KR101201475B1 - Floating offshore wind power generation plant - Google Patents

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Abstract

계류라인의 길이 및 설치 개수를 최소화함으로써 경제성을 확보하고, 구조물의 동적 장력 범위를 감소시켜 안정성을 높일 수 있으며, 구조물의 요잉(yawing) 운동에 대한 컨트롤이 양호하도록, 풍력발전부를 탑재한 상부 타워와, 상부 타워를 지지하는 부력체인 하부구조물, 상기 하부구조물을 계류하기 위해 하부구조물과 해저면을 연결하는 단일의 계류라인, 상기 계류라인에 설치되어 계류라인에 걸리는 하중에 따라 계류라인의 길이를 가변시켜 동적 장력의 범위를 감소시키는 장력가변부를 포함하는 부유식 해상 풍력발전설비를 제공한다.Upper tower equipped with wind power generation unit to secure economy by minimizing the length of mooring line and the number of installations, increase stability by reducing dynamic tension range of structure, and good control of yawing movement of structure A lower mooring line supporting the upper tower, a single mooring line connecting the lower structure and the sea bottom to moor the lower structure, and the length of the mooring line according to the load applied to the mooring line. It provides a floating offshore wind power plant including a variable tension portion that is variable to reduce the range of dynamic tension.

Description

부유식 해상 풍력발전설비{FLOATING OFFSHORE WIND POWER GENERATION PLANT}Floating offshore wind power plant {FLOATING OFFSHORE WIND POWER GENERATION PLANT}

본 발명은 풍력을 이용하여 전기를 생산하는 풍력발전설비에 관한 것이다. 더욱 상세하게 본 발명은 해상에 설치되는 부유식 해상 풍력발전설비에 관한 것이다.The present invention relates to a wind power plant for producing electricity using wind power. More specifically, the present invention relates to a floating offshore wind power plant installed at sea.

지구온난화에 따른 환경규제와 화석연료의 수급불안 등의 문제점이 대두됨으로서 신재생 에너지 생산시스템으로서의 풍력발전이 각광을 받고 있다. The problems of environmental regulation due to global warming and uneasiness of supply and demand of fossil fuels are leading to wind power generation as a new and renewable energy production 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 to respond to environmental loads by structural deformation, and the floating type is floating on the surface and is subjected to self-weight, buoyancy, environmental load and mooring force. It is a way of overcoming environmental loads through 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, offshore wind power plants were stationary and installed mainly in shallow waters. However, the fixed structure provides favorable operating conditions because the structure is fixed to the sea floor, but the deeper the depth, the larger the structure becomes and the risk of fatigue failure is difficult to avoid. In addition, as the size of facilities increases, the cost of manufacturing and installing the structure increases astronomically.

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, many studies on offshore wind power generation facilities using floating structures that are not limited by the size of the structure even if the depth of water deepens.

부유식 구조는 부력체의 자세 복원성의 메커니즘에 따라 폰툰형, 인장계류형, 주상형으로 분류할 수 있다. 이 중 인장계류형은 부력체를 해저와 인장 계류라인으로 결합하여 계류라인의 강성으로 복원력을 발생시키는 구조이다. 이러한 구조의 대표적인 형식으로는 인장 다리 플랫폼(Tension Leg Platform: TLP)이 있다. TLP 형식은 부력체인 플랫폼에 복수개의 계류라인을 설치하여 해저면에 연결하고, 플랫폼이 정적 평형위치보다 조금 아래로 내려가도록 계류라인을 당겨 장력이 걸리도록 한 구조이다.Floating structures can be classified into pontoons, tensile moorings, and pylons, depending on the mechanism of postural stability of the buoyant bodies. Tensile mooring type is a structure that generates a restoring force by the rigidity of the mooring line by combining the buoyancy body with the seabed and the tensile mooring line. A typical form of this structure is the Tension Leg Platform (TLP). The TLP type is a structure in which a plurality of mooring lines are installed on the buoyancy chain platform and connected to the sea floor, and the mooring line is pulled so that the platform is slightly lower than the static equilibrium position.

주상형의 경우 대표적인 형식으로 스파형 플랫폼(spar platform)이 있다. 스파형 플랫폼은 부력중심 밑에 중력중심을 갖는 실린더형태의 구조물을 수직으로 세우고 그 위에 플랫폼을 설치한 형태로, 복수개의 계류라인이 구조물과 해저 사이에 설치된다.In the case of columnar type, there is a spar type platform. The sparse platform is a structure in which a cylindrical structure having a center of gravity is placed vertically below the buoyancy center and a platform is installed thereon. A plurality of mooring lines are installed between the structure and the seabed.

상기한 부유식 해상 풍력발전설비를 개발함에 있어서, 구조물의 안정성과 경제성은 매우 중요하게 고려될 사항이다. 이에 설비의 안정성 확보를 전제로 제작, 설치 및 운전 비용이 가장 적게 드는 방식으로 개발이 이루어질 필요가 있다.In developing the floating offshore wind turbine, the stability and economics of the structure are very important considerations. Therefore, it is necessary to develop in a manner that is the least expensive to manufacture, install and operate on the premise of securing the stability of the facility.

이에, 계류라인의 길이 및 설치 개수를 최소화함으로써 경제성을 확보할 수있도록 된 부유식 해상 풍력발전설비를 제공한다.Thus, it provides a floating offshore wind power plant that can secure economics by minimizing the length and number of installations of mooring lines.

또한, 구조물의 동적 장력 범위를 감소시켜 안정성을 높일 수 있도록 된 부유식 해상 풍력발전설비를 제공한다.In addition, it provides a floating offshore wind power plant that can increase the stability by reducing the dynamic tension range of the structure.

또한, 구조물의 요잉(yawing) 운동에 대한 컨트롤이 양호한 부유식 해상 풍력발전설비를 제공한다.It also provides a floating offshore wind turbine with good control over the yawing motion of the structure.

이를 위해 본 설비는 풍력발전부를 탑재한 상부 타워와, 상부 타워를 지지하는 부력체인 하부구조물, 상기 하부구조물을 계류하기 위해 하부구조물과 해저면을 연결하는 단일의 계류라인을 포함할 수 있다.To this end, the facility may include an upper tower equipped with a wind power generation unit, a substructure buoyant body supporting the upper tower, and a single mooring line connecting the substructure and the sea bottom to moor the substructure.

계류라인은 비틀림에 대한 강성을 갖는 다층 와이어로프로 이루어질 수 있다.The mooring line may consist of a multi-layer wire rope having rigidity against torsion.

계류라인은 하부구조물의 하단에 설치되고 선단에는 앵커가 설치되어 해저면으로 고정되는 구조일 수 있다.The mooring line may be installed at the bottom of the lower structure and the anchor is installed at the front end to be fixed to the sea floor.

계류라인은 인장 계류 구조일 수 있다.The mooring line can be a tensile mooring structure.

풍력발전부는 로터와 상부 타워에 결합되어 로터를 회전가능하게 지지하는 나셀(nacelle)을 포함하며, 발전장치, 축전장치 또는 송전장치를 더 구비할 수 있다.The wind power generator includes a nacelle coupled to the rotor and the upper tower to rotatably support the rotor, and may further include a power generator, a power storage device, or a power transmission device.

본 설비는 상기 계류라인에 설치되어 계류라인에 걸리는 하중에 따라 계류라인의 길이를 가변시켜 동적 장력의 범위를 감소시키는 장력가변부를 더 포함할 수 있다.The equipment may further include a tension variable unit installed in the mooring line to vary the length of the mooring line according to the load applied to the mooring line to reduce the range of dynamic tension.

장력가변부는 계류라인 사이에 탄력설치되는 탄성부재를 포함할 수 있다.The tension variable part may include an elastic member elastically installed between the mooring lines.

장력가변부는 선단에 계류라인이 설치되는 외부하우징과, 외부하우징 내에 슬라이딩가능하게 삽입되고 선단에 계류라인이 설치되는 내부하우징, 상기 외부하우징과 내부하우징 사이에 탄력설치되는 탄성부재를 포함할 수 있다.The tension variable part may include an outer housing in which a mooring line is installed at the front end, an inner housing slidably inserted in the outer housing and a mooring line installed in the front end, and an elastic member elastically installed between the outer housing and the inner housing. .

내부하우징과 내부하우징이 관통되도록 외부하우징에 형성되는 홀은 다각 단면구조일 수 있다.The hole formed in the outer housing to penetrate the inner housing and the inner housing may have a polygonal cross-sectional structure.

이상 설명한 바와 같이, 본 설비는 계류라인의 길이 및 설치 개수를 최소화하여 설치 작업에 소요되는 시간과 노력을 줄이고, 설비 제조 단가를 낮춰 가격 경쟁력을 높일 수 있게 된다.As described above, the facility can reduce the time and effort required for installation work by minimizing the length and the number of installation of the mooring line, it is possible to increase the price competitiveness by lowering the cost of manufacturing equipment.

또한, 계류라인을 다층 와이어로프 구조로 하여 계류라인을 최소화하면서도 구조적인 안정성과 양호한 요 컨트롤을 확보할 수 있게 된다.In addition, the mooring line is a multi-layer wire rope structure to minimize the mooring line while ensuring structural stability and good yaw control.

또한, 구조물의 동적 장력 범위를 감소시켜 안정성을 높일 수 있게 된다.In addition, it is possible to increase the stability by reducing the dynamic tension range of the structure.

도 1은 본 실시예에 따른 부유식 해상 풍력발전설비를 도시한 개략적인 도면이다.
도 2는 본 실시예에 따른 부유식 해상 풍력발전설비의 계류라인을 도시한 도면이다.
도 3은 본 실시예에 따른 장력가변부를 구비한 부유식 해상 풍력발전설비를 도시한 개략적인 도면이다.
도 4는 본 실시예에 따른 부유식 해상 풍력발전설비의 장력가변부의 구성을 도시한 단면도이다.
도 5는 본 실시예에 따른 부유식 해상 풍력발전설비의 장력가변부의 폭방향 단면도이다.
도 6은 본 실시예에 따른 부유식 해상 풍력발전설비의 장력가변부 작동상태를 도시한 도면이다.1 is a schematic view showing a floating offshore wind power plant according to the present embodiment.
2 is a view showing a mooring line of a floating offshore wind power plant according to the present embodiment.
Figure 3 is a schematic diagram showing a floating offshore wind power plant equipped with a tension variable according to this embodiment.
4 is a cross-sectional view showing the configuration of the tension variable portion of the floating offshore wind power plant according to this embodiment.
5 is a cross-sectional view in the width direction of the tension variable of the floating offshore wind turbine according to the present embodiment.
6 is a view showing the operating state of the tension variable portion of the floating offshore wind power plant according to this embodiment.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명의 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도내에서 다양한 형태로 변형될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. As can be easily understood by those skilled in the art, the following embodiments may be modified in various forms without departing from the spirit and scope of the present invention and the embodiments described herein. It is not limited to the example.

도면들은 개략적이고 축적에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 감소되어 도시되었으며 임의의 치수는 단지 예시적인 것이지 한정적인 것은 아니다. 둘 이상의 도면에 나타나는 동일하거나 유사한 구조물, 요소 또는 부품에는 동일한 도면부호를 사용하여 나타낸다.The drawings are schematic and illustrate that they are not drawn to scale. The relative dimensions and ratios of the parts in the figures have been exaggerated or reduced in size for clarity and convenience in the figures and any dimensions are merely exemplary and not limiting. The same or similar structures, elements or parts that appear in more than one figure are shown with the same reference numerals.

도 1은 본 실시예에 따른 부유식 해상 풍력발전설비를 도시한 개략적인 도면이다.1 is a schematic view showing a floating offshore wind power plant according to the present embodiment.

상기한 도면에 의하면, 본 실시예의 풍력발전설비(10)는 풍력발전부를 탑재한 상부 타워(12)와, 상부 타워(12)를 지지하는 부력체인 하부구조물(14), 상기 하부구조물(14)을 계류하기 위해 하부구조물(14)과 해저면을 연결하는 단일의 계류라인(16)을 포함한다.According to the above drawings, the wind turbine 10 according to the present embodiment includes an upper tower 12 equipped with a wind power generation unit, a lower structure 14 that is a buoyancy chain supporting the upper tower 12, and the lower structure 14. It includes a single mooring line 16 connecting the substructure 14 and the sea bottom to moor.

상기 풍력발전부는 로터(11)와, 상부 타워(12)에 결합되어 로터를 회전가능하게 지지하는 나셀(nacelle)(13)을 포함할 수 있다. 또한, 도시되지는 않았으나, 상기 풍력발전부는 발전장치나 축전장치 또는 송전장치를 더 구비할 수 있다. 그리고 상기 나셀(13)과 나셀이 장착되는 상부 타워(12) 사이의 결합부위에는 바람의 방향에 따라 나셀의 방향을 바꾸기 위한 요 드라이드(yaw drive)가 더 설치될 수 있다. 요 드라이드는 상부 타워(12)에 대해 바람이 불어오는 쪽으로 나셀의 방향을 변환하여 나셀에 설치된 로터가 바람이 오는 쪽으로 향할 수 있도록 한다.The wind power generator may include a rotor 11 and a nacelle 13 coupled to the upper tower 12 to rotatably support the rotor. In addition, although not shown, the wind power generation unit may further include a power generation device, a power storage device, or a power transmission device. And a yaw drive for changing the direction of the nacelle in accordance with the direction of the wind may be further installed in the coupling portion between the nacelle 13 and the upper tower 12 on which the nacelle is mounted. The yaw drive changes the direction of the nacelle toward the wind with respect to the upper tower 12 so that the rotor installed in the nacelle can be directed towards the wind.

상기 상부 타워(12)는 로터(11)를 수면으로부터 미리 설정된 높이에 위치시키기 위한 것으로 소정 길이를 갖는 원기둥 형태로 되어 있다. The upper tower 12 is for positioning the rotor 11 at a predetermined height from the surface of the water and has a cylindrical shape having a predetermined length.

상기 하부구조물(14)은 상단에 설치되는 상부 타워(12)와 풍력발전부의 중량을 부력으로 지지하는 부력체이다. 본 실시예에서 상기 하부구조물(14)은 수직 실린더 형태로 이루어지나 특별히 이에 한정되지 않는다. 상기 하부구조물(14)은 내부가 빈 중공 구조로 부력을 생성할 수 있도록 구성된다. 또한, 상기 하부구조물은 부력중심 밑에 중력중심을 두기 위한 발라스트(ballast)가 하부에 탑재될 수 있다.The lower structure 14 is a buoyancy body that supports the weight of the upper tower 12 and the wind power generator installed on the upper side as buoyancy. In the present embodiment, the substructure 14 is in the form of a vertical cylinder, but is not particularly limited thereto. The substructure 14 is configured to generate buoyancy with a hollow structure inside. In addition, the lower structure may be mounted on the lower ballast (ballast) for placing the center of gravity under the buoyancy center.

상기 하부구조물(14)의 하단에는 계류라인(16)의 상단이 고정 설치된다. 이하 설명에서 고정이라 함은 용접 등에 의한 연결과 같이, 두 부재간 회전이나 자유로운 움직임이 없도록 한 몸체로 연결된 것을 의미한다. The upper end of the mooring line 16 is fixed to the lower end of the lower structure (14). In the following description, "fixed" means that a body is connected so that there is no rotation or free movement between two members, such as a connection by welding or the like.

본 실시예에서 상기 계류라인(16)의 개수는 한 개로 이루어진다. 이와 같이 단일의 계류라인(16)에 의해 설비가 계류됨으로써, 계류라인(16) 자체의 개수를 줄이고, 계류라인(16)의 앵커 설치 작업을 최소화할 수 있게 된다.In this embodiment, the number of mooring lines 16 is one. As the equipment is moored by the single mooring line 16 as described above, the number of mooring lines 16 itself can be reduced, and the installation work of the mooring lines 16 can be minimized.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 계류라인(16)은 비틀림에 대한 강성을 갖는 다층 와이어로프(wire rope)로 이루어진다. 다층 와이어로프는 소선을 꼬아 만든 스트랜드(strand)를 복수개의 층으로 꼬아 합친 로프로서, 본 실시예에서는 스트랜드의 꼬임을 2층 이상으로 하여 자전성을 최소화한 비자전성 로프(non-rotation rope)가 사용될 수 있다. 상기 다층 와이어로프는 그 구조와 종류 및 특성에 대해 많이 알려져 있으므로 이하 상세한 설명은 생략한다.As shown in FIG. 2, the mooring line 16 consists of a multi-layer wire rope having rigidity against torsion. Multi-layered wire rope is a rope made by twisting strands made of twisted wires into a plurality of layers, and in this embodiment, a non-rotation rope which minimizes the magnetism by twisting strands of two or more layers is provided. Can be used. Since the multilayer wire rope is well known for its structure, type, and characteristics, detailed description thereof will be omitted.

상기 계류라인(16)의 상단은 하부구조물(14)의 하단에 고정 설치되고 하단에는 앵커(18)가 설치되어 해저면에 고정된다. 앵커(anchor)(18)는 계류라인(16)으로 연결되는 하부구조물(14)을 미리 설정된 위치에 계류하기 위한 것으로, 예를 들어 앵커볼트 등의 해저면에 고정되는 구조 또는 닻이나 콘크리트 구조물 등의 자중에 의해 가라앉는 중력식 구조가 적용될 수 있으며 특별히 한정되지 않는다.The upper end of the mooring line 16 is fixed to the lower end of the lower structure 14 and the anchor 18 is installed at the lower end is fixed to the sea bottom. The anchor 18 is for mooring the lower structure 14 connected to the mooring line 16 at a predetermined position. Gravity-type structures that sink by the weight of the can be applied and are not particularly limited.

상기 계류라인(16)은 비자전성의 다층 와이어로프로, 하부구조물(14)과 앵커(18) 사이에 고정됨에 따라 하부구조물(14)의 자전운동 즉, 요잉(yawing) 운동을 억제하게 된다. 또한, 본 설비에서 상기 계류라인(16)은 하부구조물(14)과 앵커(18) 사이에 장력을 갖는 인장 계류 구조로 설치된다. 즉, 계류라인(16)은 하부구조물(14)의 부력에 대항하여 하부구조물(14)을 수중으로 끌어내리도록 당겨져 앵커(18)에 계류된다.The mooring line 16 is a non-magnetic multi-layer wire rope, and is fixed between the substructure 14 and the anchor 18 to suppress the rotational movement, that is, yawing movement of the substructure 14. In addition, the mooring line 16 in this installation is installed in a tension mooring structure having a tension between the substructure 14 and the anchor 18. That is, the mooring line 16 is pulled to lower the substructure 14 into water against the buoyancy of the substructure 14 and moored to the anchor 18.

이에 계류라인(16)에는 잉여부력에 의한 장력(tension)이 걸려있게 된다. 상기 계류라인(16)은 설비의 조건에 따라 미리 설정된 초기 장력(pretension)을 부여하여 계류한다. 이에 계류라인(16)으로 사용되는 상기 다층 와이어로프는 계류라인(16)에 걸리는 초기 장력(pretension)과 설비의 상하 동요와 같이 운전 중에 걸리는 동적 장력(dynamic tension)을 고려하여 그 제원을 결정한다.The mooring line 16 is subjected to a tension (tension) due to the excess buoyancy. The mooring line 16 is moored by applying a preset initial tension according to the condition of the facility. Accordingly, the multi-layer wire rope used as the mooring line 16 determines its specifications in consideration of the initial tension applied to the mooring line 16 and the dynamic tension applied during operation such as up and down fluctuations of the equipment. .

이와 같이 본 설비는 계류라인(16)의 장력에 의해 수중에서 지지되어 설비(10)의 수직운동을 억제하고 수평운동에 대한 복원력을 확보하며 더불어, 계류라인(16) 자체의 비자전성에 의해 요잉(yawing) 운동을 용이하게 컨트롤할 수 있다.In this way, the facility is supported in the water by the tension of the mooring line 16 to suppress the vertical movement of the installation 10, to ensure the restoring force for the horizontal movement, and to yaw by the non-magnetic nature of the mooring line 16 itself The yawing movement can be easily controlled.

한편, 본 설비는 계류라인(16)에 장력가변부(20)가 설치되어 계류라인(16)에 걸리는 동적 장력(dynamic tension)에 따라 계류라인(16)의 전체 길이를 가변시켜 동적 장력의 범위를 감소시키는 구조로 되어 있다. 파랑 등에 의한 환경조건 악화상태에서 설비(10)가 상하방향으로 외력을 받게 되면 계류라인(16)에 심한 동적 장력이 가해지게 된다. 동적 장력에 의해 부력과 하중의 균형이 깨져 계류라인(16)에 걸리는 장력이 급변하게 된다. 이에 심한 경우 동적 장력의 진폭이 커져 계류라인(16)이 절단되거나 하부구조물이 파손된다. 따라서 상기 장력가변부(20)는 계류라인(16)에 걸리는 동적 장력의 진폭을 감소시킴으로써, 계류라인(16)과 설비의 파손을 방지하게 된다.On the other hand, this facility is provided with a variable tension portion 20 in the mooring line 16 is to vary the overall length of the mooring line 16 in accordance with the dynamic tension (dynamic tension) applied to the mooring line 16 to the extent of the dynamic tension It is structured to reduce. When the facility 10 receives an external force in the up and down direction in a deteriorated environmental condition due to a wave or the like, severe dynamic tension is applied to the mooring line 16. The tension between the buoyancy and the load is broken by the dynamic tension, and the tension applied to the mooring line 16 is suddenly changed. In this severe case, the amplitude of the dynamic tension is increased so that the mooring line 16 is cut or the substructure is broken. Accordingly, the tension variable unit 20 reduces the amplitude of the dynamic tension applied to the mooring line 16, thereby preventing damage to the mooring line 16 and the equipment.

도 3과 도 4는 본 실시예에 따른 장력가변부를 도시하고 있다.3 and 4 show the tension variable according to the present embodiment.

도시된 바와 같이, 상기 장력가변부(20)는 계류라인(16)에 고정되는 외부하우징(22)과, 상기 외부하우징(22) 내에 슬라이딩가능하게 삽입되고 계류라인(16)에 고정되는 내부하우징(24), 상기 외부하우징(22)과 내부하우징(24) 사이에 탄력설치되는 탄성부재(26)를 포함한다. 상기 장력가변부(20)는 계류라인(16) 일측을 절단하고 절단된 계류라인(16) 사이에 고정되어 계류라인(16)과 하나의 몸체를 이룬다. 상기 장력가변부(20)는 계류라인(16)과 같이 수직방향으로 배치되어 상단은 하부구조물(14)에 고정된 계류라인(16)의 하부 끝에 고정되고, 하단은 앵커(18)에 고정된 계류라인(16)의 상부 끝에 고정된다. As shown, the tension variable portion 20 is an outer housing 22 fixed to the mooring line 16, and an inner housing slidably inserted into the outer housing 22 and fixed to the mooring line 16. (24), the elastic member 26 is elastically installed between the outer housing 22 and the inner housing (24). The tension variable part 20 is cut between one side of the mooring line 16 and is fixed between the cut mooring lines 16 to form a body with the mooring line 16. The tension variable portion 20 is disposed in the vertical direction, such as the mooring line 16, the upper end is fixed to the lower end of the mooring line 16 fixed to the lower structure 14, the lower end is fixed to the anchor 18 It is fixed to the upper end of the mooring line 16.

본 실시예에서 상기 외부하우징(22)은 하부구조물(14)에 설치된 계류라인(16) 하부 끝과 고정된다. 상기 내부하우징(24)은 앵커(18)에 설치된 계류라인(16)의 상부 끝과 고정된다. 상기 구조와 달리 외부하우징(22)과 내부하우징(24)의 상하 위치가 바뀔 수 있다.In this embodiment, the outer housing 22 is fixed to the lower end of the mooring line 16 installed in the lower structure (14). The inner housing 24 is fixed to the upper end of the mooring line 16 installed in the anchor 18. Unlike the above structure, the upper and lower positions of the outer housing 22 and the inner housing 24 may be changed.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 외부하우징(22)의 하단은 내측으로 절곡되어 플랜지(21)를 형성하고, 플랜지(21) 중앙에는 내부하우징(24)이 관통되는 홀(23)이 형성된다. 상기 내부하우징(24)의 상단은 외부하우징(22)의 내주면쪽으로 절곡되어 플랜지(25)를 형성한다. 그리고 상기 내부하우징(24)의 플랜지(25)와 외부하우징(22)의 플랜지(21) 사이에 탄성부재(26)이 탄력적으로 설치된다. 본 실시예에서 상기 탄성부재(26)은 탄성스프링으로 이루어질 수 있으며, 탄성력을 인가할 수 있는 구조면 특별히 한정되지 않는다.As shown in FIG. 4, a lower end of the outer housing 22 is bent inward to form a flange 21, and a hole 23 through which the inner housing 24 penetrates is formed at the center of the flange 21. . The upper end of the inner housing 24 is bent toward the inner circumferential surface of the outer housing 22 to form a flange 25. An elastic member 26 is elastically installed between the flange 25 of the inner housing 24 and the flange 21 of the outer housing 22. In the present embodiment, the elastic member 26 may be made of an elastic spring, and is not particularly limited as long as it is a structural surface capable of applying an elastic force.

또한, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 장력가변부(20)는 자체적으로 자전운동을 하지 않도록, 외부하우징(22)의 플랜지(21)에 형성된 홀(23)과 상기 홀에 관통되어 슬라이딩되는 내부하우징(24)이 사각 단면구조로 이루어진다. 이에 외부하우징(22)에 대해 내부하우징(24)이 회전되지 않고 길이방향으로의 이동만이 가능하게 된다. 따라서 장력가변부(20)를 설치하더라도 계류라인(16)의 자전이 방지되어, 하부구조물(14)의 요잉 운동을 억제할 수 있게 된다.In addition, as shown in FIG. 5, the tension-variable part 20 is slid through the hole 23 formed in the flange 21 of the outer housing 22 and the hole so as not to rotate itself. The housing 24 has a square cross-sectional structure. The inner housing 24 is not rotated with respect to the outer housing 22 so that only the longitudinal housing can be moved. Therefore, even if the tension variable portion 20 is installed, the rotation of the mooring line 16 is prevented, it is possible to suppress the yawing motion of the lower structure (14).

상기 탄성부재(26)은 외부하우징(22)의 플랜지(21)와 내부하우징(24)의 플랜지(25) 사이에 설치되어 압축력을 받게 된다. 초기 설치시 상기 탄성부재(26)은 계류라인(16)에 걸리는 장력에 의해 당겨져 압축된 상태로 설치된다. The elastic member 26 is installed between the flange 21 of the outer housing 22 and the flange 25 of the inner housing 24 to receive a compressive force. In the initial installation, the elastic member 26 is installed in a compressed state by being pulled by the tension applied to the mooring line 16.

장력가변부(20)는 계류라인(16)의 장력에 의해 외부하우징(22)과 내부하우징(24)이 서로 반대방향으로 당겨져 외부하우징(22)에 대해 내부하우징(24)이 외부로 인출된다. 이에 탄성부재(26)은 두 플랜지 사이에서 압축되어 압축에 다른 탄성력을 갖는 상태로 설치된다. 상기 탄성부재(26)의 제원이나 초기 설치시 압축 정도는 계류라인(16)의 제원과 초기 장력 및 동적 장력의 설정 범위에 따라 결정될 수 있다. In the tension variable part 20, the outer housing 22 and the inner housing 24 are pulled in opposite directions by the tension of the mooring line 16 so that the inner housing 24 is drawn out to the outer housing 22. . The elastic member 26 is compressed between the two flanges are installed with a different elastic force in the compression. Specifications of the elastic member 26 or the degree of compression during the initial installation may be determined according to the specifications of the mooring line 16 and the setting range of the initial tension and the dynamic tension.

상기한 초기 장력 상태에서 탄성부재(26)은 파랑 등에 의해 가해지는 동적 장력의 변화에 따라 압축 또는 탄성 복원되면서 계류라인(16)에 가해지는 동적 장력을 감쇄시키게 된다.In the initial tension state, the elastic member 26 reduces or compresses the dynamic tension applied to the mooring line 16 while compressing or elastically restoring according to the change of the dynamic tension applied by the blue or the like.

즉, 계류라인(16) 사이에 설치된 장력가변부(20)는 초기 설치시 계류라인(16)에 걸리는 초기 장력 값에 따라 탄성부재(26)가 압축된 상태로 부력과의 사이에 균형을 이루게 된다. 이 상태에서 파랑 등에 의해 수면이 상하로 요동하게 되면 설비에 상하방향으로 외력이 가해지게 된다. 이에 하부구조물(14)의 부력에 변화가 생기고, 이러한 부력 변화는 계류라인(16)에 동적 장력으로 인가된다.That is, the tension-variable part 20 installed between the mooring lines 16 balances the buoyancy with the elastic member 26 compressed according to the initial tension value applied to the mooring line 16 at the time of initial installation. do. In this state, if the surface is shaken up and down by the blue or the like, external force is applied to the equipment in the up and down direction. This causes a change in buoyancy of the undercarriage 14, and this buoyancy change is applied to the mooring line 16 with dynamic tension.

계류라인(16)에 가해지는 동적 장력은 파형으로 나타나는 데, 초기 장력값을 기준으로 동적 장력이 양의 값을 가질 때 계류라인(16)에 걸리는 장력이 초기 장력값보다 커지게 되고, 음의 값을 가질 때 초기 장력값보다 줄게 된다.The dynamic tension applied to the mooring line 16 is represented by a waveform. When the dynamic tension has a positive value based on the initial tension value, the tension applied to the mooring line 16 becomes larger than the initial tension value. The value will be lower than the initial tension value.

상기 장력가변부(20)는 계류라인(16)에 걸리는 동적 장력이 양의 값을 가질 때 자체적으로 길이가 늘어나 설비의 부력을 낮춤으로써 동적 장력을 감소시킨다. 또한, 상기 장력가변부(20)는 계류라인(16)에 걸리는 동적 장력이 음의 값을 가질 때 자체적으로 길이가 줄어들어 설비의 부력을 높임으로써 초기 장력 값을 유지하게 된다.The tension variable unit 20 reduces the dynamic tension by lowering the buoyancy of the equipment by increasing its length when the dynamic tension applied to the mooring line 16 has a positive value. In addition, the tension variable unit 20 is to reduce the length itself when the dynamic tension applied to the mooring line 16 has a negative value to maintain the initial tension value by increasing the buoyancy of the installation.

도 6은 상기한 장력가변부(20)의 작동상태를 도시하고 있다.6 illustrates an operation state of the tension variable unit 20 described above.

도 6에 도시된 바와 같이, 초기 장력을 유지하고 있는 상태에서 계류라인(16)에 동적 장력이 가해지게 되면 계류라인(16)에 연결된 외부하우징(22)과 내부하우징(24)은 서로 반대방향으로 당겨지게 된다.As shown in FIG. 6, when dynamic tension is applied to the mooring line 16 while the initial tension is maintained, the outer housing 22 and the inner housing 24 connected to the mooring line 16 are opposite to each other. Will be pulled out.

이에 외부하우징(22)의 플랜지(21)와 내부하우징(24)의 플랜지(25) 사이에 설치된 탄성부재(26)이 더 압축되면서 내부하우징(24)이 외부하우징(22)으로부터 인출되어 나오고 장력가변부(20)의 길이는 늘어난다. 장력가변부(20)의 길이가 늘어남에 따라 하부구조물(14)이 상승하고 이에 부력이 감소되어 계류라인(16)에 걸리는 동적 하중이 줄게 된다. 상기 탄성부재(26)은 동적 장력의 크기에 따라 압축정도가 달라지게 된다.As the elastic member 26 installed between the flange 21 of the outer housing 22 and the flange 25 of the inner housing 24 is further compressed, the inner housing 24 is drawn out from the outer housing 22 and tensioned. The length of the variable part 20 increases. As the length of the tension variable portion 20 increases, the lower structure 14 rises and buoyancy is reduced, thereby reducing the dynamic load on the mooring line 16. The elastic member 26 will vary the degree of compression according to the magnitude of the dynamic tension.

반대로, 하부구조물(14)의 부력이 감소되면 계류라인(16)에 걸리는 동적 장력이 음의 값을 갖게 되어 계류라인(16)에 걸리는 장력을 초기 장력값 이하로 낮추게 된다. 계류라인(16)에 걸리는 장력이 낮아지게 되면 계류라인(16)에 의해 당겨져 있던 탄성부재(26)의 탄성복원력이 계류라인(16)에 가해져 계류라인(16)의 장력을 높이게 된다.On the contrary, when the buoyancy of the substructure 14 is reduced, the dynamic tension applied to the mooring line 16 has a negative value, thereby lowering the tension applied to the mooring line 16 below the initial tension value. When the tension applied to the mooring line 16 is lowered, the elastic restoring force of the elastic member 26 pulled by the mooring line 16 is applied to the mooring line 16 to increase the tension of the mooring line 16.

즉, 계류라인(16)에 걸린 장력이 탄성부재(26)을 압축하고 있던 초기 장력값 이하가 되면 외부하우징(22)의 플랜지(21)와 내부하우징(24)의 플랜지(25) 사이에 가해지는 탄성부재(26)의 탄성복원력에 의해 두 플랜지 사이가 벌어지면서 내부하우징(24)이 외부하우징(22) 내부로 밀려들어간다. 이에 장력가변부(20)의 전체적인 길이가 줄어 하부구조물(14)이 밑으로 당겨지게 된다. 따라서 하부구조물(14)의 부력이 높아져 계류라인(16)에 걸리는 동적 하중이 증가하게 된다. 증가되는 동적하중에 의해 계류라인(16)의 장력은 초기 장력값으로 회복된다. That is, when the tension applied to the mooring line 16 is equal to or less than the initial tension value that was compressing the elastic member 26, it is applied between the flange 21 of the outer housing 22 and the flange 25 of the inner housing 24. The inner housing 24 is pushed into the outer housing 22 while the two flanges are separated by the elastic restoring force of the elastic member 26. This reduces the overall length of the variable tension portion 20 is the lower structure 14 is pulled down. Therefore, the buoyancy of the substructure 14 is increased to increase the dynamic load on the mooring line 16. By increasing the dynamic load, the tension of the mooring line 16 is restored to the initial tension value.

이와 같이 장력가변부(20)에 의해 계류라인(16)의 길이 즉, 하부구조물(14)의 하단에서 앵커(18) 사이의 거리를 늘이거나 줄여 하부구조물(14)의 부력을 가변시킴으로써, 계류라인(16)에 걸리는 동적 장력의 범위를 감소시키고, 장력과 부력과의 균형을 적정하게 유지할 수 있게 된다.By varying the buoyancy of the substructure 14 by increasing or decreasing the length of the mooring line 16, that is, the distance between the anchor 18 at the bottom of the substructure 14 by the tension variable 20 as described above, It is possible to reduce the range of dynamic tension applied to the line 16 and to maintain a proper balance between tension and buoyancy.

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 예시적인 실시예가 도시되어 설명되었지만, 다양한 변형과 다른 실시예가 본 분야의 숙련된 기술자들에 의해 행해질 수 있을 것이다. 이러한 변형과 다른 실시예들은 첨부된 청구범위에 모두 고려되고 포함되어, 본 발명의 진정한 취지 및 범위를 벗어나지 않는다 할 것이다.While the illustrative embodiments of the present invention have been shown and described, various modifications and alternative embodiments may be made by those skilled in the art. Such variations and other embodiments will be considered and included in the appended claims, all without departing from the true spirit and scope of the invention.

10 : 풍력발전설비 11 : 로터
12 : 상부타워 13 : 나셀
14 : 하부구조물 16 : 계류라인
18 : 앵커 20 : 장력가변부
21,25 : 플랜지 22 : 외부하우징
23 : 홀 24 : 내부하우징
26 : 탄성부재 10: wind power generator 11: rotor
12: upper tower 13: nacelle
14: substructure 16: mooring lines
18: anchor 20: tension variable portion
21,25: Flange 22: External housing
23: hole 24: internal housing
26: elastic member

Claims (9)

풍력발전부를 탑재한 상부 타워와, 상기 상부 타워를 지지하는 부력체인 하부구조물, 상기 하부구조물을 계류하기 위해 하부구조물과 해저면을 연결하는 단일의 계류라인, 상기 계류라인에 설치되어 계류라인에 걸리는 하중에 따라 계류라인의 길이를 가변시켜 동적 장력의 범위를 감소시키는 장력가변부를 포함하고,
상기 장력가변부는 상기 계류라인에 선단이 고정되는 외부하우징과, 상기 외부하우징 내에 슬라이딩가능하게 삽입되고 외측 선단에 계류라인이 고정되는 내부하우징, 상기 외부하우징과 내부하우징 사이에 탄력설치되는 탄성부재를 포함하며,
상기 내부하우징과 상기 내부하우징이 관통되도록 상기 외부하우징에 형성되는 홀은 다각 단면구조인 부유식 해상 풍력발전설비.An upper tower equipped with a wind power generation unit, a buoyant body supporting the upper tower, a single mooring line connecting the substructure and the sea bottom to moor the substructure, and installed on the mooring line It includes a tension variable to reduce the range of dynamic tension by varying the length of the mooring line according to the load,
The tension variable part includes an outer housing having a tip fixed to the mooring line, an inner housing slidably inserted into the outer housing and a mooring line fixed to an outer end thereof, and an elastic member elastically installed between the outer housing and the inner housing. Include,
Floating offshore wind turbine is a hole formed in the outer housing so that the inner housing and the inner housing penetrates a polygonal cross-sectional structure. 제 1 항에 있어서,
상기 계류라인은 비자전성 다층 와이어로프로 이루어진 부유식 해상 풍력발전설비.The method of claim 1,
The mooring line is a floating offshore wind power plant consisting of a non-magnetic multilayer wire. 제 1 항에 있어서,
상기 계류라인은 상기 하부구조물의 하단에 고정되고 선단에는 앵커가 설치되어 해저면으로 고정되는 구조의 부유식 해상 풍력발전설비.The method of claim 1,
The mooring line is fixed to the bottom of the lower structure and the floating offshore wind turbine of the structure is fixed to the bottom by the anchor is installed on the front end. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 계류라인은 인장 계류 구조인 부유식 해상 풍력발전설비.The method according to any one of claims 1 to 3,
The mooring line is a floating offshore wind power plant is a tensile mooring structure. 제 4 항에 있어서,
상기 풍력발전부는 로터와, 상기 상부 타워에 결합되어 상기 로터를 회전가능하게 지지하는 나셀(nacelle)을 포함하는 부유식 해상 풍력발전설비.The method of claim 4, wherein
The wind turbine is a floating offshore wind turbine comprising a rotor and a nacelle coupled to the upper tower to rotatably support the rotor. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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