KR102461113B1 - 각기 다른 설치 공법에 적용 가능한 해양 풍력 발전기의 해상 하부구조물과 이를 이용한 해양 풍력 발전기의 설치공법 - Google Patents

각기 다른 설치 공법에 적용 가능한 해양 풍력 발전기의 해상 하부구조물과 이를 이용한 해양 풍력 발전기의 설치공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 각기 다른 설치 공법에 적용 가능한 해양 풍력 발전기의 해상 하부구조물에 관한 것으로, 해상 풍력 발전기 타워의 하부에 결합되어 해상 풍력 발전기의 하중을 해상 하부 구조물에 전달하는 상방이 개방된 트랜지션피스(110), 트랜지션피스(110)의 하부에 수직으로 결합되어 해상 풍력 발전기의 하중을 수직 하방으로 전달하는 수직 기둥부재(120), 수직 기둥부재(120)의 하부에 설치되어 부력으로 해상 하부구조물을 수평, 수직운동을 제어하고, 해상 풍력 발전기의 설치 또는 운송시 부력탱크로 사용되는 중앙 스테빌리이저 부력체(130), 해상 하부구조물을 수평, 수직 그리고 회전운동을 제어하고, 해상 풍력 발전기의 설치 또는 운송시 부력탱크로 사용되는 외측 스테빌리이저 부력체또는 고정식인 경우 스커트 슬리브 레그(140)를 구비한 3개의 하부 결합부(140), 중앙 스테빌리이저 부력체(130)와 3개의 하부 결합부(140)를 서로 연결하는 중앙 연결부재(150), 트랜지션피스(110)와 3개의 하부 결합부(140)를 각각 연결하여, 트랜지션피스(110)에 가해지는 해상 풍력발전기를 하중을 하부 결합부(140)에 전달하는 경사 연결부재(160) 및 이웃하는 하부 결합부(140)를 연결하는 3개의 하부 수평 연결부재(170)로 구성된다.

Description

각기 다른 설치 공법에 적용 가능한 해양 풍력 발전기의 해상 하부구조물과 이를 이용한 해양 풍력 발전기의 설치공법{Substructures of marine wind generators applicable to different installation methods and installation of marine wind generators using them}
본 발명은 각기 다른 설치 공법에 적용 가능한 해양 풍력 발전기의 하부 구조물과 이를 이용한 해양 풍력 발전기의 설치공법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 부유식의 인장각형식 또는 반잠수계류형식, 고정식의 파일고정형식 등과 같은 각기 다른 설치공법에 표준화하여 적용 가능한 해양 풍력 발전기의 해상 하부구조물과 해당 해상 하부구조물을 이용하여 해상 풍력 발전기를 해상에 부유식의 인장각형식이나 반잠수계류형식 또는 고정식의 파일고정형식으로 설치할 수 있는 해양 풍력 발전기의 설치공법에 관한 것이다.
일반적으로, 해상부유식 풍력의 하부구조형식은 해상 고정식 하부구조형식으로 사용할 수 없는데, 이러한 해상부유식 풍력의 부하구조형식은 수심에 따라 반잠수식 계류형식, 인장각식 형식, 스파 확산계류형식으로 구분될 수 있다.
위의 스파 확산계류식인 경우, 심해에 가능한 것으로서, 수심이 깊을 때에는 계통연계성이 떨어져 사용을 회피하고 있으며, 주로 천해에서도 사용 가능한 반잠수식 계류식과 인장각식을 사용하고 있다. 반잠수식 해상부유식 풍력의 하부 구조형식은 육상에서 제작한 이후 안벽에 대기상태에서 풍력 발전기, 타워, 블레이드를 일체으로 결합한 후 자체(wet) 운송을 사용하므로 설치에 따른 공기는 절약될 수 있으나, 무게가 무겁고 운영중 거동이 심해 풍력 발전기에 영향을 주므로 고장 등 발생이 빈번하다.
그러나, 인장각식은 일반적으로 바지선(dry) 선적으로 운송하고 현장설치시 해상 크레인으로 풍력 발전기, 타워, 블레이드를 별도 현장에서 설치하므로 공기 연장과 공사비용이 많이 소요된다.
또한, 심심 10∼20 m에 설치되고 있는 해상풍력 고정식 하부구조는 주로 자켓식, 모노파일식 등이 사용되어 일반적으로 바지선(dry)에 선적하여 운송하고 현장설치시 해상크레인으로 풍력 발전기, 타워, 블레이드를 별도 현장에서 설치하므로 공기 연장과 공사비용이 많이 소요되고, 해상부유식 풍력 하부구조와는 그 형태가 판이하게 다르므로 표준화가 어렵다는 문제점이 있다.
상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 해상 풍력발전기를 부유식의 인장각형식 또는 반잠수계류형식이나 고정식의 파일고정형식 등과 같은 각기 다른 설치공법으로 해저 지반에 설치할 수 있도록 하기 위해 표준화한 해상 하부구조물을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 발명은 표준화된 해상 하부구조물을 이용하여 해상 풍력발전기를 해저 지반에 부유식의 인장각형식 또는 반잠수계류형식이나 고정식의 파일고정형식으로 설치하는 해양 풍력 발전기의 설치공법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 목적은, 해상 풍력 발전기 타워의 하부에 결합되어 해상 풍력 발전기의 하중을 해상 하부 구조물에 전달하는 상방이 개방된 트랜지션피스; 상기 트랜지션피스의 하부에 수직으로 결합되어 해상 풍력 발전기의 하중을 수직 하방으로 전달하는 수직 기둥부재; 상기 수직 기둥부재의 하부에 설치되어 부력으로 해상 하부구조물을 수평, 수직운동을 제어하고, 해상 풍력 발전기의 설치 또는 운송시 부력탱크로 사용되는 중앙 스테빌리이저 부력체; 해상 하부구조물을 수평, 수직 그리고 회전운동을 제어하고, 해상 풍력 발전기의 설치 또는 운송시 부력탱크로 사용되는 외측 스테빌리이저 부력체를 구비한 3개의 하부 결합부; 상기 중앙 스테빌리이저 부력체와 상기 3개의 하부 결합부를 서로 연결하는 중앙 연결부재; 상기 트랜지션피스와 3개의 하부 결합부를 각각 연결하여, 상기 트랜지션피스에 가해지는 해상 풍력발전기를 하중을 하부 결합부에 전달하는 경사 연결부재; 및 이웃하는 상기 하부 결합부를 연결하는 3개의 하부 수평 연결부재로 구성되는, 각기 다른 설치 공법에 적용 가능한 해양 풍력 발전기의 해상 하부구조물에 의해 달성된다.
본 발명의 하나의 측면에 의하면, 상기 수직 기둥부재는, 수직으로 배치된 3개의 기둥으로 이루어지고, 상기 3개의 기둥은 복수의 하중 전달부재에 의해 일체형으로 결합되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 상기 중앙 스테빌리이저 부력체와 상기 3개의 하부 수평 연결부재를 각각 연결하는 수평 중앙 연결부재를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 상기 중앙 스테빌리이저 부력체와 상기 3개의 경사 연결부재를 각각 연결하여, 상기 3개의 경사 연결부재의 좌굴을 방지하는 복수의 제1 좌굴 방지부재를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 상기 경사 연결부재와 상기 3개의 하부 수평 연결부재를 각각 연결하여, 상기 3개의 경사 연결부재의 좌굴을 방지하는 복수의 제2 좌굴 방지부재를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 상기 해상 하부구조물을 해저 지반에 부유식 인장식형식 또는 반잠수계류형식으로 설치하는 경우, 상기 3개의 하부 결합부의 커넥터 스톱퍼에 연결되는 체인 커넥터; 해저 지반에 고정되어 해상 풍력 발전기와 해상 하부 구조물의 거동을 해저 지반에 고정시키는 흡입식 파일; 상기 체인 커넥터와 상기 흡입식 파일의 레버 아암을 연결하는 무어링 라인을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 상기 흡입식 파일에 연결되어 무어링 라인의 하중을 해저지반에 전달하는 복수의 유닛 조인트를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 상기 복수의 유닛 조인트를 하나로 결합하여 상기 유닛 조인트의 축 직각방향의 하중을 잡아주는 요크 플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 상기 흡입식 파일의 상부에 설치되어 상기 흡입식 파일의 지지력을 부가하는 카운터 웨이터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 상기 흡입식 파일의 상부 측면에 설치되어 해저면 상태나 해양 풍력 발전기의 기능을 확인하기 위해 ROV를 사용할 경우 ROV 접안을 위한 ROV 도킹 스테이션을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 상기 석셕 파일에 설치되어 상기 흡입식 파일이 해저지반에 관입시 상기 흡입식 파일 내부에 해수 또는 흙을 주입하거나 배출하는 벤트부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 해양 풍력 발전기의 해상 하부구조물을 운송 설치시, 상기 레버 아암과 상기 무어링 라인을 잡아주는 운송 묶음구를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 상기 레버 아암이 상기 운송 묶음구로부터 벗어나지 않도록 하는 연결고리를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 상기 해상 하부구조물을 해저 지반에 고정식 파일고정형식으로 설치하는 경우, 해저 지반에 고정되어 스커트 슬리브 레그로 사용되는 해상 하부구조물의 외측 스커트 슬리브 레그로 사용되는 스테빌리이저 부력체에 관입되는 파일을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 블레이드, 풍력 발전기 및 타워를 포함하는 해상 풍력 발전기와 해상 하부구조물을 육상에서 제작하여 해상까지 운반하는 제1 단계; 육상 크레인을 이용하여 안벽에 대기상태에서 상기 해상 하부구조물에 상기 해상 풍력 발전기의 블레이드와 풍력 발전기 및 타워를 일체형으로 조립하는 제2 단계; 상기 일체형으로 결합된 해상 하부구조물과 해상 풍력 발전기를 토잉 로프와 토잉 예인선에 연결하여 설치 지점까지 운송하는 제3 단계; 해저 지반에 흡입식 파일을 설치하는 제4 단계; 해상 하부 구조물의 중앙 스테빌리이저 부력체와 외측 스테빌리이저 부력체의 발라스팅 시스템을 이용하여 요구 수심까지 내려놓고 해상 하부 구조물의 하부 결합부에 연결된 무어링 라인을 해저 지반에 설치된 흡입식 파일에 연결하는 제5 단계; 및 해상 하부 구조물의 중앙 스테빌리이저 부력체와 외측 스테빌리이저 부력체를 디발라스팅시켜 무어링 라인에 필요 하중까지 작업하는 제6 단계를 통해 해상 풍력 발전기를 해상 위에 부유식 인장각형식으로 해저 지반에 설치하는 것을 특징으로 하는, 해상 풍력 발전기의 설치방법에 의해 달성된다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 블레이드, 풍력 발전기 및 타워를 포함하는 해상 풍력 발전기와 해상 하부구조물을 육상에서 제작하여 해상까지 운반하는 제1 단계; 육상 크레인을 이용하여 안벽에 대기상태에서 상기 해상 하부구조물에 상기 해상 풍력 발전기의 블레이드와 풍력 발전기 및 타워를 일체형으로 조립하는 제2 단계; 상기 일체형으로 결합된 해상 하부구조물과 해상 풍력 발전기를 토잉 로프와 토잉 예인선에 연결하여 설치 지점까지 운송하는 제3 단계; 해저 지반에 흡입식 파일을 설치하는 제4 단계; 해상 하부 구조물의 중앙 스테빌리이저 부력체와 외측 스테빌리이저 부력체의 발라스팅 시스템을 이용하여 요구 수심까지 내려놓고 해상 하부 구조물의 하부 결합부에 연결된 무어링 라인을 해저 지반에 설치된 흡입식 파일에 연결하는 제5 단계; 및 해상 하부 구조물의 중앙 스테빌리이저 부력체와 외측 스테빌리이저 부력체를 디발라스팅시켜 무어링 라인에 필요 하중까지 작업하는 제6 단계를 통해 해상 풍력 발전기가 해수면에 반이 잠기도록 부유식 반잠수계류형식으로 해저 지반에 설치하는 것을 특징으로 하는, 해상 풍력 발전기의 설치방법에 의해 달성된다.
그리고, 본 발명의 또 다른 목적인 고정식으로 해저 지반에 설치할 경우는, 블레이드, 풍력 발전기 및 타워를 포함하는 해상 풍력 발전기와 해상 하부구조물을 육상에서 제작하여 해상까지 운반하는 제1 단계; 육상 크레인을 이용하여 안벽에 대기상태에서 상기 해상 하부구조물에 상기 해상 풍력 발전기의 블레이드와 풍력 발전기 및 타워를 일체형으로 조립하는 제2 단계; 상기 일체형으로 결합된 해상 하부구조물과 해상 풍력 발전기를 토잉 로프와 토잉 예인선에 연결하여 설치 지점까지 운송하는 제3 단계; 해상 하부 구조물의 중앙 스테빌리이저 부력체와 외측 스커트 슬리브 레그(스테빌리이저 부력체 대용)의 발라스팅 시스템을 이용하여 요구 수심까지 내려놓고 파일을 스커트 슬리브 레그로 사용되는 외측 스커트 슬리브 레그로 사용되는 스테빌리이저 부력체 내부에 관입시켜 해저 지반에 해당 강관 파일을 항타 관입하는 제4 단계; 및 외측 스커트 슬리브 레그로 사용되는 스테빌리이저 부력체의 내경과 강관 파일의 외경 사이의 갭(Gap)을 그라이팅하여 해상 하부구조물을 해저 지반에 일체화하는 제5 단계를 통해 해상 풍력 발전기를 해저 지반에 고정식 파일고정형식으로 설치하는 것을 특징으로 하는, 해상 풍력 발전기의 설치방법에 의해 달성된다.
본 발명에 의하면, 해상 풍력발전기를 부유식의 인장각형식 또는 반잠수계류형식, 고정식의 파일고정형식 등과 같은 각기 다른 설치공법으로 설치할 수 있는 해상 하부 구조물을 표준화함으로써, 표준화된 해상 하부구조물을 이용하여 해상 풍력 발전기를 해상에 부유식의 인장각형식이나 반잠수계류형식 또는 고정식의 파일고정형식으로 설치할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 각기 다른 형식 내지 설치 공법에 적용 가능한 해양 풍력 발전기의 해상 하부구조물을 보인 사시도이다.
도 2는 도 1에 개시된 각기 다른 형식 내지 설치 공법에 적용 가능한 해양 풍력 발전기의 해상 하부구조물의 평면도이다.
도 3a 내지 도 3d는 도 1에 개시된 해상 하부구조물의 부유식일 경우 하부 결합부와 외측 스테빌리이저 부력체 또는 파일 고정식일 경우 스커트 슬리브 레그로 사용되는 스테빌리이저 부력체의 결합상태를 보인 도면이다.
도 4a 내지 도 4e는 도 1, 도 5, 도 9에 개시된 해상 하부구조물의 부유식인 인장각식 및 반 잠수식 형식의 흡입식 파일을 보인 도면이다.
도 5는 도 1에 개시된 해상 하부구조물을 이용하여 해상 풍력발전기를 부유식의 인장각형식으로 해저지반에 설치하는 모습을 보여주는 도면이다.
도 6은 육상에서 선 제작된 도 1에 개시된 해상 하부구조물을 안벽에 접안한 상태를 보인 도면이다.
도 7은 해상 크레인을 이용하여 육상에서 선 제작된 도 1에 개시된 해상 하부구조물을 안벽에 접안된 해상 하부구조물에 조립하는 모습을 보인 도면이다.
도 8은 도 7과 같이 해상 하부구조물에 결합된 해상 풍력발전기를 토잉 예인선을 이용한 설치장소까지 운송하는 모습을 보인 도면이다.
도 9는 도 1에 개시된 해상 하부구조물을 이용하여 해상 풍력발전기를 고정식 파일고정으로 해저지반에 설치하는 모습을 보여주는 도면이다.
도 10은 도 1에 개시된 해상 하부구조물을 이용하여 해상 풍력발전기를 부유식의 반잠수계류형식으로 해저지반에 설치하는 모습을 보여주는 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 각기 다른 설치 공법에 적용 가능한 해양 풍력 발전기의 해상 하부구조물을 보인 사시도, 도 2는 도 1에 개시된 각기 다른 설치 공법에 적용 가능한 해양 풍력 발전기의 해상 하부구조물의 평면도, 도 3a 내지 도 3d는 도 1에 개시된 해상 하부구조물의 부유식일 경우 하부 결합부와 외측 스테빌리이저 부력체 또는 고정식일 경우 스커트 슬리브 레그의 결합상태를 보인 도면 그리고 도 4a 내지 도 4e는 도 1에 개시된 해상 하부구조물의 부유식일 경우 흡입식 파일을 보인 도면이다.
도 1 내지 도 3d에 의하면, 본 발명의 실시예에 의한 각기 다른 설치 공법에 적용 가능한 해양 풍력 발전기의 해상 하부구조물은, 해상 풍력 발전기 타워의 하부에 결합되어 해상 풍력 발전기의 하중을 해상 하부 구조물에 전달하는 상방이 개방된 트랜지션피스(110), 트랜지션피스(110)의 하부에 수직으로 결합되어 해상 풍력 발전기의 하중을 수직 하방으로 전달하는 수직 기둥부재(120), 수직 기둥부재(120)의 하부에 설치되어 부력으로 해상 하부구조물을 수평, 수직운동을 제어하고, 해상 풍력 발전기의 설치 또는 운송시 부력탱크로 사용되는 중앙 스테빌리이저 부력체(130), 해상 하부구조물을 수평, 수직 그리고 회전운동을 제어하고, 해상 풍력 발전기의 설치 또는 운송시 부력탱크로 사용되는 외측 스테빌리이저 부력체 또는 고정식일 경우 스커트 슬리브 레그(140)를 구비한 3개의 하부 결합부(140), 중앙 스테빌리이저 부력체(130)와 3개의 하부 결합부(140)를 서로 연결하는 중앙 연결부재(150), 트랜지션피스(110)와 3개의 하부 결합부(140)를 각각 연결하여, 트랜지션피스(110)에 가해지는 해상 풍력발전기를 하중을 하부 결합부(140)에 전달하는 경사 연결부재(160) 및 이웃하는 하부 결합부(140)를 연결하는 3개의 하부 수평 연결부재(170)로 구성된다.
위의 실시예에 의한 해상 하부구조물(2)에서, 수직 기둥부재(120)는, 수직으로 배치된 3개의 기둥(121)으로 이루어지고, 3개의 기둥(121)은 복수의 하중 전달부재(122)에 의해 일체형으로 결합된다.
위의 실시예에 의한 해상 하부구조물(2)은, 중앙 스테빌리이저 부력체(130)와 3개의 하부 수평 연결부재(170)를 각각 연결하는 수평 중앙 연결부재(180)를 더 포함한다.
위의 실시예에 의한 해상 하부구조물(2)은, 중앙 스테빌리이저 부력체(130)와 3개의 경사 연결부재(160)를 각각 연결하여, 3개의 경사 연결부재(160)의 좌굴을 방지하는 복수의 제1 좌굴 방지부재(190)를 더 포함한다.
위의 실시예에 의한 해상 하부구조물(2)은 경사 연결부재(160)와 3개의 하부 수평 연결부재(170)를 각각 연결하여, 3개의 경사 연결부재(160)의 좌굴을 방지하는 복수의 제2 좌굴 방지부재(200)를 더 포함한다.
위의 실시예에 의한 해상 하부구조물(2)은, 해상 하부구조물을 해저 지반에 부유식 인장식형식 또는 반잠수계류형식으로 설치하는 경우, 3개의 하부 결합부(140)의 커넥터 스톱퍼(142)에 연결되는 체인 커넥터(143), 해저 지반에 고정되어 해상 풍력 발전기와 해상 하부 구조물의 거동을 해저 지반에 고정시키는 도 4a 내지 4e와 같이 흡입식 파일(144), 체인 커넥터(143)와 상기 흡입식 파일(144)의 레버 아암(145)을 연결하는 무어링 라인(146)을 더 포함한다.
위의 실시예에 의한 해상 하부구조물(2)은, 도 4a 내지 4e와 같이 흡입식 파일(144)에 연결되어 무어링 라인(146)의 하중을 해저지반에 전달하는 복수의 유닛 조인트(147)를 더 포함한다.
위의 실시예에 의한 해상 하부구조물(2)은, 복수의 유닛 조인트(147)를 하나로 결합하여 유닛 조인트(147)의 축 직각방향의 하중을 잡아주는 요크 플레이트(148)를 더 포함한다.
위의 실시예에 의한 해상 하부구조물(2)은, 도 4a 내지 4e와 같이 흡입식 파일(144)의 상부에 설치되어 흡입식 파일(144)의 지지력을 부가하는 카운터 웨이터(149)를 더 포함한다.
위의 실시예에 의한 해상 하부구조물(2)은, 도 4a 내지 도 4e와 같이 흡입식 파일(144)의 상부 측면에 설치되어 해저면 상태나 해양 풍력 발전기의 기능을 확인하기 위해 ROV를 사용할 경우 ROV 접안을 위한 ROV 도킹 스테이션(150a)을 더 포함한다.
위의 실시예에 의한 해상 하부구조물(2)은, 도 4a 내지 도 4e와 같이 흡입식 파일(144)에 설치되어 흡입식 파일(144)이 해저지반에 관입시 흡입식 파일(144) 내부에 해수 또는 흙을 주입하거나 배출하는 벤트부(151)를 더 포함한다.
위의 실시예에 의한 해상 하부구조물(2)은, 해양 풍력 발전기의 해상 하부구조물을 운송 설치시, 도 4a 내지 도 4e와 같이 레버 아암(145)과 무어링 라인(146)을 잡아주는 운송 묶음구(152)를 더 포함한다.
위의 실시예에 의한 해상 하부구조물(2)은, 도 4a 내지 도 4e와 같이 레버 아암(145)이 운송 묶음구(152)로부터 벗어나지 않도록 하는 연결고리(153)를 더 포함한다.
위의 실시예에 의한 해상 하부구조물(2)은, 도 10의 해상 하부구조물을 해저 지반에 고정식 파일고정형식으로 설치하는 경우, 해저 지반에 고정되어 스커트 슬리브 레그로 사용되는 해상 하부구조물의 외측 스테빌리이저 부력체(141)에 관입되는 파일(143a)을 더 포함한다.
도 5는 도 1에 개시된 해상 하부구조물을 이용하여 해상 풍력발전기를 부유식의 인장각형식으로 해저지반에 설치하는 모습을 보여주는 도면, 도 6은 육상에서 선 제작된 도 1에 개시된 해상 하부구조물을 안벽에 접안한 상태를 보인 도면, 도 7은 해상 크레인을 이용하여 육상에서 선 제작된 도 1에 개시된 해상 하부구조물을 안벽에 접안된 해상 하부구조물에 조립하는 모습을 보인 도면 그리고 도 8은 도 7과 같이 해상 하부구조물에 결합된 해상 풍력발전기를 토잉 예인선을 이용한 설치장소까지 운송하는 모습을 보인 도면이다.
도 6 내지 도 8에 의하면, 작업자는 블레이드, 풍력 발전기 및 타워를 포함하는 해상 풍력 발전기(1)와 해상 하부구조물(2)을 육상에서 제작하여 해상까지 운반한다. 이어서, 작업자는 육상 크레인(4)을 이용하여 도 6 및 도 7과 같이 안벽에 대기상태에서 해상 하부구조물(2)에 해상 풍력 발전기(1)의 블레이드와 풍력 발전기 및 타워를 일체형으로 조립한다.
이후 작업자는 일체형으로 결합된 해상 하부구조물(1)과 해상 풍력 발전기(2)를 토잉 로프(5)와 토잉 예인선(3)에 연결하여 도 8과 같이, 설치 지점까지 운송한다.
그리고, 작업자는 해저 지반에 도 4a 내지 4e와 같이 흡입식 파일(144)을 설치하고 나서, 해상 하부 구조물의 중앙 스테빌리이저 부력체(130)와 외측 스테빌리이저 부력체(141)의 발라스팅 시스템을 이용하여 요구 수심까지 내려놓고 해상 하부 구조물(2)의 하부 결합부(140)에 연결된 무어링 라인(146)을 해저 지반에 설치된 흡입식 파일(144)에 연결한다.
마지막으로, 작업자는 해상 하부 구조물(2)의 중앙 스테빌리이저 부력체(130)와 외측 스테빌리이저 부력체(141)를 디발라스팅시켜 무어링 라인(146)에 필요 하중까지 작업하여, 도 6과 같이, 해상 풍력 발전기(2)를 해상 위에 부유식 인장각형식으로 해저 지반에 설치한다.
도 9는 도 1에 개시된 해상 하부구조물을 이용하여 해상 풍력발전기를 반 잠수식으로 해저지반에 설치하는 모습을 보여주는 도면이다.
도 6 내지 도 8에 의하면, 작업자는 블레이드, 풍력 발전기 및 타워를 포함하는 해상 풍력 발전기(1)와 해상 하부구조물(2)을 육상에서 제작하여 해상까지 운반한다. 이어서, 작업자는 육상 크레인(4)을 이용하여 도 6 및 도 7과 같이 안벽에 대기상태에서 해상 하부구조물(2)에 해상 풍력 발전기(1)의 블레이드와 풍력 발전기 및 타워를 일체형으로 조립한다.
이후 작업자는 일체형으로 결합된 해상 하부구조물(1)과 해상 풍력 발전기(2)를 토잉 로프(5)와 토잉 예인선(3)에 연결하여 도 8과 같이, 설치 지점까지 운송한다.
그리고, 작업자는 도 4a 내지 4e와 같이 해저 지반에 흡입식 파일(144)을 설치하고 나서, 해상 하부 구조물의 중앙 스테빌리이저 부력체(130)와 외측 스테빌리이저 부력체(141)의 발라스팅 시스템을 이용하여 요구 수심까지 내려놓고 해상 하부 구조물(2)의 하부 결합부(140)에 연결된 무어링 라인(146)을 해저 지반에 설치된 흡입식 파일(144)에 연결한다.
마지막으로, 작업자는 해상 하부 구조물(2)의 중앙 스테빌리이저 부력체(130)와 외측 스테빌리이저 부력체(141)를 디발라스팅시켜 무어링 라인(146)에 필요 하중까지 작업하여, 도 9와 같이, 해상 풍력 발전기(2)를 해상 위에 부유식 반잠수계류형식으로 해저 지반에 설치한다.
도 10은 도 1에 개시된 해상 하부구조물을 이용하여 해상 풍력발전기를 고정식의 파일 고정식으로 해저지반에 설치하는 모습을 보여주는 도면이다.
도 6 내지 도 8 및 도 10에 의하면, 작업자는 블레이드, 풍력 발전기 및 타워를 포함하는 해상 풍력 발전기(1)와 해상 하부구조물(2)을 육상에서 제작하여 해상까지 운반한다. 이어서, 작업자는 육상 크레인(4)을 이용하여 도 6 및 도 7과 같이 안벽에 대기상태에서 해상 하부구조물(2)에 해상 풍력 발전기(1)의 블레이드와 풍력 발전기 및 타워를 일체형으로 조립한다.
이후 작업자는 일체형으로 결합된 해상 하부구조물(1)과 해상 풍력 발전기(2)를 토잉 로프(5)와 토잉 예인선(3)에 연결하여 도 8과 같이, 설치 지점까지 운송한다.
그리고, 작업자는 해상 하부 구조물의 중앙 스테빌리이저 부력체(130)와 고정식인 경우 외측 스커트 슬리브 레그로 사용하는 스테빌리이저 부력체(141)의 발라스팅 시스템을 이용하여 요구 수심까지 내려놓고 강관 파일(144a)을 스커트 슬리브 레그로 사용되는 외측 스테빌리이저 부력체(141) 내부에 관입시켜 해저 지반에 해당 강관 파일(144a)을 항타 관입한다.
마직으로, 작업자는 외측 스커트 슬리브 레그로 사용하는 스테빌리이저 부력체(141)의 내경과 강관 파일(144a)의 외경 사이의 Gap을 그라이팅하여 해상 하부구조물을 해저 지반에 일체화하여, 해상 풍력 발전기(2)를 해저 지반에 고정식 파일고정형식식으로 설치한다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시 구조들은 본 발명의 기술 사상으로부터 벗어나는 것으로 이해되어져서는 안될 것이다.
1 : 해상 풍력 발전기 2 : 해상 하부구조물
3 : 토잉 예인선 4 : 육상 크레인
5 : 토잉 로프 110 : 트랜지션피스
120 : 수직 기둥부재 121 : 기둥
122 : 하중 전달부재 130 : 중앙 스테빌리이저 부력체
140 : 하부 결합부
141 : 외측 스테빌리이저 부력체(고정식인 경우 스커트 슬리브 레그로 사용함)
142 : 커넥터 스톱퍼 143 : 체인 커넥터
144 : 흡입식 파일 144a : 강관 파일
145 : 레버 아암 146 : 무어링 라인
147 : 유닛 조인트 148 : 요크 플레이트
149 : 카운터 웨이터 150 : 중앙 연결부재
150a : ROV 도킹 스테이션 151 : 벤트부
152 : 운송 묶음구 153 : 연결고리
160 : 경사 연결부재 170 : 하부 수평 연결부재
180 : 수평 중앙 연결부재 190 : 제1 좌굴 방지부재
200 : 제2 좌굴 방지부재

Claims (17)

  1. 해상 풍력 발전기 타워의 하부에 결합되어 해상 풍력 발전기의 하중을 해상 하부 구조물에 전달하는 상방이 개방된 트랜지션피스(110);
    상기 트랜지션피스(110)의 하부에 수직으로 결합되어 해상 풍력 발전기의 하중을 수직 하방으로 전달하는 수직 기둥부재(120);
    상기 수직 기둥부재(120)의 하부에 설치되어 부력으로 해상 하부구조물을 수평, 수직운동을 제어하고, 해상 풍력 발전기의 설치 또는 운송시 부력탱크로 사용되는 중앙 스테빌리이저 부력체(130);
    해상 하부구조물을 수평, 수직 그리고 회전운동을 제어하고, 해상 풍력 발전기의 설치 또는 운송시 부력탱크로 사용되는 외측 스테빌리이저 부력체(141)를 구비한 3개의 하부 결합부(140);
    상기 중앙 스테빌리이저 부력체(130)와 상기 3개의 하부 결합부(140)를 서로 연결하는 중앙 연결부재(150);
    상기 트랜지션피스(110)와 3개의 하부 결합부(140)를 각각 연결하여, 상기 트랜지션피스(110)에 가해지는 해상 풍력발전기를 하중을 하부 결합부(140)에 전달하는 경사 연결부재(160); 및
    이웃하는 상기 하부 결합부(140)를 연결하는 3개의 하부 수평 연결부재(170)
    로 구성되는, 각기 다른 설치 공법에 적용 가능한 해양 풍력 발전기의 해상 하부구조물에 있어서,
    상기 해상 하부구조물을 해저 지반에 부유식 인장식형식 또는 반잠수계류형식으로 설치하는 경우,
    상기 3개의 하부 결합부(140)의 커넥터 스톱퍼(142)에 연결되는 체인 커넥터(143);
    해저 지반에 고정되어 해상 풍력 발전기와 해상 하부 구조물의 거동을 해저 지반에 고정시키는 흡입식 파일(144);
    상기 체인 커넥터(143)와 상기 흡입식 파일(144)의 레버 아암(145)을 연결하는 무어링 라인(146)
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 각기 다른 설치 공법에 적용 가능한 해양 풍력 발전기의 해상 하부구조물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수직 기둥부재(120)는, 수직으로 배치된 3개의 기둥(121)으로 이루어지고, 상기 3개의 기둥(121)은 복수의 하중 전달부재(122)에 의해 일체형으로 결합되는 것을 특징으로 하는, 각기 다른 설치 공법에 적용 가능한 해양 풍력 발전기의 해상 하부구조물.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 중앙 스테빌리이저 부력체(130)와 상기 3개의 하부 수평 연결부재(170)를 각각 연결하는 수평 중앙 연결부재(180)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 각기 다른 설치 공법에 적용 가능한 해양 풍력 발전기의 해상 하부구조물.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 중앙 스테빌리이저 부력체(130)와 상기 3개의 경사 연결부재(160)를 각각 연결하여, 상기 3개의 경사 연결부재(160)의 좌굴을 방지하는 복수의 제1 좌굴 방지부재(190)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 각기 다른 설치 공법에 적용 가능한 해양 풍력 발전기의 해상 하부구조물.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 경사 연결부재(160)와 상기 3개의 하부 수평 연결부재(170)를 각각 연결하여, 상기 3개의 경사 연결부재(160)의 좌굴을 방지하는 복수의 제2 좌굴 방지부재(200)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 각기 다른 설치 공법에 적용 가능한 해양 풍력 발전기의 해상 하부구조물.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 흡입식 파일(144)에 연결되어 무어링 라인(146)의 하중을 해저지반에 전달하는 복수의 유닛 조인트(147)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 각기 다른 설치 공법에 적용 가능한 해양 풍력 발전기의 해상 하부구조물.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 유닛 조인트(147)를 하나로 결합하여 상기 유닛 조인트(147)의 축 직각방향의 하중을 잡아주는 요크 플레이트(148)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 각기 다른 설치 공법에 적용 가능한 해양 풍력 발전기의 해상 하부구조물.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 흡입식 파일(144)의 상부에 설치되어 상기 흡입식 파일(144)의 지지력을 부가하는 카운터 웨이터(149)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 각기 다른 설치 공법에 적용 가능한 해양 풍력 발전기의 해상 하부구조물.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 흡입식 파일(144)의 상부 측면에 설치되어 해저면 상태나 해양 풍력 발전기의 기능을 확인하기 위해 ROV를 사용할 경우 ROV 접안을 위한 ROV 도킹 스테이션(150a)
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 각기 다른 설치 공법에 적용 가능한 해양 풍력 발전기의 해상 하부구조물.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 흡입식 파일(144)에 설치되어 상기 흡입식 파일(144)이 해저지반에 관입시 상기 흡입식 파일(144) 내부에 해수 또는 흙을 주입하거나 배출하는 벤트부(151)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 각기 다른 설치 공법에 적용 가능한 해양 풍력 발전기의 해상 하부구조물.
  12. 제1항에 있어서,
    해양 풍력 발전기의 해상 하부구조물을 운송 설치시, 상기 레버 아암(145)과 상기 무어링 라인(146)을 잡아주는 운송 묶음구(152)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 각기 다른 설치 공법에 적용 가능한 해양 풍력 발전기의 해상 하부구조물.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 레버 아암(145)이 상기 운송 묶음구(152)로부터 벗어나지 않도록 하는 연결고리(153)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 각기 다른 설치 공법에 적용 가능한 해양 풍력 발전기의 해상 하부구조물.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 해상 하부구조물을 해저 지반에 고정식 파일고정형식으로 설치하는 경우,
    해저 지반에 고정되어 스커트 슬리브 레그로 사용되는 해상 하부구조물의 외측 스테빌리이저 부력체(141)에 관입되는 파일(143a)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 각기 다른 설치 공법에 적용 가능한 해양 풍력 발전기의 해상 하부구조물.
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 블레이드, 풍력 발전기 및 타워를 포함하는 해상 풍력 발전기(1)와 해상 하부구조물(2)을 육상에서 제작하여 해상까지 운반하는 제1 단계;
    육상 크레인(4)을 이용하여 안벽에 대기상태에서 상기 해상 하부구조물(2)에 상기 해상 풍력 발전기(1)의 블레이드와 풍력 발전기 및 타워를 일체형으로 조립하는 제2 단계;
    상기 일체형으로 결합된 해상 하부구조물(1)과 해상 풍력 발전기(2)를 토잉 로프(5)와 토잉 예인선(3)에 연결하여 설치 지점까지 운송하는 제3 단계;
    해상 하부 구조물의 중앙 스테빌리이저 부력체(130)와 외측 스커트 슬리브 레그로 사용하는 스테빌리이저 부력체(141)의 발라스팅 시스템을 이용하여 요구 수심까지 내려놓고 강관 파일(144a)을 스커트 슬리브 레그로 사용되는 외측 스테빌리이저 부력체(141) 내부에 관입시켜 해저 지반에 해당 강관 파일(144a)을 항타 관입하는 제4 단계; 및
    외측 스커트 슬리브 레그로 사용하는 스테빌리이저 부력체(141)의 내경과 강관 파일(144a)의 외경 사이의 Gap을 그라이팅하여 해상 하부구조물을 해저 지반에 일체화하는 제5 단계
    를 통해 해상 풍력 발전기(2)를 해저 지반에 고정식 파일고정형식식으로 설치하는 것을 특징으로 하는, 해상 풍력 발전기의 설치방법.
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