KR20230159511A - 작업 점검 설비 및 방법 - Google Patents

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KR20230159511A
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가이어 그림스루드
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프레드. 올젠 오션 엘티디.
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Abstract

부유식 풍력 터빈(1)의 작업 점검 설비로서, 적어도 하나의 풍력 터빈 유닛(3)이 놓여 있는 부유식 서브-구조체(2), 서비스 작업 선박(11) 및 이동식 크레인(14)을 포함하고, 상기 부유식 서브-구조체(2)는 상기 크레인(14)을 수용하여 상기 서브-구조체(2)에 고정시킬 수 있는 인터페이스를 갖고, 상기 서비스 작업 선박(11)은 상기 이동식 크레인(14)을 상기 선박(11)으로부터 상기 서브-구조체(2)로 리프팅할 수 있는 선박 크레인(12)을 갖는 작업 점검 설비. 이 설비를 이용하여 부품을 교체하는 방법도 설명한다.

Description

작업 점검 설비 및 방법
본 발명은 부유식 풍력 터빈의 작업 점검 설비 및 터빈 블레이드와 기어 유닛을 교체하는 것과 같이 부유식 풍력 터빈의 주요 부품을 교환하는 방법에 관한 것이다.
바다에서 크레인 작업은 매우 험난한 것으로서 특히 작업이 수행되는 유닛이 부유식 유닛인 경우에 험난하다. 기본적으로 이것을 하는 방법이 두개 있다. 첫번째 방법은 적절한 크레인을 갖는 선박을 부유식 유닛 옆에 배치하고, 크레인을 사용하여 선박(또는 별도의 선박)과 부유식 유닛 사이에서 물체를 이동시키는 것이다. 두 번째 방법은 부유식 유닛에 크레인을 배열하고 크레인을 사용하여 지지 선박과 부유식 유닛 사이에서 물체를 이동시키는 것이고, 뿐만 아니라 부유식 유닛 위에 탑재하는 것과 같은 작업을 수행하는 것이다.
첫번째 대안에서, 선박과 유닛이 파도의 움직임 때문에 움직이는 동안에 모든 작업이 수행되어야만 한다. 이러한 일은 정교한 히브(heave) 보상을 요구하면, 비교적 잠잠하고 평온한 상태에서만 수행될 수 있다.
두번째 대안에서는, 선박의 선적 또는 하역이 이루어지는 동안에만 히브 보상이 필요하지만, 풍력 터빈을 갖는 부유식 유닛에 탑재되는 크레인을 설치하는 것이 필요하다.
크레인이 설치된 부유식 풍력 터빈에 대한 몇가지 예들이 있다:
DE19741988은 크레인이 일시적으로 풍력 터빈의 타워에 부착된 풍력 터빈을 보여준다. 크레인은 타워를 따라 위아래로 움직일 수 있다.
DE19647515는 크레인이 부착된 타워 섹션의 상부에 추가로 타워 섹션을 설치할 수 있는 비슷한 크레인을 보여준다.
US20180282134는 또한 풍력 터빈의 타워에 부착되고 타워를 위아래로 움직일 수 있는 크레인을 보여준다. 크레인은 풍력 터빈의 블레이드를 교체하도록 되어 있다.
DE102012002720A1은 타워 구조체에 부착된 또 다른 크레인을 보여준다.
US9120652는 작은 서비스 크레인이 나셀 내부에 배열되어 있는 풍력 터빈을 보여준다. 해치가 개방되어 이를 통해 서비스 크레인을 위해 필요할 때 크레인을 출현시킬 수 있다.
GB2558242A는 나셀의 상부에 배치된 더 큰 서비스 크레인을 나타낸다.
WO2020167137은 크레인이 지지 선박에 배열된 예들을 보여주는데, 지지 선박은 풍력 터빈의 기주부에 부착되어 있다.
WO2020043254는 단독 크레인의 적어도 일부가 선박 위의 지지 구조체 위로 리프팅되는 지지 선박을 보여준다. 이 시스템은 선박과 지지 구조체 사이의 상대적인 움직임을 보상한다.
WO2020167137을 제외한 모든 공지의 솔루션에서, 크레인은 풍력 터빈의 타워에 배치되어 있다. 이것은 타워가 크레인과 크레인의 하중을 모두 지지하도록 설계되어야 하는 것을 의미한다. 또한, 크레인이 부착될 수 있는 외부 표면을 가져야만 한다. 나아가, 크레인이 미치는 범위는 이러한 배치에 의해 제한되며, 크레인이 로터와 블레이드와 간섭되지 않도록 주의를 해야만 한다.
크레인이 타워에 영구적으로 부착되지 않는 경우, 매번 필요할 때마다 크레인을 설치하고 제거하는 일은 매우 성가신 일이 될 것이다. 영구적으로 부착되는 경우에는, 유지관리가 난제가 될 것이다.
따라서, 보다 용도가 많은 크레인으로서, 크레인을 지지하도록 타워를 설계할 필요 없이 광범위한 부유식 풍력 터빈에서 사용될 수 있는 크레인이 필요하다. 특히 헤비-리프트 크레인을 필요로하지 않으면서 크레일을 쉽게 설치할 수 있는 것도 요구된다.
본 발명의 목적은 적어도 하나의 풍력 터빈 유닛이 놓여 있는 부유식 서브-구조체, 서비스 작업 선박 및 이동식 크레인을 포함하고, 상기 부유식 서브-구조체는 상기 크레인을 수용하여 상기 서브-구조체에 고정시킬 수 있는 인터페이스를 갖고, 상기 서비스 작업 선박은 상기 이동식 크레인을 상기 선박으로부터 상기 서브-구조체로 리프팅할 수 있는 선박 크레인을 갖는 작업 점검 설비에 의해 달성된다.
바람직한 실시예에서, 위 설비는 풍력 터빈 블레이드 또는 기어 유닛과 같이 상기 풍력 터빈에 설치되는 부품을 수용하는 지지부를 더 포함하고, 상기 지지부는 상기 부유식 서브-구조체의 인터페이스와 결합되어 고정되는 인터페이스를 갖는다. 이로써 파도의 작용에 의한 상대적인 움직임을 고려할 필요 없이 이동식 크레인은 부품을 리프팅할 수 있다.
부품이 풍력 터빈 블레이드인 경우, 크래들에 배치되는 것이 바람직하고, 다수의 블레이드인 경우에는 복수의 크래들에 적층되는 것이 바람직하다.
부품이 복수의 블레이드 인 경우, 크래들에 높이방향으로 적층되는 것이 바람직하다. 이로써 지지 선박의 데크에서 공간을 덜 차지하게 되며, 적층물을 하나의 유닛으로서 리프팅할 수 있다.
편리하게 지지부는 트러스 빔이고, 이로써 가볍지만 강도를 높일 수 있다.
부유식 서브 구조체가 적어도 두 개의 폰툰을 갖는 경우, 하나의 폰툰은 이동식 크레인을 수용할 수 있고 나머지 폰툰은 부품을 갖는 지지부를 수용할 수 있다.
지지 선박으로부터 이동식 크레인을 원격으로 운영함으로써, 부유식 풍력 터빈에 인력을 탑승시킬 위험을 제거할 수 있다.
풍력 터빈 블레이드 또는 기어 유닛과 같은 부유식 풍력 터빈의 부품을 교체하는 방법에 따르면, 서비스 작업 선박을 부유식 풍력 터빈 옆에 배치하는 단계, 상기 선박에 있는 선박 크레인을 이용하여 이동식 크레인을 상기 선박으로부터 상기 부유식 풍력 터빈의 서브-구조체로 리프팅하는 단계, 상기 이동식 크레인을 상기 서브-구조체에 고정하는 단계. 부품 지지부를 상기 서브-구조체로 리프팅하는 단계. 상기 부품 지지부를 상기 서브-구조체에 고정하는 단계, 상기 이동식 크레인을 이용하여, 교체될 부품을 상기 풍력 터빈으로부터 상기 부품 지지부로 리프팅하는 단계, 상기 부품을 상기 부품 지지부로부터 상기 선박으로 리프팅하는 단계, 새로운 부품을 상기 부품 지지부로 리프팅하는 단계, 상기 새로운 부품을 상기 풍력 터빈에 리프팅하여 상기 교체될 부품이 있었던 곳에 부착시키는 단계, 비어있는 상기 지지부를 상기 선박으로 리프팅하는 단계. 및 상기 선박 크레인을 이용하여 상기 이동식 크레인을 상기 선박으로 리프팅하는 단계를 포함한다.
바람직한 실시예에서, 풍력 터빈 블레이드의 교체에 적합하도록, 상기 이동식 크레인을 이용하여 마모된 블레이드를 하나씩 상기 풍력 터빈의 로터로부터 상기 지지부로 리프팅하는 단계, 상기 마모된 블레이드의 더미를 상기 블레이드 지지부로부터 상기 선박으로 리프팅하는 단계, 새로운 블레이드의 더미를 상기 블레이드 지지부로 리프팅하는 단계, 상기 이동식 크레인을 이용하여 상기 새로운 블레이드를 하나씩 상기 로터로 리프팅하는 단계를 포함한다.
본 발명은 첨부 도면에 도시된 실시예에 의해 더 구체적으로 설명될 것이다.
도 1은 부유식 풍력 터빈 옆에 서비스 작업 선박이 배치되고 있는 본 발명의 설비를 보여주고,
도 2는 선박의 데크로부터 이동식 크레인이 리프팅되는 것을 보여주고,
도 3은 풍력 터빈의 부유식 서브-구조체에 이동식 크레인이 설치된 것을 보여주고,
도 4는 풍력 터빈 블레이드의 지지부가 서브-구조체에 설치된 것을 보여주고,
도 5는 마모된 제1 블레이드가 로터로부터 지지부로 리프팅된 것을 보여주고,
도 6은 마모된 제2 블레이드가 로터로부터 지지부로 리프팅된 것을 보여주고,
도 7은 마모된 제3 블레이드가 로터로부터 지지부로 리프팅된 것을 보여주고,
도 8은 마모된 블레이드 더미가 로터로부터 지지부로 리프팅되는 것을 보여주고,
도 9는 마모된 블레이드 더미가 선박에 배치된 보여주고,
도 10은 새로운 블레이드 더미가 지지부 상에 리프팅된 것을 보여주고,
도 11은 새로운 블레이드가 로터에 설치된 것을 보여주고,
도 12는 지지부와 이동식 크레인이 선박에 리프팅된 것을 보여준다.
아래에서 터빈 블레이드를 교체하는 실시예를 구체적으로 설명하지만, 설비와 방법은 다른 유형의 유지관리를 위해서도 사용될 수 있고, 예를 들면 이동식 크레인의 리프팅 성능을 넘지 않는 무게를 갖는 기어 유닛이나 다른 부품을 교체하기 위해 사용될 수 있다. 이동식 크레인은 예를 들어 100 미터톤의 리프팅 성능을 가질 수 있다.
도 1에 부유식 풍력 터빈 유닛(1)이 도시되어 있다. 부유식 터빈 유닛은 구조체(2)와 풍력 터빈(3)을 포함한다. 부유식 서브-구조체는 삼각형 모양이며, 3개의 실린더 폰툰(pontoon)(4, 5, 6)을 포함하고, 실린더 폰툰들은 튜브 빔(7)에 의해 연결되어 있다. 풍력 터빈(2)은 타워(8)와 로터(9)를 구비하고, 타워는 폰툰(5) 중 하나에 부착되어 있고, 로터는 블레이드(10)를 갖고 있다.
도시된 터빈 유닛은 단지 하나의 예시일 뿐이다. 다른 구조를 가질 수 있는데, 예를 들면 노르웨이특허출원 NO20201030에 도시되어 있다. 유일하게 요구되는 것은, 크레인을 지지(carry)할 수 있다는 것인데, 아래에서 구체적으로 설명하도록 한다.
부유식 풍력 터빈 유닛(1)(이하, 단지 "유닛"이라고 부름) 옆에 지지 선박(11)이 있다. 지지 선박(11)에는 선박 크레인(12)이 설치되어 있고, 선박 크레인은 선박(11)에 영구적으로 부착되어 있다. 선박은 또한 데크에 화물 영역(13)을 갖는다. 도면에서 볼 수 있듯이, 화물은 처음에 이동식 크레인(14), 트러스 빔(15), 비어 있는 제1 세트의 블레이드 크래들(15) 및 블레이드(17)를 갖는 제2 세트의 블레이트 크래들(16)이며, 이에 대해서는 모두 아래에서 추가로 설명하겠다.
선박(11)은 유닛 옆에 고정될 수 있고, 아니면 DP(자동위치제어)를 통해서 위치가 유지될 수 있다.
도 2 내지 도 12는 단계별로 풍력 터빈(1)의 블레이드(10)를 새로운 블레이드(17)와 교체하는 작업을 보여준다. 이것은 바람, 비, 얼음, 가열, 냉각, 곤충, 새, 번개의 타격에 의해 블레이드가 마모되기 때문에 때때로 수행되어야만 하는 작업이다. 지역 조건에 따라, 블레이드는 매 10년 내지 20년 마다 교체되어야 한다.
도 2는 블레이드 교체 작업의 첫 단계를 보여준다. 선박 크레인(12)이 화물 데크(13)로부터 이동식 크레인(13)을 리프팅하기 시작한다.
도 3에서, 이동식 크레인(14)이 폰툰(4)들 중 한 폰툰 위에 놓여져 있다. 폰툰(4)에는 크레인(14)의 하부와 쉽게 결합할 수 있는 인터페이스가 장착되어 있다. 크레인(14)은 인터페이스를 통해 폰툰(4)에 견고하게 고정된다. 인터페이스와 록킹 수단이 어떻게 설계되는 가는 당업자에게 선택의 문제이다. 사용할 수 있는 여러가지 다양한 옵션들이 기술분야에 존재한다.
이동식 크레인은 탑재된 배터리나 발전기와 같이 자체 전원공급부를 가질 수도 있고, 아니면 선박(11)으로부터 크레인(14)까지 케이블이 연장될 수도 있다. 크레인(14)은 선박(11)으로부터 편리하게 원격으로 작동된다. 작업자는 안전거리를 두고, 크레인(14)에 설치된 카메라를 통해 크레인의 작업을 수행할 수 있다.
크레인(14)이 유닛(1)에 설치되어 있는 상태에서, 크레인을 이용하여 선박(11)으로부터 유닛으로 아이템을 리프팅할 수 있다. 그러나, 선박에 있는 크레인(12)이 더 편리한 경우에는 선박에 있는 크레인도 사용될 수 있다.
도 4는 트러스 빔(15)이 선박으로부터 리프팅되어 폰툰(6)의 상부에 설치된 것을 보여준다. 트러스 빔(15)과 폰툰(6) 사이의 인터페이스는 크레인(14)과 폰툰(5) 사이의 인터페이스와 동일하다. 트러스 빔(15) 위에, 두 개의 지지부(18a, 18b)를 포함하는 제1 크래들이 있다.
이제 작업 블레이드(10)를 제거하는 것을 시작할 수 있다. 도 5에서, 크레인(14)에 의해 제1 블레이드(10a)가 로터(9)로부터 리프팅되어 크래들(18a, 18b)에 놓여져 있다. 다음으로, 지지부(18c, 18d)를 포함하는 새로운 크래들이 제1 크래들 위에 놓여지고, 크레인(14)에 의해 마모된 제2 블레이드(10b)가 로터(9)로부터 리프팅되어 도 6의 크래들(18c, 18d)에 놓여진다.
마지막 블레이드(10c)를 이전의 블레이드(10b)와 동일한 방법으로 리프팅해서 크래들에 놓고, 따라서 도 7에 도시된 것처럼 모든 블레이드들이 트러스 빔(15) 위에 정연하게 쌓여 있다.
도 8에 도시된 것처럼, 블레이드(10a, 10b, 10c)의 스택은 트러스 빔(15)으로부터 리프팅된다. 이러한 리프팅은 선박 크레인(12)에 의해 또는 이동식 크레인(14)에 의해 이루어질수 있다. 그러나, 일반적으로, 짐이 놓여질 유닛에 있는 크레인을 사용하는 것이 더 편리하다. 왜냐하면 파도의 움직임 때문에 짐을 내려놓는 것보다 짐을 리프팅하는 것에 타이밍을 정하는 것이 더 쉽기 때문이다.
도 9에서 작업 블레이드(10a, 10b, 10c) 더미가 선박(11)의 화물 데크(13)에 놓여져 있다.
이어서 새로운 블레이드(17) 더미를 선박(11)으로부터 리프팅해서 트러스 빔(15) 위에 놓는다. 그러면 이동식 크레인이 블레이드(17)를 리프팅해서 나셀(nacelle)에 부착시킬 수 있다. 각각의 블레이드(17)가 리프팅되면, 블레이드가 안착되어 있던 크래들을 리프팅하여 선박(11)에 선적한다.
도 11에, 새로운 블레이드(17)가 모두 설치되어 있다. 이제, 트러스 빔(15)을 리프팅해서 선박에 선적한다. 이것이 완료되었을 때, 크레인(14) 자체를 분리하고 선박 크레인(12)에 의해 리프팅해서 선박에 선적한다. 이렇게 작업이 완료되는데, 이는 도 12에 도시되어 있다. 선박(11)은 이제 다시 항구로 돌아가서 마모된 블레이드(10)를 하역하고, 필요시 다른 풍력 터빈의 블레이드를 교체하기 위해 새로운 블레이드 더미를 선적한다.
물론, 트러스 빔(15)은 플랫폼과 같이 블레이드를 신뢰성있게 지지하는 다른 지지부로 교체될 수 있다. 블레이드는 또한 지지부에 나란히 배열될 수도 있다. 그러나, 쌓는것이 데크에서 공간을 절약하기 때문에 더 편리하다.
사람이 부유식 서브-구조체 위에 있을 필요없이, 예를 들어 자동 클램프를 통해서 이동식 크레인이 고정되는 것이 바람직하다.

Claims (9)

  1. 부유식 풍력 터빈의 작업 점검 설비로서,
    적어도 하나의 풍력 터빈 유닛이 놓여 있는 부유식 서브-구조체, 서비스 작업 선박 및 이동식 크레인을 포함하고, 상기 부유식 서브-구조체는 상기 크레인을 수용하여 상기 서브-구조체에 고정시킬 수 있는 인터페이스를 갖고, 상기 서비스 작업 선박은 상기 이동식 크레인을 상기 선박으로부터 상기 서브-구조체로 리프팅할 수 있는 선박 크레인을 갖는 것을 특징으로 하는 작업 점검 설비.
  2. 제1항에 있어서,
    풍력 터빈 블레이드 또는 기어 유닛과 같이 상기 풍력 터빈에 설치되는 부품을 수용하는 지지부를 더 포함하고, 상기 지지부는 상기 부유식 서브-구조체의 인터페이스와 결합되어 고정되는 인터페이스를 갖는 것을 특징으로 하는 작업 점검 설비.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 지지부는 적어도 하나의 풍력 터빈 블레이드를 수용하는 적어도 한 세트의 크래들을 포함하는 것을 특징으로 하는 작업 점검 설비.
  4. 제3항에 있어서,
    적어도 3개의 풍력 터빈 블레이드가 상기 지지부 상의 크래들에 적층되는 것을 특징으로 하는 작업 점검 설비.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지부는 트러스 빔을 포함하는 것을 특징으로 하는 작업 점검 설비.
  6. 제1항 및 제2항에 있어서,
    상기 부유식 서브-구조체는 적어도 2개의 폰툰을 포함하고, 상기 폰툰은 각각 상기 이동식 크레인과 상기 지지부를 각각 수용하는 인터페이스를 갖는 것을 특징으로 하는 작업 점검 설비.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이동식 크레인은 상기 선박으로부터 원격으로 조작될 수 있는 것을 특징으로 하는 작업 점검 설비.
  8. 풍력 터빈 블레이드 또는 기어 유닛과 같은 부유식 풍력 터빈의 부품을 교체하는 방법으로서,
    a. 서비스 작업 선박을 부유식 풍력 터빈 옆에 배치하는 단계,
    b. 상기 선박에 있는 선박 크레인을 이용하여 이동식 크레인을 상기 선박으로부터 상기 부유식 풍력 터빈의 서브-구조체 상에 리프팅하는 단계,
    c. 상기 이동식 크레인을 상기 서브-구조체에 고정하는 단계,
    d. 부품 지지부를 상기 서브-구조체 상에 리프팅하는 단계,
    e. 상기 부품 지지부를 상기 서브-구조체에 고정하는 단계,
    f. 상기 이동식 크레인을 이용하여, 교체될 부품을 상기 풍력 터빈으로부터 상기 부품 지지부 상에 리프팅하는 단계,
    g. 상기 교체될 부품을 상기 부품 지지부로부터 상기 선박으로 리프팅하는 단계,
    h. 새로운 부품을 상기 부품 지지부 상에 리프팅하는 단계,
    i. 상기 새로운 부품을 상기 풍력 터빈 상에 리프팅하여 상기 교체될 부품이 있었던 곳에 부착시키는 단계,
    j. 비어있는 상기 지지부를 상기 선박으로 리프팅하는 단계, 및
    k. 상기 선박 크레인을 이용하여 상기 이동식 크레인을 상기 선박으로 리프팅하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 부품을 교체하는 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    l. 상기 단계 f에서 리프팅하는 단계는, 상기 이동식 크레인을 이용하여 마모된 블레이드를 하나씩 상기 풍력 터빈의 로터로부터 상기 지지부로 리프팅하는 것을 포함하고,
    m. 상기 단계 g에서 리프팅하는 단계는, 상기 마모된 블레이드의 더미를 상기 블레이드 지지부로부터 상기 선박으로 리프팅하는 것을 포함하고,
    n. 상기 단계 h에서 리프팅하는 단계는, 새로운 블레이드의 더미를 상기 블레이드 지지부로 리프팅하는 것을 포함하고,
    o. 상기 단계 i에서 리프팅하는 단계는, 상기 이동식 크레인을 이용하여 상기 새로운 블레이드를 하나씩 상기 로터로 리프팅하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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