KR20160007742A - 풍력 발전기 설치 방법 및 이에 적용되는 나셀 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 풍력 발전기 설치 방법 및 이에 적용되는 나셀를 개시한다. 본 발명에 따른 풍력 발전기 설치 방법은 풍력 발전기의 타워로 형성된 축을 따라 타워 상단으로 나셀을 수직 이동하는 구성을 갖춘다. 따라서, 본 발명은 타워 상단에 나셀을 안정적으로 설치할 수 있을 뿐만 아니라 바람에 의한 나셀의 흔들림을 방지할 수 있어서 타워 상단에 나셀을 설치하는 데에 소요되는 작업 시간을 현저히 단축할 수 있다.

Description

풍력 발전기 설치 방법 및 이에 적용되는 나셀{METHOD FOR INSTALLING AEROGENERATOR, AND A NACELLE APPLIED TO THE SAME}
본 발명은 풍력 발전기 설치 방법 및 이에 적용되는 나셀에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 풍력 발전기의 타워로 형성된 축을 따라 타워 상단으로 나셀을 수직 이동하는 풍력 발전기 설치 방법 및 이에 적용되는 나셀에 관한 것이다.
풍력 발전은 자연 상태의 무공해 에너지원으로서, 대체 에너지원 중 경제성이 높은 에너지원 중 하나로 바람의 운동 에너지를 기계적 에너지로 변환하고, 변환된 기계적 에너지로 발전기를 구동하여 전력을 얻어내는 전력생산 방법이다.
이를 위한, 통상적인 풍력 발전기는 타워와, 타워의 상부에 설치된 나셀과, 나셀의 전방에 설치되어 바람에 의해 회전하는 복수의 블레이드와 복수의 블레이드가 결합한 허브를 구비한 로터를 포함한다.
이러한 풍력 발전기를 설치하는 순서는 다음과 같다.
먼저, 풍력 발전기의 설치 지점 주변에 위치한 크레인을 이용하여 여러 단으로 분리된 타워를 설치한다.
이후, 전술한 크레인을 이용하여 설치 완료된 타워 상단에 나셀 및 허브를 설치하는 과정이 추가 진행된다. 이하에서는 허브가 나셀에 포함되는 것으로 정의하여 상술한다.
이후, 전술한 크레인을 이용하여 설치 완료된 허브에 제1 블레이드를 각도를 맞추어 설치한 후 인칭하고, 나머지 제2 블레이드 및 제N 블레이드도 같은 과정을 거쳐 설치된다.
이와 같은 종래의 설치 방법을 살펴보면, 나셀은 타워 상단에 설치되므로 크레인 사용이 필수적이다. 특히, 풍력 발전기의 대형화로 인해 나셀 및 블레이드의 설치를 위한 크레인 또한 대형 크기의 크레인이 요구된다. 경우에 따라, 긴 길이의 블레이드를 보다 안정적으로 설치하기 위해 전술한 대형 크기의 크레인이 두 개가 있어야 하는 경우도 있다. 이러한 이유로 풍력 발전기의 설치를 위한 비용이 상당하다.
또한, 풍력 발전기가 설치되는 지점은 풍속이 강한 지점이어서, 타워 상단에 나셀을 안정적으로 설치하는 것이 용이하지 않고, 바람에 의한 나셀의 흔들림으로 인해 타워 상단의 나셀 설치에 소요되는 작업 시간이 상당해지는 문제점이 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2013-0071870 (2013.07.01)
따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 과제는 풍력 발전기의 타워로 형성된 축을 따라 타워 상단으로 나셀을 수직 이동하는 풍력 발전기 설치 방법 및 이에 적용되는 나셀을 제공하는 데 있다.
본 발명의 과제는 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 제1 관점에 따른 나셀은, 풍력 발전기의 타워 상단에 설치되며, 상기 나셀에 고정형으로 구비되는 제1 모듈 구조체, 상기 나셀에 구비되고, 상기 나셀의 외측으로 이동 가능한 제2 모듈 구조체 및 상기 제2 모듈 구조체의 이동을 위한 동력을 제공하는 이동부를 포함한다.
바람직하게는, 상기 이동부는 상기 제2 모듈 구조체의 이동을 위한 제어신호에 응답하여 동작하는 모터, 상기 모터의 동력을 전달하는 기어부 및 상기 기어부의 최종단 기어와 맞물리는 레일 구조를 갖추는 레일 가이드를 포함한다.
바람직하게는, 상기 나셀은 상기 타워로 형성된 축과 결합하기 위한 상부 홀 및 하부 홀을 구비한다.
바람직하게는, 상기 상부 홀은 개폐식으로 구비된다.
그리고, 상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 제2 관점에 따른 풍력발전기 설치 방법은, 풍력발전기의 타워 상단에 나셀을 설치하는 것에 대한 것이며, 상기 나셀과 이동 가능하게 결합한 타워의 어느 한 일단을 타워 하단에 설치하는 단계 및 상기 나셀을 상기 타워로 형성된 축을 따라 상기 타워 상단으로 수직 이동하는 단계를 포함한다.
따라서, 본 발명에서는 풍력 발전기의 타워로 형성된 축을 따라 타워 상단으로 나셀을 수직 이동하는 풍력 발전기 설치 방법 및 이에 적용되는 나셀을 제공함으로써, 타워 상단에 나셀을 안정적으로 설치할 수 있을 뿐만 아니라 바람에 의한 나셀의 흔들림을 방지할 수 있어서 타워 상단에 나셀을 설치하는 데에 소요되는 작업 시간을 현저히 단축할 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 나셀을 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 나셀의 배치 구조를 일례로 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 나셀의 배치 구조를 다른 예로 나타내는 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 제2 모듈 구조체의 이동부를 일례로 나타내는 도면이다.
도 5는 도 2 또는 도 3에 도시된 나셀의 구조를 일례로 나타내는 도면이다.
도 6은 타워 가이드의 일례를 나타내는 도면이다.
도 7 및 도 8은 나셀을 포함하는 풍력발전기의 설치 방법을 도시한 것이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 소자, 구성요소 및/또는 섹션들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자, 구성요소 및/또는 섹션들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자, 구성요소 또는 섹션들을 다른 소자, 구성요소 또는 섹션들과 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자, 제1 구성요소 또는 제1 섹션은 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자, 제2 구성요소 또는 제2 섹션일 수도 있음은 물론이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 다음과 같이 상세히 설명한다.
도 1은 나셀을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 나셀(110)은 타워(미도시)로 형성된 축을 따라 타워 상단으로 수직 이동할 수 있는 구조로서, 나셀(110)에 고정형으로 구비되는 제1 모듈 구조체(111), 나셀(110)을 기준으로 내측 또는 외측으로 이동하는 제2 모듈 구조체(112) 및 제2 모듈 구조체(112)의 이동을 위한 동력을 제공하는 제2 모듈 구조체의 이동부(113)를 포함할 수 있다.
예를 들면, 제1 모듈 구조체(111)는 허브, 및 허브와 연결된 회전 샤프트가 포함될 수 있다.
또한, 제2 모듈 구조체(112)는 전술한 회전 샤프트와 연결되는 기어박스, 및 기어박스로부터 전달된 회전 샤프트의 회전력에 의해 구동되는 발전기를 포함할 수 있다.
이때, 제1 모듈 구조체(111) 및 제2 모듈 구조체(112)는 타워(미도시)로 형성된 축을 따라 타워 상단으로 수직 이동하는 경우 서로 분리된 상태를 유지하고, 타워 상단으로 이동 완료된 후 타워 상단에 장착하는 경우 서로 결합하여 풍력 발전의 회전 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있는 상태로 구비된다.
즉, 제1 모듈 구조체(111) 및 제2 모듈 구조체(112)는 상호 분리 또는 결합 시를 고려하여 상호 대응되는 특정 구조로 구비되거나, 제1 모듈 구조체(111) 및 제2 모듈 구조체(112) 간의 분리 또는 결합을 위한 별도의 결합 모듈이 더 구비되는 것도 가능하다.
나셀(110)은 구동모듈(미도시)에 의해 타워(미도시)로 형성된 축을 따라 타워 상단으로 수직이동할 수 있다. 나셀(110)은 상단 면에 타워(미도시)로 형성된 축과 결합하기 위한 상부 홀(114-1)이 구비되고, 하단 면에도 타워(미도시)로 형성된 축과 결합하기 위한 하부 홀(114-2)이 구비된다. 이를 통해, 나셀(110)은 타워(미도시)로 형성된 축을 따라 수직 이동하는 경우 나셀 내부에 타워(미도시)로 형성된 축과 결합하기 위한 관통형 통로가 형성된다. 구동모듈은 타워 상단에 구비되는 더미타워 크레인 또는 타워(미도시)의 주변에 위치하는 크레인(통상적으로, 일반화된 크레인을 의미함)으로 구비될 수 있다. 구동모듈이 더미타워 크레인으로 구비되는 경우, 크레인을 이용하여 타워(미도시)를 설치한 후 타워 상단에 더미타워 크레인을 설치한다. 이후, 타워 상단에 위치한 더미타워 크레인을 이용하여 타워 아래에 위치한 나셀(110)을 타워로 형성된 축을 따라 수직 방향으로 들어올린다.
도 2는 도 1에 도시된 나셀의 배치 구조를 일례로 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 타워 상단으로 나셀(110)이 이동 완료된 후 타워 상단에 나셀(110)을 장착하고자 하는 경우, 나셀(110)의 내부에 제1 모듈 구조체(111) 및 제2 모듈 구조체(112) 위치하고, 제1 모듈 구조체(111) 및 제2 모듈 구조체(112)는 상호 결합한 상태로 놓여진다. 즉, 제1 모듈 구조체(111) 및 제2 모듈 구조체(112)는 풍력 발전의 회전 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있는 상태로 구비된다.
도 3은 도 1에 도시된 나셀의 배치 구조를 다른 예로 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 풍력 발전기의 타워(미도시)로 형성된 축을 따라 타워 상단으로 나셀(110)을 수직 이동하는 경우, 나셀(110)의 제2 모듈 구조체(112)는 이동부(113)의 구동으로 인해 나셀(110)의 외측으로 이동된다. 이를 통해, 나셀(110)의 내측은 타워(미도시)로 형성된 축과 결합하기 위한 공간이 마련될 수 있다.
도 4는 도 1에 도시된 제2 모듈 구조체의 이동부를 일례로 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 제2 모듈 구조체의 이동부(113)는 제2 모듈 구조체(112)의 이동을 위한 제어신호에 응답하여 동작하는 모터(113-2), 모터(113-2)의 동력을 전달하는 기어부(113-3) 및 기어부(113-3)의 최종단 기어와 맞물리는 레일 구조를 갖추는 레일 가이드(113-1)를 포함할 수 있다.
도 5는 도 2 또는 도 3에 도시된 나셀의 구조를 일례로 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 나셀(110)은 상단 면에 타워(미도시)로 형성된 축과 결합하기 위한 상부 홀(114-1)과, 하단 면에 타워(미도시)로 형성된 축과 결합하기 위한 하부 홀(114-2)을 구비할 뿐만 아니라, 상부 홀(114-1)은 나셀(110)의 장착 완료 후 비 또는 눈과 같은 이물질이 나셀 내부로 유입되는 것을 차단할 수 있도록 개폐식으로 구비되는 것이 바람직하다.
더 나아가, 나셀(110)은 제2 모듈 구조체(112)가 이동하는 방향의 벽면 또는 벽면 중 일측의 출입 홀을 개폐식으로 구비할 수 있다.
도 6은 타워 가이드의 일례를 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 타워(미도시)로 형성된 축을 따라 나셀(110)을 수직으로 이동하는 경우, 나셀(110)과 타워(미도시) 간에 맞닿는 마찰로 인하여 나셀(110)이 손상될 가능성이 존재한다.
이와 같은 나셀(110)의 손상을 방지하기 위한 방안이 요구된다. 더 구체적으로는 타워(미도시)로 형성된 축과 맞닿는 나셀(110)의 상부 홀(114-1) 및 하부 홀(114-2)의 손상을 방지하는 것이 바람직하다.
이에, 본 실시예에서는 나셀(110)의 상부 홀(114-1) 및 하부 홀(114-2)의 손상을 방지하기 위한 방안으로서, 나셀(110)과 타워(미도시) 간에 직접 맞닿는 것을 방지하기 위하여 나셀(110) 및 타워(미도시) 사이에 매개체를 추가할 수 있다. 여기서, 상기 매개체를 타워 가이드(130)라 칭하기로 한다.
타워 가이드(130)는 타워(미도시)로 형성된 축과 결합하기 위한 내부 관통 홀을 구비하고, 나셀(110)의 상부 홀(114-1)및 하부 홀(114-2)을 연결하는 통로에 끼워지는 구조로 구비될 수 있다.
즉, 타워 가이드(130)는 나셀(110)이 타워(미도시)로 형성된 축을 따라 수직 이동할 때 나셀(110)의 손상을 방지할 수 있다.
타워 가이드(130)는 타워 상단에 나셀(110)이 설치 완료된 후 나셀(110)로부터 제거된다.
이에, 타워 가이드(130)는 나셀(110)이 타워 하단으로부터 타워 상단으로 수직 이동하는 이동 방향과, 나셀(110)로부터 분리되어야 하는 분리 방향을 고려하여, 나셀(110)과 결합하는 지지 구조를 갖추는 것이 바람직하다.
도 7 및 도 8은 나셀을 포함하는 풍력발전기의 설치 방법을 도시한 것이다.
도 7을 참조하면, 타워(200)를 형성하기 위한 어느 한 타워 1단에 나셀(110)을 결합하고, 풍력 발전기의 설치 지점 주변에 위치한 크레인을 이용하여 나셀(110)과 결합한 타워 1단을 풍력 발전기의 설치 지점에 위치시킨다(①).
또한, 타워 1단에 나셀(110)을 결합하는 경우, 나셀의 허브에 일부 블레이드를 함께 장착하여 결합하는 것도 가능하다.
이후, 전술한 크레인을 이용하여 타워 2단 내지 타워 최종단까지 설치한다(②).
이후, 전술한 크레인을 이용하여 타워 상단에 더미타워 크레인을 설치한다(③).
도 8을 참조하면, 상기 더미타워 크레인을 설치한 후 타워 상단의 더미타워 크레인을 이용하여 타워 1단에 위치한 나셀을 타워로 형성된 축을 따라 타워 상단으로 수직 이동시킨다(④).
이후, 전술한 크레인과 더미타워 크레인을 함께 이용하여 타워 상단에 설치된 허브에 블레이드를 설치한다(⑤). 즉, 타워 상단으로 나셀을 안정적으로 이송하여 나셀의 설치를 완료한 후, 전술한 크레인(즉, 해상 크레인)과 더미타워 크레인을 함께 사용할 수 있다.
그리고, 상기 허브에 대한 블레이드 설치가 완료되면, 전술한 크레인을 이용하여 타워 상단의 더미타워 크레인과 나셀 내측에 위치한 타워 가이드(130)를 제거한다(⑥). 예를 들면, 상기 허브에 설치 가능한 블레이드가 3개인 경우 3개의 블레이드에 대한 설치를 마친 후 타워 상단에 위치한 더미타원 크레인을 제거할 수 있다.
이상과 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
또한, 본 발명은 풍력 발전기의 타워로 형성된 축을 따라 타워 상단으로 나셀을 수직 이동하는 것임에 따라, 시판 또는 영업의 가능성이 충분할 뿐만 아니라 현실적으로 명백하게 실시할 수 있는 정도이므로 산업상 이용가능성이 있는 발명이다.
110: 나셀
111: 제1 모듈 구조체 112: 제2 모듈 구조체
113: 이동부 113-1: 레일 가이드
113-2: 모터 113-3: 기어부
114-1: 상부 홀 114-2: 하부 홀
120: 구동모듈 130: 타워 가이드

Claims (5)

  1. 풍력 발전기의 타워 상단에 설치되는 나셀에 있어서,
    상기 나셀에 고정형으로 구비되는 제1 모듈 구조체;
    상기 나셀에 구비되고, 상기 나셀의 외측으로 이동 가능한 제2 모듈 구조체; 및
    상기 제2 모듈 구조체의 이동을 위한 동력을 제공하는 이동부를 포함하는, 나셀.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 이동부는,
    상기 제2 모듈 구조체의 이동을 위한 제어신호에 응답하여 동작하는 모터;
    상기 모터의 동력을 전달하는 기어부; 및
    상기 기어부의 최종단 기어와 맞물리는 레일 구조를 갖추는 레일 가이드를 포함하는, 셀.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 나셀은 상기 타워로 형성된 축과 결합하기 위한 상부 홀 및 하부 홀을 구비하는 나셀.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 상부 홀은 개폐식으로 구비되는 나셀.
  5. 풍력발전기의 타워 상단에 나셀을 설치하는 풍력발전기 설치 방법에 있어서,
    상기 나셀과 이동 가능하게 결합한 타워의 어느 한 일단을 타워 하단에 설치하는 단계; 및
    상기 나셀을 상기 타워로 형성된 축을 따라 상기 타워 상단으로 수직 이동하는 단계;를 포함하는, 풍력발전기 설치 방법.






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* Cited by examiner, † Cited by third party
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