The aim of this study was to explore the influence of structure coupling effect on structural damping of blade based on the blade vibration characteristic. For this purpose, the scaled blade model of NREL 5 MW offshore wind turbine was processed and employed in the wind tunnel test to validate the reliability of theoretical and numerical models. The attenuation curves of maximum displacement and the varying curves of equivalent damping coefficient of the blade under the rated condition were respectively compared and analyzed by constructing single blade model and whole machine model. The attenuation law of blade dynamic response was obtained and the structure coupling effect was proved to exert a significant influence on the equivalent damping coefficient. The results indicate that the attenuation trend of the maximum displacement response curve of the single blade varies more obviously with the increase of elastic modulus as compared to that under the structure coupling effect. In contrast to the single blade model, the varying curve of equivalent damping coefficient with the period is relatively steep for the whole machine model. The findings are of great significance to guide the structure design and material selection for wind turbine blades.
This paper introduces the optimum macro-siting of a potential site for an offshore wind farm around Jeju Island using the RDAPS sea wind model. The statistical model was developed by analyzing the sea wind data from RDAPS model, and the meso-scale digital wind map was prepared. To develop the high resolution spatial calibration model, Artificial Neural Network(ANN) models were used to construct the wind and bathymetric maps. Accuracy and consistency of wind/bathymetric spatial calibration models were obtained using analysis of variance. The optimization problem was defined to maximize the energy density satisfying the criteria of maximum water depth and maximum distance from the coastline. The candidate site was selected through Genetic Algorithm(GA). From the results, it is possible to predict roughly a candidate site location for the installation of the offshore wind jam, and to evaluate the wind resources of the proposed site.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.27
no.5
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pp.281-294
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2015
In order to quantitatively estimate the nonlinear destructive interaction of wave load with wind load, which is very vital for the optimal design of offshore wind energy converter, we carried out a hydraulic model test and wind tunnel test. As a substructure of offshore wind energy converter, we would deploy the monopile, which is popular due to its easiness in construction. Based on the simulation using Monte Carlo simulation using Kaimal spectrum and cross spectrum, the instantaneous maximum wind velocity is adjusted to 10 m/s. And, considering the wave conditions of the Western Sea where a pilot wind farm is planned to be constructed, $H_s=0.1m$, 0.15 m, 0.2 m is carefully chosen. It turns out that the nonlinear destructive interaction between the wind and wave loads acting on the offshore wind energy converter is more clearly visible at rough seas rather than at mild seas, which strongly support our deduction that a Large eddy, a swirling vortex developed near the bumpy water surface in the opposite direction of the wind, is the driving mechanism underlying nonlinear destructive interaction between the wind and wave loads.
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%.
Increasing numbers of floating offshore wind turbines are planned and designed these days due to their high potential in massive generation of clean energy from water depth deeper than 50 m. In the present study, a numerical prediction tool has been developed for the fully-coupled dynamic analysis of FOWTs in time domain including aero-blade-tower dynamics and control, mooring dynamics, and platform motions. In particular, the focus of the present study is paid to the dynamic coupling between the rotor and floater and the coupled case is compared against the uncoupled case so that their dynamic coupling effects can be identified. For this purpose, a mono-column mini TLP with 1.5MW turbine for 80m water depth is selected as an example. The time histories and spectra of the FOWT motions and accelerations as well as tether top-tensions are presented for the given collinear wind-wave condition. When compared with the uncoupled analysis, both standard deviations and maximum values of the floater-responses/tower-accelerations and tether tensions are appreciably increased as a result of the rotor-floater dynamic coupling, which may influence the overall design including fatigue-life estimation especially when larger blades are to be used.
This paper investigates the resistance performance of drag anchors used for aqua farms installed in southwestern offshore wind farms in Korea. These anchors have been employed for a long time without any quantitative evaluation. Experimental campaigns were performed at the target site and the results were used to validate the numerical model by changing the penetration depths in the uniformly distributed seabed (i.e., flat). Based on the validated model with good agreement with the experiments (ARE 1.8 %), the resistance of the anchor with different pullout angles was thoroughly examined. It is worth noting that the Coupled Eulerian-Lagrangian (CEL) technique was applied to account for the large deformation of the anchor; Eulerian for the seabed and Lagrangian for the structure. The numerical results indicated that the pullout resistance is vulnerable to horizontal inclined force rather than vertical inclination, implying that the optimum performance is ideally expected to be 0-degree force applied.
Offshore wind farms (OWFs) should be promoted as part of global efforts to respond to climate change, and efforts to preserve biodiversity in terms of climate change adaptation should also be considered. However, the ecological status of marine birds related to OWFs on the Korean Peninsula, such as habitat and reproduction, are not well known. In this study, ecological reasons for the reproductive status of Black-tailed gulls in Korea and representation related to OWFs, the evaluation direction of marine birds related to OWFs was presented. In a review of the techniques for monitoring marine birds, it was confirmed that Korea also needs to provide basic status information on marine birds at the national level. In addition, this study analyzed the reproductive status and related research status of Black-tailed gulls, an important indicator and dominant species on the Korean Peninsula, in relation to marine development projects including OWFs. Furthermore, the direction of environmental impact assessment preparation and impact prediction for various development projects promoted in the ocean, such as OWFs, was considered.
Doohyun Kyung;Hoyeop Lee;Keumseok Kang;Sungmin Park;Soowon Kang;Chanjoo Kim
Journal of Wind Energy
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v.15
no.1
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pp.30-42
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2024
This paper examines the design feasibility of cage aquaculture coexistent with an offshore wind farm in the southwestern sea of South Korea. Among the many types of fish farms, 2 × 3 cage aquaculture was selected for the investigation and the initial design including mooring lines, bridles, etc. was drawn with iterative numerical simulations using Orcaflex. Experimental campaigns were conducted to validate the numerical results, and they were found to be in good agreement with the experiments. Using a validated numerical model, the tension of mooring lines and the deformed volumes of the facility were examined under given operating and survival conditions. The validated model will be further used to investigate various aspects of the cage farm design for design optimization.
Journal of Korean Society for Atmospheric Environment
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v.21
no.1
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pp.63-72
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2005
In order to understand regional wind characteristics and to estimate offshore wind resources, a wind map of the Korean Peninsula was established using remote-sensing data from the satellite, U.S. NASA Quik SCAT which has been deployed for the Sea Winds Project since 1999. According to the linear regression result between the wind map data and in-situ marine-buoy data, the correlation factor was greatly improved up to 0.87 by blending the remote-sensing data of Quik SCAT with U.S. NCEP/NCAR CDAS reanalysis data to eliminate precipitation interference and to increase temporal resolution. It is found from the established wind map that the wind speed in winter is prominent temporally and the South Sea shows spatially high energy density over the wind class 6. The reason is deduced that the north-west winds through the Yellow Sea and the north-east winds through the East Sea derived by the low pressure developed in Japan are accelerated passing through the Korea Channel and formed high wind energy region in the South Sea; the same trends are confirmed from the statistical analysis of the meteorological observation data of KMA.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.19
no.4
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pp.145-159
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2015
A seismic response analysis method for three-dimensional floating offshore structures due to seaquakes is developed. The hydrodynamic pressure exerted on the structure is calculated taking into account the compressibility of the sea water, the fluid-structure interaction, the energy absorption by the seabed, and the energy radiation into infinity. To validate developed method, the hydrodynamic pressure induced by the vibration of a floating massless rigid circular disk is calculated and compared with an exact analytical solution. The developed method is applied to seismic analysis of a support structure for a floating offshore wind turbine subjected to the hydrodynamic pressures induced from a seaquake. Analysis results show that earthquake response of a floating offshore structure can be greatly influenced by the compressibility of fluid, the depth (natural frequencies) of the fluid domain, and the energy absorption capacity of the seabed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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