KR20150101834A

KR20150101834A - Pc하우스와 석션파일을 이용한 해상풍력 자켓지지구조물 및 그 시공방법

Info

Publication number: KR20150101834A
Application number: KR1020140023616A
Authority: KR
Inventors: 경갑수; 정지영
Original assignee: 한국해양대학교 산학협력단
Priority date: 2014-02-27
Filing date: 2014-02-27
Publication date: 2015-09-04
Also published as: KR101645362B1

Abstract

해저에 풍력발전설비를 설치할 수 있는 자켓의 지지구조물에 관한 것으로서 작용 하중에 대한 강성 및 좌굴에 유리하고 신속한 시공이 가능하도록 제작된 PC하우스와 석션파일을 이용한 해상풍력 자켓지지구조물 및 그 시공방법에 관한 것으로서, 상기 PC하우스는 레그의 상단부와 하단부에 일체로 형성되어 자켓을 해저 지반에 석션작업을 통해 관입 설치함으로서 구조적으로 안정적이면서도 신속한 해상풍력 자켓지지구조물 시공이 가능하게 된다.

Description

PC하우스와 석션파일을 이용한 해상풍력 자켓지지구조물 및 그 시공방법{JACKET SUPPORT STRUCTURE FOR OFFSHORE WIND TURBINE USING PRECAST HOUSING AND SUCTION PILE AND THE CONSTRUCTION METHOD}

본 발명은 PC하우스와 석션파일을 이용한 해상풍력 자켓지지구조물 및 그 시공방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 해저 지반에 풍력발전설비를 설치할 수 있는 자켓지지구조물에 관한 것으로서 작용 하중에 대한 응력 및 변위에 효과적으로 저항할 수 있으면서도 안정적이고 신속한 시공이 가능하도록 제작된 PC하우스와 석션파일을 이용한 해상풍력 자켓지지구조물 및 그 시공방법에 관한 것이다.

일반적으로, 바람을 이용하여 발전을 하는 풍력발전기는 발전기의 회전축에 블레이드(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 구성된다.

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 풍력발전기는 구조나 설치 등이 간단하여 운영 및 관리가 용이하고 무인화 및 자동화 운전이 가능하기 때문에 최근에 도입이 증가하고 있는 실정이다.

과거에는 풍력발전기의 설치가 주로 육상에서 이루어졌으나, 풍력 자원, 미관, 장소의 제약 등의 문제로 인해 최근에는 해상에 대규모로 풍력발전기(해상풍력발전기)를 건설(단지화)하는 추세이다.

그러나 해상풍력발전기를 안전하게 건설하기 위해서 높은 위치에 설치될 블레이드 및 타워에 대한 안전한 설치 공법이 요구되고 있다. 이러한 해상풍력발전기의 수명은 20년 정도이며, 육상보다 대용량인 3~5MW 이상의 용량을 적용하는 것이 일반적이다.

이러한, 해상풍력발전기는 크게 기초부(Foundation, 지지구조물) 상부에 트랜지션 피스(Transition Piece: 통상 TP)가 설치되고, 상기 트랜지션 피스에 타워, 나셀(Nacelle), 블레이드를 포함하는 풍력발전설비가 설치된다.

상기 기초부(Foundation)는 대표적인 콘크리트 케이슨 타입(Concrete caisson type), 모노파일 타입(Mono-pile type), 자켓 타입(Jacket type) 및 부유식 타입(Floating type)으로 크게 나누어 볼 수 있다.

먼저, 기초부로서 콘크리트 케이슨 타입(Concrete caisson type)은 제작 및 설치가 용이하여 초기 해상풍력발전기에 사용된 타입이다. 비교적 얕은 6~10m의 수심에서 사용가능하며, 자중과 해저면의 마찰력으로 위치를 유지한다. 이때, 콘크리트 케이슨 타입의 기초 직경은 12~15m 정도이다.

다음으로 기초부로서 모노파일 타입(Mono-pile type)은 현재 가장 많이 쓰이고 있는 방식으로서, 25~30m의 수심에 설치가 가능하다. 이는 해저 면에 대구경의 파일(pile)을 항타(Driving) 또는 드릴링(Drilling)하여 고정하는 방식으로 대단위 단지에 이용하는 경우 경제성이 좋다. 이때, 모노파일 타입의 기초 직경은 3~3.5m 정도이다.

다음으로 기초부로서 자켓 타입(Jacket type)은 현재 해상풍력발전기 단지 보유국에서 많은 관심을 보이고 실증 중에 있는 타입으로 수심 20~80m에 설치가 가능한 타입니다.

이 타입은 자켓(레그, 브레이싱)을 지지하는 말뚝 또는 파일(pile)로 해저에 고정시하는 방식이다. 대수심 해양의 구조물이고 실적이 많아 신뢰도가 높은 편이며 모노파일(Mono-pile) 타입과 마찬가지로 대단위 해상풍력발전기 단지 조성에 이용하는 경우 경제성이 좋다.

마지막으로 기초부로서 부유식 타입(Floating type)은 미래 심해상 풍력발전의 필수 과제라고 할 수 있고, 수심 40~900m에 설치가 가능하도록 많은 풍력회사에서 연구 중이다.

도 1a 및 도 1b는 해상풍력발전기의 기초부에 있어 자켓 타입(Jacket type)에 사용되는 자켓파일(10), 레그(20), 브레이싱(30), 트랜지션 피스(Transition Piece: 통상 TP)의 설치도이다.

즉, 자켓파일(10) 4개가 해저 지반에 시공도록 하되 경사파일 형태로 시공되고 있음을 알 수 있다.

이러한 자켓파일(10)은 해저 지반에 시공되어 상부에는 레그(20)가 연장되도록 설치되는데 레그(20) 상부로 갈수록 서로 모여지도록 경사 설치되며 상기 레그(20)는 브레이싱재(30)에 의하여 서로 구속되어 있음을 알 수 있다.

레그(20)와 브레이싱재(30)의 연결부위는 예컨대 캔(CAN)이라 지칭되는 연결구를 이용하게 된다.

이에 통상 자켓(JACKET)이라고 하면 상기 레그(20), 브레이싱재(30)를 포함하는 의미이다.

이때 레그(20)는 해수면 위로 돌출되도록 연장되며 노출된 상면에는 상부데크(40)가 설치된다.

이러한 상부데크(40)는 사각 수평판 형태로 형성되며, 상기 상부데크(40) 상면에는 중공관 형태의 트랜지션 피스(Transition Piece: 통상 TP)가 설치된다.

이에 상기 트랜지션 피스(Transition Piece: 통상 TP)에 타워가 설치되고 타워 상단부에 나셀(Nacelle)과 블레이드가 설치된다.

이때 상기 상부데크(40)는 해상에서 H형 강재 등을 조립하여 설치하게 되는데 자중이 크지 않다는 장점은 있으나 자켓의 자중을 이용하여 해상풍력발전기를 시공함에 있어서는 오히려 단점이 된다.

이에 상부데크(40)의 자중이 커지도록 제작할 수도 있지만 상부데크의 자중이 커지게 되면 자켓뿐만 아니라 자켓을 지지하는 파일(예컨대 스커트파일)의 단면도 함께 크게 설계해야 하므로 경제성이 떨어질 수밖에 없고 이에 따라 신속한 시공이 어려워진다는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 해상풍력발전기의 자켓 타입 기초부에 있어 상부데크의 자중을 이용하여 기초부를 시공함에 있어서도 상부데크의 자중에 의한 자켓의 응력 및 변위의 증가를 억제할 수 있어 구조적으로 효율적이면서도 자켓뿐만 아니라 자켓을 지지지하는 자켓 파일의 신속하고 안정적인 시공이 가능하여 보다 효율적이고 경제적인 PC하우스와 석션파일을 이용한 해상풍력 자켓지지구조물 및 그 시공방법 제공을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.

상기 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 해상풍력발전기의 자켓 타입(레그+브레이싱재) 기초부에 있어서,

첫째, 자켓을 구성하는 레그의 상단부에 설치되는 상부데크로서 상부PC하우스를 이용하게 되며 상기 상부PC하우스 상면 중앙부에는 트랜지션 피스(Transition Piece: 통상 TP)가 일체로 형성되도록 하게 된다.

이러한 상부PC하우스는 예컨대 사각판 형태로 형성되는 것으로서 자중을 조정할 수 있도록 내부에는 중공부(S, 내부에 해수등을 주입시킬 수 있는 구조)가 형성되도록 하되 프리캐스트 콘크리트로 제작되어 그 자중을 이용하여 석션파일에 의한 해상풍력발전기의 자켓 타입 기초부의 시공 효율성이 높아지도록 하였다.

또한 상기 상부PC하우스에는 레그의 상단부와 간단하게 일체화 될 수 있도록 레그상부수용관이 미리 매립 설치될 수 있도록 하고, 중앙부에는 트랜지션 피스(Transition Piece: 통상 TP)가 역시 일체로 형성되도록 함으로서 상부PC하우스의 신속한 시공이 가능하도록 하였다.

이때 상부PC하우스는 자켓에 전달되는 하중이 너무 커지지 않도록 조정할 수 있도록 함으로서 자켓의 응력, 변위가 크게 발생되지 않도록 하였고, 이러한 자중 조정을 위하여 중공부(S)를 상부PC하우스 내부에 형성시키고, 상기 중공부(S)는 밸러스트 기능을 가져 상부PC하우스의 자중 조정 기능을 가질 수 있도록 하였다.

둘째, 상기 상부PC하우스의 자중은 레그와 브레이싱재를 통하여 셕션파일에 전달된다. 이러한 석션파일은 석셕파일의 자체 자중을 이용하여 시공되므로 석션파일의 크기는 상당한 직경을 가지도록 제작되지만 석션파일의 크기를 너무 크게 제작하는 것은 경제성과 시공성이 떨어지므로 콘크리트로 제작되는 상부PC하우스의 자중을 이용하여 석션파일의 효과적인 시공이 가능하도록 하였다.

이때 석션파일을 자켓의 레그 하단부에 하부PC하우스에 의하여 일체화되도록 시공되어 신속하고 효율적인 자켓 및 석션파일 시공이 가능하도록 하게 된다.

본 발명에 의한 해상풍력발전기의 자켓 타입 기초부는 미리 제작된 상부PC하우스를 레그 상단부에 바로 설치할 수 있으므로 타워 설치를 위한 상부데크의 기능을 가진 상부PC하우스의 제작기간 단축이 가능하고, 상부PC하우스에서의 작업공간 확보(타워등의 설치 공간)가 매우 용이하게 된다.

이러한 상부PC하우스를 설치하게 되면 레그 상단부를 서로 구속하는 기능도 가질 수 있어 자켓 상부의 브레이싱재를 최소화 시킬 수 있어 자켓의 응력 및 변위를 효과적으로 제어할 수 있으면서도 자켓 제작 및 설치에 있어 경제성을 충분히 확보할 수 있게 된다.

또한 하부PC하우스를 이용하여 석션파일(SUCTION PILE)을 시공할 수 있으므로 보다 효과적이고 경제적인 석션파일 시공이 가능하게 된다.

또한 자켓 지지에 석션파일과 일체화된 하부PC하우스를 이용함으로서 해저 지반에 시공되는 기초부의 안정성이 증대되며 하부PC하우스의 자중을 고려할 경우 지반특성(점토, 사질토)에 따른 석션파일 시공성 및 효율성을 크게 증진시킬 수 있게 된다.

또한 상부 및 하부 PC하우스와 자켓과의 연결은 유공전단연결재를 적용하여 보다 확실한 일체화가 가능하도록 함으로서 유지관리에도 유리하게 된다.

도 1a 및 도 1b는 종래 자켓 방식의 기초부를 가진 해상풍력 하부자켓지지구조물의 사시도,
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 PC하우스와 석션파일을 이용한 해상풍력 하부자켓지지구조물의 사시도 및 설치정면도,
도 3a, 도 3b, 도 3c 및 도 3d는 본 발명의 상부 및 하부 PC하우스와 석션파일의 구성상세도,
도 4a 및 도 4b는 PC하우스와 석션파일을 이용한 해상풍력 자켓지지구조물 시공방법의 순서도이다.

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.

[ 본 발명의 해상풍력 자켓지지구조물(100) ]

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 PC하우스와 석션파일을 이용한 해상풍력 자켓지지구조물(100)의 사시도 및 설치정면도를 도시한 것이다.

먼저 본 발명의 해상풍력 자켓지지구조물(100)은 쟈켓 파일, 자켓(레그, 브레이싱재) 및 상부데크에 해당하는 기술적 구성을 가지게 된다.

즉, 본 발명의 해상풍력 자켓지지구조물(100)은 자켓 파일로서 하부PC하우스(120)와 일체로 형성된 석션파일(110)을 이용하고, 상부데크로서 상부PC하우스(150)를 이용하게 되며, 레그(130), 브레이싱재(140)로 구성되는 자켓과 트랜지션피스(TP,160)를 포함하여 구성된다.

먼저, 상기 석션파일(110)은 특히 본 발명에 의한 자켓 방식의 해상풍력 자켓지지구조물(100)을 구성하는 레그(130)의 하단부에 하부PC하우스(120)를 이용하여 일체로 형성시킴에 그 기술적 특징이 있다.

이러한 석션파일(110)은 설치수심에 큰 제약이 없고, 설치가 비교적 간단한 장점이 있으며 중장비가 필요하지 않으므로 경제성을 확보할 수 있다. 특히 사질토 또는 점토질 해저 지반에서 특히 유용한 장점이 있다.

이러한 석션파일(110)은 파일(강재 또는 콘크리트) 내부의 물이나 공기와 같은 유체를 외부로 배출시킴으로써 발생된 파일 내부와 외부의 압력차를 이용하여 설치되는 파일을 말한다. 석션파일의 형상은 음압을 가하기 용이하게 상단부는 밀폐되고 하단부가 개방된, 컵을 엎어놓은 모양을 하고 있다.

이러한 석션파일(110)을 해저 지반에 안착시키면 석션파일의 자중에 의하여 파일하단부가 해저면의 일정 깊이까지 관입하게 된다. 이 상태에서 석션파일 두부에 설치된 음압 장치를 이용하여 석션파일 내부의 물을 외부로 배수시킨다.

석션파일의 구조는 하단부를 제외한 모든 부분들이 물의 흐름이 완전히 차단되어 있으므로, 내부의 물이나 공기와 같은 유체를 외부로 배출됨에 따라 석션파일 내부의 압력이 저하된다. 그 결과 석션파일 내부와 외부의 압력차가 발생하게 되어 석션파일의 자중에 의하여 기초가 관입되게 되는 것이다.

이때 석션파일의 관입을 방해하는 저항력은 석션파일 하단부의 선단지지력과 주면마찰력에 의하여 결정되며, 관입력이 저항력보다 크면 기초는 관입하게 된다.

일정한 관입깊이에 대하여 석션파일의 관입유도력은 외부와 내부의 압력차와 석션파일의 단면적인 직경의 제곱에 비례하지만, 저항력은 직경에 비례하므로 석션파일의 직경이 클수록 작은 압력차로도 설치가 가능하다.

이에 본 발명은 비교적 직경이 커지도록 제작되는 석션파일(110)을 이용하되, 직경이 커지는 만큼 레그(130)와의 연결을 용이하게 하면서, 석션파일(110) 상단부에 크게 작용하는 토압 등에 의한 수평력으로 인한 레그와 석션파일(110)의 연결부위의 좌굴 등에 효과적으로 저항하기 위하여 하부PC하우스(120)를 석션파일(110)의 상단부와 일체화 시키게 된다.

이에 도 2b와 같이 해저 지반에 하부PC하우스(120)의 저면이 접하도록 설치되며 하부PC하우스(120)의 중앙 하부에 석션파일(110)이 일체화되도록 하고 있음을 알 수 있다.

다음으로 상기 레그(130)는 석션파일(110)의 상면에 접하여 연결되도록 하게 되는데 강관을 이용할 수 있으며 레그(130)의 하단부와 석션파일(110)의 상단부는 하부PC하우스(120)에 매립되어 서로 일체화되도록 함으로서 레그(130)로 전달되는 하중이 석션파일(110)에 효과적으로 전달되도록 하면서, 레그(130)를 포함하는 자켓에 석션파일(110)이 미리 일체로 연결 제작될 수 있도록 하는 기능도 가지게 된다.

이로서 자켓 지지에 석션파일과 일체화된 하부PC하우스를 이용함으로서 해저 지반에 시공되는 기초부의 안정성이 증대되며 하부PC하우스의 자중을 이용한 석션파일의 시공이 가능하게 된다.

다음으로 상기 브레이싱재(140)는 상부로 갈수록 상단부가 서로 모여지도록 설치되는 레그(130) 사이사이에 설치되는 부재로서 레그(130)를 서로 구속하면서 작용하중이 각 레그를 통해 분산되어 하부PC하우스(120)를 거쳐 석션파일(110)로 전달되도록 하는 기능을 가진다.

이러한 브레이싱재(140)는 레그(130)의 하단부와 상단부에 있어 수평부재로 레그(130)를 구속함으로서 레그 상단부와 하단부의 좌굴 또는 변위에 효과적으로 저항하도록 하는 구조로 되어 있다.

이러한 구조로 형성시키기 위해 브레이싱재(140)는 종래 Warren I, II 또는 X 브레이싱 형태(또는 조합)로 설치될 수 있으며 레그(130) 사이사이에 설치되는 강재로서 캔과 같은 연결구(미도시)를 이용하여 레그(130)와 연결시키게 된다. 바람직하게는 효과대비 경제적으로 가장 유리한 Warren I의 형상이 본 발명에 가장 적합하다.

다음으로 상기 상부데크로서 상부PC하우스(150)는 트렌지션피스(TP,160)가 일체로 형성되는데 프리캐스트 콘크리트로 제작된 것을 이용하게 된다.

이에 트렌지션피스(TP,160)를 별도로 설치할 필요도 없고, 사각판 형태로 설치되므로 설치 직후 타워 등의 설치를 위한 작업공간 확보에 매우 유리하게 된다.

이러한 상부PC하우스(150)는 프리캐스트 콘크리트로서 제작되므로 그 자중이 레그(130)를 통하여 석션파일(110)에 전달되므로 자중을 이용하는 특성을 가진 석션파일의 해저 지반의 관입에 매우 유용하게 된다.

이때 상부PC하우스(150)의 자중은 현장여건 등을 고려하여 조정할 수 있도록 하는 것이 바람직한데 본 발명은 특히 내부에 중공부(S)가 복수개 내부에 형성되도록 하여 상부PC하우스(150)의 자중을 조정할 수 있도록 하였다.

이러한 조정은 중공부(S)를 빈 공간으로 두거나 외부에서 해수 등을 유입시키는 주입관(미도시)을 통하여 가능하게 되며 이에 상기 중공부(S)는 밸러스트 기능을 가지도록 하는 역할을 하게 된다.

또한 레그(130)와의 연결을 용이하도록 레그 상단부 삽입을 위한 레그상부수용관(151)도 미리 매립되도록 하여 간단하게 레그 상단부가 삽입되어 설치될 수 있도록 함으로서 시공성 및 신속한 설치에 의한 경제성이 확보될 수 있도록 하게 된다.

이러한 상부PC하우스(150)의 중앙부에는 트렌지션피스(TP,160)가 일체로 매립되도록 형성되며 상기 트렌지션피스(TP,160)는 타워를 설치하기 위한 일종의 소켓부로서 원형관 또는 원형링 형태로 형성시키게 된다.

이로서 본 발명의 해상풍력 자켓지지구조물(100)은 하부PC하우스(120)를 이용하여 석션파일(110)과 레그(130)를 설치하되, 브레이싱재(140)로 레그를 상하로 다단 구속하고, 해수면 위로 돌출된 레그(130)의 상단부에 트렌지션피스(TP,160)가 일체로 형성된 상부PC하우스(150)를 상부데크로 설치하게 됨을 알 수 있다.

[ 본 발명의 하부PC하우스(120) 및 상부PC하우스(150) ]

도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 하부PC하우스(120) 및 상부PC하우스(150)의 구성상세도를 각각 도시한 것이다.

먼저 도 3a 및 도 3b는 하부PC하우스(120)와 레그(130) 및 석션파일(110)과의 연결구성이 도시되어 있다.

여기서 PC의 의미는 프리캐스트를 지칭하는 것으로서 이에 하부PC하우스(120)는 프리캐스트 콘크리트(PRECAST CONCRETE) 제작 방식으로 미리 자켓을 구성하는 레그(130)와 석션파일(110)이 서로 일체화되도록 레그(130)의 하단부와 석션파일(110)의 상단부 주위에 형성시키게 된다.

이에 석션파일(110)은 상면이 폐쇄된 관 형태의 파일을 이용하며 상면에는 공기 등을 배출시킬 수 있는 석션홀(111)이 형성되어 있다.

이때 석션홀(111) 주위의 석션파일 상면에는 원형링 형태로 레그하부삽입관(112)이 형성되어 있음을 알 수 있으며 상기 레그하부삽입관(112) 외주면과 내주면에는 콘크리트와 무수축모르타르 등의 충전재 합성을 위한 유공전단연결재(113)를 다수 설치하게 된다.

이에 미리 석션파일(110) 상면에 석션홀(111)이 내측에 위치하도록 레그하부삽입관(112)을 설치하고, 콘크리트를 타설하여 석션파일(110) 상단부와 레그하부삽입관(112)의 상면과 동일한 높이로 하부PC하우스(120)를 형성시키게 됨을 알 수 있으며 이에 석션파일(110)의 상단부는 하부PC하우스(120)에 의하여 일체화됨을 알 수 있다.

이러한 레그하부삽입관(112)의 내측공간에 레그(130)의 하단부가 삽입되는데 레그(130)의 저면이 석션홀(111) 주위 석션파일 상면에 접하도록 한 후, 무수축콘크리트 등과 같은 충전재를 레그하부삽입관(112)의 상기 내측공간에 주입시켜 하부PC하우스(120)에 의하여 레그(130)와 석션파일(110)이 일체화 됨을 알 수 있다.

다음으로 도 3c 및 도 3d는 상부PC하우스(150)와 레그(130)와의 구성상세도를 도시한 것인데, 여기서 PC의 의미는 역시 프리캐스트를 지칭하는 것으로서 상부PC하우스(150)가 프리캐스트 콘크리트(PRECAST CONCRETE) 방식으로 미리 제작됨을 알 수 있다.

이러한 상부PC하우스(150)는 자중을 조정할 수 있도록 중공부(S)가 형성되도록 하여 상기 중공부(S)에는 타설되는 콘크리트가 배제되도록 하게 된다.

이러한 중공부(S)는 복수개가 설치되도록 하는데 상부PC하우스(150)에 있어 각 모서리 사이 사이에 배치시킬 수 있음을 알 수 있다.

미도시 하였지만 중공부(S)로 인한 내부 공간에는 해수등을 유입시켜 밸러스트 기능을 가지도록 할 수 있음은 살펴본 바와 같다.

또한 양 모서리 부위에는 레그(130)의 상단부가 삽입되어 무수축콘크리트등과 같은 충전재로 고정되도록 레그상부삽입관(151)이 레그(130)의 경사도를 고려하여 형성되도록 하게 된다. 이러한 레그상부삽입관(151)의 내측면과 외주면에는 유공전단연결재(153)가 형성되도록 하여 무수축콘크리트등의 충전재 및 콘크리트와의 합성성능이 증진되도록 하게 된다.

또한 상부PC하우스(150)의 중앙부위에는 트렌지션피스(TP,160)가 형성되는데 링형태의 트렌지션피스(TP,160)의 저면과 상부PC하우스(150)의 저면이 일치하도록 하고, 트렌지션피스(TP,160)의 상면은 상부PC하우스(150)의 저면으로부터 상향으로 연장되어 돌출되도록 하게 된다.

이러한 상부PC하우스(150)의 외주면에는 역시 유공전단연결재(163)이 설치되어 상부PC하우스(150)와의 일체성을 충분히 확보할 수 있도록 하게 된다.

이러한 트렌지션피스(TP,160) 내부에는 타워(200)의 하단부가 끼워지게 되고 역시 무수축콘크리트등의 충전재로 타워(200)와 상부PC하우스(150)를 일체화시키게 된다.

이로서 본 발명의 상부PC하우스(150)는 미리 제작되어 레그(130)의 상단부가 삽입되도록 설치된 후, 타워(200)를 상부PC하우스(150)의 트렌지션피스(TP,160) 내부에 끼워 설치하는 방식으로 시공하게 됨을 알 수 있다.

[ 본 발명의 PC하우스와 석션파일을 이용한 해상풍력 자켓지지구조물(100)의 시공방법 ]

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 PC하우스와 석션파일을 이용한 해상풍력 자켓지지구조물(100)의 시공순서도를 도시한 것이다.

먼저, 본 발명은 레그(130)와 브레이싱재(140)를 포함하는 자켓은 미리 공장 등에서 조립 제작하게 된다. 레그(130)의 길이에 따라 브레이싱재(140)의 설치 상하 단수가 결정될 것이며, 특히 상단부에 있어 레그(130)를 서로 구속하는 상부브레이싱틀을 이용하고 있음을 알 수 있는데 레그 길이가 길지 않다면 상부브레이싱틀을 사용하지 않아도 상관은 없으며, 상부브레이싱틀은 상부PC하우스의 안착을 위해서도 유용하므로 이를 설치하는 경우를 기준으로 살펴본다.

이때 상기 레그(130)의 하단부에는 하부PC하우스(120)와 석션파일(110)이 일체로 형성되고 있음을 알 수 있는데 이로서 본 발명의 해상풍력 자켓지지구조물은 하부PC하우스(120)와 석션파일(110) 및 레그(130)와 브레이싱재(140)를 포함하는 자켓이 일체로 조립된 것을 이용하여 이를 해상으로 이동시킨 후 그 자중에 의하여 해저 저면에 석션작업을 통해 상기 하부PC하우스(120)와 일체화된 석션파일(110)이 해저 저면에 관입되도록 시공하게 된다.

이러한 석션작업은 석션파일(110)의 석션홀(111)을 통한 공기, 해수를 외부로 펌핑하는 과정이 될 것이며 미도시 되었지만 레그의 내부를 통해 석션라인을 별도로 설치하면 된다.

이에 일정한 깊이로 석션파일(110)의 관입 시공이 완료되면 하부PC하우스(120)가 해저 저면에 접하면서 안정적으로 자켓이 해저 지반에 자립되어 안정적으로 시공됨을 알 수 있다.

다음으로는 도 4b와 같이 상부PC하우스(150)의 레그상부삽입관(151)에 레그(130)의 상단부가 삽입되도록 한 후, 레그의 상단부와 상부PC하우스(150)를 일체화시킴으로서 최종 해상풍력 자켓지지구조물(100)을 설치하게 된다.

이는 레그 상단부가 삽입된 레그상부삽입관(151)에 무수축콘크리트등의 충전재를 주입하여 간단하게 시공할 수 있다.

단지, 본 발명의 상부PC하우스(150)는 현장에서 미리 설치된 레그(130) 상단에 일체로 별도 설치할 수도 있으나 미리 레그(130) 상단부 상부PC하우스(150)도 일체로 조립 설치하여 본 발명의 해상풍력 자켓지지구조물(100)을 설치할 수 있다.(청구항 7 참조)

이러한 방식은 소형 해상풍력 자켓지지구조물(100) 설치에 적합하다고 할 것이다. 이는 신속한 시공과 해상풍력 자켓지지구조물의 크기등을 고려해서 결정하면 된다.

다음으로는 상기 상부PC하우스(150)에 설치된 트렌지션피스(TP,160)에 타워(200)의 하단부가 일체화되도록 하고 상기 타워(200)의 상단에 너셀 및 블레이트등을 포함하는 풍력발전설비를 설치함으로서 최종 해상풍력발전기를 설치하게 된다.

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: 해상풍력 자켓지지구조물
110: 석션파일 111: 석션홀
112: 레그하부삽입관 113: 유공전단연결재
120: 하부PC하우스
130: 레그
140: 브레이싱재
150: 상부PC하우스
151: 레그상부삽입관
160: 트렌지션피스(TP)
200: 타워

Claims

레그(130)와 브레이싱재(140)를 포함하는 자켓;
상기 레그(130)와 석션파일(110)이 서로 일체화되도록 레그(130)의 하단부와 석션파일(110)의 상단부 주위에 형성시킨 하부PC하우스(120); 및
상기 레그(130)의 상단부가 삽입되어 연결되며 중앙부에 트렌지션피스(160)가 일체로 형성된 것으로서 자중을 조정할 수 있도록 중공부(S)가 내부에 형성된 상부PC하우스(150);를 포함하는 PC하우스와 석션파일을 이용한 해상풍력 자켓지지구조물.
제 1항에 있어서,
상기 석션파일(110)은 상단부는 밀폐되고 하단부가 개방된 파일로서 상면에 석션홀(111)이 형성되고 상기 석션홀(111) 주위의 상면에 레그하부삽입관(112)이 형성되도록 하여 레그의 하단부가 상기 레그하부삽입관(112) 내측에 석션파일(110) 상면과 접하도록 삽입되도록 한 상태에서 레그하부삽입관(112)의 내측을 충전재로 충전시켜 레그(130)와 석션파일(110)이 하부PC하우스(120)에 의하여 서로 일체화되도록 하는 PC하우스와 석션파일을 이용한 해상풍력 자켓지지구조물.
제 2항에 있어서,
상기 레그하부삽입관(112)의 외주면과 내주면 및 레그 하단부의 외주면에는 유공전단연결재(113)가 형성되도록 하여 콘크리트와 충전재와의 합성성능이 증진되도록 하는 PC하우스와 석션파일을 이용한 해상풍력 자켓지지구조물.
제 1항에 있어서,
상기 상부PC하우스(150)는 레그(130)의 상단부가 삽입되는 레그상부삽입관(151)이 내부에 매립 형성되며, 중앙부 내부에 트렌지션피스(160,TP)가 매립 형성되도록 제작되어 자켓의 레그(130) 상단부가 상부PC하우스(150)의 레그상부삽입관(151)에 삽입되도록 한 상태에서 레그상부삽입관(151)의 내측에 충전재를 충전시켜 레그(130)의 상단부와 상부PC하우스(150)가 서로 일체화되도록 하는 PC하우스와 석션파일을 이용한 해상풍력 자켓지지구조물.
제 4항에 있어서,
상기 레그상부삽입관(151)의 외주면과 내주면 및 트렌지션피스(160)의 외주면에는 유공전단연결재가 형성되도록 하여 콘크리트와 충전재와의 합성성능이 증진되도록 하는 PC하우스와 석션파일을 이용한 해상풍력 자켓지지구조물.
육상에서 레그(130)와 브레이싱재(140)를 포함하는 자켓을 제작한 후, 상기 자켓의 레그(130) 하단부가 연결된 석션파일(110)의 상단부가 서로 일체화되도록 레그(130)의 하단부와 석션파일(110)의 상단부 주위에 하부PC하우스(120)를 형성시키는 단계;
상기 하부PC하우스(120)와 석션파일(110)이 레그의 하단부에 일체로 형성된 자켓을 해상으로 운반하여 자중에 의하여 해저 지반에 안착되도록 설치한 후, 레그의 상단부가 삽입되어 일체화되도록 상부PC하우스(150)를 설치하는 단계; 및
상기 상부PC하우스(150)의 자중을 이용한 석션작업을 통해 석션파일(110)을 해저 지반에 관입시킴으로서 하부PC하우스(120)가 해저 지반에 지지되도록 설치하는 단계;를 포함하는 PC하우스와 석션파일을 이용한 해상풍력 자켓지지구조물 시공방법.
육상에서 레그(130)와 브레이싱재(140)를 포함하는 자켓을 제작한 후, 상기 자켓의 레그(130) 하단부가 연결된 석션파일(110)의 상단부가 서로 일체화되도록 레그(130)의 하단부와 석션파일(110)의 상단부 주위에 하부PC하우스(120)를 형성시킴과 더불어 레그(130)의 상단부가 삽입되어 일체화되도록 상부PC하우스(150)를 자켓에 설치하는 단계; 및
상기 상부PC하우스(150), 하부PC하우스(120)와 석션파일(110)이 레그의 상단부와 하단부에 일체로 형성된 자켓을 해상으로 운반하여 자중에 의하여 해저지반에 안착되도록 설치한 후, 석션작업을 통해 석션파일이 해저 지반에 관입되도록 하는 단계; 를 포함하는 PC하우스와 석션파일을 이용한 해상풍력 자켓지지구조물 시공방법.
제 7항에 있어서,
상기 석션파일(110)은 상단부는 밀폐되고 하단부가 개방된 파일로서 상면에 석션홀(111)이 형성되고 상기 석션홀(111) 주위의 상면에 레그하부삽입관(112)이 형성되도록 하여 레그의 하단부가 상기 레그하부삽입관(112) 내측에 석션파일(110) 상면과 접하도록 삽입되도록 한 상태에서 레그하부삽입관(112)의 내측을 충전재로 충전시켜 레그(130)와 석션파일(110)이 하부PC하우스(120)에 의하여 서로 일체화되도록 하는 PC하우스와 석션파일을 이용한 해상풍력 자켓지지구조물 시공방법.
제 7항에 있어서,
상기 상부PC하우스(150)는 레그(130)의 상단부가 삽입되는 레그상부삽입관(151)이 내부에 매립 형성되며, 중앙부 내부에 트렌지션피스(160,TP)가 매립 형성되도록 제작되어 자켓의 레그(130) 상단부가 상부PC하우스(150)의 레그상부삽입관(151)에 삽입되도록 한 상태에서 레그상부삽입관(151)의 내측에 충전재를 충전시켜 레그(130)의 상단부와 상부PC하우스(150)가 서로 일체화되도록 하는 PC하우스와 석션파일을 이용한 해상풍력 자켓지지구조물 시공방법.