풍력발전시스템의 실제 운용을 위해서는 성능 예측, 피치 제어, 운용 기법 최적화 등에 관한 연구가 필요하다. 최근에는 새로운 형태의 이중 로터 풍력발전시스템이 개발되어 시험 운전 중에 있다. 이 풍력발전시스템의 특징은 upwind와 downwind 형태의 두개의 로터 시스템이 수평으로 결합되어 있으며, 발전기는 타워 안쪽에 수직으로 설치되어 있다는 점이다. 본 논문에서는 이러한 새로운 형식의 풍력발전시스템의 성능 예측 및 제어 시스템 실험을 위한 시뮬레이션 소프트웨어를 소개하고자 한다. 특히 이 소프트웨어는 FORTRAN과 Matlab/Simulink를 이용하여 계산의 신속성 및 사용자 편의 제공을 고려하여 개발되었다.
Chen, Bei;Hua, Xu G.;Zhang, Zi L.;Basu, Biswajit;Nielsen, Soren R.K.
Structural Monitoring and Maintenance
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제4권2호
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pp.115-131
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2017
Classical flutter of wind turbine blades indicates a type of aeroelastic instability with fully attached boundary layer where a torsional blade mode couples to a flapwise bending mode, resulting in a mutual rapid growth of the amplitudes. In this paper the monitoring problem of onset of flutter is investigated from a detection point of view. The criterion is stated in terms of the exceeding of a defined envelope process of a specific maximum torsional vibration threshold. At a certain instant of time, a limited part of the previously measured torsional vibration signal at the tip of blade is decomposed through the Empirical Mode Decomposition (EMD) method, and the 1st Intrinsic Mode Function (IMF) is assumed to represent the response in the flutter mode. Next, an envelope time series of the indicated modal response is obtained in terms of a Hilbert transform. Finally, a flutter onset criterion is proposed, based on the indicated envelope process. The proposed online flutter monitoring method provided a practical and direct way to detect onset of flutter during operation. The algorithm has been illustrated by a 907-DOFs aeroelastic model for wind turbines, where the tower and the drive train is modelled by 7 DOFs, and each blade by means of 50 3-D Bernoulli-Euler beam elements.
Offshore wind farms are rapidly growing owing to their comparatively more stable wind conditions than onshore and land-based wind farms. The power capacity of offshore wind turbines has been increased to 5MW in order to capture a larger amount of wind energy, which results in an increase of each component's size. Furthermore, the weight of the marine turbine components installed in the nacelle directly influences the total mechanical design, as well as the operation and maintenance (O&M) costs. A reduction in the weight of the nacelle allows for cost-effective tower and foundation structures. On the other hand, longer transmission distances from an offshore wind turbine to the load leads to higher energy losses. In this regard, DC transmission is more useful than AC transmission in terms of efficiency because no reactive power is generated/consumed by DC transmission cables. This paper describes some of the challenges and difficulties faced in designing high-power-density power conversion systems (HPDPCSs) for offshore wind turbines. A new approach for high gain/high voltage systems is introduced using transformerless power conversion technologies. Finally, the proposed converter is evaluated in terms of step-up conversion ratio, device number, modulation, and costs.
A vibration monitoring is performed on a 1kW class stand alone wind turbine(W/T). When a W/T model is developed, general performance under various wind condition should be verified to introduce the product in the market. Especially, vibration characteristics within operating speed range are very important in the aspect of structural stability as well as generator's electrical efficiency. This paper examines the vibration performance of a home made 1kW W/T. Various data of the W/T model are acquired in real time using a remote vibration monitoring system installed in Daekwanryung test site. Vibration stability of the W/T structure is diagnosed based upon the data and the result is used to estimate the applicability of the W/T model.
In this study, the design and verification of 6kW class lift-type vertical-axis wind turbine (VAWT) has been conducted using advanced CAE technique based on computational fluid dynamics (CFD), finite element method (FEM), and computational structural dynamics (CSD). Designed aerodynamic performance of the VAWT model is tested using unsteady CFD method. Designed structural safety is also tested through the evaluation of maximum induced stress level and resonance characteristics using FEM and CSD methods. It is importantly shown that the effect of master eccentricity due to rotational inertia needs to be carefully considered to additionally investigate dynamic stress and deformation level of the designed VAWT system.
Vibration performance of a 6 kW stand-alone wind turbine(W/T) generator is investigated under the wind environment of Daegwanryung mountain area. In the W/T, wind condition, power performance and structural stability are correlated each other An integrated monitoring system which consists of accelerometers, anemometers, power meters and auxiliary sensors for atmospheric data are constructed to measure the required data simultaneously. Based upon the data acquired over a long period of time, vibration performance of the W/T structure is estimated with annual wind data and generating power performance. Within the operating speed range, possibility of severe nitration is diagnosed. Vibration sources are identified and countermeasures are proposed. The goal of the study is to offer the basic information on W/T vibration performance at the design stage of a small stand alone W/T structure.
Wu, Xiangguo;Zhang, Xuesen;Zhang, Qingtan;Zhang, Dong;Yang, Xiaojing;Qiu, Faqiang;Park, Suhyun;Kang, Thomas H.K.
Steel and Composite Structures
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제44권3호
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pp.407-421
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2022
Prefabricated hybrid wind turbine towers (WTTs) are promising due to height increase. This study proposes the use of ultra-high performance concrete (UHPC) to develop a new type of WTT without the need to use reinforcement. It is demonstrated that the UHPC WTT structure without reinforcing bars could achieve performance similar to that of reinforced concrete WTTs. To simplify the design of WTT, a design approach for the calculation of stresses at the horizontal joints of a WTT is proposed. The stress distribution near the region of the horizontal joint of the WTT structure under normal operating conditions and different load actions is studied using the proposed approach, which is validated by the finite element method. A further parametric study shows that the degree of prestressing and the bending moment both significantly affect the principal stress. The shear-to-torsion ratio also shows a significant influence on the principal tensile stress.
Seungyeon Lee;Seunghoon Seo;Seungjun Kim;Chulsang Yoo;Goangseup Zi
Computers and Concrete
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제33권5호
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pp.509-518
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2024
In this study, we investigated the effect of shear-key placement on the performance of grouted connections in offshore wind-turbine structures. Considering the challenges of height control during installation, we designed and analyzed three grouted connection configurations. We compared the crack patterns and strain distribution in the shear keys under axial loading. The results indicate that the misalignment of shear keys significantly influences the ultimate load capacity of grouted connections. Notably, when the shear keys were positioned facing each other, the ultimate load decreased by approximately 15%, accompanied by the propagation of irregular cracks in the upper shear keys. Furthermore, the model with 50% misalignment in the shear-key placement exhibited the highest ultimate strength, indicating a more efficient load resistance than the reference model. This indicates that tensile-load-induced cracking and the formation of compressive struts in opposite directions significantly affect the structural integrity of grouted connections. These results demonstrate the importance of considering buckling effects in the design of grouted connections, particularly given the thin and slender nature of the inner sleeves. This study provides valuable insights into the design and analysis of offshore wind-turbine structures, highlighting the need for refined design formulas that account for shifts in shear-key placement and their structural implications.
Green hydrogen presents a sustainable and environmentally friendly solution for clean energy production and transportation. This study aims to identify the optimal profile of green hydrogen transportation risers originating from a floating offshore wind turbine (FOWT) integrated with a hydrogen production facility. Employing the Cummins equation, a fully coupled dynamic analysis for FOWT with a flexible riser was conducted, with the tower, mooring lines, and risers described using a lumped mass line model. Initially, motion response amplitude operators (RAOs) were compared with openly published results to validate the numerical model for the FOWT. Subsequently, a parametric study was conducted on the length of the buoyancy module section and the upper bare section of the riser by comparing the riser's tension and bending moment. The results indicated that as the length of the buoyancy module increases, the maximum tension of the riser decreases, while it increases with the lengthening of the bare section. Furthermore, shorter buoyancy modules are expected to experience less fatigue damage, with the length of the bare section having a relatively minor impact on this phenomenon. Consequently, to ensure safety under extreme environmental conditions, both the upper bare section and the buoyancy module section should be relatively short.
Although wind turbines have obtained type certification according to international standards and are released to the market, they cannot be regarded as design evaluations that consider site characteristics. Therefore, it is necessary to study the site-specific load analysis method based on the meteorological data measured at the candidate site. In this study, site-specific load calculation was performed based on the meteorological data from the Jeju Haengwon mast. Analysis results were compared and analyzed with the results calculated by IEC design Class (IIA). For the fatigue loads at the blade root and tower base, the site-specific condition was lower than the IEC IIA, but in the case of the ultimate load, the site-specific condition showed higher results in some design load cases (DLCs). Selecting a wind turbine suitable for a site through load evaluation considering site conditions can prevent the reduction of operation and maintenance (O&M) costs and the power loss caused by downtime. Finally, it is expected to contribute to the project's levelized cost of energy (LCOE) reduction.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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