The objective of this paper is to propose a modelling of a small compressed air energy storage system, which drives an induction generator based on a field-oriented control (FOC) principle for a renewable power generation. The proposed system is a hybrid technology of energy storage and electrification, which is developed to use as a small scale of renewable energy power plant. The energy will be transferred from the renewable energy resource to the compressed air energy by reciprocating air compressor to be stored in a pressurized vessel. The energy storage system uses a small compressed air energy storage system, developed as a small unit and installed above ground to avoid site limitation as same as the conventional CAES does. Therefore, it is suitable to be placed at any location. The system is operated in low pressure not more than 15 bar, so, it easy to available component in country and inexpensive. The power generation uses a variable speed induction generator (IG). The relationship of pressure and air flow of the compressed air, which varies continuously during the discharge of compressed air to drive the generator, is considered as a control command. As a result, the generator generates power in wide speed range. Unlike the conventional CAES that used gas turbine, this system does not have any combustion units. Thus, the system does not burn fuel and exhaust pollution. This paper expresses the modelling, thermodynamic analysis simulation and experiment to obtain the characteristic and performance of a new concept of a small compressed air energy storage power plant, which can be helpful in system designing of renewable energy electrification. The system was tested under a range of expansion pressure ratios in order to determine its characteristics and performance. The efficiency of expansion air of 49.34% is calculated, while the efficiency of generator of 60.85% is examined. The overall efficiency of system of approximately 30% is also investigated.
Journal of Korean Society of Industrial and Systems Engineering
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v.39
no.3
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pp.180-191
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2016
Optimizing energy usage for maximum efficiency is an essential goal for manufacturing plants in every industrial manufacturing sector. The generation and distribution of purifying compressed air is a large expense incurred in practically all manufacturing processes. Not only is the generation and treatment expensive equipment of compressed air, but frequent maintenance and effective operation is also required. As a plant's compressed air system is often an integral part of the production process, it needs to be reliable, efficient, and easy to be maintain. In this paper, we study to find operating method to save energy from the adsorption dryer in the process of purifying compressed air, which is required for a clean room production site in "A" company. The compressed air passes through a pressure vessel with two "towers" filled with a material such as activated alumina, silica gel, molecular sieve or other desiccant material. This desiccant material attracts the water from the compressed air via adsorption. As the water clings to the desiccant, the desiccant particle becomes saturated. Therefore, Adsorption dryer is an extremely significant facility which removes the moisture in the air $70^{\circ}C$ below the dew point temperature while using a lot of energy. Also, the energy consumption of the adsorption dryer can be varied by various operating conditions (time, pressure, temperature, etc). Therefore, based on existing operating experiments, we have searched operating condition to maximize energy saving by changing operating conditions of the facility. However, due to a short experiment period (from September to October), further research will be focused on considering seasonality.
Tulebekova, Saule;Zhang, Dichuan;Lee, Deuckhang;Kim, Jong R.;Barissov, Temirlan;Tsoy, Viktoriya
Structural Engineering and Mechanics
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v.71
no.4
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pp.363-375
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2019
A renewable energy storage pile foundation system is being developed through a multi-disciplinary research project. This system intends to use reinforced concrete pile foundations configured with hollowed sections to store renewable energy generated from solar panels attached to building structures in the form of compressed air. However previous research indicates that the compressed air will generate considerable high circumferential tensile stresses in the concrete pile, which requires unrealistic high hoop reinforcement ratio to avoid leakage of the compressed air. One possible solution is to utilize fiber reinforced concrete instead of placing the hoop reinforcement to resist the tensile stress. This paper investigates nonlinear structural responses and post-cracking behavior of the fiber reinforced concrete pile subjected to high air pressure through nonlinear finite element simulations. Concrete damage plasticity models were used in the simulation. Several parameters were considered in the study including concrete grade, fiber content, and thickness of the pile section. The air pressures which the pile can resist at different crack depths along the pile section were identified. Design recommendations were provided for the energy storage pile foundation using the fiber reinforced concrete.
Compressed Air is an important energy source used in most factories nowadays. The automation trend using air compressor has been gradually increasing with the interest of the 4th industry in recent years. With the air compressor system, it is possible to construct the device at low cost and easily achieve automation and energy saving. In addition, With trend of FA, miniaturation and light weight manufacturing trend expand their use in the electronics, medical, and food sectors. Research method is to design the technology for the remote control of the following information as USN base. Development of flexible sensing module from real time observation module for fusion of IT technology in compressed air systems, design and manufacture of flexible sensing module, and realiability assessment. Design of real-time integrated management system for observation data of compressed air system - Ability to process observation data measured in real time into pre-processing and analysis data. This study expects unconventionally decreasing effect of energy cost that takes up 60~70% of air compressor layout and operation and maintenance management cost through USN(Ubiquitous Sensor Network) technology by using optimum operational condition from real time observation module. In addition, by preventing maintenance cost from malfunction of air compressor beforehand, maintenance cost is anticipated to cut back.
Compressed Air Energy Storage (CAES) is a combination of energy storage and generation by storing compressed air using off-peak power for generation at times of peak demand. In general, both charging and discharging of high-pressure vessel are unsteady processes, where the pressure is varying. These varying conditions result in low efficiencies of compression and expansion. In this paper, a new constant-pressure CAES system to overcome the current problem is proposed. An energy analysis of the system based on the concept of exergy was performed to evaluate the energy density and efficiency of the system in comparison with the conventional CAES system. The new constant-pressure CAES system combined with pumped hydro storage requires the smaller cavern with only half of the storage volume for variable-pressure CAES and has a higher efficiency of system.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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1994.10a
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pp.635-641
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1994
Recently, Improving the energy efficiency of a pneumatic system and reducing the consumption of compressed air were a concern of scholars at domestic and abroad. The using fields of a pneumatic system are widely used in factory automation of manufacturing line, chemical factories with explosiveness danger and petroleum industries etc. In particular, Pneumatic cylinder is applied to feeding work of workpiece, jig tools and press mechanism, reciprocation and rotary motion with rack and pinion. In this study, The experimental apparatus consisted to pneumatic cylinder, dual supply pressure regulator and solenoid valve. The dual supply pressure regulator connected to outlet port of solenoid valve. The supply pressure (4.5kgf/cm$\^$2/) of compressed air goes into the rodless chamber 1 to drive the pistion rod forward which is named working stage. The supply pressure(2kgf/cm$\^$2/) of compressed air goes into the rod chamber 2 to drive the piston rod backward which is named no-working stage. Accordingly, The research results of this study can be obtained to Energy-Saving Effects of the compressed air about 35%.
Kim, Hyeong-Ui;Kim, Dong-Su;Gang, Bo-Sik;Seong, Baek-Ju
연구논문집
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s.25
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pp.91-98
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1995
Recently, improving the energy efficiency of a pneumatic system and reducing the consumption of compressed air were a concern of scholars at domestic and abroad. The using fields of a pneumatic system are widely used in factory automation of manufacturing line, chemical factories with explosiveness danger and petroleum industries etc. In particular, pneumatic cylinder is applied to feeding work of workpiece. jig tools and press mechanism, reciprocation and rotary motion with rack and pinion. In this study, the experimental apparatus consisted to pneumatic cylinder, dual supply pressure regulator and solenoid valve. The dual supply pressure regulator connected to outlet port of solenoid valve. The supply pressure($4.5kg_f/cm^2$) of compressed air goes into the rodless chamber 1 to drive the piston rod forward which is named working stage. The supply pressure ($2kg_f/cm^2$) of compressed air goes into the rod chamber 2 to drive the piston rod backward which is named no-working stage. Accordingly, the research results of this study can be obtained to Energy-Saving Effects of the compressed air about 35%.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2002.10a
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pp.287-294
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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.
Kim, Hyung-Mok;Park, Do-Hyun;Ryu, Dong-Woo;Choi, Byung-Hee;Song, Won-Kyong
Tunnel and Underground Space
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v.21
no.4
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pp.297-306
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2011
In this paper, we performed thermodynamic energy balance analysis of the underground lined rock cavern for compressed air energy storage (CAES) using the results of multi-phase heat flow analysis to simulate complex groundwater-compressed air flow around the cavern as well as heat transfer to concrete linings and surrounding rock mass. Our energy balance analysis demonstrated that the energy loss for a daily compression and decompression cycle predominantly depends on the energy loss by heat conduction to the concrete linings and surrounding rock mass for a sufficiently air-tight system with low permeability of the concrete linings. Overall energy efficiency of the underground lined rock caverns for CAES was sensitive to air injection temperature, and the energy loss by heat conduction can be minimized by keeping the air injection temperature closer to the ambient temperature of the surroundings. In such a case, almost all the heat loss during compression phase was gained back in a subsequent decompression phase. Meanwhile, the influence of heat conductivity of the concrete linings to energy efficiency was negligible.
It is important to produce the high-temperature and high-pressure air for the concentrated solar power system using the combined cycle. In this paper, we designed two types of tubular receivers to heat up the compressed air and provided their preliminary experimental results for performance evaluation and further improvements. The developed receivers are in a square cavity shape surrounded by flow conduits for easy scale-up and radiation loss reduction. The two receivers were tested with 5 bar air in the KIER solar furnace and evaluated in terms of the outlet temperature and the efficiency.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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