In this study, a unified thermal energy storage system (UT-ESS), a novel molten salt-based thermal energy storage system, was designed for a 540 MW supercritical steam power plant. A mathematical model was developed to analyze the pressure drop and heat transfer of the UT-ESS, and simulations were performed with the developed model to derive a range of design parameters for a feasible design. Case studies were conducted on feasible design candidates using thermodynamic analysis and economic analysis to derive the optimal design. The round-trip efficiency of the UT-ESS power plant was calculated to be 0.441, and the levelized cost of storage (LCOS) was calculated to change from 139 to 250 USD/MWh as the renewable energy cost varies from 0 to 50 USD/MWh. The results of this study suggest that UT-ESS can be used to replace conventional fossil fuel-based large-scale steam power generation.
본 연구에서는 540 ㎿급 초임계 스팀 발전을 위한 새로운 용융염 기반 열에너지 저장 방식인 통합형 열에너지 저장 시스템(UT-ESS)을 설계하였다. UT-ESS의 압력강하와 열전달을 분석하기 위한 수학적 모델을 개발하고, 시뮬레이션을 수행하여 실현 가능한 설계를 위한 설계 변수의 범위를 도출하였다. 열역학 분석과 경제성 분석을 통해 실현 가능한 설계 후보에 대한 사례 연구를 수행하여 최적의 설계를 도출하였다. UT-ESS 발전 플랜트의 에너지 저장 효율은 0.441로 계산되었으며, 균등화 저장 단가(LCOS)는 재생에너지의 발전단가가 0 ~ 50 USD/MWh로 변함에 따라 139 ~ 250 USD/MWh로 변하는 것으로 계산되었다. 본 연구의 결과는 UT-ESS를 이용하여 기존의 화석연료 기반의 대용량 스팀 발전을 대체할 수 있음을 시사한다.
