KR102106607B1 - 멀티형 풍력 발전기 설치 방법 - Google Patents

멀티형 풍력 발전기 설치 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 크레인과 리프트를 이용하여 멀티형 풍력 발전기를 용이하게 설치할 수 있는 방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따른 메인 나셀을 포함하는 타워, 상기 타워에 고정 설치된 상부 서포트 아암과 하부 서포트 아암, 상기 상부 서포트 아암에 고정 설치된 상부 발전 유닛, 상기 하부 서포트 아암에 고정 설치된 하부 발전 유닛을 포함하는 멀티형 풍력 발전기의 설치 방법은, 메인 나셀이 설치된 제1 타워 유닛에 상부 서포트 아암을 설치하는 상부 서포트 아암 설치 단계, 상부 서포트 아암에 상부 로터를 설치하는 상부 로터 조립 단계, 상기 제1 타워 유닛에 하부 서포트 아암을 설치하는 하부 서포트 아암 설치 단계, 상기 제1 타워 유닛을 상승시키고 상기 제1 타워 유닛의 하부에 제2 타워 유닛을 설치하는 제1 리프팅 및 적층 단계, 및 상기 하부 서포트 아암에 하부 로터를 설치하는 하부 로터 조립 단계를 포함한다.

Description

멀티형 풍력 발전기 설치 방법{INSTALLING METHOD OF MULTI TYPE WIND TURBINE}
본 발명은 멀티형 풍력 발전기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복수의 단위 발전 유닛을 갖는 멀티형 풍력 발전기의 설치 방법에 관한 것이다.
풍력발전(風力發電)이란 풍차를 이용해 바람이 가진 에너지를 기계적인 에너지(회전력)로 변환시키고, 이 기계적 에너지가 발전기를 구동함으로써 전기적인 에너지로 변환되어 전력을 얻는 발전 방식을 말한다.
풍력발전은 현재까지 개발된 신재생 에너지원 중에서 가장 경제성이 높을 뿐 아니라 무한정, 무비용의 청정에너지원인 바람을 이용하여 발전할 수 있는 장점 때문에 유럽은 물론 미주와 아시아 등지에서도 적극적인 투자가 이뤄지고 있는 실정이다.
이러한 풍력발전을 위한 풍력 발전기는 회전축의 방향에 따라 수직축 풍력 발전기와 수평축 풍력 발전기로 구분될 수 있다. 현재까지는 수직축에 비해 수평축 풍력 발전기의 효율이 높고 안정적이어서 상업용 풍력발전단지에는 대부분 수평축 풍력 발전기가 적용되고 있다.
통상적인 수평축 풍력발전기는 많은 동력을 얻기 위해서는 블레이드의 크기를 키우거나 블레이드 크기에 상응하는 용량을 갖는 발전기를 장착해야 한다. 하지만, 블레이드가 커지거나 발전기의 용량이 커질수록 블레이드와 발전기의 무게가 증가하게 되어 무거운 블레이드와 발전기를 지지할 타워와 구조물의 규모가 같이 커져야 하며, 블레이드와 발전기를 포함한 발전시설이 무거워지면 그 무게의 지지를 위한 베어링과 같은 부품도 증가해야 하고, 바람의 방향에 따라 회전날개부의 방향을 돌려주는 요(yaw) 동작을 위해 별도의 특수 장치가 설치되어야 한다.
이로 인해 설치 및 유지비용이 기하급수적으로 증가하게 되며, 이러한 기술적인 난이도와 비용의 증가로 인하여 풍력 발전기의 폭넓은 보급에 막대한 장애를 초래하는 문제점이 있었다.
최근에는 하나의 타워 주변에 원주방향을 따라 복수의 단위 발전 유닛을 배치하는 멀티형 풍력 발전기가 알려져 있다. 멀티형 풍력 발전기는, 한 개의 타워에 한 개의 메인 나셀을 설치하고, 메인 나셀에 복수의 서포트 아암을 방사상으로 결합하며, 각 서포트 아암에 단위 발전 유닛을 각각 설치하고 있다. 단위 발전 유닛은 발전기를 포함한 서브 나셀, 서브 나셀에 회전 가능하게 결합되는 로터 및 그 로터에 결합되어 함께 회전하는 소형 블레이드를 포함하고 있다.
이러한 멀티형 풍력 발전기는 무게가 무거워서 설치하기가 어려운 문제가 있다. 특히 단위 발전 유닛들을 타워에 설치하기 위해서는 대형 크레인이 필요하고, 단위 발전 유닛들이 결합된 타워를 조립하기 위해서는 초대형 리프트가 필요하다.
대한민국 등록특허 제10-1001701호(2010.12.09)
본 발명은 크레인과 리프트를 이용하여 멀티형 풍력 발전기를 용이하게 설치할 수 있는 방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따른 메인 나셀을 포함하는 타워, 상기 타워에 고정 설치된 상부 서포트 아암과 하부 서포트 아암, 상기 상부 서포트 아암에 고정 설치된 상부 발전 유닛, 상기 하부 서포트 아암에 고정 설치된 하부 발전 유닛을 포함하는 멀티형 풍력 발전기의 설치 방법은, 메인 나셀이 설치된 제1 타워 유닛에 상부 서포트 아암을 설치하는 상부 서포트 아암 설치 단계, 상부 서포트 아암에 상부 로터를 설치하는 상부 로터 조립 단계, 상기 제1 타워 유닛에 하부 서포트 아암을 설치하는 하부 서포트 아암 설치 단계, 상기 제1 타워 유닛을 상승시키고 상기 제1 타워 유닛의 하부에 제2 타워 유닛을 설치하는 제1 리프팅 및 적층 단계, 및 상기 하부 서포트 아암에 하부 로터를 설치하는 하부 로터 조립 단계를 포함한다.
또한, 상기 상부 서포트 아암 설치 단계에서 상기 상부 서포트 아암에 상기 발전 유닛을 구성하는 상부 서브 나셀이 결합되고, 상기 상부 서브 나셀이 결합된 상부 서포트 아암이 크레인에 의하여 상승되어 상기 메인 나셀에 설치될 수 있다.
또한, 상기 상부 서포트 아암 설치 단계에서 2개의 상부 서포트 아암이 2개의 크레인에 의하여 동시에 들여 올려지며, 상기 상부 서포트 아암은 지면에 대하여 상부로 경사지도록 설치될 수 있다.
또한, 상기 하부 서포트 아암 설치 단계에서 2개의 하부 서포트 아암이 2개의 크레인에 의하여 동시에 들여 올려지며, 상기 하부 서포트 아암은 지면에 대하여 하부로 경사지도록 설치될 수 있다.
또한, 상기 제1 리프팅 및 적층 단계에서 유압 실린더를 갖는 리프팅 장치에 의하여 상기 상부 서포트 아암 및 상기 하부 서포트 아암이 결합된 상기 제1 타워 유닛이 상승될 수 있다.
또한, 상기 제1 타워 유닛에는 측면으로 돌출된 제1 플랜지가 형성되고, 상기 제1 리프팅 및 적층 단계에서 상기 유압 실린더는 상기 제1 플랜지에 결합되어 상기 제1 타워 유닛을 상승시킬 수 있다.
또한, 상기 제1 리프팅 및 적층 단계에서 상기 제2 타워 유닛은 레일 상에 설치된 대차에 의하여 이동될 수 있다.
또한, 상기 하부 로터 조립 단계 이후에 실시되며, 상기 제2 타워 유닛에 형성된 플랜지에 유압 실린더를 결합하여 상기 제1 타워 유닛 및 상기 제2 타워 유닛을 상승시키고, 상기 제2 타워 유닛의 하부에 제3 타워 유닛을 적층 설치하는 제2 리프팅 및 적층 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2 리프팅 및 적층 단계에서 상기 제1 타워 유닛에 형성된 제1 플랜지에 제1 유압 실린더가 결합 설치되고, 상기 제2 타워 유닛에 형성된 제2 플랜지에 제2 유압 실린더가 결합 설치되어 제1 유압 실린더 및 제2 유압 실린더에 의하여 타워들이 상승될 수 있다.
또한, 상기 제2 리프팅 및 적층 단계에서 상기 제2 타워 유닛에 형성된 제2 플랜지에 타워형 리프팅 부재가 결합 설치되고, 상기 제1 타워 유닛에 형성된 제1 플랜지에 막대형 유압 실린더가 결합 설치되어 상기 제1 타워 유닛과 상기 제2 타워 유닛이 타워형 리프팅 부재와 막대형 유압 실린더에 의하여 상승될 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명의 일 측면에 따르면, 제1 타워 유닛 하부에 제2 타워 유닛을 적층한 상태에서 하부 로터를 설치하므로 보다 효율적이고 용이하게 멀티형 풍력 발전기를 설치할 수 있다.
또한, 타워 유닛들의 외주면에 플랜지가 형성되므로 리프팅 장치가 플랜지에 결합되어 타워 유닛들을 용이하게 상승시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 멀티형 풍력 발전기를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 멀티형 풍력 발전기 설치 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3a 내지 도 3g는 본 발명의 제1 실시예의 멀티형 풍력 발전기 설치 방법에 따라 멀티형 풍력 발전기를 설치하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예의 멀티형 풍력 발전기 설치 방법의 제2 리프팅 및 적층 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예의 멀티형 풍력 발전기 설치 방법의 제2 리프팅 및 적층 단계를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티형 풍력 발전기에 대해 설명한다. 도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 멀티형 풍력 발전기를 도시한 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 제1 실시예에 따른 멀티형 풍력 발전기(10)는, 메인 나셀(300)을 갖는 타워(100), 상부 서포트 아암(510), 하부 서포트 아암(520), 상부 발전 유닛(600), 및 하부 발전 유닛(700)을 포함한다. 본 실시예에 따른 멀티형 풍력 발전기(10)에는, 상부 발전 유닛(600)과 하부 발전 유닛(700)이 복수로 배치되고, 복수의 상부 발전 유닛(600)은 상부 서포트 아암(510)을 통해 메인 나셀(300)에 고정 결합되고, 복수의 하부 발전 유닛(700)은 하부 서포트 아암(520)을 통해 메인 나셀(300)에 고정 결합될 수 있다.
타워(100)는 지면으로부터 일정한 높이로 세워져 설치되며, 복수의 상부 발전 유닛(600)과 하부 발전 유닛(700) 등을 지지할 수 있다. 타워(100)는 상단에서 하단으로 갈수록 직경이 증가하는 관형 형상을 가질 수 있다. 이때, 타워(100)는 복수의 관형 부재가 적층된 다단 형태로 이루어질 수 있다.
타워(100)는 메인 나셀(300), 제1 타워 유닛(110), 제2 타워 유닛(120), 제3 타워 유닛(130), 및 제4 타워 유닛(140)을 포함할 수 있다. 다만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 타워(100)는 2개 이상의 타워 유닛을 포함하면 충분하다. 한편, 타워(100) 내부에는 단위 발전 유닛의 유지 보수를 위해 작업자나 작업도구를 이송시키는 계단, 컨베이어 또는 승강기가 설치될 수 있다.
메인 나셀(main nacelle, 300)은 타워(100)의 상부에 위치하며 타워(100)에 회전 가능하게 결합될 수 있다. 메인 나셀(300)에는 상부 서포트 아암(510)과 하부 서포트 아암(520)이 방사상으로 결합될 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 상부 서포트 아암(510)과 하부 서포트 아암(520)은 지면에 대하여 수평하거나 약간 경사진 방향으로 이어져 형성될 수도 있다.
메인 나셀(300)은 외형만 통상의 나셀 모양과 유사하게 형성되고, 내부에는 기어박스나 발전기 등이 구비되지 않을 수 있다. 메인 나셀(300)은 전후 방향으로 이어져 형성되어 길이 방향과 측 방향을 갖는다. 그러나, 메인 나셀(300)의 형상은 반드시 이에 한정되지 않고, 원기둥 형상으로 이루어질 수도 있다. 메인 나셀(300)은 요잉 시스템에 의하여 타워(100)에 대하여 회전 가능하게 배치되며, 메인 나셀(300)의 회전에 의하여 상부 발전 유닛(600) 및 하부 발전 유닛(700)도 회동하게 된다.
제1 타워 유닛(110)은 메인 나셀(300)의 하부에 배치되며, 제2 타워 유닛(120)는 제1 타워 유닛(110)의 하부에 배치되고, 제3 타워 유닛(130)은 제2 타워 유닛(120)의 하부에 배치되고, 제4 타워 유닛(140)은 제3 타워 유닛(130)의 하부에 배치된다. 또한, 제4 타워 유닛(140)의 하부에는 복수의 타워 유닛들이 더 배치될 수도 있다.
제1 타워 유닛(110)의 하단에는 외측으로 돌출된 제1 플랜지(115)가 형성되며, 제1 플랜지(115)는 원형의 고리 형상으로 이루어질 수 있다. 제2 타워 유닛(120)의 하단에는 외측으로 돌출된 제2 플랜지(125)가 형성되고, 제3 타워 유닛(130)의 하단에는 외측으로 돌출된 제3 플랜지(135)가 형성될 수 있다. 제2 플랜지(125)와 제3 플랜지(135)는 원형의 고리 형상으로 이루어질 수 있다.
상부 서포트 아암(510)은 메인 나셀(300)과 상부 발전 유닛(600)을 연결하는 부재로서, 메인 나셀(300)에서 멀어질수록 직경이 작아지거나, 또는 직경이 균일한 관형 형상일 수 있다. 이때, 상부 서포트 아암(510)에는 상부 발전 유닛(600)의 유지 보수를 위해 계단 또는 컨베이어가 설치될 수도 있다.
하부 서포트 아암(520)도 메인 나셀(300)과 하부 발전 유닛(700)을 연결하며, 내부에 하부 발전 유닛(700)의 유지 보수를 위해 계단 또는 컨베이어가 설치될 수도 있다.
한편, 메인 나셀(300)에는 복수의 상부 서포트 아암(510)과 하부 서포트 아암(520)이 결합되는데, 메인 나셀(300)을 정면으로 바라볼 때 타워(100)를 기준으로 타워(100)의 좌측 및 우측에 동일한 개수의 상부 서포트 아암(510)과 하부 서포트 아암(520)이 배치된다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 타워(100)의 좌측에는 각각 하나의 상부 서포트 아암(510)과 하부 서포트 아암(520)이 배치되고, 타워(100)의 우측에는 각각 하나의 상부 서포트 아암(510)과 하부 서포트 아암(520)이 배치될 수 있다.
상부 서포트 아암(510)은 지면에 대하여 상부로 경사지게 배치되며, 하부 서포트 아암(520)은 지면에 대하여 하부로 경사지게 배치될 수 있다. 상부 서포트 아암(510)과 하부 서포트 아암(520)은 전방으로 돌출되도록 경사지게 배치될 수 있다. 상부 발전 유닛(600)은 상부 서포트 아암(510)과 메인 나셀(300)이 고정된 부분보다 더 전방에 위치하며, 하부 발전 유닛(600)은 하부 서포트 아암(520)과 메인 나셀(300)이 고정된 부분보다 더 전방에 위치할 수 있다.
상부 발전 유닛(600)은 바람을 이용하여 전기를 생산하는 것으로, 상부 로터(610), 상부 서브 나셀(sub nacelle, 630)을 포함한다. 상부 로터(610)는 상부 서브 나셀(630)의 전방에 회전 가능하게 설치되는 것으로, 상부 로터(610)는 허브(613)와 복수의 상부 블레이드(611)로 이루어진다.
허브(613)는 바람의 저항을 감소시키기 위해 전방으로 볼록하게 돌출된 원추형으로 이루어질 수 있다. 상부 블레이드(611)는 바람에 의해 허브(613)의 중심축을 중심으로 회전한다. 상부 블레이드(611)는 폭 방향으로 유선형 단면을 가지며, 내부에는 공간부가 형성될 수 있다.
상부 서브 나셀(630)은 장치를 수용하는 하우징으로, 통상적으로 육면체 형상으로 이루어질 수 있다. 그러나, 상부 서브 나셀(630)의 형상은 반드시 이에 한정되지 않고, 원기둥 형상 등으로 이루어질 수도 있다. 상부 서브 나셀(630)의 내부에는 상부 로터(610)에서 전달된 회전력을 이용하여 전기를 생산할 수 있도록 메인 샤프트, 증속기, 및 발전기 등이 설치될 수 있다.
하부 발전 유닛(700)도 하부 로터(710), 하부 서브 나셀(730), 메인 샤프트, 증속기, 브레이크, 및 발전기를 포함한다. 하부 로터(710)는 하부 서브 나셀(730)의 전방에 설치된 허브와(713), 허브(713)에 결합된 복수의 하부 블레이드(711)를 포함한다. 하부 발전 유닛(700)은 상부 발전 유닛(600)과 동일한 구조로 이루어지므로 중복 설명은 생략한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 멀티형 풍력 발전기 설치 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 3a 내지 도 3g는 본 발명의 제1 실시예의 멀티형 풍력 발전기 설치 방법에 따라 멀티형 풍력 발전기를 설치하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하여 설명하면, 본 제1 실시예에 따른 멀티형 풍력 발전기 설치 방법은 메인 나셀 설치 단계(S101), 상부 서포트 아암 설치 단계(S102), 상부 로터 조립 단계(S103), 하부 서포트 아암 설치 단계(S104), 제1 리프팅 및 적층 단계(S105), 하부 로터 조립 단계(S106), 및 제2 리프팅 및 적층 단계(S107)를 포함할 수 있다. 다만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 메인 나셀 설치 단계(S101) 및 제2 리프팅 및 적층 단계(S107)는 생략될 수도 있다.
도 3a에 도시된 바와 같이 메인 나셀 설치 단계(S101)는 세워져 배치된 제1 타워 유닛(110) 상에 메인 나셀(300)을 설치한다. 메인 나셀(300)은 기중기에 의하여 제1 타워 유닛(110)의 상부로 이동될 수 있으며, 제1 타워 유닛(110)의 상부에 볼트 등에 의하여 고정될 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 눕혀진 제1 타워 유닛(110)에 메인 나셀(300)이 결합되고, 메인 나셀(300)이 결합된 제1 타워 유닛(110)이 세워져 설치될 수 있다.
도 3b에 도시된 바와 같이 상부 서포트 아암 설치 단계(S102)는 메인 나셀(300)이 설치된 제1 타워 유닛(110)에 상부 서포트 아암(510)을 설치한다.
상부 서포트 아암 설치 단계(S102)에서 2개의 상부 서포트 아암(510)은 2개의 크레인(1200)에 의하여 동시에 들어 올려져 메인 나셀(300)에 동시에 결합될 수 있다. 이 때, 상부 서포트 아암(510)은 상부 서브 나셀(630)과 결합된 상태로 메인 나셀(300)에 설치될 수 있다. 다만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 상부 서포트 아암(510)만 리프팅되어 메인 나셀(300)에 설치되고, 상부 서포트 아암(510)이 메인 나셀(300)에 설치된 후에 상부 서포트 아암(510)에 상부 서브 나셀(630)이 설치될 수도 있다.
도 3c에 도시된 바와 같이, 상부 로터 조립 단계(S103)는 상부 서포트 아암(510)에 상부 로터(610)를 설치한다. 상부 로터 조립 단계(S103)에서 상부 로터(610)들은 2개의 크레인(1200)에 의하여 동시에 들어 올려져 각각 상부 서브 나셀(630)에 결합될 수 있다. 상부 로터 조립 단계(S103)에서, 상부 로터(610)들은 상부 서브 나셀(630)에 결합되어, 상부 서브 나셀(630)과 함께 들어 올려져 상부 서포트 아암(510)에 결합될 수도 있다.
또한, 크레인(1200)에 의하여 상부 블레이드(611)와 허브(613)가 순차적으로 설치될 수 있으며, 상부 블레이드(611)가 허브(613)에 결합된 상태에서 리프팅되어 설치될 수도 있다.
도 3d에 도시된 바와 같이 하부 서포트 아암 설치 단계(S104)에서 하부 서포트 아암(520)은 제1 타워 유닛(110)에 설치되되 메인 나셀(300)을 매개로 제1 타워 유닛(110)에 고정된다. 하부 서포트 아암 설치 단계(S104)에서 2개의 하부 서포트 아암(520)은 2개의 크레인(1200)에 의하여 동시에 들어 올려져 메인 나셀(300)에 동시에 결합될 수 있다. 이 때, 하부 서포트 아암(520)은 하부 서브 나셀(730)과 결합된 상태로 메인 나셀(300)에 설치될 수 있다. 다만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 하부 서포트 아암(520)만 리프팅되어 메인 나셀(300)에 설치될 수도 있다.
제1 타워 유닛(110)은 설치 과정에서 하부 서포트 아암(520)이 지면에 닿아 파손되는 것을 방지할 수 있도록 제1 타워 유닛(110)의 높이(H1)는 메인 나셀(300)에서 하부 서포트 아암(520)의 하단까지의 거리(S1)보다 더 크게 형성된다. 다만, 설치의 편의를 위해서 제1 타워 유닛(110)의 높이(H1)는 메인 나셀(300)에서 하부 블레이드(711) 하단까지의 거리(S2, 도 3f에 도시)보다 더 작게 형성된다.
도 3e에 도시된 바와 같이 제1 리프팅 및 적층 단계(S105)는 상부에 부품들이 설치된 제1 타워 유닛(110)을 상승시키고 제1 타워 유닛(110)의 하부에 제2 타워 유닛(120)을 설치한다. 적층된 타워 유닛들은 볼트, 용접 등 다양한 벙법으로 고정될 수 있다. 제1 리프팅 및 적층 단계(S105)에서 상부 서포트 아암(510) 및 하부 서포트 아암(520)이 결합된 제1 타워 유닛(110)의 하단에는 제1 플랜지(115)가 고정 설치되며, 유압 실린더(1310)를 제1 플랜지(115)에 고정한 상태에서 리프팅 장치(1300)에 의하여 제1 타워 유닛(110)이 상승된다. 제1 플랜지(115)는 현장에서 설치될 수 있을 뿐만 아니라 제1 타워 유닛(110)의 제작 과정에서 형성될 수도 있다.
제1 타워 유닛(110)의 하부에는 제2 타워 유닛(120)이 이송되어 제1 타워 유닛(110)과 제2 타워 유닛(120)이 적층된다. 제2 타워 유닛(120)은 지상에 설치된 레일(1400)에 의하여 이송될 수 있다. 레일(1400)에는 대차(1450)가 설치되고 제2 타워 유닛(120)은 대차(1450) 상에 거치되어 이송될 수 있다.
제1 타워 유닛(110)은 복수의 유압 실린더(1310)를 갖는 리프팅 장치(1300)에 의하여 상승하며, 2개 이상의 유압 실린더(1310)가 제1 타워 유닛(110)의 제1 플랜지(115)에 고정 설치될 수 있다. 유압 실린더(1310)는 제1 타워 유닛(110)에 대하여 경사지게 설치된 상태에서 신장되어 제1 타워 유닛(110)을 들어올린다.
도 3f에 도시된 바와 같이 하부 로터 조립 단계(S106)는 하부 서포트 아암(520)에 하부 로터(710)를 설치한다. 하부 로터 조립 단계(S106)에서 하부 로터(710)들은 2개의 크레인(1200)에 의하여 동시에 들어 올려져 각각 하부 서브 나셀(730)에 결합될 수 있다. 하부 로터 조립 단계(S106)에서, 로터(710)들은 하부 서브 나셀(730)에 결합되어, 하부 서브 나셀(730)과 함께 들어 올려져 하부 서포트 아암(520)에 결합될 수도 있다. 또한, 크레인(1200)에 의하여 하부 블레이드(711)와 허브(713)가 순차적으로 설치될 수 있으며, 하부 블레이드(711)가 허브(713)에 결합된 상태에서 리프팅되어 설치될 수도 있다.
도 3g에 도시된 바와 같이 제2 리프팅 및 적층 단계(S107)는 상부에 부품들이 설치된 제2 타워 유닛(120)을 상승시키고 제2 타워 유닛(120)의 하부에 제3 타워 유닛(130)을 설치하는 단계와 상부에 부품들이 설치된 제3 타워 유닛(130)을 상승시키고 제3 타워 유닛(130)의 하부에 제4 타워 유닛(140)을 설치하는 단계를 포함할 수 있다. 제2 리프팅 및 적층 단계(S107)에서 제2 타워 유닛(120)의 하단에는 제2 플랜지(125)가 고정 설치되며, 제3 타워 유닛(130)의 하단에는 제3 플랜지(135)가 고정 설치될 수 있다. 제2 타워 유닛(120)은 제2 플랜지(125)에 고정된 복수의 유압 실린더(1310)를 갖는 리프팅 장치(1300)에 의하여 상승되며, 제3 타워 유닛(130) 및 제4 타워 유닛(140)은 지상에 설치된 레일(1400)에 의하여 이송될 수 있다. 레일(1400)에는 대차(1450)가 설치되므로 제3 타워 유닛(130) 및 제4 타워 유닛(140)은 대차(1450) 상에 거치되어 이송될 수 있다. 제2 리프팅 및 적층 단계(S107)는 타워(100)가 충분한 높이를 갖도록 복수의 타워 유닛을 반복적으로 적층 설치할 수 있다.
상기한 바와 같이 본 제1 실시예에 따르면 상부 서포트 아암(510), 하부 서포트 아암(520), 상부 로터(610), 및 하부 로터(710)가 2개의 크레인에 의하여 동시에 설치되므로 설치 과정에서 구조물이 안정적으로 균형을 유지할 수 있다. 또한, 제2 타워 유닛(120)이 설치되기 전에 하부 서포트 아암(520)이 설치되고, 제2 타워 유닛(120)이 설치된 후에 하부 로터(710)가 조립되므로 적정한 높이에서 하부 서포트 아암(520)과 하부 로터(710)가 보다 용이하게 설치될 수 있다. 또한, 타워 유닛들의 외주면에 플랜지가 형성되고, 플랜지에 유압 실린더가 결합되어 타워 유닛들이 상승하므로 보다 용이하게 타워 유닛과 리프팅 장치가 결합될 수 있고, 리프팅 장치가 타워 유닛들을 안정적으로 지지할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 제2 실시예에 따른 멀티형 풍력 발전기 설치 방법에 대하여 설명한다. 도 4는 본 발명의 제2 실시예의 멀티형 풍력 발전기 설치 방법의 제2 리프팅 및 적층 단계를 설명하기 위한 도면이다.
본 제2 실시예에 따른 멀티형 풍력 발전기 설치 방법은 제2 리프팅 및 적층 단계를 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 멀티형 풍력 발전기 설치 방법과 동일한 방법으로 이루어지므로 동일한 단계에 대한 중복 설명은 생략한다.
도 4를 참조하여 설명하면, 제2 리프팅 및 적층 단계는 상부에 부품들이 설치된 제2 타워 유닛(120)을 상승시키고 제2 타워 유닛(120)의 하부에 제3 타워 유닛(130)을 설치하는 단계와 제3 타워 유닛(130)을 상승시키고 제3 타워 유닛(130)의 하부에 제4 타워 유닛(140)을 설치하는 단계를 포함할 수 있다.
제1 타워 유닛(110)의 하단에는 복수의 제1 플랜지(116)가 고정 설치되고, 제2 타워 유닛(120)의 하단에는 복수의 제2 플랜지(126)가 고정 설치되며, 제3 타워 유닛(120)의 하단에는 복수의 제3 플랜지(136)가 고정 설치될 수 있다. 여기서 제1 플랜지(116)는 제1 타워 유닛(110)의 둘레 방향으로 이격 배치되고, 제2 플랜지(126)는 제2 타워 유닛(120)의 둘레 방향으로 이격 배치되며, 제3 플랜지(136)는 제3 타워 유닛(130)의 둘레 방향으로 이격 배치될 수 있다.
제1 타워 유닛(110)과 제2 타워 유닛(120)은 리프팅 장치(1500)에 의하여 함께 상승하는데, 제1 타워 유닛(110)에는 제1 유입 실린더(1510)가 설치되고, 제2 타워 유닛(120)에는 제2 유입 실린더(1520)가 설치되며, 제1 유입 실린더(1510)와 제2 유입 실린더(1520)는 제1 타워 유닛(110)과 제2 타워 유닛(120)을 함께 상승시킨다. 한편, 제1 유압 실린더(1510)는 제1 플랜지(116)에 고정 설치되고, 제2 유압 실린더(1520)는 제2 플랜지(126)에 고정 설치될 수 있다. 제3 타워 유닛(130)은 제2 타워 유닛(120)이 지면에서 상승된 상태에서 제2 타워 유닛(120) 하부로 이송되어 제2 타워 유닛(120)과 적층 결합된다.
리프팅 장치(1500)는 제1 플랜지(116)에 고정되는 복수의 제1 유압 실린더(1510)와 제2 플랜지(126)에 고정되는 복수의 제2 유압 실린더(1520)를 포함하며, 제1 유압 실린더(1510)는 제2 유압 실린더(1520)보다 더 길게 형성된다. 이에 따라 제1 유압 실린더(1510)는 제2 유압 실린더(1520)보다 타워(100)에서 더 높은 곳에 연결 설치된다.
또한, 리프팅 장치(1500)는 제1 유압 실린더(1510)를 지지하는 복수의 제1 지지부재(1530)와 제2 유압 실린더(1520)를 지지하는 복수의 제2 지지부재(1540)를 더 포함할 수 있다. 제1 지지부재(1530)는 막대 또는 와이어로 이루어질 수 있으며, 제1 유압 실린더(1510)에 결합되어 제1 유압 실린더(1510)가 신장될 때 제1 유압 실린더(1510)와 지면이 이루는 경사각을 제어한다. 제2 지지부재(1540)는 막대 또는 와이어로 이루어질 수 있으며, 제2 유압 실린더(1520)에 결합되어 제2 유압 실린더(1520)가 신장될 때 제1 유압 실린더(1510)와 지면이 이루는 경사각을 제어한다.
제4 타워 유닛(140)이 설치될 때에는 제1 유압 실린더(1510)는 제2 플랜지(126)에 고정 설치되고, 제2 유압 실린더(1520)는 제3 플랜지(136)에 고정 설치되어, 제2 타워 유닛(120)과 제3 타워 유닛이 리프팅 장치(1500)에 지지되어 상승될 수 있다. 제3 타워 유닛(130) 및 제4 타워 유닛(140)은 지상에 설치된 레일(1400)과 레일(1400) 상에 설치된 대차(1450)에 의하여 이송될 수 있다
상기한 바와 같이 본 제2 실시예에 따르면 타워 유닛들이 제1 유압 실린더(1510)와 제2 유압 실린더(1520)에 의하여 지지되어 상승하므로 보다 작은 힘을 갖는 유압 실린더를 이용해서 타워 유닛들을 상승시킬 수 있다. 또한 제1 유압 실린더(1510)와 제2 유압 실린더(1520)는 타워(100)에서 높이 방향으로 서로 다른 부분을 지지하므로 타워(100)의 상승 과정에서 타워(100)가 기울어지는 것을 방지할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 제3 실시예에 따른 멀티형 풍력 발전기 설치 방법에 대하여 설명한다. 도 5는 본 발명의 제3 실시예의 멀티형 풍력 발전기 설치 방법의 제2 리프팅 및 적층 단계를 설명하기 위한 도면이다.
본 제3 실시예에 따른 멀티형 풍력 발전기 설치 방법은 제2 리프팅 및 적층 단계를 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 멀티형 풍력 발전기 설치 방법과 동일한 방법으로 이루어지므로 동일한 단계에 대한 중복 설명은 생략한다.
본 제3 실시예에 따른 타워(800)는 적층 설치된 제1 타워 유닛(810), 제2 타워 유닛(820), 및 제3 타워 유닛(830)을 포함한다. 제2 리프팅 및 적층 단계는 상부에 부품들이 설치된 제2 타워 유닛(820)을 상승시키고 제2 타워 유닛(820)의 하부에 제3 타워 유닛(830)을 설치한다. 제1 타워 유닛(810)의 외주면에는 고리 형상의 제1 플랜지(815)가 설치되고, 제2 타워 유닛(820)의 외주면에는 고리 형태의 제2 플랜지(825)가 고정 설치되며, 제3 타워 유닛(830)의 외주면에는 고리 형태의 제3 플랜지(835)가 고정 설치될 수 있다.
제1 플랜지(815)는 제1 타워 유닛(810)의 하단에 상부로 이격된 위치에 설치될 수 있으며, 제2 플랜지(825)는 제2 타워 유닛(820)의 높이 방향 중앙에 설치되고, 제3 플랜지(835)는 제3 타워 유닛(830)의 높이 방향 중앙에 형성될 수 있다.
제1 타워 유닛(810)과 제2 타워 유닛(820)은 리프팅 장치(2500)에 의하여 함께 상승하는데, 리프팅 장치(2500)는 타워형 리프팅 부재(2510)와 막대형 유압 실린더(2520)를 포함할 수 있다. 타워형 리프팅 부재(2510)는 제2 타워 유닛(820)의 둘레를 감싸도록 설치되며, 제2 플랜지(825)에 결합될 수 있다. 타워형 리프팅 부재(2510)는 복수의 지지 기둥(2511)과 지지 기둥(2511)에 대하여 승강하며 타워 유닛 중 어느 하나와 맞닿아 지지하는 지지 암(2512)을 포함할 수 있다.
또한, 막대형 유압 실린더(2520)는 제1 플랜지(815)에 결합되어 제1 타워 유닛(810)에 상승력을 작용시킬 수 있다. 타워형 리프팅 부재(2510)는 막대형 유압 실린더(2520)와 함께 제1 타워 유닛(810)과 제2 타워 유닛(820)을 상승시킬 수 있다.
상기한 바와 같이 본 제2 실시예에 따르면 상부 발전 유닛(600)과 하부 발전 유닛(700)이 설치된 타워 유닛들이 는 타워형 리프팅 부재(2510)와 막대형 유압 실린더(2520)에 의하여 지지되어 상승하므로 타워 유닛들을 안정적으로 상승시킬 수 있다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
10: 멀티형 풍력 발전기
100: 타워
110, 810: 제1 타워 유닛
115, 116, 815: 제2 플랜지
120, 820: 제2 타워 유닛
125, 126, 815: 제2 플랜지
130, 830: 제3 타워 유닛
135, 136, 835: 제2 플랜지
140: 제4 타워 유닛
300: 메인 나셀
510: 상부 서포트 아암
520: 하부 서포트 아암
600: 상부 발전 유닛
610: 상부 로터
611: 상부 블레이드
613. 713: 허브
630: 상부 서브 나셀
700: 하부 발전 유닛
710: 하부 로터
711: 하부 블레이드
730: 하부 서브 나셀
1300, 1500, 2500: 리프팅 장치
1310: 유압 실린더
1400: 레일
1450: 대차
1510: 제1 유입 실린더
1520: 제2 유압 실린더
2510: 타워형 리프팅 부재
2520: 막대형 유압 실린더

Claims (10)

  1. 메인 나셀을 포함하는 타워, 상기 타워에 고정 설치된 상부 서포트 아암과 하부 서포트 아암, 상기 상부 서포트 아암에 고정 설치된 상부 발전 유닛, 상기 하부 서포트 아암에 고정 설치된 하부 발전 유닛을 포함하는 멀티형 풍력 발전기의 설치 방법에 있어서,
    메인 나셀이 설치된 제1 타워 유닛에 상부 서포트 아암을 설치하는 상부 서포트 아암 설치 단계;
    상부 서포트 아암에 상부 로터를 설치하는 상부 로터 조립 단계;
    상기 제1 타워 유닛에 하부 서포트 아암을 설치하는 하부 서포트 아암 설치 단계;
    상기 제1 타워 유닛을 상승시키고 상기 제1 타워 유닛의 하부에 제2 타워 유닛을 설치하는 제1 리프팅 및 적층 단계; 및
    상기 하부 서포트 아암에 하부 로터를 설치하는 하부 로터 조립 단계;
    를 포함하며,
    상기 하부 로터 조립 단계 이후에 실시되며, 상기 제1 타워 유닛 및 상기 제2 타워 유닛을 상승시키고, 상기 제2 타워 유닛의 하부에 제3 타워 유닛을 적층 설치하는 제2 리프팅 및 적층 단계를 더 포함하고,
    상기 제2 리프팅 및 적층 단계에서 상기 제1 타워 유닛에 형성된 제1 플랜지에 제1 유압 실린더가 결합 설치되고, 상기 제2 타워 유닛에 형성된 제2 플랜지에 제2 유압 실린더가 결합 설치되어 제1 유압 실린더 및 제2 유압 실린더에 의하여 타워들이 상승되는 멀티형 풍력 발전기의 설치 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 상부 서포트 아암 설치 단계에서 상기 상부 서포트 아암에 상기 상부 발전 유닛을 구성하는 상부 서브 나셀이 결합되고, 상기 상부 서브 나셀이 결합된 상부 서포트 아암이 크레인에 의하여 상승되어 상기 메인 나셀에 설치되는 멀티형 풍력 발전기의 설치 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 상부 서포트 아암 설치 단계에서 2개의 상부 서포트 아암이 2개의 크레인에 의하여 동시에 들여 올려지며, 상기 상부 서포트 아암은 지면에 대하여 상부로 경사지도록 설치되는 멀티형 풍력 발전기의 설치 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 하부 서포트 아암 설치 단계에서 2개의 하부 서포트 아암이 2개의 크레인에 의하여 동시에 들여 올려지며, 상기 하부 서포트 아암은 지면에 대하여 하부로 경사지도록 설치되는 멀티형 풍력 발전기의 설치 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 리프팅 및 적층 단계에서 유압 실린더를 갖는 리프팅 장치에 의하여 상기 상부 서포트 아암 및 상기 하부 서포트 아암이 결합된 상기 제1 타워 유닛이 상승되는 멀티형 풍력 발전기의 설치 방법.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 리프팅 및 적층 단계에서 상기 제2 타워 유닛은 레일 상에 설치된 대차에 의하여 이동되는 멀티형 풍력 발전기의 설치 방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 메인 나셀을 포함하는 타워, 상기 타워에 고정 설치된 상부 서포트 아암과 하부 서포트 아암, 상기 상부 서포트 아암에 고정 설치된 상부 발전 유닛, 상기 하부 서포트 아암에 고정 설치된 하부 발전 유닛을 포함하는 멀티형 풍력 발전기의 설치 방법에 있어서,
    메인 나셀이 설치된 제1 타워 유닛에 상부 서포트 아암을 설치하는 상부 서포트 아암 설치 단계;
    상부 서포트 아암에 상부 로터를 설치하는 상부 로터 조립 단계;
    상기 제1 타워 유닛에 하부 서포트 아암을 설치하는 하부 서포트 아암 설치 단계;
    상기 제1 타워 유닛을 상승시키고 상기 제1 타워 유닛의 하부에 제2 타워 유닛을 설치하는 제1 리프팅 및 적층 단계; 및
    상기 하부 서포트 아암에 하부 로터를 설치하는 하부 로터 조립 단계;
    를 포함하며,
    상기 하부 로터 조립 단계 이후에 실시되며, 상기 제1 타워 유닛 및 상기 제2 타워 유닛을 상승시키고, 상기 제2 타워 유닛의 하부에 제3 타워 유닛을 적층 설치하는 제2 리프팅 및 적층 단계를 더 포함하며,
    상기 제2 리프팅 및 적층 단계에서 상기 제2 타워 유닛에 형성된 제2 플랜지에 타워형 리프팅 부재가 결합 설치되고, 상기 제1 타워 유닛에 형성된 제1 플랜지에 막대형 유압 실린더가 결합 설치되어 상기 제1 타워 유닛과 상기 제2 타워 유닛이 타워형 리프팅 부재와 막대형 유압 실린더에 의하여 상승되는 멀티형 풍력 발전기의 설치 방법.
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