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KR101304934B1 - 멀티복합하이브리드기초형 해상풍력타워 - Google Patents

멀티복합하이브리드기초형 해상풍력타워 Download PDF

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KR101304934B1
KR101304934B1 KR1020120046160A KR20120046160A KR101304934B1 KR 101304934 B1 KR101304934 B1 KR 101304934B1 KR 1020120046160 A KR1020120046160 A KR 1020120046160A KR 20120046160 A KR20120046160 A KR 20120046160A KR 101304934 B1 KR101304934 B1 KR 101304934B1
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KR
South Korea
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slab
tower
hybrid
offshore wind
sea bottom
Prior art date
Application number
KR1020120046160A
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English (en)
Inventor
윤길림
오명학
Original Assignee
한국해양과학기술원
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Publication date
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Abstract

본 발명에 따른 멀티복합하이브리드기초형 해상풍력타워는 타워; 상기 타워에 고정되며 트라이포드 형상으로 배치되어 상기 타워를 지지하는 복수개의 경사부재; 복수개의 상기 경사부재가 각각 고정되는 복수개의 지지부재; 복수개의 상기 지지부재를 각각 고정하며 해저면에 설치되는 복수개의 슬래브; 및 복수개의 상기 슬래브에 각각 고정되고 상기 해저면에 삽입되어 상기 슬래브를 상기 해저면에 고정시키는 1개이상의 파일;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

멀티복합하이브리드기초형 해상풍력타워{multi complex hybrid foundation type offshore wind tower}
본 발명은 멀티복합하이브리드기초형 해상풍력타워에 관한 것으로서, 타워를 견고하게 지지할 수 있는 멀티복합하이브리드기초형 해상풍력타워에 관한 것이다.
바다에 설치되는 해상풍력 발전기는 공기의 운동에너지를 이용하여 전기에너지를 발생시킨다.
해상에서는 육상보다 고운질의 바람이 연속적으로 불지만 큰 규모의 풍차 지지대를 해상에 안전하게 설치해야하는 기술적인 어려움이 있다. 특히 해상풍력발전 하부기초의 제작, 운반 그리고 설치는 풍력 발전기 다음으로 비용이 많이 들어 해저지반의 특성에 맞는 효율적인 하부기초 설계가 요구된다.
해상풍력기초는 수심에 따라 깊이가 0-20m에서는 중력식(Gravity Based) 기초, 0-30m에서는 모노파일(Monopile) 기초, 30-50m에서는 트라이포드(Tripod) 기초, 30-80m에서는 재킷(Jacket) 기초, 그리고 50m 이상에서는 부유식 (Floating) 기초가 사용된다.
이들 해상기초 중에서 모노파일이 가장 단순한 구조로 가장 많이 사용되고 있으나 수심이 깊은 곳, 해저지반이 너무 견고하거나 호박돌(Boulder)이 있을 경우는 직경이 무려 5m 이상의 대형 강관을 타입하는데 큰 어려움이 있다.
따라서 파일형식이 아닌 새로운 공법으로 석션 버켓(Suction Bucket) 기초가 유럽 국가들을 중심으로 개발되어 앞으로 상용화될 가능이 크다. 심해의 대심도에 사용될 부유식 해상풍력기초는 현재 시험시공 단계에 있으며 앞으로 지속적인 기술개발이 수행된다면 가까운 미래에 실용화될 것으로 기대된다.
일반적으로, 해상풍력기초는 풍력발전기 자체하중보다도 해상의 파력이나 높은 위치에서 작용하는 수평방향의 풍력과 이 수평력에 의한 전도모멘트(Overturning Moment)가 지배적인 외력으로 작용하는데, 이처럼, 해상풍력 발전기 지지구조물 설계에서는 바람과 파랑에 의한 전도모멘트가 주도적인 지배 외력이므로 해저지반에 정착되는 하부기초는 특히 이 전도모멘트에 효율적으로 저항할 수 있는 기초 형식으로 설계되어야 한다.
도 1은 종래의 풍력 발전기의 구성도이다.
예를 들어, 특허출원번호 제10-2002-7005923호는 풍력 발전기를 소개하고 있는데, 상기 발명은 도 1에 도시된 바와 같이, 해저에 장착되는 기부(2), 기부(2)에 부착되는 탑(3) 및 밸러스트 물탱크(6,7)를 포함하여, 밸러스트수를 상기 밸러스트 물탱크(6,7)에 채움으로써 풍력 발전기를 하강시킬 수 있으며, 밸러스트 물탱크(6,7) 중의 밸러스트수의 양을 줄임으로써 풍력 발전기 상승시킬 수 있다.
그러나, 상기 발명과 같은 중력식 기초의 경우에는, 하향으로 작용하는 풍력발전기 전체 구조물 자중과 기부(2)에서 상향으로 작용하는 압축 지반반력의 합력에 의한 우력(Couple)이 전도(Overturning)에 대한 저항모멘트로 작용하게 되는데, 이와 같은 기초저판에 작용하는 편심하중에 의해서 기부(2) 가장자리 근처 지반은 최대 압축응력을 받게 되고, 이때, 상기 최대 압축응력이 지반의 극한지지력(Ultimate Bearing Capacity)을 초과하게 되는 경우, 상기 탑(3)이 편심하중에 의해 전도 파괴될 수 있는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제를 해결하기 위해 발명된 것으로, 중대심도에서 사용되는 트라이포드나 재킷 기초에 파일(pile)이 구비된 슬래브(slab)를 설치하여 수평활동 저항력은 물론 전도시 압축측 슬래브에서의 Soil Reaction으로 저항모멘트를 증가시킴으로써 타워를 견고하게 지지할 수 있는 멀티복합하이브리드기초형 해상풍력타워를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 멀티복합하이브리드기초형 해상풍력타워는 타워; 상기 타워에 고정되며 트라이포드 형상으로 배치되어 상기 타워를 지지하는 복수개의 경사부재; 복수개의 상기 경사부재가 각각 고정되는 복수개의 지지부재; 복수개의 상기 지지부재를 각각 고정하며 해저면에 설치되는 복수개의 슬래브; 및 복수개의 상기 슬래브에 각각 고정되고 상기 해저면에 삽입되어 상기 슬래브를 상기 해저면에 고정시키는 1개이상의 파일;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 슬래브는 경사면이 구비된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 슬래브는, 테두리부에 형성되며 석션압에 의해 해저면에 삽입되어 상기 슬래브를 상기 해저면에 고정시키는 원통형의 슬래브 고정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 슬래브 고정부는 끝 단에 삽입날이 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 삽입날은 상기 슬래브 고정부의 양 면이 테이퍼져 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 삽입날은 상기 슬래브 고정부의 일 면이 테이퍼져 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 슬래브는, 테두리부에 형성되며 해저면에 삽입되어 상기 슬래브를 상기 해저면에 고정시키는 갈고리형상의 복수개의 슬래브 고정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 슬래브 고정부는 외주면과 내주면에 나사산이 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 타워는 관측 스테이션이 구비된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 멀티복합하이브리드기초형 해상풍력타워는 타워; 상기 타워를 상부에 고정하며 스퀘어 형상으로 배치되는 복수개의 경사부재; 복수개의 상기 경사부재가 각각 고정되는 복수개의 지지부재; 복수개의 상기 지지부재를 각각 고정하며 해저면에 설치되는 복수개의 슬래브; 및 복수개의 상기 슬래브에 각각 고정되고 상기 해저면에 삽입되어 상기 슬래브를 상기 해저면에 고정시키는 1개이상의 파일;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따른 멀티복합하이브리드기초형 해상풍력타워에 의하면, 중대심도에서 사용되는 트라이포드나 재킷 기초에 파일이 구비된 슬래브를 설치하여 수평활동 저항력은 물론 전도시 압축측 슬래브에서의 Soil Reaction으로 저항모멘트를 증가시킴으로써 타워를 견고하게 지지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 복수개의 계류 장치를 통해 타워를 지지하여 타워 및 하부기초가 견디는 모멘트 및 수평하중에 저항하는 지지능력을 향상시킬 수 있으므로, 하부기초의 폭을 절감하거나 하부기초의 심도를 줄이는 효과가 있다.
더불어, 본 발명에 따르면, 타워를 지지하는 슬래브에 경사면을 형성하여 상기 슬래브의 침식을 방지함으로써 타워의 전도 파괴를 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 풍력 발전기의 구성도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 제 1실시예에 따른 멀티복합하이브리드기초형 해상풍력타워의 제 1구성도이다.
도 2c는 도 2a의 부분 절단 평면도이다.
도 3a 및 도 3b는 도 2a의 A부분 확대도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 제 1실시예에 따른 멀티복합하이브리드기초형 해상풍력타워의 제 2구성도이다.
도 5은 본 발명에 따른 슬래브의 구성도이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 제 2실시예에 따른 멀티복합하이브리드기초형 해상풍력타워의 제 1구성도이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 제 2실시예에 따른 멀티복합하이브리드기초형 해상풍력타워의 제 2구성도이다.
도 8은 본 발명에 따른 슬래브의 구성도이다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명에 따른 슬래브에 지지부재 및 복수개의 파일이 고정된 모습을 보여주는 도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 우선, 도면들 중 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의해야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하게 하지 않기 위해 생략한다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 제 1실시예에 따른 멀티복합하이브리드기초형 해상풍력타워의 제 1구성도이고, 도 2c는 도 2a의 부분 절단 평면도이다.
본 발명의 제 1실시예에 따른 멀티복합하이브리드기초형 해상풍력타워는 트라이포드(Tripod) 기초의 해상풍력 발전기로, 도 2a 내지 도 2c에 도시된 바와 같이, 타워(200), 복수개의 경사부재(220), 복수개의 지지부재(230), 복수개의 슬래브(slab,100) 및 1개이상의 파일(pile,300)를 포함한다.
상기 경사부재(220)는 상기 타워(200)에 고정되며 트라이포드 형상으로 배치되어 상기 타워(200)를 사방에서 지지할 수 있다.
상기 지지부재(230)는 복수개의 상기 경사부재(220)를 각각 고정함으로써 상기 타워(200) 및 경사부재(220)를 지지할 수 있는데, 여기서, 상기 지지부재(230)는 후술할 상기 슬래브(100)의 중심부에 고정될 수 있다.
상기 슬래브(100)는 해저면에 설치되는데, 여기서, 상기 슬래브(100)는 도 2b에 도시된 바와 같이, 경사면이 구비될 수 있고, 중심부에 상기 지지부재(230)를 각각 고정시킬 수 있다.
일반적으로, 스카워링(scouring) 현상, 즉 세굴 현상은 파랑, 수류 등에 의하여 해안, 제방, 하상이나 테라스, 전환수로의 바닥이 침식되어 없어지는 현상으로, 상기 슬래브(100)가 경사면을 구비함으로써 해수에 의해 상기 슬래브(100)가 침식되는 것을 방지할 수 있고, 이에 따라 상기 지지부재(230)의 파괴에 의해 상기 타워(200)가 전도 파괴되는 것을 방지할 수 있다.
상기 슬래브(100)는 테두리부에 형성되며 해저면에 삽입되어 상기 슬래브(100)를 상기 해저면에 고정시키는 원통형의 슬래브 고정부(110)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 슬래브 고정부(110)는 석션압(suction pressure)에 의해 상기 해저면에 삽입되어 고정될 수 있는데, 즉, 상기 슬래브 고정부(110)는 내부의 물이나 공기와 같은 유체를 외부로 석션(suction)함으로써 발생된 상기 슬래브 고정부(110) 내외부의 압력차를 이용하여 설치될 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 도 2a의 A부분 확대도이다.
여기서, 상기 슬래브 고정부(110)는 상기 해저면으로의 삽입이 용이하도록 끝 단에 삽입날이 형성될 수 있는데, 상기 삽입날은 도 3a에 도시된 바와 같이, 상기 슬래브 고정부(110)의 양 면이 테이퍼져 형성되거나, 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 슬래브 고정부(110)의 일 면이 테이퍼져 형성될 수 있다.
도 5은 본 발명에 따른 슬래브의 구성도이다.
한편, 상기 슬래브 고정부(110)는 도 5에 도시된 바와 같이, 갈고리형상으로 복수개로 형성될 수 있는데, 여기서, 상기 슬래브 고정부(110)는 각각 외주면과 내주면에 나사산이 형성되어 상기 슬래브 고정부(110)가 해저면에 삽입된 경우, 해저의 토사가 상기 슬래브 고정부(110)에 형성된 나사산에 충진되어 상기 슬래브 고정부(110)의 이동을 방지함으로써 상기 슬래브(100)와 해저면의 고정력을 향상시킬 수 있다.
상기 파일(300)은 상기 슬래브(100)에 각각 고정되고 상기 해저면에 삽입되어 상기 슬래브(100)를 상기 해저면에 고정시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 파일(300)은 일부분이 상기 슬래브(100)에 고정되고 타부분이 상기 해저면에 삽입됨으로써 상기 슬래브(100)와 해저면의 상부 이격을 방지하며 상기 슬래브(100)와 해저면의 고정력을 더욱 향상시킬 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 제 1실시예에 따른 멀티복합하이브리드기초형 해상풍력타워의 제 2구성도이다.
한편, 본 발명의 제 1실시예에 따른 멀티복합하이브리드기초형 해상풍력타워는 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 타워의 유지보수를 위한 관측 스테이션(210)을 구비할 수 있다.
이하, 본 발명의 제 2실시예에 따른 멀티복합하이브리드기초형 해상풍력타워를 상세히 설명한다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 제 2실시예에 따른 멀티복합하이브리드기초형 해상풍력타워의 제 1구성도이다.
본 발명의 제 2실시예에 따른 멀티복합하이브리드기초형 해상풍력타워는 재킷(Jacket) 기초의 해상풍력 발전기로, 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 타워(200), 복수개의 경사부재(220), 복수개의 지지부재(230), 복수개의 슬래브(slab,100) 및 1개이상의 파일(pile,300)를 포함한다.
상기 경사부재(220)는 상기 타워(200)를 상부에 고정하며 스퀘어 형상, 즉 사다리꼴 형상으로 배치되어 상기 타워(200)를 사방에서 지지할 수 있고, 상기 지지부재(230)는 복수개의 상기 경사부재(220)를 각각 고정함으로써 상기 타워(200) 및 경사부재(220)를 지지할 수 있는데, 여기서, 상기 지지부재(230)는 후술할 상기 슬래브(100)의 중심부에 고정될 수 있다.
상기 슬래브(100)는 본 발명의 제 1실시예에 따른 멀티복합하이브리드기초형 해상풍력타워에 포함된 슬래브와 동일하게 도 6b에 도시된 바와 같이, 경사면을 구비함으로써 상기 슬래브(100)가 침식되는 것을 방지할 수 있고, 이에 따라 상기 지지부재(230)의 파괴를 방지하여 상기 타워(200)가 전도 파괴되는 것을 방지할 수 있다.
상기 파일(300)은 본 발명의 제 1실시예에 따른 멀티복합하이브리드기초형 해상풍력타워에 포함된 파일과 그 구성 및 내용이 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 제 2실시예에 따른 멀티복합하이브리드기초형 해상풍력타워의 제 2구성도이다.
한편, 본 발명의 제 2실시예에 따른 멀티복합하이브리드기초형 해상풍력타워는 본 발명의 제 1실시예에 따른 멀티복합하이브리드기초형 해상풍력타워와 동일하게, 도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 타워의 유지보수를 위한 관측 스테이션(210)을 구비할 수 있다.
도 8은 본 발명에 따른 슬래브의 구성도이고, 도 9a 및 도 9b는 본 발명에 따른 슬래브에 지지부재 및 복수개의 파일이 고정된 모습을 보여주는 도이다.
한편, 본 발명에 따른 슬래브는 도 8에 도시된 바와 같이, 내주면에 나사산이 형성된 복수개의 홀이 형성되고, 상기 지지부재(230) 및 파일(300)은 각각 외주면에 상기 홀과 대응하는 나사산이 형성될 수 있는데, 도 9a 및 도 9b에 도시된 바와 같이, 복수개의 상기 홀 중 상기 슬래브(100)의 중심부에 형성된 홀에 상기 지지부재(230)를 삽입하며 나사결합한 후 시멘트나 그라우팅재로 그라우팅하여 상기 지지부재(230)를 고정하고, 상기 슬래브(100)의 중심부 주위에 형성된 홀에 상기 파일(300)을 삽입하며 나사결합하고 시멘트나 그라우팅재로 그라우팅한 후, 상기 파일(300)의 끝 단에 고정부재(310)를 체결함으로써 상기 파일(300)을 고정할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 멀티복합하이브리드기초형 해상풍력타워를 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상 범위 내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.
100:슬래브 110:슬래브 고정부
200:타워 210:관측 스테이션
220:경사부재 230:지지부재
300:파일 310:고정부재

Claims (10)

  1. 타워;
    상기 타워에 고정되며 트라이포드 형상으로 배치되어 상기 타워를 지지하는 복수개의 경사부재;
    복수개의 상기 경사부재가 각각 고정되는 복수개의 지지부재;
    복수개의 상기 지지부재를 각각 고정하며 해저면에 설치되는 복수개의 슬래브; 및
    복수개의 상기 슬래브에 각각 고정되고 상기 해저면에 삽입되어 상기 슬래브를 상기 해저면에 고정시키는 1개이상의 파일;을 포함하고,
    상기 슬래브는,
    테두리부에 형성되며 석션압에 의해 해저면에 삽입되어 상기 슬래브를 상기 해저면에 고정시키는 원통형의 슬래브 고정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티복합하이브리드기초형 해상풍력타워.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 슬래브는 경사면이 구비된 것을 특징으로 하는 멀티복합하이브리드기초형 해상풍력타워.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 슬래브 고정부는 끝 단에 삽입날이 형성된 것을 특징으로 하는 멀티복합하이브리드기초형 해상풍력타워.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 삽입날은 상기 슬래브 고정부의 양 면이 테이퍼져 형성된 것을 특징으로 하는 멀티복합하이브리드기초형 해상풍력타워.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 삽입날은 상기 슬래브 고정부의 일 면이 테이퍼져 형성된 것을 특징으로 하는 멀티복합하이브리드기초형 해상풍력타워.
  7. 타워;
    상기 타워에 고정되며 트라이포드 형상으로 배치되어 상기 타워를 지지하는 복수개의 경사부재;
    복수개의 상기 경사부재가 각각 고정되는 복수개의 지지부재;
    복수개의 상기 지지부재를 각각 고정하며 해저면에 설치되는 복수개의 슬래브; 및
    복수개의 상기 슬래브에 각각 고정되고 상기 해저면에 삽입되어 상기 슬래브를 상기 해저면에 고정시키는 1개이상의 파일;을 포함하고,
    상기 슬래브는,
    테두리부에 형성되며 해저면에 삽입되어 상기 슬래브를 상기 해저면에 고정시키는 갈고리형상의 복수개의 슬래브 고정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티복합하이브리드기초형 해상풍력타워.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 슬래브 고정부는 외주면과 내주면에 나사산이 형성된 것을 특징으로 하는 멀티복합하이브리드기초형 해상풍력타워.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 타워는 관측 스테이션이 구비된 것을 특징으로 하는 멀티복합하이브리드기초형 해상풍력타워.
  10. 타워;
    상기 타워를 상부에 고정하며 스퀘어 형상으로 배치되는 복수개의 경사부재;
    복수개의 상기 경사부재가 각각 고정되는 복수개의 지지부재;
    복수개의 상기 지지부재를 각각 고정하며 해저면에 설치되는 복수개의 슬래브; 및
    복수개의 상기 슬래브에 각각 고정되고 상기 해저면에 삽입되어 상기 슬래브를 상기 해저면에 고정시키는 1개이상의 파일;을 포함하고,
    상기 슬래브는,
    테두리부에 형성되며 석션압에 의해 해저면에 삽입되어 상기 슬래브를 상기 해저면에 고정시키는 원통형의 슬래브 고정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티복합하이브리드기초형 해상풍력타워.
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