[논문]플래쉬 시스템에 의한 지열 발전 성능해석

이세균; 우정선

[국내논문] 플래쉬 시스템에 의한 지열 발전 성능해석
A Study of Geothermal Power Production with Flashed Steam System 원문보기

한국태양에너지학회 논문집 = Journal of the Korean Solar Energy Society, v.28 no.5, 2008년, pp.1 - 7

Abstract ▼ AI-Helper

Flashed steam system is one of the important geothermal power production methods. In this paper, optimum operations and performances of single and double flash systems are presented. It is shown that double flash system can produce about 26.5% more power than single flash system. Temperature of geothermal water($T_R$) is the most important parameter in the geothermal system. Optimum single and double flash temperatures and net power produced with these optimum conditions are expressed as a function of $T_R$ in this study. Thus net power output from geothermal resources can be estimated with the results of this work. Condenser Temperature($T_{con}$) is also important and the net power production can be shown as a function of ($T_R-T_{con}$. Volume flow rate per unit power is also to be considered as the condenser temperature decreases.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

⁽⁴⁾ 지열발전은 특히 그 성능변화가 관련 변수들에 매우 민감하므로 관련변수의 최적화 및 이에 따른 실제성능의 한계를 파악할 필요가 있다. 본 연구에서는 단일 및 2중플래쉬 시스템에서 지열수온도( T_R )와복수기온도(또는 응축온도, T _con)에 따른 최적 플래쉬온도를 규명하고 이에 따른 시스템의 발전성능을 해석하여 지열수로부터 획득할 수 있는 실제 발전가능량을 제시하고자 한다.

제안 방법

즉, 이 시스템에서는 플래쉬과정에 의하여 획득된 증기로부터 동력을 얻는 과정에서 터빈 및 발전기에서의 손실이 주요 비가역손실이 되나 지열시스템에서는 이 외에 지열수 이송에 따른 약간의 펌프동력 등이 소요되며 따라서 본 연구에서는 분리된 증기로부터 최종 발전까지의 변환과정을 나타내는 시스템의 총괄기계효율 ηM이란 개념을 적용한다.

성능/효과

여기서는 첫 번째 플래쉬 탱크에서 분리된 포화액(상태 4)을 4-5과정으로 다시 플래쉬 시켜 상태 6의 포화증기를 추가로 획득하며 이 증기가 6-7과정의 터빈팽창을 통하여 추가동력을 생산한다. 따라서 이 시스템에서는 2개의 플래쉬온도 T_FH(상태 1의 포화온도)와 T_FL(상태 5의 포화온도)을 최적화 시키므로써 시스템의 성능을 극대화 할 수 있다. 여기서도 상태 8의 포화액과 터빈 팽창 후 응축기에서 응축된 포화액은 그림에서는 버리는 것으로 표현되었으나 대부분 지중으로 재주입 된다.
본 연구를 통하여 단일 및 2중 플래쉬 시스템의 최적 플래쉬온도 및 이에 따른 최적성능( Wnet )이 규명되었다.
그림에서 보는 바와 같이 다소의 불규칙한 변화가 일부 있기는 하나 전체적으로 보면 T_R-T_con의 함수형태로 변화 경향을 보이고 있으며 이 온도차가 커질 수록 성능증가율은 커진다. 시스템의 성능은 단일 플래쉬 보다 2중플래쉬에서 월등히 높아 약 25-30%(평균 26.5%) 정도의 성능증가를 보이고 있다.
)이 규명되었다. 해석 결과에 의하면 2중 플래쉬 시스템의 성능은 단일 플래쉬에 비하여 약 26.5%정도의 향상을 보였다. 시스템의 성능은 T_R이 높을수록, 또는 T_con이 낮을수록 향상되며 따라서 T_R-Tcon에 따라 변화해 나간다고 볼 수 있다.

후속연구

(4) 지열발전은 특히 그 성능변화가 관련 변수들에 매우 민감하므로 관련변수의 최적화 및 이에 따른 실제성능의 한계를 파악할 필요가 있다. 본 연구에서는 단일 및 2중플래쉬 시스템에서 지열수온도( T_R )와복수기온도(또는 응축온도, T _con)에 따른 최적 플래쉬온도를 규명하고 이에 따른 시스템의 발전성능을 해석하여 지열수로부터 획득할 수 있는 실제 발전가능량을 제시하고자 한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	지열발전은 지열수 온도에 따라 어떤 방식으로 이루어지는가?	EGS 기술이란 고심도 굴착(약 5 km 이상)을 통하여 고온지열수(150℃-200℃)생산을 가능케 하는 기술로 이 기술을 적용할 경우 지역적 한계를 극복하여 어느 지역에서나 지열 발전이 가능하게 된다. 지열발전은 통상 고온수의 경우(약 170℃ 이상) 플래쉬 방식에 의하여, 중, 저온수는 바이너리 사이클 방식에 의하여 이루어지며 플래쉬와 바이너리 방식을 복합한 발전방식도 있다(2). 플래쉬 과정이란 고압수의 압력을 감소시켜 일부를 증발시키는 과정으로, 여기서 증발된 증기는 터빈을 구동할 수 있다.
	EGS 기술이란?	지열발전은 고온 지열수를 이용하므로 화산성 지열지역이 아닌 우리나라의 경우에는 그 적용이 쉽지 않으나 EGS(enhanced geothermal system)기술을 적용한다면 국내에도 지열발전을 할 수 있는 고온지열수의 생산이 가능할 것으로 예상된다(1). EGS 기술이란 고심도 굴착(약 5 km 이상)을 통하여 고온지열수(150℃-200℃)생산을 가능케 하는 기술로 이 기술을 적용할 경우 지역적 한계를 극복하여 어느 지역에서나 지열 발전이 가능하게 된다. 지열발전은 통상 고온수의 경우(약 170℃ 이상) 플래쉬 방식에 의하여, 중, 저온수는 바이너리 사이클 방식에 의하여 이루어지며 플래쉬와 바이너리 방식을 복합한 발전방식도 있다(2).
	당면한 에너지위기의 타개책 중 하나로 지열발전을 들 수 있는 이유는?	당면한 에너지위기의 타개책 중 하나로 지열발전을 들 수 있다. 지열발전은 고온 지열수를 이용하므로 화산성 지열지역이 아닌 우리나라의 경우에는 그 적용이 쉽지 않으나 EGS(enhanced geothermal system)기술을 적용한다면 국내에도 지열발전을 할 수 있는 고온지열수의 생산이 가능할 것으로 예상된다(1). EGS 기술이란 고심도 굴착(약 5 km 이상)을 통하여 고온지열수(150℃-200℃)생산을 가능케 하는 기술로 이 기술을 적용할 경우 지역적 한계를 극복하여 어느 지역에서나 지열 발전이 가능하게 된다.

참고문헌 (5)

권정태, "200kW급 지열발전 시스템", 설계엔지니어를 위한 지열 냉난방 시스템 소개, 고려대학교, pp.97-108, 2007
Kanoglu, M. and Cengel, Y. A., "Retrofitting a Geothermal Power Plant to Optimize Performance : A Case Study", ASME J. Energy Res. Tech. Vol. 121, pp. 295-301, 1999

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Bodvarsson, G. and Eggers, D. E., "The Exergy of Thermal Water", Geothermics, Vol. 1, No. 3, pp. 93-95, 1972

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Dagdas, A., "Performance Analysis and Optimization of Double Flash Geothermal Power Plants", ASME J. Energy Res. Tech., Vol. 129, pp. 125-133, 2007

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Thomas F. and Peter E., Steam and Gas Tables with Computer Equations, Academic Press, Inc. Orlando, FL, 1984

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