KR101241005B1 - 해상풍력 발전기 지지부재 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 해상풍력 발전기 지지부재가 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 해상풍력 발전기 지지부재는 해상풍력 발전기가 체결되며 내부에 형성된 중공부에 해수가 유입되어 중량이 가변되는 부체형 지지부와, 상기 부체형 지지부의 일측에 체결되며 해저 지반에 상기 부체형 지지부의 위치를 고정시키는 기초부와, 상기 부체형 지지부에 연결되어 상기 공동에 해수를 선택적으로 유입하는 펌프부를 포함한다.

Description

해상풍력 발전기 지지부재{Support member for offshore wind power generator}
본 발명은 지지부재에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 해상풍력 발전기 지지부재에 관한 것이다.
일반적으로 풍력 발전기는 공기의 운동에너지를 이용하여 전기에너지를 발생시킨다. 풍력 발전기는 육지에 설치되는 육상풍력 발전기를 포함한다. 풍력발전기는 바다에 설치되는 해상풍력 발전기를 포함한다.
해상풍력 발전기는 별도의 지지부재에 의해 위치가 고정될 수 있다. 해상풍력 발전기는 해저 지반에 견고하게 설치되는 고정식 지지부재에 의해 위치가 고정될 수 있다. 고정식 지지부재는 모노파일 또는 자켓 등을 포함할 수 있다.
또한, 해상풍력 발전기는 해상에 지지체를 띄워 앵커로 고정하는 부유식 방식에 의해 위치가 고정될 수 있다.
도 1은 종래의 고정식 지지부재를 보여주는 정면도이다.
도 1을 참고 하면, 고정식 지지부재는 모노파일(M)을 포함한다. 모노파일(M)은 해저 지반에 삽입된다. 이때, 해상풍력 발전기(P)는 모노파일(M)의 일측에 체결된다. 해상풍력 발전기(P)는 모노파일(M)에 의해 위치가 견고하게 고정된다.
모노파일(M)은 해저 지반에 깊이 박혀 고정된다. 이때, 모노파일(M)과 해저 지반 사이에 마찰력이 발생된다. 마찰력에 의해 모노파일(M)은 모노파일(M)과 해상풍력 발전기(P)의 하중을 지지한다.
모노파일(M)은 규모가 클수록 모노파일(M)과 해저 지반 사이에 마찰력이 증가된다. 해상풍력 발전기(P)와 모노파일(M)의 자중이 매우 크므로 모노파일(M)은 해상풍력 발전기(P)를 효과적으로 지지하기 위해 규모가 커진다.
이때, 사용자는 규모가 큰 모노파일(M)을 해저 지반에 설치하기 위해 대형장비를 사용한다. 또한, 규모가 큰 모노파일(M)을 해저 지반에 설치하기 위해 많은 작업시간이 소요된다. 따라서, 모노파일(M)의 설치비용이 증가된다는 문제점이 있었다.
또한, 해상풍력 발전기(P)와 모노파일(M)의 자중이 매우 크므로 해저 지반이 약한 경우에는 모노파일(M)의 지지력이 충분하지 못하게 된다. 모노파일(M)의 지지력이 약하기 때문에 대규모의 모노파일(M)을 해저 지반의 암반에 다다르도록 설치하게 된다. 따라서, 모노파일(M)의 설치비용이 더욱 증가되어 모노파일(M)을 설치하지 못한다는 문제점이 있었다.
또한, 해상풍력발전기와 모노파일을 육상의 제작장에서 설치 장소까지 운반하고 설치할 때, 해상풍력 발전기(P)와 모노파일(M)의 규모 및 자중이 매우 크므로 대형 운반장비 및 설치 크레인, 전용 설치 선박 등이 필요하였다.
본 발명의 실시예들은 해저 지반에 해상풍력 발전기의 위치를 용이하게 고정시킬 수 있는 해상풍력 발전기의 고정식 지지부재를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 해상풍력 발전기가 체결되며 내부에 형성된 중공부에 해수가 유입되어 중량이 가변되는 부체형 지지부와, 상기 부체형 지지부의 일측에 체결되며 해저 지반에 상기 부체형 지지부의 위치를 고정시키는 기초부와, 상기 부체형 지지부에 연결되어 상기 공동에 해수를 선택적으로 유입하는 펌프부를 포함하는 해상풍력 발전기 지지부재가 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 중량이 가변되는 부체형 지지부를 사용함으로써 해저 지반에서 해상풍력 발전기의 위치를 용이하게 고정시킬 수 있다.
본 발명의 실시예들은 중량이 가변되는 부체형 지지부를 사용함으로써 해저 지반에 인가되는 해상풍력 발전기와 부체형 지지부의 하중이 감소될 수 있다. 따라서, 해상풍력 발전기의 지지부재는 연약한 지반에도 설치될 수 있다.
또한, 해저 지반에 인가되는 해상풍력 발전기와 부체형 지지부의 하중이 감소되어 해상풍력 발전기의 지지부재를 해저 지반에 고정하는 기초부의 규모가 작아질 수 있다.
또한, 부체형 지지부는 중공부에 의해 부력이 발생될 수 있다. 부체형 지지부는 상기 부력에 의해 물에 부유될 수 있다. 따라서, 사용자는 소규모 선박을 사용하여 부체형 지지부를 설치 장소까지 운반할 수 있다.
도 1은 종래의 고정식 지지부재를 보여주는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 해상풍력 발전기 지지부재를 보여주는 정면도이다.
도 3은 도 2의 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 취한 단면도이다.
도 4는 해상풍력 발전기 지지부재의 제 1 작동을 보여주는 작동상태도이다.
도 5는 해상풍력 발전기 지지부재의 제 2 작동을 보여주는 작동상태도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 해상풍력 발전기 지지부재(100)를 보여주는 정면도이다. 도 3은 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 취한 단면도이다.
도 2 및 도 3을 참고 하면, 해상풍력 발전기 지지부재(100)는 부체(浮體)형 지지부(110)를 포함한다. 부체형 지지부(110)의 일측은 해상풍력 발전기(P)가 체결될 수 있다. 부체형 지지부(110)는 바다에 해상풍력 발전기(P)를 고정시킬 수 있다.
부체형 지지부(110)는 중공부(112, 114)가 형성될 수 있다. 부체형 지지부(110)는 중공부(112, 114)에 해수가 선택적으로 유입될 수 있다. 부체형 지지부(110)는 중공부(112, 114)에 해수가 유입됨으로써 중량이 가변될 수 있다.
이때, 부체형 지지부(110)는 해수가 유입되지 않으면 부체형 지지부(110)는 부력이 발생되어 바다에 부유될 수 있다. 사용자는 바다에 부유된 부체형 지지부(110)를 소형 장비 또는 소형 선박을 활용하여 이동시킬 수 있다.
또한, 부체형 지지부(110)는 해수가 유입되면 중량이 가변 되어 바다에 가라앉을 수 있다. 부체형 지지부(110)는 바다에 가라앉아 해상풍력 발전기(P)의 위치를 고정시킬 수 있다.
부체형 지지부(110)는 제 1 부체형 지지부(111)를 포함한다. 제 1 부체형 지지부(111)는 해저 지반 상부에 배치될 수 있다. 제 1 부체형 지지부(111)는 하부로 갈수록 면적이 증가될 수 있다.
제 1 부체형 지지부(111)의 면적이 증가됨으로써 해저 지반에 접촉되는 면적이 증가될 수 있다. 따라서, 제 1 부체형 지지부(111)와 해저 지반 사이에서 발생되는 마찰력이 증가될 수 있다.
제 1 부체형 지지부(111)와 해저 지반 사이에 마찰력이 증가됨으로써 제 1 부체형 지지부(111)는 해류에 의해 일측 방향으로 이동되지 않을 수 있다. 따라서, 제 1 부체형 지지부(111)는 해상풍력 발전기(P)의 위치를 효과적으로 고정시킬 수 있다.
또한, 제 1 부체형 지지부(111)가 해저 지반과 접촉되는 면적이 증가됨으로써 해저 지반의 단위면적에 인가되는 제 1 부체형 지지부(111)의 하중이 감소될 수 있다.
제 1 부체형 지지부(111)는 소정곡률을 갖도록 형성될 수 있다. 제 1 부체형 지지부(111)는 반원형상으로 형성될 수 있다. 따라서, 제 1 부체형 지지부(111)는 세굴(洗掘) 현상이 방지될 수 있다.
예를 들어, 제 1 부체형 지지부(111)는 바다에 가라앉아 있는 동안 바다의 내부에서 파랑 및 해류력에 의해 이동되는 유수에 의해 제 1 부체형 지지부(111) 주변의 지반이 침식될 수 있다.
이때, 제 1 부체형 지지부(111)가 소정곡률을 가짐으로써 유수가 제 1 부체형 지지부(111)의 상기 소정곡률을 따라 이동될 수 있다. 따라서, 제 1 부체형 지지부(111)에 발생되는 세굴 형상이 감소될 수 있다.
부체형 지지부(110)는 제 2 부체형 지지부(113)를 포함한다. 제 2 부체형 지지부(113)는 제 1 부체형 지지부(111)의 일측에 돌출되도록 형성될 수 있다. 제 2 부체형 지지부(113)는 제 1 부체형 지지부(111)와 일체로 형성될 수 있다. 또는, 제 2 부체형 지지부(113)는 별도의 체결수단에 의해 제 1 부체형 지지부(111)의 상부에 체결될 수 있다.
이하에서는 설명의 편의를 위하여 제 2 부체형 지지부(113)가 제 1 부체형 지지부(111)와 일체로 형성된 것을 중심으로 설명하기로 한다.
제 2 부체형 지지부(113)는 제 1 부체형 지지부(111)와 일체로 형성될 수 있다. 이때, 제 1 부체형 지지부(111)는 제 1 중공부(112)가 형성될 수 있다. 또한, 제 2 부체형 지지부(113)는 제 2 중공부(114)가 형성될 수 있다.
제 1 부체형 지지부(111)와 제 2 부체형 지지부(113)가 일체로 형성됨으로써 제 1 중공부(112)와 제 2 중공부(114)는 연결될 수 있다. 따라서, 부체형 지지부(110)의 내부로 유입되는 해수는 제 1 부체형 지지부(111) 및 제 2 부체형 지지부(113)의 내부로 유입될 수 있다.
제 2 부체형 지지부(113)의 일측은 해상풍력 발전기(P)가 체결될 수 있다. 이때, 해상풍력 발전기(P)는 별도의 결합수단에 의해 제 2 부체형 지지부(113)의 일측에 체결될 수 있다. 상기 별도의 결합수단은 플랜지 결합, 용접 또는 그라우팅 등을 포함할 수 있다.
이하에서는 설명의 편의를 위해 상기 별도의 결합수단은 상기 플랜지 결합인 경우를 중심으로 설명하기로 한다.
제 2 부체형 지지부(113)와 해상풍력 발전기(P)는 상기 플랜지 결합에 의해 체결될 수 있다. 따라서, 제 2 부체형 지지부(113)와 해상풍력 발전기(P)는 결합력이 증가될 수 있다.
따라서, 해상풍력 발전기(P)가 바람 또는 태풍 등에 의해 제 2 부체형 지지부(113)로부터 분리되는 것이 방지될 수 있다.
해상풍력 발전기 지지부재(100)는 기초부(120)를 포함한다. 기초부(120)는 제 1 부체형 지지부(111)의 일측에 체결될 수 있다. 또는, 기초부(120)는 제 1 부체형 지지부(111)의 일측에 일체로 형성될 수 있다.
기초부(120)는 해저 지반에 매설될 수 있다. 기초부(120)가 해저 지반에 매설됨으로써 제 1 부체형 지지부(111)의 위치를 고정시킬 수 있다. 부체형 지지부(110)는 기초부(120)에 의해 위치가 고정될 수 있다. 따라서, 부체형 지지부(110)는 해상풍력 발전기(P)의 위치를 효과적으로 고정시킬 수 있다.
기초부(120)는 작은 규모로도 부체형 지지부(110)의 위치를 고정시킬 수 있다.
예를 들어, 부체형 지지부(110)는 중공부(112, 114)에 해수가 유입되어 중량이 증가됨으로써 해저 지반의 상부를 누를 수 있다. 부체형 지지부(110)는 누르는 힘에 의해 위치가 이동되지 않을 수 있다.
또한, 부체형 지지부(110)에 유입되는 해수의 양을 조절하여 부체형 지지부(110)는 자중과 부력의 비율이 조절될 수 있다. 따라서, 기초부(120)는 작은 규모로도 부체형 지지부(110)의 위치를 효과적으로 고정시킬 수 있다.
기초부(120)의 규모가 작아짐으로써 사용자는 기초부(120)를 해저 지반에 설치하는 작업시간을 감소시킬 수 있다. 또한, 작업시간이 줄어듦으로써 기초부(120)의 설치비용이 감소될 수 있다.
해상풍력 발전기 지지부재(100)는 펌프부(130)를 포함한다. 펌프부(130)는 부체형 지지부(110)의 제 2 중공부(114)에 연결될 수 있다. 펌프부(130)는 부체형 지지부(110)의 제 1 중공부(112) 및 제 2 중공부(114)에 해수를 선택적으로 유입시킬 수 있다.
이때, 제 2 부체형 지지부(113)는 일측에 개구부(미표시)가 형성될 수 있다. 상기 개구부는 제 2 중공부(114)에 관통 형성될 수 있다. 펌프부(130)는 상기 개구부에 인접하도록 배치될 수 있다.
펌프부(130)는 상기 개구부를 통해 제 2 중공부(114)에 해수를 유입시킬 수 있다. 제 2 중공부(114)를 통해 유입된 해수는 제 1 중공부(112)로 유입될 수 있다. 따라서, 펌프부(130)는 제 1 부체형 지지부(111) 및 제 2 부체형 지지부(113)의 내부에 해수를 유입시킬 수 있다.
펌프부(130)는 별도의 연결수단에 의해 해수를 부체형 지지부(110)의 제 1 중공부(112) 및 제 2 중공부(114)에 유입할 수 있다. 이때, 상기 별도의 연결수단은 연결배관 또는 호스 등을 포함할 수 있다.
이하에서는 설명의 편의를 위하여 상기 별도의 연결수단은 호스인 경우를 중심으로 설명하기로 한다.
펌프부(130)는 제 1 호스(131)를 포함할 수 있다. 제 1 호스(131)의 일측은 펌프부(130)에 체결될 수 있다. 제 1 호스(131)의 타측은 바다에 삽입될 수 있다.
펌프부(130)는 제 2 호스(132)를 포함할 수 있다. 제 2 호스(132)의 일측은 펌프부(130)에 체결될 수 있다. 제 2 호스(132)는 제 1 중공부(112) 및 제 2 중공부(114)에 삽입될 수 있다.
따라서, 펌프부(130)는 제 1 호스(131) 및 제 2 호스(132)를 사용하여 해수를 제 1 중공부(112) 및 제 2 중공부(114)에 선택적으로 유입시킬 수 있다.
도 4는 해상풍력 발전기 지지부재(100)의 제 1 작동을 보여주는 작동상태도이다.
도 4를 참고 하면, 사용자는 해상풍력 발전기(P)를 해양에 설치하는 경우, 상기에서 설명한 바와 같이 소형 장비 또는 소형 선박을 활용하여 작업장으로부터 설치장소로 인양할 수 있다.
이때, 부체형 지지부(110)는 제 1 중공부(112) 및 제 2 중공부(114)가 형성됨으로써 부력이 발생될 수 있다. 따라서 부체형 지지부(110)는 상기 부력에 의해 바다에 부유될 수 있다. 또한, 부체형 지지부(110)가 바다에 부유되기 때문에 사용자는 대형장비를 사용하지 않고 부체형 지지부(110)를 이동시킬 수 있다.
사용자는 소형장비 또는 소형 선박을 사용하여 부체형 지지부(110)를 이동시킴으로써 부체형 지지부(110)의 이동 비용을 감소시킬 수 있다. 또한, 사용자는 간편하게 소형장비 또는 소형 선박을 사용하여 부체형 지지부(110)를 이동시킴으로써 작업의 용이성, 작업의 편의성 및 작업의 신속성을 확보할 수 있다.
도 5는 해상풍력 발전기 지지부재(100)의 제 2 작동을 보여주는 작동상태도이다.
도 5를 참고하면, 상기 도 4에서 설명한 바와 같이 해상풍력 발전기(P)를 설치한 후, 사용자는 부체형 지지부(110)의 중량을 가변시킬 수 있다. 이때, 부체형 지지부(110)는 펌프부(130)에 의해 제 1 중공부(112) 및 제 2 중공부(114)에 해수가 유입될 수 있다. 부체형 지지부(110)는 유입된 해수에 의해 중량이 증가될 수 있다.
부체형 지지부(110)는 중량이 증가됨으로써 해수면 아래로 가라앉을 수 있다. 부체형 지지부(110)는 바다에 가라앉아 해저 지반 상부에 배치될 수 있다. 부체형 지지부(110)는 해저 지반 상부에 접촉하여 해상풍력 발전기(P)를 지지할 수 있다.
이때, 소정 정도의 유속이 형성되는 경우, 부체형 지지부(110)는 중량이 증가됨으로써 바다의 유속에 의해 위치가 이동되는 것이 방지될 수 있다. 따라서, 부체형 지지부(110)는 해상풍력 발전기(P)의 위치를 효과적으로 해저 지반에 안착시킬 수 있다.
한편, 부체형 지지부(110)에 유입되는 해수의 양은 해상풍력 발전기(P)의 중량을 근거로 결정될 수 있다. 따라서, 부체형 지지부(110)는 해상풍력 발전기(P)를 효과적으로 지지할 수 있다.
또한, 부체형 지지부(110)는 중량이 증가됨으로써 해상풍력 발전기(P)를 지지하는 지지력이 증가될 수 있다. 따라서, 부체형 지지부(110)는 일측에 체결되는 해상풍력 발전기(P)를 효과적으로 지지할 수 있다.
한편, 상기의 과정이 완료되면, 사용자는 부체형 지지부(110)의 위치를 기초부(120)에 의해 고정시킬 수 있다. 따라서, 부체형 지지부(110)는 기초부(120)에 의하여 고정됨으로써 해상풍력 발전기(P)를 지지하는 지지력이 증가될 수 있다.
또한, 기초부(120)의 지지력은 해상풍력 발전기(P)로부터 부체형 지지부(110)에 인가되는 모멘트에 의해 부체형 지지부(110)의 위치가 변화되는 것을 방지할 수 있다.
예를 들어, 해상풍력 발전기(P)는 작동되는 동안 태풍 또는 바람 등에 의해 모멘트를 받을 수 있다. 해상풍력 발전기(P)에 모멘트가 인가되면 제 1 부체형 지지부(111)는 말단에 회전중심이 발생될 수 있다. 제 1 부체형 지지부(111)는 상기 회전중심에 의해 회전될 수 있다.
기초부(120)는 해상풍력 발전기(P)에 의하여 발생하는 제 1 부체형 지지부(111)의 모멘트에 대하여 제 1 부체형 지지부(111)에 반대방향으로 저항모멘트를 발생시킬 수 있다.
이때, 기초부(120)가 상기 회전중심으로부터 충분히 이격됨으로써 기초부(120)는 작은 규모로도 제 1 부체형 지지부(111)에 모멘트에 대한 저항모멘트를 충분히 인가할 수 있다. 즉, 제 1 부체형 지지부(111)는 길이가 증가될수록 상기 모멘트에 대한 저항모멘트가 증가될 수 있다.
따라서, 사용자는 기초부(120)의 규모를 줄일 수 있다. 기초부(120)의 규모가 작아짐으로써 해상풍력 발전기의 지지부재(100)는 연약지반에도 설치될 수 있다.
한편, 부체형 지지부(110)의 중량이 가변됨으로써 해상풍력 발전기(P)의 교체를 용이하게 할 수 있다.
예를 들어, 해상풍력 발전기(P)는 일정한 주기로 점검 및 교체가 될 수 있다. 해상풍력 발전기(P)가 교체되는 경우 해상풍력 발전기(P)는 부체형 지지부(110)와 육지로 이동될 수 있다.
이때, 기초부(120)는 해저 지반으로부터 분리될 수 있다. 또는, 기초부(120)는 제 1 부체형 지지부(111)로부터 분리될 수 있다. 기초부(120)가 분리되면 사용자는 펌프부(130)를 사용하여 부체형 지지부(110)의 내부에 유입된 해수를 부체형 지지부(110)의 외부로 배출시킬 수 있다.
부체형 지지부(110)의 내부에 유입된 해수가 배출되면 부체형 지지부(110)는 제 1 중공부(112) 및 제 2 중공부(114)에 의해 상기 부력이 다시 발생될 수 있다. 부체형 지지부(110)는 상기 부력에 의해 바다에 뜰 수 있다.
따라서, 사용자는 해상풍력 발전기(P) 및 부체형 지지부(110)를 육지로 용이하게 이동시킬 수 있다.
이상, 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
M: 모노파일
P: 해상풍력 발전기
100: 해상풍력 발전기 지지부재
110: 부체형 지지부
120: 기초부
130: 펌프부

Claims (3)

  1. 해상풍력 발전기가 체결되며 내부에 형성된 중공부에 해수가 유입되어 중량이 가변되는 부체(浮體)형 지지부와, 상기 부체형 지지부의 일측에 체결되며 해저 지반에 상기 부체형 지지부의 위치를 고정시키는 기초부와, 상기 부체형 지지부에 연결되어 상기 중공부에 해수를 선택적으로 유입하는 펌프부를 포함하는 해상풍력 발전기 지지부재에 있어서,
    상기 부체형 지지부는, 상기 해저 지반 상부에 고정되게 배치되는 제 1 부체형 지지부와, 상기 제 1 부체형 지지부의 일측에 돌출되도록 형성되며 상기 해상풍력 발전기가 체결되는 제 2 부체형 지지부를 포함하며,
    상기 해저 지반 상부에 고정된 제 1 부체형 지지부는 해류에 의한 세굴현상 방지를 위해 곡률을 갖도록 형성되고 상기 해저 지반과 접촉되는 면적이 증가되도록 하부로 갈수록 면적이 증가되는 것을 특징으로 하는 해상풍력 발전기 지지부재.
  2. 삭제
  3. 삭제
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