KR20190061333A - 부유식 해상풍력발전장치용 운동저감장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 풍력발전설비가 마련된 부유식 구조물에 설치하며, 내측에는 공기가 저장된 공기탱크, 길이방향 일단이 공기탱크와 연결되고, 길이방향 타단은 부유식 구조물이 부유하는 해상 방향으로 연장되게 배치하는 복수의 공기배출관, 공기탱크에 연결 설치하며, 외부의 공기를 압축하여 공기탱크 내측으로 공급되게 하는 공기압축기, 공기배출관에 설치하며, 공기배출관을 개폐되게 하는 공기조절밸브, 부유식 구조물에 설치하며, 해상에서 부유하는 부유식 구조물의 기울기를 측정하는 기울기측정기, 공기압축기와 공기조절밸브 및 기울기측정기와 연결되게 설치하며, 기울기측정기에서 측정된 부유식 구조물의 기울기에 따라 공기압축기 및 공기조절밸브의 작동을 제어하고, 공기배출관을 통한 공기의 배출 방향을 조절하면서 부유식 구조물의 위치를 변경되게 하여, 풍력발전설비가 발전 가능한 정도의 위치를 유지되게 하는 위치제어부를 포함하는 부유식 해상풍력발전장치용 운동저감장치를 제공한다.

Description

부유식 해상풍력발전장치용 운동저감장치{Motion reduction device for floating offshore wind power generator}
본 발명은 해상에 부유하는 부유식 해상풍력발전장치를 발전이 가능한 위치로 계류되게 하는 부유식 해상풍력발전장치용 운동저감장치에 관한 것이다.
일반적으로, 해양 부유구조물은 해양에 떠 있는 상태로 계류될 수 있는 것으로, 계류된 상태에서 발전, 화석연료의 채취, 생산, 정체, 저장 및/또는 하역 등의 다양한 종류의 일을 하는 것들이 있다. 특히, 해양 부유구조물은 기능, 구조, 계류 방식 등에 따라 다양한 종류로 분류되고, 있는데, 예를 들면 SEMI(Semi-submersibe), TLP(Tensioned Leg Platform), SPAR, FPSO(Floating, Production, Storage and OFFloading), FSRU 또는 시추용 리그(Rig) 등으로 칭해지는 많은 종류의 해양 부유 구조물이 있다.
한편, 부지 비용, 설치 규모의 제한, 인근 주민 등의 어려움과 같은 여러 가지 이유로 근래 들어 풍력이나 태양광과 같은 발전용도의 해양 부유구조물에 대한 관심이 크게 증가하고 있다.
그러나, 종래의 풍력발전설비가 마련된 부유식 구조물은, 선체가 해상에서 좌우로 흔들리는 선수동요(Roll motion)가 발생함으로 인한 평형상태가 유지되지 않으면서 발전효율이 떨어지게 되는 문제점이 있다. 이러한, 문제점을 해결하기 위해 풍력발전설비가 구비된 부유식 구조물은 해상에서 안정적으로 부유하도록 계류장치를 구비하게 된다. 여기서, 계류장치는 앵커를 수면 아래의 바닥에 고정한 상태로 앵커와 부유구조물을 계류와이어로 연결하나, 이같은 계류장치는 부유식 구조물에 가해지는 풍 하중 및 파도와 같은 유체력에 의해 부유식 구조물에 연결되는 계류와이어 단부에 응력이 집중되면서 파손의 위험성으로 인해 일정 이상의 힘이 발생할 경우에는 부유식 구조물이 흔들리도록 조절하며 풍력발전설비의 발전을 정지되게 하는 바, 안정적인 발전이 이루어지기 어려운 문제점이 있다.
이러한, 선출원된 계류장치를 구비하는 부유구조물은, 대한민국공개특허공보 제2009-0028972호(2009.03.20)에 제시된다.
본 발명은, 해상에서 부유식 구조물의 움직임을 감소시켜 풍력에 의한 발전이 안정적으로 이루어질 수 있게 하는 부유식 해상풍력발전장치용 운동저감장치를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은, 풍력발전설비가 마련된 부유식 구조물에 설치하며, 내측에는 공기가 저장된 공기탱크, 길이방향 일단이 상기 공기탱크와 연결되고, 길이방향 타단은 상기 부유식 구조물이 부유하는 해상 방향으로 연장되게 배치하는 복수의 공기배출관, 상기 공기탱크에 연결 설치하며, 외부의 공기를 압축하여 상기 공기탱크 내측으로 공급되게 하는 공기압축기, 상기 공기배출관에 설치하며, 상기 공기배출관을 개폐되게 하는 공기조절밸브, 상기 부유식 구조물에 설치하며, 상기 해상에서 부유하는 상기 부유식 구조물의 기울기를 측정하는 기울기측정기, 상기 공기압축기와 상기 공기조절밸브 및 상기 기울기측정기와 연결되게 설치하며, 상기 기울기측정기에서 측정된 상기 부유식 구조물의 기울기에 따라 상기 공기압축기 및 상기 공기조절밸브의 작동을 제어하고, 상기 공기배출관을 통한 상기 공기의 배출 방향을 조절하면서 상기 부유식 구조물의 위치를 변경되게 하여, 상기 풍력발전설비가 발전 가능한 정도의 위치를 유지되게 하는 위치제어부를 포함하는 부유식 해상풍력발전장치용 운동저감장치를 제공한다.
또한, 상기 공기배출관의 길이방향 타단은 상기 부유식 구조물이 부유하는 수면 상에 수직한 방향으로 연장 배치할 수 있다.
또한, 상기 위치제어부는, 상기 기울측정기에서 측정된 상기 부유식 구조물의 기울기가 미리 설정된 상기 풍력발전설비의 발전 가능한 정도의 위치를 초과할 경우, 상기 공기압축기와 상기 공기조절밸브를 동작을 제어할 수 있다.
또한, 상기 위치제어부는, 상기 부유식 구조물의 기울기가 미리 설정된 상기 풍력발전설비의 발전 가능한 정도의 위치를 초과시, 상기 부유식 구조물의 부유하는 상기 수면을 기준으로 하방으로 이동 배치되는 상기 공기배출관으로 상기 공기가 배출되도록 상기 공기압축기 및 상기 공기조절밸브의 동작을 제어할 수 있다.
본 발명에 따른 부유식 해상풍력발전장치용 운동저감장치는, 기울기측정기에서 부유식 구조물의 기울기를 측정하고, 측정된 부유식 구조물의 기울기에 따라 위치제어부가 공기압축기와 공기조절밸브의 동작을 제어하면서, 공기배출관을 통해 압축된 공기의 배출 위치를 조절하는 바, 해상에서 부유식 구조물은 풍력발전설비를 통한 발전이 가능한 안정적인 위치를 유지되게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 부유식 해상풍력발전장치용 운동저감장치의 설치상태 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 부유식 해상풍력발전장치용 운동저감장치의 개략 작동 상태도이다.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 부유식 해상풍력발전장치용 운동저감장치의 설치상태 단면도이다. 도 1을 참조하면, 일 실시예의 해상풍력발전장치용 운동저감장치는, 공기탱크(100), 공기배출관(200), 공기압축기(300), 공기조절밸브(400), 기울기측정기(500), 위치제어부(600)를 구비한 상태로 수면 상에 부유하도록 배치된 부유식 구조물(10)에 설치한다. 이때, 상기 부유식 구조물(10)에는 풍력을 이용하여 발전이 이루어지게 하는 풍력발전설비(도면미도시)를 구비한다.
상기 공기탱크(100)는 이후 설명될 공기배출관(200)으로 공급될 공기가 저장된 부분이다. 이러한, 상기 공기탱크(100)는 상기 부유식 구조물(10)의 일측에 고정되게 결합 설치한다. 그리고, 상기 공기탱크(100)에는 이후 설명될 공기압축기(300) 및 복수의 공기배출관(200)을 각각 연결되게 설치한다.
상기 공기배출관(200)은 상기 공기탱크(100)에 저장된 공기를 상기 부유식 구조물(10)의 외측, 보다 상세하게는 상기 부유식 구조물(10)이 부유하는 해상의 수중으로 배출될 수 있게 가이드하는 관 부분이다. 이러한, 상기 공기배출관(200)은 상기 부유식 구조물(10)의 기울어지는 방향에 따라 상기 부유식 구조물(10) 외측 여러 방향으로 배출되게 가이드할 수 있도록 복수개를 연결 설치한다.
여기서, 상기 공기배출관(200)의 길이방향 일단은 상기 공기탱크(100)에 연결되게 결합하고, 상기 공기배출관(200)의 길이방향 타단은 상기 부유식 구조물(10)이 부유하는 해상 방향으로 연장되게 배치한다. 이때, 상기 공기배출관(200)의 길이방향 타단은 상기 부유식 구조물(10)이 부유하는 해상의 수면에 수직한 방향으로 연장되게 배치한다. 그리고, 상기 공기배출관(200)의 길이방향 타단 테두리 부분은 상기 수면을 기준으로 상방에 배치되게 하거나 상기 수면을 기준으로 하방의 수중에 배치되게 할 수 있다. 이같이, 상기 공기배출관(200)의 길이방향 타단 테두리 부분이 상기 수면에 수직하게 배치되도록 연장됨으로써, 상기 공기탱크(100)에 저장된 공기가 상기 공기배출관(200)을 통해 배출시, 상기 공기배출관(200)의 공기 배출력을 통해 상기 부유식 구조물(10)의 수면 상에서 위치를 조절할 수 있게 한다.
상기 공기압축기(300)는 상기 공기탱크(100) 내측의 공간부로 공기를 압축상태로 공급되게 한다. 즉, 상기 공기압축기(300)는 외부의 대기 중 공기를 압축하여 상기 공기탱크(100) 내측에 유입되게 한 후, 상기 공기배출관(200)으로 이동될 수 있게 이동력을 발생시킨다. 이같이, 상기 공기압축기(300)에 의해 압축된 공기가 상기 공기배출관(200)을 통해 배출되면서 상기 부유식 구조물(10)의 수면 상에서 위치를 조절할 수 있게 된다. 이러한, 상기 공기압축기(300)는 상기 공기탱크(100)의 일측에 연결되게 결합 설치하며, 이후 설명될 위치제어부(600)와도 연결되어 위치제어부(600)로 전달되는 기울기측정기(500)의 측정값에 따라 위치제어부(600)에 의해 작동 또는 작동정지되도록 제어가 이루어지게 된다.
상기 공기조절밸브(400)는 상기 공기배출관(200)을 개폐되게 하면서 상기 공기배출관(200)의 길이방향 타단을 통한 상기 공기의 배출 여부를 조절할 수 있게 한다. 이러한, 상기 공기조절밸브(400)는 각각의 상기 공기배출관(200) 내측에 위치하도록 상기 공기배출관(200)에 연결되게 설치한다. 여기서, 상기 공기조절밸브(400)는 위치제어부(600)와 연결되어, 위치제어부(600)로 전달되는 기울기측정기(500)의 측정값에 따라 작동하면서 상기 공기배출관(200)을 개폐되게 한다.
상기 기울기측정기(500)는 상기 해상에서 부유하는 상기 부유식 구조물(10)의 수면 상에서의 기울기를 측정한다. 이러한, 상기 기울기측정기(500)는 상기 부유식 구조물(10)의 일측에 결합 설치하며, 상기 해상에서 부유하는 상기 부유식 구조물(10)이 파랑 및 바람에 의해 흔들림 발생시, 상기 부유식 구조물(10)의 요동에 따른 수직방향에 대한 기울기를 측정한다.
그리고, 상기 기울기측정기(500)는 위치제어부(600)와 연결되어, 측정된 상기 부유식 구조물(10)의 기울기 측정값을 위치제어부(600)로 전달하게 된다. 여기서, 상기 기울기측정기(500)는 상기 부유식 구조물(10)의 수직방향에 대한 기울기 변화를 측정할 수 있는 틸트센서를 사용하는 것이 바람직하나 이에 한정하지 않음은 물론이다.
상기 위치제어부(600)는 상기 기울기측정기(500)에서 측정된 상기 부유식 구조물(10)의 기울기에 따라 상기 공기배출관(200)을 통한 공기의 배출 동작을 제어하면서, 상기 부유식 구조물(10)의 위치를 조절할 수 있게 한다. 즉, 상기 위치제어부(600)는 상기 부유식 구조물(10)에 마련된 상기 풍력발전설비가 발전 가능한 정도의 위치를 유지할 수 있도록 상기 공기압축기(300)와 상기 공기조절밸브(400)의 작동을 제어하게 된다. 이러한, 상기 위치제어부(600)는 상기 공기압축기(300)와 상기 공기조절밸브(400) 및 상기 기울기측정기(500)와 연결되게 설치한다. 따라서, 상기 위치제어부(600)는 상기 기울기측정기(500)에서 측정된 상기 부유식 구조물(10)의 기울기 수치에 따라 상기 공기압축기(300) 및 상기 공기조절밸브(400)의 동작을 제어하면서 상기 공기배출관(200)을 통한 압축 공기의 배출 위치를 조절하여, 상기 부유식 구조물(10)의 위치를 조절되게 한다.
이러한, 상기 위치제어부(600)에는 상기 부유식 구조물(10)에 설치된 상기 풍력발전설비의 발전 가능한 정도의 기울기 수치가 미리 설정되어, 상기 해상에서 상기 부유식 구조물(10)이 파랑 및 바람에 의해 요동하면서 미리 설정된 기울기 수치를 초과할 때, 상기 위치제어부(600)는 상기 공기압축기(300) 및 상기 공기조절밸브(400)을 작동되게 한다. 도 2을 참조하여 상세하게 설명하면, 상기 위치제어부(600)는 상기 기울기측정기(500)에서 측정된 상기 부유식 구조물(10)의 기울기 수치가 미리 설정해 놓은 상기 풍력발전설비의 발전 가능한 기울기 수치를 초과할 경우, 상기 해상에서 부유하는 상기 부유식 구조물(10)이 수면을 기준으로 하방으로 이동 배치되는 상기 공기배출관(200)으로 압축된 상기 공기를 배출되도록 상기 공기압축기(300) 및 상기 공기조절밸브(400)를 제어한다. 즉, 상기 위치제어부(600)는 상기 공기압축기(300)를 동작되게 하면서 상기 공기탱크(100) 내부로 압축된 공기를 공급되게 하고, 상기 부유식 구조물(10)의 기울어짐에 따라 하방으로 이동 배치되는 상기 공기배출관(200)은 개방되도록 상기 공기조절밸브(400)를 조절하고, 반대측의 상방으로 이동 배치되는 상기 공기배출관(200)은 폐쇄되도록 상기 공기조절밸브(400)를 조절한다. 그러면, 상기 부유식 구조물(10)의 기울어짐에 따라 수면을 기준으로 하방으로 이동 배치된 상기 공기배출관(200)으로 압축된 공기가 배출되고, 상기 압축된 공기를 배출시키는 상기 공기배출관(200)이 결합된 상기 부유식 구조물(10) 위치가 상방으로 이동하면서 상기 부유식 구조물(10)은 풍력발전설비를 통한 발전이 가능한 안정적인 위치로 복귀하게 된다.
이와 같이, 일 실시예에 따른 부유식 해상풍력발전장치용 운동저감장치는, 상기 기울기측정기(500)에서 상기 부유식 구조물(10)의 기울기를 측정하고, 측정된 상기 부유식 구조물(10)의 기울기에 따라 상기 위치제어부(600)가 상기 공기압축기(300)와 상기 공기조절밸브(400)의 동작을 제어하면서, 상기 공기배출관(200)을 통해 압축된 공기의 배출 위치를 조절하는 바, 상기 해상에서 부유식 구조물(10)은 풍력발전설비를 통한 발전이 가능한 안정적인 위치를 유지되게 할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 공기탱크 200: 공기배출관
300: 공기압축기 400: 공기조절밸브
500: 기울기측정기 600: 위치제어부

Claims (4)

  1. 풍력발전설비가 마련된 부유식 구조물에 설치하며, 내측에는 공기가 저장된 공기탱크와;
    길이방향 일단이 상기 공기탱크와 연결되고, 길이방향 타단은 상기 부유식 구조물이 부유하는 해상 방향으로 연장되게 배치하는 복수의 공기배출관과;
    상기 공기탱크에 연결 설치하며, 외부의 공기를 압축하여 상기 공기탱크 내측으로 공급되게 하는 공기압축기와;
    상기 공기배출관에 설치하며, 상기 공기배출관을 개폐되게 하는 공기조절밸브와;
    상기 부유식 구조물에 설치하며, 상기 해상에서 부유하는 상기 부유식 구조물의 기울기를 측정하는 기울기측정기; 및
    상기 공기압축기와 상기 공기조절밸브 및 상기 기울기측정기와 연결되게 설치하며, 상기 기울기측정기에서 측정된 상기 부유식 구조물의 기울기에 따라 상기 공기압축기 및 상기 공기조절밸브의 작동을 제어하고, 상기 공기배출관을 통한 상기 공기의 배출 방향을 조절하면서 상기 부유식 구조물의 위치를 변경되게 하여, 상기 풍력발전설비가 발전 가능한 정도의 위치를 유지되게 하는 위치제어부;를 포함하는 부유식 해상풍력발전장치용 운동저감장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 공기배출관의 길이방향 타단은 상기 부유식 구조물이 부유하는 수면 상에 수직한 방향으로 연장 배치되는 부유식 해상풍력발전장치용 운동저감장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 위치제어부는, 상기 기울측정기에서 측정된 상기 부유식 구조물의 기울기가 미리 설정된 상기 풍력발전설비의 발전 가능한 정도의 위치를 초과할 경우, 상기 공기압축기와 상기 공기조절밸브를 동작을 제어하는 부유식 해상풍력발전장치용 운동저감장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 위치제어부는,
    상기 부유식 구조물의 기울기가 미리 설정된 상기 풍력발전설비의 발전 가능한 정도의 위치를 초과시, 상기 부유식 구조물의 부유하는 상기 수면을 기준으로 하방으로 이동 배치되는 상기 공기배출관으로 상기 공기가 배출되도록 상기 공기압축기 및 상기 공기조절밸브의 동작을 제어하는 부유식 해상풍력발전장치용 운동저감장치.


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