KR101623741B1 - 해상 풍력발전 지지구조물 및 그 시공방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 해저면에 진공 흡입에 의하여 삽입 시공되도록 하면이 개구 형성되며 상기 해저면으로부터 경사각도를 가지면서 일정 높이 돌출되게 구비되는 원통 형상의 모노파일 석션부의 상단에 상방으로 연장 형성된 모노파일부; 상기 모노파일부의 상부 외측에 삽입되어 상면이 상기 해상으로 돌출되게 설치되며, 내부에 중공이 형성된 관상의 강재부; 및 상기 모노파일부와 상기 강재부 사이에 구비되어 상기 모노파일부에 상기 강재부가 일체화되도록 하는 고정부;를 포함하여 수십 미터의 높이를 가진 해상 풍력발전 지지구조물을 강재부와 모노파일부로 분리하여 제작함으로써 해상에서 설치하는 기술을 제공하여 지지구조물을 시공하는데 소요되는 비용을 절감하고 시간을 단축시킴과 동시에 지지구조물의 수직도를 조절하고 지반의 지지도를 증가시켜 구조적인 안정성을 높일 수 있게 된다.

Description

해상 풍력발전 지지구조물 및 그 시공방법{SUPPORT STRUCTURE OF OFFSHORE WIND TURBINES AND CONSTRUCTION METHOD THEREOF}
본 발명은 해상 풍력발전 지지구조물에 관한 것으로서, 상세하게는 해저 지반에 신속하게 해상풍력발전기와 같은 대형 수중구조물의 기초부를 설치할 수 있으면서도 구조적 안정성을 효과적으로 확보할 수 있는 해상 풍력발전 지지구조물 및 그 시공방법에 관한 것이다.
일반적으로 해양 구조물은 해상에 다양한 물체를 설치하기 위하여 해양의 지반에 설치되는 구조체이다.
이러한 해양 구조물에는 항상 파도, 조류 및 바람 등에 의한 외력이 작용하게 되고, 이로 인하여 이러한 해상 풍력발전 지지구조물은 외력에 가장 잘 견디며 부식에도 강한 콘크리트 재질로 형성되는 경우가 많다.
해양구조물로서 특히 해상풍력발전 구조물은 크게 터빈(Turbine)과 기초부(Foundation)로 구분되며, 이때, 터빈은 기본적으로 육상용 풍력발전 터빈과 동일한 기술을 적용한다. 이러한 해상풍력발전 구조물의 수명은 20년 정도이며, 육상보다 대용량인 3~5MW 이상의 풍력터빈을 적용하고 있다. 이러한 해상풍력발전 구조물의 각각의 구성요소는 염분으로 인한 부식 피해를 막기 위하여 설계 및 코팅된다.
기초부(Foundation)는 대표적인 4가지 타입으로 나누어 설명할 수 있다.
구체적으로, 콘크리트 케이슨 타입(Concrete caisson type)은 제작 및 설치가 용이하여 초기 해상풍력발전 단지에 사용된 타입으로 비교적 얕은 6~10m의 수심에서 사용가능하며, 자중과 해저지반의 마찰력으로 위치를 유지한다. 이때, 콘크리트 케이슨 타입의 기초 직경은 12~15m다.
모노파일 타입(Mono-pile type)은 현재 가장 많이 쓰이고 있는 해상풍력발전단지 기초 방식으로서, 25~30m의 수심에 설치가 가능하며 해저 면에 대구경의 파일(pile)을 항타(Driving) 또는 드릴링(Drilling)하여 고정하는 방식으로 대단위 단지에 이용하는 경우 경제성이 좋다. 이때, 모노파일 타입의 기초 직경은 3~3.5m이다.
자켓 타입(Jacket type)은 현재 해상풍력 발전단지 보유국에서 많은 관심을 보이고 실증 중에 있는 타입으로 수심 20~80m에 설치가 가능하며 자켓식 구조물로 지지하고 말뚝 또는 파일(pile)로 해저에 고정하는 방식이다. 대수심 해양의 구조물이고 실적이 많아 신뢰도가 높은 편이며 모노파일(Mono-pile) 타입과 마찬가지로 대단위 단지 조성에 이용하는 경우 경제성이 좋다.
부유식 타입(Floating type)은 미래 심해상 풍력발전의 필수 과제라고 할 수 있고, 수심 40~900m에 설치가 가능하도록 많은 풍력회사에서 연구 중이다.
도 1은 종래의 해상 풍력발전 구조물이 해상에 설치된 구조를 도시한 사시도이다.
육지의 풍력발전 구조물은 그 소음으로 인한 문제가 크게 지적되는바, 해상에 풍력발전 구조물을 시공하여 이용하고자 하는 시도가 이루어지고 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 풍력발전 구조물은 전체적으로 콘크리트 재질에 의해 형성되는데, 내부에 발전시설이 설치된 본체(1)와, 그 상부에 설치된 타워(2) 및 그 타워(2)의 단부에 설치된 나셀(Nacelle)에 설치된 브레이드(3)에 의해 구성된다.
해상의 강한 풍력, 파도, 지진 등에 의해 본체(1)가 전도되지 않도록, 본체(1)의 하부에는 원추 형상의 전도방지부(4)가 형성되며, 구조물의 전체적인 슬라이딩을 방지하기 위하여 사석 등에 의해 슬라이딩 방지부(5)가 형성되기도 한다.
그런데, 이러한 종래의 풍력발전 구조물은 많은 강재를 사용함에 따라 비용이 과도하게 소요되고, 그 제조 및 시공에도 과도한 수고와 비용이 소요되며, 구조적 안정성도 우수하지 못하다는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 해상 풍력발전 지지구조물을 시공하는데 소요되는 비용을 절감하고 시간을 단축시킴과 동시에 구조적인 안정성을 높임으로써 해상 풍력발전기를 안정적으로 지지할 수 있도록 하는 해상 풍력발전 지지구조물 및 그 시공방법 제공을 제시하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 과제의 해결을 위하여, 본 발명은 해저면에 진공 흡입에 의하여 삽입 시공되도록 하면이 개구 형성되며 상기 해저면으로부터 경사각도를 가지면서 일정 높이 돌출되게 구비되는 원통 형상의 모노파일 석션부의 상단에 일체로 상방으로 연장 형성된 모노파일부; 상기 모노파일부의 상부 외측에 삽입되어 상면이 해상으로 돌출되게 설치되며, 내부에 중공이 형성된 관상의 강재부; 및 상기 모노파일부와 상기 강재부 사이에 구비되어 상기 모노파일부에 상기 강재부가 일체화되도록 하는 고정부;를 포함하는 해상 풍력발전 지지구조물을 제공한다.
바람직하게는, 상기 고정부는 상기 모노파일부의 외면과 상기 강재부의 내면에 돌출 형성된 복수의 전단키와, 상기 모노파일부의 외면과 상기 강재부의 내면 사이에 타설되는 콘크리트를 포함한다.
또한 바람직하게는, 상기 전단키는 상기 모노파일부 및 상기 강재부의 둘레 방향과 높이 방향을 따라 일정 간격 이격되어 복수로 구비되도록 하게 된다.
또한 바람직하게는, 상기 모노파일 석션부는 하광상협(하부는 넓고 상부는 좁게 형성)의 원통형 부재로서 모노파일 석션부 상단이 모노파일부와 일체로 형성되도록 하되, 상기 경사각도는 90도보다 작게 형성되도록 하게 된다.
또한 바람직하게는, 상기 보강리브의 상단에 원형 링 플랜지가 모노파일부의 둘레 방향을 따라 링 형상으로 연장되고 링 플랜지 외측에는 수직으로 돌출된 가이드 부재가 배치되도록 하게 된다.
또한 바람직하게는, 상기 모노파일 석션부 상단은 강재커버로 구비되어 상기 모노파일부와 볼팅 결합되며, 강재부 설치 이후 제거되어 토사가 모노파일 석션부 내부에 충진되도록 하게 된다.
또한 바람직하게는, 상기 강재커버를 제거하고 토사다짐기로 모노파일 석션부 내부 토사를 다짐하고 토사다짐기를 제거한 후, 모노파일부 내부의 일정 높이까지 충진되는 토사를 더 포함시키게 된다.
또한 바람직하게는, 상기 강재부는 모노파일부의 상부 외면에 삽입되어 모노파일부의 링 플랜지 상면에 안착되고, 강재부의 내면에는 링 플랜지 안착 시에 모노파일부의 상면에 저면이 걸림되는 복수의 걸림부재가 강재부의 내면 둘레 방향을 따라 방사상으로 배치되어 강재부와 모노파일부 사이에 타설된 콘크리트의 수직 전단 파괴를 방지 할 수 있도록 하게 된다.
또한 바람직하게는, 상기 걸림부재는 강재부의 하단 내측에 용접접합되어 상기 강재부와 일체로 형성되도록 하게 된다.
또한 바람직하게는, 상기 위치확인수단은 상기 모노파일부의 내측 측면에 돌출되게 구비된 패드아이와, 상기 패드아이에 연결되어 해상으로 연장 형성되며 상기 모노파일부의 상면과 수직으로 배치되는 수직케이블과, 상기 수직케이블에 구비되어 상기 수직케이블이 상기 모노파일부의 상면에 대하여 수직을 이루도록 하는 부유체를 포함하게 된다.
나아가 본 발명은 해상 풍력발전 지지구조물을 해저면에 설치하는 해상 풍력발전 지지구조물 시공방법으로서,
모노파일부가 일체로 형성된 모노파일 석션부를 해저면에 안착시킨 후 모노파일 석션부의 내부를 진공상태가 되도록 하여 모노파일 석션부가 해저면에 삽입되어 모노파일부가 해저면으로부터 일정 높이로 돌출되어 고정되도록 삽입하는 제1단계와; 상기 모노파일부 상단에 강재부가 상기 해저면으로부터 일정 높이 돌출된 수직도를 유지하면서 배치되도록 하는 제2단계와; 상기 모노파일부의 외면과 상기 강재부의 내면 사이에 콘크리트를 타설한 후에 양생하여 상기 모노파일부와 상기 강재부가 일체화되도록 하는 제3단계를 포함하는 해상 풍력발전 지지구조물 시공방법을 제공한다.
바람직하게는 상기 제3단계에서, 콘크리트를 타설하기 전에 상기 강재부의 내부에 존재하는 해수를 상기 강재부의 외부로 배출시키는 단계를 포함하도록 하게 된다.
또한 바람직하게는, 상기 제2단계에서, 모노파일 석션부 상단 외면과 모노파일부 하단에는 둘레 방향을 따라 방사상으로 배치되는 보강리브의 상단에 원형 링 플랜지가 모노파일부의 둘레 방향을 따라 링 형상으로 연장되며, 상기 링 플랜지 외측에는 수직으로 돌출된 가이드 부재가 배치되어 강재부를 안착할 때 바닥의 위치를 조절할 수 있도록 하여 수직도를 확보하도록 하게 된다.
본 발명은 수십 미터의 높이를 가진 해상 풍력발전 콘크리트 지지구조물의 제작을 분리하여 제작함으로써 해상에서 설치하는 기술을 제공하여 모노파일 석션부의 지반의 지지력을 높이고 석션부의 깊이를 줄일 수 있으며, 분리 시공으로 인한 소형 중장비를 사용할 수 있어서 지지구조물을 시공하는데 소요되는 비용을 절감하고 시간을 단축시킴과 동시에 지지구조물의 수직도를 조절하여 구조적인 안정성을 높임으로써 해상 풍력발전기를 안정적으로 지지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 해상 풍력발전 구조물이 해상에 설치된 구조를 도시한 사시도이고,
도 2는 본 발명에 따른 해상 풍력발전 지지구조물의 구조를 도시한 사시도이고,
도 3은 본 발명에 따른 해상 풍력발전 지지구조물의 모노파일 석션부가 해저면에 관입된 후 케이블에 의한 부유체가 해수면에 있는 구조를 도시한 종단면도이며,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 해상 풍력발전 지지구조물이 해상풍력 모노파일부에 관입되어 수직도를 확보한 후 지지구조물과 모노파일 지지부와 콘크리트 그라우팅한 구조를 도시한 종단면도이고,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 해상 풍력발전 모노파일 석션 부의 커버를 제거한 후 토사다짐기로 토사를 다짐하는 단계를 도시한 종단면도이며,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 해상 풍력발전 지지구조물 내 토사 다짐이 끝나고 추가로 토사 충진을 도시한 종단면도이고,
도 7은 본 발명에 따른 해상 풍력발전 지지구조물의 시공방법을 순차적으로 기재한 흐름도이며,
도 8은 본 발명에 따른 모노파일부를 해저면에 관입시키는 시공 구조도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
[ 본 발명의 해상 풍력발전 지지구조물 ]
도 2는 본 발명에 따른 해상 풍력발전 지지구조물의 구조를 도시한 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 해상 풍력발전 지지구조물의 모노파일 석션부가 해저면에 관입된 후 케이블에 의한 부유체가 해수면에 있어서 해상의 위치확보를 위한 구조를 도시한 종단면도이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 해상 풍력발전 지지구조물이 부유체 표시 아래의 모노파일 지지부에 외측에 관입된 후 걸림턱에 의하여 지지된 후 수직도를 확보하고 콘크리트 그라우팅을 도시한 종단면도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 해상 풍력발전 모노파일 석션부의 커버를 제거한 후 토사다짐기로 토사를 다짐하여 석션 지지부의 구석까지 토사가 지지되어 석션 파일부의 부착력을 증진시키는 단계를 도시한 종단면도이며, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 해상 풍력발전 지지구조물의 내부에 추가적으로 토사를 충진하는 단계를도시한 종단면도이다.
이들 도면에 도시한 바와 같이, 본 발명에 의한 해상 풍력발전 지지구조물은, 해저면에 설치되어 상부가 해상으로 돌출되게 구비되며 돌출된 상면에 풍력발전기가 안착되도록 하는 해상 풍력발전 지지구조물로서, 상기 해저면에 진공 흡입에 의하여 삽입 시공되도록 하면이 개구 형성되는 모노파일 석션부 (100)와 상기 해저면으로부터 일정 높이 돌출되게 구비되는 원통 형상의 모노파일부(130)와, 상기 해저면으로부터 일정 높이 돌출된 상기 모노파일부(130)의 외면에 삽입되어 그 상면이 상기 해상으로 돌출되게 설치되며, 내부에 중공(210)이 형성된 관상의 강재부(200)와, 상기 모노파일부(130)와 상기 강재부(200)의 사이에 구비되어 상기 모노파일부(130)에 상기 강재부(200)가 고정되도록 하는 고정부(300)를 포함하여 구성되어 있다.
모노파일 석션부(100)는 내부에 형성되는 진공을 이용하여 해저면에 삽입됨으로써 그 상측에 구비되는 강재부(200)를 안정적으로 지지하는 역할을 하는 부재로서, 내부에는 공간이 구비되며, 모노파일 석션부(100)의 직경이 모노파일부(130)의 직경보다 크게 확장되어 모노파일 석션부(100)의 깊이를 줄이고 모노파일 석션부(100) 상단(150)의 지지력을 확보하기 위하여 일정하게 경사각도(160, 해저면 기준)를 가지도록 모노파일부(130)의 하단으로부터 확장되어 하방 경사지게 형성시키게 된다.
즉, 상기 모노파일 석션부(100)는 하광상협(하부는 넓고 상부는 좁게 형성)의 원통형 부재로서 상단 하방 경사진 부위를 특히 모노파일 석션 상단(150)이라 한다.
이에 모노파일 석션부(100) 내부에 토사가 구석까지 충진되어 모노파일 석션부 상단(150)의 토사와의 부착력을 추가적으로 확보될 수 있다. 이러한 모노파일 석션부(100) 하면은 개구 형성된 원통 형상으로 형성되어 있다.
그리고 서로 일체로 형성되는 모노파일부(130)와 모노파일 석션부(100)는 각각 직경이 달라서 서로 연결되는 부위의 모노파일 석션부 상단(150)은 중간 연결부재의 역할을 하며 모노파일 석션부 상단(150) 외면과 모노파일부(130) 하단에는 둘레 방향을 따라 방사상으로 배치되는 복수의 보강리브(140)가 설치되며 보강리브에는 구멍을 형성시켜 파도가 통과할 수 있게 하여 파력을 저감하고 강재의 중량을 줄일 수 있어서 효과적이다.
상기 보강리브(140)의 상단에 원형 링 플랜지(120)가 모노파일부(130)의 둘레 방향을 따라 링 형상으로 연장되어 강재부(200)가 모노파일부(130) 외측에 안착할 수 있는 공간을 확보하고, 상기 링 플랜지(120) 외측에는 수직으로 돌출된 가이드 부재(125)가 배치되어 강재부(200)를 안착할 때 바닥의 위치를 조절할 수 있어서 효과적이다.
이러한 모노파일 석션부(100)의 상면에 있어 모노파일 석션부 상단은 강재커버(110)로 구비되어 모노파일부(130)의 하단과 볼팅 결합되며, 그 내부의 공간에 진공을 형성시에 정확하게 밀폐가 이루어질 수 있도록 강재커버(110)와 접촉면에는 별도의 패킹이 구비되는 것이 바람직하다.
그리고 모노파일 석션부 상단(150) 내부에 진공을 형성함으로써 모노파일부(130)가 해저면으로 삽입 시공되도록 하는 복수의 흡입공(111)이 모노파일 석션부 상단(150)에 관통 형성되어 있다.
이때 모노파일부(130)는 내측의 패드아이와 케이블이 해수면의 부유체와 연결되어 해상크레인으로 해상풍력 지지구조물이 정확하게 해저에 안착되도록 부유체가 결합된 구조를 포함하고 있다.
즉, 모노파일부(130)의 내측 측면에는 모노파일부(130)가 상기 해저면으로 삽입 시공된 위치를 확인할 수 있는 위치확인수단(400)이 구비될 수 있다.
상기 위치확인수단(400)은 모노파일부(130)의 내측면에 예컨대 두 개의 패드아이(410)를 설치하고, 해상으로 연장 형성되며 모노파일부(130)의 상면과 수직으로 배치되는 수직케이블(420)과, 수직케이블(420)에 구비되어 수직케이블(420)이 모노파일부(130)의 상면에 대하여 수직을 이루도록 하는 부유체(430)를 포함할 수 있다.
나아가 강재부(200)는 내부에 중공(210)이 형성된 관상의 부재로서, 모노파일부(130)의 외면에 삽입되어 설치 시에 그 상부 일부가 해상으로 돌출될 수 있을 정도의 길이로 연장 형성되어 있다.
해상풍력 지지구조물의 강재부(200)는 모노파일 부와 분리 시공함으로써 운반 및 설치가 용이하도록 할 수 있는 효과가 있다.
한편, 해상풍력 지지구조물의 고정부(300, 일종의 중간연결부재)는 모노파일부(130)의 외면과 중첩된 위치의 강재부(200)의 내면과 모노파일부(130)의 외면에 돌출 형성된 복수의 전단키(310)와 모노파일부(130)의 외면과 강재부(200)의 내면 사이에 타설되는 콘크리트(320)를 포함하여 구성되어 있다.
전단키(310)는 강재부(200) 내면의 둘레 방향과 높이 방향을 따라 일정 간격 이격되어 복수로 돌출되게 구비되어 있는데, 이러한 전단키(310)의 배치구조 및 개수는 모노파일부(130)와 강재부(200) 사이의 요구되는 결합력에 따라 결정된다.
즉, 조류가 심한 해상에 설치되어 모노파일부(130)와 강재부(200) 사이에 큰 결합력이 요구될 경우에는 전단키(310)가 조밀하게 배치되어야 할 것이며, 조류가 심하지 않은 해상에 설치되어 모노파일부(130)와 강재부(200) 사이에 상대적으로 작은 결합력이 요구될 경우에는 전단키(310)를 성기게 배치함으로써 경제성을 높일 수 있도록 한다.
도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 해상 풍력발전 지지구조물의 강재부(200)는 모노파일부(130)의 상부 외면에 삽입되어 모노파일부(130)의 링 플랜지(120) 상면에 안착되고, 강재부(200)의 내면에는 링 플랜지 안착 시에 모노파일부(130)의 상면에 저면이 걸림되는 복수의 걸림부재(230)가 강재부(200)의 내면 둘레 방향을 따라 방사상으로 배치되어 강재부(200)와 모노파일부(130) 사이에 타설된 콘크리트(320)의 수직 전단 파괴를 방지 할 수 있다.
이때 상기 걸림부재(230)는 강재부(200) 하단 내측면에 용접접합(220)되어 강재부(200)와 일체로 형성되는 것이 바람직하다.
도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 모노파일 석션부(100) 설치후 상면의 강재커버(110)를 제거하여 토사를 충진하면서 전원케이블(510)로 동력이 전달되는 토사다짐기(500)로 모노파일 석션부(100) 내면의 토사를 다짐하여 모노파일 석션부 내부까지 토사가 충진되어 모노파일 석션부 상단(150)의 지지력을 증대시키고, 강재커버(110) 위에 작용하는 토사 무게에 의한 장단기 침하를 방지하여 안전성을 확보할 수 있게 된다.
도 6은 모노파일 석션부 내부까지 충진된 토사에 추가적으로 토사를 충진시켜 해상풍력 지지구조물의 전도를 방지하고 있음을 알 수 있다.
[ 본 발명의 해상 풍력발전 지지구조물 시공방법 ]
도 7은 본 발명에 따른 해상 풍력발전 지지구조물의 시공방법을 순차적으로 기재한 흐름도이고, 도 8은 본 발명에 따른 모노파일부를 해저면에 관입시키는 시공 구조도를 도시한 것이다.
이에 본 발명에 따른 해상 풍력발전 지지구조물을 해저면에 시공하는 방법은 다음과 같다.
우선, 설치하고자 하는 해저면에 모노파일 석션부(100)를 안착시킨 후에 상기 모노파일 석션부(100)의 내부가 진공 상태가 되도록 하여 모노파일 석션부(100)가 상기 해저면으로부터 일정한 높이를 유지하여 돌출되어 고정되도록 삽입한다. 즉 모노파일부가 일체로 형성된 모노파일 석션부를 해저면에 안착시킨 후 모노파일 석션부의 내부를 진공상태가 되도록 하여 모노파일 석션부가 해저면에 삽입되어 모노파일부가 해저면으로부터 일정 높이로 돌출되어 고정되도록 삽입하게 된다.(도 7의 제 1단계).
예컨대, 도 8과 같이 작업선으로부터 모노파일 석션부(100)의 흡입공(111)을 통해 모노파일 석션부 상단(150) 내부를 진공으로 만들어 모노파일 석션부(100)가 해저면에 고정되도록 삽입시키게 된다.
다음으로는 강재부(200)가 상기 해저면으로부터 일정 높이 돌출된 모노파일 석션부(100) 상부의 둘레에 수직도를 유지하면서 배치되도록 하게 된다. 즉 상기 모노파일부 상단에 강재부가 상기 해저면으로부터 일정 높이 돌출된 수직도를 유지하면서 배치되도록 하게 된다.(도 7의 제 2단계).
이러한 수직도는 모노파일부(130)의 보강리브(140)의 상단에 형성된 원형 링 플랜지(120)에 강재부(200) 하단이 안착됨으로서 확보할 수 있게 되며 콘크리트(320)와 전단키(310)에 의하여 모노파일부(130)와 강재부(200)의 안정적인 결합이 가능하도록 하게 된다.
다음으로는 상기 모노파일 석션부(100)의 외면과 강재부(200)의 내면 사이에 콘크리트(320)를 타설하여 양생하게 된다. 이 때, 상기 콘크리트(320)를 타설하기 전에 강재부(200)의 내부에 존재하는 해수를 강재부(200)의 외부로 배출시키는 단계를 더 진행하는 것이 콘크리트를 더욱 신속하게 양생할 수 있는 효과가 있다.
또한 강재부(200)의 내면에 형성된 걸림부재(230)는 강재부(200)에 용접접합(220)되어 강재부(200)와 일체로 형성시키게 된다. 즉 모노파일부의 외면과 상기 강재부의 내면 사이에 콘크리트를 타설한 후에 양생하여 상기 모노파일부와 상기 강재부가 일체화되도록 하게 된다(도 7의 제 3단계).
이에 상기 모노파일 석션부(100)의 상면에 구비된 강재커버를 제거하면서 앞서 살펴본 위치확인수단(400)을 제거하고, 사질토(토사)를 모노파일 석션부(100)의 내부와 강재부(200)의 일정 높이까지 충진하게 된다. 그리고 강재부(200)의 상면에 설치하고자 하는 풍력발전기와 같은 해양구조물(타워(2) 및 그 타워(2)의 단부에 설치된 나셀(Nacelle)에 설치된 브레이드(3))을 설치함으로써 해상 풍력발전 지지구조물의 설치가 완료된다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 모노파일 석션부 110 : 강재커버
111 : 흡입공 120 : 링 플랜지
125: 가이드 부재 130 : 모노파일부
140 : 보강리브
150: 모노파일 석션 상단 160: 경사각도
200 : 강재부 210 : 중공
220 : 용접접합 230 : 걸림부재
300 : 고정부 310 : 전단키
320 : 콘크리트
400: 위치확인수단 410:패드아이
420: 수직케이블 430:부유체
500: 토사다짐기 510: 전원케이블

Claims (13)

  1. 해저면에 진공 흡입에 의하여 삽입 시공되도록 하면이 개구 형성되며 상기 해저면으로부터 경사각도를 가지면서 일정 높이 돌출되게 구비되는 원통 형상의 모노파일 석션부의 상단에 일체로 상방으로 연장 형성된 모노파일부;
    상기 모노파일부의 상부 외측에 삽입되어 상면이 해상으로 돌출되게 설치되며, 내부에 중공이 형성된 관상의 강재부; 및
    상기 모노파일부와 상기 강재부 사이에 구비되어 상기 모노파일부에 상기 강재부가 일체화되도록 하는 고정부;를 포함하며,
    상기 모노파일 석션부는 하광상협(하부는 넓고 상부는 좁게 형성)의 원통형 부재로서 모노파일 석션부 상단이 모노파일부와 일체로 형성되도록 하되, 상기 경사각도는 90도보다 작게 형성되도록 하며,
    상기 모노파일 석션부 상단은 강재커버로 구비되어 상기 모노파일부와 볼팅 결합되며, 강재부 설치 이후 제거되어 토사가 모노파일 석션부 내부에 충진되도록 하는 것을 특징으로 하는 해상 풍력발전 지지구조물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고정부는 상기 모노파일부의 외면과 상기 강재부의 내면에 돌출 형성된 복수의 전단키와, 상기 모노파일부의 외면과 상기 강재부의 내면 사이에 타설되는 콘크리트를 포함하는 것을 특징으로 하는 해상 풍력발전 지지구조물.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전단키는 상기 모노파일부 및 상기 강재부의 둘레 방향과 높이 방향을 따라 일정 간격 이격되어 복수로 구비되도록 하는 것을 특징으로 하는 해상 풍력발전 지지구조물.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 모노파일부의 둘레 방향을 따라 보강리브의 상단에 원형 링 플랜지가 링 형상으로 연장되고, 상기 링 플랜지 외측에는 수직으로 돌출된 가이드 부재가 배치된 것을 특징으로 하는 해상 풍력발전 지지구조물.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 강재커버를 제거하고 토사다짐기로 모노파일 석션부 내부 토사를 다짐하고 토사다짐기를 제거한 후, 모노파일부 내부의 일정 높이까지 충진되는 토사를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해상 풍력발전 지지구조물.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 강재부는 모노파일부의 상부 외면에 삽입되어 모노파일부의 링 플랜지 상면에 안착되고, 강재부의 내면에는 링 플랜지 안착 시에 모노파일부의 상면에 저면이 걸림되는 복수의 걸림부재가 강재부의 내면 둘레 방향을 따라 방사상으로 배치되어 강재부와 모노파일부 사이에 타설된 콘크리트의 수직 전단 파괴를 방지 할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 해상 풍력발전 지지구조물.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 걸림부재는 강재부의 하단 내측에 용접접합되어 상기 강재부와 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 해상 풍력발전 지지구조물.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 모노파일부의 내측 측면에 돌출되게 구비된 패드아이와, 상기 패드아이에 연결되어 해상으로 연장 형성되며 상기 모노파일부의 상면과 수직으로 배치되는 수직케이블과, 상기 수직케이블에 구비되어 상기 수직케이블이 상기 모노파일부의 상면에 대하여 수직을 이루도록 하는 부유체를 포함하는 위치확인수단이 모노파일부 상단에 더 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 해상 풍력발전 지지구조물.
  11. 제1항 내지 제3항, 제5항, 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 해상 풍력발전 지지구조물을 해저면에 설치하는 해상 풍력발전 지지구조물 시공방법으로서,
    모노파일부가 일체로 형성된 모노파일 석션부를 해저면에 안착시킨 후 모노파일 석션부의 내부를 진공상태가 되도록 하여 모노파일 석션부가 해저면에 삽입되어 모노파일부가 해저면으로부터 일정 높이로 돌출되어 고정되도록 삽입하는 제1단계와;
    상기 모노파일부 상단에 강재부가 상기 해저면으로부터 일정 높이 돌출된 수직도를 유지하면서 배치되도록 하는 제2단계와;
    상기 모노파일부의 외면과 상기 강재부의 내면 사이에 콘크리트를 타설한 후에 양생하여 상기 모노파일부와 상기 강재부가 일체화되도록 하는 제3단계를; 포함하는 것을 특징으로 하는 해상 풍력발전 지지구조물 시공방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제3단계에서, 콘크리트를 타설하기 전에 상기 강재부의 내부에 존재하는 해수를 상기 강재부의 외부로 배출시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해상 풍력발전 지지구조물 시공방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제2단계에서, 모노파일 석션부 상단 외면과 모노파일부 하단에는 둘레 방향을 따라 방사상으로 배치되는 보강리브의 상단에 원형 링 플랜지가 모노파일부의 둘레 방향을 따라 링 형상으로 연장되며, 상기 링 플랜지 외측에는 수직으로 돌출된 가이드 부재가 배치되어 강재부를 안착할 때 바닥의 위치를 조절할 수 있도록 하여 수직도를 확보하도록 하는 것을 특징으로 하는 해상 풍력발전 지지구조물 시공방법.
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