고, 발전기는, 미리 결정된 목표 회전 속도를 가지도록 구성되며, 풍속에 관한 정보를 기반으로, 상기 목표 회전 속도에 더 가까운 회전 속도를 달성하도록 상기 루프 및 상기 내부 루프 중 어느 하나의 결합체의 이동에 연동하여 회전하도록 구성될 수 있다.
보다 구체적으로, 도 13 은 기어 변환이 가능한 풍력 발전 시스템의 예시도이다. 도 13 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 시스템은, 루프 (1310) 와, 제 1 내부 루프 (1320) 및 제 2 내부 루프 (1330) 를 포함할 수 있다. 제 1 내부 루프 (1320) 는 루프 (1310) 보다 더 짧은 이동 경로를 가지도록 구성되고, 제 2 내부 루프 (1330) 는 제 1 내부 루프 (1320) 보다도 더 짧은 이동 경로를 가지도록 구성된다. 동일한 풍속에도, 루프 (1310), 제 1 내부 루프 (1320) 및 제 2 내부 루프 (1330) 는 각기 다른 이동 속도를 가지도록 구성될 수 있다. 앞서 살핀 바와 같이, 발전기는 목표 회전 속도를 가지도록 구성될 수 있으므로, 풍속에 따라 상기 발전기의 목표 회전 속도에 가장 적합한 회전 속도를 제공할 수 있는 루프에 선택적으로 회전 연동하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 13 에 도시된 바와 같이, 발전기 중심 회전 축 (1340) 은 제 1 회전 벨트 (1341) 를 통해 루프 (1310) 에 대한 제 1 회전 연동 샤프트 (1311) 와 연결될 수 있고, 제 2 회전 벨트 (1342) 를 통해 제 1 내부 루프 (1320) 에 대한 제 2 회전 연동 샤프트 (1321) 와 연결될 수 있고, 제 3 회전 벨트 (1343) 를 통해 제 2 내부 루프 (1330) 에 대한 제 3 회전 연동 샤프트 (1331) 와 연결될 수 있다. 제 1 회전 벨트 (1341) 내지 제 3 회전 벨트 (1343) 각각은, 발전기 중심 회전 축 (1340) 과 회전 연동이 온/오프 가능하도록 구성될 수 있어, 제 1 회전 벨트 (1341) 내지 제 3 회전 벨트 (1343) 중 어느 하나를 선택적으로 발전기 중심 회전 축 (1340) 와 회전 연동시킬 수 있다. 다만 도 13 에 도시된 실시 형태는 예시적인 것이며, 기어 박스와 같이 다양한 실시 형태를 통해 복수의 루프 중 어느 하나의 루프가 발전기의 중심 회전 축을 회전시키도록 선택되는 구성이 달성될 수 있다.
여기서, 풍속에 관한 정보는 풍속 센서로부터 획득될 수 있다. 풍속 센서는 단일 개 구비될 수도 있고, 또는 각각에 루프마다, 또는 각각의 블레이드마다 설치되어 각각의 풍속에 따른 각 루프의 예상 이동 속도를 연산하도록 구성될 수도 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 시스템에 있어서, 태풍의 발생과 같이 풍력 발전 시스템의 정상적인 작동이 담보되지 않는 상황에서는 블레이드를의 보호를 위한 조치가 필요할 수 있다. 관련하여, 예를 들면 블레이드들의 보관을 위한 격납고가 설치되거나, 블레이들 간의 체결에 이루어지거나, 블레이드가 지면을 향해 폴딩되는 형태로 블레이드의 보호 조치가 수행될 수 있다.
도 14 는 분리 건설되는 격납고에 대한 예시도이다. 도 14 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 시스템은, 복수의 블레이드들이 격납되는 격납고 (1430), 레일에 포함되는 분기점 (1410) 및 분기점으로부터 격납고 까지의 이동 경로를 제공하는 격납 레일 (1420) 을 더 포함하고, 복수의 블레이드 (30) 들은 분기점 (1410) 및 격납 레일 (1420) 을 경유하여 격납고 (1430) 에 격납되도록 구성될 수 있다. 복수의 이동체 (2020) 가 레일 (2010) 상에서 슬라이딩 이동 가능하게 구성되는 경우, 보호 조치가 필요한 시점에 블레이드 (2030) 를 구비하는 이동체 (2020) 들은 레일 (2010) 상의 분기점 (1410) 에서 격납 레일 (1420) 로 이동되도록 조치되고, 격납 레일 (1420) 을 따라 슬라이딩 이동 되어 격납고 (1430) 에 격납 조치될 수 있다.
도 15 는 레일 상에 건설되는 격납고에 대한 예시도이다. 도 15 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 시스템은, 레일 (10) 이 관통하도록 구성된 격납고 (1530) 를 더 포함하고, 복수의 블레이드 (30) 들은 레일 (10) 을 따라 이동하여 격납고 (1530) 에 격납되도록 구성될 수도 있다. 제 2 실시 형태에서, 블레이드 (2030) 를 구비하는 복수의 이동체 (2020) 들은 레일 (2010) 을 따라 이동하여 격납고에 격납되도록 구성될 수 있다.
도 16 은 블레이드 간 체결 형태에 대한 예시도이다. 도 16 에 도시된 바와 같이, 블레이드 (1630-1) 내지 블레이드 (1630-2) 의 복수의 블레이드들은 태풍에 대한 보호 조치가 필요할 때 상호 결합되도록 할 수 있다.
일 측면에 따르면, 복수의 블레이드들 각각은, 복수의 블레이드들의 간격이 최소화되었을 때 인접하는 블레이드와 결합되도록 하는 체결 수단을 포함할 수 있다. 즉, 인접 블레이드 간의 체결을 통해 결과적으로 복수 블레이드들이 전부 결합되어, 태풍에 대한 저항력을 향상시킬 수 있다.
다른 측면에 따르면, 복수의 블레이드들은, 복수의 블레이드들의 간격이 최소화되었을 때 가장 좌측에 위치하는 제 1 블레이드 (1630-1) 와 가장 우측에 위치하는 제 2 블레이드 (1630-2) 를 포함하고, 제 1 블레이드 (1630-1) 및 제 2 블레이드 (1630-2) 는 각각 체결 수단을 구비하며, 제 1 블레이드의 체결 수단 및 제 2 블레이드의 체결 수단이 상호 체결되는 것에 의해 복수의 블레이드들이 결합되도록 구성될 수도 있다. 이외에도 다양한 실시 형태를 통해 복수의 블레이드들이 결합되는 구성이 가능하다.
<제 3 실시 형태>
도 21 은 본 발명의 제 3 실시 형태에 따른 풍력 발전 시스템에 대한 개념도이다. 도 21 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 시스템 (2100) 은 레일 (2110), 이동체 (2120), 복수의 블레이드 (2130) 및 발전기가 구비된 나셀 (nacelle) (2140) 을 포함할 수 있다.
레일 (2110) 은 복수의 이동체 (2120) 가 슬라이딩 되어 이동할 수 있는 수평 방향의 이동 경로를 제공할 수 있다. 여기서 수평 방향은 전술한 바와 같이 수학적 의미의 완전한 수평방향 뿐만 아니라, 대략적으로 지면 또는 수면을 따르는 이동 경로로 이해될 수 있다. 도 21 을 통해 도시된 실시예에서 레일 (2110) 상에 이동체 (2120) 가 슬라이딩 되도록 이동 경로를 제공하는 것으로 예시되어 있으나, 앞서 예를 들어 도 1 또는 도 2 에 도시된 바와 같이 레일 (2110) 이 이동체 (2120) 의 측면에서 이동 경로를 제공하는 형태를 포함하여, 레일 (2110) 은 이동체 (2120) 가 슬라이딩 되어 이동할 수 있는 이동 경로를 제공할 수 있는 다양한 설계 형태를 가질 수 있다. 도 21 에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 레일 (2110) 은 지면에 설치되거나 지지대를 통해 설치되어 이동체 (2120) 들의 수평 방향의 이동 경로를 제공하도록 구성될 수 있다.
복수의 이동체 (2120) 는 레일 (2110) 이 제공하는 이동 경로에 따라 슬라이딩 되어 이동하도록 구성될 수 있다. 여기서, 복수의 이동체 (2120) 각각은 복수의 이동체에 각각 설치되어 바람에 따른 에너지를 기반으로 복수의 이동체 각각의 이동을 위한 동력을 제공하는 블레이드 (2130) 를 구비할 수 있다. 즉, 각각의 이동체 (2120) 는 바람을 기반으로 하는 블레이드 (2130) 의 동력에 따라 레일 (2110) 이 제공하는 이동 경로에 따라 슬라이딩 되어 이동할 수 있다.
환언하면, 복수의 블레이드 (2130) 들은 이동체 (2120) 에 설치되어 바람에 따른 에너지를 기반으로 이동체 (2120) 의 이동을 위한 동력을 제공할 수 있다. 즉, 바람이 불면, 바람이 제공하는 에너지가 블레이드 (2130) 들에 작용하고 블레이드 (2130) 들 및 이러한 블레이드들이 연결된 이동체 (2120) 가 이동하도록 구성된다. 도 21 에 도시된 실시예에서는 이동체 (2120) 가 레일 (2110) 접촉하고 이동체 (2120) 상에 블레이드 (2130) 가 설치되는 것으로 예시되어 있으나, 레일 (2110), 이동체 (2120) 및 블레이드 (2130) 의 설치 형태 및 구조는 다양한 변형이 채용될 수 있다.
다시 도 21 을 참조하면, 이동체 (2120) 및/또는 블레이드 (2130) 와 인접하여, 발전기가 구비된 나셀 (2140) 이 배치될 수 있다. 일 측면에 따라, 발전기는 발전기 중심 회전 축에 결합된 발전기 중심 축 기어 (2145) 의 회전에 따라 전력을 생산하는 발전기일 수 있으며, 상기 발전기의 중심 회전 축은 이동체 (2120) 및 블레이드 (2130) 중 적어도 하나의 이동에 연동하여 회전하도록 구성될 수 있다. 도 21 에는 이동체 (2120) 의 이동에 연동하여 발전기 중심 회전 축이 회전하는 구성이 예시되어 있다. 관련하여, 도 21 의 예시적인 실시예에서는 이동체 (2120) 의 발전기를 대향하는 면에 동력 전달 막대 (2125) 가 구비될 수 있다.
보다 구체적으로, 도 22 는 도 21 의 실시 형태에서 이동체와 발전기 중심 축 간의 동력 전달 구조를 나타낸다. 도 22 에 도시된 바와 같이, 발전기는 발전기 중심 회전 축 (2145c) 및 발전기 중심 회전 축 (2145c) 에 결합된 원형 톱니 기어 (2145a) 를 구비하고, 예를 들어 이동체 (2120) 의 발전기를 대향하는 측면으로 블레이드 동력 전달 막대 (2125) 가 구비될 수 있고, 블레이드 동력 전달 막대 (2125) 가 이동하면서 발전기 중심 축 기어 (2145) 에 형성된 기어 톱니 산 (2145a) 에 작용하는 것에 의해 발전기 중심 회전 축 (2145c) 이 회전하도록 구성될 수도 있다. 도 22 에 도시된 바와 달리, 블레이드 (2130) 의 발전기를 대향하는 측면으로 동력 전달 막대가 구비되어 중심 회전 축 (2145c) 의 회전을 유발하도록 구성될 수도 있다.
유사한 취지로, 이하, 제 1 실시 형태 및 관련 도면을 통해 설명되었던 본 발명의 특징들은 제 3 실시 형태에도 적용될 수 있다. 이하 설명에서는 제 1 실시 형태의 레일 및 이동체의 도면 부호와 함께 설명되나, 통상의 기술자라면 해당 설명에 따라 제 3 실시 형태에 대해서도 쉽게 적용할 수 있을 것이다.
도 12 는 발전기 중심 축의 배치에 대한 예시도이다. 도 12 에 도시된 바와 같이, 발전기 중심 축은 레일과의 관계에서 다양한 실시 형태를 가질 수 있다. 일 측면에 따르면, 도 2 또는 도 12 에 도시된 바와 같이 레일 (10) 및 이동체 (20) 가 루프를 형성하는 실시 형태에서, 발전기 중심 회전 축 (1210, 1220) 은 루프의 외부에 위치할 수도 있고, 루프의 내부에 위치할 수도 있다. 또한 발전기 중심 회전 축 (1210, 1220) 의 회전은 이동체 및/또는 블레이드의 이동에 직접 연동될 수도 있고, 발전기 중심 회전 축 (1230) 과 같이 매개 수단을 구비하여 회전 연동하도록 구성될 수도 있다. 도 12 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 시스템은, 이동체 (20) 및 블레이드 (30) 중 적어도 하나의 이동에 연동하여 회전하는 동력 전달 샤프트 (1231) 를 더 포함하고, 동력 전달 샤프트 (1231) 에 구비된 회전 풀리와 발전기의 발전기 중심 회전 축 (1230) 에 구비된 회전 풀리가 회전 벨트 (1233) 에 따라 회전 연동하도록 구성될 수도 있다. 회전 벨트 (1233) 는 예를 들어 컨베이어 벨트 또는 체인 형태로서 구성될 수도 있다.
한편, 도 1 및 도 2 를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 시스템에 있어서, 레일 (10) 은 루프를 형성하도록 구성될 수 있다. 일 측면에 따르면, 제 3 실시 형태에서 있어서 레일 (2110) 은 복수의 상부 프레임 지지대에 의해 지지되는 상부 프레임을 더 포함할 수 있으며, 상부 프레임은 이동체 (2120) 에 구비된 블레이드들 (2130) 을 이동 가능하게 유지하여 블레이드 (2130) 들의 기립 안정성을 향상시키도록 구성될 수도 있다.
레일 (10, 2110) 이 루프로 형성되는 것에 의해, 복수의 블레이드들 및/또는 이동체의 이동 경로는 순환되는 구조를 가질 수 있다. 여기서, 복수의 블레이드 (2130) 들 각각은, 루프 내에서의 상기 복수의 블레이드 (2130) 들 각각의 위치에 따라 결정되는 목표 이동 방향에 관한 정보 및 바람의 방향에 관한 정보를 기반으로, 목표 이동 방향으로의 동력을 최대화시키도록 적응적으로 회전하도록 구성될 수 있다.
다른 측면에 따르면, 복수의 블레이드 (2130) 들 각각은, 가요성을 가지는 소재로 구성되어 복수의 에어 포켓을 구비하며, 루프 내에서의 복수의 블레이드들 각각의 위치에 따라 결정되는 목표 이동 방향에 관한 정보 및 바람의 방향에 관한 정보를 기반으로, 복수의 에어 포켓 중 적어도 하나의 에어 포켓에 대한 공기 충전량을 제어함으로써 목표 이동 방향으로의 동력을 최대화시키는 형상으로 변형되도록 구성될 수도 있다.
목표 이동 방향과 관련하여, 도 10 을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다. 도 10 은 일 측면에 따른 풍력 발전 시스템의 상면도이다. 도 10 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 레일 (10) 이 형성하는 루프는, 예를 들어 제 1 방향의 이동 경로를 제공하는 제 1 부분 (1010), 제 1 방향과 반대인 제 2 방향의 이동 경로를 제공하는 제 2 부분 (1030), 제 1 부분으로부터 제 2 부분으로의 이동 경로를 제공하는 제 1 조인트 부분 (1020) 및 제 2 부분으로부터 제 1 부분으로의 이동 경로를 제공하는 제 2 조인트 부분 (1040) 을 포함할 수 있다. 예를 들어, 루프 내에서 블레이드들이 시계 방향으로 이동하도록 구성될 수 있으며, 따라서 제 1 부분 (1010) 에서 블레이드들의 목표 이동 방향은 도 10 에서 (우 → 좌) 방향일 수 있고, 제 1 조인트 부분 (1020) 에서 블레이드들의 목표 이동 방향은 블레이드가 제 1 부분 (1010) 에서 제 2 부분 (1030) 으로 이동한 정도에 따라, (우 → 좌) 방향에서, (하 → 상) 방향으로, 그리고 다시 (좌 → 우) 방향으로 점진적으로 변화하게 된다. 한편, 제 2 부분 (1030) 에서의 블레이드들의 목표 이동 방향은 (좌 → 우) 방향으로 결정되며, 제 2 조인트 부분 (1040) 에서의 블레이드들의 목표 이동 방향은 블레이드가 제 2 부분 (1030) 에서 제 1 부분 (1010) 으로 이동한 정도에 따라, (좌 → 우) 방향에서, (상 → 하) 방향으로, 그리고 다시 (우 → 좌) 방향으로 점진적으로 변화하게 된다. 즉, 블레이드들의 목표 이동 방향은 루프 내에서의 각각의 블레이드의 위치에 따라 각기 다르게 결정될 수 있다.
각 블레이드들의 목표 이동 방향이 결정되면, 바람의 방향에 관한 정보를 기반으로, 각 블레이들의 목표 이동 방향으로의 동력을 최대화시키도록 각 블레이드의 배향이 변경되도록, 각 블레이드를 적응적으로 회전하도록 구성할 수 있다. 예를 들어, 복수의 블레이드들 각각의 회전은, 지면에 수직인 회전축을 기준으로 수행될 수 있다.
예를 들어, 복수의 블레이드들 각각은, 목표 이동 방향이 바람의 방향과 일치한다는 결정에 응답하여, 풍하 범주를 수행하는 방향으로 회전하도록 구성되고, 목표 이동 방향이 바람의 방향과 반대라는 결정에 응답하여, 풍상 범주를 수행하는 방향으로 회전하도록 구성될 수 있다. 도 10 에서, 바람의 방향이 (우 → 좌) 방향일 때, 제 1 부분 (1010) 에서는 풍하 범주를 수행하는 방향으로 블레이드가 회전되고, 제 2 부분 (1030) 에서는 풍상 범주를 수행하는 방향으로 블레이드가 회전할 수 있다. 제 1 조인트 부분 (1020) 및 제 2 조인트 부분 (1030) 에서는 블레이드들 각각의 위치에 따른 목표 이동 방향에 따라 동력이 최대화되도록 블레이드가 회전될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 각각의 블레이드는 세일링 요트의 돛 (sail) 과 같은 형태로 구성될 수 있다. 각각의 블레이드가 지지대를 구비하고, 돛 (sail) 형태의 박막이 지지대에 의해 유지되도록 구성될 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 측면에 따른 풍력 발전 시스템은 대형 회전 날개를 구비하는 종래의 풍력 발전기에 비해 현저하게 감축된 설비 비용으로 구성하는 것이 가능하다. 돛 형태의 박막은 마포나 면포와 같은 천막 재질로 형성되거나, 테트론과 같은 합성 섬유, 또는 폴리머 융합체가 사용될 수도 있다.
한편, 전술한 바와 같이 베르누이의 원리 및/또는 세일링 요트의 진행 방향 조정 원리와 관련하여, 블레이드들 (2130) 각각이 목표 이동 방향으로의 동력을 최대화시키는 형상을 가지도록 변형시키는 것이 가능하다. 예를 들어, 베르누이의 정리에 따라, 블레이드의 일 측면의 구배를 증가시키고 타 측면의 구배에 비해 커지도록 함으로써 블레이드 양 측면에서의 공기 흐름 속도를 변화시키는 것에 따라 블레이드의 특정 측면으로부터 반대 측면으로의 동력을 생성하도록 구성될 수 있다.
일 예시적인 실시예에서, 복수의 블레이드들 각각은, 가요성을 가지는 소재로 구성될 수 있고, 복수의 에어 포켓을 구비하며, 복수의 에어 포켓 중 특정 에어 포켓에 선택적으로 공기 충전량을 변경시키는 것에 의해, 소정 바람 조건 하에서 원하는 방향으로 블레이드가 동력을 가지는 형상을 구현할 수 있다. 공기 충전량 변경을 위해서는 예를 들어 공기 펌프가 사용될 수 있다.
다른 실시예에서는, 별도의 에어 포켓을 구비하지 않는 박막 형태의 블레이드가 분절 단위로 각도 변경이 가능한 격자 형태의 지지대에 의해 제어될 수 있고, 각각의 격자 단위로 회전량을 변화시키는 것에 의해 주어진 바람 조건 하에서의 원하는 이동 방향으로의 동력을 최대화 시키는 형상으로 블레이드를 변형하도록 구성될 수도 있다.
한편, 본 발명의 일 측면에 따르면, 각각의 블레이드의 회전은 예를 들어 지면에 수직인 회전 축을 기준으로 수행될 수 있다. 도 7 은 일 측면에 따른 블레이드 지지대의 단면도이다. 도 7 에 도시된 바와 같이, 각각의 블레이드들의 지지대는 돛 형태의 박막을 지지하도록 구성되는 상부 지지대 (31) 및 상기 상부 지지대 (31) 가 회전 가능하게 결합되는 하부 지지대 (32) 를 포함할 수 있다. 하부 지지대 (32) 는 상부 지지대 (31) 에 결합된 블레이드 회전 축 (35) 이 통과할 수 있는 공동을 제공한다. 블레이드 회전 축 (35) 은 모터 축 (34) 과 연결되어 모터 (33) 로부터의 회전력을 기반으로 회전하는 것에 의해 상부 지지대를 회전 시키고, 돛 형태의 박막의 배향을 원하는 방향으로 조정하도록 할 수 있다.
한편, 도 8 은 일 측면에 따른 고도 분리형 블레이드의 예시도이다. 본 발명의 일 측면에 따른 풍력 발전 시스템에 있어서, 전력 생산 효율을 극대화시키기 위한 적절한 블레이드의 크기는 상당히 큰 규모일 수 있고, 고도에 따라 바람의 방향이 상이할 수 있다. 따라서, 고도에 따라 바람의 방향이 각기 상이한 경우에도, 블레이드 (30) 의 목표 이동 방향으로의 동력을 최대화시키기 위해, 블레이드는 고도에 따라 구분되는 제 1 부분 (37a), 제 2 부분 (37b) 및 제 3 부분 (37c) 을 구비하고, 제 1 조인트 (38a), 제 2 조인트 (38b) 및 제 3 조인트 (38c) 를 구비하여, 각 조인트 부분을 각각 회전 가능하도록 구성하는 것에 의해, 각 부분들에 포함된 돛 형태의 박막의 배향을 각기 다르게 설정할 수 있다. 즉, 복수의 블레이드 (30) 들 각각은, 높이 방향으로 구분된 제 1 부분 블레이드 및 제 2 부분 블레이드를 구비하고, 제 1 부분 블레이드 및 제 2 부분 블레이드는 서로 독립적으로 회전 가능하도록 구성되며, 제 1 부분 블레이드 및 제 2 부분 블레이드가 각각 배치된 높이에서의 바람의 방향에 관한 정보를 기반으로 블레이드 (30) 의 목표 이동 방향으로의 동력을 최대화시키도록 회전될 수 있다.
블레이드의 목표 이동 방향을 결정하기 위한 위치 정보, 바람의 방향에 관한 정보 등의 획득은 통상적인 센서 시스템 중 임의의 것을 채용하는 것에 의해 달성될 수 있고, 블레이드의 배향 결정 및 변경을 위한 제어 시스템 역시 통상의 제어 시스템 중 임의의 것을 선택할 수 있다.
예를 들어, 루프 내에서의 상기 복수의 블레이드들 각각의 위치에 대한 정보는, 복수의 블레이드들 각각에 구비되는 위치 신호 수신 장치가, 루프 내에 복수 개 구비되는 위치 식별 신호 발생 장치 중 적어도 하나로부터의 위치 식별 신호를 수신하는 것에 의해 획득될 수 있다. 또 다른 측면에서, GPS 와 같은 위치 결정 시스템에 의해 각 블레이드의 위치 정보를 결정할 수 있다. 블레이드의 위치에 따른 목표 이동 방향은 데이터베이스에 저장된 테이블 정보에 따라 결정될 수도 있고, 각 위치 및 루프 형상을 기반으로 컴퓨팅 디바이스가 실시간으로 계산하도록 구성될 수도 있다. 한편, 바람의 방향에 관한 정보는, 복수의 블레이드들 각각에 구비되는 풍향 센서로부터 획득되어, 각 블레이드 마다의 바람의 방향에 대한 정확한 정보를 사용하도록 할 수도 있다. 배향 결정과 같은 연산을 수행하는 제어 시스템은, 각각의 블레이드 마다 별도의 컴퓨팅 디바이스 또는 프로세서가 구비되도록 설정될 수 있고, 또는 각각의 블레이드와 정보를 송수신하도록 구성된 통합 제어 시스템을 구비하여 통합 제어 시스템이 각각의 블레이드에 대한 제어를 수행하도록 구성할 수도 있다.
다시 도 2 를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 시스템 (100) 은 복수의 나셀을 구비할 수 있다. 예를 들어 나셀 (40) 은 발전기 중심 축 기어 (45-1) 를 구비하는 발전기를 구비할 수 있고, 발전기 중심 축 기어 (45-2) 를 구비하는 추가적인 발전기가 포함된 별도의 나셀이 더 구비될 수도 있다.
한편, 풍력 발전기의 형태에 따라, 나셀 (40) 에 구비된 발전기는 미리 결정된 목표 회전 속도를 가지도록 구성될 수도 있다. 또는, 필요에 따라 목표 회전 속도를 조정하는 것이 요구될 수 있다.
제 3 실시 형태에서, 복수의 이동체 (2120) 들은 레일 (2110) 상에서 각각 이동 가능하여, 이동체 (2120) 간의 간격이 변경될 수 있다. 도 10 은 일 측면에 따른 풍력 발전 시스템의 상면도이고, 도 11 은 블레이드 간격 조절이 가능한 풍력 발전 시스템의 상면도이다. 발전기 중심 회전 축의 회전 속도 조절을 위한 측면에서, 블레이드의 이동 속도가 제어되는 형태가 가능하다. 도 11 에 도시된 바와 같이, 레일은 직선 구간 (1110) 및 곡선 구간 (1120-1, 1120-2) 을 포함할 수 있고, 복수의 블레이드들은, 직선 구간 (1110) 에 위치할 때보다 곡선 구간 (1120-1, 1120-2) 에 위치할 때 더 좁은 간격으로 배치되도록 구성될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 시스템에 있어서, 태풍의 발생과 같이 풍력 발전 시스템의 정상적인 작동이 담보되지 않는 상황에서는 블레이드를의 보호를 위한 조치가 필요할 수 있다. 관련하여, 예를 들면 블레이드들의 보관을 위한 격납고가 설치되거나, 블레이들 간의 체결에 이루어지거나, 블레이드가 지면을 향해 폴딩되는 형태로 블레이드의 보호 조치가 수행될 수 있다.
도 14 는 분리 건설되는 격납고에 대한 예시도이다. 도 14 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 시스템은, 복수의 블레이드들이 격납되는 격납고 (1430), 레일에 포함되는 분기점 (1410) 및 분기점으로부터 격납고 까지의 이동 경로를 제공하는 격납 레일 (1420) 을 더 포함하고, 복수의 블레이드 (30) 들은 분기점 (1410) 및 격납 레일 (1420) 을 경유하여 격납고 (1430) 에 격납되도록 구성될 수 있다. 제 3 실시 형태와 같이, 각각의 이동체 (2120) 에 구비되는 블레이드들 (2130) 이 레일 (2110) 상에서 슬라이딩 이동 가능하게 구성되는 경우, 보호 조치가 필요한 시점에 블레이드 (2130) 가 구비된 이동체 (2120) 들은 레일 (2110) 상의 분기점 (1410) 에서 격납 레일 (1420) 로 이동되도록 조치되고, 격납 레일 (1420) 을 따라 슬라이딩 이동 되어 격납고 (1430) 에 격납 조치될 수 있다.
도 15 는 레일 상에 건설되는 격납고에 대한 예시도이다. 도 15 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 시스템은, 레일 (10) 이 관통하도록 구성된 격납고 (1530) 를 더 포함하고, 복수의 블레이드 (30) 들은 레일 (10) 을 따라 이동하여 격납고 (1530) 에 격납되도록 구성될 수도 있다. 도 15 에 의해 예시된 실시예에서도, 도 14 에서와 같이 이동체 및/또는 블레이드의 레일과의 결합 관계에 따라 다양한 방법으로 블레이드 (30) 들이 격납고 (1530) 로 이동될 수 있다. 제 3 실시 형태에서, 복수의 이동체 (2120) 들이 레일 (2120) 을 따라 이동하여 격납고에 격납되도록 구성될 수도 있다.
도 16 은 블레이드 간 체결 형태에 대한 예시도이다. 도 16 에 도시된 바와 같이, 블레이드 (1630-1) 내지 블레이드 (1630-2) 의 복수의 블레이드들은 태풍에 대한 보호 조치가 필요할 때 상호 결합되도록 할 수 있다.
일 측면에 따르면, 복수의 블레이드들 각각은, 복수의 블레이드들의 간격이 최소화되었을 때 인접하는 블레이드와 결합되도록 하는 체결 수단을 포함할 수 있다. 즉, 인접 블레이드 간의 체결을 통해 결과적으로 복수 블레이드들이 전부 결합되어, 태풍에 대한 저항력을 향상시킬 수 있다.
다른 측면에 따르면, 복수의 블레이드들은, 복수의 블레이드들의 간격이 최소화되었을 때 가장 좌측에 위치하는 제 1 블레이드 (1630-1) 와 가장 우측에 위치하는 제 2 블레이드 (1630-2) 를 포함하고, 제 1 블레이드 (1630-1) 및 제 2 블레이드 (1630-2) 는 각각 체결 수단을 구비하며, 제 1 블레이드의 체결 수단 및 제 2 블레이드의 체결 수단이 상호 체결되는 것에 의해 복수의 블레이드들이 결합되도록 구성될 수도 있다. 이외에도 다양한 실시 형태를 통해 복수의 블레이드들이 결합되는 구성이 가능하다.
도 17 은 지면 방향으로 폴딩 가능한 블레이드의 예시도이다. 도 17 에 도시된 바와 같이, 복수의 블레이드들 각각은, 지면 방향을 향해 폴딩 가능하도록 구성될 수 있다. 평상시에 정상 위치 (1730) 에 위치하여 바람의 에너지를 기반으로 동력을 생성하는 블레이드들은, 태풍 위험과 같이 보호 조치가 필요한 시점에는 지면 인접 위치 (1740) 로 폴딩되어, 바람의 영향을 최소화하도록 할 수 있다.
<제 4 실시 형태>
한편, 본 발명의 또 다른 형태에 따르면, 철도 형태의 레일부를 구성하고, 적어도 하나의 블레이드를 구비하여 풍력을 기반으로 철도를 통하여 이동할 수 있는 이동체를 레일부 상에서 이동시키고, 이동체에서 자체적으로 발전을 수행한 후 철도를 통하여 발전된 전력을 전송할 수 있는 풍력 발전 시스템을 구현할 수도 있다.
도 23은 본 발명의 제 4 실시 형태에 따른 풍력 발전 시스템에 대한 개념도이다.
도 23에 도시된 바와 같이, 제 4 실시 형태에 따른 풍력 발전 시스템(3000)은 수평 방향의 이동 경로를 제공하는 레일부(3010) 및 상기 레일부(3010)의 이동 경로에 따라 이동하도록 구성된 복수의 이동체(3020)을 포함할 수 있다.
상기 이동체(3020)는 바람에 따른 에너지를 기반으로 상기 이동체(3020)의 이동을 위한 동력을 제공하는 적어도 하나의 블레이드(3030)를 구비할 수 있다. 도 23에 도시된 실시예에서는 이동체(3030)당 하나의 블레이드(3030)을 구비한 예를 도시하고 있으나, 이동체(3020)에 구비되는 블레이드는 복수일 수도 있음은 물론이다. 예를 들어, 이동체(3020)에 구비되는 블레이드는 도 8에 도시된 바와 같은 고도 분리형 블레이드일 수도 있고, 고도 분리형 블레이드가 다수 개 구비될 수도 있다.
상기 이동체(3020)는 상기 블레이드(3030)에 의하여 제공되는 풍력 기반 동력을 기반으로 운동 에너지를 제공받는다. 상기 이동체(3020)는 상기 블레이드(3030)에 의하여 제공되는 동력을 기반으로 상기 레일부(3010)에 정합되어 회전함에 의하여 상기 레일부(3010)의 이동 경로에 따라 상기 이동체를 이동시키는 복수의 바퀴(3022)를 구비할 수 있다.
도 24는 도 23에 도시된 레일부(3010) 및 이동체(3020) 정합 구조와, 이들과 회전축 및 나셀의 연결 구조를 설명하기 위한 단면도이다.
도 24에 도시된 바와 같이, 상기 레일부(3010)는 2개의 레일이 평행하게 쌍을 이루고 하부에는 레일 쌍을 고정하기 위한 지지판(3040)이 설치된다. 즉, 레일부(3010)는 철도 형태로 구성될 수 있다. 이에 상응하여, 이동체(3020)를 이동시키기 위하여 이동체(3020)에 구비되는 바퀴(3022)의 외주면 중심부에는 상기 레일부(3010)의 레일이 삽입되기 위한 정합홈(3024)이 형성될 수 있다. 따라서, 이동체(3020)은 기차의 이동 구조와 유사한 형태로 구성되어 레일부(3010) 상에서 이동할 수 있다.
이동체(3020)에 구비되는 바퀴는 복수일 수 있는데 예를 들어 도 24에서는 4개의 바퀴를 구비한 예를 설명하였으나, 이동체(3020)에 구비된 바퀴(3022)의 개수는 실시 환경에 따라 다양할 수 있다. 본 발명의 또 다른 실시예들에 따르면 레일부 또한 모노레일과 같이 하나의 레일로 구성될 수도 있고, 3개 이상의 레일 쌍으로 구성될 수도 있다.
이동체(3020)의 내부에는 상기 바퀴(3022)의 회전력을 기반으로 전력을 생성하는 발전기가 구비된 나셀(nacelle)(3028)이 포함된다. 나셀(3028)에 구비된 발전기의 회전 축은 바퀴(3022)의 회전축(3026)과 직접 또는 간접적으로 연결됨으로써, 발전기는 바퀴(3022)의 회전에 따른 회전력을 기반으로 전력을 발생시킨다.
도 25는 도 24에 발전기에 의항 발전된 전력이 전송로로 전달되는 경로를 예시적으로 설명하기 위한 예시도이다.
도 23 및 도 25를 참조하면, 발전기, 바퀴의 회전축(3026), 바퀴(3022), 레일부(3010) 및 외부로 전력을 전송하기 위한 전송로(3080)는 전기적으로 연결되어, 도 25에 도시된 전력 전송 경로와 같이, 나셀(3028)내의 발전기로부터 생성된 전력 및/또는 발전기에 의하여 생성되어 나셀 내의 축전기에 축전된 전력이 회전축(3026), 바퀴(3022) 및 레일부(3010)을 통하여 전송로(3080)로 전송될 수 있다. 이를 위하여 회전축(3026), 바퀴(3022) 및 레일부(3010) 각각의 적어도 일부분은 전기 전달이 용이한 도체로 구성될 수 있다.
즉, 본 발명의 바람직한 제 4 실시 형태에 따르면 철도 형태의 레일부(3010) 상에서 풍력을 기반으로 이동하는 이동체(3020)가 바퀴(3022)의 회전력을 이용하여 자체적으로 발전하고, 발전한 전력을 별도의 전송 수단의 설치 없이도, 레일부(3010)를 활용하여 외부로 전송할 수 있는 풍력 발전 시스템을 구현할 수 있다.
도 26은 바퀴와 레일 간을 톱니 바퀴 형태로 맞물리게 구성하여 미끄러짐을 방지하고 제어가 용이하도록 하는 구조를 설명하기 위한 개념도이다.
도 26에 도시된 바와 같이, 레일부(4010)의 바퀴 접촉면, 예컨대 상면에는 복수의 제 1 톱니 바퀴 산(4012)이 형성된다. 이에 상응하여 이동체의 바퀴(4022)의 레일부 접촉면, 예컨대 레일부 정합홈에는 그 외주면을 따라 레일부(4010)의 톱니 바퀴 산(4012)에 상응하여 맞물릴 수 있는 복수의 제 2 톱니 바퀴 산(4023)이 형성된다.
이 경우 이동체의 불필요한 미끄러짐이 방지될 수 있으며, 긴급 상황 시 이동체의 제동이 용이해진다. 따라서, 이동체의 이동에 대한 정밀하고 정확한 제어가 가능해진다. 톱니 바퀴 산의 모양은 단면을 기준으로 사각형, 삼각형 등 다각형을 비롯하여 반원형, 물결형 등과 같이 다양한 모양이 가능하다.
도 27은 루프를 이루는 레일부를 설명하기 위한 사시도로서, 앞서 설명한 제 1 실시 형태 내지 제 3 실시 형태에서와 동일한 취지로, 레일부(3010)는 루프를 형성할 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면 풍력 발전 시스템은 복수의 레일부를 구비하여 복수의 루프를 형성할 수도 있다. 도 28은 복수의 루프를 이루는 복수의 레일부를 설명하기 위한 사시도로서, 도 28에 도시된 바와 같이, 복수 개의 상기 레일부는, 제 1 루프를 형성하는 제 1 레일부(3010-1) 및 상기 제 1 루프(3010-1)의 내부에 배치되는 상대적으로 작은 크기의 제 2 루프를 형성하는 제 2 레일부(3010-2)를 포함할 수 있다.
한편, 유사한 취지로, 이하, 제 1 실시 형태 및 관련 도면을 통해 설명되었던 본 발명의 특징들은 제 4 실시 형태에도 적용될 수 있다. 이하 설명에서는 제 1 실시 형태의 레일 및 이동체의 도면 부호와 함께 설명되나, 통상의 기술자라면 해당 설명에 따라 제 4 실시 형태에 대해서도 쉽게 적용할 수 있을 것이다.
예를 들어, 도 1 및 도 2 를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 시스템에 있어서, 레일 (10) 은 루프를 형성하도록 구성될 수 있으며 동일한 취지로 제 4 실시 형태에서의 레일부(3010)은, 도 27 내지 도 28에 도시된 바와 같이, 루프를 형성하도록 구성될 수 있다. 일 측면에 따르면, 제 4 실시 형태에서 있어서 풍력 발전 시스템은 복수의 상부 프레임 지지대에 의해 지지되는 상부 프레임을 더 포함할 수 있으며, 상부 프레임은 이동체 (3020) 에 구비된 블레이드들 (3030)을 이동 가능하게 유지하여 블레이드 (3030) 들의 기립 안정성을 향상시키도록 구성될 수도 있다.
레일 (10, 3010) 이 루프로 형성되는 것에 의해, 복수의 블레이드들 및/또는 이동체의 이동 경로는 순환되는 구조를 가질 수 있다. 여기서, 복수의 블레이드 (3030) 들 각각은, 루프 내에서의 상기 복수의 블레이드 (3030) 들 각각의 위치에 따라 결정되는 목표 이동 방향에 관한 정보 및 바람의 방향에 관한 정보를 기반으로, 목표 이동 방향으로의 동력을 최대화시키도록 적응적으로 회전하도록 구성될 수 있다.
다른 측면에 따르면, 복수의 블레이드 (3030) 들 각각은, 가요성을 가지는 소재로 구성되어 복수의 에어 포켓을 구비하며, 루프 내에서의 복수의 블레이드들 각각의 위치에 따라 결정되는 목표 이동 방향에 관한 정보 및 바람의 방향에 관한 정보를 기반으로, 복수의 에어 포켓 중 적어도 하나의 에어 포켓에 대한 공기 충전량을 제어함으로써 목표 이동 방향으로의 동력을 최대화시키는 형상으로 변형되도록 구성될 수도 있다.
목표 이동 방향과 관련하여, 도 10 을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다. 도 10 은 일 측면에 따른 풍력 발전 시스템의 상면도이다. 도 10 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 레일 (10)(제 4 실시예에서의 레일부(3010)에 대응) 이 형성하는 루프는, 예를 들어 제 1 방향의 이동 경로를 제공하는 제 1 부분 (1010), 제 1 방향과 반대인 제 2 방향의 이동 경로를 제공하는 제 2 부분 (1030), 제 1 부분으로부터 제 2 부분으로의 이동 경로를 제공하는 제 1 조인트 부분 (1020) 및 제 2 부분으로부터 제 1 부분으로의 이동 경로를 제공하는 제 2 조인트 부분 (1040) 을 포함할 수 있다. 예를 들어, 루프 내에서 블레이드들이 시계 방향으로 이동하도록 구성될 수 있으며, 따라서 제 1 부분 (1010) 에서 블레이드들의 목표 이동 방향은 도 10 에서 (우 → 좌) 방향일 수 있고, 제 1 조인트 부분 (1020) 에서 블레이드들의 목표 이동 방향은 블레이드가 제 1 부분 (1010) 에서 제 2 부분 (1030) 으로 이동한 정도에 따라, (우 → 좌) 방향에서, (하 → 상) 방향으로, 그리고 다시 (좌 → 우) 방향으로 점진적으로 변화하게 된다. 한편, 제 2 부분 (1030) 에서의 블레이드들의 목표 이동 방향은 (좌 → 우) 방향으로 결정되며, 제 2 조인트 부분 (1040) 에서의 블레이드들의 목표 이동 방향은 블레이드가 제 2 부분 (1030) 에서 제 1 부분 (1010) 으로 이동한 정도에 따라, (좌 → 우) 방향에서, (상 → 하) 방향으로, 그리고 다시 (우 → 좌) 방향으로 점진적으로 변화하게 된다. 즉, 블레이드들의 목표 이동 방향은 루프 내에서의 각각의 블레이드의 위치에 따라 각기 다르게 결정될 수 있다.
각 블레이드들의 목표 이동 방향이 결정되면, 바람의 방향에 관한 정보를 기반으로, 각 블레이들의 목표 이동 방향으로의 동력을 최대화시키도록 각 블레이드의 배향이 변경되도록, 각 블레이드를 적응적으로 회전하도록 구성할 수 있다. 예를 들어, 복수의 블레이드들 각각의 회전은, 지면에 수직인 회전축을 기준으로 수행될 수 있다.
예를 들어, 복수의 블레이드들 각각은, 목표 이동 방향이 바람의 방향과 일치한다는 결정에 응답하여, 풍하 범주를 수행하는 방향으로 회전하도록 구성되고, 목표 이동 방향이 바람의 방향과 반대라는 결정에 응답하여, 풍상 범주를 수행하는 방향으로 회전하도록 구성될 수 있다. 도 10 에서, 바람의 방향이 (우 → 좌) 방향일 때, 제 1 부분 (1010) 에서는 풍하 범주를 수행하는 방향으로 블레이드가 회전되고, 제 2 부분 (1030) 에서는 풍상 범주를 수행하는 방향으로 블레이드가 회전할 수 있다. 제 1 조인트 부분 (1020) 및 제 2 조인트 부분 (1030) 에서는 블레이드들 각각의 위치에 따른 목표 이동 방향에 따라 동력이 최대화되도록 블레이드가 회전될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 각각의 블레이드는 세일링 요트의 돛 (sail) 과 같은 형태로 구성될 수 있다. 각각의 블레이드가 지지대를 구비하고, 돛 (sail) 형태의 박막이 지지대에 의해 유지되도록 구성될 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 측면에 따른 풍력 발전 시스템은 대형 회전 날개를 구비하는 종래의 풍력 발전기에 비해 현저하게 감축된 설비 비용으로 구성하는 것이 가능하다. 돛 형태의 박막은 마포나 면포와 같은 천막 재질로 형성되거나, 테트론과 같은 합성 섬유, 또는 폴리머 융합체가 사용될 수도 있다.
한편, 전술한 바와 같이 베르누이의 원리 및/또는 세일링 요트의 진행 방향 조정 원리와 관련하여, 블레이드들 (3030) 각각이 목표 이동 방향으로의 동력을 최대화시키는 형상을 가지도록 변형시키는 것이 가능하다. 예를 들어, 베르누이의 정리에 따라, 블레이드의 일 측면의 구배를 증가시키고 타 측면의 구배에 비해 커지도록 함으로써 블레이드 양 측면에서의 공기 흐름 속도를 변화시키는 것에 따라 블레이드의 특정 측면으로부터 반대 측면으로의 동력을 생성하도록 구성될 수 있다.
일 예시적인 실시예에서, 복수의 블레이드들 각각은, 가요성을 가지는 소재로 구성될 수 있고, 복수의 에어 포켓을 구비하며, 복수의 에어 포켓 중 특정 에어 포켓에 선택적으로 공기 충전량을 변경시키는 것에 의해, 소정 바람 조건 하에서 원하는 방향으로 블레이드가 동력을 가지는 형상을 구현할 수 있다. 공기 충전량 변경을 위해서는 예를 들어 공기 펌프가 사용될 수 있다.
다른 실시예에서는, 별도의 에어 포켓을 구비하지 않는 박막 형태의 블레이드가 분절 단위로 각도 변경이 가능한 격자 형태의 지지대에 의해 제어될 수 있고, 각각의 격자 단위로 회전량을 변화시키는 것에 의해 주어진 바람 조건 하에서의 원하는 이동 방향으로의 동력을 최대화 시키는 형상으로 블레이드를 변형하도록 구성될 수도 있다.
한편, 본 발명의 일 측면에 따르면, 각각의 블레이드의 회전은 예를 들어 지면에 수직인 회전 축을 기준으로 수행될 수 있다. 도 7 은 일 측면에 따른 블레이드 지지대의 단면도이다. 도 7 에 도시된 바와 같이, 각각의 블레이드들의 지지대는 돛 형태의 박막을 지지하도록 구성되는 상부 지지대 (31) 및 상기 상부 지지대 (31) 가 회전 가능하게 결합되는 하부 지지대 (32) 를 포함할 수 있다. 하부 지지대 (32) 는 상부 지지대 (31) 에 결합된 블레이드 회전 축 (35) 이 통과할 수 있는 공동을 제공한다. 블레이드 회전 축 (35) 은 모터 축 (34) 과 연결되어 모터 (33) 로부터의 회전력을 기반으로 회전하는 것에 의해 상부 지지대를 회전 시키고, 돛 형태의 박막의 배향을 원하는 방향으로 조정하도록 할 수 있다.
한편, 도 8 은 일 측면에 따른 고도 분리형 블레이드의 예시도이다. 본 발명의 일 측면에 따른 풍력 발전 시스템에 있어서, 전력 생산 효율을 극대화시키기 위한 적절한 블레이드의 크기는 상당히 큰 규모일 수 있고, 고도에 따라 바람의 방향이 상이할 수 있다. 따라서, 고도에 따라 바람의 방향이 각기 상이한 경우에도, 블레이드 (30) 의 목표 이동 방향으로의 동력을 최대화시키기 위해, 블레이드는 고도에 따라 구분되는 제 1 부분 (37a), 제 2 부분 (37b) 및 제 3 부분 (37c) 을 구비하고, 제 1 조인트 (38a), 제 2 조인트 (38b) 및 제 3 조인트 (38c) 를 구비하여, 각 조인트 부분을 각각 회전 가능하도록 구성하는 것에 의해, 각 부분들에 포함된 돛 형태의 박막의 배향을 각기 다르게 설정할 수 있다. 즉, 복수의 블레이드 (30) 들 각각은, 높이 방향으로 구분된 제 1 부분 블레이드 및 제 2 부분 블레이드를 구비하고, 제 1 부분 블레이드 및 제 2 부분 블레이드는 서로 독립적으로 회전 가능하도록 구성되며, 제 1 부분 블레이드 및 제 2 부분 블레이드가 각각 배치된 높이에서의 바람의 방향에 관한 정보를 기반으로 블레이드 (30) 의 목표 이동 방향으로의 동력을 최대화시키도록 회전될 수 있다.
블레이드의 목표 이동 방향을 결정하기 위한 위치 정보, 바람의 방향에 관한 정보 등의 획득은 통상적인 센서 시스템 중 임의의 것을 채용하는 것에 의해 달성될 수 있고, 블레이드의 배향 결정 및 변경을 위한 제어 시스템 역시 통상의 제어 시스템 중 임의의 것을 선택할 수 있다.
예를 들어, 루프 내에서의 상기 복수의 블레이드들 각각의 위치에 대한 정보는, 복수의 블레이드들 각각에 구비되는 위치 신호 수신 장치가, 루프 내에 복수 개 구비되는 위치 식별 신호 발생 장치 중 적어도 하나로부터의 위치 식별 신호를 수신하는 것에 의해 획득될 수 있다. 또 다른 측면에서, GPS 와 같은 위치 결정 시스템에 의해 각 블레이드의 위치 정보를 결정할 수 있다. 블레이드의 위치에 따른 목표 이동 방향은 데이터베이스에 저장된 테이블 정보에 따라 결정될 수도 있고, 각 위치 및 루프 형상을 기반으로 컴퓨팅 디바이스가 실시간으로 계산하도록 구성될 수도 있다. 한편, 바람의 방향에 관한 정보는, 복수의 블레이드들 각각에 구비되는 풍향 센서로부터 획득되어, 각 블레이드 마다의 바람의 방향에 대한 정확한 정보를 사용하도록 할 수도 있다. 배향 결정과 같은 연산을 수행하는 제어 시스템은, 각각의 블레이드 마다 별도의 컴퓨팅 디바이스 또는 프로세서가 구비되도록 설정될 수 있고, 또는 각각의 블레이드와 정보를 송수신하도록 구성된 통합 제어 시스템을 구비하여 통합 제어 시스템이 각각의 블레이드에 대한 제어를 수행하도록 구성할 수도 있다.
한편, 풍력 발전기의 형태에 따라, 나셀에 구비된 발전기는 미리 결정된 목표 회전 속도를 가지도록 구성될 수도 있다. 또는, 필요에 따라 목표 회전 속도를 조정하는 것이 요구될 수 있다.
제 4 실시 형태에서, 복수의 이동체 (3020) 들은 레일부(3010) 상에서 각각 이동 가능하여, 이동체 (3020) 간의 간격이 변경될 수 있다. 예를 들어, 이동체(3020) 간을 연결하는 연결부(3050)은 이동체 간의 간격을 가변적으로 조절하도록 구성될 수 있다. 도 10 은 일 측면에 따른 풍력 발전 시스템의 상면도이고, 도 11 은 블레이드 간격 조절이 가능한 풍력 발전 시스템의 상면도이다. 발전기 중심 회전 축의 회전 속도 조절을 위한 측면에서, 블레이드의 이동 속도가 제어되는 형태가 가능하다. 도 11 에 도시된 바와 같이, 레일은 직선 구간 (1110) 및 곡선 구간 (1120-1, 1120-2) 을 포함할 수 있고, 복수의 블레이드들은, 직선 구간 (1110) 에 위치할 때보다 곡선 구간 (1120-1, 1120-2) 에 위치할 때 더 좁은 간격으로 배치되도록 구성될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 시스템에 있어서, 태풍의 발생과 같이 풍력 발전 시스템의 정상적인 작동이 담보되지 않는 상황에서는 블레이드를의 보호를 위한 조치가 필요할 수 있다. 관련하여, 예를 들면 블레이드들의 보관을 위한 격납고가 설치되거나, 블레이들 간의 체결에 이루어지거나, 블레이드가 지면을 향해 폴딩되는 형태로 블레이드의 보호 조치가 수행될 수 있다.
도 14 는 분리 건설되는 격납고에 대한 예시도이다. 도 14 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 시스템은, 복수의 블레이드들이 격납되는 격납고 (1430), 레일에 포함되는 분기점 (1410) 및 분기점으로부터 격납고 까지의 이동 경로를 제공하는 격납 레일 (1420) 을 더 포함하고, 복수의 블레이드 (30) 들은 분기점 (1410) 및 격납 레일 (1420) 을 경유하여 격납고 (1430) 에 격납되도록 구성될 수 있다. 제 3 실시 형태와 같이, 각각의 이동체 (2120) 에 구비되는 블레이드들 (2130) 이 레일 (2110) 상에서 슬라이딩 이동 가능하게 구성되는 경우, 보호 조치가 필요한 시점에 블레이드 (2130) 가 구비된 이동체 (2120) 들은 레일 (2110) 상의 분기점 (1410) 에서 격납 레일 (1420) 로 이동되도록 조치되고, 격납 레일 (1420) 을 따라 슬라이딩 이동 되어 격납고 (1430) 에 격납 조치될 수 있다. 제 4 실시 형태에서와 같이, 블레이드들(3030)을 구비하는 각각의 이동체(3020)가 레일(3010) 상에서 기차와 유사한 이동 원리로 이동 가능하게 구성되는 경우, 보호 조치가 필요한 시점에서 이동체(3020)들은 레일(3010) 상에 구비될 수 있는 분기점에서 격납 레일로 이동되도록 조치되고, 격납 레일을 따라 이동되어 격납고에 격납 조치될 수 있도록 구성될 수 있다.
도 15 는 레일 상에 건설되는 격납고에 대한 예시도이다. 도 15 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 시스템은, 레일 (10) 이 관통하도록 구성된 격납고 (1530) 를 더 포함하고, 복수의 블레이드 (30) 들은 레일 (10) 을 따라 이동하여 격납고 (1530) 에 격납되도록 구성될 수도 있다. 도 15 에 의해 예시된 실시예에서도, 도 14 에서와 같이 이동체 및/또는 블레이드의 레일과의 결합 관계에 따라 다양한 방법으로 블레이드 (30) 들이 격납고 (1530) 로 이동될 수 있다. 제 4 실시 형태에서, 복수의 이동체 (3020) 들이 레일 (3010)) 을 따라 이동하여 격납고에 격납되도록 구성될 수도 있다.
도 17 은 지면 방향으로 폴딩 가능한 블레이드의 예시도이다. 도 17 에 도시된 바와 같이, 복수의 블레이드들 각각은, 지면 방향을 향해 폴딩 가능하도록 구성될 수 있다. 평상시에 정상 위치 (1730) 에 위치하여 바람의 에너지를 기반으로 동력을 생성하는 블레이드들은, 태풍 위험과 같이 보호 조치가 필요한 시점에는 지면 인접 위치 (1740) 로 폴딩되어, 바람의 영향을 최소화하도록 할 수 있다. 이러한 폴딩 가능한 블레이드는 제 1 실시 형태 내지 제 4 실시 형태의 어디에도 적용 가능하다.
도 29는 기존 풍력 발전기와 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 시스템의 출력에 대한 비교 결과를 나타낸다. 도 29 에는, 기존 풍력 발전기 (NREL's EMD turbine installed in California, USA (rotor diameter 77m)) 와 비교하여, 예측되는 전력 출력이 도시된다. 관련하여, 최대 출력이 발생하는 tailwind 를 받는 개별 터빈의 경우 범용 풍력터빈 대비 유사하거나 높은 출력을 보이는 것을 알 수 있다. 뿐만 아니라, 소음의 발생과 관련된 압력 손실이 기존 범용 터빈의 65분 1 정도로 작은 것으로 나타났다 (최대압력손실 기준 260 Pa,) (참조: Li et al., 2020, Renewable Energy).
유체역학 분석 결과, 개별 돛 모양 터빈의 경우 tailwind 와 가까운 풍향의 경우 기존 범용 풍력 터빈과 유사하거나 더 우수한 출력을 기대할 수 있었고, 다만 레일을 따라 터빈의 입장에서 풍향이 tailwind에서 벗어나 headwind 경향의 풍향으로 바뀌면 급격한 출력의 저감이 있어 전체적으로 같은 설비 용량의 기존 풍력단지 대비 출력이 낮은 것으로 평가된다. 다만, 본 발명의 일 측면에 따라 바람의 방향에 따라 적응적으로 블레이드의 회전을 통해 최대의 동력을 받도록 하는 경우, 출력 저감 문제가 해소될 것으로 예상된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 시스템은 기존 풍력 터빈 대비 구동부가 적고, 구조가 단순하여 더 큰 규모의 터빈을 사용하면 추가적인 출력의 향상을 기대할 수 있다. 나아가, 풍력 발전 소음과 직결된 압력 손실이 동 규모의 기존 풍력 터빈 대비 65분의 1 수준 (최대 압력손실 기준) 으로 저소음 운전의 강점이 있는 것으로 나타났다.
이상, 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 보호범위가 상기 도면 또는 실시예에 의해 한정되는 것을 의미하지는 않으며 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
이상에서 설명한 본 발명은 일련의 기능 블록들을 기초로 설명되고 있지만, 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
전술한 실시 예들의 조합은 전술한 실시 예에 한정되는 것이 아니며, 구현 및/또는 필요에 따라 전술한 실시예들 뿐 아니라 다양한 형태의 조합이 제공될 수 있다.
전술한 실시 예는 다양한 양태의 예시들을 포함한다. 다양한 양태들을 나타내기 위한 모든 가능한 조합을 기술할 수는 없지만, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 다른 조합이 가능함을 인식할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 이하의 특허청구범위 내에 속하는 모든 다른 교체, 수정 및 변경을 포함한다고 할 것이다.

Claims (20)

  1. 풍력 발전 시스템으로서,
    수평 방향의 이동 경로를 제공하는 레일부; 및
    상기 레일부의 이동 경로에 따라 이동하도록 구성된 복수의 이동체를 포함하고,
    상기 이동체는,
    바람에 따른 에너지를 기반으로 상기 이동체의 이동을 위한 동력을 제공하는 적어도 하나의 블레이드, 상기 블레이드에 의하여 제공되는 동력에 기반으로 상기 레일부에 정합되어 회전함에 의하여 상기 레일부의 이동 경로에 따라 상기 이동체를 이동시키는 복수의 바퀴 및 상기 바퀴의 회전력을 기반으로 전력을 생성하는 발전기가 구비된 나셀 (nacelle) 을 포함하는, 풍력 발전 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 레일부는 2개의 레일이 평행하게 쌍을 이루는 철도 형태이고, 상기 바퀴는 상기 레일이 삽입되기 위한 정합홈을 포함하는, 풍력 발전 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 발전기는 상기 바퀴의 회전축과 연결되어 상기 바퀴의 회전축으로부터 전달되는 회전력을 기반으로 전력을 생성하고,
    상기 발전기, 상기 회전축, 상기 바퀴, 상기 레일부 및 외부로 전력을 전송하기 위한 전송로는 전기적으로 연결되어 상기 발전기로부터 생성된 전력 및/또는 상기 발전기에 의하여 생성되어 나셀 내의 축전기에 축전된 전력을 상기 회전축, 상기 바퀴 및 상기 레일부을 통하여 상기 전송로로 전송하는, 풍력 발전 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 레일부은 루프를 형성하고,
    상기 복수의 이동체에 구비되는 복수의 블레이드들 각각은, 상기 루프 내에서의 상기 복수의 블레이드들 각각의 위치에 따라 결정되는 목표 이동 방향에 관한 정보 및 바람의 방향에 관한 정보를 기반으로, 상기 목표 이동 방향으로의 동력을 최대화시키도록 적응적으로 회전하도록 구성되는, 풍력 발전 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 복수의 블레이드들 각각의 회전은,
    지면에 수직인 회전축을 기준으로 수행되는, 풍력 발전 시스템.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 복수의 블레이드들 각각은,
    상기 목표 이동 방향이 바람의 방향과 일치한다는 결정에 응답하여, 풍하 범주를 수행하는 방향으로 회전하도록 구성되고,
    상기 목표 이동 방향이 바람의 방향과 반대라는 결정에 응답하여, 풍상 범주를 수행하는 방향으로 회전하도록 구성되는, 풍력 발전 시스템.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 복수의 블레이드들 각각은, 높이 방향으로 구분된 제 1 부분 블레이드 및 제 2 부분 블레이드를 구비하고,
    상기 제 1 부분 블레이드 및 제 2 부분 블레이드는 서로 독립적으로 회전 가능하도록 구성되며,
    상기 제 1 부분 블레이드 및 제 2 부분 블레이드가 각각 배치된 높이에서의 바람의 방향에 관한 정보를 기반으로 각각 상기 목표 이동 방향으로의 동력을 최대화시키도록 적응적으로 회전하도록 구성되는, 풍력 발전 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 레일부는 루프를 형성하고,
    상기 복수의 이동체에 구비되는 복수의 블레이드들 각각은, 가요성을 가지는 소재로 구성되어 복수의 에어 포켓을 구비하며, 상기 루프 내에서의 상기 복수의 블레이드들 각각의 위치에 따라 결정되는 목표 이동 방향에 관한 정보 및 바람의 방향에 관한 정보를 기반으로, 상기 복수의 에어 포켓 중 적어도 하나의 에어 포켓에 대한 공기 충전량을 제어함으로써 상기 목표 이동 방향으로의 동력을 최대화시키는 형상으로 변형되도록 구성되는, 풍력 발전 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 레일부는 루프를 형성하고,
    상기 루프 내에서의 복수의 블레이드들 각각의 위치에 대한 정보는,
    상기 복수의 블레이드들 각각에 구비되는 위치 신호 수신 장치가, 상기 루프 내에 복수 개 구비되는 위치 식별 신호 발생 장치 중 적어도 하나로부터의 위치 식별 신호를 수신하는 것에 의해 획득되는, 풍력 발전 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 바람의 방향에 관한 정보는,
    복수의 블레이드들 각각에 구비되는 풍향 센서로부터 획득되는, 풍력 발전 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 레일부는 복수 개이며,
    복수 개의 상기 레일부는,
    제 1 루프를 형성하는 제 1 레일부; 및
    상기 제 1 루프의 내부에 배치되는 제 2 루프를 형성하는 제 2 레일부를 포함하는, 풍력 발전 시스템.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 블레이드는,
    90 m 의 수평 길이를 가지고, 120 m 의 수직 높이를 가지는, 풍력 발전 시스템.
  13. 제 1 항에 있어서,
    복수의 블레이드들 각각은,
    상기 이동체 각각의 이동 속도가 1.9 m/s 에 가까워지도록 적응적으로 회전하도록 구성되는, 풍력 발전 시스템.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 이동체 간을 연결하는 연결부를 더 포함하되,
    상기 연결부는 상기 이동체 간의 간격을 가변적으로 조절하도록 구성되는, 풍력 발전 시스템.
  15. 풍력 발전 시스템에 사용되는 이동체로서,
    수평 방향의 이동 경로를 제공하는 레일부의 이동 경로에 따라 이동하도록 구성되며,
    바람에 따른 에너지를 기반으로 상기 이동체의 이동을 위한 동력을 제공하는 적어도 하나의 블레이드;
    상기 블레이드에 의하여 제공되는 동력에 기반으로 상기 레일부에 정합되어 회전함에 의하여 상기 레일부의 이동 경로에 따라 상기 이동체를 이동시키는 복수의 바퀴; 및
    상기 바퀴의 회전력을 기반으로 전력을 생성하는 발전기가 구비된 나셀 (nacelle) 을 포함하는, 이동체.
  16. 제 15 항 에 있어서, 상기 레일부는 2개의 레일이 평행하게 쌍을 이루는 철도 형태이고, 상기 바퀴는 상기 레일이 삽입되기 위한 정합홈을 포함하는, 이동체.
  17. 제 15 항에 있어서, 상기 발전기는 상기 바퀴의 회전축과 연결되어 상기 바퀴의 회전축으로부터 전달되는 회전력을 기반으로 전력을 생성하고,
    상기 발전기, 상기 회전축, 상기 바퀴, 상기 레일부 및 외부로 전력을 전송하기 위한 전송로는 전기적으로 연결되어 상기 발전기로부터 생성된 전력 및/또는 상기 발전기에 의하여 생성되어 나셀 내의 축전기에 축전된 전력을 상기 회전축, 상기 바퀴 및 상기 레일부을 통하여 상기 전송로로 전송하는, 이동체.
  18. 제 15 항에 있어서, 상기 블레이드는, 상기 레일부가 이루는 루프 내에서 상기 이동체의 위치에 따라 결정되는 목표 이동 방향에 관한 정보 및 바람의 방향에 관한 정보를 기반으로, 상기 목표 이동 방향으로의 동력을 최대화시키도록 적응적으로 회전하도록 구성되는, 이동체.
  19. 제 15 항에 있어서, 상기 블레이드는, 가요성을 가지는 소재로 구성되어 복수의 에어 포켓을 구비하며, 상기 레일부가 이루는 루프 내에서의 상기 이동체의 위치에 따라 결정되는 목표 이동 방향에 관한 정보 및 바람의 방향에 관한 정보를 기반으로, 상기 복수의 에어 포켓 중 적어도 하나의 에어 포켓에 대한 공기 충전량을 제어함으로써 상기 목표 이동 방향으로의 동력을 최대화시키는 형상으로 변형되도록 구성되는, 이동체.
  20. 제 15 항에 있어서, 상기 블레이드는 복수이며,
    복수의 블레이드들 각각은, 높이 방향으로 구분된 제 1 부분 블레이드 및 제 2 부분 블레이드를 구비하고,
    상기 제 1 부분 블레이드 및 제 2 부분 블레이드는 서로 독립적으로 회전 가능하도록 구성되며,
    상기 제 1 부분 블레이드 및 제 2 부분 블레이드가 각각 배치된 높이에서의 바람의 방향에 관한 정보를 기반으로 각각 상기 목표 이동 방향으로의 동력을 최대화시키도록 적응적으로 회전하도록 구성되는, 이동체.
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