KR101697630B1 - 합성 및 강재 단면을 갖는 하이브리드 풍력터빈 타워 - Google Patents

합성 및 강재 단면을 갖는 하이브리드 풍력터빈 타워 Download PDF

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이진학
한택희
김선빈
윤길림
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한국해양과학기술원
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Abstract

본 발명은 육상 또는 해저면에 고정되는 베이스구조물에 설치되어 풍력에 의해 터빈을 회전시켜서 전기를 생산하는 풍력터빈 타워 구조에 있어서,
강재로 제작되어 관체형을 이루면서 상단부에 상기 터빈이 설치된 상태로 상기 베이스구조물에 수직상태로 설치되는 강재타워; 상기 강재타워의 하단부를 이루면서 상기 베이스구조물에 고정되어 지지력을 제공하며, 상기 강재타워 하단부의 단면을 증가시켜 상기 강재타워의 좌굴을 방지하는 보강타워;를 포함하여 구성되어,
보강타워를 강재타워의 하단부의 단면적을 증가시켜서 풍력터빈 타워의 높이를 연장시키면서도 좌굴을 방지하고, 결합부재를 이용하여 보강타워를 육상의 콘크리트 기초나 해저면의 하부구조물에 설치가 가능하도록 하여 환경의 제약 없이 어디서나 풍력의 이용이 가능한 곳이면 설치가 가능하다.

Description

합성 및 강재 단면을 갖는 하이브리드 풍력터빈 타워{HYBRID WIND TURBINE TOWER HAVING A COMPOSITE AND STEEL SECTION}
본 발명은 하이브리드 풍력터빈 타워에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 콘크리트-강재 합성단면구조를 타워 하부에 이용하는 하이브리드 형태의 타워를 기반으로 하여 이와 같이 풍력터빈 타워의 높이를 증가시키면서도 경제성과 안정성을 확보할 수 있는 합성 및 강재 단면을 갖는 하이브리드 풍력터빈 타워에 관한 것이다.
일반적으로, 상용화된 MW급 풍력타워는, 평균적으로 높이가 80-100m 에 이르는 대형 구조물로서 이루어지며, 터빈의 높은 중량뿐만 아니라 발전 시 발생하는 추력 등 매우 큰 횡력에 대해 안전하여야 한다.
기존의 강재타워나 합성형 타워는 축방향 하중에 대한 지지력은 충분한 편이고, 높은 수준의 횡력과 높이에 의한 하중 작용거리가 길어 타워 하부에 작용하는 모멘트가 매우 높고, 따라서 모멘트에 대한 지지력만 검토하면 될 정도로 모멘트가 중요하다. 만약, 축력에 대한 최적화도 고려한다면 다주형 또는 철탑과 같이 타워 하부의 치수를 증가시킬 수 있는 형태가 되어야할 것이다.
최근 미국을 비롯하여 풍력발전기술 선진국인 유럽 등에서 더 높은 경제성을 확보할 수 있는 풍력발전터빈을 개발하기 위하여 타워의 높이를 증가시키는 연구가 활발히 진행되고 있다. 여러 가지 자료들에 의하면, 타워의 높이가 증가하면 바람의 평균 풍속이 증가하게 되고 또한 보다 안정적인 바람을 이용할 수 있기 때문에 풍력발전에 의한 전기생산량이 증가하게 된다.
그러나, 이와 같이 풍력터빈 타워의 높이를 증가시키는 것은 기술적인 어려움이 있다. 기존 풍력터빈 타워로 가장 널리 적용되고 있는 강재타워의 경우 높이를 높이게 되면 좌굴 안정성이 급격히 감소하게 되어 좌굴 발생 가능성이 높아진다.
따라서, 좌굴에 대한 안정성을 확보하기 위하여 강재의 두께를 증가시키는 경우 구조적인 측면에서의 좌굴 안정성은 확보할 수 있지만 경제성이 나빠지게 된다. 경제성을 확보하면서 좌굴에 대한 안정성을 확보할 수 있는 강재 타워의 높이는 대략 100-120m 수준으로 알려져 있다. 따라서 더 높은 타워를 건설하기 위해서는 재료 또는 구조에서 새로운 기술을 도입하여야 한다.
대한민국 공개특허번호 제10-2014-0147994호(발명의 명칭: 합성기둥과 가새로 구성되는 풍력타워 구조 및 이를 이용한 풍력타워의 시공방법)
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 개선하기 위하여 창출된 것으로, 풍력터빈 타워의 하단부에 타워의 강성을 보강하는 기능이 구비된 합성 및 강재 단면을 갖는 하이브리드 풍력터빈 타워를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 풍력터빈 타워를 육상 및 해상에서도 설치가 가능하도록 결합시키는 기능이 구비된 합성 및 강재 단면을 갖는 하이브리드 풍력터빈 타워를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
또한, 보강부의 단면적을 증가시키기 위해 합성단면을 이용하여 단면을 보강시키는 합성 및 강재 단면을 갖는 하이브리드 풍력터빈 타워를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 합성 및 강재 단면을 갖는 하이브리드 풍력터빈 타워는, 육상 또는 해저면에 고정되는 베이스구조물에 설치되어 풍력에 의해 터빈을 회전시켜서 전기를 생산하는 풍력터빈 타워 구조에 있어서, 강재로 제작되어 관체형을 이루면서 상단부에 상기 터빈이 설치된 상태로 상기 베이스구조물에 수직상태로 설치되는 강재타워; 상기 강재타워의 하단부를 이루면서 상기 베이스구조물에 고정되어 지지력을 제공하며, 상기 강재타워 하단부의 단면을 증가시켜 상기 강재타워의 좌굴을 방지하는 보강타워;를 포함할 수 있다.

또한, 상기 보강타워는, 상기 강재타워와 동일한 강재로 제작되는 관체형으로 형성되어 상기 강재타워의 하단부에 연장된 상태를 이루면서 분리가능하게 고정되는 내부강관; 상기 내부강관을 상기 강재타워와 분리가능하게 고정시키는 타워커넥터; 상기 내부강관의 외주면에 설치되어 상기 내부강관과 동일체를 이루면서 상기 내부강관의 단면적을 증가시키는 외부보강부재; 및 상기 외부보강부재 또는 상기 내부강관 중 적어도 하나를 상기 베이스구조물에 고정시키는 베이스커넥터;를 포함할 수 있다.

또한, 상기 내부강관은, 상기 강재타워의 외주면과 연장된 상태를 이루는 관경으로 형성되어 상기 외부보강부재를 상기 강재타워의 양측 하부로 돌출시킬 수 있다.

또한, 상기 내부강관은, 상기 강재타워보다 작은 관경으로 형성되어 상기 외부보강부재의 외주면을 상기 강재타워의 외주면과 연장된 상태를 이룰수 있다.
또한, 상기 베이스구조물은, 상기 풍력터빈 타워가 육상에 설치될 경우에 기초 지반과 연결되는 콘크리트 기초로 구성되고, 상기 풍력터빈 타워가 해저면에 설치될 경우에 해저면에 고정되어 기초를 이루는 하부구조물; 및 상기 보강타워의 하부에 결합되고 상기 하부구조물과 상기 베이스커넥터로 연결되는 트랜지션피스;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 외부보강부재는, 강재로 이루어진 관체로 제작되어 상기 내부강관의 외주면을 따라 설치되고, 상기 내부강관의 외주면과 이격된 상태를 이루면서 상기 내부강관과의 사이에 중공을 형성하여 상기 내부강관과 함께 이중 합성강관을 이루는 외부강관; 및 상기 외부강관에 의해 형성된 상기 중공에 매설되는 보강콘크리트;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 외부보강부재는, 콘크리트 몰탈로 양생되어 상기 내부강관의 외주면을 따라 밀착된 상태로 설치되면서 관체를 이루고, 설정된 두께로 제작되어 상기 내부강관의 단면적을 증가시키는 콘크리트커버; 상기 내부강관에 대응하는 길이로 이루어져 상기 콘크리트커버에 수직방향으로 매설되고, 상기 콘크리트커버의 원주방향을 따라 등간격으로 매설되는 복수의 수직철근; 및 링형태로 제작되어 수직철근과 직교상태를 이루면서 상기 콘크리트커버의 길이방향을 따라 매설되는 복수의 철근링;을 포함할 수 있다.
또한, 상기 타워커넥터는, 상기 강재타워의 하단을 내측으로 설정된 길이를 절곡시켜 형성되며 복수의 홀이 있는 타워플랜지; 상기 타워플랜지에 대응하여 상기 내부강관의 상단을 내측으로 절곡시켜서 형성되며 복수의 홀이 있는 강관플랜지; 및 상기 타워플랜지 및 강관플랜지에 각각 형성되어 있는 홀을 관통하여 상기 강재타워와 상기 내부강관을 결합시키는 타워결합부재;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 타워결합부재는, 상기 타워플랜지 및 강관플랜지에 각각 형성되어 있는 홀을 관통하는 타워결합볼트; 및 상기 홀을 관통한 상기 타워결합볼트를 고정시키는 타워결합너트;를 포함할 수 있다.
상기 풍력터빈 타워는, 상기 타워플랜지에 대응하게 제작되어 상기 타워플랜지의 일부분을 보강하고 상기 강재타워의 단면적을 증가시키는 제1 앵글; 상기 제1 앵글에 대응하게 제작되며 상기 제1 앵글이 보강되는 부분에서 상기 강관플랜지의 일부분을 보강하여 상기 보강타워의 단면적을 증가시키는 제2 앵글; 및 상기 제1 앵글, 상기 타워플랜지, 상기 강관플랜지 및 상기 제2 앵글을 결합시키는 앵글결합부재;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 베이스커넥터는, 상기 내부강관의 하단에서 내측으로, 상기 외부강관의 하측에서 외측으로 강재를 설정된 길이로 돌출시켜서 형성되는 각각의 제1 베이스플랜지; 및 상기 각각의 제1 베이스플랜지에 고정되어 상기 보강타워를 상기 콘크리트 기초에 고정시키는 제1 결합부재;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 베이스커넥터는, 상기 내부강관을 내측으로 설정된 길이를 돌출시켜서 형성되는 제2 베이스플랜지; 및 상기 제2 베이스플랜지 및 상기 콘크리트커버의 하부에 픽싱되어 상기 보강타워를 상기 콘크리트 기초에 고정시키는 제2 결합부재;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 및 제2 결합부재는, 각각의 상기 제1, 제2 베이스플랜지, 상기 콘크리트커버 및 상기 콘크리트 기초에 삽입되는 결합볼트; 및 상기 결합볼트를 고정시키는 결합너트;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 베이스커넥터는, 상기 트랜지션피스의 일부분에 형성되는 복수의 결합홀; 및 상기 각각의 결합홀에 대응하여 상기 하부구조물의 상단에서 돌출형성되어 각각의 상기 결합홀에 삽입되는 결합돌기;를 포함하되, 상기 각각의 결합홀과 상기 각각의 결합돌기를 용접결합시킬 수 있다.
또한, 상기 하부구조물은, 중력식 기초, 모노파일, 재킷 및 트라이 포드 중에서 어느 하나일 수 있다.
본 발명의 합성 및 강재 단면을 갖는 하이브리드 풍력터빈 타워는, 보강타워를 강재타워의 하단부의 단면적을 증가시켜서 풍력터빈 타워의 높이를 연장시키면서도 좌굴을 방지할 수 있다.
또한, 결합부재를 이용하여 보강타워를 육상의 콘크리트 기초나 해저면의 하부구조물에 설치가 가능하도록 하여 환경의 제약 없이 어디서나 풍력의 이용이 가능한 곳이면 설치가 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 합성 및 강재 단면을 갖는 하이브리드 풍력터빈 타워의 전체도.
도 2는 본 발명 보강타워의 이중합성강관 (DSCT)구조(a)와 내부보강 중공RC (ICHRC) 구조(b)의 단면도.
도 3은 본 발명의 육상풍력 터빈이 콘크리트 기초에 고정되는 DSCT 구조의 측면단면도.
도 4는 상기 육상풍력 터빈이 콘크리트 기초에 고정되는 ICHRC 구조의 측단면도.
도 5는 본 발명의 각각의 제1, 2 앵글이 앵글결합부재를 이용하여 보강된 모습을 나타낸 도면.
도 6은 상기 해상풍력 터빈이 하부구조물에 고정되는 ICHRC 구조를 나타낸 도면.
도 7은 상기 하부구조물의 여러 유형을 나타낸 도면.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다.　이들 실시 예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다.　본 발명의 다양한 실시 예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다.　예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시 예로 구현될 수 있다.　또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다.　따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다.　도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시 예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 합성 및 강재 단면을 갖는 하이브리드 풍력터빈 타워의 전체도이고, 도 2는 본 발명 보강타워의 이중합성강관 (DSCT)구조(a)와 내부보강 중공RC (ICHRC) 구조(b)의 단면도이며, 도 3은 본 발명의 육상풍력 터빈이 콘크리트 기초에 고정되는 DSCT 구조의 측면단면도이고, 도 4는 상기 육상풍력 터빈이 콘크리트 기초에 고정되는 ICHRC 구조의 측단면도이며, 도 5는 본 발명의 각각의 제1, 2 앵글이 앵글결합부재를 이용하여 보강된 모습을 나타낸 도면이고, 도 6은 상기 해상풍력 터빈이 하부구조물에 고정되는 ICHRC 구조를 나타낸 도면이며, 도 7은 상기 하부구조물의 여러 유형을 나타낸 도면이다.
도 1내지 도 7에 도시된 바와 같이, 육상 또는 해저면에 고정되는 베이스구조물에 설치되어 풍력에 의해 터빈을 회전시켜서 전기를 생산하는 풍력터빈 타워 구조에 있어서, 본 발명은 강재타워(100)와 보강타워(200)를 포함할 수 있다.
상기 베이스구조물(10)은 풍력터빈 타워(20)가 육상에 설치될 경우에 파일 등으로 기초 지반과 연결될 수 있는 콘크리트 기초(50)로 구성되고, 풍력터빈 타워(20)가 해저면에 설치될 경우에는, 하부구조물(60)과 트랜지션피스(70)의 구성일 수 있다.
상기 하부구조물(60)은 해저면에 고정되어 기초를 이루면서 보강타워(200)를 지지해주는 구성요소이다.
상기 트랜지션피스(70)는 일종의 연결부재로서, 용접이나 볼트 등의 방식으로 보강타워(200)의 하부에 결합되고 하부구조물(60)과 후술할 베이스커넥터(240)로 연결되는 구성요소이다.
하부구조물(60)은 중력식 기초(62), 모노파일(64), 재킷(66) 및 트라이 포드(68) 중에서 어느 하나의 방식으로 제작되어 해저면에 고정될 수 있다.
각각의 하부구조물(60)에 대해서 간단히 알아보면, 상기 중력식 기초(62)는 단단한 지반이나 지반이 잘 정리된 곳에 고정이 적합하며 경제적이나, 불량한 지반에서는 안정성이 떨어질 수 있다.
상기 모노파일(64)은 주로 퇴적토사 및 연암지반에 고정되는 방식으로 대단위 단지의 경우 경제적이나, 피로하중과 부식 발생할 수 있다.
상기 재킷(66)은 주로 연약층에 고정되고 가벼우며 강성 우수하며 파력하중을 덜 받고 대단위 단지의 경우 경제성이 매우 우수하다.
상기 트라이 포드(68)도 주로 연약층에 고정되고 대용량 터빈 사용 가능하며 전도에 대한 저항성 우수하나 경제성은 비교적 낮은 편이다.
작업자는 상기의 방식들 중에서 작업환경 등을 고려하여 최선의 것을 채택하여 타워를 설치할 수 있다.
상기 강재타워(100)는 강재로 제작되며 관체형을 이루면서 상단부에 터빈(30)이 설치된 상태로 베이스구조물(10)에 수직상태로 설치될 수 있다.
상기 보강타워(200)는 강재타워(100)의 하단부를 이루면서 베이스구조물(10)에 고정되어 지지력을 제공하며, 강재타워(100) 하단부의 단면적을 증가시켜서 강재타워(100)의 좌굴을 방지할 수 있다.
구체적으로, 보강타워(200)는 강재의 좌굴 한계를 연장하여 풍력터빈 타워(20)의 높이를 높여줄 수 있다. 따라서, 터빈(30)이 보다 많은 양의 바람에 노출되어 전기의 생산량을 늘릴 수 있다.
보강타워(200)는 내부강관(210), 타워커넥터(220), 외부보강부재(230) 및 베이스커넥터(240)의 구성일 수 있다.
상기 내부강관(210)은 강재타워(100)와 동일한 강재로 제작되어 강재타워(100)의 하단부에 고정되는 관체형의 구조일 수 있다.
내부강관(210)은 강재타워(100)의 외주면과 연장된 상태를 이루는 관경으로 형성되어 외부보강부재(230)를 강재타워(100)의 양측 하부로 돌출시키는 구조일 수 있다.
또한, 내부강관(210)은 강재타워(100) 보다 작은 관경으로 형성되어 외부보강부재(230)의 외주면을 강재타워(100)의 외주면과 연장된 상태를 이루도록 하는 구조일 수 있다.
즉, 작업자는 보강타워(200)의 외주면을 강재타워(100)의 외주면과 동일하게 제작하고 내측으로 보강하여 공간과 재료비를 절감하거나 또는 강재타워(100)에서 연장된 상태로 더 큰 외주면을 형성하도록 보강하여 현장 상황이나 작업환경에 따라서 선택하여 채택이 가능하다.
상기 타워커넥터(220)는 내부강관(210)을 강재타워(100)와 분리가능하게 고정시킬 수 있다.
타워커넥터(220)는 타워플랜지(110), 강관플랜지(212) 및 타워결합부재(214, 216)의 구성일 수 있다.
상기 타워플랜지(110)는 강재타워(100)의 하단을 내측으로 설정된 길이를 절곡시켜 형성되며 복수의 홀이 있는 구조일 수 있다.
상기 강관플랜지(212)는 타워플랜지(110)에 대응하여 내부강관(210)의 상단을 내측으로 절곡시켜서 형성되며 복수의 홀이 있는 구조일 수 있다.
상기 타워결합부재(214, 216)는 타워플랜지(110) 및 강관플랜지(212)에 각각 형성되어 있는 홀을 관통하여 강재타워(100)와 내부강관(210)을 결합시킬 수 있다.
타워결합부재(215)는 타워결합볼트(214)와 타워결합너트(216)의 구성일 수 있다.
상기 타워결합볼트(214)는 타워플랜지(110) 및 강관플랜지(212)에 각각 형성되어 있는 홀을 관통할 수 있다.
상기 타워결합너트(216)는 홀을 관통한 타워결합볼트(214)를 고정시킬 수 있다.
상기의 방식이외에도 각각의 타워플랜지(110)와 강관플랜지(212)를 용접하거나 앵커볼트 등을 이용한 고정이나 플랜지가 형성되지 않은 경우에는 강재타워(100)와 보강타워(200) 결합부의 내외에 철판을 덧대고 용접하거나 볼트 등을 이용한 결합방식도 가능하다.
본 발명의 풍력터빈 타워(20)는 제1 앵글(112), 제2 앵글(213) 및 앵글결합부재(260)를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 앵글(112)은 타워플랜지(110)에 대응하게 제작되어 타워플랜지(110)의 일부분을 보강하고 강재타워(100)의 단면적을 증가시킬 수 있다.
상기 제2 앵글(213)은 제1 앵글(112)에 대응하게 제작되며 제1 앵글(112)이 보강되는 부분에서 강관플랜지(212)의 일부분을 보강하여 보강타워(200)의 단면적을 증가시킬 수 있다.
상기 앵글결합부재(260)는 제1 앵글(112), 타워플랜지(110), 강관플랜지(212) 및 제2 앵글(213)을 결합시킬 수 있다.
앵글결합부재(260)은 볼트나 너트, 용접이나 고장력볼트 등을 이용하는 방식일 수 있다.
상기 외부보강부재(230)는 내부강관(210)의 외주면에 설치되어 내부강관(210)과 동일체를 이루면서 내부강관(210)의 단면적을 증가시킬 수 있다.
일실시예로서, 외부보강부재(230)는 외부강관(232)과 보강콘크리트(234)의 구성일 수 있다.
상기 외부강관(232)은 강재로 이루어진 관체로 제작되어 내부강관(210)의 외주면을 따라 설치되고, 내부강관(210)의 외주면과 이격된 상태를 이루면서 내부강관(210)과의 사이에 중공을 형성하여 내부강관(210)과 함께 이중 합성강관(DSCT)구조를 이루는 단면 구조일 수 있다.
상기 보강콘크리트(234)는 외부강관(232)에 의해 형성된 중공에 매설되어 보강타워(200)의 강성을 보강할 수 있다.
다른 실시예로서, 외부보강부재(230)는 콘크리트커버(236), 수직철근(238) 및 철근링(239)의 구성일 수 있다.
상기 콘크리트커버(236)는 콘크리트 몰탈로 양생되어 내부강관(210)의 외주면을 따라 밀착된 상태로 설치되면서 관체를 이루고, 설정된 두께로 제작되어 내부강관(210)의 단면적을 증가시키는 내부보강 중공RC(ICHRC) 구조를 이루는 단면일 수 있다.
상기의 단면 구조이외에도 콘크리트-강재 합성구조(concrete and steel composite structure)는 콘크리트 충진 강관(Concrete Filled Tube, CFT)을 비롯하여 여러 가지 형태가 제안되어 있으나 타워구조물로 이용하기 위해서는 ICHRC 또는 DSCT 등과 같이 내부가 비어있는 중공단면(Hollow Section)의 합성구조가 필요하다.
상기 수직철근(238)은 복수로 제작되어 내부강관(210)에 대응하는 길이로 이루어져 콘크리트커버(236)에 수직방향으로 매설되고, 콘크리트커버(236)의 원주방향을 따라 등간격으로 매설될 수 있다.
상기 철근링(239)은 복수의 링형태로 제작되어 수직철근(238)과 직교상태를 이루면서 콘크리트커버(236)의 길이방향을 따라 매설될 수 있다.
상기 베이스커넥터(240)는 외부보강부재(230) 또는 내부강관(210) 중 적어도 하나를 베이스구조물(10)에 고정시킬 수 있다.
육상에 고정되는 콘크리트 기초(50)에 설치되는 베이스커넥터(240)의 일실시예로서, 이중 합성강관(DSCT)구조 단면이 설치되는 베이스커넥터(240)는 제1 베이스플랜지(300)와 제1 결합부재(310)의 구성일 수 있다.
상기 각각의 제1 베이스플랜지(300)는 내부강관(210)의 하단에서 내측으로, 외부강관(232)의 하측에서 외측으로 강재를 설정된 길이로 돌출시켜서 형성될 수 있다.
상기 제1 결합부재(310)는 각각의 제1 베이스플랜지(300)에 고정되어 보강타워(200)를 콘크리트 기초에 고정시킬 수 있다.
다른 실시예로서, 내부보강 중공RC(ICHRC) 구조 단면이 설치되는 베이스커넥터(240)는 제2 베이스플랜지(400)와 제2 결합부재(410)의 구성일 수 있다.
상기 제2 베이스플랜지(400)는 내부강관(210)을 내측으로 설정된 길이를 돌출시켜서 형성될 수 있다.
상기 제2 결합부재(410)는 제2 베이스플랜지(400) 및 콘크리트커버(236)의 하부에 고정되어 보강타워(200)를 콘크리트 기초(50)에 고정시킬 수 있다.
또한, 콘크리트커버(236)는 앵커볼트 등을 이용하여 콘크리트 기초(50)에 고정시키는 방식도 가능하다.
제1, 제2 결합부재(310, 410)는 결합볼트(420)와 결합너트(430)의 구성일 수 있다.
상기 결합볼트(420)는 각각의 제1, 제2 베이스플랜지(300, 400), 콘크리트커버(236) 및 콘크리트 기초(50)에 삽입될 수 있다.
상기 결합너트(430)는 결합볼트(420)를 고정시킬 수 있다.
해저면에 고정되는 하부구조물(60)에 설치되는 베이스커넥터(240)는 결합홀(242)과 결합돌기(244)의 구성일 수 있다.
상기 결합홀(242)은 복수개가 트랜지션피스(70)의 일부분에 형성될 수 있다.
상기 결합돌기(244)는 각각의 결합홀(242)에 대응하여 하부구조물(60)의 상단에서 돌출형성되어 각각의 결합홀(242)에 삽입되어 결합할 수 있다.
작업자는 각각의 결합홀(242)과 각각의 결합돌기(244)를 용접결합시킬 수 있다.
또한, 작업자는 상기의 용접방식이외에도 고장력볼트, 앵커볼트 등을 이용하여 트랜지션피스(70)와 하부구조물(60)을 결합시킬 수 있다.
이상에서는 본 발명을 바람직한 실시 예에 의거하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 아니하고 청구항에 기재된 범위 내에서 변형이나 변경 실시가 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백한 것이며, 그러한 변형이나 변경은 첨부된 특허청구범위에 속한다 할 것이다.
10 : 베이스구조물 20 : 풍력터빈 타워
30 : 터빈 50 : 콘크리트 기초
60 : 하부구조물 62 : 중력식기초
64 : 모노파일 66 : 재킷
68 : 트라이포드 70 : 트랜지션피스
100 : 강재타워 110 : 타워플랜지
112 : 제1 앵글 200 : 보강타워
210 : 내부강관 212 : 강관플랜지
213 : 제2 앵글 214 : 타워결합볼트
215 : 타워결합부재 216 : 타워결합너트
220 : 타워커넥터 230 : 외부보강부재
232 :　외부강관 234 : 보강콘크리트
236 : 콘크리트커버 238 : 수직철근
239 : 철근링 240 :　베이스커넥터
242 : 결합홀 244 : 결합돌기
260 : 앵글결합부재 300： 제1 베이스플랜지
310： 제1 결합부재 400 : 제2 베이스플랜지
410 : 제2 결합부재 420 : 결합볼트
430 : 결합너트

Claims (15)

  1. 육상 또는 해저면에 고정되는 베이스구조물에 설치되어 풍력에 의해 터빈을 회전시켜서 전기를 생산하는 풍력터빈 타워 구조에 있어서,
    강재로 제작되어 관체형을 이루면서 상단부에 상기 터빈이 설치된 상태로 상기 베이스구조물에 수직상태로 설치되는 강재타워;
    상기 강재타워의 하단부를 이루면서 상기 베이스구조물에 고정되어 지지력을 제공하며, 상기 강재타워 하단부의 단면을 증가시켜 상기 강재타워의 좌굴을 방지하는 보강타워;를 포함하고,
    상기 보강타워는,
    상기 강재타워와 동일한 강재로 제작되어 상기 강재타워의 하단부에 고정되는 관체형의 내부강관;
    상기 내부강관을 상기 강재타워와 분리가능하게 고정시키는 타워커넥터;
    상기 내부강관의 외주면에 설치되어 상기 내부강관과 동일체를 이루면서 상기 내부강관의 단면적을 증가시키는 외부보강부재; 및
    상기 외부보강부재 또는 상기 내부강관 중 적어도 하나를 상기 베이스구조물에 고정시키는 베이스커넥터;를 포함하며,
    상기 타워커넥터는,
    상기 강재타워의 하단을 내측으로 설정된 길이를 절곡시켜 형성되며 복수의 홀이 있는 타워플랜지;
    상기 타워플랜지에 대응하여 상기 내부강관의 상단을 절곡시켜서 형성되며 복수의 홀이 있는 강관플랜지; 및
    상기 타워플랜지 및 강관플랜지에 각각 형성되어 있는 홀을 관통하여 상기 강재타워와 상기 내부강관을 결합시키는 타워결합부재;를 포함하고,
    상기 타워결합부재는,
    상기 타워플랜지 및 강관플랜지에 각각 형성되어 있는 홀을 관통하는 타워결합볼트; 및
    상기 홀을 관통한 상기 타워결합볼트를 고정시키는 타워결합너트;를 포함하며,
    단면적을 증가시켜서 강성을 보강하도록 상기 타워플랜지와 상기 강관플랜지, 상기 강재타워와 상기 보강타워의 내외에 결합된 철판을 포함하고,
    상기 외부보강부재는,
    콘크리트 몰탈로 양생되어 상기 내부강관의 외주면을 따라 밀착된 상태로 설치되면서 관체를 이루고, 설정된 두께로 제작되어 상기 내부강관의 단면적을 증가시키는 콘크리트커버;
    상기 내부강관에 대응하는 길이로 이루어져 상기 콘크리트커버에 수직방향으로 매설되고, 상기 콘크리트커버의 원주방향을 따라 등간격으로 매설되는 복수의 수직철근; 및
    링형태로 제작되어 수직철근과 직교상태를 이루면서 상기 콘크리트커버의 길이방향을 따라 매설되는 복수의 철근링;을 포함하는 것을 특징으로 하는 합성 및 강재 단면을 갖는 하이브리드 풍력터빈 타워.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 내부강관은,
    상기 강재타워의 외주면과 연장된 상태를 이루는 관경으로 형성되어 상기 외부보강부재가 상기 강재타워의 하부를 에워싸는 것을 특징으로 하는 합성 및 강재 단면을 갖는 하이브리드 풍력터빈 타워.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 내부강관은,
    상기 강재타워 보다 작은 관경으로 형성되어 상기 외부보강부재의 외주면을 상기 강재타워의 외주면과 연장된 상태를 이루도록 하는 것을 특징으로 하는 합성 및 강재 단면을 갖는 하이브리드 풍력터빈 타워.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 베이스구조물은,
    상기 풍력터빈 타워가 육상에 설치될 경우에 기초 지반과 연결되는 콘크리트 기초로 구성되고,
    상기 풍력터빈 타워가 해저면에 설치될 경우에 해저면에 고정되어 기초를 이루는 하부구조물; 및
    상기 보강타워의 하부에 결합되고 상기 하부구조물과 연결되는 트랜지션피스;를 포함하는 것을 특징으로 하는 합성 및 강재 단면을 갖는 하이브리드 풍력터빈 타워.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 풍력터빈 타워는,
    상기 타워플랜지에 대응하게 제작되어 상기 타워플랜지의 일부분을 보강하고 상기 강재타워의 단면적을 증가시키는 제1 앵글;
    상기 제1 앵글에 대응하게 제작되며 상기 제1 앵글이 보강되는 부분에서 상기 강관플랜지의 일부분을 보강하여 상기 보강타워의 단면적을 증가시키는 제2 앵글; 및
    상기 제1 앵글, 상기 타워플랜지, 상기 강관플랜지 및 상기 제2 앵글을 결합시키는 앵글결합부재;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 합성 및 강재 단면을 갖는 하이브리드 풍력터빈 타워.
  11. 삭제
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 베이스커넥터는,
    상기 내부강관을 내측으로 설정된 길이를 돌출시켜서 형성되는 제2 베이스플랜지; 및
    상기 제2 베이스플랜지 및 상기 콘크리트커버의 하부에 픽싱되어 상기 보강타워를 상기 베이스구조물에 고정시키는 제2 결합부재;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 합성 및 강재 단면을 갖는 하이브리드 풍력터빈 타워.
  13. 삭제
  14. 청구항 5에 있어서,
    상기 베이스커넥터는,
    상기 트랜지션피스의 일부분에 형성되는 복수의 결합홀; 및
    상기 각각의 결합홀에 대응하여 상기 하부구조물의 상단에서 돌출형성되어 각각의 상기 결합홀에 삽입되는 결합돌기;를 포함하되,
    상기 각각의 결합홀과 상기 각각의 결합돌기를 용접결합시키는 것을 특징으로 하는 합성 및 강재 단면을 갖는 하이브리드 풍력터빈 타워.
  15. 청구항 5에 있어서,
    상기 하부구조물은,
    중력식 기초, 모노파일, 재킷 및 트라이 포드 중에서 어느 하나인 것을 특징으로 하는 합성 및 강재 단면을 갖는 하이브리드 풍력터빈 타워.
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