KR101510864B1 - 해상 풍력발전기의 설치방법 및 이에 사용되는 플로팅도크 - Google Patents

Abstract

본 발명은 풍력발전기를 해상에 여러 대 설치할 시 이송효율을 향상시키고, 해상에서의 조립이 용이하며, 자재의 운송과 조립이 연속적으로 이루어지도록 한 해상 풍력발전기(1)의 설치방법 및 이에 사용되는 플로팅도크(10)를 제공코자 하는 것으로서, 상기 본 발명은 여러 대의 풍력발전기(1)를 해상에 설치할 시 타워(2)를 한 번에 여러 개 세워서 이송할 수 있으면서 이송 후 대형의 크레인이 설치된 별도의 설치선 없이 이송 시 사용된 플로팅도크(10)를 침설시켜서 플로팅도크(10)에서 바로 해상 풍력발전기(1)를 설치할 수 있도록 통상의 플로팅도크(10)에 수개의 타워(2)를 세워서 선적할 수 있는 고정대(20)가 설치되면서 타워(2)에 나셀(3)과 허브(4) 및 블레이드(5)를 조립하기 위한 대형의 타워식 메인크레인(30)이 설치되도록 한 플로팅도크(10)를 사용하여 육상에서 떨어진 해상에 풍력발전기(1)를 설치토록 함으로써, 이송효율을 높이고, 조립이 용이하게 이루어지며, 연속적인 설치작업이 이루어지도록 하므로 전체 공사비의 절감 및 공사기간의 단축에 의해서 해상 풍력발전기(1)의 설치 및 공사의 효율성을 극대화시킬 수 있는 등 다수의 효과를 기대할 수 있는 것이다.

Description

해상 풍력발전기의 설치방법 및 이에 사용되는 플로팅도크{Offshore wind power generator installation method and floating dock used at this}

본 발명은 해상 풍력발전기의 설치방법 및 이에 사용되는 플로팅도크에 대한 것으로서, 이를 보다 상세히 설명하면 풍력발전기를 해상에 여러 대 설치할 시 이송효율을 향상시키고, 해상에서의 조립이 용이하며, 자재의 운송과 조립이 연속적으로 이루어지도록 한 해상 풍력발전기의 설치방법 및 이에 사용되는 플로팅도크에 관한 것이다.

일반적으로 풍력발전기는 바람의 에너지를 전기에너지로 바꿔주는 장치이며, 바람에 의해서 블레이드(blade)가 설치된 허브(hub)를 회전시키면서 허브에 고정되어 나셀(nacelle)의 내부로 자유 회전되게 설치된 축을 회전시키며, 이때 나셀 내부의 가속 기어박스(speed-increasing gearbox)를 통해서 회전속도를 증속시켜 교류발전기(alternator)를 통해 역학에너지를 전기에너지로 변환 후 송전 및 배전망을 통해서 소비처로 공급하고 있는 실정이다.

이러한 통상의 풍력발전기는 블레이드와 허브 및 나셀을 지면에 세워진 타워(tower)의 최상부에 설치되는바, 육상에서의 설치는 설치위치에 대형의 크레인만 있으면 간단하게 설치할 수 있었으나, 본 발명과 같이 해상에 풍력발전기를 설치하기 위해서는 먼저 설치위치에 해저면에서부터 수면까지 모노파일 등의 중력케이싱(casing)방식이나 강제 구조물 등의 트라이포드(tripod)방식 등의 기초부를 미리 설치한 후 기초부가 있는 설치위치로 타워를 운송바지선(transport barge)에 싣고, 나셀과 허브 및 블레이드를 또 다른 운송바지선에 실어서 각각 예인(曳引)하여 이송하며, 설치위치로 대형 크레인이 설치된 잭 업 바지선(jack up barge)으로 이루어진 설치선을 예인하여 해상에 고정시킨 다음, 설치선의 대형 크레인을 이용하여 기초부에 타워를 고정시킨 후 타워의 상단에 나셀, 허브, 블레이드를 각각 조립하게 되므로 2대의 운송바지선과 1대의 설치선 및 3대의 예인선(tugboat) 등이 필요하여 대여비나 구매비가 급등하게 되어 해상 풍력발전기의 설치비가 앙등하는 요인이 되었으며, 해상 풍력발전기를 여러 대 설치할 시 이송과 설치가 각각 별개로 이루어지고 있으므로 이송시간이 많이 소요되면서 높은 위치인 타워의 상단에서 나셀, 허브 및 블레이드를 각각 조립하므로 해서 조립이 어렵고 시간이 오래 걸리게 되어 설치기간의 장기화로 인하여 인건비 및 장비 대여료 등이 배가되는 등 다수의 문제점을 가지고 있었던 것이다.

종래 해상 풍력발전기의 설치 시 해상에서의 설치 곤란성 등을 해결하기 위해서 근자에 들어서 대한민국 공개특허 2012년 제47740호(2012년 5월 14일자 공개)에 게재된 바와 같이 육상에 타워에 나셀과 허브 및 블레이드가 조립된 완성품을 눕힌 상태에서 종래 잭 업 바지선을 개량한 별도의 작업대선에 하나씩 실어서 기초인 모노파일이 설치된 설치위치까지 이송 후 작업대선을 잭 업 시스템에 의해서 들어 올린 상태에서 완성품을 세운 후 모노파일에 고정 설치하도록 한 기술이 개발되었으며, 이는 해상 풍력발전기가 한두 대일 경우에는 실용성이 있었으나, 설치해야 할 해상 풍력발전기가 여러 대일 경우에는 타워에 나셀과 허브 및 블레이드가 조립된 완성품을 하나씩 운반해서는 이송효율이 현저히 저하되어 실용성이 없었으며, 특히 풍력발전기의 설치위치가 육상에서 멀리 떨어져 있을 경우 이송에 소요되는 시간이 너무 길어져서 이송 및 설치하는데 효율성이 극히 낮았으며, 또한 대한민국 공개특허 2011년 제116804호(2011년 10월 26일자 공개)에 게재된 바와 같이 해상 풍력발전기를 설치하기 위한 전용선박에 타워인 상부구조물을 여러 개 적층하여 운송 후 데릭기중기를 사용하여 상부구조물을 하나씩 세워서 기초인 하부구조물에 고정 설치하는 기술이 개발되어 이송효율은 향상된다고 할 수 있으나, 타워를 여러 개 적층하므로 육상에서 전용선박에 수개의 타워를 적층되게 선적하는데 곤란성 및 오랜 시간이 걸리며, 눕혀서 적층된 타워를 이송 후 설치위치에서 하나하나 일으켜 세우는데도 오랜 시간이 걸리므로 이 역시 해상에 풍력발전기를 설치할 시 실용성이 저하되었으며, 특히 선박의 전방에 눕혀진 상태로 적층된 타워를 세우기 위한 전용 구조의 데릭기중기를 가지는 전용선박을 별도로 제작해야 하므로 전용선박의 건조에 드는 비용과 시간 및 구매비 등의 향상으로 해상 풍력발전기의 설치비가 현저히 높아지게 되는 등 다수의 문제점을 가지고 있었던 것이다.

KR 10-2012-0047740 A 2012. 5. 14. KR 10-2011-0116804 A 2011. 10. 26.

이에 본 발명에서는 상기한 종래 기술의 제반 문제점들을 해결코자 새로운 기술을 창안한 것으로서, 종래 선박의 해상건조(建造) 또는 진수(進水)에 사용되던 플로팅도크에 타워식 대형 크레인을 장착하면서 해상 풍력발전기에 사용되는 타워 여러 개를 한 번에 이송할 수 있도록 클램프 구조를 갖는 타워고정대를 설치하여 종래 운송바지선 1대와 설치선 1대가 각각 하던 일을 본 발명의 플로팅도크 1대로 하도록 함으로써, 운송바지선과 설치선 2대를 구매 및 대여하던 것에 반하여 플로팅도크 1대의 구매 및 대여로 인하여 구매비 및 대여료를 절감시킬 수 있으며, 예인선 2대로 설치위치로 예인하던 것을 1대의 예인선으로 예인하도록 하므로 시공시간의 절감과 예인선의 구매 및 대여비로 절감시킬 수 있으며, 설치위치로 예인 후 바로 타워에 나셀, 허브 및 블레이드의 조립이 이루어진 후 미리 설치된 기초부에 조립이 완성된 풍력발전기를 기립되게 설치할 수 있어서 이송과 설치가 신속하게 이루어지므로 이송효율과 설치능률을 현저히 향상시킬 수 있는 해상 풍력발전기의 설치방법 및 이에 사용되는 플로팅도크를 제공코자 하는 것이다.

상기한 발명의 과제를 해결하기 위한 구체적인 수단으로 본 발명에서는 해상 풍력발전기의 설치방법 및 이에 사용되는 플로팅도크를 제공함에 있어서, 상기 본 발명의 해상 풍력발전기의 설치방법은 철재빔을 이용하여 수개의 타워가 세워진 상태로 내입되도록 일측의 데크(deck)와 벽체에 사각형태의 고정대를 구비한 플로팅도크에 수개의 타워를 세워진 상태로 싣는 타워선적단계와, 플로팅도크에 세워서 선적된 수에 맞도록 통상의 운송바지선에 나셀, 허브, 블레이드를 싣는 조립품선적단계와, 수개의 타워가 선적된 플로팅도크와 조립품이 선적된 운송바지선을 각각 예인선에 연결하여 풍력발전기가 설치될 설치위치로 이송하는 이송단계와, 플로팅도크의 밸러스트 탱크에 해수를 공급하여 해수면에서 10m 이상 침설시키거나 바닥 고르기가 이루어진 해저면까지 침설시킨 후 전후좌우로 앵커를 이용하여 고정하는 침설(沈設)단계와, 플로팅도크에 설치된 대형 크레인을 이용하여 타워의 상단에 나셀과 허브를 조립한 후 허브에 방사상으로 블레이드를 조립하는 조립단계와, 조립이 이루어진 풍력발전기를 플로팅도크의 대형 크레인을 이용하여 미리 설치되어 있던 기초부에 타워의 하단을 결합하여 1대의 풍력발전기를 설치하는 설치완성단계를 거쳐서 해상 풍력발전기를 설치하며, 이후 다음 기초가 설치된 설치위치로 플로팅도크를 이송하는 이송단계와, 침설단계 후 조립단계를 거친 풍력발전기의 타워 하단을 기초에 결합하는 설치완성단계를 연속적으로 거쳐서 플로팅도크의 고정대에 선적된 타워를 모두 풍력발전기로 조립하여 각 기초에 결합하는 설치완성단계를 거쳐서 전체 풍력발전기를 해상에 설치하는 것을 특징으로 한다.

이때 상기 해상 풍력발전기의 설치방법에 이용되는 플로팅도크는 데크의 일측 상면과 일측 벽체에 수개의 타워가 수직으로 수납되게 철재빔으로 트러스 형태를 갖도록 이루어진 고정대와, 고정대의 하단에 고정대로 수납되는 타워의 개수에 따라 각각 고정 설치된 고정링 및 고정링의 사방에서 출몰되어 타워의 하단을 고정시키도록 구성된 지지편으로 이루어진 타워하단고정구 수개와, 고정대의 상부에 고정대로 수납되는 타워의 개수에 따라 각각 마주보게 고정 설치된 수개의 실린더 및 각 실린더에서 출몰되는 피스톤로드의 단부에 고정 설치되어 타워의 상단을 고정시키도록 구성된 호형의 고정편으로 이루어진 타워상단고정구 수개가 구비되며, 고정대가 설치된 데크의 타측 상면에 대형의 타워식 메인크레인이 설치되며, 상기 메인크레인은 데크의 상면에 고정 설치되거나 데크에서 전후로 설치된 레일에 전후 이동되게 결합 설치되는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 플로팅도크는 고정대와 이격되는 데크 전방에 하나의 타워가 수직으로 수납되게 철재빔으로 이루어지며, 하단에 타워하단고정구가 구비되면서 상단에 타워상단고정구가 구비되어 타워의 하단과 상단을 고정시키도록 구성된 조립대가 더 설치될 수 있으며, 필요에 따라서 상기 철재빔으로 이루어진 고정대 및 조립대의 외측면에는 철판으로 이루어진 차단판을 고정 설치하여 플로팅도크의 침설 시 고정대 및 조립대의 내부로 해수가 유입되는 것을 차단토록 구성될 수도 있다.

상술한 과제 해결을 위한 구체적인 수단에 의하면, 본 발명 해상 풍력발전기의 설치방법 및 이에 사용되는 플로팅도크는 종래 선박의 해상건조 및 진수에 사용되는 플로팅도크에 여러 개의 타워를 세워서 수납할 수 있도록 고정대를 설치하면서 타워와 나셀, 허브 및 블레이드를 조립할 시 사용되는 대형의 메인크레인을 설치하여 플로팅도크 하나로 다수의 타워를 한 번에 이송할 수 있으며, 이송 후 침설시켜서 메인크레인에 의해서 바로 조립이 이루어지도록 함으로써, 이송효율의 향상과 함께 풍력발전기의 조립 및 설치가 연속적이면서 신속하게 이루어져서 작업능률도 배가시키면서 공사기간도 단축시킬 수 있는 효과를 가지는 것이며, 이로 인하여 종래 2대의 운송바지선과 별도의 설치선 1대 및 각각 예인하는 예인선 3대가 필요하던 것에 비하여 본 발명에서는 플로팅도크 1대와 이송바지선 1대 및 각각 예인하는 예인선 2대만 있으면 되므로 운송바지선 1대와 당해 예인선 1대를 줄일 수 있어서 구매비 또는 대여비를 현저히 줄여서 해상에 풍력발전기를 설치할 시 공사비를 현저히 절감시킬 수 있는 효과를 갖는 것이다.

또한 본 발명은 플로팅도크로 다수의 타워를 한 번에 설치위치로 이송한 후 침설시켜서 플로팅도크의 데크에 설치된 대형의 메인크레인으로 1단타워와 2단타워를 조립하거나, 나셀, 허브, 블레이드를 타워에 조립하거나, 조립이 이루어진 풍력발전기 자체를 해상의 기초에 바로 설치하는 등의 행위가 이송 후 연속적으로 가능하여 신속성을 가지면서, 타워의 상단에 나셀, 허브, 블레이드가 메인크레인의 운전자의 눈높이 또는 눈높이 바로 아래에서 조립되어서 조립 및 설치가 극히 용이하게 이루어지며, 이와 같이 해상에서의 풍력발전기의 설치가 신속하고 정확하면서 용이하게 이루어짐으로써 해상에서 풍력발전기가 보다 견고하고 능률적으로 설치되는 등 그 기대되는 효과가 다대한 발명인 것이다.

도 1은 본 발명 해상 풍력발전기의 설치방법의 상세한 단계를 보인 공정도
도 2는 본 발명에 이용되는 플로팅도크의 일례를 보인 상세 입체도
도 3은 본 발명에 이용되는 플로팅도크 다른 실례를 보인 입체도
도 4는 본 발명에서 타워선적단계를 보인 예시도
도 5는 본 발명에서 이송단계를 보인 예시도
도 6은 본 발명에서 침설단계를 보인 예시도
도 7은 본 발명에서 조립단계를 보인 예시도
도 8은 본 발명에서 설치완성단계를 보인 예시도

상기 도면들과 더불어 본 발명을 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 바람에 의해서 회전하도록 방사상 블레이드(5)가 수개 설치된 허브(4)에 고정된 축을 가속 기어박스에 의해서 고속으로 회전시켜서 교류전기가 발생되도록 교류발전기를 갖는 나셀(3)을 높이에 따라 1단으로만 이루어지거나 1단타워(2a)와 2단타워(2b)로 분할되게 이루어져서 내부로 교류발전기에서 생성된 전기를 공급하는 케이블이 지나도록 중공체로 형성된 타워(2)로 이루어진 통상의 풍력발전기(1)를 육상에서 일정 거리가 떨어진 해상에 돌출되게 해저면에서부터 고정 설치된 중력케이싱방식 또는 트라이포드방식의 기초부(6)에 이송 및 설치하는 방법과, 상기와 같이 해상에 풍력발전기(1)를 설치하는 방법에 사용되는 플로팅도크(10)에 관한 것이다.

상기 본 발명의 해상 풍력발전기(1)의 설치방법은 도 1의 공정도에서와 같이 높이에 따라서 1단으로 이루어지거나, 1단타워(2a)와 2단타워(2b)로 분할되게 이루어진 수개의 타워(2)를 세워진 상태로 플로팅도크(10)의 일측 데크(11)와 벽체(12)에 고정 설치된 고정대(20)에 수납 후 고정되게 싣는 타워선적단계(S1)와, 플로팅도크(10)의 고정대(20)에 선적된 타워(2)의 수에 맞도록 통상의 운송바지선에 수개의 나셀(3), 허브(4), 블레이드(5) 등의 조립품을 싣는 조립품선적단계(S2)와, 타워선적단계(S1)에 의해서 수개의 타워(2)가 선적된 플로팅도크(10)와 조립품선적단계(S2)에 의해서 타워(2)의 수에 맞춘 수개의 나셀(3), 허브(4), 블레이드(5)가 선적된 운송바지선을 각각 예인선(7)에 연결하여 풍력발전기(1)가 설치될 설치위치로 이송하는 이송단계(S3)와, 플로팅도크(10)의 밸러스트 탱크에 해수를 공급하여 해수면에서 10m 이상 해저면에 이격되게 침설 또는 바닥 고르기가 이루어진 해저면에 침설 후, 전후좌우로 앵커를 이용하여 고정하는 침설단계(S4)와, 플로팅도크(10)에서 고정대(20)의 타측 데크(11)에 설치된 타워식 메인크레인(30)을 이용하여 고정대(20)에 세워진 타워(2)의 상단에 나셀(3)과 허브(4)를 조립한 후 허브(4)에 방사상으로 블레이드(5)를 조립하거나, 고정대(20)에 세워진 1단타워(2a)의 상단에 2단타워(2b)를 조립한 후 2단타워(2b)의 상단에 나셀(3)과 허브(4) 및 블레이드(5)를 조립하거나, 고정대(20)에 세워진 타워(2)를 조립대(40)에 이동시킨 후 타워(2)의 상단에 나셀(3)과 허브(4) 및 블레이드(5)를 조립하거나, 고정대(20)에 세워진 1단타워(2a)를 조립대(40)로 이동시킨 후 1단타워(2a)의 상단에 2단타워(2b)를 조립한 후 2단타워(2b)의 상단에 나셀(3)과 허브(4) 및 블레이드(5)를 조립하는 경우를 갖는 조립단계(S5)와, 조립이 이루어진 풍력발전기(1)를 플로팅도크(10)의 메인크레인(30)을 이용하여 설치위치에 미리 설치되어 있던 기초부(6)에 타워(2)의 하단을 결합하여 풍력발전기(1)를 설치하는 설치완성단계(S6)를 거쳐서 해상 풍력발전기(1)를 설치하며, 설치할 풍력발전기(1)가 다수일 경우 다음 기초부(6)가 설치된 설치위치로 플로팅도크(10)를 이송하는 이송단계(S3)와, 이송된 플로팅도크(10)를 침설시키는 침설단계(S4) 및 타워(2)에 나셀(3)과 허브(4) 및 블레이드(5)를 조립하는 조립단계(S5)를 거쳐서 풍력발전기(1)의 타워(2) 하단을 기초부(6)에 결합하는 설치완성단계(S6)를 반복되게 연속적으로 거쳐서 플로팅도크(10)의 고정대(20)에 선적된 타워(2)를 모두 풍력발전기(1)로 조립하여 각 기초부(6)에 결합해서 다수의 기초부(6)에 각각 풍력발전기(1)가 모두 설치되도록 한 것이다.

상기 본 발명 해상 풍력발전기(1)의 설치방법에 사용되는 플로팅도크(10)는 도 2에 도시된 바와 같이 통상의 플로팅도크(10)에서 사이드월(side wall)인 벽체(12)의 상부에 설치되던 소형 크레인을 제거하고, 데크(11)의 일측 상면과 일측 벽체(12)에 접하도록 고정 설치된 고정대(20)가 구비되면서, 고정대(20)가 고정 설치된 데크(11)의 타측 상면에 설치된 대형의 타워식 메인크레인(30)이 구비된 것이다.

상기 고정대(20)는 수개의 타워(2)가 수직으로 수납되게 철재빔으로 트러스 형태를 갖도록 이루어지되, 고정대(20)의 하단에는 타워(2)의 하단이 내입되게 가운데로 고정링(51)이 고정 설치되어 고정링(51)의 사방에서 출몰되어 타워(2)의 하단을 사방에서 고정시키는 지지편(52)이 구비된 타워하단고정구(50)와, 고정대(20)의 상부에 마주보게 고정 설치된 한 쌍의 실린더(61)가 고정 설치되어 각 실린더(61)에서 출몰되는 피스톤로드(62)의 단부에 고정 설치되어 타워(2)의 상단을 양측에서 고정시키는 호형의 고정편(63)이 구비된 타워상단고정구(60)가 하부와 상부로 한 쌍씩 고정대(20)로 수납되는 타워(2)의 개수에 따라 각각 수개가 구비된다.

그리고 상기 플로팅도크(10)의 데크(11)에 설치된 메인크레인(30)은 데크(11)의 상면 일측에 고정 설치되거나, 데크(11)에서 전후로 설치된 레일(31)에 전후로 이동되게 결합 설치되도록 할 수도 있다.

상기 플로팅도크(10)는 상기 고정대(20)와 이격되는 데크(11)의 전방에 하나의 타워(2)가 수직으로 수납되게 철재빔으로 이루어지며, 하단에 타워하단고정구(50)가 구비되면서 상단에 타워상단고정구(60)가 구비되어 타워(2)의 하단과 상단을 고정시키도록 구성된 조립대(40)가 더 설치될 수도 있다.

또한 도 3에 도시된 바와 같이 필요에 따라서 상기 철재빔으로 이루어진 고정대(20) 및 조립대(40)의 외측면에는 철판으로 이루어진 차단판(70)을 고정 설치하여 플로팅도크(10)의 침설 시 고정대(20) 및 조립대(40)의 내부로 해수가 유입되는 것을 차단하여 타워(2)가 해수에 잠기는 것을 방지할 수도 있는 것이다.

상기와 같이 구성된 본 발명 해상 풍력발전기(1)의 설치방법을 보다 상세히 설명하면, 우선 타워선적단계(S1)는 도 4에 도시된 바와 같이 육상의 선착장에 플로팅도크(10)를 접안시킨 후 타워(2)를 플로팅도크(10)에 설치된 메인크레인(30)을 이용하여 고정대(20)에 세워지게 수납하면서 타워(2)의 하부를 고정대(20) 하부의 고정링(51) 내부로 투입하여 사방의 지지편(52)으로 고정시키며, 타워(2)의 상부를 유압방식의 양측 실린더(61)에서 피스톤로드(62)를 각각 인출시켜서 호형의 고정편(63)으로 고정시켜서 선적하며, 상기와 같이 대형의 구조물인 타워(2)를 세워서 선적함으로 해서 협소한 장소에 대량으로 선적할 수 있어 공간효율을 향상시킬 수 있으며, 이때 사용되는 플로팅도크(10)의 메인크레인(30)은 데크(11)에 고정되거나, 또는 레일(31)을 타고 이동이 가능한 타워식의 대형 크레인으로 이루어지는 것이다.

종래 플로팅도크(10)의 벽체(12) 상부에 설치되던 크레인의 경우 15ton~30ton 정도의 구조를 가진 소형 크레인이어서 본 발명의 해상 풍력발전기(1)를 설치하는데 사용할 수 없었으며, 이에 본 발명에서는 별도의 대형 크레인이 구비된 바지선을 더 구비하지 않고, 상기와 같이 데크(11) 상면 일측에 고정 설치하거나 데크(11)의 전후 길이방향으로 설치된 레일(31)에서 전후로 이동되게 결합 설치하며, 높이 50m 이상의 트러스 형식의 철재 구조체로 구성하여 100ton 이상의 중량물을 작업할 수 있도록 한 것이다.

상기 타워(2)의 선적 시 와이어벨트나 슬링벨트를 사용하여 작업을 하고, 와이어벨트의 경우 바깥면에 천을 감싸 타워(2)의 외부에 손상이 생기지 않도록 하며, 상기 와이어벨트 및 슬링벨트는 메인크레인(30)의 샤클(shackle) 해체 후 타워(2)에 남겨놓고 타워(2)의 조립 및 설치 시 재사용할 수 있도록 한다.

본 발명의 조립품선적단계(S2)는 별도로 도시치는 않았으나, 도 4와 같이 육상의 선착장에 운송바지선을 접안시킨 후 타워(2) 외의 나셀(3)과 허브(4) 및 블레이드(5) 등의 조립품을 플로팅도크(10)의 고정대(20)에 선적된 타워(2)의 수에 맞추어 선적하는 단계로서, 이때 나셀(3)과 허브(4) 및 블레이드(5) 등의 조립품은 육상에 설치된 크레인으로 선적하거나, 별도로 운송바지선에 크레인을 설치하여 조립품을 운송바지선에 선적토록 한다.

상기 타워선적단계(S1)와 조립품선적단계(S2)에서 각각 타워(2)와 조립품이 선적된 플로팅도크(10)와 운송바지선을 해상 풍력발전기(1)가 설치될 기초부(6)가 설치된 설치위치로 예인선(7)에 연결하여 도 5와 같이 예인하는 이송단계(S3)를 거치게 되며, 이송단계(S3)는 필요에 따라서 많은 운송장비를 동원할 수 있는 육상과 달리 해상처럼 작업환경이 열악한 장소의 경우에 거대 구조물인 타워(2) 등을 이송시키는 작업 자체가 용이하지 않으며, 육상과 달리 해상의 경우 강풍과 파고 등의 기상조건에 이송작업을 빈번하기 어려우므로 거대 구조물인 타워(2)를 세워서 이송하게 되면 선적공간을 줄여서 한 번에 다량의 타워(2)를 이송할 수 있으므로 예인선(7)에 의한 예인횟수를 줄이면서 보다 신속하게 이송시켜서 이송효율을 극대화시킬 수 있는 것이다.

상기 이송단계(S3)를 거쳐서 기초부(6)가 설치된 설치위치에 예인된 플로팅도크(10)를 도 6에 도시된 바와 같이 침설시키는 침설단계(S4)를 거치게 되며, 이러한 침설단계(S4)에서 플로팅도크(10)의 밸러스트 탱크 저수량은 경사센서에 들어오는 경사값에 대응하여 플로팅도크(10)의 자세 또는 균형을 안정화시키면서 밸러스트 탱크열 저수량을 계산한 후 저수량의 수치에 맞추어 밸러스트 탱크로 해수를 공급하여 침설시키되, 기상상태가 좋을 경우에는 해수면에서 10m 이상 침설 후 작업이 가능하나, 해상 풍력발전기(1)의 작업특성상 바람과 파도가 많은 곳에 설치되므로 헤저면을 평평하게 고르면서 다자는 작업이 이루어지도록 바닥 고르기가 되어 있는 해저면까지 침설시킨 다음, 전후와 좌우의 사방으로 4개의 앵커 및 와이어를 사용하여 해저면에 고정시켜서 플로팅도크(10)의 움직임을 최소화시킬 수 있도록 하며, 이와 더불어 조립품이 선적된 운송바지선의 경우 잭 업 시스템에 의해서 선체를 해수면에서 상향 이격되게 고정시키도록 한다.

이후 도 6 내지 도 7에 도시된 바와 같이 플로팅도크(10)의 고정대(20)에 수납된 타워(2) 중 하나를 하부와 상부에서 각각 고정하고 있던 타워하단고정구(50)와 타워상단고정구(60)를 해제시킨 후 플로팅도크(10)에 설치된 메인크레인(30)을 이용하여 조립대(40)에 수납한 다음, 조립대(40)의 타워하단고정구(50)와 타워상단고정구(60)에 의해서 고정시키며, 플로팅도크(10)의 메인크레인(30)으로 타워(2)의 상단에 운송바지선에 선적된 나셀(3)을 먼저 조립한 후 나셀(3)의 전방에 허브(4)를 조립하며, 허브(4)의 방사상으로 블레이드(5)를 조립하여 풍력발전기(1) 전체를 조립하는 조립단계(S5)를 거치게 되며, 조립단계(S5)에서 타워(2)에 나셀(3), 허브(4) 및 블레이드(5)가 조립된 전체 풍력발전기(1)를 도 8에 도시된 바와 같이 메인크레인(30)으로 기초부(6)의 상부에 고정되게 결합시켜서 해상 풍력발전기(1)의 설치가 완성되는 설치완성단계(S6)를 거쳐서 이루어지는 것이다.

상기 조립단계(S5)에서 풍력발전기(1)의 용량에 의해서 대형 풍력발전기(1)일 경우 타워(2)가 하부에 위치하면서 보다 굵은 1단타워(2a)와 상부에 위치하면서 보다 얇은 2단타워(2b)로 분할 구성되므로 고정대(20)에 선적 시 1단타워(2a) 1열과 2단타워(2b) 1열로 수납되게 선적하며, 상기 조립단계(S5)에서 조립대(40)에 1단타워(2a)를 먼저 수납하여 고정시킨 후 1단타워(2a)의 상단에 2단타워(2b)를 메인크레인(30)으로 운반하여 조립한 다음, 2단타워(2b)의 상단에 나셀(3)과 허브(4) 및 블레이드(5)를 순차적으로 조립하면 되는 것이며, 상기 타워(2) 또는 1단타워(2a)를 조립대(40)에 반드시 수납시킨 후 조립품이나 2단타워(2b)와 조립품을 조립하지 않고 고정대(20)에서 바로 조립할 수도 있으므로 본 발명의 플로팅도크(10)에서 조립대(40)를 굳이 설치하지 않을 수도 있는 것이다.

상기 조립단계(S5)에서 타워(2)의 상단에 나셀(3), 허브(4) 및 블레이드(5)를 조립하거나, 1단타워(2a)의 상단에 2단타워(2b)를 조립 후 2단타워(2b)의 상단에 나셀(3), 허브(4) 및 블레이드(5)를 조립할 시 플로팅도크(10)에 설치된 타워식 메인크레인(30)에 의해서 조립이 이루어지며, 상기 조립이 메인크레인(30) 운전자의 눈높이와 비슷한 높이 또는 운전자의 눈높이 바로 아래에서 조립이 이루어지게 되어 종래 기초부(6)에 100m 이상의 타워(2) 상단에서 나셀(3)과 허브(4) 및 블레이드(5)를 조립하여 운전자의 눈높이 보다 훨씬 높은 위치에서 조립할 때보다 근거리에서 조립이 이루어지므로 조립작업이 월등하게 쉬워지며, 이로 인하여 보다 신속하게 조립할 수 있게 되는 것이다.

상기와 같이 타워선적단계(S1)와 조립품선적단계(S2) 후 이송단계(S3), 침설단계(S4), 조립단계(S5) 및 설치완성단계(S6)를 거쳐서 하나의 기초부(6)에 하나의 해상 풍력발전기(1)를 설치한 다음, 설치해야 할 해상 풍력발전기(1)가 여러 대일 경우 침설된 플로팅도크(10)의 밸러스트 탱크에서 해수를 배수시켜서 플로팅도크(10)를 부상시킨 후 다음 번 해상 풍력발전기(1)가 설치될 기초부(6)가 있는 설치위치로 플로팅도크(10)를 예인시키는 이송단계(S3)를 다시 거치고, 재차 침설 후 앵커를 사용하여 고정시키는 침설단계(S4) 후 타워(2)의 상부로 나셀(3)과 허브(4) 및 블레이드(5)를 조립하는 조립단계(S5)를 거친 다음, 조립이 이루어진 풍력발전기(1)를 기초부(6)에 설치하는 설치완성단계(S6)를 순환하면서 거치도록 하여 이를 반복되게 연속적으로 행하면 플로팅도크(10)의 고정대(20)에 선적된 타워(2) 및 이의 수에 맞추어 운송바지선에 선적된 나셀(3), 허브(4) 및 블레이드(5)가 모두 조립 후 기초부(6)에 설치된 후에도 설치해야 할 기초부(6)가 남아 있을 시에는 비어 있는 플로팅도크(10)와 운송바지선을 육상의 선착장으로 다시 예인시켜 접안시킨 후 상기 타워선적단계(S1)와 조립품선적단계(S2)를 재차 거쳐서 이송단계(S3), 침설단계(S4), 조립단계(S5) 및 설치완성단계(S6)를 반복하도록 하면 되는 것이다.

이와 같이 본 발명은 종래 선박의 해상건조나 진수에 주로 사용되던 일반적인 플로팅도크(10)에 수개의 타워(2)를 고정되게 선적시킬 수 있도록 고정대(20)를 일측에 설치하고, 조립작업이 플로팅도크(10)에서 바로 이루어질 수 있도록 대형 타워식 메인크레인(30)을 타측에 설치하여 여러 개의 타워(2)를 세워서 선적 후 이송한 후 침설시켜서 메인크레인(30)으로 바로 타워(2)에 나셀(3)과 허브(4) 및 블레이드(5)를 조립할 수 있도록 하므로 대형 크레인이 설치되던 별도의 설치선 없이 이송에 사용되던 플로팅도크(10)에서 조립까지 바로 이루어져서 해상 풍력발전기(1)의 설치공사에 의하면 이송효율의 증대, 공사기간의 단축, 전체 설치 및 시공비의 현저한 절감 등을 얻을 수 있는 것이다.

본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관하여 설명하고 있으나, 본 발명의 기술범주에 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 보호범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

1:(해상)풍력발전기 2:타워 2a:1단타워
2b:2단타워 3:나셀 4:허브
5:블레이드 6:기초부 7:예인선
10:플로팅도크 11:데크 12:벽체
20:고정대 30:메인크레인 31:레일
40:조립대 50:타워하단고정구 51:고정링
52:지지편 60:타워상단고정구 61:실린더
62:피스톤로드 63:고정편 70:차단판
S1:타워선적단계 S2:조립품선적단계 S3:이송단계
S4:침설단계 S5:조립단계 S6:설치완성단계

Claims (7)

1. 높이에 따라서 1단으로 이루어지거나, 1단타워(2a)와 2단타워(2b)로 분할되게 이루어진 수개의 타워(2)를 세워진 상태로 플로팅도크(10)의 일측 데크(11)와 벽체(12)에 고정 설치된 고정대(20)에 수납 후 고정되게 싣는 타워선적단계(S1)와,
   플로팅도크(10)의 고정대(20)에 선적된 타워(2)의 수에 맞도록 운송바지선에 수개의 나셀(3), 허브(4), 블레이드(5)를 싣는 조립품선적단계(S2)와,
   타워선적단계(S1)에 의해서 수개의 타워(2)가 선적된 플로팅도크(10)와 조립품선적단계(S2)에 의해서 타워(2)의 수에 맞춘 수개의 나셀(3), 허브(4), 블레이드(5)가 선적된 운송바지선을 각각 예인선(7)에 연결하여 예인선(7)에 의해서 풍력발전기(1)가 설치될 설치위치로 이송하는 이송단계(S3)와,
   플로팅도크(10)의 밸러스트 탱크에 해수를 공급하여 해수면에서 10m 이상 해저면에 이격되게 침설시키거나, 또는 바닥 고르기가 이루어진 해저면까지 침설시킨 후 앵커를 이용하여 사방으로 고정하는 침설단계(S4)와,
   플로팅도크(10)에서 고정대(20)의 타측 데크(11)에 설치된 타워식 메인크레인(30)을 이용하여 고정대(20)에 세워진 타워(2)의 상단에 나셀(3)과 허브(4)를 조립한 후 허브(4)에 방사상으로 블레이드(5)를 조립하거나, 고정대(20)에 세워진 1단타워(2a)의 상단에 2단타워(2b)를 조립한 후 2단타워(2b)의 상단에 나셀(3)과 허브(4) 및 블레이드(5)를 조립하는 조립단계(S5)와,
   조립이 이루어진 풍력발전기(1)를 플로팅도크(10)의 메인크레인(30)을 이용하여 설치위치에 미리 설치되어 있던 기초부(6)에 타워(2)의 하단을 결합 설치하는 설치완성단계(S6)를 거쳐서 해상에 풍력발전기(1)가 설치되도록 한 것을 특징으로 하는 해상 풍력발전기의 설치방법.
   
2. 청구항 1에 있어서;
   상기 설치완성단계(S6) 이후에 설치할 풍력발전기(1)가 다수일 경우 다음 기초부(6)가 설치된 설치위치로 플로팅도크(10)를 이송하는 이송단계(S3)와, 이송된 플로팅도크(10)를 침설시키는 침설단계(S4)와 타워(2)에 나셀(3)과 허브(4) 및 블레이드(5)를 조립하는 조립단계(S5)를 거친 후 풍력발전기(1)의 타워(2) 하단을 기초부(6)에 결합하는 설치완성단계(S6)를 반복되게 연속적으로 거쳐서 플로팅도크(10)의 고정대(20)에 선적된 타워(2)를 모두 풍력발전기(1)로 조립하여 각 기초부(6)에 결합하여 다수의 기초부(6)에 각각 풍력발전기(1)가 모두 설치되도록 한 것을 특징으로 하는 해상 풍력발전기의 설치방법.
   
3. 청구항 1에 있어서;
   상기 조립단계(S5)에서 고정대(20)에 세워진 타워(2)를 조립대(40)에 이동시킨 후 타워(2)의 상단에 나셀(3)과 허브(4) 및 블레이드(5)를 조립하거나, 고정대(20)에 세워진 1단타워(2a)를 조립대(40)로 이동시킨 후 1단타워(2a)의 상단에 고정대(20)에 세워진 2단타워(2b)를 조립한 후 2단타워(2b)의 상단에 나셀(3)과 허브(4) 및 블레이드(5)를 조립하도록 한 것을 특징으로 하는 해상 풍력발전기의 설치방법.
   
4. 해상 풍력발전기(1)의 설치방법에 사용되는 플로팅도크(10)에 있어서;
   상기 플로팅도크(10)의 데크(11)의 일측 상면과 벽체(12)에 수개의 타워(2)가 수직으로 수납되게 철재빔으로 트러스 형태를 갖도록 이루어진 고정대(20)와,
   고정대(20)의 하단에 수납되는 타워(2)의 개수에 따라 각각 고정 설치된 고정링(51), 및 각 고정링(51)의 사방에서 출몰되어 타워(2)의 하단을 고정시키도록 구성된 지지편(52)으로 이루어진 수개의 타워하단고정구(50)와,
   고정대(20)의 상부에 수납되는 타원의 개수에 따라 각각 마주보게 고정 설치된 수개의 실린더(61), 및 각 실린더(61)에서 출몰되는 피스톤로드(62)의 단부에 고정 설치되어 타워(2)의 상단을 고정시키도록 구성된 호형의 고정편(63)으로 이루어진 수개의 타워상단고정구(60)가 포함된 것을 특징으로 하는 해상 풍력발전기의 설치방법에 사용되는 플로팅도크.
   
5. 청구항 4에 있어서;
   상기 플로팅도크(10)는 고정대(20)가 설치된 데크(11)의 타측 상면에 고정 설치되거나, 또는 데크(11)에서 전후로 설치된 레일(31)에 전후 이동되게 결합 설치되는 타워식 메인크레인(30)이 더 구비된 것을 특징으로 하는 해상 풍력발전기의 설치방법에 사용되는 플로팅도크.
   
6. 청구항 4에 있어서;
   상기 플로팅도크(10)는 고정대(20)와 이격되는 데크(11) 전방에 하나의 타워(2)가 수직으로 수납되게 철재빔으로 이루어지며, 하단에 타워하단고정구(50)가 구비되면서 상단에 타워상단고정구(60)가 구비되어 타워(2)의 하단과 상단을 고정시키도록 구성된 조립대(40)가 더 구비된 것을 특징으로 하는 해상 풍력발전기의 설치방법에 사용되는 플로팅도크.
   
7. 청구항 6에 있어서;
   상기 플로팅도크(10)에서 철재빔으로 이루어진 고정대(20)와 조립대(40)의 외측면에 철판으로 이루어진 차단판(70)이 설치되어 플로팅도크(10)의 침설 시 고정대(20)와 조립대(40)의 내부로 해수가 유입되는 것을 차단토록 구성된 것을 특징으로 하는 해상 풍력발전기의 설치방법에 사용되는 플로팅도크.

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