The Korea Offshore Wind Power (KWOP) cooperation is planning to construct offshore wind energy farms with an overall rated power of 2.5 GW along the southwestern coast by 2019. Hitherto, various structural types of support structures for offshore wind turbines have been being proposed, but these structures have lacked economic analysis studies. Therefore, their economical superiority to existing types has been difficult to guarantee. An offshore structure with economic efficiency will have a minimum amount of mobilizing equipment and short offshore construction period because of the application of rapid installation methods. Thus, the development of a new support structure with economic efficiency is generally considered to be necessary. Accordingly, this paper proposes a newly developed and more economical jacket type for the offshore support structure. This study confirmed its structural safety and performance by conducting a structural analysis and eigenvalue analysis. The manufacturing and installation costs were then estimated. As a result, the new jacket type of offshore support structure proposed in this study significantly reduced the manufacturing and installation costs. Therefore, it is expected that the proposed jacket will contribute to reducing construction expenses for new wind power farms and invigorating wind power farm businesses.
In this paper, safety analysis of the process of installing offshore structures such as manifolds and jacket-type substructures using floating cranes and barges in waves is performed. The safety analysis consists of three components. First, the dynamic responses of the offshore structure, cranes, and barge, all of which are moored and connected using wire ropes, are analyzed. Second, tensions in the wire ropes connecting the cranes and the offshore structures are calculated. Finally, any collision between the offshore structure and the cranes or the barge that transports the offshore structure is detected. Equations of motion of the offshore structure, cranes, and barge are formulated based on multibody dynamics, as well as considering the hydrostatic, hydrodynamic, and mooring forces. Additionally, proportional-derivative control of the tagline between the cranes and the offshore structure is performed to verify the safety of the installation process, as well as for reducing the dynamic response and collisions among them.
The Korea Offshore Wind Power (KOWP) is planning to construct offshore wind energy farms with an overall rated power of 2.5 GW in the south-western coast of the country until 2019. Various types of support structures for offshore wind turbines have been proposed in the past. Nevertheless, in South Korea, jacket structures have in general, been applied as support structures for offshore wind turbines owing to the many accumulated experiences and know-how regarding this kind of support structure. The choice of offshore structure is mainly influenced by site conditions such as seabed soil type and sea environment during installation. In installing jacket sets on the seabed, the mudmat is necessary to maintain the equilibrium of the jacket without the aid of additional devices. Hence, this study proposes the installation of skirt plates underneath the bottom frame of jackets in order to improve the installation stability of jacket structures under rougher sea conditions. To confirm the effect of skirt plates, installation stability analyses considering overturning, sliding and bearing capacity have been performed. From the results, it is shown that jacket structures with skirt plates can contribute to improving the sliding stability of the structures of new wind power farms, while providing economic benefits.
해상풍력발전은 경관 및 소음 등의 문제 및 풍황자원 고갈로 인한 사업부지 확보가 어려운 육상풍력발전의 대안으로 주목받고 있다. 해상풍력은 해상에 풍력터빈을 세우기 때문에 경관 훼손이나 소음으로 인한 민원발생이 적고 상대적으로 풍황자원이 풍부하기 때문에 발전생산성이 높다. 그러나 육상풍력에 비해 해상풍력은 설치비가 높아 경제성이 떨어뜨리는 요인으로 작용한다. 이러한 높은 설치비는 해상작업에 필요한 대형장비의 대여기간과 높은 대여료에서 기인하는데, 본 논문에서는 대형 해상장비의 사용을 최소화하여 설치할 수 있는 해상풍력 지지구조의 개념설계를 수행하였다.
As the upending is one of the critical steps in the installation of offshore structure, datail procedure of upending operation is studied in the paper. For larger offshore structure installation, launching method is often applied. However after launching, the upending process is to be followed. To ensure successful upending operation, datail process is analysed considering various factors affecting on the operation including reserved buoyancy, free flotation position, seabed clearance, ballast and hook load. To investigate the influence of each factor on the procedure, twelve numerical jacket models with various dimensions are simulated and studied. From the study, it is revealed that the increase of buoyance and decrease of self weight generate a large seabed clearance. The law seabed clearance during flooding creates higher hook load and height. The paper also introduces a guideline for the related structure design and construction with the effects of contribution factors in the upending operation.
Lee, Min Jun;Jo, Hyo Jae;Lee, Sung Wook;Hwang, Jea Hyuk;Kim, Jea Heui;Kim, Young Kyu;Baek, Dong Il
한국해양공학회지
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제34권5호
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pp.285-293
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2020
This study evaluated the Hook-up installation of an offshore site construction process, which is the final step in an offshore site installation process. During Hook-up installation, the offshore structure can have a detrimental effect on the work stability due to low-frequency motion. Moreover, economic costs can be incurred by the increase in available days of a tugboat. Therefore, this study developed a numerical analysis program to assess the dynamic behavior of mooring systems during hook-up installation to analyze the generally performed installation process and determine when the tugboat should be released. In this program, the behavior of an offshore structure was calculated using Cummin's time-domain motion equation, and the mooring system was calculated by Lumped mass method (LMM). In addition, a tugboat algorithm for hook-up installation was developed to apply the Hook-up procedure. The model used in the calculations was the barge type assuming FPSO (Floating production storage and off-loading) and has a taut mooring system connected to 16 mooring lines. The results of the simulation were verified by comparing with both MOSES, which is a commercial program, and a calculation method for restoring coefficient matrix, which was introduced by Patel and Lynch (1982). Finally, the offset of the structure according to the number of tugboats was calculated using the hook-up simulation, and the significant value was used to represent the calculation result.
The global and domestic market for offshore wind farm is expected to grow fast, and the design and installation of substructure and foundation is getting more important. As for the offshore wind farms located in the shallow(depth < 20m) water, the construction and installation of the substructure and foundation makes up about 1/4 ~1/3 of the offshore wind farm construction cost, and the portion is expected to increase because the turbine capacity is increasing from 2 ~ 3MW to 5MW or larger and the water depth of wind farms is also increasing over 30m. As a foundation for offshore wind turbine, the suction caisson foundation is being considered to be a highly competitive alternative to the conventional monopile or gravity based structure, because it has features suitable for the offshore construction such as quick installation, no heavy equipment for penetration and no hammering noise for driving. In order to study the installation behaviour of the suction caisson, laboratory tests were performed with sand. The pore water pressure and displacement were measured to analyze the suction pressure during penetration, the penetration speed and the amount of heaving.
This paper calculates the mating dynamic forces of a semi-submersible offshore structure's topside module, where a hull moored in the sea is combined with a topside module carried by a heavy lift vessel, as a mating installation method. The environmental conditions include various wave directions and wave heights, with constant wind and current speeds. Appropriate ballast and de-ballast plans for the heavy lift vessel and hull of the semi-rig should be performed in order to safely obtain these forces, whereas a fixed platform or the GBS (Gravity based structure) type of offshore structure only needs a ballast plan for the heavy lift vessel. From this paper, the allowable wave height or wave direction for the mating procedure can be investigated based on the standard DAF (Dynamic amplitude factor) of the rules and regulations.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제5권2호
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pp.313-323
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2013
Offshore floating structures have so-called moonpool in the centre area for the purpose of drilling, installation of subsea structures, recovery of Remotely-Operated Vehicle (ROV) and divers. However, this vertical opening has an effect on the operating performance of floating offshore structure in the vicinity of moonpool resonance frequency; piston mode and sloshing mode. Experimental study based on model test was carried out. Moonpool resonance of floating offshore structure on fixed condition and motion free condition were investigated. And, the effect of cofferdam which is representative inner structure inside moonpool was examined. Model test results showed that Molin's theoretical formula can predict moonpool resonance on fixed condition quite accurately. However, motion free condition has higher resonance frequency when it is compared with that of motion fixed. The installation of cofferdam moves resonance frequency to higher region and also generates secondary resonance at lower frequency. Furthermore, it was found that cofferdam was the cause of generating waves in the longitudinal direction when the vessel was in beam sea.
This paper investigates the line dynamic forces connecting tugs and a floater, where the planar motion of the floater is due to the weather criteria during the position keeping of the offshore structure by tugs. The analysis situation consists of the position keeping states for the seabed mooring line connection work of the offshore structure at the offshore site. Specifically, the decision about the tug power capacity for the position keeping is essential and depends on the weather criteria, line characteristics, length of line, etc. The planar motion of the structure is constrained by the interference of the installation vessel's operational range, behavior of the underwater fairlead, and other surrounding structures. In this paper, the tug line forces and planar motion of an offshore structure are summarized dependent on the tug line length and line material characteristics in the states fora given floater draft and weather criteria. The tug line dynamic forces and planar motion evaluated here will be used to determine the proper tug power and clearance of an offshore structure.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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