KR20130048853A - Sea floating wind turbine apparatus for generating electricity - Google Patents

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이충호
김병국
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현대중공업 주식회사
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Abstract

PURPOSE: A floating type sea aerogenerator is provided to improve floating stability of the aerogenerator by installing bulk heavy objects on a floating structure of the lower part of a tower and by lowering the center of a weight of the aerogenerator downwardly. CONSTITUTION: A floating type sea aerogenerator comprises a tower(120), a blade(110), a floating structure(130), and a hydraulic generator. The tower is vertically installed on the sea surface. The blade is rotatably installed on one side of a nacelle located on the upper part of the tower. The floating structure is maintained in a floating state on the sea surface, and the tower is fixed. The hydraulic generator is a hydraulic generator device converting rotation energy of the blade into electricity and comprises a generator(148). The generator is installed on the floating structure of the lower part of the tower so that the center of a weight of the aerogenerator is lowered.

Description

부유식 해상 풍력발전장치{Sea floating wind turbine apparatus for generating electricity}Sea floating wind turbine apparatus for generating electricity

본 발명은 해상에서 풍력을 이용하여 전기를 생산하는 부유식 풍력발전장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 풍력발전기의 전체 무게 중심을 아래 방향으로 이동시켜 풍력발전기의 부유 안정성을 향상시키고, 아울러 발전설비 설치에 따른 제조비용 절감과 함께 우수한 시공성을 도모할 수 있는 부유식 해상 풍력발전장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a floating wind power generator for producing electricity using wind power at sea, and more particularly, by moving the entire center of gravity of the wind power generator in the downward direction to improve the floating stability of the wind power generator, and also the power generation equipment The present invention relates to a floating offshore wind power generator that can achieve excellent workability with a reduction in manufacturing cost due to installation.

풍력은 지구상에 자연적으로 발생하는 무공해 에너지원으로서, 20세기 이래 전세계적인 산업화의 영향으로 석탄, 석유 등 화석연료가 점차 고갈되고, 화석연료의 사용으로 인한 환경오염이 심각해지면서 최근 무공해 대체 에너지인 풍력을 이용한 발전방식이 더욱 각광을 받고 있다.Wind power is a pollution-free energy source naturally occurring on the earth. Since the 20th century, global winds have resulted in the depletion of fossil fuels such as coal and oil, and the environmental pollution caused by the use of fossil fuels. The power generation method using is attracting more attention.

이와 같은 풍력을 이용한 풍력발전은 풍력 발전 설비를 시공함에 있어 육상과 해상에 지지구조물을 설치하고, 이 지지구조물에 풍력발전기를 설치하여 발전하도록 하고 있다.Wind power generation using such wind power is to install a support structure on land and offshore in the construction of wind power generation facilities, and to install the wind power generator on this support structure to generate power.

육상 풍력발전은 평야지대가 많지 않은 우리나라의 현실에서 부지 확보에 어려움이 있고, 산간 오지에 풍력발전기를 설치할 경우에는 도로와 송전선을 건설하는 과정에서 비용이 많이 소요되며, 설치장소 주변의 민원발생 문제 및 유지관리가 어려운 단점이 있다. 이러한 이유로 최근에는 해상 풍력발전에 대한 관심이 증가되는 추세에 있다.Onshore wind power is difficult to secure a site in the realities of Korea where there are not many plains, and in case of installing wind power generators in remote mountains, it is expensive to build roads and transmission lines. There is a disadvantage that is difficult to maintain. For these reasons, interest in offshore wind power has recently increased.

한편, 해상 풍력발전은 고정식과 부유식으로 나눌 수 있는데, 고정식은 수심이 깊지 않은 바다의 해저면에 기초공사를 하고, 그 기초공사 위에 구조물을 설치한 후 날개를 비롯한 발전설비를 설치하는 방식이고, 부유식 해상풍력 발전시스템은 해수면 위에 부유물을 띄우고 그 부유물 위에 발전설비를 설치하는 방식이다.On the other hand, offshore wind power can be divided into fixed type and floating type. Fixed type is a method of installing foundations on the bottom of the sea without deep water, and installing the power generation facilities including wings after installing structures on the foundation. The floating offshore wind power generation system is a method of floating floats on the sea surface and installing power generation facilities on the floats.

도 1은, 종래의 부유식 해상 풍력발전기를 나타낸 측면도이고, 도 2는 해상 풍력발전기의 부유식 구조물을 지지대를 나타낸 사시도로써, 도 1에 도시한 바와 같이, 종래의 일반적인 풍력발전기(10)는 바람을 회전에너지로 바꾸는 블레이드(11)와 상기 블레이드(11)의 회전에너지를 전기에너지로 바꿔주는 발전·기계·전기장치들이 포함된 나셀(nacelle)(12)과 상기 나셀(12)에 설치되어 상기 블레이드(11)를 해면으로부터 일정높이에 위치시키기 위한 타워(13)를 포함하여 구성된다. 1 is a side view showing a conventional floating offshore wind turbine, Figure 2 is a perspective view showing the support of the floating structure of the offshore wind turbine, as shown in Figure 1, the conventional general wind turbine 10 It is installed in the nacelle (12) and the nacelle (12) including a blade (11) for converting wind into rotational energy, power generation, mechanical and electrical devices for converting the rotational energy of the blade (11) into electrical energy It comprises a tower 13 for positioning the blade 11 at a certain height from the sea surface.

한편, 위와 같은 구성을 갖는 일반적 풍력발전기(10)를 해상에서 지지하기 위해서 부유식 지지대가 마련되는데, 종래의 부유식 풍력발전기의 부유식 지지대(20)는 도 2에서 도시한 바와 같이, 부유체(buoyancy bodies)(26)들이 연결부재(25)에 의하여 연결되어 삼각뿔 형태로 구성되는 형태도 있고 1개의 부유체로 제작된 경우도 있다. 또한, 상기한 부유체들은 해저면 상에 지지되는 별도의 계류장치(무어링 장치)를 통해 지지되어 전도되는 것을 방지하였다.On the other hand, the floating support is provided to support the general wind power generator 10 having the above configuration in the sea, the floating support 20 of the conventional floating wind power generator, as shown in FIG. (buoyancy bodies) 26 are connected to each other by the connecting member 25 to form a triangular pyramid form or may be made of one floating body. In addition, the above floats are prevented from being supported and conducted through a separate mooring device (mooring device) supported on the sea bottom.

그러나, 상기와 같은 종래의 부유식 해상 풍력발전기 구조는 블레이드의 회전에너지를 전기에너지로 바꿔줄 수 있는 발전·기계·전기장치들과 같은 대용량의 중량물들이 타워 상단의 나셀(nacelle) 내부에 일체식으로 설치된 구조로 되어 있었는바, 상기와 같은 수백 톤에 달하는 대용량의 중량물 때문에 풍력발전기의 무게중심(Center of Gravity; COG)이 높아져, 부유 안정성이 저해되고 상부의 중량물에 의한 하부 타워 및 부유체의 구조적 강도 확보를 위한 제조비용의 과다에 따른 경제성이 미흡한 문제점이 있었다.
However, such a conventional floating offshore wind turbine structure has a large amount of heavy materials, such as power generation, mechanical and electrical devices, which can convert the rotational energy of the blade into electrical energy, and is integrated inside the nacelle at the top of the tower. Due to the large capacity of hundreds of tons, the center of gravity (COG) of wind power generators is increased due to the heavy weight of several hundred tons. There was a problem of insufficient economic feasibility due to excessive manufacturing cost for securing structural strength.

본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 기존의 풍력발전기 상단에 설치되던 발전기를 포함한 대용량 중량물들을 타워 하단의 부유 구조물상에 설치하여 풍력발전장치의 무게중심을 아래 방향으로 낮춤으로써 풍력발전장치의 부유 안정성을 향상시켜 자세 안정성을 도모할 수 있고, 장치의 유지보수가 용이할 뿐 아니라, 발전설비 설치에 따른 시공비용과 제작비용을 절감시킬 수 있도록 하는 부유식 해상 풍력발전장치를 제공하는 데에 있다.
The present invention has been made to solve the above problems, an object of the present invention is to install a large-capacity heavy load, including a generator that was installed on the top of the existing wind power generator on the floating structure at the bottom of the tower below the center of gravity of the wind power generator By lowering the direction, the floating stability of the wind power generation system can be improved, and the posture stability can be improved, and the maintenance of the device is easy, and the floating sea can reduce the construction cost and manufacturing cost according to the installation of the power generation equipment. To provide a wind turbine.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 부유식 해상 풍력발전장치는, 해수면에 수직방향으로 세워지도록 설치되는 타워와; 상기 타워의 상부 측에 위치된 나셀(Nacelle)의 일측에 회전가능하게 설치되는 블레이드와; 해수면 위에 부유 상태로 유지되며 상기 타워가 고정되는 부유 구조물과; 상기 블레이드의 회전에너지를 전기에너지로 바꿔주는 일련의 유압 구동부와 발전기계 장치들로서, 발전기를 비롯한 유압식 발전장치를 포함하여 이루어지며, 상기 유압식 발전장치에 있어서 중량의 대부분을 차지하는 상기 발전기를 상기 타워의 하부측 부유 구조물 상에 설치하여 풍력발전기의 무게중심을 낮추도록 형성한 것을 특징으로 한다.Floating offshore wind power generator of the present invention for achieving the above object, the tower is installed to be perpendicular to the sea surface; A blade rotatably installed at one side of a nacelle located at an upper side of the tower; A floating structure maintained above the sea level and fixed to the tower; A series of hydraulic drive units and generator-based devices for converting the rotational energy of the blade into electrical energy, comprising a hydraulic power generation device including a generator, the hydraulic power generation device that takes up most of the weight of the generator in the tower Installed on the lower side floating structure is characterized in that formed to lower the center of gravity of the wind generator.

여기서, 상기 유압식 발전장치는, 상기 블레이드의 회전에 따라 회전되며 압력을 발생시키는 유압펌프와; 상기 유압펌프와 연결관을 통해 연결되며, 상기 유압펌프를 통해 펌핑된 오일의 압력으로 회전되는 유압모터와; 상기 유압펌프에서 필요로 하는 오일과 상기 유압펌프를 통해 리턴되어 오는 오일이 저장되는 오일탱크와; 상기 유압모터의 회전력을 전달받아 회전되며 전기에너지를 발생시키는 발전기를 포함하여 이루어지며, 상기 유압펌프는 상기 나셀 내부에 배치되어 블레이드의 회전축상에 연결되고, 상기 유압모터와, 오일탱크 및 발전기는 상기 타워의 하부측 부유 구조물상에 설치될 수 있다.Here, the hydraulic power generation device, the hydraulic pump rotates in accordance with the rotation of the blade to generate a pressure; A hydraulic motor connected to the hydraulic pump through a connection pipe and rotated at a pressure of oil pumped through the hydraulic pump; An oil tank storing oil required by the hydraulic pump and oil returned through the hydraulic pump; The hydraulic motor is rotated by receiving the rotational force of the hydraulic motor, and comprises an electric generator. The hydraulic pump is disposed in the nacelle and is connected to a rotating shaft of a blade. The hydraulic motor, the oil tank, and the generator It may be installed on the floating structure on the lower side of the tower.

상기 부유 구조물은 부력을 갖는 구조의 형상으로 이루어지며, 전도를 방지할 수 있는 일정 면적을 갖도록 형성될 수 있다.The floating structure is formed in the shape of a buoyant structure, it may be formed to have a predetermined area that can prevent the fall.

이때, 상기 부유 구조물은 평면구조가 다각형 형상으로 이루어지며, 지름이 상기 타워 높이의 1/2의 직경이 되도록 형성할 수 있다.At this time, the floating structure is a planar structure is made of a polygonal shape, the diameter can be formed to be a diameter of 1/2 of the tower height.

또한, 상기 부유 구조물은 자유 부유상태에서 일정 높이가 수면 위로 노출되도록 설계된 반잠수식으로 구현될 수 있다.In addition, the floating structure may be implemented as a semi-submersible designed to expose a certain height above the water surface in the free floating state.

이때, 상기 부유 구조물은 자유 부유상태에서 그 높이의 20~30%가 수면 위로 노출되도록 반잠수식으로 설계될 수 있다.At this time, the floating structure may be designed in a semi-submersible so that 20-30% of its height is exposed on the surface of the water in the free floating state.

또한, 상기 부유 구조물의 하부는 비중이 높은 재질을 채워주어 만들어질 수 있다.In addition, the lower portion of the floating structure may be made by filling a high specific gravity material.

이때, 상기 부유 구조물의 하부는 비중이 높은 고로슬래그(blast furnace slag)를 채용하여 제작될 수 있다.In this case, the lower portion of the floating structure may be manufactured by employing a high blast furnace slag (blast furnace slag).

아울러, 상기 부유 구조물의 외곽에는 난간이 설치될 수 있다.In addition, a railing may be installed on the outer side of the floating structure.

이와 함께, 상기 부유 구조물의 외곽에는 방사상으로 아우트리거(outrigger)가 설치될 수 있다.In addition, an outrigger may be radially installed outside the floating structure.

또한, 상기 부유 구조물의 위치를 고정할 수 있도록 무어링(Mooring ) 장치가 더 설치될 수도 있다.In addition, a mooring device may be further installed to fix the position of the floating structure.

아울러, 상기 부유 구조물에는 파랑에 의한 충격을 완화시킬 수 있도록 스프링 댐퍼가 더 설치될 수도 있다.
In addition, the damping structure may be further provided with a spring damper to mitigate the impact of the wave.

상기한 구성을 갖는 본 발명의 부유식 해상 풍력발전장치는 기존의 풍력발전기 상단에 설치되던 발전기를 포함한 대용량 중량물들을 타워 하단의 부유 구조물상에 설치하여 풍력발전장치의 무게중심을 아래 방향으로 낮춤으로써 풍력발전장치의 부유 안정성을 향상시켜 자세를 안정적으로 유지할 수 있고, 장치의 유지보수 및 제조비용절감과 시공이 용이한 장점이 있다. 아울러, 본 발명은 비교적 저가이고 구성이 간단한 유압식 발전장치를 통해 발전작용이 이루어지도록 되어 있기 때문에 발전설비 설치에 따른 시공비용을 절감시킬 수 있고 시공성이 우수한 장점이 있다.Floating offshore wind turbine of the present invention having the above-described configuration by installing a large-scale heavy objects, including the generator installed on the top of the existing wind turbine on the floating structure at the bottom of the tower by lowering the center of gravity of the wind turbine By improving the stability of the wind turbine, the posture can be stably maintained, and the maintenance and manufacturing cost of the device can be reduced and construction is easy. In addition, the present invention has the advantage that the construction cost can be reduced according to the installation of the power generation equipment because the power generation action is made through a relatively low-cost and simple configuration of the hydraulic power generation device has excellent construction properties.

도 1은 종래의 부유식 해상 풍력발전기를 개략적으로 도시한 측면도.
도 2는 종래의 부유식 해상 풍력발전기의 부유 구조물인 지지대 부분을 도시한 사시도.
도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 부유식 해상 풍력발전장치를 도시한 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 부유식 해상 풍력발전장치의 주요 구성을 도시한 개념도.
도 5는 본 발명에 따른 부유식 해상 풍력발전장치의 부유 구조물 부분을 구체적으로 보여주는 상세도.1 is a side view schematically showing a conventional floating offshore wind turbine.
Figure 2 is a perspective view showing a support portion that is a floating structure of a conventional floating offshore wind turbine.
Figure 3 is a perspective view of a floating offshore wind power generator according to an embodiment of the present invention.
4 is a conceptual diagram showing the main configuration of the floating offshore wind power generator according to the present invention.
Figure 5 is a detailed view showing a part of the floating structure of the floating offshore wind turbine generator according to the present invention.

이하, 본 발명의 바람직한 일실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 부유식 해상 풍력발전장치를 보여주는 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 부유식 해상 풍력발전장치의 주요 구성을 보여주는 개념도이다. 그리고, 도 5는 본 발명에 따른 부유식 해상 풍력발전장치의 부유 구조물을 구체적으로 보여주는 상세도이다.3 is a perspective view showing a floating offshore wind power generator according to an embodiment of the present invention, Figure 4 is a conceptual diagram showing the main configuration of the floating offshore wind power generator according to the present invention. And, Figure 5 is a detailed view showing in detail the floating structure of the floating offshore wind turbine generator according to the present invention.

도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 부유식 해상 풍력발전장치(100)는 해수면에 수직방향으로 세워지도록 설치되는 타워(120)와, 상기 타워(120)의 최상부에 위치된 나셀(Nacelle)(124)의 일 측면에 회전가능하게 설치되는 블레이드(110)와, 해수면 위에 부유 상태로 유지되며 상기 타워(120)의 하단부가 고정 설치되는 부유 구조물(130)과, 상기 블레이드(110)의 회전동력을 전기에너지로 변환시키는, 발전기(148)를 포함한 일련의 유압·발전기계 장치들인 유압식 발전장치를 포함하여 구성된다.3 to 5, the floating offshore wind power generator 100 of the present invention is a tower 120 is installed so as to stand in the vertical direction on the sea surface, and nacelle (Nacelle located on the top of the tower 120) Blade 110 is rotatably installed on one side of the 124, floating structure 130 is maintained above the sea level and fixed to the lower end of the tower 120, and the blade 110 of It is configured to include a hydraulic power generator, a series of hydraulic and power generation machinery including the generator 148, which converts rotational power into electrical energy.

여기서, 상기 유압식 발전장치는 상기 블레이드(110)의 회전에 따라 회전되며 압력을 발생시키는 유압펌프(142)와, 상기 유압펌프(142)와 연결관(143)을 통해 연결되며, 상기 유압펌프(142)를 통해 펌핑된 오일의 압력으로 회전되는 유압모터(144), 상기 유압펌프(142)에서 필요로 하는 오일과 상기 유압펌프(142)를 통해 리턴되어 오는 오일이 저장되는 오일탱크(146)와, 상기 유압모터(144)의 회전력을 전달받아 회전되며 전기에너지를 발생시키는 발전기(148)를 포함하여 구성된다.Here, the hydraulic power generation device is rotated in accordance with the rotation of the blade 110 is connected to the hydraulic pump 142 for generating pressure, the hydraulic pump 142 and the connection pipe 143, the hydraulic pump ( Hydraulic motor 144 is rotated to the pressure of the oil pumped through the 142, the oil tank 146 in which the oil required by the hydraulic pump 142 and the oil returned through the hydraulic pump 142 is stored. And, it is configured to include a generator 148 is rotated by receiving the rotational force of the hydraulic motor 144 and generates electrical energy.

상기 타워(120)의 상단에 위치한 나셀(124)의 내부에는 블레이드(110)의 회전축과 유압펌프(142)가 연결된다. The rotating shaft of the blade 110 and the hydraulic pump 142 are connected to the interior of the nacelle 124 located at the top of the tower 120.

상기 유압펌프(142)는 블레이드(110)의 회전축과 연결되어 연결관(143)을 통해 타워(120)의 하부에 있는 유압모터(144)로 오일을 일정압력으로 압송시키게 된다. The hydraulic pump 142 is connected to the rotating shaft of the blade 110 to pressurize the oil at a predetermined pressure to the hydraulic motor 144 in the lower portion of the tower 120 through the connecting pipe 143.

상기 유압모터(144)는 타워(120)의 하부측에 설치된 상태로 상부 측의 유압펌프(142)와 연결관(143)을 통해 서로 연결된 구조를 이루고 있다. 따라서, 상기 유압펌프(142)로부터 펌핑된 오일은 타워(120)의 내부의 연결관(143)을 거쳐 유압모터(144)로 제공된다.The hydraulic motor 144 has a structure connected to each other through the hydraulic pump 142 and the connection pipe 143 of the upper side in a state installed on the lower side of the tower 120. Therefore, the oil pumped from the hydraulic pump 142 is provided to the hydraulic motor 144 via a connecting pipe 143 inside the tower 120.

이때, 상기 유압펌프(142)와 유압모터(144)를 상호 연결해주는 연결관(143)은 회전성을 고려하여 유연성이 있는 플렉시블(flexible) 관 형태로 제작된다.At this time, the connecting pipe 143 which interconnects the hydraulic pump 142 and the hydraulic motor 144 is manufactured in the form of a flexible (flexible) tube having flexibility in consideration of rotation.

한편, 발전기(148)와 작동유인 오일이 저장되는 오일탱크(146)는 각각 상기 타워(120)의 하부측에 위치한 부유 구조물(130)상에 고정 설치된다.On the other hand, the oil tank 146 in which the generator 148 and the operating oil is stored are fixedly installed on the floating structure 130 located at the lower side of the tower 120, respectively.

여기서, 상기 발전기(148)는 타워(120) 하단의 유압모터(144)와 연결되어 상기 유압모터(144)로부터 구동동력을 전달받아 발전기를 구동시키게 되며 전력을 발전시킨다. 또한, 상기 오일탱크(146)는 상기 발전기(148) 주변에 배치되머 상기 유압펌프(142)로 오일을 공급하거나 상기 유압펌프(142)를 통해 리턴되는 오일이 유압모터(144)를 거쳐 유입되도록 되어 있다.Here, the generator 148 is connected to the hydraulic motor 144 at the bottom of the tower 120 to receive the driving power from the hydraulic motor 144 to drive the generator to generate power. In addition, the oil tank 146 is disposed around the generator 148 to supply oil to the hydraulic pump 142 or oil returned through the hydraulic pump 142 to flow through the hydraulic motor 144. It is.

이때, 상기 유압펌프(142)와 유압모터(144) 사이에는 추가적으로 축압기(미도시)가 설치될 수 있는데, 이렇게 되면, 상기 유압펌프(142)에서 보내오는 높은 압력의 오일을 일시적으로 저장하여 두었다가 상기 유압모터(144)로 일정압력으로 제공할 수 있다.At this time, an accumulator (not shown) may be additionally installed between the hydraulic pump 142 and the hydraulic motor 144. In this case, by temporarily storing the high pressure oil sent from the hydraulic pump 142 It can be provided to the hydraulic motor 144 at a constant pressure.

아울러, 상기 유압펌프(142)와 유압모터(144) 사이에 부가적으로 릴리프 밸브를 설치할 수 있는바, 상기 유압펌프(142)에서 보내오는 오일의 압력이 정해진 압력 이상인 경우, 오일의 일부를 상기 오일탱크(146)로 바이패스(by-pass)시켜 주고 상기 유압모터(144)로는 정해진 압력 및 량의 오일만 공급해 주도록 구성할 수 있다.In addition, a relief valve may be additionally installed between the hydraulic pump 142 and the hydraulic motor 144. When the pressure of the oil sent from the hydraulic pump 142 is greater than or equal to a predetermined pressure, a part of the oil may be received. By-passing to the oil tank 146 and the hydraulic motor 144 may be configured to supply only the oil of a predetermined pressure and amount.

위와 같이 본 발명의 부유식 해상 풍력발전장치는 블레이드(110)로부터 동력을 전달받아 전압을 생성하는 유압식 발전장치에 있어서 중량의 대부분을 차지하는 대용량의 발전기(148)가 타워(120)의 하부측 부유 구조물(130) 상에 설치된 구조를 갖는다.As described above, the floating offshore wind turbine of the present invention has a large-capacity generator 148 that occupies most of the weight in a hydraulic power generator that generates power by receiving power from the blade 110 and floats on the lower side of the tower 120. It has a structure installed on the structure 130.

이는 종래의 풍력발전기의 무게중심을 아래 방향으로 낮추기 위한 시도로, 발전기를 포함한 대용량의 무거운 중량을 갖는 발전·기계 장치들을 타워(120) 하부의 부유 구조물(130)에 배치함으로써 전도에 대비하여 풍력발전기의 구조적인 자세 안정성을 높일 수 있다. 또한, 이와 같은 배치구조는 풍력발전기에 설치되는 발전·기계장치들의 설치, 교환에 따른 유지보수가 용이하며 제조비용과 시공비용을 절감하는 장점을 얻을 수 있다.This is an attempt to lower the center of gravity of the conventional wind turbine in the downward direction, by placing large-capacity heavy-weight power generation and mechanical devices including the generator in the floating structure 130 under the tower 120 to prepare for wind The structural postural stability of the generator can be improved. In addition, this arrangement structure is easy to maintain and maintain according to the installation, replacement of the power generation, mechanical devices installed in the wind power generator can obtain the advantages of reducing the manufacturing cost and construction cost.

그리고, 본 발명의 풍력발전장치는 유압모터(144)를 통해 발전기(148)를 구동시키도록 되어 있어서, 나셀(124) 내부에 설치된 유압펌프(142)만을 원하는 회전속도로 회전시켜 주면 되기 때문에 풍력 발전기의 제작비를 대폭 낮출 수 있다.In addition, since the wind power generator of the present invention is configured to drive the generator 148 through the hydraulic motor 144, only the hydraulic pump 142 installed inside the nacelle 124 may be rotated at a desired rotational speed. The manufacturing cost of the generator can be greatly reduced.

상기 유압모터(144)는 타워(120) 상단부에 설치되어 있는 유압펌프(142) 량 및 압력에 부응하는 속도로 회전하며 그 회전력을 발전기(148)에 전달하는 기능을 수행하게 되는데, 상기 유압모터(144)와 이와 연결된 발전기(148)는 비교적 큰 중량체이기 때문에 타워(120)의 기저부에 위치한 부유 구조물(130)상에 설치함으로써 무게중심을 타워(120)의 하부 측으로 낮춰 부유 구조물(130)의 자세를 안정적으로 잡아주게 된다.The hydraulic motor 144 rotates at a speed corresponding to the amount and pressure of the hydraulic pump 142 installed at the upper end of the tower 120 and transmits the rotational force to the generator 148. The hydraulic motor Since the 144 and the generator 148 connected thereto are relatively large weights, they are installed on the floating structure 130 located at the base of the tower 120 to lower the center of gravity to the lower side of the tower 120. It will hold the stance of stably.

한편, 본 발명의 풍력발전장치에 있어서 기초가 되는 부유 구조물(130)은 해수면 위에서 전도에 대한 안정성을 확보하는 한편 시공 및 유지 보수의 편의성을 향상시킬 수 있도록 하기 위하여 재질을 철근콘크리트 소재로 구성하고 평면구조를 다각형 형상을 갖도록 설계하였다. 이때 상기 부유 구조물(130)의 지름은 타워(120) 높이의 1/2 내외 직경이 되도록 하는 것이 바람직하다. 이러한 부유 구조물(130)은 자유 부유상태에서 상부가 해상의 수면 위로 약 20~30% 정도 나오도록 반잠수식으로 설계된다.On the other hand, the floating structure 130 as the foundation in the wind power generator of the present invention is made of reinforced concrete material to ensure the stability of conduction on the sea surface and to improve the convenience of construction and maintenance and The planar structure is designed to have a polygonal shape. At this time, the diameter of the floating structure 130 is preferably such that the diameter of about 1/2 of the height of the tower 120. The floating structure 130 is designed to be semi-submersible so that the top portion comes out about 20 to 30% above the sea surface in the free floating state.

콘크리트 재질로 구성된 부유 구조물(130)은 균형추(counter weight) 역할을 수행하게 되는데, 도 4 및 도 5의 단면 구조에서 볼 수 있듯이, 상기 부유 구조물(130)의 하부는 일정한 두께로 콘크리트(C)로 채워지고 상부는 발전장치 설치를 위한 일정 공간이 마련되어 타워(120)의 하단부가 지지됨과 아울러 발전기(148)를 비롯한 유압모터(144), 오일탱크(146)오일탱크(146)에 배치되어 설치된다. The floating structure 130 made of concrete material serves as a counterweight (counter weight), as can be seen in the cross-sectional structure of Figures 4 and 5, the lower portion of the floating structure 130 is a concrete (C) to a certain thickness And the upper part is provided with a predetermined space for the installation of the power generation unit is supported by the lower end of the tower 120, and installed and installed in the hydraulic motor 144, the oil tank 146, the oil tank 146, including the generator 148. do.

이때, 상기 부유 구조물(130)의 하부는 해수면 위에서 전도에 대한 구조적 안정성을 높일 수 있도록 비중이 높은 고로슬래그(blast furnace slag) 등으로 시공하게 된다. 그리고, 상기 부유 구조물(130)의 상부 외곽에는 난간을 설치하여 작업자의 유지 보수시 안전을 도모할 수 있다. 아울러, 풍력발전기의 기초부인 상기 부유 구조물(130) 내부로 해수가 침투되는 것을 방지할 수 있도록 부유 구조물(130)의 내외부를 적절한 방법을 사용하여 방수처리된다.At this time, the lower portion of the floating structure 130 is constructed as a blast furnace slag (blast furnace slag) having a high specific gravity so as to increase the structural stability of the conduction on the sea surface. In addition, a guardrail may be installed on the upper outer portion of the floating structure 130 to promote safety during maintenance of the worker. In addition, the inside and outside of the floating structure 130 is waterproofed using an appropriate method to prevent seawater from penetrating into the floating structure 130, which is the foundation of the wind turbine.

한편, 본 발명은 부유 구조물(130)의 외곽에 일정 길이를 갖는 아우트리거(outrigger)를 방사상으로 설치하여 무어링(mooring)시 회전모멘트에 의한 인장력을 경감시킬 수 있도록 제작된다. On the other hand, the present invention is manufactured to reduce the tensile force due to the rotation moment during mooring (outrigger) by installing a radially outrigger (outrigger) having a predetermined length on the outer side of the floating structure (130).

또한, 상기 부유 구조물(130)의 위치를 고정할 수 있도록 상기 부유 구조물(130)의 하부 및 상기 아우트리거(136)가 위치한 측면부를 무어링(Mooring) 장치로 고정할 수 있다. 이와 같은 무어링 장치(150:무어링 체인)는 부유 구조물(130)의 위치를 고정하는 한편 풍력에 의한 시스템 전체의 회전모멘트를 흡수할 수 있게 된다. In addition, the lower portion of the floating structure 130 and the side portion in which the outrigger 136 is located may be fixed by a mooring device to fix the position of the floating structure 130. Such a mooring device 150 (mooring chain) is to fix the position of the floating structure 130 while being able to absorb the rotation moment of the entire system by the wind.

이때, 상기 무어링 장치(150)에는 조석에 의한 수위 변동에도 부유 구조물(130)의 위치를 효과적으로 잡아주어 자세를 안정시킬 수 있도록 무어링 체인을 감고 풀고를 고정할 수 있는 장치와 일시적인 파랑에 의한 충격을 완화시킬 수 있도록 하는 스프링 댐퍼(160)가 설치되는데, 상기 스프링 댐퍼(160)는 해저면에 지지된 상태에서 상기 무어링 체인과 연결된다. In this case, the mooring device 150 is a device that can hold the mooring chain and fix the loosening chain so as to stabilize the position by effectively holding the position of the floating structure 130 even when the water level fluctuates due to tides. A spring damper 160 is installed to mitigate an impact, and the spring damper 160 is connected to the mooring chain while being supported on the sea bottom.

이 밖에 상기 무어링 장치(150)에 초기 인장력을 도입하여 상기 부유 구조물(130)을 수면 하부로 적절히 당겨줌으로써 부유체의 자세 안정성을 증가시킬 수도 있다.In addition, by introducing an initial tensile force to the mooring device 150, by properly pulling the floating structure 130 to the lower surface of the water may increase the posture stability of the floating body.

상술한 본 발명의 부유식 해상 풍력발전장치는 설비 시공 시 부유 구조물(130)과 타워(120)를 도크(dock)에서 안전하게 시공 조립한 다음, 조립된 부유 구조물(130)을 예인하여 목표하는 설치 위치에 고정시킨 후, 앵커와 무어링 체인을 시공하여 간단하고 빠르게 시공할 수 있다.Floating offshore wind power generator of the present invention described above, the construction of the floating structure 130 and the tower 120 safely in the dock (dock) during construction of the installation, and then installs the target floating structure 130 towing After fixing in position, the anchor and the mooring chain can be installed simply and quickly.

상술한 바와 같이, 본 발명의 부유식 해상 풍력발전장치(100)는 기존의 풍력발전기 상단에 설치되던 발전기를 포함한 대용량 중량물들을 타워 하단의 부유 구조물상에 설치하여 풍력발전장치의 무게중심을 아래 방향으로 낮춤으로써 풍력발전장치의 부유 안정성을 향상시켜 자세를 안정적으로 유지할 수 있고, 별도의 앵커장치의 도움 없이도 선박과 같이 스스로 전도에 대한 안정성을 가질 수 있기 때문에 부유 안정성이 높아지는 효과가 있으며, 설비의 시공 및 유지보수가 용이 해지는 장점이 있다. 이와 함께, 본 발명의 부유식 해상 풍력발전장치는 비교적 저가이고 구성이 간단한 유압식 발전장치를 통해 발전작용이 이루어지도록 구성되어 있기 때문에 발전설비 설치에 따른 시공비용을 절감시킬 수 있고 시공성이 우수한 장점이 있다.
As described above, the floating offshore wind power generator 100 of the present invention is installed on the floating structure at the bottom of the tower mass of heavy loads including the generator that is installed on the top of the existing wind power generator to lower the center of gravity of the wind power generator It is possible to maintain stance by improving the floating stability of the wind power generator by lowering it, and it is effective to increase the floating stability because it can have stability to conduction itself like a ship without the help of a separate anchor device. There is an advantage that the construction and maintenance is easy. In addition, since the floating offshore wind turbine of the present invention is configured to generate power through a relatively low-cost and simple hydraulic generator, the construction cost can be reduced according to the installation of power generation facilities, and the construction is excellent. have.

100 : 부유식 풍력발전장치 110 : 블레이드
120 : 타워 130 : 부유 구조물
142 : 유압펌프 143 : 연결관
144 : 유압모터 146 : 오일탱크
148 : 발전기100: floating wind power generator 110: blade
120: tower 130: floating structure
142: hydraulic pump 143: connector
144: hydraulic motor 146: oil tank
148: Generator

Claims (12)

해수면에 수직방향으로 세워지도록 설치되는 타워와;
상기 타워의 상부 측에 위치된 나셀(Nacelle)의 일측에 회전가능하게 설치되는 블레이드와;
해수면 위에 부유 상태로 유지되며 상기 타워가 고정되는 부유 구조물과;
상기 블레이드의 회전에너지를 전기에너지로 바꿔주는 일련의 유압·발전기계 장치들로서, 발전기를 구비한 유압식 발전장치를 포함하여 이루어지며,
상기 유압식 발전장치에 있어서 중량의 대부분을 차지하는 상기 발전기를 상기 타워의 하부측 부유 구조물 상에 설치하여 풍력발전기의 무게중심을 낮추도록 형성한 것을 특징으로 하는 부유식 해상 풍력발전장치
A tower installed to be perpendicular to the sea level;
A blade rotatably installed at one side of a nacelle located at an upper side of the tower;
A floating structure maintained above the sea level and fixed to the tower;
As a series of hydraulic and power generation machine devices for converting the rotational energy of the blade into electrical energy, including a hydraulic power generation device having a generator,
Floating offshore wind power generator, characterized in that the generator that occupies most of the weight in the hydraulic power generator is installed on the lower floating structure of the tower to lower the center of gravity of the wind turbine
제1항이 있어서, 상기 유압식 발전장치는,
상기 블레이드의 회전에 따라 회전되며 압력을 발생시키는 유압펌프와;
상기 유압펌프와 연결관을 통해 연결되며, 상기 유압펌프를 통해 펌핑된 오일의 압력으로 회전되는 유압모터와;
상기 유압펌프에서 필요로 하는 오일과 상기 유압펌프를 통해 리턴되어 오는 오일이 저장되는 오일탱크와;
상기 유압모터의 회전력을 전달받아 회전되며 전기에너지를 발생시키는 발전기를 포함하여 이루어지며,
상기 유압펌프는 상기 나셀 내부에 배치되어 블레이드의 회전축상에 연결되고,
상기 유압모터와, 오일탱크 및 발전기는 상기 타워의 하부측 부유 구조물상에 설치되는 것을 특징으로 하는 부유식 해상 풍력발전장치.
According to claim 1, The hydraulic power generating device,
A hydraulic pump that rotates as the blade rotates and generates pressure;
A hydraulic motor connected to the hydraulic pump through a connection pipe and rotated at a pressure of oil pumped through the hydraulic pump;
An oil tank storing oil required by the hydraulic pump and oil returned through the hydraulic pump;
It is made by including a generator that rotates by receiving the rotational force of the hydraulic motor and generates electrical energy,
The hydraulic pump is disposed in the nacelle is connected to the rotation axis of the blade,
The hydraulic motor, the oil tank and the generator is a floating offshore wind turbine, characterized in that installed on the floating structure on the lower side of the tower.
제1항에 있어서, 상기 부유 구조물은 부력을 갖는 구조의 형상으로 이루어지며, 전도를 방지할 수 있는 일정 면적을 갖는 것을 특징으로 하는 부유식 해상 풍력발전장치.
The floating offshore wind turbine according to claim 1, wherein the floating structure is formed in a shape having a buoyancy structure and has a predetermined area to prevent conduction.
제1항에 있어서, 상기 부유 구조물은 자유 부유상태에서 일정 높이가 수면 위로 노출되도록 설계된 반잠수식으로 구현된 것을 특징으로 하는 부유식 해상 풍력발전장치.
The floating offshore wind turbine according to claim 1, wherein the floating structure is implemented as a semi-submersible designed to expose a certain height above the surface in a free floating state.
제1항에 있어서, 상기 부유 구조물의 하부는 비중이 높은 재질을 채워주어 만들어진 것을 특징으로 하는 부유식 해상 풍력발전장치.
The floating offshore wind turbine according to claim 1, wherein the lower portion of the floating structure is made by filling a material having a high specific gravity.
제1항에 있어서, 상기 부유 구조물의 외곽에는 난간이 설치된 것을 특징으로 하는 부유식 해상 풍력발전장치.
The floating offshore wind turbine according to claim 1, wherein a railing is provided outside the floating structure.
제1항에 있어서, 상기 부유 구조물의 외곽에는 방사상으로 아우트리거(outrigger)가 설치되는 것을 특징으로 하는 부유식 해상 풍력발전장치.
The floating offshore wind turbine according to claim 1, wherein an outrigger is radially installed outside the floating structure.
제1항에 있어서, 상기 부유 구조물의 위치를 고정하기 위한 무어링(Mooring ) 장치가 더 설치된 것을 특징으로 하는 부유식 해상 풍력발전장치.
The floating offshore wind turbine according to claim 1, further comprising a mooring device for fixing the position of the floating structure.
제1항에 있어서, 상기 부유구조물에는 파랑에 의한 충격을 완화시킬 수 있도록 스프링 댐퍼가 더 설치된 것을 특징으로 하는 부유식 해상 풍력발전장치.
The floating offshore wind turbine according to claim 1, wherein a spring damper is further installed on the floating structure so as to mitigate impact caused by waves.
제3항에 있어서, 상기 부유 구조물은 평면구조가 다각형 형상으로 이루어지며, 지름이 상기 타워 높이의 1/2의 직경이 되도록 한 것을 특징으로 하는 부유식 해상 풍력발전장치.
4. The floating offshore wind turbine according to claim 3, wherein the floating structure has a polygonal planar structure and a diameter of 1/2 the height of the tower.
제4항에 있어서, 상기 부유 구조물은 자유 부유상태에서 그 높이의 20~30%가 수면 위로 노출되도록 설계된 반잠수식으로 구현된 것을 특징으로 하는 부유식 해상 풍력발전장치.
The floating offshore wind turbine according to claim 4, wherein the floating structure is embodied in a semi-submersible type so that 20-30% of its height is exposed to the surface of the free floating state.
제5항에 있어서, 상기 부유 구조물의 하부는 비중이 높은 고로슬래그(blast furnace slag)를 채용하여 만들어진 것을 특징으로 하는 부유식 해상 풍력발전장치.


The floating offshore wind turbine according to claim 5, wherein the lower portion of the floating structure is made by employing a blast furnace slag having a high specific gravity.


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KR102217739B1 (en) * 2019-12-27 2021-02-19 군산대학교산학협력단 Wind power plant facility and wind farm complex comprising the same

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