KR20140057486A - 조력 발전소를 위한 설치 비클과 그 작동 방법 - Google Patents

조력 발전소를 위한 설치 비클과 그 작동 방법 Download PDF

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알렉스 휴이트
제이슨 헤이먼
노르만 페르너
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보이트 파텐트 게엠베하
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Abstract

본 발명은 복수의 밸러스트 탱크(5.1 내지 5.11)를 갖는 적어도 2개의 플로팅 장치(4.1, 4.2) - 상기 탱크의 부력은 셋팅될 수 있음 -, 상이한 방향으로 작동하는 구동 장치(6.1, 6.2, 6.3, 6.4), 상기 플로팅 장치(4.1, 4.2) 사이의 연결을 생성하는, 상기 나셀(2)을 유지하기 위한 제어가능 고정 장치(7) - 상기 고정 장치(7)는 지지 부재(8)에 적어도 간접적으로 부착됨 - 를 포함하는 터빈 발전기 유닛(3)을 갖는 조력 발전소의 나셀(2)을 위한 설치 비클에 관한 것이다.
본 발명은 상기 플로팅 장치(4.1, 4.2)와 상기 지지 부재(8) 사이의 연결은 분리가능 결합 유닛(9.1, 9.2)에 의해 구현되거나 상기 지지 부재(8)는 크기 적응(10)을 위한 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

조력 발전소를 위한 설치 비클과 그 작동 방법{INSTALLATION VEHICLE FOR A TIDAL POWER STATION AND METHOD FOR THE OPERATION THEREOF}
본 발명은 조력 발전소, 특히 2개의 부분의 발전소를 위한 설치 비클에 관한 것이며, 여기서 터빈 발전기 유닛을 갖는 나셀(nacelle)은 수역(body of water)의 바닥에 대향하게 지지되는 기초부의 결합 장치상에 고정된다. 또한, 설치 비클의 작동 방법이 명시된다.
물이 자유롭게 흐르는 수차(water turbine)는 물의 흐름으로부터 에너지를 얻는 것으로 알려져 있다. 정립 홍수 장벽을 없애기 위하여, 수차는 흐르는 수역 즉 해류, 특히 조류로부터의 전력 생성을 위해 발달되었다. 일 가능 실시예에서, 프로펠러형 수차가 사용되고, 이는 나셀 내에 배열된 전기 발전기를 구동한다.
수역의 저속 흐름의 효율적인 활용을 위하여, 대형 로터 직경을 갖는 수차가 요구된다. 이러한 요건은 특히 바다의 현장의 경우 복잡한 설치를 초래하여, 개별 계획에 적응된 설치 비클이 제안된다. 예컨대, EP 1 980 670 A1은 열린 중앙 영역을 갖는 쌍동선(catamaran)을 개시하고, 이는 조류 터빈이 유도될 수 있게 치수가 정해진다. 게다가, 조류 터빈이 결합된 중력 기초부가 쌍동선의 하부 측 상의 설치 위치까지 운반된다. 설치를 위하여, 전체로서, 즉, 조류 터빈과 기초부의 결합으로서의 발전소가 쌍동선보다 낮은 위치에 있고, 조류 터빈은 중앙 개구를 통해 유도된다. 전체 발전소에 대해 다루게 될 큰 중량 - 기초부가 실질적으로 기여함 - 은 이러한 설치 방법에 있어서 불리하다. 결과적으로, 설치 비클은 고용량 하중 요건을 충족시켜야 한다.
특히 대형 조력 발전소를 설치할 수 있도록, 먼저 기초부가 제 1 단계의 수역의 층 상의 지지 구조와 함께 놓이는 것이 제안된다. 결합 장치는, 터빈 발전기를 갖는 나셀이 체결가능한 지지 구조상에 제공된다. 이러한 목적으로, 예컨대 WO 2002/066828 A1 및 WO 2004/015264 A1가 참조된다. 이러한 문서는, 원뿔형 리셉터클로서 구현되는 타워측 연결 장치 상에 결합 핀을 갖는 나셀의 배치를 개시한다. 나셀은 유도 케이블 상에 하강되고, 이 케이블은 타워의 상부와 터빈 발전기 유닛을 갖는 나셀의 수송을 위해 사용되는 수상 비클(water vehicle) 사이에서 신장된다.
또한, GB 2437533 A 및 GB 2447514 B는 비클 크레인의 도움에 의한 2개의 부분 및 다중 부분 발전소의 설치를 기재한다. 이것은 파도 움직임을 보상하기 위해 비클 차량과 안정화된 크레인 시스템의 정확한 조종을 요한다. 양쪽은 언급된 대형 발전소 부분에 있어서는 복잡하므로, 특수 설치 비클이 필요하다. 게다가, 발전소의 배치는 안정적인 날씨 조건과 한정된, 약한 유입 흐름을 요구하므로, 설치를 위해 사용가능한 시간대(time window)가 좁게 한정된다.
2개의 부분의 발전소의 크레인 기반 설치를 보다 수월하게 만들기 위하여, DE 10 2008 032 625 B3는 나셀을 위한 상승 장치가 접이식 에이프론(foldable apron)을 장착하는 것을 제안하고, 이러한 에이프런은 기초부에 대한 최종 접근부에 앞서 타워를 둘러싸서 결합 장치에 관련하여 상승 장치를 중앙에 위치시킨다.
특수 설치 비클을 생략하기 위하여, US 7,859,128 B2는 양성 부력을 갖는 2개의 부분의 발전소를 위한 터빈 발전기 유닛을 갖는 나셀을 설계하는 것을 제안한다. 설치를 위하여, 케이블 연결이 타워측 결합 장치와 나셀 상의 결합 대조부 사이에 셋업되고, 이는 나셀을 결합장치로 끌어당긴다. 케이블 연결이 결합 핀의 단부에서 결합 장치의 원뿔형 리셉터클의 베이스 상에서 유도될 경우, 자동 센터링이 케이블의 리트렉트에서 일어난다. 이러한 개념은 발전소에 남아있는 케이블 견인 시스템을 위한 설계 비용의 단점을 갖는다. 또한, 나셀 내에 제공된 부력 구성요소는 추가 구조 공간을 요한다.
대안적으로, 연결불가능한 부력 보조 장치가 설치를 위해 사용될 수 있고, 이 장치는 US 3,633,369 및 US 3,823,564에서 기재된다. 플로트가 기재되고, 이는 시추 플랫폼(drilling platform)을 위한 지지 프레임의 운송 및 정착을 위해 사용된다. 또한, 바다 바닥 상에 고하중을 정착시키는 방법이 GB 980,575에 알려져 있다. 이러한 목적으로, 하중의 운반을 위해 사용되는 폰툰(pontoon)이 부분적으로 침수되고 앵커 시스템(anchor system)상의 윈치의 도움으로 바다 바닥으로 끌어 당겨진다. 그러므로, 파도 영향을 간섭하지 않는 배치가 가능하다.
본 발명은 조력 발전소의 구성요소, 특히, 터빈 발전기 유닛을 갖는 나셀을 위한 설치 비클 및 날씨 및 파도 영향에 영향받지 않는 그 작동 방법을 명시하는 목적을 기반으로 한다. 설치 비클은 상이한 크기의 발전소의 정확한 정착 및 회수에 적합해야 한다.
이 목적은 독립항의 특징에 의해 성취된다. 다이빙 장치는 설치 비클로서 사용되고, 이는 제어가능 고정 장치에 의해 조력 발전소를 위한 터빈 발전기 유닛을 갖는 나셀을 수용한다. 설치 비클은 공급 및 통신 라인으로 수상 비클에 연결된다. 이러한 연결 라인은 임의의 하중을 흡수하지 않지만, 설치 비클은 다이빙 이후 수면상의 바람과 파도 영향으로부터 분리된다. 대안적인 설계에 있어서, 공급 라인이 생략되고, 설치 비클은 에너지 자율적이고 원격 제어가능 유닛으로서 작동한다.
설치 비클은 복수의 밸러스트 탱크를 갖는 적어도 2개의 플로팅 장치를 포함하고, 이는 바람직하게는 유선형인, 장방형 유닛으로서 구현된다. 터빈 발전기 유닛을 갖는 나셀은 플로팅 장치 사이의 연결을 생성하는 지지 부재에 의한 제어가능 고정 장치로 플로팅 장치 사이에서 유지된다. 본 발명에 따르면, 분리가능 결합 장치는 플로팅 장치를 지지 부재에 연결하기 위해 사용되고 및/또는 지지 부재는 크기 적응을 위한 장치를 포함하며, 이는 플로팅 장치의 간격의 셋팅을 허용한다. 이러한 수단에 의해, 본 발명에 따른 설치 비클은 터빈 생성기 유닛의 상이한 구조 크기에 적응가능하다. 측방 플로팅 장치 사이의 간격은 지지 부재의 교체 또는 길이 변화에 의해 적응되므로, 터빈 발전기 유닛이 안전하게 수용될 수 있다. 따라서, 적응은 터빈 발전기 유닛을 갖는 나셀의 크기 및/또는 무게의 함수로서 수행된다.
플로팅 장치 사이의 간격을 설정하고 플로팅 장치 사이의 하중 흡수 연결부로서 사용되는 지지 부재를 적응시킴으로써, 위치될 개별 발전소에 적응되는 설치 비클은 특히 지지 부재에서의 밴딩(bending)력 및 토션(torsion)력이 하중 흡수 구조 상에서 감소되는 것을 초래한다. 더욱이, 감소된 하중의 결과로 조종성능과 수명이 상승된다.
본 발명에 따른 설치 비클의 개선에 있어서, 플로팅 장치는 크기에 있어 추가적으로 적응가능하다. 이 장치는 복수의 밸러스트 탱크를 바람직하게 포함하고, 이 탱크는 연속으로 배열되고 각각의 탱크에 밸러스트 워터를 수용하기 위한 장치가 할당된다. 물의 유입은 비상시 신속한 블로우아웃(blowout)을 보장하기 위하여 연속적으로 유지되는 내부 압력에 대향하여 유리하게 일어난다. 플로팅 장치를 적응시키기 위하여, 이 장치는 개별 모듈로 구성되고, 여기서 각각의 모듈은 적어도 하나의 밸러스트 탱크를 포함한다. 또한, 하중 지지로서 구현되는 분리가능 연결부는 인접 모듈 사이에 존재한다. 개별 모듈을 교체하고 유리하게 구현된 플로팅 장치를 늘이기 위해 추가 모듈을 더하는 것 또한 가능하다.
본 발명은 예시적인 실시예와 도면의 도시를 기초로 이하에서 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른, 나셀을 수용하는 설치 비클을 도시한다.
도 2a 및 도 2b는 길이 적응된 지지 부재를 갖는 본 발명에 따른 설치 비클의 상면도를 도시하고, 상기 지지 부재는 측방 플로팅 장치 사이의 연결을 생성한다.
도 3은 본 발명의 설치 비클의 플로팅 장치를 위한 밸러스트 탱크의 배열을 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 설치 비클의 모듈식으로 구성된 플로팅 장치의 상면도의 서브섹션을 도시한다.
도 1은 본 발명에 따른 설치 비클(1)을 개략적으로 단순화된 형식으로 도시한다. 이는, 조력 발전소의 기초부(상세히 도시되지 않음) 상의 결합 연결 피스(15)에 의해 위치될 수 있는, 터빈 발전기 유닛(3)을 갖는 나셀(2)을 수용하는데 사용된다. 나셀(2)은 지지 부재(8) 상의 제어가능 고정 장치(7)에 의해 고정된다. 지지 부재(8)는 측방 플로팅 장치(4, 4.1, 4.2)의 쌍의 배열 사이의 연결을 생성하고, 이것의 도움으로, 설치 비클(1)은 제어된 방식으로 다이빙한다.
도 3은 플로팅 장치(4)의 구성을 부분 측면도로 도시한다. 플로팅 장치(4)의 단부 상에 유선형으로 구현된 연속하여 배열되는 밸러스트 탱크(5.1 내지 5.8)가 스케치된다. 밸러스트 탱크(5.1 내지 5.8)는 압축 공기 및 제어 유닛(16)에 연결되고, 이것은 각각의 개별 밸러스트 탱크(5.1 내지 5.8)의 밸러스트 수위를 따로 설정한다. 이러한 수단에 의해, 수중 설치 비클(1)의 위치가 안정화되고, 여기서 무게 보상은, 하중의 증착과 수용 동안 다이빙 깊이의 셋팅과 수평 위치의 고정에 더하여 수행된다.
전방향, 횡방향 그리고 수직 방향으로 정렬된 쓰러스터(thruster)로서 바람직하게 설계되는 추가 구동 장치(6.1 내지 6.4)는 설치 비클(1)의 제어를 위해 사용된다. 대안적으로, 선회가능한 드라이브(pivotable drive) 또는 스틸 러더(steel rudder)가 사용될 수 있다.
플로팅 장치(4, 4.1, 4.2)는 유선형 설계에도 불구하고 그 구조적 크기로 인해 입사 흐름 저항을 위한 실질적 구성요소에 해당한다. 본 발명에 따라 적응가능하게 측방 플로팅 장치(4, 4.1, 4.2) 사이의 횡방향 간격을 설계하는 수단에 의해, 설치 비클(1)은 나셀(2)이 설치된 개별 터빈 생성기 유닛(3)에 대해 적응되는 횡방향 연장을 갖는 것을 초래한다. 결과적으로, 지지 부재(8) 상에 작용하는 밴딩 하중과 토션 하중이 최소화 되어서, 그 수명이 증가한다. 게다가, 대형 플로팅 지원보다 더욱 조종가능한 설치 비클(1)은 지지 부재(8)의 적응으로 상승한다.
플로팅 장치(4, 4.1, 4.2) 사이의 횡방향 간격을 적응시키기 위하여, 지지 부재(8)와 플로팅 장치(4, 4.1, 4.2) 사이의 연결이 분리가능하다. 이러한 목적을 위하여, 볼트 연결부(12)를 갖는 분리가능 결합 장치(9.1, 9.2)가 이러한 연결을 구현하기 위해 사용된다. 이러한 분리가능 결합 장치(9.1, 9.2)는 지지 부재(8) 상의 다양한 고정 지점(11.1, 11.2, 11.3, 11.4) 상에서 고정될 수 있으므로 플로팅 장치(4, 4.1, 4.2)를 위한 상이한 간격이 지지 부재(8) 상에서 셋팅가능하다.
대안으로, 지지 부재(8)는 설치 작업에 따라 교체될 수 있다. 이러한 실시예는 도 2a 및 도 2b에 도시된다. 도 2a는 제 1 지지 부재(8.1)를 도시하고, 이는 플로팅 장치(4, 4.1, 4.2) 사이의 간격(d1)을 설정하며, 이것은 더 큰 터빈 발전기 유닛(3)에 적응된 설치 비클(1)을 위한 간격(d2) 보다 작다. 추가 대안적인 실시예에 있어서, 크기 적응을 위한 장치(10)는 지지 부재(8, 8.1, 8.2) 상에 제공될 수 있다. 이는 연장부 또는 연장가능 유닛이 될 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 설치 비클의 개선을 도시하고, 여기서 측방 플로팅 장치(4)는 모듈 구조를 갖는다. 모듈(13.1, 13.2, 13.3)이 스케칭되고, 이는 각각 밸러스트 탱크(5.9, 5.10, 5.11)를 수용한다. 밸러스트 탱크(5.9, 5.10, 5.11) 그 자체, 또는 이들을 둘러싸는 구조는 하중 지지로서 구현되므로, 연속적으로 자가 지지 모듈(13.1, 13.2, 13.3)을 정렬하여, 크기 적응가능 플로팅 장치(4, 4.1, 4.2)가 생성된다. 그러므로, 설치를 위해 제공되는 나셀(2)을 수용할 무게에 따라, 플로팅 장치(4, 4.1, 4.2)를 위한 길이방향의 필수 오버행(overhang) 길이가 모듈 수의 선택에 의해 설정될 수 있다. 모듈은 연결 구성요소(14, ..., 14.n)에 의해 (13.1, 13.2, 13.3)에 연결되고, 이는 액세스 개구(18.1, 18.2, 18.3, 18.4)를 통해 도달할 수 있다.
본 발명의 추가 실시예가 고려된다. 플로팅 장치(4, 4.1, 4.2) 사이의 연결은 복수의 지지 부재(8, 8.1, 8.2)에 의해 생성될 수 있고, 터빈 발전기 유닛(3)을 수용하기 위해 제공되는 영역이 비어있을 경우, 일부 부재는 플로팅 장치(4, 4.1, 4.2)에 의해 미리정의된 설치 비클의 길이방향 축에 관하여 대각선으로 나아갈 수 있다. 또한, 입사 흐름 하의 개선된 설치를 허용하기 위하여, 지지 부재(8, 8.1, 8.2)를 지지 프레임으로서 또는 유선형 프로파일로 구현하는 것을 고려할 수 있다. 설치 비클은, 측방 플로팅 장치(4, 4.1, 4.2)의 길이방향 축이 가능한한 입사 흐름에 평행하게 정렬되도록 배향된다. 추가 핀 또는 러더가 횡방향 안정화를 위해 적절하게 제공될 수 있다.
1: 설치 비클
2: 나셀
3: 터빈 발전기 유닛
4, 4.1, 4.2: 플로팅 장치
5.1 내지 5.11: 밸러스트 탱크(ballast tank)
6.1 내지 6.4: 구동 장치
7: 제어가능 고정 장치
8: 지지 부재
8.1: 제 1 지지 부재
8.2: 제 2 지지 부재
9.1, 9.2: 분리가능 결합 유닛
d1, d2: 간격
10: 크기 적응을 위한 장치
11.1 내지 11.4: 고정 지점
12: 볼트 연결부
13.1 내지 13.3: 모듈
14.1 내지 14.n: 연결 구성요소
15: 결합 연결 피스
16: 압축 공기 및 제어 유닛
17: 공급 및 제어 라인
18.1 내지 18.4: 접근 개구

Claims (10)

  1. 터빈 발전기 유닛(3)을 갖는 조력 발전소의 나셀(nacelle)(2)을 위한 설치 비클로서,
    복수의 밸러스트 탱크(ballast tank)(5.1 내지 5.11)를 갖는 적어도 2개의 플로팅 장치(4.1, 4.2) - 상기 탱크의 부력은 셋팅가능함 - ;
    상이한 방향으로 작동하는 구동 장치(6.1, 6.2, 6.3, 6.4);
    상기 나셀(2)을 유지하기 위한 제어가능 고정 장치(7) - 상기 고정 장치(7)는 상기 플로팅 장치(4.1, 4.2) 사이의 연결을 생성하는 지지 부재(8)에 적어도 간접적으로 부착됨 - 를 포함하고,
    상기 플로팅 장치(4.1, 4.2)와 상기 지지 부재(8) 사이의 연결은 분리가능 결합 유닛(9.1, 9.2)에 의해 구현되고 및/또는 상기 지지 부재(8)는 크기 적응을 위한 장치(10)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 설치 비클.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 설치 비클은 상기 플로팅 장치(4.1, 4.2)의 간격(d1, d2)을 셋팅하기 위한 장치를 포함하는, 설치 비클.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 플로팅 장치(4.1, 4.2)는 상기 지지 부재(8)의 상이한 고정 지점(11.1 내지 11.4) 상에 고정가능한, 설치 비클.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분리가능 결합 유닛(9.1, 9.2)은 상기 플로팅 장치(4.1, 4.2)와 상기 지지 부재(8) 사이의 볼트 연결부(12)를 포함하는, 설치 비클.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서, 플로팅 장치(4.1, 4.2)와 연관된 상기 밸러스트 탱크(5.1 내지 5.11)가 연달아 배열되는, 설치 비클.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 밸러스트 탱크(5.1 내지 5.11)는 상기 플로팅 장치(4.1, 4.2)의 모듈(13.1, 13.2, 13.3)에 개별적으로 할당되고, 상기 모듈(13.1, 13.2, 13.3)은 개별적으로 교체가능한, 설치 비클.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 플로팅 장치(4.1, 4.2)의 모듈(13.1, 13.2, 13.3)은, 인접 모듈(13.1, 13.2, 13.3)에 결합하기 위한 분리가능 연결 구성요소(14.1, 14.2, ..., 14.n)를 포함하는, 설치 비클.
  8. 청구항 6 또는 청구항 7에 있어서, 상기 플로팅 장치(4.1, 4.2)는 크기에 있어서 적응가능한, 설치 비클.
  9. 터빈 발전기 유닛(3)을 갖는 조력 발전소의 나셀(2)을 위한 설치 비클을 작동하는 방법으로서, 상기 설치 비클은
    복수의 밸러스트 탱크(5.1 내지 5.11)를 갖는 적어도 2개의 플로팅 장치(4.1, 4.2) - 상기 탱크의 부력은 셋팅가능함 - ; 및
    상이한 방향으로 작동하는 구동 장치(6.1, 6.2, 6.3, 6.4); 및
    상기 플로팅 장치(4.1, 4.2) 사이의 연결을 생성하는, 지지 부재(8)에 적어도 간접적으로 부착되는 상기 나셀(2)을 유지하기 위한 제어가능 고정 장치(7)를 포함하고,
    상기 터빈 생성기 유닛(3)을 갖는 상기 나셀(2)의 크기 및/또는 무게에 따라, 상기 플로팅 장치(4.1, 4.2) 사이의 간격(d1, d2)이 상기 지지 부재(8)의 교체 또는 길이 적응에 의해 셋팅되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 플로팅 장치(4.1, 4.2)는 서로 연결되는 개별 하중 지지 모듈(13.1, 13.2, 13.3)로부터 구성되고, 상기 모듈(13.1, 13.2, 13.3)의 수는 상기 터빈 발전기 유닛(3)을 갖는 상기 나셀(2)의 크기 및/또는 무게에 적응되는, 방법.
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