KR20130061891A - 삼발이형 해상풍력발전 기초재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 삼발이형 해상풍력발전 기초재에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 테트라포드(tetrapod) 형태의 콘크리트 몸체를 육상에서 미리 제작하여 해저에 설치하도록 함으로써 경제성 및 작업 생산성을 높일 수 있는 삼발이형 해상풍력발전 기초재에 관한 것이다.
이를 위해, 해저의 삼각 지점에 박혀 고정되며, 중공의 파이프로 이루어진 세 개의 고정폴;상기 고정폴이 통과되도록 상,하 관통된 삽입공이 각각 형성된 세 개의 지지부와, 상기 각각의 지지부가 모여 일체화된 중앙부로부터 상방으로 연장되어 풍력발전 시설물의 헤드 및 메인포스트가 설치되는 설치부로 구성된 콘크리트 몸체;상기 콘크리트 몸체 중 삽입공이 형성된 상면에 형성되며, 상기 삽입공의 가장자리로부터 상방으로 연장된 가이드 부재:를 포함하여 구성된 삼발이형 해상풍력발전 기초재를 제공한다.

Description

삼발이형 해상풍력발전 기초재{Foundation unit for tripod type wind power generation plant on the sea}

본 발명은 삼발이형 해상풍력발전 기초재에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 육상에서 미리 제작하여 해저에 시공함으로써 경제성 및 작업 생산성이 향상될 수 있도록 한 삼발이형 해상풍력발전 기초재에 관한 것이다.

해상풍력발전은 풍력터빈을 호수, 피오르드(fjord) 지형, 연안과 같은 수역에 설치하여 그 곳에서 부는 바람의 운동에너지를 회전날개에 의한 기계에너지로 변환하여 전기를 얻는 발전방식을 말한다.

해상풍력발전 시설물은 크게 헤드(generator)와, 기초로 나뉜다.

먼저, 터빈은 기본적으로 육상용 풍력발전 헤드와 동일한 기술을 적용한다. 수명은 20년 정도이며 육상보다 대용량인 3~5MW 이상의 풍력터빈을 적용한다. 각 요소는 염분으로 인한 부식 피해를 막기 위하여 설계 및 코팅된다.

그리고, 기초(Foundation)는 대표적인 4가지 타입으로 나누어 설명할 수 있다.

콘크리트 케이슨 타입, 모노파일 타입, 자켓 타입, 부유식 타입으로 제공될 수 있으며, 이중, 콘크리트 케이슨 타입(Concrete caisson type)은 제작 및 설치가 용이하여 초기 해상풍력발전단지에 사용된 타입으로 빈데비(Vindeby), 미델그룬덴(Middelgrunden) 해상풍력발전단지 등에 적용되었다.

비교적 얕은 6~10m의 수심에서 사용가능하며 자중과 해저면의 마찰력으로 위치를 유지한다.

상기 콘크리트 타입의 기초 직경은 대략 12~15m 이다.

이하, 상기한 콘크리트 타입의 기초를 시공하는 방법에 대하여 간략하게 설명하면 다음과 같다.

해상 구조물의 경우 굴착식(Boring or Drilling )방식과 안식각을 포함한 터파기를 실시한 후에 버림 콘크리트를 타설하고 앵커볼트를 거치를 위한 구조물을 설치한다.

이후, 이형철근을 배치한 후 거푸집을 구성하여 콘크리트를 타설함으로써, 콘크리트 타입의 기초 공사가 완료된다.

하지만, 상기한 종래 기술에 따른 기초공사는 다음과 같은 문제가 발생하였다.

첫째, 상기한 거푸집 방식의 기초 제작은, 제작과정과 설치과정이 분리되어 제공되므로 기초 공사를 완료하는 데 많은 시간이 소요되는 문제가 있었다.

둘째, 수직 하중이 800ton 이상인 경우 종래의 기초공사 방식은 위에서 논의된 앵커볼트를 기준으로 하중 검토를 하고 파지력이 모자랄 경우 앵커볼트를 2열 및 3열 배열 형식으로 구성하는 것이 일반적이다.

이때, 하중이 800t 이상의 해상 구조물에 대한 기초재 선정 과정은 지질조사에서부터 토압 내 저항 콘크리트까지 고려해야 하므로 앵커볼트(Anchor Bolt), 엠비디드(Embeded), 보강재(Bracket) 등을 별도로 계산하여 적용하려면 조합 지지력에 대한 파악이 쉽지 않고, 내진설계해석의 적용과 (Over Factor Application) 방지가 어려운 것이 현실이다.

즉, 종래의 기초공사는 엄청난 대형 토목 공사화가 될 수 있으므로, 기초공사비용이 증대되어 경제성이 떨어지는 문제가 있었던 것이다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 육상에서 미리 제작하여 해저에 시공함으로써 설치비용을 절감하고 작업성을 향상시킨 삼발이형 해상풍력 발전기 기초재를 제공하고자 한 것이다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위하여, 해저의 삼각 지점에 박혀 고정되며, 중공의 파이프로 이루어진 세 개의 고정폴;상기 고정폴이 통과되도록 상,하 관통된 삽입공이 각각 형성된 세 개의 지지부와, 상기 각각의 지지부가 모여 일체화된 중앙부로부터 상방으로 연장되어 풍력발전 시설물의 터빈이 설치되는 설치부로 구성된 콘크리트 몸체;상기 콘크리트 몸체 중 삽입공이 형성된 상면에 형성되며, 상기 삽입공의 가장자리로부터 상방으로 연장된 가이드 부재:를 포함하여 구성된 삼발이형 해상풍력발전 기초재를 제공한다.

이때, 상기 콘크리트 몸체는 테트라포드(Tetrapod)형태인 것이 바람직하다.

또한, 상기 콘크리트 몸체에는 콘크리트 보호 코팅제가 코팅된 것이 바람직하다.

또한, 상기 가이드 부재에는 고정폴과의 고정을 위한 고정공이 형성되며, 상기 고정폴 중, 상기 고정공에 대응된 부위에는 고정공과 통하는 체결공이 형성되며, 상기 고정공과 체결공을 통하여 고정폴에 가이드부재를 고정시키는 고정핀이 제공된 것이 바람직하다.

이때, 상기 콘크리트 몸체는 트러스(truss)공법에 의해 제작된 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 삼발이형 해상풍력발전 기초재는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 기초재에 대한 제작이 육상에서 이루어진 후, 해상에서 시공되기 때문에 설치비용이 절감되어 경제성이 높은 효과가 있다.

둘째, 시공방법이 간편하여 작업 생산성이 증대되는 효과가 있다.

즉, 육상에서 제작된 기초재를 해저에 박아놓은 고정폴에 슬라이딩하여 침강시킴으로써, 기초재의 위치 가이드에 대한 편의성은 물론 시공방법에 대한 편의성이 높아 작업자의 시공 편의성을 향상시킬 수 있는 것이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 삼발이형 해상풍력발전 기초재를 나타낸 사시도
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 삼발이형 해상풍력발전 기초재가 해저에 박힌 고정폴에 삽입되는 상태를 나타낸 측면도
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 삼발이형 해상풍력발전 기초재가 해저에 박힌 고정폴에 삽입된 상태를 나타낸 단면도
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 삼발이형 해상풍력발전 기초재가 해저에 박힌 고정폴에 삽입된 상태를 나타낸 평면도.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

이하, 첨부된 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 삼발이형 해상풍력발전 기초재(이하, '기초재'라 함)에 대하여 설명하도록 한다.

기초재는 해상풍력발전기를 해상에 설치하기 위한 기초 역할을 하며, 해저에 설치된다.

기초재는 해저에 설치되나, 육상에서 미리 제작된 상태로 해상에 제공되어 시공될 수 있도록 한 기술적 특징이 있다.

이를 위해, 기초재는 도 1에 도시된 바와 같이 고정폴(100)과, 콘크리트 몸체(200)와, 가이드 부재(300)와, 고정핀(400)을 포함하여 구성된다.

고정폴(100)은 콘크리트 몸체(200)를 해저에 고정시키는 역할을 하며, 해저에 박혀 고정될 수 있도록 제공된다.

이때, 고정폴(100)은 중공(中空)의 파이프 형태로 제공된다.

이는, 해저에 박힌 고정폴(100) 내부에 콘크리트를 타설하여 콘크리트 몸체(200)에 대한 고정폴(100)의 고정력을 극대화하기 위함이다.

또한, 고정폴(100)의 개수는 콘크리트 몸체(200)의 특징상 세 개로 제공된다.

즉, 삼발이 형태로 이루어진 콘크리트 몸체(200)의 외관 특징으로 인해, 상기 고정폴(100) 역시 세 개로 제공되는 것이다.

이때, 고정폴(100)은 해저에 박혀 고정되되, 그의 위치는 콘크리트 몸체(200)에 대응되는 삼각 지점에 고정된다.

그리고, 고정폴(100)에는 고정공(110)이 형성된다.

고정공(110)은 후술하는 가이드 부재(300)와의 결합을 위해 제공되는 것으로서, 고정폴(100)의 양측을 관통하도록 형성된다.

다음으로, 콘크리트 몸체(200)는 해상풍력발전기의 기초를 위한 구성으로서, 풍력발전 헤드가 설치되는 부위이다.

콘크리트 몸체(200)는 풍력발전 헤드가 해상에서 견고하게 설치될 수 있도록 중량물의 형태로 이루어지는데, 그의 무게는 대략 150톤~300톤 가량으로 이루어지도록 제공됨이 바람직하다.

콘크리트 몸체(200)는 용어를 통해 알 수 있듯이 콘크리트를 육상에서 타설하여 제작이 되는데, 도 1에 도시된 바와 같이 그의 형태는 삼발이 형태로 이루어진다.

이때, 삼발이라 함은 형태의 특성을 묘사하기 위한 편의적인 용어이며, 그의 형태는 사실상 테트라포드(tetrapod)와 유사하다.

그리고, 콘크리트 몸체(200)는 상기한 바와 같이, 육상에서 콘크리트 타설에 의해 제작이되는데, 트러스(truss) 공법에 의해 제작됨이 바람직하다.

즉, 콘크리트 몸체(200)는 내구성 및 강도를 위하여 내부에는 트러스빔이 설치되어 제작되는 것이다.

콘크리트 몸체(200)는 해저에 지지되는 지지부(210)와, 풍력발전 헤드(generator)와 포스트 기초 플랜지(foundation flange)에 설치되는 설치부(220)로 구성된다.

지지부(210)는 해저에 밀착되는 부위로서, 세 방향을 향해 형성된다.

즉, 지지부(210)는 해저의 삼각 지점에 지지되는 것이다.

이때, 각각의 지지부(210)에는 상,하 관통된 삽입공(211)이 형성된다.

삽입공(211)은 해저에 박힌 고정폴(100)이 삽입되도록 하여 콘크리트 몸체(200)가 해저에서 견고하게 지지되도록 하기 위함이다.

삽입공(211)의 내경은 고정폴(100)의 외경에 대응되는 크기로 형성된다.

그리고, 설치부(220)는 풍력발전 터빈이 설치되는 부위이며, 지지부(210)가 모여 일체화된 중앙부로부터 상방을 향하도록 형성된다.

한편, 콘크리트 몸체(200)의 표면에는 콘크리트 보호 코팅제가 코팅되는 것이 바람직하다.

이는, 바다에 침강되어 있는 콘크리트 몸체(200)의 특성상, 염분으로부터 보호하기 위함이다.

즉, 콘크리트의 다공성 때문에 염분의 침투를 용이하게 만들고, 상대적으로 취약한 내마모성과 응집력 때문에 물리적인 약화를 가져와 결국 중성화, 미세 크랙(crack)을 통해 트러스 빔에 부식이 발생하고 이에 따른 트러스빔의 체적이 증가하여 파손에 이르는 문제를 방지하기 위한 것이다.

다음으로, 가이드 부재(300)는 콘크리트 몸체(200)의 삽입공(211)에 고정폴(100)이 통과되는 과정에서 고정폴(100)을 가이드함과 더불어 고정폴(100)과 콘크리트 몸체(200)를 서로 고정시키기 위한 부분이다.

가이드 부재(300)는 지지부(210)에 형성된 각각의 삽입공(211)으로부터 상방을 향해 형성되며, 가이드 부재(300)의 내경은 삽입공(211)의 내경과 동일하게 형성됨이 바람직하다.

이때, 가이드 부재(300)에는 체결공(310)이 형성된다.

체결공(310)은 고정폴(100)과의 결합을 위해 후술하는 고정핀(400)이 체결되는 부위이며, 가이드 부재(300)의 양측을 관통하여 형성된다.

이때, 체결공(310)은 고정폴(100)의 고정공에 대응되는 형태로 이루어진다.

다음으로, 고정핀(400)은 고정폴(100)에 결합된 콘크리트 몸체(200)를 고정폴(100)에 고정시키는 역할을 하며, 가이드 부재(300)의 체결공(310)과 고정폴(100)의 고정공(110)을 통과하여 체결된다.

이때, 고정핀(400)은 헤드부(410)와, 체결공(310) 및 고정공(110)을 통과하는 몸체(420)로 이루어지는데, 상기 몸체(420)의 단부에는 몸체(420)를 관통하는 통공(421)이 형성된다.

그리고, 통공(421)에는 보조 고정핀(422)이 더 체결되는데, 이와 같은 구성은 고정폴(100)과 가이드 부재(300)에 체결된 고정핀(400)이 체결된 부위로부터 이탈되지 않도록 하기 위한 구성이다.

이하, 상기한 구성으로 이루어진 기초재가 해저에 시공되는 과정에 대하여 설명하도록 한다.

육상에서 콘크리트 몸체(200)에 대한 제작이 이루어진다.

이는, 앞서도 설명하였지만, 트러스 공법에 의해 골조가 만들어진 상태에서, 콘크리트 타설을 통해 제작이 이루어지게 된다.

이때, 제작이 완료된 콘크리트 몸체(200)의 형태는 삼발이 즉, 테트라포드 형태로 이루어지게 된다.

한편, 콘크리트 몸체(200)에 대한 제작과는 별도로, 풍력발전기가 설치되고자 하는 해저의 위치에 고정폴(100)을 박아 고정시킨다.

이때, 고정폴(100)이 박혀 고정된 위치는 삼각 형태를 이루며, 고정폴(100)의 하부에는 고정공(110)이 노출된 상태가 된다.

이때, 고정폴(100)의 상부 위치는 해수면 까지 올라온 상태가 된다.

이후, 해저에 고정폴(100)의 고정이 완료되면, 고정폴(100)의 내부에 투입된 이물질을 흡입하는 과정을 수행한다.

이는, 고정폴(100)의 형태가 중공의 파이프 형태로 이루어진바, 고정폴(100)이 해저에 박히는 과정에서 뻘(mud)을 비롯한 이물질이 고정폴(100)의 내부에 침투되는데, 추후 고정폴(100)의 내부에 콘크리트 타설을 위하여 고정폴(100) 내부의 이물질을 흡입하는 것이다.

다음으로, 고정폴(100) 내부에 대한 흡입작업이 완료되면, 육상에서 제작된 콘크리트 몸체(200)를 해상으로 운반하여 상기 고정폴(100)에 끼워 고정시키는 작업을 수행한다.

이때, 콘크리트 몸체(200)는 지지부(210)에 형성된 삽입공(211)을 통해 고정폴(100)이 삽입됨에 따라, 상기 콘크리트 몸체(200)는 고정폴(100)에 가이드 되면서 해저를 향해 하강된다.

이후, 해저에 하강된 콘크리트 몸체(200)의 가이드 부재(300)에 형성된 체결공(310)은 고정폴(100)의 고정공(110)에 일치하게 된다.

이후, 다이버로 하여금 해저로 잠수하여 고정핀(400)을 상기 고정폴(100) 및 가이드 부재(300)에 체결하는 작업을 수행하도록 한다.

다음으로, 고정폴(100)의 내부로 콘크리트를 타설한다.

즉, 고정폴(100)의 형태가 중공의 형태로 이루어져 있으므로, 해수면에 노출된 고정폴(100)의 상부를 통해 콘크리트의 타설은 용이하게 이루어질 수 있게 된다.

이때, 콘크리트의 타설은 고정폴(100) 전체에 이루어지는 것은 아니며, 가이드 부재(300)의 상단위치까지만 타설이 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.

이후, 고정폴(100) 내부에서 콘크리트의 양생이 완료되면, 가이드 부재(300)의 상단을 기준으로 고정폴(100)을 잘라내는 작업을 수행한다.

이로써, 해저에 기초재의 시공이 완료된다.

지금까지 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 삼발이형 해상풍력발전 기초재는 육상에서 미리 제작되어 해저에 용이하게 설치할 수 있도록 한 기술적 특징이 있다.

즉, 테트라포드 형태의 콘크리트 몸체를 육상에서 트러스공법으로 제작한 후, 해저에 박힌 고정폴을 따라 해저에 침강시킴으로써 기초재의 설치작업이 매우 용이하게 제공될 수 있는 것이다.

이에 따라, 경제성 및 작업 생산성이 증대되는 특징이 있다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대하여 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정은 첨부된 특허 청구범위에 속함은 당연한 것이다.

100 : 고정폴 110 : 고정공
200 : 콘크리트 몸체 210 : 지지부
211 : 삽입공 220 : 설치부
300 : 가이드부재 310 : 체결공
400 : 고정핀 410 : 헤드부
420 : 몸체 421 : 통공
422 : 보조 고정핀

Claims (5)

1. 해저의 삼각 지점에 박혀 고정되며, 중공의 파이프로 이루어진 세 개의 고정폴;
   상기 고정폴이 통과되도록 상,하 관통된 삽입공이 각각 형성된 세 개의 지지부와, 상기 각각의 지지부가 모여 일체화된 중앙부로부터 상방으로 연장되어 풍력발전 시설물의 헤드 및 메인 포스트가 설치되는 설치부로 구성된 콘크리트 몸체;
   상기 콘크리트 몸체 중 삽입공이 형성된 상면에 형성되며, 상기 삽입공의 가장자리로부터 상방으로 연장된 가이드 부재:를 포함하여 구성된 삼발이형 해상풍력발전 기초재.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 콘크리트 몸체는 테트라포드(Tetrapod) 형태인 것을 특징으로 하는 삼발이형 해상풍력 발전 기초재.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   상기 콘크리트 몸체에는 콘크리트 보호 코팅제가 코팅된 것을 특징으로 하는 삼발이형 해상풍력 발전 기초재.
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   상기 가이드 부재에는 고정폴과의 고정을 위한 고정공이 형성되며, 상기 고정폴 중, 상기 고정공에 대응된 부위에는 고정공과 통하는 체결공이 형성되며,
   상기 고정공과 체결공을 통하여 고정폴에 가이드부재를 고정시키는 고정핀이 제공된 것을 특징으로 하는 삼발이형 해상풍력 발전 기초재.
5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   상기 콘크리트 몸체는 트러스(truss)공법에 의해 제작된 것을 특징으로 하는 삼발이형 해상풍력 발전 기초재.
   
   
   
   
   
   

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