KR101994249B1

KR101994249B1 - 풍력발전 타워의 보강 및 증고를 위한 구조 보강체 및 시공방법

Info

Publication number: KR101994249B1
Application number: KR1020160173971A
Authority: KR
Inventors: 이진학; 한택희
Original assignee: 한국해양과학기술원
Priority date: 2016-12-19
Filing date: 2016-12-19
Publication date: 2019-06-28
Also published as: KR20180071131A

Abstract

풍력발전 타워의 보강 및 증고를 위한 구조 보강체 및 시공방법이 개시된다. 본 발명에 따른 풍력발전 타워의 보강 및 증고를 위한 구조 보강체 및 시공방법은, 내측이 개방된 중공형 원통블럭이 수직방향으로 연속되게 결합되는 기존 풍력발전 타워를 재사용하도록 설치되는 풍력발전 타워의 보강 및 증고를 위한 구조 보강체 및 시공방법에 있어서, 지반의 상부에 고정되어 상기 지반을 지지하도록 구비되는 베이스플레이트와, 상기 베이스플레이트의 상부에 결합되어 상기 타워의 높이를 증가시키면서 수직하중 및 전단력에 저항하도록 구비되는 하부보강타워와, 상기 하부보강타워의 상부에 수직방향으로 연속되게 결합되어 내측이 개방된 중공형으로 각각 구비되는 제1타워, 제2타워 및 제3타워와, 상기 제3타워의 상부에 결합되어 풍력에 의해 회전되는 블레이드가 일측에 결합되는 너셀을 포함하여 구성된다.
이에 따르면, 기존의 노후화된 풍력발전설비를 재사용할 수 있어 환경친화적이며, 하부보강타워를 설치함으로 타워의 높이를 증가시키고, 고효율의 대용량 터빈을 설치하여 발전효율을 증가시키고, 타워의 높이 증가에 따른 수직 사하중 및 추력에 의한 전단력, 휨모멘트 및 좌굴하중에 견딜 수 있는 안전성을 확보하는 효과가 있다.

Description

풍력발전 타워의 보강 및 증고를 위한 구조 보강체 및 시공방법{Reinforcement-Body for Wind Turbine Tower Structure and Method of Construction for Reinforcing and Heightening}

본 발명은 풍력발전 타워의 보강 및 증고를 위한 구조 보강체 및 시공방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 설계수명에 가까운 풍력발전 설비를 재사용하기 위해 사용성 및 안전성 평가를 거친 후 풍력발전 타워의 하부에 가장 많이 발생되는 수직 사하중 및 추력에 의한 전단력, 휨모멘트 및 타워의 높이 증가에 따라 증가되는 좌굴하중에 충분히 견디도록 하부보강타워를 설치함으로 풍력발전 타워의 높이를 증가시키면서 대용량 풍력터빈을 설치할 수 있어 풍력발전기의 수명연장과 발전 효율을 증가시킬 수 있는 풍력발전 타워의 보강 및 증고를 위한 구조 보강체 및 시공방법에 관한 것이다.

일반적으로 풍력발전기는 바람이 지니고 있는 에너지를 전기에너지로 변환 시켜주는 장치로 지면의 하단에 타워가 고정되어 구비되며, 타워의 상단에 풍향에 따라 회전되어 전력을 생산하는 너셀이 구비되어 타워가 너셀을 견고하게 지지하여 원활한 전력이 생산되도록 사용되고 있다.

또한, 풍력발전기는 높이가 높고, 블레이드 및 발전기를 포함한 각종 구성품들이 대형화될수록 발전효율이 증가되는데, 발전 효율을 높이기 위해 풍력발전기의 높이 증가와 각종 구성품들을 대형화하게 되면 이에 따른 풍력발전기의 수직 사하중 및 추력에 의한 전단력과 휨모멘트를 견딜 수 있도록 풍력발전 타워 또한 대형화시켜야 한다.

기존에 설치되어 사용되던 풍력발전기는 설계수명이 대부분 20년으로 설계수명에 가까워지는 풍력발전기들은 해체 후 폐기되거나 사용성 및 안전성 여부를 판단하여 일부 보수 과정을 거쳐 재사용되나 최근 설치되는 풍력발전기의 효율에 비해 발전효율이 떨어지며, 발전 효율을 증가시키고자 타워의 높이 증가와 대형 터빈으로 교체하게 되면 타워가 수직 사하중 및 추력에 의한 전단력 및 휨모멘트를 견디지 못하게 되고 또한 타워 높이 증가에 따른 좌굴 가능성이 높아지는 문제를 두고 고심하고 있는 실정이다.

기존 풍력발전 타워의 보강 및 증고를 위한 구조 보강체 및 시공방법의 종래 기술로서, 대한민국 공개특허 제 10-2012-0073788호(2012.07.05)를 통해 풍력발전기의 설치를 위해 지반에 설치되는 타워를 원통형의 탑체로 조립될 수 있는 다수의 원통블럭들의 조립체로 구성하여 원통블럭들의 조립에 요구되는 플랜지가 없이 원통블럭들의 내외에 위치되는 이음판들을 이용하여 결합시켜 소정 높이의 풍력발전기를 건설할 수 있는 풍력발전기용의 타워블럭형 풍력발전탑이 제안된바 있다.

그러나 이러한 풍력발전기용의 타워블럭형 풍력발전탑은 다단으로 원통블럭들이 설치됨으로 이동 및 설치가 용이하나 풍력발전 타워의 하부에 가장 많이 발생되는 수직 사하중 및 추력에 의한 전단력 및 휨모멘트를 고려하지 않았으며, 사용연수의 경과에 따른 설계수명이 가까워지면 설정된 수직 사하중 및 추력에 의한 전단력만을 견디기 때문에 기존 풍력발전기의 발전 효율을 증가시켜 재사용하기 위한 타워의 높이 증가 및 발전 효율이 좋은 대형 터빈의 교체가 어려운 문제로 인해 비효율적이다.

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 사용수명에 가까운 풍력발전설비를 재사용하여 높이를 증가시키면서 대용량 터빈을 설치해 풍력발전기의 발전효율을 증가시킬 수 있도록 하부보강타워를 설치해 풍력발전 타워의 높이를 증가시키면서 하부에 발생되는 수직 사하중 및 추력에 의한 전단력 및 휨모멘트를 견딜 수 있어 기존의 노후화된 설비를 재사용하면서 발전 효율을 증가시키는 풍력발전 타워의 보강 및 증고를 위한 구조 보강체 및 시공방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 본 발명의 목적은, 내측이 개방된 중공형 원통블럭이 수직방향으로 연속되게 결합되는 기존 풍력발전 타워를 재사용하도록 설치되는 풍력발전 타워의 보강 및 증고를 위한 구조 보강체 및 시공방법에 있어서, 지반의 상부에 고정되어 상기 지반을 지지하도록 구비되는 베이스플레이트와, 상기 베이스플레이트의 상부에 결합되어 상기 타워의 높이를 증가시키면서 수직하중 및 전단력에 저항하도록 구비되는 하부보강타워와, 상기 하부보강타워의 상부에 수직방향으로 연속되게 결합되어 내측이 개방된 중공형으로 각각 구비되는 제1타워, 제2타워 및 제3타워와, 상기 제3타워의 상부에 결합되어 풍력에 의해 회전되는 블레이드가 일측에 결합되는 너셀을 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전 타워의 보강 및 증고를 위한 구조 보강체 및 시공방법에 의해 달성될 수 있다.

본 발명의 바람직한 특징에 따르면 상기 하부보강타워는, 상기 베이스플레이트의 상부에 일측이 결합되어 고정되며, 내측이 개방된 중공형으로 구비되는 내부강관과, 상기 내부강관의 외측으로 이격되어 내측에 상기 내부강관을 수용하며, 상기 베이스플레이트의 상부에 일측이 결합되는 외부강관과, 상기 외부강관 및 내부강관의 상호 이격된 사이공간에 충전되어 경화되면서 상기 내부강관 및 외부강관과 함께 수직하중 및 전단력에 저항하는 보강충전재를 더 포함한다.

본 발명의 바람직한 특징에 따르면 상기 내부강관은, 상기 베이스플레이트의 상부에 결합되도록 일단의 측면이 외곽방향으로 돌출되어 볼트가 각각 결합되는 다수의 제1볼트홈이 구비되는 제1결합판을 더 포함한다.

본 발명의 바람직한 특징에 따르면 상기 외부강관은, 상기 베이스플레이트에 일측이 결합되고 타측이 상기 제1타워에 결합되도록 양단의 측면이 외곽방향으로 각각 돌출되어 볼트가 각각 결합되는 다수의 제2볼트홈이 구비되는 제2결합판;을 더 포함한다.

본 발명의 바람직한 특징에 따르면 상기 보강충전재는, 상기 하부보강타워에 가해지는 외력에 저항하도록 시멘트모르타르, 콘크리트 및 섬유보강 콘크리트 중에서 선택되는 어느 한가지의 소재로 구비되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 특징에 따르면 상기 제1결합판 및 제2결합판은 상기 타워의 외관을 저해하지 않도록 상기 내부강관 및 외부강관의 내측 방향으로 돌출되어 구비되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 특징에 따르면 전술한 풍력발전 타워의 보강 및 증고를 위한 구조 보강체 및 시공방법을 이용한 시공방법은, 베이스플레이트가 지반에 설치되어 내측이 개방된 중공형 원통블럭이 수직방향으로 연속되게 결합되는 노후화된 풍력발전 타워를 해체 후 하부보강타워로 인해 높이를 증가시키고, 너셀의 발전효율을 증가시키면서 재사용되도록 설치되는 풍력발전 타워의 보강 및 증고를 위한 구조 보강체 및 시공방법에 있어서, 풍력에 의해 회전되는 블레이드가 일측에 결합되는 상기 너셀을 해체하는 너셀해체단계와, 상기 너셀해체단계를 통해 상기 지반에서 수직방향으로 연속되게 결합된 제1타워, 제2타워 및 제3타워로 구비되는 상기 타워를 최상단에서부터 연속되게 해체하는 타워해체단계와, 상기 타워해체단계를 통해 상기 지반에 고정되어 있는 상기 베이스플레이트의 상부에 상기 하부보강타워가 결합되어 상기 타워의 수직하중 및 전단력에 저항하도록 구비되며, 상기 타워의 높이를 증가시키는 하부보강타워결합단계와, 상기 하부보강타워결합단계를 통해 구비되는 상기 하부보강타워의 상부에 상기 제1타워, 제2타워 및 제3타워가 연속적으로 구비되는 상기 타워가 결합되는 타워결합단계와, 상기 타워결합단계를 통해 결합된 상기 제3타워의 상부에 상기 블레이드가 일측에 결합된 상기 너셀이 결합되는 너셀결합단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 기존의 노후화된 풍력발전설비를 재사용할 수 있어 환경친화적이며, 하부보강타워를 설치함으로 타워의 높이를 증가시키고, 고효율의 대용량 터빈을 설치하여 발전효율을 증가시키고, 타워의 높이 증가에 따른 수직 사하중 및 추력에 의한 전단력, 휨모멘트 및 좌굴하중에 견딜 수 있는 안전성을 확보하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 풍력발전 타워의 보강 및 증고를 위한 구조 보강체 및 시공방법을 나타낸 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 풍력발전 타워의 보강 및 증고를 위한 구조 보강체 및 시공방법을 나타낸 분해사시도,
도 3은 본 발명에 따른 풍력발전 타워의 보강 및 증고를 위한 구조 보강체 및 시공방법에서 하부보강타워를 나타낸 결합사시도,
도 4는 본 발명에 따른 풍력발전 타워의 보강 및 증고를 위한 구조 보강체 및 시공방법에서 하부보강타워에 보강충전재가 충전되는 것을 나타낸 사시도,
도 5는 본 발명에 따른 풍력발전 타워의 보강 및 증고를 위한 구조 보강체 및 시공방법을 나타낸 단면사시도,
도 6은 본 발명에 따른 풍력발전 타워의 보강 및 증고를 위한 구조 보강체 및 시공방법에서 다른 실시예를 나타낸 단면사시도,
도 7은 본 발명에 따른 풍력발전 타워의 보강 및 증고를 위한 구조 보강체 및 시공방법을 나타낸 사용상태도,
도 8은 본 발명에 따른 풍력발전 타워의 보강 및 증고를 위한 구조 보강체 및 시공방법을 나타낸 순서도.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 풍력발전 타워의 보강 및 증고를 위한 구조 보강체 및 시공방법의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 토대로 상세하게 설명한다.

이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있으며 이는 해당 기술분야의 통상적 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시하기 위한 것이며, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.

또한, 하기에서 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라 단지 예시로 제시하는 것이며, 본 기술 사상을 통해 구현되는 다양한 실시예가 있을 수 있다.

후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있고, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

본 발명에 따른 풍력발전 타워의 보강 및 증고를 위한 구조 보강체 및 시공방법(1)은, 내측이 개방된 중공형 원통블럭이 수직방향으로 연속되게 결합되는 기존 풍력발전 설비의 타워(20)를 재사용하도록 설치되는 것으로, 도 1 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 지반(3)의 상부에 고정되어 상기 지반(3)을 지지하도록 구비되는 베이스플레이트(10)와, 상기 베이스플레이트(10)의 상부에 결합되어 상기 타워(20)의 높이를 증가시키면서 수직하중 및 전단력에 저항하도록 구비되는 하부보강타워(100)와, 상기 하부보강타워(100)의 상부에 수직방향으로 연속되게 결합되어 내측이 개방된 중공형으로 각각 구비되는 제1타워(21), 제2타워(22) 및 제3타워(23)와, 상기 제3타워(23)의 상부에 결합되어 풍력에 의해 회전되는 블레이드(31)가 일측에 결합되는 너셀(30)을 포함한다.

여기서 기존의 노후화된 상기 너셀(30) 및 상기 타워(20)를 해체한 후 베이스플레이트가 지반(3)에 구비되는데, 이 베이스플레이트(10)는 지반(3)의 상부에 고정되어 상기 지반(3)을 지지하도록 구비되는 것으로, 상기 베이스플레이트(10)의 사용성 및 안전성을 을 평가하여 일부 보수 또는 보강을 통해 재사용 가능하도록 구비된다.

전술한 베이스플레이트(10)의 상부에는 하부보강타워(100)가 설치되는데, 이 하부보강타워(100)는 상기 베이스플레이트(10)의 상부에 결합되어 상기 타워(20)의 높이를 증가시키면서 수직하중 및 전단력에 저항하도록 구비되는 것으로, 상기 타워(20)의 높이 증가에 따른 발전 효율이 증가되며, 높이 증가에 따라 발생되는 외력의 증가에 저항하도록 구비된다.

상기 하부보강타워(100)는 외력에 대한 저항을 확보하도록 내부강관(110), 외부강관(120) 및 보강충전재(130)로 구성된다.

상기 하부보강타워(100)를 구성하는 내부강관(110)은 상기 베이스플레이트(10)의 상부에 결합되데, 이 내부강관(110)은 상기 베이스플레이트(10)의 상부에 일측이 결합되어 고정되며, 내측이 개방된 중공형으로 구비되는 것으로, 상기 베이스플레이트(10)의 상면 중심부에 설치되어 외력에 저항하도록 구비된다.

상기 내부강관(110)의 외측으로 이격되어 외부강관(120)이 구비되는데, 이 외부강관(120)은 상기 내부강관(110)의 외측으로 이격되어 내측에 상기 내부강관(110)을 수용하며, 상기 베이스플레이트(10)의 상부에 일측이 결합되는 것으로, 상기 내부강관(110)과 이격되어 형성되는 사이공간이 유지되도록 상기 베이스플레이트(10)의 상면에 결합되며, 외력에 저항하도록 구비된다.

상기 외부강관(120)과 내부강관(110)이 이격된 사이공간에는 보강충전재(130)가 충전되는데, 이 보강충전재(130)는 상기 외부강관(120) 및 내부강관(110)의 상호 이격된 사이공간에 충전되어 경화되면서 상기 내부강관(110) 및 외부강관(120)과 함께 수직하중 및 추력에 의한 전단력과 휨모멘트에 저항하는 것으로, 상기 외부강관(120)과 내부강관(110)이 이격된 내부 공간에 상기 보강충전재(130)가 긴밀하게 충전됨으로 상기 하부보강타워(100)에 발생되는 수직하중, 전단력 및 휨모멘트와 같은 외력에 대한 저항력이 증대되도록 구비된다.

상기 내부강관(110)의 일측에는 제1결합판(111)이 구비되는데, 이 제1결합판(111)은 상기 베이스플레이트(10)의 상부에 결합되도록 일단의 측면이 외곽방향으로 돌출되어 볼트가 각각 결합되는 다수의 제1볼트홈(112)이 구비되는 것으로, 상기 베이스플레이트(10)의 상면에 볼트 결합되어 상호 견고하게 고정되도록 구비된다.

상기 외부강관(120)의 양측에는 제2결합판(121)이 구비되는데, 이 제2결합판(121)은 상기 베이스플레이트(10)에 일측이 결합되고 타측이 상기 제1타워(21)에 결합되도록 양단의 측면이 외곽방향으로 각각 돌출되어 볼트가 각각 결합되는 다수의 제2볼트홈(122)이 구비되는 것으로, 상기베이스플레이트(10) 및 하기에서 설명하려는 제1타워(21)와 볼트 결합되어 상호 견고하게 고정되도록 구비된다.

상기 내부강관(110)과 외부강관(120)이 이격된 사이공간에 충전되는 상기 보강충전재(130)는 상기 하부보강타워(100)에 가해지는 외력에 저항하도록 시멘트모르타르, 콘크리트, 강화플라스틱 및 섬유보강 콘크리트 중에서 선택되는 어느 한가지의 소재로 구비된다.

한편, 상기 제1결합판(111) 및 제2결합판(121)의 구성은 전술한바가 바람직하나 실시예에 따라서 상기 제1결합판(111) 및 제2결합판(121)은 상기 타워(20)의 외관을 저해하지 않도록 상기 내부강관(110) 및 외부강관(120)의 내측 방향으로 돌출되어 구비되는 것으로, 상기 제1결합판(111) 및 제2결합판(121)이 상기 타워(20)의 외측으로 돌출되지 않아 상기 타워(20)의 외측이 미려하게 보이도록 구비된다.

전술한 하부보강타워(100)의 상부에는 제1타워(21), 제2타워(22) 및 제3타워(23)가 연속적으로 결합되는데, 이 제1타워(21), 제2타워(22) 및 제3타워(23)는 상기 하부보강타워(100)의 상부에 수직방향으로 연속되게 결합되어 내측이 개방된 중공형으로 각각 구비되는 것으로, 상기 하부보강타워(100)의 상부에 제1타워(21)가 결합되며, 상기 제1타워(21)의 상부에 상기 제2타워(22)가 결합되고, 상기 제2타워(22)의 상부에 상기 제3타워(23)가 결합되어 기존에 설치되어 있던 상기 타워(20)를 구성하는 상기 제1타워(21), 제2타워(22) 및 제3타워(23)가 상기 하부보강타워(100)의 상부에 연속적으로 결합되어 구비된다.

한편, 상기 하부보강타워(100)의 구성은 전술한 바가 바람직하나 실시예에 따라서 상기 하부보강타워(100)의 상부에는 보강타워상판(미도시)이 결합되는데, 이 보강타워상판(미도시)은 내측이 개방되어 홀이 형성되는 판형으로 구비되어 내주연이 상기 내부강관(110)의 상부에 결합되고, 외주연이 상기 외부강관(120)의 상부에 구비되는 제2결합판(121)에 각각 결합되어 상기 하부보강타워(100)의 상부를 커버하는 것으로, 상기 외부강관(120)과 내부강관(110)의 이격된 사이공간에 충전되는 상기 보강충전재(130)가 경화되면서 팽창시 상기 외부강관(120) 및 내부강관(110)이 고정된 위치를 이탈하거나 변형되는 것을 방지하도록 구비된다.

상기 보강타워상판(미도시)은 상기 하부보강타워(100)와 상기 제1타워(21)가 결합되는 사이에 개재되어 상기 하부보강타워(100) 및 제1타워(21)가 상호 결합되도록 볼트가 상기 보강타워상판을 관통하도록 구비된다.

전술한 제3타워(23)의 상부에는 너셀(30)이 결합되는데, 이 너셀(30)은 상기 제3타워(23)의 상부에 결합되어 풍력에 의해 회전되는 블레이드(31)가 일측에 결합되는 것으로, 기존의 풍력발전 설비의 타워(20)에서 해체된 너셀(30)을 재설치하거나 발전효율이 증가된 너셀(30)을 교체하여 설치할 수 있으며, 일측에 결합된 블레이드(31)가 풍력에 의해 회전되어 상기 너셀(30)에서 전력이 생산되도록 구비된다.

본 발명에 따른 풍력발전 타워의 보강 및 증고를 위한 구조 보강체 및 시공방법(1)은, 지반(3)에 설치되어 내측이 개방된 중공형 원통블럭이 수직방향으로 연속되게 결합되는 노후화된 풍력발전 설비의 타워(20)를 해체 후 하부보강타워(100)로 인해 높이를 증가시키고, 너셀(30)의 발전효율을 증가시키면서 재사용되도록 설치되는 것으로, 풍력에 의해 회전되는 블레이드(31)가 일측에 결합되는 상기 너셀(30)을 해체하는 너셀해체단계(T100)와, 상기 너셀해체단계(T100)를 통해 상기 지반(3)에서 수직방향으로 연속되게 결합된 제1타워(21), 제2타워(22) 및 제3타워(23)로 구비되는 상기 타워(20)를 최상단에서부터 연속되게 해체하는 타워해체단계(T200)와, 상기 타워해체단계(T200)를 통해 상기 지반(3)에 고정되어 있는 상기 베이스플레이트(10)의 상부에 상기 하부보강타워(100)가 결합되어 상기 타워(20)의 수직하중 및 전단력에 저항하도록 구비되며, 상기 타워(20)의 높이를 증가시키는 하부보강타워결합단계(T300)와, 상기 하부보강타워결합단계(T300)를 통해 구비되는 상기 하부보강타워(100)의 상부에 상기 제1타워(21), 제2타워(22) 및 제3타워(23)로 구비되는 상기 타워(20)가 결합되는 타워결합단계(T400)와, 상기 타워결합단계(T400)를 통해 결합된 상기 제3타워(23)의 상부에 상기 블레이드(31)가 일측에 결합된 상기 너셀(30)이 결합되는 너셀결합단계(T500)를 포함한다.

여기서 너셀해체단계(T100)는 풍력에 의해 회전되는 블레이드(31)가 일측에 결합되는 상기 너셀(30)을 해체하는 것으로, 상기 블레이드(31)의 회전력으로 인해 전력을 생산하는 너셀(30)을 해체 후 재설치하거나 발전효율이 증가된 너셀(30)로 교체하여 설치하기 위해 구비되는 단계이다.

전술한 너셀해체단계(T100)를 통해 타워해체단계(T200)로 이어지는데, 이 타워해체단계(T200)는 상기 너셀해체단계(T100)를 통해 상기 지반(3)에서 수직방향으로 연속되게 결합된 제1타워(21), 제2타워(22) 및 제3타워(23)로 구비되는 상기 타워(20)를 최상단에서부터 연속되게 해체하는 것으로, 기존에 설치되어 있는 제1타워(21), 제2타워(22) 및 제3타워(23)를 해체 후 상기 하부보강타워(100)의 상부에 재설치되어 높이를 증가시키기 위해 구비되는 단계이다.

전술한 타워해체단계(T200)가 완료되면 하부보강타워결합단계(T300)로 이어지는데, 이 하부보강타워결합단계(T300)는 상기 타워해체단계(T200)를 통해 상기 지반(3)에 고정되어 있는 상기 베이스플레이트(10)의 상부에 상기 하부보강타워(100)가 결합되어 상기 타워(20)의 수직하중 및 전단력에 저항하도록 구비되며, 상기 타워(20)의 높이를 증가시키는 것으로, 외력이 가장 많이 집중되는 하부를 보강하며, 풍력발전의 발전 효율 및 높이를 증가시키기 위해 구비되는 단계이다.

전술한 하부보강타워결합단계(T300)가 완료되면 타워결합단계(T400)로 이어지는데, 이 타워결합단계(T400)는 상기 하부보강타워결합단계(T300)를 통해 구비되는 상기 하부보강타워(100)의 상부에 상기 제1타워(21), 제2타워(22) 및 제3타워(23)가 연속적으로 구비되는 것으로, 기존에 해체되었던 상기 제1타워(21), 제2타워(22) 및 제3타워(23)가 상기 하부보강타워(100)의 상부에 설치되도록 구비되는 단계이다.

전술한 타워결합단계(T400)가 완료된 후 너셀결합단계(T500)가 이어지는데, 이 너셀결합단계(T500)는 상기 타워결합단계(T400)를 통해 결합된 상기 제3타워(23)의 상부에 상기 블레이드(31)가 일측에 결합된 상기 너셀(30)이 결합되는 것으로, 기존에 해체되었던 상기 너셀(30)을 재사용하도록 결합시키거나 발전효율이 증가된 너셀(30)로 교체하여 상기 제1타워(21)의 상부에 결합되는 단계이다.

이와 같이 구성된 풍력발전 타워의 보강 및 증고를 위한 구조 보강체 및 시공방법(1)의 작용을 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 일실시예에 따른 베이스플레이트(10)는 지반(3)의 상부에 고정되어 지반(3)을 지지하도록 구비되는 것으로, 기존에 설치되어있는 베이스플레이트(10)를 사용성 및 안전성에 알맞도록 보강 및 보수하여 재사용함으로 비용이 절약되는 경제적 효과가 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 하부보강타워(100)는 베이스플레이트(10)의 상부에 결합되는 것으로, 풍력발전기는 높이가 높아질수록 발전효율이 향상됨으로 하부보강타워(100)로 인해 타워(20)의 높이를 증가시키며, 외력이 가장 많이 집중되는 하부를 하부보강타워(100)로 보강함으로 증가되는 외력에 효과적으로 저항할 수 있다.

상기 하부보강타워(100)는 내부강관(110), 외부강관(120) 및 내부강관(110)과 외부강관(120)의 이격된 사이공간에 충전되는 보강충전재(130)로 인해 타워(20)에 작용하는 수직하중, 전단력 및 휨모멘트를 견딜 수 있는 저항력이 증가되며, 또한 높이를 증가시키더라도 좌굴에 대한 안정성을 확보하여 기존의 풍력발전 설비의 타워(20)를 폐기하지 않고 높이를 증가시켜 재사용할 수 있기 때문에 타워(20)의 수명연장에 따른 경제성의 향상과 발전 효율을 증가시키는 효과가 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 제1타워(21), 제2타워(22) 및 제3타워(23)는 상기 하부보강타워(100)의 상부에 연속되게 결합되는 것으로, 하부보강타워(100)의 상부에 설치됨으로 높이가 증가되어 설치되고, 기존에 해체되었던 제1타워(21), 제2타워(22) 및 제3타워(23)를 재사용함으로 경제성을 향상시키는 효과가 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 너셀(30)은 풍력에 의해 회전되는 블레이드(31)가 일측에 결합되어 제3타워(23)의 상부에 결합되는 것으로, 기존의 풍력발전 설비의 타워(20)에서 해체된 너셀(30)을 재설치하거나 발전 효율이 향상되어 전력 생산량이 증가되는 너셀(30)로 교체하여 상기 제3타워(23)의 상부에 설치함으로 풍력에 의해 블레이드(31)가 회전되어 너셀(30)에서 생산되는 전력의 양이 증가되는 효과가 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 풍력발전 타워의 보강 및 증고를 위한 구조 보강체 및 시공방법(1)의 설치는 너셀해체단계(T100), 타워해체단계(T200), 하부보강타워결합단계(T300), 타워결합단계(T400) 및 너셀결합단계(T500)를 통해 이루어진다.

상기 너셀해체단계(T100)는 기존의 노후화된 풍력발전기 타워(20)에 결합되어 있는 너셀(30)을 해체하는 것으로, 풍력에 의해 회전되는 블레이드(31)가 결합된 너셀(30)을 재사용 또는 교체를 위해 타워(20)의 상부에서 해체한다.

상기 타워해체단계(T200)는 수직방향으로 연속되게 결합된 제1타워(21), 제2타워(22) 및 제3타워(23)를 해체하는 것으로, 제1타워(21), 제2타워(22) 및 제3타워(23)를 해체 후 재사용하기 위해 각각을 연속되게 해체한다.

상기 하부보강타워결합단계(T300)는 베이스플레이트(10)의 상부에 하부보강타워(100)가 결합되는 것으로, 타워(20)의 높이를 증가시키며, 외력이 가장 많이 집중되는 하부를 보강하여 수직하중, 전단력 및 휨모멘트에 효과적으로 저항하도록 하며, 동시에 높이가 증가되더라도 좌굴 안정성을 충분히 확보하도록 한다.

상기 타워결합단계(T400)는 하부보강타워(100)의 상부에 제1타워(21), 제2타워(22) 및 제3타워(23)가 결합되는 것으로, 기존에 사용되었던 제1타워(21), 제2타워(22) 및 제3타워(23)가 하부보강타워(100)의 상부에 연속되게 설치되어 재사용 가능하도록 한다.

상기 너셀결합단계(T500)는 제1타워(21), 제2타워(22) 및 제3타워(23)가 모두 결합되어 최상단인 제3타워(23)의 상부에 결합되는 것으로, 기존에 사용되었던 너셀(30)을 설치하여 재사용하거나 발전효율이 증가된 너셀(30)을 교체하여 설치할 수 있다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 풍력발전 타워의 보강 및 증고를 위한 구조 보강체 및 시공방법(1)을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 사상이 있다고 할 것이다.

3 : 지반 10 : 베이스플레이트
20 : 타워 21 : 제1타워
22 : 제2타워 23 : 제3타워
30 : 너셀 31 : 블레이드
100 : 하부보강타워 110 : 내부강관
111 : 제1결합판 112 : 제1볼트홈
120 : 외부강관 121 : 제2결합판
122 : 제2볼트홈 130 : 보강충전재

Claims

지반에 설치되어 내측이 개방된 중공형 원통블럭이 수직방향으로 연속되게 결합되는 노후화된 풍력발전 비의 타워를 해체 후, 보강 결합하여 재사용하도록 설치되는 풍력발전 타워의 보강 및 증고를 위한 구조 보강체에 있어서,
지반의 상부에 고정되어 상기 지반을 지지하도록 구비되는 베이스플레이트;
상기 베이스플레이트의 상부에 결합되어 상기 타워의 높이를 증가시키면서 수직하중 및 전단력에 저항하도록 구비되는 하부보강타워;
상기 하부보강타워의 상부에 수직방향으로 연속되게 결합되어 내측이 개방된 중공형으로 각각 구비되는 제1타워, 제2타워 및 제3타워; 및
상기 제3타워의 상부에 결합되어 풍력에 의해 회전되는 블레이드가 일측에 결합되는 너셀;을 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전 타워의 보강 및 증고를 위한 구조 보강체.
청구항 1에 있어서,
상기 하부보강타워는,
상기 베이스플레이트의 상부에 일측이 결합되어 고정되며, 내측이 개방된 중공형으로 구비되는 내부강관;
상기 내부강관의 외측으로 이격되어 내측에 상기 내부강관을 수용하며, 상기 베이스플레이트의 상부에 일측이 결합되는 외부강관; 및
상기 외부강관 및 내부강관의 상호 이격된 사이공간에 충전되어 경화되면서 상기 내부강관 및 외부강관과 함께 수직하중 및 전단력에 저항하는 보강충전재;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전 타워의 보강 및 증고를 위한 구조 보강체.
청구항 2에 있어서,
상기 내부강관은,
상기 베이스플레이트의 상부에 결합되도록 일단의 측면이 외곽방향으로 돌출되어 볼트가 각각 결합되는 다수의 제1볼트홈이 구비되는 제1결합판;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전 타워의 보강 및 증고를 위한 구조 보강체.
청구항 2에 있어서,
상기 외부강관은,
상기 베이스플레이트에 일측이 결합되고 타측이 상기 제1타워에 결합되도록 양단의 측면이 외측 방향 또는 내측 방향으로 각각 돌출되어 볼트가 각각 결합되는 다수의 제2볼트홈이 구비되는 제2결합판을 포함하고;
상기 제2결합판은 상기 외부강관의 외측 방향 또는 내측 방향으로 돌출되어 구비되는 것을 특징으로 하는 풍력발전 타워의 보강 및 증고를 위한 구조 보강체.
청구항 2에 있어서,
상기 보강충전재는,
상기 하부보강타워에 가해지는 외력에 저항하도록 시멘트모르타르, 콘크리트 및 섬유보강 콘크리트 중에서 선택되는 어느 한가지의 소재로 구비되는 것을 특징으로 하는 풍력발전 타워의 보강 및 증고를 위한 구조 보강체.
청구항 2에 있어서,
상기 내부강관의 상단과 상기 외부강관의 상단은 동일 평면상에 위치되는 풍력발전 타워의 보강 및 증고를 위한 구조 보강체.
청구항 1 내지 6의 어느 한 항에 의한 베이스플레이트가 지반에 설치되어 내측이 개방된 중공형 원통블럭이 수직방향으로 연속되게 결합되는 노후화된 풍력발전 설비의 타워를 해체 후 하부보강타워로 인해 높이를 증가시키고, 너셀의 발전효율을 증가시키면서 재사용되도록 설치되는 풍력발전 타워의 보강 및 증고를 위한 구조 보강체의 시공방법에 있어서,
풍력에 의해 회전되는 블레이드가 일측에 결합되는 상기 너셀을 해체하는 너셀해체단계;
상기 너셀해체단계를 통해 상기 지반에서 수직방향으로 연속되게 결합된 제1타워, 제2타워 및 제3타워로 구비되는 상기 타워를 최상단에서부터 연속되게 해체하는 타워해체단계;
상기 타워해체단계를 통해 상기 지반에 고정되어 있는 상기 베이스플레이트의 상부에 상기 하부보강타워가 결합되어 상기 타워의 수직하중 및 전단력에 저항하도록 구비되며, 상기 타워의 높이를 증가시키는 하부보강타워결합단계;
상기 하부보강타워결합단계를 통해 구비되는 상기 하부보강타워의 상부에 상기 제1타워, 제2타워 및 제3타워로 구비되는 상기 타워가 결합되는 타워결합단계;
상기 타워결합단계를 통해 결합된 상기 제3타워의 상부에 상기 블레이드가 일측에 결합된 상기 너셀이 결합되는 너셀결합단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 풍력발전 타워의 보강 및 증고를 위한 구조 보강체의 시공방법.