지금까지 연료전지 시스템의 효율을 극대화시키기 위한 기술들이 개발되어 왔는데, 대표적인 방법은 CHP(Combined Heat & power)와 FCT(Fuel cell & Turbine) Hybrid 시스템이다. 그러나 본 연구의 기술은 연료전지 배열을 이용한 Coanda 공기증폭기를 장착한 새로운 개념의 고효율 연료전지 시스템이다. 원래 공기 증폭기는 완만한 곡면 주위를 흐르는 유체가 곡면의 표면을 따라 흐름의 방향이 바뀌는 원리(Coanda Effect)를 이용한 장치로서, 소량의 고압유체를 구동 에너지원으로 사용하여 최고 20배에 해당하는 많은 양의 주변 유체를 빠른 속도로 이송시키는 역할을 한다. 문제는 고압의 유체원을 만드는 것인데, 본 연구에서는 발전용 연료전지 시스템의 배기가스를 활용하여 먼저 고압의 수증기를 발생시키고, 다음으로 고압의 수증기를 공기 증폭기의 구동원으로 사용함으로써 연료전지 시스템의 Air blower를 대체하는 것이다. 이러한 개념을 검증하기 위해서 고압의 스팀작동 Coanda 공기증폭기를 제작하여 선행실험을 진행하였다. 먼저 공기증폭기의 Gap 및 스팀압력에 따른 공기유량, 압력 등의 기본특성을 조사하였고, 출력 공기의 특성을 개선하기 공기증폭기의 형상 및 재료를 새롭게 설계하였다. 그리고 실제 시스템의 적용가능성을 알아보기 위해서, 예로 300kW급 용융탄산염 연료전지 발전시스템의 Air blower 대체가능성을 확인하였고, 배열이용 Coanda 공기증폭기를 활용한 고효율 연료전지 시스템의 개념설계를 수립하였다. 결론적으로 본 기술을 활용하면 연료전지 시스템의 최종 전기효율을 향상시킬 뿐 아니라는 시스템의 장기 신뢰성을 증대시키는 효과를 기대할 수 있다.
Kim, Min-Sung;Baik, Young-Jin;Park, Seong-Ryong;Ra, Ho-Sang
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.22
no.4
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pp.248-257
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2010
An exhausted heat recovery system for a small gas engine cogeneration plant was investigated. The system was designed and built in a 300 kW class cogeneration demonstrative system. The basic performance was tested depending on load variation, and installed to a field site as a bottoming heat and power supply system. The exhaust gas heat exchangers (EGHXs) in shell-and-tube type and shell-and-plate type were tested. The entire efficiency of the cogeneration system was estimated between 85 to 90% under the 100% load condition, of which trend appears higher in summer due to the less thermal loss than in winter. Power generation efficiency and thermal efficiency was measured in a range of 31~33% and 54~57%, respectively.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.66
no.3
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pp.513-521
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2017
Robust optimal operation of a microgrid is required since the increase of the penetration level of renewable generators in the microgrid raises uncertainty due to their intermittent power output. In this paper, an application of probabilistic optimization method to economical operation of a microgrid is studied. To simplify the treatment of the uncertainties of renewable generations and load, the new 'band of virtual equivalent load variation' is introduced considering their uncertainties. A simplified robust optimization methodology to generate the scenarios within the band of virtual equivalent load variation and to obtain the optimal solution for the worst scenario is presented based on Monte Carlo method. The microgrid to be studied here is composed of distributed generation system(DGs), battery systems and loads. The distributed generation systems include combined heat and power(CHP) and small generators such as diesel generators and the renewable energy generators such as photovoltaic(PV) systems and wind power systems. The modeling of the objective function for considering interruption cost by the penalty function is presented. Through the case study for a microgrid with uncertainties, the validity of proposed robust optimization methodology is evaluated.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.18
no.6
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pp.29-36
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2017
In this study, acombined cogeneration power plant produced two types of thermal energy and electric or mechanical power in a single process. The performance of each component of the gas turbine-combined cogeneration system was expressed as a function of the fuel consumption of the entire system, and the heat and electricity performance of each component. The entire system consisted of two gas turbines in the upper system, and two heat recovery steam generators (HRSG), a steam turbine, and two district heat exchangers in the lower system. In the gas turbine combined cogeneration system, the performance test after 10,000 hours of operation time, which is subject to an ASME PTC 46 performance test, was carried out by the installation of various experimental facilities. The performance of the overall output and power plant efficiency was also analyzed. Based on the performance test data, the test results were compared to confirm the change in performance. This study performed thermodynamic system analysis of gas turbines, heat recovery steam generators, and steam turbines to obtain the theoretical results. A comparison was made between the theoretical and actual values of the total heat generation value of the entire system and the heat released to the atmosphere, as well as the theoretical and actual efficiencies of the electrical output and thermal output. The test results for the performance characteristics of the gas turbine combined cogeneration power plant were compared with the thermodynamic efficiency characteristics and an error of 0.3% was found.
Park, Jung-Keuk;Hur, Kwang-Beom;Rhim, Sang-Gyu;Lee, In-Hwa
New & Renewable Energy
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v.5
no.2
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pp.15-24
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2009
As new small scale LFG (landfill gas) energy project model which can improve economic feasibility limited due to the economy of scale, LFG-Microturbine combined heat and power system with $CO_2$ fertilization into greenhouses was proposed and investigated including basic design process prior to the system installation at Gwang-ju metro sanitary landfill. The system features $CH_4$ enrichment for stable microturbine operation, reduction of compressor power consumption and low CO emission, and $CO_2$ supplement into greenhouse for enhancement plant growth. From many other researches, high $CO_2$ concentration was found to enhance $CO_2$ assimilation (also known as photosynthesis reaction) which converts $CO_2$ and $H_2O$ to sugar using light energy. For small scale landfills which produce LFG under $3\;m^3$/min, among currently available prime movers, microturbine is the most suitable power generation system and its low electric efficiency can be improved with heat recovery. Besides, since its exhaust gas contains very low level of harmful contaminants to plant growth such as NOx, CO and SOx, microturbine exhaust gas is a suitable and economically advantageous $CO_2$ source for $CO_2$ fertilization in greenhouse. The LFG-Microturbine combined heat and power generation system with $CO_2$ fertilization into greenhouse gas to enhance plant growth is technologically and economically feasible and improves economical feasibility compared to other small scale LFG energy project model.
Park, Yong Kuk;Lee, Min Goo;Jung, Kyung Kwon;Lee, Yong-Gu
Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers
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v.52
no.5
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pp.225-234
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2015
Nowadays a Virtual Power Plant (VPP) represents an aggregation of distributed energy resource such as Distributed Generation (DG), Combined Heat and Power generation (CHP), Energy Storage Systems (ESS) and load in order to operate as a single power plant by using Information and Communication Technologies, ICT. The VPP has been developed and verified based on a single virtual plant platform which is connected with a number of various distributed energy resources. As the VPP's distributed energy resources increase, so does the number of data from distributed energy. Moreover, it is obviously inefficient in the aspects of technique and cost that a virtual plant platform operates in a centralized manner over widespread region. In this paper the concept of the large-scale VPP which can reduce a error probability of system's load and increase the robustness of data exchange among distributed energy resources will be proposed. In addition, it can directly control and supervise energy resource by making small size's virtual platform which can make a optimal resource scheduling to consider of variable and sensitive load in the large-scale VPP. It makes certain the result is verified by simulation.
PARK, SEONGJE;KO, JUNSEOK;HONG, YONGJU;KIM, HYOBONG;YEOM, HANKIL;IN, SEHWAN
Journal of Hydrogen and New Energy
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v.26
no.6
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pp.638-644
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2015
This paper describes the continuing effort to analysis and design on dynamic and electrical behavior of gamma-type free piston Stirling engine/generator with dual-opposed linear generator for domestic micro-CHP (Combined Heat and Power) system. The double acting Stirling engine/generator has one displacer and two power piston which are supported by flexure springs. Two power pistons oscillate with symmetric sinusoidal displacement and are connected with moving magnet type linear generators for power generation. To operate Stirling engine/generator, combustion heat of natural gas is supplied to hot-end and heat is rejected from cold-end by cooling water. The temperature difference across the displacer induces the oscillating motion, and it can be explained with mass-spring vibration system. The purpose of this paper is to describe the design process of linear generator for the double acting free-piston Stirling engine.
PARK, SEONGJE;KO, JUNSEOK;HONG, YONGJU;KIM, HYOBONG;YEOM, HANKIL;IN, SEHWAN
Journal of Hydrogen and New Energy
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v.27
no.1
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pp.114-120
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2016
This paper describes generating efficiency characteristics of the double acting Stirling engine/generator for domestic small-scale CHP (Combined Heat and Power) system. In small distributed generation applications, Stirling engine has competition from fuel cell, microturbine and etc. In order to be economical in the applications, a long life with minimum maintenance is generally required. Free piston Stirling engine (FPSE) has no crank and rotating parts to generate lateral forces and require lubrication. Double acting Stirling engine/generator has one displacer and two power piston which are supported by flexure springs. Two power pistons oscillate with symmetric displacement and are connected with moving magnet type linear generators for power generation from PV work. In experiments, 1 kW class double acting free piston Stirling engine/generator is fabricated and tested. Heat is supplied to hot end of engine by the combustion of natural gas and converted to electric power by linear generators which are assembled with power pistons. The electric parameters such as voltage, current and phase are measured with for variable flow rate of fuel gas. Especially, generating efficiency of FPSE is measured with three different measurement methods. Generating efficiency of the double acting Stirling engine/alternator is about 24%.
Amid growing concerns about energy security, energy prices, economic competitiveness, and climate change, district heating (DH) system has been recognized for its significant benefits and the part it can play in efficiently meeting society's growing energy demands while reducing environmental impacts. Policy makers often need to quantify the fuel and carbon dioxide ($CO_2$) emissions savings of DH system compared to conventional individual heating (IH) system in order to estimate its actual emissions reductions. The objective of this paper is to calculate energy efficiency and $CO_2$ emissions saving, and to propose the future direction for DH system in Korea. DH system achieved total system efficiencies of 67.9% compared to 54.1% for IH system in 2015. DH system reduced $CO_2$ emissions by $381,311ton-CO_2$ (4.1%) compared to IH system. The results suggest that DH system is more preferred than IH system using natural gas. In Korea, the aim is to reduce dependence on fossil fuels and to use energy more efficiently. DH system have significant potential with regard to achieving this aim, because DH system are already integrated with power generation in the electricity since combined heating and power (CHP) are used for heat supply. Although the future conditions for DH may look promising, the current DH system in Korea must be enhanced in order to handle future competition. Thus, the next DH system must be integrated with multiple renewable energy and waste heat energy sources.
Journal of the Korean Applied Science and Technology
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v.35
no.4
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pp.975-984
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2018
Fast pyrolysis bio-oil has unfavorable properties that restrict its use in many applications. Among the main issues are high acidity, instability, and water and oxygen content, which give rise to corrosiveness, polymerization during storage, and a low heating value. Esterification and azeotropic water removal can improve all of these properties. A 500 g of Quercus mongollica which grounded 0.8~1.4 mm was processed into bio-oil via fast pyrolysis for 2 seconds at $550^{\circ}C$. The esterification consists of treating pyrolysis oil with a high boiling alcohol like n-butanol at $70^{\circ}C$ under reduced pressure (100 hPa). All products are analyzed for water mass fraction, viscosity, higher heating value, pH, FT-IR and GC/MS. The water mass fraction can be reduced by 91.4 % (from 31.5 % to below 2.7 %), the viscosity by 65.8 % (from 36.5 to 12.5 cP) and the higher heating value can be increased by 96.8 % (from 3,918 to 7,712 kcal/kg), the pH by 1.3 (from 2.7 to 4.0). FT-IR and GC/MS analysis indicated that labile acids, aldehydes, ketones and lower alcohols were transformed to stable target products. Using this approach, the water content of the pyrolysis oil is reduced significantly. These improvements should allow the utilization of upgraded pyrolysis liquids in standard boilers and as fuel in CHP (Combined heat and power) plants.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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