KR20230095356A - Offshore wind power equipment of floating type - Google Patents

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KR20230095356A
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김응수
노명현
박규식
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주식회사 포스코
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Abstract

부유식 해상 풍력발전장치가 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 적어도 일부분이 해수면 아래로 잠기는 부유체; 상기 부유체의 상부에 설치되며, 해상에서 발생되는 풍력을 이용하여 전력을 생산하는 풍력발전기; 및 상기 부유체의 흘수를 조절하기 위해 상기 부유체에 승강 가능하도록 결합되는 밸런싱 부유체;를 포함하는 부유식 해상 풍력발전장치가 제공될 수 있다.A floating offshore wind power generator is disclosed. According to one aspect of the invention, at least a portion of the floating body submerged below the sea level; a wind power generator installed on the upper part of the floating body and generating electric power using wind power generated at sea; There may be provided a floating offshore wind turbine generator comprising a; and a balancing floating body that is movably coupled to the floating body in order to adjust the draft of the floating body.

Description

부유식 해상 풍력발전장치{Offshore wind power equipment of floating type}Offshore wind power equipment of floating type}

본 발명은 해상에 부유하도록 설치되며, 해상에서 발생하는 바람을 이용하여 전기를 생산하는 부유식 해상 풍력발전장치에 관한 것이다.The present invention relates to a floating offshore wind power generator that is installed to float on the sea and produces electricity using wind generated at sea.

친환경 에너지 개발에 대한 요구가 증대됨에 따라, 풍력 발전기를 활용한 발전이 전세계적으로 각광을 받고 있다. 그런데, 풍력 발전기를 설치하기 위해서는 까다로운 환경적인 조건이 요구된다.As the demand for eco-friendly energy development increases, power generation using wind power generators is in the limelight worldwide. However, demanding environmental conditions are required to install a wind power generator.

예를 들어, 풍력 발전기가 설치되는 장소는 블레이드의 유의미한 회전을 얻기 위한 일정 수준 이상의 풍속이 보장될 수 있는 곳이어야 하고, 풍력 발전기의 구동 시 발생되는 소음에 따른 공해가 이슈가 되지 않아야 하는 곳이어야 한다. 또한, 이러한 환경적인 조건을 만족한다고 하더라도, 풍력 발전기를 설치하기 위해서는 매우 넓은 면적의 공간이 필요하다.For example, the place where the wind turbine is installed must be a place where wind speed above a certain level can be guaranteed to obtain meaningful rotation of the blades, and pollution caused by noise generated when the wind turbine is driven must not be an issue. do. In addition, even if these environmental conditions are satisfied, a very large area of space is required to install the wind power generator.

최근에는 위와 같은 제약 조건으로부터 상대적으로 자유로운 해상 풍력 발전기에 대한 관심이 증가하고 있다. 해상 풍력발전장치는 크게 발전설비를 해상에 설치하는 방법에 따라 고정식과 부유식으로 나눌 수 있다. 고정식은 수심이 깊지 않은 바다의 해저기반에 기초공사를 하고, 그 위에 구조물 및 발전설비를 설치하는 방식이다. 부유식은 해상에 떠있는 부유체 위에 발전설비를 고정 시키고, 부유체의 운동을 계류 시스템으로 제어하는 방식이다.Recently, interest in offshore wind power generators that are relatively free from the above constraints has increased. Offshore wind power generators can be largely divided into fixed and floating types according to the method of installing power generation facilities on the sea. The fixed type is a method in which foundation work is done on the seabed foundation of the sea where the depth is not deep, and structures and power generation facilities are installed on it. The floating type is a method in which power generation equipment is fixed on a floating body floating on the sea and the movement of the floating body is controlled by a mooring system.

고정식의 경우 풍력 발전기 설치 선박(WTIV, Wind Turbine Installation Vessel)을 통해 풍력 발전기 유닛들을 설치 위치까지 해상으로 옮겨 설치하여야 하기 때문에 해상조건이 설치일정에 영향을 주게 된다. 반면, 부유식의 경우 부유체를 부두에 접안 시킨 후 육상에서 크레인으로 풍력 발전기를 조립하도록 함으로써 고정식에 비하여 풍력 발전기의 설치가 용이하다는 장점이 있다. 이때, 부유식의 경우 풍력발전기의 운용환경 즉, 주변 해상환경에 따라 요구되는 운동안정성 확보를 위해서는 부유체의 무게중심을 낮추는 것이 유리하다.In the case of a fixed type wind turbine installation vessel (WTIV, Wind Turbine Installation Vessel), since the wind turbine units must be moved to the installation location by sea and installed, sea conditions affect the installation schedule. On the other hand, in the case of the floating type, there is an advantage in that the installation of the wind power generator is easy compared to the fixed type by assembling the wind power generator with a crane on land after the floating body is docked at the pier. At this time, in the case of a floating type, it is advantageous to lower the center of gravity of the floating body in order to secure the movement stability required according to the operating environment of the wind turbine, that is, the surrounding maritime environment.

그러나, 부유체를 부두에 접안시켜 풍력 발전기를 설치 시 수심이 얕아 부유체 설계 제약사항으로 작용되는 문제점이 있다. 즉, 해상 풍력발전장치는 해상에서의 운동안정성을 위해 무게중심을 낮추어 부유체가 일정 수심까지 잠수되어야 하지만 수심이 얕은 부두에서 풍력 발전장치가 제작된 후 해상으로 이동되기 때문에 흘수가 접안시설의 유효 수심을 초과할 수 있어 해결수단이 요구되고 있다.However, there is a problem in that the depth of the water is shallow when the floating body is docked at the pier and the wind power generator is installed, which acts as a design constraint for the floating body. In other words, the offshore wind power generator must be submerged to a certain depth by lowering the center of gravity for motion stability at sea, but the draft is the effective water depth of the docking facility can exceed , so a solution is required.

본 발명의 일 실시 예에 따른 부유식 해상 풍력발전장치는 수심에 제약을 받지 않으며, 수심에 따라 무게중심을 가변시키도록 함으로써 요구되는 운동안정성을 확보할 수 있도록 한다.The floating offshore wind turbine generator according to an embodiment of the present invention is not restricted by the depth of the water and allows the center of gravity to be varied according to the depth of the water so as to secure the required motion stability.

본 발명의 일 측면에 따르면, 적어도 일부분이 해수면 아래로 잠기는 부유체; 상기 부유체의 상부에 설치되며, 해상에서 발생되는 풍력을 이용하여 전력을 생산하는 풍력발전기; 및 상기 부유체의 흘수를 조절하기 위해 상기 부유체에 승강 가능하도록 결합되는 밸런싱 부유체;를 포함하는 부유식 해상 풍력발전장치가 제공될 수 있다.According to one aspect of the invention, at least a portion of the floating body submerged below the sea level; a wind power generator installed on the upper part of the floating body and generating electric power using wind power generated at sea; There may be provided a floating offshore wind turbine generator comprising a; and a balancing floating body that is movably coupled to the floating body in order to adjust the draft of the floating body.

또한, 상기 부유체는 복수개로 마련되고, 상기 복수의 부유체를 서로 연결하기 위한 연결부재를 더 구비할 수 있다.In addition, the floating body may be provided in plurality, and a connection member for connecting the plurality of floating bodies to each other may be further provided.

또한, 상기 밸런싱 부유체는 상기 복수의 부유체에 각각 마련될 수 있다.In addition, the balancing floating body may be provided in each of the plurality of floating bodies.

또한, 상기 복수의 밸런싱 부유체는 각각 독립적으로 작동되도록 마련될 수 있다.In addition, the plurality of balancing floating bodies may be provided to operate independently of each other.

또한, 상기 밸런싱 부유체는 내부에 선박평형수를 저장하기 위한 저장공간이 마련되고, 수심에 따라 승강되며 상기 선박평형수를 저장함으로써 상기 부유체의 흘수를 조절할 수 있다.In addition, the balancing floating body is provided with a storage space for storing ballast water therein, is raised and lowered according to the water depth, and the draft of the floating body can be adjusted by storing the ballast water.

본 발명의 일 실시예에 따른 부유식 해상 풍력발전장치는 수심에 따라 무게중심이 가변되도록 밸런싱 부유체의 높이를 제어하도록 함으로써 수심에 제약을 받지 않고 풍력발전설비를 제작할 수 있게 된다.The floating offshore wind turbine generator according to an embodiment of the present invention allows the wind power generation equipment to be manufactured without being restricted by the water depth by controlling the height of the balancing floating body so that the center of gravity is variable according to the water depth.

또한, 수심에 따라 무게중심을 조절할 수 있어 운동안정성을 향상시킬 수 있음은 물론, 주변 환경에 따라 무게중심이 가변되도록 밸런싱 부유체의 높이를 제어함으로써 운동안정성을 확보하여 풍력발전장치의 파손을 방지할 수 있게 된다.In addition, the center of gravity can be adjusted according to the depth of the water to improve motion stability, as well as to control the height of the balancing float so that the center of gravity is variable according to the surrounding environment to secure motion stability to prevent damage to the wind power generator You will be able to do it.

본 발명은 아래 도면들에 의해 구체적으로 설명될 것이지만, 이러한 도면은 본 발명의 바람직한 실시예를 나타낸 것이므로 본 발명의 기술사상이 그 도면에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 부유식 해상 풍력발전장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 부유식 해상 풍력발전장치의 작동상태를 나타내는 도면이다.The present invention will be specifically described by the drawings below, but since these drawings show preferred embodiments of the present invention, the technical spirit of the present invention should not be construed as being limited to the drawings.
1 is a view schematically showing a floating offshore wind turbine generator according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a view showing the operating state of the floating offshore wind turbine generator according to an embodiment of the present invention.

이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시 예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The following examples are presented to sufficiently convey the spirit of the present invention to those skilled in the art. The present invention may be embodied in other forms without being limited to only the embodiments presented herein. In the drawings, in order to clarify the present invention, illustration of parts irrelevant to the description may be omitted, and the size of components may be slightly exaggerated to aid understanding.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 부유식 해상 풍력발전장치를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 부유식 해상 풍력발전장치의 작동상태를 나타내는 도면이다.1 is a view schematically showing a floating offshore wind power generator according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a view showing an operating state of the floating offshore wind power generator according to an embodiment of the present invention.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 측면에 따른 부유식 해상 풍력발전장치(1)는 해수면으로부터 부유되는 부유체(100)와, 부유체(100) 상에 설치되는 풍력발전기(200) 및 부유체(100)의 흘수를 조절하는 밸런싱 부유체(300)를 포함할 수 있다.1 and 2, the floating offshore wind turbine generator 1 according to an aspect of the present invention includes a floating body 100 floating from the sea level, and a wind power generator 200 installed on the floating body 100. ) and a balancing float 300 that adjusts the draft of the floating body 100.

부유체(100)는 풍력발전기(200)를 지지하는 하부 구조물로서, 해상에서 부유할 수 있도록 부력을 갖는다. 이 부유체(100)는 원기둥 형상을 갖도록 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 사각기둥 또는 다각기둥 형상을 갖도록 형성될 수 있다. 바람직하게, 부유체(100)는 해수면에 수직 방향으로 배치되어 적어도 일부분이 해수면 아래로 잠기도록 마련될 수 있다.The floating body 100 is a lower structure supporting the wind power generator 200 and has buoyancy so as to float on the sea. The floating body 100 may be formed to have a cylindrical shape, but is not limited thereto, and may be formed to have a square column or polygonal column shape. Preferably, the floating body 100 may be arranged in a direction perpendicular to the sea level so that at least a portion thereof is submerged below the sea level.

또한, 부유체(100)는 운동안정성을 확보하기 위해 복수개로 마련될 수 있다. 예컨대, 복수의 부유체(100)는 삼각 구도로 배치되도록 세 개로 마련되어 안정감 있게 부유할 수 있다. 이때 부유체(100)의 개수는 한정되지 않으며, 선택적으로 그 개수는 증감될 수 있다.In addition, the floating body 100 may be provided in plurality to ensure motion stability. For example, the plurality of floating bodies 100 are provided in three to be arranged in a triangular composition so that they can float with a sense of stability. At this time, the number of floating bodies 100 is not limited, and the number may optionally be increased or decreased.

이 부유체들(100)은 연결부재(110)에 의해 서로 연결될 수 있다. 여기서 연결부재(100)는 파이프로서 원형, 사각형 또는 다각형의 파이프가 될 수 있다.These floating bodies 100 may be connected to each other by a connecting member 110 . Here, the connection member 100 is a pipe and may be a circular, rectangular or polygonal pipe.

풍력발전기(200)는 부유체(100) 상에 설치되어 해상에서 발생되는 풍력을 이용하여 전력을 생산하는 발전설비이다. 이러한 풍력발전기(200)는 복수의 부유체(100) 중 어느 하나의 상면 중심에 설치된다. 여기서, 풍력발전기(200)는 부유체(100)의 상면에 결합되는 타워(210)와, 타워(210)의 상부에 연결 설치되어 전기를 발생시키는 너셀(220) 및 너셀(220)에 회전 가능하게 설치되어 풍력에 의해 회전하는 블레이드(230)를 포함할 수 있다. 이러한 풍력발전기(200)는 공지된 다양한 풍력발전기의 구성을 포함할 수 있으며, 본 발명에 따른 부유체(100)에 적용될 수 있다.The wind power generator 200 is a power generation facility that is installed on the floating body 100 and produces power using wind power generated at sea. The wind power generator 200 is installed at the center of one of the upper surfaces of the plurality of floating bodies 100 . Here, the wind power generator 200 is rotatable to the tower 210 coupled to the upper surface of the floating body 100, the nacelle 220 connected to the top of the tower 210 and generating electricity, and the nacelle 220 It may include a blade 230 that is installed to rotate by wind power. This wind power generator 200 may include a configuration of various known wind power generators, and may be applied to the floating body 100 according to the present invention.

밸런싱 부유체(300)는 부유체(100)에 설치되어 선택적으로 부유체(100)의 무게중심을 낮춰 해상에서 안정적으로 부유할 수 있도록 한다. 이러한 밸런싱 부유체(300)는 부력을 가지며 내부에 선박평형수(ballast water)를 저장하기 위한 저장공간(310)을 갖는 구조물로 마련될 수 있다. 예컨대, 밸런싱 부유체(300)는 저장공간(310)이 부유체(100)의 외관 형상과 대응되는 형상을 갖도록 마련되어 부유체(100)의 외측에 설치될 수 있다.The balancing floating body 300 is installed on the floating body 100 to selectively lower the center of gravity of the floating body 100 so that it can float stably on the sea. Such a balancing floating body 300 may have a buoyancy and may be provided as a structure having a storage space 310 for storing ballast water therein. For example, the balancing floating body 300 may be installed outside the floating body 100 so that the storage space 310 has a shape corresponding to the external shape of the floating body 100 .

보다 구체적으로 살펴보면, 밸런싱 부유체(300)는 부유체(100)로부터 높이 조절이 가능하도록 부유체(100)에 승강 가능하게 설치될 수 있다. 비록 도시되지는 않았으나, 승강수단은 밸런싱 부유체(300)를 부유체(100)로부터 승강시키기 위해 작동로드가 구비된 실린더와, 실린더에 유압을 제공하는 유압공급부로 구성되거나, 회전력을 발생시키는 구동장치와, 구동장치의 회전축과 함께 회전하는 피니언기어와 치합되는 랙기어가 마련된 랙크바로 구성될 수 있다. 즉, 본 발명의 실시 예에 따른 밸런싱 부유체(300)는 다양한 방식의 승강수단에 의해 선택적으로 작동되며 부유체(100)로부터 승강될 수 있으며, 승강된 상태를 유지할 수 있도록 마련될 수 있다.Looking more specifically, the balancing floating body 300 may be installed to be able to move up and down on the floating body 100 so that the height can be adjusted from the floating body 100 . Although not shown, the lifting means is composed of a cylinder equipped with an operating rod to lift the balancing float 300 from the floating body 100, and a hydraulic pressure supply unit for providing hydraulic pressure to the cylinder, or a drive generating rotational force It may be composed of a rack bar provided with a device and a rack gear meshed with a pinion gear that rotates together with the rotating shaft of the driving device. That is, the balancing floating body 300 according to an embodiment of the present invention can be selectively operated by various types of lifting means, can be moved up and down from the floating body 100, and can be provided to maintain the elevated state.

이러한 밸런싱 부유체(300)는 복수의 부유체(100)에 각각 설치될 수 있다. 이 밸런싱 부유체(300)는 부유체(100)로부터 하강함에 따라 무게중심이 낮아지게 된다. 즉, 밸런싱 부유체(300)가 부유체(100)로부터 일정 구간 하강된 만큼 밸런싱 부유체(300)에 마련된 저장공간(310)을 확보할 수 있게 된다. 이에, 저장공간(310) 내로 선박평형수가 유입되도록 함으로써 무게중심을 낮출 수 있게 된다. 이러한 밸런싱 부유체(300)의 높이 조절은 수심에 따라 제어되며, 수심이 깊은 곳에서 밸런싱 부유체(300)를 하강시켜 무게중심을 낮추도록 하고, 수심이 얕은 곳에서 밸런싱 부재(300)를 승강시켜 무게중심이 높아지도록 한다. 이때, 펌프를 이용하여 선박평형수를 저장공간(310)으로 유입 또는 배출시킬 수 있다.The balancing floating body 300 may be installed in each of the plurality of floating bodies 100 . The center of gravity of the balancing floating body 300 is lowered as it descends from the floating body 100. That is, the storage space 310 provided in the balancing floating body 300 can be secured as much as the balancing floating body 300 descends from the floating body 100 by a certain section. Accordingly, the center of gravity can be lowered by allowing the ballast water to flow into the storage space 310 . The height adjustment of the balancing float 300 is controlled according to the depth of the water, and the center of gravity is lowered by lowering the balancing float 300 in a deep place, and the balancing member 300 is raised and lowered in a shallow place This makes the center of gravity higher. At this time, the ballast water may be introduced into or discharged from the storage space 310 using a pump.

한편, 복수의 밸런싱 부유체(300)는 독립적으로 작동되도록 마련될 수 있다. 예컨대, 부유식 해상풍력발전장치(1)는 수위센서(미도시)를 구비할 수 있다. 즉, 수위센서를 통하여 해수면의 높이 변화에 따라 밸런싱 부유체(300)의 높이를 조절하도록 할 수 있다. 예를 들어 간조시가 되어 해수면이 낮아지면 부력이 감소하고, 만조시가 되어 해수면이 높아지면 부력이 증가함에 따라 무게중심 또한 변화되어야 한다. 이에, 수위센서를 통해 해수면의 높이를 측정하고, 측정된 값에 따라 밸런싱 부유체(300)의 높이를 조절하도록 할 수 있다.Meanwhile, the plurality of balancing floating bodies 300 may be provided to operate independently. For example, the floating offshore wind power generator 1 may include a water level sensor (not shown). That is, the height of the balancing floating body 300 can be adjusted according to the change in the height of the sea level through the water level sensor. For example, when the sea level is low at low tide, the buoyancy decreases, and when the sea level rises at high tide, the buoyancy increases, so the center of gravity must also change. Accordingly, the height of the sea level may be measured through the water level sensor, and the height of the balancing floating body 300 may be adjusted according to the measured value.

상기와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 부유식 해상풍력발전장치(1)는 접안부두(10)에서 제작되는 상태에서, 즉 수심이 낮은 경우 밸런싱 부유체(300)의 높이를 감소(상승)시켜 풍력발전기(200) 설치시에 필요한 최소한의 운동안정성만 확보하도록 조절할 수 있다. 또한, 부유식 해상풍력발전장치(1)를 해당 설치 구역으로 운송한 상태에서는 수심이 깊어짐에 따라 밸런싱 부유체(300)의 높이를 증가(하강)시켜 무게중심을 낮추어 운동안정성을 확보할 수 있게 된다. 이와 같이, 밸런싱 부유체(300)의 높이 조절을 통해 부유체(100)의 흘수를 조절함으로써 수심에 따른 운동안정성을 확보할 수 있음은 물론, 수심에 제약을 받지 않는 부유체 기술을 제공할 수 있게 된다.As described above, the floating offshore wind power generation device 1 according to an embodiment of the present invention is manufactured at the pier 10, that is, when the water depth is low, the height of the balancing float 300 is reduced (raised) It can be adjusted to secure only the minimum motion stability required when installing the wind power generator 200. In addition, in the state in which the floating offshore wind power generator 1 is transported to the corresponding installation area, the height of the balancing floating body 300 is increased (lowered) as the water depth deepens to lower the center of gravity to secure motion stability do. In this way, by adjusting the draft of the floating body 100 through the height adjustment of the balancing floating body 300, it is possible to secure motion stability according to the water depth and to provide a floating body technology that is not restricted by the water depth. there will be

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.As described above, although the present invention has been described by the limited embodiments and drawings, the present invention is not limited thereto, and the technical spirit of the present invention and the following by those skilled in the art to which the present invention belongs Of course, various modifications and variations are possible within the scope of equivalents of the claims to be described.

1 : 부유식 해상 풍력발전장치
100 : 부유체
200 : 풍력발전기
300 : 밸런싱 부유체1: Floating offshore wind power generator
100: floating body
200: wind generator
300: balancing floating body

Claims (5)

적어도 일부분이 해수면 아래로 잠기는 부유체;
상기 부유체의 상부에 설치되며, 해상에서 발생되는 풍력을 이용하여 전력을 생산하는 풍력발전기; 및
상기 부유체의 흘수를 조절하기 위해 상기 부유체에 승강 가능하도록 결합되는 밸런싱 부유체;를 포함하는 부유식 해상 풍력발전장치.a floating body at least partially submerged below sea level;
a wind power generator installed on the upper part of the floating body and generating electric power using wind power generated at sea; and
A floating offshore wind power generator comprising a; balancing floating body coupled to the floating body to be movable up and down in order to adjust the draft of the floating body. 제1항에 있어서,
상기 부유체는 복수개로 마련되고,
상기 복수의 부유체를 서로 연결하기 위한 연결부재를 더 구비하는 부유식 해상 풍력발전장치.According to claim 1,
The floating body is provided in plurality,
Floating offshore wind turbine generator further comprising a connecting member for connecting the plurality of floating bodies to each other. 제2항에 있어서,
상기 밸런싱 부유체는 상기 복수의 부유체에 각각 마련되는 부유식 해상 풍력발전장치.According to claim 2,
The balancing floating body is a floating offshore wind power generator provided in each of the plurality of floating bodies. 제3항에 있어서,
상기 복수의 밸런싱 부유체는 각각 독립적으로 작동되도록 마련되는 부유식 해상 풍력발전장치.According to claim 3,
The plurality of balancing floating bodies are floating offshore wind power generators provided to operate independently of each other. 제1항에 있어서,
상기 밸런싱 부유체는 내부에 선박평형수를 저장하기 위한 저장공간이 마련되고, 수심에 따라 승강되며 상기 선박평형수를 저장함으로써 상기 부유체의 흘수를 조절하는 부유식 해상 풍력발전장치.
According to claim 1,
The balancing floating body is provided with a storage space for storing ballast water therein, is raised and lowered according to the water depth, and adjusts the draft of the floating body by storing the ballast water.
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