KR20140050186A - 해상 풍력 발전장치 및 이의 급속 설치방법 - Google Patents

해상 풍력 발전장치 및 이의 급속 설치방법 Download PDF

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KR20140050186A
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Abstract

상부구조물을 해상에 고정시키고 고정된 상부구조물에 파일을 결합시킴으로써, 설치작업이 간단하고 공기 단축 및 시공비용 절감 효과를 얻을 수 있는 해상 풍력 발전장치 및 이의 급속 설치방법이 개시된다.
개시되는 해상 풍력 발전장치는 타워, 터빈 및 블레이드를 포함하여 구성되는 상부구조물과, 상기 상부구조물을 해상에 지지하도록 타워에 결합되며 해저지반에 설치되는 파일을 포함하는 해상 풍력 발전장치에 있어서, 상기 타워에는 상기 파일이 관통결합되는 슬리브부가 구비된 것을 특징으로 한다.
그리고, 개시되는 해상 풍력 발전장치 급속 설치방법은 터빈, 블레이드, 타워 및 파일을 설치선에 적재하여 운반하는 부품 운반 단계; 상기 타워의 슬리브부에 파일을 삽입하는 파일 연결 단계; 및 상기 슬리브부에 삽입된 파일을 해저지반에 고정시키는 파일 설치 단계;를 포함한다.

Description

해상 풍력 발전장치 및 이의 급속 설치방법{OFFSHORE WIND GENERATOR AND RAPID INSTALLING METHOD THEREOF}
본 발명은 해상 풍력 발전장치 및 이의 급속 설치방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 상부구조물을 잭업 바지선(Jack-up Barge)을 이용하여 해상에 고정시키고 고정된 상부구조물에 파일을 결합시킴으로써, 설치작업이 간단하고 공기 단축 및 시공비용 절감 효과를 얻을 수 있는 해상 풍력 발전장치 및 이의 급속 설치방법에 관한 것이다.
일반적으로, 해상 풍력 발전장치는 터빈 및 블레이드와 상기 터빈 및 블레이드 조립체를 지지하는 타워로 구성된 상부구조물과 상기 상부구조물이 해상에 정착되도록 상부구조물을 지지하며 해저지반에 설치되는 하부구조물로 구성될 수 있다.
도 1의 (a), (b) 및 (c)는 종래의 기술에 의한 해상 풍력 발전장치의 설치과정을 순서대로 나타내는 개략도이다.
먼저, 도 1의 (a)와 같이, 해상 풍력 발전장치의 구성품을 해상의 설치위치까지 운반하고, 잭업레그(20)를 통해 바지선(10)을 정착시킨 후 크레인(30)을 사용하여 해상 풍력 발전장치의 하부구조물인 파일(40)을 해저지반에 관입시킨다.
이후, 도 1의 (b)와 같이, 해저지반에 설치된 파일(40)의 상단에 타워(60)를 설치한다. 일반적으로 타워(60)는 하단에 플랫폼(50)을 구비하고, 파일(40)은 이러한 플랫폼(50)에 결합될 수 있다.
파일(40)에 타워(60)를 조립한 후, 도 1의 (c)와 같이, 타워(60)의 상단에 터빈(70)과 블레이드(80)를 조립하여, 해상 풍력 발전장치의 설치를 완료할 수 있다.
그러나, 이와 같은 종래의 기술에 의한 해상 풍력 발전장치 급속 설치방법은 각각의 부재들을 개별적으로 해상에서 조립하는 방식이므로 시간이 많이 소요되고, 시공오차 관리에 어려움이 많아 설치장비가 고가인 해상공사 특성상 많은 공사비용이 소요된다. 또한, 해상의 조립작업은 육상에서 작업하는 경우보다 시간과 비용이 많이 소요되는 단점이 있다.
또한, 종래의 기술에 의한 해상 풍력 발전장치 급속 설치방법에서는, 해저지반에 파일(40)을 설치할 때 시공오차가 발생하여, 파일(40)과 타워(60)의 연결작업이 어려워지는 문제가 있다. 특히, 파일(40)이 경사방향으로 설치되는 타입의 경우에는 파일(40) 시공오차가 증가될 수 있으므로, 파일(40)과 타워(60)의 연결작업이 매우 어렵다는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술을 바탕으로 안출된 것으로, 해상작업이 간소화되고, 설치 기간 및 비용이 감소되는 해상 풍력 발전장치 및 이의 시공방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적 중 적어도 일부를 달성하기 위한 일 측면으로서, 본 발명은 타워, 터빈 및 블레이드를 포함하여 구성되는 상부구조물과, 상기 상부구조물을 해상에 지지하도록 타워에 결합되며 해저지반에 설치되는 파일을 포함하는 해상 풍력 발전장치에 있어서, 상기 타워에는 상기 파일이 관통결합되는 슬리브부가 구비된 것을 특징으로 하는 해상 풍력 발전장치를 제공한다.
바람직하게, 상기 슬리브부는 상기 파일이 상기 슬리브부의 상측에서 하강하며 결합가능하도록 상하방향으로 관로가 형성된 관부재로 구성될 수 있다.
또한 바람직하게, 상기 파일과 슬리브부의 결합부는 그라우트가 충진될 수 있다.
한편, 다른 일 측면으로서, 본 발명은 상기 해상 풍력 발전장치의 터빈, 블레이드, 타워 및 파일을 설치선에 적재하여 운반하는 부품 운반 단계; 상기 타워의 슬리브부에 파일을 삽입하는 파일 연결 단계; 및 상기 슬리브부에 삽입된 파일을 해저지반에 고정시키는 파일 설치 단계;를 포함하는 해상 풍력 발전장치 급속 설치방법을 제공한다.
바람직하게, 상기 해상 풍력 발전장치 급속 설치방법은 상기 부품 운반 단계 전에 상기 터빈, 블레이드 및 타워를 육상에서 조립하는 상부구조물 조립 단계를 더 포함할 수 있다.
또한 바람직하게, 상기 해상 풍력 발전장치 급속 설치방법은 상기 파일 설치 단계 후에 상기 파일과 슬리브부의 결합부를 그라우트하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한 바람직하게, 상기 파일 연결 단계에서, 상기 파일은 상기 슬리브부의 상측에서 하측으로 삽입될 수 있다.
또한 바람직하게, 상기 파일 연결 단계 및 파일 설치 단계에서, 상기 설치선에는 상기 타워가 직립고정될 수 있다.
이러한 구성을 갖는 본 발명의 일 실시예에 의하면, 해상에서는 육상에서 미리 조립된 상부구조물에 파일을 결합하는 작업만 수행할 수 있도록 구성되어, 해상 풍력 발전장치의 설치작업이 간단하고 설치에 소요되는 기간 및 비용이 감소되는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 파일이 슬리브부에 삽입된 상태로 해저지반에 설치될 수 있는 구성을 통해, 파일 설치 오차가 발생하지 않는다는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 종래의 기술에 의한 해상 풍력 발전장치의 설치과정을 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 해상 풍력 발전장치 급속 설치방법의 부품 운반 단계를 나타내는 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 해상 풍력 발전장치 급속 설치방법의 파일 설치 단계를 나타내는 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 해상 풍력 발전장치의 설치가 완료된 상태를 나타내는 개략도이다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 또한, 본 명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.
참고로, 본 명세서에서는 본 발명의 일 실시예에 의한 해상 풍력 발전장치의 이해를 돕기 위해, 본 발명의 일 실시예에 의한 해상 풍력 발전장치의 급속 설치방법을 설명하면서 이와 함께 해상 풍력 발전의 구성에 대해서 설명하도록 하겠다.
도 2 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 의한 해상 풍력 발전장치의 급속 설치방법에 대해서 살펴본다.
여기서, 도 2의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 의한 해상 풍력 발전장치의 부품 운반 단계를 나타내는 개략도이며, 도 2의 (b)는 본 발명의 일 실시예에 의한 해상 풍력 발전장치의 개략적인 평면도이고, 도 3은 해상 풍력 발전장치 급속 설치방법의 파일 설치 단계를 나타내는 개략도이며, 도 4는 해상 풍력 발전장치의 설치가 완료된 상태를 나타내는 개략도이다.
먼저, 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 해상 풍력 발전장치(100)의 터빈(120), 블레이드(130), 타워(110) 및 파일(140)을 포함하는 구성요소들이 설치선(200)에 적재되어 해상의 설치위치까지 운반될 수 있다.
이때, 터빈(120), 블레이드(130) 및 타워(110)는 각각 분리된 상태로 운반되어 해상에서 조립될 수 있으나, 해상의 작업과정을 줄이기 위해, 일 실시예에서는 터빈(120), 블레이드(130) 및 타워(110)가 육상에서 미리 조립되어 조립체 상태로 설치선(200)에 적재되어 운반될 수 있다.
여기서, 상기 설치선(200)은 잭업레그(220)와 크레인(230)을 구비하는 잭업 바지선(barge)으로 구성될 수 있다.
또한, 도 2의 (a)에서는 파일(140)이 터빈(120), 블레이드(130) 및 타워(110)가 적재된 설치선(200)과 다른 별도의 운반선(240)에 의해 운반되나, 파일(140)은 설치선(200)에 적재되어 터빈(120), 블레이드(130) 및 타워(110)와 함께 설치선(200)에 의해 운반될 수도 있다.
한편, 전술한 바와 같이, 터빈(120), 블레이드(130) 및 타워(110) 조립체가 조립된 상태로 설치선(200)에 적재되는 경우, 일 실시예에서, 상기 조립체는 설치선(200)의 선체(210)에 직립된 상태로 적재될 수 있다. 이때, 조립체는 선체(210)에 탑재된 크레인(230)과 균형을 이루며 설치선(200)의 항해시 선체(210)의 균형이 유지될 수 있는 위치에 적재되는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 의한 해상 풍력 발전장치 급속 설치방법에 사용되는 설치선(200)은 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이 선체(210)의 일부에 타워(110)가 직립고정될 수 있는 타워고정부(215)를 구비할 수 있다.
상기 타워고정부(215)는 타워(110)의 하단부가 직립 상태로 수용될 수 있도록 선체(210)의 일부분이 제거된 구조로 구성될 수 있다.
여기서, 타워(110)를 설치선(200)에 고정하는 방법으로는 일 예로서, 볼트체결 또는 호이스트(hoist)를 이용한 체결이 사용될 수 있다.
다음으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 해상 풍력 발전장치(100)의 부품을 운반한 설치선(200)이 해상 풍력 발전장치(100)의 설치위치에서 잭업레그(220)를 하강시켜 해저지반에 정착된 후, 타워(110)와 파일(140)이 연결될 수 있다.
종래의 기술에 의한 해상 풍력 발전장치 급속 설치방법에서는 파일(140)을 해저지반에 관입시켜 설치한 후, 파일(140)의 상단에 타워(110)를 결합하였지만, 이와 달리, 본 발명의 일 실시예에 의한 해상 풍력 발전장치 급속 설치방법에서는 설치선(200)의 선체(210)에 고정된 타워(110)에 파일(140)을 연결할 수 있다.
이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 의한 해상 풍력 발전장치(100)는 타워(110)에 파일(140)이 관통결합되는 슬리브부(150)를 구비할 수 있다. 일 실시예에서, 이러한 슬리브부(150)는 도 2의 (b) 및 도 3에 도시된 바와 같이 파일(140)이 슬리브부(150)의 상측에서 하강하며 결합가능하도록 상하방향으로 관로가 형성된 관부재로 구성될 수 있다.
또한, 일 실시예에서, 슬리브부(150)는 타워(110)의 하단에 구비될 수 있으며, 타워(110)와 슬리브부(150) 간에는 양자를 결합시키는 연결구조물(160)이 구비될 수 있다.
또한, 도시하지는 않았지만, 다른 일 예로서, 타워(110)의 하단에 플랫폼이 구비된 경우에 상기 슬리브부(150)는 타워(110)의 플랫폼에 구비될 수도 있다.
이와 같은 구성을 가지는 본 발명의 일 실시예에 의한 해상 풍력 발전장치(100)의 타워(110)는 파일(140) 연결 단계에서 설치선(200)의 타워고정부(215)에 직립고정될 수 있는데, 도 2를 참조하여 전술한 바와 같이, 부품 운반 단계에서 직립고정될 수도 있고, 부품 운반 단계에서는 선체(210)에 눕혀져 적재된 후 파일(140) 연결 단계에서 크레인(230)을 통해 직립될 수도 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 의한 해상 풍력 발전장치 급속 설치방법의 파일(140) 연결 단계에서, 파일(140)은 크레인(230)을 통해 타워(110)의 슬리브부(150)에 연결될 수 있다. 즉, 파일(140)은 슬리브부(150)의 상측에서 슬리브부(150)에 삽입되어 하강하며 슬리브부(150)와 연결될 수 있다.
그리고, 슬리브부(150)에 삽입된 파일(140)은 항타작업을 통해 해저지반에 관입되어 해저지반에 고정될 수 있다. 이때, 파일(140)은 슬리브부(150)에 삽입된 상태로 관입이 이루어지므로, 슬리브부(150)는 파일(140)을 가이드하는 기능을 수행하여 파일(140)의 설치위치를 정위치시킬 수 있다. 즉, 파일(140) 설치의 오차가 발생하지 않는 장점이 있다. 이를 위해, 파일(140) 설치 단계에서도 타워(110)는 설치선(200)에 직립고정된다.
여기서, 도 2 내지 도 4에는 파일(140)이 수직으로 설치된 실시예가 도시되어있으나, 경사방향으로 설치될 수도 있다. 이때, 슬리브부(150)는 파일(140)의 경사방향에 대응하는 경사방향으로 관로가 형성된 관부재로 구성될 수 있다.
한편, 일 실시예에서, 해저지반에 파일(140) 설치가 완료되면, 파일(140)과 슬리브부(150)의 결합부는 용접결합 또는 볼트결합 후 그라우트(grout)가 충진되어 파일(140)이 타워(110)를 지지하는 구조가 안정화될 수 있다.
한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 파일(140) 설치 및 파일(140)과 슬리브부(150)의 결합이 완료된 후, 타워(110)는 설치선(200)의 타워고정부(215)에서 분리될 수 있으며, 타워(110)가 타워고정부(215)에서 분리된 후 설치선(200)은 잭업레그(220)를 상승시켜 이동모드로 전환될 수 있다.
그리고, 설치선(200)은 타워(110)로부터 후퇴하여 해상 풍력 발전장치(100)의 설치를 완료할 수 있다.
이와 같은 본 발명의 일 실시예에 의한 해상 풍력 발전장치(100) 및 이의 급속 설치방법에 의하면, 터빈(120), 블레이드(130) 및 타워(110)를 포함하여 구성되는 상부구조물을 육상에서 먼저 조립하여 운반할 수 있고, 상부구조물을 설치위치에 배치시킨 후 파일(140)을 상부구조물과 결합 및 설치함으로써, 해상에서의 설치작업이 간소화되는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 해상 풍력 발전장치(100) 및 이의 급속 설치방법은 위치가 고정된 상부구조물에 파일(140)을 결합하도록 구성되어, 파일(140) 설치 오차가 발생하지 않는다.
본 발명은 특정한 실시예에 관하여 도시하고 설명하였지만, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 밝혀두고자 한다.
100 : 해상 풍력 발전장치 110 : 타워
120 : 터빈 130 : 블레이드
140 : 파일 150 : 슬리브부
160 : 연결구조물 200 : 설치선
210 : 선체 215 : 타워고정부
220 : 잭업레그 230 : 크레인
240 : 운반선

Claims (8)

  1. 타워, 터빈 및 블레이드를 포함하여 구성되는 상부구조물과, 상기 상부구조물을 해상에 지지하도록 타워에 결합되며 해저지반에 설치되는 파일을 포함하는 해상 풍력 발전장치에 있어서,
    상기 타워에는 상기 파일이 관통결합되는 슬리브부가 구비된 것을 특징으로 하는 해상 풍력 발전장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 슬리브부는 상기 파일이 상기 슬리브부의 상측에서 하강하며 결합가능하도록 상하방향으로 관로가 형성된 관부재로 구성된 것을 특징으로 하는 해상 풍력 발전장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 파일과 슬리브부의 결합부는 그라우트가 충진된 것을 특징으로 하는 해상 풍력 발전장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 해상 풍력 발전장치의 터빈, 블레이드, 타워 및 파일을 설치선에 적재하여 운반하는 부품 운반 단계;
    상기 타워의 슬리브부에 파일을 삽입하는 파일 연결 단계; 및
    상기 슬리브부에 삽입된 파일을 해저지반에 고정시키는 파일 설치 단계;
    를 포함하는 해상 풍력 발전장치 급속 설치방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 부품 운반 단계 전에 상기 터빈, 블레이드 및 타워를 육상에서 조립하는 상부구조물 조립 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해상 풍력 발전장치 급속 설치방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 파일 설치 단계 후에 상기 파일과 슬리브부의 결합부를 그라우트하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해상 풍력 발전장치 급속 설치방법.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 파일 연결 단계에서, 상기 파일은 상기 슬리브부의 상측에서 하측으로 삽입되는 것을 특징으로 하는 해상 풍력 발전장치 급속 설치방법.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 파일 연결 단계 및 파일 설치 단계에서, 상기 설치선에는 상기 타워가 직립고정되는 것을 특징으로 하는 해상 풍력 발전장치 급속 설치방법.
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KR101667042B1 (ko) 2016-07-04 2016-10-28 (주)명일정공 해상풍력 일체형터빈의 설치장치
KR101694124B1 (ko) 2016-09-05 2017-01-09 (주)명일정공 석션기초가 구비된 해상풍력 일체형터빈의 설치장치 및 그 설치방법
KR102374485B1 (ko) 2020-11-17 2022-03-16 주식회사케이베츠 리프팅 잭과 그리퍼를 이용한 내부관입형 해상 지지구조물 연결구조 및 연결방법
KR102374486B1 (ko) 2020-11-17 2022-03-16 주식회사케이베츠 리프팅 잭과 그리퍼를 이용한 외부관입형 해상 지지구조물 연결구조 및 연결방법
WO2023090737A1 (ko) * 2021-11-18 2023-05-25 (주) 제이에코에너지 해상 풍력 발전기 설치용 해상 구조물을 이용한 해상 풍력 발전기 설치 방법

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