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표제지

요약문

ABSTRACT

목차

NOMENCLATURE 14

SUBSCRIPTS 14

ABBREVIATIONS 15

1. 서론 17

1.1. 연구배경 및 동향 17

1.2. 연구 목적 및 내용 20

2. 시스템 구성 22

2.1. 복합열병합발전 시스템 22

2.1.1. 시스템 개요 22

2.1.2. 시스템 설비 구성 및 운전 방법 23

2.2. CO₂ 포집 및 압축 시스템 28

2.2.1. CO₂ 포집 시스템 28

2.2.2. CO₂ 압축 시스템 32

2.2.3. 복합열병합발전 및 CCS 통합 시스템 33

3. 모델링 36

3.1. 복합열병합 발전 시스템 36

3.2. CO₂ 포집 및 압축 시스템 42

4. 결과 및 분석 44

4.1. CO₂ 포집설비(MEA) 파라매트릭 해석 결과 44

4.1.1. 흡수액 순환량 44

4.1.2. MEA 흡수액의 농도 변화 46

4.1.3. 흡수탑의 단수 변화 47

4.1.4. 흡수액의 온도 변화 48

4.1.5. 재생열량 소비의 최적화 49

4.2. 운전 모드 및 CCS 흡수제 변화 따른 시스템 성능 분석 51

4.2.1. Operation Mode I 51

4.2.2. Operation Mode III 56

4.2.3. Operation Mode V 59

4.3. 경제성 분석 63

4.3.1. 경제성 분석 방법 63

4.3.2. 경제성 분석 결과 68

5. 결론 72

참고문헌 75

표목차

Table 1. Classification of Operation Mode in the combined cycle cogeneration plant 23

Table 2. Fuel Analysis 37

Table 3. Major parameters and performance of the combined cycle cogeneration plant 38

Table 4. Parameters of MEA and CSU 42

Table 5. Parameters of regeneration heat in the various CO₂ Capture Process 50

Table 6. Performance summary of different sorbents for CO₂ capture (Mode I) 51

Table 7. Performance summary of different sorbents for CO₂ capture (Mode III) 56

Table 8. Performance summary of different sorbents for CO₂ capture (Mode V) 59

Table 9. Definition of cases 64

Table 10. Parameters for economic analysis 67

Table 11. Economic analysis result of MEA process case - 1, 2, 3 69

Table 12. Economic analysis result of PEI process case - 1, 2, 3 70

그림목차

Fig. 1. Configuration of the combined cycle cogeneration plant in operation Mode I 24

Fig. 2. Configuration of the combined cycle cogeneration plant in operation Mode III 25

Fig. 3. Configuration of the combined cycle cogeneration plant in operation Mode V 27

Fig. 4. Configuration of the MEA process 29

Fig. 5. Configuration of the PEI-based solid sorbent process 31

Fig. 6. Configuration of the carbon separate unit 32

Fig. 7. Configuration of the combined cycle cogeneration plant with the post combustion CO₂ capture(Mode I) 34

Fig. 8. Configuration of the combined cycle cogeneration plant with the post combustion CO₂ capture(Mode III) 34

Fig. 9. Configuration of the combined cycle cogeneration plant with the post combustion CO₂ capture(Mode V) 35

Fig.10. Variation in gas turbine performance with ambient temperature 39

Fig.11. Variation of heat consumption and CO₂ removal efficiency with circulation rate 45

Fig.12. Variation of heat consumption with MEA solvent concentration 46

Fig.13. Variation of heat consumption and CO₂ removal efficiency with number of stages 47

Fig.14. Variation of heat consumption with lean solvent temperature 48

Fig.15. Variation of power efficiency with different sorbents for CO₂ capture (Mode I) 53

Fig.16. Variation of thermal efficiency with different sorbents for CO₂ capture (Mode I) 53

Fig.17. Variation of total efficiency with different sorbents for CO₂ capture (Mode I) 54

Fig.18. Variation of efficiency with different heat consumption of MEA process (Mode I) 55

Fig.19. Variation of power efficiency with different sorbents for CO₂ capture (Mode III) 57

Fig.20. Variation of efficiency with different heat consumption of MEA process (Mode III) 58

Fig.21. Variation of power efficiency with different sorbents for CO₂ capture (Mode V) 60

Fig.22. Variation of thermal efficiency with different sorbents for CO₂ capture (Mode V) 61

Fig.23. Variation of total efficiency with different sorbents for CO₂ capture (Mode V) 61

Fig.24. Variation of efficiency with different heat consumption of MEA process (Mode V) 62

Fig.25. Economic analysis result of MEA process 69

Fig.26. Economic analysis result of PEI process 71

초록보기

전세계적으로 이슈화 된 지구온난화를 방지하기 위해 각 국은 온실가스 감축 목표를 수립하고 다양한 규제와 기술개발을 하고 있다. 이러한 변화에 대응하기 위하여 본 연구에서는 여러 가지 CCS(Carbon Capture and storage : CCS) 중 기존 발전소의 개조공사 없이 CO₂ 포집설비를 설치하고 운영할 수 있는 연소 후 CO₂ 포집설비를 선정하고 복합열병합발전 플랜트의 다양한 운전모드에 적용하여 성능변화를 분석하였다.

복합열병합발전 플랜트의 성능변화 분석에 앞서, 상용프로그램인 Aspen Hysys를 이용하여 CO₂ 포집설비를 모사한 후 흡수제의 농도, 유량 및 온도 등의 변화에 대해 파라매트릭 해석을 진행하여 기존 공정의 재생열량 4.186GJ/tCO₂ 대비 약 16%의 재생에너지를 절감한 3.531GJ/tCO₂ 공정을 구성하여 보았다.

복합열병합발전 플랜트의 성능변화는 총 5개의 포집공정에 대한 기존 문헌의 재생에너지 값을 대표 운전 모드인 Mode I, III, V를 적용하여 분석하였다. 그 결과 외기온도가 낮은 Mode I(-12℃), Mode V(5℃), Mode III(32℃)의 순서로 CO₂ 배출량 및 포집량이 많았으며, 포집량 증가에 따라 재생열량 및 소요 동력의 증가로 인해 효율 감소량도 증가하였다. 종합효율(종합 : 전력 + 열) 기준으로 Mode I에서는 16.8% ~ 26.4%(W/O CC : 90.3%), Mode V에서는 7.0% ~ 8.8%(W/O CC : 65.2%), Mode III 에서는 6.7% ~ 8.4%(W/O CC : 59.4%) 감소함을 확인 할 수 있었다.

또한 CCS의 도입으로 인한 초기투자비용, 전력 및 열 판매 손실, 포집 설비의 운영비를 현금 유출로 가정하고 온실가스 배출거래제의 CO₂ 거래가격을 현금 유입으로 가정하여 경제성 분석을 하였다. 이 분석을 통해 대용량 CO₂ 배출자가 CCS 설치를 유인하기 위한 적정 탄소 가격 및 포집 비용을 확인하였다.

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