Floating wind turbines have been suggested as a feasible solution for going further offshore into deeper waters. However, floating platforms cause additional unsteady motions induced by wind and wave conditions, so that it is difficult to predict annual energy output of wind turbines by using conventional power prediction method. That is because sectional inflow condition on a rotor plane is varied by unsteady motion of floating platforms. Therefore, aerodynamic simulation using Vortex Lattice Method(VLM) were used to investigate the influence of motion on the aerodynamic performance of a floating offshore wind turbine. Simulation with individual motion of offshore platform were compared to the case of onshore platform and carried out according to the wave height and the wave angular frequency.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.52
no.3
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pp.171-179
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2015
Usually, in case of wind turbines on land, there are a lot of constraints for installation such as the insufficient installation space and noise pollution. On March 11, 2011, a nuclear leakage accident occurred due to the tsunami caused by the earthquake in Japan and then there have been a rapidly growing interest in floating offshore wind turbines. In this study, an optimization of the substructure of a semi-submersible type floating offshore wind turbine was made. Design variables were set and design alternatives were fixed. UOU-FAST was used for motion analysis in combined environmental conditions of waves and wind. Response Amplitude Operators(RAOs) were compared between the design alternatives.
To maximize power generation and reduce the construction cost of a commercial utility-grade wind turbine, the size of the wind turbine should be large. The initial design of the 12 MW University of Ulsan(UOU) Floating Offshore Wind Turbine(FOWT) was carried out based on the 5 MW National Renewable Energy Laboratory(NREL) offshore wind turbine model. The existing 5 MW NREL offshore wind turbines have been expanded to 12 MW UOU FOWT using the geometric law of similarity and then redesigned for each factor. The resonance of the tower is the most important dynamic responses of a wind turbine, and it should be designed by avoiding resonance due to cyclic load during turbine operations. The natural frequency of the tower needs to avoid being within the frequency range corresponding to the rotational speed of the blades, 1P, and the blade passing frequency, 3P. To avoid resonance, vibration can be reduced by modifying the stiffness or mass. The direct expansion of the 5 MW wind turbine support structure caused a resonance problem with the tower of the 12 MW FOWT and the tower length and diameter was adjusted to avoid a match of the first natural frequency and 3P excitation of the tower.
Hyeonjeong Ahn;Yoon-Jin Ha;Ji-Yong Park;Kyong-Hwan Kim
Journal of Wind Energy
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v.14
no.4
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pp.29-42
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2023
In this study, research and empirical cases of floating offshore wind turbine systems with a tension-leg platform are investigated, and hydrodynamic and structural characteristics according to platform shapes and characteristics during transportation and installation are confirmed. Most platforms are composed of pontoons or corner columns, and these are mainly located below the waterline to minimize the impact of breaking waves and supplement the lack of buoyancy of the center column. These pontoons and corner columns are designed with a simple shape to reduce manufacturing and assembly costs, and some platforms additionally have reinforcements such as braces to improve structural strength. Most of the systems are assembled in the yard and then moved by tugboat and installed, and some platforms have been developed with a dedicated barge for simultaneous assembly, transportation and installation. In this study, we intend to secure the basic data necessary for the design, transportation, and installation procedures of floating offshore wind turbine systems with a tension-leg platform.
Youngjae Yu;Sanghyun Park;Youngsik Jang;Sangrai Cho
Journal of Wind Energy
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v.14
no.4
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pp.5-12
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2023
In this study, a structural and fatigue strength evaluation of the Fairlead Chain Stopper (FCS) was performed as a part of the development of a disconnectable mooring system to be applied to 10MW floating offshore wind power generation systems. To estimate the load acting on the FCS, a 10 MW semi-submersible floater was designed using the 10 MW wind turbine developed by Technical University of Denmark(DTU). The minimum breaking load (MBL) of the grade R5 and 147mm mooring chain was applied for the FCS strength analysis. The fatigue load was obtained from the coupled analysis results conducted by a collaborating research institute. The structural and fatigue safety of FCS were evaluated in accordance with DNV codes. From the evaluation results, it was confirmed that the FCS satisfies the structural and fatigue safety requirements.
As the generation capacity of floating offshore wind turbines increases, the wind load applied to each turbine increases. Due to such a high wind load, the capacity of transport equipment (such as tugboats or cranes) required in the transportation and installation phases must be much larger than that of previous small-capacity wind power generation systems. However, for such an important wind load prediction method, the simple formula proposed by the classification society is generally used, and prediction through wind tunnel tests or Computational Fluid Dynamics (CFD) is rarely used, especially for a concept or initial design stages. In this study, the wind load of a 10 MW class floating offshore wind turbine was predicted by a simplified formula and compared with results of wind tunnel tests. In addition, the wind load coefficients at each stage of fabrication, transportation, and installation are presented so that it can be used during a concept or initial design stages for similar floating offshore wind turbines.
Currently, the Korean government is driving the construction of large-scale floating offshore wind farms to increase domestic renewable energy generation and decrease carbon emissions. In offshore wind farms, maintenance approaches can be limited more often than onshore wind farms by marine weather conditions (wave height, etc.). Therefore, maintenance planning optimization is more important to minimize maintenance costs and power generation loss by downtime. Additionally, the power generation of a wind farm is affected by wind speed as well as wind direction because of the wake effect, so it is possible that power generation loss by downtime is also dependent on combinations of weather conditions (wind speed and direction) and the location of wind turbines for maintenance. In this study, the effects of the wind conditions and the locations of tripped wind turbines on power generation loss were explored for a hypothetical floating offshore wind farm. In order to calculate the power generation of a wind farm, a wake effect calculator was developed based on Jensen's formula. Then, a simple methodology of determining maintenance priorities that minimize power generation loss was proposed.
Jungtae Kim;Jaehoon Son;Kwansu Kim;Hyeokjun Koh;Jongpo Park
Journal of Wind Energy
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v.13
no.2
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pp.13-22
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2022
In this study, the resonant motion of a floating offshore wind system due to negative damping was mitigated by peak shaving algorithms of the NREL ROSCO controller, and the decreased gains of the blade pitch controller by the gain detuning method for the floating system was increased to the gains of onshore baseline controller to improve the power performance of the turbine. To check the performance of the controller, the dynamic responses between the existing gain-detuned pitch controller and the ROSCO controller with peak shaving control for an OC4 floating offshore wind system were compared. As a result of DLC1.1 at near-rated wind speed, when peak shaving was applied, the average generator power decreased by 1.9%, but it was confirmed that the standard deviation was reduced and stability was improved with fast pitch regulation. In addition, since peak shaving reduces the maximum thrust of the rotor, was confirmed that not only are the loads of the blades and tower reduced, but the surge motion of the floater is also reduced, and the tension of the mooring lines is reduced.
Hyeon-Jeong Ahn;Yoon-Jin Ha;Se-Wan Park;Kyong-Hwan Kim
Journal of Wind Energy
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v.13
no.4
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pp.17-25
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2022
In this study, the response characteristics of two semi-submersible platforms with an IEA 15 MW reference wind turbine are compared. The nacelle acceleration, platform motion and generator power of FOWT applying a VolturnUS-S platform developed by the University of Maine and PentaSemi platform developed by the Korea Research Institute of Ships and Ocean Engineering are compared in operational conditions. Numerical simulations are performed based on the marine environmental conditions of the U.S east coast. In the FOWT to which the PentaSemi platform is applied, the nacelle acceleration and platform pitch angle are rather high, but the results of both platforms satisfied the design criteria at all operating wind speeds. The platform yaw angle of PentaSemi platform to which a yaw control catenary mooring system is applied is significantly smaller than the platform yaw angle of VolturnUS-S. Also, despite the relatively large nacelle acceleration and platform pitch angle, the generator power is higher on the PentaSemi platform. This means that the generator power dominates the control system rather than the nacelle and platform motion.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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