KR20230061118A

KR20230061118A - 부유체 및 부유식 해상 풍력 발전 설비

Info

Publication number: KR20230061118A
Application number: KR1020210146038A
Authority: KR
Inventors: 김연호
Original assignee: 삼성중공업 주식회사
Priority date: 2021-10-28
Filing date: 2021-10-28
Publication date: 2023-05-08

Abstract

부유식 해상 풍력 발전 설비가 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 부유식 해상 풍력 발전 설비는 해상에 부유하도록 부력을 가지는 메인부유체; 상기 메인부유체의 상부에 수직하게 설치되어, 전력을 생산하는 풍력 발전기와; 수면 아래에 잠기도록 상기 메인부유체에 설치되고, 상기 메인 부유체에 보조 부력을 제공하는 보조 부유체를 포함하되; 상기 보조 부유체는 조류의 흐름에 따라 양력을 받을 수 있는 부유 날개를 포함할 수 있다.

Description

부유체 및 부유식 해상 풍력 발전 설비{FLOATING BODY AND FLOATING OFFSHORE WIND POWER GENERATION PLANT}

본 발명은 부유체 및 이를 갖는 부유식 해상 풍력 발전 설비에 관한 것이다.

일반적으로 풍력 발전기는 바람의 힘에 의해서 회전하는 풍차의 회전력으로부터 발전기를 돌려 전기를 발생시키는 기술로서, 청정에너지인 바람을 동력원으로 하므로, 환경오염이 발생하지 않는다는 장점이 있다.

이러한 풍력발전기는 크게 육상풍력발전기와 해상풍력발전기가 있다. 상기 해상풍력발전기는 육상풍력발전에 비해서 풍력감소가 적고, 설치 부지 및 규모의 제한이 적다는 장점이 있으며, 해상에 설치하는 방법에 따라 고정식과 부유식으로 나뉜다.

상기 고정식은 수심이 깊지 않은 바다의 해저지반에 기초공사를 하고 그 위에 구조물 및 발전설비를 설치하는 방식이다. 고정식 풍력발전에 사용되는 기초는 크게 콘크리트 자중 기초, 모노파일 기초, 멀티파일 기초 3가지로 분류된다.

상기 부유식은 해상에 떠있는 부유체 위에 발전설비를 고정시키고, 부유체의 운동을 계류 시스템으로 제어하는 방식이다. 부유식은 해안에서 멀리 떨어져서 설치할 수 있기 때문에 주변 환경에 미치는 소음과 전자기 등의 영향이 작다.

이러한 부유식 해상 풍력 발전 설비는 풍력 터빈을 설치하기 위한 하부 부유체(TLP) 타입이 개발되고 적용되고 있다. 하부 부유체는 상부 터빈 발전 용량에 따른 상부 구조물 증가가 발생하게 됨에 따라 하부 부유체도 해당 구조물의 중량을 견딜 수 있도록 대형화가 된다.

본 발명은 조류를 이용하여 부유력을 제공받을 수 있는 부유체 및 이를 갖는 부유식 해상 풍력 발전 설비를 제공한다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 다른 기술적 과제들은 이하의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 해상에 부유하도록 부력을 가지는 메인부유체; 상기 메인부유체의 상부에 수직하게 설치되어, 전력을 생산하는 풍력 발전기와; 수면 아래에 잠기도록 상기 메인부유체에 설치되고, 상기 메인 부유체에 보조 부력을 제공하는 보조 부유체를 포함하되; 상기 보조 부유체는 조류의 흐름에 따라 양력을 받을 수 있는 부유 날개를 포함하는 부유식 해상 풍력 발전 설비가 제공될 수 있다.

또한, 상기 부유 날개는 조류 흐름에 따라 방향 전환이 가능할 수 있다.

또한, 상기 보조 부유체는 조류를 감지하는 측정부 및 상기 측정부에 의해 측정된 조류 방향에 따라 상기 부유 날개의 방향을 전환시키기 위한 방향 전환부를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 보조 부유체는 상기 부유 날개를 지지하는 지지 프레임을 더 포함하고, 상기 부유 날개는 상기 지지 프레임에 다단으로 설치될 수 있다.

또한, 상기 부유 날개는 조류에 의해 양력을 일으킬 수 있는 비행기 날개 단면 모양을 가질 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 해상에 부유하도록 부력을 가지는 메인부유체; 및 수면 아래에 잠기도록 상기 메인부유체에 설치되고, 상기 메인 부유체에 보조 부력을 제공하는 보조 부유체를 포함하되; 상기 보조 부유체는 조류에 의해 양력을 일으킬 수 있는 비행기 날개 단면 모양을 갖는 부유날개; 조류를 감지하는 측정부; 및 상기 측정부에 의해 측정된 조류 방향에 따라 상기 부유 날개의 방향을 전환시키기 위한 방향 전환부를 포함하는 부유체가 제공될 수 있다.

본 발명의 실시예에 의하면, 조류의 흐름에 따라 양력을 받을 수 있는 부유 날개에 의해 부유력을 추가적으로 제공함으로써 메인 부유체의 크기를 줄일 수 있다.

본 발명의 효과는 상술한 효과들로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 부유식 해상 풍력 발전 설비를 보여주는 사시도이다
도 2는 도 1에 도시된 부유식 해상 풍력 발전 설비의 정면도이다.
도 3은 보조 부유체를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 보조 부유체의 사시도이다.
도 5는 보조 부유체의 변형예이다.

본 발명의 다른 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술하는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되지 않으며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 만일 정의되지 않더라도, 여기서 사용되는 모든 용어들(기술 혹은 과학 용어들을 포함)은 이 발명이 속한 종래 기술에서 보편적 기술에 의해 일반적으로 수용되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 공지된 구성에 대한 일반적인 설명은 본 발명의 요지를 흐리지 않기 위해 생략될 수 있다. 본 발명의 도면에서 동일하거나 상응하는 구성에 대하여는 가급적 동일한 도면부호가 사용된다. 본 발명의 이해를 돕기 위하여, 도면에서 일부 구성은 다소 과장되거나 축소되어 도시될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 부유식 해상 풍력 발전 설비를 보여주는 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 부유식 해상 풍력 발전 설비의 정면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 부유식 해상 풍력 발전 설비(10)는 메인부유체(100), 풍력 발전기(200) 그리고 보조 부유체(300)를 포함할 수 있다.

메인 부유체(100)는 이후 설명될 풍력 발전기(200) 및 보조 부유체(300)를 설치한 상태로 지지하는 구조물이다. 이러한, 메인 부유체(100)는 해상에서 부유하도록 부력을 가지는 구조물일 수 있다. 메인 부유체는 프레임(110) 및 부력재(120)들을 포함할 수 있다. 프레임(110)은 그 자체가 부력재로서의 역할을 가질 수 있다. 부력재(120)들은 프레임(110)에 사각형 형태로 배치된 것을 예시로 하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 부력재들이 삼각형 등 대칭성을 갖는 다양한 다각형 형태로 배치될 수 있다.

본 실시예에서 메인 부유체(100)는 전체적인 형태가 사각형으로 된 것을 도시하였으나, 이는 본 발명을 구현하는 일예에 불과하며, 그 밖에도 링형, 오각형, 육각형 등의 다양한 다각형 형태들로 제공될 수 있다.

메인 부유체(100)를 구성하는 프레임(110) 및 부력재(120)들은 사각 형태 또는 파이프 형태로 강성과 부력을 많이 받을 수 있도록 제작될 수 있으며, 재질은 강도와 내식성을 고려하여 경제적인 금속 혹은 합성수지등 다양한 재질로써 제작될 수 있다.

한편, 상기 메인부유체(100)에는 이후 설명될 풍력발전기(200)를 연결 지지할 수 있도록 지지대(130)가 결합 설치될 수 있다. 이러한, 지지대(130)는 바 형상 부재로서, 일단은 상기 메인 부유체(100)에 연결 결합되고, 타단은 풍력 발전기(200)에 연결 결합될 수 있다.

풍력 발전기(200)는 메인 부유체(100) 상에 설치되어, 해상에서 발생되는 풍력을 이용하여 전력을 생산하는 발전설비이다. 이러한, 풍력발전기(200)는 메인 부유체(100)의 상부 중심에 배치된 상태로 상방으로 돌출되도록 메인 부유체(100)에 연결 결합될 수 있다. 여기서, 풍력 발전기(200)는 메인 부유체(100)의 상부에 수직하게 배치된 상태로 지지대들에 의해 결합 설치되는 타워(210)와, 타워(210)의 상부에 연결 설치되어 블레이드(230)의 회전력으로부터 전기를 발생시키는 낫셀(220) 및, 상기 낫셀(220)에 회전 가능하게 설치되어 풍력에 의해 회전하는 블레이드(230)를 포함할 수 있다.

다시 도 2를 참고하면, 본 발명의 부유식 해상 풍력 발전 설비는 조류나 바람, 풍랑에 의해 밀려가지 않도록 한 곳에 고정시켜 두기 위한 계류(anchoring)장치로서 앵커들(202)을 이용한 것이 도시되어 있다.

메인 부유체(100)는 로프(204)에 의해 연결된 앵커들(202)에 의해 해저면에 지지될 수 있다. 앵커의 종류로는, 해저면의 암반을 굴착하고 매립함으로써 위치를 고정시킨 매립식 앵커와 앵커 자체의 자중(自重)에 의해 해저면에 가라앉아 고정되는 중력식 앵커가 있다.

도 3은 보조 부유체를 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 보조 부유체의 사시도이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 보조 부유체(300)는 해수면 아래에 잠기도록 메인 부유체(100)에 설치될 수 있다. 보조 부유체(300)는 메인 부유체(100)에 보조 부력을 제공할 수 있다. 보조 부유체(300)는 조류의 흐름에 따라 양력을 받을 수 있는 부유 날개(310)를 포함할 수 있다. 부유 날개(310)는 지지 프레임(320)에 고정 설치된다. 지지 프레임(320)은 회전판(330)에 고정 설치된다. 회전판(330)은 메인 부유체(100)에 회전 가능하게 설치될 수 있다.

부유 날개(310)는 조류 흐름에 따라 방향 전환이 가능하게 제공될 수 있다. 일 예에 따르면, 보조 부유체(300)는 조류를 감지하는 측정부(390)와 측정부(390)에 의해 측정된 조류 방향에 따라 부유 날개의 방향을 전환시키기 위한 방향 전환부(380)를 포함할 수 있다.

부유 날개(310)는 조류에 의해 양력을 일으킬 수 있는 유선형의 비행기 날개 단면 모양을 갖는다. 부유 날개(310)는 조류가 앞에서 뒤로 흐를때 날개 윗면의 조류 흐름이 아랫면의 조류 흐름보다 빠르게 흘러가게 만들어졌다. 그래서 날개 윗면의 압력은 낮고 아랫면의 압력은 높아진다. 이때 생기는 압력 차이에 의해서 양력이 발생하게 되면서 보조 부유체(300)에 부력이 형성되는 것이다.

도 5는 보조 부유체의 변형예를 보여주는 도면이다.

도 5에서와 같이, 보조 부유체(300a)는 부유 날개(310a)가 지지 프레임(320) 상에 다단으로 배치될 수 있다.

이상의 실시 예들은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것으로, 본 발명의 범위를 제한하지 않으며, 이로부터 다양한 변형 가능한 실시 예들도 본 발명의 범위에 속하는 것임을 이해하여야 한다. 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이며, 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 문언적 기재 그 자체로 한정되는 것이 아니라 실질적으로는 기술적 가치가 균등한 범주의 발명에 대하여까지 미치는 것임을 이해하여야 한다.

110 : 메인 부유체 200 : 풍력 발전기
300 : 보조 부유체 310 : 부유 날개
320 : 지지 프레임

Claims

해상에 부유하도록 부력을 가지는 메인부유체;
상기 메인부유체의 상부에 수직하게 설치되어, 전력을 생산하는 풍력 발전기와;
수면 아래에 잠기도록 상기 메인부유체에 설치되고, 상기 메인 부유체에 보조 부력을 제공하는 보조 부유체를 포함하되; ;
상기 보조 부유체는
조류의 흐름에 따라 양력을 받을 수 있는 부유 날개를 포함하는 부유식 해상 풍력 발전 설비.
제 1 항에 있어서,
상기 부유 날개는 조류 흐름에 따라 방향 전환이 가능한 부유식 해상 풍력 발전 설비.
제 2 항에 있어서,
상기 보조 부유체는
조류를 감지하는 측정부 및
상기 측정부에 의해 측정된 조류 방향에 따라 상기 부유 날개의 방향을 전환시키기 위한 방향 전환부를 더 포함하는 부유식 해상 풍력 발전 설비.