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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.