• 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.

• International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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• 제9권1호
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• pp.45-54
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• 2017

The purpose of this study is to evaluate various means of wind power turbines installation in the Korean west-south wind farm (Test bed 100 MW, Demonstrate site 400 MW). We presented the marine environment of the southwest offshore wind farm in order to decide the appropriate installation vessel to be used in this site. The various vessels would be WTIV (Wind turbine installation vessel), jack-up barge, or floating crane ${\cdots}$ etc. We analyzed the installation cost of offshore wind turbine and the transportation duration for each vessel. The analysis results showed the most suitable installation means for offshore wind turbine in the Korean west-south wind farm.

• International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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• 제7권3호
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• pp.466-477
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• 2015

In this study, a numerical prediction method on manoeuvrability of Wind Turbine Installation Vessel (WTIV) is presented. Planar Motion Mechanism (PMM) captive test for the bare hull of WTIV is carried out in the model basin and compared with the numerical results using RANS simulation based on Open-source Field Operation And Manipulation (OpenFOAM) calculation to validate the developed method. The manoeuvrability of WTIV with skeg and/or without skeg is investigated using the numerical approach along with the captive model test. In the numerical calculations, the dynamic stability index which indicates the course keeping ability is evaluated and compared for three different hull configurations i.e. bare hull and other two hulls with center skeg and twin skeg. This paper proves that the numerical approach using RANS simulation can be readily applied to estimate the manoeuvrability of WTIV at the initial design stage.

• 해양환경안전학회지
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• 제28권1호
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• pp.141-152
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• 2022

친환경 에너지원 개발에 관한 관심이 증가하면서, 해상풍력발전기 시장은 매년 높은 증가율을 보이면서 성장하고 있다. 이와 맞물려 대용량 해상풍력발전기를 설치할 수 있는 설치선의 수요 또한 급증하고 있다. 풍력발전기 설치 선박(Wind Turbine Installation Vessel)은 설치 및 해체를 위하여 레그(Leg)와 스퍼드캔(Spudcan)을 해저면에 관입시켜서 고정하며, 이때 스퍼드캔 구조 강도 안전성에 대한 검토는 전체 시스템과 연관된 중요한 문제이다. 본 연구에서는 현재 선급에서 제시하고 있는 절차서를 분석하고, 실제 발생할 수 있는 하중 시나리오를 반영한 새로운 절차서를 제안하였으며, 유한요소해석을 통한 검증을 하였다. 기존 방식은 해저면의 기울기와 레그에 발생하는 휨모멘트 그리고 형상에 따른 영향을 검토하지 않기 때문에, 허용응력보다 작은 최대 응력 값을 보이지만, 신규 절차에 따른 결과는 대부분 구조보강이 발생하였다. 이러한 현상은 해상풍력발전기의 크기가 커지면 커질수록 차이가 크게 나타나며, 실제 관입(Pre-load) 조건을 고려하면 상당수의 부재에서 구조적 문제가 발생할 가능성이 있다. 따라서 본 연구에서는 더욱 실제적인 작업조건을 고려한 절차서를 제안하였고, 적용 시 문제점들에 대해서 구조해석을 통한 검증을 수행하였다.

• 전산구조공학
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• 제26권2호
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• pp.25-30
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• 2013

• Ocean Systems Engineering
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• 제12권4호
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• pp.413-437
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• 2022

An innovative concept for wet-transportation and stepwise installation of mono-bucket foundation for 15 MW offshore wind turbine is proposed. Case studies for two different mono-bucket and wrap-buoy dimensions are conducted and their hydrostatic and hydrodynamic performances are compared for both wet-towing and lowering operations. The intact stability and transient responses are analyzed in detail for various stages of lowering operation. Wave-induced motion statistics during wet tow in sea state 4 (highest operational window) are checked. The proposed concept is found to be feasible and can be an alternative cost-effective solution without using heavy-lift crane vessel in practice.

• 해양환경안전학회지
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• 제27권6호
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• pp.846-855
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• 2021

최근 친환경, 신재생 에너지 수요에 따라서 해상풍력발전 분야는 빠른 성장세와 설비의 대형화에 따른 전용설치선박의 관련 기술개발이 요구되고 있다. 해상풍력설치선박(WTIV: Wind Turbine Installation Vessel)은 설치 작업 시 선체를 파도의 영향을 받지 않는 높이로 이동시키고 모든 환경하중은 레그가 담당한다. 특히 파랑하중은 불규칙파로 구성되어 있기 때문에, 정확한 동적응답특성을 파악하는 것은 아주 중요한 문제이다. 이러한 동적응답해석은 간이법의 하나인 단자유도법을 널리 활용하고 있으나, 불규칙 파를 고려하지 못하는 제약조건이 있다. 따라서 현재 설계 시 불규칙 파에 대한 시간영역 계산이 가능한 다자유도 계산법을 사용하고 있다. 그러나 다자유도 계산법에서 시간영역 해석은 정도 높은 계산 결과를 제공하지만, 데이터의 수렴도가 민감하고 복잡성에 있어 설계 시 어려움이 있다. 따라서 본 논문은 다양한 변수를 기준으로 한 시간영역 해석을 통하여 불규칙 파의 동적응답 특성을 표현 할 수 있는 동적증폭계수 추정식을 개발하였다. 기존 다자유도 모델 대비 계산시간 단축 및 정확도 확보를 확인하였다. 개발된 동적증폭계수 추정식은 WTIV 및 유사 구조물 설계에 활용이 가능할 것으로 판단된다.

• International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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• 제13권1호
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• pp.352-366
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• 2021

To decrease Europe's harmful emissions, the European Union aims to substantially increase its offshore wind energy capacity. To further develop offshore wind energy, investment in ever-larger construction vessels is necessary. However, this market is characterised by seemingly unpredictable growth of market demand, turbine capacity and distance from shore. Currently it is difficult to deal with such market uncertainty within the ship design process. This research aims to develop a method that is able to deal with market uncertainty in early ship design by increasing knowledge when design freedom is still high. The method uses uncertainty modelling prior to the requirement definition stage by performing global research into the market, and during the concept design stage by iteratively co-evolving the vessel design and business case in parallel. The method consists of three parts; simulating an expected market from data, modelling multiple vessel designs, and an uncertainty model that evaluates the performance of the vessels in the market. The case study into offshore wind foundation installation vessels showed that the method can provide valuable insight into the effect of ship parameters like main dimensions, crane size and ship speed on the performance in an uncertain market. These results were used to create a value robust design, which is capable of handling uncertainty without changes to the vessel. The developed method thus provides a way to deal with market uncertainty in the early ship design process.

• 해양환경안전학회지
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• 제26권5호
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• pp.551-560
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• 2020

최근 해상풍력발전기 시장은 에너지 수요 증가, 화석 연료 기반 발전에 대한 의존도 감소와 환경 규제로 인해 향후 5년 내에 빠른 성장이 예상된다. 이러한 상황에 따라서 전 세계적으로 풍력 발전을 가속화하고 있으며, 해상풍력으로 진입하려는 시도가 많아지고 있다. 노르웨이 해상 안전 관리처(PSA: Petroleum Safety Authority)는 운영하는 동안 충돌사고에 대한 충돌에너지가 35 MJ을 견딜 수 있는 안전설계 기준을 요구하고 있다. 따라서 본 연구에서는 북해 해상풍력발전기 설치 단지에 투입되는 해상풍력발전기 설치 선박(WTIV)의 레그 (Leg)와 선박충돌 사고에 대하여 발생 가능한 충돌시나리오에 대해서 비선형 소성붕괴 거동 결과를 바탕으로 레그의 충돌강도평가법을 분석하였다. 분석된 결과로 현재 설계된 기존 선박을 기준으로 요구치인 35 MJ을 만족을 위해서는 200 % 이상의 단면계수 증가가 필요하고, 이는 현실적인 레그 설계에서는 불가능한 조건으로 판단됐다. 또한, 합리적인 충돌시나리오를 기반으로 한 충돌에너지 기준의 제정이 필요하다.

• 한국해양공학회지
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• 제28권5호
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• pp.371-377
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• 2014

In this study, the hydrodynamic characteristics of various types of jack-up legs for a wind turbine installation vessel were analyzed. Using the modified Morison equation, the wave and current excitation forces on the jack-up legs were calculated. A modal analysis was performed to predict the dynamic responses for various types of jack-up legs. The Newmark-beta time integration scheme was used to solve the equation of motion in waves in the time domain. The maximum displacement and maximum bending stress were computed for four different types of legs, and their results were compared to select an optimum leg type. Finally, a six-leg jack-up rig with the selected optimal legs was modeled, and its natural period and hydrodynamic behaviors were evaluated.