Performance Characteristics of Organic Rankine Cycle Using Medium Temperature Waste Heat with Different Working Fluids

중온 배기열을 이용한 유기랭킨사이클 작동유체별 성능특성

Renewable Portfolio Standards was introduced into the system in Korea in 2012. Interest in the unutilized and renewable energy sources is increasing. and these being actively investigated. An organic rankine cycle has emerged as an alternative in order to take advantage of bio-gas engine heat of sewage treatment plants whose capacity is 1500 kW. The organic rankine cycle power system was simulated by a simulator which is a commercial program of power plant design and performance analysis. The biogas engine is operated by $460^{\circ}C$ and 2.7 kg/s flow rate in the sewage treatment plant. Working fluids(R-601a, R-123, R-245fa) are selected to use in ORC power system in this temperature range. It was the isopentane that is the best performance among three working fluids. It could be obtained net power of 163.1 kW and efficiency of 13.66% from isopentane in the simulation.

2012년부터 신재생에너지 의무공급제도가 국내에 도입되고, 전 세계적인 에너지 절약과 환경보존 측면에서 미활용 및 신재생에너지원에 대한 관심이 날로 증가하고 있다. 특히, 중저온 열원의 활용방안에 대하여 많은 관심과 연구가 활발하게 진행되면서 고부가가치의 전력생산이 가능한 유기랭킨사이클이 그 대안으로 떠오르고 있다. 따라서 본 연구에서는 유기랭킨사이클 발전시스템을 하수 처리장 1,500 kW 바이오가스엔진 배기열을 열원으로 하부 사이클을 구성하여 성능해석 상용 프로그램으로 성능특성을 예측하였다. 바이오가스엔진 배열의 실제 운전조건은 $460^{\circ}C$의 온도와 매 초당 2.7 kg의 유량으로 운전되고 있었다. 이러한 열원 온도에 적합한 작동유체를 다수 선정하여 작동유체 종류별 성능해석을 수행하였으며, 최고의 성능이 나타나는 이소펜탄의 경우 163.1 kW의 발전출력과 13.66%의 효율을 얻을 수 있었다.