Many kinds of generation systems have been developed to use ocean energy. Among these, with the use of an oscillating water column (OWC) for power generation is attracting attention. The OWC-type wave power generation system converts wave energy into electricity by operating a generator turbine with the oscillating water level in a column of water. There are two ways to convert wave power into electricity using an OWC. One uses a cross-flow turbine using the water level inside the OWC. The other method uses the flow of air in a Wells turbine, which depends on the water level. An experiment was carried out using a 2-D wave tank in order to minimize the number of empirical tests. The design factors were taken from Koo et al. (2012) and the experimental environment assumed by free surface motion. This paper deals with characteristics of two types of wave energy conversion systems combine with a breakwater. One model uses an air-driven Wells turbine and a cross-flow water turbine. The other type uses a cross-flow water turbine. Wave energy converters with OWCs have mostly been studied using air-driven Wells turbines. The efficiency of the cross-flow turbine was about 15% higher than that of the other model, and the water level of the OWC internal chamber for the cross-flow water turbine and air-driven Wells turbine was less than about 40% lower than the one using only the cross-flow water turbine.
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.26
no.3
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pp.401-409
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2023
Oscillating water column (OWC) type wave power generator system is a power generation system that uses wave energy, a sustainable and renewable energy source. Irregular cycles and wave heights act as factors that make it difficult to secure generation efficiency of the wave power generator system. Recently, research for improving power generation efficiency is being conducted by applying digital twin technology to OWC type wave energy converter system. However, digital twin using sensor data can predict erroneous performance due to uncertainty in the sensor data. Therefore, this study proposes an uncertainty analysis method for sensor data which is used in digital twin to secure the reliability of digital twin prediction results. Uncertainty quantification considering sensor data characteristics and future uncertainty information according to uncertainty propagation were derived mathematically, and confidence interval estimation was performed based on the proposed method.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.20
no.3
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pp.470-475
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2019
This paper deals with a 30kW grid-connected PCS (Power Conversion System) for an Oscillating Water Column (OWC) wave-power generation system. Wave power generation in marine energy is suitable for Korea with the characteristics of a peninsula with three sides facing the sea. In the case of coastal disasters, wave generators can act as a breakwater to reduce damage, and can be integrated with other marine power generation systems to increase efficiency. Wave power generation systems are classified into various types, such as oscillating bodies, OWC, and overtopping according to the operation principle, and they can also be classified into two types according to the installation method: a fixed structure and floating structure. This paper proposes a 30kW grid-connected PCS topology and model for OWC wave power generation that is structurally stable with a turbine and generator that are relatively easy to maintain, and then provide a control method required for grid connection, including DC link voltage control. Simulation verification was performed to verify the proposed PCS.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.35
no.3
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pp.589-597
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2015
Wave energy harvesting system using OWC(Oscillating Water Column) and MB (Movable Body) attached at the caisson breakwater was studied. This system was suggested to maximize wave energy extraction using resonant phenomena of oscillating water column and buoy in wave channel (Park et al., 2014). Not only incident waves but also reflected waves from the breakwater can be used as sources of exciting force for harvesting wave energy efficiently. Using Galerkin finite model based on the linear wave theory (Park, 1991), the performance of the system was evaluated for various damping ratios of power take off system. Numerical results show that the proposed system is excellent in efficiency compared with that of conventional system and the performance of the system is governed by the resonance of oscillating water column in the wave channel. In addition, the additional efforts to minimize viscous damping was found to be necessary because viscous damping occurring in the channel and around the moving buoy is significant in generation efficiency.
Lee, Kwang Ho;Park, Jung Hyun;Cho, Sung;Kim, Do Sam
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.25
no.3
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pp.128-137
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2013
Due to the global warming and air pollution, interest in renewable energies has increased in recent years. In particular, the crisis of the depletion of fossil energy resources in the near future has accelerated the renewable energy technologies. Among the renewable energy resources, oceans covering almost three-fourths of earth's surface have an enormous amount of energy. For this reason, various approaches have been made to harness the tremendous energy potential. In order to achieve two purposes: to improve harbor water quality and to use wave energy, this study proposed a sea water exchange structure applying an Oscillating Water Column (OWC) wave generation system that utilizes the air flow velocity induced by the vertical motion of water column in the air chamber as a driving force of turbine. In particular, the airflow velocity in the air chamber was estimated from the time variations of water surface profile computed by using 3D-NIT model based on the 3-dimensional irregular numerical wave tank. The relationship of the frequency spectrums between the computed airflow velocities and the incident waves was analyzed. This study also discussed the characteristics of frequency spectrums in the air chamber according to the presence of the structure, wave deformations by the structure, and the power of the water and air flows were also investigated. It is found that the phase difference exists in the time series data of water level fluctuations and air flow in the air chamber and the air flow power is superior to the fluid flow power.
The ouput power of wave energy system in buoy is determined according to the inner diameter of oscillating water column and flow resistance. The increase of adhered shellfish inside the water column leads to decrease the inner diameter of wave energy converter. Influx loss of seawater reduces the efficiency of output power in the wave generation system. In this paper, the test result of AFS characteristic is described for preventing the deposition with shellfish and etc. The current of anode is controlled by buck converter, and the control algorithm developed for AFS in buoy. The experimental results is shown excellent preventing capapbility of AFS in buoy.
Seo, Dong-Woo;Huh, Taesang;Kim, Myungil;Oh, Jae-Won;Cho, Su-Gil
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.21
no.11
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pp.672-682
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2020
The Korea Nowadays, which is research on digital twin technology for efficient operation in various industrial/manufacturing sites, is being actively conducted, and gradual depletion of fossil fuels and environmental pollution issues require new renewable/eco-friendly power generation methods, such as wave power plants. In wave power generation, however, which generates electricity from the energy of waves, it is very important to understand and predict the amount of power generation and operational efficiency factors, such as breakdown, because these are closely related by wave energy with high variability. Therefore, it is necessary to derive a meaningful correlation between highly volatile data, such as wave height data and sensor data in an oscillating water column (OWC) chamber. Secondly, the methodological study, which can predict the desired information, should be conducted by learning the prediction situation with the extracted data based on the derived correlation. This study designed a workflow-based training model using a machine learning framework to predict the pressure of the OWC. In addition, the validity of the pressure prediction analysis was verified through a verification and evaluation dataset using an IoT sensor data to enable smart operation and maintenance with the digital twin of the wave generation system.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.23
no.5
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pp.345-357
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2011
Recently, as part of diversifying energy sources and earth environmental issues, technology development of new renewable energy using wave energy is actively promoted and commercialized around Europe and Japan etc. In particular, OWC(Oscillating Water Column) wave power generation system using air flow induced by vertical movement of the water surface by waves in an air-chamber within caisson is known as the most efficient wave energy absorption device and therefore, is one of the wave power generation apparatus the closest to commercialization. This study examines air flow velocity, which operates turbine(Wells turbine) directly in oscillating water column type wave power generation structure from two-and three-dimensional numerical experiments and discusses optimal shape of oscillating water column type wave power generation structure by estimating the maximum flow rate of air according to change in shape. The three-dimensional numerical wave flume was applied in interpretation for this study which is the model for the immiscible two-phase flow based on the Navier-Stokes Equation. From this, it turned out that size of optimal shape appears differently according to the incident wave period and air flow is maximized at the period where minimum reflection ratio occurs.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.24
no.3
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pp.189-202
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2012
An Oscillating Water Column (OWC) wave generation system uses the air flow induced by the vertical motion of water column in the air chamber as a driving force of turbine. It is well known that OWC is one of the most efficient devices to harness wave power. This study estimated the air flow velocity from the time variation of the water level fluctuation in the air chamber under regular wave conditions using 3-dimensional numerical irregular wave tank (3D-NIT) model that can simulate the 3-dimensional irregular wave field. The applicability of the 3D-NIT model was validated by comparing numerically predicted air flow velocities with hydraulic experimental results. In addition, the characteristics of air flow frequency spectrum variation due to the incident frequency spectrum change, and the variations of frequency spectrum and wave reflection due to the existence of converter inside the air chamber were discussed. It is found that the phase difference exists in between the air flow velocity and the water level fluctuation inside the air chamber, and the peak frequency of the spectrum in water level fluctuation is amplified by the resonance in the air chamber.
Recently, many studies about the wave power generation system for the marine structure as the hybrid form in linked with the original features have been made of. Of these, the wave power generation system using oscillating water column(OWC) has function to convert wave energy to electrical energy with original function of the break water structure. In this type of generation system, it is important to make the flow of sea water as much as possible without loss. Output characteristics of wave power generation system depending on entrance section were described in the paper. Also, flow quantity changing with entrance section, velocity of sea water and output of wells turbine were measured by simulating OWC wells turbine model in break water, one of the general marine structure. Finally, entrance section was suggested to enhance the energy conversion efficiency based on the results of simulation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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