KR20130076251A - 해상 풍력 발전 장치용 지지 구조체 - Google Patents

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Abstract

해상 풍력 발전 장치용 지지 구조체가 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 지지 구조체는 해상 풍력 발전 장치의 터빈을 지지하는 타워를 해저에 고정시키기 위한 해상 풍력 발전 장치용 지지 구조체로서, 상기 타워를 지지하는 베이스 지지부; 상기 베이스 지지부를 해저에 고정시키기 위해 해저에 삽입 고정되는 적어도 하나 이상의 고정부재 및 상기 고정부재가 상기 베이스 지지부와 체결되도록 상기 베이스 지지부 하부에 형성되는 연결부를 포함한다.

Description

해상 풍력 발전 장치용 지지 구조체 {SUPPORTING STRUCTURE FOR OFFSHORE WIND POWER SYSTEM}
본 발명은 해상 풍력 발전 장치를 해상에서 지지하는 타워를 해저에 고정시키기 위한 지지 구조체에 관한 것이다.
일반적으로 해상 풍력 발전 장치는 해상에서 발생하는 바람을 이용하여 전기에너지를 생성하는 장치로서, 바람에 의해 회전하는 블레이드(blade), 블레이드에 의해 생성된 회전에너지를 전기에너지로 전환하는 발전기가 설치된 터빈(turbine), 상기 브레이드와 상기 터빈을 해면에서 일정한 높이로 위치시키는 타워(tower), 그리고 상기 타워를 해저에 고정하기 위한 지지 구조체로 구성된다.
해상 풍력 발전 장치는 블레이드의 길이가 반경 30m ~ 40m, 그리고 타워의 길이가 70m ~ 80m에 달하는 큰 구조물이다. 이러한 풍력 발전 장치의 블레이드가 고속으로 회전하면 진동 및 흔들림이 발생하고 또한 파도에 의한 외력이 풍력 발전 장치에 작용하기 때문에, 타워를 해저에 견고하게 고정해야 한다.
이를 위해, 해상 풍력 발전 장치의 타워를 해저에 안정하게 고정하기 위한 지지 구조체로서, 모노파일식(도 6 참조) 또는 착저식(着底式, 도 7 참조)의 지지 구조체가 채용되고 있다.
도 7에는 해상 풍력 발전 장치를 해저에 지지 고정하는 방식으로 착저식의 지지 구조체가 개시되어 있다. 착저식 지지 구조체에 의한 고정 방식은 수심 10m 내외의 해저에서 콘크리트 구조물의 자체 하중에 의해 타워를 지지 고정하는 방식이다.
이러한 착저식 지지 구조체는 거대한 해상 풍력 발전 장치를 안정하게 고정하기 위해서 수천 톤의 큰 중량의 콘크리트 구조물이 요구된다. 그러나, 이러한 구조물을 해저에 설치하기 위해서는, 육지에서 구조물을 제작하여 해상으로 운반해야 하는데, 이에 따라 비용 및 설치상 많은 어려운 점이 발생한다.
또한, 해상 풍력 발전 장치의 대형화에 따라 착저식 지지 구조체가 더욱 커져야 하는데, 이러한 운반 및 설치상 문제로 인해 풍력 발전 장치의 대형화에 제약이 따르게 된다.
본 발명의 일 측면은 해상 풍력 발전 장치를 해저에 안정하게 고정하기 위한 지지 구조체를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 해상 풍력 발전 장치의 터빈을 지지하는 타워를 해저에 고정시키기 위한 해상 풍력 발전 장치용 지지 구조체로서, 상기 타워를 지지하는 베이스 지지부; 상기 베이스 지지부를 해저에 고정시키기 위해 해저에 삽입 고정되는 적어도 하나 이상의 고정부재 및 상기 고정부재가 상기 베이스 지지부와 체결되도록 상기 베이스 지지부 하부에 형성되는 연결부를 포함하는 것을 특징으로 하는 해상 풍력 발전 장치용 지지 구조체가 제공된다.
이 때, 상기 베이스 지지부는 콘크리트로 형성될 수 있다.
이 때, 상기 베이스 지지부는 원추 형상으로 이루어질 수 있다.
이 때, 상기 연결부에는 상기 고정부재가 관통하는 삽입구가 형성될 수 있다.
이 때, 상기 고정부재는 내부에 중공부가 형성되는 관 형상일 수 있다.
이 때, 상기 고정부재의 외주면에는 나선형 돌기가 형성될 수 있다.
이 때, 상기 고정부재의 일측 단부에는 상기 삽입구 상부에 걸리는 머리부가 형성될 수 있다.
이 때, 상기 삽입구의 내주면에는 상기 고정부재와 나사 결합가능한 나사홈이 형성될 수 있다.
이 때, 상기 고정부재는 타측 단부에서 원뿔 형상을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력 발전 장치용 지지 구조체는, 해상 풍력 발전 장치의 타워를 지지하는 지지 구조체의 중량이 감소되어 지지 구조체를 운반선을 통해 용이하게 설치 장소로 이동할 수 있다.
또한 고정부재를 해저에 삽입 고정시킴으로써 해상 풍력 발전 장치를 해저에 안정하게 고정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지지 구조체에 의해 해저에 고정된 풍력 발전 장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 지지 구조체의 측면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 지지 구조체에 고정부재가 체결된 측면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 지지 구조체의 평면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 지지 구조체의 평면도이다.
도 6은 종래의 모노파일식 지지 구조체에 의해 해저에 고정된 풍력 발전 장치의 개략도이다.
도 7은 종래의 착저식 지지 구조체에 의해 해저에 고정된 풍력 발전 장치의 개략도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지지 구조체에 의해 해저에 고정된 풍력 발전 장치의 개략도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 지지 구조체의 측면도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 지지 구조체에 고정부재가 체결된 측면도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 지지 구조체의 평면도이다. 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 지지 구조체의 평면도이다.
도 1 내지 도 5을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력 발전 장치용 지지 구조체는, 전술한 바와 같이 풍력 발전용 블레이드(300) 및 터빈(500)을 해면에서 일정한 높이에 위치시키는 타워(700)를 해저에 고정시키는 지지 구조체(100)로서, 콘크리트 구조물인 베이스 지지부(130)를 고정부재(170)에 의해 해저에 안정하게 고정되도록 형성된다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력 발전 장치용 지지 구조체(100)는 베이스 지지부(130), 연결부(150) 및 고정부재(170)를 포함한다.
베이스 지지부(130)는 타워(700)를 해상에서 지지하기 위한 구조물이다. 이러한 베이스 지지부(130)는 대형 구조물인 블레이드(300), 터빈(500) 및 타워(700)를 포함하는 해상 풍력 발전 장치를 안정하게 지지할 수 있는 형상을 갖는다. 예를 들어, 베이스 지지부(130)는 원추 형상으로 이루어질 수 있다. 그러나, 이에 한정되지 않고, 베이스 지지부(130)는 도 5에 나타난 바와 같이 사각뿔 등 다양한 형상으로 이루어질 수 있다.
이 때, 베이스 지지부(130)는 풍력 발전 장치를 안정하게 지지하기 위해서 콘크리트로 형성되는 구조물일 수 있다. 이에 의해 베이스 지지부(130)는 풍력 발전 장치를 지지할 수 있는 큰 하중을 얻을 수 있으며, 또한 해수에 대한 베이스 지지부(130)의 내구성이 향상된다.
한편, 도 1에 나타난 바와 같이 해상 풍력 발전 장치용 지지 구조체(100)는 수심이 10m 내외인 해상에 설치되는 풍력 발전 장치에 사용되는 지지 구조체로서, 지지 구조체(100)는 풍력 발전 장치의 타워(500)가 해수에 잠기지 않도록 지지 구조체(100)의 상부가 해수면 밖으로 노출될 수 있는 높이를 갖는다.
이 때, 지지 구조체(100)는 베이스 지지부(130) 상부에 형성되는 결합부(110)를 포함할 수 있다. 결합부(110)는 타워(700)가 베이스 지지부(130) 상부에 고정 결합되는 구조로 이루어진다.
도 2를 참조하면, 베이스 지지부(130) 하부에는 후술할 고정부재(170)가 베이스 지지부(130)와 체결되도록 연결부(150)가 형성된다. 이 때, 연결부(150)에는 고정부재(170)가 관통할 수 있는 삽입구(151)가 형성된다.
도 4 및 도 5에 나타난 바와 같이, 삽입구(151, 151')는 그 단면이 사각형상을 이루는 연결부(150, 150')의 각각의 모서리에 형성될 수 있다. 그러나, 이에 한정되지 않고, 삽입구(151, 151')는 연결부(150, 150')의 임의의 위치에 적어도 하나 이상 형성될 수 있다.
또한, 연결부(150, 150')는 그 단면이 원형 또는 삼각형 등 다양한 형상으로 이루어질 수 있다.
도 3를 참조하면, 고정부재(170)는 지지 구조체(100)를 해저에 고정시키기 위해 해저에 삽입 고정된다. 전술한 바와 같이 고정부재(170)는 삽입구(151)를 관통하여 해저에 삽입 고정된다.
이와 같이, 고정부재(170)가 해저에 삽입 고정됨으로써, 자체 하중에 의해 해상 풍력 발전 장치를 고정하는 종래의 착저식 지지 구조체에 비해 베이스 지지부(130)의 하중을 감소시킬 수 있다.
이 때, 고정부재(170)는 삽입구(151)의 개수에 대응하여 적어도 하나 이상이 해저에 삽입 고정된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고정부재(170)는 내부에 중공부가 형성되는 관 형상일 수 있다. 예를 들어, 고정부재(170)는 강관(鋼管)일 수 있다. 그러나, 이에 한정되지 않고 고정부재(170)는 내부에 중공부가 형성되지 않은 원기둥 형상이거나, 베이스 지지부(130)를 고정시키기 위해 해저에 삽입 고정되는 다양한 형상의 부재일 수 있다.
한편, 고정부재(170)는 그 외주면에 나선형 돌기(173)가 형성된다. 이에 의해, 고정부재(170)를 삽입구(151)를 관통하여 해저에 회전 관입시킴으로써, 고정부재(170)가 해저에 용이하게 삽입될 수 있다. 또한, 고정부재(170)가 해저에 견고하게 삽입 고정될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 고정부재(170)의 일측 단부에는 머리부(171)가 형성된다. 머리부(171)는 삽입구(151)의 폭보다 크게 형성되어 삽입구(151)를 관통하지 않도록 형성된다.
이 때, 고정부재(170)가 해저에 삽입 고정되는 경우, 머리부(171)가 삽입구(151)의 상부에 걸림으로써 베이스 지지부(130)를 해저에 고정시킨다.
또한, 고정부재(170)의 타측 단부에는 원뿔 형상이 형성될 수 있다. 이에 의해, 고정부재(170)가 해저에 용이하게 삽입될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 삽입구(151)의 내주면에는 나사홈(미도시)이 형성될 수 있다. 삽입구(151)의 내주면에 나사홈이 형성됨으로써, 고정부재(170)의 외주면에 형성된 나선형 돌기(173)와 나사 결합 가능하다.
이에 의해, 고정부재(170)가 베이스 지지부(130) 하부에 형성된 연결부(150)와 견고하게 체결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력 발전 장치용 지지 구조체(100)는, 외주면에 나선형 돌기가 형성된 관 형상의 고정부재(170)를 해저에 삽입 고정시킴으로써, 베이스 지지부(130)를 견고하게 해저에 고정시킬 수 있다. 이에 의해, 종래에 사용되는 베이스 지지부에 비해 중량을 현저히 감소시킬 수 있으므로, 지지 구조체(100)를 운반선을 통해 설치 장소에 용이하게 이동시킬 수 있다. 따라서, 해상 풍력 발전 장치를 대형화하는데 유리하다.
이상과 같이, 본 발명은 한정된 실시예와 도면을 통하여 설명되었으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재된 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
100: 지지 구조체 110: 결합부
130: 베이스 지지부 150: 연결부
170: 고정부재 300: 블레이드
500: 터빈 700: 타워

Claims (9)

  1. 해상 풍력 발전 장치의 터빈을 지지하는 타워를 해저에 고정시키기 위한 해상 풍력 발전 장치용 지지 구조체로서,
    상기 타워를 지지하는 베이스 지지부;
    상기 베이스 지지부를 해저에 고정시키기 위해 해저에 삽입 고정되는 적어도 하나 이상의 고정부재 및
    상기 고정부재가 상기 베이스 지지부와 체결되도록 상기 베이스 지지부 하부에 형성되는 연결부를 포함하는 것을 특징으로 하는 해상 풍력 발전 장치용 지지 구조체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스 지지부는 콘크리트로 형성되는 것을 특징으로 하는 해상 풍력 발전 장치용 지지 구조체.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 베이스 지지부는 원추 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 해상 풍력 발전 장치용 지지 구조체.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 연결부에는 상기 고정부재가 관통하는 삽입구가 형성되는 것을 특징으로 하는 해상 풍력 발전 장치용 지지 구조체.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 고정부재는 내부에 중공부가 형성되는 관 형상인 것을 특징으로 하는 해상 풍력 발전 장치용 지지 구조체.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 고정부재의 외주면에는 나선형 돌기가 형성되는 것을 특징으로 하는 해상 풍력 발전 장치용 지지 구조체.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 고정부재의 일측 단부에는 상기 삽입구 상부에 걸리는 머리부가 형성되는 것을 특징으로 하는 해상 풍력 발전 장치용 지지 구조체.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 삽입구의 내주면에는 상기 고정부재와 나사 결합가능한 나사홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 해상 풍력 발전 장치용 지지 구조체.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 고정부재는 타측 단부에서 원뿔 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 해상 풍력 발전 장치용 지지 구조체.
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KR101403455B1 (ko) * 2014-03-14 2014-06-03 한국건설기술연구원 해저지반 수평정착 구조를 가지는 중력식 수중기초 구조물 및 그 시공방법
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