KR102753052B1 - 타워 및 타워로부터 연장된 두 개의 붐들을 갖는 풍력 터빈을 설치하는 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

부유식 기반(110), 부유식 기반(110)에 배치된 타워(120) 및 타워(120)로부터 연장되는 2개의 붐(130)이 있는 풍력 터빈(100)을 설치하기 위한 장치(10)로서, 각 붐(130)의 자유단에 배치되어 로터(140)를 가지는 에너지 변환 유닛(150)을 가지며, 윈치(42)에 연결되어, 풍력 터빈(100)의 타워(120)에 붐들(130)에 의해 연결된 에너지 변환 장치들(150)을 들어올리기 위한 케이블 시스템(44)이 있는 보조 타워(40)를 특징으로 한다.

Description

타워 및 타워로부터 연장된 두 개의 붐들을 갖는 풍력 터빈을 설치하는 장치 및 방법

본 발명은 타워 및 타워로부터 연장되는 2개의 붐(캔틸레버)들로서 각각이 붐의 자유 단부에 배치되고 로터(회전자)를 갖는 에너지 변환 유닛을 구비하는, 풍력 터빈을 설치하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

부유식 기반(플로팅 기초) 상에 배치된 이러한 풍력 터빈(풍력 에너지 설비 또는 풍력 발전 설비)는 기본적으로 WO 2007/206976 A2에 공지되어 있다. 여러 개별 시스템으로 구성된 총 출력이 이미 테스트되고 승인되었고 따라서 상대적으로 적은 시간과 노력의 소비로 구현할 수 있는 이 부유식 풍력 터빈은, EP 3 019 740 B1에서 공지된 Y형 부유식 기반을 사용하고, 이는 에너지 변환 장치에서 발생하는 하중의 흡수와 더불어 하중을 받는 전체 시스템의 부유 안정성과 관련하여 여러 (미공개) 테스트에서 매우 유리한 것이 증명되었다.

DE 10 2016 118 078 A1에서 공지된 바와 같이, 기반은 모듈 방식으로 복수의 콘크리트 요소들로부터 건설되며, 각 콘크리트 요소는 WO 2019/234488 A2에서 공지된 주조 주형(casting mold)을 사용하여 생산할 수 있으며, 이 PCT 출원에서도 언급되는 장착 시스템을 사용하여 장착될 수 있다.

WO 2007/206976 A2에 공지된 풍력 터빈(플랜트)의 특히 바람직한 실시태양의 생산에서의 지금까지 실제로 해결되지 않은 문제는, 플랜트가 붐들에 배치된 에너지 변환 장치(유닛)로 기반을 지지해야만 이상적인 안정성을 얻을 수 있다는 것이다. 붐에 배치된 단위. 재료 및 그에 따른 중량을 절약하기 위해, 이는 붐들이 바람직하게는 단독으로, 즉 버팀대가 없이, 에너지 변환 유닛(들)의 높은 중량을 흡수할 수 없는 방식으로 설계됨을 의미한다.

따라서, 여기서 해결해야 할 문제는 WO 2007/206976 A2에 공지된 풍력 터빈을 그대로 제조할 수 없었다는 것이 아니라, WO 2007/206976 A2에 공지된 풍력 터빈의 제조 방법이, 특히 유리한 풍력 터빈의 특히 유리한 설치(건설)을 수행할 수 있도록 설계될 필요가 있다는 것이다.

따라서 본 발명의 목적은 서두에 언급된 유형의 풍력 터빈을 설치하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

이 목적은 후술하는 실시태양과 청구범위에 기술된 특징들을 갖는 본 발명의 장치, 항구(harbor 또는 port), 및 방법에 따라 바람직하게 달성된다.

따라서, 본 발명에 따르면, 부유식 따라서 본 발명에 따르면, 부유식 기반, 부유식 기반 위에 배치된 타워, 및 타워로부터 연장되는 두 개의 붐들로서 이들 각각이 붐의 자유 단부에 배치되고 로터를 갖는 에너지 변환 유닛을 구비하는, 풍력 터빈을 설치하기 위한 장치가 제안되며, 이는 풍력 터빈의 타워에 붐들에 의해 연결된 에너지 변환 유닛을 들어올리기 위한 윈치에 연결된 케이블(로프) 시스템을 갖는 보조 타워를 가진다.

이 장치는 특히 붐들을 통해 풍력 터빈의 타워에 연결된 에너지 변환 장치의 동기식 리프팅을 위해 구성될 수 있다. 구체적으로, 상기 장치는 완성된 제품이 쉽게 선적(운반)될 수 있도록 보조 타워에 인접하여 배치되고 부유식 기반을 수용하는 슬립웨이(slipway)를 포함할 수 있다.

부유식 기반, 부유식 기반 위에 배치된 타워, 및 타워로부터 연장되는 2개의 붐들로서 이들 각각이 붐의 자유 단부에 배치되고 로터를 갖는 에너지 변환 유닛을 가지는 풍력 터빈을 설치하기 위한 장치가 바람직하게 제공되며, 이 터빈은 부유식 기반을 수용하기 위한 제1 폰툰, 제1 폰툰의 반대쪽에 배치되고 각각 에너지 변환 유닛을 수용하기 위한 2개의 제2 폰툰들, 및 붐들에 의해 에너지 변환 유닛에 연결된 풍력 터빈의 타워를 제2 폰툰들에서 들어올리기 위한, 윈치에 연결된 케이블 시스템(44)을 갖고 제2 폰툰들의 중앙에 배치되는 보조 타워를 가질 수 있다.

실시형태에서 슬립웨이 또는 폰툰의 유무에 관계없이, 윈치에 연결된, 보조 타워의 케이블 시스템은 바람직하게는 타워 상에 지지되는, 특히 타워에 관절 방식(articulated manner)으로 연결된, 붐들이 동일한 양만큼 동시에 들어올려지는(리프팅하는) 방식으로 설계되어, 보조 타워에 작용하는 에너지 변환 유닛과 붐들의 자체 중량(dead weight) 모멘트가 붐들의 동시 리프팅으로 인해 서로 상쇄될 수 있다. 굽힘 모멘트가 거의 없고 압축력만 보조 타워에 작용하기 때문에, 상대적으로 적은 양의 재료 소비로 보조 타워를 제작할 수 있다. 여러 개의 윈치들을 사용하는 경우, 붐들을 동시에 들어올리기 위해 윈치들을 서로 조정해야 한다.

폰툰들이 제공되는 경우, 그들은 바람직하게는 콘크리트 및/또는 강철로 만들어진 부유식 플랫폼으로 설계되고, 해당 장치를 사용하여 세워질 부유식 풍력 터빈의 구성요소들을 수용하기 위한 수위 의존 캐리어들(water-level-dependent carriers)로 구성되고, 제1 폰툰은 특히 잠수할 수 있도록 설계될 수 있으며, 따라서 제1 폰툰은 기능적으로 단순한 플로팅 도크(floating dock)로 설계되었다. 이를 위해, 제1 폰툰은 바람직하게는 적어도 하나의 펌프에 의해 채워지고 비워질 수 있고 이에 따라 제1 폰툰의 부력을 결정할 수 있는 복수의 챔버를 갖는다. 구체적으로, 부유식 풍력 터빈의 생산 공정 동안 수평 방향에서 제1 폰툰을 안정화시키는 제1 폰툰을 트리밍하기 위한 제어가 제공된다.

제1 폰툰은 또한 바람직하게는 서로 연결된 복수의 폰툰 요소들로 형성되며, 필요에 따라, 해당 장치에 의해 세워질 풍력 터빈의 부유식 기반의 형상에 맞춰진다. 따라서, 제1 폰툰은 바람직하게는 부유식 기반을 구축하는 기반 모듈들을 운반하기 위한 적어도 하나의 컨베이어 경로(이송 섹션, conveying path)을 갖는다. 특히, 중심 연결 부분을 향해 별 모양으로 이어지는 3개의 컨베이어 경로들이 제공되며, 해당 경로들을 통해 서두에서 언급한 풍력 터빈의 알려진 Y자형 부유식 기반이 간단한 방식으로 조립될 수 있다.

제1 폰툰의 단부면과 제2 폰툰의 단부면은 바람직하게는 서로 정렬되며, 제1 폰툰을 제2 폰툰에 연결하는 연결 요소가 제공된다. 추가적인 바람직한 실시예에 따르면, 이러한 연결 수단은, 폰툰 사이에 미리 결정된 거리를 갖게 하고 특히 바람직하게는 제1 폰툰 및 제2 폰툰 모두에 관절 방식으로 연결되는, 스페이서로서 설계된다. 가장 바람직하게는, 폰툰들과 스페이서 사이에 형성된 관절(joint)은 단일 자유도를 가지며 폰툰들의 평면에 배치된 축을 중심으로 회전 가능하도록 구성되며, 이에 따라 제2 폰툰은 제1 폰툰에 대해 수직으로 이동할 수 있지만 수평으로는 그렇지 않다.

폰툰들이 제공되는 경우, 보조 타워는 바람직하게는 제1 폰툰 상에 배치되어, 제1 폰툰이 하강할 때 마찬가지로 하강되도록 한다. 윈치는 제1 폰툰에 의해 형성된 보조 타워의 기반 또는 타워 내에 배치되는 것이 바람직하다.

대안적인 실시예에 따르면, 해당 장치는 보조 타워를 적어도 부분적으로 둘러싸는 제1 폰툰에 형성된 리세스(recess)를 가질 수 있고, 제1 폰툰은 보조 타워의 길이 방향 축을 따라 변위될 수 있도록 배치된다. 이를 위해 항구 유역의 바닥에 보조 타워의 기초(기반)를 놓을 필요가 있다.

어떠한 경우이든, 해당 장치가 폰툰들로 설계된다면, 보조 타워는 제2 폰툰들의 중간쪽으로 배치될 뿐만 아니라, 특히 바람직하게는 제2 폰툰 사이의 중간에 배치된다.

어떠한 경우에도, 해당 장치는 보조 타워로부터 보조 타워의 양쪽에 배치된 붐들로 이어지는 로프들이 정렬되는 방식으로 설계되어야 하며, 이에 따라 보조 타워에 작용하는 굽힘 모멘트를 크게 줄일 수 있다. 다시 말해서, 해당 장치는 붐들을 케이블 시스템에 연결하기 위해 붐들(또는 에너지 변환 유닛) 상에 제공된 부착 지점들과 보조 타워가 가상의 직선에 배치되는 방식으로 건설되는 풍력 터빈과 관련하여 설계 및 배치되어야 한다.

또한, 보조 타워에 배치되고 윈치와 통신(연통)하는 블록 및 태클(block and tackle)이 제공되며, 윈치는 특히 바람직하게는 보조 타워의 종방향축을 따라 변위될 수 있고 풍력 터빈의 타워에 붐들을 통해 연결된 에너지 변환 유닛을 들어올리기 위한 케이블 시스템에 연결된 블록을 가진다. 가장 바람직하게는, 변위 가능하도록 설정된 블록은, 리프트(hoist)에 의해 변위 가능하도록 설정되어, 리프팅 프로세스가 수행된 후, 들어올려져서 시작 위치로 돌아갈 수 있다.

마지막으로, 보조 타워는 바람직하게는, 풍력 터빈를 구성하는 구성요소들이 사용 장소로 수송될 수 있는 크레인 붐(크레인 붐)을 갖는, 크레인으로 설계된다. 크레인 붐은 바람직하게는 보조 타워를 중심으로 회전 가능하고, 해당 장치가 폰툰들로 설계된 경우 제1 폰툰은 크레인 붐의 선회(회전) 범위 내에 배치된다.

구체적으로, 보조 타워는 트롤리가 구비된 크레인 붐을 가지며 이 트롤리는 크레인 붐을 따라 이동할 수 있고 리프트를 구비하며, 특히 바람직하게 크레인 붐은 보조 타워의 길이 방향 축을 중심으로 360° 회전 가능하게 설정된다. 따라서 보조 타워는 한편으로 육지 상에 또는 어떤 경우에는 본토(mainland) 및 바람직하게 제공되는 폰툰들 사이에서, 풍력 터빈을 형성하는 구성요소들의 하중을 수송하는데 사용된다. 다른 한편으로, 보조 타워에는 윈치를 가지는 케이블 시스템이 장착되어 있으며, 이는 붐을 통해 풍력 터빈의 타워에 연결된 에너지 변환 유닛을 (일부 케이스에서는 제2 폰툰으로부터) 들어올리는 데 필요하다. 바람직한 실시예는, 추가적인 운송 수단이 필요 없이, 중앙에 설치된 보조 타워의 건설될 풍력 터빈의 생산될 부유식 기반의 모든 위치에, 크레인 붐 상에서 이동가능한 트롤리에 의해 도달할 수 있도록 보장한다.

또한, 본 발명에 따라 부두가 있는 항구 및 부두에 고정된 장치도 제안된다. 이 경우 항구는 선박이 정박할 수 있는 해안 또는 하천 제방의 영역으로 이해된다. 이러한 항구는 특히 적어도 하나의 항구 분지(유역)와 적어도 하나의 부두(선창), 즉 벽으로 다져진 둑(제방)으로 구성되며, 여기서 부두 벽 앞의 둑은 배가 부두에 정박할 수 있을 정도로 깊다. 현지 조건으로 인해 유리한 것으로 판명되면, 항구는 부두도 가질 수 있거나 부분적으로 부두에 의해 둘러싸여 있을 수 있다. 어떤 경우이든, 항구는 본 발명에 따른 장치가 부두에 자유롭게 접근할 수 있고 해당 장치에 의해 완성된 풍력 터빈은 적어도 하나의 예인선에 의해 항구 밖으로 예인되어 그것의 설치 장소로 가져갈 수 있도록 설정되어야 한다.

항구는 특히 직선 부두를 따라 수변으로 연장되며, 그 길이는 제조될 풍력 터빈의 단일 로터 직경의 2배보다 약간 더 크다. 단일 로터 직경이 200m인 경우 부두는 약 500m 길이에 걸쳐 직선형 설계를 갖게 된다. 항구의 수심은 제조될 풍력 터빈이 항구 밖으로 예인될 수 있도록 치수가 결정되어야 하며, 조수 범위를 고려해야 할 가능성이 있는 상태에서 적어도 8~10m가 유리하다.

본 발명에 따른 장치는 항구 자체에서 또는 항구에 인접한 도크에서 제조될 수 있고, 개별 부품으로 항구 내로 예인되어 거기에서 조립될 수 있다.

항구는, 폰툰으로 설계될 때, 제1 폰툰 상에 배치된 컨베이어 경로와 통신하고 부두에 배치된 제2 컨베이어 경로를 갖는다면, 유리한 실시예를 갖는다. 이는 필요한 추가 도구 없이 기반 요소들이 항구에서 제1 폰툰으로 직접 전달될 수 있도록 한다.

부유식 기반, 부유식 기반 위에 배치된 타워, 및 타워로부터 연장되고 각각이 붐의 자유 단부에 배치되고 로터가 있는 에너지 변환 유닛을 갖는 두 개의 붐을 가지는 풍력 터빈을 설치하기 위한 본 발명에 따른 방법은, 부유식 기반 및 그 위에 배치된 타워를 생성하는 첫번째 단계를 제공한다. 다음으로, 일부 경우에서 각각이 에너지 변환 유닛으로 사전 조립될 수 있는 각각의 붐들의 일단을 수용하기 위해 적어도 하나의 지지부가 타워 상에 배치된다. 타워 상에 임시로 장착하여 사용 후 분해하거나 또는 타워의 통합 부분으로 설계될 수 있는 지지부는, 이하에서 타워 커넥터라고도 하며 특히 타워를 관절 방식으로 붐들에 연결하는 조인트로 설계된다. 이후 붐의 한쪽 끝을 지지부 상에 놓고 붐의 다른 쪽 끝을 타워 베이스 높이에 놓는다. 각각의 붐에서 타워 베이스의 높이에 장착된 붐의 다른 쪽 끝은 미리 정해진 높이에 도달할 때까지 지지 역할을 하는 적어도 하나의 지지부와 동시에 붐들이 선회(pivot)됨에 따라 터빈의 설치를 위해 들어 올려지며, 이에 따라 선회식 붐의 일단은 타워 상에 고정, 즉 타워에 견고하게 연결되고, 선회식 붐들의 타단 사이 또는 에너지 변환 유닛들 사이에서 적어도 하나의 가이 로프에 의해 앵커링 장치가 형성된다.

붐들은 바람직하게는 붐들이 각각 동일한 양만큼 동시에 상승하는 방식으로 상승된다. 붐들의 동시 리프팅으로 인해, 보조 타워에 작용하는 에너지 변환 유닛들과 붐들의 자체 중량 모멘트가 서로 상쇄되므로, 보조 타워는 특별히 거대하게 설계될 필요가 없고, 이는 굽힘 모멘트가 거의 없고 보조 타워에 작용하는 압축력만 있기 때문이다.

처음부터 에너지 변환 장치의 로터가 붐들에 장착되지 않은 경우, 붐들이 회전하고 타워에 고정되고 서로에게 앵커링(가이닝)된 후에 에너지 변환 장치에 로터들이 부착하는 것이 바람직하다.

기본적으로, 사용되는 블레이드의 수에 따라, 로터 장착을 위한 다음과 같은 옵션들이 있다. 부유식 풍력 터빈에 2개의 2 블레이드 로터가 장착되는 경우 붐들을 들어올리기 전에 에너지 변환 유닛 상에 로터들을 장착하는 것이 유리하다. 2개의 블레이드 로터가 이러한 방식으로 배치된 상태에서 로터들의 블레이드는 수평으로 뻗는다. 대안적으로, 붐들이 들어올려진 후에 에너지 변환 장치에 2 블레이드 로터들이 부착될 수도 있다.

반면에 3개의 블레이드 로터들이 제공되는 경우, 3개의 블레이드가 있는 로터들은 바람직하게는 수평면에 놓이고 하나의 유닛으로서 함께 들어 올려지고, 90°로 회전되고, 이미 들어 올려진 에너지 변환 유닛에 고정된다. 대안적으로, 붐들이 들어올려지기 전에 3개의 블레이드 중 2개만 사전 조립된 로터들이 에너지 변환 유닛에 부착될 수 있으며, 각각의 경우 세 번째 블레이드는 붐이 상승된 후에 부착된다.

본 발명에 따라 설계된 장치 중 하나는 본 발명에 따른 방법을 수행하는 데 특히 바람직하게 사용된다.

본 발명은 첨부된 도면들에 도시된 특히 바람직한 예시적인 실시예들을 참조하여 이하에서 더 상세히 설명된다:
도 1은 타워에 연결된 2개의 붐을 갖는 특히 바람직하게 구성된 부유식 풍력 터빈을 세우기 위한 제1 제조(production) 단계 동안 특히 바람직하게 구성된 포트를 도시하며, 각 붐의 단부에 로터를 갖는 에너지 변환 유닛이 배치되어 있다.
도 2는 기반이 거의 완성된 상태에서 제2 제조 단계 동안의 이전에 기술된 항구를 도시한다.
도 3은 부유체들이 부유식 기반에 부착된 제3 제조 단계 동안의 이전에 기술된 항구를 도시한다.
도 4는 부유체들이 기반에 부착된 후인 제4 제조 단계 동안의 이전에 기술된 항구를 도시한다.
도 5는 2개의 붐을 타워에 연결하기 위한 준비를 위한 제5 제조 단계 동안의 이전에 기술된 항구를 도시한다.
도 6은 붐들이 타워에 연결된 제6 제조 단계 동안의 이전에 기술된 항구를 도시한다.
도 7은 설치에 필요한 보조 케이블이 붐들에 연결된 후인 제7 제조 단계에서의 이전에 기술된 항구를 도시한다.
도 8은 붐을 함께 앵커링하기 위해 제공된 가이 케이블을 연결한 후인 제8 제조 단계에서의 이전에 기술된 항구를 도시한다.
도 9는 에너지 변환 유닛의 리프팅 동안의 제9 제조 단계에서의 이전에 기술된 항구를 도시한다.
도 10은 에너지 변환 유닛이 완전히 들어올려진 상태의 제10 제조 단계 동안의 이전에 기술된 항구를 도시한다.
도 11은 제1 폰툰이 하강된 부유식 풍력 터빈의 완성 후의 이전에 기술된 항구를 도시한다.
도 12는 설비가 항구 밖으로 예인될 때 완성된 부유식 풍력 터빈를 도시한다.
도 13은 타워에 연결된, 2개의 붐을 갖는 앞서 도시된 부유식 풍력 터빈을 설치하기 위한 장치의 특히 바람직한 실시예의 부분 단면도를 도시하며, 붐들의 말단에 로터를 갖는 에너지 변환 유닛이 배치되어 있다.
도 14는 설비가 항구 밖으로 예인될 때 특히 바람직하게 구성된 부유식 풍력 터빈의 완료 후의 추가적인 예시적인 실시예에 따른 특히 바람직하게 구성된 항구를 도시한다.

도 1은 타워에 연결된 2개의 붐을 갖는 특히 바람직하게 구성된 부유식 풍력 터빈을 설치하기 위한 제1 제조 단계 동안 특히 바람직하게 구성된 항구를 도시하며, 각 붐들의 말단에 로터를 갖는 에너지 변환 유닛이 배치되어 있다.

특히 바람직하게 구성되는 항구(200)는 바람직하게는, 특히 통과 가능하도록 설계되고 제조될 풍력 터빈의 구성요소들을 저장하도록 설정된 경화된(paved) 표면을 갖는다. 예를 들어, 차선 표시를 포함하는 도로가 제공되어 교통 흐름을 규제할 수 있을 뿐만 아니라, 환경 영향(도시되지 않음)으로부터 보호되는 방식으로 풍력 터빈 구성 요소를 보관하거나 항구를 관리하는데 사용할 수 있는 건물도 제공될 수 있다. 항구(200)는 제조될 풍력 터빈의 개별 로터의 로터 직경의 2배보다 약간 큰 길이인 직선형 부두(210)를 따라 수측에서 연장된다. 단일 로터 직경이 200m이면, 부두(210)는 따라서 약 500m의 길이에 걸쳐 직선이 되도록 설계될 것이다. 항구(200)의 수심은, 해당 장치에 의해 완성된 풍력 터빈이 항구(200)에서 낮아지고 항구(200) 밖으로 예인될 수 있도록 치수가 결정되어야 한다. 따라서 항구(200)의 수심은, 유리하게는, 완성된 풍력 터빈이 배치되는 제1 폰툰의 높이와 풍력 터빈의 드래프트를 고려하여, 적어도 10 내지 15m이며, 필요한 경우 항구(200) 내의 조석 변동도 고려되어야 한다.

부두(210)의 앞에 그리고 항구(200)의 안벽(quay wall)에 본질적으로 평행하게 연장하는 것은, 부유식 기반, 부유식 기반 위에 배치된 타워, 및 타워로부터 연장되고 각각이 붐의 자유단 상에 배치되고 로터를 가지는 에너지 변환 유닛을 가지는 2개의 붐을 가지는 풍력 터빈을 설치하기 위한 특히 바람직하게 설계된 장치(10)이다. 해당 장치의 도움으로 세워질 풍력 터빈의 특별한 구조는 각각의 선호되는 제조 단계에 대한 설명에 의해 아래에서 명확하게 설명된다.

어떤 경우이든, 이러한 목적을 위해 사용되는 장치(10)는, 풍력 터빈의 부유식 기반을 수용하기 위한 제1 폰툰(20), 풍력 터빈의 하나의 에너지 변환 유닛을 각각 수용하기 위한, 제1 폰툰의 반대쪽에 각각 배치되는 2개의 제2 폰툰들(30), 및 제2 폰툰들(30)의 중앙에 배치된 보조 타워(40)를 가진다. 특히, 도시된 예에서 보조 타워(40)는 제1 폰툰(20) 상에 배치되고 구체적으로 크레인으로 설계되었다. 이를 위해, 보조 타워(40)는, 크레인 붐(48)을 따라 이동할 수 있고 리프트가 장착된 트롤리(49)가 제공되는 크레인 붐(48)를 가지며, 크레인 붐(48)는 특히 바람직하게는 보조 타워(40)의 세로(길이) 방향 축에 대하여 360° 회전 가능하도록 구성된다. 따라서 보조 타워(40)는 한편으로는, 본토와 폰툰들(20, 30) 사이에서 풍력 터빈을 형성하는 구성요소들의 하중을 운반하는 데 사용된다. 다른 한편으로는, 보조 타워에는 - 아래에 나타낸 바와 같이 - 윈치가 있는 케이블 시스템이 장착되며, 케이블 시스템은 붐들에 의해 풍력 터빈의 타워에 연결된 에너지 변환 유닛들을 제2 폰툰들로부터 들어올리는데 필요하다.

보조 타워(40)는 제1 폰툰(20) 상에서 중앙에 그리고 제2 폰툰(30)과 하나의 평면에 배치된다. 특히, 보조 타워(40)는 부두(210)에 수직으로 연장되는 제2 폰툰 요소(20b)의 길이 방향 축에 배치된다. 또한, 보조 타워(40)를 안정화하기 위하여, 적어도 단면에 스크루톤 나선(Scruton helix)(41)이 제공되어 보조 타워(40) 주위를 흐르는 바람에 의해 야기되는 타워(40)의 진동을 감소시킨다. 이는 타워(40)가 제1 폰툰(20) 상에 배치되는 예시된 경우에서 특히 유리하다.

제1 폰툰(20)은 바람직하게는 두 부분으로 설계되고 본질적으로 부유식 풍력 터빈용으로 생성될 부유식 기반의 형상을 따른다. 특히, 제1 폰툰 요소(20a)는 부두(210)에 평행하게 연장되고 제2 폰툰 요소(20b)는 부두(210)에 수직으로 연장되며, 제1 폰툰 요소(20a) 및 제2 폰툰 요소(20b)는, 풍력 터빈의 설치를 위해 구성된 항구에서 수행될 수도 있는 그들의 제조, 및 그들의 서로에 대한 상대적인 포지셔닝(위치 결정) 후에, 이들 요소들 사이의 상대적인 움직임이 방지되는 방식으로 서로 연결되어 있다.

제1 폰툰(20), 보다 정확하게는 제1 폰툰 요소(20a)는 부두(210)로부터 수직으로 연장하는 양쪽 측면에서 각각 2개의 스페이서 요소들(50)의 도움으로 제2 폰툰들(30) 중 하나로 연결된다. 스페이서 요소들(50)은 제1 폰툰(20) 및 제2 폰툰(30) 모두에 관절식으로 연결되며, 이 관절들은 1 자유도(a degree of freedom)를 갖고 부두(210)으로부터 수직으로 연장하는 축을 중심으로 회전 가능하다. 이것은 높이, 즉 수직 방향에서, 예를 들어 파도에 적응하도록, 제1 폰툰(20)에 대한 제2 폰툰(30)의 이동성을 허용하지만, 수평 방향의 상대적 위치에서는 그렇지 않다. 이는 부두(210)을 향하는 제1 폰툰(20) 및 제2 폰툰(30)의 측면들이 항상 정렬되어 있어서 부두(210)과 함께 종단(terminate)될 수 있음을 보장한다.

오로지 생산 후 완료된 풍력 터빈을 수용하기 위해 설정된 제1 폰툰(20)에는 중앙 연결 부분을 향해 별 모양으로 이어지는 3개의 컨베이어 경로들(26)이 있으며, 이는 풍력 터빈의 부유식 기반의 제조에 유리한 것이 증명되어 있다. 이를 위해, 부유식 기반을 형성하는 각각의 기반 모듈(112)은 이러한 목적으로 구성된 공장에서 제조되어 항구(200)로 운송된다. 크레인으로 구성된 보조 타워(40)는 기반 모듈(112)을 제1 폰툰(20) 상에 구성된 컨베이어 섹션(26) 위로 들어올리고, 각각의 기반 모듈(112)은 롤러 컨베이어 상의 의도된 위치로 푸시될 수 있다. 이를 위해, 도 1에 도시된 바와 같이, 리프트가 장착된 트롤리들(캐리어, 스트래들 캐리어, 고무 타이어 갠트리(RTG), 크레인 등)(28)도 사용될 수 있다.

제1 생산(production) 단계에서 제조될 풍력 터빈의 각각의 구성요소들이 제공되면, 어떤 경우이든 풍력 터빈의 부유식 기반이 제2 제조 단계에서 먼저 생산되어야 한다. 도 2는 기반(110)이 거의 완성된 상태에서 제2 제조 단계 동안의 앞에서 기술된 항구(200)를 보여준다. 기반(110)은 각각의 기반 요소들(112)로부터 만들어진 특징적인 Y자형 구조를 보여주며, 부유식 기반(110)의 각각의 암을 연결하는 중앙 연결 부분 상에, 건설되는 풍력 터빈의 타워(120)가 크레인으로 설계된 보조 타워(40)의 도움에 의해 이미 배치되어 있다.

다음으로, 도 3에 도시된 제3 제조 단계에서, 부유체(114)는 부유식 기반(110)에 부착된다. 이를 간단한 방식으로 달성할 수 있도록, 제1 폰툰(20)은 거의 크레인 붐(48)의 선회 범위 내에 완전히 배치되어, 부유식 기반(110)의 임의의 위치는 크레인 붐(48) 상에서 이동 가능하게 설정된 트롤리(49)에 의해 도달될 수 있다. 보조 타워(40)로 설계된 크레인의 크레인 붐(48)은, 부유식 기반(110) 상에 배치된 부유체(114)와 부유식 기반(110) 상에 배치된 타워(120)를 포함하여, 부유식 기반(110)의 높이를 초과하는 높이에 배치된다. 따라서 보조 타워(40) 상에서 회전 가능하게 장착된 크레인 붐(48)은 이 건설 단계에서 보조 타워(40)의 축을 중심으로 제약없이 회전할 수 있다.

이는 부유체(114)가 부유식 기반(110)에 연결된 후 도 4에 도시된 제4 제조 단계에도 적용된다. 부유식 기반(110)의 롱암(long arm)에 배치된 부유체(114)에 부착되는 헬리콥터 착륙 플랫폼(115)과 더불어, 건립될 풍력 터빈의 타워(120)의 자유단은 붐을 수용할 준비가 되어 있음을 알 수 있다. 특히, 선박의 착륙 잔교(landing pier)로 설계된 플랫폼 위의 타워(120)의 자유단에는, 이하에서 타워 커넥터로 호칭되는 지지부(112)가, 타워(120)에 연결될, 붐의 단부의 마운트로서 설계되어 있다. 특히, 지지부(122)는 조인트로 설계되어 붐들이 관절 방식으로 타워(120)에 연결될 수 있다.

도시된 순서에 대한 대안으로서, 부유식 기반(110)이 다른 위치에서 제조되고, 물로 발사되어, 도시된 항구(200)로 예인되는 것도 생각할 수 있다. 특히, 부유식 기반(110)이 부유식 기반(110)이 완성된 후에만 제2 폰툰(30)에 연결되는 제1 폰툰(20) 상에서 제조되는 것을 생각할 수 있다.

타워(120)에 의해 운반될 2개의 붐들(130)은 - 타워 커넥터(122)에 의해 2개의 붐들(130)을 타워 커넥터(122)에 의해 타워(120)에 연결하기 위한 준비인 제5 제조 단계 동안인 도 5 및 붐들(130)이 타워 커넥터(122)에 의해 타워(120)에 연결된 동안인 도 6에 도시된 것처럼 - 크레인으로 설계된 보조 타워(40)의 도움으로, 타워(120)의 자유 단부 상 또는 자유 단부에서 각각의 붐(130)의 일단이 지지되고, 에너지 변환 유닛(150)이 이미 사전에 장착되어 있는 각각의 붐(130)의 다른 쪽 끝은 2개의 제2 폰툰들(30) 상에서 각각 지지된다. 제1 폰툰(20)을 제2 폰툰(30)에 연결하는 스페이서(50)는, 조인트가 폰툰들(20, 30)의 수평 방향에서 상대적으로 서로 변위되는 것을 방지하고, 두 개의 붐들(130)이 두 개의 제2 폰툰들(30)과 설치될 풍력 터빈의 타워(120) 상에 단단히 장착되도록 보장한다.

두 붐들(130)은 타워 커넥터(122)에 의해 타워(120)에 또는 타워(120) 상에 일단부에서 관절 방식으로 연결되어, 실질적으로 수평 축을 중심으로 회전되어 원하는 정도로 세워질 수 있다. 이를 위해, 도 7에 도시된 바와 같이, 보조 타워(40)에 구비된 케이블 시스템(44)은, 편향 롤러(미도시)에 의해 보조 타워(40)의 상부 측 상에서 보조 타워(40)의 외부로 인출(인도)되고, 붐들(130)에 연결된 에너지 변환 유닛(150) 영역의 붐들(130)에 연결된다. 동시에, 바람직하게 2-블레이드 로터로 설계되는 2개의 로터들(140)은 미리 조립된 상태로 제공되며, 도 8에 도시된 바와 같이 에너지 변환 유닛(150) 상에 장착된다.

특히, 도 8은 케이블 시스템(44) 상에 배치된 캐리지(45)의 상세도(A)를 도시하며, 이는 케이블 시스템(44) 상에서 변위 가능하게 장착되고, 케이블 시스템(44) 상에서 상대적으로 고정된 위치를 가정하여 케이블 시스템(44)에 견고하게 연결될 수 있다. 캐리지(45) 상에서, 보조 타워(40)의 양쪽에는, 붐(130)의 두 에너지 변환 유닛(150) 사이에 제공되는 앵커링(고정)용의 가이 케이블(160)이 제공되며, 이는 - 아래에 나타나듯이 -, 붐들(130)이 들어올려질 때, 보조 타워(40)의 영역에서 함께 모아지고 거기서 서로 연결된다.

- 에너지 변환 유닛(50)을 서로 연결할 뿐만 아니라 부유식 기반(110)의 두 개의 암으로 연결하여 이들을 안정시켜서, 풍력 터빈의 구성요소들을 고정하는데 필요한 - 다른 가이 케이블(160)이 사전 대책으로서 이들 구성요소들에 연결된 후, 로터(140)를 포함하는 에너지 변환 유닛(150)이 부착된 고정된 붐(130)은 타워(120) 상에서 또는 타워(120)에 의해 형성된 축을 중심으로 회동함으로써 제2 폰툰(30)으로부터 들어올려진다.

대안으로서, 위에서 언급한 바와 같이, 로터들(140)이 붐들에 고정되지 않고 붐들(130)을 들어올리는 것도 가능하다. 그러나 이러한 목적을 위해 붐들(130)이 들어올려진 후에, 로터들(140)은 추가 크레인(미도시)에 의해 들어 올려져야 하고 에너지 변환 유닛(150)에 부착되어야 한다.

도 9는 붐(130)이 수평보다 약간 위로 들어올려진 것을 도시하고 있다. 그 전에, 케이블 시스템(44) 상의 캐리지(45)가 타워(40) 방향으로 더 가깝게 당겨져 케이블 시스템(44)에 고정되었으며(상세도(A) 참조), 이에 따라 - 도 10에 도시된 바와 같이 - 붐(130)을 들어올릴 때 캐리지(45)가 더욱 함께 끌어당겨져서 서로 인접하게 놓인다. 상세도(A)에서 볼 수 있는, 보조 타워(40) 상에 배치된 작업 플랫폼에서, 에너지 변환 유닛(150)의 영역에 부착된 가이 케이블(160)의 끝단이 서로 연결되도록, 에너지 변환 유닛(150)은 타워(120)에 의해 지지되고 가이 케이블(160)에 의해 상호 지지된다. 다른 가이 케이블들(160)도 특정 양으로 프리텐셔닝되어, 풍력 터빈(100)의 앵커링에 전체적으로 미리 정해진 프리텐션이 주어진다. 특히, 가이 케이블들(160)은, 각각의 가정된 하중 케이스에 대해, 그들의 프리텐션을 완전히 잃을 정도로 완화되는 가이 케이블(160)이 전혀 없을 정도로 프리텐셔닝된다. 가이 케이블들(160)의 프리텐셔닝을 설정하는 이러한 목적에 필요한 인장 및 측정 장치는 명확성을 위해 도시되지 않았다.

부유식 풍력 터빈(100)의 완료 및, 필요한 경우, 각 구성요소들의 점검 후, 도 10에 도시된 상태에 도달하고, 이전 단계들에 따라 완료된 부유식 풍력 터빈(100)가 이제 제1 폰툰(20) 상에서 완전히 지지된다.

부유식 풍력 터빈(100)을 전달하기 위해, 제1 폰툰(20)을 침수시켜서 도 11에 도시된 부유식 풍력 터빈(100)이 제1 폰툰(20)의 지지 없이 독립적으로 부유할 때까지 제1 폰툰(20)과 부유식 풍력 터빈(100)을 함께 하강시킨다. 그 다음에, 도 12에 도시된 바와 같이, 부유식 풍력 터빈(100)은 예인선(300)에 의해 항구(200) 외부로 예인되고 설치 장소로 예인될 수 있다.

관절 방식으로 제1 폰툰(20)과 연결되는 제2 폰툰(30)은 수면에 남아 있어서 양측에서 침수된 제1 폰툰(20)을 안정화시킨다. 제1 폰툰(20)에 대한 제2 폰툰(30)의 단단한 연결로 인해, 제2 폰툰(30)은 제1 폰툰(20)의 방향으로 수평으로 오프셋된다. 제1 폰툰(20)은 비워진 후 수면에서 다시 나타나며, 여기서 제2 폰툰(30)은 부두(210)를 따라 시작 위치로 이동된다.

도 13은 타워(120)에 연결되고 2개의 붐들(130)을 갖는, 위에서 도시된 부유식 풍력 터빈(100)을 설치하기 위하여 특히 바람직하게 구성된 장치(10)의 부분 단면도를 추가로 도시하며, 각 붐(130)의 말단에 로터(140)를 갖는 에너지 변환 유닛(150)이 배치된다. 해당 장치(10)는 완성 후 부유식 풍력 터빈(100)의 부유식 기반(110) 또는 부유식 풍력 터빈(100) 전체를 수용하기 위한 제1 폰툰(20)을 가지며, 그 양쪽에 제2 폰툰(30)이 배치되어 붐(130)에 연결된 풍력 터빈(100)의 에너지변환부(150)를 (일시적으로) 수용하도록 구성된다.

전술한 바와 같이, 제1 폰툰(20)은 2개의 폰툰 요소(20a, 20b)로 형성될 수 있다. 제2 폰툰(30)은 제1 폰툰(20)의 각 측면에 배치되고 2개의 스페이서 요소(50)에 의해 제1 폰툰(20)에 연결된다. 스페이서 요소(50)는 제1 폰툰(20) 및 제2 폰툰(30) 모두에 관절 방식으로 연결되며, 관절은 1 자유도를 갖고 수평으로 연장되는 축을 중심으로 회전 가능하다. 이것은 높이, 즉 수직으로, 예를 들어 파도에 적응하도록 제1 폰툰(20)에 대한 제2 폰툰(30)의 이동성을 허용하지만 수평으로 상대 위치에서는 그렇지 않다. 이것은 제1 폰툰(20)과 제2 폰툰(30)의 단부면이 항상 정렬되는 것을 보장한다.

제1 폰툰(20)은 원하는 부력을 생성하기 위해 적어도 하나의 펌프(24)에 의해 물로 채워질 수 있거나 또한 펌프(24)에 의해 비워질 수 있는 복수의 챔버(22)로 특별히 설계된다. 펌프(들)(24)는 바람직하게는 상세도(A)에 도시된 바와 같이 영구적으로 건조된 특별히 설계된 챔버(23)에 배치된다.

제1 폰툰(20)의 표면에는 부유식 기반(110)를 구성하는 기반 모듈(112)을 운반하기 위해 별 모양으로 배치된 3개의 컨베이어 섹션(26)이 있다. 이러한 컨베이어 섹션(26)은 특히 롤러 컨베이어로서 또는 그 위에서 이동될 수 있고 기반 모듈(112)을 수용할 수 있는 캐리지를 갖는 레일 시스템으로서 설계된다.

제1 폰툰(20)에는, 제2 폰툰(30)의 중간에 배치된 보조 타워(40)가 있고, 보조 타워(40)의 기반, 즉 제1 폰툰(20)에는 풍력 터빈(100)의 타워(120)와 제2 폰툰(30)의 에너지 변환 유닛(150)을 제2 폰툰들(30)로부터 들어올리기 위해, 보조 타워(40) 내에서 안내(가이드)되는, 케이블 시스템(44)을 위한 윈치가 있으며, 에너지 변환 유닛들(150)은 붐들(130)에 의해 풍력 터빈(100)의 타워(120)에 연결된다. 윈치(42)와 펌프(24)는, 보조 타워(40) 또는 제1 폰툰(20)의 표면으로부터 접근할 수 있는, 기계실(23)로 형성된 제1 폰툰(20) 내의 공간에 배치되고, 기계적 및 전기적 구성요소들을 결합한다. 기계실(23)은, 기계실(23)이 침수되지 않고 가능한 한 건조하게 유지되어야 한다는 점에서 챔버(22)와 다르다. 대안적으로, 윈치(42) 및 펌프(24), 뿐만 아니라 다른 기계적 및 전기적 구성요소들도 타워(40) 자체 내에 배치될 수 있다.

보조 타워(40)에는 윈치(42)와 연통되는 블록 및 태클(46)이 구비된다. 블록 및 태클(46)은, 보조 타워(40)의 길이방향 축을 따라 변위될 수 있는 블록을 가지며 이는 풍력 터빈(100)의 타워(120)에 붐들(130)을 통해 연결된 에너지 변환 유닛들(150)을 리프팅하기 위한 케이블 시스템(44)에 의해 연결된다. 특히, 이 변위 가능하게 배치된 블록은 리프트(미도시)에 의해 변위 가능하게 배치된다. 이러한 설계는 붐(130)을 상승시키기 위해 윈치(42)로부터 케이블 시스템(44)으로 충분한 동력 전달이 가능하게 하고, 이에 따라 케이블 시스템(44) 자체가 아니라, 윈치(42) 상에 저장되고 블록 및 태클(46)내에 안내되는 케이블이 짧아지고, 한쪽이 블록 및 태클(46)의 블록에 연결되고 다른 쪽이 붐들(130)에 연결된 케이블 시스템(44)이 보조 타워 내로 끌어들여질 수 있다.

보조 타워(40)는 크레인 붐(48)을 갖는 크레인으로서도 설계되며, 크레인 붐(48)은 보조 타워(40)를 중심으로 회전 가능하도록 설정된다. 크레인 붐(48)을 따라 이동할 수 있고 제조될 풍력 터빈(100)의 구성요소를 들어올리기 위한 리프트를 갖는 트롤리(49)가 크레인 붐(48)에 제공된다. 특히, 보조 타워(40)의 한쪽에서의 크레인 붐(48)의 길이는 제1 폰툰(20)이 크레인 붐(48)의 선회 범위 내에 배치되도록 치수가 정해진다. 따라서, 풍력 터빈(100)의 모든 구성요소는 크레인의 도움에 의해 폰툰들(20, 30) 상에서 요구되는 위치에 배치될 수 있다.

제2 폰툰들(30)에는, 제2 폰툰들(30)에 의해 수용될, 풍력 터빈(100)의 에너지 변환 유닛들(150)의 외형에 적응하는 지지부(resting platform)가 장착될 수 있다.

마지막으로, 도 14는 본질적으로 전술한 예시적인 실시예의 특성을 갖지만, 이와 대조적으로 폰툰들 없이 관리되는, 특히 바람직하게 설계된 항구(200)의 대안적인 실시예를 도시한다. 이를 위해, 보조 타워(40)는 항구 지역(200), 즉 본토에 배치되는 것이 가정된다. 따라서, 보조 타워(40)와 부두(210) 사이에는, 바람직하게는 슬립웨이를 갖는, 영역이 제공되어야 하며, 여기에는 세워질 부유식 풍력 터빈(100)이 세워지고 물속으로 발사(launching)될 수 있다. 이를 위해, 부두(210)의 벽은 - 도 14에서 쉽게 볼 수 있듯이 - 보조 타워(40) 영역에서 낮아진다.

Claims (26)

1. 부유식 기반(110), 상기 부유식 기반(110) 상에 배치된 타워(120), 및 상기 타워(120)로부터 연장되고 각각이 붐(130)의 자유 단부에 배치되는 에너지 변환 유닛(150)을 갖는 2개의 붐들(130)을 갖는, 풍력 터빈(100)을 세우는 방법에 있어서,
   - 타워(120)가 그 위에 배치된 부유식 기반(110)을 생성하는 단계;
   - 에너지 변환 유닛(150)에 연결될 수 있는 붐들(130) 각각의 일단을 수용하기 위해, 상기 타워(120) 상에 배치된 적어도 하나의 지지부(122)를 설치하는 단계;
   - 붐들(130) 각각의 일단을 상기 지지부(122) 상에 배치하고 붐들(130) 각각의 타단을 타워 베이스의 높이에 배치하는 단계;
   - 상기 타워 베이스의 높이에 장착된, 상기 붐들(130) 각각의 타단을 들어올리면서, 시트 역할을 하는 상기 적어도 하나의 지지부(122)가 소정 높이에 도달할 때까지 상기 붐들(130)을 동시에 회전시키는 단계;
   - 상기 회전된 붐들(130)의 일단을 상기 타워(120) 상에 고정하는 단계; 및
   - 적어도 하나의 가이 케이블(160)에 의해, 상기 회전된 붐들(130)의 타단 사이 또는 상기 에너지 변환 유닛들(150) 사이에 앵커링을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제1항에 있어서,
   로터(140)를 각각의 에너지 변환 유닛(150)에 부착하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제2항에 있어서,
   상기 로터(140)는 상기 붐들(130)이 들어올려지기 전에 상기 에너지 변환 유닛(150)에 부착되는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 붐들(130)은 동일한 양만큼 동시에 들어 올려지는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 지지부(122)는 조인트로서 설계되는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제4항에 있어서,
   상기 지지부(122)는 조인트로서 설계되는 것을 특징으로 하는 방법.
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