• Ocean Systems Engineering
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• 제12권4호
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• pp.461-477
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• 2022

Dynamic Positioning (DP) is a system that uses computer-controlled thrusters, propellers, and other propulsion devices to automatically maintain a vessel's position and heading. In this study, a wind turbine installation vessel with DP capabilities was proposed for use in mild environmental conditions in the Yellow Sea. The thruster arrangements of the vessel were analyzed in relation to wind and current loads, and it was found that a four-corner arrangement of thrusters provided the best position-keeping performance. The vessel's DP control performance was also analyzed in relation to the increased environmental load caused by the presence of a wind turbine, using a capability plot. The vessel's performance was evaluated in three different states: floating with no load, during the loading of a wind turbine and suction buckets, and after the wind turbine has been installed. The use of 750 kW and 1,000 kW thrusters was also considered, and the environmental loads in the Saemangeum coastal area and the environmental load when a 5-Megawatt wind turbine is on board were assessed. The study concluded that at least four thrusters should be used for DP to safely manage the installation process of wind turbines.

• 한국해양공학회지
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• 제36권6호
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• pp.390-402
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• 2022

Offshore wind energy has become a major energy source, and various studies are underway to increase the economic feasibility of floating offshore wind turbines (FOWT). In this study, the characteristics of wave-induced motion of a combined wind-wave energy platform were analyzed to reduce the variability of energy extraction. A user subroutine was developed, and numerical analysis was performed in connection with the ANSYS-AQWA hydrodynamic program in the time domain. A platform combining the TLP-type FOWT and the Wavestar-type wave energy converter (WEC) was proposed. Each motion response of the platform on the second-order wave load, the effect of WEC attachment and Power take-off (PTO) force were analyzed. The mooring line tension according to the installation location was also analyzed. The vertical motion of a single FOWT was increased approximately three times due to the second-order sum-frequency wave load. The PTO force of the WEC played as a vertical motion damper for the combined platform. The tension of the mooring lines in front of the incident wave direction was dominantly affected by the pitch of the platform, and the mooring lines located at the side of the platform were mainly affected by the heave of the platform.

• 해양환경안전학회지
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• 제29권5호
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• pp.479-487
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• 2023

최근 지구 온난화의 영향으로 태풍의 파괴력이 증가함에 따라 부유식 해상풍력발전기의 막대한 유실과 붕괴에 대한 우려가 깊어지고 있다. 부유식 해상풍력발전기의 안전한 운영을 위해 새로운 형태의 탈착형 계류 시스템 개발이 요구되고 있다. 본 연구에서 고려한 새로운 반잠수식 계류 풀리는 기존의 탈착형 계류 장치에 비해 계류 라인으로 부유식 해상풍력 터빈을 보다 쉽게 탈부착할 수 있도록 고안되었다. 8MW급 부유식 해상풍력발전기에 적용 가능한 반잠수식 계류 풀리의 초기 설계에 대한 구조적 안전성을 검토하기 위해 3D 프린터를 이용하여 축소구조모형을 제작하고, 이 모형에 대한 구조시험을 수행하였다. 축소 모형의 구조시험을 위해 3D 프린팅에 사용된 ABS 소재의 인장 시편을 제작하고 인장시험을 수행하여 소재의 물성을 평가하였다. 인장시험에서 얻은 재료 특성과 축소모형 구조 시험과 동일한 하중 및 경계 조건을 적용하여 반잠수식 계류 풀리의 유한요소해석을 수행하였다. 유한요소해석을 통해 반잠수식 계류 풀리의 구조적 취약 부분을 검토하였다. 반잠수식 계류 풀리의 주요 하중조건을 고려하여 구조모형시험을 수행하였으며, 재료의 최대인장응력 이상이 발생하는 위치에 대해 유한요소해석과 시험 결과를 비교하였다. 유한요소해석과 모형시험의 결과로부터 작동조건에서는 Body와 Wheel의 연결부 구조가 취약한 것으로 파악되었고, 계류조건에서는 Body와 Chain stopper의 연결부 구조가 취약한 것으로 검토되었다. 축소모형 구조시험에서 나타난 SMP의 구조 취약부는 구조해석의 결과와 일치하는 것으로 나타났다. 연구 결과를 통해 반잠수식 계류 풀리의 초기 설계에 대한 구조적 안전성을 실험적으로 검증할 수 있었다. 또한, 본 연구 결과는 상세설계 단계에서 반잠수식 계류 풀리의 구조 강도를 향상시키는데 유용하게 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• International Journal of Ocean System Engineering
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• 제2권2호
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• pp.97-105
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• 2012

A all floating structures operating within a limited area require, stationkeeping to maintain the motions of the floating structure within permissible limits. In this study, methods for selecting and optimizing the mooring system Caisson for floating wind turbines in shallow water are investigated. The design of the mooring system is checked against the governing rules and standards. Adequately verifying the design of floating structures requires both numerical simulations and model testing, the combination of which is referred to as the hybrid method of design verification. The challenge in directly scaling moorings for model tests is the depth and spatial limitations of wave basins. It is therefore important to design and build equivalent mooring systems to ensure accurate static properties (global restoring forces and global stiffness).

• 한국소음진동공학회:학술대회논문집
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• 한국소음진동공학회 2012년도 추계학술대회 논문집
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• pp.764-765
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• 2012

• 한국해양공학회지
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• 제35권4호
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• pp.287-295
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• 2021

This paper describes a recurrent neural network (RNN) for the fault classification of a blade pitch system of a spar-type floating wind turbine. An artificial neural network (ANN) can effectively recognize multiple faults of a system and build a training model with training data for decision-making. The ANN comprises an encoder and a decoder. The encoder uses a gated recurrent unit, which is a recurrent neural network, for dimensionality reduction of the input data. The decoder uses a multilayer perceptron (MLP) for diagnosis decision-making. To create data, we use a wind turbine simulator that enables fully coupled nonlinear time-domain numerical simulations of offshore wind turbines considering six fault types including biases and fixed outputs in pitch sensors and excessive friction, slit lock, incorrect voltage, and short circuits in actuators. The input data are time-series data collected by two sensors and two control inputs under the condition that of one fault of the six types occurs. A gated recurrent unit (GRU) that is one of the RNNs classifies the suggested faults of the blade pitch system. The performance of fault classification based on the gate recurrent unit is evaluated by a test procedure, and the results indicate that the proposed scheme works effectively. The proposed ANN shows a 1.4% improvement in its performance compared to an MLP-based approach.

• Ocean Systems Engineering
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• 제3권4호
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• pp.295-307
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• 2013

More FOWTs (floating offshore wind turbines) will be installed as relevant regulations and technological hurdles are removed in the coming years. In the present study, a numerical prediction tool has been developed for the fully coupled dynamic analysis of FOWTs in time domain including aero-loading, tower elasticity, blade-rotor dynamics and control, mooring dynamics, and platform motions so that the influence of rotor-control dynamics on the hull-mooring performance and vice versa can be assessed. The developed coupled analysis program is applied to Hywind spar design with 5 MW turbine. In case of spar-type floaters, the control strategy significantly influences the hull and mooring dynamics. If one of the control systems fails, the entire dynamic responses of FOWT can be significantly different. Therefore, it is important to maintain various control systems in a good operational condition. In this regard, the effects of failed blade pitch control system on FOWT performance including structural and dynamic responses of blades, tower, and floater are systematically investigated. Through this study, it is seen that the failure of one of the blade pitch control system can induce significant dynamic loadings on the other blades and the entire FOWT system. The developed technology and numerical tool are readily applicable to any types of floating wind farms in any combinations of irregular waves, dynamic winds, and steady currents.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제29권6호
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• pp.521-527
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• 2016

본 논문은 효과적인 무반사 기법을 이용한 수중폭발에 따른 부유식 해상풍력발전기의 동응답 수치해석에 관한 내용이다. 수치해석을 위해 무한한 바다 영역을 유한한 영역으로 한정하고 그 경계에서 필연적인 충격파의 반사를 흡수하기 위해 PML(perfectly matched layer)이라 불리는 무반사 기법을 적용하였다. 수중폭발을 수반한 비점성 압축성 유동을 표현하는 일반화된 수송방정식은 방향별 흡수계수와 상태변수를 도입하여 3개의 PML 방정식으로 분리하였다. 풍력발전기와 해수 유동으로 구성된 유체-구조 연계문제는 오일러 기반의 유한체적법과 라그랑지 기반의 유한요소법을 연계하여 반복계산으로 해석하였다. 그리고 수중폭발에 따른 동수압은 JWL 상태방정식으로 계산하였다. 수치실험을 통해 수중폭발에 따른 동수압과 구조 동응답을 분석하였으며, PML 무반사 기법을 적용한 경우가 그렇지 않은 경우에 비해 보다 정확한 해석결과를 제공함을 확인하였다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제41권3호
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• pp.209-215
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• 2017

대형 부유식 파력-해상풍력 복합발전시스템은 정 사각형(폭 150m) 부유식 플랫폼 컬럼 상부에 4기의 3MW 풍력터빈이 설치된다. 전방 풍력터빈으로부터 발생되는 후류는 터빈배치에 따라 후방 풍력터빈의 출력성능과 하중특성에 불리한 영향을 미치므로 후류간섭에 대한 유동해석을 통해 최적배치설계가 실시되어야 한다. 본 논문에서는 플랫폼 배치조건($0^{\circ}$, $22.5^{\circ}$, $45^{\circ}$) 변화에 따른 개별 풍력터빈의 출력특성 및 연간에너지생산량을 확인하기 위해 풍속변화(8m/s, 11.7m/s, 19m/s 25m/s)에 대한 비정상상태 CFD 해석을 실시하였다. 레일리분포를 적용한 연간에너지생산량 계산결과는 각 배치조건에 따라 다르게 나타났으며, 해석결과에 근거하여 후류손실이 최소화 될 수 있는 최적 배치설계를 제안하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제46권5호
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• pp.368-375
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• 2018

본 연구에서는 부유식 플랫폼의 6자유도 방향으로의 주기 운동이 로터 공력 성능에 미치는 영향을 확인하기 위해 부유식 해상 풍력터빈에 대한 공력 해석이 수행되었다. 수치 해석을 위해 블레이드 요소 운동량 방법을 이용하였으며, 유동 박리와 후류 영향에 의한 비정상 공력 효과를 포착하기 위해 인디셜 응답 방법에 기반한 동적 실속 모델을 이용하였다. 로터에 의해 유도되는 내리 흐름은 운동량 이론과 난류 후류 상태에 대한 경험적 모델을 연계하여 계산하였다. heave, sway, surge 방향으로의 병진 운동과 roll, pitch, yaw 방향으로의 회전 운동을 포함한 플랫폼 주기 운동을 고려하였으며, 각각의 모션은 사인함수 형태로 적용되었다. 수치해석을 위한 대상 풍력터빈으로는 NREL 5MW 풍력터빈이 사용되었다. 해석 결과로부터 세 방향 병진 운동 모드 중, surge 운동 시 로터 공력 변화가 상대적으로 크게 나타났으며, 회전 운동 모드의 경우, pitch 운동에 의해 로터 공력이 크게 변화됨을 확인할 수 있었다.