선박 엔진의 출력 크기에 따른 ORC 폐열 발전시스템에 관한 연구
Study on the ORC power generation system in marin engines of various sizes
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초록
본 연구에서는 선박에서 배출되는 배기가스를 줄이는 목적의 일환으로 선박의 엔진으로부터 버려지는 배기가스폐열을 회수하여 전력을 생산하는 유기랭킨사이클(ORC) 발전 시스템을 설계하였다. 선박의 엔진 크기에 따른 배기가스의 온도와 유량을 조사하여 ORC 발전 시스템의 열원으로 적용하였고, 작동유체로는 Novec649, R245fa, TFEA를 선정하여 동일한 배기가스 설계 조건에서 시뮬레이션 하여 비교 해석하였다. ORC발전 시스템은 선박에서 스팀을 생성하는 배기가스 보일러 후단에서 설치하는 조건으로 설계를 하여, 스팀 발전 사이클과 ORC 발전 사이클의 조합으로 구성하였다. 시스템 해석결과 82,440㎾급 초대형 엔진의 배기가스 기준에서, 스팀 발전 사이클에서는 537.4kW를 얻을 수 있었고, ORC 발전 사이클에서는 작동유체를 TFEA로 하였을 때, 가장 적은양의 작동유체인 49,462kg/h에서 805.5kW의 출력을 얻어서 스팀과 ORC 발전 사이클의 전체 출력은 1,342.9kW을 얻을 수 있었다. 선박이라는 제한된 공간의 설계조건에서배기가스 폐열회수 ORC 발전시스템에는 TFEA를 작동유체를 하였을 때 효율이 높은 시스템을 구성할 수 있다.
Abstract
In this study, an organic Rankine cycle(ORC) power generation system was designed to produce electricity by recovering waste heat from ship's main engine exhaust gas. The ORC power generation system was designed to be installed at the rear of the exhaust gas boiler that generates steam for the ship. According to the different exhaust gas capacities of the engine, the power generation capacity of the ORC was simulated using different working fluids, such as Novec649, R245fa, and TFEA , under the same design conditions. As a result of the simulation, from the exhaust gas of the 82,000 kW class engine, 537.4 kW of power were obtained in the steam power generation cycle. In addition, 805.5 kW of power were obtained in the ORC power generation cycle with 49,462 kg/h of TFEA as the working fluid. The total output of steam and the ORC power generated was 1,342.9 kW. Therefore, if a vessel is to be subjected to limited design conditions of weight and space, an ORC power generation system with TFEA as a working fluid is the most efficient application for the recovery of waste heat using minimal fluid.
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