[헬로티]
선박해양플랜트연구소는 유기랭킨 사이클 발전 시스템 및 터빈-발전기를 개발했다.
유기랭킨 사이클 발전 시스템은 선박에서 발생하는 배기가스 및 냉각수 폐열을 회수하여 유용한 전력을 생산할 수 있는 시스템이고, 유기랭킨 사이클의 작동유체인 유기냉매를 활용하여 터빈의 마그네틱 베어링 역할과 냉각을 겸하는 터빈-발전기를 함께 개발한 것이다.
◆ 기술 개발의 필요성
국내외 해상 물동량과 선박량은 각 100억톤과 16억DWT(재화중량톤수)에 달하며, 세계화에 따른 물동량 증가가 예상되어 수요 증가가 기대되고 있다.
LNG 및 LPG 연료선박과 같은 친환경 선박의 개발과 함께 기존 디젤엔진의 저온부식에 대한 문제 해결과 폐열 회수 효율이 증가하고 있다.
이에따라 국내외 조선사 및 선주사의 고효율 선박에 대한 수요 증가 및 국제 규제 대응 기술개발의 필요성이 증가했다.
세계 유기 랭킨 시스템 시장 규모는 2018년에 4억 9,700만 달러 한화 6,164억원으로 평가되었으며 2019~2025년 기간 동안 연평균 9.6%로 성장할 전망이다.
세계 폐열 에너지 시장규모는 2016년 136억 달러 한화 16조원이며 저온의 폐열을 이용하는 유기랭킨 시스템의 해외 시장 점유율은 미국의 ORMAT(30%) 가 가장 높으며, 유럽, 호주 순으로 나타났다.
◆ 기술의 차별화 요소는?
선박해양플랜트연구소가 개발한 이 기술의 특장점을 살펴보면, 유기랭킨 사이클 발전 시스템은 선박의 종류와 발생하는 열원에 따른 최적화된 설계로 제작이 용이하다. 선박에서 발생하는 배기열, 엔진 냉각열 등 다양한 열원 특성에 맞는 사이클 적용과 선박의 엔진 용량에 따른 최적화된 모델 개발이 가능하다.
아울러, 이 시스템은 시뮬레이션 기반 기존선박의 적용 확인할 수 있다. 다양한 폐열 열량에 맞는 발전 사이클을 통해 기존 선박에서 필요한 장치(펌프, 조수기)의 전원 공급이 가능하다.
사진. 유기랭킨 사이클 발전 시스템 구동원리
이와함께 유기랭킨 사이클 터빈-발전기는 유기냉매를 이용한 축지지 및 윤활 효과가 장점이다. 축하중을 지지하는 저널베어링을 공기베어링으로 구성하여 일부 냉매가 공기베어링의 하단에서 상향으로 분사되어 회전자 축의 부상 및 자기윤활 효과를 갖는다.
뿐만 아니라 자가 냉각구조를 통한 발전기 냉각 효과가 있어 발전기 자켓부 및 내부 냉각 구조인 2중 냉각 구조로 발전기 과열로 인한 저효율화를 방지
하고 터빈 진동을 감소시킬 수 있다.
사진. 유기랭킨 사이클 터빈-발전기
이번에 개발된 기술과 제품은 신조선 에너지효율 지수(EEDI)를 높이는 선박폐열 활용 기술 개발을 통한 IMO환경 규제 대응과 조선 산업 경쟁력 확보에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
또한, 기존 탱커, 컨테이너, 벌크 등의 디젤 선박 외 FPSO, FSRU와 같은 해양플랜트와 신연료(LNG, LPG) 선박 등 다양한 적용성과 활용성도 확보할 수 있을 전망이다. 그리고 연료전지, 산업, 소각열을 이용한 폐열 발전 및 대용량 해수온도차발전 등 대규모 발전단지 터빈 시스템 적용이 가능하다.
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