KR102183482B1 - 해상 풍력발전 부유체의 설치방법 - Google Patents

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Abstract

해상 풍력발전 부유체의 설치방법이 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력발전 부유체의 설치방법은 원형의 플레이트 형상으로 이루어지는 감쇠 플레이트, 상기 감쇠 플레이트의 상면과 하면을 각각 지지하면서 상기 감쇠 플레이트의 측면에서 복수 개의 돌출부가 형성되는 가이드 빔, 및 상기 감쇠 플레이트의 상면에 형성되고 중앙 부분에 빈 공간을 구비하는 상부 구조물 고정용 슬롯을 포함하는 하부 구조물이 제작되는 단계; 상기 복수 개의 돌출부에 임시 부력탱크가 각각 결합되는 단계; 상기 상부 구조물 고정용 슬롯의 상기 빈 공간에 콘크리트 블록 탑재용 구조물이 설치되는 단계; 상기 하부 구조물이 예인선에 의해 목적지까지 해상 운송되는 단계; 상기 하부 구조물이 제1 작업 바지선과 제2 작업 바지선 사이에 배치되어 상기 제1 작업 바지선 및 상기 제2 작업 바지선과 각각 연결되는 링크 브리지(link bridge)에 의해 고정되는 단계; 및 상기 제1 바지선에 안착된 제1 크레인의 복수의 제1 와이어가 상기 하부 구조물에 연결되어 설정된 크기 이상의 장력을 유지하고 있는 상태에서 상기 제2 바지선에 안착된 제2 크레인의 제2 와이어에 연결된 콘크리트 블록이 상기 콘크리트 블록 탑재용 구조물에 안착되는 단계를 포함한다.

Description

해상 풍력발전 부유체의 설치방법{METHOD FOR INSTALLING OFFSHORE FLOATING BODY FOR WIND POWER GENERATION}
본 발명의 실시예들은 해상 풍력발전 부유체를 설치하는 기술과 관련된다.
일반적으로 풍력발전(Wind Power)은 바람에너지를 풍력터빈(Wind Turbine) 등의 장치를 이용하여 기계적 에너지로 변환시키고, 이 에너지를 이용하여 발전기를 돌려 전기를 생산하는 것이다. 이때, 풍력발전은 그 설치 장소에 따라 육상(Onshore type) 풍력발전과 해상(Offshore type) 풍력발전으로 구분되는데, 최근에는 해상 풍력발전 중에서도 하부 구조물이 해저면에 고정되지 않고 해상에 떠 있는 형태의 부유식 해상 풍력발전에 대한 연구개발이 활발히 진행되고 있다.
이러한 해상 풍력발전 부유체는 부유체의 안정성을 위해 그 무게중심을 부력 중심보다 낮은 위치에 둘 필요가 있으며 이에 따라 물이나 고체 형태의 밸러스트를 부유체 내부에 채우게 된다. 이 경우, 부유체의 무게중심이 부력 중심보다 낮아지게 되어 부유체가 파도에 의해 기울어지더라도 쉽게 복원이 가능하다. 그러나, 종래 해상 풍력발전 부유체는 그 흘수(즉, 부유체가 물에 잠기는 깊이)가 깊기 때문에 해수의 수심이 제한적일 경우 길다란 형태의 해상 풍력발전 부유체를 똑바로 세워서 설치장소까지 예인하여 해상운송을 하기 어려운 문제점이 있다.
한국등록특허공보 제10-1242064호 (2013.03.05)
본 발명의 실시예들은 해수의 수심에 제한이 없고 해상에서 조립이 용이한 해상 풍력발전 부유체의 설치방법을 제공하기 위한 것이다.
예시적인 실시예에 따르면, 원형의 플레이트 형상으로 이루어지는 감쇠 플레이트, 상기 감쇠 플레이트의 상면과 하면을 각각 지지하면서 상기 감쇠 플레이트의 측면에서 복수 개의 돌출부가 형성되는 가이드 빔, 및 상기 감쇠 플레이트의 상면에 형성되고 중앙 부분에 빈 공간을 구비하는 상부 구조물 고정용 슬롯을 포함하는 하부 구조물이 제작되는 단계; 상기 복수 개의 돌출부에 임시 부력탱크가 각각 결합되는 단계; 상기 상부 구조물 고정용 슬롯의 상기 빈 공간에 콘크리트 블록 탑재용 구조물이 설치되는 단계; 상기 하부 구조물이 예인선에 의해 목적지까지 해상 운송되는 단계; 상기 하부 구조물이 제1 작업 바지선과 제2 작업 바지선 사이에 배치되어 상기 제1 작업 바지선 및 상기 제2 작업 바지선과 각각 연결되는 링크 브리지(link bridge)에 의해 고정되는 단계; 및 상기 제1 바지선에 안착된 제1 크레인의 복수의 제1 와이어가 상기 하부 구조물에 연결되어 설정된 크기 이상의 장력을 유지하고 있는 상태에서 상기 제2 바지선에 안착된 제2 크레인의 제2 와이어에 연결된 콘크리트 블록이 상기 콘크리트 블록 탑재용 구조물에 안착되는 단계를 포함하는, 해상 풍력발전 부유체의 설치방법이 제공된다.
상기 복수 개의 돌출부에 임시 부력탱크가 각각 결합되는 단계는, H-빔(beam) 형태로 이루어지는 상기 돌출부에 상기 임시 부력탱크를 체결하기 위한 체결용 슬롯이 결합되는 단계; 상기 임시 부력탱크의 외면에 로드(rod)가 설치되는 단계; 상기 임시 부력탱크를 고정하기 위한 방충판이 상기 로드의 외측에 형성되는 단계; 상기 체결용 슬롯에 상기 로드가 끼워지는 단계; 및 상기 임시 부력탱크가 상기 체결용 슬롯에서 빠지지 않도록 상기 로드의 하측에 형성되는 접이식 막음판이 일 방향으로 접히는 단계를 포함할 수 있다.
상기 상부 구조물 고정용 슬롯의 상기 빈 공간에 콘크리트 블록 탑재용 구조물이 설치되는 단계는, 상기 빈 공간에 상기 콘크리트 블록 탑재용 구조물이 안착되는 단계; 상기 감쇠 플레이트의 상면에 돌출 형성된 복수 개의 기초 앵커가 상기 콘크리트 블록 탑재용 구조물을 관통한 후 앵커볼트와 체결되는 단계; 및 상기 콘크리트 블록 탑재용 구조물에 모르타르가 충전되는 단계를 포함할 수 있다.
상기 콘크리트 블록 탑재용 구조물은, 상부가 개방된 원통 형상으로 이루어지며, 상기 콘크리트 블록 탑재용 구조물의 외면에는 복수 개의 이음판이 상호 이격되어 형성될 수 있다.
상기 하부 구조물이 상기 링크 브리지에 의해 고정되는 단계는, 상기 제1 작업 바지선 측에서 돌출된 상기 링크 브리지의 일단 및 상기 제2 작업 바지선 측에서 돌출된 상기 링크 브리지의 타단이 상기 이음판에 각각 체결됨으로써 상기 하부 구조물이 상기 링크 브리지에 의해 고정될 수 있다.
상기 링크 브리지의 일단 및 타단에는, 파도에 의한 충격을 완화하기 위한 스프링 구조물이 설치될 수 있다.
상기 해상 풍력발전 부유체의 설치방법은, 상기 콘크리트 블록이 상기 콘크리트 블록 탑재용 구조물에 안착되는 단계 이후, 상기 링크 브리지의 일단 및 타단과 상기 이음판과의 체결이 해제되는 단계; 상기 제1 작업 바지선 및 상기 제2 작업 바지선의 작업 높이 조절을 위해 밸러스트에 의해 상기 제1 작업 바지선 및 상기 제2 작업 바지선이 가라앉는 단계; 및 상기 콘크리트 블록 탑재용 구조물과 대응되는 형상의 상부 구조물이 상기 콘크리트 블록 탑재용 구조물과 결합되는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 상부 구조물이 상기 콘크리트 블록 탑재용 구조물과 결합되는 단계는, 상기 상부 구조물의 외면에 형성된 복수 개의 이음 구조물이 상기 이음판과 조립됨으로써 상기 상부 구조물이 상기 콘크리트 블록 탑재용 구조물과 결합될 수 있다.
상기 해상 풍력발전 부유체의 설치방법은, 상기 상부 구조물이 상기 콘크리트 블록 탑재용 구조물과 결합되는 단계 이후, 상기 제2 크레인의 상기 제2 와이어를 통해 상기 임시 부력탱크가 제거되는 단계; 및 상기 제1 크레인의 상기 제1 와이어의 장력이 풀리면서 상기 상부 구조물 및 상기 하부 구조물이 해수면 밑으로 가라앉는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 해상 풍력발전 부유체의 설치방법은, 상기 상부 구조물이 상기 콘크리트 블록 탑재용 구조물과 결합되는 단계 이후, 상기 상부 구조물의 외면에 복수 개의 제3 와이어가 연결되는 단계; 상기 제3 와이어가 복수 개의 예인선에 각각 연결되는 단계; 및 상기 상부 구조물 및 상기 하부 구조물이 해수면 밑으로 가라앉는 과정에서 상기 상부 구조물 및 상기 하부 구조물의 직립이 유지되도록 상기 제3 와이어가 연결된 예인선에서 상기 제3 와이어의 장력이 조절되는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 감쇠 플레이트를 포함하는 하부 구조물과 임시 부력탱크를 결합하여 상기 하부 구조물에 임시적인 부력을 제공하고 상기 하부 구조물과 상부 구조물을 결합한 후 상기 임시 부력탱크를 제거 가능하도록 함으로써, 해상 풍력발전 부유체를 해상에서 용이하게 설치할 수 있다. 특히, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 해수의 수심이 제한적인 상황에서 일 방향으로 길게 형성된 해상 풍력발전 부유체를 해상에서 용이하게 조립할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력발전 부유체를 나타낸 도면
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 제작된 하부 구조물을 나타낸 도면
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가이드 빔을 나타낸 도면
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 체결용 슬롯을 나타낸 도면
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 하부 구조물에 임시 부력탱크가 결합된 상태를 나타낸 도면
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 임시 부력탱크의 외면을 나타낸 도면
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 임시 부력탱크의 외면을 나타낸 도면
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 상부 구조물 고정용 슬롯의 빈 공간에 콘크리트 블록 탑재용 구조물이 안착되어 체결되는 과정을 나타낸 도면
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 콘크리트 블록 탑재용 구조물에 모르타르가 충전되는 과정을 나타낸 도면
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 하부 구조물이 육상 선적항에서 진수되는 과정을 나타낸 도면
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 하부 구조물이 예인선에 의해 목적지까지 해상 운송되는 과정을 나타낸 도면
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 하부 구조물이 제1 작업 바지선과 제2 작업 바지선 사이에 배치되어 링크 브리지(link bridge)에 의해 고정되는 과정을 나타낸 도면
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 링크 브리지가 이음판에 볼트 체결되는 과정을 나타낸 도면
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 스프링 구조물을 나타낸 도면
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 작업대를 설치하는 과정을 나타낸 도면
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 콘크리트 블록을 콘크리트 블록 탑재용 구조물에 안착시키는 과정을 나타낸 도면
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 상부 구조물이 콘크리트 블록과 결합되는 과정을 나타낸 도면
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 상부 구조물 및 하부 구조물의 직립이 유지되도록 예인선에서 제3 와이어의 장력이 조절되는 과정을 나타낸 도면
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 콘크리트 블록을 상부 구조물에 탑재하는 과정을 나타낸 도면
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 밸러스트부 및 부력용 기둥을 상부 구조물과 조립하는 과정을 나타낸 도면
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 작업대를 해제하는 과정을 나타낸 도면
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 이하의 상세한 설명은 본 명세서에서 기술된 방법, 장치 및/또는 시스템에 대한 포괄적인 이해를 돕기 위해 제공된다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하도록 해석되어서는 안 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력발전 부유체(10)를 나타낸 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력발전 부유체(10)는 하부 구조물(20), 상부 구조물(30), 액체 밸러스트부(40) 및 부력용 기둥(50)을 포함한다.
하부 구조물(20)은 해상 풍력발전 부유체(10)의 최하단에 배치되는 구조물로서, 후술할 감쇠 플레이트, 가이드 빔 및 상부 구조물 고정용 슬롯을 포함한다. 하부 구조물(20)은 예를 들어, 콘크리트와 같은 고체로 이루어질 수 있다.
상부 구조물(30)은 하부 구조물(20)의 상단에 배치되는 구조물이다. 상부 구조물(30)은 고체 밸러스트부로서, 예를 들어 콘크리트 재질의 강체로 형성될 수 있다. 또한, 상부 구조물(30)은 내부가 빈 원통 형상으로 이루어질 수 있다. 후술할 바와 같이, 상부 구조물(30)의 내부에는 콘크리트 블록이 채워질 수 있으며 이에 따라 해상 풍력발전 부유체(10)의 무게중심을 하측으로 위치시킬 수 있다. 이 경우, 해상 풍력발전 부유체(10)의 흘수 깊이가 증가되며 그 무게중심이 부력 중심보다 하측에 위치될 수 있다.
액체 밸러스트부(40)는 상부 구조물(30)의 상단에 배치되는 구조물이다. 액체 밸러스트부(40)는 내부가 빈 원통 형상으로 이루어질 수 있으며, 물과 같은 액체가 액체 밸러스트부(40)의 내부에 채워질 수 있다. 또한, 액체 밸러스트부(40)는 일단 및 타단 측으로 갈수록 단면 외경이 작아지도록 경사지게 형성될 수 있다. 해상 풍력발전 부유체(10)는 상술한 상부 구조물(30)에 더하여 액체 밸러스트부(40)를 통해 상하 방향의 요동(Heave)을 더 감쇠시킬 있다. 또한, 액체 밸러스트부(40)의 일단 및 타단 측의 경사진 구조는 해상 풍력 발전 부유체(10)의 수평 방향으로 작용되는 외력을 그 경사면을 따라 분산시킴으로써 기립된 상태의 해상 풍력발전 부유체(10)가 기울게 되는 수평 방향의 요동 또한 감쇠시킬 수 있다.
부력용 기둥(50)은 액체 밸러스트부(40)의 상단에 배치되는 구조물이다. 부력용 기둥(50)은 해상 풍력발전 부유체(10)의 상측에서 수선면에 위치할 수 있으며, 이를 통해 해상 풍력발전 부유체(10)의 수평 방향의 요동을 감쇠시킬 수 있다.
이하에서는, 해상 풍력발전 부유체(10)를 해상에 설치하는 방법을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
■ 하부 구조물(20)의 제작 단계
도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하부 구조물(20)이 제작되는 단계를 설명하기 위한 도면이다. 구체적으로, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 제작된 하부 구조물(20)을 나타낸 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가이드 빔(102)을 나타낸 도면이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 체결용 슬롯(108)을 나타낸 도면이다.
도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 하부 구조물(20)은 가이드 빔(102), 감쇠 플레이트(104) 및 상부 구조물 고정용 슬롯(106)을 포함한다. 가이드 빔(102), 감쇠 플레이트(104) 및 상부 구조물 고정용 슬롯(106)은 철근 배근되어 제작될 수 있다.
가이드 빔(102)은 감쇠 플레이트(104)를 지지하고, 후술할 임시 부력탱크(110)의 설치에 사용되는 구조물이다. 가이드 빔(102)은 감쇠 플레이트(104)의 상면과 하면을 각각 지지할 수 있으며, 인양용 고리(102a)와 복수의 돌출부(102b)를 구비할 수 있다.
인양용 고리(102a)는 하부 구조물(20)을 인양하기 위한 와이어가 연결되는 고리(padeye)로서, 돌출부(102b)의 일단에 형성될 수 있다. 인양용 고리(102a)는 돌출부(102b)의 일단에 용접하여 고정될 수 있으며, 콘크리트 타설시 콘크리트에 의해 덮히지 않도록 막음판 조치될 수 있다.
돌출부(102b)는 가이드 빔(102)의 중앙 부분에서 방사형으로 복수 개 형성될 수 있다. 또한, 돌출부(102b)는 H-빔(beam) 형태로 이루어질 수 있으며, 측부에는 임시 부력탱크(110)를 체결하기 위한 체결용 슬롯(108)이 결합될 수 있다.
감쇠 플레이트(104)는 원형의 플레이트 형상으로 이루어지는 구조물이다. 감쇠 플레이트(104)는 상술한 상부 구조물(30)의 외경보다 더 큰 직경으로 형성될 수 있으며, 이에 따라 해상 풍력발전 부유체(10)가 해상에서 기립되어 설치되는 과정에서 수직 방향의 요동을 감쇠시킬 수 있다.
또한, 감쇠 플레이트(104)의 상면에는 후술할 콘크리트 블록 탑재용 구조물(202)을 고정시키기 위한 기초 앵커(104a)가 복수 개 돌출 형성될 수 있다. 또한, 감쇠 플레이트(104)의 상면에는 해상 풍력발전 부유체(10)가 상하로 동요할 경우 해수가 드나들면서 해상 풍력발전 부유체(10)의 움직임을 감쇠시키기 위한 배수홀(104b)이 복수 개 형성될 수 있다.
한편, 감쇠 플레이트(104)는 그 직경이 매우 크고 원형 구조물이므로 철골 구조로 제작하는 게 용이하지 않으며, 콘크리트 양생에 의해 제작하는 것이 바람직하다. 그러나, 감쇠 플레이트(104)는 해수면에 뜬 상태에서 상부 구조물(30)과 결합되어야 하는데 부력이 크지 않아 해수면에 띄우기 어려운 문제점이 있다. 만약, 이러만 문제점을 회피하기 위해 감쇠 플레이트(104)의 하단에 추가적인 빈 공간을 설계하는 경우 해상 풍력발전 부유체(10)의 무게중심을 낮추는 데 장애가 될 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 실시예들에서는 감쇠 플레이트(104)를 포함하는 하부 구조물(20)과 임시 부력탱크(110)를 결합하여 상기 하부 구조물(20)에 임시적인 부력을 제공하고 상기 하부 구조물(20)과 상부 구조물(30)을 결합한 후 상기 임시 부력탱크(110)를 제거 가능하도록 하였다.
■ 임시 부력탱크(110)의 결합 단계
도 5 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 임시 부력탱크(110)가 결합되는 단계를 설명하기 위한 도면이다. 구체적으로, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 하부 구조물(20)에 임시 부력탱크(110)가 결합된 상태를 나타낸 도면이며, 도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 임시 부력탱크(110)의 외면을 나타낸 도면이다.
임시 부력탱크(110)는 설정된 크기의 중량(예를 들어, 약 800톤)을 갖는 감쇠 플레이트(104)를 해수에 띄울 수 있을 정도의 부력(예를 들어, 약 770톤)을 갖는 구조물이다. 도 5에서는 설명의 편의상 임시 부력탱크(110)가 6개 구비되는 것으로 도시하였으나, 임시 부력탱크(110)의 개수가 특별히 한정되는 것은 아니다.
상술한 바와 같이, H-빔(beam) 형태로 이루어지는 돌출부(102b)에는 임시 부력탱크(110)를 체결하기 위한 체결용 슬롯(108)이 결합될 수 있다. 또한, 임시 부력탱크(110)의 외면에는 로드(rod)(110a), 방충판(110b), 접이식 막음판(110c), 인양고리(110d, 110e) 및 윈치(110f)가 설치될 수 있다.
도 6을 참조하면, 로드(110a)는 임시 부력탱크(110)의 외면에 복수 개 구비되어 체결용 슬롯(108)에 각각 끼워질 수 있다.
방충판(110b)은 임시 부력탱크(110)가 위나 좌우로 빠지지 않도록 로드(110a)의 외측에 형성되어 임시 부력탱크(110)를 고정시킬 수 있다.
접이식 막음판(110c)은 임시 부력탱크(110)가 체결용 슬롯(108)에서 빠지지 않도록 로드(110a)의 하측에 형성되어 일 방향으로 접힐 수 있다. 접이식 막음판(110c)은 임시 부력탱크(110)가 로드(110a)에 고정된 상태에서는 안쪽으로 접혀서 임시 부력탱크(110)가 하측으로 빠지지 않도록 고정시키며, 임시 부력탱크(110)의 부력이 더 이상 유지될 필요가 없는 경우에는 도 6에 도시된 바와 같이 개방될 수 있다. 이 경우, 임시 부력탱크(110)는 크레인(미도시)에 의해 로드(110a)로부터 분리되어 제거될 수 있다.
인양고리(110d)는 윈치(110f)와 연결되어 접이식 막음판(110c)을 열거나 닫는 데 사용되는 고리이다. 윈치(110f)는 임시 부력탱크(110)의 상측에 배치될 수 있으며, 윈치(110f)에 연결된 와이어가 상기 인양고리(110d)에 연결될 수 있다. 이에 따라, 윈치(110f)에 연결된 와이어를 통해 인양고리(110d)를 당겨 접이식 막음판(110c)을 접을 수 있으며, 반대로 윈치(110f)에 연결된 와이어를 풀어 접이식 막음판(110c)을 개방시킬 수도 있다.
또한, 임시 부력탱크(110)의 상측에는 임시 부력탱크(110)를 설치하는 데 사용되는 인양고리(110e)가 설치될 수 있다. 크레인에 연결된 와이어가 인양고리(110e)를 통해 임시 부력탱크(110)를 들어올릴 수 있으며, 이에 따라 임시 부력탱크(110)가 체결용 슬롯(108)에 체결되어 설치될 수 있다.
■ 콘크리트 블록 탑재용 구조물(202)의 설치 단계
상술한 바와 같이, 임시 부력탱크(110)가 하부 구조물(20)에 결합되면 상기 하부 구조물(20)을 진수시키기 전에 후술할 콘크리트 블록(416)을 탑재할 수 있는 구조물을 하부 구조물(20)에 추가적으로 설치할 수 있다.
도 8 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 콘크리트 블록 탑재용 구조물(202)이 설치되는 단계를 설명하기 위한 도면이다. 구체적으로, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 상부 구조물 고정용 슬롯(106)의 빈 공간(S)에 콘크리트 블록 탑재용 구조물(202)이 안착되어 체결되는 과정을 나타낸 도면이며, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 콘크리트 블록 탑재용 구조물(202)에 모르타르가 충전되는 과정을 나타낸 도면이다.
도 8을 참조하면, 상부 구조물 고정용 슬롯(106)의 빈 공간(S)에 콘크리트 블록 탑재용 구조물(202)이 안착될 수 있다. 콘크리트 블록 탑재용 구조물(202)은 상부가 개방된 원통 형상으로 이루어질 수 있다. 또한, 콘크리트 블록 탑재용 구조물(202)은 예를 들어, 콘크리트 재질의 강체로 형성될 수 있다.
이때, 감쇠 플레이트(104)의 상면에는 기초 앵커(104a)가 복수 개 돌출 형성될 수 있으며, 상기 복수 개의 기초 앵커(104a)가 콘크리트 블록 탑재용 구조물(202)을 관통한 후 앵커볼트(204)와 체결됨으로써 콘크리트 블록 탑재용 구조물(202)이 고정될 수 있다.
도 9를 참조하면, 콘크리트 블록 탑재용 구조물(202)에 모르타르가 충전될 수 있다. 이에 따라, 후술할 콘크리트 블록(416)을 탑재할 콘크리트 블록 탑재용 구조물(202)의 바닥이 편평해질 수 있다.
또한, 도 9에 도시된 바와 같이, 콘크리트 블록 탑재용 구조물(202) 외면에는 복수 개의 이음판(302)이 상호 이격되어 형성될 수 있다. 상기 이음판(302)은 상부 구조물(30)과의 결합을 위해 사용되는 구성이다. 또한, 후술할 바와 같이, 상기 이음판(302)은 상부 구조물(30)과의 결합 전 하부 구조물(20)을 고정시키는 데 임시적으로 활용될 수도 있다.
■ 하부 구조물(20)의 해상 운송 단계
도 10 내지 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 하부 구조물(20)이 해상 운송되는 단계를 설명하기 위한 도면이다. 구체적으로, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 하부 구조물(20)이 육상 선적항에서 진수되는 과정을 나타낸 도면이며, 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 하부 구조물(20)이 예인선에 의해 목적지까지 해상 운송되는 과정을 나타낸 도면이다.
도 10을 참조하면, 하부 구조물(20)은 육상 선적항에서 임시 부력탱크(110)와 콘크리트 블록 탑재용 구조물(202)이 결합된 후 크레인에 의해 인양되어 바다로 진수될 수 있다.
도 11을 참조하면, 임시 부력탱크(110)와 콘크리트 블록 탑재용 구조물(202)이 결합된 하부 구조물(20)은 예인선에 의해 예인되어 목적지까지 해상 운송될 수 있다.
■ 하부 구조물(20)의 고정 및 콘크리트 블록(416)의 안착 단계
도 12 내지 도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 하부 구조물(20)이 고정되는 단계 및 콘크리트 블록(416)이 안착되는 단계를 설명하기 위한 도면이다. 구체적으로, 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 하부 구조물(20)이 제1 작업 바지선(402)과 제2 작업 바지선(404) 사이에 배치되어 링크 브리지(link bridge)(406)에 의해 고정되는 과정을 나타낸 도면이며, 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 링크 브리지(406)가 이음판(302)에 볼트 체결되는 과정을 나타낸 도면이며, 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 스프링 구조물(406c)을 나타낸 도면이며, 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 작업대를 설치하는 과정을 나타낸 도면이다. 또한, 도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 콘크리트 블록(416)을 콘크리트 블록 탑재용 구조물(202)에 안착시키는 과정을 나타낸 도면이다.
도 12를 참조하면, 하부 구조물(20)이 목적지까지 해상 운송된 후 제1 작업 바지선(402)과 제2 작업 바지선(404)이 하부 구조물(20) 근처로 이동한다. 이때, 제1 작업 바지선(402)은 제1 크레인(408)을 해상 운송하며, 제2 작업 바지선(404)은 제2 크레인(410), 콘크리트 블록(416), 상부 구조물(30) 등을 해상 운송할 수 있다. 제1 작업 바지선(402)과 제2 작업 바지선(404)은 하부 구조물(20)을 사이에 두고 배치될 수 있다. 이후, 하부 구조물(20)은 제1 작업 바지선(402)과 제2 작업 바지선(404)과 각각 연결되는 링크 브리지(406)에 의해 고정될 수 있다. 링크 브리지(406)는 제1 작업 바지선(402)과 제2 작업 바지선(404)에 상호 연결되면서 하부 구조물(20)을 고정시킬 수 있는 구조물이다.
도 13 및 도 14를 참조하면, 제1 작업 바지선(402) 측에서 돌출된 링크 브리지(406)의 일단(406b) 및 제2 작업 바지선(404) 측에서 돌출된 링크 브리지(406)의 타단이 콘크리트 블록 탑재용 구조물(202)의 외면에 형성된 이음판(302)에 각각 체결됨으로써 하부 구조물(20)이 링크 브리지(406)에 의해 고정될 수 있다. 예를 들어, 상기 링크 브리지(406)의 일단(406b) 및 타단은 이음판(302)에 각각 볼트 체결될 수 있다.
또한, 링크 브리지(406)의 일단(406b) 및 타단에는 파도에 의한 충격을 완화하기 위한 스프링 구조물(406c)이 설치될 수 있다. 상기 링크 브리지(406)의 일단(406b)은 링크 브리지(406)의 기둥(406a)으로부터 돌출 형성될 수 있으며, 상기 기둥(406a)으로부터 일정 간격 이격된 위치에 스프링 구조물(406c)이 설치될 수 있다. 스프링 구조물(406c)은 하부 구조물(20)에 탄성력을 제공함으로써 파도에 의한 충격을 완화시킬 수 있다.
도 15를 참조하면, 링크 브리지(406)의 일단(406b)과 타단 사이에는 작업대(406d)가 설치될 수 있다. 작업대(406d)는 콘크리트 블록 탑재용 구조물(202)의 외면에 형성된 이음판(302)과 후술할 이음 구조물(502)을 연결하는 리벳팅(또는 볼팅)의 작업 공간을 제공하는 구조물이다. 작업대(406d)는 상부 구조물(30)의 외경보다 큰 직경을 갖는 원형의 개방 공간을 구비할 수 있다. 이러한 작업대(460d)를 포함하는 링크 브리지(406)는 제1 크레인(408) 또는 제2 크레인(410)에 의해 설치될 수 있다.
다시 도 12를 참조하면, 상기 작업대(460d)가 설치된 후 콘크리트 블록(416)이 콘크리트 블록 탑재용 구조물(202)에 안착될 수 있다. 구체적으로, 제1 바지선(402)에 안착된 제1 크레인(408)의 복수의 제1 와이어(412)가 하부 구조물(20)에 연결되어 설정된 크기 이상의 장력을 유지하고 있는 상태에서 제2 바지선(404)에 안착된 제2 크레인(410)의 제2 와이어(414)에 연결된 콘크리트 블록(416)이 콘크리트 블록 탑재용 구조물(202)에 안착될 수 있다. 이때, 제1 바지선(402)에 안착된 제1 크레인(408)의 복수의 제1 와이어(412)는 가이드 빔(102)의 인양용 고리(102a)에 연결되어 콘크리트 블록(416)의 무게로 인해 하부 구조물(20)이 가라앉지 않도록 충분한 크기의 장력을 유지할 수 있다.
도 16을 참조하면, 제1 크레인(408) 또는 제2 크레인(410)에 의해 링크 브리지(406)의 일단 및 타단과 이음판(302)과의 체결이 해제될 수 있다. 이때, 제1 작업 바지선(402) 및 제2 작업 바지선(404)의 작업 높이 조절을 위해 밸러스트에 의해 제1 작업 바지선(402) 및 제2 작업 바지선(404)이 가라앉을 수 있다. 즉, 이음판(302)과 이음 구조물(502)을 연결하기 위한 공간 확보를 위해 2대의 작업 바지선(402, 404)이 밸러스트를 통해 가라앉으면서 작업 공간의 높이를 조절할 수 있다.
■ 상부 구조물(30)의 결합 단계
도 17 내지 도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 상부 구조물(30)이 결합되는 단계를 설명하기 위한 도면이다. 구체적으로, 도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 상부 구조물(30)이 콘크리트 블록 탑재용 구조물(202)과 결합되는 과정을 나타낸 도면이며, 도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 상부 구조물(30) 및 하부 구조물(20)의 직립이 유지되도록 예인선에서 제3 와이어의 장력이 조절되는 과정을 나타낸 도면이며, 도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 콘크리트 블록(416)을 상부 구조물(30)에 탑재하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 17을 참조하면, 상부 구조물(30)은 콘크리트 블록 탑재용 구조물(202)과 대응되는 형상으로 이루어지며, 제2 크레인(410)에 의해 인양되어 콘크리트 블록 탑재용 구조물(202)과 결합될 수 있다. 이때, 상부 구조물(30)의 외면에는 복수 개의 이음 구조물(502)이 형성될 수 있으며, 상기 복수 개의 이음 구조물(502)이 이음판(302)과 조립됨으로써 상부 구조물(30)이 콘크리트 블록 탑재용 구조물(202)과 결합될 수 있다. 상기 이음 구조물(502)은 이음판(302)과 대응되는 형상으로 이루어질 수 있다.
이음 구조물(502)과 이음판(302)과의 조립이 완료되면, 제1 크레인(408)은 하부 구조물(20)에 연결된 제1 와이어(412)의 장력을 조금씩 풀면서 상부 구조물(30)이 기울어지지 않을 정도로만 하부 구조물(20)을 지지할 수 있다.
도 18을 참조하면, 상부 구조물(30)의 외면에 복수의 제3 와이어(506)가 연결되고, 상기 제3 와이어(506)가 복수의 예인선에 각각 연결될 수 있다. 이에 따라, 상부 구조물(30)은 제3 와이어(506)에 의해 기울어지지 않은 채 기립을 유지할 수 있다.
도 19를 참조하면, 이음 구조물(502)과 이음판(302)과의 조립이 완료된 후 제2 크레인(410)의 제2 와이어(414)를 통해 임시 부력탱크(110)가 하부 구조물(20)로부터 제거될 수 있다. 구체적으로, 제2 크레인(410)의 제2 와이어(414)를 임시 부력탱크(110)의 인양고리(110e)에 연결한 상태에서 임시 부력탱크(110)의 윈치(110f)를 이용하여 접이식 막음판(110c)을 개방시켜 임시 부력탱크(110)를 하부 구조물(20)로부터 제거할 수 있다. 이후, 제1 크레인(408)에서 제1 와이어(412)의 장력을 풀게 되고, 이에 따라 하부 구조물(20) 및 상부 구조물(30)이 자연적으로 해수면 밑으로 가라앉으면서 평형 위치를 찾게 된다. 이때, 하부 구조물(20) 및 상부 구조물(30)이 해수면 밑으로 가라앉는 과정에서 하부 구조물(20) 및 상부 구조물(30)의 직립이 유지되도록 예인선에서 제3 와이어(506)의 장력을 조절할 수 있다.
또한, 하부 구조물(20) 및 상부 구조물(30)이 해수면 밑으로 가라앉아 평형을 유지하게 되면, 추가적인 콘크리트 블록(416)을 상부 구조물(30)의 내부 공간으로 탑재시켜 하부 구조물(20) 및 상부 구조물(30)을 가라앉힐 수 있다.
■ 액체 밸러스트부(40) 및 부력용 기둥(50)의 결합 단계
도 20 내지 도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 밸러스트부(40) 및 부력용 기둥(50)이 결합되는 단계를 설명하기 위한 도면이다. 구체적으로, 도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 밸러스트부(40) 및 부력용 기둥(50)을 상부 구조물(30)과 조립하는 과정을 나타낸 도면이며, 도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 작업대(406d)를 해제하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 20을 참조하면, 두 바지선(402, 404)의 밸러스트로 작업 높이를 맞춘 후 액체 밸러스트부(40) 및 부력용 기둥(50)을 앞서 설명한 방식과 동일한 방식으로 상부 구조물(30)과 조립할 수 있다. 도 20에 도시된 바와 같이, 액체 밸러스트부(40)의 하단에 구비된 상부 구조물(30)의 이음판과 앞서 설명한 상부 구조물(30)의 이음판을 서로 조립시킴으로써 액체 밸러스트부(40) 및 부력용 기둥(50)이 상부 구조물(30)과 결합될 수 있다. 이와 같은 방식으로 해상 풍력발전 부유체(10)의 조립이 완료된다.
도 21을 참조하면, 해상 풍력발전 부유체(10)의 조립이 완료되면 상부 구조물(30)을 인양하고 있는 크레인을 제거하기 전에 작업대(406d)를 고정하고 있는 볼트(702)를 풀어 작업대(406d)를 해제시킬 수 있다. 또한, 작업대(406d)가 해체되면 해상 풍력발전 부유체(10)가 전도되지 않도록 계류선(미도시)을 페어리드(미도시)에 연결하고 계류 설치선(미도시)을 이용하여 계류 설치작업을 완료하면 해상 풍력발전 부유체(10)의 설치가 완료된다.
이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 전술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
10 : 해상 풍력발전 부유체
20 : 하부 구조물
30 : 상부 구조물
40 : 액체 밸러스트부
50 : 부력용 기둥
102 : 가이드 빔
102a : 인양용 고리
102b : 돌출부
104 : 감쇠 플레이트
104a : 기초 앵커
104b : 배수홀
106 : 상부 구조물 고정용 슬롯
108 : 체결용 슬롯
110 : 임시 부력탱크
110a : 로드
110b : 방충판
110c : 접이식 막음판
110d, 110e : 인양고리
110f : 윈치
202 : 콘크리트 블록 탑재용 구조물
204 : 앵커볼트
302 : 이음판
402 : 제1 작업 바지선
404 : 제2 작업 바지선
406 : 링크 브리지
406a : 기둥
406b : 일단
406c : 스프링 구조물
406d : 작업대
408 : 제1 크레인
410 : 제2 크레인
412 : 제1 와이어
414 : 제2 와이어
416 : 콘크리트 블록
502 : 이음 구조물
504 : 예인선
506 : 제3 와이어
602 : 액체 밸러스트부
702 : 볼트

Claims (10)

  1. 원형의 플레이트 형상으로 이루어지는 감쇠 플레이트, 상기 감쇠 플레이트의 상면과 하면을 각각 지지하면서 상기 감쇠 플레이트의 측면에서 복수 개의 돌출부가 형성되는 가이드 빔, 및 상기 감쇠 플레이트의 상면에 형성되고 중앙 부분에 빈 공간을 구비하는 상부 구조물 고정용 슬롯을 포함하는 하부 구조물이 제작되는 단계;
    상기 복수 개의 돌출부에 임시 부력탱크가 각각 결합되는 단계;
    상기 상부 구조물 고정용 슬롯의 상기 빈 공간에 콘크리트 블록 탑재용 구조물이 설치되는 단계;
    상기 하부 구조물이 예인선에 의해 목적지까지 해상 운송되는 단계;
    상기 하부 구조물이 제1 작업 바지선과 제2 작업 바지선 사이에 배치되어 상기 제1 작업 바지선 및 상기 제2 작업 바지선과 각각 연결되는 링크 브리지(link bridge)에 의해 고정되는 단계; 및
    상기 제1 바지선에 안착된 제1 크레인의 복수의 제1 와이어가 상기 하부 구조물에 연결되어 설정된 크기 이상의 장력을 유지하고 있는 상태에서 상기 제2 바지선에 안착된 제2 크레인의 제2 와이어에 연결된 콘크리트 블록이 상기 콘크리트 블록 탑재용 구조물에 안착되는 단계를 포함하는, 해상 풍력발전 부유체의 설치방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수 개의 돌출부에 임시 부력탱크가 각각 결합되는 단계는,
    H-빔(beam) 형태로 이루어지는 상기 돌출부에 상기 임시 부력탱크를 체결하기 위한 체결용 슬롯이 결합되는 단계;
    상기 임시 부력탱크의 외면에 로드(rod)가 설치되는 단계;
    상기 임시 부력탱크를 고정하기 위한 방충판이 상기 로드의 외측에 형성되는 단계;
    상기 체결용 슬롯에 상기 로드가 끼워지는 단계; 및
    상기 임시 부력탱크가 상기 체결용 슬롯에서 빠지지 않도록 상기 로드의 하측에 형성되는 접이식 막음판이 일 방향으로 접히는 단계를 포함하는, 해상 풍력발전 부유체의 설치방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 상부 구조물 고정용 슬롯의 상기 빈 공간에 콘크리트 블록 탑재용 구조물이 설치되는 단계는,
    상기 빈 공간에 상기 콘크리트 블록 탑재용 구조물이 안착되는 단계;
    상기 감쇠 플레이트의 상면에 돌출 형성된 복수 개의 기초 앵커가 상기 콘크리트 블록 탑재용 구조물을 관통한 후 앵커볼트와 체결되는 단계; 및
    상기 콘크리트 블록 탑재용 구조물에 모르타르가 충전되는 단계를 포함하는, 해상 풍력발전 부유체의 설치방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 콘크리트 블록 탑재용 구조물은, 상부가 개방된 원통 형상으로 이루어지며,
    상기 콘크리트 블록 탑재용 구조물의 외면에는 복수 개의 이음판이 상호 이격되어 형성되는, 해상 풍력발전 부유체의 설치방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 하부 구조물이 상기 링크 브리지에 의해 고정되는 단계는, 상기 제1 작업 바지선 측에서 돌출된 상기 링크 브리지의 일단 및 상기 제2 작업 바지선 측에서 돌출된 상기 링크 브리지의 타단이 상기 이음판에 각각 체결됨으로써 상기 하부 구조물이 상기 링크 브리지에 의해 고정되는, 해상 풍력발전 부유체의 설치방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 링크 브리지의 일단 및 타단에는, 파도에 의한 충격을 완화하기 위한 스프링 구조물이 설치되는, 해상 풍력발전 부유체의 설치방법.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 콘크리트 블록이 상기 콘크리트 블록 탑재용 구조물에 안착되는 단계 이후,
    상기 링크 브리지의 일단 및 타단과 상기 이음판과의 체결이 해제되는 단계;
    상기 제1 작업 바지선 및 상기 제2 작업 바지선의 작업 높이 조절을 위해 밸러스트에 의해 상기 제1 작업 바지선 및 상기 제2 작업 바지선이 가라앉는 단계; 및
    상기 콘크리트 블록 탑재용 구조물과 대응되는 형상의 상부 구조물이 상기 콘크리트 블록 탑재용 구조물과 결합되는 단계를 더 포함하는, 해상 풍력발전 부유체의 설치방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 상부 구조물이 상기 콘크리트 블록 탑재용 구조물과 결합되는 단계는, 상기 상부 구조물의 외면에 형성된 복수 개의 이음 구조물이 상기 이음판과 조립됨으로써 상기 상부 구조물이 상기 콘크리트 블록 탑재용 구조물과 결합되는, 해상 풍력발전 부유체의 설치방법.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 상부 구조물이 상기 콘크리트 블록 탑재용 구조물과 결합되는 단계 이후,
    상기 제2 크레인의 상기 제2 와이어를 통해 상기 임시 부력탱크가 제거되는 단계; 및
    상기 제1 크레인의 상기 제1 와이어의 장력이 풀리면서 상기 상부 구조물 및 상기 하부 구조물이 해수면 밑으로 가라앉는 단계를 더 포함하는, 해상 풍력발전 부유체의 설치방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 상부 구조물이 상기 콘크리트 블록 탑재용 구조물과 결합되는 단계 이후,
    상기 상부 구조물의 외면에 복수 개의 제3 와이어가 연결되는 단계;
    상기 제3 와이어가 복수 개의 예인선에 각각 연결되는 단계; 및
    상기 상부 구조물 및 상기 하부 구조물이 해수면 밑으로 가라앉는 과정에서 상기 상부 구조물 및 상기 하부 구조물의 직립이 유지되도록 상기 제3 와이어가 연결된 예인선에서 상기 제3 와이어의 장력이 조절되는 단계를 더 포함하는, 해상 풍력발전 부유체의 설치방법.
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