KR101338358B1 - 해상 풍력발전기 설치선 - Google Patents

Abstract

본 발명은 해상 풍력발전기 설치선에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 동력 없이 예인선에 의해 예인되도록 하며, 해상 기초재로의 접근이 근접하게 이루어질 수 있도록 한 해상 풍력발전기 설치선에 관한 것이다.
이를 위해, 선수(船首) 및 선미(船尾)로부터 각각, 선체의 중간부를 향해 수용홈이 형성된 선체;상기 선체의 각 모서리부위에 설치되며, 해저를 향해 승강되는 복수의 리그(Rig);상기 선체의 각 모서리부위에 설치된 복수의 크레인;상기 선수 및 선수 중, 어느 하나에 설치되며, 해상에 설치되어 있는 기초재에 연결되는 플렉시블 링커;상기 리그의 하단부에 각각 설치되며, 리그의 하강시 해저에 밀착되어 리그에 대한 충격을 완화시키는 완충부재:를 포함하여 구성되되, 상기 수용홈은 선수에 형성된 제1수용홈과 선미에 형성된 제2수용홈으로 구성되며, 제1수용홈의 최저점은 흘수선(吃水線)에 대응되며, 제2수용홈의 최저점은 흘수선보다 위에 대응된 것을 특징으로 하는 해상 풍력발전기 설치선을 제공한다.

Description

해상 풍력발전기 설치선{Wind turbine installation vessel}

본 발명은 해상 풍력발전기 설치선에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 풍력발전기에 대한 운반을 용이하게 하고, 해상 기초재에 풍력발전기를 용이하게 설치할 수 있도록 한 해상 풍력발전기 설치선에 관한 것이다.

일반적으로, 화석연료의 지속적인 비용 증가와 화석연료의 소모로 인한 연소가스에 의해 환경 오염을 초래함으로써 친환경 재생에너지에 대한 관심이 증가하고 있으며, 이러한 재생에너지의 비율을 높이기 위해 많은 노력을 기울이고 있다.

이러한 재생에너지 중에서 풍력에너지를 사용하는 풍력발전기는 포스트(post) 상단에 장착되는 풍력터빈을 풍력에 의해 구동시킴으로써 직접 전기를 생성하거나 풍력터빈의 동력을 발전기에 전달하여 전기를 생산하게 된다.

상기 풍력발전기는 지면에 대한 회전축의 방향에 따라 수평형 및 수직형으로 분류되며, 이를 구성하는 요소로는 블레이드(Blade)와 허브(Hub)로 구성된 회전자, 회전을 증속하여 발전기를 구동시키는 증속 장치(Gearbox), 전기를 생산하는 발전기(Generator)로 구성된다.

이러한 풍력발전기는 주로, 육상보다는 해상에 설치되며, 풍력발전기를 해상에 설치하기 위해서는 선박에 의해 풍력발전기를 운반한 다음, 선박에 구비된 타워 컨트롤 데릭(Tower control derrick) 등을 이용하여 그 설치작업이 이루어지게 된다.

이때, 풍력 발전기 설치를 위한 선박은 동력을 스스로 발생하여 항해하는 자항선으로서, 이러한 종래의 풍력발전기 설치 선박은 유지비용이 높아 경제성이 떨어지는 문제가 있었다.

또한, 풍력발전기를 선박에 싣기 위한 과정이 효율적이지 못한 문제가 있었다.

즉, 선박 위에는 여러 장치물들이 설치되어 있으므로, 상기 장치물들을 피해 풍력발전기를 실어 운반하는 과정이 용이하지 못하였던 것이다.

대한민국 특허공개 10-2011-0116804

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 풍력발전기 운반 및 풍력발전기 설치에 대한 작업이 용이하게 이루어지도록 하고 운반비용이 절감될 수 있도록 한 해상 풍력발전기 설치선을 제공하고자 한 것이다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위하여, 선수(船首) 및 선미(船尾)로부터 각각, 선체의 중간부를 향해 수용홈이 형성된 선체;상기 선체의 각 모서리부위에 설치되며, 해저를 향해 승강되는 복수의 리그(Rig);상기 선체의 각 모서리부위에 설치된 복수의 크레인;상기 선수 및 선수 중, 어느 하나에 설치되며, 해상에 설치되어 있는 기초재에 연결되는 플렉시블 링커;상기 리그의 하단부에 각각 설치되며, 리그의 하강시 해저에 밀착되어 리그에 대한 충격을 완화시키는 완충부재:를 포함하여 구성되되, 상기 수용홈은 선수에 형성된 제1수용홈과 선미에 형성된 제2수용홈으로 구성되며, 제1수용홈의 최저점은 흘수선(吃水線)에 대응되며, 제2수용홈의 최저점은 흘수선보다 위에 대응된 것을 특징으로 하는 해상 풍력발전기 설치선.

삭제

또한, 상기 선체의 모서리 부위에는 각각 유압 구동장치가 설치되고, 유압 구동장치는 리그 및 크레인을 모두 작동시키는 것이 바람직하다.

또한, 상기 선체의 상면에는 요홈 형태의 발전기 배치홈이 형성된 것이 바람직하다.

또한, 상기 완충부재는 리그의 직경보다 큰 직경을 갖는 고무 재질의 원형으로 이루어진 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 해상 풍력발전기 설치선은 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 선수 및 선미에 각각 수용홈이 형성되어 있기 때문에, 선체의 방향에 관계없이 해상에 설치된 기초재로의 근접한 접근이 가능해진다.

이에 따라, 선체에 적재된 풍력발전기를 기초재에 용이하게 설치할 수 있어, 작업성이 향상되는 효과가 있다.

또한, 상기 수용홈의 형성으로 인해, 풍력 발전기를 선체에 눕혀 적재시킬 때 풍력 발전기를 구성하는 헤드부를 상기 수용홈에 배치시킬 수 있다.

이에 따라, 선체의 상면에 눕혀진 풍력발전기의 하중이 헤드부에 치우치지 않게 됨으로써, 풍력발전기가 파손되는 일은 발생하지 않게 된다.

둘째, 선체의 상면에 발전기 배치홈이 형성됨으로써, 풍력발전기를 선체에 세워서 운반할 때, 안정적으로 운반될 수 있는 효과가 있다.

즉, 풍력발전기의 하부가 발전기 배치홈에 배치되고, 각 모서리부위에 설치된 크레인이 풍력발전기를 지지함으로써 풍력발전기를 세워서 안정감 있게 운반할 수 있는 것이다.

셋째, 지그의 직경에 비해 큰 직경을 갖는 완충부재가 리그의 하단부에 설치됨으로써, 해저에 안정감 있게 지지되며 리그로의 충격이 완충되는 효과가 있다.

넷째, 해상 풍력발전기 설치선의 이동을 위한 동력은 설치선 자체에서 발생하는 것이 아니라, 별도의 예인선을 통해 해상 풍력발전기 설치선에 대한 이동이 이루어지기 때문에 설치선에 대한 제작 비용 및 운항 비용이 절감되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 해상 풍력발전기 설치선을 나타낸 사시도
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 해상 풍력발전기 설치선에 해상 풍력발전기가 적재된 상태를 나타낸 평면도 및 측면도
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 해상 풍력발전기 설치선에 적재된 해상 풍력발전기가 해상 기초재에 설치되는 상태를 나타낸 평면도 및 측면도
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 해상 풍력발전기 설치선에 해상 풍력발전기가 세워진 상태로 운반되는 상태를 나타낸 측면도.

이하, 첨부된 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 해상 풍력발전기 설치선에 대하여 설명하도록 한다.

해상 풍력발전기 설치선은 해상에 설치된 기초재까지 풍력발전기를 용이하게 운반하고, 풍력발전기를 기초재에 용이하게 설치할 수 있도록 한 기술적 특징이 있다.

이때, 해상 풍력발전기 설치선은 스스로 운항하는 선박이 아니라, 예인선(tug-boat)에 의해 예인되어 목적지까지 이동되므로 이동비용이 절감되는 특징이 있다.

해상 풍력발전기 설치선은 도 1에 도시된 바와 같이, 선체(100)와, 리그(200)와, 크레인(300)과, 플렉시블 링커(400)와, 완충부재(500)를 포함하여 구성된다.

선체(100)는 해상 풍력발전기 설치선의 외관을 구성하며, 무동력선으로 이루어진다.

이때, 선체(100)의 상면은 풍력발전기의 포스트가 안정감 있게 눕혀질 수 있도록 편평하게 이루어짐이 바람직하다.

선체(100)의 상면 중앙에는 발전기 배치홈(110)이 형성된다.

발전기 배치홈(110)은 비교적 소형(대략 높이 50m)의 풍력발전기를 세워서 운반하는 과정에서, 풍력발전기의 일부를 수용하기 위한 구성이다.

이때, 발전기 배치홈(110)은 요홈의 형태로 이루어지며, 원형의 형태로 이루어짐이 바람직하다.

그리고, 선체(100)의 선수(船首) 및 선미(船尾)에는 각각 수용홈(120)이 형성된다.

수용홈(120)은 풍력발전기를 해상 기초재에 설치하는 과정에서, 해상 기초재로의 선체(100) 접근이 용이하게 이루어지도록 하기 위함과 더불어, 풍력발전기를 선체(100)의 상면에 눕혀 운반하는 과정에서 풍력발전기의 헤드부 및 플랜지를 수용하기 위한 부분이다.

이때, 설명의 이해를 돕기 위하여, 선수에 형성된 수용홈(120)을 제1수용홈(121)이라 하며, 선미에 형성된 수용홈(120)을 제2수용홈(122)이라 한다.

제1수용홈(121)은 앞서 말한 바와 같이, 해상에 이미 설치되어 있는 기초재에 선체(100)가 근접하게 접근할 수 있도록 한 구성으로서, 선수의 단부로부터 선체(100)의 중간부를 향해 형성된다.

이때, 제1수용홈(121)에는 풍력발전기가 선체(100)의 상면에 눕혀 운반되는 과정에서 풍력발전기의 하부 즉, 플랜지가 배치된다.

그리고, 제2수용홈(122)은 선체(100)의 상면에 풍력발전기가 길이 방향으로 적재되어 운반되는 과정에서 풍력발전기의 헤드부를 수용하기 위한 구성이다.

풍력발전기는 기초재에 결합되어 상향으로 설치되는 포스트와, 포스트의 상단부에 설치되어 바람에 의한 풍력발전기 날개의 회전력을 발전장치에 전달하는 기어부를 비롯한 각종 장치들이 설치되어 있는 헤드부로 구성되어 있는바, 상기 헤드부는 내부에 설치된 장치물들로 인해 포스트의 직경에 비해 튀어나오도록 구성된다.

이에 따라, 풍력발전기를 선체에 눕히게 되면, 풍력발전기의 하중면적이 헤드부에 집중될 수 있으므로 풍력발전기를 운반하는 과정에서 상기 헤드부에 손상을 가져올 수 있다.

즉, 이러한 문제가 해소될 수 있도록 상기 헤드부를 제2수용홈(122)에 배치시킴으로써 풍력발전기의 하중이 헤드부가 아닌 포스트 전체에 가해짐에 따라, 풍력발전기는 안정적으로 운반될 수 있는 것이다.

이때, 제2수용홈(122)은 선체(100)의 선미로부터 선체(100)의 중간부를 향해 형성된다.

한편, 제1수용홈(121)과 제2수용홈(122)의 형태는 동일하게 형성되되, 제1수용홈(121) 및 제2수용홈(122)의 높이는 서로 다르게 형성됨이 바람직하다.

즉, 제1수용홈(121)은 선체(100)의 상면으로부터 흘수선(吃水線)까지 즉, 물에 잠길 수 있을 정도의 높이(L)로 이루어지며, 제2수용홈(122)은 선체(100)의 상면으로부터 흘수선 위 지점 즉, 물에 잠기지 않을 정도의 높이(l)로 이루어지는 것이다.

이는, 제2수용홈(122)에는 풍력발전기의 헤드부가 배치되는바, 설치선의 이동시 바닷물이 헤드부에 닿는 것을 방지하기 위함이다.

다음으로, 리그(200)는 설치선을 해상에 고정시키는 역할을 하며, 선체(100)의 각 모서리 부위에 설치된다.

이때, 리그(200)는 유압구동장치(P)에 의해 승강되도록 설치되며, 바 형태로 이루어짐이 바람직하다.

다음으로, 크레인(300)은 선체(100)에 적재된 풍력발전기를 들어올려 해상 기초재에 설치하거나, 해상 기초재에 설치된 풍력발전기 해체시 해상 기초재로부터 풍력발전기를 선체(100)에 적재하는 역할을 하며, 선체(100)의 각 모서리 부위에 설치된다.

이때, 크레인(300)은 유압 실린더 방식임이 바람직하며, 리그(200)를 구동하는 유압 구동장치(P)에 의해 구동될 수 있도록 설치된다.

즉, 유압 구동장치(P)는 리그(200)뿐만 아니라, 크레인(300)도 구동할 수 있도록 설치되는 것이다.

상기한 유압 크레인(300)은 공지된 기술이므로, 상세한 설명은 생략하도록 한다.

다음으로, 플렉시블 링커(400)는 선체(100)의 제1수용홈(121)에 해상 기초재가 수용되었을 때, 선체(100)가 해상 기초재에 부딪히는 것을 방지하는 역할을 한다.

플렉시블 링커(400)는 제1수용홈(121)에 설치되되, 해상 기초재를 중심으로 양측에 각각 한 쌍으로 설치됨이 바람직하다.

즉, 플렉시블 링커(400)는 명칭에서도 알 수 있듯이, 바다 물결의 움직임에 따라 선체(100)가 유연하게 유동될 수 있는 재질로 이루어지되, 해상 기초재의 양측에 결합됨으로써 선체와 해상 기초재가 부딪히는 일은 발생하지 않도록 하는 것이다.

다음으로, 완충부재(500)는 리그(200)가 해저에 고정되는 과정에서의 충격을 완화하는 역할을 하며, 리그(200)의 하단부에 설치된다.

완충부재(500)는 해저에 리그(200)의 단부가 접촉되는 순간 충격을 완화하여 리그(200)의 손상을 방지하고, 해저와의 접촉면적을 늘려 리그(200)의 고정력을 증대하는 역할을 한다.

이를 위해, 완충부재(500)는 리그(200)의 직경보다 큰 원형으로 이루어짐이 바람직하며, 그의 재질은 고무임이 바람직하다.

예컨대, 완충부재(500)는 폐타이어로 제공될 수도 있다.

이하, 상기한 구성으로 이루어진 해상 풍력발전기 설치선의 작용에 대하여 설명하도록 한다.

먼저, 높이(길이)가 비교적 큰(대략 80m) 풍력 발전기의 운반 및 설치 과정에 대하여 설명하도록 한다.

육상에서 제작된 풍력발전기를 설치선에 적재시킨다.

이때, 풍력 발전기의 길이가 길므로, 선체(100)에 세워서 운반하는 것은 풍압에 의해 유동될 수 있기 때문에 바람직하지 않다.

즉, 길이가 긴 풍력 발전기는 선체(100)에 눕혀진 상태로 운반된다.

이때, 풍력 발전기는 헤드부로부터 날개가 분리된 상태로 운반되는데, 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이 풍력발전기의 헤드부는 제2수용홈(122)에 수용되며, 풍력발전기의 플랜지는 제1수용홈(121)에 수용된다.

이와 같이 풍력발전기의 헤드부 및 플랜지가 각각 수용홈(120)에 배치됨에 따라, 풍력발전기의 포스트는 선체(100)의 상면에 밀착될 수 있으므로 풍력발전기의 하중이 어느 한쪽으로 치우치지 않게 된다.

이에 따라, 풍력발전기에 대한 운반이 안정적으로 이루어질 수 있게 된다.

이때, 선체(100)의 각 모서리에 설치된 크레인(300)은 도 2a에 도시된 바와 같이 풍력발전기를 지지하게 된다.

다음으로, 예인선(미도시)을 이용하여 해상에 설치된 기초재 까지 설치선을 예인시킨다.

이후, 기초재에 설치선이 근접하면, 설치선의 제1수용홈(121)에 기초재를 수용시킨다.

이와 같이 제1수용홈(121)에 기초재가 수용됨에 따라, 풍력 발전기와 기초재 간에 거리가 최소화되어 해상 기초재에 풍력발전기 설치를 용이하게 할 수 있다.

이후, 제1수용홈(121)에 해상 기초재가 수용되면, 플렉시블 링커(400)를 해상 기초재의 양측에 각각 결합시킨다.

이에 따라, 바다의 물결에 의해 선체(100)가 유동되더라도, 플렉시블 링커(400)에 의해 선체(100)가 해상 기초재에 부딪히는 일은 발생하지 않게 된다.

다음으로, 유압 구동장치(P)를 이용해 리그(200)를 하강시킨다.

이후, 리그(200)의 하단부에 설치된 완충부재(500)는 해저에 밀착되며, 선체(100)는 리그(200)에 의해 유동이 발생하지 않게 된다.

다음으로, 유압 구동장치(P)를 이용하여 크레인(300)으로 하여금 선체(100)에 눕혀진 풍력발전기를 세워 해상 기초재에 결합시킨다.

이때, 크레인(300)은 유압 실린더 구동 방식으로 이루어짐에 따라, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이 크레인(300)은 풍력 발전기를 세운 상태에서, 해상 기초재까지 밀어낸다.

이후, 크레인(300)에 의해 풍력발전기가 해상 기초재의 상방에 대응되면, 작업자는 대향된 각각의 플랜지를 서로 체결하여 해상 기초재에 풍력발전기의 설치를 완료시킨다.

다음으로, 유압 구동장치(P)를 이용하여 크레인(300) 및 리그(200)를 원위치시킨 후, 해상 기초재로부터 플렉시블 링커(400)를 분리시킨다.

이후, 설치선은 예인선에 의해 원래 위치로 예인됨으로써, 풍력 발전기 설치를 위한 일련의 과정이 완료된다.

지금까지 설명한 바와 같이, 풍력발전기의 길이가 긴 경우에는 운반 과정에서 풍압에 영향을 받지 않도록 선체에 눕혀서 운반하였다.

하지만, 풍력발전기의 길이가 비교적 짧은 경우에는 풍력발전기를 선체(100)에 세워서 운반할 수도 있다.

이때에는, 도 4에 도시된 바와 같이 풍력발전기의 하단부를 선체(100)에 형성된 발전기 배치홈(110)에 배치시킨 후, 선체(100) 각 모서리부에 설치된 크레인(300)을 이용해 풍력발전기를 지지한 상태로 운반하는 것이다.

이때, 풍력발전기는 길이가 짧은 소형임에 따라, 풍압에 영향을 덜 받음으로써 상기와 같이 세워진 상태로 운반될 수 있다.

이와 같이 풍력발전기를 세운 상태로 운반함에 따라, 기초재에 풍력발전기 설치시 상기 풍력발전기를 세우기 위한 과정이 생략되므로 작업성이 향상될 수 있다.

한편, 기초재에 근접한 설치선은 전술한 일련의 과정을 통해 기초재에 풍력발전기를 결합시킨다.

지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 해상 풍력발전기 설치선은 풍력발전기를 눕히거나 세워 운반할 수 있으며, 해상 기초재에 근접하여 접근할 수 있는 기술적 특징이 있다.

이에 따라, 풍력발전기에 대한 운반 및 설치가 용이하게 된다.

또한, 예인선에 의해 목적지까지 예인되는 구성이므로, 자항을 위한 동력이 필요 없어 경제성이 높은 특징이 있다.

100 : 선체 110 : 발전기 배치홈
120 : 수용홈 121 : 제1수용홈
122 : 제2수용홈 200 : 리그
300 : 크레인 400 : 플렉시블 링커
500 : 완충부재

Claims (5)

1. 선수(船首) 및 선미(船尾)로부터 각각, 선체의 중간부를 향해 수용홈이 형성된 선체;
   상기 선체의 각 모서리부위에 설치되며, 해저를 향해 승강되는 복수의 리그(Rig);
   상기 선체의 각 모서리부위에 설치된 복수의 크레인;
   상기 선수 및 선수 중, 어느 하나에 설치되며, 해상에 설치되어 있는 기초재에 연결되는 플렉시블 링커;
   상기 리그의 하단부에 각각 설치되며, 리그의 하강시 해저에 밀착되어 리그에 대한 충격을 완화시키는 완충부재:를 포함하여 구성되되,
   상기 수용홈은 선수에 형성된 제1수용홈과 선미에 형성된 제2수용홈으로 구성되며,
   제1수용홈의 최저점은 흘수선(吃水線)에 대응되며, 제2수용홈의 최저점은 흘수선보다 위에 대응된 것을 특징으로 하는 해상 풍력발전기 설치선.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,
   상기 선체의 모서리 부위에는 각각 유압 구동장치가 설치되고, 유압 구동장치는 리그 및 크레인을 모두 작동시키는 것을 특징으로 하는 해상 풍력발전기 설치선.
4. 제 1항 또는 제 3항에 있어서,
   상기 선체의 상면에는 요홈 형태의 발전기 배치홈이 형성된 것을 특징으로 하는 해상 풍력발전기 설치선.
5. 제 1항 또는 제 3항에 있어서,
   상기 완충부재는 리그의 직경보다 큰 직경을 갖는 고무 재질의 원형으로 이루어진 것을 특징으로 하는 해상 풍력발전기 설치선.
   
   
   
   
   

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