• 에너지공학
• /
• 제20권3호
• /
• pp.178-184
• /
• 2011

압축공기저장(CAES) 발전은 가스터빈에 필요한 압축공기를 야간이나 비첨두 시간에 저렴한 전기로 미리 압축해서 저장하였다가 주간에 활용하는 것으로 전력 저장과 발전의 하이브리드 기술이라고 할 수 있다. 그러나 기존 압축공기저장 발전의 경우 심야에 압축공기를 일정부피의 압축공기 저장조에 충전하게 되면 저장조내의 압력은 점점 증가하게 되고, 반대로 주간에 발전을 위해 압축공기를 방출하게 되면 저장조내의 압력은 감소하게 된다. 이와 같이 운전 압력비 조건이 넓은 범위로 변화하여 설계 압력비에서 벗어나게 되는 것은 압축 및 팽창효율이 크게 감소하게 되는 원인이 된다. 본 논문에서는 이러한 기존의 변압식 압축공기저장 발전 방식의 문제점을 해결하기 위해 새로운 방식의 정압식 압축공기저장 발전 방식을 제시하고 있으며, 엑서지 개념을 포함한 에너지 분석을 통해 에너지 밀도 증가와 효율 향상 효과를 예측하였다. 새로운 방식의 정압식 압축공기 저장 발전 방식은 정압식 압축공기 저장 발전과 공압식 양수발전의 하이브리드 개념으로 기존 변압식 압축공기저장 발전 방식에 비해 정압 운전에 의한 효율향상과 에너지 밀도 증가로 압축공기 저장조의 크기를 50%이상 줄일 수 있는 장점을 가지고 있다.

• 한국정밀공학회:학술대회논문집
• /
• 한국정밀공학회 2009년도 춘계학술대회 논문집
• /
• pp.845-846
• /
• 2009

• 한국지반공학회:학술대회논문집
• /
• 한국지반공학회 2002년도 가을 학술발표회 논문집
• /
• pp.287-294
• /
• 2002

CAES which is called as a compressed air energy storage was firstly developed at Huntorf, German in 1978. The capacity of that system was 290MW, and it can be treated as a first commercial power plant. CAES has a lot of merits, such as saving the unit price of power generation, averaging the peak demand, improvement of maintenance, enlarging the benefit of dynamic use. According to the literature survey, the unlined rock cavern should be proposed to be a reasonable storing style as a method of compressed air storage in Korea. We decided the hill of the Korea Institute of Geoscience and Mineral Resources as CAES site. If we construct the underground spaces in this site, the demand for electricity nearby Taejon should be considered. So we could determine the capacity of the power plant as a 350MW, This capacity needs a underground space of 200,000㎥, and we can conclude 4 parallel tunnels 550m deep from the surface through the numerical studies, Design parameters were achieved from 300m depth boring job and image processing job.

• 터널과지하공간
• /
• 제20권6호
• /
• pp.446-454
• /
• 2010

압축공기를 활용한 가스터빈 발전방식(CAES-G/T)은 태양열이나 풍력과 같은 신재생 에너지의 출력 변동성을 조절하는 유력한 수단 중 하나로 고려되고 있다. 국내에서 CAES 발전이 실용화된다면 지질여건상 암반터널식이 채택될 가능성이 크다. 암반터널식 CAES 시설에서는 압축공기 저장공간을 밀폐시키기 위한 콘크리트 플러그의 설치가 필요하므로 플러그의 형상과 크기를 결정하는 것이 중요한 설계변수가 된다. 파괴에 대한 안전율 분포와 접촉부 접촉압력 분포 분석을 통해 2가지 형태의 콘크리트 플러그에 대한 안정성 평가를 수행하였다. 주어진 지질조건에서는 테이퍼형 플러그가 쐐기형 플러그에 비해 구조적으로 안정한 것으로 나타났다. 쐐기형 플러그의 경우 측면 접촉부에서 분리현상이 예측되었고 이러한 분리면에서 압축공기의 누출 가능성과 마찰저항의 감소가 발생할 수 있음을 보여주었다.

• 터널과지하공간
• /
• 제23권4호
• /
• pp.319-325
• /
• 2013

본 연구의 목적은 지하공동 내에 고압 압축공기를 저장하는 경우 발생할 수 있는 리스크를 평가하는 것이다. 문헌 조사와 CAES의 특성에 대한 연구를 통해 CAES 지하 저장 공동 개발과 관련된 리스크 요인을 선정하였다. 대분류 리스크 요인으로 기획 설계단계, 시공단계, 운영 유지관리단계의 3개를 고려하였으며, 중분류 리스크 요인으로 8개를, 소분류 리스크 요인으로 총 24개의 리스크 인자들을 선정하였다. 전문가 설문을 통해 얻어진 자료를 분석하기 위하여 AHP 기법을 적용하였으며 리스크 상호 간 상대적 중요도를 평가하였다. 해석 결과 대분류에서는 운영 유지관리단계 리스크, 중분류에서는 품질 안전 관련 리스크, 소분류에서는 압축공기 저장용 내조시스템의 기밀성 확보 실패가 가장 큰 리스크로 평가되었다.

• 터널과지하공간
• /
• 제19권2호
• /
• pp.77-85
• /
• 2009

가변성 분할 라이닝 기밀시스템을 채용한 CAES-G/T 발전용 복공식 압축공기 지하저장 터널기술을 소개 하였다. 본 기밀시스템의 특징은 라이닝 세그먼트의 변위를 허용함으로써 고압 압축공기에 의한 내압을 암반이 최대한 부담토록 하고 특수고무시트 부착을 통해 저장터널의 기밀성을 향상시킨 것으로 요약할 수 있다. 이러한 기밀시스템을 채용한 가변성 터널기술은 압축공기 지하저장 시설의 천심도, 도심지 근교 및 도서지방에서의 시공을 가능케 하여 소규모의 분산형 CAES-G/T 발전이 가능할 뿐만 아니라 다양한 에너지(천연가스, LPG, DME) 지하저장시설로서의 활용이 기대된다.

• 터널과지하공간
• /
• 제21권4호
• /
• pp.297-306
• /
• 2011

본 연구에서는 지하 압축공기에너지 저장공동 주변 지하수 및 압축공기의 유체유동과 열전달 거동 해석을 위한 다상다성분 열유동 해석 결과를 이용하여 지하 저장공동의 열역학적 에너지수지 분석을 통한 에너지 효율평가를 실시하였다. 복공재인 콘크리트 라이닝이 충분한 기밀성능을 발휘할 경우, 주입 압축과정에서 저장공동으로부터 손실되는 에너지의 대부분은 콘크리트 라이닝 및 주변 암반에의 열전도를 통해 발생함을 확인하였다. 지하 압축공기에너지 저장공동의 에너지 효율은 압축공기 주입온도에 민감한 결과를 보였으며, 주입온도가 주변 암반의 온도에 근사할 경우, 손실된 에너지의 대부분이 토출 팽창과정에서 저장공동으로 유입 회수되는 결과를 보였다. 한편, 콘크리트 라이닝의 열전도특성이 저장공동의 에너지효율에 미치는 영향은 크지 않았다.

• 터널과지하공간
• /
• 제25권1호
• /
• pp.107-114
• /
• 2015

본 연구에서는 CAES 저장 공동의 운영단계에서 발생할 가능성이 있는 리스크를 분석 및 평가하고, 가장 높은 리스크 수준을 가지고 있는 것으로 판명된 리스크에 대해서 화재 시나리오를 작성하였다. 운영단계에서의 리스크를 상위 리스크와 하위 리스크로 구분하였다. 상위 리스크는 '기술적 리스크', '시설 리스크', '자연재해 리스크'로 이루어져 있으며, 하위 리스크는 11개의 리스크 요인들로 구성되어 있다. 20인의 관련 분야 전문가에게 설문 조사를 실시하였으며, 설문 내용을 분석하기 위해서 ANP 모델을 적용하였다. 리스크 우선순위를 결정하기 위해서 ANP 분석 결과와 기 결정된 리스크 평가기준을 비교하였으며, 그 결과 '관리공동 내 화재 발생'이 위험도가 가장 높은 리스크로 선정되었다. '관리공동 내 화재 발생' 리스크가 미치는 영향을 평가하기 위하여 시나리오를 작성한 후 분석하였다. 3가지 종류의 시나리오를 고려하였으며, 시나리오를 분석하기 위해서 FDS 화재 해석 프로그램을 사용하였다. 해석 결과 터널 내부에서 외부로 바람이 부는 경우를 가정한 No. 3 시나리오가 연기 확산 속도가 가장 크면서 가장 빠르게 연기가 호흡 한계선 이하까지 하강하는 것으로 나타났다. 따라서 운영요원이 접근터널에서 피난하는 경우 No. 3 시나리오가 가장 불리한 조건으로 판명되었다.

• 터널과지하공간
• /
• 제25권6호
• /
• pp.568-576
• /
• 2015

본 연구에서는 압축공기에너지저장 설비를 운영함에 있어 위험성이 크다고 분석된 '내조시스템 파손에 따른 압축공기 유출'과 '접근갱도 내 화재 발생' 리스크를 대상으로 시나리오를 작성하여 분석을 실시하였다. Bernoulli 방정식과 운동량 방정식을 결합하여 압축공기 분출에 따른 충격력을 계산하기 위한 식을 유도하였다. 이 식을 바탕으로 시나리오를 작성하여 충격력을 계산한 결과 충격력은 균열 직경의 제곱 및 압축공기의 압력에 비례하는 것으로 나타났다. 계절의 변화 및 화원의 위치에 따른 연기 확산 거동을 분석하기 위하여 4가지의 화재 시나리오를 작성하였다. 저장 공동 벽면 근처에서 화재가 발생한 경우는 10 m 떨어진 지점에서 화재가 발생한 경우보다 연기가 호흡한계선까지 하강하는 데 소요되는 시간이 더 짧은 것으로 나타났는데 이는 연기 파선단 전파로 인해 발생한 것으로 예측된다. 갱내로의 공기 유동 방향에 따라 연기의 확산 거동이 달라지기 때문에 겨울에 화재가 발생한 경우는 여름에 발생한 경우보다 연기의 확산속도가 빠르고 더 멀리까지 연기가 퍼지는 것으로 나타났다. 피난 시뮬레이션 해석 결과 여름과 겨울 화재에서의 피난요구시간(RSET)은 각기 262, 670 s로 분석되었다.

• 터널과지하공간
• /
• 제21권5호
• /
• pp.394-405
• /
• 2011

본 연구에서는 복공식 지하 압축공기에너지 저장공동의 역학적 변형 및 누출 거동의 복합거동을 파악할 목적으로 비등온 다상다성분 유체유동 및 역학적 거동의 연계해석이 가능한 TOUGH-FLAC 해석을 실시하였다. 지하압축공기에너지 저장 공동의 초기 및 장기 운영 과정에서 고압 압축공기 인입 입출에 따른 콘크리트 라이닝 내부에 발생하는 응력 양상을 살펴보고 저장공동 내부 압력 및 온도 변화를 파악함으로써 기밀성능을 평가하였다. 최대 저장공동 운영압력 8 MPa 조건에서 콘크리트 라이닝 내부에서는 공기침투압에 의한 유효응력의 감소와 접선방향의 인장응력의 증가에 따라 인장균열이 발생할 수 있음을 확인하였다. 콘크리트 라이닝 내부의 인장균열 발생에 따른 투과특성 증가 모델을 이용한 해석 결과, 저장공동 천정부 및 측벽부 일부에서 인장파괴가 발생하여 이들 영역에서의 투과계수는 초기 $10{\times}10^{-20}m^2$에서 $5.0{\times}10^{-13}m^2$까지 증가하였다. 한편, 콘크리트 라이닝 내부 인장균열 발생 및 투과특성 증가에도 불구하고 저장공동 내부 압축공기 압력은 주변 암반의 기밀성능으로 인해 일정하게 유지되고 공기누출량은 일일주입량의 0.02%에도 못 미쳐 복공식 지하 압축공기에너지 저장공동의 유효성을 확인할 수 있었다.