NaGen(Naturalistic Generator)

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1 NaGen(Naturalistic Generator)
초공동(超空洞)수열발전기 (super cavitation turbine generator) NaGen(Naturalistic Generator) 자연발전기 대표 주남식

2 초공동(超空洞) 수열발전기

3 종래의 수력발전과 초공동 수열발전의 비교

4 낙차(위치)에너지와 수열에너지를 모두 이용 15m 정도의 저낙차에서도 많은 전기를 생산
초공동(超空洞) 수열발전기의 장점 낙차(위치)에너지와 수열에너지를 모두 이용 15m 정도의 저낙차에서도 많은 전기를 생산 3. 발전효율이 높다.(종래의 수배~수십배) 4. 적은 수자원으로도 많은 전기생산 5. 냉수를 분사하여 대기중의 수증기 응축 6. 인공낙차로도 발전 가능 7. 온배수열발전 등 모든 폐열발전에 응용가능

5 인공낙차를 이용한 초공동 수열발전기

6 Cavitation의 역기능

7 Cavitation의 역기능을 순기능으로
캐비테이션현상(액체→기체→액체 순환하는 사이클) 액체에서 출발하여 기화하였다가 복수기 없이 다시 액체로 순환하면서 ‘일을 하는 사이클’ 사례 (캐비테이션 역기능을 순기능 변환 사이클: 주리사이클)

8 비등가속 Nozzle (초공동으로 분사하면 비등 냉각 가속)
비등 냉각 가속 기능을 가진 노즐 비등가속 노즐을 통과하면 온도(T)는 낮아지고 속력(v)은 높아짐 VOLUME

9 액체-기체 변환 비등 냉각 가속 기능 노즐 기능

10 종래의 수차(터빈)들

11 주리터빈(노즐+구심터빈)

12 주리터빈(노즐+구심터빈)

13 주리터빈(노즐+원심터빈+진공펌프)

14 주리터빈(노즐+원심터빈+진공펌프)

15 주리사이클 Joo & Lee(주남식-이동건) Cycle 에너지 정산 저온열원(히트싱크)이 필요하지 않으며 버려지는 에너지도 없음

16 수배관 발전기 수배관의 열에너지로 전기 생산 액화질소 발전사이클 P-H선도 액화질소 발전사이클 P-H선도

17 냉열발전 시스템 구성 상온수의 에너지를 냉매로 이동시킨 후 전기생산
냉열발전기 냉열발전 시스템 구성 상온수의 에너지를 냉매로 이동시킨 후 전기생산 액화질소 발전사이클 P-H선도 액화질소 발전사이클 P-H선도

18 新발전 시스템 新발전시스템 구성 : 효율 97% (38%+59%)
Joo-Lee Cycle: 랭킨사이클에서 버려지던 에너지 59%도 회수

19 고준위 핵폐기물 원자력 발전 (사용후 핵연료를 이용한 전기생산)

20 초공동 수열발전의 경제성 (1GW급, 원전 온배수 59,252kg/s 기준) 1. 온배수 유량 : 59,252kg/s
초공동 수열발전의 경제성 (1GW급, 원전 온배수 59,252kg/s 기준) 1. 온배수 유량 : 59,252kg/s (온배수의 온도 : 30.7 ℃, 취수온도 : 24.1℃ , 온도차 : 6.6℃) 온배수 1kg이 6.6도 낮아지면서 내놓은 현열에너지는 약 27.72kJ 예상출력 : 59,252kg/s * 27.72kJ/kg = 1,642,465kJ/s = 1,642,465kW 2. 설비가격 : 1조6,430억원 1,643,000kW * 100만원/kW = 1조6,430억원 3. 납기 및 무상 A/S 기간 : 300일 / 2년 4. 투자비 회수기간 : 2.3년 전기판매수익 : 7,196억원/년 1,643,000kW * 24h * 365/년 * 50원/kWh =7,196억원/년 1조6,430억원 / 7,196억원/년 = 2.3년(전기를 50원/kWh에 판매 가정) ***전기요금표

21 참고자료(영광원전 방출현황) 영광원전 온배수 방출현황( ) 원자로 출력 99.9% CW (바닷물 냉각수) 입구 : 24.1도 CW 출구 : 30.7도 제6호기 CW 유량 : * * *1=3,555,097 LPM =59,252 (kg/s) =59.2톤/초 전체 59.2톤/초 * 6기 = 356톤/초

22 굴뚝 없는 발전소(제조업) 배가스에 포함된 현열과 잠열을 완전 회수하고 액화함으로써 굴뚝 제거 (배가스가 전부 액화하여 굴뚝으로 배출할 물질이 없어짐 : 公害ZERO)

23 배가스 액화발전 경제성 (300MW급, 석탄화력발전소 배가스 600㎥/s 기준)
1. 배가스 유량 : 660kg/s(600㎥/s) (배가스의 온도 : 85℃, 배가스 1㎥의 질량 : 1.1kg으로 가정) 배기가스 1kg이 액화하면서 내놓은 현열과 잠열 에너지는 약 450kJ 예상출력 : 660kg/s * 450kJ/kg = 297,000kJ/s = 297,000kW 2. 설비가격 : 3,300억원 300,000kW * 110만원/kW = 3,300억원 3. 납기 및 무상 A/S 기간 : 300일 / 2년 4. 투자비 회수기간 : 2.5년 전기판매수익 : 1,314억원/년300,000kW * 24h * 365/년 * 50원/kWh =1,314억원/년 3,300억원 / 1,314억원 = 2.5년(전기를 50원/kWh에 판매 가정) ***전기요금표

24 배가스 액화발전外 추가수익 5. 액화가스 포집 수익 : 9조1,462억원/년
1)액화CO2(14.5% )포집 수익 : 9,054억원/년 660kg/s * * 3600s * 24 * 365 * 300원/kg = 9,054억원 2)액화N2(70.5%)포집 수익 : 7조8,090억원/년 660kg/s * * 3600s * 24 * 365 / 0.808kg/ℓ * 430원/ ℓ = 7조8,090억원 3)액화O2(5.5%)포집 수익 : 4,318억원/년 660kg/s * * 3600s * 24 * 365 / 1.14kg/ℓ * 430원/ℓ = 4,318억원) (액화탄산가스) (액화산소, 액화질소) 종래의 CO2 포집 방법

25 Decanter 원심분리기(데칸터): 배가스의 미세먼지를 포함한 오염수 정화

26 참고자료(영광원전 온배수 방출 개념도)

27 참고자료(영광원전 방출 점검현황)

28 참고자료(영광원전 온배수 방출 데이타) 온배수 현황 수 온(℃) 염 분(‰) 점검일자 점검시간 배수구 30.2 30
현재시간 :   22:46                                                                                                                                                                발전기출력 (MWe) 원자로출력 (%) 점검일자 점검시간 1호기 981.7 99.9 22:39:20 2호기 983.7 100 22:42:30 3호기 1045.8 22:46:10 4호기 1037.3 22:45:10 5호기 1048.8 22:46:50 6호기 1056 22:46:30  온배수 현황 수 온(℃) 염 분(‰) 점검일자 점검시간 배수구 30.2 30 22:37:47 취수구 22.9 28.8 22:40:47

29 참고자료(물의 상태변화와 에너지 출입)

30 참고자료(고체-액체-기체 상태변화와 에너지수지)

31 참고자료(에너지 환산) 에너지 환산 J kgf.m ft.lbf kcal Btu kWh PSh HPh MeV 859.846
1 2.778E-07 3.777E-07 3.7251E-07 6.2419E+12 2.724E-06 3.704E-06 3.653E-06 6.1212E+13 3.766E-07 5.121E-07 5.0505E-07 8.4629E+12 4186.8 2.6134E+16 6.5856E+15 367098 2.2471E+19 270000 1.6527E+19 273745 0.7457 1.6757E+19 1.602E-13 1.634E-14 E-13 E-17 E-16 4.45E-20 6.051E-20 5.9678E-20

32 참고자료(온도와 비등점의 상관관계)

33 참고자료(포화 증기압) 물의 포화 증기압 (단위는 100℃ 이하는 mmHg, 100℃ 이상은 기압) 온도 (℃) 0° 1°
2° 3° 4° 5° 6° 7° 8° 9° 4.58 4.93 5.29 5.69 6.10 6.54 7.01 7.51 8.05 8.61 10° 9.21 9.84 10.52 11.23 11.99 12.79 13.63 14.53 15.48 16.48 20° 17.54 18.65 19.83 21.07 22.38 23.76 25.21 26.74 28.35 30.04 30° 31.82 33.70 35.66 37.73 39.90 42.18 44.56 47.70 49.69 52.44 40° 55.32 58.34 61.50 64.80 68.26 71.83 75.65 79.60 86.71 88.02 50° 92.5 97.2 102.1 107.2 112.5 118.0 123.8 129.8 136.1 142.6 60° 149.4 156.4 163.8 171.4 179.3 187.5 196.1 205.0 214.2 223.7 70° 233.7 243.9 254.6 625.7 277.2 289.1 301.4 314.1 327.3 341.0 80° 355.1 369.7 384.9 400.6 416.8 433.6 450.9 468.7 487.1 506.1 90° 525.8 546.1 567.0 588.6 610.9 633.9 657.6 682.1 707.3 733.2 100° 1.000 1.036 1.074 1.112 1.151 1.192 1.234 1.277 1.322 1.367 110° 1.414 1.462 1.512 1.562 1.615 1.668 1.724 1.780 1.838 1.893 120° 1.959 2.022 2.087 2.153 2.221 2.292 2.362 2.510 2.587 130° 2.666 2.747 2.830 2.914 3.001 3.089 3.176 3.369 3.467 140° 3.567 3.669 3.773 3.880 3.989 4.101 4.215 4.451 4.574

34 참고자료(Cavitation설명) Cavitation 운전 중인 수력기기내에서 물의 압력과 유속은 각 부위마다 다르다. 그러므로 어떤 부위에서는 어떤 시간동안 물의 해당온도의 증기압보다 떨어질 수 있다. 이 경우 물은 순간적으로 증기기포가 생성될 수 있는데 이 미세기포는 다른 부위로 옮겨 가면서 기포가 터져 순간적으로 매우 큰 힘이 발생한다. 이때 금속표면을 부식시키게 되는데 기포가 발생 현상을 Cavitation 현상이라 한다. 기포가 깨어지는 시간은 실험에 의하면 약 1/100 ~1/1000초 정도이며 200~500kg/cm2 정도의 충격압력이 된다. 이 높은 충격압력에 의해 기포가 붙어있는 금속의 표면이 부식되고, 진동과 소음이 발생하며 효율이 낮아진다. 수차에서 Cavitation에 의해 부식이 되는 대표적인 부위로는 - Pelton 수차의 Niddle 부위 - Francis 수차의 Runner와 Guide Vane부위 - Propeller 수차의 Runner 등 이다

35 참고자료(Cavitation현상) 캐비테이션현상(액체→기체→액체 순환하는 사이클)
액체에서 출발하여 기화하였다가 복수기 없이 다시 액체로 순환하면서 ‘일을 하는 사이클’ 사례 (캐비테이션의 역기능을 순기능으로 바꾼 사이클 : 주리사이클)

36 참고자료(Cavitation 역기능)

37 참고자료(수열 발전시스템) 물이 진공에서 비등하는 현상(캐비테이션 발생현상)을 이용하여 물을 가속하여 온도가 낮아지게 한 후 터빈을 구동하게 하면 수차의 효율을 지금보다 크게 높일 수 있다.   수온 1도 낮아지면 1ton당 1000kcal의 에너지 얻으며 이는 kJ(427,000kgfm)해당 기당 500MW의 출력가진 화력발전 경우 온배수는 약25톤/초이 배출되며, 수온을 8도 낮추면서 에너지를 얻어낸다면 전기 출력은 837MW가 된다. 25*8*4186.8=837360kW=837MW (1W=1J/s)로서 화력발전 출력보다 더 크다.   수열발전 기술을 채용시 온배수 문제를 근원적 해결하면서 전기에너지도 생산할 수 있다.   기존 수력발전에도 이 기술을 채용한다면 현재보다 수배의 전력을 더 생산할 수 있다. 수온 1도 낮추면서 얻어내는 에너지는 낙차 427m에 해당한다.   공기엔진과 물엔진에 관한 기술적인 자료는 공기엔진 카페( , )참조

38 참고자료(주리사이클) Joo & Lee(주남식-이동건) Cycle 에너지 정산 저온열원(히트싱크)이 필요하지 않으며 버려지는 에너지도 없음

39 참고자료(펠톤, 터고 수력용 터빈)

40 참고자료(유체의 절대경로와 상대경로)

41 참고자료(원심터빈과 노즐)

42 참고자료(공기가 가진 에너지) 공기분자의 평균속력을 초당 500미터로 보았을 때 공기 1kg이 가진 분자운동 에너지는 약 125 kJ입니다. E=(mv^2)/2 =(1kg * 500m/sec * 500m/sec)/2 = J= 125 kJ 공기 1 입방미터의 질량은 약1.29kg입니다. 1초당 공기1kg을 사용한다면 125kW(약 166마력)의 출력을 낼 수 있습니다. ====================================== 온도강하와 에너지출력 공기 1kg이 온도 100도가 낮아지면서 낼 수 있는 열량은 약  24kcal  (100.8kJ)입니다.   열량 = 정압비열(㎈·deg / g )*질량(g)*온도차(deg) = 0.24㎈·deg / g * 1000g * 100deg = 24000cal = 24kcal = 100.8kJ   ====================================== 1000kW의 출력시 공기 약10kg/초(약 8㎥)을 흡입하여 온도를 약100도 낮추면서 에너지를 빼내면 됩니다.

43 참고자료(적용분야) 적용 제품 및 분야 적 요 냉난방기 가정, 사무실, 산업, 건물 발전기 물 냉각용 사무실, 건물,산업
11. 적용 범위 적용 제품 및 분야 적 요 냉난방기 가정, 사무실, 산업, 건물 발전기 물 냉각용 사무실, 건물,산업 발전소 화력, 원자력, 수력 지역난방 가정, 산업 원동기 자동차엔진, 항공기, 선박, 농기계, 산업, 오토바이 산업용 기계장치 유압장치, 펌프, 목공기계, 건설기계 하수처리장비 산업 보일러 가정, 사무실, 산업 CoolingTower Air-Con Engine 발전소 유압장치 Generator

44 참고자료(활용방안 및 기대효과) ▶ 원자력, 화력 온대수 적용 시 1. 온배수열 회수에 의한 발전수익
1,744톤/s * 8kcal/kg(8도 활용 가정) * 4.2kJ/kcal = 58,598,400kJ/s = 58,598,400kW = 59GW (1GW급 원전 59기 상당) 발전수익 = 59GW * 24h/일 * 365일/년 * 50원/kWh = 약26조원/년 2. 온배수 저감으로 환경 보호 3. 발전소 입지 선정 기준에서 냉각수원이 차지하는 비중이 줄어 듬 온배수 배출현황 : 년간 550억톤 50원은 거래단가의 평균 보다 낮은 가격 ▶ 포항, 광양 제철소 적용 시 1. Cooling Tower 폐열 회수 이익 : 500,000kg/h X 30개 X 24h X 365일 X 50(온도차)/ 860kcal = 7,639,535,000kWh X 50원 = 3,820억원 / 년 2. 온배수 최소화 와 여름철에도 고품질의 철강 생산 가능 500,000kg/h용 쿨링 타워는 포항20개, 광양10개임 △T(온도차) = 50(80-30) 1kWh=860Kcal 물의 사용량 : 500Ton/h = 500,000kg/h ▶ 냉난방 시스템 적용 시 1. 폐열 회수에 의한 에너지 기대 효과 3,600,000가구 X 3kWh X 10h/1일 X 182일/1년 X 50원/kWh X 2(냉방+난방)=1조9,656억원 2. 실외기가 없으므로 설치가 간편 함. 3,600,000(가구)= 총가구수(2015년)1,900만 X 20%

45 냉각 System 적용범위 참고자료(포스코 냉각시스템) 1) 수처리 냉각용 (Cooling Tower)
17-1. 연구소협력개발현황 냉각 System 적용범위 1) 수처리 냉각용 (Cooling Tower) 2) 국부적 냉각용(단위별 냉각) -유압 Unit, 집진기, 유체 Bearing/유체 Coupling, Compressor 냉각용 3) 통합사무실 Air-Con Cooling Tower