KR20140029666A

KR20140029666A - 해상구조물 설치를 위한 부유식 지지구조물

Info

Publication number: KR20140029666A
Application number: KR1020120094853A
Authority: KR
Inventors: 유영준; 정연주; 박민수; 이두호
Original assignee: 한국건설기술연구원
Priority date: 2012-08-29
Filing date: 2012-08-29
Publication date: 2014-03-11

Abstract

본 발명은 해상에 부유되어 풍력발전 터빈이 상단에 구비되는 기둥형태의 풍력발전타워 등과 같은 해상구조물이 상부에 설치되는 부유식 지지구조물에 관한 것으로서, 구체적으로는 해상구조물이 연직하게 고정 설치되는 중앙지지체와, 상기 중앙지지체의 주위로 중앙지지체보다 더 높은 위치로 존재하게 되는 부유체를 포함하며, 상기 중앙지지체와 상기 부유체를 서로 연결하여, 부유체로 인한 부력을 받아서 안정적인 형태로 상기 중앙지지체가 해상에 부유하게 함으로써, 해상구조물이 안정적으로 지지하여 해상에 설치할 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 해상구조물 설치를 위한 부유식 지지구조물에 관한 것이다.

Description

해상구조물 설치를 위한 부유식 지지구조물{Floating Structure for Wind Turbine Tower}

본 발명은 해상에 부유되며, 예를 들면 풍력발전 터빈이 상단에 구비되는 기둥형태의 구조물로 이루어진 풍력발전타워와 같은 해상구조물이 설치되는 부유식 지지구조물에 관한 것으로서, 구체적으로는 해상구조물이 연직하게 고정 설치되는 중앙지지체와, 상기 중앙지지체의 주위로 중앙지지체보다 더 높은 위치로 존재하게 되는 부유체를 포함하며, 상기 중앙지지체와 상기 부유체를 서로 연결하여, 부유체로 인한 부력을 받아서 안정적인 형태로 상기 중앙지지체가 해상에 부유하도록 함으로써, 해상구조물을 안정적으로 지지하여 해상에 설치할 수 있게 하는 새로운 구성의 해상구조물 설치를 위한 부유식 지지구조물에 관한 것이다.

신재생에너지에 대한 관심과 필요가 급증하면서 해상에서의 풍력발전에 대한 연구와 투자가 급증하고 있다. 특히, 해상에서의 풍력발전 즉, 해상풍력발전은 육상풍력발전에 비해 양질의 풍력을 얻을 수 있으며, 소음, 토지보상 등으로 인한 민원 문제가 없다는 장점이 있다. 이러한 해상풍력발전의 풍질 및 발전효율은 외해(外海)로 갈수록 유리하지만, 풍력발전 터빈이 상단에 구비되는 기둥형태의 풍력발전타워를 설치하기 위한 지지구조물을 해저 지반에 고정하여 설치하는 경우에는, 지지구조물의 구축 비용이 기하급수적으로 증가하는 문제가 있다.

이를 해결하기 위하여, 종래기술로서 지지구조물을 해상에 부유시키는 방식 즉, 부유식 지지구조물이 제안되어 있다. 이러한 종래기술의 일예로서 대한민국 공개특허공보 제10-2012-11742호에 개시된 부유식 지지구조물의 개략적인 사시도가 도 1에 도시되어 있다. 이러한 종래의 부유식 지지구조물은 해상에 부유하되, 해저 지반에 단부가 고정된 계류선(35)을 상기 부유식 지지구조물에 연결하여 부유식 지지구조물의 유실을 방지하는 구성을 가지고 있는데, 부유식 지지구조물 자체를 지반에 고정하는 것이 아니므로 바람과 해류에 의한 부유운동으로 인해 회전모멘트에 의한 전도에 대한 안정성을 확보하기 매우 어렵다는 단점이 있다.

도 2 내지 도 4에는 각각 도 1에 도시된 종래의 부유식 지지구조물에 작용하는 외력 상태를 보여주는 개념도가 도시되어 있는데, 도 2에 도시된 것처럼, 안정한 상태에서는 부유식 지지구조물에 상승력으로서 작용하는 부력과, 계류선이 아래로 당기게 되는 인장력이 평형을 이루게 되고, 수평이동하는 경우에도 도 3에 도시된 것처럼 부력과 인장력이 계속하여 평형을 이루게 되어 안정한 상태가 되지만, 회전모멘트에 대해서는 매우 취약하게 된다. 즉, 도 4에 도시된 것처럼 회전모멘트가 작용하게 되면 부유식 지지구조물이 기울면서 아래로 처지게 되는 부분에 연결된 계류선(35)에서는 인장력이 작용하지 않게 되는 것이다.

풍력발전타워용 지지구조물은, 선박과 달리, 지지구조물 위에 설치되는 풍력발전타워의 높이가 지지구조물의 폭에 비하여 매우 크다는 구조적인 특징을 가지고 있으므로, 파도 등의 내습으로 인하여 지지구조물에는 회전모멘트가 쉽게 작용하게 된다. 이와 같이, 부유식 지지구조물에 회전모멘트가 작용하는 경우에는, 도 4에 도시된 것처럼 일측의 계류선에 대해 긴장력이 작용하지 못하게 되므로, 부유식 지지구조물이 불안정한 상태에 있게 된다. 부유식 지지구조물이 위와 같이 회전모멘트에 대해 안정된 상태를 유지하지 못하고 요동하게 되면, 풍력발전타워에 설치되는 풍력발전 터빈의 각종 기계적인 구성에 손상 및 오작동을 야기할 뿐만 아니라, 심지어 지지구조물 자체가 뒤집어지는 사태가 발생할 수도 있다.

위에서 살펴본 것처럼 부유식 풍력발전타워 지지구조물에서는 회전모멘트에 대한 안정성을 확보하는 것이 매우 중요한데, 종래기술에서는 부유식 지지구조물의 안정성을 확보하려면 부득이 많은 개수의 계류선을 설치하여 부유식 지지구조물의 운동 자체를 저감시켜야 할 뿐만 아니라, 계류선을 대칭되도록 그리고 계류선에 의해 작용하는 인장력이 대칭이 되도록 설치해야만 된다. 그러나 계류선이 많을수록 유지관리가 어렵게 되며, 계류선의 인장력을 대칭이 되도록 하기 위해서는 정밀한 시공이 필요하기 때문에 그에 따른 비용 증가가 수반되는 단점이 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-956280호(2010. 05. 10. 공고) 참조.

본 발명은 위와 같은 종래 기술을 더욱 개선한 것으로서, 해상풍력발전타워 등과 같은 해상구조물이 설치되는 부유식 지지구조물에서, 충분한 부유력을 확보하되, 계류선의 설치 개수 내지 규모를 줄이면서도 파도 등의 내습으로 인한 전도 등의 요동에 대해서 더욱 향상된 안정성을 확보할 수 있도록 함으로써, 계류선 설치로 인한 비용을 절감할 수 있도록 하는 해상구조물 설치용 부유식 지지구조물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는, 해상구조물 설치용 부유식 지지구조물로서, 상부에 풍력발전타워가 연직하게 고정 설치되는 중앙지지체와; 상기 중앙지지체의 주위에서 구비되어 있되 상기 중앙지지체가 둘러싸인 공간의 중앙에 위치하며, 상기 중앙지지체보다 연직방향으로 더 높은 위치에 존재하며, 부력을 받게 되는 부유체와; 경사지게 배치되어 일단은 부유체에 일체로 결합되고, 타단은 중앙지지체에 일체로 결합되어, 상기 중앙지지체와 상기 부유체를 서로 일체로 연결시키는 연결체를 포함하여 구성되어, 상기 중앙지지체가 수중에 잠기고 상기 부유체의 전부 또는 일부가 수중에 잠겨서 부유한 상태로 설치되는 것을 특징으로 하는 해상구조물 설치를 위한 부유식 지지구조물이 제공된다.

상기한 본 발명의 부유식 지지구조물에서, 상기 부유체는, 2개가 쌍을 이루어서 상기 중앙지지체를 중심으로 서로 대향된 위치에 존재하는 복수개의 쌍으로 구성된 부유 유닛으로 이루어질 수도 있고, 이와 달리, 상기 부유체가 환(環)형상의 부재로 이루어져서, 상기 중앙지지체가 환형상의 부재로 둘러싸인 영역의 정 중앙에 위치할 수도 있다.

또한 본 발명의 부유식 지지구조물에는, 타단은 해저 지반에 고정되고 일단은 상기 중앙지지체에 연결되는 계류선이 더 구비될 수 있다.

본 발명에 따른 부유식 지지구조물은, 풍력발전타워 등과 같은 해상구조물이 설치되는 중앙지지체의 주위에서 부력체가 연결체에 의해 일체로 구비되어 있되 부력체가 상기 중앙지지체보다 더 높은 위치에 존재하고 있는 구성가지고 있으므로, 그 형상에 의해 용이하게 평형상태로 복원할 수 있게 되며, 그에 따라 파도 등의 내습으로 인한 회전모멘트에 대한 저항력이 크며, 요동이나 전도에 대해 매우 우수한 안정성을 가지게 되는 장점이 있다.

특히, 본 발명에 따른 부유식 지지구조물에서는 계류선이 부담해야 하는 힘이 줄어들며, 그에 따라 계류선의 개수 및 규모를 축소시킬 수 있게 될 뿐만 아니라, 계류선의 타단을 해저 지반에 고정하여야 하는데 필요한 공사량 및 공사비를 줄일 수 있게 되는 효과가 발휘된다.

도 1은 종래기술에 따른 부유식 지지구조물의 개략적인 사시도이다.
도 2 내지 도 4는 각각 도 1에 도시된 종래의 부유식 지지구조물에 작용하는 외력 상태를 보여주는 개념도이다.
도 5 및 도 6은 각각 본 발명의 제1실시예에 따른 풍력발전타워 설치용 부유식 지지구조물을 바라보는 방향을 달리하여 도시한 개략적인 사시도이다.
도 7은 도 5에 도시된 부유식 지지구조물의 개략적인 측면도이다.
도 8은 도 5의 선 A-A에 따른 개략적인 단면 사시도이다.
도 9는 도 5에 도시된 본 발명의 제1실시예에 따른 풍력발전타워 설치용 부유식 지지구조물의 개략적인 평면도이다.
도 10은 중앙에 지지점이 존재하는 양팔 저울에서의 평형상태를 보여주는 개략도이다.
도 11은 대칭된 위치에 존재하는 2개의 중량체와 지지점이 서로 다른 높이에 있는 양팔 저울의 평형상태를 보여주는 개략도이다.
도 12는 도 11의 양팔 저울에 외력이 가해져서 회전이 발생한 상태를 보여주는 개략도이다.
도 13은 도 11의 상태에서 힘의 작용을 보여주는 개략적인 자유물체도이다.
도 14는 도 13에 도시된 상태를 뒤집어 도시하되, 중량체에 부력이 가해지고 지지점에는 수직지지력이 가해지는 상태로 도시한 자유물체도이다.
도 15는 도 14에 도시된 상태에서 외력이 가해진 후 다시 복원되는 상태를 도시한 개략적인 자유물체도이다.
도 16 및 도 17은 각각 본 발명에 따른 해상구조물 설치용 부유식 지지구조물이 수면에 부유한 상태에서 힘의 작용 관계를 표시한 개략적인 도 8에 대응되는 단면도이다.
도 18은 본 발명에 따른 해상구조물 설치용 부유식 지지구조물이 수면에 부유한 상태에서 파도에 의해 수평이동 할 때의 상태를 보여주는 개략적인 단면도이다.
도 19는 본 발명에 따른 해상구조물 설치용 부유식 지지구조물에서 부유체의 상면에 해상구조물의 일예로서 추가적인 풍력발전타워를 설치한 상태를 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 20은 부유체가 환형상의 부재로 이루어진 본 발명의 제2실시예에 따른 해상구조물 설치용 부유식 지지구조물의 개략적인 사시도이다.
도 21은 도 20에 도시된 제2실시예에 따른 해상구조물 설치용 부유식 지지구조물의 개략적인 평면도이다.
도 22는 도 20의 선 B-B에 따른 개략적인 단면 사시도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다. 특히, 아래에서는 편의상 해상에서의 풍력발전타빈을 설치하기 위한 풍력발전타워를 본 발명의 부유식 지지구조물에 설치되는 해상구조물의 일예로서 예시하여 설명하고 있으나, 본 발명에 설치될 수 있는 해상구조물은 이와 같은 풍력발전타워에 한정되는 것은 아니다. 따라서 아래에서 "풍력발전타워(100)"는 다양한 해상구조물을 모두 포함하는 의미로 이해되어야 한다.

도 5 및 도 6에는 각각 본 발명의 제1실시예에 따른 해상구조물 설치용 부유식 지지구조물(1)(이하, "부유식 지지구조물"이라고 약칭함)을 바라보는 방향을 달리하여 도시한 개략적인 사시도가 도시되어 있고, 도 7에는 도 5에 도시된 부유식 지지구조물(1)의 개략적인 측면도가 도시되어 있으며, 도 8에는 도 5의 선 A-A에 따른 개략적인 단면 사시도가 도시되어 있다. 도 9에는 도 5에 도시된 부유식 지지구조물(1)의 개략적인 평면도가 도시되어 있다.

도면에 도시된 것처럼, 본 발명에 따른 부유식 지지구조물(1)은, 상부에 풍력발전타워(100)가 연직하게 고정 설치되는 중앙지지체(10)와, 상기 중앙지지체(10)의 주위에서 상기 중앙지지체(10)보다 더 높은 위치에 존재하게 되는 부유체(20)와, 상기 중앙지지체(10)와 상기 부유체(20)를 서로 연결하여 일체화시키는 연결체(30)를 포함하여 구성된다.

구체적으로 상기 중앙지지체(10)의 상면에는 풍력발전타워(100)가 연직하게 고정 설치되며, 상기 풍력발전타워(100)의 상단에는 풍력발전터빈(110)이 구비되어 있다. 상기 중앙지지체(10)는 후술하는 것처럼 부유체(20)를 이루는 각각의 부유 유닛(21)을 일체로 연결하는 기능을 수행한다.

상기 부유체(20)는 부유식 지지구조물(1)을 부유시키기 위한 부력을 확보하기 위한 부재로서, 상기 중앙지지체(10)의 주위에 구비되어 있되, 상기 중앙지지체(10)보다 더 높은 위치에 존재하며, 중앙지지체(10)는 부유체(20)에 의해 둘러싸인 공간의 중앙에 위치한다. 도 5 내지 도 9에 도시된 제1실시예에 따른 부유식 지지구조물(1)에서 상기 부유체(20)는 복수개의 개별적인 부유 유닛(21)으로 이루어져 있는데, 복수개의 개별적인 부유 유닛(21)은 2개가 쌍을 이루어서 상기 중앙지지체(10)를 중심으로 서로 대향된 위치에 존재한다. 즉, 2개의 부유 유닛(21)은 중앙지지체(10)를 가운데 놓고 서로 대칭되게 존재하는 것이다. 따라서 한 쌍의 부유 유닛(21) 즉, 쌍을 이루는 2개의 부유 유닛(21)과 중앙지지체(10)의 중심으로부터의 수평거리는 동일하다.

도 5 내지 도 9에 도시된 제1실시예에 따른 부유식 지지구조물(1)에서는 부유체(20)가 총 4개의 부유 유닛(21) 즉, 두 쌍의 부유 유닛(21)으로 이루어져 있으나, 이에 한정되지 아니하며 6개 , 8개 등의 더 많은 개수의 부유 유닛(21)에 의해 부유체(20)가 구성될 수 있다. 상기 부유체(20)를 이루는 부유 유닛(21)은 큰 부력을 받을 수 있도록 경량의 재질로 제작되는 것이 바람직한데, 도 8에 도시된 것처럼 속이 비어 있는 형태로 부유 유닛(21)이 제작되는 것도 바람직하다.

상기 부유체(20)는 연결체(30)에 의해 중앙지지체(10)와 연결되어 일체화된다. 도 5 내지 도 9에 도시된 제1실시예에 따른 부유식 지지구조물(1)처럼, 복수개의 부유 유닛(21)에 의해 부유체(20)가 형성된 경우, 강재 빔 등으로 이루어진 연결체(30)가 각각의 부유 유닛(21)에 결합되어 상기 부유 유닛(21)이 개별적으로 중앙지지체(10)와 연결될 수 있다. 즉, 연결체(30)는 경사지게 배치되어 일단은 부유체(20)에 일체로 결합되고, 타단은 중앙지지체(10)에 일체로 결합되는 것이다.

도면에서 부재번호 32는 부유체(20)를 이루는 각각의 부유 유닛(21) 사이에 일체로 구비되어 부유 유닛(21) 사이가 외력에 의해 좁아져서 중앙으로 모아지거나 또는 외부로 벌어지지 않고 간격을 계속 유지할 수 있게 만드는 횡방향 결합재(32)이다. 상기 횡방향 결합재(32)는 봉부재 또는 빔 부재 등으로 이루어질 수 있는데, 양단이 각각 이웃하는 부유 유닛(21)에 일체로 결합된다. 부유체(20)가 도면에 도시된 것처럼 복수개의 부유 유닛(21)으로 구성된 경우에는 부유 유닛(21)간의 추가적인 일체화 및 간격 유지를 위하여 상기 횡방향 결합재(32)가 구비되는 것이 바람직하지만, 필요에 따라서는 생략될 수 있다. 예를 들면, 후술하는 제2실시예처럼, 부유체(20)가 복수개의 부유 유닛(21)으로 이루어지지 않고 환(環)형상의 부재로 이루어진 경우에는, 상기 횡방향 결합재(32)가 필요 없게 되는 것이다.

한편, 부재번호 35는 부유식 지지구조물(1)의 유실을 방지하기 위하여 해저 지반에 타단이 연결되어 있고 일단은 부유식 지지구조물(1)에 연결되는 계류선(35)이다. 도면에 도시된 실시예의 경우, 상기 계류선(35)의 일단은 상기 중앙지지체(10)에 연결되어 있다. 상기 계류선(35)은 하나 이상의 복수개로 구비될 수 있다.

본 발명에 따른 부유식 지지구조물(1)의 중요한 특징 중의 하나는, 앞서 설명한 것처럼, 상기 부유체(20)가 상기 중앙지지체(10)의 주위에서 일체로 구비되어 있되 상기 중앙지지체(10)보다 더 높은 위치에 존재한다는 구성이다. 다음에서는 도 10 내지 도 15를 참조하여 본 발명에 따른 부유식 지지구조물(1)에 작용하는 힘의 평형상태 및 그에 따른 효과에 대해 설명한다.

도 10은 중앙에 지지점(C)이 존재하는 양팔 저울에서의 평형상태를 보여주는 개략도이다. 수평부재의 양단에 동일한 중량(w1)을 가지는 중량체가 중앙의 지지점(C)으로부터 동일한 거리(R1)에 각각 위치한 경우에는 도 10에 도시된 것처럼, 평형상태를 유지하게 된다. 그러나 이러한 수평부재를 이용한 평형상태는 작은 외력에 의해 쉽게 무너진다. 예를 들어 2개의 중량체 중 어느 하나에 작은 외력이 가해지게 되면 평형상태가 깨지면서 외력이 가해지는 방향으로 수평부재가 회전하게 되고, 회전하는 동안에 외력이 제거되더라도 다시 평형상태를 이룰 수 없게 된다. 즉, 서로 대칭된 위치에 존재하는 2개의 중량체와 지지점이 동일한 높이에 존재할 경우에는 쉽게 평형상태가 깨지게 되며, 그 만큼 안정성이 매우 취약한 것이다.

도 11은 대칭된 위치에 존재하는 2개의 중량체와 지지점이 서로 다른 높이에 있는 양팔 저울의 평형상태를 보여주는 개략도이고, 도 12는 도 11의 양팔 저울에 외력이 가해져서 회전이 발생한 상태를 보여주는 개략도이다. 도 11에 도시된 것처럼, 동일한 중량(w1)을 가지는 중량체가 중앙의 지지점(C)으로부터 동일한 거리(R1)에 각각 대칭되도록 위치하되, 지지점(C)이 중량체보다 더 높은 위치에 존재하는 경우, 외력이 가해져서 도 12의 실선으로 도시된 것처럼 일측의 중량체가 아래로 움직이게 되면, 아래로 내려간 중량체와 지지점(C) 사이의 거리가 R2로 변하면서 평형상태의 거리 R1보다 작아지지만, 반대로 위로 올라간 중량체와 지지점(C) 사이의 거리는 평형상태의 거리 R1보다 더 큰 R3로 변하게 된다. 따라서 중량체에 가해지던 외력이 제거되면 지지점(C)으로부터 거리 R3을 가지도록 위로 올라간 중량체에 의해 하향 복원력이 생기게 되고, 그에 따라 도 12의 점선과 같은 평형상태로 다시 복원된다. 따라서 도 11에 도시된 양팔 저울 형상은, 도 10에 도시된 양팔 저울 형상의 경우보다, 더욱 용이하게 평형상태로 복원할 수 있으며, 그에 따라 월등히 우수한 안정성을 보이게 된다.

도 13에는 도 11의 상태에 대한 힘의 작용을 보여주는 개략적인 자유물체도가 도시되어 있는데, 도 13에 도시된 것처럼, 동일한 중량(w1)을 가지는 중량체가 중앙의 지지점(C)으로부터 동일한 거리(R1)에 각각 대칭되도록 위치하되, 지지점(C)이 중량체보다 더 높은 위치에 존재하는 경우에는 각각의 중량체에는 중력이 작용하고, 중앙의 지지점(C)에는 반력이 작용하는 상태가 된다. 도 14는 도 13에 도시된 상태를 위아래로 바꾸어서 뒤집어 도시함과 동시에, 중량체에 가해지는 중력을 "부력(浮力)"으로 치환하고, 지지점(C)에 가해지는 반력을 "수직지지력"으로 치환한 상태로 도시한 자유물체도이며, 도 15는 도 14에 도시된 상태에서 외력이 가해진 후 다시 복원되는 상태를 도시한 개략적인 자유물체도이다. 도 14 및 도 15에 도시된 것처럼, 중량체에 가해지는 중력을 "부력(浮力)"으로 치환하고, 지지점(C)에 가해지는 반력을 "수직지지력"으로 치환한 경우에도, 도 11 및 도 12에서 살펴본 것과 마찬가지로 외력에 대해 매우 안정적이며 평형상태로의 복원이 매우 우수하게 되는 것이다.

도 16 및 도 17은 각각 본 발명의 부유식 지지구조물(1)이 수면에 부유한 상태에서의 개략적인 단면도(도 5의 선 A-A에 따른 단면도)에 힘의 작용 관계를 화살표로 더 추가한 상태로 도시한 것인데, 본 발명에 따른 부유식 지지구조물(1)은, 상기 부유체(20)가 상기 중앙지지체(10)의 주위에서 연결체(30)에 의해 일체로 구비되어 있되 상기 중앙지지체(10)보다 더 높은 위치에 존재한 구성을 가지고 있고, 중앙지지체(10)는 물속에 잠기게 되고, 부유체(20)는 부력을 받아 수면에 뜬 상태가 되거나(도 16) 또는 부유체(20)도 수중에 잠겨있는 상태(17)가 되는데, 도 16 및 도 17에서 알 수 있듯이, 본 발명의 부유식 지지구조물(1)에 작용하는 외력 관계를 자유물체도로 도시하면 결국 도 14 및 도 15와 동일하게 된다. 즉, 본 발명의 부유식 지지구조물(1)은, 실질적으로 도 11에 도시된 상태의 것을 상,하로 뒤집은 상태에서, 중량체에 가해지는 중력은 부력체(20)에 가해지는 부력으로 바뀌고, 지지점(C)에 가해지는 반력은, 풍력발전타워(100)에 의해 가해지는 하중 또는 계류선(35)에 의해 작용하는 인장력으로 바뀌게 되어, 결국 도 14 내지 도 17에 도시된 것과 같은 힘의 평형상태를 가지게 되며, 그에 따라 용이하게 평형상태로 복원할 수 있으며, 매우 우수한 안정성을 가진다.

도 18은 본 발명의 부유식 지지구조물(1)이 수면에 부유한 상태에서 파도에 의해 수평이동 할 때의 상태를 보여주는 개략적인 단면도인데, 도 18의 (a)는 파도가 내습하기 전의 평형상태를 보여주는 것이며, 도 18의 (b)는 파도의 내습에 의해 이동한 상태를 보여주는 것이다. 파도에 의해 부유식 지지구조물(1)에 수평력이 작용하는 경우, 중앙지지체(10)는 계류선(35)에 의해 해저면에 연결되어 있으므로, 도 18에 도시된 것처럼 부유식 지지구조물(1)은 수평이동뿐 아니라 수직 하향으로도 이동하게 된다. 즉, 수평변위 뿐만 아니라 수직하향 변위도 동시에 발생하는 것이다. 그에 따라 부유식 지지구조물(1)은 수직하향 변위만큼 더 물속에 잠기게 되고, 그로 인해 부유체(20)에는 추가적인 부력이 작용하게 되며, 결국 앞서 부력체(20)에 가해지는 부력 및 지지점(C)에 가해지는 수직지지력이 증가되어, 부유식 지지구조물(1)은 더욱 더 안정적인 상태가 되며 평형상태로의 복원이 매우 우수하게 되는 것이다.

더 나아가, 본 발명에 따른 부유식 지지구조물(1)에서는 부력에 대응하여 지지점(C) 즉, 중앙지지체(10)에 가해지는 수직지지력으로서 계류선(35)에 의한 인장력뿐만 아니라 풍력발전타워(100)에 의해 가해지는 하중(풍력발전타워의 자중)이 작용하게 되므로, 계류선(35)이 부담해야 하는 힘을 줄일 수 있으며, 그에 따라 계류선의 개수 및 규모를 축소시킬 수 있고, 계류선(35)의 타단을 해저 지반에 고정하여야 하는데 필요한 공사량 및 공사비를 줄일 수 있게 되는 효과가 발휘된다.

한편, 앞서 도 17에 도시된 것처럼 본 발명의 부유식 지지구조물(1)은 부유체(20)까지도 수중에 잠기도록 사용할 수도 있지만, 부유체(10)의 부유 능력에 따라서는 도 16에 도시된 것처럼 부유체(20)의 상면이 해수면 위로 노출되도록 사용할 수도 있다. 이 경우, 부유체(20)의 상면을 추가적으로 소형 풍력발전타워(200)를 설치할 수 있는 공간으로 활용할 수 있게 된다. 도 19에는 이와 같이 부유체(20)의 상면에 추가적인 소형 풍력발전타워(200)를 설치한 상태를 보여주는 개략적인 사시도가 도시되어 있다. 물론 해수면 위로 노출된 부유체(20)의 상면은 위와 같은 추가적인 소형 풍력발전타워(200)의 설치 장소 이외에, 헬기 착륙장이나 기타 장비의 설치 내지 보관장소로 활용할 수도 있다.

한편, 앞서 살펴본 제1실시예에 따른 부유식 지지구조물(1)에서는 부유체(20)가 복수개의 부유 유닛으로 이루어져 있으나, 본 발명에서 부유체(20)는 환(環)형상의 부재로 이루어질 수 있다. 도 20에는 이와 같이 부유체(20)가 환형상의 부재로 이루어진 본 발명의 제2실시예에 따른 부유식 지지구조물(1)의 개략적인 사시도가 도시되어 있고, 도 21에는 도 20에 도시된 제2실시예에 따른 부유식 지지구조물(1)의 개략적인 평면도가 도시되어 있으며, 도 22에는 도 20의 선 B-B에 따른 개략적인 단면 사시도가 도시되어 있다.

도 20 내지 도 22에 도시된 것처럼, 부유체(20)는 환(環)형상의 부재로 이루어진 경우, 중앙지지체(10)는 환형상 부재로 둘러싸인 영역의 정 중앙에 위치한다. 제2실시예에 따른 부유식 지지구조물(1)의 기타 구성 및 효과는 앞서 설명한 제1실시예와 동일하므로, 이에 대한 반복 설명은 생략한다. 한편, 상기 환형상의 부재로 부유체(20)를 구성함에 있어서, 환(環)의 형상은 도면에 예시된 것처럼 팔각형이 될 수도 있지만, 그 이외에도 원형, 사각형, 육각형 등 다양한 형태의 환형상을 가질 수 있다.

1: 부유식 지지구조물
10: 중앙지지체
20: 부유체
30: 연결체

Claims

해상구조물 설치용 부유식 지지구조물(1)로서,
상부에 해상구조물이 연직하게 고정 설치되는 중앙지지체(10)와;
상기 중앙지지체(10)의 주위에서 구비되어 있되 상기 중앙지지체(10)가 둘러싸인 공간의 중앙에 위치하며, 상기 중앙지지체(10)보다 연직방향으로 더 높은 위치에 존재하며, 부력을 받게 되는 부유체(20)와;
경사지게 배치되어 일단은 부유체(20)에 일체로 결합되고, 타단은 중앙지지체(10)에 일체로 결합되어, 상기 중앙지지체(10)와 상기 부유체(20)를 서로 일체로 연결시키는 연결체(30)를 포함하여 구성되어, 상기 중앙지지체(10)가 수중에 잠기고 상기 부유체(20)의 전부 또는 일부가 수중에 잠겨서 부유한 상태로 설치되는 것을 특징으로 하는 해상구조물 설치를 위한 부유식 지지구조물.
제1항에 있어서,
상기 부유체(20)는, 2개가 쌍을 이루어서 상기 중앙지지체(10)를 중심으로 서로 대향된 위치에 존재하는 복수개의 쌍으로 구성된 부유 유닛(21)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 해상구조물 설치를 위한 부유식 지지구조물.
제1항에 있어서,
상기 부유체(20)는 환(環)형상의 부재로 이루어져 있고, 상기 중앙지지체(10)는 환형상의 부재로 둘러싸인 영역의 정 중앙에 위치하는 것을 특징으로 하는 해상구조물 설치를 위한 부유식 지지구조물.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
타단은 해저 지반에 고정되고 일단은 상기 중앙지지체(10)에 연결되는 계류선(35)이 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 해상구조물 설치를 위한 부유식 지지구조물.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 부유체(20)의 상면에도 해상구조물이 연직하게 고정 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 해상구조물 설치를 위한 부유식 지지구조물.