KR101661092B1 - 해상 풍력발전용 하이브리드 지지구조물 및 그 시공방법 - Google Patents

해상 풍력발전용 하이브리드 지지구조물 및 그 시공방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 해상 풍력발전용 하이브리드 지지구조물에 관한 것으로서, 상부 구조체와 중간 구조체 및 하부 구조체의 직립 연결로 이루어져 자켓형 수직구조체로 구비되는 자켓식 지지부; 상기 자켓식 지지부가 갖는 상부 구조체의 상측에 결합 배치되는 평판형 블록구조체이며, 해상 풍력발전구조물의 상부타워를 고정 설치하기 위한 타워 설치부; 상기 자켓식 지지부를 하측에서 지지하는 확장형 구조체로서, 십자형 연결구조로 이루어진 십자형 지지프레임을 포함시켜 지지력을 강화 및 구조적 안정성을 구비되게 한 확장형 지지부; 상기 확장형 지지부의 하측으로 연결 및 해저 지반에 매립되는 지반고정파일; 을 포함하는 구성으로 하여 해상 풍력발전구조물의 지탱 및 지지를 위한 내구성 및 구조적 안정성을 크게 강화할 수 있고 해상 환경(파도, 조류 등)에 의한 외력의 영향으로부터 쉽게 전도되는 것을 방지할 수 있는 해상 풍력발전용 하이브리드 지지구조물에 관한 것이다.

Description

해상 풍력발전용 하이브리드 지지구조물 및 그 시공방법{HYBRID SUPPORT STRUCTURE FOR MARINE WIND POWER GENERATION AND CONSTRUCTION METHOD THEREOF}
본 발명은 해상(海上)에 풍력발전구조물을 고정 설치 및 안정적으로 지지하여 주기 위한 해상 풍력발전용 지지구조물 및 그 시공방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 자켓식(Jacket type) 구조에 확장형 구조물을 결합한 구성을 통해 풍력발전구조물로부터의 하중 전달에 따른 펀칭 및 피로 파괴를 최소화할 수 있도록 함과 더불어 해상에서의 파도나 조류 등의 외력 저항성 및 전도 저항성을 향상시킬 수 있도록 한 해상 풍력발전용 하이브리드 지지구조물 및 그 시공방법에 관한 것이다.
일반적으로 풍력발전은 바람을 이용하여 전기를 생산하는 것으로서, 자연을 이용하는 신재생 에너지이며, 설치장소에 따라 육상용과 해상용으로 대별할 수 있는데, 최근에는 육상용에 비해 시설규모의 크기가 큰 해상용 풍력발전기 설치가 증대되고 있는 추세이다.
또한, 해상용 풍력발전은 도 1에서 보여주는 예시에서와 같이, 대용량 발전을 위해 육상용 풍력발전에 비해 그 규모가 커지고 있다.
이와 같이, 최근에 설치가 증대되고 있는 해상용 풍력발전은 해상에 설치하게 됨으로 인해 해상은 장애물의 감소로 바람의 난류와 높이나 방향에 따른 풍속변화가 적기 때문에 유사조건의 육상풍력발전에 비해 상대적으로 낮은 피로하중으로 약 1.5～2배의 높은 발전량을 유지할 수 있고, 해상풍력발전의 경우 해안과 15km 내외로 떨어져 설치되기 때문에 풍력터빈의 대형화로 인하여 발생되는 소음과 시각적인 위압감 같은 문제를 해소할 수 있고, 해상에 설치된 풍력발전단지는 뛰어난 경관을 연출할 수 있어 전력생산뿐만 아니라 관광 투어 코스로도 인기를 끌고 있는 점에서 기대가 되고 있다.
또한 육상의 환경구조에 비해 해상의 지지구조물이 더 강고하게 설치되는 것을 요구되는데, 이러한 해상 지지구조물은 비교적 연약 지반인 해저 지반의 침하나 파력, 조류, 바람 등에 의한 영향을 크게 받지 않으면서 상부타워와 블레이드(blade) 및 너셀(Nacelle)을 포함하는 풍력발전 설비 및 구조물(이하, '풍력발전구조물'이라 한다.)을 안정적으로 지지할 수 있는 구성이여야 한다.
즉, 해상에서의 풍력발전은 풍력발전구조물과 이를 해상에서 안정적으로 지지하기 위한 지지구조물을 포함하는 구성으로 이루어진다.
여기에서, 상기 지지구조물은 도 1에서 보여주는 예시에서와 같이, 지금까지 모노파일 타입(20)과 트리포드 타입(30), 부유식 타입(40)을 비롯하여 케이슨 타입 및 자켓식 타입 등이 제안되어 사용되고 있다.
하지만, 종래 사용되고 있는 해상 풍력발전용 지지구조물은 풍력발전구조물로부터 받는 하중과 더불어 파도와 조류 및 바람 등에 의한 외력으로부터 영향을 받게 되는데, 해상에서 풍력발전구조물을 안정적으로 지탱하는데 따른 어려움이 있었다.
부연하여 설명드리면, 종래 지지구조물은 비교적 500 톤(Ton) 이상의 중량감을 갖는 풍력발전구조물로부터 전달되는 하중으로 인해 펀칭 및 피로에 의한 파괴가 발생되고 휨 등의 변형이 발생되는 문제점이 있었고, 파도와 조류 및 바람 등의 외력에 의한 영향으로부터도 자유롭지 못해 전도(顚倒)되는 등의 문제점이 있었다.
이에 따라, 해상 풍력발전구조물을 보다 안정적으로 지탱 및 지지할 수 있는 내구성있는 지지구조물의 개발이 요구되고 있는 실정에 있다.
한편, 종래 선행기술문헌의 국내공개특허 제10-2013-0047950호에서는 풍력발전을 위한 설비를 상부에 탑재하는 상부 지지구조물; 상기 상부 지지구조물의 하부와 연결되고, 자켓구조물 형태를 이루되, 상기 자켓구조물의 외측에는 내부가 비어있는 복수개의 중공형 가이드부재가 위치하는 중간 지지구조물; 및 상기 중공형 가이드부재와 끼워맞춤되는 복수개의 중공형 하부지지부재로 이루어지며, 해저 지면에 고정되는 하부 지지구조물;을 포함하는 구성으로 하여, 해상에 설치되는 풍력 발전기 설치 작업시간을 감소시킬 수 있고 해저 지면에 설치되는 하부 지지구조물과 중간 지지구조물 간의 연결 정확성을 확보할 수 있도록 하며, 해저 지면의 평탄화 작업의 정도에 영향을 덜 받게 해상 풍력발전기의 설치 위치를 잡을 수 있는 해상 풍력발전기의 지지구조물에 관한 기술 구성을 제안 및 개시하고 있다.
하지만, 종래 특허문헌은 이미 상술한 바와 같이, 해상 풍력발전구조물의 하중과 더불어 해상 환경에 의한 외력의 영향으로부터 견딜 수 있는 안정성 및 내구성 측면에서 한계를 갖는 것이라 할 수 있으며, 이하에서 제안하고자 하는 본 발명에서의 해상 풍력발전용 지지구조물과는 구조배치설계에서의 각별한 차이를 갖는다 할 것이다.
KR 10-2011-0047950 A1(2013.05.09. 공개)
본 발명은 상기와 같은 종래기술이 갖는 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로서, 자켓식(고정식) 구조에 확장형 구조를 결합한 구성을 통해 풍력발전구조물로부터의 하중 전달에 따른 펀칭(punching) 및 피로 파괴를 최소화함과 더불어 해상 환경(파도, 조류 등)에 의한 외력의 영향으로부터 견고하게 보존할 수 있는 저항성 및 전도 저항성을 향상시킬 수 있도록 한 해상 풍력발전용 하이브리드 지지구조물 및 그 시공방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 해상 풍력발전구조물의 불량지반에서 편심경사로 인한 지탱 및 지지를 위한 내구성 및 안정성을 강화할 수 있도록 한 해상 풍력발전용 하이브리드 지지구조물 및 그 시공방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.
본 발명은 시공성을 향상으로 공사기간을 단축하고, 구조 물량의 최소화로 제작비를 절감할 수 있도록 한 해상 풍력발전용 하이브리드 지지구조물 및 그 시공방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 해상 풍력발전용 하이브리드 지지구조물은, 상부타워와 블레이드 및 너셀을 포함하는 풍력발전구조물을 해상에 고정 설치하기 위한 해상 풍력발전용 지지구조물에 있어서,
상부 구조체와 중간 구조체 및 하부 구조체의 직립 연결로 이루어져 자켓형 수직구조체로 구비되는 자켓식 지지부; 상기 자켓식 지지부가 갖는 상부 구조체의 상측에 결합 배치되는 평판형 블록구조체이며, 해상 풍력발전구조물의 상부타워를 고정 설치하기 위한 타워 설치부; 상기 자켓식 지지부를 하측에서 지지하는 확장형 구조체로서, 십자형 연결구조로 이루어진 십자형 지지프레임을 포함시켜 지지력을 강화 및 구조적 안정성을 구비되게 한 확장형 지지부; 상기 확장형 지지부의 하측으로 연결 및 해저 지반에 매립되는 지반고정파일; 을 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기에서, 상기 확장형 지지부는, 상기 자켓식 지지부를 하측에서 안정되게 지지하기 위한 메인프레임으로서, 십자형 연결구조로 수평 배치 및 하부 구조체에 대각선 방향으로 배치되어 결합되는 십자형 지지프레임; 상기 십자형 지지프레임의 네방향 각 끝단에서 하측방향으로 수직 배치되어 결합되고, 지반고정파일과의 연결에 사용되는 확장연결파일; 상기 십자형 지지프레임의 네 방향 각 끝단에서 일단이 결합된 상태로 상측방향으로 경사 배치되고 타단이 자켓식 지지부가 갖는 하부 구조체의 상단 측면에 결합되며, 자켓식 지지부에 대한 지지력을 보강할 수 있도록 한 지지력보강파일; 상기 십자형 지지프레임 및 확장연결파일에 결합되어 구비되고, 십자형 지지프레임의 하측에 위치하여 십자형 구조로 배치되며, 지지력 보강 및 구조적 안정성을 위해 트러스형 구조로 구비되는 트러스 구조체; 를 포함하도록 구성할 수 있다.
여기에서, 상기 상부 구조체는, 네 방향에 위치하여 사각 구조를 형성하도록 간격 및 수직 배치되는 네 개의 상부 배치파일; 상기 네 개의 상부 배치파일을 연결하여 사각 구조를 지지 및 유지되게 하는 측면연결부재로서, 트러스형 구조로 구비되는 트러스형 연결대; 를 포함하도록 구성할 수 있다.
여기에서, 상기 중간 구조체는, 네 방향에 위치하여 사각 구조를 형성하도록 간격 및 수직 배치되는 네 개의 중간 배치파일; 상기 네 개의 중간 배치파일을 연결하여 사각 구조를 지지 및 유지되게 하는 하단 측면연결대 및 대각방향 십자연결대; 상기 네 개의 중간 배치파일 중 서로 이웃하는 두 개의 중간 배치파일을 연결 및 지지하도록 대각방향으로 사선 배치되어 결합되며, 지지력 강화 및 구조적 안정성을 위해 서로 마주하는 측면에 있어서는 서로 반대방향으로 사선 배치되게 한 사선연결대; 를 포함하도록 구성할 수 있다.
여기에서, 상기 하부 구조체는, 네 방향에 위치하여 사각 구조를 형성하도록 간격 및 수직 배치되는 네 개의 하부 배치파일; 상기 네 개의 하부 배치파일 중 서로 이웃하는 두 개의 하부 배치파일을 연결 및 지지하도록 대각방향으로 사선 배치되거나 X자형 배치되는 보강연결대; 를 포함하도록 구성할 수 있다.
여기에서, 상기 상부 구조체와 중간 구조체 및 하부 구조체 사이에는 연결부재인 조인트 캔을 이용하여 조립 연결함으로써 펀칭 및 피로 파괴를 최소화하도록 구성할 수 있다.
한편, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 해상 풍력발전용 하이브리드 지지구조물의 시공방법은, 상부타워와 블레이드 및 너셀을 포함하는 풍력발전구조물을 해상에 고정 설치하기 위한 해상 풍력발전용 지지구조물의 시공방법에 있어서,
(A) 상부 구조체와 중간 구조체 및 하부 구조체를 포함하는 자켓식 지지부와, 타워 설치부 및 십자형 지지프레임을 포함하는 확장형 지지부로 이루어진 해상 풍력발전용 지지구조물을 육상에서 일체로 제작하는 단계; (B) (A)단계에서 제작한 해상 풍력발전용 지지구조물을 바지선에 선적하여 설치장소까지 해상 운송하는 단계; (C) 해상크레인을 이용하여 해상 풍력발전용 지지구조물을 해저면으로 옮겨놓는 단계; (D) 해상 풍력발전용 지지구조물의 확장형 지지부와 연결하기 위한 지반고정파일을 항타하여 해저 지반에 매립 및 고정 설치하는 단계; (E) 해저 지반에 매립 고정시킨 지반고정파일에 확장형 지지부를 연결하여 해상 풍력발전용 지지구조물을 해상에 고정 설치하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기에서, 상기 (A)단계에서는 상부 구조체와 중간 구조체 및 하부 구조체를 조인트 캔을 이용하여 연결 조립하여 자켓식 지지부를 구성하고, 자켓식 지지부와 타워 지지부 및 확장형 지지부 간에는 용접 결합하여 일체 제작하며; 상기 (E)단계에서는 콘크리트 그라우팅 작업을 통해 해상 풍력발전용 지지구조물과 지반고정파일을 연결하도록 구성할 수 있다.
본 발명에 의하면, 자켓식(고정식) 구조에 확장형 구조를 상호 결합한 구조배치설계를 제공함으로써 해상 풍력발전구조물의 지탱 및 지지를 위한 내구성 및 구조적 안정성을 크게 강화할 수 있고, 해상 풍력발전구조물로부터의 하중 전달에 따른 펀칭 및 피로 파괴를 최소화할 수 있으면서 해상 환경(파도, 조류 등)에 의한 외력의 영향으로부터 견고하게 보전할 수 있는 내력을 강화할 수 있으며, 하부 확장 구조를 통해 쉽게 전도되는 것을 방지하는 등 전도 저항성을 향상시킬 수 있는 유용한 효과를 달성할 수 있다.
본 발명은 해상 풍력발전구조물의 불량지반에서 편심경사로 인한 하중으로부터 쉽게 휘어지거나 변형되는 것을 방지하는 등의 내력 및 전단응력을 향상시킬 수 있고, 시공성 향상으로 공사기간을 단축하고, 내구성과 안정성을 강화하면서도 구조 물량을 최소화할 수 있는 구조로 제작비용을 절감할 수 있는 유용함을 달성할 수 있다.
도 1은 종래 일반적인 해상 풍력발전용 지지구조물을 나타낸 예시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 해상 풍력발전용 지지구조물을 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 해상 풍력발전용 지지구조물을 도시한 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 해상 풍력발전용 지지구조물의 해상 설치상태를 도시한 개념도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 해상 풍력발전용 지지구조물의 시공방법을 도시한 흐름도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
참고로, 본 발명을 설명하는데 참조하는 도면에 도시된 구성요소의 크기와 선의 두께 등은 이해의 편의상 다소 과장되게 표현되어 있을 수도 있으며, 또한 본 발명의 설명에 사용되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의한 것이므로 사용자와 운용자 의도 및 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 발명에 사용되는 용어들은 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의를 내리는 것이 타당할 것이다.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 의한 해상 풍력발전용 지지구조물 및 그 시공방법을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 해상 풍력발전용 지지구조물은 상부타워와 블레이드 및 너셀을 포함하는 풍력발전구조물(1)을 해상에 고정 설치하기 위한 지지구조물에 관한 것으로서, 자켓식 지지부(100)와 타워 설치부(200), 확장형 지지부(300) 및 지반고정파일(400)을 포함하는 구성으로 이루어진다. 상기의 자켓 타입(Jacket type)은 현재 해상풍력발전단지 보유국에서 많은 관심을 보이고 실증 중에 있는 타입으로 수심 20～80m에 설치가 가능한 것이며 영국의 "The Talisman Beatrice Wind Farm Demonstrator" 프로젝트에서 적용된 이 타입은 자켓식 구조물로 지지하고 말뚝 또는 파일(pile)로 해저에 고정하는 방식이다. 이는 대수심 해양 구조물이고 설치된 실적이 많아 신뢰도가 높은 편이며 모노파일 타입과 마찬가지로 대단위 단지 조성에 이용하는 경우 경제성이 좋은 점에서 채택되고 있다.
상기 자켓식 지지부(100)는 상부 구조체(110)와 중간 구조체(120) 및 하부 구조체(130)의 직립 연결로 이루어져 자켓형(Jacket type) 수직구조체로 구비된다.
이때, 상기 상부 구조체(110)는 타워 설치부(200)와 결합되는 부분으로서, 네 방향에 위치하여 사각 구조를 형성하도록 간격을 유지하고 수직으로 배치되는 네 개의 상부 배치파일(111)과, 상기 네 개의 상부 배치파일(111)을 연결하여 사각 구조를 지지 및 유지되게 하는 측면연결부재로서 트러스형(truss type) 구조로 구비되는 트러스형 연결대(112)로 구성할 수 있다.
또한, 상기 중간 구조체(120)는 네 방향에 위치하여 사각 구조를 형성하도록 간격을 유지하고 수직으로 배치되는 네 개의 중간 배치파일((121)과, 상기 네 개의 중간 배치파일(121)을 연결하여 사각 구조를 지지 및 유지되게 하는 하단 측면연결대(122) 및 대각방향 십자연결대(123)와, 상기 네 개의 중간 배치파일(121) 중 서로 이웃하는 두 개의 중간 배치파일을 연결 및 지지하도록 대각방향으로 사선 배치되어 결합되며 지지력 강화 및 구조적 안정성을 위해 서로 마주하는 측면에 있어서는 서로 반대방향으로 사선 배치되게 한 사선연결대(124)를 구성할 수 있다.
여기서, 상기 사선연결대(124)는 구조 물량을 최소화하면서도 내구성 및 안정성을 강화할 수 있도록 하기 위해 서로 상반된 사선 배치구조를 적용한 것인데, 때로는 사선 배치가 아닌 X자형 배열로도 구성할 수 있다 할 것이다.
나아가, 상기 하부 구조체(130)는 네 방향에 위치하여 사각 구조를 형성하도록 간격 및 수직 배치되는 네 개의 하부 배치파일(131)과, 상기 네 개의 하부 배치파일(131) 중 서로 이웃하는 두 개의 하부 배치파일을 연결 및 지지하도록 대각방향으로 사선 배치되도록 하거나 또는 X자형으로 배치될 수 있는 보강연결대(132)로 구성할 수 있다.
상기 각각의 네 개의 배치파일(111)(121)(131)들은 대각선 방향 배치에 따라 사각 구조를 형성하도록 배열 및 모두를 동일 구조로 형성함으로써 직립 연결이 가능하도록 구비된다.
여기에서, 상부 구조체(110)와 중간 구조체(120) 및 하부 구조체(130) 간에는 연결부재인 조인트 캔(140)을 이용하여 각각이 갖는 배치파일(111)(121)(131)들에 삽입하여 끼우게 함으로써 상호 간의 연결 조립이 가능할 수 있도록 구성할 수 있는데, 상기 조인트 캔(140)을 통해서 결합 용이성과 작업 편의성은 물론 시공성을 향상시킬 수 있으며, 특히 펀칭 및 피로 파괴를 최소화하는데 기여할 수 있다.
이후, 연결 부위에는 용접 작업을 통해 보다 안정된 결합성을 유지할 수 있도록 구성함이 바람직하다.
이와 같이, 상기 상부 구조체(110)와 중간 구조체(120) 및 하부 구조체(130)로 이루어진 자켓식 지지부(100)는 자켓 형식의 구조배치설계 및 보강 지지구조를 제공하는 다수의 연결대를 통해 해상 풍력발전구조물로부터 작용하는 하중에 잘 견딜 수 있는 내구성 및 지지력을 발휘할 수 있고, 해상 풍력발전구조물의 하중 전달로 인한 펀칭 및 피로 파괴를 최소화할 수 있다.
상기 타워 설치부(200)는 해상 풍력발전구조물의 상부타워를 고정 설치하기 위한 부분으로서, 자켓식 지지부(100)가 갖는 상부 구조체(110)의 상측에 위치하여 결합 배치되는 평판형 블록구조체이다.
이때, 상기 타워 설치부(200)에는 해상 풍력발전구조물인 상부타워를 체결하여 고정 배치할 수 있도록 체결홀(미도시)이 형성될 수 있다.
여기서, 상기 타워 설치부(200)는 용접 작업에 의해 상부 구조체(110) 상에 결합되는 것이다.
상기 확장형 지지부(300)는 자켓식 지지부(100)의 하측에 연결되는 부분으로서, 하부 확장형 구조를 제공함으로써 지지구조물의 전체적인 내구성 및 안정성을 강화하기 위한 구성요소이다.
상기 확장형 지지부(300)는 자켓식 지지부(100)를 하측에서 지지하는 확장형 구조체로서, 십자형 연결구조로 이루어진 십자형 지지프레임을 포함하는 구성을 통해 지지력을 강화 및 구조적 안정성을 구비토록 구성된 것이다.
구체적으로, 상기 확장형 지지부(300)는 자켓식 지지부(100)를 하측에서 안정되게 지지하기 위한 메인프레임으로서 십자형 연결구조로 수평 배치 및 하부 구조체(130)에 대각선 방향으로 배치되어 결합되는 십자형 지지프레임(310)과, 상기 십자형 지지프레임(310)의 네방향 각 끝단에서 하측방향으로 수직 배치되어 결합되고 지반고정파일(400)과의 연결에 사용되는 확장연결파일(320)과, 상기 십자형 지지프레임(310)의 네 방향 각 끝단에서 일단이 결합된 상태로 상측방향으로 경사 배치되고 타단이 자켓식 지지부(100)가 갖는 하부 구조체(130)의 상단 측면에 결합되며 자켓식 지지부(100)에 대한 지지력을 보강할 수 있도록 한 지지력보강파일(330), 및 상기 십자형 지지프레임(310) 및 확장연결파일(320)에 결합되어 구비되고 십자형 지지프레임(310)의 하측에 위치하여 십자형 구조로 배치되며 지지력 보강 및 구조적 안정성을 위해 트러스형 구조로 구비되는 트러스 구조체(340)로 구성할 수 있다.
이때, 상기 확장형 지지부(300)는 용접 작업에 의해 자켓식 지지부(100)와 결합된다.
이와 같이, 상기 십자형 지지프레임(310)과 확장연결파일(320), 지지력 보강파일(330), 및 트러스 구조체(340)로 이루어진 확장형 지지부(300)는 십자형 프레임 및 지지구조물의 하부 확장에 의한 구조배치설계를 통해 내구성 및 구조적 안정성을 제공할 수 있고, 특히 지지구조물이 해상 풍력발전구조물의 하중이나 외력(파도나 조류)의 영향으로부터 전도되는 것을 방지할 수 있는 지지력을 구비하여 종래보다 크게 향상시킬 수 있는 것이다.
아울러 십자형 지지프레임(310)은 해상의 환경 및 구조물의 구조하중 등을 고려하여 H빔 또는 원형강관 중 어느 하나로 형성될 수 있음을 밝혀둔다.
상기 지반고정파일(400)은 확장형 지지부(300)의 하측으로 연결 및 해저 지반에 매립되는 것으로서, 본 발명의 지지구조물을 해상에 고정 설치하기 위한 기초가 되는 수직배치파일이다.
또한, 상기 자켓식 지지부(100)와 확장형 지지부(300)가 갖는 각 구성요소는 대부분이 용접 작업에 의해 결합된다.
한편, 도 5는 상술한 구성으로 이루어지는 본 발명의 실시예에 의한 해상 풍력발전용 지지구조물의 시공방법을 도시한 흐름도이다.
도 5를 참조하여 본 발명의 실시예에 의한 해상 풍력발전용 지지구조물의 시공방법에 대해 설명하면, 상부 구조체와 중간 구조체 및 하부 구조체를 포함하는 자켓식 지지부와, 타워 설치부 및 십자형 지지프레임을 포함하는 확장형 지지부로 이루어진 해상 풍력발전용 지지구조물을 구비하고, 육상에서 일체로 제작하는 단계(S110)와;
이때에는 자켓식 지지부를 구비함에 있어 상부 구조체와 중간 구조체 및 하부 구조체를 조인트 캔을 이용하여 연결 조립함이 바람직하고, 자켓식 지지부와 타워 지지부 및 확장형 지지부 간에는 용접 결합을 통해 일체 구조로 제작한다.
여기서, 지반고정파일은 해상 운송의 용이함 및 해저 지반에 매립하기 위한 것으로서, 일체 구성에서 제외된다 할 것이다.
상기 육상에서 일체 구조로 제작된 지반고정파일을 제외한 해상 풍력발전용 지지구조물을 바지선에 선적하여 설치장소까지 해상 운송하는 단계(S120);와
상기 해상 운송이 완료되면, 해상크레인을 이용하여 해상 풍력발전용 지지구조물을 해저면으로 이동하는 단계(S130);와
이때, 해상크레인과는 연결상태가 그대로 유지되게 한다.
상기 해상 풍력발전용 지지구조물에서 제외된 지반고정파일을 항타하여 해저 지반에 매립 및 고정 설치하는 단계(S140);와
상기 해저 지반에 매립하여 고정시킨 지반고정파일에 해상 풍력발전용 지지구조물의 확장형 지지부를 연결함으로써 해저 지반 위에 해상 풍력발전용 지지구조물을 고정 설치 및 해상에 위치되게 하는 단계(S150);로 이루어진다.
여기서, 상기 지반고정파일과 해상 풍력발전용 지지구조물의 확장형 지지부의 연결에는 콘크리트 그라우팅 작업을 수행함으로써 상호 간에 보다 안정된 연결상태를 유지 가능하게 하고 지지구조물과 지반고정파일과의 연결을 보다 강화할 수 있도록 함이 바람직하다.
이후, 해저 지반에 고정 설치된 해상 풍력발전용 지지구조물을 이용함으로써 상부타워와 블레이드 및 너셀을 포함하는 해상 풍력발전구조물을 해상에 고정 설치할 수 있다.
이상에서와 같이, 본 발명에 대해 구체적인 실시예를 들어 설명하였으나, 본 발명은 이 명세서에 개시된 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 특별히 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 이내에서 당업자에 의하여 다양하게 변형 및 수정될 수 있다.
100: 자켓식 지지부 110: 상부 구조체
111: 상부 배치파일 112: 트러스형 연결대
120: 중간 구조체 121: 중간 배치파일
122: 측면연결대 123: 대각방향 십자연결대
124: 사선연결대 130: 하부 구조체
131: 하부 배치파일 132: 보강연결대
140: 조인트 캔 200: 타워 설치부
300: 확장형 지지부 310: 십자형 지지프레임
320: 확장연결파일 330: 지지력 보강파일
340: 트러스 구조체

Claims (8)

  1. 상부타워와 블레이드 및 너셀을 포함하는 풍력발전구조물을 해상에 고정설치하기 위한 해상 풍력발전용 지지구조물에 있어서,
    상부 구조체와 중간 구조체 및 하부 구조체의 직립 연결로 이루어져 자켓형 수직구조체로 구비된 자켓식 지지부;
    상기 자켓식 지지부가 갖는 상부 구조체의 상측에 결합 배치되는 평판형 블록구조체이며, 해상 풍력발전구조물의 상부타워를 고정 설치하기 위한 타워 설치부;
    상기 자켓식 지지부를 하측에서 지지하는 확장형 구조체로서, 십자형 연결구조로 이루어진 십자형 지지프레임을 포함시켜 지지력을 강화 및 구조적 안정성을 구비되게 한 확장형 지지부;
    상기 확장형 지지부의 하측으로 연결 및 해저 지반에 매립되는 지반고정파일; 을 포함하되,
    상기 상부 구조체와 중간 구조체 및 하부 구조체 사이에는 연결부재인 조인트 캔을 이용하여 조립 연결함으로써 펀칭 및 피로 파괴를 최소화할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 해상 풍력발전용 하이브리드 지지구조물.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 확장형 지지부는,
    상기 자켓식 지지부를 하측에서 안정되게 지지하기 위한 메인프레임으로서, 십자형 연결구조로 수평 배치 및 하부 구조체에 대각선 방향으로 배치되어 결합되는 십자형 지지프레임;
    상기 십자형 지지프레임의 네방향 각 끝단에서 하측방향으로 수직 배치되어 결합되고, 지반고정파일과의 연결에 사용되는 확장연결파일;
    상기 십자형 지지프레임의 네 방향 각 끝단에서 일단이 결합된 상태로 상측방향으로 경사 배치되고 타단이 자켓식 지지부가 갖는 하부 구조체의 상단 측면에 결합되며, 자켓식 지지부에 대한 지지력을 보강할 수 있도록 한 지지력보강파일;
    상기 십자형 지지프레임 및 확장연결파일에 결합되어 구비되고, 십자형 지지프레임의 하측에 위치하여 십자형 구조로 배치되며, 지지력 보강 및 구조적 안정성을 위해 트러스형 구조로 구비되는 트러스 구조체; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 해상 풍력발전용 하이브리드 지지구조물.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 상부 구조체는,
    네 방향에 위치하여 사각 구조를 형성하도록 간격 및 수직 배치되는 네 개의 상부 배치파일;
    상기 네 개의 상부 배치파일을 연결하여 사각 구조를 지지 및 유지되게 하는 측면연결부재로서, 트러스형 구조로 구비되는 트러스형 연결대; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 해상 풍력발전용 하이브리드 지지구조물.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 중간 구조체는,
    네 방향에 위치하여 사각 구조를 형성하도록 간격 및 수직 배치되는 네 개의 중간 배치파일;
    상기 네 개의 중간 배치파일을 연결하여 사각 구조를 지지 및 유지되게 하는 하단 측면연결대 및 대각방향 십자연결대;
    상기 네 개의 중간 배치파일 중 서로 이웃하는 두 개의 중간 배치파일을 연결 및 지지하도록 대각방향으로 사선 배치되어 결합되며, 지지력 강화 및 구조적 안정성을 위해 서로 마주하는 측면에 있어서는 서로 반대방향으로 사선 배치되게 한 사선연결대; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 해상 풍력발전용 하이브리드 지지구조물.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 하부 구조체는,
    네 방향에 위치하여 사각 구조를 형성하도록 간격 및 수직 배치되는 네 개의 하부 배치파일;
    상기 네 개의 하부 배치파일 중 서로 이웃하는 두 개의 하부 배치파일을 연결 및 지지하도록 대각방향으로 사선 배치되거나 X자형 배치되는 보강연결대; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 해상 풍력발전용 하이브리드 지지구조물.
  6. 삭제
  7. 상부타워와 블레이드 및 너셀을 포함하는 풍력발전구조물을 해상에 고정 설치하기 위한 해상 풍력발전용 지지구조물의 시공방법에 있어서,
    (A) 상부 구조체와 중간 구조체 및 하부 구조체를 포함하는 자켓식 지지부와, 타워 설치부 및 십자형 지지프레임을 포함하는 확장형 지지부로 이루어진 해상 풍력발전용 지지구조물을 육상에서 일체로 제작하는 단계;
    (B) (A)단계에서 제작한 해상 풍력발전용 지지구조물을 바지선에 선적하여 설치장소까지 해상 운송하는 단계;
    (C) 해상크레인을 이용하여 해상 풍력발전용 지지구조물을 해저면으로 옮겨놓는 단계;
    (D) 해상 풍력발전용 지지구조물의 확장형 지지부와 연결하기 위한 지반고정파일을 항타하여 해저 지반에 매립 및 고정 설치하는 단계;
    (E) 해저 지반에 매립 고정시킨 지반고정파일에 확장형 지지부를 연결하여 해상 풍력발전용 지지구조물을 해상에 고정 설치하는 단계; 를 포함하되,
    상기 (A)단계에서는 상부 구조체와 중간 구조체 및 하부 구조체를 조인트 캔을 이용하여 연결 조립하여 자켓식 지지부를 구성하고, 자켓식 지지부와 타워 지지부 및 확장형 지지부 간에는 용접 결합하여 일체 제작하며;
    상기 (E)단계에서는 콘크리트 그라우팅 작업을 통해 해상 풍력발전용 지지구조물과 지반고정파일을 연결하는 것을 특징으로 하는 해상 풍력발전용 지지구조물의 시공방법.
  8. 삭제
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112922785B (zh) * 2021-01-08 2022-08-02 张家口大金风电装备有限公司 桁架式塔架和风力发电机组

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006028831A (ja) * 2004-07-14 2006-02-02 Taisei Corp ジャケット支持高さ調整架台
KR101205576B1 (ko) * 2012-02-10 2012-11-27 주식회사 언딘 불규칙한 해저면에서 안정적으로 수평을 유지할 수 있는 파일 설치 장치
KR101386412B1 (ko) * 2012-12-24 2014-04-24 재단법인 포항산업과학연구원 인발저항이 향상된 자켓구조물

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110047950A (ko) 2009-10-30 2011-05-09 벽산파워 주식회사 스마트 콘센트 기반의 계층 구조적 전기 자동차 충전 시스템

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006028831A (ja) * 2004-07-14 2006-02-02 Taisei Corp ジャケット支持高さ調整架台
KR101205576B1 (ko) * 2012-02-10 2012-11-27 주식회사 언딘 불규칙한 해저면에서 안정적으로 수평을 유지할 수 있는 파일 설치 장치
KR101386412B1 (ko) * 2012-12-24 2014-04-24 재단법인 포항산업과학연구원 인발저항이 향상된 자켓구조물

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210068216A (ko) 2019-11-29 2021-06-09 (주)젠텍엔지니어링 플러그 타입 리프팅 유닛을 이용한 초대구경 모노파일 조정시스템 및 그 시공방법

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