열전소자 적용 신소재 온도차발전사이클 해석

Abstract

화석에너지 사용에 따른 연료고갈과 환경문제를 해결하기 위하여 신재생에너지 개발에 대한 연구가 진행되고 있다. 그 중, 자연조건의 온도차로부터 전력을 생산할 수 있는 에너지 하베스팅 기술이 다양하게 적용되고 있으며, 소재 개발과 열교환방식의 개발로 Seebeck 효과를 기반으로 하는 열전발전의 연구가 증가되고 있다. 본 논문은 열전소자를 적용한 신소재 온도차발전에 관한 것으로 75℃의 지열 및 폐열 등의 중저온 에너지를 열원으로 이용하고 5℃의 저온 해양 심층수를 열침으로 이용하여 친환경 전력을 확보하는 열전소자 발전 사이클의 성능을 해석하였다. 이때, 사이클을 구성하기 위한 조건으로는 열원과 열침의 공급하는 급수펌프와 열교환기, 열전모듈이 적용하였다. 사이클 해석은 열역학적 사이클의 모사를 위하여 Aspen HYSYS(V8.8)를 이용하여 해석을 진행하였으며, 열전소자 모듈은 상용 모델의 성능을 적용하여 발전 출력을 비교하였다. 단일 열전소자의 출력을 바탕으로 1kW급 열전발전을 위한 모듈 계수 및 열원 유량을 비교하였으며, 열원의 온도차를 0.8℃부터 1.4℃까지 0.2℃ 간격으로 증가할 경우 출력 변화와 모듈 크기의 변화를 비교하였다.