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문제 정의
유기랭킨 시스템의 주요 요소 부품의 설계 및 제작 그리고 성능시험을 수행하였고, 시스템의 경제성 평가와 시스템 운전을 위한 제어시스템을 개발하였다. 본 연구는 현재까지 우리나라에서 유기랭킨 사이클 발전시스템의 연구가 부족한 상황에서 매우 중요한 자료를 제공하고 있다고 할 수 있다. 유기랭킨 사이클 시스템에 대한 국외 연구는 관련 정부의 지원 하에 신재생에너지의 보급과 더불어 활발히 진행되고 있다.
가설 설정
현재 진공 튜브기술과 접목된 유기랭킨 시스템의 효율은 태양광 발전시스템에 비해서 55%의 효율을 나타내는데, 열저장용 탱크기술과 접목되어 운전시간을 늘리고, 유기랭킨 시스템에서 나온 배열을 추가적으로 활용하면 태양광 발전시스템에 비해 더 큰 효율을 나타낼 것으로 예상된다. 비용적인 측면에서는 터빈과 발전기의 가격과 태양전지의 가격은 거의 동일한 정도를 나타내고 있으나, 터빈과 발전기의 대량생산은 이들의 단가를 크게 낮출 수 있고 현재의 계산은유기랭킨 시스템의 효율이 7%라는 가정 하에 수행되었는데, 이를 10% 이상으로 높인다면 태양광 발전시스템 보다더 큰 경쟁력을 가질 것이라 판단된다.
제안 방법
유기랭킨 발전시스템을 개발하였다. 유기랭킨 시스템의 주요 요소 부품의 설계 및 제작 그리고 성능시험을 수행하였고, 시스템의 경제성 평가와 시스템 운전을 위한 제어시스템을 개발하였다. 본 연구는 현재까지 우리나라에서 유기랭킨 사이클 발전시스템의 연구가 부족한 상황에서 매우 중요한 자료를 제공하고 있다고 할 수 있다.
대상 데이터
지하 3, 000m 이내의 경우에는 물의 온도가 100℃를 넘기 힘들기 때문에 지열의 이용에서도유기랭킨 시스템의 적용이 타당하다고 할 수 있다. 2007년에 시험가동이 시작된 독일 란다우 지열발전소는심도 3, 300m까지 시추하여 150℃ 열원온도에서 2.5MW의 발전용량을 확보하였으며, 본 지열발전 시스템에는 ORMAT 사의 공기응축식 유기랭킨 시스템이 적용되었다. 미국 DOE(Department Of Energy)와 UTC Power사는 74℃의 저온열원 이용이 가능한 200/280kW급의 모듈식 유기랭킨 사이클을 개발하였으며, 알래스카 체나(Chena) 온천에 총용량 680kW급 유기랭킨 지열발전 시스템을 운전하고 있다.
성능/효과
4) 사용온도 범위 내에서 화학적인 안정성을 가지며 열분해가 일어나지 않고, 독성이나 위험성이 없어야 한다. 또한, 시스템 전체의 제작 원가의 절감과 함께 유지관리 편의성 및 비용 감소를 위해서는 작동유체의 구입이 쉽고 가격이 저렴하여야 할 것이다.
매우 적당한 열원으로 활용될 수 있다. 현재 진공 튜브기술과 접목된 유기랭킨 시스템의 효율은 태양광 발전시스템에 비해서 55%의 효율을 나타내는데, 열저장용 탱크기술과 접목되어 운전시간을 늘리고, 유기랭킨 시스템에서 나온 배열을 추가적으로 활용하면 태양광 발전시스템에 비해 더 큰 효율을 나타낼 것으로 예상된다. 비용적인 측면에서는 터빈과 발전기의 가격과 태양전지의 가격은 거의 동일한 정도를 나타내고 있으나, 터빈과 발전기의 대량생산은 이들의 단가를 크게 낮출 수 있고 현재의 계산은유기랭킨 시스템의 효율이 7%라는 가정 하에 수행되었는데, 이를 10% 이상으로 높인다면 태양광 발전시스템 보다더 큰 경쟁력을 가질 것이라 판단된다.
후속연구
특히, 대형시스템의 개발보다는 중소형 시스템의 응용범위가 크게 증가하고 있기 때문에 이에 초점을 맞추는 연구가 반드시 필요하다. 국내 환경 및 에너지 문제 해결을 위해서 유기랭킨 시스템의 자체적인 설계 및 제작 능력 확보를 위한 연구 개발은 반드시 이루어져야 할 것이다
특히 국내에서는 이러한 유기랭킨 시스템에 관한 인프라가 미비한 실정이며, 시스템의 제작 및 시공을 위해서는 요소 부품들을 외국에서 수입해야 하기 때문에 초기 설비투자비가 높고 운전보수 등에 어려움이 많은 실정이다. 따라서, 이러한유기랭킨 사이클 시스템의 실용화 및 상용화를 위해서는 최적화 설계 기술의 개발과 함께, 팽창기, 펌프 및 열교환기와 같은 요소부품의 국산화 개발이 우선되어야 할 것이다. 특히, 대형시스템의 개발보다는 중소형 시스템의 응용범위가 크게 증가하고 있기 때문에 이에 초점을 맞추는 연구가 반드시 필요하다.
또한, 기존 발전 시스템의 하부 사이클(bottoming cycle)로 유기랭킨 시스템을 적용하여 효율향상에 활용될 수 있으며, 지역 냉난방 시스템에서의 활용, 그리고 현재 그 수요가 크게 증가하고 있는 마이크로터빈(micro turbine) 시장에서도 이들에서 나오는 배열을 이용하여 분산 발전시스템 (distributed power genera-tion)의 성능을 크게 향상시키기 위해 활용될 수 있다.
따라서, 이러한유기랭킨 사이클 시스템의 실용화 및 상용화를 위해서는 최적화 설계 기술의 개발과 함께, 팽창기, 펌프 및 열교환기와 같은 요소부품의 국산화 개발이 우선되어야 할 것이다. 특히, 대형시스템의 개발보다는 중소형 시스템의 응용범위가 크게 증가하고 있기 때문에 이에 초점을 맞추는 연구가 반드시 필요하다. 국내 환경 및 에너지 문제 해결을 위해서 유기랭킨 시스템의 자체적인 설계 및 제작 능력 확보를 위한 연구 개발은 반드시 이루어져야 할 것이다
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