Kim, Kyong-Hwan;Lee, Kangsu;Sohn, Jung Min;Park, Sewan;Choi, Jong-Su;Hong, Keyyong
Journal of the Korean Society for Marine Environment & Energy
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v.18
no.3
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pp.223-232
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2015
The present paper considers the conceptual design of floating wave-offshore wind hybrid power generation system. The worldwide demand for ocean renewable energy is increasing rapidly. Wave and offshore wind energy have been attractive among the various ocean renewable energy sources, and the site to generate electricity from wave and offshore wind accords well together. This means that a hybrid power generation system, which uses wave and offshore wind energy simultaneously has many advantages and several systems have been already developed in Western Europe. A R&D project for a 10 MW class floating wave-offshore wind hybrid power generation system has been also launched in Korea. A semi-submersible platform, which has four vertical columns at each corner of the platform to be connected with horizontal pontoons, was designed for this system considering arrangements of multiple wind turbines and wave energy converters. A mooring system and power cable were also designed based on the metocean data of installation site. In the present paper, those results are presented, and the difficulties and design method in the design of hybrid power generation system are presented.
A multi-platform offshore wind farm is receiving the worldwide attention for the sake of maximizing the wind power capacity and the dynamic stability at sea. But, its wind power efficiency is inherently affected by the interference of wake disturbed by the rotating blades, so its layout should be appropriately designed to minimize such wake interference. In this context, the purpose of this paper is to introduce a layout optimization for multi-platform offshore wind farm consisted of 2.5MW spar-type floating wind turbines. The layout is characterized by the arrangement type of wind turbines, the spacing between wind turbines and the orientation of wind farm to the wind direction, but the current study is concerned with the spacing for a square-type wind farm oriented with the specific angle. The design variable and the objective function are defined by the platform length and the total material volume of the wind farm. The maximum torque loss and overlapping section area are taken as the constraints, and their meta-models expressed in terms of the design variable are approximated using the existing experimental data and the geometry interpretation of wake flow.
This paper deals with numerical analyses in the context of estimations of hydrodynamic motions and dynamic loads for a floating type offshore platform using some exclusive simulation code such as code for the simulation of a floating type of offshore crane based on multi-body dynamics, along with the commercial code AQWA. Verifications of numerical models are carried out by comparing the RAO results from the simulation code. In the verification analyses, hydrodynamic motions are examined in the frequency domain for the floating type offshore platform according to the mooring lines. Both the hydrodynamic motions and dynamic loads are estimated for floating type offshore platforms equipped with the catenary type and taut mooring lines. A review and comparison are carried out for the numerically estimated results. The structural safety of the connection parts in an offshore structure such as a floating type offshore platform is one of the most important design criteria in view of fatigue life. The dynamic loads in the connecting area between a floating type offshore platform and its mooring lines are estimated in detail according to variations in the mechanical properties of the mooring lines. The dynamic tension load on the mooring lines is also estimated.
Offshore drilling has become a key process for obtaining oil. Offshore platforms have many applications, including oil exploration and production, navigation, ship loading and unloading, and bridge and causeway support. However, vibration problems caused by severe environmental loads, such as ice, wave, wind, and seismic loads, threaten the functionality of platform facilities and the comfort of workers. These concerns may result in piping failures, unsatisfactory equipment reliability, and safety concerns. Therefore, the vibration control of offshore platforms is essential for assuring structural safety, equipment functionality, and human comfort. In this study, an optimal multiple tuned mass damper (MTMD) system was proposed to mitigate the excessive vibration of a three-dimensional offshore platform under ice and earthquake loadings. The MTMD system was designed to control the first few dominant coupled modes. The optimal placement and system parameters of the MTMD are determined based on controlled modal properties. Numerical simulation results show that the proposed MTMD system can effectively reduce the displacement and acceleration responses of the offshore platform, thus improving safety and serviceability. Moreover, this study proposes an optimal design procedure for the MTMD system to determine the optimal location, moving direction, and system parameters of each unit of the tuned mass damper.
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.
Journal of the Korean Society for Marine Environment & Energy
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v.19
no.3
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pp.194-202
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2016
This study aims to review a topology optimization based on finite element analysis (FEA) for conceptual design of platform in the 10MW class floating type wave-wind hybrid power generation system (WHPGS). Two topology optimization theories, density method (DM) and homogenization design method (HDM) were used to check which one is more effective for a simplified structural design problem prior to the topology optimization of platform of WHPGS. From the results of the simplified design problem, the HDM was applied to the topology optimization of platform of WHPGS. For the conceptual platform design of WHPGS, FEA model was created and then the structural analysis was performed considering offshore environmental loads at installation site. Hydrodynamics analysis was carried out to calculate pressure on platform and tension forces in mooring lines induced from the offshore environmental loads such as design wave and current. Loading conditions for the structural analysis included the analysis results from the hydrodynamic analysis and the weights of WHPGS. Boundary condition was realized using inertia relief method. The topology optimization of WHPGS platform was performed using the HDM, and then the conceptual arrangement of main structural members was suggested. From the results, it was confirmed that the topology optimization might be a useful tool to design the conceptual arrangement of main structural members for a newly developed offshore structure such as the floating type WHPGS.
Lee, DongHyun;Jeon, MyungJun;Nguyen, Van Minh;Yoon, Hyeon Kyu
Journal of Advanced Research in Ocean Engineering
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v.2
no.3
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pp.136-149
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2016
Green water impact occurs frequently on offshore platform due to waves with a height greater relative to the freeboard of the structure. This phenomenon exerts a large impact load on the deck. In this paper, offshore platform models with green water protectors of various shapes were fixed to the center of a 3D wave tank to measure the impact pressure acting on the various points on deck and protectors. The impact pressure distribution differed depending on the protector shape, and various patterns of wave creeping up the protector were observed. The protector shape that exerted the lowest pressure impact on the deck will be useful in the deck design of offshore platform, and the model test results will be expected to be used for designers to select the best protector form.
Characteristics of a turbulence wind model control the magnitude and frequency distribution of wind loading on floating offshore wind turbines (FOWTs), and an in-depth understanding of how wind spectral characteristics affect the responses, and ultimately the design cost of system components, is in shortage in the offshore wind industry. Wind spectrum models as well as turbulence intensity curves recommended by the International Electrotechnical Commission (IEC) have characteristics derived from land-based sites, and have been widely adopted in offshore wind projects (in the absence of site-specific offshore data) without sufficient assessment of design implications. In this paper, effects of wind spectra and turbulence intensities on the strength or extreme responses of a 5 MW floating offshore wind turbine are investigated. The impact of different wind spectral parameters on the extreme blade loads, nacelle accelerations, towertop motions, towerbase loads, platform motions and accelerations, and mooring line tensions are presented and discussed. Results highlight the need to consider the appropriateness of a wind spectral model implemented in the strength design of FOWT structures.
In this study an improved design method for the traditional A-type(or V-type) offshore template platform system was proposed to mitigate the vibration induced by the marine environmental loadings and the strong ground motions of earthquakes. A newly developed material model was combined into the structural system and then a nonlinear dynamic analysis in the time domain was carried out. The analysis was focused on the displacement and rotation induced by the input wave forces and ground motions, and the mitigation effect for these responses was evaluated when the viscoelastic damping devices were applied. The wave forces exerted on the offshore structures are based on Stokes fifth-order wave theory and Morison equation for small body. A step by step integration method was modified and used in the nonlinear analysis. It was found that the new design approach enhanced with viscoelastic dampers was efficient on the vibration mitigation for the structural system subjected to both the wave motion and the strong ground motion.
Jeremy Gunawan;Jessica Rikanti Tawekal;Ricky Lukman Tawekal;Eko Charnius Ilman
Ocean Systems Engineering
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v.13
no.4
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pp.385-399
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2023
A collision between a ship and an offshore platform may result in structural damage and closure; therefore, damage analysis is required to ensure the platform's integrity. This paper presents a damage assessment of a three-legged jacket platform subjected to ship collisions using the industrial finite element program Bentley SACS. This study considers two ships with displacements of 2,000 and 5,000 tons and forward speeds of 2 and 6.17 meters per second. Ship collision loads are applied as a simplified point load on the center of the platform's legs at inclinations of 1/7 and 1/8; diagonal bracing is also included. The jacket platform is modelled as beam elements, with the exception of the impacted jacket members, which are modelled as nonlinear shell elements with elasto-plastic material and constant isotropic hardening to provide realistic dented behavior due to ship collision load. The structural response is investigated, including kinetic energy transfer, stress distribution, and denting damage. The simulation results revealed that the difference in leg inclination has no effect on the level of localized denting damage. However, it was discovered that a leg with a greater inclination (1/8) resists structural displacement more effectively and absorbs less kinetic energy. In this instance, the three-legged platform collapses due to the absorption of 27.30 MJ of energy. These results provide crucial insights for enhancing offshore platform resilience and safety in high-traffic maritime regions, with implications for design and collision mitigation strategies.
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