KR20160042678A - Sea floating wind generating deice with tidal adaptation - Google Patents

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KR20160042678A
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Abstract

The present invention relates to a tide adaptive marine floating type wind power generator capable of preventing damage or breakdown of a support structure since the wind power generator has a structure capable of minimizing drag due to tide current or wave. The tide adaptive marine floating type wind power generator includes: more than one floating body; a tower which is erected on the water surface by being supported by the floating body; a nacelle having a rotor installed on an upper part of the tower; and a mooring line to fix the tower or the floating body to the sea bottom. At least a cross section of one of the floating body has a rudder shape to be able to rotate as to the tidal current.

Description

조류 순응형 해상 부유식 풍력발전장치{Sea floating wind generating deice with tidal adaptation}Technical Field [0001] The present invention relates to a tidal-type floating wind turbine,

본 발명은 조류 순응형 해상 부유식 풍력발전장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 조류 또는 파도에 의한 항력을 최소화할 수 있는 구조를 가져서 지지구조물의 손상 또는 파손을 방지할 수 있는 조류 순응형 해상 부유식 풍력발전장치에 관한 것이다.
More particularly, the present invention relates to a bird-adaptable floating wind power generator having a structure capable of minimizing drag caused by alga or waves, Type wind turbine generator.

일반적으로 풍력발전(Wind Power)은 바람에너지를 풍력터빈(Wind Turbine) 등의 장치를 이용하여 기계적 에너지로 변환시키고, 이 에너지를 이용하여 발전기를 돌려 전기를 생산하는 것이다. Generally, wind power converts wind energy into mechanical energy using a device such as a wind turbine, and uses this energy to turn the generator to produce electricity.

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 power is a kind of renewable energy. It is rich in resources, constantly renewed, distributed in a wide area, clean, and in the sense that there is no emission of greenhouse gases during operation, It is the energy that stands out as an alternative energy source. In addition, wind power generation is classified as a distributed power supply in terms of system operation in that it generates electricity regardless of demand when the wind is blowing, because it is developed using natural energy of the solar system.

풍력발전설비는 주로 육상에 설치되어 왔으나, 점차적으로 해상 설치가 증가하고 있다. 풍력발전을 위해 해상은 육상에 비해 바람의 질이 대체로 좋은 편이며, 날개 소음 문제에 있어서도 보다 쉽게 대응할 수 있는 장점이 있다. 특히, 경제성 확보를 위해서는 대규모의 단지 확보가 요망되는 데 육상에는 이러한 단지를 구비하기 어려워, 연안이나 근해의 해상이 대단위 해상풍력단지로 떠오르고 있다.Wind turbines have been installed mainly on land, but marine installations are gradually increasing. For the wind power generation, the quality of the wind is generally better than that of the land, and there is an advantage that it can respond to the blade noise problem more easily. Especially, in order to secure economical efficiency, it is necessary to secure a large scale complex, and it is difficult to provide such a complex on the land, and coastal and offshore waters are emerging as large-scale offshore wind farms.

풍력발전설비를 해상에 설치하기 위한 구조는 크게 고정식과 부유식으로 나눌 수 있다. 고정식 구조는 육상에서와 같이 구조물이 직접 해저면에 고정되어 환경하중을 구조적 변형으로 대응하는 형식이고, 부유식은 수면에 떠있으며 자중, 부력, 환경 하중 및 계류력을 받고 있고, 구조물의 6자유도 운동으로 환경하중을 이겨내는 방식이다.The structure for installation of wind power facilities on the sea can be roughly divided into fixed type and floating type. The fixed structure is a type in which the structure is directly fixed to the sea floor as in the land, and the environmental load corresponds to the structural deformation. The floating type floats on the water and is subjected to self weight, buoyancy, environmental load and mooring force. It is a way to overcome environmental loads with exercise.

최근까지 해상 풍력발전설비는 고정식으로 주로 얕은 수심에 설치되었다. 그러나, 고정식 구조는 구조물이 해저면에 고정되어 있어 유리한 조업조건을 제공하지만 수심이 깊어지면 구조물의 규모가 너무 커지고 피로파괴의 위험성을 피하기 어려워진다. 또한, 설비의 대형화 추세에 따라 구조물의 제작, 설치에 드는 비용이 천문학적으로 증가하게 된다.Until recently, the offshore wind turbines were stationary and installed mainly at shallow water depths. However, the fixed structure provides favorable operating conditions because the structure is fixed to the seafloor, but when the depth is deepened, the structure becomes too large and the risk of fatigue failure becomes difficult to avoid. In addition, the cost of constructing and installing structures increases astronomically as the size of equipment increases.

바람은 육상에서 멀어질수록 강하고 일정해지므로 발전효율을 높일 수 있다. 이에 점차 해안으로부터 멀리 떨어져 수심이 깊은 곳에서도 풍력발전의 개발 필요성이 제기되고 있다. 따라서 수심이 깊어져도 구조물의 크기에 제한을 받지 않는 부유식 구조를 이용한 해상 풍력발전설비에 대한 많은 연구가 이루어지고 있다.As the wind moves farther away from the land, it becomes stronger and more uniform. As a result, the need for the development of wind power generation is being raised even in places where the water depth is far from the coast. Therefore, much research has been conducted on offshore wind power generation facilities using a floating structure that is not limited by the size of the structure even if the depth of the water is deepened.

그러나, 이러한 부유식 구조를 가지는 해상 풍력발전설비는 조류 또는 파랑에 의한 저항, 즉 항력이 발생된다. 지지구조물에 작용하는 항력(抗力, drag)은 물However, in the offshore wind power generation facility having such a floating structure, resistance caused by algae or blue, that is, drag is generated. The drag (drag) acting on the support structure

체가 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 부유식 구조의 해상 풍력발전설비는 무어링 등의 지지구조물에 큰 부하가 걸리게 되며, 심한 경우에는 절단 등의 파손이 발생된다. 더욱이 해상에 설치된 풍력발전 시스템의 특성상 지지구조물의 유지보수 및 관리의 어려움과 비용이 증가하는 문제가 있었다.
It refers to the resistance that a body receives when it is moving in a fluid, also called a fluid resistance. The drag is subjected to forces that interfere with movement by the fluid when the object is moving within the fluid or when the object is stationary in the flowing fluid. The relative velocity of the object to the fluid, that is, the motion of the observer moving along the flow of the fluid, acts in the opposite direction of the velocity of the object. Due to this drag, the offshore wind power generation system with floating structure is subjected to a large load on the support structure such as mooring, and in the severe case, breakage such as cutting occurs. Furthermore, the characteristics of the wind power generation system installed on the sea have made it difficult to maintain and manage the support structure and increase the cost.

한국등록특허 제10-1263678호Korean Patent No. 10-1263678

상술한 문제점을 해소하기 위해 안출된 본 발명의 목적은, 조류 또는 파도에 의한 항력을 최소화할 수 있는 구조를 가져서 지지구조물의 손상 또는 파손을 방지할 수 있도록 방향키와 같은 러더형상의 부유체를 활용한 조류 순응형 해상 부유식 풍력발전장치를 제공하는 데에 있다.
It is an object of the present invention, which is devised to overcome the above-mentioned problems, to utilize a rudder-shaped float such as a direction key to prevent damages or breakage of a supporting structure by minimizing drag due to algae or waves. And to provide a bird-adaptable floating wind power generator.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 하나 이상의 부유체; 상기 부유체에 의해 지지되어 수면 위로 세워지는 타워; 상기 타워의 상부에 설치되는 로터를 가지는 나셀(nacelle); 및 상기 타워 또는 상기 부유체를 해저에 고정하는 무어링 라인을 포함하고, 상기 부유체 중 적어도 하나는 단면이 조류에 대하여 회전할 수 있도록 러더형상을 가지는 것을 특징으로 하는 조류 순응형 해상 부유식 풍력발전장치이다.According to an aspect of the present invention, A tower supported by the float and raised above the water surface; A nacelle having a rotor installed on top of the tower; And a mooring line for fixing the tower or the float to the sea floor, wherein at least one of the float has a rudder shape so that the cross section can rotate relative to the tide. Generator.

상기 타워는 상기 부유체에 대하여 회전가능하도록 회전조인트에 의해 상기 부유체와 연결되는 것을 특징으로 한다.And the tower is connected to the float by a rotation joint so as to be rotatable with respect to the float.

또, 러더 형상을 가지는 부유체가 복수인 경우에 고정부재에 의해 동일한 방향을 유지하도록 하는 것을 특징으로 한다.In the case of a plurality of floating bodies having a rudder shape, the same direction is maintained by the fixing member.

또, 복수의 부유체 중 하나가 상기 타워에 접촉하여 설치되면, 적어도 그 부유체는 러더 형상을 가지는 것을 특징으로 한다.
Further, when one of the plurality of floats is installed in contact with the tower, at least the floater has a rudder shape.

본 발명을 통하여, 조류 또는 파도에 의한 영향으로 해상 풍력발전설비가 손상되는 것을 최소한으로 억제할 수 있다. 이 결과, 해상 풍력발전설비를 유지 및 보수하는 데에 소요되는 비용을 절감할 수 있다.Through the present invention, it is possible to minimize the damage of the offshore wind power generation facility due to the influence of algae or waves. As a result, it is possible to reduce the cost of maintaining and repairing an offshore wind power generation facility.

또, 러더형 부유체가 회전하더라도 타워 및 나셀는 방향을 유지하도록 하여, 바람과 조류의 방향이 불일치하는 경우에도 대응이 가능하다.
Also, even if the rudder-type floating body rotates, the tower and the nacelle can be maintained in the same direction, so that it is possible to cope with the case where the direction of the wind and the tide do not coincide with each other.

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 해상 부유식 풍력발전장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 2에 따른 해상 부유식 풍력발전장치의 사시도이다.1 is a perspective view of a marine floating type wind power generator according to a first embodiment of the present invention.
2 is a perspective view of a floating type wind power generator according to a second embodiment of the present invention.

이하, 본 발명을 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 하기의 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals are used to designate the same or similar components, and the same reference numerals will be used to designate the same or similar components. Detailed descriptions of known functions and configurations are omitted.

먼저, 도 1을 참조하여 본 발명의 실시예 1에 따른 해상 부유식 풍력발전장치(100)에 대하여 설명한다. 상기 해상 부유식 풍력발전장치(100)는, 나셀(104)을 탑재한 타워(102)와, 상기 타워(102)를 지지하는 복수의 부유체(114)와 고정부재(110,112)로 이루어지는 하부구조물과, 상기 하부구조물 또는 상기 타워(102)을 계류하기 위해 해저면과 연결되는 무어링 라인(116)을 포함하여 이루어진다.First, a marine floating-type wind power generator 100 according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The floating type wind power generator 100 includes a tower 102 on which a nacelle 104 is mounted, a plurality of float 114 for supporting the tower 102, and a lower structure 110, And a mooring line 116 connected to the underside to moor the lower structure or the tower 102.

상기 나셀(104)은 로터(106)가 일측에 설치되어 풍력을 기계적인 회전에너지로 받아들이는 장치이며, 공지의 기술에 해당하므로 여기서는 자세한 설명은 생략한다.The nacelle 104 is a device installed on one side of the rotor 106 to receive wind power as mechanical rotational energy, and corresponds to a known technology, and thus a detailed description is omitted here.

상기 타워(102)는 상기 나셀(104)을 지지하며, 실시예 1에서는 회전조인트(108)가 상기 타워(102) 상에 회전가능하도록 설치된다. 상기 회전조인트(108)에는 상기 부유체(114)와 상기 고정부재(110,112)가 연결된다.The tower 102 supports the nacelle 104, and in the first embodiment, a rotary joint 108 is installed on the tower 102 so as to be rotatable. The float 114 and the fixing members 110 and 112 are connected to the rotary joint 108.

상기 부유체(114)는 복수개가 상기 고정부재(110)에 의해 상기 타워(102)를 중심으로 하여 방사상으로 배치되어 대략 원형을 이룬다. 그리고, 상기 부유체(114)는 모두 러더형상(rudder shape)을 가지지만, 적어도 하나만 러더형상을 가질 수 있다. 러더형상이 아닌 경우에 부유체는 원형의 기둥형상(수면에 수직하게 부유되는 형상) 또는 원호의 원통형상(수면에 평행하게 누워있는 형태) 등을 가질 수 있다.A plurality of float (114) are arranged in a radial pattern around the tower (102) by the fixing member (110) to be substantially circular. In addition, the float 114 has a rudder shape, but at least one of the float 114 may have a rudder shape. In the case of a non-rudder shape, the float may have a circular columnar shape (floating vertically to the water surface) or a circular cylindrical shape (lying parallel to the water surface) or the like.

복수의 부유체(114)는 고정부재(110)에 의해 서로 방향이 변화하지 않도록 고정된다. 그리고, 상기 고정부재(110)는 다른 고정부재(112)에 의해 상기 회전조인트(108)와 연결된다. 상기 고정부재(110,112)는 강봉 등으로 이루어질 수 있으며, 도 1에 도시된 것과 달리 다양한 형태로 변형이 가능하다. 특히, 강봉에 미리 응력을 가한 예응력 강봉(Prestressed steel rod)를 사용하는 경우에는 구조적인 측면을 만족하는 동시에 설계 중량을 줄일 수 있으므로 제작비를 경감시킬 수 있어서 바람직하다.The plurality of floating fluids (114) are fixed by the fixing member (110) so that their directions do not change with each other. The fixing member 110 is connected to the rotary joint 108 by another fixing member 112. The fixing members 110 and 112 may be formed of steel bars or the like, and may be modified into various shapes unlike the one shown in FIG. In particular, in the case of using a prestressed steel rod with a pre-stressed steel rod, it is preferable to satisfy the structural aspect and reduce the design weight, thereby reducing the production cost.

상기 무어링 라인(116)은 상기 타워(104)의 하단부에 연결된다. 상기 무어링 라인(116)이 상기 부유체(114)에 연결되는 것도 가능하다.The mooring line 116 is connected to the lower end of the tower 104. It is also possible that the mooring line 116 is connected to the float 114.

실시예 1에 해상 부유식 풍력발전장치(100)는 기본적으로 상술한 바와 같이 구성된다. 이 결과, 조류 또는 파도에 의해 도 1에 도시된 것과 다른 방향의 외력이 가해지면, 러더형상의 부유체(114)는 외력이 가해지는 방향을 따르도록 회전하게 된다. 이 때, 상기 회전조인트(108)에 의해 상기 타워(102)는 원래의 방향을 유지할 수 있다. 상기 나셀(104)의 회전은, 상기 나셀(104) 또는 상기 타워(102)에 설치되는 공지의 풍향순응장치(미도시)에 의하며, 상기 부유체(114)의 회전과는 무관하게 작동될 수 있다.
In the first embodiment, the floating type wind power generation system 100 is basically constructed as described above. As a result, when an external force in a direction different from that shown in Fig. 1 is applied by the alga or the wave, the rudder-shaped float 114 is rotated to follow the direction in which the external force is applied. At this time, the rotation joint 108 can keep the tower 102 in its original direction. The rotation of the nacelle 104 is effected by a known airflow adaptation device (not shown) installed in the nacelle 104 or the tower 102 and can be operated independently of the rotation of the float 114 have.

다음으로, 도 2를 참조하여 본 발명의 실시예 2에 따른 해상 부유식 풍력발전장치(200)에 대하여 설명한다. 상기 해상 부유식 풍력발전장치(200)는. 로터(206)가 설치된 나셀(204)을 탑재한 타워(202)와, 상기 타워(202)를 지지하는 복수의 부유체(214,218,220,222)와 고정부재(210)로 이루어지는 하부구조물과, 상기 하부구조물 또는 상기 타워(202)을 계류하기 위해 해저면과 연결되는 무어링 라인(216,224)을 포함하여 이루어진다.Next, a floating type wind power generator 200 according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The floating type wind power generator (200) comprises: A tower 202 on which a nacelle 204 equipped with a rotor 206 is mounted, a lower structure including a plurality of floats 214, 218, 220 and 222 for supporting the tower 202 and a fixing member 210, And mooring lines 216 and 224 connected to the underside to moor the tower 202.

실시예 1과 동일한 타워(202) 및 나셀(204)에 대해서는 설명을 생략한다.Description of the same tower 202 and nacelle 204 as in the first embodiment will be omitted.

실시예 2에서는 러더형상의 부유체(214)가 상기 타워(202)에 회전조인트(208)에 의해 회전가능하도록 설치된다. 그리고, 상기 부유체(214)의 주위에 부력을 보조하기 위한 부유체(218,220,222)가 고정부재(210)에 의해 상기 부유체(214)와 연결된다.In the second embodiment, a rudder-shaped float 214 is installed on the tower 202 so as to be rotatable by a rotary joint 208. The float 214 is connected to the float 214 by a fixing member 210 to assist buoyancy around the float 214.

상기 부유체(218,220,222)는 원통의 기둥형상(수면에 수직하게 부유되는 형상)을 가지며, 러더형상이어도 가능하다. The float 218, 220, 222 has a cylindrical columnar shape (floating shape perpendicular to the water surface) and may be a rudder shape.

복수의 부유체(214,218,220,222))는 고정부재(210)에 의해 서로 방향이 변화하지 않도록 고정된다. 상기 고정부재(210)는 강봉 등으로 이루어질 수 있으며, 도 2에 도시된 것과 달리 다양한 형태로 변형이 가능하다.The plurality of floatings 214, 218, 220, and 222) are fixed by the fixing member 210 so that their directions do not change with each other. The fixing member 210 may be formed of a steel bar or the like and may be deformed into various shapes unlike the one shown in FIG.

상기 무어링 라인(216)은 상기 타워(202)의 하단부에 연결되고, 추가적으로 부유체(222)에도 다른 무어링 라인(224)가 연결된다. 이는, 상기 타워(202)와 일체로 회전하는 부유체(214)에 대하여 상기 부유체(218,220,222)가 큰 각도로 회전하는 것을 방지하는 역할을 한다. 상기 부유체(218,220,222)의 개수는 제한이 없으며, 전체적인 형상이 도 2에 예시된 삼각형 외의 다른 형상을 가지는 것도 가능하다.The mooring line 216 is connected to the lower end of the tower 202 and a further mooring line 224 is connected to the float 222 in addition. This prevents the float (218, 220, 222) from rotating at a large angle with respect to the float (214) rotating integrally with the tower (202). The number of floats 218, 220 and 222 is not limited, and it is also possible for the overall shape to have a shape other than the triangle illustrated in FIG.

실시예 2에 해상 부유식 풍력발전장치(200)는 기본적으로 상술한 바와 같이 구성된다. 이 결과, 조류 또는 파도에 의해 도 2에 도시된 것과 다른 방향의 외력이 가해지면, 러더형상의 부유체(214)는 외력이 가해지는 방향을 따르도록 회전하게 된다. 따라서, 다른 부유체(218,220,222)도 일체로 함께 움직이게 된다. 이 때, 상기 회전조인트(208)에 의해 상기 타워(202)는 원래의 방향을 유지할 수 있다. 상기 나셀(204)의 회전은, 상기 나셀(204) 또는 상기 타워(202)에 설치되는 공지의 풍향순응장치(미도시)에 의하며, 상기 부유체(214)의 회전과는 무관하게 작동될 수 있다.
In the second embodiment, the floating type wind power generator 200 is basically constructed as described above. As a result, when an external force in a direction different from that shown in Fig. 2 is applied by the alga or the wave, the rudder-shaped float 214 is rotated to follow the direction in which the external force is applied. Thus, the other floats 218, 220, 222 also move together. At this time, the rotation joint 208 allows the tower 202 to maintain its original direction. The rotation of the nacelle 204 is effected by a known airflow adaptation device (not shown) installed in the nacelle 204 or the tower 202 and can be operated independently of the rotation of the float 214 have.

상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It can be understood that

100,200: 해상 부유식 풍력발전장치
102,202: 타워
104,204: 나셀
106,206: 로터
108,208: 회전조인트
110,112,210,212: 고정부재
114,214: 러더형 부유체
218,220,222: 원통형 부유체
116,216,224: 무어링 라인100,200: Floating wind power generator
102,202: Towers
104, 204: nacelle
106, 206:
108,208: Rotary joint
110, 112, 210,
114, 214: rudder type float
218, 220, 222: Cylindrical float
116, 216, 224: Mooring line

Claims (4)

하나 이상의 부유체;
상기 부유체에 의해 지지되어 수면 위로 세워지는 타워;
상기 타워의 상부에 설치되는 로터를 가지는 나셀; 및
상기 타워 또는 상기 부유체를 해저에 고정하는 무어링 라인을 포함하고,
상기 부유체 중 적어도 하나는 단면이 조류에 대하여 회전할 수 있도록 러더형상을 가지는 것을 특징으로 하는 조류 순응형 해상 부유식 풍력발전장치.
One or more floats;
A tower supported by the float and raised above the water surface;
A nacelle having a rotor installed at an upper portion of the tower; And
And a mooring line for fixing the tower or the float to the sea bed,
Wherein at least one of the float has a rudder shape so that the cross section can rotate relative to the tidal current.
제1항에 있어서, 상기 타워는 상기 부유체에 대하여 회전가능하도록 회전조인트에 의해 상기 부유체와 연결되는 것을 특징으로 하는 조류 순응형 해상 부유식 풍력발전장치.
The aviation adaptive floating wind power generator according to claim 1, wherein the tower is connected to the float by a rotating joint so as to be rotatable with respect to the float.
제1항에 있어서, 러더 형상을 가지는 부유체가 복수인 경우에 고정부재에 의해 동일한 방향을 유지하도록 하는 것을 특징으로 하는 조류 순응형 해상 부유식 풍력발전장치.
2. The floating-type wind power generation system according to claim 1, wherein the plurality of floating bodies having a rudder shape are held in the same direction by the fixing member.
제1항에 있어서, 복수의 부유체 중 하나가 상기 타워에 접촉하여 설치되면, 적어도 그 부유체는 러더 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 조류 순응형 해상 부유식 풍력발전장치.The aviation adaptive floating wind power generator according to claim 1, wherein, when one of the plurality of floats is installed in contact with the tower, at least the float has a rudder shape.
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