KR20150035091A - 부유식 발전 플랜트 및 그 부유식 발전 플랜트의 파운데이션 - Google Patents

부유식 발전 플랜트 및 그 부유식 발전 플랜트의 파운데이션 Download PDF

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Abstract

부유식 발전 플랜트의 파운데이션을 개시한다.
부유식 발전 플랜트의 파운데이션은 해저에 수직으로 고정되는 파일; 발전 플랜트가 장착되며, 상기 파일에 상하 이동 가능하게 설치되는 베이스 플레이트; 수선 면적을 줄이기 위하여 상기 베이스 플레이트의 하부에 설치되며, 상기 파일에 상하 이동 가능하게 설치되는 트러스트; 및 상기 트러스트 하부에 설치되어 상기 베이스 플레이트에 부력을 제공하는 하부 구조체;를 구비한다.

Description

부유식 발전 플랜트 및 그 부유식 발전 플랜트의 파운데이션{BARGE MOUNTED POWER GENERATION PLANT AND FOUNDATION ITS}
본 발명은 부유식 발전 플랜트 및 그 부유식 발전 플랜트의 파운데이션에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 바지선을 트러스 구조와 부유 체의 복합 형식으로 만들어 구조적 강성을 향상시키고, 수선면적을 줄이고 무게중심을 낮추어 파도에 의한 저항을 최소화할 수 있는 부유식 발전 플랜트 및 그 부유식 발전 플랜트의 파운데이션에 관한 것이다.
최근에는 친환경적인 발전에 대한 요구로 천연가스를 이용한 발전에 대한 관심이 증가하고 있다.
특히, 스팀 터빈을 구동하는 복합 화력발전 기술이 등장함에 따라 가스 발전의 효율 증대와 가스 가격의 하락 안정에 따른 가스 발전 수요가 점점 증대하고 있다.
일반적으로 복합 화력발전(Combined Cycle Power Generation)은 가스 터빈의 발전기로부터 1차 발전이 이루어지고, 가스 터빈의 배기가스의 폐열을 이용하여 HRSG(Heat Recovery Steam Generator: 폐열회수 스팀발생기)에서 생성한 스팀으로 스팀 터빈의 발전기로부터 2차 발전이 이루어지는 형태로 구성된다.
한편, 전력공급이 원활하지 않은 신흥개발국 등에서 가스 발전에 대한 관심이 높아지고 있는데, 가스 발전은 그 특성상 육지에 가스 저장소 등과 같은 가스 인프라가 갖추어야만 발전이 가능하기 때문에 개발에 제한이 많았다.
복합 화력발전 설비의 용적이 너무 커서 설비 초기 설치비용이 상승하는 문제점이 있고, 설비 및 시스템이 별도의 건물에 독립적으로 위치함에 따라서 건물 및 배관, 자재의 소모량이 증가하는 문제점이 있다.
또한, 종래에는 설비 설치 및 탱크 배치, 그리고 테스트가 현장(site)에서 수행됨에 따라 리스크(risk)가 항상 존재하며, 오랜 공사기간이 필요한 문제점이 있다.
특히, 여러 개의 섬들로 이루어진 동남아시아 국가의 경우에는 대용량의 가스 발전을 하는 데 어려움이 많았다.
이와 같이 육상 발전소 건설에 따른 장소 확보와 건설비 소요를 가져오는 단점이 있으며, 육상 발전소 건설에 많은 시간이 소요되므로 전력 공급을 단시간 내에 수행하는 것이 어렵다.
없음
도 1은 부유식 발전 플랜트를 나타내는 개념도이다.
도 1을 참조하면, 부유식 발전 플랜트는 바지선(barge) 위의 파운데이션(foundation)(2)에 터빈(turbine)(4)과 발전기(generator)(6)로 구성되는 발전장치(10)가 장착되고, 터빈(4)과 발전기(6)를 샤프트(shaft)(8)로 연결하도록 구성된다.
바지선 위에 저장된 연료를 이용하여 터빈(4)을 회전시키면, 터빈(4)의 회전력은 샤프트(8)를 통해서 발전기(6)에 전달되고, 그 결과 발전기(6)가 구동됨에 따라, 전기를 생산하게 된다.
그리고, 바지선의 파운데이션(2)에는 해상의 주변 환경, 예를 들어 바람(wind)와 파도(wave)에 의해서 바지선이 영향을 받지 않도록 해저 면에 고정될 수 있는 파일(12)이 장착된다.
그런데, 이러한 부유식 발전 플랜트는 부유 작동(floating operation) 시, 굽힘 모멘트(bending moment)로 인한 호깅(hogging)과 새깅(sagging)이 발생하며, 이에 발전장치의 운용에 치명적인 문제점이 발생함을 상정할 수 있다.
즉, 부유체인 바지선이 해상에서 운용되기 때문에, 부유상태에서 파랑 하중이 평형하지 않은 적재 하중을 받게 되면, 부유체의 세로 모멘트가 선체 상층부에는 인장력이 발생하고, 하층부에는 압축력이 발생하도록 작용하는 상태가 발생함으로써 부유체의 중앙부가 들어 올려지듯이 변형되는 상태가 될 수 있다.
따라서, 기존 부유식 발전 플랜트는 다양한 해상상태에 따라, 도 2에 도시된 바와 같이, 파운데이션(2)의 중앙부가 들어 올려지듯이 변형됨에 따라 발전기(4)와 터빈(6)의 위상 차를 초래함으로써, 샤프트(8)가 변형되거나 파손(fail)될 수 있는 문제를 상정할 수 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 부유식 구조물인 바지선에 발전 플랜트를 장착할 수 있는 새로운 개념의 부유 발전 플랜트를 도출할 수 있는바, 바지선을 트러스 구조와 부유 체의 복합 형식으로 만들어, 구조적 강성을 향상시키고, 수선면적을 줄이고 무게중심을 낮추어 파도에 의한 저항을 최소화할 수 있어 운동성능 향상시킬 수 있는 부유식 발전 플랜트를 제공한다.
또한, 본 발명은 필요 공간을 제외한 구조는 트러스 구조를 사용하여 제작 비용을 절감하고 하부 구조체를 부유체 역할 및 각종 저장소로 사용 가능하며, 하부 구조체가 히브 플레이트(heave plate)의 역할을 함으로써 히브 모션에 대해 강한 저항 특성을 갖는 부유식 발전 플랜트를 제공한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 부유식 발전 플랜트는 해저에 수직으로 고정되는 파일, 발전 플랜트가 장착되며 상기 파일에 상하 이동 가능하게 설치되는 베이스 플레이트, 수선 면적을 줄이기 위하여 상기 베이스 플레이트의 하부에 설치되며 상기 파일에 상하 이동 가능하게 설치되는 트러스, 및 상기 트러스 하부에 설치되어 상기 베이스 플레이트에 부력을 제공하는 하부 구조체로 구성된 파운데이션을 구비한다.
상기 발전유닛은 가스 발전기와 터빈으로 구성되는 제 1 발전유닛과, 스팀 발전기와 터빈으로 구성되는 제 2 발전유닛을 포함하며, 상기 제 1 발전유닛과 상기 제 2 발전유닛은 수직 센터 라인을 중심으로 좌우 대칭의 구조이다.
한편, 본 발명에 따른 부유식 발전 플랜트의 파운데이션은 해저에 수직으로 고정되는 파일; 발전 플랜트가 장착되며, 상기 파일에 상하 이동 가능하게 설치되는 베이스 플레이트; 수선 면적을 줄이기 위하여 상기 베이스 플레이트의 하부에 설치되며, 상기 파일에 상하 이동 가능하게 설치되는 트러스; 및 상기 트러스 하부에 설치되어 상기 베이스 플레이트에 부력을 제공하는 하부 구조체;를 포함한다.
상기 파일은 상기 베이스 플레이트의 네 귀퉁이를 지지하며, 상기 하부 구조체는 오일, 밸러스트 수를 저장하는 공간을 갖는다.
상기 트러스는 다수의 보강 파이프가 바닥면에 격자구조로 배치되고 측면에 지그재그 구조로 배치될 수 있으며, 상기 파일의 상단부는 상기 지지 플레이트의 상면보다 높게 위치한다.
상기 파일에는 상기 베이스 플레이트, 상기 트러스, 상기 하부 구조체를 상하로 이동시키기 위한 가이드 부가 설치되는바, 가이드 부는 상기 파일에 형성된 가이드 레일 홈; 및 상기 가이드 레일 홈에 삽입되도록 상기 베이스 플레이트, 상기 트러스, 상기 하부 구조체의 측면에 형성된 가이드 레일;을 포함한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 바지선을 트러스 구조와 부유 체의 복합 형식으로 만들어, 구조적 강성을 향상시키고, 수선면적을 줄이고 무게중심을 낮추어 파도에 의한 저항을 최소화할 수 있어 운동성능 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 필요 공간을 제외한 구조는 트러스 구조를 사용하여 제작 비용을 절감하고 하부 구조체를 부유 체 역할 및 각종 저장소로 사용 가능하며, 하부 구조체가 히브 플레이트(fheave plate)의 역할을 함으로써 히브 모션에 대해 강한 저항 특성이 있다.
도 1은 부유식 플랜트를 나타내는 개념도
도 2는 도 1의 부유식 플랜트에 있어서, 파운데이션의 변형에 따라 발생하는 발전기와 터빈의 위상 차에 의해 샤프트가 변형되는 상태를 나타내는 예시도
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 부유식 발전 플랜트 및 그 부유식 발전 플랜트의 파운데이션을 정면도
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 부유식 발전 플랜트 및 그 부유식 발전 플랜트의 파운데이션을 사시도
도 5는 도 4의 A 부분 단면도
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 부유식 발전 플랜트 및 그 부유식 발전 플랜트의 파운데이션에 대하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 부유식 발전 플랜트 및 그 부유식 발전 플랜트의 파운데이션을 정면도이고, 도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 부유식 발전 플랜트 및 그 부유식 발전 플랜트의 파운데이션을 사시도이며, 도 5는 도 4의 A 부분 단면도이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 부유식 발전 플랜트(10)는 발전 유닛(20)과, 그 발전 유닛(20)을 해저에 고정하기 위한 파운데이션(100)을 구비한다.
상기 발전유닛(20)은 가스 터빈과 발전기로 구성되는 가스 터빈 발전유닛(21)과, 스팀 터빈과 발전기로 구성되는 스팀 터빈 발전유닛(22)을 포함한다.
상기 가스 터빈 발전유닛(21)과 상기 스팀 터빈 발전유닛(22)은 수직 센터 라인(L)을 중심으로 좌우 대칭의 구조로 구성되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 부유식 발전 플랜트의 파운데이션(100)은 해저에 수직으로 고정되는 파일(110)을 구비한다. 상기 파일(110)은 상기 베이스 플레이트(120)의 네 귀퉁이를 지지하며, 해저에 수직으로 고정 설치된다.
상기 파일(110)은 중실 구조로 형성되는 것이 가장 바람직하지만, 중공 구조 또는 이중 관 구조로 형성될 수도 있다.
상기 파일(110)의 상단부는 상기 지지 플레이트(120)의 상면보다 높게 위치하는데, 이는 해상 파도에 의한 요동에 의하여 파일(110)과 베이스 플레이트(120)의 결합이 임의로 해제되지 않도록 하기 위해서이다.
발전 유닛(20)이 장착되는 베이스 플레이트(120)는 가이드 부(150)에 의해서 상기 파일(110)에 상하 이동 가능하게 설치된다. 다시 말해, 해상의 파도에 의해서 상하로 이동할 수 있도록 구성된다.
상기 베이스 플레이트(120)의 하부에는 수선 면적을 줄이기 위하여 상기 파일(110)에 상하 이동 가능하게 트러스(130)가 설치된다.
상기 트러스(130)는 다수의 보강파이프가 바닥면에 격자구조로 배치되고 측면에 지그재그 구조로 배치될 수 있다.
상기 트러스(130)의 하부에는 상기 베이스 플레이트(120)에 부력을 제공하는 하부 구조체(140)가 설치된다. 상기 하부 구조체(140) 내부에는 오일, 밸러스트 수를 저장하는 공간을 갖는다.
상기 가이드 부(150)는 상기 베이스 플레이트(120), 상기 트러스(130), 상기 하부 구조체(140)를 상하로 이동시키는 역할을 하는바, 가이드 부(150)는 상기 파일(110)에 형성된 가이드 레일 홈(151); 및 상기 가이드 레일 홈(151)에 삽입되도록 상기 베이스 플레이트(120)의 측면에 형성된 가이드 레일(152);을 포함한다.
상기 가이드 부(150)에 의해서 상기 베이스 플레이트(120)는 물론 그 베이스 플레이트(120) 하부에 배치되는 트러스 및 하부 구조체가 X방향이나 Y방향으로 이동하지 못하고, Z방향으로(상하방향)만 이동할 수 있도록 구성된다(도 4 참조).
상기 가이드 부(150)의 구조는 가이드 레일(152)과 가이드 홈(151)의 결합 구조뿐만 아니라 다른 여러 가지 구조로 변경 가능하다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 부유식 발전 플랜트의 파운데이션(100)의 작용에 대하여 설명하면 다음과 같다.
하부 구조체(140)에 의해서 베이스 플레이트(120)가 부력을 갖게 되며, 하부 구조체(140) 내부에 마련된 오일, 밸러스트 수 저장 공간에 오일이나 밸러스트 수를 저장할 수 있다.
상기 트러스(130)는 다수의 보강파이프가 바닥면에 격자구조로 배치되고 측면에 지그재그 구조로 배치될 수 있는데, 이러한 구조에 의하여 구조적으로 강성을 높일 수 있음은 물론 수선 면적을 줄이고 무게중심을 낮추어 파도에 의한 저항을 최소화할 수 있어 운동성능 향상을 구현할 수 있다.
상기 가이드 부(150)에 의해서 상기 베이스 플레이트(120)는 물론 그 베이스 플레이트(120) 하부에 배치되는 트러스 및 하부 구조체가 X방향이나 Y방향으로 이동하지 못하고, Z방향으로(상하 방향)만 이동할 수 있도록 구성됨으로써, 하부 구조체가 히브 플레이트(heave plate)의 역할을 하게 되어 히브 모션(heave motion)에 대해 강한 저항 특성이 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 바지선을 트러스 구조와 부유 체의 복합 형식으로 만들어 구조적 강성을 향상시키고, 수선면적을 줄이고 무게중심을 낮추어 파도에 의한 저항을 최소화할 수 있어 운동성능 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 필요 공간을 제외한 구조는 트러스 구조를 사용하여 제작 비용을 절감하고 하부 구조체를 부유 체 역할 및 각종 저장소로 사용 가능하며, 하부 구조체가 히브 플레이트(heave plate)의 역할을 함으로써, 히브 모션에 대해 강한 저항 특성이 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 부유식 발전 플랜트의 바지선의 바람직한 실시 예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 않는 것이므로, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
10: 부유식 발전 플랜트
20: 발전 유닛
100: 파운데이션
21: 가스 터빈 발전유닛
22: 스팀 터빈 발전유닛
L: 수직 센터 라인
110: 파일
120: 베이스 플레이트
130: 트러스
140: 하부 구조체
150: 가이드 부
151: 가이드 레일 홈
152: 가이드 레일

Claims (11)

  1. 해저에 수직으로 고정되는 파일;
    발전 플랜트가 장착되며, 상기 파일에 상하 이동 가능하게 설치되는 베이스 플레이트;
    수선 면적을 줄이기 위하여 상기 베이스 플레이트의 하부에 설치되며, 상기 파일에 상하 이동 가능하게 설치되는 트러스; 및
    상기 트러스 하부에 설치되어 상기 베이스 플레이트에 부력을 제공하는 하부 구조체;를 포함하는 부유식 발전 플랜트의 파운데이션.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 파일은 상기 베이스 플레이트의 네 귀퉁이를 지지하는 것을 특징으로 하는 부유식 발전 플랜트의 파운데이션.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 하부 구조체는 오일, 밸러스트 수를 저장하는 공간을 갖는 것을 특징으로 하는 부유식 발전 플랜트의 파운데이션.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 트러스는 다수의 보강파이프가 바닥면에 격자구조로 배치되고 측면에 지그재그 구조로 배치되는 것을 특징으로 하는 부유식 발전 플랜트의 파운데이션.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 파일의 상단부는 상기 지지 플레이트의 상면보다 높게 위치하는 것을 특징으로 하는 부유식 발전 플랜트의 파운데이션.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 파일에는 상기 베이스 플레이트, 상기 트러스, 상기 하부 구조체를 상하로 이동시키기 위한 가이드 부가 설치되는 것을 특징으로 하는 부유식 발전 플랜트.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 가이드 부는
    상기 파일에 형성된 가이드 레일 홈; 및
    상기 가이드 레일 홈에 삽입되도록 상기 베이스 플레이트의 측면에 형성된 가이드 레일;을 포함하는 것을 특징으로 하는 부유식 발전 플랜트의 파운데이션.
  8. 해저에 수직으로 고정되는 파일, 발전 플랜트가 장착되며 상기 파일에 상하 이동 가능하게 설치되는 베이스 플레이트, 수선 면적을 줄이기 위하여 상기 베이스 플레이트의 하부에 설치되며 상기 파일에 상하 이동 가능하게 설치되는 트러스트, 및 상기 트러스트 하부에 설치되어 상기 베이스 플레이트에 부력을 제공하는 하부 구조체로 구성된 파운데이션을 구비하는 부유식 발전 플랜트.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 파일은 상기 베이스 플레이트의 네 귀퉁이를 지지하는 것을 특징으로 하는 부유식 발전 플랜트.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 발전유닛은 가스 터빈과 발전기로 구성되는 가스 터빈 발전유닛과, 스팀 터빈과 발전기로 구성되는 스팀 터빈 발전유닛으로 구성되는 것을 특징으로 하는 부유식 발전 플랜트.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 가스 터빈 발전유닛과 상기 스팀 터빈 발전유닛은 수직 센터 라인을 중심으로 좌우 대칭의 구조인 것을 특징으로 하는 부유식 발전 플랜트.
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