KR100707111B1 - 풍력 발전 플랜트 건조 방법 및 이에 따라 시공한 풍력발전 플랜트 - Google Patents

풍력 발전 플랜트 건조 방법 및 이에 따라 시공한 풍력발전 플랜트 Download PDF

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Abstract

본 발명의 목적은 풍력 발전 설비의 시공이 더욱 간편하고 효율적으로 이루어질 수 있는 방법을 제공하는 데 있다. 본 발명의 또 다른 목적은 해상 풍력 발전 설비에 적합한 시공 방법을 제공하는 데 있다. 본 발명은 기초부 위에 기초를 두고 세워진 파일론과 파워 모듈을 구비한 풍력 발전 설비에 있어서, 상기 파워 모듈은 적어도 하나의 변압기를 지니고, 상기 변압기를 통해 풍력 발전 설비의 발전기가 생산한 전기에너지가 중간 전압 또는 고 전압으로 변환되고, 상기 파워 모듈은 또 다른 유닛트를 포함하되, 상기 유닛트에 의해 풍력 발전 설비의 발전기가 생산한 전기에너지가 제어되거나 및/또는 공급되거나 및/또는 변환되고, 상기 파워 모듈은 상기 풍력 발전 설비의 기초부 위에 놓인 지지부를 구비하고, 상기 지지부는 변압기와 같은 파워 모듈의 전기 장치를 수용하고, 상기 파워 모듈의 폭 및/또는 길이는 기초부 영역에서의 풍력 발전 설비의 파일론의 직경보다 작아서 상기 파워 모듈이 벽을 지닌 컨테이너에 의해 수용됨을 특징으로 하고, 상기 컨테이너의 벽은 파일론 벽과 파일론 모듈 사이에 설치됨을 특징으로 하는 풍력 발전 설비를 제공한다.
풍력 발전, 파워 모듈, 로터.

Description

풍력 발전 플랜트 건조 방법 및 이에 따라 시공한 풍력 발전 플랜트{METHOD FOR THE ERECTION OF A WIND ENERGY PLANT AND WIND ENERGY PLANT}
본 발명은 풍력 발전 설비(wind power installation)를 세우는 방법 및 이에 따른 방법으로 세워진 풍력 발전 설비에 관한 것이다. 종래 기술로서, 풍력 발전 설비를 세울 때에 기초물(foundation)이 우선 시공되고 나면 풍력 발전 파일론(pylon; 풍력 발전을 위한 회전자 날개가 세워질 탑을 이하에서 '파일론'이라 부르기로 한다)이 세워지고, 파일론 꼭대기 상부(top)에는 기계 하우징(machine housing)이 맞춰 조립되어서, 로터 블레이드(rotor blade; 풍력에 의해 회전하는 날개)를 구비한 로터(rotor)가 제 위치에 실장(mount)된다.
그리고 나면, 변압기(transformer), 스위칭 캐비닛(switching cabinet), 인버터(inverter), 중간 전압 장치(medium voltage installation) 등과 같은 전기 파워 모듈(power module)들이 설치된다. 이와 같은 파워 모듈은 종래에는 항시 풍력 발전 설비 외부에 따로 독립해 있는 작은 건조물 내에 시공된다.
독일 특허 DE 198 16 483.1호에는 파일론 내부에 변압기를 시공하는 기술이 제안된 바 있으며, 이 기술을 적용하면 변압기를 위해 또다시 기초 시설을 마련해서 변압기 건물을 세울 필요를 제거하는 장점이 있다.
본 발명의 목적은 풍력 발전 설비를 손쉽고도 매우 신속하게 건조할 수 있는 방법을 제공하는 데 있다. 본 발명의 또 다른 목적은, 특히 육지에서 떨어져 있는 곳에 해상 풍력 발전소(offshore wind power installation)를 건조하기에 적합한 해법을 제공하는 데 있다.
상기 본 발명의 목적은 특허청구범위 제1항에 기재된 발명에 의해 달성된다. 부속하는 청구항에는 본 발명의 다양한 양호한 실시예가 개시된다.
본 발명에 따르면, 우선 파일론의 벽(wall)과 파워 모듈(power module) 사이에 마련된 벽으로 구성된 컨테이너(container) 속에 파워 모듈이 설치됨을 특징으로 한다. 그 결과, 파워 모듈은 자체 울타리(enclosure)를 가지게 되며, 풍력 발전 파일론 내부의 독립된 공간 속에 놓이게 된다.
본 발명이 제안하는 이와 같은 구조의 특별한 장점은, 특히 해상 풍력 발전소의 경우, 파일론 속으로 해수가 스며들 경우에도 파워 모듈과 그 안에 장착된 전기 장치의 부품들이 해수에 의해 손상되는 것을 방지하지 않는 장점이 있다.
만일 변압기와, 스위칭 장비(switching installation), 인버터(inverter) 등과 같은 파워 모듈의 기타 부품들이 풍력 발전 설비 내에 별도의 장소에 설치되는 경우, 풍력 발전 설비의 파일론 내에 주변 나머지 공간으로부터 상기 부품들을 격리하는 것이 가능하다.
풍력 발전 설비에 있어서 어떤 경우에는 전술한 사항들이 매우 중요하다. 왜냐하면, 특히 해상 풍력 발전소의 경우, 발전소 공기 내에 염분이 함유되는 것은 바람직하지 않기 때문이다.
하우징 내에 전기적으로 민감한 부품들에 대해 울타리를 치는 것은 원칙적으로 풍력 발전소의 파일론 내에 염분이 함유된 내부 공기로부터 상기 부품들을 보호할 수 있다는 것을 의미하며, 예를 들어 하우징을 둘러싸도록 하거나 외부인이 근접할 수 없도록 접근을 차단하는 잠금 장치(lock arrangement)를 파워 모듈에 제공할 수 있다.
만일 울타리 하우징 내부에 둔 전기 부품을 위하여 냉각이 필요한 경우에는, 본 발명에 따른 장치는 파일론 내부에 신선한 공기를 유입시키는 냉각 덕트(cooling duct)를 구비할 수 있으며, 예를 들어 파일론 벽을 따라 뻗어 있는 (팬을 통해) 냉각 덕트 속으로 공기가 유입되어 외곽 하우징 속으로 차가운 상태의 공기가 통과하도록 하며, 그 결과 울타리 하우징 내부로 항시 공기가 순환되고 상기 공기가 파일론의 내부 공간 중 나머지 공간 내에서 경우에 따라 염분을 함유하는 공기에 합쳐지는 것이 방지된다.
풍력 발전 설비에 있어 종래의 설계구조와 달리 본 발명에 따른 컨테이너 속의 파워 모듈은, 풍력 발전 설비의 기초물(foundation)이 세워지고 나면 파일론이 세워지기 전에 바로 기초물 위에 시공이 되거나, 또는 파워 모듈을 지닌 컨테이너가 공장에서 미리 실장되어서 시공지로 운송되어 파일론 내부에 고정되기 전에, 컨테이너 내의 파워 모듈은 기초물 위에 시공된다.
그 결과, 습기와 물기에 매우 예민한 풍력 발전 설비의 전기 부품들이 상기 설비를 세울 때에 치명적으로 손상 받지 않고서, 풍력 발전 설비를 시공하는 것이 가능하다. 가능하다면, 파워 모듈은 미리 공장에서 만들어져서 운반체(carrier)에 실장된 후, 풍력 발전 설비를 세우는데 필요한 크레인을 사용해서 파일론 기초 지반물 위에 설치되거나, 플랫포옴(platform) 위에 올려져서, 케이블을 준설하는 등의 시스템 생산 과정 전체 및 콘트롤 모듈을 조정한다거나 스위칭 캐비닛을 셋업하는 것과 같은 풍력 발전 설비의 준비 과정이 보호된 공간 내에서 진행되는 것이 가능하고, 파일론이 세워진 이후에 상기 과정들을 시작하는 것도 가능하다.
또한, 파워 모듈의 지지부(support) 및/또는 파워 모듈의 컨테이너가 파일론 기초 지지물 위의 선정된 위치의 플레이트 위에 하부 지지족(support feet)을 구비하는 것도 바람직하다. 전술한 플레이트(plate)는 이미 기초 지지물이 생산될 때 내부에 장착되고 기초 지지물에 고정되어서, 파워 모듈을 후에 설치할 때 매우 간단히 시공할 수 있다.
또한, 전력 전송 케이블, 콘트롤 케이블 등과 같은 케이블을 수용하기 위해 풍력 발전 파일론으로부터 외부로 뻗은 속이 빈 내공 튜브(empty tube)가 준비되는 것도 바람직하다. 풍력 발전 설비의 기초 지반물 내부에 또는 기초 지반물 위에 상기 내공 튜브를 위해 내공 튜브 묶음바(tube tie bar)가 제공될 수 있으며, 상기 튜브 묶음 바는 선정된 위치에 내공 튜브를 고정하는 역할을 수행한다.
이와 같은 목적에서, 상기 묶음 바는 지지암(holding arm)에 의해 붙들어져서, 그 결과 기초 지지물의 부품 내에 또는 케이블 인입 장치의 하부 부위에 정확히 미리 지정되고, 특히 파워 모듈로부터 뻗어 나와 기초 지지물 속으로 들어가는 케이블이 표준화된, 그리고 최단의 최적 케이블 경로를 찾게 된다.
이와 같은 본 발명에 따른 방법은, 내공 튜브 묶음 바, 파워 모듈 지지부 등과 같은 개별 모듈을 미리 제작하고 표준화시킴으로써 풍력 발전 설비를 시공할 때에, 풍력 발전 설비의 전기 셋업(set up) 전체를 손쉽게 한다.
본 발명에 따른 방법으로 시공함으로써 풍력 발전 설비를 세우는 시공 기간이 상당히 단축될 수 있다. 더욱이, 풍력 발전 설비를 세우는데 드는 비용은 기술적 단점들을 해결한 본 발명을 통해 더욱 절감될 수 있다.
이하에서는 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 따른 방법의 양호한 실시예를 상술한다.
도1은 본 발명에 따라 내공 튜브 위에 강철 보강재를 지닌 기초 지반물의 평면도.
도2는 본 발명에 따라 콘크리트로 채워 넣은 후에 기초 지반물 부위를 나타낸 도면.
도3은 본 발명에 따른 파워 모듈의 구성을 나타낸 도면.
도4는 본 발명에 따른 파일론 모습을 나타낸 도면.
도5는 본 발명에 따라 파일론을 지닌 풍력 발전 설비를 나타낸 측면도.
도6은 도5의 A-A 단면을 나타낸 도면.
도7은 파일론 영역을 통해서 본 길이 방향으로 단면도를 나타낸 도면.
도8은 본 발명에 따른 풍력 발전 설비의 단면을 나타낸 도면.
도9는 도8에 도시된 복층 중 하나의 층의 절개 평면도를 나타낸 도면.
도10은 본 발명에 따른 파일론 구성을 나타낸 도면.
도11은 파워 캐비닛 층의 부분 절개도를 나타낸 도면.
도12 내지 도16은 전술한 파워 모듈을 구비한 본 발명에 따른 풍력 발전 설비의 양호한 실시예를 나타낸 도면.
도12는 외부에서 풍력 발전 설비의 출입 도어를 바라본 모습을 나타낸 도면.
도13은 도16의 잠금 입구 공간 속으로 본 부분 확대도.
도14는 도15로부터의 상세도.
도15는 하부 파일론의 길이 방향의 부분 단면을 나타내는 도면.
도16은 도15에 도시한 구조의 위에서 본 사시도.
도1은 내공 튜브(3) 위에 강철 보강재(steel reinforcement; 1, 2)를 지니고 (콘크리트 충전물이 채워지지 않은 상태에서) 미리 세워진 기초물(foundation)의 평면도로서, 상기 튜브(3)는 보강재를 인접하는 최하단 파일론 섹션에 버팀목 구성(strut arrangement)에 의해 지탱되고 있음을 보여주고 있다.
상기 도면은 지지판(support plate; 5)을 나타내고 있으며, 지지판(5)은 파일론의 최하단 섹션 안의 지지암(holding arm)을 위해 실장 된다(주요 부품으로서 풍력 발전 설비가 세워지고 나면 후에는 보이지 않는다).
내공 튜브(empty tube; 3)는 후에 케이블을 수납하기 위한 수단으로 사용될 수 있으며, 예를 들어 파워 케이블이 수납되어서 풍력 발전소로부터 전기에너지가 지하 케이블을 경유해 네트워크로 보내지게 된다. 이와 같은 목적에서, 하나의 튜 브 대신에 복수 개의 튜브가 이용될 수도 있다.
도2는 콘크리트로 채워 넣은 후에 기초물 섹션을 나타낸 도면이다. 여기서, 내공 튜브는 미리 고정된 위치에 자리 잡고 있으며, 이 관점에서 콘크리트 과정에 지지판(support plate)이 구조 콘크리트 상에 완전히 자리 잡아 부하가 전체 면적 상에 놓이도록 해야 한다. 콘크리트는 지지판의 상부 끝단(edge)까지 확장되고 판의 끝단에 접속된다. 콘크리트가 셋팅된 후 지지판(support plate)을 지지하기 위한 지지암(holding arm)과 내공 튜브(empty tube)를 고정하기 위한 묶음 바(tie bar)가 벗겨져서 설비를 세우기 위해 재사용된다.
콘크리트가 셋팅되고 나면, 풍력 발전 설비를 더 세우기 위해서, 파일론이 종래기술과 달리 기초 지반부 섹션 위에 놓여 지지 아니하고, 본 발명의 경우에는 파워 모듈이 지지판 위에 놓이게 된다. 이와 같은 파워 모듈(7)은 도3에 두 개의 부품 구성으로 나타나 있으며, 하우징을 에워싸지 아니하고 파워 모듈은 더욱 많은 부품을 포함할 수 있다.
도면에 도시된 실시예에서, 파워 모듈(7)의 두 개의 부품은 서로 하나 위에 또 다른 하나가 놓이게 되고, 전체 파워 모듈은 두 개의 서로 중첩된 지지부(8)를 구비해서, 지지부(8)가 예를 들어 변압기, 인버터, 스위칭 캐비닛, 중간 전압 설비 등과 같은 파워 모듈의 주요부를 수용할 수 있도록 한다.
서로 겹쳐 놓인 지지부들은 프레임 형태로 시공되어서, 서로서로 견고히 고정될 수 있도록 맞추어 조립된다. 개개의 지지부는 특히 수직으로 향한 네 개의 빔부(beam member)를 지니고 있으며, 서로 연결되어 사각형 형상을 이룬다. 상기 빔부는 하부와 상부에 나사로 서로 연결된다.
전기 파워 모듈이 기초부(foundation) 시공되고 나면 파일론이 세워지고 파워 모듈 위에 맞춰진다. 이와 같은 목적에서 파워 모듈의 외측 치수는 특히 폭과 길이에 있어서 하부의 파일론 영역/기초 영역의 파일론의 내경보다 작아야 한다.
파일론이 세워지고 나면 풍력 발전 설비는 기계 하우징이 시공되고 로터(rotor)는 제 위치에 실장 되고, 적절한 전기 접속이 발전기와 파워 모듈 사이에 이루어져서 설비가 동작하게 되고, 파워 모듈이 네트워크의 전력 공급원으로 (변압기의 출력에) 연결된다.
전술한 대로 케이블이 안으로 지나가게 하는 내공 튜브(empty tube) 또는 기타 속이 빈 장치가 제 위치에 고정되면, 파워 모듈과 네트워크 사이의 접속은 매우 신속하고 편리하게 이루어질 수 있으며, 이러한 관점에서 케이블 전체 길이가 최적의 상태로 시공될 수 있다. 이는 내공 튜브가 놓여, 표준화된 형태 및 최적의 구성으로 파워 모듈의 해당부에 접속되기 때문이다.
본 발명에 따른 풍력 발전 설비의 경우, 풍력 발전소로 들어가는 출입문이 종래기술에서와 같이 고정된 기초부 내에 시공되는 것이 필요하지 않으며, 그 대신에 고압이 지나가는 파워 모듈의 부품 위의 영역의 내부로 열리도록 위치하게 할 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 따라 출입문(access door)을 설치하는 장점은 풍력 발전소에 비교적 빈번히 드나들어야 하는 작업자가 발전소 운전 중에 고압 전류가 흐르고 있는 파워 모듈의 부품 주위를 지날 필요를 없애는 데 있다. 또한, 본 발명의 경우 발 전소가 운전 중에 모듈의 근처에는 사람이 우연히 다가서게 되거나 근처에서 작업하지 않도록 해서 고압 및 고전류가 흐르는 부품과의 접촉으로 인해서 안전 사고가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
파일론 출입문 영역에는 적절한 형태의 중간 플랫포옴(intermediate platform)이 제공되어서 파일론으로 드나드는 작업자가 파일론 내부로 풍력 발전 설비 안으로 올라가도록 하거나, 여러 종류의 콘트롤 장치를 조정하거나, 측정 데이터를 읽도록 할 수 있다.
본 발명에 따른 형태의 풍력 발전소는 100 킬로와트 정격 전력 이상의 설비, 바람직하게는 500 킬로와트, 1 메가와트, 1.5 메가와트 또는 그 이상 정격 전력의 발전 설비를 포함할 수 있다.
양호한 실시예로서, 중간 플랫포옴에는 개폐 가능한 패널(panel)이 제공되어서, 그 안을 통해 작업자가 파워 모듈의 하부 영역 속으로 올라갈 수 있도록 한다. 젖히는 문을 닫음으로써 파워 모듈의 하부에 외부인들이 접근하는 것을 방지할 수 있다. 이 경우 기초부 영역 내의 파일론의 내경(inside diameter)이 수 미터 정도가 될 수 있으므로, 전체 면적은 예를 들어 100 제곱미터 또는 그 이상이 될 수 있다. 그 결과, 파워 모듈을 수용하기에 충분한 면적이 된다.
본 발명의 명세서에서 "파워 모듈(power module)"이란 용어가 사용되지만, 이 용어는 특히 변환기(converter)와 풍력 발전 설비의 네트워크 이송부(network transfer region)를 의미한다.
이것들은 특히 중간 전압 스위칭 캐비닛 또는 분배기(distributor)뿐 아니라 변압기(transformer) 또는 인버터(inverter) 또는 비상 스위치(emergency switch)를 포함한다. 이미 언급되었듯이 파워 모듈은 자체 컨테이너(container) 또는 풍력 발전 설비 내에 자체 공간 내에 설치되게 된다. 여기서 컨테이너는 원통형(cylindrical)의 튜브(tube)로 구성되고, 파워 모듈이 기초 지반물에 놓여 지고 나면 상기 원통형 튜브는 전체 파워 모듈 위에 맞춰지도록 하거나, 파워 모듈이 이미 공장에서 원통형 튜브 소에 장착되도록 해서 단순히 상기 원통형 튜브를 운송해 와서 전체 파워 모듈이 함께 운반되도록 할 수 있다.
특히, 컨테이너는 모든 측면 쪽으로 폐쇄된 형태로 하고, 적어도 하나의 출입문(access door)을 두어서, 만일 튜브 내에 복수 레벨 층 상에 파워 모듈이 시공되면 파워 모듈의 다양한 레벨 층이 모듈 내에서 계단 또는 사다리에 의해 접근될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 컨테이너 안에는 예를 들어서 서비스 엔지니어와 같은 작업자들이 옷을 갈아입거나 쉴 수 있는 공간 또는 방을 마련해 두는 것도 바람직하다. 이와 같은 공간은 특히 해상 풍력 발전소의 경우 매우 바람직하며, 해상 기후 상황이 악화하여서 작업자가 오갈 수 없을 때에 유용하다.
전술한 공간에는 작업자들이 며칠 동안 머무를 수 있도록, 예를 들어 신선한 음료수, 양식, 취침 도구, 통신 장비 등을 갖추고 있는 것이 바람직하다. 또한, 상기 공간 또는 방은 잠금 장치 기능을 가질 수도 있어서, 풍력 발전소의 내부로부터 밀봉되게 할 수도 있다.
이와 같이 함으로써, 예를 들어 풍력 발전소에서 화재가 발생한 경우 사람들 이 그곳에 도피하도록 하여 구조를 기다리도록 할 수 있다. 만일 둘러싸는 하우징이 원통형 튜브 형태를 구성한다면, 상부와 하부의 튜브 끝단(end) 또는 있을 수 있는 추가의 개구부(opening)가 건물 쪽으로의 수송을 위해 닫혀 질 수 있으며, 하측 튜브 끝단은 처음부터 견고히 밀폐되도록 함으로써, 혹독한 기후 조건 하에서는 건물 쪽으로의 수송 또는 빌딩 활동에 있어서의 중단으로 인해서 해수 또는 습기가 컨테이너 안으로 침투해서 전기적으로 예민한 파워 모듈 부품에 영향을 주는 것을 방지할 수 있게 된다.
파워 모듈 구성 요소(element)에 냉각이 필요한 경우에는 파워 모듈의 내부와 풍력 발전 설비의 파일론 내부 사이에 공기 대류 교환이 가능하도록 설계하는 것이 바람직하다. 바람직한 실시예로서, 파워 모듈로부터 파일론의 내부로 나오는 폐열이 파워 모듈의 바깥으로 폐기될 수 있다.
이와 같은 목적에서, 파워 모듈을 위한 공기 폐 회로(closed air circuit)를 구성해서 적절한 열 교환기(heat exchanger)를 통해, 예를 들어 냉각 코일(cooling coil)의 형태를 통해, 파일론의 내부로 열을 방출시킬 수 있다. 파워 모듈의 개별 요소들에 대한 냉각이 필요한 경우에는, 도7에 도시된 공기 덕트(air duct; 12)를 통해 울타리 하우징(enclosing housing)의 내부로부터 공기가 지나가도록 해서 냉각을 시킬 수 있으며, 이는 한편으로는 울타리 하우징 내부로 열려 있고, 다른 한편으로는 다른 지점에서 울타리 하우징 속으로 냉각된 공기를 돌려주는 공기 샤프트에 의해 작동된다.
울타리 하우징 내부에서 공기의 양의 대류(positive convection)가 입구 및/ 또는 개별 공기 샤프트의 출구에서 팬에 의해 확보된다. 만일 상기 공기 덕트(공기 샤프트)가 접하고 있는 풍력 발전 설비의 파일론에 직접 통과하게 되면, 예를 들어 서로 겹쳐있는 모습으로 복수 개의 층으로 된 나선 구조의 형태인 경우에, 파일론 벽 자체는 외부로부터 그 주위를 따라 흐르는 공기 또는 물을 지니고 있는 냉각 요소를 구성하고 있으므로, 공기 덕트 내부에 공기가 냉각된다.
전술한 변형 실시예는, 울타리 하우징의 내부가 항시 파일론의 내부로부터 격리되어 있고, 해상 풍력 발전의 경우 울타리 하우징의 내부가 염분을 함유한 해수 공기로부터 격리될 수 있어서 장점이 있다. 이는 울타리 하우징의 내부에 있는 파워 모듈의 전기 부품들이, 염분을 함유한 공기로부터 파일론의 전체 내부를 보호하기 위한 수단 없이도 염분 함유 공기와 같은 강한 독성 효과가 있는 공기가 울타리 하우징의 내부에 침입하는 것을 방지하는 효과가 있다.
변압기와 다른 전기 부품을 위한 폐 울타리 하우징의 경우, 화재 발생 시에 작동하는 화재 보호 장치를 울타리 하우징 내에 구비하는 것이 바람직하다. 이와 같은 화재 보호 장치는, 예를 들어 CO2와 같은 불활성 가스로 전체 장치가 채워지도록 해서 울타리 하우징 내부에 산소 성분이 감소하도록 해서 화재 발생 시에 산소 공급 부족으로 불길이 가라앉도록 할 수 있다.
CO2 가스 대신에 질소 또는 불활성 가스가 이용될 수 있다. 상기 불활성 가스는 탱크에 담겨져서 화재 발생 시(온도 상승시)에 반응하는 센서 한 개 또는 복수 개와 함께 제공되며, 탱크를 여닫는 밸브에 의해 상기 불활성 가스가 신속히 울 타리 하우징으로 흘러나오도록 한다.
어떤 경우에는 안전 장치(safety device)가 제공되어서, 사람들이 있을 때에 울타리 하우징 안으로 가스가 흘러들어오는 것을 방지할 수 있다. 이와 같은 안전 장치로서, 울타리 하우징으로 유입될 때에 작동 작업자 측에서 활성화되는 스위칭 요소가 적용될 수 있으며, 그 결과 불활성 기체가 울타리 하우징 속으로 흘러들어가는 것을 방지할 수 있다.
그럼에도, 염분 함유 공기가 울타리 하우징 속으로 들어오는 경우에는, 울타리 하우징 속에 그곳에 존재하는 공기로부터 소금기를 제거하는 수단을 구비하는 것이 바람직하다. 염분 함유 공기가 울타리 하우징의 내부 속으로 스며들어 가는 것을 방지하기 위하여, 유리 섬유재 보강 플라스틱재(GRP; glass fibre reenforced plastic material)로 만든 잠금 장치를 사용하는 것도 바람직하다.
만일 작업자가 잠금 장치를 통해 울타리 하우징 속으로 들어가려 하는 경우에는, 공기가 고압 측에 잠금 장치 속으로 통과하게 되어 작업자가 공기 유속에 대항하여 울타리 하우징 속으로 건너 들어갈 수 있다. 따라서, 울타리 하우징이 탱크에 연결되어 그 안에 염분이 함유되지 않은 공기가 충분히 있어서, 잠금 장치를 통해 울타리 하우징 안으로 작업자가 가려할 때에 고압의 무염분 공기가 밀려 들어갈 수 있다면 매우 바람직하다.
본 발명의 양호한 실시예로서, 울타리 하우징 안에 습기 성분을 최소화할 수 있는 수단을 구비하는 것이 바람직하다. 이와 같은 수단은 예를 들어 펠티어 요소(peltier element)일 수 있다.
공기 중의 염분 함유 비율 또는 습기 함유량을 검출하는 해당 센서가 기준치를 초과하는 것으로 검출한 경우 염분 제거 장치 또는 수분 제거 장치가 작동될 수 있다. 염분 제거 장치 또는 수분 제거 장치는 염분 잔유량 또는 수분 t유량이 미리 정해진 값 이하로 떨어질 때까지 동작하게 된다. 파워 모듈이 에워싸진 상기 울타리 하우징은 풍력 발전 설비의 기초부 위에 또는 풍력 발전 설비의 파일론 내부의 플랫포옴에 놓일 수 있다.
상기 플랫포옴은, 염분이 가능한 울타리 하우징 속으로 침투하는 것을 차단하기 위하여 풍력 발전 설비의 기계 하우징 아래까지, 특히 해상 풍력 발전소의 경우, 놓일 수 있다. 염분 또는 수분량을 검출하는 센서가 보내는 데이터를 중앙 스테이션에 전송해서 전체 풍력 발전 설비가 제어되거나 모니터 되도록 할 수 있다.
울타리 하우징 내에 구비된 염분 또는 수분 함유량을 줄이는 수단은 중앙 스테이션에 의해 활성화될 수도 있다. 파워 모듈의 부품과 관련해서 화재 발생을 방지하기 위해, 발전소의 정상 동작 시에는 울타리 하우징 전체에 걸쳐서 산소 함유율이 낮도록 대기를 유지하는 것도 바람직하다.
이와 같은 목적은 울타리 하우징 내의 공기의 산소 비율을 정상 함유율보다 떨어지도록 함으로써 달성될 수 있다. 또한, 울타리 하우징 내부에 CO2 가스를 (최대 100% 까지) 채우던가 질소 가스를 (최대 100% 까지) 채우던가, 다른 불활성 가스를 (최대 100% 까지) 채울 수 있다.
이 경우, 작업자가 울타리 하우징 속에 들어가서 작업을 하고자 할 경우에는 일반 공기가 그곳에 채워져야 함은 당연하다. 울타리 하우징 속에서 기타 산소 호흡기 장비를 갖추지 아니하고도 작업자가 작업할 수 있도록 잠금 장치가 열리는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 울타리 하우징은 풍력 발전 설비 내에 설치되는 것뿐 아니라, 바깥의 파일론에 실장 되는 것도 가능하다. 이렇게 함으로써, 파일론 위에 플랫포옴 상에 울타리 하우징 전체가 실장되는 것도 가능하고, 파일론에 직접 고정되는 것도 가능하다.
만일 울타리 하우징이 폐공간 튜브 형태이고, 상기 튜브가 파일론 상에 외부에 설치된다면, 작업자는 출입구 또는 잠금장치를 통해 울타리 하우징으로 들어가서 파일론 내부로 들어가는 것이 가능해진다. 이러한 변형 실시예를 통해 울타리 하우징의 내부가 파일론의 내부와 주위로 뻗어있는 공기 덕트에 의해 냉각되는 것이 가능하고, 이는 외부 공기가 울타리 하우징의 내부 공기와 직접 접하지 않도록 하게 한다.
만일 울타리 하우징이 복수 개의 부품으로 조립된 구성을 취해서, 파워 모듈의 개별 부품을 교체하고 울타리 하우징의 모듈 부품 전체를 교체할 필요가 없는 경우 매우 편리해진다.
도5는 본 발명에 따라 파일론(9)을 지닌 풍력 발전 설비(12)를 나타낸 측면도이다. 도6은 도5의 A-A 단면을 나타낸 도면이다. 이 점에 있어서, 도6을 참조하면 파워 모듈(7)과 파일론 벽(9) 사이에 울타리 하우징(10)이 설치되어 있으며, 울타리 하우징(10)은 튜브일 수 있다.
도7은 파일론 영역을 통해서 본 길이 방향으로 단면도를 나타낸 도면이다. 이 점에서 울타리 하우징(10)이 파워 모듈(7)을 파일론 벽(9)으로부터 완전히 스크린하여 가리는 효과가 있다.
파워 모듈을 냉각시키기 위해서, 울타리 하우징 안의 공기가 팬(11)을 통해 공기 냉각 덕트(12) 속으로 유입되도록 하고, 공기 덕트(12)는 파일론 벽(9)에 직접 실장되도록 하여서, 특히 데워진 공기가 냉각되어서 울타리 하우징(10) 속으로 다시 유입될 수 있도록 한다.
공기 냉각 덕트는 임의의 형상을 지닐 수 있으며, 특히 파일론 벽(9)을 따라 나선형 형태로 감아 올라가서, 공기 덕트(12) 내에서 공기를 최적의 상태로 냉각시킬 수 있다.
도8은 본 발명에 따른 풍력 발전 설비의 단면을 나타낸 도면으로서, 하나의 울타리 하우징 속에 여러 층 상에 설치된 풍력 발전 설비의 다양한 부품이 나타나 있다.
도9는 도8에 도시된 복층 중 하나의 층의 절개 평면도를 나타낸 도면이다. 도9는 출입 층(3층)에서의 절개 평면도를 나타내고 있는데, 콘트롤 캐비닛, 콘트롤 데스크, DUV 데스크 등이 구성되어 있다. 해당 층 아래로 3층으로 부품을 나르거나 입구 층 또는 출구 층으로 옮기기 위하여 플로어 패널은 제거될 수 있다.
도11은 파워 캐비닛 층의 부분 절개도를 나타낸 도면이다. 이와 같은 파워 캐비닛 층은 복수 개의 층, 예를 들어 4층, 5층, 6층 및 7층에 대해 제공될 수 있으며, 비교적 큰 설비의 경우에 복수 개의 파워 캐비닛이 항시 요구되고 어떤 경우 에는 그것들 모두가 한 층에 설치될 수 없기 때문이다.
이와 같은 관점에서, 각각의 층에는 사용된 공기에 대한 벽면 개구부(wall opening)가 마련되어서 사용된 공기는 수집 덕트(collecting duct)를 통해 폐기되어서, 풍력 발전 설비의 파일론 속으로 통과시켜서 공기가 파일론 벽과의 열교환을 통해 다시 냉각될 수 있다.
만일 울타리 하우징이 닫힌 공간을 형성한다면, 울타리 하우징 내의 공기압이 하우징의 바깥 공기압과 서로 다를 수 있으며, 특히 파일론 내부를 제외한 울타리 하우징 바깥의 공기압과 서로 다를 수 있다. 마지막으로, 울타리 하우징 및 또는 공기 덕트 중 하나 속에 가열 장치 및/또는 냉각 장치를 설치해서, 울타리 하우징 속의 온도를 조절할 수 있다.
무슨 이유에서든지 설비가 오랜 기간 동안 정지 상태에 있거나 특히 겨울에 바람직하지 않은 온도에까지 하강하는 경우, 가열 장치가 작동되는 것이 바람직하다. 한편, 울타리 하우징 내의 공기의 냉각은 (예를 들어 열 교환기와 같은) 냉각 장치에 의해 신속하고도 효율적으로 이루어질 수 있다.
또한, 전체 울타리 하우징이 자기 지지 장치(self-supporting arrangement)의 형태이어서 전체 울타리 하우징이 운반될 수 있으며 특히 크레인 위에서 울타리 하우징 속에 설치된 장치를 가지고 이동될 수 있는 경우 매우 유용하다.
특히 전체 하우징이 (예를 들어 철제로 된) 튜브인 경우, 위와 같은 디자인 형태가 가능하다. 상기 디자인 형태의 장점은 전체 울타리 하우징이 내부의 모든 부품과 함께 공장에서 함께 만들어져서 높은 품질이 유지된 상태로 시공 장소로 이 송되어 와서 바로 시공될 수 있는 데 있다. 전술한 구조는 이후에 설비를 분해 해체하는데도 상당히 손쉽게 하는 장점이 있다.
도12 내지 도16은 전술한 파워 모듈을 구비한 본 발명에 따른 풍력 발전 설비의 양호한 실시예를 기술한다. 이를 위하여, 상세한 설명에는 특히 풍력 발전소 파일론의 외부 출입구와 내부 사이에 잠금 장치(lock arrangement)가 어떻게 제공되는가가 상술되어 있으며, 파워 모듈의 중요한 전자 및 전기 부품이 제공되고 특히, 전체 발전 설비가 해상 풍력 발전소에 적용되는 경우 염분 함유 공기 또는 염분 함유 용수가 설비 안으로 들어와서 전기 부품 또는 전자 부품을 망가뜨리는 것을 방지하는 잠금 장치를 제공한다.
도15는 하부 파일론(lower pylon)의 길이 방향의 부분 단면을 나타내는 도면으로, 파워 모듈이 분포하는 다양한 층(level)과 도15의 우측 상부에 파일론의 내부로 들어가는 외부 출입구(external entrance)를 나타낸다.
상기 출입구는 보통 게이트 또는 도어로서 각각 닫히는 것이 가능하다. 도15에 도시된 대로, 도어(100)로부터 안으로 파일론 벽에 수직인 방향으로 뻗어 있으며, 플랫포옴(101)은 파일론에 직접 접속되도록 해서 파일론이 셋업될 때에 작업자가 쉽게 플랫포옴 위를 걸을 수 있도록 한다.
도16은 도15에 도시한 구조의 위에서 본 사시도로서, 도어(100)와 플랫포옴(101)뿐 아니라 튜브 모듈(7)을 보여주고 있다. 플랫포옴과는 수평 방향으로 또 하나의 플랫포옴이 있으며, 바람직하게는 격자를 구성해서, 파일론 벽에 고정해서 실장시켜서 풍력 발전 설비의 시공 초기 단계에 이미 작업자가 파일론에 제공되는 사다리(103)를 이용해서 도어(100)를 통해 상기 플랫포옴(101)을 경유해서 올라갈 수 있도록 한다.
도15의 평면도에서 알 수 있듯이, 파일론의 내부를 향해 플랫포옴(101)을 직접 연결하도록 공간(도10 참조, 하부 우측부 참조)이 마련되어서 플랫포옴(101)의 위에 공간과 함께 폐쇄된 잠금 장치를 구성한다.
상기 잠금 공간의 영역이 도16에 빗금친 부위로 나타내 있다. 외부로부터 상기 잠금 공간 속으로 작업자가 안으로 들어갈 수 있으며, 그 공간 안에서 옷을 갈아입거나 또는 잠시 휴식을 취할 수도 있다. 또한, 화장실이 그곳에 마련될 수도 있다. 상기 잠금 공간에는 또 하나의 도어(104)가 준비되어 파일론의 내부로 들어가도록 하는 출입구 역할을 하여, 파워 모듈의 장비 아이템까지 이르는 통로 역할을 한다.
도어(104)는 습기가 스며들지 못하도록 해서, 어떤 경우에는 습기가 잠금 장치 속으로는 통과하더라도, 도어(104)를 통해서는 스며들지 못하게 한다.
도12는 외부에서 풍력 발전 설비의 출입 도어(100)를 바라본 모습을 나타낸 도면이다. 도13은 도16의 잠금 입구 공간 속으로 본 부분 확대도를 나타낸 도면이다. 도14는 도15로부터의 상세도를 나타낸 도면이다. 잠금 입구 공간의 플로어가 파일론 내부에 고정되어서, 플로어는 습기가 투과되도록 해서, 스프레이 물 같은 것이 잠금 출입구 공간으로 들어오는 경우 입구 도어(100)가 열리는 경우, 스프레이 물이 플로어로 유입될 수 있다.
격자 형태의 구조가 바람직한 플로어의 아래에는 방수 패널이 제공되고, 방 수 패널은 파일론 벽을 향해 외측으로 경사지도록 한다. 따라서, 작업자의 옷으로부터 스프레이 물 또는 습기가 격자를 통해 그곳으로 들어가면, 물이 개구부(105)를 통해 외측으로 급히 나가게 된다.
도16 및 도14 및 도13으로부터 알 수 있듯이, 잠금 입구 공간(101)은 또 하나의 도어(106)에 의해 밀폐될 수 있다. 이 도어는 바람직하게는 습기에 대해 밀폐되어야 하고, 수분에 대해서는 침투시키지 않아서, 잠금 중앙 공간에 비해 잠금 입구 공간을 격리시키게 된다.
본 발명에 따르면, 우선 파일론의 벽(wall)과 파워 모듈(power module) 사이에 마련된 벽으로 구성된 컨테이너(container) 속에 파워 모듈이 설치됨을 특징으로 한다. 그 결과, 파워 모듈은 자체 울타리(enclosure)를 가지게 되며, 풍력 발전 파일론 내부의 독립된 공간 속에 놓이게 된다.
본 발명이 제안하는 이와 같은 구조의 특별한 장점은, 특히 해상 풍력 발전소의 경우, 파일론 속으로 해수가 스며들 경우에도 파워 모듈과 그 안에 장착된 전기 장치의 부품들이 해수에 의해 손상되는 것을 방지하지 않는 장점이 있다.
만일 변압기와, 스위칭 장비(switching installation), 인버터(inverter) 등과 같은 파워 모듈의 기타 부품들이 풍력 발전 설비 내에 별도의 장소에 설치되는 경우, 풍력 발전 설비의 파일론 내에 주변 나머지 공간으로부터 상기 부품들을 격리하는 것이 가능하다.
풍력 발전 설비에 있어서 어떤 경우에는 전술한 사항들이 매우 중요하다. 왜냐하면, 특히 해상 풍력 발전소의 경우, 발전소 공기 내에 염분이 함유되는 것은 바람직하지 않기 때문이다.
하우징 내에 전기적으로 민감한 부품들에 대해 울타리를 치는 것은 원칙적으로 풍력 발전소의 파일론 내에 염분이 함유된 내부 공기로부터 상기 부품들을 보호할 수 있다는 것을 의미하며, 예를 들어 하우징을 둘러싸도록 하거나 외부인이 근접할 수 없도록 접근을 차단하는 잠금 장치(lock arrangement)를 파워 모듈에 제공할 수 있다.

Claims (10)

  1. 기초부(foundation)와:
    상기 기초부 위에 기초를 두고 세워지고 그 내경(inside diameter)를 상기 기초부 영역 내에 두는 파일론(pylon)과;
    발전기(generator)와;
    복수 개의 전기 부품(electrical device)과 지지부(support)를 지닌 파워 모듈(power module)을 구비한 풍력 발전 설비에 있어서,
    상기 전기 부품은 적어도 하나의 변압기(transformer)를 지니고, 상기 변압기를 통해 풍력 발전 설비의 발전기가 생산한 전기에너지가 중간 전압 또는 고 전압으로 변환되고,
    상기 전기 부품은 또 다른 유닛트를 포함하되, 상기 유닛트에 의해 풍력 발전 설비의 발전기가 생산한 전기에너지가 제어되거나, 또는 공급되거나, 또는 변환되고,
    상기 지지부(support)는 상기 기초부 위에 놓이게 되고 상기 복수 개의 전기 부품들을 수용하고,
    상기 파워 모듈의 폭 또는 길이는 상기 기초부 영역 내의 파일론의 내경보다 작아서 상기 파워 모듈이 컨테이너에 의해 수용됨을 특징으로 하고, 상기 컨테이너는 벽을 구비하되 상기 컨테이너의 벽은 파일론 벽과 파일론 모듈 사이에 설치됨을 특징으로 하는 풍력 발전 설비.
  2. 제1항에 있어서, 상기 컨테이너는 원통형 단면(cylindrical cross-section)을 구비하고 있는 튜브인 것을 특징으로 하는 풍력 발전 설비.
  3. 제1항에 있어서, 작업자의 탈의실 또는 휴게실로 사용 가능한 별도의 독립 공간이 상기 컨테이너 안에 제공되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 설비.
  4. 제1항에 있어서, 상기 컨테이너는 침수되지 않도록 밀폐되어 시공 장소로 운반되는 과정이나 또는 시공 중에 물 또는 수분이 상기 컨테이너 안으로 들어가는 것을 차단하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 설비.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 따른 풍력 발전 설비를 시공하는 방법으로서,
    컨테이너 내에 파워 모듈을 시공하되 상기 파워 모듈은 파일론을 세우기 전에 기초부 위에 실장(mount)하고,
    상기 파일론을 공장에서 제조할 때에 상기 파워 모듈이 공장에서 파일론 내부에 조립함
    을 특징으로 하는 풍력 발전 설비 시공 방법.
  9. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 풍력 발전 설비는 해상 풍력 발전 설비임을 특징으로 하는 풍력 발전 설비.
  10. 제8항에 있어서, 상기 풍력 발전 설비 시공 방법은 해상에 시공하는 풍력 발전 설비에 적용함을 특징으로 하는 풍력 발전 설비 시공 방법.
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