The effect of wake on the performance and load of a downstream wind turbine on a floating platform is investigated with a computer simulation in this study. The floating platform consists of a square platform having a dimension of $200m{\times}200m$ with four 2 MW wind turbines installed. For the simulation, only two wind turbines in series with the wind direction were considered and the floating platform was assumed to be stationary due to its large size. Also, a commercial program based on multi-body dynamics and eddy viscosity wake model was used. It was found from simulation that the power from the downstream wind turbine could be reduced by more than 50% of the power from the upstream wind turbine. However, due to the increase in the turbulence intensity, the power is greater but more fluctuating than the power produced by a wind turbine experiencing the same wind speed without wake. Also, it was found that the load of the down stream wind turbine be comes lower than the load of the upstream wind turbine but higher than the load of a wind turbine experiencing the same wind speed without wake.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.19
no.4
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pp.145-159
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2015
A seismic response analysis method for three-dimensional floating offshore structures due to seaquakes is developed. The hydrodynamic pressure exerted on the structure is calculated taking into account the compressibility of the sea water, the fluid-structure interaction, the energy absorption by the seabed, and the energy radiation into infinity. To validate developed method, the hydrodynamic pressure induced by the vibration of a floating massless rigid circular disk is calculated and compared with an exact analytical solution. The developed method is applied to seismic analysis of a support structure for a floating offshore wind turbine subjected to the hydrodynamic pressures induced from a seaquake. Analysis results show that earthquake response of a floating offshore structure can be greatly influenced by the compressibility of fluid, the depth (natural frequencies) of the fluid domain, and the energy absorption capacity of the seabed.
A floating wind turbine dynamic simulation program, 'WindHydro', is newly developed. In order to investigate the characteristics of the program, a series of loading cases are simulated such as (1) wind only case, (2) free decay cases with initial displacement, (3) wave only case (4) wind and wave case. The simulations are carried out for the 5-MW OC3-Hywind model which has a spar buoy and catenary mooring lines. As a result, the reliability of WindHydro is verified in most viewpoints although additional study is still necessary to clear out some uncertainty of the program.
Kim, Sangyoon;Kim, Byungha;Wata, Joji;Lee, Young-Ho
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.9
no.3
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pp.222-228
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2016
Almost 70% of the earth is covered by the ocean. Extracting the power available in the ocean using a wave energy converter has been seen to be eco-friendly and renewable. This study focuses on developing a method for analyzing a wave energy device that uses a cross-flow turbine. The motion of the ocean wave causes an internal bi-directional flow of water and the cross-flow turbine is able to rotate in one direction. This device is considered of double-hull structure, and because of this structure, sea water does not come into contact with theturbine. Due to this, the problem of befouling on the turbine is avoided. This study shows specific relationship for wave length and several motions.
In order to install the floating transport type wind-turbine foundation, water pumping is used to sink the foundation. During this process, its mass and center of gravity, and buoyancy center become continuously changed so that the dynamic stability of the floating foundation become unstable. Dynamic stability analysis of the floating foundation is a complex problem since it should take into account not only the environmental wave, wind, and current loads but also its weight change effect simultaneously considering six-degree-of-freedom motion. In this study, advanced numerical method based on the coupled computational fluid dynamics (CFD) and multi-body dynamics (MBD) approach has been applied to the dynamic stability analysis of the floating foundation. The sloshing effect of foundation internal water is also considered and the floating dynamic characteristics are numerically investigated in detail.
Park, Kwang-Phil;Cha, Ju-Hwan;Ku, Namkug;Jo, A-Ra;Lee, Kyu-Yeul
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.36
no.12
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pp.1489-1495
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2012
In this study, we perform the structural analysis of a floating offshore wind turbine tower by considering the dynamic response of the floating platform. A multibody system consisting of three blades, a hub, a nacelle, the platform, and the tower is used to model the floating wind turbine. The blades and the tower are modeled as flexible bodies using three-dimensional beam elements. The aerodynamic force on the blades is calculated by the Blade Element Momentum (BEM) theory with hub rotation. The hydrostatic, hydrodynamic, and mooring forces are considered for the platform. The structural dynamic responses of the tower are simulated by numerically solving the equations of motion. From the simulation results, the time history of the internal forces at the nodes, such as the bending moment and stress, are obtained. In conclusion, the internal forces are compared with those obtained from static analysis to assess the effects of wave loads on the structural stability of the tower.
Kim, Hyungjun;Jeon, Gi-Young;Choung, Joonmo;Yoon, Sung-Won
International Journal of Ocean System Engineering
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v.3
no.4
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pp.209-217
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2013
This paper presents a mooring design procedure for a floating offshore wind turbine. Offshore environmental data for Jeju are taken from KHOA (Korea Hydrographic and Oceanographic Administration) and used for the environmental conditions in numerical analyses. A semi-submersible-type floating wind system with a 5-MW-class wind turbine studied by the DeepCwind Consortium is applied. Catenary mooring with a studless chain is chosen as the mooring system. Design deliverables such as the nominal sizes of chain and length of the mooring line are decided by considering the long-term prediction of the breaking strength of the mooring lines where a 100-year return period is used. The designed mooring system is verified using a fatigue calculation based on rain-flow cycle counting, an S-N curve, and a Miner's damage summation of rule. The mooring tension process is obtained from time-domain motion analyses using ANSYS/AQWA.
This study performed a numerical analysis on the effect of platform shape and damaged mooring lines on the movement of the semi-submersible floating offshore wind turbines (FOWT). The NREL 5 MW-OC4-DeepCwind semi-submersible wind turbine was selected as the reference model. In order to find the effect of the semi-submersible floating platform shape, the dynamic movement and feasibility of three different models were observed with and without the presence of turbine blades. In addition, extreme conditions were considered by having one of the mooring lines detached to determine the effects on the FOWT. As a result, the remaining mooring lines deviated to change the surge and sway motion, which could cause a collision with nearby marine structures, and the variation of yaw angle might lead to critical accidents such as rollover. Since the response of the floating platform after receiving mooring line damage may vary depending on the mooring pattern, the location of the mooring damage, and the direction of the wind and waves, detailed simulations showed substantial variation of damage patterns.
There are many theoretical analyses and experimental studies of the hydrodynamics for the tension leg platform (TLP) of a floating wind turbine. However, there has been little research on the arrangement of the TLP's internal structure. In this study, a TLP model and a 5-MW wind turbine model as proposed by the Minstitute of Technology and the National Renewable Energy Laboratory have been adopted, respectively, to comprehensively analyze wind effects and wave and current combinations. The external additional coupling loads on the TLP and the effects of the loads on variables of the internal structure have been calculated. The study investigates preliminary layout parameters-namely, the thickness of the tension leg body, the contact mode of the top tower on the tension leg, the internal stiffening arrangement, and the formation of the spoke structure-and conducts sensitivity analyses of the TLP internal structure. Stress is found to be at a maximum at the top of the tension leg structure and the maximum stress has low sensitivity to the load application point. Different methods of reducing maximum stress have been researched and analyzed, and the effectiveness of these methods is analyzed. Filling of the spoke structure with concrete is discussed. Since the TLP structure for offshore wind power is still under early exploration, arrangements and the configuration of the internal structure, exploration and improvements are ongoing. With regard to its research and analysis process, this paper aims to guide future applications of tension leg structures for floating wind turbine.
ANSYS multi-physics software was applied to solve the coupled dynamic problem related to a full-scale TLP foundation for floating wind turbines. In this coupled dynamics simulation, the forced oscillation imposed on the tethers' top resulting from the sway of the wind turbine platform and the self-excited vortex-induced vibration (VIV) along the tether span have been taken into account. The stability of this tensioned tether system has been validated in the form of separate static and dynamic analyses. The dynamic characteristics of the tensioned tether linked to the floating wind turbine were analyzed by the resultant modal form and its corresponding vortex shedding pattern. The calculated result shows that even a slight forced oscillation imposed on the tethers' top leads to the VIV amplification and enhances the risk of instability in the case of low pretension. It is also found that the "synchronization" would be aggravated when the top tension decreases and the "2P" vortex shedding mode takes place. The increased top tension imposed on the tethers contributes to the stability of the tensioned legs by diminishing the oscillation amplitude markedly.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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