KR102294285B1 - 파력 및 풍력 부하를 최적으로 전달하는 부유식 풍력 터빈 플랫폼 구조물 - Google Patents

파력 및 풍력 부하를 최적으로 전달하는 부유식 풍력 터빈 플랫폼 구조물 Download PDF

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Abstract

부유식 반-잠수식 풍력 터빈 플랫폼의 구조가 제공된다. 상기 부유식 풍력 터빈 플랫폼은 3개의 세장형 안정화 칼럼을 포함하며, 각 안정화 칼럼은 상부 단부, 용골 단부, 및 내부 샤프트를 포함하는 외부 쉘을 갖는다. 각 안정화 칼럼은 상기 안정화 칼럼의 길이방향 축에 수직인 평면에서 외팔보로 형성된 물 엔트랩먼트 판을 그 용골에 더 포함한다. 상기 부유식 풍력 터빈 플랫폼은 또한 3개의 트러스 부재를 포함하며, 각 트러스 부재는 2개의 수평 주 관형 부재와 2개의 대각선 관형 부재를 포함한다. 상기 트러스 부재는 안정화 칼럼들을 연결하여 삼각형 단면을 형성한다. 세장형 풍력 터빈 타워는 상기 3개의 안정화 칼럼 중 하나의 안정화 칼럼의 상기 상부 단부 위에 배치되고 상기 타워의 길이방향 축은 상기 안정화 칼럼의 상기 길이방향 축과 실질적으로 평행하다.

Description

파력 및 풍력 부하를 최적으로 전달하는 부유식 풍력 터빈 플랫폼 구조물{FLOATING, SEMI-SUBMERSIBLE WIND TURBINE PLATFORM}
본 발명은 해안 부유식 풍력 터빈에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 부유식 구조물 내에서 터빈 및 해양에서 발생되는 부하를 최적으로 부하 전달하는 구조적 부품(structural component)의 배열에 관한 것이다. 본 발명은 선체의 설계 및 제조를 더욱 용이하게 한다.
상호 참조
본 출원은, 전체 내용이 본 명세서에 병합된, 2015년 6월 19일자로 출원된, 발명의 명칭이 "Floating Wind Turbine Platform Structure with Optimized Transfer of Wave and Wind Loads"인 미국 가특허 출원 번호 62/182,245의 우선권을 주장한다.
또한 본 출원은, 2008년 4월 23일자로 출원된 발명의 명칭이 "Column-Stabilized Offshore Platform With Water-Entrapment Plates And Asymmetric Mooring System For Support Of Offshore Wind Turbines"인 미국 가특허 출원 번호 61/125,241의 우선권을 주장하는 2009년 4월 6일자로 출원된 PCT 특허 출원 번호 PCT/US2009/039692의 국가 단계 출원인 2010년 10월 15일자로 출원된 미국 특허 출원 번호 12/988,121(이제는 2013년 6월 25일에 미국 특허 번호 8,471,396으로 등록됨)의 연속 출원인 2013년 6월 24일자로 출원된 미국 특허 출원 번호 13/925,442(이제 2014년 4월 8일에 미국 특허 번호 8,692,401로 등록됨)의 연속 출원인 2014년 3월 18일자로 출원된 발명의 명칭이 "Asymmetric Mooring System for Support of Offshore Wind Turbines"인 미국 특허 출원 번호 14/218,805에 관한 것이고, 이들 선출원 문헌의 전체 내용은 본 명세서에 병합된다.
또한 본 출원은 2013년 5월 20일자로 출원된 발명의 명칭이 "Fully-Integrated Control System for Offshore Floating Wind Turbine Platforms"인 미국 가특허 출원 61/825,412의 우선권을 주장하는 2014년 3월 20일자로 출원된 발명의 명칭이 "System and Method for Controlling Offshore Floating Wind Turbine Platforms"인 미국 특허 출원 번호 14/283,051에 관한 것이고, 이들 선출원 문헌의 전체 내용은 본 명세서에 병합된다.
또한 본 출원은 2014년 10월 27일자로 출원된 발명의 명칭이 "Connection System for Array Cables of Disconnectable Offshore Energy Devices"인 미국 가특허 출원 62/069,235의 우선권을 주장하는 2015년 10월 27일자로 출원된 발명의 명칭이 "Connection System for Array Cables of Disconnectable Offshore Energy Devices"인 미국 특허 출원 번호 14/927,448에 관한 것이고, 이들 선출원 문헌의 전체 내용은 본 명세서에 병합된다.
해안 풍력은 육상 풍력보다 더 강하고 균일하다는 이유 때문에 해안 풍력 에너지는 재생 가능 에너지의 매우 유망한 원천이다. 수심이 더 깊고 더 먼 해안에서 풍력 에너지를 활용하기 위해서는 부유식 풍력 터빈을 만드는 것이 하나의 해결책이다. 부유식 풍력 터빈은 육상 풍력 터빈 및 부유식 오일 및 가스 플랫폼과는 다른 기술적 문제에 직면해 있다.
육상 풍력 터빈과는 달리, 부유식 풍력 터빈은 전체 구조물의 중량을 지지하는 부력을 제공하는 플랫폼을 필요로 한다. 이 플랫폼의 구조물은 직경이 큰 수 개의 원통체-형상의 칼럼(column)을 가질 수 있다. 부력을 제공하는 것 외에도 풍력 터빈 발전기와 결합된 플랫폼은 동적 풍력 부하, 파도(wave) 부하 및 해류(current) 부하에 저항할 수 있어야 하고 전력을 생산하기 위한 안정적인 지지부를 제공할 수 있어야 한다. 다른 문제는 파도 부하로부터 피로 손상이 추가되는 것인데, 이 피로 손상은 풍력 부하로 인한 손상에 필적할 수 있다. 이것은 더 나은 신뢰성을 달성하는 견고한 구조적 설계를 요구한다.
부유식 오일 및 가스 플랫폼에 비해, 부유식 풍력 터빈을 설계할 때 하나의 고유한 문제는 풍력 터빈 발전기의 타워로부터 타워 베이스 연결부에 매우 집중된 위치를 통해 플랫폼으로 큰 부하가 전달된다는 것이다. 이 플랫폼의 칼럼은 보통 부력을 제공하기 위해 풍력 터빈 발전기의 타워보다 훨씬 더 큰 직경을 갖는다. 부유체(floater)의 갑판(deck)과 타워 베이스의 연결부를 강화하는 전통적인 방법은 많은 양의 용접된 보강재로 보강하는 것인데, 이는 비용 효율적이지 않을 수 있다. 오일 및 가스 산업에 비해, 해안 풍력 에너지 생산은 이윤 폭이 훨씬 더 적다. 구조적 설계의 한 가지 목표는 구조물의 중량과 비용을 최소화하는 것이다. 그리하여 플랫폼 칼럼을 간단한 방식으로 강화시키는 것이 바람직하다.
따라서, 해안 풍력 터빈은 최소 비용으로 부하 지탱 능력, 동수력(hydrodynamic) 안정성 및 양호한 신뢰성을 제공하는 구조적 플랫폼 설계를 갖는 것이 요구된다.
본 발명은 부유식 구조물 내에서 터빈 및 해양에서 발생되는 부하를 최적으로 부하 전달하는 구조적 부품의 배열을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 부유식 반-잠수식 풍력 터빈 플랫폼은, 3개의 세장형 안정화 칼럼(elongate stabilizing column)으로서, 상기 3개의 안정화 칼럼 각각은 상부 단부, 용골 단부(keel end), 및 내부 샤프트를 포함하는 외부 쉘(shell)을 갖고, 상기 3개의 안정화 칼럼 각각은 상기 용골 단부에 인접한 물 엔트랩먼트 판(water entrapment plate)을 갖고, 각 물 엔트랩먼트 판은 상기 안정화 칼럼의 외부 쉘의 표면으로부터 외측으로 연장된, 상기 3개의 세장형 안정화 칼럼; 3개의 트러스(truss) 부재로서, 각 트러스 부재는 2개의 주 관형 부재와 2개의 대각선 관형 부재를 포함하고, 상기 주 관형 부재 각각은, 상기 3개의 안정화 칼럼 중 하나의 안정화 칼럼의 상기 내부 샤프트에 연결하기 위한 제1 단부, 및 상기 3개의 안정화 칼럼 중 다른 안정화 칼럼의 상기 내부 샤프트에 연결하기 위한 제2 단부를 갖고, 상호 연결된 상기 3개의 안정화 칼럼과 상기 3개의 트러스 부재는 삼각형 단면을 형성하고, 상기 삼각형 단면의 3개의 변(side)은 상기 3개의 트러스 부재이고, 상기 삼각형 단면의 3개의 꼭짓점(vertex)은 상기 3개의 안정화 칼럼이고, 각 트러스 부재에 대해, 상기 2개의 대각선 관형 부재 각각은 제1 단부 및 제2 단부를 갖고, 각 대각선 관형 부재의 상기 제1 단부는 하나의 안정화 칼럼의 상기 내부 샤프트에 연결되고, 각 대각선 관형 부재의 상기 제2 단부는 동일한 트러스 부재 내의 상기 주 관형 부재들 중 하나의 주 관형 부재에 연결된, 상기 3개의 트러스 부재; 및 상기 3개의 안정화 칼럼 중 하나의 안정화 칼럼의 상기 상부 단부 위에 배치된 세장형 풍력 터빈 타워를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 부유식 반-잠수식 풍력 터빈 플랫폼은, 3개의 세장형 안정화 칼럼으로서, 상기 3개의 안정화 칼럼 각각은 상부 단부, 용골 단부, 및 환형 격실을 갖고, 상기 환형 격실은 외부 쉘과, 상기 칼럼의 상기 외부 쉘에 의해 포함된 내부 샤프트 사이에 형성되며, 상기 3개의 안정화 칼럼 각각은 상기 용골 단부에 인접한 물 엔트랩먼트 판을 갖고, 각 물 엔트랩먼트 판은 상기 안정화 칼럼의 외부 쉘의 표면으로부터 외측으로 연장된, 상기 3개의 세장형 안정화 칼럼; 3개의 트러스 부재로서, 각 트러스 부재는 2개의 주 관형 부재와 2개의 대각선 관형 부재를 포함하고, 상기 주 관형 부재 각각은, 상기 3개의 안정화 칼럼 중 하나의 안정화 칼럼의 상기 내부 샤프트에 연결하기 위한 제1 단부, 및 상기 3개의 안정화 칼럼 중 다른 안정화 칼럼의 상기 내부 샤프트에 연결하기 위한 제2 단부를 갖고, 상호 연결된 상기 3개의 안정화 칼럼과 상기 3개의 트러스 부재는 삼각형 단면을 형성하고, 상기 삼각형 단면의 3개의 변은 상기 3개의 트러스 부재이고, 상기 삼각형 단면의 3개의 꼭짓점은 상기 3개의 안정화 칼럼이고, 각 트러스 부재에 대해, 상기 2개의 대각선 관형 부재 각각은 제1 단부 및 제2 단부를 갖고, 각 대각선 관형 부재의 상기 제1 단부는 하나의 안정화 칼럼의 상기 내부 샤프트에 연결되고, 각 대각선 관형 부재의 상기 제2 단부는 동일한 트러스 부재 내의 상기 주 관형 부재들 중 하나의 주 관형 부재에 연결된, 상기 3개의 트러스 부재; 및 상기 3개의 안정화 칼럼 중 하나의 안정화 칼럼의 상기 상부 단부 위에 배치된 세장형 풍력 터빈 타워를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 부유식 구조물 내에서 터빈 및 해양에서 발생되는 부하를 최적으로 전달할 수 있고, 선체의 설계 및 제조를 더욱 용이하게 할 수 있다.
도 1은 오일 및 가스 산업에서 굴착하는데 사용되는 종래 기술의 반-잠수식 플랫폼의 일례를 도시한다.
도 2는 부유식 풍력 터빈 플랫폼의 구조적 부품들을 도시한다.
도 3은 트러스(truss) 구조물의 상세 예시를 제공한다.
도 4a 및 도 4b는 안정화 칼럼(stabilizing column)의 실시예의 상세 예시를 제공한다.
도 5a 및 도 5b는 물 엔트랩먼트 판(water entrapment plate) 및 대응하는 부품들의 상세 예시를 제공한다.
도 6은 부유식 풍력 터빈 플랫폼의 안정화 칼럼 및 트러스 구조물의 기하학적 구조의 상면도를 제공한다.
상기 '배경기술' 란에서 논의된 주제는 단지 '배경기술'란에서 언급되었다는 이유만으로 종래 기술인 것으로 고려되어서는 안 된다. 유사하게, '배경기술' 란에서 언급되거나 '배경기술'란의 주제와 관련된 문제는 종래 기술에서 이전에 인식되었던 것으로 고려되어서는 안 된다. '배경기술'란의 주제는 단지 다른 접근법을 나타내는 것일 뿐, 그 자체가 청구된 발명의 구현에 대응할 수도 있다.
이하의 상세한 설명은 개시된 기술에 대하여 이루어진다. 바람직한 구현예는 개시된 기술을 예시하기 위해 설명된 것일 뿐, 본 발명의 범위를 제한하려고 의도된 것이 아니고 본 발명의 범위는 청구범위에 의해 한정된다. 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 본 상세한 설명에 대해 다양한 균등한 변형을 인식할 수 있을 것이다.
본 명세서에 개시된 부유식 풍력 터빈 플랫폼은 부유식 기초(floating foundation)를 위한 혁신적인 구조적 설계를 도입한다. 일 실시예에서, 부유식 풍력 터빈 플랫폼은 모든 칼럼을 연결하는 관형 트러스 부재를 갖는 3-칼럼의 반-잠수식 플랫폼이다. 물 엔트랩먼트 판은 칼럼의 베이스에서 수평으로 연장되는 (즉, 외팔보(cantilevered)로 형성된) 큰 판으로서 일부 칼럼 또는 모든 칼럼의 바닥(bottom) 부분(즉, 용골 단부(keel end))에 부착될 수 있다. 풍력 터빈 발전기 타워는 구조물에 상당한 풍력 부하를 매우 강하게 받고, 칼럼들 사이의 간격은 안정성을 확보하는 데 도움을 준다.
본 명세서에 설명된 플랫폼에 포함된 칼럼은 수평 및 대각선 관형 부재를 포함하는 관형 트러스 부재와 서로 결합될 수 있다. 각 칼럼은, 2개의 동심 원통체로 구성되는데, 즉 부력을 제공하기 위해 부유체로서 작용하는 외부 쉘(shell), 및 상기 외부 쉘보다 더 작은 직경을 갖고 풍력 터빈 부하를 지탱하기 위해 수직 관형 부재로서 작용하는 내부 샤프트로 구성된다. 내부 샤프트는 또한 칼럼들 사이에 전체 동수력 부하 및 정수력(hydrostatic) 부하를 전달하고, 여기서 동수력 부하 및 정수력 부하는 외부 쉘에 의해 지지된다. 추가적으로, 내부 샤프트는 내부 샤프트에 모두 연결된 수평 주 관형 부재(main tubular member) 및 대각선 관형 부재(diagonal tubular member)를 통해 터빈 부하(즉, 타워 베이스에서 굽힘 모멘트 및 관련된 전단력)를 다른 칼럼으로 전달한다. 그리하여 풍력 터빈 타워에 유도된 모멘트가 개별 칼럼의 부력을 상대적으로 변화시키는 것에 의해 보상될 수 있다.
본 명세서에 기술된 부유식 풍력 터빈 플랫폼은 또한 풍력 터빈 플랫폼의 성능을 향상시키는 트러스 구조물을 넘어 추가적인 특징부를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 부유식 풍력 터빈 플랫폼은, 안정화 칼럼들 사이에 액체 밸러스트(ballast)를 이동시켜, 칼럼들 사이에 액체를 펌핑하여 개별 칼럼의 중량을 변화시키는 것에 의해 풍력으로 유도된 모멘트를 보상할 수 있는 능동 밸러스트 시스템(미국 특허 번호 8,471,396 참조)을 포함할 수 있다. 칼럼은 최적의 전력 변환 효율을 위해 부유식 플랫폼을 수직 직립 정렬로 유지하기 위해 펌프를 통해 칼럼들 내 탱크들 간에 액체를 전달하는 능동 밸러스트 시스템을 수용할 수 있다. 예를 들어, 바람이 타워 쪽으로 불고 있을 때 센서가 풍력 터빈 발전기의 회전을 검출할 수 있다. 센서는 제어기에 결합될 수 있고 제어기는 펌프를 제어하여 부력을 증가시키기 위해 하나의 칼럼으로부터 액체를 제거하고 액체를 다른 칼럼에 추가하여 이 칼럼 내의 중량을 증가시킬 수 있다. 일 실시예에서, 각 칼럼에는 다른 칼럼으로 가고 다른 칼럼으로부터 오는 독립적인 액체 경로를 제어하는 다수의 펌프가 있을 수 있다.
밸러스트 제어기는 또한 칼럼 내의 액체 부피를 조절하여 풍력 터빈 발전기의 측면 사이의 각도(side-to-side angle)를 조절할 수 있다. 일부 실시예에서, 칼럼들은 각 칼럼의 수심이 상이한 것에 의해 액체의 부피를 검출하는 센서를 갖는다. 칼럼들 사이에 액체 밸러스트가 능동적으로 움직이는 것에 의해 플랫폼을 수평으로 유지하기 위해 유도된 풍력 힘을 보상할 수 있다. 일부 실시예에서, 능동 밸러스트 시스템은 밸러스트 시스템 내의 액체를 주변 해수로부터 완전히 격리시킴으로써 부유식 풍력 터빈 플랫폼의 침수(flooding) 및 침몰(sinking)을 방지하도록 구성된 폐 루프 시스템일 수 있다. 밸러스트 펌프는 각 칼럼 사이에 연결된 트러스 부재와 관련된 배관을 통해 액체가 흐르게 할 수 있다. 이러한 실시예에서, 주변 해수는 능동 밸러스트 시스템 내로 결코 진입하지 못한다. 능동 밸러스트 시스템에 사용되는 액체는 부식 문제 및 다른 해수 관련 문제를 완화하기 위해 담수일 수 있다. 바다로 예인하기 전에 부두 지대에서 물이 추가되거나 공급 보트에 의해 물이 추가될 수 있다.
액체 밸러스트 시스템의 일 실시예에서, X 축 및 Y 축을 따라 장착된 자이로스코프들을 포함하는 정렬 센서들이 칼럼들 사이에 밸러스트 액체의 분포를 제어하는데 사용될 수 있다. 자이로스코프는 초당 도(degree) 단위일 수 있는 각도 회전 율을 나타내는 신호를 출력한다. 각도 회전 율을 적분하면 각도 위치를 산출할 수 있다. 따라서 정렬 센서의 자이로스코프를 사용하여 플랫폼과 타워의 정렬시 변동을 측정할 수 있다. X 축 자이로스코프는 수평면에 있고 부유식 풍력 터빈 플랫폼의 중심선과 정렬될 수 있다. Y 축 가속도계도 또한 수평면에 있지만 X 축 자이로스코프와 수직이다. 트림(trim) 각도(α)는 Y 축을 중심으로 구조물의 각도이고, 경사(list) 각도(γ)는 X 축을 중심으로 구조물의 각도이다.
구조물이 완전히 정렬되면 X 축 및 Y 축 자이로스코프는 가속도를 전혀 검출하지 못한다. 그러나 구조물이 임의의 방향으로 기울어지면 X 축 자이로스코프는 트림 회전을 검출하고, Y 축 자이로스코프는 경사 회전을 검출한다. 이 정보에 기초하여 회전 각도는 알려진 수학 방정식을 사용하여 계산될 수 있다. 예를 들어, 플랫폼 트림 각도(α) 및 경사 각도(γ)는 자이로스코프에 의해 밸러스트 제어 시스템에 제공된 입력 신호이다. 첫째, 측정된 신호는 저역 통과 필터링되어 파력 및 풍력 동적 및 확률적 효과(stochastic effect)로 인한 모든 고주파 교란이 상쇄될 수 있다. 플랫폼 트림 각도 및 경사 각도는 고차 버터워스(high-order Butterworth) 필터와 같은 표준 저역 필터링 전략을 사용하여 저역 통과 필터링된다. 필터링된 플랫폼 트림 각도(
Figure 112018114312094-pat00001
) 및 경사 각도(
Figure 112018114312094-pat00002
)에 기초하여, 칼럼 상부 중심(i 및 j) 사이의 상대 각도(θ i-j )는 다음 방정식을 사용하여 유도된다:
Figure 112018114312094-pat00003
다음 규칙이 사용된다. θ i-j 가 양수이면 칼럼(i)이 칼럼(j)보다 더 높은 것을 의미한다. 에러(e i-j = |θ 설정 -θ i-j |)는 제어기의 입력으로 사용된 에러이다. 보통, θ 설정 = 0°이다. θ i-j 의 부호에 기초하여, e i-j 가 온(ON)에 대해 불감 대역(dead-band)을 한정하는 특정 값보다 더 크면 올바른 펌프(P i-j )가 턴온된다. e i-j 가 오프(OFF)에 대해 불감 대역을 한정하는 특정 값보다 더 작으면 펌프(P i-j 또는 P j-i )가 스위치오프된다. 상대 각도(θ i-j )에 따라, 1개의, 2개의 또는 3개의 밸러스트 펌프가 온(on)된다. 안정화 칼럼의 상부 중심들 사이의 상대 각도에 기초하여 이 알고리즘을 사용하면 가장 빠른 액체 전달 경로가 항상 고려되어서 플랫폼은 항상 모든 상황에서 가능한 한 빨리 또는 매우 신속히 수평을 유지한다. 하나의 펌프가 갑자기 부족해지면 이 접근법에서는 자동 바이패스가 또한 작동한다. 트림 각도(α) 및 경사 각도(γ)를 포함하여 플랫폼 동역학이 측정되고, 이 플랫폼 동역학은 피드백 루프로 피드백되는 힐(heel) 각도 측정을 제공하는 데 사용된다. 따라서, 정렬 센서 신호에 기초하여, 밸러스트 제어기는 펌프를 제어하여 각 칼럼 내의 액체 부피를 조절하여 수직 정렬 각도 오프셋을 보정할 수 있다. 플랫폼이 허용 가능한 수평 각도 내에 있을 때, 밸러스트 시스템은 안정화 칼럼들 사이에 액체가 이동하는 것을 정지시킨다.
일 실시예에서, 풍력 터빈 발전기 타워는 안정화 칼럼들 중 하나의 안정화 칼럼의 내부 샤프트의 상부에 부착되고 여기서 이 하나의 안정화 칼럼의 내부 샤프트는 트러스 부재들에 의해 다른 칼럼의 내부 샤프트에 결합된다. 일부 실시예에서, 트러스 부재는 또한 안정화 칼럼 외부 쉘에도 고정될 수 있다. 예를 들어, 트러스 부재들은 각 칼럼의 외부 쉘에 용접될 수 있다. 이러한 건설(construction)은 부유식 풍력 터빈 플랫폼의 전반적인 구조적 효율을 향상시키고, 구조물이 비교적 경량이 되도록 한다. 풍력 터빈 타워는 타워 및 풍력 터빈 부품들의 중량을 지지하는 안정화 칼럼 바로 위에 결합될 수 있는 반면, 다른 안정화 칼럼은 주로 플랫폼을 전체적으로 안정화시키고 타워를 실질적으로 수직 정렬로 유지하는 기능을 한다. 전술된 바와 같이, 일 실시예에서, 능동 밸러스트 제어 시스템은 플랫폼의 안정성을 향상시키는 것을 돕기 위해 안정화 칼럼들 사이에서 밸러스트 액체를 이동시키는데 사용될 수 있다.
일부 실시예에서, 풍력 터빈 발전기 타워를 지지하는 안정화 칼럼의 직경은 타워 및 터빈의 중량을 보상하기 위해 추가적인 부력을 제공하기 위해 다른 2개의 안정화 칼럼의 직경보다 더 클 수 있다. 다른 실시예에서, 풍력 터빈 발전기를 지지하지 않는 2개의 안정화 칼럼의 중심들 사이의 거리는 풍력 터빈 발전기를 지지하지 않는 2개의 칼럼의 중심과 풍력 터빈 발전기를 지지하는 칼럼의 중심 사이의 거리와 다를 수 있다. 이 특정 3개의 안정화 칼럼 실시예에서, 삼각형 단면은 이등변 삼각형으로 보이고, 이는 안정화 칼럼들의 중심들 사이의 거리들이 균일하고 등변 삼각형 단면으로 보이는 다른 실시예와는 상이하다. 또 다른 실시예에서, 안정화 칼럼들 사이의 거리들은 모두 상이할 수 있고, 이에 의해 부등변 삼각형으로 나타나는 삼각형 단면이 된다.
예를 들어, 터빈 블레이드를 위한 피치 제어 시스템, 기어 박스, 요우(yaw) 제어기 및 발전기 중 하나 이상을 수용할 수 있는 나셀(nacelle)은 타워의 상부에 장착될 수 있고, 허브 및 이 허브로부터 연장되는 터빈 블레이드들에 지지를 제공할 수 있다. 허브는 터빈 블레이드의 피치를 조절하여 정상 풍속 범위에 걸쳐 터빈 블레이드들의 회전 속력을 일정하게 하는 기구를 포함할 수 있다. 나셀은 최적의 효율을 위해 터빈 블레이드가 직접 바람을 향하게 하는 요우 제어 시스템에 결합될 수 있다. 통상적으로 나셀 내에 위치되는, 기어 박스 및 전기 발전기와 같은 풍력 터빈 장비가 거기에 존재할 수 있고, 또는 다른 실시예에서는 타워의 하부에 또는 안정화 칼럼의 상부에 위치될 수 있다.
다른 실시예에서, 기어 박스를 갖지 않는 직접 구동 터빈이 본 명세서에서 설명된 반-잠수식 풍력 터빈 플랫폼과 함께 사용될 수도 있다. 발전기에 의해 생산된 전기 전력은 풍속이 변하는 것으로 인해 랜덤한 주파수와 진폭을 가질 수 있다. 전기 전력은 균일한 출력 전압 및 전류를 생산하도록 변압기, 인버터 및 정류기에 의해 변경될 수 있다. 다양한 실시예에서, 이들 전기 부품은 나셀 내에, 타워의 바닥에, 또는 다른 안정화 칼럼의 상부 측에 위치될 수 있다.
풍력 터빈으로부터의 전기 출력은 해저(sea floor) 및 발전소로 이어지는 전기 케이블을 통해 전송될 수 있다. 해저로 바로 이어지는 것이 아니라 케이블의 일부는 케이블의 일부를 부양시키는 부력 기구에 결합될 수 있다. 케이블은 만곡된 경로를 가져서, 이에 의해 부유식 풍력 터빈 플랫폼이 케이블에 임의의 상당한 추가적인 장력을 가하지 않고, 파도, 해류 및 조류에 따라 수직 또는 수평으로 움직일 수 있다. (예를 들어, 본 명세서에 앞서 병합된 공동 계류 중인 출원 번호 62/069,235 및 14/924,448 참조).
일 실시예에서, 부유식 풍력 터빈 플랫폼은 고강도 구조물을 제공하는 특별한 형태(configuration) 갖는다. 본 명세서에서 상세한 설명은 일반적으로 트러스 부재들이 3개의 칼럼 사이에 장착되고 여기서 이 트러스 부재들은 길이가 동일하고 결과적으로 삼각형 단면이 실질적으로 등변 삼각형을 형성하는 것을 설명하지만, 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면, 플랫폼이 3개를 초과하는 안정화 칼럼에 의해 형성될 수 있고, 3개를 초과하는 트러스 부재에 의해 및 동일하지 않은 길이의 트러스 부재들에 의해 형성될 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
구체적으로, 일 실시예에서, 적어도 3개의 안정화 칼럼 각각은 적어도 3개의 안정화 칼럼 및 이 안정화 칼럼들에 연결된 적어도 3개의 트러스 부재에 의해 형성된 볼록 다각형(예를 들어, 삼각형)의 정점(vertex)에 배치될 수 있다. 볼록 다각형 단면(예를 들어, 일 실시예에서 삼각형 단면)은 안정화 칼럼들 및 적어도 3개의 안정화 칼럼의 길이방향 축에 수직인 평면에 있는 트러스 부재에 의해 형성된다.
다른 실시예에서, 3개의 칼럼 사이에 장착된 트러스 부재들은 상이한 길이를 가질 수 있고, 이에 의해, 일부 경우에 2개의 동일한 길이의 트러스 부재가 만나는 정점에서 풍력 터빈 발전기 타워를 지지하는 칼럼과 이등변 삼각형을 형성한다. 다른 실시예에서, 3개의 칼럼 사이에 장착된 동일하지 않은 길이의 트러스 부재들은 단면이 부등변 삼각형을 형성할 수 있다.
일부 실시예에서, 고강도 해상 등급(marine grade) 구조용 강(예를 들어, 최대 420 MPa의 항복 강도)이 트러스 부재의 수평 주 관형 부재 및 대각선 관형 부재에 사용될 수 있다. 추가적으로, 공장 환경(factory setting)에서 미리-가공될 수 있는 부품(예를 들어, 직선형 관형 부재)은 중량 및 건설 비용을 최소화하기 위해 최대 690 MPa의 항복 강도의 강철로 제조될 수 있다.
이제 도면을 참조하면, 도 1에 도시된 바와 같이, 선체 형상의 반-잠수식이 오일 및 가스 산업에서 흔히 사용된다. 선체 형상의 반-잠수식 설계는 선박 형상 구조물의 방식과 같이 수선면 영역(waterplane area)의 크기로부터가 아니라 칼럼(105a, 105b, 105c, 105d, 105e 및 105f) 사이의 거리로부터 안정성을 유도하는 칼럼 안정화된 설계이다. 추가적인 부력은 칼럼(105a, 105b, 105c, 105d, 105e, 105f)과 도 1에서 가려진 2개의 추가적인 칼럼을 연결하는 큰 폰툰(pontoon)(110a 및 110b)에 의해 제공된다. 일부 실시예에서, 칼럼(105a, 105b, 105c, 105d, 105e 및 105f)은 원형 또는 정사각형일 수 있고, 보통 직교 방향으로 보강되지만; 칼럼은 다양한 형상 중 임의의 형상일 수 있다. 반-잠수식에서, 칼럼이 받는 파도 부하는 폰툰(110a 및 110b)을 통해 칼럼들 사이에서, 그리고 때때로, 칼럼 외부 쉘들 내로 프레임 형성된 관형 트러스 부재(115a, 115b, 115c 및 115d) 사이에서 측방향으로 전달된다. 칼럼은 또한 칼럼의 상부에 수직 중력 부하를 발생시키는 상부측 플랫폼(120)을 지지한다.
비교적, 풍력 터빈의 부유식 기초에 작용하는 부하는 상이하다. 이들 부하는 2가지 유형의 부하의 조합이다. 플랫폼에 작용하는 제1 유형의 부하는 터빈 부하이다. 이 부하는 타워 상부에서 나셀에 연결된 회전자에 의해 생성된 후, 굽힘 모멘트뿐만 아니라 축방향 힘 및 전단력을 통해 타워의 베이스에 전달된다. 이들 부하는 터빈이 회전하여 전기를 생산할 때 정상 작동시 상대적으로 높은 특이성(particularity)을 나타낸다. 이들 부하는 회전자-나셀 조립체(rotor-nacelle assembly: RNA) 및 타워에 작용하는 관성 및 중력 부하뿐만 아니라 공기 역학적 풍력 부하를 포함한다. 이들 부하는 비선형이며, 타워의 베이스에서 높은 굽힘 모멘트를 초래하고, 또한 관련된 수평 전단을 초래한다.
전단 부하는 터빈 동력에 따라 변할 수 있고 회전자 직경에 대략 비례하여 변한다. 다중 메가와트 터빈은 통상적으로 수 100 kN 내지 수 1000 KN의 공칭 부하를 초래할 것이며, 굽힘 모멘트는 타워 높이에 따라 기본 전단 부하의 10배 내지 100배 정도이다. 타워 높이는 터빈 블레이드의 길이에 더 의존한다. 예를 들어, 타워는 통상적으로 가장 낮은 위치에 터빈 블레이드의 팁(tip)이 해수 레벨에서 약 15 미터 내지 20 미터 위 높이에 있다. 따라서, 부유식 플랫폼의 구조물은 이러한 전단 및 굽힘 모멘트 부하를 견디도록 설계되어야 한다.
중력 부하는 또한 타워의 베이스에서 수직 부하를 생성한다. 정상 작업 조건에서 이들 부하가 우세하다는 것은 전체 구조물에 작용하는 피로 부하의 중요성을 나타낸다. 자주 발생하는 부하는 피로 손상을 일으키며, 구조물의 여러 부분 사이의 연결부들은 플랫폼에 충분한 피로 수명을 제공하도록 설계되어야 한다. 극한 움직임으로 인한 것이든지 극한 회전자 풍력 부하로 인한 것이든지 상관 없이 RNA 및 타워에 작용하는 극한 부하는 또한 부유식 플랫폼의 설계에 중요한 역할을 한다.
부유식 풍력 플랫폼에 작용하는 제2 및 제3 유형의 부하는 동수력 부하 및 정수력 부하이다. 동수력 부하는 선체에 작용하는 파동의 회절 및 복사로부터 그리고 점성으로부터의 파도 부하 및 해류 부하를 포함한다. 동수력 부하는 부력을 더 포함한다. 이들 유형의 동수력 부하는 모든 종류의 반-잠수식의 설계에 중요하다.
부유식 풍력 터빈 플랫폼의 구조물은 일 실시예에서 효율적인 제조 비용을 보장하면서 가능한 한 최적으로 부하의 이 복잡한 조합을 견디고 전달하도록 설계된다. 이것은 부유식 풍력 터빈 플랫폼의 여러 부분에서 다수의 구조적 혁신을 통해 달성되며, 이는 도 2 내지 도 6에 강조되어 있다.
도 2는 부유식 풍력 터빈 플랫폼의 구조적 부품들을 도시한다. 칼럼(215a) 중 하나의 칼럼의 상부에서 타워-기초 연결부(205)는 터빈 및 RNA의 설치를 용이하게 하기 위해 플랜지 연결을 통해 이루어진다. 이 플랜지 연결은 육상 터빈 및 해안 모노파일(offshore monopile)을 나타낸다. 구조물의 부유 부분이 통상적으로 부유 능력을 위해 및 파도 부하를 지탱하기 위해 설계된 부유식 구조물의 경우, 이 부하는 기초로 전달되어야 한다. 부유식 풍력 터빈 플랫폼의 일 실시예에서, 기초에 부하를 전달하는 것은 타워를 지지하는 안정화 칼럼(215a) 내부에 동일한 직경의 내부 샤프트와 플랜지들 사이의 직접 연결에 의해 달성된다. 다중 메가와트 해안 터빈의 타워 베이스 직경은 변하지만(대부분 종종 3 미터 내지 7 미터), 통상적으로 부력을 제공하기 위해 안정화 칼럼에 필요한 직경보다 더 작아서, 타워를 안정화 칼럼에 연결하는 것은 단순한 플랜지가 아닐 수 있다. 대신 내부 샤프트가 안정화 칼럼의 외부 쉘 내부에 제공된다. 외부 쉘의 내부에 내부 샤프트를 제공하면 타워와 칼럼의 연결에 필요한 상세의 양을 최소화할 수 있다. 이러한 형태는 또한 필요한 추가적인 구조물의 양을 최소화한다. 연결은 피로 부하를 지탱하는데 국부적으로 최적화되어 있다. 내부 샤프트 또는 플랜지는 또한 칼럼에 일체성(integrity)을 제공하기 위해 칼럼의 나머지 상부 부분과 연결될 수 있다. 칼럼의 상부는 국부적인 부하를 경험할 수 있고 국부적인 보강을 요구할 수 있지만; 이것은 전체 터빈 부하를 전체 기초로 전달하도록 설계되지는 않았다. 풍력 터빈 타워로부터 오는 대부분의 부하는 내부 샤프트에 플랜지 연결을 사용하여 내부 샤프트로 전달된다.
추가적으로, 물 엔트랩먼트 판("WEP")(220a, 220b 및 220c)은 편평한 보강된 판으로서 그 용골 단부에서 칼럼에 직접 연결될 수 있다. WEP(220a, 220b 및 220c)는 WEP의 에지(edge)에서 와류-발산(vortex-shedding)으로 인한 파도 부하 및 점성 부하로부터 상당한 수직 압력 부하를 지지한다. 이들 부하는 안정화 칼럼으로 전달된다. 이들 부하는 일반적으로 부근 칼럼에 작용하는 정수압(hydrostatic pressure)보다 더 작다. 따라서, WEP 판 두께는 통상적으로 안정화 칼럼의 외부 쉘들에 비해 작다.
또한, WEP(220a, 220b 및 220c)는 부하를 다시 구조물로 전달하기 위해 주 구조물(예를 들어, 아래에서 보다 상세히 설명되는 바와 같이 칼럼 및/또는 트러스 부재)로부터 외팔보로 형성된다. 이러한 형태는 전체 플랫폼 거동에 필요한 만큼 WEP의 형상을 조절하는데 많은 자유를 제공하면서 동시에 칼럼 및 트러스 부재에 대해 동일한 전체 설계에 의존한다. WEP는 풍력 및 파력에 의해 유도된 움직임의 감쇠를 증가시키고, 파도 주기에 대해 플랫폼 공진 주기의 튜닝을 제공한다. WEP와 안정화 칼럼을 연결시키는 것은 대형 해상 상태(sea-state)에서 극한 동수력 부하뿐만 아니라 플랫폼의 수명 동안 WEP에 작용하는 동수력 파도 압력에 의해 생성되는 순환적인 피로 부하를 견뎌야 한다. 안정화 칼럼의 외부 쉘은 선체에 이러한 정수력 부하의 대부분을 지탱한다.
각 안정화 칼럼(215a, 215b, 215c) 내부의 내부 샤프트는, 수평 주 관형 부재(210a)와 대각선 관형 부재(210b)를 포함하고 안정화 칼럼(215a, 215b, 215c)을 함께 연결하는 전체 트러스 구조물의 일부이다.
도 3에 보다 상세히 도시된 바와 같이, 각 칼럼 내의 내부 샤프트(315, 320, 325)는 가느다란 비-보강된 관형 부재들로 만들어지며, 전체 트러스 구조물의 일부로서 작용한다. 전체 트러스 구조물은 구조물에 작용하는 전체 부하 전달, 특히 타워의 베이스에서의 터빈 부하뿐만 아니라 전체 동수력 부하 및 정수력 부하를 견디도록 설계된다. 일 실시예에서, 이들 구조물은 3개의 트러스 부재이다. 각 트러스 부재는 2개의 수평 주 관형 부재(305) 및 2개의 대각선 관형 부재(310)를 갖는다. 내부 샤프트(320 및 325)를 포함하는 칼럼들 사이에 연장되는 것으로 도 3에 도시된 2개의 수평 주 관형 부재(305)는 해양 환경 부하에 노출된 칼럼들 사이에서 측방향으로 부하를 전달하는 능력을 위해 측방향 트러스 부재라고 본 명세서에서 언급될 수도 있다. 2개의 수평 주 관형 부재(305)에 더하여, 트러스 부재는 2개의 대각선 관형 부재(310)를 더 포함할 수 있다. 2개의 대각선 관형 부재(310)는 칼럼들 중 하나의 칼럼을 2개의 수평 주 관형 부재(305) 중 하나의 수평 주 관형 부재에 연결하는 것에 의해 측방향 트러스에 추가적인 구조적 지지를 제공하는데 사용된다.
트러스 부재들에 작용하는 압력 부하(즉, 정수력 부하 및 동수력 부하)는 압력 부하가 트러스 부재들의 벽 두께(즉, 길이 대 직경 비는 7보다 더 크고, 이는 종종 1 미터 내지 2.5 미터 범위의 직경을 초래한다)에 영향을 미치지 않을 만큼 수평 주 관형 부재(305)의 직경 및 대각선 관형 부재(310)의 직경을 충분히 작게 유지함으로써 최소화될 수 있다. 압력이 WEP 또는 외부 쉘 중 하나의 외부 쉘에 가해져서 국부적 좌굴(local buckling)이 발생할 수 있다. 직경이 작을수록, 국부적 좌굴 저항이 개선되고, 즉, 판이 편평한 경우보다 가해지는 압력에 의해 굴곡된 때 판이 굴복되기 더 어렵다. 트러스 부재들의 수평 주 관형 부재 및 대각선 관형 부재의 원형 단면은 유사한 직사각형 단면에 비해 항력 저항(drag resistance)을 최소화하므로 동수력 부하의 관점에서 바람직하다. 원형 단면은 또한 모든 방향으로부터 오는 파도로부터 오는 부하를 효율적으로 전달할 수 있다. 추가적으로 원형 단면은 풍력 터빈 타워들을 제작하는 데 사용되는 동일한 조립 라인들을 사용하여 효율적으로 제작될 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 일 실시예에서 안정화 칼럼의 상세 예시를 제공한다. 수 개의 안정화 칼럼 각각은 내부 샤프트를 포함하고, 이 내부 샤프트는 안정화 칼럼의 외부 쉘의 내부에 포함되기 때문에 외부 날씨로부터 보호된다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 내부 샤프트(405)는 주로 타워 및 트러스 부재에 의해 전달되는 전체 부하를 지탱하도록 설계된다. 내부 샤프트는 밸러스트 격실(ballast compartment) 또는 가압된 격실로부터 일정 외부 정압(static pressure)을 받을 수도 있다. 그 결과 좌굴 강도 문제가 내부 샤프트의 벽 두께를 선택하는 데 해로운 요인으로 되는 것을 방지하고, 예를 들어, 운반 휴대성과 같은 제조 요구조건을 충족시키기 위해 내부 샤프트(405)의 직경이 최소화되고, 내부 링 거더(ring girder)(410)는 중량 관리 전략으로서 국부적으로 사용될 수 있다. 링 거더(410)는 내부 샤프트 내부의 단면을 따라 내부 샤프트 벽에 직접 부착되고, 그 수직 위치는, 지지대가 밸러스트로부터의 외부 압력 또는 트러스 부재로부터의 펀칭 부하를 견뎌야 하는 위치에 따라 조절될 수 있다. 풍력 터빈 타워 아래에 있지 않은 안정화 칼럼 내의 내부 샤프트의 직경은 통상적으로 (예를 들어, 대부분의 터빈에서 3 미터 내지 6 미터의 범위에 있는) 내부 샤프트를 지탱하는 풍력 터빈 타워보다 더 작을 것이다.
내부 샤프트는 또한 인부(personnel)가 장비의 검사 또는 수리를 위해 안정화 칼럼 내에서 효율적으로 위 아래로 움직일 수 있도록 수직 접근 샤프트를 포함할 수 있다.
칼럼 외부 쉘(415)은 부유식 플랫폼에 충분한 부력 및 적절한 움직임 거동을 제공하도록 주로 크기가 정해진다. 칼럼 외부 쉘은 용골 단부(465)로부터 칼럼의 상부까지 직선 수직 벽을 갖는 구조물이다. 일부 실시예에서, 외부 쉘은 중공으로 형성될 수 있고, 전체 칼럼 부력의 일체성을 제공하기 위해 관통 트러스 부재에 용접될 수 있다. 다른 실시예에서, 외부 쉘의 형상은 내부 샤프트에 직접 연결되는 트러스 부재를 제공하도록 건설될 수 있다. 외부 쉘(415)은 내부 샤프트(405) 주위에 원통형 쉘로서 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 내부 샤프트는 외부 쉘(415)의 위 및/또는 아래로 연장될 수 있다. 다른 실시예에서, 외부 쉘(415)은, 대각선 관형 부재(420) 및/또는 수평 주 관형 부재(425)가 들어갈 수 있되, 대각선 관형 부재(420) 및/또는 수평 주 관형 부재(425)가 통과하는 것을 외부 쉘(415)이 방해하거나 이들과 접촉하지 않도록, 외부 쉘(415)은 외부 쉘의 표면으로부터 절단된 부재(들)를 갖는 전체적으로 원통형 형상을 가질 수 있다.
대부분의 다중 메가와트 해안 풍력 터빈의 경우, 안정화 칼럼의 직경은 약 4 미터보다 더 커야 할 필요가 있고, 약 15 미터까지 도달할 수 있다. 안정화 칼럼의 외부 쉘에 작용하는 부하는 정수력 및 동수력 파도 부하로부터의 국부적인 압력에 의해, 및 안정화 칼럼에 작용하는 파도 및 해류 부하에 의해 지배된다. 외부 쉘(415)을 통과할 수 있는 대각선 관형 부재(420)들 및/또는 수평 주 관형 부재(425)로부터 전달된 전체 부하는 외부 쉘에만 국부적으로 영향을 미치고, 판을 국부적으로 보강하는 것에 의해 해결된다. 그리하여, 일 실시예에서, 외부 쉘(415)은 쉘 또는 외부 쉘 상의 판이 좌굴되는 것을 견디도록 설계된다. 상기 설계는 도 4b에 도시된 바와 같이 링-보강된 원통형 쉘 또는 플랫(flat)(430a 및 430b)을 포함할 수 있다. 링 거더(435)를 갖는 링-보강된 원통형 쉘은 그 비용 효율을 위해 직교방향으로 보강된 원통형 쉘보다 더 바람직하다.
일 실시예에서, 상부측 중량 및 터빈 부하에 기인한 수직 (즉, 축방향) 응력은 외부 쉘 및 수직 보강재(예를 들어, 격벽(bulkhead))에 의해서가 아니라 대응하는 안정화 칼럼의 내부 샤프트에 의해 대부분 지지되기 때문에, 비교적 작은 수직 부하를 지탱하도록 안정화 칼럼이 설계된다. 수직 부하는 내부 샤프트와 외부 쉘에 직접 연결된 안정화 칼럼의 바닥 또는 용골 단부에 적용되어서, 수직 부하는 2개의 구조적 부재 사이에 분할된다. 따라서, 외부 쉘은 칼럼의 용골 단부에 가해지는 부력 수직 부하 중 일부를 지지하지만, 이들 부하는 또한 내부 샤프트로 부분적으로 전달된다. 그 결과, 외부 쉘 상에 작용하는 수직 부하가 최소화될 수 있다.
일 실시예에서, 안정화 칼럼은 가압될 수 있는 안정화 칼럼 내에 공극 격실(void compartment)(455)을 생성하기 위해 플랫(430a 및 430b) 및 격벽(440)을 사용하여 격실화될 수도 있다. 수평 보강재(445)를 갖는 이들 플랫(430a 및 430b) 및 격벽(440)은 하나의 격실이 침수되는 경우에 부유식 풍력 터빈 플랫폼의 격실 기능 및 생존성을 제공한다. 또한, 이들 부분은 외부 쉘에 의해 지지되는 전체 부하를 최소화하고 이러한 부하를 다시 내부 샤프트로 전달하는 데에도 사용될 수 있다. 예를 들어, 격벽(440)에는 파도 및 해류로 인한 전단력이 가해질 수 있다.
일 실시예에서, 칼럼들의 외부 쉘(415)은 압력 용기로서 작용할 수 있다. 외부 쉘을 형성하는데 사용된 판에 작용하는 국부 압력의 효과를 최소화함으로써 그 치수(scantling)(벽 두께 및 보강)를 최소화할 수 있다. 국부화된 압력을 감소시키는 것은 내부 정압을 제공함으로써 정수력 수위 레벨과 해양 파도로부터 오는 외부 압력을 균형 맞추는 것에 의해 달성될 수 있다. 예를 들어, 강철로 제조된 원통형 외부 쉘(415)의 경우, 내부 압력이 항상 외부 압력을 초과할 때 최상의 형태가 얻어지고: 내부 압력이 쉘에 인장 응력을 생성하는 동안 외부 압력은 압축 후프(hoop) 응력 하에서 좌굴을 초래한다. 좌굴시 불안정성이 더 높아지는 것으로 인해 강철은 압축 응력보다 인장 응력 하에서 허용 가능한 응력이 더 높아진다.
외부 쉘에 강철 원통체를 사용하는 경우의 장점들 중 하나의 장점은 환형의 영구 밸러스트 격실(450)이 내부에서 가압될 수 있다는 것이다. 내부 정압은 내부 샤프트와 외부 쉘 사이의 환형 영구 밸러스트 격실(450) 내 액체 또는 기체 밸러스트에 의해 생성될 수 있다. 액체 밸러스트의 경우 밸러스트의 높이는 외부 압력으로부터 얼마나 많은 압력을 뺄 수 있는지를 결정한다. 예를 들어 격실이 평균 흘수선(waterline)보다 10 미터 아래에 위치되고, 극한 파도로부터의 압력이 추가적인 10 미터의 수두(head)에 도달할 것으로 예상되면, 20 미터 높이의 물 기둥(또는 0.2 MPa 또는 2 바(bar))이 외부 압력을 보상하기 위해 격실 내에 제공되어야 한다. 이것은 칼럼의 상부 단부에 및 청파(green water)의 도달 범위 위에 위치된 환기구(vent)까지 물이 격실을 완전히 채워서 우발적인 침수를 방지함으로써 달성된다.
일 실시예에서, 환기구는 밸러스트 격실에 공기 흡입 및 배출 밸브들을 포함할 수 있다. 공기 흡입 및 배출 밸브는 정상 작동 동안 밀봉될 수 있다. 공기 흡입 및 배출 밸브는, 밸러스트 격실을 채우는 동안 공기를 배출함으로써 충전시 밸러스트 물의 상부에서 대기압이 유지되고, 반대로 밸러스트 격실이 배수될 때 공기가 유입되는 것을 더 보장할 수 있다. 이 경우, 칼럼이 평균 흘수선보다 11 미터 위로 연장되면, 환기구는 평균 흘수선보다 약 11.75 미터 위에 위치되며, 밸러스트 격실을 가압하기 위해 20 미터를 초과하는 물 기둥을 제공하며, 이는 외부 압력을 상쇄시키는데 충분하다. 칼럼은 통상적으로 평균 흘수선보다 약 10 미터 위에 있어서, 극한 파도가 칼럼의 상부의 장비를 손상시키지 않고 물이 환기구를 통해 유입되지 않게 한다.
일부 실시예에서, 안정화 칼럼 내의 내부 샤프트와 외부 쉘 사이의 내부 정압은 균일하게 가압된 가스를 사용하여 얻어질 수 있다. 이러한 경우 밸러스트 격실은 설치시 밸러스트 격실의 상부에 흡입 및 배출 밸브를 통해 가압되어서, 흡입 및 배출 밸브를 갖는 환기구가 필요치 않을 수 있다. 압력은 압력 센서를 통해 모니터링될 수 있다. 밸러스트 격실 내부의 압력의 변화는 (수심에 선형적으로 비례하는) 밸러스트 격실 밖의 정수압과 동일한 경향을 따르지 않고, 대신 균일하여, 밸러스트 격실 내부의 압력은 모든 레벨의 밸러스트 격실에 대해 최적화된 값으로 설정될 수 있다. 액체 밸러스트의 경우와 달리, 이것은, 필요한 경우, 칼럼의 높이보다 약간 더 높은 압력(예컨대, 수 바(bar) 더 높은 압력)으로 설정될 수도 있다.
일부 실시예에서, 능동 밸러스트 격실(460) 내의 압력은 환기구들을 통해 대기로 동적으로 제어될 수 있다. 이들 대기 환기구는 능동 밸러스트 시스템으로 인바운드(inbound)되기 위해 공기를 배기하는 구조물을 포함할 수 있다. 그러나 일상적인 해양 작업 동안 해수의 바람직하지 않은 흡입을 막기 위해 환기구는 차폐되어야 한다. 일 실시예에서, 흡입 및 배출 밸브는 격실 내의 압력을 적절히 상승시키거나 하강시키는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 압력 모니터링 시스템은 압력 센서들을 사용하여 능동 밸러스트 격실(460)을 모니터링할 수 있다. 압력이 손실된 경우 알람이 울릴 수 있고, 압력이 자동으로 또는 사용자 입력을 통해 조절될 수 있다. 액체 밸러스트가 환기구들 내로 칼럼의 상부로 연장되면 조절은 증발을 고려할 수도 있다. 내부 압력은 주어진 격실과 환기구의 상부 사이에 연장되는 물 기둥으로부터의 압력과 대략 동일하도록 유지될 수 있다. 일반적인 칼럼 높이가 20 미터 내지 40 미터에서 변하는 경우 내부 압력은 최대 4 바이다.
도 5a는 WEP(220a, 220b 및 220c)의 상세 예시를 제공한다. WEP(220a, 220b, 220c)는 안정화 칼럼의 용골 단부에 직접 연결된 편평한 보강된 판(505)이다. WEP는 칼럼의 바닥 편평한 용골(465)로부터 외측으로 외팔보로 형성되고, 지지를 위해 기존의 구조적 부품을 사용한다. 예를 들어, WEP는 한 쌍의 하부 수평 주 관형 부재(510)에 연결될 수 있고, 여기서 그 경간(span)은 안정화 칼럼에서 교차한다. WEP는 또한 칼럼의 용골(465)에 다시 연결될 수 있다. WEP는 원주방향 거더(515) 및 반경방향 거더(520)에 의해 지지된다. 반경방향 거더(520)는 동수력 부하로 인한 굽힘 부하를 다시 칼럼으로 전달한다. 플랫은 반경방향 거더(520)가 일치하는 편평한 거더와 만나도록 보강되고, 이 거더는 부하를 내부 샤프트로 다시 전달한다. 추가적인 강성을 위해, 니브레이스(knee brace)(525)가 사용될 수 있다. 니브레이스(525)는, (예를 들어, 1.5 미터보다) 작은 직경일 수 있고 주로 축방향 부하로서 WEP로부터 수직 동수력 부하를 지지하고, 이들 부하를 칼럼 외부 쉘로 다시 전달할 수 있는 관형 부재이다. 칼럼 외부 쉘은 부하를 지탱하기 위해 국부적으로 보강되어 있다. WEP와 칼럼 사이의 연결부는 강도 분석뿐만 아니라 피로 분석의 대상이다.
도 5b는 WEP(220a, 220b 및 220c)의 다른 실시예를 제공한다. 이 실시예에서, 편평한 보강된 판(530)은 안정화 칼럼의 용골 단부의 원주의 적어도 일부로부터 반경방향으로 연장된다. 편평한 보강된 판(530)은 또한 안정화 칼럼(535)에 연결된 2개의 하부 수평 주 관형 부재(510)의 방향으로 반경방향으로 연장된다. 도 5a에 도시된 WEP와 유사하게, 도 5b에 있는 WEP는 칼럼(535)의 용골 단부(465)로부터 외측으로 외팔보로 형성되고, 지지를 위해 2개의 하부 수평 주 관형 부재(540a, 540b)를 사용할 수 있다. 이 실시예에서 WEP는 원주방향 거더(545) 및 반경방향 거더(550)에 의해 지지된다. 반경방향 거더(550)는 굽힘 부하를 다시 칼럼(535)으로 전달한다. 관형 부재의 니브레이스(555)는 WEP로부터 수직 동수력 부하를 지지할 수 있고, 이들 부하를 칼럼(535)으로 다시 전달할 수 있다. 도 5b에 도시된 바와 같이, 2개의 하부 수평 주 관형 부재(540a, 540b)의 방향으로 반경방향으로 연장되는 WEP의 부분은 칼럼(535)의 적어도 일부로부터 반경방향으로 연장되는 WEP의 부분으로부터 삼각형 형상의 WEP 연장부를 형성한다.
또한, 일부 실시예에서, 칼럼(535)으로부터 반경방향으로 연장되는 WEP 부분은 칼럼(535)의 전체 원주로부터 연장되는 것은 아니다. 예를 들어, (또한 도 4b에서 용골(465) 옆에 도시된) 보강된 판이 존재하지 않는 하나 이상의 갭 영역(560)이 있을 수 있다. 따라서 WEP의 결합된 구조물(즉, 안정화 칼럼의 용골 단부로부터 반경방향으로 연장되고, 안정화 칼럼에 연결된 2개의 하부 수평 주 관형 부재의 방향으로 반경방향으로 연장되는 편평한 보강된 판)은 도 4b 및 도 5b에 도시된 바와 같이 상부에 갭을 갖는 키구멍(keyhole) 형상이다. WEP의 형상과 크기는 플랫폼 구조물이 바다에 전개될 때 다양한 설계 제약과 예상되는 환경 조건을 수용하도록 더 변형될 수 있다.
칼럼의 직경 및 그 위치를 포함하는 플랫폼 레이아웃은 최적의 구조적 형태를 얻기 위해 프로젝트 특성에 따라 조절될 수 있다. 도 6은 칼럼 및 트러스 부재의 치수의 상세 예시를 제공한다. 풍력 터빈 발전기 타워(620)를 지지하는 칼럼인 칼럼(605)의 직경(D1)은 칼럼(610) 및 칼럼(615)의 직경(D2)보다 더 클 수 있다. 또한, 칼럼(610)의 중심과 칼럼(615)의 중심 사이의 거리는 칼럼(605)의 중심으로부터 칼럼(610) 또는 칼럼(615)의 중심까지의 거리보다 더 작거나 또는 더 클 수 있다. 이러한 구조적 형태에서, 칼럼(605)과 칼럼(610)을 연결하는 축과, 칼럼(605)과 칼럼(615)을 연결하는 축 사이의 각도는 45도 내지 60도 또는 60도 내지 90도에서 변할 수 있다. 물 위(건현(freeboard)) 및 물 아래(흘수(draught))에 있는 3개의 칼럼의 높이는 해양 환경(metocean), 제조 및 설치 제약에 따라 그리고 터빈 성능에 따라 조절된다.
상기 부유식 풍력 터빈 플랫폼의 설명은 다른 구조물이 통합될 수 있으므로 특성 리스트를 전부 다 제시하는 것은 아니다. 추가적으로, 상기 구조물은 개별적으로 사용되거나 또는 서로 조합으로 사용될 수 있다. 따라서, 본 명세서에 개시된 기술의 사용을 예시하는 예는 본 발명을 제한하는 것이거나 본 발명에서 선호되는 것으로 간주되어서는 안 된다. 위에서 제공된 예는 과도하게 복잡해짐이 없이 개시된 기술을 설명하기 위해 사용된 것이다. 이 예는 개시된 기술을 전부 예시하는 것은 아니다.
본 기술은 이하에서 설명되는 다양한 양태에 따라 예시된다. 3개의 세장형(elongate) 안정화 칼럼을 포함한 부유식 반-잠수식 풍력 터빈 플랫폼이 제공된다. 상기 3개의 안정화 칼럼 각각은 상부 단부, 용골 단부, 및 내부 샤프트를 포함하는 외부 쉘을 갖는다. 상기 3개의 안정화 칼럼 각각에는 또한 그 용골 단부에 물 엔트랩먼트 판을 갖는다. 또한, 각 물 엔트랩먼트 판은 상기 안정화 칼럼의 길이방향 축에 수직인 평면에서 외팔보로 형성된다.
추가적으로, 상기 부유식, 반-잠수식 풍력 터빈 플랫폼은 3개의 트러스 부재를 포함하고, 여기서 각 트러스 부재는 2개의 수평 주 관형 부재와 2개의 대각선 관형 부재를 포함한다. 각 상기 수평 주 관형 부재는 상기 3개의 안정화 칼럼 중 하나의 안정화 칼럼의 상기 내부 샤프트에 연결하기 위한 제1 단부, 및 상기 3개의 안정화 칼럼 중 다른 안정화 칼럼의 상기 내부 샤프트에 연결하기 위한 제2 단부를 갖는다. 상호 연결된 상기 3개의 안정화 칼럼과 3개의 트러스 부재는 상기 3개의 안정화 칼럼의 상기 길이방향 축에 수직인 평면에서 삼각형 단면을 형성하며, 여기서 상기 삼각형 단면의 3개의 변(side)은 상기 3개의 트러스 부재이고 상기 삼각형 단면의 3개의 정점은 상기 3개의 안정화 칼럼이다. 각 트러스 부재에 대해, 상기 2개의 대각선 관형 부재 각각은 또한 제1 단부 및 제2 단부를 갖고, 여기서 각 대각선 관형 부재의 상기 제1 단부는 하나의 안정화 칼럼의 상기 내부 샤프트에 연결되고, 각 대각선 관형 부재의 상기 제2 단부는 동일한 트러스 부재 내의 상기 수평 관형 부재들 중 하나의 수평 관형 부재에 연결된다. 상기 부유식 반-잠수식 풍력 터빈 플랫폼은 상기 3개의 안정화 칼럼 중 하나의 안정화 칼럼의 상기 상부 단부 위에 배치된 세장형 풍력 터빈 타워를 더 포함하되, 상기 타워의 길이방향 축은 상기 안정화 칼럼의 상기 길이방향 축과 실질적으로 평행하다.
일 실시예에서, 컷아웃(cutout)이 상기 3개의 트러스 부재 중 2개의 대응하는 트러스 부재가 상기 내부 샤프트에 연결되기 위한 갭을 제공하도록 상기 칼럼 외부 쉘 각각의 측면에 배치된다. 일부 실시예에서, 상기 3개의 트러스 부재는 또한 상기 3개의 안정화 칼럼의 상기 칼럼 외부 쉘에 연결된다. 상기 3개의 트러스 부재는 상기 칼럼 외부 쉘을 통과하여 상기 칼럼 외부 쉘에 연결될 뿐만 아니라 상기 내부 샤프트에 연결된다.
일부 실시예에서, 상기 3개의 트러스 부재 중 하나의 트러스 부재는 다른 2개의 트러스 부재와 상이한 길이를 가져서, 이등변 삼각형인 삼각형 단면을 형성한다. 이 실시예에서, 상기 풍력 터빈 타워는 동일한 길이의 상기 다른 2개의 트러스 부재에 연결된 상기 안정화 칼럼의 상기 상부 단부 위에 배치된다.
일 실시예에서, 상기 3개의 트러스 부재는 동일한 길이이고, 여기서 형성되는 상기 삼각형 단면은 등변 삼각형이다.
일부 실시예에서, 각 칼럼 외부 쉘과, 대응하는 내부 샤프트 사이에 환형 격실이 형성된다. 상기 환형 격실은 액체와 가스 중 적어도 하나에 의해 가압 가능한 공간을 제공한다.
일 실시예에서, 상기 3개의 안정화 칼럼 중 하나의 안정화 칼럼은 상기 다른 2개의 안정화 칼럼보다 더 큰 직경이고, 상기 풍력 터빈 타워는 더 큰 직경을 갖는 상기 하나의 안정화 칼럼의 상기 상부 단부 위에 배치된다.
일 실시예에서, 상기 3개의 안정화 칼럼 각각 내에 밸러스트 탱크가 배치된다. 상기 밸러스트 탱크는 밸러스트 제어 시스템에 의해 상기 3개의 안정화 칼럼 사이에서 전달될 수 있는 밸러스트를 포함하는데 사용된다.
일부 실시예에서, 상기 3개의 안정화 칼럼 각각의 상기 칼럼 외부 쉘은 격벽, 링 거더 및 링-보강된 원통형 플랫 중 적어도 하나에 의해 구조적으로 지지된다. 일부 실시예에서, 상기 3개의 안정화 칼럼 각각의 상기 내부 샤프트는 링 거더들에 의해 구조적으로 지지된다. 그리고 일부 실시예에서, 상기 3개의 안정화 칼럼 각각의 상기 칼럼 외부 쉘은 격벽, 링 거더 및 링-보강된 원통형 플랫 중 적어도 하나에 의해 구조적으로 지지되고, 상기 3개의 안정화 칼럼 각각의 상기 내부 샤프트는 링 거더에 의해 구조적으로 지지된다.
일 실시예에서, 각 물 엔트랩먼트 판은 i) 상기 안정화 칼럼의 용골 단부의 원주의 적어도 일부로부터 반경방향으로 연장되고, ii) 상기 안정화 칼럼에 연결된 상기 트러스 부재들 중 2개의 트러스 부재의 방향으로 반경방향으로 연장된다. 일 실시예에서, 상기 반경방향으로 연장된 결과, 각 물 엔트랩먼트 판은 상기 판의 평면에서 대략 키구멍 형상을 형성한다.
3개의 세장형 안정화 칼럼을 포함하는 부유식 반-잠수식 풍력 터빈 플랫폼이 더 제공되고, 여기서 상기 3개의 안정화 칼럼 각각은 상부 단부, 용골 단부, 및 칼럼 외부 쉘과, 상기 칼럼 외부 쉘에 의해 포함된 내부 샤프트 사이의 환형 격실을 갖는다. 상기 3개의 안정화 칼럼 각각은 그 용골 단부에 물 엔트랩먼트 판을 갖는다. 상기 물 엔트랩먼트 판은 상기 안정화 칼럼의 길이방향 축에 수직인 평면에서 외팔보로 형성된다.
상기 부유식, 반-잠수식 풍력 터빈 플랫폼은 3개의 트러스 부재를 포함하고, 여기서 각 트러스 부재는 2개의 수평 주 관형 부재 및 2개의 대각선 관형 부재를 포함한다. 상기 수평 주 관형 부재 각각은 상기 3개의 안정화 칼럼 중 하나의 안정화 칼럼의 상기 내부 샤프트에 연결하기 위한 제1 단부, 및 상기 3개의 안정화 칼럼 중 다른 안정화 칼럼의 상기 내부 샤프트에 연결하기 위한 제2 단부를 갖는다. 상호 연결된 상기 3개의 안정화 칼럼과 3개의 트러스 부재는 상기 3개의 안정화 칼럼의 상기 길이방향 축에 수직인 평면에서 삼각형 단면을 형성하고, 여기서 상기 삼각형 단면의 3개의 변은 상기 3개의 트러스 부재이고, 상기 삼각형 단면의 3개의 정점은 상기 3개의 안정화 칼럼이다. 각 트러스 부재에 대해, 상기 2개의 대각선 관형 부재 각각은 또한 제1 단부 및 제2 단부를 갖고, 여기서 각 대각선 관형 부재의 상기 제1 단부는 하나의 안정화 칼럼의 상기 내부 샤프트에 연결되고, 각 대각선 관형 부재의 상기 제2 단부는 동일한 트러스 부재 내의 상기 수평 관형 부재들 중 하나의 수평 관형 부재에 연결된다. 상기 부유식 반-잠수식 풍력 터빈 플랫폼은 상기 3개의 안정화 칼럼 중 하나의 안정화 칼럼의 상부 단부 위에 배치된 세장형 풍력 터빈 타워를 더 포함하고, 상기 타워의 길이방향 축은 상기 안정화 칼럼의 상기 길이방향 축과 실질적으로 평행하다.
일부 실시예에서, 상기 환형 격실은 격벽 및 링-보강된 원통형 플랫 중 적어도 하나에 의해 분리된다. 일 실시예에서, 상기 3개의 안정화 칼럼 각각의 상기 칼럼 외부 쉘은 상기 격벽, 상기 링-보강된 원통형 플랫 및 링 거더 중 적어도 하나에 의해 구조적으로 지지된다.
일부 실시예에서, 상기 3개의 트러스 부재 중 하나의 트러스 부재는 다른 2개의 트러스 부재와 상이한 길이를 가져서, 이등변 삼각형인 삼각형 단면을 형성한다. 상기 풍력 터빈 타워는 동일한 길이의 상기 다른 2개의 트러스 부재에 연결된 상기 안정화 칼럼의 상기 상부 단부 위에 배치된다.
일 실시예에서, 상기 3개의 트러스 부재는 동일한 길이이고, 여기서 형성되는 상기 삼각형 단면은 등변 삼각형이다.
일부 실시예에서, 상기 환형 격실은 액체와 가스 중 적어도 하나에 의해 가압될 수 있는 공간을 제공한다.
일 실시예에서, 상기 3개의 안정화 칼럼 중 하나의 안정화 칼럼은 상기 다른 2개의 안정화 칼럼보다 더 큰 직경이고, 상기 풍력 터빈 타워는 더 큰 직경을 갖는 상기 하나의 안정화 칼럼의 상기 상부 단부 위에 배치된다.
전술된 설명은 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자가 본 명세서에 설명된 다양한 양태를 실시할 수 있도록 제공된 것이다. 이들 양태에 대한 다양한 변형은 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에게 쉽게 명백할 것이며, 본 명세서에 한정된 일반적인 원리들은 다른 양태들에도 적용될 수 있다. 따라서, 청구범위는 본 명세서에 도시된 양태들로 본 발명을 제한하려고 의도된 것이 아니고, 문언적 청구범위에 따라 최대 범위에 따르는 것으로 의도된 것이고, 여기서 단수 요소에 대한 언급은, 구체적으로 그렇게 명시된 것이 아닌 한, "단 하나"를 의미하려고 의도된 것이 아니라, 오히려 "하나 이상"을 의미하는 것으로 의도된다.
"양태"와 같은 어구는 이 양태가 본 기술에 필수적이거나 이 양태가 본 기술의 모든 형태에 적용된다는 것을 의미하는 것은 아니다. 일 양태와 관련된 내용은 모든 형태 또는 하나 이상의 형태에 적용될 수 있다. 양태와 같은 어구는 하나 이상의 양태를 말할 수 있고 그 반대의 경우도 마찬가지이다. "형태"와 같은 어구는 이 형태가 본 기술에 필수적이거나 이 형태가 본 기술의 모든 형태에 적용되는 것을 의미하는 것은 아니다. 형태와 관련된 내용은 모든 형태 또는 하나 이상의 형태에 적용될 수 있다. 형태와 같은 어구는 하나 이상의 형태를 말할 수 있고 그 반대의 경우도 마찬가지이다.
본 명세서에서 "예시적인"이라는 단어는 "예로서 기능하는 또는 예시로서 기능하는" 것을 의미하는데 사용된다. 본 명세서에서 "예시적인" 것으로 설명된 임의의 양태 또는 설계는 다른 양태 또는 설계보다 반드시 바람직하다거나 유리한 것으로 해석되는 것은 아니다. 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에게 알려져 있거나 추후에 알려지게 될 본 명세서 전반에 걸쳐 설명된 다양한 양태의 요소들에 대한 모든 구조적 및 기능적 균등물은 본 명세서에 명시적으로 포함되고, 청구범위에 포함되는 것으로 의도된다.

Claims (32)

  1. 부유식 반-잠수식 풍력 터빈 플랫폼으로서,
    3개의 세장형 안정화 칼럼(elongate stabilizing column)으로서, 상기 3개의 안정화 칼럼 각각은 상부 단부, 용골 단부(keel end), 및 내부 샤프트를 포함하는 외부 쉘(shell)을 갖고, 상기 3개의 안정화 칼럼 각각은 상기 용골 단부에 인접한 물 엔트랩먼트 판(water entrapment plate)을 갖고, 각 물 엔트랩먼트 판은 상기 안정화 칼럼의 외부 쉘의 표면으로부터 외측으로 연장된, 상기 3개의 세장형 안정화 칼럼;
    3개의 트러스(truss) 부재로서, 각 트러스 부재는 2개의 주 관형 부재와 2개의 대각선 관형 부재를 포함하고, 상기 주 관형 부재 각각은, 상기 3개의 안정화 칼럼 중 하나의 안정화 칼럼의 상기 내부 샤프트에 연결하기 위한 제1 단부, 및 상기 3개의 안정화 칼럼 중 다른 안정화 칼럼의 상기 내부 샤프트에 연결하기 위한 제2 단부를 갖고, 상호 연결된 상기 3개의 안정화 칼럼과 상기 3개의 트러스 부재는 삼각형 단면을 형성하고, 상기 삼각형 단면의 3개의 변(side)은 상기 3개의 트러스 부재이고, 상기 삼각형 단면의 3개의 꼭짓점(vertex)은 상기 3개의 안정화 칼럼이고, 각 트러스 부재에 대해, 상기 2개의 대각선 관형 부재 각각은 제1 단부 및 제2 단부를 갖고, 각 대각선 관형 부재의 상기 제1 단부는 하나의 안정화 칼럼의 상기 내부 샤프트에 연결되고, 각 대각선 관형 부재의 상기 제2 단부는 동일한 트러스 부재 내의 상기 주 관형 부재들 중 하나의 주 관형 부재에 연결된, 상기 3개의 트러스 부재; 및
    상기 3개의 안정화 칼럼 중 하나의 안정화 칼럼의 상기 상부 단부 위에 배치된 세장형 풍력 터빈 타워를 포함하는, 부유식 반-잠수식 풍력 터빈 플랫폼.
  2. 제1항에 있어서, 컷아웃(pie-shaped cutout)이 상기 3개의 트러스 부재 중 2개의 대응하는 트러스 부재가 상기 내부 샤프트에 연결되기 위한 갭을 제공하도록 상기 칼럼 외부 쉘 각각의 측면에 배치되는, 부유식 반-잠수식 풍력 터빈 플랫폼.
  3. 제1항에 있어서, 상기 3개의 트러스 부재는 또한 상기 3개의 안정화 칼럼의 상기 칼럼 외부 쉘에 연결되고, 상기 3개의 트러스 부재는 상기 칼럼 외부 쉘을 통과하여 상기 칼럼 외부 쉘에 연결될 뿐만 아니라 상기 내부 샤프트에 연결된, 부유식 반-잠수식 풍력 터빈 플랫폼.
  4. 제1항에 있어서, 상기 3개의 트러스 부재 중 하나의 트러스 부재는 다른 2개의 트러스 부재와 상이한 길이이고, 상기 삼각형 단면은 이등변 삼각형인, 부유식 반-잠수식 풍력 터빈 플랫폼.
  5. 제4항에 있어서, 상기 풍력 터빈 타워는 동일한 길이의 상기 다른 2개의 트러스 부재에 연결된 상기 안정화 칼럼의 상기 상부 단부 위에 배치된, 부유식 반-잠수식 풍력 터빈 플랫폼.
  6. 제1항에 있어서, 상기 3개의 트러스 부재는 동일한 길이이고, 상기 삼각형 단면은 등변 삼각형인, 부유식 반-잠수식 풍력 터빈 플랫폼.
  7. 제1항에 있어서, 칼럼 외부 쉘 각각과, 대응하는 내부 샤프트들 사이에 환형 격실이 형성되고, 상기 환형 격실은 액체와 가스 중 적어도 하나에 의해 가압 가능한 공간을 제공하는, 부유식 반-잠수식 풍력 터빈 플랫폼.
  8. 제1항에 있어서, 상기 3개의 안정화 칼럼 중 하나의 안정화 칼럼은 다른 2개의 안정화 칼럼보다 더 큰 직경이고, 상기 풍력 터빈 타워는 더 큰 직경을 갖는 상기 하나의 안정화 칼럼의 상기 상부 단부 위에 배치된, 부유식 반-잠수식 풍력 터빈 플랫폼.
  9. 제1항에 있어서, 상기 3개의 안정화 칼럼 각각 내에 밸러스트 탱크가 배치되고, 상기 밸러스트 탱크는 밸러스트 제어 시스템에 의해 상기 3개의 안정화 칼럼 사이에서 전달 가능한 밸러스트를 포함하는데 사용되는, 부유식 반-잠수식 풍력 터빈 플랫폼.
  10. 제1항에 있어서, 상기 3개의 안정화 칼럼 각각의 상기 칼럼 외부 쉘은 격벽(bulkhead), 링 거더(ring girder), 및 링-보강된 원통형 플랫(ring-stiffened cylindrical flat) 중 적어도 하나에 의해 구조적으로 지지되는, 부유식 반-잠수식 풍력 터빈 플랫폼.
  11. 제1항에 있어서, 상기 3개의 안정화 칼럼 각각의 상기 내부 샤프트는 링 거더에 의해 구조적으로 지지된, 부유식 반-잠수식 풍력 터빈 플랫폼.
  12. 제1항에 있어서, 상기 3개의 안정화 칼럼 각각의 상기 칼럼 외부 쉘은 격벽, 링 거더, 및 링-보강된 원통형 플랫 중 적어도 하나에 의해 구조적으로 지지되고, 상기 3개의 안정화 칼럼 각각의 상기 내부 샤프트는 링 거더에 의해 구조적으 지지된, 부유식 반-잠수식 풍력 터빈 플랫폼.
  13. 제1항에 있어서, 각 물 엔트랩먼트 판은, i) 상기 안정화 칼럼의 용골 단부의 원주의 적어도 일부로부터 반경방향으로 연장되고, ii) 상기 안정화 칼럼에 연결된 상기 트러스 부재들 중 2개의 트러스 부재의 방향으로 반경방향으로 연장되는, 부유식 반-잠수식 풍력 터빈 플랫폼.
  14. 부유식 반-잠수식 풍력 터빈 플랫폼으로서,
    3개의 세장형 안정화 칼럼으로서, 상기 3개의 안정화 칼럼 각각은 상부 단부, 용골 단부, 및 환형 격실을 갖고, 상기 환형 격실은 외부 쉘과, 상기 칼럼의 상기 외부 쉘에 의해 포함된 내부 샤프트 사이에 형성되며, 상기 3개의 안정화 칼럼 각각은 상기 용골 단부에 인접한 물 엔트랩먼트 판을 갖고, 각 물 엔트랩먼트 판은 상기 안정화 칼럼의 외부 쉘의 표면으로부터 외측으로 연장된, 상기 3개의 세장형 안정화 칼럼;
    3개의 트러스 부재로서, 각 트러스 부재는 2개의 주 관형 부재와 2개의 대각선 관형 부재를 포함하고, 상기 주 관형 부재 각각은, 상기 3개의 안정화 칼럼 중 하나의 안정화 칼럼의 상기 내부 샤프트에 연결하기 위한 제1 단부, 및 상기 3개의 안정화 칼럼 중 다른 안정화 칼럼의 상기 내부 샤프트에 연결하기 위한 제2 단부를 갖고, 상호 연결된 상기 3개의 안정화 칼럼과 상기 3개의 트러스 부재는 삼각형 단면을 형성하고, 상기 삼각형 단면의 3개의 변은 상기 3개의 트러스 부재이고, 상기 삼각형 단면의 3개의 꼭짓점은 상기 3개의 안정화 칼럼이고, 각 트러스 부재에 대해, 상기 2개의 대각선 관형 부재 각각은 제1 단부 및 제2 단부를 갖고, 각 대각선 관형 부재의 상기 제1 단부는 하나의 안정화 칼럼의 상기 내부 샤프트에 연결되고, 각 대각선 관형 부재의 상기 제2 단부는 동일한 트러스 부재 내의 상기 주 관형 부재들 중 하나의 주 관형 부재에 연결된, 상기 3개의 트러스 부재; 및
    상기 3개의 안정화 칼럼 중 하나의 안정화 칼럼의 상기 상부 단부 위에 배치된 세장형 풍력 터빈 타워를 포함하는, 부유식 반-잠수식 풍력 터빈 플랫폼.
  15. 제14항에 있어서, 상기 환형 격실은 격벽 및 링-보강된 원통형 플랫 중 적어도 하나에 의해 분리된, 부유식 반-잠수식 풍력 터빈 플랫폼.
  16. 제15항에 있어서, 상기 3개의 안정화 칼럼 각각의 상기 칼럼 외부 쉘은 상기 격벽, 상기 링-보강된 원통형 플랫, 및 링 거더 중 적어도 하나에 의해 구조적으로 지지된, 부유식 반-잠수식 풍력 터빈 플랫폼.
  17. 제14항에 있어서, 상기 3개의 트러스 부재 중 하나의 트러스 부재는 다른 2개의 트러스 부재와 상이한 길이이고, 상기 삼각형 단면은 이등변 삼각형이며, 상기 풍력 터빈 타워는 동일한 길이의 상기 다른 2개의 트러스 부재에 연결된 상기 안정화 칼럼의 상기 상부 단부 위에 배치된, 부유식 반-잠수식 풍력 터빈 플랫폼.
  18. 제14항에 있어서, 상기 3개의 트러스 부재는 동일한 길이이고, 상기 삼각형 단면은 등변 삼각형인, 부유식 반-잠수식 풍력 터빈 플랫폼.
  19. 제14항에 있어서, 상기 환형 격실은 액체와 가스 중 적어도 하나에 의해 가압될 수 있는 공간을 제공하는, 부유식 반-잠수식 풍력 터빈 플랫폼.
  20. 제14항에 있어서, 상기 3개의 안정화 칼럼 중 하나의 안정화 칼럼은 다른 2개의 안정화 칼럼보다 더 큰 직경이고, 상기 풍력 터빈 타워는 상기 더 큰 직경을 갖는 상기 하나의 안정화 칼럼의 상기 상부 단부 위에 배치된, 부유식 반-잠수식 풍력 터빈 플랫폼.
  21. 제1항에 있어서,
    각 물 엔트랩먼트 판은 상기 안정화 칼럼의 길이방향 축에 수직인 평면에서 상기 안정화 칼럼으로부터 연장되는 상기 안정화 칼럼의 상기 용골 단부에 연결되는, 부유식 반-잠수식 풍력 터빈 플랫폼.
  22. 제1항에 있어서,
    각 물 엔트랩먼트 판은 2개의 주 관형 부재에 연결되는, 부유식 반-잠수식 풍력 터빈 플랫폼.
  23. 제1항에 있어서,
    각 물 엔트랩먼트 판은 적어도 하나의 니브레이스를 사용하여 안정화 칼럼에 연결되는, 부유식 반-잠수식 풍력 터빈 플랫폼.
  24. 제1항에 있어서,
    각 물 엔트랩먼트 판은 복수의 반경방향 거더 및 제2 복수의 거더에 연결되고, 각각의 상기 제2 복수의 거더는 상기 복수의 반경방향 거더 중 2개와 연결되는, 부유식 반-잠수식 풍력 터빈 플랫폼.
  25. 제1항에 있어서,
    각 물 엔트랩먼트 판은 판 두께를 가지며, 각 물 엔트랩먼트 판의 가장자리의 두께는 상기 판 두께와 동일한, 부유식 반-잠수식 풍력 터빈 플랫폼.
  26. 제1항에 있어서,
    각 현 부재(chord member)는 관형 현 부재이고, 각 대각선 부재(diagonal member)는 관형 대각선 부재인, 부유식 반-잠수식 풍력 터빈 플랫폼.
  27. 제14항에 있어서,
    각 물 엔트랩먼트 판은 상기 안정화 칼럼의 길이방향 축에 수직인 평면에서 상기 안정화 칼럼으로부터 연장되는 상기 안정화 칼럼의 상기 용골 단부에 연결되는, 부유식 반-잠수식 풍력 터빈 플랫폼.
  28. 제14항에 있어서,
    각 물 엔트랩먼트 판은 2개의 주 관형 부재에 연결되는, 부유식 반-잠수식 풍력 터빈 플랫폼.
  29. 제14항에 있어서,
    각 물 엔트랩먼트 판은 적어도 하나의 니브레이스를 사용하여 안정화 칼럼에 연결되는, 부유식 반-잠수식 풍력 터빈 플랫폼.
  30. 제14항에 있어서,
    각 물 엔트랩먼트 판은 복수의 반경방향 거더 및 제2 복수의 거더에 연결되고, 각각의 상기 제2 복수의 거더는 상기 복수의 반경방향 거더 중 2개와 연결되는, 부유식 반-잠수식 풍력 터빈 플랫폼.
  31. 제14항에 있어서,
    각 물 엔트랩먼트 판은 판 두께를 가지며, 각 물 엔트랩먼트 판의 가장자리의 두께는 상기 판 두께와 동일한, 부유식 반-잠수식 풍력 터빈 플랫폼.
  32. 제14항에 있어서,
    각 현 부재는 관형 현 부재이고, 각 대각선 부재는 관형 대각선 부재인, 부유식 반-잠수식 풍력 터빈 플랫폼.
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