KR102361209B1 - Offshore wind power generator having segmented structure, apparatus having the same, and Method for installing the generator - Google Patents

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Abstract

MMB(Multi-purpose Mobile Base)의 무게중심 허용높이를 초과하여 설치될 수 있는 분할 구조를 갖는 해상 풍력 발전기가 개시된다. 상기 해상 풍력 발전기는, 상부 구조물, 및 상기 상부 구조물과 분할 구조로 연결되며, 상기 상부 구조물을 지지하는 하부 구조물을 포함하는 것을 특징으로 한다. MMB(Multi-purpose Mobile Base)를 이용한 해상 풍력 발전기 해상이송 시 무게중심을 낮출 수 있다.An offshore wind generator having a split structure that can be installed in excess of the allowable height of the center of gravity of the MMB (Multi-purpose Mobile Base) is disclosed. The offshore wind generator may include an upper structure and a lower structure connected to the upper structure in a divided structure and supporting the upper structure. The center of gravity can be lowered when transporting offshore wind power generators using MMB (Multi-purpose Mobile Base).

Description

분할 구조를 갖는 해상 풍력 발전기, 이를 포함하는 해상 풍력 발전 장치, 및 이의 설치 방법{Offshore wind power generator having segmented structure, apparatus having the same, and Method for installing the generator}An offshore wind power generator having a segmented structure, an offshore wind power generator including the same, and an installation method thereof

본 발명은 해상 풍력 발전 장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 일괄 운송설치선박을 이용하여 동시 이송 및 설치가 가능한 분할 구조를 갖는 해상 풍력 발전기 및 이를 포함하는 해상 풍력 발전 장치에 대한 것이다.The present invention relates to an offshore wind power generator, and more particularly, to an offshore wind generator having a split structure capable of simultaneous transport and installation using a batch transport installation vessel, and an offshore wind power generator including the same.

수평축 해상 풍력 발전기(이하 해상 풍력 발전기)는 상부 터빈구조와 하부구조로 형성된다. 일반적으로, 상부 터빈구조는 로터-블레이드, 나셀, 원통형 타워(tubular tower)로 이루어지며, 하부구조는 지지구조와 기초로 이루어진다.A horizontal axis offshore wind generator (hereinafter, referred to as an offshore wind generator) is formed of an upper turbine structure and a lower structure. In general, the upper turbine structure consists of a rotor-blade, a nacelle, and a tubular tower, and the lower structure consists of a support structure and a foundation.

이러한 해상 풍력 발전기 설치방법은 상부 터빈구조와 하부구조를 이루는 각 부품을 개별적으로 이송한 후, 잭업바지 혹은 해상 크레인 등의 해상 중장비를 이용하여 순차적으로 조립하는 방식을 적용하여 왔다. 그러나, 이러한 설치공법은 해상 작업시간이 길고, 중장비 사용에 고비용이 투입되는 단점이 있다. 특히, 해상환경에 따라 작업이 지연될 확률이 높아 작업 리스크 및/또는 추가비용 발생의 위험도 내포되는 문제점이 있다.This offshore wind power generator installation method has applied a method of sequentially assembling each component constituting the upper turbine structure and the lower structure by individually transporting them, and then sequentially assembling them using offshore heavy equipment such as jack-up pants or offshore cranes. However, this installation method has disadvantages in that sea work time is long and high cost is invested in using heavy equipment. In particular, there is a problem that there is a high probability that the operation is delayed depending on the marine environment, so that the risk of operation risk and/or additional cost is included.

이를 극복하기 위해서, 해상 풍력 발전기 일괄 운송설치용 선박이 제안되었다. 이에 대해서는 한국등록특허번호 제10-2092198호(등록일자: 2020년03월17일)를 들 수 있다. 이 경우, 상부 터빈구조 및 하부구조는 해상운송에 앞서 항만에서 일체로 조립된다. 또한, 일괄 운송설치용 선박(이하 MMB, Multi-purpose Mobile Base)은 일체조립된 해상 풍력 발전기에 대하여 해상이송 및 해상 현장설치가 동시에 수행된다.In order to overcome this, a ship for bulk transport and installation of offshore wind power generators has been proposed. For this, Korea Patent No. 10-2092198 (registration date: March 17, 2020) can be mentioned. In this case, the upper turbine structure and the lower structure are integrally assembled at the port prior to shipping by sea. In addition, for a ship for batch transport and installation (hereinafter referred to as MMB, Multi-purpose Mobile Base), sea transport and offshore installation are simultaneously performed for an integrated offshore wind power generator.

이러한 MMB를 이용해 해상 설치 작업을 수행할 경우, 하부구조는 급속설치가 가능한 공법만 적용할 수 있다. 국내에서 가장 흔히 쓰이는 post-piling 방식 항타공법은 설치완료까지 1개월 이상이 소요되어 MMB에 적용하기에는 적합하지 않다. When performing offshore installation work using these MMBs, only the construction method that enables rapid installation of the substructure can be applied. The post-piling method, which is the most commonly used in Korea, takes more than one month to complete installation, so it is not suitable for MMB application.

특히, 이러한 기술의 경우, 해상 풍력 발전기를 직립한 상태로 이송한다. 이 때, 해상 풍력 발전기는 클램프 및 와이어를 통해 MMB의 지지 프레임과 결속되어 있다. 직립 이송방식은 해상 풍력 발전기를 수평한 상태로 이송할 때보다 MMB 갑판 면적을 줄일 수 있고, 해상 풍력 발전기를 직립(upending)하는 추가작업을 최소화할 수 있는 장점이 있다.In particular, in the case of this technology, the offshore wind power generator is transported in an upright state. At this time, the offshore wind generator is bound to the support frame of the MMB through a clamp and a wire. The upright transport method has the advantage of being able to reduce the MMB deck area compared to when the offshore wind generator is transported in a horizontal state, and to minimize the additional work of erecting the offshore wind generator.

하지만, 해상 풍력 발전기는 세장(細長)하고 무게중심이 높게 형성되어 있으므로, 직립 이송시 안정성 확보에 대한 면밀한 검토가 필요하다. 또한, 해상 풍력 발전기는 높이가 100m 이상으로 높으며(하부구조 하단에서 나셀 중심까지), 특히 상부의 터빈구조는 대부분의 중량이 나셀 높이에 집중되어 있는 특징이 있다.However, since the offshore wind power generator is elongated and has a high center of gravity, it is necessary to closely examine the stability when transporting upright. In addition, the offshore wind generator has a height of more than 100 m (from the lower part of the substructure to the center of the nacelle), and in particular, the upper turbine structure has a characteristic that most of the weight is concentrated at the height of the nacelle.

더 구체적으로 설명하면, MMB는 해상 풍력 발전기 무게중심 높이 및 지지 프레임의 높이한계로 인해 탑재가능한 발전기 크기(혹은 용량)에 제약이 있다. 이 때, 지지 프레임에서 배치가능한 높이는 MMB의 안정성 확보(복원성, 구조강도 등)를 위해 그 한도가 있을 수 밖에 없다.More specifically, the MMB has a limit on the size (or capacity) of the generator that can be mounted due to the height limit of the height of the center of gravity of the offshore wind generator and the support frame. At this time, there is inevitably a limit to the height that can be arranged in the support frame in order to secure the stability of the MMB (restorability, structural strength, etc.).

반면, 해상 풍력 발전기는 지지 프레임 상단을 초과하는 지점에서는 지지 프레임과 결속되는 지점을 만들 수 없으므로, 그 무게중심이 지지 프레임 상단보다는 낮아야 작업 안정성을 확보할 수 있다. 그러나, 발전기는 무게중심이 높으며, 특정한 용량 이상에서는 지지 프레임 높이를 초과하기 쉬우므로 각별한 유의가 필요하다.On the other hand, since the offshore wind generator cannot make a point binding to the support frame at a point exceeding the top of the support frame, the center of gravity must be lower than the top of the support frame to ensure work stability. However, the generator has a high center of gravity, and it is easy to exceed the height of the support frame above a certain capacity, so special attention is required.

즉, 해상 풍력 발전기가 대형화되어 무게중심이 상승할 경우, MMB의 작업 범위를 초과하여, 탑재가 불가능한 문제가 발생한다. 현재까지 국내에서는 3MW급 해상 풍력 발전기만 설치가 이루어졌다. 그러나, 현재 5~6MW급 중대형 발전기의 개발이 완료되어 해상풍력단지 설치를 앞두고 있고, 8MW급 이상의 초대형 발전기도 2022년을 목표로 개발 중에 있다. 따라서, MMB를 미래에도 지속적으로 활용하기 위해서는 중대형 해상 풍력 발전기를 안정적으로 탑재할 수 있는 방안을 확보할 필요가 있다.That is, when the offshore wind power generator is enlarged and the center of gravity rises, the work range of the MMB is exceeded, and a problem arises that it cannot be mounted. So far, only 3MW class offshore wind power generators have been installed in Korea. However, the development of medium-to-large generators of 5 to 6 MW has been completed, and the installation of offshore wind farms is in progress. Therefore, in order to continuously utilize the MMB in the future, it is necessary to secure a method to stably mount a mid- to large-sized offshore wind power generator.

1. 한국등록특허번호 제10-2092198호(등록일자: 2020년03월17일)1. Korea Patent No. 10-2092198 (Registration Date: March 17, 2020)

본 발명은 위 배경기술에 따른 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로서, MMB(Multi-purpose Mobile Base)의 무게중심 허용높이를 초과하여 설치될 수 있는 분할 구조를 갖는 해상 풍력 발전기 및 이를 포함하는 해상 풍력 발전 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been proposed to solve the problems according to the above background art, and an offshore wind power generator having a split structure that can be installed in excess of the allowable height of the center of gravity of a multi-purpose mobile base (MMB) and offshore wind power including the same An object of the present invention is to provide a power generation device.

또한, 본 발명은 MMB를 미래에도 지속적으로 활용하기 위해서는 중대형 해상 풍력 발전기를 안정적으로 탑재할 수 있는 분할 구조를 갖는 해상 풍력 발전기 및 이를 포함하는 해상 풍력 발전 장치를 제공하는데 다른 목적이 있다.Another object of the present invention is to provide an offshore wind power generator having a split structure capable of stably mounting a medium or large offshore wind generator in order to continuously utilize the MMB in the future, and an offshore wind power generator including the same.

본 발명은 위에서 제시된 과제를 달성하기 위해, MMB(Multi-purpose Mobile Base)의 무게중심 허용높이를 초과하여 설치될 수 있는 분할 구조를 갖는 해상 풍력 발전기를 제공한다.The present invention provides an offshore wind power generator having a divided structure that can be installed in excess of the allowable height of the center of gravity of the MMB (Multi-purpose Mobile Base) in order to achieve the object presented above.

상기 해상 풍력 발전기는,The offshore wind power generator,

상부 구조물; 및superstructure; and

상기 상부 구조물과 분할 구조로 연결될 수 있으며, 해상설치 완료 후 상기 상부 구조물을 지지하는 하부 구조물;를 포함하는 것을 특징으로 한다.It may be connected to the upper structure in a divided structure, and a lower structure supporting the upper structure after completion of offshore installation; characterized in that it includes.

이때, 상기 상부 구조물은, 로터-블레이드; 상기 로터-블레이드와 연결되어, 회전에 따라 발전하는 나셀; 및 상단이 상기 나셀과 연결되며, 하단이 상기 하부 구조물과 결합되는 타워를 포함하는 것을 특징으로 한다.At this time, the upper structure, the rotor-blade; a nacelle connected to the rotor-blade and generating electricity according to rotation; and a tower having an upper end connected to the nacelle, and a lower end coupled to the lower structure.

이때, 상기 하부 구조물은, 상기 상부 구조물과 연결되어 상기 상부 구조물을 지지하는 지지 구조부; 및 상기 지지 구조부를 지지하는 기초부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In this case, the lower structure may include a support structure connected to the upper structure to support the upper structure; and a base part supporting the support structure part.

또한, 상기 지지 구조부는, 상기 타워가 삽입되는 중공이 형성되는 연결 요소부; 상기 연결 요소부의 외주면에 일체로 형성되는 데크 플랫폼; 상기 데크 플랫폼의 말단과 일체로 형성되며, 데크 플랫폼을 지지하는 주각재; 및 상기 주각재의 밑단과 연결되는 기초부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the support structure may include: a connecting element portion in which a hollow is formed into which the tower is inserted; a deck platform integrally formed on an outer circumferential surface of the connecting element portion; a plinth formed integrally with the end of the deck platform, and supporting the deck platform; and a base part connected to the hem of the plinth.

또한, 상기 하부 구조물은, 상기 주각재의 강도를 강화하기 위한 경사 부재;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the lower structure, the inclined member for strengthening the strength of the plinth; characterized in that it further comprises.

또한, 상기 데크 플랫폼의 상부면과 상기 타워 하단의 외주면에 같은 쌍으로 결속부가 설치되는 것을 특징으로 한다.In addition, it is characterized in that the binding portion is installed in the same pair on the upper surface of the deck platform and the outer peripheral surface of the lower end of the tower.

또한, 상기 결속부는 패드 아이(Pad-eye), 지그(jig), 및 윈치(Winch) 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.In addition, the binding portion is characterized in that any one of a pad eye (Pad-eye), a jig (jig), and a winch (Winch).

또한, 상기 하부 구조물은 밸러스트를 통해 추가 중량을 확보하는 것을 특징으로 한다.In addition, the lower structure is characterized in that it secures additional weight through the ballast.

다른 한편으로, 본 발명의 다른 일실시예는, 위에서 기술된 해상 풍력 발전기; 및 상기 해상 풍력 발전기가 탑재되는 운송 선박;을 포함하며, 선체; 상기 해상 풍력 발전기의 말단을 지지하며, 상기 선체의 표면을 수평방향으로 슬라이딩하는 슬라이딩 데크; 및 상기 선체의 표면에 탑재되며 해상 풍력 발전기를 지지하는 지지 프레임;을 포함하는 것을 특징으로 하는 해상 풍력 발전 장치를 제공한다.On the other hand, another embodiment of the present invention, the above-described offshore wind power generator; and a transport vessel on which the offshore wind power generator is mounted; including, a hull; a sliding deck supporting the end of the offshore wind generator and sliding the surface of the hull in a horizontal direction; and a support frame mounted on the surface of the hull and supporting the offshore wind power generator.

또한, 상기 지지 프레임은, 상기 해상 풍력 발전기의 양하(lowering) 또는 양중(lifting)을 위한 다수의 와이어;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the support frame, a plurality of wires for the lowering (lowering) or lifting (lifting) of the offshore wind power generator; characterized in that it comprises a.

또한, 상기 지지 프레임의 상부면의 반대면에 설치되는 다수의 상기 와이어를 결속 또는 고정하는 와이어 스토퍼가 각각 설치되는 것을 특징으로 한다.In addition, it is characterized in that the wire stoppers for binding or fixing the plurality of wires installed on the opposite surface of the upper surface of the support frame are respectively installed.

또한, 상기 슬라이딩 데크 상단으로부터 타워의 최하단까지의 높이(H)는 수학식

Figure 112020076567894-pat00001
(여기서, Hsub : 하부 구조물의 높이(= d + Hf + Hoffset), d : 설치지점 수심, Hf : 기초부의 높이, Hoffset : 연결 요소부의 상단 혹은 데크 플랫폼의 해수면 이격거리, Hsd : 선체의 만재흘수선 기준 슬라이딩 데크 상단의 높이이다)으로 정의되는 것을 특징으로 한다.In addition, the height (H) from the top of the sliding deck to the bottom of the tower is
Figure 112020076567894-pat00001
(here, H sub : height of the lower structure (= d + H f + H offset ), d: water depth at the installation point, H f : height of the foundation, H offset : separation distance from sea level of the upper end of the connecting element or deck platform, Hsd : It is characterized by being defined as the height of the top of the sliding deck based on the load line of the hull).

또한, 상기 상부 구조물의 수직 위치를 확보할 목적으로 슬라이딩 데크의 표면상에 거치 구조물이 배치되는 것을 특징으로 한다.In addition, it is characterized in that the mounting structure is disposed on the surface of the sliding deck for the purpose of securing the vertical position of the upper structure.

또 다른 한편으로, 본 발명의 또 다른 일실시예는, (a) 항만 안벽에 계류하는 운송 선박에 육상 크레인를 이용하여 분할 구조인 상부 구조물 및 하부 구조물을 순차적으로 해상 풍력 발전기를 조립 및 탑재하는 탑재 단계; (b) 와이어의 양끝단을 상기 상부 구조물 및 하부 구조물에 쌍으로 위치한 결속부에 체결하는 와이어 결속 단계; (c) 상기 운송 선박에 상기 해상 풍력 발전기가 탑재된 상태로 해상 이송되는 해상이송단계; (d) 상기 해상 풍력 발전기의 설치지점에서 상기 와이어를 이용하여 상기 하부 구조물을 양하(lowering)하고, 상기 상부 구조물은 양중(lifting)되는 양중 양하 단계; (e) 상기 하부 구조물의 기초부가 해저 지반의 상단에 거치된 후, 상기 상부 구조물과 상기 하부 구조물를 결합하는 결합 단계; 및 (f) 상기 기초부를 상기 해저 지반에 관입되면, 상기 와이어를 상기 해상 풍력 발전기로부터 결속해제하는 완료 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 해상 풍력 발전기 설치 방법을 제공한다.On the other hand, another embodiment of the present invention is, (a) using a land crane on a transport vessel moored to the quay of a port to sequentially assemble and mount an offshore wind power generator, which is a split structure, of an upper structure and a lower structure. step; (b) a wire binding step of fastening both ends of the wire to a binding part positioned in pairs on the upper structure and the lower structure; (c) an offshore transport step in which the offshore wind power generator is mounted on the transport vessel and transported by sea; (d) unloading the lower structure using the wire at the installation point of the offshore wind power generator, and the upper structure is lifted; (e) a coupling step of coupling the upper structure and the lower structure after the base of the lower structure is mounted on the top of the seabed; and (f) when the base part penetrates the seabed ground, the completion step of disconnecting the wire from the offshore wind power generator; provides an offshore wind generator installation method comprising a.

또한, 상기 상부 구조물과 상기 하부 구조물의 결합은 플랜지 결합 방식 또는 그라우트 주입 방식을 이용하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.In addition, the coupling of the upper structure and the lower structure is characterized in that made using a flange coupling method or a grout injection method.

또한, 상기 해상 풍력 발전기 설치 방법은, 상기 (b) 단계 및 상기 (f) 단계 사이에 상기 와이어가 외부교란에도 평형을 상실하지 않도록 와이어 스토퍼를 이용하여 상기 와이어를 결속 또는 고정하는 와이어 스토퍼 결속 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the offshore wind generator installation method includes a wire stopper binding step of binding or fixing the wire using a wire stopper so that the wire does not lose its balance even in an external disturbance between steps (b) and (f). It is characterized in that it contains;

본 발명에 따르면, MMB(Multi-purpose Mobile Base)를 이용한 해상 풍력 발전기 해상이송 시 무게중심을 낮출 수 있다.According to the present invention, it is possible to lower the center of gravity when transporting offshore wind power generators using MMB (Multi-purpose Mobile Base).

또한, 본 발명의 다른 효과로서는 해상이송 시 복원성(floating stability)을 향상하고, MMB의 전복위험을 최소화할 수 있다는 점을 들 수 있다. 즉, 후술할 해상 풍력 발전기의 중량 및 하부구조 사양을 기반으로 검토했을 때, 해상 풍력 발전기의 무게중심을 약 20m 수준으로 낮출 수 있다.In addition, as another effect of the present invention, it is possible to improve floating stability during sea transport and minimize the risk of overturning of the MMB. That is, when reviewed based on the weight and substructure specifications of the offshore wind generator to be described later, the center of gravity of the offshore wind generator can be lowered to about 20m.

또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 작업성이 우수하고, 분할구조 결속작업이 상대적으로 단순하며, 항만조립 및/또는 해상이송 작업 시 기존대비 해상 풍력 발전기의 높이가 낮아져 고소작업을 감축할 수 있다는 점을 들 수 있다. 부연하면, 분할구조 결속작업은 기본적으로 와이어의 평형/불평형 상태를 이용하므로 별도 동력 및 추가작업을 최소화할 수 있고, 불평형 상태는 기존 해상설치 시 수행되는 밸러스트 주입작업을 최대한 활용할 수 있다. In addition, as another effect of the present invention, the workability is excellent, the split structure bundling operation is relatively simple, and the height of the offshore wind generator is lowered compared to the conventional one during port assembly and/or sea transport operation, thereby reducing work at high altitude. points can be taken. In other words, since the split structure binding operation basically uses the balanced/unbalanced state of the wire, additional power and additional work can be minimized.

또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 기존에 제작된 MMB를 향후 도입될 대형 해상 풍력 발전기에 적용할 수 있어, 신규 MMB 제작에 따른 설비투자비를 절감할 수 있다는 점을 들 수 있다.In addition, as another effect of the present invention, it is possible to apply the previously manufactured MMB to a large offshore wind power generator to be introduced in the future, and it is possible to reduce the facility investment cost according to the new MMB production.

또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 다양한 해상 풍력 발전기 사양에 대한 MMB 작업방안 제시로 활용성을 제고하고, 장래에 MMB를 지속적으로 사용할 수 있는 기반을 확보할 수 있다는 점을 들 수 있다.In addition, as another effect of the present invention, it is possible to improve the usability by presenting the MMB work plan for various offshore wind power generator specifications, and to secure a basis for continuously using the MMB in the future.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 분할 구조를 갖는 해상 풍력 발전 장치의 이송시 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 분할 구조를 갖는 해상 풍력 발전 장치의 현장 설치시 개념도이다.
도 3은 도 1 내지 도 2에 도시된 해상 풍력 발전기의 구성도이다.
도 4는 도 1 내지 도 2에 도시된 운송 선박의 구성도이다.
도 5는 도 3 내지 도 4에 도시된 해상 풍력 발전 장치를 항만 안벽상에서 조립하는 과정을 보여주는 개념도이다.
도 6은 도 3 내지 도 4에 도시된 해상 풍력 발전 장치를 항만 안벽상에서 조립하는 과정을 보여주는 개념도이다.
도 7은 도 3 내지 도 4에 도시된 해상 풍력 발전기와 운송 선박의 분할 구조를 와이어로 결속하는 과정을 보여주는 개념도이다.
도 8은 도 7에 도시된 와이어 결속이후, 와이어 스토퍼 결속 및 거치 구조물을 제거하는 과정을 보여주는 개념도이다.
도 9는 도 8에 도시된 해상 풍력 발전 장치를 현장으로 이송하는 과정을 보여주는 도면이다.
도 10은 도 8에 도시된 해상 풍력 발전 장치에서 슬라이딩 데크를 이동하는 과정을 보여주는 도면이다.
도 11은 도 8에 도시된 해상 풍력 발전 장치에서 분할 구조를 결합하는 개념을 보여주는 도면이다.
도 12는 도 8에 도시된 해상 풍력 발전 장치에서 기초 관입, 와이어 결속 해제 및 설치 완료 과정을 보여주는 도면이다.1 is a conceptual diagram illustrating the transfer of an offshore wind power generator having a divided structure according to an embodiment of the present invention.
2 is a conceptual diagram at the time of on-site installation of an offshore wind power generator having a divided structure according to an embodiment of the present invention.
3 is a block diagram of the offshore wind power generator shown in FIGS. 1 to 2 .
4 is a configuration diagram of the transport vessel shown in FIGS. 1 to 2 .
5 is a conceptual diagram illustrating a process of assembling the offshore wind power generator shown in FIGS. 3 to 4 on the quay wall of a port.
6 is a conceptual diagram illustrating a process of assembling the offshore wind power generator shown in FIGS. 3 to 4 on a quay wall of a port.
7 is a conceptual diagram illustrating a process of binding the split structure of the offshore wind power generator and the transport vessel shown in FIGS. 3 to 4 with a wire.
8 is a conceptual diagram illustrating a process of removing the wire stopper binding and mounting structure after the wire binding shown in FIG. 7 .
9 is a view showing a process of transferring the offshore wind power generator shown in FIG. 8 to the field.
10 is a view showing a process of moving the sliding deck in the offshore wind power generator shown in FIG.
FIG. 11 is a view showing a concept of combining a divided structure in the offshore wind power generator shown in FIG. 8 .
FIG. 12 is a view showing the process of foundation penetration, wire binding release, and installation completion in the offshore wind power generator shown in FIG. 8 .

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Since the present invention can have various changes and can have various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings and will be described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다. 제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. In describing each figure, like reference numerals are used for like elements. Terms such as first, second, etc. may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.For example, without departing from the scope of the present invention, a first component may be referred to as a second component, and similarly, a second component may also be referred to as a first component. The term “and/or” includes a combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.

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

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

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 분할 구조를 갖는 해상 풍력 발전기 및 이를 포함하는 해상 풍력 발전 장치를 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, an offshore wind power generator having a divided structure and an offshore wind power generator including the same according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 분할 구조를 갖는 해상 풍력 발전 장치(100)의 이송시 개념도이다. 도 1을 참조하면, 해상 풍력 발전 장치(100)는, 해상 풍력 발전기(110), 해상 풍력 발전기(110)가 탑재되는 운송 선박(120)으로 구성될 수 있다. 해상 풍력 발전기(110)는 분할 구조로 이루어진다.1 is a conceptual diagram of an offshore wind power generator 100 having a divided structure during transport according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1 , the offshore wind power generator 100 may include an offshore wind generator 110 and a transport vessel 120 on which the offshore wind generator 110 is mounted. The offshore wind power generator 110 has a divided structure.

해상 풍력 발전기(110)는 운송 선박(120)의 상단에 조립되며, 운송 선박(120)을 통해 이송된다. 물론, 이송후, 운송 선박(120)은 수중(20)의 해저 지반(10)에 정박된다. The offshore wind generator 110 is assembled on the upper end of the transport vessel 120 , and is transported through the transport vessel 120 . Of course, after transport, the transport vessel 120 is anchored in the seabed ground 10 of the underwater 20 .

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 분할 구조를 갖는 해상 풍력 발전 장치(100)의 현장 설치시 개념도이다. 도 2를 참조하면, 운송 선박(120)을 통해 설치 현장으로 이송된 이후, 운송 선박(120)이 수중(20)의 해저 지반(10)에 고정된다.2 is a conceptual diagram at the time of on-site installation of the offshore wind power generator 100 having a divided structure according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 2 , after being transported to the installation site through the transport vessel 120 , the transport vessel 120 is fixed to the seabed ground 10 of the underwater 20 .

도 3은 도 1 내지 도 2에 도시된 해상 풍력 발전기(110)의 구성도이다. 도 3을 참조하면, 해상 풍력 발전기(110)는, 분할 구조로서, 이 분할 구조는 상부 구조물(310) 및 하부 구조물(320)로 구성된다.3 is a block diagram of the offshore wind power generator 110 shown in FIGS. 1 to 2 . Referring to FIG. 3 , the offshore wind power generator 110 has a divided structure, and the divided structure includes an upper structure 310 and a lower structure 320 .

상부 구조물(310)은, 로터-블레이드(311), 나셀(312), 타워(313) 등을 포함하여 구성될 수 있다. 로터-블레이드(311)는 나셀(312)과 연결되어 있으며, 바람에서 공력을 받아 회전하는 부분이다. 나셀(312)은 타워 상단(313a)에 위치하며, 발전기, 드라이브 트레인 등이 구비된 하우징이다.The upper structure 310 may include a rotor-blade 311 , a nacelle 312 , a tower 313 , and the like. The rotor-blade 311 is connected to the nacelle 312 and rotates by receiving aerodynamic power from the wind. The nacelle 312 is located at the upper end of the tower 313a, and is a housing provided with a generator, a drive train, and the like.

타워(313)는 하부 구조물(320)과 나셀(312)을 연결하는 다단의 구조물이다. 이를 위해, 타워(313)는 타워 상단(313a), 타워 하단(313b), 결속부(321-1) 등으로 구성된다. 타워(313)는 원통형 타워(tubular tower)가 되나, 이에 한정되는 것은 아니며, 사각형, 육각형, 팔각형 등의 단면이나 트러스 구조 등도 가능하다.The tower 313 is a multi-stage structure connecting the lower structure 320 and the nacelle 312 . To this end, the tower 313 is composed of a tower upper end 313a, a tower lower end 313b, a binding portion 321-1, and the like. The tower 313 is a cylindrical tower (tubular tower), but is not limited thereto, and a cross-section or truss structure such as a square, hexagon, or octagon is also possible.

로터-블레이드(311), 나셀(312), 타워(313) 등의 재질로는 스테인리스 스틸, 강철 등이 사용될 수 있다. 물론, 표면에 염분에 의한 부식을 방지하기 위해 부식 방지제가 코팅될 수도 있다.As a material of the rotor-blade 311 , the nacelle 312 , and the tower 313 , stainless steel, steel, or the like may be used. Of course, the surface may be coated with a corrosion inhibitor to prevent corrosion by salt.

하부 구조물(310)은 상부 구조물(310)과 연결되어 상기 상부 구조물(310)을 지지하는 역할을 한다. 이를 위해 하부 구조물(310)은 지지 구조부(321) 및 지지 구조부(321)를 지지하는 기초부(322)를 포함하여 구성된다. 지지 구조부(321)는 수중(20)에 잠겨있으며, 상단의 타워(313)와 하단의 기초부(322)를 연결하는 구조물이다.The lower structure 310 is connected to the upper structure 310 and serves to support the upper structure 310 . To this end, the lower structure 310 includes a supporting structure 321 and a base 322 supporting the supporting structure 321 . The support structure 321 is submerged in the water 20 and is a structure connecting the tower 313 at the top and the base 322 at the bottom.

지지 구조부(321)는, 중공이 형성되는 연결 요소(transition piece)부(321-3), 연결 요소부(321-3)의 외주면에 일체로 형성되는 데크 플랫폼(321-2), 데크 플랫폼(321-2)의 말단과 일체로 형성되며, 데크 플랫폼(321-2)을 지지하는 주각재(321-5), 주각재(321-5)의 강도를 강화하기 위한 경사 부재(321-4), 주각재(321-5)의 밑단과 연결되는 기초부(322) 등을 포함하여 구성될 수 있다. 부연하면, 연결 요소부의 중공에 타워(313)가 삽입된다. 데크 플랫폼(321-2)의 상단에는 결속부(321-1)가 구성될 수 있다. The support structure 321 includes a hollow formed connection element (transition piece) portion (321-3), a deck platform (321-2) integrally formed on the outer circumferential surface of the connection element portion (321-3), the deck platform ( Formed integrally with the end of 321-2), the plinth 321-5 supporting the deck platform 321-2, the inclined member 321-4 for strengthening the strength of the plinth 321-5 , may be configured to include a base portion 322 connected to the hem of the plinth 321-5, and the like. In other words, the tower 313 is inserted into the hollow of the connecting element part. A binding portion 321-1 may be configured at the upper end of the deck platform 321-2.

결속부(321-1)는 하부 구조물(320)의 데크 플랫폼(321-2)의 상부면과 타워 하단(313b)의 외주면에 각각 같은 쌍으로 구성되어, 운송 선박(120)의 지지 프레임 상단과 연결된 와이어의 양 끝단이 결속되는 부분이다. 결속부(321-1)는 패드 아이(Pad-eye), 지그(jig), 및 윈치(Winch) 등의 형태 중 하나로 형성될 수 있다.The binding portion 321-1 is configured in the same pair on the upper surface of the deck platform 321-2 of the lower structure 320 and the outer peripheral surface of the tower lower end 313b, respectively, the upper support frame of the transport vessel 120 and It is the part where both ends of the connected wire are bound. The binding part 321-1 may be formed in one of the forms of a pad-eye, a jig, and a winch.

데크 플랫폼(321-2)은 연결 요소부(321-3) 상단의 외곽방향에 형성된 갑판(데크) 형태로 형성되어, 타워 하단(313b)과 연결 요소부(321-3)의 결속작업을 수행하는 플랫폼이다. 또한, 타워 하단(313b)에 구비된 타워 출입문과 비슷한 높이에 형성되거나 혹은 계단으로 연결되어 작업인력이 하부 구조물(310)에서 타워(313)로 원활히 진입할 수 있도록 한다.The deck platform 321-2 is formed in the form of a deck (deck) formed in the outer direction of the upper end of the connecting element part 321-3, and performs the binding operation of the tower lower end 313b and the connecting element part 321-3. It is a platform that In addition, it is formed at a height similar to the tower entrance door provided at the lower end of the tower 313b or is connected by stairs so that the working personnel can smoothly enter the tower 313 from the lower structure 310 .

연결 요소부(321-3)는 하부 구조물(310)의 상단에 위치하여 타워(313)의 하단과 직결되는 부분이다. 특히, 타워 하단(313b)이 연결 요소부(321-3)의 내부에 형성되는 중공에 삽입된다. 본 발명의 일실시예에서는 타워 하단(313b)이 관통할 수 있도록, 타워(313)의 최대 외경(통상적으로 타워 하단(313b)의 외경)보다 큰 내경과 1m 이상의 적절한 높이를 가지는 원통구조로 형성된다.The connection element part 321-3 is located at the upper end of the lower structure 310 and is directly connected to the lower end of the tower 313 . In particular, the tower lower end 313b is inserted into the hollow formed inside the connecting element portion 321-3. In one embodiment of the present invention, so that the lower end of the tower 313b can pass through, it is formed in a cylindrical structure having an inner diameter greater than the maximum outer diameter of the tower 313 (typically, the outer diameter of the lower end 313b of the tower) and an appropriate height of 1 m or more. do.

경사부재(321-4)는 주각재(321-5)의 구조 보강을 목적으로 서로 다른 부재를 경사를 가지면서 연결하는 부재이다. 경사부재(321-4)는 주각재(321-5)간을 연결하거나, 주각재(321-5)와 연결 요소부(321-3)간을 연결한다.The inclined member 321-4 is a member for connecting different members with an inclination for the purpose of reinforcing the structure of the plinth 321-5. The inclined member 321-4 connects between the plinth members 321-5 or between the plinth members 321-5 and the connecting element part 321-3.

주각재(321-5)는 지지구조부(321)의 외곽에 위치한 다리 형상의 부재들로, 기초부(322)와 지지 구조의 연결 요소부(321-3)를 직접적으로 연결한다.The plinth 321 - 5 is a leg-shaped member located outside the support structure 321 , and directly connects the base 322 and the connecting element portions 321-3 of the support structure.

기초부(322)는 주각재(321-5)의 말단에 연결되어 주각재(321-5)를 지지하며, 해저 지반(10)에 삽입되어 해상 풍력 발전기(110)를 고정한다. 이를 위해, 기초부(322)는 각 주각재(321-5)의 말단마다에 연결된다. 부연하면, 제 1 기초부(322-1)는 제 1 주각재의 말단에 연결되고, 제 2 기초부(322-2)는 제 2 주각재의 말단에 연결된다. 또한, 기초부(322)는 해저 지반(10)에 고정되어 상부에서 발생한 하중을 지지하는 부분이다.The base 322 is connected to the distal end of the plinth 321 - 5 to support the plinth 321 - 5 , and is inserted into the seabed ground 10 to fix the offshore wind power generator 110 . To this end, the base 322 is connected to each end of each plinth 321 - 5 . In other words, the first base portion 322-1 is connected to the end of the first plinth, and the second base portion 322-2 is connected to the end of the second plinth. In addition, the base part 322 is a part that is fixed to the seabed ground 10 and supports the load generated from the upper part.

도 4는 도 1 내지 도 2에 도시된 운송 선박(120)의 구성도이다. 도 4를 참조하면, 운송 선박(120)은, 선체(410), 해상 풍력 발전기(110)의 말단을 지지하며, 선체(410)의 표면을 수평방향으로 슬라이딩하는 슬라이딩 데크(420), 선체(410)의 표면상에 탑재되며 해상 풍력 발전기(110)를 지지하는 지지 프레임(430)등을 포함하여 구성될 수 있다. 4 is a configuration diagram of the transport vessel 120 shown in FIGS. 1 to 2 . 4, the transport vessel 120, the hull 410, supporting the end of the offshore wind power generator 110, sliding deck 420 sliding the surface of the hull 410 in the horizontal direction, the hull ( It is mounted on the surface of the 410) and may be configured to include a support frame 430 for supporting the offshore wind power generator 110, and the like.

선체(410)는 일괄 운송설치용 선박(MMB: Multi-purpose Mobile Base)으로서, 일체조립된 해상 풍력 발전기(110)에 대하여 해상이송 및 해상 현장설치를 동시에 가능한다. The hull 410 is a multi-purpose mobile base (MMB) for bulk transport and installation, and it is possible to simultaneously transport and install the offshore wind power generator 110 integrally at sea.

슬라이딩 데크(420)는 선체(410)의 수평방향으로 이동 가능하므로 선체(410)의 후미에 형성된 양하(lowering) 또는 양중(lifting)용 개방부(미도시)의 개폐를 가능하게 한다. 즉, 슬라이딩 데크(420)는 해상 풍력 발전기(110)를 이송할 때 선미쪽으로 이동하여 양하용 또는 양중용 개방부(미도시)를 폐쇄한다. 이 경우, 슬라이딩 데크(420)는 지지 프레임(430)의 하부에 위치되어 해상 풍력 발전기(110)를 안정적으로 안착시키는 역할을 한다.Since the sliding deck 420 is movable in the horizontal direction of the hull 410, it enables opening and closing of an opening (not shown) for lowering or lifting formed at the rear of the hull 410 . That is, the sliding deck 420 moves toward the stern when transporting the offshore wind generator 110 to close the opening (not shown) for unloading or lifting. In this case, the sliding deck 420 is positioned under the support frame 430 and serves to stably seat the offshore wind power generator 110 .

이와 달리, 선체(410)를 정지시키고 해상 풍력 발전기(110)를 설치할 때에는 지지 프레임(430)의 후방으로 수평이동하여 해상 풍력 발전기(110)를 양하(lowering)할 공간을 확보한다. 즉, 양하용 개방부가 오픈된다. On the other hand, when the hull 410 is stopped and the offshore wind generator 110 is installed, it moves horizontally to the rear of the support frame 430 to secure a space for lowering the offshore wind generator 110 . That is, the unloading opening is opened.

슬라이딩 데크(420)를 수평방향으로 이동시키기 위해서는 휠(wheel)(미도시), 휠이 이동하는 레일(rail)(미도시), 휠을 회동시키는 구동 모터(미도시) 등이 구성될 수 있다. In order to move the sliding deck 420 in the horizontal direction, a wheel (not shown), a rail (not shown) on which the wheel moves, a driving motor (not shown) for rotating the wheel, etc. may be configured. .

지지 프레임(430)은 해상 풍력 발전기(110)를 수직방향으로 이동시키기 위해 지지하는 기능을 한다. 지지 프레임(430)은 선체(410)의 상부면에 수직으로 형성된 A형 프레임이다. 또한, 지지 프레임(430)의 일면은 개폐된 구조로 즉, 사면중 한면에는 개폐가 가능한 형태이다. 따라서, 이 개폐되는 면을 통해 해상 풍력 발전기(110)를 삽입 안착할 수 있다.The support frame 430 functions to support the offshore wind generator 110 to move it in a vertical direction. The support frame 430 is an A-shaped frame formed perpendicular to the upper surface of the hull 410 . In addition, one side of the support frame 430 has an open/closed structure, that is, one side of the slopes has a form that can be opened and closed. Therefore, it is possible to insert and seat the offshore wind power generator 110 through the open/closed surface.

또한, 클램프(451,452)는 지지 프레임(430)의 상부면에 설치되며, 클램핑 기능을 수행한다. 특히, 클램프(451,452)는 해상 풍력 발전기(110)의 무게중심 상단을 지지하도록 상호 직교로 결합된다. 물론, 지지 프레임(430)의 상부면 중앙에는 타워(313)가 관통하도록 관통홀(미도시)이 형성된다. 클램프(451,452)는 유압식 클램프이나. 이에 한정되는 것은 아니며 공압식 클램프 등도 가능하다.In addition, the clamps 451 and 452 are installed on the upper surface of the support frame 430 and perform a clamping function. In particular, the clamps 451 and 452 are coupled orthogonally to each other to support the upper end of the center of gravity of the offshore wind power generator 110 . Of course, a through hole (not shown) is formed in the center of the upper surface of the support frame 430 so that the tower 313 passes therethrough. Clamps 451 and 452 are hydraulic clamps. It is not limited thereto, and a pneumatic clamp or the like is also possible.

또한, 와이어(440)가 구성된다. 이 와이어(440)는 결속부(도 3의 321-1)와 연결되는 제 1 와이어부(441)와 타워 하단(313b)와 연결되는 제 2 와이어부(442)로 이루어진다. 제 1 와이어부(441) 및 제 2 와이어부(442)는 하나의 와이어로 이해를 위해 2개로 표시한다.Also, a wire 440 is configured. The wire 440 includes a first wire portion 441 connected to the binding portion (321-1 in FIG. 3) and a second wire portion 442 connected to the lower end of the tower 313b. The first wire part 441 and the second wire part 442 are denoted as two for understanding as one wire.

지지 프레임(430)의 상부면의 배면측에 와이어 스토퍼(443)가 설치된다. 와이어 스토퍼(443)는 와이어를 결속/고정하는 기구이다. 따라서, 해상 풍력 발전기(110)의 양하(lowering) 또는 양중(lifting)시 외부교란에 따른 와이어 평형 상실을 방지할 수 있다.A wire stopper 443 is installed on the rear side of the upper surface of the support frame 430 . The wire stopper 443 is a mechanism for binding/fixing the wire. Accordingly, it is possible to prevent loss of wire balance due to external disturbance during lowering or lifting of the offshore wind power generator 110 .

거치 구조물(530)이 필요에 따라 설치될 수 있다. 거치 구조물(530)은 해상이송 시 상부 구조물(310) 하단의 수직 위치가 하부 구조물(320) 하단보다 높을 경우, 상부 구조물(310)을 슬라이딩 데크(420) 상단에 거치할 목적으로 설치하며, 지그 혹은 유압잭 등의 형태 중 하나로 형성될 수 있다.The mounting structure 530 may be installed as needed. Mounting structure 530 is installed for the purpose of mounting the upper structure 310 on the top of the sliding deck 420 when the vertical position of the lower end of the upper structure 310 is higher than the lower end of the lower structure 320 during sea transport, and a jig Alternatively, it may be formed in one of the forms such as a hydraulic jack.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 해상 풍력 발전 장치(100)의 전반적인 동작 원리를 설명한다.1 to 4, the overall operating principle of the offshore wind power generator 100 will be described.

해상 풍력 발전기(110)는 2개로 분할된 분할구조로서 상부 구조물(310) 및 하부 구조물(320)로 구성된다. 이 상부 구조물(310) 및 하부 구조물(320)이 선체(420)에 탑재된다. 이때, 하기와 같은 조건을 만족하도록 결속 및 탑재하여야 한다.The offshore wind generator 110 is a divided structure divided into two and is composed of an upper structure 310 and a lower structure 320 . The upper structure 310 and the lower structure 320 are mounted on the hull 420 . At this time, it should be bound and mounted so as to satisfy the following conditions.

가. 중량 go. weight

분할구조는 자중이 동일하거나, 자중의 차이가 와이어 마찰력에 따른 허용범위 이내를 만족하여야 한다. 구체적인 실시예로, 하부 구조물(320)을 기성품인 상부 터빈 구조와 동일한 자중으로 제작한 후, 상부 터빈구조 및 하부구조 2개로 분할조립하여 탑재하는 방식이 있다. 상기 실시예를 적용할 경우, 6MW급 상부 터빈구조의 자중이 약 750ton임을 고려하였을 때, 하부 구조물(320)은 약 750ton에 근접하게 제작하여야 한다. The split structure must have the same self-weight or the difference in self-weight must be within the allowable range according to the frictional force of the wire. As a specific embodiment, there is a method in which the lower structure 320 is manufactured with the same weight as the ready-made upper turbine structure, and then divided into two upper turbine structures and two lower structures and mounted. When applying the above embodiment, considering that the weight of the 6MW class upper turbine structure is about 750 tons, the lower structure 320 should be manufactured to be close to about 750 tons.

나. 결합 me. Combination

분할구조는 각각 타워(313) 하단과 연결 요소부(321-3)에서 동심을 이루는 상태에서 선체(420)에 와이어(440)를 통해 결속된다. 각 와이어들은 충분한 장력을 유지하면서, 분할구조인 상부 구조물(310)과 하부 구조물(320)에 위치한 결속부(321-1) 쌍에 양 끝단이 결속되어야 한다.The division structure is bound to the hull 420 through a wire 440 in a state in which the tower 313 lower end and the connecting element portion 321-3 are concentrically formed. Both ends of each wire should be bound to a pair of binding portions 321-1 located in the upper structure 310 and the lower structure 320, which are divided structures, while maintaining sufficient tension.

다. 간섭 All. Interference

또한, 상부 구조물(310)과 하부 구조물(320)이 운송 선박(120)에 탑재될 때에는 지지 프레임(430), 클램프(451,452) 등 운송 선박(120)의 부품과 공간적으로 간섭이 발생하지 않아야 한다. 이 때, 간섭은 해상이송 및 설치시, 발생할 수 있는 변위 및 자세변화를 고려한 유격을 포함하여 검토하여야 한다.In addition, when the upper structure 310 and the lower structure 320 are mounted on the transport vessel 120, spatial interference with parts of the transport vessel 120 such as the support frame 430 and clamps 451 and 452 should not occur. . At this time, the interference should be reviewed including the clearance considering the displacement and attitude change that may occur during sea transport and installation.

라. 수직위치 La. vertical position

하부 구조물(320)이 포함되는 분할구조는 슬라이딩 데크(420) 상단에 안착되도록 탑재한다. 슬라이딩 데크 안착이 불가할 경우, 상기 분할구조에 포함되는 기초부(322)의 하단은 슬라이딩 데크(420)의 상단면과 동일한 수직 위치를 유지하며 선체(410)에 탑재해야 한다. 반면, 타워(313)를 포함하는 하부 구조물(320)의 수직 높이는 하기의 수학식에 따라 결정할 수 있다.The divided structure including the lower structure 320 is mounted to be seated on the top of the sliding deck 420 . When it is impossible to seat the sliding deck, the lower end of the base portion 322 included in the divided structure maintains the same vertical position as the upper surface of the sliding deck 420 and must be mounted on the hull 410 . On the other hand, the vertical height of the lower structure 320 including the tower 313 may be determined according to the following equation.

Figure 112020076567894-pat00002
Figure 112020076567894-pat00002

여기서, H: 슬라이딩 데크(420) 상단으로부터 타워(313)의 최하단까지의 높이Here, H: the height from the top of the sliding deck 420 to the bottom of the tower 313

Hsub : 하부 구조물(320)의 높이(= d + Hf + Hoffset)H sub : the height of the lower structure 320 (= d + H f + H offset )

d : 설치지점 수심 d : depth of installation point

Hf : 기초부(322)의 높이H f : the height of the base 322

Hoffset : 연결 요소부(321-3)의 상단 혹은 데크 플랫폼(321-2)의 해수면 이격거리H offset : the upper end of the connecting element part (321-3) or the sea level separation distance of the deck platform (321-2)

Hsd : 선체(410)의 만재흘수선 기준 슬라이딩 데크(420) 상단의 높이Hsd: the height of the top of the sliding deck 420 based on the load waterline of the hull 410

예를 들어, 설치지점 수심 d = 15m, 기초 높이 Hf = 15m, 연결 요소부(321-3)의 상단 해수면 이격거리 Hoffset = 20m, 선체(410)의 만재흘수선 기준 슬라이딩 데크(420) 상단의 높이 Hsd = 4m일 경우, 다음과 같다.For example, the installation point water depth d = 15m, the base height H f = 15m, the upper sea level separation distance H offset = 20m of the connection element part (321-3), the top of the sliding deck 420 based on the load line of the hull 410 If the height of H sd = 4m, it is as follows.

I) 하부 구조물 높이는 Hsub = 15m + 15m + 20m = 50mI) Substructure height Hsub = 15m + 15m + 20m = 50m

II) 슬라이딩 데크(420) 상단으로부터 타워(313)의 최하단까지의 높이는 H = 15m + 20m - 15m - 2ㅧ4m = 12mII) The height from the top of the sliding deck 420 to the bottom of the tower 313 is H = 15m + 20m - 15m - 2ㅧ4m = 12m

실제로, 높이 H는 대부분 10 ∼ 20m 수준을 형성할 것으로 예측된다. 상기 식을 적용할 경우, 해상 풍력 발전기의 해상지점 현장설치시 하부 구조물(320)을 해저지반(10)의 상단면까지 양하(lowering)한 상태에서 연결 요소부(321-3)의 상단과 타워(313)의 하단을 동일 높이에 위치시킬 수 있는 이점이 있다. 이는 상부 구조물(310)과 하부 구조물(320)의 결합작업을 용이하게 한다.In practice, the height H is expected to form mostly at the level of 10 to 20 m. When the above formula is applied, the upper end of the connecting element part 321-3 and the tower in a state in which the lower structure 320 is lowered to the upper surface of the subsea ground 10 during on-site installation of the offshore wind power generator at the offshore point There is an advantage that the lower end of (313) can be located at the same height. This facilitates the bonding operation of the upper structure 310 and the lower structure 320 .

도 5는 도 3 내지 도 4에 도시된 해상 풍력 발전 장치(100)를 항만 안벽(510)상에서 조립하는 과정을 보여주는 개념도이다. 도 5를 설명하기에 앞서, 먼저 운송 선박(120)에 지지 구조부(321), 기초부(322) 등으로 이루어진 하부 구조물(320)을 조립 완료한 후, 육상 크레인(520)을 이용하여 항만 안벽(510)으로 이송시킨다. 이후, 상부 구조물(310)의 수직 위치를 확보할 목적으로 슬라이딩 데크(420)의 적정위치에 지그 혹은 유압잭과 같은 거치 구조물(530)이 배치된다. 물론, 이러한 거치 구조물(530)은 와이어 결속 작업이 완료된후 해체 및 제거된다.5 is a conceptual diagram illustrating a process of assembling the offshore wind power generator 100 shown in FIGS. 3 to 4 on the harbor quay wall 510 . Before explaining FIG. 5 , first, after assembling the lower structure 320 including the supporting structure 321 , the base 322 and the like on the transport vessel 120 , the harbor quay wall using the land crane 520 . It is transferred to (510). Thereafter, a mounting structure 530 such as a jig or a hydraulic jack is disposed at an appropriate position of the sliding deck 420 for the purpose of securing the vertical position of the upper structure 310 . Of course, the mounting structure 530 is dismantled and removed after the wire binding operation is completed.

도 5를 계속 참조하면, 육상 크레인(520)을 통해 운송 선박(120)이 항만 안벽(510)으로 이송된 이후, 타워(313)를 조립한다.5, after the transport vessel 120 is transferred to the harbor quay wall 510 through the land crane 520, the tower 313 is assembled.

도 6은 도 3 내지 도 4에 도시된 해상 풍력 발전 장치(100)를 항만 안벽(510)상에서 조립하는 과정을 보여주는 개념도이다. 도 6을 참조하면, 타워(313)가 조립된 이후, 나셀(312), 블레이드(311) 등이 순차적으로 조립된다.6 is a conceptual diagram illustrating a process of assembling the offshore wind power generator 100 shown in FIGS. 3 to 4 on the harbor quay wall 510 . Referring to FIG. 6 , after the tower 313 is assembled, the nacelle 312 , the blade 311 , and the like are sequentially assembled.

도 7은 도 3 내지 도 4에 도시된 해상 풍력 발전기(110)와 운송 선박(120)의 분할 구조를 와이어(440)로 결속하는 과정을 보여주는 개념도이다. 도 7을 참조하면, 와이어(440)의 양 끝단을 타워 하단(313b) 및 지지 구조부(321)에 설치된 결속부(321-1)에 체결한 후, 와이어(440)에 장력을 인가하여 하부 구조물(320)을 양중한다(lifting). 7 is a conceptual diagram illustrating a process of binding the divided structure of the offshore wind power generator 110 and the transport vessel 120 shown in FIGS. 3 to 4 with a wire 440 . Referring to FIG. 7 , after fastening both ends of the wire 440 to the binding part 321-1 installed at the lower end of the tower 313b and the support structure 321 , tension is applied to the wire 440 to the lower structure Lifting (320).

도 8은 도 7에 도시된 와이어 결속이후, 와이어 스토퍼 결속 및 거치 구조물(530)을 제거하는 과정을 보여주는 개념도이다. 도 8을 참조하면, 와이어 스토퍼(443)를 통해 와이어(440)를 결속/고정한다. 이는 운송 선박(120)을 해상 이송시 외부 교란에 따른 와이어 평형상실을 방지하기 위한 목적이다. 와이어(440)가 결속/고정되면, 거치 구조물(530)를 제거한다.8 is a conceptual diagram illustrating a process of removing the wire stopper binding and mounting structure 530 after the wire binding shown in FIG. 7 . Referring to FIG. 8 , the wire 440 is bound/fixed through the wire stopper 443 . This is for the purpose of preventing the loss of balance of the wire due to external disturbance when the transport vessel 120 is transported by sea. When the wire 440 is bound/fixed, the mounting structure 530 is removed.

도 9는 도 8에 도시된 해상 풍력 발전 장치(100)를 현장으로 이송하는 과정을 보여주는 도면이다. 도 9를 참조하면, 도 5 내지 도 8에 의해 조립된 해상 풍력 발전 장치(100)는 허용 파고 이내에서 예인 속도를 유지하면서 운항하여 설치 해상 위치로 이송된다.9 is a view showing a process of transporting the offshore wind power generator 100 shown in FIG. 8 to the field. Referring to FIG. 9 , the offshore wind power generator 100 assembled by FIGS. 5 to 8 operates while maintaining a towing speed within an allowable wave height and is transferred to an installed offshore location.

도 10은 도 8에 도시된 해상 풍력 발전 장치(100)에서 슬라이딩 데크(420)를 이동하는 과정을 보여주는 도면이다. 도 10을 참조하면, 해상 풍력 발전 장치(100)가 설치 해상 위치에 도달되면, 동일 위치에서 해상 풍력 발전기(110)를 양하(lowering)할 수 있도록 슬라이딩 데크(420)를 수직방향으로 선체(410)의 후방쪽으로 이동시킨다.10 is a view showing a process of moving the sliding deck 420 in the offshore wind power generator 100 shown in FIG. Referring to FIG. 10 , when the offshore wind power generator 100 arrives at an installed offshore location, the sliding deck 420 vertically moves the hull 410 so that the offshore wind generator 110 can be unloaded at the same location. ) is moved backwards.

해상이송 시, 분할 구조인 상부 구조물(310) 및 하부 구조물(320)은 서로 동일한 자중(혹은 와이어 마찰력 허용범위 내의 자중 차이)이 와이어의 양끝단에 결속되어 있어 평형을 유지할 수 있다. During sea transport, the upper structure 310 and the lower structure 320, which are divided structures, have the same self weight (or the difference in weight within the allowable range of wire friction force) is bound to both ends of the wire, so that the balance can be maintained.

해상 풍력 발전기(110)의 해상설치를 위해서는 하부 구조물(320)의 양하 및 상부 구조물(310)의 양중이 필요하다. 이를 위해 먼저 와이어 스토퍼(도 4의 433)를 해체한 후, 와이어(440)가 평형을 상실할 수 있도록 양하가 이루어지는 하부 구조물(320)에 대하여 추가 중량 등을 인가한다. For offshore installation of the offshore wind power generator 110 , the unloading of the lower structure 320 and the lifting of the upper structure 310 are required. To this end, first, after disassembling the wire stopper ( 433 in FIG. 4 ), an additional weight, etc. is applied to the lower structure 320 from which the wire 440 is unloaded so that the balance may be lost.

각 상부 및 하부 구조물(310,320)이 길이가 일정한 와이어(440)에 결속되어 상부 구조물(310)은 하부 구조물(320)가 양하된 높이만큼 양중된다. 특히, 각 분할구조에서 타워(313) 및 지지 구조부(321)가 동심으로 구속되어 있어, 양중 및 양하 경로가 수직방향으로 제한되며 불필요한 거동이 발생이 최소화된다.Each of the upper and lower structures 310 and 320 is bound to a wire 440 having a constant length, so that the upper structure 310 is lifted by the height at which the lower structure 320 is unloaded. In particular, since the tower 313 and the supporting structure 321 are concentrically constrained in each divided structure, the lifting and discharging paths are limited in the vertical direction, and unnecessary movement is minimized.

또한, 하부 구조물(320)의 추가중량은 밸러스트를 통해 확보할 수 있다. 지지 구조부(321)의 주각재(321-5) 및 경사부재(321-4)의 내부에 별도의 펌프(미도시)를 가동하여 밸러스트에 바닷물을 주입할 수 있다.In addition, the additional weight of the lower structure 320 can be secured through the ballast. Seawater can be injected into the ballast by operating a separate pump (not shown) inside the plinth 321-5 and the inclined member 321-4 of the support structure 321 .

도 11은 도 8에 도시된 해상 풍력 발전 장치(100)에서 분할 구조를 결합하는 개념을 보여주는 도면이다. 도 11을 참조하면, 하부 구조물(320)의 기초부(322)를 해저 지반(10)의 상단에 정거치한다. 이후, 연결 요소부(321-3)의 상단과 타워 하단(313b)을 동일 높이에 위치시킨 후, 결합작업 실시하여 단일 해상 풍력 발전기 구조를 형성한다. 즉, 플랜지 결합 방식, 결합부위에 그라우팅 주입 방식 등이 이루어질 수 있다.FIG. 11 is a view showing a concept of combining a divided structure in the offshore wind power generator 100 shown in FIG. 8 . Referring to FIG. 11 , the base 322 of the lower structure 320 is suspended at the top of the seabed ground 10 . After that, the upper end of the connecting element portion 321-3 and the lower end of the tower 313b are positioned at the same height, and then a combination operation is performed to form a single offshore wind power generator structure. That is, a flange coupling method, a grouting injection method at the coupling site, etc. may be made.

도 12는 도 8에 도시된 해상 풍력 발전 장치(100)에서 기초부(322) 관입, 와이어 결속 해제 및 실치 완료 과정을 보여주는 도면이다. 도 12를 참조하면, 결속부(321-1)에 결합한 와이어(440)의 끝단을 하부 구조물의 결속부로 옮겨결속시킨 후, 기초부(322)의 해저 지반(10) 관입작업을 실시한다. 기초부의 지반 관입작업 완료 후 해상 풍력 발전기(110)로부터 와이어 결속 해제를 수행하고, 운송 선박(120)은 철수하여 배후 항만으로 귀환한다.FIG. 12 is a view showing the process of penetrating the base 322, releasing the wire binding, and completing the installation in the offshore wind power generator 100 shown in FIG. 8 . Referring to FIG. 12 , after moving the end of the wire 440 coupled to the binding part 321-1 to the binding part of the lower structure and binding it, the penetration operation of the seabed ground 10 of the base part 322 is performed. After completing the ground penetration work of the foundation, the wire binding is released from the offshore wind power generator 110, and the transport vessel 120 withdraws and returns to the hinterland.

본 발명의 다른 일실시예에서는 각 분할구조가 동일한 수준의 자중을 가지도록 형성할 수 있다. 만약 해상 풍력 발전기의 상부구조와 하부구조의 중량에 차이가 있을 경우, 더 무거운 구조 일부를 가벼운 구조에 결합시켜 자중을 비슷한 수준으로 맞추어 분할구조를 형성할 수 있다. 예를 들어, 상부구조가 하부구조보다 무거울 경우, 상부구조에 포함되는 타워 하부내부에 위치하는 전력변환장치, 변압기 등의 일부기기를 하부구조에 이설하는 방법이 있다.In another embodiment of the present invention, each divided structure may be formed to have the same level of self-weight. If there is a difference in the weight of the upper structure and the lower structure of the offshore wind power generator, a divided structure can be formed by combining a part of the heavier structure with the lighter structure to adjust the weight to a similar level. For example, when the upper structure is heavier than the lower structure, there is a method of relocating some devices such as a power converter and a transformer located inside the lower part of the tower included in the upper structure to the lower structure.

반면, 하부구조가 상부구조보다 무거울 경우, 하부구조의 경량화 혹은 연결 요소부 높이(해수면 이격거리)를 낮추는 방법 등이 있다. 후자의 경우, 동일한 나셀 높이를 유지하기 위하여 타워높이가 증가할 수 있다.On the other hand, when the lower structure is heavier than the upper structure, there is a method of reducing the weight of the lower structure or lowering the height of the connecting element (separation distance from sea level). In the latter case, the tower height may be increased to maintain the same nacelle height.

본 발명의 구성 및/또는 동작원리에서 설명을 생략하였으나, 분할구조의 설치를 원활하게 수행하기 위해서 두 분할구조가 접촉하는 타워 하단 및 지지구조 사이에 완충장치를 구비할 수 있다. 구체적인 실시예로, 공압으로 작동하는 원형 고무튜브가 형성될 수 있다. Although the description is omitted in the configuration and/or operation principle of the present invention, a shock absorber may be provided between the lower end of the tower and the support structure in which the two divided structures are in contact in order to smoothly install the divided structure. In a specific embodiment, a pneumatically actuated circular rubber tube may be formed.

상기 실시예에 따르면, 해상이송 중에는 타워 하단 및 지지구조의 유격에 해당하는 공간을 채울 수 있도록 고무튜브 내부를 공압으로 충진한다. 반면, 해상 풍력 발전기 설치 중에는 각 분할구조가 원활한 양중 및 양하할 수 있도록 고무튜브가 제자리에서 회전하여야 하며, 이를 위해 고무튜브 내부 공압을 다소 경감하여 고무튜브 부피를 일부 감소시킬 필요가 있다.According to the above embodiment, during sea transport, the inside of the rubber tube is pneumatically filled to fill the space corresponding to the clearance between the bottom of the tower and the support structure. On the other hand, during the installation of the offshore wind power generator, the rubber tube must rotate in place so that each division structure can be lifted and unloaded smoothly.

100: 해상 풍력 발전 장치
110: 해상 풍력 발전기
120: 운송 선박
310: 상부 구조물 311: 로터-블레이드
312: 나셀 313: 타워
320: 하부 구조물
321: 지지 구조부 321-1: 결속부
321-2: 데크 플랫폼 321-3: 연결 요소부
321-4: 경사 부재 321-5: 주각재
322: 기초부
410: 선체
420: 슬라이딩 데크
430: 지지 프레임
440: 와이어
441: 제 1 와이어부 442: 제 2 와이어부
443: 와이어 스토퍼
451,452: 클램프
510: 항만 안벽
520: 육상 크레인
530: 거치 구조물100: offshore wind power generation device
110: offshore wind generator
120: transport vessel
310: superstructure 311: rotor-blade
312: nacelle 313: tower
320: lower structure
321: support structure 321-1: binding portion
321-2: deck platform 321-3: connecting element part
321-4: inclined member 321-5: plinth
322: base
410: hull
420: sliding deck
430: support frame
440: wire
441: first wire portion 442: second wire portion
443: wire stopper
451,452: clamp
510: harbor quay wall
520: land crane
530: mounting structure

Claims (17)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete (a) 항만 안벽(510)에 계류하는 운송 선박(120)에 육상 크레인(520)를 이용하여 분할 구조인 상부 구조물(310) 및 하부 구조물(320)를 순차적으로 해상 풍력 발전기(110)를 조립 및 탑재하는 탑재 단계;
(b) 와이어(440)의 양끝단을 상기 상부 구조물(310) 및 하부 구조물(320)에 쌍으로 위치한 결속부(321-1)에 체결하는 와이어 결속 단계;
(c) 상기 운송 선박(120)에 상기 해상 풍력 발전기(110)가 탑재된 상태로 해상 이송되는 해상이송단계;
(d) 상기 해상 풍력 발전기(110)의 설치지점에서 상기 와이어(440)를 이용하여 상기 하부 구조물(320)을 양하(lowering)하고, 상기 상부 구조물(310)은 양중(lifting)되는 양중 양하 단계;
(e) 상기 하부 구조물(320)의 기초부(322)가 해저 지반(10)의 상단에 거치된 후, 상기 상부 구조물(310)과 상기 하부 구조물(320)를 결합하는 결합 단계; 및
(f) 상기 기초부(322)를 상기 해저 지반(10)에 관입되면, 상기 와이어(440)를 상기 해상 풍력 발전기(110)로부터 결속해제하는 완료 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 해상 풍력 발전기 설치 방법.
(a) assembling the offshore wind power generator 110 sequentially by using the onshore crane 520 on the transport vessel 120 moored to the harbor quay wall 510 and the split structure of the upper structure 310 and the lower structure 320 and a mounting step of mounting;
(b) a wire binding step of fastening both ends of the wire 440 to the binding portions 321-1 positioned in pairs on the upper structure 310 and the lower structure 320;
(c) an offshore transport step in which the offshore wind power generator 110 is mounted on the transport vessel 120 and transported by sea;
(d) lowering the lower structure 320 using the wire 440 at the installation point of the offshore wind power generator 110, and lifting the upper structure 310 by lifting ;
(e) a coupling step of coupling the upper structure 310 and the lower structure 320 after the base 322 of the lower structure 320 is mounted on the top of the seabed ground 10; and
(f) when the base part 322 penetrates the seabed ground 10, the completion step of releasing the binding of the wire 440 from the offshore wind power generator 110;
Offshore wind generator installation method comprising a.
 제 15 항에 있어서,
상기 상부 구조물(310)과 상기 하부 구조물(320)의 결합은 플랜지 결합 방식 또는 그라우트 주입 방식을 이용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 해상 풍력 발전기 설치 방법.
16. The method of claim 15,
An offshore wind generator installation method, characterized in that the coupling of the upper structure 310 and the lower structure 320 is performed using a flange coupling method or a grout injection method.
 제 15 항에 있어서,
상기 (b) 단계 및 상기 (f) 단계 사이에 상기 와이어(440)가 외부교란에도 평형을 상실하지 않도록 와이어 스토퍼(443)를 이용하여 상기 와이어(440)를 결속 또는 고정하는 와이어 스토퍼 결속 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 해상 풍력 발전기 설치 방법. 16. The method of claim 15,
A wire stopper binding step of binding or fixing the wire 440 using a wire stopper 443 so that the wire 440 does not lose its balance even in an external disturbance between steps (b) and (f); Offshore wind generator installation method comprising a.
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