KR20240010995A - 부유식 구조물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 부유식 구조물을 제공한다. 본 발명의 부유식 구조물은 선체; 상기 선체의 양측면에 각각 제공되고, 피적재물이 적재되는 적재 유닛; 및 상기 적재 유닛에 적재된 상기 피적재물의 위치가 변경되도록 상기 적재 유닛을 회동시키는 회전 유닛을 포함할 수있다.

Description

부유식 구조물{FLOATING STRUCTURE}

본 발명은 부유식 구조물에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 해상에서 해상 풍력 발전기를 설치하는 부유식 구조물에 관한 것이다.

친환경 에너지 개발에 대한 요구가 증대됨에 따라, 풍력 발전기를 활용한 발전이 전세계적으로 각광을 받고 있다. 그런데, 풍력 발전기를 설치하기 위해서는 까다로운 환경적인 조건이 요구된다. 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 필요하다는 문제가 있다.

최근에는 위와 같은 제약 조건으로부터 상대적으로 자유로운 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.

지금까지 상용화된 풍력 발전기 설치 선박은 8MW급에 한정되어 있으며, GE사가 개발한 12MW급을 설치하기에는 크레인 용량, 붐 아웃 거리(boom out distance)가 문제가 되어 활용도가 떨어지고 있다. 해상풍력발전기의 발전 용량 증가는 터빈 중량 증가와 연계되어 풍력 발전기 설치 선박 입장에서는 더 큰 화물 중량을 운용하는 입장이 된다.

이러한 풍력 발전기 설치 선박은 작업을 위해서 레그를 해저면에 침하시켜서 고정한 후 선체를 해수면 위로 띄우게 된다. 즉, 화물의 중량이 증가할 경우, 선체와 선체 위에 있는 화물의 중량증가로 인하여 잭업 시스템이 큰 부하를 받게 된다.

이러한 일련의 문제들이 종합적으로 작용하게 되면, 장비의 용량, 레그 설계변경이 동시에 이루어져야 해서, 신규 모델 개발에 상당한 애로 사항으로 작용하게 된다. 풍력발전기의 용량이 커질 경우, 적재중량이 증가하게 되고, 이를 해결하기 위해서는 선박의 주요 제원을 증가시키고 그에 부합되는 잭업 시스템의 사양을 올려줘야 하는 연쇄적인 반응이 필요하다.

즉, 터빈용량이 커지면서 한정된 데크 면적 내에 효율적으로 적재하는 여러가지 방안이 연구되고 있고, 대용량 터빈 발전기는 타워를 분리하지 않는 형식을 유지하기 때문에 타워의 수직배치로 인한 무게중심 상승, 선박의 복원성을 저감시키는 원인들이 복합적으로 작용하여 선박의 전복 혹은 과도한 무게 중심 변화에 의한 크랙, 구조의 손상이 발생되는 현상이 증가하고 있는 추세이다.

본 발명의 일 과제는, 한정된 테크 면적 내에 해상풍력발전기를 효율적으로 배치할 수 있는 부유식 구조물을 제공하는데 있다.

본 발명의 일 과제는, 무게중심을 낮출 수 있고, 적재 가능한 타워 개수를 증가시킬 수 있는 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, 선체; 상기 선체의 양측면에 각각 제공되고, 피적재물이 적재되는 적재 유닛; 및 상기 적재 유닛에 적재된 상기 피적재물의 위치가 변경되도록 상기 적재 유닛을 회동시키는 회전 유닛을 포함하는 부유식 구조물이 제공될 수 있다.

또한, 상기 회전 유닛은 상기 항해 모드 또는 상기 잭업 모드에 따라 상기 적재 유닛을 회전시킬 수 있다.

또한, 상기 피적재물은 해양풍력발전기의 타워이고, 상기 항해 모드시 상기 타워는 상기 선체의 길이방향을 따라 눕혀진 상태로 상기 적재 유닛에 적재되어 운반될 수 있다.

또한, 상기 적재 유닛은 상기 타워가 안착되는 오목한 수납공간을 갖는 플랫폼; 상기 플랫폼에 제공되고, 상기 오목한 수납공간에 안착된 상기 타워의 임의 이탈을 방지하기 위해 상기 타워를 고정하는 고정 부재를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 고정 부재는 상기 오목한 수납공간에 위치한 상기 타워를 감지하는 감지부 및 상기 감지부의 신호에 따라 상기 타워의 외측면을 지지하는 가이드 램을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 의하면, 한정된 테크 면적 내에 해상풍력발전기를 효율적으로 배치할 수 있다.

본 발명의 실시예에 의하면, 무게중심을 낮출 수 있고, 적재 가능한 타워 개수를 증가시킬 수 있다.

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 실시예에 따른 부유식 구조물을 보여주는 사시도이다.
도 2는 도 1의 부유식 구조물의 잭업 상태를 보여주는 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 부유식 구조물의 정면도이다.
도 4는 적재 장치를 설명하기 위한 분해 사시도이다.
도 5는 적재 장치를 보여주는 측면도이다.
도 6 및 도 7은 적재 장치를 보여주는 정면도 및 평면도이다.

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 실시예에 따른 부유식 구조물을 보여주는 사시도이고, 도 2는 도 1의 부유식 구조물의 잭업 상태를 보여주는 도면이며, 도 3은 도 1에 도시된 부유식 구조물의 정면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 부유식 구조물(1)은 해상에 부유할 수 있는 선체(100; 이하 본체라고 함), 본체(100)를 상하 방향으로 관통하는 레그(Leg, 200), 레그(200)와 본체(100)를 상하 방향으로 상대 운동시키며 레그(200)를 지지하는 잭킹 유닛(300) 그리고 적재 장치(800)를 포함할 수 있다.

부유식 구조물(1)은 풍력 발전기 설치 선박(WTIV, Wind Turbine Installation Vessel) 또는 잭업 플랫폼(Jackup Platform)일 수 있으며, 본 실시예에서는 부유식 구조물(1)이 풍력 발전기 설치 선박인 것을 예로 들어 설명하겠다. 그러나, 본 발명의 사상은 이에 한정되지 않는다.

본체(100)는 도 1에 도시된 것처럼, 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 본체(100)는 측면에 적재 장치(800)가 설치될 수 있는 임의의 입체적 구조를 가질 수 있다.

본체(100)의 데크에는 부유식 구조물(1)의 기능에 따른 피적재물(2)들이 적재될 수 있다. 본 실시예의 경우, 본체(100)의 데크에는 해상 풍력 발전기의 부품인, 블레이드와 나셀, 타워 등이 피적재물(2)로서 적재될 수 있다.

한편, 본체(100)에는 블레이드와 나셀, 타워 등의 피적재물(2)을 운반하여 해상 풍력 발전기를 설치할 수 있는 크레인(40)이 제공될 수 있다.

도 1에 도시된 피적재물(2)의 종류 및 적재 방식은 일 예에 불과하며, 피적재물(2)은 본 발명의 사상이 유지되는 범위 내에서 다양한 형태로 적재될 수 있다. 예를 들어, 블레이드와 나셀은 서로 분리된 상태로 적재될 수 있으며, 부유식 구조물(1)이 잭업 플랫폼인 경우 피적재물(2)은 라이저 파이프일 수 있다.

또한, 본체(100)에는 이동 및 위치 제어를 위한 추진장치(미도시)가 제공될 수 있다. 레그(200)는 부유식 구조물(1)의 사용 목적에 따라 다수 개가 제공될 수 있으며, 본 발명의 실시예에서는 본체(100)의 좌현과 우현에 각각 한 쌍씩, 총 4개의 레그(200)가 제공되는 것을 예로 들어 설명하겠다.

레그(200)는 본체(100)를 상하 방향으로 관통하도록 설치되며, 본체(100)에는 레그(200)가 통과하는 레그웰(Leg Well)이 형성된다. 레그(200)는 본체(100)의 하방으로 이동하여 해저에 고정될 수 있고, 도 2의 잭업 상태에서 본체(100)의 하중을 견딜 수 있을 정도의 강성을 갖도록 형성될 수 있다.

다시 도 1을 참조하면, 레그(200)는 상하 방향으로 연장되는 다수 개의 기둥부(220), 기둥부(220)를 연결하는 연결부(260), 기둥부(220)의 양측에 설치되는 랙 기어부(240)를 포함할 수 있다. 레그(200)는 상방에서 보았을 때 삼각형 형태를 가질 수 있으며, 기둥부(220)는 삼각형의 꼭지점 위치에 배치될 수 있다. 연결부(260)는 기둥부(220)에 가해지는 하중을 지지하기 위해 다수 개가 기둥부(220)를 서로 연결하도록 제공될 수 있다. 랙 기어부(240)는 기둥부(220)의 양측에 각각 형성되는 랙 기어를 포함할 수 있다.

본 실시예에서는 레그(200)가 삼각 트러스 구조로 형성되는 것을 예로 들어 설명하였으나, 레그(200)의 형태는 일 예에 불과하며, 본 발명의 사상이 유지되는 한 레그(200)는 다양한 형태로 제공될 수 있다. 예를 들면, 레그(200)는 상방에서 보았을 때, 사각형 형태로 제공될 수 있으며, 원통형으로 제공될 수도 있다. 또한, 상기 랙 기어부(240)는 다른 배치를 가질 수도 있다.

잭킹 유닛(300)은 레그(200)를 승강시키기 위해 제공된다. 잭킹 유닛(300)은 레그(200)와 본체(100)가 상하 방향으로 상대 운동할 수 있도록 레그(200)를 지지한다. 본 실시예에서 레그(200)와 본체(100)의 "상하 방향의 상대 운동"은 레그(200)가 본체(100)에 대해 상하 방향으로 이동하는 것과, 본체(100)가 레그(200)에 대해 상하 방향으로 이동하는 것을 모두 포함하는 개념으로 이해될 것이다.

위와 같은 구성을 갖는 부유식 구조물(1)은 항해 모드(Transit Mode)와 잭업 모드(Jackup Mode)로 운용될 수 있다.

부유식 구조물(1)은 해상 풍력 발전기를 설치하고자 하는 위치까지 항해 모드로 이동한다. 일반 항해 모드에서, 부유식 구조물(1)은 레그(200)에 의한 저항을 줄이고자 레그(200)를 상측 방향으로 이동시킨 상태로 이동할 수 있다.

부유식 구조물(1)은 목적 위치까지 이동한 후, 자동 위치 제어(Dynamic Positioning)를 이용해 레그(200)를 내리기 위한 정확한 위치를 잡을 수 있다. 자동 위치 제어는 레그(200)가 하강하여 해저에 닿을 때까지 지속될 수 있다.

이후, 부유식 구조물(1)은 잭업 모드로 전환하여 레그(200)를 해저(B;도 2 참조)에 박는다. 이 과정에서, 레그(200)는 중력 및 잭킹 유닛(300)에 의해 본체(100)의 하방으로 이동될 수 있다.

레그(200)의 하단부가 해저(B)에 닿게 되면, 레그(200)는 더 이상 하방으로 이동할 수 없게 된다. 이 상태에서, 부유식 구조물(1)은 잭킹 유닛(300)의 구동장치를 작동시켜 본체(100)를 레그(200)를 따라 상방으로 이동시킨다. 본체(100)의 하중은 레그(200)를 해저(B)로 침투시키는 힘으로 작용하게 되고, 그에 의해, 레그(200)는 해저(B)로 침투하여 고정된다.

본체(100)를 레그(200)를 따라 상방으로 이동시킴에 따라 본체(100)는 해수면(S)으로부터 소정 거리 이격된 상태가 될 수 있으며, 본체(100)가 해수면(S)으로부터 이격되어 기설정된 작업 위치에 다다른 상태를 잭업 상태라고 할 수 있다.

부유식 구조물(1)은 잭업 상태에서 크레인(40)을 이용하여 해상 풍력 발전기를 설치하며, 설치 작업이 완료되면 위의 순서의 역순으로 진행하여 다시 운항을 개시할 수 있다.

상기와 같은 부유식 구조물(1)의 잭업 상태로의 전환 방법은 일 예에 불과하며, 본 발명의 사상이 유지되는 범위 내에서 다양하게 변경될 수 있다.

적재 장치(800)는 본체의 양측면에 피적재물(예컨대, 해양 풍력발전기의 타워;3)이 적재 가능하도록 제공되는 것으로, 회동 가능하게 본체(100)의 측면에 제공될 수 있다.

도 4는 적재 장치를 설명하기 위한 분해 사시도이고, 도 5는 적재 장치를 보여주는 측면도이며, 도 6 및 도 7은 적재 장치를 보여주는 정면도 및 평면도이다.

도 4 내지 도 7을 참조하면, 적재 장치(800)는 적재 유닛(810)과 회전 유닛(890)을 포함할 수 있다.

적재 유닛(810)은 플랫폼(820)과 고정 부재(830)를 포함할 수 있다. 플랫폼(820)은 타워(3)가 안착되는 오목한 수납공간(822)을 가지며, 회전 유닛(890)에 연결된다. 적재 유닛(810)의 회전 중심은 플랫폼(820)의 중심에서 한쪽으로 편심되게 위치된다. 플랫폼(820)의 오목한 수납공간(822)은 일측에서 타측으로 갈수록 그 지름이 작아지도록 제공될 수 있다. 여기서 타측은 적재 유닛(810)이 회전되었을 때 수면을 향하는 우측부분일 수 있다. 일 예로, 오목한 수납공간(822)의 타측 직경은 타워(3)의 가장 넓은 직경보다 작게 제공됨으로써, 적재 유닛(810)이 수평한 상태에서 회동되어 세워졌을 때 타워(3)가 플랫폼(820)의 수납공간(822)으로부터 빠지는 것을 방지할 수 있다.

고정 부재(830)는 플랫폼(820)에 제공될 수 있다. 고정 부재(830)는 오목한 수납공간(822)에 안착된 타워(3)의 임의 이탈을 방지하기 위해 타워(3)를 고정한다. 고정 부재(830)는 오목한 수납공간(822)에 위치한 타워(3)를 감지하는 감지부(832)와 감지부(832)의 신호에 따라 타워(3)의 외측면을 지지하도록 제공되는 가이드 램(834)을 포함할 수 있다. 가이드 램(834)은 유압으로 작동가능하며, 플랫폼(820)의 길이방향으로 따라 복수개가 설치될 수 있다.

회전 유닛(890)은 선택적으로 적재 유닛(810)에 적재된 타워(3)를 수평하게 눕히거나 세워지도록 적재 유닛(810)을 회동시킨다. 회전 유닛(890)의 구동부는 선박 내에 제공된다. 회전 유닛(890)은 플랫폼(820)과 연결된다. 회전 유닛(890)은 항해 모드 또는 잭업 모드에 따라 적재 유닛(810)을 회전시킬 수 있다. 예를 들어, 항해 모드시 타워(3)는 선체(100)의 길이방향을 따라 눕혀진 상태로 적재 유닛(810)에 적재되어 운반될 수 있다. 또한, 잭업 모드시 타워(3)는 타워 크레인(40)에 의해 적재 유닛(810)으로부터 인출되도록 소정 각도만큼 세워질 수 있다. 이때, 적재 유닛(810)의 회동 각도는 30~ 90 범위 내에서 이루어질 수 있다.

상술한 바와같이, 본 발명의 부유식 구조물은 본체(선체)의 양측에 별도의 적재 공간을 제공함으로써 한정된 데크 면적 대비 보다 많은 피적재물을 적재할 수 있다. 또한, 항해 모드시에는 타워를 수평하게 눕혀서 무게 중심을 낮출 수 있고, 잭업 모드에서는 타워 크레인의 작업이 용이하도록 소정 각도만큼 세울 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지*을 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.

100: 본체 200 : 레그
300 : 잭킹 유닛 800 : 적재 장치

Claims (5)

1. 항해 모드와 잭업 모드로 운용되는 부유식 구조물에 있어서,
   선체;
   상기 선체의 양측면에 각각 제공되고, 피적재물이 적재되는 적재 유닛; 및
   상기 적재 유닛에 적재된 상기 피적재물의 위치가 변경되도록 상기 적재 유닛을 회동시키는 회전 유닛을 포함하는 부유식 구조물.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 회전 유닛은
   상기 항해 모드 또는 상기 잭업 모드에 따라 상기 적재 유닛을 회전시키는 부유식 구조물.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 피적재물은
   해양풍력발전기의 타워이고,
   상기 항해 모드시 상기 타워는 상기 선체의 길이방향을 따라 눕혀진 상태로 상기 적재 유닛에 적재되어 운반되는 부유식 구조물.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 적재 유닛은
   상기 타워가 안착되는 오목한 수납공간을 갖는 플랫폼;
   상기 플랫폼에 제공되고, 상기 오목한 수납공간에 안착된 상기 타워의 임의 이탈을 방지하기 위해 상기 타워를 고정하는 고정 부재를 더 포함하는 부유식 구조물.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 고정 부재는
   상기 오목한 수납공간에 위치한 상기 타워를 감지하는 감지부 및
   상기 감지부의 신호에 따라 상기 타워의 외측면을 지지하는 가이드 램을 포함하는 부유식 구조물.
   

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