KR20150002818A - 수력 발전 설비 - Google Patents

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KR20150002818A
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cable
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폴 비가스
벤자민 페일소프
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타이들 제너레이션 리미티드
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Abstract

본 발명은 수력 발전 설비에 관한 것이고, 상기 수력 발전 설비는 수역으로부터 전력을 유도하고 전력 반출 케이블을 통해 이 전력을 반출하기 위한 수력 발전 장치 및 설비로부터 전력 반출 연결부를 제공하고 기반구조 장비가 전력 반출 연결로 발전 장치를 연결하는 역할을 하는 설비를 위한 기반구조 장비를 포함하는 기반구조 장치를 포함한다.

Description

수력 발전 설비{WATER-BASED POWER GENERATION INSTALLATIONS}
본 발명은 수력 발전 설비에 관한 것이다.
쉽게 접근가능한 자원인 화석 연료가 줄어들고 있다는 것은 널리 알려져 있다. 덧붙여, 화석연료의 이용에 따른 환경에의 영향은 갈수록 명확해지고 있다. 이러한 결과로, 가능한 대체 에너지원이 가능한 한 효과적이고 효율적으로 사용되는 것이 필수적이 되고 있다. 예컨대, 조수, 강물, 그리고 해류 같은 수류(water flow)의 파워를 포획하기 위한 터빈의 사용이 가능한 대체 에너지원이 되고 있다. 이런 수류 에너지를 포획하는데 이용되는 터빈 장비는 일반적으로 구동트레인을 이용하여 회전자 조립체에 연결된 샤프트 구동 발전기를 포함한다. 회전자 조립체는 구동트레인의 입력 샤프트를 회전시키기 위해, 수류에 의해 구동되는 복수의 회전 날개를 포함하고 있다. 조력 구동 장치와 같은 대안적인 수류 터빈 장치도 고려된다.
경제적으로 실용적이기 위하여, 다수의 수류 터빈 장치는 적절한 영역에 배치될 필요가 있다. 예를 들어, 조력 터빈 단지는 수십 개에서 수백 개의 터빈들을 가지고 있다. 터빈들은 바람직하게는 다수의 터빈으로 된 다수의 열을 가지는 어레이로 배열되어 있다. 터빈 어레이는 조수가 흐르는 지역, 강물의 흐름, 해류, 또는 다른 적절한 수류 영역에 배치될 수 있다. 비록 터빈들은 어레이로 배치되는 것이 바람직하지만, 지리학적, 측심학적(bathymetry) 등의 요인들은 터빈 단지가 다른 배열 형태를 가질 수 있음을 의미한다.
이러한 발전 장치의 어레이가 어레이로부터 생성된 전력을 반출하고 제어 신호를 수신할 수 있도록 하기 위해서, 어레이에 상당한 양의 기반구조 장비를 제공하는 것이 필수적이다. 단순한 장치에서, 각각의 발전 장치는 해변에 위치된 기반구조에 직접적으로 연결될 수 있다. 그러나, 이러한 해결책은 다수의 케이블이 종종 먼 거리에 걸쳐서 놓이게 되는 결과를 초래한다. 해상 풍력 단지(offshore wind farm)은 물의 표면 위의 건조한 공간에 위치되는 스위칭, 변압기(transfomer) 및 제어 장비를 사용한다. 이러한 해상 풍력 단지에 있어서, 표면 위에 기반구조 장비를 제공하는 것으로 인해 추가적인 문제나 쟁점은 발생하지 않는데, 이는 풍력 터빈 그 자체가 자연스럽게 물 위에 있기 때문이다.
그러나, 수류 터빈은 수중에 위치되고 표면 파괴 구조체를 실용적으로 만들기 위하여 심해에 종종 위치된다. 게다가, 어레이의 남아있는 부분이 수면 아래에 있으므로, 표면 파괴 기반구조 유닛의 제공을 위한 승인이 주어질 가능성이 없다. 심지어 부유식 조력 장치(floating wave device)가 이용되는 곳에서도, 표면 파괴 장비(surface breaking equipment)의 양을 최소화하는 것이 바람직하다.
스위치, 주파수 변환기, 아이솔레이터, 회로 차단기, 신호 증폭기, 변압기 및 측정 및 제어 장비와 같은 이러한 수중 기반구조 장비의 설치, 유지 보수 및 서비스는 특히 심해 환경에서는 비용이 상당히 많이 들고 시간 소모적인 절차이다. 기반구조 장비는 통상적으로 장비의 생애 검사, 유지 보수 및 서비스를 요구한다. 그러므로, 수중 기반구조 장비의 건조 및 배치를 간소화하여 자본금을 줄이고, 비교적 비용 효율적이고 효과적인 방식으로 기반구조 설비의 검사, 서비스 및 유지 보수를 가능하게 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 측면에 있어서, 수역으로부터 전력을 얻고 반출(export) 케이블을 통해 이 전력을 반출하도록 동작가능한 발전 장치를 포함하는 수력 발전 설비를 위한 기반구조 장치가 제공되고, 이 기반구조 장치는 수역의 바닥 상에서의 위치를 위한 베이스 - 이 베이스는 설비로부터 전력의 반출을 위해 연결된 설비 반출 연결부, 발전 장치로부터의 전력을 수신하기 위한 전력 입력 연결부 및 기반구조 모듈을 수용하기 위한 체결 시스템을 가짐 - ; 및 베이스의 체결 시스템과 해제가능하게 체결되고 베이스의 설비 반출 연결부와 베이스의 전력 입력 연결부를 연결하기 위한 연결 장치를 포함하는 기반구조 모듈을 포함하며, 베이스의 전력 입력 연결부는 발전 장치의 반출 케이블의 상응하는 연결기 부분과의 연결을 위한 연결기 부분을 포함한다.
일 예시에서, 베이스의 전력 입력 연결부는 발전 장치의 반출 케이블의 연결기 모듈은 전력 입력 연결부에 대한 상기 반출 케이블의 연결을 위해 그 위로 하강될 수 있는 연결기 형상을 한정한다.
일 예시에서, 연결기 부분은 웨트-메이트 연결기이다.
일 추가 예시는 체결 시스템상의 정위치에 상기 기반구조 모듈을 홀드하기 위한 클램핑 장치를 더 포함한다.
일 예시에서, 기반구조 모듈 및 베이스에는 적어도 하나의 연동하는 웨트-메이트 연결기의 쌍이 제공된다.
일 예시에서, 기반구조 모듈은 부력이 있다. 이러한 예시에서, 기반구조 모듈은 윈치(winch) 장치를 사용하여 베이스 상에서 배치될 수 있다.
일 예시에서, 설비 반출 연결부는 스플라이싱된, 드라이-메이트 또는 웨트-메이트 연결기를 사용하여 설비 반출 케이블과의 연결에 적응된다.
일 예시에서, 베이스는 중력 베이스 유닛이다. 또 다른 예시에서, 베이스는 수역의 바닥에 고정된다.
일 예시에서, 기반구조 모듈은 하나 이상의 스위치, 주파수 변환기, 아이솔레이터, 회로 차단기, 신호 증폭기, 변압기 및/또는 측정 및 제어 장비를 포함한다.
일 예시에서, 베이스는 하나 이상의 스위치, 주파수 변환기, 아이솔레이터, 회로 차단기, 신호 증폭기, 변압기 및/또는 측정 및 제어 장비를 더 포함한다.
일 예시에서, 발전 장치의 반출 케이블은 발전 장치로부터 점퍼 케이블로 전력 반출 케이블을 연결하기 위한 해저 엄빌리컬(umbilical) 말단 유닛을 포함하고, 점퍼 케이블은 베이스의 전력 입력 연결부에 대한 연결을 위한 것이다.
일 예시에서, 베이스는 개별 발전 장치로부터 전력을 수신하기 위해 이러한 복수의 전력 입력 연결부를 포함하고, 기반구조 모듈은 이러한 복수의 입력 연결부를 상기 설비 반출 연결부에 연결하도록 동작가능한 장비를 포함한다.
일 예시에서, 설비 반출 케이블 및/또는 전력 반출 케이블은 전력 및 보조 연결을 포함한다. 전력 및 보조 연결부는 별도의 개별적인 케이블로 제공될 수 있게 단일 케이블로 제공될 수 있다. 보조 연결부는 측정, 제어 및/또는 통신 연결을 제공할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 있어서, 수역으로부터 전력을 유도하고 전력 반출 케이블을 통해 이 전력을 반출하기 위한 수력 발전 장치; 및 장치로부터 전력 반출 연결부를 제공하고, 설비를 위한 기반구조 장비 - 발전 설비는 발전 장치를 전력 반출 연결부와 연결하는 역할을 함 - 를 포함하는 기반구조 장치를 포함하는 수력 발전 설비가 제공되고, 기반구조 장치는 제 1 측면에 기재된 장치에 의해 제공된다.
일 예시 설비에서, 발전 장치는 수류 터빈 장치이다.
일 예시 설비에서, 발전 장치는 조류 터빈 장치이다.
일 예시 설비에서, 발전 장치는 조력 발전 장치이다.
도 1은 예시적인 수류 발전 시스템의 개략도이다.
도 2 및 도 3은 도 1의 발전 시스템용인 기반구조 장치의 개략적인 측면 및 평면도를 도시한다.
도 4는 수중 수류 발전 설비를 도시한다.
도 5 내지 도 8은 도 2 및 도 3의 장치의 연결부의 상세를 도시한다.
도 9는 기반구조 장치의 대안적인 연결 구성을 도시한다.
도 10 및 도 11은 개별적인 기반구조 모듈 배치 기법을 도시한다.
도 12는 기반구조 장치의 구성을 도시한다.
예시적인 수류 발전 시스템(1)은 도 1에 도시되며 수역의 바닥(3) 상에 위치된 지지 구조체(2)를 포함한다. 터빈 장치와 같은 발전 유닛(4)은 지지 구조체(2) 상에 장착된다. 이러한 예시에서, 수류가 발전 유닛(4)을 지나 흐를 때, 로터 어셈블리가 회전하여 발전 유닛(4)에 제공된 발전기를 구동하거나 기타 전력 변환기 장치를 구동한다. 이러한 예시에서, 발전 유닛(4)은 부력이 있고 지지 구조체(2)까지 윈치다운된다(winched down). 수류 터빈은 도 1에서 도시되지만, 본 발명의 원리 및 실시예는 조력 발전 장치와 같은 임의의 종류의 수력 발전 시스템과 사용하는데 적용가능할 수 있음이 쉽게 이해될 것이다.
도 2 및 도 3은 도 1의 전력 시스템(1)용으로 또는 임의의 수력 발전 장치 또는 장치들 용으로 적합한 기반구조 장치(5)의 개략적인 측면도 및 평면도를 도시한다. 이러한 기반구조 장치(5)는 지지체(6)와 지지체(6) 상에 해제가능하게 장착하도록 되어있는 기반구조 모듈(7)을 포함한다. 기반구조 모듈(7)은 스위치, 주파수 변환기, 아이솔레이터, 회로 차단기, 신호 증폭기, 변압기 및 측정 및 제어 장비와 같은 임의의 적절한 장비를 하우징한다. 일 예시에서, 기반구조 모듈(7)은 부력이 있고 지지체(6)까지 윈치다운된다. 다른 예시에서, 기반구조 모듈(7)은 크레인이나 유사한 장비를 사용하여 지지체(6)로 하강된다.
도시된 예시에서, 지지체(6)는 베이스(8)를 포함하고, 이 베이스로부터 체결 구조(9)가 연장한다. 체결 구조는 도 2에 도시된 돌출 구조 또는 기반구조 모듈이 그 내로 연장하는 리세스된 체결 구조와 같은 임의의 적절한 장치에 의해 제공될 수 있다. 또한, 플러시(flush) 장착된 장치를 포함하는 기타 구조가 가능하다.
도 2에 도시된 예시에서, 베이스(8)는 소위 "중력 베이스"이며, 이것은 베이스가 배치되는 수역의 바닥 상에 이 베이스를 정위치에 홀드하기 위하여 그 중량을 사용한다. 베이스(8)는 단일 구조에 의해 제공될 수 있거나 적절한 중량을 제공받는 프레임 구조와 같은 모듈형이 될 수 있다. 대안으로, 베이스(8)는 예컨대 바닥에 박힌 말뚝(pile) 또는 바닥의 드릴 구멍내로 그라우팅된(grouted) 말뚝을 사용하여 수역의 바닥에 고정될 수 있다.
체결 구조체(9)는 기반구조 모듈(7)이 지지체(6) 상에서 정위치에 유지되고 지지체(6)로부터 제거되는 것을 허용한다. 체결 구조체(9)에는 체결 구조체(9)에 관한 기반구조 모듈(7)의 정확한 배향 및 정렬(극 및 축방향 모두)을 가능하게 하기 위한 가이드 부재가 제공될 수 있다. 모듈(7) 및 체결 구조체(9)는 체결 전에 정렬될 필요가 있을 수 있고, 체결 동안 정렬될 수 있고 또는 특정 정렬을 요하지 않는 연결기가 제공될 수도 있다. 일 특정 예시에서, 모듈(7)은 체결 시스템과 체결되도록 특정 극성 배향을 요구할 수 없다.
기반구조 모듈(7) 및/또는 체결 구조체(9)에는 기반구조 모듈(7)과 안전하게 체결할 수 있는 클램핑 시스템(10)이 제공될 수 있다. 클램핑 시스템(10)은 도 2에 개략적으로 도시되고 임의의 적절한 클램핑 장치에 의해 제공될 수 있다.
지지체(6)는 발전 장치 및 전력 반출 기반구조와 같은 설비의 다른 부분에 대한 연결을 기반구조 모듈(7)에 제공한다. 지지체(6)에는 기반구조 모듈(7)내의 장비를 전력 반출 케이블(12)에 연결하는 전력 반출 연결부(10)가 제공된다. 기반구조 모듈(7) 내 장비는 체결 구조체(9)에서 "웨트-메이트" 연결기와 같은 해제가능한 연결기를 통해 연결부(10)에 연결된다. 웨트-메이트 연결기는 수중에서 연결되거나 연결이 끊길 수 있는 연결 장치이고 통상적으로 결합된(brought together) 2개의 연결기 절반을 포함한다. 체결 구조체(9)는 지지체(6)와 지지구조 모듈(7) 사이에 전력, 모니터링, 통신 및 제어 연결을 포함하고 전도성 및 광섬유 연결을 포함할 수 있다.
지지체(6) 및 특히 체결 구조체(9)는 유지 보수 및 교체가 요구될 때 비교적 간단한 방식으로 기반 구조 모듈(7)이 수면으로 복귀할 수 있게 한다. 기반구조 모듈(7)의 배치 및 회수는 이하에서 더욱 상세히 기재된다.
전력 반출 연결부(10)는 전력 반출 케이블(12)과 바로 연결될 수 있고 또한 도 2에 도시된 바와 같이 변압기(14)를 통해 연결될 수 있다. 변압기(14)의 사용은 선택적이고 그 용도는 설비의 전기적 출력 요건에 따른다. 예컨대, 전력은 설비의 발전 장치에 의해 11kV로 생성될 수 있되 반출 전력은 33kV로 요구될 수 있다. 따라서, 하나 이상의 변압기는 기반구조 모듈(7)에서 및/또는 베이스(8)에서 제공될 수 있다. 전력 반출 케이블은 또한 모니터링, 통신 및 제어 연결부를 포함할 수 있다.
전력 반출 케이블(12)은 임의의 적절한 형태의 연결 기술을 사용하여 전력 반출 연결부(10) 및 변압기(14)와 연결될 수 있다. 예컨대, 전력 반출 케이블은 스플라이싱, 드라이-메이트 연결기 또는 웨트-메이트 연결기를 사용하여 연결될 수 있다. 베이스(6)에는 케이블 "꼬리"가 제공될 수 있고, 여기에 반출 케이블(12)이 연결되거나 케이블(12)은 베이스에서 연결기와 연결될 수 있다. 다른 대안은 반출 케이블(12)을 해저 엄빌리컬 말단 유닛(SUTU)를 사용하여 베이스/기반구조 모듈과 연결하는 것이다. 다수의 전력 반출 케이블(12)은 필요시 제공될 수 있다.
또한, 지지체(6)는 적어도 하나의 발전 장치에 대한 연결을 기반구조 모듈(7)에 제공한다. 예컨대 웨트-메이트 연결기(16)를 포함하는 입력 연결기(15)는 기반구조 모듈(7)에 연결될 각각의 발전 장치를 위해 제공되고 장치 연결부(17) 및 그리고 체결 구조체(9)를 통해 기반구조 모듈(7)에 연결된다.
도 2 및 도 3에 도시된 예시에서, 지지체(6)에는 개별적인 발전 장치와의 연결을 위해 복수의 입력 연결기(15)가 제공된다. 각각의 입력 연결기는 연결기 부분, 예컨대 웨트-메이트 연결기 부분(16)을 포함하고, 상응하는 연결기 부분은 이하에서 기재되는 바와 같이 이러한 웨트-메이트 연결기 부분에 연결가능하다. 도시된 예시에서, 입력 연결기(15)는 연결기 부분(16)과의 연결로 장치 연결기를 가이드하는 역할을 하는 적어도 하나의 슬로핑 벽(sloping wall)에 의해 한정된다. 도 2 및 도 3에 도시된 예시에서, 입력 연결기(15)는 임의의 적절한 단면의 테이퍼링된 구멍에 의해 한정된다.
도 4는 예시적인 연결부(18)를 통해 공통 기반구조 장치(5)에 연결되는 발전 장치, 즉, 이러한 예시에서는 터빈(1)의 어레이를 도시한다. 기반구조 장치는 모든 터빈(1)의 공통 전력, 측정 및 제어 장치를 제공하며 임의의 수의 발전 장치가 어레이에 제공될 수 있음이 이해될 것이다. 유사하게, 임의의 수의 기반구조 장치(5)가 제공될 수 있고 이러한 장치는 적절하게 상호연결될 수 있음이 이해될 것이다.
기반구조 모듈(7)은, 발전 장치(1)로부터의 출력이 전력 반출 케이블(12)을 통해 단일 출력으로서 통합되고 공급되는 것을 가능하게 하는 스위칭, 제어 및 기타 장비를 포함한다. 전력 반출 케이블(12)은 임의의 구성이 될 수 있다. 예컨대, 케이블(12)은 광섬유 케이블을 포함하는 상층 컨덕터, 제어 및 모니터링 연결부를 포함할 수 있다.
도 5는 수역의 바닥 상에서 정위치에 있는 기반구조 장치(5)의 개략적인 측면도를 도시한다. 장치 연결기(20)는 장치(5)에 인접하고 분리된 것으로 도시된다. 장치 연결기(20)는 하나의 단부에서 발전 장치(명료함을 위해 미도시)에 연결되는 장치 케이블(21)을 포함한다. 장치 케이블(21)의 다른 단부는 연결기 부분(23)을 포함하는 연결 모듈(22)에서 끝난다. 연결기 부분(23)은 베이스(8) 상에 위치된 상응하는 연결기 부분(16)과의 연결 및 체결을 위한 것이므로, 장치 케이블(21)은 기반구조 모듈(7)과 연결되고 그러므로 전력 반출 케이블(12)과 연결된다. 연결기 부분(23)은 입력 연결기 부분(15)과 호환가능한 형태이다. 예컨대, 2개의 연결기 부분(16 및 23)은 웨트 메이트 연결기의 개별적인 부분이 될 수 있다. 연결기 부분(16 및 23)은 베이스(6)에 만들어질 필요가 있는 연결의 수에 따라 단일 연결기 장치에 의해 또는 적절한 수의 장치에 의해 제공될 수 있다. 예컨대, 보조(전력, 제어 및 측정) 연결부는 단일 케이블 및 연결기 장치에 의해 또는 개별적인 별도의 케이블 및 단일 연결기 장치에 의해, 또는 상응하는 별도의 연결기 장치를 갖는 개별적인 별도의 케이블에 의해 제공될 수 있다. 임의의 연결기 장치는 단일 연결 모듈(22) 상에 제공될 수 있다.
보조 연결부는 전력 반출 케이블에서 분리된 케이블 또는 케이블들에 제공될 수 있고 또는 동일한 단일 케이블로 통합될 수 있다. 상이한 보조 연결부에는 상이한 개별적인 케이블/연결기 결합이 제공될 수 있다.
연결 모듈(22) 및 연결기 부분(23)은 단순한 상승 및 하강 동작을 사용하여 입력 연결기(15) 및 연결기 부분(16)과 각각 체결가능하도록 설계된다. 이러한 동작은 도 6 내지 도 8을 참조하여 기재될 것이다.
도 6에서, 장치 연결기(20)는 바닥 상에서 기반구조 장치(5)에 인접하게 배치되는 것으로 도시된다. 상승 케이블(24)은 연결 모듈(22)에 부착된다. 상승 케이블(24)은 다이버 또는 원격 조정 장비(ROV)를 사용하여 부착될 수 있다. 상승 케이블(24)은 수역의 표면상의 배치선 상에 위치된 크레인 또는 유사 상승 장비로부터 배치된다. 배치선은 명료함을 위하여 도 6에서는 도시되지 않는다.
도 7에 도시된 바와 같이, 상승 케이블(24)은 배치선 상으로 리트랙트되어서(retracted) 바닥으로부터 연결 모듈(22)을 상승시킨다. 상승 케이블(24)이 이동하므로 연결 모듈(22)은 실질적으로 베이스(8) 상에서 입력 연결기(15) 바로 위에 있게 된다.
상승 케이블(24)이 배치선에서 풀려서(paid out) 연결 모듈(22)을 입력 연결기(15)로 하강시킨다. 입력 연결기(15)와 연결 모듈(22)은 공동 형상을 갖고 연결 모듈(22)은 입력 연결기(15)와의 상호작용에 의해 위치로 가이드된다. 도시된 예시에서, 입력 연결기(15)는 베이스(8)의 테이퍼링된 구멍에 의해 한정된다. 연결 모듈(22)에는 상보적인 외부 표면이 제공된다. 이러한 방식으로, 베이스 상의 연결기 부분(16 및 23) 및 연결 모듈은 서로 개별적으로 체결된다. 상승 케이블은 다이버에 의해 또는 ROV를 사용함으로써 연결 모듈(22)로부터 풀리고(released) 배치선으로 회수되거나 또는 발전 장치 중 다른 장치를 기반구조 장치에 연결하는데 사용된다. 연결기 부분(16 및 23)은 입력 연결기(15)와 연결 모듈(22) 내에 각각 단단히 위치될 수 있다. 각각의 또는 양쪽 연결기들은 연결기 부분 사이의 임의의 오정렬이 차지할 수 있도록 수월하게 장착될 수 있다.
도 8은 입력 연결기(15)와 연결된 연결 모듈(22)을 도시하며 연결기 부분(16 및 23)은 서로 체결된다. 연결 모듈(22)의 중량은 연결기 부분(23)이 연결기 부분(16)과 체결관계에 있도록 유지하는 역할을 갖는다. 각각의 발전 장치는 베이스(8) 상에서의 상응하는 입력 연결기(15)에 대한 연결을 위한 장치 연결기(20)를 갖고 각각의 장치 연결기는 상기 기재된 기법을 사용하여 체결될 수 있다. 연결 공정은 간단하고, 이 공정은 단일 상승 및 하강 동작을 요하므로, 복수의 장치의 기반구조에 대한 연결이 상당히 단순해지고 시간이 단축된다.
기반구조 장치(5)로부터 발전 장치의 분리는 단순히 연결 공정의 역이며; 상승 케이블(24)은 연결 모듈(22)에 부착되고 연결 모듈은 입력 연결기(15)와의 체결 로부터 상승된다. 연결 모듈은 다시 연결될 준비가 된 베이스(8)에 인접하게 배치될 수 있다. 특정 위치 또는 "파킹 소켓(parking socket)"은 모듈을 보호하기 위한 분리된 연결 모듈을 위치시키기 위해 제공될 수 있다.
도 6 내지 도 8에 도시된 장치 연결은 기반구조 장치(5)와 발전 장치 사이의 직접 연결이다. 그러나, 본 발명의 원리는 예컨대 도 9에 도시된 구성과 같은 대안적인 구성에 적용될 수 있다.
종종 발전 장치로부터의 반출 케이블은 무겁게 피복되므로(heavily armoured) 특히 유연하지 않다. 이러한 유연성의 부족은 기반구조 장치에 장치를 연결하기 위한 상승 및 하강 동작에 문제를 나타낼 수 있다. 이러한 가능성 있는 문제점을 해결하기 위하여, 대안적인 케이블 구성이 도 9에 기재된다. 발전 장치로부터의 반출 케이블(25)은 연결 유닛(26)에 연결된다. 비교적 유연한 케이블(27)에는 베이스(8)의 연결 부분(16)에 대한 연결을 위한 연결기 부분(28)이 제공된다. 이러한 비교적 유연한 케이블(27)은 바닥 상에 위치된 케이블의 양을 줄이기 위하여 바람직하게는 짧게 유지될 수 있다. 유연한 케이블(27)의 길이는 반출 케이블(25)을 베이스(6)상에 얼마나 포지셔닝할 수 있는 지에 따라 의해 주로 결정된다. 연결 유닛은 스플라이싱된 웨트-메이트 또는 드라이-메이트와 같은 적절한 연결 기술이 될 수 있다. 연결 기술의 한 예로 소위 SUTU, 즉 해저 엄빌리컬 말단 유닛이 있으며, 이 유닛은 스플라이싱된, 웨트-메이트 및 드라이-메이트 연결기의 임의의 적절한 조합을 이용할 수 있다. SUTU에 대한 연결은 단일 또는 2중 단부 연결 케이블에 의해 제공될 수 있다. 이러한 단일 단부의 경우, 연결 케이블의 하나의 단부는 웨트-메이트 연결기 부분이 제공되고 다른 하나의 단부는 스플라이싱되거나 드라이-메이트 연결된다. 그 중 단부 연결인 경우에, 연결 케이블의 양 단부에는 웨트-메이트 연결기가 제공된다. 임의의 수의 연결 케이블은 SUTU를 사용한 연결을 위해 제공될 수 있고 임의의 적절한 결합의 단일 및 이중 단부 연결 케이블이 사용될 수 있음이 이해될 것이다.
SUTU 및 점퍼 케이블을 사용하는 주된 이유는 발전 장치로부터의 주 전력 반출 케이블의 무겁고 유연하지 않은 케이블의 피복이 (SUTU의 구조로의) 어딘가에서 기계적으로 끝나야하기 때문이다. 이로써, (오일 충전된 호스 내에서) 더 가벼운 중량의, 더욱 유연한 케이블은 SUTU 밖으로 나와서 베이스(6)의 입력 연결기에 대한 연결을 위해 웨트-메이트 연결기 부분에서 끝난다. 이러한 더 가벼운 점퍼 케이블은 ROV 또는 다이버에 의해 관리가능하다. 대안적인 구성은 SUTU 상에서 일치하는 절반에 플러깅될(plugged) 수 있는 플라잉 리드(flying lead)가 될 수 있도록 체결 구조체 상의 웨트-메이트 연결기로부터 바로 나오는 오일 충전된 호스에 더 가벼운 케이블을 가질 수 있다. 2중 단부 버전은 웨트-메이트 양쪽 단부를 갖는 유연한 오일충전된 점퍼, SUTU 상의 소켓 및 베이스 상의 소켓을 갖는다.
도 10 및 도 11은 기반구조 모듈(7)에 대한 개별적인 배치 및 회수 기법을 도시한다. 도 10은 "무거운" 또는 부력이 없는 모듈(7)을 위한 기법을 도시하고, 여기서, 상승 케이블(30)은 베이스(8) 상의 체결 구조체(9)로부터의 모듈을 상승시키기 위해 모듈(7) 내에 부착된다. 무거운 기반구조 모듈(7)을 배치할 때, 상승 케이블(30)은 체결 구조체(9)와의 체결되게 모듈(7)을 하강하기 위해 사용된다. 이러한 기법은 또한 부력 모듈의 배치에 적절하고, 그 중량은 (예컨대, 모듈의 챔버나 챔버들에 물을 채워) 배치를 위해 모듈이 베이스까지 가라앉는 것이 가능하도록 추가된다.
도 11은 부력이 있는 기반구조 모듈(7)에 대한 배치 및 회수 기법을 도시한다. 도 11의 경우에, 윈치 테터(31)는 모듈(7)과 체결 구조체(9)를 연결하기 위하여 사용된다. 구조체(9) 상에 모듈(7)을 위치시키기 위하여, 윈치는 테터(31)를 와인딩하기 위하여 사용되고, 그렇게 함으로써 지지체(6) 상으로 아래로 모듈(7)을 당긴다(pulling down). 모듈(7)은 지지체(6)로부터 회수되는 것이 필요할 때, 윈치 테터(31)는 풀리며 모듈(7)의 부력은 모듈이 회복을 위하여 수면으로 떠오르도록 유도한다. 윈치는 모듈(7) 상에 고정될 수 있거나 모듈(7)로부터 제거가능하다. 대안으로, 윈치는 베이스(6) 상에 위치될 수 있고 그에 고정되거나 그로부터 제거가능하다. 대안적인 기법은 배치선의 데크 상에 장착된 윈치를 사용한다.
도 12는 복수의 기반구조 장치의 예시적인 구성을 도시한다. 발전기는 명료함을 위하여 도시되지 않는다. 각각의 기반구조 장치는 상기 기재된 바와 같이 개별적인 발전기와의 연결을 위한 다수의 연결부(15)를 갖는다.
도 12의 각각의 기반구조 장치는 한 쌍의 전력 전달 연결부(40 및 41)를 갖는다. 전력 전달 연결부는 적절한 스위치 기어, 아이솔레이터 및/또는 변압기를 사용하여 각각의 기반구조 장치에서 전력 전달 연결부(40 및 41) 중 하나 또는 양쪽에 연결된다. 기반구조 장치는 전력 전달 연결부(40 및 41)를 통해 일렬로 함께 연결된다. 하나의 장치는 전력의 전달을 위하여 하나 이상의 근접한 장치에 연결된다. 이러한 구성은 전력이 기반구조 장치들 사이에서 전달되는 것을 가능하게 하여 설비로부터 발산하는 전력 반출 케이블의 수가 전체적으로 감소한다.
하나 이상의 기반구조 장치는 전력 전달 연결부(40 및 41) 중 하나에 연결된 설비 전력 반출 케이블을 갖는다. 도 12에 도시된 예시에서, 일렬 연결의 끝에 위치된 각각의 장치는 반출 케이블을 갖는다. 적절하거나 바람직한 수의 전력 반출 케이블의 제공은 발전기 및 기반구조 장치의 전체 어레이의 포지셔닝 및 설계의 유연성을 허용한다.
일 특정 예시에서, 전력 전달 연결부에는 아이솔레이터가 제공되므로 장치들 간의 상호연결은 스위칭 온오프될 수 있다. 이러한 제공은 설치로부터의 전력 반출의 선택된 라우팅을 가능하게 한다. 또 다른 예시에서, 기반구조 장치의 베이스에는 바이패스 장치가 제공되어서 단일 기반구조 장치에 연결된 발전기가 반출 전력 케이블로부터 고립되는 것을 가능하게 하면서, 남은 기반구조 장치의 상호연결이 연결되어 유지되는 것을 가능하게 한다. 이런 식으로, 발전기의 그룹은 전력 반출로부터 고립될 수 있으면서 남은 발전기는 설비로부터 전력을 반출하는 것을 지속할 수 있다.
전력 전달 연결부(40 및 41)는 상기 기재된 특징적인 웨트-메이트 연결기 또는 드라이-메이트 연결기와 같은 임의의 적절한 연결기 배치에 의해 제공될 수 있다.
예시적인 어레이에서, 기반구조 장치와 연결된 발전기는 기반구조 장치에 대하여 상기 언급된 방식과 유사한 방식으로, 일렬로 함께 연결될 수 있다.

Claims (24)

  1. 수역(body of water)으로부터 전력을 유도하여 반출(export) 케이블을 통해 이 전력을 반출하도록 동작가능한 발전 장치를 포함하는 수력 발전 설비를 위한 기반구조 장치로서,
    수역의 바닥 상에서의 위치를 위한 베이스 - 상기 베이스는 상기 기반구조 장치로부터의 전력의 전달을 위해 연결된 전력 전달 연결부, 발전 장치로부터의 전력을 수신하기 위한 전력 입력 연결부 및 기반구조 모듈을 수용하기 위한 체결 시스템을 가짐 - ; 및
    상기 베이스의 상기 체결 시스템과 해제가능하게 체결되고, 상기 베이스의 상기 전력 전달 연결부와 상기 베이스의 상기 전력 입력 연결부를 연결하기 위한 연결 장치를 포함하는 기반구조 모듈을 포함하고,
    상기 베이스의 전력 입력 연결부는 발전 장치의 반출 케이블의 상응하는 연결기 부분과의 연결을 위한 연결기 부분을 포함하는, 기반구조 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 베이스의 상기 전력 입력 연결부는, 그 위로 발전 장치의 반출 케이블의 연결기 모듈이 상기 전력 입력 연결부에 대한 상기 반출 케이블의 연결을 위해 하강될(lowered) 수 있는 연결기 형상을 한정하는, 기반구조 장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 연결기 부분은 웨트-메이트(wet-mate) 연결기인, 기반구조 장치.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 체결 시스템상에서 정위치에 상기 기반구조 모듈을 홀드하기 위한 클램핑 장치를 더 포함하는, 기반구조 장치.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기반구조 모듈 및 베이스에는 적어도 하나의 연동하는(cooperating) 웨트-메이트 연결기의 쌍이 제공되는, 기반구조 장치.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기반구조 모듈은 부력이 있는(buoyant), 기반구조 모듈.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 기반구조 모듈은 윈치(winch) 장치를 사용하여 상기 베이스 상에서 배치되게 되어 있는, 기반구조 장치.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서, 설비 반출 연결부는 스플라이싱된(spliced), 드라이-메이트 또는 웨트-메이트 연결기를 사용하여 설비 반출 케이블과 연결되게 되어 있는, 기반구조 장치.
  9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서, 상기 베이스는 중력 베이스 유닛이거나, 이러한 바닥에 고정되게 되어 있는, 기반구조 장치.
  10. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기반구조 모듈은 하나 이상의 스위치, 주파수 변환기, 아이솔레이터, 회로 차단기, 신호 증폭기, 변압기 및/또는 측정 및 제어 장비를 포함하는, 기반구조 장치.
  11. 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서, 상기 베이스는 하나 이상의 스위치, 주파수 변환기, 아이솔레이터, 회로 차단기, 신호 증폭기, 변압기 및/또는 측정 및 제어 장비를 더 포함하는, 기반구조 장치.
  12. 청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발전 장치의 반출 케이블은 상기 발전 장치로부터 점퍼 케이블에 전력 반출 케이블을 연결하기 위한 해저 엄빌리컬 말단 유닛(subsea umbilical termination unit)을 포함하고, 상기 점퍼 케이블은 상기 베이스의 상기 전력 입력 연결부에 대한 연결을 위한 것인, 기반구조 장치.
  13. 청구항 12에 있어서, 상기 점퍼 케이블은 상기 해저 엄빌리컬 말단 유닛과의 연결을 위한 웨트-메이트 연결기를 포함하는, 기반구조 장치.
  14. 청구항 12 또는 청구항 13에 있어서, 상기 점퍼 케이블은 상기 베이스의 상기 전력 입력 연결부와의 연결을 위한 웨트-메이트 연결기를 포함하는, 기반구조 장치.
  15. 청구항 12에 있어서, 상기 전력 입력 연결부는 개별적인 웨트-메이트 연결기 부분을 갖는 제 1 단부 및 제 2 단부를 갖는 점퍼 케이블에 의해 제공되고, 상기 제 1 단부는 상기 베이스와의 연결을 위한 것이고, 상기 제 2 단부는 상기 해저 엄빌리컬 말단 유닛과의 연결을 위한 것인, 기반구조 장치.
  16. 청구항 1 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발전 장치의 전력 전달 연결부 및/또는 전력 반출 케이블은 전력 및 보조 연결부를 포함하는, 기반구조 장치.
  17. 청구항 16에 있어서, 상기 전력 및 보조 연결부는 별도의 개별적인 케이블로 제공되는, 기반구조 장치.
  18. 청구항 16에 있어서, 상기 전력 및 보조 연결부는 단일 케이블로 제공되는, 기반구조 장치.
  19. 청구항 16 내지 청구항 18 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보조 연결부는 측정, 제어 및/또는 통신 연결부를 제공하는, 기반구조 장치.
  20. 청구항 1 내지 청구항 19 중 어느 한 항에 있어서, 상기 베이스는 개별 발전 장치로부터 전력을 수신하기 위해 복수의 상기 전력 입력 연결부를 포함하고, 상기 기반구조 모듈은 복수의 상기 입력 연결부를 상기 전력 전달 연결부에 연결하도록 동작가능한 장비를 포함하는, 기반구조 장치.
  21. 수력 발전 설비로서,
    수역으로부터 전력을 유도하여 전력 반출 케이블을 통해 이 전력을 반출하도록 동작할 수 있는 수력 발전 장치; 및
    기반구조 장치로부터 전력 전달 연결부를 제공하고, 상기 설비를 위한 기반구조 장비 - 상기 기반구조 장비는 상기 발전 장치를 상기 전력 전달 연결부와 연결하는 역할을 함 - 를 포함하는 기반구조 장치를 포함하고,
    상기 기반구조 장치는 청구항 1 내지 청구항 20 중 어느 한 항에 기재된 장치에 의해 제공되는, 수력 발전 설비.
  22. 청구항 21에 있어서, 상기 발전 장치는 수류 터빈 장치인, 수력 발전 설비.
  23. 청구항 21에 있어서, 상기 발전 장치는 조류 터빈 장치인, 수력 발전 설비.
  24. 청구항 21에 있어서, 상기 발전 장치는 조력 발전 장치인, 수력 발전 설비.
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