KR102062204B1 - 해상풍력타워의 일괄 설치 및 운반 방법 - Google Patents

해상풍력타워의 일괄 설치 및 운반 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 육상에 설치된 크레인을 이용하여 해상풍력타워를 일괄 조립한 후에 해상 크레인이 설치된 운반선으로 해상풍력타워를 설치할 위치로 운반하고 일괄 설치하는 방법에 관한 것으로, (a) 항만의 안벽 전면 해저에 복수로 설치된 석션 기초파일 위에 조립대를 설치하고, 물을 급수 및 배수할 수 있는 공간부가 형성된 운반선에 물을 채워 조립대 위에 운반선이 안착 고정되도록 설치하는 단계; (b) 상기 안벽에 설치된 육상크레인을 이용하여 해상풍력타워의 하부구조물을 운반선에 정치하고, 정치된 해상풍력타워의 하부구조물에 상부구조물을 조립하는 단계; (c) 상기 운반선을 해상크레인이 설치된 설치선에 결속하고, 해상크레인으로 해상풍력타워의 상부구조물이 지지되도록 고정하는 단계; (d) 만조 때에 상기 운반선 내부에 채워진 물을 배수하여 운반선이 물에 부유되도록 한 후 설치선에 연결된 예인선으로 해상풍력타워 설치지점까지 운반선을 예인하는 단계; (e) 상기 해상크레인으로 해상풍력타워를 인양한 후 설치선에 결속된 운반선을 분리하는 단계; (f) 상기 해상크레인으로 해상풍력타워를 해저면에 안착시키고, 해상풍력타워의 하부구조물인 석션버켓을 해저면에 설치하는 단계, 및 (g) 상기 해상풍력타워로부터 해상크레인을 분리한 후 예인선을 이용하여 설치선을 철수하는 단계를 포함하여 이루어진 것이다. 본 발명은 항만의 안벽 인근에서 운반선 위에 해상풍력타워와 이를 지지하는 구조물을 결합 후 이를 일체형으로 운반하여 해상에 일괄 설치함으로써, 해상풍력타워의 설치지점인 해상에서의 조립 및 결합 작업시간을 현저히 줄여 해상풍력타워의 해상에서의 설치시간을 대폭 절감할 수 있고, 해상풍력타워의 설치지점인 해상에서 조립하고 기초구조물과 결합 설치함으로써, 조립 및 결합 때에 파랑에 의한 흔들림으로 그 구조적 안정성에 결함이 발생할 가능성을 최소화하여 해상풍력타워의 품질 및 신뢰성을 향상시키고, 해상풍력타워의 해상 설치에 따른 위험성을 최소화한 것이다.

Description

해상풍력타워의 일괄 설치 및 운반 방법 {Method for All-in-one Installation and Transportation of Offshore Wind Turbine}
본 발명은 해상풍력타워를 일괄 설치하고 운반하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 육상에 설치된 크레인을 이용하여 해상풍력타워를 일괄 조립한 후에 해상 크레인이 설치된 운반선으로 해상풍력타워를 설치할 위치로 운반하고 설치하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 풍력발전은 신재생에너지로 자원이 풍부하고 끊임없이 재생되며, 광범위한 지역에 분포되어 있을 뿐만 아니라 청정하고 전력생산에 따른 온실가스의 배출이 없는 등 화석에너지의 고갈에 대비한 대체에너지원으로 각광받고 있다.
풍력발전은 자연에너지인 바람을 이용하여 발전하기 때문에 바람이 불 때에는 수요에 관계없이 반드시 전력을 생산한다는 점에서 계통운용 측면에서 분산전원으로 분류된다.
풍력발전기 시스템은 주요 구성으로 기계시스템, 전기시스템 및 풍력발전기를 제어하는 제어시스템으로 구분된다. 또한, 블레이드를 포함하는 허브시스템과, 각종 기계, 전기, 제어장치 등이 탑재된 나셀(Nacelle), 그리고 상부의 허브시스템과 나셀의 중량을 지상으로부터 지지하기 위한 타워시스템으로도 구분된다.
풍력발전기는 설치 장소에 따라 육상용과 해상용으로 나누어진다. 특히 해상 풍력발전은 물속이나 물 위에 풍력발전단지의 건설로 바람에 의한 전력생산이 가능하도록 하는 것으로, 해상이라는 관점은 바다뿐만 아니라 호수나 협강, 폐쇄된 해안지역 등 내륙에 속하는 지역의 풍력발전도 포함된다. 더욱이 해상의 풍력발전은 육상보다 안정적이고 양호한 풍속을 얻을 수 있고, 장애물이나 소음 및 전파장애도 적으며, 대형화된 풍력발전기의 운반 및 설치와 시공비용의 절감을 도모할 수 있고, 대규모의 전력소비지역이 대부분 연안에 위치하고 있어 송전비용 측면에서도 유리한 점이 있다.
종래에 해상에 설치되는 풍력발전기는 육상에서 제작한 후에 바지선에 선적하여 설치 해역까지 예인선으로 예인한 후에 대형의 크레인이 설치된 기중기선을 이용하여 풍력발전기를 해상에 설치된 기초구조물에 기립하여 설치하고 있다. 또한, 풍력발전기의 주요 구성요소들을 해상에서 직접 조립 및 설치하고 있다. 즉 대략 1~3단의 풍력타워의 조립과 허브 조립, 그리고 블레이드 조립 등을 동시에 또는 하나씩 조립한 후에 대형의 기중기선에 설치된 크레인을 이용하여 위로 들어 올려야 한다. 이는 크레인의 하중 능력보다 붐의 높이가 중요한 인자가 된다.
또한, 해상에 설치되는 풍력발전기의 기초구조물로 석션파일이 많이 사용되는데, 이러한 석션파일의 설치 방법을 간략히 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 석션파일을 수중 저면, 예컨대, 해저면에 안착시키면 석션파일의 자중에 의해 석션파일의 하단부가 수중저면에 일정 깊이까지 관입된다. 이 상태에서 석션파일의 상단부에 설치된 수중 펌프와 같은 석션 장치를 이용하여 파일 내부의 물을 외부로 배수시키면 석션파일 내부의 압력이 감소하게 됨으로써, 석션파일 내부와 외부의 압력차가 발생하게 된다. 이때 석션파일에서 구조상 수평방향으로는 힘이 평형 상태를 이루지만, 상하방향으로는 하부로 누르는 힘이 발생하게 되는데, 이렇게 발생된 힘에 의하여 석션파일이 지반에 관입되게 되는 것이다.
한편, 풍력발전기의 효율적인 발전을 위하여 해상에서도 풍력발전기의 높이가 점점 높아지는 추세이고 그 길이는 대략 80~130m에 이르며, 이러한 풍력발전기를 수직으로 들어 올릴 수 있는 대형 크레인이 설치된 기중기선의 보급이 어려운 실정이다. 더욱이 심도가 있는 해상에서 풍력발전기의 설치는 더욱 많은 제약조건이 따르게 된다.
본 발명과 관련된 선행기술로서, 대한민국 등록특허공보 제10-1123257호(2012.03.20.공고)는 해상 풍력발전 구조물의 시공방법에 관한 것으로서, 본체(200)는 프리캐스트 방식에 의해 제조되고, 링 부재(210)는 상기 본체(200)의 제조 시 일체로 결합하며, 본체(200)는 상부본체(200a) 및 하부본체(200b)의 적층에 의해 형성되고, 상부본체(200a)에는 링부재(210) 중 상부 링 부재(210a)가 설치되고, 하부본체(200b)에는 링 부재(210) 중 하부 링 부재(210b)가 설치되며, 지지부재(300)는 상부 링 부재(210a)에 결합하는 상부 지지부재(300a)와, 하부 링 부재(210b)에 결합하는 하부 지지부재(300b)를 포함하여 구성된 것을 개시하고 있다. 이는 구조가 복잡할 뿐만 아니라, 해상 풍력발전 구조물을 해중에서 조립하면서 설치함으로써 파도나 물결에 의한 흔들림에 의해 조립성과 안전성에서 불리하고, 일반 크레인을 이용한 작업으로 풍력발전시설이 구축되기 때문에 실질적인 설치에도 오랜 시간이 걸리는 문제점이 있었다.
대한민국 등록특허공보 제10-1123257호(2012.03.20., 공고, 해상 풍력발전 구조물의 시공방법)
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 항만의 안벽 인근에 조립대를 설치하고 조립대 위에 고정된 운반선에서 육상 크레인을 이용하여 해상풍력타워의 하부구조물과 상부구조물을 각각 결합하고, 결합된 해상풍력타워를 해상의 설치위치까지 운반하여 해상 크레인을 이용하여 일괄 설치함으로써, 해상풍력타워의 설치지점인 해상에서의 조립 및 결합 작업시간과 설치시간을 대폭 절감하고 구조적 안정성을 확보하기 위한 것이 목적이다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, (a) 항만의 안벽 전면 해저에 복수로 설치된 석션 기초파일 위에 조립대를 설치하고, 물을 급수 및 배수할 수 있는 공간부가 형성된 운반선에 물을 채워 조립대 위에 운반선이 안착 고정되도록 설치하는 단계; (b) 상기 안벽에 설치된 육상크레인을 이용하여 해상풍력타워의 하부구조물을 운반선에 정치하고, 정치된 해상풍력타워의 하부구조물에 상부구조물을 조립하는 단계; (c) 상기 운반선을 해상크레인이 설치된 설치선에 결속하고, 해상크레인으로 해상풍력타워의 상부구조물이 지지되도록 고정하는 단계; (d) 만조 때에 상기 운반선 내부에 채워진 물을 배수하여 운반선이 물에 부유되도록 한 후 설치선에 연결된 예인선으로 해상풍력타워 설치지점까지 운반선을 예인하는 단계; (e) 상기 해상크레인으로 해상풍력타워를 인양한 후 설치선에 결속된 운반선을 분리하는 단계; (f) 상기 해상크레인으로 해상풍력타워를 해저면에 안착시키고, 해상풍력타워의 하부구조물인 석션버켓을 해저면에 설치하는 단계, 및 (g) 상기 해상풍력타워로부터 해상크레인을 분리한 후 예인선을 이용하여 설치선을 철수하는 단계를 포함하여 이루어진 해상풍력타워의 일괄 설치 및 운반 방법을 제공한 것이 특징이다.
또한, 본 발명에서, 상기 (a) 단계에서, 상기 조립대는 수심에 따라 운반선의 높낮이를 조절하기 위하여 갯수를 달리하거나 승강이 가능한 구조로 구성될 수 있다.
또한, 본 발명에서, 상기 (c) 단계에서, 상기 해상크레인은 투붐(Two Boom) 타입으로 투붐 사이에 해상풍력타워의 상부구조물이 삽입되도록 하고, 상부타워와 하부타워를 고정 결합하는 플랜지 일측에 형성된 패드아이에 와이어로프를 체결하여 상부구조물이 고정되도록 할 수 있다.
또한, 본 발명에서, 상기 (c) 단계에서, 운반선과 설치선의 결속은, 상기 운반선 측면 좌우로 일정 간격을 두고 수직으로 돌출 형성된 결합링 사이에 상기 설치선 측면 좌우로 일정 간격을 두고 수직으로 돌출 형성된 삽입링을 각각 삽입한 후에 결합링과 삽입링에 형성된 관통공으로 결합부재를 체결하여 고정하거나 또는 상기 운반선 측면 중심에 좌우로 일정 간격을 두고 수평으로 돌출 형성된 삽입링 을 상기 설치선 측면 상하에 좌우로 일정 간격을 두고 수평으로 돌출 형성된 결합링 사이에 삽입한 후에 삽입링과 결합링에 형성된 관통공으로 설치선 위에 구비된 결합부재를 체결하여 고정할 수 있다.
또한, 본 발명은, (a) 항만의 안벽 전면에 운반선을 고정하는 단계; (b) 상기 안벽에 설치된 육상크레인을 이용하여 해상풍력타워의 하부구조물을 운반선에 정치하고, 정치된 해상풍력타워의 하부구조물에 상부구조물을 조립하는 단계; (c) 상기 운반선에 설치된 복수의 텔레스코프 붐으로 해상풍력타워가 지지되도록 고정하는 단계; (d) 상기 운반선에 연결된 예인선으로 해상풍력타워 설치지점까지 운반선을 예인하는 단계; (e) 설치선의 해상크레인으로 운반선에 설치된 해상풍력타워의 상부구조물이 지지되도록 고정하고, 상기 해상풍력타워를 지지하는 복수의 텔레스코프 붐을 해제한 후 상기 해상크레인으로 해상풍력타워를 인양하고 운반선을 철수하는 단계; (f) 상기 해상크레인으로 해상풍력타워를 해저면에 안착시키고, 해상풍력타워의 하부구조물인 석션버켓을 해저면에 설치하는 단계, 및 (g) 상기 해상풍력타워로부터 해상크레인을 분리한 후 예인선을 이용하여 설치선을 철수하는 단계를 포함하여 이루어진 해상풍력타워의 일괄 설치 및 운반 방법을 제공한 것이 특징이다.
또한, 본 발명에서, 상기 운반선 표면에 해상풍력타워의 하부구조물로서 석션버켓을 삽입 고정하는 고정공이 형성되고, 고정공과 석션버켓 사이에 원통형의 부싱이 결합되며, 부싱은 상부에 운반선 표면에 밀착되는 플랜지가 형성되되, 부싱은 복수개로 분할될 수 있다.
본 발명에 따르면, 항만의 안벽 인근에서 운반선 위에 해상풍력타워와 이를 지지하는 구조물을 결합 후 이를 일체형으로 운반하여 해상에 일괄 설치함으로써, 해상풍력타워의 설치지점인 해상에서의 조립 및 결합 작업시간을 현저히 줄여 해상풍력타워의 해상에서의 설치시간을 대폭 절감할 수 있고, 해상풍력타워의 설치지점인 해상에서 조립하고 기초구조물과 결합 설치함으로써, 조립 및 결합 때에 파랑에 의한 흔들림으로 그 구조적 안정성에 결함이 발생할 가능성을 최소화하여 해상풍력타워의 품질 및 신뢰성을 향상시키고, 해상풍력타워의 해상 설치에 따른 위험성을 최소화한 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 실시 예로, 해상풍력타워의 일괄 설치 및 운반 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 2는 본 발명에 따른 육상크레인을 이용하여 운반선에서 해상풍력타워를 조립하고 설치하는 구성을 나타낸 개략도이다.
도 3은 본 발명에 따른 운반선에 해상풍력타워를 고정하는 구조를 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 해상풍력타워를 해상크레인의 붐과 와이어로프로 각각 연결하는 구성을 나타낸 개략도이다.
도 5는 본 발명에 따른 운반선과 설치선을 연결하는 구성을 나타낸 사시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 설치선으로 해상풍력타워가 설치된 운반선을 해상의 설치지점으로 운반하는 구성을 나타낸 개략도이다.
도 7은 본 발명에 따른 설치선과 운반선을 분리하는 구성을 나타낸 개략도이다.
도 8은 본 발명에 따른 해상크레인으로 해상풍력타워를 인양하는 구성을 나타낸 개략도이다.
도 9는 본 발명에 따른 해상크레인으로 해상풍력타워를 해상의 설치지점에 설치하는 구성을 나타낸 개략도이다.
도 10 내지 도 15는 본 발명에 따른 다른 실시 예로, 도 10은 해상풍력타워의 일괄 설치 및 운반 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 11은 본 발명에 따른 육상크레인을 이용하여 운반선에서 해상풍력타워를 조립하고 설치하는 구성을 나타낸 개략도이다.
도 12는 본 발명에 따른 해상풍력타워가 설치된 운반선으로 해상의 설치지점에 계류 중인 설치선까지 운반하는 구성을 나타낸 개략도이다.
도 13은 본 발명에 따른 해상크레인으로 해상풍력타워를 인양하는 구성을 나타낸 개략도이다.
도 14는 본 발명에 따른 해상크레인으로 해상풍력타워를 인양한 상태에서 설치선과 운반선을 분리한 구성을 나타낸 개략도이다.
도 15는 본 발명에 따른 해상크레인으로 해상풍력타워를 해상의 설치지점에 설치하는 구성을 나타낸 개략도이다.
이하 본 발명에 따른 해상풍력타워의 일괄 설치 및 운반 방법에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 2에서, 본 발명은 육상크레인(2)이 설치된 안벽(1)에 인접하여 운반선(30)을 고정 설치하기 위한 조립대(4)가 설치되고, 조립대(4) 위에 고정된 운반선(30) 위에서 해상풍력타워(10)를 일괄 조립한 후에 해상풍력타워를 설치지점의 해상에 바로 설치할 수 있도록 하는 것이다.
육상크레인(2)은 항만의 안벽(1) 위에 설치된다. 육상크레인(2)은 석션버켓(13) 및 하부타워(12)를 포함하는 하부구조물(11)과, 상부타워(16), 나셀(17), 허브(18), 블레이드(19)를 포함하는 상부구조물(15)로 구분된 해상풍력타워(10)를 각각 들어 올린 후 운반선(30)으로 이동시켜 조립하기 위하여 지지하는 것으로, 육상크레인(2)은 해상풍력타워(10)의 구성요소별 하중을 권양할 수 있는 능력을 갖는 것이 좋다.
석션 기초파일(3)은 항만의 안벽(1) 전면 해저에 복수로 설치된다. 조립대(4)는 석션 기초파일(3) 위에 고정 설치된다. 조립대(4)는 안벽(1)에 접한 해저면으로부터 수심에 따라 운반선(30)의 높낮이를 조절하기 위하여 조립대(4)의 갯수를 달리하거나 승강이 가능한 구조인 것이 좋다.
도 3에서, 운반선(30)은 조립대(4) 위에 고정 지지되는 것으로, 해상풍력타워(10)를 조립, 결합 및 설치를 위한 것이다. 운반선(30) 표면에 해상풍력타워(10)의 석션버켓(13)이 삽입되는 복수의 고정공(31)이 형성되고, 운반선(30)의 내부에는 물을 급수하여 채우거나 채워진 물을 배수하여 비울 수 있는 공간부가 형성된다. 따라서 운반선(30)은 내부 공간부에 물을 급수하는 경우에는 하중에 의하여 해수면으로부터 일정 깊이로 가라앉게 되고, 내부 공간부에 채워진 물을 배수하면 부력에 의하여 해수면으로부터 일정 높이로 뜨게 된다. 운반선(30)에는 내부 공간부로 물을 급수하거나 배수하는 밸러스터가 구비되어 있는 것이 좋다. 더욱이 운반선(30)의 전후 및 좌우의 폭은 조립대(4)의 전후 및 좌우의 폭보다 큰 것이 좋다. 또한, 운반선(30)은 해수의 만조와 간조에 따라 승강하면서 조립대(4) 위에 안착 설치되도록 하거나 조립대(4)로부터 분리되도록 할 수 있다. 또, 운반선(30)은 만조 때에 내부에 물을 급수하여 운반선(30)이 조립대(4) 위에 자중으로 안착 설치되어 해수의 조석에도 영향을 받지 않도록 한다. 이렇게 하면 운반선(30)과 조립대(4)를 별개의 구성으로 결합시킬 필요가 없다.
도 4에서, 설치선(40)은 해상크레인(41)이 설치된 것으로, 해상풍력타워(10)가 조립 설치된 운반선(30)을 예인한다. 해상크레인(41)은 항만의 안벽(1) 인근에서 풍력타워와 기초구조물 및 석션파일을 조립하고, 이를 일체형으로 운반하여 해상에 일괄 설치하기 위한 구조로 이루어진 것이다. 그리고 설치선(40)은 운반선(30)을 예인하는 동안 운반선(30)에 가설치된 해상풍력타워(10)를 고정 지지한다. 예컨대, 설치선(40)에 설치된 해상크레인(41)은 투붐(Two Boom)(42)으로 구성되어 운반선(30)을 이동시키는 동안 투붐(42) 사이에 해상풍력타워(10)의 상부타워(16)를 끼우고, 해상풍력타워(10)의 상부타워(16)와 하부타워(12)를 고정 결합하는 플랜지(20)에 돌출 형성된 패드아이(22)에 와이어로프(43)를 체결하여 고정 지지한다. 또한, 설치선(40)은 운반선(30)에 조립 설치된 해상풍력타워(10)를 해상의 설치지점에서 인양하여 설치한다. 설치선(40)은 해상 이동을 위하여 항해를 위한 동력을 갖춘 별도의 예인선(도시하지 않음)과 연결된다.
이와 같이 이루어진 본 발명에 따른 해상풍력타워의 일괄 설치 및 운반 방법에 관한 실시 예를 도 1의 흐름도를 참조하여 설명한다.
먼저, 도 2에서, 항만의 안벽(1) 전면 해저에 복수로 설치된 석션 기초파일(3) 위에 조립대(4)를 설치한다(S1). 물을 급수 및 배수할 수 있는 공간부가 형성된 운반선(30)에 물을 채워 조립대(4) 위에 운반선(30)이 안착 고정되도록 설치한다(S2). 이때, 조립대(4)는 만조 때에 해수에 잠기는 위치에 오도록 설치되는 것이 좋다. 더욱이 해수의 만조 때 높이에 따라 조립대(4)를 승강시켜 높낮이를 조절할 수 있다. 따라서 해수의 만조 때에 조립대(4) 위로 운반선(30)이 위치되도록 한 후에 운반선(30)에 밸러스터를 이용하여 물을 급수하여 채우면서 운반선(30)이 자중에 의하여 조립대(4) 위에 하강하는 동안 고정 설치되도록 한다.
조립대(4) 위에 운반선(30)이 안착 고정되면, 안벽(1)에 설치된 육상크레인(2)을 이용하여 해상풍력타워(10)의 하부구조물(11)을 운반선(30)에 정치한다(S3). 이때, 도 3에서, 운반선(30) 표면에 형성된 복수의 고정공(31)에 하부구조물(11)의 석션버켓(13)이 삽입되도록 한다. 석션버켓(13)에는 하부구조물(11)의 하부타워(12)가 결합된다. 그리고 운반선(30)에 정치된 해상풍력타워(10)의 하부구조물(11) 위로 해상풍력타워(10)의 상부구조물(15)을 조립한다(S4). 해상풍력타워(10)의 상부구조물(15)은 하부구조물(11)의 하부타워(12)와 플랜지(20)로 결합되는 상부타워(16)와, 상부타워(16) 위에 나셀(17), 허브(18) 및 블레이드(19) 등을 육상크레인(2)을 이용하여 각각 조립하여 설치한다.
도 4에서, 육상크레인(2)을 이용하여 운반선(30) 위에 해상풍력타워(10)의 하부구조물(11)과 상부구조물(15)의 구성요소를 각각 들어 올려 이송시키면서 조립 설치가 완료되면, 운반선(30)을 해상크레인(41)이 설치된 설치선(40)에 결속한다(S5). 운반선(30)과 설치선(40)의 결속은 운반선(30)과 설치선(40) 측면에 각각 돌출 형성된 결합링(32)과 삽입링(44)과 결합부재(45)를 이용하여 결속한다. 예를 들어, 도 5a에서, 운반선(30) 측면 좌우로 일정 간격을 두고 수직으로 돌출 형성된 결합링(32) 사이에 설치선(40) 측면 좌우로 일정 간격을 두고 수직으로 돌출 형성된 삽입링(44)을 각각 삽입한 후에 결합링(32)과 삽입링(44)에 형성된 관통공으로 결합부재(45)를 체결하여 고정한다. 또는 도 5b에서, 운반선(30) 측면 중심에 좌우로 일정 간격을 두고 수평으로 돌출 형성된 삽입링(33)을 설치선(40) 측면 상하에 좌우로 일정 간격을 두고 수평으로 돌출 형성된 결합링(46) 사이에 삽입한 후에 삽입링(33)과 결합링(46)에 형성된 관통공으로 설치선(40) 위에 구비된 결합부재(47)를 체결하여 고정한다.
그리고 해상크레인(41)을 이용하여 해상풍력타워(10)의 상부구조물(15)이 지지되도록 고정한다(S6). 이는 투붐(Two Boom) 타입으로 이루어진 해상크레인(41)의 투붐(42) 사이에 해상풍력타워(10)의 상부구조물(15)이 삽입되도록 하고, 상부구조물(15)의 상부타워(16)와 하부구조물(11)의 하부타워(12)가 결합되는 플랜지(20)에 돌출 구성된 패드아이(22)를 이용하여 해상크레인(41)에 구성된 와이어로프(43)로 상부구조물(15)이 고정되도록 한다.
다음으로, 해수의 만조 때에 운반선(30) 내부에 채워진 물을 배수하여 운반선(30)이 물에 부유되도록 한다(S7). 도 6에서, 운반선(30)이 부유되면, 설치선(40)에 연결된 예인선을 운항시켜 해상풍력타워(10) 설치지점까지 운반선(30)을 예인한다(S8). 설치선(40)과 운반선(30)이 해상풍력타워(10)의 설치지점에 도착하면, 해상크레인(41)으로 해상풍력타워(10)를 일정 높이로 끌어올려 인양한다(S9). 여기서 설치선(40)은 계류선을 이용하여 고정한다. 그리고 도 7에서, 해상풍력타워(10)가 해상크레인(41)에 의하여 인양되면, 도 8에서, 결속된 설치선(40)으로부터 운반선(30)을 분리한다(S10). 도 9에서, 운반선(30)이 분리된 후 해상크레인(41)으로 해상풍력타워(10)의 설치지점의 해저면에 해상풍력타워(10)를 안착시키고(S11), 해상풍력타워(10)의 하부구조물(11)인 석션버켓(13)을 해저면에 설치한다(S12). 해저면에 석션버켓(13)을 설치하는 방법은, 석션버켓을 해저면에 안착시키면 석션버켓의 자중에 의해 석션버켓의 하단부가 해저면에 일정 깊이까지 관입되고, 이 상태에서 석션버켓의 상단부에 설치된 수중 펌프와 같은 석션 장치를 이용하여 석션버켓 내부의 물을 외부로 배수시키면 석션버켓 내부의 압력이 감소하게 됨으로써, 석션버켓 내부와 외부의 압력차가 발생하게 되며, 이때 석션버켓에서 구조상 수평방향으로는 힘이 평형 상태를 이루지만, 상하방향으로는 하부로 누르는 힘이 발생하게 되는데, 이렇게 발생된 힘에 의하여 석션버켓이 지반에 관입되게 되는 것이다.
이후, 해상에 설치된 해상풍력타워(10)로부터 해상크레인(41)을 분리한 후(S13), 예인선을 이용하여 설치선(40)을 철수시킨다(S14).
다음으로, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 해상풍력타워의 일괄 설치 및 운반 방법에 관하여 설명한다.
도 11에서, 운반선(50)은 항만의 안벽(1) 전면에 고정 설치된다. 운반선(50) 표면에는 복수의 고정공(51)이 형성된다. 더욱이 운반선(50)에는 복수의 해상풍력타워(10)를 고정 설치할 수 있는 복수의 고정공(51)이 형성될 수 있다.
해상풍력타워(10)의 하부구조물(11)로서 석션버켓(13)을 고정공(51)에 삽입하여 고정시킬 때에 플랜지(53)가 형성된 부싱(52)을 이용한다. 즉, 운반선(50) 표면에 형성된 고정공(31)에 하부구조물(11)의 석션버켓(13)을 삽입한 상태에서 고정공(51)과 석션버켓(13) 사이에 원통형의 부싱(52)을 결합하여 석션버켓(13)이 고정공(51)에 견고하게 고정 결합되도록 한다. 더욱이 부싱(52)은 상부에 운반선(50) 표면에 밀착되는 플랜지(53)가 형성된 것으로, 부싱(52)은 복수개로 분할되어 있어 고정공(51)과 석션버켓(13) 표면 사이에 분할된 부싱(52)을 차례대로 밀착 삽입하고 볼트와 같은 결합구로 플랜지(53)와 운반선(30) 표면을 결합하면서 하부구조물(11)이 고정되도록 한다. 석션버켓(13)을 고정공(51)에 삽입하여 고정시킬 때에 플랜지(53)가 형성된 부싱(52)을 이용하는 구성은 상기 도 1의 실시 예에도 적용될 수 있다.
또한, 운반선(50)에는 일정 간격을 두고 복수의 텔레스코프 붐(55)이 설치된다. 텔레스코프 붐(55)은 하부구조물(11)의 석션버켓(13)이 고정공(51)에 고정된 후에 상부구조물(15)의 상부타워(16)를 고정 지지한다. 텔레스코프 붐(55)은 운반선(50) 위에 대략 120도 간격으로 3대가 설치될 수 있다. 더욱이 텔레스코프 붐(55) 단부에는 상부구조물(15)을 고정 지지할 수 있는 구성이나 구조로 이루어진 것이 좋다. 이러한 텔레스코프 붐(55)은 상기 도 1의 실시 예에도 적용될 수 있다. 이하, 본 발명의 다른 실시 예에서는 해상크레인(41)이 설치된 설치선(40) 및 바지선 등의 구성 및 구조는 상기 실시 예와 대략 동일하다.
이와 같이 이루어진 본 발명에 따른 해상풍력타워의 일괄 설치 및 운반 방법에 관한 다른 실시 예를 도 10의 흐름도를 참조하여 설명한다.
도 11에서, 항만의 안벽(1) 전면에 운반선(50)을 설치한다(S21). 이때, 운반선(50)은 별도의 계류선을 이용하여 고정할 수 있다. 운반선(50)이 고정된 상태에서, 안벽(1)에 설치된 육상크레인(2)을 이용하여 해상풍력타워(10)의 하부구조물(11)을 운반선(50)에 정치한다(S22). 이때, 운반선(50) 표면에 형성된 복수의 고정공(51)에 하부구조물(11)의 석션버켓(13)이 삽입되도록 하고, 고정공(31)과 석션버켓(13) 사이에 부싱(52)을 삽입하여 하부구조물(11)이 운반선(50)에 견고하게 고정되도록 한다. 석션버켓(13)에는 하부구조물(11)의 하부타워(12)가 결합된다. 그리고 운반선(50)에 정치된 해상풍력타워(10)의 하부구조물(11) 위로 해상풍력타워(10)의 상부구조물(15)을 조립한다(S23). 해상풍력타워(10)의 상부구조물(15)은 하부구조물(11)의 하부타워(12)와 플랜지(20)로 결합되는 상부타워(16)와, 상부타워(16) 위에 나셀(17), 허브(18) 및 블레이드(19) 등을 육상크레인(2)을 이용하여 각각 조립하여 설치한다. 또, 운반선(50) 위에 설치된 복수의 텔레스코프 붐(55)으로 해상풍력타워(10) 상부를 고정 지지한다(S24).
따라서 육상크레인(2)을 이용하여 운반선(50) 위에 해상풍력타워(10)의 하부구조물(11)과 상부구조물(15)의 구성요소를 각각 들어 올려 이송시키면서 조립 설치가 완료되면, 도 12에서, 예인선을 운항시켜 해상풍력타워(10) 설치지점까지 운반선(50)을 예인한다(S25). 운반선(50)이 해상풍력타워(10)의 설치지점에 도착하면, 설치지점에 미리 대기하고 있는 설치선(40)의 해상크레인(41)에 해상풍력타워(10)를 고정시킨다(S26). 여기서 운반선(50)과 설치선(40)은 별도의 계류선으로 고정시킬수 있다. 또한, 도 13에서, 해상풍력타워(10)를 지지하던 복수의 텔레스코프 붐(55)을 해제시킨다(S27). 그리고 해상크레인(41)으로 해상풍력타워(10)를 일정 높이로 끌어올려 인양한다(S28). 도 14에서, 해상풍력타워(10)가 해상크레인(41)에 의하여 인양되면 운반선(50)은 철수된다. 또한, 도 15에서, 운반선(50)이 철수된 후 해상크레인(41)으로 해상풍력타워(10)의 설치지점의 해저면에 안착시키고(S29), 해상풍력타워(10)의 하부구조물(11)인 석션버켓(13)을 해저면에 설치한다(S30).
이후, 해상에 설치된 해상풍력타워(10)로부터 해상크레인(41)을 분리한 후(S31), 예인선을 이용하여 설치선(40)을 철수시킨다(S32).
이상의 설명에서 본 발명은 특정의 실시 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.
1: 안벽 2: 육상크레인 3: 석션 기초파일 4: 조립대 10: 해상풍력타워 11: 하부구조물 12: 하부타워 13: 석션버켓 15: 상부구조물 16: 상부타워 17: 나셀 18: 허브 19: 블레이드 20: 플랜지 22: 패드아이 30: 운반선 31: 고정공 32, 33: 결합링 40: 설치선 41: 해상크레인 42: 붐 43: 와이어로프 44, 46: 삽입링 45, 47: 결합부재 50: 운반선 51: 고정공 52: 부싱 53: 플랜지 55: 텔레스코프 붐

Claims (6)

  1. (a) 항만의 안벽 전면 해저에 복수로 설치된 석션 기초파일 위에 조립대를 설치하고, 물을 급수 및 배수할 수 있는 공간부가 형성된 운반선에 물을 채워 조립대 위에 운반선이 안착 고정되도록 설치하는 단계;
    (b) 상기 안벽에 설치된 육상크레인을 이용하여 해상풍력타워의 하부구조물을 운반선에 정치하고, 정치된 해상풍력타워의 하부구조물에 상부구조물을 조립하는 단계;
    (c) 상기 운반선을 해상크레인이 설치된 설치선에 결속하고, 해상크레인으로 해상풍력타워의 상부구조물이 지지되도록 고정하는 단계;
    (d) 만조 때에 상기 운반선 내부에 채워진 물을 배수하여 운반선이 물에 부유되도록 한 후 설치선에 연결된 예인선으로 해상풍력타워 설치지점까지 운반선을 예인하는 단계;
    (e) 상기 해상크레인으로 해상풍력타워를 인양한 후 설치선에 결속된 운반선을 분리하는 단계;
    (f) 상기 해상크레인으로 해상풍력타워를 해저면에 안착시키고, 해상풍력타워의 하부구조물인 석션버켓을 해저면에 설치하는 단계, 및
    (g) 상기 해상풍력타워로부터 해상크레인을 분리한 후 예인선을 이용하여 설치선을 철수하는 단계를 포함하여 이루어진, 해상풍력타워의 일괄 설치 및 운반 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서, 상기 조립대는 수심에 따라 운반선의 높낮이를 조절하기 위하여 갯수를 달리하거나 승강이 가능한 구조로 이루어진, 해상풍력타워의 일괄 설치 및 운반 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 (c) 단계에서, 상기 해상크레인은 투붐(Two Boom) 타입으로 투붐 사이에 해상풍력타워의 상부구조물이 삽입되도록 하고, 상부타워와 하부타워를 고정 결합하는 플랜지 일측에 형성된 패드아이에 와이어로프를 체결하여 상부구조물이 고정되도록 하는, 해상풍력타워의 일괄 설치 및 운반 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 (c) 단계에서, 운반선과 설치선의 결속은,
    상기 운반선 측면 좌우로 일정 간격을 두고 수직으로 돌출 형성된 결합링 사이에 상기 설치선 측면 좌우로 일정 간격을 두고 수직으로 돌출 형성된 삽입링을 각각 삽입한 후에 결합링과 삽입링에 형성된 관통공으로 결합부재를 체결하여 고정하거나 또는 상기 운반선 측면 중심에 좌우로 일정 간격을 두고 수평으로 돌출 형성된 삽입링을 상기 설치선 측면 상하에 좌우로 일정 간격을 두고 수평으로 돌출 형성된 결합링 사이에 삽입한 후에 삽입링과 결합링에 형성된 관통공으로 설치선 위에 구비된 결합부재를 체결하여 고정하는, 해상풍력타워의 일괄 설치 및 운반 방법.
  5. (a) 항만의 안벽 전면에 운반선을 고정하는 단계;
    (b) 상기 안벽에 설치된 육상크레인을 이용하여 해상풍력타워의 하부구조물을 운반선에 정치하고, 정치된 해상풍력타워의 하부구조물에 상부구조물을 조립하는 단계;
    (c) 상기 운반선에 설치된 복수의 텔레스코프 붐으로 해상풍력타워가 지지되도록 고정하는 단계;
    (d) 상기 운반선에 연결된 예인선으로 해상풍력타워 설치지점까지 운반선을 예인하는 단계;
    (e) 설치선의 해상크레인으로 운반선에 설치된 해상풍력타워의 상부구조물이 지지되도록 고정하고, 상기 해상풍력타워를 지지하는 복수의 텔레스코프 붐을 해제한 후 상기 해상크레인으로 해상풍력타워를 인양하고 운반선을 철수하는 단계;
    (f) 상기 해상크레인으로 해상풍력타워를 해저면에 안착시키고, 해상풍력타워의 하부구조물인 석션버켓을 해저면에 설치하는 단계, 및
    (g) 상기 해상풍력타워로부터 해상크레인을 분리한 후 예인선을 이용하여 설치선을 철수하는 단계를 포함하여 이루어진, 해상풍력타워의 일괄 설치 및 운반 방법.
  6. 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 운반선 표면에 해상풍력타워의 하부구조물로서 석션버켓을 삽입 고정하는 고정공이 형성되고, 고정공과 석션버켓 사이에 원통형의 부싱이 결합되며, 부싱은 상부에 운반선 표면에 밀착되는 플랜지가 형성되되, 부싱은 복수개로 분할된, 해상풍력타워의 일괄 설치 및 운반 방법.
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