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용융탄산염 연료전지 Anode 유로 채널에서의 가스 유동 분포에 관한 수치해석적 연구
조준현(Junhyun Cho),하태훈(Taehun Ha),김한상(Han-Sang Kim),민경덕(Kyoungdoug Min),박종훈(Jonghoon Park),장인갑(Ingab Chang),이태원(Taewon Lee) 대한기계학회 2009 大韓機械學會論文集B Vol.33 No.11
A three-dimensional computational fluid dynamics (CFD) analysis is performed to investigate flow characteristics in the anode channels and manifold of the internal reforming type molten carbonate fuel cell (MCFC). Considering the computational difficulties associated with the size and geometric complexity of the MCFC system, the polyhedral meshes that can reduce mesh connectivity problems at the intersection of the channel and the manifold are adopted and chemical reactions inside the MCFC system are not included. Through this study, the gas flow rate uniformity of the anode channels is mainly analyzed to provide basic insights into improved design parameters for anode flow channel design. Results indicate that the uniformity in flow-rate is in the range of ±1% between the anode channels. Also, the mal-distributed inlet flow-rate conditions and the change in the size of the manifold depth have no significant effect on the flow-rate uniformity of the anode channels.
석탄화력 레트로핏 카르노배터리 시스템의 공기 히트펌프 사이클 및 경제성 연구
조준현(Junhyun Cho),신형기(Hyungki Shin),최봉수(Bongsu Choi),오봉성(Bongseong Oh),노철우(Chulwoo Roh),백영진(Young-Jin Baik),이길봉(Gilbong Lee),조종재(Jongjae Cho),이범준(Beomjoon Lee),허균철(Gyunchul Hur),나호상(Ho-Sang Ra) 대한설비공학회 2022 대한설비공학회 학술발표대회논문집 Vol.2022 No.6
전력을 열에너지로 저장하여 발전하는 카르노배터리 기술은 석탄화력 플랜트의 스팀/냉각/수처리/송배전계통 등을 그대로 활용하면서 재생 잉여 전력을 장기 저장할 수 있는 에너지 저장 플랜트로 적용이 가능하여 석탄화력 플랜트 레트로핏의 하나의 대안으로 평가받고 있다. 표준 석탄화력 플랜트의 주증기 온도 조건 538℃에 해당하는 스팀 생산을 위해서 600℃급의 열저장 시스템과 전력을 600℃의 열로 변환할 수 있는 기술이 필요하다. 빠른 시장 진입을 위하여 전기히터를 사용하는 방법이 우선 연구되고 있으나 궁극적으로 높은 에너지저장 효율 달성을 위하여 히트펌프를 활용한 전력-열저장 기술이 개발되어야 한다. 이에 자연 냉매인 공기를 작동 유체로 브레이튼(Brayton) 사이클을 구성하였으며, 기술 수준을 고려하여 히트펌프로 420℃ 열 생산 후 및 전기히터를 사용하여 용융염(Molten Salt)을 가열하도록 하였다. 그리고 이를 활용한 석탄화력 레트로핏 플랜트의 균등화전력저장비용(LCOS, Levelized Cost of Storage)을 단순화하여 분석하였다. 고온 생성을 위한 공기 브레이튼 사이클 구성 시 열저장 시스템의 저온, 고온 조건에 따라 사이클 작동 조건이 결정되며, 내부 열교환기 사용 사이클 구성 시 압축기 입구 온도가 고온화 되는 특징을 보인다. 공기 히트펌프의 성능계수는 1.2 수준으로 달성 가능하며 LCOS값은 140원-239원/kWh로 상용양수발전 수준의 경제성을 확보 가능한 것으로 평가되었다.
회전기기 누설을 고려한 초임계 이산화탄소 발전사이클 종합테스트루프 연속 운전 연구
조준현(Junhyun Cho),신형기(Hyungki Shin),조종재(Jongjae Cho),최봉수(Bongsu Choi),이범준(Beomjoon Lee),노철우(Chulwoo Roh),이길봉(Gilbong Lee),나호상(Ho-Sang Ra),백영진(Young-Jin Baik) 대한설비공학회 2019 대한설비공학회 학술발표대회논문집 Vol.2019 No.-
초임계 이산화탄소 발전사이클은 사이클의 저압부가 약 50~74 기압 이상의 고압으로, 작동유체의 비체적이 작으며 사이클의 팽창비가 낮은 특징을 가지고 있다. 이에 터보머시너리의 크기가 작아지고, 회전수가 높아지게 되고, 큰 압력으로 인해 축력이 크며 누설(leakage)이 고압상태에서 시작된다는 기술적 이슈를 가지고 있다. 이에 미국 선도 연구그룹은 실험실 규모의 종합테스트루프에서 고회전수에 적합한 가스포일(Gas-foil)베어링을 적용한 밀폐형 터보기기 형태로 개발하였으나, 큰 축력에 의한 베어링 파손 문제로 인해 설계조건 운전에 도달하지 못하였다. 한국에너지기술연구원에서는 큰 축력에 대응 가능하며, 안정적 운용이 가능한 상용급 발전용 터보기기에 사용 할 수 있는 오일윤활 틸팅패드(Tilting-pad) 베어링과, 미캐니컬 씰(Mechanical Seal)을 적용한 터보발전기를 개발하고, 이를 연속운전 할 수 있도록 터보기기의 누설 유량을 재압축하여 다시 루프에 주입하는 연속운전 시스템을 구성하였다. 초월임계 사이클 운전을 통하여 초임계 이산화탄소로 터빈을 구동하여 안정적인 전력생산에 성공하였으며, 평균 전력 10 kWe로 4시간 이상 연속 운전 결과를 얻었다.