KR102519867B1 - 해상 풍력발전기 설치용 선박 장치 및 이를 이용한 해상 풍력발전기 설치 방법 - Google Patents

해상 풍력발전기 설치용 선박 장치 및 이를 이용한 해상 풍력발전기 설치 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 해상 풍력발전기 설치용 선박 장치 및 이를 이용한 해상 풍력발전기 설치 방법에 관한 것으로, 풍력발전기가 선적되고, 해상을 운항하며 풍력발전기를 운반하는 선체부와, 선체부에 설치되고, 선체부 상에서 풍력발전기를 지지하는 지지부와, 지지부에 착탈 가능하게 결합되어 풍력발전기를 지지부에 선택적으로 고정하는 고정부 및 풍력발전기에 설치되고, 선체부로부터 분리된 풍력발전기를 부력에 의해 해상에서 지지하는 부유부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

해상 풍력발전기 설치용 선박 장치 및 이를 이용한 해상 풍력발전기 설치 방법{VESSEL APPARATUS FOR OFFSHORE WIND POWER GENERATOR INSTALLATION AND OFFSHORE WIND POWER GENERATOR INSTALLATION METHOD USING THEREOF}
본 발명은 해상 풍력발전기 설치용 선박 장치 및 이를 이용한 해상 풍력발전기 설치 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 부유체를 활용한 해상 풍력발전기 설치용 선박 장치 및 이를 이용한 해상 풍력발전기 설치 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 풍력발전기는 바람을 이용하여 전기를 생산하는 발전 장치를 의미한다. 이러한 풍력발전기는 설치되는 장소에 따라 육상에 설치되는 육상 풍력발전기와, 해상에 설치되는 해상 풍력발전기로 분류될 수 있다.
기존의 해상 풍력발전기는 각 부품들이 선박에 적재된 상태로 설치 지점으로 운반되고, 설치전용선(WTIV:Wind Turbine Installation Vessel) 또는 재래식 장비와 같은 해상 장비를 사용하여 순서대로 조립하는 방식으로 설치되고 있다.
설치전용선은 고가의 장비이며, 국내에서 보유되고 있지 않아 해외의 장비를 임대해야 한다. 그러나 전세계에서 동시다발적으로 해상 풍력발전기의 설치공사가 진행됨에 따라 최소 2~3년전에 임대를 확정해야 하는데 각종 민원, 인허가 등으로 인해 설치전용선의 조기 임차확정이 매우 어려운 문제점이 있다.
또한, 재래식 장비는 최근 발전 용량의 증가에 따른 터빈의 고중량화 및 블레이드의 대형화로 인해 5.5MW급 이상의 해상 풍력발전기에 적용하고자 하는 경우, 장비의 개조 및 초대형크레인 도입 등이 요구되어 설치작업이 용이하지 않은 문제점이 있다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 특허등록공보 제10-1411472호(2014.06.18 등록, 발명의 명칭: 해상 풍력발전기 설치용 선박)에 개시되어 있다.
본 발명은 고가의 장비 없이도 해상 풍력 발전기의 설치가 가능하고, 기상조건에 의한 제약이 상대적으로 적은 해상 풍력발전기 설치용 선박 장치 및 이를 이용한 해상 풍력발전기 설치 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 과제를 해결하기 위해 본 발명에 따른 해상 풍력발전기 설치용 선박 장치는: 풍력발전기가 선적되고, 해상을 운항하며 상기 풍력발전기를 운반하는 선체부; 상기 선체부에 설치되고, 상기 선체부 상에서 상기 풍력발전기를 지지하는 지지부; 상기 지지부에 착탈 가능하게 결합되어 상기 풍력발전기를 상기 지지부에 선택적으로 고정하는 고정부; 및 상기 풍력발전기에 설치되고, 상기 선체부로부터 분리된 상기 풍력발전기를 부력에 의해 해상에서 지지하는 부유부;를 포함한다.
또한, 상기 풍력발전기는 상기 선체부 상에서 조립이 완료된 후 운반된다.
또한, 상기 선체부는 해수면 밑으로 하강 가능하게 구비된다.
또한, 상기 지지부는 상기 선체부에 복수개로 설치되어 복수개의 상기 풍력발전기를 개별적으로 지지한다.
또한, 상기 지지부는, 상기 선체부에 형성되는 격벽부의 사이에 배치되고, 내부에 상기 풍력발전기가 수용되는 수용부가 구비되는 지지프레임; 및 상기 지지프레임을 관통하여 형성되고, 상기 풍력발전기가 상기 수용부로 출입되는 것을 안내하는 안내부;를 포함한다.
또한, 상기 지지프레임은 트러스(truss)구조로 형성된다.
또한, 상기 지지프레임은 상방으로 향할수록 단면적이 좁아지게 형성된다.
또한, 상기 부유부는 내부에 주입되는 공기량에 따라 상기 풍력발전기에 가하는 부력의 크기가 조절된다.
또한, 본 발명에 따른 해상 풍력발전기 설치 방법은: 선체부에서 풍력발전기를 조립하는 단계; 상기 선체부를 운항하여 상기 풍력발전기를 설치 예정 구간으로 운반하는 단계; 상기 풍력발전기를 지지부로부터 분리하는 단계; 상기 풍력발전기가 해상에서 부유되도록 부유부에 공기를 주입하는 단계; 및 상기 풍력발전기를 상기 설치 예정 구간에 설치하는 단계;를 포함한다.
또한, 상기 풍력발전기를 상기 지지부로부터 분리하는 단계는, 상기 선체부를 해수면 밑으로 설정 깊이 하강시키는 단계; 및 고정부를 상기 지지부로부터 분리하여 상기 지지부에 대한 상기 풍력발전기의 고정을 해제하는 단계;를 포함한다.
또한, 상기 풍력발전기를 상기 설치 예정 구간에 설치하는 단계는, 상기 풍력발전기를 상기 설치 예정 구간에 기설치된 기초부의 상부에 위치시키는 단계; 상기 부유부의 공기 주입량을 조절하여 상기 풍력발전기를 하강시키는 단계; 및 상기 풍력발전기를 상기 기초부에 고정하는 단계;를 포함한다.
본 발명에 따른 해상 풍력발전기 설치용 선박 장치 및 이를 이용한 해상 풍력발전기 설치 방법은 풍력발전기가 선체부상에서 조립이 완료된 후 설치 예정 구간으로 운반됨에 따라 설치 과정에서 변화가 심하고 예측이 어려운 해상기상 조건에 의한 영향을 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 해상 풍력발전기 설치용 선박 장치 및 이를 이용한 해상 풍력발전기 설치 방법은 부유부의 부력에 의해 선체부로부터 분리된 풍력발전기를 해상에서 지지하고, 풍력발전기의 높이를 조절할 수 있음에 따라 고가의 설치 전용선 및 해상 크레인의 사용으로 인한 비용을 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력발전기 설치용 선박 장치의 설치 상태를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력발전기 설치용 선박 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 정면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력발전기 설치용 선박 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 측면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력발전기 설치용 선박 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 지지부의 구성을 개략적으로 나타내는 정면도이다.
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 지지부의 구성을 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력발전기 설치 방법의 순서를 개략적으로 나타내는 순서도이다
도 8 내지 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력발전기 설치 방법의 과정을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 S300단계의 순서를 개략적으로 나타내는 순서도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 S500단계의 순서를 개략적으로 나타내는 순서도이다.
이하에서는, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 해상 풍력발전기 설치용 선박 장치의 실시예를 설명하도록 한다.
이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
또한, 본 명세서에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(또는 접속)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결(또는 접속)"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결(또는 접속)"되어 있는 경우도 포함한다. 본 명세서에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함(또는 구비)"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 "포함(또는 구비)"할 수 있다는 것을 의미한다.
또한, 본 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 지칭할 수 있다. 동일한 참조 부호 또는 유사한 참조 부호들은 특정 도면에서 언급 또는 설명되지 않았더라도, 그 부호들은 다른 도면을 토대로 설명될 수 있다. 또한, 특정 도면에 참조 부호가 표시되지 않은 부분이 있더라도, 그 부분은 다른 도면들을 토대로 설명될 수 있다. 또한, 본 출원의 도면들에 포함된 세부 구성요소들의 개수, 형상, 크기 및 크기의 상대적인 차이 등은 이해의 편의를 위해 설정된 것으로서, 실시예들을 제한하지 않으며 다양한 형태로 구현될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력발전기 설치용 선박 장치의 설치 상태를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력발전기 설치용 선박 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 정면도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력발전기 설치용 선박 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 측면도이고, 도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력발전기 설치용 선박 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력발전기 설치용 선박 장치(1)는 선체부(100), 지지부(200), 고정부(300), 부유부(400)를 포함한다.
선체부(100)는 해상을 부유하도록 설치되고, 상부에 풍력발전기(10)가 선적되는 공간을 마련한다. 선체부(100)는 해상을 운항하며 선적된 풍력발전기(10)를 해상의 설치 예정 구간으로 운반한다. 이 경우, 선체부(100)는 자체적인 동력에 의해 해상을 운항할 수 있으며, 도 1에 도시된 바와 같이 터그 보트(tug boat) 등의 별도의 예인선(2)에 연결되어 해상을 운항하는 것도 가능하다. 선체부(100)의 상부 면적은 적어도 하나 이상의 풍력발전기(10)가 선적될 수 있는 크기를 갖도록 형성된다. 선체부(100)의 구체적인 형상은 도 1 내지 도 4에 도시된 형상에 한정되는 것은 아니고, 해상을 운항하며 풍력발전기(10)가 선적되는 다양한 종류의 선박의 형태로 설계 변경이 가능하다.
선체부(100)는 자체적으로 부력을 조절하며 해수면 밑으로 하강하거나 해수면 위로 상승 이동 가능하게 구비될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 선체부(100)는 내부의 밸러스트 탱크(ballast tank)에 해수를 채우거나 배출시키는 방식으로 부력을 조절하며 잠수 깊이를 조절할 수 있다. 선체부(100)는 수중에서 뜨지도 가라앉지도 않는 중성부력 상태를 유지할 수 있다. 이에 따라 선체부(100)는 해상크레인과 같은 고가의 장비 없이도 풍력발전기(10)를 후술하는 지지부(200)로부터 용이하게 분리시킬 수 있다. 선체부(100)는 해수면 밑으로 설정 깊이 하강된 상태에서 해상을 운항할 수 있다. 이에 따라 선체부(100)는 풍력발전기(10), 지지부(200)의 무게 및 선체부(100)의 자중에 따른 수직 무게중심(VCG, Vertical Center of Gravity)의 위치를 낮출 수 있어 안정적인 운항이 가능하다.
선체부(100)에는 격벽부(110)가 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 격벽부(110)는 선체부(100)의 가장자리로부터 선체부(100)의 상부로 수직하게 연장되는 격벽의 형태를 갖도록 형성될 수 있다. 격벽부(110)는 한 쌍으로 구비되고, 선체부(100)의 좌우 양측(도 4 기준 상하측)으로 소정 간격 이격되어 마주보게 배치된다. 이에 따라 격벽부(110)는 후술하는 지지부(200)가 선체부(100)로부터 이탈되는 것을 방지할 수 있다. 격벽부(110)는 풍력발전기(10)가 선체부(100)에 원활하게 선적 및 분리될 수 있도록 선체부(100)의 전후 양측(도 4 기준 좌우측)에 배치된 측이 개구되어 있도록 형성된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기(10)는 해상에 설치되고, 해상의 바람을 이용하여 전력을 생산하는 해상 풍력발전기로 예시될 수 있다. 풍력발전기(10)는 해저에 설치된 기초부(3)에 고정되어 풍력발전기(10)를 전체적으로 지지하는 자켓기초(11), 자켓기초(11)의 상방으로 연장되는 타워(12), 자켓기초(11)와 타워(12)를 연결하는 전이부(Transition Piece)(13), 타워(12)의 상단에 설치되어 회전력을 전기에너지로 변환하는 나셀(14), 나셀(14)의 선단에 회전 가능하게 설치되는 허브(15) 및 허브(15)의 축선 주변에 방사상으로 설치되는 복수의 블레이드(16)를 포함하여 구성될 수 있다. 이와 같이 구성되는 풍력발전기(10)는 블레이드(16) 측에 수평풍 하중이 걸리면, 블레이드(16)와 함께 회전하는 허브(15)를 통해 그 회전력이 나셀(14) 측으로 전달되고, 나셀(14)은 그 회전력을 전기에너지로 변환한다.
풍력발전기(10)는 선체부(100) 상에서 조립이 완료된 후 설치 예정 구간으로 운반될 수 있다. 보다 구체적으로, 풍력발전기(10)는 선체부(100)가 부두에 정박된 상태에서 일괄적으로 조립됨과 동시에 선체부(100)에 선적된다. 이 경우, 풍력발전기(10)는 자켓기초(11), 타워(12), 전이부(Transition Piece)(13), 나셀(14), 허브(15) 및 블레이드(16)의 순서로 조립될 수 있다. 이에 따라 풍력발전기(10)는 고가의 설치 전용선의 사용에 따른 비용을 절감할 수 있고, 육상과 동일한 조건에서 용이하게 조립이 가능하며, 변화가 심하고 예측이 어려운 해상기상 조건에 의한 영향을 최소화할 수 있다.
지지부(200)는 선체부(100)에 설치되고, 선체부(100)상에서 풍력발전기(10)를 지지한다. 즉, 지지부(200)는 풍력발전기(10)의 조립 및 운반 과정에서 풍력발전기(10)가 선체부(100)에 대해 상대이동되거나, 선체부(100)상에서 기울어지는 것을 방지할 수 있도록 구비된다. 지지부(200)는 선체부(100)에 복수개로 설치될 수 있다. 복수개의 지지부(200)는 복수개의 풍력발전기(10)를 개별적으로 지지한다. 도 1에서는 지지부(200)가 2개로 구비되는 것을 예로 들어 도시하고 있으나, 지지부(200)의 개수는 이에 한정되는 것은 아니고 선체부(100)의 면적 등에 따라 다양한 개수로 설계 변경이 가능하다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 지지부의 구성을 개략적으로 나타내는 정면도이고, 도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 지지부의 구성을 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 지지부(200)는 지지프레임(210), 안내부(220)를 포함한다.
지지프레임(210)은 지지부(200)의 개략적인 외관을 형성하고, 선체부(100)에 형성되는 격벽부(110)의 사이에 배치된다. 지지프레임(210)은 선체부(100)에 선적된 풍력발전기(10)가 내부에 수용 가능하도록 형성된다. 지지프레임(210)은 후술하는 고정부(300)와 결합됨에 따라 풍력발전기(10)의 조립 및 운반 과정에서 풍력발전기(10)를 지지한다. 지지프레임(210)은 선체부(100)에 착탈 가능하게 설치될 수 있다. 이에 따라 지지프레임(210)은 풍력발전기(10)의 규격 등에 대응되어 선체부(100)로부터 교체될 수 있다. 지지프레임(210)은 풍력발전기(10)로부터 가해지는 하중을 원활하게 지지할 수 있도록 트러스(truss)구조로 형성되는 복수개의 단위모듈로 구성될 수 있다. 지지프레임(210)은 상방으로 향할수록 단면적이 좁아지게 형성될 수 있다. 이에 따라 지지프레임(210)은 선체부(100)상에서 안정적으로 기립 상태를 유지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 지지프레임(210)은 하부프레임(211), 상부프레임(212), 연결프레임(213), 수용부(214)를 포함한다.
하부프레임(211)은 지지프레임(210)의 하측 외관을 형성하고, 선체부(100)의 상부에 안착된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 하부프레임(211)은 대략 중공형의 사각틀의 형태를 갖도록 형성될 수 있다. 하부프레임(211)은 하면이 선체부(100)의 상부면에 접촉되어 지지된다. 하부프레임(211)은 볼팅 결합, 끼움 결합 등을 통해 선체부(100)의 상부면에 착탈 가능하게 결합될 수 있다. 하부프레임(211)은 풍력발전기(10)가 후술하는 수용부(214)에 수용된 경우, 내측면이 자켓기초(11)의 외측면과 마주보도록 배치된다.
상부프레임(212)은 지지프레임(210)의 상측 외관을 형성하고, 하부프레임(211)과 상하 방향으로 이격되어 마주보게 배치된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 상부프레임(212)은 대략 중공형의 사각틀의 형태를 갖도록 형성되어 하부프레임(211)의 상부면과 평행하게 마주보게 배치된다. 상부프레임(212)은 하부프레임(211)으로부터 상방으로 소정 높이 이격되게 배치된다. 상부프레임(212)이 하부프레임(211)으로부터 이격되는 높이는 풍력발전기(10)의 규격 등에 따라 다양한 값으로 설계 변경이 가능하다. 상부프레임(212)의 단면적은 하부프레임(211)의 단면적보다 작게 형성된다. 상부프레임(212)은 풍력발전기(10)가 후술하는 수용부(214)에 수용된 경우, 내측면이 타워(12)의 외측면과 마주보게 배치된다.
연결프레임(213)은 하부프레임(211)과 상부프레임(212)을 상호 연결시킨다. 본 발명의 일 실시예에 따른 연결프레임(213)은 대략 기둥의 형태를 갖도록 형성되어 하부프레임(211)과 상부프레임(212)의 사이에 배치된다. 연결프레임(213)은 양단부가 각각 하부프레임(211)과 상부프레임(212)에 고정된다. 연결프레임(213)은 하부프레임(211)과 상부프레임(212)에 용접 등에 의해 일체로 고정될 수 있으며, 볼팅 결합 등을 통해 착탈 가능하게 고정되는 것도 가능하다. 상부프레임(212)의 단면적이 하부프레임(211)의 단면적보다 작게 형성됨에 따라 연결프레임(213)은 선체부(100)의 상부면에 대해 소정 각도 경사지게 배치된다. 연결프레임(213)은 복수개로 구비될 수 있다. 이 경우, 복수개의 연결프레임(213)은 하부프레임(211)과 상부프레임(212)의 모서리에 각각 고정될 수 있다.
수용부(214)는 지지프레임(210)의 내부에 배치되고, 풍력발전기(10)가 수용되는 공간을 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 수용부(214)는 하부프레임(211), 상부프레임(212) 및 연결프레임(213)에 의해 구획되는 지지프레임(210)의 내부 공간인 것으로 예시될 수 있다. 수용부(214)의 구체적인 형상 및 크기는 하부프레임(211), 상부프레임(212) 및 연결프레임(213)의 배치 상태, 풍력발전기(10)의 크기 등에 따라 다양하게 설계 변경이 가능하다.
안내부(220)는 지지프레임(210)을 관통하여 형성되고, 풍력발전기(10)가 수용부(214)로 출입되는 것을 안내한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 안내부(220)는 상부프레임(212)의 일측을 수평하게 관통하는 홀의 형태를 갖도록 형성될 수 있다. 안내부(220)는 양측이 각각 수용부(214)와 지지프레임(210)의 외부와 연통된다. 안내부(220)의 폭은 타워(12)의 직경에 대응되거나 타워(12)의 직경보다 크게 형성될 수 있다. 안내부(220)는 선체부(100)의 길이 방향(도 6 기준 좌우 방향)과 나란한 방향으로 연장된다. 안내부(220)는 일단부가 격벽부(110)의 개구된 측을 향하도록 배치된다.
고정부(300)는 지지부(200)에 착탈 가능하게 결합되어 풍력발전기(10)를 지지부(200)에 선택적으로 고정한다. 보다 구체적으로, 고정부(300)는 풍력발전기(10)의 조립 또는 운반 시에는 풍력발전기(10)를 지지부(200)에 견고하게 고정하고, 선체부(100)가 풍력발전기(10)를 해상의 설치 예정 구간으로 운반을 완료한 뒤 해수면 밑으로 하강하는 경우에는 풍력발전기(10)가 지지부(200)로부터 분리되는 것을 허용한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 고정부(300)는 풍력발전기(10), 보다 구체적으로 타워(12)의 외측 둘레를 감싸도록 설치된다. 고정부(300)는 타워(12)의 외측 둘레에 일체로 고정될 수 있고, 타워(12)로부터 분리 가능하게 고정되는 것도 가능하다. 고정부(300)는 풍력발전기(10)가 수용부(214) 내부에 수용된 경우, 하측면이 상부프레임(212)의 상측면에 안착된다. 고정부(300)는 볼팅 결합 또는 끼움 결합 등에 의해 상부프레임(212)에 착탈 가능하게 고정될 수 있다.
부유부(400)는 풍력발전기(10)에 설치되고, 선체부(100)로부터 분리된 풍력발전기(10)를 부력에 의해 해상에서 지지한다. 즉, 부유부(400)는 풍력발전기(10)가 설치 예정 구간에서 선체부(100)로부터 분리된 경우, 자체적인 부력에 의해 풍력발전기(10)를 부유시킨다. 이에 따라 부유부(400)는 풍력발전기(10)의 설치 작업 중 해상크레인과 같은 고가의 장비 없이도 풍력발전기(10)가 자중에 의해 해수면 밑으로 가라앉는 것을 방지할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 부유부(400)는 내부로 공기가 주입됨에 따라 부력을 생성하는 에어백의 형태로 형성될 수 있다. 부유부(400)는 풍력발전기(10), 보다 구체적으로 자켓기초(11)의 외측면을 감싸도록 설치된다. 부유부(400)는 내부에 주입되는 공기량에 따라 풍력발전기(10)에 가하는 부력의 크기가 조절된다. 부유부(400)는 조절되는 부력의 크기에 따라 풍력발전기(10)를 상승 및 하강 이동시킨다. 이에 따라 부유부(400)는 풍력발전기(10)의 설치 작업 중 수심 등에 따라 풍력발전기(10)의 높이를 정밀하게 조절할 수 있다. 부유부(400)는 펌프, 블로워 등 별도의 공기주입장치와 연결되어 공기의 주입량이 자동으로 조절될 수 있고, 이와 달리 수동에 의해 공기의 주입량이 조절되는 것도 가능하다. 부유부(400)는 풍력발전기(10)에 착탈 가능하게 설치될 수 있다. 이에 따라 부유부(400)는 풍력발전기(10)의 설치 완료 시 풍력발전기(10)로부터 용이하게 분리될 수 있고, 재사용이 가능하다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력발전기 설치 방법을 상세하게 설명하도록 한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력발전기 설치 방법의 순서를 개략적으로 나타내는 순서도이고, 도 8 내지 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력발전기 설치 방법의 과정을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 7, 도 8을 참조하면, 우선 선체부(100)에서 풍력발전기(10)를 조립한다(S100).
보다 구체적으로, 선체부(100)상에 지지부(200)를 설치한 뒤, 선체부(100)를 항구 내의 부두에 정박시키거나, 항구 저면에 착저하여 정온도를 유지시킨다.
육상 크레인 등을 이용하여 자켓기초(11)를 수용부(214)의 내부에 고정하고, 전이부(Transition Piece)(13), 타워(12), 나셀(14), 허브(15) 및 블레이드(16)의 순서로 풍력발전기(10)를 조립한다.
풍력발전기(10)의 조립이 완료되면 고정부(300)를 상부프레임(212)의 상단에 결합시켜 풍력발전기(10)를 지지부에 고정한다.
이후, 선체부(100)를 운항하여 풍력발전기(10)를 해상의 설치 예정 구간으로 운반한다(S200). 이 경우, 선체부(100)는 예인선(2)에 연결되어 해상을 운항할 수 있고, 자체적인 동력에 의해 해상을 운항하는 것도 가능하다.
선체부(100)가 해상의 설치 예정 구간에 도착한 뒤, 풍력발전기(100)를 지지부(200)로부터 분리한다(S300).
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 S300단계의 순서를 개략적으로 나타내는 순서도이다.
이하에서는 S320단계가 S310단계 이후에 수행되는 것을 예로 들어 설명하겠으나, S320단계는 이러한 순서에 한정되는 것은 아니고, S310 단계 이전 또는 S310단계와 동시에 수행되는 것도 가능하다.
도 9, 도 13을 참조하면, 우선 선체부(100)를 해수면 밑으로 설정 깊이 하강시킨다(S310).
이후, 고정부(300)를 지지부(200)로부터 분리하여 지지부(200)에 대한 풍력발전기(10)의 고정을 해제한다(S320).
S320단계의 전후 또는 S320단계와 동시에 부유부(400)에 공기를 주입하고, 풍력발전기(10)는 부유부(400)의 부력에 의해 해상에서 부유된다(S400).
풍력발전기(10)가 해상에서 부유된 상태에서, 풍력발전기(10)를 설치 예정 구간에 설치한다(S500).
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 S500단계의 순서를 개략적으로 나타내는 순서도이다.
도 10 내지 도 12, 도 14를 참조하면, 우선 풍력발전기(10)를 예인선(2)에 연결한다.
이후 예인선(2)을 이동시켜 풍력발전기(10)를 안내부(220)를 통해 지지부(200) 및 선체부(100)로부터 완전히 분리하고, 설치 예정 구간에 기설치된 기초부(3)의 상부에 풍력발전기(10)를 위치시킨다(S510).
기초부(3)의 상부와 자켓기초(11)의 하단부가 일직선상에 위치됨에 따라, 부유부(400)의 공기 주입량을 조절하여 풍력발전기(10)를 하강시킨다(S520).
풍력발전기(10)가 기초부(3)와 결합 가능한 위치로 충분히 하강된 후, 자켓기초(11)를 기초부(3)에 고정하여 풍력발전기(10)의 설치를 완료한다(S530).
본 발명은 도면에 도시되는 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
1 : 해상 풍력발전기 설치용 선박 장치 2 : 예인선
3 : 기초부 100 : 선체부
110 : 격벽부 200 : 지지부
210 : 지지프레임 211 : 하부프레임
212 : 상부프레임 213 : 연결프레임\
212 : 상부프레임 214 : 수용부
300 : 고정부 400 : 부유부

Claims (11)

  1. 풍력발전기가 선적되고, 해상을 운항하며 상기 풍력발전기를 운반하는 선체부;
    상기 선체부에 설치되고, 상기 선체부 상에서 상기 풍력발전기를 지지하는 지지부;
    상기 지지부에 착탈 가능하게 결합되어 상기 풍력발전기를 상기 지지부에 선택적으로 고정하는 고정부; 및
    상기 풍력발전기에 설치되고, 상기 선체부로부터 분리된 상기 풍력발전기를 부력에 의해 해상에서 지지하는 부유부;를 포함하고,
    상기 선체부는 해수면 밑으로 하강 가능하게 구비되고,
    상기 부유부는 내부에 주입되는 공기량에 따라 상기 풍력발전기에 가하는 부력의 크기가 조절되고,
    상기 지지부는,
    상기 선체부에 형성되는 격벽부의 사이에 배치되고, 내부에 상기 풍력발전기가 수용되는 수용부가 구비되는 지지프레임; 및
    상기 지지프레임을 관통하여 형성되고, 상기 풍력발전기가 상기 수용부로 출입되는 것을 안내하는 안내부;를 포함하고,
    상기 격벽부는 한 쌍으로 구비되어 상기 선체부의 좌우 양측으로 소정 간격 이격되게 배치되며, 상기 선체부의 전후 양측에 배치된 측이 개구되어 있도록 형성되고,
    상기 안내부는 상기 선체부의 길이 방향과 나란한 방향으로 연장되어 일단부가 상기 격벽부의 개구된 측을 향하도록 배치되고,
    상기 고정부는 상기 풍력발전기의 외측 둘레에 고정되어 상기 풍력발전기가 상기 수용부의 내부에 수용된 경우, 하측면이 상기 지지프레임의 상측면에 안착되고,
    상기 풍력발전기는 상기 고정부가 상기 지지부로부터 분리되고, 상기 부유부에 공기가 주입된 상태에서, 예인선과 연결되어 상기 안내부와 상기 격벽부의 개구된 측을 통해 상기 선체부로부터 분리되는 것을 특징으로 하는 해상 풍력발전기 설치용 선박 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 풍력발전기는 상기 선체부 상에서 조립이 완료된 후 운반되는 것을 특징으로 하는 해상 풍력발전기 설치용 선박 장치.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 지지부는 상기 선체부에 복수개로 설치되어 복수개의 상기 풍력발전기를 개별적으로 지지하는 것을 특징으로 하는 해상 풍력발전기 설치용 선박 장치.
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 지지프레임은 트러스(truss)구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 해상 풍력발전기 설치용 선박 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 지지프레임은 상방으로 향할수록 단면적이 좁아지게 형성되는 것을 특징으로 하는 해상 풍력발전기 설치용 선박 장치.
  8. 삭제
  9. 선체부에서 풍력발전기를 조립하는 단계;
    상기 선체부를 운항하여 상기 풍력발전기를 설치 예정 구간으로 운반하는 단계;
    상기 풍력발전기를 지지부로부터 분리하는 단계;
    상기 풍력발전기가 해상에서 부유되도록 부유부에 공기를 주입하는 단계; 및
    상기 풍력발전기를 상기 설치 예정 구간에 설치하는 단계;를 포함하고,
    상기 풍력발전기를 상기 지지부로부터 분리하는 단계는,
    상기 선체부를 해수면 밑으로 설정 깊이 하강시키는 단계; 및
    고정부를 상기 지지부로부터 분리하여 상기 지지부에 대한 상기 풍력발전기의 고정을 해제하는 단계;를 포함하고,
    상기 풍력발전기를 상기 설치 예정 구간에 설치하는 단계는,
    상기 풍력발전기를 상기 설치 예정 구간에 기설치된 기초부의 상부에 위치시키는 단계;
    상기 부유부의 공기 주입량을 조절하여 상기 풍력발전기를 하강시키는 단계; 및
    상기 풍력발전기를 상기 기초부에 고정하는 단계;를 포함하고,
    상기 지지부는,
    상기 선체부에 형성되는 격벽부의 사이에 배치되고, 내부에 상기 풍력발전기가 수용되는 수용부가 구비되는 지지프레임; 및
    상기 지지프레임을 관통하여 형성되고, 상기 풍력발전기가 상기 수용부로 출입되는 것을 안내하는 안내부;를 포함하고,
    상기 격벽부는 한 쌍으로 구비되어 상기 선체부의 좌우 양측으로 소정 간격 이격되게 배치되며, 상기 선체부의 전후 양측에 배치된 측이 개구되어 있도록 형성되고,
    상기 안내부는 상기 선체부의 길이 방향과 나란한 방향으로 연장되어 일단부가 상기 격벽부의 개구된 측을 향하도록 배치되고,
    상기 고정부는 상기 풍력발전기의 외측 둘레에 고정되어 상기 풍력발전기가 상기 수용부의 내부에 수용된 경우, 하측면이 상기 지지프레임의 상측면에 안착되고,
    상기 풍력발전기를 상기 설치 예정 구간에 기설치된 상기 기초부의 상부에 위치시키는 단계에서 상기 풍력발전기는 예인선과 연결되어 상기 안내부와 상기 격벽부의 개구된 측을 통해 상기 선체부로부터 분리되는 것을 특징으로 하는 해상 풍력발전기 설치 방법.
  10. 삭제
  11. 삭제
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