초임계 이산화탄소 사이클은 소형화 및 효율 향상에 대한 잠재력 때문에 최근 관심이 증가하고 있으며, 원자력, 태양열(CSP) 및 화력 발전 분야에서 활발히 연구되고 있다. 이와 관련하여, 본 논문에서는 한국에너지기술연구원(KIER)의 초임계 이산화탄소 동력 사이클 연구 내용과 현황을 소개하였다. 1 단계 연구에서는 단순 초임계 브레이튼 사이클 실험 루프를 제작 및 시운전 하였으며, 현재 진행중인 2 단계 연구에서는 두개의 터빈과 두개의 재생기를 갖는 초임계 이중(dual) 브레이튼 사이클을 설계 및 제작하고 있다. 최적 설계를 위한 초임계 이중 브레이튼 사이클 모델링 및 시뮬레이션 결과, 본 연구에서 고려한 조건하에서, 사이클의 순출력을 극대화시키는 설계 변수가 존재함을 확인하였다.
초임계 이산화탄소 사이클은 소형화 및 효율 향상에 대한 잠재력 때문에 최근 관심이 증가하고 있으며, 원자력, 태양열(CSP) 및 화력 발전 분야에서 활발히 연구되고 있다. 이와 관련하여, 본 논문에서는 한국에너지기술연구원(KIER)의 초임계 이산화탄소 동력 사이클 연구 내용과 현황을 소개하였다. 1 단계 연구에서는 단순 초임계 브레이튼 사이클 실험 루프를 제작 및 시운전 하였으며, 현재 진행중인 2 단계 연구에서는 두개의 터빈과 두개의 재생기를 갖는 초임계 이중(dual) 브레이튼 사이클을 설계 및 제작하고 있다. 최적 설계를 위한 초임계 이중 브레이튼 사이클 모델링 및 시뮬레이션 결과, 본 연구에서 고려한 조건하에서, 사이클의 순출력을 극대화시키는 설계 변수가 존재함을 확인하였다.
Because of the growing interest in supercritical carbon dioxide power cycle technology owing to its potential enhancement in compactness and efficiency, supercritical carbon dioxide cycles have been studied in the fields of nuclear power, concentrated solar power (CSP), and fossil fuel power generat...
Because of the growing interest in supercritical carbon dioxide power cycle technology owing to its potential enhancement in compactness and efficiency, supercritical carbon dioxide cycles have been studied in the fields of nuclear power, concentrated solar power (CSP), and fossil fuel power generation. This study introduces the current status of the research project on the supercritical carbon dioxide power cycle by Korea Institute of Energy Research (KIER). During the first phase of the project, the un-recuperated supercritical Brayton cycle test loop was built and tested. In phase two, researchers are designing and building a supercritical carbon dioxide dual Brayton cycle, which utilizes two turbines and two recuperators. Under the simulation condition considered in this study, it was confirmed that the design parameter has an optimal value for maximizing the net power in the supercritical carbon dioxide dual cycle.
Because of the growing interest in supercritical carbon dioxide power cycle technology owing to its potential enhancement in compactness and efficiency, supercritical carbon dioxide cycles have been studied in the fields of nuclear power, concentrated solar power (CSP), and fossil fuel power generation. This study introduces the current status of the research project on the supercritical carbon dioxide power cycle by Korea Institute of Energy Research (KIER). During the first phase of the project, the un-recuperated supercritical Brayton cycle test loop was built and tested. In phase two, researchers are designing and building a supercritical carbon dioxide dual Brayton cycle, which utilizes two turbines and two recuperators. Under the simulation condition considered in this study, it was confirmed that the design parameter has an optimal value for maximizing the net power in the supercritical carbon dioxide dual cycle.
을 설계 및 제작 하고 있다. 본 논문에서는 KIER의 초임계 이산화탄소 동력 사이클 연구 내용과 현황을 소개하고, 향후 고온 폐열 이용 분야에 응용이 가능할 것으로 기대되는 이중 사이클의 특성을 살피기 위하여 초임계 이산화탄소 이중 브레이튼 사이클을 모델링하고 시뮬레이션 하였다. ;
제안 방법
본 연구에서는 소형화 및 효율 향상에 대한 잠재력 때문에 최근 관심이 증가하고 있는 초임계 이산화탄소 발전 기술 분야에 있어서 한국에너지기술연구원(KIER)의 연구 현황을 소개하였다. 또한, 향후 고온 폐열 이용 분야에 응용이 가능할 것으로 기대되는 초임계 이산화탄소 이중 사이클의 특성을 살피기 위하여 사이클을 모델링하고 시뮬레이션 하였다. 시뮬레이션 결과, 초임계 이산화탄소 이중 사이클의 순출력은 분기율(Φ)에 따라 변화함을 확인하였다.
특히, 휠 전후면의 압력차가 통상적인 공기 시스템의 그것에 비해 크므로, 축력(axial thrust)에 대한 고려 또한 필요하다. 이상과 같은 제한 요건들을 고려, 본 연구에서는 순수 구심형(radial type)으로서 팁 간극 손실(tip clearance loss)이 작은 슈라우드 일체형(shrouded type)으로 터보기계를 설계하였다. 압축기 및 터빈 휠의 직경은 약 50 mm이다.
대상 데이터
이와 더불어, 본 운전 조건이 고압, 고회 전수 조건임을 고려하여 구조해석을 수행하였다. AI6061-T6, AI7075-T6 및 17-4PH의 3가지 재료에 대해 케이스 내부 유로에 작동 압력의 두 배인 26 MPa을 경계조건으로 하여 구조해석을 진행하였다. Al7075-T6의 경우 최대 등가응력은 319.
성능/효과
시뮬레이션 결과, 초임계 이산화탄소 이중 사이클의 순출력은 분기율(Φ)에 따라 변화함을 확인하였다. 또한, 순출력을 극대화시킬 수 있는 최적 분기율이 존재함을 확인하였다. 본 연구의 시뮬레이션 조건 하에서, 단순 사이클 대비 이중 사이클 구성에 따른 순출력 향상은 최대 약 54%로 계산되었다.
또한, 순출력을 극대화시킬 수 있는 최적 분기율이 존재함을 확인하였다. 본 연구의 시뮬레이션 조건 하에서, 단순 사이클 대비 이중 사이클 구성에 따른 순출력 향상은 최대 약 54%로 계산되었다.
또한, 향후 고온 폐열 이용 분야에 응용이 가능할 것으로 기대되는 초임계 이산화탄소 이중 사이클의 특성을 살피기 위하여 사이클을 모델링하고 시뮬레이션 하였다. 시뮬레이션 결과, 초임계 이산화탄소 이중 사이클의 순출력은 분기율(Φ)에 따라 변화함을 확인하였다. 또한, 순출력을 극대화시킬 수 있는 최적 분기율이 존재함을 확인하였다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
초임계 상태의 특징은 무엇인가
초임계 이산화탄소 발전 시스템 기술은 초임계 상태의 이산화탄소를 작동유체로 사용함으로써, 기존 발전 기술에 비해 발전효율 향상 및 모듈화가 가능한 고효율 소형화 전력생산 시스템 기술이다. 여기서, 초임계 상태란 물질의 특이점인 임계점 이상의 온도와 압력상태를 의미하며, 이 상태에서는 액상과 기상의 성질을 모두 보유하게 된다. 이산화탄소의 임계점은 30.
초임계 이산화탄소 발전 시스템 기술은 무엇인가
초임계 이산화탄소 발전 시스템 기술은 초임계 상태의 이산화탄소를 작동유체로 사용함으로써, 기존 발전 기술에 비해 발전효율 향상 및 모듈화가 가능한 고효율 소형화 전력생산 시스템 기술이다. 여기서, 초임계 상태란 물질의 특이점인 임계점 이상의 온도와 압력상태를 의미하며, 이 상태에서는 액상과 기상의 성질을 모두 보유하게 된다.
초임계 이산화탄소 발전 사이클에서 터보 기계를 매우 컴팩트하게 제작하는 것의 장점은 무엇인가
초임계 이산화탄소 발전 사이클에서는 높은 밀도의 초임계 유체 특성으로 인해 동일 용량의 스팀 발전 사이클에 비해 터보기계를 매우 컴팩트하게 제작할 수 있다. 이러한 특징은 분명히 수십 -수백 MW급 상용 발전소 규모에서는 제작 단가를 낮추는 강력한 장점으로 작용할 것으로 기대된 다. 그러나 소형화의 장점은 본 연구에서와 같은 수십 kW급 초소형 시스템에서의 터보기계 크기를 전형적인 상용 터보기계의 크기에 비해 매우 작게 하므로, 제작을 어렵게 하고 회전수를 증가시킨다.
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