KR20220029529A - 풍력 터빈을 지지하기 위한 해양 반잠수식 플랫폼 및 해양 전기 에너지 생산 시설 - Google Patents

풍력 터빈을 지지하기 위한 해양 반잠수식 플랫폼 및 해양 전기 에너지 생산 시설 Download PDF

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Abstract

풍력 터빈(12)을 지지하기 위한 해양 반잠수식 플랫폼(semi-submersible platform)(14)은: - 적어도 세 개의 안정화 기둥들(stabilizing columns)(16, 18); - 상기 적어도 세 개의 안정화 기둥들을 서로 고정시키기 위한 트러스 구조물(truss structure)(20); 및 - 상기 안정화 기둥들(16, 18) 중 적어도 하나를 위해, 실질적으로 수평의 천공 플레이트(perforated plate)(40)와, 적어도 상기 안정화 기둥(16, 18)의 바닥면(32) 아래의 작업 위치(working position)에서 상기 실질적으로 수평의 천공 플레이트(40)를 상기 안정화 기둥(16, 18)에 체결하도록 구성된 체결장치(fastening)(42);를 포함하며, 상기 작업 위치에서 상기 실질적으로 수평의 천공 플레이트(40)와 상기 안정화 기둥(16, 18)의 바닥면(32) 사이에 파랑 하중 감쇠 챔버(wave load attenuation chamber)(44)가 형성된다.

Description

풍력 터빈을 지지하기 위한 해양 반잠수식 플랫폼 및 해양 전기 에너지 생산 시설{Offshore semi-submersible platform for supporting a wind turbine and offshore electrical energy production facility}
본 발명은 부유식 반잠수식 플랫폼들에 의해 지지되는 해양 풍력 터빈에 관한 것이다.
US9446822는 기둥의 바닥 부분에 부착된 평면의 물 포획 플레이트(water entrapment plate)를 각각 구비한 세 개의 안정화 기둥들(stabilizing columns)을 가진 부유식 풍력 터빈 플랫폼을 개시하고 있다. 평면의 물 포착 플레이트는 부유식 플랫폼의 롤(roll), 피치(pitch) 및 큰 모션(heavy motion)의 감쇠(damping)를 허용한다.
그러나, 상기 모션들은 오직 부분적으로 감쇠된다.
그 결과로서, 부유식 플랫폼의 롤, 피치 및 큰 모션들의 더욱 효율적인 감소를 허용할 수 있는 감쇠 시스템을 위한 필요성이 존재한다.
이 목적을 위해, 본 발명은 일 측면에 따라 풍력 터빈을 지지하기 위한 해양 반잠수식 플랫폼(offshore semi-submersible platform)에 관한 것이며, 상기 해양 반잠수식 플랫폼은:
- 적어도 세 개의 안정화 기둥들(stabilizing columns);
- 상기 적어도 세 개의 안정화 기둥들을 서로 고정시키기 위한 트러스 구조물(truss structure); 및
- 상기 안정화 기둥들 중 적어도 하나를 위해, 실질적으로 수평의 천공 플레이트(perforated plate)와, 적어도 상기 안정화 기둥의 바닥면 아래의 작업 위치(working position)에서 상기 실질적으로 수평의 천공 플레이트를 상기 안정화 기둥에 체결하도록 구성된 체결장치(fastening);를 포함하며,
상기 작업 위치에서 상기 실질적으로 수평의 천공 플레이트와 상기 안정화 기둥의 바닥면 사이에 파랑 하중 감쇠 챔버(wave load attenuation chamber)가 형성된다.
상기 안정화 기둥들 아래의 상기 감쇠 챔버들은, 추가된 질량과 감쇠 효과, 천공 플레이트들을 통한 점성 감쇠, 및 압력 부하의 시간 위상 변경을 통한 기둥 바닥 슬래브들과 천공 플레이트들에 작용하는 결합된 파랑 하중들의 감소의 조합을 통해, 큰 롤(roll) 및 피치(pitch) 운동을 감소시키는데 도움을 준다.
몇몇 예들에서, 본 발명은 능동적 밸러스트 제어의 사용을 회피한다.
본 발명에 따른 해양 반잠수식 플랫폼은, 단독으로 고려되거나 또는 기술적으로 가능한 조합들에 따라 다음의 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
- 상기 안정화 기둥은 상기 안정화 기둥의 중심축에 대해 직각으로 취해진 정의된 기둥 단면(defined column section)을 가지고, 상기 정의된 단면은 최대 기둥 폭을 나타내며, 상기 파랑 하중 감쇠 챔버는 상기 중심축을 따라서 취해진 챔버 높이를 가지고, 상기 챔버 높이와 상기 최대 기둥 폭 사이의 비율은 0.2 내지 2 사이에 포함되며;
- 상기 챔버 높이는 3 내지 25미터 사이에 포함되며;
- 상기 실질적으로 수평의 천공 플레이트는 최대 플레이트 폭을 가지며, 상기 최대 플레이트 폭과 최대 기둥 폭 사이의 비율은 0.8 내지 1.4 사이에 포함되며;
- 적어도 하나의 추가 천공 플레이트가 상기 파랑 하중 감쇠 챔버 내에 배치되어 파랑 하중의 추가적인 감쇠를 제공하며;
- 상기 적어도 하나의 추가 천공 플레이트는 수평이거나, 또는 수직이거나, 또는 수직 방향 및 수평 방향 둘 다에 대해 경사진 평면 내에서 연장되며;
- 상기 체결장치는 상기 작업 위치보다 상기 안정화 기둥의 바닥면에 더 가까운 후퇴 위치(retracted position)에서 상기 실질적으로 수평의 천공 플레이트를 상기 안정화 기둥에 체결하도록 구성되며;
- 상기 체결장치는 적어도 세 개의 빔들(beams)을 포함하며, 각각의 빔은 상기 실질적으로 수평의 천공 플레이트에 고정되고 상기 안정화 기둥의 측면에 연결되며;
- 상기 적어도 세 개의 빔들은 적어도 세 개의 주된 빔들을 포함하고, 상기 체결장치는 상기 안정화 기둥의 측면에 각각의 주된 빔의 슬라이딩 연결부를 포함하며;
- 상기 빔들 중 하나와 상기 안정화 기둥의 측면은 체결구(fastener)를 포함하고, 상기 빔들 중 다른 하나와 상기 안정화 기둥의 측면은, 작업 위치와 후퇴 위치 각각에서 상기 실질적으로 수평의 천공 플레이트를 체결하기 위해 상기 체결구와 협동하는 상부 상보적 체결구와 하부 상보적 체결구를 지지하며;
- 각각의 안정화 기둥은 원형 또는 직사각형 단면을 가지며;
- 상기 실질적으로 수평의 천공 플레이트는 밸러스트(ballast)를 지지하며;
- 상기 적어도 세 개의 안정화 기둥들)은 풍력 터빈을 지지하기 위한 주된 안정화 기둥을 포함하며, 상기 주된 안정화 기둥은 다른 안정화 기둥들보다 더 큰 크기를 가지며;
- 상기 적어도 세 개의 안정화 기둥들은 삼각형의 꼭짓점들에 배치된 정확히 세 개의 안정화 기둥들을 포함하며;
- 상기 적어도 세 개의 안정화 기둥들은 상기 주된 안정화 기둥에 추가하여 세 개의 부수적 안정화 기둥들을 가지는 정확히 네 개의 안정화 기둥들을 포함하며, 상기 세 개의 부수적 안정화 기둥들은 삼각형의 꼭짓점들에 배치되고 상기 주된 안정화 기둥은 상기 삼각형의 기하구조적 중심에 배치되며;
- 상기 적어도 세 개의 안정화 기둥들은 상기 주된 안정화 기둥에 추가하여 네 개의 부수적 안정화 기둥들을 가지는 정확히 다섯 개의 안정화 기둥들을 포함하며, 상기 네 개의 부수적 안정화 기둥들은 정사각형의 꼭짓점들에 배치되고 상기 주된 안정화 기둥은 상기 정사각형의 기하구조적 중심에 배치된다.
본 발명은 또한 해양 전기 에너지 생산 시설에 관한 것이며, 상기 해양 전기 에너지 생산 시설은:
- 위의 특징들을 가지는 부유식 해양 반잠수식 플랫폼; 및
- 상기 적어도 세 개의 안정화 기둥들 중 하나에 장착된 풍력 터빈;을 포함한다.
본 발명은 오로지 예로서 제공되며 첨부된 도면들에 관련된 다음의 설명을 통해 더 잘 이해될 것이다.
- 도 1은 본 발명의 가능한 제1 실시예에 따른 부유식 해양 반잠수식 플랫폼을 포함하는 해양 전기 에너지 생산 시설의 개략적인 측면도이며;
- 도 2는 도 1의 해양 전기 에너지 생산 시설의 개략적인 상면도이며;
- 도 3과 4는 본 발명의 제2 실시예에 대한, 도 1과 2의 도면들과 유사한 개략도들이며;
- 도 5와 6은 본 발명의 제3 실시예에 대한, 도 1과 2의 도면들과 유사한 개략도들이며;
- 도 7과 8은 본 발명의 제4 실시예에 대한, 도 1과 2의 도면들과 유사한 개략도들이며;
- 도 9는 도 1의 천공 플레이트들 중 하나의 개략적인 상면도이며;
- 도 10은 도 7과 8의 해양 전기 에너지 생산 시설의 개략적인 사시도이며;
- 도 11은 천공 플레이트들을 이동시키기 위한 수단을 장착한 안정화 기둥의 개략적인 측면도로서, 천공 플레이트는 후퇴 위치에 있는 것으로 도시된다.
도 1은 전기 에너지를 생산하기 위한 해양 시설(10)을 도시한다.
상기 시설은 풍력 터빈(12)과 부유식 해양 반잠수식 플랫폼(14)을 포함한다.
상기 부유식 해양 반잠수식 플랫폼(14)은:
- 적어도 세 개의 안정화 기둥들(stabilizing columns)(16, 18); 및
- 상기 적어도 세 개의 안정화 기둥들(16, 18)을 서로 고정시키는 트러스 구조물(truss structure)(20);을 포함한다.
상기 풍력 터빈(12)은 세 개의 안정화 기둥들 중 하나에 장착된다. 상기 풍력 터빈(12)을 지지하는 안정화 기둥은 아래의 설명에서 주된 안정화 기둥(16)으로 지칭될 것이다. 다른 안정화 기둥들은 아래의 설명에서 부수적인 안정화 기둥들(18)로 지칭될 것이다.
상기 부수적 안정화 기둥들(18)은 최소의 양(질량, 크기, 등)으로 준정적(quasi-static) 및 동적 상태 둘 다를 위해 최적의 플랫폼 안정성을 제공하도록 배치된다.
상기 풍력 터빈(12)은 일반적으로 주된 안정화 기둥(16)의 상부에 고정된 지지 마스트(support mast)(21), 상기 마스트(21)의 정점에 배치된 나셀(nacelle)(22), 및 블레이드들(26)을 포함하며 상기 나셀(22) 내에 설치된 베어링들 내에서 회전하는 샤프트에 체결된 로터(24)를 포함한다.
이러한 풍력 터빈(12)은 본 기술분야의 기술자에게 알려져 있으며 이하에서 더 상세하게 개시되지 않을 것이다.
상기 부유식 해양 반잠수식 플랫폼(14)은 예를 들어 수심이 50m보다 깊은 구역에 배치하기가 적합하다.
상기 부유식 플랫폼(14)은 도시되지 않은 계류 시스템에 의해 해저면에 고정된다.
상기 계류 시스템은 예를 들어 각각의 기둥을 해저면 상에 배치된 앵커에 연결하는 적어도 세 개의 앵커 라인들을 포함한다.
각각의 기둥(16, 18)은 각각 중심축(A)을 따라서 연장된다. 상기 기둥이 실린더 형상을 가질 때, 중심축은 실린더의 축과 일치한다.
상기 중심축들(A)은 예를 들어 서로 평행하다.
각각의 중심축(A)은 특히 풍력 터빈(12)의 마스트(20)가 연장되는 축에 실질적으로 평행하게 연장된다.
각각의 기둥(16, 18)의 중심축(A)은 실질적으로 수직이지만, 수평에 대한 경사는 바다의 놀(swell) 또는 바람과 같은 날씨 상태에 따라 변한다.
각각의 안정화 기둥(16, 18)은 외측 표면(30)에 의해 한정된다.
상기 외측 표면(30)은 아래쪽으로 향하는 바닥면(32)과 위쪽으로 향하는 상면(34)을 포함한다.
상기 상면 및/또는 바닥면은 일반적으로 중심축(A)에 대해 실질적으로 직각이다.
상기 외측 표면(30)은 바닥면으로부터 상면까지 연장된 측면(36)을 가진다. 상기 측면은 실린더형이며, 중심축(A)을 둘러싼다.
도 1과 2에 도시된 바와 같이, 각각의 안정화 기둥(16, 18)은 적어도 하나의 쉘(38)을 포함한다. 상기 쉘은 외측 표면(30)을 형성한다. 상기 쉘은 상기 반잠수식 플랫폼에 부력을 제공하기 위해 적어도 부분적으로 비어 있다.
각각의 안정화 기둥(16, 18)의 하부는 물 내에 잠기며, 반면에 각각의 안정화 기둥(16, 18)의 상부는 해수면 위로 연장된다.
상기 안정화 기둥들(16, 18) 중 적어도 하나를 위해, 상기 반잠수식 플랫폼(14)은 실질적으로 수평의 천공 플레이트(perforated plate)(40)와, 적어도 안정화 기둥의 바닥면(32) 아래의 작업 위치(working position)에서 실질적으로 수평의 천공 플레이트(40)를 안정화 기둥(16, 18)에 체결하도록 구성된 체결장치(fastening)(40)를 포함한다.
상기 작업 위치 내의 실질적으로 수평의 천공 플레이트(40)와 안정화 기둥(16, 18)의 바닥면(38) 사이에 파랑 하중 감쇠 챔버(wave load attenuation chamber)(44)가 형성된다.
일반적으로, 상기 반잠수식 플랫폼(14)은 각각의 부수적 안정화 기둥들(18)을 위해 실질적으로 수평의 천공 플레이트(40)와 파랑 하중 감쇠 챔버(44)를 포함한다.
바람직하게는, 상기 반잠수식 플랫폼(14)은 또한 상기 주된 안정화 기둥(16)을 위해 실질적으로 수평의 천공 플레이트(40)와 파랑 하중 감쇠 챔버(44)를 포함한다.
상기 파랑 하중 감쇠 챔버(44)는 파랑 하중에 대한 플랫폼의 유체역학적 반응을 향상시킨다.
상기 천공 플레이트(40)는 안정화 기둥의 중심축(A)에 대해 실질적으로 직각인 평면 내에서 연장되기 때문에 실질적으로 수평이라고 일컬어진다. 상기 천공 플레이트(40)는 바다의 놀 또는 바람에 기인하여 수평에 대해 작은 각도를 형성할 수도 있다. 날씨 상태가 평온한 때, 상기 천공 플레이트(40)는 실질적으로 수평이다.
상기 천공 플레이트(40)는 실질적으로 바닥면(32)에 평행하다.
상기 천공 플레이트(40)는 상면과, 상기 상면 반대쪽의 저면을 포함한다. 상기 상면은 파랑 하중 감쇠 챔버(44) 쪽으로 향한다. 상기 저면은 바다의 바닥 쪽으로 향한다.
상기 천공 플레이트(40)는 바다의 바닥을 직접 마주보는 파랑 하중 감쇠 챔버(40)의 하측 자유 단부를 형성한다.
상기 천공 플레이트(40)는 10% - 50%의, 바람직하게는 20% - 40%의 평균 공극률(porosity) 범위를 가진다. 공극률은 여기서 천공 플레이트의 전체 천공 플레이트의 전체 단면과 천공 플레이트의 천공들(perforations)의 자유 단면 사이의 비율로 정의된다.
상기 천공 플레이트(40)는 각각 아래쪽으로 향하고 위쪽으로 향하는 두 개의 큰 면들(46, 48)을 가진다. 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 천공 플레이트(40)는 두 개의 큰 면들(46, 48)에서 개방된 다수의 천공들(perforations)(50)을 포함한다. 해수는 상기 천공들(50)을 통해 천공 플레이트(40)를 가로질러 순환할 수 있다.
상기 천공들(50)은 규칙적이거나 불규칙적인 단면을 가진다. 예를 들어, 상기 천공들은 원형의 단면을 가진다.
상기 천공들(50)은 모두 동일한 단면을 가진다. 상기 천공들은 동일한 형상과 동일한 치수들을 가진다. 대안으로서, 상기 천공들(50)은 상이한 단면들을 가진다. 예를 들어, 다수의 천공들은 원형 단면을 가지고 다수의 천공들은 비원형의 단면들을 가진다. 다른 예에 따르면, 다수의 천공들은 비교적 작은 크기를 가지고 다수의 천공들은 비교적 큰 크기를 가진다.
상기 천공들(50)의 형상과 크기 및 상기 천공 플레이트(40)의 두께는, 평균 공극률 범위를 고려하여, 천공들을 통한 점성 손실(viscous losses)을 증가시키고, 플레이트들과 기둥 바닥 슬래브(bottom slab)를 통해 작용하는 피크 압력 부하의 시간을 변경시키도록, 이에 따라 전체적으로 수반되는 파랑 하중을 감소시키도록 최적화된다. 이들은 CFD와 수조 시험들(basin tests)을 통해 최적화된다.
상기 천공들(50)은 천공 플레이트(40)의 표면의 적어도 80%에 걸쳐, 바람직하게는 천공 플레이트(40)의 표면의 적어도 90%에 걸쳐, 가능하다면 천공 플레이트(40)의 표면 전체에 걸쳐 분포된다.
도 9에 도시된 바와 같이, 상기 천공들(50)이 형성되지 않는 천공 플레이트(40)의 영역은 오직 플레이트의 가장자리를 따르며, 여기에서 체결장치(42)가 플레이트(40)에 고정된다.
바람직하게는, 상기 천공들(50)은 천공 플레이트(40)에 걸쳐 규칙적으로 분포된다. 다시 말해서, 상기 천공들(50) 사이의 간격은 플레이트(40) 전체에 걸쳐 동일하다.
예를 들어, 상기 천공들(50)은 정사각형 메쉬(square mesh)를 가진 그리드(grid)에 따라서 배치되며, 천공들(50)은 도 9에 도시된 그리드의 열들(rows)과 행들(columns) 사이의 교차점들에 배치된다.
상기 감쇠 챔버(44)의 중심축(A)을 따른 높이는 안정화 기둥(16, 18)의 단면을 고려하여 선택된다. 상기 챔버의 높이는 천공 플레이트(40)와 안정화 기둥의 바닥면(32) 사이의 간격에 대응된다.
상기 안정화 기둥(16, 18)은 상기 안정화 기둥의 중심축(A)에 대해 직각으로 취해진 정의된 기둥 단면을 가진다. 상기 정의된 단면은 최대 기둥 폭을 나타낸다. 상기 기둥 단면이 원형인 경우에, 최대 기둥 폭은 원형 단면의 직경이다. 상기 기둥 단면이 직사각형인 경우에, 최대 기둥 폭은 직사각형 단면의 대각선이다.
상기 챔버 높이는, 상기 챔버 높이와 상기 최대 기둥 폭 사이의 비율이 0.2 내지 2 사이, 바람직하게는 0.3 내지 1 사이에 포함되도록 선택된다.
상기 챔버 높이는 3 내지 25미터 사이, 바람직하게는 5 내지 15미터 사이에 포함된다.
상기 챔버 높이는 보통 모든 감쇠 챔버들(44)에 대해 동일하다.
따라서, 상기 천공 플레이트들(40)은 실질적으로 동일한 수평면 내에서 연장된다.
안정화 기둥이, 일반적으로 상기 주된 안정화 기둥이, 감쇠 챔버를 구비하지 않을 때, 다른 기둥들의 감쇠 챔버의 바닥 플레이트들은 상기 주된 안정화 기둥의 드래프트(draft)와 수평으로 정렬된다. 다시 말해서, 상기 안정화 기둥의 바닥면(32)과 다른 기둥들의 천공 플레이트들(40)은 실질적으로 동일한 수평면 내에서 연장된다.
상기 감쇠 챔버들의 기하구조는 피크 수직 파랑 하중과 기둥 유도 모션들의 감소를 위한 그들의 효율성을 최대화하도록 최적화된다. 이는 천공 플레이트(40)와 위의 기둥의 바닥 슬래브 사이의 거리, 플레이트(40)의 범위와 천공들(공극률 인덱스, 천공들의 배치)의 조합을 적절하게 선택함으로써 달성된다. 이러한 파라미터들은 수치 유체 모델링(CFD)과 수조 시험들을 통해 교정된다.
상기 부수적 안정화 기둥들(18)의 천공 플레이트들(40)과 감쇠 챔버들(44)은 일반적으로 모두 동일하다.
상기 주된 안정화 기둥(16)의 천공 플레이트(40)와 감쇠 챔버(44)는 보통 부수적 안정화 기둥들(18)의 그것들과 상이하다.
유리하게는, 적어도 하나의 추가적인 천공 플레이트가 감쇠 챔버(44) 내부에 배치된다(도 3). 추가적인 천공 플레이트는 파랑 하중의 추가적인 점성 감쇠(viscous damping)를 제공하기 위해 배치되며 유체역학적 효율성을 더 향상시킨다.
상기 적어도 하나의 추가적인 천공 플레이트는 실질적으로 수평이거나, 또는 실질적으로 수직이거나, 또는 수직 방향 및 수평 방향에 대하여 경사진 평면 내에서 연장된다.
예를 들어, 하나 또는 몇몇의 추가적인 수평 천공 플레이트(들)(52)은 유체역학적 효율성을 향상시키기 위해 안정화 기둥의 바닥면(32)과 실질적으로 수평의 천공 플레이트(40) 사이의 중간 레벨(들)에 배치된다.
대안으로서, 또는 추가적으로, 하나 또는 몇몇의 수직 천공 플레이트들(54)은, 안정화 기둥들의 베이스에 천공된 서브-챔버들을 생성함으로써, 적절한 파랑 하중 감소(피크 압력 부하의 감쇠 및 감소)를 통해 일차 파랑 유도 수평 운동들을 감소시키도록 배치된다.
상기 체결장치(42)는, 작업 위치(working position)보다 안정화 기둥의 바닥면(32)에 더 가까운 후퇴 위치(retracted position)에서, 실질적으로 수평의 천공 플레이트(40)를 안정화 기둥(16, 18)에 체결하기 위해 배치된다.
다시 말해서, 상기 체결장치(42)는 실질적으로 수평의 천공 플레이트(40)가 두 개의 상이한 위치들; 작업 위치와 후퇴 위치에서 안정화 기둥(16, 18)에 체결될 수 있게 허용하도록 구성된다.
작업 위치는 도 1, 3, 5, 7, 및 10에 도시된다. 후퇴 위치는 도 11에 도시된다.
후퇴 위치에서, 상기 부유식 플랫폼(14)의 드래프트(draft)는 감소된다. 따라서, 후퇴 위치는 특히 부유식 건설 및 플랫폼(14)과 생산 시설(10)의 조립 단계 중에 적용된다. 작업 위치는 최적의 유체역학적 효율성을 제공하며 특히 적극적 에너지 생산 작업 중에 적용된다.
상기 체결장치(42)는 적어도 세 개의 수직 빔들(beams)을 포함하며, 각각의 빔은 실질적으로 수평의 천공 플레이트(40)에 고정되고 안정화 기둥(16, 18)의 측면(26)에 연결된다.
상기 적어도 세 개의 빔들은 적어도 세 개의 주된 빔들(56)을 포함한다.
상기 체결장치(42)는 안정화 기둥의 측면(36)에 각각의 주된 빔(56)의 슬라이딩 연결부(58)를 포함한다.
상기 주된 빔(56)은 천공 플레이트가 후퇴 위치와 작업 위치 사이에서 이동될 때 천공 플레이트(40)를 안내하기 위해 슬라이딩 연결부들(58)과 협동한다.
주된 빔들(56)의 수는 상기 플레이트가 수평에 대하여 경사지지 않고 상기 안내가 만족스럽게 수행될 수 있도록 선택된다.
일반적으로, 상기 적어도 세 개의 빔들은 안정화 기둥의 중심축(A) 둘레로 서로에 대해 각도 이격된 정확히 세 개의 주된 빔들(56)을 포함한다.
상기 적어도 세 개의 빔들은 몇몇의 부수적 빔들(60)을 포함한다.
부수적 빔들(60)의 수는 작업 위치에서 주된 빔들과 부수적 빔들이 함께 천공 플레이트를 안정화 기둥에 단단하게 체결하도록 선택되며, 한편 주된 빔들(60)은 상기 플레이트(들)을 후퇴 위치에 고정시킨다.
일반적으로, 부수적 빔들(60)의 수는 빔들의 전체 수가 3 내지 12개 사이에, 바람직하게는 4 내지 10개 사이에, 일반적으로는 6 내지 8개 사이에 포함되도록 선택된다.
예를 들어, 상기 체결장치(42)는 세 개의 주된 빔들(56)과 다섯 개의 부수적 빔들(60)을 포함한다.
상기 빔들(56, 60)은 안정화 기둥의 중심축(A) 둘레로 서로에 대하여 규칙적으로 각도 이격된다. 가능하다면, 상기 빔들(56, 60)은 두 개의 주된 빔들(56) 사이에 동일한 수의 부수적 빔들(60) 플러스 또는 마이너스 하나의 빔을 가지도록 배치된다.
도면들에 도시된 예에서, 두 개의 부수적 빔들(60)이 제1 및 제2 주된 빔들(56) 사이에 개재되며, 두 개의 부수적 빔들(60)이 제2 및 제3 주된 빔들(56) 사이에 개재되고, 하나의 부수적 빔(60)이 제3 및 제1 주된 빔들(56) 사이에 개재된다.
상기 빔들(56, 60)은 금속 빔들이며, 예를 들어 원형의 20인치 직경(대략 70cm)을 가진다.
상기 빔들(56, 60)은 안정화 기둥의 중심축(A)에 실질적으로 평행하며, 서로 평행하다.
각각의 빔의 하단부(62)는 천공 플레이트(40)에 견고하게 고정된다.
상기 슬라이딩 연결부(58)는 안정화 기둥의 측면(36)에 고정된 슬리브(sleeve)를 포함하며, 상기 슬리브 내에 주된 빔(56)이 슬라이딩 수용된다.
실질적으로 수평의 천공 플레이트(40)를 작업 위치와 후퇴 위치에 각각 고정시키기 위해, 상기 빔들(56, 60) 중 하나와 안정화 기둥의 측면(36)은 체결구(fastener)(64)를 포함하고, 상기 빔들(56, 60) 중 다른 하나와 안정화 기둥의 측면(36)은 상기 체결구(64)와 협동하는 상부 상보적 체결구(66)와 하부 상보적 체결구(68)를 지지한다.
도 10과 11에 도시된 예에서, 상기 안정화 기둥의 측면(36)은 각각의 빔(56, 60)을 위해 하나의 체결구(64)를 지지한다. 각각의 빔(56, 60)은 하나의 상부 상보적 체결구(66)와 하나의 하부 상보적 체결구(68)를 지지한다.
상기 상부 상보적 체결구(66)는 하부 상보적 체결구(68) 위에 배치된다.
상기 체결구들과 상보적 체결구들은 임의의 적합화된 타입이다. 예를 들어, 상기 체결구는 플랜지를 포함하고 상기 상보적 체결구는 상기 체결구의 플랜지에 볼트 체결되도록 구성된 다른 플랜지를 포함한다.
(도면들에 도시되지 않은) 변형예에서, 각각의 빔(56, 60)은 하나의 체결구(64)를 지지한다. 상기 안정화 기둥의 측면(36)은 각각의 빔을 위해 하나의 상부 상보적 체결구(66)와 하나의 하부 상보적 체결구(68)를 지지한다.
상기 천공 플레이트(40)를 후퇴 위치와 작업 위치 사이에서 이동시키기 위해, 상기 부유식 플랫폼(14)은, 각각의 주된 빔(56)을 위해, 윈치(winch)(69)와, 주된 빔(56)의 상단부(71)에 연결된 케이블 또는 체인(70)을 포함한다(도 11).
도 11에 도시된 예에서, 상기 윈치(69)는 안정화 기둥의 상면(34)에 고정된다. 상기 케이블 또는 체인(70)은 윈치(69)로부터 상면(34)의 가장자리에 있는 편향 풀리(72)까지 실질적으로 수평으로 연장되며, 상기 편향 풀리(72)로부터 주된 빔(56)의 상단부(71)까지 수직으로 연장된다.
상기 천공 플레이트(40)를 후퇴 위치로부터 작업 위치까지 하강시키기 위해, 모든 주된 빔들(56)에 연관된 윈치들(69)이 케이블 또는 체인들(70)이 동시에 풀리도록 작동된다.
상기 천공 플레이트(40)를 작업 위치로부터 후퇴 위치까지 상승시키기 위해, 모든 주된 빔들(56)에 연관된 윈치들(69)이 케이블 또는 체인들(70)이 감기도록 작동된다.
상기 윈치들(690은 안정화 기둥에 제거 가능하게 체결된다. 하강/상승 작업들이 완료된 후에, 상기 위치들은 제거된다.
상기 체결장치(42)는 외부 빔들(56, 60)이 감쇠 챔버(44)의 천공 플레이트(들)에 작용하는 하중을 균일하게 분배하도록 설계된다.
사익 주된 빔들(56)은 부수적 빔들(60)보다 더 길다.
상기 부수적 빔들(60)의 길이는 천공 플레이트(40)의 작업 위치와 후퇴 위치 둘 다에서 부수적 빔들(60)이 해수면 아래에 잠긴 상태로 유지되도록 정해진다.
상기 주된 빔들(56)의 길이는 천공 플레이트(40)의 작업 위치와 후퇴 위치 둘 다에서 주된 빔들(56)의 상단부들(71)이 해수면 위에 유지되도록 정해진다.
후퇴 위치에서, 상기 주된 빔들(56)의 상단부들(71)은 상면(34) 아래로 유지되며, 안정화 기둥 위로 돌출되지 않는다.
일반적으로, 상기 안정화 기둥들(16, 18)은 중심축에 대해 직각으로 취해진 원형의 단면을 가진다(도 2, 6, 8, 10). 다른 변형예에 따르면, 상기 안정화 기둥들(16, 18)은 직사각형 단면을 가지며, 둥근 코너들을 가질 수 있다(도 4). 다른 변형예에 따르면, 상기 안정화 기둥들(16, 18)은 임의의 다른 형상의 단면을 가진다. 상기 단면의 형상은 건설 비용과 유체역학적 효율성 사이의 균형에 기초하여 결정된다.
상기 실질적으로 수평의 천공 플레이트(40)는 안정화 기둥(16, 18)의 단면과 동일한 형상을 가진다. 상기 단면이 원형일 경우, 상기 천공 플레이트(40)는 원형이다. 상기 단면이 직사각형일 경우, 상기 천공 플레이트(40)는 직사각형이다.
최대 플레이트 폭과 최대 기둥 폭 사이의 비율은 0.8 내지 1.4 사이에, 바람직하게는 1 내지 1.2 사이에 포함된다.
상기 플레이트가 원형일 경우, 최대 플레이트 폭은 원형 플레이트의 직경이다. 상기 플레이트가 직사각형일 경우, 최대 플레이트 폭은 직사각형 플레이트의 대각선이다.
결과적으로, 상기 천공 플레이트는 안정화 기둥의 외주를 넘어서 더 연장되지 않으며, 부둣가 계류 및 부두 크레인에 의한 마스트들과 터빈의 리프팅이 용이하게 된다.
위에서 지적한 바와 같이, 상기 안정화 기둥들(16, 18)은 실질적으로 수직인 중심축(A)을 가진다. 대안으로서, 부수적 안정화 기둥들(18)은 수직 방향에 대하여 경사진 중심축(A)을 가진다.
상기 주된 안정화 기둥(16)은 풍력 터빈(12)의 무게를 견디기 위해 부수적 안정화 기둥들(18)보다 더 큰 부피를 가진다.
상기 적어도 세 개의 안정화 기둥들(16, 18)을 서로 고정시키는 상기 트러스 구조물(20)은 유리하게는 프랑스 특허출원번호 FR1874136호에서 정의된 바와 같다.
상기 트러스 구조물(20)은 거싯들(gussets)과 전단 플레이트들(shear plates)을 통해 안정화 기둥들에 연결된 빔들(74)을 포함한다(도 10).
각각의 안정화 기둥의 쉘(shell)(38)은 도면들에 도시되지 않은 상부 슬래브(slab)와 하부 슬래브를 포함하며, 이들은 각각 상면(36)과 바닥면(32)을 형성한다.
상기 빔들(74)은, 도 3과 도 5에 도시된 바와 같이, 상부 슬래브들과 하부 슬래브들에 고정된다. 대안으로서, 상기 빔들(74)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 상부 슬래브들과 감쇠 챔버들의 천공 플레이트들(40)에 고정된다.
상기 트러스 구조물(20)은 상기 부유식 시설의 전체적인 안정성을 보장하기 위해 안정화 기둥들 사이에 복원 부하를 전달하면서 트러스 구조물에 작용하는 파랑 하중을 최소화하도록 설계된다.
도 1 내지 4, 7 및 8에도시된 예들에서, 두 개의 주어진 안정화 기둥들은 두 개의 주된 빔들(74)에 의해 서로 연결된다. 각각의 주된 빔은 튜브형이며, 큰 원형 단면을 가진 실린더형 프로파일이다.
대안으로서, 튜브형 주된 빔들(74)은, 도 5와 6에 도시된 바와 같이, 작은 단면의 프로파일들의 격자로 만들어진 주된 빔들로 교체된다.
상기 해양 반잠수식 플랫폼(14)에서 안정화 기둥들(16, 18)의 전체 배치의 몇몇의 예들이 아래에서 설명된다.
제1 실시예에 따르면, 상기 적어도 세 개의 안정화 기둥들은 삼각형의 꼭짓점들에 배치된 정확히 세 개의 안정화 기둥들을 포함한다.
제1 실시예는 하나의 주된 안정화 기둥(16)과 두 개의 부수적 안정화 기둥들(18)을 포함한다.
상기 세 개의 안정화 기둥들(16, 18)은 예를 들어 프랑스 특허출원번호 FR1874136호에서 서술된 바와 같이 배치된다.
상기 세 개의 안정화 기둥들(16, 18)은 원형의 단면들을 가진다(도 1과 2).
도 3과 4에 도시된 제2 실시예에서, 상기 적어도 세 개의 안정화 기둥들은 삼각형의 꼭짓점들에 배치된 정확히 세 개의 안정화 기둥들을 포함한다. 제2 실시예는 하나의 주된 안정화 기둥(16)과, 두 개의 부수적 안정화 기둥들(18)을 포함한다.
상기 세 개의 안정화 기둥들(16, 18)은 예를 들어 프랑스 특허출원번호 FR1874136호에서 서술된 바와 같이 배치된다.
상기 세 개의 안정화 기둥들(16, 18)은 둥근 코너들을 가진 직사각형 단면들을 가진다(도 3과 4).
제3 실시예에 따르면, 상기 적어도 세 개의 안정화 기둥들은 주된 안정화 기둥(16)에 추가하여 세 개의 부수적 안정화 기둥들(18)을 가지는 정확히 네 개의 안정화 기둥들을 포함한다.
상기 세 개의 부수적 안정화 기둥들(18)은 삼각형의 꼭짓점들에 배치되고, 주된 안정화 기둥(16)은 상기 삼각형의 기하구조적 중심에 배치된다.
상기 삼각형은 예를 들어 실질적으로 등변 삼각형이다.
제4 실시예에 따르면, 상기 적어도 세 개의 안정화 기둥들은 주된 안정화 기둥(16)에 추가하여 네 개의 부수적 안정화 기둥들(18)을 가지는 정확히 다섯 개의 안정화 기둥들을 포함한다.
상기 네 개의 부수적 안정화 기둥들(18)은 정사각형의 꼭짓점들에 배치되고, 주된 안정화 기둥(16)은 상기 정사각형의 기하구조적 중심에 배치된다.
모든 실시예들에서, 상기 안정화 기둥들은, 특히 이들의 크기들은, 영구적인 밸러스팅(ballasting)을 위한 필요성을 감소시킨다.
밸러스팅은 물에 의해 또는 고밀도 고체 재료, 예컨대 콘크리트, 오크리트(orecrete) 또는 임의의 다른 적합한 재료에 으해 달성된다.
밸러스트(76)는 안정화 기둥의 베이스에, 쉘(38)의 내부에 위치한다(도 3과 5).
대안으로서, 상기 실질적으로 수평의 천공 플레이트(40)는 밸러스트(76)를 지지한다(도 1, 5, 7). 이 경우에, 상기 밸러스트는 천공 플레이트(40)의 상부에 배치되거나, 또는 천공 플레이트(40)이다.
다른 대안에 따르면, 상기 밸러스트(76)의 부분은 안정화 기둥 내부에 위치하며, 밸러스트(76)의 다른 부분은 천공 플레이트에 의해 지지된다.
상기 부수적 안정화 기둥들은 보통 동일한 양의 밸러스트(76)로 로딩된다. 상기 주된 안정화 기둥은 보통 상이한 양의 밸러스트(76)로 로딩된다(도 1, 3, 및 5).
도 5에 도시된 예에 따르면, 상기 주된 안정화 기둥은 약체 밸러스트(76)로 로딩되며, 반면에 부수적 안정화 기둥들은 고체 밸러스트(76)로 로딩된다.
상기 밸러스트(76)는 낮춰진 메타센터 높이(metacentric height)를 통해 전체적인 안정성을 향상시킨다.
상기 안정화 기둥(16, 18)은 보강된 강철 플레이트(해양 표준), 정상 밀도 콘크리트에 의한 구조적 프리스트레스 보강 콘크리트 또는 경량 콘크리트로 만들어진다. 상기 트러스 구조물(20)은 강철, 콘크리트 또는 이들의 조합으로 만들어진다.
상기 천공 플레이트(40)는 강철, 콘크리트 또는 이들의 조합으로 만들어진다.
재료의 선택은, 최대 플랫폼 모션들에 관련된 프로젝트 기준을 달성하면서 프로젝트 세부 사항에 의한 제조 및 수송 비용을 최적화하기 위해 프로젝트 설계 단계에서 이루어진다.
변형예에 따르면, 대응되는 안정화 기둥에 천공 플레이트(40)의 체결장치(42)는 안정화 기둥의 측면(36)에 연결된 빔들을 포함하지 않는다. 대신에, 상기 체결장치(42)는 천공 플레이트(40)를 안정화 기둥의 바닥면(32)에 연결하는 트러스 구조물을 포함한다.

Claims (15)

  1. 풍력 터빈(12)을 지지하기 위한 해양 반잠수식 플랫폼(semi-submersible platform)(14)으로서, 상기 해양 반잠수식 플랫폼(14)은:
    - 적어도 세 개의 안정화 기둥들(stabilizing columns)(16, 18);
    - 상기 적어도 세 개의 안정화 기둥들을 서로 고정시키기 위한 트러스 구조물(truss structure)(20); 및
    - 상기 안정화 기둥들(16, 18) 중 적어도 하나를 위해, 실질적으로 수평의 천공 플레이트(perforated plate)(40)와, 적어도 상기 안정화 기둥(16, 18)의 바닥면(32) 아래의 작업 위치(working position)에서 상기 실질적으로 수평의 천공 플레이트(40)를 상기 안정화 기둥(16, 18)에 체결하도록 구성된 체결장치(fastening)(42);를 포함하며,
    상기 작업 위치에서 상기 실질적으로 수평의 천공 플레이트(40)와 상기 안정화 기둥(16, 18)의 바닥면(32) 사이에 파랑 하중 감쇠 챔버(wave load attenuation chamber)(44)가 형성되는, 해양 반잠수식 플랫폼.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 안정화 기둥(16, 18)은 상기 안정화 기둥(16, 18)의 중심축(A)에 대해 직각으로 취해진 정의된 기둥 단면(defined column section)을 가지고, 상기 정의된 단면은 최대 기둥 폭을 나타내며, 상기 파랑 하중 감쇠 챔버(44)는 상기 중심축(A)을 따라서 취해진 챔버 높이를 가지고, 상기 챔버 높이와 상기 최대 기둥 폭 사이의 비율은 0.2 내지 2 사이에 포함되는, 해양 반잠수식 플랫폼.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 챔버 높이는 3 내지 25미터 사이에 포함되는, 해양 반잠수식 플랫폼.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 실질적으로 수평의 천공 플레이트(40)는 최대 플레이트 폭을 가지며, 상기 최대 플레이트 폭과 최대 기둥 폭 사이의 비율은 0.8 내지 1.4 사이에 포함되는, 해양 반잠수식 플랫폼.
  5. 제1항에 있어서,
    적어도 하나의 추가 천공 플레이트(52, 54)가 상기 파랑 하중 감쇠 챔버(44) 내에 배치되어 파랑 하중의 추가적인 감쇠를 제공하는, 해양 반잠수식 플랫폼.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 추가 천공 플레이트(52, 54)는 수평이거나, 또는 수직이거나, 또는 수직 방향 및 수평 방향 둘 다에 대해 경사진 평면 내에서 연장되는, 해양 반잠수식 플랫폼.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 체결장치(42)는 상기 작업 위치보다 상기 안정화 기둥(16, 18)의 바닥면(32)에 더 가까운 후퇴 위치(retracted position)에서 상기 실질적으로 수평의 천공 플레이트(40)를 상기 안정화 기둥(16, 18)에 체결하도록 구성되는, 해양 반잠수식 플랫폼.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 체결장치(42)는 적어도 세 개의 빔들(beams)(56, 60)을 포함하며, 각각의 빔(56, 60)은 상기 실질적으로 수평의 천공 플레이트(40)에 고정되고 상기 안정화 기둥(16, 18)의 측면(36)에 연결되는, 해양 반잠수식 플랫폼.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 적어도 세 개의 빔들은 적어도 세 개의 주된 빔들(56)을 포함하고, 상기 체결장치(42)는 상기 안정화 기둥(16, 18)의 측면(36)에 각각의 주된 빔(56)의 슬라이딩 연결부(58)를 포함하는, 해양 반잠수식 플랫폼.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 빔들(56, 60) 중 하나와 상기 안정화 기둥(16, 18)의 측면(36)은 체결구(fastener)(64)를 포함하고, 상기 빔들(56, 60) 중 다른 하나와 상기 안정화 기둥(16, 18)의 측면(36)은, 작업 위치와 후퇴 위치 각각에서 상기 실질적으로 수평의 천공 플레이트(40)를 체결하기 위해 상기 체결구(64)와 협동하는 상부 상보적 체결구(66)와 하부 상보적 체결구(68)를 지지하는, 해양 반잠수식 플랫폼.
  11. 제1항에 있어서,
    각각의 안정화 기둥(16, 18)은 원형 또는 직사각형 단면을 가지는, 해양 반잠수식 플랫폼.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 실질적으로 수평의 천공 플레이트(40)는 밸러스트(ballast)(76)를 지지하는, 해양 반잠수식 플랫폼.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 세 개의 안정화 기둥들(16, 18)은 풍력 터빈(12)을 지지하기 위한 주된 안정화 기둥(16)을 포함하며, 상기 주된 안정화 기둥(16)은 다른 안정화 기둥들(18)보다 더 큰 크기를 가지는, 해양 반잠수식 플랫폼.
  14. 제13항에 있어서,
    - 상기 적어도 세 개의 안정화 기둥들(16, 18)은 삼각형의 꼭짓점들에 배치된 정확히 세 개의 안정화 기둥들을 포함하거나; 또는
    - 상기 적어도 세 개의 안정화 기둥들(16, 18)은 상기 주된 안정화 기둥(16)에 추가하여 세 개의 부수적 안정화 기둥들(18)을 가지는 정확히 네 개의 안정화 기둥들을 포함하며, 상기 세 개의 부수적 안정화 기둥들(18)은 삼각형의 꼭짓점들에 배치되고 상기 주된 안정화 기둥(16)은 상기 삼각형의 기하구조적 중심에 배치되거나; 또는
    - 상기 적어도 세 개의 안정화 기둥들(16, 18)은 상기 주된 안정화 기둥(16)에 추가하여 네 개의 부수적 안정화 기둥들(18)을 가지는 정확히 다섯 개의 안정화 기둥들을 포함하며, 상기 네 개의 부수적 안정화 기둥들(18)은 정사각형의 꼭짓점들에 배치되고 상기 주된 안정화 기둥(16)은 상기 정사각형의 기하구조적 중심에 배치되는, 해양 반잠수식 플랫폼.
  15. 해양 전기 에너지 생산 시설(10)로서:
    - 제1항에 따른 부유식 해양 반잠수식 플랫폼(14); 및
    - 상기 적어도 세 개의 안정화 기둥들(16, 18) 중 하나에 장착된 풍력 터빈(12);을 포함하는, 해양 전기 에너지 생산 시설.
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