KR102666914B1 - 부유식 해상풍력 구조물 - Google Patents

부유식 해상풍력 구조물 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 풍력 발전부가 고정되는 폰툰을 포함하는 부유식 해상풍력 구조물로서, 상기 폰툰은, 원통형 중앙부; 상기 중앙부을 기준으로 방사방향으로 상기 중앙부에서 연장되는 복수 개의 연장부;및 상기 연장부는 상기 중앙부를 기준으로 원주방향으로 이격되어 배치되고, 이웃하는 상기 연장부를 연결하는 코너 플레이트를 더 포함하고, 상기 코너 플레이트는 상하방향으로 이격 배치되는 복수 개의 가로 플레이트와, 상기 가로 플레이트들을 연결하는 복수 개의 세로 플레이트를 포함하는 부유식 해상풍력 구조물을 제공할 수 있다.

Description

부유식 해상풍력 구조물{The floating type structure for the offshore wind power}
실시예는, 부유식 해상풍력 구조물에 관한 것으로, 복수 개의 폰툰들이 배치되어 풍력터빈을 지지하는 부유식 해상풍력 구조물에 관한 것이다.
부유식 해상풍력 구조물은 해상에 떠 있는 구조물로서, 풍력터빈을 지지하는 장치이다. 풍력터빈의 타워가 부유체에 고정된다.
폰툰은 내부에 공동을 갖는 부력체이다.
일본 공개특허공보 2010-280301(2010.12.16. 공개)에는 중앙에 배치된 1개의 컬럼과, 그 주위에 배치된 3개의 컬럼을 포함하는 부유체를 개시하고 있다. 중앙에 배치된 컬럼에는 풍력터빈의 타워가 고정된다.
이렇게 풍력터빈이 탑재된 폰툰의 경우, 해상에서 바람과 파랑에 의해 크게 동요된다. 폰툰의 동요가 크면 풍력터빈이나 발전시설에 고장이 발생할 위험이 크다. 폰툰의 동요를 감소시키기 위해서는 부유체의 크기를 크게 하거나 흘수를 크게 하는 것이 좋지만, 폰툰의 크기가 증가하면 제작과 관리가 어려운 문제점이 있다.
한편, 부유식 해상풍력 구조물은 풍력 터빈이 연결되는 폰툰의 중앙부와 중앙부에서 방사방향으로 연장되는 복수 개의 연장부를 포함할 수 있다. 중앙부와 연결부의 연결 부위나 이웃하는 연결부와 연결부 사이에 응력이 집중되어 폰툰의 구조적 강성이 떨어지는 문제점이 있다.
실시예는, 크기가 작으면서도, 부유체의 요동을 크게 줄이고 강도를 높일 수 있으며 구조적 강성을 높일 수 있는 부유식 해상풍력 구조물을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제에 국한되지 않으며 여기서 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
실시예는, 풍력 발전부가 고정되는 폰툰을 포함하는 부유식 해상풍력 구조물로서, 상기 폰툰은, 원통형 중앙부와, 상기 중앙부을 기준으로 방사방향으로 상기 중앙부에서 연장되는 복수 개의 연장부 및 상기 연장부는 상기 중앙부를 기준으로 원주방향으로 이격되어 배치되고, 이웃하는 상기 연장부를 연결하는 코너 플레이트를 더 포함하고, 상기 코너 플레이트는 상하방향으로 이격 배치되는 복수 개의 가로 플레이트와, 상기 가로 플레이트들을 연결하는 복수 개의 세로 플레이트를 포함하는 부유식 해상풍력 구조물를 제공할 수 있다.
상기 가로 플레이트의 일측면은 이웃하는 연장부 중 어느 하나의 측면과 연결되고, 상기 코너 플레이트의 타측면은 이웃하는 연장부 중 다른 하나의 측면과 연결될 수 있다.
상기 가로 플레이트의 외면은 오목한 곡면을 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 가로 플레이트 중 최상단에 위치한 가로 플레이트의 상면은 상기 연장부의 상면과 동일 평면 상에 배치될 수 있다.
상기 복수 개의 가로 플레이트 중 최하단에 위치한 가로 플레이트의 하면은 상기 연장부의 하면과 동일 평면 상에 배치될 수 있다.
상기 복수 개의 가로 플레이트의 상하방향 이격거리는 상기 가로 플레이트의 두께보다 클 수 있다.
상기 가로 플레이트의 양 끝단은 상기 연장부의 외측단에 연결될 수 있다.
상기 코너 플레이트의 중심을 지나는 기준선을 기준으로 상기 복수 개의 세로 플레이트는 대칭되게 배치될 수 있다.
상기 코너 플레이트의 중심을 지나는 기준선을 기준으로 상기 가로 플레이트는 대칭된 형상을 가질 수 있다.
상하방향에서 바라보았을 때, 상기 가로 플레이트는, 이웃하는 연장부의 사이의 중심을 향할수록 폭이 증가하는 영역을 포함할 수 있다.
실시예는, 폰툰의 연장부 사이마다 코너 플레이트를 배치하여, 크기를 크게 하지 않고 부력과 강도를 높여 요동을 크게 줄이는 이점이 있다.
또한, 연장부의 응력 집중을 방지하여 구조적 강성을 확보하는 용이한 이점이 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 부유식 해상풍력 구조물을 도시한 도면,
도 2는 도 1에서 도시한 부유식 해상풍력 구조물의 평면도,
도 3은 코너 플레이트의 측면도,
도 4는 비교예에 따른 부유식 해상풍력 구조물의 축방향 하중에 대한 구조적 강성과, 실시예에 따른 부유식 해상풍력 구조물의 축방향 하중에 대한 구조적 강성을 비교한 그래프,
도 5는 비교예에 따른 부유식 해상풍력 구조물의 축방향 하중에 대한 구조적 강성과, 실시예에 따른 부유식 해상풍력 구조물의 축방향 구조적 강성을 비교한 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, “A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)”로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다.
이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.
그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 ‘연결’, ‘결합’ 또는 ‘접속’된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성 요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 ‘연결’, ‘결합’ 또는 ‘접속’ 되는 경우도 포함할 수 있다.
또한, 각 구성 요소의 “상(위) 또는 하(아래)”에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, “상(위) 또는 하(아래)”으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 부유식 해상풍력 구조물을 도시한 도면이고, 도 2는 도 1에서 도시한 부유식 해상풍력 구조물의 평면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 실시예에 따른 부유식 해상풍력 구조물은, 풍력 발전부가 고정되는 폰툰(10)을 포함한다.
폰툰(10)은 중앙부(100)와, 복수 개의 연장부(200)와 코너 플레이트(300)를 포함할 수 있다. 이러한 폰툰(10)은 적어도 일부가 물에 잠기어 부력을 발생시킨다.
중앙부(100)는 원통 형상을 가질 수 있다. 중앙부(100)는 중심에 홀(101)이 배치된다. 풍력 발전부는 홀(101)에 배치될 수 있다. 중앙부(100)는 단면은 사각형일 수 있다.
연장부(200)는 중앙부(100)를 기준으로 방사방향으로 연장될 수 있다. 복수 개의 연장부(200)는 원주방향으로 이격되어 배치된다. 예를 들어 3개의 연장부(200)가 중앙부(100)에 연결될 수 있다. 3개의 연장부(200)는 중앙부(100)의 원주방향을 따라 일정한 간격을 두고 이격되어 배치될 수 있다. 연장부(200)의 상면 및 하면은 플랫한 평면일 수 있다. 연장부(200)의 측면은 플랫한 평면일 수 있다.
도 3은 코너 플레이트(300)의 측면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 코너 플레이트(300)는 가로 플레이트(310)와 세로 플레이트(320)를 포함할 수 있다. 가로 플레이트(310)의 일측면은 이웃하는 연장부(200) 중 어느 하나의 측면(201)과 연결된다. 가로 플레이트(310)의 타측면은 이웃하는 연장부(200) 중 다른 하나의 측면(201)과 연결된다.
가로 플레이트(310)의 양 끝단은 연장부(200)의 외측단에 연결된다.
가로 플레이트(310)의 내면 중 일부는 중앙부(100)에 연결된다.
가로 플레이트(310)의 외면(311)은 오목한 곡면을 포함한다.
상하방향에서 바라보았을 때, 가로 플레이트(310)는 이웃하는 연장부(200)의 중심을 향할수록 폭(w)이 증가하는 영역을 포함할 수 있다. 여기서, 가로 플레이트(310)의 폭(w)이란, 기준선과 평행한 방향으로 가로 플레이트(310)의 외면과 내면 사이의 거리로 정의될 수 있다.
가로 플레이트(310)는 코너 플레이트(300)의 중심을 지나는 기준선(L)을 기준으로 대칭된 형상을 가질 수 있다.
이러한 가로 플레이트(310)는 복수 개가 배치된다.
복수 개의 가로 플레이트(310)는 상하방향으로 이격 배치된다. 복수 개의 가로 플레이트(310)의 상하방향 이격 거리(P)는 모두 동일 할 수 있다. 예를 들어, 4개의 가로 플레이트(310)가 상하방향으로 이격되어 배치될 수 있다. 이러한 가로 플레이트(310)는, 상하방향으로 가로 플레이트(310)와 가로 플레이트(310) 사이에 비어 있는 층을 형성한다.
한편, 가로 플레이트(310)의 상하방향 이격거리(P)는 가로 플레이트(310)의 두께(t)보다 클 수 있다.
복수 개의 가로 플레이트(310) 중 최상단에 위치한 가로 플레이트(310)의 상면은 연장부(200)의 상면과 동일 평면 상에 배치될 수 있다. 복수 개의 가로 플레이트(310) 중 최하단에 위치한 가로 플레이트(310)의 하면은 연장부(200)의 하면과 동일 평면 상에 배치될 수 있다.
복수 개의 가로 플레이트(310)는 모두 평행하게 배치될 수 있다.
세로 플레이트(320)는 가로 플레이트(310)들을 연결한다. 세로 플레이트(320)는 가로 플레이트(310)에 수직하게 연결될 수 있다. 세로 플레이트(320)는 상하방향으로 가로 플레이트(310)와 가로 플레이트(310) 사이에 비어 있는 층에 배치된다. 가로 플레이트(310)와 가로 플레이트(310) 사이에 비어 있는 각 층에 배치되는 세로 플레이트(320)는 상하방향으로 서로 정렬되어 배치될 수 있다.
복수 개의 세로 플레이트(320)는 코너 플레이트(300)의 중심을 지나는 기준선(L)에 대칭되게 배치된다.
이러한 코너 플레이트(300)가 원주방향으로 연장부(200)와 연장부(200) 사이마다 배치될 수 있다. 연장부(200)가 3개인 경우 모두 3개의 코너 플레이트(300)가 배치될 수 있다.
도 4는 비교예에 따른 부유식 해상풍력 구조물의 축방향 하중에 대한 구조적 강성과, 실시예에 따른 부유식 해상풍력 구조물의 축방향 하중에 대한 구조적 강성을 비교한 그래프이다.
도 4의 (a)는 비교예에 따른 부유식 해상풍력 구조물의 축방향 구조적 강성을 도시한 것으로, 연장부(200) 사이에 코너 플레이트(300)가 없는 부유식 해상풍력 구조물을 나타낸 것이다.
도 4의 (b)는 실시예에 따른 부유식 해상풍력 구조물의 축방향 구조적 강성을 나타낸 것이다.
도 4를 참조하면, 축하중이 작용할 때, 코너 플레이트(300)가 없는 비교예에 비하여, 코너 플레이트(300)가 있는 실시예의 경우, 연장부(200)와 연장부(200) 사이에서 응력이 집중되는 것이 방지하는 것을 확인할 수 있다.
도 5는 비교예에 따른 부유식 해상풍력 구조물의 축방향 하중에 대한 구조적 강성과, 실시예에 따른 부유식 해상풍력 구조물의 축방향 구조적 강성을 비교한 그래프이다.
도 5의 (a)는 비교예에 따른 부유식 해상풍력 구조물의 굽힘 하중에 대한 구조적 강성을 도시한 것으로, 연장부(200) 사이에 코너 플레이트(300)가 없는 부유식 해상풍력 구조물을 나타낸 것이다.
도 5의 (b)는 실시예에 따른 부유식 해상풍력 구조물의 굽힘 하중에 대한 구조적 강성을 나타낸 것이다.
도 5를 참조하면, 굽힘 하중이 작용할 때, 코너 플레이트(300)가 없는 비교예에 비하여, 코너 플레이트(300)가 있는 실시예의 경우, 연장부(200)와 연장부(200) 사이에서 응력이 집중되는 것이 방지하는 것을 확인할 수 있다.
이상으로 본 발명의 바람직한 하나의 실시예에 따른 부유식 해상풍력 구조물에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 살펴보았다.
전술된 본 발명의 일 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 전술된 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의해 나타내어질 것이다. 그리고 이 특허청구범위의 의미 및 범위는 물론 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형 가능한 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 폰툰
100: 중앙부
200: 연장부
300: 코너 플레이트
310: 가로 플레이트
320: 세로 플레이트

Claims (10)

  1. 풍력 발전부가 고정되는 폰툰을 포함하는 부유식 해상풍력 구조물로서,
    상기 폰툰은,
    원통형 중앙부;
    상기 중앙부을 기준으로 방사방향으로 상기 중앙부에서 연장되는 복수 개의 연장부;및
    상기 연장부는 상기 중앙부를 기준으로 원주방향으로 이격되어 배치되고,
    이웃하는 상기 연장부를 연결하는 코너 플레이트를 더 포함하고,
    상기 코너 플레이트는 상하방향으로 이격 배치되는 복수 개의 가로 플레이트와, 상기 가로 플레이트들을 연결하는 복수 개의 세로 플레이트를 포함하는 부유식 해상풍력 구조물.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 가로 플레이트의 일측면은 이웃하는 연장부 중 어느 하나의 측면과 연결되고, 상기 가로 플레이트의 타측면은 이웃하는 연장부 중 다른 하나의 측면과 연결되는 부유식 해상풍력 구조물.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 가로 플레이트의 외면은 오목한 곡면을 포함하는 부유식 해상풍력 구조물.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 복수 개의 가로 플레이트 중 최상단에 위치한 가로 플레이트의 상면은 상기 연장부의 상면과 동일 평면 상에 배치되는 부유식 해상풍력 구조물.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 복수 개의 가로 플레이트 중 최하단에 위치한 가로 플레이트의 하면은 상기 연장부의 하면과 동일 평면 상에 배치되는 부유식 해상풍력 구조물.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 복수 개의 가로 플레이트의 상하방향 이격거리는 상기 가로 플레이트의 두께보다 큰 부유식 해상풍력 구조물.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 가로 플레이트의 양 끝단은 상기 연장부의 외측단에 연결되는 부유식 해상풍력 구조물.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 코너 플레이트의 중심을 지나는 기준선을 기준으로 상기 복수 개의 세로 플레이트는 대칭되게 배치되는 부유식 해상풍력 구조물.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 코너 플레이트의 중심을 지나는 기준선을 기준으로 상기 가로 플레이트는 대칭된 형상을 가지는 부유식 해상풍력 구조물.
  10. 제1 항에 있어서,
    상하방향에서 바라보았을 때, 상기 가로 플레이트는, 이웃하는 연장부의 사이의 중심을 향할수록 폭이 증가하는 영역을 포함하는 부유식 해상풍력 구조물.
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