• International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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• 제9권3호
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• pp.239-245
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• 2017

As a new technical approach, wave energy converter by using vertical motion of water in the multiple water chambers were developed to realize actual wave power generation as eco-environmental renewable energy. And practical use of wave energy converter was actually to require the following conditions: (1) setting up of the relevant device and its application to wave power generation in case that severe wave loading is avoided; (2) workability in installation and maintenance operations; (3) high energy conversion potential; and (4) low cost. In this system, neither the wall(s) of the chambers nor the energy conversion device(s) are exposed to the impulsive load due to water wave. Also since this system is profitable when set along the jetty or along a long floating body, installation and maintenance are done without difficulty and the cost is reduced. In this paper, we describe the system which consists of a float, a shaft connected with another shaft, a rack and pinion arrangement, a ratchet mechanism, and rotary type generator(s). Then, we present the dynamics model for evaluating the output electric power, and the results of numerical calculation including the effect of the phase shift of up/down motion of the water in the array of water chambers aligned along the direction of wave propagation.

• Ocean Systems Engineering
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• 제3권3호
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• pp.203-217
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• 2013

A PTO (power-take-off) mechanism by using relative heave motions between a floating buoy and its inner mass (magnet or amateur) is suggested. The inner power take-off system is characterized by a mass with linear stiffness and damping. A vertical truncated cylinder is selected as a buoy and a special station-keeping system is proposed to minimize pitch motions while not affecting heave motions. By numerical examples, it is seen that the maximum power can actually be obtained at the optimal spring and damper condition, as predicted by the developed WEC(wave energy converter) theory. Then, based on the developed theory, several design strategies are proposed to further enhance the maximum PTO, which includes the intentional mismatching among heave natural frequency of the buoy, natural frequency of the inner dynamic system, and peak frequency of input wave spectrum. By using the intentional mismatching strategy, the generated power is actually increased and the required damping value is significantly reduced, which is a big advantage in designing the proposed WEC with practical inner LEG (linear electric generator) system.

• International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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• 제9권6호
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• pp.668-676
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• 2017

A two-dimensional numerical investigation is performed to study the influence of slot width of multi-stage stationary floating overtopping wave energy devices on overtopping flow rate and performance. The hydraulic efficiency based on captured crest energy of different device layouts is compared with that of single-stage device to determine the effect of the geometrical design. The results show optimal trends giving a huge increase in overtopping energy. Plots of efficiency versus the relative slot width show that, for multi-stage devices, the greatest hydraulic efficiency is achieved at an intermediate value of the variable within the parametric range considered, relative slot width of 0.15 and 0.2 depending on design layouts. Moreover, an application of adaptive slot width of multi-stage device is investigated. The numerical results show that the overall hydraulic efficiency of non-adaptive and adaptive slot devices are approximately on par. The effect of adaptive slot width on performance can be negligible.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제19권3호
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• pp.185-193
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• 2016

본 연구에서는 부유식 풍력-파력 복합발전 플랫폼 안에 설치된 다수 파력발전기의 현 배치안을 부체 간의 상호 간섭효과를 고려하여 평가하였다. 다수 부체가 수면 위에 떠 있는 경우, 순수한 입사파와 함께 인접한 부체에 의해 발생하는 산란파와 방사파의 영향으로 인해 다수 부체 간의 상호작용 과정은 매우 복잡하다. 다수 파력발전기 배열에 따른 회절 및 방사 문제의 상호작용 해석을 위하여 고유함수전개법을 적용하였다. 해석해의 타당성을 검증하기 위하여 상용 프로그램인 WAMIT으로부터 계산된 수치계산 결과와 비교하였다. 다수 부체 간의 상호 간섭효과를 나타내는 q-factor를 이용하여 복합발전 플랫폼내의 24기 파력발전기의 현 배치안에 대한 전체 성능을 평가하였다.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제18권4호
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• pp.291-297
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• 2015

10 MW급의 파력-해상풍력 복합발전 플랫폼 설치해역으로 고려되고 있는 차귀도 해역에서 측정된 파랑정보를 이용하여 파랑스펙트럼을 구하고, 이로부터 생성된 불규칙파에 따라 수직 운동하는 파력발전기에 Sheng et al.(2015)이 제안한 래칭 제어기법을 적용하였다. 래칭 시간을 정할 때 필요한 입사파의 주기로 불규칙파의 통계 대푯값인 피크 주기를 사용하였다. 래칭 제어기법을 불규칙파중 부이의 시간영역 해석에 적용한 결과, 약 50%의 추출파워의 증가를 가져왔다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제39권1호
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• pp.79-87
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• 2015

요요 진동시스템을 이용한 파력발전 장치의 모델링 및 성능해석을 수행하였다. 본 연구의 파력발전 시스템은 기계적 요소인 요요진동 시스템, 모션정류 시스템, 동력전달 시스템과 전기적 요소인 발전시스템으로 구성된다. 특히 요요 진동시스템을 적용하여 파랑의 입력을 회전운동으로 변환하였으며 입력되는 파랑의 크기가 공진현상에 의해 증폭되어 높은 에너지 변환효율을 갖도록 구성되었다. 기계적 시스템과 전기적 시스템의 임피던스 연결(Impedance matching)을 통해 기계-전기 통합 해석 모델을 수립하였다. 일정 입력 가속도 0.14g 에서 다양한 파랑 주파수와 시스템 감쇠비에 대한 수치적 성능 해석을 진행하였다. 최대 전기적 출력은 공진주파수에서 부하저항이 최적 부하 조건을 만족할 때 발생하였으며, 이때 최대 전기 출력은 290W, 발전 효율은 48%이다. 해석 결과를 통해 공진 현상을 이용하여 파력발전장치의 출력을 크게 증가시킬 수 있음을 확인하였다.

• 한국유체기계학회 논문집
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• 제17권2호
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• pp.41-47
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• 2014

Experimental results are given for the vertical motion of water in the water chambers for wave energy converter aligned along the wave propagation direction in order to avoid the impulsive wave forces. This paper mainly focuses on the property of the amplitude of the vertical motion of the water surface in the chambers. The amplification has been investigated by dimensionless parameters of wave period to resonance period ratio of the U-shaped oscillation, $T/T_r$, chamber size to wave length ratio, l/L, water depth to wave length ratio, h/L, amplitude of up-down motion of water particles to draft of the front wall ratio, ${\zeta}/D$. It has been shown that l/L should be less than 0.1 and as $T/T_r$ approaches unity the up-down of the water in the chambers is amplified. Also, the structure of the walls which form th water chambers has been examined roughly. It is deduced that the chambers set on both sides of the hull of a single-point moored floating vessel is preferable to those set along a fixed structure such as breakwaters.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제17권2호
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• pp.146-152
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• 2014

선형발전기와 연성된 원통형 부이의 수직운동으로부터 파랑에너지를 추출하는 파력발전장치의 설계과정을 소개하였다. 최대 파워는 최적조건($c_{PTO}=b_T$, ${\omega}={\omega}_N$)에서 발생하며, 공진조건시 부이의 수직운동 고유주파수와 속도스펙트럼의 피크 주파수를 일치시키지 않고 의도적으로 고유주파수를 15% 크게 설정하면 추출파워의 최대값을 더욱 높일 수 있다. 이러한 방법을 통하여 추출 파워의 증가와 함께 부이의 흘수를 낮추고 동시에 PTO 감쇠력을 줄일 수 있기 때문에 발전장치 제작 비용을 낮출 수 있는 부수적인 효과를 얻을 수 있었다.

• 대한조선학회지
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• 제20권2호
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• pp.27-36
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• 1983

This paper presents numerical results of the added mass and damping coefficients of vertical axisymmetric bodies on or under the free surface. Also computed are the excitation forces on these bodies due to an incident regular wave system. The numerical scheme employs a localized finite-element method, which is based on the theory of the calculus of variations. The excitation forces and moments on a submerged half-spheroid lying on the bottom are computed and compared with the results obtained by others. he agreement is good. Several specific types of floating vertical axisymmetric platforms are considered for ten different wave lengths, in connection with the design of an ocean-thermal-energy converter platform. The added mass and damping coefficient, as well as the excitations, are presented. It is shown that simple strip theory gives a good approximation of the sway(and pitch) added mass for a disc platform having a long circular cylinder.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제28권4호
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• pp.250-255
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• 2016

부유식 진자형 파력발전 장치의 실해역 설치를 위한 예인 시 예상항로의 조류 및 풍속, 유의 파고 등의 모든 환경자료를 수집 및 분류 분석하여 위험구간에 대해 검토하였다. 이를 위하여 기상청 및 국립 해양조사원의 자료들을 수집하였으며 이들 분류 검토된 자료들을 토대로 구조물에 작용하는 외력에 대해 계산하였다. 또한 ANSYS를 이용하여 복합 환경하중이 작용할 때의 FEM 해석에 기초한 상기 부유식 진자형 파력발전 장치의 안전 여부를 확인하였다.