KR101584560B1 - 풍력발전설비 설치용 부유식 구조물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 레그의 강도 저하를 방지하고, 고용량의 모터 설비를 필요로 하지 않으며, 동작의 신뢰성이 뛰어난 풍력발전설비 설치용 선박에 관한 것이다.
본 발명에 따르면 해상에 풍력발전설비를 설치하는 부유식 구조물에 있어서,상기 풍력발전설비가 설치되는 선체와, 상기 선체에 상하로 이동하도록 설치되는 다수의 레그와, 상기 레그가 해저면에 고정되면 상기 선체가 상기 레그를 따라 상승 또는 하강하도록 하는 승강수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전설비 설치용 부유식 구조물이 제공된다.

Description

풍력발전설비 설치용 부유식 구조물{FLOATING STRUCTURE FOR CONSTRUCTING WIND POWER PLANT}
본 발명은 레그의 강도 저하를 방지하고, 고용량의 모터 설비를 필요로 하지 않으며, 동작의 신뢰성이 뛰어난 풍력발전설비 설치용 선박에 관한 것이다.
일반적으로, 화석연료의 지속적인 비용 증가와 화석연료의 소모로 인한 연소가스에 의해 환경 오염을 초래함으로써 친환경 재생에너지에 대한 관심이 증가하고 있으며, 이러한 재생에너지의 비율을 높이기 위해 많은 노력을 기울이고 있다.
이러한 재생에너지 중에서 풍력에너지를 사용하는 풍력발전기는 포스트(post) 상단에 장착되는 풍력터빈을 풍력에 의해 구동시킴으로써 직접 전기를 생성하거나 풍력터빈의 동력을 발전기에 전달하여 전기를 생산하게 된다.
이와 같은 풍력터빈은 대개 수평축을 가진 터빈으로서 풍력으로부터 충분한 에너지를 획득하기 위하여 비교적 기다란 날개를 필요로 하고, 기류에 방해없이 설치되어야 하기 때문에 비교적 높은 포스트의 상단에 설치되며, 소음의 유발과 외관으로 인해 인구밀집지역이나 풍경이 수려한 원격지에 설치하는 것이 적당하지 않다. 이러한 이유로 최근에는 해상 풍력발전에 대한 관심이 증가되는 추세에 있다.
해상 풍력발전은 고정식과 부유식으로 나눌 수 있는데, 고정식은 수심이 깊지 않은 바다의 해저면에 기초공사를 하고, 그 기초공사 위에 구조물을 설치한 후 날개를 비롯한 발전설비를 설치하는 방식이고, 부유식은 해수면 위에 부유물을 띄우고 그 부유물 위에 발전설비를 설치하는 방식이다.
종래의 풍력발전설비 설치용 부유식 구조물은 레그와 선체의 상대적인 수직 이동을 위하여 유압실린더를 사용하는 방식과 랙-피니언을 사용하는 방식이 있다.
그러나, 종래의 풍력발전설비 설치용 선박은 유압실린더를 사용하는 경우 레그에 홀이 형성됨으로써 레그의 강도를 저하시키고, 잭업(jack-up) 프레임 및 레그의 제작을 위해서 정밀 기계 가공을 필요로 하여 제작이 쉽지 않으며, 선체의 수직방향 운동을 가이드하기 위한 슬라이딩 블록이 잭업 프레임과 일체를 이루면서 레그를 따라 이동하기 때문에 대형의 가이드 프레임이 사용됨으로써 설치에 많은 비용과 시간이 소요되는 문제점을 가지고 있었다.
또한, 종래의 풍력발전설비를 설치하는 부유식 구조물 중에 랙-피니언을 사용하는 경우 랙과 피니언에 하중이 집중됨으로써 동작의 신뢰성을 확보하기 어렵고, 선체의 하중을 극복하기 위한 고용량의 모터 설비를 필요로 함으로써 많은 비용이 소요되는 문제점을 가지고 있었다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 레그의 강도 저하를 방지하고, 레그에 대한 정밀 기계 가공을 필요로 하지 않으며, 가이드를 위한 프레임이나 고용량의 모터 설비를 필요로 하지 않고, 동작의 신뢰성을 확보할 수 있는 풍력발전설비 설치용 부유식 구조물을 제공하고자 하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면 해상에 풍력발전설비를 설치하는 부유식 구조물에 있어서, 상기 풍력발전설비가 설치되는 선체와, 상기 선체에서 상하로 이동하도록 설치되는 다수의 레그와, 상기 레그가 해저면에 고정되면 상기 선체가 상기 레그를 따라 상승 또는 하강하도록 하는 승강수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전설비 설치용 부유식 구조물이 제공된다.
상기 선체에는 상기 레그와의 접촉부위에 상기 레그의 이동을 가이드하기 위한 가이드롤러가 다수로 설치되는 것이 바람직하다.
상기 승강수단은 상기 레그에 설치되는 제 1 도르래와, 상기 선체에 설치되는 제 2 도르래와, 상기 제 1 도르래와 상기 제 2 도르래를 연결하는 로프를 감거나 풀 수 있는 드럼을 포함하는 것이 바람직하다.
여기서 상기 드럼은 상기 선체에 설치되는 것이 바람직하다.
상기 레그는 상기 레그에 설치된 랙 기어와 상기 선체에 설치된 피니언 기어에 의해서 이동하는 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면 해상에 풍력발전설비를 설치하는 부유식 구조물에 있어서, 상기 풍력발전설비가 설치되는 선체와 상기 선체에 설치된 레그를 서로 연결하는 로프를 이용하여 상기 선체가 상기 레그를 따라 수직이동할 수 있도록 하는 승강수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전설비 설치용 부유식 구조물이 제공된다.
본 발명에 따르면, 레그에 홀의 형성이나 정밀 가공을 필요로 하지 않게 됨으로써 레그의 강도 저하를 방지함과 아울러 제작에 따른 비용과 시간을 단축시키며, 레그와 선체의 상대적인 운동을 가이드하기 위한 프레임이나 선체의 자중을 부담하기 위한 고용량의 모터 설비를 필요로 하지 않게 됨으로써 설치에 소요되는 비용과 시간을 줄일 수 있고, 도르래 원리를 적용한 로프 인양 방식에 의해 동작의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 풍력발전설비 설치용 부유식 구조물을 도시한 개념도이다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 또한 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명에 따른 풍력발전설비 설치용 부유식 구조물을 도시한 개념도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 풍력발전설비 설치용 부유식 구조물(100)은 해상에 풍력발전설비를 설치하기 위하여, 선체(110)와, 선체(110)에 설치되는 레그(leg; 120)와, 레그(120)를 따라 선체(110)가 수직이동할 수 있도록 하는 다수의 도르래(132, 133)와, 이러한 도르래(132, 133)에 연결된 로프를 감거나 풀 수 있는 드럼(134)을 포함한다.
선체(110)는 해상에 부유하기 위한 구조를 가지며, 상부에 쓰러스터(thruster), 발전기 등의 풍력발전설비(미도시)가 설치되며, 자체 추진장치를 이용하여 항해하거나, 예인선에 의해 항해할 수 있으며, 해상에 고정을 위하여 다수의 레그(120)가 설치된다.
또한, 선체(110)에는 레그(120)와의 접촉부위에 선체(110)의 수직 이동을 가이드하기 위한 가이드롤러(111)가 레그(120) 주위를 따라서 상하로 배열되도록 다수로 설치될 수 있다.
레그(120)는 선체(110)에 상하로 이동하도록 설치되고, 포스트(post)의 형태를 가질 수 있으며, 선체(110)가 고정되고자 하는 해저 깊이에 따라 적절한 길이를 가지고, 선체(110)를 정수면으로부터 이격되도록 균형되게 고정시키기 위하여 다수로 이루어지며, 일례로 선체(110)의 모서리마다 각각 위치하도록 4개로 이루어질 수 있다.
선체(110)에 설치된 드럼(134)은 모터의 회전력을 이용하여 드럼(134)의 외주면에 로프(131)를 감거나 풀 수 있다. 또한 선체(110)에 설치된 피니언 기어(135)는 레그(120)에 설치된 랙 기어(136)와 맞물려서 레그(120)가 수직운동하는 것을 제어할 수 있다.
드럼(134)은 선체(110)와 레그(120)를 서로 연결하는 로프(131)를 감아서 레그(120)가 선체(110)로부터 하강하도록 할 수 있다. 이때 피니언 기어(135)가 랙 기어(136)와 맞물리게 되므로 레그(120)가 자체 무게에 의해 해저면으로 급격하게 하강하는 것을 방지할 수 있다.
레그(120)가 해저면에 고정되어 하강을 마치면 선체(110)를 정수면으로부터 상승시킬 수 있다. 레그(120)가 고정된 상태에서 선체(110)를 정수면으로부터 상승시키거나 또는 정수면으로부터 상승된 선체를 다시 정수면으로 하강시키기 위해서 본 발명은 다수의 도르래를 사용할 수 있다.
보다 상세하게는, 레그(120)의 상단에는 제 1 도르래(132)가 고정 설치되어 있으며 선체(110)에는 제 2 도르래(133)가 고정 설치되어 있다. 선체(110)와 레그(120)를 연결하기 위해 제 1 도르래(132)와 제 2 도르래(133)에는 로프가 감겨 있으며 이 로프는 최종적으로 드럼(134)에 연결되어 감겨져 있다.
상기 제 1 도르래(132)와 상기 제 2 도르래(133)가 수직으로 배열되고, 상기 제 1 도르래(132)와 상기 제 2 도르래(133)가 한 조로 구성되어 레그(120)의 양쪽으로 각각 한 조씩 배치될 수 있다.
제 1 도르래(132)는 해저면에 고정된 레그(120)의 상단에 설치되어 있기 때문에 고정 도르래의 역할을 할 수 있다. 제 2 도르래(133)는 선체(110)에 설치되어 있으므로 선체(110)가 상승 또는 하강함에 따라 같이 움직이게 되므로 움직 도르래의 역할을 할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 도르래의 원리를 이용하게 되므로 작은 힘으로도 큰 힘을 낼 수 있는 효과를 얻을 수 있다. 따라서 드럼(134)을 회전시켜 로프를 감거나 풀 때 종래보다 적은 힘을 가지는 모터를 사용해도 효율적인 구동이 가능할 수 있다.
선체(110)의 이동이 필요하여 해저면에 고정 설치된 레그(120)를 다시 선체(110)상으로 상승시키고자 할 때에는 선체(110)에 설치된 피니언 기어(135)를 구동시키게 되며 레그(120)가 상승하면서 다수의 도르래에 감긴 로프(131)는 드럼(134)을 통해 풀리게 된다.
이와 같은 본 발명에 따른 풍력발전설비 설치용 선박의 작용을 설명하기로 한다.
선체(110)가 풍력발전설비를 설치하고자 하는 위치에 도달하면, 드럼(134)에 의해 로프(131)를 감음으로써, 레그(120) 각각이 선체(110)로부터 하강하여 해저면에 지지되고, 레그(120)가 하강을 마친 이후에는 선체(110)는 레그(120)로부터 상대적으로 상승하여 정수면으로부터 이격되도록 해상에 고정된다. 따라서, 선체(110)에 설치된 풍력발전설비를 원하는 해상에 설치되도록 하며, 풍력발전설비를 이루는 쓰러스터와 발전기에 의해 풍력에너지를 이용하여 발전을 할 수 있도록 한다.
이와 같이, 레그(120)의 이송을 위하여 레그(120)에 홀 등의 가공을 필요로 하지 않게 됨으로써 레그(120)의 강도 저하를 방지하고, 레그(120)에 대한 정밀 가공을 필요로 하지 않게 됨으로써 제작에 소요되는 시간을 줄일 수 있다.
또한, 선체(110)는 가이드롤러(111)에 의해 수직 이동이 가이드됨으로써 선체(110)와 레그(120)의 상대적인 운동을 가이드하기 위한 별도의 프레임이 필요하지 않다. 도르래(132,133)에 의해 선체(110)를 작은 힘으로도 상승시킬 수 있으므로 고용량의 모터 설비를 필요로 하지 않으며, 이로 인해 설치에 소요되는 시간과 비용을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 설치 동작의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한 본 발명에 의하면, 레그(120)의 일부분에만 랙 기어(136)가 설치되어 기존의 랙-피니언 방식과 비교했을 때 기어의 설치가 대폭 줄어들게 된다.
이상과 같이 본 발명에 따른 풍력발전설비 설치용 부유식 구조물을, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였다. 하지만 본 발명은 이상에서 설명된 실시예와 도면에 의해 한정되지 않으며 특허청구범위 내에서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.
100: 풍력발전설비 설치용 부유식 구조물 110: 선체
111: 가이드롤러 120: 레그
131: 로프 132: 제 1 도르래
133: 제 2 도르래 134: 드럼
135: 피니언 기어 136: 랙 기어

Claims (6)

  1. 해상에 풍력발전설비를 설치하는 부유식 구조물에 있어서,
    상기 풍력발전설비가 설치되는 선체;
    상기 선체에서 상하로 이동하도록 설치되는 다수의 레그; 및
    상기 레그가 해저면에 고정되면 상기 선체가 상기 레그를 따라 상승 또는 하강하도록 하는 승강수단;을 포함하되,
    상기 승강수단은
    상기 레그에 설치되는 제 1 도르래;
    상기 선체에 설치되는 제 2 도르래; 및
    상기 제 1 도르래와 상기 제 2 도르래를 연결하는 로프를 감거나 풀 수 있는 드럼;을 포함하며,
    상기 제 1 도르래와 상기 제 2 도르래가 수직으로 배열되고, 상기 제 1 도르래와 상기 제 2 도르래가 한 조로 구성되어 레그의 양쪽으로 각각 한 조씩 배치되는 것을 특징으로 하는 풍력발전설비 설치용 부유식 구조물.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 선체에는 상기 레그와의 접촉부위에 상기 선체의 이동을 가이드 하기 위한 가이드 롤러가 다수로 설치되는 것을 특징으로 하는 풍력발전설비 설치용 부유식 구조물.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 드럼은 상기 선체에 설치되는 것을 특징으로 하는 풍력발전설비 설치용 부유식 구조물.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 레그는 상기 레그에 설치된 랙 기어와 상기 선체에 설치된 피니언 기어에 의해서 이동하는 것을 특징으로 하는 풍력발전설비 설치용 부유식 구조물.
  6. 삭제
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