1MW OTEC 터빈 성능평가 및 개선 방안

Abstract

본 연구에서는 2019년 9월 구룡포 외해 11km 지점(북위 35도 55분 10초, 동위 129도 39분 12초)에서 수행한 1MW OTEC 플랜트의 실증 시험의 결과와 성능 예측을 위한 터빈의 수치해석의 결과를 비교 분석하여 성능을 평가하고, 개선 방안 도출을 위한 연구가 수행되었다. 실증시험을 위해 2018년 수온 분포를 이용하여 실증 시험 시의 수온을 예측하였다. 이 수온 예상 값으로 사이클 해석을 수행하고, 수온과 사이클 해석 결과를 수치해석의 경계조건으로 활용하였다. 수치해석은 터빈 출구 압력은 고정(열침 조건의 고정)하고, 입구 조건을 변경(열원 조건 변경)하여 탈설계조건의 성능을 예측하였다. 격자 의존성 테스트를 수행한 후 수치해석을 수행하였으며, 해석 시간 단축을 위해 periodic 조건을 이용하여 각각 1개의 노즐과 로터 블레이드를 이용해 해석을 수행하였다. 터빈 출구에서 2상 유동(Two Phase)이 발생할 수 있는 점을 고려하여, 단상 유동 모델과 2상유동 모델 모두 적용하여 해석 및 비교 분석하였다. 해석 결과, 팽창비가 약 1.2 이하에서 급격한 성능 저하가 나타나기 시작하며, 이때의 터빈 입구 온도는 19.8도, 예상 출력은 533kW이다. 실증 시험에서는 터빈의 안정적인 구동을 위해 설계 회전수인 3000RPM보다 낮은 2500RPM이하로 운전하였으며, 해당 조건에서 수치해석을 수행하고 결과를 비교하였다. 이를 바탕으로 향후 키리바시에서 24℃ 온도차로 1MWOTEC 플랜트를 운전시 성능 보장을 위한 개선 방안을 고찰하였다.