The effects of wave energy focusing by a submerged berm type of structure is examined. The fundamental idea is based on the phenomenon of refraction by a lens-shaped crescent structure which results in the focusing of wave energy on the center line of the structure. The shape of the submerged structure is a complex curve combining circular with elliptical elements. Based on the design procedure, a special configuration of structure(termed herein as a triple crescent structure) is introduced. Next, some hydraulic model tests are performed to confirm the wave focusing effect in laboratory. In addition, in order to interpret the wave focusing performance behind the structure, a numerical procedure by the hybrid element method is used on the basis of the conventional mild slope equation but modified and extended to allow for steeper bottom slopes and higher curvature. The modified refraction and diffraction provide additional mechanism for wave height amplification and the maximum amplification for triple crescent structure is presented. It also allows for the possibility of wave energy scattering with the change of the incident wave direction. Comparisons with previous theoretical results involving a submerged crescent shape structure are described.
Journal of the Korean Association of Geographic Information Studies
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v.16
no.4
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pp.91-105
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2013
This study performed an assessment of wave power potential in the Kangwon and Dongnam regions encompassing the East Sea and part of South Sea. Annual electricity production and economic effects of 28 wave energy converters with 750kW capacity were analyzed using significant wave height and peak wave period data(created from the NOAA's NWW3 model) and InVEST software(developed by Stanford University and University of Minnesota). Annual electricity production was estimated to be up to 1,207MWh/year and at least 163MWh/year. The spatial pattern of annual electricity production showed that the sea far from land has higher wave power potential than the sea near coast. The net present value(NPV) of 28 wave energy converters was calculated by considering an operation period of 25 years. When assuming that the electricity produced from wave energy converters is transferred to onshore power plants through underwater cables, the NPV was estimated to be up to 5,883USD(6,600,000KRW) and at least -63,494USD(-71,000,000KRW). In contrast, the NPV increased up to 28,095 USD(31,600,000KRW) when assuming that the electricity is utilized in the Ulleungdo and Dokdo. In addition, it was found that the break-even line of NPV in the East Sea becomes closer towards the land according to the increment of electricity price. The NPV of wave energy converters near the Ulleungdo and Dokdo will be 88,158 USD(99,000,000KRW) if the increment of electricity price is 100KRW.
In this study, numerical analysis and experiments were performed to analyze the viscous damping effect according to the shape of the chamber skirt of the breakwater-linked inclined oscillating water column wave energy converter. Experiments were conducted using a two-dimensional mini wave tank and verified by comparing the results of a computational fluid dynamics numerical analysis. Pointed and rounded skirts were modeled to compare the effect of viscous damping when incident waves enter the chamber, and the difference in the displacement of the water surface in the chamber was compared according to the wave period for the two skirt shapes. The wave elevation in the chamber in the rounded-skirt condition was larger than the pointed-skirt condition in all wave periods, which was approximately 47% greater at 0.9 s of the incident wave period. Therefore, extracting the maximum energy through the optimal orifice is possible while minimizing the energy attenuation in the rounded-skirt condition.
Kim, J.S.;Nam, B.W.;Park, S.;Kim, K.H.;Shin, S.H.;Hong, K.
Proceedings of the Korean Institute of Navigation and Port Research Conference
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2019.11a
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pp.150-152
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2019
In this study, the effects of the wave field changes due to the coastal structure on the hydrodynamic performance of the OWC wave energy, converter are analyzed using a three-dimensional numerical wave tank technique (NWT). The OWC device is simulated numerically by introducing a linear pressure drop model, considering the coupling effect between the turbine and the OWC chamber in the time domain. The flow distribution around the chamber is different due to the change of reflection characteristics depending on the consideration of the breakwater model. The wave energy captured from the breakwater is spatially distributed on the plane of the front of the breakwater, and the converted pneumatic power increased when concentrated in front of the chamber. The change of the standing wave distribution is repeated according to the relationship between the incident wavelength and the length of the breakwater, and the difference in energy conversion performance of the OWC was confirmed.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.40
no.8
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pp.710-720
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2016
The Floating Wave Energy Convertor (FWEC) mooring design has an important requirement associated with the fact that, for a wave energy converter, the mooring connections may interact with their oscillations, possibly modifying its energy absorption significantly. It is therefore important to investigate what might be the most suitable mooring design according to the converter specifications and take into account the demands placed on the moorings in order to assure their survivability. The objective of this study is to identify a computational fluid dynamics method for investigating the effects of coupling a wave energy device with a mooring system. Using the commercial software ANSYS AQWA and ANSYS FLUENT, a configuration was studied for different displacements from the equilibrium position, load demands on the moorings, and internal fluid motion. These results and findings form a basis for future efforts in computational model development, design refinement, and investigation of station keeping for FWEC units.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.4
no.4
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pp.437-446
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2012
An ocean buoy energy farm is considered for Green energy generation and delivery to small towns along the Korean coast. The present study presents that the floating buoy-type energy farm appears to be sufficiently feasible for trapping more energy compared to affixed cylinder duck array. It is also seen from the numerical results that the resonated waves between spaced buoys are further trapped by floating buoy motion.Our numerical study is analyzed by a plane-wave approximation, in which evanescent mode effects are included in a modified mild-slope equation based on the scattering characteristics for a single buoy.
Journal of the Korean Society for Marine Environment & Energy
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v.2
no.1
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pp.40-48
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1999
Wave absorbing system is needed at various kinds of wave basins (wave flume, towing tank, square tank) for the model test related to the ocean engineering. In this paper, the performance of wave absorbing system with new concept is estimated throughout the experiments. Herein, the wave absorbing system is designed by punching plate with a given porosity which is installed horizontally and submerged near the water surface. As the incident wave generated by a wave maker advances above a punching plate, the strong jet flow is formed near a hole of punching plate. As a result, wave energy is dissipated into heat energy, Systematic model tests were conducted at KRISO to verify the performance of the wave absorber using a punching plate. It was found that the reflection coefficient of wave absorber is deeply dependent on both the porosity and the submerged depth of a punching plate. Inclined installation of a punching plate shows better performance than a horizontal one within a certain inclined angle.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.37
no.6
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pp.596-602
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2013
In general, existed vibration energy harvester is optimum in electronic energy gleaned from vibration energy with fixed single frequency, because it is using resonance. But it is limit in electronic energy gleaned from ocean wave energy with variant frequency. This paper studied for width band vibration energy harvester that obtains electronic energy from ocean wave with infinite vibration energy in order to solve it. It is composed of buoy to occur resonance in the center frequency of ocean wave energy and the vibration system to occur resonance in the same frequency. As a result, existed vibration energy harvester using resonance maximized electronic energy conversion efficiency in single frequency, while proposed width band vibration energy harvester has merit that maximized electronic energy conversion efficiency in ocean wave with variant frequency.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.25
no.3
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pp.147-153
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2013
There exist various types of the WEC (Wave Energy Converter), and among them, the point absorber is the most popularly investigated type. However, it is difficult to find examples of systematically measured data analysis for the design of the point absorber type of power buoy in the world. The study investigates the wave load acting on the point absorber type resonance power buoy wave energy extraction system proposed by Kweon et al. (2010). This study analyzes the time series spectra with respect to the three-year wave data (2002.05.01~2005.03.29) measured using the pressure type wave gage at the seaside of north breakwater of Hupo harbor located in the east coast of the Korean peninsula. From the analysis results, it could be deduced that monthly wave period and wave height variations were apparent and that monthly wave powers were unevenly distributed annually. The average wave steepness of the usual wave was 0.01, lower than that of the wind wave range of 0.02-0.04. The mode of the average wave period has the value of 5.31 sec, while mode of the wave height of the applicable period has the value of 0.29 m. The occurrence probability of the peak period is a bi-modal type, with a mode value between 4.47 sec and 6.78 sec. The design wave period can be selected from the above four values of 0.01, 5.31, 4.47, 6.78. About 95% of measured wave heights are below 1 m. Through this study, it was found that a resonance power buoy system is necessary in coastal areas with low wave energy and that the optimal design for overcoming the uneven monthly distribution of wave power is a major task in the development of a WEF (Wave Energy Farm). Finding it impossible to express the average spectrum of the usual wave in terms of the standard spectrum equation, this study proposes a new spectrum equation with three parameters, with which basic data for the prediction of the power production using wave power buoy and the fatigue analysis of the system can be given.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.53
no.4
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pp.307-314
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2016
Energy flow analysis(EFA) is a representative method that can predict the statistical energetics of structures at high frequencies. Generally, as the frequency increases, the shear distortion and rotatory inertia effects in the out-of-plane motion of beams or plates become important. Therefore, to predict the out-of-plane energetics of coupled structures in the high frequency range, the energy flow analyses of Timoshenko beam and Mindlin plate are required. Unlike the energy flow model of Kirchhoff plate, the energy flow model of Mindlin plate is composed of three kinds of energy governing equations(out-of-plane shear wave, bending dominant flexural wave, and shear dominant flexural wave). This paper performed the energy flow finite element analysis(EFFEA) of coplanar coupled Mindlin plates. For EFFEA of coplanar coupled Mindlin plates, the energy flow finite element formulation of out-of-plane energetics in the Mindlin plate was performed. The general EFFEA program was implemented by MATLAB® language. For the verification of EFFEA of Mindlin plate, the various numerical applications were done successfully.
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