KR102437203B1 - 해상 풍력 발전기 설치용 해상 구조물을 이용한 해상 풍력 발전기 설치 방법 - Google Patents

해상 풍력 발전기 설치용 해상 구조물을 이용한 해상 풍력 발전기 설치 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 해상 풍력 발전기 설치 방법에 관한 것으로서, 특히 분해되어 적재된 해상 풍력 발전기의 구성품을 설치지점과 근접하게 이동시켜 안정적이면서 신속하게 조립할 수 있을 뿐만 아니라 저비용으로 운용이 가능하도록, 자항능력을 가지지 않으면서 해상에 떠있으며 분해된 해상 풍력 발전기의 구성품이 적재되는 부양본체가, 예인선에 의해 설치지점으로 이동되는 부양본체 고정준비 단계; 봉 형태를 이루면서 부양본체의 각 가장자리에서 상하방향으로 이동가능하게끔 마련된 레그가 하방으로 이동되어 하부가 해저면에 고정되는 부양본체 지지 단계; 하부가 해저면에 고정된 레그의 상부를 따라 부양본체가 이동되어 해수면으로부터 이격된 상측에 위치되게끔 고정되는 부양본체 고정 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 해상 풍력 발전기 설치용 해상 구조물을 이용한 해상 풍력 발전기 설치 방법에 관한 것이다.

Description

해상 풍력 발전기 설치용 해상 구조물을 이용한 해상 풍력 발전기 설치 방법{Installing method of offshore wind generator unsing the ocean structure for installing offshore wind generator}
본 발명은 해상 풍력 발전기 설치 방법에 관한 것으로서, 특히 해상 풍력 발전기 설치용 해상 구조물을 이용하여 설치지점과 근접하게 안정적으로 해상 풍력 발전기를 조립할 수 있는 해상 풍력 발전기 설치용 해상 구조물을 이용한 해상 풍력 발전기 설치 방법에 관한 것이다.
일반적으로 풍력 발전기는 바람을 이용하여 전기를 생산하는 발전기를 말하며, 설치되는 장소에 따라 육상 풍력 발전기와, 해상 풍력 발전기로 분류된다. 그 중 해상 풍력 발전기는, 크게 지주 역할을 하는 타워(tower)와, 타워의 상단부에 마련되는 나셀(nacelle)과, 나셀의 전단부에 설치되어 바람에 의해 회전되는 복수 개의 블레이드(blade)를 포함하게끔 구성된다.
이러한 해상 풍력 발전기는, 통상 크기 및 적재 안정성에 따라 타워를 구성하는 복수 개의 타워단위체와, 나셀, 복수 개의 블레이드로 분리된 상태로 선박에 적재되어 설치장소에서 조립된다.
현재 운송 바지선에 복수 개의 타워단위체와, 나셀, 복수 개의 블레이드를 적재하여 설치장소로 이동시킨 후, 해저면에 고정될 수 있는 잭업 바지선에 실린 크레인을 이용하여 운송 바지선과 인접한 상태로 설치를 진행하고 있으나, 이러한 작업방식을 위해서는 운송 바지선, 잭업 바지선, 크레인, 예인선이 필요하고, 작업에 많은 시간이 소요되며 작업의 안정성이 저하된다는 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하고자 해상 풍력 발전기 설치선(WTIV, Wind turbine installation vessel)이 개발되어 이용되고 있으나, 제작과 운용에 많은 비용이 소요된다는 문제가 있다.
대한민국 등록특허 제10-1297669호 '해상풍력발전기 설치 전용선을 이용한 해상풍력발전기 설치방법'
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서 분해되어 적재된 해상 풍력 발전기의 구성품을 설치지점과 근접하게 이동시켜 안정적이면서 신속하게 조립할 수 있을 뿐만 아니라 저비용으로 운용이 가능한 해상 풍력 발전기 설치용 해상 구조물을 이용한 해상 풍력 발전기 설치 방법을 제공함에 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명인 해상 풍력 발전기 설치용 해상 구조물을 이용한 해상 풍력 발전기 설치 방법은, 자항능력을 가지지 않으면서 해상에 떠있으며 분해된 해상 풍력 발전기의 구성품이 적재되는 부양본체가, 예인선에 의해 설치지점으로 이동되는 부양본체 고정준비 단계; 봉 형태를 이루면서 부양본체의 각 가장자리에서 상하방향으로 이동가능하게끔 마련된 레그가 하방으로 이동되어 하부가 해저면에 고정되는 부양본체 지지 단계; 하부가 해저면에 고정된 레그의 상부를 따라 부양본체가 이동되어 해수면으로부터 이격된 상측에 위치되게끔 고정되는 부양본체 고정 단계;를 포함한다.
또한, 상기 부양본체 고정준비 단계는, 부양본체의 전방부 중앙에 후방을 향해 함입형성된 설치홀 내측에 설치지점의 바닥구조물이 위치되게끔, 부양본체가 이동될 수 있다.
또한, 상기 부양본체 고정 단계 이후, 상기 부양본체에 적재된 해상 풍력 발전기의 구성품인 복수 개의 타워단위체, 나셀, 복수 개의 블레이드를 부양본체의 상면에 설치된 리프트본체에 순차적으로 연결하여 상하전후좌우 방향으로 이동시키면서 조립하는 발전기 조립 단계(S40);를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 리프트본체는, 설치홀의 양측에 구비된 레일에 각각 결합되어 레일을 따라 전후방향으로 이동되는 전후이동모듈과, 각 전후이동모듈에 하단이 결합되고 상방을 향해 세워지는 복수 개의 타워모듈과, 복수 개의 타워모듈에 상하방향으로 이동가능하게 결합되는 상하이동모듈과, 레일 사이에 위치되는 상하이동모듈 부분에 좌우방향으로 이동가능하게 결합되며 구성품과 연결 또는 연결해제될 수 있는 좌우이동모듈을 포함하며, 상기 타워모듈은, 전후이동모듈에 하단이 결합되고 상방을 향해 세워지는 내부타워와, 내부타워를 둘러싸게 형성되고 내부타워의 길이방향을 따라 이동될 수 있으며 상하이동모듈이 결합되는 외부타워를 포함하되, 상기 발전기 조립 단계는, 조립하고자 하는 적재된 구성품을 들어올리는 높이가 신장되지 않은 타워모듈의 높이보다 높으면, 외부타워를 상방으로 이동시키면서 구성품을 들어올린 후, 전후이동모듈을 통해 구성품을 전진시킨 다음, 상하이동모듈 및 좌우이동모듈을 통해 구성품을 이동시켜 구성품의 조립이 이루어질 수 있다.
또한, 상기 타워모듈은, 전후방향으로 이격되게 한 쌍씩 설치홀의 일측과 타측에 각각 세워지고, 상기 상하이동모듈은, 4개의 타워모듈 각각의 둘레를 둘러싸면서 타워모듈과 결합되는 이동프레임과, 4개의 이동프레임 상호 간을 연결하는 복수 개의 연결프레임을 포함하며, 상기 좌우이동모듈은, 복수 개의 연결프레임 중 좌우방향으로 배치된 연결프레임이 관통되게끔 전후방향으로 배치되면서 타워모듈보다 전방을 향해 돌출되게 구비되는 이동가이드와, 길이가 조절되면서 구성품과 연결 또는 연결해제될 수 있는 후크가 구비되고 이동가이드로부터 이격된 양측에서 이동가이드와 일체를 이루도록 연결되며 좌우방향으로 배치된 연결프레임에 이동가능하게 결합되는 고정부재와, 작업자가 탑승하거나 카메라가 구비될 수 있으면서 상하방향으로 이동이 가능하고 측방향으로 회전이 가능하게끔 마련되어 이동가이드의 길이방향을 따라 이동되는 컨트롤룸을 포함하되, 상기 발전기 조립 단계는, 나셀의 결합부에 일정 각도로 이격 형성된 복수 개의 결합지점에 각각 블레이드를 조립하는 블레이드 조립 단계를 포함하며, 상기 블레이드 조립 단계는, 상기 결합지점에 결합되는 블레이드의 일단이 타워모듈보다 전방으로 돌출되게끔 뉘어진 상태로 들어올려지며, 블레이드의 일단 상측에 컨트롤룸이 안착되게끔 이동되어 전방의 나셀의 결합지점을 작업자가 바라보며 블레이드의 상하전후좌우 이동을 제어할 수 있다.
또한, 상기 블레이드 조립 단계는, 일 결합지점에 일 블레이드가 조립된 후 나셀의 결합부가 일정 각도만큼 회전된 다음, 리프트본체가 타 블레이드를 들어올리기 위해 이동되며, 복수 개의 결합지점 모두에 블레이드가 조립되면, 나셀의 결합부를 소정의 각도만큼 회전시켜 리프트본체를 일정 높이만큼 하강함과 동시에 최후방으로 이동시킨 후, 나셀의 결합부를 소정의 각도만큼 동일한 방향으로 회전시키면서 리프트본체를 완전히 하강시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 레그를 이용하여 해저면에 부양본체가 고정된 상태에서, 부양본체가 해수면으로부터 이격된 상측에 위치되게끔 하여 해상 풍력 발전기의 구성품에 대한 조립 작업을 수행할 수 있는바, 파도 등과 같은 외부요인에 대한 영향을 최소화하면서 작업을 수행할 수 있어 안정적인 작업이 가능하다.
또한, 별도의 구성품을 적재한 선박으로부터 구성품을 공급받아 조립이 이루어지는 것이 아니라, 부양본체에 적재된 구성품을 리프트본체를 통해 이동시켜 설치지점과 근접한 지점에서 조립 작업을 수행할 수 있는바, 신속하면서도 정확한 작업이 가능하다.
그리고 부양본체가 자항능력을 가지지 않음에 따라, 고정적인 전문인력없이도 운용이 가능므로, WTIV에 비해 상대적으로 운용 비용을 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명에 이용되는 해상 풍력 발전기 설치용 해상 구조물을 보여주는 사시도,
도 2는 본 발명에 이용되는 해상 풍력 발전기 설치용 해상 구조물에 적용되는 레그에 의해 부양본체가 해수면과 이격된 상측에 고정된 상태를 보여주는 예시도,
도 3은 본 발명에 이용되는 해상 풍력 발전기 설치용 해상 구조물에 적용되는 리프트본체의 구조를 보여주는 사시도,
도 4는 본 발명에 이용되는 해상 풍력 발전기 설치용 해상 구조물에 적용되는 타워모듈이 신장되며 타워단위체가 들어올려진 상태를 보여주는 예시도,
도 5는 본 발명에 이용되는 해상 풍력 발전기 설치용 해상 구조물에 적용되는 타워모듈이 신장되며 나셀이 타워에 조립되는 상태를 보여주는 예시도,
도 6 및 도 7은 본 발명에 이용되는 해상 풍력 발전기 설치용 해상 구조물에 적용되는 컨트롤룸이 조립되는 블레이드의 일단에 인접한 상태에서 블레이드가 나셀에 조립되는 상태를 보여주는 예시도,
도 8은 본 발명에 이용되는 해상 풍력 발전기 설치용 해상 구조물을 통해 나셀에 2개의 블레이드가 조립된 후 회전된 상태를 보여주는 예시도,
도 9는 본 발명에 이용되는 해상 풍력 발전기 설치용 해상 구조물을 통해 나셀에 3개의 블레이드가 조립된 후 소정의 각도만큼 회전되고 리프트본체가 하강하는 상태를 보여주는 예시도,
도 10은 본 발명에 이용되는 해상 풍력 발전기 설치용 해상 구조물을 통해 3개의 블레이드가 소정의 각도만큼 더 회전되면서 리프트본체가 원위치로 복귀하는 상태를 보여주는 예시도,
도 11은 본 발명인 해상 풍력 발전기 설치용 해상 구조물을 이용한 해상 풍력 발전기 설치 방법을 보여주는 흐름도.
본 발명에서는 분해되어 적재된 해상 풍력 발전기의 구성품을 설치지점과 근접하게 이동시켜 안정적이면서 신속하게 조립할 수 있을 뿐만 아니라 저비용으로 운용이 가능하도록, 자항능력을 가지지 않으면서 해상에 떠있으며 분해된 해상 풍력 발전기의 구성품이 적재되는 부양본체가, 예인선에 의해 설치지점으로 이동되는 부양본체 고정준비 단계; 봉 형태를 이루면서 부양본체의 각 가장자리에서 상하방향으로 이동가능하게끔 마련된 레그가 하방으로 이동되어 하부가 해저면에 고정되는 부양본체 지지 단계; 하부가 해저면에 고정된 레그의 상부를 따라 부양본체가 이동되어 해수면으로부터 이격된 상측에 위치되게끔 고정되는 부양본체 고정 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 해상 풍력 발전기 설치용 해상 구조물을 이용한 해상 풍력 발전기 설치 방법을 제안한다.
본 발명의 권리범위는 이하에서 설명하는 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 기술분야의 통상적인 지식을 가진자에 의하여 다양하게 변형 실시될 수 있다.
이하, 본 발명인 해상 풍력 발전기 설치용 해상 구조물을 이용한 해상 풍력 발전기 설치 방법은 첨부된 도 1 내지 도 11을 참고로 상세하게 설명한다.
먼저, 본 발명인 해상 풍력 발전기 설치 방법에 이용되는 해상 풍력 발전기 설치용 해상 구조물에 대하여 살펴보면, 해상 풍력 발전기 설치용 해상 구조물은, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 부양본체(100), 리프트본체(200) 및 레그(300)를 포함한다.
부양본체(100)는, 자항능력을 가지지 않으면서 부력을 가지게끔 형성되어, 해상에 떠있을 수 있으며, 예인선 등에 의해 이동이 이루어질 수 있다. 이처럼 부양본체(100)가 자항능력을 가지지 않음에 따라, 제작에 소요되는 비용이 WTIV에 비해 상대적으로 저렴하며, 고정적인 전문인력없이도 운용이 가능하다.
이러한 부양본체(100)는 다양한 형태로 형성될 수 있으나, 리프트본체(200) 및 레그(300)의 설치와, 분해된 해상 풍력 발전기의 구성품(이하, '구성품'이라 함)의 적재 등을 고려하여 평면에서 보았을 때, 사각형이나 이와 유사한 형태를 이루도록 형성됨이 바람직하다. 그리고 본 발명에서의 구성품은, 타워를 구성하는 복수 개의 타워단위체와, 타워의 상단에 결합되는 나셀, 나셀에 방사상으로 결합되는 복수 개의 블레이드를 포함한다.
부양본체(100)는, 설치지점과 근접한 지점에서 구성품의 조립 작업이 이루어질 수 있도록, 전방부 중앙에 후방을 향해 설치홀(110)이 함입형성될 수 있다. 따라서, 부양본체(100)는 도 2에 도시된 바와 같이 설치홀(110) 내측에 상측으로 타워가 조립될 바닥구조물이 위치되게끔 예인선 등에 의해 이동될 수 있다. 이처럼 설치홀(110)이 전방부 중앙에 형성된 부양본체(100)에는, 구성품이 설치홀(110)의 후방 측에 위치되는 상면에 적재될 수 있다.
구체적으로, 복수 개의 타워단위체는, 리프트본체(200)를 구성하는 타워모듈(220) 사이에 세워지게끔 적재될 수 있으며, 나셀은 복수 개의 타워단위체의 후방측에 적재될 수 있다. 또한, 복수 개의 블레이드는, 길이방향이 부양본체(100)의 길이방향과 나란하게끔 타워모듈(220) 사이에 적재되며, 적재보조프레임을 통해 상하방향으로 다단을 이루게 적재될 수 있다. 이때, 블레이드는 조립 등의 편의를 위하여 나셀과 결합되는 일단이 부양본체(100)의 전방을 향하게끔 적재됨이 바람직하다.
그리고 부양본체(100)는 도 2에 도시된 바와 같이 설치홀(110)을 기준으로 양측 상면에 전후방향으로 레일(120)이 구비될 수 있으며, 상술한 구성품은, 레일(120) 사이의 상면에 적재될 수 있다. 여기서의 레일(120)은 후술할 리프트본체(200)가 전후방향으로 이동되기 위한 경로를 제공하는 역할을 한다.
리프트본체(200)는, 부양본체(100)의 상면에 설치되어 부양본체(100)에 적재된 해상 풍력 발전기의 구성품을 상하전후좌우 방향으로 이동시킬 수 있다. 구체적인 일 예로, 리프트본체(200)는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 전후이동모듈(210), 복수 개의 타워모듈(220), 상하이동모듈(230) 및 좌우이동모듈(240)을 포함할 수 있다.
전후이동모듈(210)은, 판 형태로 형성될 수 있으며, 설치홀(110)의 양측에 구비된 레일(120)에 각각 결합되어 레일(120)을 따라 전후방향으로 이동될 수 있다. 이러한 전후이동모듈(210)은 타워모듈(220)을 지지하는 역할을 한다.
복수 개의 타워모듈(220)은, 설치홀(110)의 양측 레일(120)에 결합된 각 전후이동모듈(210)에 하단이 결합되고 상방을 향해 세워져, 상하이동모듈(230)이 상하방향으로 이동하기 위한 경로를 제공한다. 이러한 타워모듈(220)은 길이 조절이 되지 않게끔 이루어질 수 있으나, 이동의 용이성 등을 고려하여 길이 조절이 가능하게 이루어짐이 바람직하다.
일 예로, 타워모듈(220)은, 도 2, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 전후이동모듈(210)에 하단이 결합되고 상방을 향해 세워지는 내부타워(221)와, 내부타워(221)를 둘러싸게 형성되고 내부타워(221)의 길이방향을 따라 이동될 수 있는 외부타워(222)를 포함할 수 있다. 이때, 도 3에 도시된 바와 같이 외부타워(222)에는 상하이동모듈(230)이 결합되는바, 상하이동모듈(230)은 외부타워(222)의 길이방향을 따라 상하방향으로 이동되고, 외부타워(222)가 내부타워(221)를 따라 이동됨에 따라 상하이동모듈(230)의 상하방향 이동범위가 조절될 수 있다.
이러한 타워모듈(220)은, 전후방향으로 이격되게 한 쌍씩 설치홀(110)의 일측과 타측에 각각 세워질 수 있다. 즉, 길이조절이 가능한 총 4개의 타워모듈(220)이 2개씩 나뉘어져 설치홀(110)의 일측과 타측에 세워지고, 어느 한 편에 세워지는 2개의 타워모듈(220)은 상호 전후방향으로 이격되게끔 세워진다. 따라서, 4개의 타워모듈(220)은 상호 이격배치된 상태로, 각 타워모듈(220)을 구성하는 외부타워(222)에 상하이동모듈(230)이 결합된다.
상하이동모듈(230)은, 복수 개의 타워모듈(220)에 상하방향으로 이동가능하게 결합되며, 앞서 설명한 바와 같이 각 타워모듈(220)을 구성하는 외부타워(222)에 결합되어 상하방향으로 이동될 수 있다. 낮은 높이에서 상하방향으로 이동될 시, 외부타워(222) 내에 내부타워(221)가 위치된 상태(타워모듈(220)이 신장되지 않은 상태)에서 외부타워(222)의 길이방향을 따라 이동될 수 있으며, 보다 높은 높이에서 상하방향으로 이동될 시, 외부타워(222)가 내부타워(221)를 따라 상방으로 이동된 상태(타워모듈(220)이 신장된 상태)에서 외부타워(222)의 길이방향을 따라 이동될 수 있다.
이러한 상하이동모듈(230)은, 도 3에 도시된 바와 같이 안정적인 상하방향 이동을 위해, 4개의 타워모듈(220) 각각의 둘레를 둘러싸면서 각 타워모듈(220)과 이동가능하게 결합되는 이동프레임(231)과, 4개의 이동프레임(231) 상호 간을 연결하는 복수 개의 연결프레임(232)을 포함할 수 있다. 구체적인 일 예로, 타워모듈(220)의 횡단면이 사각형인 경우, 이동프레임(231)은, 횡단면이 사각형인 타워모듈(220)의 둘레를 둘러싸는 사각틀 형태로 형성될 수 있으며, 사각틀 형태를 이루는 4개의 이동프레임(231)은 전후방향과 좌우방향으로 상호 연결되는 복수 개의 연결프레임(232)에 의해 일체로 결합될 수 있다.
좌우이동모듈(240)은, 레일(120) 사이에 위치되는 상하이동모듈(230) 부분에 좌우방향으로 이동가능하게 결합되며, 구성품과 연결 또는 연결해제될 수 있다. 구체적인 일 예로, 좌우이동모듈(240)은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 이동가이드(241), 고정부재(242) 및 컨트롤룸(243)을 포함할 수 있다.
이동가이드(241)는, 복수 개의 연결프레임(232) 중 좌우방향으로 배치된 연결프레임(232)이 관통되게끔 전후방향으로 배치되며, 고정부재(242)는 길이가 조절되면서 구성품과 연결 또는 연결해제될 수 있는 후크가 구비되고 이동가이드(241)로부터 이격된 양측에서 좌우방향으로 배치된 연결프레임(232)에 이동가능하게 결합된다. 이때, 이동가이드(241)는, 고정부재(242)의 이동시 함께 일체로 이동되게끔 고정부재(242)와 연결되고, 타워모듈(220)보다 전방을 향해 돌출되게끔 형성된다. 이러한 이동가이드(241)에는, 작업자가 탑승하거나 카메라가 구비되는 컨트롤룸(243)이 길이방향을 따라 이동되도록 결합될 수 있다.
여기서의 컨트롤룸(243)은, 작업자가 탑승하여 내부에서 리프트본체(200)의 동작을 제어할 수 있게끔 구성되거나, 카메라가 구비되어 촬영된 영상을 부양본체(100)에 마련된 상황실의 작업자에게 전송할 수 있게끔 구성될 수 있다. 따라서, 작업자는 구성품의 조립시, 컨트롤룸(243) 내에서 각 구성품 조립을 위해 전후이동모듈(210), 타워모듈(220), 상하이동모듈(230) 및 좌우이동모듈(240) 중 적어도 하나를 조작하거나, 부양본체(100)에 마련된 상황실의 작업자가 전송된 영사을 보면서, 각 구성품 조립을 위해 전후이동모듈(210), 타워모듈(220), 상하이동모듈(230) 및 좌우이동모듈(240) 중 적어도 하나를 조작할 수 있다.
그리고 컨트롤룸(243)은, 이동가이드(241)를 따라 이동되어 타워모듈(220)보다 전방 측에 위치될 수 있는바, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 설치홀(110)의 상측으로 조립되는 구성품에 근접하게끔 이동된 상태에서 정확한 조립을 위한 제어를 할 수 있다. 특히, 컨트롤룸(243)은, 감김과 풀림이 이루어지는 와이어 등으로 이동가이드(241)와 연결되어 상하방향으로 이동이 가능하면서 측방향으로 회전이 가능하게끔 구비될 수 있으며, 이 경우, 컨트롤룸(243)은 구성품에 보다 근접하게 이동될 수 있다. 일 예로, 구성품 중 하나인 블레이드를 나셀에 결합시키고자 할 시, 블레이드 일단과 인접한 상측에 컨트롤룸(243)이 안착되게끔 이동되어 전방의 나셀의 결합지점을 작업자가 바라보며 블레이드의 상하전후좌우 이동을 제어할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명은, 부양본체(100)에 분해된 해상 풍력 발전기의 구성품을 적재할 수 있으며, 리프트본체(200)를 이용하여 부양본체(100)에 적재된 구성품을 이동시켜 설치지점과 근접한 지점에서 조립작업을 수행할 수 있는바, 신속하면서도 정확한 작업이 가능하다.
한편, 레그(300)는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 봉 형태를 이루면서 부양본체(100)의 각 가장자리에서 상하방향으로 이동가능하게끔 마련될 수 있다. 이러한 레그(300)는 부양본체(100)가 이동될 시, 간섭되지 않게끔 부양본체(100)의 하측으로 돌출되지 않게끔 상방으로 이동된 상태를 이루며, 설치홀(110) 내측에 바닥구조물이 위치되게끔 예인선 등에 의해 부양본체(100)가 이동되면 하방으로 이동되어 하부가 해저면에 고정된다.
이때, 하부가 해저면에 고정된 레그(300)는 해상에 떠있는 부양본체(100)의 상측으로 소정의 길이만큼 돌출되게끔 구비된다. 이에 따라, 부양본체(100)는 도 2에 도시된 바와 같이 그 상측으로 돌출된 레그(300)의 상부를 따라 이동되어, 해수면으로부터 이격된 상측에 위치되며, 해수면으로부터 이격된 상태에서 구성품에 대한 조립과정이 이루어질 수 있는바, 파도 등과 같은 외부요인에 대한 영향을 최소화하면서 작업을 수행할 수 있어 안정적인 작업이 가능하다.
상술한 해상 풍력 발전기 설치용 해상 구조물을 이용한 해상 풍력 발전기 설치 방법은, 도 11에 도시된 바와 같이 부양본체 고정준비 단계(S10), 부양본체 지지 단계(S20) 및 부양본체 고정 단계(S30)를 포함하며, 발전기 조립 단계(S40)를 더 포함할 수 있다.
부양본체 고정준비 단계(S10)는, 도 1에 도시된 바와 같이 분해된 해상 풍력 발전기의 구성품이 적재된 부양본체(100)가, 예인선에 의해 설치지점으로 이동된다. 이때, 도 2에 도시된 바와 같이 부양본체(100)의 전방부에 형성된 설치홀(110) 내측에 설치지점의 바닥구조물이 위치되게끔 부양본체(100)가 이동된다. 이는 설치지점과 근접한 지점에서 조립 작업이 이루어지도록 하기 위함이다.
부양본체 지지 단계(S20)는, 도 2에 도시된 바와 같이 레그(300)를 하방으로 이동시켜 레그(300)의 하부가 해저면에 고정되도록 한다. 따라서, 부양본체(100)는 바닥구조물이 설치홀(110)의 내측에 위치된 상태에서 레그(300)에 의해 전후좌우방향으로 이동이 불가능한 상태를 이루게 된다.
부양본체 고정 단계(S30)는, 하부가 해저면에 고정된 레그(300)의 상부를 따라 부양본체(100)가 이동되어 도 2에 도시된 바와 같이 해수면으로부터 이격된 상측에 위치되게끔 고정된다. 즉, 구성품의 조립은 부양본체(100)가 해수면으로부터 이격된 상태에서 이루어질 수 있는바, 파도 등과 같은 외부요인에 대한 영향을 최소화하면서 작업을 수행할 수 있어 안정적인 작업이 가능하다.
발전기 조립 단계(S40)에서는, 부양본체(100)에 적재된 해상 풍력 발전기의 구성품인 복수 개의 타워단위체, 나셀, 복수 개의 블레이드를 부양본체(100)의 상면에 설치된 리프트본체(200)에 순차적으로 연결하여 상하전후좌우 방향으로 이동시키면서 조립된다. 즉, 별도의 구성품을 적재한 선박으로부터 구성품을 공급받아 조립이 이루어지는 것이 아니라, 부양본체(100)에 적재된 구성품을 리프트본체(200)를 통해 이동시켜 설치지점과 근접한 지점에서 조립 작업을 수행할 수 있는바, 신속하면서도 정확한 작업이 가능하다.
이러한 발전기 조립 단계(S40)는, 타워 조립 단계(S41), 나셀 조립 단계(S42) 및 블레이드 조립 단계(S43)를 포함할 수 있으며, (S41), (S42) 및 (S43) 단계를 수행함에 있어, 조립하고자 하는 적재된 구성품을 들어올리는 높이가 신장되지 않은 타워모듈(220)의 높이보다 높은 경우, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 좌우이동모듈(240)에 구성품을 연결하고 상하이동모듈(230)은 외부타워(222)의 일정 높이에 정지된 상태에서 외부타워(222)가 내부타워(221)의 길이방향을 따라 상방으로 이동되도록 하여 구성품을 들어올린다. 이후, 전후이동모듈(210)을 통해 구성품이 결합할 지점의 상측에 위치되게끔 전진시킨 다음, 상하이동모듈(230) 및 좌우이동모듈(240)을 통해 이동시켜 구성품 간의 조립이 이루어지도록 한다.
타워 조립 단계(S41)는, 설치홀(110) 내측에 위치된 바닥구조물에 일 타워단위체를 조립하고, 조립된 일 타워단위체에 타 타워단위체를 조립하는 단계이다. 일 예로, 타워가 3개의 타워단위체로 구성되는 경우, 첫번째 타워단위체를 조립함에 있어, 도 2에 도시된 바와 같이 타워모듈(220)은 신장되지 않은 상태에서 전후이동모듈(210), 상하이동모듈(230) 및 좌우이동모듈(240)을 통해 첫번째 타워단위체를 바닥구조물에 조립할 수 있다. 이후, 두번째 타워단위체 및 세번째 타워단위체를 조립함에 있어, 도 4에 도시된 바와 같이 타워모듈(220)은 외부타워(222)가 내부타워(221)를 따라 상방으로 이동되면서 해당 타워단위체를 들어올린 상태에서 전후이동모듈(210), 상하이동모듈(230) 및 좌우이동모듈(240)을 통해 해당 타워단위체를 바닥구조물과 조립된 타워단위체에 조립할 수 있다.
나셀 조립 단계(S42)는, 도 5에 도시된 바와 같이 바닥구조물과 조립된 타워의 상단에 나셀을 조립하는 단계이며, 나셀은 블레이드가 결합될 수 있는 복수 개의 결합지점이 일정 각도로 이격 형성되고 회전되게끔 구성된 결합부를 포함할 수 있다. 나셀 조립 단계(S42)는, 일 예로, 타워모듈(220)이 후방으로 이동되어 좌우이동모듈(240)에 의해 적재된 나셀이 연결되고 상하이동모듈(230)에 의해 일정 높이 만큼 들어올려진 후, 타워와 인접한 지점으로 타워모듈(220)이 전방으로 이동된 다음, 외부타워(222)가 내부타워(221)를 따라 상방으로 이동하여 타워보다 높게 나셀이 위치되도록 한다. 이후, 나셀의 하측에 타워의 상단이 위치되게끔 타워모듈(220)이 전방으로 이동된 다음, 상하이동모듈(230) 및 좌우이동모듈(240)을 통해 나셀을 타워의 상단에 조립할 수 있다.
블레이드 조립 단계(S43)는, 나셀의 결합부에 일정 각도로 이격 형성된 복수 개의 결합지점에 각각 블레이드를 조립하는 단계이다. 이때, 블레이드는 도 6에 도시된 바와 같이 결합지점에 결합되는 일단이 타워모듈(220)보다 전방으로 돌출되게끔 뉘어진 상태로 리프트본체(200)에 의해 들어올려지며, 블레이드의 일단 상측에 컨트롤룸(243)이 안착되게끔 이동되어 전방의 나셀의 결합지점을 작업자가 바라보며 블레이드의 상하전후좌우 이동을 제어하며 블레이드를 나셀에 조립할 수 있다. 따라서, 작업자는 도 7에 도시된 바와 같이 작업이 이루어지는 지점에 최근접한 상태에서 리프트본체(200)를 미세조정할 수 있는바, 나셀의 결합지점에 블레이드의 일단이 정확하고 용이하게 조립될 수 있다.
그리고 블레이드 조립 단계(S43)는, 일 결합지점에 일 블레이드가 조립된 후 나셀의 결합부가 일정 각도만큼 회전된 다음, 리프트본체(200)가 타 블레이드를 들어올리기 위해 이동되며, 복수 개의 결합지점 모두에 블레이드가 조립되면, 나셀의 결합부를 소정의 각도만큼 회전시켜 리프트본체(200)를 일정 높이만큼 하강함과 동시에 최후방으로 이동시킨 후, 나셀의 결합부를 소정의 각도만큼 동일한 방향으로 회전시키면서 리프트본체(200)를 완전히 하강시킨다.
일 예로, 나셀에 3개의 블레이드가 120°로 이격 설치되는 경우, 첫번째 및 두번째 블레이드가 각각 조립된 후 도 8에 도시된 바와 같이 나셀의 결합부를 120°회전시켜 다음 블레이드가 조립될 결합지점이 정후방을 향하게끔 할 수 있다. 두번째 블레이드가 조립되고 회전되기까지, 리프트본체(200)의 움직임에 블레이드가 간섭되지 않는다. 세번째 블레이드까지 조립이 완료되면, 도 9에 도시된 바와 같이 나셀의 결합부를 45°회전시킨 상태에서 리프트본체(200)를 일정 높이만큼 하강함과 동시에 최후방으로 이동시킨 후, 도 10에 도시된 바와 같이 나셀의 결합부를 동일한 방향으로 45° 회전시키면서 리프트본체(200)를 완전히 하강시킴으로써, 블레이드의 간섭없이 리프트본체(200)가 원위치로 복귀할 수 있도록 할 수 있다.
100 : 부양본체 110 : 설치홀
120 : 레일
200 : 리프트본체 210 : 전후이동모듈
220 : 타워모듈 221 : 내부타워
222 : 외부타워 230 : 상하이동모듈
231 : 이동프레임 232 : 연결프레임
240 : 좌우이동모듈 241 : 이동가이드
242 : 고정부재 243 : 컨트롤룸
300 : 레그

Claims (6)

  1. 자항능력을 가지지 않으면서 해상에 떠있으며 분해된 해상 풍력 발전기의 구성품이 적재되는 부양본체(100)가, 예인선에 의해 설치지점으로 이동되는 부양본체 고정준비 단계(S10);
    봉 형태를 이루면서 부양본체(100)의 각 가장자리에서 상하방향으로 이동가능하게끔 마련된 레그(300)가 하방으로 이동되어 하부가 해저면에 고정되는 부양본체 지지 단계(S20);
    하부가 해저면에 고정된 레그(300)의 상부를 따라 부양본체(100)가 이동되어 해수면으로부터 이격된 상측에 위치되게끔 고정되는 부양본체 고정 단계(S30);
    를 포함하고,
    상기 부양본체 고정준비 단계(S10)는, 부양본체(100)의 전방부 중앙에 후방을 향해 함입형성된 설치홀(110) 내측에 설치지점의 바닥구조물이 위치되게끔, 부양본체(100)가 이동되고,
    상기 부양본체 고정 단계(S30) 이후, 상기 부양본체(100)에 적재된 해상 풍력 발전기의 구성품인 복수 개의 타워단위체, 나셀, 복수 개의 블레이드를 부양본체(100)의 상면에 설치된 리프트본체(200)에 순차적으로 연결하여 상하전후좌우 방향으로 이동시키면서 조립하는, 발전기 조립 단계(S40);를 더 포함하고,
    상기 리프트본체(200)는, 설치홀(110)의 양측에 구비된 레일(120)에 각각 결합되어 레일(120)을 따라 전후방향으로 이동되는 전후이동모듈(210)과, 각 전후이동모듈(210)에 하단이 결합되고 상방을 향해 세워지는 복수 개의 타워모듈(220)과, 복수 개의 타워모듈(220)에 상하방향으로 이동가능하게 결합되는 상하이동모듈(230)과, 레일(120) 사이에 위치되는 상하이동모듈(230) 부분에 좌우방향으로 이동가능하게 결합되며 구성품과 연결 또는 연결해제될 수 있는 좌우이동모듈(240)을 포함하고,
    상기 타워모듈(220)은, 전후이동모듈(210)에 하단이 결합되고 상방을 향해 세워지는 내부타워(221)와, 내부타워(221)를 둘러싸게 형성되고 내부타워(221)의 길이방향을 따라 이동될 수 있으며 상하이동모듈(230)이 결합되는 외부타워(222)를 포함하고,
    상기 발전기 조립 단계(S40)는, 조립하고자 하는 적재된 구성품을 들어올리는 높이가 신장되지 않은 타워모듈(220)의 높이보다 높으면, 외부타워(222)를 상방으로 이동시키면서 구성품을 들어올린 후, 전후이동모듈(210)을 통해 구성품을 전진시킨 다음, 상하이동모듈(230) 및 좌우이동모듈(240)을 통해 구성품을 이동시켜 구성품의 조립이 이루어지고,
    상기 타워모듈(220)은, 전후방향으로 이격되게 한 쌍씩 설치홀(110)의 일측과 타측에 각각 세워지고,
    상기 상하이동모듈(230)은, 4개의 타워모듈(220) 각각의 둘레를 둘러싸면서 타워모듈(220)과 결합되는 이동프레임(231)과, 4개의 이동프레임(231) 상호 간을 연결하는 복수 개의 연결프레임(232)을 포함하고,
    상기 좌우이동모듈(240)은, 복수 개의 연결프레임(232) 중 좌우방향으로 배치된 연결프레임(232)이 관통되게끔 전후방향으로 배치되면서 타워모듈(220)보다 전방을 향해 돌출되게 구비되는 이동가이드(241)와, 길이가 조절되면서 구성품과 연결 또는 연결해제될 수 있는 후크가 구비되고 이동가이드(241)로부터 이격된 양측에서 이동가이드(241)와 일체를 이루도록 연결되며 좌우방향으로 배치된 연결프레임(232)에 이동가능하게 결합되는 고정부재(242)와, 작업자가 탑승하거나 카메라가 구비될 수 있으면서 상하방향으로 이동이 가능하고 측방향으로 회전이 가능하게끔 마련되어 이동가이드(241)의 길이방향을 따라 이동되는 컨트롤룸(243)을 포함하되,
    상기 발전기 조립 단계(S40)는, 나셀의 결합부에 일정 각도로 이격 형성된 복수 개의 결합지점에 각각 블레이드를 조립하는 블레이드 조립 단계(S43)를 포함하고,
    상기 블레이드 조립 단계(S43)는, 상기 결합지점에 결합되는 블레이드의 일단이 타워모듈(220)보다 전방으로 돌출되게끔 뉘어진 상태로 들어올려지며, 블레이드의 일단 상측에 컨트롤룸(243)이 안착되게끔 이동되어 전방의 나셀의 결합지점을 작업자가 바라보며 블레이드의 상하전후좌우 이동을 제어하는 것을 특징으로 하는 해상 풍력 발전기 설치용 해상 구조물을 이용한 해상 풍력 발전기 설치 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 블레이드 조립 단계(S43)는, 일 결합지점에 일 블레이드가 조립된 후 나셀의 결합부가 일정 각도만큼 회전된 다음, 리프트본체(200)가 타 블레이드를 들어올리기 위해 이동되며,
    복수 개의 결합지점 모두에 블레이드가 조립되면, 나셀의 결합부를 소정의 각도만큼 회전시켜 리프트본체(200)을 일정 높이만큼 하강함과 동시에 최후방으로 이동시킨 후, 나셀의 결합부를 소정의 각도만큼 동일한 방향으로 회전시키면서 리프트본체(200)을 완전히 하강시키는 것을 특징으로 하는 해상 풍력 발전기 설치용 해상 구조물을 이용한 해상 풍력 발전기 설치 방법.
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