KR20240078194A - 해상풍력발전기 일괄설치 시스템 및 그 설치 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 해상풍력발전기 하부구조물 조립품(800), 해상풍력발전기 하부구조물 조립품(800)이 탑재되는 운송선박(100)을 포함하는 해상풍력발전기 일괄설치 시스템에 있어서, 운송선박(100)은 해상풍력발전기 인양을 위해 수하물을 지지하는 A형구조물(200), 풍력터빈 조립품이 권상, 권하, 또는 운송 중 전복되지 않도록 방지하는 최상단 지지점으로서, 최소 3방향 이상에서 타워를 지지할 수 있도록 구성되는 타워 클램프(300), 수하물의 4 방향 무게 불균형을 고려하여, 4기 이상의 윈치의 장력을 개별로 조정하는 중량물 권상 장치(400), 해상풍력발전기를 들고 있는 상태에서 운송하기 위한 장치로, 수하물의 5자유도 운동을 구속하는 수하물 지지구조물(500), 중량물이 가해졌을 때 "ㄷ"자 상단 프레임의 과도한 변형을 방지하기 위한 클로징바(600), 수하물 지지구조물(500)과 더불어 풍력터빈의 6자유도 구속을 위한 보조윈치(700)를 포함하는 해상풍력발전기 일괄설치 시스템에 관한 것이다.

Description

해상풍력발전기 일괄설치 시스템 및 그 설치 방법{Method and System for Transporting and Installing offshore wind power generators in a single lift}
본 발명은 해상풍력발전기 일괄설치 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고정식 해상풍력단지 건설에 있어 하부구조물과 상부 풍력터빈의 설치 시에 하부구조물과, 상부 풍력터빈을 동시에 설치하는 해상풍력발전기 일괄설치 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 해상풍력발전기는 상부터빈(810)과 하부지지구조물(820)로 형성된다. 상부 터빈 구조는 로터-블레이드, 나셀, 타워로 이루어지며, 하부구조는 지지구조와 기초로 이루어진다.
도 1을 참고하여 설명하면, 로터-블레이드(811)는 바람을 맞으면 회전할 수 있는 부품이며, 주축에 연결되어 바람에너지를 기계적 회전에너지로 변환한다. 나셀(812)은 타워 상단에 위치하는 전기, 기계실로 내부에 동력전달을 위한 드라이브트레인, 발전기, 변압기 등이 구비된다. 타워(813)는 로터-나셀 조립품을 지지하는 구조물이며, 주로 공기중에서 지지하는 역할을 한다. 하부지지구조물(820)은 상부 터빈을 지지하는 구조물이며, 주로 수중에서 지지하는 역할을 한다. 기초(830)는 풍력발전기가 넘어지지 않게 해저지반에 고정하는 역할을 한다.
해상풍력발전기의 건설은 다수의 하부구조물 설치완료 한 후 하부구조물에 상부터빈을 조립하는 2단계로 진행 된다.
하부구조물의 설치를 위해 중량물 운반선과 해상크레인이 투입된다.
중량물 운반선으로 현장까지 운반 후 현장에 대기하고 있던 해상크레인과 말뚝 항타 혹은 석션 펌프장치로 해저 지반에 고정 시킨다.
운반을 위해서는 수하물의 6자유도가 고정되어야 하는데, 해상크레인으로 공중에 들고 있는 상태에서는 해당 안전규정을 만족시키지 못하므로, 이송을 위해 바지선 혹은 운반선이 요구된다.
또한, 해상크레인으로 수하물을 공중에 매단 상태에서 장거리 이동하는 것은 허용되지 않는다.
상부 터빈의 조립은 선박을 수면위로 들어 올리는 잭킹시스템(jacking system)이 구비된 풍력전용설치선 혹은 잭업바지를 이용한다.
한 번에 많이 이송하기 위해 부품상태로 선적하며, 현장에서 선박에 설치된 크레인으로 타워부터 블레이드까지 순차적으로 조립한다.
이러한 설치공법은 해상 작업시간을 많이 필요로 하고, 여러 종류의 건설장비가 투입되는 단점이 있다.
해상 작업시간이 길어질수록 기상 악화에 의한 피항으로 건설공기 연장위험이 높아지고, 항만 혹은 연안에 비해 파도가 거칠고, 바람이 강하여 현장 작업자의 위험도도 높아진다.
한편, 상기 종래기술의 단점을 극복하기 위해 선행기술인 해상풍력발전기 일괄 운송설치용 선박이 제안되었다.
구체적으로 상부 터빈 및 하부구조를 해상운송에 앞서 항만 혹은 연안에서 조립을 완료한다. 선조립품을 직립상태로 한 번에 안전하게 들고, 이송할 수 있도록 고안되었다.
직립 이송방식은 해상풍력발전기를 수평 상태로 이송하는 것에 비해 갑판의 필요면적을 줄일 수 있고, 현장에서 추구 직립을 위해 별도의 크레인을 요구하지 않는 장점이 있다.
직립상태의 풍력발전기를 들고 내릴 수 있는 윈치와 선미의 A형태의 지지구조물을 가지며, 운송 중에 수하물의 6자유도 고정을 위한 슬라이딩데크와 선박의 위치고정을 위한 가조립 상태의 풍력발전기 접안 및 설치 완료 후 선박 이안을 위해 권상 장치는 ㄷ자 형태를 가지는 선미 부분에 구비한다.
종래에는 권상, 권하시에는 수하물의 전중량을 A형태 지지구조물로만 버티고, 운송 중에는 슬라이딩데크와 선체만으로 버티게 되어 있는데, 1,000톤 이상의 중량물을 버티기 위한 지지구조물이 이중으로 요구되는 문제가 있었다. 슬라이딩 데크의 경우 장경간 양단지지로 인한 처짐을 방지하기 위해 보강재가 많이 필요하여 고중량 부재가 불가피하며, 자중의 증가로 추가 부력을 확보하기 위해 선체크기를 키워야 하는 문제를 야기한다.
또한, 풍력발전기는 무게중심이 높게 형성되어 있어서, 직립 이송시 선박의 전복안정성 확보를 위해 A형태의 지지구조물이 풍력터빈 조립품 전체 높이보다 길어야 하는 문제가 있었다.
그리고, A형태의 지지구조물의 높이가 높아지면, 그에 맞춰 선박의 크기도 커져야 하는 문제가 있었다.
한국등록특허 제10-2092198호
상기 문제점을 극복하기 위한 본 발명은 전체 조립품의 지지구조가 2개가 필요했던(권상, 권하시 지지를 위한 A형태 지지구조물, 이송시 6자유도 구속을 위해 필요한 슬라이딩데크) 부분을 A형 지지구조물 하나로 권상, 권하, 이송을 포함하는 모든 상황에서 지지할 수 있도록 형성된 해상풍력발전기 일괄설치 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
또한 본 발명은 풍력터빈의 크기(높이)에 따라 A형태의 지지구조와 선박의 크기가 과대해지는 것을 방지하기 위해 수하물의 주지지점을 무게중심 아래에 위치해도 전체 조립품의 안정성을 확보할 수 있도록 풍력터빈 타워 클램프, 수하물 지지구조물, 보조윈치로 구성된 해상풍력발전기 일괄설치 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은 해상풍력발전기 하부구조물 조립품(800); 및 상기 해상풍력발전기 하부구조물 조립품(800)이 탑재되는 운송선박(100);을 포함하는 해상풍력발전기 일괄설치 시스템에 있어서, 상기 운송선박(100)은, 해상풍력발전기 인양을 위해 수하물을 지지하는 A형구조물(200); 풍력터빈 조립품이 권상, 권하, 또는 운송 중 전복되지 않도록 방지하는 최상단 지지점으로서, 최소 3방향 이상에서 타워를 지지할 수 있도록 구성되는 타워 클램프(300); 수하물의 4 방향 무게 불균형을 고려하여, 4기 이상의 윈치의 장력을 개별로 조정하는 중량물 권상 장치(400); 해상풍력발전기를 들고 있는 상태에서 운송하기 위한 장치로, 수하물의 5자유도 운동을 구속하는 수하물 지지구조물(500); 중량물이 가해졌을 때 "ㄷ"자 상단 프레임의 과도한 변형을 방지하기 위한 클로징바(600); 수하물 지지구조물(500)과 더불어 풍력터빈의 6자유도 구속을 위한 보조윈치(700);를 포함한다.
본 발명은 (a) 육상크레인을 이용하여 항만안벽에 하부지지구조물(820), 상부터빈(810)을 순차적으로 풍력발전기 조립품(800)을 가조립하는 가조립단계;
(b) 상기 항만안벽에 가조립된 풍력발전기 조립품(800)에 설치선박(100)이 접안하는 접안 단계;
(c) 상기 접안 단계 후, 클로징바(600)를 닫고, 타워 클램프(300)와 중량물 권상 장치(400)의 후크(420)와 풍력터빈의 인양고리(814)를 벨트 혹은 와이어로 결속하는 체결 단계;
(d) 상기 체결 단계 후, 상기 풍력발전기 조립품(800)을 수하물 지지구조물(500)위에 얹히는 권상 단계;
(e) 상기 권상 단계 후, 풍력발전기 조립품(800)이 탑재된 채로 설치장소로 이송되는 해상 운송단계;
(f) 상기 해상 운송단계를 통해 설치장소에 도착 후 위 과정의 역순으로 조립품(800)을 해저지반에 거치 후 기초와 함께 지반에 고정하는 설치단계;
(g) 상기 해저지반에 거치된 조립품(800)과 설치선박(100)간의 결속을 해제하여 선박을 이안하는 완료단계;를 포함한다.
위와 같은 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 기존에는 중량물 운반선으로 하부구조물을 설치 완료 후 풍력설치전용선으로 상부터빈을 부품상태로 현장에 운송 후 해상에서 조립함에 따라 해상에서 장시간 소요되는 문제점을 극복하기 위해 하부구조물과 풍력터빈을 항만 혹은 연안에서 조립 후 한 번에 운송 설치하는 해상풍력 건설공법에 대한 것이다.
둘째, 해상풍력발전기 일괄설치 시스템은 특수하게 고안된 리프팅 장치 및 설치공정을 통하여 터빈구조물 이송 시에는 해상풍력발전기와 케이블간의 간섭을 최소화 하며, 선체에 구조물을 고박함으로서 해상 환경의 변화에 안정적으로 대응이 가능하다.
셋째, 설치 시에는 하부구조물을 포함하여 일괄로 설치가 가능하므로 기존 조립방식 대비 설치에 소요되는 시간을 대폭 줄일 수 있으며, 최소 작업자가 안전하게 시스템을 설치할 수 있다.
도 1은 본 발명인 해상풍력발전기 일괄설치 시스템의 종래기술이다.
도 2는 본 발명인 해상풍력발전기 일괄설치 시스템의 육상크레인 활용 항만 터빈 선조립 단계도이다.
도 3은 본 발명인 해상풍력발전기 일괄설치 시스템을 이용한 항만내 권상 단계도이다.
도 4은 본 발명인 해상풍력발전기 일괄설치 시스템을 이용한 현장설치 단계도이다.
도 5은 본 발명인 해상풍력발전기 일괄설치 시스템의 해상풍력터빈 하부구조물 일괄설치선 선체 및 A형 구조물 사시도이다.
도 6은 본 발명인 해상풍력발전기 일괄설치 시스템의 풍력터빈 타워 클램프 사시도이다.
도 7은 본 발명인 해상풍력발전기 일괄설치 시스템의 수하물 권상장치 사시도이다.
도 8은 본 발명인 해상풍력발전기 일괄설치 시스템의 수하물 지지구조물 (서포트빔) 사시도이다.
도 9은 본 발명인 해상풍력발전기 일괄설치 시스템의 A형구조물 클로징바 사시도이다.
도 10은 본 발명인 해상풍력발전기 일괄설치 시스템의 수하물 상하 고정용 보조윈치 사시도이다.
본 발명은 고정식 해상풍력단지 건설에 있어 하부구조물과 상부 풍력터빈의 설치에 관한 것으로 하부구조물과, 상부 풍력터빈을 한 번에 같이 설치하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.
해상풍력터빈을 해저지반에 고정하기 위한 고정식 기초형식은 석션버켓 하부기초와 프리파일링 기초를 대상으로 한다.
상부 터빈을 수중에서 고정하는 하부구조물의 형식은 모노포드, 트라이포드, 멀티포드, 자켓 등 그 형식에 제한이 없다.
도 2에 도시된 바와 같이 발명의 구성 및 전반적인 동작원리에 대한 자세한 설명하면, 항만 터빈 선조립 단계는 전체 조립품을 한 번에 운송/설치 하기 위해서 항만 혹은 항구에서 상부터빈과 하부구조물을 육상크레인으로 미리 조립한다.
그리고, 프리파일링 자켓 하부구조물의 경우 가조립장의 해저에 말뚝기초를 미리 설치한다.
이후 말뚝 위에 하부구조물을 가체결한다.
그리고, 석션버켓 기초 하부구조물의 경우 기초와 하부구조물이 하나의 부재이므로 기초를 미리 설치하지 않고, 하부구조물을 해저지반에 거치한 후 펌프를 이용해 버켓 내부의 물을 빼내어 수압차로 가설치한다. 이후 타워부터 로터 조립까지 방법은 동일하다.
석션버켓 기초
① 하부구조물 → ② 석션기초 관입 → ③ 타워 조립 및 리프트 설치 → ④나셀 조립 → ⑤로터 조립
프리파일링 기초
① 가변 템플릿 설치 → ② 하부구조물 설치 → ③ 타워 조립 및 리프트 설치 → ④ 나셀 조립 → ⑤ 로터 조립
도 1, 3을 참고하여 해상풍력발전기 일괄설치 시스템을 이용한 항만내 권상단계를 살펴본다.
석션버켓 기초
본 발명은 수하물 지지구조물(500), 클로징바(600) 개방 상태로 일괄설치선이 접안하는 단계;
클로징바(600) 체결, 타워 클램프(300) 가동, 석션펌프 물주입으로 석션기초를 인발하는 권상 사전준비 단계;
수하물의 앞뒤, 좌우 무게불균형 고려, 4기 이상의 윈치의 장력을 개별로 조정하고, 아래 수식으로 필요한 힘 계산 후 초기 하중 선정 및 하부기초를 지반에서 완전히 분리되게 들어보는 중량물 권상 장치(400)를 통한 무게배분 단계;
수하물의 균형을 맞춘 후 석션기초 상단이 물 위에 나올때까지 권상하여, 수하물의 상하 자유도 구속을 위한 케이블을 체결하는 보조윈치 체결 단계;
수하물 지지구조물(500) 체결을 위해 수하물을 간섭이 생기지 않을 높이까지 권상, 수하물 지지구조물을 회전하여 터빈을 내려놓을 수 있도록 준비하는 수하물 최대높이 권상 단계;
수하물을 수하물 지지구조물(500)에 안착하는 지지시스템의 안착 단계; 등으로 구성된다.
프리파일링 기초
본 발명은 수하물 지지구조물(500), 클로징바(600) 개방 상태로 일괄설치선 접안하는 단계;
클로징바(600) 체결, 타워 클램프(300)를 가동하는 권상 사전준비 단계;
수하물의 앞뒤, 좌우 무게불균형 고려, 4기 이상의 윈치의 장력을 개별로 조정, 아래 수식으로 필요한 힘 계산 후 초기 하중 선정 및 하부기초를 지반에서 완전히 분리되게 들어보아 권상 장치(400)의 무게를 배분하는 단계;
수하물의 균형을 맞춘 후 석션기초 상단이 물 위에 나올때까지 권상, 수하물의 상하 자유도 구속을 위한 케이블을 체결하는 보조윈치 체결 단계;
수하물 지지구조물(500) 체결을 위해 수하물을 간섭이 생기지 않을 높이까지 권상, 수하물 지지구조물을 회전하여 터빈을 내려놓을 수 있도록 준비하는 수하물 최대높이 권상 단계;
수하물을 수하물 지지구조물(500)에 안착하는 지지시스템의 안착 단계; 등으로 구성된다.
도 1, 4에 도시를 참고하여, 현장 설치단계를 살펴본다.
석션버켓 기초
본 발명은 선박 위치유지를 위해 계류 혹은 동적자세유지가 사용된다. 수하물 지지구조물(500)을 열기 위해 간섭이 생기지 않을 높이만큼 풍력발전기를 권상하는 설치 장소에 선박 위치고정 및 풍력발전기 권상 단계;
풍력발전기의 석션파일 기초가 수면에 닿는 시점에는 속도를 늦춰서 무게중심 변화에 대응하게 하는 풍력발전기 권하 단계(이 때 석션기초가 완전히 물에 잠기면 다시 정상속도로 기초가 해저면에 닿을 때 까지 하강한다);
석션펌프를 이용 석션버켓기초 해저면에 안착/관입하는 석션기초 해저면 안착 및 관입 단계;
클로징바 및 타워 클램프를 개방하는 선박 이안준비 단계;
선박 이안 및 복귀 단계; 등으로 구성된다.
프리파일링 기초
본 발명은 설치 장소에 선박 위치유지를 위해 계류 혹은 동적자세유지를 사용하는 선박 위치고정 단계; 수하물 지지구조물(500)을 열기 위해 간섭이 생기지 않을 높이만큼 풍력발전기를 권상하는 풍력 발전기 권상 단계; 풍력발전기의 석션파일 기초가 수면에 닿는 시점에는 속도를 늦춰서 무게중심 변화에 대응시켜, 석션기초가 완전히 물에 잠기면 다시 정상속도로 기초가 해저면에 닿을 때 까지 하강시키는 풍력발전기 권하 단계; 미리 설치된 기초와 하부구조물을 체결하는 하부구조물 설치 단계; 클로징바 및 타워 클램프를 개방하는 이안준비 단계; 복귀 단계; 등으로 구성된다.
본 발명은 선행기술문헌의 2가지 문제점을 해결하고자 한다.
첫째, 전체 조립품의 지지구조가 2개가 필요했던(권상, 권하시 지지를 위한 A형태 지지구조물, 이송시 6자유도 구속을 위해 필요한 슬라이딩데크) 부분을 A형 지지구조물(200) 하나로 권상, 권하, 이송을 포함하는 모든 상황에서 지지할 수 있다.
둘째, 풍력터빈의 크기(높이)에 따라 A형태의 지지구조와 선박의 크기가 과대해지는 것을 방지하기 위해 수하물의 주지지점을 무게중심 아래에 위치해도 전체 조립품의 안정성을 확보할 수 있도록 풍력터빈 타워 클램프(300), 수하물 지지구조물(500), 보조윈치(700)로 구성된 안정성 확보 시스템을 구비한다.
이를 위해 본 발명은 비대칭구조의 해상풍력발전기 하부구조물 조립품(800); 및 상기 해상풍력발전기 하부구조물 조립품(800)이 탑재되는 운송선박(100);을 포함하는 해상풍력발전기 일괄설치 시스템에 있어서, 상기 운송선박(100)은, 해상풍력발전기 인양을 위해 수하물을 지지하는 A형구조물(200); 풍력터빈 조립품이 권상, 권하, 또는 운송 중 전복되지 않도록 방지하는 최상단 지지점으로서, 최소 3방향 이상에서 타워를 지지할 수 있도록 구성되는 타워 클램프(300); 수하물의 4 방향 무게 불균형을 고려하여, 4기 이상의 윈치의 장력을 개별로 조정하는 중량물 권상 장치(400); 해상풍력발전기를 들고 있는 상태에서 운송하기 위한 장치로, 수하물의 5자유도 운동을 구속하는 수하물 지지구조물(500); 중량물이 가해졌을 때 "ㄷ"자 상단 프레임의 과도한 변형을 방지하기 위한 클로징바(600); 수하물 지지구조물(500)과 더불어 풍력터빈의 6자유도 구속을 위한 보조윈치(700);를 포함한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 운송선박(100)의 선체는 일괄설치선은 선미에 풍력발전기 직립 권상을 위한 A형구조물을 포함하고, 갑판의 경우 풍력터빈에 이접안 할 수 있도록 A형구조물 하부는 파여 있으며(110), 중량물 권상을 위한 윈치(410)가 구비된다.
도 6에 도시된 바와 같이, A형 지지구조물(200)은 가조립된 선박의 접안 및 설치완료 후 선박의 이안을 위해 한쪽이 개방된 "ㄷ" 자 형태의 구조물로서, 상단에 수하물 권상을 위한 후크, 도르래 장치가 구비된다.
이송시에도 수하물의 자중 분담을 위해 수하물 지지구조물(500)이 구비된다.
도 6에 도시된 바와 같이, 풍력터빈 타워 클램프(300)는 풍력터빈 조립품이 권상/권하, 운송중 전복되지 않도록 방지하는 최상단 지지점으로서, 최소 3방향 이상에서 타워를 지지할 수 있도록 구성된다.
일실시예로서 상기 타워 클램프(300)는 다양한 타워의 지름에 대응하기 위해 전기 혹은 유압시스템에 의해 전후진 가능한 타워 지지부재(310); 상기 지지부재는 타워에 가해지는 하중을 분산하기 위해 끝단에 타워 클램프의 지지력을 분산하는 대면적판(311); 수하물의 평면움직임을 고정하면서, 상하방향 움직임은 허용할 수 있는 재질의 패드(312);를 포함한다.
상기 타워 지지부재(310)의 경우 유압 혹은 전기 시스템에 의해 전진 후진이 가능하고 길이조절이 가능하고, 다양한 지름의 타워에 대응 가능하여, 다양한 지름을 가지는 타워를 연속적으로 지지할 수 있다.
타워 상단은 보통 기울기를 가지며(테이퍼 형상), 권상시에는 타워 지름이 점점 커지므로, 타워의 변형을 막기 위해서 타워 지름에 맞춰 후진을 해야 하며, 권하시에는 타워 지름이 점차 작아지므로 헐거워짐을 막기 위해 전진시켜야 한다. 타워지름은 거리측정기로 계측하며, 필요한 전후진 길이는 대면적 판(311)까지의 거리측정기 값과의 차이로 구한다.
대면적 판(311)의 경우 타워에 변형이 생기지 않도록 타워 클램프의 지지력을 분산하는 역할을 한다.
패드(312)의 경우 수직힘은 지지하고, 수평력은 허용하도록 마찰계수가 매우 작은 재질을 사용하여 타워가 평면상에서는 움직이지 않도록 고정하면서도 상하로 자유롭에 움직일수 있다.
예를 들어 수하물의 기울기 값을 계측하여, 기울기가 변하지 않으면서 지름이 증가하는 경우는 권상에 의해 타워지름이 커지는 상황이므로 타워 지지부재(310)를 후진 시키나, 기울기가 변하는 경우는 무게 불균형에 의해 수하물이 전복될 수 있는 상태이므로 타워 지지부재를 고정시켜 지탱한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 중량물(또는 수하물) 권상 장치(400)에서 수하물 권상용 윈치(410)는 유압 혹은 전기로 구동된다.
예를 들어 풍력발전기 조립품(800)은 무게중심이 중앙에 위치 하지 않으므로, 이로 인한 불균형을 상쇄하기 위해 수하물 권상용 윈치(410)는 4기 이상의 독립제어가 가능하여 수하물 권상용 윈치(410) 4개에는 각각 다른 장력을 걸 수 있어야 한다.
즉, 4기 이상의 수하물 권상용 윈치(410)를 통해 수하물의 앞뒤, 좌우 무게중심 보정이 가능하다.
도 8에 도시된 바와 같이, 수하물 지지구조물(500)은 풍력발전기를 들고 있는 상태에서 운송하기 위한 장치(서포트빔)로, 수하물의 5 자유도 운동을 구속한다.
이송 중 수하물 고정을 위해 앞뒤, 좌우 병진운동 및 회전운동을 구속하며, 상하 병진의 경우 하방향 움직임은 방지하지만, 상방향 움직임은 허용상태이다.
수하물 지지구조물(500)은 상방향의 움직임을 방지하기 위해 보조윈치(700)를 사용한다.
또한, 수하물 지지구조물(500)은 풍력발전기의 플랫폼(815)의 하부가 서포트빔(510)에 얹혀 운송된다.
수하물 지지구조물(500)은 A형구조물(200)과의 체결부위(530)에서 회전이 가능하며, 풍력발전기 이접안시에는 원격 조정이 가능한 조절장치(520)에 의해 회전하여 A형 구조물에 밀착되어 있고, 풍력발전기를 권상 후 풍력발전기를 아래에서 지지할 수 있도록 중앙측으로 회전한다.
도 9에 도시된 바와 같이, A형구조물 클로징바(600)는 "ㄷ" 자 상단 프레임의 지나친 변형을 방지하는 수평 지지부재로서,
권상 장치(400)에 가해지는 하중에 의해 A형구조물(200)의 변형이 커지면, "ㄷ" 자 상단 프레임에 설치되어 있는 도르래, 장력계 등의 장치가 오작동을 방지하는 역할을 한다.
선박의 이접안시에는 풍력발전기가 통과할 수 있도록 회전하여 개방상태로 유지하며, 풍력발전기의 권상, 권하, 운송시에는 A형구조물의 변형 최소화를 위해 닫힌 상태를 유지한다.
도 10에 도시된 바와 같이, 수하물지지 보조윈치(700)는 수하물 상하 고정용 보조윈치로서, 수하물 지지구조물(500)과 더불어 풍력터빈의 6자유도 구속을 위한 장치이다.
수하물지지 보조윈치(700)는 석션상단의 결속용 고리에 와이어 로프 혹은 케이블 등의 수단으로 체결되어 수하물 전복방지의 최하단 지지점 역할을 한다.
수하물지지 보조윈치(700)는 하부구조물이 물에 잠기면 조류에 의해 회전하는 힘이 생기는데, 이 회전을 방지하는 역할을 병행한다.
100 : 운송선박
110 : 수하물 접안을 위한 개구부
200 : A형구조물
300 : 타워 클램프
310 : 타워 지지부재
311 : 대면적 판
312 : 패드
320 : 클램프 고정부
321 : 지지부재의 길이계측센서
322 : 계측센서(3점 측정으로 타워의 중심 좌표계산)
400 : 중량물 권상 장치
410: 수하물 권상용 윈치
420 : 권상용 후크
500: 수하물 지지구조물
510 : 서포트빔
520 : 조절장치
530 : 체결부위
600 : 클로징바
610 : 클로징바
620 : 클로징바 회전장치
630 : 클로징바 결속부
700 : 보조윈치
710 : 수하물 상하 병진운동 고정용 윈치
720 : 보조윈치-석션기초 결속용 고리
730 : 케이블 보관용 줄걸이
800 : 조립품
810 : 상부 풍력터빈
811 : 로터
812 : 나셀
813 : 타워
814 : 인양고리 (lifting lug)
815 : 플랫폼
820 : 하부지지구조물
830 : 기초
831 : 윈치 체결용 기둥
840 : 풍력발전기 전체 무게중심

Claims (18)

  1. 해상풍력발전기 하부구조물 조립품; 및 상기 해상풍력발전기 하부구조물 조립품이 탑재되는 운송선박;을 포함하는 해상풍력발전기 일괄설치 시스템에 있어서,
    상기 운송선박은,
    해상풍력발전기 인양을 위해 수하물을 지지하는 A형구조물;
    풍력터빈 조립품이 권상, 권하, 또는 운송 중 전복되지 않도록 방지하는 최상단 지지점으로서, 최소 3방향 이상에서 타워를 지지할 수 있도록 구성되는 타워 클램프;
    수하물의 4 방향 무게 불균형을 고려하여, 4기 이상의 윈치의 장력을 개별로 조정하는 중량물 권상 장치;
    해상풍력발전기를 들고 있는 상태에서 운송하기 위한 장치로, 수하물의 5자유도 운동을 구속하는 수하물 지지구조물;
    중량물이 가해졌을 때 "ㄷ"자 상단 프레임의 과도한 변형을 방지하기 위한 클로징바;
    수하물 지지구조물과 더불어 풍력터빈의 6자유도 구속을 위한 보조윈치;를 포함하는
    해상풍력발전기 일괄설치 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 A형구조물은 선미에 구비되며, 조립품의 이접안을 위해 한쪽이 개방된 "ㄷ"자 형태를 갖는 것을 특징으로 하는
    해상풍력발전기 일괄설치 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 A형구조물은 이송시에도 수하물의 자중 분담을 위해 수하물 지지구조물이 구비되며, 운송시에도 수하물을 지지하는 역할을 수행하도록 서포트빔을 포함하는 것을 특징으로 하는
    해상풍력발전기 일괄설치 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 타워 클램프는 다양한 타워의 지름에 대응하기 위해 전기 혹은 유압시스템에 의해 전후진 가능한 타워 지지부재;
    상기 지지부재는 타워에 가해지는 하중을 분산하기 위해 끝단에 타워 클램프의 지지력을 분산하는 대면적판;
    수하물의 평면움직임을 고정하면서, 상하방향 움직임은 허용할 수 있는 재질의 패드;를 포함하는 것을 특징으로 하는
    해상풍력발전기 일괄설치 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 타워 지지부재는 타워를 상시 지지하기 위해 권상시에는 커지는 지름에 대응해 후진하며, 권하시에는 작아지는 지름에 대응하여 전진하는 것을 특징으로 하는
    해상풍력발전기 일괄설치 시스템.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 서포트빔은 운송선박과 상기 해상풍력발전기의 이접안을 위해 A형지지구조물과의 체결부위를 중심으로 회전이 가능한 특징을 가지며, 원격조정이 가능한 조절장치를 구비하는 것을 특징으로 하는
    해상풍력발전기 일괄설치 시스템.
  7. 청구항 3에 있어서,
    상기 수하물 지지구조물은 앞뒤, 좌우 병진운동 및 회전운동을 구속하며, 상하 병진의 경우 하방향 움직임은 방지하지만, 상방향 움직임은 허용하는 것을 특징으로 하는
    해상풍력발전기 일괄설치 시스템.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 지지구조물은 A형지지구조물과의 체결부위에서 회전이 가능하며, 풍력발전기 이접안시에는 조절장치에 의해 회전하여 A형 구조물에 밀착되어 있고, 풍력발전기를 권상 후 풍력발전기를 아래에서 지지할 수 있도록 중앙측으로 회전하는 것을 특징으로 하는
    해상풍력발전기 일괄설치 시스템.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 클로징바는,
    상기 권상 장치의 A형구조물의 변형이 커지는 경우에도, "ㄷ" 자 상단 프레임에 설치되어 있는 도르래 또는 장력계를 포함하는 장치의 오작동을 방지하고,
    운송선박의 이접안시에는 풍력발전기가 통과할 수 있도록 회전하여 개방상태로 유지하며, 풍력발전기의 권상, 권하, 또는 운송시에는 가해지는 하중에 의한 A형구조물의 변형방지를 위해 닫힌 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는
    해상풍력발전기 일괄설치 시스템.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 보조윈치는,
    석션상단의 결속용 고리에 와이어 로프 혹은 케이블을 포함하는 수단으로 체결되어 수하물 전복방지의 최하단 지지점 역할을 하는 것을 특징으로 하는
    해상풍력발전기 일괄설치 시스템.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 해상풍력발전기 하부구조물 조립품의 플랫폼의 하부가 수하물 지지구조물에 얹혀 운송된다.
    상부터빈, 하부구조물 및 기초를 가지며 기초형식으로 석션버켓 혹은 프리파일을 형식을 갖는 것을 특징으로 하는
    해상풍력발전기 일괄설치 시스템.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상부터빈은 항구 혹은 항만에서 하부구조물과 미리 결합되며, 이 결합된 전체 조립품을 한 번에 권상할 수 있는 인양고리; 운송 중 선체의 서포트빔에 얹힐 수 있는 플랫폼을 포함하는 것을 특징으로 하는
    해상풍력발전기 일괄설치 시스템.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 인양고리는 해상풍력발전기 하부구조물 조립품의 무게중심보다 아래에 위치하여 A형구조물의 높이를 낮추고, 무게 중심이나 경량화를 위해, 상부터빈의 타워의 하측부로 부터 일정부분은 지름이 동일하나, 상측부로 갈수록 하측부 보다 지름이 작아지는 것을 특징으로 하는
    해상풍력발전기 일괄설치 시스템.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 타워의 지름과 무게중심을 알기 위해 3기 이상의 거리측정기 또는 무게중심측정기를 포함하는 것을 특징으로 하는
    해상풍력발전기 일괄설치 시스템.
  15. 청구항 1에 있어서,
    상기 해상풍력발전기 하부구조물 조립품은 비대칭구조에 의해 무게중심이 편심되는 것을 특징으로 하는
    해상풍력발전기 일괄설치 시스템.
  16. 청구항 1에 있어서,
    편심되어 있는 상기 해상풍력발전기 하부구조물 조립품을 안전하게 인양하기 위한 중량물 권상 장치는 4기 이상의 독립제어가 가능한 윈치를 구비하여 앞뒤 또는 좌우 불균형을 상쇄할 수 있는 것을 특징으로 하는
    해상풍력발전기 일괄설치 시스템.
  17. 청구항 1에 있어서,
    상기 보조윈치는 수하물 전복방지를 위한 최하단 지지점 역할을 수행하며, 동시에 수면에 잠긴 이후에 조류에 의한 조립품의 회전을 방지하는 역할을 병행하는 것을 특징으로 하는
    해상풍력발전기 일괄설치 시스템.
  18. 청구항 1의 해상풍력발전기 일괄설치 시스템을 이용한 방법에 있어서,
    (a) 육상크레인을 이용하여 항만안벽에 하부구조물, 상부터빈을 순차적으로 풍력발전기 조립품을 가조립하는 가조립단계;
    (b) 상기 항만안벽에 가조립된 풍력발전기 조립품에 설치선박이 접안하는 접안 단계;
    (c) 상기 접안 단계 후, 클로징바를 닫고, 타워 클램프와 중량물 권상 장치의 후크와 풍력터빈의 인양고리를 벨트 혹은 와이어로 결속하는 체결 단계;
    (d) 상기 체결 단계 후, 상기 풍력발전기 조립품을 수하물 지지구조물 위에 얹히는 권상 단계;
    (e) 상기 권상 단계 후, 풍력발전기 조립품이 탑재된 채로 설치장소로 이송되는 해상 운송단계;
    (f) 상기 해상 운송단계를 통해 설치장소에 도착 후 위 과정의 역순으로 조립품을 해저지반에 거치 후 기초와 함께 지반에 고정하는 설치단계;
    (g) 상기 해저지반에 거치된 조립품과 설치선박 간의 결속을 해제하여 선박을 이안하는 완료단계;
    를 포함하는 해상풍력발전기 일괄설치 시스템 설치 방법.
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