KR101240722B1

KR101240722B1 - 부유지지선 압축구조를 가진 해상부유풍력발전장치

Info

Publication number: KR101240722B1
Application number: KR1020110086368A
Authority: KR
Inventors: 강덕수
Original assignee: 강덕수
Priority date: 2010-08-30
Filing date: 2011-08-29
Publication date: 2013-03-18
Also published as: KR20120021238A; WO2012030123A3; WO2012030123A2

Abstract

본 발명은 부유지지선 압축구조를 가진 해상부유풍력발전장치에 관한 것으로 더욱 상세하게는 깊은 수심의 해저에서 사선으로 형성되는 다수의 부유지지선(109)과 부유지지선의 내측과 하측 방향으로 인장력을 가지고 연결되는 다수의 역삼각케이블(127)을 구성하여, 역삼각케이블(127)의 상부가 풍력발전장치가 설치된 수직형부유구조물(106)이 지지되는 면적을 넓어지도록 하여 수직형부유구조물(106)의 상단 부와 하단 부을 고정하여 부유중심을 유지하는 동시에 수직형부유구조물(106) 내부의 기계 장치에 의하여 해수면의 수위변화 및 강풍이나 풍력발전장치 정비시 능동적으로 높이를 조절할 수 있는 부유지지선 압축구조를 가진 해상부유풍력발전장치에 관한 것이다.
본 발명의 부유지지선 압축구조를 가진 해상부유풍력발전장치는 풍력발전장치(101)를 구비한 해상부유풍력발전장치로서, 상기 풍력발전장치(101)가 상부에 설치되는 수직지지대(104)와, 중앙에 상기 수직지지대(104)가 삽입되어 상하로 이동가능하되 내부에 상기 수직지지대(104)의 높이를 조절하는 높이조절수단(134)이 설치된 수직형부유구조물(106)과, 상기 수직형부유구조물(106) 상부에 설치되는 상단부고정판(113)과, 상기 수직형부유구조물(106) 하부에 설치되는 하단부고정판(114)과, 상기 상단부고정판(113)과 해저면(140)을 사선으로 연결하는 다수의 부유지지선(109)과, 한쪽 끝 부분에 결집대(128)가 연결되며 다른 쪽 끝이 상기 수직형부유구조물(106) 하측의 해저면에 고정되는 중심케이블(129)과, 한쪽 끝이 상기 상단부고정판(113)에 연결되고 다른 쪽 끝이 하단부고정판(114)을 관통하여 하측에 구비되는 결집대(128)에 연결되되 상기 부유지지선(109)의 개수와 동일한 개수로 상기 부유지지선(109) 안쪽으로 설치되는 역삼각케이블(127)과, 상기 각각의 부유지지선(109)과 각각의 부유지지선(109)에 대응하는 각각의 역삼각케이블(127)을 체결하여 각각의 역삼각케이블(127)이 바깥쪽으로 굴절되도록 하는 체결수단(117)과, 상기 수직지지대(104)에 설치되어 수위를 감지하는 수위계(138)와, 상기 수위계(138)의 수위신호를 받아 상기 높이조절수단(134)을 제어하는 제어기(136)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

부유지지선 압축구조를 가진 해상부유풍력발전장치 {Sea Floating Wind Turbine Apparatus for Generating Electricity with a Floating Support Line Compressed Structure}

본 발명은 부유지지선 압축구조를 가진 해상부유풍력발전장치에 관한 것으로 더욱 상세하게는 깊은 수심의 해저에서 사선으로 형성되는 다수의 부유지지선(109)과 부유지지선의 내측과 하측 방향으로 인장력을 가지고 연결되는 다수의 역삼각케이블(127)을 구성하여, 역삼각케이블(127)의 상부가 풍력발전장치가 설치된 수직형부유구조물(106)이 지지되는 면적을 넓어지도록 하여 수직형부유구조물(106)의 상단 부와 하단 부을 고정하여 부유중심을 유지하는 동시에 수직형부유구조물(106) 내부의 기계 장치에 의하여 해수면의 수위변화 및 강풍이나 풍력발전장치 정비시 능동적으로 높이를 조절할 수 있는 부유지지선 압축구조를 가진 해상부유풍력발전장치에 관한 것이다.

바람은 지역간의 기압차로 인해 발생하며, 자연에너지인 바람을 이용한 풍력발전은 무공해 대체에너지로 각광받고 있다. 이러한 풍력발전은 ① 바람의 빈도, ② 풍속의 균일성, ③ 풍향과 난류, ④ 발전설비 간 이격거리에 따른 넓은 면적의 입지 등의 필요요건으로 인한 육상에서의 한계와 더불어 ⑤ 소음, ⑥ 주변의 자연경관훼손 등의 문제점으로 인하여 해상에서의 이용에 대한 연구가 점차 활발히 이루어지고 있다.

해상풍속은 육상풍속의 약 1,5배에 해당할 뿐 아니라 육지와 멀리 떨어질수록 풍속 감소가 적고, 지속적으로 강한 바람이 불며, 풍속과 풍향의 변화가 적고, 발전설비에 필요한 입지 문제를 해결할 수 있다는 장점이 있으나, 안전성과 경제성의 문제로 인해 육상풍력발전과 비교하여 개발이 더딘 상황이다.

해상풍력발전을 위한 구조는 해저지반기초의 토대 위에 풍력발전장치의 지지대를 고정하는 고정식(固定式)풍력발전방법과, 해상의 부유구조물 위에 풍력발전장치(101)의 지지대를 고정하는 부유식(浮遊式)풍력발전이 있으며, 대표적인 고정식풍력발전방법의 예로서 미국등록특허 제07456515호(2008.11.25)에서는 기존의 발전장치구성 품들을 해저면에 고정되는 고정식지지대 위에 설치한 연근해 고정식 해상풍력발전장치를 제시하고 있다.

상기 고정식 해상풍력발전장치는 육상 풍력발전에 비해 효율적이나, 경제성의 문제와 해상토목기술의 한계에 따라 설치할 수 있는 입지가 근해에 국한된다는 문제가 있으므로, 일정한 방향으로 바람이 강하게 부는 대양에서의 풍력발전을 위한 부유식 풍력발전방식이 제안되었다..

한국공개특허 제2003-7001174호(2003.05.09)는 발전설비를 해상의 반(半)잠수부유구조물 위에 설치하고 복원모멘트를 설치하여 해저면의 고정식앵커와 고정되는 고정식 계류케이블로 상기 반 잠수부유구조물을 고정하는 구조의 해상부유풍력발전장치를 제안하고 있다.

한국등록특허 제10-0900500호(2009.05.26)는 발전설비가 설치된 수직지지대(104)를 넓은 분산부유구조물의 중앙에 위치되게 하고, 다수의 로프로 상기 수직지지대를 상기 넓은 분산부유구조물에 방사상형태의 사선으로 고정하고, 해저면의 중력식앵커 및 고정식앵커에 고정되는 유동식계류케이블로 상기 넓은 분산부유구조물을 계류하는 구조의 해상부유풍력발전장치를 제안하고 있다.

미국공개특허 제2009-0072544호(2009. 03. 19)는 발전설비를 확장 가능한 모듈식 부유구조물의 위에 위치되게 하되, 수중으로 연장되는 수직지지대에 중량의 평형추를 매달고, 해저면의 고정식앵커에 고정되는 유동식계류 케이블로 모듈식 부유구조물을 계류하는 구조의 해상부유 식 풍력발전장치를 제안하고 있다.

상술한 기존의 해상부유풍력발전장치의 특징은 발전설비의 부유중심유지의 문제와 수위 변화에 따른 발전설비의 높이조절의 문제를 해결하기 위한 목적을 가진 구조라는 것이나, 발전설비의 회전날개에 가해지는 풍압으로 인한 부유구조물의 수직중심이 기울어지면서 발전효율이 떨어지고 발전설비의 안전에도 문제가 발생하는 통상적인 문제점이 해소되지 못하여 상업적으로 활용되지 못하고 있었다.

더군다나 해안과 해저의 지형 및 해류의 흐름 등의 요인으로 지역에 따라 큰 차이를 보이는 조수간만의 차이는 해상부유 식 풍력발전장치를 부유중심유지와 동시에 능동적인 높이의 조절을 요구하는 어려운 문제를 가중시키고 있다.

한편 통상적인 기존의 기술에서는 풍력발전장치가 설치되는 부유구조물을 지름이 넓은 면적으로 형성하여, 부유중심을 유지하게 하는 방식을 추구하거나, 형성된 부유구조물에 중량물을 설치하여, 무게중심으로 풍력발전장치의 부유중심을 유지하도록 하는 방식을 추구하였으나, 부유구조물의 대형화 방법과 중량물의 무게중심방법은 육중한 풍력발전장치의 하중으로 부유구조물에 과중한 부담으로 작용하였던 것이며, 견고성을 갖추고, 파도로 인한 반복굴절과 뒤틀림의 변형을 이겨낼 수 있는 대형부유구조물의 제작은 경제성의 문제로 제작에 많은 기술적 한계가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 해상부유풍력발전장치에서 발전설비에 가해지는 풍압에도 안정적으로 부유중심을 유지할 수 있고 높낮이 조절을 통해 능동적으로 수위변화에 대처할 수 있는 부유지지선 압축구조를 가진 해상부유풍력발전장치를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목표를 이루기 위하여 본 발명의 부유지지선 압축구조를 가진 해상부유풍력발전장치는 풍력발전장치(101)를 구비한 해상부유풍력발전장치로서, 상기 풍력발전장치(101)가 상부에 설치되는 수직지지대(104)와, 중앙에 상기 수직지지대(104)가 삽입되어 상하로 이동가능하되 내부에 상기 수직지지대(104)의 높이를 조절하는 높이조절수단(134)이 설치된 수직형부유구조물(106)과, 상기 수직형부유구조물(106) 상부에 설치되는 상단부고정판(113)과, 상기 수직형부유구조물(106) 하부에 설치되는 하단부고정판(114)과, 상기 상단부고정판(113)과 해저면(140)을 사선으로 연결하는 다수의 부유지지선(109)과, 한쪽 끝 부분에 결집대(128)가 연결되며 다른 쪽 끝이 상기 수직형부유구조물(106) 하측의 해저면에 고정되는 중심케이블(129)과, 한쪽 끝이 상기 상단부고정판(113)에 연결되고 다른 쪽 끝이 하단부고정판(114)을 관통하여 하측에 구비되는 결집대(128)에 연결되되 상기 부유지지선(109)의 개수와 동일한 개수로 상기 부유지지선(109) 안쪽으로 설치되는 역삼각케이블(127)과, 상기 각각의 부유지지선(109)과 각각의 부유지지선(109)에 대응하는 각각의 역삼각케이블(127)을 체결하여 각각의 역삼각케이블(127)이 바깥쪽으로 굴절되도록 하는 체결수단(117)과, 상기 수직지지대(104)에 설치되어 수위를 감지하는 수위계(138)와, 상기 수위계(138)의 수위신호를 받아 상기 높이조절수단(134)을 제어하는 제어기(136)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이때 상단부고정판(113)를 외측으로 둘러싸며 설치되는 수평형부유구조물(105)을 더 포함하고, 상기 부유지지선(109)은 상기 수평형부유구조물(105)과 해저면(140)을 사선으로 연결하도록 구성될 수 있다.

상기 부유지지선(109)은 상기 상단부고정판(113)의 하측에서 상측으로 관통하도록 구성되거나 또는 상기 부유지지선(109)은 상기 수평형부유구조물(105)의 하측에서 상측으로 관통하도록 구성되는 것이 바람직하다.

또한 상기 역삼각케이블(127)은 상기 하단부고정판(114)의 하측에서 상측으로 관통하도록 구성되며, 상기 하단부고정판(114)을 관통한 역삼각케이블은 상기 상단부고정판(113)의 하측에서 상측으로 관통하도록 구성되는 것이 바람직하다.

상기 체결수단(117)은 상기 한쪽에 역삼각케이블(127)이 걸리는 도르래가 설치되고 다른 쪽은 상기 부유지지선(109)에 접합하도록 구성되는 고정식도르래(118), 또는 두 개의 도르래가 연결된 구조를 갖되 한쪽 도르래에 역삼각케이블(127)이 걸리고 다른 쪽 도르래에는 상기 부유지지선(109)이 걸리도록 구성되는 유동식도르래(119) 중 선택되는 하나인 것으로 한다.

또한 상기 수평형부유구조물(105)과 상기 부유지지선(109)을 추가로 연결해주는 가지케이블(110)을 더 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 높이조절수단은 상기 수직지지대(104)를 상승 또는 하강시키도록 수직형부유구조물(106) 내부에 설치되는 유압실린더(123)와, 상기 유압실린더(123)를 작동시키는 유압펌프를 포함한 유압시스템(124)으로 이루어질 수 있다.

또는 상기 높이조절수단은 상기 수직지지대(104)를 상승 또는 하강시키도록 리프트도르래(125)를 통해 연결된 리프트케이블(126)과, 상기 리프트케이블(126)을 감아 올리거나 내리는 윈치(132)로 이루어질 수 있다.

상기 수직형부유구조물(106)과 수직지지대(104) 사이로 해수 유입을 방지하도록 수직형부유구조물(106) 상부에 설치되는 해수차단막(143)를 더 포함하여 이루어질 수 있다.

본 발명을 통하여 상기 부유지지선(109)에 의해 지지되는 상단부고정판(113)에 의해 수직형부유구조물(106)의 상단부가 고정되고, 역삼각케이블(127)에 의해 지지되는 하단부고정판(114)에 의해 수직형부유구조물(106)의 하단부가 고정되는 구조를 통해 강한 파도 또는 바람에도 안정적으로 수직상태를 유지할 수 있으며, 또한 수직지지대(104)를 수직형부유구조물(106)의 높이조절수단거치대(107) 내부에서 상하로 움직여 높이조절이 가능하도록 하여 해수면의 수위변화, 풍력발전장치의 정비 시, 강한 풍속을 동반하는 태풍 상황에서 능동적으로 풍력발전장치(101)의 높이를 낮추어 대처할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1발명에 따른 부유지지선 압축구조를 가진 해상부유풍력발전장치의 전체 모습을 도시한 사시도,
도 2는 본 발명의 제1발명에 따른 부유지지선 압축구조를 가진 해상부유풍력발전장치의 상측 부분을 도시한 사시도,
도 3은 발명의 제2발명에 따른 부유지지선 압축구조를 가진 해상부유풍력발전장치의 전체 모습을 도시한 사시도,
도 4는 본 발명의 제2발명에 따른 부유지지선 압축구조를 가진 해상부유풍력발전장치의 상측 부분을 도시한 사시도,
도 5은 본 발명의 제2발명에 따른 부유지지선 압축구조를 가진 해상부유풍력발전장치의 구성요소를 도시한 분해 사시도,
도 6은 체결수단으로 고정식도르래가 적용된 모습을 도시한 부분 사시도,
도 7은 체결수단으로 유동식도르래가 적용된 모습을 도시한 부분 사시도,
도 8은 롤러가 설치된 상단부고정판을 도시한 부분 사시도,
도 9는 하단부고정판을 도시한 부분 사시도,
도 10은 수평형부유구조물의 중앙부에 고정되는 상단부고정판과 롤러를 도시한 부분 사시도,
도 11은 높이조절수단거치대가 구성된 수직형부유구조물을 도시한 예시도,
도 12는 높이조절수단거치대가 구성된 수직형부유구조물 내부의 높이조절수단인 유압실린더의 모습을 도시한 예시도,
도 13은 높이조절수단거치대가 구성된 수직형부유구조물 내부의 높이조절수단을 감싸는 지지프레임의 모습을 도시한 예시도,
도 14는 높이조절수단거치대가 구성된 수직형부유구조물 내부의 높이조절수단인 리프트 구조를 도시한 예시도,
도 15는 주름을 갖는 해수차단막이 설치된 수직지지대와 수직형부유구조물의 모습을 도시한 부분 사시도 이다.

본 발명의 명칭 부유지지선 압축구조를 가진 해상부유풍력발전장치에서 압축구조란 다수의 역삼각케이블(127)이 부유지지선(109)을 내측으로 끌어당겨 부유지지선을 압축하는 인장구조를 일컫는 것으로, 인장구조를 통해 풍력발전장치(101)가 설치된 수직지지대(104)의 상부 및 하부를 지지하도록 하는 것이다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 부유지지선 압축구조를 가진 해상부유풍력발전장치의 구조를 자세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1발명에 따른 부유지지선 압축구조를 가진 해상부유풍력발전장치의 전체 모습을 도시한 사시도, 도 2는 본 발명의 제1발명에 따른 부유지지선 압축구조를 가진 해상부유풍력발전장치의 상측 부분을 도시한 사시도 이다.

도 1 내지 도 2에 도시된 것과 같이 상부에 풍력터빈(102)과 바람에 의해 회전하는 로터(103)를 구비한 풍력발전장치(101)가 설치되는 수직지지대(104)가 구비된다.

상기 수직지지대 하측으로는 중앙에 상기 수직지지대(104)가 삽입되어 상하로 이동가능한 수직형부유구조물(106)이 구비된다. 상기 수직형부유구조물(106)의 내부는 프레임 형태의 높이조절수단거치대(107)가 형성되어 수직형부유구조물(106) 내부에 상기 수직지지대(104)의 높이를 조절하는 높이조절수단(134)이 설치되고, 상기 수직지지대(104)가 상기 수직형부유구조물(106)의 상측으로 삽입된다.

상기 수직형부유구조물(106)의 상부에는 상기 수직지지대(104)가 삽입되어 상하로 움직일 수 있도록 도넛 형상의 상단부고정판(113)이 설치되고, 상기 수직형부유구조물(106) 하부에는 원반형상의 하단부고정판(114)이 설치된다.

상기 수직형부유구조물(106)은 구조용형강재, 철판 또는 콘크리트 등으로 전체가 부력을 갖는 일체형으로 제작하거나, 제작에 소요되는 경제적 측면을 고려하여, 수직형부유구조물(106)의 외부에는 튜브형태의 에어백 또는 다양한 형태의 부력재를 고정하여, 큰 부력을 갖도록 할 수 있다. 또한 수직형부유구조물(106) 설치시 수직형부유구조물(106) 하부에 중량물을 매달아 두거나, 수직형부유구조물(106)의 내부에 해수를 채워 수직형부유구조물(106)의 일부가 수중에 잠수되도록 하고, 설치 후 중량물 제거 또는 해수를 배출하여 수직형부유구조물(106)이 해수면 가까이 솟아오르게 하여 부유지지선(109)과 역삼각케이블(127)이 강력한 인장력을 받도록 할 수 있다.

상기 상단부고정판(113)은 외주면을 따라 연결되는 다수의 부유지지선(109)을 통해 해저면(140)에 고정된다. 즉 부유지지선(109)의 한쪽 끝은 상기 상단부고정판에 연결되고 부유지지선(109)의 다른 쪽 끝에는 해저면(140)에 고정되는 부유지지선앵커(112)가 연결되며 부유지지선앵커(112)들은 해저면(140)에 원을 이루도록 고정된다.

이때 상기 부유지지선(109)들은 사선을 이루도록 한다. 부유지지선(109)이 해저면(140)과 이루는 각도는 수심과 설치장소의 해저면에 따라 달라질 수 있으나 바람직하게는 부유지지선(109)과 해저면(140)이 45도를 이루도록 연결하여 수직거리의 2배의 지름을 갖는 지지면적을 갖도록 한다.

상기 하단부고정판(114)의 하측, 바람직하게는 다수의 부유지지선앵커(112)가 형성한 원의 중심의 해저면(140)에는 중심케이블앵커(133)가 고정되고, 중심케이블앵커(133)에 연결되는 중심케이블(129)을 통해 결집대(128)가 설치된다.

상기 상단부고정판(113)과 상기 결집대는 상기 부유지지선(109)의 개수와 동일한 개수로 구비되는 역삼각케이블(127)을 통해 연결된다. 이때 상기 역삼각케이블(127)은 하단부고정판(114)을 상측에서 하측으로 관통하도록 설치되며, 각각의 부유지지선(109)에 대응하는 위치의 각각의 역삼각케이블(127)은 각각의 체결수단(117)을 통해 체결되어 역삼각케이블(127)이 외측으로 굴절되어 인장력을 갖도록 한다.

상단부고정판(113)에 연결된 역삼각케이블(127)이 하단부고정판(114)을 관통하고 체결수단(117)을 통과하여 사선방향과 수평방향으로 균일하게 배분되는 인장력을 갖도록 체결수단(117)를 통해 부유지지선(109)에 체결되어 부유지지선(109)의 내측방향으로 인장력 가함으로 부유지지선(109)의 흔들림을 방지하고, 수직형부유구조물(106)의 하단부가 지지되는 면적을 크게 할 수 있다.

본 발명 부유지지선 압축구조를 가진 해상부유풍력발전장치(100)에서 상기 수직형부유구조물(106)은 수면보다 아래쪽에 있으며 상기 수직지지대(104)는 수면 위로 솟아오르도록 설치된다. 이때 상기 수직지지대(104) 상부에는 수위를 감지하여 수위신호를 발생시키는 수위계(138)와 상기 수위계(138)의 수위신호 또는 수동입력신호를 받아 상기 높이조절수단(134)을 제어하는 제어기(136)가 설치된다.

상기 제어기(136)는 수위계(138)의 수위신호 또는 수동으로 입력되는 신호에 의해 상기 높이조절수단(134)을 작동하여 수직지지대(104)가 상승하거나 하강하도록 한다.

도 11은 높이조절수단거치대가 구성된 수직형부유구조물을 도시한 예시도, 도 12는 높이조절수단거치대가 구성된 수직형부유구조물 내부의 높이조절수단인 유압실린더의 모습을 도시한 예시도, 도 13은 높이조절수단거치대가 구성된 수직형부유구조물 내부의 높이조절수단을 감싸는 지지프레임의 모습을 도시한 예시도, 도 14는 높이조절수단거치대가 구성된 수직형부유구조물 내부의 높이조절수단인 리프트 구조를 도시한 예시도 이다.

상기 높이조절수단(134)은 도 11에 도시된 것과 같이 높이조절수단거치대(107)가 수직형부유구조물(106) 내부에 설치되어 수직지지대(104)을 상측으로 올리거나, 하측으로 내리도록 하는 것으로, 다양한 방법으로 구현가능하나 본 발명에서는 대표적인 두 가지 방법을 제시한다.

높이조절수단(134)의 구현을 위한 첫 번째 방법은 도 12에 나타난 것과 같은 유압실린더를 이용하는 방법으로 수직형부유구조물(106) 내부에 수직지지대(104)를 상승 또는 하강시키도록 유압실린더(123)와 상기 유압실린더(123)를 작동시키는 유압펌프와 오일탱크를 포함한 유압시스템(124)을 설치하는 것이다. 상기 유압시스템(124)을 작동시키기 위한 전력은 풍력발전장치(101)와 연결된 전력선(137)을 통해 공급될 수 있다.

높이조절수단(134)의 구현을 위한 두 번째 방법은 도 14에 나타난 것과 같은 리프트 방식을 이용하는 것으로 상기 수직지지대(104)를 상승 또는 하강시키도록 리프트도르래(125)를 통해 연결된 리프트케이블(126)을 수직지지대(104) 한쪽 부분에 연결하고, 상기 리프트케이블(126)을 감아서 수직지지대(104)를 올리거나 내리는 역할을 하는 윈치(132)를 설치하는 것이다. 상기 윈치(132)를 작동시키기 위한 전력은 풍력발전장치(101)와 연결된 전력선(137)을 통해 공급될 수 있다.

도 13은 상기 높이조절수단(134)이 수직을 곧바로 유지할 수 있도록 높이조절수단(134)을 감싸는 지지프레임(135)의 모습을 도시한 것이다. 일반적으로 크레인의 가변길이 붐대와 유사한 구조를 갖는 것으로 하측으로 갈수록 내부 규격이 점차 커지거나, 상측으로 갈수록 내부 규격이 점차 커질 수 있는 다수의 프레임을 상하길이 조절이 가능하고 하측의 규격보다 더 커질 수 있는, 높이조절수단(134)을 감싸도록 설치하여 무거운 중략의 풍력발전장치(101)를 지지하면서 바람 또는 파도의 영향으로 인해 높이조절수단(134)이 무리한 힘을 받지 않도록 보호하게 된다.

또한 도면에 도시하지는 않았지만 상기 수직지지대(104)가 설정된 높이로 고정될 수 있도록 상기 높이조절수단(134)은 수직지지대(104)를 잡아줄 수 있는 브레이크 장치를 구비하는 것이 바람직하다.

도 6은 체결수단으로 고정식도르래가 적용된 모습을 도시한 부분 사시도, 도 7은 체결수단으로 유동식도르래가 적용된 모습을 도시한 부분 사시도 이다.

상기 체결수단(117)은 역삼각케이블(127)이 부유지지선(109)을 통해 외측 방향으로 인장력을 갖도록 하기 위한 것으로 상기 하단부고정판(114)과 상기 체결수단(117) 사이에서 역삼각케이블(127)이 수평을 이루도록 하고, 상기 체결수단(117)과 결집대(128) 사이에서는 역삼각케이블(127)이 내측을 향하여 사선이 되도록 연결된다.

상기 체결수단(117)은 도 1 내지 도 2 및 도 6에 도시된 것과 같이 내측에 역삼각케이블(127)이 걸리는 도르래가 설치되고 외측으로 상기 부유지지선(109)에 고정되는 고정식도르래(118)가 사용되거나, 또는 도 3 내지 도 4 및 도 7에 도시된 것과 같이 내측과 외측으로 두 개의 도르래가 연결된 구조를 갖고 내측 도르래에는 역삼각케이블(127)이 걸리고 외측 도르래에는 상기 부유지지선(109)이 걸리는 유동식도르래(119)를 사용할 수 있다.

이때 체결수단(117)에 의해 부유지지선(109) 방향으로 인장력이 가해져 전체 모양이 역삼각형을 모양을 갖는 역삼각케이블(127)은 결집대(128)를 통해 사선을 이루고 모아지며, 역삼각케이블(127)이 해저면(140)과 이루는 각도는 적어도 70도 이상을 유지하는 것이 부유지지선(109)의 유동을 방지하기에 적합하다.

본 발명의 부유지지선 압축구조를 가진 해상부유풍력발전장치(100)를 설치하거나 또는 설치 후 위치보정을 용이하게 수행할 수 있도록 상기 부유지지선(109)을 상기 상단부고정판(113)의 하측에서 상측으로 관통하도록 설치할 수 있다. 도 1 내지 도 2에서와 같이 첨부된 도면에서는 일례로 한 가닥의 부유지지선을 선택하여 도시하고 있으나 사용자의 선택에 따라 모든 부유지지선을 선택할 수 있다.

상기 관통된 부유지지선(109)은 방향조절도르래(141a)를 통해 수직으로 당겨지도록 구성되어 해상크레인 등을 이용하여 해수면 밖으로 연장된 부유지지선을 당겨줌으로 부유지지선 압축구조를 가진 해상부유풍력발전장치(100)의 위치를 각 방향으로 보정 할 수 있다.

위치보정 후 부유지지선은 상단부고정판(113)과 접하는 관통부에서 부유지지선고정대(111)를 통해 고정된다. 상기 부유지지선고정대(111)는 부유지지선의 형태에 따라서 쇠사슬을 걸어 고정하는 고리형태의 수단을 가지거나, 또는 복수의 조각으로 형성된 쐐기형태로 구성하여, 부유지지선(109)의 고정을 가능하게 한다.

또한 고정 후 해수면으로 솟아오른 여분의 부유지지선은 추후 추가로 위치보정을 하게 될 경우를 대비하여 절단하지 않고 보존하는 것이 바람직하다.

마찬가지로 하단부고정판(114)의 하측에서 상측으로 관통한 역삼각케이블은 상기 상단부고정판(113)의 하측에서 상측으로 관통하도록 구성하여, 상기 관통된 역삼각케이블(127)을 해상크레인 등을 이용하여 당겨줌으로 부유지지선 압축구조를 가진 해상부유풍력발전장치(100)의 위치를 각 방향으로 보정할 수 있다.

마찬가지로 상단부고정판(113) 및 하단부고정판(114)에는 상측으로 관통한 부유지지선 또는 역삼각케이블이 수직으로 끌어당겨지도록 위치를 조절하는 다수의 방향조절도르래(141b)가 설치되며, 위치 보정 후 상술한 부유지지선을 고정하는 것과 동일하게 상단부고정판(113)을 관통한 역삼각케이블을 역삼각케이블고정대(142)를 통해 고정한다.

상기 역삼각케이블고정대(142)는 역삼각케이블(1237)을 상기 부유지지선(109)을 고정하는 부유지지선고정대(111)와 대동소이한 방법으로 고정을 가능하게 한다.

또한 고정 후 해수면으로 솟아오른 관통된 역삼각케이블은 추후 행하여질 수 있는 위치교정작업을 위해 절단하지 않고 보존하는 것이 바람직하다.

도 3은 발명의 제2발명에 따른 부유지지선 압축구조를 가진 해상부유풍력발전장치의 전체 모습을 도시한 사시도, 도 4는 본 발명의 제2발명에 따른 부유지지선 압축구조를 가진 해상부유풍력발전장치의 상측 부분을 도시한 사시도, 도 5은 본 발명의 제2발명에 따른 부유지지선 압축구조를 가진 해상부유풍력발전장치의 구성요소를 도시한 분해 사시도 이다.

상기 수직형부유구조물(106)이 부력을 증가시켜 부유지지선(109) 및 역삼각케이블(127)의 인장력을 강화하고 상단부고정판(113)과 하단부고정판(114)이 견고하게 지지되도록 도 3 내지 도 5에서와 같이 상기 상단부고정판(113)을 외측으로 둘러싸며 결합되는 수평형부유구조물(105)을 설치할 수 있다.

상기 수평형부유구조물(105)은 상단부고정판(113)의 외경보다 상대적으로 큰 중공이 형성된 도넛모양으로 형성되며 상단부고정판(113)과는 다수의 부유지지선고정대(111)를 통해 결합된다. 이때 상기 부유지지선(109)은 상단부고정판(113)이 아닌 수평형부유구조물(105)의 외주면을 따라 해저면(140)과 연결함으로 지지면적이 보다 넓어지도록 연결된다. 상기 수평형부유구조물(105)과 수직형부유구조물(106)은 일체성을 갖고 보다 견고하게 지지될 수 있도록 부유구조물지지대(116)를 통해 연결된다.

수평형부유구조물(105)을 설치함으로써 도 3에서 보여주듯이 해저면(140)에 사선으로 연결되는 다수의 부유지지선(109)이 결합된 수평형부유구조물(105)이 해수면 가까이 위치하고, 수평형부유구조물(105) 하측으로 수직형부유구조물(106)이 수평방향 및 사선으로 연결된 역삼각케이블(127)에 고정되어 수직형부유구조물(106)의 수직거리의 두 배에 해당하는 지름을 갖는 지지면적보다 보다 넓어진 지지면적(수평형부유구조물(105)의 지름이 추가된 길이에 따라 추가되는 지지면적)을 갖게 된다.

도 3 내지 도 5에서는 수평형부유구조물(105)을 단일의 일체형 부유구조물로 도시하였으나, 상기 부유구조물고정대(115)를 프레임형태로 제작하여 합성수지, FRP, 금속류 등의 소재로 형성된 다양한 형태의 부력재가 다수로 고정되는 수평형부유구조물(105)을 구성할 수 있다.

이때에도 상기 부유지지선(109)을 상기 수평형부유구조물(105)의 하측에서 상측으로 관통하도록 설치하게 되며, 관통된 부유지지선(109)은 해상크레인 등을 이용하여, 각 방향으로 당겨줌으로 부유지지선 압축구조를 가진 해상부유풍력발전장치(100)의 위치를 보정할 수 있다. 마찬가지로 상술한 부유지지선고정대(111)와 동일한 방법으로 수평형부유구조물(105)를 관통한 부유지지선을 고정하게 되며 해수면에 솟아오른 여분의 부유지지선은 추후에 행해질 수 있는 위치보정 작업을 위해 절단하지 않고 남겨두는 것이 바람직하다.

또한 수직지지대(104)가 보다 안정적인 부유중심을 유지하도록 수평형부유구조물(105) 하부와 부유지지선(109)을 연결해주는 가지케이블(110)이 설치되며 상기 가지케이블(110)은 수평형부유부구조물(105)에 가해지는 힘을 분산시켜 줌과 동시에 지지력을 높여 수평형부유구조물(105)의 제작 설치에 따른 경제성을 갖게 되는 방법 중 하나가 될 것이다.

도 8은 롤러가 설치된 상단부고정판을 도시한 부분 사시도, 도 9는 하단부고정판을 도시한 부분 사시도, 도 10은 수평형부유구조물의 중앙부에 고정되는 상단부고정판과 롤러를 도시한 부분 사시도 이다.

상기 상단부고정판(113)과 하단부고정판(114)은 수직지지대(104)를 포함한 수직형부유구조물(106)이 강한 바람에도 수직으로 부유중심을 유지할 수 있도록 지지해주는 역할을 하는 것으로, 수위변화에 따라 수직지지대(104)를 상하로 부드럽게 이동할 수 있도록 상단부고정판(113)의 내측에 각각 수직지지대(104)와 접촉하는 롤러(122a)를 설치하게 된다. 상기 롤러(122a)는 수직형지지대(104)의 상부와 하부가 동일한 지름을 갖도록 일자형으로 형성되었을 때 적용될 수 있다.

또한 도 12 내지 14에 도시한 것과 마찬가지로 수직지지대(104) 하단에도 높이조절수단거치대(107) 내부에 수직으로 설치되는 레일(120)을 타고 이동할 수 있도록 상하로 구비되는 롤러(122b)를 설치할 수 있다. 상기 롤러(122b)는 상하 2단으로 다수의 롤러(122b)를 구비하도록 설치하여 수직지지대(104)를 견고하게 지지함과 동시에 상하 이동시에도 흔들리지 않도록 하게 된다.

상기 롤러(122a,122b)의 구성은 수직지지대의 상하 이동을 원활하도록 하는 구성의 일례에 불과하며, 상단부고정판(113)과 수직지지대(104)의 내 측면에 슬립효과가 우수한 소재로 구성하는 방법을 적용할 수도 있다.

또한 수직형부유구조물(106)과 수직지지대(104) 사이로 해수가 유입되어 수직형부유구조물(106) 내부에 부식이 발생하거나 따개비와 같은 해양생물이 번식하여 수직지지대(104)의 원활한 상하 이동을 방해하지 않도록 수직형부유구조물(106) 상부에 해수차단막(143)을 설치하여 해수유입을 방지하도록 한다.

상기 해수차단막(143)은 도 1 내지 도 5에 도시된 것과 같이 고무링을 구비한 방수능력이 뛰어난 재질의 해수차단커버(144)가 설치되어 해수 유입을 막게 된다.

도 15는 주름을 갖는 해수차단막이 설치된 수직지지대와 수직형부유구조물의 모습을 도시한 부분 사시도 이다.

도 15에서와 같이 수직지지대(104)의 높이 조절에 따라 함께 길이가 늘어나거나 줄어드는 주름을 갖는 합성섬유 재질로 형성된 해수차단막(143)을 추가로 설치하여 해수유입을 방지할 수 있다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시 예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 다양한 변형할 수 있다는 것은 명백하다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형 예들을 포함하도록 기술된 청구범위에 의해서 해석되어야 한다.

100: 부유지지선 압축구조를 가진 해상부유풍력발전장치
101: 풍력발전장치 102: 풍력터빈
103: 로터 104: 수직지지대
105: 수평형부유구조물 106: 수직형부유구조물
107: 높이조절수단거치대 109: 부유지지선
110: 가지케이블 111: 부유지지선고정대
112: 부유지지선앵커 113: 상단부고정판
114: 하단부고정판 115: 부유구조물고정대
116: 부유구조물지지대 117: 체결수단
118: 고정식도르래 119: 유동식도르래
120: 레일 121: 레일고정대
122a, 122b: 롤러 123: 유압실린더
124: 유압시스템 125: 리프트도르래
126: 리프트케이블 127: 역삼각케이블
128: 결집대 129: 중심케이블
132: 윈치 133: 중심케이블앵커
134: 높이조절수단 135: 지지프레임
136: 제어기 137: 전력선
138: 수위계 139: 해수면
140: 해저면 141a, 141b: 방향조절도르래
142: 역삼각케이블고정대 143: 해수차단막
144: 해수차단커버

Claims

풍력발전장치(101)를 구비한 해상부유풍력발전장치로서,
상기 풍력발전장치(101)가 상부에 설치되는 수직지지대(104)와,
중앙에 상기 수직지지대(104)가 삽입되어 상하로 이동가능하되 내부에 상기 수직지지대(104)의 높이를 조절하는 높이조절수단(134)이 설치된 수직형부유구조물(106)과,
상기 수직형부유구조물(106) 상부에 설치되는 상단부고정판(113)과,
상기 수직형부유구조물(106) 하부에 설치되는 하단부고정판(114)과,
상기 상단부고정판(113)과 해저면(140)을 사선으로 연결하는 다수의 부유지지선(109)과,
한쪽 끝 부분에 결집대(128)가 연결되며 다른 쪽 끝이 상기 수직형부유구조물(106) 하측의 해저면에 고정되는 중심케이블(129)과,
한쪽 끝이 상기 상단부고정판(113)에 연결되고 다른 쪽 끝이 하단부고정판(114)을 관통하여 하측에 구비되는 결집대(128)에 연결되되 상기 부유지지선(109)의 개수와 동일한 개수로 상기 부유지지선(109) 안쪽으로 설치되는 역삼각케이블(127)과,
상기 각각의 부유지지선(109)과 각각의 부유지지선(109)에 대응하는 각각의 역삼각케이블(127)을 체결하여 각각의 역삼각케이블(127)이 바깥쪽으로 굴절되도록 하는 체결수단(117)과,
상기 수직지지대(104)에 설치되어 수위를 감지하는 수위계(138)와,
상기 수위계(138)의 수위신호를 받아 상기 높이조절수단(134)을 제어하는 제어기(136)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 부유지지선 압축구조를 가진 해상부유풍력발전장치.
제1항에 있어서,
상단부고정판(113)를 외측으로 둘러싸며 설치되는 수평형부유구조물(105)을 더 포함하고,
상기 부유지지선(109)은 상기 수평형부유구조물(105)과 해저면(140)을 사선으로 연결하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 부유지지선 압축구조를 가진 해상부유풍력발전장치.
제1항에 있어서,
상기 부유지지선(109)은 상기 상단부고정판(113)의 하측에서 상측으로 관통하여 고정되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 부유지지선 압축구조를 가진 해상부유풍력발전장치.
제2항에 있어서,
상기 부유지지선(109)은 상기 수평형부유구조물(105)의 하측에서 상측으로 관통하여 고정되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 부유지지선 압축구조를 가진 해상부유풍력발전장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 역삼각케이블(127)은 상기 하단부고정판(114)의 하측에서 상측으로 관통하도록 구성되며,
상기 하단부고정판(114)을 관통한 역삼각케이블은 상기 상단부고정판(113)의 하측에서 상측으로 관통하여 고정되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 부유지지선 압축구조를 가진 해상부유풍력발전장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 체결수단(117)은 상기 한쪽에 역삼각케이블(127)이 걸리는 도르래가 설치되고 다른 쪽은 상기 부유지지선(109)에 접합하도록 구성되는 고정식도르래(118), 또는 두 개의 도르래가 연결된 구조를 갖되 한쪽 도르래에 역삼각케이블(127)이 걸리고 다른 쪽 도르래에는 상기 부유지지선(109)이 걸리도록 구성되는 유동식도르래(119) 중 선택되는 하나인 것을 특징으로 하는 부유지지선 압축구조를 가진 해상부유풍력발전장치.
제2항에 있어서,
상기 수평형부유구조물(105)과 상기 부유지지선(109)을 추가로 연결해주는 가지케이블(110)을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 부유지지선 압축구조를 가진 해상부유풍력발전장치.
제 1항 또는 제2항에 있어서,
상기 높이조절수단은,
상기 수직지지대(104)를 상승 또는 하강시키도록 수직형부유구조물(106) 내부에 설치되는 유압실린더(123)와,
상기 유압실린더(123)를 작동시키는 유압펌프를 포함한 유압시스템(124)으로 이루어는 것을 특징으로 하는 부유지지선 압축구조를 가진 해상부유풍력발전장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 높이조절수단은,
상기 수직지지대(104)를 상승 또는 하강시키도록 리프트도르래(125)를 통해 연결된 리프트케이블(126)과,
상기 리프트케이블(126)을 감아 올리거나 내리는 윈치(132)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 부유지지선 압축구조를 가진 해상부유풍력발전장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 수직형부유구조물(106)과 수직지지대(104) 사이로 해수 유입을 방지하도록 수직형부유구조물(106) 상부에 설치되는 해수차단막(143)를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 부유지지선 압축구조를 가진 해상부유풍력발전장치.