KR102165167B1 - Floating type wind power generation system - Google Patents

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Abstract

A floating wind power generation system of the present invention supports a wind power generator by allowing the wind power generator to float on a water surface. The floating wind power generation system includes: a body frame floating on the water surface while being spaced upward by a certain distance from the water surface; at least one unit floating wind power generator that is provided to the body frame to support the lower end of the body frame by allowing the body frame to float on the water surface at a certain height on the basis of the body frame, and has facilities for wind power generation at the upper end of the body frame; and an anchor for fixing the body frame to the bottom surface of the water, wherein the body frame is 200m or more in width and longidutinal length to prevent a synchronization phenomenon due to a wave wavelength.

Description

부유식 풍력발전 시스템{Floating type wind power generation system}Floating type wind power generation system

본 발명은 부유식 풍력발전 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수면에 풍력 발전기가 떠 있는 상태로 전기를 생산할 수 있도록 지지하며, 태풍 등의 강력한 기후환경에 노출되더라도 구조적인 안정성 및 내구성이 확보되고, 풍향의 변화에 따라 다수의 풍력 터빈이 하나의 앵커를 중심으로 회전하여 발전효율이 극대화된 부유식 풍력발전 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a floating wind power generation system, and more particularly, supports to generate electricity while a wind power generator is floating on the water surface, and structural stability and durability are secured even when exposed to a strong climatic environment such as a typhoon. , It relates to a floating wind power generation system in which power generation efficiency is maximized by rotating a plurality of wind turbines around one anchor according to a change in wind direction.

근래 세계적인 기후변화 문제로 신재생에너지의 개발과 이용은 유럽을 중심으로 이미 활발하게 진행되어 왔으며, 우리나라의 경우 기후변화 협약에 의한 필요에서 뿐만 아니라 최근 미세먼지 문제 등 대기환경을 개선하기 위해서도 신재생에너지의 개발과 이용의 필요성은 더욱 절실해지고 있다.Recently, due to the global climate change problem, the development and use of new and renewable energy has already been actively conducted in Europe, and in the case of Korea, new and renewable energy has been developed not only due to the need for climate change agreements, but also to improve the atmospheric environment such as the recent fine dust problem. The need for the development and use of energy is becoming more urgent.

현재 우리나라에서의 풍력 및 태양광 발전 등 여러 방식의 신재생에너지를 이용한 전기생산이 이루어지고 있으나 에너지 생산비용의 측면뿐만 아니라 소음공해 등 새로운 환경문제가 대두되어 대규모의 신재생에너지 생산이 한계에 봉착하고 있는 실정이다.Currently, electricity is produced using various types of renewable energy such as wind power and solar power generation in Korea, but new environmental problems such as noise pollution as well as energy production cost have emerged, and large-scale production of new and renewable energy has reached its limit. It is a situation.

이러한 때에 유럽을 중심으로 부유식 풍력발전시스템의 높은 효율성이 검증되고 있는 것은 광대한 면적의 해양국토를 가지고 있는 우리에게는 다행스러운 일이 아닐 수 없다. 우리나라는 3면이 바다이고 풍부한 대륙붕과 배타적 경제수역을 보유하고 있으며, 그 해상에 풍력발전에 적합한 풍력과 양질의 바람이 불고 있어 그 풍력자원을 어떻게 이용하느냐에 따라 우리나라가 당면하고 있는 에너지 문제를 단시간에 해결할 수도 있을 것이기 때문이다.At this time, it is fortunate that the high efficiency of the floating wind power generation system is being verified mainly in Europe. Korea has three sides of the sea, has an abundant continental shelf and an exclusive economic zone, and winds suitable for wind power generation and high-quality winds are blowing on the sea, so the energy problems facing Korea can be solved in a short time depending on how the wind resources are used. This is because it could be solved.

먼바다에서는 풍량과 풍질이 양호하다는 것을 알고 있지만 먼바다에 풍력발전기를 설치하는 데는 수심 및 거친 풍랑, 그리고 송전시설 등 여러 가지 제약요인이 있을 수 밖에 없다. 먼바다는 수심이 깊어 고정식 지지대 위에 풍력발전기를 설치하기 어려워 수심이 깊은 곳에 풍력발전기를 설치하기 위해서는 부유 구조체에 풍력발전기를 설치하는 것에 의존할 수 밖에 없는데, 이러한 부유 구조체는 파도와 풍압에 의해 동요하고, 또한 부유 구조체 상에 설치된 풍력 터빈 역시 크게 동요하여 파손의 위험이 크기 때문에 그러한 동요를 어떻게 제어하여 안정된 상태에서 발전시스템을 운영할 수 있는가가 중요한 과제이다.Although we know that the air volume and quality are good in the far sea, there are inevitable factors such as water depth, rough storms, and transmission facilities to install wind power generators in the far sea. Since the water depth in the far sea is deep, it is difficult to install a wind turbine on a fixed support, so in order to install a wind turbine in a deep water, we have no choice but to rely on installing a wind turbine on a floating structure.These floating structures are shaken by waves and wind pressure. In addition, since the wind turbine installed on the floating structure is also greatly fluctuated and the risk of damage is large, how to control such fluctuation and operate the power generation system in a stable state is an important task.

현재 유럽, 미국 등 많은 국가에서 부유식 해상 풍력발전기가 설치되고 있으며, 우리나라에서도 많은 연구와 시험운영이 시도되고 있다. 종래에는 하나의 부유 구조체를 이용하는 스파(Spar)형과 부유탱크 세 개를 연결한 부유 구조체 상에 하나의 풍력 터빈을 설치하는 방식(Seim Submersible)이 주로 이용되고 있는데, 이러한 방식이 우리나라에 적합한지 그리고 앞으로 대규모의 해상 풍력발전 방식의 미래를 위해 적합한 방식인지에 대해 근본적인 재검토가 필요한 것으로 보인다.Currently, floating offshore wind turbines are being installed in many countries such as Europe and the United States, and many studies and trials are being attempted in Korea. Conventionally, a spar type using one floating structure and a method of installing one wind turbine on a floating structure connecting three floating tanks (Seim Submersible) are mainly used.Is this method suitable for Korea? And it seems that a fundamental review is needed to determine whether the large-scale offshore wind power generation method is suitable for the future.

종래 이러한 부유식 해상 풍력발전기에 대해 살펴보면 다음과 같다.A look at such a floating offshore wind turbine in the related art is as follows.

먼저 스파형 발전기는 하부에 중량물과 상부 수면 상 가까이의 부력 간의 모멘트에 의해 풍력 터빈에 작용하는 풍압모멘트를 상쇄하는 시스템이다. 풍압에 의한 풍력 터빈의 경사모멘트를 상쇄하기 위하여 너무 큰 중력물질과 배수량을 필요로 하면서도 극심한 풍파에 안정성을 유지하기 힘들 것으로 보인다. 그리고 하나의 구조체에 하나의 풍력 터빈 만을 설치하므로 발전단지를 설치할 때 상대적으로 많은 공간이 필요하여 결과적으로 단위 풍력 터빈당 생산 및 설치단가가 매우 높은 단점이 있다.First, the spa-type generator is a system that cancels the wind pressure moment acting on the wind turbine by the moment between the heavy object at the bottom and the buoyancy near the upper water surface. In order to offset the inclination moment of the wind turbine caused by wind pressure, too large a gravitational material and a displacement amount are required, but it seems that it is difficult to maintain stability against extreme wind waves. In addition, since only one wind turbine is installed in one structure, a relatively large amount of space is required when installing a power generation complex, resulting in a very high production and installation cost per unit wind turbine.

한편 부유탱크 세 개를 연결한 부유 구조체 상에 하나의 풍력 터빈을 설치하는 방식(Seim Submersible)의 경우에는 3개의 부유탱크가 부력과 중량 등에 의해 경사모멘트와 풍력 터빈에 작용하는 풍압모멘트를 조절하는 시스템이다. 하나의 풍력 터빈을 지지하기 위하여 큰 배수량이 필요한 것을 앞서의 스파형과 동일하다. 그러나 부력탱크 간의 거리가 약 50m인데 반해, 거대한 파도가 몰아칠 경우 파장이 100m가 넘고 이러한 파도에 80m 상부의 중량물인 풍력 터빈의 무게의 의한 경사모멘트, 그리고 파도주기와의 동조현상 등에 의해 시스템이 손상될 우려가 있었다. 거대한 크기와 배수량에 비하여 하나의 풍력 터빈 만을 설치하기 때문에 이에 따라 하나의 발전단지를 조성할 때에도 공간 대비 상대적으로 적은 수의 풍력발전기를 설치할 수밖에 없어 높은 설치비용 대비 경제성이 낮다는 단점이 있었다.Meanwhile, in the case of installing one wind turbine on a floating structure that connects three floating tanks (Seim Submersible), the three floating tanks control the inclination moment and the wind pressure moment acting on the wind turbine by buoyancy and weight. System. It is the same as the spar type above that a large displacement is required to support one wind turbine. However, while the distance between the buoyancy tanks is about 50m, when a huge wave hits, the wavelength exceeds 100m, and the inclination moment of the weight of the wind turbine, which is a heavy object 80m above the wave, and the synchronization phenomenon with the wave period cause the system to fail. There was a risk of being damaged. Compared to the huge size and displacement, only one wind turbine is installed. Accordingly, even when constructing a single power generation complex, there is a disadvantage in that economical efficiency is low compared to high installation cost because a relatively small number of wind turbines are installed compared to space.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소할 수 있도록 발명된 것으로, 본 발명은 아래와 같은 목적을 갖는다.Accordingly, the present invention has been invented to solve the above problems, and the present invention has the following objects.

첫째, 각각의 단위 부유식 풍력발전기의 부력탱크는 각 탱크 상부의 풍력 터빈과 구조물을 지지하며, 부력탱크와 상부구조체 사이를 부력기둥으로 연결하여 파도가 부력기둥의 범위 내에서 상하운동을 하도록 하였다. 부력기둥의 지름은 부력탱크의 지름보다 훨씬 적게하고 수면이 부력기둥의 범위에 있도록 부력탱크의 평형수를 조절하여 파도의 상하운동에 의한 부유 구조체의 운동을 최소화한다.First, the buoyancy tank of each unit floating wind turbine supports the wind turbine and structure above each tank, and the buoyancy tank and the upper structure are connected by a buoyancy column so that the waves move up and down within the range of the buoyancy column. . The diameter of the buoyancy column is much smaller than the diameter of the buoyancy tank and the ballast water of the buoyancy tank is adjusted so that the water surface is within the range of the buoyancy column, thereby minimizing the movement of the floating structure by the vertical motion of the wave.

둘째, 단위 부유식 풍력발전기를 지지하는 구조물이 횡방향으로 두 개 이상 연결되어 부유 구조체의 종횡방향 길이와 폭을 해상에서 일반적으로 발생하는 가장 긴 파장의 파도보다 충분히 긴 200m 이상으로 하여 횡요의 크기를 크게 줄이고 파도와 부유 구조체의 동요에 의한 동조현상을 방지한다.Second, two or more structures supporting unit floating wind turbines are connected in the transverse direction, so that the length and width of the floating structure in the longitudinal and transverse direction are set to be 200m or more long enough than the waves of the longest wavelength generally occurring at sea. It greatly reduces and prevents the synchronization phenomenon caused by waves and fluctuations of the floating structure.

셋째, 풍력터빈을 지지하는 두 개 이상의 구조물이 횡방향으로 결합한 부유 구조체가 하나의 앵커를 중심으로 바람 방향에 따라 선회하여 부유 구조체 상에 횡방향으로 설치된 다수의 풍력 터빈 등이 항상 동일 방향에서 바람을 받도록 한다. 부유 구조체에 연결된 둘 이상의 연결줄이 하나의 앵커에 균형있게 연결됨으로써 횡으로 연결된 다수의 풍력 터빈은 상호간 간섭없이 항상 동일방향에서 바람을 받도록 한다.Third, the floating structure in which two or more structures supporting the wind turbine are combined in the transverse direction rotates along the wind direction around one anchor, so that a number of wind turbines installed in the transverse direction on the floating structure always wind in the same direction. To receive. Two or more connecting lines connected to the floating structure are balancedly connected to one anchor, so that multiple wind turbines connected horizontally always receive wind from the same direction without mutual interference.

넷째, 앵커에 연결되는 연결줄은 모든 단위 부유식 풍력발전기의 적절한 높이에 연결되어 풍력 터빈에 작용하는 풍압에 의한 회전모멘트를 상쇄하고 단위 부유식 풍력발전기 간의 응력을 최소화할 수 있다.Fourth, the connecting line connected to the anchor is connected to the appropriate height of all the unit floating wind turbines, thereby offsetting the rotational moment caused by the wind pressure acting on the wind turbine and minimizing the stress between the unit floating wind turbines.

다섯째, 다수의 풍력발전기가 횡방향으로 연결된 부유 구조체에 파도의 파장보다 충분히 긴 가로부를 하나 이상 설치하여 종요를 최소화할 수 있다.Fifth, by installing one or more horizontal portions that are sufficiently longer than the wavelength of a wave to a floating structure connected to a plurality of wind turbines in a horizontal direction, it is possible to minimize the vertical wave.

여섯째, 부유 구조체의 선회운동에 따라 둘 이상의 연결줄이 꼬이는 것과 케이블선과의 꼬임 현상을 방지하기 위하여 앵커와 부유 구조체 사이에 연결 부유 구조체를 설치한다. 상기 연결 부유 구조체는 충격완화장치의 역할을 겸한다.Sixth, a connection floating structure is installed between the anchor and the floating structure in order to prevent the twisting of two or more connecting lines and the twisting of the cable line according to the rotational motion of the floating structure. The connection floating structure also serves as a shock absorber.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 일 실시예에 따라, 풍력발전기를 수면에 띄워 지지하는 부유식 풍력발전 시스템으로서, 상기 수면에서 일정 거리만큼 상방으로 이격된 상태로 수면 상에 부유하는 본체프레임; 상기 본체프레임에 적어도 하나 이상 구비되어 본체프레임을 중심으로 상기 본체프레임의 하단을 수면 상에 일정 높이로 부유시켜 지지함과 함께 본체프레임의 상단에는 풍력발전을 위한 설비를 구비하는 단위 부유식 풍력발전기; 및 상기 본체프레임을 수중의 바닥면에 고정하는 앵커를 포함하며, 상기 본체프레임은 파도의 파장에 의한 동조현상을 방지하기 위해 가로 폭과 세로 길이를 각각 200m 이상으로 크게 형성하는 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object is a floating wind power generation system for supporting a wind turbine by floating on the surface, according to an embodiment, a main body floating on the water surface in a state spaced upward by a predetermined distance from the water surface frame; Unit floating wind power generator provided at least one on the main frame to support the lower end of the main frame by floating at a certain height on the water surface, and having facilities for wind power generation at the upper end of the main frame ; And an anchor fixing the body frame to a bottom surface of the water, wherein the body frame has a horizontal width and a vertical length of 200 m or more, respectively, in order to prevent a tuning phenomenon due to a wave wavelength.

또한 일 실시예에 따라, 상기 단위 부유식 풍력발전기는, 상기 본체프레임의 하방에서 수면에 잠긴 상태로 부력을 발생시키는 부력탱크; 상기 부력탱크의 상단에 일체로 결합된 상태로 본체프레임의 하단을 지지하는 부력기둥; 및 상기 본체프레임의 상단에 결합된 상태에서 바람에 의해 회전되어 전기를 생산하는 풍력 터빈을 포함하여 구성된다.In addition, according to an embodiment, the unit floating wind turbine includes: a buoyancy tank generating buoyancy while submerged in the water surface under the main frame; A buoyancy pillar supporting the lower end of the body frame while being integrally coupled to the upper end of the buoyancy tank; And a wind turbine generating electricity by being rotated by wind in a state coupled to the upper end of the main frame.

또한 일 실시예에 따라, 상기 앵커와 본체프레임 사이에는 수면 상에 부유한 상태로 구비되어 본체프레임과 앵커 사이를 연결줄에 의해 연결 지지하는 연결 부유 구조체를 더 포함하여 구성된다.In addition, according to an embodiment, the anchor and the body frame is provided in a floating state on the water surface, and further comprises a connection floating structure for connecting and supporting the body frame and the anchor by a connecting line.

또한 일 실시예에 따라, 상기 연결줄은, 앵커와 연결 부유 구조체 사이를 연결하는 제1 연결줄; 및 상기 연결 부유 구조체와 본체프레임을 제1 연결줄보다 더 수평에 가깝게 연결하는 제2 연결줄을 포함하여 구성된다.In addition, according to an embodiment, the connection line, a first connection line connecting the anchor and the connection floating structure; And a second connection line connecting the connection floating structure and the body frame closer to the horizontal than the first connection line.

또한 일 실시예에 따라, 상기 본체프레임은, 제1 방향을 따라 연장되며 부력기둥이 일정 간격마다 결합되는 적어도 하나 이상의 가로부; 및 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 따라 연장되어 가로부와 결합되는 세로부를 포함하여 구성된다.In addition, according to one embodiment, the main body frame, at least one or more horizontal portions extending along the first direction and coupled to the buoyancy pillars at predetermined intervals; And a vertical portion extending along a second direction crossing the first direction and coupled to the horizontal portion.

또한 일 실시예에 따라, 상기 가로부와 세로부는 평면상에서 보았을 때 “＋”형태로 결합된 구조를 갖는다.In addition, according to an embodiment, the horizontal portion and the vertical portion have a structure that is combined in a "+" shape when viewed in a plan view.

또한 일 실시예에 따라, 상기 가로부와 세로부 중 가로부에만 좌우 대칭적으로 복수의 단위 풍력발전기가 설치된다.In addition, according to an embodiment, a plurality of unit wind turbines are installed symmetrically left and right only on the horizontal portion of the horizontal portion and the vertical portion.

또한 일 실시예에 따라, 상기 세로부의 양 끝단에는, 상기 본체프레임의 하방에서 수면에 잠긴 상태로 부력을 발생시키는 부력탱크; 및 상기 부력탱크의 상단에 일체로 결합된 상태로 본체프레임의 하단을 지지하는 부력기둥이 각각 더 구비된다.In addition, according to an embodiment, at both ends of the vertical portion, buoyancy tanks for generating buoyancy while submerged in the water surface under the body frame; And a buoyancy column for supporting the lower end of the main frame while being integrally coupled to the upper end of the buoyancy tank.

또한 일 실시예에 따라, 상기 부력탱크는 미리 정한 제1 지름을 가진 원기둥 형상을 가지며, 상기 부력기둥은 상기 제1 지름보다 작은 값의 제2 지름을 가진 원기둥 형상을 갖는다.In addition, according to an embodiment, the buoyancy tank has a cylindrical shape having a first predetermined diameter, and the buoyancy column has a cylindrical shape having a second diameter smaller than the first diameter.

또한 일 실시예에 따라, 상기 앵커는, 수중 바닥면에 안착되는 원형의 앵커 본체부; 및 상기 수중 바닥면에 파고들 수 있도록 상기 앵커 본체부의 테두리를 따라 일정 간격마다 하향 경사지게 돌출 형성되는 복수의 돌출부를 포함하여 구성된다.In addition, according to an embodiment, the anchor may include a circular anchor body part seated on the underwater bottom surface; And a plurality of protrusions protruding downwardly inclined at predetermined intervals along the rim of the anchor body portion so as to penetrate the underwater bottom surface.

또한 일 실시예에 따라, 상기 연결 부유 구조체는, 일정 용적의 연결 부유탱크; 상기 연결 부유탱크의 하단부에 형성되어 제1 연결줄이 결합되는 앵커 연결부; 및 상기 연결 부유탱크의 외부 일측에 구비되어 적어도 하나 이상의 제2 연결줄을 본체프레임과 연결하는 연결줄 결합부를 포함하여 구성된다.In addition, according to one embodiment, the connection floating structure, a connection floating tank of a predetermined volume; An anchor connection part formed at the lower end of the connection floating tank to which the first connection line is coupled; And a connection line coupling part provided on an outer side of the connection floating tank to connect at least one second connection line to the body frame.

또한 일 실시예에 따라, 상기 연결 부유탱크의 외부 일측에는 풍력 터빈으로부터의 연장된 송전 케이블을 연결하기 위한 송전 케이블 연결부가 더 구비된다.In addition, according to an embodiment, a transmission cable connection part for connecting an extended transmission cable from a wind turbine is further provided on an outer side of the connection floating tank.

또한 일 실시예에 따라, 상기 연결 부유탱크의 외부 일측에는 연결 부유탱크의 회전을 제한하기 위한 회전제한수단이 더 구비된다.Further, according to an embodiment, a rotation limiting means for limiting the rotation of the connection floating tank is further provided on an outer side of the connection floating tank.

또한 일 실시예에 따라, 상기 회전제한수단은, 연결 부유탱크의 외부 일측에 설치된 스틸바; 수중 바닥면에 별도로 구비된 스몰 앵커; 및 상기 스틸바와 스몰 앵커를 연결하는 스몰 앵커 연결줄을 포함하여 구성된다.In addition, according to one embodiment, the rotation limiting means, a steel bar installed on the outer side of the connection floating tank; Small anchors separately provided on the underwater bottom surface; And a small anchor connection line connecting the steel bar and the small anchor.

또한 일 실시예에 따라, 상기 연결줄 결합부는, 연결 부유탱크의 상단에 일체로 형성된 지지돌기; 및 상기 지지돌기에 회전가능하게 결합되며 일측이 본체프레임과 적어도 하나 이상의 제2 연결줄에 의해 결합되는 회전링을 포함하여 구성된다.In addition, according to an embodiment, the connection line coupling portion, a support protrusion integrally formed on the upper end of the connection floating tank; And a rotating ring rotatably coupled to the support protrusion and one side is coupled to the body frame by at least one second connection line.

또한 일 실시예에 따라, 상기 송전 케이블 연결부는, 지지돌기 내부를 따라 형성된 케이블 연결공; 상기 케이블 연결공의 입구측에 회전가능하게 끼워져 구비되는 케이블 가이드 튜브; 및 상기 연결 부유탱크의 외측면에 형성되어 케이블 연결공을 통해 연결된 송전 케이블이 끼워져 해저로 연결되도록 안내되는 가이드 링을 포함하여 구성된다.In addition, according to an embodiment, the transmission cable connection part, a cable connection hole formed along the inside of the support protrusion; A cable guide tube rotatably fitted to the inlet side of the cable connection hole; And a guide ring formed on the outer surface of the connection floating tank and guided so that the transmission cable connected through the cable connection hole is inserted and connected to the seabed.

또한 다른 실시예에 따라, 상기 연결 부유 구조체와 본체프레임 사이에는, 상기 본체프레임의 수평 상태를 유지하기 위한 수평 조절 장치를 더 구비한다.In addition, according to another embodiment, a horizontal adjustment device for maintaining a horizontal state of the main frame is further provided between the connection floating structure and the main frame.

상술한 바와 같은 본 발명은, 아래와 같은 효과가 있다.The present invention as described above has the following effects.

첫째, 태풍 등 긴 파장의 파도에 의한 부유 구조체의 동조현상을 방지 및 부유 구조체의 운동을 최소화함으로써 부유 구조체의 구조 안정성 및 내구성이 대폭 향상된다.First, the structural stability and durability of the floating structure are greatly improved by preventing the movement of the floating structure due to waves of long wavelengths such as typhoons and minimizing the movement of the floating structure.

둘째, 각 부력탱크와 부력기둥이 각각의 풍력터빈을 지지하도록 함으로써 부유 구조체의 응력을 최소화하였다.Second, the stress of the floating structure was minimized by making each buoyancy tank and buoyancy column support each wind turbine.

셋째, 대형의 부유체가 하나의 앵커를 중심으로 바람 방향에 따라 선회하여 부유 구조체 상에 횡방향으로 설치된 다수의 풍력 터빈 등이 항상 동일 방향에서 바람을 받도록 연결됨으로써 풍향에 따른 트랙킹 효과로 인해 발전효율 및 생산되는 발전량이 크게 증가된다.Third, a large floating body rotates around one anchor in the wind direction, so that a number of wind turbines installed in the horizontal direction on the floating structure are always connected to receive the wind from the same direction, so that the power generation efficiency due to the tracking effect according to the wind direction And the amount of power produced is greatly increased.

넷째, 부유 구조체의 선회운동에 따라 둘 이상의 연결줄이 꼬이거나 케이블선과의 꼬이는 문제점이 있는바, 본 발명은 앵커와 부유 구조체 사이에 연결 부유 구조체를 설치하고 꼬임방지장치를 설치하여 연결줄 또는 케이블이 꼬이는 문제점이 근본적으로 방지되어 안정성이 크게 향상된다.Fourth, there is a problem in that two or more connecting lines are twisted or twisted with cable lines according to the rotational motion of the floating structure.The present invention is to install a connecting floating structure between the anchor and the floating structure, and install a twist prevention device to twist the connecting line or cable. The problem is fundamentally prevented and the stability is greatly improved.

도 1은 본 발명 부유식 풍력발전 시스템의 일 실시예에 따른 정면도
도 2는 도 1의 측면도
도 3은 도 1의 평면도
도 4는 본 발명에 따른 부력탱크 및 부력기둥을 나타낸 요부 확대도
도 5는 본 발명에 따른 앵커의 평면도
도 6은 본 발명에 따른 앵커의 한쪽이 들려진 상태를 나타낸 예시도
도 7은 본 발명에 따른 연결 부유 구조체의 구성을 나타낸 예시도
도 8은 본 발명에 따른 풍력 터빈과 연결줄이 연결된 상태를 보인 예시도
도 9는 본 발명에 따른 풍력발전 시스템을 대규모로 확장 설치한 상태를 보인 예시도
도 10은 본 발명 부유식 풍력발전 시스템의 다른 실시예에 따른 측면도
도 11은 도 10의 수평 조절 장치를 확대하여 보인 도면1 is a front view according to an embodiment of the present invention floating wind power generation system
Figure 2 is a side view of Figure 1
Figure 3 is a plan view of Figure 1
Figure 4 is an enlarged view of the main part showing the buoyancy tank and the buoyancy column according to the present invention
5 is a plan view of an anchor according to the present invention
6 is an exemplary view showing a state in which one of the anchors according to the present invention is lifted
7 is an exemplary view showing the configuration of a connection floating structure according to the present invention
8 is an exemplary view showing a state in which a wind turbine and a connection line are connected according to the present invention
9 is an exemplary view showing a state in which the wind power generation system according to the present invention is expanded and installed on a large scale
10 is a side view according to another embodiment of the present invention floating wind power generation system
11 is an enlarged view of the horizontal adjustment device of FIG. 10

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 내지 "구비하다" 등의 용어는 본 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Terms used in the present specification are used only to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present specification, terms such as "include" or "have" to "include" are intended to designate the presence of features, numbers, steps, actions, components, parts, or a combination thereof described in the present specification. It is to be understood that the possibility of the presence or addition of other features, numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof, or other features beyond that is not preliminarily excluded.

본 명세서에서 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 나타낸다.Unless otherwise defined in the specification, all terms including technical or scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.Terms such as those defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning of the related technology, and should not be interpreted as an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in this specification. Shouldn't.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명 부유식 풍력발전 시스템의 구성 및 작동 관계를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.Hereinafter, the configuration and operation relationship of the present invention floating wind power generation system will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명 부유식 풍력발전 시스템의 일 실시예에 따른 정면도이고, 도 2는 도 1의 측면도이며, 도 3은 도 1의 평면도이다.1 is a front view according to an embodiment of the present invention floating wind power generation system, FIG. 2 is a side view of FIG. 1, and FIG. 3 is a plan view of FIG.

도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명 장치의 구성을 살펴보면, 먼저 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 본 발명의 부유식 풍력발전 시스템은, 해수면 또는 담수면에 떠 있는 상태로 전기를 생산할 수 있는 풍력발전 시스템으로서, 본체프레임(110), 부력탱크(120), 부력기둥(130), 앵커(140) 및 풍력 터빈(150)으로 이루어진 부유 구조체(100)와, 상기 부유 구조체(100)와 앵커(140)를 연결줄(160)로 연결하는 연결 부유 구조체(200)로 크게 구성된다. Looking at the configuration of the apparatus of the present invention with reference to FIGS. 1 to 3, first, the floating wind power generation system of the present invention according to a preferred embodiment of the present invention is a wind power capable of generating electricity while floating on the sea or fresh water surface. As a power generation system, a body frame 110, a buoyancy tank 120, a buoyancy column 130, a floating structure 100 consisting of an anchor 140 and a wind turbine 150, the floating structure 100 and the anchor ( It is largely composed of a connection floating structure 200 that connects 140 with a connection line 160.

이 때, 상기 각 하나의 부력탱크(120), 부력기둥(130) 및 풍력 터빈(150)의 어셈블리는 하나의 단위 부유식 풍력발전기(101)를 구성한다.At this time, the assembly of each of the buoyancy tank 120, the buoyancy column 130, and the wind turbine 150 constitutes one unit of floating wind power generator 101.

이 때, 상기 연결줄(160)은, 연결 부유 구조체(200)를 기준으로 제1 연결줄(161)과 제2 연결줄(162)로 나뉘는데, 제1 연결줄(161)은 연결 부유 구조체와 수중 바닥면(G)의 앵커(140)를 연결하는 줄이며, 제2 연결줄(162)은 연결 부유 구조체(200)와 상기 본체프레임(110)의 전단부를 연결하는 줄이다.At this time, the connection line 160 is divided into a first connection line 161 and a second connection line 162 based on the connection floating structure 200, and the first connection line 161 is a connection floating structure and an underwater bottom surface ( G) is a line connecting the anchor 140, the second connection line 162 is a line connecting the connection floating structure 200 and the front end of the main frame 110.

이하에서는 상기 부유식 풍력발전 시스템(10)이 해수면에서 사용되는 것을 전제하여 설명하기로 한다.Hereinafter, it will be described on the premise that the floating wind power generation system 10 is used at sea level.

상기 본체프레임(110)은, 철판 또는 철골을 사용하여 제조되는 트러스 구조물로서, 풍력 터빈들이 설치되는 가로부(111), 상기 가로부와 수직으로 결합되는 세로부(112)를 구비한다.The body frame 110 is a truss structure manufactured using a steel plate or steel frame, and includes a horizontal portion 111 in which wind turbines are installed, and a vertical portion 112 vertically coupled to the horizontal portion.

상기 가로부(111)는, 도 3에 도시된 바와 같이 제1 방향(C1)을 따라 직선적으로 연장된 부분이고, 세로부(112)는, 상기 제1 방향(C1)과 수직하게 교차하는 제2 방향(C2)을 따라 직선적으로 연장된 부분이다.The horizontal portion 111 is a portion extending linearly along the first direction C1, as shown in FIG. 3, and the vertical portion 112 is a first direction perpendicularly intersecting the first direction C1. It is a part extending linearly along the 2nd direction (C2).

본 실시예에서 상기 본체프레임(110)은, 상기 가로부(111)와 세로부(112)가 결합됨으로써 전체적으로 “+”자형 구조물을 형성한다.In this embodiment, the body frame 110 forms a “+”-shaped structure as a whole by combining the horizontal portion 111 and the vertical portion 112.

본 발명에서 제안하는 해상의 부유 구조체(100)는 파도에 의해 상하, 좌우, 전후의 운동과 각 축을 중심으로 회전운동을 하는데, 이에 더하여 부유 구조체(100) 고유의 진동 주기에 따라 부유 구조체(100)는 진자운동을 하며 동조현상을 일으켜 동요를 더욱 크게 할 수 있다.The floating structure 100 on the sea proposed by the present invention performs vertical, left and right movements and rotational movements around each axis by waves. In addition, the floating structure 100 according to the inherent vibration period of the floating structure 100 ) Performs a pendulum motion and causes a synchronic phenomenon, which can make the agitation even louder.

그러므로 이러한 부유 구조체(100)의 동요와 동조현상을 방지하기 위해 부유 구조체(100)의 길이와 폭을 크게 하는 것이 가장 확실하고 효과적인 방법이다. 따라서, 본 발명에서 제안하는 새로운 형태의 부유식 풍력발전시스템(10)의 가장 큰 특징이자 시작점은 부유 구조체(100)의 길이와 폭을 파도의 파장보다 충분히 크게 구성하는 것이 핵심이다.Therefore, it is the most reliable and effective method to increase the length and width of the floating structure 100 in order to prevent such fluctuation and synchronization of the floating structure 100. Therefore, the main characteristic and starting point of the new type of floating wind power generation system 10 proposed by the present invention is to configure the length and width of the floating structure 100 to be sufficiently larger than the wavelength of the wave.

이를 위해 본 발명은 일 실시예에 따라, 하나의 블레이드 길이가 약 70m인 세 개의 풍력 터빈(150)이 세 개의 부력탱크(120)에 의해 지지되는 하나의 본체프레임(110)에 설치되는 경우를 기본 형태로 가정하여 설명하기로 한다.To this end, the present invention relates to a case in which three wind turbines 150 with one blade length of about 70 m are installed on one main frame 110 supported by three buoyancy tanks 120 according to an embodiment. It will be described assuming the basic form.

먼저 상기 본체프레임(110)은, 상기 제1 방향(C1)을 따라 가로부(111)가 약 200m 이상, 한편 상기 제2 방향(C2)을 따라서도 세로부(112)가 역시 약 200m 이상의 길이를 갖는 것이 바람직하다. 여기서 상기 본체프레임(110)은 상기 제1 방향(C1)을 따라 그 길이를 확장함으로써, 상기 풍력 터빈(160)의 장착 대수를 4대 이상으로 더 증가시킬 수 있다.First, in the main frame 110, the horizontal portion 111 is about 200 m or more along the first direction C1, while the vertical portion 112 is also about 200 m or more along the second direction C2. It is preferable to have. Here, by extending the length of the main body frame 110 along the first direction C1, the number of installed wind turbines 160 may be further increased to four or more.

이와 같이 구성된 부유 구조체(100)의 가로세로 길이는 태풍에서 일반적으로 나타나는 파도의 평균 파장보다도 훨씬 크게 설정되었기 때문에 구조체(100)의 동요는 적을 수밖에 없고 구조체(100)와 파도 간의 동조현상을 방지할 수 있다. 즉, 해상의 파도는 부력탱크(120)와 상부 구조물(풍력 터빈)을 연결하는 부력기둥(130)의 승하강 범위 이내에서 영향을 미치도록 조절된다. 즉, 부력기둥(130)의 길이를 20m 이상으로 크게 설정한 경우 태풍 시에도 파도에 의한 중력파의 수직 운동범위를 상당히 초과함으로써 중력파의 영향을 받지 않게 되는 것이다.Since the horizontal and vertical length of the floating structure 100 configured as described above is set to be much larger than the average wavelength of waves generally appearing in a typhoon, the fluctuation of the structure 100 is inevitably small, and the synchronization phenomenon between the structure 100 and the waves is prevented. I can. That is, the ocean waves are adjusted to have an effect within the elevating range of the buoyancy column 130 connecting the buoyancy tank 120 and the upper structure (wind turbine). That is, when the length of the buoyancy column 130 is set to be 20m or more, the vertical motion range of the gravitational wave caused by the wave is significantly exceeded even during a typhoon, so that the gravitational wave is not affected.

본 실시예에서 상기 본체프레임(110)은, 해수면(SL)의 상방에 해수면(SL)과 나란하게 수평 상태로 배치되어 있으며, 상기 본체프레임(110)의 하면은 해수면(SL)과 접촉하지 않도록 5 내지 15m만큼 이격되어 있다.In this embodiment, the body frame 110 is disposed in a horizontal state above the sea level SL and parallel to the sea level SL, and the lower surface of the body frame 110 does not contact the sea level SL. They are separated by 5 to 15m.

또한 상기 본체프레임(110)은, 상기 앵커(140)를 중심으로 회전이동이 가능한 상태로 구비됨에 따라 두 대 이상의 연결줄(162)이 균형있게 연결된 상기 본체프레임(110)이 바람을 맞으면서 발생되는 공기저항력에 의하여 바람이 불어오는 방향(W)과 본체프레임(110)의 가로부(111)가 수직으로 정렬됨은 이해 가능하다.In addition, the main frame 110 is provided in a state capable of rotational movement around the anchor 140, so that the main frame 110, in which two or more connecting lines 162 are connected in a balanced manner, is generated while being hit by the wind. It is understandable that the direction W in which the wind blows due to the air resistance and the horizontal portion 111 of the main frame 110 are vertically aligned.

도 3을 참조하면, 횡방향으로 연결된 3개의 각 풍력 터빈(150)들이 동일한 방향에서 간섭없이 바람을 받도록 하기 위하여 상기 3개의 단위 부유 구조체(각 하나의 부력탱크, 부력기둥 및 풍력 터빈)를 횡으로 연결하고 하나의 앵커(140)를 중심으로 회전하도록 하였다. 즉, 3개의 제2 연결줄(162)이 본체프레임(110) 상의 3군데 지점에 연결되고, 또한 상기 각각의 제2 연결줄(162)이 하나의 연결 부유 구조체(200)에 연결됨으로써 전체 부유 구조체(100)가 균형잡힌 상태로 풍향의 변화에 따라 앵커(140)를 기준점으로 회전하도록 한 것이다. 이 때, 상기 제2 연결줄(162)은 각각의 풍력 터빈(150) 하단 지지대의 적절한 높이 지점에 연결됨으로써 각각의 풍력 터빈(150)에 작용하는 풍압에 의한 회전모멘트를 상쇄할 수 있게 된다. Referring to FIG. 3, the three unit floating structures (one buoyancy tank, buoyancy column and wind turbine) are cross-sectional in order to allow the three wind turbines 150 connected in the transverse direction to receive wind without interference in the same direction. It was connected to and rotated around one anchor 140. That is, three second connection lines 162 are connected to three points on the main frame 110, and each of the second connection lines 162 is connected to one connection floating structure 200, so that the entire floating structure ( 100) is rotated to the reference point according to the change of the wind direction in a balanced state. At this time, the second connection line 162 is connected to an appropriate height point of the lower support of each wind turbine 150 to offset a rotational moment caused by wind pressure acting on each wind turbine 150.

예컨대, 상기 제2 연결줄(162)은 별도의 연결기둥을 만들어 적절한 높이에 설치할 수도 있으나 간편하게는 풍력 터빈 지지대에 직접 연결하여서도 가능하다.(도 2 또는 도 8 참조) 또한 참고로 위의 경우 풍력 터빈(150)이 회전하여 제2 연결줄(160)이 블레이드에 접촉하는 경우를 예상할 수 있는데, 이를 방지하기 위하여 풍력 터빈(150)의 회전을 일정범위 내로 제한함으로써 풍력 터빈(150)의 블레이드와 제2 연결줄(162)의 접촉을 방지할 수 있다.For example, the second connection line 162 may be installed at an appropriate height by making a separate connection column, but it is also possible to directly connect it to a wind turbine support (see Fig. 2 or 8). It can be expected that the turbine 150 rotates and the second connection line 160 contacts the blades. To prevent this, the rotation of the wind turbine 150 is limited to within a certain range, Contact of the second connection line 162 can be prevented.

따라서, 본 발명의 부유 구조체(100)는 풍향에 따라 앵커를 중심으로 회전하게 되고, 이에 따라 상기 부유 구조체(100) 상에 설치된 풍력 터빈(150) 또한 항상 바람의 방향과 동일한 방향에서 바람을 받게 되는 것이다.Therefore, the floating structure 100 of the present invention rotates around the anchor according to the wind direction, and accordingly, the wind turbine 150 installed on the floating structure 100 also always receives wind in the same direction as the wind direction. It becomes.

한편, 도 4는 본 발명에 따른 부력탱크 및 부력기둥을 나타낸 요부 확대도이고, 도 5는 본 발명에 따른 앵커의 평면도이며, 도 6은 본 발명에 따른 앵커의 한쪽이 들려진 상태를 나타낸 예시도로서, 각 세부 구성요소들에 대해 보다 자세히 살펴보면 다음과 같다.On the other hand, Figure 4 is an enlarged view of the main part showing the buoyancy tank and the buoyancy column according to the present invention, Figure 5 is a plan view of the anchor according to the present invention, Figure 6 is an example showing a state in which one of the anchor according to the present invention is lifted As a diagram, a closer look at each of the detailed components is as follows.

상기 도 4를 참조하면, 상기 부력탱크(120)는, 부력을 발생시킬 수 있도록 철판 등을 사용하여 제작된 수밀 가능한 원기둥 형상의 용기로서, 도 4에 도시된 바와 같이 미리 정한 제1 지름(D1) 및 제1 높이(H1)를 가진 원기둥 형상을 가지고 있다.Referring to FIG. 4, the buoyancy tank 120 is a watertight cylindrical container manufactured using an iron plate or the like to generate buoyancy. As shown in FIG. 4, the first diameter D1 ) And has a cylindrical shape with a first height (H1).

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 부력탱크(120)는 3개 이상이 마련되며, 상기 본체프레임(110)의 하방으로 미리 정한 간격만큼 이격되어 있다. 또한 상기 부력탱크(120)는, 부력의 크기를 조절할 수 있도록 평형수를 내부에 수용할 수 있도록 형성된다.According to an embodiment of the present invention, three or more buoyancy tanks 120 are provided, and are spaced below the body frame 110 by a predetermined interval. In addition, the buoyancy tank 120 is formed to accommodate ballast water therein so as to adjust the level of buoyancy.

앞서 살펴본 일 실시예에 따라 본 발명은 횡방향을 따라 3개의 프로펠러형 풍력 터빈(150)이 설치되는 형태를 설명하였으나, 효율성과 안정성을 고려하면서 횡방향을 따라 보다 많은 수의 풍력 터빈(150)을 설치할 수도 있으며, 또한 상기 풍력 터빈(150)의 상방(해수면으로부터 수직방향)으로도 얼마든지 확장하여 풍력 터빈(150)을 설치할 수도 있다.According to an embodiment described above, the present invention has described a form in which three propeller-type wind turbines 150 are installed along the transverse direction, but a greater number of wind turbines 150 are installed along the transverse direction while considering efficiency and stability. In addition, the wind turbine 150 may be installed by extending any number upwards (vertical from the sea level) of the wind turbine 150.

또한 상기 풍력 터빈(150)은 세계적으로 많이 사용되고 검증된 형태인 프로펠러형 풍력 터빈(150)을 설치하는 것을 예시하였으나, 얼마든지 다른 형태의 풍력발전기를 채택하거나 또는 다른 형태의 발전기와 복합적으로 설치하는 방법도 설계 적용될 수 있다.In addition, the wind turbine 150 exemplifies the installation of the propeller type wind turbine 150, which is a widely used and proven form worldwide, but any number of different types of wind turbines are adopted or are installed in combination with other types of generators. The method can also be applied by design.

예컨대, 상기 본체프레임(110) 하방의 수면 상에 파력발전기를 추가함으로써 본체프레임(110) 상방의 풍력발전기와 더불어 하이브리드 발전 시스템을 구성할 수 있다. 이 때, 상기 부유 구조체(100)는 항상 동일 방향에서 바람을 받고 파도는 대체로 바람방향과 동일 방향에서 발생되어 오기 때문에 부유 구조체(100) 하부에 횡방향을 따라 많은 수의 파력발전기를 병설하는 것이 효율적이다.For example, by adding a wave generator on the water surface below the main frame 110, it is possible to configure a hybrid power generation system together with the wind turbine above the main frame 110. At this time, since the floating structure 100 always receives wind in the same direction and waves are generated in the same direction as the wind direction, it is desirable to install a large number of wave power generators along the transverse direction under the floating structure 100. It's efficient.

본 실시예에서 상기 부력탱크(120)는, 상기 평형수의 양을 조절하여 첨부된 도면에서 도시된 바와 같이 완전히 수중에 잠겨 있다. 이렇게 상기 부력탱크(120)가 수중에 완전히 잠기면, 상기 부력탱크(120)에 의하여 발생되는 부력의 크기가 해수의 수위 변화에 상관없이 거의 일정한 값을 유지하게 된다.In this embodiment, the buoyancy tank 120 is completely submerged in water as shown in the accompanying drawings by adjusting the amount of the ballast water. When the buoyancy tank 120 is completely submerged in the water, the amount of buoyancy generated by the buoyancy tank 120 is maintained at a substantially constant value regardless of a change in the water level of the seawater.

또한 부력기둥(130)은, 철판 또는 파이프 등을 사용하여 수밀 가능하게 제작되어 제3 방향(C3)을 따라 연장된 원기둥 형상의 부재로서 3개 이상이 마련되며, 상단부는 상기 본체프레임(110)의 하면에 결합되어 있고, 하단부는 상기 부력탱크(120) 각각의 상면에 고정 결합되어 있다.In addition, three or more buoyancy columns 130 are formed as a cylindrical member extending along the third direction C3 by being manufactured to be watertight using an iron plate or pipe, and the upper end thereof is the main frame 110 It is coupled to the lower surface of the, and the lower portion is fixedly coupled to the upper surface of each of the buoyancy tank 120.

상기 부력기둥(130)은 부력탱크(120)의 제1 지름(D1)보다 작은 값의 제2 지름(D2)을 갖는데, 여기서 상기 제2 지름(D2)은 구조 역학적으로 허용되고 부유 구조체(100)를 안정되게 지지할 수 있는 부력을 가지는 범위에서 가능한 한 작은 값을 갖는 것이 바람직하다.The buoyancy column 130 has a second diameter (D2) of a value smaller than the first diameter (D1) of the buoyancy tank 120, wherein the second diameter (D2) is structurally mechanically permitted and the floating structure 100 It is desirable to have a value as small as possible within a range having buoyancy that can stably support ).

상기 부력기둥(130)은, 최고 해수면(SL) 및 최저 해수면(SL)이 상기 부력기둥(30)의 최저점과 최고점 사이에 위치하도록 마련되므로, 상기 부력탱크(120)가 수중에 완전히 잠긴 상태에서 미리 반영된 허용치 높이의 파도와 바람의 세기에서는 상기 본체프레임(110)이 해수와 접촉되지 않는다.The buoyancy column 130 is provided so that the highest sea level SL and the lowest sea level SL are located between the lowest and highest points of the buoyancy column 30, so that the buoyancy tank 120 is completely submerged in the water. The body frame 110 does not come into contact with seawater in the waves and wind strengths of the allowable heights reflected in advance.

예컨대, 부력탱크(120)의 지름이 20m, 높이가 약 7m라고 가정하면 배수량은 약 2,198톤이 된다. 이 때 부력기둥(130)의 지름이 약 4m일 경우 파고 2m의 상하운동에 의한 배수량의 변화는 약 25톤에 불과하며, 파도의 주기가 약 8초라고 가정한다면 초속 0.5m로 움직이는 상기 25톤에 의한 추력이 부력탱크의 2,198톤의 무게에 미치는 영향은 미미하므로 파도에 의한 부유 구조체(100)의 동요 역시 매우 미미할 것으로 예상할 수 있다. For example, assuming that the diameter of the buoyancy tank 120 is 20m and the height is about 7m, the amount of displacement is about 2,198 tons. At this time, if the diameter of the buoyancy column 130 is about 4m, the change in displacement due to the vertical motion of the wave height of 2m is only about 25 tons, and assuming that the period of the wave is about 8 seconds, the 25 tons moving at 0.5m per second. Since the effect of the thrust caused by the buoyancy tank on the weight of 2,198 tons is insignificant, it can be expected that the fluctuation of the floating structure 100 by the waves will be very slight.

만약 태풍에 의해 10m의 파고가 발생되는 최악의 상황을 가정하더라도 상하운동 시의 배수량 변화는 120톤 정도이므로 파도의 상하운동 속도를 고려할 때 안전에 미치는 영향은 크지 않을 것이다. Even assuming the worst situation in which a wave height of 10 m is generated by a typhoon, the displacement change during vertical movement is about 120 tons, so the impact on safety will not be significant when considering the vertical movement speed of the wave.

특히, 파고가 높고 파장이 길더라도 부력기둥(130)의 지름이 약 4m에 불과하므로 부유 구조체(100)를 기울어지게 하는 모멘트는 크게 작용하지 않는다. 또한 부력탱크(120)의 지름이 20m 정도이므로 부력탱크(120)의 유체저항이 커서 파도에 의한 부유 구조체(100)의 동요는 더욱 미미할 것이다. 즉, 중력파의 상하운동에 의한 부유 구조체(100)의 상하운동 및 좌우, 전후, 회전운동은 미미할 것으로 예상된다. In particular, even though the wave height is high and the wavelength is long, the diameter of the buoyancy column 130 is only about 4 m, so that the moment that causes the floating structure 100 to incline does not work much. In addition, since the diameter of the buoyancy tank 120 is about 20m, the fluid resistance of the buoyancy tank 120 is large, so that the fluctuation of the floating structure 100 by the waves will be more insignificant. In other words, it is expected that the vertical motion of the floating structure 100 due to the vertical motion of the gravitational wave, and the left and right, front and rear, and rotational motions will be insignificant.

또한 풍력 터빈(150) 3개를 횡방향으로 연결하였을 때에는 상기 각 풍력 터빈(150) 사이를 연결하는 본체프레임(110)에 의해 각 풍력 터빈(150)은 더욱 안정적으로 지지되므로 부유 구조체(100)의 각 부분에 작용하는 응력도 미미할 것으로 판단된다. 또한 상기 부유 구조체(100) 자체의 기울어짐이 미미하게 발생될 것이므로 상기 부유 구조체(100)에 설치된 풍력 터빈(150)의 기울어짐도 미미하여 높은 위치에 설치된 풍력 터빈의 중량에 의해 부유 구조체를 전체적으로 기울어지게 하는데 크게 영향을 미치지 못할 예상이다. 즉, 부유 구조체(100)의 기울어짐에 따른 풍력 터빈(150)의 중량에 의한 기울어짐은 서로 상승 내지 동조되는 현상은 미미할 것으로 예상된다. In addition, when three wind turbines 150 are connected in the transverse direction, each wind turbine 150 is more stably supported by the main frame 110 connecting the wind turbines 150, so the floating structure 100 It is believed that the stress acting on each part of is also insignificant. In addition, since the inclination of the floating structure 100 itself will be insignificant, the inclination of the wind turbine 150 installed in the floating structure 100 is also insignificant, so that the floating structure is inclined as a whole by the weight of the wind turbine installed at a high position. It is expected that it will not have a significant effect on the loss. That is, it is expected that the inclination due to the weight of the wind turbine 150 due to the inclination of the floating structure 100 rises or synchronizes with each other is insignificant.

다만, 본 발명의 일 실시예에서는 부력탱크에 작용하는 조류 및 해류, 또는 이로 인한 중력파의 영향 등은 고려하지 않았으며, 특히 태풍 등 강력한 바람이 불 경우에는 깊은 수심에도 수류의 흐름이 매우 강하므로 이에 대한 대비책은 별도로 검토되어야 할 것이다.However, in one embodiment of the present invention, the currents and ocean currents acting on the buoyancy tank, or the influence of the gravitational waves due thereto, are not considered. In particular, when a strong wind such as a typhoon blows, the flow of water is very strong even at a deep depth. The countermeasures for this should be reviewed separately.

한편, 도 5를 참조하면 앵커(140)는, 상기 본체프레임(110)이 미리 정한 위치를 이탈하여 떠내려가지 않도록 고정하기 위한 중량물로서, 바람과 파도에 의해 상기 본체프레임(110)이 이동할 때 발생되는 힘을 견딜 수 있도록 마련된다. 상기 앵커(140)는, 철강 또는 철근과 콘크리트 등을 사용하여 제조되며, 앵커 본체부(141)에 돌출부(141a) 및 홈부(141b)가 형성된 구조를 갖는다.Meanwhile, referring to FIG. 5, the anchor 140 is a heavy object for fixing the body frame 110 so that it does not drift away from a predetermined position, and occurs when the body frame 110 moves by wind and waves. It is prepared to withstand the power of being. The anchor 140 is manufactured using steel or reinforced steel and concrete, and has a structure in which a protrusion portion 141a and a groove portion 141b are formed in the anchor body portion 141.

도 6을 참조하면, 상기 앵커 본체부(141)는, 원판 형상으로 형성되는 부분으로서 수중 바닥면(G)에 안착가능한 형상을 가진다.Referring to FIG. 6, the anchor body part 141 is formed in a disk shape and has a shape capable of being seated on the underwater bottom surface G.

상기 돌출부(141a)는, 복수개 마련되며, 상기 앵커 본체부(141)의 테두리를 따라 서로 이격된 상태로 배치된다. A plurality of the protrusions 141a are provided, and are disposed to be spaced apart from each other along the rim of the anchor body part 141.

또한 상기 돌출부(141a)는, 상기 수중 바닥면(G)에 파고들 수 있도록 상기 앵커 본체부(141)의 테두리로부터 하방으로 돌출되도록 형성되며, 상기 앵커 본체부(141)로부터 경사진 각도(α1)로 돌출되어 있다. 여기서 상기 각도(α1)는 30도 내지 60도가 바람직하다. In addition, the protrusion 141a is formed to protrude downward from the rim of the anchor body 141 so as to penetrate the underwater bottom surface G, and is inclined from the anchor body 141 (α1) ) Protrudes. Here, the angle α1 is preferably 30 degrees to 60 degrees.

한편, 상기 홈부(141b)는, 서로 인접한 한 쌍의 상기 돌출부(141a)의 사이에 마련되어 있는 V자형 홈으로서, 복수개 마련되어 있다.On the other hand, the groove portion 141b is a V-shaped groove provided between a pair of the protruding portions 141a adjacent to each other, and is provided in plural.

상기 돌출부(141a) 및 홈부(141b)는, 3개 이상 마련되는 것이 바람직하며, 본 실시예에서는 각각 8개가 마련되어 있다.It is preferable that three or more of the protrusions 141a and the grooves 141b are provided, and each of the eight protrusions 141a and 141b is provided.

본 실시예에서 상기 앵커(140)는, 상기 돌출부(141a) 및 홈부(141b)에 의하여 별모양 내지 불가사리 모양으로 형성되어 있다.In this embodiment, the anchor 140 is formed in a star shape or a starfish shape by the protrusions 141a and the grooves 141b.

또한 상기 제1 연결줄(161)과 마찬가지 형태로 제2 연결줄(162)도 체인, 쇠사슬, 로프 등 다양한 재질의 줄을 사용하여 제조될 수 있으며, 본 실시예에서 제2 연결줄(162)은 연결 부유 구조체(200)를 중심으로 3개의 연결줄(162)이 방사형으로 분산 연결된 형태로 마련된다.In addition, in the same shape as the first connecting line 161, the second connecting line 162 may be manufactured using various materials such as chains, chains, and ropes. In this embodiment, the second connecting line 162 is connected The three connecting lines 162 are radially distributed and connected around the structure 200.

도 7은 본 발명에 따른 연결 부유 구조체의 구성을 나타낸 예시도로서, 이하 도 7을 참조하여 연결 부유 구조체의 구성을 상세히 살펴보면 다음과 같다. 7 is an exemplary view showing the configuration of the connection floating structure according to the present invention, the configuration of the connection floating structure will be described in detail below with reference to FIG. 7.

상기 연결 부유 구조체(200)는, 일정 용적의 연결 부유탱크(210); 상기 연결 부유탱크의 하단부에 형성되어 앵커(140)의 제1 연결줄(161)이 결합되는 앵커 연결부(220); 및 상기 연결 부유탱크(210)의 외부 일측에 구비되어 적어도 하나 이상의 제2 연결줄(162)을 본체프레임(110)과 연결하기 위한 연결줄 결합부(230)를 포함하여 구성된다.The connection floating structure 200 includes a connection floating tank 210 having a predetermined volume; An anchor connecting portion 220 formed at the lower end of the connecting floating tank to which the first connecting line 161 of the anchor 140 is coupled; And a connection line coupling part 230 provided on an outer side of the connection floating tank 210 to connect at least one second connection line 162 to the body frame 110.

상기 연결 부유탱크(210)의 크기는 부유 구조체에 가해지는 풍압과 수압의 크기에 의해 결정되는데, 예를 들어 20MW 용량의 풍력 터빈(150)의 경우 약 300톤의 힘이 작용하고 조류 등에 의한 수압 등을 고려하더라도 약 500톤 정도의 배수량을 가지면 될 것이다. 즉, 지름 10m 높이 10m의 원통형 부유탱크(210)의 경우 약 785톤의 배수량을 가지므로 상기 연결 부유탱크(210)는 풍압과 수압에 의해 수중으로 가라앉지 않고 항상 수면 상에 떠 있는 상태에서 부유 구조체(100)와 앵커(140)를 연결하게 된다.The size of the connected floating tank 210 is determined by the size of the wind pressure and water pressure applied to the floating structure.For example, in the case of a wind turbine 150 with a capacity of 20MW, a force of about 300 tons acts and water pressure due to currents, etc. Even if you consider such things, it would be enough to have a displacement of about 500 tons. That is, in the case of the cylindrical floating tank 210 having a diameter of 10 m and a height of 10 m, it has a displacement of about 785 tons, so the connected floating tank 210 does not sink into the water by wind pressure and water pressure, but always floats while floating on the water surface. The structure 100 and the anchor 140 are connected.

상기 연결 부유탱크(210)를 수상에 설치하면 제2 연결줄(162)이 보다 수면과 수평이 되고 풍압 등으로 인한 회전모멘트를 되도록 수평방향으로 상쇄하고 또한 파도 및 풍압에 의한 부유 구조체(100)의 운동에너지에 의한 충격을 완화하는 효과가 있다. 이　때, 상기 제2 연결줄(162)은 체인, 로프 등으로 설치하여 정비, 교환 등이 용이하도록 구성됨이 바람직하다. When the connection floating tank 210 is installed on the water surface, the second connection line 162 becomes more horizontal with the water surface and offsets the rotation moment due to wind pressure in the horizontal direction, and also the floating structure 100 by waves and wind pressure. It has the effect of mitigating the impact caused by kinetic energy. At this time, it is preferable that the second connection line 162 is installed with a chain or rope to facilitate maintenance and exchange.

그리고 상기 제1 연결줄(161)은 앵커(140)와, 연결 부유탱크(210)의 앵커 연결부(220) 사이에 반영구적으로 연결되어 깊은 수심에서의 정비가 필요없도록 하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the first connecting line 161 is semi-permanently connected between the anchor 140 and the anchor connecting portion 220 of the connecting floating tank 210 so that maintenance at a deep depth is not required.

한편, 상기 연결줄 결합부(230)는, 연결 부유탱크의 상단에 일체로 형성된 지지돌기(231); 및 상기 지지돌기(231)에 회전가능하게 끼워져 결합되며 일측이 부유 구조체(100)와 적어도 하나 이상의 제2 연결줄(162)에 의해 결합되는 회전링(232)을 포함하여 구성된다. 이에 따라 바람의 방향(W)이 변화 시 상기 회전링(232)이 지지돌기(231)를 중심으로 회전하게 되므로 부유 구조체(100) 상에 횡방향으로 정렬된 풍력 터빈들(150)이 항상 바람의 방향(W)에 일치(이 때, 풍력 터빈의 블레이드와 바람의 방향은 수직임)되도록 트랙킹(Tracking)됨에 따라 풍력발전의 전력 생산량이 극대화된다.On the other hand, the connection line coupling part 230, the support protrusion 231 integrally formed on the upper end of the connection floating tank; And a rotation ring 232 which is rotatably fitted to and coupled to the support protrusion 231 and has one side coupled to the floating structure 100 and at least one second connection line 162. Accordingly, when the wind direction (W) changes, the rotation ring 232 rotates around the support protrusion 231, so that the wind turbines 150 aligned in the transverse direction on the floating structure 100 always wind. The amount of power produced by wind power generation is maximized as it is tracked to match the direction W of the wind turbine (in this case, the wind turbine blade and the wind direction are vertical).

또한 상기 연결 부유탱크(210)의 외부 일측에는 풍력 터빈(150)으로부터의 송전 케이블(300)을 연결하기 위한 송전 케이블 연결부(240)가 구비되는데, 상기 송전 케이블 연결부(240)는, 연결 부유탱크(210)의 상단에 일체로 고정된 지지돌기(231) 내부를 따라 형성된 케이블 연결공(231a); 상기 케이블 연결공의 입구측에 회전가능하게 끼워져 구비되는 “ㄱ”자 형상의 케이블 가이드 튜브(241)를 포함하여 구성된다. In addition, a transmission cable connection part 240 for connecting the transmission cable 300 from the wind turbine 150 is provided on an outer side of the connection floating tank 210, and the transmission cable connection part 240 includes a connection floating tank A cable connection hole (231a) formed along the inside of the support protrusion 231 integrally fixed to the upper end of (210); It is configured to include a “b”-shaped cable guide tube 241 that is rotatably fitted to the inlet side of the cable connection hole.

또한 본 발명은 상기 케이블 연결공(231a)의 케이블 가이드 튜브(241) 하단에 송전 케이블(300)의 꼬임을 방지하기 위한 케이블 꼬임방지 구성부를 더 포함하여 구성됨이 바람직하다.In addition, the present invention is preferably configured to further include a cable twist prevention component for preventing twisting of the power transmission cable 300 at the lower end of the cable guide tube 241 of the cable connection hole (231a).

일 실시예에 따라, 상기 케이블 꼬임방지 구성부는, 케이블 가이드 튜브(241)의 일단에 금속재의 통전 커플링(270)이 결합됨과 함께 상기 통전 커플링에는 송전 케이블(300)의 일단(300a, 확대도면 참조)이 전기적으로 접속되고, 상기 통전 커플링(270)의 하면에는 금속재의 고정부쉬(280) 상면이 접촉됨과 함께 상기 고정부쉬에는 송전 케이블(300)의 맞은편 일단(300b, 확대도면 참조)이 전기적으로 접속됨으로 간단히 구현 가능하다.According to an embodiment, the cable twist prevention component is coupled to one end of the cable guide tube 241 with a conductive coupling 270 made of a metal material, and one end 300a of the transmission cable 300 in the current coupling. (Refer to the drawing) is electrically connected, and the upper surface of the fixing bush 280 made of metal is in contact with the lower surface of the energizing coupling 270, and the opposite end 300b of the transmission cable 300 is in contact with the fixing bush, see enlarged drawing. ) Can be implemented simply because it is electrically connected.

상기 가이드 튜브(241)의 케이블 연결공(231a) 내 끝단에는 금속재의 통전 커플링(270)이 용접 등의 방법에 의해 결합될 수 있으며, 한편 상기 통전 커플링(270)의 상면에는 송전 케이블(300)의 일단(300a)이 전기적으로 접속된다.A conductive coupling 270 made of metal may be coupled to the inner end of the guide tube 241 in the cable connection hole 231a by a method such as welding, while a transmission cable is provided on the upper surface of the conductive coupling 270. One end 300a of 300) is electrically connected.

이 때, 상기 구성에 따라 통전 커플링(270)과 고정부쉬(280)는 통전 가능하게 접촉된 상태로, 이 상태에서 케이블 가이드 튜브(241)와 통전 커플링(270)이 회전하더라도 이와 접촉된 고정부쉬(280)는 회전하지 않고 송전 케이블의 양단(300a, 300b)을 통전 가능한 상태로 유지한다.At this time, according to the above configuration, the energizing coupling 270 and the fixing bush 280 are in contact with each other to enable energization, and even if the cable guide tube 241 and the energizing coupling 270 rotate in this state, The fixing bush 280 does not rotate and maintains both ends 300a and 300b of the transmission cable in a state in which energization is possible.

또한 다른 실시예에 따라, 상기 고정부쉬(280) 내부에 공간부를 형성함과 함께 상기 공간부에는, 스프링(282)의 탄발력에 의해 고정부쉬(280) 상면에서 인출되도록 접촉전극(281)이 더 구비된다. 이 때, 상기 접촉전극(281)에는 송전 케이블(300)의 맞은편 일단(300b)이 전기적으로 접속된다.In addition, according to another embodiment, a space part is formed inside the fixing bush 280 and a contact electrode 281 is provided in the space part so as to be drawn out from the upper surface of the fixing bush 280 by the elastic force of the spring 282. More is provided. At this time, the contact electrode 281 is electrically connected to one end 300b opposite to the power transmission cable 300.

이 때, 상기 통전 커플링(270)의 하면에는 금속재의 접촉전극(281)이 탄력적으로 접촉되는데, 상기 접촉전극(281)은 케이블 연결공(231a) 내에 고정된 고정부쉬(280)와 스프링(282)에 의해 상방으로 인출되도록 계속적으로 탄발력이 제공된다. At this time, a contact electrode 281 made of a metal material is elastically in contact with the lower surface of the conductive coupling 270, and the contact electrode 281 includes a fixing bush 280 and a spring fixed in the cable connection hole 231a. 282), the elastic force is continuously provided to be withdrawn upwards.

이 때, 상기 접촉전극(281)의 하단은 통전 커플링(270)과 마찬가지로 송전케이블(300)이 접속된 상태이므로 상기 통전 커플링(270)과 접촉전극(281)은 탄력적으로 접촉되면서도 계속 통전 가능하게 접촉된 상태를 유지한다.At this time, the lower end of the contact electrode 281 is in a state in which the transmission cable 300 is connected like the conduction coupling 270, so the conduction coupling 270 and the contact electrode 281 are in elastic contact while continuing to conduct electricity. Keep in contact as possible.

상술한 구성에 따라 부유 구조체(100)가 바람의 방향(W)에 따라 선회하더라도 케이블 가이드 튜브(241) 및 통전 커플링(270)은 함께 회전되는 반면, 접촉전극(281)과 고정부쉬(280)는 회전되지 않는다. 또한 이 때, 통전 커플링(270)과 접촉전극(281)은 계속 접촉 및 통전 가능한 상태를 유지한다. According to the above-described configuration, even if the floating structure 100 rotates according to the wind direction (W), the cable guide tube 241 and the energization coupling 270 rotate together, while the contact electrode 281 and the fixing bush 280 are rotated together. ) Is not rotated. In addition, at this time, the energization coupling 270 and the contact electrode 281 maintain a state in which contact and energization are possible.

이와 같은 구성은 부유 구조체(100)의 선회 시 송전 케이블(300)이 함께 회전함에 따른 송전 케이블(300)의 꼬임을 방지할 수 있으며, 상기와 같이 송전 케이블(300)이 일방향으로 계속 꼬임이 발생하더라도 이로 인해 송전 케이블(300)이 끊어지거나 손상되는 문제점을 해소할 수가 있다.Such a configuration can prevent twisting of the transmission cable 300 as the transmission cable 300 rotates together when the floating structure 100 rotates, and the transmission cable 300 continues to be twisted in one direction as described above. Even so, a problem in which the power transmission cable 300 is cut or damaged due to this can be solved.

또한 상기 연결 부유탱크(210)의 외측면에는 케이블 연결공(231a)을 통해 연결된 송전 케이블(300)이 끼워져 안내되는 가이드 링(250)이 더 구비될 수 있다.In addition, a guide ring 250 through which the transmission cable 300 connected through the cable connection hole 231a is inserted and guided may be further provided on the outer surface of the connection floating tank 210.

또한 상기 연결 부유탱크(210)의 외부 일측에는 연결 부유탱크(210)의 회전을 제한하기 위한 회전제한장치(260)가 더 구비된다.In addition, a rotation limiting device 260 for limiting the rotation of the connection floating tank 210 is further provided on an outer side of the connection floating tank 210.

상기 회전제한장치(260)는, 연결 부유탱크(210)의 하단 일측에 하향 경사지게 일체로 고정된 스틸바(261), 수중 바닥면(G)에 별도로 설치된 스몰 앵커(262), 상기 스틸바(261)와 스몰 앵커(262)를 연결하는 스몰 앵커 연결줄(263)로 구성된다. The rotation limiting device 260 includes a steel bar 261 integrally fixed to the lower side of the connection floating tank 210 so as to be inclined downward, a small anchor 262 separately installed on the underwater bottom surface G, and the steel bar ( It consists of a small anchor connecting line 263 connecting the 261 and the small anchor 262.

상기 회전제한장치(260)에 의해 연결 부유탱크(210)의 회전이 제한된 상태에서 연결 부유탱크(210)의 상부에서 고리걸음에 의해 연결된 제2 연결줄(162)은 부유 구조체(100)의 회전에 따라 함께 회전됨으로써 복수의 제2 연결줄(162)이 서로 꼬이지 않게 된다.In a state in which the rotation of the connection floating tank 210 is restricted by the rotation limiting device 260, the second connection line 162 connected by a hook from the top of the connection floating tank 210 is prevented by the rotation of the floating structure 100. The plurality of second connection strings 162 are not twisted together by being rotated together.

그리고 연결 부유탱크(210) 상부의 케이불 연결장치(240)를 기준으로 하부의 송전케이블(300)은 가이드 링(250)에 의해 고정된 반면, 상부의 송전케이블(300)은 부유 구조체(100)의 회전에 따라 함께 회전됨으로써 송전케이블(300) 자체의 꼬임현상 뿐만 아니라 송전케이블(300)과 제2 연결줄(162)과의 꼬임현상도 일어나지 않게 방지된다. 그러므로 하부의 송전케이블(300)은 꼬임현상이 해결된 상태로 생산된 전력이 해저를 통해 육지로 보내진다. In addition, the transmission cable 300 at the lower portion is fixed by the guide ring 250 based on the cable connection device 240 at the upper portion of the connection floating tank 210, while the transmission cable 300 at the upper portion is the floating structure 100. By rotating together according to the rotation of, not only the twisting phenomenon of the transmission cable 300 itself, but also the twisting phenomenon between the transmission cable 300 and the second connection line 162 is prevented from occurring. Therefore, in the lower transmission cable 300, the generated power is sent to the land through the seabed while the twisting phenomenon is solved.

한편, 본 발명에서는 상기 제2 연결줄(162)이 풍력 터빈(150)의 지지대에서 앵커(140)와 직접 연결되지 않고 연결 부유 구조체(200)를 거쳐 연결되기 때문에, 상기 제2 연결줄(162)은 해수면(SL)과 보다 수평상태가 되므로 이에 따라 해수면(SL) 상에 설치된 연결 부유 구조체(200)로 인해 제2 연결줄(162)을 통해 부유 구조체(100)에 가해지는 회전모멘트가 대부분 상쇄되어져 결국 부유 구조체(100)를 하방으로 당겨 압박하는 힘이 감소되는 이점이 있다. Meanwhile, in the present invention, since the second connection line 162 is not directly connected to the anchor 140 at the support of the wind turbine 150 but is connected through the connection floating structure 200, the second connection line 162 is Since it is in a more horizontal state with the sea level SL, the rotation moment applied to the floating structure 100 through the second connecting line 162 due to the connection floating structure 200 installed on the sea level SL is mostly canceled. There is an advantage that the force for pulling the floating structure 100 downward and pressing it is reduced.

또한 상기 제2 연결줄(162)이 길어질수록 하방으로 부력탱크(120)를 당겨 압박하는 힘 벡터는 감소할 것이다. 그리고 이 경우 연결 부유탱크(210)는 또한 앵커(140)와 부유 구조체(100)의 사이에서 완충작용을 함으로써 부유 구조체(100)의 상하운동에 따른 충격을 완화하는 역할도 겸하게 된다.In addition, as the second connection line 162 is lengthened, the force vector applied by pulling the buoyancy tank 120 downward will decrease. And in this case, the connection floating tank 210 also acts as a buffer between the anchor 140 and the floating structure 100 to mitigate the impact caused by the vertical movement of the floating structure 100.

도 8은 본 발명에 따른 풍력 터빈과 연결줄이 연결된 상태를 보인 예시도이다. 8 is an exemplary view showing a state in which the wind turbine and the connection line are connected according to the present invention.

앞서 상술한 바와 같이, 본 발명의 각 단위 부유식 풍력발전기(101); 즉, 부력탱크(120), 부력기둥(130), 풍력 터빈(150)은 본체프레임(110)의 가로부(111)와 세로부(112) 길이를 충분히 크게 설계함으로써 파도에 의한 회전모멘트가 미미하므로 본체프레임(110)의 세로부(112)를 따라 가해지는 회전모멘트를 상쇄할 부력은 크게 필요하지 않다. As described above, each unit of the present invention floating wind turbine (101); That is, the buoyancy tank 120, the buoyancy column 130, and the wind turbine 150 are designed to have sufficiently large lengths of the horizontal portion 111 and the vertical portion 112 of the main frame 110, so that the rotational moment caused by waves is insignificant. Therefore, the buoyancy force to offset the rotational moment applied along the vertical portion 112 of the main frame 110 is not largely required.

따라서, 일 실시예에 따라 세로부(112)의 상부에는 풍력 터빈(150)과 같은 중량물을 설치하지 않으며, 가로부(111)에 설치된 풍력 터빈들(150)이 종방향(세로부 방향)으로 기울어지지 않도록 세로부(112)의 길이를 적절하게 설정함과 함께 상기 세로부의 중량을 지탱할만한 크기의 부력탱크(120)를 세로부(112)의 선단과 후미에 각각 설치하는 것만으로 충분하리라 예상된다. Therefore, according to an embodiment, a heavy object such as the wind turbine 150 is not installed on the upper part of the vertical part 112, and the wind turbines 150 installed in the horizontal part 111 are in the longitudinal direction (vertical part direction). It is expected that it is sufficient to properly set the length of the vertical part 112 so as not to incline, and install a buoyancy tank 120 having a size sufficient to support the weight of the vertical part at the front and rear ends of the vertical part 112, respectively. .

그리고 풍력 터빈(150)에 작용하는 풍압에 의한 회전모멘트는 연결 부유 구조체(200)에 연결되는 제2 연결줄(162)의 위치의 높이를 조절함으로써 결국 도 8의 a의 길이가 조절되어 힘 Fw와 힘 Fa 사이에서 발생되는 회전모멘트를 크게 줄일 수 있다. 이에 따라 본체프레임(110)의 세로부(112)를 따라 발생되는 회전모멘트를 상쇄하기 위해 세로부(112)의 부력탱크(120)를 크게 할 필요성도 적어진다.And the rotational moment due to the wind pressure acting on the wind turbine 150 is by adjusting the height of the position of the second connection line 162 connected to the connection floating structure 200, eventually the length of Fig. The rotational moment generated between the forces Fa can be greatly reduced. Accordingly, the necessity of increasing the buoyancy tank 120 of the vertical portion 112 to offset the rotational moment generated along the vertical portion 112 of the main frame 110 is also reduced.

그러나 부유 구조체(100)의 동요를 최소화하기 위하여는 종방향(세로부 방향)의 길이도 파장보다 훨씬 길어야 하는데, 이에 따라 부유 구조체의 전체 중량도 커지게 되므로 태풍 등 최악의 상황을 감안할 때에는 적정 부력을 유지할 수 있도록 설계됨이 바람직하다.However, in order to minimize the fluctuation of the floating structure 100, the length in the longitudinal direction (vertical direction) must also be much longer than the wavelength, and accordingly, the total weight of the floating structure is increased. It is desirable to be designed to maintain

도 9는 본 발명에 따른 풍력발전 시스템을 대규모로 확장 설치한 상태를 보인 예시도로서, 단위 풍력발전 시스템(10)을 n×m 행렬의 배치형태로 군집하여 설치함으로써 대규모 풍력발전 시스템 단지를 조성한 예를 나타낸다. 9 is an exemplary view showing a state in which the wind power generation system according to the present invention has been expanded and installed on a large scale, and a large-scale wind power generation system complex was created by clustering and installing unit wind power generation systems 10 in an n×m matrix arrangement. Shows an example.

도 9에서 도시된 바와 같이, 하나의 본체프레임(110)에 여러 개의 풍력 터빈(150)을 설치하는 것은 그 자체로서 안정성과 경제성을 높일 뿐만 아니라, 이러한 부유 구조체(100)를 일정지역에 집중적으로 군집을 형성하여 설치한 경우, 일정구역 내에 풍력 터빈들(150) 상호 간의 간섭을 최소화하면서 보다 많은 풍력 터빈(150)을 효율적으로 설치할 수 있게 된다.As shown in FIG. 9, installing several wind turbines 150 on one body frame 110 not only increases stability and economics by itself, but also focuses on such a floating structure 100 in a certain area. When the cluster is formed and installed, it is possible to efficiently install more wind turbines 150 while minimizing interference between the wind turbines 150 in a certain area.

예컨대, 일정구역 내에 풍력 터빈(150) 간의 간섭을 줄이면서 최대한 많은 풍력 터빈(150)을 설치하기 위해 필요한 풍력 터빈(150) 간의 간격을 1500m라고 할 경우 가로×세로 각각의 길이가 15,000m인 구역 내에 설치할 수 있는 풍력 터빈(150)의 수는 121개과 363개로 3배의 차이가 나기 때문이다. 같은 조건으로 가로×세로 각각의 길이가 150km인 구역 내에 설치되는 풍력 터빈의 수는 30,603개인데 하나의 터빈용량을 6MW라고 산정할 경우 183GW의 용량을 얻을 수 있다. For example, if the distance between the wind turbines 150 required to install as many wind turbines 150 as possible while reducing interference between the wind turbines 150 within a certain area is 1500 m, the length of each of the width x length is 15,000 m This is because the number of wind turbines 150 that can be installed inside is 121 and 363, which is a three-fold difference. Under the same conditions, the number of wind turbines installed in an area with a length of 150 km in width x length is 30,603, and if the capacity of one turbine is calculated as 6MW, a capacity of 183GW can be obtained.

이 때, 실제전력생산계수를 0.35라고 가정한다면 실제 생산가능한 총 전력량은 64GW가 되어 우리나라 전력생산용량의 70%에 달하는 전기를 하나의 풍력발전 시스템 단지 내에서 생산할 수 있게 된다. At this time, assuming that the actual power generation factor is 0.35, the total amount of power that can be actually produced is 64GW, and electricity, which amounts to 70% of Korea's power production capacity, can be produced in one wind power generation system complex.

우리나라는 동일 규모의 풍력발전 시스템 단지를 여러 개 설치할 수 있을 만큼 광대한 면적의 대륙붕 및 배타적 경제수역을 보유하고 있으므로 부유식 풍력발전 시스템의 입지에 매우 유리한 측면이 있다.Since Korea has a vast continental shelf and exclusive economic zone that can install multiple wind power generation system complexes of the same size, there is a very advantageous aspect of the location of the floating wind power generation system.

한편, 도 10은 본 발명 부유식 풍력발전 시스템의 다른 실시예에 따른 측면도이고, 도 11은 도 10의 수평 조절 장치를 확대하여 보인 도면이다.Meanwhile, FIG. 10 is a side view according to another embodiment of the present invention floating wind power generation system, and FIG. 11 is an enlarged view of the horizontal adjustment device of FIG. 10.

상기 도면을 참조하여 본 발명 풍력발전 시스템의 수평 조절 장치에 대한 다른 실시예 구성 및 동작관계를 살펴보면 다음과 같다.A configuration and operation relationship of another embodiment of the horizontal adjustment device of the wind power generation system of the present invention will be described with reference to the drawings.

다른 실시예 구성에서는, 상술한 도 2의 일 실시예 구성에 연결 부유 구조체(200)와 본체프레임(110)의 사이에 수평 조절 장치(50)가 더 부가된다. In another embodiment configuration, a horizontal adjustment device 50 is further added between the connection floating structure 200 and the body frame 110 to the configuration of the embodiment of FIG. 2 described above.

상기 수평 조절 장치(50)는, 상기 본체프레임(110)의 수평 상태를 유지하기 위한 조절 장치로서, 제2 연결줄(162)의 일단이 상기 수평 조절 장치(50)의 장공(50a) 내부에 상하로 위치이동 가능하게 결합된다. 이 때, 상기 수평 조절 장치 및 장공은 연결 부유 구조체 쪽으로 휘어진 “

Figure 112019071668024-pat00001
”형상을 갖는다.The horizontal adjustment device 50 is an adjustment device for maintaining the horizontal state of the main frame 110, and one end of the second connection line 162 is vertically placed inside the long hole 50a of the horizontal adjustment device 50. It is combined so that the position can be moved. At this time, the horizontal adjustment device and the long hole are curved toward the floating structure
Figure 112019071668024-pat00001
“It has a shape.

이하 상기 수평 조절 장치(170)의 동작관계를 살펴보면 다음과 같다.Hereinafter, an operation relationship of the horizontal adjustment device 170 will be described.

먼저, 상기 앵커(140)를 수중 바닥면(G)에 안착시키면 상기 앵커(140)의 무게 및 상기 돌출부(142)와 수중 바닥면(G)의 걸림에 의하여 연결 부유 구조체(200)를 경유하여 본체프레임(110)에 연결됨으로써 상기 본체프레임(110)이 떠내려가지 않고 위치 고정된다. 이러한 상태에서 바람이 불어오면 상기 본체프레임(110)은 상기 앵커(140)를 기준으로 회전하여 바람이 불어오는 방향(W)과 나란하게 정렬된다. 여기서 상기 수평 조절 장치(170)가 장착된 상기 본체프레임(110)의 전단부가 상기 바람이 불어오는 방향(W)을 마주하게 된다.First, when the anchor 140 is seated on the underwater bottom surface (G), the weight of the anchor 140 and the connection between the protrusion 142 and the underwater bottom surface (G) pass through the connection floating structure 200 By being connected to the body frame 110, the body frame 110 is fixed in position without floating. In this state, when the wind blows, the body frame 110 rotates based on the anchor 140 and is aligned with the direction W in which the wind blows. Here, the front end of the body frame 110 on which the horizontal adjustment device 170 is mounted faces the direction W in which the wind blows.

이때, 풍속의 크기에 따라 바람에 의하여 상기 본체프레임(110)이 상기 제1 방향(C1)을 회전 중심으로 하여 전단부가 들리는 피칭(pitching) 운동을 함으로써, 상기 본체프레임(110)의 수평 상태가 유지되지 못하는 일이 발생할 수 있다.At this time, according to the magnitude of the wind speed, the main body frame 110 performs a pitching movement in which the front end is lifted by the first direction C1 as a rotational center, so that the horizontal state of the main frame 110 is Things may not be maintained.

즉 풍속이 10m/s인 경우보다 풍속이 40m/s인 경우에는 상기 본체프레임(110)의 전단부가 더 많이 들려지는 상태가 된다.That is, when the wind speed is 40 m/s than when the wind speed is 10 m/s, the front end portion of the main frame 110 is lifted more.

이러한 경우에는, 상기 부력탱크(120)의 평형수를 조절하여 상기 본체프레임(110)의 수평을 유지할 수도 있으며, 상기 수평 조절 장치(170)를 작동시켜 제2 연결줄(162)의 상단부를 상기 수평 조절 장치(170)의 장공(170a) 상단부로 이동시킴으로써, 상기 본체프레임(110)에 대한 상기 제2 연결줄(162)의 힘 작용점의 위치를 변화시켜 상기 본체프레임(110)의 수평을 유지할 수 있다. 이렇게 상기 제2 연결줄(162)의 힘 작용점을 상측으로 이동시키면, 상기 연결줄(162)이 팽팽하다는 전제하에서 상기 본체프레임(110)의 전단부를 아래로 당겨주는 효과가 발생한다. 보통 해상에서는 평균 풍속이 수시간에 걸쳐서 일정한 경우가 대부분이므로 상기 수평 조절 장치(170)은 수시간에 한번 정도 작동하거나 하루에 한번 정도 작동하는 것으로 충분하다.In this case, the body frame 110 may be horizontally maintained by adjusting the ballast water of the buoyancy tank 120, and the upper end of the second connecting line 162 may be horizontally adjusted by operating the leveling device 170. By moving to the upper end of the long hole 170a of the adjustment device 170, the position of the force action point of the second connection line 162 with respect to the body frame 110 can be changed to maintain the horizontality of the body frame 110. . In this way, when the force action point of the second connection line 162 is moved upward, the effect of pulling the front end of the main frame 110 downward occurs under the premise that the connection line 162 is taut. In general, since the average wind speed is constant over several hours in the sea, it is sufficient that the leveling device 170 operates once every several hours or once a day.

이렇게 상기 본체프레임(110)의 수평 상태가 유지된 상태에서 바람이 불어오면, 그 바람에 의하여 상기 본체프레임(110) 상방에 설치된 풍력 터빈(150)에 의해 전기가 생산되고, 한편 본체프레임(110) 하방에서는 바람에 의하여 발생한 파도에 의하여 상기 파력 발전기가 작동함으로써 양측으로 대량의 발전이 이루어질 수 있다.In this way, when the wind blows in the state where the horizontal state of the main frame 110 is maintained, electricity is produced by the wind turbine 150 installed above the main frame 110 by the wind, while the main frame 110 ) In the lower side, the wave generator is operated by the waves generated by the wind, so that a large amount of power can be generated to both sides.

아울러 본 발명은 단지 앞서 기술된 일 실시예에 의해서만 한정된 것은 아니며, 장치의 세부 구성이나 개수 및 배치 구조를 변경할 때에도 동일한 효과를 창출할 수 있는 것이므로 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상의 범주 내에서 다양한 구성의 부가 및 삭제, 변형이 가능한 것임을 명시하는 바이다.In addition, the present invention is not limited only by the above-described embodiment, and since the same effect can be created even when the detailed configuration, number, and arrangement structure of devices are changed, those of ordinary skill in the art can create the present invention. It is stated that various configurations can be added, deleted, and modified within the scope of the technical idea of

10 : 풍력발전 시스템 100 : 부유 구조체
110 : 본체프레임 120 : 부력탱크
130 : 부력기둥 140 : 앵커
150 : 풍력 터빈 160 : 연결줄
161, 162: 제1, 제2 연결줄 170 : 수평 조절 장치
200 : 연결 부유 구조체 210 : 연결 부유탱크
220 : 앵커 연결부 230 : 연결줄 결합부
240 : 송전 케이블 연결부 250 : 가이드 링
260 : 회전제한장치 300 : 송전 케이블10: wind power generation system 100: floating structure
110: main frame 120: buoyancy tank
130: buoyancy column 140: anchor
150: wind turbine 160: connecting line
161, 162: first, second connection line 170: leveling device
200: connection floating structure 210: connection floating tank
220: anchor connection part 230: connection line coupling part
240: transmission cable connection 250: guide ring
260: rotation limiting device 300: transmission cable

Claims (17)

풍력발전기를 수면에 띄워 지지하는 부유식 풍력발전 시스템으로서,
상기 수면에서 일정 거리만큼 상방으로 이격된 상태로 수면 상에 부유하는 본체프레임;
상기 본체프레임에 적어도 하나 이상 구비되어 본체프레임을 중심으로 상기 본체프레임의 하단을 수면 상에 일정 높이로 부유시켜 지지함과 함께 본체프레임의 상단에는 풍력발전을 위한 설비를 구비하는 단위 부유식 풍력발전기; 및
상기 본체프레임을 수중의 바닥면에 고정하는 앵커를 포함하며,
상기 본체프레임은 파도의 파장에 의한 동조현상을 방지하기 위해 가로 폭과 세로 길이를 각각 200m 이상으로 크게 형성하되,
상기 앵커와 본체프레임 사이에는 수면 상에 부유한 상태로 구비되어 본체프레임과 앵커 사이를 연결줄에 의해 연결 지지하는 연결 부유 구조체를 더 포함하고,
상기 연결 부유 구조체는, 일정 용적의 연결 부유탱크; 상기 연결 부유탱크의 하단부에 형성되어 제1 연결줄이 결합되는 앵커 연결부; 및 상기 연결 부유탱크의 외부 일측에 구비되어 적어도 하나 이상의 제2 연결줄을 본체프레임과 연결하는 연결줄 결합부를 포함하며,
상기 연결줄 결합부는, 연결 부유탱크의 상단에 일체로 형성된 지지돌기; 및 상기 지지돌기에 회전가능하게 결합되며 일측이 본체프레임과 적어도 하나 이상의 제2 연결줄에 의해 결합되는 회전링을 포함하는,
부유식 풍력발전 시스템.As a floating wind power generation system that supports a wind turbine by floating on the surface,
A main frame floating on the water surface while being spaced upward by a predetermined distance from the water surface;
Unit floating wind power generator provided with at least one or more in the main frame to support the lower end of the main frame by floating on the surface of the main frame at a certain height, and having facilities for wind power generation at the upper end of the main frame ; And
It includes an anchor for fixing the body frame to the bottom surface of the water,
The body frame is formed to have a width of 200 m or more, respectively, in order to prevent a tuning phenomenon due to the wavelength of a wave,
Further comprising a connection floating structure provided in a floating state on the water surface between the anchor and the main frame to connect and support between the main frame and the anchor by a connecting line,
The connection floating structure may include a connection floating tank having a predetermined volume; An anchor connection part formed at the lower end of the connection floating tank to which the first connection line is coupled; And a connection line coupling part provided on an outer side of the connection floating tank to connect at least one second connection line to the body frame,
The connection line coupling portion, a support protrusion integrally formed on the upper end of the connection floating tank; And a rotation ring rotatably coupled to the support protrusion and one side is coupled to the body frame by at least one second connection line,
Floating wind power system. 제 1 항에 있어서,
상기 단위 부유식 풍력발전기는,
상기 본체프레임의 하방에서 수면에 잠긴 상태로 부력을 발생시키는 부력탱크;
상기 부력탱크의 상단에 일체로 결합된 상태로 본체프레임의 하단을 지지하는 부력기둥; 및
상기 본체프레임의 상단에 결합된 상태에서 바람에 의해 회전되어 전기를 생산하는 풍력 터빈을 포함하는,
부유식 풍력발전 시스템.The method of claim 1,
The unit floating wind power generator,
A buoyancy tank for generating buoyancy while submerged in the water surface under the body frame;
A buoyancy pillar supporting the lower end of the body frame while being integrally coupled to the upper end of the buoyancy tank; And
Comprising a wind turbine generating electricity by being rotated by the wind in a state coupled to the upper end of the main frame,
Floating wind power system. 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 연결줄은,
앵커와 연결 부유 구조체 사이를 연결하는 제1 연결줄; 및
상기 연결 부유 구조체와 본체프레임을 제1 연결줄보다 더 수평에 가깝게 연결하는 제2 연결줄을 포함하는,
부유식 풍력발전 시스템.The method of claim 1,
The connecting line,
A first connection line connecting the anchor and the connection floating structure; And
Including a second connection line for connecting the connection floating structure and the body frame closer to the horizontal than the first connection line,
Floating wind power system. 제 1 항에 있어서,
상기 본체프레임은,
제1 방향을 따라 연장되며 부력기둥이 일정 간격마다 결합되는 적어도 하나 이상의 가로부; 및
상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 따라 연장되어 가로부와 결합되는 세로부를 포함하는,
부유식 풍력발전 시스템.The method of claim 1,
The body frame,
At least one horizontal portion extending along the first direction and coupled to each of the buoyancy pillars at predetermined intervals; And
Including a vertical portion extending along a second direction crossing the first direction and coupled to the horizontal portion,
Floating wind power system. 제 5 항에 있어서,
상기 가로부와 세로부는 평면상에서 보았을 때 “＋”형태로 결합된 구조를 갖는,
부유식 풍력발전 시스템.The method of claim 5,
The horizontal portion and the vertical portion have a structure that is combined in a "+" shape when viewed in a plan view,
Floating wind power system. 제 5 항에 있어서,
상기 가로부와 세로부 중 가로부에만 좌우 대칭적으로 복수의 단위 풍력발전기가 설치되는,
부유식 풍력발전 시스템.The method of claim 5,
A plurality of unit wind turbines are installed symmetrically left and right only on the horizontal portion of the horizontal portion and the vertical portion,
Floating wind power system. 제 5 항에 있어서,
상기 세로부의 양 끝단에는,
상기 본체프레임의 하방에서 수면에 잠긴 상태로 부력을 발생시키는 부력탱크; 및
상기 부력탱크의 상단에 일체로 결합된 상태로 본체프레임의 하단을 지지하는 부력기둥이 각각 더 구비되는,
부유식 풍력발전 시스템.The method of claim 5,
At both ends of the vertical part,
A buoyancy tank for generating buoyancy while submerged in the water surface under the body frame; And
Each further provided with buoyancy pillars supporting the lower end of the body frame in a state integrally coupled to the upper end of the buoyancy tank,
Floating wind power system. 제 2 항에 있어서,
상기 부력탱크는 미리 정한 제1 지름을 가진 원기둥 형상을 가지며,
상기 부력기둥은 상기 제1 지름보다 작은 값의 제2 지름을 가진 원기둥 형상을 갖는,
부유식 풍력발전 시스템.The method of claim 2,
The buoyancy tank has a cylindrical shape having a first predetermined diameter,
The buoyancy column has a cylindrical shape having a second diameter smaller than the first diameter,
Floating wind power system. 제 1 항에 있어서,
상기 앵커는,
수중 바닥면에 안착되는 원형의 앵커 본체부; 및
상기 수중 바닥면에 파고들 수 있도록 상기 앵커 본체부의 테두리를 따라 일정 간격마다 하향 경사지게 돌출 형성되는 복수의 돌출부를 포함하는,
부유식 풍력발전 시스템.The method of claim 1,
The anchor,
A circular anchor body part seated on the underwater bottom surface; And
Including a plurality of protrusions formed to protrude downwardly inclined at predetermined intervals along the rim of the anchor body portion so as to dig into the underwater bottom surface,
Floating wind power system. 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 연결 부유탱크의 외부 일측에는 풍력 터빈으로부터의 연장된 송전 케이블을 연결하기 위한 송전 케이블 연결부가 더 구비되는,
부유식 풍력발전 시스템.The method of claim 1,
A transmission cable connection part for connecting an extended transmission cable from a wind turbine is further provided on an outer side of the connection floating tank,
Floating wind power system. 제 1 항에 있어서,
상기 연결 부유탱크의 외부 일측에는 연결 부유탱크의 회전을 제한하기 위한 회전제한수단이 더 구비되는,
부유식 풍력발전 시스템.The method of claim 1,
A rotation limiting means for limiting the rotation of the connected floating tank is further provided on an outer side of the connected floating tank,
Floating wind power system. 제 13 항에 있어서,
상기 회전제한수단은,
연결 부유탱크의 외부 일측에 설치된 스틸바;
수중 바닥면에 별도로 구비된 스몰 앵커; 및
상기 스틸바와 스몰 앵커를 연결하는 스몰 앵커 연결줄을 포함하는,
부유식 풍력발전 시스템.The method of claim 13,
The rotation limiting means,
Steel bar installed on the outer side of the connection floating tank;
Small anchors separately provided on the underwater bottom surface; And
Including a small anchor connection line connecting the steel bar and the small anchor,
Floating wind power system. 삭제delete 제 12 항에 있어서,
상기 송전 케이블 연결부는,
지지돌기 내부를 따라 형성된 케이블 연결공;
상기 케이블 연결공의 입구측에 회전가능하게 끼워져 구비되는 케이블 가이드 튜브; 및
상기 연결 부유탱크의 외측면에 형성되어 케이블 연결공을 통해 연결된 송전 케이블이 끼워져 해저로 연결되도록 안내되는 가이드 링을 포함하는,
부유식 풍력발전 시스템.The method of claim 12,
The transmission cable connection part,
Cable connection holes formed along the inside of the support protrusion;
A cable guide tube rotatably fitted to the inlet side of the cable connection hole; And
A guide ring formed on the outer surface of the connection floating tank and guided to be connected to the seabed by inserting a transmission cable connected through a cable connection hole,
Floating wind power system. 제 1 항에 있어서,
상기 연결 부유 구조체와 본체프레임 사이에는,
상기 본체프레임의 수평 상태를 유지하기 위한 수평 조절 장치를 더 구비하는,
부유식 풍력발전 시스템.The method of claim 1,
Between the connection floating structure and the main frame,
Further comprising a horizontal adjustment device for maintaining the horizontal state of the main frame,
Floating wind power system.
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