[미국] 재생에너지원으로부터 생산되는 에너지 개선 위한 특허
풍력발전기와 같은 재생에너지원은 전력망으로부터 전기를 확보하는 과정을 더 잘 통제함으로써 신뢰성과 효율성을 증가시킬 수 있다는 연구가 앨라배마 대학(University of Alabama.) 전기 및 컴퓨터 공학 부교수인 Shuhui Li 박사에 의해 미국 특허를 통해 알려졌다.
전기공학과 학장이자 교수인 Tim Haskew 박사의 도움으로, Li 박사는 전기를 전력분배를 위해 유용한 형태로 전환하는 과정에서 종종 풍력터빈이 전력망으로 전기를 보내는 것을 중단해야 한다는 발견하였다. 11월 미국에서 특허를 획득한 방법은, 터빈의 전력전자 장치에 사용되는 프로그램 알고리즘을 이용해 전기전환을 더 잘 통제할 수 있음을 밝혔다.
Li에 따르면, 각각의 기법을 통제하기 위해 서로 다른 두 개의 통제작업이 필요하다고 한다. 본 특허 및 심사 중인 두 건의 특허는 재생에너지원으로부터의 에너지 생산을 향상시키고 집적된 재생에너지 및 전기설비 시스템의 효율성, 신뢰성, 안정성 및 전력의 질을 향상시키기 위한 Li의 노력의 결과이다. 전기에너지 소비자를 위해, Li는 전력의 질을 향상시키고 소비자의 요구사항을 만족시키기 위해 중단되지 않는 에너지공급을 유도하며, 에너지 소비자로 하여금 덜 비싸고 더욱 신뢰할 수 있는 에너지를 재생에너지원으로부터 사용할 수 있기를 기대하고 있다.
풍력 혹은 태양에너지와 같은 재생에너지는, 석탄 혹은 천연가스와 같은 화석연료의 일정한 연소를 통해 가동되는 전기발전기와는 달리 다양한 속도로 전기를 생산해 낸다. 생산된 풍력에너지는 교류(alternating current, AC) 전기로, 교류는 전력망에 전력을 송부하기 위해 사용되는 전기의 형태이다. 그러나 예를 들어 풍력 터빈의 경우 배전(power distribution)에 필요한 정확한 형태로 교류전기를 생산하는 것은 거의 불가능하다.
적절한 주파수의 교류전기를 얻기 위해서, 발전기는 교류전기를 직류(direct current)로 변환하며 전력망에서 배전을 위해 필요한 주파수에 맞춰 다시 교류로 전환하게 된다. 그러나 문제는 이런 전환작업과 관련된 통제 작업이다. 풍력 터빈과 같은 시스템에서 요동이 나타나게 되면, 발전기는 생산이 재개될 때까지 정지된다. 이 때문에 전력망으로의 전기의 흐름이 중단되게 된다.
만약 풍력 터빈 및 다른 재생에너지 시스템이 미래에 전기생산에 기여하는 비중이 증가하게 되면, 좀 더 신뢰할 수 있고 더 높은 전력의 질을 확보하는 방안을 가질 필요가 있다. 특허를 획득한 본 기술은 풍력터빈에서 생산되는 에너지를 향상시키고 전력망으로의 전기송부를 더 효율적이고 신뢰성을 확보할 수 있도록 해 줄 것이다.
[원문보기]
Patent for enhancing energy generation from renewable resources
(Nanowerk News) Renewable energy sources such as wind-powered generators can be more reliable and efficient by better controlling the process of getting electricity onto the power grid, according to a United States patent based on research by Dr. Shuhui Li, associate professor of electrical and computer engineering at The University of Alabama.
Li, with assistance from Dr. Tim Haskew, professor and head of the electrical engineering department, found in their research that wind turbines often stop sending electricity to the grid because of competing processes in converting electricity into a form usable for power distribution. The patent, granted in November to UA, claims an algorithm that when programmed into the turbine’s power electronics better controls the electric conversion.
Dr. Shuhui Li, left, and graduate student Ishan Jaithwa Dr.Shuhui
Li, left, associate professor of electrical and computer engineering
at The University of Alabama, and graduate student Ishan Jaithwa
examine equipment in Li’s laboratory.
“There are two different control tasks that fight to control each other’s method,” Li said. “When you compete, it’s dangerous, and sometimes you compete wrong.”
The patent and two other pending patents are part of Li’s efforts to enhance energy generation from renewable resources and improve the efficiency, reliability, stability and power quality of integrated renewable and electric utility systems.
For electric energy consumers, Li hopes to improve the power quality and uninterrupted energy supply to meet customers’ needs and increase incentives for energy consumers to use less expensive, more reliable energy from renewable resources and electric vehicles. Renewable energy such as wind or solar power produce electricity at varied rates, unlike electric generators powered by the consistent burning of fossil fuels such as coal or natural gas.
The wind energy produced is alternating current, or AC, electricity, which is the form of electricity used to deliver power across the grid. However, it is near impossible for a wind turbine, for example, to produce AC electricity at the correct frequency needed for distribution.
To get the AC electricity at the right frequency, the generator converts it to direct current, or DC, power that can then be converted again into AC at a frequency needed for distribution on the power grid. The problem, though, is the active and reactive power control tasks of the conversion fight with each other, messing with the other’s process, Li’s research has shown. When the fluctuation or oscillation appears in the system – as can happen with wind turbines – the generator could trip off until production ramped back up.
This would interrupt the flow of electricity onto the grid, Li said. If wind turbines and other renewable energy systems are to make up more of electricity production in the future, they need to be more reliable and with higher power quality, Li said. The technology behind the patent improves the energy coming from the wind turbine and makes it a more reliable and efficient contributor to the power grid.
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