KR20230130458A - 부유식 구조물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 부유식 구조물을 제공한다. 본 발명의 부유식 구조물은 부유할 수 있는 선체; 상기 선체를 상하 방향으로 관통하는 레그; 상기 레그 하단부에 제공되는 스퍼드캔; 상기 선체가 해상의 특정 위치에서 작업을 수행하고자 할때 자중에 의해 해저면에 가라앉은 상태에서 상기 스퍼드캔과 결합되는 고정 플랫폼 유닛을 포함하되; 상기 스퍼드캔과 상기 고정 플랫폼 유닛은 도킹 부재에 의해 상호 고정될 수 있다.

Description

부유식 구조물{FLOATING TYPE STRUCTURE}

본 발명은 부유식 구조물에 관한 것이다.

친환경 에너지 개발에 대한 요구가 증대됨에 따라, 풍력 발전기를 활용한 발전이 전세계적으로 각광을 받고 있으며, 최근에는 해상 풍력 발전기에 대한 관심이 증가하고 있다. 해상 풍력 발전기는 다양한 방법으로 설치될 수 있으나, 일반적으로 부품을 몇 개의 유닛으로 나누어 육상에서 제작한 후, 제작된 유닛을 해상으로 옮겨 조립하는 방법으로 설치되고 있다.

육상에서 제작된 해상 풍력 발전기의 유닛을 해상으로 옮기고, 해상에서 해상 풍력 발전기를 설치하는 선박을 일반적으로 풍력 발전기 설치 선박(WTIV, Wind Turbine Installation Vessel)이라고 한다.

해상 풍력 발전기의 발전용량 증가는 터빈 중량증가와 연계되어 풍력 발전기 설치 선박 입장에서는 더 큰 화물 중량을 운용하는 입장이 된다. 이러한 풍력 발전기 설치 선박은 작업을 위해서 러그(leg)를 해저면에 침하시켜서 고정한 후, 선체를 물 밖으로 띄우게 된다. 즉, 화물의 중량이 증가할 경우, 선체와 선체위에 있는 화물의 중량증가로 인하여 잭킹 시스템(jacking system)이 큰 부하를 받게 된다. 이러한 일련의 문제들이 종합적으로 작용하게 되면, 해상 풍력 발전기의 크기가 커져야 하고, 그에 따른 장비의 용량, 러그 설계변경이 동시에 이뤄져야 해서, 신규 모델 개발에 상당한 애로사항으로 작용하게 된다.

상부에 화물 무게 증가는 해저면에 고정을 시키는 러그와 스퍼드캔의 침투 높이를 결정하는데 큰 영향을 미치며, 이때 해저면의 토양구성 성분에 따라서도 침투 높이가 좌우된다. 예를 들어, 해상풍력발전기 지역으로 확정을 짓고 풍력 발전기 설치 선박의 설치를 위해 스퍼드캔을 해저면에 침투를 시켰을 때, 지반이 약하여 침투가 깊어지게 되면 러그 길이가 짧아지는 효과가 발생하여 크레인 작업 위치가 낮아지는 결과를 초래하여 원활한 발전기 설치가 어려울 수도 있다.

본 발명의 일 과제는, 안정적인 잭업 모드(Jack-up Mode)가 가능한 부유식 구조물을 제공하는데 있다.

본 발명의 일 과제는, 잭업 모드(Jack-up Mode)시에 수심 조정이 가능한 부유식 구조물을 제공하는데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 부유할 수 있는 선체; 상기 선체를 상하 방향으로 관통하는 레그; 상기 레그 하단부에 제공되는 스퍼드캔; 상기 선체가 해상의 특정 위치에서 작업을 수행하고자 할때 자중에 의해 해저면에 가라앉은 상태에서 상기 스퍼드캔과 결합되는 고정 플랫폼 유닛을 포함하되; 상기 스퍼드캔과 상기 고정 플랫폼 유닛은 도킹 부재에 의해 상호 고정되는 부유식 구조물이 제공될 수 있다.

또한, 상기 고정 플랫폼 유닛은 상기 스퍼드캔이 도킹되는 도킹공간을 갖는 콘크리트 블록을 포함하며, 상기 스퍼드캔은 상기 레그의 하단에 결합되는 몸체부를 포함하고, 상기 도킹 부재는 상기 몸체부에 제공되고, 상기 고정 플랫폼 유닛에 박혀 고정되는 파일부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 파일부는 해머링 장치에 의해 상기 고정 플랫폼 유닛에 고정될 수 있다.

또한, 상기 고정 플랫폼 유닛은 상기 스퍼드캔이 도킹되는 도킹공간을 갖는 콘크리트 블록을 포함하며, 상기 스퍼드캔은 상기 레그의 하단에 결합되는 몸체부를 포함하고, 상기 도킹 부재는 상기 콘크리트 블록에 제공되는 고정핀들과, 상기 몸체부에 제공되고, 상기 고정핀들이 삽입되는 삽입구들을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 의하면, 안정적인 잭업 모드(Jack-up Mode)가 가능하고, 수심 조정이 가능한 각별한 효과를 갖는다.

본 발명의 효과가 상술한 효과들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 부유식 구조물의 측면도이다.
도 2는 플랫폼 유닛과 스퍼드캔의 상호 결합 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 부유식 구조물의 잭업 모드(Jack-up Mode)를 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 변형예에 따른 부유식 구조물의 측면도이다.
도 5는 도 4에 도시된 플랫폼 유닛과 스퍼드캔의 상호 결합 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 4에 도시된 부유식 구조물의 잭업 모드(Jack-up Mode)를 보여주는 도면이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어 도면 부호에 상관없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 부유식 구조물을 보여주는 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 측면에 따른 부유식 구조물(10)은 해상에 부유할 수 있는 선체(110), 선체(110)를 상하 방향으로 관통하는 레그(Leg, 120), 레그(120)와 선체(110)를 상하 방향으로 상대 운동시키며 레그(120)를 지지하는 레그 지지부(130), 레그(120)의 하단부에 제공되는 스퍼드캔(140) 그리고 플랫폼 유닛(200)을 포함할 수 있다.

본 발명에서 부유식 구조물(10)은 해상에서 해상 풍력 발전기를 설치하는 풍력 발전기 설치 선박(WTIV, Wind Turbine Installation Vessel)일 수 있다. 그러나본 발명의 부유식 구조물은 이에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어, 원유, 가스, 해저광물 등의 탐사, 채취, 시추, 가공, 정제 등의 잭업 플랫폼(jack-up platform)과 같은 다양한 목적 및 용도를 갖는 해양 구조물에 적용될 수 있으며, 특정 용도나 목적으로 한정되지는 않는다.

선체(110)는 부유 가능한 직사각형 형태의 평면 구조를 가질 수 있으며, 일반적인 상선(예: 컨테이너선)에 비해 폭이 넓고 높이가 낮으며 길이가 짧은 구조로 형성될 수 있다. 그러나, 이는 일 예에 불과하며, 본 발명의 사상에 따른 선체(110)는 레그(120) 및 레그 지지부(130)가 설치될 수 있는 임의의 입체적 구조를 가질 수 있다. 선체(110)에는 부유식 구조물의 기능에 따른 적재물(풍력 발전 설비)이 적재될 수 있다. 그리고, 선체(110)에는 이동 및 위치 제어를 위한 추진장치(미도시)가 제공될 수 있다.

부유식 구조물(10)은 항해 모드(Transit Mode)시 선체(110)의 저면에 플랫폼 유닛(200)이 위치될 수 있다.

부유시 구조물(10)은 복수의 레그(120)에 의하여 잭업(jack-up)되기 이전에는 해상에 부유할 수 있도록 제공되고, 레그(120)에 의한 잭업 이후에는 복수의 레그(120)에 의해 지지된다.

복수의 레그(120)는 부유식 구조물(10)에 상하 방향으로 이동 가능하게 설치된다. 부유식 구조물(10)은 레그(120)를 상하 방향으로 상대 운동시키는 승강구동장치(미도시)를 구비한다. 부유식 구조물(10)에는 복수의 레그(120)의 승강을 위한 구동장치의 작동을 제어하는 제어부(미도시)가 마련될 수 있다. 레그(120)는 부유식 구조물(10)을 지지하는데 필요한 개수로 구비될 수 있다.

레그(120)를 승강하는 구동장치는 모터, 기어 등을 갖는 잭킹 유닛(jacking unit)을 구비할 수 있다. 잭킹 유닛의 작동에 의해 레그(120)가 부유식 구조물(10)에 대해 상하 방향으로 이동되거나, 부유식 구조물(10)이 레그(120)에 대해 상하 방향으로 이동될 수 있다. 잭킹 유닛은 예를 들어, 레그(120)에 형성된 랙(rack) 기어와 결합하는 피니언(pinion) 기어 및 피니언 기어를 구동하기 위한 모터를 포함할 수 있으며, 피니언과 랙의 연동에 의해 부유식 구조물(10)과 레그(120) 사이에 상하 방향으로 상대 운동이 이루어질 수 있다.

복수의 레그(120)는 해저면(50)의 지형에 따라 승강되며, 해저면(50)에 대해 부유식 구조물(10)을 지지한다. 레그(120)는 부유식 구조물(10)을 상하 방향으로 관통하도록 설치되고, 잭업(jack-up) 상태에서 부유식 구조물(10)의 하중을 견딜 수 있을 정도의 강성을 갖도록 형성된다. 본 실시예에서 레그(120)와 선체(110)의 "상하 방향의 상대 운동"은 레그(120)가 선체(110)에 대해 상하 방향으로 이동하는 것과, 선체(110)가 레그(120)에 대해 상하 방향으로 이동하는 것을 모두 포함하는 개념으로 이해될 수 있다.

레그(120)는 원기둥, 사각 트러스 구조, 삼각 트러스 구조 혹은 그 밖의 다양한 형태로 형성될 수 있다. 복수의 레그(120)는 선체(hull) 및 캔틸레버(cantilever) 부분을 포함하는 부유식 구조물(10)을 수면 위로 들어 올리기 위해, 부유식 구조물(10)에 대해 해저면 측으로 하강될 수 있다.

스퍼드캔(140)은 레그(120)의 하단부에 구비되고, 레그(120)의 말단을 해저면(50)에 안정적으로 고정시키도록 제공될 수 있다. 스퍼드캔(140)은 잭업(jack-up) 모드에서 해저면(50) 지반에 위치한 플랫폼 유닛(200)에 지지될 수 있다. 스퍼드캔(140)은 레그(120)의 안정적인 고정을 위해 레그(120)의 평면적보다 더 넓은 평면적을 갖도록 형성될 수 있다.

플랫폼 유닛(200)은 부유식 구조물(10)의 항해 모드(Transit Mode)시 선체(110)의 저면에 매달린 상태로 운반될 수 있다. 플랫폼 유닛(200)은 부유식 구조물(10)이 작업 위치로 이동된 후 자중에 의해 해저면에 가라앉아 스퍼드캔(140)을 지지하게 된다.

도 2는 플랫폼 유닛과 스퍼드캔의 상호 결합 구조를 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 부유식 구조물의 잭업 모드(Jack-up Mode)를 보여주는 도면이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 플랫폼 몸체(210)는 해수보다 밀도가 높은 고밀도 물질을 포함할 수 있다. 본 실시예에서 플랫폼 몸체(210)는 전체가 콘크리트로 이루어지거나 또는 내부에 콘크리트가 채워지는 형태로 제공될 수 있으나, 고밀도 물질을 콘크리트로 한정하는 것은 아니며, 콘크리트 이외에도 암석, 금속, 또는 모래 등을 포함할 수 있다. 항해 모드시 플랫폼 유닛(200)은 부유식 구조물(10)의 선체(110) 저면에 위치될 수 있다. 항해 모드시 플랫폼 몸체(210)의 무게가 부유식 구조물(10)의 선체(110) 하부에 국소적으로 집중될 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따른 부유식 구조물(10)은 무게중심이 종래에 비하여 낮아질 수 있다. 플랫폼 몸체(210)는 인양 케이블에 이해 선체와 연결될 수 있다.

플랫폼 몸체(210)는 일정각도 이상 경사진 해저면과의 접촉시 발생 가능한 편심모멘트에 대응하기 위해 큰 면적을 갖는 것이 바람직하다. 일 예로, 플랫폼 몸체(210)는 부유식 구조물의 선체(110)와 거의 유사한 면적을 가질 수 있다.

플랫폼 몸체(210)의 저면에는 해저면에 박히는 말뚝(218)들을 포함할 수 있다. 플랫폼 몸체(210)는 상면에 도킹부(230)들을 갖는다. 도킹부(230)에는 스퍼드캔(140)이 도킹된다. 부유식 구조물(10)의 잭업 모드시 플랫폼 몸체(210)는 자중에 의해 해저면(50)에 안착되고, 말뚝(218)이 해저면에 박히면서 안정적으로 고정될 수 있다. 플랫폼 몸체(210)가 해저면(50)에 안정적으로 고정된 상태에서 스퍼드캔(140)은 도킹부(230)에 도킹된다. 한편, 플랫폼 몸체(210)는 설치하고자 하는 해저면의 수심에 따라 그 두께를 상이하게 제작하여 사용할 수 있다. 레그(120)는 플랫폼 몸체(210)의 두께가 두꺼워질수록 그 길이만큼 짧은 것을 사용할 수 있어 수심 조정이 가능하다. 플랫폼 유닛(200)과 스퍼드캔(140)은 도킹부재(300)에 의해 상호 결합될 수 있다.

플랫폼 유닛(200)과 스퍼드캔(140)은 도킹 부재(300)에 의해 상호 고정될 수 있다. 도킹 부재(300)는 파일부(310)와 장착홈(320)을 포함할 수 있다. 파일부(310)는 스퍼드캔(140)의 몸체부(142)에 제공될 수 있다. 파일부(310)는 적어도 2개 이상일 수 있다. 파일부(310)는 별도의 보조선에서 운용하는 헤머링 장치(미도시됨)에 의해 플랫폼 몸체(210)의 도킹부(230)에 형성된 장착홈(320)에 삽입 고정될 수 있다. 또 다른 예로, 해머링 장치는 스퍼드캔(140) 내에 설치되어 파일부(310)에 충격력을 전달할 수 있다.

위와 같은 구성을 갖는 부유식 구조물(10)은 항해 모드(Transit Mode)와 잭업 모드(Jack-up Mode)로 운용될 수 있다.

도 1에서와 같이, 부유식 구조물(1)은 풍력 발전 설비를 설치하고자 하는 위치까지 항해 모드로 이동한다. 일반 항해 모드에서, 부유식 구조물(10)은 레그(20)에 의한 저항을 줄이고자 레그(20)를 상측 방향으로 이동시킨 상태로 이동할 수 있다. 또한, 부유식 구조물은 복원성 향상을 위해 플랫폼 유닛을 선체 저면에 고정시킨 상태로 이동할 수 있다.

부유식 구조물(10)은 목적 위치까지 이동한 후, 자동 위치 제어(Dynamic Positioning)를 이용해 플랫폼 몸체(210) 및 레그(120)를 내리기 위한 정확한 위치를 잡을 수 있다. 자동 위치 제어는 플랫폼 몸체(210)를 해저면(50)에 안착시키는 과정과 레그(120)가 하강하여 스퍼드캔(140)이 플랫폼 몸체(210)의 개구(212)를 통해 해저면(50)에 닿을 때까지 지속될 수 있다. 한편, 플랫폼 몸체(210)는 인양 케이블을 통해 선체(110)와 연결되며, 선체(110)에는 인양 케이블을 권취하는 윈치가 설치될 수 있다.

우선, 목적 위치로 이동한 부유식 구조물(10)은 플랫폼 몸체(210)을 해저면에 안착시킨다. 이 과정에서 경사진 해저면(50)은 플랫폼 몸체(210)의 무게에 의해 다져지고 눌리면서 최초 해저면의 경사도보다 상대적으로 완만해질 수 있다.

스퍼드캔(140)이 위치되는 해저면(50)의 일부 영역이 경사지거나 바닥이 고르지 않을 경우에도 플랫폼 몸체(210)가 해저면(50)에 안착되면서 바닥을 고르게 하고 일부 영역의 경사를 완만하게 해줌으로써 플랫폼 몸체(210)의 면적보다 작은 경사에 대해서는 스퍼드캔(140)의 추가적인 경사는 발생하기 않는다.

이후, 부유식 구조물(10)은 잭업 모드로 전환하여 스퍼드캔(140)을 도킹부(230)에 도킹한다. 그리고, 파일부(310)는 별도의 보조선에서 운용하는 헤머링 장치(미도시됨)에 의해 플랫폼 몸체(210)의 도킹부(230)에 형성된 장착홈(320)에 삽입 고정될 수 있다.

그리고 선체(110)를 레그(120)를 따라 상방으로 이동시킴에 따라 선체(110)는 해수면으로부터 소정 거리 이격된 상태가 될 수 있으며, 선체(110)가 해수면으로부터 이격되어 기설정된 작업 위치에 다다른 상태를 잭업 상태라고 할 수 있다.

상기와 같은 부유식 구조물(10)의 잭업 상태로의 전환 방법은 일 예에 불과하며, 본 발명의 사상이 유지되는 범위 내에서 다양하게 변경될 수 있다.

부유식 구조물(10)은 잭업 상태에서 풍력 발전 설비를 설치하는 작업을 수행한다. 한편, 이러한 해양 작업이 완료되면 위의 순서의 역순으로 진행하여 다시 운항을 개시할 수 있다.

도 4 내지 도 6은 도킹 부재의 변형예를 보여주는 도면들이다.

도 4 내지 도 6에 도시된 부유식 구조물은 선체(110), 레그(Leg, 120), 레그 지지부(130), 스퍼드캔(140), 플랫폼 유닛(200)을 포함하며, 이들은 도 1 내지 도 3에 도시된 구성과 대체로 유사한 구성과 기능으로 제공되므로, 이하에서는 본 실시예와의 차이점을 위주로 변형예를 설명하기로 한다.

본 변형예에서, 도킹 부재(300a)는 고정핀(340)들과 삽입구(330)들을 포함할 수 있다. 고정핀(340)들은 플랫폼 몸체(210)의 도킹부(230) 상에 제공될 수 있다. 그리고 삽입구(330)들은 스퍼드캔(140)의 몸체에 제공될 수 있다. 스퍼드캔(140)이 도킹부(230)에 도킹되면 고정핀(340)이 삽입구(330)에 삽입되면서 스퍼드캔(140)과 플랫폼 몸체(210)가 상호 고정된다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

110 : 선체 120 : 레그
140 : 스퍼드캔 200 : 플랫폼 유닛
210 : 플랫폼 몸체 300 : 도킹 부재
310 : 파일부

Claims (3)

1. 부유할 수 있는 선체;
   상기 선체를 상하 방향으로 관통하는 레그;
   상기 레그 하단부에 제공되는 스퍼드캔;
   상기 선체가 해상의 특정 위치에서 작업을 수행하고자 할때 자중에 의해 해저면에 가라앉은 상태에서 상기 스퍼드캔과 결합되는 고정 플랫폼 유닛을 포함하되;
   상기 스퍼드캔과 상기 고정 플랫폼 유닛은 도킹 부재에 의해 상호 고정되는 부유식 구조물.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 고정 플랫폼 유닛은
   상기 스퍼드캔이 도킹되는 도킹공간을 갖는 콘크리트 블록을 포함하며,
   상기 스퍼드캔은
   상기 레그의 하단에 결합되는 몸체부를 포함하고,
   상기 도킹 부재는
   상기 몸체부에 제공되고, 상기 고정 플랫폼 유닛에 박혀 고정되는 파일부를 포함하고,
   상기 파일부는
   해머링 장치에 의해 상기 고정 플랫폼 유닛에 고정되는 부유식 구조물.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 고정 플랫폼 유닛은
   상기 스퍼드캔이 도킹되는 도킹공간을 갖는 콘크리트 블록을 포함하며,
   상기 스퍼드캔은
   상기 레그의 하단에 결합되는 몸체부를 포함하고,
   상기 도킹 부재는
   상기 콘크리트 블록에 제공되는 고정핀들과,
   상기 몸체부에 제공되고, 상기 고정핀들이 삽입되는 삽입구들을 포함하는 부유식 구조물.

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