R744용 해양온도차 발전 시스템의 작동변수에 대한 기초 설계자료를 제공하고자 증발열량, 응축열량, 전체일량, 효율에 대한 사이클 성능을 분석하였다. 본 연구에서 고려된 작동변수는 R744 해양온도차 발전 사이클의 과열도, 과냉각도, 응축온도, 증발온도 등이다. 주요 결과를 요약하면 다음과 같다. R744의 증발열량은 과열도와 과냉각도가 증가할수록 증가하는 반면, 응축온도가 증가할수록 감소한다. 전체일량은 R744의 과열도와 과냉각도와 함께 증가하나 증발온도는 증가할수록 감소한다. 그리고 효율은 과열도와 과냉각도가 증가할수록 증가하는 반면, 응축온도는 감소한다. 그러므로 R744용 해양온도차 발전 시스템의 증발열량, 응축열량, 전체일량, 효율은 과열도, 과냉각도, 응축온도, 증발온도, 펌프와 터빈 효율에 영향을 받는 것을 알 수 있었다. 따라서 R744용 해양온도차 발전 시스템의 설계시에는 이러한 영향을 면밀하게 파악하여야 한다.
R744용 해양온도차 발전 시스템의 작동변수에 대한 기초 설계자료를 제공하고자 증발열량, 응축열량, 전체일량, 효율에 대한 사이클 성능을 분석하였다. 본 연구에서 고려된 작동변수는 R744 해양온도차 발전 사이클의 과열도, 과냉각도, 응축온도, 증발온도 등이다. 주요 결과를 요약하면 다음과 같다. R744의 증발열량은 과열도와 과냉각도가 증가할수록 증가하는 반면, 응축온도가 증가할수록 감소한다. 전체일량은 R744의 과열도와 과냉각도와 함께 증가하나 증발온도는 증가할수록 감소한다. 그리고 효율은 과열도와 과냉각도가 증가할수록 증가하는 반면, 응축온도는 감소한다. 그러므로 R744용 해양온도차 발전 시스템의 증발열량, 응축열량, 전체일량, 효율은 과열도, 과냉각도, 응축온도, 증발온도, 펌프와 터빈 효율에 영향을 받는 것을 알 수 있었다. 따라서 R744용 해양온도차 발전 시스템의 설계시에는 이러한 영향을 면밀하게 파악하여야 한다.
In this paper, the cycle performance analysis for condensation and evaporation capacity, total work and efficiency of ocean thermal energy conversion power system using R744 ($CO_2$) is presented to offer the basic design data for the operating parameters of this system. The operating par...
In this paper, the cycle performance analysis for condensation and evaporation capacity, total work and efficiency of ocean thermal energy conversion power system using R744 ($CO_2$) is presented to offer the basic design data for the operating parameters of this system. The operating parameters considered in this study include superheating and subcooling degree, evaporation and condensation temperature, pump and turbine efficiency. The main results were summarized as follows : The evaporation capacity of R744 increases with superheating and subcooling degree, but decreases with the increasing condensation temperature. The total work increases with superheating and subcooling degree of R744, but decreases with the increasing evaporating temperature. And, the efficiency increases with subcooling and superheating degree, but decreases with the increasing condensation temperature. Therefore, superheating and subcooling degree, evaporation and condensation temperature and pump and turbine efficiency of R744 OTEC power system have an effect on the evaporation and condensation capacity, total work and efficiency of this system. With a thorough grasp of these effect, it is necessary to design the OTEC power cycle using R744.
In this paper, the cycle performance analysis for condensation and evaporation capacity, total work and efficiency of ocean thermal energy conversion power system using R744 ($CO_2$) is presented to offer the basic design data for the operating parameters of this system. The operating parameters considered in this study include superheating and subcooling degree, evaporation and condensation temperature, pump and turbine efficiency. The main results were summarized as follows : The evaporation capacity of R744 increases with superheating and subcooling degree, but decreases with the increasing condensation temperature. The total work increases with superheating and subcooling degree of R744, but decreases with the increasing evaporating temperature. And, the efficiency increases with subcooling and superheating degree, but decreases with the increasing condensation temperature. Therefore, superheating and subcooling degree, evaporation and condensation temperature and pump and turbine efficiency of R744 OTEC power system have an effect on the evaporation and condensation capacity, total work and efficiency of this system. With a thorough grasp of these effect, it is necessary to design the OTEC power cycle using R744.
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문제 정의
(R744, 이산화탄소)가 대두되고 있다[4]. 이에 본 논문에서는 EES(Engineering Equation Solver)[5] 프로그램을 이용하여 CO2 냉매를 적용한 해양온도차 발전시스템을 모사하고 이를 통해 해양온도차 발전시스템에 대한 기초 설계자료를 제공하고자 한다. 이를 위해 CO2 냉매용 해양 온도차 발전시스템에 영향을 미치는 변수들을 파악한 후, 이러한 인자들에 대한 영향을 분석하였다.
가설 설정
• 운동에너지와 위치에너지의 변화는 없는 것으로 가정한다.
본 논문에서 사용되는 R744 냉매의 열역학적 물성치와 성능 분석은 EES 소프트웨어를 이용하여 계산하였다. R744 냉매를 적용한 해양온도차 발전 사이클의 성능 분석을 위해 다음과 같이 가정하였다.
제안 방법
R744용 해양온도차 발전 시스템의 증발열량, 응축열량, 전체일량, 효율에 영향을 미치는 과열도(ΔTsuh ), 과냉각도(ΔTsuc), 응축온도(Tc), 증발온도(Te) 등의 인자들에 대해서 Table 2의 운전조건에서 살펴보았다.
Table 1의 분석조건으로부터 수식과 열물성치값을 계산하고 이렇게 나온 결과값을 이용하여 R744용 해양 온도차 발전 시스템의 증발열량, 응축열량, 터빈일량, 효율에 영향을 미치는 과열도, 과냉각도, 응축온도, 증발온도 등의 인자들에 대해서 살펴보고자 하였다.
본 논문에서 사용되는 R744 냉매의 열역학적 물성치와 성능 분석은 EES 소프트웨어를 이용하여 계산하였다. R744 냉매를 적용한 해양온도차 발전 사이클의 성능 분석을 위해 다음과 같이 가정하였다.
이에 본 논문에서는 EES(Engineering Equation Solver)[5] 프로그램을 이용하여 CO2 냉매를 적용한 해양온도차 발전시스템을 모사하고 이를 통해 해양온도차 발전시스템에 대한 기초 설계자료를 제공하고자 한다. 이를 위해 CO2 냉매용 해양 온도차 발전시스템에 영향을 미치는 변수들을 파악한 후, 이러한 인자들에 대한 영향을 분석하였다.
성능/효과
(1) 증발열량에 대한 과열도, 과냉각도, 증발온도, 응축온도, 터빈효율, 펌프효율의 영향을 살펴보면, 우선 과열도, 과냉각도, 증발온도가 증가할수록 증발열량은 증가하는 반면, 응축온도가 증가할수록 증발열량은 감소한다. 그리고 터빈효율과 펌프효율과는 무관하게 증발열량은 일정하다.
(2) 응축열량에 대한 과열도, 과냉각도, 증발온도, 응축온도, 터빈효율, 펌프효율의 영향을 살펴보면, 우선 과열도, 과냉각도, 터빈효율이 증가할수록 응축열량은 증가하는 반면, 응축온도와 증발온도가 증가할수록 증발열량은 감소한다. 그리고 펌프효율과는 무관하게 응축열량은 일정하다.
(3) 전체일량에 대한 과열도, 과냉각도, 증발온도, 응축온도, 터빈효율, 펌프효율의 영향을 살펴보면, 우선 과열도, 과냉각도, 증발온도, 터빈효율이 증가할수록 전체일량은 증가하는 반면, 응축온도와 터빈효율이 증가할수록 전체일량은 감소한다.
(4) 효율에 대한 과열도, 과냉각도, 증발온도, 응축온도, 터빈효율, 펌프효율의 영향을 살펴보면, 우선 과열도, 과냉각도, 증발온도, 터빈효율이 증가할수록 효율은 증가하는 반면, 응축온도와 터빈효율이 증가할수록 효율은 감소한다.
(5) 위의 결과로부터 R744를 냉매로 사용하는 해양온도차 발전 사이클의 증발열량, 응축열량, 전체일량, 효율에 과열도, 과냉각도, 증발온도, 응축온도 등에 영향을 받는다는 것을 알 수 있었고, 이러한 영향들을 잘 파악하여 R744용 해양온도차 발전 사이클을 설계할 필요가 있음을 알 수 있었다.
Figure 9에서 펌프효율이 증가할수록 펌프일량이 감소하기 때문에 전체 일량은 증가하고, 증발열량과 응축열량은 펌프 효율과 무관하기 때문에 거의 일정하다. 따라서 위의 결과로부터 해양온도차 발전 사이클의 전체 효율은 펌프효율과 함께 증가한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
해양온도차이란 무엇인가?
해양에너지 중에서 해양온도차는 표층의 따뜻한 해수와 심해의 차가운 해수의 온도차를 말하는 것이다. 해양의 표층에서 100m 정도까지의 해수는 태양 에너지의 일부가 열로 축적되며, 저위도 지방에서는 연중 25~30℃ 정도로 유지된다.
해양온도차 발전은 무엇인가?
한편 극지방에서 냉각된 해수는 해양 대순환에 따라 저위도지방으로 이동하며, 이동에 따라 주변의 바닷물 사이에 온도차가 발생하여 밀도가 상대적으로 큰 극지방에서 차가운 해수는 심층으로 가라앉게 된다. 따라서 이러한 해양 온도차를 랭킨사이클에 적용하면 터빈으로부터 동력을 얻을 수 있고, 이 동력을 발전기 구동에 사용하면 전기를 생산할 수 있는데,이러한 기술을 해양온도차 발전(Ocean Thermal Energy Conversion, OTEC)이라고 한다[1-2].
해양온도차 발전 사이클의 성능 분석을 위해 가정한 것들은 무엇인가?
• 열교환기(증발기, 응축기)내의 냉매 압력강하와 열손실은 무시한다.
• 사이클 내 배관의 압력강하와 열손실은 무시한다.
• 운동에너지와 위치에너지의 변화는 없는 것으로 가정한다.
참고문헌 (5)
홍기용, 현범수, "해양에너지기술현황과전망", 설비저널, 제30권, 제1호, pp. 13-20, 2010.
Zhang Shengjun, Wang Huaixin and Guo Tao, "Performance comparison and parametric optimization of subcritical Organic Rankine Cycle (ORC) and transcritical power cycle system for low-temperaturegeothermal power generation," Applied Energy 88, pp. 2740-2754, 2011.
H. S. Lee, D. H. Jung, S. W. Hong and H. J. Kim, "Performance analysis of closed-type OTEC cycle using waste heat," Journal of The Korean Society of Ocean Engineers vol. 25, no. 1, pp. 80-84, 2011.
C. H. Son and H. K. Oh, "Heat exchanger of heat pump using $CO_{2}$ ," Journal of the Korean Society of Marine Engineering, vol. 32, no. 1, pp. 10-14, 2008.
EES: Engineering Equation Solver, 2006. fChart Software Inc.
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