해수온도차발전의 확대 적용을 위한 시뮬레이션 모델 구축

Abstract

해수온도차발전은 표층수온과 심층수온의 온도 차이를 통해 작동유체를 증발시키고, 터빈을 구동하여 전기를 만드는 신재생에너지 플랜트이다. 이러한 해수온도차발전 싸이클에서 일정한 온도의 해양심층수를 취수하여 열침으로 이용할 때, 플랜트의 발전 성능을 결정짓는 주요 요소는 열원인 표층수온이라 할 수 있다. 일반적으로 해수온도차발전은 연중 높은 표층수온을 확보할 수 있는 적도 부근과 아열대 지방에서 주로 적용성이 검토되었다. 본 연구에서는 기술의 발전과 기후변화에 따라 우리나라와 같은중위도 지방에서도 해수온도차발전의 적용 가능성 검토를 위한 기초적인 실험 및 시뮬레이션을 수행하였다. 20kW급 해수온도차발전 파일럿플랜트로 표층수온을 30℃에서 약 20℃까지 내리며 실험을 수행하여 플랜트의 성능을 확인하고, 시뮬레이션 모델의 적용성을 확인하였다. 여기서, 표층수온이 변화함에 따라 파일럿 플랜트의 발전량은 20kW에서 5.2kW까지 낮아졌으며 발전 효율은 2.1%에서 1.23%까지 낮아졌다. 이를 바탕으로 1MW급 준상용 플랜트의 설계 조건을 입력한 시뮬레이션 모델을 구축하고, 적도해역 표층수온인 29℃에서 중위도 표층수온인 23.5℃까지 내리면서 발전성능 시뮬레이션을 수행하였다. 그 결과, 표층수온의 변화에 따라 발전량은 1,150kW에서 539kW까지 낮아졌으며 플랜트의 효율은 3.3%에서 2.26%까지 낮아짐을 확인하였다. 본 시뮬레이션모델을 활용하며, 해역별 수온의 경시변화에 따른 연간 가동율 및 발전량을 산정할 수 있을 것이다.