KR20160101109A - 수력 발전 터빈 어레이를 관리하는 방법 - Google Patents

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제임스 아이브스
폴 던
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오픈하이드로 아이피 리미티드
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Abstract

본 발명은 수력발전 터빈 어레이를 관리하는 방법을 제공한다. 해저면 상에 복수의 해저 기반들을 설치하는 단계, 둘 이상의 해저 기반들 사이에 연결용 전기 케이블을 배치하는 단계를 포함한다. 케이블을 방해하지 않고 수리 등을 위하여 터빈들과 같은 다른 부품들이 제거되는 동안에, 어레이의 작업 동안에 해저 위에 케이블들의 위치가 유지된다.

Description

수력 발전 터빈 어레이를 관리하는 방법{A method of managing a hydroelectric turbine array}
본 발명은 수력발전 터빈 어레이(array)를 관리하는 방법에 대한 것이다. 특히, 해저(seabed) 상에서 수력발전 터빈 어레이가 효율적인 폭의 배열로 배치되고 그 후에도 배열이 관리되도록 하는 방법이다. 예를 들면, 남은 어레이의 작동에 대한 방해를 최소화하면서 수리 또는 교환을 위해 터빈을 제거하는 것이다.
발전을 위한 해저 수력발전 터빈의 이용은 점점 중요해지는 기술분야이며, 팽창하는 재생에너지 분야에서 터빈은 현재 가능한 구성으로 여겨진다.
결과적으로, 다양한 디자인의 터빈, 터빈의 기초들, 더불어 해저 또는 다른 희망 설치 장소로부터 터빈을 배치 및/또는 회수하는 방법들에 대한 연구와 개발을 수행하는 많은 수의 활동적인 파일럿 프로젝트가 있다. 이러한 프로젝트들 중 극소수가만 성숙단계에 도달하고 상업적 성숙단계로 발전하였다. 상업적 성숙단계는 재정적으로 실행가능하기 위하여 다수의 터빈들의 설치를 요한다. 바람직하게, 현재 전 세계에 걸쳐 해안 또는 먼 바다에서 일반적인 풍력 터빈 어레이와 유사한 조력 터빈 어레이이다.
이러한 조력 터빈 어레이의 설치 및 유지는, 배치, 운영 및 유지하는 것이 상업적으로 가능하기 이전에 다루어지고 극복해야 할 많은 실제적 문제들을 제시한다.
따라서, 본 발명의 목적은 수력발전 터빈 어레이를 배치하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면 수력발전 터빈 어레이를 관리하는 방법이 제공되고,
해저면 상에 다수의 해저 기반들 설치하는 단계; 및
둘 또는 그 이상의 해저 기반들 사이에 연결용 전기 케이블을 배치시키는 단계를 포함한다.
바람직하게, 해저 기반들의 하나와 떨어진 변전소 사이에 전력 전달 케이블을 위치시키는 단계를 포함한다.
바람직하게, 각각의 전기 케이블의 각 단부와 각 해저 기반 사이에 전기 및/또는 기계적 연결을 설정하는 단계를 포함한다.
바람직하게, 하나 또는 그 이상의 기반들에 전기적 서브시스템 (electrical subsystem)을 공급하는 단계를 포함한다.
바람직하게, 전기적 서브시스템으로서 전력 조절 장치를 제공하는 단계를 포함한다.
바람직하게, 연결용 전기 케이블을 배치시키는 단계에서, 각 기반들과 연결된 전기 출력은 적어도 하나의 전기적 서브시스템에서 처리되도록 상기 케이블이 배치되는 것을 포함한다.
바람직하게, 각 기반 및 전기 케이블이 방해되지 않은 상태로 해저면으로부터 하나 또는 이상의 전기적 서브시스템을 회수하는 단계를 포함한다.
바람직하게, 연결용 전기 케이블들을 배치하기 전 또는 후에 하나 또는 그 이상의 해저 기반에 수력발전 터빈을 제공하는 단계; 및
각 기반에 터빈을 고정시키는 단계를 포함한다.
바람직하게, 각 터빈과 각 기반 사이에 전기적 연결을 설정하는 단계를 포함한다.
바람직하게, 기판에 터빈을 배치 및/또는 고정하는 단계는, 터빈과 기판 사이의 전기적 연결을 설정한다.
바람직하게, 각 기반 및 전기 케이블이 방해되지 않은 상태로 해저면으로부터 하나 또는 그 이상의 터빈을 회수하는 단계를 포함한다.
바람직하게, 케이블을 배치하는 제1 선박 및 기반 및/또는 터빈 및/또는 전기적 서브시스템을 배치하는 제2 선박을 이용하는 단계를 포함한다.
바람직하게, 기반 및/또는 터빈 및/또는 전기적 서브시스템을 배치하는 단계에서, 배치 선박(deployment vessel)으로부터 기반 및/또는 터빈 및/또는 전기적 서브시스템을 내리는 단계를 포함한다.
바람직하게, 하나 또는 이상의 기반들을 배치하는 단계에서,
가이드 선박에 기판을 고정하는 단계;
가이드 선박을 해저면을 향하여 배치하는 단계;
가이드 선박으로부터 기반을 해제하는 단계를 포함한다.
바람직하게, 해저 기반 중 하나로서 해저면 상에 전기 연결 허브(electrical connection hub)를 설치하는 단계;
추가의 해저 기반으로서, 연결 허브 주변에 수력발전 터빈을 지지하게 채택되는 하나 이상의 해저 베이스를 설치하는 단계;
허브와 각 베이스 사이의 전기적 연결을 설정하기 위하여 연결용 전기 케이블을 배치하는 단계를 포함한다.
바람직하게, 지지체에 전기 서브시스템을 고정하는 단계;
허브 상에 지지체를 배치하는 단계; 및
허브에 지지체를 고정하는 단계를 포함한다.
바람직하게, 지지체 및/또는 터빈을 배치하는 단계에서,
가이드 선박에 지지체 또는 터빈을 고정하는 단계;
허브 또는 베이스를 향하여 가이드 선박을 배치하는 단계;
허브와 지지체 또는 터빈과 베이스 사이의 정렬을 수행하기 위해 가이드 선박을 이용하는 단계를 포함한다.
바람직하게, 각 전기 케이블과 허브 및 각 해저 베이스 사이의 전기적 연결을 설정하는 단계를 포함하고, 허브에 지지체를 배치 및/또는 고정하는 단계는 허브와 전기 케이블 사이의 전기적 연결을 설정한다.
바람직하게, 허브 도는 베이스와 실질적으로 정렬될 때 가이드 선박에 장착되거나 일체로 형성된 버퍼에 허브 또는 베이스와 접촉을 통하여 가이드 선박의 이동을 구속하는 단계를 포함한다.
바람직하게, 기반, 지지체 또는 터빈을 가이드 선박에 고정하는 단계에서, 기반, 지지체 또는 터빈 상의 복수의 커플러(coupler)에 대응되는 복수의 커플러(coupler)를 가이드 선박에 연결한다.
바람직하게, 흐르는 조류(running tide)에서 상기 방법을 수행하는 단계; 및
가이드 선박을 허브 또는 베이스 주변의 위치로 접근시키기 이전에 허브 또는 베이스의 썰물 조류에 가이드 선박을 배치하는 단계를 포함한다.
본 발명은 첨부되는 도면들을 참조로 기술된다.
도 1은 본 발명에 따른 수력발전 터빈 어레이의 부분을 형성하는 다수의 기반을 보여준다. 어레이는 해저 상에 초기 배치 단계에 있다.
도 2는 도 1의 수력발전 터빈 어레이 및 어레이의 부분으로 놓여진 전기 케이블 망(network of electrical cabling)을 보여준다.
도 3은 해저의 기반들 위에 배치되는 다수의 수력발전 터빈들을 가지는 도 1 및 2의 어레이를 보여준다.
도 4는 다양한 배치의 과정 및 잠재적 터빈 어레이 부품의 회수에서 사용되는 배치 선박을 보여준다.
도 5는 도 4에서 보여진 배치 선박의 일부를 형성하는 배치 수단의 사시도를 보여준다.
도 6은 도 1 내지 3에 보여진 터빈 어레이의 일부를 형성하는 전기 연결 허브를 보여준다.
도 7은 다양한 케이블 연결을 가지는 도 6에서 보여진 연결 허브를 보여준다.
도 8도 6에서 보여진 허브에 연결을 위하여 지지체 상에 장착되는 전기 서브시스템을 보여준다.
도 9는 도 5의 배치 수단에 의해 연결 허브 상에 배치된 지지체 및 전기 서브시스템을 보여준다.
도 10은 변전소의 배치 후에 위로 떨어져 올려진 도 5의 배치 수단을 가지는 도 9의 결합된 변전소와 허브를 보여준다.
도 11은 허브에서 케이블 유지 및 연결과 연관된 추가적 세부사항을 포함하는 도 10에서 결합된 변전소와 허브를 보여준다.
첨부된 도면들을 참조하면, 도 1 및 2에서 10으로 표시되고 부분적으로 보여지고 도 3에서는 전체가 보여지며, 어레이(10)를 지나는 물의 조류 흐름으로부터 상업적 수준의 전기를 발전하는데 사용되는 수력발전 터빈(12) 어레이(10)가 나타난다. 바람직하게, 발전된 전기는 어떠한 적절한 용도에 사용을 위해, 예를 들면 전국 송전선망 등에 공급되기 위하여 해안으로 전송된다.
본 발명은 어레이(10)의 관리 방법을 다룬다. 어레이 관리 방법은, 어레이(10)는 효율적인 방식으로 배치되고 그 후에 유지 보수될 수도 있는, 예를 들면 남은 어레이(10)의 작동에 대한 방해를 최소화하면서 수리 및 교체를 위하여 터빈(12)을 제거하는, 해저 상에 어레이(10)의 초기 배치를 포함한다. 어레이(10)의 초기 배치는 예를 들어 단계적으로 또는 모듈 방식으로 행해질 수 있다. 어레이(10)의 요소들의 제1 세트는 하나의 작업 동안 배치될 수 있고, 두 번째 작업에서 제2 세트가 배치되는 등등의 방식으로 이루어질 수 있다. 이하에서 상세하게 기술되는 바와 같이, 이러한 방식은 배치 작업에서 다양한 단계 동안에 선박(26) 등과 같은 다양한 배치 장비의 이용으로 가능하게 될 수 있다.
어레이(10)는 복수의 수력발전 터빈(12)을 포함한다. 복수의 수력발전 터빈(12)은 다양한 크기, 디자인 및 전기 용량일 수 있고, 실시예에 나타난 바와 같이, 해저면, 주로 바람직하게는 해저(seabed) 상의 소정의 배치 자리에 터빈(12)을 지지하기 위하여, 해저 베이스(subsea base, 14)의 형태를 가지는 기반 (foundation)에 각 터빈(12)이 장착된다. 바람직하게 터빈(12)은 고정된 외측 고정자 및 고정자 내에 회전이 가능하게 갇힌 회전자를 포함한다. 회전자는 회전자를 지나는 물의 흐름에 대응하여 회전한다. 예를 들어 회전자 상에 자석 어레이(10)를 그리고 고정자 상에 코일 어레이(10)를 제공함으로써, 회전자의 회전은 고정자와 회전자의 사이의 상대적 움직임으로 귀결되고, 알려진 바와 같이 전기를 발생시킨다. 그러나, 터빈(12)을 지나는 물의 조류 흐름에 대응하여 발전할 수 있는 어떠한 다른 적절한 구성도 터빈(12)이 될 수 있다.
터빈(12)과 마찬가지로 베이스(14)도, 상기 기술한 터빈(12)에 대한 지지기능을 제공할 수 있는 어떠한 적절한 형태일 수 있다. 바람직한 실시예에서, 베이스(14)들은 소위 말하는 중력(gravity) 베이스(14)이다. 말뚝박기 또는 해저에 구조물을 고정시키는 일반적 수단 없이, 순수한 중력의 영향에 의해 해저 상에 위치가 유지되는 베이스(14)를 의미한다. 그러나, 베이스(14)가 해저에 위치를 유지하는 동안, 바람직하게 베이스(14)는 터빈(12)이 설치되도록, 바람직하게는 회수되도록, 설계된다. 이러한 방식은 본 발명에서 필수적이지 않으나, 이후 상세히 기술하는 바와 같이 많은 이점을 제공한다. 기본적으로 어레이(10)에 대한 초기 케이블 관리와 관련하고, 그 후의 터빈(12)의 관리 또는 유지보수에서 터빈(12)이 회수될 때 각 베이스(14)와 간섭을 요하지 않는 이점이 있다. 남아있는 어레이(10)에 최소한의 방해만을 끼치며, 하나 또는 이상의 터빈(12)이 제거되었을 때도 바람직하게 발전이 계속될 수 있다.
보여진 실시예에서, 터빈(12) 어레이(10)는 허브(16)를 더 포함한다. 허브(16)는 사용상태에서 전기적 연결 노드(node)로서 동작한다. 각각의 연결용 케이블(18)을 통하여 터빈(12) 어레이(10)는 각각 전기적으로 전기적 연결 노드에 연결되고, 허브(16)로부터 하나의 전력 전달 케이블(20)이 떨어진 변전소(미도시)에 연결될 수 있다. 따라서, 터빈(12)으로 생산된 모든 전기가 변전소로 공급될 수 있다. 허브(16)는 어떠한 적절한 형태일 수 있고, 제시된 실시예에서는 허브(16)를 해저에 안정적으로 앉게 하는 삼각대의 다리(24)를 가지는 삼각형 프레임(22)을 포함한다. 바람직하게는 말뚝박기 또는 다른 해저 준비과정 및/또는 연결의 필요 없이 순수하게 중력을 바탕으로 한 설치하여, 해저 상의 허브(16) 배치와 관련된 일을 최소화하는 것이다. 제시된 실시예에서는 허브(16)가 터빈(12) 각각에 직접 연결되는 것을 보여주나, 어레이(10)는 허브(16)와 간접적으로 연결되는 하나 이상의 터빈(12)을 포함하게 구성될 수 있다. 예를 들면, 허브(16)와 직접 연결되는 중간 터빈(12)을 통하여 연결될 수 있다.
사용상태에서, 이하에서 보다 상세히 설명되는, 허브(16)는 각 터빈(12)에서 생산된 전기를 처리하는 전력 조절 장치(power conditioning hardware)를 수반한다. 예를 들면, 교류에서 직류로 변환 및/또는 상대적으로 긴 거리를 통하여 해안 등으로 전기를 전송하기 위한 승압이 있다. 그러나 각 터빈(12)에서 생산되는 전기의 지역적 또는 개별적 처리를 가능하게 하기 위하여, 이러한 전력 조절 장치는 각 터빈(12) 및 베이스(14) 결합체의 주변 또는 위에 제공될 수 있다. 이러한 안에서 어레이(10)로부터 허브(16)를 생략하는 것이 가능하고, 복수의 터빈(12)을 병렬적으로 연결되고 결합된 터빈(12)과 베이스(14) 설치물 중 하나가 전송 지점으로 사용될 수 있다. 전송 지점에서 어레이(10)에서 생산된 전기는 해안으로 전송된다. 이러한 방법으로 허브(16)가 생략됨에도 불구하고 하나의 전력 전송 케이블이 적용될 수 있다.
제시된 실시예에서, 허브(16)는 복수의 베이스(14)와 형상 및 크기에서 유사하다. 그렇기 때문에, 도 4에서 배치 선박(26)으로 보여진, 같은 배치 선박(26)을 이용하여 베이스(14) 및 허브(16)를 해저 상에 배치할 수 있다. 터빈(12) 어레이(10)의 다양한 부품들을 설치하는 비용 및 복잡성을 줄일 수 있다.
사용 상태에서, 배치 장소가 선택되고 베이스(14) 및 허브(16)를 위한 각각의 위치가 설정되면, 베이스(14) 및 허브(16)는 각각 해저 상의 위치로 내려진다. 상기 기술된 부품들 각각은 개별로 배치 선박(26)에 고정된다. 바람직하게, 배치 선박(26)의 아래에 매달린 것으로 실시예에서 제시된 운송 프레임(28) 형태의 가이드 선박에 의하여 이루어진다. 바람직하게, 윈치(winch)에 의해 감겨지고 배치 선박(26)의 아래로부터 운송 프레임(28)을 올리고 내리도록 채택된 많은 수의 내림 줄에 의해 이루어진다. 부품들 및/또는 운송 프레임(28)은 가능한 방식으로 배치 선박(26)에(그리고 선박에 의해) 완전히 또는 부분적으로 수면 밖으로 올려진 위치에 고정될 수 있다. 예를 들면, 선박에 형성된 중앙 문 또는 개구 안에, 부품들 및 운송 프레임(28)이 고정되지 않거나 선박의 아래에 배치되지 않을 때, 이러한 배치 위치의 이점을 얻고자 부품 및/또는 프레임(28)은 이러한 위치로 내려질 수 있다. 내리는 줄은 이후 기술하는 이유로 전기, 유압, 공압 등과 같은 동력을 선박으로부터 프레임(28)으로 전달할 수 있다. 그러나 바람직하게는 전속적 동력선 또는 엄비리컬(Umbilical, 미도시)이 배치 선박(26)과 프레임(28) 사이에 제공된다. 제시된 실시예에서, 프레임(28)은 관형의 철로 제조된다. 재질 및 형상은 이하에서 기술하는 근본적인 기능을 보유하는 한 다양할 수 있다.
도 5 및 10를 특히 참조하면, 프레임(28)은 평면적으로 실질적인 u 형상이고, 후반부에서 서로를 향하여 좁아지고 꼭지점에서 연결되는 한 쌍의 마주하는 암(arm)을 포함한다. 각 암은 고정된 또는 움직일 수 없는 가이드에서 끝이 난다. 가이드는 프레임(28)의 길이방향 축으로부터 멀어지는 바깥쪽으로 곡선을 이룬다. 가이드에 의해 정의된 암의 자유단은, 도킹(docking) 공간으로 열려 있으나 프레임(28)으로 울타리를 친 장소인 프레임(28)의 입구(mouth)를 정의한다. 프레임(28)의 길이방향 축 방향으로, 도킹 공간은 교차부(cross member) 형태의 추가적 가이드에서 끝난다. 교차부는 한 쌍의 암 사이에 횡으로 연장된다. 교차부는 버퍼로서 역할을 한다. 각 베이스(14)로부터 터빈(12)을 회수하는 동안 프레임(28)이 위치로 진행할 때, 프레임(28)이 의도된 위치를 넘어서 진행하지 않도록 일 측면에서 버퍼는 터빈(12)의 바깥 면과 접촉한다.
제시된 실시예에서, 운송 프레임(28)은 풀 수 있는 잠금 수단을 포함한다. 잠금 수단은 세 개의 볼그랩(ball grab, 30) 형태이고, 베이스(14)와 허브(16)의 속인 빈 다리(hollow leg)에 삽입이 가능하며, 운송 프레임(28) 바로 아래에, 따라서 간접적으로 선박의 아래에, 허브(16) 또는 베이스(14)를 유지하도록 다리의 안쪽을 붙잡도록 작동될 수 있다. 어떠한 다른 적절한 기능적 대체품이 볼그랩(30), 더불어 내림줄(lowering line) 및 윈치를 대신하여 제공될 수 있다. 볼그랩(30)의 작동에 대한 상세한 설명을 포함하는 배치 방법은, 이전의 유럽특허 출원 10190576.8에 설명되고 나타난다.
베이스(14) 또는 허브(16)가 운송 프레임(28)에 고정되면, 선박을 견인하는 바지선이나 선박에 제공된 직접적인 운전 수단(미도시)에 의해 선박은 배치 장소로 이동된다. 배치 장소에 있으면, 아래 매달린 베이스(14) 또는 허브(16)를 옮기는 운송 프레임(28)은 해저를 향하여 선박의 아래 쪽으로부터 멀어지는 아래로 내려진다.
베이스(14) 또는 허브(16)가 해저 상에 놓여지고 설치의 적합성이 확립되면, 원격의 유압 작동이나 다른 것을 통하여 볼그랩(30)은 풀려지고 운송 프레임(28)은 베이스(14) 또는 허브(16)로부터 멀어지는 위로 올려진다. 어레이(10)의 일부로서 설치되는 추가적인 베이스(14) 또는 허브(16)를 수집하기 위하여 선박은 도크나 다른 정박 포스트로 돌아갈 수 있다.
각 베이스(14)에 대한 설치 과정은, 각 베이스(14)를 허브(16) 주변의 해저 상의 위치에 또는 허브(16)가 어레이(10)의 일부를 형성하지 않을 때는 서로 간에 관계에서 적당한 위치에 내리기 위하여, 선박 및 운송 프레임(28)을 이용한 허브(16)의 것과 본질적으로 동일하다. 앞서 기술한 어레이(10)의 각 부품들에 대하여 같은 선박을 이용하는 것은, 이러한 부품들의 배치에 대한 비용 및 복잡성을 상당히 줄인다. 이러한 이유로, 상기 선박과 프레임(28)에 의해 이송되고 배치될 수 있도록 허브(16)와 베이스(14)는 유사한 모양이 바람직하다. 따라서 각 베이스(14)는, 각각 볼그랩(30)을 수용하며 베이스(14)를 프레임(28)과 선박 아래에 고정되어 유지되고 선박 아래로부터 해저로 프레임(28) 상에 내려지도록 상단부에서 빈 형상인 세 개의 다리를 포함한다. 도 1에 나타난 바와 같이, 베이스(14) 및 허브(16)는 어레이(10) 배치의 첫 단계로서 해저 상에 놓여질 수 있다. 그러나 상기 기술한 부품들 중 하나 이상이, 선박에 기반한 하나 이상의 통상적인 크레인 등과 같은 어떠한 다른 적합한 장치에 의해 해저나 다른 배치 위치에 놓여질 수 있다.
허브(16) 및 복수의 베이스(14)가 해저에 배치되면, 터빈(12) 어레이(10)의 배치 방법에서 다음 단계는, 제시된 실시예에서 각 베이스(14) 및 허브(16) 사이에 놓여진, 연결용 케이블(18)을 위치하는 것이다. 해저 케이블(submarine cable) 부설은 일반적으로 배치 선박(26)보다 크고 더욱 특별한 선박을 요하므로 이 단계에서 전속전인 케이블 배치 선박(미도시)이 적용됨이 바람직하다. 연결용 케이블(18)의 각각 길이방향은, 각 터빈(12)에 전기적으로 직접 연결되는 것에 대비하여 일단이 허브(16)에 전기적으로 연결되고 타단이 베이스(14)에 연결됨이 바람직하다. 이러한 방식으로 배치 방법은, 베이스(14) 및 허브(16)가 연결용 케이블(18)을 따라 배치 작업의 시작에서 한번에 놓여지게 한다. 설치 다음에, 연결용 케이블(18)이나 베이스(14)를 관리할 필요 없이, 터빈(12)은 유지보수나 업그레이드를 위하여 독립적으로 제거될 수 있다. 이러한 것은 해저 케이블의 관리로서 상당한 이점이다. 해저에서 케이블의 이동은 어렵고 시간이 많이 소요되는 작업이다. 특히 바람직한 정렬에서, 케이블(18)의 원치 않는 이동이나 변형을 막거나 줄이고자 사용 시에 케이블에 가해지는 조력을 최소하기 위하여, 하나 이상의 케이블(18)은 주요한 조류의 방향과 실질적으로 일직선으로 놓여진다.
각 연결용 케이블(18)이 허브(16)와 각 베이스(14) 사이에 놓여지면, 양단부에서 각각 허브(16) 또는 베이스(14)와 전기적 연결이 설정되어야 한다. 케이블 또는 각 케이블 속 코어(미도시)의 이러한 마지막 전기적 연결은, 예를 들어 잠수부, 원격 작동되는 장치(remotely operated vehicle, ROV)에 의해 그리고, 추가적인 부품이 어레이(10)의 부품으로서 나중에 설치될 때 예를 들어 허브(16)에서 이루어질 수 있다. 상세한 것은 이후에 기술된다. 제시된 실시예에서 베이스(14)를 참조하면 복수의 터미널(32)들이 제공된다. 각각은 연결용 케이블(18)의 단부를 수용하도록 채택된다. 터미널(32)들은 상기 기술한 각 케이블의 직접적 종료가 잠수부 또는 ROV 등에 의해 지역적으로 가능하도록 채택될 수 있다. 대안적으로, 어레이(10)의 추가적 부품이 허브(16)에 연결될 때, 터미널(32)들은 케이블 단부와 마지막 전기적 연결을 자동적으로 설립하도록 채택될 수 있다.
특히 도 8 내지 10을 참조하면, 터빈(12) 어레이(10)는 바람직하게 전기적 서브시스템(34)을 추가로 포함할 수 있다. 전기적 서브시스템(34)은, 예시적으로 정류 회로, 해안으로 전송을 위한 전압을 증가시키기 위하여 승압기, 또는 해안으로 전송 전에 터빈(12) 그리드(grid)으로부터 전력 출력을 만드는 전력 조절 부품들을 포함할 수 있다. 제시된 실시예에서는 서브시스템이 허브(16)에 연결되게 채택된 지지체(36)에 먼저 연결되어 있지만, 전기적 서브시스템(34)은 허브(16)로 직접 연결되게 채택될 수 있다. 또한 바람직하게 선박 및 운송 프레임(28)에 의해 허브(16) 위에 위치로 내려지도록 채택될 수 있다. 그러나 앞서 기술한 바와 같이 터빈(12) 또는 베이스(14) 각각에 전속적인 지역적 전력 조절 장치(미도시)가 제공될 수 있다.
지지체(36)에, 운송 프레임(28)의 볼그랩(30)에 의해 맞물릴 수 있게 배치된 세 개의 다리가 제공된다. 따라서, 허브(16) 및 베이스(14)를 참조로 이전에 기술된 바와 같이, 지지체(36) 및 연결된 서브시스템은 선박(26)의 아래에 고정되고 배치 장소로 이동될 수 있다. 허브(16)의 정확한 위치는, GPS 및 참조를 위한 가능한 표지 부표(marker buoy)를 사용하거나 배치 장소 위의 바다 표면에서 동적 위치잡이(Dynamic Positioning, DP)에 의해 알려지고 유지된다. 그러면 선박(26)은 허브(16)에 대하여 정확하게 위치될 수 있다.
허브(16)에 도달한 때 선박(26)은 바람직하게는 약간 하류 또는 조류 흐름의 방향에 대하여 허브(16)의 하류 조류에 위치된다. 그러면 프레임(28)은, 내림줄로 프레임(28)이 허브(16)와 같은 수평좌표에 있을 때까지 내려진다. 조류가 흐르는 동안 허브(16)의 바로 하류에 프레임(28)이 배치됨으로써, 조류의 흐름은 프레임(28)의 길이방향 축과 실질적으로 나란한 방향이 된다. 프레임(28)을 지나는 물의 조류 흐름은, 허브(16)에 대한 프레임(28)의 바른 정렬을 유지시키는 경향이 있다. 하류 위치로부터 선박(26) 및 프레임(28)을 진행시킴으로써, 허브(16)로부터 프레임(28)을 떠내려가게 하는 바지선이나 터그(tug)선으로 전력 손실이 있는 경우에 작업에 안전장치가 만들어 진다. 따라서, 프레임(28)이 허브(16)와 접촉하고 손상시키는 가능성을 회피할 수 있다.
이 지점에서 프레임(28)은 허브(16)를 향하여, 바람직하게 프레임(28)의 길이방향 축과 실질적으로 나란한 방향으로 그리고 입구가 앞서는 형태로 진행한다. 배치 작업 동안에 프레임(28)의 자세/상태를 모니터링(monitoring)하는 다수의 센서들(미도시)이 프레임(28)에 제공됨이 바람직하다. 물이 맑지 않거나 탁도가 높거나 야간 작업 동안에도, 작업 동안에 시각적인 피드백을 제공하기 위하여, 이러한 센서들은 하나 이상의 카메라 또는 이미지 소나(sonar)의 형태일 수 있다.
프레임(28)은 천천히 허브(16)에 접근하고, 만일 프레임(28)의 암들 위 두 쌍의 가이드 사이에 정렬 오류가 있으면, 프레임(28)은 허브(16)에 제공된 한 쌍의 수직기둥에 접촉한다. 수직기둥은 결합하여 프레임(28)의 위치를 부드럽게 교정하도록 제공되어, 지지체(36)가 허브(16) 위로 정확한 정렬로 있게 된다. 도 7에 제시된 바와 같이, 교차부가 수직기둥 접촉할 때, 그에 따라 프레임(28)의 추가적인 수평 이동이 구속되는 때까지 허브(16) 위에서 프레임(28)의 수평적 이동은 계속된다. 수직기둥과 접촉할 때 지지체(36)의 다리들이 베이스(14)의 다리들(24) 바로 위에 위치되도록, 교차부는 배치된다. 수직기둥에 대하여 프레임(28)을 단단히 잡아주도록 내림줄에 약간을 장력을 주기 위하여 이 단계에서 선박(26)을 약간 상류로 진행시키는 것이 바람직하다. 난류 및/또는 조류의 속도의 변동으로 인하여, 속도의 증가는 일시적으로 프레임(28)을 허브(16)의 하류에 옮길 수 있다. 그리고 증가되었던 조류 흐름이 줄어들면, 프레임(28)은 수직기둥 또는 허브(16)의 다른 부분을 향하여 되돌아오고 접촉한다. 따라서, 이러한 프레임(28)의 흔들림(swinging)은 허브(16) 또는 프레임(28)에 손상을 초래할 수 있다. 내림줄에 장력을 줌으로써, 프레임(28)은 허브(16)에 대하여 단단하게 잡혀 있다.
이 지점에서 선박(26)은 멈추어지고 허브(16) 바로 위에 위치가 유지된다. 프레임(28)을 수직으로 천천히 내리기 위하여 내림줄이 이용되어, 지지체(36)는 허브(16) 위 위치로 완전히 내려진다. 이 지점에서 프레임(28)을 내리는 윈치는 멈춘다.
허브(16) 위에 지지체(36)가 정확히 장착되면 볼그랩(30)은 풀릴 수 있고 운송 프레임(28)은 결합된 허브(16) 및 지지체(36)로부터 위로 당겨질 수 있다. 지지체(36)가 허브(16) 위에 내려질 때, 지지체(36) 및 베이스(14)의 다리들은 바람직하게 서로 맞물리게 디자인된다. 두 부품들을 고정시키는 어떠한 다른 적절한 수단들도 적용될 수 있다. 특히 도 11을 참조하면, 허브(16)는 이제 전기 케이블(18, 20)에 전기적으로 연결되도록 준비된다. 다양한 연결용 케이블(18)의 각 터미널(32) 단부는 허브(16) 상의 각 터미널(32)에 배치되고 고정된다. 바람직하게, 바로 인접한 터미널(32)에 케이블의 단부를 고정시키기 위하여, 가이드(40)는 터미널(32)로부터 바깥쪽으로 그리고 아래쪽으로 연장된다. 사용상태에서 이러한 것은, 시간에 걸쳐 터미널(32)의 전기적 오류를 발생시킬 수 있는 케이블의 의도되지 않는 움직임을 방지한다. 유사하게, 전력 전송 케이블(20)은 터미널(42)에서 종단에 도착한다. 인접한 터미널(42)에 케이블(20)의 단부를 고정시키기 위하여, 터미널(42)에는 전속적 가이드(44)가 제공된다.
바람직하게, 지지체(36)가 허브(16) 위에 위치에 고정되면, 서브시스템(34)에 대한 한 쌍의 전기적 연결(46)이 터미널(32)들과 정렬되는 지점에, 지지체(36)는 서브시스템(34)을 수반한다. 이러한 방식으로, 케이블(18)이 터미널(32)들에 연결되면, 터미널(32)들과 연결들(46) 사이에 짧은 길이의 연결용 케이블(미도시)을 제공하는 것은 상대적으로 쉬운 문제이다. 이러한 것은 잠수부, ROV 또는 어떠한 다른 적당한 수단들에 의해 수행될 수 있다.
대안적으로, 앞서 기술한 바와 같이, 지지체(36)와 허브(16)를 맞물리는 행위는, 연결용 케이블(18)들의 단부들과 터미널(32)들 사이의 전기적 연결을 설립하기 위해 이용될 수 있다. 이러한 방식으로, 전기적 연결들을 확립시키는 데에 추가적 시간 또는 장치를 요하지 않는다.
허브(16) 위에 내려지고 고정되는, 지지체(36)에 서브시스템(34)을 장착하는 과정은, 어레이(10) 배치에 사용되는 선박(26)에 관하여 예상치 못한 이점을 제공한다. 허브(16)는 순전히 자체의 무게로 해저 상에 위치를 유지하도록 설계되므로, 허브(16)의 최종 무게는 해저 상에 안정적 배치를 보장하기 충분하도록 할 필요가 있다. 그러나 허브(16)의 무게는 배치를 하는데 필요한 선박(26)의 크기를 좌우한다. 매우 커져서 상당한 실질적, 재정적 및 다른 문제점을 가질 수 있다. 서브시스템(34)을 지지체(36)에 장착함으로써, 지지체(36)의 무게는 허브(16)의 최종 무게의 일부가 될 수 있다. 상당히 큰 무게가 얻어지므로 실제적인 크기의 선박(26)을 이용하는 것을 가능하게 한다. 부품들의 크기의 어떠한 증가 없이도 그리고 배치를 하는 선박(26)의 크기를 두 배로 요하지 않고도, 기본적으로 허브(16)와 지지체(36)는 최종 무게가 허브(16) 혼자의 무게의 두 배가 되게 할 수 있다.
이 지점에서, 모든 전기적 연결들은 베이스(14)와 허브(16), 그리고 허브(16)와 전기가 공급되는 해안 또는 다른 원격 변전소 사이에 설정된다. 복수의 터빈(12)은 베이스(14) 위에 이송되고 배치될 수 있다. 그러나 터빈(12)은 다른 순서로 배치되는 것도 생가될 수 있다. 예를 들면, 케이블들(18, 20)이 놓이기 전에 베이스(14) 위에 터빈(12)을 위치할 수 있다. 배치 과정에서 이용되는 특별한 선박(26)의 이용가능성에 의해, 또는 어떤 다른 기준에 의해 선택된 특별한 순서가 지시될 수 있다. 터빈(12)들의 배치는, 각 터빈(12)을 각각의 베이스(14) 위에 내리기 위하여, 바람직하게 이송 선박(26), 대안적으로 운송 프레임(28)을 이용하여 수행될 수 있다. 제시된 바람직한 실시예에서, 허브(16)와 베이스(14) 사이의 전기적 연결은 이미 설정되기 때문에, 각 베이에 대하여 터빈(12)을 레지스터(register)로 내리는 과정은 터빈(12)과 베이스(14) 사이의 적절한 전기적 연결을 설정하여, 작동하는 동안 터빈(12)에 의해 발생된 전기는 베이스(14)를 통하고 연결용 케이블(18)을 통해 허브(16)에 전달된다.
그러나 터빈(12)과 베이스(14) 사이의 전기적 연결은 어떠한 다른 적절한 수단들에 의해, 예를 들면 잠수부, ROV 등과 같은, 얻어지는 것은 생각될 수 있다. 그러나 자동적으로 연결이 설정됨으로써, 터빈(12)이 베이스(14) 위에 내려질 때 이러한 지역적 작업에 대한 필요성은 피할 수 있다. 유사하게, 유지보수, 수리 또는 교체를 위하여 터빈(12)을 수거하는 것이 필요할 때, 베이스(14)에서 터빈(12)을 떼어 당기는 행위가 자동적으로 터빈(12)과 각 베이스(14) 사이의 전기적 연결을 단절시키는 것은 바람직하다. 이것은 어떤 이러한 복원 작업의 비용과 복잡성을 줄인다.
본 수력발전 터빈(12) 어레이(10)를 관리하는 방법은, 남은 어레이(10)의 작동을 최소한으로 방해하면서 어레이(10) 내의 개별적인 터빈(12)에 대한 이후의 유지보수를 가능하게 하면서, 어레이(10)의 다양한 부품들의 모듈식 또는 순차적 배치를 가능하게 한다.

Claims (20)

  1. 해저면 상에 복수의 해저 기반들을 설치하는 단계; 및
    둘 이상의 상기 해저 기반들 사이에 연결용 전기 케이블 배치하는 단계를 포함하는 수력발전 터빈 어레이(hydroelectric turbine array) 관리방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 해저 기반들 중 하나와 원격의 변전소 사이에 전력 전송 케이블을 배치하는 단계를 포함하는 수력발전 터빈 어레이 관리방법.
  3. 상기 전항에 있어서,
    상기 각 전기 케이블의 각 단부와 각각의 상기 해저 기반 사이에 기계적 및/또는 전기적 연결을 설정하는 단계를 포함하는 수력발전 터빈 어레이 관리방법.
  4. 상기 전항에 있어서,
    하나 이상의 상기 해저 기반들 위에 전기적 서브시스템(electrical subsystem)을 제공하는 단계를 포함하는 수력발전 터빈 어레이 관리방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 전기적 서브시스템으로서, 전력 조절 장치를 제공하는 수력발전 터빈 어레이 관리방법.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    연결용 전기 케이블을 공급하는 단계에서,
    적어도 하나의 상기 전기적 서브시스템에 의해 사용 시에 각 해저 기반과 관련된 전기적 출력이 처리되도록, 상기 케이블을 배치하는 수력발전 터빈 어레이 관리방법.
  7. 상기 전항에 있어서,
    상기 연결용 전기 케이블을 배치하기 전 또는 후에, 하나 이상의 상기 해저 기반들 위에 수력발전 터빈을 제공하는 단계; 및
    각 해저 기반들에 상기 터빈을 고정하는 단계를 포함하는 수력발전 터빈 어레이 관리방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 각 터빈과 각각의 상기 기반 사이에 전기적 연결을 설정하는 단계를 포함하는 수력발전 터빈 어레이 관리방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 터빈을 상기 기반에 배치 및/또는 고정하는 단계는, 상기 터빈과 상기 기반 사이에 전기적 연결을 설정하는 수력발전 터빈 어레이 관리방법.
  10. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 기반 및 전기 케이블이 방해되지 않게 하면서, 상기 해저면으로부터 하나 이상의 상기 터빈을 회수하는 단계를 포함하는 수력발전 터빈 어레이 관리방법.
  11. 상기 전항에 있어서,
    상기 케이블을 배치하는 제1 선박과 상기 기반들 및/또는 터빈들을 배치하는 제2 선박을 이용하는 단계를 포함하는 수력발전 터빈 어레이 관리방법.
  12. 상기 전항에 있어서,
    상기 기반들 및/또는 상기 터빈들을 배치하는 단계에서,
    배치 선박으로부터 상기 기반들 및/또는 상기 터빈들을 내리는 수력발전 터빈 어레이 관리방법.
  13. 상기 전항에 있어서,
    하나 이상의 기반들을 배치하는 단계는,
    가이드 수단(guide vehicle)에 상기 기반을 고정하는 단계;
    상기 해저면을 향하여 상기 가이드 수단을 배치하는 단계; 및
    상기 가이드 수단에서 상기 기반을 풀어주는 단계를 포함하는 내리는 수력발전 터빈 어레이 관리방법.
  14. 상기 전항에 있어서,
    상기 해저 기반들 중 하나로서, 상기 해저면 위에 전기적 연결 허브를 설치하는 단계;
    추가적 상기 해저 기반으로서, 상기 연결 허브 주변에 수력발전 터빈을 위에 지지하도록 채택되는 하나 이상의 해저 베이스들을 설치하는 단계; 및
    상기 허브와 상기 각 베이스 사이에 전기적 연결의 설정을 가능하게 하기 위하여, 상기 연결용 전기 케이블들을 배치하는 단계를 포함하는 수력발전 터빈 어레이 관리방법.
  15. 제14항에 있어서,
    전기적 서브시스템을 지지체에 고정하는 단계;
    상기 허브 위에 상기 지지체를 배치하는 단계; 및
    상기 허브에 상기 지지체를 고정하는 단계를 포함하는 수력발전 터빈 어레이 관리방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 지지체 및/또는 상기 터빈들을 배치하는 단계에서,
    상기 지지체 또는 상기 터빈을 가이드 수단에 고정하는 단계;
    상기 허브 또는 상기 베이스를 향하여 상기 가이드 수단을 배치하는 단계; 및
    상기 허브와 상기 지지체 또는 상기 터빈과 상기 베이스 사이에 정렬을 하기 위하여, 상기 가이드 수단을 이용하는 단계를 포함하는 수력발전 터빈 어레이 관리방법.
  17. 제15항 또는 제16항에 있어서,
    각 전기 케이블과 허브 및 각각의 해저 베이스 사이에 전기적 연결을 설정하는 단계를 포함하고,
    상기 허브에 상기 지지체를 배치 및/또는 고정하는 단계는 상기 허브 및 상기 전기 케이블 사이에 전기적 연결을 설정하는 수력발전 터빈 어레이 관리방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 가이드 수단에 장착되거나 일체로 형성된 버퍼와 상기 허브 또는 베이스의 접촉을 통하여, 상기 허브 또는 상기 베이스가 실질적으로 정렬될 때, 가이드 수단의 이동을 구속하는 단계를 포함하는 수력발전 터빈 어레이 관리방법.
  19. 제14항 및 제17항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기반, 상기 지지체 또는 상기 터빈을 상기 가이드 수단에 고정하는 단계에서,
    상기 가이드 수단 상의 복수의 커플러(coupler)들을 상기 기반, 상기 지지체 또는 상기 터빈 상의 대응되는 복수의 커플러들과 연결하는 단계를 포함하는 수력발전 터빈 어레이 관리방법.
  20. 제17항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    흐르는 조류에서 상기 방법을 수행하는 단계; 및
    상기 허브 또는 상기 베이스 주변의 위치로 상기 가이드 수단을 진행시키기 이전에, 상기 허브 또는 상기 베이스의 하류에 상기 가이드 수단을 배치하는 단계를 포함하는 수력발전 터빈 어레이 관리방법.
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