KR101304912B1 - 풍력발전기 설치용 선박 및 이를 이용한 풍력발전기 설치 방법 - Google Patents

풍력발전기 설치용 선박 및 이를 이용한 풍력발전기 설치 방법 Download PDF

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Abstract

풍력 발전기 설치용 선박이 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따른 풍력발전기 설치용 선박은 풍력발전기의 부품들이 내장될 수 있는 공간을 갖는 건식 카고와 내부 공간으로 물이 진입할 수 있도록 통로가 형성되며, 측벽에 회동 가능하게 설치된 격문이 설치된 습식 카고, 및 풍력발전기의 부품들을 이동하기 위하여 고정 설치된 크레인을 포함한다.

Description

풍력발전기 설치용 선박 및 이를 이용한 풍력발전기 설치 방법{SHIP FOR INSTALLING WIND POWER GENERATOR AND INSTALLING METHOD OF WIND POWER GENERATOR}
본 발명은 풍력발전기 설치용 선박 및 풍력발전기 설치 방법에 관한 것으로서 보다 상세하게는 해상에 풍력발전기를 설치하기 위한 선박 및 이를 이용한 풍력발전기 설치 방법에 관한 것이다.
풍력발전 시장은 급격히 팽창하여 2001년 대비 2010년 현재 8배 이상의 풍력발전 설비가 설치되었다. 더불어 해상에 설치되는 해상 풍력발전기도 급격히 증가하고 있다.
이와 같이 해상 풍력발전 수요가 증가하는 이유는 육상에 비하여 풍속이 큰 바람이 불고, 주거 환경과의 거리가 멀어서 소음으로 인한 각종 민원의 영향을 받지 않기 때문이다. 또한, 육상에서와 달리 설치 부지 확보가 필요 없어 설치 비용이 절감된다.
해상 풍력발전기는 주로 고정식으로 설치되어 풍력발전기 설치용 선박 또한 고정식으로 제작되었다. 고정식 풍력발전기는 주로 얕은 해안에 설치되었다.
그러나 향후에는 수심 50M 이상의 해안에 부유식 풍력발전기가 많이 설치될 것으로 예상된다. 이는 얕은 해안에 인구가 밀집된 지역이 많고, 이미 상당한 지역에 풍력발전기가 설치되었으며, 수심이 깊을수록 안정적인 풍력을 얻을 수 있기 때문이다.
깊은 해안에 풍력발전기를 설치하기 위해서는 이를 설치할 수 있는 선박이 필요한데, 현재까지 개발된 풍력발전기 설치용 선박은 주로 바닥에 고정된 고정식으로 이루어진다.
그러나 50M 이상의 바닥에 고정식으로 설치되기 위해서는 바닥 구조물이 지나치게 비대해져서 선박의 이동 및 설치에 많은 시간이 필요할 뿐만 아니라 제조 원가가 상승하는 문제가 발생한다.
본 발명의 일 실시예는 해상에 풍력발전기를 용이하게 설치할 수 있는 선박 및 이를 이용한 풍력발전기 설치 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 풍력발전기 설치용 선박은 풍력발전기의 부품들이 내장될 수 있는 공간을 갖는 건식 카고와 내부 공간으로 물이 진입할 수 있도록 통로가 형성되며 측벽에 회동 가능하게 설치된 격문이 설치된 습식 카고, 및 풍력발전기의 부품들을 이동하기 위하여 고정 설치된 크레인을 포함한다.
상기 습식 카고에는 해수의 유입을 조절할 수 있는 펌프가 설치될 수 있으며, 상기 격문은 하단이 선박의 측벽에 대하여 회동 가능하도록 설치될 수 있다.
또한, 상기 건식 카고와 상기 습식 카고 중 어느 하나 이상의 카고의 아래에는 적어도 복수 개의 밸러스트 탱크가 형성되고, 상기 밸러스트 탱크들 중 일부의 밸러스트 탱크로 해수를 공급하는 펌프가 설치될 수 있으며, 상기 습식 카고는 풍력발전기의 하부 구조물 수납용일 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 풍력발전기의 설치 방법은 크레인을 이용하여 풍력발전기를 조립하는 조립 단계와 풍력발전기가 위하는 습식 카고에 해수를 유입시키는 해수 유입 단계와, 격문을 개방하여 풍력발전기를 이동시키는 이동 단계와, 풍력발전기에 와이어를 연결하여 해저면에 고정하는 와이어 설치 단계와, 풍력발전기와 선박을 분리하는 이탈 단계를 포함한다.
상기 해수 유입 단계는 해수의 유입으로 풍력발전기에 부력을 부여하며, 풍력발전기가 완전히 부상하지 않고 습식 카고의 바닥에 지지되도록 할 수 있다.
상기 이동 단계는 배의 하부에 설치된 복수 개의 밸러스트 탱크에 저장된 물의 양을 조절하여 선박의 균형을 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 이동 단계는 격문의 아래에 부력을 갖는 부유체를 설치한 상태에서 선박의 내부에서 격문 위로 풍력발전기를 이동시킬 수 있다.
상기 이탈 단계는 선박을 아래로 이동시켜서 풍력발전기와 격문이 이격된 상태에서 선박을 이동시킬 수 있다.
본 발명의 일측면에 따르면 선박을 해저면에 고정시키지 않고도 풍력발전기를 설치할 수 있으므로 수심이 깊은 해상에 풍력발전기를 용이하게 설치할 수 있다.
또한, 선상에서 풍력발전기를 조립하고 해수를 채운 상태에서 격문을 개방하여 풍력발전기를 이동시킬 수 있으므로 더욱 용이하게 해상에 풍력발전기를 설치할 수 있다.
또한, 밸러스트 탱크가 설치되어 풍력발전기의 설치과정에서 발생하는 무게 중심의 변화를 안정적으로 제어하여 선박이 기울어지는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기 설치용 선박을 도시한 절개 측면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기 설치용 선박의 내부를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기 설치용 선박에서 습식 카고 부분을 잘라 본 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기 설치용 선박에서 건식 카고 부분을 잘라 본 단면도이다.
도 5a 내지 도 5f는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기 설치용 선박을 이용하여 풍력발전기를 설치하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기 설치용 선박을 도시한 절개 측면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기 설치용 선박의 내부를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 선박(100)에는 풍력발전기(200, 도 5b에 도시)의 부품들이 내장될 수 있는 공간을 갖는 건식 카고(124, 126)와 내부 공간으로 물이 진입할 수 있도록 통로(128, 도 3에 도시)가 형성되고, 측벽에 회동 가능하게 설치된 격문(127, 도 3에 도시)이 설치된 습식 카고(121, 123)가 형성되고, 풍력발전기(200, 도 5b에 도시)의 부품들을 이동하기 위하여 크레인(131)이 고정 설치되어 있다. 본 실시예에 따른 선박(100)에는 2개의 건식 카고(124, 126)와 습식 카고(121, 123)가 설치되나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
건식 카고(124, 126)와 습식 카고(121, 123)는 모두 내부 공간을 갖는 방 형태로 이루어져 있으며, 내부에는 공간을 나누는 칸막이 벽이 설치될 수 있다. 건식 카고(121, 123)에는 풍력발전기의 부품 중 타워(216)와 블레이드(214) 등 풍력발전기에서 상부에 설치되는 부품들이 저장된다.
도 2에 도시된 바와 같이 크레인(131)은 건식 카고(124, 126)에 설치된 칸막이 벽(124a, 126a) 상에서 이동 가능하도록 설치된다.
도 4에 도시된 바와 같이 건식 카고(124, 126)의 아래에는 해수가 저장된 복수 개의 밸러스트 탱크(156)가 설치되어 있는 바, 밸러스트 탱크(156)들에는 저장된 해수를 이동시키는 펌프(151)가 연결 설치된다. 펌프(151)는 펌프실(152) 내부에 설치되며 펌프에는 밸브가 연결 설치되어 있다. 이와 같은 밸러스트 탱크(156)와 펌프(151)는 풍력발전기(200)의 설치 과정에서 무거운 물체의 이동으로 무게의 중심이 변화할 때, 해수를 이동시켜서 선박이 기울어지는 것을 방지하는 역할을 한다.
도 3에 도시된 바와 같이 습식 카고(121, 123)에는 풍력발전기(200)의 하부에 위치하는 하부 부품(212)이 수납된다. 풍력발전기(200)의 하부 구조물들(212)에는 이동 중에 선박과의 충격으로 파손되는 것을 방지할 수 있도록 보호부재들(180)이 설치되어 있다. 보호부재(180)는 내부에 공기가 채워진 부재 등으로 이루어질 수 있다.
한편, 습식 카고(121, 123)의 아래에도 건식 카고(124, 126)와 동일하게 해수가 저장된 밸러스트 탱크(154)가 설치되는 바, 습식 카고(121, 123)와 밸러스트 탱크(154) 사이에는 습식 카고(121, 123) 내부로 해수가 유입되는 것을 조절하는 펌프(129)가 설치된다. 이에 따라 습식 카고(121, 123)는 밸러스트 탱크(154)에 저장된 물을 내부로 유입시킬 수 있다.
또한 도 3에 도시된 바와 같이 습식 카고(121, 123)의 측벽에는 개방될 수 있도록 격문(127)이 설치되는 바, 격문(127)은 선박(100)의 측벽에 대하여 하단이 회동 가능하게 고정되어 있다. 격문(127)의 회전에 따라 습식 카고(121, 123)의 측면이 개방될 수 있으며, 개방된 격문(127)은 풍력발전기(200)의 이동 시에 이를 지지하는 안내판으로서의 역할을 할 수 있다. 이에 따라 풍력발전기(200)가 한번에 해수에 유입되어 풍력발전기(200) 및 선박(100)에 충격이 전달되는 것을 방지할 수 있으며, 격문(127) 상에 풍력발전기(200)를 위치시킨 상태에서 무어링(mooring)을 위한 와이어를 설치할 수 있다.
습식 카고(121, 123)에 해수가 채워진 상태에서 격문(127)을 개방하면 습식 카고(121, 123) 내부에 위치하는 풍력발전기(200)를 선박(100)의 외부로 용이하게 이동시킬 수 있다.
이하에서는 도 5a 내지 도 5f를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기(200) 설치용 선박(100)을 이용하여 풍력발전기(200)를 설치하는 방법에 대하여 설명한다.
본 실시예에 따른 풍력발전기(200) 설치 방법은 크레인(131)을 이용하여 풍력발전기(200)를 조립하는 조립 단계와, 풍력발전기(200)가 위치하는 습식 카고(121, 123)에 해수를 유입시키는 해수 유입 단계와, 격문(127)을 개방하여 풍력발전기(200)를 이동시키는 이동 단계와, 풍력발전기(200)에 와이어(160)를 연결하여 해저면에 고정하는 와이어 설치 단계와, 풍력발전기(200)와 선박(100)을 분리하는 이탈 단계를 포함한다.
도 5a에 도시된 바와 같이 조립 단계에서는 크레인(131)을 이용하여 선박(100)에 수납된 풍력발전기의 부품들(212, 214, 216)을 조립하며, 습식 카고(121, 123)에 설치된 하부 부품(212) 상에 건식 카고(124, 126)에 설치된 타워(216)와 블레이드(214) 등을 조립한다. 이에 따라 조립된 풍력발전기(200)는 습식 카고(121) 내에 위치하게 된다.
도 5b 및 도 3에 도시된 바와 같이 해수 유입 단계는 습식 카고(121)에 설치된 펌프(129)를 이용하여 밸러스트 탱크(154)에 설치된 해수를 습식 카고(121)로 유입시킨다. 이 때, 해수의 유입으로 하중의 변화가 발생하고 풍력발전기(200)의 무게는 부력으로 인하여 감소하므로 밸러스트 탱크(154, 156)에 저장된 물의 양을 조절하여 선박(100)의 균형을 조절한다. 즉, 선박(100)이 기울어지는 방향의 반대 방향으로 물을 이동시켜서 선박(100)이 기울어지는 것을 방지한다.
습식 카고(121)로 해수를 유입시킬 때, 풍력발전기(200)가 완전히 뜨게 하지 않고, 일부 하중을 가지고 습식 카고(121)의 바닥에 지지되도록 한다. 풍력발전기(200)가 부상하게 되면 위치가 불안정해져서 선박(100)과 충돌할 위험이 증가하기 때문이다. 다만, 설정된 양의 해수가 유입되어 부력이 발생하므로 풍력발전기(200)의 무게가 감소하여 보다 용이하게 풍력발전기(200)를 이동시킬 수 있다.
도 5c 및 도 5d에 도시된 바와 같이 이동 단계는 격문(127)을 개방하고 격문(127)의 아래에 부력을 갖는 부유체(170)를 설치한 상태에서 선박의 내부에서 개방된 격문(127) 위로 풍력발전기(200)를 이동시킨다. 이때, 풍력발전기(200)의 아래에 롤러(175) 등을 설치한 후, 크레인(131)으로 풍력발전기(200)를 이동시키며, 격문(127)에는 부유체(170)가 설치되어 풍력발전기(200)가 격문 상에 위치하더라도 격문(127)이 아래 방향으로 이동하지 않고 지지될 수 있다. 이동 시에는 선박(100)의 무게 중심이 변하게 되므로 밸러스트 탱크(154, 156)에 저장된 물을 이동시켜서 선박(100)이 기울어지는 것을 방지한다.
도 5e에 도시된 바와 같이 와이어 설치 단계는 풍력발전기(200)와 해저면에 와이어(160)를 고정하여 풍력발전기(200)가 해저면에 대하여 큰 거리로 움직이는 것을 방지한다.
도 5f에 도시된 바와 같이 이탈 단계는 선박(100)으로 물을 유입시켜서 선박(100)이 풍력발전기(200)보다 더 가라앉게 하여 풍력발전기(200)가 완전히 부력에 의하여 물에 뜨게 한다. 이때에는 격문(127) 상에서 풍력발전기(200)가 부상하여 있으므로 선박(100)과 풍력발전기(200)를 용이하게 분리할 수 있다.
이와 같이 본 실시예에 따른 풍력발전기(200)의 설치 방법에 의하면 부유식 선박(100)을 이용하여 풍력발전기(200)를 용이하게 설치할 수 있다. 또한, 해수를 유입시킨 상태에서 격문(127)을 개방하고 풍력발전기(200)를 이동시키므로 더욱 용이하게 풍력발전기(200)를 설치할 수 있다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.

100: 선박 121, 123: 건식 카고
121, 123: 습식 카고 124a, 126a: 칸막이 벽
127: 격문 128: 통로
129: 펌프 131: 크레인
160: 와이어 151: 펌프
152: 펌프실 154, 156: 밸러스트 탱크
160: 와이어 170: 부유체
175: 롤러 180: 보호부재
200: 풍력발전기 212: 하부 부품
214: 블레이드 216: 타워

Claims (10)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 크레인을 이용하여 풍력발전기를 조립하는 조립 단계;
    풍력발전기가 위치하는 습식 카고에 해수를 유입시키는 해수 유입 단계;
    격문을 개방하여 풍력발전기를 이동시키는 이동 단계;
    풍력발전기에 와이어를 연결하여 해저면에 고정하는 와이어 설치 단계;
    풍력발전기와 선박을 분리하는 이탈 단계;
    를 포함하는 풍력발전기의 설치 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 해수 유입 단계는 해수의 유입으로 풍력발전기에 부력을 부여하며, 풍력발전기가 완전히 부상하지 않고 습식 카고의 바닥에 지지되도록 하는 풍력발전기의 설치 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 이동 단계는 배의 하부에 설치된 복수 개의 밸러스트 탱크에 저장된 물의 양을 조절하여 선박의 균형을 조절하는 단계를 더 포함하는 풍력발전기의 설치 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 이동 단계는 격문의 아래에 부력을 갖는 부유체를 설치한 상태에서 선박의 내부에서 격문 위로 풍력발전기를 이동시키는 풍력발전기의 설치 방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 이탈 단계는 선박을 아래로 이동시켜서 풍력발전기와 격문이 이격된 상태에서 선박을 이동시키는 풍력발전기의 설치 방법.
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