According to the 3020 Korean energy policy and the UN World Climate Convention, the proportion of renewable energy is expected to increase domestically and internationally. As the share of renewable energy increases, the problem of renewable energy intermittency emerges and has to be resolved for the sake of grid stability. To resolve this problem, the necessity of a nuclear power plant (NPP)'s load-following capability is expected to be increasing. To effectively operate nuclear power plant flexibly, an integration concept of the energy storage system (ESS) with the steam cycle of the pressurized water reactor’s secondary system is suggested in the thesis. Among many ESSs, utilizing a compressed carbon dioxide energy storage system (CCES) is suggested due to its advantages of having high round-trip efficiency (RTE), good possibility of realizing large capacity and power. Therefore, the feasibility of integration between NPP and CCES is investigated in this thesis through quantitative evaluation criteria. The pressurized water reactor (PWR) steam cycle analysis was conducted first. Based on the analysis, a CCES was designed and analyzed to obtain RTE of 64% and energy density of 3.8 kWh//m³. In order to further improve the energy density, a liquefied carbon dioxide energy storage system (LCES) is suggested by adopting idea from a liquefied air energy storage system (LAES). The LCES was designed and analyzed to have RTE of 46% and energy density of 36 kWh//m³.
우리나라의 3020 에너지 정책과 UN 세계 기후 협약에 따라 국내외적으로 재생에너지의 비중이 증가하고 있는 추세이다. 그러나 그리드의 안정성을 위해서 재생에너지의 비중이 증가함에 따라 재생에너지의 간헐성을 보완해야 하는 문제가 더욱 대두된다. 이를 해결하기 위해 원자력 발전소의 부하 추종 성능이 점차 요구될 것으로 예상한다. 효과적인 유연운전을 위해 에너지 저장 시스템과 가압경수로형 원자력 발전소의 2차 계통인 증기 사이클과의 연계를 본 논문에서는 제시한다. 에너지 저장 시스템 중 높은 충방전 효율. 큰 용량과 출력을 구현 가능하다는 장점을 가지는 압축 이산화탄소 에너지 저장 시스템의 이용을 본 논문에서는 함께 제시한다. 원자력 발전소와 압축 이산화탄소 에너지 저장 시스템의 타당성을 정량적 평가 기준을 통해서 평가하였다. 먼저, 경수로 증기 사이클 설계 및 분석을 수행하였다. 이와 연계하여 압축 이산화탄소 에너지 저장 시스템을 설계하고 분석하여, 64%의 높은 충방전 효율과 3.8kWh//m³의 에너지 밀도가 구현 가능함을 보였다. 에너지 밀도를 더 높이기 위해, 높은 에너지 밀도를 가지는 액화 공기 에너지 저장 시스템의 기술을 차용하여 액화 이산화탄소 에너지 저장 시스템을 새롭게 제안하였다. 액화 이산화탄소 에너지 저장 시스템을 최적화하여 46%의 충방전 효율 가지면서 36kWh//m³의 에너지 밀도를 가질 수 있음을 보였다.
