KR101364069B1 - 풍력 발전기용 고정 장치 및 그 설치 방법 - Google Patents

풍력 발전기용 고정 장치 및 그 설치 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 풍력 발전기용 고정 장치는 풍력 발전기를 지지하는 복수개의 파일을 포함하고, 상기 파일은 지반에 관입되는 수직 파일부, 상기 수직 파일부의 측면에서 연장되는 경사 파일부, 상기 경사 파일부의 상단부에 설치되어 있으며 상기 수직 파일부의 직경보다 큰 직경을 가지는 슬리브를 포함할 수 있다.

Description

풍력 발전기용 고정 장치 및 그 설치 방법{FIXING APPARATUS FOR WIND POWER GENERATOR AND INSTALLING METHOD THEREOF}
본 발명은 풍력 발전기용 고정 장치 및 그 설치 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 해상 풍력 발전기를 해저 지반에 고정하는 해상 풍력 발전기용 고정 장치 및 그 설치 방법에 관한 것이다.
풍력 발전기는 무한정, 무비용의 청정에너지원인 바람을 이용하여 발전할 수 있는 장치로서, 발전원별 전력생산 단가의 가격경쟁력 향상 및 발전시스템 설치의 소요면적 최소화 등과 같은 원가적측면과, 화석에너지 고갈에 대한 대체에너지원과 지구환경보호라는 사회환경적측면과, 더불어 공급의 안정성, 에너지 수입의 의존도 감소라는 경제적측면을 얻을 수 있기 때문에 보급의 가속화가 일고 있다.
이러한 풍력 발전기는 바람에 의하여 회전하는 날개에 의하여 발전기의 축을 회전시켜 전기를 발전시키는 장치이다. 종래에 풍력 발전기를 수심 20m 이하인 해안에 설치하는 경우, 단일 대구경 강관파일인 모노파일(mono pile)을 해저 지반에 항타하여 설치하였다. 그러나, 수심이 20m 이상으로 깊어지고 풍력 발전기의 용량이 커짐에 따라 모노파일만으로는 상부 타워에서 전달되는 하중을 지지하기 어렵다.
이러한 문제를 해결하기 위해 수심 20m 이상인 해안에 풍력 발전기를 설치하는 경우에는 자켓(jaket) 또는 트라이포드(tripod)와 같은 하부 고정 장치를 이용하여 풍력 발전기를 설치하였다.
자켓 또는 트라이포드를 이용하여 풍력 발전기를 고정하는 경우에는 해저면에 항타하여 설치한 강관파일 위에 자켓 또는 트라이포드를 끼워서 고정하거나 자켓이나 트라이포드를 먼저 해저면에 위치시킨 후 자켓이나 트라이포드의 하단부에 강관파일을 끼워서 해저 지반에 항타하여 고정한다.
그러나, 이러한 하부 고정 장치는 강관파일을 해저 지반에 항타하여 설치하는 공정과 강관파일에 연결하여 자켓이나 트라이포드를 설치하는 공정으로 나뉘어 시공하게 되는데 강관파일뿐만 아니라 자켓이나 트라이포드를 수중에서 정밀하게 시공해야 하기 때문에 시공의 난이도가 매우 높다.
본 발명은 전술한 배경 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 수심이 깊은 지역에서도 용이하게 풍력 발전기를 설치할 수 있는 풍력 발전기용 고정 장치 및 그 설치 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기용 고정 장치는 풍력 발전기를 지지하는 복수개의 파일을 포함하고, 상기 파일은 지반에 관입되는 수직 파일부, 상기 수직 파일부의 측면에서 연장되는 경사 파일부, 상기 경사 파일부의 상단부에 설치되어 있으며 상기 수직 파일부의 직경보다 큰 직경을 가지는 슬리브를 포함할 수 있다.
상기 경사 파일부는 상기 슬리브의 하단부에 경사지게 연결되어 있을 수 있다.
상기 경사 파일부는 상기 수직 파일부의 상단부와 예각을 이룰 수 있다.
상기 복수개의 파일은 서로 이격되어 있는 제1 파일 내지 제4 파일을 포함하고, 상기 제1 파일의 수직 파일부의 상단부는 상기 제1 파일에 인접한 상기 제2 파일의 슬리브에 끼워질 수 있다.
상기 제2 파일의 슬리브의 중심축은 상기 제1 파일의 수직 파일부의 중심축과 동일한 연장선 상에 위치할 수 있다.
상기 제2 파일의 슬리브와 상기 제1 파일의 수직 파일부의 상단부 사이에 충진되어 있는 그라우트를 더 포함할 수 있다.
상기 슬리브 위에 설치되어 상기 풍력 발전기를 지지하는 지지부를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기용 고정 장치의 설치 방법은 수직 파일부, 상기 수직 파일부의 측면에서 연장되는 경사 파일부를 포함하는 제1 파일을 지반에 항타하여 상기 제1 파일의 수직 파일부의 하단부를 상기 지반에 고정시키는 단계; 상기 제1 파일에서 이격되어 있는 제2 파일의 경사 파일부의 상단부에 설치된 슬리브를 상기 제1 파일의 수직 파일부에 끼우는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제2 파일의 슬리브를 상기 제1 파일의 수직 파일부에 끼우는 단계 이후에, 상기 제2 파일의 수직 파일부의 하단부를 상기 지반에 고정시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 파일의 수직 파일부와 상기 제2 수직 파일부는 서로 이격되어 상기 지반에 고정시킬 수 있다.
상기 제2 파일의 슬리브에 끼워진 상기 제1 파일의 수직 파일부의 상단부와 상기 제2 파일의 슬리브 사이에 그라우트를 충진시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제2 파일의 수직 파일부의 상단부에 제3 파일의 슬리브를 끼우는 단계; 상기 제3 파일의 수직 파일부의 상단부에 제4 파일의 슬리브를 끼우는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제3 파일의 수직 파일부의 상단부에 상기 제4 파일의 슬리브를 끼우는 동시에 상기 제1 파일의 슬리브를 상기 제4 파일의 수직 파일부의 상단부에 끼울 수 있다.
상기 제1 파일 내지 제4 파일의 슬리브 위에 풍력 발전기를 지지하는 지지부를 설치하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기용 고정 장치 및 그 설치 방법은 수직 파일부, 경사 파일부 및 슬리브를 포함하는 제1 파일을 지반에 설치하고, 슬리브에 제2 파일의 수직 파일부가 끼워지도록 함으로써, 수심이 20m 이상으로 깊거나 대용량 풍력 발전기를 사용하는 경우에도 수직 파일부만 항타하는 1개의 공정으로 용이하게 해상에서 풍력 발전기를 설치할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기용 고정 장치의 측면도이다.
도 2는 도 1의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기용 고정 장치 위에 풍력 발전기를 설치한 상태를 도시한 도면이다.
도 4는 제2 파일의 슬리브를 제1 파일의 수직 파일부에 결합하는 단계를 도시한 측면도이다.
도 5는 도 4의 단계에서 제2 파일의 평면도이다.
도 6은 제2 파일의 슬리브를 제1 파일의 수직 파일부에 결합한 상태를 도시한 측면도이다.
도 7은 도 6의 상태에서 결합된 제1 파일 및 제2 파일의 평면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
그러면 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기용 고정 장치에 대하여 도 1 내지 도 3을 참고로 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기용 고정 장치의 측면도이고, 도 2는 도 1의 평면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기용 고정 장치 위에 풍력 발전기를 설치한 상태를 도시한 도면이다.
도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기용 고정 장치는 풍력 발전기(10)를 지지하는 복수개의 파일(pile)(100, 200, 300, 400)을 포함한다. 본 실시예에서는 서로 이격되어 있는 4개의 파일 즉, 제1 파일(100), 제2 파일(200), 제3 파일(300) 및 제4 파일(400)을 포함한다.
제1 파일(100)은 수직 파일부(110), 수직 파일부(110)의 측면에서 연장되는 경사 파일부(120), 경사 파일부(120)의 상단부에 설치되어 있는 슬리브(sleeve)(130)를 포함한다.
수직 파일부(110)는 단일 대구경 강관파일(steel pile)인 모노파일(mono pile)로서, 수직 파일부(110)의 하단부는 지반(20)에 소정 깊이만큼 관입하여 고정된다.
경사 파일부(120)는 수직 파일부(110)의 상단부와 예각을 이루며 연장되며, 경사 파일부(120)의 상단부는 수직 파일부(110)의 상단부와 유사한 높이만큼 연장되어 있다. 경사 파일부(120)는 슬리브(300)의 하단부에 경사지게 연결되어 있다. 이러한 경사 파일부(120)도 수직 파일부(110)와 동일한 재질로 형성할 수 있다. 경사 파일부(120)는 수평 방향의 힘에 대한 보강재 역할을 한다. 슬리브(300)는 원통 형상의 강관으로서, 슬리브(300)의 직경은 수직 파일부(110)의 직경보다 크다.
제2 파일(200)은 제1 파일(100)과 동일한 형상을 가지며, 수직 파일부(210), 경사 파일부(220) 및 슬리브(230)를 가지고 있다. 슬리브(300)의 직경(d3)은 수직 파일부(110)의 직경(d1)보다 크므로, 제1 파일(100)의 수직 파일부(110)의 상단부는 제2 파일(200)의 슬리브(230)에 끼워진다. 이러한 제2 파일(200)의 슬리브(230)의 중심축은 제1 파일(100)의 수직 파일부(110)의 중심축과 동일한 연장선 상에 위치한다. 이 때, 제2 파일(200)의 경사 파일부(220)는 제1 파일(100)의 경사 파일부(120)와 평면상 수직하게 설치된다.
제2 파일(200)에 인접하여 제1 파일(100)과 동일한 형상을 가지며, 수직 파일부(310), 경사 파일부(320) 및 슬리브(330)를 가지는 제3 파일(300)이 설치되고, 제3 파일(300)에 인접하여 제1 파일(100)과 동일한 형상을 가지며, 수직 파일부(410), 경사 파일부(420) 및 슬리브(430)를 가지는 제4 파일(400)이 설치되어 있다.
제1 파일 내지 제4 파일(100, 200, 300, 400)은 서로 동일한 간격만큼 이격되어 사각 형상을 가지며 풍력 발전기(10)를 지지하고 있다. 본 실시예에서는 제1 파일 내지 제4 파일의 4개의 파일만을 도시하여 설명하고 있으나, 5개 이상의 파일이 설치될 수도 있다.
이와 같이, 각 파일의 경사 파일부(120, 220, 320, 420)와 슬리브(130, 230, 330, 430)가 서로 연결되어 있어 수평 방향의 힘에 대한 보강재의 역할을 하므로 수심이 깊은 지역에 설치된 대용량의 풍력 발전기(10)도 안정적으로 고정시킬 수 있다.
한편, 제2 파일(200)의 슬리브(230)의 내면과, 제1 파일(100)의 수직 파일부(110)의 상단부 사이에는 그라우트(grout)(30)가 충진되어 있다. 그라우트(30)는 제2 파일(200)의 슬리브(230)와 제1 파일(100)의 수직 파일부(110) 사이의 공간을 충진하여 제2 파일(200)의 슬리브(230)와 제1 파일(100)의 수직 파일부(110)를 연결함으로써, 제1 파일(100)에 전달된 하중이 인접한 제2 파일(200)로 전달되도록 한다.
제1 파일 내지 제4 파일(100, 200, 300, 400)의 슬리브(130, 230, 330, 440) 위에는 평판 형상의 지지부(500)가 설치되어 있으며 지지부(500) 위에 풍력 발전기(10)가 설치된다.
이와 같이, 수직 파일부(110), 경사 파일부(120) 및 슬리브(130)를 포함하는 제1 파일(100)을 설치하고, 제2 파일(200)의 슬리브(230)에 제1 파일(100)의 수직 파일부(110)가 끼워지도록 하고, 제2 파일 내지 제4 파일도 동일하게 설치함으로써, 수직 파일부만 항타하는 1개의 공정으로 용이하게 해상에서 풍력 발전기를 설치할 수 있다.
이하에서 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기용 고정 장치의 설치 방법에 대해 도 4 내지 도 7을 참고로 하여 상세히 설명한다.
도 4는 제2 파일의 슬리브를 제1 파일의 수직 파일부에 결합하는 단계를 도시한 측면도이고, 도 5는 도 4의 단계에서 제2 파일의 평면도이고, 도 6은 제2 파일의 슬리브를 제1 파일의 수직 파일부에 결합한 상태를 도시한 측면도이고, 도 7은 도 6의 상태에서 결합된 제1 파일 및 제2 파일의 평면도이다.
우선, 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기용 고정 장치의 설치 방법은 수직 파일부(110), 수직 파일부(110)의 측면에서 연장되는 경사 파일부(120)를 포함하는 제1 파일(100)을 지반에 항타하여 수직 파일부(110)의 하단부를 지반에 고정시킨다. 경사 파일부(120)는 수직 파일부(110)의 측면에 용접하여 부착할 수 있다.
그리고, 제2 파일(200)의 경사 파일부(220)의 상단부에 설치된 슬리브(230)의 직경(d3)은 제1 파일(100)의 수직 파일부(110)의 상단부의 직경(d1)보다 크므로, 제2 파일(200)의 슬리브(230)에 제1 파일(100)의 수직 파일부(110)를 끼운다. 이 때, 제2 파일(200)의 슬리브(230)의 중심축은 제1 파일(100)의 수직 파일부(110)의 중심축과 동일한 연장선 상에 위치한다.
다음으로, 도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이, 제2 파일(200)의 수직 파일부(210)의 하단부를 지반(20)에 고정시킨다. 이 때, 제1 파일(100)의 수직 파일부(110)와 제2 파일(200)의 수직 파일부(220)는 서로 이격되어 지반에 고정시킨다.
그리고, 제1 파일(100)의 수직 파일부(110)와 제2 파일(200)의 슬리브(230) 사이에 그라우트(30)를 충진시켜 제1 파일(100)에 전달된 하중이 인접한 제2 파일(200)로 전달되도록 한다.
다음으로, 제2 파일(200)의 수직 파일부(210)의 상단부에 제3 파일(300)의 슬리브(330)를 결합시키고, 지반에 고정시켜며, 그라우트(30)를 충진한다. 그리고, 제3 파일(300)의 수직 파일부(310)의 상단부에 제4 파일(400)의 슬리브(430)를 끼우고, 그라우트(30)를 충진한다. 이 때, 제1 파일(100)의 슬리브(130)를 제4 파일(400)의 수직 파일부(410)의 상단부에 끼우고, 그라우트(30)를 충진함으로써, 제1 파일 내지 제4 파일(100, 200, 300, 400)을 모두 연결한다.
그리고, 제1 파일 내지 제4 파일(100, 200, 300, 400)의 슬리브(130, 230, 330, 430)를 서로 연결하는 지지부(500)를 제1 파일 내지 제4 파일(100, 200, 300, 400)의 슬리브(130, 230, 330, 430) 위에 설치한다. 그리고, 지지부(500) 위에 풍력 발전기(10)를 설치한다.
본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 바람직한 실시예를 통해 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.
10: 풍력 발전기 20: 지반
100: 제1 파일 200: 제2 파일
300: 제3 파일 400: 제4 파일
110, 210, 310, 410: 수직 파일부 120, 220, 320, 420: 경사 파일부
130, 230, 330, 430: 슬리브

Claims (14)

  1. 풍력 발전기를 지지하는 복수개의 파일을 포함하고,
    상기 파일은
    지반에 관입되는 수직 파일부,
    상기 수직 파일부의 측면에서 연장되는 경사 파일부,
    상기 경사 파일부의 상단부에 설치되어 있으며 상기 수직 파일부의 직경보다 큰 직경을 가지는 슬리브
    를 포함하고,
    상기 수직 파일부와 상기 경사 파일부는 일체형이고,
    상기 복수개의 파일 중 어느 한 파일의 수직 파일부의 상단부는 상기 어느 한 파일에 인접한 다른 파일의 슬리브의 내부에 끼워져서 상기 다른 파일의 슬리브의 내부에 위치하는 풍력 발전기용 고정 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 경사 파일부는 상기 슬리브의 하단부에 경사지게 연결되어 있는 풍력 발전기용 고정 장치.
  3. 제1항에서,
    상기 경사 파일부는 상기 수직 파일부의 상단부와 예각을 이루는 풍력 발전기용 고정 장치.
  4. 제1항에서,
    상기 복수개의 파일은 서로 이격되어 있는 제1 파일 내지 제4 파일을 포함하고,
    상기 제1 파일의 수직 파일부의 상단부는 상기 제1 파일에 인접한 상기 제2 파일의 슬리브에 끼워지는 풍력 발전기용 고정 장치.
  5. 제4항에서,
    상기 제2 파일의 슬리브의 중심축은 상기 제1 파일의 수직 파일부의 중심축과 동일한 연장선 상에 위치하는 풍력 발전기용 고정 장치.
  6. 제4항에서,
    상기 제2 파일의 슬리브와 상기 제1 파일의 수직 파일부의 상단부 사이에 충진되어 있는 그라우트를 더 포함하는 풍력 발전기용 고정 장치.
  7. 제1항에서,
    상기 슬리브 위에 설치되어 상기 풍력 발전기를 지지하는 지지부를 더 포함하는 풍력 발전기용 고정 장치.
  8. 수직 파일부, 상기 수직 파일부의 측면에서 연장되며 상기 수직 파일부와 일체형인 경사 파일부를 포함하는 제1 파일을 지반에 항타하여 상기 제1 파일의 수직 파일부의 하단부를 상기 지반에 고정시키는 단계;
    상기 제1 파일에서 이격되어 있는 제2 파일의 경사 파일부의 상단부에 설치된 슬리브를 상기 제1 파일의 수직 파일부에 끼우는 단계
    를 포함하고,
    상기 제1 파일의 수직 파일부의 상단부는 상기 제2 파일의 슬리브의 내부에 위치하는 풍력 발전기용 고정 장치의 설치 방법.
  9. 제8항에서,
    상기 제2 파일의 슬리브를 상기 제1 파일의 수직 파일부에 끼우는 단계 이후에,
    상기 제2 파일의 수직 파일부의 하단부를 상기 지반에 고정시키는 단계를 더 포함하는 풍력 발전기용 고정 장치의 설치 방법.
  10. 제8항에서,
    상기 제1 파일의 수직 파일부와 상기 제2 수직 파일부는 서로 이격되어 상기 지반에 고정시키는 풍력 발전기용 고정 장치의 설치 방법.
  11. 제9항에서,
    상기 제2 파일의 슬리브에 끼워진 상기 제1 파일의 수직 파일부의 상단부와 상기 제2 파일의 슬리브 사이에 그라우트를 충진시키는 단계를 더 포함하는 풍력 발전기용 고정 장치의 설치 방법.
  12. 제11항에서,
    상기 제2 파일의 수직 파일부의 상단부에 제3 파일의 슬리브를 끼우는 단계;
    상기 제3 파일의 수직 파일부의 상단부에 제4 파일의 슬리브를 끼우는 단계;
    를 더 포함하는 풍력 발전기용 고정 장치의 설치 방법.
  13. 제12항에서,
    상기 제3 파일의 수직 파일부의 상단부에 상기 제4 파일의 슬리브를 끼우는 동시에 상기 제1 파일의 슬리브를 상기 제4 파일의 수직 파일부의 상단부에 끼우는 풍력 발전기용 고정 장치의 설치 방법.
  14. 제13항에서,
    상기 제1 파일 내지 제4 파일의 슬리브 위에 풍력 발전기를 지지하는 지지부를 설치하는 단계를 더 포함하는 풍력 발전기용 고정 장치의 설치 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS5444301A (en) * 1977-09-14 1979-04-07 Kawasaki Steel Co Method of construction of underwater structure
KR20100101240A (ko) * 2009-03-09 2010-09-17 김선자 말뚝 연결장치
JP2010229747A (ja) 2009-03-27 2010-10-14 Penta Ocean Construction Co Ltd 洋上構造物用水底基礎構造及びその構築方法
JP2011144532A (ja) 2010-01-13 2011-07-28 Jfe Engineering Corp ジャケットの据え付け方法

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