• Ocean Systems Engineering
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• 제9권2호
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• pp.191-218
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• 2019

The tower-platform interface and mooring system of floating offshore wind turbines (FOWTs) are some of the most critical components with significant influences on overall project costs. In addition to satisfying strength requirements, it is typical and vital to meet fatigue criteria for a service life of 25 years or more. Wind spectra characteristics considered in analysis can penalize fatigue designs, leading to unnecessary costs. The International Electrotechnical Commission (IEC, 2009) recommends the use of site-specific wind data (spectrum, turbulence intensity, etc.) in design of FOWTs, but for offshore sites it is often the case that such data is unavailable and land-based data are used as surrogates in design. For such scenarios, it is worth investigating whether such alternative approach is suitable and accurate, and understanding the consequence of the selection of wind spectral characteristics on fatigue design. This paper addresses the impact of the subsequent selection on fatigue responses of towerbase and mooring system in a FOWT, as a sequel to the paper by Udoh and Zou (2018) which focused on impacts on strength design. The 5 MW semi-submersible FOWT platform with six mooring lines implemented in the preceding study is applied in analysis. Results indicate significant variations in resulting fatigue life with considered wind parameters. Thus, it is critical to apply proper wind spectra characteristics for analysis and design of FOWTs to avoid unnecessary conservatism and costs. Based on the findings of this study, more explicit guidance on the application of turbulence intensities for IEC-recommended models in offshore sites could lead to more accurate load estimates in design of FOWTs.

• Ocean Systems Engineering
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• 제2권1호
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• pp.1-16
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• 2012

Offshore wind turbines are complex structural and mechanical systems located in a highly demanding environment. This paper proposes a multi-level system approach for studying the structural behavior of the support structure of an offshore wind turbine. In accordance with this approach, a proper numerical modeling requires the adoption of a suitable technique in order to organize the qualitative and quantitative assessment in various sub-problems, which can be solved by means of sub-models at different levels of detail, both for the structural behavior and for the simulation of loads. Consequently, in a first place, the effects on the structural response induced by the uncertainty of the parameters used to describe the environmental actions and the finite element model of the structure are inquired. After that, a meso-level FEM model of the blade is adopted in order to obtain the detailed load stress on the blade/hub connection.

• Ocean Systems Engineering
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• 제8권1호
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• pp.79-99
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• 2018

The effects of BPC (blade pitch control) on FOWT (floating offshore wind turbine) motions and generated power are investigated by using a fully-coupled turbine-floater-mooring simulation program. In this regard, two example FOWTs, OC4-5MW semi-submersible FOWT and KRISO four-3MW-units FOWT, are selected since the numerical simulations of those two FOWTs have been verified against experiments in authors' previous studies. Various simulations are performed changing BPC natural frequency (BPCNF), BPC damping ratio (BPCDR), and wind speeds. Through the numerical simulations, it was demonstrated that negative damping can happen for platform pitch motions and its influences are affected by BPCNF, BPCDR, and wind speeds. If BPCNF is significantly larger than platform-pitch natural frequency, the pitch resonance can be very serious due to the BPC-induced negative-damping effects, which should be avoided in the FOWT design. If wind speed is significantly higher than the rated wind velocity, the negative damping effects start to become reduced. Other important findings are also given through systematic sensitivity investigations.

• 한국항해항만학회지
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• 제37권6호
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• pp.655-662
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• 2013

최근 화석 연료의 사용에 따른 문제들로 인해 다양한 그린 에너지들이 주목 받고 있다. 그린 에너지의 한 종류로써 풍력 발전의 원동력인 바람은 육상에서 보다 해상에서 양질의 값이 관측된다. 또한, 부지확보, 소음, 전자파와 같은 육상 풍력 발전의 문제점을 해결할 대안으로써, 또한 더 효율적인 풍력 발전을 위해 해상 풍력 발전의 개발이 주목받고 있다. 이에 따라 해상 풍력에 대한 많은 연구들이 수행되고 있다. 풍력 타워가 해상으로 진출함에 따라 해상 풍력 타워는 점차 거대해지고 있다. 따라서 풍력과 파력을 견뎌내기 위한 안정성이 요구되고 있다. 본 연구에서는 p-y 관계를 이용해 다층 지반의 기초에 작용하는 외력을 계산하였다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제41권3호
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• pp.209-215
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• 2017

대형 부유식 파력-해상풍력 복합발전시스템은 정 사각형(폭 150m) 부유식 플랫폼 컬럼 상부에 4기의 3MW 풍력터빈이 설치된다. 전방 풍력터빈으로부터 발생되는 후류는 터빈배치에 따라 후방 풍력터빈의 출력성능과 하중특성에 불리한 영향을 미치므로 후류간섭에 대한 유동해석을 통해 최적배치설계가 실시되어야 한다. 본 논문에서는 플랫폼 배치조건($0^{\circ}$, $22.5^{\circ}$, $45^{\circ}$) 변화에 따른 개별 풍력터빈의 출력특성 및 연간에너지생산량을 확인하기 위해 풍속변화(8m/s, 11.7m/s, 19m/s 25m/s)에 대한 비정상상태 CFD 해석을 실시하였다. 레일리분포를 적용한 연간에너지생산량 계산결과는 각 배치조건에 따라 다르게 나타났으며, 해석결과에 근거하여 후류손실이 최소화 될 수 있는 최적 배치설계를 제안하였다.

• 한국태양에너지학회 논문집
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• 제36권4호
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• pp.21-29
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• 2016

Commercial wind farm design tools and the national wind map are used to determine the implementation potential of offshore wind power in Korea in this study. For this, the territorial waters of Korea were divided into nine analysis regions and a commercial CFD code was used to obtain wind resource maps at 100m A.S.L. which is the hub height of a 5MW wind turbine used in this study. With the wind resource obtained, factors including water depth, distance from substations, minimum and maximum capacity of a wind farm, distance between turbines and wind farms were considered to determine wind power potential. Also, the conservation areas, military zones, ports, fishing grounds, etc. were considered and excluded. As the result, a total capacity of 6,720 MW was found to be the implementation potential and this corresponds to $3.38MW/km^2$ in API. Also if the distance from the substation is not considered, the potential increased to be 10,040 MW. This offshore wind farm potential is considered enough to satisfy the target of wind farm capacities in the 7th national plan for electricity demand and supply.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제26권1호
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• pp.25-32
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• 2014

해상풍력 구조물은 풍속과 파고 등 유체동역학적 하중의 영향을 받는다. 유럽의 경우 다수의 해상풍력발전기가 설치되어 있고, 한국의 경우에는 설치사례가 없으나, 해상풍력발전에 대한 관심이 고조되어 조만간 설계단계가 도래할 것으로 예상된다. 본 연구에서는 ABS(2010, 2013)와 IEC(2009)에서 제공하는 설계 기준을 이용하여 구조물의 신뢰성 수준을 검토하였다. 한국 연안 4개 지점(군산, HeMOSU 1호, 목포, 제주)의 해상조건을 사용하여 바람과 파랑하중, 해상풍력발전 구조물의 응답에 대하여 적용하였다. 검토 결과, 태풍이 우세한 해역의 경우 큰 변동성 때문에 IEC 설계기준을 한국 연안에 적용하는 경우, 유럽 해상에 적용한 결과보다 신뢰도 지수가 낮게 산정되었다. 유럽의 경우와 유사한 수준의 신뢰도 확보를 위해서는 ABS(2010, 2013) 100년 빈도 설계기준을 적용하는 것이 바람직한 것으로 파악되었다. 그러나, IEC 기준은 태풍의 영향에 대한 고려가 미흡하고, ABS 기준은 WSD 설계법이므로 국내 실정에 맞는 Level 1 신뢰성 설계법 도입이 필요하며, 국내 바람과 파랑 하중에 대한 통계적 특성을 고려하여 설계방정식을 설정하는 것도 필요하다.

• 해양환경안전학회지
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• 제27권1호
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• pp.47-52
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• 2021

최근 국제적으로 신재생 에너지 개발이 활발함에 따라 풍력발전의 비중이 확대되고 있다. 특히 고품질의 풍력자원을 이용하고 소음 피해를 최소화하기 위하여 해안에서 멀리 떨어진 해역에 대규모 풍력단지가 조성되는 추세이다. 해상에 풍력단지가 건설됨에 따라 영해나 영공 감시를 위한 레이더에 간섭을 일으키는 문제 이외에도 해상에서 육상으로 송신하는 조난통신을 간섭하는 지에 대한 분석이 필요하다. 이를 위해서 본 연구에서는 선박에서 MF 또는 HF 대역의 전자파를 송신할 경우, 선박과 육상 기지국 사이에 위치한 해상풍력 발전단지가 송신된 전자파에 대한 간섭 여부를 분석하였다. 이를 위해 대상지역을 수치지형도와 풍력발전기 CAD모델을 활용하여 주변 환경 및 해상풍력 발전단지를 전자기학적으로 모델링하였다. 파장에 비해 광범위한 지역에 대한 전파 분석이므로 고주파 분석기법이 타당하나, 적용할 고주파 분석기법을 주변해역과 지형을 간략화하여 저주파 분석기법으로 먼저 검증하였다. 해상풍력 발전단지 부근에서 송신한 신호에 대해 육상기지국에서 수신한 전력을 분석한 결과, 발전단지가 설치되더라도 거의 동일한 수준으로 전파를 수신할 수 있었다. 이는 풍력발전기가 대형 구조물이기는 하나 타워의 직경은 수 미터에 불과하므로 지향성이 없고 파장이 긴 MF 및 HF 대역에 대해서는 큰 장애물로 작용하지 않기 때문으로 판단된다.

• 한국해양공학회지
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• 제38권1호
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• pp.30-42
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• 2024

This study examined the jack-up spudcan penetration for a new type of offshore wind substructure newly proposed using the jack-up concept to reduce construction costs. The jack-up spudcan for offshore wind turbines should be designed to penetrate a stable soil layer capable of supporting operational loads. This study evaluated multi-layered soil conditions using centrifuge tests: loose sand over clay and loose sand-clay-dense sand. The penetration resistance profiles of spudcan recorded at the centrifuge tests were compared with the ISO and InSafeJIP methods. In the tests, a spudcan punch-through effect slightly emerged under the sand-over-clay condition, and a spudcan squeezing effect occurred in the clay-over-sand layer. On the other hand, these two effects were not critically predicted using the ISO method, and the InSafeJIP result predicted only punch-through failure. Nevertheless, ISO and InSafeJIP methods were well-matched under the conditions of the clay layer beneath the sand and the penetration resistance profiles at the clay layer of centrifuge tests. Therefore, the ISO and InSafeJIP methods well predict the punch-through effect at the clay layer but have limitations for penetration resistance predictions at shallow depths and strong stratum soil below a weak layer.

• 신재생에너지
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• 제20권2호
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• pp.17-25
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• 2024

In this study, the effect of the time step specified in a computational fluid dynamics (CFD) simulation on load response is analyzed and the drag coefficients of the floating body of floating offshore wind turbines (FOWTs) are estimated. By evaluating the error in the FOWT load response and the change in the drag-coefficient values based on the density of the time intervals, this study aims to establish a time-interval setting that minimizes the time and cost of CFD simulations for selecting drag-coefficient values. Practical CFD utilization strategies necessary for the calibration of medium-to high-fidelity analysis tools are presented. Based on a comparative analysis of CFD simulations conducted at various time intervals, the results confirmed that under a certain time interval that sufficiently considers various factors, the accuracy of the FOWT response with respect to density shows minimal differences, thereby providing an efficient utilization method for CFD simulations in FOWT design and analysis.