KR101242064B1 - Apparatus for Reducing Drag of Offshore Wind Power System - Google Patents

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Abstract

본 발명은 해상 풍력발전 시스템의 항력 저감장치에 관한 것으로, 복수의 회전날개(2)가 축 결합된 풍력터빈(3)이 설치된 타워(4)를 지지하고 수중과 해수면을 걸쳐 설치되는 원통형 지지구조물(6)의 외주면에 중공의 내륜(13)이 고정 결합되어 장착된 베어링(12); 및 상기 베어링 외륜(14)의 외주연에 결합되는 유선형 외벽(16);을 포함하고, 상기 지지구조물(6)과 베어링으로 결합된 유선형 외벽(16)은 바람, 조류 또는 파랑에 의하여 항력이 최소가 되는 방향으로 자유롭게 회전하도록 한 것이다. 본 발명은 지지구조물에 회전이 가능한 유선형 외벽의 설치로 지지구조물과 타워에 작용하는 바람이나 조류 또는 파랑에 의한 항력을 최소화할 수 있어 해상 풍력발전 시스템의 안정성을 제고하고, 지지구조물의 소요 단면적을 대폭 축소할 수 있어 제작비용을 절감할 수 있으며, 지지구조물에 부력이 형성되어 유효 자중을 상쇄시키고 지지구조물의 파손에 따른 보수와 이물질의 부착이나 고착을 최소화하여 유지보수 및 관리비용을 절감한 것이다.The present invention relates to a drag reduction device of an offshore wind power generation system, and supports a tower (4) provided with a wind turbine (3) having a plurality of rotary blades (2) coupled to the shaft and a cylindrical support structure that is installed across the water and sea surface A bearing 12 having a hollow inner ring 13 fixedly mounted to an outer circumferential surface of the 6; And a streamlined outer wall 16 coupled to the outer circumference of the bearing outer ring 14, wherein the streamlined outer wall 16 coupled to the support structure 6 with the bearing has minimal drag due to wind, tidal current, or blue wave. It is to rotate freely in the direction to be. The present invention can minimize the drag caused by wind, birds or waves acting on the support structure and the tower by the installation of a streamlined outer wall that can rotate on the support structure to improve the stability of the offshore wind power system, the required cross-sectional area of the support structure It can greatly reduce the manufacturing cost, and buoyancy is formed on the supporting structure to offset the effective self-weight, and the maintenance and management cost is reduced by minimizing the repair and the attachment or seizure of foreign substances due to the damage of the supporting structure. .

Description

해상 풍력발전 시스템의 항력 저감장치{Apparatus for Reducing Drag of Offshore Wind Power System}Drag reduction device for offshore wind power generation system {Apparatus for Reducing Drag of Offshore Wind Power System}

본 발명은 해상에서 설치되어 풍력으로 발전하는 시스템의 항력을 저감시키기 위한 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수의 회전날개가 축 결합된 풍력터빈을 지지하고 수중과 해수면 위에 설치되는 지지구조물의 항력을 최소화시키기 위한 항력 저감장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a device for reducing the drag of a system that is installed at sea to generate wind power, and more particularly, the drag of a support structure that supports a wind turbine coupled to a plurality of rotary blades is installed on the water and sea surface It relates to a drag reduction device to minimize the.

일반적으로 풍력발전(Wind Power)은 바람에너지를 풍력터빈(Wind Turbine) 등의 장치를 이용하여 기계적 에너지로 변환시키고, 이 에너지를 이용하여 발전기를 돌려 전기를 생산하는 것이다. 풍력발전기는 이론상으로는 바람에너지의 최대 59.3%까지 전기에너지로 변환시킬 수 있지만, 현실적으로 날개의 형상, 기계적 마찰, 발전기의 효율 등에 따른 손실요인이 존재하기 때문에 실용상의 효율은 20-40% 수준에 머물고 있다.In general, wind power converts wind energy into mechanical energy using a device such as a wind turbine, and uses this energy to generate electricity by turning a generator. The wind power generator can theoretically convert up to 59.3% of wind energy into electrical energy, but in reality, there are losses due to the shape of the blade, mechanical friction, and the efficiency of the generator. have.

풍력은 재생에너지(Renewable Energy)의 일종으로 자원이 풍부하고, 끊임없이 재생되며, 광범위한 지역에 분포되어 있고, 깨끗하며, 또한 운전 중 온실가스의 배출이 없다는 점에서 화석에너지의 고갈 시를 대비한 유망한 대체 에너지원으로서 각광받는 에너지이다. 또한 풍력발전은 태양계의 자연에너지인 바람을 이용하여 발전하기 때문에 바람이 불 때에는 수요에 관계없이 반드시 전력을 생산한다는 점에서 계통운용 측면에서는 분산전원으로 분류된다.Wind is a renewable energy that is promising for fossil energy depletion because it is rich in resources, constantly renewable, distributed in a wide range of areas, clean and free of greenhouse gas emissions during operation. It is an energy source as an alternative energy source. In addition, since wind power is generated by using wind, which is the natural energy of the solar system, it is classified as a distributed power source in terms of system operation in that it generates power regardless of demand.

풍력발전기(Wind Turbine Generator, WTG)시스템은 주요 부품들로 구성된 기계시스템, 전기 시스템, 그리고 풍력발전기를 제어하는 제어시스템으로 나눌 수 있다. 또 한편으로는 날개를 포함한 허브 시스템과 각종 기계, 전기, 제어장치를 탑재시킨 나셀(Nacelle), 그리고 이들 상부 중량물을 지상으로부터 받쳐주는 타워시스템으로도 구분할 수도 있다.Wind Turbine Generator (WTG) systems can be divided into mechanical systems consisting of major components, electrical systems, and control systems that control wind turbines. On the other hand, it can be divided into a hub system including wings, a nacelle equipped with various mechanical, electrical and control devices, and a tower system supporting these upper weights from the ground.

또한, 풍력발전기의 종류는 회전축 방향에 의한 분류, 증속기 유무에 의한 분류, 공기역학적방식에 의한 분류, 운전속도에 의한 분류, 출력제어방식에 의한 분류, 계통연계 여부에 의한 분류 및 설치 장소에 의한 분류 등으로 나눌 수 있다.In addition, the type of wind power generator is classified according to the direction of rotation axis, classification with or without the speed increaser, classification by aerodynamic method, classification by operating speed, classification by output control method, classification by grid connection and installation place. By classification.

상기 풍력발전기의 설치 장소에 따른 분류로 육상(Onshore type) 풍력발전과 해상(Offshore type) 풍력발전으로 나누어진다. 특히 해상 풍력발전은 물속이나 물위에 풍력발전단지를 건설하여 바람에 의한 전력생산을 하는 것으로, 해상(Offshore)이라는 개념은 해양산업에서 통상적으로 사용하는 바다만을 의미하는 것이 아니기 때문에 해상 풍력발전에는 호수, 협강, 폐쇄된 해안 지역 등 내륙(Inshore)에 속하는 지역의 풍력발전도 포함된다. 해상 풍력발전은 전통적인 바닥고정(Fixed bottom)식 풍력발전기술은 물론, 물이 깊은 곳에서는 부유식 풍력터빈(Floating wind turbine) 기술도 사용된다. 또한 해상풍력은 넓은 부지 확보가 가능하고 민원이 적어 풍력단지의 대형화가 가능하며, 바람의 품질이나 풍속이 양호하여 풍력발전기의 안전성과 효율성 측면에서도 유리할 뿐 아니라, 설비의 대형화 추세에도 적합하다는 장점이 있다. 반면, 육상풍력에 비하여 경제성이 낮고, 설치와 운전. 유지에 어려움이 있으며, 계통연계가 어렵다는 등의 단점이 있다.The wind turbine is classified into on-site wind turbines and onshore wind turbines and offshore wind turbines. In particular, offshore wind power is used to produce wind power by constructing wind farms in or on the water. Offshore concept does not mean only oceans commonly used in the marine industry. This includes wind power in inshore areas, such as narrow rivers, narrow rivers and closed coastal areas. Offshore wind power uses traditional fixed bottom wind power technology as well as floating wind turbine technology in deep water. In addition, the offshore wind power can secure large sites and small civil complaints, which makes it possible to increase the size of wind farms. The wind quality and wind speed are good, which is advantageous in terms of safety and efficiency of wind power generators. have. On the other hand, it is less economical than onshore wind, and it is installed and operated. Difficulty in maintaining and difficulty in system linkage.

종래에 해상 풍력발전에서 바닥고정(Fixed bottom)식의 경우에는 육지로부터 상대적으로 얕은 깊이의 근해에 설치되는 것으로, 풍력발전기는 수중에 침수되는 지지구조물인 기초부, 수면 위에 설치되는 타워, 풍력에너지를 전기에너지로 변환하는 풍력터빈과, 풍력터빈을 회전시키는 날개 중에서 기초부는 복수의 철 구조물을 일체로 조립하여 설치하는 철골식이거나 단일의 금속파이프나 콘크리트 구조물 등을 설치하는 모노파일식이 있다. 또한, 해상 풍력발전에서 부유(Floating)식은 물이 깊은 곳에 설치되는 것으로, 지지구조물인 기초부가 바닥에 고정되지 않고 물에 떠 있는 구조이다.In the case of conventional fixed bottom type in offshore wind power generation, it is installed in the water of relatively shallow depth from the land, and the wind power generator is the foundation which is submerged in water, the tower installed on the water surface, wind energy The wind turbine for converting the electric energy into a wind turbine, and among the wings for rotating the wind turbine, the base portion is a steel frame or a mono pile type to install a single metal pipe or concrete structure, such as installing a plurality of steel structures integrally installed. In addition, in the offshore wind power generation (floating) is installed in the deep water, the base structure, which is a support structure is a structure that is floating in the water without being fixed to the floor.

종래에 해상 풍력발전 시스템에서 기초부에 해당하는 지지구조물은 바닥고정식이든 부유식이든 물속에 잠겨 있어 바람이나 조류 또는 파랑에 의한 저항, 즉 항력이 발생된다. 지지구조물에 작용하는 항력(抗力, drag)은 물체가 유체 내에서 운동할 때 받는 저항력을 말하며 유체저항이라고도 한다. 항력은 물체가 유체 내에서 운동하거나 흐르는 유체 내에 물체가 정지해 있을 때 유체에 의해서 운동에 방해되는 힘을 받는다. 유체에 대한 물체의 상대속도, 즉 유체의 흐름을 따라 움직이는 관찰자가 본 물체의 속도의 반대방향으로 항력이 작용하는 것이다. 이러한 항력에 의하여 해상 풍력발전 시스템의 지지구조물은 자체 중량 및 직경에 따라 크랙이나 휨이 발생되거나 또는 심한 경우에는 절단 등의 파손이 발생된다. 더욱이 지지구조물에는 물에 부유하는 각종 이물질이 걸려 부하로 작용하거나 해양 생물이 고착되는 등 해상에 설치된 풍력발전 시스템의 특성상 지지구조물의 유지보수 및 관리의 어려움과 비용이 증가하는 문제가 있었다.
In the conventional offshore wind power generation system, the support structure corresponding to the foundation is submerged in water, whether fixed or floating, so that resistance from wind, tide, or waves, that is, drag, is generated. Drag, which acts on the supporting structure, refers to the resistance that an object receives when it moves in a fluid, also called fluid resistance. Drag is subjected to forces that are impeded by the fluid when the object moves in the fluid or when the object is stationary in the flowing fluid. The force acts in the opposite direction of the object's velocity relative to the object, ie the observer moving along the flow of the fluid. Due to this drag, the supporting structure of the offshore wind power generation system is cracked or warped according to its own weight and diameter, or in severe cases, breakage such as cutting. In addition, the support structure has a problem that the maintenance and management of the support structure is difficult and cost increases due to the characteristics of the wind power generation system installed on the sea, such as the load of various foreign substances floating in the water acts as a load or the marine life is fixed.

본 발명은 상기 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 해상 풍력발전 시스템의 지지구조물에 회전이 가능한 유선형 외벽을 설치하여 지지구조물과 타워에 작용하는 바람이나 조류 또는 파랑에 의한 항력을 최소화할 수 있도록 하기 위한 것이 목적이다.The present invention is to solve the above problems, to install a streamlined outer wall rotatable on the support structure of the offshore wind power system to minimize the drag due to wind or tidal current or wave acting on the support structure and the tower. Purpose.

또한, 본 발명은 지지구조물에 회전이 가능한 유선형 외벽을 설치하여 지지구조물의 소요 단면을 대폭 축소할 수 있도록 하기 위한 것이 다른 목적이다.In addition, another object of the present invention is to install a streamlined outer wall rotatable on the support structure to significantly reduce the required cross section of the support structure.

또한, 본 발명은 지지구조물에 회전이 가능한 유선형 외벽을 설치하되, 유선형 외벽이 부력을 형성하도록 하여 지지구조물의 유효 자중을 상쇄시킬 수 있도록 하기 위한 것이 다른 목적이다.In addition, another object of the present invention is to install a streamlined outer wall rotatable on the support structure, so that the streamlined outer wall forms a buoyancy to offset the effective weight of the support structure.

또한, 본 발명은 지지구조물에 회전이 가능한 유선형 외벽을 설치하여 파손에 따른 보수와 이물질의 부착이나 고착을 최소화하기 위한 것이 다른 목적이다.
In addition, another object of the present invention is to install a streamlined outer wall rotatable on the support structure and to minimize the repair and the adhesion or fixation of foreign matter due to damage.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 복수의 회전날개가 축 결합된 풍력터빈이 설치된 타워를 지지하고 수중과 해수면을 걸쳐 설치되는 원통형 지지구조물의 외주면에 중공의 내륜이 고정 결합되어 장착되고 원형의 링 형상의 상기 내륜과 외륜 사이에 구름 베어링이 적용된 베어링; 및
상기 베어링 외륜의 외주연에 결합되고 수중에서 부력을 형성하도록 하여 지지구조물의 유효 자중을 상쇄시키기 위해 내부에 밀폐된 중공부가 형성되거나 물보다 비중이 작은 재질의 충진재인 합성수지나 스티로폼이 채워진 유선형 외벽;을 포함하고,
상기 유선형 외벽과 베어링은 지지구조물에 분리 및 부착이 용이하도록 각각 절반으로 나누어져 형성된 조립형이며, 상기 지지구조물과 베어링으로 결합된 유선형 외벽은 조류 또는 파랑에 의하여 항력이 최소가 되는 방향으로 자유롭게 회전하는 해상 풍력발전 시스템의 항력 저감장치를 제공한 것이 특징이다.
In order to achieve the above object, the present invention supports a tower in which a plurality of rotary blades are coupled to a wind turbine, and a hollow inner ring is fixedly mounted on an outer circumferential surface of a cylindrical support structure installed across the water and the sea surface, and is circular. A bearing to which a rolling bearing is applied between the ring-shaped inner ring and the outer ring; And
A streamlined outer wall filled with a synthetic resin or styrofoam, which is coupled to an outer circumference of the outer ring of the bearing and forms a buoyant portion in the water so as to offset the effective self-weight of the support structure, or a filler of a material having a specific gravity smaller than water; Including,
The streamlined outer wall and the bearing are assembled to be divided into half for easy separation and attachment to the support structure, the streamlined outer wall coupled to the support structure and the bearing is free to rotate in the direction of the minimum drag due to birds or waves It is characterized by providing a drag reduction device of an offshore wind power system.

본 발명은 상기 해결 수단에 의하여, 지지구조물에 회전이 가능한 유선형 외벽의 설치로 지지구조물과 타워에 작용하는 바람이나 조류 또는 파랑에 의한 항력을 최소화할 수 있어 해상 풍력발전 시스템의 안정성을 제고하고, 지지구조물의 소요 단면적을 대폭 축소할 수 있어 제작비용을 절감할 수 있으며, 지지구조물에 부력이 형성되어 유효 자중을 상쇄시키고 지지구조물의 파손에 따른 보수와 이물질의 부착이나 고착을 최소화하여 유지보수 및 관리비용을 절감한 것이다.
The present invention can minimize the drag caused by wind, tidal current or wave acting on the support structure and the tower by the installation of a streamlined outer wall rotatable to the support structure to improve the stability of the offshore wind power generation system, The required cross-sectional area of the support structure can be significantly reduced, which can reduce the manufacturing cost.Buoyancy is formed on the support structure to offset the effective self-weight, and the maintenance and repair by minimizing the attachment and fixation of the repair and damage caused by the damage of the support structure. The management cost is reduced.

도 1은 일반적인 해상 풍력발전 시스템을 나타낸 측면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 해상 풍력발전 시스템의 지지구조물에 항력 저감장치가 설치된 것을 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 해상 풍력발전 시스템의 지지구조물에 설치된 항력 저감장치를 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 해상 풍력발전 시스템에 적용된 항력 저감장치의 실시예를 나타낸 횡단면도이다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 항력 저감장치의 다른 실시예를 나타낸 횡단면도이다.1 is a side view showing a general offshore wind power generation system.
Figure 2 is a perspective view showing that the drag reduction device is installed on the support structure of the offshore wind power generation system according to the present invention.
3 is a perspective view showing a drag reduction device installed on the support structure of the offshore wind power generation system according to the present invention.
Figure 4 is a cross-sectional view showing an embodiment of the drag reduction device applied to the offshore wind power generation system according to the present invention.
5 to 7 is a cross-sectional view showing another embodiment of the drag reduction device of the present invention.

이하, 본 발명에 따른 해상 풍력발전 시스템의 항력 저감장치에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, a drag reduction apparatus of an offshore wind power generation system according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명은 해상 풍력발전 시스템에서 복수의 날개가 축 결합된 풍력터빈을 지지하고 수중과 해수면 위에 설치되는 지지구조물의 항력을 최소화할 수 있도록 지지구조물에 유선형 외벽을 장착한 것이다.The present invention is to install a streamlined outer wall to the support structure to support the wind turbine coupled to the plurality of wings in the offshore wind power generation system and to minimize the drag of the support structure installed on the water and sea surface.

도 1에서, 해상 풍력발전 시스템(1)에서 모노파일식 지지구조물의 일반적인 구성으로, 해저에 앵커볼트(7) 등으로 고정 설치되는 지지구조물(6)은 해저에서 해수면까지 위치되고, 해수면 위에 돌출되는 지지구조물(6)은 플랜지(5)를 통해 타워(4)와 결합된다. 타워(4)는 지지구조물(6)로부터 일정 높이의 공중에 설치되고, 타워(4)의 상단에는 풍력터빈(3)이 설치된다. 풍력터빈(3)에는 바람에 의하여 회전하는 복수의 날개(2)가 축 결합되어 있다.In Fig. 1, in the general configuration of the monofilamentary support structure in the offshore wind power generation system 1, the support structure 6 fixed to the seabed by anchor bolts 7 or the like is located from the sea bottom to the sea level and protrudes above the sea level. The supporting structure 6 is coupled to the tower 4 via a flange 5. Tower 4 is installed in the air of a certain height from the support structure 6, the wind turbine 3 is installed on the top of the tower (4). The wind turbine 3 is axially coupled to a plurality of blades 2 that are rotated by the wind.

도 2에서, 본 발명에 따른 항력 저감장치(10)가 모노파일식 지지구조물(6)의 외주연에 설치된 것이다. 즉 항력 저감장치(10)는 도 3의 사시도에서, 베어링(12)은 수중과 해수면을 걸쳐 설치되는 원통형 지지구조물(6)의 외주면에 중공의 내륜(13)이 고정 결합되어 장착된 것이다. 베어링(12)은 원형의 링 형상의 내륜(13)과 외륜(14)으로 나누어지고, 내륜(13)과 외륜(14) 사이에는 축에 대한 직각방향으로 하중을 받는 구름 베어링으로 레이디얼 볼베어링(15) 또는 니들 롤러베어링이 적용된다. 또한, 베어링(12)은 구름 베어링인 레이디얼 구면 롤러베어링, 레이디얼 원추 롤러베어링 또는 레이디얼 원통 롤러베어링이 적용될 수 있다. 베어링(12)에는 내륜(13)과 외륜(14) 사이의 볼이나 니들 롤러를 지지하기 위한 유지기(도시하지 않음)가 포함된다.In Figure 2, the drag reduction device 10 according to the present invention is installed on the outer periphery of the monopile support structure (6). That is, the drag reduction device 10 is a perspective view of Figure 3, the bearing 12 is a hollow inner ring 13 is fixedly coupled to the outer peripheral surface of the cylindrical support structure 6 is installed across the water and sea surface. The bearing 12 is divided into a circular ring-shaped inner ring 13 and an outer ring 14, and a rolling ball bearing is applied between the inner ring 13 and the outer ring 14 in a direction perpendicular to the axis. 15) or needle roller bearings are applied. In addition, the bearing 12 may be a radial spherical roller bearing, a radial cone roller bearing or a radial cylindrical roller bearing. The bearing 12 includes a retainer (not shown) for supporting a ball or needle roller between the inner ring 13 and the outer ring 14.

유선형 외벽(16)은 대략 타원 형상으로, 베어링(12)의 외륜(14) 외주연에 결합되는 것이다. 유선형 외벽(16)의 중심부는 지지구조물(6)에 결합되는 베어링(12)의 외주연에 위치되고, 중심부로부터 양측단으로 갈수록 직경이 작아지는 형상이다. 유선형 외벽(16)은 예를 들어, 물고기와 같이 머리와 꼬리부분은 단면을 좁고 배 부분은 볼록한 형상으로 유체에 대한 항력을 최소화할 수 있는 형상이다.The streamlined outer wall 16 is substantially elliptical in shape and is coupled to the outer circumference of the outer ring 14 of the bearing 12. The central portion of the streamlined outer wall 16 is located at the outer periphery of the bearing 12 coupled to the support structure 6 and has a shape that decreases in diameter from the central portion toward both ends. For example, the streamlined outer wall 16 has a narrow cross section of the head and tail and a convex portion of the belly, such as a fish, to minimize drag on the fluid.

따라서 유선형 외벽(16)은 유체의 흐름, 즉 물체가 유체 내에서 받는 저항력인 유체항력을 방해하지 않고 최소화하는 형상이다. 항력의 크기는 다음의 식과 같다.Therefore, the streamlined outer wall 16 is shaped to minimize the flow of the fluid, that is, the fluid drag which is the resistance force that the object receives in the fluid. The magnitude of drag is as follows.

Figure 112011014960815-pat00001
Figure 112011014960815-pat00001

여기서, Fd는 항력의 크기, v는 유체에 대한 상대속력, ρ는 유체의 밀도, A는 물체의 단면적, Cd는 물체형태나 표면의 상태에 의해서 결정되는 상수로 항력계수(drag coefficient)이다.Where F d is the magnitude of drag, v is the relative velocity to the fluid, ρ is the density of the fluid, A is the cross-sectional area of the object, and C d is a constant determined by the shape of the object or the state of the surface. to be.

상기 수학식에서 항력계수 Cd는 물체의 단면적이 원형인 경우에는 1.2이고, 물체의 단면적이 유선형인 경우에는 0.6이하이다. 따라서 항력의 크기(Fd)가 일정하다고 가정하였을 경우에 항력계수(Cd)가 절반(1/2)으로 줄어들면 물체의 단면적(A)은 증가하므로 유선형의 단면을 가진 모노파일식 지지구조물인 경우에는 원형의 단면을 가진 모노파일식 지지구조물에 비하여 항타 및 천공의 이점이 있다. 더욱이 원형의 단면적(A)을 가진 모노파일식 지지구조물의 단면적이 너무 작으면 구조물의 진동수가 커지거나 바람이나 파랑 등에 의한 구조물의 전도가 발생될 수 있을 것이다.The drag coefficient C d in the above equation is 1.2 when the cross-sectional area of the object is circular, and 0.6 or less when the cross-sectional area of the object is streamlined. Therefore, if the drag coefficient (C d ) is reduced to half (1/2) when the magnitude of drag (F d ) is assumed to be constant, the cross-sectional area (A) of the object increases, so that the monofilament support structure has a streamlined cross section. In the case of, there is an advantage of the driving and drilling as compared to the monofilamentary support structure having a circular cross section. In addition, if the cross-sectional area of the monofilamentary supporting structure having a circular cross-sectional area (A) is too small, the frequency of the structure may increase or the conduction of the structure may be caused by wind or blue waves.

도 4a에서, 유선형 외벽(16)의 내부는 밀폐된 중공부(17)가 형성된 것으로, 중공부(17)는 진공이거나 기체가 채워져 있다.In FIG. 4A, the inside of the streamlined outer wall 16 is formed with a sealed hollow part 17, which is vacuum or filled with gas.

또한, 도 4b는 유선형 외벽(16)의 다른 실시예로, 유선형 외벽(16)의 내부는 물보다 비중이 작은 재질의 충진재(18)가 채워진 것으로, 가벼우면서 외부 충격에 강한 탄소섬유와 같은 합성수지나 스티로폼 등이 채워져 있다.In addition, Figure 4b is another embodiment of the streamlined outer wall 16, the interior of the streamlined outer wall 16 is filled with a filler 18 of a material having a specific gravity less than water, a synthetic resin such as carbon fiber light and resistant to external impact Or styrofoam is filled.

도 4a와 도 4b에서 적용된 실시예는 유선형 외벽(16)이 수중에서 부력이 작용할 수 있도록 함으로써, 지지구조물(6)의 자체 하중을 감안하여 수중에서 유효자중을 제로(zero)상태로 만들거나 상쇄시킬 수 있도록 한 것이다.The embodiment applied in FIGS. 4A and 4B allows the streamlined outer wall 16 to buoyancy in the water, thereby zeroing or canceling the effective weight in the water, taking into account its own load of the support structure 6. It was made to be possible.

도 5에서, 유선형 외벽(16)과 베어링(12)은 지지구조물(6)에 분리 및 부착이 가능한 분리조립형으로 제작할 수 있다. 이는 해상 풍력발전 시스템을 설치할 때에 미리 지지구조물(6)에 항력 저감장치(10)가 설치된 경우와 달리 이미 해상에 풍력발전 시스템이 설치된 경우에 적용할 수 있도록 하기 위한 것이다.In FIG. 5, the streamlined outer wall 16 and the bearing 12 can be manufactured in a separate assembly that can be separated and attached to the support structure 6. This is intended to be applicable to the case where the wind power generation system is already installed on the sea, unlike when the drag reduction device 10 is installed in the support structure 6 in advance when installing the offshore wind power generation system.

따라서 베어링(12)에 유선형 외벽(16)이 일체로 결합된 항력 저감장치(10)가 절반으로 분리될 수 있도록 각각의 유선형 외벽(16a, 16b)으로 나누어질 수 있다. 상기 유선형 외벽(16a, 16b)에는 항력 저감장치(10)를 결합하거나 분리할 때에 복수의 볼트로 나사 결합이 가능하도록 플랜지(19a, 19b)가 형성되어 있는 것이 좋다. 또한, 유선형 외벽(16a, 16b) 내측에 지지구조물(6)에 고정되는 베어링(12)도 각각 분리가 가능한 베어링(12a, 12b)으로 결합될 수 있다.Therefore, the drag reduction device 10 having the streamlined outer wall 16 integrally coupled to the bearing 12 may be divided into respective streamlined outer walls 16a and 16b to be separated in half. Preferably, flanges 19a and 19b are formed on the streamlined outer walls 16a and 16b to allow screwing with a plurality of bolts when engaging or detaching drag reduction device 10. In addition, the bearings 12 fixed to the support structure 6 inside the streamlined outer walls 16a and 16b may also be coupled to the removable bearings 12a and 12b, respectively.

또한, 도 6a에서, 지지구조물(6)과 유선형 외벽(16)의 상부와 하부에 별도로 베어링(12c, 12d)이 각각 결합될 수 있고, 도 6b에서, 지지구조물(6)과 유선형 외벽(16)의 중앙부에 베어링(12e)이 결합될 수 있다. 따라서 베어링(12)은 지지구조물(6)과 유선형 외벽(16) 사이의 전체에 걸쳐 결합되거나 상부, 하부 및 중앙부를 비롯하여 항력을 최소로 저감시킬 수 있고, 항력 저감장치(10)의 제작비용을 절감할 수 있으며, 항력 저감장치(10)를 가장 효율적으로 적용할 수 있는 어떠한 위치에 결합되어도 좋다.Also, in FIG. 6A, bearings 12c and 12d may be coupled separately to the upper and lower portions of the support structure 6 and the streamlined outer wall 16, and in FIG. 6B, the support structure 6 and the streamlined outer wall 16. Bearing 12e may be coupled to the central portion of the). Accordingly, the bearing 12 may be coupled throughout the support structure 6 and the streamlined outer wall 16, or may minimize drag, including upper, lower, and center portions, and reduce the manufacturing cost of the drag reduction device 10. It can be reduced, and may be combined at any position where the drag reduction device 10 can be applied most efficiently.

또한, 도 7에서, 항력 저감장치(10)가 와이어 등의 지지부재(8)로 고정되는 부유식 해상풍력 발전시스템의 지지구조물(6)에 적용한 것이다. 부유식은 수면에 지지구조물(6)이 떠 있는 상태로, 지지구조물(6)의 외주면에 베어링(12)이 일체로 결합된 유선형 외벽(16)이 결합된 것이다.In addition, in FIG. 7, the drag reduction device 10 is applied to the support structure 6 of the floating offshore wind power generation system fixed by the support member 8 such as a wire. Floating type is a state in which the support structure 6 is floating on the water surface, and the streamlined outer wall 16 in which the bearing 12 is integrally coupled to the outer circumferential surface of the support structure 6 is coupled.

또한, 본 발명의 항력 저감장치를 육상 풍력발전 시스템의 지지구조물이나 타워 등에 설치하여 바람 등과 같은 외부적인 요인에 의한 항력을 최소화할 수 있을 것이다.In addition, the drag reduction apparatus of the present invention may be installed in a support structure or a tower of an onshore wind power generation system to minimize drag caused by external factors such as wind.

이와 같이 본 발명의 해상 풍력발전 시스템의 지지구조물에 결합된 항력 저감장치(10)는 지지구조물(6)과 베어링(12)으로 결합된 유선형 외벽(16)이 바람이나 조류 또는 파랑에 의하여 항력이 최소가 되는 방향으로 자유롭게 회전하므로 지지구조물(6)을 포함한 해상 풍력발전 시스템 전체에 걸쳐 항력을 줄일 수 있다. 그리고 유선형 외벽(16)에 작용하는 부력에 의하여 해상 풍력발전 시스템의 유효자중을 감쇄시킬 수 있다. 또한, 유선형 외벽(16)이 회전되므로 부유 쓰레기 등의 이물질이 걸리지 않도록 하고, 수중 생물이 쉽게 고착되지 않게 되어 해상 풍력발전 시스템의 유지보수와 관리가 용이한 장점이 있다.As described above, the drag reduction device 10 coupled to the support structure of the offshore wind power generation system of the present invention has the drag structure of the streamlined outer wall 16 coupled with the support structure 6 and the bearing 12 by the wind, the tide, or the blue wave. The free rotation in the direction of minimization reduces drag across the offshore wind power system including the support structure 6. And the effective weight of the offshore wind power generation system can be reduced by buoyancy acting on the streamlined outer wall (16). In addition, since the streamlined outer wall 16 is rotated, foreign matters such as floating garbage are not caught, and underwater organisms are not easily fixed, so there is an advantage of easy maintenance and management of the offshore wind power generation system.

이상의 설명에서 본 발명은 특정의 실시 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.
While the invention has been shown and described with respect to the specific embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Anyone who has it will know it easily.

1: 해상 풍력발전 시스템 2: 날개
3: 풍력터빈 4: 타워
5, 19a, 19b: 플랜지 6: 지지구조물
7: 앵커 8: 지지부재
10: 항력 저감장치 12, 12a-12e: 베어링
13: 내륜 14: 외륜
15: 볼베어링 16: 유선형 외벽
17: 중공부 18: 충진재1: Offshore Wind Power System 2: Wings
3: wind turbine 4: tower
5, 19a, 19b: flange 6: supporting structure
7: anchor 8: support member
10: drag reduction device 12, 12a-12e: bearing
13: inner ring 14: outer ring
15: Ball bearing 16: Streamlined outer wall
17: hollow part 18: filler

Claims (6)

복수의 회전날개가 축 결합된 풍력터빈이 설치된 타워를 지지하고 수중과 해수면을 걸쳐 설치되는 원통형 지지구조물의 외주면에 중공의 내륜이 고정 결합되어 장착되고 원형의 링 형상의 상기 내륜과 외륜 사이에 구름 베어링이 적용된 베어링; 및
상기 베어링 외륜의 외주연에 결합되고 수중에서 부력을 형성하도록 하여 지지구조물의 유효 자중을 상쇄시키기 위해 내부에 밀폐된 중공부가 형성되거나 물보다 비중이 작은 재질의 충진재인 합성수지나 스티로폼이 채워진 유선형 외벽;을 포함하고,
상기 유선형 외벽과 베어링은 지지구조물에 분리 및 부착이 용이하도록 각각 절반으로 나누어져 형성된 조립형이며, 상기 지지구조물과 베어링으로 결합된 유선형 외벽은 조류 또는 파랑에 의하여 항력이 최소가 되는 방향으로 자유롭게 회전하는 해상 풍력발전 시스템의 항력 저감장치.
A plurality of rotary blades support the tower on which the wind turbines are axially coupled, and a hollow inner ring is fixedly coupled to an outer circumferential surface of a cylindrical support structure installed across the water and the sea surface, and a cloud is formed between the inner ring and the outer ring of a circular ring shape. Bearings to which bearings are applied; And
A streamlined outer wall filled with a synthetic resin or styrofoam, which is coupled to an outer circumference of the outer ring of the bearing and forms a buoyant portion in the water so as to offset the effective self-weight of the support structure, or a filler of a material having a specific gravity smaller than water; Including,
The streamlined outer wall and the bearing are assembled to be divided into half for easy separation and attachment to the support structure, the streamlined outer wall coupled to the support structure and the bearing is free to rotate in the direction of the minimum drag due to birds or waves Drag reduction device of offshore wind power system.
삭제delete 제1항에 있어서, 상기 지지구조물과 유선형 외벽 사이의 상부와 하부 또는 중앙부 중 어느 하나 이상으로 베어링이 결합된 해상 풍력발전 시스템의 항력 저감장치.
The drag reduction apparatus of claim 1, wherein a bearing is coupled to at least one of an upper part, a lower part, and a center part between the support structure and the streamlined outer wall.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 지지구조물은 모노파일식 해상풍력 발전시스템이거나 또는 부유식 해상풍력 발전시스템의 지지구조물인 해상 풍력발전 시스템의 항력 저감장치.The drag reduction apparatus of claim 1, wherein the support structure is a monopile offshore wind power generation system or a support structure of a floating offshore wind power generation system.
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