The proportion of renewable energy generation is increasing in countries around the world to reduce Green House Gas emission. However, due to the intermittency of renewable energy, existing baseloads are expected to operate flexibly in near future. This dissertation proposes a nuclear-integrated liquid air storage system (LAES) for flexible output control of nuclear power plants. For the conceptual design and performance evaluation of the nuclear-integrated LAES, the secondary side of nuclear power plants was first modeled, and it is shown that the operation of the primary system was maintained while the power output changes when the LAES is coupled. Based on this, performance evaluation on the LAES cycle is performed through a quantitative evaluation factor called round-trip efficiency and confirmed that it has a efficiency of 51% and a high energy density of 116 kWh/m3. In addition, the Levelized Cost of Electricity (LCOE) was evaluated and it is confirmed that integration with nuclear power plant is more economical than using LAES alone. In addition, a new concept of LAES is proposed, which uses compressed nitrogen to replace propane and methanol for cold energy storage, and it is shown that it performs better than the conventional LAES layout.
지구온난화가스 감축을 위해 세계 각국에서 재생에너지의 발전 비중이 증가하고 있다. 하지만 재생에너지의 간헐성으로 인해 기존의 기저부하들도 능동적 출력 제어를 필요로 하게 될 것이다. 본 학위논문에서는 원자력발전소의 유연한 출력 제어를 위해, 원자력 연계 액화 공기 저장 시스템 (LAES)을 제안하였다. 원자력 연계 LAES의 개념 설계 및 성능 평가를 위해 우선적으로 원전 2차 계통을 모사하였고, LAES가 연계되었을 때도 1차 계통의 운전이 일정하게 유지됨을 보였다. 이를 바탕으로 왕복 효율이라는 정량적 평가 요소를 통해 LAES 발전 사이클에 대한 성능 평가를 수행하였고 51%의 왕복효율과 116kWh/m3의 높은 에너지 밀도를 가짐을 확인하였다. 또한 균등화 발전 원가 (LCOE) 평가를 통해 원전과 연계하는 것이 단독으로 LAES를 사용하는 것보다 경제성이 좋음을 확인하였다. 추가적으로 가연성 물질인 프로판과 메탄올을 대체하기 위해 압축 질소를 사용하는 LAES를 제안하였으며 기존의 LAES보다 성능이 우수함을 확인하였다.
