KR102521885B1 - 잭킹 방식으로 설치가 이루어지는 해상풍력발전 구조체 및 이의 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 밸러스트 탱크를 구비하며 부유식 이동 가능한 본체 상측으로 발전용 터빈 및 타워를 부두에서 미리 조립한 상태로 예인선을 통해 해상 이동시키되 임시설치된 잭업 장치를 사용하여 레그를 내려 해저 암반층 상에 설치 및 레벨링 작업이 이루어지는 해상풍력발전 구조체 및 이의 시공방법에 관한 것이다.

Description

잭킹 방식으로 설치가 이루어지는 해상풍력발전 구조체 및 이의 시공방법 {Offshore wind farm structure installed by jacking method and its construction method}

본 발명은 해상풍력발전 구조체에 관한 것으로, 자세하게는 밸러스트 탱크를 구비하며 부유식 이동 가능한 본체 상측으로 발전용 터빈 및 타워를 부두에서 미리 조립한 상태로 예인선을 통해 해상 이동시키되 임시설치된 잭업 장치를 사용하여 레그를 내려 해저 암반층 상에 설치 및 레벨링 작업이 이루어지는 해상풍력발전 구조체 및 이의 시공방법에 관한 것이다.

최근 화석연료로 인한 환경오염문제가 심각해짐에 따라 친환경 재생에너지에 관한 많은 연구·개발이 이루어지고 있는 가운데, 풍력발전은 수직으로 설치된 타워에 바람을 통해 회전하는 대형 블레이드와 이를 통해 전력을 생산하는 발전기와 부속장비를 타워 상부에 설치하는 구조물을 통해 전력을 생산한다.

이러한 풍력발전장치는 기본적으로 대형의 블레이드가 외부에 노출됨에 따라 비교적 넓은 설치 공간이 요구되며 특히 원하는 양의 전력생산을 위해 다수의 풍력발전기가 일정거리를 유지하여 설치되어야 하므로 설치장소 확보에 제약이 따르게 된다.

특히 대형 블레이드의 고속 회전시 발생하는 소음 및 발전기 가동 소음이 주변 민원 발생요인이 됨에 따라 도심에서 떨어진 외곽에 설치할 수밖에 없는 실정으로 해상에 풍력발전 구조물을 시공함으로 이러한 문제를 해결하고자 하는 사업이 검토되고 있다.

해상풍력발전 구조물은 기본적으로 바람을 비롯하여 풍랑, 조수의 움직임에도 견고한 고정이 선행되어야 함에 따라, 과거에는 콘크리트를 타설하여 지지대를 만들어 상부의 타워를 지지하는 방식을 사용하기도 했으나, 근래에는 더 많은 전력확보를 위해 해양 터빈의 크기도 커지고, 더 깊은 해저면에 설치가 요구되는 어려움이 있다.

이에, 상당한 높이의 구조물이 다방향에서 가해지는 하중을 견딜 수 있도록, 오일, 가스 채취를 위한 해상구조물에 주로 사용되는 방식으로 해저면의 암반층을 굴착 후 파일을 막는 파일링이 많이 고려되었다.

하지만, 개별 터빈의 발전 능력에 한계로 인해 원하는 전력을 얻기 위해서는 수십 내지 수백 대의 풍력발전구조체가 필요한 상황에서 각 구조체가 모두 파일링 작업시 지반구조에 악영향을 줄 뿐 아니라 설치비 또한 과다하게 투입되어 실질적으로 경제성이 낮아지는 결과를 초래하였다.

대한민국 등록특허 제10-1189681호(2012.10.04)

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 부두에서 부유식 이동 가능한 본체에 발전용 터빈 및 타워를 미리 설치한 상태로 해상 이동 후 임시설치된 잭업장치를 사용하여 레그를 해저면 암반층에 설치함으로 환경을 보호하고 시공 편의성을 개선하고 비용을 절감할 수 있는 잭킹 방식으로 설치가 이루어지는 해상풍력발전 구조체 및 이의 시공방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 위한 본 발명 잭킹 방식으로 설치가 이루어지는 해상풍력발전 구조체는 해상에 풍력발전 터빈 및 상기 터빈을 지지하는 타워를 설치하기 위한 해상풍력발전 구조체에 있어서, 수상에 부유 가능한 구조물로서, 테두리 측으로 설정된 간격을 두고 상하방향으로 관통된 복수의 레그지지부가 형성되고, 중앙 상측으로 타워 및 풍력발전 터빈이 설치되는 본체; 상기 레그지지부에 삽입되어 상하방향으로 슬라이드 이동 가능한 봉 형상의 구조물로서, 하단에 반경이 커졌다가 점차 작아지는 원뿔형태의 스퍼드가 형성되며, 상기 스퍼드가 해저 암반층에 안착된 상태에서 해상에 위치한 상기 본체가 지지될 수 있는 높이로 제작되는 복수의 레그; 상기 레그지지부에 탈착 가능하며 상기 레그 외측 일부 또는 전체를 감싸도록 임시 설치되어 상기 레그를 하강 또는 상승시키는 구조물로서, 상기 레그를 상하방향으로 움직이도록 허용하거나 고정하도록 동작하는 고정부와, 상기 고정부의 상측 또는 하측으로 이격되어 설정된 범위 내에서 상하방향으로 움직이되 상기 레그와 임시적인 결합 및 해체가 이루어지는 이동부와, 상기 이동부를 상하측으로 움직이는 액추에이터로 구성되는 잭킹수단; 상기 레그지지부에 설치되어, 상기 잭킹수단 탈거 상태에서 레그가 움직이지 않도록 고정하는 고정수단; 을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때 상기 본체는, 수평도를 측정하는 수평감지부와, 내부에 설정된 구획의 격실 형태로 구성된 밸러스트 탱크와, 상기 밸러스트 탱크에 해수를 주입하거나 상기 밸러스트 탱크에 수용된 해수를 배출시키는 펌프부를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 잭킹수단은, 상기 레그를 하측으로 이동시키는 상태에서 상기 액추에이터 구동에 소요되는 구동 소스를 감시하며 상기 스퍼드의 위치를 퇴적점토층과 퇴적모래층과 풍화토와 풍화암으로 구분하여 판단하는 암반감지부를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 본체는, 연결수단을 통해 연결되어 해저면에 설치되는 복수의 인공어초와, 상기 연결수단에 가해지는 장력을 측정하는 장력감지부와, 상기 터빈을 통해 생산된 전력을 통해 해수를 흡입 후 분해하여 수소를 생산하는 수전해수단과, 생산된 수소를 임시저장 및 이송하는 수소공급부를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 스퍼드를 외측으로 감싸며 상측으로 형성되되 하측이 개방된 원통형의 흡입관과, 상기 흡입관 내부를 감압시키는 감압부를 구비하여, 하측으로 토사가 흡입되며 레그가 토사층을 뚫고 하측으로 이동하는 것을 돕는 석션수단; 을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기와 같은 목적을 위한 본 발명 잭킹 방식으로 설치가 이루어지는 해상풍력발전 구조체의 시공방법은 육상에서 본체 중앙 상측으로 타워 및 풍력발전 터빈을 조립하고, 각 레그지지부에 레그를 삽입 및 고정하는 준비 단계; 준비된 본체를 해상에 띄워 설치장소로 이동하는 단계; 레그지지부에 잭킹수단을 결합하여 레그를 하강시키며 암반층에 안착시키는 잭킹 단계; 구비된 레그를 개별적으로 승하강시키며 본체의 수평을 조절하는 레벨링 단계; 본체 수평 조절에 따라 각 레그지지부에 삽입된 레그를 고정 후 잭킹수단을 탈거하는 단계; 로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 밸러스트 기능을 갖는 본체에 발전용 터빈 및 타워를 미리 설치한 상태로 해상 이동 후 임시설치된 잭업 장치를 사용하여 레그를 해저면 암반층에 설치함에 따라 별도의 설치 선단이 필요하지 않고, 개별 잭업 방식으로 레그가 설치 및 조절됨에 따라 굴곡이 많고 지반이 약한 해저면에도 안정적인 설치가 가능하다.

특히 잭업을 위한 고가의 유압설비를 포터블 타입(Portable type)으로 사용함으로 1세트로도 다수의 설치작업 및 레벨링 작업이 이루어질 수 있다.

또한, 전통적으로 해상구조체에 적용되던 헤머링을 통해 지반을 뚫어 삽입하는 자켓(Jacket) 방식에 비해 잭업 방식으로 레그의 하단이 암반층에 안착됨으로 지반이나 해저 환경에 대한 악영향 및 시공 소음이 없다.

또한, 본체의 하부 공간을 활용하여 수소 생산, 저장 장치 및 고층 인공어초 등을 설치하는 등 친환경 설계 여건이 조성되며 지역 어민 수용성을 대폭 강화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 외형 구조를 나타낸 사시도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 설치 구조를 나타낸 측면도,
도 3은 본 발명에 적용되는 잭킹수단의 예시를 나타낸 작동상태도,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 내부 구조를 나타낸 투시도,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 설치모습을 나타낸 측면도,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 조립, 운송, 설치 방법을 나타낸 공정도,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 조립, 운송, 설치 방법을 나타낸 순서도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명 잭킹 방식으로 설치가 이루어지는 해상풍력발전 구조체 및 이의 시공방법을 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 외형 구조를 나타낸 사시도, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 설치 구조를 나타낸 측면도로서, 본 발명은 해상에 풍력발전 터빈 및 상기 터빈을 지지하는 타워를 설치하기 위한 해상풍력발전 구조체로서, 기본적으로 수상에 부유 가능한 구조물인 본체(110)를 활용한다.

상기 본체(110)는 중앙 상측으로 타워 및 풍력발전 터빈이 설치되는 납작한 형태를 갖게 되며, 해상에 부유하여 이동 가능한 구조로 이루어짐에 따라 육상에서 타워(102) 및 풍력발전 터빈(101)을 본체에 미리 조립 및 시운전을 완료한 상태로 해상이동함에 따라 종래와 같이 해상에서 무거운 구성품을 조립하기 위한 대형해상크레인 및 이의 이동과 운용을 위한 선단이 필요치 않다.

이를 위해 상기 본체(110)는 상부에 타워(102) 및 풍력발전 터빈(101)이 설치된 상태에서도 부력을 유지하며 전후좌우 측에서 바람이나 파도가 가해지더라도 쉽게 전복되지 않도록 적정한 면적을 갖도록 하되 적당한 복원성을 유지하고 흘수와 트림을 조절하기 위해 밸러스트를 구비할 수 있다.

다양한 형태로 제작이 될 수 있으나 본 발명의 실시예에서는 육상에서 해상에 걸친 이동성을 비롯하여 해상설치에 따른 안정성 및 경제성을 고려하여 평면이 삼각형 형상을 하도록 본체를 구성하고 있다.

이때 상기 본체(110) 테두리 측으로는 설정된 간격을 두고 상하방향으로 관통된 복수의 레그지지부(111)가 형성된다. 본 발명의 실시예에서는 상기 본체(110)가 삼각형 형상으로 이루어짐에 따라 각각의 꼭짓점 부분마다 총 3개의 레그지지부(111)가 형성된 모습을 도시하고 있으며, 만약 상기 본체가 4각형 형상일 경우 4개의 레그지지부가 형성되는 등 본체의 형상에 대응하여 추후 해저면에 안정적으로 레그를 안착시킬 수 있도록 적정한 수의 레그지지부가 구비될 수 있다.

상기 레그지지부(111)에는 상하방향으로 슬라이드 이동 가능하도록 삽입되는 봉 형상의 구조물인 레그(130)가 각각 설치된다. 마찬가지로 상기 레그(130)는 육상에서 본체에 끼워진 상태로 본체(110)가 설치장소로 예인된 후 하측으로 내려져 본체(110)가 해저면에 안정적으로 지지될 수 있도록 한다.

이를 위해 상기 레그(130) 하단에는 하단에 반경이 커졌다가 점차 작아지는 원뿔형태의 스퍼드(131)가 형성되어 하강중 해저면의 퇴적 점토층, 퇴적 모래층, 풍화토와 같이 약한 부분을 뚫고 내려가되 역방향으로 빠지기는 상대적으로 어렵게 구성된다. 또한, 상기 레그(130)는 상기 스퍼드(131)가 해저 암반층, 즉 풍화암 상측면에 안착된 상태에서 해상에 위치한 상기 본체(110)가 견고하게 지지될 수 있는 높이를 갖도록 제작된다.

즉 설치장소의 사전조사를 통해 레그(130)의 하단이 해저 암반측에 안착된 상태에서 상단은 상기 레그지지부(111) 상측으로 설정된 길이만큼 돌출될 수 있도록 충분한 길이(높이)를 갖도록 세팅된다.

또한, 첨부된 도면에서는 바람직한 실시예로 단면이 원형인 형태의 레그를 도시하고 있으나, 필요에 따라 사각형, 오각형 등등 다양한 단면을 갖도록 레그를 구성할 수 있다.

이와 같이 상기 레그지지부(111)에 레그(130)를 삽입하여 암반층에 안착시켜 본체(110)의 고정이 이루어지도록 함에 있어, 해저면의 굴곡 등의 요인에도 본체(110)가 수평을 유지하도록 개별 레그(130)를 승하강시키고 레그(130)의 하단, 즉 상기 스퍼드(131)가 퇴적된 점토, 모래, 풍화토 등을 뚫고 들어갈 수 있도록 함과 더불어 시공된 레그(130)가 움직이지 않고 고정시키기 위한 잭킹수단(140)과, 고정수단(150)이 구비된다.

상기 잭킹수단(140)은 상기 본체(110)의 레그지지부(111)에 임시 고정되며 삽입된 레그(130)를 상측 또는 하측으로 움직이도록 하는 구조물로서, 종래 해상구조물의 시공을 위한 용도로도 일부 검토되었으며, 대표적인 예로 풍력발전기를 설치하기 위한 특수선에 렉앤피니언 방식이나 실린더앤핀 방식의 잭킹수단이 구비되기도 하였다.

본 발명에서는 이러한 특수선의 도움없이 풍력발전 구조체의 시공이 가능하도록, 상기 잭킹수단(140)은 본체에 고정설치되는 것이 아닌 상기 레그지지부(111)에 탈부착 가능한 형태로 구비되는 것으로, 상기 레그(130) 외측 일부 또는 전체를 감싸도록 임시 설치되어 상기 레그(130)를 하강 또는 상승시키도록 구성된다.

현재 풍력발전 터빈의 전력생산 능력에 한계가 있으므로 예를 들어 1기가 와트 수준의 전력생산이 요구되는 풍력발전단지 조성시, 5메가와트의 전력생산능력을 갖는 풍력발전 터빈이 200개가 필요하므로, 적게는 수십 많게는 수백 단위의 풍력발전 구조체마다 고가의 잭킹수단을 모두 구비하기에는 현실적인 어려움이 있다.

따라서 본 발명에서는 본체(110)에 레그(130)만 구비한 상태에서 시공 및 레벨링 작업에만 한시적으로 사용되는 상기 잭킹수단(140)을 임시설치하여 사용하도록 구성됨에 따라 소수, 3대가 1개 세트로 구성되는 잭킹수단(140)을 통해서도 다수의 풍력발전 구조체의 시공이 가능하여 상당한 비용절감이 이루어질 수 있다.

상기 잭킹수단(140)은 구체적으로 고정부(141) 및 이동부(142)와 액추에이터(143)를 구비한다.

상기 고정부(141)는 위치 고정된 상태에서 상기 레그(130)를 상하방향으로 움직이도록 허용하거나 고정하도록 동작한다. 즉 상기 레그(130) 외측에 위치 고정되어 레그(130)에 접촉됨으로 레그(130)가 움직이지 않도록 고정하는 제1동작과 레그(130)와의 접촉이 해제됨으로 레그(130)가 상측 또는 하측으로 이동 가능하도록 허용하는 제2동작을 선택적으로 수행하는 것으로, 대표적인 방식으로는 바이스와 같이 레그(130) 외측을 잡아 고정할 수 있도록 구성하여 레그(130)의 움직임을 제한하거나 허용할 수 있다.

상기 이동부(142)는 상기 고정부(141)의 상측 또는 하측으로 이격되어 위치하되, 설정된 범위 내에서 상하방향으로 움직일 수 있도록 설치되며, 상기 고정부(141)와 동일한 원리를 통해 상기 레그(130)와 임시적인 결합 및 해체가 이루어지도록 구성된다.

상기 액추에이터(143)는 상기 이동부(142)를 상측 또는 하측으로 움직이도록 구성되며, 전동, 공압, 유압 등 다양한 방식으로 길이 조절되는 실린더 형태로 구성될 수 있다.

도 3은 본 발명에 적용되는 잭킹수단의 예시를 나타낸 작동상태도로서, 상측에 고정부(141) 하측에 이동부(142)가 각각 위치하고, 상기 고정부(141) 및 이동부(142)와 액추에이터(143)의 유기적인 동작을 통해 레그(130)가 하측으로 이동되는 모습을 도시하고 있다.

레그(130)를 하측으로 내리는 동작을 기준으로, 먼저 상기 고정부(141)는 레그(130)를 고정하고 상기 이동부(142)는 고정이 해제된 상태로 상기 액추에이터(143)의 기동을 통해 레그(130)가 고정된 상태에서 이동부(142)가 상승한다. 이후 상기 이동부(142)는 레그(130)에 고정되고 상기 고정부(141)는 고정을 해제하며 상기 엑추에이터(143)의 기동을 통해 이동부(142) 및 이에 고정된 레그(130)의 하강이 이루어진다. 이후 상기 고정부(141)는 레그(130)를 고정하고 상기 이동부(142)는 고정을 해제하여 초기상태가 되며, 이러한 절차가 반복되며 레그(130)의 하강이 이루어진다. 레그(130)의 상승은 동일한 구성을 통해 당연히 이의 반대 절차에 따라 이루어지게 된다.

구체적으로 첨부된 도 3은 본 발명의 실시예로 실린더앤핀 방식이 적용된 모습을 도시하고 있다.

이를 위해 상기 레그(130)에는 설정된 간격을 두고 상하 방향으로 핀홀(132)이 형성되고, 상기 고정부(141) 및 이동부(142)에는 각각 상기 핀홀(132)에 삽입되어 레그(130)의 상하방향 움직임을 제한하는 핀(144)과 상기 핀을 움직여 핀홀(132)에 삽입하거나 핀홀(132)에 삽입된 핀(144)을 빼내도록 구동하는 실린더(145)가 구비되고 있다.

이와 더불어 앞서 언급한 바와 같이 상기 잭킹수단(140)이 각 레그지지부(111)에 임시설치 운용됨에 따라 상기 고정수단(150)은 상기 잭킹수단(140) 탈거 상태에서 레그(130)가 움직이지 않도록 고정하도록 상기 레그지지부(111)에 고정 설치된다.

상기 고정수단(150)은 레그(130)를 고정함에 있어서 다양한 공지의 수단을 적용할 수 있으며, 앞서 언급한 바와 같이 바이스 구조로 레그(130)를 잡아 고정할 수 있도록 구성되거나, 첨부된 도 3을 통해 설명되는 상기 잭킹수단(140)과 동일하게 핀(144)과 실린더(145)를 구성하여 잭킹수단(140)의 탈거시에도 레그(130)가 움직이지 않도록 고정할 수 있다.

이때 상기 본체(110)를 해상에 띄워 터그 보트를 통해 이송시켜 해상에서 설치작업이 이루어짐에 있어 본체(110)의 수평유지 및 복원력 향상을 위한 밸러스트 탱크(113)와 더불어 상기 본체의 수평도를 측정하기 위한 수평감지부(112)가 설치되는 것이 바람직하다.

상기 수평감지부(112)는 다양한 장비의 수평유지장치에 사용되는 수평센서로서, 밸러스트 작업을 비롯하여 상기 레그(130)를 암반층에 안착시킴에 있어 본체(110)의 수평 여부를 확인시켜줌으로 원활한 레벨링 작업이 이루어지도록 한다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 내부 구조를 나타낸 투시로서, 상기 본체(110) 내부에는 설정된 구획의 격실 형태로 구성된 밸러스트 탱크(113)가 형성된다. 이는 본체(110)의 형상에 따라 달라질 수 있으며 본 발명의 실시예에서는 본체(110)가 삼각형 형상을 함에 따라 각 꼭짓점 측으로의 기울기를 조절할 수 있도록 3개의 밸러스트 탱크(113)가 구비된 모습이 제시되고 있다.

이와 더불어 본체(110) 하측으로 해수와 연통되는 배관을 설치하여 상기 밸러스트 탱크(113)에 해수를 주입하거나, 반대로 상기 밸러스트 탱크(113)에 수용된 해수를 외부로 배출시키는 펌프부(114) 및 밸브를 설치하게 된다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 설치모습을 나타낸 측면도이다.

앞서 언급한 바와 같이 상기 레그(130)를 잭킹수단(140)을 통해 암반층까지 내리는 작업에 있어 사전 환경조사를 통해 암반층, 즉 풍화암 상측에 위치하여 뚫고 내려가야 할 퇴적점토층과 퇴적모래층과 풍화토의 깊이를 측정 후 작업이 이루어지지만 해저면의 바닥 높이가 평탄하지 않으므로 스퍼드의 암반층 도달 여부를 확인할 필요가 있다.

이를 위해 상기 잭킹수단(140)은, 상기 레그(130)를 하측으로 이동시키는 상태에서 상기 액추에이터(143) 구동에 소요되는 구동 소스를 감시하며 상기 스퍼드(131)의 위치를 퇴적점토층과 퇴적모래층과 풍화토와 풍화암으로 구분하여 판단하는 암반감지부(146)를 더 포함하는 것이 바람직하다.

즉 상기 암반감지부(146)는 액추에이터(143)가 레그(130)를 움직임에 따라 가해지는 부하를 측정하여 레그(130)가 뚫고 내려가는 것이 용이한지 어려운지를 상대적으로 판단하게 된다. 즉 퇴적점토층과 퇴적모래층과 풍화토와 같이 상대적으로 부드러운 토질의 경우 비교적 쉽게 뚫고 내려갈 수 있어 액추에이터(143)에 가해지는 부하는 상대적으로 가볍고 풍화암과 같은 암반층은 레그(130)가 쉽게 뚫을 수 없으므로 액추에이터(143)에 가해지는 부하가 상대적으로 커질 뿐 아니라 레그 하강에 따른 반작용으로 본체(110)가 들려 올려지게 되므로 스퍼드(131)가 암반층에 도달 여부를 상기 암반감지부(146) 및 수평감지부(112)를 통해 해상에서 확인할 수 있다.

이와 같이 액추에이터(143)에 가해지는 부하는 전동식 액추에이터의 경우 투입되는 전류값의 변화, 유압이나 공압식 액추에이터의 경우는 가해지는 압력의 변화 등을 통해 인지할 수 있다.

이러한 구성은 특히 우리나라의 서해안과 같은 해저면에 굴곡이 많으면서 점토, 모래층이 형성되어 종래의 방식으로 해상구조물을 설치하기 어려운 환경에도 최적화 시공방안을 제시할 수 있다.

또한, 종래방식의 해상 구조물에서는 하측, 해저공간을 활용할 수 없었으나 본 발명에서는 레그(130) 사이 및 주변 공간의 활용이 가능함에 따라, 상기 본체(110)는 연결수단(122)을 통해 연결되어 해저면에 설치되는 복수의 인공어초(121)를 설치할 수 있다.

상기 인공어초(121)는 친환경 디자인으로 이루어져 어족자원의 산란, 증식에 도움을 주는 구성으로, 종래 환경파괴 등의 이유로 해상구조물 설치에 따른 인근어민의 피해호소, 반대 등의 문제를 친환경적인 시공방법과 함께 개선하여 바다목장 형성 등을 통해 어민 상생의 효과를 가져다 준다.

상기 연결수단(122)은 체인이나 와이어 등을 사용하게 되므로 상기 본체에는 이러한 연결수단(122)에 가해지는 장력을 측정하는 장력감지부(123)를 설치하여 인공어초의 유실이나 보수에 사용할 뿐 아니라 레그(130)를 통해 지지되는 본체(110)의 위치유지에도 도움이 되도록 한다.

더불어 풍력발전 터빈은 바람이 부는 동안 지속전인 전력을 생산함에도, 육상시설의 보수 등을 비롯한 다양한 목적으로 송전이 중단되어야 할 경우, 또한 육상의 소요부하가 낮은 경우 등등 생산되는 전력이 버려질 수밖에 없는 상황에서 본 발명에서는 이를 해결하기 위해 상기 터빈을 통해 생산된 전력을 통해 해수를 흡입 후 분해하여 수소를 생산하는 수전해수단(124)과, 생산된 수소를 임시저장 및 이송하는 수소공급부(125)를 더 포함할 수 있다.

즉 잉여 전력과 본체 하측에서 상시 얻을 수 있는 해수를 활용하여 친환경 클린 수소를 생산하는 것으로 음이온 교환막 해수 수전해 기술 등과 같은 해수를 분해하여 수소를 추출하는 공지의 기술을 적용하여 수소를 생산 후, 이를 임시저장할 수 있는 설비를 본체(110)에 설치하게 된다.

상기 수소공급부(125)는 수소를 저장할 수 있는 탱크와 필요시 육상으로 파이프라인을 통해 연결하여 수소를 공급하거나 수소를 운반할 수 있는 선박에 배관을 연결할 수 있는 설비를 포함할 수 있다.

또한, 상기 레그(130)를 토사층을 뚫고 내리는 작업을 용이하도록 압력차를 이용한 석션방식을 접목하여 부드러운 토층을 쉽게 뚫고 내려갈 수 있도록 석션수단(160)을 구비할 수 있다.

구체적으로 상기 석션수단(160)은 레그(130) 하단으로부터 뚫고 내려갈 토사층의 깊이에 대응하여, 상기 스퍼드(131)를 외측으로 감싸며 상측으로 형성되되 하측이 개방된 원통형의 흡입관(161)과, 상기 흡입관(161) 내부를 감압시키는 감압부(162)를 구비한다.

즉 상기 흡입관(161)의 사이에 레그(130)가 위치하는 것으로, 상기 감압부(162)는 진공펌프나 이젝터와 같은 감압수단으로 본체 측에 위치하여 배관을 통해 흡입관(161)의 내부와 연통된다.

이를 통해 상기 레그(130)를 하강하여 토사층에 스퍼드(131)와 흡입관(161)이 안착된 상태에서 레그(130)의 하강과 함께 흡입관(161)을 감압함으로, 하측 즉 흡입관(161)과 스퍼드(131) 사이로 토사가 흡입되며 레그(130)가 토사층을 뚫고 하측으로 이동하는 것을 돕게 된다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 조립, 운송, 설치 방법을 나타낸 공정도, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 조립, 운송, 설치 방법을 나타낸 순서도로서, 앞서 설명된 구성 및 구조를 기반으로 본 발명에 따른 해상풍력발전 구조체의 시공방법을 설명한다.

첫 번째 준비 단계(S 110)에서는 육상에서 본체(110) 중앙 상측으로 타워(102) 및 풍력발전 터빈(101)을 조립하고, 각 레그지지부(111)에 레그(130)를 삽입 및 고정한다. 이 작업은 육상의 크레인 또는 부두에 접안한 해상 크레인 등을 사용하게 되므로 종래와 같이 해상에서 조립이 이루어지는 시공방법 대비 큰 비용을 절감할 수 있다.

다음 두 번째 단계(S 120)에서는 준비된 본체(110)를 해상에 띄워 설치장소로 이동하게 된다. 선박을 진수하는 방식으로 슬라이딩 방식으로 타워(102) 및 풍력발전 터빈(101)이 설치된 본체(110)를 경사면을 통해 이동시켜 해상에 띄우거나 도킹 방식으로 도크에 준비된 본체(110)가 위치한 상태에서 해수면과 동일한 수위로 해수를 채워넣어 띄우는 방식을 적용할 수 있다.

이 단계(S 120)에서 레그(130)는 진수작업에 방해되지 않는 수준으로 본체(110) 하측으로 돌출되는 상태를 유지하게 되며, 띄워진 본체는 예인선을 통해 설치장소로 이동하며, 필요시 밸러스트 탱크(113)에 해수를 주입 또는 배출시키는 밸러스트 작업을 통해 진수 및 이동 중 본체(110)가 수평을 유지할 수 있도록 한다.

세 번째 잭킹 단계(S 130)에서는 각각의 레그지지부(111)에 잭킹수단(140)을 결합하여 레그(130)를 하강시키며 암반층에 안착시키게 된다. 초기에는 구비된 레그(130)를 동시에 내리며 각 레그의 암반층 도달 여부를 확인하게 된다. 필요시 밸러스트 작업을 통해 본체(110)가 수평을 유지할 수 있도록 한다.

네 번째 레벨링 단계(S 140)에서는 구비된 레그(130)를 개별적으로 승하강시키며 본체(110)의 수평을 세부적으로 조절하게 되며, 구비된 모든 레그(130)가 암반층에 안착된 상태에서 본체(110)가 수평을 유지함으로 잭킹작업이 완료된다. 이때 밸러스트 탱크(113)의 해수를 모두 비울 수 있다.

다음 다섯 번째 단계(S 150)에서는 본체(110) 수평 조절에 따라 각 레그지지부(111)에 삽입된 레그(130)를 고정 후 잭킹수단(140)을 탈거함으로 시공작업을 완료한다. 이때 잭킹수단(140)의 탈거에 맞춰 구비된 고정수단(150)을 통해 레그(130)가 더 이상 움직이지 않도록 조치하게 된다.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시 예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

101: 터빈 102: 타워
110: 본체 111: 레그지지부
112: 수평감지부 113: 밸러스트 탱크
114: 펌프부 121: 인공어초
122: 연결수단 123: 장력감지부
124: 수전해수단 125: 수소공급부
130: 레그 131: 스퍼드
132: 핀홀 140: 잭킹수단
141: 고정부 142: 이동부
143: 액추에이터 144: 핀
145: 실린더 146: 암반감지부
150: 고정수단 160: 석션수단
161: 흡입관 162: 감압부

Claims (6)

1. 해상에 풍력발전 터빈(101) 및 상기 터빈(101)을 지지하는 타워(102)를 설치하기 위한 해상풍력발전 구조체에 있어서,
   수상에 부유 가능한 구조물로서, 테두리 측으로 설정된 간격을 두고 상하방향으로 관통된 복수의 레그지지부(111)가 형성되고, 중앙 상측으로 타워(102) 및 풍력발전 터빈(101)이 설치되는 본체(110);
   상기 레그지지부(111)에 삽입되어 상하방향으로 슬라이드 이동 가능한 봉 형상의 구조물로서, 하단에 반경이 커졌다가 점차 작아지는 원뿔형태의 스퍼드(131)가 형성되며, 상기 스퍼드(131)가 해저 암반층에 안착된 상태에서 해상에 위치한 상기 본체가 지지될 수 있는 높이로 제작되되, 설정된 간격을 두고 상하 방향으로 핀홀(132)이 형성되는 복수의 레그(130);
   상기 레그지지부(111)에 탈착 가능하며 상기 레그(130) 외측 일부 또는 전체를 감싸도록 임시 설치되어 상기 레그(130)를 하강 또는 상승시키는 구조물로서, 상기 레그(130)를 상하방향으로 움직이도록 허용하거나 고정하도록 동작하는 고정부(141)와, 상기 고정부(141)의 상측 또는 하측으로 이격되어 설정된 범위 내에서 상하방향으로 움직이되 상기 레그(130)와 임시적인 결합 및 해체가 이루어지는 이동부(142)와, 상기 이동부(142)를 상하측으로 움직이는 액추에이터(143)로 구성되되, 상기 고정부(141) 및 이동부(142)에는 각각 상기 핀홀(132)에 삽입되어 레그(130)의 상하방향 움직임을 제한하는 핀(144)과 상기 핀을 움직여 핀홀(132)에 삽입하거나 핀홀(132)에 삽입된 핀(144)을 빼내도록 구동하는 실린더(145)가 구비되는 잭킹수단(140);
   상기 레그지지부(111)에 설치되어, 상기 잭킹수단(140) 탈거 상태에서 레그(130)가 움직이지 않도록 고정하는 고정수단(150); 을 포함하는 것을 특징으로 하는 해상풍력발전 구조체.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 본체(110)는,
   수평도를 측정하는 수평감지부(112)와, 내부에 설정된 구획의 격실 형태로 구성된 밸러스트 탱크(113)와, 상기 밸러스트 탱크(113)에 해수를 주입하거나 상기 밸러스트 탱크(113)에 수용된 해수를 배출시키는 펌프부(114)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해상풍력발전 구조체.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 잭킹수단(140)은,
   상기 레그(130)를 하측으로 이동시키는 상태에서 상기 액추에이터(143) 구동에 소요되는 구동 소스를 감시하며 상기 스퍼드(131)의 위치를 퇴적점토층과 퇴적모래층과 풍화토와 풍화암으로 구분하여 판단하는 암반감지부(146)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해상풍력발전 구조체.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 본체(110)는,
   연결수단(122)을 통해 연결되어 해저면에 설치되는 복수의 인공어초(121)와, 상기 연결수단(122)에 가해지는 장력을 측정하는 장력감지부(123)와, 상기 터빈(101)을 통해 생산된 전력을 통해 해수를 흡입 후 분해하여 수소를 생산하는 수전해수단(124)과, 생산된 수소를 임시저장 및 이송하는 수소공급부(125)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해상풍력발전 구조체.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 레그(130)는,
   상기 스퍼드(131)를 외측으로 감싸며 상측으로 형성되되 하측이 개방된 원통형의 흡입관(161)과, 상기 흡입관(161) 내부를 감압시키는 감압부(162)를 구비하여, 하측으로 토사가 흡입되며 레그(130)가 토사층을 뚫고 하측으로 이동하는 것을 돕는 석션수단(160); 을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해상풍력발전 구조체.
   
6. 제1항에 따른 해상풍력발전 구조체의 시공방법에 있어서,
   육상에서 본체(110) 중앙 상측으로 타워(102) 및 풍력발전 터빈(101)을 조립하고, 각 레그지지부(111)에 레그(130)를 삽입 및 고정하는 준비 단계(S 110);
   준비된 본체(110)를 해상에 띄워 설치장소로 이동하는 단계(S 120);
   레그지지부(111)에 잭킹수단(140)을 결합하여 레그(130)를 하강시키며 암반층에 안착시키는 잭킹 단계(S 130);
   구비된 레그(130)를 개별적으로 승하강시키며 본체(110)의 수평을 조절하는 레벨링 단계(S 140);
   본체 수평 조절에 따라 각 레그지지부(111)에 삽입된 레그(130)를 고정 후 잭킹수단(140)을 탈거하는 단계(S 150); 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 해상풍력발전 구조체의 시공방법.

Images