The motion responses of a 5-MW floating offshore wind turbine were simulated in regular and irregular waves and its RAOs and significant motion responses were calculated, respectively. The floating offshore wind turbine employed in this simulation was the OC3-Hywind designed by the National Renewable Research Laboratory, USA. The numerical simulation was carried out using MOSES (Multi-Operational Structural Engineering Simulator), which is widely used to analyze and design floating offshore structures in the gas and oil industry.
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.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.37
no.8
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pp.953-961
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2013
In this study, the analyzed turbine is a 5MW upwind-type wind turbine. This conceptual model was made to compare the results of the numerical analysis program in the IEA Annex23 Subtask2 OC3 project. The numerical analysis program used in this study is FAST developed by NREL and AQWA of ANSYS. Motion characteristics, such as RAO, average motion, significant motion and average amplitude of 1/10 highest motion were obtained through the numerical analysis. The results of the numerical analysis were compared with the results of other numerical analyses and the experimental results, and all the results agreed with one another. The results will help resolve the fundamental design trade-offs between basic floating system concepts.
Kim, Myung-Hwan;Kim, Dong-Hyun;Kim, Dong-Hwan;Kim, Bong-Yung
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2011.10a
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pp.614-622
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2011
In this study, the computational structural dynamic modeling of floating offshore wind turbine system is presented using efficient equivalent modeling technique. Structural dynamic behaviors of the offshore floating platform with 5MW wind turbine system have been analyzed using computational multi-body dynamics based on the finite element method. The considered platform configuration of the present offshore wind turbine model is the typical spar-buoy type. Equivalent stiffness and damping properties of the floating platform were extracted from the results of the baseline model. Dynamic responses for the floating wind turbine models are presented and compared to investigate its structural dynamic characteristics. It is important shown that the results of the present equivalent modeling technique show good and reasonable agreements with those by the fully coupled analysis considering complex floating body dynamics.
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.
A floating wind turbine dynamic simulation program, WindHydro, is newly developed taking into account wind inflow and incident wave. WindHydro consists of 5 modules, HDFloat for hydrodynamics, HDProp for hydrodynamic property calculation, HDMoor for mooring dynamics, AeroDyn for aerodynamics, DAFUL for multi-body dynamics with nonlinear elasticity, and interface program that connects each calculation module. A turbulent wind and regular wave load case is simulated for the 5-MW OC3-Hywind with a spar bouy platform and catenary mooring lines. The results are compared with the results of the FAST(developed by NREL). As a result, the overall system responses from WindHydro and FAST agree well although some differences in the generator responses are observed.
A floating wind turbine dynamic simulation program, 'WindHydro', is newly developed. In order to investigate the characteristics of the program, a series of loading cases are simulated such as (1) wind only case, (2) free decay cases with initial displacement, (3) wave only case (4) wind and wave case. The simulations are carried out for the 5-MW OC3-Hywind model which has a spar buoy and catenary mooring lines. As a result, the reliability of WindHydro is verified in most viewpoints although additional study is still necessary to clear out some uncertainty of the program.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.51
no.4
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pp.300-310
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2014
This paper presents a mooring design procedure of a floating offshore wind turbine. The environment data of south offshore area of Jeju collected from Korea Hydrographic and Oceanographic Administration(KHOA) are used for hydrodynamic analyses as environmental conditions. We considered a semi-submersible type floating wind turbine based on Offshore Code Comparison Collaborative Continuation(OC4) DeepCWind platform and National Renewable Energy Laboratory(NREL) 5 MW class wind turbine. Catenary mooring with studless chain is chosen as the mooring system. Important design decisions such as how large the nomial sizes are, how long the mooring lines are, how far the anchor points are located, are demonstrated in detail. Considering ultimate limit state and fatigue limit state based on 100-year return period and 50-year design life, respectively, longterm predictions of breaking strength and fatigue are proposed.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.52
no.1
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pp.43-51
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2015
This paper presents effect of aerodynamic loads on mooring line responses of a floating offshore wind turbine. A Matlab code based on blade element momentum (BEM) theory is developed to consider aerodynamic loads acting on NREL 5MW wind turbine. The aerodynamic loads are coupled with time-domain hydrodynamic analyses using one-way interaction scheme of the wave and wind loads. A semi-submersible floating platform which is from Offshore Code Comparison Collaborative Continuation(OC4) DeepCWind platform is used with catenary mooring lines simply composed of studless chain links. Average values of mooring peak tensions obtained from aerodynamic load consideration are significantly increased compared to those from simple wind drag force consideration. Consideration of aerodynamic loads also yield larger tension ranges which can be important factor to reduce fatigue life of the mooring lines.
Seo Yoon Choi;Jun Hee Jeong;Rae Hyung Yuck;Kwang Tae Ha;Jae Ho Jeong
Journal of Wind Energy
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v.13
no.3
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pp.5-12
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2022
A methodology of wind turbine blade design has been established with PROPID code, which is an aerodynamic blade design tool developed by UIUC. PROPID code can design and analyze a wind turbine blade in a steady state flow. The methodology of wind turbine blade design includes an initial blade concept design, airfoil selection, basic design, and detailed design steps. Inverse design and performance analysis of the 2.3 MW U113 wind turbine blade was performed to verify the wind turbine blade design methodology. The differences in calculated power between PROPID code and GH Bladed code are under 1.0% in all wind conditions. Both blade shape design and performance analysis results using PROPID code are accurate. The aerodynamic characteristics of a U113 blade were investigated by computational fluid dynamics. Separation flow was captured by a Reynolds-averaged Navier-Stokes steady flow simulation using ANSYS CFX code. The numerical aerodynamic analysis methodology was verified by comparing the analysis results through CFD with BEMT-based program GH Bladed code results. Therefore, the blade design methodology will be applied to develop a super-capacity 20 MW wind turbine blade in the future.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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