KR101697676B1 - 수력 터빈 지지 시스템 및 방법 - Google Patents

수력 터빈 지지 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수려 터빈 지지 시스템, 특히 사용시 해저에서 터빈이 지지되는 베이스 및 터빈 및 베이스를 배치 장소까지 운반하는데 사용되는 선박의 조합을 제공하며, 시스템이 부두 지역에 설치될 때, 베이스가 간조시 해저에 접촉하도록 하고 그 기간 동안 베이스 또는 선박에 손상을 입히지 않으면서 거기에 선박을 지지하도록 설계된다.

Description

수력 터빈 지지 시스템 및 방법{A hydroelectric turbine support system and method}
본 발명은 수력 터빈 지지 시스템에 관한 것으로서, 상세하게는 해저에서 터빈이 지지되는 베이스 및 터빈 및 베이스를 배치 장소까지 운반하는데 사용되는 선박의 조합에 관한 것이며, 예를 들어 상대적으로 얕은 부두 지역으로부터 또는 경사면 등 다수의 육상 장소로부터 배치를 가능하게 하도록 설계된다.
수력 터빈은 잘 알려져 있으며, 경제적 수준의 전기를 조력으로부터 발전하기 위해 만조류(high tidal flow) 지역 내 해저에 일반적으로 배치된다. 수력 터빈은 석탄이나 석유와 같은 화석 연료의 장기간 사용으로 인해 지구에 영향을 미쳐온 환경 손상으로 인해 현재 상당한 주목을 받고 있다. 따라서 거대 자원이 예를 들어 수력 발전 및 특히 조수 기반 수력 발전과 같은 재생 에너지원의 개발과 배치에 집중되고 있다.
그러나 전력을 생산하는 그러한 새로운 방법의 구현에는 자체의 난제가 있다. 특히 조수 자원으로부터 전기의 발전에 집중하면, 터빈을 배치하고 회수하는 것뿐만이 아니라, 해저에 위치되어 있는 동안 수력 터빈을 좋은 가동 조건으로 유지한다는 점에서 극복해야 할 상당한 장애가 있다. 좋은 조수 자원의 위치는 큰 항구 등이 위치한 장소와는 거의 일치하지 않으므로, 터빈을 배치하고 회수하기가 어려우며, 상당한 육상 자원의 사용을 필요로 한다.
따라서 본 발명의 목적은 많은 장소가 수력 터빈의 배치/회수에 이용될 수 있도록 하는 수력 터빈 지지 시스템을 설계하는 것이다.
본 발명의 제1 측면에 따르면, 터빈을 배치 장소까지 운반하는 선박; 터빈이 지지될 수 있는 베이스, 베이스와 선박은 베이스가 선박 아래에 유지되도록 설계되며; 시스템이 부분적으로 또는 전부가 물 밖에 있을 때 베이스 및 선박은 베이스 상부의 선박의 안정된 지지를 가능하게 하는 수력 터빈 지지 시스템이 제공된다.
바람직하게, 베이스가 단독으로 서 있는 동안 베이스 및 선박은 베이스가 선박을 지지하도록 설계된다.
바람직하게, 선박 및 베이스는 상호보완적인 결합부를 구비한다.
바람직하게, 결합부는 시스템이 부분적으로 또는 완전히 물 밖에 있을 때 베이스 및 선박의 상대적인 움직임을 실질적으로 방지한다.
바람직하게, 결합부는 베이스 상에 제공되거나 베이스로 완전하게 형성된 적어도 하나의 돌출부 및 선박 상에 제공되거나 선박으로 완전하게 형성된 상호보완적인 소켓을 포함한다.
바람직하게, 돌출부 및/또는 소켓은 테이퍼되어 돌출부를 소켓에 위치시키는 것을 지원한다.
바람직하게, 베이스는 상단이 하나의 상호보완적인 결합부를 규정하는 적어도 하나의 다리를 포함한다.
바람직하게, 베이스는 적어도 하나의 다리의 하단으로 단독으로 선다.
바람직하게, 베이스는 하나의 상호보완적인 결합부를 각각 규정하는 세 개의 다리를 포함한다.
바람직하게, 베이스가 선박 아래에 장착되고 선박을 지지하는 동안 선박은 터빈이 베이스에 장착되고 베이스에 의해 지지되도록 한다.
본 발명의 제2 측면에 따르면 수력 터빈 시스템을 지지하는 방법이 제공되며,
시스템의 선박 아래에 시스템의 베이스를 체결하는 단계;
수역에서 물 깊이가 시간에 따라 달라지는 장소에 시스템을 위치시키는 단계; 및
베이스가 수역의 바닥에 접해서 설 수 있도록 하고, 따라서 물 깊이가 낮은 기간 동안 적어도 부분적으로 물 밖에 있는 선박을 지지하도록 하는 단계를 포함한다.
바람직하게, 방법은
베이스를 선박에 체결하기 전에, 시스템의 베이스를 수역에 위치시키는 단계;
베이스 위에 선박을 위치시키는 단계;
베이스 및 선박이 서로 체결되도록 하기 위해 선박 아래로 베이스를 올리는 단계를 포함한다.
바람직하게, 방법은
베이스가 선박 아래에 체결되면 터빈을 베이스에 체결하는 단계를 포함한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따르며, 만조시에 제1 위치에 위치한 수력 터빈 및 지지 시스템의 개요도를 도시하고 있다;
도 2는 간조시 도 1의 지지 시스템을 도시하고 있다;
도 3은 만조시 제2 위치에서 조력 터빈 지지 시스템을 도시하고 있다;
도 4는 간조시 도 3의 지지 시스템을 도시하고 있다;
도 5는 만조시 제3 위치에서 본 발명의 수력 터빈 지지 시스템을 도시하고 있다;
도 6은 간조시 도 5의 지지 시스템을 도시하고 있다;
도 7은 서로 결합하여 본 발명의 시스템을 형성하는 베이스 및 선박의 개요도를 도시하고 있다;
도 8은 도 7에 도시된 장치의 사시도를 도시하고 있다.
첨부된 도면을 참조하면, 수력 터빈 지지 시스템이 도시되어 있는데, 일반적으로 (10)으로 표시되며, 많은 육상 위치로부터 수력 터빈(미도시)의 배치를 가능하게 하며, 그러한 해상 배치 시스템의 위치로는 적합하지 않은 간조시 물이 낮은 지역에 시스템(10)을 저장할 수 있도록 한다.
시스템(10)은 선박(12) 및 이하에서 상세하게 설명될 선박 아래에 위치시킬 수 있고 보유할 수 있는 베이스(14)를 포함한다. 수력 터빈(미도시)은 이후 베이스(14) 및 베이스(14) 및 터빈을 연안 배치 장소까지 운반하는데 사용되는 선박(12)에 장착될 수 있다. 선박(12)은, 바람직한 실시예에서, 터그 보트 또는 다른 적합한 선박에 의해 배치 장소까지 견인되는 바지선의 형태이지만, 선박(12)이 자체 동력을 가질 수도 있음은 이해될 수 있다.
도시된 실시예에서, 베이스(14)는 삼각형 어레이로 배치되고 복수의 수평으로 배치된 관형 지주(18)에 함께 연결된 세 개의 다리(16)를 포함한다. 베이스(14)는 임의의 다른 적합한 구성일 수 있으며, 예를 들어, 세 개 이상의 다리(16)를 포함할 수도 있음이 본 발명의 후술하는 설명으로부터 이해될 수 있다.
베이스(14) 및 선박(12)은, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 베이스에서 각 다리(16)의 상단에 형성된 돌출부(20)의 형태를 취하는 상호보완적 결합부를 규정하도록 설계된다. 선박(12)에서, 상호보완적 결합부는 바람직하게 선박(12)의 폰툰(pontoon)(26)으로 완전하게 형성된 소켓(22)의 형태를 취한다. 소켓(22)은 임의 다른 적합한 위치 또는 선박의 일부, 특히, 그 밑면에 구비될 수도 있다. 베이스(14)를 옮겨서 선박(14)에 일치시킬 때 소켓(22)은 돌출부(20)에 정렬되도록 위치되어야 한다. 돌출부(20) 및 소켓(22)은 형태상 상호보완적이며, 소켓(22) 내에서 돌출부(20)의 위치를 단순화하기 위해 도시된 대로 테이퍼인 것이 바람직하다. 시스템(10)의 두 부분을 조종하여 서로 위치시킬 때 정확도의 수준을 감소시키기 위해, 돌출부(20) 및 소켓(22)이 서로 일치하도록 가이드하는 임의 다른 적합한 수단이 적용될 수 있다.
지지 시스템(10)의 동작에 관해서, 선박(12) 및 베이스(14)는 서로 상호보완적 피트를 가지도록 설계되며, 특히 베이스(14)는 도 4 및 6에 도시된 바와 같이 베이스(14)가 선박(12) 아래에서 배치 장소로 견인될 수 있도록 선박(12) 아래에 체결될 수 있다. 이는 시스템(10)에 낮은 무게 중심을 제공함으로써 상당한 안정성을 제공하며, 거친 바다에서 시스템(10)을 조종할 때 유용하다. 또한, 베이스(14)가 선박(12) 아래에 장착된 동안 터빈(미도시)이 베이스(14)에 장착되고, 바람직하게 터빈이 선박(12)의 상부 갑판 위 및 상부 갑판으로부터 접근 가능하게 위치되도록 선박(12) 및 베이스(14)가 설계된다. 이는 베이스(14)가 선박 하부에 위치함에도 불구하고 터빈에 대한 접근을 가능하게 하며, 터빈에 대한 유지보수 또는 최종 점검이 배치 전에 수행될 수 있도록 한다.
도시된 바람직한 실시예에서 선박(12) 아래에 베이스(14)를 위치시키기 위해서 첫 번째로 베이스(14)가 예를 들어, 도 1 내지 4에 도시된 바와 같이 부두(Q) 등과 같은 해저(B) 상으로 하강된다. 선박(12)은 이후 베이스(14) 상부에 위치하도록 물에 떠 있고, 베이스(14)는 선박 아래 및 선박에 접촉하는 위치로 직접 들어올려 진다. 선박(12) 및 베이스(14)는 이후 임의의 적합한 수단에 의해 서로 체결된다. 그러나 선박(12) 및 베이스(14)는 육상에서 이 구조로 체결될 수 있으며, 이후 결합한 유닛으로서 바다로 배치될 수 있음이 예상된다. 그러나 그러한 절차는 더 큰 수송 및 리프팅 장비를 필요로 하므로, 덜 바람직하다.
도 1 내지 4를 특히 참조하면, 시스템(10)이, 유지보수, 테스트, 또는 다른 이유로 인해, 상당 기간 동안, 부두(Q)에서 유지될 필요가 있을 때가 있다. 시스템(10)이 부두(Q)에서 물속에 정박하는 시간 동안, 조수는 들어오고 나가므로, 부두(Q)에서 깊이 변화를 초래한다. 도 1 및 2는 부두(Q)에서 제1 위치에 정박한 시스템(10)을 도시하며, 서로 분리된 선박(12) 및 베이스(14)를 나타낸다. 도 1은 만조시 부두(Q)에서 시스템(10)을 도시하며, 선박(12)과 베이스(14)간 적절한 간격을 보여준다. 실질적으로 이것이 의미하는 것은 간조시 시스템(10)은 마르지 않으며, 시스템(10)은 수중에 충분히 깊이 유지되어, 베이스가 해저(B)에 접해 있는 채로 선박(12)이 떠 있고 그 아래에 있는 베이스를 지지하는 것을 유지하도록 한다. 도 2는 간조시 동일한 위치에서 있는 시스템(10)을 도시한다. 다시 적절한 간격이 선박(12) 및 베이스(14) 사이에 있다. 따라서 그러한 위치에서는 베이스가 간조시 해저(B)와 엉킬 위험은 없는데, 해저와 엉키면 시스템(10)에 손상을 줄 수도 있다.
도 3 및 4를 보면, 시스템(10)이 부두(Q)에서 제2 위치에 표시되어 있다. 도 3에서, 시스템(10)이 만조시 부두(Q)에 표시되어 있으며, 다시 적절한 간격이 선박(12) 및 베이스(14) 사이에 있다. 그러나 도 4를 참조하면, 시스템이 간조시 부두(Q)에 표시되어 있다. 이 위치에서 선박(12) 및 베이스(14)가 서로 접촉하는 것으로 표시되며, 선박(12)은 부분적으로 물 밖으로 노출되거나 물 위로 올라와 있다. 이것은 이 위치에서 그 아래에 베이스(14)를 가진 선박(12)을 베이스(14)가 부두(Q)에서 해저(B)를 접촉하지 않으면서 떠 있도록 하기에 충분한 깊이의 물이 없다는 것을 나타낸다. 그러나 본 발명의 시스템(10)은, 예를 들어 도 4에 도시된 바와 같이 부분적으로 또는 완전히 물 밖에 있을 때 베이스(14)가 그 위의 선박(12)을 지지할 수 있도록 설계된다. 사용시 조류가 물러가면, 베이스(14)의 다리(18)가 해저(B)에 접촉할 때까지 시스템(10) 주의의 수위는 천천히 하락한다. 이는 수위의 지속적인 하락에도 불구하고 시스템(10)의 추가적인 하락을 방지한다. 선박(12)의 무게가 이제 선박이 하락하는 물에 의해 부분적으로 또는 완전히 노출되면서 베이스(14)를 누르기 시작한다. 그러나 베이스(14)의 다리(18), 및 베이스(14) 및 선박(12) 사이의 인터페이스는 이하에서 더욱 상세히 설명될 안정된 방법으로 선박의 부하를 지탱하도록 설계되어, 시스템(10)이 간조시 그 위치에서 안전하게 유지되도록 한다.
선박(12) 및 베이스(14)에 선박(12)이 베이스(14)에 의해 지탱되도록 하기에 충분한 증가된 강도를 제공함으로써, 시스템(10)은 간조시 충분하지 않은 깊이의 물을 가져서 시스템(10)의 배치에 적합하지 않은 위치에 남을 수 있다. 이것은 시스템(10)이 간조시 시스템(10)에 손상을 입을 위험 없이 배치될 수 있는 위치의 수를 상당히 증가시킨다. 시스템(10)이 그렇게 설계되지 않고 간조시 그런 위치에 위치하게 되면, 베이스(14)가 선박(12)의 전체 부하를 그 위에 싣는 결과로 인해 상당한 손상이 선박(12) 및 베이스(14)에 발생할 수 있다.
충분한 구조적 보강을 선박(12) 및 베이스(14)에 제공하여 상술한 지지 성능을 달성할 뿐 아니라, 선박(12) 및 베이스(14)는 선박(12) 및 베이스(14)의 연결을 가능하게 하는 복수의 결합부를 돌출부(20) 및 소켓(22)의 형태로 규정하고 있다. 이 결합부는 특히 물 밖에서 서 있을 때 선박(12) 및 베이스(14)의 상대적인 움직임을 제한한다. 이것은 물 위로 올라가거나 심지어 수평에 대해 약간의 각도를 가진 위치에 있을 때에도 선박(12)이 부분적으로 또는 완전히 베이스(14)로부터 미끄러지지 않음을 보장한다. 또한, 시스템(10)이 물 밖에서 서 있을 때 작업이 선박(12) 및 베이스(14), 또는 터빈(미도시) 상에서 수행될 수 있도록 한다.
도 5 및 6을 참조하면, 시스템(10)이 물속 경사면(S) 위 표시된다. 경사면은 만조 범위의 지역에서 일반적으로 더 널리 이용되지만, 큰 시스템의 배치를 더 어렵게 하며, 예를 들어 저장 공간 및/또는 유지 보수 등과 같은 시스템을 설치하기에 적합한 환경을 제공하지 않는다. 그러나 본 발명의 시스템(10)은 그러한 경사면(S)으로부터 배치 및/또는 그러한 경사면(S)에 설치될 수 있으며 경사면에서 간조시 시스템(10)은 노출되지만, 도 6에 도시된 바와 같이 단독으로 서 있는 상태로 남을 수 있다. 시스템(10)의 실질적으로 수평한 방향을 유지하기 위해 경사면(S)의 기울기에 따라 블록(B)을 하나 이상의 다리(16) 아래에 위치시킬 필요가 있을 수 있다. 블록(B)은 간조 이전에 다리(18)의 자유단에 미리 설치될 수 있다. 거기에 장착되어 있다면 터빈을 포함하는 시스템(10)은 경사면(S)에 위치되어 있는 동안 및 간조 기간 동안 점검될 수 있다. 이 구조는 유지보수/검사 등을 위해 베이스(14) 하부 및 선박(12)의 하부를 접근 가능하게 할 수도 있다.
도시된 바람직한 실시예에서 시스템(10)의 설계는 도 4 및 6에 도시된 바와 같이 물 밖에서 단독으로 서 있을 때 선박의 무게 대부분이 다리(16)를 직접 통해서 전달되도록 한다. 다리(16), 및 특히 그 하부는 안정하게 유지하면서 전체 시스템이 물 밖에서 단독으로 서있도록 하며, 선박(12) 부하의 전체가 아닌 대부분을 베이스(14)가 서 있는 지면으로 전달하도록 설계된다. 이를 위해, 선박(12) 및 베이스(14)는 선박(12)이 각 다리의 상단만을 접촉하고 바람직하게 베이스(14)의 지주의 어떠한 부분도 접촉하지 않도록 바람직하게 설계된다. 다리(16)의 상단, 특히 돌출부(20), 및 선박(12)의 하부, 특히 소켓(22)은 물 밖에서 단독으로 서 있을 때 거기에 인가되는 부하를 지탱할 수 있도록 바람직하게 적합하게 강화된다.
따라서 본 발명은 배치 목적을 위해 선박(12)의 아래에 일반적으로 적재된 위치로부터 베이스(14)의 위치/방향에 변경을 필요로 하지 않으면서 수력 터빈 시스템이 물 밖에서 단독으로 서 있을 수 있도록 하는 단순하지만 효과적인 수단을 제공한다.

Claims (13)

  1. 수력 터빈 지지 시스템에 있어서,
    터빈을 장착하여 배치 장소까지 운반하는 선박;
    상기 선박의 아래면과 상호보완적 결합부를 통해 결합되어 상기 선박이 지지될 수 있는 베이스를 포함하되,
    상기 시스템이 부분적으로 또는 전부가 물 밖에 있을 때 상기 선박은 상기 베이스 상에 지지되는 것을 특징으로 하는 수력 터빈 지지 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 베이스가 스스로 서 있는 동안 상기 베이스 및 상기 선박은 상기 베이스가 상기 선박을 지지하도록 설계되는 수력 터빈 지지 시스템.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 결합부는 상기 시스템이 부분적으로 또는 완전히 물 밖에 있을 때 상기 베이스 및 상기 선박의 상대적인 움직임을 방지하는 수력 터빈 지지 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 결합부는 상기 베이스 상에 제공되는 적어도 하나의 돌출부 및 상기 선박 상에 제공되는 상호보완적인 소켓을 포함하는 수력 터빈 지지 시스템.
  6. 삭제
  7. 제5항에 있어서, 상기 베이스는 상단이 하나의 상기 상호보완적인 결합부를 포함하는 적어도 하나의 다리를 포함하는 수력 터빈 지지 시스템.
  8. 삭제
  9. 제7항에 있어서, 상기 베이스는 하나의 상호보완적인 결합부를 각각 포함하는 세 개의 다리를 포함하는 수력 터빈 지지 시스템.
  10. 제1항에 있어서, 상기 베이스가 상기 선박 아래에 장착되고 상기 선박을 지지하는 동안 상기 터빈이 상기 베이스에 장착되고 상기 베이스에 의해 지지되는 수력 터빈 지지 시스템.
  11. 선박 및 베이스를 포함하는 수력 터빈 시스템을 지지하는 방법에 있어서,
    상기 선박의 아래면에 상기 베이스가 체결되는 단계;
    수역에서 물 깊이가 시간에 따라 달라지는 장소에 상기 시스템이 위치되는 단계; 및
    상기 베이스가 상기 수역의 바닥에 접해서 상기 베이스가 상기 수역의 바닥면에 지지될 정도로 물 깊이가 기설정값보다 상대적으로 낮은 기간 동안, 적어도 부분적으로 물 밖에 있는 상기 선박이 상기 베이스에 지지되는 단계를 포함하는 수력 터빈 시스템을 지지하는 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 베이스가 상기 선박에 체결되기 전에, 상기 시스템의 상기 베이스가 수역에 위치되는 단계;
    상기 베이스 위에 상기 선박이 위치되는 단계;
    상기 베이스 및 상기 선박이 서로 체결되도록 하기 위해 상기 선박 아래로 상기 베이스가 들어올려지는 단계를 더 포함하는 수력 터빈 시스템을 지지하는 방법.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 베이스가 상기 선박 아래에 체결되면 터빈이 상기 베이스에 체결되는 단계를 더 포함하는 수력 터빈 시스템을 지지하는 방법.
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