• 한국항해항만학회지
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• 제48권3호
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• pp.155-163
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• 2024

최근 탄소 저감에 대한 요구가 증가함에 따라 전 세계적으로 화석연료의 사용을 줄이고, 신재생 에너지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 신재생 에너지를 활용한 발전 방식 중, 부유식 해상풍력발전기는 설치제약이 적으며, 대규모 단지 구성이 수월한 장점이 있다. 부유식 해상풍력발전기의 파랑 중 운동응답 해석은 초기 설계 단계에서 필수적으로 수행되어야 한다. 본 연구는 부유식 해상풍력발전기 중반잠수식 해상풍력발전기에 대하여 종경사각에 따른 주파수 영역에서의 운동 해석을 수행하고, 종경사각에 따른 운동 특성에 미치는 영향을 평가하고자 하였다. 운동응답 분석은 6자유도 운동 중 Heave, Roll, Pitch에 대하여 수행하였다. 고유 주기 분석을 수행하여, 종경사각의 변화가 Heave, Pitch 운동은 유의미한 변화를 나타내진 않았지만, Roll 운동은 규칙적으로 변화함을 확인하였다.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제16권2호
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• pp.130-137
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• 2013

더욱 정확한 수치 해석이 필요하면 할수록, 해석하고자 하는 구조물 상의 절점과 요소를 적절하게 배치하는 것이 중요하게 된다. 본 연구에서는 천해영역에서 구조적인 이점과 경제성의 두 가지 장점을 가지고 있는 원형 단면의 하부 구조물에 대한 3차원 삼각 Shell 요소 생성기법을 개발하였다. 높이와 형태와 같은 상세한 데이터를 입력하여 제어하는 것에 의해 기초와 타워를 다양한 유한요소 조건에서 고려할 수 있도록 하였다. 또한 기존의 3차원 Delaunay 삼각요소분할법을 사용한 결과의 수치와 비교, 검증하였으며, 현재 제안되어진 기초와 하부구조물에 적용한 요소 분할의 예를 들었다. 본 연구의 결과는 현존하거나 제안되어진 풍력 터빈의 기초부와 타워의 제원에 대해 다양하게 적용될 수 있을 것이라 사료된다.

• International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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• 제10권3호
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• pp.294-306
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• 2018

Most offshore structures including offshore wind turbines, ships, etc. suffer from the impulsive pressure loads due to slamming phenomena in rough waves. The effects of elasticity & plasticity on such slamming loads are investigated through wet free drop test results of several steel unstiffened flat bottom bodies in the rectangular water tank. Also, their cumulative deformations by consecutively repetitive free drops from 1000 mm to 2000 mm in height are measured.

• Journal of Power Electronics
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• 제15권5호
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• pp.1380-1391
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• 2015

This paper provides a loss analysis and comparison of high power semiconductor devices in 5MW Permanent Magnet Synchronous Generator (PMSG) Medium Voltage (MV) Wind Turbine Systems (WTSs). High power semiconductor devices of the press-pack type IGCT, module type IGBT, press-pack type IGBT, and press-pack type IEGT of both 4.5kV and 6.5kV are considered in this paper. Benchmarking is performed based on the back-to-back type 3-level Neutral Point Clamped Voltage Source Converters (3L-NPC VSCs) supplied from a grid voltage of 4160V. The feasible number of semiconductor devices in parallel is designed through a loss analysis considering both the conduction and switching losses under the operating conditions of 5MW PMSG wind turbines, particularly for application in offshore wind farms. This paper investigates the loss analysis and thermal performance of 5MW 3L-NPC wind power inverters under the operating conditions of various power factors. The loss analysis and thermal analysis are confirmed through PLECS Blockset simulations with Matlab Simulink. The comparison results show that the press-pack type IGCT has the highest efficiency including the snubber loss factor.

• Journal of Electrical Engineering and Technology
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• 제10권2호
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• pp.545-550
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• 2015

High Temperature Superconducting (HTS) synchronous generators can be designed with either an air-core type or iron-core type. The air-core type has higher efficiency under rated rotating speed and load than the iron-core type because of the iron losses which may produce much heat. However, the total length of HTS wire in the air-core type is longer than the iron-core type because the generated magnetic flux density of the air-core type is low. This paper deals with designs of 10 MW air-core and iron-core HTS wind power generators for wind turbines. Fully air-core, partially iron-core, and fully iron-core HTS generators are designed, and various stator winding methods in the three HTS generators are also considered, such as short-pitch concentrated winding, full-pitch concentrated winding, short-pitch distributed winding, and full-pitch distributed winding. These HTS generators are analyzed using a 3D finite elements method program. The analysis results of the HTS generators are discussed in detail, and the results will be effectively utilized for large-scale wind power generation systems.

• 한국해양공학회지
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• 제31권4호
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• pp.281-287
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• 2017

In the case of fixed offshore wind turbines, scouring phenomena have been reported around sub-structures as a result of currents, which seriously damage the structural stability. A parametric study of the various sub-structures of a fixed offshore wind turbine was performed to investigate their effects on the scouring phenomena. For a suction bucket foundation and monopile, the effects of the stick-up heights and water depth were studied, respectively. The open source libraries, called OpenFOAM, were used to simulate a violent flow around a foundation. The numerical methods were selected based on a two-dimensional analysis of a suction bucket. Based on the results for various stick-up heights, a larger scouring region was observed with an increase in the stick-up height because of the down-wash flow around a foundation. Based on the results for various monopile water depths, the water depth had an insignificant effect on the scouring.

• Steel and Composite Structures
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• 제49권2호
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• pp.181-196
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• 2023

Marine structures including offshore wind turbines (OWTs) always work under cyclic loads, which arouses much attention on the fatigue design. The tripod substructure is one of the typical foundation forms for fixed OWTs. The three-planar tubular Y-joint (3Y joint) is one of the important components in fatigue design as it is most likely to have cracks. With the existence of the multiplanar interaction effect, calculating the hot spot stress (HSS) of 3Y joints is complicated. To assist with fatigue design, the distributions of stress concentration factor (SCF) and multiplanar interaction factor (MIF) along weld toe curves induced by the out-of-plane bending moment are explored in this study. An FE analysis method was first developed and verified against experimental results. This method was applied to build a numerical database including 1920 FE models covering common ranges of geometric parameters. A parametric study has been carried out to reveal the distribution patterns of SCF and MIF. After multidimensional nonlinear fittings, SCF and MIF distribution formulas have been proposed. Accuracy and reliability checking prove that the proposed formulas are suitable for calculating the HSS of 3Y joints.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제28권4호
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• pp.202-211
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• 2016

본 연구는 해상풍력지지구조물로 적용되는 석션기초의 지진하중에 대한 동적거동 분석을 목적으로 하였다. 이를 위하여 동적원심모형실험을 수행하였다. 석션기초의 스커트길이는 외력에 대한 지지거동에 중요한 역할을 한다. 스커트길이/석션기초외경 비가 0.5, 0.75, 1의 3가지 석션기초 모형이 조밀한 모래지반에 설치된 경우에 대하여 동적원심모형실험 결과를 제시하였다. 실험결과로 스커트길이에 따른 석션기초에서의 가속도증폭특성, 잔류침하량, 잔류회전각을 비교하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제17권1호
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• pp.79-87
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• 2016

본 논문에서는 하이브리드 해상풍력발전 지지구조물의 콘크리트베이스와 파일기초를 연결하는 베이스-슬리브 연결부를 제시하고 이를 실험적으로 검증하였다. 베이스-슬리브 연결부의 펀칭 전단 강도와 구조거동을 분석을 위하여, 철근비와 하중조건을 변수로 하는 3개의 연결부 실험체에 대하여 펀칭전단실험이 실시하였다. 실험 결과, 베이스-슬리브 연결부의 펀칭전단강도와 강성은 베이스의 철근비에 주로 영향을 받는 것으로 나타났다. 축력과 모멘트가 동시에 작용되는 하중 조건은 연결부의 강성에는 영향을 미치지 않으나 축력-모멘트 상호작용에 의하여 강도에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 또한, 각 실험체의 파괴거동과 펀칭전단의 위험단면에 대해 검토되었다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제22권1호
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• pp.5-12
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• 2021

경제적으로 효율적이고 설치가 용이한 버켓기초는 해상풍력발전기초로 적용함에 있어 좋은 방법이 될 수 있다. 이에 본 논문에서는 3차원 유한요소해석을 통해 버킷기초 적용시 기초 주위의 석션케이슨과 지반의 거동을 파악하여 분석하고자 한다. 다양한 하중조건에서 조밀한 사질토 지반과 중간 밀도의 사질토지반에 설치된 기초의 구조를 검토하고 이를 바탕으로 사질토 지반에 설치된 버켓기초의 극한하중 허용량과 회전 모멘트 허용량을 평가하였다. 그 결과, 단일하중에 의한 버켓기초의 회전과 변위는 기초의 구조적 형상, 지반 밀도, 하중편심에 크게 영향을 받는다는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 극한 수평하중과 회전 모멘트 허용량의 결과를 바탕으로 정규화 도표와 제안식을 제안하였고, 이는 향후 해상풍력발전기초의 설계 시 유용하게 사용될 것으로 판단된다.