• 풍력에너지저널
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• 제13권4호
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• pp.26-41
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• 2022

본 연구에서는 부유식 해상풍력 성능평가 모형시험기법들을 소개하였으며, 이들의 특성 그리고 장단점들을 분석하였다. "Table 4"에 각 모형시험 기법의 기술과 특징들을 요약하여 나타내었다. 풍속증가법, 난류촉진법 그리고 등가추력 원판 방법들은 부유식 해상풍력 시스템에 대한 수조모형시험성능평가 시 터빈성능에 대한 모사의 한계가 있으나 간단히 적용이 가능하기 때문에 일부 시험 조건에서는 빠르게 적용해볼 수 있다. 블레이드 재설계법은 다소 진보된 모형시험 기법이나 큰 비용이 요구되며, 블레이드의 피치제어를 고려하기 어렵다는 단점이 있다. 실시간 복합모형시험 기법은 기술적인 난이도가 높으나, 난류 바람장을 포함한 다양한 풍속 조건들을 고려할 수 있고 기존의 수조모형시험 기법에서는 고려하기 어려운 터빈 블레이드 제어에 의한 하중도 모사가 가능하다. 그뿐만 아니라 실제 터빈에 대한 수치해석이 직접적으로 적용되기 때문에 부유식 해상풍력터빈의 긴급정지 또는 돌풍(Wind Gust) 조건들과 같은 특정 이벤트 조건에 대한 성능평가도 가능하다 [32].

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제41권3호
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• pp.209-215
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• 2017

대형 부유식 파력-해상풍력 복합발전시스템은 정 사각형(폭 150m) 부유식 플랫폼 컬럼 상부에 4기의 3MW 풍력터빈이 설치된다. 전방 풍력터빈으로부터 발생되는 후류는 터빈배치에 따라 후방 풍력터빈의 출력성능과 하중특성에 불리한 영향을 미치므로 후류간섭에 대한 유동해석을 통해 최적배치설계가 실시되어야 한다. 본 논문에서는 플랫폼 배치조건($0^{\circ}$, $22.5^{\circ}$, $45^{\circ}$) 변화에 따른 개별 풍력터빈의 출력특성 및 연간에너지생산량을 확인하기 위해 풍속변화(8m/s, 11.7m/s, 19m/s 25m/s)에 대한 비정상상태 CFD 해석을 실시하였다. 레일리분포를 적용한 연간에너지생산량 계산결과는 각 배치조건에 따라 다르게 나타났으며, 해석결과에 근거하여 후류손실이 최소화 될 수 있는 최적 배치설계를 제안하였다.

• 풍력에너지저널
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• 제15권1호
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• pp.11-20
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• 2024

As the generation capacity of floating offshore wind turbines increases, the wind load applied to each turbine increases. Due to such a high wind load, the capacity of transport equipment (such as tugboats or cranes) required in the transportation and installation phases must be much larger than that of previous small-capacity wind power generation systems. However, for such an important wind load prediction method, the simple formula proposed by the classification society is generally used, and prediction through wind tunnel tests or Computational Fluid Dynamics (CFD) is rarely used, especially for a concept or initial design stages. In this study, the wind load of a 10 MW class floating offshore wind turbine was predicted by a simplified formula and compared with results of wind tunnel tests. In addition, the wind load coefficients at each stage of fabrication, transportation, and installation are presented so that it can be used during a concept or initial design stages for similar floating offshore wind turbines.

• 한국항공우주학회지
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• 제46권5호
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• pp.368-375
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• 2018

본 연구에서는 부유식 플랫폼의 6자유도 방향으로의 주기 운동이 로터 공력 성능에 미치는 영향을 확인하기 위해 부유식 해상 풍력터빈에 대한 공력 해석이 수행되었다. 수치 해석을 위해 블레이드 요소 운동량 방법을 이용하였으며, 유동 박리와 후류 영향에 의한 비정상 공력 효과를 포착하기 위해 인디셜 응답 방법에 기반한 동적 실속 모델을 이용하였다. 로터에 의해 유도되는 내리 흐름은 운동량 이론과 난류 후류 상태에 대한 경험적 모델을 연계하여 계산하였다. heave, sway, surge 방향으로의 병진 운동과 roll, pitch, yaw 방향으로의 회전 운동을 포함한 플랫폼 주기 운동을 고려하였으며, 각각의 모션은 사인함수 형태로 적용되었다. 수치해석을 위한 대상 풍력터빈으로는 NREL 5MW 풍력터빈이 사용되었다. 해석 결과로부터 세 방향 병진 운동 모드 중, surge 운동 시 로터 공력 변화가 상대적으로 크게 나타났으며, 회전 운동 모드의 경우, pitch 운동에 의해 로터 공력이 크게 변화됨을 확인할 수 있었다.

• 신재생에너지
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• 제20권2호
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• pp.26-34
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• 2024

Floating offshore wind turbines (FOWTs) have been developed to overcome large water depths and leverage the abundant wind resource in deep seas. However, wind-wave misalignment can occur depending on the weather conditions, and most megawatt (MW)-class turbines are horizontal-axis wind turbines subjected to yaw errors. Therefore, the power performance and dynamic response of super-large FOWTs exposed simultaneously to these external conditions must be analyzed. In this study, several scenarios combining wind-wave misalignment and yaw error were considered. The IEA 15 MW reference FOWT (v1.1.2) and OpenFAST (v3.4.1) were used to perform numerical simulations. The results show that the power performance was affected more significantly by the yaw error; therefore, the generator power reduction and variability increased significantly. However, the dynamic response was affected more significantly by the wind-wave misalignment increased; thus, the change in the platform 6-DOF and tower loads (top and base) increased significantly. These results can be facilitate improvements to the power performance and structural integrity of FOWTs during the design process.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제18권2호
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• pp.123-132
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• 2015

본 연구에서는 10 MW급 부유식 파력-해상풍력 연계형 발전시스템에 설치되는 다수 풍력발전기의 배치 설계를 수행하고, 전산유체역학 해석기법을 통해 다수 풍력발전기의 성능을 평가하였다. 날개요소운동량이론을 기반으로 한 풍력발전 단지 설계용 프로그램 WindPRO를 이용하여, 발전시스템의 적지 환경 풍황조건에 대해 최대에너지를 생산할 수 있는 배치 설계를 도출하였고, ANSYS CFX를 이용하여 다수 풍력발전기간의 후류 간섭영향을 발전기 성능 측면에서 검토하여, 근거리 다수 풍력발전기간의 후류 간섭이 시스템에 미치는 영향을 평가하였다.

• 한국해양공학회지
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• 제28권4호
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• pp.288-293
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• 2014

The IEC standard for onshore or offshore wind turbines requires additional dummy simulations (at least 5 s) for the transient responses due to initial conditions. An increase in the dummy time causes a considerable increase in the computational cost considering multiple design spirals with several thousand design load analysis cases. A time of 30 s is typically used in practical simulations for a wind turbine design with a fixed platform. However, 30 s may be insufficient for floating offshore wind turbines (FOWT) because the platforms have lower natural frequencies, and the transient responses will last much longer. In this paper, an initial condition application algorithm is implemented for WindHydro, and the appropriate dummy simulation time is investigated based on a series of dynamic simulations of a FOWT. As a result, it is found that more than 300 s is required for the platform to have stationary motion after the initial transient responses for the FOWT under the conditions considered.

• 해양환경안전학회지
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• 제29권5호
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• pp.479-487
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• 2023

최근 지구 온난화의 영향으로 태풍의 파괴력이 증가함에 따라 부유식 해상풍력발전기의 막대한 유실과 붕괴에 대한 우려가 깊어지고 있다. 부유식 해상풍력발전기의 안전한 운영을 위해 새로운 형태의 탈착형 계류 시스템 개발이 요구되고 있다. 본 연구에서 고려한 새로운 반잠수식 계류 풀리는 기존의 탈착형 계류 장치에 비해 계류 라인으로 부유식 해상풍력 터빈을 보다 쉽게 탈부착할 수 있도록 고안되었다. 8MW급 부유식 해상풍력발전기에 적용 가능한 반잠수식 계류 풀리의 초기 설계에 대한 구조적 안전성을 검토하기 위해 3D 프린터를 이용하여 축소구조모형을 제작하고, 이 모형에 대한 구조시험을 수행하였다. 축소 모형의 구조시험을 위해 3D 프린팅에 사용된 ABS 소재의 인장 시편을 제작하고 인장시험을 수행하여 소재의 물성을 평가하였다. 인장시험에서 얻은 재료 특성과 축소모형 구조 시험과 동일한 하중 및 경계 조건을 적용하여 반잠수식 계류 풀리의 유한요소해석을 수행하였다. 유한요소해석을 통해 반잠수식 계류 풀리의 구조적 취약 부분을 검토하였다. 반잠수식 계류 풀리의 주요 하중조건을 고려하여 구조모형시험을 수행하였으며, 재료의 최대인장응력 이상이 발생하는 위치에 대해 유한요소해석과 시험 결과를 비교하였다. 유한요소해석과 모형시험의 결과로부터 작동조건에서는 Body와 Wheel의 연결부 구조가 취약한 것으로 파악되었고, 계류조건에서는 Body와 Chain stopper의 연결부 구조가 취약한 것으로 검토되었다. 축소모형 구조시험에서 나타난 SMP의 구조 취약부는 구조해석의 결과와 일치하는 것으로 나타났다. 연구 결과를 통해 반잠수식 계류 풀리의 초기 설계에 대한 구조적 안전성을 실험적으로 검증할 수 있었다. 또한, 본 연구 결과는 상세설계 단계에서 반잠수식 계류 풀리의 구조 강도를 향상시키는데 유용하게 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• 풍력에너지저널
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• 제14권1호
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• pp.5-13
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• 2023

The commercialization has been of great importance to the clean energy research sector for investing the wind farm development, but it would be difficult to reach a social consensus on the need to expand the economic feasibility of renewable energy due to the lack of reliable and continuous information on levelized cost of Energy (LCOE). Regarding this fact, this paper presents the evaluation of LCOE, focusing on Ulsan offshore region targeting to build the first floating offshore wind farm. Energy production is estimated by the meteorology data combined with the Leanwind Project power curve of an exemplar wind turbine. This work aims to analyze the costs of the Capex depending on site-specific variables. The cost of final LCOE was estimated by using Monte-Carlo method, and it became an average range 297,090 KRW/MWh, a minimum of 251,080 KRW/MWh, and a maximum of 341,910 KRW/MWh. In the year 2021, the SMP (system marginal price) and 4.5 REC (renewable energy certificate) can be paid if 1 MWh of electricity is generated by renewable energy. Considering current SMP and REC price, the floating platform industry, which can earn around 502,000 KRW/MWh, can be finally estimated highly competitive in the Korean market.

• 풍력에너지저널
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• 제14권2호
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• pp.26-33
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• 2023

In this study, the global response characteristics of floater and mooring for floating offshore wind turbine with a detachable mooring system are performed. Global motion and structural response result extracted from the coupled motion analysis of 10MW DTU floating offshore wind turbine with detachable mooring system modeled by high-order boundary element model and finite element mesh, were used to study the characteristics of tension on mooring lines subjected to three different types of ocean loads. Breaking limit of mooring line characterized by wind, current and wave load has a major effect on the distribution of mooring tension found in time domain analysis. Based on the numerical results of coupled motion analysis, governing equation for calculating the motion response of a floater under ocean loads, and excitation force and surge motion and tension respectively are presented using excursion curve. It is found that the response of floater is reliable and accurate for calculating the tension distributions along the mooring lines under complex loadings. This means that the minimun breaking limit of mooring system satisfied a design criteria at ultimate ocean environmental loading condtions.