KR101337646B1 - 해상 풍력 발전기, 해상 풍력 발전기 이송용 리프팅 지그 및 이를 이용한 해상 풍력 발전기 설치 방법 및 시스템 - Google Patents

해상 풍력 발전기, 해상 풍력 발전기 이송용 리프팅 지그 및 이를 이용한 해상 풍력 발전기 설치 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

해상 풍력 발전기, 해상 풍력 발전기 이송용 리프팅 지그 및 해상 풍력 발전기의 설치 방법이 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 해상 풍력 발전기는 블레이드, 블레이드의 회전에 따라 발전하는 발전기를 구비한 나셀 및 나셀을 지지하되, 해상에 설치된 지지 구조물에 설치되는 타워를 포함하는 해상 풍력 발전기로서, 블레이드, 나셀 및 타워가 일체로 조립된 후 타워가 소정의 이송 수단을 이용하여 들어올려진 상태에서 해상 풍력 발전기가 수직하게 직립된 상태를 유지할 수 있도록 타워의 외주면으로부터 외측 방향으로 돌출되어 소정의 이송 수단에 의하여 지지될 수 있는 타워 지지 구조체를 포함하되, 타워 지지 구조체는 블레이드, 나셀 및 타워가 일체로 조립된 풍력 발전기의 무게 중심보다 상측에 위치된다.

Description

해상 풍력 발전기, 해상 풍력 발전기 이송용 리프팅 지그 및 이를 이용한 해상 풍력 발전기 설치 방법 및 시스템{OFFSHORE WIND TURBINE GENERATOR, LIFTING ZIG FOR TRANSPORTING OFFSHORE WIND TURBINE GENERATOR, SYSTEM AND METHOD FOR INSTALLING OFFSHORE WIND TURBINE GENERATOR USING THE SAME}
본 발명은 해상 풍력 발전기에 관한 것으로, 보다 상세히, 해상 풍력 발전기, 해상 풍력 발전기 이송용 리프팅 지그 및 이를 이용한 해상 풍력 발전기 설치 방법 및 시스템에 관한 것이다.
풍력 발전기는 바람에 의해 회전하는 로터와 회전력을 전력으로 변환하는 드라이브 트레인(Drive-train) 그리고 이들을 지지하는 타워와 기초로 구성된다. 해상 풍력 발전기는 근해 또는 심해에 설치되므로 설치 시 해상조건과 기후에 따라 시간과 비용의 상당한 차이가 발생하게 되며, 이에 따라 해상에서의 설치기간 단축이 해상 풍력 발전기 설계의 핵심 기술이다.
종래의 해상 풍력 발전기는 블레이드, 로터, 나셀 조립체와 타워 섹션들이 각각 분리된 채로 해상 설치지역까지 배로 운송한 후 해상에서 조립되어 해상에 설치되어 왔으나, 최근에는 해상에서의 풍력 발전기 설치기간을 단축시키기 위하여 육상에서 기초를 제외한 모든 터빈 부품을 미리 조립한 후 설치 지역으로 운송하고 전체 풍력 발전기를 한 번에 리프팅하여 해상 기초와 결합하는 방식의 해상 풍력 발전기 설치 방법이 개발되었다.
그런데 이와 같이 일체로 형성된 풍력 발전기를 해상에서 설치하는 경우, 크레인과 같은 이송 수단을 이용하여 풍력 발전기 타워의 하부를 들어 올린 후 풍력 발전기를 이동시켜 풍력 발전기를 해상 기초(offshore foundation)의 연결부에 설치하는 것이 일반적이다.
이와 같이 크레인을 이용하여 풍력 발전기의 하부를 들어올린 상태에서 풍력 발전기를 이동시키는 방법의 경우, 풍력 발전기의 무게 중심이 풍력 발전기 타워의 중앙에 위치되지 않고 타워의 중앙으로부터 풍력 발전기의 블레이드가 위치된 방향으로 편심된다.
이에 따라, 풍력 발전기의 전복을 방지하기 위해 풍력 발전기의 뒷쪽 방향으로 비스듬히 풍력 발전기를 들어 올리게 된다. 이와 같이 풍력 발전기가 비스듬한 상태에서 들어올려질 경우 풍력 발전기의 설치 작업이 용이하지 않다.
그리고, 이와 같이 비스듬히 풍력 발전기를 들어올리면 풍력 발전기를 이동시키는 동안 풍력 발전기 전복의 위험성으로 인해 안전성이 낮으며, 풍력 발전기 내 부품 손상 및 오일 누수 등으로 인하여 풍력 발전기의 품질을 손상시킬 여지가 있다.
한편, 비스듬히 들어올려져 이동되는 풍력 발전기의 균형을 유지하기 위해서는 풍력 발전기의 중간에 별도의 스프레더 빔을 만들어 타워를 지탱해야 할 필요가 있기 때문에 풍력 발전기 설치 비용 및 중량 증가가 초래되며, 이송 중 균형을 잃게 되면 스프레터 빔과 접촉되는 보강되지 않은 얇은 두께의 타워에 손상을 가져올 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 해상에 안정적으로 설치될 수 있는 해상 풍력 발전기를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는 풍력 발전기를 설치하는 동안 풍력 발전기의 전복 위험성이 낮은 풍력 발전기의 설치 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는 풍력 발전기를 해상에 설치할 때 해수면에 대하여 수직한 방향으로 들려진 상태로 이동 및 설치될 수 있는 해상 풍력 발전기의 설치 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는 풍력 발전기 타워의 고유진동수가 낮은 해상 풍력 발전기를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 해상 풍력 발전기의 무게 중심보다 상측에서, 상기 해상 풍력 발전기의 타워에 설치되는 타워 지지 구조체; 상기 해상 풍력 발전기의 상기 타워 지지 구조체를 지지하는 리프팅 지그 및 상기 타워의 양측에서 상기 리프팅 지그를 들어올릴 수 있는 이송 수단을 포함하되, 상기 타워 지지 구조체는 상기 타워의 외주면으로부터 외측 방향으로 돌출되며, 상기 이송 수단에 의하여 상기 리프팅 지그가 들어올려진 상태에서 상기 해상 풍력 발전기가 수직하게 직립된 상태를 유지하도록 상기 리프팅 지그가 상기 타워 지지 구조체의 일면을 지지하는, 해상 풍력 발전기 설치 시스템이 제공된다.
이 때, 상기 타워 지지 구조체는 강성의 중량체로 형성될 수 있다.
한편, 상기 타워 지지 구조체는 링형 부재로 이루어지되, 상기 타워 지지 구조체의 외주면은 상기 타워의 외주면보다 큰 반지름을 가질 수 있다.
이 때, 상기 타워 지지 구조체의 하측면에 하측 방향으로 돌출된 하부 돌기를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 리프팅 지그는 상기 하부 돌기를 수용하는 결합홀이 형성될 수 있다.
한편, 상기 리프팅 지그는, 상기 해상 풍력 발전기의 타워 외주부에 형성된 타워 지지 구조체를 지지하도록 상기 타워의 외주부에 위치될 수 있는 링형 프레임; 상기 링형 프레임과 결합되어 상기 링형 프레임을 지지하는 지지 프레임; 상기 지지 프레임에 형성되며 상기 풍력 발전기를 이송하기 위한 이송 수단이 결합될 수 있는 결합부를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 지지 프레임은 트러스 구조로 이루어질 수 있다.
이 때, 상기 지지 프레임은 상기 링형 프레임을 중심으로 좌우 대칭으로 형성될 수 있다.
한편, 상기 지지 프레임은, 상기 링형 프레임의 양 측부에 위치되어 상기 링형 프레임을 지지하는 한 쌍의 제 1 프레임; 상기 한 쌍의 제 1 프레임의 양 단부를 연결하는 한 쌍의 제 2 프레임부를 포함하고, 상기 결합부는 상기 한 쌍의 제 2 프레임부에 형성될 수 있다.
이 때, 상기 결합부는 상기 링형 프레임을 기준으로 좌우 대칭으로 형성될 수 있다.
이 때, 상기 링형 프레임은 상호 결합되어 링 형상을 이루는 제 1 및 제 2 원호형 프레임을 포함하고, 상기 제 1 원호형 프레임은 상기 한 쌍의 제 1 프레임 중 어느 하나에 위치 고정되며, 상기 제 2 원호형 프레임은 상기 한 쌍의 제 1 프레임 중 다른 어느 하나에 결합되되, 상기 제 2 원호형 프레임은 상기 제 1 원호형 프레임으로부터 분리 및 결합될 수 있도록 형성될 수 있다.
이 때, 상기 한 쌍의 제 1 프레임 중 다른 어느 하나의 일측은 상기 한 쌍의 제 2 프레임부 중 어느 하나에 회전 가능하게 결합되며, 상기 한 쌍의 제 1 프레임 중 다른 어느 하나의 타측은 다른 어느 하나에 탈착가능하게 결합될 수 있다.
한편, 상기 제 1 및 제 2 원호형 프레임의 내측에는 상기 타워 지지 구조체를 수용할 수 있는 결합홈이 형성될 수 있다.
이 때, 상기 링형 프레임은 상기 타워 지지 구조체의 하측에서 상기 타워 지지 구조체와 접하여 상기 타워를 지지할 수 있다.
한편, 상기 타워 지지 구조체의 하측면에는 하측 방향으로 돌출된 하부 돌기가 형성되고, 상기 링형 프레임에는 상기 하부 돌기를 수용하는 결합홀이 형성될 수 있다.
한편, 상기 이송 수단은 해상 크레인이며, 상기 이송 수단의 일측은 상기 해상 크레인의 인양 고리이며, 상기 결합부는 상기 인양 고리가 결합될 수 있는 인양 고리홈일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 블레이드, 상기 블레이드의 회전에 따라 발전하는 발전기를 구비한 나셀 및 상기 나셀을 지지하되, 해상에 설치된 지지 구조물에 설치되는 타워를 포함하는 해상 풍력 발전기로서, 상기 블레이드, 상기 나셀 및 상기 타워가 일체로 조립된 후, 상기 해상 풍력 발전기가 소정의 이송 수단을 이용하여 들어올려진 상태에서 상기 해상 풍력 발전기가 수직하게 직립된 상태를 유지할 수 있도록 상기 타워의 외주면으로부터 외측 방향으로 돌출되어 상기 소정의 이송 수단에 의하여 지지될 수 있는 타워 지지 구조체를 포함하되, 상기 타워 지지 구조체는 상기 블레이드, 상기 나셀 및 상기 타워가 일체로 조립된 상기 해상 풍력 발전기의 무게 중심보다 상측에 위치되는, 해상 풍력 발전기가 제공된다.
삭제
이 때, 상기 타워 지지 구조체는 링형 부재로 이루어지되, 상기 타워 지지 구조체의 외주면은 상기 타워의 외주면보다 큰 반지름을 가질 수 있다.
한편, 상기 타워 지지 구조체의 하측면에 하측 방향으로 돌출된 하부 돌기를 포함할 수 있다.
본 발명의 또다른 측면에 따르면, 해상 풍력 발전기를 이송하기 위한 리프팅 지그로서, 상기 해상 풍력 발전기의 타워 외주부에 형성된 타워 지지 구조체를 지지하도록 상기 타워의 외주부에 위치될 수 있는 링형 프레임; 상기 링형 프레임과 결합되어 상기 링형 프레임을 지지하는 지지 프레임 및 상기 지지 프레임에 형성되며 상기 풍력 발전기를 이송하기 위한 이송 수단이 결합될 수 있는 결합부를 포함하는, 리프팅 지그가 제공된다.
이 때, 상기 지지 프레임은 트러스 구조로 이루어질 수 있다.
이 때, 상기 지지 프레임은 상기 링형 프레임을 중심으로 좌우 대칭으로 형성될 수 있다.
한편, 상기 지지 프레임은, 상기 링형 프레임의 양 측부에 위치되어 상기 링형 프레임을 지지하는 한 쌍의 제 1 프레임; 상기 한 쌍의 제 1 프레임의 양 단부를 연결하는 한 쌍의 제 2 프레임부를 포함하고, 상기 결합부는 상기 한 쌍의 제 2 프레임부에 형성될 수 있다.
한편, 상기 결합부는 상기 링형 프레임을 기준으로 좌우 대칭으로 형성될 수 있다.
한편, 상기 링형 프레임은 상호 결합되어 링 형상을 이루는 제 1 및 제 2 원호형 프레임을 포함하고, 상기 제 1 원호형 프레임은 상기 한 쌍의 제 1 프레임 중 어느 하나에 위치 고정되며, 상기 제 2 원호형 프레임은 상기 한 쌍의 제 1 프레임 중 다른 어느 하나에 결합되되, 상기 제 2 원호형 프레임은 상기 제 1 원호형 프레임으로부터 분리 및 결합될 수 있도록 형성될 수 있다.
이 때, 상기 한 쌍의 제 1 프레임 중 다른 어느 하나의 일측은 상기 한 쌍의 제 2 프레임부 중 어느 하나에 회전 가능하게 결합되며, 상기 한 쌍의 제 1 프레임 중 다른 어느 하나의 타측은 다른 어느 하나에 탈착가능하게 결합될 수 있다.
한편, 상기 제 1 및 제 2 원호형 프레임의 내측에는 상기 타워 지지 구조체를 수용할 수 있는 결합홈이 형성될 수 있다.
한편, 상기 링형 프레임은 상기 타워 지지 구조체의 하측에서 상기 타워 지지 구조체와 접하여 상기 타워를 지지할 수 있다.
한편, 상기 타워 지지 구조체의 하측면에는 하측 방향으로 돌출된 하부 돌기가 형성되고, 상기 링형 프레임에는 상기 하부 돌기를 수용하는 결합홀이 형성될 수 있다.
한편, 상기 이송 수단은 해상 크레인이며, 상기 이송 수단의 일측은 상기 해상 크레인의 인양 고리이며, 상기 결합부는 상기 인양 고리가 결합될 수 있는 인양 고리홈일 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 전술한 해상 풍력 발전기 설치 시스템을 이용하여 해상 풍력 발전기를 해상에 설치된 지지 구조물에 설치하는 방법으로서, 상기 해상 풍력 발전기의 타워의 무게 중심보다 상측에 리프팅 지그를 위치시키는 단계; 상기 리프팅 지그의 양측에 해상 크레인을 결합시키는 단계; 상기 해상 크레인을 이용하여 상기 해상 풍력 발전기를 수직하게 직립된 상태로 들어 올리는 단계; 및 상기 해상 풍력 발전기를 해상에 설치된 지지 구조물에 결합시키는 단계를 포함하는, 해상 풍력 발전기의 설치 방법이 제공된다.
이 때, 상기 리프팅 지그의 양측에 해상 크레인을 결합시키는 단계에서, 상기 해상 크레인은 하나의 작업선에 설치되되 상호 이격된 둘 이상의 해상 크레인이거나 또는 하나의 크레인이 설치된 둘 이상의 작업선 각각에 설치된 둘 이상의 해상 크레인일 수 있다.
이 때, 상기 해상 풍력 발전기는 상기 해상 풍력 발전기를 구성하는 블레이드, 나셀 및 타워가 모두 조립된 상태로 운반선에 의하여 육상으로부터 상기 지지 구조물이 설치된 해상으로 운반될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 해상 풍력 발전기를 해상에 안정적으로 설치할 수 있으며, 이에 따라, 해상 풍력 발전기 설치 시 전복의 위험성이 낮아 진다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 해상 풍력 발전기의 타워의 고유 진동수가 낮게 형성될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력 발전기 설치 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력 발전기 설치 시스템의 타워의 부분 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력 발전기 설치 시스템의 제 1 실시예에 따른 리프팅 지그의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력 발전기 설치 시스템의 제 1 실시예에 따른 리프팅 지그의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력 발전기 설치 시스템의 제 2 실시예에 따른 리프팅 지그의 평면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력 발전기 설치 시스템의 제 3 실시예에 따른 리프팅 지그의 평면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력 발전기 설치 시스템의 제 4 실시예에 따른 리프팅 지그가 타워 지지 구조체에 결합되는 상태를 도시한 부분 사시도이다.
도 8은 도 7의 리프팅 지그가 해상 풍력 발전기에 결합된 상태의 부분 단면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력 발전기 설치 시스템의 제 5 실시예에 따른 리프팅 지그의 부분 확대도이다.
도 10은 도 9의 리프팅 지그가 해상 풍력 발전기에 설치된 상태를 도시한 부분 단면도이다.
도 11 내지 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력 발전기 설치 시스템을 이용하여 풍력 발전기를 해상에 설치하는 과정을 도시한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 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 해상 풍력 발전기 설치 시스템(1)의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력 발전기 설치 시스템(1)은 타워 지지 구조체(20), 리프팅 지그(100) 및 이송 수단을 포함한다.
이 때, 타워 지지 구조체(20)는 해상 풍력 발전기(10)의 무게 중심(G) 상측에 위치되는 구조체로서, 해상 풍력 발전기(10)가 이송 수단에 의하여 들려질 수 있도록 일 실시예에 따라 리프팅 지그(10)에 의하여 지지되거나 또는 다른 실시예에 따라 리프팅 지그와 결합되도록 형성된다. 타워 지지 구조체(20)에 대한 상세한 설명은 후술한다.
한편, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 타워 지지 구조체(20)를 지지하거나 또는 타워 지지 구조체(20)와 결합될 수 있는 리프팅 지그(100)가 제공된다.
리프팅 지그(100)의 양단부에는 고리 결합부(도 3의 130 참조)가 형성되어 이송 수단, 예를 들어 선박(7)에 위치되는 해상 크레인(4)의 인양 고리가 고리 결합부(130)에 결합된 상태에서 리프팅 지그(100)가 들어올려질 수 있도록 형성된다. 이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 이송 수단이 해상 크레인(4)인 것으로 예시하여 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력 발전기 설치 시스템(1)은 풍력 발전기(10)의 무게 중심(G)보다 상측에 위치된 타워 지지 구조체(20)를 리프팅 지그(100)를 이용하여 이송 수단으로 들어올림으로써 블레이드(12), 나셀(16) 및 타워(18)가 조립된 상태의 해상 풍력 발전기(10)를 안정적으로 해상에서 리프팅시킬 수 있다.
이하 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력 발전기 설치 시스템(1)의 각각의 구성에 대하여 도면을 달리하여 보다 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 해상용 풍력 발전기 설치 시스템(1)의 타워 지지 구조체(20)를 설명하기 위한 타워(18)의 부분 단면도이다.
도 1 및 도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기 설치 시스템(1)을 구성하는 일 요소로서, 풍력 발전기(10)에는 타워(18)에 타워 지지 구조체(20)가 형성된다.
이 때, 본 실시예에서, 타워 지지 구조체(20)는 타워(18)의 외주면으로부터 외측 방향으로 돌출된 강성 부재로서, 본 실시예에서는 링 형태로 이루어진다.
도 2를 참조하면, 링 형태의 타워 지지 구조체(20)는 링 형태의 몸체(22) 및 상기 링 형태의 몸체(22) 상측면에서 상측 방향으로 돌출된 링 형태의 상부 결합부(24) 및 몸체(22) 하측면에서 하측 방향으로 돌출된 링 형태의 하부 결합부(26)를 구비한다.
도 2를 참조하면, 링 형태의 몸체(22)의 외주면(22a)은 타워(18)의 외주면 보다 큰 반지름을 가짐으로써 타워(18)의 외주면 외측으로 돌출되도록 형성된다.
이 때, 링 형태의 몸체(22)의 외주면(22a)은 타워(18)의 하단부의 외주면의 반지름보다 크게 형성된다.
이와 같이 링 형태의 몸체(22)의 외주면(22a)이 타워(18)의 하단부의 외주면의 반지름보다 크게 형성되는 이유는, 풍력 발전기를 해상에 설치하기 위하여 운반선을 이용하여 풍력 발전기(10)를 이송할 때 후술하는 리프팅 지그(100)가 타워의 하단부에 위치된 갑판 상에 놓일 수 있도록 하기 위함이다. 이에 대한 보다 상세한 설명은 후술한다.
한편, 링 형태의 몸체(22)의 내주면(22b)은 타워(18)의 내부에서 타워(18)의 내측면보다 작은 반지름을 갖도록 형성되어 타워(18)의 내주면 내측으로 돌출되도록 형성될 수 있다.
이와 같이 몸체(22)가 구성된 상태에서, 몸체(22)의 상측면에 위치되는 링 형태의 상부 결합부(24)는 타워 지지 구조체(20)의 상측에 위치되는 타워(18) 상부(18a)의 하단부와 용접에 의하여 결합된다.
그리고, 몸체(22)의 하측면에 위치되는 링 형태의 하부 결합부(26)는 타워 지지 구조체(20)의 하부에 위치되는 타워(18) 하부(18b)의 상단부와 용접에 의하여 결합된다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면 타워 지지 구조체(20)는 블레이드(12), 나셀(16) 및 타워(18)가 조립된 풍력 발전기(10)의 무게 중심(G)보다 상측에 위치된다.
이와 같이 타워 지지 구조체(20)가 풍력 발전기(10)의 무게 중심(G)보다 상측에 위치됨으로써, 타워 지지 구조체(20)에 리프팅 지그(100)를 설치한 후 크레인(4)에 의하여 타워 지지 구조체(20)가 리프팅될 때, 풍력 발전기(10)의 무게 중심(G)이 리프팅 지그(100) 보다 하측에 위치되기 때문에 타워 지지 구조체(20)가 안정적으로 들리워질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 타워 지지 구조체(20)는 타워(18)의 상부(18a) 및 하부(18b)에 각각 용접에 의하여 결합되는 강성 부재로 예시되었으나, 타워 지지 구조체(20)는, 타워(18)가 후술하는 크레인(4)에 의하여 들리워질 수 있도록 리프팅 지그(100)에 의하여 지지될 수 있는 구조체라면, 다양한 형태, 예를 들어, 복수의 바형 프레임이 결합된 트러스 구조의 구조체 등으로 형성될 수 있다.
이 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 타워 지지 구조체(20)는 본 실시예에서 타워를 리프팅시키기 위하여 리프팅 지그(100)와 결합될 수 있는 구조체로서의 역할 뿐 아니라, 타워(18)의 중량을 증가시키는 역할을 한다. 이와 같이 타워 지지 구조체(20)가 설치된 타워(18)는 타워 지지 구조체가 설치되지 않은 타워와 비교할 때 중량이 증가되므로 그에 따라 타워(18)의 고유 진동수가 낮아지는 효과를 갖는다. 일반적으로 100m 이상의 허브 높이를 갖는 풍력 발전기를 설치할 때 발전기와 타워의 공진을 회피하기 위한 수단으로서 타워의 고유 진동수를 낮게 설계하는데, 타워 하단부의 강성을 높게 유지하면서 타워의 고유 진동수를 낮게 유지하기 위한 수동 제어(passive control) 수단으로서, 본 발명의 일 실시예에서와 같이 타워(18)의 무게 중심 상측부에 타워 지지 구조체(20)를 설치하여 타워의 중량을 증가시키면 그에 따라 타워(18)의 고유진동수가 낮아지는 효과를 얻을 수 있다. 이 때, 타워에 설치되는 타워 지지 구조체(20)의 중량 등은 타워의 중량을 고려하여 설계시 바람직한 고유진동수를 갖도록 선택될 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 타워 지지 구조체(20)가 링 형태로서, 타워(18)의 외주 방향으로 돌출된 형태로 이루어진 것으로 예시되었으나, 타워 지지 구조체(20)의 형태는 링 형상에 제한되지 아니하며, 리프팅 지그(100)에 의하여 지지될 수 있는 다양한 형태로 이루어질 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력 발전기 설치 시스템(1)은, 풍력 발전기(10)의 타워에 설치되는 타워 지지 구조체(20)를, 해상 크레인(4)과 같은 이송 수단을 이용하여 리프팅시키기 위하여 타워(18)에 설치될 수 있는 리프팅 지그(100)를 포함한다. 이하에서는 도면을 달리하여 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력 발전기 설치 시스템(1)의 리프팅 지그(100)에 대하여 보다 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력 발전기 설치 시스템(1)의 제 1 실시예에 따른 리프팅 지그(100)의 평면도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력 발전기 설치 시스템(1)의 제 1 실시예에 따른 리프팅 지그(100)의 사시도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력 발전기 설치 시스템(1)에 있어서, 해상 풍력 발전기(10)를 리프팅시키기 위한 제 1 실시예에 따른 리프팅 지그(100)는, 링형 프레임(110), 지지 프레임부(120) 및 고리 결합부(130)를 포함한다.
링형 프레임(110)은 리프팅 지그(100)의 중앙부에 위치되며, 리프팅 지그(100)를 이용하여 해상 풍력 발전기(10)를 들어올릴 때 해상 풍력 발전기(10)의 타워(18)가 링형 프레임(110)의 내측에 위치될 수 있도록 링 형태의 강성 부재로 이루어진다.
이 때, 링형 프레임(110)은 복수의 원호형 프레임이 볼트와 같은 결합 부재를 이용하여 결합하여 전체적으로 링 형태를 이루도록 형성될 수 있다.
링형 프레임(110)을 지지하기 위하여 링형 프레임(110)의 외측에는 지지 프레임부(120)가 설치된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 지지 프레임부(120)는 제 1 프레임부(140) 및 제 2 프레임부(150)를 포함하는 트러스(truss)형 구조체로 이루어질 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 제 1 프레임부(140)는, 도 3에서 볼 때, 링형 프레임(110)의 양 측부에 횡방향으로 배치되며 바 형태인 한 쌍의 제 1 프레임(142, 144)을 포함한다.
링형 프레임(110)과 한 쌍의 제 1 프레임(142, 144) 사이에는 복수의 연결 프레임(160)이 위치되어 한 쌍의 제 1 프레임(142, 144)에 의하여 링형 프레임(110)이 지지되도록 한다.
한 쌍의 바형 제 1 프레임(142, 144)의 양 단부에는 제 2 프레임부(150)가 위치된다. 제 2 프레임부(150)는 한 쌍의 제 1 프레임(142, 144)의 양 단부에서 한 쌍의 제 1 프레임(142, 144)을 지지하기 위한 구성이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 실시예에서 제 2 프레임부(150)는 제 2 프레임(152), 제 3 프레임(154) 및 제 4 프레임(156)을 포함한다.
본 실시예에서, 제 2 프레임(152)은 도 3 및 도 4에서 알 수 있는 바와 같이 횡방향으로 리프팅 지그(100)의 단부측에 제 1 프레임(142, 144)에 수직하게 위치된다. 제 2 프레임(152)에는 고리 결합부(130)가 형성된다.
본 실시예에서 고리 결합부(130)는 풍력 발전기(10)를 이송하기 위한 이송 수단, 즉 해상 크레인(4)의 인양 고리가 결합될 수 있는 홈으로 형성된다.
고리 결합부(130)는, 도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 제 2 프레임(152)의 양 측에 한 쌍으로 형성되고, 이 때, 링형 프레임(110)의 중심을 기준으로 대칭으로 위치되는 것이 바람직하다.
한편, 도 3을 참조하면, 제 3 프레임(154)은 제 2 프레임(152)의 양단부를 각각 한 쌍의 제 1 프레임(142, 144)의 양 단부와 연결하도록 비스듬하게 배열된 프레임으로 형성된다.
한편, 제 4 프레임(156)은 제 2 프레임(152)과 나란하게 배열되며, 양 단부가 한 쌍의 제 1 프레임(142, 144)의 단부측과 각각 결합됨으로써 리프팅 지그(100)의 강성이 전체적으로 향상되도록 한다.
그리고 제 2 내지 제 4 프레임(152, 154, 156) 사이에는 복수의 연결 프레임(160)이 결합되어 제 2 내지 제 4 프레임(156)이 서로 지지되도록 형성된다.
한편, 제 2 프레임부(150)와 링형 프레임(110) 사이에도 연결 프레임(160)이 설치되어 제 2 프레임부(150)에 의하여 링형 프레임(110)이 지지되도록 형성될 수 있다.
한편, 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 리프팅 지그(100)는 두 개의 링형 프레임(110), 제 1 프레임(142, 144) 및 제 4 프레임(156)이 상하 방향으로 나란하게 배열되도록 형성된다.
이 때, 복수의 수직 프레임(170)이 상하 방향으로 배열되어 링형 프레임(110), 제 1 프레임(142, 144) 및 제 4 프레임(156)을 연결할 수 있다.
이상과 같이 구성된 리프팅 지그(100)는 링형 프레임(110)을 중심으로 도 4에서 볼 때 전후 방향 및 좌우 방향으로 대칭으로 형성된다.
이와 같이 리프팅 지그(100)가 링형 프레임(110)을 중심으로 전후 방향 및 좌우 방향으로 대칭으로 형성됨으로써, 본 실시예에서 해상 풍력 발전기 타워(18)의 타워 지지 구조체(20)가 리프팅 지그(100) 위에 놓인 상태로 해상 크레인(4)에 의하여 들어올려질 때 풍력 발전기(10)가 안정적으로 들어올려질 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력 발전기 설치 시스템에 있어서, 리프팅 지그(100)는, 링형 프레임(110), 제 1 프레임부(140) 및 제 2 프레임부(150)가 볼팅 결합과 같이 해체가능한 결합 방식으로 결합되어 적어도 일부가 서로 분리될 수 있도록 형성된다.
이와 같이 링형 프레임(110), 제 1 프레임부(140) 및 제 2 프레임부(150)의 적어도 일부가 서로 분리될 수 있도록 형성하는 것은, 리프팅 지그(100)를 해상 풍력 발전기(10)에 설치한 상태에서, 크레인(4)을 이용하여 해상 풍력 발전기(10)를 해상 기초(도 12의 6)에 설치한 후, 설치가 완료된 해상 풍력 발전기(10)로부터 리프팅 지그(100)를 용이하게 해체할 수 있도록 하기 위함이다.
한편, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력 발전기 설치 시스템(1)의 제 2 실시예에 따른 리프팅 지그(100')의 평면도이다.
도 5에 도시된 제 2 실시예에 따른 리프팅 지그(100')는, 도 3 및 4에 도시된 리프팅 지그(100)와 유사하나, 링형 프레임(110) 우측의 제 1 프레임(142)의 일 단부가 도 5에서 볼 때 링형 프레임(110)의 상측에 위치되는 제 3 프레임(154) 및 제 4 프레임(156)의 일 단부에 회전가능하게 결합되도록 힌지부(146)를 구비한다.
그리고, 제 1 프레임(142)의 타 단부에는, 도 5에서 볼 때 링형 프레임(110)의 하측에 위치되는 제 3 프레임(154) 및 제 4 프레임(156)의 일 단부에 탈착가능하게 결합되도록 개폐 결합부(148)가 형성된다.
개폐 결합부(148)는, 예를 들어, 볼트 및 너트와 같은 결합 수단을 이용하여 제 1 프레임(142)의 타 단부가 링형 프레임(110)의 하측에 위치되는 제 3 프레임(154) 및 제 4 프레임(156)의 일 단부에 결합되는 형태로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 도 5에 따른 실시예에서, 링형 프레임(110)은 제 1 및 제 2 원호형 프레임(112, 114)을 포함한다. 제 1 및 제 2 원호형 프레임(112, 114)은, 예를 들어, 반원 형태로 이루어질 수 있다. 이 때, 제 1 원호형 프레임(112)은, 도 5에서 볼 때 좌측에 위치되는 제 1 프레임(144)에 결합되어 위치 고정된다.
그리고, 제 2 원호형 프레임(114)은, 도 5에서 볼 때 우측에 위치되는 제 1 프레임(142)에 결합되어, 도 5에서 볼 때 우측에 위치되는 제 1 프레임(142)이 회전함에 따라 제 1 원호형 프레임(112)으로부터 분리되거나 결합될 수 있도록 형성된다.
도 5에 도시된 바와 같은 리프팅 지그(100)는 제 1 원호형 프레임(112)이 리프팅 지그(100) 내측에 위치 고정된 상태에서 제 1 프레임(142)을 회전시켜 제 2 원호형 프레임(114)이 제 1 원호형 프레임(112)에 결합되거나 분리될 수 있도록 함으로써, 해상 풍력 발전기(10)를 해상 기초(6)에 설치 완료한 후, 리프팅 지그(100')를 개별적인 프레임마다 분해할 필요없이 간단하게 해상 풍력 발전기로부터 분리시킬 수 있다.
한편, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력 발전기 설치 시스템(1)의 제 3 실시예에 따른 리프팅 지그(100")의 평면도이다.
도 6에 도시된 제 3 실시예에 따른 리프팅 지그(100")는 전체적으로 육각형 형태로 이루어지며, 도 6에서 볼 때, 중앙에 링형 프레임(110)이 위치된다. 그리고, 링형 프레임(110)의 양 측부에 한 쌍의 제 1 프레임(142, 144)이 수직 방향으로 배열된다.
이 때, 링형 프레임은 전술한 리프팅 지그의 링형 프레임의 구조와 동일하게 형성될 수 있으므로, 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
한편, 제 3 실시예에 따른 리프팅 지그(100")는, 도 6에서 볼 때, 한 쌍의 제 1 프레임(142, 144)의 상측단부 및 하측단부에 제 2 프레임부(150)가 위치된다.
그리고, 제 3 실시예에 따른 리프팅 지그(100")는, 도 3 및 도 4에 도시된 리프팅 지그와 달리 제 1 및 제 2 실시예의 리프팅 지그(100, 100')의 제 2 프레임(152) 및 제 4 프레임(156)을 포함하지 않으며, 한 쌍의 제 3 프레임(154)이 각각 도 6의 리프팅 지그(100)의 상측 단부 및 하측 단부, 즉 양 측부에서 서로 결합되어 전체적으로 정육각형 형태로 이루어지도록 형성된다.
이 때, 리프팅 지그(100)의 양 측부에는 3개의 고리 결합부(130)가 위치되어 해상 크레인(4)의 인양 고리가 결합될 수 있도록 형성된다.
그리고, 링형 프레임(110)과 제 1 프레임(142, 144) 및 제 2 프레임부(150) 사이에는 복수의 연결 프레임(160)이 방사형으로 혹은 사선으로 결합되어 전체적으로 리프팅 지그(100?)의 지지 강도가 향상되도록 한다.
이 때, 제 3 실시예에 따른 리프팅 지그(100?)는 제 1 실시예에 따른 리프팅 지그(100)와 유사하게 링형 프레임(110), 제 1 프레임(142, 144) 및 제 2 프레임부(150)가 적어도 부분적으로 분리될 수 있도록 볼트 및 너트와 같은 결합 수단에 의하여 결합될 수 있다.
한편, 제 3 실시예에 따른 리프팅 지그(100?)는 제 2 실시예에 따른 리프팅 지그(100')와 유사한 방식으로, 예를 들어, 링형 프레임(110)이 제 1 원호형 프레임(112) 및 제 2 원호형 프레임(114)으로 구성되고, 제 2 원호형 프레임(114)이 제 1 프레임(142)의 회전에 따라 제 1 원호형 프레임(112)으로부터 분리 및 결합될 수 있는 구조로 이루어질 수도 있다.
제 3 실시예에 따른 리프팅 지그(100")는, 제 1 실시예 및 제 2 실시예에 따른 리프팅 지그(100,100')가 링형 프레임을 중심으로 일 방향으로 연장된 형태인 것과 비교할 때, 링형 프레임을 중심으로 방사방향으로 대칭으로 이루어진 정육각형 형상으로 이루어져, 보다 무거운 무게를 갖는 풍력 발전기를 지지할 수 있다.
전술한 제 1 내지 제 3 실시예에 따른 설명한 리프팅 지그(100, 100', 100")는, 해상 크레인(4)을 이용하여 해상 풍력 발전기(10)를 들어올리고자 할 때, 도 1에 도시된 해상 풍력 발전기(10)의 타워 지지 구조체(20)의 하측에 위치되어 리프팅 지그(100, 100', 100")가 타워 지지 구조체(20)의 하측면과 접촉한 상태에서 리프팅 지그(100, 100', 100")를 들어올릴 경우 타워(18)가 리프팅 지그(100, 100', 100")와 함께 들어올려지도록 형성된다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력 발전기 설치 시스템(1)의 리프팅 지그의 또 다른 예로서, 리프팅 지그와 타워 지지 구조체의 결합력을 높일 수 있도록 하기 위하여 리프팅 지그가 전술한 실시예와 다른 구조로 형성될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력 발전기 설치 시스템의 제 4 실시예에 따른 리프팅 지그(100'")가 타워 지지 구조체에 결합되는 상태를 도시한 부분 사시도이다. 도 8은 도 7의 리프팅 지그(100'")가 해상 풍력 발전기의 타워 지지 구조체(20)에 결합된 상태의 부분 단면도이다. 도 7 및 도 8에 도시된 리프팅 지그(100'")는 전술한 실시예와 다른 구성을 중심으로 설명하기 위하여 링형 프레임 일부만이 도시되었다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 해상 풍력 발전기 설치 시스템(1)의 제 4 실시예에 따른 리프팅 지그(100'")는 타워 지지 구조체(20)의 하면에 설치되는 하부 돌기(28)에 결합될 수 있도록 링형 프레임(110)에 결합홀(110a)을 구비한다.
이 때, 타워 지지 구조체(20)의 하면에 형성되는 하부 돌기(28)는 링형 타워 지지 구조체(20)의 하측면에서 하측 방향으로 90도 간격으로 배열된다.
이에 대응하여, 리프팅 지그(100)의 링형 프레임(110)에는 타워 지지 구조체(20)의 하면에 형성되는 하부 돌기(28)가 끼워질 수 있는 4개의 결합홀(110a)이 90도 간격으로 형성된다.
도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 타워 지지 구조체(20)에 하부 돌기(28)가 형성되고, 리프팅 지그(100'")의 링형 프레임(110)에 결합홀(110a)이 형성되면, 리프팅 지그(100'")를 이용하여 풍력 발전기(10)를 들어올릴 때, 타워 지지 구조체(20)의 하부 돌기(28)가 리프팅 지그(100)의 링형 프레임(110)의 결합홀(110a)에 끼워진 상태로 타워 지지 구조체(20)와 리프팅 지그(100'")가 결합될 수 있다.
이와 같이 타워 지지 구조체(20)의 하부 돌기(28)가 리프팅 지그(100"')의 링형 프레임(110)의 결합홀(110a)에 끼워진 경우, 해상 크레인(4)에 의하여 풍력 발전기(10)가 이송될 때 타워 지지 구조체(20)가 리프팅 지그(100'")에 보다 견고하게 결합된 상태로 이송될 수 있다.
한편, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력 발전기 설치 시스템(1)의 제 5 실시예에 따른 리프팅 지그(100"")의 링형 프레임 부분의 부분 확대도이다. 도 10은 도 9의 리프팅 지그(100"")가 해상 풍력 발전기(10)에 설치된 상태를 도시한 부분 단면도이다. 도 9 및 도 10에서는 도면의 간략화를 위하여 리프팅 지그(100"")의 링형 프레임의 일부만을 도시하였다.
도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 제 5 실시예에 따른 리프팅 지그(100"")는, 제 2 실시예에 따른 리프팅 지그(100')가 타워 지지 구조체(20)의 하측에서 타워 지지 구조체(20)의 하측면과 접촉하여 풍력 발전기를 지지하는 것과 달리, 링형 프레임(110)의 제 1 원호형 프레임(112) 및 제 2 원호형 프레임(114)의 내측에 원호형 결합홈(112a, 114a)이 형성되며, 원호형 결합홈(112a, 114a)의 내측에 타워 지지 구조체(20)가 삽입된 상태로 리프팅 지그(100"")가 타워 지지 구조체(20)와 결합되도록 형성된다.
이와 같이 제 1 원호형 프레임(112) 및 제 2 원호형 프레임(114)의 내측에 형성된 원호형 결합홈(112a, 114a)에 타워 지지 구조체(20)가 끼워진 상태로 제 1 원호형 프레임(112) 및 제 2 원호형 프레임(114)이 상호 결합되면, 링형 프레임(110)의 내부에 타워 지지 구조체(20)가 위치된 상태로 타워 지지 구조체(20)가 리프팅 지그(100"")와 결합될 수 있으므로, 전술한 실시예들과 비교할 때, 풍력 발전기가 리프팅 지그(100"")와 보다 견고하게 결합될 수 있다.
이상과 같은 구조를 갖는 해상 풍력 발전기 설치 시스템을 이용하여 해상에 해상 풍력 발전기를 설치하는 과정을 도면을 달리하여 설명한다.
도 11 내지 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력 발전기를 해상에 설치하는 과정을 도시한 도면이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력 발전기 설치 시스템(1)을 이용하여 해상에 해상 풍력 발전기(10)를 설치하고자 할 때, 풍력 발전기(10)는 육상에서 블레이드(12), 나셀(16) 및 타워(18)가 일체로 결합된 상태로 운반선(2)을 이용하여 운반된다.
이 때, 운반선(2)을 이용하여 운반되는 풍력 발전기(10)는, 도 11에 도시된 바와 같이 운반선(2)의 갑판(3) 상에 세워진 상태로 운반되거나, 또는 갑판(3) 상에 누워진 상태로 운반될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 이와 같이 운반선(2)을 이용하여 운반된 해상 풍력 발전기(10)는 해상 풍력 발전기(10)가 설치되어야 하는 해상에서, 도 11에 도시된 바와 같이 갑판(3)에 세워진 상태로 배치된다.
이때, 해상 풍력 발전기(10)가 세워진 갑판(3)에는 타워(18)의 하부 외주면이 리프팅 지그(100)의 링형 프레임 내측에 위치되도록 리프팅 지그(100)가 놓여진다.
이 때, 타워(18)가 놓인 갑판에 놓여지는 리프팅 지그(100)는 전술한 제 1 내지 제 4 실시예에 따른 리프팅 지그일 수 있다. 그리고 이와 같은 경우 리프팅 지그(100)의 링형 프레임의 내주면의 반지름이 타워가 놓인 갑판에 놓인 상태에서 타워(18)의 하단부의 외주면의 반지름보다 길어야 타워(18)가 리프팅 지그(100)의 링형 프레임의 내주면 안에 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 이와 같이 갑판(3) 상에 리프팅 지그(100)를 위치시킨 상태에서, 도 12에 도시된 바와 같이, 하나의 크레인(4)이 설치된 선박 두 대를 이용하여 리프팅 지그(100)의 양측을 들어올린다.
보다 상세히, 크레인(4)에 설치된 인양선(5)의 단부에는 인양 고리가 설치되어 있으며, 인양 고리를 리프팅 지그(100)의 고리 결합부에 결합시켜 리프팅 지그(100)를 들어올릴 수 있다.
이 때, 선박의 갑판 상에 위치된 리프팅 지그(100)를 들어 올리면 리프팅 지그(100)가 올라가면서 풍력 발전기(10)의 타워 지지 구조체(20)의 하측까지 올라오고, 이에 따라 리프팅 지그(100)의 링형 프레임의 상측면이 타워 지지 구조체(20)의 하측면과 접하게 된다.
이 때, 링형 프레임의 내주면의 반지름이 타워 지지 구조체(20)의 외주면의 반지름보다 작아야 링형 프레임이 타워 지지 구조체(20)의 하측면에서 타워 지지 구조체(20)를 지지할 수 있다.
이 때, 전술한 리프팅 지그(100)의 실시예 중 제 1 내지 제 3 실시예에 따른 리프팅 지그(100, 100', 100")는 타워 지지 구조체(20)의 하측면이 링형 프레임(110)의 상측면에 접한 상태로 타워 지지 구조체(20)를 지지한다.
그리고, 제 4 실시예에 따른 리프팅 지그(100"')는 타워 지지 구조체(20)의 하측면이 링형 프레임(110)의 상측면과 접하면서 타워 지지 구조체(20)의 하부 돌기(28)가 링형 프레임(110)의 결합홈에 결합된 상태로 타워 지지 구조체를 지지한다.
그리고, 전술한 리프팅 지그의 실시예 중 제 5 실시예에 따른 리프팅 지그(100"")의 경우에는 제 1 내지 제 4 실시예에 따른 리프팅 지그(100, 100', 100", 100"')와 달리 해상 풍력 발전기(10)의 타워 지지 구조체(20) 하측에서 타워 지지 구조체(20)의 하측면에 접하여 타워 지지 구조체(20)를 들어올리도록 구성되지 않고, 리프팅 지그(100"")의 제 1 원호형 프레임(112)으로부터 제 2 원호형 프레임(114)을 분리시킨 상태로 제 1 원호형 프레임(112)과 제 2 원호형 프레임(114)의 원호형 결합홈(112a, 114a)에 타워 지지 구조체(20)를 끼우도록 하고 제 1 원호형 프레임(112)과 제 2 원호형 프레임(114)이 상호 접하도록 리프팅 지그(100"")를 조립함으로써 타워 지지 구조체(20)에 리프팅 지그(100)를 결합시킬 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 1 내지 제 4 실시예에 따른 리프팅 지그를 해상 풍력 발전기(10)의 하측에 위치시키거나, 제 5 실시예에 따른 리프팅 지그를 해상 풍력 발전기(10)의 타워 지지 구조체(20)에 결합시킨 상태에서 리프팅 지그(100)를 두 대의 크레인(4)을 이용하여 들어 올린다.
이 때, 본 실시예에서, 두 대의 크레인(4)을 이용하여 리프팅 지그를 들어올리는 것은 해상 풍력 발전기(10)를 들어올린 상태에서 해상 풍력 발전기(10)가 수직하게 직립된 상태를 유지할 수 있도록 하기 위함이다.
즉, 해상 풍력 발전기(10)를 한 대의 크레인(4)을 이용하여 들어올릴 경우에는, 해상 풍력 발전기(10)의 무게 중심이 치우쳐 있기 때문에 해상 풍력 발전기의 타워가 기울어질 수 있으며, 이와 같이 기울어진 상태에서는 해상 풍력 발전기의 설치가 용이하지 않다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력 발전기 설치 시스템(1)에서는 해상 풍력 발전기(10)를 들어올리기 위한 리프팅 지그(100)를 두대의 크레인을 이용하여 양 측에서 들어올려 리프팅 지그(100)가 해수면에 평행한 상태로 리프팅될 수 있도록 한다. 두 대의 크레인(4)을 이용하여 풍력 발전기(10)를 들어올릴 때, 두 대의 크레인(4)이 풍력 발전기(10)의 전후에 위치된 상태에서 풍력 발전기를 들어올리도록 하면 풍력 발전기 무게 중심의 전후 방향 편심에 의한 풍력 발전기의 전복 가능성을 낮출 수 있다.
한편, 도 12에서는 두 대의 선박(7)을 이용하여 리프팅 지그(100)를 수평으로 들어올렸으나, 도 13 및 도 14에 도시된 바와 같이 하나의 선박(7)에 두대의 서로 이격된 크레인(4)이 설치되어 있는 경우에는 하나의 선박(7)을 이용하여 해상 풍력 발전기를 들어올리는 것이 가능하다.
한편, 이와 같이 두 대의 크레인(4)을 이용하여 해상 풍력 발전기(10)를 들어올린 상태에서 해상 풍력 발전기(10)를 이동하여, 도 15에 도시된 바와 같이 해저면에 설치되어 해상으로 돌출된 해상 기초(6)의 연결부에 풍력 발전기(10)를 결합시키고 해상 기초(6)의 연결부에 풍력 발전기를 고정시킴으로써 풍력 발전기가 해상에 설치될 수 있다.
이와 같이 풍력 발전기(10)를 해상 기초(6)의 연결부에 설치한 후 풍력 발전기로부터 리프팅 지그(100)를 분리시킨다.
이 때, 제 1, 제 3 및 제 4 실시예와 같은 구조로 이루어진 리프팅 지그(100, 100", 100"')는 각각의 구성요소들을 체결하고 있는 결합 부재를 분해하여 해상 풍력 발전기의 타워로부터 분리가 가능하다.
그리고, 제 2 및 제 5 실시예와 같은 개폐형 구조의 리프팅 지그(100', 100"")는 제 1 프레임(142)을 회전시켜 제 2 원호형 프레임(114)을 제 1 원호형 프레임(112)으로부터 분리하는 방식으로 해상 풍력 발전기(10)의 타워(18)로부터 용이하게 분리가 가능하다.
풍력 발전기(10)를 설치하기 위하여 사용한 후 분리된 상태의 리프팅 지그는 조립하여 다른 해상 풍력 발전기를 설치하기 위한 용도로 재사용될 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.
2 운반선 4 크레인
6 해상 기초 7 선박
10 풍력 발전기 12 블레이드
14 허브 16 나셀
18 타워 20 타워 지지 구조체
100 100' 100" 100"' 100"" 리프팅 지그
110 링형 프레임 112 제 1 원호형 프레임
114 제 2 원호형 프레임 120 지지 프레임부
130 고리 결합부 140 제 1 프레임부
142, 144 제 1 프레임 146 힌지부
148 개폐 결합부 150 제 2 프레임부
152 제 2 프레임 154 제 3 프레임
156 제 4 프레임 160 연결 프레임

Claims (34)

  1. 해상 풍력 발전기의 무게 중심보다 상측에서, 상기 해상 풍력 발전기의 타워에 설치되는 타워 지지 구조체;
    상기 해상 풍력 발전기의 상기 타워 지지 구조체를 지지하는 리프팅 지그 및
    상기 타워의 양측에서 상기 리프팅 지그를 들어올릴 수 있는 이송 수단을 포함하되,
    상기 타워 지지 구조체는 상기 타워의 외주면으로부터 외측 방향으로 돌출되며, 상기 타워의 고유 진동수를 변경할 수 있도록 강성의 중량체로 형성되고,
    상기 이송 수단에 의하여 상기 리프팅 지그가 들어올려진 상태에서 상기 해상 풍력 발전기가 수직하게 직립된 상태를 유지하도록 상기 리프팅 지그가 상기 타워 지지 구조체의 일면을 지지하는,
    해상 풍력 발전기 설치 시스템.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 타워 지지 구조체는 링형 부재로 이루어지되,
    상기 타워 지지 구조체의 외주면은 상기 타워의 외주면보다 큰 반지름을 가지는, 해상 풍력 발전기 설치 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 타워 지지 구조체의 하측면에 하측 방향으로 돌출된 하부 돌기를 포함하는, 해상 풍력 발전기 설치 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 리프팅 지그는 상기 하부 돌기를 수용하는 결합홀이 형성된, 해상 풍력 발전기 설치 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 리프팅 지그는,
    상기 해상 풍력 발전기의 타워 외주부에 형성된 타워 지지 구조체를 지지하도록 상기 타워의 외주부에 위치될 수 있는 링형 프레임;
    상기 링형 프레임과 결합되어 상기 링형 프레임을 지지하는 지지 프레임;
    상기 지지 프레임에 형성되며 상기 풍력 발전기를 이송하기 위한 이송 수단이 결합될 수 있는 결합부를 포함하는, 해상 풍력 발전기 설치 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 지지 프레임은 트러스 구조로 이루어진, 해상 풍력 발전기 설치 시스템.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 지지 프레임은 상기 링형 프레임을 중심으로 좌우 대칭으로 형성되는, 해상 풍력 발전기 설치 시스템.
  9. 제 6 항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지 프레임은,
    상기 링형 프레임의 양 측부에 위치되어 상기 링형 프레임을 지지하는 한 쌍의 제 1 프레임;
    상기 한 쌍의 제 1 프레임의 양 단부를 연결하는 한 쌍의 제 2 프레임부를 포함하고,
    상기 결합부는 상기 한 쌍의 제 2 프레임부에 형성되는, 해상 풍력 발전기 설치 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 결합부는 상기 링형 프레임을 기준으로 좌우 대칭으로 형성되는, 해상 풍력 발전기 설치 시스템.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 링형 프레임은 상호 결합되어 링 형상을 이루는 제 1 및 제 2 원호형 프레임을 포함하고,
    상기 제 1 원호형 프레임은 상기 한 쌍의 제 1 프레임 중 어느 하나에 위치 고정되며,
    상기 제 2 원호형 프레임은 상기 한 쌍의 제 1 프레임 중 다른 어느 하나에 결합되되,
    상기 제 2 원호형 프레임은 상기 제 1 원호형 프레임으로부터 분리 및 결합될 수 있도록 형성되는, 해상 풍력 발전기 설치 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 제 1 프레임 중 다른 어느 하나의 일측은 상기 한 쌍의 제 2 프레임부 중 어느 하나에 회전 가능하게 결합되며,
    상기 한 쌍의 제 1 프레임 중 다른 어느 하나의 타측은 다른 어느 하나에 탈착가능하게 결합되는, 해상 풍력 발전기 설치 시스템.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 원호형 프레임의 내측에는 상기 타워 지지 구조체를 수용할 수 있는 결합홈이 형성되는, 해상 풍력 발전기 설치 시스템.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 링형 프레임은 상기 타워 지지 구조체의 하측에서 상기 타워 지지 구조체와 접하여 상기 타워를 지지하는, 해상 풍력 발전기 설치 시스템.
  15. 제 9 항에 있어서,
    상기 타워 지지 구조체의 하측면에는 하측 방향으로 돌출된 하부 돌기가 형성되고,
    상기 링형 프레임에는 상기 하부 돌기를 수용하는 결합홀이 형성되는, 해상 풍력 발전기 설치 시스템.
  16. 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이송 수단은 해상 크레인이며,
    상기 이송 수단의 일측은 상기 해상 크레인의 인양 고리이며,
    상기 결합부는 상기 인양 고리가 결합될 수 있는 인양 고리홈인, 해상 풍력 발전기 설치 시스템.
  17. 블레이드, 상기 블레이드의 회전에 따라 발전하는 발전기를 구비한 나셀 및 상기 나셀을 지지하되, 해상에 설치된 지지 구조물에 설치되는 타워를 포함하는 해상 풍력 발전기로서,
    상기 블레이드, 상기 나셀 및 상기 타워가 일체로 조립된 후, 상기 해상 풍력 발전기가 소정의 이송 수단을 이용하여 들어올려진 상태에서 상기 해상 풍력 발전기가 수직하게 직립된 상태를 유지할 수 있도록 상기 타워의 외주면으로부터 외측 방향으로 돌출되어 상기 소정의 이송 수단에 의하여 지지될 수 있으며, 상기 타워의 고유 진동수를 변경할 수 있도록 강성의 중량체로 형성된 타워 지지 구조체를 포함하되,
    상기 타워 지지 구조체는 상기 블레이드, 상기 나셀 및 상기 타워가 일체로 조립된 상기 해상 풍력 발전기의 무게 중심보다 상측에 위치되는, 해상 풍력 발전기.
  18. 삭제
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 타워 지지 구조체는 링형 부재로 이루어지되,
    상기 타워 지지 구조체의 외주면은 상기 타워의 외주면보다 큰 반지름을 가지는, 해상 풍력 발전기.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 타워 지지 구조체의 하측면에 하측 방향으로 돌출된 하부 돌기를 포함하는, 해상 풍력 발전기.
  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 삭제
  24. 삭제
  25. 삭제
  26. 삭제
  27. 삭제
  28. 삭제
  29. 삭제
  30. 삭제
  31. 삭제
  32. 제 1 항에 기재된 해상 풍력 발전기 설치 시스템을 이용하여 해상 풍력 발전기를 해상에 설치된 지지 구조물에 설치하는 방법으로서,
    상기 해상 풍력 발전기의 타워의 무게 중심보다 상측에 리프팅 지그를 위치시키는 단계;
    상기 리프팅 지그의 양측에 해상 크레인을 결합시키는 단계;
    상기 해상 크레인을 이용하여 상기 해상 풍력 발전기를 수직하게 직립된 상태로 들어 올리는 단계; 및
    상기 해상 풍력 발전기를 해상에 설치된 지지 구조물에 결합시키는 단계를 포함하는, 해상 풍력 발전기의 설치 방법.
  33. 제 32항에 있어서,
    상기 리프팅 지그의 양측에 해상 크레인을 결합시키는 단계에서,
    상기 해상 크레인은 하나의 작업선에 설치되되 상호 이격된 둘 이상의 해상 크레인이거나 또는 하나의 크레인이 설치된 둘 이상의 작업선 각각에 설치된 둘 이상의 해상 크레인인, 해상 풍력 발전기 설치 방법.
  34. 제 32항에 있어서,
    상기 해상 풍력 발전기는 상기 해상 풍력 발전기를 구성하는 블레이드, 나셀 및 타워가 모두 조립된 상태로 운반선에 의하여 육상으로부터 상기 지지 구조물이 설치된 해상으로 운반되는, 해상 풍력 발전기 설치 방법.
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