KR20130107707A - 해상 풍력발전기용 하이브리드 부유식 지지구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 해상 풍력발전기용 부유식 지지구조로서, 특히 스파(SPAR) 타입과 티엘피(TLP: Tension Leg Platform) 타입을 절충한 하이브리드 부유식 지지구조에 관한 것이다.
이와 같은 해상 풍력발전기용 하이브리드 부유식 지지구조는 해상 풍력발전기를 해상에 부유시키기 위한 부력을 갖는 부력체와; 상기 부력체의 둘레에 설치되는 지지팔과; 해저 지반에 고정되는 고정파일과, 상기 지지팔 및 고정파일과 연결되는 케이블로 이루어져, 상기 해상 풍력발전기를 고정하는 고정체와; 상기 부력체에 설치되어 외력에 의한 해상 풍력발전기의 움직임에 따라 연동되는 상기 부력체 운동을 감쇄시키는 감쇄부;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

해상 풍력발전기용 하이브리드 부유식 지지구조{Hybrid Floating Support Structure for Offshore Wind Turbine}

본 발명은 기존의 부유식 풍력기초에 대해 운동저항 성능이 우수하고, 천해 및 심해영역에서 설치 가능한 풍력지지구조에 관한 것이다.

해상풍력 지지구조는 해상풍력 개발에 있어 그 비용이 약 40%에 이를 정도로 풍력단지 개발에 있어서 많은 비중을 차지하고 있다. 해상풍력 개발에 경쟁력 있는 해상풍력발전기를 개발하기 위해서는 파랑, 바람 등의 외력에 저항하는 성능이 우수하고 가격 경쟁력이 있는 지지구조물을 개발하는 것이 중요하다.

해상풍력 지지구조에는 고정식과 부유식으로 크게 나눌 수 있는데 수심이 깊어지면 고정식 지지구조물의 가설 비용은 급격히 증가하게 되어 부유식에 비하여 상대적으로 많은 설치 비용을 필요로 하게 된다.

그래서 일반적으로 고정식은 약 50M 이하에서, 그리고 부유식은 100M 이상에서 경제적인 것으로 알려져 있다. 하지만, 50M 이상의 천해 및 심해영역에서 유용한 부유식 풍력지지 구조 개발이 필요하다.

본 발명은 기존의 부유식 풍력기초에 대해 운동저항 성능이 우수하고, 천해영역에서 설치가 가능하도록 스파(SPAR) 타입과 티엘피(TLP: Tension Leg Platform) 타입을 절충한 해상풍력 발전기용 하이브리드 부유식 지지구조의 제공을 목적으로 한다.

상기와 같은 본 발명의 목적은, 해상 풍력발전기를 해상에 부유시키기 위한 부력을 갖는 부력체와; 상기 부력체의 둘레에 설치되는 지지팔과; 해저 지반에 고정되는 고정파일과, 상기 지지팔 및 고정파일과 연결되는 케이블로 이루어져, 상기 해상 풍력발전기를 고정하는 고정체와; 상기 부력체에 설치되어 외력에 의한 해상 풍력발전기의 움직임에 따라 연동되는 상기 부력체 운동을 감쇄시키는 감쇄부;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 해상 풍력발전기용 하이브리드 부유식 지지구조에 의해 달성된다.

본 발명에 따른 해상풍력 발전기용 하이브리드 부유식 지지구조의 특징은 스파(SPAR) 타입과 티엘피(TLP: Tension Leg Platform) 타입을 절충한 하이브리드 부유식 지지구조로서, TLP에서 과도하게 작용하는 기초부의 하중을 부유체의 부력을 이용하여 기초부의 파일 하중을 감소시킴으로써 TLP의 단점을 보완한다.

즉, SPAR 타입의 경우 무게 중심을 낮추기 위해 지지구조의 길이를 길게 하여 깊은 수심을 요구하기 때문에 천해영역에 설치가 불가능하지만, 본 발명에 따른 하이브리드 부유식 지지구조는 SPAR 타입과 TLP의 단점을 보완하고 장점을 살려 낮은 수심에서도 설치할 수 있으며, 운동 저항력 성능을 극대화함으로써 풍력발전 효율을 제고할 수 있다.

또한, 경제적인 부유식 해상 풍력 기초에 대한 필요성을 충족할 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 Spar 타입의 부유 기초를 나타낸 도면,
도 2는 종래 기술에 따른 TLP 타입의 부유 기초를 나타낸 도면,
도 3은 본 발명에 따른 해상 풍력발전기용 하이브리드 부유식 지지구조의 일예를 나타낸 도면,
도 4는 본 발명에 따른 해상 풍력발전기용 하이브리드 부유식 지지구조의 다른 예를 나타낸 도면,
도 5는 본 발명에 따른 해상 풍력발전기용 하이브리드 부유식 지지구조의 또 다른 예를 나타낸 도면,
도 6은 본 발명에 따른 해상 풍력발전기용 하이브리드 부유식 지지구조의 또 다른 예를 나타낸 도면,
도 7은 도 3의 A-A 단면도 및 A-A 단면도의 다른 실시예를 나타낸 도면.

본 발명은 해상 풍력발전기용 부유식 지지구조로서, 특히 스파(SPAR) 타입과 티엘피(TLP: Tension Leg Platform) 타입을 절충한 해상 풍력발전기용 하이브리드 부유식 지지구조에 관한 것이다.

즉, Spar는 도 1에 도시한 바와 같이 보통 심해에 설치되는 타입이고, TLP는 도 2에 도시한 바와 같이 보통 천해에 설치되는 타입이나, 본 발명은 도 1의 Spar의 부력체(200)를 짧게하고, 이를 보완하기 위해 도 2와 같은 TLP 타입을 적용하여 천해 및 심해 설치를 가능하도록 한 해상 풍력발전기용 하이브리드 부유식 지지구조에 관한 것이다.

이와 같은 해상 풍력발전기용 하이브리드 부유식 지지구조(이하, '하이브리드 부유식 지지구조'이라 한다)는 해상 풍력발전기의 풍력발전 효율이 제고된다.

참고로, 도 1 및 도 2의 L1,L2는 수심을 의미하며, 도 1의 L1은 도 2의 L2의 길이보다 길다.

상기 하이브리드 부유식 지지구조는 해상 풍력발전기(100)를 해상에 부유시키기 위한 부력을 갖는 부력체(10)와, 상기 부력체(10)의 둘레에 설치되는 지지팔(20)과, 해저 지반에 고정되는 고정파일(52)과 상기 지지팔(20) 및 고정파일(52)과 연결되는 케이블(51)로 이루어져 상기 해상 풍력발전기(100)를 고정하는 고정체(50)와, 상기 부력체(10)에 설치되어 외력에 의한 해상 풍력발전기(100)의 움직임에 따라 연동되는 상기 부력체(10)의 운동을 감쇄시키는 감쇄부(30)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 부력체(10)는 상기 해상 풍력발전기(100)의 무게 중심이 해상 풍력발전기의 부력 중심보다 아래에 위치되도록 상기 해상 풍력발전기(100)의 타워(101)의 하단으로부터 연직 하방향으로 설정길이로 길게 장착되고,

상기 지지팔(20)은 상기 해상 풍력발전기(100)의 부력 중심과 무게중심 보다 위가 되도록 상기 부력체(10)의 상부, 또는 상기 부력체(10) 보다 상부에 위치된 해상 풍력발전기(100)의 타워(101)에 구비되는 것이 바람직한데, 이는 지지팔(20)을 부력체(10) 보다 위쪽에 위치시킴으로써 부력체(10)의 운동저항 성능을 향상시키기 위함이다.

또한, 상기 감쇄부는 상기 부력체(10)의 둘레로부터 수평으로 확장되는 제1 감쇄판(30)과, 상기 부력체(10)의 하부로부터 수직으로 연장되는 제2 감쇄판(40);으로 이루어지되, 상기 제1 감쇄판(30)과 제2 감쇄판(40)은 부력체(10)의 둘레 및 하부에 적어도 하나 이상 설치되는데, 이 또한 부력체(10)의 운동저항 성능을 향상시키기 위함이다.

이하, 본 발명의 양호한 실시예를 도시한 첨부 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.

도 3 내지 도 6은 하이브리드 부유식 지지구조의 다양한 예를 나타낸 도면으로, 해상 풍력발전기(100)는 이와 같은 하이브리드 부유식 지지구조에 의해 해상에 설치된다.

도 3과 같은 하이브리드 부유식 지지구조는 스파(SPAR) 타입과 티엘피(TLP: Tension Leg Platform) 타입을 절충한 하이브리드 부유식 지지구조로서,

종래의 SPAR 타입은 부력체(10)와, 해저 지반에 고정되는 고정파일과, 상기 부력체(10)와 고정파일을 연결하는 케이블로 이루어지고,

TLP 타입은 지지팔(20)과, 해저 지반에 고정되는 고정파일과, 상기 지지팔(20)과 고정파일을 연결하는 케이블로 이루어지는데,

본 발명은 이러한 SPAR 타입과 TLP 타입을 절충한 하이브리드 부유식 지지구조이다.

즉, 하이브리드 부유식 지지구조의 일예로는 도 3과 같이 해상 풍력발전기(100)의 타워(101)의 하부에 설치된 부력체(10)와, 상기 부력체(10)의 상부에 설치된 지지팔(20)과, 상기 지지팔(20)을 보강하기 위한 보강대(21)와, 상기 부력체(10)의 하부 측면에 설치된 제1 감쇄판(30)과, 해저 지반에 고정된 고정파일(52)과 상기 지지팔(20)과 고정파일(52)에 연결된 케이블(51)로 이루어진 고정체(50)를 포함한다.

도 4와 같은 하이브리드 부유식 지지구조는 해상 풍력발전기(100)의 타워(101)의 하부에 설치된 부력체(10)와, 상기 부력체(10)의 상부에 설치된 지지팔(20)과, 상기 지지팔(20)을 보강하기 위한 보강대(21)와, 상기 부력체(10)의 하부 측면에 설치된 제1 감쇄판(30)과, 상기 부력체(10)의 하단에 설치된 제2 감쇄판(40)과, 해저 지반에 고정된 고정파일(52)과 상기 지지팔(20)과 고정파일(52)에 연결된 케이블(51)로 이루어진 고정체(50)를 포함한다.

도 5와 같은 하이브리드 부유식 지지구조는 해상 풍력발전기(100)의 타워(101)의 하부에 설치된 부력체(10)와, 상기 부력체(10)의 상부에 설치된 지지팔(20)과, 상기 지지팔(20)을 보강하기 위한 보강대(21)와, 상기 부력체(10)의 하부 측면에 설치된 제1 감쇄판(30)과, 해저 지반에 고정된 고정파일(52)과 상기 지지팔(20)과 고정파일(52)에 연결된 케이블(51)로 이루어진 고정체(50)를 포함하는 도 3과 같은 하이브리드 부유식 지지구조와 기본적으로 동일하며, 다만, 제1 감쇄판(30)이 부력체(10)의 연직 방향으로 설정 간격 복수개 배치되는 것이 다르다.

도 6과 같은 하이브리드 부유식 지지구조는 해상 풍력발전기(100)의 타워(101)의 하부에 설치된 부력체(10)와, 상기 부력체(10)의 상부에 설치된 지지팔(20)과, 상기 지지팔(20)을 보강하기 위한 보강대(21)와, 상기 부력체(10)의 하부 측면에 설치된 제1 감쇄판(30)과, 상기 부력체(10)의 하단에 설치된 제2 감쇄판(40)과, 해저 지반에 고정된 고정파일(52)과 상기 지지팔(20)과 고정파일(52)에 연결된 케이블(51)로 이루어진 고정체(50)를 포함하는 도 4와 같은 하이브리드 부유식 지지구조와 기본적으로 동일하며, 다만, 제1 감쇄판(30)이 부력체(10)의 연직 방향으로 설정 간격 복수개 배치되는 것이 다르다.

지지팔(20)은 외력(미풍, 돌풍, 태풍, 조류, 파도 등)에 의한 해상 풍력발전기(100)의 운동 저항 및 고정체(50)와 함께 해상 풍력발전기(100)를 고정하기 위한 것으로, 도시된 바와 같이 부력체(10)의 상부에 설치되나, 경우에 따라서는 도시하지는 않았지만 외력에 의한 해상 풍력발전기(100)의 운동저항 성능을 향상시키기 위하여 타워(101)의 하부측, 즉 부력체(10) 보다 위쪽에 설치할 수 있으며, 바람직하게는 수면과 가깝게 하되, 파도의 영향을 가장 적게 받는 위치에 설치된다.

제1,2 감쇄판(30,40)은 외력에 의한 부력체(10)가 운동하려는 힘의 방향(F1,F2)을 감쇄하기 위한 것으로, 제1,2 감쇄판(30,40)은 코스트(cost)를 고려하면서 적어도 하나 이상 설치되는 것이 바람직하다.

이상 본 발명이 양호한 실시예와 관련하여 설명되었으나, 본 발명의 기술 분야에 속하는 자들은 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에 다양한 변경 및 수정을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 진정한 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 해상 풍력발전기 101: 타워
10: 부력체 20: 지지팔
30: 제1 감쇄판 40: 제2 감쇄판
50: 고정체 51: 케이블
52: 고정파일

Claims (3)

1. 해상 풍력발전기(100)를 해상에 부유시키기 위한 부력을 갖는 부력체(10)와;
   상기 부력체(10)의 둘레에 설치되는 지지팔(20)과;
   해저 지반에 고정되는 고정파일(52)과, 상기 지지팔(20) 및 고정파일(52)과 연결되는 케이블(51)로 이루어져, 상기 해상 풍력발전기(100)를 고정하는 고정체(50)와;
   상기 부력체(10)에 설치되어 외력에 의한 해상 풍력발전기(100)의 움직임에 따라 연동되는 상기 부력체(10)의 운동을 감쇄시키는 감쇄부;
   를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 해상 풍력발전기용 하이브리드 부유식 지지구조.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 부력체(10)는 상기 해상 풍력발전기(100)의 무게 중심이 해상 풍력발전기의 부력 중심보다 아래에 위치되도록 상기 해상 풍력발전기(100)의 타워(101)의 하단으로부터 연직 하방향으로 설정길이로 길게 장착되고,
   상기 지지팔(20)은 상기 해상 풍력발전기(100)의 부력 중심과 무게중심 보다 위가 되도록 상기 부력체(10)의 상부, 또는 상기 부력체(10) 보다 상부에 위치된 해상 풍력발전기(100)의 타워(101)에 구비되는 것을 특징으로 하는 해상 풍력발전기용 하이브리드 부유식 지지구조.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   상기 감쇄부는,
   상기 부력체(10)의 둘레로부터 수평으로 확장되는 제1 감쇄판(30)과;
   상기 부력체(10)의 하부로부터 수직으로 연장되는 제2 감쇄판(40);으로 이루어지되,
   상기 제1 감쇄판(30)과 제2 감쇄판(40)은 부력체(10)의 둘레 및 하부에 적어도 하나 이상 설치되는 것을 특징으로 하는 해상 풍력발전기용 하이브리드 부유식 지지구조.
   
   
   
   
   
   
   
   

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