KR20130062008A - 해상 풍력 발전 단지 - Google Patents

Abstract

해상 풍력 발전 단지가 개시된다. 본 발명의 해상 풍력 발전 단지는, 해상에 설치되며 바람이 가진 에너지를 전기에너지로 변환시키는 나셀(nacelle)을 지지하는 복수의 타워; 및 해수면 아래로 잠기는 상기 복수의 타워의 하부 영역을 상호 연통시키는 복수의 이동통로를 포함한다.

Description

해상 풍력 발전 단지{MARINE WIND FARM}

본 발명은, 해상 풍력 발전 단지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 해상에서 풍력발전기의 유지 보수 시 풍력발전기 상호 간을 안전하고 편리하게 이동할 수 있는 해상 풍력 발전 단지에 관한 것이다.

풍력 발전이란 자연의 바람으로 풍차(風車)를 돌리고, 이것을 기어기구 등을 이용하여 속도를 높여 발전기를 돌리는 발전 방식을 말한다. 풍력발전은 자연상태의 무공해 에너지원으로 현재의 대체에너지원 중 가장 경제성이 높은 에너지원으로써 바람의 힘을 회전력으로 전환시켜 발생되는 전력을 전력계통이나 수요자에 직접 공급하는 기술이다.

풍력발전기란 다양한 형태의 풍차를 이용하여 바람 에너지를 기계적 에너지로 변환하고, 이 기계적 에너지로 발전기를 구동하여 전력을 얻어내는 장치를 말한다. 이러한 풍력발전기는 무한정의 청정에너지인 바람을 동력원으로 하므로 기존의 화석연료나 우라늄 등을 이용한 발전방식과 달리 발열에 의한 열공해나 대기오염 그리고 방사능 누출 등과 같은 문제가 없는 무공해 발전방식이다.

풍력발전은 바람에너지를 날개를 이용해서 전기에너지로 바꾸게 되는데 이때 이론상 날개의 바람에너지 중 59.3%만이 전기에너지로 바뀔 수 있다고 한다. 이것도 날개의 형상에 따른 효율, 기계적인 마찰, 발전기의 효율 등을 고려하면 실제적으로 20 ~ 40%만이 전기에너지로 이용될 수 있다.

풍력발전기는 날개의 회전축이 놓인 방향에 따라 수평축 발전기와 수직축 발전기로 구별된다. 수직축 풍력 발전기는 회전축이 바람의 방향에 대해 수직인 풍력발전기로, 이 발전기는 바람의 방향과 관계없이 운전 가능하며(요잉 시스템 불필요), 증속기 및 발전기가 지상에 설치되므로 그 하중이 비교적 적어 설치시 건설 비용이 적게 소요되는 장점이 있다. 다만, 시스템 종합 효율이 낮고, 자기동(self-starting)이 불가능하며 시동 토크가 필요한 단점이 있다.

이러한 수직축 발전기는 수평축 발전기에 비해 효율이 떨어지기 때문에, 현재 실시되고 있는 풍력발전기는 대부분 수평축 발전기이다. 수평축 풍력 발전기는 회전축이 바람이 불어오는 방향에 수평인 풍력 발전기로 현재 가장 안정적이고 고효율적인 풍력발전기로 인정되고 있다.

수평축 풍력발전기도 날개의 수가 세 개인 것과 두 개인 것 그리고 하나인 것으로 나눌 수 있다. 날개가 두 개인 형태는 주로 바다에 세우는 초대형 발전기(예상 발전용량 3-6메가와트)에 많고, 지상에 세워지는 풍력발전기는 대부분 세 개의 날개를 가지고 있다. 또한 풍력으로부터 오는 힘이 발전기에 전달될 때 기어 등의 중개장치를 이용하는지, 그 힘이 날개 이외의 아무런 매개체도 거치지 않고 직접 전달되는지에 따라 형태가 달라진다.

한편 풍력발전기의 주요 구성을 살펴보면 풍력발전기는 바람이 가진 에너지를 회전력으로 변환시켜 주는 장치인 회전체(rotor)와, 회전체에 연결되어 회전되는 블레이드(blade)와, 터빈 및 기계 브레이크 시스템에 발생되는 과부하를 방지하기 위한 장치로 블레이드 주 코드 방향이 회전면과 수직이 되도록 피치각을 90도로 회전시켜 최대의 공력저항으로 로터를 제동시키는 원리로 작동되는 브레이크 시스템과, 바람의 세기에 관계없이 일정한 전력을 생산하도록 하는 운전시스템과, 회전체를 지지하는 타워(Tower)로 구성된다.

육지에 설치된 풍력 발전 단지에 있는 풍력발전기의 경우에는 유지 보수를 위해 풍력발전기 사이를 이동하는 것이 편리하다. 그러나, 해상에 설치된 풍력 발전 단지의 경우 유지 보수를 위해 풍력발전기 상호 간을 이동하기 위해서는 보트나 헬기 등을 이용해야 한다.

그리고 바람이 많이 불거나 파고가 높을 경우 풍력발전기에 접근이 어렵고, 헬기나 보트 등을 이용 시 추가적으로 비용이 발생되는 단점이 있다.

한국특허등록공보 제10-0638081호(워벤 알로이즈) 2006. 10. 18.

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 해상 풍력 발전 단지 내에서 풍력발전기 상호 간을 보트나 헬기와 같은 이동수단 없이 이동할 수 있는 해상 풍력 발전 단지를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 해상에 설치되며 바람이 가진 에너지를 전기에너지로 변환시키는 나셀(nacelle)을 지지하는 복수의 타워; 및 해수면 아래로 잠기는 상기 복수의 타워의 하부 영역을 상호 연통시키는 복수의 이동통로를 포함하는 해상 풍력 발전 단지가 제공될 수 있다.

또한 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 해상에 설치되며 바람이 가진 에너지를 전기에너지로 변환시키는 나셀(nacelle)을 지지하는 복수의 타워; 해수면 아래로 잠기는 상기 복수의 타워의 하부 영역을 상호 연통시키는 복수의 이동통로; 상기 복수의 타워를 상호 연결하되 상기 이동통로와 이격 설치되는 댐핑 플레이트; 및 일단부는 상기 이동통로에 결합되고 타단부는 상기 댐핑 플레이트에 결합되어 상기 댐핑 플레이트를 탄성 지지하는 탄성부재를 포함하는 해상 풍력 발전 단지가 제공될 수 있다.

상기 댐핑 플레이트의 내부 공간은 비어 있으며, 상기 댐핑 플레이트의 외벽에는 해수가 유입 및 유출될 수 있는 복수의 홀이 마련될 수 있다.

본 발명의 실시예들은, 해상 풍력 발전 단지에 설치된 복수의 풍력발전기 상호 간을 이동할 수 있게 연결함으로써 풍력발전기의 유지 보수를 위한 이동을 위해 보트나 헬기가 필요 없고, 바람이 많이 불거나 파고가 높은 날에도 풍력발전기의 유지 보수가 가능하여 풍력발전기의 이용률을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력 발전 단지를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 해상 풍력 발전 단지에서 풍력발전기 상호 간의 연결 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 해상 풍력 발전 단지를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 도 3에 도시된 해상 풍력 발전 단지에서 댐핑 플레이트가 해류에 의해 변형되어 해류로 인한 충격이 상쇄되는 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력 발전 단지를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 해상 풍력 발전 단지에서 풍력발전기 상호 간의 연결 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 해상 풍력 발전 단지(1)는, 해상에 설치되며 바람이 가진 에너지를 전기에너지로 변환시키는 나셀(N, nacelle)을 지지하는 복수의 타워(10)와, 해수면 아래로 잠기는 복수의 타워(10)의 하부 영역을 상호 연통시키는 복수의 이동통로(20)를 구비한다.

본 실시 예에서 해상 풍력발전기는 저심도의 해상에 설치되므로 타워(10)는 그 하측부에 타설된 콘크리트에 의해 해저에 고정된다. 그리고 해저에 고정된 타워(10)의 하측부 내부에는 후술하는 이동통로(20)를 통해 타워(10)의 상측부까지 이동할 수 있도록 공간이 마련된다.

이동통로(20)는 복수의 타워(10)를 상호 연결하여 작업자의 이동 통로가 되거나 부품 등을 이동시킬 수 있는 통로가 되는 것으로서, 이러한 이동통로(20)는 복수의 철근콘크리트 구조물 또는 프리스트레스트 콘크리트 구조물을 이용하여 침매공법으로 시공될 수 있다.

침매공법이란 육상에서 제작한 콘크리트 박스 구조물을 부력을 이용해 물위에 띄워 설치지점으로 운반하여 가라앉힌 후 수압차이를 이용하여 구조물을 서로 접합시켜 터널을 완성해가는 방법을 말한다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 해상 풍력 발전 단지를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 4는 도 3에 도시된 해상 풍력 발전 단지에서 댐핑 플레이트가 해류에 의해 변형되어 해류로 인한 충격이 상쇄되는 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.

본 실시 예에 따른 해상 풍력 발전 단지(100)는 전술한 이동통로(20) 외에 해류에 의한 이동통로(20)를 보호하기 위해 댐핑 플레이트(130)와 탄성부재(140)를 더 구비한 점에서 차이점이 있다.

일반적으로 바다 속은 육상의 바람에 대응되는 해류의 흐름이 있어 이동통로(20)가 설치되는 주변의 환경에 따라 해류의 유속 등이 다르고, 설계 시 이러한 환경을 고려해야 한다.

본 실시 예의 댐핑 플레이트(130)는, 타워(10)의 외벽에 용접 결합 등의 방식으로 결합되며, 내부식성이 있고, 도 4에 도시된 바와 같이, 해류의 영향을 받는 경우 휨 등이 가능한 재질로 제작될 수 있다.

그리고 댐핑 플레이트(130)의 외측벽에는 해수가 유입 및 유출될 수 있는 복수의 홀(131)이 마련되고, 유입된 해수가 잔류될 수 있는 공간이 마련된다. 따라서 댐핑 플레이트(130)는 자체의 재질적인 특성에 의한 휨 등의 변형으로 해류로부터 전해지는 충격을 1차적으로 상쇄할 수 있고, 해류의 충격이 가해지는 경우 홀(131)을 통해서 해수가 유입 및 유출되면서 충격을 2차적으로 상쇄할 수 있다.

본 실시 예의 탄성부재(140)는, 댐핑 플레이트(130)의 휨 변형을 탄성적으로 지지하여 충격이 상쇄된 경우 댐핑 플레이트(130)를 원위치로 복귀시키는 역할을 한다.

이상에서 살펴 본 바와 같이 본 실시예는 해류의 충격이 가해지는 경우 댐핑 플레이트(130)의 휨 변형 등에 의해 충격이 상쇄되어 이동통로(20)에는 충격이 전달되지 않으므로 이동통로(20)를 안전하게 보호할 수 있는 이점이 있다.

이와 같이 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

1,100 : 해상 풍력 발전 단지 10 : 타워
20 : 이동통로 130 : 댐핑 플레이트
131 : 홀 140 : 탄성부재

Claims (3)

1. 해상에 설치되며 바람이 가진 에너지를 전기에너지로 변환시키는 나셀(nacelle)을 지지하는 복수의 타워; 및
   해수면 아래로 잠기는 상기 복수의 타워의 하부 영역을 상호 연통시키는 복수의 이동통로를 포함하는 해상 풍력 발전 단지.
2. 해상에 설치되며 바람이 가진 에너지를 전기에너지로 변환시키는 나셀(nacelle)을 지지하는 복수의 타워;
   해수면 아래로 잠기는 상기 복수의 타워의 하부 영역을 상호 연통시키는 복수의 이동통로;
   상기 복수의 타워를 상호 연결하되 상기 이동통로와 이격 설치되는 댐핑 플레이트; 및
   일단부는 상기 이동통로에 결합되고 타단부는 상기 댐핑 플레이트에 결합되어 상기 댐핑 플레이트를 탄성 지지하는 탄성부재를 포함하는 해상 풍력 발전 단지.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 댐핑 플레이트의 내부 공간은 비어 있으며,
   상기 댐핑 플레이트의 외벽에는 해수가 유입 및 유출될 수 있는 복수의 홀이 마련된 것을 특징으로 하는 해상 풍력 발전 단지.

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