KR20200002831A - 풍력 터빈을 설치하기 위한 호이스팅 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 호이스팅 시스템은, 기초부, 타워, 요잉 부분 및 적어도 하나의 블레이드를 갖는 적어도 80 m 직경의 로터를 포함하는 풍력 터빈의 설치, 해체 및 유지 보수 중 적어도 하나를 위한 호이스팅 시스템은, 기초부 위에 위치된 풍력 터빈의 이미 건설된 부분으로 하중 지지 조인트를 형성하기 위한 수단을 포함하는 제1 호이스팅 장치를 포함하고, 호이스팅 시스템은 호이스팅 장치의 최대 호이스트 하중과 가장 무거운 부분의 질량 사이의 비가 0.2보다 더 크고, 1보다 작고, 특히 0.8보다 작고, 더욱 특별하게는 0.7보다 작고, 바람직하게는 0.6보다 작고, 가장 무거운 부분은 하나의 피스(piece)로서 호이스팅되고 풍력 터빈의 요잉 부분에 속하는 가장 무거운 부분인 것을 특징으로 한다.

Description

풍력 터빈을 설치하기 위한 호이스팅 시스템
본 발명은, 풍력 터빈의 설치를 위한 호이스팅 시스템, 상기 호이스팅 시스템의 사용, 풍력 터빈의 무거운 부분의 효율적인 설치, 직접 구동 발전기(direct drive generator) 또는 풍력 터빈의 로터의 설치, 풍력 터빈의 해체 및 유지 보수를 용이하게 하는 수단을 포함하는 풍력 터빈, 풍력 터빈에 호이스팅 시스템을 설치하는 방법, 및 호이스팅 시스템을 사용하여 풍력 터빈의 무거운 부분을 효율적으로 호이스팅하는 방법에 관한 것이다.
풍력 터빈의 인건비 및 유지 보수 비용은 단지 증가하는 터빈 크기에 따라서만 점진적으로 증가하고, 따라서, 비용을 최소화하기 위하여, 풍력 터빈이 점점 커지고 있다. 증가하는 크기와 높이에 따라, 터빈의 설치 비용은 점차적으로 증가하지 않지만 터빈 크기에 따라 적어도 선형적으로 증가한다. 가장 큰 육상 기반 풍력 터빈을 설치하기 위하여는, 사용 가능한 가장 큰 산업용 크레인이 요구된다. 이 무거운 모듈식 크레인 유닛은 비싸며, 종종 도로의 강화와 특별한 운송 허가를 요구한다. 이러한 단점 이외에도, 상기 크레인은 항상 이용 가능하지는 않은 많은 공간을 필요하며, 이러한 크레인이 풍력 발전 단지 내의 다음 터빈에 필요한 경우, 예를 들어, 지형이 복잡하거나 도로가 너무 작기 때문에 크레인이 거기로 이동할 수 없는 경우가 발생할 수 있다. 그 다음, 크레인이 분해되어, 부품으로 운송되고, 다시 시운전되어야 하며, 이는 비효율적이고 시간 소모적인 작업이다.
설명된 바와 같이, 설치 비용은 필요한 크레인의 크기에 따라 빠르게 증가한다. 크레인의 크기는 호이스트의 최대 무게와 크레인의 도달 거리에 의해 결정된다. 크레인의 도달 거리는 본질적으로 터빈의 높이에 의해 결정된다. 따라서, 특히, 풍력 터빈 상부에 있는 무거운 부품은 높은 설치 비용의 원인이다. 육상 터빈의 경우 이러한 크레인을 운송하기 위해 수십 대의 트럭이 필요하다. 해상 터빈에 대하여, 해상 위로 선체를 올릴 수 있는 움직일 수 있는 다리가 있는 자체 상승 플랫폼인, 소위 잭업(jack-up) 상에 설치된 크레인이 필요하다. 이것은 또한 매우 비싼 방법이다.
비교적 새로운 해결책은 건설 중인 풍력 터빈의 타워를 따라 올라가는 크레인을 사용하는 것이다. 이러한 크레인은 설치 비용의 큰 감소를 제공한다. 그러나, 풍력 터빈의 상부의 가장 무거운 부분의 설치를 하기 위하여, 클라이밍 크레인(climbing crane)에 의해 풍력 터빈에 가하지는 하중은 매우 높다. 이는 클라이밍 크레인의 비용을 증가시키고 풍력 터빈의 강화를 필요로 하여 비용을 더 증가시킨다. 다른 방법은 US8069634에 개시된 방법이고, 리프팅 프레임이 무거운 부분을 타워 상부로 들어올릴 수 있도록, 리프팅 프레임이 종래의 크레인으로 풍력 터빈 타워의 상부에 설치된다. 이 해결책의 리프팅 프레임은 크고 무거운 구조를 가지며, 대형 산업용 크레인의 사용에 비해 약간의 개선이 있지만, 비용은 여전히 높으며 현장에서 리프팅 프레임을 시운전하는 데 많은 시간이 요구된다.
따라서, 육상 및 해상 풍력 터빈을 모두 더욱 효율적으로 그리고 특히 대형 범용 크레인 없이 설치할 수 있도록 하는 요구가 있다.
본 발명의 과제는 기존의 해결책의 전술한 단점들을 극복하는 것이다.
여기에, 본 발명의 일 양태에 따르면, 풍력 터빈의 설치 및/또는 해체 및/또는 유지 보수를 위한 호이스팅 시스템이 제안되고, 풍력 터빈은 적어도, 기초부, 타워, 요잉(yawing) 부분 및 적어도 하나의 블레이드를 갖는 적어도 80 m 직경의 로터를 포함하고, 호이스팅 시스템은 기초부 위에 위치된 풍력 터빈의 이미 건설된 부분으로 하중 지지 조인트를 구축하기 위한 수단을 포함하는 제1 호이스팅 장치를 포함하고, 호이스팅 시스템은 제1 호이스팅 장치의 최대 호이스트 하중과 가장 무거운 부분의 질량 사이의 비가 0.2보다 더 크고, 1보다 작고, 특히 0.8보다 작고, 더욱 특별하게는 0.7보다 작고, 바람직하게는 0.6보다 작고, 가장 무거운 부분은 하나의 피스(piece)로서 호이스팅되고 풍력 터빈의 요잉 부분에 속하는 부분인 것을 특징으로 한다.
언뜻 보기에는, 최대 호이스트를 호이스팅할 수 없는 것처럼 보이기 때문에, 당해 기술 분야에서의 전문가는 이러한 호이스팅 시스템을 설계하지 않을 것이다. 놀랍게도, 제1 호이스팅 장치와 제1 호이스팅 장치를 설치하는 데 사용된 크레인의 조합을 사용함으로써 충분한 능력이 있다는 것을 인식하여야 한다. 놀라운 결과는 제1 호이스팅 장치가 더 가벼워 비용이 더 적게 들 수 있고 이것이 터빈에 가하는 하중이 적어, 조인트가 더 저렴하고 호이스팅 시스템이 가장 무거운 부분을 호이스팅할 수 있다는 것이다. 유익하게는, 호이스팅 시스템은 호이스트 하중을 적어도 제1 및 다른 호이스팅 장치에 대하여 분배한다. 이러한 방식으로 두 시스템 모두 더 낮은 최대 하중을 위하여 치수가 정해질 수 있으며, 이에 따라 더 저렴하고 가벼울 것이다.
본 발명의 일 실시예의 다른 이점은, 더 양호하게 제어될 수 있고 바람에 덜 민감하게 되도록, 호이스트가 각각 일단부에서 호이스트에 고정되고 타단부에서 다른 호이스팅 장치에 고정된 2개의 호이스팅 케이블에 의해 호이스팅된다는 것이다. 호이스트는 더욱 정밀하게 위치 설정될 수 있어, 설치 과정의 속도를 높이고 호이스트와 풍력 터빈의 이미 설치된 부분 사이의 손상을 입히는 충돌의 위험을 감소시킨다.
일 실시예에서, 호이스팅 시스템의 제1 호이스팅 장치는 풍력 터빈의 요잉 부분 상에 지지된다. 요잉 부분은 타워 상부에 대하여 요잉할 수 있는 풍력 터빈의 부분으로서 정의된다. 다른 가능한 정의는, 요잉 부분이, 요우 베어링(yaw bearing)이 존재하는 경우에, 풍력 터빈의 요우 베어링의 회전 가능한 부분에 연결되는 풍력 터빈의 부분이라는 것이다. 요잉 부분에 일반적으로 속하는 풍력 터빈의 부분들은 메인 프레임, 나셀(nacelle), 직접 구동 발전기일 수 있는 발전기, 존재한다면 기어 박스, 허브(hub), 블레이드, 가능하게는 변압기이다. 또한, 요우 베어링 자체는 요잉 부분의 일부인 것으로 고려된다.
일 실시예에서, 제1 호이스팅 장치는 타워 상부에 연결되고, 따라서 요잉 부 분에 연결되지 않는다.
바람직한 실시예에서, 제1 호이스팅 장치의 최대 호이스트 용량은 100톤 미만, 특히 90톤 미만, 더욱 특별하게는 80톤 미만이다. 다른 바람직한 실시예에서, 하나의 피스로 호이스팅되고 풍력 터빈의 요잉 부분에 속하는 가장 무거운 부분의 무게는 100톤보다 크고, 특히 110톤보다 크다.
호이스팅 시스템의 일 실시예에서, 제1 호이스팅 장치는 제1 호이스팅 장치에 고정된 윈치(winch)를 포함하여, 윈치에 의해 인가되는 하중은 상기 제1 호이스팅 장치를 통해 그리고 풍력 터빈의 이미 설치된 부분으로의 이의 연결 포인트를 통해 전해진다.
일 실시예에서, 호이스팅 시스템의 제1 호이스팅 장치는 리프팅 포인트와, 호이스팅 장치와 풍력 터빈의 이미 설치된 부분 사이의 하중 지지 연결(load bearing connection)을 형성하기 위한 적어도 하나의 연결 포인트를 갖는 빔(beam)을 포함하고, 리프팅 포인트는 적어도 하나의 연결 포인트에 대하여 이동할 수 있고, 특히 이 운동은 1 m보다 더 큰 만큼, 더욱 특별하게는 3 m보다 더 큰 만큼, 바람직하게는 5 m보다 더 크며 30 m보다 더 작은 만큼 수평 변위를 허용한다. 수평 변위는 동시에 수직 변위를 동반할 수 있다.
일 실시예에서, 풍력 터빈은 직접 구동 풍력 터빈이고, 가장 무거운 부분은 직접 구동 발전기이거나 직접 구동 발전기의 대부분이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 호이스팅 시스템은 다목적 산업용 크레인이 될 수 있는 제2 호이스팅 장치를 더 포함한다. 이점은, 가장 무거운 부분의 전체 무게를 호이스팅할 필요는 없고 제1 호이스팅 장치와 하중을 공유할 수 있기 때문에 산업용 크레인이 더 작은 용량을 가질 수 있다는 것이다. 또한, 제2 호이스팅 장치는 풍력 터빈이 설치된 물의 바닥에 의해 지지되는 크레인 또는 선박이 물의 바닥에 대하여 구조물에 의해 안정화될 수 있는 선박 상의 크레인일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제2 호이스팅 장치는 가능하게는 타워를 따라 올라가는 능력을 가지고 풍력 터빈의 타워에 설치되는 크레인이다. 이러한 제2 호이스팅 장치는 가장 무거운 부분만 호이스팅할 필요가 없다면 더 작고 저렴할 수 있다. 또한, 이러한 제2 호이스팅 장치에 의해 타워로 전달되는 하중은 적고 따라서 타워 강화가 덜 필요하며, 이는 비용을 더 감소시킨다. 본 발명의 이 실시예에 따르면, 가장 무거운 부분은 제1 호이스팅 장치에 의해 그리고 제2 호이스팅 장치에 의해 호이스팅된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제2 호이스팅 장치는 풍력 터빈의 타워에 하중 지지 연결을 형성할 수 있는 수단을 포함하고, 풍력 터빈 타워는 제2 호이스팅 장치를 수용하기 위한 매칭 포인트를 포함한다. 제2 호이스팅 장치는 타워를 따라, 특히 본질적으로 수직 방향으로 올라가기 위한 수단을 더 포함할 수 있다.
가장 무거운 부분의 정의는 풍력 터빈의 요잉 부분에 속하고 단일 호이스트에서 호이스팅되는 풍력 터빈의 가장 무거운 부분이다. 가장 무거운 부분의 예로는 직접 구동 발전기, 풍력 터빈의 로터 또는 직접 구동 발전기나 로터의 대부분이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 호이스팅 시스템은 제3 호이스팅 장치를 더 포함한다. 예를 들어, 제1 호이스팅 장치는 풍력 터빈의 요잉 부분에 고정되고, 제2 호이스팅 장치는 풍력 터빈의 타워에 고정되고, 제3 호이스팅 장치는 제2 호이스팅 장치를 타워에 설치하거나 가능하게는 제1 호이스팅 장치를 트럭으로부터 제2 호이스팅 장치가 이를 넘겨 받을 수 있는 위치로 픽업하기 위하여 사용될 수 있는 비교적 작은 다목적 산업용 크레인이다. 제3 호이스팅 장치는 추가로, 예를 들어 트럭과 같은 운송 수단으로부터 가장 무거운 하중을 픽업하고, 이를 제1 및 제2 호이스팅 장치가 하중을 넘겨 받을 수 있는 위치까지 이동시키기 위하여 사용될 수 있다. 더욱 일반적으로, 제3 호이스팅 장치는 적어도 호이스팅 동작의 일부 동안 가장 무거운 부분의 질량의 일부를 지지할 수 있다.
일 실시예에서, 호이스팅 시스템은 제1 호이스팅 장치에 의해 지지되는 질량 부분과 상기 제2 호이스팅 장치에 의해 지지되는 부분에 무거운 부분의 질량을 분배하는 밸런싱 장치를 더 포함하고, 제1 장치에 의해 지지되는 질량 부분은 1% 내지 99%, 특히 20% 내지 80%, 더욱 특별하게는 40% 내지 60%이고, 바람직하게는 제1 호이스팅 장치 및 제2 호이스팅 장치는 각각 대략 50%를 지지한다. 밸런싱 장치는 샤프트가 호이스트에 연결된 풀리일 수 있고, 풀리 위의 케이블은 일측에서 제1 호이스팅 장치에 연결되고 타측이 제2 호이스팅 장치에 연결된다. 밸런싱 장치는 대안적으로 일단에서 제1 호이스팅 장치에 의해 지지되고 타단에서 제2 호이스팅 장치에 의해 지지되는 구조적 빔일 수 있다. 구조적 빔이 대략 수평 위치에 있을 때 호이스트가 호이스팅 장치에 대하여 균등하게 분배되도록, 호이스트 하중은 구조적 빔의 중간에 있는 리프팅 포인트에 연결될 수 있다. 또한, 리프팅 포인트는 일단에 더 가까워질 수 있어, 그 일단에서 호이스팅 시스템이 하중의 더 많은 부분을 수용할 것이다.
일 실시예에서, 호이스팅 시스템은 제1 및 제2 호이스팅 장치를 모두 제어하기 위하여 양 장치의 스탠드(stand) 및 하중에 대한 데이터를 사용하고, 특히 제2 장치의 동작을 제어하기 위하여 제1 호이스팅 장치의 측정된 하중을 사용하며, 더욱 특별하게는 제1 호이스팅 장치의 동작을 제어하기 위하여 제2 호이스팅 장치의 하중을 사용하는 제어 시스템을 더 포함한다. 이러한 제어 시스템은 제1 호이스팅 장치의 동작이 제2 호이스팅 장치로의 과부하가 발생하는 것을 방지하고 제2 호이스팅 장치의 동작이 제1 호이스팅 장치로의 과부하가 발생하는 것을 방지한다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 풍력 터빈을 설치하기 위한 방법이 제안되고, 방법은 기초부 위로 풍력 터빈의 이미 건설된 부분에 고정된 위치로 다른 호이스팅 장치에 의해 제1 호이스팅 장치를 호이스팅하는 단계를 포함한다. 특히, 제1 호이스팅 장치는 풍력 터빈의 요잉 부분에 설치된다.
일 실시예에서, 방법은 적어도 제1 호이스팅 장치에 의해 가장 무거운 부분을 호이스팅하는 단계를 더 포함하고, 호이스팅 동작 동안, 제1 호이스팅 장치에 의해 지지되는 가장 무거운 부분의 가장 무거운 질량 부분은 99% 미만이고, 특히 80% 미만이고, 더욱 특별하게는 60% 미만이고, 바람직하게는 대략 50%이다.
일 실시예에서, 방법은, 단지 제1 호이스팅 장치 및 제2 호이스팅 장치만에 의한 가장 무거운 부분의 호이스팅 동작의 일부 동안, 제1 호이스팅 장치만이 가장 무거운 부분을 지지하는 경우에 제1 호이스팅 장치에 과부하가 걸릴 수 있는 호이스팅 위치가 있고, 특히 제2 호이스팅 장치만이 가장 무거운 부분을 지지하는 경우에 제2 호이스팅 장치에 과부하가 걸릴 수 있는 호이스팅 위치가 있는 단계를 더 포함한다.
일 실시예에서, 호이스팅 시스템은 건설 중인 터빈의 요잉 부분 상에 이를 지지하기 위한 수단을 포함하는 제1 호이스팅 장치, 클라이밍 크레인의 형태의 제2 호이스팅 및 비교적 작은 산업용 크레인의 형태의 제3 호이스팅 장치를 포함한다. 산업용 크레인은 클라이밍 크레인을 설치한다. 클라이밍 크레인은 더 높은 타워 세그먼트, 메인 프레임, 나셀, 및 제1 호이스팅 장치를 설치한다. 이어서 제1 호이스팅 장치는 클라이밍 크레인과 함께 직접 구동 발전기, 허브, 및 블레이드를 설치한다. 이 호이스팅 방법을 이용하는 이 호이스팅 시스템의 이점은 육상 풍력 터빈을 위하여 대형 산업용 크레인이 필요하지 않다는 것이다. 해상 터빈의 경우, 제1 호이스팅 장치를 설치하기 위하여 클라이밍 크레인을 사용하고 이어서 풍력 터빈의 요잉 부분을 부분적으로 또는 단일 호이스트로 호이스팅하기 위하여 제1 호이스팅 장치 및 클라이밍 크레인을 이용함으로써 가장 큰 리프팅 선박 또는 잭업(jack-up)의 사용이 요구되지 않다는 것이다.
다음의 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예들을 도시한다:
도 1: 건설 중인 풍력 터빈과 호이스팅 시스템;
도 2: 건설 중인 풍력 터빈과 호이스팅 시스템;
도 3: 건설 중인 풍력 터빈과 호이스팅 시스템;
도 4: 클라이밍 크레인 및 고정 포인트를 갖는 풍력 터빈 타워; 및
도 5: 레일형 고정 포인트를 갖는 건설 중인 풍력 터빈.
도면들은 비율대로 작성되지 않은 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 건설 중인 풍력 터빈(3)의 설치를 위하여 사용되는 제1 호이스팅 장치(1) 및 제2 호이스팅 장치(2)를 포함하는 호이스팅 시스템을 도시한다. 풍력 터빈은 기초부(11), 타워(4), 및 요우 베어링(10)을 포함한다. 요잉 부분은 나셀(5), 직접 구동 발전기(6), 및 허브(8)와 하나 이상의 블레이드(7)를 포함하는 로터를 포함한다. 로터는 가장 무거운 부분일 수 있다. 제1 호이스팅 장치는 풍력 터빈의 요잉 부분 상에 지지되며, 빔(15) 및 로터의 호이스팅 포인트(13)에 고정되는 호이스팅 케이블(14)을 포함한다. 제2 호이스팅 장치는 호이스팅 케이블(12)을 포함하고 로터의 호이스팅 포인트(9)에 고정된다. 이것은 특히 리프팅 포인트(17)의 수평 이동을 허용하는 액추에이터(16)를 더 포함한다.
도 2는 건설 중인 풍력 터빈의 설치를 위하여 사용되는 제1 호이스팅 장치 (1) 및 제2 호이스팅 장치(20)를 포함하는 다른 호이스팅 시스템을 도시한다. 건설 중인 풍력 터빈의 나셀(5)은 이 도면에서 투명하게 그려져서, 요우 베어링(10)에 지지되는 메인 프레임(26)이 보인다. 메인 프레임은 제1 호이스팅 장치(1)의 빔(28)이 장착되는 지지부(27)를 가진다. 제1 호이스팅 장치는 호이스팅 포인트(29)에 고정된 호이스팅 케이블(14)을 통해 발전기(6)의 질량의 일부를 호이스팅하고 있다. 제2 호이스팅 장치는 타워에 설치된 고정 포인트(25)에 의해 풍력 터빈 타워(4)에 장착된 컬럼(column)을 갖는 클라이밍 크레인이다. 클라이밍 크레인은 빔(23)과 직접 구동 발전기(6) 상의 호이스팅 포인트(22)에 고정된 호이스팅 케이블(21)을 더 포함한다. 직접 구동 발전기는 가장 무거운 부분이고, 제1 호이스팅 장치와 제2 호이스팅 장치의 조합에 의해 호이스팅된다.
도 3은 클라이밍 크레인 형태의 제1 호이스팅 장치(35)와 클라이밍 크레인 형태의 제2 호이스팅 장치(36)를 포함하는 또 다른 호이스팅 시스템을 도시한다. 도 3에서, 많은 고정 포인트(25)들 중 2개에만 도면 부호가 부여된다. 가장 무거운 부분은 호이스팅 시스템에 의해, 즉 2개의 클라이밍 크레인에 의해 호이스팅되는 나셀(33)이다.
도 1 내지 3에서, 제1 및/또는 제2 호이스팅 장치는 가장 무거운 부분을 단독으로 호이스팅하고 설치하기에는 불충분한 용량을 가진다.
도 4는 하부 타워 세그먼트(40) 및 상부 타워 세그먼트(41)를 갖는 풍력 터빈의 타워의 일부의 단면, 고정 포인트(25)의 단면 및 클라이밍 크레인(24)의 일부의 단면을 도시하고, 이의 크레인의 잠금(locking) 핀(48) 및 잠금 후크(47)가 또한 도시된다. 고정 포인트는 볼트(43, 44)에 의해 분리 가능한 방식으로 타워 세그먼트들에 고정된다. 너트(42, 46)를 제거함으로써, 고정 포인트(25)는 분리되어 다른 풍력 터빈 타워에서 재사용될 수 있다. 타워 세그먼트들 사이의 연결은 너트(45)와 결합된 볼트(44)에 의해 유지된다.
도 5는 빔(51) 및 호이스팅 케이블(52)을 갖는 클라이밍 크레인(50)을 구비한 건설 중인 풍력 터빈을 도시한다. 클라이밍 크레인은 레일형 고정 포인트(53)에 부착되고, 가능하게는, 레일형 고정 포인트를 따라 본질적으로 수직 방향으로 이동할 수 있다. 레일형 고정 포인트는 타워로부터 완전히 또는 부분적으로 제거될 수 있다. 클라이밍 크레인은 더 높은 고정 포인트를 설치하고 이를 완전히 또는 부분적으로 제거할 수 있어, 다른 풍력 터빈을 위하여 재사용될 수 있다. 레일형 고정 포인트는 서로 연결될 수 있고, 예를 들어 볼트형 연결과 같은 임의의 공지된 방법에 의해 풍력 터빈 타워에 연결될 수 있다. 연결은 도 5에 도시되지 않는다.
본 발명에 따른 호이스팅 시스템 또는 다른 호이스팅 시스템은 타워 상의 임의의 고정 포인트에 고정되고, 가능하게는 타워를 따라 이동할 수 있는 클라이밍 크레인을 포함할 수 있다. 풍력 터빈의 설치에 필요한 고정 포인트는 비용에 상당히 기여한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 고정 포인트는, 풍력 터빈의 설치 후에 제거될 수 있고, 다른 풍력 터빈의 설치, 유지 보수 또는 해체를 위하여 재사용될 수 있도록, 부분적으로 또는 완전히 제거 가능하다. 고정 포인트를 설치하는 방법은, 소형 다목적 크레인에 의해 하나 이상의 하부 고정 포인트를 설치하는 단계, 설치된 고정 포인트에 클라이밍 크레인을 설치하는 단계, 및 클라이밍 크레인으로 더 높은 고정 포인트를 설치하는 단계 중 임의의 단계를 포함한다.
대안적으로, 풍력 터빈에, 예를 들어 풍력 터빈의 요잉 부분에 고정된 작은 보조 크레인이 고정 포인트들을 이들이 설치되는 위치로 호이스팅하는 데 사용된다. 반대 순서의 동일한 방법이 고정 포인트를 제거하는 데 사용될 수 있다. 가능성은 고정 포인트의 일부가 제거 가능하고 일부는 그렇지 않다는 것이며, 또 다른 가능성은 일부 고정 포인트가 부분적으로 제거 가능하다는 것, 예를 들어 본질적으로 타워의 외부에 있는 부분이 제거 가능하지만 본질적으로 내부로 향하는 부분이 타워에 남아 있다는 것이다.
일 양태에 따르면, 고정 포인트는 볼트를 이용하여 타워에 부착되고, 볼트는, 특히 금속으로 이루어진 2개의 중첩하는 타워 세그먼트를 서로 연결하기 위하여, 타워의 벽을 통해 수평 방식으로 연장되도록 부착되며, 각각의 고정 포인트는 볼트 중 적어도 하나를 완전히 또는 부분적으로 이용하고 고정 포인트를 볼트에 고정하는 추가 너트를 이용하여 고정 포인트를 타워에 고정함으로써 타워에 부착된다. 이 방식으로, 고정 포인트는 효율적인 방식으로 설치될 수 있고 동시에 고정 포인트가 제거될 수 있게 하는 해결책을 제공할 수 있다. 일 양태에 따르면, 고정 포인트를 제거할 때 타워 벽에 볼트가 남아 있어, 대응하는 보어(bore)를 폐쇄할 필요성을 방지할 수 있다.
상술한 설명에서 클라이밍 크레인이라는 용어는 기초부 위로 풍력 터빈의 이미 설치된 부분에 부착될 수 있고 타워의 적어도 상부 1/4을 설치할 수 있는 임의의 크레인으로서 이해될 수 있다. 클라이밍 크레인의 일 실시예는 본질적으로 수직 방향으로 타워를 따라 올라갈 수 있다. 클라이밍 크레인의 다른 실시예에서, 이는 기초부 위로 타워에 단일 위치에서 고정될 수 있고, 클라이밍은 단지 지면 레벨로부터 이 단일 위치로 이동하는 단일 단계를 나타낸다.
고정 포인트는 클라이밍 크레인이 연결되기 전에 타워에 부착되는 임의의 구조물일 수 있고, 특정 타워 영역에 대하여 클라이밍 크레인에 의해 타워에 가해지는 힘을 분산시켜 타워에 과부하가 걸리지 않는 것을 목적으로 한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 이러한 고정 포인트는 타워로부터 부분적으로 또는 완전히 제거될 수 있고, 분리 가능한 부분은 다른 타워에 재설치 될 수 있다. 타워는 클라이밍 크레인이 연결되는 위치들 사이가 적어도 5미터, 특히 적어도 10미터인 여러 개의 개별 고정 포인트를 가질 수 있다. 대안적으로, 고정 포인트는 선형 유형일 수 있다. 예를 들어, 이는 클라이밍 크레인이 위 아래로 이동할 수 있는 레일일 수 있고, 레일형 고정 포인트라 불린다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제거 가능한 부분이 다른 타워 상에 재설치될 수 있도록, 이러한 레일형 고정 포인트도 또한 부분적으로 또는 완전히 제거될 수 있다.
다른 타워라는 용어는 건설 중인 다른 타워를 의미할 수 있다. 터빈의 타워는 임의의 재료, 특히 금속, 콘크리트, 목재, 복합재 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. 타워 벽 내의 하나 이상의 구멍은, 예를 들어 고정 포인트의 설치를 용이하게 하기 위한 선택 사항이고, 이러한 구멍은 고정 포인트가 부분적으로 또는 완전히 제거되는 경우에, 예를 들어 고무로 이루어진 플러그로 폐쇄될 수 있다.
전술한 설명은 호이스팅 시스템을 이용한 풍력 터빈의 설치에 초점을 둔다. 본 발명은 풍력 터빈의 설치로 한정되지 않으며, 추가로 또는 대안적으로, 호이스팅 시스템을 이용한 풍력 터빈의 유지 보수 및 해체를 위하여 사용될 수 있다.
호이스팅 시스템은 시스템의 동작 한계 내에서의 동작만을 허용하는 컴퓨터를 통해 제어될 수 있다. 시스템은, 예를 들어 지상으로부터의 원격 또는 고정 컨트롤러에 의해 크레인 및 건설 중인 터빈 내에서 제어될 수 있다. 크레인 운전자는 카메라의 도움을 받을 수 있다.
본 출원에서 "포함하는(comprising)"이라는 용어는 다른 요소 또는 단계를 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 단수로 표시된 용어는 복수를 배제하지 않는다. 청구항에서의 임의의 참조 부호(들)는 청구항의 범위를 한정하는 것으로 고려되어서는 안 될 것이다.

Claims (14)

  1. 풍력 터빈(3)의 설치, 해체 및 유지 보수 중 적어도 하나를 위한 호이스팅 시스템으로서,
    상기 풍력 터빈은 기초부(11), 타워(4), 요잉(yawing) 부분, 및 적어도 하나의 블레이드(7)를 갖는 적어도 80 m 직경의 로터를 포함하고, 상기 호이스팅 시스템은 상기 기초부 위에 위치된 상기 풍력 터빈의 이미 건설된 부분으로 하중 지지 조인트를 형성하기 위한 수단을 포함하는 제1 호이스팅 장치(1, 35)를 포함하며, 상기 호이스팅 시스템은 상기 제1 호이스팅 장치의 최대 호이스트 하중과 가장 무거운 부분의 질량 사이의 비가 0.2보다 더 크고 1보다 작으며, 특히 0.8보다 작고, 더욱 특별하게는 0.7보다 작으며, 바람직하게는 0.6보다 작고, 상기 가장 무거운 부분은 하나의 피스(piece)로서 호이스팅되고 상기 풍력 터빈의 상기 요잉 부분에 속하는 부분인 것을 특징으로 하는 호이스팅 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 호이스팅 장치(1)는 상기 풍력 터빈의 상기 요잉 부분 상에 지지되는 것을 특징으로 하는 호이스팅 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 호이스팅 장치는 100톤 미만 그리고 더욱 특별하게는 80톤 미만의 최대 호이스트 하중을 갖고, 상기 가장 무거운 부분은 100톤보다 더 큰 질량을 갖는 것을 특징으로 하는 호이스팅 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 풍력 터빈은 직접 구동 풍력 터빈이고, 상기 가장 무거운 부분은 직접 구동 발전기(6)이거나 상기 직접 구동 발전기의 대부분인 것을 특징으로 하는 호이스팅 시스템.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 풍력 터빈의 이미 건설된 부분의 상기 요잉 부분 상에 지지되지 않는 제2 호이스팅 장치(2, 20, 36)를 더 포함하고, 상기 가장 무거운 부분의 호이스팅 동안 상기 호이스팅 시스템은 적어도 상기 제1 및 제2 호이스팅 장치에 대하여 상기 하중을 분배하는 것을 특징으로 하는 호이스팅 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제1 호이스팅 장치에 의해 지지되는 부분과 상기 제2 호이스팅 장치에 의해 지지되는 부분에 상기 가장 무거운 부분의 질량을 분배하도록 밸런싱 장치를 더 포함하고, 상기 제1 호이스팅 시스템에 의해 지지되는 질량 부분은 1% 내지 99%, 특히 20% 내지 80%, 더욱 특별하게는 40% 내지 60%이고, 바람직하게는 상기 제1 호이스팅 장치 및 상기 제2 호이스팅 장치는 각각 대략 50%를 지지하는 것을 특징으로 하는 호이스팅 시스템.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 제2 호이스팅 장치(20, 36)는 상기 풍력 터빈의 타워로 하중 지지 연결을 형성하기 위한 수단을 포함하고, 특히 상기 타워를 따라 상기 제2 호이스팅 장치를 이동시키기 위한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 호이스팅 시스템.
  8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 제3 호이스팅 장치를 포함하고, 상기 제3 호이스팅 장치는 적어도 상기 호이스팅 동작의 일부 동안 상기 가장 무거운 부분의 질량의 일부를 지지하고, 특히 상기 제3 호이스팅 장치는 상기 풍력 터빈 옆에 위치되고 상기 풍력 터빈으로부터 분리되는 통상의 크레인인 것을 특징으로 하는 호이스팅 시스템.
  9. 풍력 터빈(3)의 설치, 해체 및 유지 보수 중 적어도 하나를 위한, 특히 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른, 호이스팅 시스템으로서,
    상기 풍력 터빈은 기초부(11), 타워(4), 요잉 부분 및 적어도 하나의 블레이드(7)를 갖는 적어도 80 m 직경의 로터를 포함하고, 상기 호이스팅 시스템은 상기 타워 상의 고정 포인트(25)들과 상기 고정 포인트들 중 임의의 고정 포인트에 고정되고 가능하게는 상기 타워를 따라 이동할 수 있는 클라이밍 크레인(climbing crane)(24)을 포함하고, 상기 고정 포인트들 중 임의의 고정 포인트는 부분적으로 또는 완전히 제거 가능하여 상기 풍력 터빈의 설치 후에 제거될 수 있고 다른 풍력 터빈의 설치, 유지 보수 또는 해체를 위하여 재사용될 수 있는 것을 특징으로 하는 호이스팅 시스템.
  10. 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 호이스팅 시스템을 이용한 호이스팅 동작을 위한 방법으로서,
    상기 제1 호이스팅 장치는 다른 호이스팅 장치에 의해 상기 기초부 위로 풍력 터빈의 이미 건축된 부분에 고정되는 위치로 호이스팅되는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제10항에 있어서, 적어도 상기 제1 호이스팅 장치 및 다른 호이스팅 장치에 의해 상기 가장 무거운 부분을 호이스팅하는 단계를 더 포함하고, 상기 호이스팅 동작 동안, 상기 제1 호이스팅 장치에 의해 지지되는 상기 가장 무거운 부분의 가장 큰 질량 부분은 99% 미만이고, 특히 80% 미만이며, 더욱 특별하게는 60% 미만이고, 바람직하게는 대략 50%이며, 상기 가장 무거운 부분은 하나의 피스(piece)로서 호이스팅되고 상기 풍력 터빈의 상기 요잉 부분에 속하는 가장 무거운 부분인 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제11항에 있어서, 적어도 상기 제1 호이스팅 장치 및 상기 다른 호이스팅 장치의 조합에 의한 상기 가장 무거운 부분의 상기 호이스팅 동작의 일부 동안, 상기 제1 호이스팅 장치만이 상기 가장 무거운 부분을 지지하는 경우 상기 제1 호이스팅 장치에 과부하가 걸리는 호이스팅 위치가 있고, 특히 상기 제2 호이스팅 장치만이 상기 가장 무거운 부분을 지지하는 경우 상기 제2 호이스팅 장치에 과부화가 걸리는 호이스팅 위치가 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제9항에 따른 호이스팅 시스템을 이용한 호이스팅 동작을 위한 방법으로서,
    하나 이상의 고정 포인트가 상기 클라이밍 크레인에 의해 이후에 사용되도록 상기 타워 상에 부분적으로 또는 완전히 설치되고, 상기 하나 이상의 고정 포인트 중 임의의 고정 포인트는 부분적으로 또는 완전히 제거되어 제거된 완전한 상기 고정 포인트(25) 또는 상기 고정 포인트의 제거된 부분이 다른 풍력 터빈을 위한 다른 호이스팅 동작을 위하여 재사용될 수 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    - 상기 고정 포인트(25)는 볼트(44)를 이용하여 상기 타워(4)에 부착되고,
    - 상기 볼트(44)는, 특히 금속으로 이루어진 2개의 중첩하는 타워 세그먼트(40, 41)를 서로 연결하기 위하여, 상기 타워(4)의 벽을 통해 수평 방식으로 연장되도록 부착되고, 그리고
    - 상기 볼트 중 적어도 하나를 완전히 또는 부분적으로 이용하고 상기 고정 포인트를 상기 볼트에 고정하는 너트를 이용하여 상기 타워에 상기 고정 포인트를 고정함으로써 적어도 하나의 고정 포인트가 상기 타워에 부착되는 것을 특징으로 하는 방법.
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