A multi-platform offshore wind farm is receiving the worldwide attention for the sake of maximizing the wind power capacity and the dynamic stability at sea. But, its wind power efficiency is inherently affected by the interference of wake disturbed by the rotating blades, so its layout should be appropriately designed to minimize such wake interference. In this context, the purpose of this paper is to introduce a layout optimization for multi-platform offshore wind farm consisted of 2.5MW spar-type floating wind turbines. The layout is characterized by the arrangement type of wind turbines, the spacing between wind turbines and the orientation of wind farm to the wind direction, but the current study is concerned with the spacing for a square-type wind farm oriented with the specific angle. The design variable and the objective function are defined by the platform length and the total material volume of the wind farm. The maximum torque loss and overlapping section area are taken as the constraints, and their meta-models expressed in terms of the design variable are approximated using the existing experimental data and the geometry interpretation of wake flow.
In this study, experiments with a floater using flapping foils were performed to develop a new station keeping system that can maintain its position in waves without mooring lines. The foils applied to this system generate thrust using wave energy. In this experiment, the motion of the floater was analyzed in three different wave periods. Sixteen foils were attached to the cylindrical floater. The thrust of each foil was controlled by changing its azimuth angle, and three cases were compared. Based on the previous data, we made more precise measurements and found an optimal model for stationkeeping under each wave condition. We verified the potential of this new stationkeeping system using flapping foils, and conclusions were drawn from the results.
Offshore wind energy has become a major energy source, and various studies are underway to increase the economic feasibility of floating offshore wind turbines (FOWT). In this study, the characteristics of wave-induced motion of a combined wind-wave energy platform were analyzed to reduce the variability of energy extraction. A user subroutine was developed, and numerical analysis was performed in connection with the ANSYS-AQWA hydrodynamic program in the time domain. A platform combining the TLP-type FOWT and the Wavestar-type wave energy converter (WEC) was proposed. Each motion response of the platform on the second-order wave load, the effect of WEC attachment and Power take-off (PTO) force were analyzed. The mooring line tension according to the installation location was also analyzed. The vertical motion of a single FOWT was increased approximately three times due to the second-order sum-frequency wave load. The PTO force of the WEC played as a vertical motion damper for the combined platform. The tension of the mooring lines in front of the incident wave direction was dominantly affected by the pitch of the platform, and the mooring lines located at the side of the platform were mainly affected by the heave of the platform.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.28
no.7
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pp.1201-1208
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2022
In general, to maximize the supply and efficiency of floating offshore wind power generation energy, the motion caused by wave attenuation of the substructure must be reduced. According to previous studies, the motion response was reduced due to the vortex viscosity generated by the damping plate installed in the lower structure among the waves. In this study, a 5 MW semi-submersible OC5 platform and two platforms with attenuation plates were designed, and free decay experiments and numerical calculations were performed to confirm the effect of reducing motion due to vortex viscosity. As a result of the model test, when the heave free decay tests were conducted at drop heights of 30 mm, 40 mm, and 50 mm, compared with the OC5 platform, the platform with two types of damping plates attached had relatively improved motion damping performance. In the model test and numerical calculation results, the damping plate models, KSNU Plate 1 and KSNU Plate 2, were 1.1 times and 1.3 times lower than OC5, respectively, and the KSNU Plate 2 platform showed about two times better damping performance than OC5. This study shows that the area of the damping plate and the vortex viscosity are closely related to the damping rate of the heave motion.
Unlike structures in the air, the vibration analysis of a submerged or floating structure such as offshore structures is possibly only when the fluid-structures is understood, as the whole or part of the structure is in contact with water. Through the comparision between the experimental result and the finite element analysis result for a simple cylindrical model, it was verified that an added mass effects on the cylindrical structure. Using the commercial FEA program ANSYS(v.11.0), underwater added mass was superposed on the mass matrix of the structure. A frequency response analysis of forced vibration in the frequency considered the dynamic load was also performed. It was proposed to find the several important modes of resonance peak for these fixed cylindrical type structures. Furthermore, it is expected that the analysis method and the data in this study can be applied to a dynamic structural design and dynamic performance evaluation for the ground and marine purpose of power generator by wind.
Wind/diesel hybrid operation can be one of the most effective option for electrical power production at a remote area such as Antarctica. The king Sejong station at Antarctica relies its power production on diesel engines and diesel oil is supplied every other year by ships. However, the oil transportation processes are liable to potential oil spillage caused by the floating ice around the King George island. The long-term storage of the oil at the station can also contaminate the surrounding soils. A l0kW wind turbine has been installed to save oil consumption and operated in connection with the diesel generators since 2006. The diesel engine that operated poorly during the first year of installation was replaced in 2008 to enhance power production an recent measurements indicate that both diesel power quality and the wind turbine availability have been dramatically improved by the replacement. This report discusses electrical power qualities of wind/diesel hybrid system operating at an isolated micro gird located in the king Sejong station. Our experience reveals that the similar technologies can be applied to domestic islands, for example, in the south sea.
The impact of spar-nacelle-blade coupling on edgewise dynamic responses of spar-type floating wind turbines (S-FOWT) is investigated in this paper. Currently, this coupling is not considered explicitly by researchers. First of all, a coupled model of edgewise vibration of the S-FOWT considering the aerodynamic properties of the blade, variable mass and stiffness per unit length, gravity, the interactions among the blades, nacelle, spar and mooring system, the hydrodynamic effects, the restoring moment and the buoyancy force is proposed. The aerodynamic loads are combined of a steady wind (including the wind shear) and turbulence. Each blade is modeled as a cantilever beam vibrating in its fundamental mode. The mooring cables are modeled using an extended quasi-static method. The hydrodynamic effects calculated by using Morison's equation and strip theory consist of added mass, fluid inertia and viscous drag forces. The random sea state is simulated by superimposing a number of linear regular waves. The model shows that the vibration of the blades, nacelle, tower, and spar are coupled in all degrees of freedom and in all inertial, dissipative and elastic components. An uncoupled model of the S-FOWT is then formulated in which the blades and the nacelle are not coupled with the spar vibration. A 5MW S-FOWT is analyzed by using the two proposed models. In the no-wave sea, the coupling is found to contribute to spar responses only. When the wave loading is considered, the coupling is significant for the responses of both the nacelle and the spar.
Integrated Gasification Combined Cycle (IGCC) power plant converts coal to syngas, which is mainly composed with hydrogen and carbon monoxide, by the gasification process and produces electric power by the gas and steam turbine combined cycle power plant. The purpose of this study is to investigate the influence of gasification process to type and structure of gasifier. For this purpose, the performance characteristics of gasification reaction are analyzed with the operation characteristic of pilot-scale 2-stage coal gasifier. It is found that gasification reaction, floating characteristic of melted slag, particle stick of inside of the gasifier, particle stick and deposit of Syngas cooler are the causes in the different performance characteristics.
This paper reports a novel mobile-type wave energy harvesting system. The proposed system adopts a wave glider's propulsion mechanism. A wave glider's blades were mounted on a circular layout and generated a rotational motion. Combining the wave converting system with the wave glider, a mobile floating-type robotic buoy system was developed. It enabled the relocation of the buoy position, as well as station-keeping for long term operation. It had a small size and could efficiently harvest wave energy. A feasibility study and modeling were carried out, and a prototype system was constructed. Various tank tests were performed to optimize the proposed wave energy harvesting system.
Because the magnetic bearing supports levitating body without contact, wear, noise and vibration, it is very useful to high revolution machinery. In this paper we selected ATmega 128, a less expensive and widely used micro controller, for control the magnetic bearing system. And we selected the sampling time and the control gain of PID controller through trial-and-error. The control program of the one board controller utilized lookup table to reduce calculation time, and bit shifting for the integer calculation in instead of floating point calculation. As the results, the controller carried out relatively high speed PID control on sampling time 0.25 ms. At last the rotation test for the magnetic bearing system was carried out by 3 phase induction motor and air turbine.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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