• Smart Structures and Systems
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• 제24권1호
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• pp.53-65
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• 2019

Misaligned wind-wave and seismic loading render offshore wind turbines suffering from excessive bi-directional vibration. However, most of existing research in this field focused on unidirectional vibration mitigation, which is insufficient for research and real application. Based on the authors' previous work (Sun and Jahangiri 2018), the present study uses a three dimensional pendulum tuned mass damper (3d-PTMD) to mitigate the nacelle structural response in the fore-aft and side-side directions under wind, wave and near-fault ground motions. An analytical model of the offshore wind turbine coupled with the 3d-PTMD is established wherein the interaction between the blades and the tower is modelled. Aerodynamic loading is computed using the Blade Element Momentum (BEM) method where the Prandtl's tip loss factor and the Glauert correction are considered. Wave loading is computed using Morison equation in collaboration with the strip theory. Performance of the 3d-PTMD is examined on a National Renewable Energy Lab (NREL) monopile 5 MW baseline wind turbine under misaligned wind-wave and near-fault ground motions. The robustness of the mitigation performance of the 3d-PTMD under system variations is studied. Dual linear TMDs are used for comparison. Research results show that the 3d-PTMD responds more rapidly and provides better mitigation of the bi-directional response caused by misaligned wind, wave and near-fault ground motions. Under system variations, the 3d-PTMD is found to be more robust than the dual linear TMDs to overcome the detuning effect. Moreover, the 3d-PTMD with a mass ratio of 2% can mitigate the short-term fatigue damage of the offshore wind turbine tower by up to 90%.

• International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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• 제12권1호
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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).

• 자원ㆍ환경경제연구
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• 제15권4호
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• pp.693-712
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• 2006

하이브리드 시스템의 최적 설계 및 운영을 위한 프로그램으로 해외의 여러 곳에서 활용중인 Homer를 사용하여 현재 디젤발전기를 전원으로 사용하고 있는 독립계통의 도서지역에 신 재생에너지원의 조합으로 구성된 하이브리드 시스템을 보급할 경우의 타당성 분석을 시도하였다. 에너지기술연구원의 풍속자료, 일사량, 온도자료 등을 근거로 추자도, 거문도, 그리고 영산도를 평가대상으로 선정하였다. 해당지역의 전력부하 자료는 부분적으로 실측된 자료를 바탕으로 재구성하였으며, 시스템 구성 발전기들의 비용 자료는 국내 관련 자료가 미비한 관제로 해외 시장의 자료를 이용하였다. 추자도, 거문도, 영산도의 평가결과가 각각 278원/kWh, 234원/kWh 그리고 353원/kWh으로 나타났다. 정부 보조금에 의한 디젤발전시스템의 발전단가가 300원/kWh($0.300/kWh)인 것을 고려한다면, 추자도와 거문도는 자체적으로 경제성을 확보하는 반면 영산도의 경우는 그렇지 못함을 알 수 있다. 이러한 결과 차이는 기본적으로 해당지역의 재생에너지 자원조건의 차이, 그 중에서도 특히 풍력자원의 차이에 기인하는 것으로 나타난다. 결론적으로 독립계통의 도서지역에 대한 신 재생복합전력시스템의 도입은 경제성 평가의 결과에 의거해야 하며 모든 도서지역이 이 조건을 충족시키는 것이 아님을 지적한다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2009년도 추계학술대회 논문집
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• pp.298-298
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• 2009

미국의 DOE(Department of Energy)산하 EERE(Energy Efficiecy & Renewable Energy)에서 신재생 에너지 프로그램 평가를 하고 있다. 특히 General program evaluation Guide에는 많은 평가기관에서 제안되었던 5가지 방법 중 Outcome 평가는 프로그램의 목적을 얼마나 달성했는지를 측정하는 것으로 일정한 기간이 지난 후 프로그램의 목적을 달성함으로써 얻어지는 결과를 추산함으로써 그 기간 동안 프로그램이 의도했던 목적을 얼마나 잘 수행했는지를 보여준다. 한국에서 시행되고 있는 신재생에너지 보급 프로그램의 성과를 정량화 분석을 통하여 평가할 수 있어 국내 적용성이 크다. 본 연구에서는 미국 에너지부 EERE로부터 지원받아 NREL(National Renewable Energy Laboratory)에서 실행한 Utility Green Pricing 프로그램을 사례 분석하였다. Utility Green Pricing 프로그램은 1993년 시작되었으며 2002년 말 미국 전역의 300여개 시설을 통한 90개의 프로그램을 발전시킴으로써 소비자가 자발적으로 재생에너지 발전을 지원하기 위한 한 방법으로 최근 이런 프로그램 수는 증가하고 있다. 2002년 말 기준으로 국가 전기 사용자의 20%, 대략 270,000명의 소비자가 선택하였고 2002년 290MW급 재생에너지 설비용량과 2003년 140MW급 시설을 담당하였으며 미국 이외에 캐나다, 일본, 호주, 12개 유럽 국가들이 시행하고 있다. 이 프로그램 목표는 어떤 프로그램이 green pricing 프로그램의 소비자 참가와 재생에너지 구매의 최대화를 돕는지를 제공하는 것으로 Data Pool은 90개 프로그램 중 더 이상 실행하지 않는 4개를 제외한 86개로 응답률은 77%였다. 분석대상은 거주자와 비거주자로써 자료는 2003년 초 66개의 green pricing 프로그램의 질문서를 토대로 도출되었다. Green Pricing 프로그램 질문서는 참여, 지난해 판매, 재생에너지 공급, 할 증금(초과 구매력), 프로그램 디자인과 실행, 마케팅, 소비자를 위한 부가서비스 이렇게 총 7부분으로 나누어져있다. 특히 거주자와 비거주자와 참여, 재생에너지 판매량, 프로그램 수명, 사용하는 재생에너지의 종류, 프로그램 가격, 비용 할증료, 프로그램 평가의 종류, 프로그램 마케팅 노력, 참여자에게 제공되는 부수적 가치와 관련된 자료를 모으기 위해 실행되었다. 종속적 변수로 프로그램 유효성 측정과 관련된 비/거주자 참여와 재생에너지 구매를 선택하였으며 독립적 변수로 프로그램 디자인과 마케팅 특징을 들었다. 분석방법으로는 이변성과 다변성 통계적 분석을 이용하였다. 이변성 분석은 쉽게 개별적 독립 변수와 종속변수와의 직접적 관계를 보여주며 다변성 분석은 보다 정확한 영향 산정을 위해 선택한 복합적 독립변수를 이용하였다. 프로그램 유효성 측정을 위해 비/거주자 참여 퍼센트와 재생에너지 구매 퍼센트를 구하였다. 그러나 이 분석에 몇 가지 제한점이 있었다. 소비자 중 국외자의 영향으로 분석에 많은 영향을 주지 않지만 single utility 프로그램은 비거주자참여율과 재생에너지 구매율에 영향을 끼칠 가능성이 있으며 독립/설병변수를 프로그램성공을 위해 거듭 강조하지만 빠지거나 무딘 변수는 여전히 존재한다. 분석 대상이 2002년까지를 대상으로 하기 때문에 시간상의 지체 역시 문제가 될 수 있다. 다중공산성 역시 독립변수간의 상관관계가 나타나면서 발생된다. 하지만 몇 가지 재미있는 결과를 얻어냈다. 프로그램 기간이 소비자 응답에 영향을 미치며 초기 거주고객의 높은 구매력이 지속된다는 것이다. 가격 할증료와 최소 월사용료는 프로그램 성공 초기 결정요인이 되지 않는다. 작은 시설이 성공 달성가능성이 더 큰 것으로 나타났으며 비거주자의 사적 이득 제공 역시 성공 강화에 영향을 끼쳤다.