KR20050005401A - 풍력 발전소를 위한 파일론 - Google Patents

Abstract

풍력 발전소에는 다양한 형태의 파일론이 사용되고 있는데, 주로 격자 기둥 형태의 파일론 또는 관상 형태의 파일론 또는 콘크리트 파일론이 이용되고 있다. 콘크리트 파일론의 경우 상기 콘크리트 파일론을 형성하기 위하여, 그 중에서도 특히 미리 보강 제작된 콘크리트 부품으로부터 파일론을 세우는데는 여러 가지 방법이 있을 수 있는데, 여기서 각각의 미리 보강 제작된 콘크리트 부품은 하나 위에 다른 하나가 서로 위에 놓여져서 엮어짐으로써 개별 세그먼트를 구성하게 된다.

본 발명의 목적은 복수개의 세그먼트들을 결합재를 이용하여 서로 연결하여 세워지는 파일론의 공기를 단축할 수 있는 시공 방법을 제공하는데 있다. 본 발명은 풍력 발전소의 파일론으로서, 상기 파일론은 서로 중첩되는 세그먼트들로 구성되고 서로 중첩되는 세그먼트들 사이에는 결합재가 설치되고, 하부 세그먼트(4)의 상부 영역 및/또는 상부 세그먼트(6)의 하부 영역에 가열 소자를 구비함을 특징으로 하는 파일론을 제공한다.

Description

풍력 발전소를 위한 파일론{TOWER OF A WIND POWER INSTALLATION}

풍력 발전소에는 다양한 형태의 파일론이 사용되고 있는데, 주로 격자 기둥 (lattice mast) 형태의 파일론 또는 관상(管狀; tubular) 형태의 파일론 또는 콘크리트 파일론이 이용되고 있다. 콘크리트 파일론의 경우 상기 콘크리트 파일론을 형성하기 위하여, 그 중에서도 특히 미리 보강 제작된 콘크리트 부품으로부터 파일론을 세우는데는 여러 가지 방법이 있을 수 있는데, 여기서 각각의 미리 보강 제작된 콘크리트 부품은 하나 위에 다른 하나가 서로 위에 놓여져서 엮어짐으로써 개별 세그먼트(segment)를 구성하게 된다. 예를 들어, 미리 준비된 보강 콘크리트 부품으로부터 파일론을 만드는 방법은 독일 특허 출원 DE 100 33 845.3 (본원 발명의 출원일 당시에 아직 공개되지 않음)에 개시되어 있다.

전술한 콘크리트 세그먼트로 구성된 파일론의 경우 각각의 세그먼트(실질적으로 각각의 세그먼트는 서로 다른 형태를 취하고 있음)는 단순히 다른 세그먼트 위에 놓여 있을 뿐 아니라, 적절한 결합재(bonding material)에 의해 서로 연결되어 있다. 상기 결합재는 폴리머(예를 들어, 에폭시 수지; epoxy resin)일 수 있으며, 상기 결합재의 층 두께는 보통 최소한 2 밀리미터가 된다.

전술한 세그먼트 타입의 파일론이 만들어질 때에 세그먼트를 위치시킨 후의 공정 과정은 세그먼트의 상부면에 결합재를 형성하고, 그 위에 상층 세그먼트를 올려놓으면 상기 결합재가 굳어져서 서로 연결된다. 그리고 나면, 상기 제일 상층에 있는 세그먼트 위에 또 다시 결합재를 올려놓고 새로운 세그먼트를 설치하는 과정을 반복하게 된다.

그러나, 일년 중 추운 계절에 시공할 경우 어떤 경우에는 상기 파일론이 세워져 있는 결합재가에 문제가 발생하는 경우가 발생하게 된다. 보다 구체적으로 설명하면, 상기 결합재는 응고하기 위하여 최저 온도가 요구되는데, 만일 외계 온도가 너무 낮아서, 예를 들어 0℃ 이하인 경우 결합재가 성능을 발휘하지 않거나 또는 응고하는데 상당한 시간이 걸리게 되어 파일론을 세우는데 공기가 심각하게 지연될 수 있다.

본 발명은 풍력 발전소의 파일론(pylon; 탑)에 관한 것이다.

도1은 본 발명에 따른 파일론 세그먼트의 위에서 본 평면도.

도2는 본 발명에 따라 파일론 세그먼트의 측정 지점과 이에 대응되는 대기에서의 온도를 나타낸 도면.

도3은 본 발명에 따라 세그먼트를 서로 포개어 연결할 때에 파일론 세그먼트 내부에 가열 전선을 설치하는 방법을 설명한 도면.

도4는 파일론 세그먼트로 구성된 풍력 발전소 파일론의 모습을 나타낸 도면.

본 발명의 목적은 복수개의 세그먼트들을 결합재를 이용하여 서로 연결하여 세워지는 파일론의 공기를 단축할 수 있는 시공 방법을 제공하는데 있다. 본 발명에 의하면 상기 목적은 특허청구범위 제1항에 기재된 발명에 의하여 달성된다. 양호한 실시예들이 첨부된 종속항에 개시되어 있다.

본 발명에 따르면 서로 포개어 놓여져서 구성되는 각각 세그먼트의 적어도 일단에 가열 모듈(heating module)이 장착되어 지는 것을 특징으로 하며, 바람직하게는 단순히 발열 전선(heating wire)으로 구현되거나, PCT 저항선 또는 철선(용접 와이어)이 이용될 수 있다.

상기 전선에 고전류, 예를 들어 70 내지 150 암페어 정도의 전류가 흐르면, 상기 전선은 발열을 하게 되고 특정 세그먼트의 상부면에 놓여 있는 결합재를 가열시킴으로써 외부 온도가 저온이라 할지라도 의도한 바에 따라 신속히 굳어져 견고히 결합시킬 수 있게 된다.

양호한 가열 효과를 얻기 위해서는, 결합재에 열을 최대한 전달하기 위하여 콘크리트 세그먼트의 상부 영역 내에 전체 표면 영역 위에 가열 모듈을 제공하는 것이 바람직하다.

이와 같은 최적의 가열 효과는, 예를 들어서 파일론 세그먼트의 콘크리트의 상부 내부 영역 에 꼬불꼬불한 만곡 형태(meander)로 열선은 내부 장착시키고, 양단의 전기 접속 단자만을 외부로 노출시켜지도록 설치하면 된다. 그리고 나면, 상기 접속 단자를 종래의 웰딩 변압기(welding transformer)에 결합시켜 고전류를 흐르게 함으로써 세그먼트의 상부층에 열이 발생하도록 하여 결합재에 열을 제공하도록 한다.

이하에서는 첨부 도면에 도시된 실시예를 들어 본 발명을 더 상세히 설명한다.

도1은 파일론 세그먼트의 표면으로부터 제거된 일부를 지닌 둥근 파일론 세그먼트(4; 위에서 본 그림)를 나타내고 있다. 이와 같이 해서, 가열 모듈(1)은 파일론 세그먼트의 상부 영역(2) 속으로 삽입되고, 상기 가열 모듈은 콘크리트 세그먼트(4) 속에 꼬불꼬불한 미앤더(meander) 형태로 만들어진 가열 전선(5)으로 구성된다. 또한, 상기 가열 전선(5)에 대하여 두 개의 접속 단자(6a, 6b)가 도시되어 있으며, 예를 들어 웰딩 변압기(welding transformer)에 접속시켜서 상기 가열 전선(5)을 통해 고전류가 흐르도록 함으로써, 상기 가열 전선(5)으로부터 열이 방출되어 세그먼트의 최상부 영역 내의 콘크리트가 예열되고, 상기 세그먼트 위에 놓인 결합재가 경화되게 된다.

도3은 상호 중첩된 방식으로 놓여진 세그먼트들을 보여주는 도면이다. 여기에 나타낸 그림에는 서로 중첩되도록 배열된 두 개의 세그먼트(4, 6)가 도시되어 있으며, 하부 세그먼트(4)가 보강된 콘크리트부(여기서, 주요부는 아님)의 영역에 중단되어 있다. 파일론 세그먼트의 상부 영역에 놓여 있는 가열 전선(5)이 도시되어 있다. 세그먼트(4, 6) 사이 인장 장치(tensioning device)의 캐스트 튜브 (casting tube; 7)가 서로 반대 방향으로 정렬되도록 상기 세그먼트(4, 6)가 서로 중첩된 형태로 구성된다. 상기 인장 장치(8)는 양의 잠김 관계로 하부 세그먼트 (4)로 삽입되고, 둘레로 확장된 림(rim)의 상부 에지(edge)는 세그먼트(4)의 표면에 솟아난다. 관상부(tubular portion; 12)는 세그먼트(4)에 일체화된 캐스트 튜브(7) 속으로 맞물리게 된다.

인장 장치(8) 부위 내에 밀봉(seal; 20)이 형성되고, 하부 세그먼트(6)에 대해 상부 측으로 견고하게 밀봉이 형성된다. 세그먼트(4, 5)들로 구성된 파일론을 세울 때에, 세그먼트(4)의 위로 향하는 면 위에 둘레 방향으로 균일한 간격으로 배치하여, 바람직하게는 대략 세 개의 스페이서를 일단 설치할 수 있다.

여기서, 스페이서(32)는 목재가 사용되며 그 높이는 대략 5 밀리미터(세그먼트의 표면 거칠기에 의존함)가 바람직하며, 그 길이는 조립 후 세그먼트(4, 6) 사이에 의도된 간격(30)에 해당하게 된다. 사용되는 목재의 탄성 모듈러스 (modulus of elasticity)는 한 동안 파일론에 인가되는 힘을 견딜 수 있는 정도가 되어야 하는 한편, 두 세그먼트(4, 6)의 상호 상대 표면에 대한 불균일한 정도가 상기 목재에 인가되어 무마되어 세그먼트(4, 6) 상에서 박리 되거나 이탈되는 것을 방지할 수 있어야 한다.

이와 같은 점에서, 상기 세그먼트(4, 6)의 수평화 작업은, 상기 세그먼트(4, 6)의 피할 수 없는 생산 오차에 따라, 스페이서(32)의 높이를 적절히 선택함으로써 달성될 수 있다(간격은 대략 2 밀리미터 일수 있다).

하부 세그먼트(4)에 상부 세그먼트(6)를 설치하기 전에 결합재(34)를 하부 세그먼트(4)의 상부 표면에 올려놓는다. 이와 같은 관점에서, 결합재(34)가 투영(23)까지 적용되는 한에 있어서, 상기 세그먼트(4, 6) 내부의 캐스트 튜브(7, 8)와 상기 상부 세그먼트(6)의 캐스트 튜브(7)와 하부 세그먼트(4)의 밀봉(20)을구비한 장치(8)가 서로 반대 방향으로 놓이는 위치는 빈 공간으로 두게 된다.

표면 영역을 덮기 위해 형성되는 결합재(34)의 바람직한 실시예로서 에폭시 수지(epoxy resin) 또는 다른 폴리머가 사용되어질 수 있으며, 2 내지 6 밀리미터 정도의 두께로 도포되어, 두 세그먼트(4, 6) 사이에 적정 간격(30)을 이루도록 한다.

전술한 파일론이 일년 중 추운 계절에 건설되는 경우, 특히 하루 종일 기온이 결빙 온도 이하에 있는 경우(더욱이, 풍력 발전소는 혹한으로부터 보호받지 못하는 위치에 세워지게 된다), 에폭시 수지가 경화되는 속도가 매우 느리게 되며, 설치된 하부 세그먼트의 에폭시 수지가 경화되어야만 계속해서 상부 세그먼트를 건설할 수 있기 때문에, 에폭시 수지가 느리게 경화되면 공사 진척이 지연된다.

본 발명에 따른 파일론의 경우 파일론 건설 작업자들은 연결 단자(6a, 6b)를 통해 가열 전선에 웰딩 변압기를 연결함으로써 가열 모듈을 작동시키거나, 이미 세그먼트에 설치된 가열 수단을 작동시킬 수 있다. 여기서, 웰딩 전류는 60 내지 150 암페어의 범위(또는 이 범위보다 높거나 낮을 수 있다)가 바람직하다. 상기 세그먼트(4)는 그 표면에서 가열되고, 매우 짧은 시간 내에 상기 결합재가 경화될 수 있게 된다.

가열 모듈의 실시 형태로서 일반 철선 또는 용접 와이어가 편리하고 저렴한 장점이 있으며, 파일론이 경화된 이후에도 세그먼트의 콘크리트 내에 상존될 수 있다. 어떤 경우라도 파일론 세그먼트는 강도를 강화하기 위하여 철재 보강재 (bracing)를 복수 개 포함하게 된다. 상기 가열 전선이 세그먼트 내의 다른 도전부(conducting parts)와 전기적으로 접속되는 것을 방지하기 위하여, 상기 가열 전선 (5)이 열은 전도하지만 전기적으로는 절연된 층과 함께 제공되는 것이 바람직하다. 상기 절연 물질은 60 내지 100℃까지의 온도에 대해서도 형상이 변하거나 해서는 아니 된다.

도2는 본 발명에 따른 양호한 실시예의 온도 특성 곡선을 나타낸 도면이다. 이와 같은 관점에서, 옥외 온도가 영하 12℃ 내지 15℃ 범위에까지 하강하는지를 보여 준다.

온도 곡선 위에는 K1, K2 및 K3로 나타낸 곡선이 있는데, 여기서 K1은 가열 전선(가열 모듈, 가열 와이어)의 온도를 나타내고, K2는 콘크리트 코너의 온도를 나타내고 있으며, K3는 콘크리트의 중앙부(세그먼트의 표면) 온도 곡선을 나타내고 있다. 도시된 바와 같이 가열 전선에 약 80 내지 90 암페어의 전류가 흐르게 되면, 온도는 거의 선형적으로 증가하게 되어 콘크리트의 온도는 가열 전선과 함께 증가하게 되고, 그 사이에 지연 시간은 매우 짧음을 알 수 있다. 이와 같이 해서, 상기 결합재(특별한 경우 에폭시 수지)가 빨리 경화되어서 파일론 시공 기간을 단축시킬 수 있게 된다.

본 발명의 양호한 실시예로서, 전술한 가열 전선은 세그먼트의 상부 영역에만 설치하는 것이 아니라 상부 세그먼트(6)의 하부 영역에도 설치함으로써 더 많은 열이 결합재에 전해지도록 할 수 있으며, 그 결과 경화 속도를 가속시킬 수 있게 된다.

상기 가열 전선이 제공되는 경우에는 풍력 발전소용 파일론을 일년 중 제일추운 계절일지라도 시공하는 것에 문제가 없으며, 기후나 계절에 관계없이 항시 시공이 가능하게 된다. 여기서, 가열 전선의 형태는 단순히 미앤더 형태뿐 아니라 다양한 형태의 변형이 가능하며, 원형 형태도 가능하다. 도4는 본 발명에 따른 파일론 세그먼트로 구성된 파일론을 나타낸 도면으로서, 결합 장치(도시하지 않음)에 의해 서로 결합된 파일론을 나타내고 있다.

세그먼트를 가열시키기 위한 다양한 실시예가 본 발명에 적용될 수 있으며, 가열 전선으로 사용되는 가열 전선은 독일 시장의 경우 미터당 수 백분의 일 마르크 정도로 저렴하다. 이상과 같이 가열 전선을 설치하는 것은 매우 간단한 작업이며, 세그먼트를 제작하는 과정에서 신속하게 작업되어질 수 있다. 따라서, 가열 전선이 세그먼트에 남아 있다고 해도 해로운 문제가 발생하지 않으며, 파일론이 따뜻한 고장에 설치된다고 해서 상기 가열 전선이 사용되지 않는 경우에도 아무러한 문제가 발생하지 않는다.

Claims (6)

1. 풍력 발전소의 파일론으로서, 상기 파일론은 서로 중첩되는 세그먼트들로 구성되고 서로 중첩되는 세그먼트들 사이에는 결합재가 설치되고, 하부 세그먼트(4)의 상부 영역 및/또는 상부 세그먼트(6)의 하부 영역에 가열 소자를 구비함을 특징으로 하는 파일론.
2. 제1항에 있어서, 상기 가열 소자는 세그먼트(4)의 상층부 위에 또는 상기 세그먼트 내에 상층부 아래에, 가열 와이어(5) 또는 PCT 저항으로 구성됨을 특징으로 하는 파일론.
3. 제2항에 있어서, 상기 가열 와이어(5) 또는 PCT 저항은 가열을 위해 전류가 흐르도록 구성된 파일론.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열 와이어(5)는 미앤더 형태로 상기 세그먼트의 상부에 형성되거나 상기 세그먼트(4) 내에 아래 영역에 형성되는 것을 특징으로 하는 파일론.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열 와이어(5)에는 예를 들어 웰딩 변압기 또는 다른 형태의 전류 생성 장치가 접속되기 위한 전류 접속 단자(6a, 6b)가 구비됨을 특징으로 하는 파일론.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 파일론을 구비한 풍력 발전소.