지난 수십 년간의 전 세계 사회, 경제 및 기술 발전으로 인해 에너지 소비 생활 편의 시설을 요구하는 사람들의 수가 증가했습니다. 이로 인해 1 차 에너지 사용률이 증가하여 인구 증가에 의해 정당화 될 수있는 것보다 훨씬 높습니다. 에너지 사용 증가율과 함께 가스, 석유 또는 석탄과 같은 기존 화석 연료의 평균 가격이 점진적으로 증가했습니다.
.오늘날, 이러한 기존의 연료는 여전히 일차 에너지 요구의 많은 부분을 차지하며, 기후 변화와 건강 문제로 이어지는 세계 온실 가스 (GHG) 배출에 가장 큰 기여를합니다. 이러한 전통적인 연료의 사용, 전통적인 에너지 전환 방법 및 현재 소비 패턴의 사용에 의문을 제기 할 필요성은 전례없는 중요성 수준에 도달했으며, 재생 가능 또는 고효율 에너지 시스템을 기반으로 안전하고 비용 효율적인 대안 접근법을 통해 환경 영향이 낮은 환경 영향으로 변경해야 할 필요성이 있습니다. 언급 된 사실은 어떻게 든 이러한 주요 문제에 반대하는 모든 응용 프로그램이나 기술을 밝힙니다.
산업 및 연구 센터로부터 관심을 높이는 기술 중 하나는 ORC (Organic Rankine Cycle)입니다. 기본 구성에서 Carnot 사이클의 실제 구현에 반대하는 어려움을 극복하기위한 방법으로 볼 수있는 ORC는 4 가지 주요 구성 요소, 즉 펌프, 증발기, 팽창기 및 응축기를 포함합니다. 사이클은 펌프에서 작동 유체의 가압으로 시작하여 증발기로 이어지는데, 여기서 적절한 열원의 열유속에 의해 가열되고 기화되며 (그리고 결국 과열). 가압 증기는 팽창으로 흐르며 온도와 압력을 줄이는 동안 작업을 생성합니다. 팽창기 출구의 저압 증기는 응축기로 향하여 적절한 저온 방열판으로 에너지를 잃어버린 경우 증기에서 액체 상으로 통과합니다. 그런 다음 응축 된 유체를 펌프로 전달하여 다시 압력을 가해 사이클을 닫습니다.
ORC 기술과 함께 자주 사용되는 것은 CHP (결합 된 열과 전력)라고도하는 동시 열과 전력 생산에 대한 잘 알려진 기술입니다. CHP 시스템은 에너지 전환 프로세스의 손실을 줄일뿐만 아니라 운송 및 분포와 관련된 손실을 피하고 전체 프로세스의 지속 가능성을 향상시키고 그리드 신뢰성의 증가 및 그리드 의존성 감소에 기여합니다. 더욱이, 그들은 운영 비용 및 1 차 에너지 소비 측면에서 개별 난방 및 전력 시스템에 대해 상당한 비용 절감을 제공 할뿐만 아니라 온실 가스 배출 측면에서도 절약을 제공합니다. 많은 연구자들은 상당한 에너지 절약 및 환경 보존 측면에서 전통적인 시스템의 주요 대안으로 전 세계 CHP를 언급하고 있습니다.
Micro-CHP는 전형적인 공공/상업용 건물 (예 :보건 센터 또는 중소 규모의 기업 (SME))의 주거 주택의 요구에 이르기까지 열 부하를 충족시킬 수있는 열병 시스템에 대한 명칭입니다. 공칭 전력의 관점에서,이 시스템은 1 kW
Micro-CHP 시스템의 가장 유망한 시장은 주거 부문, 특히 영국, 네덜란드, 독일, 프랑스, 이탈리아, 벨기에, 덴마크 및 아일랜드와 같은 국가에 있습니다. 실제로, 2013 년 유럽 주거용 보일러 시장의 매출 및 주식의 연간 차원은 각각 약 8 백만 대의 단위였습니다. 다른 모든 소액 규모 부문 (예 :SME 또는 단체 시장)의 판매 및 주식은 각각 약 1 ~ 2 천만 대의 단위입니다.
Micro-CHP 시스템의 유럽 전위 시장의 막대한 차원은 예상 된 판매 및 주식을 기반으로 2020 년과 2030 년 동안 표 1에 표시된 것으로 예상되는 판매 및 주식을 기반으로 구상 될 수 있습니다.이 표에서는 1 차 에너지 절약 및 GHG 방출 감소 측면에서 모든 Micro-CHP 시스템의 설치로 인해 발생하는 잠재적 이점도 표시됩니다. 표 1에 제시된 숫자는 암묵적으로 Micro-CHP 제품의 사용 촉진에 관한 사전 예방 적 및 강력한 정치적 의지를 가정합니다. “미래의 보일러”로 간주되는 Micro-CHP 제품의 큰 잠재력을 인정하면서 유럽 표준화위원회 (CEN)는 이미 제품 특성과 효율성 평가를 다루는 몇 가지 표준을 이끌어 냈습니다. Eurovent Certita 인증과 같은 일부 인증 기관은 이미 이러한 종류의 제품에 대한 인증 체계를 개발하기 위해 이러한 표준을 사용했습니다.
광범위한 사용으로 인한 일차 에너지 절약 및 GHG 배출 감소에 대한 거대한 시장과 잠재적 인 이점에도 불구하고, 마이크로 CHP 시스템은 여전히 가스 및 전기 가격이 낮은 투자 비용을 달성하기 위해 매우 중요한 단위를 달성하기 위해 매우 중요한 단위를 달성하기 위해 매우 중요한 역할을 수행 할 수있는 표준 국내 난방 시스템에 대한 실제 유효한 대안으로 간주되기에 충분한 성숙 상태에 도달하지 못했습니다.
ORC 기술은 저급 열을 전력으로 변환하는 가장 적합하고 유망한 솔루션으로 보이기 때문에 가장 간단하고 국내 주택에서 현재 난방 시스템을 개조하는 데 어려움이 생길 가능성이 적기 때문입니다. 실제로, 마이크로 -CHP 시스템을위한 가장 중요한 ORC 구성 요소 중 하나 인 펌프 및 콘덴서는 완전히 상용 제품입니다. 다른 종류의 팽창기 및 작업 유체는 이러한 유형의 사용에 대해 깊이 특성화되고 연구되었습니다. 그러나, 고온원 (예 :바이오 매스/ 천연 가스 연소 가스)이 사용될 때, 열원과 유기 유체 열 교환기 (ORC-evaporator) 사이의 중간 회로가 사용되었다.
.개념적으로 더 복잡하고 덜 효율적인이 중간 회로의 사용은 유기적 인 작동 유체의 가능한 열 저하 또는 시스템 제어에 어려움에 관한 우려에 의해 고온 연소 가스와 전력주기 사이에 직접 에너지 교환을 수행 할 수있는 시장 이용 가능한 OCR-Evaporator가 없기 때문에 정당화 될 수있다. 그럼에도 불구하고, 이것은 더 높은 열 관성으로 인해 최소한 더 긴 응답 시간을 촉진하기 때문에 주거용 응용 프로그램에 가장 적합한 솔루션이 아닌 것으로 보입니다. 이러한 긴 반응 시간을 완화하기 위해 제조업체는 Micro-CHP 장치에 열 저장 탱크를 추가해야합니다. 그러나 이것은 현재 주거용 주거지에 적용되는 벽에 장착 된 기존 또는 콤비 보일러의 개조를 배제 할 수 있습니다.
CHP 유닛으로 주거 난방 시스템을 대체함으로써 발생하는 거대한 경제 및 환경 잠재력을 이용하기 위해, 1 차 에너지가 ORC-Evaporator에 도달하는 방법은 더 많은 연구 또는 심지어 모든 주거 제한을 다룰 수있는 새로운 증발기 개념의 개발이 필요하다.
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이러한 결과는 주거용 응용 프로그램을위한 ORC 기반의 미세 계약 시스템-최신 예술 검토 및 현재 과제라는 제목의 기사에 설명되어 있으며, 최근에 Renewable and Sustainable Energy Reviews Journal 에 발표되었습니다. . 이 작업은 joão S. pereira 에 의해 수행되었습니다 ([email protected]), José B. Ribeiro, Ricardo Mendes 및 Jorge C. André, Coimbra 대학교 기계 공학과, Coimbra Polytechnic Institute의 ISEC의 기계 공학과 및 Gilberto C. Vaz.
