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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 류원형
- 발행연도
- 2017
- 저작권
- 연세대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수15
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파리협정(Paris Agreement) 체결이후 전 세계 국가들은 온실가스 감축과 에너지 정책결정에 다양한 전환 노력을 하고 있고 우리나라도 정부의 정책방향에 보조를 맞추어 산업별로 온실가스 감축목표 이행을 위해 태양과, 풍력 및 연료전지 등 신재생에너지 확대와 화력발전소의 연료인 탄소비율이 적은 천연가스를 사용하는 가스복합발전이 향후 환경급전의 중요한 변화의 큰 축을 담당할 것으로 보인다. 천연가스 대부분을 수입에 의존하는 우리나라는 수송과 저장을 위해 산지에서 ?162℃ 극저온 액화상태로 이송하여 평택, 인천, 통영, 삼척 등 가스기지에서 기화공정을 거처 수요처에 공급하고 있고 기화공정에서 발생하는 극저온 냉열을 이용하여 저온냉장, 냉열발전 등에 활용하고 있으나 발전소 설비에 직접 냉열을 활용한 사례는 아직 없다.
최근 발전소에서 전력생산 이후 연돌로 배출되는 연소가스에서 이산화탄소를 포집하는 10 MW급 포집설비를 운영하고, 포집된 이산화탄소를 하루 150톤 규모로 액화하는 설비를 건설 시운전 중에 있다. 그러나 이산화탄소 압축 액화 공정의 주 에너지원으로 고압모터를 이용한 압축기를 사용함으로써 이산화탄소 생산량(Ton)당 소비동력(kW)이 차지하는 비중이 65% 이상으로 온실가스인 이산화탄소 저장을 위해서 다시 화석연료를 사용하여 전력을 생산해야 하는 문제점을 안고 있어 가스터미널의 버려지는 미활용 냉열을 활용하여 화석연료 사용량을 저감하는 에너지 효율을 향상하여 이산화탄소 저감을 하고자 연구를 시작하게 되었다. 본 연구에서는 아직까지 체계적인 냉열시스템 구축과 운영을 위한 개념이 정립된 바 없지만 액화천연가스 냉열을 활용한 냉열시스템을 설계하고 극저온 냉열의 효율적 이용을 위해 냉열시스템의 압력 및 온도, 작동유체 선정 등 환경성, 안전성 및 효율성을 고려한 냉열시스템을 제안하였다. 이를 위하여 이산화탄소 압축액화계통 구성 기기들의 소내동력과 운전변화에 따른 이산화탄소 액화량에 미치는 영향을 알아보기 위하여 상용프로그램인 ASPEN HYSYS를 이용하여 모델링 하였고 열역학적 계산은 Peng-Robinson 상태방정식을 선택하였다. 기존 시스템 구성은 이산화탄소 압축기 2대, 모터용량은 각각 1.35 MW 열교환기 2대이며, 이산화탄소 액화에 필요한 작동유체 암모니아를 사용하고 있다. 냉열시스템 설계를 위한 액화천연가스 성분비, 상태변화(액체/기체), 출구온도, 운전압력 및 이산화탄소 액화를 위해 이산화탄소 출구온도, 작동유체 및 공급압력에서 입력변수 조건을 바꾸며 비교·분석하였다. 결론적으로 액화천연가스 냉열을 활용할 경우 기존 설비에서 필요한 일일 소비전력량이 95%이상 저감됨을 알 수 있었고, 극저온 냉열을 활용한 냉열시스템 설계 시 상태변화를 활용할 경우 최대 유량변화가 4배차 로 냉열시스템 설계 시 설비 크기를 최적화 할 수 있어 효과적임을 알 수 있었다.
최근 발전소에서 전력생산 이후 연돌로 배출되는 연소가스에서 이산화탄소를 포집하는 10 MW급 포집설비를 운영하고, 포집된 이산화탄소를 하루 150톤 규모로 액화하는 설비를 건설 시운전 중에 있다. 그러나 이산화탄소 압축 액화 공정의 주 에너지원으로 고압모터를 이용한 압축기를 사용함으로써 이산화탄소 생산량(Ton)당 소비동력(kW)이 차지하는 비중이 65% 이상으로 온실가스인 이산화탄소 저장을 위해서 다시 화석연료를 사용하여 전력을 생산해야 하는 문제점을 안고 있어 가스터미널의 버려지는 미활용 냉열을 활용하여 화석연료 사용량을 저감하는 에너지 효율을 향상하여 이산화탄소 저감을 하고자 연구를 시작하게 되었다. 본 연구에서는 아직까지 체계적인 냉열시스템 구축과 운영을 위한 개념이 정립된 바 없지만 액화천연가스 냉열을 활용한 냉열시스템을 설계하고 극저온 냉열의 효율적 이용을 위해 냉열시스템의 압력 및 온도, 작동유체 선정 등 환경성, 안전성 및 효율성을 고려한 냉열시스템을 제안하였다. 이를 위하여 이산화탄소 압축액화계통 구성 기기들의 소내동력과 운전변화에 따른 이산화탄소 액화량에 미치는 영향을 알아보기 위하여 상용프로그램인 ASPEN HYSYS를 이용하여 모델링 하였고 열역학적 계산은 Peng-Robinson 상태방정식을 선택하였다. 기존 시스템 구성은 이산화탄소 압축기 2대, 모터용량은 각각 1.35 MW 열교환기 2대이며, 이산화탄소 액화에 필요한 작동유체 암모니아를 사용하고 있다. 냉열시스템 설계를 위한 액화천연가스 성분비, 상태변화(액체/기체), 출구온도, 운전압력 및 이산화탄소 액화를 위해 이산화탄소 출구온도, 작동유체 및 공급압력에서 입력변수 조건을 바꾸며 비교·분석하였다. 결론적으로 액화천연가스 냉열을 활용할 경우 기존 설비에서 필요한 일일 소비전력량이 95%이상 저감됨을 알 수 있었고, 극저온 냉열을 활용한 냉열시스템 설계 시 상태변화를 활용할 경우 최대 유량변화가 4배차 로 냉열시스템 설계 시 설비 크기를 최적화 할 수 있어 효과적임을 알 수 있었다.
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