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KR101816498B1 - 부체식 풍력 발전 장치 및 그 장치의 부품 반송 방법 - Google Patents

부체식 풍력 발전 장치 및 그 장치의 부품 반송 방법 Download PDF

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KR101816498B1
KR101816498B1 KR1020177023562A KR20177023562A KR101816498B1 KR 101816498 B1 KR101816498 B1 KR 101816498B1 KR 1020177023562 A KR1020177023562 A KR 1020177023562A KR 20177023562 A KR20177023562 A KR 20177023562A KR 101816498 B1 KR101816498 B1 KR 101816498B1
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windmill
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submerged
nacelle
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도모히로 누마지리
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엠에이치아이 베스타스 오프쇼어 윈드 에이／에스
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Publication date
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Abstract

수면에 뜨는 부체와, 상기 부체 상에 설치되고, 적어도 일부가 잠수할 수 있도록 구성된 풍차를 구비하는 부체식 풍력 발전 장치로서, 상기 풍차는, 적어도 1 개의 블레이드와, 상기 블레이드가 장착되는 허브와, 상기 부체 상에 세워져 형성되는 타워와, 상기 타워 상에 형성되는 나셀과, 상기 허브 또는 상기 나셀 내에 형성되는 제 1 전기 기기와, 케이블을 개재하여 상기 제 1 전기 기기에 접속되는 제 2 전기 기기를 포함하고, 상기 제 2 전기 기기는, 상기 풍차의 잠수시에 있어서 수몰되지 않도록 상기 타워에 대해서 연직 방향으로 상대 이동할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

부체식 풍력 발전 장치 및 그 장치의 부품 반송 방법{FLOATING-BODY TYPE WIND POWER GENERATION DEVICE AND METHOD FOR TRANSPORTING COMPONENTS OF SAME}
본 개시는 수면에 뜨는 부체와, 그 부체에 설치된 풍차를 구비한 부체식 풍력 발전 장치 및 그 장치의 부품 반송 방법에 관한 것이다.
최근 지구 환경의 보전 관점에서 풍력 발전 장치의 보급이 진행되고 있다. 특히 발전 효율의 향상에 유리한 대형 풍력 발전 장치를 해상이나 호상 (湖上) 등의 수상에 설치하는 계획이 여러 곳에서 진행되고 있다.
수상에 설치되는 풍력 발전 장치로서, 수면에 뜨는 부체 상에 풍차를 설치한 부체식 풍력 발전 장치가 알려져 있다. 부체식 풍력 발전 장치에는 타워의 높이가 수십 미터에서 백 미터를 초과하는 대형의 것도 있다. 이와 같은 부체식 풍력 발전 장치에서는, 메인터넌스시나 고정ㆍ해체시 등에 수상에 설치된 상태에서 풍차의 타워 상부, 나셀 또는 허브와 같은 높은 곳에 액세스하기는 매우 곤란하다.
그래서, 특허문헌 1 에는 풍차의 상방 부위에 액세스하는 것을 용이하게 할 목적에서, 메인터넌스시에 풍차의 타워를 가라앉혀 해저에 착상시키는 방법이 개시되어 있다. 또, 특허문헌 2 및 3 에는 메인터넌스시에 풍차의 타워를 스파 내에 가라앉히는 구성이 개시되어 있다.
일본 공개특허공보 2012-45981호 일본 공개특허공보 2010-223113호 일본 공개특허공보 2010-223114호
그런데, 부체식 풍력 발전 장치에는 발전기, 제어반, 변압기 등의 각종 전기 기기가 다수 형성되어 있다. 이들 전기 기기는 풍차의 상방에 형성괼뿐만 아니라 낮은 곳에 형성되는 것도 있다. 예를 들어, 제어반이나 조작 패널과 같은 전기 기기 등은 나셀 내, 허브 내 또는 타워 내 상부 등의 상방 공간과, 타워 내 또는 타워 외 하부의 하방 공간에 각각 설치되어, 각 장소에서의 필요한 조작에 사용된다. 통상적인 부체식 풍력 발전 장치에 있어서는, 부체 이외의 풍차 부위는 수상에 노출된 상태에 있기 때문에, 이들 전기 기기가 침수되는 것은 생각하지 못했다. 그러나, 메인터넌스시 등에 풍차를 수중에 가라앉힐 경우, 이들 전기 기기, 특히 낮은 곳에 설치되는 전기 기기는 침수되어 버릴 우려가 있다.
이 점에 대해서 특허문헌 1 ∼ 3 은 메인터넌스시에 부체식 풍력 발전 장치를 가라앉히는 구성이 개시되어 있을 뿐, 전기 기기의 침수에 관해서는 전혀 고려되어 있지 않다. 특허문헌 2 및 3 과 같이, 타워를 스파 내에 가라앉히면 침수의 가능성은 저감하지만, 대형 타워를 스파 내에 가라앉히기 위해서 큰 동력을 필요로 한다는 문제가 있었다.
본 발명의 적어도 일 실시형태의 목적은, 풍력 발전 장치의 잠수시에 있어서도 전기 기기를 침수로부터 보호할 수 있는 부체식 풍력 발전 장치 및 그 장치의 부품 반송 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 적어도 일 실시형태에 관련된 부체식 풍력 발전 장치는, 수면에 뜨는 부체와, 상기 부체 상에 설치되고, 적어도 일부가 잠수할 수 있도록 구성된 풍차를 구비하는 부체식 풍력 발전 장치로서, 상기 풍차는, 적어도 1 개의 블레이드와, 상기 블레이드가 장착되는 허브와, 상기 부체 상에 세워져 형성되는 타워와, 상기 타워 상에 형성되는 나셀과, 상기 허브 또는 상기 나셀 내에 형성되는 제 1 전기 기기와, 케이블을 개재하여 상기 제 1 전기 기기에 접속되는 제 2 전기 기기를 포함하고, 상기 제 2 전기 기기는, 상기 풍차의 잠수시에 있어서 수몰되지 않도록 상기 타워에 대해서 연직 방향으로 상대 이동할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 부체식 풍력 발전 장치에 의하면, 풍차의 잠수시에 있어서 높은 곳에 설치되는 제 1 전기 기기에 케이블을 개재하여 접속되는 제 2 전기 기기가, 타워에 대해서 연직 방향으로 상대 이동할 수 있기 때문에, 제 2 전기 기기가 수몰되는 것을 확실하게 방지할 수 있다. 특히, 부체식 풍력 발전 장치는 가혹한 주위 환경 하에 설치되는 경우가 많기 때문에, 단순히 밀폐 공간에 제 2 전기 기기를 설치함으로써 침수로부터 보호하려고 해도, 그 밀폐 공간을 장기간에 걸쳐서 유지하기는 곤란하다. 예를 들어, 해상에 설치되는 부체식 풍력 발전 장치는 주위의 온도 변화가 크고, 또 대기 중에 부식성 물질이 많이 포함되어 있는 점에서, 밀폐 공간을 형성하기 위한 시일이 단기간에 열화되어 버리는 것을 생각할 수 있다. 이에 비하여 상기 부체식 풍력 발전 장치는 풍차의 잠수시에 있어서도 제 2 전기 기기가 항상 수상에 노출되도록 구성되어 있기 때문에, 제 2 전기 기기를 침수로부터 확실하게 보호할 수 있다. 또, 제 2 전기 기기는 타워에 대해서 연직 방향으로 상대 이동할 수 있도록 구성되어 있기 때문에, 풍차의 통상 운전시에는 적절한 위치에 제 2 전기 기기를 배치할 수 있다.
몇몇 실시형태에서는, 상기 제 2 전기 기기는, 상기 풍차의 잠수시에 있어서 상기 수면에 뜨는 플로트를 갖는 전기 기기 박스에 수납되어 있어도 된다.
제 2 전기 기기가 수납된 전기 기기 박스는 플로트에 의해서 수면에 뜨게 되어 있기 때문에, 동력을 사용하지 않고 제 2 전기 기기를 타워에 대해서 연직 방향으로 상대 이동할 수 있음과 함께, 제 2 전기 기기를 확실하게 수면보다 상방에 위치시킬 수 있다.
몇몇 실시형태에서는, 상기 전기 기기 박스는, 상기 타워의 내주면 또는 외주면에 맞닿는 가이드 부재를 갖고, 상기 풍차의 잠수시, 상기 전기 기기 박스가 상기 가이드 부재에 의해서 상기 타워를 따라서 안내되도록 구성되어도 된다.
이와 같이, 전기 기기 박스를 타워를 따라서 안내하는 가이드 부재를 형성함으로써, 전기 기기 박스가 타워에 대해서 연직 방향으로 상대 이동할 때 다른 부품에 접촉하는 것을 방지할 수 있어, 전기 기기 박스를 타워에 대해서 원활하게 상대 이동시킬 수 있다.
몇몇 실시형태에서는, 상기 부체는, 상기 풍차가 설치되는 제 1 칼럼을 포함하는 복수의 칼럼과, 상기 복수의 칼럼 간을 접속하는 로어 헐을 포함하는 세미서브식 부체이고, 상기 풍차는, 상기 타워와, 상기 칼럼 또는 상기 로어 헐의 적어도 일방에 대한 밸러스트수의 주입에 의해서 잠수할 수 있도록 구성되어도 된다.
이와 같이, 밸러스트수의 주입에 의해서 풍차를 잠수시킴으로써 잠수에 필요로 하는 동력을 저감할 수 있다.
몇몇 실시형태에서는, 상기 나셀은 상기 타워 상부에 고정되어 상기 타워에 대해서 부동이고, 상기 타워는 단면이 타원 형상이어도 된다.
이와 같이, 나셀이 타워에 대해서 부동이 되도록 구성함으로써 단면이 타원 형상인 타워를 채용할 수 있고, 나아가서는 파랑이나 조류 등에 의해서도 잘 요동치지 않아 자세 안정성이 높은 풍력 발전 장치로 할 수 있다.
몇몇 실시형태에서는, 상기 타워 내에 형성되고, 상기 타워의 내부 공간에 주입된 밸러스트수를 상기 타워 외로 배출하기 위한 배출 펌프와, 상기 배출 펌프를 상기 밸러스트수의 수면에 띄우기 위한 플로트를 추가로 구비해도 된다.
이와 같이, 타워의 내부 공간에 주입된 밸러스트수를 타워 외로 배출하기 위한 배출 펌프를 형성함으로써, 밸러스트수 주입에 의해서 잠수 상태에 있는 풍차를 용이하게 부상시킬 수 있다. 또, 배출 펌프는 플로트에 의해서 수면에 뜨도록 하고 있기 때문에, 배출 펌프가 수몰되어 고장나는 것을 방지할 수 있다.
몇몇 실시형태에서는, 상기 타워에는, 상기 타워의 내부 공간과 상기 타워의 외부 사이에 있어서의 상기 밸러스트수의 이동에 사용되는 밸러스트수 튜브가 삽입 통과되는 급배수구가 형성되어 있고, 상기 급배수구는, 상기 풍차의 잠수시에 있어서 상기 수면보다 상방인 상기 타워의 영역에 위치하도록 구성해도 된다.
이와 같이, 밸러스트수 튜브가 삽입 통과되는 급배수구를, 풍차의 잠수시에 있어서 수면보다 상방인 타워의 영역에 형성하도록 했기 때문에, 타워 주위의 물이 급배수구를 개재하여 타워 내 공간으로 침입하는 것을 방지할 수 있다. 이로써, 타워 내부 공간에 저류된 밸러스트수의 수면과, 타워 주위의 수면의 높이 차를 조정할 수 있게 되어, 밸러스트수에 의한 부력 조정을 적절히 행할 수 있게 된다.
몇몇 실시형태에서는, 상기 풍차는, 상기 타워의 외주측에 설치된 래더와, 그 래더를 덮는 래더 커버를 추가로 포함하고, 상기 래더에 의해서 상기 타워의 하부로부터 상기 나셀에 이르는 액세스로를 상기 타워의 외부에 형성해도 된다.
이로써, 타워의 내부 공간으로 들어가지 않아도 타워 외주측의 래더를 이용하여 나셀에 액세스할 수 있다. 따라서, 타워 내 공간으로 들어가기 위한 개폐구가 불필요해져 타워를 수밀하게 형성할 수 있게 된다.
본 발명이 적어도 일 실시형태에 관련된 부체식 풍력 발전 장치의 부품 반송 방법은, 적어도 1 개의 블레이드, 그 블레이드가 장착되는 허브, 수면에 뜨는 부체 상에 세워져 형성된 타워, 그 타워 상에 형성되는 나셀, 상기 허브 또는 상기 나셀 내에 형성되는 제 1 전기 기기, 및 케이블을 개재하여 상기 제 1 전기 기기에 접속되는 제 2 전기 기기를 포함하는 풍차와, 상기 부체를 구비한 부체식 풍력 발전 장치의 부품 반송 방법으로서, 상기 풍차의 적어도 일부를 잠수시키는 잠수 단계와, 상기 잠수 단계 후, 상기 블레이드, 상기 허브 또는 상기 나셀의 적어도 하나에 있어서의 제 1 하역 위치와, 상기 수면측에 있어서의 제 2 하역 위치 사이에서 상기 풍차의 부품을 이동시키는 부품 이동 단계를 구비하고, 상기 잠수 단계에서는, 상기 제 2 전기 기기가 수몰되지 않도록 상기 타워에 대해서 상기 제 2 전기 기기를 연직 방향으로 상대 이동시키는 것을 특징으로 한다.
상기 부체식 풍력 발전 장치의 부품 반송 방법에 의하면, 풍차의 적어도 일부를 잠수시킴으로써 풍차의 수면으로부터의 높이가 낮아져, 파랑이나 조류 등에 의해서 풍차가 요동쳐도 풍차 상방의 흔들림은 그다지 커지지 않기 때문에, 블레이드, 허브 또는 나셀과 같은 높은 곳에 있어서도 부품 반송의 작업성을 향상시킬 수 있다. 또, 부체나 타워를 수중에 가라앉힘으로써 파랑이나 조류 등에 의한 요동의 감쇠 효과가 높아져, 풍차 전체의 요동도 보다 더 작게 할 수 있다. 게다가 크레인선을 사용하여 풍차측의 제 1 하역 위치와 수면측의 제 2 하역 위치 사이에서 부품을 이동시키는 경우, 크레인선의 붐의 양정 (揚程) 은 낮아도 되기 때문에, 선체의 흔들림에 의한 붐 선단 (부품이 장착되는 훅 위치) 의 흔들림을 작게 할 수 있어 보다 더 작업성을 향상시킬 수 있다. 게다가 또, 짧은 붐 길이의 크레인이어도 되는 점에서, 크레인선의 특수성이 경감되어 보다 범용성이 있는 선체 및 사이즈의 배를 이용할 수 있다.
또, 풍차의 잠수시에 제 2 전기 기기가 수몰되지 않도록 타워에 대해서 제 2 전기 기기를 연직 방향으로 상대 이동시키도록 했기 때문에, 제 2 전기 기기를 침수로부터 확실하게 보호할 수 있다.
몇몇 실시형태에서는, 상기 부품 이동 단계에서는, 크레인선을 사용하여 상기 제 1 하역 위치와 상기 제 2 하역 위치 사이에서 상기 부품의 이동을 행하고, 상기 부품은 상기 적어도 하나의 블레이드, 및 상기 나셀 내에 수납되는 드라이브 트레인 또는 발전기의 적어도 하나여도 된다.
몇몇 실시형태에서는, 상기 적어도 하나의 블레이드는, 상기 허브로부터 반대 방향으로 연장되는 1 쌍의 블레이드이고, 상기 잠수 단계 전에, 상기 1 쌍의 블레이드가 수평 방향을 따르도록 상기 허브의 각도 위치를 조정하는 각도 위치 조정 단계를 추가로 구비하고, 상기 잠수 단계에서는 수평 방향을 따른 상기 1 쌍의 블레이드가 수몰되지 않는 위치까지 상기 풍차를 잠수시켜도 된다.
이와 같이, 1 쌍의 블레이드가 수평 방향을 따르도록 한 상태에서 풍차를 잠수시킴으로써 블레이드가 물에 잠기는 것을 방지할 수 있다.
몇몇 실시형태에서는, 상기 잠수 단계에서는, 상기 적어도 1 개의 블레이드 중 상기 수면에 가까운 블레이드에 보호 커버를 장착해도 된다.
이로써 블레이드가 물에 잠기는 것을 방지할 수 있다.
몇몇 실시형태에서는, 상기 부품 이동 단계 후, 상기 풍차를 부상시키는 부상 단계와, 상기 부상 단계 후, 상기 풍차를 건조시키는 건조 단계를 추가로 구비해도 된다.
이로써 원활하게 풍력 발전 장치의 통상 운전을 재개할 수 있게 된다.
몇몇 실시형태에서는, 상기 부체식 풍력 발전 장치는 해상에 설치된 해상 풍차이고, 상기 잠수 단계에서는, 상기 풍차의 내부에 해수를 넣어 상기 풍차의 적어도 일부를 잠수시키고, 상기 부상 단계 후, 또한 상기 건조 단계 전에 상기 풍차를 진수 (眞水) 로 세정하는 세정 단계를 추가로 구비해도 된다.
풍차의 잠수시에 해수 중에 포함되어 있는 부식성 물질이 풍차에 부착된 경우여도 풍차의 부상 후에 이것을 제거할 수 있어, 풍차를 구성하는 부품이 부식되는 것을 방지할 수 있다.
몇몇 실시형태에서는, 상기 잠수 단계 전에, 상기 부체를 계류하기 위한, 앵커에 부착된 계류 라인을 상기 부체로부터 떼어내고, 그 계류 라인을 부이에 장치해 두는 계류 해제 단계를 추가로 구비하고, 상기 잠수 단계에서는, 상기 부체로부터 상기 계류 라인이 떼어내어진 상태에서 상기 풍차를 잠수시켜도 된다.
이로써, 풍차의 잠수시에, 계류 라인에 의해서 동작이 저해되는 것을 방지하여 원활하게 풍차를 잠수시킬 수 있다.
본 발명이 적어도 일 실시형태에 의하면, 풍차의 잠수시에 있어서 높은 곳에 설치되는 제 1 전기 기기에 케이블을 개재하여 접속되는 제 2 전기 기기가, 타워에 대해서 연직 방향으로 상대 이동할 수 있기 때문에, 제 2 전기 기기가 수몰되는 것을 확실하게 방지할 수 있다. 또, 제 2 전기 기기는 타워에 대해서 연직 방향으로 상대 이동할 수 있도록 구성되어 있기 때문에, 풍차의 통상 운전시에는 적절한 위치에 제 2 전기 기기를 배치할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 일 실시형태에 관련된 부체식 풍력 발전 장치의 개략 구성을 나타내는 측면도이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시형태에 있어서의 풍차를 구성하는 부품 구성 및 전기 기기의 이동 기구를 나타내는 측면도이다.
도 3 은 나셀이 타워에 대해서 부동인 경우의 풍차의 구성예를 나타내는 측면도이다.
도 4 는 도 3 의 A-A 선 화살표도이다.
도 5 는 본 발명외 실시형태에 있어서의 전기 기기의 이동 기구를 나타내는 측면도이다.
도 6 은 본 발명외 실시형태에 있어서의 전기 기기의 이동 기구를 나타내는 측면도이다.
도 7 은 타워 내부 공간에 밸러스트수를 주입하기 위한 구성을 설명하는 도면이다.
도 8 은 타워 내부 공간으로부터 밸러스트수를 배출하기 위한 구성을 설명하는 도면이다.
도 9 는 타워 외주측에 배치 형성된 래더를 나타내는 사시도이다.
도 10 은 타워를 요 선회시키기 위한 구성을 설명하는 도면이다.
도 11 의 (a), (b) 는 일 실시형태에 있어서의 부체식 풍력 발전 장치의 부품 반송 순서를 나타내는 도면이다.
도 12 는 본 발명외 실시형태에 있어서의 부체식 풍력 발전 장치가 해상에 계류되어 있는 상태를 나타내는 사시도이다.
도 13 의 (a), (b) 는 다른 실시형태에 관련된 부체식 풍력 발전 장치의 잠수 순서를 나타내는 도면이다.
도 14 는 도 13 의 (b) 의 B 부 확대 도면이다.
도 15 의 (a), (b) 는 다른 실시형태에 관련된 부체식 풍력 발전 장치의 자세 조정 방법을 설명하는 도면이다.
도 16 의 (a), (b) 는 다른 실시형태에 관련된 부체식 풍력 발전 장치의 잠수 순서를 나타내는 도면이다.
도 17 의 (a), (b) 는 추가적인 다른 실시형태에 관련된 부체식 풍력 발전 장치의 잠수 순서를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부 도면에 따라서 본 발명의 실시형태에 대해서 설명한다. 단, 실시형태로서 이하에 기재되거나, 혹은 실시형태로서 도면에서 도시된 구성 부품의 치수, 재질, 형상, 그 상대적 배치 등은 본 발명의 범위를 이에 한정하는 취지가 아니고, 단순한 설명예에 지나지 않는다.
이하, 본 발명의 실시형태에 관련된 부체식 풍력 발전 장치의 개략에 대해서 서술한 후, 그 부체식 풍력 발전 장치에 있어서의 부품 반송 방법에 대해서 설명한다.
또한, 부체식 풍력 발전 장치의 일례로서, 도 1 ∼ 도 11 에서는 스파형의 부체를 갖는 부체식 풍력 발전 장치를 나타내고, 도 12 ∼ 도 17 에서는 세미서브형의 부체를 갖는 부체식 풍력 발전 장치를 나타내고 있다. 단, 본 실시 형태에 관련된 부체식 풍력 발전 장치 및 그 부품 반송 방법에 적용할 수 있는 부체형은 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1 은 본 발명의 일 실시형태에 관련된 부체식 풍력 발전 장치의 개략 구성을 나타내는 측면도이다. 도 2 는 본 발명의 일 실시형태에 있어서의 풍차를 구성하는 부품 구성 및 전기 기기의 이동 기구를 나타내는 측면도이다. 도 3 은 나셀이 타워에 대해서 부동인 경우의 풍차의 구성예를 나타내는 측면도이다. 도 4 는 도 3 의 A-A 선 화살표도이다. 도 5 및 도 6 은 본 발명외 실시형태에 있어서의 전기 기기의 이동 기구를 나타내는 측면도이다.
도 1 및 도 2 에 나타내는 바와 같이, 부체식 풍력 발전 장치 (1) 는 수면에 뜨는 부체 (10) 와, 부체 (10) 상에 세워져 형성된 풍차 (2) 를 구비하고 있다.
일 실시형태에 있어서, 풍차 (2) 는 바람을 받아 회전하는 적어도 1 장의 블레이드 (3) 와, 블레이드 (3) 가 장착되는 허브 (4) 와, 허브 (4) 가 자유롭게 회전할 수 있도록 장착되는 나셀 (6) 과, 나셀 (6) 을 지지하는 타워 (8) 를 갖고 있다. 나셀 (6) 은 타워 (8) 에 대해서 요 선회할 수 있어도 되고, 통상적으로는 풍향에 따라서 블레이드 (3) 가 바람이 불어오는 측으로 배향되도록 나셀 (6) 이 요 선회한다. 그리고, 바람을 받은 블레이드 (3) 가 회전함으로써, 발전기 (60) 에 의해서 발전이 이루어진다.
일 실시형태에 있어서, 스파형의 부체 (10) 는 세로로 긴 중공상의 부체 본체 (11) 와, 부체 본체 (11) 의 하단부에 형성된 밸런스 웨이트 (12) 로 구성된다. 부체 (10) 의 수중부 상방에는 부력체 (13) 가 형성됨과 함께, 부체 본체 (11) 의 하단에는 부체 (10) 의 동요를 저감시키기 위한 푸팅 (14) 이 형성되어 있다. 또, 부체 본체 (11) 에는 복수의 계류 라인 (16) 이 방사상으로 배치 형성되어 있고, 물밑에 배치되어 있는 앵커 (15) 에 의해서 이들 복수의 계류 라인 (16) 이 고정되어 있다. 또한, 계류 라인 (16) 이란, 부체 (10) 의 위치를 유지하기 위한 체인, 와이어 로프, 합성 섬유 로프 또는 이것들이 복합된 로프 등, 섀클 등의 연결구 및 중간 부이 또는 중간 싱커 등으로 이루어지는 것을 말한다.
도 3 에 나타내는 바와 같이, 타워 (8) 의 상단과 나셀 (6) 의 바닥부를 고정시키고, 나셀 (6) 이 타워 (8) 에 대해서 부동이 되도록 구성해도 된다. 이와 같은 구성에 있어서는 풍차 (2) 는 부체 (10) 와 함께 요 선회한다. 이로써, 나셀 (6) 내에 배치되는 제 1 전기 기기 (60) 와, 타워 (8) 내에 배치되는 제 2 전기 기기 (20) 를 접속하는 케이블 (25) 이 꼬이는 것을 방지할 수 있다.
또, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 나셀 (6) 이 타워 (8) 에 대해서 부동인 경우, 타워 (8) 는 단면이 타원 형상이어도 된다. 나셀 (6) 이 타워 (8) 에 대해서 부동이 되도록 구성함으로써 단면이 타원 형상인 타워 (8) 를 채용할 수 있고, 나아가서는 파랑이나 조류 등에 의해서 잘 요동되지 않아 자세 안정성이 높은 풍력 발전 장치 (1) 로 할 수 있다.
도 2 에 나타내는 바와 같이, 일 실시형태에 있어서, 풍차 (2) 는 허브 (4) 에 연결된 회전 샤프트 (61) 와, 전력을 생성하는 발전기 (60) (제 1 전기 기기) 와, 회전 샤프트 (61) 의 회전 에너지를 발전기 (60) 에 전달하는 드라이브 트레인 (63) 을 포함하고 있다. 또한, 동 도면에서는 일례로서 드라이브 트레인 (63) 및 발전기 (60) 가 나셀 (6) 내에 배치되는 경우를 도시하고 있지만, 이 중 적어도 어느 것이 타워 (8) 측에 배치되어도 된다.
회전 샤프트 (61) 는 블레이드 (3) 및 허브 (4) 로 구성되는 로터 (5) 와 함께 회전한다. 또한, 허브 (4) 는 허브 커버 (4a) 로 덮여 있어도 된다. 또, 회전 샤프트 (61) 는 1 쌍의 베어링 (62) 을 개재하여 자유롭게 회전할 수 있도록 나셀 (6) 에 지지되어 있다.
드라이브 트레인 (63) 은 회전 샤프트 (61) 에 장착된 유압 펌프 (64) 와, 고압유 라인 및 저압유 라인을 개재하여 유압 펌프 (64) 에 접속되는 유압 모터 (65) 를 포함하여 구성된다. 유압 펌프 (64) 는 회전 샤프트 (61) 에 의해서 구동되어 작동유를 승압시켜 고압의 작동유 (압유) 를 생성한다. 유압 펌프 (64) 에서 생성된 압유는 고압유 라인을 개재하여 유압 모터 (65) 에 공급되고, 이 압유에 의해서 유압 모터 (65) 가 구동된다. 유압 모터 (65) 에서 작업을 한 후의 저압의 작동유는, 저압유 라인을 경유하여 유압 펌프 (64) 에 다시 복귀된다. 또, 유압 모터 (65) 의 출력축은 발전기 (60) 의 입력축에 접속되어 있고, 유압 모터 (65) 의 회전이 발전기 (60) 에 입력되도록 되어 있다. 또한, 동 도면에서는 드라이브 트레인 (63) 으로서 유압 트랜스 미션을 사용한 구성을 예시했지만, 이 구성에 한정되는 것이 아니라, 기어식 증속기 등의 다른 드라이브 트레인을 사용해도 되고, 드라이브 트레인 (63) 을 형성하지 않고, 회전 샤프트 (61) 와 발전기 (60) 를 직결시킨 구성이어도 된다.
풍차 (2) 는 메인터넌스시나 고정·해체시 등에 있어서, 풍차 (2) 의 적어도 일부를 잠수시키기 위한 잠수 수단을 구비하고 있다. 이 잠수 수단에 의해서, 풍차 (2) 는 도 1 의 화살표 방향으로 가라앉혀진다. 또한, 잠수 수단의 구체적인 구성에 대해서는 후술한다.
잠수 수단을 이용하여, 예를 들어 도 2 에 나타낸 각 부품을 이동시키기 위해서 풍차 (2) 를 잠수시킨다. 이동되는 부품으로는, 예를 들어 상기한 바와 같이 나셀 (6) 내 공간에 배치되는 회전 샤프트 (61), 베어링 (62), 드라이브 트레인 (63) 의 각 부품, 발전기 (60) 외에, 블레이드 (3), 허브 커버 (4a), 나셀 (6) 을 구성하는 각 부품, 제어반 등의 전기 기기 등의 각종 부품을 들 수 있다. 물론, 타워 (8) 의 상방 공간에 배치되는 각종 부품이어도 된다. 또, 메인터넌스시에 사용되는 부품도 포함된다. 물론, 부품의 이동을 수반하지 않는 작업에 있어서도, 풍차 (2) 를 잠수시켜도 된다.
도 2 에 나타내는 바와 같이, 부체식 풍력 발전 장치 (1) 는 제 2 전기 기기 (20) 를 타워 (8) 에 대해서 연직 방향으로 상대 이동시키는 이동 기구를 구비하고 있다. 이 이동 기구에 의해서, 풍차 (2) 의 잠수시에 제 2 전기 기기 (20) 는 수몰되지 않도록 타워에 대해서 연직 방향으로 상대 이동한다. 또한, 제 2 전기 기기 (20) 는 허브 (4) 또는 나셀 (6) 내에 형성되는 제 1 전기 기기 (60) 와, 케이블 (25) 을 개재하여 접속되는 전기 기기이다. 제 1 전기 기기 (60) 로는, 예를 들어 나셀 (6) 내의 발전기나 드라이브 트레인 (유압 트랜스 미션) (63) 이나 제어반, 허브 (4) 내의 피치 구동장치 또는 제어반, 그 밖에 보조기 등을 들 수 있다. 또, 제 2 전기 기기 (20) 로는, 예를 들어 스위치 기어, 변압기, 인버터, 제어반, 그 밖에 보조기 등을 들 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 이동 기구는 풍차 (2) 의 잠수시에 있어서, 수면 WL 에 뜨는 플로트 (22) 를 갖는 전기 기기 박스 (21) 에 수납되어 있다. 구체적으로는, 전기 기기 박스 (21) 의 하부에 플로트 (22) 가 장착되어 있고, 플로트 (22) 보다 상방에 제 2 전기 기기 (20) 가 수납되도록 되어 있다. 전기 기기 박스 (21) 는 기밀성을 갖도록 구성되어도 된다. 제 1 전기 기기 (60) 와 제 2 전기 기기 (20) 를 접속하는 케이블 (25) 은 타워 (8) 내로 연장된다. 전기 기기 박스 (21) 의 이동시에 케이블 (25) 이 심하게 흔들리지 않도록 타워 (8) 내주면에 장착된 클램프 (23) 에 케이블 (25) 을 삽입 통과시켜도 된다. 이 경우, 케이블 (25) 은 연직 방향으로 이동할 수 있도록 하여 클램프 (23) 에 삽입 통과된다. 클램프 (23) 는 복수 형성되어 있어도 된다. 가장 상부에 형성된 클램프 (23) 보다 상방에는 케이블 롤러 (19) 가 형성되어 있어도 된다. 케이블 롤러 (19) 는 클램프 (23) 에 의해서 타워 (8) 내주면을 따라서 배치된 케이블 (25) 을 타워 (8) 의 중앙 부근으로 유도함과 함께, 제 2 전기 기기 (20) 의 연직 방향 이동에 의해서 제 1 전기 기기 (60) 와 제 2 전기 기기 (20) 의 거리가 변화되었을 경우에 발생되는 케이블 (25) 의 여유분을 흡수한다.
상기 구성에 의하면, 제 2 전기 기기 (20) 가 수납된 전기 기기 박스 (21) 는 플로트 (22) 에 의해서 수면에 뜨게 되어 있기 때문에, 동력을 사용하지 않고, 제 2 전기 기기 (20) 를 타워 (8) 에 대해서 연직 방향으로 상대 이동할 수 있음과 함께, 제 2 전기 기기 (20) 를 확실하게 수면 WL 보다 상방에 위치시킬 수 있다.
또, 도 5 및 도 6 에 나타내는 바와 같이, 타워 (8) 의 외주측에 제 2 전기 기기 (20) 의 이동 기구를 설치해도 된다. 또한, 제 2 전기 기기 (20) 는 상기와 마찬가지로 플로트 (22) 를 갖는 전기 기기 박스 (21) 내에 수납되어 있다.
도 5 에 있어서, 전기 기기 박스 (21) 는 타워 (8) 의 외주면에 장착된 가이드 레일 (30) 을 따라서 타워 (8) 에 대해서 연직 방향으로 상대 이동하도록 되어 있다. 타워 (8) 의 외주면에는 연직 방향으로 복수의 클램프 (32) 가 장착되고, 제 1 전기 기기 (60) 와 제 2 전기 기기 (20) 를 접속하는 케이블 (25) 은 각 클램프 (32) 를 삽입 통과하도록 배치된다.
도 6 에 있어서, 전기 기기 박스 (21) 는 타워 (8) 의 주위를 둘러싸도록 형성된 프레임 (26) 에 연결된다. 프레임 (26) 에는 타워 (8) 의 외주면에 슬라이딩하는 복수의 가이드 롤러 (27) 가 장착되어 있다. 또, 케이블 (25) 은 정크션 박스 (28) 를 개재하여 제 2 전기 기기 (20) 에 접속되어도 된다. 게다가 전기 기기 박스 (21) 내에는 정크션 박스 (28) 에서 나온 케이블 (25) 을 감는 케이블 릴 (29) 이 형성되어 있어도 된다. 또한, 풍차 (2) 를 가라앉힐 때에는 클램프 (32) 로부터 케이블을 빼내면서 풍차 (2) 를 가라앉히도록 해도 된다.
상기한 바와 같이, 가이드 레일 (30) 이나 가이드 롤러가 부착된 프레임 (26) 등에 의해서, 전기 기기 박스 (21) 가 타워 (8) 를 따라서 안내되도록 구성함으로써, 전기 기기 박스 (21) 를 타워 (8) 에 대해서 원활하게 상대 이동시킬 수 있음과 함께, 파랑이나 조류에 의한 전기 기기 박스 (21) 의 요동을 억제할 수도 있다. 또한, 상기한 이동 기구는 타워 (8) 의 내주측에 설치해도 된다. 또, 제 2 전기 기기 (20) 로부터 외부로 연장되는 케이블 (25) 은, 부체 (10) 에 형성된 가이드 (34) 를 개재하여 물밑으로 연장시켜도 된다. 가이드 (34) 는 예를 들어, 케이블 (25) 이 상하 방향으로 삽입 통과하도록 링상으로 구성된다. 이로써, 제 2 전기 기기 (20) 가 타워 (8) 에 대해서 상하 방향으로 상대 이동한 경우여도, 가이드 (34) 에 의해서 케이블 (25) 을 타워 (8) 측에 안정적으로 지지시킬 수 있다.
다음으로, 도 7 및 도 8 을 참조하여, 풍차 (2) 의 잠수 수단에 대해서 설명한다. 도 7 은 타워 내부 공간에 밸러스트수를 주입하기 위한 구성을 설명하는 도면이다. 도 8 은 타워 내부 공간으로부터 밸러스트수를 배출하기 위한 구성을 설명하는 도면이다.
풍차 (2) 의 잠수 수단으로서, 타워 (8) 의 내부 공간에 저류되는 밸러스트수에 의해서 부체식 풍력 발전 장치 (1) 의 부력 조정을 행하는 구성을 사용해도 된다. 그 경우, 타워 (8) 의 하방, 즉 잠수시에 수면 WL 이 도달할 가능성이 있는 타워 영역은 대략 수밀 상태로 형성된다. 예를 들어, 잠수시에 수면 WL 이 도달할 가능성이 있는 타워 영역에 형성되는 문 등의 개폐부는 수밀성이 높은 구조로 한다.
도 7 에 나타내는 바와 같이, 일 실시형태에 있어서, 타워 (8) 에는 풍차 (2) 의 잠수시에 있어서 수면 WL 보다 상방의 타워 영역에 위치하도록 급수구 (8a) 가 형성되어 있다. 급수구 (8a) 에는 밸러스트수를 타워 (8) 의 내부 공간에 주수 (注水) 하기 위한 호스 (102) 가 삽입 통과된다. 호스 (102) 는 배 (예를 들어, 펌프선) (100) 에 탑재된 펌프 (101) 에 접속되고, 펌프 (101) 를 구동시킴으로써 호스 (102) 로부터 타워 (8) 의 내부 공간에 밸러스트수가 주수된다.
이와 같이, 호스 (102) 가 삽입 통과되는 급수구 (8a) 를, 풍차 (2) 의 잠수시에 있어서 수면 WL 보다 상방의 타워 (8) 의 영역에 형성함으로써, 타워 주위의 물이 급수구 (8a) 를 통하여 타워 (8) 의 내부 공간으로 침입하는 것을 방지할 수 있다. 이로써, 타워 (8) 의 내부 공간에 저류된 밸러스트수의 수면과, 타워 주위의 수면 WL 의 높이 차를 조정할 수 있게 되어 밸러스트수에 의한 부력 조정을 적절히 행할 수 있게 된다.
도 8 에 나타내는 바와 같이, 일 실시형태에 있어서, 타워 (8) 에는 풍차 (2) 의 잠수시에 있어서 수면 WL 보다 상방의 타워 영역에 위치하도록 배수구 (8b) 가 형성되어 있다. 또한, 급수구 (8a) 및 배수구 (8b) 는 동일해도 된다. 배수구 (8b) 에는 밸러스트수를 타워 (8) 의 내부 공간으로부터 외부로 배출하기 위한 호스 (104) 가 삽입 통과된다. 호스 (104) 는 배 (예를 들어, 펌프선) (100) 에 탑재된 펌프 (103) 에 접속됨과 함께, 타워 (8) 의 내부 공간에 배치된 펌프 (102) 에 접속된다. 그리고, 펌프 (102, 103) 를 구동시킴으로써, 타워 (8) 의 내부 공간으로부터 호스 (104) 를 개재하여 밸러스트수가 배출된다. 또, 타워 (8) 의 내부 공간에 배치된 펌프 (102) 는 플로트 (106) 상에 탑재되어도 된다.
이와 같이, 타워 (8) 의 내부 공간에 주입된 밸러스트수를 타워 (8) 의 밖으로 배출하기 위한 펌프 (102, 103) 를 형성함으로써, 밸러스트수 주입에 의해서 잠수 상태에 있는 풍차 (2) 를 용이하게 부상시킬 수 있다. 또, 타워 (8) 내에 설치되는 펌프 (102) 는 플로트 (106) 에 의해서 수면에 뜨도록 구성함으로써, 펌프 (102) 가 수몰되어 고장나는 것을 방지할 수 있다.
상기 구성에 더하여, 본 실시 형태에 관련된 부체식 풍력 발전 장치 (1) 는 도 9 및 도 10 에 나타내는 구성을 추가로 구비하고 있어도 된다. 도 9 는 타워 외주측에 배치 형성된 래더를 나타내는 사시도이다. 도 10 은 타워를 요 선회시키기 위한 구성을 설명하는 도면이다.
도 9 에 나타내는 바와 같이, 풍차 (2) 는 타워 (8) 의 외주측에 설치된 래더 (42) 와, 래더 (42) 를 덮는 래더 커버 (41) 를 추가로 구비하고 있어도 된다. 래더 (42) 는 타워 (8) 의 하부로부터 나셀 (6) 에 이르는 액세스로를 따라서 연장 형성된다. 이로써, 타워 (8) 의 내부 공간으로 들어가지 않아도 타워 (8) 의 외주측에 형성된 래더 (42) 를 이용하여 나셀 (6) 에 액세스할 수 있다. 따라서, 타워 (6) 의 내부 공간으로 들어가기 위한 개폐구가 불필요해져, 타워 (8) 의 수밀성을 향상시킬 수 있다.
도 10 에 나타내는 바와 같이, 풍차 (2) 는 타워 (8) 의 외주를 둘러싸도록 배치된 체인 링 (45) 과, 체인 링 (45) 에 대해서 타워 (8) 를 요 선회시키는 요 선회 기구 (47) 를 추가로 구비하고 있어도 된다. 체인 링 (45) 은 타워 (8) 의 외주면에 대해서 연직 방향으로 슬라이드 가능하게 장착되어 있다. 또, 체인 링 (45) 은 부력을 갖고 있고, 타워 (8) 가 수면 WL 에 대해서 연직 방향으로 이동 (잠수 또는 부상) 해도 수면 WL 에 머물도록 되어 있다. 체인 링 (45) 에는 계류 라인 (16) 이 접속되는 훅 (46) 이 장착되어 있다. 체인 링 (45) 은 항상 수면 WL 에 유지되기 때문에, 풍차 (2) 가 잠수 또는 부상해도 훅 (46) 에 장착된 계류 라인 (16) 의 장력은 거의 변화되지 않는다. 풍차 (2) 의 통상 운전시 등에 있어서 풍차 (2) 를 요 선회시키는 경우에는, 체인 링 (45) 을 기준으로 하여 요 선회 기구 (47) 를 구동한다. 이로써, 풍차 (2) 의 원활한 요 선회가 가능해진다. 또한, 이 구성은 상기 도 3 및 도 4 에 나타낸 바와 같이, 타워 (8) 에 대해서 나셀 (6) 이 부동인 경우에 바람직하게 사용된다.
이하, 도 11 을 참조하여, 일 실시형태에 관련된 부체식 풍력 발전 장치의 부품 반송 순서에 대해서 상세하게 서술한다. 도 11 의 (a), (b) 는 일 실시형태에 관련된 부체식 풍력 발전 장치의 부품 반송 순서를 나타내는 도면이다. 또한, 여기서는 일례로서 부체식 풍력 발전 장치 (1) 로부터 배 (100) 에 제 1 전기 기기 (60) 를 이동시키는 경우에 대해서 설명한다. 제 1 전기 기기 (60) 는 나셀 (6) 의 제 1 하역 위치 A 에 배치되어 있다.
도 11 의 (a) 에 나타내는 바와 같이, 메인터넌스시 등에 있어서 배 (펌프선) (100) 가 접근하면, 풍차 (2) 를 도면 중앙의 화살표 방향으로 이동시켜, 풍차 (2) 의 적어도 일부를 잠수시킨다. 이 때, 제 2 전기 기기 (20) 는 상기 서술한 어느 이동 기구에 의해서 수몰되지 않도록 타워 (8) 에 대해서 연직 방향 상방으로 상대 이동한다 (도 2, 도 5 및 도 6 참조). 그리고, 도 11(b) 에 나타내는 바와 같이, 풍차 (2) 의 적어도 일부가 수면 WL 보다 하방으로 가라앉은 상태를 유지하고, 풍차 (2) 측에 있어서의 제 1 하역 위치 A 와, 수면측에 있어서의 제 2 하역 위치 B 사이에서 제 1 전기 기기 (60) 를 이동시킨다. 제 1 전기 기기 (60) 의 이동에는, 예를 들어 크레인 (108) 이 탑재된 배 (크레인선) (100) 가 사용된다. 또한, 제 1 전기 기기 (60) 의 이동에는 풍차 (2) 측에 형성된 크레인이나 윈치 등의 승강 장치 (도시 생략) 를 사용해도 된다.
상기한 부체식 풍력 발전 장치 (1) 의 부품 반송 방법에 의하면, 풍차 (2) 의 적어도 일부를 잠수시킴으로써 풍차 (2) 의 수면 WL 으로부터의 높이가 낮아져, 파랑이나 조류 등에 의해서 풍차 (2) 가 요동쳐도 풍차 (2) 상방의 흔들림은 그다지 커지지 않기 때문에, 블레이드 (3), 허브 (4) 또는 나셀 (6) 과 같은 높은 곳에서도 부품 반송의 작업성을 향상시킬 수 있다. 또, 부체 (10) 나 타워 (8) 를 수중에 가라앉힘으로써, 파랑이나 조류 등에 의한 요동의 감쇠 효과가 높아져, 풍차 (2) 전체의 요동도 보다 더 작게 할 수 있다. 게다가 크레인선 (100) 을 사용하여, 풍차 (2) 측의 제 1 하역 위치 A 와 수면측 WL 의 제 2 하역 위치 B 사이에서 부품을 이동시키는 경우, 크레인선 (100) 의 붐의 양정은 낮아도 되기 때문에 선체의 흔들림에 의한 붐 선단 (부품이 장착되는 훅 위치) 의 흔들림을 작게 할 수 있어 보다 더 작업성을 향상시킬 수 있다. 게다가 또한, 짧은 붐 길이의 크레인이어도 되는 점에서, 크레인선 (100) 의 특수성이 경감되어 보다 범용성이 있는 선체 및 사이즈의 배 (100) 를 사용할 수 있다.
또, 풍차 (2) 의 잠수시에 제 2 전기 기기 (20) 가 수몰되지 않도록, 타워 (8) 에 대해서 제 2 전기 기기 (20) 를 연직 방향으로 상대 이동시키도록 했기 때문에, 제 2 전기 기기 (20) 를 침수로부터 확실하게 보호할 수 있다.
또한, 이들 실시형태에 있어서, 배 (100) 로부터 부체식 풍력 발전 장치 (1) 에 제 1 전기 기기 (60) 를 이동시키는 경우에는 상기와 반대 순서를 행한다.
또, 제 2 전기 기기 (20) 를 이동시킨 후, 풍차 (2) 를 부상시켜 풍차 (2) 를 건조시켜도 된다. 특히, 타워 (8) 의 내부 공간을 건조시킨다. 건조 방법으로는, 예를 들어 타워 (8) 의 내부 공간에 온풍을 공급하여 내부 공간의 온도를 상승시켜도 된다. 이로써, 원활하게 풍력 발전 장치 (1) 의 통상 운전을 재개할 수 있게 된다.
게다가, 부체식 풍력 발전 장치가 해상에 설치되는 경우, 풍차 (2) 를 건조시키기 전에 진수로 세정하도록 해도 된다. 이로써, 풍차 (2) 의 잠수시에 해수 중에 포함되는 부식성 물질이 풍차 (2) 에 부착된 경우여도, 풍차 (2) 의 부상 후에 이것을 제거할 수 있어 풍차 (2) 를 구성하는 부품이 부식되는 것을 방지할 수 있다.
게다가 또한, 풍차 (2) 를 잠수시키기 전에, 부체 (10) 를 계류하기 위한, 앵커에 연결된 계류 라인 (16) 을 부체 (10) 로부터 떼어내고, 그 계류 라인 (16) 을 부이에 장착해 두어도 된다. 그 경우, 풍차 (2) 를 잠수시킬 때에는, 부체 (10) 로부터 계류 라인 (16) 이 떼어내어진 상태에서 풍차 (2) 를 잠수시켜도 된다. 이로써, 풍차 (2) 의 잠수시에 계류 라인 (16) 에 의해서 잠수 동작이 저해되는 것을 방지하여 원활하게 풍차 (2) 를 잠수시킬 수 있다.
다른 실시형태에 있어서, 도 12 ∼ 도 17 의 구성을 구비하고 있어도 된다. 도 12 는 본 발명외 실시형태에 있어서의 부체식 풍력 발전 장치가 해상에 계류되어 있는 상태를 나타내는 사시도이다. 도 13 의 (a), (b) 는 다른 실시형태에 관련된 부체식 풍력 발전 장치의 잠수 순서를 나타내는 도면이다. 도 14 는 도 13 의 (b) 의 B 부 확대 도면이다. 도 15 의 (a), (b) 는 다른 실시형태에 관련된 부체식 풍력 발전 장치의 자세 조정 방법을 설명하는 도면이다. 도 16 의 (a), (b) 는 다른 실시형태에 관련된 부체식 풍력 발전 장치의 잠수 순서를 나타내는 도면이다. 도 17 의 (a), (b) 는 다른 실시형태에 관련된 또 다른 부체식 풍력 발전 장치의 잠수 순서를 나타내는 도면이다.
또한, 도 12 ∼ 도 17 에는 세미서브형의 부체식 풍력 발전 장치에 있어서의 잠수 수단 및 이에 관련된 구성만을 나타내고 있고, 제 1 전기 기기 (60), 제 2 전기 기기 (20), 및 제 2 전기 기기 (20) 의 이동 기구 등은 생략되어 있다.
도 12 및 도 13 에 나타내는 바와 같이, 일 실시형태에 있어서 부체식 풍력 발전 장치 (81) 는 수면 WL 에 뜨는 부체 (90) 와, 부체 (90) 에 세워져 형성된 풍차 (82) 를 구비한다.
풍차 (82) 는 적어도 1 장의 블레이드 (83) 와, 블레이드 (83) 가 장착되는 허브 (84) 와, 허브 (84) 가 장착된 나셀 (86) 과, 나셀 (86) 을 요 선회 가능하게 지지하는 타워 (88) 를 갖는다.
부체 (10) 는 평면에서 보았을 때, 가상 삼각형의 정점 위치에 배치된 기둥 형상의 3 개의 칼럼 (91, 92, 93) 을 가짐과 함께, 제 1 칼럼 (91) 과 제 2 칼럼 (92) 을 접속하는 장척상의 제 1 로어 헐 (94), 및 제 1 칼럼 (91) 과 제 3 칼럼 (93) 을 접속하는 장척상의 제 2 로어 헐 (95) 을 갖는다. 그리고, 이들 3 개의 칼럼 (91, 92, 93) 과 2 개의 로어 헐 (94, 95) 에 의해서, 평면에서 보았을 때 부체 (90) 는 대략 V 자상으로 형성되어 있다. 그리고, 평면에서 보았을 때 대략 V 자상의 정가운데에 위치하는 제 1 칼럼 (91) 의 상면에는 상기 서술한 풍차 (92) 가 설치되어 있다.
또, 제 1 로어 헐 (94) 과 제 2 로어 헐 (95) 이 직각으로 교차함과 함께, 제 1 로어 헐 (94) 과 제 2 로어 헐 (95) 의 교각 (交角) 의 이등분선에 대해서 좌우 대칭을 이루는 가상 직각 이등변 삼각형의 정점 위치에 상기 서술한 3 개의 칼럼 (91, 92, 93) 이 배치되어 있어도 된다.
게다가 특별히 도시하지 않지만, 제 2 칼럼 (92) 과 제 3 칼럼 (93) 을 접속하는 제 3 로어 헐을 추가로 가져도 된다. 게다가 또한, 제 1 로어 헐 (94) 과 제 2 로어 헐 (95) 이 보강용의 빔 부재에 의해서 연결되어 있어도 된다.
또한, 상기 실시형태에서는, 제 1 칼럼 (91) 및 제 2 칼럼 (92), 제 1 칼럼 (91) 및 제 3 칼럼 (93) 을 각각 접속하는 연결부로서 로어 헐 (94, 95) 을 예시했지만, 연결부는 이에 한정되지 않는다.
일 실시형태에 있어서, 부체 (90) 는 그 내부에 밸러스트수를 저류하는 밸러스트실 (도시 생략) 이 형성되어 있어도 된다. 밸러스트실은 칼럼 (91, 92, 93) 및 로어 헐 (94, 95) 의 적어도 어느 것의 내부 공간에 형성된다. 또, 밸러스트실은 로어 헐 (94, 95) 의 연장 방향으로 복수로 분할된 구성이어도 되고, 이로써 로어 헐 (94, 95) 의 연장 방향으로 부력 분포를 형성할 수 있어, 풍차 (2) 의 자세를 적절히 제어할 수 있다. 이 밸러스트실에 밸러스트수가 주입됨으로써, 로어 헐 (94, 95) 의 상면보다 상방에 흘수면 (수면 WL) 이 위치된 상태에서 수면에 계류된다. 또, 밸러스트실은 풍차 (2) 의 잠수 수단으로도 사용될 수도 있다. 그 경우, 풍차 (2) 의 적어도 일부가 잠수하는 부력이 되도록 밸러스트실에 밸러스트수를 주입한다. 밸러스트실이 로어 헐 (94, 95) 의 연장 방향으로 복수로 분할된 구성인 경우, 각 밸러스트실에 있어서의 밸러스트 수량을 조절하여, 풍차 (2) 가 수평 상태를 유지한 채로 연직 방향 하방으로 가라앉도록 해도 된다. 또한, 풍차 (2) 를 잠수시킬 때에는 타워 (8) 의 내부 공간에도 밸러스트수가 공급되기 때문에, 이 내부 공간도 밸러스트실의 하나에 포함된다.
또, 부체 (90) 는 그 상면에 풍차 (82) 가 설치되어 있는 제 1 칼럼 (91) 이 주풍향 W 에 대해서 바람이 불어오는 측에 위치하도록 배치되어도 된다. 그 경우, 제 2 칼럼 (92) 및 제 3 칼럼 (93) 은 제 1 칼럼 (91) 보다 주풍향 W 의 바람이 불어 가는 측에 위치하도록 배치된다. 이와 같이, 풍차 (2) 가 설치되어 있는 제 1 칼럼 (91) 을 주풍향 W 의 바람이 불어오는 측에 위치하도록 배치함으로써, 바람 하중을 받아 배면 (背面) 측으로 전도 (顚倒) 되려고 하는 풍차 (82) 의 안정성을 높일 수 있다.
게다가, 부체 (80) 에는 도 12 에 나타내는 바와 같이, 물밑 E 에 고정된 앵커 (도시 생략) 에 연결된 복수의 계류 라인 (96) 이 현수 곡선을 그리도록 커티너리상으로 접속되어 있어도 된다. 그 경우, 부체 (90) 는 이들 앵커 및 계류 라인 (96) 에 의해서 부체 (90) 에 작용하는 표류력이나 회전 모멘트에 저항하여 해상에 계류된다.
도 13 의 (a) 에 나타내는 바와 같이, 타워 (88) 가 수면 WL 보다 상방에 위치하는 상태에 있어서, 타워 (88) 의 내부 공간 및 부체 (90) 의 밸러스트실에 밸러스트수를 공급하고, 도 13 의 (b) 에 나타내는 바와 같이, 풍차 (82) 의 적어도 일부가 잠수하도록 부체 (90) 와 함께 풍차 (82) 를 가라앉힌다. 이 때, 부체 (90) 가 수평 상태를 유지한 채로 가라앉도록 밸러스트 수량을 조절해도 된다.
도 13 의 (b) 에 나타내는 바와 같이, 풍차 (82) 가 방사상으로 연장되는 3 장의 블레이드 (83) 를 갖는 경우, 타워 (88) 와 함께 하방에 위치하는 블레이드 (83) 의 일부가 침수되는 경우가 있다. 이와 같은 경우에는, 도 14 에 나타내는 바와 같이, 수면 WL 에 가까운 블레이드 (83) 에 보호 커버 (96) 를 장착해도 된다. 보호 커버 (96) 는 물을 통과시키지 않는 재질로 형성된다. 또, 보호 커버 (96) 가 벗겨지지 않도록 보호 커버 (96) 에 훅 (97) 을 장착하여, 보호 커버 (96) 를 허브 (84) 측에 와이어 (98) 로 매달아도 된다. 게다가 보호 커버 (96) 에 플로트 (99) 를 장착해도 된다.
또, 도 15 의 (a) 에 나타내는 바와 같이, 부체식 풍력 발전 장치 (81) 의 잠수시 또는 부상시에 있어서의 자세 조정에 있어서, 부체 (90) 가 수평 상태에서 연직 방향으로 이동하도록 플로트 (110) 를 사용해도 된다. 예를 들어, 제 2 칼럼 (92), 제 3 칼럼 (93) 에 훅 (112) 을 형성하고, 훅에 장착된 와이어 (114) 의 선단에 플로트 (110) 를 접속한다. 플로트 (110) 대신에, 제 2 칼럼 (92), 제 3 칼럼 (93) 내에 공기실 (115) 을 형성하고, 공기실 (115) 내의 공기 용적을 조절함으로써 자세 조정을 실시해도 된다.
게다가 도 15 의 (b) 에 나타내는 바와 같이, 부체식 풍력 발전 장치 (81) 의 잠수시 또는 부상시에 있어서의 자세 조정에 있어서, 부체 (90) 가 수평 상태를 유지한 채로 연직 방향으로 이동하도록, 배 (크레인선) (100) 에 탑재된 크레인 (108) 으로 부체 (90) 를 매달아도 된다. 예를 들어, 제 2 칼럼 (92), 제 3 칼럼 (93) 에 형성된 훅 (112) 에 와이어 (114) 를 걸고, 크레인 (108) 으로 상방으로 끌어올린다.
게다가 도 16 의 (a), (b) 에 나타내는 바와 같이, 해저 E 에 부체 설치대 (120) 를 형성하여, 부체식 풍력 발전 장치 (81) 를 가라앉혔을 때 부체 (90) 가 부체 설치대 (120) 에 탑재되도록 해도 된다. 구체적으로, 부체 설치대 (120) 는, 각 칼럼 (91, 92, 93) 을 지지하는 3 개의 지지부 (121) 와, 각 칼럼 (91, 92, 93) 의 바닥면에 각각 걸어맞추는 걸어맞춤부 (122) 와, 3 개의 지지부 (121) 를 서로 연결하는 연결부 (123) 를 갖는다. 그리고, 도 16 의 (a) 에 나타내는 바와 같이, 각 칼럼 (91, 92, 93) 의 바닥면이 부체 설치대 (120) 의 걸어맞춤부 (122) 에 걸어맞추어질 때까지 부체식 풍력 발전 장치 (81) 를 가라앉힌다. 이로써, 잠수시에 있어서의 부체식 풍력 발전 장치 (81) 의 자세를 안정적으로 유지할 수 있다.
또, 각 지지부 (121) 의 와이어 장착부 (124) 에 장착된 와이어 (127) 의 선단에 플로트 (126) 를 접속해도 된다. 이 플로트 (126) 는 부체 설치대 (120) 의 위치를 작업자에게 알리는 목적에서 형성된다.
게다가 또한, 부체 설치대 (120) 에 장착된 와이어 (127) 를 배 (100) 에 탑재된 승강 기구 (109) 에 바꿔 달고, 배 (100) 로 부체 설치대 (120) 를 매달아서 들어올린 상태에서 다른 장소로 이동시킬 수도 있다.
또, 도 17 의 (a), (b) 에 나타내는 바와 같이, 부체식 풍력 발전 장치 (131) 의 풍차 (132) 가 나셀 (136) 에 장착된 허브 (134) 로부터 반대 방향으로 연장되는 1 쌍의 블레이드 (133) 를 갖는 경우, 풍차 (131) 를 잠수시키기 전에, 1 쌍의 블레이드 (133) 가 수평 방향을 따르도록 허브 (134) 의 각도 위치를 조정하고, 1 쌍의 블레이드 (133) 가 수몰되지 않는 위치까지 풍차 (132) 를 잠수시켜도 된다. 이와 같이, 1 쌍의 블레이드 (133) 가 수평 방향을 따르도록 한 상태에서 풍차 (132) 를 잠수시킴으로써 블레이드 (133) 가 물에 잠기는 것을 방지할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 상기 서술한 실시형태에 의하면, 풍차 (2) (82, 132) 의 잠수시에 있어서, 높은 곳에 설치되는 제 1 전기 기기 (60) 에 케이블 (25) 을 개재하여 접속되는 제 2 전기 기기 (20) 가, 타워 (8) (88) 에 대해서 연직 방향으로 상대 이동할 수 있기 때문에, 제 2 전기 기기 (20) 가 수몰되는 것을 확실하게 방지할 수 있다. 또, 제 2 전기 기기 (20) 는 타워 (8) (88) 에 대해서 연직 방향으로 상대 이동할 수 있도록 구성되어 있기 때문에, 풍차 (2) (82, 132) 의 통상 운전시에는 적절한 위치에 제 2 전기 기기 (20) 를 배치할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시형태에 대해서 상세하게 설명했지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 각종 개량이나 변형을 실시해도 되는 것은 물론이다.
상기 서술한 실시형태에서는 풍차의 잠수 수단으로서 타워 내부 공간 또는 부체의 밸러스트실에 밸러스트수를 주입하는 구성을 예시했지만, 잠수 수단의 구성은 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 부체에 복수 접속된 계류 라인의 장력을 각각 조절함으로써 풍차를 잠수시키는 구성이어도 된다. 또, 풍차 또는 부체에 추나 배 등의 자중을 부여함으로써 부체를 잠수시키는 구성이어도 된다.
1, 81, 131 : 부체식 풍력 발전 장치
2, 82, 132 : 풍력 발전기
3, 83, 133 : 블레이드
4, 84, 134 : 허브
4a : 허브 커버
5 : 로터
6, 86, 136 : 나셀
8, 88 : 타워
8a, 8b : 급배수구
10, 90 : 부체
11 : 부체 본체
12 : 밸런스 웨이트
13 : 부력체
14 : 푸팅
15 : 앵커
16, 96 : 계류 라인
19 : 케이블 롤러
20 : 전기 기기 박스
21 : 제 2 전기 기기
22, 99, 106, 110, 126 : 플로트
23, 32 : 클램프
25 : 케이블
26 : 프레임
27 : 가이드 롤러
41 : 래더 커버
42 : 래더
45 : 체인 링
47 : 요 구동 기구
60 : 제 1 전기 기기
61 : 회전 샤프트
62 : 베어링
63 : 드라이브 트레인
91 : 제 1 칼럼
92 : 제 2 칼럼
93 : 제 3 칼럼
94 : 제 1 로어 헐
95 : 제 2 로어 헐
96 : 보호 커버
100 : 배
101, 102, 103 : 펌프
102, 104 : 호스
108 : 크레인
109 : 승강기구
115 : 공기실
120 : 부체 설치대
A : 제 1 하역 위치
B : 제 2 하역 위치

Claims (13)

  1. 수면에 뜨는 부체와,
    상기 부체 상에 설치되고, 적어도 일부가 잠수할 수 있도록 구성된 풍차를 구비하는 부체식 풍력 발전 장치로서,
    상기 풍차는,
    적어도 1 개의 블레이드와,
    상기 블레이드가 장착되는 허브와,
    상기 부체 상에 세워져 형성되는 타워와,
    상기 타워 상에 형성되는 나셀과,
    상기 허브 또는 상기 나셀 내에 형성되는 제 1 전기 기기와,
    케이블을 개재하여 상기 제 1 전기 기기에 접속되는 제 2 전기 기기를 포함하고,
    상기 제 2 전기 기기는, 상기 풍차의 잠수시에 있어서 수몰되지 않도록 상기 타워에 대해서 연직 방향으로 상대 이동할 수 있도록 구성되고,
    상기 타워 내에 형성되고, 상기 타워의 내부 공간에 주입된 밸러스트수를 상기 타워 외로 배출하기 위한 배출 펌프와,
    상기 배출 펌프를 상기 밸러스트수의 수면에 띄우기 위한 플로트를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 부체식 풍력 발전 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 전기 기기는, 상기 풍차의 잠수시에 있어서 상기 수면에 뜨는 플로트를 갖는 전기 기기 박스에 수납되어 있는 것을 특징으로 하는 부체식 풍력 발전 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 전기 기기 박스는, 상기 타워의 내주면 또는 외주면에 맞닿는 가이드 부재를 갖고, 상기 풍차의 잠수시, 상기 전기 기기 박스가 상기 가이드 부재에 의해서 상기 타워를 따라서 안내되도록 구성된 것을 특징으로 하는 부체식 풍력 발전 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 부체는, 상기 풍차가 설치되는 제 1 칼럼을 포함하는 복수의 칼럼과, 상기 복수의 칼럼 간을 접속하는 로어 헐을 포함하는 세미서브식 부체이고,
    상기 풍차는, 상기 타워와, 상기 칼럼 또는 상기 로어 헐의 적어도 일방에 대한 밸러스트수의 주입에 의해서 잠수할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 부체식 풍력 발전 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 나셀은 상기 타워 상부에 고정되어 상기 타워에 대해서 부동이고,
    상기 타워는 단면이 타원 형상인 것을 특징으로 하는 부체식 풍력 발전 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 타워에는, 상기 타워의 내부 공간과 상기 타워의 외부 사이에 있어서의 밸러스트수의 이동에 사용되는 밸러스트수 튜브가 삽입 통과되는 급배수구가 형성되어 있고,
    상기 급배수구는, 상기 풍차의 잠수시에 있어서 상기 수면보다 상방인 상기 타워의 영역에 위치하는 것을 특징으로 하는 부체식 풍력 발전 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 풍차는, 상기 타워의 외주측에 설치된 래더와, 그 래더를 덮는 래더 커버를 추가로 포함하고,
    상기 래더에 의해서 상기 타워의 하부로부터 상기 나셀에 이르는 액세스로를 상기 타워의 외부에 형성한 것을 특징으로 하는 부체식 풍력 발전 장치.
  8. 적어도 1 개의 블레이드, 그 블레이드가 장착되는 허브, 수면에 뜨는 부체 상에 세워져 형성된 타워, 그 타워 상에 형성되는 나셀, 상기 허브 또는 상기 나셀 내에 형성되는 제 1 전기 기기, 및 케이블을 개재하여 상기 제 1 전기 기기에 접속되는 제 2 전기 기기를 포함하는 풍차와, 상기 부체를 구비한 부체식 풍력 발전 장치의 부품 반송 방법으로서,
    상기 풍차의 적어도 일부를 잠수시키는 잠수 단계와,
    상기 잠수 단계 후, 상기 블레이드, 상기 허브 또는 상기 나셀의 적어도 하나에 있어서의 제 1 하역 위치와, 상기 수면측에 있어서의 제 2 하역 위치 사이에서 상기 풍차의 부품을 이동시키는 부품 이동 단계를 구비하고,
    상기 잠수 단계에서는, 상기 제 2 전기 기기가 수몰되지 않도록 상기 타워에 대해서 상기 제 2 전기 기기를 연직 방향으로 상대 이동시킴과 함께,
    상기 잠수 단계에서는, 상기 적어도 1 개의 블레이드 중 상기 수면에 가까운 블레이드에 보호 커버를 장착하는 것을 특징으로 하는 부체식 풍력 발전 장치의 부품 반송 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 부품 이동 단계에서는, 크레인선을 사용하여 상기 제 1 하역 위치와 상기 제 2 하역 위치 사이에서 상기 부품의 이동을 행하고,
    상기 부품은, 상기 적어도 하나의 블레이드, 및 상기 나셀 내에 수납되는 드라이브 트레인 또는 발전기의 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 부체식 풍력 발전 장치의 부품 반송 방법.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 블레이드는, 상기 허브로부터 반대 방향으로 연장되는 1 쌍의 블레이드이고,
    상기 잠수 단계 전에, 상기 1 쌍의 블레이드가 수평 방향을 따르도록 상기 허브의 각도 위치를 조정하는 각도 위치 조정 단계를 추가로 구비하고,
    상기 잠수 단계에서는, 수평 방향을 따른 상기 1 쌍의 블레이드가 수몰되지 않는 위치까지 상기 풍차를 잠수시키는 것을 특징으로 하는 부체식 풍력 발전 장치의 부품 반송 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 부품 이동 단계 후, 상기 풍차를 부상시키는 부상 단계와,
    상기 부상 단계 후, 상기 풍차를 건조시키는 건조 단계를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 부체식 풍력 발전 장치의 부품 반송 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 부체식 풍력 발전 장치는 해상에 설치된 해상 풍차이고,
    상기 잠수 단계에서는, 상기 풍차의 내부에 해수를 넣어 상기 풍차의 적어도 일부를 잠수시키고,
    상기 부상 단계 후, 또한 상기 건조 단계 전에 상기 풍차를 진수로 세정하는 세정 단계를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 부체식 풍력 발전 장치의 부품 반송 방법.
  13. 제 8 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 잠수 단계 전에, 상기 부체를 계류하기 위한, 앵커에 부착된 계류 라인을 상기 부체로부터 떼어내고, 그 계류 라인을 부이에 장치해 두는 계류 해제 단계를 추가로 구비하고,
    상기 잠수 단계에서는, 상기 부체로부터 상기 계류 라인이 떼어내어진 상태에서, 상기 풍차의 잠수를 행하는 것을 특징으로 하는 부체식 풍력 발전 장치의 부품 반송 방법.
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