KR100785358B1 - 풍력설비용 파운데이션 - Google Patents

Abstract

본 발명은 풍력설비용 파운데이션에 관한 것으로서, 상기 파운데이션에 있어 안정성에 중요한 구성요소, 즉 하중을 부담하고 측방 안정성을 유지하는 구성요소를 미리 제조하는 것을 특징으로 한다.

Description

풍력설비용 파운데이션{FOUNDATION FOR A WIND ENERGY PLANT}

본 발명은 풍력설비용 파운데이션(기초부) 및 이러한 종류의 파운데이션을 갖는 풍력설비에 관한 것이다.

풍력설비는 매우 거대하고 매우 큰 하중을 받기 때문에, 풍력설비에 있어서 파운데이션 및 파운데이션의 크기는 매우 중요하다.

현재까지는 굴착부를 굴착하고 입상 서브베이스(granular subbase)를 끼워넣고 파운데이션 설비 구성요소를 세우고 보강에 필요한 작업을 한 후에 상기 굴착부를 시멘트로 채우는 방식으로 풍력설비용 파운데이션을 제조하였고, 이때 상기 시멘트는 시멘트 로더(cement loader)에 의해 필요한 위치까지 운반되어 상기 굴착부로 부어진다. 상기 파운데이션 설비의 구성요소로는 일반적으로 미리 제조되어 각각의 조립 위치까지 하나의 유닛으로서 운반되는 중공(hollow) 실린더형 구조체가 있다.

현재 기술동향을 보면, 본 발명과 관련한 기술이 DE 40 37 438 C2, DE 33 36 655 A1, DE 76 37 601 U, FR 1 015 719, US 4 714 255 A, EP 1 074 663 A1, WO 94/26986 A1 및 WO 00/46452 A1 등에 특히 기술되어 있다.

상기 굴착부를 콘크리트로 채우는 것은 특히 기상이 좋지 않을 때에 문제가 생기고, 반면 상기 파운데이션이 설치될 굴착부를 굴착하는 작업은 거의 모든 기상 조건하에서 이루어질 수 있다. 최종적인 경화 콘크리트의 품질은 기상 조건에 큰 영향을 받는다.

따라서, 본 발명의 목적은 대부분의 설치시의 기상 조건에 관계없이 그 품질을 보장할 수 있는 풍력설비용 파운데이션을 제공하는 데 있다.

청구항 1에 기재한 풍력설비용 파운데이션에 의해 상기 목적을 달성할 수 있다.

이러한 점에서, 본 발명은 풍력설비용 파운데이션의 구조적인 기술면에 있어서 중요한 구성요소를 우선 제조한다는 사상에 기초를 두고 있다.

이와 같이 구성함으로써, 정확하게 정해진 온도와 공기습도 조건하에서 상기한 바와 같은 종류의 구성요소를 공장에서 제조할 수 있다는 이점이 있고, 따라서 완성된 제품의 품질이 높아진다. 또한, 더 이상 각각의 설치위치가 아닌 공장에서 미리 품질을 조절할 수 있다. 그리고, 만약 대량생산을 하게 되면 상기 파운데이션의 구성요소는 공장에서 더 효과적으로 싼 가격에 제조할 수 있게 된다.

본 발명의 구성에 따르면, 상기 파운데이션은 파운데이션 베이스 부재(20)와 두 개 이상의 파운데이션 풋(foot) 모듈(10)을 구비하고, 상기 파운데이션 풋 모듈은 상기 베이스 부재에 고정될 수 있으며 상기 베이스 부재(20) 및 두 개 이상의 풋 모듈(10)은 미리 제조된 것이다. 상기 파운데이션이 하나의 독립체가 아니고 다수의 구성요소로 구성되기 때문에 상기 구성요소를 따로따로 운반하여 설치할 수 있고, 이때 공장에서 제조함으로써 얻어진 품질에 나쁜 영향을 미치지 않는다. 상기 파운데이션의 구성요소는 그 크기가 크지 않기 때문에 각각의 구성요소를 운반하는 것이 용이하다.

본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 파운데이션 베이스 부재는 중공 실린더형 구조이고, 파운데이션 풋 모듈(10)은 상기 파운데이션 베이스 부재의 대칭축에 대해 방사상으로 배치된다. 이와 같이 풋 모듈을 방사상으로 배치함으로써 필요에 따라서는 상기 풋 모듈을 상기 베이스 부재 주위에 장착할 수 있으므로 상기 파운데이션의 안정성을 확보할 수 있다. 또한 상기 풋 모듈은 적절한 고정수단을 이용하여 상기 베이스 부재의 공동부에 고정시킬 수 있다.

본 발명의 특히 바람직한 구성에 따르면, 상기 풋 모듈은 상기 베이스 부재의 대칭축에 대해 방사상으로 배치되는 각각의 풋 플레이트 및 풋 지지부재를 갖는다. 이와 같은 경우, 상기 풋 지지부재는 상기 풋 플레이트와 직각을 이루고, 상기 고정상태의 풋 플레이트는 상기 베이스 부재의 대칭축에 수직하게 배치된다. 상기 풍력설비에 작용하는 정적인 힘은 상기 풋 플레이트와 지지부재에 의해 지지면에 더 잘 전달된다.

본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 지지부재의 높이는 방사상 외측으로 갈수록 작아진다. 이와 같이 지지부재를 외측으로 테이퍼되도록 함으로써 정적인 안정성을 향상시키게 된다.

본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 풋 플레이트의 폭을 방사상 외측으로 갈수록 크게 하며, 이로써 역시 정적인 안정성이 향상된다.

본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 지지부재와 풋 플레이트는 모두 방사상으로 배치되는 관통 홀을 갖는다. 상기 베이스 부재는, 상기 풋 모듈을 상기 관통 홀을 통해서 적절한 고정수단으로 베이스에 고정하기 위하여, 대응되는 관통 홀을 갖는다.

본 발명의 또 다른 구성에서, 상기 풋 플레이트 및/또는 지지부재는 운반하는 동안에 상기 풋 모듈을 확실히 고정하기 위해 래싱 스트랩(lashing strap)이 통과할 수 있는 크기의 지름을 갖는 관통 홀을 더 갖는다.

본 발명의 특히 바람직한 구성에서, 상기 베이스 부재와 풋 모듈은 철근 콘크리트(steel-reinforced concrete)를 포함한다.

첨부한 도면을 참조로 하여 아래에 본 발명을 더 자세히 기술한다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 파운데이션을 도시한 사시도이다.

도 2a 내지 도 2c는 도 1에 도시한 파운데이션에 대한 다양한 각도의 도면이다.

도 4a 내지 도 4e는 파운데이션 풋에 대한 다양한 각도의 도면이다.

도 5a 및 도 5b는 도 4a에 도시한 파운데이션이 운반을 위해 적층된 상태를 나타내는 평면도 및 측면도이다.

도 6은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 파운데이션을 도시한 사시도이다.

도 7은 도 6에 도시한 파운데이션의 하나의 구성요소를 도시한 사시도 및

도 8은 도 6에 도시한 파운데이션의 한 구성요소에 대한 평면도이다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 파운데이션을 도시한 사시도이다. 이 경우에 상기 파운데이션(1)은 중공 실린더형 베이스 부재(base element)(20) 및 상기 베이스 부재(20)의 세로축 또는 대칭축에 대해 방사상으로 배치되며 상기 베이스 부재 주위에 균일하게 분포되는 다수의 풋 모듈(foot module)(10)을 포함한다.

도 2a는 도 1에 도시한 파운데이션의 평면도이다. 상기 중공 실린더형 베이스 부재(20)의 둘레부에는 다수의 홀(21)이 형성된다. 상기 홀은 다른 고정수단(fixing element)을 수용하는 기능을 하고, 이로써 풍력설비의 파일런(pylon)이 상기 파운데이션(1)에 고정될 수 있다. 상기 풋 모듈(10)은 풋 플레이트(11)와 지지부재(12)를 포함한다. 베이스 부재(20) 주위에 10개의 풋을 고정할 수 있도록 풋 모듈(10)을 각각 서로에 대해 36°간격으로 배치한다. 경우에 따라서는 요구되는 정적인 안정성을 확보하기 위해 상기 베이스 부재(20) 주위에 이보다 많거나 혹은 적은 수의 풋 모듈을 배치할 수도 있다.

도 2b는 도 1에 도시한 파운데이션의 측면도이다. 이 경우에 풋 모듈(10)의 풋 플레이트(11)는 중공 실린더형 베이스 부재(20)의 대칭축에 수직하게 하나의 평면에 배치된다. 또한 지지부재(12)는 풋 플레이트(11)에 대해 수직하게 위치되고, 상기 풋 플레이트(11) 상에서 중심이 맞춰진 형태로 배치되어 베이스 부재(20)의 대칭축에 대해 방사상으로 배치된다. 상기 베이스 부재(20)는 홀(21)이 형성되는 상부보다 두께가 두꺼운 하부(22)를 갖는다.

도 2c는 도 2b의 선 A-A를 따른 단면을 도시한다. 이 경우, 풋 플레이트(11)의 두께는 거의 일정하고, 반면 지지부재(12)의 높이는 외측으로 가면서 작아진다. 지지부재(12) 내에는 방사상으로 배치되는 관통 홀(14)이 각각 형성된다. 풋 플레이트(11)에는 상기 대칭축에 대해 방사상으로 배치되는 두 개의 관통 홀(15)이 형성된다. 상기 관통 홀(14,15)은 고정수단 등을 이용하여 풋 모듈(10)을 베이스 부재(20)에 장착시키고자 할 때에 이용된다.

도 4a 내지 도 4e는 도 2a에 도시한 풋 모듈(10)을 도시하고 있다. 여기서, 도 4a는 풋 플레이트(11) 및 상기 풋 플레이트에 수직하게 배치된 지지부재(12)를 갖는 풋 모듈(10)의 사시도이다. 이러한 구성에서, 상기 풋 플레이트는 내측면(11a)과 외측면(11b)을 갖는다. 상기 풋 모듈(10)은 풋 플레이트(11)의 내측면(11a)이 베이스 부재(20)에 접하도록 상기 베이스 부재에 장착된다.

도 4b는 도 4a의 풋 모듈(10)의 평면도이다. 풋 플레이트(11)의 폭(11c)은 외측으로 갈수록 증가한다. 또한, 상기 풋 플레이트의 내측(11a) 및 외측(11b)은 곡선으로 형성된다. 이때, 풋 모듈(10)이 베이스 부재(20)에 단단히 고정될 수 있도록 풋 플레이트(11)의 내측(11a)의 만곡은 베이스 부재(20)의 외측 만곡에 대응된다.

도 4c는 도 4a에 도시한 풋 모듈(10)의 외측에서 본 측면도이다. 이 경우에 는 특히 풋 플레이트(11)의 외측(11b)과 지지부재(12)의 외측(12b) 및 풋 플레이트(11)에 형성된 두 개의 관통 홀(15)이 도시되어 있다.

도 4d는 도 4a에 도시한 풋 모듈(10)의 측면도이다. 이 경우, 지지부재(12)의 높이(12c)는 지지부재(12)의 내측(12a)으로부터 외측(12b)으로 가면서 작아진다. 또한, 상기 도면들에는 지지부재(12)에 형성된 관통 홀(14) 및 풋 플레이트(11)에 형성된 관통 홀(15)이 도시되고 있다.

도 4e는 베이스 부재(20) 측에서 바라본 풋 모듈(10)의 측면도이다. 도 4e에서도 지지부재(12)에 형성된 관통 홀(14)과 풋 플레이트(11)에 형성된 관통 홀(15)이 도시되고 있다.

풋 모듈(10)의 크기가 5m를 넘을 수 있기 때문에 상기 풋 모듈의 운반에 있어 또 다른 해결해야 할 문제가 발생한다. 도 5a와 도 5b는 다수의 풋 모듈(10)을 운반할 때의 배치형태를 도시하고 있다. 이 경우 다수의 풋 모듈이 서로 적층되고, 보다 구체적으로는 두 개의 풋 모듈(10)의 지지부재(12)가 서로 대향되도록 적층된다. 예를 들면 4개의 풋 모듈(10)을 파레트(100)에 고정하고 지지부재(12)의 중심을 정렬하여 두 개가 함께 옮겨지는 형상으로 적층된다.

상기 풋 모듈을 안전하게 운반하기 위해, 상기 풋 모듈(10)에 관통 홀을 더 형성할 수도 있다. 이와 같이 하면, 상기 관통 홀은 풋 모듈(10)이 확실히 고정되도록 하기 위해 상용 래싱 스트랩(lashing strap)이 관통할 수 있도록 형성되어야 한다. 상기 관통 홀은 공장에서 쉽게 드릴링하거나 또는 적당한 주형이 제공될 수 있기 때문에 상기한 바와 같은 관통 홀을 형성하는 것은 풋 모듈(10)의 제조에 있 어 큰 문제가 되지 않는다. 상기한 바와 같은 관통 홀이 풋 모듈(10)의 안정성에 나쁜 영향을 끼지지 않는다.

상기 파운데이션의 수평을 정확히 유지하기 위해 몇몇 풋 플레이트(11)의 밑에 또는 풋 모듈(10)과 베이스 부재(20) 사이에 다른 정렬부재를 추가로 제공할 수도 있다.

풍력설비 파운데이션(1)의 베이스 부재(20)의 운반에 대해서는 이미 오래전에 공지되었고, 이는 본 발명의 요지와는 거리가 멀다.

상기 본 발명의 실시 예에 따른 풍력설비 파운데이션의 모듈 구조를 이용함으로써 베이스 부재(20)와 풋 모듈(10)을 공장에서 미리 제조하여 설비 위치로 운반하는 것이 가능하게 된다. 이와 같이 공장에서 미리 제조하게 되면 상기 풍력설비용 파운데이션의 품질을 균일하게 유지할 수 있다. 또한 상기 풍력설비용 파운데이션은 거의 모든 기상조건에 놓여질 수 있다. 현재 기술동향을 보면 이를 위해서 우선 굴착을 하고 입상 서브베이스 층을 설치한다. 그리고 나서 베이스 부재(20)를 설치하고 적당한 고정수단을 이용하여 베이스 부재(20)에 풋 모듈을 고정시킨다. 다음에 파운데이션을 보강하고 상기 굴착부분을 콘크리트로 채운다. 이와 같은 경우, 상기 파운데이션의 안정성을 유지하는 인자, 즉 상기 베이스 부재와 풋 모듈을 미리 제조하기 때문에 콘크리트의 품질은 부차적이 된다.

도 6에서는 제 2 실시 예에 따른 완성된 파운데이션을 도시하고 있다. 제 1 실시 예에 따른 파운데이션과는 달리, 제 2 실시 예에 따른 파운데이션은 그 주위에 다수의 풋 모듈이 배치되는 중공 실린더형 베이스 부재를 포함하지 않는다. 대신, 각각의 풋 모듈이 베이스 부재의 세그먼트 부분을 포함한다. 즉, 상기 중공 실린더형 베이스 부재가 풋 모듈(10)의 일부 구성부분이 되는 다수의 부분으로 분할된다. 또한, 각각의 풋 모듈(10)은 풍력설비의 대응 파일런 세그먼트를 고정하기 위한 홀이 제공되는 플랜지부(60)를 포함한다.

도 7은 제 2 실시예에 따른 하나의 풋 모듈(10)을 도시한다. 상기 풋 모듈은 베이스 부재 부분(20a)은 물론 풋 플레이트(11)와 지지부재(12)도 포함한다. 상기 풋 모듈을 서로 연결하기 위한 홀(50)이 베이스 부재 부분(20a)에 형성된다. 풋 모듈(10) 사이의 연결은 적절한 나사결합 또는 기타 결합요소를 이용하여 연결된다. 또한 상기 베이스 부재 부분에는 대응되는 파일런 세그먼트를 고정하기 위한 플랜지부(60)가 제공된다.

도 8은 도 6 또는 도 7에 도시한 풋 모듈(10)의 평면도이다. 상기 실시 예에서, 풋 모듈(10) 또는 풋 플레이트(11)의 폭은 제공되는 풋 모듈(10)의 수에 따라 다르다. 소정 개수의 풋 모듈을 설치함으로써 미리 일체로 형성된 파운데이션 섹션을 갖는 풍력설비용 원형 파운데이션의 완성체를 제공한다. 여러 개의 풋 모듈(10) 사이의 연결상태를 향상시키기 위해서 베이스 부재 부분(20a)에 측면 플레이트를 배치할 수 있다. 도 8은 각각의 풋 모듈(10)을 연결하기 위한 체결요소 중 나사를 도시하고, 또한 풋에 있어서 파운데이션 섹션의 베이스 부재의 앵커리지를 도시하고 있다(도 8의 좌측).

제 1 실시 예의 파운데이션에 있어, 파운데이션이나 풋 모듈이 설비위치에서 조립되도록 하기 위해 제 2 실시 예에 따른 파운데이션을 미리 제조할 수 있다.

보통 풍력설비의 조립을 위해서 로딩 크레인(loading crane)이 미리 대기하고 있고, 상기 크레인을 이용하여 완성된 파운데이션의 구성요소를 들어올려 굴착부로 이동시킨다.

본 발명에 따라 완성된 파운데이션이 내륙에서 이용되는 것으로 기술하였지만, 해안의 풍력설비용 파운데이션으로도 이용할 수 있다.

지금까지 소정 규모의 풍력설비, 즉 예를 들면 300kW 내지 2MW 사이의 범위, 바람직하게는 600kW의 공칭(公秤)출력 및 허브 높이(파일런 높이)가 45m 내지 85m 인 풍력설비에 대해 기술하였다. 그러나, 본 발명은 종래의 파일런 또는 허브 높이 및 출력 데이터를 갖는 Enercon사의 E40 또는 E66 타입으로 풍력설비를 구성하는 데에 특히 적합하다.

Claims (17)

1. 파운데이션 베이스 부재(20) 및 적어도 두 개의 파운데이션 풋 모듈(10)을 구비하고,

   상기 파운데이션 풋 모듈(10)은 상기 파운데이션 베이스 부재(20)에 고정되도록 되며,

   상기 파운데이션 베이스 부재(20) 및 상기 적어도 두 개의 파운데이션 풋 모듈(10)은 미리 제조된 부재에 해당하고,

   상기 파운데이션 풋 모듈(10) 각각은 상기 파운데이션 베이스 부재(20)의 대칭축에 대해 각각 방사상으로 배치되는 풋 플레이트(11)와 풋 지지부재(12)를 구비하며,

   상기 풋 지지부재(12)는 상기 풋 플레이트(11)에 수직으로 배치되고, 고정된 상태의 상기 풋 플레이트(11)는 상기 파운데이션 베이스 부재(20)의 대칭축에 거의 수직하게 배치되는, 풍력설비용 파운데이션(1).
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,

   적어도 두 개의 파운데이션 풋 모듈(10)을 포함하고,

   상기 파운데이션 풋 모듈(10)은 서로 고정되도록 되며 미리 제조된 부재에 해당하는, 풍력설비용 파운데이션.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 파운데이션 베이스 부재(20)는 중공 실린더형 구조이고, 상기 파운데이션 풋 모듈(10)은 상기 파운데이션 베이스 부재(20)의 대칭축에 대해 방사상으로 배향되는, 풍력설비용 파운데이션.
5. 삭제
6. 제 4 항에 있어서,

   상기 풋 지지부재(12)의 높이(12a)는 방사상 외측으로 감소하는, 풍력설비용 파운데이션.
7. 제 4 항에 있어서,

   상기 풋 플레이트(11)의 폭(11c)은 방사상 외측으로 증가하는, 풍력설비용 파운데이션.
8. 제 4 항에 있어서,

   상기 풋 모듈(10)은 고정수단을 수용하도록 방사상으로 배향되는 관통 홀(14, 15)을 포함하고,

   상기 파운데이션 베이스 부재(20)는 상기 풋 모듈(10)의 관통 홀(14, 15)에 대응되는 관통 홀을 구비하는, 풍력설비용 파운데이션.
9. 제 1 항, 제 3 항, 제 4 항, 또는 제 6 항에 있어서,

   상기 풋 플레이트(11)와 상기 풋 지지부재(12) 중 하나 또는 양자 모두는 운반시에 래싱 스트랩을 수용하기에 적합한 관통 홀을 더 구비하는, 풍력설비용 파운데이션.
10. 제 1 항, 제 3 항, 제 4 항, 또는 제 6 항에 있어서,

    상기 파운데이션 베이스 부재(20)와 상기 적어도 두 개의 파운데이션 풋 모듈(10)은 철근 콘크리트로 미리 제조되는, 풍력설비용 파운데이션.
11. 제 3 항에 있어서,

    상기 파운데이션 풋 모듈(10)은 상기 풋 플레이트(11)의 일 단부(11a)에 수직하게 배치되는 베이스 부재 부분(20a)을 가지는, 풍력설비용 파운데이션.
12. 삭제
13. 미리 제조된 다수의 파운데이션 풋 모듈(10)을 구비하는 풍력설비용 파운데이션(1)에 있어서,

    상기 파운데이션 풋 모듈은 상기 파운데이션 풋 모듈(10)을 서로 연결하기 위한 베이스 부재 부분(20a), 풋 플레이트(11) 및 풋 지지부재(12)를 가지고,

    상기 지지부재(12)와 상기 베이스 부재 부분(20a)은 각각 상기 풋 플레이트(11)에 수직하게 배치되고,

    상기 베이스 부재 부분(20a)은 풍력설비의 파일런 세그먼트를 고정하기 위한 플랜지 세그먼트(60)를 가지는, 풍력설비용 파운데이션(1).
14. 제 13 항에 있어서,

    상기 풋 지지부재(12)의 높이(12a)는 방사상 외측으로 감소하는, 풍력설비용 파운데이션.
15. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,

    상기 풋 플레이트(11)의 폭(11c)은 방사상 외측으로 증가하는, 풍력설비용 파운데이션.
16. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,

    상기 풋 플레이트(11)와 상기 풋 지지부재(12) 중 하나 또는 양자 모두는 운반시에 래싱 스트랩을 수용하기에 적합한 관통 홀을 가지는, 풍력설비용 파운데이션.
17. 제 1 항, 제 3 항, 제 11 항, 제 13 항, 또는 제 14 항 중 어느 한 항에 따른 파운데이션을 포함하는 풍력설비.

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