KR20120092564A - 조력발전터빈과 이에 관련된 수중장치용 지지기초구조물과 그 설치방법 - Google Patents

Abstract

지지기초구조물(20)이 베이스(50), 베이스(50)에 지지된 조력발전터빈 지지체(54)와, 수중 바닥면에 지지되고 베이스(50)에 의하여 서로 연결되는 적어도 3개의 각부(52)로 구성된다. 각각의 각부(52)가 중공형 케이싱(70), 수중 바닥면(12)에 대하여 케이싱(70)의 수직위치를 조절할 수 있게 되어 있는 견고한 수직위치 조절부재(72)를 포함한다. 견고한 조절부재(72)는 케이싱(70)의 하측에 수직으로 돌출되어 고정된다. 각 각부(52)는 물(14)의 수중 바닥면에 결합되고 견고한 조절부재(72)의 하측단부에 견고히 연결되는 결합부재(74)를 더 포함한다.

Description

조력발전터빈과 이에 관련된 수중장치용 지지기초구조물과 그 설치방법 {SUPPORTING FOUNDATION FOR A MARINE CURRENT TURBINE, AND RELATED UNDERWATER DEVICE AND INSTALLATION METHOD}

본 발명은 해저면상에 배치될 수 있게 된 조력발전터빈을 위한 지지기초구조물에 관한 것으로, 특히 지지기초구조물이 베이스, 베이스에 지지된 조력발전터빈 캐리어, 수중 바닥면에 지지되고 베이스에 의하여 서로 연결되며 각각 중공형 케이싱을 포함하는 적어도 3개의 각부로 구성되는 조력발전터빈용 지지기초구조물에 관한 것이다.

이러한 지지기초구조물은 조류가 일어나고 있는 수중 바닥면에 배치될 수 있게 되어 있다.

예를 들어 물은 해양, 즉 바다의 물이고 이 경우 특히 조류는 밀물과 썰물 또는 너울에 의하여 일어난다. 또한 물은 강 또는 수로의 물일 수 있으며, 이 경우 조류는 수원(水源)과 하구(河口) 사이의 물흐름에 의하여 일어난다.

지지기초구조물은 터빈과 교류발전기를 포함하는 조력발전터빈을 수중 바닥면에 지지하여 고정시킨다. 조력발전터빈은 터빈에 의하여 물의 순환에 의한 수력에너지, 즉 기계적인 회전에너지를 수집할 수 있고 교류발전기를 이용하여 이러한 기계적인 에너지를 전기에너지로 전환시킬 수 있다.

조력발전터빈에 가하여지는 조류의 잠재적인 힘을 감안할 때, 지지기초구조물은 수중 바닥면에서 확고한 위치를 유지할 수 있도록 하는 반면에 최적한 에너지생산을 위하여 조력발전터빈의 방향조절이 이루어질 수 있도록 하는 것이 매우 중요하다.

조력발전터빈에 양호한 안정성을 부여하기 위하여, 예를 들어 특허문헌 WO 2008/110811 및 EP 1 992 741 에서 보인 바와 같은 삼각대 형태의 지지기초구조물을 이용하는 것이 알려져 있다.

지지기초구조물은 조력발전터빈을 지지하는 중앙의 베이스와 수중 바닥면에 삽입되어 고정될 수 있게 된 3개의 수직각부로 구성된다.

각각의 각부는 지지기초구조물이 수중 바닥면에 배치될 때 이러한 수중 바갇면에 삽입되는 하향개방형의 케이싱으로 구성된다.

특허문헌 WO 2008/110811 에서, 이러한 케이싱은 수중 바닥면상에 지지기초구조물을 안정시키기 위하여 안정화된다.

이러한 지지기초구조물은 실질적으로 평탄한 바닥면에는 잘 적응되며 충분한 견고성을 가짐으로서 바닥면에 지지기초구조물를 너무 깊이 삽입시킬 필요가 없도록 한다.

만약 바닥면이 평탄하지 않은 경우, 수중 바닥면을 어느 정도 평탄하게 준비하고 바닥면이 너무 연약하지 않도록 보장하는 것이 필요하다.

이와 같이 함으로서 지지기초구조물이 조절되지 않은 상태로 하층토대에 삽입되는 것을 방지하고 수평평면과 수직평면에서 조력발전터빈의 배향(配向)이 보장될 수 있도록 한다.

이와 같이 수중 바닥면을 준비하는 것은 수중정지작업용의 선박을 이용하여야 함으로 많은 시간이 소요되고 번거롭다.

본 발명의 목적은 요철부분과 연약지반부분을 갖는 바닥면을 갖는 해저면에 간단하고 비용이 많이 들지 않는 방식으로 배치될 수 있는 조력발전터빈용의 지지기초구조물을 얻고자 하는데 있다.

이를 위하여, 본 발명의 목적은 상기 언급된 형태의 지지기초구조물을 제공하는데 있는 것으로, 각 지지각부는

* 수중 바닥면에 대하여 케이싱의 수직위치를 조절할 수 있게 되어 있고 케이싱의 하측으로 수직으로 돌출되게 고정된 견고한 수직위치 조절부재와,

* 견고한 수직위치조절부재의 하측단부에 견고히 연결되어 수중 바닥면에 결합되는 결합부재를 더 포함한다.

본 발명에 따른 지지기초구조물은 각각 또는 기술적으로 조합되는 다음의 하나 이상의 특징을 포함한다.

- 적어도 2개의 조절부재가 케이싱과 결합부재 사이에서 상이한 높이를 갖는다.

- 각 조절부재는 수중 바닥면에 지지기초구조물를 설치하기 전에 케이싱으로부터 수중 바닥면을 향하여 전개되는 요소를 포함한다.

- 각 조절부재는 케이싱에 대한 고정요소를 포함하고, 전개요소가 수중 바닥면에 지지기초구조물를 설치하기 전에 고정요소에 대하여 이동가능하게 착설되며, 고정요소와 전개요소는 특히 신축형 튜브로 구성된다.

- 각 케이싱은 수중에서 지지기초구조물이 고유의 부력을 갖도록 하기 위하여 가스로 채워질 수 있는 내부공간을 한정하는 적어도 하나의 저면벽과 측벽을 포함한다.

- 케이싱은 내부공간의 상부를 폐쇄하는 상부벽을 포함하고, 케이싱은 내부공간에 유체를 주입하거나 배출하기 위한 적어도 하나의 탭핑(tapping)을 포함한다.

- 내부공간은 측벽의 상측을 향하여 영구적으로 개방될 수 있다.

- 하나의 결합부재가 수중 바닥면 측으로 삽입될 수 있도록 하측으로 개방된 캐비티를 한정한다.

- 캐비티는 하측으로 개방된 중공형 삽입체에 의하여 한정되고 캐비티의 상측부에 상부폐쇄벽을 갖는다.

- 결합부재의 하나는 수중바닥면으로 결합부재가 침투하는 것을 방지하기 위하여 전체적으로 단일체의 볼록형 하부면을 포함한다.

또한, 본 발명의 목적은 수중발전장치를 제공하는데 있는 것으로,

- 상기 정의된 지지기초구조물과,

- 조력발전터빈 지지체상에 착설되는 조력발전터빈으로 구성됨을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 목적은 다음의 단계로 구성되는 상기 정의된 지지기초구조물을 설치하는 방법을 제공하는 것이다.

- 수중 바닥면상에 지지기초구조물을 부설하기 위한 영역을 향하여 배치된 지점까지 수면위에서 적어도 부분적으로 지지기초구조물을 운반하는 운반단계.

- 지지기초구조물을 전체적으로 수중에 잠수시키는 잠수단계.

- 지지기초구조물의 각부를 부설영역에 지지하여 각 결합부재를 수중 바닥면에 접촉하여 배치될 수 있도록 정렬하는 정렬단계.

본 발명에 따른 방법은 각각 또는 기술적으로 조합되는 다음의 하나 이상의 특징을 포함한다.

- 케이싱의 하측에서 각 견고한 조절부재로부터 돌출된 높이를 조절하는 단계와, 케이싱에 대하여 각 견고한 조절부재를 고정하는 단계를 포함한다.

- 케이싱의 하측에서 각 견고한 조절부재로부터 돌출된 높이를 조절하는 단계가 수중에 지지기초구조물을 완전히 잠수시키기 전에 수행된다.

- 운반단계가 자체부력의 효과하에 지지기초구조물의 일부가 수중에 잠수된 상태가 유지되고 있는 동안에 수행된다.

본 발명을 첨부도면에 의거하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 수중 바닥면에 부설되는 본 발명에 따른 지지기초구조물로 구성되는 제1 발전장치의 부분분해사시도.
도 2는 도 1에서 보인 장치의 측면도.
도 3은 수중 바닥면에 설치하기 전의 장치를 보인 도 2와 유사한 측면도.
도 4는 도 1에서 보인 지지기초구조물의 각부의 중간수직평면을 따른 단면도.
도 5 내지 도 9는 본 발명에 따른 다른 지지기초구조물을 보인 도 4와 유사한 단면도.
도 10은 도 1의 지지기초구조물에 의하여 지지될 수 있는 조력발전터빈의 정면도.
도 11은 도 1의 지지기초구조물에 의하여 지지될 수 있는 다른 조력발전터빈의 사시도.
도 12는 본 발명에 따른 지지기초구조물을 배치하기 위한 제1 방법의 제1 단계중에, 부설선과 본 발명에 따른 지지기초구조물을 보인 설명도.
도 13은 제1 설치방법의 제2 단계중에 있는 것을 보인 도 12와 유사한 설명도.
도 14는 제2 설치방법의 제1 단계중에, 부설선과 본 발명에 따른 지지기초구조물을 보인 설명도.
도 15는 제2 설치방법의 제2 단계중에 있는 것을 보인 도 14와 유사한 설명도.
도 16은 제2 설치방법의 제3 단계중에 있는 것을 보인 도 14와 유사한 설명도.

본 발명에 따른 발전용 제1 수중장치(10)가 도 1 내지 도 4에 도시되어 있다.

이 수중장치(10)는 물(14)로 이루어진 수중에서 일어나는 조류로부터 전력을 얻기 위하여 물(14)의 수중 바닥면(12)상에 배치될 수 있게 되어 있다.

예를 들어, 물(14)은 해양, 즉, 바다와 같이 조류가 일어나는 바닷물이거나 수로나 강과 같이 순환하는 민물이다.

수중장치(10)가 배치되는 영역에서 이러한 물(14)의 최소깊이는 5 m 이상, 일반적으로 20 m ~ 60 m 사이이다.

수중 바닥면(12)은 암반 또는 퇴적토와 같은 토양물질로 구성된다. 이러한 바닥면은 도 2에서 보인 바와 같이 면적이 넓으며 물(14)의 수면으로부터 측정하였을 때 깊이가 상이하고 불균일한 여러 바닥단면(16A, 16B, 16C)으로 이루어질 수 있다.

물(14)의 수중 바닥면(12)은 수중장치(10)에 대하여 비교적 견고한 영역과 비교적 연약한 영역을 가질 수 있을 것이다.

수중장치(10)는 그 전체가 물(14)의 수면 아래로 잠수된다. 수중장치는 물(14)의 수중 바닥면(12)상에 고정지지되는 지지기초구조물(20)과 이러한 지지기초구조물(20)상에 돌출되게 착설되는 조력발전터빈(22)으로 구성된다.

잘 알려진 바와 같이, 조력발전터빈(22)은 취부스터드(26)를 통하여 지지기초구조물(20)에 취부되는 베이스동체(24)로 구성된다.

조력발전터빈은 물(14)의 수력에너지를 기계적인 회전에너지로 전환하기 위하여 베이스동체(24)의 수평 축선 A-A'를 중심으로 하여 회전가능하게 착설된 수차(28)를 포함한다.

또한 조력발전터빈(22)은 수차(28)의 회전에 의한 기계적인 에너지를 전력으로 전환시킬 수 있는 교류발전기(30)를 포함한다.

도 10에서 보인 예시적인 조력발전터빈(22)에서, 베이스동체(24)는 회전 축선 A-A'을 따라 수차를 향하여 흐르는 물을 안내할 수 있는 페어링(fairing)(32)과 이러한 페어링(32)내에 배치된 터빈지지체(34)로 구성된다.

수차(28)는 터빈지지체(34)에서 축선 A-A'를 중심으로 하여 회전가능하게 착설된 허브(36)와, 이러한 허브(36)로부터 페어링(24)측에 방사상으로 돌출된 다수의 베인(38)으로 구성된다.

도 11에서 보인 다른 형태의 조력발전터빈(22)에서, 베이스동체(24)에는 페어링이 없고 수차(28)가 터빈지지체(34)의 일측 단부에 착설되어 있다.

수차(28)의 회전 축선 A-A'는 수직으로 배치될 수도 있을 것이다.

도 1에서 보인 예에서, 취부스터드(26)는 베이스동체(24)를 지지하는 원통형 상측부(40), 하측으로 좁아지는 형태인 중간의 안내부(42)와, 지지기초구조물(20)에 삽입될 수 있게 되어 있는 원통형 하측부(44)로 구성된다.

하측부(44)의 횡방향 크기는 수직축선에 대하여 횡방향으로 측정하였을 때 상측부(40)의 횡방향 크기 보다 작다.

취부스터드(26)에는 하측부(44)의 모선(母線)을 따라 수직안내리브(46)가 형성되어 있으며 이는 이후 상세히 설명되는 바와 같이 지지기초구조물(20)상에 조력발전터빈(22)을 배치할 때 배치각도의 지표가 된다.

도시된 예에서, 조력발전터빈(22)은 주기적인 유지보수단계에서 지지기초구조물(20)을 들어올리지 않고 물(14)의 수면 위로 이동시킬 수 있도록 지지기초구조물(20)에 분리가능하게 착설된다. 이러한 조력발전터빈(22)은 지지기초구조물(20)에 영구적으로 고정배치될 수도 있다.

도 1 내지 도 4에서, 지지기초구조물(20)은 개방골조형 베이스(50), 베이스(50)에 의하여 함께 연결되고 물(14)의 수중 바닥면(12)에 지지되는 실질적으로 수직인 적어도 3개의 각부(52)와, 베이스(50)에 의하여 지지되는 조력발전터빈 지지체(54)로 구성된다.

도 1에서 보인 예에서, 베이스(50)는 외부윤곽이 다각형이며 각부(52)는 이러한 다각형의 꼭지점에 배치된다.

특히, 베이스(50)는 그 형상이 등변삼각형, 즉 정삼각형이고 지지기초구조물(20)은 베이스(50)의 꼭지점에 배치된 3개의 각부를 갖는다.

각부(52)의 수는 지지기초구조물(20)의 안정성을 더욱 증가시키기 위하여 3개 이상일 수 있다.

베이스(50)는 조력발전터빈 지지체(54)를 각 각부(52)에 연결하는 다수의 프레임부재(60A)와, 각 각부(52)를 두개의 인접한 각부(52)에 연결하는 다수의 프레임부재(60B)로 구성된다.

이와 같이, 도 1에서 보인 에에서, 베이스(50)는 베이스(54)를 각 각부(52)에 연결하는 적어도 두개의 경사형 프레임부재(60A)와, 하나의 각부(52)를 인접한 각부(52)에 연결하는 실질적으로 수평인 프레임부재(60B)로 구성된다.

프레임부재(60A, 60B)는 이들 사이에 물순환공간을 형성함으로서 조류에 대한 지지기초구조물(20)의 저항을 최소화할 수 있도록 한다.

본 발명에 따라서, 각각의 각부(52)는 상부중공형 케이싱(70), 케이싱(70)에 고정된 상태에서 케이싱(70)의 수직하측으로 돌출되어 수중 바닥면(12)에 대한 케이싱(70)의 수직위치를 조절하기 위한 수직위치 조절부재(72)와, 물(14)의 수중 바닥면(12)과 결합하기 위하여 조절부재(72)의 하측단부에 배치되어 바닥면(12)에 접촉하는 결합부재(74)를 포함한다.

또한 각각의 각부(52)는 물(14)의 수중으로 지지기초구조물(20)을 하강시키기 위한 하강라인이 고정되는 고정요소(76)를 포함한다.

도 4에서 보인 바와 같이, 각 케이싱(70)에는 운반중에 지지기초구조물(20)이 부력을 가질 수 있도록 가스가 주입되거나 지지기초구조물을 부설한 후에는 물(14)의 수중 바닥면(12)에 지지기초구조물(20)이 안정되게 안착될 수 있도록 고체 또는 액체의 밸러스트가 선택적으로 채워지는 부력 및 밸러스트를 위한 내부공간(78)이 형성되어 있다.

각 케이싱(70)은 그 형상이 수직 축선 B-B'을 갖는 실질적인 원통형의 형상이다. 이와 같이 케이싱은 저면벽(80), 주연측벽(82) 및 상부벽(84)으로 구성되고 이들 저면벽(80), 주연측벽(82) 및 상부벽(84)이 내부공간(78)을 형성한다.

예를 들어 각 케이싱(70)의 내부공간은 그 크기가 300 ㎥ ~ 500㎥ 사이이다.

또한, 케이싱(70)은 내부공간(78)에 액체 또는 고체를 주입하기 위한 탭핑(85A)과 내부공간(78)을 개방하여 내부공간(78)을 배기하기 위한 탭핑(85B)을 포함한다.

이들 탬핑(85A, 85B)에는 내부공간(78)에 대한 접근을 선택적으로 차단하기 위한 밸브가 구비된다.

조절부재(72)가 케이싱(70)에 취부된다.

이러한 조절부재의 크기는 도 2에서 수평방향으로 측정하여 본 그 최대횡방향크기가 케이싱(70)의 최소횡방향크기 보다 작다.

도시된 예에서, 수중 바닥면(12)의 상측으로 케이싱(70)의 수직위치를 조절하기 위하여, 조절부재(72)는 저면벽(80)과 상부벽(84) 사이에서 내부공간(78)을 통하여 케이싱(70)에 고정적으로 착설된 제1의 관상 고정요소(86)와, 지지기초구조물(20)의 설치 전후에 고정요소(86)로부터 전개가능한 하측의 관상 전개요소(88)를 포함한다.

이러한 예에서, 고정요소(86)와 이동가능한 전개요소(88)는 수직축선을 따라 상호 활동가능하게 착설된 신축형 튜브로 구성된다.

전개요소(88)는 도 3에서 보인 케이싱(70)에 후퇴된 위치와 케이싱(70)의 하측의 여러 전개된 위치 사이로 케이싱(70)으로부터 선택된 높이로 하향되게 돌출될 수 있도록 고정요소(86)에 대하여 이동가능하게 되어 있다.

지지기초구조물(20)의 설치중에, 케이싱(70)을 수중 바닥면(12)에 대하여 선택된 수직위치를 유지할 수 있도록 하기 위하여, 전개요소(88)는 고정요소(86)와 케이싱(70)에 대하여 선택된 전개위치에 일시적으로 또는 영구적으로 고정될 수 있다.

이러한 수직위치는 예를 들어 수중 바닥면(12)에서 0.5 m ~ 5 m 사이이다.

예를 들어, 전개요소(88)에 대하여 고정요소(86)를 고정시키는 것은 용접, 스크류체결, 리벳트체결 또는 소성변형에 의하여 이루어질 수 있다.

각부(52)에 구비되어 있는 조절부재(72)는 각부(52)에 대한 바닥면(12)의 깊이에 따라서 저면벽(80)과 결합부재(74) 사이로 케이싱(70)의 하측으로 돌출된 각 조절부재(72)의 높이를 조절할 수 있도록 한다.

이와 같이 물(14)의 수중 바닥면(12)의 지형에 관계없이, 케이싱(70)은 이들의 저면벽(80)이 실질적으로 선택된 수직위치를 유지할 수 있어 베이스(50)와 지지체(54)가 수평평면과 수직평면에서 결정된 방향으로 향할 수 있게 된다.

도면에서 보인 예에서, 베이스(50)는 실질적으로 수평을 유지하고, 모든 케이싱(70)은 물(14)의 수면에 대하여 동일한 깊이에 배치된다.

이를 위하여, 도 2에서 보인 바와 같이, 케이싱(70)과 결합부재(74) 사이에서 조절부재(72)의 돌출된 높이는 각 각부(52) 마다 다를 것이다. 이러한 높이는 예를 들어 케이싱(70)의 높이의 1/10 ~ 1 배 사이이다.

이와 같이, 지지기초구조물(20)은 이들의 케이싱(70)의 하측으로 상이하게 돌출된 높이를 갖는 적어도 두개의 조절부재(72)로 구성된다.

도 2에서 수평으로 보았을 때, 결합부재(74)는 그 최대 횡방향 크기가 견고한 조절부재(72)의 최대 횡방향 크기 보다 크다.

도 1 내지 도 4에서 보인 예에서, 결합부재(74)는 조절부재(72)의 하측단부에 부착된 슈우(90)로 구성된다.

이러한 슈우(90)는 수중 바닥면(12)상에 지지되도록 배치된다. 이러한 슈우는 바닥면(12)이 연약지반인 경우 각부(52)가 이러한 바닥면(12)으로 파고들어가는 것을 방지하거나 적어도 제한하기 위하여 하측방향으로 볼록한 단일체의 볼록형 하측면(92)을 갖는다.

또한 다른 방식으로, 도 5에서 보인 바와 같이, 슈우(90)는 정점부분이 하측으로 향하는 원추형의 형태를 이루는 단일체 하측면(92)을 형성한다. 이러한 원추형 슈우(90)는 다량의 암석(94)으로 이루어진 바닥면(12)에 특히 적합한 것이다.

도 6 및 도 7에서 보인 바와 같은 다른 예에서, 결합부재(74)는 바닥면(12)의 일부가 삽입되는 캐비티(96)를 형성하기 위하여 하측으로 개방된 중공형 삽입체(96)로 구성된다.

캐비티(96)는 삽입체(94)가 바닥면(12)측으로 삽입될 수 있도록 하측으로 개방되어 있다. 도 6에서 보인 바와 같이, 삽입체(94)의 높이는 상대적으로 작은데, 예를 들어 케이싱(70)의 높이 보다 작다.

더욱이, 삽입체(94)를 형성하는 중공형 벽은 삽입체(94)와 캐비티(86)내의 바닥면(12)의 일부분 사이에 바닥면을 향하여 형성된 공간부(98)를 형성한다.

도 7에서 보인 다른 예에서, 삽입체(94)는 삽입체(94)를 형성하는 중공형 벽의 상부영역을 통하여 공간부(98) 측으로 개방된 탭핑(100)을 포함한다. 이러한 탭핑(100)은 펌프에 연결되어 공간부(98)내의 유체를 흡입하고 삽입체(94)가 바닥면(12)에 삽입되게 하여 흡착앵커를 구성할 수 있도록 한다.

삽입체(94)의 높이는 케이싱(7)의 높이 보다 큰 것이 유리하다.

도 8에서 보인 다른 예에서, 결합부재(74)는 상부의 관상 고정요소(86)와, 단부가 물(14)의 수중 바닥면(12)을 천공하여 미리 삽입된 하측의 관상 전개요소(88)를 통하여 주입된 시멘트덩어리(102)로 구성된다. 이러한 시멘트덩어리(102)는 하측의 관상 전개요소(88)의 둘레에서 그 하측단부와 물(14)의 수중 바닥면 사이에 연장되어 있다.

각부(52)가 향하는 바닥면(12)을 구성하는 여러 토질의 조성에 따라서, 각부(52) 아래의 토양특성에 따라서 적응되는 결합부재(74)가 사용된다.

따라서 지지기초구조물(20)은 특정구조의 결합부재(74)를 갖는 각부(52)로 구성될 수 있다. 이로써, 물(14)의 수중 바닥면(120에서 지지기초구조물(20)을 특히 수평으로 안정되게 할 수 있도록 한다.

도 9에서 보인 예에서, 케이싱(70)은 측벽(82)의 상측변부를 따라 상측이 개방되어 있다. 따라서, 측벽(82)의 상부에는 상부벽(84)이 없다. 내부공간(78)은 측벽(82)의 상부에 위치하는 케이싱(70)의 개방부를 통하여 액체나 고체의 밸러스트로 채워질 수 있다.

도 1에서, 조력발전터빈 지지체(54)는 원통형 나셀(nacelle)(110)과 이러한 나셀(110)에 삽입되는 취부스터드(26)를 안내하기 위한 슬리이브(112)로 구성된다.

나셀(110)은 상측으로 개방된 중공벽으로 구성된다. 이는 나셀 축선 C-C'를 따라 연장되며, 이 예에서 이 축선은 베이스(50)의 중심에 근접하여 수직으로 지난다.

지지체(54)를 각 각부(52)에 연결하는 프레임부재(60A)가 나셀(110)의 외면에 나셀의 축선을 중심으로 하여 등간격으로 부착되어 있다.

안내용 슬리이브(112)가 나셀(110)내에 배치된다. 이러한 슬리이브는 스터드(26)의 하측부(44)가 삽입될 수 있게 되어 있는 하부영역(114)과 스터드(26)의 하측으로 좁아지는 중간안내부(42)를 지지하기 위하여 상측으로 확개된 상부영역(116)을 포함한다.

더욱이, 이 슬리이브(112)에는 수직안내리브(46)가 삽입되는 수직 슬로트(118)가 형성되어 있으며, 이 슬로트(118)는 이러한 슬로트(118)를 향하여 수직안내리브(46)를 안내하기 위하여 확개형 캐비티(120)를 통하여 상측으로 개방되어 있다.

하부영역(114)은 하측부(44)의 단면에 일치하는 횡단면을 갖는 원통형의 중앙 캐비티를 형성한다.

또한 상부영역(116)은 상측으로 확개되고 중간안내부(42)의 형상에 일치하는 형상을 갖는 확개형 중앙 캐비티를 형성한다.

슬로트(118)는 하부영역(114)과 상부영역(116)의 일부를 통하여 연장되어 있다. 이러한 슬로트의 폭은 리브(46)가 슬로트(118)에 삽입될 때 스터드(26)가 축선 C-C' 를 중심으로 하여 회전되지 않도록 하는 리브(46)의 폭과 일치한다.

확개형 캐비티(120)는 슬로트(118)의 상측단부에서 상부영역(116)에 형성된다.

수력발전터빈(22)이 지지기초구조물(20)에 취부될 때, 스터드(26)는 나셀(110)에 부분적으로 삽입된다. 하측부(44)는 하부영역(114)내에 삽입되고 중간안내부(42)는 상부영역(116)상에 안치된다.

리브(46)는 슬로트(118)내에서 회전되지 않게 고정되어 수력발전터빈(22)이 축선 C-C'를 중심으로 하여 사전에 결정된 위치로 방향이 향할 수 있도록 한다.

본 발명에 따른 발전용의 수중장치(10)를 배치하기 위한 제1의 방법이 도 12와 도 13에서 설명된다.

이 방법은 크레인과 같은 호이스트(132)가 구비된 부설선(130)에 의하여 수행된다. 호이스트(132)는 수중장치(10)를 물(14)의 수중에 내려보낼 수 있도록 하는 작업라인(133)을 갖는다.

이 방법은 지지기초구조물(20)을 물(14)의 수중바닥면(12)에 배치하기 위한 영역(134)을 향하는 지점까지 물(14)의 수면에서 지지기초구조물(20)을 운반하는 운반단계를 포함한다.

그리고 이 방법은 부설선(130)으로부터 지지기초구조물(20)을 물(14)의 수중에 전체가 잠길 수 있도록 잠수시키는 잠수단계와, 지지기초구조물(20)을 물(14)의 수중 바닥면(12)상에 지지되게 배치하는 단계를 포함한다.

초기의 운반단계에서, 지지기초구조물(20)은 부설선(130)에 실린다. 도 3에서 보인 바와 같이, 각부(52)를 조절하기 위한 조절부재(72)가 케이싱(70)내로 후퇴하여 지지기초구조물(20)의 수직크기가 최소화된다.

이를 위하여, 하부의 관상 전개요소(88)는 상부의 관상 고정요소(86)내에 후퇴위치에 놓인 상태가 유지된다. 결합부재(74)는 케이싱(70)에 근접한 상태가 유지된다.

이 방법의 제1의 다른 방법에서, 부설영역(134)의 지형이 지지기초구조물(20)이 배치되어 설치되기 전에 결정된다.

케이싱(70)의 하측으로 돌출되는 각 조절부재(72)의 높이는 물(14)의 수중 바닥면(12)에서 수직평면 및 수직 평면에 대하여 결정된 방향으로 베이스(50)를 유지하기 위하여 결정된 지형에 따라서 각 각부(52)에 대하여 계산된다.

그리고 조절부재(72)가 각 각부(52)에 대하여 계산된 높이값에 따라 이들의 높이를 조절함으로서 각 각부(52)에서 바닥면 측으로 전개된다.

다음으로, 하측의 관상 전개요소(88)가 수면위치에서, 예를 들어 부설선(130)에서 용접이나 소성변형으로 상측 관상 고정요소(86)에서 결정된 높이에 고정된다.

그리고 작업라인(133)이 지지기초구조물(20)에 부착되고 호이스트(132)가 조작되어 부설선(130)으로부터 지지기초구조물(20)이 옮겨져 물(14)의 수면상 부설영역(134)에 또는 부분적으로 잠기어 배치된다.

그리고, 선택된 양의 고체 또는 액체의 밸러스트가 각 케이싱(70)의 내부공간(78)으로 주입되고 지지기초구조물(20)이 물(14)의 수중으로 하강이동된다.

도 12에서 보인 예에서, 조력발전터빈(22)은 앞서 언급된 바와 같이 취부스터드(26)를 나셀(110)에 삽입함으로서 사전에 그 지지체(54)에 착설된다.

다른 방식으로, 지지기초구조물(20)은 조력발전터빈(22)에 앞서 하강이동되어 수중 바닥면(12)에 배치되며, 조력발전터빈(22)이 수중 바닥면(12)지지기초구조물(20)을 배치한 후에 물(14)의 수중으로 하강이동된다.

다음으로, 잠수단계에서, 수중 바닥면(12)에 접촉하여 결합부재(74)가 배치될 수 있도록 작업라인(133)에 매달린 상태에서 지지기초구조물(20)이 전체가 물(14)의 수중에 잠수되고 영역(134)까지 하강이동된다.

각 각부(52)의 적합한 높이를 조절하기 위한 조절부재(72)와 바닥면(12)을 구성하고 있는 토대의 특성에 적응토록 하는 결합부재(74)를 고려하여, 지지기초구조물(20)이 물(14)의 수중 바닥면(12)에 매우 정확하고 튼튼하게 배치된다.

이러한 과정은 정지작업을 크게 수행하지 않고 매우 간단한 부설방법으로 실행된다.

따라서 지지기초구조물(20)과 수중장치(10)의 부설비용이 감소되고 부설작업이 용이하게 이루어진다.

다음으로, 작업라인(133)이 고정요소(76)에서 분리되고 부설선(130)으로 회수된다. 그리고 조력발전터빈(22)이 수차의 회전효과하에 교류발전기(30)를 통하여 발전토록 작동된다.

다른 방법으로, 지지기초구조물(20)은 조절부재(72)가 후퇴된 상태에서 하강이동된다.

다음으로, 지지기초구조물(20)이 적어도 하나의 각부(52)가 수중 바닥면(12)으로부터 거리를 선택된 위치에 이르렀을 때, 관상의 전개부재(88)가 해제되어 결합부재(74)가 바닥면(12)에 접촉할 때까지 수중 바닥면(12)을 향하여 전개된다.

지지기초구조물(20)이 만족스럽게 배치되었을 때, 하측의 전개요소(88)가 예를 들어 소성변형으로 상부의 고정요소(86)에 고정되고 작업라인(1330이 회수된다.

본 발명에 따른 제2 배치방법이 도 14 내지 도 16에서 설명된다.

도 12 및 도 13에서 보인 제1 방법과 다르게, 부력을 갖는 케이싱(70)의 내부공간(78)이 충분한 양의 가스로 채워져 지지기초구조물(20)이 충분한 부력을 가짐으로서 그 부력에 의하여 물(14)의 수면에서 부분적으로 잠수가 이루어질 수 있도록 한다.

도 14에서 보인 바와 같이, 조력발전터빈(22)이 초기에 지지기초구조물(20)에 실렸을 때 이러한 부력으로 조력발전터빈(22)이 물(14)의 수면상에 유지될 수 있도록 한다.

도 14에서 보인 운반단계에서, 부설선(130)은 견인라인(140)으로 물(14)의 수중에 일부가 잠긴 상태에서 지지기초구조물(20)을 부설영역(134)을 향하는 지점까지 견인한다.

따라서 지지기초구조물(20)을 인상할 수 있도록 중량이 많이 나가는 호이스트(132)가 부설선(130)에 구비될 필요가 없다.

다음으로, 잠수초기에 지지기초구조물(20)의 위치를 수평으로 유지하기 위하여, 지지기초구조물(20)이 부설영역(13)을 향하는 상기 언급된 지점에 도달하였을 때, 부체(144)가 전 길이에 걸쳐 분포되어 있는 부유라인(142)이 각 결합부재(74)에 연결된다.

각 케이싱(70)에 유체를 주입하기 위한 탭핑(85A)은 내부공간(78)내에 존재하는 가스의 적어도 일부를 대체하는 것과 같이 내부공간(78)으로 액체 또는 고체 밸러스트를 주입하기 위하여 개방된다.

지지기초구조물(20)의 부력이 감소하여 수면 아래로 그 전체가 잠수하게 된다.

도 16에서 보인 바와 같이, 부설선(130)이 지지기초구조물(20)의 상부위치에 놓인다. 부설선(130)으로부터 윈치에 의하여 풀려나가는 하강라인(146)이 고정요소(76)에 연결되고 부유라인(142)이 고정요소(76)로부터 분리될 수 있다.

그리고 지지기초구조물(20)은 상기 언급된 바와 같이 수중 바닥면에 각부(52)가 지지될 수 있도록 하기 위하여 하강라인(146)에 의하여 부설영역(134)까지 점진적으로 하강된다.

다른 방식으로, 지지기초구조물(20)이 잠수하는 것과 수중 바닥면(12)상에 배치되는 것이 부설선(130)으로부터 하강라인(146)을 사용하지 않고 부유라인(142)에 의하여서만 수행될 수 있다.

그리고 지지기초구조물(20)의 잠수는 부유라인(142)에 배치된 부체(144)에 의하여 자동적으로 조절될 수 있다.

상기 언급된 모든 경우에 있어서, 조절부재(72)는 부설영역(134)의 지형이 사전에 연구된 경우, 물(14)의 수중으로 지지기초구조물(20)을 하강시키기 전에, 또는 달리 지지기초구조물(20)이 적어도 하나의 각부가 수중 바닥면(12)에서 떨어져 있는 부설영역(134)의 부근에서 물(14)의 수중에 위치할 때 전개될 수 있다.

10: 수중장치, 12: 수중 바닥면, 20: 지지기초구조물, 22: 조력발전터빈, 50: 베이스, 52: 각부, 54: 지지체, 70: 케이싱, 72: 조절부재, 74: 결합부재, 78: 내부공간, 82: 측벽, 84: 상부벽, 85A, 85B: 탭핑, 86: 고정요소, 88: 전개요소, 92: 단일체 하측면, 94: 중공형 삽입체, 96: 캐비티, 134 부설영역.

Claims (15)

1. 물(14)의 수중 바닥면(12)에 배치될 수 있게 된 조력발전터빈(22)을 위한 지지기초구조물(20)이 베이스(50), 베이스(50)에 지지된 조력발전터빈 지지체(54)와, 수중 바닥면에 지지되고 베이스(50)에 의하여 서로 연결되며 각각 중공형 케이싱(70)을 포함하는 적어도 3개의 각부(52)로 구성되는 조력발전터빈용 지지기초구조물에 있어서, 각각의 각부(52)가 수중 바닥면(12)에 대하여 케이싱(70)의 수직위치를 조절할 수 있게 되어 있고 케이싱의 하측으로 수직으로 돌출되게 고정된 견고한 수직위치 조절부재(72)와, 견고한 수직위치 조절부재(72)의 하측단부에 견고히 연결되어 수중 바닥면(12)에 결합되는 결합부재(74)를 더 포함함을 특징으로 하는 조력발전터빈용 지지기초구조물.
2. 제1항에 있어서, 적어도 2개의 조절부재(72)가 케이싱과 결합부재(74) 사이에서 상이한 높이를 가짐을 특징으로 하는 조력발전터빈용 지지기초구조물.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 각 조절부재(72)가 수중 바닥면(12)에 지지기초구조물(20)를 설치하기 전에 케이싱(70)으로부터 수중 바닥면(12)을 향하여 전개되는 전개요소(88)를 포함함을 특징으로 하는 조력발전터빈용 지지기초구조물.
4. 제3항에 있어서, 각 조절부재(72)가 케이싱(70)에 대한 고정요소(86)를 포함하고, 전개요소(88)가 수중 바닥면(12)에 지지기초구조물(20)를 설치하기 전에 고정요소(86)에 대하여 이동가능하게 착설되며, 고정요소(86)와 전개요소(88)가 신축형 튜브로 구성됨을 특징으로 하는 조력발전터빈용 지지기초구조물.
5. 전기 청구항의 어느 한 항에 있어서, 각 케이싱(70)이 물(14)의 수중에서 지지기초구조물(20)에 고유의 부력을 갖도록 하기 위하여 가스로 채워질 수 있는 내부공간(78)을 한정하는 적어도 하나의 저면벽(80)과 측벽(82)을 포함함을 특징으로 하는 조력발전터빈용 지지기초구조물.
6. 제5항에 있어서, 케이싱(70)이 내부공간(78)의 상부를 폐쇄하는 상부벽(84)을 포함하고, 케이싱(70)이 내부공간(78)에 유체를 주입하거나 배출하기 위한 적어도 하나의 탭핑(85A, 85B)을 포함함을 특징으로 하는 조력발전터빈용 지지기초구조물.
7. 제5항에 있어서, 내부공간(78)이 측벽(82)의 상측을 향하여 영구적으로 개방되어 있음을 특징으로 하는 조력발전터빈용 지지기초구조물.
8. 전기 청구항의 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 결합부재가 수중 바닥면(12) 측으로 삽입될 수 있도록 하측으로 개방된 캐비티(96)를 형성함을 특징으로 하는 조력발전터빈용 지지기초구조물.
9. 제8항에 있어서, 캐비티(96)가 하측으로 개방된 중공형 삽입체(94)에 의하여 형성되고 캐비티(96)의 상측부에 상부폐쇄벽을 가짐을 특징으로 하는 조력발전터빈용 지지기초구조물.
10. 전기 청구항의 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 결합부재(74)가 물(14)의 수중 바닥면(12)으로 결합부재(74)가 침투하는 것을 방지하기 위하여 전체적으로 단일체의 볼록형 하부면(92)을 포함함을 특징으로 하는 조력발전터빈용 지지기초구조물.
11. 발전을 위한 수중장치(10)에 잇어서, 이 수중장치가 전기 청구항의 어느 한 항에 따른 지지기초구조물(20)과, 조력발전터빈 지지체(54)상에 착설되는 조력발전터빈(22)으로 구성됨을 특징으로 하는 수중발전장치.
12. 청구항 제1항 내지 제10항의 어느 한 항에 따른 지지기초구조물(20)을 설치하는 방법에 있어서, 수중 바닥면(12)상에 지지기초구조물(20)을 부설하기 위한 부설영역(134)을 향하여 배치된 지점까지 물(14)의 수면위에서 적어도 부분적으로 지지기초구조물(20)을 운반하는 운반단계, 지지기초구조물을 전체적으로 물(14)의 수중에 잠수시키는 잠수단계, 지지기초구조물(20)의 각부(52)를 부설영역(134)에 지지하여 각 결합부재(74)를 수중 바닥면(12)에 접촉하여 배치될 수 있도록 정렬하는 정렬단계로 구성됨을 특징으로 하는 지지기초구조물의 설치방법.
13. 제12항에 있어서, 케이싱의 하측에서 각 견고한 조절부재(72)로부터 돌출된 높이를 조절하는 단계와, 케이싱(70)에 대하여 각 견고한 조절부재(72)를 고정하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 지지기초구조물의 설치방법.
14. 제13항에 있어서, 케이싱(70)의 하측에서 각 견고한 조절부재(72)로부터 돌출된 높이를 조절하는 단계가 물(14)의 수중에 지지기초구조물(20)을 완전히 잠수시키기 전에 수행됨을 특징으로 하는 지지기초구조물의 설치방법.
15. 제1`2항 내지 제14항의 어느 한 항에 있어서, 운반단계가 자체부력의 효과하에 지지기초구조물(20)의 일부가 물(14)의 수중에 잠수된 상태가 유지되고 있는 동안에 수행됨을 특징으로 하는 지지기초구조물의 설치방법.

Images