KR101355132B1 - 고정식 해상풍력발전기의 석션 버켓 기초 - Google Patents

Abstract

본 발명은 석션 버켓 타입(suction bucket type) 고정식 해상 풍력발전기의 석션 버켓 기초에 관한 것으로, 특히, 석션 버켓 기초를 해저에 고정하는 과정에서 석션 버켓 기초의 좌굴을 방지하고, 석션 버켓 기초의 수직도를 보정하며, 석션 버켓 기초가 해저에 고정되면 쇄굴현상을 방지하고, 석션 버켓 기초의 수평으로의 유동을 최대한 억제하는 석션 버켓 타입 고정식 해상 풍력발전기의 석션 버켓 기초에 관한 것이다.
이와 같은 석션 버켓 기초는 내부 공간이 형성되고, 상기 내부 공간의 유체 또는 외부의 유체가 출입되도록하는 적어도 둘 이상의 수직 보정홀이 형성된 본체와; 상기 본체의 내부 공간을 분리하되, 각각의 분리 공간에 상기 수직 보정홀이 적어도 하나 이상 포함되게 하는 수직 보정칸막이;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

고정식 해상풍력발전기의 석션 버켓 기초{Suction Bucket Foundation}

본 발명은 석션 버켓 타입(Suction Bucket Type) 고정식 해상 풍력발전기의 석션 버켓 기초에 관한 것으로, 특히, 석션 버켓 기초를 해저에 고정하는 과정에서 석션 버켓 기초의 좌굴을 방지하고, 석션 버켓 기초의 수직도를 보정하며, 석션 버켓 기초를 해저에 시공 후 쇄굴현상을 방지하고, 석션 버켓 기초의 수평으로의 유동을 최대한 억제하는 석션 버켓 타입 고정식 해상 풍력발전기의 석션 버켓 기초에 관한 것이다.

해상풍력발전의 경우 육상에 비해 동일 풍속 대비 낮은 고도에서 양질의 바람에너지를 얻을 수 있다. 이에 국제적으로 해상풍력발전의 건설이 점차 증가하고 있고 국내에서도 관련기술의 개발의 필요성이 증대되고 있다.

해상풍력 건설을 위해서는 국내여건을 고려한 '강관말뚝기초'와 관련된 기술 개발이 필수적인데, 국내의 상황은 해상풍력발전을 위한 설비개발에만 매진했고 설비를 설치하기 위한 기초구조물 및 해상환경에 대한 연구에는 상대적으로 소홀한 실정이다.

해상풍력기초로는 수심에 따라 가장 많이 시공되는 기초형식은 모노파일(Monopile)이며, 수심이 깊어질수록 트라이포드 파일(Tripod pile), 재킷 파일(Jacket pile), 석션 버켓 파일(Suction Bucket pile) 등을 적용할 수 있고, 현재 부유식 해상풍력 구조물도 개발 중에 있다.

이 중 석션 버켓 파일(200)은 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이 석션 압력(Suction pressure)을 이용한 버켓(Bucket)형식 기초로서, 석션 압력을 이용하여 시공하고, 압력 작용 정도에 따라 상이한 거동 특성을 발현한다.

이러한 석션 버켓 파일의 적용 수심은 대략 30m 이하 정도이고, 자중과 석션 압력을 이용하여 설치(직경(D):12 ~ 16m)하되, 해저에 착지 후 압력을 이용하여 설정깊이(L)로 관입하는 등 설치가 간단하여 중장비가 불필요하고, 이에 따라 설치비용이 저렴하다.

그러나 해저에 착지 후 압력을 이용하여 관입시 해저의 장애물(암석 등)에 쉽게 그 형상이 일그러지고, 수직도를 맞추기가 어려운 문제점이 있었다.

또한 설치 후에도 해류 등에 의한 쇄굴 현상으로 기초 주위의 토사가 유출되어 지지력이 감소하는 문제점이 있었다.

등록특허공보 제10-1044753호(2011.06.27.) 공개특허공보 제10-2003-0068346호(2003.08.21.)

본 발명의 목적은 석션 버켓 기초를 해저에 시공함에 있어, 좌굴 방지, 수직도 보정 및 쇄굴 현상 방지 등에 효과가 있는 석션 버켓 타입 고정식 해상 풍력발전기의 석션 버켓 기초의 제공을 목적으로 한다.

상기와 같은 본 발명의 목적은 내부 공간이 형성되고, 상기 내부 공간의 유체 또는 외부의 유체가 출입되도록 하는 적어도 둘 이상의 수직 보정홀이 형성된 본체와; 상기 본체의 내부 공간을 분리하되, 각각의 분리 공간에 상기 수직 보정홀이 적어도 하나 이상 포함되게 하는 수직 보정칸막이;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 석션 버켓 타입 고정식 해상 풍력발전기의 석션 버켓 기초에 의해 달성된다.

본 발명에 따른 석션 버켓 타입(suction bucket type) 고정식 해상 풍력발전기의 석션 버켓 기초에 의하면, 특히, 석션 버켓 기초를 해저에 고정하는 과정에서 석션 버켓 기초의 좌굴을 방지하고, 석션 버켓 기초의 수직도를 보정하는 효과가 있다.

또한, 석션 버켓 기초가 해저에 고정되면 쇄굴현상이 방지되고, 석션 버켓 기초의 수평으로의 유동을 최대한 억제하여 수직도 유지에 효과가 있다.

도 1은 종래 해상풍력발전기를 나타낸 도면,
도 2는 종래 해상풍력발전기의 기초가 되는 석션 버켓의 설치 개념도,
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 석션 버켓 기초의 다양한 실시 예를 나타낸 도면,
도 5는 도 4의 석션 버켓 기초의 수직 단면도,
도 6 및 도 7은 도 5의 석션 버켓 기초의 설치 과정을 나타낸 도면.

본 발명은 석션 버켓 타입(suction bucket type) 고정식 해상 풍력발전기의 석션 버켓 기초에 관한 것으로, 특히, 석션 버켓 기초를 해저에 고정하는 과정에서 석션 버켓 기초의 좌굴을 방지하고 석션 버켓 기초의 수직도를 보정할 수 있으며, 석션 버켓 기초가 해저에 고정되면 쇄굴 현상을 방지하고 석션 버켓 기초의 수평으로의 유동을 최대한 억제하여 해상풍력발전기의 수직도를 유지하는데 기여하는 석션 버켓 기초에 관한 것이다.

이와 같은 석션 버켓 타입 고정식 해상 풍력발전기의 석션 버켓 기초는 내부 공간이 형성되고 상기 내부 공간의 유체 또는 외부의 유체가 출입되도록 하는 적어도 둘 이상의 수직 보정홀이 형성된 본체와, 상기 본체의 내부 공간을 분리하되 각각의 분리 공간에 상기 수직 보정홀이 적어도 하나 이상 포함되게 하는 수직 보정칸막이를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기와 같은 석션 버켓 기초에 있어서, 상기 본체의 내부는 본체의 수평으로의 유동 저항을 보강하는 제1 저항부가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 본체의 표면은 본체의 수평으로의 유동 저항을 보강 및 쇄굴현상을 방지하는 제2 저항부가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 본체는 본체의 형상 유지 보강용 보강부가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 양호한 실시예를 도시한 첨부 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명은 석션 압력(Suction pressure)을 이용한 버켓(Bucket)형식 기초에 관한 것으로서, 수직 보정홀(20)이 형성된 본체(100)와, 본체(100)의 내부 공간을 여러 개로 나누는 수직 보정칸막이(10)를 포함하는 것이 가장 큰 특징이다.

즉, 본 발명의 1실시 예에 따른 석션 버켓 기초는 도 3의 TYPE-1과 같이 본체(100)와, 수직 보정칸막이(10)를 포함하며, 구체적으로는 본체(100)의 내부는 빈공간이고 상부는 막혀 있으며, 하부는 개방된 원통형이다.

여기서, 본체(100)의 형상은 설치 지역의 환경 특성(예, 해저 환경) 등을 고려하여 다양한 형상으로의 설계 변경이 가능하고, 수직 보정홀(20)은 상부에 설치된 것으로 표현되었으나, 이에 한정하지 않으며 바람직하게는 본체(100)의 상부에 다수개 구비되고, 개폐가 가능하도록 각각의 수직 보정홀(20)에 밸브(미도시)가 구비된다.

수직 보정칸막이(10)는 본체(100)의 내부 공간을 2분할, 3분할, 4분할, …, n분할 가능하며, 특히 전체적으로 분할할 수도 있겠으나, 바람직하게는 도 3과 같이 상부측 일부분만을 분할하고, 본체(100)의 내주면 측의 수직 보정칸막이(10)의 하부는 도 3과 같이 본체(100)의 내주면 하부를 따라 본체(100)의 하부 끝단까지 연장되어 구성된다.

이와 같은 수직 보정칸막이(10)는 본체(100)의 내부 공간 중 상부를 분할하되, 분할된 각각의 공간이 적어도 하나 이상의 수직 보정홀(20)이 포함되고, 해저에 본체(100)가 관입되면 수직 보정칸막이(10)의 바닥이 해저면에 닿게 되어 본체(100)의 내부 공간이 여러 공간으로 분할된다. 따라서, 본체(100)가 해저에 관입되는 과정에서 기울어지더라도 각각의 내부 공간이 분할되고, 각각의 수직 보정홀(20)의 개폐에 따라 본체(100)의 수직도를 보정할 수 있게 된다.

한편, 수직 보정칸막이(10)는 본체(100)의 수직 보정에 관해서만 설명하였으나, 본체(100)의 내주면측의 수직 보정칸막이(10)의 하부는 도 3과 같이 본체(100)의 내주면 하부를 따라 본체(100)의 하부 끝단까지 연장되었으므로 이를 통해 본체(100)의 강성을 보강하는 역할 또한 가능하다.

본 발명의 2실시예에 따른 석션 버켓 기초는 도 3의 TYPE-2와 같이 본체(100)와, 수직 보정칸막이(10)와, 보강부(30)를 포함한다.

즉, 상기 1실시 예에 따른 석션 버켓 기초의 구성에 보강부(30)가 더 포함된 것이 특징인데, 이러한 보강부(30)는 본체(100)의 형상 유지 보강을 위한 구성으로서, 본체(100)의 강성을 보강한다.

구체적으로, 본체(100)의 내측 상부에서 하부에 이르기까지 본체(100)의 내측면으로부터 수직으로 연장되는 구성으로, 도 3의 TYPE-2에서는 본체(100)의 내측에 설치된 것으로 표현되었다.

본 발명의 3실시예에 따른 석션 버켓 기초는 도 3의 TYPE-3과 같이 본체(100)와, 수직 보정칸막이(10)와, 제1 저항부(40)를 포함한다.

즉, 상기 1실시예에 따른 선셕 버켓 기초의 구성에 제1 저항부(40)가 더 포함된 것이 특징인데, 이러한 제1 저항부(40)는 본체(100)의 수평으로의 유동 저항을 보강하는 구성이다.

구체적 구성 및 설치 위치는 바람직하게도 본체(100)의 내주면에 도 3의 TYPE-3과 같이 적어도 하나 이상 설치된다. 그리고 본체(100)의 해저 관입시 저항을 최소화하기 위해 하부측은 폭이 좁고, 상부측은 폭이 넓은 형태로 설치된다(도 5참조).

이와 같은 제1 저항부(40)는 본체(100)의 내측에 설치된 것으로 표현되었으나, 외측에 설치되는 것도 가능하며, 양측 모두 설치되는 것 또한 가능하다.

본 발명의 4실시예에 따른 석션 버켓 기초는 도 3의 TYPE-4와 같이 본체(100)와, 수직 보정칸막이(10)와, 보강부(30)와, 제1 저항부(40)를 포함한다.

즉, 상기 1,2,3실시예의 구성을 모두 포함하는 것이어서, 구체적 구성 및 작용효과는 상기 전술한 설명으로 대체한다.

본 발명의 5실시예에 따른 석션 버켓 기초는 도 4의 TYPE-5와 같이 본체(100)와, 수직 보정칸막이(10)와, 보강부(30)와, 제1 저항부(40)와, 제2 저항부(50)를 포함한다.

즉, 1 내지 4실시예의 구성을 모두 포함하고, 이에 더하여 제2 저항부(50)가 더 구비된 구성으로, 제2 저항부(50)는 도 4와 같이 본체(100)의 측면으로부터 연장되고 끝단은 설정 각도로 꺾여 있으며, 하부에는 방사형으로 보강플레이트(60)가 다수개 장착되어 있는 구성이다.

이와 같은 제2 저항부(50)는 본체(100)의 수평으로의 유동 저항을 보강하고, 쇄굴현상(주위의 흙, 모래 등이 쓸려가면서 파이는 현상)을 방지한다.

도 6 및 도 7은 5실시예에 따른 석션 버켓 기초의 설치 과정을 나타낸 것으로, 설명하면 본체(100)는 자중 및 수압에 의해 해저에 관입되는데 이때 도 6과 같이 기울어져 관입되는 것이 보통이다.

즉, 본체(100)의 수직 보정홀(20)과, 이 수직 보정홀(20)과 연결된 펌프(미도시)를 이용하여 본체(100) 내부의 공기를 빼내어 수압으로 본체(100)를 해저에 관입하는 것인데, 보통의 경우 도 6과 같이 본체(100)가 기울어진다.

따라서, 수직도를 보정해야 하는데, 본 발명에서는 수직 보정칸막이(10)와, 수직 보정홀(20)을 통해 보정할 수 있다. 구체적으로, 수직 보정칸막이(10)의 하단과 해저가 만나면 본체(100)의 내부 공간은 독립적인 다수개의 공간이 형성되고, 본체(100)의 기울어진 정도에 따라 해당 수직 보정홀(20) 개방을 조절하면서 내부의 유체를 배출하면 해당 공간의 압력이 낮아져 해당 공간이 수압에 의해 눌려지면서 본체(100)의 수직도가 보정된다.

보정이 이루어지면 수직 보정홀(20)을 모두 개방하여, 본체(100)를 해저에 관입한다. 또는 보정과 동시에 본체(100)를 해저에 관입할 수도 있음이다.

이상 본 발명이 양호한 실시예와 관련하여 설명되었으나, 본 발명의 기술 분야에 속하는 자들은 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에 다양한 변경 및 수정을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 진정한 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 본체 10: 수직 보정칸막이
20: 수직 보정홀 30: 보강부
40: 제1 저항부 50: 제2 저항부

Claims (5)

1. 내부 공간이 형성되고, 상기 내부 공간의 유체 또는 외부의 유체가 출입되도록하는 적어도 둘 이상의 수직 보정홀(20)이 형성된 원통형의 본체(100)와;
   상기 본체(100)의 내부 공간을 분리하되, 각각의 분리 공간에 상기 수직 보정홀(20)이 적어도 하나 이상 포함되게 하는 수직 보정칸막이(10);를 포함하며,
   상기 본체(100)의 내부는 본체(100)의 수평으로의 유동 저항을 보강하도록 본체(100)의 내측 둘레로부터 본체(100)의 내측으로 돌출된 제1 저항부(40)가 적어도 하나 이상 더 구비되되,
   상기 제1 저항부(40)의 상단은 수평이고, 하단은 본체(100)의 둘레에서 돌출된 선단에 이르기까지 상향 경사지게 형성되고,
   상기 본체(100)의 표면은 본체(100)의 수평으로의 유동 저항을 보강 및 쇄굴현상을 방지하도록 상기 본체(100)의 외측 둘레로부터 본체(100)의 외측으로 연장된 제2 저항부(50)가 더 구비되되,
   상기 제2 저항부(50)는 선단이 하향 경사지게 형성되고, 하부에는 방사형으로 보강플레이트(60)가 다수개 장착되며,
   상기 본체(100)의 형상 유지 보강을 위해 상기 본체(100)의 내측 상부에서 하부에 이르기까지 본체(100)의 내측면으로부터 수직으로 연장되는 보강부(30)가 적어도 하나 이상 더 구비되는 것을 특징으로 하는 고정식 해상 풍력발전기의 석션 버켓 기초.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제

Images