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문정현(Junghyun Moon),서종범(Jongbeom Seo),이호생(Hosaeng Lee),김현주(Hyeonju Kim) 한국해양환경·에너지학회 2021 한국해양환경·에너지학회 학술대회논문집 Vol.2021 No.10
산업혁명 이후, 산업을 포함한 생활 전반에서 전 세계 에너지소비량은 가파르게 증가하고 있다. 한국을 기준으로 사용된 에너지의 양은 1997년 144.5백만TOE에서 2019년 231.4TOE로 약 60%가 증가하였다. 증가하는 에너지 수요를 충족하기 위해 화석연료 사용량이 증가하게 되었고 이는 지구온난화, 미세먼지 농도 증가 등 에너지의 안정적인 공급 문제 뿐 아니라 사용에 따른 환경과 인류의 안전 문제에 까지 이르게 되었다. 이러한 기후위기 대응을 위해 선진국을 중심으로 국제사회의 합의하에 2016년 파리기후변화협정이 체결되었다. 파리협약은 지구 평균온도 상승을 2℃아래로 억제하고, 1.5℃를 넘지 않도록 노력하는 것을 목표로 내걸고 있다. 목표달성을 위해 한국은 2030년까지 2017년 배출량 대비 24.4% 감축을 제시하고 있으며 2025년 이전 감축목표 상향을 적극 검토할 것을 명시하고 있다. 에너지 수요는 점진적으로 증가하는 상황에서 탄소배출량을 줄이기 위해서는 신재생에너지의 확대를 통한 청정에너지 생산이 필요하다. 태양광, 풍력, 바이오매스 등 에너지 수요 충족 및 탄소배출 저감을 위해 다양한 분야의 신재생에너지 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 해수온도차발전과 해수히트펌프를 융복합한 사이클의 국내 적용성 검토를 수행하였다. 국내 해수온도차발전은 표층수온의 문제로 여름철에만 가동이 가능한 문제가 있다. 하지만 여름철 냉방, 겨울철 난방이 필요한 한반도의 기후를 고려할 때 여름철 OTEC 운전을 통한 신재생 에너지 생산 및 직접냉방, 겨울철 해수히트펌프 운전을 통한 난방을 통해 신재생에너지 생산 및 소요에너지 절감의 효과를 볼 수 있다. 2019년과 2020년 수온과 기온을 기준으로 해수온도차발전, 심층수 배출수를 이용한 직접냉방 및 해수히트펌프를 이용한 난방운전을 시뮬레이션 하였으며, 연간 발전량, 에너지 절감량을 비교하였다. After the Industrial Revolution, global energy consumption in all areas of life, including industry, has been rapidly increasing. Based on Korea, the amount of energy used increased by about 60% from 144.5 million TOE in 1997 to 231.4 TOE in 2019. In order to meet the increasing energy demand, the use of fossil fuels has increased, which leads to not only the stable supply of energy such as global warming and increased fine dust concentration, but also environmental and human safety issues. To respond to such a climate crisis, The Paris Agreement was signed in 2016 under the agreement of the international community, centering on developed countries. The Paris Agreement aims to keep the global average temperature rise below 2℃ and to keep it from exceeding 1.5℃. To achieve the goal, Korea is proposing a 24.4% reduction compared to 2017 emissions by 2030, and explicitly states that it will actively consider raising the reduction target before 2025. In a situation where energy demand is gradually increasing, it is necessary to produce clean energy through the expansion of new and renewable energy in order to reduce carbon emission. New and renewable energy research in various fields is being conducted to meet energy demand such as solar power, wind power, and biomass and to reduce carbon emissions. In this study, domestic applicability of a cycle combining OTEC and seawater heat pump was conducted. Applying OTEC in domestic seawater has a problem that it can be operated only in summer due to the problem of surface water temperature. However, considering the climate of the Korean Peninsula that requires cooling in summer and heating in winter, it is possible to see the effect of renewable energy production and energy reduction through renewable energy production and direct cooling through OTEC operation in summer and heating through operation of seawater heat pump in winter. Based on the seawater temperature in 2019 and 2020, OTEC, direct cooling using deep water discharged, and heating operation using a seawater heat pump were simulated, and annual power generation and energy savings were compared.
문정현(Junghyun Moon),이호생(Hosaeng Lee),김현주(Hyeonju Kim),임승택(Seungtaek Lim),윤정인(Jungin Yoon) 한국해양환경·에너지학회 2016 한국해양환경공학회 학술대회논문집 Vol.2016 No.5
본 연구에서는 이젝터를 적용한 해수온도차발전(OTEC, Ocean Thermal Energy Conversion) 사이클의 성능 분석 및 성능비교를 수행하였다. 이젝터의 작동부로 고압의 작동유체가 지나며 흡입부의 저압유체를 흡입해 고압과 저압의 중간압 정도로 토출부로 토출된다. 이때 이젝터에 흡입되는 흡입압력은 토출압보다 낮으므로 이젝터가 적용되지 않은 기본 사이클과 비교하여 동일 유량대비 터빈 발전량을 증가시켜 시스템 효율 향상을 도모 할 수 있다. 본 논문에서는 이젝터를 적용한 3개의 해수온도차발전 사이클에 대한 성능 분석과 성능 비교를 수행하였다. 분석에 사용된 사이클은 증기-증기 이젝터 사이클, 액-증기 이젝터 사이클, 작동부 펌프를 적용한 액-증기 이젝터 사이클이다. 열원의 온도는 국내 여름철 표층수 온도인 26℃를 적용하였으며 열침의 온도는 심층수 평균온도인 5℃를 적용하였다. 20kW로 발전량을 고정시켜 세 사이클의 증발열량, 응축열량 및 효율 등을 비교하였다. In this paper, the performance analysis and performance of the Ocean Thermal Energy Conversion(OTEC) cycle applying the ejector was conducted. In this paper, performance analysis and performance comparison for three type of the OTEC cycles applying ac ejector was conducted. The cycles used for this study are as follows : The Vapor-Vapor ejector cycle, Liquid-Vapor ejector cycle, Liquid-Vapor ejector cycle applying motive pump. Temperature of the heat source was applied to the summer months the surface seawater temperature in the domestic 26 ℃. In addition, the temperature of the heat sink is applied to deep seawater the average temperature of 5 ℃. Fixed to 20kW turbine power output and compared the amount of heat of evaporation, condensation and heat efficiency, etc. of the three cycles.
해수-LNG 재기화열을 이용한 온도차발전 시스템 최적화
문정현(Junghyun Moon),이호생(Hosaeng Lee),임승택(Seungtaek Lim),서종범(Jongbeom Seo),김현주(Hyeonju Kim) 한국해양환경·에너지학회 2021 한국해양환경공학회 학술대회논문집 Vol.2021 No.5
전력케이블이 도달하지 않는 도서국가와 도서지역에서는 해당지역의 전력 수급을 위해 주로 디젤 발전기를 사용한다. 국내 대기환경보전법에서는 내연기관에서 연료 연소에서 발생하는 미세먼지와 SOx, NOx의 배출 저감을 위해 후처리를 필요로 하나 도서지역에 한해 후처리장치 없이 운영할 수 있는 예외 조항이 있어(1.5MW 규모 이하 해당) 도서지역 디젤발전기의 대기오염 발생, 연료 운반 중 유출 우려 등 환경오염 관련한 다양한 문제가 있다. 이러한 문제 해결을 위해 도서지역 전기 생산을 위한 연료를 LNG로 대체하고자 하는 연구와 장비의 보급이 진행되고 있으며, 별도의 LNG 터미널이 없이도 운반된 LNG를 기화할 수 있도록 소형 LNG 기화장치, 소형 FSRU 등의 제작 및 보급이 증가하는 추세이다. 본 연구에서는 해수를 열원으로, LNG의 기화열을 열침으로 이용하는 온도차발전 시스템을 구성하였다. 작동유체의 증발압력을 변수로 시스템의 성능을 분석하였으며, 기생부하를 고려한 순출력의 최적화를 진행하였다. In island countries and island regions where power cables do not reach, diesel generators are mainly used to supply power to the region. The domestic Air Environment Conservation Act requires post-treatment to reduce the emission of fine dust, SOx, and NOx generated from fuel combustion in internal combustion engines. But as there is an exception clause that can be operated without an post-treatment system(for less than 1.5MW scale) only in island regions, there are various problems related to environmental pollution, such as air pollution from diesel generators in islands, and concerns about spills while transporting fuel. In order to solve this problem, research and equipment are being distributed to replace fuel for electricity production in islands with LNG. For example, the production and supply of small LNG vaporizers and small FSRUs so that transported LNG can be vaporized without a separate LNG terminal is increasing. In this study, an ORC system was constructed that uses seawater as a heat source and LNG vaporization heat as a heat sink. The system performance was analyzed using the evaporation pressure of the working fluid as a variable, and the net power was optimized considering the parasitic load.