KR101318111B1 - 파력 저감형 다열 파일 하이브리드 해상풍력 지지구조물 및 그 시공 방법 - Google Patents

파력 저감형 다열 파일 하이브리드 해상풍력 지지구조물 및 그 시공 방법 Download PDF

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정연주
유영준
황윤국
이두호
김병철
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Abstract

하이브리드 해상풍력 지지구조물에 콘크리트가 충전된 다열의 파일을 결합시킴으로써, 지지구조물에 작용하는 파력을 저감시켜 구조물의 안전성을 높일 수 있고, 또한, 콘크리트 베이스, 콘크리트 콘 및 CFMP를 각각 육상에서 제작한 후, 설치 해역까지 부유 인양하여 침수시키고, 이후 CFMP를 설치함으로써 매우 간단하게 설치 및 시공할 수 있으며, 콘크리트 베이스, 콘크리트 콘 및 CFMP를 조립하여 완성되는 형태이기 때문에 상부 풍력설비 용량 증가에 따른 하부 지지구조물의 크기 증가에 대해 탄력적으로 대응할 수 있고, 또한, 외력에 효율적으로 저항할 수 있는 구성이 가능하기 때문에 재료비용을 감소시킬 수 있으며, 외력을 콘크리트 콘 및 CFMP이 각각 분담하고 있기 때문에 동일한 외력에 대해 전체 크기를 감소시킬 수 있으므로 제작비를 절감할 수 있는, 파력 저감형 다열 파일 하이브리드 해상풍력 지지구조물 및 그 시공 방법이 제공된다.

Description

파력 저감형 다열 파일 하이브리드 해상풍력 지지구조물 및 그 시공 방법 {SUBSTRUCTURE OF HYBRID OFFSHORE WIND TURBINE WITH MULTI-PILE FOR REDUCING WAVE FORCES, AND CONSTRUCTING METHOD FOR THE SAME}
본 발명은 해상풍력 지지구조물에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 해상 풍력발전을 위해 타워, 나셀 및 블레이드로 이루어진 상부구조물을 그 상부에 설치하기 위한 하이브리드 지지구조물(Hybrid Substructure)에 있어서, 다열 파일(Multi-Pile)을 사용하여 지지구조물에 작용하는 파력(Wave Forces)을 저감시킬 수 있는 하이브리드 해상풍력 지지구조물 및 그 시공 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 바람을 이용하여 발전을 하는 풍력발전기는 발전기의 회전축에 블레이드(또는 프로펠러)를 설치하여, 바람에 의해 블레이드가 회전함에 따라 발생되는 회전력을 이용하여 발전을 할 수 있도록 구성된다. 이러한 풍력발전기는 바람의 에너지를 전기에너지로 바꿔주는 장치로서, 통상적으로 블레이드, 변속장치 및 발전기로 구성되며, 풍력발전기의 블레이드를 회전시키고, 이때 발생한 블레이드의 회전력으로 전기를 생산한다.
여기서, 블레이드는 바람에 의해 회전되어 풍력에너지를 기계적인 에너지로 변환시키는 장치이고, 변속장치는 블레이드에서 발생한 회전력이 중심 회전축을 통해서 변속기어에 전달되고, 발전기에서 요구되는 회전수로 높임으로써 발전기를 회전시키는 장치이고, 발전기는 블레이드에서 발생한 기계적인 에너지를 전기에너지로 변환하는 장치이다.
이러한 풍력발전 시스템은 그 구조나 설치 등이 간단하기 때문에 운영 및 관리가 용이하고, 또한, 무인화 및 자동화 운전이 가능하기 때문에 최근에 도입이 비약적으로 증가하고 있는 실정이다. 과거에는 풍력발전 구조물들이 주로 육상에서 이루어졌으나, 풍력 자원량, 미관, 장소의 제약 등의 문제로 인해 최근에는 해상에 대규모의 풍력단지를 건설하는 추세이다. 그러나 해상에 안전하게 풍력발전 구조물을 건설하기 위해서는 높은 위치에 설치될 블레이드 및 타워 구조물에 대한 안전한 설치 공법이 요구되고 있다.
다시 말하면, 이러한 풍력터빈 설비는 바람에 의한 운동 에너지를 전기적 에너지로 변환할 수 있도록 구성되는 시스템으로서, 설치되는 환경 조건에 따라 육상용(onshore)과 해상용(offshore)로 구분될 수 있다. 또한, 이러한 파일 또는 말뚝을 설치하는 방법으로는 항타식, 유압 타압식, 석션 방식 등이 있는데, 대구경 파일 또는 말뚝을 설치하기 위해서는 수직도를 잘 맞추어서 설치해야 한다.
이러한 풍력터빈 설비에서 목표하고 원하는 전력을 얻기 위하여 소정의 높이에 풍력발전이 가능한 나셀을 위치시키는 것이 타워의 역할이다. 이러한 풍력터빈에는 수평형과 수직형이 있는데, 최근 국내 및 해외에서는 주로 수평형의 풍력터빈의 개발과 설치가 활발하게 진행되고 있다. 이러한 풍력터빈 타워의 형식으로는 모노파일 타입, 자켓 타입, 지선지지 타입 등이 있는데, 최근 대형 풍력터빈의 경우에는 주로 모노파일 타입 타워, 특히, 강재중공 모노파일 타워가 많이 사용되고 있다. 이때, 상기 강재 중공 타워에 미치는 하중을 지상의 기초에 하중을 전달하기 위한 접합부가 형성된다. 이러한 접합부는 앵커볼트(Anchor bolt)와 앵커링(Anchor ring) 형식으로 나눌 수 있다.
한편, 도 1은 풍력발전 지지구조물을 개략적으로 예시하는 도면이다.
해상 풍력발전 구조물은, 크게 터빈(Turbine)과 지지구조물(Substructure)로 구분되며, 이때, 터빈은 기본적으로 육상용 풍력발전 터빈(10)과 동일한 기술을 적용한다. 이러한 해상 풍력발전 구조물의 수명은 20년 정도이며, 육상보다 대용량인 3~5MW 이상의 풍력터빈을 적용하고 있다. 이러한 해상 풍력발전 구조물의 각각의 구성요소는 염분으로 인한 부식 피해를 막기 위하여 설계 및 코팅될 수 있다.
여기서, 지지구조물(Substructure)은 대표적으로, 콘크리트 케이슨 타입(Concrete caisson type), 모노파일 타입(Mono-pile type), 자켓 타입(Jacket type), 삼각대 타입(Tripod Type) 및 부유식 타입(Floating type)의 5가지 타입으로 나누어 설명할 수 있다.
구체적으로, 콘크리트 케이슨 타입은 중력식으로서, 제작 및 설치가 용이하여 초기 해상 풍력발전 단지에 사용된 타입으로서, 빈데비(Vindeby), 미델그룬덴(Middelgrunden) 해상 풍력발전 단지 등에 적용되었다. 이러한 콘크리트 케이슨 타입은 비교적 얕은 6~10m의 수심에서 사용가능하며, 자중과 해저면의 마찰력으로 위치를 유지한다. 이때, 콘크리트 케이슨 타입의 기초 직경은 12~15m이다.
또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 모노파일 타입(20)은 현재 가장 많이 쓰이고 있는 해상풍력발전단지 기초 방식으로서, 25~30m의 수심에 설치가 가능하다. 홀스레브(Horns Rev), 노스 호일(North Hoyle) 해상풍력 발전단지 등에 적용되었으며, 해저면에 대구경의 파일(pile)을 항타(Driving) 또는 드릴링(Drilling)하여 고정하는 방식으로 대단위 단지에 이용하는 경우 경제성이 좋다. 이때, 모노파일 타입의 기초 직경은 3~3.5m이다.
자켓 타입은 현재 해상 풍력발전 단지 보유국에서 많은 관심을 보이고 실증 중에 있는 타입으로서, 수심 20~80m에 설치가 가능하다. 이러한 자켓 타입은 자켓식 구조물로 지지하고 말뚝 또는 파일(pile)로 해저에 고정하는 방식이다. 이러한 자켓 타입은 대수심 해양의 구조물이고, 실적이 많아 신뢰도가 높은 편이며, 전술한 모노파일 타입(20)과 마찬가지로 대단위 단지 조성에 이용하는 경우 경제성이 좋다는 장점이 있다.
또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 삼각대 타입(30)은 전술한 모노파일 타입(20)을 하부로 확장한 것으로, 수심 20~80m에 설치가 가능하다. 이러한 삼각대 타입(30)은 바닥을 정리할 필요가 없고 소구경 파일을 사용한다는 특징이 있지만, 앵커파일이 필요하므로 제조 비용이 증가하게 된다.
또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 부유식 타입(40)은 미래 심해상 풍력발전의 필수 과제라고 할 수 있고, 수심 40~900m에 설치가 가능하도록 많은 풍력회사에서 연구 중이다.
한편, 최근 해상 풍력발전은 풍력 에너지의 방대한 보유량과 무한한 에너지원 활용의 가능성으로 많은 주목을 받게 되면서, 해상 풍력발전기 시장도 갈수록 커지고 있으며, 또한, 대용량 대규모의 해상 풍력발전 단지를 설치하기 위한 해상 풍력의 출력파워 증가하고 있다.
도 2는 해상 풍력발전 지지구조물에 작용하는 외력을 설명하기 위한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 해상 풍력발전 지지구조물은 기존의 육상 풍력발전 지지구조물과는 달리 해상에 설치되기 때문에 파도, 조류 및 바람 등에 의한 외력에 큰 영향을 받게 된다.
또한, 해상 풍력발전의 출력파워가 증가할수록 발전기의 타워 및 로터나셀부의 크기가 커지고 있으며, 이를 지지하기 위한 지지구조물의 크기도 점차 커지고 있다. 즉, 기존 형식의 해상풍력 지지구조물의 크기가 커질수록 기존 지지구조물(중력식 및 모노파일)에 작용하는 파력이 증가함으로써, 지지구조물의 안전성이 감소하게 된다는 문제점이 있다.
일본 공개특허번호 제2011-137365호(공개일: 2011년 7월 14일), 발명의 명칭: "풍력 발전시설에 있어서 기초 구조의 시공 방법" 일본 공개특허번호 제2007-120470호(공개일: 2007년 5월 17일), 발명의 명칭: "해상풍력 발전장치의 기초 구조 및 해상 풍력 발전 장치의 기초 구조의 구축 방법" 일본 공개특허번호 제2006-322400호(공개일: 2006년 11월 30일), 발명의 명칭: "해상풍력 발전장치의 중력식 기초" 일본 공개특허번호 제2006-46013호(공개일: 2006년 2월 16일), 발명의 명칭: "풍력 발전시설의 모노파일식 기초 구조" 일본 공개특허번호 제2005-180239호(공개일: 2005년 7월 7일), 발명의 명칭: "해상풍력 발전장치의 기초" 대한민국 등록특허번호 제10-1171201호(출원일: 2011년 12월 26일), 발명의 명칭: "강관말뚝 기초와 조립식 구조물을 사용한 해상풍력 구조물 및 그 시공방법"
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 중력식 해상풍력 지지구조물에 콘크리트가 충전된 다열의 파일(Concrete Filled Multi-Piles: CFMP)을 결합시킴으로써, 지지구조물에 작용하는 파력을 저감시켜 구조물의 안전성을 높일 수 있는, 파력 저감형 다열 파일 하이브리드 해상풍력 지지구조물 및 그 시공 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 콘크리트 베이스, 콘크리트 콘 및 CFMP를 각각 육상에서 제작한 후, 설치 해역까지 부유 인양하여 침수시킨 후에 CFMP를 설치함으로써 매우 간단하게 설치 및 시공할 수 있는, 파력 저감형 다열 파일 하이브리드 해상풍력 지지구조물 및 그 시공 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 콘크리트 베이스, 콘크리트 콘 및 CFMP를 조립하여 완성되는 형태이기 때문에 상부 풍력설비 용량 증가에 따른 하부 지지구조물의 크기 증가에 대해 탄력적으로 대응할 수 있는, 파력 저감형 다열 파일 하이브리드 해상풍력 지지구조물 및 그 시공 방법을 제공하기 위한 것이다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 파력 저감형 다열 파일 하이브리드 해상풍력 지지구조물은, 해상풍력 발전을 위해 타워, 나셀 및 블레이드로 이루어진 상부구조물을 설치하기 위한 해상풍력 지지구조물에 있어서, 해상풍력 지지구조물의 안정성을 확보하고, 콘크리트 콘을 설치 및 지지하는 기초 역할을 하는 콘크리트 베이스(Concrete Base); 뿔대 또는 기둥 형상으로서, 상기 콘크리트 베이스와 결합되어 중력식 콘크리트 블록을 형성하는 콘크리트 콘(Concrete Cone); 상기 상부구조물에 의한 압축력에 저항하고, 전도모멘트와 휨모멘트에 일부 저항하도록, 상기 콘크리트 콘의 상부에 연결되는 콘크리트 충전 다열 파일(Concrete Filled Multi-Pile: CFMP); 상기 콘크리트 콘 및 상기 CFMP를 연결하는 부재 연결부; 및 지반 상에 상기 콘크리트 베이스를 고정하는 기초 파일(Pile)을 포함하되, 상기 중력식 콘크리트 블록 및 상기 CFMP가 결합되어 하이브리드 해상풍력 지지구조물에 작용하는 파력을 저감시키는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 CFMP는 프리스트레싱 콘크리트 충전 강관 기둥으로서, 상기 CFMP는 지지해야 하는 외력의 크기에 대응하여 파일(Pile)의 수가 증가되고, 해상풍력 지지구조물에 작용하는 외력인 휨모멘트를 상기 CFMP 및 상기 콘크리트 콘이 분담하고, 휨모멘트 크기에 따라 CFMP 중간파일의 콘크리트 콘 관입깊이 조절이 가능한 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 CFMP는 전체 수심의 사분의 일 이상 사분의 삼 이하의 길이(d)로 상기 콘크리트 콘 상부에 설치되고, 상기 CFMP와 입사되는 파랑 간의 상호작용을 이용하여 외력에 대해 저항하여 파력을 저감시키는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 콘크리트 베이스는 필요한 중량을 확보한 후 상기 콘크리트 콘과 일체화되어 중력식 콘크리트 블록을 형성하며, 설치환경에 따라 원형, 사각형, 육각형 또는 팔각형 형태로 구성될 수 있다.
여기서, 상기 콘크리트 베이스는 연약지반의 상부에서 그 외곽에 프리스트레스(Prestress)를 도입한 후, 상기 기초 파일을 이용하여 연약지반과 일체화시키는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 콘크리트 콘은 내부가 비어있는 중공 형태로 제공되고, 설치환경에 따라 고안전성이 요구되는 경우 설치 현장에서 그 내부에 쇄석을 충전하여 중량을 증가시키고, 휨모멘트 크기에 따라 CFMP 중간파일의 콘크리트 콘 관입깊이 조절이 가능한 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 콘크리트 베이스, 상기 콘크리트 콘 및 상기 CFMP는 각각 분할하여 설치되거나 또는 일체로 설치될 수 있다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 다른 수단으로서, 본 발명에 따른 파력 저감형 다열 파일 하이브리드 해상풍력 지지구조물의 시공 방법은, 해상풍력 발전을 위해 타워, 나셀 및 블레이드로 이루어진 상부구조물을 설치하기 위한 해상풍력 지지구조물의 시공 방법에 있어서, a) 해상풍력 지지구조물을 설치할 지점의 암반 상에서 연약지반을 개량 및 보강하여 연약지반 개량 및 보강부를 형성하는 단계; b) 상기 연약지반 개량 및 보강부 상에 다수의 기초 파일을 설치하는 단계; c) 상기 기초 파일 상에 콘크리트 베이스 및 콘크리트 콘이 결합된 중력식 콘크리트 블록을 거치하는 단계; 및 d) 상기 콘크리트 블록 상의 정착부에 다수의 콘크리트 충전 다열 파일(CFMP)을 거치하고, 그라우팅을 실시하는 단계를 포함하되, 상기 c) 단계의 중력식 콘크리트 블록 및 상기 d) 단계의 CFMP가 결합되어 하이브리드 해상풍력 지지구조물에 작용하는 파력을 저감시키는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 c) 단계는 상기 기초 파일 위치에 콘크리트 베이스 및 콘크리트 콘이 결합된 콘크리트 블록을 거치하고, 그라우팅을 실시하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 c) 단계는 상기 콘크리트 베이스 및 콘크리트 콘이 결합된 콘크리트 블록을 육상에서 제작하고, 해상 크레인을 이용하여 상기 콘크리트 블록을 부유 인양한 후, 설치 해역에 침수시키는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 d) 단계는 상기 콘크리트 블록과 상기 CFMP를 연결하는 부재 연결부를 사전에 설치한 후에, 다수의 CFMP를 거치하고 그라우팅을 실시하여 하이브리드 해상풍력 지지구조물을 완성하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 CFMP는 프리스트레싱 콘크리트 충전 강관 기둥으로서, 상기 CFMP는 지지해야 하는 외력의 크기에 대응하여 파일(Pile)의 수가 증가되고, 해상풍력 지지구조물에 작용하는 외력인 휨모멘트를 상기 CFMP 및 상기 콘크리트 콘이 분담하고, 휨모멘트 크기에 따라 CFMP 중간파일의 콘크리트 콘 관입깊이 조절이 가능한 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 CFMP는 전체 수심의 사분의 일 이상 사분의 삼 이하의 길이(d)로 상기 콘크리트 콘 상부에 설치되고, 상기 CFMP와 입사되는 파랑 간의 상호작용을 이용하여 외력에 대해 저항하여 파력을 저감시키는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 c) 단계의 콘크리트 베이스 및 콘크리트 콘, 상기 d) 단계의 CFMP는 각각 분할하여 설치하거나 또는 일체로 설치하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 하이브리드 해상풍력 지지구조물에 콘크리트가 충전된 다열의 파일을 결합시킴으로써 지지구조물에 작용하는 파력을 저감시켜 구조물의 안전성을 높일 수 있다. 즉, 하이브리드 지지구조물의 크기가 커짐에 따라 지지구조물에 작용하는 파력이 증가하게 되지만, 콘크리트가 충전된 다열의 파일에 의해 지지구조물의 안전성을 증가시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 콘크리트 베이스, 콘크리트 콘 및 CFMP를 각각 육상에서 제작한 후, 설치 해역까지 부유 인양하여 침수시키고, 이후 CFMP를 설치하는 형식으로서 그 설치 및 시공 방법이 매우 간단하며, 이에 따라 시공비를 크게 절감시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 콘크리트 베이스, 콘크리트 콘 및 CFMP를 조립하여 완성되는 형태이기 때문에 상부 풍력설비 용량 증가에 따른 하부 지지구조물의 크기 증가에 대해 탄력적으로 대응할 수 있다.
본 발명에 따르면, 외력에 효율적으로 저항할 수 있는 구성이 가능하기 때문에 재료비용을 감소시킬 수 있으며, 외력을 콘크리트 콘 및 CFMP가 각각 분담하고 있기 때문에 동일한 외력에 대해 전체 크기를 감소시킬 수 있으므로 제작비를 절감할 수 있다.
본 발명에 따르면, CFMP는 지지구조물 자체에 작용하는 파력을 저감시켜 하부 지지구조물의 크기를 줄임으로써 해저 지반 바닥정리의 범위를 상당히 감소시킬 수 있으며, 이에 따라 공사비를 절감할 수 있다.
본 발명에 따르면, CFMP는 모노파일 형식인 경우에 비해 상대적으로 작기 때문에 대구경 모노파일 설치시 발생되는 장비의 제약이 없으므로 장비 임차 비용을 절감할 수 있다.
본 발명에 따르면, 그 설치 및 시공 방법이 매우 간단하여 시공비를 효과적으로 절감할 수 있고, 다양한 방법으로 안전성을 확보할 수 있기 때문에 효율적으로 하이브리드 해상풍력 지지구조물을 설계 및 시공할 수 있다.
도 1은 풍력발전 지지구조물을 개략적으로 예시하는 도면이다.
도 2는 해상 풍력발전 지지구조물에 작용하는 외력을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 파력 저감형 다열 파일 하이브리드 해상풍력 지지구조물을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 파력 저감형 다열 파일 하이브리드 해상풍력 지지구조물에서 다열 파일을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 파력 저감형 다열 파일 하이브리드 해상풍력 지지구조물에서 콘크리트 베이스를 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 파력 저감형 다열 파일 하이브리드 해상풍력 지지구조물에서 CFMP를 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 파력 저감형 다열 파일 하이브리드 해상풍력 지지구조물에서 콘크리트 콘을 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 파력 저감형 다열 파일 하이브리드 해상풍력 지지구조물에서 콘크리트 블록의 다양한 형태를 예시하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 파력 저감형 다열 파일 하이브리드 해상풍력 지지구조물의 형식을 예시하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 파력 저감형 다열 파일 하이브리드 해상풍력 지지구조물의 파력 비교 결과를 나타내는 도면이다.
도 11a 내지 도 11e는 각각 본 발명의 실시예에 따른 파력 저감형 다열 파일 하이브리드 해상풍력 지지구조물의 시공 방법을 나타내는 도면들이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 파력 저감형 다열 파일 하이브리드 해상풍력 지지구조물을 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 해상풍력 구조물은, 크게 하이브리드 해상풍력 지지구조물(100), 지반(200) 및 상부구조물(300)을 포함하며, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 해상풍력 지지구조물(100)은 중력식과 다열 파일을 결합한 형태를 하고 있다.
구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 파력 저감형 다열 파일 하이브리드 해상풍력 지지구조물(100)은, 해상풍력 발전을 위해 타워, 나셀 및 블레이드로 이루어진 상부구조물을 설치하기 위한 해상풍력 지지구조물로서, 콘크리트 베이스(Concrete Base: 110), 콘크리트 콘(Concrete Cone: 120), 콘크리트 충전 다열 파일(Concrete Filled Multi-Pile: CFMP)(130), 기초 파일(Pile: 140) 및 부재 연결부(150)를 포함한다. 이때, 상기 콘크리트 충전 다열 파일(130)의 상부에 타워, 나셀 및 블레이드 등이 설치되며, 상기 콘크리트 베이스(110)의 하부에 암반(210), 연약지반(220) 및 연약지반 개량 및 보강부(230)가 시공된다.
콘크리트 베이스(110)는 기존의 중력식 지지구조물과 동일하게 중량에 의한 지지구조물(100)의 안정성을 확보하고, 콘크리트 콘(120)을 설치 및 지지하는 기초 역할을 한다.
콘크리트 콘(120)은 기존의 중력식 지지구조물과 동일하게 중량에 의한 지지구조물의 안전성을 확보하고, CFMP(130)와 결합되어 휨모멘트를 상기 CFMP(130)와 나누어 부담하는 역할을 하며, 상기 콘크리트 콘(120)은 뿔대 또는 기둥 형상으로서, 상기 콘크리트 베이스(110)와 결합되어 중력식 콘크리트 블록을 형성한다.
콘크리트 충전 다열 파일(CFMP: 130)은 타워(310), 나셀(도시되지 않음), 블레이드(도시되지 않음) 등으로 이루어진 상부구조물(300)에 의한 압축력에 저항하고, 전도모멘트와 휨모멘트에 일부 저항하며, 전체 해상풍력 발전 구조물의 수직도를 유지하는 역할을 하도록 상기 콘크리트 콘(120)의 상부에 연결된다. 예를 들면, 상기 CFMP(130)는 프리스트레싱 콘크리트 충전 강관 기둥으로서, 해수면 근처에서 입사 파랑과 CFMP(130) 간의 상호작용으로 해상풍력 하이브리드 지지구조물(100)에 작용하는 파력을 저감시키는 역할을 한다. 여기서, 상기 CFMP(130)는 프리스트레싱 콘크리트 충전 강관 기둥일 수 있다. 또한, 상기 CFMP(130)는 지지해야 하는 외력의 크기에 대응하여 파일(Pile)의 수가 증가되고, 해상풍력 지지구조물(100)에 작용하는 외력인 휨모멘트를 상기 CFMP(130) 및 상기 콘크리트 콘(120)이 분담하게 되며, 휨모멘트 크기에 따라 CFMP 중간파일의 콘크리트 콘 관입깊이 조절이 가능하다. 즉, 도시된 바와 같이, 상기 CFMP(130)의 중간파일이 콘크리트 콘(120)까지 확장된 상태로 형성되어, 콘크리트 콘 관입깊이를 조절할 수 있다. 이에 따라, 후술하는 바와 같이, 상기 중력식 콘크리트 블록 및 상기 CFMP(130)가 결합되어 하이브리드 해상풍력 지지구조물(100)에 작용하는 파력을 저감시키게 된다.
여기서, 상부구조물(300)은 트랜지션 피스(Transition Piece: 310), 타워(320), 나셀(Nacelle) 및 블레이드를 포함할 수 있다. 또한, 상기 타워(320)의 상부에 설치되는 나셀(도시되지 않음)에는 피치 시스템, 허브(Hub), 메인 축(Main Shaft), 기어 박스(Gear Box), 고속축(High Speed Shaft), 발전기 및 요(Yaw) 시스템 등이 구비될 수 있다.
기초 파일(140)은 암반(210), 연약지반(220) 및 연약지반 개량 및 보강부(230)로 이루어진 지반(200)상에 상기 콘크리트 베이스(110)를 고정한다.
부재 연결부(150)는 상기 콘크리트 콘(120) 및 상기 CFMP(130)를 연결한다.
한편, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 파력 저감형 다열 파일 하이브리드 해상풍력 지지구조물에서 다열 파일을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 파력 저감형 다열 파일 하이브리드 해상풍력 지지구조물(100)은, 도 4에 도시된 바와 같이, 콘크리트 베이스 및 콘크리트 콘이 결합된 중력식 콘크리트 블록 상에 다열 파일(Multi-Pile)인 CFMP(130)를 설치하여 해상풍력 지지구조물(100)에 작용하는 단면력을 감소시킴으로써 파력을 저감시킬 수 있다. 이에 따라 본 발명의 실시예에 따른 파력 저감형 다열 파일 하이브리드 해상풍력 지지구조물(100)은 동특성, 진동 및 피로에 더욱 유리한 구조가 된다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 파력 저감형 다열 파일 하이브리드 해상풍력 지지구조물(100)은 다열 파일인 CFMP(130) 및 중력식 콘크리트 블록을 분할하여 설치함으로써 소형 해상장비를 이용하여 시공할 수 있고, 이에 따라 임차비용 및 제작비용을 감소시킬 수 있다.
한편, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 파력 저감형 다열 파일 하이브리드 해상풍력 지지구조물에서 콘크리트 베이스를 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 파력 저감형 다열 파일 하이브리드 해상풍력 지지구조물에서 콘크리트 베이스(110)는, 기존의 중력식 지지구조물과 동일하게 활용할 수 있으며, 도 5의 a)에 도시된 바와 같이, 안전성을 향상시키기 위해 기초 파일(140)을 이용하여 지반과 일체화시킬 수 있다.
또한, 연약지반과 같이 지반침하가 우려되는 곳에서는, 도 5의 b)에 도시된 바와 같이, 콘크리트 베이스(110) 외곽에 프리스트레스(Prestress)를 도입하여, 먼저 지반(200)과 일체화시킨 후, 긴장재의 긴장력을 지속적으로 감시함으로써, 지반침하 발생 징후 포착시 침하되는 반대쪽의 긴장력을 증가시키고, 이에 따라 지반침하 발생을 억제하거나 반대쪽을 강제로 침하시켜 평형을 유지시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 파력 저감형 다열 파일 하이브리드 해상풍력 지지구조물에서 CFMP를 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 파력 저감형 다열 파일 하이브리드 해상풍력 지지구조물에서 CFMP(130)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 기본적으로 전체 수심의 사분의 일 이상 사분의 삼 이하의 길이(d)로 콘크리트 콘(120) 상부에 설치하여 입사되는 파랑과 CFMP(130) 간의 상호작용을 이용하여 외력에 대한 저항성을 향상시키거나, 또는 동일한 외력에 대해 기존의 모노파일 또는 중력식 지지구조물보다 크기를 감소시킬 수 있다.
한편, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 파력 저감형 다열 파일 하이브리드 해상풍력 지지구조물에서 콘크리트 콘을 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 파력 저감형 다열 파일 하이브리드 해상풍력 지지구조물에서 콘크리트 콘(120)은, 도 7의 a)에 도시된 바와 같이, 내부가 비어있는 형태이다. 이 경우, 콘크리트 콘(120)을 바지선에 실어 운반할 필요 없이 부유식으로 인양하여 설치 장소까지 운반할 수 있다. 또한, 설치환경에 따라 고안전성이 요구되는 경우에는 콘크리트 콘(120)을 설치한 후, 도 7의 b)에 도시된 바와 같이, 그 내부에 쇄석 등을 충전하여 중량을 증가시킴으로써 외력에 대한 저항성을 향상시킬 수 있다.
한편, 최근 해상풍력의 출력파워 증가와 더불어 타워, 나셀 및 블레이드 등의 크기가 증가하고 있으며, 이를 지지하기 위한 하부구조물(중력식 또는 모노파일)의 크기도 점차 커지고 있다. 이에 따라 기존 형식의 제원이 커질수록 그 제작비와 운반비, 설치비는 기하급수적으로 증가하게 되고, 해상 크레인과 같은 설치장비의 용량 또한 커져야 하기 때문에 설치가 제한적일 수 있다.
하지만, 본 발명의 실시예에 따른 파력 저감형 다열 파일 하이브리드 해상풍력 지지구조물(100)은, 콘크리트 베이스(110), 콘크리트 콘(120), 콘크리트 충전 다열 파일(CFMP: 130)이 합쳐지는 구조물이므로, 각각 독립적으로 제작할 수 있고, 외력을 상기 콘크리트 콘(120), 콘크리트 충전 다열 파일(CFMP: 130)이 분담하기 때문에 상부 풍력설비 용량 증가로 인한 하부 지지구조물의 크기 증가에 탄력적으로 대응할 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 파력 저감형 다열 파일 하이브리드 해상풍력 지지구조물에서 콘크리트 블록의 다양한 형태를 예시하는 도면이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 파력 저감형 다열 파일 하이브리드 해상풍력 지지구조물에서 콘크리트 베이스(110) 및 콘크리트 콘(120)으로 이루어진 콘크리트 블록으로 미리 제조될 수 있다.
예를 들면, 상부 풍력설비 용량 증가시, 콘크리트 베이스(110)의 크기 역시 커져야 하는데, 도 8의 a) 내지 c)에 도시된 바와 같이, 콘크리트 블록 형태로 분할 제작한 후, 해상 또는 해저에서 조립 시공함으로써 그 크기를 자유롭게 설계할 수 있다. 이때, 본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 블록의 조립은 기존의 콘크리트 블록 조립 공법에 사용되는 방법과 동일한 방법을 활용할 수 있다.
또한, 상기 콘크리트 블록을 제작할 때, 도 8의 b) 또는 도 8의 c)에 도시된 바와 같이, 그 형태를 유지하는 겉틀만 형성하고 내부를 비워놓게 되면, 해상 운반시 부유시켜 인양함으로써 운반선의 용량에 대한 제약을 해결할 수 있다. 또한, 설치위치에서 부유된 상태로 상호조립이 가능하게 된다. 이후, 조립을 완료하여 완성된 콘크리트 베이스(110)를 해저면에 침하시킨 후 해상에서 콘크리트를 충전함으로써 중력식 콘크리트 베이스를 완성시키는 방법도 가능하다.
또한, 콘크리트 베이스(110)는 필요한 중량을 확보하고, 콘크리트 콘(120)과 일체화되는 것이기 때문에, 상당한 크기 증가가 필요한 경우, 도 8의 c)에 도시된 바와 같은 형태로 구성할 수도 있다. 이때, 본 발명의 실시예에서 상기 콘크리트 베이스(110)의 형태가 육각형인 것으로 도시되었지만, 원형, 사각형, 팔각형 등으로 설치환경에 따라 달라질 수 있다는 점은 당업자에게 자명하다.
또한, 콘크리트 충전 다열 파일(CFMP: 130)은 지지해야 하는 외력의 크기에 따라 파일의 수를 증가시킬 수 있다. 즉, 상부 풍력발전 설비 용량 증가에 따라 콘크리트 콘(120)의 크기 역시 증가해야 하지만, 본 발명의 실시예에 따른 파력 저감형 다열 파일 하이브리드 해상풍력 지지구조물(100)은 외력을 상기 콘크리트 콘(120) 및 콘크리트 충전 다열 파일(CFMP: 130)이 분담하기 때문에 그 증가량은 기존 형식에 비해 적다.
특히, 콘크리트 충전 다열 파일(CFMP: 130)은 해수 표면에서 입사 파랑과 다열 파일간의 상호작용이 이루어지도록 구성된다. 즉, 상호작용 영향으로 파랑에 의해 하부구조물에 가해지는 파력이 감소하기 때문에, 본 발명의 실시예에 따른 파력 저감형 다열 파일 하이브리드 해상풍력 지지구조물(100)이 지지해야 하는 외력이 감소하게 되고, 결국 해상풍력 지지구조물(100)의 크기를 감소시킬 수 있고, 이에 따라 공사비를 절감시킬 수 있게 된다.
한편, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 파력 저감형 다열 파일 하이브리드 해상풍력 지지구조물의 형식을 예시하는 도면이고, 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 파력 저감형 다열 파일 하이브리드 해상풍력 지지구조물의 파력 비교 결과를 나타내는 도면이다.
5MW급 해상풍력발전기를 지지하는 구조물을, 도 9의 a)에 도시된 바와 같이, 모노파일 형식으로 구성할 경우, 모노파일의 외경은 4.8m, 두께 0.07m일 수 있다. 이 모노파일이 지지할 수 있는 허용 압축/휨응력은 140MPa로 이에 대한 허용 축하중은 145.6MN가 된다.
도 9의 b) 및 도 9의 c)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 파력 저감형 다열 파일 하이브리드 해상풍력 지지구조물(100)은, 축하중을 동일하게 지지할 수 있도록 CFMP(130)를 설계한다. 압축강도가 35MPa인 콘크리트의 허용 휨압축응력은 14MPa이고, 이때, 강관은 모노파일과 동일한 강종과 두께를 사용하면 CFMP(130)의 제원은 다음의 수학식 1과 같이 간단하게 구할 수 있다.
[수학식 1]
작용하중(모노파일) = 강재(CFMP) 허용응력 x 강재 순면적 + 콘크리트 허용응력 x 콘크리트 순면적
여기서, 도 9의 a)에 도시된 모노파일과 도 9의 b) 및 c)에 도시된 CFMP(130)의 가격을 비교하면, 예를 들면, 모노파일은 약 3.9억원이고, CFMP(130)는 2.5억원이기 때문에, 본 발명의 실시예에 따른 파력 저감형 다열 파일 하이브리드 해상풍력 지지구조물에서 사용하는 CFMP(130)가 약 35% 비용을 감소시킬 수 있으므로 경제적이다.
구체적으로, 해수면 근처 CFMP(130)에 따른 파력 저감 효과를 살펴보기 위하여, 도 9의 a)에 도시된 모노파일 직경과 동일한 원주에 CFMP(130)를 배치하여 도 9의 b)에 도시된 바와 같이, 다섯 개의 CFMP(130)과 도 9의 c)에 도시된 바와 같이, 아홉 개의 CFMP(130)에 대해 각 구조물에 작용하는 파력을 수치해석을 통해 비교해 보았다. 즉, 도 9의 b) 및 c)에 도시된 바와 같이, CFMP(130)를 배치하였으며, 이때, 계산수심은 20m이고, 모노파일 직경은 8.0m, CFMP(130)의 외부 작은 직경은 0.7m이고, 내부 직경은 1.25m로 설정하였다.
그 수치해석 결과로서, 도 10에 도시된 바와 같이, CFMP(130)의 경우가 주어진 파랑주기 범위에서 모노파일보다 파력 저감 효과가 큰 것을 알 수 있다. 즉, CFMP(130)의 갯수가 증가할수록 파력에 대응하는 단면력이 감소하는 것을 알 수 있다.
한편, 도 11a 내지 도 11e는 각각 본 발명의 실시예에 따른 파력 저감형 다열 파일 하이브리드 해상풍력 지지구조물의 시공 방법을 나타내는 도면들이다.
본 발명의 실시예에 따른 파력 저감형 다열 파일 하이브리드 해상풍력 지지구조물의 시공 방법은, 먼저, 도 11a에 도시된 바와 같이, 해상풍력 지지구조물(100)을 설치할 지점의 암반(210) 상에서 연약지반(220)을 개량 및 보강하여 연약지반 개량 및 보강부(230)를 형성한다.
다음으로, 도 11b에 도시된 바와 같이, 상기 연약지반 개량 및 보강부(230) 상에 다수의 기초 파일(140)을 설치한다.
다음으로, 도 11c에 도시된 바와 같이, 상기 기초 파일(140) 상에 중력식 콘크리트 블록을 거치한다. 즉, 기초 파일(140) 위치에 콘크리트 베이스(110) 및 콘크리트 콘(120)이 결합된 콘크리트 블록을 거치하고, 그라우팅을 실시한다.
구체적으로, 상기 콘크리트 베이스(110) 및 콘크리트 콘(120)이 결합된 콘크리트 블록을 육상에서 제작하고, 해상 크레인 등을 이용하여 상기 콘크리트 블록을 부유 인양한 후, 설치해역에 침수시킨다. 이후, 도 11d에 도시된 바와 같이, 설치해역에 침수시킨 콘크리트 블록 상에 CFMP(130)를 설치하게 된다.
즉, 상기 콘크리트 베이스(110) 및 콘크리트 콘(120)이 결합된 콘크리트 블록 상의 정착부에 다수의 CFMP(130)를 각각 거치하고 그라우팅을 실시한다. 이때, 상기 콘크리트 블록과 CFMP(130)를 연결하는 부재 연결부(150)는 사전에 설치한 후에, 다수의 CFMP(130)를 거치하고 그라우팅을 실시하여 본 발명의 실시예에 따른 파력 저감형 다열 파일 하이브리드 해상풍력 지지구조물을 완성한다. 본 발명의 실시예에 따른 파력 저감형 다열 파일 하이브리드 해상풍력 지지구조물의 시공 방법에서, 상기 콘크리트 베이스(110), 상기 콘크리트 콘(120) 및 상기 CFMP(130)를 분할하여 설치하거나 또는 일체로 설치하게 된다.
후속적으로, 도 11e에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 파력 저감형 다열 파일 하이브리드 해상풍력 지지구조물(100) 상에, 즉, 상기 CFMP(130) 상에 트랜지션 피스(310), 타워(310), 나셀 및 블레이드를 순차적으로 설치하여 해상풍력 구조물을 완성하게 된다.
본 발명의 실시예에 따른 파력 저감형 다열 파일 하이브리드 해상풍력 지지구조물(100)의 시공 방법은, 도 10a 내지 도 10e에 도시된 바와 같이, 상기 콘크리트 베이스(110), 상기 콘크리트 콘(120) 및 상기 CFMP(130)를 각각 육상에서 제작한 후, 설치 해역까지 부유 인양하여 침수시키고, 이후 CFMP(130)를 설치하는 형식으로서 그 설치 및 시공 방법이 매우 간단하며, 이에 따라 시공비를 크게 절감시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 파력 저감형 다열 파일 하이브리드 해상풍력 지지구조물(100)은, 상기 콘크리트 베이스(110), 상기 콘크리트 콘(120) 및 상기 CFMP(130)를 조립하여 완성되는 형태이기 때문에 상부 풍력설비 용량 증가에 따른 하부 지지구조물(100)의 크기 증가에 대해 탄력적으로 대응할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 파력 저감형 다열 파일 하이브리드 해상풍력 지지구조물(100)은, 외력에 효율적으로 저항할 수 있는 구성이 가능하기 때문에 재료비용을 감소시킬 수 있으며, 외력을 콘크리트 콘(120) 및 CFMP(130)이 각각 분담하고 있기 때문에 동일한 외력에 대해 전체 크기를 감소시킬 수 있으므로 제작비를 절감할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 파력 저감형 다열 파일 하이브리드 해상풍력 지지구조물(100)에서, CFMP(130)는 지지구조물(100) 자체에 작용하는 파력을 저감시켜 하부 지지구조물의 크기를 줄임으로써 해저 지반 바닥정리의 범위를 상당히 감소시킬 수 있으며, 이에 따라 공사비를 절감할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 파력 저감형 다열 파일 하이브리드 해상풍력 지지구조물(100)에서, CFMP(130)는 모노파일 형식인 경우에 비해 상대적으로 작기 때문에 대구경 모노파일 설치시 발생되는 장비의 제약이 없으므로 장비 임차 비용을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 파력 저감형 다열 파일 하이브리드 해상풍력 지지구조물(100)은 그 설치 및 시공 방법이 매우 간단하여 시공비를 효과적으로 절감할 수 있고, 다양한 방법으로 안전성을 확보할 수 있기 때문에 효율적으로 설계 및 시공할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 파력 저감형 다열 파일 하이브리드 해상풍력 지지구조물
200: 지반
300: 상부구조물
110: 콘크리트 베이스(Concrete Base)
120: 콘크리트 콘(Concrete Cone)
130: 콘크리트 충전 다열 파일(Concrete Filled Multi-Pile: CFMP)
140: 기초 파일(Pile)
150: 부재 연결부
210: 암반
220: 연약지반
230: 연약지반 개량 및 보강부
310: 트랜지션 피스(Transition Piece: TP)
320: 타워(Tower)

Claims (14)

  1. 해상풍력 발전을 위해 타워, 나셀 및 블레이드로 이루어진 상부구조물을 설치하기 위한 해상풍력 지지구조물에 있어서,
    해상풍력 지지구조물의 안정성을 확보하고, 콘크리트 콘을 설치 및 지지하는 기초 역할을 하는 콘크리트 베이스(Concrete Base);
    뿔대 또는 기둥 형상으로서, 상기 콘크리트 베이스와 결합되어 중력식 콘크리트 블록을 형성하는 콘크리트 콘(Concrete Cone);
    상기 상부구조물에 의한 압축력에 저항하고, 전도모멘트와 휨모멘트에 일부 저항하도록, 상기 콘크리트 콘의 상부에 연결되는 콘크리트 충전 다열 파일(Concrete Filled Multi-Pile: CFMP);
    상기 콘크리트 콘 및 상기 CFMP를 연결하는 부재 연결부; 및
    지반 상에 상기 콘크리트 베이스를 고정하는 기초 파일(Pile)
    을 포함하되,
    상기 중력식 콘크리트 블록 및 상기 CFMP가 결합되어 하이브리드 해상풍력 지지구조물에 작용하는 파력을 저감시키는 것을 특징으로 하는 파력 저감형 다열 파일 하이브리드 해상풍력 지지구조물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 CFMP는 프리스트레싱 콘크리트 충전 강관 기둥으로서, 상기 CFMP는 지지해야 하는 외력의 크기에 대응하여 파일(Pile)의 수가 증가되고, 해상풍력 지지구조물에 작용하는 외력인 휨모멘트를 상기 CFMP 및 상기 콘크리트 콘이 분담하고, 휨모멘트 크기에 따라 CFMP 중간파일의 콘크리트 콘 관입깊이 조절이 가능한 것을 특징으로 하는 파력 저감형 다열 파일 하이브리드 해상풍력 지지구조물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 CFMP는 전체 수심의 사분의 일 이상 사분의 삼 이하의 길이(d)로 상기 콘크리트 콘 상부에 설치되고, 상기 CFMP와 입사되는 파랑 간의 상호작용을 이용하여 외력에 대해 저항하여 파력을 저감시키는 것을 특징으로 하는 파력 저감형 다열 파일 하이브리드 해상풍력 지지구조물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 콘크리트 베이스는 필요한 중량을 확보한 후 상기 콘크리트 콘과 일체화되어 중력식 콘크리트 블록을 형성하며, 설치환경에 따라 원형, 사각형, 육각형 또는 팔각형 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 파력 저감형 다열 파일 하이브리드 해상풍력 지지구조물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 콘크리트 베이스는 연약지반의 상부에서 그 외곽에 프리스트레스(Prestress)를 도입한 후, 상기 기초 파일을 이용하여 연약지반과 일체화시키는 것을 특징으로 하는 파력 저감형 다열 파일 하이브리드 해상풍력 지지구조물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 콘크리트 콘은 내부가 비어있는 중공 형태로 제공되고, 설치환경에 따라 고안전성이 요구되는 경우 설치 현장에서 그 내부에 쇄석을 충전하여 중량을 증가시키고, 휨모멘트 크기에 따라 CFMP 중간파일의 콘크리트 콘 관입깊이 조절이 가능한 것을 특징으로 하는 파력 저감형 다열 파일 하이브리드 해상풍력 지지구조물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 콘크리트 베이스, 상기 콘크리트 콘 및 상기 CFMP는 각각 분할하여 설치되거나 또는 일체로 설치되는 것을 특징으로 하는 파력 저감형 다열 파일 하이브리드 해상풍력 지지구조물.
  8. 해상풍력 발전을 위해 타워, 나셀 및 블레이드로 이루어진 상부구조물을 설치하기 위한 해상풍력 지지구조물의 시공 방법에 있어서,
    a) 해상풍력 지지구조물을 설치할 지점의 암반 상에서 연약지반을 개량 및 보강하여 연약지반 개량 및 보강부를 형성하는 단계;
    b) 상기 연약지반 개량 및 보강부 상에 다수의 기초 파일을 설치하는 단계;
    c) 상기 기초 파일 상에 콘크리트 베이스 및 콘크리트 콘이 결합된 중력식 콘크리트 블록을 거치하는 단계; 및
    d) 상기 콘크리트 블록 상의 정착부에 다수의 콘크리트 충전 다열 파일(CFMP)을 각각 거치하고, 그라우팅을 실시하는 단계
    를 포함하되,
    상기 c) 단계의 중력식 콘크리트 블록 및 상기 d) 단계의 CFMP가 결합되어 하이브리드 해상풍력 지지구조물에 작용하는 파력을 저감시키는 것을 특징으로 하는 파력 저감형 다열 파일 하이브리드 해상풍력 지지구조물의 시공 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 c) 단계는 상기 기초 파일 위치에 콘크리트 베이스 및 콘크리트 콘이 결합된 콘크리트 블록을 거치하고, 그라우팅을 실시하는 것을 특징으로 하는 파력 저감형 다열 파일 하이브리드 해상풍력 지지구조물의 시공 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 c) 단계는 상기 콘크리트 베이스 및 콘크리트 콘이 결합된 콘크리트 블록을 육상에서 제작하고, 해상 크레인을 이용하여 상기 콘크리트 블록을 부유 인양한 후, 설치 해역에 침수시키는 것을 특징으로 하는 파력 저감형 다열 파일 하이브리드 해상풍력 지지구조물의 시공 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 d) 단계는 상기 콘크리트 블록과 상기 CFMP를 연결하는 부재 연결부를 사전에 설치한 후에, 다수의 CFMP를 거치하고 그라우팅을 실시하여 하이브리드 해상풍력 지지구조물을 완성하는 것을 특징으로 하는 파력 저감형 다열 파일 하이브리드 해상풍력 지지구조물의 시공 방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 CFMP는 프리스트레싱 콘크리트 충전 강관 기둥으로서, 상기 CFMP는 지지해야 하는 외력의 크기에 대응하여 파일(Pile)의 수가 증가되고, 해상풍력 지지구조물에 작용하는 외력인 휨모멘트를 상기 CFMP 및 상기 콘크리트 콘이 분담하고, 휨모멘트 크기에 따라 CFMP 중간파일의 콘크리트 콘 관입깊이 조절이 가능한 것을 특징으로 하는 파력 저감형 다열 파일 하이브리드 해상풍력 지지구조물의 시공 방법.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 CFMP는 전체 수심의 사분의 일 이상 사분의 삼 이하의 길이(d)로 상기 콘크리트 콘 상부에 설치되고, 상기 CFMP와 입사되는 파랑 간의 상호작용을 이용하여 외력에 대해 저항하여 파력을 저감시키는 것을 특징으로 하는 파력 저감형 다열 파일 하이브리드 해상풍력 지지구조물의 시공 방법.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 c) 단계의 콘크리트 베이스 및 콘크리트 콘, 상기 d) 단계의 CFMP는 각각 분할하여 설치하거나 또는 일체로 설치하는 것을 특징으로 하는 파력 저감형 다열 파일 하이브리드 해상풍력 지지구조물의 시공 방법.
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