초록 ▼

최종목표
한∙중 양국간의 국제협력을 통하여 Tower형 태양열 발전시스템을 개발, 중국 현지에 1MW급 발전시스템을 구축하고 운전
개발내용 및 결과
- 흡수기 설계, 제작: 집광된 태양광을 받아 28 bar, 400℃의 과열증기를 생산하여 증기터빈을 구동할 수 있도록 함
- 저장기 설계, 제작: 태양의 일사량이 낮거나 없을 경우를 대비열을 저장하여 증기를 생산할 때 사용하는 설비로서 용융염을 이용하여 증기의 현열을 저장하고 1MWh 발전할 수 있도록 함.
- 헬리오스타트 제어: 태양을 추적, 반사하여 발전

최종목표
한∙중 양국간의 국제협력을 통하여 Tower형 태양열 발전시스템을 개발, 중국 현지에 1MW급 발전시스템을 구축하고 운전
개발내용 및 결과
- 흡수기 설계, 제작: 집광된 태양광을 받아 28 bar, 400℃의 과열증기를 생산하여 증기터빈을 구동할 수 있도록 함
- 저장기 설계, 제작: 태양의 일사량이 낮거나 없을 경우를 대비열을 저장하여 증기를 생산할 때 사용하는 설비로서 용융염을 이용하여 증기의 현열을 저장하고 1MWh 발전할 수 있도록 함.
- 헬리오스타트 제어: 태양을 추적, 반사하여 발전시스템에 열원을 공급하는 설비로서 태양추적제어 기술을 개발하고 이를 보정할 수 있는 프로그램을 개발
- 시뮬레이션: 태양열발전 플랜트의 설계 및 성능 예측을 위한 프로그램 개발과 상용코드를 이용한 기본설계
- 요소기술 개발: 흡수기 열손실 해석, 실험 및 열유속 분포에 따른 증발관 실험, 용융염 열전달 실험 및 히트파이프 이용 열저장기술 개발
기술개발배경
2010년 기준 세계 태양열발전 규모는 1 GW 정도이나 2020년 경에는 30 GW로 증가할 것으로 내다보고 있으며 국내의 경우 중공업, 건설, 엔지니어링 관련 기업들이 매우 뛰어난 발전설비 기술을 보유하고 있으며 특히 중동 등 고일사 지역에서의 풍부한 플랜트 건설 경험을 가지고 있어 기존 발전형식에 기반을 둔 태양열발전 기술에 대한 접근이 용이하여 기술습득과 시장 진출을 통한 상업화가 가능하리라 봄. 또한
태양열에 의한 발전단가는 장기적으로는 약 5 - 10 cents/kWh 정도를 형성할 수 있을 것으로 예상됨. 또한 현재 기술개발이 진행되고 있으며 상업화 초기 기술로서 기술개발에 따른 시장접근이 가능하다고 판단됨.
핵심개발기술의 의의
물/증기 흡수기로는 국내에서 처음 개발되었으며 용융염 열저장기의 경우 많은 태양열 발전플랜트가 사용하고 있는 요소설비로서 모두 국내 독자 기술임. 이에 기술이전시 국내에서 자체 공급이 가능하리라 예상됨.
적용분야
태양열 발전, 고온 열저장, 집광형 수소 생산

목차 Contents

• 표지 ... 2
• 제출문 ... 3
• 기술개발사업 최종보고서 초록 ... 4
• 기술개발사업 주요 연구성과 ... 7
• 목차 ... 17
• 그림 목차 ... 21
• 표 목차 ... 33
• 제 1 장 서 론 ... 38
• 제 1 절 개발기술의 중요성 및 필요성 ... 38
• 제 2 절 국내외 관련 기술의 현황 ... 41
• 1. 타워형 태양열 흡수기 (Solar Central Receiver) ... 41
• 2. 열저장기 (Thermal storage) ... 47
• 가. 국내·외 관련 기술의 현황 ... 48
• 3. 집광시스템 제어 ... 49
• 가. 국외기술 현황 ... 49
• 나. 국내기술 현황 ... 52
• 제 3 절 기술개발시 예상되는 기술적 경제적 파급 효과 ... 52
• 제 2 장 기술개발 내용 및 방법 ... 54
• 제 1 절 최종 목표 및 평가 방법 ... 54
• 제 2 절 단계 목표 및 평가 방법 ... 55
• 제 3 절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 ... 56
• 제 3 장 결과 및 사업화 계획 ... 57
• 제 1 절 연구개발 최종 결과 ... 57
• 제 2 절 연구개발 추진 체계 ... 61
• 제 3 절 전체 발전시스템 기초설계 ... 62
• 1. 일사량 분석(동아시아) ... 62
• 2. 발전시스템 구성 및 기본설계 ... 63
• 3. 사이클 시뮬레이션 프로그램 개발 ... 70
• 가. 프로그램 분석 ... 70
• 제 4 절 흡수기 개발 ... 80
• 1. 흡수기 열손실 연구 ... 80
• 가. 캐비티 흡수기 열손실 실험 ... 82
• 나. 캐비티 흡수기 열손실 해석 ... 90
• 2. 흡수기 대류 열손실 분석 ... 95
• 가. 대류열손실 특성 실험 ... 95
• 3. 흡수기 충진재 열전달 및 압력강하 특성 ... 103
• 가. 충진재 열전달 및 압력강하 실험 ... 104
• 4. 다공성 물질에 대한 흡수기 내부 열유동 현상 분석 ... 113
• 가. 다공성 물질내부에서의 열전달 현상 분석 ... 113
• 5. 수관식 흡수기 열유동 해석 ... 116
• 가. 단일관에 대한 비등 해석 ... 116
• 나. 흡수기 수순환 특성 실험 모델 해석 ... 122
• 6. 흡수기 수순환 특성 실험 ... 128
• 가. 실험장치의 설계 ... 128
• 나. 실험장치 ... 135
• 다. 실험조건 및 결과 ... 147
• 7. 증발관 비등열전달 계산 ... 155
• 8. 흡수기 설계 및 제작 ... 156
• 가. 흡수기 상세설계 ... 156
• 나. 흡수기 제작 및 이송 ... 168
• 9. 흡수기 제어 ... 175
• 가. 흡수기 시운전 점검 ... 175
• 나. 흡수기 제어방식 ... 177
• 제 5 절 열저장기 개발 ... 192
• 1. 용융염과 증기 열교환 저장방식 요소기술 개발 ... 192
• 가. 실험장치 ... 192
• 나. 용융염 물성측정 ... 193
• 다. 용융염과 스팀을 이용한 축열, 방열 실험 ... 196
• 2. 히트파이프이용 용융염과 증기 열교환 저장방식 요소기술 개발 ... 201
• 가. 연구 내용 ... 201
• 3. 축열조(증기 저장기) 기본설계 ... 234
• 4. 열저장기 제작 ... 236
• 제 6 절 제어시스템 개발 ... 244
• 1. 통합 제어시스템 (Main control system) ... 244
• 가. Heliostat field 제어시스템 ... 246
• 나. 기타 제어시스템 ... 248
• 2. Heliostat 태양추적제어시스템 ... 250
• 가. Heliostat 태양추적제어기 ... 251
• 나. Heliostat 방위각 및 고도각 계산 ... 257
• 다. Heliostat 태양추적제어기의 동작 시험 ... 259
• 3. 기구오차로부터 기인하는 Heliostat 태양추적오차 해석 ... 263
• 가. 태양광선의 궤적추적 알고리즘 ... 264
• 나. 기구오차에 heliostat 태양추적오차의 분석 ... 268
• 다. 독립적으로 복합된 기구오차들의 영향 ... 289
• 라. 누적적으로 복합된 기구오차들의 영향 ... 290
• 마. 결과 분석 ... 291
• 4. 반사거울 설치방향 조정을 통한 Heliostat 태양추적오차 보정 ... 292
• 가. 태양추적오차의 보정 ... 294
• 나. 적정 반사거울 설치 방향 조정시간 ... 300
• 다. 결과 분석 ... 306
• 5. Heliostat 태양추적오차 보정 시스템 개발 ... 307
• 가. 기존 heliostat 제어시스템의 태양추적 알고리즘 ... 308
• 나. 태양추적오차 보정 기능을 갖는 태양추적 알고리즘 ... 309
• 다. Heliostat 태양추적오차의 모델링 ... 314
• 라. 모의실험 및 결과 고찰 ... 325
• 마. 결과 분석 ... 344
• 6. 태양열 흡수기 제어시스템 ... 345
• 7. 열저장기 제어시스템 ... 350
• 8. 데이터 통신 프로토콜 ... 353
• 제 7 절 중국 DAHAN CSP 플랜트 ... 356
• 1. 플랜트 개요 ... 356
• 2. 시스템 설명 ... 356
• 3. 중국 연경현 지역 2002~2004 기후조건 ... 361
• 4. 중국 옌칭 DAHAN　태양열발전 설비 현황 ... 362
• 5. 한국 KIER 설비 설치 및 운전결과 ... 375
• 6. 중국 시안대학교 흡수기 실험결과 ... 432
• 7. 1MW 타워형 태양열발전 시뮬레이션 중국연구 보고서 ... 434
• 참고문헌 ... 494
• 부 록 ... 505
• A1. 흡수기 강도설계 계산서 ... 505
• A2. 열저장기 강도설계 계산서 ... 505
• A3. 특허 출원 및 등록증 ... 505
• A4. 추가 협력에 대한 합의서(한국-중국) ... 505
• 끝페이지 ... 505