[단독/집중기획⑧] 에너지 패권을 장악할 ‘재생에너지’... Archista 중앙 운영 시스템

인류 에너지 문명을 변혁할 ‘Archista’

특허뉴스 이성용 기자 | 기사입력 2019/07/22 [14:50]

[단독/집중기획⑧] 에너지 패권을 장악할 ‘재생에너지’... Archista 중앙 운영 시스템

인류 에너지 문명을 변혁할 ‘Archista’

특허뉴스 이성용 기자 | 입력 : 2019/07/22 [14:50]

 

집중기획에너지 패권을 장악할 재생에너지’... Archista 에너지 저장·재생 시스템에 이어 집중기획에서는 인류 에너지 문명을 변혁할 수 있는 혁명적인 재생에너지 획득·생산·공급·저장·재생 시스템인 ‘Archista’가 구현된 첨단 과학 기술들 중 Archista 중앙 운영 시스템에 관한 논문을 세계 최초로 게재한다.

 

Archista 중앙 운영 시스템

 

기술 분야

 

Archista의 중앙 운영 시스템은 적합한 감지 센서들, 계측 장치들 그리고 감시 장치들을 채용하여 검출 정보를 수집하고, 이를 비교 분석하여 정확한 명령을 내림으로써 Archista에 일체로 구성되는 풍력 획득 장치와 동력 전환·전달 장치와 발전장치 시스템과 에너지 저장·재생 시스템 각각이 최상의 운전과 관리를 실행할 수 있도록 제어하고, 동시에 구성 장치들 간의 유기적인 운전 관리가 최적으로 이루어질 수 있도록 제어함으로써 Archista가 높은 생산 효율성과 안정성을 거둘 수 있도록 한다. 뿐만 아니라 전력계통과 연계에 있어서 Archista의 생산적이고 신축적이며 자주적인 운영이 이루어질 수 있도록 하며, 나아가 자립형 전력수급체계를 안정되게 실행할 수 있도록 Archista의 에너지 뱅크 구축에 기여할 수 있는 Archista의 운전 관리를 효과적으로 제어하는 프로그램에 관한 것이다.

 

기술 배경 및 종래 기술

 

기존의 화력 발전, 수력발전, 원자력발전 시설들에서는 에너지원을 조절할 수 있고 조속장치가 갖추어져 있음으로 전력생산량의 증감과 생산전력의 품질을 제어하는 것이 가능하다. 하지만, 간헐적이고 확률분포적인 자연 바람의 속도와 방향이 실시간으로 심하게 변할 수 있어 정확한 예측과 즉각적인 제어가 어려운 풍력 발전 장치와 연계된 전력계통은 효율적이고 안정적인 운영에 방해를 받게 된다.

 

기존 수평축 풍력 발전기의 제어 시스템은 기동과 제동 그리고 운용 효율성 향상을 위해 피치제어 시스템, 요우 시스템, 브레이크, 전력품질변환장치, 축전 장치 등을 관리 제어하기 위한 등을 작동하기 위한 제어 수단들과, 원격감시(고장 진단, 운전, 감시) 및 전력계통에 연계하기 위한 제어 시스템이 운용되고 있다.

 

보다 상세하게 수평축 풍력 발전기의 운전 제어 시스템에 대해 살펴보자면, 먼저, 풍향의 변동에 바람의 방향을 추적하여 블레이드가 바람에 정면으로 대응되도록 제어하는 요우 시스템이 있다. 나셀의 하단과 타워의 상단에 설치되는 요우 시스템은 링 기어와 치 결합하는 위성 기어를 축에 구비된 다수개의 서보모터(또는 유압장치)로 구성되어 있다. 하지만, 돌풍과 풍향의 변화가 심한 난류에 효과적으로 작동하지 못한다.

 

이어서, 정격 운전 풍속에 대해 바람을 회피하여 블레이드에 작용하는 풍압을 감소하기 위한 피치 제어 시스템이 있다. 피치 제어 시스템은 블레이드들이 허브에 결합되는 부분에 블레이드의 피치 각을 조절하기 위한 기어 장치와 전동기로 구성되어 있다.

 

블레이드에 과 풍압이 작용하는 것을 방지하기 위해 채용되는 피치 제어 시스템은 한계 풍속(23) 이상부터는 기능을 하지 못한다. 23이상의 풍속에서는 브레이크 장치를 작동하여 풍력 발전기의 주축의 회전을 정지해야 한다. 브레이크의 작동은 에너지의 손실과 마찰로 인한 마모와 발열 그리고 반력이 블레이드와 기계장치들에 악영향을 미친다.

 

풍력 발전기에서 정격 주파수의 전기에너지가 유도될 수 있도록 하기 위해서는 발전기축이 정격속도로 회전하도록 제어되어야 한다. 하지만, 기존 풍력 발전기의 블레이드에 작용하는 풍압의 세기를 일정하게 제어할 수 있고, 발전에 적합한 속도의 회전에너지를 일정하게 유지할 수 있고, 발전기에서 유도되는 전기 에너지를 사용하는 부하의 변동을 일정하게 제어할 수 있는 효율적인 제어 방식은 개발되어 있지 않다. 그럼으로 풍속의 변동에 생산적으로 대처할 수 있도록 하는 제어와, 운전시간과 범위를 확장할 수 있도록 하는 제어와, 블레이드에 작용하는 풍압을 발전에 적합한 회전에너지로 전환하고 유지할 수 있도록 하는 제어와, 전기 사용 부하의 변동에 능동적으로 대응하여 발전기에서 규정 주파수의 전기에너지가 유도될 수 있도록 하는 제어가 연구 개발될 필요가 있다.

 

 

Archista 중앙 운영 시스템 기술 과제

 

Archista가 최적으로 발전운전을 실시할 수 있도록 하기 위해서는 우선 정확한 검출 정보를 수집하는 적합한 감지·감시 장치들이 채용될 필요가 있고, 이들 감지·감시 장치들로부터 전달되는 검출 정보를 비교 분석하고, 적합한 판단을 도출하여 해당 제어 장치들에게 명령을 하며, 이 명령을 장치들이 바르게 실행하는지를 감시하고 그 처리의 진행과 결과를 점검할 뿐만 아니라 검출에서 분석과 명령 그리고 명령의 실행과 결과를 데이터화 하는 프로그램을 개발하고, 제어 장치들의 실행으로 Archist를 일체로 구성하는 장치들과 시스템들 각각의 운전이 효율적으로 실행되도록 관리 제어하는 프로그램을 개발하고, 장치들의 유기적인 운전이 효율적으로 이루어지도록 통합 운전 관리를 제어하는 프로그램을 개발하며, 덧붙여 전력계통과의 연계에서 결여전력을 충당하고 잉여전력을 저장할 수 있도록 함으로써 전력수급의 균등화할 수 있는 Archista의 중앙 운영 시스템을 제공하는 것이다.

 

 

 

Archista 중앙 운영 시스템 구성

 

Archista의 중앙 운영 시스템은 각종 감지·감시 센서들을 관리하는 감지·감시 장치 관리 제어 프로그램과, Archista를 일체로 구성하는 장치들 각각의 운전 관리를 위한 개별 장치 운전 관리 제어 프로그램과, Archista를 구성하는 장치들 간의 유기적인 운전 관리를 위한 통합 장치 운전 관리 제어 프로그램과, Archista를 기반으로 구축된 자립형 전력수급체계의 종합 전력 운영 시스템과의 연계 또는 여타의 발전시설에 기반을 둔 전력계통과의 연계하기 위한 전력계통 운영 프로그램으로 이루어져 있다.

 

▲ 중앙 운영 시스템 구성도     © 특허뉴스

 

 

 

감지 센서 및 관리 장치 제어 프로그램

 

Archista의 중앙 운영 시스템의 감지 센서 및 관리 제어 프로그램은 Archista에 구비된 각종 센서, 계측기, 감시기 그리고 오일 여과 장치의 오일 순환 모터, 경광등, ·온방 장치시설, 피뢰 장치, 환기 장치, 등을 포함하는 관리 장치들의 작동을 제어한다.

 

이들 모든 감지 센서들과 계측기들, 감시 장치들에서 감시· 검출된 정보와 관리 장치들의 상태는 중앙 운영 시스템에 실시간 보고되고 중앙 운영 시스템은 이를 비교 분석함으로써 Archista는 자동 운전 관리를 최적으로 실시할 수 있다. 접수된 정보와 조처된 내용은 중앙 운영 시스템의 서버에 저장되고 동시에 상위 운영 시스템에 전송된다.

 

타워-5F의 내부에 구비되는 속도 센서는 중심축(또는 제1발전기축)의 회전속도를 실시간 감지하여 검출 정보를 중앙 운영 시스템에 보고한다.

펜더 블레이드들 각각의 앞면 일 측에 구비되는 풍속 센서는 실시간 풍속을 감지하고 그 검출 정보를 중앙 운영 시스템에 보고한다. 이에 중앙 운영 시스템의 중앙처리장치는 풍속 센서로부터 전달받은 검출 정보와 회전 속도 센서로부터 전달받은 중심축의 회전 속도 그리고 발전장치 시스템의 전력계측기에서 검출되는 정보를 분석하여 개별 장치 운전 관리 프로그램과 통합 장치 운전 관리 제어 프로그램에 명령하고 수행하고 조처된 결과를 점검한 정보를 수집하여 데이터화하여 Archista 서버에 저장하고 동시에 중앙 운영 시스템의 상위 운영 시스템으로 전송한다.

 

또한, 축전 장치의 배터리에 설치되는 전력측정센서의 검출정보는 에너지 저장·재생 시스템의 운전 제어부와 중앙 운영 시스템으로 전달된다. 축기 장치의 공기탱크에 압력 센서가 구비되고, 검출정보는 에너지 저장·재생 시스템의 운전 제어부와 중앙 운영 시스템으로 전달된다. 축수 장치의 물탱크에 설치되는 수위측정센서와 온도센서의 검출정보는 에너지 저장·재생 시스템의 운전 제어부와 중앙 운영 시스템으로 전달된다.

 

Archista의 외부와 내부에 구비된 온도·습도 계측기가 감지한 검출 정보는 중앙 운영 시스템에 보고되며 중앙 운영 시스템은 이를 분석하여 냉·온 장치시설을 제어하고, 아울러 상태를 점검하여 사고와 발화를 사전 방지한다.

 

Archista의 외부와 내부에 설치된 CCTV의 실시간 영상은 상황실의 중앙 운영 시스템의 모니터링 되고 서버에 저장된다. 펜더 블레이드들 각각의 상단 배면에 압력 센서가 구비되고, 실시간 검출된 정보는 중앙 운영 시스템에 보고된다. 펜더 블레이드의 압력 센서와 CCTV로부터 정보를 전달받은 중앙 운영 시스템은 풍력 획득 장치의 상태를 관리할 수 있다. 펜더 블레이드와 터보 임펠러의 블레이드 사이에 이물이 낀 경우 바이패스 장치를 작동하여 이물을 제거할 수 있다. 아울러 각각의 펜더 블레이드에 구비된 압력 센서로부터 검출된 정보를 통해 중앙 운영 시스템은 터보 임펠러에 작용하는 풍압의 크기와 특성을 추정할 수 있고, 중심축의 회전속도를 연산할 수 있고, 발전장치 시스템에서 유도되는 전기에너지의 품질과 양을 산정할 수 있다.

 

또한, 퍼텐셜 에너지 저장·재생 장치의 각 중량물의 위치를 감지하는 위치 센서가 구비되어 있다. 중앙 운영 시스템의 중앙처리장치는 위치 센서에서 검출된 정보를 분석하여 각 중량물의 에너지 저장·재생 용량을 산정할 수 있다.

 

중앙 운영 시스템의 중앙처리장치는 감지·감시 장치들이 검출하는 정보를 비교 분석하여 개별 장치의 운전과, 장치들의 유기적인 운전과, 전력계통의 연계를 효과적으로 수행할 수 있다. Archista는 원격 자동 운전 관리 네트워크에 동원되어 최적 발전운전과 안전 운전이 이루어질 수 있다.

 

중앙 운영 시스템의 컨트롤 패널에 중심축의 정격회전속도(또는 제1발전기의 규정 주파수)가 설정된다. 플라이휠 중심축의 회전속도는 바람의 풍속에 따라 터보 임펠러의 블레이드에 작용하는 풍압의 크기에 의해 결정됨으로 플라이휠 중심축의 정격회전속도를 너무 빠르게 설정하는 것은 실효성에 문제가 있다. 플라이휠의 회전속도가 빠르면 설계풍속보다 빠른 풍속에서만 정상 운전이 가능함으로 운전기간이 제한되고, 따라서 설계풍속에서는 정상적인 운전이 이루어지지 않기 때문이다. 그럼으로 자연 바람의 풍압이 작용하여 회전하는 플라이휠 중심축의 평균적인 속도를 고려하여 회전속도가 규정되고 제1발전기축의 회전자 극수와 제2/전동기의 극수와 변속기어장치의 비율이 결정된다.

 

▲ 감지 센서 및 감시 장치 배치도     © 특허뉴스

 

 

 

 

 ◉ 개별 장치 운전 관리 제어 프로그램

 

감지 센서 및 관리 장치 제어 프로그램과 전력계통 운영 프로그램으로부터 제공되는 정보를 종합적으로 분석한 중앙 운영 시스템의 명령에 따라 개별 장치 운전 관리 제어 프로그램은 풍력 획득 장치의 바이패스 장치를 제어하고, 동력 전환 전달 장치의 제동 장치를 제어하고, 발전장치 시스템의 제1발전기 자기작용 조정 장치를 제어하고 제2/전동기 자기작용 조정 장치를 제어하며, 에너지 저장 재생 시스템의 축전 장치를 제어하고 전력변환장치를 제어하며, 축기 장치를 제어하고, 축수 장치를 제어하고, 퍼텐셜 에너지 저장 재생 장치를 운전 관리 제어한다.

 

보다 상세하게는, 먼저, 풍력 발전 장치에서 터보 임펠러에 작용하는 풍압의 세기를 조정하기 위한 방식으로 바이패스 장치가 있다. 중앙 운영 시스템은 풍력 획득 장치의 운전 제어부에 명령하여 펜더 블레이드의 개폐를 조정할 수 있다. 펜더 블레이드에 구비된 압력 센서에서 일정한 압력 이상이 검출되면, 중앙 운영 시스템은 풍력 획득 장치의 운전 제어부에 명령하여 해당 펜더 블레이드의 배면에 설치된 서보 모터의 작동으로 펜더 블레이드가 개방된다.

 

이어서, 동력 전환·전달 장치에서 중심축의 회전속도를 늦추거나 정지 상태로 유지시키기 위한 방식으로 브레이크 장치와 래칫기어가 있다. 중앙 운영 시스템은 동력 전환·전달 장치의 운전 제어부에 명령하여 브레이크 장치와 래칫기어를 조정할 수 있다. Archista의 동력 전환·전달 장치에 장착된 브레이크 장치는 유지보수와 점검을 위한 특별한 경우를 제외하고는 거의 사용되지 않는다.

 

이어서, 발전장치 시스템이 동력 전환·전달 장치의 기계회전에너지를 생산적으로 제어할 수 있다. 중앙 운영 시스템이 중심축의 회전속도를 규정함으로써, 중심축이 정격회전속도를 유지할 수 있도록 중앙 운영 시스템의 명령에 따라 발전장치 시스템의 운전 제어부는 제2/전동기의 서보 모터와 제1발전기의 서보 모터를 작동하여 전기자를 이동시킴으로써 자기작용이 조정되어 제2/전동기와 제1발전기에서 각각 유기기전력이 발생되고 동시에 유기기전력의 크기에 비례하는 역기전력이 제1발전기축을 통해 중심축의 회전방향에 반대되는 방향으로 작용하여 중심축이 규정 회전속도를 유지할 수 있게 된다.

 

한편 제1발전기는 기계회전에너지를 전기에너지로 변환하는 발전기로서 역할만을 담당하는 것과 달리 제2/전동기는 제1발전기축으로부터 전달받은 회전에너지를 전기에너지로 변환하는 발전기로서 역할을 하거나, 이와 반대로 축기 장치에 저장된 전기에너지를 회전에너지로 변환하여 이를 제1발전기축에 제공하는 전동기로서 역할을 겸한다. 2/전동기는 중심축의 회전속도를 설정 속도로 유지시킬 수 있음으로 Archista의 발전운전에서 가장 중요한 제어 수단이다.

 

이어서, 에너지 저장·재생 시스템은 발전장치 시스템을 생산적으로 제어할 수 있다. 2/전동기에서 유도되는 전기에너지는 주로 축전 장치의 배터리에 저장됨으로 축전 장치는 부하기로서 제어를 한다. 또한 발전장치 시스템에서 생산되는 전기에너지 중 전력계통의 송전 제한으로 발생된 잉여 전력은 에너지 저장·재생 시스템의 축전 장치, 축기 장치, 축수 장치, 퍼텐셜 에너지 저장·재생 장치에 저장됨으로 에너지 저장·재생 시스템은 발전장치 시스템의 부하기로 역할을 한다. 물론 에너지 저장·재생 시스템의 축기 장치에 저장된 에너지는 풍력 획득 장치의 작용 풍압을 증강시키는데 활용될 수 있고, 축전 장치에 저장된 에너지는 동력 전환·전달 장치의 회전력을 높이는데 활용될 수 있고, 퍼텐셜 에너지 저장·재생 장치에 저장된 에너지는 발전장치 시스템의 전압을 높이는데 활용될 수 있다.

 

▲ 개별 장치별 제어 방식     © 특허뉴스

    

통합 장치 운전 관리 제어 프로그램

 

중앙 운영 시스템의 통합 장치 운전 관리 제어 프로그램은 Archista를 일체로 구성하는 장치와 시스템의 상호 작용으로 발전운전의 향상과 안전 운전을 실행한다.

Archista가 최적의 운전 관리를 수행할 수 있도록 중앙 운영 시스템의 통합 장치 운전 관리 제어 프로그램이 실행하는 레지스터들(registers)은 아래와 같다. 참고로 Archista의 발전운전과 운영과정에서 얻어진 정보와 그 처리 결과를 재분석하여 더욱 다양하고 구체적인 레지스터들이 중앙 운영 시스템의 데이터베이스에 생성된다. Archista 운전에서 다양한 레지스터들에 대해 설명됨으로 여기에서는 통합 장치 운전 관리 제어 프로그램에서 실행하는 기본적인 레지스터들에 대해 언급한다.

 

Archista가 기동운전을 실시하는 레지스터는 다음과 같다. Archista의 기동운전이 신속하고 원활하게 정격발전운전에 진입할 수 있도록 중앙 운영 시스템은 에너지 저장·재생 시스템의 운전 제어부에 명령하여 축전 장치의 배터리에 저장된 에너지를 제2/전동기를 통해 회전에너지로 재생시켜 제1발전기축에 전달되어 회전력이 증강되고, 축기 장치의 공기탱크에 저장된 압축공기가 터보 임펠러의 블레이드에 분사시켜 작용 풍압이 증강되도록 한다.

 

2.5이하의 풍속이 지속되는 상태에서 운전은 다음과 같다. 통합 장치 운전 관리 제어 프로그램은 발전장치 시스템의 운전 제어부에 명령하여 제2/전동기에서 전기에너지가 유도되도록 한다. 이때 제2/전동기에서 유도된 전기에너지는 인버터를 통해 직류 전기로 변환된 후 축전 장치의 배터리에 저장된다.

한편, 레지스터-2.1는 다음과 같다.

 

중앙 운영 시스템은 에너지 저장·재생 시스템의 운전 제어부에 명령하여 축전 장치의 배터리에 저장된 에너지를 방전하여 제2/전동기를 통해 회전에너지로 재생하고 이를 변속 기어 장치를 통해 저속도 고 토크로 가공하여 제1발전기축에 제공함으로써 제1발전기축이 정격 회전속도에 진입하게 되고, 1발전기에서 자기작용을 조정하여 규정 주파수의 전기에너지가 유도되도록 한다.

 

또한, 중앙 운영 시스템은 에너지 저장·재생 시스템의 운전 제어부에 명령하여 축기 장치의 제어부에 명령하여 공기탱크에 저장된 압축공기를 터보 임펠러의 블레이드에 분사시켜 터보 임펠러에 작용 풍압이 증대되도록 함으로써 제1발전기에서 자기작용을 조정하여 규정 주파수의 전기에너지가 유도되도록 한다.

 

중앙 운영 시스템은 감지 센서 및 관리 장치 제어 프로그램으로부터 보고되는 검출 정보를 종합적으로 분석하여 제2/전동기가 전동기로서 운전을 지속하는 레지스터-2.1을 지속하거나, 2/전동기에 투입하는 전기에너지를 차단시키고, 축기 장치의 공기탱크에 저장된 압축공기의 분사를 중지시킴으로써 레지스터-2로 복귀되도록 한다.

 

2.5이상의 풍속이 지속되는 레지스터-3은 다음과 같다. 중앙 운영 시스템은 제2/전동기가 발전기로서 자기작용을 조정하면서 규정 주파수의 전기에너지를 유도한다. 이때 유도되는 전기에너지는 에너지 저장·재생 시스템의 장치들에 저장되도록 한다.

 

3.5이상의 50까지 풍속 범위에서 레지스터-4는 다음과 같다. 중심축으로부터 제공되는 회전에너지의 변동에 대응하여 제1발전기는 자기작용을 조정하여 변동을 전압으로 가변하면서 규정 주파수의 전기에너지를 유도한다. 이때 제2/전동기는 발전기로서 최소에서 최대까지 자기작용을 조정하여 제1발전기의 자기작용 조정을 간편하게 실행되도록 돕는다. 즉 제2/전동기의 자기작용 조정이 우선 실행하여 최소 또는 최대에 이르게 되면 이를 제1발전기에 전가함으로 제1발전기의 자기작용 조정이 단계적으로 이루어질 수 있다. (고 중량 플라이휠의 원심관성력이 발휘됨으로 중심축의 회전속도가 빠르게 달라지지 않고, 2/전동기는 발전기로서 최소에서 최대까지 자기작용을 조정하여 제1발전기의 자기작용 조정을 간편하게 실행되도록 돕는다. 즉 제2/전동기의 자기작용 조정이 우선 실행하여 최소 또는 최대에 이르게 되면 이를 제1발전기에 전가함으로 제1발전기의 자기작용 조정이 빈발하게 이루어질 필요가 없다.)

 

획득 풍력에 비해 더 큰 전력을 생산하기 위한 레지스터-5는 다음과 같다. 중앙 운영 시스템은 에너지 저장·재생 시스템의 축전 장치에 저장된 에너지를 사용하여 제2/전동기에서 재생되는 회전력을 제1발전기축에 제공하고, 축기 장치에 저장된 압축공기를 터보 임펠러의 블레이드에 분사시켜 작용 풍압을 높게 하여 제1발전기에서 더 많은 전기에너지가 유도되도록 하고, 퍼텐셜 에너지 저장·재생 장치에 보존된 에너지를 전기에너지로 재생한다.

 

50이상의 풍속에서 레지스터-6는 다음과 같다. 중앙 운영 시스템은 중심축으로부터 제공되는 회전에너지를 제2/전동기와 제1발전기는 자기작용범위를 거의 최대로 조정하여 규정 주파수의 전기에너지를 최대 발전용량 가까이를 유도할 수 있도록 바이패스 장치를 작동하여 풍력 획득 장치에 작용하는 풍압의 세기를 제어한다. (Archista의 발전운전에 한계풍속은 적용되지 않는다.)

 

유지 보수와 점검 또는 비상 상황에서 Archista의 발전운전을 중단시키는 레지스터-7은 다음과 같다. 중앙 운영 시스템은 바이패스 장치를 작동하여 펜더 블레이드가 최대로 개방되도록 하고, 2/전동기의 자기작용범위가 최대가 되도록 하여 플라이휠의 원심관성력이 빠르게 소진되도록 한다. 중심축이 완전히 정지된 상태를 속도 센서를 통해 점검한 다음 브레이크 장치를 작동하고 래칫 기어로 잠금을 실행한다. (모든 바이패스 장치를 작동하여 펜더 블레이드들이 완전 개방시키게 되면 터보 임펠러의 블레이드에 작용하는 풍압의 90%이상이 감소하게 된다.)

 

Archista의 운전 중단을 해제하는 레지스터-8은 다음과 같다. 중앙 운영 시스템은 래칫 기어로 잠금을 푼 다음 브레이크 장치를 이완시키고, 바이패스 장치를 작동하여 펜더 블레이드가 닫히도록 하고, 레지스터-1로 기동운전을 실행한다.

 

터보 임펠러의 블레이드와 펜더 블레이드 사이에 낀 이물을 제거하는 레지스터-9는 다음과 같다. 펜더 블레이드에 구비된 압력 센서 및 감시 장치에서 검출된 정보를 분석하여 이를 확인한 중앙 운영 시스템은 해당 펜더 블레이드의 바이패스 장치를 작동하여 펜더 블레이드의 개방한다. 필요 시 축기 장치와 동기화하여 터보 임펠러 블레이드 내부에 압축 공기를 분사시키는 레지스터-9.1이 동시에 실행될 수 있다. 한편, 축수 장치에 저장된 물을 분사시켜 세척을 하는 레지스터-9.2가 동시에 실행될 수 있다.

 

전력계통 운영 관리 제어 프로그램

 

단기 Archista의 중앙 운영 시스템은 일반적으로 Archista 단지의 종합 운영 시스템에 연계되어 진다.

전력계통 운영 관리 제어 프로그램은 전력검출정보를 실시간 중앙 운영 시스템에 보고하고 Archista의 중앙 운영 시스템의 중앙처리장치는 이를 분석하여 통합 장치 운전 관리 제어 프로그램에 명령하여 발전운전과 에너지 저장·재생 시스템을 운용한다.

 

Archista의 중앙 운영 시스템은 발전운전으로 생산한 전력을 연계된 전력계통에 송전한다. 전력계통의 운영자가 결정하는 전력량을 송전하고 남는 전력은 에너지 저장·재생 시스템에 저장하고, 발전운전에서 생산하는 전력량이 전력계통의 운영자가 결정하는 전력량에 미달할 경우 에너지 저장·재생 시스템에 저장된 에너지를 재생하여 부족한 전력량을 충당하여 송전한다.

 

단기 Archista의 중앙 운영 시스템의 전력계통 운영 관리 제어 프로그램은 실시간 전력수요량과 공급량과 예비 전력량 실시간 파악하여 Archista 단지의 종합 운영 시스템에 보고한다. 이에 Archista 단지의 종합 운영 시스템은 단지를 구성하는 각각의 Archista의 에너지 저장·재생 시스템의 저장 및 재생 용량을 파악하고 분석하고 Archista 단지의 모든 에너지 저장·재생 시스템의 전체 또는 일부를 선정하여 에너지 저장 또는 재생이 실시되도록 명령하고 관리할 수 있다. 하지만, 각각의 Archista는 발전운전과 에너지 저장·재생을 자율적으로 실행할 수 있는 우선권이 주어져 있다.

 

Archista는 확장된 에너지 저장·재생 시스템을 가동함으로써 전력계통의 전력수급이 균등화되도록 기여한다.

Archista가 생산하는 전력량 중 전력계통과 연계에서 송전의 제한으로 발생하는 잉여 전력의 부하로서 축기 장치, 축수 장치 또는 퍼텐셜 에너지 저장·재생 장치가 활용된다. 즉 연계된 전력계통에서 잉여 전력이 발생 시 에너지 저장·재생 시스템에 저장된다. 또한 결여 전력이 발생 시, Archista의 중앙 운영 시스템은 전력계통 운영 프로그램으로부터 보고된 정보를 분석하여 에너지 저장·재생 시스템의 축전 장치와 축기 장치와 퍼텐셜 에너지 저장·재생 장치에 저장된 에너지를 즉각 재생하여 전력계통에 송전함으로 결여 전력으로 인한 전력 수급의 불균등화와 블랙 다운의 발생을 막을 수 있다.

 

Archista 단지를 운영 관리하고 전력계통과 연계를 실행하거나, 자립형 전력수급체계를 실행하는 Archista 최소 단위는 분대(squad)이다. 단기 Archista의 중앙 운영 시스템은 Archista 단지(complex)의 종합 운영 시스템의 하위에 위치하며, Archista 단지의 종합 운영 시스템 역시 Archista 광역 (broadband) 운영 시스템의 하위에 위치하며, Archista 광역 (broadband) 운영 시스템은 Archista 클러스터(cluster) 운영 시스템의 하위에 위치한다.

 

▲ Archista 운영 시스템 조직도     © 특허뉴스

 

Archista 중앙 운영 시스템 특징, 장점, 효과

 

Archista 중앙 운영 시스템은 Archista를 일체로 구성하는 풍력 획득 장치와 동력 전환·전달 장치와 발전장치 시스템과 에너지 저장·재생 시스템의 개별 운전 관리 제어는 중앙 운영 시스템의 통합 장치 운전 관리 제어 프로그램에 의해 유기적인 운전 관리가 활성화되어 운전 상태를 최적화 하고, 운전 시간을 확대하고, 생산 전력의 품질을 향상하고, 안전 운전을 실시하고, 전력계통과의 연계에 능동적으로 대응하고, 원격 자동 운전을 가능하게 하는 등의 탁월한 효과를 얻을 수가 있다.

 

자연 바람의 운동에너지를 측정하고 획득 풍력을 산정할 수 있으며 이를 기계에너지로 전환하는 효율성과 기계회전에너지양을 정확하게 계산하여 동력 전환·전달 장치의 작동 상태를 정밀하게 진단할 수 있다. 발전장치의 자기작용 조정이 정밀하게 제어되어 규정 주파수의 전기에너지가 유도되고 에너지 저장·재생 장치를 제어하여 사용에 적합한 전압의 전기에너지를 바로 전기수요처와 전력계통에 송전할 수 있다. 또한 잉여 전력을 에너지 저장·재생 시스템의 장치들에 저장하고 재생하며 부하차단 및 부하탈락 등을 실행하는 제어가 즉시 이루어져 전력사고가 방지될 수 있다.

 

배전 계통에 연계되던 소규모 풍력 발전 단지와 달리 Archista는 전력수급의 자주성을 행사할 수 있는 운전 제어를 할 수 있음으로 기저 전력계통의 운영자에 대해 동등한 위치에서 공조할 수 있다. 단기 Archista만으로도 소규모 에너지 뱅크가 구축됨으로 이를 기반으로 중·소 용량의 자립형 전력수급체계를 안정적으로 운영할 수 있다.

 

Archista 중앙 운영 시스템

 

이어서, 효율적인 운전과 관리 그리고 자동 원격 조정을 실행하는 Archista 중앙 운영 시스템은 상기 타워-1F의 운전상황실에 설치되는 중앙처리장치(CPU), 기억장치(RAM), 서버(server) 그리고 컨트롤 패널(control panel)로 구성된 컴퓨터에는 기본 레지스터들이 입력되어 자동 운전과 원격 관리가 실행된다.

      

속도·위치 센서, 압력 센서, CCTV, 등을 관리하는 감지·감시 센서 관리 제어 프로그램 그리고 상기 풍력 획득 장치의 상기 바이패스 장치 운전 제어, 상기 동력 전환·전달 장치의 상기 제동 장치[450] 운전 제어, 상기 발전장치 시스템의 상기 제2/전동기의 상기 클러치 운전 제어와 상기 제2/전동기의 발전기 또는 전동기로서 운전 제어, 상기 제2/전동기의 상기 운전 제어, 상기 제1발전동기의 상기 운전 제어], 상기 에너지 저장·재생 시스템의 상기 축전 장치 운전 제어, 상기 축기 장치 운전 제어, 상기 축수 장치 운전 제어, 상기 퍼텐셜 에너지 저장·재생 장치 운전 제어부 그리고 상기 풍력 획득 장치와 상기 동력 전환·전달 장치와 상기 발전장치 시스템와 상기 에너지 저장·재생 시스템과의 상호 유기적인 운전 관리를 위한 통합 운전 관리 프로그램 그리고 Archista를 기반으로 구축된 자립형 전력수급체계의 종합 전력 운영 시스템과의 연계 또는 여타의 발전시설에 기반을 둔 전력계통과의 연계를 위한 전력 계통 운영 프로그램으로 이루어진다.

 

 

 

 

다음편은...

[단독/집중기획] 에너지 패권을 장악할 재생에너지’... Archista 운영 및 적용

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