1MW OTEC 플랜트의 동해상 운전을 위한 터빈 성능 및 제어 해석

Abstract

해수온도차발전은 해양심층수를 열침으로 이용하고, 해양표층수를 열원으로 이용하는 열엔 진에 의해 전력을 생산하는 해양발전 시스템이다. 연중 온도가 일정한 해양심층수를 기반으로 하여, 온도 변화가 거의 없는 적도해역에서는 일정한 성능의 터빈을 설계하여 적용할 수 있다. 그러나, 우리나라 동해상에 같이 해양표층수의 계절적 수온변화가 큰 경우는 온도차에 대응하 는 터빈의 최적 형상을 가변적으로 맞추어 나갈 필요가 있다. 우리나라 동해역의 미래 가능적지로 생각할 수 있는 포항 외해와 울릉도를 대상으로 해양표층 수의 수온변화 특성을 대상으로 해수온도차발전 싸이클 해석을 통해 터빈 성능을 예측하고, 질 량 유량 변화에 따라 노즐 형상 최적화 방안을 해석 및 고찰하였다. 여기서, 대상 해역의 운전 조건은 해양자료센터가 제공하는 분기별 해양심층수 수온자료와 기상청의 관측부이의 표층수 온 연속자료를 활용하였다. 해당 조건에서의 플랜트 전체 성능을 사이클 해석을 수행하고, 주요 운전 조건과 해당 조건에 서 예상되는 터빈 성능을 CFD를 이용하여 해석하였다. 터빈의 해석은 R32를 작동유체로 이용 하는 inhomogeneous mixture 모델, SST 난류 모델 등을 적용하여 해석을 수행하였다. 설계점 (16.58bar, 25.3℃)에서 터빈은 1,252kW 출력으로 예상되고, 동해 조건에서는 이보다 낮을 것으 로 예상되지만 노즐의 가변 제어에 의한 출력 저하를 최소화하는 방안을 도출하고자 하였다