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문제 정의
- 본 논문에서는 기존 변압식 압축공기저장(CAES) 발전 시스템의 효율 및 에너지 밀도 향상을 위해 공압식 양수발전이 결합된 새로운 정압식 압축공기저장 발전 시스템을 제시하고 있으며, 기존 변압식 CAES 발전 시스템과 비교를 위해 엑서지 개념을 포함한 에너지 분석을 수행하였다. 새로운 정압식 발전 시스템은 압력 변동율이 40%(PS2/PS1 = 1.
- 따라서 일반적으로는 압축공기 저장조의 부피를 크게하여 압축공기를 충전하고 방출할 때 압력 변동폭이 일정범위로 유지되도록 하고 있으며, 이는 압축공기 저장조 건설의 비용을 증가시키는 원인이 되고 있다. 본 논문에서는 이러한 기존의 변압식 압축공기저장 발전 방식의 문제점을 해결하기 위해 새로운 방식의 정압식 압축공기저장 발전 방식을 제시하고 있으며 [3], 엑서지 개념을 포함한 에너지 분석을 통해 에너지 밀도 증가와 효율 향상 효과를 예측하였다. 새로운 방식의 정압식 압축공기 저장 발전 방식은 공압식 양수 발전과 정압식 압축공기저장 발전의 하이브리드 개념으로 기존 변압식 압축공기저장 발전 방식에 비해 정압 운전에 의한 효율향상과 에너지 밀도 증가로 압축 공기 저장조의 크기를 줄일 수 있는 장점을 가지고 있다.
가설 설정
- (a) 압축가스(공기)는 이상기체와 같은 상태방정식을 따른다.
- (b) 액체(물)는 비압축성으로 가정하였다.
- (c) 가스와 액체의 흐름에서 운동에너지와 위치에너지의 효과는 무시되었고, 상변화와 화학적 반응은 없다고 가정하였다.
- (d) 가스와 액체의 흐름에서 관속에서의 압력손실은 무시되었다.
- 의 최대값을 300 bar로 가정하였다. 또한 압축공기 저장 압력 PS는 에너지 저장 밀도, 효율, 시스템의 경제성 등을 함께 고려하여 최적화되며 일반적으로 CAES 팽창기(터빈) 에 공급되는 압력은 50 bar 전후이므로 [5] PS는 50 bar로 가정하였다.
- 현재 천연가스 저장을 위한 지하의 복공식 암반 공동이나 상용 고압 용기의 경우 최대 허용 압력은 대략 300 bar 정도이므로 본 연구에서는 P2의 최대값을 300 bar로 가정하였다. 또한 압축공기 저장 압력 PS는 에너지 저장 밀도, 효율, 시스템의 경제성 등을 함께 고려하여 최적화되며 일반적으로 CAES 팽창기(터빈) 에 공급되는 압력은 50 bar 전후이므로 [5] PS는 50 bar로 가정하였다.
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