KR102309038B1 - 부유 구조체 및 그 설치 방법 - Google Patents

부유 구조체 및 그 설치 방법 Download PDF

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KR102309038B1
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고메즈 미구엘 엔젤 페르난데스
호세 세르나 가르시아-콩데
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에스테이코 에스.에이.
씨 윈드 타워스, 에스.엘.
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Abstract

부유 구조체는 다음을 포함한다: 밸러스트로 선택적으로 채울 수 있는 적어도 하나의 본질적인 중공체를 포함한 부유 베이스 - 상기 부유 베이스의 최대 수평 치수는 상기 부유 베이스의 최대 수직 치수보다 큼 -; 텔레스코픽 타워를 바람직하게 포함한 상기 부유 베이스에 의해 지지된 건축물; 하향 추진 수단; 및 적어도 3 개의 유지 케이블들 - 상기 케이블의 해당 상단 말단들은 상기 부유 베이스에, 바람직하게는 상기 부유 베이스의 주변 위치들에서 부착되며, 그리고 상기 케이블의 해당 하단 말단들은 상기 하향 추진 수단에 부착되고, 그 결과 상기 유지 케이블들은 팽팽하고 되고, 상기 부유 구조체의 안정성을 증가시키는 하향력을 상기 부유 베이스 상에 가함 -. 그리고 이러한 부유 구조체에 대한 설치 방법이 개시된다.

Description

부유 구조체 및 그 설치 방법{FLOATING STRUCTURE AND METHOD OF INSTALLING SAME}
본 발명은 수역이나 호수 등의 위치에 설치되는 부유 구조체 (floating construction) 및 그 설치 방법에 관한 것이다.
본 발명의 구성은, 설치 상태에서 반-노출 샤프트 (semi-emerged shaft) 및 잠긴 부유 베이스, 또는 노출 샤프트 및 반-잠긴 부유 베이스 중 어느 하나를 포함하는, 본질적으로 콘크리트로 제조된 풍력 터빈의 부유 하부구조체 (floating substructure)일 수 있다. 이 문맥에서 "하부구조체 (substructure)"라는 용어는 풍력 타워의 생성 수단을 지지하기 위한 풍력 타워의 부분을 말하며, 그러므로 타워 자체 또는 샤프트를 포함한다.
설명의 명료함을 위해, 본 명세서는 일반적으로 바다에서 본 발명에 따른 구조체의 사용을 언급할 것이며, 이는 본 발명에 따른 위치에 대한 수역에 관한 본 발명의 권리 범위를 제한하지 않는다. 유사하게, 설명의 명료성을 위해, 본 명세서는 본 발명의 권리 범위를 제한하지 않으면서, 풍력 터빈에 대한 부유 하부구조체의 구성을 구체적으로 예시할 것이다.
전술한 바와 같이, 본 발명은 본질적으로 콘크리트로 제조된 부유 하부구조체들에 특히 적용 가능하지만, 이는 이러한 유형의 구성에서, 또는 본질적으로 만들어진 하부구조체들에서, 본 발명의 주제에 대한 설명, 또는 청구항의 권리범위를 제한하는 것으로 이해되어서는 아니 되는데, 이는 본 발명이 설치시에 콘크리트로부터 수위를 넘어 특정 높이까지 주로 제조되고, 그리고 또 다른 재료 (예를 들어, 강철)로부터 상기 높이를 넘어 주로 제조된 하부 세그먼트를 가진 하부구조체들에서 사용하기에 동등하게 유리하며, 전체 수직 치수에서 콘크리트 이외의 재료 (예를 들면, 강철)로 만들어진 하부구조체들에 바람직하지 않지만 적용 가능하기 때문에, 그러하다.
따라서, 본 발명의 주요 적용 분야는 재생가능 또는 녹색 전력, 특히 풍력의 산업과 결합하여, 특히 콘크리트를 이용한 대규모 건축 건설 산업이다.
널리 알려진 바와 같이, 풍력은 스페인, 유럽 및 세계 기타 지역에서 최근 몇 년 동안 큰 관련성을 얻고 있다. 모든 예측은 전 세계적으로 풍력 발전이 지속적으로 성장하고 있음을 나타낸다. 가장 진보되고 가장 부유한 국가의 에너지 정책은 그들 목표들 중에서 풍력의 증가된 현존함을 포함한다.
이러한 정황 내에서, 근해 풍력 발전소들 (offshore wind farms)이 나타나기 시작하고 있으며, 향후 몇 년 안에 이 기술의 사용이 크게 성장할 것으로 기대된다. 근해 풍력 발전소들은 분명히 그들 위치에 있는 물의 깊이에 따라 보다 많은 비용을 수반하지만, 풍력 품질은 보다 우수하고 풍속은 보다 높으며, 난기류는 낮아, 보다 높은 생산 시간을 초래하고, 추가적으로, 해수면의 보다 높은 공기 밀도는 육상 기반의 풍력 발전소들보다 더 높은 소득을 창출하여, 보다 높은 초기 투자 비용을 보상한다. 실제로, 특히 독일, 영국 및 스칸디나비아 국가에서 근해 풍력발전소들을 추진 및 건설하는 것은 이제 흔한 일이며, 특정 재생 가능한 에너지 생산 할당량에 도달하기 위해 정부가 설정한 전략적 목표와 긴밀하게 연계된, 이러한 유형의 풍력발전소들의 예상되는 성장에 발맞추어 상기와 같은 대량의 발전소들이 연구되고 있다. 설치된 전력의 단위 비용을 줄이기 위해, 보다 큰 전력 및 크기의 터빈들을 사용하는 추세는 풍력 터빈들의 개발에서 일정해 왔으며, 특히 해상 풍력 발전에 대해서도 그러하다. 거의 모든 대형 풍력 터빈 제조업체들은 특히 까다로운 해양 조건들에 적합한 3 메가와트 이상의 발전 중인 고출력 모델들을 연구 중이거나, 후기 단계에 있다.
이러한 전력 증가 및 특히 까다로운 해양 조건들은 결국 터빈들을 지지해야 하는 하부구조체에 대한 요구를 상당히 증가시킨다는 것을 의미하며, 이는 특히 일부 환경들에서 권할 만한, 깊이가 깊은 장소들에서 하부구조체가 사용될 경우, 커진 용량, 최적의 강도 및 경쟁력 있는 비용으로 상기 하부구조체에 대한 새로운 개념을 개발하는 것을 필요로 한다. 이들 현장들에 대해서는 부유 해법들이 제안되었으며, 상기 부유 해법들 모두는 지금까지 금속 하부구조체를 사용하여 건설되어왔다.
알려진 부유 해법들에 대한 주요 단점들 및 제한 사항들은 다음과 같다:
● 하부구조체들의 설치는 토대 (foundation), 샤프트 및 터빈 요소들의 운송, 취급 및 리프팅에 대해 부족하고 값 비싼 해양 수단과 관련된 높은 비용을 의미한다.
● 강철은 특히 조수 이동 지역에서 습도 및 염분의 공격적인 조건으로 인해, 해양 매체의 지속 시간이 제한적이다. 결과적으로, 유지 보수 요구 사항이 높고 비용이 많이 든다. 피로 하중에 대한 금속 구조체들의 높은 민감성과 함께, 이는 하부구조체의 금속 구성 요소들의 유효 수명이 제한된다는 것을 의미한다.
● 강철 하부구조체들은 일반적으로 선박들, 빙산들 및 표류 물체들의 충돌에 매우 민감하다.
● 강철 비용의 변동성으로 인한 불확실성이 있고, 이러한 불확실성은 콘크리트에 대한 것보다 상당히 크다.
● 소정의 기존 해법들은 하부구조체 샤프트에 대한 제한된 강성을 나타내고, 특히 강성이 제한된 기초 해법들을 사용하여 터빈들의 하부 구조체 및 크기의 높이를 크게 하는 용량을 제한하고, 이는 해안가 설치에서 가장 일반적인 상황이다.
● 공급이 한정된 리프팅 및 운송을 위한 특정 해양 수단에 대한 의존도가 크다.
제조 재료와 관련하여, 구조용 콘크리트는 물 위의 구조체들, 특히 해양 구조체들에 적합한 재료로 밝혀졌다. 사실 금속 구조체들의 사용이 해군 훈련 (naval practice) 확대 및 항상 지속적인 유지 보수와 관련된 이동식 부유 요소들에서 우세하지만, 콘크리트는 대신에 대안으로 유리하며, 그러므로 모든 유형들의 고정 해상 구조체들 (항구들, 부두들, 방파제들, 플랫폼들, 등대들 등)에서 보다 보편적인 것이다. 이는 주로 구조용 콘크리트의 내구성, 견고성 및 구조 강도, 해양 부식에 대한 민감도 감소 및 사실상 유지-무료 서비스 때문이다. 적절한 디자인으로 피로감 역시 매우 낮다. 그의 유용한 수명은 일반적으로 50 년을 초과한다.
또한, 콘크리트는 충격 또는 충돌의 경우 그의 허용 오차로 인해 유리하며, 예를 들어 얼음을 표류시킴으로써 발생하는 힘을, 또는 소형 선박의 충격을 견딜 수 있을 뿐만 아니라, 필요한 수리의 단순성 및 경제성으로 인해 설계될 수 있다.
구조용 콘크리트는 또한 보편적인 건축 재료이고, 원자재 및 건축 수단은 전 세계적으로 접근할 수 있으며, 적당한 비용이 소모된다.
이러한 이유로, 근해 하부구조체들을 만드는데 콘크리트가 점점 더 많이 사용되지만, 지금까지는 해저 상에서 토대들을 갖는 하부구조체들에 대해 일반적으로 사용되어왔고, 그러므로 얕은 (small) 깊이 또는 복잡한 구조체들에 사용되어왔다.
본 발명의 하나의 목적은 부유 구조체에 관한 것이다.
본 발명의 하나의 목적은 부유 구조체에 관한 것이며, 상기 부유 구조체는 다음을 포함한다:
- 밸러스트 (ballast)로 선택적으로 채울 수 있는 적어도 하나의 본질적인 중공체 (hollow body)를 포함한 부유 베이스 (flotation base) - 상기 부유 베이스의 최대 수평 치수는 상기 부유 베이스의 최대 수직 치수보다 큼 -,
- 상기 부유 베이스에 의해 지지된 건축물 (building),
- 하향 추진 수단 (downward impelling means), 및
- 적어도 3 개의 유지 케이블들 (retaining cables)- 상기 케이블의 해당 상단 말단들은 상기 부유 베이스에, 바람직하게는 상기 부유 베이스의 주변 위치들에서 부착되며, 그리고 상기 케이블의 해당 하단 말단들은 상기 하향 추진 수단에 부착되고, 그 결과 상기 유지 케이블들은 인장력을 받고, 상기 부유 구조체의 안정성을 증가시키는 하향력을 상기 부유 베이스 상에 가함 -.
상기 부유 구조체는 설치 상태들에서, 반-노출 유형 건축물 및 잠긴 유형의 부유 베이스, 또는 노출 유형 건축물 및 반-잠긴 부유 베이스를 포함할 수 있다. 이에 대하여, 부유 구조체가 풍력 터빈을 지지하기 위해 사용되는 특정 경우에서, 부유 베이스의 임의의 구성요소의 최대 높이보다 낮은 높이에 있는 풍력 타워의 일부가 상기 부유 베이스의 일부를 형성하는 것이 본 발명에서 고려된다.
상기 부유 구조체는 풍력 터빈용 부유 하부구조체, 특히, 실질적으로 콘크리트로 만들어진 부유 하부구조체일 수 있으며, 그리고 상기 건축물은 베이스 세그먼트 및 헤드 세그먼트를 포함하고, 풍력 터빈 수단을 지지하는 적어도 2 개의 세그먼트들을 갖는 샤프트 또는 타워를 포함할 수 있다. 상기 샤프트는 바람직하게 텔레스코픽적일 수 있다.
상기 샤프트는 서로 동축으로 위치된, 가능하다면 계획된 높이에 도달할 때까지 부분적으로 축 방향으로 중첩되는 적어도 2 개의 튜브형 세그먼트들로 형성되고, 상기 세그먼트들 중 적어도 하나는 하부구조체의 설치 상태에서 상향 방향으로 테이퍼될 수 있다. 그러므로, 2 개의 연속적인 세그먼트들 사이에는 해당 수평 결합 (horizontal union)이 있다. 샤프트 세그먼트들 중, 하부구조체의 설치 상태에서 상기 부유 베이스 상에 직접 위치되기 위해 의도된 샤프트 세그먼트는 이하에서 "베이스 세그먼트"로 언급되고, 베이스 세그먼트 이외의 임의의 세그먼트는 이하에서 "중첩 세그먼트"로 언급된다. 하부구조체의 설치 상태에서 샤프트의 상부에 위치되기 위해 의도된 중첩 세그먼트는 이하에서 "헤드 세그먼트"로 언급된다.
이들 세그먼트들 각각은 단일 부품 (single piece) (이하, "일체형 세그먼트"라고 언급됨)일 수 있다. 대안적으로, 상기 세그먼트들 중 적어도 하나는 해당 세그먼트의 원주를 완성하도록 연결되는 적어도 2 개의 아치형 세그먼트들에 의해 형성될 수 있다. 그러므로, 2 개의 연속된 아치형 세그먼트들 사이에는 해당 수직 결합이 있다.
추가적으로, 본 발명의 권리범위를 벗어남 없이, 하부구조체 샤프트의 베이스 세그먼트 및 상기 하부구조체의 부유 베이스는 연속적으로 연결될 수 있거나, 또는 단일 부품으로 만들어질 수 있다.
그러므로, 상기 부유 구조체는 풍력 터빈용 부유 하부구조체, 특히 주로 콘크리트로 만들어진 부유 하부구조체일 수 있고, 설치 상태에서 반-노출 샤프트 및 잠긴 부유 베이스, 또는 노출 샤프트 및 반-잠긴 부유 베이스를 포함하고, 상기 풍력 터빈용 부유 하부구조체는 다음을 포함한다:
- 밸러스트로 선택적으로 채울 수 있는 적어도 하나의 본질적인 중공체를 포함한 부유 베이스 - 상기 부유 베이스의 최대 수평 치수는 상기 부유 베이스의 최대 수직 치수보다 큼 -,
- 상기 부유 베이스에 의해 지지되고, 적어도 2 개의 세그먼트들 (베이스 세그먼트 및 헤드 세그먼트)을 포함하는 샤프트, 바람직하게는 텔레스코픽 샤프트,
- 하향 추진 수단, 및
- 적어도 3 개의 유지 케이블들 - 상기 케이블의 해당 상단 말단들은 상기 부유 베이스에, 바람직하게는 상기 부유 베이스의 주변 위치들에서 부착되며, 그리고 상기 케이블의 해당 하단 말단들은 상기 하향 추진 수단에 부착되고, 그 결과 상기 유지 케이블들은 팽팽해지고, 상기 부유 구조체의 안정성을 증가시키는 하향력을 상기 부유 베이스 상에 가함 -;
본 발명에 따른 부유 구조체는 또한 스테이 (stay)를 포함하고, 상기 스테이의 상단 말단은 건축물, 바람직하게는 샤프트에 연결되고, 상기 스테이의 하단 말단은 부유 베이스에 연결된다. 상기 스테이들 중 적어도 하나는, 상기 스테이의 하단 말단이 상기 스테이의 상단 말단보다 상기 건축물의 중심 수직 축으로부터 멀리 위치되도록, 경사져 위치된다. 상기 스테이들 중 적어도 하나는 해당 유지 케이블의 연장에 의해 형성되고, 이 경우에, 상기 부유 베이스는 상기 유지 케이블의 정렬 (alignment)을 구부려지게 하는 편향 요소를 포함하고, 상기 유지 케이블의 상단 말단은 최종적으로 상기 건축물에 연결된다.
상기 부유 베이스는 바람직하게 콘크리트로부터 만들어진, 박스의 형태를 한, 본질적으로 폐쇄, 밀봉되고 속이 빈 단일 몸체를 포함한 구조체일 수 있거나, 또는 박스의 형태를 한, 본질적으로 폐쇄, 밀봉되고 속이 빈 적어도 2 개의 몸체들을 포함한 구조체일 수 있고, 상기 적어도 2 개의 몸체들 중 적어도 하나는 바람직하게 실질적으로 콘크리트로 만들어지고, 상기 몸체들은 서로 직접 연결되거나, 또는 격자 또는 바 (bar) 구조체와 같은 구조체를 통해 연결된다. 상기 몸체들 각각은 밀봉되거나 서로 연통된 하나 또는 여러 개의 내부 구획부들을 가질 수 있다.
본 발명에 따른 부유 구조체는 최종 위치까지 견인 또는 자기-추진 (self-propulsion)에 의해 수면 상에서 운송될 수 있다. 이러한 목적을 위해, 부유 베이스 및 상기 건축물의 일부는 부유형 및 단독 기립형을 가진 운송 유닛을 형성할 수 있다. 본 발명에 따른 텔레스코픽 샤프트을 포함한, 풍력 터빈용 부유 하부구조체인 부유 구조체의 경우에서, 부유 베이스, 수축 상태의 텔레스코픽 샤프트 (즉, 부유 베이스에 일체형으로 연결된 베이스 세그먼트 및 서로 내부에 그리고 베이스 세그먼트 내부에 임시로 하우징된 중첩 세그먼트들), 및 상기 텔레스코픽 세그먼트의 헤드 세그먼트에 연결된 터빈 수단의 적어도 일부는 부유형 및 단독 기립형을 가진 운송 유닛을 형성할 수 있다. 수축 상태의 텔레스코픽 샤프트는 운송 유닛의 무게 중심을 낮추어 안정성을 향상시킨다.
바람직하게는, 운송 동안에 부유 베이스가 반-잠긴 상태로 유지되고, 적용 가능한 경우 수축 상태의 텔레스코픽 샤프트를 포함한 건축물은 완전하게 노출된 상태를 유지한다. 그러나, 하부구조체의 설치 상태에서, 부유 베이스는 바람직하게 완전히 잠기게 되고, 건축물은 부분적으로 잠기게 된다.
구조체의 설치 상태에서, 건축물의 중심 수직 축은 부유 베이스의 중심 수직축과 일치한다.
전술된 하향 추진 수단은 하향력을 가할 수 있거나, 상기 부유 베이스에 밸러스트로 작용할 수 있다. 상기 하향 추진 수단은 적어도 하나의 거대 요소를 포함할 수 있고, 상기 거대 요소는 유지 케이블로부터 매달리고, 완전히 잠겨서, 부유 베이스 아래에 위치되며 해저 위에 위치된다. 이 경우에, 상기 유지 케이블들의 적어도 일부는 수직이 아니지만, 그러나 대신에 수직 라인에 대해 경사져 위치되고, 상기 유지 케이블의 상단 말단은 하단 말단보다 상기 부유 베이스의 중심 축으로부터 멀리 위치된다. 바람직하게, 거대 요소는 본질적으로 상기 부유 베이스의 중심 수직 축 상에 위치된다. 바람직하게, 거대 요소는 본질적으로 속이 빈 콘크리트 박스를 포함하고, 상기 거대 요소의 내부는 설치 상태에서, 액체 또는 고체 재료일 수 있는 밸러스트 재료로 완전하게 또는 부분적으로 채워진다. 상기 거대 부유형 요소는 상기 밸러스트 재료의 부피 및/또는 무게를 조정하는 수단을 더 포함하고, 상기 조정 수단은 매달린 덩어리의 잠긴 무게를 조절하여, 이러한 방식으로 부유 구조체가 위치되는 깊이 또는 레벨을 조절하는 것을 허용하여, 바람 또는 파도 상태를 고려할 시에, 특히 이를 적용한다.
상기 콘크리트 박스는 부분적으로 밸러스트 또는 비-밸러스트된 (unballasted) 상태에서 자기-부력 및 단독 기립형일 수 있고, 그 결과 현장까지 견일될 수 있고, 부유 베이스에 대해 최종 위치에 도달할 때까지 이를 잠기게 하기 위해 현장에서 밸러스트될 수 있다.
바람직하게, 상기 매달린 거대 요소의 무게 또는 밸러스트는 상기 부유 구조체 전체의 무게 중심이 상기 부유 구조체의 부력 중심보다 낮은 레벨까지 하강하여 그 안정성을 향상시키는데 충분하다.
본 발명에 따른 구조체는 또한 부유 구조체를 해저에 연결시키는 위치를 유지하여, 특히 하향 추진 수단이 해저에 부착 수단을 포함하지 않을 시에, 상기 구조체가 표류되는 것을 방지하기 위한 측 방향 수단을 포함할 수 있다. 상기 측 방향 위치를 유지하는 수단은 일측 말단 상에서 해저에 부착되고 타측 말단 상에서는 부유 구조체의 임의의 요소, 예를 들면, 부유 베이스, 매달린 거대 요소에 포함된 요소들 중 어느 하나에 또는 심지어 건축물에 부착된 적어도 하나의 계류부 (mooring)를 포함할 수 있다. 해저로의 상기 계류부의 부착은 앵커들, 단일 지점 계류부, 구동 또는 흡입 말뚝들과 같은 기술 분야에 공지된 다양한 시스템들에 의해, 또는 간단한 중력에 의해 수행될 수 있고, 그 결과 계류부는 해저로의 부착을 허용하는 거대 요소에 부착된다.
해저로의 부착 수단의 거대 요소 또는 매달린 거대 요소든 간에, 상기 거대 요소들 중 적어도 하나는 부유 베이스에 맞서 임시로 접해 있을 수 있다. 이로써, 상기 접한 거대 요소들 중 적어도 하나는, 운송 유닛의 일부를 형성할 수 있고, 부유 베이스 및 건축물과 함께 운송될 수 있으며, 그리고 차후에 구조체의 설치 상태에서 그 위치에 도달할 때까지 부유 베이스로부터 해제 또는 분리될 수 있다.
본 발명에 따른 부유 구조체는, 유지 케이블들을 권취 상태로 또는 릴들 상태로 하여 운송하기 위해, 상기 유지 케이블들을 임시로 수집하는 수단을 포함할 수 있고, 상기 수단은 운송 유닛의 일부 및/또는 적어도 하나의 거대 요소의 일부를 형성한다. 상기 요소들은 유지 케이블들의 효율적인 운송을 허용하고, 그 결과 상기 케이블의 설치 중에 상기 케이블을 점차적으로 감거나 풀 수 있어서, 특히 하향 추진 수단이, 부유 구조체의 설치 상태에 도달할 때까지 점진적인 하강을 위해 밸러스트되는 거대 요소들을 포함할 시에, 설치 공정의 효율 및 단순성을 개선시킨다.
추가적으로, 본 발명에 따른 부유 구조체의 부유 베이스는 상기 부유 베이스의 몸체 또는 몸체들 그룹의 주변으로부터 측 방향 외측으로 연장된 적어도 하나의 확장식 암 (extensor arm)을 포함할 수 있다. 이러한 경우에서, 상기 유지 케이블들 중 적어도 하나는 그의 상단 말단에서 해당 확장식 암, 바람직하게는 해당 확장식 암의 자유 말단에 부착될 수 있다. 이러한 경우에서, 스테이들 중 적어도 하나는 그의 하단 말단에서 해당 확장식 암에 부착될 수 있다. 또한, 이러한 경우에서, 상기 스테이들 중 적어도 하나는 해당 유지 케이블의 연장에 의해 형성될 수 있고, 이 경우에, 확장식 암은 바람직하게 그의 자유 말단에서 유지 케이블의 정렬을 구부려지게 하는 편향 요소를 포함하며, 그리고 유지 케이블의 상단 말단은 건축물에 최종적으로 연결된다. 또한, 이러한 경우에, 위치를 유지하기 위한 측 방향 수단은 일측 말단 상에서 해저에, 그리고 타측 말단 상에서는 상기 확장식 수단 중 적어도 하나에 부착될 수 있다.
본 발명에 따른 부유 구조체는 가압 가스 (예를 들어, 가압 공기)를 갖는 적어도 하나의 챔버를 부유 베이스 아래에서 포함할 수 있고, 상기 가압 가스는 부유 베이스에 의해 변위된 물의 부피를 증가시키고, 그러므로 그에 가해지는 상향 부력을 증가시킨다. 상기 가압 가스 챔버를 포함하는 인클로저 (enclosure)는 바닥에 개방되고 그 결과 현장 수역에 연결된다. 추가적으로, 상기 가압 가스 챔버에 포함된 공기의 부피 및/또는 압력을 제어 및 조정하기 위한 수단이 제공되어 부유 베이스에 관한 상향 부력을 조절하고, 이러한 방식으로 특히 바람이나 파도 상태들을 고려하여 이를 적용하기 위해 부유 구조체가 위치되는 깊이 또는 레벨을 조절하는 것을 허용할 수 있다. 부유 베이스에서 그리고/또는 적어도 하나의 거대 부유형 요소에서 밸러스트의 양을 변화시킴으로써 부유 구조체의 깊이를 조정하는 것 역시 가능하다.
게다가, 이러한 경우에서 본 발명에 따른 부유 구조체는 부유 베이스의 하부 측면을 통과한 공기 통로 상에 적어도 하나의 웰스 유형 터빈 (Wells type turbine)을 포함하는, 파도로부터의 에너지를 이용하는 수단을 상기 부유 베이스에서 포함할 수 있고, 이때 상기 하부 측면은 상기 부유 베이스 및/또는 건축물의 본질적으로 밀봉된 내부 인클로저를 상기 가압 가스 챔버에 연통시킨다. 더욱이, 본 발명에 따른 부유 구조체는 그 안에 포함된 공기의 부피 및/또는 압력을 조정함으로써, 적어도 하나의 가압 가스 챔버의 크기를 조절하는 시스템을 포함할 수 있어서, 상기 가압 가스 챔버의 공진 주파수를 입사 파동들의 주된 기간 범위들로 조정하여, 파도 및 그 에너지 이용에 의해 야기된 상기 가압 가스 챔버들에서 수위의 진동을 증가시키는 것을 허용한다.
상기 웰스 유형 터빈들은 진동 수주 (oscillating water column)로 알려진 방법에 의해 파도로부터 에너지를 얻는 것을 허용한다; 파도는 가압 가스 챔버를 포함하는 인클로저 내부에 물 시트의 상승 및 하강을 일으킴으로써 부유베이스 아래의 가스 챔버와, 부유 챔버 또는 샤프트의 베이스 내부 사이의 통로를 통해 공기를 추진시킨다. 웰스 유형 터빈은 어느 방향으로든 상기 통로를 통과하는 공기 흐름을 사용하여 에너지를 발생시킬 수 있다.
웰스 터빈이 바람직한 유형이긴 하지만, 기술 분야에 공지된 다른 유형들의 터빈들도 본 발명의 권리 범위를 벗어남 없이 이동 유체로부터의 에너지를 이용하기 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 상술된 바와 같이 부유 구조체를 설치하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 설치 방법은 다음 단계를 포함하고, 기술적으로 가능한 순서대로 다음 단계들을 포함한다:
A) 육상에서 (on-shore) 또는 해안에서 (in-shore) 부유 베이스를 제조하는 단계,
B) 건축물을 건조 제조하는 단계,
C) 육상에서 또는 해안에서 운송 유닛을 형성하는 단계,
D) 자기-부력 방식으로, 바람직하게는 예인선들을 이용하여 현장까지 운송 유닛을 운송하는 단계,
E) 유지 케이블들의 일측 말단을 부유 베이스에 부착시키고, 유지 케이블들의 타측 말단을 하향 추진 수단에 부착시키는 단계,
F) 적용 가능한 경우, 측 방향 위치를 유지하는 수단을 구조체에 부착시키는 단계.
부유 구조체가 텔레스코픽 타워를 포함한 풍력 터빈용 부유 하부구조체인 경우, 본 발명에 따른 설치 방법은 기술적으로 가능한 순서대로 다음 단계들을 포함한다:
A) 육상에서 또는 해안에서 부유 베이스를 제조하는 단계,
B) 적어도 하나의 베이스 세그먼트 및 하나의 헤드 세그먼트를 포함한 텔레스코픽 샤프트를 건조 제조하는 단계,
C) 다음 하부-단계들에 따라 운송 유닛을 육상에서 또는 해안에서 형성하는 단계:
C1) 수축 상태의 텔레스코픽 샤프트를 부유 베이스에 부착시키는 단계,
C2) 풍력 터빈 수단의 적어도 일부를 헤드 세그먼트에 부착시키는 단계,
C3) 적용 가능한 경우, 확장식 암들을 부유 베이스에 부착시키는 단계,
C4) 적용 가능한 경우, 스테이들을 부유 베이스에 부착시키는 단계,
C5) 적용 가능한 경우, 파도 에너지 이용 수단을 부유 베이스에 부착시키는 단계,
D) 예인선들을 사용하여, 또는 자기-추진에 의해, 현장까지 자기-부력 방식으로 운송 유닛을 운송하는 단계,
E) 부유 베이스에 유지 케이블들의 일측 말단을 부착시키는 단계 및 하향 추진 수단에 유지 케이블들의 타측 말단을 부착시키는 단계,
F) 적용 가능한 경우, 하부구조체에 측 방향 위치를 유지하는 수단을 부착시키는 단계,
G) 텔레스코픽 샤프트를 연장시키는 단계.
풍력 터빈 수단 (단계 C2))는 단계 D) 자기-부력 운송 전, 그리고 단계 G) 텔레스코픽 샤프트의 연장 전에 바람직하게 부착되지만, 그러나 상기 풍력 터빈 수단은 본 발명의 권리 범위를 벗어남 없이 서로 다른 시점에서 부착될 수 있다.
본 발명에 따른 설치 방법은 또한 단계 D) 이전에 다음 단계를 포함한다:
H) 현장 수역 상에 부유 베이스를 위치시키는 단계.
본 발명에 따른 설치 방법은 또한 단계 D) 이후에 다음 단계를 포함할 수 있다:
I) 설치 상태를 위해 원하는 깊이까지 부유 베이스를 잠기게 하기 위해 상기 부유 베이스를 밸러스트하는 단계,
본 발명에 따른 설치 방법은 또한 단계 C) 이후에 다음 단계를 포함할 수 있다:
J1) 부유 구조체에 부유 안정화 장치들을 임시로 부착시키는 단계;
이 경우에, 본 발명에 따른 설치 방법은 단계 J1) 이후에 다음 단계를 포함할 수 있다:
J2) 부유 구조체로부터 부유 안정화 장치들을 제거하는 단계.
안정화 부유 수단은 플로터들 (floaters), 바지들 (barges) 등과 같은 기술 분야에 공지된 임의의 상기와 같은 수단을 포함할 수 있다. 상기 안정화 부유 수단은 부착 케이블들, 런칭 케이블들, 슬라이딩 또는 안내 요소들 등과 같은 기술 분야에서 공지된 다양한 시스템들에 의해 부유 베이스 및/또는 샤프트에 연결될 수 있다.
본 발명에 따른 설치 방법은 단계 E) 이전에 다음 단계들을 포함할 수 있다:
K1) 하향 추진 수단과 함께 적어도 하나의 콘크리트 박스를 육상에서 또는 해안에서 제조하여, 현장 수역에 위치시키는 단계,
K2) 예인선들을 사용하여, 상기 콘크리트 박스를 현장까지 자기-부력 방식으로 운송하는 단계;
K3) 상기 콘크리트 박스의 총 무게를 증가시켜 잠기도록 상기 콘크리트 박스를 밸러스트하는 단계;
본 발명에 따른 설치 방법은 또한 단계 E) 이전에 다음 단계를 포함할 수 있다:
M) 유지 케이블들을 위한 견인 수단을 부유 베이스 상에 위치시키는 단계;
그 후에, 본 발명에 따른 설치 방법은 섹션 E): 부유 수단과 하향 추진 수단 사이의 거리를 조정하기 위해 유지 케이블들에 대한 견인 수단을 작동시키는 단계에서 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 설치 방법의 상기 단계들 중 적어도 하나에서, 하나 이상의 예인선들은 부유 하부구조체의 표면 위치를 제어하기 위해 사용될 수 있다.
선택적으로, 본 발명에 따른 설치 방법의 단계 G)는 방법의 다른 단계들 사이에 삽입되거나 상기 다른 단계들과 동시에 수행되는 2 개 이상의 단계들로 분할된다. 예를 들면, 단계 D) 이후에 그리고 단계 I) 이전에 하나 이상의 단계들 및 단계 I) 이후에 하나 이상의 단계들을 포함할 수 있다.
유사하게, 본 발명에 따른 설치 방법의 단계 D)는 다음 단계를 포함한 2 개 이상의 단계들로 바람직하게 분할된다:
- 단계 E) 이전에, 추진 수단 없이, 현장과는 다른 작업 영역으로 운송하는 운송 단계, 및
- 단계 E) 이후에, 상기 작업 영역으로부터 현장까지 추진 수단과 함께 운송하는 운송 단계.
지시된 바와 같이, 단계들의 순서는 본 발명의 권리 범위를 벗어남 없이 임의의 기술적으로 가능한 순서일 수 있다. 예를 들어, 단계 D)는 또한 항구 상태에서 또는 해안 상태에서 유지 케이블의 모든 연결을 확립하기 위해 E) 단계 이후에 수행될 수 있다.
마지막으로, 단계 C2)가 단지 풍력 터빈 수단의 일부의 헤드 세그먼트 상에 서 설비를 포함하는 경우, 상기 방법은 또한 단계 D) 이후에 다음 단계를 포함한다:
N) 풍력 터빈 수단 모두를 헤드 세그먼트 상에서 조립하는 단계.
대용량 터빈들 경우, 지지 하부구조체에 대한 해결책을 제공하기 위해 설계된 특수한 유형의 하부구조체를 사용함으로써, 본 발명은 재공급 동력이 가능한 하부 구조체를 제공할 수 있음을 유의하여야 한다. 즉, 하부구조체는 동일한 하부구조체를 사용하여 재공급 동력을 허용하기 위한 용량 및 적응력을 증가시켜 원래대로 설계된다 (차후에 원래 터빈을, 출력, 효율성 및 수익성이 큰 새로운 터빈으로 교체함).
또한, 전술한 바와 같이 본 발명에 따른 설치 방법은 가역적임을 유의하여야 한다. 즉, 수행된 단계들은, 구조체를 분해하여 완전하게 제거하거나, 또는 항구에서 구조체 상의 임의의 유형의 작업을 수행하여 재설치하기 위해, 반대 순서로 실행될 수 있다. 추가적으로, 부유 구조체가 풍력 터빈용 부유 하부구조체일 시에, 텔레스코픽 샤프트는 예를 들면 정비 활동 및 재동력 공급을 위해, 하부구조체의 유용한 수명의 임의의 시간에서 수축 상태로 되돌리도록 구성될 수 있다.
그러므로, 본 발명은, 콘크리트로부터 본질적으로 만들어지고 건설 요소들을 운송, 취급 및 들어올리기 위한 대형 해상 수단에 거의 또는 전혀 의존하지 않는 구조체들에 특히 적용될 수 있는 깊은 깊이에 유리한 부유 구조체 및 이를 설치하는 방법을 제공하며, 결과적으로 상기 수단에 관련된 비용이 낮거나 또는 없음을 의미한다.
본 발명에 따른 부유 베이스는 해저에 놓인 중력 기초 해법의 기초 블록과 유사하다고 간주될 수 있다. 그러나, 밸러스트가 되지 않은 경우, 이것이 상기와 같은 목적을 위해 밸브 장착의 방지를 허용하기 때문에, 덜 복잡한 설계로 본 발명의 부유 베이스를 제조하는 것이 가능하다. 밸러스트가 되어 있더라도, 부유 베이스의 벽들 상의 외부 및 내부 압력 차이는 해저에 대해 밸러스트되는 경우에 견디는 압력 차이보다 낮다. 추가적으로, 본 발명의 부유 베이스는 안정화에 대한 중력 기초의 효능이 그들의 무게와 밀접하게 관련되어 있기 때문에 부피가 덜 큰 구조체를 필요로 하는데, 이는 해저로의 큰 힘의 전달을 견딜 수 있어야 하는, 밸러스트가 매우 큰 부피를 사용함으로써, 통상적으로 해결된다. 이들 특징들은 비용을 상대적으로 낮게 유지할 수 있다.
요약하면, 본 발명은, 설치 및 유지 보수 둘 다에 대해, 그리고/또는 재충전되는 풍력 터빈용 부유 하부구조체들의 경우에, 심해에 유리하고 비교적 간단하고 효율적이며 안전하고 경제적인 근해양에서 부유 구조체 및 이를 설치하는 방법을 제공한다.
본 발명의 이들 및 다른 특징들 및 이점들은 첨부된 도면을 참조하여 이루어진 본 발명의 실시예에 대한 다음의 비-제한적인 설명을 고려하여 명백해질 것이며, 도면에서:
도 1은 수축 상태 (retracted condition)의 샤프트를 갖고 풍력 터빈 수단을 갖는 운송 유닛의 부분 단면의 개략적인 평면도이고;
도 2는 풍력 터빈 수단을 갖고, 위치를 유지하기 위한 측 방향 수단으로서 단일의 부유형 거대 몸체 (suspended massive body) 및 체인들을 가진 안정화 수단 (stabilisation means)을 갖는, 부유 하부구조체의 부분 단면의 개략적인 평면도이고;
도 3은 풍력 터빈 수단을 갖고, 위치를 유지하기 위한 측 방향 수단으로서 단일의 부유형 거대 몸체 및 케이블-파일 조립체 (cable-pile assembly)를 가진 안정화 수단을 갖는, 부유 하부 구조체의 부분 단면의 개략적인 평면도이고;
도 4는 풍력 터빈 수단을 갖고, 확장식 암들 및 스테이들을 갖고, 위치를 유지하기 위한 측 방향 수단으로서 단일의 부유형 거대 몸체 및 체인들을 가진 안정화 수단을 갖는, 부유 하부구조체의 부분 단면의 개략적인 평면도이고;
도 5는 풍력 터빈 수단을 갖고, 확장식 암들 및 스테이들을 갖고, 위치를 유지하기 위한 측 방향 수단으로서 단일의 부유형 거대 몸체 및 케이블-파일 조립체를 가진 안정화 수단을 갖는, 부유 하부구조체의 부분 단면의 개략적인 평면도를 도시하고;
도 6은 풍력 터빈 수단을 갖고, 위치를 유지하기 위하여 단일의 부유형 거대 몸체 및 측 방향 수단을 가진 안정화 수단을 갖는, 부유 하부구조체에 대한 설치 방법에서 해당 단계들의 부분 단면의 3 개의 개략적인 평면도를 도시하고;
도 7은 풍력 터빈 수단을 갖고, 단일의 부유형 거대 몸체를 가진 안정화 수단을 갖는, 부유 하부구조체에 대한 설치 방법에서 해당 단계들의 부분 단면의 6 개의 개략적인 평면도를 도시하고;
도 8은 비-텔레스코픽 샤프트 (non-telescopic shaft) 및 풍력 터빈 수단을 갖고, 단일의 부유형 거대 몸체 부유 몸체 및 여러 몸체들을 갖는 부유 베이스를 가진 안정화 수단을 갖는, 부유 하부구조체의 개략적인 사시도를 도시하고;
도 9는 풍력 터빈 수단을 갖고, 여러 몸체들 및 스테이들을 갖는 또 다른 부유 베이스를 갖고, 단일의 부유형 거대 몸체를 가진 안정화 수단을 갖는, 부유 하부구조체의 개략적인 사시도를 도시하고;
도 10은 부유 하부구조체의 일부의, 특히, 가압 가스 챔버 및 웰스 유형의 터빈들, 나아가 확장식 암들을 포함한 부유 베이스의 개략도를 도시하고;
도 11은 3 개의 샤프트들을 지지하는 단일 몸체 및 상기 샤프트들 상의 직사각형의 육면체 플랫폼을 갖는 부유 베이스 및 단일의 부유형 거대 몸체를 가진 안정화 수단을 갖는 부유 구조체의 개략적인 사시도를 도시하며, 그리고;
도 12는 유체 역학적 댐핑 수단을 통합한 거대 부유형 요소의 개략도를 도시한다.
첨부된 도면을 참조하면, 모든 도면은 다음을 포함하는 부유 구조체를 도시한다: 본질적으로 속이 빈 인클로저 (25)를 갖는 적어도 하나의 몸체를 포함하는 부유 베이스 (2) - 상기 부유 베이스의 최대 수평 치수는 상기 부유 베이스의 최대 수직 치수보다 큼 -; 상기 부유 베이스 (2)에 의해 지지되는 건축물; 하향 추진 수단; 및 적어도 3 개의 유지 케이블들 (8) - 상기 유지 케이블들 중 해당하는 상단 말단들은 상기 부유 베이스 (2)에 연결되고, 상기 유지 케이블들 중 해당하는 하단 말단들은 상기 하향 추진 수단에 연결됨 -. 추가적으로, 도 13 및 도 16을 제외한 모든 도면들에서, 부유 구조체의 일부를 형성하는 건축물은 텔레스코픽 샤프트 (3)를 포함하며, 여기에서 도시된 풍력 터빈 수단 (7)은 본 발명의 실시예들을 기술하기 위한 예시에 의해서만 예시된, 부유 구조체의 사용에 따라 선택적 및/또는 다른 액세서리들과 상호 교환 가능한 액세서리이다. 도 8에서, 샤프트는 텔레스코픽이 아니다. 도 11에서, 부유 구조체의 일부를 형성하는 건축물은 부유 베이스 (2)에 의해 직접 지지되는 3 개의 샤프트들 (36), 및 상기 샤프트들에 의해 지지되고 직사각형 육면체 플랫폼에 의해 개략적으로 나타나는 전기 변전소 (41)를 포함한다. 상기 샤프트들은 하나 또는 여러 개의 세그먼트들을 가질 수 있다. 도시된 샤프트들 (36)은 텔레스코픽이 아니지만, 조립체의 무게 중심을 임시로 낮추기 위해 텔레스코픽 샤프트들 역시 사용될 수 있다. 어떤 일이 있어도, 부유 베이스 (2)는 부유 베이스 (2) 자체 및 해당 건축물을 포함하는 조립체의 안정된 자기-부력 (self-buoyancy)을 보장하기에 충분히 크다. 도 1, 도 11 및 도 12의 경우, 부유 베이스 (2)는 부유 베이스 (2) 자체, 수축 상태의 텔레스코픽 샤프트 (3), 및 상기 샤프트의 헤드 상에 위치된 풍력 터빈 수단 (7)의 적어도 일부를 포함하는 조립체의 안정된 자기-부력을 보장하는 것을 허용하는 치수를 가진다.
그러나, 도 1은 상기 하향 추진 수단들 및 상기 유지 케이블들 (8)이 본 발명에 따른 완전한 부유 하부구조체 (1)를 형성하기 위해 부착되지 않은 부유 하부구조체를 도시하는데, 이는 도 1이 설치 상태 이전에 부유 하부구조체 (1) 에 대한 설치 방법의 단계들을 도시하고 있기 때문이다.
구체적으로, 도 1은 본 발명에 따른 설치 방법의 일 실시예의 운송 단계에서 운송 유닛 (9)을 도시하며, 여기에서 부유 베이스 (2), 상기 부유 베이스 (2)에 의해 지지된 접개 상태의 텔레스코픽 샤프트 (3), 및 상기 텔레스코픽 샤프트 (3)의 헤드 세그먼트 (32)에 연결된 풍력 터빈 수단 (7)에 의해 형성된 자기-부력 및 단독 기립형 (free-standing) 운송 유닛 (9)은 예인선 (tug boat) (28)에 의해 견인된다. 도 1에 도시된 운송 단계에서, 하향 추진 수단들 및 유지 수단 케이블들 (8)은 상기 운송 유닛 (9)과는 별도로 이송되어 차후에 운송 유닛 (9)에 부착된다.
이제, 도 5 내지 도 8을 참조할 것이며, 이들 도면 각각은 본 발명에 따른 부유 하부구조체 (1) 의 서로 다른 실시예를 도시한다.
도 2는 3 개의 튜브형 세그먼트들, 즉 베이스 세그먼트 (4) 및 2 개의 중첩 세그먼트들 (5, 32)에 의해 형성된 연장식 텔레스코픽 샤프트 (3)에 의해 지지되는 풍력 터빈 수단 (7)을 도시한다. 이 경우, 두 개의 하부 세그먼트들은 콘크리트로 만들어지는 반면, 헤드 세그먼트 (32)는 금속으로 만들어진다. 그 다음으로, 텔레스코픽 샤프트 (3)는 그 베이스 세그먼트 (4)에 의해 부유 베이스 (2) 상에 위치된다. 이러한 실시예에서, 풍력 터빈용 부유 하부구조체 (1)의 일부를 함께 형성하는, 샤프트는 반-노출되고, 부유 베이스 (2)는 잠기게 된다. 상기 부유 베이스 (2)의 주변 영역으로부터 3 개의 유지 케이블들 (8) (이 도면 중 2 개만 도시한 도면으로 볼 수 있음)이 나타난다. 이들 유지 케이블들 (8)은 부유 베이스 (2)에 부착된 말단 맞은편의 말단 상에서, 모든 케이블들에 공통적인, 콘크리트로 만들어진 중공형 박스 (hollow box) (13)의 형태로 거대 부유형 요소로 구성된 하향식 추진 수단에 연결된다. 공통 박스 (13)의 내부는 부유 베이스 (2)가 그 동작 깊이에 있도록 밸러스트 재료 (ballast material) (14)로 완전히 채워진다. 상기 케이블들은 각 케이블의 상단 말단이 동일한 케이블의 하단 말단보다 샤프트의 중심 수직 축 (10)으로부터 더 멀리 있도록 수직에 대해 비스듬히 배치된다. 이러한 실시예에서, 부유 베이스 (2)는 별도로 밸러스트될 수 있는 서로 다른 구획부들 (compartments)을 가지며, 파도, 해류 등과 같은 외부 작용을 적어도 부분적으로 대항하는 밸러스트의 불균일한 분포를 생성하는 것을 허용한다. 특히, 평균 풍력에 의해 야기된 성향 (inclination)을 대항시키는 다양한 구획부들의 밸러스트 차가 관심의 대상이 될 수 있다. 밸러스트 재료 (14)는 액체 재료, 고체 재료 또는 둘의 혼합일 수 있다.
이러한 실시예에서, 부유 하부구조체 (1)는, 부유 하부구조체 (1)가 해저에 부착되는 위치를 유지하기 위한 측 방향 수단 (16)을 더 포함한다. 위치를 유지하기 위한 상기 측 방향 수단 (16)은 3 개의 계류부들를 포함하며, 각각의 계류부는 상기 부유 베이스 (2)의 주변 영역에서 시작하여 해저에 도달하여 해저에 놓일 때까지 부유 베이스 (2)로부터 떨어져 늘어져 있다. 이러한 실시예에서, 이들 계류부들 각각은 길고 두꺼운 체인에 의해 형성되고, 상기 체인들 또는 계류부들의 조립체는 부유 하부구조체 (1)의 측 방향 이동을 방지하거나 적어도 제한한다. 대안으로, 상기 계류부들은 본 발명의 권리범위를 벗어남 없이, 금속 또는 섬유 케이블들 또는 기술분야 공지된 다른 유형들을 포함할 수 있다.
거대 부유형 요소의 무게는 유지 케이블들을 팽팽하게 유지시키며, 이는 실질적으로 삼각형 배열과 함께 거대 요소가 실질적으로 부유 베이스와 함께 움직일 수 있게 하여, 안정화 효과를 향상시킨다.
이러한 실시예에서, 유지 케이블들은 그들 축이 거대 부유형 요소의 무게 중심을 대략적으로 통과하도록 설계되어, 힘의 중심이 상기 케이블들의 정렬 근처에 위치될 때 조립체의 거동을 향상시킨다. 추가적으로, 이러한 실시예에서, 유지 케이블들은 1도 초과의 충분한 경사를 채택하고, 그 결과 부유 구조체가 동작하는 동안 경험하게 될 제한된 경사들이 유지 케이블을 수직으로 만들지 않아, 유지 케이블들이 인장력이 잃게 되는 늘어진 현상 (slacking phenomena)을 방지하는데 적합하다.
도 3은 2 개의 튜브형 세그먼트들에 의해 형성된 연장식 텔레스코픽 샤프트 (3) 상에 지지된 풍력 터빈 수단 (7)을 나타내고, 이때 상기 2 개의 튜브형 세그먼트들은 이 경우에 콘크리트로 만들어진 베이스 세그먼트 (4) 및 이 경우에 금속성의 헤드 세그먼트 (32)를 구비한다. 그 다음으로, 텔레스코픽 샤프트 (3)는 그의 베이스 세그먼트 (4)에 의해 부유 베이스 (2) 상에 위치된다. 이러한 실시예에서, 풍력 터빈용 부유 하부구조체 (1)의 일부를 함께 형성하는, 샤프트가 노출되고, 부유 베이스 (2)는 반-잠기게 된다. 상기 부유 베이스 (2)의 주변 영역으로부터 3 개의 유지 케이블들 (8) (이 도면 중 2 개만 도시한 도면으로 볼 수 있음)이 나타난다. 이들 유지 케이블들 (8)은 부유 베이스 (2)에 부착된 말단 맞은편의 말단 상에서, 모든 케이블들에 공통적인, 콘크리트로 만들어진 중공형 박스 (13)의 형태로 거대 부유형 요소에 연결된다. 공통 박스 (13)의 내부는 부유베이스 (2)가 그 동작 깊이에 있도록 액체 및 고체 재료들을 포함하는 밸러스트 재료들의 특정 혼합물로 완전히 채워진다. 상기 케이블들은 각 케이블의 상단 말단이 동일한 케이블의 하단 말단보다 샤프트의 중심 수직 축 (10)으로부터 더 멀리 있도록 수직에 대해 비스듬히 배치된다. 이러한 실시예에서, 부유 베이스 (2)는 밸러스트되지 않는다.
이러한 실시예에서, 부유 하부구조체 (1)는, 부유 하부구조체 (1)가 해저에 부착되는 위치를 유지하기 위한 측 방향 수단 (16)을 더 포함한다. 측 방향 위치를 유지하기 위한 상기 수단 (16)은 해저에 고정된 말뚝 (pile), 및 일측 말단 상에 공통 박스 (13)에 부착되고 타측 말단 상에는 상기 말뚝에 부착된 단일 계류부를 포함한다. 전술한 바와 같이, 공통 박스 (13)의 내부는 부유 베이스 (2)가 그 동작 깊이에 놓이도록 밸러스트 재료들의 특정 혼합물로 완전히 채워지게 되고, 그 결과 위치를 유지하기 위한 측 방향 수단 (16)은 부유 하부구조체 (1)의 깊이를 결정하기 위해 하향 추진 수단을 제공하기 위해 의도되거나 설계되지 않는다; 대신 그는 파도, 해류 등과 같은 외부 작용자들로 부유 하부구조체 (1) 상에 가해진 힘에 의해 야기된 인장력들을 단지 견디어 낸다. 어떤 일이 있어도, 측 방향 위치를 유지하는 수단은 본 발명의 권리범위를 벗어남 없이, 하향 추진 수단에 의해 가해진 것과 함께, 안정성에 기여하는 소정의 하향력을 가할 수 있다.
도 4는 3 개의 튜브형 세그먼트들, 즉 베이스 세그먼트 (4) 및 2 개의 중첩 세그먼트 (5, 32)에 의해 형성된 연장식 텔레스코픽 샤프트 (3)에 의해 지지되는 풍력 터빈 수단 (7)을 도시한다. 그 다음으로, 텔레스코픽 샤프트 (3)는 그 베이스 세그먼트 (4)에 의해 부유 베이스 (2) 상에 위치된다. 이러한 실시예에서, 풍력 터빈용 부유 하부구조체 (1)의 일부를 함께 형성하는, 샤프트는 반-노출되고, 부유 베이스 (2)는 잠기게 된다. 상기 부유 베이스 (2)의 주변 영역으로부터 3 개의 유지 케이블들 (8) (이 도면 중 2 개만 도시한 도면으로 볼 수 있음)이 나타난다. 특히, 이러한 실시예에서, 부유 베이스 (2)는 상기 부유 베이스 (2) 밖으로 측 방향으로 연장되는 3 개의 확장식 암들 (19)을 포함하며, 해당 케이블은 상기 확장식 암들 (19) 각각으로부터 떠나게 된다. 이들 유지 케이블들 (8)은 부유 베이스 (2)에 부착된 말단 맞은편의 말단 상에서, 모든 케이블들에 공통적인, 콘크리트로 만들어진 중공형 박스 (13)의 형태로 거대 부유형 요소에 연결된다. 공통 박스 (13)의 내부는 부유 베이스 (2)가 그 동작 깊이에 있도록 밸러스트 재료들의 특정 혼합물로 완전히 채워진다. 상기 케이블들은 각 케이블의 상단 말단이 동일한 케이블의 하단 말단보다 샤프트의 중심 수직 축 (10)으로부터 더 멀리 있도록 수직에 대해 비스듬히 배치된다. 이러한 실시예에서, 부유 베이스 (2)는 밸러스트되지 않는다.
이러한 실시예에서, 부유 하부구조체 (1)는, 부유 하부구조체 (1)가 해저에 부착되는 위치를 유지하기 위한 측 방향 수단 (16)을 더 포함한다. 위치를 유지하기 위한 상기 측 방향 수단 (16)은 3 개의 계류부들 (이 도면 중 2 개만 도시한 도면으로 볼 수 있음)을 포함하고, 상기 계류부들 각각은 해당 확장식 암 (19)에서 시작하여 해저 상에 놓일 때까지 부유 베이스 (2)로부터 떨어져 늘어져 있다. 이러한 실시예에서, 이들 계류부들 각각은 길고 두꺼운 체인에 의해 형성되고, 상기 체인들의 조립체는 그들의 무게로 인해 부유 하부구조체 (1)의 측 방향 이동을 방지하거나 적어도 제한한다.
추가적으로, 부유 하부구조체 (1)는 3 개의 스테이들 (20)을 포함하며, 상기 스테이들 각각은 해당 확장식 암 (19)에서 시작하여, 그의 타측 말단에 의해 부유 하부구조체 (1)의 샤프트의 베이스 세그먼트 (4)의 상단 말단에 연결된다. 사실, 이러한 실시예에서, 3 개의 스트랜드들 (strands)이 제공되며, 각각의 스트랜드는 일측 말단 상에 공통 박스 (13)에 부착되고, 타측 말단 상에는 부유 하부구조체 (1)의 샤프트의 베이스 세그먼트 (4)의 상단 말단에 부착된다. 스트랜드들 각각은, 각각의 스트랜드가 확장식 암 (19)으로부터 공통 박스 (13)로 도달하는 하부 세그먼트, 및 확장식 암 (19)으로부터 부유 하부구조체 (1)의 샤프트의 베이스 세그먼트 (4)의 상단 말단으로 연장되는 상부 세그먼트로 분할되도록, 각각의 확장식 암 (19)의 자유 말단에 위치된 편향 요소 (21)를 통과한다. 그 후에, 상기 하부 세그먼트들 각각은 상기 유지 케이블들 (8) 각각을 형성하고, 상기 상부 세그먼트들 각각은 상기 스테이들 (20) 각각을 형성한다. 이러한 실시예에서 상기 편위 요소 (21)는 케이블이 편향될 수 있게 하고 적절한 굽힘 반경을 채택하는 만곡면을 갖는 플라스틱 요소이다.
도 5는, 4 개의 튜브형 세그먼트들, 즉 베이스 세그먼트 (4) 및 3 개의 중첩 세그먼트들에 의해 형성된 연장식 텔레스코픽 샤프트 (3)에 의해 지지된 풍력 터빈 수단 (7)을 도시한다. 그 다음으로, 텔레스코픽 샤프트 (3)는 그 베이스 세그먼트 (4)에 의해 부유 베이스 (2) 상에 위치된다. 상기 부유 베이스 (2)의 주변 영역으로부터 3 개의 유지 케이블들 (8)이 나타난다. 특히, 이러한 실시예에서, 부유 베이스 (2)는 공간 레이아웃을 형성하는 상기 부유 베이스 (2) 밖으로 측 방향으로 연장되는 3 개의 확장식 암들 (19)을 포함하며, 해당 케이블은 상기 확장식 암들 (19) 각각으로부터 떠나게 된다. 이들 유지 케이블들 (8)은 부유 베이스 (2)에 부착된 말단 맞은편의 말단 상에서, 모든 케이블들에 공통적인, 콘크리트로 만들어진 중공형 박스 (13)의 형태로 거대 부유형 요소에 연결된다. 공통 박스 (13)의 내부는 부유베이스 (2)가 그 동작 깊이에 있도록 밸러스트 재료 (14)로 완전히 채워진다. 상기 케이블들은 각 케이블의 상단 말단이 동일한 케이블의 하단 말단보다 샤프트의 중심 수직 축 (10)으로부터 더 멀리 있도록 수직에 대해 비스듬히 배치된다.
이러한 실시예에서, 부유 하부구조체 (1)는, 부유 하부구조체 (1)가 해저에 부착되는 위치를 유지하기 위한 측 방향 수단 (16)을 더 포함한다. 측 방향 위치를 유지하기 위한 상기 수단 (16)은 해저에 고정된 말뚝, 및 일측 말단 상에 공통 박스 (13)에 부착되고 타측 말단 상에는 상기 말뚝에 부착된 단일 계류부를 포함한다. 전술한 바와 같이, 공통 박스 (13)의 내부는 부유 베이스 (2)가 그 동작 깊이에 놓이도록 밸러스트 재료 (14)로 완전히 채워지게 되고, 그 결과 위치를 유지하기 위한 측 방향 수단 (16)은 부유 하부구조체 (1)의 깊이를 결정하기 위해 하향 추진 수단을 제공하기 위해 의도되거나 설계되지 않는다; 대신 그는 파도, 해류 등과 같은 외부 작용자들로 부유 하부구조체 (1) 상에 가해진 힘에 의해 야기된 인장력들을 단지 견디어 낸다.
추가적으로, 부유 하부구조체 (1)는 3 개의 스테이들 (20)을 포함하며, 상기 스테이들 각각은 해당 확장식 암 (19)에서 시작하여, 그의 타측 말단에 의해 부유 하부구조체 (1)의 샤프트의 베이스 세그먼트 (4)의 상단 말단에 연결된다. 바람직하게는, 스테이들 (20)은 사전-설치되고, 즉 각각의 스테이 (20)의 하나의 말단은 운송 단계 이전에 부유 하부구조체 (1)의 샤프트의 베이스 세그먼트 (4)의 상단 말단에 또는 부유 베이스에 부착되는 반면, 나머지 스테이 (20)는 접혀서 부유 하부구조체에 부착된다. 운송 단계 이후에, 각각의 스테이 (20)는 부유 하부구조체 (1)의 샤프트의 베이스 세그먼트 (4)의 상단 말단에 또는 부유 베이스에 그의 맞은편의 측면 상에서 각각 연장되고 부착된다.
이제, 본 발명에 따른 설치 방법의 3 개의 해당 실시예들을 개략적으로 도시한 도 11 및 도 12를 참조한다.
특히 도 6을 참조하면, 도 6 (a)는 운송 단계에서 운송 유닛 (9)을 도시하고, 여기서, 상기 자기-부력 및 단독 기립형 운송 유닛 (9)은 유지 케이블들의 임시 수집을 위한 요소들 (30)을 갖는 부유 베이스 (2), 상기 부유 베이스 (2)에 의해 지지된 수축 배치의 텔레스코픽 샤프트 (3), 및 상기 텔레스코픽 샤프트 (3)의 헤드 세그먼트 (32)에 연결된 풍력 터빈 수단 (7)에 의해 형성되고, 예인선 (28)에 의해 견인된다. 상기 부유 베이스 (2)의 주변 영역으로부터 3 개의 유지 케이블들 (8) (이 도면 중 2 개만 도시한 도면으로 볼 수 있음)이 나타난다. 이들 유지 케이블들 (8)은 부유 베이스 (2)에 연결된 말단 맞은편의 그들 말단에 의해, 해저로부터 소정의 거리로 두고 매달리게 되어 모든 케이블들에 공통적인 중공형 콘크리트 박스 (13)의 형태를 한, 하향 추진 수단으로 작용하기 위해 의도된 거대 요소에 부착되고, 이때 상기 중공형 콘크리트 박스의 프로파일은 부유 베이스 (2)의 중앙 바닥 리세스의 것과 본질적으로 동일하다. 이러한 운송 단계에서, 상기 공통 박스 (13)는 그러므로 상기 리세스 내에 하우징된 부유 베이스 (2)와 접하며, 그리고 상기 베이스와 함께 운송된다. 공통 박스 (13)가 속이 비고, 텅 비어 있기 때문에, 수역 상에 부유되고 그러므로 부유 베이스 (2)에 의해 운반되기 때문에, 상기 공통 박스 (13)는 이러한 운송 단계에서 부유 베이스 (2)에 접한 상태를 유지한다.
실제로, 도 6 (a)에 도시된 운송 단계가 완료되면, 도 6 (b)에 도시된 평형 상태에 도달하기 전에, 공통 박스 (13)는 상기 케이블들이 완전히 연장될 때까지 제 1 밸러스트 재료 (14)로 부분적으로 밸러스트된다.
도 6 (b)는 그 후에 상기 평형 상태의 운송 유닛 (9)을 도시하고, 이때 케이블들은 완전하게 연장되고, 본질적으로 인장력이 없어지며, 그리고 해저로부터 소정의 거리를 두고 매달린 공통 박스 (13)는 그의 부력 지점에 대응하고, 부유 베이스 (2)는 본질적으로 수면 상에에 부유된다.
그 후에, 도 6 (c)에 도시된 설치 조건에 앞서, 위치를 유지하기 위한 측 방향 수단 (16)은, 부유 하부구조체 (1)가 해저에 고정되는 부유 하부구조체 (1)에 부착된다. 위치를 유지하기 위한 상기 측 방향 수단 (16)은 2 개의 계류부들를 포함하고, 상기 계류부들 각각은 공통 박스 (13)의 주변 영역에서 시작하여, 해저 상에 놓일 때까지 상기 공통 박스 (13)로부터 떨어져 늘어져 있다. 이러한 실시예에서, 이들 계류부들 각각은 해저 상의 앵커에 부착된 길고 두꺼운 체인에 의해 형성되고, 상기 체인들의 조립체는 부유 하부구조체 (1)의 측 방향 이동을 방지하거나 적어도 제한한다. 대안적으로, 위치를 유지하기 위한 상기 수단 (16)은 부유형 거대 요소를 밸러스트하기 전에 부유 하부구조체 (1)에 연결될 수 있거나, 또는 부유 베이스 (2)와 같은 부유 하부구조체 (1)의 서로 다른 부분에 연결될 수 있다.
그 후에, 공통 박스 (13)는 제 2 밸러스트 재료 (14)를 사용하여 완전하게 밸러스트되고, 그 결과 부유 베이스 (2)는 그의 동작 깊이로 낮아지고, 부유 베이스 (2)의 중앙 하부 리세스에 포집된 공기를 압축한다.
도 6 (c)는 설치 상태로 된, 본 발명에 따른 부유 하부구조체 (1)를 도시하고, 여기서, 케이블들은 완전하게 연장되고, 인장력 상태에 있고, 공통 박스 (13)는 완전히 밸러스트되고, 그 결과 부유 베이스 (2)는 그 동작 깊이에 있으며, 부유 베이스 (2)의 하부 중앙 리세스는 부유 베이스 (2)에 의해 경험되는 부력을 증가시킬 수 있는 압축 공기 챔버 (22)를 포함한다. 상기 챔버 (22)에 포함된 공기를 조절함으로써 부력, 나아가 부유 하부구조체 조립체 (1)의 깊이를 조절할 수 있다. 이러한 실시예는 또한 상기 압축 공기 챔버 (22)와 샤프트의 내부 인클로저 사이의 공기 통로에 웰스 타입 터빈 (23)을 포함하고, 그 결과 파도에 의해 야기된 상기 챔버 (22)의 수심의 변화는 전력을 발생시키기 위해 사용될 수 있다.
이 경우, 부유 하부구조체 (1)의 샤프트가 노출되고, 부유베이스 (2)는 반-잠기게 된다.
특히, 도 7을 참조하여 보면, 도 7 (a)는 부유 베이스 (2)의 드라이 도크 (dry dock) 구조체를 도시한다. 도 7 (b)는 운송 단계의 운송 유닛 (9)을 도시하며, 상기 운송 유닛 (9)은 자기-부력 및 단독 기립형이고, 부유 베이스 (2), 상기 부유 베이스 (2)에 의해 지지된 수축 상태의 텔레스코픽 샤프트 (3), 및 상기 텔레스코픽 샤프트 (3)의 헤드 세그먼트 (32)에 연결된 풍력 터빈 수단 (7)으로 형성된다; 동일한 도 7 (b)는 자기-부력 및 단독 기립형의 콘크리트 박스 (13)의 형태를 한 거대 요소의 독립적인 운송을 동시에 또는 별개로 도시하고, 이때 콘크리트 박스 또한 현장으로 견인된다. 상기 박스 (13)는 유지 케이블들을 위한 임시 수집 수단 (30)에 의해 예비 고정된 유지 케이블들 (8)을 가진다. 상기 박스 (13)는 안정적인 부력을 손상시키지 않으면서 운송의 시작으로부터 부분적으로 밸러스트되고, 그 결과 최종 근해 현장에 공급되어야하는 밸러스트의 양이 감소된다.
옵션으로, 운송 유닛 (9) 및 콘크리트 박스 (13) 형태의 거대 요소는 연결되어 운송되고, 그리고/또는 이미 확립된 유지 케이블들 (8) 중 적어도 일부의 2 개의 말단들의 연결로 운송될 수 있다.
도 7 (c)는 거대 요소로 운송된 유지 케이블들 (8)이 전체로 또는 부분적으로 서로 다른 길이로 연장되고 부유 베이스 (2)의 주변 지점들에 연결되는 설치 과정의 후반 단계를 도시한다.
도 7 (d)는 콘크리트 박스가 유지 케이블들 (8)로부터 최종적으로 매달릴 때까지 점차적으로 떨어지게 되는 콘크리트 박스 (13)의 밸러스트 과정을 도시한다. 박스 (13) 및 상기 박스 (13)를 유지시키는 유지 케이블들 (8)의 무게는 자체적으로 부유 베이스 (2)에 대해 최종 위치를 향하는 경향이 있으며, 이 경우에 상기 부유 베이스 (2)는 샤프트 및 부유 베이스 (2)의 중심 수직 축 (10)과 일치한다. 그러나, 상기 과정 역시 하나 이상의 예인선들 (28)에 의해 도움을 받을 수 있다.
박스 (13)가 기울어진 유지 케이블들 (8)에 의해 부유 베이스 (2)로부터 매달려지면, 구조체는 큰 안정성을 가질 것이고, 도 7 (e)에 도시된 바와 같이, 텔레스코픽 샤프트 (3)는 풍력 터빈 수단 (7)과 함께 상승할 것이다. 마지막으로, 도 7 (f)는 박스 (13)가 완전하게 밸러스트된 부유 하부구조체 (1)의 설치 상태 및 측 방향 위치를 유지하기 위한 수단 (16)의 통합을 도시한다. 이 경우, 부유 베이스 (2)는 부분적으로 밸러스트되어 구조체의 깊이를 조정한다. 밸러스트 재료 (14)는 바람직하게 액체이고 그 부피는 조정 가능하며, 환경들, 특히 바람 및 파도에 따라 조립체의 깊이를 필요에 따라 조정하는 것을 허용한다.
도 11 및 도 12의 본 발명에 따른 실시예에서, 부유 베이스 (2)가 완전히 잠긴 경우에도, 부유 베이스 (2)의 밸러스트 과정 동안 유지 케이블들 (8)을 통해 요구되는 안정성을, 독립적으로 접하거나 운송되는 거대 요소가 제공한다. 이러한 이유로, 설치 과정은 부유 안정화 수단 (27)을 사용할 필요 없이 실행될 수 있다.
도 13 및 도 14는 본 발명에 따른 풍력 터빈용 부유 하부구조체 (1)의 해당 실시예들을 도시하며, 여기에서 부유 베이스 (2)는 복수의 중공체들로 형성된다. 특히, 도 8은 부유 베이스 (2)가 주요 중공체 및 2 개의 추가의 중공체들로 형성되는 본 발명에 따른 풍력 터빈용 부유 하부구조체 (1)의 실시예를 도시하며, 이때 모든 중공체들은 격자 유형 구조체들로 서로 연결된다; 도 9는 부유 베이스 (2)가 주요 중공체 및 3 개의 추가 중공체들에 의해 형성되는 본 발명에 따른 풍력 터빈용 부유 구조체 (1)의 실시예를 도시하며, 이때 추가 중공체들 각각은 이 경우에 프리즘형 중공체로도 형성되는 바 (bar) 유형의 구조체에 의해 주요 중공체에 연결된다.
도 8의 실시예에서, 주요 중공체는 디스크 형상이며, 그 위에서 비-텔레스코픽 튜브형 샤프트 (40)를 지지하고, 이때 상기 샤프트는 풍력 터빈 수단 (7)을 지지하고, 추가의 중공체들은 주요 중공체와 함께 삼각형 레이아웃을 형성하도록 배치된다. 이러한 실시예에서, 유지 케이블들 (8) 각각은 서로 다른 중공체에서 시작하고, 하향 추진 수단으로 작용하는 거대 요소에서 만난다. 추가적으로, 유지 케이블들 (8)은 모두 동일한 길이를 가지고, 그 결과 상기 거대 요소는 샤프트의 중심 수직 축 (10)에 대해 변위되고, 샤프트의 중심 수직 축 (10)에 대해 변위되는, 3 개의 몸체들을 갖는 부유 베이스 (2)의 중심 수직 축 (11)과 실질적으로 일치한다.
그 다음으로, 도 9의 실시예에서, 주요 중공체는 디스크 형상이고, 부유 하부구조체 (1)의 샤프트를 지지하며, 그리고 추가 중공체들은 서로에 대해, 그리고 상기 주요 몸체에 대해 등거리인 위치들에서 상기 주요 중공체 주위에 배치된다. 이러한 실시예에서, 유지 케이블들 (8)은 서로 다른 중공체들 각각에서 시작하여 하향 추진 수단으로서 작용하는 거대 요소에서 만나게 된다. 추가적으로, 유지 케이블들 (8)은 모두 동일한 길이를 가지고, 그 결과 상기 거대 요소는 실질적으로 샤프트의 중심 수직 축 (10) 상에 변위되고, 부유 베이스 (2)의 중심 수직 축 (11)과 실질적으로 일치한다.
이 실시예의 부유 하부구조체 (1)는 또한 3 개의 스테이들 (20)을 포함하고, 상기 스테이들 각각은 추가 중공체들 각각으로부터 발생하고 부유 하부구조체 (1)의 샤프트의 베이스 세그먼트 (4)의 상단 말단에 연결된다. 바람직하게, 본 발명에 따른 부유 구조체의 스테이 (20)의 하단 말단은 부유 베이스 (2)에 대한 유지 케이블들 (8) 중 하나의 상단 말단의 결합 지점에 가까운 위치에서, 또는 상기 결합 지점과 정렬된 위치에서 부유 구조체의 부유 베이스 (2)에 연결될 것이다.
이러한 실시예에서, 텔레스코픽 샤프트 (3)의 세그먼트들은, 수직 조인트들 (38)에서 연결되고 샤프트의 본질적 원통형 세그먼트들을 형성하는 사전 제조된 절반-세그먼트들에 의해 형성된다. 유사하게, 상기 원통형 세그먼트들 사이에는 샤프트를 따라 수평 조인트들 (37)이 형성된다.
절반-세그먼트들로 형성된 타워 세그먼트들은 드라이 도크 및/또는 포트에서 전체 세그먼트들을 형성하기 위해 사전 조립될 수 있으며, 그 후에 전체 세그먼트들은, 본 발명에 기술된 것과 같은 텔레스코픽 타워들을 사용하는 다른 근해 하부구조체들에 적용가능하기도 한 중간 단계로서, 부유 베이스 (2)에 부착한다.
마지막으로, 도 10은 본 발명에 따른 부유 하부구조체 (1)의 실시예, 특히 파력을 이용하기 위한 가압 가스 챔버 (22) 및 웰스 유형 터빈 (23)을 포함한, 확장식 암들 (19)을 갖는 부유 베이스 (2)의 상세도를 도시한다.
보다 구체적으로, 부유 베이스 (2)의 주변 벽은 아래로 향한 캐비티가 정의되도록 하향 연장된다. 이러한 캐비티는 초기에 부유 베이스 (2)가 현장 수역에 위치될 때 포집되는 공기를 포함한다. 추가적으로, 부유 베이스 (2)가 잠길 때, 상기 포집된 공기는 압축되어 상기 가압 가스 챔버 (22)를 형성한다. 대안적으로 또는 추가적으로, 공기 또는 임의의 다른 가압 가스가 상기 가압 가스 챔버 (22)에 도입될 수 있다. 추가적으로, 부유 베이스 (2)는 구획화된다. 각각의 구획부는 말단 벽에서 개구를 가지며, 각각의 그러한 개구에 대응하여 웰스 유형 터빈 (23)을 가진다. 추가적으로, 구획부들은 또한 구획부들 사이에서 각각의 파티션 벽 내의 개구를 가진다. 구획부들 사이의 파티션들은 또한 상기 가압 가스 챔버 (22)도 구획화되도록 하향 연장된다.
웰스 유형 터빈 (23)의 발전 시스템은 웰스 유형 터빈들 (23)을 통해 공기를 구동시키는 공기 챔버 (22) 상의 파도에 의해 발생된 압력 변화에 의존하는 OWC (oscillating water column, 진동 수주) 기술에 기반한다.
부유 구조체가 풍력 터빈용 부유 하부구조체 (1)인 파도들로부터 전력을 발생시키는 본 발명의 실시예들에서의 웰스 유형 터빈들 (23)의 존재는 풍력 터빈에 의해 발생된 전력을 배출시키기 위해 제공된 모든 기반 구조가 이미 존재하기 때문에, 특히나 적절하다
추가적으로, 가압 가스 챔버 (22)는 부유 하부구조체 (1)의 깊이를 조절하거나, 조절하는 것을 도와서, 그리고 가스 챔버 (22)의 공진 주파수를 조정하거나, 조정하는 것을 도와서, 진동 수주 시스템의 효율을 향상시키기 위해, 상기 가압 가스 챔버 (22)에 포함된 가스의 부피 및/또는 압력을 제어 및 조절하는 수단을 포함할 수 있다.
다시, 도 1 및 도 5를 참조하면, 이로써 본 발명에 따른 풍력 터빈용 부유 하부구조체 (1)를 설치하기 위한 방법의 실시예는 다음 단계를 포함한다
- 중공 디스크의 형태의 부유 베이스 (2)를 제조하는 단계;
- 현장에서 수역 상에 부유 베이스 (2)를 위치시키는 단계;
- 베이스 세그먼트 (4) 및 헤드 세그먼트 (32)를 포함한 텔레스코픽 샤프트 (3)의 3 개의 세그먼트들을 드라이 도크 상에서 제조하는 단계;
- 부유 베이스 (2), 상기 부유 베이스 (2) 상에 중심 지지된 수축된 상태의 텔레스코픽 샤프트 (3), 및 상기 텔레스코픽 샤프트 (3)의 헤드 세그먼트 (32) 상에 지지된 풍력 터빈 수단 (7)을 포함하는, 부력 및 단독 기립형의 운송 유닛 (9)를 형성하는 단계;
- 상기 운송 유닛 (9)을 최종 현장과는 다른 제 1 작업 현장으로 상기 운송 유닛 (9)을 부유 방식으로 견인하는 단계 - 부유 베이스 (2)는 반-잠긴 채 남아있고, 텔레스코픽 샤프트 (3)는 수축 상태를 하고 있으며 완전히 노출됨 -;
- 유지 케이블들 (8)의 상단 말단을 부유 베이스 (2)에 고정하는 단계;
- 유지 케이블들 (8)의 하단 말단을 모든 케이블에 공통인 중공형 박스 (13) 형태의 하향 추진 수단에 고정하는 단계;
- 상기 운송 유닛 (9), 상기 유지 케이블들 (8) 및 상기 공통 박스 (13)에 의해 형성된 조립체를 부유 방식으로, 상기 작업 영역으로부터 현장으로 견인하는 단계 - 상기 부유 베이스 (2)는 반-잠긴 채 남아있고, 텔레스코픽 샤프트 (3)는 수축 상태를 하고 있으며 완전히 노출됨 -;
- 부유 베이스 (2)가 그의 동작 레벨로 낮춰지도록, 밸러스트될 시에 상기 공통 박스 (13)에 의해 발생된 부유 베이스 (2) 상에 하향력을, 유지 케이블들 (8)을 사용하여 가하는 단계;
- 풍력 터빈 수단 (7)과 함께 텔레스코픽 샤프트 (3)를 연장시키는 단계;
- 체인들의 형태로 위치를 유지하기 위한 측 방향 수단 (16)을 하부구조체에 부착하는 단계, 특히:
말단들 중 하나를 이용하여, 길고 두꺼운 제 1 체인을, 상기 부유 베이스 (2)의 제 1 주변 지점에 연결하되, 상기 체인이 연장되어 해저 상에 놓을 때까지 부유 베이스 (2)로부터 멀리 이동시키도록 연결하는 단계, 및
말단들 중 하나를 이용하여, 길고 두꺼운 제 2 체인을, 상기 부유 베이스 (2)의 제 2 주변 지점에 연결하되, 상기 체인이 연장되어 해저 상에 놓을 때까지 부유 베이스 (2)로부터 멀리 이동시키도록 연결하는 단계,
상기 제 1 및 제 2 주변 지점들은 상기 부유 베이스 (2)에 대해 서로 정반대로 위치되며; 그리고
- 상기 부유 베이스 (2)가 상기 부유베이스 (2)에 상기 체인들을 부착시킨 이후에 그의 동작 깊이를 유지하도록 상기 공통 박스 (13)의 밸러스트를 조절하는 단계.
도 1 및 도 5에 도시된 바와 같이, 위치를 유지하기 위한 측 방향 수단 (16)은 정반대의 지점들에 있는 부유 베이스 (2)에 시작하는 두 개의 길고 두꺼운 체인들을 포함한다. 그러나, 기술 분야의 통상의 기술자는 부유 베이스 (2)에서 체인들 및 이들 해당 출발 지점들의 수가 특정 요건들을 충족시키기 위해 변할 수 있음을 이해할 것이다.
상기 제 1 작업 영역은 깊이가 깊은 보호된 영역이다.
도 12는 부유 구조체의 이동을 감소시키도록 의도된 유체 역학적 댐핑 수단 (39)을 통합한 거대 요소를 도시한다. 구체적으로, 도면은 측 방향으로 돌출하는 거대 요소의 베이스 상에 위치된, 히브 플레이트 (heave plate)로 종종 지칭되는 수평 플레이트 형태의 유체 역학적 댐핑 수단을 도시한다. 상기 히브 플레이트는 수직 이동을 감소시킬 것이다. 이러한 특정 경우에, 필수적이지는 않지만, 상기 히브 플레이트는 또한 다수의 오리피스들 (40)을 가진다. 상기 오리피스들 (40)은, 한 방향으로는 흐름이 허용되지만 또 다른 방향에서는 흐름이 금지되도록 (예를 들어, 하향 이동보다 상향 이동을 대항하는 이러한 실시예에서), 물 흐름을 제어하는 수단을 포함할 수 있다.
이러한 실시예들은 또한 거대 요소의 측면에 측 방향으로 부착된 실질적으로 수직 요소들의 형태로 유체 역학적 댐핑 수단 (39)을 포함한다. 상기 요소들은 거대 요소를 둘러싼 물과 상호 작용하고, 수평 이동을 감소시켜 부유 구조체의 안정성에 대한 기여를 증가시킨다. 상기 실질적인 수직 요소들은 바람직하게는 콘크리트 또는 금속으로 만들어진 플레이트 또는 고체 벽의 형태를 가질 수 있거나, 또는 기술 분야에서 공지된 섬유 재료들, 직물들 또는 다른 재료들로 만들어진 돛과 같은 층상 요소 (laminar element)를 취할 수 있다.
다른 유형들의 유체 역학적 댐핑은 또한, 매달린 거대 요소에서의 조류 (algae) 또는 다른 유기체들의 성장, 및/또는 상기 거대 부유형 요소를 둘러싼 물의 마찰 및/또는 동원 (mobilisation)을 향상시키는 기술 분야의 공지된 다른 수단들에 기반한 것들 조차도, 본 발명의 권리 범위로부터 벗어남 없이 사용될 수 있다.
이러한 실시예는 또한, 서로 다른 유지 케이블들의 2 개의 말단들이 거의 동일 지점에서 시작하여, 케이블들의 완벽한 삼각 측량 (triangulation), 나아가 부유 베이스와 상기 거대 요소 사이의 연결의 보다 엄격한 거동을 허용하도록 유지 케이블들이 설계되었음을 도시한다. 상기 삼각 측량들은 비틀림 (즉, 부유 구조체의 수직 축 주위로 회전)에 맞서 두 개의 요소들 간의 결합을 견고하게 하기 위해 수평 및 수직 감각 (도면에 도시됨)으로 발생될 수 있다.
당연히, 본 발명의 원리는 동일하게 유지되고, 실시예들 및 구성적인 세부 사항들은 첨부된 청구항들에서 정의된 바와 같이 본 발명의 권리 범위를 벗어남 없이, 설명의 목적을 위해 그리고 비-제한적인 의미로 기술 및 표현된 것들로부터 상당하게 변화될 수 있다.
예를 들어, 실례로서, 이러한 문헌의 교시에 비추어 볼 시에, 터빈 수단은 설명 목적을 위해 도시된 바와 같이 3 개의 블레이드들에 제한됨 없이 임의의 수의 블레이드들뿐만 아니라 상향 또는 하향-풍력 터빈들을 포함할 수 있음이 기술 분야의 통상의 기술자에게 명백할 것이다.
또한, 설명 목적을 위해, 본 문헌이 하향 추진 수단과 부유 베이스를 연결하는데 사용되는 "케이블들"을 언급하지만, 기술 분야의 통상의 기술자는 이들 케이블들 대신에 체인들, 로드들, 슬링들 (slings) 등이 될 수 있음을, 본 발명의 권리범위를 벗어남 없이, 이해할 것이다.
또한, 설명의 목적을 위해, 본 문헌의 교시의 견지에서 기술 분야의 통상의 기술자는, 본 발명의 권리 범위를 벗어남 없이, "암들"로 지칭되는 측 방향 연장부들이 연속 크라운 (continuous crown) 또는 크라운 아크들의 형태로, 또는 임의의 다른 유형의 구조체로 측 방향 연장부에 결합되거나, 또는 심지어 통합될 수 있음을 명백하게 발견할 것이다. 유사하게, 본질적으로 원형 형상들이 샤프트들, 중공체들 또는 박스들과 같이 본 발명에 포함된 많은 요소들에 대해 바람직하지만, 정사각형 또는 직사각형 형상들, 또는 규칙적인 및 불규칙한 다각형들과 같은 많은 다른 형상들이 본 발명의 권리 범위를 벗어남 없이 가능함은, 본 문헌의 교시의 견지에서 기술 분야의 통상의 기술자에게 명백할 것이다.
알려진 기법들은 심도를 제어하기 위해 잠수함들에 사용되는 것과 같은 거대 요소들의 밸러스트 재료의 부피 및/또는 무게를 조절하는데 사용될 수 있다.
본 발명의 제1 실시태양은:
부유 구조체에 있어서,
- 밸러스트 (ballast)로 선택적으로 채울 수 있는 적어도 하나의 본질적인 중공체 (hollow body)를 포함한 부유 베이스 (flotation base) - 상기 부유 베이스의 최대 수평 치수는 상기 부유 베이스의 최대 수직 치수보다 큼 -,
- 적어도 하나의 샤프트 - 상기 샤프트는 상기 부유 베이스에 의해 지지되어 그의 헤드 상에서 장비 또는 설비를 지지하기 위해 의도됨-,
- 하향 추진 수단, 및
- 적어도 3 개의 유지 케이블들 - 상기 케이블의 해당 상단 말단들은 상기 부유 베이스에, 바람직하게는 상기 부유 베이스의 주변 위치들에서 부착되며, 그리고 상기 케이블의 해당 하단 말단들은 상기 하향 추진 수단에 부착되고, 그 결과 상기 유지 케이블들은 인장력을 받고, 상기 부유 구조체의 안정성을 증가시키는 하향력을 상기 부유 베이스 상에 가함 -;
을 포함하며,
상기 하향 추진 수단은 적어도 하나의 거대 요소 (massive element)를 포함하고, 상기 거대 요소는 상기 유지 케이블로부터 매달리고, 완전히 잠겨서, 상기 부유 베이스 아래에 위치되며 해저 위로는 상승되고,
상기 유지 케이블들의 상단 말단에서 상기 부유 베이스에 부착되고, 상기 유지 케이블들의 하단 말단에서 상기 매달린 거대 요소에 부착되는 상기 유지 케이블들은, 상기 유지 케이블들이 수직에 대해 경사지게 위치되고, 상기 상단 말단이 상기 하단 말단보다 상기 부유 베이스의 중심 축으로부터 멀리 위치되도록, 배치되며, 그리고
설치 상태 (installed condition)에서는 상기 샤프트가 반-노출되고 (semi-emerged), 상기 부유 베이스가 잠기거나, 또는 상기 샤프트가 노출되고, 상기 부유 베이스가 반-잠기는 (semi-submerged), 부유 구조체.
본 발명의 제2 실시태양은:
제1 실시태양에 있어서,
- 상기 부유 베이스에 의해 지지된 샤프트를 포함하고, 상기 샤프트는 그의 헤드 상에서 풍력 터빈을 지지하기 위해 의도되는, 부유 구조체.
본 발명의 제3 실시태양은:
제2 실시태양에 있어서,
- 상기 샤프트는 텔레스코픽적이고 (telescopic), 베이스 세그먼트 및 헤드 세그먼트를 포함한 적어도 2 개의 세그먼트들을 포함하는, 부유 구조체.
본 발명의 제4 실시태양은:
제1 실시태양 내지 제3 실시태양 중 어느 하나의 실시태양에 있어서,
적어도 하나의 스테이 (stay)를 포함하고, 상기 스테이의 상단 말단은 상기 샤프트에 연결되고, 상기 스테이의 하단 말단은 상기 부유 베이스에 연결되며, 그리고 상기 스테이들 중 적어도 하나는, 상기 스테이의 하단 말단이 상기 스테이의 상단 말단보다 상기 샤프트의 중심 수직 축으로부터 멀리 위치되도록, 수직에 대해 경사져 위치되는, 부유 구조체.
본 발명의 제5 실시태양은:
제4 실시태양에 있어서,
상기 스테이들 중 적어도 하나는 해당 유지 케이블의 연장 (prolongation)에 의해 형성되고, 이 경우에, 상기 부유 베이스는 상기 유지 케이블의 정렬 (alignment)을 구부려지게 하는 적어도 하나의 편향 요소를 포함하고, 상기 유지 케이블의 상단 말단은 최종적으로 상기 샤프트에 부착되며, 그리고
상기 편향 요소는 상기 유지 케이블의 상단 말단보다 상기 샤프트의 중심 수직 축으로부터 멀리 위치되는, 부유 구조체.
본 발명의 제6 실시태양은:
제1 실시태양 내지 제5 실시태양 중 어느 하나의 실시태양에 있어서,
상기 부유 베이스는 단일의 본질적인 폐쇄 박스형 몸체들을 포함하는 구조체인, 부유 구조체.
본 발명의 제7 실시태양은:
제1 실시태양 내지 제5 실시태양 중 어느 하나의 실시태양에 있어서,
상기 부유 베이스는 적어도 2 개의 본질적인 폐쇄 박스형 몸체들을 포함한 구조체이고, 상기 몸체들은 직접 또는 구조체에 의해 서로 연결되는, 부유 구조체.
본 발명의 제8 실시태양은:
제7 실시태양에 있어서,
상기 구조체는 격자 또는 바 (bar) 유형의 구조체인, 부유 구조체.
본 발명의 제9 실시태양은:
제6 실시태양 내지 제8 실시태양 중 어느 하나의 실시태양에 있어서,
상기 본질적인 폐쇄 박스형 몸체들 중 적어도 하나는 실질적으로 콘크리트로 만들어진, 부유 구조체.
본 발명의 제10 실시태양은:
제1 실시태양 내지 제9 실시태양 중 어느 하나의 실시태양에 있어서,
상기 샤프트의 중심 수직 축은 상기 부유 베이스의 중심 수직 축과 일치하는, 부유 구조체.
본 발명의 제11 실시태양은:
제1 실시태양 내지 제10 실시태양 중 어느 하나의 실시태양에 있어서,
상기 부유 베이스는 상기 본질적인 중공체들 중 적어도 하나의 내부에 수용된 밸러스트의 부피 및/또는 중량을 조절하는 수단을 포함하는, 부유 구조체.
본 발명의 제12 실시태양은:
제11 실시태양에 있어서,
상기 본질적인 중공체는 구획부들로 분할되고, 상기 조절 수단은 상기 구획부들 중 적어도 하나를 위해 독립적인 조절 디바이스를 포함하는, 부유 구조체.
본 발명의 제13 실시태양은:
제1 실시태양 내지 제3 실시태양 중 어느 하나의 실시태양에 있어서,
상기 거대 부유형 요소는 본질적으로 상기 부유 베이스의 중심 수직 축 상에 위치되는, 부유 구조체.
본 발명의 제14 실시태양은:
제1 실시태양 내지 제3 실시태양 중 어느 하나의 실시태양에 있어서,
상기 거대 부유형 요소는 밸러스트 재료로 완전하게 또는 부분적으로 채워질 수 있는 적어도 하나의 본질적인 중공 콘크리트 박스를 포함하는, 부유 구조체.
본 발명의 제15 실시태양은:
제14 실시태양에 있어서,
상기 거대 요소는 그 안에 포함된 밸러스트의 부피 및/또는 무게를 조절하는 수단을 포함하는, 부유 구조체.
본 발명의 제16 실시태양은:
제13 실시태양 내지 제15 실시태양 중 어느 하나의 실시태양에 있어서,
상기 거대 요소들 중 적어도 하나는 비-밸러스트 상태 (unballasted condition) 또는 적어도 하나의 부분적인 밸러스트 상태로 자기-부력을 가진, 부유 구조체.
본 발명의 제17 실시태양은:
제1 실시태양 내지 제16 실시태양 중 어느 하나의 실시태양에 있어서,
상기 부유 하부구조체가 해저에 부착되는 측 방향 위치를 유지하는 수단을 더 포함하는, 부유 구조체.
본 발명의 제18 실시태양은:
제17 실시태양에 있어서,
상기 위치를 유지하는 측 방향 수단은 하나의 말단 상에서 해저에 부착된 적어도 하나의 계류부를 포함하는, 부유 구조체.
본 발명의 제19 실시태양은:
제18 실시태양에 있어서,
상기 계류부가 해저에 결합되는 것은 대형 크기 및 길이의 체인들의 형태를 한 복수의 계류부들을 사용하여 중력에 의한, 부유 구조체.
본 발명의 제20 실시태양은:
제1 실시태양 내지 제19 실시태양 중 어느 하나의 실시태양에 있어서,
상기 거대 요소들 중 적어도 하나는 상기 부유 베이스에 임시로 접해질 수 있는, 부유 구조체.
본 발명의 제21 실시태양은:
제1 실시태양 내지 제20 실시태양 중 어느 하나의 실시태양에 있어서,
상기 유지 케이블들의 임시 수집을 위한 수단을 포함하는, 부유 구조체.
본 발명의 제22 실시태양은:
제1 실시태양 내지 제21 실시태양 중 어느 하나의 실시태양에 있어서,
상기 부유 베이스의 몸체 또는 몸체들 그룹의 주변으로부터 측 방향 외측으로 돌출된 적어도 하나의 확장식 암을 포함하며, 그리고 상기 유지 케이블들 중 적어도 하나는 그들의 상단 말단에 의해 해당 확장식 암에 부착되는, 부유 구조체.
본 발명의 제23 실시태양은:
제22 실시태양에 있어서,
상기 스테이들 중 적어도 하나는 그의 하단 말단에서 해당 확장식 암에 부착되는, 부유 구조체.
본 발명의 제24 실시태양은:
제22 실시태양에 있어서,
상기 스테이들 중 적어도 하나는 해당 유지 케이블의 연장에 의해 형성되고, 상기 확장식 암은 상기 유지 케이블의 정렬을 구부려지게 하는 편향 요소를 포함하고, 상기 유지 케이블의 상단 말단은 최종적으로 상기 샤프트에 부착되며; 그리고 상기 편향 요소는 상기 유지 케이블의 상단 말단보다 상기 샤프트의 중심 수직 축으로부터 멀리 위치되는, 부유 구조체.
본 발명의 제25 실시태양은:
제1 실시태양 내지 제24 실시태양 중 어느 하나의 실시태양에 있어서,
상기 부유 베이스 아래에서, 인클로저에 포함된 적어도 하나의 가압 가스 챔버를 포함하고, 상기 인클로저는 현장 수역에 연결되도록 바닥 상에서 개방되는, 부유 구조체.
본 발명의 제26 실시태양은:
제25 실시태양에 있어서,
상기 가압 가스 챔버에 포함된 가스의 부피 및/또는 압력을 제어 및 조절하는 수단을 포함하는, 부유 구조체.
본 발명의 제27 실시태양은:
제25 실시태양 또는 제26 실시태양에 있어서,
상기 부유 베이스의 하부 측면을 통과한 공기 통로 상에 적어도 하나의 웰스 유형 터빈 (Wells type turbine)을 포함하는, 파도로부터의 에너지를 이용하는 수단을 상기 부유 베이스에서 포함하고, 이때 상기 하부 측면은 상기 부유 베이스 및/또는 상기 샤프트의 본질적으로 밀봉된 내부 인클로저를 상기 가압 가스 챔버에 연통시키는, 부유 구조체.
본 발명의 제28 실시태양은:
제1 실시태양 내지 제3 실시태양 중 어느 하나의 실시태양에 따른 풍력 터빈용 부유 하부구조체를 설치하는 방법에 있어서, 기술적으로 가능한 순서대로 다음 단계들:
a) 육상에서 (on-shore) 또는 해안에서 (in-shore) 부유 베이스를 제조하는 단계,
b) 적어도 하나의 베이스 세그먼트 및 하나의 헤드 세그먼트를 포함하는 텔레스코픽 샤프트의 세그먼트들을 건조 제조하는 단계,
c) 상기 부유 베이스를 포함한, 부력 및 단독 기립형의 운송 유닛을 육상에서 또는 해안에서 형성하는 단계 - 상기 텔레스코픽 샤프트는 수축 상태를 하며, 풍력 터빈 수단의 적어도 일부는 상기 텔레스코픽 샤프트의 헤드 세그먼트에 연결되되, 다음의 하부-단계들에 따라 연결됨 -:
c1) 상기 부유 베이스 상에, 상기 수축 상태의 텔레스코픽 샤프트를 위치시키는 단계,
c2) 상기 풍력 터빈 수단의 적어도 일부를 상기 헤드 세그먼트에 부착시키는 단계,
c3) 적용 가능한 경우, 상기 부유 베이스에 확장식 암들을 부착시키는 단계,
c4) 적용 가능한 경우, 상기 부유 베이스에 스테이들을 부착시키는 단계,
c5) 적용 가능한 경우, 상기 부유 베이스에 파도 에너지 이용 (harnessing) 수단을 부착시키는 단계,
d) 상기 부력 및 단독 기립형의 운송 유닛을 자기-부력 방식으로 현장까지 운송 또는 견인하는 단계 - 운송 중에, 상기 부유 베이스는 반-잠긴 상태를 유지하고, 상기 수축 상태의 텔레스코픽 샤프트는 완전히 노출된 상태를 유지함 -;
를 포함하고,
본 발명에 따른 설치 방법은 또한 단계 a) 이후에, 그리고/또는 하향 추진 수단의 제조 또는 공사 이후에, 순서에 상관없이 (in an indifferent order) 다음 단계:
e) 상기 부유 베이스에 유지 케이블들 각각의 일측 말단을 부착시키는 단계,
f) 상기 하향 추진 수단에 상기 유지 케이블들 각각의 타측 말단을 부착시키는 단계;
를 포함하고,
본 발명에 따른 설치 방법은 또한 단계 d) 이전에 다음 단계:
g) 상기 현장에서, 상기 부유 베이스를 수역 상에 위치시키는 단계;
를 포함하고,
본 발명에 따른 설치 방법은 또한 단계 e) 및 단계 f) 이후에, 다음 단계:
h) 상기 유지 케이블들을 이용하여 상기 부유 베이스 상에 하향력을 가하는 단계;
를 포함하고,
본 발명에 따른 설치 방법은 또한 단계 c) 이후에, 그리고 바람직하게 단계 h) 이전에, 다음 단계:
i) 상기 풍력 터빈 수단과 함께 상기 텔레스코픽 샤프트를 연장시키는 단계;
를 포함하며,
본 발명에 따른 설치 방법은 또한 단계 d) 이후에, 다음 단계:
j) 적용 가능한 경우, 상기 하부구조체에, 측 방향 위치를 유지하는 수단을 부착시키는 단계;
를 포함하는, 설치 방법.
본 발명의 제29 실시태양은:
제28 실시태양에 있어서,
접할 수 있는 거대 요소들 중 적어도 하나는 운송 유닛의 일부를 형성하고, 부유 베이스 및 텔레스코픽 샤프트와 함께 운송되며,
상기 거대 요소가 현장에서 밸러스트되면, 상기 거대 요소는 부유 베이스로부터 내려가되, 상기 하부구조체의 설치 조건에 필요한 무게 및 위치에 도달할 때까지 내려가는, 설치 방법.
본 발명의 제30 실시태양은:
제28 실시태양 또는 제29 실시태양에 있어서,
단계 d) 이후에 다음 단계:
l) 상기 부유 베이스의 수직 위치를 조정하기 위해 상기 부유 베이스를 밸러스트하는 단계;
를 더 포함하는, 설치 방법.
본 발명의 제31 실시태양은:
제28 실시태양 내지 제30 실시태양 중 어느 하나의 실시태양에 있어서,
단계 c) 이후에, 그리고 단계 h) 이전에 다음 단계:
m1) 상기 부유 하부구조체에 부유 안정화 수단을 임시로 부착시키는 단계;
를 더 포함하며,
단계 h) 이후에, 그리고 단계 l) 이후에 다음 단계:
m2) 상기 부유 하부구조체로부터 상기 부유 안정화 수단을 제거하는 단계;
를 더 포함하는, 설치 방법.
본 발명의 제32 실시태양은:
제28 실시태양 내지 제31 실시태양 중 어느 하나의 실시태양에 있어서,
단계 h) 이전에, 다음 단계:
n1) 상기 하향 추진 수단과 함께 적어도 하나의 콘크리트 박스를 육상에서 또는 해안에서 제조하여, 현장 수역에 위치시키는 단계;
n2) 상기 콘크리트 박스를 상기 현장까지 자기-부력 방식으로 운송 또는 견인하는 단계;
n3) 상기 콘크리트 박스가 동작 깊이로 잠기도록 상기 콘크리트 박스를 밸러스트하는 단계;
를 더 포함하며,
단계 n3) 이후에, 다음 단계:
n4) 상기 콘크리트 박스의 무게가 설치 상태에 필요한 값으로 증가하도록, 상기 콘크리트 박스를 밸러스트하는 단계;
를 더 포함하는, 설치 방법.
본 발명의 제33 실시태양은:
제28 실시태양 내지 제32 실시태양 중 어느 하나의 실시태양에 있어서,
단계 h) 이전에, 다음 단계:
o) 상기 부유 베이스 상에, 상기 유지 케이블을 위한 견인 수단을 위치시키는 단계;
를 더 포함하며,
본 발명에 따른 설치 방법은 단계 h)에:
매달린 거대 요소로부터 상기 부유 베이스를 분리시키는 거리를 조정하기 위해, 상기 유지 케이블용 견인 수단을 작동시키는 단계;
를 더 포함하는, 설치 방법.
본 발명의 제34 실시태양은:
제28 실시태양 내지 제33 실시태양 중 어느 하나의 실시태양에 있어서,
상기 방법의 단계들 중 적어도 하나는 상기 부유 하부구조체의 수평 위치를 제어하기 위해 적어도 2 개의 예인선들을 사용하는, 설치 방법.
본 발명의 제35 실시태양은:
제28 실시태양 내지 제34 실시태양 중 어느 하나의 실시태양에 있어서,
본 발명에 따른 설치 방법의 단계 i)는 다음과 같이 2 개의 단계들로 분할되는, 설치 방법:
- 단계 c) 이후에 텔레스코픽 샤프트의 부분적인 연장인 제 1 단계, 및
- 단계 h)를 시작한 이후에 텔레스코픽 샤프트의 완전한 연장인 제 2 단계.
본 발명의 제36 실시태양은:
제28 실시태양 내지 제35 실시태양 중 어느 하나의 실시태양에 있어서,
본 발명에 따른 설치 방법의 단계 d)는 적어도 2 개의 단계들로 분할되는, 설치 방법:
- 단계 h) 이전에, 상기 현장과는 다른 제 1 작업 영역으로 운송하는 제 1 운송 단계, 및
- 단계 h)를 시작한 이후에, 상기 제 1 작업 영역으로부터 상기 현장으로 운송하는 제 2 운송 단계.
본 발명의 제37 실시태양은:
제28 실시태양 내지 제36 실시태양 중 어느 하나의 실시태양에 있어서,
단계 c2)가 단지 풍력 터빈 수단의 일부의 헤드 세그먼트 상에서 설비를 포함하는 경우, 상기 방법은 단계 d)를 시작한 이후에 다음 단계를 더 포함하는 설치 방법:
p) 풍력 터빈 수단 모두를 헤드 세그먼트 상에서 조립하는 단계.
본 발명의 제38 실시태양은:
제1 실시태양에 따른 부유 하부구조체를 설치하는 방법에 있어서,
기술적으로 가능한 순서대로 다음 단계들:
a) 육상에서 또는 해안에서 부유 베이스를 제조하는 단계,
b) 샤프트 (들)를 드라이 도크 (dry dock)로 제조하는 단계,
c) 다음의 하부-단계들에 따라, 상기 부유 베이스 및 상기 샤프트 (들)를 포함한, 부력 및 단독 기립형의 운송 유닛을 육상에서 또는 해안에서 형성하는 단계:
c1) 상기 샤프트 (들) 및 상기 샤프트 (들)이 지지하는 장비 또는 설비를, 상기 부유 베이스 상에 위치시키는 단계,
c2) 적용 가능한 경우, 상기 부유 베이스에 확장식 암들을 부착시키는 단계,
d) 상기 부력 및 단독 기립형 운송 유닛을, 예인선들을 사용하여 자기-부력 방식으로 현장까지 운송하는 단계 - 운송 중에, 상기 부유 베이스는 반-잠긴 상태를 유지하고, 상기 샤프트 (들)는 완전히 노출된 상태를 유지함 -;
를 포함하고,
본 발명에 따른 설치 방법은 또한 단계 a) 이후에, 그리고/또는 하향 추진 수단의 제조 또는 공사 이후에, 순서에 상관없이 다음 단계:
e) 상기 부유 베이스에 안정화 케이블들의 상단 말단을 부착시키는 단계,
f) 상기 하향 추진 수단에 안정화 케이블들의 하단 말단을 부착시키는 단계;
를 포함하고,
본 발명에 따른 설치 방법은 또한 단계 d) 이전에 다음 단계:
g) 상기 현장에서, 상기 부유 베이스를 수역 상에 위치시키는 단계;
를 포함하고,
본 발명에 따른 설치 방법은 또한 단계 e) 및 단계 f) 이후에, 다음 단계:
h) 상기 유지 케이블들을 이용하여 상기 부유 베이스 상에 하향력을 가하는 단계 - 이러한 힘은 상기 추진 수단에 의해 발생됨 -;
를 포함하며,
본 발명에 따른 설치 방법은 또한 단계 d) 이후에, 다음 단계:
j) 적용 가능한 경우, 상기 하부구조체에, 측 방향 위치를 유지하는 수단을 부착시키는 단계;
를 포함하는, 설치 방법.
본 발명의 제39 실시태양은:
제38 실시태양에 있어서,
상기 하향 추진 수단 중 적어도 하나는 상기 운송 유닛의 일부를 형성하는 적어도 하나의 접할 수 있는 거대 요소를 포함하고, 상기 부유 베이스 및 상기 샤프트와 함께 운송되며,
상기 거대 요소가 현장에서 밸러스트되면, 상기 거대 요소는 부유 베이스로부터 내려가되, 상기 하부구조체의 설치 조건에 필요한 무게 및 위치에 도달할 때까지 내려가는, 설치 방법.
본 발명의 제40 실시태양은:
제38 실시태양 또는 제39 실시태양에 있어서,
상기 하부구조체의 설치 상태에서, 상기 부유 베이스는 완전하게 잠기게 되고, 상기 샤프트 (들)은 부분적으로 잠기게 되는, 설치 방법.
본 발명의 제41 실시태양은:
제38 실시태양 내지 제40 실시태양 중 어느 하나의 실시태양에 있어서,
단계 d) 이후에 다음 단계:
l) 상기 부유 베이스의 수직 위치를 조정하기 위해 상기 부유 베이스를 밸러스트하는 단계;
를 더 포함하는, 설치 방법.
본 발명의 제42 실시태양은:
제38 실시태양 내지 제41 실시태양 중 어느 하나의 실시태양에 있어서,
단계 h) 이전에, 다음 단계:
n1) 상기 하향 추진 수단과 함께 적어도 하나의 콘크리트 박스를 육상에서 또는 해안에서 제조하여, 현장 수역에 위치시키는 단계;
n2) 예인선들을 사용하여, 상기 콘크리트 박스를 상기 현장까지 자기-부력 방식으로 운송하는 단계;
n3) 상기 콘크리트 박스가 동작 깊이로 잠기도록 상기 콘크리트 박스를 밸러스트하는 단계;
를 더 포함하며,
단계 n3) 이후에, 다음 단계:
n4) 상기 콘크리트 박스의 무게가 설치 상태에 필요한 값으로 증가하도록, 상기 콘크리트 박스를 밸러스트하는 단계;
더 포함하는, 설치 방법.
본 발명의 제43 실시태양은:
제38 실시태양 내지 제42 실시태양 중 어느 하나의 실시태양에 있어서,
상기 방법의 단계들 중 적어도 하나는 상기 부유 하부구조체의 수평 위치를 제어하기 위해 적어도 2 개의 예인선들을 사용하는, 설치 방법.
본 발명의 제44 실시태양은:
제38 실시태양 내지 제43 실시태양 중 어느 하나의 실시태양에 있어서,
본 발명에 따른 설치 방법의 단계 d)는 2 개의 단계들로 분할되는, 설치 방법:
- 단계 h) 이전에, 상기 현장과는 다른 제 1 작업 영역으로 운송하는 제 1 운송 단계, 및
- 단계 h) 이후에, 상기 제 1 작업 영역으로부터 상기 현장으로 운송하는 제 2 운송 단계.
본 발명의 제45 실시태양은:
제1 실시태양 내지 제27 실시태양 중 어느 하나의 실시태양에 따른 부유 하부구조체를 사용하는, 풍력 터빈.
본 발명의 제46 실시태양은:
제28 실시태양 내지 제44 실시태양 중 어느 하나의 실시태양에 따른 방법에 의해 설치된 부유 하부구조체를 사용하는, 풍력 터빈.
본 발명의 제47 실시태양은:
제1 실시태양 내지 제27 실시태양 중 어느 하나의 실시태양에 따른 부유 하부구조체를 사용하는, 근해 장비.
본 발명의 제48 실시태양은:
제28 실시태양 내지 제44 실시태양 중 어느 하나의 실시태양에 따른 방법에 의해 설치된 부유 하부구조체를 사용하는, 근해 장비.
본 발명의 제49 실시태양은:
제1 실시태양에 있어서,
상기 거대 요소는 유체 역학적 댐핑 수단을 포함하는, 부유 구조체.
본 발명의 제50 실시태양은:
제49 실시태양에 있어서,
상기 유체 역학적 댐핑 수단은, 실질적으로 수평이고 상기 거대 요소의 에지들로부터 측 방향으로 돌출된 히브-플레이트들 (heave-plates), 및/또는 실질적으로 수직이고 상기 거대 요소를 측 방향으로 접하는 평탄의 또는 층상의 (laminar) 유형 요소들을 포함하는, 부유 구조체.
본 발명의 제51 실시태양은:
부유 구조체에 있어서,
- 밸러스트로 선택적으로 채울 수 있는 적어도 하나의 본질적인 중공체를 포함한 부유 베이스,
- 적어도 하나의 샤프트 - 상기 샤프트는 상기 부유 베이스에 의해 지지되어 그의 헤드 상에서 장비 또는 설비를 지지하기 위해 의도됨-,
- 하향 추진 수단, 및
- 적어도 3 개의 유지 케이블들 - 상기 케이블의 해당 상단 말단들은 상기 부유 베이스에, 바람직하게는 상기 부유 베이스의 주변 위치들에서 부착되며, 그리고 상기 케이블의 해당 하단 말단들은 상기 하향 추진 수단에 부착되고, 그 결과 상기 유지 케이블들은 인장력을 받고, 상기 부유 구조체의 안정성을 증가시키는 하향력을 상기 부유 베이스 상에 가함 -;
을 포함하며,
상기 하향 추진 수단은 적어도 하나의 거대 요소를 포함하고, 상기 거대 요소는 상기 유지 케이블로부터 매달리고, 완전히 잠겨서, 상기 부유 베이스 아래에 위치되며 해저 위로는 상승되고,
상기 유지 케이블들의 상단 말단에서 상기 부유 베이스에 부착되고, 상기 유지 케이블들의 하단 말단에서 상기 매달린 거대 요소에 부착되는 상기 유지 케이블들 중 적어도 일부는, 상기 유지 케이블들이 수직에 대해 경사지게 위치되고, 상기 상단 말단이 상기 하단 말단보다 상기 부유 베이스의 중심 축으로부터 멀리 위치되도록, 배치되며, 그리고
설치 상태에서는 상기 샤프트가 반-노출되고, 상기 부유 베이스가 잠기거나, 또는 상기 샤프트가 노출되고, 상기 부유 베이스가 반-잠기는, 부유 구조체.
본 발명의 제52 실시태양은:
제51 실시태양에 있어서,
- 상기 부유 베이스에 의해 지지된 샤프트를 포함하고, 상기 샤프트는 그의 헤드 상에서 풍력 터빈을 지지하기 위해 의도되는, 부유 구조체.
본 발명의 제53 실시태양은:
제52 실시태양에 있어서,
- 상기 샤프트는 텔레스코픽적이고, 베이스 세그먼트 및 헤드 세그먼트를 포함한 적어도 2 개의 세그먼트들을 포함하는, 부유 구조체.

Claims (53)

  1. 부유 구조체로서,
    적어도 하나의 본질적인 중공체(25)를 포함한 부유 베이스(flotation base)(2) - 상기 부유 베이스(2)의 최대 수평 치수는 상기 부유 베이스(2)의 최대 수직 치수보다 큼 -;
    - 상기 부유 베이스(2)에 의해 지지되는 적어도 하나의 샤프트(3), 및 샤프트의 헤드(32) 상에서 지지되도록 의도되는 장비 또는 설비(7) - 상기 부유 베이스(2), 상기 샤프트(3) 및 상기 장비 또는 설비(7)는 운송 유닛(9)을 형성함 -;
    - 하향 추진 수단(13); 및
    - 적어도 3개의 유지 케이블들(8) - 상기 케이블의 해당 상단 말단들은 상기 부유 베이스(2)에 부착되며, 상기 케이블의 해당 하단 말단들은 상기 하향 추진 수단(13)에 부착됨 -
    을 포함하고,
    상기 부유 베이스(2)는 밸러스트 재료(14)로 선택적으로 채울 수 있고 운송 유닛(9)의 안정된 자기-부력(self-buoyancy)을 보장하기게 충분히 크고,
    상기 부유 구조체의 동작 조건에서, 상기 샤프트(3)는 반-노출되며 상기 부유 베이스(2)는 잠기거나, 또는 상기 샤프트(3)가 노출되며 상기 부유 베이스(2)는 반-잠기고,
    상기 하향 추진 수단(13)은 밸러스트 재료(14)로 완전하게 또는 부분적으로 채워지는 적어도 하나의 본질적인 중공 박스, 및 상기 중공 박스 내에 포함된 밸러스트 재료(14)의 부피 및 무게 중 적어도 하나를 조정하는 수단을 포함하는 적어도 하나의 거대 요소를 포함하고,
    상기 하향 추진 수단(13)과 상기 유지 케이블들(8)이 배열되어, 중공 박스가 밸러스트 상태(ballasted condition)인 경우 상기 거대 요소는 상기 유지 케이블들에 매달려 있으면서 완전히 잠기고, 부유 베이스(2) 아래에 위치되며 해저 위로는 상승되고, 유지 케이블들(8)은 인장력을 받고 상기 부유 구조체의 안정성을 증가시키는 하향력이 상기 부유 베이스(2) 상에 가해지고,
    상기 거대 요소는 상기 중공 박스가 비-밸러스트 상태 또는 적어도 하나의 부분적인 밸러스트 상태인 경우 자기-부력을 가지는, 부유 구조체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유지 케이블들(8)은 수직에 대해 경사지게 배치되는, 부유 구조체.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    장비 또는 설비는 상기 샤프트(3)에 의해 지지되는 풍력 터빈을 포함하는, 부유 구조체.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 샤프트(3)는, 텔레스코픽적이고(telescopic), 베이스 세그먼트(4) 및 헤드 세그먼트(32)를 포함한 적어도 2개의 세그먼트들(4, 5, 32)을 포함하는, 부유 구조체.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    적어도 하나의 스테이(stay)(20)를 포함하고, 상기 스테이의 상단 말단은 상기 샤프트(3)에 연결되고, 상기 스테이의 하단 말단은 상기 부유 베이스(2)에 연결되며, 그리고 상기 스테이(20) 중 적어도 하나는, 상기 스테이(20)의 하단 말단이 상기 스테이(20)의 상단 말단보다 상기 샤프트(3)의 중심 수직 축(10)으로부터 멀리 위치되도록, 수직에 대해 경사져 위치되는, 부유 구조체.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 중공 박스가 밸러스트 상태인 경우에 상기 거대 요소의 무게는 상기 부유 구조체의 무게 중심이 상기 부유 구조체의 부력 중심보다 낮은 레벨까지 하강하기에 충분한, 부유 구조체.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 하향 추진 수단(13)의 거대 요소들 중 적어도 하나는 상기 부유 베이스(2)에 임시로 접해질 수 있는, 부유 구조체.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 부유 베이스(2)는 상기 부유 베이스(2)의 몸체 또는 몸체들 그룹의 주변으로부터 측 방향 외측으로 돌출된 적어도 하나의 확장식 암(19)을 포함하며, 그리고 상기 유지 케이블들(8) 중 적어도 하나는 그들의 상단 말단에 의해 해당 확장식 암(19)에 부착되는, 부유 구조체.
  9. 제1항 또는 제2항에 따른 부유 구조체의 설치 방법으로서,
    a) 육상에서(on-shore) 또는 해안에서(in-shore) 부유 베이스(2)를 제조하는 단계,
    b) 샤프트(3)를 건조 상태로 제조하는 단계,
    c) 상기 샤프트(3) 및 상기 부유 베이스(2)를 포함한, 부력 및 단독 기립형의 운송 유닛(9)을 육상에서 또는 해안에서 형성하고, 상기 부유 베이스(2) 상에 상기 샤프트(3) 및 샤프트가 지지하는 장비 또는 설비(7)를 위치시키는 단계,
    d) 상기 부력 및 단독 기립형의 운송 유닛(9)을 예인선(tug boat)(28)을 이용하여 자기-부력 방식으로 설비 현장까지 운송하는 단계 - 운송시 상기 부유 베이스(2)는 반-잠긴 상태를 유지하고 상기 샤프트(3)는 완전히 노출된 상태를 유지함 -
    를 포함하고,
    상기 설치 방법은 단계 a) 이후에, 순서에 상관없이(in an indifferent order)
    e) 상기 부유 베이스(2)에 유지 케이블들(8)의 상단 말단을 부착시키는 단계,
    f) 상기 하향 추진 수단(13)에 상기 유지 케이블들(8)의 하단 말단을 부착시키는 단계를 더 포함하고,
    상기 설치 방법은 또한 단계 d) 이전에
    g) 상기 설비 현장에서, 상기 부유 베이스(2)를 수역 상에 위치시키는 단계를 더 포함하고,
    상기 설치 방법은 또한 단계 e) 및 단계 f) 이후에
    h) 상기 유지 케이블들(8)을 이용하여 상기 부유 베이스(2) 상에 하향력을 가하는 단계 - 상기 하향력은 상기 하향 추진 수단(13)에 의해 생성되는 것임 - 를 더 포함하고,
    상기 설치 방법은 또한 단계 d) 이후에
    j) 측 방향 위치를 유지하기 위해 부유 구조체 수단(16)에 부착시키는 단계를 더 포함하고,
    상기 설치 방법은 또한 단계 h) 이전에
    n1) 상기 하향 추진 수단(13)의 적어도 하나의 거대 요소를 육상에서 또는 해안에서 제조하여 현장 수역에 위치시키는 단계;
    n2) 상기 하향 추진 수단(13)의 거대 요소를 예인선(28)을 사용하여 현장까지 자기-부력 방식으로 운송하는 단계;
    n3) 상기 하향 추진 수단(13)의 거대 요소를 총 무게가 증가하고 동작 깊이로 잠기도록 밸러스트하는 단계를 더 포함하는, 설치 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 하향 추진 수단(13)의 적어도 하나는, 운송 유닛(9)의 일부를 형성하는 적어도 하나의 접할 수 있는 거대 요소를 포함하고, 상기 부유 베이스(2) 및 상기 샤프트(3)와 함께 운송되며,
    상기 거대 요소가 현장에서 밸러스트되면, 상기 거대 요소는 부유 베이스(2)로부터 내려가되, 상기 부유 구조체의 설치 조건에 필요한 무게 및 위치에 도달할 때까지 내려가는, 설치 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    하부구조체의 설치 상태에서, 상기 부유 베이스(2)는 완전히 잠기고, 상기 샤프트(3)는 부분적으로 잠기게 되는, 설치 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    단계 d) 이후에
    l) 상기 부유 베이스(2)의 수직 위치를 조정하기 위해 상기 부유 베이스(2)를 밸러스트하는 단계를 더 포함하는, 설치 방법.
  13. 제9항에 있어서,
    단계 d)는 다음의 2개의 단계들:
    - 단계 h) 이전에, 상기 현장과는 다른 제 1 작업 영역으로 운송하는 제 1 운송 단계, 및
    - 단계 h)를 이후에, 상기 제 1 작업 영역으로부터 상기 현장으로 운송하는 제 2 운송 단계
    로 분할되는, 설치 방법.
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