KR100969595B1 - A Structure for Compensating Wind Velocity - Google Patents
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Abstract
본 발명은 풍속보정용 구조물에 대한 것으로, 본 발명의 목적은 풍력 발전기로 불어 들어오는 바람의 연직 풍속 분포(vertical wind speed profile)를 균일하게 보정함으로써 풍력 발전기의 수명 및 효율을 극대화시키는, 풍속보정용 구조물을 제공함에 있다.
본 발명의 풍속보정용 구조물은, 펜스, 건물 또는 방풍림을 포함하는 인공물 또는 자연물로 형성되어 소정 높이를 가지는 풍속보정용 구조물(200)로서, 풍력 발전기(100)로 유입되는 바람의 풍속이 균일화되도록 상기 풍력 발전기(100)로부터 소정 거리 이격된 위치의 지표면 상에 구비되는 것을 특징으로 한다.
풍력 발전, 풍속 보정, 풍속보정용 구조물, 펜스, 건물, 방풍림
The present invention relates to a wind speed compensation structure, and an object of the present invention is to uniformly correct the vertical wind speed profile (vertical wind speed profile) of the wind blowing into the wind generator to maximize the lifespan and efficiency of the wind power generator, In providing.
The wind speed correction structure of the present invention is a wind speed correction structure 200 having a predetermined height formed by an artificial or natural object including a fence, a building, or a windbreak forest, and the wind speed of the wind flowing into the wind generator 100 is uniform. It is characterized in that it is provided on the ground surface of the position spaced apart from the generator 100 by a predetermined distance.
Wind power generation, wind speed compensation, wind speed compensation structure, fence, building, windbreak
Description
본 발명은 풍속보정용 구조물에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 일반적으로 풍력 발전기로 불어오는 바람은 지표면 부근에서 발생하는 풍속 전단(shear)의 영향으로 연직 풍속 분포(vertical wind speed profile)가 불균일해지게 되는데, 이에 따라 풍력 발전기의 효율 및 내구성이 저하되는 문제를 해소하기 위한, 풍속보정용 구조물에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
일반적으로 기압차에 의해 발생하는 바람은 지표면에서는 풍속이 0이며 상부로 올라갈수록 풍속이 증가하는 경계층(boundary layer)이라는 수직 구조를 가지게 된다. 지표에서의 수직 높이가 약 11km 이내인 범위인 대류권 중에서, 특히 지표에서 1~2km까지의 대기층을 대기 경계층(atmospheric boundary layer)이라고 하는데, 대기 경계층 내에서는 지표의 영향을 받아서 유동이나 열전달 등에 있어서의 변화가 매우 큰 폭으로 나타난다.In general, the wind generated by the air pressure difference has a vertical structure called a boundary layer, where the wind speed is zero at the ground surface and the wind speed increases as it rises upward. Among the tropospheres where the vertical height at the surface is within about 11 km, the atmospheric layer, in particular from 1 to 2 km, is called the atmospheric boundary layer. In the atmospheric boundary layer, The change is very large.
도 1(A)는 맑은 날 대기와 토양이 인접한 곳에서의 기온 연직 단면도이며, 도 1(B)는 지표 근처에서의 바람의 연직 구조를 도시한 것이다. 특히 도 1(B)에 도시된 바와 같이, 바람은 지표면의 마찰에 영향을 받으므로 풍속은 지표면 부근에서 매우 작아지며 고도가 높아질수록 증가하는 경향을 뚜렷이 보인다. 이 때 지형에 따라 증가 경향의 차이가 발생되는데, 평탄한 지형에서는 마찰의 영향을 적게 받아 지표면에서도 풍속이 덜 약해지는 반면, 산림, 도심과 같이 지표면이 거친 지형에서는 마찰의 영향이 커지므로 비교적 높은 고도까지도 풍속이 약해진다(도 1(B-a)).Figure 1 (A) is a vertical cross-sectional view of the temperature in the vicinity of the atmosphere and the soil on a sunny day, Figure 1 (B) shows the vertical structure of the wind near the surface. In particular, as shown in Figure 1 (B), the wind is affected by the friction of the earth surface, the wind speed is very small near the earth surface and the tendency increases as the altitude increases. At this time, there is a difference in increasing tendency depending on the terrain. In flat terrain, the wind speed is less at the surface due to less influence of friction, while in the rough terrain such as forests and urban areas, the influence of friction increases, so it is relatively high altitude. Even the wind speed is weakened (Fig. 1 (Ba)).
또한, 지표면의 거칠기가 같은 동일한 지역에서도 대기의 안정도 상태에 따라 도 1(B-b) ~ 도 1(B-d)와 같이 고도에 따른 풍속의 분포가 달라진다. 도 1(B-e)는 고도에 log를 취해 나타낸 그래프로, 대기 안정도가 중립인 경우에는 풍속과 log를 취한 고도 사이에 직선적인 관계가 있음을 알 수 있다. 이 직선을 연장하였을 때 풍속이 0이 되는 지점에 해당하는 고도(즉 도 1(B-e)에서 z0)를 지표면의 거칠기 길이(roughness length)라고 한다.In addition, even in the same region where the surface roughness is the same, the distribution of the wind speed according to the altitude varies as shown in FIGS. 1B and 1BD according to the atmospheric stability state. Figure 1 (Be) is a graph showing the log taken in altitude, it can be seen that there is a linear relationship between the wind speed and the log taken altitude when the atmospheric stability is neutral. The altitude corresponding to the point where the wind speed becomes zero when the straight line is extended (that is, z 0 in FIG. 1 (Be)) is called the roughness length of the ground surface.
상술한 바와 같은 성질을 이용하여, 대기 경계층 내의 유동에 대한 연구에 있어서 실용적으로 상기와 같은 풍속의 지수 법칙이 널리 사용되고 있다. 상기의 식에서 U는 자유 흐름의 풍속, h는 고도를 나타내며, 1 및 2는 높이가 다른 두 지점에 대한 구분 첨자이다. 또한 p는 풍속지수로, 지표면의 거칠기 길이 및 대기 안정도에 의존하는 값으로서 종래에 실험적으로 여러 가지 조건에 대한 풍속지수 값이 구해져 있다.Using the above-described properties, the above-mentioned exponential law of wind speed is widely used in the study of the flow in the atmospheric boundary layer. Where U is the wind speed of the free flow, h is the altitude, and 1 and 2 are the subscripts for the two points with different heights. In addition, p is a wind speed index, which depends on the surface roughness length and atmospheric stability, and has obtained experimentally wind speed index values for various conditions.
도 2는 일반적인 풍력 발전기를 도시한 것이다. 도 2(A)에 도시된 바와 같이, 풍력 발전기(100)는 기둥(110)과, 상기 기둥(110) 상에 구비된 허브(120)와, 상기 허브(120)의 전단에 회전 가능하게 구비되는 스피너(130)와, 상기 스피너(130)에 연결되어 풍력을 상기 스피너(130)의 회전력으로 변환하는 적어도 1개 이상의 블레이드(140)와, 상기 허브(120) 내에 구비되며 상기 스피너(130)와 연결되어 상기 스피너(130)의 회전력을 전력으로 변환하는 변환 시스템(미도시)을 포함하여 이루어진다.2 shows a typical wind generator. As shown in FIG. 2 (A), the
보다 높은 효율로 보다 대량의 전력을 얻기 위한 풍력 발전기의 대형화는 세계적인 추세이다. 현재 상용화 단계에 있는 풍력 발전기는 대당 2MW의 전력을 얻을 수 있도록 설계되고 있으며, 유럽을 중심으로 5MW 이상의 전력을 얻을 수 있는 풍력 발전기의 개발 및 연구가 활발하게 이루어지고 있다.The trend towards larger wind generators to obtain greater amounts of power at higher efficiency is a global trend. Wind turbines in the commercialization stage are designed to obtain 2MW of electricity per unit, and research and development of wind generators capable of obtaining more than 5MW of electricity are being actively conducted in Europe.
풍력 발전기의 대형화 추세에 따라, 상기 블레이드(140) 한 개의 길이는 일반적으로 수십 m에 달한다는 것은 잘 알려져 있다. 그런데, 도 1의 설명에서 기술한 바와 같이, 높이에 따라 풍속 분포 기울기는 큰 폭으로 변화한다. 도 2(B)에는 상기 풍력 발전기(100)의 측면도가 도시되어 있다. 상기 도 2(B)에서 H는 상기 허브(120)의 지표면으로부터의 높이, R은 상기 블레이드(140)의 길이를 나타낸다. 도시된 바와 같이 지표에 가까운 쪽에 위치한 하측 블레이드(140a)와 지표에서 먼 쪽에 위치한 상측 블레이드(140b)에서 각각 받아들여지는 풍속 크기는 매우 큰 차이를 보인다.As the size of wind turbines increases, it is well known that the length of one
상기 블레이드(140)들로 불어오는 바람의 풍속 분포 기울기가 이와 같이 불균일하면 다음과 같은 문제점들이 생긴다. 첫째, 상기 풍력 발전기(100)는 균일한 바람이 불어 들어옴을 전제로 하여 설계되는 바, 상기 하측 블레이드(140a) 및 상기 상측 블레이드(140b) 각각에 서로 다른 풍속의 바람이 불어들어오게 되면 상기 스피너(130)에 토크가 걸리게 되고, 이에 따라 상기 스피너(130)의 회전축에 반복적인 피로 하중이 걸려 파손 가능성이 급격히 증가하게 된다. 즉 상하 풍속의 불균일함 때문에 상기 풍력 발전기(100)의 수명이 크게 줄어들게 되는 문제점이 있다. 둘째, 상술한 바와 같이 상기 풍력 발전기(100)는 균일한 바람이 불어 들어옴을 전제로 하여 설계되며, 물론 예상 발전량 역시 이러한 전제로 계산된다. 그러나 상하의 풍속이 다른 바람이 불어 들어옴으로써, 상기 스피너(130)에 토크가 걸려 상기 스피너(130)의 회전이 정상적으로 이루어지지 못하게 되면, 발전량이 이론적인 예상값만큼 나오지 못하며, 결국 상기 풍력 발전기(100)에 의해 충분한 전기 출력을 얻을 수 없게 되는 문제점이 있다.If the wind speed distribution slope of the wind blowing through the
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 풍력 발전기로 불어 들어오는 바람의 풍속 전단(shear)을 완화하여 연직 풍속 분포를 균일하게 보정함으로써 풍력 발전기의 수명 및 효율을 극대화시키는, 풍속보정용 구조물을 제공함에 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above, the object of the present invention is to reduce the wind shear of the wind blowing into the wind generator (shear) by uniformly correcting the vertical wind speed distribution wind power It is to provide a wind speed compensation structure that maximizes the life and efficiency of the generator.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 풍속보정용 구조물은, 펜스, 건물 또는 방풍림을 포함하는 인공물 또는 자연물로 형성되어 소정 높이를 가지는 풍속보정용 구조물(200)로서, 풍력 발전기(100)로 유입되는 바람의 풍속이 균일화되도록 상기 풍력 발전기(100)로부터 소정 거리 이격된 위치의 지표면 상에 구비되는 것을 특징으로 한다.Wind speed correction structure of the present invention for achieving the object as described above, the wind
이 때, 상기 풍속보정용 구조물(200)은 상기 풍력 발전기(100) 전방 방향과 나란한 위치에 소정 거리 이격되어 구비되는 것을 특징으로 한다.At this time, the wind
이 때, 상기 풍속보정용 구조물(200)은 펜스 형태로 형성되며, 상기 풍력 발전기(100)의 하측 블레이드(140a) 높이(H-R)의 20% 내지 40% 높이를 가지고, 상기 풍력 발전기(100) 전방 방향으로 상기 풍속보정용 구조물(200) 높이의 2배 내지 8배 이격된 위치에 구비되는 것을 특징으로 한다. 이 경우, 상기 풍속보정용 구조물(200)은 몸체의 일부 또는 전체가 지표면에 대하여 수직 내지 상기 풍력 발전 기(100) 쪽으로 소정 각도 기울어져 형성되는 것이 바람직하다.At this time, the wind
또는, 상기 풍속보정용 구조물(200)은 건물 형태로 형성되며, 상기 풍력 발전기(100)의 하측 블레이드(140a) 높이(H-R)의 20% 내지 40% 높이를 가지고, 상기 풍력 발전기(100) 전방 방향으로 상기 풍속보정용 구조물(200) 높이의 2배 내지 6배 이격된 위치에 구비되는 것을 특징으로 한다.Alternatively, the wind
또는, 상기 풍속보정용 구조물(200)은 다공도가 50% 이하인 방풍림 형태로 형성되며, 상기 풍력 발전기(100)의 하측 블레이드(140a) 높이(H-R)의 20% 내지 40% 높이를 가지고, 상기 풍력 발전기(100) 전방 방향으로 상기 풍속보정용 구조물(200) 높이의 2배 내지 10배 이격된 위치에 구비되는 것을 특징으로 한다.Alternatively, the wind
또한, 상기 풍속보정용 구조물(200)은 상기 풍력 발전기(100)를 중심으로 소정 거리의 반지름을 가지고 상기 풍력 발전기(100)를 둘러싸는 형상으로 형성되는 원 또는 타원을 포함하는 곡선으로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 이 때, 상기 풍속보정용 구조물(200)은 소정 각도 영역에만 구비되어 원호 또는 타원의 일부를 포함하는 곡선으로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한 이 경우, 상기 풍속보정용 구조물(200)은 상기 풍력 발전기(100) 전방 방향을 중심으로 ±15° 내지 ±90° 각도 영역 상에 구비되는 것이 바람직하다.In addition, the wind
본 발명에 의하면, 풍력 발전기에 불어 들어오는 바람의 풍속 전단을 완화시켜 연직 풍속 분포를 균일하게 보정하여 줌으로써 상기 풍력 발전기의 회전이 안정 적으로 이루어지도록 하는 효과가 있으며, 또한 종래에 높이에 따라 불균일한 풍속에 의하여 풍력 발전기의 회전축 상에 피로 하중이 걸렸던 문제점을 원천적으로 제거하는 효과가 있다.According to the present invention, there is an effect that the rotation of the wind generator is made stable by mitigating the wind speed shear of the wind blowing into the wind generator to uniformly correct the vertical wind speed distribution, and also uneven according to the height in the past There is an effect of eliminating the problem that the fatigue load is applied on the rotation axis of the wind generator by the wind speed.
물론 이에 따라 풍력 발전기의 수명이 크게 증가하는 효과가 있으며, 또한 설치 및 수리 비용을 크게 줄일 수 있는 큰 효과가 있다. 뿐만 아니라, 풍력 발전기에 이상적인 이론치에 근접하는 바람이 입력되도록 함으로써 이론적인 예상 발전량을 충분히 얻을 수 있어 풍력 발전기의 효율을 극대화하는 효과가 있다.Of course, this has the effect of greatly increasing the lifespan of the wind generator, and also has a great effect to significantly reduce the installation and repair costs. In addition, by inputting the wind close to the ideal theoretical value for the wind generator can obtain the theoretical expected power generation enough to maximize the efficiency of the wind generator.
즉 본 발명에 의하면, 이와 같이 실제 환경 조건을 이론적인 설계에 의한 이상적인 환경 조건에 유사하게 만들어 줌으로써, 풍력 발전기의 설계 시 예상 수명 및 효율 등을 그대로 달성할 수 있는 효과가 있게 되는 것이다. 이러한 효과는 다음과 같은 효과를 수반한다. 종래의 풍력 발전기의 경우 이상적인 환경 조건에서 예상되는 수명 및 효율을 얻을 수 없으므로, 원하는 만큼의 출력을 내기 위해서 풍력 발전기의 대수를 늘려 설치하는 등 추가 비용의 발생이 크게 이루어지게 되었으나, 본 발명의 풍속보정용 구조물을 사용할 경우 예상 수명 및 효율을 거의 달성할 수 있기 때문에 추가 비용 발생이 거의 없게 되어, 설치 예산을 크게 절약할 수 있는 경제적 효과도 있게 된다. 더불어 풍력 발전기 개발은 국가 단위로 진행되는 프로젝트인 경우가 많은데, 상술한 바와 같은 효과에 따라 보다 체계적인 예산 집행을 할 수 있게 되는 효과 또한 얻을 수 있다.That is, according to the present invention, by making the actual environmental conditions similar to the ideal environmental conditions by the theoretical design, it is possible to achieve the expected life and efficiency when designing the wind generator as it is. This effect involves the following effects. In the case of the conventional wind power generator, the life expectancy and efficiency cannot be obtained under ideal environmental conditions. However, the additional cost is generated, such as by increasing the number of wind power generators in order to produce as much output as desired. The use of a calibrated structure can almost achieve the expected life and efficiency, resulting in very little additional cost, which also saves significant installation budgets. In addition, wind power generator development is often a national project, and according to the effects described above, a more systematic budget execution can be obtained.
특히 본 발명에 의하면, 풍속보정용 구조물을 따로 제작하여야만 하는 것이 아니라, 풍력 발전기를 설치할 때 대부분의 경우 함께 설치되는 감시 및 관리용 건 물을 풍속보정용 구조물로 활용할 수도 있어 부가 설치 비용을 줄일 수도 있는 등, 경제적 효과가 매우 크다.In particular, according to the present invention, it is not necessary to separately manufacture the wind speed compensation structure, and in most cases, the monitoring and management building installed together with the wind power generator may be used as the wind speed compensation structure, thereby reducing additional installation costs. The economic effect is very large.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 풍속보정용 구조물을 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings a structure for adjusting the wind speed according to the present invention having the configuration as described above in detail.
도 3은 본 발명의 풍속보정용 구조물의 설치 상태도를 간략하게 도시한 것이다. 도시된 바와 같이 본 발명의 풍속보정용 구조물(200)은 상기 풍력 발전기(100)의 전방으로 소정 거리(x) 이격된 위치에 구비된다.Figure 3 briefly shows the installation state diagram of the structure for the wind speed correction of the present invention. As shown, the wind
상술한 바와 같이 일반적으로 대기권 내에서 부는 바람은 도 3(A)에 도시된 바와 같이 지표면에서는 속도가 0이 되며 높이에 따라 점점 증가하다가 일정 속도로 수렴하는 형태의 연직 풍속 분포를 가진다. 도 3(A)에 도시된 바와 같은 기울기를 가지고 진행하는 바람이 상기 풍력 발전기(100)의 전방에 위치한 상기 풍속보정용 구조물(200)을 만나게 되면, 상기 풍속보정용 구조물(200)에 의해 바람의 원래 진행 방향이 막히게 되므로, 도 3(B)에 도시된 바와 같이 상기 풍속보정용 구조물(200) 근처 영역(S)에서 바람이 위쪽 방향으로 밀려 올라가게 된다.As described above, in general, the wind blowing in the atmosphere has a vertical wind speed distribution in the form of a velocity of zero on the ground surface and increasing gradually with height, then converging at a constant speed. When the wind traveling with the slope as shown in FIG. 3 (A) encounters the wind
상술한 바와 같이 지표 근처에서의 연직 풍속 분포는 일반적으로 높이가 증가함에 따라 점점 증가하다가 일정 속도로 수렴하게 되는 형태를 가지게 되며, 따라서 하부의 풍속이 상부의 풍속보다 대개 훨씬 작은 값을 가지게 된다. 그런데 본 발명의 풍속보정용 구조물(200)이 구비되게 되면, 상기 풍속보정용 구조물(200) 근처 영역(S)에서 바람이 밀려 올라감으로써 하부의 풍속에 추가분이 발생하며, 상기 풍속보정용 구조물(200)의 크기, 재질 및 형상이 적절히 설계될 경우, 상기 도 3(C)에 도시된 바와 같이 상기 풍력 발전기(100)의 블레이드로 유입되는 영역 내의 바람은 일정한 풍속을 가지게 될 수 있는 것이다.As described above, the vertical wind speed distribution near the surface generally increases gradually as the height increases and then converges at a constant speed, so that the lower wind speed is usually much smaller than the upper wind speed. By the way, when the wind
이와 같이 상기 풍력 발전기(100)의 블레이드로 유입되는 영역 내의 바람이 일정한 풍속을 가지게 됨으로써, 종래의 풍력 발전기로 유입되는 바람의 연직 풍속 분포의 불균일함에 의하여 발생되던 수명 단축 및 효율 저감의 문제점이 원천적으로 제거되게 된다.As such, the wind in the region flowing into the blades of the
도 4a 내지 도 4l은 본 발명에 의한 풍속보정용 구조물의 다양한 실시예에 대한 결과 그래프이다. 각 그래프를 통해 본 발명의 풍속보정용 구조물에 대해 보다 상세히 설명한다.4A to 4L are graphs of results of various embodiments of the wind speed compensation structure according to the present invention. Through each graph will be described in more detail for the wind speed compensation structure of the present invention.
도 4a는 제1실시예에 의한 풍속보정용 구조물(200a)의 측단면도와 결과 그래프를 도시하고 있다. 제1실시예에 의한 본 발명의 풍속보정용 구조물(200a)은 도 4a(A)에 도시된 바와 같이 높이 10m로 지평면에 대하여 수직으로 세워진 직선 측면 형상을 가지고 있다. 상기 풍속보정용 구조물(200a)이 설치되지 않았을 경우와, 상기 풍속보정용 구조물(200a)이 상기 풍력 발전기(100) 전방 20m, 40m, 60m, 80m 지점에 위치할 경우 각각의 풍속 분포의 계산 결과가 도 4a(B)에 도시되어 있다. 본 그래프의 계산에서, 상기 풍력 발전기(100) 허브(120)의 높이(H)는 80m, 블레이드(140) 하나의 길이(R)는 40m로 가정하였으며, 도 4a(B)에서는 편의성을 높이기 위해 상기 풍력 발전기(100) 블레이드(140)가 존재하는 영역 내(즉 높이 40m ~ 120m 사이 영역)의 풍속 분포의 계산 결과만을 도시하였다. 이하의 다른 실시예의 계산에서도 역시 동일한 규격의 풍력 발전기(100)에 대하여 계산을 수행하였으며, 또한 모두 풍력 발전기(100) 전방 20m, 40m, 60m, 80m 지점에 위치할 경우 각각의 풍속 분포를 계산하였다.4A is a side cross-sectional view and a result graph of the wind speed compensation structure 200a according to the first embodiment. The wind speed compensation structure 200a of the present invention according to the first embodiment has a straight side surface shape perpendicular to the horizontal plane with a height of 10 m as shown in FIG. 4A (A). When the wind speed correction structure 200a is not installed, and the wind speed correction structure 200a is located at the 20m, 40m, 60m, and 80m points in front of the
도시된 바와 같이, 상기 풍속보정용 구조물(200a)이 구비되지 않았을 때(*)에는 상기 블레이드(140)가 존재하는 영역의 최하단에서의 풍속이 약 3.75m/s이고, 영역 최상단에서의 풍속이 약 4.39m/s로 나타나, 풍속차가 약 0.64m/s로 매우 크게 나타나고 있음을 확인할 수 있다.As shown, when the wind speed compensating structure 200a is not provided (*), the wind speed at the bottom of the region where the
이 때, 높이 10m의 직선 측면 형상을 가진 본 발명의 풍속보정용 구조물(200a)이 각 위치에 구비되었을 때의 결과 그래프를 보면, 이러한 문제점이 크게 개선되었음을 알 수 있다. 즉, 상기 풍속보정용 구조물(200a)을 상기 풍력 발전기(100) 전방 20m 위치에 구비시켰을 경우(◆) 최하단에서의 풍속이 약 4.12m/s, 최상단에서의 풍속이 약 4.55m/s, 풍속차가 약 0.43m/s로, 상기 풍속보정용 구조물(200a)이 구비되지 않았을 경우(*)와 비교하였을 때 약 68% 수준으로 풍속차를 크게 줄일 수 있음을 알 수 있다. 전방 40m 위치일 경우(●) 풍속차는 약 0.25m/s로 40% 수준, 전방 60m 위치일 경우(▲) 풍속차는 약 0.21m/s로 32% 수준, 전방 80m 위치일 경우(■) 풍속차는 약 0.28m/s로 43% 수준으로 풍속차를 줄일 수 있음 을 보여 주고 있다. 상기 계산 결과에 의하면, 높이 10m의 직선 측면 형상을 가진 풍속보정용 구조물(200a)의 경우 상기 풍력 발전기(100) 전방 60m 위치에 설치하는 것이 가장 풍속 보정 효과를 극대화할 수 있음을 알 수 있다.At this time, looking at the result graph when the wind speed correction structure 200a of the present invention having a linear side shape having a height of 10 m is provided at each position, it can be seen that this problem is greatly improved. That is, when the wind speed correction structure 200a is provided at a position of 20 m in front of the wind generator 100 (◆), the wind speed at the bottom end is about 4.12 m / s, the wind speed at the top end is about 4.55 m / s, and the wind speed difference is At about 0.43 m / s, it can be seen that the wind speed difference can be greatly reduced to about 68% when compared with the case where the wind speed compensation structure 200a is not provided (*). At the 40m forward position (●), the wind speed difference is approximately 0.25m / s at 40% level, and at the forward 60m position (▲) wind speed difference is approximately 0.21m / s at 32% level and forward 80m position (■) It is shown that the wind speed difference can be reduced to 43% at about 0.28m / s. According to the calculation result, in the case of the wind speed compensation structure 200a having a linear side shape having a height of 10 m, it can be seen that installing the
도 4b는 제2실시예에 의한 풍속보정용 구조물(200b)의 측단면도와 결과 그래프를 도시하고 있다. 제2실시예에 의한 본 발명의 풍속보정용 구조물(200b)은 도 4b(A)에 도시된 바와 같이 높이 8m의 직선 끝단부에 상기 풍력 발전기(100) 쪽으로 45° 각도로 기울어진 2m의 직선부가 더 달려 있는 측면 형상을 가지고 있다. 도 3의 설명에서 설명한 바와 같이, 상기 풍속보정용 구조물(200b)은 하부의 공기를 밀어올려 상기 풍력 발전기(100) 블레이드 영역에서의 풍속 분포가 균일해지도록 하기 위해 설치되는 것이다. 제2실시예의 풍속보정용 구조물(200b)은 공기가 보다 잘 밀어올려질 수 있도록 공기 흐름 방향을 안내하는 형상을 하고 있다.4B is a side sectional view and a result graph of the wind
상기 풍속보정용 구조물(200b)이 구비되지 않았을 때(*)에는, 도 4a의 제1실시예와 마찬가지로, 상기 블레이드가 존재하는 영역의 최하단에서의 풍속이 약 3.75m/s이고, 영역 최상단에서의 풍속이 약 4.39m/s로 나타나, 풍속차가 약 0.64m/s로 매우 크게 나타난다. 이하 모든 실시예에서 풍속보정용 구조물이 구비되지 않았을 경우의 계산값은 모두 동일하다.When the wind
상기 풍속보정용 구조물(200b)이 상기 풍력 발전기(100) 전방 20m 위치에 있을 경우(◆) 풍속차는 약 0.40m/s로 62% 수준, 전방 40m 위치에 있을 경우(●) 풍속차는 약 0.27m/s로 42% 수준, 전방 60m 위치에 있을 경우(▲) 풍속차는 약 0.27m/s로 42% 수준, 전방 80m 위치에 있을 경우(■) 풍속차는 약 0.52m/s로 81% 수준으로, 역시 풍속차를 줄여 주는 효과가 있음을 알 수 있다.When the wind
도 4c는 제3실시예에 의한 풍속보정용 구조물(200c)의 측단면도와 결과 그래프를 도시하고 있다. 제3실시예에 의한 본 발명의 풍속보정용 구조물(200c)은 도 4c(A)에 도시된 바와 같이 길이 10m의 직선으로 상기 풍력 발전기(100) 쪽으로 기울어져 지평면에 대하여 75°의 각도를 가지고 세워진 측면 형상을 가지고 있다. 제2실시예의 풍속보정용 구조물(200b)에서와 마찬가지로, 제3실시예의 풍속보정용 구조물(200c) 역시 공기가 보다 잘 밀어올려질 수 있도록 공기 흐름 방향을 안내하는 형상을 하고 있다.4C is a side cross-sectional view and a result graph of the wind
상기 풍속보정용 구조물(200c)이 상기 풍력 발전기(100) 전방 20m 위치에 있을 경우(◆) 풍속차는 약 0.45m/s로 70% 수준, 전방 40m 위치에 있을 경우(●) 풍속차는 약 0.28m/s로 43% 수준, 전방 60m 위치에 있을 경우(▲) 풍속차는 약 0.21m/s로 32% 수준, 전방 80m 위치에 있을 경우(■) 풍속차는 약 0.33m/s로 51% 수준으로, 역시 풍속차를 줄여 주는 효과가 있음을 알 수 있다.When the wind
도 4d는 제4실시예에 의한 풍속보정용 구조물(200d)의 측단면도와 결과 그래프를 도시하고 있다. 제4실시예에 의한 본 발명의 풍속보정용 구조물(200d)은 도 4d(A)에 도시된 바와 같이 높이 5m로 지평면에 대하여 수직으로 세워진 직선 측면 형상을 가지고 있다. 제4실시예의 풍속보정용 구조물(200d)은 제1실시예의 풍속보 정용 구조물(200a)과 동일한 형상을 가지고 있되 규격만이 다르게 형성되어 있는 것이다.4D is a side sectional view and a result graph of the wind
상기 풍속보정용 구조물(200d)이 상기 풍력 발전기(100) 전방 20m 위치에 있을 경우(◆) 풍속차는 약 0.45m/s로 70% 수준, 전방 40m 위치에 있을 경우(●) 풍속차는 약 0.52m/s로 81% 수준, 전방 60m 위치에 있을 경우(▲) 풍속차는 약 0.63m/s로 98% 수준, 전방 80m 위치에 있을 경우(■) 풍속차는 약 0.69m/s로 108% 수준이 된다. 상기 제1 내지 제3실시예에서는 풍속보정용 구조물(200a ~ 200c)이 어느 위치에 있든지 풍속보정용 구조물이 없는 경우보다 항상 풍속차가 적게 나타났으나, 제4실시예의 경우 상기 풍속보정용 구조물(200d)의 위치에 따라 풍속차가 균일해지는 효과가 나는 위치도 있고 풍속차가 오히려 커지는 위치도 있다는 점이 발견된다. 즉 본 발명의 풍속보정용 구조물의 높이 및 형상과 설치 위치 간에는 밀접한 관련이 있음을 알 수 있다.When the wind
도 4a 내지 도 4d의 제1 내지 제4실시예에서는 풍속보정용 구조물의 기초 형상이 펜스(fence) 형상이었으나, 도 4e 내지 도 4i의 제5 내지 제9실시예에서는 풍속보정용 구조물의 기초 형상이 건물 형상인 경우를 보여준다. 특히 본 발명의 풍속보정용 구조물이 건물일 경우, 풍력 발전기를 설치할 때 대부분의 경우 함께 건립되는 감시 및 관리용 건물을 풍속보정용 구조물로 그대로 활용할 수 있다. 즉 본 발명에서 제시하는 풍속보정용 구조물의 설계 범위(위치, 규격 등)에 맞추어 건물을 건립하면, 따로 풍속보정용 구조물을 설치할 필요가 없어 부가 비용이 전혀 발 생하지 않게 된다.In the first to fourth embodiments of FIGS. 4A to 4D, the basic shape of the wind speed compensation structure is a fence shape. In the fifth to ninth embodiments of FIGS. 4E to 4I, the basic shape of the wind speed compensation structure is a building. Show the case of shape. In particular, when the wind speed correction structure of the present invention is a building, the building for monitoring and management, which is built together in most cases when installing a wind generator, can be utilized as the wind speed correction structure. That is, if the building is constructed in accordance with the design range (position, size, etc.) of the wind speed compensation structure proposed by the present invention, there is no need to install a separate wind speed compensation structure, so that no additional cost is incurred.
도 4e는 제5실시예에 의한 풍속보정용 구조물(200e)의 측단면도와 결과 그래프를 도시하고 있다. 제5실시예에 의한 본 발명의 풍속보정용 구조물(200e)은 도 4e(A)에 도시된 바와 같이 높이 10m, 두께 5m의 측면 형상을 가지고 있다.4E is a side sectional view and a result graph of the wind
상기 풍속보정용 구조물(200e)이 상기 풍력 발전기(100) 전방 20m 위치에 있을 경우(◆) 풍속차는 약 0.36m/s로 57% 수준, 전방 40m 위치에 있을 경우(●) 풍속차는 약 0.22m/s로 34% 수준, 전방 60m 위치에 있을 경우(▲) 풍속차는 약 0.21m/s로 32% 수준, 전방 80m 위치에 있을 경우(■) 풍속차는 약 0.45m/s로 70% 수준으로, 풍속차를 줄여 주는 효과가 있음을 알 수 있다.When the wind
도 4f는 제6실시예에 의한 풍속보정용 구조물(200f)의 측단면도와 결과 그래프를 도시하고 있다. 제6실시예에 의한 본 발명의 풍속보정용 구조물(200f)은 도 4f(A)에 도시된 바와 같이 높이 5m, 두께 5m의 측면 형상을 가지고 있다.4F is a side sectional view and a result graph of the wind speed compensation structure 200f according to the sixth embodiment. The wind speed compensation structure 200f of the present invention according to the sixth embodiment has a side shape of 5m in height and 5m in thickness, as shown in FIG. 4F (A).
상기 풍속보정용 구조물(200f)이 상기 풍력 발전기(100) 전방 20m 위치에 있을 경우(◆) 풍속차는 약 0.45m/s로 70% 수준, 전방 40m 위치에 있을 경우(●) 풍속차는 약 0.56m/s로 87% 수준, 전방 60m 위치에 있을 경우(▲) 풍속차는 약 0.64m/s로 100% 수준, 전방 80m 위치에 있을 경우(■) 풍속차는 약 0.69m/s로 108% 수준으로, 펜스(fence) 형상의 풍속보정용 구조물에서와 마찬가지로 풍속보정용 구조물의 높이가 낮을 경우에는, 위치에 따라 풍속이 균일해지는 영향이 나타날 수도 있고, 또는 위치에 따라 풍속차가 오히려 커지게 되는 영향이 나타날 수 있다는 결과를 보여준다.When the wind speed compensation structure 200f is located at the front 20m position of the wind generator 100 (◆), the wind speed difference is about 0.45m / s at 70% level, and the wind speed difference is about 0.56m / If the speed difference is about 87% at s and 60m ahead (▲), the wind speed difference is about 0.64 m / s at 100% level and when it is at 80m position (■) .The wind speed difference is about 0.69 m / s at 108% level. When the height of the wind speed compensation structure is low, as in the shape of the wind velocity compensation structure, the wind speed may be uniform depending on the position, or the wind speed difference may increase depending on the position. Shows.
도 4g는 제7실시예에 의한 풍속보정용 구조물(200g)의 측단면도와 결과 그래프를 도시하고 있다. 제7실시예에 의한 본 발명의 풍속보정용 구조물(200g)은 도 4g(A)에 도시된 바와 같이 높이 5m, 두께 5m 측면 형상 위에, 높이가 2.5m인 이등변삼각형 모양의 지붕을 가진다.4G is a side cross-sectional view and a result graph of the wind
상기 풍속보정용 구조물(200g)이 상기 풍력 발전기(100) 전방 20m 위치에 있을 경우(◆) 풍속차는 약 0.40m/s로 62% 수준, 전방 40m 위치에 있을 경우(●) 풍속차는 약 0.39m/s로 60% 수준, 전방 60m 위치에 있을 경우(▲) 풍속차는 약 0.53m/s로 83% 수준, 전방 80m 위치에 있을 경우(■) 풍속차는 약 0.69m/s로 108% 수준으로, 역시 위치에 따라 풍속이 균일해지는 영향이 나타날 수도 있고, 또는 위치에 따라 풍속차가 오히려 커지게 되는 영향이 나타날 수 있다는 결과를 보여준다.When the wind
도 4h는 제8실시예에 의한 풍속보정용 구조물(200h)의 측단면도와 결과 그래프를 도시하고 있다. 제8실시예에 의한 본 발명의 풍속보정용 구조물(200h)은 도 4h(A)에 도시된 바와 같이 높이 5m, 두께 5m 측면 형상 위에, 높이가 2.5m인 반원 모양의 지붕을 가진다.4H is a side sectional view and a result graph of the wind
상기 풍속보정용 구조물(200h)이 상기 풍력 발전기(100) 전방 20m 위치에 있 을 경우(◆) 풍속차는 약 0.46m/s로 72% 수준, 전방 40m 위치에 있을 경우(●) 풍속차는 약 0.50m/s로 77% 수준, 전방 60m 위치에 있을 경우(▲) 풍속차는 약 0.60m/s로 94% 수준, 전방 80m 위치에 있을 경우(■) 풍속차는 약 0.68m/s로 106% 수준으로, 역시 위치에 따라 풍속이 균일해지는 영향이 나타날 수도 있고, 또는 위치에 따라 풍속차가 오히려 커지게 되는 영향이 나타날 수 있다는 결과를 보여준다.When the wind
도 4i는 제9실시예에 의한 풍속보정용 구조물(200i)의 측단면도와 결과 그래프를 도시하고 있다. 제9실시예에 의한 본 발명의 풍속보정용 구조물(200i)은 도 4i(A)에 도시된 바와 같이 높이 5m, 두께 5m 측면 형상 위에, 높이가 2.5m이고 빗면이 상기 풍력 발전기 쪽을 향하고 있는 직각삼각형 모양의 지붕을 가진다.4I is a side sectional view and a result graph of the wind speed compensation structure 200i according to the ninth embodiment. The wind speed compensation structure 200i of the present invention according to the ninth embodiment has a height of 5 m and a thickness of 5 m on the side shape as shown in FIG. It has a triangular roof.
상기 풍속보정용 구조물(200i)이 상기 풍력 발전기(100) 전방 20m 위치에 있을 경우(◆) 풍속차는 약 0.34m/s로 53% 수준, 전방 40m 위치에 있을 경우(●) 풍속차는 약 0.30m/s로 47% 수준, 전방 60m 위치에 있을 경우(▲) 풍속차는 약 0.52m/s로 81% 수준, 전방 80m 위치에 있을 경우(■) 풍속차는 약 0.70m/s로 109% 수준으로, 역시 위치에 따라 풍속이 균일해지는 영향이 나타날 수도 있고, 또는 위치에 따라 풍속차가 오히려 커지게 되는 영향이 나타날 수 있다는 결과를 보여준다.When the wind speed compensation structure 200i is located at the front 20m position of the wind generator 100 (◆), the wind speed difference is about 0.34m / s at 53% level, and when the wind speed difference is at the front 40m position (●), the wind speed difference is about 0.30m / If the wind speed difference is about 0.52m / s at 47% level and forward 60m position (▲), the wind speed difference is about 0.72m / s at 109% level when it is 81% level and about 80m position forward (■). The results show that the wind speed may be uniform depending on the location, or the wind speed difference may increase depending on the location.
도 4a 내지 도 4i의 제1 내지 제9실시예에서는 풍속보정용 구조물의 재질을 고려하지 않았으나, 도 4j 내지 도 4k의 제10 내지 제11실시예에서는 풍속보정용 구조물의 재질이 다공질인 경우를 보여준다. 즉, 풍속보정용 구조물이 반드시 인공물이어야 할 필요는 없으며, 예를 들어 나무 등과 같은 자연물이 상기 풍속보정용 구조물의 역할을 할 수도 있다. 다만 나무의 경우 바람을 완전히 막는 것이 아니라 일부 빠져나가기 때문에, 나무가 위치할 경우 이론적으로는 다공질의 재질로 되어 있는 펜스가 세워져 있는 것과 동일한 조건이라고 생각할 수 있다.Although the materials of the wind speed compensation structure are not considered in the first to ninth embodiments of FIGS. 4A to 4I, the materials of the wind speed compensation structure are porous in the tenth to eleventh embodiments of FIGS. 4J to 4K. That is, the wind speed compensating structure does not necessarily have to be an artifact, and for example, a natural material such as a tree may serve as the wind speed compensating structure. However, in the case of trees, the wind is not completely blocked, but partially escapes. Therefore, when the trees are located, it can be thought that they are theoretically the same condition as the fence made of porous material.
도 4j는 제10실시예에 의한 풍속보정용 구조물(200j)의 측단면도와 결과 그래프를 도시하고 있다. 제10실시예에 의한 본 발명의 풍속보정용 구조물(200j)은 도 4j(A)에 도시된 바와 같이 높이 10m로 지평면에 대하여 수직으로 세워진 직선 측면 형상을 가지고 있으며, 다공도가 50%이고 두께가 4m인 것으로 가정한다.4J is a side sectional view and a result graph of the wind speed compensation structure 200j according to the tenth embodiment. The wind speed compensation structure 200j of the present invention according to the tenth embodiment has a straight side surface shape perpendicular to the horizontal plane with a height of 10m as shown in FIG. 4J (A), having a porosity of 50% and a thickness of 4m. Assume that
상기 풍속보정용 구조물(200j)이 상기 풍력 발전기(100) 전방 20m 위치에 있을 경우(◆) 풍속차는 약 0.58m/s로 91% 수준, 전방 40m 위치에 있을 경우(●) 풍속차는 약 0.56m/s로 87% 수준, 전방 60m 위치에 있을 경우(▲) 풍속차는 약 0.54m/s로 85% 수준, 전방 80m 위치에 있을 경우(■) 풍속차는 약 0.56m/s로 87% 수준으로, 역시 풍속차를 줄여 주는 효과가 있음을 알 수 있다.When the wind speed compensation structure 200j is located at the front 20m position of the wind generator 100 (◆), the wind speed difference is about 0.58m / s at 91% level, and the wind speed difference is about 0.56m / If the wind speed difference is about 0.54m / s at 87% level and the forward 60m position (▲), the wind speed difference is about 0.54m / s at 85% level and the wind speed difference is about 0.56m / s (87%). It can be seen that there is an effect to reduce the wind speed difference.
도 4k는 제11실시예에 의한 풍속보정용 구조물(200k)의 측단면도와 결과 그래프를 도시하고 있다. 제11실시예에 의한 본 발명의 풍속보정용 구조물(200k)은 도 4k(A)에 도시된 바와 같이 높이 10m로 지평면에 대하여 수직으로 세워진 직선 측면 형상을 가지고 있으며, 다공도가 30%이고 두께가 4m인 것으로 가정한다.4K is a side cross-sectional view and a result graph of the wind
상기 풍속보정용 구조물(200k)이 상기 풍력 발전기(100) 전방 20m 위치에 있을 경우(◆) 풍속차는 약 0.54m/s로 85% 수준, 전방 40m 위치에 있을 경우(●) 풍속차는 약 0.48m/s로 75% 수준, 전방 60m 위치에 있을 경우(▲) 풍속차는 약 0.48m/s로 75% 수준, 전방 80m 위치에 있을 경우(■) 풍속차는 약 0.51m/s로 79% 수준으로, 역시 풍속차를 줄여 주는 효과가 있음을 알 수 있다.When the wind
하기의 표는 상기 도 4a 내지 도 4k에 도시된 제1 내지 제11실시예의 각 풍속보정용 구조물들에서의 최상단-최하단 풍속차의 비교표이며, 도 5는 하기 표를 종류별로 그래프로 도시한 것이다.The following table is a comparison table of the top-bottom wind speed difference in each of the wind speed correction structures of the first to eleventh embodiments shown in FIGS. 4A to 4K, and FIG. 5 is a graph showing the following table by type.
도 5(A)는 펜스 형태로 되어 있는 풍속보정용 구조물들의 풍속 분포 보정 효과를 그래프로 도시한 것이다. 도시된 바와 같이 제4실시예(높이 5m)를 제외하면 모든 위치에서 최상단-최하단 간의 풍속차가 약 70% 이하로 보정되는 효과가 있다는 것을 알 수 있다. 특히 제1 내지 제3실시예에서는, 풍속보정용 구조물이 풍력 발전기 전방 60m 위치 근방에 있을 때 50% 이상 풍속차를 줄여주는 효과가 있어, 매우 뛰어난 풍속 보정 효과를 보여주고 있다.Figure 5 (A) is a graph showing the effect of the wind speed distribution correction of the structure for the wind speed correction in the form of a fence. As shown, except for the fourth embodiment (5 m in height), it can be seen that there is an effect that the wind speed difference between the uppermost and the lowermost at all positions is corrected to about 70% or less. In particular, in the first to third embodiments, there is an effect of reducing the wind speed difference by more than 50% when the wind speed compensation structure is in the vicinity of a 60m position in front of the wind power generator, thereby showing an excellent wind speed correction effect.
도 5(B)는 건물 형태로 되어 있는 풍속보정용 구조물들의 풍속 분포 보정 효과를 그래프로 도시한 것이다. 상기 도 5(A)에서 높이가 낮을수록 풍속 분포 보정 효과가 줄어드는 경향이 있음이 발견되었는데, 도 5(B)에서도 높이가 낮을수록(제6실시예의 풍속보정용 구조물이 높이가 5m로 가장 낮음) 보정 효과가 줄어드는 것을 알 수 있다. 도 5(B)를 보면, 제5실시예, 즉 높이 10m의 단순한 직육면체 건물 형태의 풍속보정용 구조물의 경우에 가장 풍속 보정 효과가 우수하게 나타나며, 특히 풍속보정용 구조물이 풍력 발전기 전방 40m 위치 근방에 있을 때 50% 이상 풍속차를 줄여주는 효과가 있음을 알 수 있다.Figure 5 (B) is a graph showing the effect of the wind speed distribution correction of the structure for the wind speed correction structure in the form of a building. In FIG. 5 (A), it was found that the lower the height, the more the wind speed distribution correction effect tends to decrease. In FIG. 5 (B), the lower the height is (the wind speed correction structure of the sixth embodiment has the lowest height of 5 m). It can be seen that the correction effect is reduced. Referring to FIG. 5 (B), in the case of the fifth embodiment, that is, a simple rectangular parallelepiped structure having a height of 10m, the wind speed correction effect is most excellent, and in particular, the wind speed correction structure is near the 40m position in front of the wind generator. It can be seen that there is an effect of reducing the wind speed difference by more than 50%.
도 5(C)는 다공질인 풍속보정용 구조물들의 풍속 분포 보정 효과를 그래프로 도시한 것이다. 재질이 다공질인 풍속보정용 구조물의 경우 풍속차의 최소값이 75% 정도로 풍속 보정 효과는 상당히 적은 대신, 위치에 따른 풍속 보정 효과의 변화가 훨씬 적음을 알 수 있다.Figure 5 (C) is a graph showing the effect of the wind speed distribution correction of the porous structure for the correction of wind speed. In the case of the porous wind speed compensation structure, the wind speed compensation effect is considerably small, with the minimum value of the wind speed difference being 75%, but the variation of the wind speed compensation effect according to the position is much smaller.
상기 도 4a 내지 도 4k 및 도 5를 참조하여 볼 때, 풍력 발전기 전방에 세워지는 풍속보정용 구조물은 높이, 위치 및 재질에 따라 풍속 보정 효과가 차이가 발생한다는 것을 분명하게 알 수 있다. 본 발명에서는 상기 결과들을 종합하여 풍속 보정 효과를 최대화하는 풍속보정용 구조물의 높이, 위치 및 재질의 범위를 결정하였다.4A to 4K and 5, it can be clearly seen that the wind speed correction structure erected in front of the wind power generator has a difference in wind speed correction depending on the height, location, and material. In the present invention, the above results were determined to determine the height, location, and material range of the wind speed compensation structure to maximize the wind speed correction effect.
펜스 형상의 풍속보정용 구조물일 경우, 도 5(A)를 참조하여 볼 때, 높이가 10m 정도인 경우(제1실시예, 제2실시예, 제3실시예)에는 풍속 보정 효과가 매우 크게 나타났으나, 높이가 5m일 경우(제4실시예)에는 풍속 보정 효과가 미미해진다는 것을 알 수 있다. 따라서 펜스 형상의 풍속보정용 구조물일 경우 높이가 10m 정도가 되는 것이 가장 적절하다는 것을 알 수 있으며, 또한 40m 내지 60m 위치일 때 가장 풍속 보정 효과가 높게 나타난다는 것을 알 수 있다. 풍속차가 50% 이하가 되는 위치를 기준으로 하면 상기 위치 범위는 약 35m 내지 약 65m가 된다. 상기 수치 범위는 본 발명의 계산에서 사용된 상기 풍력 발전기(100)의 규격에 따라 구해진 값으로, 상기 풍력 발전기(100)의 하측 블레이드(140a) 높이(H-R)를 기준으로 하는 비율로서 상기 풍속보정용 구조물(200)의 높이를 결정하고, 또한 상기 풍속보정용 구조물(200)의 높이와 위치가 강한 상관관계를 가지고 있으므로 상기 풍속보정용 구조물(200)의 높이를 기준으로 위치를 결정하는 것이 바람직하다.In the case of a fence-shaped wind speed compensation structure, when the height is about 10 m (first embodiment, second embodiment, and third embodiment), the wind speed correction effect is very large. However, when the height is 5m (fourth embodiment), it can be seen that the wind speed correction effect is insignificant. Therefore, in the case of a fence-shaped wind speed compensation structure, it can be seen that it is most appropriate that the height is about 10 m, and that the wind speed correction effect is most high when the position is 40 m to 60 m. Based on the position where the wind speed difference is 50% or less, the position range is about 35m to about 65m. The numerical range is a value obtained according to the specification of the
상기 도 5(A)의 실시예에서는, 상기 풍속보정용 구조물(200)의 높이는 상기 풍력 발전기(100)의 하측 블레이드(140a) 높이(H-R : 40m)의 25%(10m), 상기 풍속보정용 구조물(200)의 위치 범위는 높이(10m)의 3.5배 내지 6.5배인 것으로 계산된다. 물론, 상기 풍속보정용 구조물(200)의 높이가 달라질 경우 위치 범위도 달라지게 된다.In the embodiment of Figure 5 (A), the height of the wind
이와 같은 결과를 종합하면, 펜스 형상의 풍속보정용 구조물일 경우, 상기 풍력 발전기(100)의 하측 블레이드(140a) 높이(H-R)의 20% 내지 40% 높이를 가지 고, 상기 풍력 발전기(100) 전방 방향으로 상기 풍속보정용 구조물(200) 높이의 2배 내지 8배 이격된 위치에 구비되는 것이 가장 바람직하다.In summary, in the case of a fence-shaped wind speed compensation structure, the
건물 형상의 풍속보정용 구조물일 경우, 도 5(B)를 참조하여 볼 때, 역시 높이가 7.5m 내지 10m인 경우(제5실시예, 제7실시예, 제8실시예)에는 특정 위치 영역에서는 풍속 보정 효과가 상대적으로 크게 나타났으나, 높이가 5m일 경우(제6실시예)에는 거의 전 위치 영역에서 풍속 보정 효과가 미미해진다는 것을 알 수 있다. 따라서 건물 형상의 풍속보정용 구조물일 경우에도 높이가 10m 정도가 되는 것이 적절하다. 또한, 풍속차가 최소가 되는 위치는 공통적으로 40m 정도로 나타났는데, 지붕이 없는 경우 즉 직육면체 형태의 건물일 경우(제5실시예) / 직각삼각형 형상의 지붕을 가지는 건물일 경우(제9실시예) / 이등변삼각형 형상의 지붕을 가지는 건물일 경우(제7실시예) / 반원 형상의 지붕을 가지는 건물일 경우(제8실시예) 순으로 풍속차 보정 효과가 큰 것으로 나타났으며, 특히 지붕이 특정 형상을 가지는 경우 40m 위치를 벗어나면 급격하게 풍속차 보정 효과가 줄어드는 경향이 있다. 따라서 지붕 형상의 영향이 최소화되는 위치 범위인 약 30m 내지 약 50m로 상기 풍속보정용 구조물의 위치를 결정하는 것이 바람직하다. 물론 이 경우에도 펜스 형상의 풍속보정용 구조물에서와 마찬가지로 풍력 발전기의 허브 높이(H)를 기준으로 정리하는 것이 바람직하다.In the case of a wind speed compensation structure having a building shape, when referring to FIG. 5 (B), if the height is 7.5m to 10m (Fifth Embodiment, Seventh Embodiment, and Eighth Embodiment), Although the wind speed correction effect appeared relatively large, it can be seen that when the height is 5m (sixth embodiment), the wind speed correction effect is negligible in almost the entire position region. Therefore, it is appropriate that the height is about 10m even in the case of a building-shaped wind speed compensation structure. In addition, the location where the wind speed difference is minimized is generally about 40m, but there is no roof, that is, a building having a rectangular parallelepiped shape (5th embodiment) / a building having a right triangle shape roof (ninth embodiment) / In case of a building with an isosceles triangle roof (Example 7) / In case of a building with a semicircular roof (Example 8), the wind speed difference effect was shown to be higher in order. In the case of having a shape, the wind speed difference correction effect tends to decrease rapidly when the position is 40m away. Therefore, it is preferable to determine the position of the wind speed compensation structure at about 30m to about 50m, which is a location range where the influence of the roof shape is minimized. In this case, of course, it is preferable to arrange the wind turbine generator based on the hub height H of the wind generator as in the fence-shaped wind speed compensation structure.
상기 도 5(B)의 실시예에서는, 상기 풍속보정용 구조물(200)의 높이는 상기 풍력 발전기(100)의 하측 블레이드(140a) 높이(H-R : 40m)의 25%(10m), 상기 풍속 보정용 구조물(200)의 위치 범위는 높이(10m)의 3배 내지 5배인 것으로 계산된다. 물론, 역시 상기 풍속보정용 구조물(200)의 높이가 달라질 경우 위치 범위도 달라지게 된다.In the embodiment of Figure 5 (B), the height of the wind
이와 같은 결과를 종합하면, 건물 형상의 풍속보정용 구조물일 경우, 상기 풍력 발전기(100)의 하측 블레이드(140a) 높이(H-R)의 20% 내지 40% 높이를 가지고, 상기 풍력 발전기(100) 전방 방향으로 상기 풍속보정용 구조물(200) 높이의 2배 내지 6배 이격된 위치에 구비되는 것이 가장 바람직하다.Summarizing these results, in the case of a wind speed compensation structure having a building shape, the
방풍림 형상의 풍속보정용 구조물일 경우, 도 5(C)를 참조하여 볼 때 다공도가 낮을수록 풍속 보정 효과가 크게 나타나는 경향이 있으며, 또한 이 경우 위치에 의한 영향은 다른 형상의 풍속보정용 구조물일 경우와 비교하여 극히 적게 나타난다.In the case of the windbreak compensation structure of the windbreak forest shape, referring to FIG. 5 (C), the lower the porosity, the larger the wind speed correction effect, and in this case, the influence of the position is different from that of the wind speed correction structure of the other shape. Very few in comparison.
즉 방풍림 형상의 풍속보정용 구조물일 경우, 다공도가 50% 이하이며, 상기 풍력 발전기(100)의 하측 블레이드(140a) 높이(H-R)의 20% 내지 40% 높이를 가지고, 상기 풍력 발전기(100) 전방 방향으로 상기 풍속보정용 구조물(200) 높이의 2배 내지 10배 이격된 위치에 구비되는 것이 바람직하다.That is, in the case of a windbreak compensation structure having a windbreak shape, the porosity is 50% or less, and has a height of 20% to 40% of the height HR of the
도 6은 본 발명의 풍속보정용 구조물의 다른 실시예이다. 도 4a 내지 도 4k의 실시예에서 상기 풍속보정용 구조물(200)의 너비에 대해서는 특정하지 않았는데, 위에서 내려다본 시점에서 볼 때, 도 4a 내지 도 4k의 실시예는 도 6(A)와 같 은 형상으로 형성된다.6 is another embodiment of the structure for adjusting the wind speed of the present invention. 4A to 4K, the width of the wind
그런데 풍력 발전기(100)로 불어 들어오는 바람이 언제나 한 방향에서만 불어 들어오는 것이 아니므로, 상기 풍속보정용 구조물(200)은 도 6(B)에 도시된 바와 같이 상기 풍력 발전기(100)를 둘러싸는 형상으로 설치되도록 할 수도 있다. 이 경우 상기 풍속보정용 구조물(200)은, 상기 풍력 발전기(100)를 중심으로 소정 거리의 반지름을 가지고 상기 풍력 발전기(100)를 둘러싸는 형상으로 형성되는 원 또는 타원을 포함하는 곡선으로 이루어지게 된다.However, since the wind blowing into the
또는 본 발명의 풍속보정용 구조물(200)은, 상기 풍력 발전기(100)의 둘레 전체가 아닌 일부만을 둘러싸도록 설치될 수도 있다. 도 6(C)가 바로 이러한 경우를 도시하고 있는데, 도시된 바와 같이 이 경우 상기 풍속보정용 구조물(200)은 소정 각도 영역에만 구비되어 원호 또는 타원의 일부를 포함하는 곡선으로 이루어지게 된다. 물론, 상기 각도(α) 영역은 이론적 또는 실험적으로 적절하게 결정될 수 있으며, 상기 풍력 발전기(100) 전방 방향을 중심으로 ±15° 내지 ±90° 각도 영역 상에 구비되는 것이 바람직하다.Or the wind
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.The present invention is not limited to the above-described embodiments, and the scope of application of the present invention is not limited to those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims. Of course, various modifications can be made.
도 1은 경계층 발생 원리.1 is a boundary layer generation principle.
도 2는 일반적인 풍력 발전기.2 is a typical wind generator.
도 3은 본 발명의 풍속보정용 구조물의 풍속 분포 보정 원리.3 is a wind speed distribution correction principle of the wind speed compensation structure of the present invention.
도 4a 내지 도 4f는 본 발명의 풍속보정용 구조물의 여러 실시예.4a to 4f are several embodiments of the wind speed compensation structure of the present invention.
도 5는 본 발명의 풍속보정용 구조물의 여러 실시예에 의한 보정 결과 비교 그래프.5 is a graph comparing the results of correction according to various embodiments of the structure for adjusting the wind speed of the present invention.
도 6은 본 발명의 풍속보정용 구조물의 다른 실시예.Figure 6 is another embodiment of the wind speed compensation structure of the present invention.
**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**** Description of the symbols for the main parts of the drawings **
100: 풍력 발전기100: wind power generator
110: 기둥110: pillar
120: 허브120: hub
130: 스피너130: spinner
140: 블레이드140: blade
200: (본 발명의) 풍속보정용 구조물200: wind speed compensation structure (of the present invention)
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