해상 바아지식 1MW OTEC Plant의 개념설계

김현주(H.J.Kim),이호생(H.S.Lee),차상원(S.W.Cha),홍사영(S.Y.Hong),남보우(B.W.Nam),권용주(Y.J.Kwon) 한국해양환경·에너지학회 2014 한국해양환경공학회 학술대회논문집 Vol.2014 No.5

해수온도차발전은 해양심층수와 표층해수의 온도차 에너지를 기계에너지로 변환시켜 전력을 생산하는 방법이다. 적도해역에는 연중 온도차가 20℃ 이상으로 안정적이므로 베이스 로드를 감당할 수 있을 뿐 아니라 가용량이 풍부하여 유용한 해양에너지로서 실용화 가능성이 큰 신재생에너지이다. 20kW 파일럿 플랜트의 설계, 제작 및 운전을 바탕으로 1MW OTEC plant를 설계 중이며, 적도해역의 설치 및 운전 개념에 따른 최적화 평가를 실시하고자 한다. 이를 위해, 작동유체 R32를 이용하는 1MW급 폐쇄순환식 해수온도차발전 싸이클 해석모델을 정립하고, 적도해역에서의 표층해수를 기준으로 수심에 따라 취수 가능한 심층수와의 온도차가 24, 22, 20℃를 대상으로 해수온도차발전 플랜트의 발전특성을 해석하였다. 그 결과, 온도차에 따라 발전효율은 2.75%, 2.28%, 1.8%로 산출되었다. 여기서, 해수온도차발전플랜트를 바아지 선박에 탑재하고, 4점 계류시스템으로 바아지의 위치 유지를 하는 것으로 하였다. 여기서, 샌드위치형 FRP 파이프로 구성된 라이저를 길이 1,000m, 800m 및 500m로 바아지 하단에 설치하여 심층수를 취수함으로써 온도차 24~20℃를 확보하는 경우를 비교하고자 한 것이었다. 샌드위치형 FRP로 제작되는 라이저는 비중이 물보다 가벼워서 하단에 중량체를 매달아서 취수간 형상을 유지하여야 하며, 라이저의 응답해석 결과로부터 라이저 전체의 수중 중량이 FRP관 수중중량의 50~75%인 경우가 적절할 것으로 나타났다. Ocean thermal energy conversion(OTEC) is to produce electricity by changing thermal energy from deep ocean water and surface ocean water to mechanical energy. In the coastal area near the equator, temperature gap between deep seawater and surface seawater is over 20℃ all year long, which is good enough to cover the base load. Addition to that, the amount of resource is abundant to be used as ocean energy for commercialization. Based on the design, installation, and operation of 20kW pilot plant, 1MW OTEC plant design is ongoing, and optimization assessment of its installation and operation in the coastal region near the equator is being planned. For the assessment, analysis models of 1MW closed-cycle OTEC cycle using R32 as working fluid was set up. Also, it was analyzed that OTEC plant performance characteristics for the ocean area near the equator where the temperature gap between deep ocean and the surface was 24℃, 22℃, and 20℃ respectively. As a result, the generation efficiency was 2.75%, 2.28%, and 1.8% respectively according to the temperature gap. In assumption, the OTEC plant was on a barge, and the barge was moored by four points for the analysis. It was to compare the cases with different temperature gap of 24℃, 22℃, and 20℃ using deep ocean water from sandwich type of FRP intake risers in depth of 1,000m, 800m, and 500m installed at the bottom of the barge. It was discovered that the sandwich type of FRP risers have to be installed with weight at the bottom since its specific gravity was lighter than water. It was found to be proper to have FRP risers’ underwater weight take account for 50~75% of the total risers’ underwater weight from riser response analysis.

1 MW급 해수온도차발전 펌프 동력 저감을 위한 모형시험

윤지원,김현주,이호생,서종범 한국동력기계공학회 2022 동력시스템공학회지 Vol.26 No.4

전 세계 해수온도차에너지는 약 300 EJ/year로 추정되며, 세계 해양의 90%에서 잠재력을 가지고 있는 것으로 추정되고 있다. 또한 해수온도차에너지는 타 해양에너지 대비 가장 큰 잠재력을 가지고 있는 기술이다. 이를 활용한 해수온도차발전(OTEC)은 해양 표층의 상대적으로 따듯한 표층수와 수심 200 m 이하의 심층 해수를 활용하여 암모니아 등의 작동유체로 터빈을 이용하여 에너지를 생산해내는 발전 방식으로, 이러한 해수의 온도차가 20°C 이상일 때 효율적인 발전이 가능하다. 1881년 프랑스에서 최초로 개념이 제안된 이후 현재 미국, 일본을 선두로 다양한 나라에서 kW~ MW급 다양한 용량의 lab-scale 및 실증 해수온도차발전 연구 개발이 이루어지고 있다. 국내는 동해역이 해수온도차발전에 가장 적합한 환경으로, 해안 근거리에 해양심층수가 존재하는 환경 조건을 가지고 있으며, 해안으로부터 5~10 km 내외에서 심층수의 취득이 가능하다. 따라서 해당 환경에서 20 kW급 해수온도차발전 pilot 플랜트 성능 실험 연구와 1 MW급 해수온도차발전 실증 플랜트 개발 등의 연구가 진행되고 있다. 현재까지 활발한 연구에도 불구하고 해수온도차발전 플랜트 건설에 소비되는 막대한 초기비용과 신뢰성 있는 실증 실험 데이터 부족 등으로 상업화가 이루어지지 못하고 있는 실정이다. 또한 해수온도차발전 특성상 막대한 양의 해수를 취수해야 하기에, 발전량의 상당 부분을 펌프 동력으로 소모하게 되며, 2~4% 수준의 열효율을 가진다. 열효율 상승을 위해서는 열교환기 및 배관 등에서 발생하는 압력손실 및 해수 취수동력을 최소화하여 발전 순 출력을 높여야 한다. 따라서 본 논문에서는 국내 동해상에서 수행한 1 MW급 해수온도차발전 실증 플랜트 시운전 당시 데이터를 기반으로 해수 취수펌프 동력 절감을 위해 표층수 라인에 대한 모형시험 설계 및 사이펀 유동 구현을 통해 순 출력 개선 효과를 구현하였다. 결과적으로, 사이펀 구현을 통해 최대 37.5%의 해수 취수펌프 동력 절감 효과를 구현할 수 있었다.

1MW OTEC 펌프 동력 절감을 위한 모형시험

윤지원(Jiwon Yoon),서종범(Jongbeom Seo),이호생(Hosaeng Lee),김현주(Hyeonju Kim) 한국해양환경·에너지학회 2021 한국해양환경·에너지학회 학술대회논문집 Vol.2021 No.5

해수온도차발전은 해양표층수와 수심 200m 이상에 분포하는 해양심층수간의 온도차를 이용하여 암모니아 등의 작동유체로 터빈을 돌려 발전하는 방식으로, 해양에너지를 활용한 전력생산 방식이다. 해양온도차발전의 개념은 1881년 프랑스에서 최초로 제안된 이후(D’Arsonal, 1881) 미국과 일본, 한국 등에서 실험 및 실증이 꾸준하게 진행되고 있다. 국내의 경우, 2019년에 1MW급 해수온도차발전 실증플랜트를 제작하여 동해 남부에서 단기 시운전을 실시한 바 있다. 향후, 키리바시로 운반하여 장기 운전에 들어갈 계획이며, 총출력 1MW에 대해 펌프 동력 소모를 줄여서 순출력이 500kW 이상이 되도록 하여야 한다. 해수온도차발전의 특성상 깊은 수심의 해수를 취수해야하고, 발전 용량이 클수록 많은 유량을 취수해야 한다. 이러한 이유때문에 취수펌프의 동력 소모량이 발전량의 상당부분을 차지하게 된다. 해당 문제를 개선하고자, 설계된 1MW OTEC플랜트의 해수 파이프라인 중 열교환을 하는 과정에서 열교환기 입구와 토출측간의 높이 차이를 사이펀 원리를 활용하여 펌프 동력을 절감하는 방안을 모형시험을 통해 검토하고자 하였다. 따라서 본 연구에서는 상사법칙에 의거한 1MW OTEC 축소모형에 대한 설계 및 사이펀 현상의 구현을 위한 밸브, 오리피스 등을 추가한 최적의 모형시험 방안을 도출하고 실시하고자 한다. OTEC(Ocean Thermal Energy Conversion), which is a part of ocean energy, is a method of generating electricity by using working fluids such as ammonia to rotate turbines, using the temperature difference between surface seawater(heat source), and deep seawater(heat sink). The concept of OTEC was first proposed in France, 1881(D’Arsonal, 1881), experiments and demonstrations have been steadily underway in many countries, including the United States, Japan, and Republic of Korea. In Korea, 1MW scale OTEC plant is currently on the status of demonstration in Kiribati, a south pacific island country. Due to the characteristics of OTEC, seawater, especially deep seawater, is to be taken from long distances, and flow rate proportionally increases with respect to plant scale. Hence, a significant amount of power is needed to operate seawater intake pumps. To improve this situation, the head that is required for the seawater to overcome the height of heat exchanger, is to be alternated by using the siphon effect. For the experiment, a model test was designed, based on the law of similarity, to observe the flow characteristics whether the siphon effect could successfully replace and save the pump power. In this paper, an optimal design method of the model test, such as valves, orifice, etc. will be examined for further proceeding of the process.

극한지 적용 복합해수플랜트 개념설계

이호생(H.S Lee),차상원(S.W Cha),문덕수,오위영(O.W. Young),김현주(H.J Kim) 한국해양환경·에너지학회 2014 한국해양환경공학회 학술대회논문집 Vol.2014 No.11

극지방과 같은 극한지의 저온 해수열에너지를 이용한 복합해수플랜트 개념설계를 수행하였다. 복합해수플랜트는 해수난방시스템과 온도차발전플랜트로 구성된다. 즉, 저온 해수를 해수난방시스템의 증발기 열원으로 사용하여 난방열을 공급하고, 해수난방시스템에서 배출되는 해수를 온도차발전으로 공급하여 전기를 생산하게 된다. 온도차발전의 경우 배출 해수를 증발기 열원으로 이용하고, 극한지 대기를 응축기 열침으로 이용하게 된다. 해수난방시스템과 온도차발전플랜트를 연계하여 극한지에 적용 가능한 복합해수플랜트를 제안하기 위한 개념설계를 수행하였고, 플랜트 모듈 용량별 필요 해수, 난방 용량 및 생산 전력량에 대한 기초 해석을 수행하였다. 추후 극한지 지역별 해수 온도, 작동유체 및 사이클별 적용 가능한 복합해수플랜트에 대한 열설계도를 제시하고자 한다. Ocean Thermal Energy Conversion(OTEC) is a method that utilizes the natural temperature gradient that exists in tropical ocean between warm surface water and the deep sea water to generate electricity. When the temperature difference between surface seawater and deep seawater is over 20℃, the system can be run with much better efficiency. Researches for the cases of low temperature differences are also ongoing. In this paper, to perform an experiment on the 20kW OTEC, a closed OTEC cycle was designed and fabricated. R32 was used as the working fluid, and the temperature of the heat source and heat sink were 26℃ and 5℃ respectively. A semi-welded-type heat exchanger was used as the evaporator and condenser, and the OTEC cycle was designed for a gross power of 20kW. R32-OTEC was installed in Seawater Utilization Plant Research Center in Gosung-gun, Gangwon-do. In order to analyze performance of the R32-OTEC pilot plant, the simulation results were compared to the experiment results.

연구개발 방향 정립을 위한 1MW급 OTEC 플랜트 경제성 분석 연구

오위영(Wee-Yeong Oh),김현주(Hyeon-Ju Kim),김형국(Hyeong-Guk Kim) 한국해양환경·에너지학회 2015 한국해양환경공학회 학술대회논문집 Vol.2015 No.11

신재생에너지의 하나인 해수열에너지의 자원화 기술은 해수자원의 다각적 이용을 위한 핵심기술로서 자원 확보와 환경개선을 위해 국내외에서 새롭게 주목을 받고 있으며, 기술선점을 위한 기술개발 경쟁이 갈수록 치열해지고 있다. 본문에서는 1MW 해수온도차발전 개념설계 결과를 바탕으로 경제적 타당성을 분석하였는데, 그 결과는 다음과 같다. 첫째, 1MW급 온도차발전 플랜트에서 해양심층수 및 표층수를 이용하여 전기를 생산할 경우 현재 국내 전기료 수준에서는 경제성이 미흡한 것으로 분석된다. 둘째, 해수온도차발전의 적지로 평가되고 있는 태평양 도서국에서는 전기의 보급률이 낮고, 전기료도 높은 수준이기 때문에 현재의 생산단가로도 충분한 경제성을 갖출 수 있다. 셋째, 현재의 국내 전기료 수준에서는 경제성이 부족하나 연구개발을 통해 50MW급 이상의 온도차발전 플랜트 상용화에 성공한다면, 탄소배출권 등을 종합적으로 고려할 때 경제성이 확보될 수 있을 것으로 판단된다. 특히, 해수온도차발전은 해수 담수화, 농수산 이용, 해저자원 개발 등과 연계하여 다목적으로 이용하면, 경제적 파급효과는 더욱 커질 것으로 판단되므로, 조기 실용화 및 보급 확산을 위한 연구개발을 신속히 추진할 필요가 있다. Annual power consumption of our country is positioned in the upper percentile in the world, and because the proportion of fossil power generation is high, which ranks the 7th CO₂ emission country. In this regard, government has established and is implementing the National Energy Basic Plan to realize to get out of fossilization in energy supply while focusing on securing the technology for renewable energy as well as its commercialization in order to reduce greenhouse gas. Resource recovery technology for deep seawater thermal energy which is one of renewable energies is newly getting attention domestically as well as in overseas for securing resources and environmental improvement as a core technology for multilateral use of marine resources for low carbon and green growth. Economic feasibility analysis was conducted for the research and development as follows on the use of ocean thermal energy conversion(OTEC). First, in the case of power generation using deep seawater and warm discharge water from OTEC plant of 1MW level, it is judged that the economic feasibility is insufficient but the feasibility will be significantly improved if we consider not only power generation but also certified emission reduction by developing the power plant to the size for commercialization. Second, the economic feasibility for the use of deep seawater as OTEC plant of 50MW level turned out to be very good. Especially, when we consider certified emission reduction, it will be possible to secure sufficient economic feasibility. When we use it in connection with OTEC, agricultural and fishery use, it is judged that economic ripple effect will be significant and therefore it will be necessary to conduct research and development for early commercialization, distribution and diffusion of deep seawater energy.

1 MW OTEC 플랜트의 키리바시 계통 연계 해석

김용래,임알렉산드르,송승호,최주엽,문정현,서종범,김현주 한국동력기계공학회 2022 동력시스템공학회지 Vol.26 No.4

태평양에 위치한 키리바시는 수입 화석 연료에 대한 의존도를 줄이기 위해 신재생발전원을 키리바시 전력망에 공급하기 위한 노력을 하고 있다. 현재 키리바시에는 6개의 화력 발전기를 보유하고 있으며, 이중 2개의 화력 발전기는 사고 때를 위한 비상용 발전기로 운용하고 있다. 신재생발전원은 대부분 태양광 발전이며, 3 MW 정도의 전력을 공급하고 있다. 태양광 발전의 경우 일사량에 의해 전력량이 결정되기 때문에 계통 운영 시 많은 어려움이 있다. 신재생발전원 중 해수온도차발전(OTEC) 플랜트는 해양심충수와 해양표층수의 온도차에 의해 발전되는 시스템이다. 해수열원은 변동성이 적기 때문에 낮에만 운용할 수 있는 태양광발전원에 비해 안정적으로 전력을 공급할 수 있다. 이에 섬인 키리바시에 해수온도차발전(OTEC)을 운용하는 것이 더 효율적일 수 있다. 논문에서는 현재 키리바시 계통에서 운용되는 발전기, 발전기 거버너, 발전기 여자기를 구현했다. 또한 PV System 모델링하여 전체 계통도를 확인했으며, 해수온도차발전(OTEC) 플랜트를 키리바시 계통에 인가하기 전/후를 비교 분석하여 해수온도차발전(OTEC) 플랜트의 필요성을 확인했다. 결론적으로 키리바시 계통에 해수온도차발전(OTEC) 플랜트를 설치할 경우 발전기의 부하부담이 줄어들고 큰부하에서도 블랙아웃 없이 동작함을 확인했다.

국내 해수온도차발전-히트펌프 사이클 적용성 검토

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.

1MW OTEC 펌프 동력 절감을 위한 모형시험

윤지원(Jiwon Yoon),서종범(Jongbeom Seo),이호생(Hosaeng Lee),김현주(Hyeonju Kim) 한국해양환경·에너지학회 2021 한국해양환경·에너지학회 학술대회논문집 Vol.2021 No.10

해수온도차발전은 해양표층수와 수심 200m 이상에 분포하는 해양심층수간 온도차를 이용하여 작동유체로 터빈을 돌려 발전하는 방식이다. 국내에서는 2019년에 1MW급 해수온도차발전 실증플랜트를 제작하여 동해 남부에서 단기 시운전을 실시한 사례가 있다. 향후 키리바시로 운반하여 장기운전을 수행할 시 총 출력 1MW에 대해 펌프 소비동력을 줄여서 순 출력이 500kW 이상 되도록 하고자 한다. 해수온도차발전의 경우, 깊은 수심의 해수를 취수해야하며, 발전 용량이 커질수록 많은 유량을 취수해야한다. 해당 문제를 개선하고자, 1MW OTEC 플랜트의 해수 파이프라인 중 열교환을 하는 과정에서 열교환기 입구와 토출측간의 높이 차를 사이펀 원리 활용을 통해 펌프 동력 절감하는 방안을 모형시험을 통해 검토하였다. 본 연구에서는 1MW OTEC 해수 파이프라인의 축소 모형에 대한 사이펀 현상 구현, 이를 실사 모델에 적용하기 위한 방안에 대해 도출하였다. OTEC(Ocean Thermal Energy Conversion), which is a part of ocean energy, is a method of generating electricity by using working fluids such as ammonia to rotate turbines, using the temperature difference between surface seawater(heat source), and deep seawater(heat sink). In Korea, 1MW scale OTEC plant is currently on the status of demonstration, and have successfully operated for a short period in the southern coast of the east sea. TDue to the characteristics of OTEC, seawater, especially deep seawater, is to be taken from long distances, and flow rate proportionally increases with respect to plant scale. Hence, a significant amount of power is needed to operate seawater intake pumps. To improve this situation, the head that is required for the seawater to overcome the height of heat exchanger, is to be alternated by using the siphon effect. By utilizing this method, the net power of 1MW OTEC can be aimed up to more than 500kW. For the experiment, a model test was designed, based on the 1MW pipe line for deep seawater, with valves, and additional supplements for the siphon effect to successfully operate and replace and save the pump power. In this paper, results for the model test and further optimal design methods such as valves, orifice, etc. is examined.

위험도 분석을 기반으로 한 해수온도차발전 최적 제어의 HYSYS 시뮬레이션

임승택(Seungtack Lim),윤지원(Jiwon Yoon),이호생(Hosaeng Lee),김현주(Hyeonju Kim) 한국해양환경·에너지학회 2021 한국해양환경공학회 학술대회논문집 Vol.2021 No.5

최근, 대한민국에서 1MW급 폐쇄형 해수온도차발전에 대한 단기 시운전을 실시되었고, 차후 실증실험이 완료되면 상용화 보급에 착수될 것으로 예상되고 있다. 하지만 상용화를 위해서는 다양한 외부 환경 변화에 대한 제어 시스템 구축이 필요하며, 선제적으로 시스템의 위험 요인의 파악과 시스템의 영향 분석, 제어 항목 구축, 제어 최적화 과정이 필요하다. 따라서 본 논문은 MW급 규모의 폐쇄형 해수온도차발전을 설계하고, 플랜트에 적용된 시스템에 영향을 주는 외부 환경 조건은 냉매 누설과 라이저 손실, 해수 및 냉매 펌프의 정지 상황을 적용하였고 최적 제어 모델을 구축하여 성능 변화를 분석하였다. 선정된 해수온도차발전은 1070kW급 설비를 설계하였으며, 해수펌프와 냉매 펌프를 통해 총 전력의 36.6%를 소요하도록 하였다. 시스템의 안정화를 위해 최종 제안된 제어 시스템은 냉매 저장탱크의 레벨 제어와 해수 온도제어, 해수 및 냉매 펌프의 On/Off 제어이며, 제어 적용을 통해 냉매 펌프의 드라이 운전과 수격현상, 터빈의 액 냉매 유입 등이 예방되었다. Recently, a short-term trial run for a 1MW closed cycle Ocean Thermal Energy Conversion (OTEC) power plant was carried out in the southern East Sea of Korea, and it is expected that commercialization and dissemination will commence after completion of the next demonstration test in a tropical Pacific Island Country(PIC). However, commercialization of OTEC requires establishment of control system for various environmental changes. Therefore, preemptive identification of the system’s risk factors and the process of analyzing the impact of the system, building control items, and optimizing control is necessary. This study aims to establish and analyze optimized control system for MW scale OTEC’s risk factors such as refrigerant leak, loss of riser, shutdown of seawater or refrigerant pump, and etc.. The selected OTEC is designed for 1070kW class facilities, with 36.6% portion of total electricity usage by seawater pump and refrigerant pump. As for result, on/off control system has been adopted to prevent the risk factors from happening. By adjusting this option, dry operation of refrigerant pump, water hammering, liquid inflow to turbine has been successfully prevented.

해수온도차발-히트펌 복합 사이클의 국내 용성 검토

문정현,임승택,이호생,김현주 한국동력기계공학회 2022 동력시스템공학회지 Vol.26 No.4

산업화와 도시화로 인류 사용에너지가 급격하게 증가하고 있으며 온실가스로 인한 지구온난화, 기후변화 등 부작용이 나타나고 있다. 이러한 국제적인 문제에 대응하기 위해 신재생에너지에 대한 연구가 지속적으로 수행되고 있다. 본 연구에서는 국내적용을 위한 해수온도차발전-히트펌프 복합사이클에 대해 연구하였다. 여름철 높아진 표층수온을 통해 해수온도차발전으로 전력을 생산하였고, 심층수 배출수를 이용한 직접냉방 적용 및 겨울철에는 외기보다 높은 온도인 해수를 이용한 해수히트펌프를 이용할 수 있는 복합사이클을 구성하였다. 연구에서는 기존의 디젤발전, EHP 이용 냉방, 등유난방 시스템과 에너지비용, 이산화탄소 배출량 등을 비교하여 보았다. 해수온도차발전 적용을 통해 연간 757.7MWh의 전력을 생산할 수 있었으며 직접 냉방을 통해 EHP 대비 98%, 해수히트펌프를 통해 등유 난방 대비 82%의 에너지를 절감할 수 있었다.