Development of the technologies for offshore wind power is proceeding actively and the installation capacity is continuously increasing because of its many advantages in comparison with the land wind power. Accordingly, project for Southwestern 2.5GW offshore wind power plant is in progress in Korea. Design of electric power systems for offshore wind power plant is very important due to its high investment and operational costs. Hence, it needs to be designed in order to minimize costs. This way can be employed in determining the installation location of offshore substation for HVAC wind power plant. According to the offshore substation site, MV inter-array cable and HV export cable lengths vary and they change a total cost regarding submarine cable. This paper represents cost models with variables which are MV inter-array cable and HV export cable lengths to locate the offshore substation for HVAC wind power plant. It is classified into submarine cable installation cost, reactive power compensator installation cost, ohmic losses, and unsupplied energy cost. By minimizing a total cost, an appropriate installation site of the offshore substation is determined.
An offshore wind power plant (WPP) is very expensive and different from an onshore wind power system in many ways. There has been a continuous increase in the capacity of the offshore WPPs. Therefore it is essential to analyze the feasibility and reliability of the offshore wind power to optimize their redundancy. Besides, it is very important to study a planning for grid interconnection of adjacent offshore WPPs. This paper proposes a economic evaluation method to interconnect with adjacent offshore substations in offshore wind power grid. Also, we suggest the probabilistic reliability method to calculate a probabilistic power output of the wind turbine and a cost of the expected energy not supplied that is used as the reliability index of the power system.
This paper presents the methodology for optimal design of power grid for offshore wind power plant (OWPP) and optimum location of offshore substation. The proposed optimization process is based on a genetic algorithm, where the objective cost model is composed of investment, power loss, repair, and reliability cost using the net present value during the whole OWPP life cycle. A probability wind power output is modeled to reflect the characteristics of a wind power plant that produces electricity through wind and to calculate the reliability cost called expected energy not supplied. The main objective is to find the minimum cost for grid connection topology by submarine cables which cannot cross each other. Cable crossing was set as a constraint in the optimization algorithm of grid topology of the wind power plant. On the basis of this method, a case study is conducted to validate the model by simulating a 100-MW OWF.
The final site of offshore wind power plant should be decided by comprehensive examination of various conditions such as wind resource, sea depth, geology, grid connection, social circumstance and environmental issue. Wind condition is typically regarded as the most important factor because wind energy increases in proportion to wind velocity and it directly relates to the amount of power output, efficiency of power plant and profitability. Advanced countries in the offshore wind power sector such as Denmark, UK and Germany, they are analyzing wind resource accurately by installing the meteorological mast in the ocean in order to get the optimal type of wind turbine and maximum generation efficiency. Also, it is made much of designing offshore power plant on the basis of actual measurement by met-mast and those wind farms have a chance to get the loan with reduced interest rate in project financing. In Korea, the HEMOSU-1 is installed in the ocean around Wido island to analyze wind resource of test bed of 100MW offshore wind power on october last year. This paper deals with the design and construction procedure of the first met-mast in Korea and also shows the site characteristics of test bed. Therefore, this paper will give useful information to local governments and private business sector who are trying to construct offshore wind farm and it can also be a good reference for the following projects of meteorological mast in near future.
본 연구에서는 부유식 파력-해상풍력 연계형 발전시스템의 기반구조물 개념설계에 대한 내용을 다루고 있다. 세계적으로 해양 신재생에너지에 대한 관심이 커져가고 있다. 파력과 해상풍력은 다른 해양에너지원과 더불어 주요 관심이 되는 에너지원으로서 발전적지가 대체로 일치한다는 특징이 있다. 따라서 파력과 해상풍력을 복합하여 발전하는 시스템은 경제적으로 많은 이점이 있고 이미 여러 나라에서 파력-해상풍력 복합발전 시스템을 개발하고 있다. 이에 따라 우리나라에서도 10MW급의 파력-해상풍력 복합발전 시스템을 개발하기 위한 연구가 수행되었다. 본 연구에서는 다수 풍력발전기와 파력발전기의 배치를 고려하여 반잠수식 구조물이 설계되었다. 또한 설치해역의 환경을 고려하여 계류시스템과 파워케이블이 설계되었다. 본 논문에서는 이러한 복합발전 플랫폼의 개념설계 결과를 제시하고 다양한 발전시스템의 배치를 고려한 설계상의 어려움을 토의하고 설계 방법을 제시한다.
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.
The use of eco-friendly energy in the offshore plant system is expanding because conventional generators are operated by fossil fuel or natural gas. Eco-friendly energy, which replaces existing power generation methods, should be capable of generating the power for lighting protection equipment, airborne fault indication, parameter measurement, and others. Most of the eco-friendly energy used in offshore plant facilities is solar and wind power. In the case of using photovoltaic power, because the structure must be constructed based as flat solar panels, it can be damaged easily by the wind. Therefore, there is a need for a new generation system composed of a spherical structure that does not require a separate structure and is less influenced by the wind. Considering these characteristics, in this study we designed, fabricated, and tested a unit that could provide the most efficient spherical photovoltaic power generation considering wind direction and wind pressure. Our test results indicated that the proposed system reduced costs because it did not require any separate structure, used eco-friendly energy, reduced carbon dioxide emissions, and expanded the proportion of eco-friendly energy use by offshore plant facilities.
As for the present wind power industry, most of the computerization for monitoring and control is based on the traditional development methodology, but it is necessary to improve SCADA system since it has a phenomenon of backlog accumulation in the applicable aspect of back-data as well as in the operational aspect in the future. Especially for a system like offshore wind power where a superintendent cannot reside, it is desirable to operate a remote control system. Therefore, it is essential to establish a monitoring system with appropriate control and monitoring inevitably premised on the integrity and independence of data. As a result, a study was carried out on the modeling of offshore wind power data-centered database. In this paper, a logical data modeling method was proposed and designed to establish the database of offshore wind power. In order for designing the logical data modeling of an offshore wind power system, this study carried out an analysis of design elements for the database of offshore wind power and described considerations and problems as well. Through a comparative analysis of the final database of the newly-designed off-shore wind power system against the existing SCADA System, this study proposed a new direction to bring about progress toward a smart wind power system, showing a possibility of a service-oriented smart wind power system, such as future prediction, hindrance-cause examination and fault analyses, through the database integrating various control signals, geographical information and data about surrounding environments.
In recent years, floating offshore wind turbines have attracted more attention as a new renewable energy resource while bottom-fixed offshore wind turbines reach their limit of water depth. Various projects have been proposed with the rapid increase in installed floating wind power capacity, but the economic aspect remains as a biggest issue. To figure out sensible approaches for saving costs, a comparison analysis of the levelized cost of electricity (LCOE) between floating and bottom-fixed offshore wind turbines was carried out. The LCOE was reviewed from a social perspective and a cost breakdown and a literature review analysis were used to itemize the costs into its various components in each level of power plant and system integration. The results show that the highest proportion in capital expenditure of a floating offshore wind turbine results in the substructure part, which is the main difference from a bottom-fixed wind turbine. A floating offshore wind turbine was found to have several advantages over a bottom-fixed wind turbine. Although a similarity in operation and maintenance cost structure is revealed, a floating wind turbine still has the benefit of being able to be maintained at a seaport. After emphasizing the cost-reduction advantages of a floating wind turbine, its LCOE outlook is provided to give a brief overview in the following years. Finally, some estimated cost drivers, such as economics of scale, wind turbine rating, a floater with mooring system, and grid connection cost, are outlined as proposals for floating wind LCOE reduction.
Characteristics of wind resources of offshore and coastal regions were compared using wind data obtained from HeMOSU-1 (Herald of Meteorological and Oceanographic Special Unit-1) meteorological mast located at Southwestern Sea, and ground-based LiDAR (Light Detection And Ranging) at Gochang observation site near it. The analysis includes comparison of basic wind statistics such as mean wind speed, wind direction, power law exponent and their temporal variability as well as site assessment items for the wind power plant such as turbulence intensity and wind power density at the two observation sites. It was found that the wind at HeMOSU-1 site has lower diurnal and seasonal variability than that at Gochang site, which lead to smaller turbulence intensity. Overall, the results of the comparative analysis show that the wind resource at HeMOSU-1 site located offshore has more favorable condition for wind power generation than the wind resource at Gochang which shows nature of coastal area.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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