KR101417835B1 - 연장 가능한 타워부를 구비하는 해상풍력용 구조물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연장 가능한 타워부를 구비하는 해상풍력용 구조물에 관한 것이며, 본 발명의 연장 가능한 타워부를 구비하는 해상풍력용 구조물은 내부에 수용공간을 형성하는 케이싱; 상기 케이싱의 외부로 돌출되는 길이가 조절되도록 일부가 상기 수용공간의 내부에 인입되거나 상기 수용공간으로부터 인출되는 타워부; 상기 타워부에 설치되어 회전하여 회전력을 발생시키는 블레이드; 상기 수용공간으로부터 인출되는 방향으로 상기 타워부에 힘을 가하는 인출유도부; 일단은 상기 수용공간 내에 수용되는 타워부의 단부에 연결되고, 타단은 상기 인출유도부에 연결되는 연결로프;를 포함하되, 상기 타워부의 인출시 상기 인출유도부는 중력에 의해 하강됨으로써, 상기 타워부에 힘을 가하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명에 의하면, 해상에서의 인양 시 안정성 및 경제성을 확보할 수 있는 연장 가능한 타워부를 구비하는 해상풍력용 구조물이 제공된다.

Description

연장 가능한 타워부를 구비하는 해상풍력용 구조물{STRUCTURE FOR OFFSHORE WIND TURBINE HAVING EXTENDABLE TOWER}
본 발명은 연장 가능한 타워부를 구비하는 해상풍력용 구조물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 해상 인양 및 시공을 용이하게 할 수 있는 연장 가능한 타워부를 구비하는 해상풍력용 구조물에 관한 것이다.
일반적으로 해상풍력발전은 풍력에 의해 회전되는 로터의 블레이드를 통해 운동에너지가 기계에너지로 변환되어 전기에너지를 얻는 방법으로, 해양, 강 또는 연안지역에 설치함으로서 설치지역의 특성에 따라 발생되는 풍력을 사용하는 것이다.
이러한 풍력은 재생에너지의 일종으로 자원이 풍부하고, 고갈이 없으며, 광범위한 지역에 분포되는데다가 운전 중 온실가스의 배출이 없다는 점에서 화석에너지를 대체할 에너지원으로 각광받고 있으며, 상술한 해상풍력발전 장비는 일본 공개특허공보 특개2010-223114호(2010.10.07.) 및 한국공개특허공보 제10-2011-0030628호(2011.03.23) 등에서 개시하고 있다.
한편, 이러한 풍력발전은 설치장소에 따라 육상(Onshore type)과 해상(Offshore type)으로 나눌 수 있다.
도 1은 종래의 해상풍력용 타워 구조물의 일례를 도시한 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 해상풍력용 타워 구조물(10)은 블레이드(12)가 설치되는 타워 구조물(11) 및 이러한 타워 구조물을 지지하는 해상 지지 구조물(13)로 구성된다.
한편, 일반적으로 이러한 연장 가능한 타워부를 구비하는 해상풍력용 구조물(10)의 시공은 타워 구조물(11)과 해상 지지 구조물(13)이 결합된 구조물을 지상으로부터 해상으로 인양하여 시공된다.
다만, 종래의 해상풍력용 타워 구조물(10)의 시공방법에 의하면, 해상 인양 과정에서 타워 구조물(11)이 해풍 등의 영향을 받아 전도되는 등 인양 안정성을 확보하기 어려운 문제가 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 해상에서의 인양 시 안정성 및 경제성을 확보할 수 있는 연장 가능한 타워부를 구비하는 해상풍력용 구조물을 제공함에 있다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 내부에 수용공간을 형성하는 케이싱; 상기 케이싱의 외부로 돌출되는 길이가 조절되도록 일부가 상기 수용공간의 내부에 인입되거나 상기 수용공간으로부터 인출되는 타워부; 상기 타워부에 설치되어 회전하여 회전력을 발생시키는 블레이드; 상기 수용공간으로부터 인출되는 방향으로 상기 타워부에 힘을 가하는 인출유도부; 일단은 상기 수용공간 내에 수용되는 타워부의 단부에 연결되고, 타단은 상기 인출유도부에 연결되는 연결로프;를 포함하되, 상기 타워부의 인출시 상기 인출유도부는 중력에 의해 하강됨으로써, 상기 타워부에 힘을 가하는 것을 특징으로 하는 연장 가능한 타워부를 구비하는 해상풍력용 구조물에 의해 달성된다.
또한, 상기 케이싱의 외부에 선택적으로 설치되어 상기 케이싱을 부유시키는 부력부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 타워부의 인출 시에 상기 케이싱의 수용공간에는 물이 유입되며, 유입되는 물은 상기 타워부를 상측으로 밀어낼 수 있다.
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또한, 상기 케이싱의 외면에 회동가능하게 장착되어 상기 연결로프를 지지하는 지지부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 케이싱은 베이스; 상기 베이스의 모서리로부터 상측으로 연장되되 폭이 점점 좁아지는 테두리부; 상기 테두리부의 단부에 형성되어 상기 타워부가 삽입되는 삽입구;를 포함하며, 상기 지지부는 상기 삽입구의 종단부에 장착되는 제1풀리; 상기 테두리부의 외면에 설치되는 제2풀리;를 포함하며, 상기 연결로프는 상기 타워부의 단부, 상기 제1풀리, 상기 제2풀리를 차례로 통과하여 지지될 수 있다.
또한, 상기 타워부는 길이방향을 따라 상기 케이싱의 외부로 노출되는 노출구간과 상기 수용공간 내에 수용되는 수용구간으로 분할되며, 상기 케이싱으로부터 상기 타워부가 완전 이탈되는 것이 방지되도록 상기 타워부의 수용구간 상에서 방사방향으로 돌출되어 상기 케이싱으로부터 상기 타워부의 인출 시 상기 삽입구에 안착되는 이탈방지부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 타워부를 인출된 상태로 상기 케이싱에 고정시키는 고정부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 타워부의 높이를 축소한 상태로 인양함으로써 전도 가능성을 축소할 수 있는 연장 가능한 타워부를 구비하는 해상풍력용 구조물이 제공된다.
또한, 해상 인양시에 부력부를 선택적으로 장착함으로써 인양 하중을 경감할 수 있다,
또한, 타워부에 이탈방지부를 마련하여, 케이싱으로부터 타워부가 완전하게 이탈되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 종래의 해상풍력용 타워 구조물의 일례를 도시한 것이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 연장 가능한 타워부를 구비하는 해상풍력용 구조물의 개략적인 사시도이고,
도 3은 도 2의 연장 가능한 타워부를 구비하는 해상풍력용 구조물의 개략적인 단면도이고,
도 4는 도 2의 연장 가능한 타워부를 구비하는 해상풍력용 구조물이 해상에서 인양되는 동작을 개략적으로 도시한 것이고,
도 5는 도 2의 연장 가능한 타워부를 구비하는 해상풍력용 구조물로부터 부력부가 제거되는 동작을 개략적으로 도시한 것이고,
도 6은 도 2의 연장 가능한 타워부를 구비하는 해상풍력용 구조물의 타워부가 상측으로 인출되는 동작을 개략적으로 도시한 것이고,
도 7은 도 2의 타워부를 구비하는 해상풍력용 구조물의 타워부가 최종적으로 인출된 장면을 개략적으로 도시한 것이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 연장 가능한 타워부를 구비하는 해상풍력용 구조물에 대하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 연장 가능한 타워부를 구비하는 해상풍력용 구조물의 개략적인 사시도이고, 도 3은 도 2의 연장 가능한 타워부를 구비하는 해상풍력용 구조물의 개략적인 단면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 연장 가능한 타워부를 구비하는 해상풍력용 구조물은 해상에서 인양시에 전도의 위험성을 최소화하여 시공안정성의 확보가 가능한 것으로서, 케이싱(110)과 타워부(120)와 블레이드(130)와 인출유도부(140)와 부력부(150)와 연결로프(160)와 지지부(170)와 이탈방지부(180)와 고정부(190)를 포함한다.
상기 케이싱(110)은 후술하는 타워부(120)를 지지하기 위한 부유 구조물로서, 베이스(111)와 테두리부(112)와 삽입구(113)를 포함한다.
상기 베이스(111)는 케이싱(110)의 최하측에 마련되는 것으로서, 하면은 평평한 판형상을 가지고, 하면의 가장자리로부터 상측으로 연장됨으로써 내부로 함몰되는 수용공간을 형성한다.
상기 테두리부(112)는 상술한 베이스(111)의 최외곽 모서리로부터 상측으로 연장되되, 너비가 상측으로 갈수록 점점 감소하는 형태를 갖는다.
상기 삽입구(113)는 테두리부(112)의 단부로부터 일정한 폭을 가지고 상측으로 연장되는 파이프 형태의 구조물이다.
한편, 설명은 별개로 하였으나, 베이스(111)와 테두리부(112)와 삽입구(113)로 구성되는 케이싱(110)은 일체로 제작될 수도 있으며, 제작 공정 상의 편의를 도모하기 위하여 각각이 별도로 제작되어 결합될 수도 있다.
따라서, 상술한 바에 의하면, 케이싱(110)은 상단에 삽입구가 형성되되, 내부에는 소정의 수용공간이 형성되어 삽입구(111)와 연결된다.
또한, 케이싱(110)은 주위의 물을 유입하여 침하시키거나, 내부에 수용되어 있던 물을 외부로 배출시킬 수 있는 밸러스팅(ballasting) 구조를 갖는다. 따라서, 이러한 밸러스팅 구조의 케이싱(110) 내에 유입되는 물을 이용하여 인출시 타워부(120)를 상측으로 밀어낼 수 있다.
상기 타워부(120)는 일단부는 케이싱(110) 내부의 수용공간에 삽입된 상태로, 타단부에는 후술하는 블레이드(130)가 설치됨으로써, 회전하는 블레이드(130)를 지지하는 구조물이다.
한편, 타워부(120)는 삽입구(113)에 용이하게 삽입될 수 있도록 삽입구(113)의 내면의 형상에 대응되는 형태로 형성되며, 본 실시예에서 타워부(120)는 케이싱(110)으로의 삽입 및 케이싱으로부터의 인출이 용이하도록 횡단면이 원형의 형상을 갖는다.
또한, 케이싱(110)의 내부에 삽입되는 타워부(120)는 길이방향을 따라서 수용구간(121)과 노출구간(122)을 포함하는 두 개의 가상의 영역으로 분할된다. 즉, 타워부(120)는 케이싱(110) 내에 삽입된 상태에서 소정구간 인입 또는 인출 가능한 구조를 갖는데, 케이싱(110)으로부터 외부로 노출될 수 있는 타워부(120)의 영역을 노출구간(122)이라 정의하고, 케이싱(110) 내에서 삽입, 수용되는 타워부(120)의 영역을 수용구간(121)이라 정의하여 설명한다.
상기 블레이드(130)는 삽입구(113) 내에 삽입되는 쪽의 반대쪽 단부의 타워부(120) 상에 회전가능하게 설치되어, 풍력에 의하여 회전하여 회전력을 발생시키는 부재이다.
상기 인출유도부(140)는 케이싱(110)에 삽입되는 타워부(120) 중 일부가 외부로 인출될 수 있도록 타워부(120)에 소정의 하중을 가하는 부재로서, 후술하는 연결로프(160)에 의하여 타워부(120)의 하단부와 연결된다. 한편, 인출유도부(140)의 무게는 타워부(120)의 하중을 고려하여 결정되는 것이 바람직하다.
상기 부력부(150)는 해상 인양, 운반 시에 본 실시예의 연장 가능한 타워부를 구비하는 해상풍력용 구조물(100)이 해상에 부유할 수 있도록 부가적인 부양력을 제공하는 것으로서, 케이싱(110)의 외면에 설치된다. 한편, 부력부(150)는 해상에서 인양, 운반 시에만 선택적으로 장착되는 것이며, 이에 대해서는 후술한다.
상기 연결로프(160)는 인출유도부(140)의 하중이 타워부(120)에 전달될 수 있도록 인출유도부(140)와 타워부(120)의 하단을 상호 연결하는 것이다. 따라서, 연결로프(160)에 의하면, 인출유도부(140)로부터 발생하는 중력방향의 하중이 타워부(120)에 전달될 수 있다.
상기 지지부(170)는 인출유도부(140)와 타워부(120)를 연결한 상태에서 연결로프(160)가 원활히 이송될 수 있도록 연결로프(160)를 안내, 지지하는 역할을 수행하는 것으로서, 제1풀리(171)와 제2풀리(172)를 포함한다.
상기 제1풀리(171)는 케이싱(110)의 삽입구의 최종단부에 설치되며, 케이싱(110) 내부에 삽입된 타워부(120) 하단에서부터 삽입구(113)를 통하여 외부로 연장되는 연결로프(160)의 경로를 케이싱(110)의 하측으로 안내하는 동시에, 연결로프(160)를 지지하는 역할을 한다.
상기 제2풀리(172)는 케이싱(110)의 테두리부(112)의 하단에 설치되어, 연결로프(160)가 케이싱(110)의 외면으로부터 이격된 상태로 지지될 수 있도록 한다.
한편, 본 실시예에서 지지부(170)는 제1풀리(171)와 제2풀리(172)를 포함하는 것으로 설명하였으나, 이에 제한되지 않고, 연결로프(160)의 연장방향, 및 이송경로를 고려하여 결정하는 것이 바람직하다.
상기 이탈방지부(180)는 케이싱(110)으로부터 인출시 타워부(120)가 완전히 이탈되는 것을 방지하기 위한 구조물로서, 타워부(120)의 외주면으로부터 외측으로 돌출된다.
한편, 이탈방지부(180)는 타워부(120)의 수용구간 상에 형성되어, 타워부(120)의 인출 시에 케이싱(110)의 삽입구(113)의 하단에 안착된다. 즉, 이탈방지부(180)는 수용구간으로부터 외측으로 돌출됨으로써 타워부(120)의 노출구간이 케이싱(110)의 외부로 노출될 수 있다.
상기 고정부(190)는 케이싱(110)으로부터 인출되는 타워부(120)를 케이싱(110)에 고정하기 위한 체결용 부재이다. 본 실시예에서 고정부(190)는 나사의 형태로 마련되어 케이싱(110)의 삽입구(111)와 타워부(120)의 수용구간(121)을 체결하나, 형태 및 결합구조가 상술한 내용에 제한되는 것은 아니다.
지금부터는 상술한 연장 가능한 타워부를 구비하는 해상풍력용 구조물(100)의 일실시예의 시공공정에 대하여 설명한다.
도 4는 도 2의 연장 가능한 타워부를 구비하는 해상풍력용 구조물이 해상에서 인양되는 동작을 개략적으로 도시한 것이다
먼저, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 연장 가능한 타워부를 구비하는 해상풍력용 구조물(100)을 지상으로부터 해상의 시공위치까지 인양한다. 인양은 종래의 일반적인 인양선박을 이용하는 것이 바람직하다.
이때, 연장 가능한 타워부를 구비하는 해상풍력용 구조물(100)은 타워부(120)의 단부가 케이싱(110) 내에 삽입된 상태, 즉, 타워부(120)의 노출구간 중 케이싱(110)의 수용공간 내에 삽입된 상태로 인양된다. 또한, 인양 시 케이싱(110)의 외면에는 부력부(150)가 설치되어, 본 실시예의 연장 가능한 타워부를 구비하는 해상풍력용 구조물(100) 인양시의 하중이 경감되도록 한다.
따라서, 상술한 연장 가능한 타워부를 구비하는 해상풍력용 구조물(100)은 외부로 노출되는 타워부(120)의 길이가 상대적으로 축소되어 인양시에 연장 가능한 타워부를 구비하는 해상풍력용 구조물(100)이 측방향으로 전도(顚倒)될 가능성이 감소되고 안정적인 인양이 가능하다. 또한, 부력부(150)의 설치로 인하여 연장 가능한 타워부를 구비하는 해상풍력용 구조물(100)의 인양 하중이 감소됨에 따라, 상대적으로 경량의 인양선을 이용하여 저렴하고 용이한 인용이 가능하다.
도 5는 도 2의 연장 가능한 타워부를 구비하는 해상풍력용 구조물로부터 부력부가 제거되는 동작을 개략적으로 도시한 것이다.
본 실시예의 연장 가능한 타워부를 구비하는 해상풍력용 구조물(100)이 해상의 시공하고자 하는 위치에 도달하면, 인양선을 분리한다. 이때, 도 5에 도시된 바와 같이, 케이싱(110)의 외면에 설치되어 있는 부력부(150)를 케이싱(110)으로부터 제거하여 연장 가능한 타워부를 구비하는 해상풍력용 구조물(100)에 가해지는 부력이 감소되도록 한다.
도 6은 도 2의 연장 가능한 타워부를 구비하는 해상풍력용 구조물의 타워부가 상측으로 인출되는 동작을 개략적으로 도시한 것이다.
이와 동시에, 도 6에 도시된 바와 같이, 케이싱(110)의 외면에 고정되어 있던 인출유도부(180)를 케이싱(110)으로부터 분리하면, 인출유도부(140)가 자중(自重)에 의하여 수중으로 가라앉게 되고, 일단이 인출유도부(140)에 연결되는 연결로프(160)는 제1풀리(171)와 제2풀리(172)에 의하여 지지된 상태로 이송된다.
한편, 중력방향으로 가해지는 인출유도부(140)의 하중은 제1풀리(171)에 의하여 방향이 바뀌어 타워부(120)에 중력반대 방향, 즉, 상측으로 가해진다. 가해지는 힘에 의하여 하단이 삽입구(113)에 삽입되어 있던 타워부(120)는 케이싱(110)으로부터 상측으로 인출되어, 케이싱(110) 내부에 수용되어 있던 타워부(120)의 노출구간(122)이 외부로 노출된다.
이와 동시에, 밸러스팅(ballasting) 구조의 케이싱(110) 내부에 물을 유입하여 케이싱(110) 내부의 수위가 상승하면, 증가하는 물은 타워부(120)를 상측으로 밀어낸다. 따라서, 타워부(120)는 인출유도부(140)의 자중 및 케이싱(110)의 내부에 유입되는 물에 의하여 상측으로 인출된다.
도 7은 도 2의 타워부를 구비하는 해상풍력용 구조물의 타워부가 최종적으로 인출된 장면을 개략적으로 도시한 것이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 수용구간(121) 상에 마련되는 이탈방지부(180)가 삽입구(113)의 하단에 안착하게 되면 타워부(120)의 추가적인 인출이 중단되며, 이로 인하여 케이싱(110)으로부터의 타워부(120) 이탈이 방지된다. 이와 동시에, 고정부(190)를 이용하여 단부가 인출된 타워부(120)의 하단영역, 즉, 수용구간(121)을 케이싱(110)의 삽입구(111)에 고정함으로써 본 실시예의 연장 가능한 타워부를 구비하는 해상풍력용 구조물(100)의 시공이 완료된다.
따라서, 본 실시예에 의하면, 연장 가능한 타워부를 구비하는 해상풍력용 구조물(100)이 시공하고자 하는 위치에 도달한 후에 타워부(120)를 풍력발전시 필요한 높이로 연장하므로 전도 가능성을 최소화하여 시공 안정성을 확보할 수 있다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
110 : 케이싱 120 : 타워부
130 : 블레이드 140 : 인출유도부
150 : 부력부 160 : 연결로프
170 : 지지부 180 : 이탈방지부

Claims (8)

  1. 내부에 수용공간을 형성하는 케이싱;
    상기 케이싱의 외부로 돌출되는 길이가 조절되도록 일부가 상기 수용공간의 내부에 인입되거나 상기 수용공간으로부터 인출되는 타워부;
    상기 타워부에 설치되어 회전하여 회전력을 발생시키는 블레이드;
    상기 수용공간으로부터 인출되는 방향으로 상기 타워부에 힘을 가하는 인출유도부; 일단은 상기 수용공간 내에 수용되는 타워부의 단부에 연결되고, 타단은 상기 인출유도부에 연결되는 연결로프;를 포함하되,
    상기 타워부의 인출시 상기 인출유도부는 중력에 의해 하강됨으로써, 상기 타워부에 힘을 가하는 것을 특징으로 하는 연장 가능한 타워부를 구비하는 해상풍력용 구조물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 케이싱의 외부에 선택적으로 설치되어 상기 케이싱을 부유시키는 부력부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연장 가능한 타워부를 구비하는 해상풍력용 구조물.
  3. 삭제
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 타워부의 인출 시에 상기 케이싱의 수용공간에는 물이 유입되며, 유입되는 물은 상기 타워부를 상측으로 밀어내는 것을 특징으로 하는 연장 가능한 타워부를 구비하는 해상풍력용 구조물.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 케이싱의 외면에 회동가능하게 장착되어 상기 연결로프를 지지하는 지지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연장 가능한 타워부를 구비하는 해상풍력용 구조물.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 케이싱은 베이스; 상기 베이스의 모서리로부터 상측으로 연장되되 폭이 점점 좁아지는 테두리부; 상기 테두리부의 단부에 형성되어 상기 타워부가 삽입되는 삽입구;를 포함하며,
    상기 지지부는 상기 삽입구의 종단부에 장착되는 제1풀리; 상기 테두리부의 외면에 설치되는 제2풀리;를 포함하며,
    상기 연결로프는 상기 타워부의 단부, 상기 제1풀리, 상기 제2풀리를 차례로 통과하여 지지되는 것을 특징으로 하는 연장 가능한 타워부를 구비하는 해상풍력용 구조물.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 타워부는 길이방향을 따라 상기 케이싱의 외부로 노출되는 노출구간과 상기 수용공간 내에 수용되는 수용구간으로 분할되며,
    상기 케이싱으로부터 상기 타워부가 완전 이탈되는 것이 방지되도록 상기 타워부의 수용구간 상에서 방사방향으로 돌출되어 상기 케이싱으로부터 상기 타워부의 인출 시 상기 삽입구에 안착되는 이탈방지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연장 가능한 타워부를 구비하는 해상풍력용 구조물.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 타워부를 인출된 상태로 상기 케이싱에 고정시키는 고정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연장 가능한 타워부를 구비하는 해상풍력용 구조물.
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