KR101407431B1 - 이동가능한 해상 풍력발전기 고정유닛 및 그를 구비한 해상풍력발전기 설치용 작업선 - Google Patents

Abstract

본 발명은 해상 풍력발전기 고정유닛 및 그를 구비한 해상풍력발전기 설치용 작업선에 관한 것이다.
본 발명은 다수의 층을 이루면서 선박본체에 관통형성된 설치홀에 인접 배치되도록 상기 선박본체에 장착되는 다수의 레일을 각각 가지며, 상기 설치홀을 중심으로 서로 마주보도록 배치되는 한 쌍의 사이드부; 및 상기 해상 풍력발전기의 지주를 고정하면서 상기 해상 풍력발전기가 세워진 상태로 탑재되도록 하며, 상기 한 쌍의 사이드부를 따라 이동하면서 상기 해상 풍력발전기를 상기 설치홀로 이동시킬 수 있는 탑재부; 를 포함하며, 상기 탑재부는 상기 한 쌍의 사이드부를 따라 상기 설치홀로 이동하여 상기 해상 풍력발전기가 탑재되도록 하고, 상기 해상 풍력발전기가 탑재되면 상기 한 쌍의 사이드부를 따라 상기 선박본체의 내측으로 이동하는 해상 풍력발전기 고정유닛을 제공한다.

Description

이동가능한 해상 풍력발전기 고정유닛 및 그를 구비한 해상풍력발전기 설치용 작업선{Sea Wind Power Generator Installing Unit and Ship having the same}

본 발명은 선박에 관한 것으로, 보다 상세하게는 해상에 설치되는 해상 풍력발전기, 해상파일 등을 선박에 장착시킬 수 있는 이동가능한 고정유닛 및 그를 구비한 해상풍력발전기 설치용 작업선에 관한 것이다.

일반적으로 풍력발전기는 바람을 이용하여 전기를 생산하는 발전기를 말한다. 풍력발전기는 설치되는 장소에 따라 육상에 설치되는 육상 풍력발전기와, 해상에 설치되는 해상 풍력발전기로 분류될 수 있다.

해상 풍력발전기는 선박을 이용하여 설치될 장소로 운반된 후 시공이 이루어진다. 이때, 해상 풍력발전기의 크기 및 적재 안정성에 따라서 운반과 설치작업은 달라지게 된다.

해상 풍력발전기는 각 구성요소가 분리되어 선박에 적재된 상태로 이동한 후, 해상에서 각 구성요소를 조립하여 시공이 이루어진다.

그런데, 해상 풍력발전기를 분리하여 선박으로 운반하고, 이를 다시 시공장소에서 조립하여 설치하는 것은 매우 많은 시간과 비용을 낭비하는 문제가 있다.

이러한 문제점을 개선하기 위해 한국 공개특허 제10-2012-0113013호(특허문헌 1)에는 해상 풍력발전기 설치선박 및 이를 이용한 해상 풍력발전기 설치방법이 개시되어 있다.

특허문헌 1에 개시된 해상 풍력발전기 설치선박(1)은 지주부(21)와, 발전기 몸체(22) 및 프로펠러(23)를 포함하는 해상 풍력발전기(20)를 조립된 상태로 육상으로부터 해상까지 운송하여 그대로 해상에 설치할 수 있다. 이를 위해 선박몸체(10)에는 다수개의 해상 풍력발전기(20)를 고정시키는 다수개의 고정유닛(33)이 설치되어 있다. 고정유닛(33)은 유압실린더 등에 의해 갑판에서 승강 가능하게 마련된다.

해상 풍력발전기(20)를 선박몸체(10)에 고정시키기 위해, 고정유닛(33)들은 갑판(19)에서 일정 높이만큼 상승한 상태에서, 해상 풍력발전기(20)의 지주부(21)의 하단부 외주면에 둘러져 있도록 구성된다.

그리고 해상 풍력발전기(20)를 설치장소에서 설치할 경우에는 고정유닛(33)은 갑판(19)에 대하여 하강하면서 해상 풍력발전기(20)의 고정을 해제하고, 갠트리 크레인(31)이 지주부(21)를 클램핑하여 해상 풍력발전기(20)를 설치장소로 이동함에 따라 설치 작업이 이루어진다.

한국 공개특허공보 제10-2012-0113013호 (2012.10.12. 공개)

이와 같이 특허문헌 1에 개시된 종래의 해상 풍력발전기 설치선박은 해상 풍력발전기의 조립이 완료된 상태로, 적재된 다음, 해상으로 운송되어 설치됨으로써, 해상 풍력발전기의 설치가 신속하게 수행될 수 있는 장점이 있다.

기존의 해상 풍력발전기의 용량은 5MW 이내로 비교적 소형으로 기존의 바지선 및 작업선박들을 이용하여 고비용 구조의 위험하고 느린 공정이지만 고정유닛과 크레인을 통해 고정 및 이동 설치 작업을 할 수 있었다.

그러나 최근에는 해상 풍력발전기의 용량이 5 MW 이상으로 커지면서 7 MW의 경우 중량이 약 1100톤을 초과함에 따라 기존의 바지선, 작업선박 및 장비로는 해상에서 5 MW 이상의 해상 풍력발전기를 선박에 세워서 고정한 후, 그대로 이동하여 세운 상태로 시공하기 어려운 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 해상 풍력발전기를 조립하여 세워진 상태로 안전하게 선박에 고정한 후 설치 위치까지 이동할 수 있고, 해상크레인, 잭업설치선 등 현재까지의 설치 방식 대비 정밀하고 안전하며 쉽게 설치가 가능하기 때문에 해상 풍력발전기의 용량이 5 MW를 넘게 되는 경우나 해상의 기후 조건이 나쁜 환경에서도 설치가 가능한 이동이 가능한 해상 풍력발전기 고정유닛 및 그를 구비한 해상풍력발전기 설치용 작업선을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 선박본체에 관통형성된 설치홀을 향해 이동할 수 있도록 상기 선박본체에 이동가능하게 장착되는 사이드부; 및 상기 해상 풍력발전기의 지주를 고정하면서 상기 해상 풍력발전기가 세워진 상태로 탑재되도록 하되, 상기 사이드부를 따라 이동하면서 상기 해상 풍력발전기를 상기 설치홀로 이동시킬 수 있는 탑재부; 를 포함하며, 상기 탑재부가 상기 사이드부를 따라 상기 설치홀로 이동하거나 상기 사이드부가 상기 설치홀로 이동하면서 해상 풍력발전기는 상기 탑재부에 탑재되고, 상기 해상 풍력발전기가 탑재되면, 상기 탑재부가 상기 사이드부를 따라 상기 선박본체의 내측으로 이동하거나 상기 사이드부가 상기 선박본체의 내측으로 이동하는, 이동가능한 해상 풍력발전기 고정유닛을 제공한다.

상기 사이드부는 이동본체를 가지며, 상기 선박본체는 상기 이동본체를 이동가능하게 지지하는 고정레일을 포함할 수 있다.

상기 사이드부는 다수의 층을 이루면서 상기 선박본체에 관통형성된 설치홀에 인접 배치되는 레일을 구비하며, 상기 사이드부는 상기 설치홀을 중심으로 서로 마주보도록 한 쌍으로 배치될 수 있다.

상기 탑재부는, 상기 마주보는 한 쌍의 레일을 따라 각각 이동가능하게 설치되며 상기 지주의 위치를 선택적으로 고정시키는 다수의 블록을 포함할 수 있다.

상기 다수의 블록은 적어도 3개로 이루어지며, 상기 지주의 하부가 삽입되도록 돌출된 고정돌기를 가지며 상기 설치홀에 인접하도록 이동가능한 제1블록; 상기 제1블록의 상부에서 이격되며 상기 지주를 감싸도록 고정하면서 상기 사이드부를 따라 이동가능하게 설치되는 제2블록; 및 상기 제2블록의 상부에서 이격되며 상기 지주를 감싸도록 고정하면서 상기 사이드부를 따라 이동가능하게 설치되는 제3블록; 을 포함할 수 있다.

상기 제2블록 및 상기 제3블록은, 상기 지주가 삽입 장착되는 지주삽입공이 형성되는 고정패널; 상기 지주삽입공을 개폐하도록 상기 고정패널에 회전가능하게 장착되며 상기 지주의 위치를 고정하는 한 쌍의 회동패널을 각각 포함할 수 있다.

또한, 상기 제2블록 및 상기 제3블록은, 각각이 상기 지주가 삽입 장착되는 지주삽입공을 형성하되, 상기 지주삽입공을 개폐하도록 회전가능하게 장착되면서 상기 지주의 위치를 고정하는 네 쌍의 회동패널을 포함할 수도 있다.

상기 해상 풍력발전기를 승하강시키도록 상기 한 쌍의 사이드부에 장착되며, 상기 탑재부에 의해 상기 설치홀로 이동한 상기 해상 풍력발전기의 지주를 승하강시킬 수 있는 리프트부; 를 포함할 수 있다.

상기 리프트부는 상기 설치홀의 상부 영역인 상기 사이드부에 결합될 수 있다.

상기 리프트부는, 상기 설치홀의 상부에 위치한 지주와 연결되는 다수개의 후크와이어; 상기 다수개의 후크와이어를 고정하며 상기 지주를 감싸도록 배치되는 와이어연결부재; 상기 와이어 연결부재를 승하강시키는 승하강로프; 및 상기 승하강로프를 이동가능하게 지지하며 상기 사이드부에 결합되는 로프지지대; 를 포함할 수 있다.

한편, 본 발명은 상술한 특징들의 고정유닛을 포함하는 해상 풍력발전기 설치용 작업선을 제공한다.

본 발명의 해상 풍력발전기 고정유닛 및 그를 구비한 해상풍력발전기 설치용 작업선에 따르면, 해상 풍력발전기를 조립된 상태로 세워서 안전하게 선박에 고정하여 이동할 수 있고, 정확한 위치에 안전하여 설치할 수 있어 해상 풍력발전기의 용량이 5 MW를 넘게 되는 경우에도 설치가 가능하다.

또한, 대한민국 정부는 2019년까지 서남해 인근에 2.5 GW 발전용량의 해상 풍력발전 단지를 구축하는 해상 풍력발전 종합추진 계획을 발표하여 추진하고 있는데, 본 발명은 정부 정책에 발맞추어 해상 풍력발전기 시설 일체를 저비용으로 정확하고, 안전하고, 빠른 설치가 가능하도록 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 해상 풍력발전기 설치용 작업선에 관한 개략적인 구성을 보여주는 사시도이다.
도 2는 도 1의 사이드부, 탑재부 및 리프트부가 구체화된 실시형태를 보여주는 정면도이다.
도 3은 도 2의 동작을 보여주는 도면이다.
도 4는 도 1의 사이드부, 탑재부의 제1블록과 설치홀 영역을 보여주는 요부 확대도이다.
도 5는 도 1의 사이드부, 탑재부의 제2블록 및 제3블록의 일 실시형태의 구조를 보여주는 요부 확대도이다.
도 6은 도 1의 사이드부, 탑재부의 제2블록 및 제3블록의 다른 실시형태의 구조를 보여주는 요부 확대도이다.
도 7은 도 3의 리프트부 영역을 확대한 도면이다.
도 8 및 도 9는 안벽에서 해상 풍력발전기를 고정유닛에 설치하는 동작을 보여주는 측면도들이다.
도 10 내지 도 14는 본 발명의 해상 풍력발전기 설치용 작업선의 동작을 보여주는 측면도들이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

본 발명의 실시예에 따른 해상 풍력발전기 설치용 작업선은 다양한 용량의 해상 풍력발전기, 해상파일 등을 해상에서 부품별로 조립하면서 세울 수 있고, 세워진 상태로 설치장소까지 이동한 후 기초파일에 시공할 수 있다.

예를 들어 본 실시예의 작업선은 5 MW 이상 용량, 즉 높이 117m, 무게 1200 ton이 되는 7 MW 해상 풍력발전기를 해상에서 조립, 운반, 시공 등 일련의 과정을 수행할 수 있다.

도 1은 본 발명의 해상 풍력발전기 설치용 작업선에 관한 개략적인 구성을 보여주는 사시도이고, 도 2는 도 1의 사이드부, 탑재부 및 리프트부가 구체화된 실시형태를 보여주는 정면도이며, 도 3은 도 2의 동작을 보여주는 도면이고, 도 4는 도 1의 사이드부, 탑재부의 제1블록과 설치홀 영역을 보여주는 요부 확대도이며, 도 5는 도 1의 사이드부, 탑재부의 제2블록 및 제3블록의 일 실시형태의 구조를 보여주는 요부 확대도이고, 도 6은 도 1의 사이드부, 탑재부의 제2블록 및 제3블록의 다른 실시형태의 구조를 보여주는 요부 확대도이며, 도 7은 도 3의 리프트부 영역을 확대한 도면이다.

도 1 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 해상 풍력발전기 설치용 작업선(1)은 크게 선박본체(100), 플로팅레그부(200), 사이드부(300), 탑재부(400), 리프트부(500), 앙카부(600)를 포함하여 구성될 수 있다.

여기서 사이드부(300), 탑재부(400), 리프트부(500)는 해상 풍력발전기(10)를 선박본체(100)에 세워서 조립 및 고정시킬 수 있는 고정유닛을 구성한다.

본 발명의 고정유닛은 해상 풍력발전기(10)를 세워서 고정함과 동시에 설치장소까지 운반할 수 있도록 해상 풍력발전기(10)를 안정적으로 지지하며, 설치장소에 해상 풍력발전기(10)를 설치하는 작업을 복합적으로 수행할 수 있다.

해상 풍력발전기(10)는 크게는 지주(11), 발전기몸체(12), 프로펠러(13)의 3부분으로 이루어질 수 있다. 지주(11)는 원기둥 형상으로 길게 이루어져 해상에 설치되며, 발전기몸체(12)는 지주(11)의 상부에 설치된다. 프로펠러(13)는 바람에 의해 회전하면서 발전기몸체(12)가 전기를 발생시킬 수 있도록 한다.

지주(11)에는 운반과 설치에 사용되는 후크고리(11a)가 다수개 부착될 수 있다. 예를 들어 후크고리(11a)는 후크가 걸리어질 수 있도록 링 형상으로 이루어지면서 해상 풍력발전기(10)의 무게 중심을 고려한 위치인 지주(11)의 상부 영역에 4개가 부착될 수 있다. 후크고리(11a)는 러그, 연결고리 등 다양한 명칭을 가질 수 있으며, 후크고리(11a)의 개수, 크기, 형상은 다양하게 변형실시 가능하다.

본 실시예에서는 이러한 해상 풍력발전기(10)를 선박에 지주(11)가 수직방향으로 세워진 상태로 조립 탑재할 수 있고, 설치장소까지 운반하여 바로 시공할 수 있다.

선박본체(100)는 주된 몸체를 이루는 부분으로 선박몸체, 바지선본체, 리그선본체, 작업선본체, 선체 등으로 호칭될 수 있다. 선박본체(100)는 다양한 형상으로 이루어질 수 있다. 예를 들어 전체적으로는 사각형 형상으로 이루어지되, 네 모서리 가장자리가 완만하게 절단된 형상을 가질 수 있다.

선박본체(100)에는 기초파일, 자켓, 해상 풍력발전기(10) 등이 설치되도록 하는 설치홀(110)이 관통 형성될 수 있다. 예를 들어 설치홀(110)은 선박본체(100)의 진행방향의 전방 영역이 내측으로 일정한 길이만큼 함몰된 형상을 가질 수 있다. 물론, 설치홀(110)은 선박의 진행방향 반대쪽이나 측면에 위치할 수도 있으며, 선박본체(100)의 내측으로 함몰되지 않고 선박본체(100)의 일면에 인접 배치된 공간을 의미할 수도 있다.

플로팅레그부(200)는 선박본체(100)에 승하강되도록 설치된다. 플로팅레그부(200)는 선박본체(100)가 해상에서 수직방향으로 부유할 수 있도록 선박본체(100)의 해상에서의 위치를 고정하는 역할을 한다. 즉, 플로팅레그부(200)는 선박을 해수면 상에서 부유하는 상태로 그 위치가 고정되도록 하므로, 종래 선박을 해수면 위로 상승시켜 고정하는 잭업레그(특허문헌 1)와는 구별된다.

잭업타입의 잭업레그는 선박을 수면위에서 일정 높이 상승시킨 상태에서 선박 자체의 하중을 지지해야 하기 때문에 선박의 규모가 커지는 경우에는 잭업레그를 사용하기 어려운 경우가 발생한다. 예를 들어 7 MW 급 정도의 해상 풍력발전기를 설치하는 작업선처럼, 선박의 규모가 매우 커지는 상황에서는 잭업레그만으로 선박의 하중을 온전하게 지지하는 것은 매우 어려운 문제가 있다.

플로팅레그부(200)는 선박의 하중을 해수와 나누어 부담할 수 있기 때문에 작업선의 규모가 매우 커지는 상황에서도 효율적으로 선박의 위치를 고정하면서 해상 풍력발전기를 설치할 수 있는 장점이 있다.

플로팅레그부(200)는 다수개로 이루어질 수 있다. 예를 들어 플로팅레그부(200)는 선박본체(100)의 가장자리 영역에 4개가 구비될 수 있다. 플로팅레그부(200)는 보다 상세하게는 레그(210), 레그지지대(220), 레그윈치(230)를 포함하여 구성될 수 있다.

레그(210)는 선박본체(100)에 대해 수직 이동가능하게 장착되며 해저면에 삽입되는 부분을 이룬다. 선박본체(100)에는 레그(210)가 삽입될 수 있도록 레그홀(Leg Hall)이 관통형성된다. 레그(210)는 해저면에 삽입될 수 있도록 하부가 뾰족한 형상을 갖는 원기둥 형상으로 이루어질 수 있다.

레그지지대(220)는 레그(210)를 이동가능하게 감싸도록 레그홀(210)에 인접하도록 선박본체(100)에 구비될 수 있다. 예를 들어 레그지지대(220)는 레그(210)의 단면 형상보다 조금 더 큰 형상의 안지름을 갖도록 레그(210)를 동심원상으로 감싸는 형태로 이루어질 수 있다. 레그지지대(220)에 의해 레그(210)는 해수면의 요동방향을 따라 어느 정도는 유동할 수 있게 된다.

레그윈치(230)는 레그(210)를 승하강시키는 역할을 한다. 레그윈치(230)는 레그(210)를 해수면 아래로 내리거나 다시 선박본체(100)로 상승시키도록 레그(210)와 연결될 수 있다. 물론, 레그(210)의 승하강 형태는 레그(210)의 자중, 해수면의 유입 등 다양한 방법이 강구될 수 있다. 그 밖에 레그(210)가 레그지지대(220)에서 고정하거나 이동할 수 있도록 레그(210)의 위치를 고정하는 클러치 등을 더 포함할 수 있다. 클러치는 레그(210)와 레그지지대(220)의 선택적인 접촉 등이 가능한 볼트조임, 가압 밀착방식 등으로 다양하게 실시될 수 있다.

물론, 후술하는 본 발명의 고정유닛은 상술한 플로팅레그 방식의 선박 뿐만 아니라 잭업타입, 리그선 등 기타 여러 종류의 선박에 설치하여 사용이 가능할 것이다.

사이드부(300)는 해상 풍력발전기(10)를 탑재하거나 설치홀(110)로 이동시켜 해상에 설치하는 것을 안내하는 역할을 한다. 사이드부(300)는 선박본체(100)에 고정설치될 수 있지만, 설치홀(110)을 향해 이동할 수 있도록 선박본체(100)에 이동가능하게 장착될 수 있는데, 이에 관해서는 후술한다.

각 사이드부(300)는 수직 방향으로 다수의 층을 이루도록 다수의 레일을 가지며, 사이드부(300)는 설치홀(110)을 중심으로 서로 마주보도록 배치되도록 한 쌍으로 이루어질 수 있다. 마주보는 한 쌍의 레일들은 설치홀(110)을 중심으로 측면(사이드)에 배치될 수 있다.

사이드부(300)는 다양한 형태를 가질 수 있는데, 예를 들어 선박본체(100)에 수직방향으로 돌출된 다수개의 프레임 형상의 가이드본체(301)를 포함하여 구성될 수 있다. 가이드본체(301)에는 다수개의 레일이 층을 이루도록 설치될 수 있다. 레일들의 구성은 후술한다.

도 4에 도시된 바와 같이 상술한 가이드본체(301)의 하부에는 이동본체(303)가 결합될 수 있다. 이동본체(303)는 선박본체(100)에 형성된 고정레일(130)에 이동가능하게 장착되면서, 가이드본체(301)를 선박본체(100)에 대해 이동시킬 수 있다. 따라서 이동본체(303)는 설치홀(110)을 따라 움직일 수 있고, 가이드본체(301)에 장착된 다수개의 레일도 선박본체(100)에서 이동할 수 있다.

여기서 이동본체(303)는 이동블럭, 바퀴, 롤러, 레일 등 다양한 형태로 변형실시될 수 있으며, 고정레일(130) 역시 레일, 바퀴, 롤러, 블럭 등 다양한 형태로 변형가능할 것이다. 이동본체(303)는 스키드(skid) 장치를 더 포함하거나 유압 또는 모터 등을 포함하여 고정레일(130)에서 이동할 수 있다.

탑재부(400)는 해상 풍력발전기(10)의 지주(11)를 고정하면서 해상 풍력발전기(10)를 기립시켜 선박본체(100)에 탑재하도록 한다. 탑재부(400)는 한 쌍의 사이드부(300)를 따라 이동하면서 해상 풍력발전기(10)를 설치홀(110)로 이동시킬 수 있다.

탑재부(400)는, 마주보는 한 쌍의 레일을 따라 각각 이동가능하게 설치되며 지주(11)의 위치를 선택적으로 고정시키는 다수의 블록을 포함할 수 있다.

이때 다수의 블록은 해상 풍력발전기(10)를 안정적으로 고정 및 이동할 수 있도록 적어도 3개로 이루어질 수 있다. 물론, 다수의 블록은 2개 내지는 그 이상의 개수를 가질 수 있다.

본 실시예에서 3개의 블록들은 순차적으로 제1블록(410), 제2블록(420), 제3블록(430)으로 이루어진다. 여기서 제1블록(410), 제2블록(420), 제3블록(430)은 제1차 판넬, 제2차 판넬, 제3차 판넬로 부를 수도 있다. 상세한 설명은 생략하지만 제1블록(410) 내지 제3블록(430)은 선형 이동수단을 포함하면서 한 쌍의 사이드부(300)를 따라 이동할 수 있다. 예를 들어 선형 이동수단은 리니어모터, 스키드 등일 수 있다.

제1블록(410)은 설치홀(110)에 인접하도록 위치하며 지주(11)의 하부를 고정할 수 있다. 제1블록(410)은 도 4에 도시된 바와 같이 탑재패널(411)과, 탑재패널(411)의 상부에서 돌출되어 지주(11)의 하부가 삽입 고정되도록 하는 고정돌기(412)를 포함할 수 있다. 지주(11)의 하부는 기초파일 및 고정돌기(412)가 삽입될 수 있도록 홈이 형성될 수 있다. 탑재패널(411)은 설치홀(110)의 상부에 위치할 경우 설치홀(110)을 덮을 수 있는 크기를 갖는다.

제2블록(420)은 제1블록(410)의 상부에서 이격되며 지주(11)를 감싸도록 고정하면서 사이드부(300)를 따라 이동가능하게 설치될 수 있다.

제3블록(430)은 제2블록(420)의 상부에서 이격되며 지주(11)를 감싸도록 고정하면서 사이드부(300)를 따라 이동가능하게 설치될 수 있다.

여기서 제2블록(420) 및 제3블록(430)은 다양한 형태로 이루어질 수 있다.

먼저, 도 5에 도시된 바와 같이, 제2블록(420) 및 제3블록(430)은 각각 고정패널(422, 432)과 회동패널(423, 424, 433, 434)들을 포함하여 구성될 수 있다.

고정패널(422, 432)은 지주(11)가 삽입 장착되는 지주삽입공(421, 431)이 형성된다. 회동패널(423, 424, 433, 434)은 지주삽입공(421, 431)을 개폐하도록 고정패널(422, 432)에 회전가능하게 장착되며 지주(11)의 위치를 고정하도록 한 쌍으로 이루어질 수 있다. 지주삽입공(421, 431)은 지주(11)의 지름보다 다소 크게 형성되어 지주(11)가 수평방향을 따라 위치가 이탈되지 않게 하면서도 수직 이동이 가능하도록 구성된다.

또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 제2블록(420) 및 제3블록(430)은 각각 회동가능한 네 개의 회동패널(422a, 422b, 423a, 424a)로 이루어질 수 있다. 즉, 전술한 실시예의 고정패널(422, 432)이 모두 회동패널(422a, 422b, 432a, 432b)을 포함하도록 변형실시된 형태이다.

따라서 4개의 회동패널들(422a, 422b, 423a, 424a)은 각각이 지주(11)가 삽입 장착되는 지주삽입공(421, 431)을 형성하되, 지주삽입공(421, 431)을 개폐하도록 회전가능하게 장착되면서 지주(11)의 위치를 고정한다.

본 실시형태는 지주(11)가 제2블록(420) 및 제3블록(430)의 전방 또는 후방에서 고정되거나 고정이 해제되도록 동작이 가능하다.

한편, 후술하겠지만 지주(11)가 기초파일 위에 설치되는 동안에는 제1블록(410)은 설치홀(110)의 상부로 지주(11)를 이동시킨 후 설치홀(110)을 개방하기 위해서 원위치로 돌아가는데, 제2블록(420)과 제3블록(430)은 지주삽입공(421, 431)과 설치홀(110)의 상부에 위치한 지주파일의 위치가 일직선 상에 오도록 함으로써 리프트부(500)가 지주(11)를 정밀하게 설치하도록 안내할 수 있다.

이러한 구성을 갖는 탑재부(400)는 한 쌍의 사이드부(300)에 의해 이동할 수 있다고 상술한 바 있다.

여기서 한 쌍의 사이드부(300)는 탑재부(400)의 다수의 블록과 대응되는 레일들의 개수를 가질 수 있다.

즉, 한 쌍의 레일들은 설치홀(110)에 인접하도록 제1블록(410)을 이동가능하게 지지하는 제1레일(310), 제2블록(420)을 이동가능하게 지지하는 제2레일(320) 및 제3블록(430)을 이동가능하게 지지하는 제3레일(330)을 각각 포함할 수 있다.

따라서 탑재부(400)는 해상 풍력발전기(10)를 선택적으로 고정 탑재하면서 사이드부(300)를 통해 설치홀(110)을 향해 이동하거나 원위치로 복귀할 수 있다.

리프트부(500)는 해상 풍력발전기(10)를 탑재부(400)에 조립 장착할 경우에 상황에 따라 지주(11)를 승하강시키면서 해상 풍력발전기(10)가 고정되도록 하거나, 탑재부(400)에 의해 설치홀(110)로 이동한 해상 풍력발전기(10)의 지주(11)를 들어올려 설치홀(110) 하부에 위치한 기초파일에 설치되도록 할 수 있다.

리프트부(500)는 해상 풍력발전기(10)를 승하강시키도록 사이드부(300)에 고정되거나 이동가능하게 장착될 수 있다. 보다 구체적으로 리프트부(500)는 설치홀(110)의 상부 영역에 위치한 사이드부(300)의 상부 영역에 장착될 수 있다. 리프트부(500)는 로프, 후크, 크레인, 갠트리 등 다양한 형태로 실시될 수 있다.

예를 들어 리프트부(500)는 도 7에 도시된 바와 같이 후크와이어(510), 와이어연결부재(520), 승하강로프(530), 로프지지대(540)를 포함할 수 있다.

후크와이어(510)는 설치홀(110)의 상부에 위치한 지주(11)의 후크고리(11a)에 연결되도록 다수개로 이루어질 수 있다.

와이어연결부재(520)는 다수개의 후크와이어(510)를 고정하며 지주(11)를 감싸도록 배치될 수 있다. 예를 들어 와이어연결부재(520)는 4개의 연결바(521)들이 사각형상을 이루도록 서로 결합될 수 있다. 4개의 연결바(521)들의 각 모서리에는 4개의 후크와이어(510)들이 고정되면서 지주(11)의 4개의 후크고리(11a)에 연결될 수 있다. 그리고 후방에 위치한 연결바(521)는 회동가능하게 구성되어 지주(11)가 내측으로 위치할 수 있도록 선택적으로 내부공간을 개폐하도록 동작할 수 있다.

승하강로프(530)는 일측은 와이어연결부재(520)와 결합되고, 타측은 모터 등과 연결되어 동력을 제공받을 수 있다.

따라서 승하강로프(530)는 와이어연결부재(520)를 승하강킴으로써 지주(11)를 수직방향으로 승하강시킬 수 있다. 로프지지대(540)는 승하강로프(530)를 이동가능하게 지지하며 사이드부(300)에 결합될 수 있다. 로프지지대(540)에 이동가능하게 설치되는 승하강로프(530)는 반대방향으로 작용하는 힘에 의해 지주(11)의 승하강 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어 모터 등과 연결된 측의 승하강로프(530)가 수직 아래로 감아져 내려가면 지주(11)는 상승하고, 반대로 승하강로프(530)가 풀어지게 되면 지주(11)는 하강할 수 있다.

이러한 구성을 갖는 리프트부(500)는 지주(11)를 고정한 탑재부(400)가 설치홀(110)로 이동하였을 때, 지주(11)에 연결될 수 있다. 리프트부(500)는 설치홀(110)로 이동한 탑재부(400)의 제1블록(410)이 원위치로 복귀하기 전에 지주(11)를 일정높이 들어서 탑재부(400)의 고정돌기(412)로부터 지주(11)의 하부가 분리될 수 있도록 해상 풍력발전기(10)를 지지할 수 있다.

이어서 제1블록(410)은 설치홀(110)의 상부로 지주(11)를 이동시킨 후 원위치로 돌아갈 수 있다. 이때, 제2블록(420)과 제3블록(430)은 지주(11)의 위치가 흔들리지 않도록 이동하지 않고 설치홀(110)의 상부에서 지주(11)를 지지한다.

리프트부(500)는 지주삽입공(421, 431)과 설치홀(110)의 상부에 위치한 기초파일의 위치를 일직선상에 오도록 유지시키면서 지주(11)를 내려서 설치홀(110)에 위치한 기초파일에 결합시킴으로 해상 풍력발전기(10)의 설치가 이루어지도록 할 수 있다.

한편, 앙카부(600)는 해상 풍력발전기(10)를 기초파일에 시공하기 전에, 플로팅레그부(200)와 함께 선박본체(100)를 안정적으로 정박시키는 역할을 할 수 있다. 앙카부(600)는 선박본체(100)의 가장자리 영역에 장착될 수 있다.

이때 앙카부(600)는 선박본체(100)의 각 모서리마다 2쌍씩, 총 8쌍으로 이루어지며, 앙카부(600)는 해저면에 선박본체(100)가 정박되도록 하는 앙카(610)와, 앙카(610)를 승하강시키는 윈치(620)를 포함할 수 있다.

이하, 상술한 구성을 갖는 해상 풍력발전기 고정유닛 및 그를 구비한 해상풍력발전기 설치용 작업선의 동작을 설명하기로 한다.

도 8 및 도 9는 안벽에서 해상 풍력발전기를 고정유닛에 설치하는 동작을 보여주는 측면도들이고, 도 10 내지 도 14는 본 발명의 해상 풍력발전기 설치용 작업선의 동작을 보여주는 측면도들이다.

본 발명은 상술한 고정유닛이 장착된 해상 풍력발전기 설치용 작업선(1)을 이용하여 안벽(5)에서 해상 풍력발전기(10)를 세운 상태로 조립 설치할 수 있다.

여기서 안벽(5, 岸壁)은 해안에 구축한 구조물로서, 선박의 일측을 육상에 붙여놓고 작업을 할 수 있도록 만든 선박의 정박장 역할을 하는 시설물을 의미한다. 안벽(5)은 암벽 등 다른 명칭으로도 불리울 수 있으며 해상 풍력발전기(10)를 고정유닛에 고정하기 위하여 반드시 안벽에서 설치하지 않을 수도 있다. 예를 들어 다른 선박에 탑재된 해상 풍력발전기를 고정유닛이 장착된 본 발명의 작업선으로 이동할 경우에도 본 발명이 적용될 수 있을 것이다.

도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이 안벽(5)은 해상에 다수의 기초파일(P)들을 설치하고, 해안(L)과 기초파일(P)들의 상부에 콘크리트 등의 구조물을 설치함으로써 구성될 수 있다. 안벽(5)에는 해상 풍력발전기(10)를 구성하는 각 부품들과, 크레인(C)이 위치할 수 있다. 여기서 해상 풍력발전기(10)를 구성하는 지주(11)는 도 7에 도시된 바와 같이 1개로 구성될 수도 있고, 다수개의 지주봉들이 연결되도록 구성될 수도 있다.

크레인(C)은 중량물을 들어올릴 수 있으며, 안벽(5)에서 사용가능하도록 이동수단이 장착된 이동용 크레인(C)일 수 있다. 물론, 필요에 따라 크레인(C)은 안벽(5) 위에서 고정되는 고정용 크레인(C)이 사용될 수도 있다.

먼저, 일반적인 규모의 해상 풍력발전기(10)를 안벽(5)에서 조립 설치하는 방법은 작업선(1)을 이동시켜 안벽(5)에 접안시키고, 안벽(5)에 위치한 크레인(C)을 이용하여 해상 풍력발전기(10)의 지주(11)를 기립한 상태로 작업선(1)에 탑재하게 된다. 이때, 사이드부(300)가 선박본체(100)에 대해 이동하거나 탑재부(400)가 설치홀(110)을 덮는 위치로 이동한 상태에 놓이면서, 지주(11)의 하단부는 탑재부(400)의 제1블록(410)에 고정될 수 있다.

그리고 지주(11)는 제2블록(420) 및 제3블록(430)에 의해 수평방향으로 움직이지 않도록 안정적으로 그 위치가 고정된다. 이어서 기립된 상태의 지주(11)에 크레인(C)을 이용하여 발전기몸체(12) 및 프로펠러(미도시)를 순차적으로 조립함으로써 해상 풍력발전기(10)는 조립된 상태로 탑재부(400)에 고정될 수 있다.

탑재부(400)에 해상 풍력발전기(10)가 고정되면, 도 10에 도시된 바와 같이 사이드부(300) 또는 탑재부(400)가 원위치, 즉 선박본체(10)의 내측으로 이동하여 해상 풍력발전기(10)는 선박(1)에 고정 탑재된 상태로 설치장소까지 안정적으로 이동할 수 있다.

한편, 크레인(C)이 지주(11)를 기립한 상태로 작업선(1)에 탑재하는 과정은 지주(11)가 1개인 경우에는 1회 작업으로 마무리될 수 있다.

그러나 지주(11)가 다수개의 지주봉을 포함할 경우처럼 해상 풍력발전기(10)의 용량이 매우 커지는 경우에는, 도 8에 도시된 바와 같이 다수개의 지주봉이 각각 크레인(C)에 의해 기립된 상태로 탑재부(400)에 고정 설치된 후에는 크레인(C)과의 작업거리가 확보되지 않아 발전기몸체(12)와 프로펠러를 조립하기 어려울 수 있다.

따라서 이 경우에는, 도 9에 도시된 바와 같이 지주(11)의 높이를 낮출 필요가 있다. 이를 위해 크레인(C)을 이용하여 기립된 지주(11)를 작업선(1)의 설치홀(110) 아래로 일정 높이만큼 이동시켜 안전한 작업거리를 확보한 후에는 리프트부(500)가 지주(11)를 고정하게 된다.

이때, 리프트부(500)가 지주(11)를 고정한 후, 크레인(C)은 지주(11)의 고정을 해제하고, 크레인(C)은 발전기몸체(12)와 프로펠러를 들어 지주(11)에 설치할 수 있다.

이처럼 지주(11), 발전기몸체(12) 및 프로펠러의 조립이 완료된 해상 풍력발전기(10)는 리프트부(500)에 의해 들어올려지면서 설치홀(110)로 이동한 탑재부(400)의 제1블록(410)에 지주(11)가 고정되면서 선박(1)에 세워진 상태로 고정 탑재될 수 있다.

한편, 상술한 고정유닛이 장착된 해상 풍력발전기 설치용 작업선(1)을 이용하여 도 10 내지 도 14에 도시된 바와 같이 사이드부(300), 탑재부(400) 및 리프트부(500)를 포함하는 고정유닛은 해상 풍력발전기(10)를 설치할 수 있도록 한다.

이를 약술하면, 도 10에 도시된 바와 같이 고정유닛에 의해 고정되어 해상(S)을 이동한 작업선(1)은 도 11에 도시된 바와 같이 해저면(B)에 장착된 기초파일(5)을 설치홀(110)에 위치시키도록 이동한다. 이때, 설치홀(110)과 기초파일(5)이 나란하게 위치한 선박본체(100)는 다양한 고정수단, 예를 들어 플로팅레그부(200)의 레그(210)와 앙카부(600)의 앙카(610)가 해저면(B)에 접촉함에 따라 그 위치가 고정될 수 있다.

도 12에 도시된 바와 같이 사이드부(300) 또는 탑재부(400)는 지주(11)를 고정한 상태로 전체적으로 설치홀(110)을 향해 이동하며, 설치홀(110)에 노출된 기초파일은 탑재부(400)의 제1블록(410)에 의해 가려진 상태가 된다.

이때, 도 13에 도시된 바와 같이 설치홀(110)의 상부 영역에 위치한 리프트부(500)가 지주(11)에 연결되고, 리프트부(500)는 지주(11)를 들어올려서 탑재부(400)의 제1블록(410)과 지주(11)의 하부를 분리시킨다. 그 후에는 제2블록(420) 과 제3블록(430)을 제외한 제1블록(410)은 원위치로 복귀하여 설치홀(110)을 개방시킨다.

마지막으로 도 14에 도시된 바와 같이 리프트부(500)가 제2블록(420) 및 제3블록(430)에 형성된 지주삽입공(421, 431)에 의해 설치홀(110)까지의 정확한 위치를 안내받으면서 지주(11)를 하강시켜 기초파일(5) 위에 지주(11)를 장착함으로써 해상 풍력발전기(10)는 안정적이고 빠르게 시공될 수 있다. 이어서 제2블록(420) 및 제3블록(430)은 지주삽입공(421,431)을 개방한 상태로 원위치로 복귀되고, 리프트부(500)는 지주(11)에서 해체될 수 있다.

이와 같이 해상 풍력발전기 고정유닛 및 그를 구비한 해상풍력발전기 설치용 작업선에 따르면, 탑재부가 사이드부를 따라 설치홀로 이동하거나 사이드부가 설치홀로 이동하면서 해상 풍력발전기는 탑재부에 탑재될 수 있다.

해상 풍력발전기가 탑재되면, 탑재부가 사이드부를 따라 선박본체의 내측으로 이동하거나 사이드부가 선박본체의 내측으로 이동할 수 있기 때문에 해상 풍력발전기를 조립된 상태로 세워서 안전하게 선박에 고정하여 이동할 수 있고, 정확한 위치에 안전하여 설치할 수 있어 해상 풍력발전기의 용량이 5 MW를 넘게 되는 경우에도 설치가 가능하다.

또한, 대한민국 정부는 2019년까지 서남해 인근에 2.5 GW 발전용량의 해상 풍력발전 단지를 구축하는 해상 풍력발전 종합추진 계획을 발표하여 추진하고 있는데, 본 발명은 정부 정책에 발맞추어 해상 풍력발전기 시설 일체를 저비용으로 정확하고, 안전하고, 빠른 설치가 가능하도록 할 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1 : 해상 풍력발전기 설치용 작업선 10 : 해상 풍력발전기
11 : 지주 12 : 발전기몸체 13 : 프로펠러
100 : 선박본체 110 : 설치홀 200 : 플로팅레그부
210 : 레그 220 : 레그지지대 230 : 레그윈치
300 : 사이드부 301 : 가이드본체 310 : 제1레일
320 : 제2레일 330 : 제3레일 400 : 탑재부
410 : 제1블록 420 : 제2블록 430 : 제3블록
411 : 탑재패널 412 : 고정돌기 421, 431 : 지주삽입공
422, 432 : 고정패널 423, 424, 433, 434 : 회동패널
500 : 리프트부 510 : 후크와이어 520 : 와이어연결부재
530 : 승하강로프 540 : 로프지지대 600 : 앙카부
610 : 앙카 620 : 윈치

Claims (10)

1. 해상풍력발전기 또는 해상파일의 설치를 위해 선박본체에 형성되는 설치홀을 향해 이동할 수 있도록 상기 선박본체에 이동가능하게 장착되는 사이드부; 및
   상기 해상 풍력발전기의 지주 또는 해상파일을 세워진 상태로 탑재시킬 수 있는 탑재부; 를 포함하며,
   상기 사이드부가 상기 설치홀로 이동한 후 상기 해상 풍력발전기 또는 해상파일은 상기 탑재부에 탑재되고,
   상기 해상 풍력발전기 또는 상기 해상파일이 탑재되면 상기 탑재부가 상기 사이드부를 따라 상기 선박본체의 내측으로 이동하거나 상기 사이드부가 상기 선박본체의 내측으로 이동하는, 이동가능한 해상 풍력발전기 고정유닛.
2. 제1항에 있어서,
   상기 사이드부는 이동본체를 가지며, 상기 선박본체는 상기 이동본체를 이동가능하게 지지하는 고정레일을 포함하는, 이동가능한 해상 풍력발전기 고정유닛.
3. 제2항에 있어서,
   상기 사이드부는 다수의 층을 이루면서 상기 선박본체에 관통형성된 설치홀에 인접 배치되는 레일을 구비하며, 상기 사이드부는 상기 설치홀을 중심으로 서로 마주보도록 한 쌍으로 배치되는, 이동가능한 해상 풍력발전기 고정유닛.
4. 제3항에 있어서,
   상기 탑재부는, 상기 설치홀에 인접배치되는 레일을 따라 각각 이동가능하게 설치되며 상기 지주의 위치를 선택적으로 고정시키는 다수의 블록을 포함하는, 이동가능한 해상 풍력발전기 고정유닛.
5. 제4항에 있어서,
   상기 다수의 블록은 적어도 3개로 이루어지며,
   상기 지주의 하부가 삽입되도록 돌출된 고정돌기를 가지며 상기 설치홀에 인접하도록 이동가능한 제1블록;
   상기 제1블록의 상부에서 이격되며 상기 지주를 감싸도록 고정하면서 상기 사이드부를 따라 이동가능하게 설치되는 제2블록; 및
   상기 제2블록의 상부에서 이격되며 상기 지주를 감싸도록 고정하면서 상기 사이드부를 따라 이동가능하게 설치되는 제3블록; 을 포함하는, 이동가능한 해상 풍력발전기 고정유닛.
6. 제5항에 있어서,
   상기 제2블록 및 상기 제3블록은,
   상기 지주가 삽입 장착되는 지주삽입공이 형성되는 고정패널;
   상기 지주삽입공을 개폐하도록 상기 고정패널에 회전가능하게 장착되며 상기 지주의 위치를 고정하는 한 쌍의 회동패널을 각각 포함하는, 이동가능한 해상 풍력발전기 고정유닛.
7. 제5항에 있어서,
   상기 제2블록 및 상기 제3블록은,
   각각이 상기 지주가 삽입 장착되는 지주삽입공을 형성하되, 상기 지주삽입공을 개폐하도록 회전가능하게 장착되면서 상기 지주의 위치를 고정하는 네 쌍의 회동패널을 포함하는, 이동가능한 해상 풍력발전기 고정유닛.
8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
   상기 한 쌍의 사이드부는 상기 다수의 블록과 대응되는 레일들의 개수를 가지며,
   상기 한 쌍의 레일들은
   상기 설치홀에 인접하도록 상기 제1블록을 이동가능하게 지지하는 제1레일;
   상기 제2블록을 이동가능하게 지지하는 제2레일; 및
   상기 제3블록을 이동가능하게 지지하는 제3레일을 각각 포함하는, 이동가능한 해상 풍력발전기 고정유닛.
9. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 고정유닛을 포함하는 해상 풍력발전기 설치용 작업선.
10. 제8항의 고정유닛을 포함하는 해상 풍력발전기 설치용 작업선.

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