1.本发明的实施例涉及海上风力发电浮体。


背景技术：

2.通常，风力发电(wind power)利用风力涡轮机(wind turbine)等装置将风能转换为机械能，利用该能量转动发电机并进行发电。此时，风力发电根据其设置场所将分为陆上(onshore type)风力发电和海上(offshore type)风力发电，最近，在海上风力发电技术中，对于下部结构物非固定于海床而是漂浮在海上形态的浮动式海上风力发电的研究开发正在活跃地进行。
3.另外，浮动式海上风力发电的主要结构根据系统稳定性维持方法及设置深度分为圆筒形(spar buoy)、张力腿式(tlp，tension leg platform)、半潜式(semi-submergible)。
4.只是，半潜式浮体需要大而重的结构物用以提供稳定性。此外，就张力腿式浮体而言，系泊和锚泊系统会受到高负荷，因此存在设置作业困难的缺点。
5.因此，海上风力发电浮体需要采用水线面积小及吃水深且具有稳定性的圆筒形结构，同时需要改善能够减少因水线面积小导致定倾中心高度(metacentric height)下降进而发生的水平方向摇摆(纵摇)。


技术实现要素：

6.【技术问题】
7.本发明实施例的目的在于，提供一种海上风力发电浮体,其在远海水深60m以上的深海中也能够容易设置并使用。
8.此外，本发明实施例的目的在于，提供一种海上风力发电浮体,其在海上直立设置的状态下可通过减少水平方向纵摇来实现稳定运行。
9.此外，本发明实施例的目的在于，提供一种海上风力发电浮体,其在海上直立设置的状态下可通过减少垂直方向的垂荡来实现稳定运行。
10.此外，本发明实施例的目的在于，提供一种海上风力发电浮体,其在海上直立设置的状态下当发生水平方向纵摇时，与风力或者波力等外力作用无关地可减弱摇动/振动。
11.此外，本发明实施例的目的在于，提供一种海上风力发电浮体,其通过对内部的压舱物部进行操作，当发生事件时可将浮动本体固定到特定位置。
12.【技术方案】
13.根据本发明的一实施例可提供一种海上风力发电浮体，其可与利用风力发电的塔结合且可设置于海上，包括：浮动本体，其以预定长度形成且横断面为圆形；压舱物部，其位于所述浮动本体的一侧；衰减板，其位于所述浮动本体的一端且以大于所述浮动本体一侧外径的直径形成；以及纵摇衰减部，其位于所述浮动本体另一侧且用于减弱所述浮动本体的水平方向的纵摇。
14.所述纵摇衰减部可包括以放射状布置于所述浮动本体外侧的至少三个衰减部件，当所述浮动本体在海上直立时，所述至少三个衰减部件位于水线面。
15.所述至少三个衰减部件可分别包括中空的液体容纳部，所述纵摇衰减部进一步包括用于将所述至少三个衰减部件中相邻的两个衰减部件相互连接的至少三个浮动部件，至少三个所述液体容纳部相互间通过所述至少三个浮动部件连通，所述至少三个浮动部件和所述至少三个液体容纳部中容纳有液体。
16.所述至少三个衰减部件可形成4个，所述4个衰减部件相互间以等间距布置，所述4个衰减部件分别以相同直径的圆筒状形成。
17.所述浮动本体可进一步包括位于所述压舱物部与所述纵摇衰减部之间的凸状衰减部，所述凸状衰减部以大于所述浮动本体一侧外径的外径形成。
18.所述凸状衰减部可包括锥部，所述锥部形成在长度方向一端和另一端中的至少一侧且外表面相对于长度方向倾斜地形成。
19.所述浮动本体可包括：第一墙体和第二墙体，其沿着半径方向相隔布置且分别以预定直径的圆筒状形成；以及辅助压舱物，其位于所述第一墙体与所述第二墙体之间。
20.所述辅助压舱物沿着所述浮动本体的圆周方向能够以环状形成。
21.所述第一墙体形成所述浮动本体的外表面，所述压舱物部可位于所述第二墙体的内侧。
22.【有益效果】
23.根据本发明的实施例，可在远海水深60m以上的深海中也能够容易设置并使用。
24.此外，根据本发明的实施例，在海上直立设置的状态下可通过减少水平方向纵摇来实现稳定运行。
25.此外，根据本发明的实施例，在海上直立设置的状态下可通过减少垂直方向的垂荡来实现稳定运行。
26.此外，根据本发明的实施例，在海上直立设置的状态下当发生水平方向纵摇时，与风力或者波力等外力作用无关地可减弱摇摆/振动。
27.此外，根据本发明的实施例，通过对内部的压舱物部进行操作，当发生事件时可将浮动本体固定到特定位置。
附图说明
28.图1是根据本发明一实施例的海上风力发电浮体的示图。
29.图2是根据本发明一实施例的海上风力发电浮体设置于海上时与水线面的位置关系的示图。
30.图3是根据本发明一实施例的海上风力发电浮体的压舱物部平时置于浮动本体内部的状态示图。
31.图4是根据本发明一实施例的海上风力发电浮体的压舱物部发生事件时下落状态的示图。
32.图5是根据本发明一实施例的海上风力发电浮体的压舱物部发生事件时下落并位于海底面上的状态的示图。
33.图6的(a)是根据本发明另一实施例的海上风力发电浮体的压舱物部平时位于浮
动本体内部的状态示图。图6的(b)是根据本发明另一实施例的海上风力发电浮体的压舱物部发生事件时下落状态的示图。
具体实施方式
34.下面，将参照附图对本发明的具体实施方式进行说明。但这仅仅为示例，本发明并不受限于此。
35.在说明本发明实施例的过程中，针对本发明相关的公知技术的详细说明，如果会使本发明的主旨产生混淆，则省略其详细说明。而且，后述的术语作为考虑到本发明中的功能而定义的术语，可根据使用者、操作者的意图或者惯例等不同。因此，该定义应基于通篇说明书的内容来确定。
36.本发明的技术思想取决于权利要求书，下面的实施例仅仅是为了向本发明所属技术领域的普通技术人员清楚地说明本发明技术思想而提供的。
37.图1是根据本发明一实施例的海上风力发电浮体10的示图。
38.参照图1，根据本发明一实施例的海上风力发电浮体10可与用于风力发电且具有叶片及机舱的塔结合，且能够以浮游在海上的状态进行设置。此时，根据本发明一实施例的海上风力发电浮体10可包括以预设长度形成的浮动本体100、压舱物部200、位于浮动本体100一端的衰减板300及位于浮动本体100另一侧的纵摇衰减部400。
39.另外，所述一侧或者一端可指根据本发明一实施例的海上风力发电浮体10直立于海上时的下侧或者下端。然而，并非仅限于此，可指浮动本体100水平方向放置时的长度方向两侧中的一侧。
40.具体地,上述浮动本体100的横断面可为圆形。即，可为圆筒形状，可为内部为空的中空圆筒形状。垂直于浮动本体100长度方向的外周面为圆形，在海上设置时潮流或者波力对浮动本体100产生的影响与作用方向无关且可保持一定。
41.此外，压舱物部200可位于浮动本体100的内部一侧。此时，压舱物部200能够以大于水的比重形成，且由混凝土材料的刚体形成。即，当浮动本体100以垂直于海水面的方向直立时，压舱物部200位于浮动本体100内部下侧，从而可使根据本发明一实施例的海上风力发电浮体10的重量中心位于下侧。由此，根据本发明一实施例的海上风力发电浮体10的吃水深度增加，重量中心可位于浮力中心的下侧。
42.此外，衰减板300可由圆盘状形成，其直径大于浮动本体100一侧外径d1。此时，衰减板300可沿着浮动本体100的长度方向以预定厚度形成，由于以大于浮动本体100一侧外径d1的直径d2形成，因此根据本发明一实施例的海上风力发电浮体10在海上直立设置时可减弱垂直方向垂荡(heave)。
43.另外，所述纵摇衰减部400可位于以浮动本体100的垂直方向(或者长度方向)为基准的衰减板300的相反侧。即，纵摇衰减部400可位于浮动本体100的上侧。所述纵摇衰减部400可在浮动本体100上侧且位于水线面，由此可减弱浮动本体100的水平方向纵摇(pitch)。
44.另外，浮动本体100可进一步包括位于压舱物部200与纵摇衰减部400之间的凸状衰减部110。此时，凸状衰减部110可由大于浮动本体100一侧外径d1的外径d3形成。优选地，凸状衰减部110的外径d3可大于浮动本体100一侧外径d1且小于衰减板300的直径d2。
45.具体地,凸状衰减部110可包括锥部111，所述锥部111形成于长度方向一端和另一端中的至少一侧且外表面相对于长度方向倾斜地形成。即，浮动本体100在海上直立时，凸状衰减部110的上端和下端中的至少一侧可形成有锥部111。优选地，锥部111可在凸状衰减部110的上端和下端的两侧形成，上端的锥部111和下端的锥部111可倾斜地形成，上端的锥部111形成为越靠向下侧垂直于长度方向的截面外径越大，下端的锥部111形成为越靠向下侧垂直于长度方向的截面外径越小。
46.除了所述衰减板300之外，还可通过凸状衰减部110进一步减弱浮动本体100上下方向的垂荡(heave)。此外，锥部111还能够以相对于水平方向的作用外力倾斜地形成，通过使水平方向的外力沿倾斜面分散，从而同样可减弱使直立状态的浮动本体100倾斜的水平方向纵摇(pitch)。
47.图2是根据本发明一实施例的海上风力发电浮体设置于海上时与水线面的位置关系的示图。
48.参照图2，纵摇衰减部400可包括以放射状布置于浮动本体100外侧的至少三个衰减部件410及用于分别连接所述至少三个衰减部件410与浮动本体100的至少三个连接部件420。此时，当浮动本体100在海上直立时，至少三个衰减部件410可位于水线面。
49.另外，所述至少三个衰减部件410位于水线面的含义，不限于如图2所示的衰减部件410的中央部挂在水线面上的状态，可包括衰减部件410的上端位于水线面和衰减部件410的下端位于水线面等的状态。即，不仅包括当浮动本体100在海上直立时衰减部件410挂在水线面上的状态，而且还包括当浮动本体100在水平方向上产生纵摇时衰减部件410能够立即与水线面接触的状态。
50.当浮动本体100在海上直立时，所述至少三个连接部件420能够以与海上不发生接触的状态位于水线面的上侧。由此，根据本发明一实施例的海上风力发电浮体10的水线面积(即，位于水线面的横截面)可最小化，可减弱沿浮动本体100的长度方向上下垂荡。
51.另外，本发明中示出了至少三个连接部件420平行地位于水线面上，但这仅为示例性的，本发明并非限于此。例如，连接部件420可以在浮动本体100与衰减部件410之间倾斜地布置于水线面上，或者两者以x字形或者平行于水线面地上下布置。
52.另外，至少三个衰减部件410可分别包括形成于内侧中空的液体容纳部411，纵摇衰减部400可进一步包括用于连接至少三个衰减部件410中相邻的两个衰减部件410的至少三个浮动部件430。此时，液体容纳部411可指各衰减部件410内部形成的中空的空间。
53.此外，至少三个液体容纳部411相互之间可通过至少三个浮动部件430连通，至少三个浮动部件430和至少三个液体容纳部411中容纳有起到缓冲(damping)浮动本体100水平方向纵摇作用的液体。
54.此外，至少三个浮动部件430可位于至少三个衰减部件410的下端，浮动本体100在海上直立时能够以沉在海水中的状态位于水线面的下侧。由此，根据本发明一实施例的海上风力发电浮体10的水线面积可最小化，可减弱沿浮动本体100的长度方向的上下垂荡。此外，至少三个浮动部件430全部位于衰减部件410长度方向的下端，位于至少三个衰减部件410的液体可通过至少三个浮动部件430自由地流动。
55.有关容纳液体对浮动本体100水平方向纵摇的缓冲(damping)作用的具体说明如下。如上所述，至少三个衰减部件410和至少三个浮动部件430内部可由空闲空间形成中空
状，至少三个衰减部件410和至少三个浮动部件430内部可容纳有液体。
56.由此，当浮动本体100因波力或者风力等发生水平方向的纵摇并向一侧倾斜时，内部流体基于自身重量及惯性通过浮动部件430内壁进行移动，从而能够减弱纵摇，浮动本体100向另一侧倾斜时，内部流体基于自身重量及惯性可向浮动部件430内壁或者液体容纳部411壁面提供推向与倾斜方向相反的一侧的复原力。
57.如上，至少三个浮动部件430和至少三个液体容纳部411中容纳的液体，当浮动本体100水平方向纵摇时，可增加对外力的减弱，从而可减弱浮动本体100的水平方向纵摇。
58.另外，至少三个衰减部件410相互间布置成放射状，基于液体容纳部411和浮动部件430中容纳的液体的缓冲作用可沿着浮动本体100的圆周方向均匀地作用于全方向。
59.进一步地，容纳上述液体的浮动部件430内部及液体容纳部411空间皆可为圆筒形状，当内部液体因浮动本体100的水平纵摇产生振动时，通过防止波动的特定方向破碎，从而可顺畅地减弱全方向的摇摆或振动。
60.此外，为了使浮动本体100摇摆间的缓冲作用更加容易，可在容纳部411和浮动部件430的内部将所述液体容纳至浮动本体100在海上直立时衰减部件410的长度方向1/4至3/4高度而非填满。
61.即，衰减部件410内部具有未被液体填满的空余空间，从而当浮动本体100向一方向(例如，左侧)倾斜时，倾斜方向侧(左侧)液体容纳部411的液体容纳量会大多于其他液体容纳部411的容纳量，浮动本体100再次向另一方向(例如，右侧)倾斜时，所述液体向容纳量变多的液体容纳部411内部对另一方向(右侧)倾斜的缓冲作用会进一步增大。
62.另外，优选地，所述至少三个衰减部件410可形成为4个，4个衰减部件410之间可形成等间距，且以浮动本体100为中心可布置成放射状。
63.此外，4个衰减部件410分别可位于与浮动本体100的长度方向平行的位置且以相同直径的圆筒形状形成。即，浮动本体100在海上直立时，4个衰减部件410同样分别以在海上直立的状态位于水线面上。
64.图3是根据本发明一实施例的海上风力发电浮体10的压舱物部200平时置于浮动本体100内部的状态示图。图3的(a)是根据本发明一实施例的海上风力发电浮体10平时沿浮动本体100的长度方向的下部结构的示图。而且，图3的(b)是根据本发明一实施例的海上风力发电浮体10的平时下部结构的仰视图。
65.参照图3的(a)和图3的(b)，所述浮动本体100可包括第一墙体100a和第二墙体100a，其分别以预定直径的圆筒形状形成。此时，第一墙体100a和第二墙体100b可沿着半径方向相隔布置，且以长度方向中心轴为同轴地布置。即，浮动本体100通过第一墙体100a和第二墙体100b，可形成双重墙体结构。
66.此外，浮动本体100可进一步包括位于第一墙体100a与第二墙体100b之间的辅助压舱物160。此时，辅助压舱物160可位于浮动本体100的一侧以靠近所述压舱物部200。
67.具体地,辅助压舱物160可沿着浮动本体100的圆周方向形成环状。此外，第一墙体100a可形成浮动本体100的外表面，压舱物部200可位于第二墙体100b的内侧。
68.另外，所述辅助压舱物160可通过在第一墙体100a与第二墙体100b之间的空间灌注混凝土而形成，可根据浮动本体的移送及设置等所需目的调节灌注高度。
69.压舱物部200通过以块状层叠来确保所需的吃水深度并使重量中心向下侧移动，
而辅助压舱物160与其不同，为了改善海上混凝土灌注困难的问题，可在陆上灌注混凝土并形成，基于辅助压舱物160的荷重可使陆上制造的浮动本体100的海上牵引更加容易。此外，可与辅助压舱物160的荷重相应地减少压舱物部200的大小和荷重，从而压舱物部200的设置变得更加容易。
70.另外，所述浮动本体100可包括与压舱物部200连接且可升降地布置于浮动本体100内侧的活塞部120。此外，浮动本体100的一端可开放，随着浮动本体100的一端开放，压舱物部200和活塞部120可向下方移动。活塞部120在浮动本体100的内部向下方移动时，活塞部120上侧会流入外部流体(海水)。
71.具体地,所述衰减板300可包括能够开放或闭合浮动本体100一端的至少一个开合板310。此外，根据所述至少一个开合板310的操作，可使浮动本体100的一端开放。此时，至少一个开合板310可优选为一对，但这仅为示例性的，本发明并不限于此。
72.更具体地,所述衰减板300可包括分别与一双开合板310结合的齿条320a(rack)及随着驱动能够使所述齿条320a和各开合板310滑动的小齿轮320b(pinion)。
73.即，小齿轮320b驱动时，通过齿条320a可使开合板310滑动。所述小齿轮320b和齿条320a也与一双开合板310对应并形成一对。
74.另外，在浮动本体100的一侧从浮动本体100底面的预设高度处沿着圆周方向可形成至少一个海水流入口130。优选地，海水流入口130可沿着浮动本体100的圆周方向布置有多个，并连通浮动本体100的内外。
75.此外，所述预设高度可指，浮动本体100的一端处于闭合的状态的平时活塞部120在浮动本体100内部基于底面所处的高度。即，活塞部120能够以密封多个海水流入口130的状态与浮动本体100内周面接触，活塞部120与浮动本体100的内周面之间可放置有o型环(o-ring)等密封部件(未图示)。因此，平时多个海水流入口130可由活塞部120密封。另外，活塞部120可通过具有预定弹性的弹性固定部140位于预设高度，弹性固定部140的一侧端部与活塞部120连接，另一侧端部固定在浮动本体100的预先确定的位置。
76.图4是根据本发明一实施例的海上风力发电浮体10的压舱物部200发生事件时下落状态的示图。图4的(a)是根据本发明一实施例的海上风力发电浮体10发生事件时沿浮动本体100长度方向的下部结构的示图。此外，图4的(b)是根据本发明一实施例的海上风力发电浮体10发生事件时的下部结构的仰视图。
77.参照图4的(a)和图4的(b)可知，通过小齿轮320b的驱动，使齿条320a和开合板310滑动，并使浮动本体100的一端开放。具体地,随着小齿轮320b旋转驱动，可使处于结合状态的齿条320a和开合板310向水平方向(即，垂直于浮动本体100的长度方向的方向)滑动。此时，浮动本体100的一端开放，并且压舱物部基于自身的重量可向下方移动。
78.另外，压舱物部200与活塞部120之间可设置用于相互连接的锚索150，活塞部120随着压舱物部200的下降，可通过锚索150一起向下方移动。由于活塞部120的下降，所述弹性固定部140能够以两侧端部分别固定在活塞部120和浮动本体100的预先确定位置的状态拉伸。
79.此外，随着活塞部120向下方移动，由活塞部120密封的多个海水流入口130被打开，而活塞部120上侧会流入外部流体(海水)。另外，流入的外部流体可起到压舱物部200的压舱物功能。
80.图5是根据本发明一实施例的海上风力发电浮体10的压舱物部200发生事件时下落并位于海底面上的状态的示图。
81.参照图5，活塞部120向下方移动时，活塞部120通过弹性固定部140可只移动到浮动本体100的预先确定的位置。具体地,活塞部120通过拉伸至最大长度的弹性固定部140可下降到浮动本体100的一端位置，并且可处于密封浮动本体100一端的状态。此外，活塞部120的上侧可有通过多个海水流入口130流入的外部流体。
82.由此，浮动本体100的一侧内部可容纳有外部流体(海水)，海水可容纳到遮盖膜位置，所述位置为从浮动本体100底面的预设高度。此时，在压舱物部200下降并安置在海底面的状态下，流入浮动本体100内的外部流体可起到根据本发明一实施例的海上风力发电浮体10的压舱物的功能。
83.另外，所述活塞部120与压舱物部200之间可设置有钢索调节部(未图示)，通过钢索调节部的操作，可调节锚索150的长度。此时，钢索调节部可由具有用于缠绕锚索150的滚筒部件的卷扬机构成，并位于活塞部120下侧。
84.移动至下方的压舱物部200通过钢索调节部随着锚索150长度的延伸可继续下降，如果下降的压舱物部200安置到海底面则锚索150能够以维持预定张力的状态固定。
85.由此，当需要进行根据本发明一实施例的海上风力发电浮体10的维护作业或者根据本发明一实施例的海上风力发电浮体10的拆卸作业等特定事件时，下降并安置在海底面的压舱物部200可起到锚(anchor)的功能。即，通过安置在海底面的压舱物部200，可防止根据本发明一实施例的海水风力浮体的漂流或者从现有设置的位置移出。
86.图6的(a)是根据本发明另一实施例的海上风力发电浮体的压舱物部200平时位于浮动本体100内部的状态示图。此外，图6的(b)是根据本发明另一实施例的海上风力发电浮体的压舱物部200有事件时下落状态的示图。
87.参照图6的(a)和图6的(b)，根据本发明另一实施例的海上风力发电浮体与所述根据本发明一实施例的海上风力发电浮体10相同，可同样包括浮动本体100、压舱物部200、凸状衰减部110及纵摇衰减部400。根据本发明另一实施例的海上风力发电浮体可同样包括位于浮动本体100一端的衰减板300'。
88.具体地,所述衰减板300'可由大于浮动本体100一端的外径d1的直径形成，当浮动本体100在海上直立时可减弱长度方向垂荡(heave)。此外，衰减板300'可包括至少一个开合板310'及分别紧固在开合板310'末端的铰链轴320'。此时，至少一个开合板310'可分别以铰链轴320'为中心旋转，随着旋转可打开处于密封状态的浮动本体100的一端。
89.另外，所述铰链轴320'不仅可通过驱动马达(未图示)进行机械地旋转，而且基于限位件(未图示)等使旋转操作处于受限状态下，基于外部输入信号解除限位件，开合板310'可以铰链轴320'为中心进行旋转。
90.另外，在根据本发明另一实施例的海上风力发电浮体中，对于开合板310'的驱动方式而言，与所述根据本发明一实施例的海上风力发电浮体10存在部分区别，但是除了衰减板300'以外，剩余构件可与根据本发明一实施例的海上风力发电浮体10的各构件相同。
91.此外，所述开合板310、310'的浮动本体100一端的开放或者闭合结构不限于通过所述齿条320a与小齿轮320b的驱动结构或者所述铰链轴320'的旋转结构，可利用通过油压气缸等滑动或者从浮动本体100一端完全分离等一般的技术人员可采用的各种方式进行操
作。即，只要是通过操作开合板310、310'进行移动或者旋转，从而能够使浮动本体100的一端开放的方式均可使用。
92.以上通过代表性的实施例对本发明进行了详细说明，但是本发明所属技术领域中具有通常知识的技术人员应该理解在不超出本发明的范畴的范围内可对前面所述的实施例进行各种变形。因此，本发明的权利范围不能局限于在此说明的实施例，而是应基于后述的权利要求书与该权利要求书等同的内容而确定。