KR101287519B1 - 부유식 해상 풍력 발전 구조물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 부유식 해상 풍력 발전 구조물에 관한 것이다.
본 발명의 부유식 해상 풍력 발전 구조물은, 상부는 평면상에서 전,후,좌,우로 돌출된 볼록부(11)가 형성되어 있고, 각 볼록부(11)의 사이는 중앙측을 향해 만곡된 오목부(12)로 이루어진 형상을 취하며, 하부는 하부로 갈수록 점차 외주면의 길이가 작아지는 뾰족한 형상을 취하되, 각 볼록부(11)의 하부는 측면상에서 외측으로 볼록한 하측볼록부(13)가 형성되어 있고, 상기 하측볼록부(13)의 하부는 측면상에서 외측으로 오목한 하측오목부(14)가 형성되어 있으며, 내부에 해수(15a)가 유입되는 탱크(15)가 형성되어 있는 부유체(10)와; 상기 부유체(10)의 하부에 착탈식으로 설치되어 있는 보조부유체(20)와; 와이어(31)에 의해 상기 부유체(10) 하부에 연결되어 있고, 해저(1)에 고정되는 앵커(30)와; 서로 마주보는 삼각형 형상의 두 프레임(41)과, 상기 두 프레임을 연결하는 연결부재(42)로 구성되어 있되, 상기 프레임(41)은 상기 부유체(10) 상부에 안착되어 있는 바닥부재(41a)와, 하부연결부재(41b)에 의해 하부가 상기 바닥부재(41a) 양단에 각각 착탈 가능하도록 연결되어 있고, 상부에 상부연결부재(41d)가 연결되어 있으며, 서로 마주 보는 방향을 향해 경사지게 설치되어 있는 하부기둥부재(41c)와, 양측 하단이 상기 상부연결부재(41d)에 착탈 가능하도록 연결되어 있으며, 상측은 서로 마주 보는 방향을 향해 경사지게 형성되어 상단이 서로 일체로 연결된 상부기둥부재(41e)와, 상기 상부연결부재(41d)를 서로 연결하는 보강부재(41f)로 이루어져 있으며, 상기 연결부재(42)는 두 프레임(41)의 상부연결부재(41d)를 연결하도록 이루어진 타워(40)와; 상기 타워(40)의 두 프레임(41) 상부에 각각 설치되어 있는 발전기(50)와; 양측 단부가 발전기(50)에 연결되어 있는 회전축(61)과, 상기 회전축(61)을 기준으로 회전 가능하게 연결되어 있으며 두 프레임 사이에서 회전하는 날개(62)로 이루어진 회전장치(60);를 포함하여 구성된다.
본 발명에 의해, 해상에서 바람과 파도에 안정된 구조를 가지며 운반 및 설치가 간편하고 발전량도 증대시키는 해상 풍력 발전 구조물이 제공된다.
본 발명의 부유식 해상 풍력 발전 구조물은, 상부는 평면상에서 전,후,좌,우로 돌출된 볼록부(11)가 형성되어 있고, 각 볼록부(11)의 사이는 중앙측을 향해 만곡된 오목부(12)로 이루어진 형상을 취하며, 하부는 하부로 갈수록 점차 외주면의 길이가 작아지는 뾰족한 형상을 취하되, 각 볼록부(11)의 하부는 측면상에서 외측으로 볼록한 하측볼록부(13)가 형성되어 있고, 상기 하측볼록부(13)의 하부는 측면상에서 외측으로 오목한 하측오목부(14)가 형성되어 있으며, 내부에 해수(15a)가 유입되는 탱크(15)가 형성되어 있는 부유체(10)와; 상기 부유체(10)의 하부에 착탈식으로 설치되어 있는 보조부유체(20)와; 와이어(31)에 의해 상기 부유체(10) 하부에 연결되어 있고, 해저(1)에 고정되는 앵커(30)와; 서로 마주보는 삼각형 형상의 두 프레임(41)과, 상기 두 프레임을 연결하는 연결부재(42)로 구성되어 있되, 상기 프레임(41)은 상기 부유체(10) 상부에 안착되어 있는 바닥부재(41a)와, 하부연결부재(41b)에 의해 하부가 상기 바닥부재(41a) 양단에 각각 착탈 가능하도록 연결되어 있고, 상부에 상부연결부재(41d)가 연결되어 있으며, 서로 마주 보는 방향을 향해 경사지게 설치되어 있는 하부기둥부재(41c)와, 양측 하단이 상기 상부연결부재(41d)에 착탈 가능하도록 연결되어 있으며, 상측은 서로 마주 보는 방향을 향해 경사지게 형성되어 상단이 서로 일체로 연결된 상부기둥부재(41e)와, 상기 상부연결부재(41d)를 서로 연결하는 보강부재(41f)로 이루어져 있으며, 상기 연결부재(42)는 두 프레임(41)의 상부연결부재(41d)를 연결하도록 이루어진 타워(40)와; 상기 타워(40)의 두 프레임(41) 상부에 각각 설치되어 있는 발전기(50)와; 양측 단부가 발전기(50)에 연결되어 있는 회전축(61)과, 상기 회전축(61)을 기준으로 회전 가능하게 연결되어 있으며 두 프레임 사이에서 회전하는 날개(62)로 이루어진 회전장치(60);를 포함하여 구성된다.
본 발명에 의해, 해상에서 바람과 파도에 안정된 구조를 가지며 운반 및 설치가 간편하고 발전량도 증대시키는 해상 풍력 발전 구조물이 제공된다.
Description
본 발명은 부유식 해상 풍력 발전 구조물에 관한 것으로, 해상의 파도와 바람에 안정적인 구조로 발전량도 증대시키며 이동 및 설치가 간편한, 부유식 해상 풍력 발전 구조물에 관한 것이다.
지구온난화에 따른 환경규제와 화석연료의 수급불안 등의 문제점이 대두됨으로서 신재생에너지 생산시스템으로 풍력발전이 각광을 받고 있다.
풍력발전 설비는 주로 육상에 설치되었으나 평야지대가 많은 우리나라의 현실에서 부지 확보가 힘들며, 산간 오지에 설치할 경우에는 도로와 송전선을 건설하는 비용이 많이 들기 때문에 최근에는 해상 풍력발전에 대한 관심이 증가하는 추세이다.
해상풍력발전의 장점은 풍부한 풍력자원이며 내륙에 비하여 풍속은 해상의 경우 20% 정도 높아 70% 정도 더 많은 전기를 생산하게 된다.
해상에는 장애물이 없고 바다 표면의 거칠기가 낮아 좋은 품질의 풍력자원을 기대할 수 있다.
또 다른 장점으로 인구밀도가 높은 육지의 경우에 비하여, 풍력단지를 조성하기 위한 부지 선정에 문제가 비교적 적다는 것이다.
해상 풍력발전은 고정식과 부유식으로 나눌 수 있는데, 고정식은 수심이 깊지 않은 바다의 해저면에 기초공사를 하고, 그 기초공사 위에 구조물을 설치한 후 날개를 비롯한 발전설비를 설치하는 방식이고, 부유식은 해수면 위에 부유물을 띄우고 그 부유물 위에 발전설비를 설치하는 방식이다.
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.
바람은 육상에서 멀어질수록 강하고 일정해지므로 발전효율을 높일 수 있다.
이에 점차 해안으로부터 멀리 떨어져 수심이 깊은 곳에서도 풍력발전의 개발 필요성이 제기되고 있다.
따라서 수심이 깊어도 구조물의 크기에 제한을 받지 않는 부유식 구조를 이용한 해상 풍력발전설비에 대한 많은 연구가 이루어지고 있다.
이러한 부유식 해상 풍력발전 구조물을 개발함에 있어서 구조물의 안정성과 경제성은 매우 중요하게 고려될 사항이기 때문에 안정성 확보와 제작, 설치 및 운전비용이 가장 적게 드는 방식으로 개발이 필요하다.
이러한 해상 부유식 풍력 발전 구조물에 관한 종래의 기술로, "해양 부유 구조물 및 이를 이용한 해상 부유식 풍력 발전장치"(한국 공개특허공보 제10-2013-0046192호, 특허문헌 1)에는 계류수단의 장력을 능동적으로 조절하여 장력에 의한 피로에 의해 파손이 발생하는 것을 방지하도록 한 기술이 공개되어 있다.
상기 기술은 구조물과 해저를 연결하는 와이어에 탄성수단을 구비하여 와이어의 장력 조절이 가능하도록 하였다.
그런데, 상기와 같은 특허문헌 1에 도시된 타워는 단순 원통 기둥형으로 이루어져 있는 바, 파도에 의한 좌우의 요동이 매우 심하게 발생하게 되는 문제점이 있었다.
또다른 기술로, "부유식 풍력발전장치"(한국 등록특허공보 제10-1172761호, 특허문헌 2)에는 타워 하부에 부유부재 하부를 반원형상으로 형성하고, 이 부유부재를 해수가 담긴 탱크에 설치함으로써 구조물의 안정성을 높이도록 하였다.
그러나, 특허문헌 2의 타워는 안정성이 떨어져 날개를 원할히 지지하지 못하는 문제점이 있었다.
상기와 같은 특허문헌 1,2의 기술들을 살펴보면, 구조물이 바다에서 안정성을 유지하는 부분에 대한 개선은 이루어져 있으나, 상부로 노출되는 타워의 안정성이 떨어지고, 타워의 설치, 조립, 이동에 대한 부분은 고려되지 아니하였다.
이처럼 종래의 기술들은 바다에서 구조물 하부의 안정성에 대해서는 많은 개선이 있어 왔으나, 상측 타워 부분에 대한 안정성, 설치 용이성에 대한 개발이 부족한 실정으로, 이 부분에 대한 개선이 보다 시급한 실정이라 할 것이다.
본 발명의 부유식 해상 풍력 발전 구조물은 상기와 같은 종래 기술에서 발생하는 문제점을 해소하기 위한 것으로, 해상에서 바람과 파도에 안정된 구조를 가지며 운반 및 설치가 간편하고 발전량도 증대시키는 해상 풍력 발전 구조물을 제공하려는 것이다.
보다 구체적으로, 기존 구조물들이 해수면에 수직 방향으로 설치되는 기둥으로 이루어짐과 달리 양쪽에서 두 개의 프레임이 결합된 타워 형태로 날개를 지탱하는 구조를 가지고, 양쪽 프레임에 발전기를 설치하는 한편, 부유체의 형상이 파도에 대한 저항력을 줄이도록 하여 해상의 바람과 파도에 안전하게 풍력 발전 구조물을 지탱할 수 있게 하려는 것이다.
더불어, 부유체를 밸러스트 탱크 형태로 형성하여 선박의 복원성과 같이 기울어진 쪽의 부력이 증가하고 반대쪽 부력이 감소하여 복원 모멘트가 생겨 바람이 많이 불고 파도가 높아도 구조물을 안정적으로 지탱할 수 있게 하려는 것이다.
또, 운반 및 설치 과정에서 부유체에 타워를 전부 또는 일부 조립한 채 예인선으로 용이하게 이동 가능하며, 간편하게 설치할 수 있게 하려는 것이다.
특히, 날개가 바람을 수용하는 방향 측으로 부유체의 하부는 선박의 하부와 같은 형상을 취해 파도가 높은 날 파도에 대해 보다 안정성을 갖도록 하려는 것이다.
본 발명의 부유식 해상 풍력 발전 구조물은 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 상부는 평면상에서 전,후,좌,우로 돌출된 볼록부(11)가 형성되어 있고, 각 볼록부(11)의 사이는 중앙측을 향해 만곡된 오목부(12)로 이루어진 형상을 취하며, 하부는 하부로 갈수록 점차 외주면의 길이가 작아지는 뾰족한 형상을 취하되, 각 볼록부(11)의 하부는 측면상에서 외측으로 볼록한 하측볼록부(13)가 형성되어 있고, 상기 하측볼록부(13)의 하부는 측면상에서 외측으로 오목한 하측오목부(14)가 형성되어 있으며, 내부에 해수(15a)가 유입되는 탱크(15)가 형성되어 있는 부유체(10)와; 상기 부유체(10)의 하부에 착탈식으로 설치되어 있는 보조부유체(20)와; 와이어(31)에 의해 상기 부유체(10) 하부에 연결되어 있고, 해저(1)에 고정되는 앵커(30)와; 서로 마주보는 삼각형 형상의 두 프레임(41)과, 상기 두 프레임을 연결하는 연결부재(42)로 구성되어 있되, 상기 프레임(41)은 상기 부유체(10) 상부에 안착되어 있는 바닥부재(41a)와, 하부연결부재(41b)에 의해 하부가 상기 바닥부재(41a) 양단에 각각 착탈 가능하도록 연결되어 있고, 상부에 상부연결부재(41d)가 연결되어 있으며, 서로 마주 보는 방향을 향해 경사지게 설치되어 있는 하부기둥부재(41c)와, 양측 하단이 상기 상부연결부재(41d)에 착탈 가능하도록 연결되어 있으며, 상측은 서로 마주 보는 방향을 향해 경사지게 형성되어 상단이 서로 일체로 연결된 상부기둥부재(41e)와, 상기 상부연결부재(41d)를 서로 연결하는 보강부재(41f)로 이루어져 있으며, 상기 연결부재(42)는 두 프레임(41)의 상부연결부재(41d)를 연결하도록 이루어진 타워(40)와; 상기 타워(40)의 두 프레임(41) 상부에 각각 설치되어 있는 발전기(50)와; 양측 단부가 발전기(50)에 연결되어 있는 회전축(61)과, 상기 회전축(61)을 기준으로 회전 가능하게 연결되어 있으며 두 프레임 사이에서 회전하는 날개(62)로 이루어진 회전장치(60);를 포함하여 구성된다.
이때, 상기 타워(40)의 두 프레임(41)에 각각 구비되어 있는 바닥부재(41a) 중간을 연결하는 가상의 축과 평면상에서 상기 부유체(10)의 서로 마주보는 두 볼록부(11)를 연결하는 가상의 축이 일직선을 이루는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 탱크(15) 내벽면은 상기 부유체(10) 하부 외주면과 내측으로 일정 거리 이격된 유선형의 곡면을 이루며, 상기 탱크(15) 내부에는 구 형상의 무게추(70)가 다수 내장되어 있는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 상부기둥부재(41e)와 하부기둥부재(41c)는 내부가 빈 관 형태로 이루어져 있고, 상기 상부연결부재(41d) 내부에는 상부기둥부재(41e)와 하부기둥부재(41c) 내부 공간을 차단하는 칸막이(80)가 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 상부기둥부재(41e) 내부에는 공기튜브(90)가 내장되어 있고, 상기 하부기둥부재(41c) 내부에는 보조무게추(100)가 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의해, 해상에서 바람과 파도에 안정된 구조를 가지며 운반 및 설치가 간편하고 발전량도 증대시키는 해상 풍력 발전 구조물이 제공된다.
보다 구체적으로, 기존 구조물들이 해수면에 수직 방향으로 설치되는 기둥으로 이루어짐과 달리 양쪽에서 두 개의 프레임이 결합된 타워 형태로 날개를 지탱하는 구조를 가지고, 양쪽 프레임에 발전기를 설치하는 한편, 부유체의 형상이 파도에 대한 저항력을 줄이도록 하여 해상의 바람과 파도에 안전하게 풍력 발전 구조물을 지탱할 수 있게 된다.
더불어, 부유체를 밸러스트 탱크 형태로 형성하여 선박의 복원성과 같이 기울어진 쪽의 부력이 증가하고 반대쪽 부력이 감소하여 복원 모멘트가 생겨 바람이 많이 불고 파도가 높아도 구조물을 안정적으로 지탱할 수 있게 된다.
또, 운반 및 설치 과정에서 부유체에 타워를 전부 또는 일부 조립한 채 예인선으로 용이하게 이동 가능하며, 간편하게 설치할 수 있게 된다.
특히, 날개가 바람을 수용하는 방향 측으로 부유체의 하부는 선박의 하부와 같은 형상을 취해 파도가 높은 날 파도에 대해 보다 안정성을 갖게 된다.
도 1은 본 발명의 부유식 해상 풍력 발전 구조물을 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명에서 부유식 해상 풍력 발전 구조물의 일측면을 나타낸 측면도.
도 3은 본 발명에서 부유식 해상 풍력 발전 구조물의 타측면을 나타낸 측단면 개략도.
도 4 및 도 5는 본 발명에서 타워의 조립 예를 각각 다른 측면에서 나타낸 측면 분해도.
도 6은 본 발명에서 발전기 및 날개의 설치 상태를 나타낸 측면도.
도 7은 본 발명의 부유식 해상 풍력 발전 구조물의 평면 상태를 나타낸 평면도.
도 8은 본 발명에서 부유체에 유동무게추가 추가로 설치된 예를 나타낸 단면도.
도 9는 본 발명에서 칸막이가 설치된 예를 나타낸 단면 개략도.
도 2는 본 발명에서 부유식 해상 풍력 발전 구조물의 일측면을 나타낸 측면도.
도 3은 본 발명에서 부유식 해상 풍력 발전 구조물의 타측면을 나타낸 측단면 개략도.
도 4 및 도 5는 본 발명에서 타워의 조립 예를 각각 다른 측면에서 나타낸 측면 분해도.
도 6은 본 발명에서 발전기 및 날개의 설치 상태를 나타낸 측면도.
도 7은 본 발명의 부유식 해상 풍력 발전 구조물의 평면 상태를 나타낸 평면도.
도 8은 본 발명에서 부유체에 유동무게추가 추가로 설치된 예를 나타낸 단면도.
도 9는 본 발명에서 칸막이가 설치된 예를 나타낸 단면 개략도.
이하, 본 발명의 부유식 해상 풍력 발전 구조물에 대하여 첨부된 도면을 통해 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 부유식 해상 풍력 발전 구조물은 크게 부유체(10), 보조부유체(20), 앵커(30), 타워(40), 발전기(50) 및 회전장치(60)로 구성되어 있다.
본 발명의 구성요소인 부유체(10)는 도면에 나타난 바와 같이 상부는 평면상에서 전,후,좌,우로 돌출된 볼록부(11)가 형성되어 있고, 각 볼록부(11)의 사이는 중앙측을 향해 만곡된 오목부(12)로 이루어진 형상을 취한다.
아울러, 하부는 하부로 갈수록 점차 외주면의 길이가 작아지는 뾰족한 형상을 취하되, 각 볼록부(11)의 하부는 측면상에서 외측으로 볼록한 하측볼록부(13)가 형성되어 있고, 상기 하측볼록부(13)의 하부는 측면상에서 외측으로 오목한 하측오목부(14)가 형성되어 있다.
이러한 부유체(10)는 내부에 해수(15a)가 유입되는 탱크(15)가 형성되어 있다.
이러한 부유체(10)는 밸러스트 탱크 형태로 형성되어 있어 내부에 해수를 채워 선박의 복원성과 같이 기울어진 쪽의 부력이 증가하고 반대족의 부력이 감소하여 복원 모멘트가 생겨 바람이 많이 불거나 파도가 높아도 구조물을 안정적으로 지탱할 수 있게 된다.
보다 구체적으로 파도나 바람에 의한 외력에 좌우로 흔들리는 롤링(rolling)과, 앞뒤로 흔들리는 피칭(pitching)에도 안정적으로 상부의 타워(40) 등을 지지한 채 부유될 수 있게 된다.
내부의 탱크(15)로 해수(15a)를 유입 또는 배출하기 위해 미도시된 유출,유입구 및 밸브가 설치됨은 자명하다.
이러한 부유체(10)의 형상이 상기와 같이 평면상에서 볼록부(11)와 오목부(12)가 형성되고, 하부에는 하측볼록부(13) 및 하측오목부(14)가 형성되는 것은 설치 후 및 예인선에 의한 운송 과정에서 최대한 저항을 덜 받기 위한 것이다.
이는 마치 선박의 하부 구조와 같은 형상이 전,후,좌,우 네 곳에 형성된 것과 같은 구조인데, 선박에 탑재된 채 운반되는 것 뿐만 아니라, 선박에 연결된 채 바다 위를 이동할 경우 저항을 최소화하여 타워(40) 등의 다른 부분의 손상을 최소화하면서 안정적으로 운송이 가능케 되는 것이다.
더불어, 부유체(10)는 탱크(15) 내부의 공기 및 물의 양에 따라 부력을 조절할 수 있어 부유체(10) 외부는 종래와 같은 플라스틱 대신 금속과 같이 충격에 강한 재질로 형성될 수 있게 된다.
본 발명의 구성요소인 보조부유체(20)는 도시된 것처럼 상기 부유체(10)의 하부에 착탈식으로 설치되어 있다.
착탈식 설치는 부유체(10) 하부 형상이 일정한 직경이 아니라 아래쪽으로 갈수록 점차 직경이 감소되는 형태를 취하므로, 보조부유체(20) 중앙에 홀을 형성하여 강제로 끼워 착탈시킬 수도 있으며, 미도시되어 있으나, 부유체(10) 외주면과 보조부유체(20) 중앙 홀 내주면에 서로 치합되는 홈과 돌기를 형성하여 착탈시킬 수도 있다.
보조부유체(20)는 부유체(10)와 달리 경량의 스티로폼이나 내부가 빈 통 등 다양한 공지의 부구 등으로 구성될 수 있다 할 것이다.
본 발명의 구성요소인 앵커(30)는 도시된 바와 같이 와이어(31)에 의해 상기 부유체(10) 하부에 연결되어 있고, 해저(1)에 고정된다.
이러한 앵커(30)는 도면에 "∩"형으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 공지의 다양한 앵커를 적용하면 된다.
본 발명의 구성요소인 타워(40)는 크게 서로 마주보는 삼각형 형상의 두 프레임(41)과, 상기 두 프레임을 연결하는 연결부재(42)로 구성되어 있다.
이때, 프레임(41)은 도면에 나타난 바와 같이 상기 프레임(41)은 상기 부유체(10) 상부에 안착되어 있는 바닥부재(41a)와,
하부연결부재(41b)에 의해 하부가 상기 바닥부재(41a) 양단에 각각 착탈 가능하도록 연결되어 있고, 상부에 상부연결부재(41d)가 연결되어 있으며, 서로 마주 보는 방향을 향해 경사지게 설치되어 있는 하부기둥부재(41c)와,
양측 하단이 상기 상부연결부재(41d)에 착탈 가능하도록 연결되어 있으며, 상측은 서로 마주 보는 방향을 향해 경사지게 형성되어 상단이 서로 일체로 연결된 상부기둥부재(41e)와,
상기 상부연결부재(41d)를 서로 연결하는 보강부재(41f)로 이루어져 있다.
이때, 상기 연결부재(42)는 두 프레임(41)의 상부연결부재(41d)를 연결하도록 이루어져 있다.
상기와 같은 구성은 도면에 나타난 바와 같이 두 프레임(41)의 기둥부재들의 형상이 마치 사각뿔과 같은 형상을 취해 구조적인 안정성을 제공하게 된다.
더불어, 상부연결부재(41d), 하부연결부재(41b)에 의해 끼움 결합되어 조립되는 형태를 취하게 되어 육상 및 해상에서의 조립 설치가 매우 용이해지게 된다.
각 부재들간의 조립은 단순 끼움 결합으로 이루어질 수도 있으며, 볼트와 너트를 이용하여 조립할 수도 있다.
이때, 타워(40)는 두 프레임(41)에 각각 구비되어 있는 바닥부재(41a) 중간을 연결하는 가상의 축과 평면상에서 상기 부유체(10)의 서로 마주보는 두 볼록부(11)를 연결하는 가상의 축이 일직선을 이루도록 함이 바람직하다.
이는 통상적으로 바람이 불어오는 방향과 직교하게 파도가 치는 것이 일반적이며, 파도가 부유체(10) 측으로 올 때 이에 대해 선박의 원리에 따라 부유체(10)가 파도를 타 넘을 수 있도록 함과 더불어 이때 발생하는 부유체(10)의 움직임을 활용하여 날개(62)의 회전에 일조할 수 있도록 하거나 매우 강한 바람과 파도이 날개(62) 방향을 향할 때, 날개(62)의 회전이 부유체(10)가 파도를 타 넘는 것을 도와줘 구조물의 전복 등을 방지할 수도 있게 하려는 것이다.
본 발명의 구성요소인 발전기(50)는 도시된 것처럼 상기 타워(40)의 두 프레임(41) 상부에 각각 설치되어 있다.
아울러, 본 발명의 회전장치(60)는 양측 단부가 발전기(50)에 연결되어 있는 회전축(61)과, 상기 회전축(61)을 기준으로 회전 가능하게 연결되어 있으며 두 프레임 사이에서 회전하는 날개(62)로 이루어져 있다.
이처럼 타워(40)와 부유체(10) 등을 포함한 본 발명은 기존에 타워가 해수면에 수직인 방향으로 설치된 것과 달리 사각뿔 즉, 피라미드와 같은 형상을 취하여 상부 구조물의 안정성을 제공하게 되고, 하부의 부유체(10) 역시 네 곳에 볼록부(11)를 가진 형상을 취하고 하측으로 뾰족한 형상을 취하면서 밸러스트 기능을 갖춰 해상에서의 안정성을 제공하게 된다.
아울러, 상기와 같은 타워(40)의 구성은 바닥부재(41a)들이 하부연결부재(41b)에 의해 상호 연결되고, 하부기둥부재(41c)들은 하부연결부재(41b) 및 상부연결부재(41d)에 의해 상측의 상부기둥부재(41e) 및 보강부재(41f), 연결부재(42)에 연결되는 가져 안정성 있게 날개를 지지할 수 있게 된다.
또한, 이러한 조립식 구성은 타워(40) 상부와 하부를 간편하게 제작하고 블록 형태로 제작하여 구조물 높이를 자유롭게 조절할 수 있게 된다.
아울러, 날개(62)를 지지하는 두 프레임(41) 상부 양측에 두 개의 발전기(50)가 각각 설치됨으로써 기존의 발전 시스템보다 발전 효율이 높아지게 되며, 더불어 종래에 비해 보다 작게 제작할 수 있어 제작 비용을 절감할 수 있게 된다.
이때, 발전기(50) 상부에는 도시된 것처럼 표시등(51)을 설치하여 야간 항해 선박에 위치를 알려주고, 선박의 항로를 알려주는 등대와 같은 역할을 하도록 할 수 있다.
상기와 같은 구성에 있어서 도 8에 도시되어 있는 바와 같이 상기 탱크(15) 내벽면은 상기 부유체(10) 하부 외주면과 내측으로 일정 거리 이격된 유선형의 곡면을 이루며, 상기 탱크(15) 내부에는 구 형상의 무게추(70)가 다수 내장되도록 구성할 수 있다.
이는 보조부유체(20)가 설치됨에 따라 구조물의 최저부에 부력이 작용하여 무게중심의 균형을 잃는 것을 방지하기 위함이며, 특히 매우 강한 파도가 발생하여 전복이 발생했을 때나, 사고 등에 따른 파손이나, 밸브 작동시의 실수 등으로 탱크(15) 내부에 해수가 빠져나간 상태에서 무게 중심을 잃었을 때에도 무게추(70)의 자중에 의해 구조물의 중심을 유지할 수 있도록 하기 위함이다.
아울러, 강한 파도에 따른 구조물의 전복 등의 발생시 보다 신속하게 균형을 다시 회복할 수 있도록 하기 위한 방법의 하나로, 도 9에 도시되어 있는 바와 같이 상기 상부기둥부재(41e)와 하부기둥부재(41c)는 내부가 빈 관 형태로 이루어져 있고, 상기 상부연결부재(41d) 내부에는 상부기둥부재(41e)와 하부기둥부재(41c) 내부 공간을 차단하는 칸막이(80)가 설치될 수 있다.
도면에는 상부연결부재(41d) 자체가 중간이 막혀 칸막이(80)가 형성된 예이나, 이에 한정되는 것은 아니며, 별도의 칸막이를 삽입하여 구성할 수도 있다.
이러한 구성은 구조물 전복 후 상부기둥부재(41e)와 하부기둥부재(41c) 사이를 차단하여 상부기둥부재(41e)로 물이 유입되는 것을 방지하여 순간적으로 상부기둥부재(41e) 내부에 공기에 의한 부력이 발생할 수 있게 하려는 것이다.
보다 적극적인 방법으로는, 도시된 것처럼 상기 상부기둥부재(41e) 내부에는 공기튜브(90)가 내장되어 있고, 상기 하부기둥부재(41c) 내부에는 보조무게추(100)가 설치되도록 할 수도 있다.
이 경우는 평상시에도 타워(40) 자체의 무게중심을 아래쪽에 유지하도록 하여 강한 바람 등에 의한 전복을 보다 더 방지하는 효과도 제공하게 된다.
이상 살펴본 바와 같이 본 발명의 부유식 해상 풍력 발전 구조물은 타워(40)의 구조가 안정적이며, 조립 및 설치가 용이하다.
더불어, 부유체(10)는 그 구조가 예인선에 의한 운반이 가능할 정도이며, 설치된 상태에서도 강한 파도에 대한 안정성을 제공해주게 된다.
특히, 태풍과 같이 매우 강한 바람과 파도가 발생하는 환경에서 타워(40)와 부유체(10)는 그 배치, 구조의 안정함에 의해 전복의 발생 가능성이 낮으며, 일시적인 전복 후에도 신속하게 중심을 찾아 원래의 위치로 되돌아갈 수 있게 된다.
더불어, 이러한 효과를 가짐에도 불구하고 그 구조가 매우 간단하여 종래의 구조물들에 비해 간편하게 설치하고 저렴한 비용이 소요되게 된다.
1 : 해저 10 : 부유체
11 : 볼록부 12 : 오목부
13 : 하측볼록부 14 : 하측오목부
15 : 탱크 15a : 해수
20 : 보조부유체 30 : 앵커
31 : 와이어 40 : 타워
41 : 프레임 41a : 바닥부재
41b : 하부연결부재 41c : 하부기둥부재
41d : 상부연결부재 41e : 상부기둥부재
41f : 보강부재 42 : 연결부재
50 : 발전기 51 : 표시등
60 : 회전장치 61 : 회전축
62 : 날개 70 : 유동무게추
80 : 칸막이 90 : 공기튜브
100 : 보조무게추
11 : 볼록부 12 : 오목부
13 : 하측볼록부 14 : 하측오목부
15 : 탱크 15a : 해수
20 : 보조부유체 30 : 앵커
31 : 와이어 40 : 타워
41 : 프레임 41a : 바닥부재
41b : 하부연결부재 41c : 하부기둥부재
41d : 상부연결부재 41e : 상부기둥부재
41f : 보강부재 42 : 연결부재
50 : 발전기 51 : 표시등
60 : 회전장치 61 : 회전축
62 : 날개 70 : 유동무게추
80 : 칸막이 90 : 공기튜브
100 : 보조무게추
Claims (5)
- 부유식 해상 풍력 발전 구조물에 있어서,
상부는 평면상에서 전,후,좌,우로 돌출된 볼록부(11)가 형성되어 있고, 각 볼록부(11)의 사이는 중앙측을 향해 만곡된 오목부(12)로 이루어진 형상을 취하며, 하부는 하부로 갈수록 점차 외주면의 길이가 작아지는 뾰족한 형상을 취하되, 각 볼록부(11)의 하부는 측면상에서 외측으로 볼록한 하측볼록부(13)가 형성되어 있고, 상기 하측볼록부(13)의 하부는 측면상에서 외측으로 오목한 하측오목부(14)가 형성되어 있으며, 내부에 해수(15a)가 유입되는 탱크(15)가 형성되어 있는 부유체(10)와;
상기 부유체(10)의 하부에 착탈식으로 설치되어 있는 보조부유체(20)와;
와이어(31)에 의해 상기 부유체(10) 하부에 연결되어 있고, 해저(1)에 고정되는 앵커(30)와;
서로 마주보는 삼각형 형상의 두 프레임(41)과, 상기 두 프레임을 연결하는 연결부재(42)로 구성되어 있되, 상기 프레임(41)은 상기 부유체(10) 상부에 안착되어 있는 바닥부재(41a)와, 하부연결부재(41b)에 의해 하부가 상기 바닥부재(41a) 양단에 각각 착탈 가능하도록 연결되어 있고, 상부에 상부연결부재(41d)가 연결되어 있으며, 서로 마주 보는 방향을 향해 경사지게 설치되어 있는 하부기둥부재(41c)와, 양측 하단이 상기 상부연결부재(41d)에 착탈 가능하도록 연결되어 있으며, 상측은 서로 마주 보는 방향을 향해 경사지게 형성되어 상단이 서로 일체로 연결된 상부기둥부재(41e)와, 상기 상부연결부재(41d)를 서로 연결하는 보강부재(41f)로 이루어져 있으며, 상기 연결부재(42)는 두 프레임(41)의 상부연결부재(41d)를 연결하도록 이루어진 타워(40)와;
상기 타워(40)의 두 프레임(41) 상부에 각각 설치되어 있는 발전기(50)와;
양측 단부가 발전기(50)에 연결되어 있는 회전축(61)과, 상기 회전축(61)을 기준으로 회전 가능하게 연결되어 있으며 두 프레임 사이에서 회전하는 날개(62)로 이루어진 회전장치(60);를 포함하여 구성된,
부유식 해상 풍력 발전 구조물.
- 제 1항에 있어서,
상기 타워(40)의 두 프레임(41)에 각각 구비되어 있는 바닥부재(41a) 중간을 연결하는 가상의 축과 평면상에서 상기 부유체(10)의 서로 마주보는 두 볼록부(11)를 연결하는 가상의 축이 일직선을 이루는 것을 특징으로 하는,
부유식 해상 풍력 발전 구조물.
- 제 2항에 있어서,
상기 탱크(15) 내벽면은 상기 부유체(10) 하부 외주면과 내측으로 일정 거리 이격된 유선형의 곡면을 이루며,
상기 탱크(15) 내부에는 구 형상의 무게추(70)가 다수 내장되어 있는 것을 특징으로 하는,
부유식 해상 풍력 발전 구조물.
- 제 3항에 있어서,
상기 상부기둥부재(41e)와 하부기둥부재(41c)는 내부가 빈 관 형태로 이루어져 있고,
상기 상부연결부재(41d) 내부에는 상부기둥부재(41e)와 하부기둥부재(41c) 내부 공간을 차단하는 칸막이(80)가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는,
부유식 해상 풍력 발전 구조물.
- 제 4항에 있어서,
상기 상부기둥부재(41e) 내부에는 공기튜브(90)가 내장되어 있고,
상기 하부기둥부재(41c) 내부에는 보조무게추(100)가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는,
부유식 해상 풍력 발전 구조물.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020130062768A KR101287519B1 (ko) | 2013-05-31 | 2013-05-31 | 부유식 해상 풍력 발전 구조물 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020130062768A KR101287519B1 (ko) | 2013-05-31 | 2013-05-31 | 부유식 해상 풍력 발전 구조물 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR101287519B1 true KR101287519B1 (ko) | 2013-07-19 |
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| KR1020130062768A KR101287519B1 (ko) | 2013-05-31 | 2013-05-31 | 부유식 해상 풍력 발전 구조물 |
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| KR (1) | KR101287519B1 (ko) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20190068820A (ko) | 2017-12-11 | 2019-06-19 | 한국건설기술연구원 | 삼중 부유체를 구비한 부유식 플랫폼 및 그 시공방법 |
| WO2020109674A1 (fr) * | 2018-11-30 | 2020-06-04 | Asah Lm | Ensemble de production d'energie electrique multi-generatrices pour eoliennes flottantes de grande puissance |
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| KR100900500B1 (ko) | 2007-09-17 | 2009-06-03 | 최태영 | 넓은 분산 부유 구조물을 가진 해상 부유 풍력 발전 장치 |
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- 2013-05-31 KR KR1020130062768A patent/KR101287519B1/ko active IP Right Grant
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