◦ 2009년 11월 한국기계연구원 국제회의실에서 압축공기에너지저장(CAES) 기술설 명회가 개최되었으며, “CAES 기술연구회의 취지 및 향후 사업 추진 계획”이 논의 되었음.
◦ 한국해양연구원에서는 이산화탄소 해양지중저장 연구를 수행하고 있으며 이와 관 련한 제반 공정설계 및 안전설비 시스템 연구 중임.
- 해양 퇴적층을 대상으로 한 연간 100만톤급 이상의 이산화탄소 지중저장 후보 지 탐색 및 평가
- 이산화탄소의 수송, 주입 및 저장 시스템 공정설계 연구 - 대용량 다단 압축, 냉각, 정제 및 액화 시스템 설계 연구 - 이산화탄소 열사이클 시뮬레이션 및 열에너지 활용방안 연구 - 대용량 이산화탄소 파이프라인 수송시스템 및 액화 수송선박 연구 - 수송 및 저장지로부터의 이산화탄소 유출방지 연구
- 이산화탄소 지중저장과 관련한 해양환경관리체계 구축 및 법/제도 기반 연구
◦ 한국기계연구원에서는 액분사식 에릭슨 사이클을 적용한 Micro-CAES 발전 기술 및 정압식 압축공기 저장과 관련한 선행 조사연구를 수행하고 특허를 출원함.
- 전열면적이 넓고 열전달 특성이 좋은 스크롤기기의 특성을 이용하여 압축 시 효과적으로 냉각, 팽창 시 효과적으로 가열함으로서 중간냉각과 재열을 위한 다단 압축/팽창을 필요로 하지 않는 에릭슨 사이클을 적용한 기술을 개발함.
◦ 석유 비축기지 시설 경험을 바탕으로 SK건설이 1998년 CAES 예비타당성 조사연 구를 수행한 바 있음.
◦ 한국지질자원연구원 지하공간환경연구실(송원경 박사팀)
- 지하저장 공동의 장기안정성 확보기술과 기밀성 유지기술 확보
- Pilot Plant site을 선정하고 지반 특성 조사 및 평가를 수행하였으며 압축공기 지하저장 공동의 단면 형상, 라이닝 제원, 플러그 제원을 결정하여 pilot plant 기본설계
제7절 기존 과제와의 중복성 검토 및 연계방안
◦ 현재까지 압축공기 저장기술과 관련하여 수행되었거나 수행되고 있는 연구과제는 2개 과제에 불과함
◦ 한국지질자원연구원에서는 기관고유사업으로 2009년부터 현재까지 “지하 암반내 복공식 에너지저장시스템 개발” 과제를 수행하고 있으며, 과제의 주요 내용은 지 하 암반내 복공식 에너지 저장 pilot plant 설계 및 기반기술 개발로 지중저장 기 술에 해당됨.
◦ 기존 유사과제를 조사하여 차별성과 연계성을 표 2.21에 제시하였음
표 2.20 유사과제 조사 결과
사업명 과제명 부처명 발주기관 연구기간 주관연구
기관
연구비 (백만원) 한국지질자원
연구원 기관고유사업
지하 암반내 복공 식 에너지저장시스 템 개발
지식 경제부
한국지질 자원 연구원
2009.1.1. ~ 2011.12.31.
한국지질 자원 연구원
6,274
해외협력기반 조성사업
양수발전이 결합된 정압식 압축공기 저장 발전시스템의 열경제성 모델링 및 최적화 연구
교육 과학 기술부
한국연구 재단
2010.12.01.
~ 2011.11.30
한국기계
연구원 20
표 2.21 유사과제와의 차별성 및 연계방안
과제명 개요 및 연구내용 차별성 및 연계방안
지하 암반내 복공식 에너지 저장시스템 개 발
(한국지질자원 연구원 기관고 유사업)
지하 암반내 복공식 에너지 저장 pilot plant 설계 및 기반기술 개발
- 대상 부지를 선정하여 지하공동 설 계를 위한 변수 연구를 진행함.
- 암반의 투수성, 초기지압, 절리 특 성 및 절리 구조도 분석, 암반평가 실시
- 공동간격결정을 위한 2차원 해석, 수갱 주위 안정성 분석을 위한 3차 원 해석 등이 이루어짐
- 지하 500m 심도, 폭 14m, 높이 22m, 길이 180m인 4개의 공동이 병렬로 배치되며 각 공동간의 간격 은 46m, 압축공기의 저장압력은 50bar를 적용한 CAES 지하저장 공동을 대상으로 FLAC-2D code를 이용하여 동역학적 수치해석을 수행 - 압축공기를 2개의 저장수를 내포하
는 저장소에 보관함하고 수압펌프 를 이용하여 저장수를 강제 이송함 으로서 압축기와 터빈의 효율을 극 대화할 수 있음
- 에너지 및 엑서지를 해석을 통하여, 준등온 압축, 팽창공정이 단열공정 보다 더 효과적인 것으로 평가 - CAES의 경제성과 효율성을 입증하
는 기준인 100MW급 지하 저장소 를 건설, 시범테스트를 거쳐 향후 5 년 내 각 가정에 전력 공급을 목표 로 함.
- 압축공기를 이용한 에너지 저장 기술이라는 점에서 유사성이 있으 나, 기존의 폐공동 등을 활용하여 대규모 지중저장을 한다는 점에서 입지선정 및 대상구조물과 건설공 법 등에 차이가 있음
- 본 기획과제의 경우 신재생에너지 를 에너지원으로하여 압축공기를 저장하는 기술이며, 인공구조물(저 장체)을 활용하여 병렬분산형의 압축공기저장을 목표로 하며, 수중 에 인공저장구조물을 구축하기 위 한 설계 및 시공기술 개발이라는 점에서 완전히 차별화됨
- 본 기획과제는 실증 및 실용화를 위하여 대규모 단지조성이 추진되 고 있는 해상풍력에 적용하는 것 으로 초점을 맞추었으며, 개발완료 된 기술은 향후 조류, 파력 등의 해양에너지를 포함하여 다른 신재 생에너지원에도 적용할 수 있음 - 지질자원연구원에서 수행하고 있
는 지하 암반내 저장 방식과 본 기획과제에서 제안한 병렬분산형 인공구조물을 이용한 저장방식이 실용화된다면 입지조건에 따라 기 술적, 경제적으로 타당한 방법을 선택적으로 사용될 수 있으므로 상호 보완적인 기술체계를 구축하 여 활용범위를 넓히는 등 시너지 효과가 예상됨
양수발전이 결 합된 정압식 압축공기 저장 발 전 시스 템 의 열경제성 모델 링 및 최적화 연구
기존 압축공기저장 발전과 양수발전의 문제점을 상호 보완할 수 있는 새로운 양수발전이 결합된 정압식 압축공기 저 장 발전시스템의 에너지 효율, 환경성, 경제성을 고려한 최적화 기법 연구
- 본 기획과제의 경우 신재생에너지 를 에너지원으로하여 압축공기를 저장하는 기술 및 인공구조물(저 장체) 설계/시공 기술을 포함한 시 스템 엔지니어링 기술개발이라는 점에서 차별화됨
- 현재 수행중인 과제에서 개발된 최적화 기술은 도입하여 적용함으 로써 상호 기술을 연계함
제3장 기술개발 전략수립
제1절 STEEP 분석 및 이슈도출