KR20240015186A - 부유식 해상 풍력 발전 구조물 설치 시스템 및 방법 - Google Patents

부유식 해상 풍력 발전 구조물 설치 시스템 및 방법 Download PDF

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에이치에스지성동조선 주식회사
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Abstract

부유식 해상 풍력 발전 구조물을 목표 해역에 설치하기 위한 부유식 해상 풍력 발전 구조물 설치 시스템이 개시되며, 개시된 시스템은 상기 부유식 해상 풍력 발전 구조물 설치 시스템은 안벽에 접안하거나 상기 안벽으로부터 떨어져 해상에 떠 있는 설치 지원선; 상기 설치 지원선이 안벽에 접안된 때, 상기 설치 지원선을 구속하는 고정수단; 및 부유식 해상 풍력 발전 구조물의 조립 전 분리 요소들을 안벽에서 설치 지원선으로 운반하는 운반장비를 포함하며, 상기 설치 지원선은, 데크를 포함하는 반잠수식 선체와, 상기 데크에 설치되어 상기 분리 요소들의 조립에 이용되는 크레인과, 상기 데크의 상면 레벨을 상기 안벽의 상면 레벨에 맞추거나 또는 상기 분리 요소들이 조립되어 완성된 부유식 해상 풍력 발전 구조물을 해상에 띄우기 위해, 상기 반잠수식 선체 내외로 물을 발라스팅 또는 디발라스팅하는 발라스팅 장치를 포함한다.

Description

부유식 해상 풍력 발전 구조물 설치 시스템 및 방법 {System and method for installation of floating offshore wind power generation structures}
본 발명은 부유식 해상 풍력 발전 구조물의 설치에 관한 것으로서, 더 상세하게는, 부유식 해상 풍력 발전 구조물 설치 지원선(이하, "설치 지원선"이라 함)에 부유식 해상 풍력 발전 구조물을 구성하는 분리된 요소(이하, "분리 요소"라 함)들을 선적하고, 설치 지원선을 이용하여 분리 요소들을 조립하여 부유식 해상 풍력 발전 구조물을 완성하고, 완성된 부유식 해상 풍력 발전 구조물을 해상의 목표 위치로 옮겨, 그 목표 위치에 부유식 해상 풍력 발전 구조물을 띄우는 과정들을 포함하는 방법과, 이 방법에 적용되는 풍력 발전 구조물 설치 시스템에 관한 것이다.
해상 풍력 발전 구조물은, 육상에 설치되는 풍력 발전 시설과 비교할 때, 해상의 질 좋은 바람을 에너지원으로 이용할 수 있다는 장점과 더불어, 육상 풍력 발전 시설과 달리, 소음 문제가 거의 없고, 부지 비용 문제점을 해결할 수 있어서 경제성이 높다는 장점이 있다. 이러한 여러 장점들로 인해, 근래 들어서는, 해상 풍력 발전 구조물을 많이 설치하고 있다.
해상 풍력 발전 구조물은 크게 고정식과 부유식으로 분류된다. 고정식은 상대적으로 얕은 수심의 해상에 설치되고, 부유식은 육상에서 멀고, 깊은 수심의 해상에 주로 설치된다. 바람은 육상에서 멀어질수록 강하고 일정해지는데, 이와 같은 양질의 바람을 이용하기에 적합한 부유식 해상 풍력 발전 구조물이 발전 효율에 있어서 고정식에 비해 유리하다.
한편, 부유식 해상 풍력 발전 구조물은 크게 수선 면적을 최소화하고 구조물 무게 중심을 낮춘 SPAR 타입과, 계류라인을 이용하여 정적 안정성과 운동 성능을 높인 TLP(Tension Leg Platform) 타입과, 다수의 부유체를 연결한 형태의 반잠수식(Semi-Submersible) 타입으로 분류된다.
SPAR 타입은 흘수가 100m가 넘는 등 150m 이상의 대수심에서만 적용 가능하고, TLP 타입은 계류라인의 고비용 및 파손시의 위험성 등과 같은 문제가 있다. 반잠수식 타입의 경우 수선면적을 멀리 배치함으로써 정적 안정성을 높일 수 있다. 다만, 반잠수식 타입은 파도 중 운동 성능이 SPAR 및 TLP 타입에 비해 좋지 않다고 알려져 있었으나, 최근에 운동 저감 장치를 붙여서 운동성능을 개선하는 방안이 마련되었다. 반잠수식 타입은 높은 정적 안정성이 보장되고, 70~100m의 수심에서도 적용 가능하고 운동 저감 장치를 활용하여 운동성능을 개선하여 상업화에 가장 유리한 타입이다.
한편, 풍력 단지에는 수십 또는 수백개의 해상 풍력 발전 구조물이 설치되어야 하므로, 제작 비용을 최소화할 필요가 있다. 육상에서 해상 풍력 발전 구조물을 건조하는 방식의 최대 장점은 생산 능력을 크게 증대시킬 수 있다는 것이다. 기술적으로는 장비 및 인력의 접근이 쉽고, 다양한 장비들을 활용할 수 있다.
종래에는 육상에서 건조된 부유식 해상 풍력 발전 구조물을 해상에 진수하기 위해, 대형 해상 크레인이 필요하였다. 완성된 부유식 해상 풍력 발전 구조물을 안벽에 배치한 후, 이것을 해상 크레인을 이용하여 들어서 바다 위에 띄운다. 해상에 부유식 해상 풍력 발전 구조물을 설치하는 과정은 먼저 하부 구조물을 해저에 설치하는 것에서부터 시작한다. 하부 구조물은 상부의 터빈을 지지하는 역할을 하고, 강한 풍속을 견뎌야 하기에 매우 중요한 역할을 한다. 상부의 구조물도 블레이드, 로터, 나셀, 타워 등의 여러 부분으로 나누어 설치를 하는데, 타워 구조를 2~4 분할로 나누어 바지로 운송하고, 해상 크레인을 이용해 조립하는 것이 일반적인 방법이다.
부유식 해상 풍력 발전 구조물은 해저면에 고정되지 않고 물 위에 떠 있으며, 이에 의하여 나셀의 큰 무게가 80m 이상의 높이에 집중되면서 반드시 정적 안전성을 확보해야 하므로, 파도에 의한 운동을 최소화 해야 한다
특허등록 제10-1479487호는 잭업바지를 이용한 해상구조물 설치방법을 개시한다. 개시된 잭업바지를 이용한 해상구조물 설치방법은 해수면상의 소정 높이로 잭업 바지를 들어올려 파랑이나 조수 간만의 차 또는 조류의 영향을 거의 없이 안전하고 정확하게 작업할 수 있도록 한다. 이 때문에 잭업바지를 이용한 해상구조물 설치방법은 낮은 수심(60m 이하)의 지역에서 활용된다.
특허등록 제10-1479487호
고정식 자켓 타입의 해상 풍력 발전 구조물은 보통 근해의 수심 40~80m 이내의 낮은 수심에서 설치된다. 그러나, 이보다 수심이 깊어지게 되면 고정식 자켓 타입의 풍력 해상 구조물은 투입하기 어려워진다. 이에 깊은 수심에서도 사용 가능한 부유식 타입의 해상 풍력 발전 구조물의 연구 개발이 활발히 진행되고 있다.
부유식 타입의 해상 풍력발전 구조물은 먼 바다에서 해양의 이용 면적을 크게 확보할 수 있으며, 근해보다 풍속이 더 빠르고 안정적이며 전력 생산에 효과적이다. 또한 근해 지역의 어업 종사자 및 주민들과의 분쟁에서 보다 자유롭다.
최근 해상에 설치되는 부유식 해상 풍력 발전기는 경제성 제고를 위하여 점점 대형화되는 추세로 높이가 100m 이상이며, 블레이드, 기어박스, 발전기, 컨버터 등의 중대한 고장이 발생하는 경우, 점검 내지 보수를 위해서 풍력 발전기와 이를 부유시키는 부유체 구조물을 동시에 인양 가능하여야 한다.
종래에는 육상에서 완성된 부유식 해상 풍력 발전 구조물을 해상에 진수하고 목표 해역에 설치하기 위해서, 운반을 위한 운송 바지선과 진수 및 조립을 위한 해상 크레인이 필요하였다. 그러나 이와 같이 별도의 해상 크레인을 이용하는 기술은 작업 기간 설정이나 임대 비용이 크게 부담되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 부유식 해상 풍력 발전 구조물을 구성하는 분리 요소들을 안벽에서 설치 지원선에 선적하는 과정과, 그 분리 요소들을 설치 지원선의 선상에서 조립하는 과정과, 목표 위치로 조립 완료된 부유식 해상 풍력 발전 구조물을 운반하는 과정을 포함하는 해상 풍력 발전 구조물 설치 방법 및 이에 이용되는 해상 풍력 발전 구조물 설치 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 일측면에 따른 부유식 해상 풍력 발전 구조물 설치 방법은, 설치 지원선을 안벽에 접안시키고, 상기 안벽으로부터 상기 설치 지원선으로 분리 요소들을 선적하고, 상기 설치 지원선에 선적되는 분리 요소들을 조립하여 부유식 해상 풍력 발전 구조물을 완성하고, 상기 안벽과 떨어진 위치에서 상기 설치 지원선을 잠수시켜, 부유식 해상 풍력 발전 구조물을 해상에 띄우는 것을 특징으로 포함한다.
상기 부유식 해상 풍력 발전 구조물 설치 방법은, 상기 설치 지원선을 상기 안벽에 접안시킬 때, 상기 설치 지원선의 데크의 상면 레벨을 상기 안벽의 상면 레벨에 맞추는 것을 포함한다.
상기 부유식 해상 풍력 발전 구조물 설치 방법은, 상기 설치 지원선으로 상기 분리 요소들을 선적하기 전에, 상기 설치 지원선을 안벽에 구속시키는 것을 포함한다.
상기 부유식 해상 풍력 발전 구조물 설치 방법은, 상기 설치 지원선으로 상기 분리 요소들을 선적하기 위해 수평 이동식 운반 장비를 이용한다.
상기 부유식 해상 풍력 발전 구조물 설치 방법은 상기 분리 요소들이 선적되는 순서대로 상기 분리 요소들을 조립한다.
상기 분리 요소들은 부유식 하부 구조물과 타워와 로터와 블레이드와 나셀을 포함할 수 있다.
상기 부유식 해상 풍력 발전 구조물 설치 방법은, 상기 설치 지원선에 상기 부유식 하부 구조물을 먼저 선적한 후, 상기 설치 지원선에 상기 타워가 선적되면 상기 타워를 부유식 하부 구조물에 조립하는 것을 포함한다.
상기 분리 요소들의 조립을 위해 상기 설치 지원선에 설치된 크레인을 이용한다.
상기 분리 요소들의 선적을 위해, 상기 안벽에서 상기 설치 지원선의 데크로 상기 분리 요소들을 수평 이동시키는 모듈트랜스포터가 이용되고, 상기 분리 요소들의 조립을 위해, 상기 설치 지원선에 설치된 크레인을 이용한다.
상기 부유식 해상 풍력 발전 구조물 설치 방법은, 상기 안벽과 목표 해역 사이의 임의의 위치에서 상기 설치 지원선을 잠수시켜, 부유식 해상 풍력 발전 구조물을 해상에 띄우고, 운반선이 해상에 띄운 부유식 해상 풍력 구조물을 목표 해역까지 운반한다.
상기 부유식 해상 풍력 발전 구조물 설치 방법은, 상기 설치 지원선이 완성된 부유식 해상 풍력 발전 구조물을 싣고 목표 해역까지 이동한 후, 목표 해역에서 상기 설치 지원선을 잠수시켜, 부유식 해상 풍력 발전 구조물을 목표 해역의 해상에 띄운다.
본 발명의 일측면에 따라, 부유식 해상 풍력 발전 구조물을 목표 해역에 설치하기 위한 부유식 해상 풍력 발전 구조물 설치 시스템이 제공되며, 상기 부유식 해상 풍력 발전 구조물 설치 시스템은 안벽에 접안하거나 상기 안벽으로부터 떨어져 해상에 떠 있는 설치 지원선; 상기 설치 지원선이 안벽에 접안된 때, 상기 설치 지원선을 구속하는 고정수단; 및 부유식 해상 풍력 발전 구조물의 조립 전 분리 요소들을 안벽에서 설치 지원선으로 운반하는 운반장비를 포함하며, 상기 설치 지원선은, 데크를 포함하는 반잠수식 선체와, 상기 데크에 설치되어 상기 분리 요소들의 조립에 이용되는 크레인과, 상기 데크의 상면 레벨을 상기 안벽의 상면 레벨에 맞추거나 또는 상기 분리 요소들이 조립되어 완성된 부유식 해상 풍력 발전 구조물을 해상에 띄우기 위해, 상기 반잠수식 선체 내외로 물을 발라스팅 또는 디발라스팅하는 발라스팅 장치를 포함한다.
상기 운반장비는 모듈트랜스포터를 포함하고, 상기 고정수단은 상기 설치 지원선을 상기 안벽에 구속시키는 링크빔을 포함한다.
상기 크레인은, 좌우 한 쌍의 수직 지지대 및 상기 한 쌍의 수직 지지대 사이를 연결하는 거더를 포함하며, 상기 한 쌍의 지지대 사이로 전술한 상기 분리 요소들이 통과하는 것을 허용하고, 상기 한 쌍의 지지대의 하단에는 상기 데크의 좌우 양측에 길이 방향을 따라 형성된 레일웨이를 따라 주행하는 주행부가 구비된 지지 프레임과, 상기 거더에 형성된 하나 이상의 레일을 따라 상기 거더의 길이 방향을 따라 이동하는 하나 이상의 트롤리와, 상기 트롤리에 결합되며, 상기 분리 요소들을 상승 또는 하강시키는 호이스트를 포함한다.
본 발명의 일측면에 따라, 부유식 해상 풍력 발전 구조물의 조립 또는 유지 보수를 위해, 안벽 또는 해수면에 대하여 높이가 조절되는 반잠수식 선체; 상기 반잠수식 선체의 잠수 높이를 조절하기 위한 발라스팅 장치; 및 상기 반잠수식 선체에 설치되어 부유식 해상 풍력 발전 구조물을 구성하는 분리 요소들을 들고 내리는데 이용되는 크레인을 포함하는 부유식 해상 풍력 발전 구조물 설치 지원선이 제공된다.
본 발명에 따르면, 설치 지원선을 이용하여 부유식 해상 풍력 발전 구조물 설치에 필요한 진수, 운송, 조립의 모든 공정을 수행할 수 있다. 부유식 해상 풍력 발전 구조물의 설치 이후에는 상기 설치 지원선을 상기 부유식 해상 풍력 발전 구조물의 유지보수에도 사용할 수 있다.
본 발명에 따르면 부유식 해상 풍력 발전 구조물의 설치 및 유지 보수를 위한 비용과 기간을 절감할 수 있다.
본 발명에서는 반잠수식의 방법에 의하여 부유식 해상 풍력 발전 구조물을 반잠수식 선체에 올려놓고 구조물을 점검 및 수리를 진행할 수 있으며, 상부 타워나 블레이드 등의 필요 부분만을 해체하여 유지 보수를 따로 수행할 수도 있다. 또한, 인근 해역으로 내항하지 않고 반잠수식 선체 위에서 바로 점검 및 보수 작업을 진행할 수 있어 비용과 공사 기간을 절감시키는 효과를 제공한다.
도 1은 부유식 해상 풍력 발전 구조물을 예시적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력 발전 구조물 설치 시스템 및 방법에 이용되는 설치 지원선을 도시한 사시도이다.
도 3 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력 발전 구조물 설치 시스템 및 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 11 및 도 14는 부유식 해상 풍력 발전 구조물 설치 방법에 이용되는 설치 지원선을 예시적으로 나타낸 도면들이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 설명함에 있어서, 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의를 위해 과장되거나 단순화되어 나타날 수 있다.
또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들은 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 본 발명의 기술적 사상과 관계없는 부분의 설명은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
도 1은 완성된 부유식 해상 풍력 발전 구조물을 예시적으로 나타내며, 도 2는 부유식 해상 풍력 발전 구조물의 해상 설치를 지원하는 설치 지원선을 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 부유식 해상 풍력 발전 구조물(1)은 실질적으로 풍력 발전을 수행하는 상부 구조물(2)과, 상기 상부 구조물(2)을 지지한 채 해상에 떠 있을 수 있도록 구성된 하부 구조물(4)을 포함할 수 있다. 하부 구조물(4)은 복수개의 부유체(42)와 상기 복수개의 부유체(42) 사이를 연결하는 연결부(44)를 포함할 수 있다. 또한 상기 상부 구조물(2)은 하부 구조물(4)에 조립되어 수직 방향으로 길게 연장된 타워(22)와, 상기 타워(22)의 상단에 설치된 로터(24)와, 상기 로터(24)에 결합되어 바람에 의해 상기 로터(24)에 회전력을 발생시키는 블레이드(26)와, 상기 로터(24)와 결합되며, 상기 블레이드(26)에 바람이 가해지는 것에 따른 로터(24)의 회전력으로부터 전기를 발생시키는 나셀(28) 등을 포함한다.
본 발명에 따른 해상 풍력 발전 구조물 설치 시스템은, 도 2에 도시된 것과 같은 설치 지원선(100)을 이용하여, 부유식 해상 풍력 발전 구조물(1)의 조립 전, 분리 요소들, 즉, 하부 구조물(4)과, 서로 조립되어 부유식 해상 풍력 발전 구조물(1)의 상부 구조물을 구성하는 타워(22), 로터(24), 블레이드(26), 나셀(28) 등의 분리 요소들(22, 24, 26, 28)을 안벽(300; 도 3 참조)으로부터 상기 설치 지원선(100)에 선적하고, 상기 분리 요소들(4, 22, 24, 26, 28)을 상기 설치 지원선(100)에서 조립하여, 완성된, 즉, 조립이 완료된 부유식 해상 풍력 발전 구조물(1)을 해상의 목표 위치로 운반하는 과정들을 지원하는 시스템이다.
도 3 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력 발전 구조물 설치 시스템 및 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 2와 도 3 내지 도 10을 함께 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력 발전 구조물 설치 시스템은, 안벽(300)에 접안 가능하도록, 그리고, 해상에서 자항식으로 운항할 수 있도록, 그리고, 반잠수 기능을 갖도록 구성된 설치 지원선(100)과, 안벽(300)에 접안된 설치 지원선(100)을 구속하는 고정수단과, 상기 분리 요소(4, 22, 24, 26, 28)들을 상기 안벽(300)에서 상기 설치 지원선(100)으로 이송하여 선적하는 수평 이동식 운반장비를 포함한다.
안벽(300)에 접안되고 상기 고정수단에 의해 고정된 설치 지원선(100) 상에서 상기 분리 요소들(4, 22, 24, 26, 28)이 조립되어 상기 부유식 해상 풍력 발전 구조물(1)이 완성된다. 상기 설치 지원선(100)의 자체 동력으로 (또는 예인에 의해) 안벽(300)으로부터 멀리 있는 해상의 목표 해역까지 완성된 부유식 해상 풍력 발전 구조물(1)을 운반하여, 그 목표 해역의 해상에 부유식 해상 풍력 발전 구조물(1)을 진수시킨다. 이때, 상기 고정수단은 상기 설치 지원선(100)이 안벽(300)에 접안한 상태로 상기 설치 지원선(100)을 고정하는 계류라인 및/또는 안벽(300)의 상면과 반잠수식 선체(110)의 데크(112) 상면이 동일 레벨에 있도록 수평이 맞추어진 상태로 안벽(300)과 바지형 반잠수식 선체(110) 사이를 연결하여 구속하는 링크빔(400)을 포함할 수 있다.
상기 설치 지원선(100)의 반잠수식 선체(110)는 상기 분리 요소들(4, 22, 24, 26, 28)이 선적되어 조립이 이루어지는 넓고 평평한 수평의 데크(112)를 포함한다. 또한, 상기 설치 지원선(100)은 상기 분리 요소들(4, 22, 24, 26, 28)의 선적 및 완성된 부유식 해상 풍력 발전 구조물(1)의 진수를 위해, 안벽(300)과 해수면에 대한 데크(112)의 상대적 높이를 조절하기 위한 수단으로서, 추가 부력 탱크(114) 및 발라스팅 장치(120)를 더 포함한다. 또한, 상기 설치 지원선(100)은 상기 데크(112)에 선적된 분리 요소들(4, 22, 24, 26, 28)을 조립하여 부유식 해상 풍력 발전 구조물(1)을 완성하기 위해 데크(112) 상에서 분리 요소들(4, 22, 24, 26, 28)을 들고 내리는 작업을 하는 크레인(140)을 데크(112)에 더 포함한다.
상기 설치 지원선(100)이 상기 안벽(300)에 접안할 때, 데크(112)의 상면 레벨과 안벽(300)의 상면 레벨을 맞추기 위해 발라스팅 장치(120)가 작동하며, 상기 발라스팅 장치(120)가 추가 부력 탱크(114)에 물을 넣거나 빼는, 즉, 발라스팅 또는 디발라스팅을 수행하여, 바지형 반잠수식 선체(110)의 잠수 높이를 조절하고, 이를 통해, 데크(112)의 상면 레벨과 안벽(300)의 상면 레벨을 맞출 수 있다. 추가 부력 탱크(114)에는 물 높이를 감지하는 센서가 설치되므로, 데크(112) 상면 레벨의 미세한 조절까지 가능할 수 있다.
상기 데크(112)는 상기 부유식 해상 풍력 발전 구조물(1)의 분리 요소들(4, 22, 24, 26, 28)을 적치할 수 있는 충분한 폭과 길이를 갖는다. 상기 데크(112)는 안벽(300)의 상면과 거의 동일 레벨로 높이가 조절될 수 있는 수평면을 상면으로 포함한다. 상기 추가 부력 탱크(114)는 선미 측 데크(112) 좌우 양 사이드에 구비될 수 있다. 상기 데크(112) 상에는 한 쌍의 부력 탱크(114, 114) 사이로 상기 분리 요소들(4, 22, 24, 26)이 진입할 수 있는 통로가 형성된다.
상기 크레인(140)은 상기 데크(112)에 선적된 분리 요소들(4, 22, 24, 26, 28)을 조립하여 부유식 해상 풍력 발전 구조물(1)을 완성하기 위해 데크(112)에 설치되는 것으로서, 상기 데크(112) 상에서 전술한 분리 요소들(4, 22, 26, 28)을 들고 내리는 작업을 수행한다. 기존에는 육상의 구조물을 접안 선박에 옮기기 위한 수단으로 육상의 크레인 또는 해상 크레인선이 제한적으로 사용되었지만, 본 실시예에 따르면, 크레인(140)은 안벽 위 또는 주변 시설물에 간섭을 주지 않도록 작업 범위가 데크(112) 내로 한정되어, 데크(112) 내에서 분리 요소들(4, 22, 24, 26)을 조립하는 작업에 이용된다.
상기 크레인(140)은 크라모 타입 크레인으로서, 좌우 한 쌍의 수직 지지대(142a, 142a) 및 상기 한 쌍의 수직 지지대(142a, 142a) 사이를 연결하는 거더(142b)를 포함하며 한 쌍의 지지대(142a, 142a) 사이로 전술한 분리 요소들(4, 22, 24, 26, 28)들이 통과하여 선적되는 것을 허용하고 한 쌍의 지지대(142a, 142a)의 하단에는 데크(112)의 좌우 양측에 길이 방향을 따라 형성된 한 쌍의 레일웨이(150, 150)를 따라 주행하는 주행부(146. 146)가 구비된 지지 프레임(140)과, 상기 거더(142b)에 형성된 하나 이상의 레일을 따라 거더(142b)의 길이 방향을 따라 이동하는 하나 이상의 트롤리(147)와, 상기 트롤리(147)에 결합되며, 윈치의 작동에 의해, 전술한 분리 요소(4, 22, 24, 26, 28)들을 상승 또는 하강시키는 호이스트(148)를 포함하며. 상기 지지 프레임(140)이 주행부(146, 146)에 의해 전후로 이동하는 것과 상기 트롤리(147)가 좌우로 이동하는 것에 의해 데크(112) 상의 모든 작업 영역을 커버하는 한편, 상기 호이스트(148)가 데크(112) 상의 분리 요소들(4, 22, 24, 26, 28)을 들어올리거나 내림으로써 상기 분리 요소들(4, 22, 24, 26, 28)을 쉽게 조립할 수 있도록 해준다. 이때, 바지형 반잠수식 선체(110)의 선수부와 선미부와 연결되도록 윈치를 설치하여 크레인의 위치를 조정할 수 있으며, 본 실시예에서, 크레인(140)은 800톤의 SWL을 가질 수 있다.
한편, 부유식 해상 풍력 발전 구조물에 있어서, 하부 구조물(4)은 강한 풍속을 견뎌야 하는 매우 중요한 요소이다. 하부 구조물(4)의 상부에 지지되는 상부의 구조물의 경우, 타워(22), 로터(24), 블레이드(26), 나셀(28) 등의 분리 요소들(22, 24, 26, 28) 등 여러 부분들(분리 요소들)으로 분리된 상태에서 육상에서 바지형 반잠수식 선체(110)로 선적되는 것이 바람직하다. 더 나아가, 타워(22)의 길이가 긴 경우, 그 타워(22)를 2~4분할로 나누어 선적하는 것도 가능하다.
상기 바지형 반잠수식 선체(110)는 부유식 해상 풍력 발전 구조물(1)의 분리 요소(4, 22, 24, 26, 28)들을 적치할 수 있는 충분한 폭과 길이를 갖는 데크(110)를 포함한다. 상기 데크(110)는 안벽(300)의 상면과 거의 동일 레벨로 높이가 조절될 수 있는 수평면을 상면으로 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 바지형 반잠수식 선체(110)는 안벽(300)의 분리 요소들을 선적하기 위해 그리고 분리 요소들을 조립하여 완성한 부유식 해양 풍력 발전 구조물(1)을 해상으로 띄워 진수하기 위해 안벽 및 해수면에 대한 상대 위치가 정밀하게 조절되는 반잠수 기능을 가지며, 분리 요소들의 선적 및 조립과 완성된 부유식 해상 풍력 발전 구조물(1)의 안정적인 진수를 위해, 충분히 크게 확장된 데크(112)의 면적을 갖는 것이 바람직하다.
이제 도 3 내지 도 10을 차례로 참조하여 해상 풍력 발전 구조물 설치 방법을 설명한다.
본 실시예에 따른 해상 풍력 발전 구조물 설치 방법은, 도 3에 도시된 바와 같이, 안벽(300)의 상면 레벨에 데크(112)의 상면 레벨을 맞추도록, 안벽(300)에 바지형 반잠수식 선체(110)를 접안하는 접안 단계를 포함한다. 상기 접안 단계에서, 링크 빔(400) 및/또는 계류라인을 포함하는 고정수단에 의해 상기 바지형 반잠수식 선체(110)가 구속될 수 있다. 더 구체적으로, 접안 단계에서는, 설치 지원선(100)의 발라스팅 장치(120)로 안벽(300)과 데크(112)의 수평을 맞추고, 안벽(300)과 반잠수식 선체(110) 사이를 링크빔(400)으로 연결하여 구속한다.
또한, 본 실시예에 따른 해상 풍력 발전 구조물 설치 방법은, 도 4 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 안벽(300)에서 데크(112)로의 수평이동식 운반장비인 모듈트랜스포터(500)를 이용하여, 분리 요소들(4, 22, 24, 26, 28)을 차례로 바지형 반잠수식 선체(110)의 데크(112) 상에 선적하는 선적 단계와, 상기 분리 요소들(4, 22, 24, 26, 28)의 선적이 이루어지는 동안 분리 요소(4, 22, 24, 26, 28)들이 크레인(140)을 이용하여 분리 요소(4, 22, 24, 26, 28)들을 차례로 조립하는 단계를 포함한다. 이때, 조립은 먼저 선적된 분리 요소에 나중에 선정되는 분리 요소를 조립하는 방식으로 이루어질 수 있다. 반잠수식 선체(110)에 화물 적재시 여러 층으로 이루어진 전용 작업 지지대를 이용하면 동일 면적에 2~3배의 더 많은 화물을 적재할 수 있다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 분리 요소들 중 하부 구조물(4)이 가장 먼저 데크(112)로 선적되고, 그 다음, 타워(22)가 데크(112) 상으로 선적된 후, 크레인(140)에 의해 하부 구조물(4)에 조립되고, 그 다음, 나셀(24), 로터(26) 및 블레이드(28)가 차례로 데크(112) 상으로 선적되어 크레인(140)에 의해 타워(22)에 차례로 조립된다. 이와 같은 선적 단계 및 조립 단계에 의해, 부유식 해상 풍력 발전 구조물(1)이 설치 지원선(110) 내에서 완성된다. 다음, 도 8에 도시된 바와 같이 안벽(300)에 접안된 설치 지원선(100)의 고정이 해제된다.
또한, 본 실시예에 따른 해상 풍력 발전 구조물 설치 방법은, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 설치 지원선(100)을 잠수시켜 조립 완료된 부유식 풍력발전 구조물(1)을 해상에 띄우는 진수 단계를 더 포함한다. 부유식 해상 풍력 발전 설치 지원선의 잠수는 발라스팅 장치를 이용하여 추가 부력 탱크(114)의 물을 넣는 과정을 통해 달성될 수 있다. 완성된 부유식 해상 풍력 발전 구조물을 해상에 띄우기 위하여, 추가 부력 탱크(114)를 포함하는 반잠수식 선체(110) 내에 해수를 주입하여, 반잠수식 선체(110)를 반잠수 시킨다. 부유식 해상 풍력 발전 구조물(1)을 바다 위에 온전히 띄우기 위해서는 예를 들어 최소 18m 이상의 흘수를 가지고 있어야 한다. 반잠수된 설치 지원선(100)이 부유식 해상 풍력 발전 구조물(1)로부터 완전히 분리되어 빠져나오면 부유식 해상 풍력 발전 구조물(1)만 해상에 위치하게 된다.
또한, 본 실시예에 따른 부유식 해상 풍력 발전 구조물 설치 방법은, 도 10에 나타낸 바와 같이, 운반선(700)을 이용하여, 완성된 부유식 해상 풍력 발전 구조물(1)을 지정된 해상의 폭표 해역에 이송하는 이송 단계를 더 포함한다. 완성된 부유식 해상 풍력 발전 구조물(1)에 운반선(700)을 연결하여, 운반선(700)의 이동에 의해, 부유식 해상 풍력 발전 구조물(1)을 지정된 설치 해역에 위치시킨다.
대안적으로, 운반선(700)을 추가로 이용하지 않고, 본 발명에 따른 설치 지원선(100)이 완성된 부유식 해상 풍력 발전 구조물(1)을 직접 싣고 지정된 설치 해역으로 운반할 수 있다. 이 경우, 지정된 해역까지 이동한 설치 지원선(1)이 해당 위치에서 반잠수하여, 부유식 해상 풍력 발전 구조물(1)을 해당 위치의 해상에 띄운다.
본 실시예에서, 반잠수식 선체(110)는 예를 들어 100m x 200m 크기에 최대 흘수 22m의 30,000톤급 선박이지만, 그 크기는 적치되는 구조물의 수량이나 무게에 따라 달라질 수 있다. 위에서 언급한 바와 같은 크레인(140)은 부유식 해상 풍력 발전 구조물의 분리 요소들을 들어올려 조립하기 위한 것으로서, 한 쌍의 지지대(142a, 142a)와 거더(142b)를 포함하며 한 쌍의 지지대(142) 사이로 전술한 분리 요소(4, 22, 24, 26, 28)들이 통과하여 선적되는 것을 허용한다.
상기 조립 단계에서, 상기 설치 지원선(100)에 설치된 크레인(140)을 이용하여, 12 MW 발전기 기준 3단으로 나뉘어진 타워(280ton x3)와, 나셀(675ton)과, 허브(60ton)와, 블레이드(60ton x3)를 각각 조립할 수 있다.
또한, 상기 설치 지원선(100)에 설치되는 크레인(140)은 조립 탑재가 가능한 크라모 타입 크레인이 유리하게 이용될 수 있으며, 필요에 따라서 설치 및 해체가 가능하다. 반잠수식 선체(110)의 선수부 및 선미부에 크레인과 연결된 윈치를 설치하여, 크레인의 위치를 조정할 수 있다. 크레인은 800톤의 SWL을 가진다.
도 11은 전술한 것과 같은 크라모 타입 크레인을 포함하는 설치 지원선을 보다 더 구체적으로 나타낸 도면이고, 도 12는 외팔 크레인을 설치 지원선을 개념적으로 나타낸 도면이다.
본 발명은 전술한 실시예에 의해 제한되지 않고 다양하게 변형되어 실시될 수 있다.

Claims (6)

  1. 부유식 해상 풍력 발전 구조물을 해상에 설치하는 방법으로서,
    설치 지원선을 안벽에 접안시키고,
    상기 안벽으로부터 상기 설치 지원선으로 분리 요소들을 선적하고,
    상기 설치 지원선에 선적되는 분리 요소들을 조립하여 부유식 해상 풍력 발전 구조물을 완성하고,
    상기 안벽과 떨어진 위치에서 상기 설치 지원선을 잠수시켜, 부유식 해상 풍력 발전 구조물을 해상에 띄우는 것을 특징으로 하는 부유식 해상 풍력 발전 구조물 설치 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 설치 지원선을 상기 안벽에 접안시킬 때,
    상기 설치 지원선의 데크의 상면 레벨을 상기 안벽의 상면 레벨에 맞추는 것을 특징으로 하는 부유식 해상 풍력 발전 구조물 설치 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 안벽과 목표 해역 사이의 임의의 위치에서 상기 설치 지원선을 잠수시켜, 부유식 해상 풍력 발전 구조물을 해상에 띄우고,
    운반선이 해상에 띄운 부유식 해상 풍력 구조물을 목표 해역까지 운반하는 것을 특징으로 하는 부유식 해상 풍력 발전 구조물 설치 방법.
  4. 부유식 해상 풍력 발전 구조물을 목표 해역에 설치하기 위한 부유식 해상 풍력 발전 구조물 설치 시스템으로서,
    안벽에 접안하거나 상기 안벽으로부터 떨어져 해상에 떠 있는 설치 지원선;
    상기 설치 지원선이 안벽에 접안된 때, 상기 설치 지원선을 구속하는 고정수단; 및
    부유식 해상 풍력 발전 구조물의 조립 전 분리 요소들을 안벽에서 설치 지원선으로 운반하는 운반장비를 포함하며,
    상기 설치 지원선은,
    데크를 포함하는 반잠수식 선체와,
    상기 데크에 설치되어 상기 분리 요소들의 조립에 이용되는 크레인과,
    상기 데크의 상면 레벨을 상기 안벽의 상면 레벨에 맞추거나 또는 상기 분리 요소들이 조립되어 완성된 부유식 해상 풍력 발전 구조물을 해상에 띄우기 위해, 상기 반잠수식 선체 내외로 물을 발라스팅 또는 디발라스팅하는 발라스팅 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 부유식 해상 풍력 발전 구조물 설치 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 운반장비는 모듈트랜스포터를 포함하는 것을 특징으로 하는 부유식 해상 풍력 발전 구조물 설치 시스템.
  6. 부유식 해상 풍력 발전 구조물의 조립 또는 유지 보수를 위해,
    안벽 또는 해수면에 대하여 높이가 조절되는 반잠수식 선체;
    상기 반잠수식 선체의 잠수 높이를 조절하기 위한 발라스팅 장치; 및
    상기 반잠수식 선체에 설치되어 부유식 해상 풍력 반전 구조물을 구성하는 분리 요소들을 들고 내리는데 이용되는 크레인을 포함하는 것을 특징으로 하는 부유식 해상 풍력 발전 구조물 설치 지원선.
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