KR101444282B1 - 풍력 발전기 설치선의 제작 방법 - Google Patents

풍력 발전기 설치선의 제작 방법 Download PDF

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Abstract

풍력 발전기 설치선의 제작 방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기 설치선의 제작 방법은 풍력 발전기 설치선의 레그를 선체에 대하여 승강시키는 잭 케이스를 제작하는 단계, 선체에 레그를 설치하는 단계 및 레그의 랙이 잭 케이스의 피니언 홈에 맞물리도록 선체에 잭 케이스를 설치하는 단계를 포함한다.

Description

풍력 발전기 설치선의 제작 방법{MANUFACTURING METHOD OF WIND TURBINE INSTALLATION VESSEL}
본 발명은 풍력 발전기 설치선의 제작 방법에 관한 것이다.
풍력 발전은 화석 연료를 대체할 수 있는 유망한 대체 에너지원으로, 환경 오염을 유발하지 않는 청정 에너지원이고, 현재 기술에 의한 대체 에너지원 중 가장 경제성이 높은 것으로 알려져 있다.
풍력 발전기의 효율은 풍속이 강하면서 풍향의 변화가 적을수록 높아진다. 해상에서는 바람의 유동을 저하시키는 지형 등에 따른 영향이 적으므로, 해상풍의 평균 풍속이 지상풍의 풍속보다 높고 해상풍의 풍량 또한 지상풍의 풍량보다 풍부하다. 특히, 내륙에서 먼 곳의 해상풍일수록 난류의 특성이 작아지므로 풍력 발전에 더욱 유리하다.
또한, 풍력 발전기를 지상에 설치할 경우에는 소음 및 미관 등의 제약에 의해 풍력 발전기를 설치할 수 있는 장소가 한정되나, 풍력 발전기를 해상에 설치할 경우에는 이러한 제약을 거의 받지 않는다는 점에서도 유리하다.
따라서, 현재 대규모의 해상 풍력 발전 단지가 건설되기도 하며, 이를 위한 연구 및 개발이 활발히 진행되고 있는 추세이다.
한편, 해상에 풍력 발전기를 설치하는 과정에서, 풍력 발전기 설치선(Wind Turbine Installation Vessel, WTIV)이 파도 및 조류 등과 같은 환경 하중의 영향에 의해 일정한 위치를 유지할 수 없을 경우 설치 작업에 많은 어려움이 따르게 된다.
이러한 어려움을 극복하기 위하여 풍력 발전기 설치선의 선체에 상하 방향으로 승강시킬 수 있는 복수의 레그(leg)를 설치하고, 레그를 하강시켜 선체의 하중이 해저면에 의해 지지되도록 하여 선체를 해수면 위로 상승시킨 후 풍력 발전기를 설치하는 방법이 사용되고 있다.
따라서, 풍력 발전기 설치선의 선체에 레그 및 레그를 승강시킬 수 있는 잭(jack) 구조를 설치하여야 하나, 각 구성 부재의 조립 및 설치 작업에 상당한 시간이 소요되어 제작 공정 상 손실이 발생하는 등, 풍력 발전기 설치선 제작 원가가 상승될 수 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2012-0072537호 (2012.07.04.)
본 발명의 실시예는 풍력 발전기 설치선의 제작 시간을 단축할 수 있는 풍력 발전기 설치선의 제작 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 풍력 발전기 설치선의 레그를 선체에 대하여 승강시키는 잭 케이스를 제작하는 단계, 선체에 레그를 설치하는 단계 및 레그의 랙이 잭 케이스의 피니언 홈에 맞물리도록 선체에 잭 케이스를 설치하는 단계를 포함하는 풍력 발전기 설치선의 제작 방법이 제공된다.
여기서, 레그를 설치하는 단계는, 잭 케이스를 제작하는 단계 이전 또는 잭 케이스를 제작하는 단계와 동시에 수행될 수 있다.
잭 케이스를 제작하는 단계는, 잭 케이스에 잭 프레임을 결합하는 단계와, 잭 케이스에 보강재를 설치하는 단계를 포함할 수 있다.
그리고, 선체에 상기 잭 케이스를 설치하는 단계 이전에, 잭 케이스에 설치된 보강재를 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 풍력 발전기 설치선의 레그를 선체에 대하여 승강시키는 잭 케이스를 선체에 설치하는 단계 및 레그의 랙이 잭 케이스의 피니언 홈에 맞물리도록 선체에 레그를 설치하는 단계를 포함하는 풍력 발전기 설치선의 제작 방법이 제공된다.
여기서, 잭 케이스를 선체에 설치하는 단계는, 잭 케이스에 잭 프레임을 결합하는 단계와, 잭 케이스에 보강재를 설치하는 단계를 포함할 수 있다.
그리고, 선체에 레그를 설치하는 단계 이전에, 잭 케이스에 설치된 보강재를 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 풍력 발전기 설치선의 제작 시 레그와 잭 케이스의 결합 작업이 한번에 수행될 수 있으므로, 풍력 발전기 설치선의 제작 시간을 단축할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기 설치선 제작 방법에 의해 선체에 레그 및 잭 케이스가 설치된 상태를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기 설치선 제작 방법을 나타낸 순서도.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기 설치선 제작 방법의 각 단계를 나타낸 도면.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 풍력 발전기 설치선 제작 방법을 나타낸 순서도.
도 8 내지 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 풍력 발전기 설치선 제작 방법의 각 단계를 나타낸 도면.
본 발명의 실시예에 따른 풍력 발전기 설치선 제작 방법을 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
또한, 결합이라 함은, 각 구성 요소 간의 접촉 관계에 있어, 각 구성 요소 간에 물리적으로 직접 접촉되는 경우만을 뜻하는 것이 아니라, 다른 구성이 각 구성 요소 사이에 개재되어, 그 다른 구성에 구성 요소가 각각 접촉되어 있는 경우까지 포괄하는 개념으로 사용하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기 설치선 제작 방법에 의해 선체에 레그 및 잭 케이스가 설치된 상태를 나타낸 도면이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기 설치선 제작 방법을 나타낸 순서도이다. 도 3 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기 설치선 제작 방법의 각 단계를 나타낸 도면이다.
도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기 설치선의 제작 방법은 설계상의 배치에 대응되도록 잭 케이스(200)를 제작하는 단계(S100, 도 3)로부터 시작된다.
여기서, 잭 케이스(200)는 레그(400)와 결합되어 서로 길이방향으로 슬라이딩 되는 것을 통해 레그(400)를 승강시킬 수 있는 부분으로, 레그(400)에 형성되는 랙(410)의 개수에 대응되도록 복수의 부재로 구성될 수 있다.
한편, 설계상의 배치란 선체(100)에 설치된 상태를 가정한 잭 케이스(200) 각 부재의 간격, 레벨 및 각도 등에 따른 배치를 일컫는 것으로서, 잭 케이스(200) 각 부재를 선체(100)와 별도로 설계상의 배치에 맞추어 지면에 거치하는 등의 방법으로 제작할 수 있다.
이 경우, 본 실시예에 따른 풍력 발전기 설치선의 제작 방법은 잭 케이스(200)를 선체(100)가 위치한 장소 이외의 별개 장소에 세팅할 수 있다. 예를 들어, 도크(dock) 내에서 선체(100)에 대한 작업을 진행하는 경우, 잭 케이스(200)는 안벽에 세팅할 수 있다.
다음으로, 잭 케이스(200)에 잭 프레임(300)을 결합한다(S200, 도 4). 여기서, 잭 프레임(300)은 잭 케이스(200)와 함께 레그(400)를 승강시키기 위한 잭 구조를 형성하는 부분으로, 도 3에 도시된 바와 같이 잭 케이스(200)를 구조적으로 보강하고 복수의 부재로 구성된 잭 케이스(200)를 일체화시킬 수 있다.
이 경우, 잭 프레임(300)은 필요에 따라 플레이트, 빔, 브레이스 등의 구조용 부재를 포함할 수 있고, 용접 결합 또는 볼트 결합 또는 용접과 볼트 결합을 병용하여 잭 케이스(200)에 결합될 수 있다.
여기서, S200 단계는 잭 케이스(200)의 유동을 최소화하도록 잭 케이스(200)에 보강재(500)를 설치하는 단계를 포함할 수 있다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 잭 케이스(200)의 각 부재간에 보강재(500)를 설치하여 잭 케이스(200)의 유동을 최소화한 후, 잭 케이스(200)에 잭 프레임(300)을 결합할 수 있다.
이로 인해, 잭 케이스(200)와 잭 프레임(300)의 결합 시 부재간 오차를 최소화하고 잭 케이스(200)의 전도 등의 안전 사고를 방지할 수 있는 등, 잭 케이스(200)와 잭 프레임(300)의 결합 작업을 보다 용이하게 할 수 있다.
한편, 도 4에서는 보강재(500)가 복수의 프레임으로 형성되는 구성을 도시하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 잭 케이스(200)의 각 부재를 서로 연결하여 지지할 수 있는 일정 강도 이상의 부재를 포함하여 다양하게 변형될 수 있다.
다음으로, 선체(100)에 레그(400)를 설치한다(S300, 도 5). 여기서, 선체(100)는 도 5에 도시된 바와 같이, 종방향의 관통홀이 형성되어, 레그(400)가 길이 방향으로 선체(100)의 관통홀에 삽입될 수 있다.
이 경우, S300 단계에서는 레그(400)의 바닥면인 스퍼드캔(spudcan)으로부터 일정 높이 부분까지의 레그(400)만이 선체(100)에 설치되고, 별도의 공정을 통해 레그(400)의 나머지 부분이 상부로 연장 설치될 수도 있다.
다음으로, 레그(400)의 랙(410)이 잭 케이스(200)의 피니언 홈(210)에 맞물리도록 선체(100)에 잭 케이스(200)를 설치한다(S400, 도 6). 여기서, 랙(410)은 레그(400)의 각 모서리에 형성된 종방향 프레임으로서, 길이 방향을 따라 랙 기어가 형성될 수 있다. 그리고, 피니언 홈(210)은 잭 케이스(200)의 내면에 형성된 종방향 홈으로서, 피니언 기어가 형성될 수 있다.
이에 따라, 레그(400)의 랙(410)이 잭 케이스(200)의 피니언 홈(210)에 맞물리도록 잭 케이스(200)와 레그(400)가 결합되어 서로 길이방향으로 슬라이딩 되는 것을 통해 레그(400)를 승강시킬 수 있다.
이 경우, 잭 케이스(200)는 용접 결합 또는 볼트 결합 또는 용접과 볼트 결합을 병용하여 선체(100)에 결합될 수 있다.
한편, 잭 케이스(200)의 각 부재를 선체(100)에 설치하는 작업, 즉 잭 케이스(200)의 각 부재를 레그(400)에 결합하는 작업이 각각 별도로 수행된다면, 잭 케이스(200)의 부재의 수만큼 인양 작업 등의 설치 작업이 수행되어야 하므로, 상당한 작업 시간이 소요되는 등 비효율적일 수 있다.
따라서, 본 실시예에 따른 풍력 발전기 설치선의 제작 방법은 레그(400)와 잭 케이스(200)의 결합 작업이 한번에 수행될 수 있으므로, 최소한의 인양 작업만이 요구되는 등 풍력 발전기 설치선의 제작 시간을 단축할 수 있다.
여기서, S400 단계는 잭 케이스(200)에 설치된 보강재(500)를 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 즉, 잭 케이스(200)에 설치된 보강재(500)가 레그(400)와 간섭이 일어날 수 있으므로, 보강재(500)를 제거한 후, 선체(100)에 잭 케이스(200)를 설치할 수 있다.
본 실시예에 따른 풍력 발전기 설치선의 제작 방법에서, S300 단계는 S100 단계 이전 또는 S100 단계 중 또는 S200 단계 중에 수행될 수 있다. 즉, 선체(100)에 레그(400)를 설치하는 작업과 잭 케이스(200)에 대한 작업이 별도의 공간에서 병행되거나, 전체 작업 공정을 고려하여 선행 작업을 선택하여 수행될 수 있다.
예를 들어, 도크 내에서 선체(100)에 대한 작업을 진행하고, 잭 케이스(200)는 안벽에 세팅한 경우, 도크에서의 작업만이 가능한 경우라면 S300 단계를 최우선적으로 수행할 수 있다. 또는 각 작업에 소요되는 기간을 고려하여 공정 완료 기일을 서로 맞추기 위해 S300 단계를 S100 단계 중 또는 S200 단계 중에 동시에 수행할 수도 있다.
이와 같이, 본 실시예에 따른 풍력 발전기 설치선의 제작 방법은 필요에 따라 특정 부재를 사전 제작하거나 여러 부재를 동시 제작할 수 있으므로, 풍력 발전기 설치선의 제작 시 보다 효율적인 공정 관리가 가능할 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 풍력 발전기 설치선 제작 방법을 나타낸 순서도이다. 도 8 내지 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 풍력 발전기 설치선 제작 방법의 각 단계를 나타낸 도면이다.
도 7 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 풍력 발전기 설치선 제작 방법은 선체(100)에 잭 케이스(200)를 설치하는 단계(S110, 도 8)로부터 시작된다. 이 경우, 잭 케이스(200)는 용접 결합 또는 볼트 결합 또는 용접과 볼트 결합을 병용하여 선체(100)에 결합될 수 있다.
다음으로, 잭 케이스(200)에 잭 프레임(300)을 결합한다(S210, 도 9). 이 경우, 잭 프레임(300)은 필요에 따라 플레이트, 빔, 브레이스 등의 구조용 부재를 포함할 수 있고, 용접 결합 또는 볼트 결합 또는 용접과 볼트 결합을 병용하여 잭 케이스(200)에 결합될 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에 따른 풍력 발전기 설치선의 제작 방법은 레그(400)가 선체(100)에 설치되기 전에 잭 케이스(200)와 잭 프레임(300)을 결합하므로, 결합 작업 시 레그(400)에 의한 간섭 염려가 없는 등 잭 케이스(200)와 잭 프레임(300)을 결합 작업이 용이할 수 있다.
여기서, S210 단계는 잭 케이스(200)의 유동을 최소화하도록 잭 케이스(200)에 보강재(500)를 설치하는 단계를 포함할 수 있다. 즉, 도 9에 도시된 바와 같이, 잭 케이스(200)의 각 부재간에 보강재(500)를 설치하여 잭 케이스(200)의 유동을 최소화한 후, 잭 케이스(200)에 잭 프레임(300)을 결합할 수 있다.
이로 인해, 잭 케이스(200)와 잭 프레임(300)의 결합 시 부재간 오차를 최소화하고 잭 케이스(200)의 전도 등의 안전 사고를 방지할 수 있는 등, 잭 케이스(200)와 잭 프레임(300)의 결합 작업을 보다 용이하게 할 수 있다.
다음으로, 레그(400)의 랙(410)이 잭 케이스(200)의 피니언 홈(210)에 맞물리도록 선체(100)에 레그(400)를 설치한다(S310, 도 10). 여기서, 선체(100)는 도 10에 도시된 바와 같이, 종방향의 관통홀이 형성되어, 레그(400)가 길이 방향으로 선체(100)의 관통홀에 삽입될 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에 따른 풍력 발전기 설치선의 제작 방법은 레그(400)와 잭 케이스(200)의 결합 작업이 한번에 수행될 수 있으므로, 최소한의 인양 작업만이 요구되는 등 풍력 발전기 설치선의 제작 시간을 단축할 수 있다.
여기서, S310 단계는 잭 케이스(200)에 설치된 보강재(500)를 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 즉, 잭 케이스(200)에 설치된 보강재(500)가 레그(400)와 간섭이 일어날 수 있으므로, 보강재(500)를 제거한 후, 선체(100)에 레그(400)를 설치할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 풍력 발전기 설치선의 제작 방법은 상술한 구성을 제외하고는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기 설치선의 제작 방법과 구성이 동일 또는 유사하므로, 중복되는 구성에 대한 자세한 설명은 생략한다.
이상, 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
100: 선체 200: 잭 케이스
210: 피니언 홈 300: 잭 프레임
400: 레그 410: 랙
500: 보강재

Claims (7)

  1. 풍력 발전기 설치선의 레그를 선체에 대하여 승강시키는 잭 케이스를 제작하는 단계;
    상기 선체에 상기 레그를 설치하는 단계; 및
    상기 레그의 랙이 상기 잭 케이스의 피니언 홈에 맞물리도록 상기 선체에 상기 잭 케이스를 설치하는 단계;를 포함하고,
    상기 잭 케이스를 제작하는 단계는,
    상기 잭 케이스에 잭 프레임을 결합하는 단계와,
    상기 잭 케이스에 보강재를 설치하는 단계를 포함하는 풍력 발전기 설치선의 제작 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 레그를 설치하는 단계는,
    상기 잭 케이스를 제작하는 단계 이전 또는 상기 잭 케이스를 제작하는 단계와 동시에 수행되는 풍력 발전기 설치선의 제작 방법.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 선체에 상기 잭 케이스를 설치하는 단계 이전에,
    상기 잭 케이스에 설치된 상기 보강재를 제거하는 단계를 포함하는 풍력 발전기 설치선의 제작 방법.
  5. 풍력 발전기 설치선의 레그를 선체에 대하여 승강시키는 잭 케이스를 상기 선체에 설치하는 단계; 및
    상기 레그의 랙이 상기 잭 케이스의 피니언 홈에 맞물리도록 상기 선체에 상기 레그를 설치하는 단계;를 포함하고,
    상기 잭 케이스를 상기 선체에 설치하는 단계는,
    상기 잭 케이스에 잭 프레임을 결합하는 단계와,
    상기 잭 케이스에 보강재를 설치하는 단계를 포함하는 풍력 발전기 설치선의 제작 방법.
  6. 삭제
  7. 제5항에 있어서,
    상기 선체에 상기 레그를 설치하는 단계 이전에,
    상기 잭 케이스에 설치된 상기 보강재를 제거하는 단계를 포함하는 풍력 발전기 설치선의 제작 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US4382718A (en) 1980-05-20 1983-05-10 Mitsui Engineering & Shipbuilding Co., Ltd. Vertically movable marine working platform structure having vertically movable groundable support frames
US20050158125A1 (en) 2002-03-22 2005-07-21 Pierre-Armand Thomas Structure for the transport, installation and dismantlement of a bridge of a fixed oil platform and method for implementing said structure
US20120055389A1 (en) * 2010-09-01 2012-03-08 Keppel Offshore & Marine Technology Centre Pte Ltd Installation vessel

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