The dynamic response and the mooring line tension of a 1/75 scale model of spar-type platform for 2.5 MW floating offshore wind turbine subject to one-dimensional regular harmonic wave are investigated numerically and verified by experiment. The upper part of wind turbine which is composed of three rotor blades, hub and nacelle is modeled as a lumped mass the scale model and three mooring lines are pre-tensioned by means of linear springs. The coupled fluid-rigid body interaction is numerically simulated by a coupled FEM-cable dynamics code, while the experiment is performed in a wave tank with the specially-designed vision and data acquisition system. The time responses of surge, heave and pitch motions of the scale platform and the mooring line tensions are obtained numerically and the frequency domain-converted RAOs are compared with the experiment.
This paper intends to introduce the applicability of HydroQus to a problem of a tanker collision against a semi-submersible type floating offshore wind turbine (FOWT). HydroQus is a plug-in based on potential flow theory that generates interactive hydroforces in a commercial Finite element analysis (FEA) code Abaqus/Explicit. Frequency response analyses were conducted for a 10MW capacity FOWT to obtain hydrostatic and hydrodynamic constants. The tanker was modeled with rigid elements, while elastic-plastic elements were used for the FOWT. Mooring chains were modeled to implement station keeping ability of the FOWT. Two types of fracture models were considered: constant failure strain model and combined failure strain model HC-LN model composed of Hosford-Coulomb (HC) model & localized necking (LN) model. The damage extents were evaluated by hydroforces and failure strain models. The largest equivalent plastic strain observed in the cases where both restoring force and radiation force were considered. Stress triaxiality and damage indicator analysis showed that the application of HC-LN model was suitable. It could be stated that applications of suitable failure strain model and hydrodynamics into the collision simulations were of importance.
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.
The analysis of the floating offshore wind turbine platform is based on the procedures provided by the IEC including the International Classification Society, which recommends the analysis in the time domain. But time-domain simulation requires a lot of time and resources to solve tens of thousands of DLCs. This acts as a barrier in terms of floating structure development. For final verification, it requires very precise analysis in the time domain, but from an initial design point of view, a simplified verification procedure to predict the quantity of materials quickly and achieve relatively accurate results is crucial. In this study, a structural design procedure using a design wave applied in the oil and gas industries is presented combined with a conservative turbine load. With this method, a quick design spiral can be rotated, and it is possible to review FOWTs of various shapes and sizes. Consequently, a KRISO Semi-Submersible FOWT platform was developed using a simplified design procedure in frequency-domain analysis.
A floating green hydrogen production platform is considered a suitable facility for the hydrogen supply chain in the future. In this study, we analyzed the dynamic behavior of a floating green hydrogen production platform according to changes in the outer diameter of the connecting power cable. The platform consists of a floater that generates hydrogen and an offshore wind turbine, and a connection power cable is attached to the floater to supply the electric power produced by the offshore wind turbine. In this study, it was found that variations of the outer diameter of the connection power cable had a minor effect on the dynamic behavior on the floater, and the larger the outer diameter of the connecting power cable, the greater the effective tension. As a result, it was found that the outer diameter of the cable was not a major variable in the entire production system design.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.11
no.1
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pp.1-10
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2019
Nowadays, the study on Floating Offshore Wind Turbines (FOWTs) is being performed globally. Dozens of numerical simulation tools have been developed for designing FOWTs and simulating their performances in combined wave and wind environments. On the other hand, model tests are still required to verify the results obtained from numerical simulation tools. To predict seakeeping performance of the OC3-Hywind platform, a OC3 spar model moored by a 3-leg catenary spread mooring system with a delta connection was built with a 1/128 scale ratio. The model tests were carried out for various sea states, including rotating rotor effect with wind in the Ocean Engineering Wide Tank, University Of Ulsan (UOU). The model test results are compared with the numerical simulations by UOU in-house code and FAST.
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).
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.5
no.2
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pp.199-209
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2013
This paper presents the model test results of 3 new spar platforms which were developed based on the OC3-Hywind spar to support a 5-MW wind turbine. By changing the shape but keeping both volume and mass of OC3-Hywind spar platform, those platforms were expected to experience different hydrodynamic and hydrostatic loads. The scale models were built with a 1/128 scale ratio. The model tests were carried out in waves, including both rotating rotor effect and mean wind speed. The characteristic motions of the 3 new models were measured; Response Amplitude Operators (RAO) and significant motions were calculated and compared with those of OC3-Hywind.
As the demand for reducing carbon emissions increases, efforts to reduce the usage of fossil fuels and research on renewable energy are also increasing. Among the various renewable energy harvesting techniques, the floating offshore wind turbine has several advantages. Compared to other technologies, it has fewer installation limitations due to interference with human activity. Additionally, a large wind turbine farm can be constructed in the open ocean. Therefore, it is important to conduct motion analysis of floating offshore wind turbines in waves during the initial stage of conceptual design. In this study, a frequency motion analysis was conducted on a semi-submersible type floating offshore wind turbine. The analysis focused on the effects of varying trim on the motion characteristics. Specifically, motion response analysis was performed on heave, roll, and pitch. Natural period analysis confirmed that changing the trim angle did not significantly affect the heave and pitch motions, but it did have a regular impact on the roll motion.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.23
no.1
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pp.25-33
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2013
The floating offshore wind turbines are usually exposed to the wave and wind excitations which are irregular and undirected. In this paper, the sloshing characteristics of annular cylindrical tank were experimentally investigated to reduce the structural dynamic motion of floating offshore wind turbine which is robust to the irregular change of excitation direction of wind and wave. The formula for the natural sloshing frequencies of this annular cylindrical tank was derived theoretically. In order to validate this formula, the shaking equipment was established and frequency response functions were measured. Two types of tank were considered. The first and second natural sloshing frequencies were investigated according to the depth of the water. It has been observed that between theoretical and experimental results shows a good agreement.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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