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발전소 온배수를 이용한 1MW급 폐쇄형 해양온도차발전 성능해석
Analysis of 1MW Closed OTEC Cycle Using Thermal Effluent and Waste Heat 원문보기

한국마린엔지니어링학회지 = Journal of the Korean Society of Marine Engineering, v.34 no.4, 2010년, pp.470 - 476  

김현주 (한국해양연구원 해양심층수연구센터) ,  이호생 (한국해양연구원 해양심층수연구센터) ,  정동호 (한국해양연구원 해양심층수연구센터) ,  문덕수 (한국해양연구원 해양심층수연구센터)

초록
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발전소 온배수 및 폐열을 이용한 1 MW급 폐쇄형 해양온도차발전 사이클에 대한 성능을 비교 분석하였다. 폐쇄형 해양온도차발전 사이클에 대한 열역학적 모델은 랭킨 사이클이고, 기화기 증발 열원으로 발전소 온배수를 이용하여 사이클 효율, 기화기 및 응축기 열량 등 사이클 성능을 비교 분석하였다. 발전소 온배수 온도가 증가함에 따라 기화기 내 증발 포화압력은 상승하게 되고 그로 인해 사이클 효율은 증가하였고, 총 출력 1 MW에 필요한 기화기 및 응축기 용량은 감소하였다. 따라서 발전소 온배수는 폐쇄형 해양온도차발전에서 주요한 열원으로 사용될 수 있음을 알 수 있었다. 또한, 주위 이용 가능한 폐열이 있을 때 기화기 출구 작동유체와 열교환시켜 터빈으로 유입되는 작동유체의 온도를 상승시킨다면 사이클 효율은 크게 증가할 것이다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The thermodynamic performance of closed ocean thermal energy conversion (OTEC) cycle with 1 MW gross power was evaluated to obtain the basic data for the optimal design of OTEC. The basic thermodynamic model for OTEC is Rankine cycle and the thermal effluent from power plant was used for the heat so...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 본 연구에서는 발전소 온배수를 이용한 폐쇄형 온도차발전 사이클을 모사하여 온배수 공급온도에 따른 사이클 성능을 비교하고, 또한 이용 가능한 폐열 사용으로 인한 작동유체의 온도 상승이 사이클 효율에 미치는 영향을 분석하고자 한다.

가설 설정

  • Figure 2는 폐쇄형 해양온도차발전 사이클의 T-s선도를 나타내고 있다. 그림에서와 같이 기화기는 가열, 상변화, 과열 구간 등 3 구간으로, 응축기는 상변화 및 과냉 등 2 구간으로 설정하였고, 터빈 및 펌프는 각각 이상적인 등엔트로피과정으로 가정하였다. 또한, 외부와의 열교환 및 열교환기 내에서의 압력강하는 무시하였다.
  • 그림에서와 같이 2월 경 온배수 온도는 약 21℃로 가장 낮고, 8월 경 약 36℃로 가장 높게 나타났다. 본 사이클 모사에서 해양온도차발전 응축기에 냉각열원으로 사용되는 심층수 온도를 2℃로 가정하였고, 일반적으로 해양온도차발전에 사용되는 심층수 및 표층수 온도차가 20℃이상일 때 경제적인 발전이 가능하므로 [9] 발전소 온배수는 연중 해양온도차벌전 사이클의 기화기 증발열원으로 유효한 열원임을 알 수 있다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
과학기술의 발전으로 인한 산업화가 가져온 결과는 무엇인가? 오늘날 과학기술의 급속한 발전으로 인한 산업화는 인류의 삶의 질을 크게 개선하여 왔지만, 이에 따른 화석연료 소비의 증가로 심각한 에너지 수급 및 지구 온난화라는 환경 문제에 직면하고 있다. 이런 지구온난화에 대처하기 위한 목적으로 국제적 으로 기후변화협약 등을 통해 온실가스 감축을 위한 실천적 규범을 발효하였으나, 우리나라를 비롯한 세계의 에너지 소비는 향후 지속적인 경제발전을 추진하기 위해서 계속해서 증가할 것으로 전망되고 있다.
발전소 온배수를 폐쇄형 해양온도차발전의 열원으로 사용 시 미치는 영향을 분석한 결과는 무엇인가? (1) 연중 발전소 온배수는 21℃에서 최대 36℃까지 변화하면서 해양온도차발전의 기화기 증발열원으로서 유효한 열원임을 알 수 있었다. (2) 총 출력 1 MW에 대해, 기화기로 유입되는 온배수 온도가 증가함에 따라 기화기 내 증발 포화 압력이 상승하게 되어 사이클 효율이 증가하였다. (3) 총 출력 1 MW에 대해, 기화기로 유입되는 온배수 온도가 증가함에 따라 사이클 효율 향상에 따라 필요 냉매 순환량 및 해수 유량은 감소하였다. (4) 해양 표층수보다 높은 온도 레벨의 주위 이용 가능한 폐열과 터빈으로 유입되는 작동유체를 열교환시켜 터빈으로 유입되는 작동유체 증기의 온도를 상승시킨다면 사이클 효율은 크게 증가할 것이다.
폐쇄형 해양온도차발전 사이클의 특징은 무엇인가? 기본적인 폐쇄형 해양온도차발전 사이클의 개략도를 Figure 1에 나타내었다. 그림에서와 같이 기본적인 폐쇄형 해양온도차발전 사이클은 기화기, 터빈, 응축기 및 펌프로 구성되어 있고 이들 구성기기가 서로 파이프라인으로 연결되어 작동되는데 폐쇄형 해양온도차발전의 기본 원리는 일반 발전의 원리와 동일하다. 표층수와 심층수 사이의 온도차를 이용해 비등점이 낮은 작동유체를 표층수로 증발시킨 뒤 그 압력차를 이용해 터빈에서 발전하는 것으로, 고온의 열원에서 저온의 열원으로 열이 흘러 들어가 터빈을 구동시켜 전력을 생산하는 방법이다.
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참고문헌 (9)

  1. A. D'Arsonal, "Utilisation de forces naturelles, Revue Scientifique", vol. 17, pp. 370-372, 1881. 

  2. G. Claude, "Power from the tropical seas", Mechanical Engineering, vol. 52, no. 12, pp. 1039-1044, 1990. 

  3. 김광우, "해양온도차 발전 시스템의 소개", 대한설비공학회지, 제30권, 제1호, pp. 18-25, 2001. 

  4. 홍기용, 현범수, "해양에너지 기술현황과 전망", 설비저널, 제39권, 제1호, pp. 13-20, 2010. 

  5. H. Uehara, "The experimental research on ocean thermal energy conversion using the Uehara cycle", proceedings of the International OTEC/DOWA Conference, pp. 132-141, 1999. 

  6. Korea Power Company, A Study on the Development of Ocean Thermal Energy conversion and Wave Power Generation System, Technical report, KRC-89G-T10, 1989. 

  7. 이호생, 김현주, 윤정인, "해양 심층수를 이용한 냉난방 히트펌프 시스템", 한국마린엔지니어링학회, 제34권, 제1호, pp. 21-25, 2010. 

  8. 엄지홍, 이재용, 김남진, 김종보, "20 kW급 해양온도차 파이롯 플랜트 성능실험", 대한설비공학회, 제13권, 제10호, pp. 1002-1009, 2001. 

  9. L. A. Vega, "Ocean thermal energy conversion", Encyclopedia of Energy Technology and the Environment, pp. 2104-2119, 1995. 

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