The strong turbulence characteristic of typhoon not only will significantly change flow field characteristics surrounding the large-scale wind turbine and aerodynamic force distribution on surface, but also may cause morphological evolution of coast dune and thereby form sand storms. A 5MW horizontal-axis wind turbine in a wind power plant of southeastern coastal areas in China was chosen to investigate the distribution law of additional loads caused by wind-sand coupling movement of coast dune at landing of strong typhoons. Firstly, a mesoscale Weather Research and Forecasting (WRF) mode was introduced in for high spatial resolution simulation of typhoon "Megi". Wind speed profile on the boundary layer of typhoon was gained through fitting based on nonlinear least squares and then it was integrated into the user-defined function (UDF) as an entry condition of small-scaled CFD numerical simulation. On this basis, a synchronous iterative modeling of wind field and sand particle combination was carried out by using a continuous phase and discrete phase. Influencing laws of typhoon and normal wind on moving characteristics of sand particles, equivalent pressure distribution mode of structural surface and characteristics of lift resistance coefficient were compared. Results demonstrated that: Compared with normal wind, mesoscale typhoon intensifies the 3D aerodynamic distribution mode on structural surface of wind turbine significantly. Different from wind loads, sand loads mainly impact on 30° ranges at two sides of the lower windward region on the tower. The ratio between sand loads and wind load reaches 3.937% and the maximum sand pressure coefficient is 0.09. The coupling impact effect of strong typhoon and large sand particles is more significant, in which the resistance coefficient of tower is increased by 9.80% to the maximum extent. The maximum resistance coefficient in typhoon field is 13.79% higher than that in the normal wind field.
The energy demand of the world is increasing rapidly, mainly using fossil energy, which causes environmental damage. The wind is free and clean energy to solve the environmental problems. Thailand is one of the developing nations, and the majority of its energy is obtained from petroleum, natural gas and coal. The objective of this study is to test the characteristics of wind energy at Khon Kaen in Thailand. The wind measurement tools, the 3-cup anemometers to measure wind speed, and wind vanes to measure wind direction, were mounted on a wind tower mast to record wind data at the heights of 60, 90 and 120 meters above ground level (AGL) for 5 years between January 2012 and December 2016. The results show that the annual mean wind speeds were 3.79, 4.32 and 4.66 m/s, respectively. The highest mean wind speeds occurred in June, August and December, in order, and the lowest occurred in September. The majority of prevailing wind directions were from the North-East and South-West directions. The average annual wind shear coefficient was 0.297. Furthermore, five wind turbines with rated power from 0.85 to 4.5 MW were selected to estimate the wind energy output and it was found that the maximum AEP and CF were achieved from the low cut-in speed and high hub-height wind turbines. This important information will help to develop wind energy applications, such as the plan to produce electricity and the calculation of the wind load that affects tall and large structures.
Chmielewski, Tadeusz;Breuer, Peter;Gorski, Piotr;Konopka, Eduard
Wind and Structures
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v.12
no.5
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pp.401-412
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2009
A method is applied for the estimation of structural damage of tall slender structures using natural frequency and displacements measurements by GPS. The relationship between the variation in the global stiffness matrix (or in the stiffness of each finite element) and the change in the natural frequencies of the structure is given. In engineering practice the number of frequencies which can be derived by GPS measurement of long-period structures will be equal to one, two or three first natural frequencies. This allows us in initial studies to detect damage with frequency changes based on forward methods in which the measured frequencies are compared with the predicted analytical data. This idea, of health monitoring from possible changes to natural frequencies, or from a statement of excessive displacements is applied to the Stuttgart TV Tower.
Wind pressure is a critical argument for the wind-resistant design of structures. The attempt, however, to explore the wind pressure field on buildings still encounters challenges though a large body of researches utilizing wind tunnel tests and wind field simulations were carried out, due to the difficulty in logical treatments on the scale effect and the modeling error. The full-scale measurement has not yet received sufficient attention. By performing a field measurement, the present paper systematically addresses wind pressures on the rectangular attic of a double-tower building. The spatial and temporal correlations among wind speed and wind pressures at measured points are discussed. In order to better understand the wind pressure distribution on the attic facades and its relationship against the approaching flow, a full-scale CFD simulation on the similar rectangular attic is conducted as well. Comparative studies between wind pressure coefficients and those provided in wind-load codes are carried out. It is revealed that in the case of wind attack angle being zero, the wind pressure coefficient of the cross-wind facades exposes remarkable variations along both horizontal and vertical directions; while the wind pressure coefficient of the windward facade remains stable along horizontal direction but exposes remarkable variations along vertical direction. The pattern of wind pressure coefficients, however, is not properly described in the existing wind-load codes.
The 43 story, 178m tall Atlantis The Royal Resort and Residences tower nearing completion on the Palm in Dubai is a unique project in terms of its overall scale, geometry and form. The tower superstructure has a long narrow curved floor plan, measuring 400m in length above the podium with significant long span bridge structures forming voids and cantilevered blocks. This paper describes the innovative structural design solutions adopted and the construction solutions adopted by the Contractor to realize the Architectural vision.
The accurate estimation of the buffeting response of a bridge pylon is related to the quality of the bridge construction. To evaluate the influence of wind field characteristics on the buffeting response of a pylon in a trumpet-shaped mountain pass, this paper deduced a multimodal coupled buffeting frequency domain calculation method for a variable-section bridge tower under the twisted wind profile condition based on quasi-steady theory. Through the long-term measurement of the wind field of the trumpet-shaped mountain pass, the wind characteristics were studied systematically. The effects of the wind characteristics, wind yaw angles, mean wind speeds, and wind profiles on the buffeting response were discussed. The results show that the mean wind characteristics are affected by the terrain and that the wind profile is severely twisted. The optimal fit distribution of the monthly and annual maximum wind speeds is the log-logistic distribution, and the generalized extreme value I distribution may underestimate the return wind speed. The design wind characteristics will overestimate the buffeting response of the pylon. The buffeting response of the pylon is obviously affected by the wind yaw angle and mean wind speed. To accurately estimate the buffeting response of the pylon in an actual construction, it is necessary to consider the twisted effect of the wind profile.
When we urgently need to develop and supply an alternative energy, wind power is growing with much interest because it has relative low cost of power and area of tower. To estimate the wind power resource, it is necessary to make an observation first. Although the large wind falm and resources are near coast and mountain area, the wind energy in urban area has the strong thing of direct access to power generator. In this study, we estimate the probability of wind energy above urban area using SODAR data, which is located at the top of the tall building (140m).
An offshore wind turbine supported by a spar buoy floating platform is the subject of this study on tower and rotor extreme loads. The platform, with a 120-meter draft and assumed to be sited in 320 meters of water, supports a 5 MW wind turbine. A baseline model for this turbine developed at the National Renewable Energy Laboratory (NREL) is employed in stochastic response simulations. The support platform, along with the mooring system consisting of three catenary lines, chosen for loads modeling, is based on the "Hywind" floating wind turbine concept. Our interest lies in gaining an understanding of the dynamic coupling between the support platform motion and the turbine loads. We first investigate short-term response statistics using stochastic simulation for a range of different environmental wind and wave conditions. From this study, we identify a few "controlling" environmental conditions for which long-term turbine load statistics and probability distributions are established.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.17
no.5
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pp.412-418
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2011
The scale of wind turbines has continuously increased over the last decade. Especially, the rapid growth of the rotor diameter has brought about the increase of the tower height and the load on the rotor blade, as can be seen in the case of a 5MW class wind turbine with 126m rotor diameter. This trend means the increasing possibility of system failure. In addition to that, it is impossible for human operators to stay and manage all the turbines in the case of a large-scale wind farm. For these reasons, the operation and maintenance technology is getting more importance. In this paper, we present an unmanned remote monitoring system for MW class wind turbines and its application to YeungHeung wind test bed.
This paper addresses linear quadratic regulation (LQR) for variable speed variable pitch wind turbines. Because of the inherent nonlinearity of wind turbines, a set of operating conditions is identified and then a LQR controller is designed for each of the operating points. The feedback controller gains are then interpolated linearly to get a control law for the entire operating region. In addition, the aerodynamic torque and effective wind speed are estimated online to get the gain-scheduling variable for implementing the controller. The potential of this method is verified through simulation with the help of MATLAB/Simulink and GH Bladed. The performance and mechanical load when using LQR are also compared with those obtained when using a PI controller.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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