KR102477563B1 - 해상 풍력발전 장치 - Google Patents

Abstract

상기 해상 풍력발전 장치는, 해상에 부유하는 3개 이상의 컬럼을 포함하는 컬럼부; 상기 컬럼부를 연결하는 폰툰부; 및 상기 폰툰부에 마련되는 타워와, 상기 타워에 설치되어 바람에 따라 회전하는 블레이드를 구비하는 풍력 발전기를 포함하고, 상기 폰툰부는, T자 형상을 이룬다.

Description

해상 풍력발전 장치{Sea wind power generator}

본 발명은 해상 풍력발전 장치에 관한 것이다.

화석연료로 인한 환경오염 및 지구 온난화 문제로 인해 전 세계적으로 친환경 에너지의 개발이 활발히 이루어지고 있다. 그중 풍력 발전은 친환경 에너지 개발의 하나로 회전날개(블레이드)를 이용하여 자연의 바람 에너지를 기계 에너지로 변환시켜 발전하는 방식이다. 이러한 풍력 발전은 크게 육상 풍력 발전과 해상 풍력 발전으로 분류될 수 있는데, 육상풍력 발전의 경우 지리적인 요건의 제약이 많고 경관 및 소음 등에 문제가 많아 최근 해상 풍력 발전의 개발이 활발히 이루어지고 있다

해상 풍력 발전은 다시 고정식과 부유식으로 분류될 수 있는데, 고정식은 해상의 낮은 수심에서 해저에 고정된 하부 구조물 위에 풍력 발전기가 설치되는 형태로 이루어져 있으나, 부유식 해상 풍력 발전기는 해상에 떠있는 부유식 하부 구조물 상부에 풍력 발전기가 설치되는 형태로 이루어진다.

특히 고정식 해상 풍력 발전은, 해양 착저식 구조물로 이루어져, 해저 지반에 구조물의 하부가 고정되는 구조물로 이루어져, 자중에 의하여 구조물의 기초가 해저 지면에 고정되거나, 해저 지반에 구조물의 기초가 관입 또는 매설되어 고정되는 방식으로 설치된다.

게다가, 고정식 해상 풍력발전은 주로 천해(50m 미만)의 해저면에 고정식으로 설치되나, 천해가 자리잡은 연안에 설치 시 여객 운송 및 어로 활동에 제약을 주고 소음 및 시각 공해를 유발하여, 최근에 해안에서 멀리 떨어진 심해(50~300m) 설치가 주목받고 있다.

즉 부유식 해상 풍력 발전기의 반잠수형은, 먼 바다에 설치되기 때문에 환경파괴나 생활환경에 미치는 피해를 최소화할 수 있어 해상 풍력 발전 분야에서 향후 발전 가능성이 매우 크다.

대한민국 등록특허공보 10-1635181 (2016년06월24)

한편, 부유식 해상 풍력 발전은, 해상 풍력 발전 분야에서 발전 가능성이 크나, 해상 풍력 발전 시장에 안정적으로 진입하기 위해서는 구조적 안정성과 더불어 경제성까지 함께 갖춘 구조물의 개발이 필요하다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 구조적 안정성과 더불어 경제성을 함께 갖출 수 있는 해상 풍력발전 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 해상 풍력발전 장치의 일 면(aspect)은, 해상에 부유하는 3개 이상의 컬럼을 포함하는 컬럼부; 상기 컬럼부를 연결하는 폰툰부; 및 상기 폰툰부에 마련되는 타워와, 상기 타워에 설치되어 바람에 따라 회전하는 블레이드를 구비하는 풍력 발전기를 포함하고, 상기 폰툰부는, T자 형상을 이룬다.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 해상 풍력발전 장치의 다른 면은, 해상에 부유하는 3개 이상의 컬럼을 포함하는 컬럼부; 상기 컬럼부를 연결하는 폰툰부; 및 상기 폰툰부에 마련되는 타워와, 상기 타워에 설치되어 바람에 따라 회전하는 블레이드를 구비하는 풍력 발전기를 포함하고, 상기 컬럼부는 제1 컬럼과 제2 컬럼을 포함하고, 상기 제1 컬럼은 서로 직접 연결된 제1 면과 제2 면을 포함하고, 상기 제2 컬럼은 서로 직접 연결된 제3 면과 제4 면을 포함하고, 상기 폰툰부는 상기 제2 면과 상기 제4 면에 연결되는 제1 폰툰과, 상기 제1 폰툰의 연결면으로부터 일방향으로 연장된 제2 폰툰을 포함하고, 상기 제1 폰툰의 연결면의 반대측에 배치된 설치면과, 상기 제1 면과 상기 제3 면은 서로 평행하다.

상기 폰툰부는, 제1 폰툰과, 상기 제1 폰툰으로부터 해수면과 나란한 방향으로 연장되는 제2 폰툰을 가지며, 상기 풍력 발전기는, 상기 제1 폰툰과 상기 제2 폰툰의 교차점에 마련될 수 있다.

상기 제2 폰툰은, 상기 제1 폰툰에 대비하여 길게 형성되고, 상기 제1 폰툰과 직각을 이루며, 상기 풍력 발전기는, 상기 제2 폰툰으로부터 이격되어 상기 제1 폰툰 상에 마련될 수 있다.

상기 폰툰부는, 상기 제2 폰툰의 단부에서 절곡되거나 휘어지는 구조를 이루어, 상기 제2 폰툰의 단부에서 상기 제1 폰툰과 나란한 방향으로 연장되되, 상기 제1 폰툰의 길이에 대비하여 길이가 짧게 이루어지는 제3 폰툰을 더 포함할 수 있다.

복수 개의 상기 컬럼은, 상기 제1 폰툰의 일단에 마련되는 제1 컬럼과, 상기 제1 폰툰의 타단에 마련되는 제2 컬럼과, 상기 제2 폰툰의 단부에 마련되는 제3 컬럼을 포함할 수 있다.

상기 컬럼의 수평 절단면은, 꼭짓점이 곡선을 이루는 다각형 구조를 이루고, 상기 폰툰부는, 상기 꼭짓점과 이격되는 영역에 마련될 수 있다.

상기 컬럼부의 하부에 마련되며, 상기 컬럼부의 하단면에 대비하여 면적이 확장되는 플레이트부; 및 상기 플레이트부와 상기 컬럼부를 연결하는 보강부를 더 포함할 수 있다.

다른 구조물의 이웃한 상기 제1 폰툰과 계류되도록, 상기 제1 폰툰의 상면이나 상기 설치면에 서로 이격되게 하나 이상 마련되는 계류부를 더 포함할 수 있다.

상기 제2 폰툰은, 상기 제1 폰툰의 중심부에서 연장되되, 상기 제1 폰툰과 직각을 이룰 수 있다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명은, 풍력 발전기가 3개의 컬럼에 의해 부유되더라도, 풍력 발전기가 어느 하나의 컬럼 상에 마련되지 않고 폰툰부 상에 마련되어 중력 하중의 비대칭이 해결되고, 하중이 분산되는 구조를 이루어 구조적 안정성을 이룰 수 있으며, 개선된 구조에 의해 예인 시 복수 개의 해상 풍력발전 장치를 한 번에 인양시킬 수 있어 경제성을 확보할 수 있다.

도 1은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 폰툰부가 마련된 해상 풍력발전 장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 폰툰부가 마련된 해상 풍력발전 장치의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 폰툰부가 마련된 해상 풍력발전 장치가 분리된 상태를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 컬럼부에 마련된 플레이트부와 보강부를 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 컬럼부에 마련된 플레이트부와 보강부의 다른 예를 도시한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 컬럼부에 마련된 플레이트부와 보강부의 또 다른 예를 도시한 사시도이다.
도 7은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 해상 풍력발전 장치에 마련되는 폰툰부를 설명하기 위한 평면도이다.
도 8은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 해상 풍력발전 장치에 마련되는 다른 예의 폰툰부를 설명하기 위한 평면도이다.
도 9는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 해상 풍력발전 장치에 마련되는 또 다른 예의 폰툰부를 설명하기 위한 평면도이다.
도 10은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 해상 풍력발전 장치에 마련되는 또 다른 예의 폰툰부를 설명하기 위한 평면도이다.
도 11은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 해상 풍력발전 장치에 마련되는 또 다른 예의 폰툰부를 설명하기 위한 평면도이다.
도 12는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 해상 풍력발전 장치에 마련되는 또 다른 예의 폰툰부를 설명하기 위한 평면도이다.
도 13은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 해상 풍력발전 장치 한 쌍이 하나의 유닛으로 이동되는 상태를 설명하기 위한 평면도이다.
도 14는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 해상 풍력발전 장치 복수 개가 하나의 유닛으로 이동되는 상태를 설명하기 위한 평면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 "아래(below)" 또는 "아래(beneath)"로 기술된 소자는 다른 소자의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 소자는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.

비록 제1, 제2 등이 다양한 소자, 구성요소 및/또는 섹션들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자, 구성요소 및/또는 섹션들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자, 구성요소 또는 섹션들을 다른 소자, 구성요소 또는 섹션들과 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자, 제1 구성요소 또는 제1 섹션은 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자, 제2 구성요소 또는 제2 섹션일 수도 있음은 물론이다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어 도면 부호에 상관없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1 내지 도 3은, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 폰툰부가 마련된 해상 풍력발전 장치를 설명하기 위한 도면이고, 도 4 내지 도 6은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 컬럼부에 마련된 다양한 형태의 플레이트부와 보강부를 설명하기 위한 도면이며, 도 7 내지 도 12는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 해상 풍력발전 장치에 마련되는 다양한 변형예에 따른 폰툰부와 컬럼부를 설명하기 위한 평면도이다.

또한, 도 13 및 도 14는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 해상 풍력발전 장치 복수 개가 하나의 유닛으로 이동되는 상태를 설명하기 위한 평면도이다.

그리고 이하에서 설명되는 해상 풍력발전 장치(100A) 내지 해상 풍력발전 장치(100F)는, 설명 및 이해의 편의를 위해 구분된 것이며, 이하에서 해상 풍력발전 장치(100)의 각각의 변형예로 설명되나 해상 풍력발전 장치(100)는 표상적으로 이루어질 수 있어 변형된 실시예를 모두 포함하는 실시예일 수 있다.

또한, 해상 풍력발전 장치(100)는, 해상 풍력발전 장치(100A) 내지 해상 풍력발전 장치(100F)중 어느 하나 이상이 조합되거나 공지된 기술이 조합되어 또 다른 변형예를 이룰 수 있어, 본 발명에 상충되지 않는 다면, 하나의 실시예에 다른 실시예의 변형된 구성이 조합될 수 있으므로, 개별의 실시예로 한정되지 않음을 언급하여 둔다.

도 1 내지 도 14를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 해상 풍력발전 장치(100)는, 컬럼부(110), 폰툰부(120), 풍력 발전기(130), 플레이트부(141) 및 계류부(150)를 포함할 수 있다.

컬럼부(110)는, 해상에 부유하는 3개 이상의 컬럼(110A, 110B, 110C)을 포함한다. 여기서, 복수 개의 컬럼(110A, 110B, 110C)은, 제1 컬럼(110A), 제2 컬럼(110B) 및 제3 컬럼(110C)을 포함할 수 있고, 풍력 발전기(130)를 지지하기 위한 부력을 제공하여, 풍력 발전기(130)를 해상에 부유시킬 수 있다.

복수 개의 컬럼(110A, 110B, 110C)은, 폰툰부(120)의 각 단부 측면(컬럼과 폰툰이 좌우 방향으로 나란히 배치)에서 폰툰부(120)에 대비하여 하부를 향해 연장되는 수직 구조로 마련될 수 있다.

일례로 제1 폰툰(120A)의 양측에 컬럼(110A, 110B)이 마련되도록, 제1 컬럼(110A)은 제1 폰툰(120A)의 일단에 마련될 수 있고, 제2 컬럼(110B)은 제1 폰툰(120A)의 타단에 마련될 수 있다. 더불어 제1 폰툰(120A)의 반대편에 마련되는 제2 폰툰(120B)의 단부가 해양에서 부유된 상태로 지지될 수 있도록 제3 컬럼(110C)이 제2 폰툰(120B)의 단부에 마련될 수 있다.

이러한 컬럼부(110)는, 폰툰부(120)의 각 단부 측면에서 하부를 향해 연장되는 구조를 이룸으로써, 복수 개의 컬럼(110A, 110B, 110C) 제조가 용이할 수 있다. 예를 들어 해상 풍력발전 장치(100)와 같은 대형 구조물은 한 번에 제작될 수 없어, 블록 단위 제조가 이루어진다.

이때 컬럼부(110)와 폰툰부(120)는, 개별의 블록 단위로 제조된 후 조립되므로, 단순하고 일정한 구조의 제조가 용이할 수 있으며, 컬럼부(110)의 상부를 덮는 형태로 폰툰부(120)가 마련되는 경우, 폭이 상이한 컬럼부(110)와 폰툰부(120)에 상하로 단차가 발생되지 않도록 서로 겹쳐지는 영역의 폭을 확장시키거나 감소시켜야 한다.

특히 폰툰부(120)의 폭을 컬럼부(110) 폭과 동일하게 형성시키도록 폭을 감소시키는 경우, 해상 풍력발전 장치(100)가 충분히 부유될 수 있도록 부력 설계를 이루는 것에 어려움이 발생될 수 있다.

이에 따라 본 실시예들은, 컬럼부(110)와 폰툰부(120)가 수평 방향으로 결합되는 구조를 이루도록 마련될 수 있다. 다만 이에 한정되지 않고 컬럼부(110)의 상부를 덮는 형태로 폰툰부(120)가 마련되는 변형예를 가질 수도 있다.

이러한 복수 개의 컬럼인 제1 컬럼(110A), 제2 컬럼(110B) 및 제3 컬럼(110C) 각각의 수평 절단면은, 꼭짓점이 곡선(112)(도 2 참조)을 이루는 다각형 구조를 이룰 수 있다. 여기서 다각형 구조는, 삼각형, 오각형, 육각형 등과 같이 폰툰부(120)와 결합되는 영역이 평면도 상에서 곡선이 아닌 직선(111) 형태로 만나는 구조이면서(원형 구조와 상이), 폰툰부(120)가 컬럼(110A, 110B, 110C)의 꼭짓점과 이격되는 영역에 마련되고, 본 실시예의 기술에 상충되지 않는다면 변형된 여려 다각형 구조가 가능하다.

바람직하게는, 도 2를 참조하면, 제1 컬럼(110A), 제2 컬럼(110B) 및 제3 컬럼(110C) 각각의 수평 절단면은, 꼭짓점이 곡선(112)을 이루는 사각형일 수 있어, 종래의 원통형 구조인 컬럼과 형상이 상이하게 이루어질 수 있다.

종래의 컬럼은 원통형 구조를 이루어, 원통형을 형성하기 위한 곡가공이 요구되므로 제조가 어려울 수 있다. 즉 해상 풍력발전 장치(100)는 대형 구조물로 이루어져 하나의 컬럼을 한 번에 제작할 수 없어, 소 단위의 구조물을 먼저 제조 후, 소 단위의 구조물을 상하로 연결하여 하나의 블록으로 제조하는 것이 일반적이다.

이때 컬럼이 원통형을 이루는 경우, 상하 일렬로 배치된 후 용접 등의 방법으로 연결 시, 컬럼 둘레 전체에 걸쳐 어느 일영역(또는 그 이상의 영역)에서 곡률 오차가 5mm 내지 10mm 범위를 넘을 경우 상하 부재가 맞닿지 않게 되어 용접이 불가능할 수 있어, 곡가공을 수정하는 등 작업이 증가할 수 있으므로 원통형 구조의 제조가 어렵다.

게다가, 컬럼의 내부에는 휨보강재(stiffener)가 구비되어야 하는데, 자동용접 장치(도시하지 않음)는 평면을 이동하며 용접을 이루기 때문에, 종래의 원통형 컬럼은 자동용접 장치로 휨보강재가 설치되기 어려워 수작업으로 휨보강재를 설치하여야 하므로, 작업 시간 등이 증가하는 어려움이 있다.

반면 본 실시예의 복수 개의 컬럼(110A, 110B, 110C)은, 사각형의 구조물로 이루어져, 소 단위의 구조물에서 상하 평판을 맞추어 용접을 이루면 되고, 꼭짓점에 해당되는 일부 구간(112)에서만 곡가공을 이루면 되므로, 종래 대비 제조가 용이하다.

아울러 복수 개의 컬럼(110A, 110B, 110C)은, 다각형 구조, 예를 들어 4각형 구조를 이루도록 4개의 평판 구조(111)가 조합되어 이루어진 것이다. 따라서 평면을 이동하며 용접을 이루는 자동용접 장치를 통해 휨보강재(113)가 컬럼에 설치될 수 있어 수작업을 줄일 수 있다.

그리고 꼭짓점이 곡선(112)을 이루어, 컬럼부(110)의 면과 면이 만나는 모서리에 수선면이 맞닿아도 각진 구조에 대비하여 곡선에서 해수의 이동이 부드럽게 작용되므로, 컬럼부(110)의 파손이 감소될 수 있다.

이러한 컬럼(110A, 110B, 110C) 중 제1 컬럼(110A)은, 서로 직접 연결된 제1 면(110AA)과 제2 면(110AB)을 포함할 수 있고, 제2 컬럼(110B)은 서로 직접 연결된 제3 면(110BA)과 제4 면(110BB)을 포함할 수 있다.

물론 제1 컬럼(110A)은, 좌우 둘레면으로 4개의 평판면을 구비할 수 있으므로, 제1 면(110AA)과 제2 면(110AB)이외에 2개의 면이 더 포함될 수 있다. 더불어 제2 컬럼(110B)은, 제3 면(110BA)과 제4 면(110BB)이외에 2개의 면이 더 포함될 수 있고, 오각형, 육각형과 같이 면이 더 증가될 수도 있다.

특히 제1 면(110AA)과 제3 면(110BA)은, 후술되는 제1 폰툰(120A)의 연결면(121)의 반대측에 배치된 설치면(122)과 서로 평행할 수 있다. 더불어 제1 컬럼(110A)과 제2 컬럼(110B)은 서로 대칭되는 구조를 이룰 수 있어, 제1 면(110AA)과 제3 면(110BA)은 동일 선상에 마련될 수 있다.

따라서 제1 컬럼(110A)과 제2 컬럼(110B)은, 후술하겠으나 간략하게는, 복수 개의 해상 풍력발전 장치(100)가 하나의 유닛으로 일체로 이동될 수 있도록 함으로써, 다수의 해상 풍력발전 장치(100)를 설치 시, 예인선(S)을 이용하여 하나씩 예인할 필요가 없어, 예인이 효율적으로 수행될 수 있다.

그 뿐만 아니라 제1 컬럼(110A)과 제2 컬럼(110B)은, 사각형 구조이면서 후술되는 제1 폰툰(120A)의 설치면(122)과 수평하게 이루어져, 안벽에 계류되거나 이웃한 다른 해상 풍력발전 장치(100)와 계류 시(도 13 및 도 14 참조), 제1 컬럼(110A)과 제2 컬럼(110B)의 평행한 면에 팬더(P)가 면 형태로 접촉되어 넓은 면적으로 접촉될 수 있다. 따라서 종래의 원형 컬럼의 곡면에 팬더(P)가 선 접촉하게 되어 안정성 증가를 위해 더 큰 계류력이 형성되도록 해야하는 문제점을 개선시킬 수 있다.

더불어 본 실시예의 컬럼부(110)는, 종래와 달리 형상 및 배치 등이 상이하게 이루어질 수 있으나, 해상 풍력발전 장치(100)의 부유는 간략하게는 컬럼부(110)에 마련되는 밸러스트 탱크와 밸러스트 조절 장치를 통해 부유가 이루어지도록 할 수 있으며, 이는 공지된 기술이 적용될 수 있어 공지기술에 갈음하여 부유 작동 메카니즘은 생략하도록 한다.

폰툰부(120)는, 복수 개의 컬럼(110A, 110B, 110C)을 연결하는 구성으로서, 컬럼부(110)를 연결하되 컬럼부(110)의 측면에서 하부가 아닌 상부에 마련되어 탑 폰툰(top pontoon)구조를 이루어, 복수 개의 컬럼(110A, 110B, 110C) 간에 접근 또한 가능하게 할 수 있다. 그리고 폰툰부(120)는, 제1 폰툰(120A)과 제2 폰툰(120B)을 포함하여 T자 형상을 이룰 수 있다.

본 발명에서 T자 형상은, 수평 방향으로 누운 박스형 구조(또는 프레임/플랫폼 구조일 수도 있음)를 이루는 제1 폰툰(120A)과 제2 폰툰(120B)의 조합으로 이루어진 형상을 표상(表象)적으로 기술한 것으로, T자 형상은 2개의 박스형 구조인 제1 폰툰(120A)과 제2 폰툰(120B)이 서로 조합된 구조가 박스형 구조의 변형된 형태에 따라 다양한 변형예를 이룰 수 있다.

즉 T자 형상은, T자의 상부에 위치된 '─'와 그 하부의 중심에 위치된 '│'의 조합 및 이의 변형된 형상을 모두 포함할 수 있으며, 변형된 형상은 후술하겠으나, 간략하게는 '─' 및/또는 '│'의 형상에서 측면 등의 어느 일부에 확장/돌출된 구조(예를 들어 확장부재(120AA))가 마련되는 것임을 언급하여 둔다.

더불어 '─' 와 '│'는, T자와 도 2의 '├'와 같이 회전된 방향에 따라 T자의 형상이 '├'의 형상을 이룰 수 있으므로, T자의 '─'가 '├'의'│'일 수 있으므로, 변경된 방향에 따른 형상의 변경이 본 발명에 제한되지 않음을 언급하여 둔다.

간략하게는 폰툰부(120)는 해수면과 나란하게 누운 박스형 구조의 제1 폰툰(120A)과, 제1 폰툰(120A)으로부터 해수면과 나란한 방향으로 연장되는 제2 폰툰(120B)으로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 후술되는 실시예의 변형예 또한 가능하다.

먼저 제1 폰툰(120A)은, 풍력 발전기(130)가 메인으로 설치되는 구성이다. 실시예의 변형예에 따라 풍력 발전기(130)가 제1 폰툰(120A) 및 제2 폰툰(120B)에 모두 받쳐진 형태로 마련될 수으나, 제2 폰툰(120B)에 하중은 분산되되 제2 폰툰(120B)에는 직접 받쳐지지 않도록 제1 폰툰(120A) 상에만 배치되는 형태로 마련될 수도 있는 바와 같이 다양한 변형예가 가능하다.

이때 제1 폰툰(120A)은, 제1 컬럼(110A)의 제2 면(110AB)과 제2 컬럼(110B)의 제4 면(110BB)에 연결될 수 있어, 제1 폰툰(120A)의 양단에 제1 컬럼(110A)과 제2 컬럼(110B)이 마련되는 구조를 이룰 수 있다. 그리고 T자 구조에서 T자의 상부에 위치된 '─'의 형태를 가지는 구조로 이루어질 수 있다(도 2 참조시, '├' 형상에서 좌측에 마련된 '│'를 지칭, 해상 풍력발전 장치(100)의 선미를 이룰 수 있음).

이러한 제1 폰툰(120A)은, 연결면(121)에 제2 폰툰(120B)이 마련되고, 설치면(122)이 노출되는 구조를 가질 수 있으므로, 이웃한 해상 풍력발전 장치(100)와 계류가 가능할 수 있다.

더불어 앞서 언급된 바와 같이, 제1 폰툰(120A)의 연결면(121)의 반대측에 배치된 설치면(122)과, 제1 면(110AA)과 제3 면(110BA)은 서로 평행할 수 있으며, 풍력 발전기(130)가 제1 폰툰(120A)의 길이 방향을 따라 수평한 상태로 균형을 이룰 수 있으므로, 복수 개의 해상 풍력발전 장치(100)가 서로 계류되어 한 번에 복수 개의 해상 풍력발전 장치(100)를 예인할 수 있다.

제2 폰툰(120B)은, 제1 폰툰(120A)에서 연장되어 풍력 발전기(130)의 하중이 분산되는 구성으로서, 제1 폰툰(120A)의 측면에서 중심에 위치되어, T자의 하부에 위치된 '│'의 형태를 가지는 구조로 이루어질 수 있다(도 2 참조시, '├' 형상에서 우측에 마련된 '─'를 지칭, 해상 풍력발전 장치(100)에서 선수를 이룰 수 있음).

즉 제2 폰툰(120B)은, 제1 폰툰(120A)의 연결면(121)으로부터 일방향으로 연장되어, 풍력 발전기(130)가 마련되는 제1 폰툰(120A)의 피칭(Pitching) 현상을 최소화할 수 있으며, 제2 폰툰(120B)의 단부에 마련되는 제3 컬럼(110C)을 통해 부유력이 부가될 수 있다.

또한, 제2 폰툰(120B)은, 제1 폰툰(120A)에 대비하여 길게 형성될 수 있고, 제1 폰툰(120A)과 직각을 이룰 수 있다. 이는 풍력 발전기(130)가 설치될 때, 안벽에 마련되는 크레인(도시하지 않음)의 한계 거리 등으로 인해 안벽에서 설치되는 풍력 발전기(130)의 설치가 용이하지 않는 문제를 해결하도록, 풍력 발전기(130)가 선미 측인 제1 폰툰(120A)의 설치면(122)에 가깝도록 마련되기 위함이다.

따라서, 풍력 발전기(130)가 제1 폰툰(120A)과 제2 폰툰(120B) 상에 모두 걸쳐질 수도 있으나, 안벽에서의 크레인 작업이 용이하도록(생산성을 향상될 수 있도록), 제2 폰툰(120B)으로부터 이격되어 선미 측에 가깝게 마련될 수 있게 풍력 발전기(130)는 제1 폰툰(120A) 상에 마련되고, 이에 대비하여 무게 중심이 이동될 수 있도록 제2 폰툰(120B)이 제1 폰툰(120A)에 대비하여 길게 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않고 다양한 변형예가 가능하다.

그리고 길이의 비율은, 예를 들어 제1 폰툰(120A)의 길이를 A로 정의하고, 제2 폰툰(120B)의 길이를 B로 정의한다면, B/A = 0.8 내지 1.2를 이룰 수 있으나, 이에 한정되지 않음은 앞서 언급된 바와 같다.

게다가 본 실시예의 제2 폰툰(120B)이, 제1 폰툰(120A)의 연결면(121)에서 중심부에 마련되어 풍력 발전기(130)의 하중을 분산시킬 수 있으므로, 제1 폰툰(120A)의 구조 안정성을 가능하게 할 수 있다.

아울러, 제2 폰툰(120B)이 제1 폰툰(120A)의 연결면(121)에서 중심부에 마련되므로, 폰툰부(120)의 무게 중심이 제1 폰툰(120A)의 중심부에 형성되도록 하면서도, 제1 폰툰(120A)의 설치면(122)이 노출되도록 할 수 있다.

이에 따라 앞서 언급된 바와 같이, 이웃한 해상 풍력발전 장치(100)와 계류가 가능하도록 하므로, 해상 풍력발전 장치(100)가 복수 개가 서로 연결될 수 있도록 하여, 다수의 해상 풍력발전 장치(100)를 설치 시 예인 시간 및 비용을 감축시킬 수 있다.

이러한 제1 폰툰(120A)과 제2 폰툰(120B) 각각은, 해수면과 평행한 형태로 누운 박스형 구조를 이룰 수 있는데, 제1 폰툰(120A)과 제2 폰툰(120B)은 동일한 폭을 가질 수도 있으나, 후술되는 변형예에 따라 제1 폰툰(120A)과 제2 폰툰(120B) 중 어느 하나의 폭이 다른 하나의 폭 보다 크게 이루어질 수 있다.

그리고 앞서 언급된 T자 형상은, 폰툰부(120)가 해수면 상에서 수평 방향으로 회전된 상태에 따라 평면도의 형태가 '├', '┤', '┬', '┴'와 같이 이루어 질 수 있다. 본 발명에서는 설명 및 이해의 편의를 위해 T자 형상으로 설명함을 언급하여 둔다.

예를 들어 폰툰부(120)는, 아래와 같은 실시예가 가능하나, 이에 한정되는 것은 아니며, 하나의 실시예와 다른 실시예가 조합되거나 공지된 기술이 조합되어 또 다른 실시예가 가능함은 물론이다.

도 7을 참조하면, 해상 풍력발전 장치(100A)의 제1 폰툰(120A)과 제2 폰툰(120B) 각각은, 일단으로부터 타단까지 폭이 동일하게 형성되어 2개의 일자 구조가 조합된 형태를 가질 수 있다. 이때 풍력 발전기(130)는, 제1 폰툰(120A)과 제2 폰툰(120B)의 교차점에 마련되되 제2 폰툰(120B) 측으로 편심되게 마련될 수 있어, 풍력 발전기(130)의 일부는 제1 폰툰(120A) 상에 위치되고 풍력 발전기(130)의 나머지 일부는 제2 폰툰(120B) 상에 위치될 수 있다.

그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 도 8에 예시되는 바와 같은 해상 풍력발전 장치(100B)의 풍력 발전기(130)의 위치가 조합되어, 풍력 발전기(130)가 제2 폰툰(120B)으로부터 이격되어 제1 폰툰(120A) 상에만 위치될 수도 있다.

도 8을 참조하면, 해상 풍력발전 장치(100B)는, 제2 폰툰(120B)이 일단으로부터 타단까지 폭이 동일하게 형성되는 것이 도 7에 개시되는 해상 풍력발전 장치(100A)의 제2 폰툰(120B)과 동일할 수 있다.

한편 제2 폰툰(120B)은, 제1 폰툰(120A)의 피칭 발생을 저지하면서도 제1 폰툰(120A)과 함께 하중을 받도록 이루어지나, 제2 폰툰(120B) 상에 풍력 발전기(130)가 직접 받쳐지지 않는 본 실시예는, 도 7에 개시되는 해상 풍력발전 장치(100A)의 제2 폰툰(120B)에 대비하여 폭이 작게 형성될 수 있다. 이때 해상 풍력발전 장치(100B)의 제2 폰툰(120B)은 길이가 더 연장되어 피칭 현상을 최소화하는 비율로 적용될 수 있다.

더불어 본 발명에서 T자 형상은, 앞서 언급된 바와 같이, 제1 폰툰(120A)과 제2 폰툰(120B)의 조합으로 이루어진 형상을 표상적으로 기술한 것이므로, 제1 폰툰(120A)과 제2 폰툰(120B) 각각은 변형된 일자로 이루어질 수 있다.

예를 들어, 도 8에 개시되는 해상 풍력발전 장치(100B)의 제1 폰툰(120A)과 같이, 제1 폰툰(120A)의 설치면(122)이 변형되어 제1 폰툰(120A)에 확장부재(120AA)가 마련될 수 있다.

이때 확장부재(120AA)의 돌출 길이는 제1 폰툰(120A) 보다 돌출되지 않도록 형성될 수 있으나, 제1 폰툰(120A)과 제2 폰툰(120B)에 팬더(P)가 설치 가능하다면, 확장부재(120AA)의 돌출 길이가 제1 폰툰(120A) 보다 돌출되게 마련될 수도 있다.

이러한 확장부재(120AA)는, 제2 폰툰(120B)이 제1 폰툰(120A)과의 연결지점이 확장되어 풍력 발전기(130)가 마련되는 영역을 보강하도록, 풍력 발전기(130)가 마련되는 제1 폰툰(120A)의 중심부에서 확장되는 구조를 이룰 수 있다.

예를 들어 확장부재(120AA)는, 제1 폰툰(120A) 자체가 확장되어 확장부재(120AA)와 제1 폰툰(120A)이 일체로 이루어지는 구조로 이루어질 수 있다. 따라서 제1 폰툰(120A)의 설치면(122) 중 중심부 측면(도 8을 참조시 좌측면)이 돌출되는 구조를 이룰 수 있다.

다른 예로 확장부재(120AA)는, 제1 폰툰(120A)의 일자 박스형 구조에서 제1 폰툰(120A)의 설치면(122) 상부에 별도의 강판이 덧붙여진 형태로 확장되는 구조를 이룰 수도 있다. 또는 확장부재(120AA)는, 강판 구조로 이루어지되, 덧붙여진 구조가 아닌 제1 폰툰(120A)의 상면이 둘레면의 외측으로 확장된 구조로 이루어져 제1 폰툰(120A)의 상면이 확장부재(120AA)를 이룰 수도 있다.

여기서 확장부재(120AA)가 강판 구조로 마련되는 경우, 후술되는 보강부(142, 142A)와 같은 보강 구조물(도시하지 않음)이 제1 폰툰(120A)의 둘레면과 확장부재(120AA)의 하부를 연결하여 확장부재(120AA)의 하부에서 풍력 발전기(130)의 하중이 분산될 수도 있는 바와 같이, 다양한 변형예가 가능하다.

한편, 도 9를 참조하면 확장부재(120AA)는, 해상 풍력발전 장치(100C)의 제1 폰툰(120A)에서 제1 폰툰(120A)의 연결면(121)에서 확장되는 구조로 이루어질 수 있다. 이때 확장부재(120AA)는, 앞서 언급된 바와 같이 제1 폰툰(120A)의 중심부가 확장되는 구조로 이루어져 제1 폰툰(120A)과 확장부재(120AA)가 일체화된 구조를 이룰 수 있고, 제1 폰툰(120A)의 상면이 확장되거나 강판이 덧붙여진 구조를 이루는 것이 동일/유사할 수 있다.

또 다른 예로, 도 10을 참조하면 해상 풍력발전 장치(100D)의 제1 폰툰(120A)에서 제1 폰툰(120A)의 설치면(122) 및 연결면(121) 각각에 확장 구조가 마련될 수 있어, 확장부재(120AA)는 풍력 발전기(130) 둘레에 대응되어 확장되는 구조를 이룰 수도 있는 바와 같이, 다양한 변형예가 가능하다.

이러한 확장부재(120AA)의 직경/거리는, 제1 폰툰(120A)에서 제2 폰툰(120B)의 연결지점이 확장되는 거리를 포함할 수 있고, 타워(131)의 직경보다 짧게 이루어질 수 있다.

이러한 T자 형상의 변형예 이외에도 다양한 변형예가 가능하며, 예를 들어 T자 형상의 단부가 변형되거나, T자 형상이 다른 형상으로 변형될 수도 있다.

도 11을 참조하면, 해상 풍력발전 장치(100E)의 폰툰부(120)는, 앞서 언급된 해상 풍력발전 장치(100, 100A 내지 100D)의 제1 폰툰(120A)의 구조가 동일/유사하게 형성될 수 있고, 제2 폰툰(120B)의 구조가 유사하게 형성될 수 있다.

즉, 폰툰부(120)의 T자 형상의 단부가 변형되는 구조를 이루어, 제2 폰툰(120B)의 단부가 절곡되거나 휘어지는 구조를 이룰 수 있다. 예를 들어, 해상 풍력발전 장치(100E)의 폰툰부(120)는, 제3 폰툰(120C)을 더 포함할 수 있다.

본 실시예의 제3 폰툰(120C)은, 제2 폰툰(120B)의 길이 변형을 위해 마련될 수 있으며, 예를 들어 제2 폰툰(120B)의 길이가 축소되는 것에 대비하여 제3 폰툰(120C)의 길이가 형성될 수 있어, 도 7 내지 도 10의 해상 풍력발전 장치(100A 내지 100D) 각각의 제2 폰툰(120B)의 짧아진 길이만큼 해상 풍력발전 장치(100E)의 제3 폰툰(120C)의 길이가 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 제3 폰툰(120C)은, 도 11을 참조 시, 제1 폰툰(120A)과 평행한 구조를 이루는 것을 예시하였다. 이때 제3 폰툰(120C)은, 제1 폰툰(120A)이 이웃한 다른 해상 풍력발전 장치(100)와 계류되는 것과 동일/유사하게 또 다른 해상 풍력발전 장치(100)와 계류될 수 있다(도 14 참조).

따라서 해상 풍력발전 장치(100)는, 도 11에 개시되는 폰툰부(120)의 구조를 이용하여, 도 14를 참조하는 바와 같이, 해상 풍력발전 장치(100)가 좌우 일렬로 첫번째 해상 풍력발전 장치(100)의 제3 폰툰(120C)과 두번째 해상 풍력발전 장치(100)의 제3 폰툰(120C)이 계류되고, 두번째 해상 풍력발전 장치(100)의 제1 폰툰(120A)과 세번째 해상 풍력발전 장치(100)의 제1 폰툰(120A)이 연결되고, 세번째 해상 풍력발전 장치(100)의 제3 폰툰(120C)과 네번째 해상 풍력발전 장치(100)의 제3 폰툰(120C)이 연결되는 구조가 반복적으로 수행되어, 2개 이상의 해상 풍력발전 장치(100)가 서로 연결되어 예인될 수도 있다.

한편, 제1 폰툰(120A)이 이웃한 다른 해상 풍력발전 장치(100)와 계류되는 것과 달리(도 13 참조), 제3 폰툰(120C)은 다른 해상 풍력발전 장치(100)와 대향하여 계류될 필요가 없는 경우, 제2 폰툰(120B)을 기준으로 V자 형태로 꺾이는 구조로 제3 폰툰(120C)이 형성될 수도 있는 바와 같이 다양한 변형예가 가능하다.

이러한 제3 폰툰(120C)은, 제2 폰툰(120B)의 단부에서 제1 폰툰(120A)과 나란한 방향으로 연장되되, 제1 폰툰(120A)의 길이에 대비하여 길이가 짧게 이루어질 수 있다. 더불어 제3 폰툰(120C)의 폭은, 제2 폰툰(120B)의 폭과 동일하게 형성될 수 있고, 이와 달리 제2 폰툰(120B)의 폭에 대비하여 폭이 커지거나 작아질 수 있다.

즉 폰툰부(120)의 변형예에 있어서, 제2 폰툰(120B)의 단부에 제3 폰툰(120C)이 부가되는 경우, 제3 폰툰(120C)이 생략되는 제2 폰툰(120B)과 동일/유사한 피칭 발생 최소화 등의 물리적 특성이 발생되도록 할 수 있다.

이와 같은 제3 폰툰(120C)은, 설명 및 이해의 편의를 위해 제2 폰툰(120B)과 구분되어 명칭된 것으로서, 제2 폰툰(120B)과 제3 폰툰(120C)은 일체로 연결되어 하나의 구조물을 이룰 수 있다.

물론, 제1 폰툰(120A), 제2 폰툰(120B) 및 제3 폰툰(120C) 각각은, 개별의 블록으로 제조된 후 용접 등의 방법으로 일체화되어 하나의 폰툰부(120)를 이룰 수 있으며, 이러한 제조 방법은 공지된 기술이 적용될 수 있어, 구체적인 설명은 생략하도록 한다.

더불어 폰툰부(120)는, 앞서 설명되는 컬럼부(110)의 휨보강재(113)가 설치될 수 있고, 본 실시예에 상충되지 않는다면 공지된 폰툰 구조가 조합되어 이루어질 수도 있다.

게다가, 폰툰부(120)의 각 폰툰(제1 폰툰(120A), 제2 폰툰(120B) 및 제3 폰툰(120C))은, 박스형 구조(플랫폼 등도 가능)로 이루어질 수 있는데, 도 1에 개시되는 바와 같은 사각 박스 형 이외에도 본 실시예에 상충되지 않는 다면 다양한 변형예가 가능하고, 컬럼부(110)가 해수면에서 해수에 의한 파손을 감소시키도록 꼭짓점이 곡선으로 이루어지는 것과 달리, 복수 개의 폰툰(120A, 120B, 120C)은 수평절단면에서 꼭짓점이 형성되도록 이루어질 수도 있다.

그 뿐만 아니라, 도면에 도시하지는 않았으나, 폰툰부(120)는 T자 형상의 또 다른 변형예를 이루는 '

' 로 이루어질 수도 있다. 이때 제1 폰툰(120A)은 앞서 언급된 실시예들과 동일/유사할 수 있고, 제2 폰툰(120B)는 풍력 발전기(130)에 근접되게 마련되고, 도 2에 개시되는 제2 폰툰(120B) 하나가 2개로 분리되어 설치되는 구조로 이루어질 수 있는 바와 같이 다양한 변형예가 가능하다.

이와 같이 본 발명에서 T자 형상은, 수평 방향으로 누운 박스형/플랫폼 등의 구조를 이루는 제1 폰툰(120A)과 제2 폰툰(120B)의 조합으로 이루어진 형상을 표상(表象)적으로 기술한 것으로, T자 형상은 2개의 박스형/플랫폼 등의 구조인 제1 폰툰(120A)과 제2 폰툰(120B)이 서로 조합된 구조가 박스형/플랫폼 등의 구조의 변형된 형태에 따라 다양한 변형예를 이룰 수 있다.

풍력 발전기(130)는, 타워(131) 및 블레이드(132)를 포함하고, 제1 폰툰(120A) 상에 마련될 수 있는데 제1 폰툰(120A)과 제2 폰툰(120B)의 교차점에 마련될 수 있고, 앞서 언급된 바와 같이 실시예에 따라 제1 폰툰(120A) 뿐만 아니라 제2 폰툰(120B)상에도 걸쳐진 구조로 마련될 수 있다.

특히 본 발명의 실시예들에 따른 풍력 발전기(130)는, 종래에 하나의 컬럼 상에 마련되는 것과 달리, 폰툰부(120) 상에 구비되는 것이 차이가 있다. 예를 들어 종래에 3개의 컬럼 중 하나의 컬럼 상에 풍력 발전기가 마련되고, 2개의 컬럼은 풍력 발전기와 이격된 위치에 마련되어, 3개의 컬럼은 타워가 마련되는 컬럼 대비 나머지 2개의 컬럼의 하중/내부 구조물 등이 상이하게 이루어져 밸러스트 조절이 상이하게 이루어져야 하므로, 제어가 복잡해질 수 있다.

반면 본 실시예의 풍력 발전기(130)는, 앞서 언급된 바와 같이 제1 폰툰(120A)과 제2 폰툰(120B)의 교차점에 구비되므로, 폰툰부(120)의 중심부에 마련될 수 있어, 제1 컬럼(110A), 제2 컬럼(110B), 제3 컬럼(110C)의 밸러스트 조절이 동일하게 조절될 수 있으므로, 제어가 단순해질 수 있다.

그리고 타워(131)는, 폰툰부(120)에 마련되며, 내부에는 케이블(데이터, 전원 등을 전송할 수 있고, 전력의 이동을 위한 전선 등을 포함할 수 있음) 등이 설치될 수 있고, 타워(131) 상부에 나셀(nacelle)(부호 도시하지 않음)이 마련될 수 있다. 여기서 나셀은, 풍력 발전을 위한 모터 등 각종 장치를 수용하기 위한 공간이 마련될 수 있다.

블레이드(132)는, 타워(131)에 설치되어 바람에 따라 회전될 수 있으며, 타워(131)에서 나셀의 일측(예를 들어 바람이 부는 방향과 마주하는 방향)에 마련될 수 있다. 더불어 본 실시예의 블레이드(132)는, 선박에 마련되는 추력용 프로펠러와 달리 날개의 폭이 좁고 긴 형태를 이루어 바람에 의한 회전이 용이하게 형성되도록 이루어질 수 있다.

이러한 풍력 발전기(130)는, 공지된 풍력 발전기의 기술이 적용될 수 있으므로, 풍력 발전기(130)의 구성 및 이에 대한 메카니즘에 대한 구체적인 설명은 생략하도록 한다.

플레이트부(141)는, 컬럼부(110)의 히브 등의 고유 주기를 유지하도록 마련될 수 있으며, 컬럼부(110)의 하부에 마련될 수 있고, 컬럼부(110)의 하단면에 대비하여 면적이 확장되는 구조를 가질 수 있다.

예를 들어 플레이트부(141)는, 컬럼부(110)의 하부에서 이격된 중심부에 마련될 수도 있으나, 해수면에서 멀어질 수록 플레이트부(141)의 상하 운동을 최소화시키는 효과가 증가될 수 있으므로, 컬럼부(110)의 하단면에 마련되는 것이 바람직하다.

더불어 도 1, 도 4 내지 도 6을 참조하면 플레이트부(141)가 컬럼(110A, 110B, 110C)의 사각형에 대응되어 사각형 판 구조를 이루는 경우, 복수개의 컬럼(110A, 110B, 110C) 하단면에서 각각의 컬럼(110A, 110B, 110C) 일측 모서리에 플레이트부(141)의 일측 모서리가 인접하게 마련되고, 컬럼(110A, 110B, 110C)의 나머지 3개의 모서리로부터는 플레이트부(141)의 3개의 모서리가 이격되는 구조를 이룰 수 있다.

이는 플레이트부(141)가 히브 등의 고유 주기를 유지하도록 컬럼(110A, 110B, 110C)에 대비하여 확장된 면적을 이루면서도, 컬럼(110A, 110B, 110C)과 플레이트부(141)의 단면적 차이에 의한 파손을 최소화하도록 어느 일면의 모서리는 컬럼(110A, 110B, 110C)의 모서리에 맞닿거나 근접되는 형태로 마련되는 것이다.

더불어 도 1을 참조하면, 컬럼부(110)의 외측으로 확장되는 구조가 복수 개의 컬럼부(110)가 선미와 선수가 서로 대향하는 측으로 확장될 수 있다.

즉 플레이트부(141)는, 선수 측인 제3 컬럼(110C)에 구비 시, 해상 풍력발전 장치(100)의 외측인 선수의 외부에서 선수 측으로 유동되는 해수 등으로부터의 파손이 최소화되도록, 제3 컬럼(110C)의 선수 측 모서리와 플레이트부(141)의 모서리가 맞닿거나 근접되는 형태를 이룰 수 있다.

더불어, 선미 측인 제1 컬럼(110A) 및 제2 컬럼(110B)에 플레이트부(141)가구비 시, 해상 풍력발전 장치(100)의 외측인 선미의 외부에서 선미 측으로 유동되는 해수 등으로부터의 파손이 최소화되도록, 제1 컬럼(110A) 및 제2 컬럼(110B)의 선미 측 모서리와 플레이트부(141)의 모서리가 맞닿거나 근접되는 형태를 이룰 수 있다.

이러한 플레이트부(141)의 배치에 의해, 플레이트부(141)는 해류 등에 의한 파손이 최소화될 수 있음은 물론, 해상 풍력발전 장치(100)의 외측 방향으로 노출되어 설치되는 무어링 장치(도 1 참조, M)(mooring)와의 간섭 또한 최소화할 수 있다. 따라서 무어링 장치(M)의 무어링 라인의 설치가, 바람직하게는 제1 컬럼(110A) 및 제2 컬럼(110B)의 선미 측 모서리와 플레이트부(141)의 모서리가 맞닿거나 근접되는 위치에 배치되는 것이 바람직하다.

게다가 플레이트부(141)는, 구조적 보강이 이루어질 수 있는데, 이는 보강부(142, 142A)에 의해 형성될 수 있다.

도 4를 참조하면 보강부(142)는, 플레이트부(141)와 컬럼부(110)를 연결할 수 있고, 복수 개의 보강 구조가 컬럼(110A, 110B, 110C)의 3면의 둘레를 따라 일정한 간격으로 마련될 수 있다. 이때 보강부(142)의 형상은 삼각형 판 구조로 이루어질 수 있어, 하나의 모서리는 컬럼(110A, 110B, 110C)에 연결되고 다른 하나의 모서리는 플레이트부(141)에 연결되고, 나머지 모서리는 외부로 노출될 수 있다. 또한 삼각형 판 구조는 변형된 구조를 가질 수도 있어 노출된 모서리는 직선 구조가 아닌 곡선 구조를 이룰 수도 있는 바와 같이 다양한 변형예가 가능하다.

다른 예로 도 5를 참조하면 보강부(142A)는, 도 4에 개시되는 보강부(142)와 유사하게 플레이트부(141)와 컬럼부(110)를 연결할 수 있다. 다만 용접 등의 작업 공수를 줄이고, 자동용접 시 이동 및 위치 변경이 최소화되도록 하여 작업의 편리성을 향상시킬 수 있게, 하나의 구조물(예를 들어 직사각형의 평판)이 플레이트부(141)와 컬럼부(110) 사이를 연결하면서도 양측이 폐쇄되는 구조로 이루어질 수 있다.

또 다른 예로 도 6을 참조하면 보강부(142B)는, 도 4에 개시되는 보강부(142)의 형상과 동일/유사한 형상을 이루되, 컬럼부(110)의 3면에 마련되지 않고, 하나의 면에 마련될 수 있다. 이때 보강부(142B)는, 줄어든 보강부(142B)의 수에 대응하여 사이즈가 크게 형성될 수 있다.

더불어 도면에 도시하지는 않았으나 플레이트부(141)는, 거더 등의 보강구조가 마련될 수도 있다. 예를 들어 플레이트부(141)의 상면(또는 하면)에는, 세로 방향의 바(T 또는 I 형상의 바일 수 있음)와 가로 방향의 바가 서로 직교되는 형태로 마련될 수 있다.

계류부(150)는, 도 13 및 도 14를 참조하면, 다른 구조물(이웃한 해상 풍력발전 장치(100))의 제1 폰툰(120A)과 계류되도록, 제1 폰툰(120A)의 상면이나 설치면(122)에 서로 이격되게 하나 이상 마련될 수 있다(본 실시예에서는 각각의 해상 풍력발전 장치(100)에 한 쌍씩을 예시함)

일례로 계류부(150)는, 볼라드(bollard), 고리형 예인 브라켓(bracket) 등과 같이 밧줄, 체인 등이 설치되어 계류를 이루는 구성일 수 있다.

계류부(150)는, 공지된 볼라드 등과 유사한 구조를 이룰 수 있으나, 공지기술은 안벽 등과 같이 건조 등의 단계에서 단순히 해상 풍력발전 장치(100)를 계류시키는 것에 한정되나, 본 실시예는 이웃한 해상 풍력발전 장치(100)와 계류되기 위해 마련되는 것에 차이가 있다.

본 실시예의 계류부(150)는, 앞서 언급된 컬럼부(110)와 폰툰부(120)의 개선된 구조에 따라, 복수 개의 해상 풍력발전 장치(100)가 서로 대향된 상태로 근접하더라도 풍력 발전기(130) 등에 의한 간섭이 발생되지 않는다.

게다가 하나의 해상 풍력발전 장치(100)의 컬럼부(110)와 폰툰부(120)가 이웃하여 대향되는 다른 해상 풍력발전 장치(100)의 컬럼부(110)와 폰툰부(120)와 평행하게 마주할 수 있으므로, 예를 들어 2기의 해상 풍력발전 장치(100) 각각에 마련되는 계류부(150)가 서로 체결되어 하나의 유닛을 형성할 수 있다.

따라서 복수 개의 해상 풍력발전 장치(100)가 하나의 유닛으로 일체로 이동될 수 있으므로, 다수의 해상 풍력발전 장치(100)를 설치 시, 하나씩 예인할 필요없이, 도 13을 참조하는 바와 같이 2기를 한 번에 예인시킬 수 있어, 일반적으로 해상 풍력발전 장치(100)를 수십기에서 수백대 설치되는 것을 고려하고, 심해까지 이동되는 것을 고려한다면 예인 시간 및 비용을 절반으로 감축시킴으로써, 경쟁력을 확보할 수 있다.

더욱이 앞서 언급된 바와 같이, 도 14를 참조하면, 4기 이상의 해상 풍력발전 장치(100)를 하나의 유닛으로 계류시킨 후 예인 작업이 수행될 수도 있으므로, 계류되는 해상 풍력발전 장치(100)의 수의 증가에 대비하여 비용 감축이 가능할 수 있다.

따라서 종래의 해상 풍력발전 장치의 풍력 발전기가 3개의 컬럼에 의해 부유되면서, 3개의 컬럼 중 어느 하나에 마련되어 나머지 2개의 컬럼과 비대칭을 이루어 안정성 확보가 어렵고, 3개의 컬럼 각각에서 개별로 밸러스트 조절을 이루어야 하므로 밸러스트 제어가 어려우며, 3개의 컬럼 중 어느 하나의 밸러스트 장치가 고장나는 경우 이에 대한 제어는 더욱 어렵게 되는 문제가 발생하나, 본 발명의 실시예들은 이를 개선할 수 있다.

즉 본 실시예의 풍력 발전기(130)는 어느 하나의 컬럼 상에 마련되지 않고 폰툰부(120)(폰툰부(120)의 무게 중심에 마련될 수 있으나 이에 한정되지 않음)에 마련될 수 있어 하중의 비대칭이 해결될 수 있다. 게다가 T자 형상 중 제1 폰툰(120A)과 제2 폰툰(120B)으로 하중이 분산되는 구조를 이루어 구조적 안정성을 이룰 수 있다.

더욱이 3개의 컬럼 중 어느 하나에 풍력 발전기(130)가 마련되지 않아 3개의 컬럼에 마련되는 밸러스트 장치가 종래에 대비하여 균일하게 조절될 수 있는 바와 같이 종래 대비 밸러스트 제어가 용이하다.

그 뿐만 아니라 종래 해상 풍력발전 장치는 복수 개를 한 번에 예인하기 어려우나, 본 실시예는 예인 시 복수 개의 해상 풍력발전 장치가 한 번에 인양될 수 있어 경제성이 확보될 수 있다.

게다가, 본 실시예의 해상 풍력발전 장치(100)는, 제1 폰툰(120A)에 대비하여 제2 폰툰(120B)의 길이가 길게 형성되어, 선미 측인 제1 폰툰(120A) 상에 풍력 발전기(130)가 편심되게 마련될 수 있어, 안벽과 가까운 선미 측에서의 크레인 작업이 용이하므로, 생산성이 개선될 수 있다.

또한, 종래의 해상 풍력발전 장치의 풍력 발전기가 3개의 컬럼에 의해 부유되는 것은, 네 개 이상의 컬럼 및 풍력 발전기를 지지하도록 설계되는 경우의 문제점을 개선시키기 위함이다.

즉 네 개 이상의 컬럼으로 이루어지는 대형 구조물은, 3개의 컬럼에 대비하여 더 큰 배수량 및 더 큰 플랫폼 무게로 이어지는 콘크리트, 보강구조 등을 이루어야 하므로, 구조물이 해류에 더 민감할 수 있고, 비용과 계류 시스템의 복잡도가 증가되는 문제가 발생할 수 있다.

이를 해결하기 위해, 종래의 해상 풍력발전 장치가 3개의 컬럼에 의해 부유되는 기술을 연구하고 있는 것이므로, 본 실시예는 4개 이상의 컬럼에 대비하여 배수량을 줄일 수 있으면서 플랫폼을 줄일 수 있으므로, 네 개 이상의 컬럼 구조물에서 발생되는 문제점인 비용 등의 증가를 방지하면서도, 앞서 언급된 바와 같이 3개의 컬럼에 의해 지지되는 구조물의 하중 비대칭 등의 문제점을 모두 개선시킬 수 있다.

이상과 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

100: 해상 풍력발전 장치 110: 컬럼부
120: 폰툰부 121: 연결면
122: 설치면 130: 풍력 발전기
141: 플레이트부 150: 계류부

Claims (10)

1. 해상에 부유하는 3개 이상의 컬럼을 포함하는 컬럼부;
   상기 컬럼부를 연결하는 폰툰부; 및
   상기 폰툰부에 마련되는 타워와, 상기 타워에 설치되어 바람에 따라 회전하는 블레이드를 구비하는 풍력 발전기를 포함하고,
   상기 폰툰부는, 적어도 일부가 T자 형상을 이루며,
   상기 폰툰부는 제1 폰툰과, 상기 제1 폰툰으로부터 해수면과 나란한 방향으로 연장되고 상기 제1 폰툰에 대비하여 길게 형성되며 상기 제1 폰툰과 직각을 이루는 제2 폰툰과, 상기 제2 폰툰의 단부에서 절곡되거나 휘어지는 구조를 이루어 상기 제2 폰툰의 단부에서 상기 제1 폰툰과 나란한 방향으로 연장되되, 상기 제1 폰툰의 길이에 대비하여 길이가 짧게 이루어지는 제3 폰툰을 포함하고,
   상기 풍력 발전기는 상기 제1 폰툰과 상기 제2 폰툰의 교차점에 마련되고 상기 제2 폰툰으로부터 이격되어 상기 제1 폰툰 상에 마련되는, 해상 풍력발전 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   복수 개의 상기 컬럼은, 상기 제1 폰툰의 일단에 마련되는 제1 컬럼과, 상기 제1 폰툰의 타단에 마련되는 제2 컬럼과, 상기 제2 폰툰의 단부에 마련되는 제3 컬럼을 포함하는, 해상 풍력발전 장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 컬럼의 수평 절단면은, 꼭짓점이 곡선을 이루는 다각형 구조를 이루고,
   상기 폰툰부는, 상기 꼭짓점과 이격되는 영역에 마련되는, 해상 풍력발전 장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 컬럼부의 하부에 마련되며, 상기 컬럼부의 하단면에 대비하여 면적이 확장되는 플레이트부; 및
   상기 플레이트부와 상기 컬럼부를 연결하는 보강부를 더 포함하는, 해상 풍력발전 장치.
8. 해상에 부유하는 3개 이상의 컬럼을 포함하는 컬럼부;
   상기 컬럼부를 연결하는 폰툰부; 및
   상기 폰툰부에 마련되는 타워와, 상기 타워에 설치되어 바람에 따라 회전하는 블레이드를 구비하는 풍력 발전기를 포함하고,
   상기 컬럼부는 제1 컬럼과 제2 컬럼을 포함하고,
   상기 제1 컬럼은 서로 직접 연결된 제1 면과 제2 면을 포함하고,
   상기 제2 컬럼은 서로 직접 연결된 제3 면과 제4 면을 포함하고,
   상기 폰툰부는 상기 제2 면과 상기 제4 면에 연결되는 제1 폰툰과, 상기 제1 폰툰의 연결면으로부터 일방향으로 연장된 제2 폰툰을 포함하고,
   상기 제1 폰툰의 연결면의 반대측에 배치된 설치면과, 상기 제1 면과 상기 제3 면은 서로 평행하고,
   다른 구조물의 이웃한 상기 제1 폰툰과 계류되도록, 상기 제1 폰툰의 상면이나 상기 설치면에 서로 이격되게 하나 이상 마련되는 계류부를 더 포함하는, 해상 풍력발전 장치.
9. 삭제
10. 제8항에 있어서,
    상기 제2 폰툰은, 상기 제1 폰툰의 중심부에서 연장되되, 상기 제1 폰툰과 직각을 이루는, 해상 풍력발전 장치.

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