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요약문
SUMMARY
CONTENTS
목차
제1장 연구개발과제의 개요 13
1.1. 연구개발 목적 13
1.2. 필요성 13
1.3. 연구개발 내용 및 범위 14
제2장 국내외 기술개발 현황 분석 15
2.1. 전력에너지저장 개요 15
2.2. 국내 대용량 전력에너지저장기술의 개발현황 16
2.3. 국외 대용량 전력에너지저장기술의 개발현황 18
제3장 연구개발수행 내용 및 결과 33
3.1. 전력에너지저장 기술 비교 33
3.1.1. 전력에너지저장의 환경변화 33
3.1.2. 전력에너지저장기술의 특성 평가 41
3.1.3. 전락에너지저장기술의 경제성 평가 51
3.2 대용량 전력에너지저장 한국형 모델 개발 63
3.2.1. 압축공기 지하저장 시스템의 기술 개요 63
3.2.2. 압축공기 지하저장 시스템의 선행기술 분석 66
3.2.3. 압축공기 지하저장의 경제성 분석 77
3.2.4. 압축공기 지하저장의 기술개발 로드맵 83
3.3. 파일럿 플랜트 건설부지 평가 85
3.3.1. 플랜트 입지 개요 85
3.3.2. 시험장 지질 88
3.3.3. 현장조사 및 시험 93
3.3.4. 지반 특성 평가 110
3.3.5. 결론 128
3.4. 파일럿 플랜트 기본설계 131
3.4.1. 압축공기 저장공동 최적 형상 결정 131
3.4.2. 최적 라이닝 두께 산정 150
3.4.3. PLUG 설계를 위한 수치해석 165
3.4.4. 기본설계 도면 171
3.4.5. 위험요소 분석 및 대응방안 수립 175
3.4.6. 저장 환경에 따른 기밀성능 예측 179
3.5. 압축공기 지하저장 요소기술 개발 193
3.5.1. 반복하중 굴곡시험 193
3.5.2. 피로전단강도 실험장치 개발 196
3.5.3. 저장공동 장기 안정성 평가기법 개발 205
3.5.4. 저장공동 굴착 손상대 측정장치 개발 223
3.5.5. 저장공동 주변 현장기밀성 측정장치 개발 244
3.5.6. 그라우트 주입효과 수치해석 기법 개발 251
3.5.7. 요약 및 활용방안 269
제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 271
제5장 연구개발결과의 활용계획 273
제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술 정보 275
제7장 참고문헌 281
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I. 제목
지하 암반내 복공식 에너지저장시스템 개발
II. 연구개발의 목적 및 필요성
○ 목적
본 연구의 목적은 풍력, 태양광에너지, 조력 등과 같은 신재생에너지의 가변적 전력생산 및 전력생산을 조절할 수 없다는 단점을 극복하고 양수발전소를 대체할 수 있는 대용량 에너지 저장방법인 압축공기 에너지저장시스템 기술개발에 있다.
○ 필요성
전세계적으로 대용량 전력에너지저장을 목적으로 건설·운영 중인 양수발전소는 환경적 문제로 인하여 추가적인 건설이 어려운 상황이며, 이를 대체할 수 있는 유일한 저장방식으로 압축공기에너지저장시스템이 주목받고 있다. 풍력, 태양광에너지, 조력 등과 같은 신재생에너지의 가변적 전력 생산 및 전력생산의 조절 불가능 등의 특성으로 인하여 에너지 저장이 필수적이다.
암반 내 지하공간을 활용한 전력에너지저장기술은 해외에서 상업 운전 중이거나 건설 중인 암염층 내 압축공기에너지저장시스템과 비교할 때 전력 소비지(도심지)나 신재생에너지 발전단지에 자유로이 건설할 수 있다는 입지선정의 유연성이 큰 장점이며, 압축팽창 과정에서 발생하는 열에너지원의 재활용이 가능한 하이브리드기술이다.
따라서, 지하공간을 활용한 에너지 저장 기술은 그린에너지·환경 산업 인프라 구축에 활용할 수 있는 기반기술임과 동시에 첨단그린도시 개발을 위한 전력 및 열원 공급 인프라로서 중요한 산업기술이다.
III. 연구개발의 내용 및 범위
1차년도 연구목표는 복공식 에너지저장 pilot plant 설계 및 기반기술 개발로서 상세 연구내용은 다음과 같다.
○ 대용량 전력에너지저장 한국형 모델 선정
○ 압축공기 지하저장 pilot plant 부지 특성 평가
○ 저장공동 장기 안정성 확보기술 개발
○ 저장공동 기밀성 확보기술 개발
○ 지하 복공식 pilot plant 기본설계
IV. 연구개발결과
전력에너지저장 방법중 압축공기저장(CAES, Compressed Air Energy Storage), Na-S Battery, Redox Flow Battery에 대한 환경변수에 따른 시나리오별 경제성 비교결과 CAES 기술이 비교 우위에 있는 것으로 분석되었다. CAES 편익분석을 통하여 국내 실정에 맞는 시스템 규모는 100MW급이 최적인 것으로 나타났다. 특허분석을 통하여 도출한 CAES 요소기술로는 지하저장 공동의 장기안정성 확보기술과 기밀성 유지기술이 있다.
기존 URL을 압축공기 지하저장 Pilot Plant site로 선정하고 지반 특성 조사 및 평가를 수행하였으며 압축공기 지하저장 공동의 단면 형상, 라이닝 제원, 플러그 제원을 결정하여 pilot plant 기본설계도를 완성하였다.
다상유체해석 코드인 Eclipse를 이용하여 저장환경에 따른 기밀성능 예측을 위한 민감도 분석을 실시하여 입지 환경 변수(지하수위, 피복암 두께, 복공재 및 암반의 투수성, 포화도)의 민감도 정량화 결과, 복공재 및 암반의 투수성이 가장 영향을 많이 미치며 이는 복공재의 장기안정성 확보 및 암반 굴착 손상권의 제어기술이 중요성을 의미한다.
2차년도 pilot plant 실증 시 수행할 시스템 성능 시험을 위하여 다음과 같은 새로운 장치와 기법들을 개발하였다.
-저장공동 장기 안정성 평가를 위한 반복하중 굴곡시험장치와 피로전단강도 시험장치
-콘크리트 라이닝 안정성 검토 기법
-유체 기밀성 평가를 위한 기밀성 측정장치와 그라우트 주입효과 수치해석 기법
-압축공기 저장공동의 굴착 손상대(EDZ) 평가를 위한 횡파 발생장치
V. 연구개발결과의 활용계획
핵심 설계·시공 기술 및 측정·계측장비와 관련하여 모형 및 실증 실험을 통해 개발된 기술과 시제품에 대하여 성능을 검증하고 향상시킴으로써 시공업체 및 발전회사에 기술을 이전하고 시스템 scale-up을 통하여 상용화 추진
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원문구축 및 2018년 이후 자료는 524호에서 직접 열람하십시요.
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