본 논문은 제안된 고효율 R717용 해양온도차 발전 시스템의 운전변수에 대한 최적의 설계를 위해 엑서지 효율을 이론적으로 분석하였다. 본 연구에서 고려된 작동변수로는 증발기 출구압력, 고단터빈 출구압력, 응축기 입구압력 그리고 냉각기 출구건도이다. 분석한 결과를 요약하면 다음과 같다. R717용 OTEC 발전 사이클의 증발기 출구압력, 냉각기 출구건도가 증가할수록 엑서지 효율은 증가한다. 그러나 고단터빈 출구압력, 응축기 입구압력이 증가할수록 엑서지 효율이 감소한다. 그리고 이러한 작동변수들 중에서 증발기 출구압력이 R717용 OTEC 발전 사이클의 엑서지 효율에 가장 크게 영향을 미치고, 고단터빈 출구압력이 가장 적게 영향을 미친다.
본 논문은 제안된 고효율 R717용 해양온도차 발전 시스템의 운전변수에 대한 최적의 설계를 위해 엑서지 효율을 이론적으로 분석하였다. 본 연구에서 고려된 작동변수로는 증발기 출구압력, 고단터빈 출구압력, 응축기 입구압력 그리고 냉각기 출구건도이다. 분석한 결과를 요약하면 다음과 같다. R717용 OTEC 발전 사이클의 증발기 출구압력, 냉각기 출구건도가 증가할수록 엑서지 효율은 증가한다. 그러나 고단터빈 출구압력, 응축기 입구압력이 증가할수록 엑서지 효율이 감소한다. 그리고 이러한 작동변수들 중에서 증발기 출구압력이 R717용 OTEC 발전 사이클의 엑서지 효율에 가장 크게 영향을 미치고, 고단터빈 출구압력이 가장 적게 영향을 미친다.
This paper describes an analysis on exergy efficiency of proposed high-efficiency R717 OTEC power system to optimize the design for the operating parameters of this system. The operating parameters considered in this study include outlet pressure in an evaporator and high turbine, inlet pressure con...
This paper describes an analysis on exergy efficiency of proposed high-efficiency R717 OTEC power system to optimize the design for the operating parameters of this system. The operating parameters considered in this study include outlet pressure in an evaporator and high turbine, inlet pressure condenser and vapor quality at cooler outlet, respectively. The main results are summarized as follows : As the outlet pressure in an evaporator and vapor quality at cooler outlet of R717 OTEC power system increases, the exergy efficiency of this system increases, respectively. But outlet pressure in the high turbine, inlet pressure in the condenser of R717 OTEC power system increases, the exergy efficiency of this system decreases, respectively. And, incase of exergy efficiency of this OTEC system, the effect of inlet pressure in an evaporator and outlet pressure in the high turbine on R717 OTEC power system is the largest and the lowest among operation parameters, respectively.
This paper describes an analysis on exergy efficiency of proposed high-efficiency R717 OTEC power system to optimize the design for the operating parameters of this system. The operating parameters considered in this study include outlet pressure in an evaporator and high turbine, inlet pressure condenser and vapor quality at cooler outlet, respectively. The main results are summarized as follows : As the outlet pressure in an evaporator and vapor quality at cooler outlet of R717 OTEC power system increases, the exergy efficiency of this system increases, respectively. But outlet pressure in the high turbine, inlet pressure in the condenser of R717 OTEC power system increases, the exergy efficiency of this system decreases, respectively. And, incase of exergy efficiency of this OTEC system, the effect of inlet pressure in an evaporator and outlet pressure in the high turbine on R717 OTEC power system is the largest and the lowest among operation parameters, respectively.
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문제 정의
본 연구에서는 제안한 고효율 OTEC 발전 사이클의 엑서지 특성을 분석 및 파악하기 위해 HYSYS [13] 프로그램을 이용하여 R717용 OTEC 발전시스템을 모사하고, 각각의 변수에 대한 영향을 분석하였다. 이를 통해 본 연구에서 제안하는 고효율 OTEC 발전 사이클에 대한 기초 설계 자료를 제공하고자 한다.
제안 방법
25%)을 나타내었다. 따라서 이후의 OTEC 발전 사이클에는 위의 터빈 출구 압력을 적용하여 분석하였다.
본 논문에서 제안한 OTEC 발전 사이클의 특징은 냉각기와 기액분리기를 채용하여 응축기의 방출열량을 감소시키고, 재생기를 사용하여 증발기의 흡입열량을 줄이며, 또한 2단 터빈을 사용하여 출력일과 시스템 효율을 증가시키는 것이다.
본 연구에서는 제안한 고효율 OTEC 발전 사이클의 엑서지 특성을 분석 및 파악하기 위해 HYSYS [13] 프로그램을 이용하여 R717용 OTEC 발전시스템을 모사하고, 각각의 변수에 대한 영향을 분석하였다. 이를 통해 본 연구에서 제안하는 고효율 OTEC 발전 사이클에 대한 기초 설계 자료를 제공하고자 한다.
지금까지 본 논문에서 제안한 R717용 OTEC 발전 시스템의 엑서지 효율에 영향을 미치는 증발기 출구압력(Pe,ou t), 고단터빈 출구압력(PH,t,ou t), 냉각기 출구건도(xHX2,ou t)와 응축기 입구압력(Pc,in )의 인자들에 대해서 Table 2의 운전조건에서 살펴보았다. 그 결과를 요약하면 다음과 같다.
최고의 OTEC 발전 시스템 효율을 나타내는 중간압력을 찾기 위해서 고단 터빈의 출구 압력(PH,t,ou t)을 변화시켜가면서, 증발과 응축열량, 순수일량의 변화를 살펴보았다. 그 결과는 630 kPa에서 최대값(4.
이론/모형
R717 냉매의 열역학적 물성치와 상태방정식은 HYSYS에서 제공하는 여러 가지 상태방정식 중에서 R717 냉매에 잘 맞는 Peng-Robinson식[12]을 이용하여 계산하였다.
성능/효과
(1) R717용 OTEC 발전 사이클의 증발기 출구압력, 냉각기 출구건도가 증가할수록 엑서지 효율은 증가한다. 그러나 고단터빈과 응축기 입구압력이 증가할수록 엑서지 효율이 감소한다.
(2) 이러한 작동변수들 중에서 증발기 출구압력 (Pe,ou t)의 변화가 R717용 OTEC 발전 사이클의 엑서지 효율에 가장 크게 영향을 미치고, 고단터빈 출구압력(PH,t,ou t)이 가장 적게 영향을 미친다. 따라서 R717용 OTEC 발전 사이클의 엑서지 효율을 증가시키기 위해서는 증발기 출구압력을 증가시키는 것이 가장 유리하다.
그러나 고단터빈과 응축기 입구압력이 증가할수록 엑서지 효율이 감소한다. 따라서 R717용 OTEC 발전 사이클의 엑서지 효율은 증발기 및 고단터빈 출구압력, 응축기 입구압력과 냉각기 출구건도에 영향을 받는 것을 확인할 수 있었다.
)과 엑서지 손실인자(EDF)의 변화를 나타낸 것이다. 응축기 입구압력이 증가할수록 엑서지 효율은 약 8% 정도 감소하는 경향을 보였다. 이는 응축기 입구압력 즉, 저단터빈의 출구압력이 증가하게 되면, 이 저단터빈의 입·출구 압력차가 감소하기 때문에 저단터빈 일량이 감소하고, 결과적으로 순수일량(W)이 감소한다.
)과 엑서지 손실인자(EDF)의 변화를 나타낸 것이다. 증발기 출구압력이 증가할수록 엑서지 효율은 약 109% 정도 증가한다. 이는 증발기 출구압력이 증가함에 따라 고단터빈의 입·출구 압력차가 커지고, 결과적으로 고단터빈 일량이 증가하고 순수일량(W)이 증가한다.
후속연구
즉, 표층수와 열교환하는 냉매의 증발압력(≒증발온도)을 높일 수 있는 증발기 개발이 중요하리라 생각된다. 그리고 본 시스템의 엑서지 효율을 향상시키기 위해서는 반드시 각 구성품의 엑서지 손실을 파악해야 하며 이를 통해 엑서지 손실을 최소화하여 R717용 OTEC 발전 사이클이 최대 효율을 나타낼 수 있도록 해야 한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
해양온도차 발전의 특징은?
해양온도차(Ocean Thermal Energy Conversion, 이하 OTEC) 발전은 낮은 시스템 효율에도 불구하고, 청정에너지원으로서 심층수와 표층수를 해양으로부터 직접 얻을 수 있는 등의 장점으로 인해 이와 관련된 연구가 세계적으로 다양하게 진행되고 있는 실정이다. 해양의 표층수와 심층수의 온도차를 랭킨사이클에 적용하여 동력을 얻고, 이 동력을 발전기 구동에 이용하여 전기를 생산하는데, 이 기술을 적용한 시스템을 해양온도차 발전사이클 (OTEC power cycle)이라 한다.
해양온도차 발전사이클란?
해양온도차(Ocean Thermal Energy Conversion, 이하 OTEC) 발전은 낮은 시스템 효율에도 불구하고, 청정에너지원으로서 심층수와 표층수를 해양으로부터 직접 얻을 수 있는 등의 장점으로 인해 이와 관련된 연구가 세계적으로 다양하게 진행되고 있는 실정이다. 해양의 표층수와 심층수의 온도차를 랭킨사이클에 적용하여 동력을 얻고, 이 동력을 발전기 구동에 이용하여 전기를 생산하는데, 이 기술을 적용한 시스템을 해양온도차 발전사이클 (OTEC power cycle)이라 한다.
해양온도차 발전사이클의 효율을 향상시키기 위해 어떻게 하였는가?
지금까지 많은 연구자[1]-[11]들은 고효율 OTEC 발전 시스템 개발을 위해 연구를 진행해 오고 있다. 우선, Kalina et al. [8]는 OTEC 발전 사이클의 큰 비중을 차지하는 열교환기(증발기와 응축기)의 효율을 향상시키기 위해서 암모니아-물의 혼합물을 작동유체로 사용하였다. 또한, Uehara et al. [9]는 Kalina [8]등과 마찬가지로 암모니아-물 혼합물의 작동유체를 사용하고, 다단 터빈, 재생기, 재열기, 분리기 등의 기기를 OTEC 발전 사이클에 적용하였다.
참고문헌 (13)
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T. J. Rabas, C. B. Panchal, and H. C. Stevens, "Integration and optimization of the gas removal system for hybrid-cycle OTEC power plants", Journal of Solar Energy Engineering, vol. 112, no. 1, pp. 19-28, 1990.
A. I. Kalina, "Combined cycle system with novel bottoming cycle", Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, vol. 106, no. 4, pp. 737-742, 1984.
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