그린에너지와 미래 강의 노트

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상의 우수한 풍력자원을 이용하기 위하여 덴마크, 네덜란드, 영국, 독일 등은 해안에서 수km 떨어진 수심 5~20m 바다에 풍력단지를 조성
덴마크의 해양풍력발전단지(북해 Horns Rev)
해수온도차 에너지
-표층수를 고온원으로 심층수를 저온원으로 이용 열사이클을 행하여 에너지를 추출
-해양온도차발전(OTEC) 과 열원을 그대로 이용(집단 냉난방)
발전 및 냉난방시스템 원리
해수온도차 발전 : 해수온도차를 이용하여 끓는 점이 20도 인 작동유체를 선택하여 따뜻한 표층수로 용매를 끓인 후 , 발생되는 증기압에 의해 터빈을 구동하여 전기를 생산하는 방식
해수온도차 냉난방: 해수로부터 온도차 에너지를 취수하여 히트펌프를 통해 냉난방 및 급탕 공급
*해수온도차 발전시스템의 종류
해수온도차 냉난방시스템 개념
지열에너지란?
-지구가 가지고 있는 열에너지를 말하며, 지각부분에서의 열을 추출하여 사용함. 따라서, 대부분의 지열반소는 판의 경계에 위치
-온도에 따라 지온지열에너지(10~90도), 고온지열에너지(120도 이상)로 구분
직접이용기술
-화산활동지대에서 얻을 수 있는 에너지로 지역난방, 온실난방, 산업이용, 온천에 활용
간접이용기술
-증기 및 지열수를 이용하는 것으로 주로 전기 생산에 활용
*지열발전이란?
-지하의 고온층에서 증기나 열수의 형태로 열을 받아들여 발전하는 방식
고온의 증기 > 증기터빈 > 발전기
-고온의 증기를 얻으면, 이것을 증기터빈에 유도하고 고속으로 터빈을 회전시켜서 이와 직결된 발전기에 의해 전력을 생산
-열수로서 분출하는 경우는 그 열을 열 교환기에 보내어 물을 증발시켜 터빈으로 보냄
*열교환기 : 두 개의 유체 간에 열을 주고받도록 하게 하는 장치
판형 열교환기 : 서로 다른 온도를 가진 유체가 얇은 전연판 사이를 반대방향으로 흐르면서 고온이 저온으로 흐르면서 열 전달이 이루어지게 하는 장치
*지열발전의 역사와 현황
*전세계 지열난방 및 발전 사용현황
전세계 지열난방 및 발전 사용현황
*미국의 지열발전 현황
-미국은 2012년에 지열전기생산용량이 147MW 추가되어 총 용량이 5% 늘어나 3.4GW에 달함. 이는 생산세액공제 PTC 를 지열프로젝트까지 확대 적용키로 한 2005년의 결정 이후 (역년)중에 나타난 두 번째로 가장 높은 증가율
-태양광발전과 지열전기발생장치를 결합한 네바다주의 첫 시설은 특히 중요 이 융합형 발전소는 열효율을 강화하고 생산안정성을 개선하며 투자위험을 낮춘 것으로 인정을 받음. 2013년초 미국에는 개발중인 지열프로젝트가 175개로, 이는 총 5.5GW 이상의 잠재력을 지니고 있는데, 이중 절반 정도는 향후 10년 내에 결실을 볼 수 있음.
캘리포니아가 지열발전 많은 생산양 보임.
*지열발전의 종류
지열발전 : 건증기 발전(역사가장오래됨), 습증기 발전(현재가장 널리보급), 바이너리 발전(유기 랭킨 사이클, 칼리나 사이클), EGS 발전
*건증기(Dry steam) 발전
-역사가 가장 오래된 방식
-고온의 증기가 풍부한 지역에서 활용
-완전 포화 상태 또는 과열상태의 건증기를 하나 또는 여러 개의 보어홀에서 추출한 후지상 배관을 통해 플랜트의 터빈으로 직접 보내 전기 생산
완전포화상태:어떤 온도의 공기가 이 이상 수증기를 포함할 수 없는 상태
과열상태: 액체를 빠르게 가열할 경우 끓는점 이상에 도다라는 것을 말한다.
보어홀: 깊이 30m 이상의 우물
미국 the geysers : 관청으로부터 나오는 증기를 발전설비의 터빈으로 직접 보내어 발전하는 방식
*습증기(Flash steam) 발전
-현재 가장 널리 보급된 방식
-터빈의 단 수에 따라 1단관 2단 습증기 지열 발전으로 분류
-멕시코의 Cerro Prieto와 미국의 Imperial Valley 가 대표적인 사이트
-보어홀 상부에서 습증기의 건도는 10~50%
-원심분리식기-액 분리기를 이용하여 습증기를 기상과 액상으로 분리한 후 활용
사용예 멕시코 cerro Prieto , 미국 imperial valley
*바이너리 사이클 지열발전
-지하에서 추출한 저온 지열수가 비등점이 상대적으로 낮은 2차 유체를 증발시켜 터빈 구동
-2차 유체로는 냉매계열, 프로판(C3H8),펜탄(C4H10),암모니아(NH3)등을 이용
-유기화합물들이 작용유체이기 때문에 유기랭킨사이클로도 불림
-알라스카의 Chena Hot spring 가 대표사이트
작동유체 : 가스, 증기 , 등
작동유체에 따라 유기랭킨 사이클과 칼리나 사이클로 나뉨 (바이너 사이클 방식이)
1. 유기랭킨사이클
-유기 작동유체를 사용한 랭킨 사이클
-1967년 러시아 캄차카 반도의 paratunka에 건설된 지열발전 플랜트가 시초
-현장 여건에 따라 공기 또는 물이 냉각
*랭킨 사이클: 단열압축이나 등암 가열, 단열팽창, 등압방열로 이루어지는 열기관의 사이클
유기랭킨사이클 사용예 : 러시아 캄차카반도 paratunka
2. 칼리나 사이클
-혼합 작동유체의 상변화 과정을 이용
-열 교환 과정에서의 비가역성을 줄일 수 있다.
-비공비혼합물 이용
-1982년 연구 개발자 Dr. Alexander kalina 자신의 이름을 딴 칼리나 사이클로 발표되어 미국 특허를 획득
상변화 : 물질의 상태가 온도 압력 자기장 등 일정한 외적 조건에 따라 한 상에서 다른 상으로 변화하는 현상
비가역성 : 온도가 다른 두 물체를 접촉시키면 고온의 물체의 열이 저온의 물체로 흘러 저온물체 온도가 높아진다. 반대로 돌아오지 않는 것.
열역학제2법칙: 무질서한 운동을 하는 방향으로 진행되며 그 반대방향으로는 진행x
비가역성 예 : 기체의 자유팽창, 고온 > 저온 , 마찰에 의한 열의 발생, 잉크방울의 확산,
*EGS 발전
-삼부 고온암체에 인공 파쇄대를 형성한 후, 이 파쇄대를 통해 물을 주입하여 열을 추출하는 방식
-물을 주입하는 수압 파쇄용 시추공, 인공 저류층 그리고 뜨거운 물을 퍼올리기 위한 생산정 등으로 구성
-화산지대가 아닌 지역에서도 지열 발전이 가능 하기 때문에 최근 전 세계적으로 중장기 기술 개발 프로젝트로 많은 관심을 받고 있음.
사용예 : 스위스 바젤시의 EGS 프로젝트
-호주는 1980년대부터 EGS 지열발전에 대한 연구를

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