KR102505393B1 - 싱글 포인트 무어링 풍력 터빈 - Google Patents

싱글 포인트 무어링 풍력 터빈 Download PDF

Info

Publication number
KR102505393B1
KR102505393B1 KR1020217001538A KR20217001538A KR102505393B1 KR 102505393 B1 KR102505393 B1 KR 102505393B1 KR 1020217001538 A KR1020217001538 A KR 1020217001538A KR 20217001538 A KR20217001538 A KR 20217001538A KR 102505393 B1 KR102505393 B1 KR 102505393B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
rotor
wind turbine
single point
turbine
point mooring
Prior art date
Application number
KR1020217001538A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20210020147A (ko
Inventor
손케 지그프리트젠
Original Assignee
에어로딘 컨설팅 싱가포르 피티이 엘티디
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 에어로딘 컨설팅 싱가포르 피티이 엘티디 filed Critical 에어로딘 컨설팅 싱가포르 피티이 엘티디
Publication of KR20210020147A publication Critical patent/KR20210020147A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102505393B1 publication Critical patent/KR102505393B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D13/00—Assembly, mounting or commissioning of wind motors; Arrangements specially adapted for transporting wind motor components
    • F03D13/20—Arrangements for mounting or supporting wind motors; Masts or towers for wind motors
    • F03D13/25—Arrangements for mounting or supporting wind motors; Masts or towers for wind motors specially adapted for offshore installation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D13/00—Assembly, mounting or commissioning of wind motors; Arrangements specially adapted for transporting wind motor components
    • F03D13/30—Commissioning, e.g. inspection, testing or final adjustment before releasing for production
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2230/00—Manufacture
    • F05B2230/80—Repairing, retrofitting or upgrading methods
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/90—Mounting on supporting structures or systems
    • F05B2240/93—Mounting on supporting structures or systems on a structure floating on a liquid surface
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/90—Mounting on supporting structures or systems
    • F05B2240/95—Mounting on supporting structures or systems offshore
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/727—Offshore wind turbines

Abstract

본 발명은 타워(10)에 배치된 로터(20)를 구비하는 싱글 포인트 무어링 풍력 터빈(100')에 관한 것으로서, 로터 토크에 의해 야기되는 풍력 터빈(100')의 좌우요에 대응하는 구조인 것을 특징으로 한다.

Description

싱글 포인트 무어링 풍력 터빈
본 발명은 타워에 배치되는 로터(rotor)를 가진 싱글 포인트 무어링 풍력 터빈(single point mooring wind turbine, 일점 계류식 풍력 터빈)에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 하나의 평면에 배치되는 둘 이상의 부력체(buoyance body)를 구비한 부유식 기초(floating foundation)를 가진 싱글 포인트 무어링 풍력 터빈에 관한 것이다.
싱글 포인트 무어링 풍력 터빈은 US 2011/0140451 A1, EP 1 269 018 A1, DE 10 2013 111 115 B3, EP 3 019 740 B1 및 DE 10 2016 118 079 B3에 의해 구체적으로 알려져 있다. 특히, 이들 설비는 부유식 기초를 공통적으로 가지는데, 이 부유식 기초는 단 하나의 싱글 포인트에 대하여 선회 가능하도록 설치되므로, 이 특별한 정박(anchorage) 형태에 의해, 풍향 추적을 위한 별개의 장치들이 에너지 변환 유닛(energy conversion unit)과 타워 헤드(tower head) 사이에서 제거될 수 있다. 더 정확히 말해, 리워드 러너(leeward runner)로 구성되는 이들 풍력 터빈의 풍향 추적은 부유식 싱글 포인트 무어링 풍력 터빈 자체가 바람에 맞춰서 조정되기 때문에, 풍향에 따라, 정박지 주변에 바람이 불면, 독립적으로 실시된다. 이른바 앵커 부표(anchor buoy)를 오가는 선박의 좌우요(swaying)와 유사하게, 바람에 의한 터빈의 자기 정렬(self-alignment)도 좌우요로 설명될 수 있다. 정박지 주변의 부유식 풍력 터빈의 좌우요는 거의 주로 풍향 변화에 기인하며, 풍력 터빈이 계류되는 수역의 유향(flow direction) 변화는 작은 역할만 한다. EP 3 019 740 B1에 따르면, 바람에 의한 자기 정렬 구조는 또한, 로터나 에너지 변환 유닛에서 발생하는 부하(load)가 굽힘 모멘트(bending moment)를 타워에서 발생시키는 일없이 기초 쪽으로 직접 그리고 거기서부터 정박지 쪽으로 직접 도입되도록 하고, 이에 의해 부유식 풍력 터빈이 계류되어 있는 수역의 바닥 쪽으로 도입되도록 한다.
이러한 터빈들의 근본적인 이점은, 타워 헤드에 (액티브(active)) 풍향 추적 시스템을 구비한 다점 앵커식(multiple-anchored) 및 그 때문에 본질적으로 회전 불가능한 터빈에 비해, 싱글 포인트 무어링 풍력 터빈이 타워와 나셀(nacelle) 사이의 요(yaw) 시스템의 부재로 인해 상당히 낮은 헤드 중량으로 형성될 수 있다는 것이며 이는 로터를 가진 타워를 지지하는 부유식 기초의 건설 노고를 감소시킨다.
싱글 포인트 무어링 풍력 터빈의 연구 개발 중에, 본원 발명자는 이러한 풍력 터빈이, 작동 중에, 로터의 토크(torque)로 인해 로터의 선회(rotation) 방향으로 비스듬히 기우는 경향이 있는 사실을 알게 되었다. 대형 해양(offshore) 터빈일 경우에, 이 경사각 α는 대략 2° 내지 7° 정도이다.
이어서, 싱글 포인트 무어링 풍력 터빈의 경사는, 싱글 포인트 무어링 풍력 터빈의 상면도(top view)에서, 싱글 포인트 무어링 풍력 터빈의 앵커 점(즉, 피벗(pivot) 점)과 일측으로 기울어진 터빈의 로터의 축심(axis) 사이의 가상선(intended line)이 풍향과 더 이상은 일치하지 않는 것을 의미한다. 그래서 토크가 앵커 점 주위로 형성되어 터빈 전체가 풍향 바깥으로 선회한다. 선회 방향이 풍향 쪽에서 봤을 때 시계 방향이면, 터빈이 오른쪽으로 우선 움직이고(기울어지고) 그 다음에 터빈 전체를 위에서 봤을 때 왼쪽으로 회전시킨다. 그 결과, 풍향으로부터의 로터 축심의 편차(deviation)는 거의 20°와 거의 40° 사이의 값에 이른다. 그래서 로터 토크가 야기한 풍향 편차에 의해, 최대 25-30%의 (허용할 수 없는) 에너지 손실이 예상될 수 있다.
본원의 목적을 위해, 앵커 점은 싱글 포인트 무어링 시스템의 피벗 점이다.
따라서, 부유식 싱글 포인트 무어링 풍력 터빈의 좌우요는, 가동 중에, 터빈의 가동을 유지하기 위해 풍향의 변화로 야기된 부분 및 수류의 변화로 야기된 사소한 부분뿐만 아니라, 로터 토크로 인해서 터빈의 효율에 부정적인 영향을 미치는 부분도 포함하고 있다. 달리 말해, 부유식 싱글 포인트 무어링 풍력 터빈의 좌우요는 바람, 수류 및 로터의 회전으로 인해 터빈에 작용하는 힘과 모멘트의 결과이다.
이러한 배경에 대해서는 도면을 사용하여 아래에서 더 상세히 설명된다.
도 1 (a)는 선행 기술에 따른 특히 바람직한 부유식 풍력 터빈(100)의 풍향 쪽에서 바라본 개략적인 정면도를 나타내고, 동일한 터빈(100)이 도 1 (b)에 상면도로 다시 나타나 있다. 터빈(100)은 싱글 포인트 무어링 풍력 터빈(100)으로 형성되어 있으며, 터빈(100)의 앵커 점 또는 피벗 점(200)이, DE 10 2016 118 079 B3에 의해 알려진 바와 같이, 부유식 풍력 터빈(100)의 부유식 기초의 기다란 암(arm)의 자유단(free end)에 위치되어 있다. 또한, 풍력 터빈(100)을 수역의 바닥에 고정하는(anchoring) 앵커 라인(210) 및 풍력 터빈을 전력망(electrical grid)에 접속하는 해저 케이블(submarine cable)(220)이 나타나 있다.
도시된 예에서, 풍력 터빈(100)은 작동 중이 아니며, 도 1에 도시된 바와 같이, 풍력 터빈(100)의 타워가 앵커 점(200)과 풍향에 정확히 정렬되도록 부유식 기초가 본질적으로 수평으로 정렬되는 그러한 방식으로 조정되어(trim) 있다(화살표 참조).
그러나 싱글 포인트 무어링 풍력 터빈(100)이 작동 중에 토크가 발생하면, 터빈(100)이 로터의 선회 방향으로 각도 α만큼 기울어져, 풍향(및 유향)이 변하지 않아도, 바람을 벗어나서 선회 방향과는 반대 방향으로 터빈(100)의 피벗 점(200), 즉 터빈(100)의 정박지 주위로 움직이는 것이 관찰될 수 있다. 일반적인 추정과 달리, 싱글 포인트 무어링 풍력 터빈(100)은 풍향이 도 1에서 변하지 않을 때, 로터 토크에 의해 야기되는 좌우요로 인해, 도 2에 도시된 위치를 실제로 차지한다. 로터 토크에 의해 야기되는 풍력 터빈의 이러한 좌우요가 에너지 손실을 초래하는 것은 분명하다.
이러한 토크 요 커플링(torque yaw coupling) 현상은 디자인 결과로서 전적으로 부유식 풍력 터빈에서 "싱글 포인트 무어링" 정박으로 발생하며, 바람직하게는 기초 위나 기초 내의 회전 접속부(rotary connection)를 통해서, 원상 복원력(resilient restoring force) 없이 또한 물 감쇠(water damping)만으로, 터빈 전체가 수역에서 선회할 수 있다.
따라서 본 발명의 목적은 특히 효율적인 싱글 포인트 무어링 풍력 터빈을 제안하는 것에 있다.
이 목적은 청구항 1의 특징을 가진 싱글 포인트 무어링 풍력 터빈에 의해 달성된다. 이 과제는 또한, 앵커 점에 고정되어 앵커 점 주위로 자유롭게 선회 가능한 청구항 2의 특징을 가진 싱글 포인트 무어링 풍력 터빈을 작동시키는 방법에 의해 해결된다. 종속항들은 각각 본 발명의 유리한 실시예들을 나타낸다.
본 발명의 기본 개념은, 싱글 포인트 무어링 풍력 터빈의 조립에 의해, 로터 토크에 의해 야기되는 앵커 점 주위로의 풍력 터빈의 좌우요에 대응하기 위한 구조적 조치 또는 어떤 추가 장치를 제공하는 것이 취해지는 그러한 방식으로 터빈을 디자인하는 것이다.
본 발명에 따르면, 한편으로 이것은 싱글 포인트 무어링 풍력 터빈이나 그것의 부품들이 회전하고 있는 로터에 의해 야기되는 토크 없이, 즉 터빈의 작동 중지로 시초(outset)부터 제1 위치(first position)를 차지한다는 사실에 의해 구조적으로 달성될 수 있고, 이는 터빈이 작동하는 동안 제2 위치를 차지하게 하는 로터 토크를 초래하는데, 앵커 점/피벗 점과 로터, 특히 로터 축심은 풍향과 일직선으로 놓이고 또 터빈의 상면도에서 로터 추력(rotor thrust)과 일치한다. 그렇지 않으면 작동 중에, 로터 토크에 의해 야기되는 터빈의 경사가 작동 중지에 의해 구조적으로 초래되는 터빈의 경사로 보상되기 때문에, 앵커 점 주위로 풍향에서 벗어나는 싱글 포인트 무어링 풍력 터빈의 좌우요가 회피되거나 대폭 줄어들 수 있다.
이 방식으로, 로터의 공칭 토크와 관련하여, 바람직하게는 터빈의 타워가 설정된 경사각만큼 로터의 선회 방향과 반대 방향으로 전방을 향해 경사지는 것이 제공될 수 있는데, 앵커 점과 로터, 특히 로터 축심이 로터에 의해 야기되는 토크가 생긴 때에만 터빈의 상면도에서 풍향과 일직선으로 놓이는 그러한 방식으로 타워가 설치된다.
따라서, 특히, 터빈은, 터빈의 비작동 상태에서 로터의 선회 방향과 반대 방향으로의 타워의 경사각이, 작동 상태에서 로터의 선회 방향으로 로터에 의해 야기되는 (공칭) 토크가 가해질 때의 터빈의 경사각과 동일하도록 구성되어야 한다. 이 디자인은 로터에 의해 야기되는 토크의, 앵커 점 주위의 터빈 위치에 관한 영향을 보상함으로써, 전력 손실을 방지한다.
다른 디자인에 따르면, 로터의 양측에 배치되는 적어도 2개의 부력체를 가진 싱글 포인트 무어링 풍력 터빈에서, 로터의 선회 방향으로 배치되는 부력체보다 로터의 선회 방향 반대쪽에 배치되는 부력부재에 바람직하게는 더 무거운 중량을 부여하는 것도 가능하다. 다른 한편으로, 바람직하게는 로터의 선회 방향 반대쪽으로 배치되는 부력체보다 로터의 선회 방향으로 배치되는 부력부재에 더 큰 부력을 생기게 하는 것이 고려될 수 있다. 동일한 소기의 효과는 2개의 조치(procedure)를 결합함으로써 달성될 수도 있다.
이들 일반적인 구조적 조치에 대한 대안(또는 추가)으로서, 본 발명에 따르면, 싱글 포인트 무어링 풍력 터빈은 로터의 토크에 직접적으로 또 기능적으로 대응하는 장치를 가지도록 되어 있다. 특히, 상기 장치는, 로터 토크에 의해 야기되는 좌우요에 대응하는 추력을 발생시켜서 터빈 전체를 앵커 점 주위로 로터 토크에 의해 야기되는 좌우요에 대항하여 회전시키는 드라이브(drive)를 가지거나, 그처럼 구성되어 있다. 예컨대, 선박의 엔진 및/또는 기동 추진기(maneuvering thruster)가 드라이브로 사용될 수 있다.
본 발명에 따르면, 타워에 배치되는 로터를 가진 싱글 포인트 무어링 풍력 터빈은 로터 토크에 의해 야기되는 풍력 터빈의 좌우요에 대응하는 디자인으로 제안된다.
본 발명의 바람직한 구성에 따르면, 특히 로터 토크에 의해 야기되는 풍력 터빈의 좌우요에 대응하는 장치가 제공된다.
본 발명에 따라 구성되거나 설치되는 풍력 터빈이, 바람직하게는 하나의 평면에 배치되는 적어도 2개의 부력체를 가진 부유식 기초를 구비한다.
바람직한 제1 구성(design)에 따르면, 타워는 로터 토크에 의해 야기되는 풍력 터빈의 좌우요를 보상하기 위해 로터의 선회 방향 반대쪽으로 경사져 있다.
특히 바람직하게는, 타워가 기초 쪽으로 경사져 있다.
가장 바람직하게는, 수평에 대한 타워의 경사각 β가 약 2°≤β≤7°이다.
바람직한 제2 실시예에 따르면, 터빈은 로터의 선회 방향에 대해 반대측에 로터의 공칭 토크를 적어도 부분적으로 보상하는 추가 중량물을 가진다.
동일한 결과가 바람직한 다른 구성에 의해 달성될 수도 있는데, 이 구성에서 로터의 선회 방향으로 배치되는 부력체는 선회 방향에 대해 반대쪽에 배치되는 부력체보다 더 큰 부력을 가진다.
본 발명은 EP 3 019 740 B1에 따라 구성되는 풍력 터빈에 특히 적합한데, 여기서는 적어도 3개의 부력체가 하나의 평면에 배치된 부유식 기초가 제공되며, 타워 베이스(tower base)는 부력체들 중 하나에 인접하여 배치되고, 로터는 다른 2개의 부력체 사이에 배치되며, 그 중에 로터로부터 선회 방향으로 배치되는 부력체의 거리는 로터로부터 선회 방향 반대쪽에 배치되는 부력체의 거리보다 크다. 그 대신에, 선회 방향 반대쪽에서의 로터에 대한 부력체의 거리가 선회 방향에서의 로터에 대한 부력체의 대응 거리보다 작아도 된다.
마지막으로, 상기 장치가 좌우요(swaying)를 적어도 부분적으로 보상하는 드라이브, 특히 선박의 엔진 또는 기동 추진기를 구비하는 풍력 터빈이 제안된다.
본 발명에 따른 터빈의 구성은 로터 토크에 대응하는 싱글 디자인 특징을 가질 뿐 아니라, 싱글 터빈에서의 (부분) 조합으로 앞서 언급한 실시예들을 조합해도 된다.
타워에 배치된 로터와 함께, 그것을 고정하도록 앵커 점에 고정되어 자유롭게 선회 가능한 싱글 포인트 무어링 풍력 터빈의 설치 및 초기 작동을 위해, 본 발명에 따르면, 싱글 포인트 무어링 풍력 터빈의 상면도에서, 싱글 포인트 무어링 풍력 터빈의 작동 상태에서 앵커 점과 로터 축심 사이의 가상선이 풍향과 일치하는 그러한 방식으로, (특히 로터의 공칭 토크와 관련하여) 작동 시에 로터에 의해 발생되는 토크를 보상하도록 터빈을 비작동 상태에서 조정하는 것이 제안된다.
풍향은 싱글 포인트 무어링 풍력 터빈의 면적 및/또는 시간 측면에서 해당 지역의 평균 풍향(local mean wind direction)으로 정의되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 조정(trimming)은 싱글 포인트 무어링 풍력 터빈 내에 제공되거나 풍력 터빈에 제공되는 밸러스트 수 탱크(ballast water tank)들을 밸러스트 수로 채우거나 및/또는 비우는 것에 의해 수행되는 것이 바람직하다. 그 대신에 또는 부가적으로, 터빈의 조정은 중량물을 장착하거나 및/또는 제거하는 것에 의해 수행될 수도 있다.
도 1 (a)는 토크가 없는(torque-free) 상태에서의 부유식 풍력 터빈의 풍향 쪽에서의 개략적인 정면도를 나타내고, (b)는 토크가 없는 상태에서의 부유식 풍력 터빈의 상면도를 나타낸다.
도 2 (a)는 로터 토크가 있는 작동 상태에서의 도 1의 부유식 풍력 터빈의 풍향에서의 개략적인 정면도를 나타내고, (b)는 로터 토크가 있는 작동 상태에서의 도 1의 부유식 풍력 터빈의 개략적인 상면도를 나타낸다.
도 3 (a)는 본 발명에 따른 실시예로 토크가 없는 상태에서 제1 실시예에 따른 부유식 풍력 터빈의 풍향에서의 개략적인 정면도를 나타내며, (b)는 이 부유식 풍력 터빈의 개략적인 상면도를 나타낸다.
도 4 (a)는 로터 토크가 있는 작동 상태에서의 도 3의 부유식 풍력 터빈의 개략적인 정면도를 나타내며, (b)는 본 발명에 따른 실시예로 로터 토크가 있는 작동 상태에서의 이 부유식 풍력 터빈의 개략적인 상면도를 나타낸다.
도 5는 타워가 기초에 대해 비스듬히 오프셋(offset) 된 특히 바람직하게 구성된 제2 실시예에 따라 제작된 구조를 나타낸다.
도 6은 부유체들(floats)이 대칭축에 대해 상이한 거리로 배치된 제3 실시예에 따른 부유식 풍력 터빈의 구조를 나타낸다.
도 7은 부유체들이 대칭축에 대해 상이한 수선 면적(waterline area)으로 배치된 제4 실시예에 따른 부유식 풍력 터빈의 구조를 나타낸다.
도 8은 필수 오정렬(required misalignment)이 추가 중량물을 장착하는 것에 의해 발생된 제1 실시예에 따른 부유식 풍력 터빈의 구조를 나타낸다.
첨부된 도면에 나타난 특히 바람직하게 구성된 실시예에 의해, 본 발명이 더 상세히 설명된다.
도 3 (a)는 제1 실시예에 따라 토크가 없는 상태(torque-free condition)에서 풍향으로 정렬된 부유식 싱글 포인트 무어링 풍력 터빈의 개략적인 정면도를 나타내며, 도 3 (b)는 부유식 싱글 포인트 무어링 풍력 터빈의 개략적인 상면도를 나타낸다.
도 3에 도시된 싱글 포인트 무어링 풍력 터빈(100')은 구조 면에서 잘 알려진 부유식 풍력 터빈에 사용되는 것과 본질적으로 동일하다. 싱글 포인트 무어링 풍력 터빈(100')은 타워(tower)(10)에 배치되는 로터(rotor)(20)를 갖고, 타워(10)는 기초(foundation)(30)에 배치되며, 기초는 3개의 부력체(buoyance body)(40a, 40b, 40c)를 가진다. 기초(30)는 Y자 형상이며, 각각의 부력체(40a, 40b, 40c)가 Y자 형상의 기초 구조물의 하나의 암(arm)의 각각의 자유단(free end)에 위치되어 있다. 부력체(40c)를 지지하는 기다란 암은 싱글 포인트 무어링 풍력 터빈(100')의 대칭축을 형성하며, 타워(10)가 대칭축에 배치되고 리워드(leeward, 바람이 불어가는 쪽으로)로 경사져 있다.
그러나 본 발명에 따라, 싱글 포인트 무어링 풍력 터빈(100')이 늦어도 그것을 앵커 점(200)에 연결한 후, 그렇지만 어떤 경우라도 작동하기 전에 타워(10)가 로터(20)의 선회 방향에 대해 설정된 경사각 β만큼 경사져서, 싱글 포인트 무어링 풍력 터빈(100')이 약 5°까지 기울어지는 그러한 방식으로 조정되는 것은 알려져 있지 않고 제공되어 있지도 않다.
도 3 (b)가 명확히 나타내는 바와 같이 싱글 포인트 무어링 풍력 터빈(100')의 상면도에서, 로터 축심은 명확하게 기초(30)의 기다란 암에 의해 형성되는 터빈의 대칭축 바깥쪽에 있다.
그러나 싱글 포인트 무어링 풍력 터빈(100')이 가동되면, 터빈은 로터(20)에 의해 발생되는 토크 때문에 미리 정해진 경사각만큼 자세가 고쳐져서, 도 4 (a) 및 도 4 (b)가 명확하게 나타내는 바와 같이 싱글 포인트 무어링 풍력 터빈(100')의 상면도에서, 앵커 점(200)과 로터 축심 사이의 가상선이 싱글 포인트 무어링 풍력 터빈(100')의 작동 상태에서 풍향과 일치한다.
터빈의 경사는 비작동(inoperative) 상태에서 로터(20)의 공칭 토크(nominal torque)에 대응하는 설정 경사각 β로 다른 방식으로 야기될 수 있다.
한편, 도 8에 도시된 바와 같이, 대칭축에 대해 로터의 선회 방향과는 반대쪽의 싱글 포인트 무어링 풍력 터빈(100')의 일부분, 특히 기초(30)나 부력체(40a)는, 선회 방향의 싱글 포인트 무어링 풍력 터빈(100')의 일부분보다 더 무거운 중량물로 형성될 수 있다. 특히, 도 8은 작동하는 동안, 피벗 점 로터가 될 축심에서 측정된 필수 오정렬이 로터의 선회 방향과는 반대쪽의 풍력 터빈의 일측에 추가 중량물을 장착하는 것에 의해, 예를 들면 부력체(40a)를 지지하는 암의 자유단에, 특히 부력체(40a)의 아래에 배치되는 추가 중량물(50)을 제공하는 것에 의해 발생될 수 있는 것을 나타낸다.
마지막으로, 도 8은 제1 실시예에 따른 부유식 풍력 터빈(100')의 구조를 나타내는데, 앞서 언급한 바와 같이, 작동하는 동안, 의도한 피벗 점 로터의 축심에서 측정되는 필수 오정렬이 로터의 선회 방향과는 반대쪽의 풍력 터빈의 일측에 추가 중량물을 장착하는 것에 의해 발생된다.
다른 한편으로, 터빈(100')의 비작동 상태에서 채택되는 경사각은 또한, 기초(30) 및/또는 부력체(40a, 40b)의 밸러스트 수(ballast water)의 분포에 의해 터빈(100')을 조정함(trimming)으로써 달성될 수 있다.
다른 해결책이 도 5에 나타나 있는데, 도 5에서 싱글 포인트 무어링 풍력 터빈(100')의 타워(10)는 잘 알려진 Y자 형상의 기초(30)를 향해 로터(20)의 선회 방향과는 반대쪽의 부력체(40a) 방향으로 시초(outset)부터 경사져 있다. 따라서 타워(10)는 기초(30)에 대해 설정된 양만큼 경사지는데, 이 양은 터빈(100')이 작동하는 동안 로터(20)가 가하는 토크로 인해 전체적으로 기우는 각도 α에 해당한다.
도 6은 앵커 점 배치형 부력체(40a, 40b)의 가상 축심에 대한 거리가 상이한 제3 실시예에 따른 부유식 풍력 터빈(100')의 구조를 나타낸다.
더 자세히 살펴보면, 타워(10)가 풍향으로 경사져 있는 축심으로부터 풍향에서의 우측 부력체(40b)의 거리는 풍향에서의 좌측 부력체(40a)의 거리보다 큰 것을 알 수 있다. 또한 부력체(40a, 40b)는 동일하게 형성된다. 로터(20)의 선회 방향으로 배치되는 부력체와 상술한 축심 사이의 유효 거리가 더 크기 때문에, 로터 토크에 대응하도록 디자인된 레버가 구비되는데, 그렇지 않으면 터빈(100)을 기울게 하기 때문이다.
도 7은 부력체(40a, 40b, 40c)가 풍력 터빈의 대칭축에 대해 상이한 수선 (waterline) 면적으로 배치된 제4 실시예에 따른 부유식 풍력 터빈(100')의 구조를 나타낸다.
여기서, 도시된 바와 같이 로터 선회 방향으로 배치된 부유체(40b')는 로터 선회 방향 반대쪽에 배치된 부유체(40a')보다 더 큰 부력을 발생시키는 그러한 방식으로 형성되어 있는 것을 알 수 있다. 둘 중 후자의 부유체(40a')가 터빈(100')의 피벗 점에 배치된 부유체(40c)와 동일한 부력을 발생시킬 수 있거나 또는 로터 선회 방향으로 배치된 부유체(40b')가 터빈(100')의 피벗 점에 배치된 부유체(40c)와 동일한 부력을 발생시킬 수 있는데, 로터의 선회 방향과 반대 방향에 배치된 부유체(40a')의 부력만 감소된다.
가장 중요한 점은 터빈(100')이 작동하는 동안 본질적으로 수평으로 정렬되고 피벗 점부터 로터까지의 가상선이 풍향과 일치하는 그러한 방식으로 터빈(100')이 조정(trim)된다는 것이다.

Claims (12)

  1. 하나의 평면에 배치되는 적어도 2개의 부력체(buoyancy bodies)(40a, 40b, 40c)를 가진 부유식 기초(floating foundation)(30)와 타워(10)에 배치되는 로터(rotor)(20)를 가진 싱글 포인트 무어링 풍력 터빈(single point mooring wind turbine)(100')에 있어서,
    각각의 경우에 로터 토크(rotor torque)에 의해 야기되는 풍력 터빈(100')의 앵커 점에서의 좌우요(swaying-at-anchor)를 상쇄(counteract)하는 장치로서,
    - 타워(10)가 기초(30)에 대해 로터(20)의 선회 방향과 반대로 경사지거나, 또는
    - 풍력 터빈(100')이 로터(20)의 선회 방향과 반대측에 로터의 공칭 토크(nominal torque)에 대해 적어도 부분적으로 보상하는 중량물(weight)(50)을 가지거나, 또는
    - 로터(20)의 선회 방향에 배치되는 부력체(40b)가 선회 방향과 반대로 배치되는 부력체(40a)보다도 큰 부력을 가지는 것에 의해, 혹은
    상기 장치가 로터 토크에 의해 야기되는 앵커 점에서의 좌우요를 상쇄하는 추력(thrust)을 발생시키는 드라이브(drive)를 포함하는 것에 의해,
    로터 토크에 의해 야기되는 풍력 터빈(100')의 앵커 점에서의 좌우요를 상쇄하는 구성(design)인 것을 특징으로 하는 싱글 포인트 무어링 풍력 터빈(100').
  2. 앵커 점(anchor point)(200)에 고정되어 앵커 점 주위로 자유롭게 선회할 수 있고, 타워(10)에 배치되는 로터(20)를 가진, 싱글 포인트 무어링 풍력 터빈(100')을 작동시키는 방법으로서,
    싱글 포인트 무어링 풍력 터빈(100')의 상면도에서, 싱글 포인트 무어링 풍력 터빈(100')의 작동 상태에서의 앵커 점(200)과 로터 축심(rotor axis) 사이의 가상선이 풍향(wind direction)과 일치하는 그러한 방식으로, 작동하는 동안에 로터(20)에 의해 발생되는 토크를 보상하도록 터빈(100')을 비작동 상태(inoperative state)에서 조정(trimming)하는 단계가 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    풍향은 싱글 포인트 무어링 풍력 터빈(100')의 면적 또는 시간 면에서 해당 지역의 평균 풍향(local mean wind direction)인 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 청구항 2 또는 3에 있어서,
    상기 조정(trimming)은 싱글 포인트 무어링 풍력 터빈(100') 내에 또는 풍력 터빈에 제공되는 밸러스트 수 탱크(ballast water tank)들을 밸러스트 수로 채우는 것에 의해 또는 비우는 것에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 청구항 2 또는 3에 있어서,
    상기 조정은 중량물(weight)들을 적용하거나 또는 제거하는 것에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
KR1020217001538A 2018-07-20 2019-05-29 싱글 포인트 무어링 풍력 터빈 KR102505393B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018117647.3 2018-07-20
DE102018117647.3A DE102018117647A1 (de) 2018-07-20 2018-07-20 Single-Point-Mooring-Windenergieanlage
PCT/IB2019/000458 WO2020016643A1 (de) 2018-07-20 2019-05-29 Single-point-mooring-windenergieanlage

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210020147A KR20210020147A (ko) 2021-02-23
KR102505393B1 true KR102505393B1 (ko) 2023-03-02

Family

ID=67989017

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020217001538A KR102505393B1 (ko) 2018-07-20 2019-05-29 싱글 포인트 무어링 풍력 터빈

Country Status (11)

Country Link
US (1) US11486362B2 (ko)
EP (1) EP3775539B1 (ko)
JP (1) JP7237384B2 (ko)
KR (1) KR102505393B1 (ko)
CN (1) CN112534134A (ko)
DE (1) DE102018117647A1 (ko)
DK (1) DK3775539T3 (ko)
ES (1) ES2939688T3 (ko)
PT (1) PT3775539T (ko)
TW (1) TWI769380B (ko)
WO (1) WO2020016643A1 (ko)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021121501A1 (en) * 2019-12-20 2021-06-24 Vestas Wind Systems A/S A method and a device for dampening movement in a multiple rotor wind turbine located at sea
CN113202698A (zh) * 2021-05-26 2021-08-03 海南浙江大学研究院 一种偏心型半潜式漂浮风机基础的实现方法
DE102021118329A1 (de) 2021-07-15 2023-01-19 Aerodyn Consulting Singapore Pte Ltd Single-Point-Mooring-Windenergieanlage mit zwei jeweils einen Rotor aufweisenden Windenergiewandlungseinheiten

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120093648A1 (en) 2009-03-23 2012-04-19 Pelagic Power As Floating, anchored installation for energy production
JP2015505006A (ja) * 2012-01-23 2015-02-16 エムエイチアイ ヴェスタス オフショア ウィンド エー／エス 浮体式風力タービンの協調制御
US20160245261A1 (en) 2013-10-08 2016-08-25 Linnhoff Offshore AG Floating wind power plant
JP2017515033A (ja) * 2014-04-14 2017-06-08 エンビジョン エナジー（デンマーク） アンパーツゼルスカブ 浮体式基礎及び位置調整制御システムを有する風力タービン並びにその位置調整制御方法

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2001242321A1 (en) * 2000-03-28 2001-10-08 Per Lauritsen Floating offshore wind power installation
WO2003076800A2 (en) * 2002-03-08 2003-09-18 Ocean Wind Energy Systems Offshore wind turbine
US7612462B2 (en) * 2007-10-08 2009-11-03 Viterna Larry A Floating wind turbine system
DK2271547T3 (da) * 2008-04-23 2014-04-07 Principle Power Inc Søjlestabiliseret offshore-platform med vandindfangningsplader og asymmetrisk fortøjningssystem til støtte for offshore-vindmøller
EP2143629B1 (en) * 2008-07-08 2013-04-24 Siemens Aktiengesellschaft Arrangement for stabilization of a floating foundation
GB2462602B (en) * 2008-08-11 2012-09-19 Statoilhydro Asa Method and apparatus for towing offshore wind turbines
US8169099B2 (en) * 2008-08-18 2012-05-01 Samuel Roznitsky Deep offshore floating wind turbine and method of deep offshore floating wind turbine assembly, transportation, installation and operation
ES2433590T3 (es) * 2008-12-18 2013-12-11 Single Buoy Moorings Inc. Turbinas eólicas marinas desmontables con sistema de amarre preinstalado
US8197208B2 (en) 2009-12-16 2012-06-12 Clear Path Energy, Llc Floating underwater support structure
JP5678391B2 (ja) * 2010-11-05 2015-03-04 独立行政法人海上技術安全研究所 浮体式洋上風力発電施設
ES2391332B1 (es) * 2010-12-29 2013-10-17 Acciona Windpower, S.A. Conjunto aerogenerador-plataforma flotante y método para la orientación de dicho conjunto.
WO2013084545A1 (ja) * 2011-12-05 2013-06-13 三菱重工業株式会社 浮体式風力発電装置および浮体式風力発電装置の係留方法
JP2014025434A (ja) * 2012-07-27 2014-02-06 National Maritime Research Institute 浮体式洋上風車の水平維持装置及び浮体式洋上風力発電施設
PT2992208T (pt) * 2013-05-20 2018-07-03 Principle Power Inc Sistema e método para o controlo de plataformas flutuantes de turbinas eólicas ao longo da costa
NO2776494T3 (ko) * 2014-07-01 2018-09-29
JP6510227B2 (ja) * 2014-12-17 2019-05-08 株式会社日立製作所 風力発電システム
CN105569928A (zh) * 2015-12-23 2016-05-11 天津大学 单点系泊式深海浮式风机
US11208987B2 (en) * 2016-03-15 2021-12-28 Stiesdal Offshore Technologies A/S Floating wind turbine and a method for the installation of such floating wind turbine
DE102016118079B3 (de) 2016-09-26 2017-09-28 Aerodyn Engineering Gmbh Mooring-Boje für eine schwimmende Windenergieanlage

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120093648A1 (en) 2009-03-23 2012-04-19 Pelagic Power As Floating, anchored installation for energy production
JP2015505006A (ja) * 2012-01-23 2015-02-16 エムエイチアイ ヴェスタス オフショア ウィンド エー／エス 浮体式風力タービンの協調制御
US20160245261A1 (en) 2013-10-08 2016-08-25 Linnhoff Offshore AG Floating wind power plant
JP2017515033A (ja) * 2014-04-14 2017-06-08 エンビジョン エナジー（デンマーク） アンパーツゼルスカブ 浮体式基礎及び位置調整制御システムを有する風力タービン並びにその位置調整制御方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR20210020147A (ko) 2021-02-23
CN112534134A (zh) 2021-03-19
TW202007859A (zh) 2020-02-16
EP3775539A1 (de) 2021-02-17
JP7237384B2 (ja) 2023-03-13
EP3775539B1 (de) 2022-12-07
JP2021531430A (ja) 2021-11-18
TWI769380B (zh) 2022-07-01
PT3775539T (pt) 2023-03-14
US20210156360A1 (en) 2021-05-27
DE102018117647A1 (de) 2020-01-23
DK3775539T3 (da) 2023-02-20
US11486362B2 (en) 2022-11-01
WO2020016643A1 (de) 2020-01-23
ES2939688T3 (es) 2023-04-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102505393B1 (ko) 싱글 포인트 무어링 풍력 터빈
DK3019740T3 (en) Liquid wind power plant with a liquid foundation and method for installing such a wind power plant
CN102099569B (zh) 扭矩平衡涡轮机停泊系统
US8197208B2 (en) Floating underwater support structure
EP3034388B1 (en) Wind power generation system
EP2727813B1 (en) Column-stabilized offshore platform with water-entrapment plates and asymmetric mooring system for support of offshore wind turbines
US7296971B2 (en) Wind power station
US8169099B2 (en) Deep offshore floating wind turbine and method of deep offshore floating wind turbine assembly, transportation, installation and operation
KR102552328B1 (ko) 복수의 전력 변환 장치를 가지는 부유식 풍력 발전 장치
US10982654B1 (en) Yawing buoy mast for floating offshore wind turbines
EP0995035A1 (en) Artificial wind turbine island
WO2009048830A1 (en) Floating wind turbine system
KR20140092215A (ko) 부동 파운데이션 부분 피치 풍력 터빈
GB2441821A (en) Self-aligning submerged buoyant tidal turbine
JP2004251139A (ja) 浮揚式水上風力発電システム
US20200355161A1 (en) Floating offshore wind power plant having a vertical rotor and modular wind farm comprising a plurality of such wind power plants
CN110985308A (zh) 海上基础结构及海上风机系统
JP7202551B1 (ja) 浮体式洋上風力発電機
JP2022540094A (ja) 洋上発電システム
TW201945640A (zh) 具有雙渦輪機的浮動式垂直軸風力渦輪機
KR101840705B1 (ko) 다중 수직축 조류발전장치 및 이를 이용한 복합발전시스템
CN117561198A (zh) 锚定系统以及使用所述锚定系统安装浮动平台的方法
NO20210865A1 (en) Off-shore wind turbine support system, off-shore wind farm and method for controlling such wind farm

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right