High-speed shaft coupling in a wind power system transmits power and absorbs variations in length and spindle dislocation between the gearbox and generator. Furthermore, the coupling has an insulation function that prevents electrical corrosion caused by the flow of the generator's current into the gearbox and prevents overload resulting from sudden power failure from being transferred to the gearbox. Its design, functions, and part verification are described in the IEC61400 and GL Guidelines, which specify that the part must have a durability life of 20 years or longer under distance variation and axial misalignment between the gearbox and the generator. This study presents the design of a high-speed coupling through composite stiffness calculation, structural analysis, and comparative analysis of test and theory to identify the characteristics of high-speed coupling for a large-capacity 6 MW wind power generator. A prototype was fabricated by optimizing the manufacturing process for each part based on the design, and the reliability of the fabricated prototype was verified by evaluating the performance of the target quantitative evaluation items.
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.
Th COP28 has emphasized the governments to speed up the transition away from fossil fuels to renewables such as wind and solar power in their next round of climate commitments. The steady and less turbulent wind over the ocean draws increased attention of governments, industries and researchers on exploring advanced technologies to extract energy from offshore wind. The present study numerically investigates the hydrodynamic behavior of a SPAR-type Floating Offshore Wind Turbine (FOWT) under various wave conditions and mooring line configurations. One of the major focuses of this study is investigating a freak wave's impact on a FOWT and determining its extreme responses. The study investigates the structural response under various wave impact for different configurations of mooring lines. The present study examines the wave-structure interaction under regular and freak wave conditions using numerical modelling approach. During the study, it is ensured that the natural frequency and wave induced motions of SPAR are inline with the experimental studies; thereby increasing the confidence in using the numerical model and domain for this investigation. The study considers the behaviour of slack and taut mooring arrangements under these wave conditions. The study observed that a taut mooring configuration can be efficient in restraining the FOWT motions, especially under a freak wave scenario. The Froude-Krylov force shows a non-linearity due to the non-uniform profile of the platform under all wave conditions. Overall, the study contributes to determining the performance of the mooring configurations under different wave conditions.
This paper proposes a control algorithm for permanent magnet synchronous generator with a back-to-back three-level neutral-point clamped voltage source converter in a medium-voltage offshore wind power system under unbalanced grid conditions. The proposed control algorithm particularly compensates for the unbalanced grid voltage at the point of common coupling in a collector bus of offshore wind power system. This control algorithm has been formulated based on the symmetrical components in positive and negative rotating synchronous reference frames under generalized unbalanced operating conditions. Instantaneous active and reactive power are described in terms of symmetrical components of measured grid input voltages and currents. Negative sequential component of ac input current is injected to the point of common coupling in the proposed control strategy. The amplitude of negative sequential component is calculated to minimize the negative sequential component of grid voltage under the limitation of current capability in a voltage source converter. The proposed control algorithm makes it possible to provide a balanced voltage at the point of common coupling resulting in the generated power of high quality from offshore wind power system under unbalanced network conditions.
Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers
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v.27
no.5
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pp.39-45
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2013
Wind power is one of the fastest growing renewable energy sources. In these days, wind turbine shifts from onshore to offshore because the offshore wind farm has a abundant wind resource. However, offshore wind turbine is not easy to access, it has a long downtime when the failures of the wind turbine component occur. Therefore, the appropriate wind turbine maintenance plan is required to meet the economic and reliability of the components. This paper proposes the maintenance planning method based on the RCM(Reliability Centered Maintenance) to determine an economical maintenance cycle to satisfy the appropriate reliability of the wind turbine components. In order to compare the proposed method with the conventional RCM method, critical components are selected in the case study because they have a long downtime and a large amount of total cost.
As the wind farms in large scale demand enormous amount of construction cost, minimizing the economic burden is essential and also it is very important to measure the wind resources and forecast annual energy production correctly to judge the economic feasibility of the proposed site by way of installing a Met mast at or nearby the site. Wind resources were measured by installing a 80[m] high Met mast at WangdeungYeo Island to conduct the research incorporated in this paper and offshore wind farm was designed using WindPRO. Wind farm of 100[MW] was designed making use of 3 and 4.5[MW] wind generator at the place selected to compare their annual energy production and capacity factor applying the loss factor of 10[%] and 20[%] respectively to each farm. As a result, 336,599[MWh] was generated by applying 3[MW] wind generator while 358,565 [MWh] was produced by 4.5[MW] wind generator. Difference in the energy production by 3[MW] generator was 33,660 [MWh] according to the loss factor with the difference in its capacity factor by 3.8[%]. On the other hand, 23 units of 4.5 [MW] wind generators showed the difference of annual energy production by 35,857 [MWh] with 4.0[%] capacity factor difference.
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.26
no.3
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pp.421-431
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2023
Recently, the destructive power of typhoons is continuously increasing due to the influence of global warming. In a situation where the installation of floating wind turbines is increasing around the world, concerns about the huge loss and collapse of floating offshore wind turbines due to strong typhoons are deepening. Regarding to the safe operation of the floating offshore wind turbine, the development of a new type of disconnectable mooring system is required. A new fairlead chain stopper considered in this study is devised to more easily attach or detach the floating offshore wind turbine with mooring lines comparing to other disconnectable mooring apparatuses. In order to investigate the structural safety of the initial design of fairlead chain stopper that can be applied to MW-class floating type offshore wind turbine, scale-down structural models were produced using a 3-D printer and structural tests were performed on the models. For the structural tests of the scale-down models, tensile specimens of acrylonitrile butadiene styrene material that was used in the 3-D printing were prepared, and the material properties were evaluated by performing the tensile tests. The finite element analysis of fairlead chain stopper was performed by applying the material properties obtained from the tensile tests and the same load and boundary conditions as in the scale-down model structural tests. Through the finite element analysis, the structural weak parts on the fairlead chain stopper were reviewed. The structural model tests were performed considering the main load conditions of fairlead chain stopper, and the test results were compared to the finite element analysis. Through the results of this study, it was possible to experimentally verify the structural safety of the initial design of fairlead chain stopper. It is also judged that the study results can be usefully used to improve the structural strength of fairlead chain stopper in a detailed design stage.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.28
no.2
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pp.307-313
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2022
As the development of renewable energy expands internationally to cope with global warming and climate change, the share of wind power generation has been gradually increasing. Although wind farms can produce electric power for 24 h a day compared to solar power plants, Their interfere with the operation of nearby radars or communication equipment must be analyzed because large-scale wind power turbines are installed. This study analyzed whether a land radio station can receive sufficient signals when a ship sailing outside the offshore wind farm transmits distress signals on the VHF band. Based on the geographic information system digital map around the target area, wind turbine CAD model, and wind farm layout, the area of interest and wind farm were modeled to enable numerical analysis. Among the high frequency analysis techniques suitable for radio wave analysis in a wide area, a dedicated program applying physical optics (PO) and shooting and bouncing ray (SBR) techniques were used. Consequently, the land radio station could receive the electromagnetic field above the threshold of the VHF receiver when a ship outside the offshore wind farm transmitted a distress communication signal. When the line of sight between the ships and the land station are completely blocked, the strength of the received field decreases, but it is still above the threshold. Hence, although a wind farm is a huge complex, a land station can receive the electromagnetic field from the ship's VHF transmitter because the wave length of the VHF band is sufficiently long to have effects such as diffraction or reflection.
Wind power generation of 5 MW wind turbine was predicted by using wind measurement data from HeMOSU-1 which is at south west coast of Korea. Time histories of turbulent wind was generated from 10-min mean wind speed and then they were used as input to Bladed to estimated electric power. Those estimated powers are used in both polynominal regression and neural network training. They were compared with each other for daily production and yearly production. Effect of mean wind speed and turbulence intensity were quantitatively analyzed and discussed. This technique further can be used to assess lifetime power of wind turbine.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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