KR101044752B1 - 해상 풍력 발전 시설물 설치시 기울기 보정 장치 - Google Patents

해상 풍력 발전 시설물 설치시 기울기 보정 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 해상 풍력 발전 시설물 설치시 기울기 보정 장치에 관한 것으로서, 특히 파일 기초와, 파일 기초의 상면에 수직으로 설치되되, 상면에 내측면으로 절곡된 제 1플랜지가 구비되는 하부 타워와, 상기 하부 타워와 상호 결합되되, 저면에 내측면으로 절곡된 제 2플랜지가 구비되는 상부 타워로 이루어지는 기초와; 상기 기초의 상부 타워에 설치되는 터빈과; 상기 제 1플랜지와 제 2플랜지 사이에 수직으로 체결되어 상기 하부 타워와 상부 타워의 기울기를 보정하여 수직도를 맞추는 복수의 승하강 수단; 및 상기 승하강 수단에 의해 상기 하부 타워와 상부 타워의 수직도가 맞춰지면 상기 제 1플랜지와 제 2플랜지 사이에 설치되고, 내부에 지지체가 결속된 상태에서 콘크리트가 타설되어 양생되는 거푸집으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면 하부 타워의 상면과 상부 타워에 저면에 각각 내측면으로 절곡된 플랜지를 형성하고, 플랜지 사이에 복수의 유압 잭을 설치한 상태에서 유압 잭을 통해 기울기를 보정한 후 상부 타워와 하부 타워 사이에 거푸집을 설치하고, 거푸집 내에 콘크리트를 채운 다음 거푸집과 유압 잭을 제거함으로써 기초 설치시 수직도를 보정하여 수직도를 유지할 수 있다.

Description

해상 풍력 발전 시설물 설치시 기울기 보정 장치{APPARATUS FOR AMENDING SLOPE WHEN INSTALLING MARINE WIND POWER GENERATION FACILITY}
본 발명은 해상 풍력 발전 시설물 설치시 기울기 보정 장치에 관한 것으로서, 상세하게는 하부 타워의 상면과 상부 타워에 저면에 각각 내측면으로 절곡된 플랜지를 형성하고, 플랜지 사이에 복수의 유압 잭을 설치한 상태에서 유압 잭을 통해 기울기를 보정한 후 상부 타워와 하부 타워 사이에 거푸집을 설치하고, 거푸집 내에 콘크리트를 채운 다음 거푸집과 유압 잭을 제거하도록 하는 해상 풍력 발전 시설물 설치시 기울기 보정 장치에 관한 것이다.
해상풍력발전은 풍력터빈을 호수, 피오르드(fjord) 지형, 연안과 같은 수역에 설치하여 그 곳에서 부는 바람의 운동에너지를 회전날개에 의한 기계에너지로 변환하여 전기를 얻는 발전방식을 말한다.
2008년 말까지 해상풍력발전 총 누적용량은 총 풍력발전 누적용량의 1%가 약간 넘는 수치인 1,473MW이며 2008년에는 30% 증가율과 같은 수치인 350MW가 추가되었다.
해상풍력발전의 장점으로는 국토가 비좁은 국가에서 풍력터빈을 설치할 수 있는 지역을 구하기란 쉽지 않다. 즉 육상풍력발전의 경우 설치 부지의 한계가 있다는 말이다. 이에 비해 해상은 부지확보가 양호해 대규모 풍력발전단지 조성이 가능하다.
또한, 해상은 장애물의 감소로 바람의 난류와 높이나 방향에 따른 풍속변화가 적기 때문에 유사 조건의 육상풍력발전에 비해 상대적으로 낮은 피로하중으로 약 1.5~2배의 높은 발전량을 유지할 수 있고, 해상풍력발전의 경우 해안과 떨어져 설치되기 때문에 풍력터빈의 대형화로 인하여 발생되는 소음과 시각적인 위압감 같은 문제를 해소할 수 있다.
그리고, 해상에 설치된 풍력발전단지는 뛰어난 경관을 연출한다. 실례로 덴마크 미델그룬덴은 세계적인 해상풍력발전단지 조성의 성공사례로 알려지면서 전력생산뿐만 아니라 관광 투어 코스로도 인기를 끌고 있고, 바닷물 속에 잠겨 있는 풍력터빈 지지대가 어류와 해저 생물의 좋은 산란처 역할을 하여 어획량이 늘고 바닷물 위의 풍력터빈 지지대는 철새들의 쉼터 역할을 하고 있다.
해상 풍력 발전 시설물은 크게 터빈과, 기초로 나뉜다.
먼저, 터빈은 기본적으로 육상용 풍력발전터빈과 동일한 기술을 적용한다. 수명은 20년 정도이며 육상보다 대용량인 3~5MW 이상의 풍력터빈을 적용한다. 각 요소는 염분으로 인한 부식 피해를 막기 위하여 설계 및 코팅된다.
그리고, 기초(Foundation)는 대표적인 4가지 타입으로 나누어 설명할 수 있다.
콘크리트 케이슨 타입(Concrete caisson type)은 제작 및 설치가 용이하여 초기 해상풍력발전단지에 사용된 타입으로 빈데비(Vindeby), 미델그룬덴(Middelgrunden) 해상풍력발전단지 등에 적용되었다. 비교적 얕은 6~10m의 수심에서 사용가능하며 자중과 해저면의 마찰력으로 위치를 유지한다. 기초 직경은 12~15m다.
모노파일 타입(Monopile type)은 현재 가장 많이 쓰이고 있는 해상풍력발전단지 기초 방식이며, 25~30m의 수심에 설치가 가능하다. 홀스레브(Horns Rev), 노스 호일(North Hoyle) 해상풍력발전단지 등에 적용되었으며 해저면에 대구경의 파일(pile)을 항타(Driving) 또는 드릴링(Drilling)하여 고정하는 방식으로 대단위 단지에 이용하는 경우 경제성이 좋다. 기초 직경은 3~3.5m이다.
자켓 타입(Jacket type)은 현재 해상풍력발전단지 보유국에서 많은 관심을 보이고 실증 중에 있는 타입으로 수심 20~80m에 설치가 가능하다. 영국의 "The Talisman Beatrice Wind Farm Demonstrator" 프로젝트에서 적용된 이 타입은 자켓식 구조물로 지지하고 말뚝 또는 파일(pile)로 해저에 고정하는 방식이다. 대수심 해양의 구조물이고 실적이 많아 신뢰도가 높은 편이며 모노파일 타입과 마찬가지로 대단위 단지 조성에 이용하는 경우 경제성이 좋다.
부유식 타입(Floating type)은 미래 심해상 풍력발전의 필수 과제라고 할 수 있는 부유식 타입은 수심 40~900m에 설치가 가능하도록 많은 풍력회사에서 연구 중이다.
한편, 이러한 기초는 통상 파일 기초와, 파일 기초의 상면에 수직으로 설치되는 하부 타워와, 하부 타워와 상호 결합되는 상부 타워로 이루어진다.
그러나, 이러한 기초는 설치시 수직도를 유지해야만 하는 데, 이러한 수직도를 조정하는 별도의 장치가 없어 이를 개발할 필요가 있다.
본 발명은 상기와 같은 요구에 부응하기 위한 것으로, 하부 타워의 상면과 상부 타워에 저면에 각각 내측면으로 절곡된 플랜지를 형성하고, 플랜지 사이에 복수의 유압 잭을 설치한 상태에서 유압 잭을 통해 기울기를 보정한 후 상부 타워와 하부 타워 사이에 거푸집을 설치하고, 거푸집 내에 콘크리트를 채운 다음 거푸집과 유압 잭을 제거함으로써 기초 설치시 수직도를 보정하여 수직도를 유지하도록 하는 해상 풍력 발전 시설물 설치시 기울기 보정 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은,
파일 기초와, 파일 기초의 상면에 수직으로 설치되되, 상면에 내측면으로 절곡된 제 1플랜지가 구비되는 하부 타워와, 상기 하부 타워와 상호 결합되되, 저면에 내측면으로 절곡된 제 2플랜지가 구비되는 상부 타워로 이루어지는 기초와; 상기 기초의 상부 타워에 설치되는 터빈과; 상기 제 1플랜지와 제 2플랜지 사이에 수직으로 체결되어 상기 하부 타워와 상부 타워의 기울기를 보정하여 수직도를 맞추는 복수의 승하강 수단; 및 상기 승하강 수단에 의해 상기 하부 타워와 상부 타워의 수직도가 맞춰지면 상기 제 1플랜지와 제 2플랜지 사이에 설치되고, 내부에 지지체가 결속된 상태에서 콘크리트가 타설되어 양생되는 거푸집으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
여기에서, 상기 승하강 수단은 유압식 잭, 공압식 잭, 기계식 잭, 볼트 중 선택된 어느 하나 또는 두 개 이상이다.
여기에서 또한, 상기 승하강 수단은 상기 하부 타워 또는 상부 타워를 중심으로 방사상으로 형성된다.
여기에서 또, 상기 지지체는 철근, 텐던, 볼트중 선택된 어느 하나 또는 두 개 이상이다.
여기에서 또, 상기 제 1, 2플랜지는 서로 대향되는 면에 복수의 전단키가 돌출 형성된다.
상기와 같이 구성되는 본 발명인 해상 풍력 발전 시설물 설치시 기울기 보정 장치에 따르면, 하부 타워의 상면과 상부 타워에 저면에 각각 내측면으로 절곡된 플랜지를 형성하고, 플랜지 사이에 복수의 유압 잭을 설치한 상태에서 유압 잭을 통해 기울기를 보정한 후 상부 타워와 하부 타워 사이에 거푸집을 설치하고, 거푸집 내에 콘크리트를 채운 다음 거푸집과 유압 잭을 제거함으로써 기초 설치시 수직도를 보정하여 수직도를 유지할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 해상 풍력 발전 시설물 설치시 기울기 보정 장치의 설치 상태에서의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 해상 풍력 발전 시설물 설치시 기울기 보정 장치의 설치 완료 상태에서의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명에 따른 해상 풍력 발전 시설물 설치시 기울기 보정 장치의 설치 상태에서의 구성을 나타낸 단면도이다.
이하, 본 발명에 따른 해상 풍력 발전 시설물 설치시 기울기 보정 장치의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 해상 풍력 발전 시설물 설치시 기울기 보정 장치의 설치 상태에서의 구성을 나타낸 단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 해상 풍력 발전 시설물 설치시 기울기 보정 장치의 설치 완료 상태에서의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 해상 풍력 발전 시설물 설치시 기울기 보정 장치(1)는, 기초(10)와, 터빈(20)과, 승하강 수단(30)과, 거푸집(40)으로 이루어진다.
먼저, 기초(10)는 파일 기초(11)와, 파일 기초(11)의 상면에 수직으로 설치되되, 상면에 내측면으로 절곡된 제 1플랜지(13a)가 구비되는 하부 타워(13)와, 하부 타워(13)와 상호 결합되되, 저면에 내측면으로 90ㅀ절곡된 제 2플랜지(15a)가 구비되는 상부 타워(15)로 이루어진다. 여기에서, 제 1, 2플랜지(13a, 15a)는 서로 대향되는 면에 복수의 전단키(17)가 돌출 형성된다. 이때, 제 1, 2플랜지(13a, 15a)는 선택에 따라 하부 타워(13)와, 상부 타워(15)에서 각각 외측으로 90ㅀ절곡되어 형성될 수도 있다.
그리고, 터빈(20)은 통상의 구조로서 기초(10)의 상부 타워(15)에 설치된다.
또한, 승하강 수단(30)은 제 1플랜지(13a)와 제 2플랜지(15a) 사이에 수직으로 체결되어 하부 타워(13)와 상부 타워(15)의 기울기를 보정하여 수직도를 맞춘다. 여기에서, 승하강 수단(30)은 유압식 잭, 공압식 잭, 기계식 잭, 볼트 중 선택된 어느 하나 또는 두 개 이상인 것이 바람직하고, 하부 타워(13) 또는 상부 타워(15)를 중심으로 방사상으로 형성된다. 여기에서 또한, 승하강 수단(30)은 각각 수직으로 설치될 수도 있고, 한 쌍이 한 개조를 이루면서 상부가 서로 결합되고, 하부가 상호 이격된 형태인 삼각형으로도 설치될 수도 있다. 여기에서 또, 승하강 수단(30)은 하기에서 설명할 거푸집(40)의 제거시 같이 제거되어 다른 기초를 설치시 재이용되는 것이 바람직하다.
또, 거푸집(40)은 승하강 수단(30)에 의해 하부 타워(13)와 상부 타워(15)의 수직도가 맞춰지면 제 1플랜지(13a)와 제 2플랜지(15a) 사이에 설치되고, 내부에 지지체(41)가 결속된 상태에서 콘크리트가 타설되어 양생된다. 이때, 거푸집(40)은 콘크리트의 양생이 완료되면 제거되는 것이 바람직하고, 지지체(41)는 철근, 텐던, 볼트중 선택된 어느 하나 또는 두 개 이상인 것이 바람직하다.
이하, 본 발명에 따른 해상 풍력 발전 시설물 설치시 기울기 보정 장치의 동작을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명에 따른 해상 풍력 발전 시설물 설치시 기울기 보정 장치의 설치 상태에서의 구성을 나타낸 단면도이다.
먼저, 도 3a에 도시된 바와 같이 기초(10)중 파일 기초(11)를 해저면에 설치한 후 파일 기초(11)의 상면에 하부 타워(13)를 고정시킨다.
그런 다음, 도 3b에 도시된 바와 같이 하부 타워(13)의 제 1플랜지(13a)에 복수의 승하강 수단(30)의 하단부를 연결 설치한 후, 다시 상부 타워(15)의 제 2플랜지(15a)에 승하강 수단(30)의 상단부를 연결 설치한다.
이러한 상태에서, 도 3c에 도시된 바와 같이 승하강 수단(30)을 이용하여 하부 타워(13)와 상부 타워(15)의 기울기를 보정하여 수직도를 맞춘다.
하부 타워(13)와 상부 타워(15)의 수직도가 맞춰지면 도 3d에 도시된 바와 같이 제 1플랜지(13a)와 제 2플랜지(15a) 사이에 거푸집(40)을 설치하고, 거푸집(40)의 내부에 지지체(41)를 결속한 상태에서 콘크리트를 타설하여 양생시킨다.
그리하여, 도 3e에 도시된 바와 콘크리트의 양생이 완료되면 거푸집(40)과 승하강 수단(30)을 제거하여 설치를 완료한다.
본 발명은 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있으며 상기 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
10 : 기초 20 : 터빈
30 : 승하강 수단 40 : 거푸집

Claims (5)

  1. 파일 기초와, 파일 기초의 상면에 수직으로 설치되되, 상면에 내측면으로 절곡된 제 1플랜지가 구비되는 하부 타워와, 상기 하부 타워와 상호 결합되되, 저면에 내측면으로 절곡된 제 2플랜지가 구비되는 상부 타워로 이루어지는 기초와;
    상기 기초의 상부 타워에 설치되는 터빈과;
    상기 제 1플랜지와 제 2플랜지 사이에 수직으로 체결되어 상기 하부 타워와 상부 타워의 기울기를 보정하여 수직도를 맞추는 복수의 승하강 수단; 및
    상기 승하강 수단에 의해 상기 하부 타워와 상부 타워의 수직도가 맞춰지면 상기 제 1플랜지와 제 2플랜지 사이에 설치되고, 내부에 지지체가 결속된 상태에서 콘크리트가 타설되어 양생되는 거푸집으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 해상 풍력 발전 시설물 설치시 기울기 보정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 승하강 수단은,
    유압식 잭, 공압식 잭, 기계식 잭, 볼트 중 선택된 어느 하나 또는 두 개 이상인 것을 특징으로 하는 해상 풍력 발전 시설물 설치시 기울기 보정 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 승하강 수단은,
    상기 하부 타워 또는 상부 타워를 중심으로 방사상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 해상 풍력 발전 시설물 설치시 기울기 보정 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지체는,
    철근, 텐던, 볼트중 선택된 어느 하나 또는 두 개 이상인 것을 특징으로 하는 해상 풍력 발전 시설물 설치시 기울기 보정 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1, 2플랜지는,
    서로 대향되는 면에 복수의 전단키가 돌출 형성되는 것을 특징으로 하는 해상 풍력 발전 시설물 설치시 기울기 보정 장치.
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