LNG인수기지에서 액화천연가스의 저온열원을 이용한 냉열발전 시스템에 관한 연구
환경오염문제의 심각성으로 인해 화석연료의 사용을 줄이고 청정에너지사용의 비율을 높이는 과정에서 액화천연가스의 수요가 증가하고 있다. LNG 인수기지에서 액화천연가스의 송출과정에서 바다로 버려지는 냉열을 활용하기 위한 연구가 진행되고 있다. 그러나 초기에 냉열발전의 연구가 부정적으로 평가되어 이후에 LNG를 이용한 유기랭킨사이클에 대한 연구가 주로 진행되었으나 이를 냉열발전으로 보고 LNG 인수기지에 적용하기 위한 연구는 미흡하다.
이 연구에서는 LNG 인수기지용 냉열발전으로 해수와 LNG를 이용하는 유기랭킨사이클을 제안하고 이에 대한 성능과 경제성을 분석한다. 이를 위해 냉열발전 시스템을 설계하고 LNG 인수기지의 해수온도를 반영했으며, PPA법을 이용하여 팽창기입구압력에 따른 시스템의 출력, 연간발전량, 냉열회수율을 확인하고 LMTD법을 이용하여 증발기와 응축기의 UA값에 따른 특성을 분석하였다. 경제성평가를 위해 NPV를 이용하여 투자비 회수기간을 산출하였다. PPA법으로 해석한 결과, 정압운전이 변압운전보다 발전량은 감소하나 출력의 변동폭이 작았으며 LNG 인수기지마다 연간발전량이 최대가 되는 팽창기입구압력을 도출하였다. 또한, 제시한 냉열효율로 평가한 냉열회수율부터 7~9%의 LNG 냉열을 전기로 회수할 수 있음을 도출하였다. LMTD법으로 해석한 결과, 증발기와 응축기의 UA값이 증가함에 따라 냉열발전의 출력은 증가함을 확인하였다. 경제성평가를 통해 냉열발전의 투자비 회수기간은 약 7년 정도이며, 냉열발전이 신재생에너지로 취급되면 REC를 통해 경제성이 증가할 가능성을 확인하였다.
Due to the seriousness of environmental problems, the demand for liquefied natural gas is increasing to reduce the use for fossil fuels(oil and coal) and increase the ratio of clean energy. Research is underway to take advantage of the cold heat of liquefied natural gas that is lost into the sea during the LNG vaporization process in the LNG terminals. However, although research on organic Rankine cycle using LNG was mainly studied, it is regarded as a cold power generation, and studies to apply to LNG terminals are insufficient since studies of cold power generation were negatively assessed.
This study proposes an organic Rankine cycle using seawater and LNG as a cold power generation system for LNG terminals, and analyze its performance and economics. To this end, this paper designs a cold power generation system, reflected the seawater temperature at LNG terminals, and analyzes the net power, gross generations and ratio of cold heat recoveries of the system for the expander inlet pressure using PPA method. And the characteristics were analyzed according to UA values of the evaporator and condenser using LMTD method. The payback was calculated using NPV for economics evaluation. As a result of analysis by PPA method, the gross generations of CPO cycle were decreased than those of SPO cycle, but the fluctuations of net power were smaller. In addition, from the ratio of cold energy recovery estimated by the proposed cold thermal efficiency, it was found that 7~9% of LNG cold energy can be recovered by electricity. As a result of analysis by LMTD method, it was confirmed that the net power of cold power generation was increased with increasing UA value of evaporator and condenser. Through economics evaluation, the payback periods of cold power generation is about 7 years. If the cold energy of LNG is treated as renewable energy, it was confirmed that the economics may increase through REC.
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