International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.12
no.1
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pp.213-225
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2020
Floating Offshore Wind Turbines (FOWT) installed in the deep sea regions where stable and strong wind flows are abundant would have significantly improved energy production capacity. When designing FOWT, it is essential to understand the stability and motion performance of the floater. Water tank model tests are required to evaluate these aspects of performance. This paper describes a model test and numerical simulation for a 750-kW semi-submersible platform wind turbine model-II. In the previous model test, the 750-kW FOWT model-I suffered slamming phenomena from extreme wave conditions. Because of that, the platform freeboard of model-II was increased to mitigate the slamming load on the platform deck structure in extreme conditions. Also, the model-I pitch Response Amplitude Operators (RAO) of simulation had strong responses to the natural frequency region. Thus, the hub height of model-II was decreased to reduce the pitch resonance responses from the low-frequency response of the system. Like the model-I, 750-kW FOWT model-II was built with a 1/40 scale ratio. Furthermore, the experiments to evaluate the performance characteristics of the model-II wind turbine were executed at the same location and in the same environment conditions as were those of model-I. These tests included a free decay test, and tests of regular and irregular wave conditions. Both the experimental and simulation conditions considered the blade rotating effect due to the wind. The results of the model tests were compared with the numerical simulations of the FOWT using FAST (Fatigue, Aerodynamics, Structures, and Turbulence) code from the National Renewable Energy Laboratory (NREL).
Currently, the Korean government is driving the construction of large-scale floating offshore wind farms to increase domestic renewable energy generation and decrease carbon emissions. In offshore wind farms, maintenance approaches can be limited more often than onshore wind farms by marine weather conditions (wave height, etc.). Therefore, maintenance planning optimization is more important to minimize maintenance costs and power generation loss by downtime. Additionally, the power generation of a wind farm is affected by wind speed as well as wind direction because of the wake effect, so it is possible that power generation loss by downtime is also dependent on combinations of weather conditions (wind speed and direction) and the location of wind turbines for maintenance. In this study, the effects of the wind conditions and the locations of tripped wind turbines on power generation loss were explored for a hypothetical floating offshore wind farm. In order to calculate the power generation of a wind farm, a wake effect calculator was developed based on Jensen's formula. Then, a simple methodology of determining maintenance priorities that minimize power generation loss was proposed.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.25
no.6
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pp.349-356
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2013
The purpose of this study is to review and overcome the limits of the existing design wave model applied to such waters as those located inside bays or near islands where the impact of wind influenced waves are more dominant, due to the nature of topographic isolation, than the influence of direct waves coming from the open sea. Although the existing model for an inside bay design wave is excellent for considering wind factors and very adaptable to topographically complicated areas compared to other models, it is difficult to show the wave diffractions and reflections caused by large scale structures or topographic features in the region. The study examined the various methods capable of taking into account wave diffraction, the angle of wave reflection, and changes in water depth. As a result of applying the modified design wave model to the target situation (inside bay or near island areas), it was found that the reliability of the design wave height around marine structures was improved, compared to the existing models. Therefore, it is fair to predict that the new model could provide more accurate design waves in the design of marine structures.
Kim, Dongeun;Poguluri, Sunny Kumar;Ko, Haeng Sik;Lee, Hyebin;Bae, Yoon Hyeok
Journal of Ocean Engineering and Technology
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v.33
no.2
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pp.116-122
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2019
Among the various wave power systems, Salter's duck (rotor) is one of the most effective wave absorbers for extracting wave energy. The rotor shape is designed such that the front part faces the direction of the incident wave, which forces it to bob up and down due to wave-induced water particle motion, whereas the rear part, which is mostly circular in shape, reflects no waves. The asymmetric geometric shape of the duck makes it absorb energy efficiently. In the present study, the rotor was investigated using WAMIT (a program based on the linear potential flow theory in three-dimensional diffraction/radiation analyses) in the frequency domain and verified using OrcaFlex (design and analysis program of marine system) in the time domain. Then, an experimental investigation was conducted to assess the performance of the rotor motion based on the model scale in a two-dimensional (2D) wave tank. Initially, a free decay test (FDT) was carried out to obtain the viscous damping coefficient. The pitch response was extracted from the experimental time series in a periodic regular wave for two different wave heights (1 cm and 3 cm). In addition, the viscous damping coefficient was calculated from the FDT result and fluid forces, obtained from WAMIT, are incorporated into the final response of the rotor. Finally, a comparative study based on experimental and numerical results (WAMIT & OrcaFlex) was performed to confirm the performance reliability of the designed rotor.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.19
no.2
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pp.200-206
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2013
The paper was investigated on the mooring forces(or tension) and motion response characteristics for a 8-point mooring floating dock in regular waves using a commercial code(AQWA). To achieve the aim of the research, a numerical simulation was adapted on an inner port environment condition, which the water depth is 10 meters, significant wave amplitude(1.05 m). wave period(3.85 sec), wind speed(20.21 m/s), wind and current direction ($90^{\circ}$), incident waves(${\chi}=180^{\circ}$, $135^{\circ}$ and $90^{\circ}$). The dimension of the numerical model is length(140 m), breadth(32 m), depth(14.6 m). The maximum length of a mooring line is 120m. We can expected that roll and pitch motions appeared in beam seas better than head sea. the mooring forces also indicated higher in bean seas than in head seas including wind forces.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.6
no.1
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pp.72-80
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1994
A discrete spectral model of wind waves for arbitrary depth and current is presented This model incorporates wave growth. decay by opposite int bottom friction and wave-current interaction. Depth dependent factor was also added to the fully developed spectrum in order to consider finite depth effects. The physical behavior for the effect of depth and bottom friction was analyzed for an artificially-imposed wind field.
This study investigates the effects of Pierson-Moskowitz, Jonswap spectrum that are typical irregular wave spectrums for wind turbine system with jacket support structure. Also various offshore environmental parameters based on korean local condition were used in our study. The loads acting on the system was considered by referring to the Design Load Case from IEC guide line. And improved von Karman model was used as a turbulence model. As a result, various significant wave height and peak spectral period cause noticeable difference of extreme and fatigue loads prediction.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.13
no.1
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pp.889-901
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2021
The tension of cables and motion response significantly affect safety of an immersed tunnel element in the immersion process. To investigate those, a hydrodynamic scale-model test was carried out and the model experiments was conducted under wind, current and wave loads simultaneously. The immersion standby (the process that the position of the immersed tunnel element should be located before the immersion process) and immersion process conditions have been conducted and illustrated. At the immersion standby conditions, the maximum force of the cables and motion is much larger at the side of incoming wind, wave and current, the maximum force of Element-6 (6 cables directly tie on the element) is larger than for Pontoon-8 (8 cables tie on pontoon of the element), and the flexible connection can reduce the maximum force of the mooring cables and motion of element (i.e. sway is expecting to decrease approximate 40%). The maximum force of the mooring cables increases with the increase of current speed, wave height, and water depth. The motion of immersed tunnel element increases with increase of wave height and water depth, and the current speed had little effect on it. At the immersion process condition, the maximum force of the cables decrease with the increase of immersion depth, and dramatically increase with the increase of wave height (i.e. the tension of cable F4 of pontoons at wave height of 1.5 m (83.3t) is approximately four times that at wave height of 0.8 m). The current speed has no much effect on the maximum force of the cables. The weight has little effect on the maximum force of the mooring cables, and the maximum force of hoisting cables increase with the increase of weight. The maximum value of six-freedom motion amplitude of the immersed tunnel element decreases with the increase of immersion depth, increase with the increase of current speed and wave height (i.e. the roll motion at wave height of 1.5 m is two times that at wave height of 0.8 m). The weight has little effect on the maximum motion amplitude of the immersed tunnel element. The results are significant for the immersion safety of element in engineering practical construction process.
Proceedings of the Korean Society of Coastal and Ocean Engineers Conference
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1993.07a
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pp.20-25
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1993
In coastal waters, more often than not, waves propagate on currents driven by tidal forces, earth’s gravity, or wind. There have been a number of studies for dealing with the change of wave spectrum due to tile presence of current. Based on the conservation of wave action, Hedges et al. (1985) have proposed an equation which describes the influence of current on the change of wave spectrum in water of finite depth. (omitted)
Renewable energy resources such as wind, wave, solar, micro hydro, tidal and biomass etc are becoming important stage by stage, considering the effect of environment. Wind energy is one of the most successful sources of renewable energy for the production of electrical energy. What's more, due to wind speed random variation the wind turbine generators can not make two-state model as conventional generators. The method of obtaining reliability evaluation indices of wind turbine generators is different from the conventional generators. This paper presents a study on the reliability evaluation of power system considering wind turbine generators with a simplified multi-state model.
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