KR20150033339A - 풍력발전해양구조물의 상호 연결을 통한 해상풍력발전단지 조성방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 다수의 풍력발전해양구조물을 상호 연결하여 해상풍력발전단지를 조성함에 있어서, 상기 풍력발전해양구조물은 빔 구조물에 의하여 구조적으로 연결되며, 상기 빔 구조물은 수면 아래 소정의 거리만큼 잠기도록 설치되며, 상기 빔 구조물과 상기 풍력발전해양구조물의 연결부는 탄성체인 스프링 장치로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 풍력발전해양구조물의 상호 연결을 통한 해상풍력발전단지 조성방법을 제공한다. 본 발명에 따르면, 다수의 부유식 해상 풍력 발전기로써 해상풍력발전단지를 조성함에 있어서 운동성능 및 구조적 안정성을 모두 갖추고 또한 경제성까지 추구할 수 있는 해상풍력발전단지의 조성이 가능하다.

Description

풍력발전해양구조물의 상호 연결을 통한 해상풍력발전단지 조성방법{Method for Developing Offshore Wind Farm}

본 발명은 풍력발전해양구조물의 상호 연결을 통한 해상풍력발전단지 조성방법에 관한 것이다.

화석연료의 오염 및 고갈에 따라 전 세계적으로 친환경 에너지의 개발이 활발히 이루어지고 있다. 그 중 풍력 발전은 친환경 에너지 개발의 하나로 회전날개를 이용하여 자연의 바람 에너지를 기계 에너지로 변환시켜 발전하는 방식이다. 이러한 풍력 발전은 크게 육상 풍력 발전과 해상 풍력 발전으로 분류할 수 있는데, 육상 풍력 발전의 경우 지리적인 요건의 제약이 많고 경관 및 소음 등에 문제가 많아 최근 해상 풍력 발전의 개발이 활발히 이루어지고 있다.

해상 풍력 발전은 도 1에서 보는 바와 같이 풍력 발전기를 호수, 피오르드(Fjord) 지형, 연안과 같은 수역에 설치하여 그 곳에서 부는 바람의 운동 에너지를 회전날개에 의한 기계 에너지로 변환하여 전기를 얻는 발전 방식이다. 해상 풍력 발전은 다시 고정식과 부유식으로 분류할 수 있는데, 고정식 해상 풍력 발전기는 도 1의 a, b에서 보는 바와 같이 해상의 낮은 수심에서 해저에 고정된 하부 구조물 위에 풍력 발전기를 설치하는 형태로 이루어져 있으나, 부유식 해상 풍력 발전기는 도 1의 c에서 보는 바와 같이 해상에 떠있는 부유식 하부 구조물 상부에 풍력 발전기를 설치하는 형태로 이루어져 있다.

따라서 부유식 해상 풍력 발전기의 하부 구조물은 상부의 풍력 발전기가 안정적으로 운용될 수 있도록 운동성능 및 구조적 안정성을 유지해야 하며, 이것이 부유식 해상 풍력 발전기의 핵심 기술이 된다.

부유식 해상 풍력 발전기의 하부 구조물로는 스파형(SPAR) 하부 구조물, 장력지지형(TLP: Tension Leg Platform) 하부 구조물, 반잠수형(Semi Submersible) 하부 구조물 등이 있다.

SPAR는 도 2에서 보는 것과 같이 다른 해양 구조물에 비하여 상대적으로 흘수가 크기 때문에, 파도에 의한 흘수의 변화에 대비하여 구조물의 거동이 적게끔 고안된 구조물이다. 대표적인 모델로는 도 3에서 보는 것과 같은 노르웨이 Statoil-Hydro사의 Hywind가 있다.

TLP는 도 4에서 보는 것과 같이 일반적으로 3개에서 6개의 텐던(Tendon)을 가지며 텐던에 걸리는 장력을 이용하여 계류를 하는 개념으로, 히브(Heave), 롤(Roll) 그리고 피치(Pitch) 등의 고유 주기를 해양파의 주기보다 짧게 하여 공진을 피할 수 있게 고안된 구조물이다. 대표적인 모델로는 도 5에서 보는 것과 같은 NREL/MIT TLP가 있다.

Semi-Submersible은 도 6에서 보는 것과 같이 일반적으로 4개에서 8개의 기둥(Column)을 가지고 있으며 수선면적이 상대적으로 작아서 히브, 롤 그리고 피치의 주기가 길어져 선박 형태의 구조물보다는 파도에 대한 응답이 적게 되도록 고안된 구조물이다. 대표적인 모델로는 도 7에서 보는 것과 같은 미국 Principle Power사의 Windfloat가 있다.

부유식 해상 풍력 발전기는 먼 바다에 설치되기 때문에 환경파괴나 생활환경에 미치는 피해를 최소화할 수 있어 해상 풍력 발전 분야에서 향후 발전 가능성이 매우 크다. 이러한 상황에서 향후 전개될 부유식 해상 풍력 발전 시장에 안정적으로 진입하기 위해서는 운동성능 및 구조적 안정성을 모두 갖춘 하부 구조물의 개발이 무엇보다 중요하겠지만, 더 나아가서는 경제성을 추구하기 위한 해상풍력발전단지의 개발이 무엇보다 중요하다 할 것이다. 하지만 아직까지 운동성능 및 구조적 안정성을 모두 갖춘 해상풍력발전단지의 조성에 관한 연구는 매우 제한적인 상황이다.

해상풍력발전기, 해상풍력발전기 설치크레인 및 이들을 이용한 해상풍력발전기 설치방법(특허출원 제10-2011-0061317호)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 풍력발전해양구조물의 상호 연결을 통한 해상풍력발전단지 조성방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 다수의 풍력발전해양구조물을 상호 연결하여 해상풍력발전단지를 조성함에 있어서, 상기 풍력발전해양구조물은 빔 구조물에 의하여 구조적으로 연결되며, 상기 빔 구조물은 수면 아래 소정의 거리만큼 잠기도록 설치되며, 상기 빔 구조물과 상기 풍력발전해양구조물의 연결부는 탄성체인 스프링 장치로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 풍력발전해양구조물의 상호 연결을 통한 해상풍력발전단지 조성방법을 제공한다.

본 발명에 있어서, 상기 빔 구조물은 상기 풍력발전해양구조물 상호간의 거리가 가까워질 때 이로 인한 압축력을 버틸 수 있고, 또한 상기 풍력발전해양구조물 상호간의 거리가 멀어질 때 이로 인한 인장력을 버틸 수 있을 만큼의 강성을 가지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 빔 구조물은 원형 실린더 형상인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 빔 구조물은 최소한 해상풍력발전단지 내를 항해하는 선박의 흘수 이상의 깊이만큼 잠기도록 설치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 빔 구조물은 전체적으로 중성부력을 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 다수의 부유식 해상 풍력 발전기로써 해상풍력발전단지를 조성함에 있어서 운동성능 및 구조적 안정성을 모두 갖추고 또한 경제성까지 추구할 수 있는 해상풍력발전단지의 조성이 가능하다.

도 1은 고정식 해상 풍력 발전과 부유식 해상 풍력 발전의 구분.
도 2 및 도 3은 스파형(SPAR) 하부 구조물.
도 4 및 도 5는 장력지지형(TLP: Tension Leg Platform) 하부 구조물.
도 6 및 도 7은 반잠수형(Semi Submersible) 하부 구조물.
도 8은 본 발명의 실시 예로서, 풍력발전해양구조물이 빔 구조물에 의하여 구조적으로 연결된 모습.
도 9 내지 도 17은 본 발명의 실시 예로서, 본 발명에 따른 해상풍력발전단지의 수치해석 결과.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 8은 본 발명의 실시 예로서, 풍력발전해양구조물이 빔 구조물에 의하여 구조적으로 연결된 모습을 보여준다.

본 발명은 다수의 풍력발전해양구조물(10)을 상호 연결하여 해상풍력발전단지를 조성하는 방법을 제공하는바, 이 경우 풍력발전해양구조물(10)은 빔(Beam) 구조물(20)에 의하여 구조적으로 연결되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 풍력발전해양구조물(10)이라 함은 부유식 해상 풍력 발전기의 하부 구조물을 의미하는 것으로, 스파형(SPAR), 장력지지형(TLP: Tension Leg Platform), 반잠수형(Semi Submersible) 등을 포괄하는 것이다.

또한, 풍력발전해양구조물(10)이 '구조적으로' 연결된다 함은 다수의 풍력발전해양구조물(10)이 단지 통신망이나 전선, 또는 줄(예, 계류라인 등)로 연결되어 있기만 한 상태가 아니라, 공학적으로 볼 때 강체로 해석될 수 있는 빔 구조물(20)로 연결되어 빔 구조물(20)을 포함한 풍력발전해양구조물(10) 전체가 소정의 강성을 갖는 하나의 구조물 형태를 이룸을 의미한다.

따라서 빔 구조물(20)은 풍력발전해양구조물(10) 상호간의 거리가 가까워질 때 이로 인한 압축력을 버틸 수 있고, 또한 풍력발전해양구조물(10) 상호간의 거리가 멀어질 때 이로 인한 인장력을 버틸 수 있을 만큼의 충분한 강성을 가져야 하며, 이 경우 풍력발전해양구조물(10) 상호간의 거리는 허용할 수 있는 범위 내의 미미한 변화를 반복하며 일정한 크기를 유지할 수 있게 된다. 만약 풍력발전해양구조물(10)이 단지 통신망이나 전선, 또는 줄로 연결되어 있기만 한 상태라면 풍력발전해양구조물(10) 상호간에 충돌이 발생하거나 풍력발전해양구조물(10) 상호간의 거리가 한없이 멀어질 수 있을 것이며, 이 경우라면 해상풍력발전단지로서의 의미를 상실한 것이라 할 수 있다.

본 발명에서 빔 구조물(20)의 형상에 대하여 특별히 한정하지는 않으나, 빔 구조물(20)이 풍력발전해양구조물(10) 사이에 설치된 상태에서 해류나 조류 등의 힘을 계속적으로 받는 것을 감안할 때 그 힘으로 인한 저항을 가장 적게 받을 수 있는 원형 실린더 형상인 것이 가장 바람직하다.

한편, 빔 구조물(20)은 도 8에서 보는 것처럼 수면 아래 소정의 거리만큼 잠기도록 설치된다. 이처럼 빔 구조물(20)이 수면 아래 잠기도록 설치되는 이유는 빔 구조물(20)이 수면 아래에 잠기는 경우 운동 저감의 효과(파도의 영향을 피함)를 얻을 수 있기 때문이다. 물론 이 경우 빔 구조물(20)의 설치 및 유지보수의 편의성도 함께 고려하여 그 깊이를 결정하여야 한다.

한편, 빔 구조물(20)이 수면 아래에 잠기도록 설치되는 또 하나의 이유는 해상풍력발전단지 내를 항해하는 선박의 이동이 방해받지 않도록 하기 위함이다. 이 경우 해상풍력발전단지 내를 항해하는 선박은 주로 풍력발전해양구조물(10)이나 빔 구조물(20)의 유지보수 등을 목적으로 하는 선박이 될 것이나 그 밖의 선박들도 대상이 될 수 있다. 만약 빔 구조물(20)이 수면에 부상한 상태에 있다면 해상풍력발전단지 내를 항해하는 선박은 빔 구조물(20)에 걸리게 되어 그 이동이 차단될 수 있으며 심한 경우 선박과 빔 구조물(20) 간의 충돌이나 접촉사고가 발생할 수도 있다. 따라서 빔 구조물(20)은 최소한 해상풍력발전단지 내를 항해하는 선박의 흘수 이상의 깊이만큼 잠기도록 설치되는 것이 바람직하다.

한편, 상술한 바와 같이 빔 구조물(20)이 수면 아래에 잠기도록 설치되는 경우 빔 구조물(20)은 전체적으로 중성부력(Neutral Buoyancy, 中性浮力)을 갖는 것이 바람직하다. 중성부력이란 부력과 중력의 힘이 동일하여 물에서 뜨지도 가라앉지도 않는 상태를 말하며, 물에서 뜨려는 성질은 양성부력, 가라앉으려는 성질은 음성부력이라 한다. 이처럼 빔 구조물(20)이 중성부력을 갖게 되면 빔 구조물(20) 양 끝단의 풍력발전해양구조물(10)에 작용하는 하중을 영(0, Zero)으로 만들 수 있어 그 만큼 풍력발전해양구조물(10)의 부담을 덜 수 있다. 만약 빔 구조물(20)이 중성부력을 갖지 않고 양성부력이나 음성부력을 갖는다면 빔 구조물(20) 양 끝단의 풍력발전해양구조물(10)에 하중이 작용하게 되므로 이에 대비한 구조적 보강이 필요하게 될 것이다.

한편, 도 8에서 보는 것과 같이 풍력발전해양구조물(10)은 한 개의 빔 구조물(20) 양 끝단에 두 개의 풍력발전해양구조물(10)이 각각 설치되는 형태로 연결되는데, 이 경우 빔 구조물(20) 양 끝단, 즉 빔 구조물(20)과 풍력발전해양구조물(10)의 연결부는 탄성체인 스프링 장치(30)로 이루어진다.

이처럼 빔 구조물(20)과 풍력발전해양구조물(10)의 연결부를 스프링 장치(30)로 한 이유는 풍력발전해양구조물(10) 사이에 빔 구조물(20)이 설치됨에 있어서 빔 구조물(20)의 양 끝단이 풍력발전해양구조물(10)과 직접적으로 접하는 것을 피하기 위함이다.

빔 구조물(20)의 양 끝단에 연결된 풍력발전해양구조물(10)은 해상에 부유하여 외력을 받고 이에 따라 계속적으로 운동을 하게 되는데, 이 때 만약 빔 구조물(20)의 양 끝단이 풍력발전해양구조물(10)과 직접적으로 접한 상태에 있다면 빔 구조물(20)의 양 끝단은 힘의 반복되는 변화로 인하여 점차 마모되거나 파손되고 말 것이며, 이는 빔 구조물(20)의 양 끝단과 접한 풍력발전해양구조물(10)의 경우도 마찬가지일 것이다. 심한 경우 빔 구조물(20)은 그 힘의 크기를 견디지 못하고 파단(破斷)이 날 수도 있다.

따라서 본 발명에서와 같이 빔 구조물(20)과 풍력발전해양구조물(10)의 연결부를 탄성체인 스프링 장치(30)로 설계하면 스프링 장치(30)가 빔 구조물(20)과 풍력발전해양구조물(10) 사이에서 완충작용을 하여 상기한 바와 같은 극단적인 상황이 발생하지 않도록 막아준다. 물론 이 경우 스프링 장치(30)는 풍력발전해양구조물(10) 상호간의 거리가 가까워질 때 이로 인한 압축력을 버틸 수 있고, 또한 풍력발전해양구조물(10) 상호간의 거리가 멀어질 때 이로 인한 인장력을 버틸 수 있을 만큼의 충분한 강성을 가져야 하며, 이 경우 빔 구조물(20)은 풍력발전해양구조물(10) 상호간의 거리를 안정적으로 유지할 수 있을 정도로만 설계되면 되므로 빔 구조물(20)의 크기나 부피를 줄일 수 있는 이점이 있다.

본 발명에 따르면, 다수의 부유식 해상 풍력 발전기로써 해상풍력발전단지를 조성함에 있어서 운동성능 및 구조적 안정성을 모두 갖추고 또한 경제성까지 추구할 수 있는 해상풍력발전단지의 조성이 가능한바, 이하에서는, 본 발명에 따라 빔 구조물(20)로써 풍력발전해양구조물(10)을 상호 연결하여 해상풍력발전단지를 조성하는 경우 해상풍력발전단지가 운동성능 및 구조적 안정성을 모두 갖출 수 있음에 대한 결론을 수치해석 결과를 통하여 보여주고자 한다. 이하에서, 도 9 내지 도 17은 이러한 수치해석 결과를 보여준다.

해상풍력발전단지의 파랑운동특성 수치해석

1. 서

수치해석을 수행함에 있어서 풍력발전해양구조물(10)(본 수치해석에서 'Floater'라 칭함)의 동유체력은 고차경계요소법(High-Order BEM)을 이용하여 산정하였으며, 등가 스프링을 이용하여 선형장력 형식 계류삭(Mooring Line)을 모사, 빔 구조물(20)(본 수치해석에서 'Connector'라 칭함)은 유한요소법을 이용하여 모델링하였다. 2×2, 3×3 정사각 배치의 해상풍력발전단지에 대한 파랑 중 운동 특성 및 빔 구조물(20) 끝단의 구조 해석이 이루어졌다.

2. 연계형 부유식 해상풍력발전단지

본 발명의 실시 예에서는 2×2 및 3×3 정사각형 배치에 대한 수치해석이 수행되었으며, 후자의 전체 시스템은 도 9에 모사되었다. 도 9에서 각 풍력발전해양구조물(10) 간 이격거리는 풍력발전해양구조물(10) 중심을 기준으로 500m이며, 직경 1.570m, 길이 490.6m의 원형 실린터 형상의 빔 구조물(20)이 사이에 위치하고 있다. 선형장력 형식 계류삭의 경우 15.608kN/m의 강성을 지닌 계류선으로 결정하였다. 빔 구조물(20)의 주요 제원은 도 17에 정리되어 있다.

환경외력으로는 파랑하중만 고려하였으며, 바람과 조류에 의한 하중은 본 수치해석에서는 포함되지 않았다. 2×2 및 3×3 두 배치 모두 Survival Condition인 180 deg 입사, Sea state 8(Hs = 11.5m/s, Tp= 16.4sec, ITTC spectrum) 불규칙파 중 운동특성 및 빔 구조물(20) 끝단의 장력을 계산하였다.

3. 수치해석 기법

3.1 고차경계요소법(Higher-Order Boundary Element Method)

풍력발전해양구조물(10)의 동유체력 계수 및 파강제력을 추정함에 있어 포텐셜 이론에 기반을 둔 파랑그린함수(Wave Green Function)를 이용한 고차경계요소법을 적용하였다. 이는 속도 포텐셜과 물체 형상을 9절점 2차 사각 요소로 표현하고 있다.

경계치 문제에 대한 적분 방정식은 식 (1)과 같다.

위의 방법으로 단독 풍력발전해양구조물(10)에 대한 동유체력을 구한 뒤, 다른 풍력발전해양구조물(10)들의 파강제력과 표류력은 위치에 의한 위상차만을 고려하여 산정하였다. 이는 풍력발전해양구조물(10)가 충분히 떨어져 있을 시 파의 교란에 의한 파강제력과 표류력의 변화는 상당히 미미함을 확인한 선행 연구결과를 근거로 적용한 기법이다(Hong et al., 2012).

3.2 풍력발전해양구조물(10)와 빔 구조물(20), 계류선 연성 해석

풍력발전해양구조물(10)과 빔 구조물(20), 선형장력 계류선의 시간영역 연성 해석 방정식은 식 (4)와 같다.

여기서 Mb, Madd는 풍력발전해양구조물(10) 질량 행렬과 무한대에서의 부가 질량 행렬, R(t-τ)는 시간기억함수, Kb, Km은 각각 정유체력 복원력, 선형장력 현수선의 강성행렬을 의미한다. fw는 파랑하중, fc는 빔 구조물(20)에 의한 외력을 의미한다. 빔 구조물(20)의 운동은 유한요소법으로 정식화되었다.

4. 수치해석 결과

4.1 2×2 정사각형 배치의 해상풍력발전단지

먼저 4개의 풍력발전해양구조물(10)로 2×2 정사각형 배치를 구성하고, 그 사이를 탄성 빔 구조물(20)로 연결하였다. 그리고 모든 풍력발전해양구조물(10)에는 15.608kN/m의 선형 계류선이 설치되었다. 각 풍력발전해양구조물(10)의 운동 시계열에 대한 통계해석을 수행하였고, 이는 도 10에서 보는 바와 같다.

동일한 선형장력 계류선을 설치한 단독 풍력발전해양구조물(10)의 운동값에 비해 Heave, Pitch는 유사한 값을 보이나, Surge 운동은 빔 구조물(20)의 설치에 의해 약 25%의 운동 저감을 보이고 있다. 또한 빔 구조물(20)과의 연성으로 인해 선수파 조건에도 불구하고 좌우운동(Sway, Roll, Yaw)이 일정값 도출되었다.

이 때 빔 구조물(20) 중앙의 운동은 도 11에 나타나 있다. 초기에 약 6.0m 처진 상태에서 정적평형을 찾은 뒤 동적 거동을 띄게 된다. 운동의 절대값은 풍력발전해양구조물(10)의 그것과 큰 차이가 없음을 확인할 수 있다.

마지막으로 빔 구조물(20) 끝단에 걸리는 유효장력과 휨 모멘트의 Mean and Significant Height Value는 도 12로 도식화하였다. X축에 평행하게 놓인 1, 3번 빔 구조물(20)에 걸리는 장력과 휨 모멘트가 주된 반면, Y축에 평행한 2, 4번의 경우 그 값이 미미하다. 이는 선수파 조건에서 2, 4번의 경우 풍력발전해양구조물(10) 운동에 거의 거스르지 않고 함께 움직이는 반면, 1, 3번은 파랑하중을 적게 받음에 따라 풍력발전해양구조물(10) 운동에 반하게 움직임으로써 많은 장력과 모멘트가 걸리는 것으로 판단된다.

가장 많은 장력과 모멘트를 받는 것은 1번 빔 구조물(20)이며, 이때 걸리는 응력은 약 218 MN/m ² 로 계산되었다. ASTM mild steel 시리즈의 항복응력이 약 400 MN/m ² 부근인 점을 감안하면 안전계수 1.2∼1.3(Survival Condition) 적용 시 항복응력을 견딜 수 있는 구조라 판단된다.

4.2 3×3 정사각형 배치의 해상풍력발전단지

다음으로 9개의 풍력발전해양구조물(10)로 3×3 정사각형 배치를 한 후 사이를 12개의 탄성 빔 구조물(20) 및 모서리에 위치한 2, 4, 7, 9번에 선형장력 계류선을 설치한 시스템을 모델링하였다. 앞선 2×2 배치와 동일한 환경조건에서 계산을 수행하였고, 평면운동에 따른 궤적은 도 13에 나타내었다.

동일 선상에 계류선이 설치되지 않은 5, 1, 6번의 경우 약 14.2m까지 뒤로 밀려나는 것을 확인할 수 있다. 그 외의 풍력발전해양구조물(10)들은 선형장력 계류선에 의미 약 7.0m까지만 밀려났다. 그러나 중앙선에 위치한 풍력발전해양구조물(10)들의 과도한 표류로 인해 양 쪽에 위치한 풍력발전해양구조물(10)들의 Y방향 변위가 나타났다.

도 14, 15는 각 빔 구조물(20) 끝단에 걸리는 유효장력을 표현하였다. X축에 평행한 빔 구조물(20)들에 걸리는 장력이 Y축에 평행한 빔 구조물(20)들에 걸리는 장력보다 훨씬 지배적인 경향은 2×2 배치에서와 같다. 또한 절대적 크기도 2×2 배치와 큰 차이를 보이지 않음을 확인하였다.

마지막으로 4개의 선형장력 계류선이 모두 설치된 경우(도 16 위 그래프)와 9번 풍력발전해양구조물(10)에 설치한 계류선이 파단되었을 시에 대한 영구적으로 해석한 경우(도 16 아래 그래프)를 비교하였다.

먼저 도 16의 위 그래프를 도 11과 비교했을 시 전후운동이 약 1.0m 감소하였다. 반면, 상하운동과 종동요운동은 미세하게 증가하였으나 그 값이 미미하다. 이는 풍력발전해양구조물(10)보다 빔 구조물(20)이 더 많이 늘어남에 따라 변화된 것으로 추정된다. 또한 가운데 선 상의 풍력발전해양구조물(10)들은 대칭적인 배치로 인해 좌우운동이 거의 발생하지 않음을 확인하였다.

도 16의 위 그래프와 아래 그래프를 비교하였을 시, 9번 풍력발전해양구조물(10)의 Surge, Heave, Pitch가 크게 증가했음을 알 수 있다. 이로 인해 다른 풍력발전해양구조물(10)들의 운동도 증가하였으나 그 크기는 크지 않은 것으로 확인되었다.

5. 결론

이상의 수치해석 결과를 정리하면 다음과 같다.

가. 2×2 배열의 해석 결과, 전후 운동이 단독 풍력발전해양구조물(10) 운동에 비해 약 25% 감소하였고, 다른 운동의 경우 비슷한 값이 도출되었다. 빔 구조물(20)과 선형장력 계류선과의 연성으로 인한 좌우로의 운동도 미미하지만 발생하였다. 선수파가 들어옴에 따라 X축에 평행한 빔 구조물(20)에 걸리는 장력이 Y축에 평행한 빔 구조물(20)의 그것보다 훨씬 크게 계산되었다.

나. 3×3 배열의 해석 결과, 정성적으로는 3×3 배열의 계산과 유사한 결과가 나왔으며, 더 많은 빔 구조물(20)의 설치로 인해 전후운동이 소폭 감소하였다.

다. 영구적인 4번 선형장력 계류선의 파단 시, 9번 풍력발전해양구조물(10)의 운동이 단독 풍력발전해양구조물(10)보다 크게 계산되었다. 이에 따라서 다른 풍력발전해양구조물(10)의 운동도 증가하였으나, 그 크기는 상대적으로 작았다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시 예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10 : 풍력발전해양구조물
20 : 빔 구조물
30 : 스프링 장치

Claims (6)

1. 다수의 풍력발전해양구조물(10)을 상호 연결하여 해상풍력발전단지를 조성함에 있어서,
   상기 풍력발전해양구조물(10)은 빔 구조물(20)에 의하여 구조적으로 연결되며,
   상기 빔 구조물(20)은 수면 아래 소정의 거리만큼 잠기도록 설치되며,
   상기 빔 구조물(20)과 상기 풍력발전해양구조물(10)의 연결부는 탄성체인 스프링 장치(30)로 이루어지는 것을 특징으로 하는,
   풍력발전해양구조물의 상호 연결을 통한 해상풍력발전단지 조성방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 빔 구조물(20)은 상기 풍력발전해양구조물(10) 상호간의 거리가 가까워질 때 이로 인한 압축력을 버틸 수 있고, 또한 상기 풍력발전해양구조물(10) 상호간의 거리가 멀어질 때 이로 인한 인장력을 버틸 수 있을 만큼의 강성을 가지는 것을 특징으로 하는, 풍력발전해양구조물의 상호 연결을 통한 해상풍력발전단지 조성방법.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 빔 구조물(20)은 원형 실린더 형상인 것을 특징으로 하는, 풍력발전해양구조물의 상호 연결을 통한 해상풍력발전단지 조성방법.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 스프링 장치(30)는 상기 풍력발전해양구조물(10) 상호간의 거리가 가까워질 때 이로 인한 압축력을 버틸 수 있고, 또한 상기 풍력발전해양구조물(10) 상호간의 거리가 멀어질 때 이로 인한 인장력을 버틸 수 있을 만큼의 강성을 가지는 것을 특징으로 하는, 풍력발전해양구조물의 상호 연결을 통한 해상풍력발전단지 조성방법.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 빔 구조물(20)은 최소한 해상풍력발전단지 내를 항해하는 선박의 흘수 이상의 깊이만큼 잠기도록 설치되는 것을 특징으로 하는, 풍력발전해양구조물의 상호 연결을 통한 해상풍력발전단지 조성방법.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 빔 구조물(20)은 전체적으로 중성부력을 갖는 것을 특징으로 하는, 풍력발전해양구조물의 상호 연결을 통한 해상풍력발전단지 조성방법.

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