KR102229591B1 - 수중 전기 파워 플랜트, 시스템 및 방법 - Google Patents

수중 전기 파워 플랜트, 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

유동하는 물의 운동 에너지를 전기로 변환하기 위한 수중 파워 플랜트(1), 방법 및 시스템에 관한 것으로, 상기 파워 플랜트는 터빈 장치(23)를 수용하기 위한 덕트(400)를 획정하는 적어도 하나의 터빈 하우스(4), 및 상기 덕트(400) 내에 상기 터빈 장치(23)를 부착하기 위한 연결 수단(24, 241)을 포함하며, 상기 연결 수단(24, 241)은 상기 터빈 하우스(4) 외부로, 내로 또는 내에서 상기 터빈 장치(23)의 슬라이딩을 허용하도록 상기 터빈 하우스(4)에 슬라이딩 가능하게 연결된 적어도 하나의 부재(24)를 포함한다.

Description

수중 전기 파워 플랜트, 시스템 및 방법
수중 전기 파워 플랜트, 시스템 및 방법
본 발명은 수중 파워 플랜트에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 발명은 유동하는 물의 운동 에너지를 전기로 변환하기 위한 수중 파워 플랜트에 관한 것이다. 파워 플랜트는 터빈 장치를 수용하기 위한 덕트를 획정하는 적어도 하나의 터빈 하우스, 및 덕트 내에 터빈 장치를 부착하기 위한 연결 수단을 포함한다. 본 발명은 또한 수중 파워 플랜트를 포함하는 파워 플랜트 시스템, 및 파워 플랜트의 구성 요소들을 시스템 내로 또는 외부로 운반하기 위한 방법에 관한 것이다. 파워 플랜트의 구성 요소들은 시스템 내로 또는 외부로 운반될 수 있거나, 또는 터빈 장치는 완전히 자동화되거나 선박 또는 원격 위치로부터 ROV에 의해 작동되는 터빈 하우스에 대해 슬라이딩될 수 있다.
바람직하게는 벤튜리 덕트와 같은 형상을 갖는 터빈 하우스에 대해 터빈 장치를 슬라이딩시킴으로써, 터빈은 원하는 속도의 물을 갖는 터빈 하우스의 일부에 위치될 수 있다. 본 발명에 따른 수중 파워 플랜트는 아래에서 설명되는 바와 같이 터빈 장치가 최상의 가능한 전력 생산을 위해 최적의 물 속도를 자동으로 찾도록 구성될 수 있기 때문에 소조와 대조에서 동등하게 잘 작동할 것이다.
수중 파워 플랜트는 유연한 설계와 확장성으로 인해 고유하며, 부력을 감소시키는 수단에 의해 직접 그 위치상으로 낮아져 해저 상에 놓여지는 위치로 부양하도록 구성될 수 있는 대형 솔리드(solid) 구조로서 또는 모듈식으로 건설될 수 있다.
지난 수십년에 걸쳐 세계 인구는 급격히 증가했다. 이러한 인구 증가와 함께 많은 지역에서의 생활 수준의 높은 향상은 에너지 소비의 증가에 기여했다.
2015년 파리 기후 변화 회의에 따라, 당사국들은 가능한 한 빨리 온실 가스 배출량의 세계적 정점에 도달하는 것을 목표로 하고 있으며, 186개국 정부는 배출량을 얼마나 줄일 것인지에 대한 목표를 설정하기로 약속했다. 따라서, 이 회의는 국제 기후 협력의 주요 전환점을 나타낸다.
따라서, 재생 가능한 에너지, 예를 들어, 바람, 물 또는 태양열 발전과 같이 사용시 고갈되지 않은 원천으로부터의 에너지에 대한 강한 요구가 있다. 그러나, 바람으로부터 얻는 에너지는 육상 또는 해상에 주요한 풍력 파워 플랜트 또는 풍력 발전단지를 요구한다. 이러한 풍력 파워 플랜트는 수백 개의 개별 풍력 터빈으로 구성될 수 있으며 수십 평방 킬로미터의 확장된 지역에 걸쳐 있을 수 있다. 따라서 적어도 일부 사람들에게 풍력 파워 플랜트는 가시적 및/또는 가청적 공해를 나타낼 수 있다. 공동체에 전기 에너지를 발생시키기 위해 설계된 태양열 파워 플랜트는 동일한 단점을 가지고 있지만, 전기 에너지의 자체 공급을 위한 태양열 패널은 기존 건물에 통합될 수 있다.
풍력 파워 플랜트와 태양열 파워 플랜트의 주요 단점은 각각 바람 및 태양(태양으로부터의 복사)에 의존하여 에너지를 생산한다는 것이다.
예를 들어 해류와 같은 물에서 에너지를 얻는 것은 바람 및 태양과 같은 다른 재생 에너지원으로부터 에너지를 얻는 것보다 몇가지 장점이 있다. 해류는 상대적으로 일정하여 변화하는 기상 조건에 독립적인 신뢰할 수 있는 에너지원을 제공할 수 있다. 에너지는 어떠한 가시적인 공해를 나타내지 않는 수중 파워 플랜트에 의해 얻어질 수 있다. 바람에 비해 물에서 에너지를 얻는 다른 주요 이점은 물의 밀도가 공기의 약 832배이어서 비슷한 전력 산출을 위한 터빈 블레이드 직경이 감소된다는 것이다.
특허 공보 US 8,120,197 B2는 전기를 발생시키기 위한 수력 터빈를 개시하고있다. 수력 터빈는 유동하는 물 시스템의 베드(bed) 내로 구동되는 2개의 I-빔 사이에 위치된 수력 터빈 어셈블리의 배열을 포함한다. 각각의 수력 터빈 어셈블리는 물의 유동을 가속시키기 위한 입구 및 출구를 갖는 모듈 박스형 하우징을 포함한다. 터빈은 그 둘레에 위치된 링 기어를 가져 유동하는 물의 운동 에너지를 전기로 변환하기 위한 복수의 발전기와 기계적으로 연결된다. 수용 수단은 각 수력 터빈 어셈블리의 쓰로트(throat) 부분에서 터빈을 통해 물을 수집, 집중, 유도 및 가속시키기 위해 하우징의 입구 및 출구에 위치되고 부착된다. 각각의 박스형 모듈 하우징은 서로 맞물리는 결합(mating) 표면에 의해 다른 하우징과 구조적으로 연결된다.
특허 공보 US 8,022,567 B2는 복수의 하이드로포일(hydrofoil) 블레이드, 안내 베인(vane), 실린더형 하우징 및 발전기 수단을 갖는 적어도 하나의 회전자 디스크를 포함하는, 물 또는 공기 유동으로부터 전력을 생성하기 위한 터빈 장치를 개시한다. 하우징 내에 마그네트 레이스(race) 회전자 림 및 고정된 고정자 코일을 포함하는 림 발전기가 사용된다. 장치에는 파편 및 해양 생물의 진입을 막는 스크린, 및 베츠(Betz) 효과를 줄이기 위한 스커트 보강 장치가 장착되어 있다. 이 장치는 바람직하게는 해저 배치용이고 조수 유동에 의해 구동되지만, 강 유동 또는 파도 구동 공기에 의해 또는 바람에 의해 작동될 수 있다. 상기 장치는 적어도 하나의 신축식 폴(telescoping pole) 상에 배치되거나, 해저에 묶여 하우징 내의 부력 콘크리트에 의해 부력이 유지되거나, 댐에, 바지선 아래에 또는 조력 발전 어레이에 삽입될 수 있다.
특허 공보 US 8,573,890 B2는 물 유동으로부터 유도된 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 수중 전력 발전기를 배치 및 회수하기 위한 해양 구조물을 개시한다. 해양 구조물 플랫폼은 상기 수중 발전기를 해저 추진 장치 상에 하강시키는 추진 장치를 안내하는 한 쌍의 수직 안내 레일을 포함한다. 해저 추진 장치는 수중 해저 레일 시스템에 결합되고 수중 발전기를 지지하도록 특별히 고안된 많은 고유 프레임 중 하나에 발전기를 운반한다. 고정 장치는 발전기가 각 추진 장치 및 고유 프레임에 고정된 채로 유지되도록 보장하기 위해 사용된다. 레일 운송 요소가 또한 운송 과정 동안에 원활하고 안전한 이행을 위해 이용된다.
특허 공개 US 2013088014는 터빈을 포함하는 파워 유닛을 포함하는 수력 전기 파워 플랜트를 개시한다. 파워 유닛은 하우징에 수용되는 카세트형이다. 파워 유닛은 하우징의 상부 부분을 관통하는 개구를 통해 하우징에 대해 삽입 또는 제거되도록 구성된다.
종래 기술의 수중 파워 플랜트의 주요 과제는 유지 보수와 관련된다. 수중 파워 플랜트는 혹독한 조건에 처해진다. 따라서 수중 터빈 장치는 정기적으로 유지 보수 또는 교체가 필요할 수 있다. 대부분의 경우, 유지 보수는 터빈 장치를 물 밖으로 안내하는 것이 필요할 것이다. 터빈 하우스, 즉 터빈 장치를 수용하는 덕트는 전형적으로 고체 재료로 제조되고 터빈 장치의 작동 시간을 초과하는 수중 작동 시간을 위해 설계된다. 또한, 터빈 하우스는 무거울 수 있다. 터빈 하우스 및 터빈 장치를 들어 올리는 것은 중장비 선박을 요구할 수 있다. 일부 지역에서, 예를 들어 하천, 운하 또는 조수 만(tidal bay)에서는 그러한 선박에 이용할 수 있는 공간이 제한될 수 있다. 또한, 중장비 선박은 일반적으로 소형 선박보다 작동하는 것이 더 비싸다.
수중 파워 플랜트에서, 복수의 터빈 장치는 전형적으로 어레이 및/또는 컬럼으로 각각의 터빈 하우스에 배열되어 원하는 전기 에너지를 생성한다. 특히, 컬럼으로 배열될 때, 상부에 적층된 하나 이상의 터빈 장치 및 터빈 하우스를 갖는 터빈 장치에 대한 접근은 관련 터빈 장치 및 터빈 하우스를 물 밖으로 들어 올리기 전에 상부의 터빈 장치 및 하우징을 들어올리는 것을 필요로 할 것이다. 이러한 조작은 시간과 비용이 많이 든다.
따라서, 터빈 장치가 터빈 하우스로부터 분리 가능하여 단지 터빈 장치 자체 또는 덕트 내에 터빈 장치를 연결하는 연결 수단과 같은 관련 구성 요소와 터빈 장치만이 수면(surface)으로 들어올려져 유지 보수되고 터빈 하우스에 재설치되는 한편, 터빈 하우스는 수 중에서 제자리에 남아 있는 수중 파워 플랜트가 필요하다.
또한 실질적으로 기존 파워 플랜트의 작동에 영향을 미치지 않으면서 예를 들어 업스케일링(upscaling)과 같은 전기 에너지에 대한 필요성에 적응할 수 있는 수중 파워 플랜트가 필요하다.
본 발명은 선행 기술의 단점들 중 적어도 하나를 해결 또는 감소하거나, 적어도 선행 기술에 대한 유용한 대안을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적은 아래의 설명과 후속하는 청구범위에서 특정되는 특징을 통해 달성된다.
본 발명은 특허청구범위의 독립항에 의해 규정된다. 종속항은 본 발명의 유리한 실시형태를 규정한다.
본 발명의 제 1 양태에서는, 유동하는 물의 운동 에너지를 전기로 변환하기 위한 수중 파워 플랜트가 제공되며, 상기 파워 플랜트는 터빈 장치를 수용하기 위한 덕트를 획정하는 적어도 하나의 터빈 하우스, 및 덕트 내에 터빈 장치를 부착하기 위한 연결 수단을 포함한다. 본 발명의 특징적인 구성은, 연결 수단이 터빈 하우스 외부로, 내로 또는 내에서 터빈 장치의 슬라이딩을 허용하기 위해 터빈 하우스에 슬라이딩 가능하게 연결된 적어도 하나의 부재를 포함하고, 상기 부재는 터빈 장치의 축 방향 길이를 초과하는 길이를 갖는 기다란 부재이고, 상기 기다란 부재는 상기 터빈 장치의 수직 리프팅을 허용하도록, 상기 터빈 장치가 상기 터빈 하우스 외부의 위치로 슬라이딩될 때에도 상기 터빈 장치를 상기 터빈 하우스에 부착시킬 수 있는 것이다. 터빈 장치라는 용어는 적어도 하나의 터빈 및 발전기를 포함하는 장치를 의미한다.
이것은 수중 파워 플랜트의 설치 도중 및 수중 파워 플랜트의 수명 기간 동안의 후속적인 유지 보수 동안에, 그리고 파워 플랜트의 작동 중에, 터빈 장치 자체, 및 일 실시형태에서 덕트 내에 터빈 장치를 부착하는 연결 수단과 같은 관련 구성 요소 또한 하우징과 독립적으로 취급될 수 있다는 효과를 갖는다. 더욱이, 터빈 하우스 외부의 위치로 슬라이딩하는 터빈 장치는 터빈 장치의 수직 리프팅을 허용할 수 있다. 이에 따라, 터빈 장치는 기다란 부재로부터 분리되고, 표면에 대해 수직으로 들어 올려질 수 있다. 대안으로서, 터빈 장치, 기다란 부재 및 터빈 장치를 기다란 부재에 연결하는 임의의 수단은 아래에서 설명하다시피 이 표면으로의 자동 복귀를 위해 함께 분리될 수 있다. 기다란 부재와 연결 수단은 또한, 이후에 터빈 부재 스키드라고 하겠다.
복수의 터빈 장치들을 포함하는 수중 파워 플랜트에서, 예를 들어 관련 터빈 장치(들)의 유지 보수 또는 교체가 발생되는 동안에 파워 플랜트가 작동될 수 있고, 이에 의해, 전기 에너지 생산과 관련하여 신뢰성 있는 파워 플랜트가 제공된다.
터빈 장치 자체는 전형적으로 시장에서 상업적으로 입수할 수 있는 "기성품 유형(off-the-shelf type)"일 수 있다. 이는 터빈 하우스를 제자리에 유지하면서 오래된 터빈 장치를 교체할 수 있도록 한다.
터빈 장치를 터빈 하우스에 연결하는 부재는 터빈 장치의 축 방향 길이를 초과하는 길이를 갖는 기다란 부재일 수 있고, 기다란 부재는, 터빈 장치가 터빈 하우스 외부의 위치로 슬라이딩될 때도 터빈 장치를 터빈 하우스에 부착시킬 수 있다. 터빈 하우스 외부의 위치로 슬라이딩되는 터빈 장치는 터빈 장치의 수직 리프팅(lifting)을 허용할 수 있다. 따라서, 터빈 장치는 기다란 부재로부터 분리되어 표면에 대해 수직으로 들어 올려질 수 있다. 대안적으로, 터빈 장치, 기다란 부재 및 터빈 장치를 기다란 부재에 연결시키는 임의의 수단은 후술되는 바와 같이 표면으로의 자동 복귀를 위해 함께 분리될 수 있다. 기다란 부재 및 연결 수단은 이하에서 터빈 부재 스키드(skid)로도 지칭될 것이다.
기다란 부재는 신축 자재의(telescopic) 기다란 부재일 수 있다.
일 실시형태에서, 부재는 덕트를 통과하는 유동 방향으로 종축을 따라 연장된다. 그러나, 대안적인 실시형태에서, 부재는 예를 들어 반드시 기다랄 필요는 없는 플레이트 부재 또는 그리드 부재일 수 있다. 플레이트 부재는 예를 들어 터빈 하우스에 배열된 슬롯에 의해 터빈 하우스의 일부에 슬라이딩 가능하게 연결될 수 있다.
본 발명에 따른 수중 파워 플랜트는 깊은 물에 및/또는 예를 들어 조수 범위(tidal range)에 의해 야기되는 강한 유동을 갖는 물에 위치될 수 있다. 따라서, 기다란 부재에 대한 터빈 장치의 임의의 슬라이딩 및 연결/분리의 조작에 잠수부가 관여하는 것은 위험하거나 불가능할 수 있다. 따라서, 본 발명의 바람직한 실시형태에서, 상기 조작은 아래에서 논의되는 바와 같은 ROV-조작(ROV - Remotely operated underwater vehicle(원격으로 조작되는 수중 비히클), 자동 조작 또는 ROV 조작과 자동 조작의 조합에 적응된다.
일 실시형태에서, 상기 부재는 터빈 장치의 몸체로부터의 돌출부를 수용하기 위한 크립(crib)을 포함할 수 있다. 크립은 수평으로 및 수직으로 터빈 장치를 지지하는 장점이 있다. '수평으로'란 터빈 하우스의 덕트의 종 방향 및 횡 방향을 의미한다. 다른 실시형태에서, 터빈 장치는 터빈 장치를 기다란 부재에 연결하고 터빈 장치를 수평 방향과 수직 방향으로 지지하기 위한 고정 구조를 포함할 수 있다.
터빈은 양방향 또는 단방향일 수 있다. 양방향 터빈은 수중 파워 플랜트가 조력 파워 플랜트인 경우에 특히 유리한다. 전기 에너지는 조류의 양 방향에 대해 생성될 것이다. 바람직한 실시형태에서, 터빈 장치에는 제 1 회전자 디스크 및 제 2 회전자 디스크가 제공되고, 이들 양자에는 회전자 블레이드가 제공되며, 제 1 회전자 디스크는 제 2 회전자 디스크에 대해 역회전하도록 배치된다.
양방향 작동을 위해 터빈을 최적화하기 위해, 회전자 디스크는 디스크의 베인의 중심선에 대해 미러링된(mirrored) 타원형 프로파일을 가질 수 있다.
터빈 장치의 발전기는 제 1 회전자 디스크와 제 2 회전자 디스크 사이에 배치될 수 있다.
단방향 터빈은 조력 파워 플랜트가 자동으로 작동되는 경우 유리할 수 있다. 자동으로 작동되는 파워 플랜트에서는, 터빈에, 회전 속도, 토크, 전력, 전류 및 전압 중 하나 이상에 관한 정보 또는 데이터를 제공하는 센서가 제공될 수 있다. 센서에 의해 제공된 정보 또는 데이터는 덕트 내의 원하는 위치로 터빈 장치의 슬라이딩을 작동시키기 위해 제어 시스템으로 보내져 최적의 전력 생산을 제공할 수 있다. 따라서, 제어 시스템은 기다란 부재 및 이에 따라 터빈 장치를 덕트 내의 원하는 위치로 슬라이딩시키기 위한 구동 수단을 제어하는데 사용될 수 있다. 또한, 자동 작동되는 파워 플랜트의 터빈 장치는 슬라이딩 가능한 부재에 대해 터빈 장치를 180° 선회시키기 위해 구성된 수단을 구비할수 있어, 덕트를 통해 유동하는 조수 스트림에서 물의 방향 및 속도에 대해 최적의 방향으로 터빈 장치의 터빈이 배향될 수 있다.
물의 유동 속도 및 방향은 조수에 좌우된다.
하우징의 덕트를 통한 물의 유동이 낮을 때, 전형적으로 조수가 변할 때, 제어 시스템은, 터빈 장치가 180°선회될 수 있는 위치로 터빈 장치의 슬라이딩, 및 그 후 덕트 내에서 원하는, 즉 최적의 위치로 터빈 장치의 슬라이딩을 작동시킬 수 있다. 따라서, 그러한 자동 작동되는 조력 파워 플랜트는 조수 스트림에서 유동하는 물의 방향 및 속도에 대해 터빈을 최적의 위치에 배치할 수 있다.
바람직하게는, 복수의 터빈을 포함하는 파워 플랜트에서, 터빈 중 적어도 하나는 다른 터빈과 독립적으로 제어된다. 일 실시형태에서, 각각의 터빈은 다른 터빈과 독립적으로 제어된다.
터빈 하우스는 외면 및 내면을 갖는 적어도 3개의 벽 부분을 가지며, 상기 벽 부분은 입구 및 출구를 갖는 덕트를 형성하기 위해 상호 연결된다.
벽 부분들 중 적어도 하나에는 터빈 하우스 내에서 부재를 슬라이딩 가능하게 연결하고 안내하기 위한 슬롯이 제공될 수 있다. 슬롯은, 특히 슬롯이 금속으로 제조된 터빈 하우스의 일부에 제공되는 경우, 라이닝되지 않을 수 있다. 그러나, 일 실시형태에서, 하우징은 콘크리트로 제조될 수 있다. 이러한 실시형태에서 슬롯은 콘크리트의 마모를 방지하기 위해 라이닝, 즉 적절한 라이닝 재료, 예를 들어 금속이 제공될 수 있다.
상기 벽 부분들 중 적어도 하나에는, 대안적인 실시형태에서 덕트의 벽에 연결된 제 1 부분 및 신축 자재한 방식으로 스키드의 제 1 부분에 슬라이딩 가능하게 연결된 제 2 부분을 갖는 슬라이딩 가능하게 연결된 터빈 부재 스키드가 제공될 수 있다.
ROV 작동되는 수중 파워 플랜트의 효율을 증가시키기 위해, 터빈 하우스의 입구 및 출구에서의 유동 영역은 유동 방향의 상기 입구와 출구 사이의 구간에서의 유동 영역보다 클 수 있으며, 이에 의해 벤튜리 효과를 생성하는 수축된 부분을 제공할 수 있다. 상기 입구와 출구 사이의 구간은 전형적으로 작동 위치에 있는 동안 터빈 장치를 둘러싸는 중심부일 수 있다.
본 발명에 따른 수중 파워 플랜트에서, 터빈 하우스 내에 배치된 터빈 장치를 포함하는 복수의 터빈 어셈블리는 행과 열로 배열될 수 있다. 행과 열로 배열된 이러한 터빈 하우스는 이하에서 터빈 블록으로도 지칭될 것이다.
자동 작동되는 수중 파워 플랜트의 효율을 증가시키기 위해, 일 실시형태에서 여러 터빈 블럭을 포함하는 터빈 블럭 하우징의 입구 및 출구에서의 유동 영역은 유동 방향의 상기 입구와 출구 사이의 구간에서의 유동 영역보다 클 수 있고, 이에 의해 벤튜리 효과를 생성하는 수축된 부분을 제공할 수 있다. 상기 입구와 출구 사이의 구간은 전형적으로 터빈 블록을 둘러싸는 중심부일 수 있다.
터빈 장치를 통과하는 물의 속도에 대해 터빈 장치의 위치를 조정하기 위해, 슬라이딩 가능하게 연결된 터빈 부재 스키드가 터빈 장치를 터빈 하우스의 중심부 안팎으로 슬라이딩시키는데 사용될 수 있다.
수중에서 유동하는 물체는 터빈 하우스의 덕트 내로 유동할 수 있다. 터빈 장치, 특히 터빈의 베인에 부딪히는 이러한 물체는 터빈 장치에 심각한 손상을 초래할 수 있다. 덕트 내로 유동하는 물체는 또한 고착되어 덕트의 막힘 및 터빈 장치의 오작동을 야기할 수 있다. 터빈 장치를 손상시키고/시키거나 터빈 하우스의 덕트를 완전히 또는 부분적으로 차단하는 물체의 위험을 적어도 감소시키기 위해, 터빈 하우스 또는 터빈 블록의 말단부에는 격자가 제공될 수 있다. 일 실시형태에서, 격자는 소정 크기를 초과하는 물체를 터빈 하우스의 벽 부분쪽으로 방향 전환시키기 위한 원추형 형태를 갖는다.
일 실시형태에서, 격자들 중 적어도 하나는 터빈 하우스의 일부에 분리 가능하게 연결된다.
전술한 바와 같이, 수중 파워 플랜트는 복수의 터빈 하우스, 예컨대 적어도 2개를 포함할 수 있으며, 여기서 터빈 및/또는 터빈 블록의 하우징은 하나의 솔리드(solid) 피스로서 구성될 수 있거나, 또는 서로 나란히 및/또는 서로의 상부에 하우스를 인접하게 배치할 수 있도록 하우스의 외면이 서로에 대해 상호 보완 적으로 적응된다. 이것은, 파워 플랜트를 통해 유동하는 실질적으로 모든 물이 인접한 하우스의 사이가 아니라 덕트 및 이에 의해 터빈을 통과해야 하는 효과를 갖는다. 이러한 실시형태에서 터빈 하우스에는 인접한 터빈 하우스를 서로 맞물리게 하기 위한 맞물림 수단이 제공될 수 있다. 이러한 맞물림 수단의 효과는 하우스 사이의 상대적인 운동이 방지되는 한편, 동시에 맞물림 수단이 설치 도중에 하우스의 정확한 배열을 용이하게 할 수 있다는 점에서 하우스의 안정성이 증가된다는 것이다.
일 실시형태에서, 복수의 터빈 하우스의 동일장소 배치(collocation)에는, 그렇지 않으면 상기 동일장소 배치의 둘레 외측을 통과하는 수류를 터빈 하우스의 덕트 내로 전환시키기 위한 유동 전환 수단, 예를 들어 경사진 "스커트(skirt)"가제공될 수 있다.
터빈 장치는 자동 작동을 위해 구성될 수 있다. 이러한 자동 작동 터빈 장치는 회전 속도, 토크, 전력, 전류 및 전압 중 적어도 하나를 감지하기 위한 센서 디바이스를 더 포함할 수 있다. 이러한 센서 디바이스는 터빈 장치를 전력 생산에 대한 최적의 위치로 가져 오기 위해 덕트에서 기다란 부재를 슬라이딩시키기 위한 구동 수단을 제어하도록 구성된 제어 시스템과 통신하고 있다.
본 발명의 제 2 양태에서, 본 발명의 제 1 양태에 따른 파워 플랜트를 포함하는 ROV 작동 파워 플랜트 시스템이 제공되는데, 상기 시스템은 적어도 하나의 하우스를 지지하기 위한 베이스를 추가로 포함하며, 상기 베이스는 적어도 해저로 연장되는 복수의 지지체에 연결 가능한 적어도 하나의 모듈식 베이스 프레임을 포함한다.
다른 실시형태에서, 적어도 하나의 터빈 하우스를 지지하기 위한 베이스는 중력에 의해 해저에 놓여지는 솔리드 구조를 포함할 수 있다.
베이스에는, 점퍼 케이블을 적어도 하나의 터빈 장치로부터 적어도 전력 케이블로 연결하기 위한 적어도 커플링 유닛을 유지하기 위한 리셉터클(receptacle)이 제공될 수 있다. 커플링 유닛은 또한 파워 플랜트를 제어하기 위한 텔레메트리(telemetry)를 수용할 수 있다. 그러한 경우에, 텔레메트리 케이블은 상기 전력 케이블과 병렬로 진행할 수 있다. 텔레메트리 케이블은 예를 들어 광섬유 케이블 또는 구리 케이블일 수 있다. 또한, 커플링 유닛은 하나 이상의 변압기, 전력 전자장치 및 파워 플랜트를 제어하기 위한 전자 장치와 같은 다른 장치를 수용할 수 있다. 따라서, 전력 케이블 및 점퍼 케이블은 통합 광섬유 케이블 또는 다른 유형의 신호 케이블을 포함할 수 있다. 대안적으로, 별도의 광섬유 케이블 또는 다른 유형의 신호 케이블은 전력 케이블 및 점퍼 케이블과 독립적일 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에서, 본 발명의 제 1 양태에 따른 파워 플랜트를 포함하는 자동 작동식 파워 플랜트 시스템이 제공되는데, 터빈 장치 및 터빈 블록의 하우징은 중력에 의해 해저에 놓여지도록 설계될 수 있는 하나의 솔리드 피스로서 구성될 수 있다.
솔리드 구조에는, 건설 현장에서 작동 현장으로 부양될 수 있도록 하는 완전한 파워 플랜트를 포함하는 구조물을 밸러스팅하기 위한 밸러스트 시스템이 제공될 수 있다. 작동 현장에서, 구조물의 부력이 밸러스트 시스템에 의해 감소되어 구조물을 해저에 위치시키게 된다. 파워 플랜트로의 발송 케이블은 통합 파이프 설비를 통해 파워 플랜트의 고전압 룸으로 당겨질 수 있다. 이러한 고전압 룸은 전형적으로 해수면 위에 위치된다. 발송 케이블은 또한 파워 플랜트를 제어하기 위한 텔레메트리 케이블을 수용할 수 있다. 텔레메트리 케이블은 예를 들어 광섬유 케이블 또는 구리 케이블일 수 있다. 대안적으로, 별도의 광섬유 케이블 또는 다른 유형의 신호 케이블이 발송 케이블 및 점퍼 케이블과 독립적일 수 있다. 점퍼 케이블은 통합 케이블 도관을 통해 파워 플랜트의 전기 배전반으로부터 터빈 부재 스키드로 개별적으로 푸시될 수 있다.
무선 신호 전송은 상기 케이블 전송 대신에 또는 이에 추가하여 사용될 수 있다.
ROV 작동 파워 플랜트용 리셉터클에는, 작동 시에 커플링 유닛을 보호하기 위한 개방 가능한 해치(hatch)가 제공될 수 있다. 커플링 유닛으로부터 터빈 장치로의 점퍼 케이블에는, 작동시 점퍼 케이블을 보호하기 위한 개방 가능한 커버가 제공될 수 있다.
본 발명의 제 3 양태에서, 본 발명의 제 1 양태에 따른 ROV 작동 수중 파워 플랜트 내로 또는 외부로 터빈 장치를 운반하기 위한 방법이 제공된다. 상기 방법은 터빈 장치를 터빈 하우스에 대해 하우스의 덕트 내부 또는 외부로 슬라이딩하는 단계를 포함한다.
상기 방법은 터빈 장치를 기다란 부재에 연결하거나 분리하는 단계를 더 포함한다.
슬라이딩 및 연결 또는 분리는 선박과 같은 원격 위치로부터 또는 육지로부터 작동되는 ROV에 의해 수행될 수 있다.
본 발명의 다른 양태에서, 본 발명의 제 1 양태에 따른 적어도 하나의 터빈 장치로부터 점퍼 케이블을 연결하기 위한 커플링 유닛을 본 발명의 제 2 양태에 따른 파워 플랜트 시스템의 베이스에 배열된 리셉터클 내로 또는 그 외부로 운반하기 위한 방법이 제공되는데, 상기 방법은 호이스팅(hoisting) 기구를 커플링 유닛의 적어도 일 부분에 연결하는 단계, 및 커플링 유닛을 리셉터클 내로 또는 그 외부로 하강 또는 리프팅하는 단계를 포함한다.
상기 방법은 호이스팅 기구(hoisting appliance)에 하나 이상의 안내 와이어를 제공하는 단계를 더 포함하며, 안내 와이어의 일 말단은 베이스의 일부에 연결된다.
하나 이상의 기다란 부재는 터빈 하우스에 슬라이딩 가능하게 연결될 수 있다. 하나의 실시형태에서, 기다란 부재는 터빈 하우스의 벽 부분에 배열된 슬롯에 배열된다. 기다란 부재는 신축 자재의 아암(telescopic arm)일 수 있다. 바람직하게는, 슬라이딩 가능한 기다란 부재의 작동은 ROV에 의한 작동을 위해 구성된다.
본 발명의 다른 실시형태에서, 본 발명의 제 1 양태에 따른 자동 수중 파워 플랜트 내로 또는 외부로 슬라이딩 가능하게 연결된 터빈 부재 스키드를 운반하기 위한 방법이 제공된다. 상기 방법은 터빈 장치를 터빈 하우스에 대해 터빈 하우스의 덕트 내로 또는 외부로 자동으로 슬라이딩시키는 단계를 포함한다.
상기 방법은 슬라이딩 가능하게 연결된 터빈 부재 스키드를 터빈 하우스에 연결 또는 분리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
연결 및 분리는 리프트 및 레일 가이드 시스템을 사용하여 파워 플랜트의 타워와 파워 플랜트의 터빈 하우스 사이에서 진행하는 로봇 차량에 의해 수행될 수 있다.
이하에서 첨부된 도면에 예시된 바람직한 실시형태의 예가 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 ROV 작동 수중 파워 플랜트를 나타낸 도면으로서, 터빈 하우스에 배열된 터빈 장치를 포함하는 복수의 터빈 어셈블리가 해저 지지체에 의해 해저에 연결된 베이스 프레임 모듈을 포함하는 지지 구조물의 상부에 열과 행으로 배열되어 있다.
도 2는 베이스 프레임의 리셉터클에 배열된 커플링 유닛을 갖는 하나의 베이스 프레임 모듈을 보다 크게 도시한 평면도로서, 리셉터클의 해치는 개방 위치에 있다.
도 3은 도 2에 도시된 베이스 프레임 유닛을 왼쪽에서 오른쪽으로 보아 도시한 것이다.
도 4는 도 3에 도시된 베이스 프레임 유닛을 오른쪽에서 왼쪽으로 보아 도시한 것이다.
도 5는 터빈 하우스의 덕트에 배열된 터빈 장치를 포함하는 터빈 어셈블리를 터빈 하우스의 제 1 말단부에서 보아 도시한 것이다.
도 6은 도 5의 터빈 어셈블리를 터빈 하우스의 제 2 말단부에서 보아 도시한 것으로, 터빈 하우스의 2개의 말단 벽에는 폐쇄 위치로 도시된 벽 말단 커버가 제공되어 있다.
도 7은 도 6의 터빈 어셈블리를 도시한 것으로, 터빈 하우스의 벽 말단 커버는 개방 위치에 있다.
도 8은 도 6에 도시된 터빈 하우스의 평면도이다.
도 9는 도 6에 도시된 터빈 하우스의 저면도이다.
도 10은 도 6의 터빈 하우스를 오른쪽에서 왼쪽으로 보아 도시한 저면도이다.
도 11은 터빈 하우스의 작동 위치에 배열된 터빈 장치의 원리도이다.
도 12는 터빈 하우스의 외부 위치로 슬라이딩된 도 11의 터빈 장치를 도시한 것이다.
도 13a 내지 도 13d는 해저 지지체를 제공하는 작동 단계를 도시한다.
도 14는 본 발명에 따른 자동화된 수중 파워 플랜트를 도시한 것으로, 터빈 하우스에 배열된 터빈 장치를 포함하는 복수의 터빈 어셈블리가 행과 열로 배열되어 있다.
도 15는 도 14의 A-A를 통해 왼쪽에서 오른쪽으로 본 절단면을 도시한다.
도 16은 도 14에 도시된 수중 파워 플랜트를 왼쪽에서 오른쪽으로 보아 도시한 측면도이다.
도 17은 도 16의 B-B를 통해 본 평면도이다.
도 18a 내지 도 24b는 터빈 부재 스키드를 파워 플랜트의 타워로부터 파워 플랜트의 터빈 하우스 중 하나로 이동시키는 작동 단계들을 도시한 것으로, 도 (18-24)a는 왼쪽에서 오른쪽으로 보아 도시한 픽업 로봇의 측면도이고, 도 (18-24)b는 각각 C-C 내지 I-I를 통해 보아 도시한 픽업 로봇의 평면도이다.
도 25a 내지 도 25c는 도 25a에서는 후단으로부터, 도 25b에서는 왼쪽에서 오른쪽으로 보아 터빈 부재 스키드를 도시한 것이고, 도 25c에서는 J-J를 통해 본 평면도이다.
도 25b1은 도 25b의 상세(25b1)를 더 크게 도시한다.
도 26a 내지 도 27b는 각각 도 26a 및 도 27a에서 터빈 하우스의 각 말단 위치로 슬라이딩된 터빈 장치의 측면도이고; 도 26b 및 도 27b에서 각각 도 26a 및 도 27a에서 K-K 내지 L-L을 통해 본 터빈 부재 스키드의 평면도이다.
도 28a는 연장된 위치에서 연장 가능한 클리너 아암을 갖는 터빈 하우스에 위치된 수축된(retracted) 터빈 부재 스키드의 측면도이다.
도 28b는 리셉터클 커넥터와 연결된 커넥터 스태브(stab)를 수용하는 커넥터 깔대기를 더 크게 도시한다.
"하부", "상부", "오른쪽" 및 "왼쪽"과 같은 위치 특정은 도면에 도시된 위치를 나타낸다.
도면에서, 동일한 참조 부호는 동일하거나 대응하는 요소를 나타낸다. 모든 도면에서 모든 요소가 참조 부호로 표시되는 것은 아니다. 도면은 단지 원리를 도시한 것이므로 개별 요소 간의 상대적 크기 비율은 다소 왜곡될 수 있다.
도면에서 참조 번호 1은 본 발명에 따른 수중 파워 플랜트를 나타낸다. 파워 플랜트(1)는 터빈 장치(23)를 수용하기 위한 덕트(400)를 획정하는 적어도 하나의 터빈 하우스(4), 및 덕트(400)에 터빈 장치(23)를 부착하기 위한 연결 수단(24, 241)을 포함한다. 연결 수단(24, 241)은 터빈 하우스(4)의 내로 또는 외부로 터빈 장치(23)의 슬라이딩을 허용하기 위해 터빈 하우스(4)에 슬라이딩 가능하게 연결된 부재(24)를 포함한다. 도시된 실시형태에서, 부재(24)는 기다란 부재이다. 그러나, 대안적인 실시형태(도시되지 않음)에서 부재(24)는 예를 들어 반드시 기다랄 필요는 없는 플레이트 부재 또는 그리드 부재일 수 있다. 플레이트 부재는 예를 들어 터빈 하우스(4)의 측벽의 하부에 배열된 슬롯에서 터빈 하우스(4)에 슬라이딩 가능하게 연결될 수 있다. 일 실시형태(도시되지 않음)에서, 플레이트 부재는 아래에서 논의되고 도 12에 도시된 바와 같이 아암(27)과 유사한 방식으로 터빈 하우스의 하부에 배열된 연장 가능한 부재에 의해 지지될 수 있다. 따라서, 터빈 장치(23)가 터빈 하우스(4)의 외부 위치로 슬라이딩되는 동안 플레이트는 지지될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 양태에 따른 수중 파워 플랜트 시스템(1, 5, 3)을 나타낸 것으로, 터빈 하우스(4)에 배열된 터빈 장치(23)를 포함하는 복수의 터빈 어셈블리(4, 23)가, 상호 연결되어 베이스 프레임(51)을 형성하는 5개의 베이스 프레임 모듈(5)로서 여기에 도시된 지지 장치(3, 5)의 상부에 행(15행으로 도시) 및 열(10열로 도시)로 배열되어 있다. 베이스 프레임(51)은 해저(S)로 연장되는 해저 지지체(3)에 의해 지지된다.
장치의 원형에서, 터빈 하우스의 폭과 높이는 약 5m x 5m이며 길이는 약 10m이다. 그러나, 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 다른 치수도 고려할 수 있다.
지지체(3)는 예를 들어 석유 및 가스 산업의 해저 설비로부터 공지된 몇몇 특징에 기초한 장치에 의해 제공될 수 있다. 해저 지지체(3)의 설비 예가 아래에서 논의되는 도 13a 내지 도 13d에 도시되어 있다.
비록 해저(S)가 도 1에서 평평하고 수평으로 도시되어 있지만, 당업자는 이것이 통상적이지는 않다는 것을 알 것이다. 실질적으로 수평인 지지체를 베이스 프레임 모듈(5)에 제공하기 위해, 해저 지지체(3)는 전형적으로 설치 중에 레벨링된다. 그러나, 적어도 해저 지지체(3)의 최종 레벨링 또는 미세 조정이 당업계에 일반적으로 공지된 나사식 핀-박스 연결(threaded pin-and-box connection)로 제공되는 것도 고려할 수 있다. 따라서, 파워 플랜트는 베이스 프레임 모듈(5) 및 해저 지지체(3)에 의해 해저(S)상에 놓여진다.
도 1에서, 수중 파워 플랜트(1)는 선박(도시되지 않음)의 통과를 허용하기 위해 수면(W) 아래에 충분히 잠긴다.
도 2 내지 도 4는 해저 지지체에 놓여 있는 도 1에 도시된 베이스 프레임 모듈(5) 중 하나의 상세를 더 크게 도시한 것이다.
도 2는 일 유형의 베이스 프레임 모듈(5)의 평면도이다. 베이스 프레임 모듈(5)은 수직 이동만에 의해 나란한(side by side) 상호 연결을 위해 구성될 수 있다. 이는, 모듈이 3개의 대안적 모듈: 하나의 "중앙 모듈", 및 중앙 모듈의 왼쪽 또는 오른쪽에 연결하기 위한 모듈을 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
도 2에 도시된 베이스 프레임 모듈(5)은 전형적으로 강화 콘크리트로 제조될 수 있는 프레임 구조물(52)을 포함한다. 프레임 구조물(52)의 적어도 일부는 대안적으로 용접 및/또는 나사 결합에 의해 상호 연결된 강철 빔으로 또는 다른 적절한 재료로 제조될 수 있다는 것에 유의하여야 한다.
베이스 프레임 모듈(5)은 적어도 점퍼 케이블(도시하지 않음)을 적어도 하나의 터빈 장치(23)로부터 전력 케이블(또한 도시되지 않음)로 연결하기 위한 커플링 유닛(2)을 중력에 의해 수용하고 유지하기 위한, 여기에서는 크립(10)으로서 도시된 리셉터클(10)을 포함한다. 커플링 유닛(2)은 유지 보수 또는 교체를 위해 호이 스팅 기구(도시되지 않음)에 의해 리셉터클(10) 내로 또는 그 외부로 실질적으로 수직으로 상승 또는 하강되도록 구성된다.
도 2에 도시된 커플링 유닛(2)은 수압에 견딜 수 있는 밀봉된 수밀의 캔이다. 커플링 유닛(2)은 또한 파워 플랜트(1)를 제어하기 위한, 본 문서에서 일반적으로 텔레메트리로 지칭되는 임의의 제어 장치, 및 파워 플랜트를 위해 원격 표면 제어 센터와 통신하기 위한 통신 장치를 수용할 수 있다. 커플링 유닛(2)은 이하에서 전력-텔레메트리 캔(2)으로도 표시될 것이다. 전력-텔레메트리 캔(2)은 변압기, 전력 전자 기구 등과 같은 다른 장비를 수용할 수도 있다.
전력-텔레메트리 캔(2)에는 지지 구조물(5)에 의해 운반되는 터빈 하우스(4)에 배열된 터빈 장치(23)로부터 점퍼 케이블을 수용하기 위한 연결 지점(11)이 제공된다.
전력-텔레메트리 캔(2)에 인접하여, 전력-텔레메트리 캔(2)의 임의의 교체 또는 유지 보수 동안 점퍼 케이블의 소켓을 유지하기 위한 복수의 소켓 파킹 지점(12)이 있다.
파워 플랜트(1)의 작동 중에 전력-텔레메트리 장치(2)를 보호하기 위해, 리셉터클 또는 크립(10)은 베이스 프레임 모듈(5)의 일부에 힌지 결합된 해치(13)를 구비한다. 도 2에는 각각 전력-텔레메트리 캔(2)을 보호하기 위한 2개의 해치(13)가 도시되어 있다(하나가 도시됨). 왼쪽 해치(13)는 개방 위치에 도시되고, 오른쪽 해치(13)는 폐쇄 또는 보호 위치에 도시되어 있다.
해치(13)를 잠금 위치로 고정하기 위해, 모듈(5)로부터의 베이스에는 ROV에 의한 작동을 위해 구성된 잠금 핀(16)을 수용하기 위한 오목부(44)가 제공되어 있다.
각각의 해치(13)는 ROV에 의한 작동을 위해 구성된 핸들(17)(왼쪽 해치(13) 상에 도시됨)을 더 구비한다.
개방 위치에서, 해치(13)는, 전력-텔레메트리 캔(2)을 교체하는 동안 또는 점퍼 케이블의 연결 및 분리 동안에 전력-텔레메트리 캔(2)을 취급하는데, 즉 연결 지점(11)과 소켓 파킹 지점(12) 사이에서 점퍼 케이블의 소켓을 이동하는데 사용될 수 있는 ROV(도시되지 않음)를 위한 랜딩 및 작업 플랫폼을 제공할 수 있다.
전력-텔레메트리 캔 소켓(14)은 전력-텔레메트리 캔(2)으로부터 연장된다. 소켓은 케이블을 랜드에 또는 미도시된 원격 분배 유닛에 연결하도록 구성된다.
도 2의 하부 오른쪽 부분에, 전력-텔레메트리 캔(2)으로부터 분리될 때 전력-텔레메트리 캔 소켓(14)을 수용하기 위한 파킹 소켓(15)이 도시되어 있다. 또한, 케이블을 랜드 또는 분배 유닛으로부터 전력-텔레메트리 캔 소켓(14)으로 연결하는 동안 ROV를 베이스 프레임 모듈(5) 상에 도켓팅하기 위한, 또는 파킹 소켓(15) 상에 케이블을 파킹하기 위한 ROV 부착 지점(45)이 도시되어 있다. ROV 부착 지점(45)에는 고정된 또는 제거 가능한 안내 포스트(guidepost)가 제공될 수 있다.
베이스 프레임 모듈(5)은 도 1에 도시된 바와 같이 베이스 프레임 모듈(5)을 상호 연결하여 베이스 프레임(51)을 형성하기 위한 상호연결 수단(6)을 더 구비한다. 도 2에서, 상호연결 수단은 프레임 구조물(52)의 길이 방향 축에 수직으로 연장된다. 그러나, 다른 실시형태(도시되지 않음)에서, 상호연결 수단(6)은 프레임 구조물(52)에 대해 수평으로 경사지게 배열될 수 있다. 상호연결 수단(6)은 또한 수직으로 상호 변위된 베이스 프레임 모듈을 상호 연결하도록 구성될 수 있다. 이러한 경우에, 2개의 베이스 프레임 모듈(5) 사이의 수직 변위는 전형적으로 터빈 하우스(4)의 높이에 대응한다. 이는 해저(S)의 지형에 베이스 프레임(51)을 적응시키고 지배적인 유동 조건에 파워 플랜트(1)를 최적화하는 것을 허용한다.
터빈 하우스(4)를 설치 선박(도시되지 않음)으로부터 내려 설치할 때, 터빈 하우스(4)는 수직 방향으로부터 수평으로 멀리 터빈 하우스(4)를 표류시킬 수 있는 강한 수류를 겪을 수 있다. 이러한 표류는 베이스 프레임 모듈(5)에 대한 터빈 하우스(4)의 정확한 위치 설정을 곤란하게 할 수 있다.
이러한 표류를 적어도 감소시키기 위해, 설치 선박과 베이스 프레임 모듈(5) 사이에서 진행하는 공지의 소위 안내 와이어(도시되지 않음)가 사용될 수 있다. 이러한 안내 와이어는, 도 2 내지 도 4에서 프레임 구조물(52)의 일부로부터 연장되는 돌출부(7)로서 도시된 적합한 연결 지점(7)에 의해 베이스 프레임 모듈(5)에 연결될 수 있다. 안내 와이어는 도 8 및 도 9와 관련하여 이하에서 설명되는 바와 같이 터빈 하우스(4)에 슬라이딩 가능하게 연결될 수 있다.
돌출부(7)는 또한, 도 2에 도시된 바와 같이 프레임 구조물(52)에 배열된 안내 핀 오목부(8)와 함께, 베이스 프레임 모듈(5) 상에 놓인 터빈 하우스(4)의 수평 이동을 방지하기 위한 상호연결 수단으로서 작용할 수 있다. 안내 핀 오목부(8)는 추가로 베이스 프레임 모듈(5) 상에 도케팅되는 터빈 하우스(4)의 정확한 위치설정을 확보하기 위한 안내 수단으로서의 역할을 한다. 안내 핀 오목부(8)는 바람직하게는 깔때기 형상이다.
전력-텔레메트리 캔(2)은 수상 설치 선박으로부터 설치하는 동안 전술한 바와 같은 터빈 하우스(4)의 설치와 유사한 표류 문제를 겪을 수있다. 따라서, 안내 와이어(도시되지 않음) 또한 각각 크립(10)에 또는 이로부터 전력-텔레메트리 캔(2)을 설치 또는 제거하는 동안 이용될 수 있다. 이러한 안내 와이어는 도 2에 도시된 캔 안내 와이어 연결 지점(9)에서 종결될 수 있다.
도 5 내지 도 7은 도 1에 도시된 터빈 어셈블리(4, 23) 중 하나를 더 크게 도시한다. 도 8 내지 도 10은 터빈 하우스(4)의 상부 및 하부를 도시한다. 도 11 및 도 12는 터빈 어셈블리(4, 23)의 절개 도면이다. 이하의 설명은 도 5 내지 도 12에 관한 것이다.
터빈 어셈블리(4, 23)는 터빈 장치(23)를 수용하기 위한 개방 말단 덕트(400)를 획정하는 터빈 하우스(4), 및 터빈 장치(23)를 덕트(400)에 부착하기 위한 연결 수단(24, 241)을 포함한다. 터빈 장치(23)는 덕트(400)내의 중심에 배열된 작동 위치에 있다.
연결 수단(24, 241)은 기다란 부재(24)를 포함한다. 기다란 부재(24)는 실시형태에서 직사각형 빔(24)으로서 도시되어 있다. 빔(24)은 전형적으로 스틸로 제조될 수 있지만, 도 12에 도시된 바와 같이 슬라이딩 위치에서 터빈 장치(23)를 운반할 수 있는 다른 재료 또한 고려될 수 있다. 복합 재료는 그러한 대안적 재료의 예이다. 연결 수단(24, 241)은 도 7, 도 11 및 도 12에 가장 잘 도시된 바와 같이 빔(24)의 중심부에 고정적으로 연결된 크립(241)을 더 포함한다.
빔(24)은 터빈 하우스(4)의 하부에 배열된 슬롯(46)에서 터빈 하우스(4)에 슬라이딩 가능하게 연결된다. 슬롯(46)(도 12에 가장 잘 도시됨)은 도 7에 역 T-슬롯으로서 도시되어 있다. 역 T-슬롯은 슬롯(46)내에서 빔(24) 및 이에 따라 크립(241)의 틸팅(tilting)을 방지할 수 있다.
빔(24)과 슬롯(45) 사이의 마찰을 줄이기 위해, 빔(24)과 슬롯(46) 중 하나 또는 둘 모두에 적절한 마찰 감소 수단이 제공될 수 있다. 일 실시형태에서, 빔(24) 및/또는 슬롯(46)의 표면에는 테플론(Teflon, 등록상표)이 제공된다. 다른 실시형태에서, 슬롯(48) 및 빔(24) 중 적어도 하나에는 롤러 베어링(미도시)이 제공된다.
도 11 및 도 12에 도시된 실시형태에서, 슬롯(46)은 터빈 하우스(4)의 왼쪽(또는 제 2) 말단부를 통해 연장되지만, 터빈 하우스(4)의 오른쪽(또는 제 1) 말단부 전에 얼마의 거리에서 종결된다. 따라서, 빔(24)은 도 12에 도시된 바와 같은 터빈 하우스(4)로부터 제 2 말단부만를 통해 연장될 수 있다. 그러나, 빔(24)의 의도하지 않은 분리를 방지하기 위해, 선택적 탈착식 엔드 스톱 장치(25)가 제공된다. 일 실시형태(미도시)에서, 엔드 스톱 장치는 빔(24)의 각 측부로부터 연장 가능한 도그(25)를 포함한다. 도그(25)는 스톱 장치(25)의 상부 부분을 예를 들어 시계 방향으로 90 ° 회전시켜 연장 가능한 도그를 슬롯(46)의 일부를 따라 진행하는 오목부(461)(도 12에 도시된 것) 내로 연장시킴으로써 작동된다. 오목부(461)는 도 11에 도시된 작동 위치와 도 12에 도시된 위치 사이에서 빔(24)의 이동을 허용하도록 구성된다. 예를 들어 유지 보수를 위해 터빈 하우스(4)로부터 빔(24) 및 크립(241)를 해제할 필요가 있다면, 도그는 스톱 장치의 상부를 예를 들어 반시계 방향으로 90° 회전시킴으로써 수축된 위치로 작동되며, 여기서 빔(24) 및 크립(241)이 슬롯(46) 밖으로 슬라이딩될 수 있다. 스톱 장치(25)의 작동은 ROV- 작동을 위해 구성된다.
대안적인 실시형태(도시되지 않음)에서, 연결 수단은 터빈 하우스(4)의 부분에 서로 멀리 슬라이딩 가능하게 연결된 하나 이상, 예를 들어 2개의 기다란 부재들을 포함할 수 있다. 이러한 실시형태에서, 터빈 장치(23)는 경사진 연결 부재에 의해 기다란 부재에 연결되어 터빈 장치(23)가 수평 방향 및 수직 방향으로 지지될 수 있다. 이 대안적인 실시형태는 터빈 하우스(4)가 3개의 상호 연결된 벽 부분으로(도시된 4개의 벽 부분 대신에) 제조되는 경우 특히 관련 있는데, 여기서 터빈 하우스는 하우스를 나란히 그리고 서로의 상부에 인접하게 위치시킬 수 있도록 하기 위하여 서로에 대해 적층되고 수평 방향으로 변위되고 "미러링"될 수 있다.
도 6 및 도 7에 도시된 터빈 하우스(4)의 제 2 말단부는 도 5에 도시된 제 1 말단부와 다르다. 제 1 말단부는 실질적으로 "평탄"한 한편, 제 2 말단부는 후술되는 바와 같은 다수의 수단을 구비한다.
터빈 하우스(4)의 상부 벽 부분에는, 여기에서는 도 12에 가장 잘 도시된 슬라이딩 가능한 아암(27)의 형태로 기다란 부재(27)를 각각 수용하기 위한 2개의 슬롯이 제공된다. 각각의 아암(27)에는, 아암(27)을 도 12에 도시된 바와 같은 연장된 위치로 또는 상기 슬롯 내에서 수축된 위치로 잠그기 위한 그 자체로 공지된 잠금 부재(28)가 제공된다. 잠금 부재(28)는 전형적으로, 기다란 부재(27)의 슬라이딩을 방지하는 잠금 위치, 기다란 부재(27)의 슬라이딩을 허용하는 슬라이딩 위치 및 터빈 하우스 (4)에서 슬롯으로부터 기다란 부재 (27)의 해제를 허용하는 해제 위치 사이에서 작동될 수 있는 "키 및 슬롯" 어셈블리의 부분을 형성할 수 있다. 연결 수단(24, 241)과 유사하게, 기다란 부재(27)는 유지 보수 또는 교체를 위해 수면(surface)으로 운반될 수 있다. 잠금 부재(28)는 ROV에 의한 작동을 위해 구성된다.
아암(27)의 목적은 전술한 바와 같이 터빈을 선박으로 또는 이로부터 안내하기 위한 안내 와이어(도시되지 않음)에 대한 연결을 제공하는 것이다. 선박으로부터 연장하는 안내 와이어는 예를 들어 ROV에 의해 작동 가능한 공지된 유형의 안내 와이어 앵커에 의해 아암(27)상의 연결 지점(40)에서 해제 가능하게 종결된다.
터빈 하우스(4)의 상부 벽 부분에는, 도 8에 도시된 바와 같이 상부 벽의 일부에 제공된 안내 오목부(21)와 상호 작용하는 잠금 기구(29), 및 적층된 터빈 하우스(4)의 하부 벽으로부터 상기 안내 오목부(21)을 결합시키는(mating) 안내 핀(22)이 추가로 제공된다. 잠금 기구(29)는 그 자체 공지된 유형이고, 잠금 기구(28)와 유사한 유형일 수 있다. 잠금 기구(29)는 양 안내 핀(22)(터빈 하우스(4)의 각 말단부에 하나)과 상호 작용하도록 구성될 수 있다. 이러한 실시형태에서, 제어 부재(도시되지 않음)는 터빈 하우스(4)의 상부에서 채널(도시되지 않음)로 연장된다. 잠금 기구(29)는 ROV에 의한 작동을 위해 구성된다.
ROV 작동 중에 터빈 하우스(4)에 대해 ROV를 고정하기 위해, 다수의 ROV 그립핑 바(18)가 4개의 벽 부분에 직접 또는 간접적으로 배열된다.
도 6 및 도 7에 도시된 실시형태에서, 터빈 하우스(4)의 오른쪽 하부 벽 부분에는 상기 벽 부분에 힌지 결합된 보호 커버(30)가 제공된다. 도 6에서, 보호 커버(30)는 폐쇄 위치에 도시되어 있다. 도 7에서는, 보호 커버(30)가 개방 위치에 도시되어 있다. 보호 커버(30)의 목적은 주로 상기 벽의 일부를 따라 연장하는 점퍼 케이블(도시되지 않음)을 보호하기 위한 것이다. 보호 커버(30)에는 커버(30)의 개폐를 허용하도록 ROV에 의한 그립핑에 적합한 핸들(31)이 제공된다.
보호 커버(30)는 이로부터 터빈 하우스(4)의 관련 벽 부분에 배열된 결합(mating) 오목부(42) 내로 연장되는 잠금 핀(43)에 의해 폐쇄 위치에 고정된다. 잠금 핀(43)은 ROV에 의해 작동하도록 구성된다.
하부 벽 부분에는, 빔(24)의 말단부 근처에 배열된 오목부(도시되지 않음)를 맞물기 위한 슬라이딩 가능한 바(도시되지 않음)를 포함하는 해제 가능한 빔 잠금기구(35)가 제공된다. 잠금 기구(35)의 제어되지 않는 슬라이딩을 방지하기 위해, 하부 해치(30)에는 도 7에 도시된 바와 같은 스톱 장치(41)가 제공된다. 스톱 장치(41)는 하부 해치(30)로부터 돌출하여, 하부 해치(30)가 도 6에 도시된 바와 같이 폐쇄 위치에 있을 때, 빔 잠금 기구(35)는 도 7에 도시된 빔 잠금 위치로부터 왼쪽을 향해 이동하는 것이 방지된다.
빔 핸들(32)은 빔(24)의 말단부에 배열되어, 빔(24)의 슬라이딩 및 따라서 터빈 장치(23)가 ROV에 의해 또는 그 자체 공지된 방식으로 ROV 토크 툴에 의해 수동으로 작동될 수 있다.
연결 수단, 즉 빔(24) 및 크립(241)은 터빈 하우스(4)로부터 분리 가능하며, 이에 의해 연결 수단의 유지 보수 또는 교체가 가능하다. 연결 수단(24, 241)의 유지 보수 또는 교체가 필요하다면, 이는 수면으로 운반될 것이다.
도 8 및 도 9는 각각 터빈 하우스(4)의 평면도 및 저면도이다.
도 8에 도시된 상부 벽 및 도 9에 도시된 하부 벽에는, 벽을 통하여 연장하는 보어(20)가 제공된다. 보어(20)의 목적은 도 2 내지 도 4와 관련하여 전술한 바와 같이 베이스 프레임 모듈(5) 상에 설치하는 동안 터빈 하우스(4)를 안내하는데 사용되는 안내 와이어(도시되지 않음)를 위해 안내를 제공하고, 서로의 상부에 2 이상의 터빈 하우스(4)의 스택을 배열하는 것이다. 전술한 바와 같이, 안내 와이어는 베이스 프레임 모듈(5)과 전형적으로 설치 선박 사이에서 연장된다. 안내 와이어를 보어(20) 내로 가져 오기 위해, 벽 부분에는, 안내 와이어를 터빈 하우스(4)의 외부로부터 보어(20)내로 가져오는 것을 허용하기 위한 안내 와이어 슬롯(19)이 제공된다.
터빈 장치(23)에는, 도 11 및 도 12에 터빈 장치(23)의 몸체 하부로부터 돌출되는 핀(37)으로서 도시된 돌출부(37)가 제공된다. 핀(37)은 연결 수단(24, 241)의 크립(241)을 결합(mating)하도록 구성된다.
핀(37)에는, 크립(241)에의 터빈 장치(23)의 고정을 확보하기 위한 해제 가능한 잠금 수단(미도시)이 제공될 수 있다. 해제 가능한 잠금 수단은 전형적으로 크립(241)에 대해 핀(37)을 웨징(wedging)하도록 구성된 웨지 장치일 수 있다.
크립(241)에는, 잠금 수단을 잠금 해제하기 위한 ROV 작동식 해제 장치를 수용하기 위한 해제 구멍(38)이 제공된다. 일 실시형태에서, 해제 장치는 잠금 수단 및 이에 따라 핀(37)을 크립(241)에서 해제된 위치로 촉구할 수 있는 ROV 작동 재킹(jacking) 장치일 수 있다.
터빈 하우스(4)의 덕트(400)는 도 11 및 도 12에 가장 잘 도시된 바와 같이, 작동 위치에서 터빈 장치(23)를 운반하는 중간 구간에서의 유동 영역보다 큰, 터빈 하우스(4)의 입구 및 출구에서의 유동 영역을 갖는다. 따라서, 터빈 장치(23)를 통과하는 물의 속도 및 이에 따라 터빈 장치(23)의 효율을 증가시킬 것인 벤튜리 효과가 생성될 것이다.
덕트를 통한 가변 유동 영역은 터빈 하우스(4) 자체에 의해 제공, 즉 하나의 부품으로 제조될 수 있다. 그러나, 터빈 하우스(4) 내로 슬라이딩된 인서트에 의해 가변 유동 영역을 제공하는 것도 고려될 수 있다. 인서트는 전형적으로 터빈 하우스(4)를 사용 위치로 낮추기 전에 설치될 수 있지만 반드시 그런 것은 아니다. 인서트는 특정 터빈 장치에 대한 터빈 하우스(4)의 덕트를 최적화할 수 있게 한다.
터빈 하우스(4)는 도 11 및 도 12에 도시된 실시형태에서 터빈 장치(23)의 베인의 팁(tip)과 마주하는 터빈 하우스(4)의 내부 벽에서 침식을 감소시키기 위한 침식 감소 수단(36)을 구비한다. 침식 감소 수단(36)은 도시된 실시형태에서 터빈 하우스(36)의 내부 표면에 제공된 2개의 오목부에 배열된 밴드(36)이다. 침식 감소 수단(36)은 예를 들어 강과 같은 임의의 적절한 재료로 제조될 수 있다. 침식 감소 수단(36)은 터빈 하우스(4)가 콘크리트로 제조될 때 특히 유용하다.
밴드(36)는 도 11 및 도 12에 지시된 폭을 초과하는 폭을 가질 수 있다. 일 실시형태(도시되지 않음)에서, 밴드(36)는 터빈 장치(23)의 제 1 회전자 디스크 및 제 2 회전자 디스크의 팁 사이의 거리를 초과하는 폭을 갖는 하나의 밴드 또는 인레이(inlay)이다.
점퍼 케이블 소켓(33)과 터빈 장치(23) 사이의 크립(241) 및 빔(24)을 따라 진행하는 케이블은 보호 파이프(26)에 의해 기계적으로 보호된다. 점퍼 케이블(도시되지 않음)은 점퍼 케이블 소켓(33)과 도 2에 도시된 전력-텔레메트리 캔(2) 사이의 연결을 제공한다. 점퍼 케이블이 터빈 장치(23), 즉 소켓(33)으로부터 분리될 때 점퍼 케이블의 말단부를 수용하기 위한 파킹 소켓(34)이 도 7에 도시되어 있다.
도 13a 내지 도 13d는 다른 베이스 프레임 모듈(5)과 상호 연결될 베이스 프레임 모듈(5)을 지지하기 위한 해저 지지체(3)의 설치 예를 도시한다.
도 13a에서, 단단한 드릴링 프레임(600)은 표면으로부터 하강되고 베이스 프레임 모듈(5)의 프레임 구조물(52)의 상호연결 수단(6)에 연결된다. 드릴링 리그 프레임(600)에는 안내 깔때기(610)가 제공된다. 드릴링 리그 프레임(600)의 치수 레이아웃은 해저 지지체(3)에 의해 지지되는 베이스 프레임 모듈(5) 및 이미 설치된 베이스 프레임 모듈의 치수 레이아웃에 대응한다. 안내 깔대기(610)의 위치 설정은 해저 지지체(3)의 정확한 위치가 달성되도록 베이스 프레임 모듈(5)에 적합하게 된다.
도 13b는 도 13a의 드릴링 프레임(600)을 아래에서 보아 도시한다. 도 13b에서, 드릴링 프레임은 그 자체 공지된 안내 포스트(604)에 의해 베이스 프레임(5)에 고정된 안내 와이어(602)상의 표면으로부터 하강되어 있다.
드릴링 프레임(600)에는 잭업(jack-up) 레그(606)가 더 제공되어 있다. 잭 업 레그(606)는 ROV에 의해 작동되는 기어(608)를 포함하는 ROV 잭업 장치에 의해 수직으로 조정 가능하다. 기어(608)는 잭업 레그(606) 상에 배열된 피치 랙(pitch rack)과 상호 작용한다. 잭업 레그(606) 및 기어(608)에 의해, 드릴링 프레임(600)이 연결되는 베이스 프레임 모듈(5)에 대해 드릴링 프레임(600)이 레벨링된다.
안내 깔대기(610)는 특히 해저(S)로 구멍(614)을 드릴링하기 위한 드릴 비트(612)에 대한 안내로서 작용한다. 드릴 비트(612)는 드릴 스트링(620)상의 표면으로부터 하강된다. 도 13b에서, 구멍(614)의 드릴링이 시작되었다.
도 13c에서, 드릴 비트(612)는 해저(S)에 구멍을 뚫었으며, 케이싱(616)은 러닝 툴(618)에 의해 구멍(614) 내로 낮추어졌다. 러닝 툴(618)은 드릴 스트링(620)의 말단부에 연결된다.
러닝 툴(618)은 케이싱(616)이 콘크리트(619)로 채워질 때 콘크리트(619)의 배출을 허용하기 위한 밸브를 포함한다. 밸브는 초기에 개방 위치에 있다. 케이싱(616)이 콘크리트(619)로 완전히 채워질 때, 밸브는 폐쇄된다. 밸브의 폐쇄 후 계속적인 콘크리트(619)의 충전은 케이싱과 구멍(614)의 벽 사이의 환상 공간(621)의 충전을 초래한다. 환형 공간(621)이 콘크리트(619)로 충전될 때, 콘크리트의 공급은 정지된다. 케이싱(616)은 구멍(614)에서 정확한 위치에 고정된다.
콘크리트(619)의 일부 경화 후, 러닝 툴(618) 및 드릴 스트링(620)은 표면으로 잡아 당겨진다.
그 후, 원하는 수의 지지체(3)(도시된 실시형태에 도시된 2개)가 제공되면, 드릴링 프레임(600)은 베이스 프레임 구조물(52)로부터 분리되어 표면으로 들어 올려진다. 해저 지지체(3)는 이제, 표면으로부터 하강되고 베이스 프레임 모듈(5)의 프레임 구조물(52)의 상호연결 수단(6) 및 해저 지지체(3)에 연결될 새로운 베이스 프레임 모듈(도시되지 않음)을 지지할 준비를 한다.
해저 지지체(3)에는 베이스 프레임 모듈(5)의 하부로부터 연장되는 안내 핀(도시되지 않음)을 수용하기 위한 리셉터클(623)이 제공된다.
상기 설명으로부터, 당업자는, 본 발명이 특히 조수 유동으로부터 에너지를 얻기에 적합한 크기조정(scaling) 가능하고 효과적인 수중 파워 플랜트에 관한 것임을 알 것이다. 수중 파워 플랜트는 하나 이상의 터빈 장치(23)를 포함하는 파워 플랜트에서 터빈 장치의 개별적인 유지 보수를 용이하게 하는 한편, 그러한 파워 플랜트의 나머지 장치(23)는 생산 중에 남아 있다. 파워 플랜트는 ROV 작동을 위해 구성되어, 설치 및 유지 보수 작업과 관련하여 효과적이고 낮은 비용이 초래된다.
도 14 내지 도 28b는 본 발명의 일 양태에 따른 자동화된 수중 파워 플랜트 시스템(1)의 예를 도시한 것으로, 터빈 장치(23)를 포함하는 터빈 블록(802)(도 14에 도시된 2개)을 형성하는 복수의 터빈 어셈블리가 터빈 하우스(4)에 열(도 14에 도시된 3개) 및 행(도 14에 도시된 3개)으로 배열되어 있다.
도 14에서, 수중 파워 플랜트 시스템(1)은 선박(도시하지 않음)의 통과를 허용하도록 수면(W) 아래에 충분히 잠겨져 있다. 수중 파워 플랜트 시스템(1)은 수면(W) 위로 상승하는 타워(801)을 포함한다. 타워(801)의 목적은 파워 플랜트의 전자 장치 및 임의의 다른 설비(도시되지 않음), 예컨대 밸러스트 시스템, 크레인 데크, 파워 플랜트의 터빈의 유지 보수를 위한 저장 공간 및 워크샵을 수용하는 것이다.
파워 플랜트(1)는 전형적으로도 14에 도시된 바와 같이 나란히 배열된 여러 터빈 블록(802), 및 파워 플랜트의 설비를 수용하기 위한 중앙 타워(801)를 포함할 수 있다.
다수의 터빈 어셈블리들(4, 23)을 포함하는 각각의 터빈 블록(802)은 조력 파워 플랜트(1)의 보다 나은 이용을 위해 벤튜리 덕트(804)의 중심부에 위치될 수 있다.
터빈 장치(23)를 터빈 하우스(4)의 벤처형 덕트(400) 내에서 슬라이딩시킴으로써, 터빈 장치(23)는 원하는 속도의 물 유동을 갖는 터빈 하우스(4)의 일부에 위치될 수 있다. 본 발명은 터빈 장치(23)가 최적의 전력 생산을 위해 덕트(400) 내에서 자동 위치 설정되도록 구성될 수 있기 때문에 소조와 대조에서 동일하게 잘 작동할 수 있다.
수중 파워 플랜트(1)는 전형적으로 연안의 건설 현장으로부터 해양의 작동 현장으로 부양하도록 구성된 하나의 유닛 또는 솔리드 구조로 건설될 수 있다. 작동 현장에서, 파워 플랜트(1)는 중력에 의해 아래로 밸러스트되어 해저(S)상의 베이스 플레이트(803) 상에 놓여진다. 터빈 장치(23)로부터의 점퍼 케이블은 통합 파이프 채널(821)을 통해(도 28a 참조) 파워 플랜트의 전기 배전반으로 라우팅될 수 있다. 이러한 전기 배전반은 파워 플랜트(1)의 타워(801)에서 수면(W) 위에 위치될 수 있다.
터빈 블록(802)(도 14에 도시된 2개)은 다수의 터빈 어셈블리(4, 23)를 수용한다. 도 14에서 터빈 블록(802) 각각의 폭 및 높이는 전형적으로 약 25m × 25m일 수 있는 한편, 길이는 전형적으로 약 25m일 수 있다. 그러나, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다른 치수도 고려될 수 있다.
도 15는 도 14의 A-A를 통해 왼쪽에서 오른쪽으로 본 단면을 도시한다.
도 15에서, 타워(801)에 위치된 터빈 부재 스키드(805)는 픽업 로봇(806)(도 18a에 도시됨)에 의해 픽업되어, 도 14에 공백으로 도시된 왼쪽 터빈 블록(802)의 중심 터빈 하우스(4)로 아래로 운반될 준비를 한다.
도 16은 도 14에 도시된 수중 파워 플랜트(1)를 왼쪽에서 오른쪽으로 보아 도시한측면도이다.
도 17은 도 16의 B-B를 통해 본 평면도이다. 수직 포크리프트(forklift, 809)는 타워(801) 바닥의 픽업/인도 위치에 위치된다. 레일 가이드(811)는 파워 플랜트(1)의 터빈 블록(802)(도 14 참조)과 평행하게 그 상부에서 진행된다. 레일 가이드(811)는 도 16에 도시된 터널 개구(825)를 통해 및 타워(801)를 통해 파워 플랜트(1)의 일 말단에서 타 말단으로 지내행한다.
도 18a 내지 도 24b는 터빈 부재 스키드(805)를 파워 플랜트(1)의 타워(801)로부터 파워 플랜트(1)의 터빈 하우스(4) 중 하나로 이동시키는 작동 단계들을 도시한다. 이동 경로는 도 15에서 점선으로 표시되어 있다.
도 18a에서, 픽업 로봇(806)은 수직 포크리프트(809)에 의해 터빈 부재 스키드(805)와 위로 레벨링된다. 픽업 로봇(806)은 포크리프트(809)의 포크(810)를 연장시켜 타워의 데크에서 터빈 부재 스키드(805)를 들어 올린다. 도 18b는 도 18a의 C-C를 통해 보아 더 크게 도시한 픽업 로봇(806)의 평면도이다.
도 19a에서, 픽업 로봇(806)은 터빈 부재 스키드(805)를 유지하는 포크(810)를 수축시켰다. 도 19b는 도 19a의 D-D를 통해 보아 더 크게 도시한 픽업 로봇(806)의 평면도이다.
도 20a에서, 수직 포크리프트(809)는 타워(801)에서의 피치 래크(814)를 하강시키고 픽업 로봇(806)을 레일 가이드(811) 상에 위치시킨다. 레일 가이드(811)는 도 17에 가장 잘 도시되어 있다. 도 20b는 도 20a의 E-E를 통해 보아 더 크게 도시한 픽업 로봇(806)의 평면도이다.
도 21a에서, 픽업 로봇(806)은 레일 가이드(811)상에서 수평으로 이동하여 터빈 하우스(4)의 지정된 열과 정렬된다. 도 21b는 도 21a의 F-F를 통해 보아 더 크게 도시한 픽업 로봇(806)의 평면도이다.
도 22a에서, 해치(800)는 개방되고 픽업 로봇(806)은 주 슬라이드(815, 813)를 연장시켜 터빈 하우스(4)의 실제 열의 수직 연장 피치 래크(814)와 함께 피치 래크 드라이브 하우스(807)와 정렬된다. 도 22b는 도 22a의 G-G를 통해 보아 더 크게 도시한 픽업 로봇(806)의 평면도이다.
도 23a에서, 픽업 로봇(806) 주 슬라이드(813)는 피치 래크 드라이브 하우징(807)에 의해 주 슬라이드(815)로부터 수직으로 분리되고 실제 터빈 하우스(4)와 수평으로 정렬된다. 도 23b는 도 23a의 H-H를 통해 보아 더 크게 도시한 픽업 로봇(806)의 평면도이다.
도 24a에서, 픽업 로봇(806)의 포크(810)는 연장되고 터빈 부재 스키드(805)는 터빈 하우스(4) 내로 수평으로 슬라이딩된다. 터빈 부재 스키드(805)가 터빈 하우스(4)의 위치로 슬라이딩된 후, 터빈 부재 스키드(805)는 포크(810)에 의해 작동되는 엔드 록(25)(도 25b에 도시됨)에 의해 터빈 하우스(4)에 록킹된다. 그 다음, 포크(810)는 후퇴되고 픽업 로봇(806)은 다음 작업을 위해 준비된다. 도 24b는 도 24a의 l-l를 통해 보아 더 크게 도시한 픽업 로봇(806)의 평면도이다.
엔드 록(25)의 목적은 터빈 부재 스키드(805)가 터빈 하우스(4)로부터 의도하지 않게 분리되는 것을 방지하는 것이다.
자동 픽업 로봇(806)은 메인 및 보조 배터리 팩(이하, Aux 배터리 팩이라 칭함), 및 메인 및 보조 제어 캔(도시되지 않음)에 의해 작동되고 제어될 수 있다. 메인 배터리 팩 및 메인 제어 캔은 픽업 로봇(806)의 제 1 부분에 배치될 수 있고, 보조 배터리 및 보조 제어 캔은 픽업 로봇(806) 메인 슬라이드(813)의 제 2 부분에 배치될 수 있다. 픽업 로봇(806)은 파워 플랜트(1)의 타워(801)의 설비(도시되지 않음)를 사용하여 배터리 팩을 충전하고 파워 플랜트(1)의 제어 센터로부터 새로운 작업을 업로드/수신한다.
자동 픽업 로봇(808) 주 슬라이드(815, 813)는 전술한 바와 같이 서로 수직으로 분리되어 주 슬라이드(815)가 터빈 블록(803)의 상부에 놓이게 할 수 있는 한편, 주 슬라이드(813)는 터빈 부재 스키드(805)를 설치하기 위해 터빈 하우스(4)의 지정된 열로 터빈 하우스(4)의 열을 아래로 수직으로 이동시킨다. 따라서, 또한 픽업 로봇(808) 주 슬라이드(813)는 자신의 내부 배터리 팩 및 제어 캔(도시되지 않음)에 의해 작동되고 제어되어 메인 슬라이드(815, 813) 사이에서 진행하는 케이블을 피할수 있게 된다.
따라서, 픽업 로봇은 터빈 부재 스키드를 픽업하거나 터빈 부재 스키드를 원하는 위치에 위치시키기 위한 리프트, 레일 및 슬라이드 시스템에 의해 x, y 및 z 축으로 이동 가능한 별도의 차량이다 .
도 25a 내지 도 25c는 터빈 부재 스키드(805)의 다양한 도면을 나타낸다. 도 25a에서, 터빈 부재 스키드(805) 및 터빈 장치(23)는 후미 말단으로부터 보여진다. 도 25b에서, 터빈 부재 스키드(805) 및 터빈 장치(23)는 왼쪽에서 오른쪽으로 보여진다. 도 25b1은 도 25b의 디테일(25b1)을 더 크게 도시한다. 도 25c는 도 25b의 J-J를 통해 본 평면도이다.
도 25b1에서, 커넥터 깔때기(817)가 보다 상세하게 도시되어 있고, 터빈 부재 스키드(805)에 위치된 전력/텔레메트리 캔(예를 들어, 도 2에 도시된 유형의 것)으로 진행하는 리셉터클 커넥터 케이블(818)을 도시한다. 전력 텔레메트리 캔으로부터 진행하는 케이블은 터빈 장치(23)의 터빈 부재 스키드(805)에 위치되는데, 이는 슬라이딩 가능한 케이블 벨트에 의해 기계적으로 보호될 수 있다. 웨트-메이트(wet-mate) 리셉터클 커넥터(819)는, 도 28b에 도시된 바와 같은 자기 정렬 핀(822)에 의해 웨트-메이트 커넥터 스태브(823)를 도 25b1에 도시된 리셉터클 커넥터(819)에 넣기 위한 자기 배향 트랙(820)을 갖는 커넥터 깔대기(817)과 연결된다.
도 26a 내지 도 27a는 터빈 하우스(4)의 극말단 위치로 슬라이딩된 터빈 장치(23)를 도시한다. 또한, 도 26a 내지 27a에서 클리너 아암(808)은 수축된 위치로 도시되고, 도 28a에서는 클리너 아암(808)이 연장된 위치로 도시되어 있다. 클리너 아암(808)은 그 길이 방향 축을 중심으로 360도 회전하도록 구성되며, 덕트(400)의 표면, 즉 내부 벽에 도달하도록 연장/수축 가능하다. 클리너 아암(808)은 클리너 아암(808)에 인접한 터빈 장치(23)의 후단에 장착된 고압 분 사 펌프 출구(도시되지 않음)에 연결된다. 따라서, 클리너 아암(808) 및 고압 분사 펌프는 덕트(400) 내에서 터빈 장치(23)와 함께 이동한다. 도 26b 및 도 27b는각각 도 26a 및 도 27a의 K-K 및 L-L을 통해 보아 도시한 터빈 부재 스키드(805)의 평면도이다.
도 26a 및 도 27a는 터빈 하우스(4)의 하부에서 부재 스키드(805)를 추가로 도시하는 한편, 도 26b 및 도 27b는 터빈 부재 스키드(805)에 슬라이딩 가능하게 연결되도록 구성된 신축(telescopic) 부재(24)의 평면도를 도시한다. 터빈 부재 스키드(805)는 사용 위치에서 엔드 록(25)에 의해 터빈 하우스(4)의 벽에 연결되는 제 1 부분과, 사용 위치에서 신축 자재의 방식으로 스키드(805)의 제 1 부분에 슬라이딩 가능하게 연결되는 제 2 부분을 갖는다.
도 28b는 웨트-메이트 리셉터클 커넥터(819)와 연결된 커넥터 깔대기(817) 및 웨트-메이트 커넥터 스태브(823)를 보다 크게 도시한다. 점퍼 케이블(824)은 통합 파이프 채널(821)(도 28a 참조)을 통해 타워(801)의 전기 배전반(도시되지 않음)으로 진행한다.
신축 부재(24)는 도 28a에 도시된 실시형태에서 터빈 하우스(4)의 바닥부에 배열된 슬롯(48)에서 안내된다. 터빈 장치(23)는 크립(241)에서 180도 회전 가능한 돌출부(37)에 고정적으로 연결될 수 있다. 신축 부재(24)는 터빈 장치(23)를 수평 방향 및 수직 방향으로 지지한다.
전술한 실시형태는 본 발명을 제한하기보다는 예시하는 것이며, 당업자는 첨부된 청구범위의 범위를 벗어나지 않고 많은 대안적인 실시형태를 설계할 수 있다는 것을 유념하여야 한다. 청구범위에서, 괄호 안의 임의의 참조 부호는 청구범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. "포함하다"라는 동사의 사용과 활용은 청구항에 언급된 것과 다른 요소 또는 단계의 존재를 배제하는 것이 아니다. 구성 요소의 단수 표현(영문의 경우, 구성요소에 선행하는 관사 "a" 또는 "an")은 그러한 구성요소의 복수의 존재를 배제하는 것이 아니다.
어떤 측정값이 서로 다른 종속항에 기재된다는 단순한 사실은 이들 측정값의 조합을 유리하게 이용할 수 없다는 것을 의미하지는 않는다.

Claims (15)

  1. 유동하는 물의 운동 에너지를 전기로 변환하기 위한 수중 파워 플랜트(1)로서, 터빈 장치(23)를 수용하기 위한 덕트(400)를 획정하는 적어도 하나의 터빈 하우스(4), 및 상기 덕트(400) 내에 상기 터빈 장치(23)를 부착하기 위한 연결 수단(24, 241)을 포함하고, 상기 연결 수단(24, 241)은 상기 터빈 하우스(4) 외부로, 내로 또는 내에서 상기 터빈 장치(23)의 슬라이딩을 허용하도록 상기 터빈 하우스(4)에 슬라이딩 가능하게 연결된 적어도 하나의 부재(24)를 포함하는 것인 수중 파워 플랜트에 있어서,
    상기 부재(24)는 터빈 장치(23)의 축 방향 길이를 초과하는 길이를 갖는 기다란 부재(24)이고, 상기 기다란 부재(24)는 상기 터빈 장치(23)의 수직 리프팅을 허용하도록, 상기 터빈 장치(23)가 상기 터빈 하우스(4) 외부의 위치로 축 방향으로 슬라이딩될 때에도 상기 터빈 장치(23)를 상기 터빈 하우스(4)에 부착시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 수중 파워 플랜트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 부재(24)는 상기 터빈 장치(23)의 몸체로부터의 돌출부(37)를 수용하기 위한 크립(241)을 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 파워 플랜트.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 터빈 장치(23)는 양방향인 것을 특징으로 하는 수중 파워 플랜트.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 터빈 장치(23)는 제 1 회전자 디스크 및 제 2 회전자 디스크를 구비하고, 상기 2개의 회전자 디스크는 회전자 블레이드를 구비하며, 상기 제 1 회전자 디스크는 상기 제 2 회전자 디스크에 대해 역회전하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 수중 파워 플랜트.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 터빈 하우스(4)는 외면 및 내면을 갖는 적어도 3개의 벽 부분을 가지며, 상기 벽 부분은 입구 및 출구를 갖는 덕트(400)를 형성하도록 상호 연결되는 것을 특징으로 하는 수중 파워 플랜트.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 벽 부분들 중 적어도 하나는 상기 터빈 하우스(4) 내에서 상기 부재(24)를 슬라이딩 가능하게 연결하고 안내하기 위한 슬롯(46)을 구비하는 것을 특징으로 하는 수중 파워 플랜트.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 터빈 하우스(4)의 입구 및 출구에서의 유동 영역은 상기 유동 방향으로 상기 입구와 출구 사이의 구간에서의 유동 영역보다 큰 것을 특징으로 하는 수중 파워 플랜트.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 수중 파워 플랜트는 적어도 2개의 터빈 하우스(4)를 포함하고, 상기 터빈 하우스(4)의 외면은 상기 터빈 하우스(4)가 나란히, 또는 상하로, 또는 나란히 그리고 상하로 인접하게 배치되도록 상보적으로 구성된 것을 특징으로 하는 수중 파워 플랜트.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 터빈 하우스(4)는 인접한 터빈 하우스(4)를 서로 맞물리게 하기 위한 맞물림 수단(7, 8, 21, 22)을 구비하는 것을 특징으로 하는 수중 파워 플랜트.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 터빈 장치(23)는 자동 작동하도록 구성되고, 상기 터빈 장치(23)는 회전 속도, 토크, 전력, 전류 및 전압 중 적어도 하나를 감지하기 위한 센서 디바이스를 더 포함하고, 상기 센서 디바이스는 상기 터빈 장치(23)를 전력 생산에 대한 최적의 위치로 가져 오기 위해 상기 덕트(400)에서 상기 기다란 부재(24)를 슬라이딩시키기 위한 구동 수단을 제어하도록 구성된 제어 시스템과 통신하는 것을 특징으로 하는 수중 파워 플랜트.
  11. 제1항에 있어서, 상기 수중 파워 플랜트(1)에는 터빈 장치(23)를 슬라이딩 가능한 기다란 부재(24)에 대하여 180°회전시키도록 구성된 수단이 마련되는 것을 특징으로 하는 수중 파워 플랜트.
  12. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 파워 플랜트(1)를 포함하는 파워 플랜트 시스템(1, 3, 5)에 있어서,
    상기 파워 플랜트 시스템은 상기 적어도 하나의 터빈 하우스(4)를 지지하기 위한 베이스(5)를 더 포함하고, 상기 베이스는 해저(S)로 연장되는 복수의 지지체(3)에 연결 가능한 적어도 하나의 모듈식 베이스 프레임(51)을 포함하는 것을 특징으로 하는 파워 플랜트 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 베이스(5)는 적어도, 점퍼 케이블을 상기 적어도 하나의 터빈 장치(23)로부터 적어도 전력 케이블로 연결하기 위한 커플링 유닛(2)을 유지하기 위한 리셉터클(10)을 구비하는 것을 특징으로 하는 파워 플랜트 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 리셉터클(10)은 작동 시에 커플링 유닛(2)을 보호하기 위한 개방 가능한 해치(13)를 더 구비하는 특징으로 하는 파워 플랜트 시스템.
  15. 제 1 항에 따른 수중 파워 플랜트 내로, 외부로 또는 내에서 터빈 장치(23)를 운반하기 위한 방법에 있어서,
    상기 터빈 장치(23)를 상기 터빈 하우스(4)에 대해 상기 하우스(4)의 덕트(400) 내로, 외부로 또는 내에서 슬라이딩시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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