Since Paris Climate Change Conference in 2015, many policies to reduce the emission of greenhouse gas have been accelerating, which are mainly related to renewable energy resources and micro-grid. Presently, the technology development and demonstration projects are mostly focused on diversifying the power resources by adding wind turbine, photo-voltaic and battery storage system in the island-type small micro-grid. It is expected that the large-scaled micro-grid projects based on the regional district and town/complex city, e.g. the block type micro-grid project in Daegu national industrial complex will proceed in the near future. In this case, the economic cost or the carbon emission can be optimized by the efficient operation of energy mix and the appropriate construction of electric and heat supplying facilities such as cogeneration, renewable energy resources, BESS, thermal storage and the existing heat and electricity supplying networks. However, when planning a large residential town or city, the concrete plan of the energy infrastructure has not been established until the construction plan stage and provided by the individual energy suppliers of water, heat, electricity and gas. So, it is difficult to build the efficient energy portfolio considering the characteristics of town or city. This paper introduces an energy mix optimization(EMO) method to determine the optimal capacity of thermal and electric resources which can be applied in the design stage of the real large-scaled residential town or city, and examines the feasibility of the proposed method by applying the real heat and electricity demand data of large-scale residential towns with thousands of households and by comparing the result of HOMER simulation developed by National Renewable Energy Laboratory(NREL).
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.20
no.4
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pp.491-496
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2017
The hydrogen($H_2$) is promising energy carrier of renewable energy in the microgrid system such as small village and military base due to its high energy density, pure emission and convenient transportation. $H_2$ can be generated by photocatalytic water splitting, gasification of biomass and water electrolysis driven by solar cell or wind turbine. Solid oxide electrolysis cells(SOECs) are the most efficient way to mass production due to high operating temperature improving the electrode kinetics and reducing the electrolyte resistance. The SOECs are consist of nickel-yttria stabilized zirconia(NiO-YSZ) fuel electrode / YSZ electrolyte / lanthanum strontium manganite-YSZ(LSM-YSZ) air electrode due to similarity to Solid Oxide Fuel Cells(SOFCs). The Ni-YSZ most widely used fuel electrode shows several problems at SOEC mode such as degradation of the fuel electrode because of Ni particle's redox reaction and agglomeration. Therefore Ni-YSZ need to be replaced to an alternative fuel electrode material. In this study, We studied on the Double perovskite $PrBrMnO_{5+{\delta}}$(PBMO) due to its high electric conductivity, catalytic activity and electrochemical stability. PBMO was impregnated into the scaffold electrolyte $La_{0.8}Sr_{0.2}Ga_{0.85}Mg_{0.15}O_{3-{\delta}}$(LSGM) to be synthesized at low temperature for avoiding secondary phase generated when it exposed to high temperature. The Half cell test was conducted at SOECs and SOFCs modes.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.16
no.2
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pp.1516-1523
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2015
This study investigates the stress concentration factor of a door opening of an offshore tubular steel tower. The tubular steel tower is subjected to eight (8) different load combinations which are deemed to be normal and abnormal operating cases for the ultimate limit state and serviceability limit state. Analytical method using parametric equations and numerical method of finite element are used to analyze the stress components as well as any translations or rotations where the flow of stress is interfered with. A finite element program, ABAQUS, is used for the numerical method analysis. Trends of the stress concentration in the localized area near the opening are studied, and points of interest are defined for comparison among three different cases of tubular steel tower: without door and without reinforcement; without door opening and with reinforcement; and with door opening and with reinforcement. Findings are tabulated and shown in illustrative charts, and conclusions are made.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.65
no.2
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pp.239-246
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2016
In recent years, the power demand has been increasing steadily and the occurrence of maximum power demand has been moving from the summer season to the winter season in Korea. And since the control of electric power supply and demand is more important under those situations, a micro-grid system began to emerge as a keyword for the sTable operation of electric power system. A micro-gird power system is composed of various kinds of distributed generators(DG) such as small diesel generator, wind turbine, photo-voltaic generator and energy storage system(ESS). This paper introduces a method to determine the optimal capacities of the distributed generators which are installed in a stand-alone type of microgrid power system based on the fundamental proportion of diesel generator. At first, the fundamental proportion of diesel generator will be determined by changing from 0 to 50 percent. And then we will optimize the capacities of renewable energy resources and ESS according to load patterns. Lastly, after recalculating the capacity of ESS with consideration for SOC constraints, the optimal capacities of distributed generators will be decided.
CAES-G/T (Compressed Air Energy Storage - Gas Turbine) power generation is a likely option for the buffer facility stabilizing the fluctuation of the renewable powers, such as wind and solar powers. Considering the geological conditions, the underground CAES facility is most probable if the CAES-G/T generation is planed in Korea. In this kind of facility, a concrete plug is installed to seal the compressed air in the container, so that the selection of the shape and dimension of concrete plug could be a critical design factor. The stability evaluation of two types of plug was carried out by investigating the distribution of the factor of safety in the plugs and the distribution of contact pressure over the contact surface. The analysis result shows that the taper-shaped plug is more structurally stable than the wedge-shaped plug for the given geological condition. Possible separation of the rock-concrete interface around the spring line of the wedge-shaped plug is anticipated, which means the possible leakage of compressed air through the side wall and also means the poor mobilization of frictional resistance on that area.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.38
no.2
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pp.205-210
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2014
Recently, pattern recognition methods have been widely used by researchers for fault diagnoses of mechanical systems. A pattern recognition method determines the soundness of a mechanical system by detecting variations in the system's vibration characteristics. Hidden Markov models (HMMs) and artificial neural networks (ANNs) have recently been used as pattern recognition methods in various fields. In this study, a HMM-ANN hybrid method for the fault diagnosis of a mechanical system is introduced, and a rotating wind turbine blade with a crack is selected for fault diagnosis. The existence, location, and depth of said crack are identified in this research. For improving the diagnostic accuracy of the method in spite of the presence of noise, a moment with a few specific frequencies is applied to the structure.
Kim, Kyung Min;Lee, Jung-Goo;Kim, Kyung Tae;Baek, Youn-Kyoung
Journal of Powder Materials
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v.26
no.2
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pp.146-155
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2019
Rare earth magnets are the strongest type of permanent magnets and are integral to the high tech industry, particularly in clean energies, such as electric vehicle motors and wind turbine generators. However, the cost of rare earth materials and the imbalance in supply and demand still remain big problems to solve for permanent magnet related industries. Thus, a magnet with abundant elements and moderate magnetic performance is required to replace rare-earth magnets. Recently, $a^{{\prime}{\prime}}-Fe_{16}N_2$ has attracted considerable attention as a promising candidate for next-generation non-rare-earth permanent magnets due to its gigantic magnetization (3.23 T). Also, metastable $a^{{\prime}{\prime}}-Fe_{16}N_2$ exhibits high tetragonality (c/a = 1.1) by interstitial introduction of N atoms, leading to a high magnetocrystalline anisotropy constant ($K_1=1.0MJ/m^3$). In addition, Fe has a large amount of reserves on the Earth compared to other magnetic materials, leading to low cost of raw materials and manufacturing for industrial production. In this paper, we review the synthetic methods of metastable $a^{{\prime}{\prime}}-Fe_{16}N_2$ with film, powder and bulk form and discuss the approaches to enhance magnetocrystalline anisotropy of $a^{{\prime}{\prime}}-Fe_{16}N_2$. Future research prospects are also offered with patent trends observed thus far.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.12
no.1
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pp.241-257
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2020
The rapid proliferation of oil/gas drilling and wind turbine installations with jack-up rig-formed structures increases structural safety requirements, due to the greater risks of operational collisions during use of these structures. Therefore, current industrial practices and regulations have tended to increase the required accidental collision design loads (impact energies) for jack-up rigs. However, the existing simplified design approach tends to be limited to the design and prediction of local members due to the difficulty in applying the increased uniform impact energy to a brace member without regard for the member's position. It is therefore necessary to define accidental load estimation in terms of a reasonable collision scenario and its application to the structural response analysis. We found by a collision probabilistic approach that the kinetic energy ranged from a minimum of 9 MJ to a maximum 1049 MJ. Only 6% of these values are less than the 35 MJ recommendation of DNV-GL (2013). This study assumed and applied a representative design load of 196.2 MN for an impact load of 20,000 tons. Based on this design load, the detailed design of a leg structure was numerically verified via an FE analysis comprising three categories: linear analysis, buckling analysis and progressive collapse analysis. Based on the numerical results from this analysis, it was possible to predict the collapse mode and position of each member in relation to the collision load. This study provided a collision strength assessment between attendant vessels and a jack-up rig based on probabilistic collision scenarios and nonlinear structural analysis. The numerical results of this study also afforded reasonable evaluation criteria and specific evaluation procedures.
One of the main parameters that affect the design of suction caisson-supported offshore structures is uplift behavior. Pull-out of suction caissons is profoundly utilized as the offshore wind turbine foundations accompany by a tensile resistance that is a function of a complex interaction between the caisson dimensions, geometry, wall roughness, soil type, load history, pull-out rate, and many other parameters. In this paper, a parametric study using a 3-D finite element model (FEM) of a single offshore suction caisson (SOSC) surrounded by saturated soil is performed to examine the effect of some key factors on the tensile resistance of the suction bucket foundation. Among the aforementioned parameters, caisson geometry and uplift loading as well as the difference between the tensile resistance and suction pressure on the behavior of the soil-foundation system including tensile capacity are investigated. For this purpose, a full model including 3-D suction caisson, soil, and soil-structure interaction (SSI) is developed in Abaqus based on the u-p formulation accounting for soil displacement (u) and pore pressure, P.The dynamic responses of foundations are compared and validated with the known results from the literature. The paper has focused on the effect of geometry change of 3-D SOSC to present the soil-structure interaction and the tensile capacity. Different 3-D caisson models such as triangular, pentagonal, hexagonal, and octagonal are employed. It is observed that regardless of the caisson geometry, by increasing the uplift loading rate, the tensile resistance increases. More specifically, it is found that the resistance to pull-out of the cylinder is higher than the other geometries and this geometry is the optimum one for designing caissons.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.33
no.6
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pp.2411-2425
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2013
In the design of pile foundation on the rock layer in the stratified structure with sedimentary and rock layers, the structural analysis of the stratified rock layer is required to determine the failure modes (flexural failure, punching shear failure or end bearing failure) and the bearing capacity of the rock layer. However, the existing usable Elastic Plate Analysis Method (EPAM) suggested by ACI committee 436 and Korean Code Requirements for Structural Foundation Design is very complex, and engineers have many difficulties in using it. Therefore, in this research, we proposed the relatively simple Circular Foundation Analysis Method (CFAM) with the concept and the equation of the equivalent effective width (radius) instead of the complex EPM, and the related equations of bending moment and shear force to be equal to the analysis results of EPAM. As a result, the proposed CFAM using the equivalent effective width (radius) is simple and convenient to use, and the analysis results of it are very good in their accuracies comparing those of EPAM and Finite Element Method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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