• The KSFM Journal of Fluid Machinery
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• v.7 no.3 s.24
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• pp.39-47
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• 2004

Micro gas turbines are designed with low turbine inlet temperature and pressure ratio. To overcome the efficiency defect of the simple cycle, adoption of the recuperator is an inevitable choice. In addition to the design performance, we should also pay attention to the off-design performance of gas turbines since they usually operate at part-load conditions lot a considerable amount of their lifetime. This study analyzes off-design performance characteristics of micro gas turbines and addresses the importance of the recuperation process doting the part load operation. Comparative analyses have been performed to evaluate the part load performance differences among various design and operating options : simple vs recuperative cycles, single vs two shaft configurations, various operating strategies for the single shaft configuration, and current vs advanced engines. Major finding is that maintaining high turbine exhaust temperature is crucial for efficient operation of micro gas turbines.

• 유체기계공업학회:학술대회논문집
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• 2003.12a
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• pp.80-87
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• 2003

Micro gas turbines are designed with low turbine inlet temperature and pressure ratio. To overcome the efficiency defect of the simple cycle, adoption of the recuperator is an inevitable choice. In addition to the design performance, we should also pay attention to the off-design performance of gas turbines since they usually operate at part-load conditions for a considerable amount of the time. This study aims at analyzing off-design performance characteristics of micro gas turbines and addressing the importance of the recuperator in the part load operation. Comparative analyses have been performed to evaluate the part load performance differences among various design and operating options : simple vs recuperative cycles, single vs two shaft configurations, various operating strategies for the single shaft configuration (fuel only control, variable speed operation, variable inlet guide vane control), and current vs advanced engines. Major finding is that maintaining turbine at high level is crucial in efficient operation of micro gas turbines.

• Journal of Energy Engineering
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• v.19 no.1
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• pp.8-15
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• 2010

As environmental friendly energy system, distributed micro gasturbine is focused on new energy source for overcoming brand new construction area of power generation. This distributed micro gasturbine system has the powerful characteristics as belows; 1) environmental friendly features NOx < 9 ppm, noise < 65 db 2) various fuel flexbility which is used such as natural gas, diesel, low calory new & renewable fuel, kerosene. 3) high specific output power based on small area and is avilable for very easy and compact installation. There are many new installation sites in USA and Japan from 1998. On the other hand the exhisting large power system was constructued by the sea side, this compact power system is now installed by enduser in downtown area and supplying combined heat & power, has the various apllication on-site power generation. In recently, there is the very important issue for new & reliablbe energy development and spreading out. This paper represent as belows for important system characteristics; 1) grid connection modeling 2) system operation characteristics 3) on-site operation result and evaluation output of power quality analysis.

• New & Renewable Energy
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• v.7 no.3
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• pp.67-73
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• 2011

MGT fuelled by landfill gas was tested to asses feasibility of its exhaust gas application for $CO_2$ enrichment. The exhaust gas was analyzed during start-up and normal operation with different MGT load conditions. Due to the changes of air/fuel ratio and combustion mode, $O_2$, $CO_2$, CO and NOx concentration were varied within wide ranges during the MGT start-up. Especially, NOx emissioin level was increased up to 20.01 ppmv. Different tendencies of $O_2$, $CO_2$, CO and NOx concentrations were observed with MGT output changes. $O_2$ and CO concentrations were shown to be decreased and NOx and $CO_2$ concentrations were shown to have opposite trends. NOx emission level (0.8~1.88 ppmv) was very low compared to other types of combustion based power generation equipment. Unburned hydrocarbon emission level was substantially decreased with MGT load increase. Especially, $C_2H_4$ concentration was below the detection limit(0.2 ppmv) around the nominal load condition. The exhaust gas from landfill gas fuelled MGT system was shown to be feasible for $CO_2$ fertilization. Concentrations of major components were within or below the maximum allowable ranges.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2009.06a
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• pp.829-831
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• 2009

폐기물, 석탄 등 다양한 시료의 가스화 반응을 통해서 발생되는 합성가스는 CO, $H_2$, $CO_2$가 주성분으로 가스엔진, 가스터빈 등의 연료로 사용하여 발전하거나 합성반응을 통해 다양한 화학원료로의 전환이 가능하다. 또한 폐기물, 석탄 등의 다양한 원료의 가스화 반응에 의해 발생한 합성가스로부터 F-T(Fischer-Tropsch) 합성을 통한 인조합성석유, Non F-T 합성을 통한 메탄올, DME(Dimethyl Ether) 등을 제조할 수 있으며, 메탄화 반응을 통해 대체천연가스(SNG, Substitute Natural Gas)로 제조하여 활용하는 방안도 가능하다. 또한 현재 상업용 규모의 수소 제조 방법 중에서 가장 경제적인 방법으로 천연가스를 개질하여 CO, $H_2$가 주성분인 합성가스를 만든 다음 수성가스 전환, PSA(Pressure Swing Adsorption)통해 $CO_2$와 $H_2$를 분리하여 생산하고 있으나, 천연가스 가격의 상승 및 다양한 시료로부터 향후 경제성 확보가 가능한 수소 제조 방법에 대한 연구가 진행되고 있으며, 석탄 가스화 및 폐기물 가스화를 통해 얻어진 합성가스로부터의 수소 제조 공정이 개발 및 상업화 추진되고 있다. 본 연구에서는 폐기물 가스화를 통해 발생한 합성가스에 대하여 수성가스 전환 반응을 통한 수소 생산 특성 및 수성가스 전환 반응의 공간속도 변화 및 스팀주입량 변화에 따른 반응 특성을 고찰하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2009.06a
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• pp.821-824
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• 2009

LFG-MGT CHP system development project with $CO_2$ enrichment in greenhouses was introduced. LFG is produced from the anaerobic digestion of landfilled waste and it has been utilized for power/heat generation since it contains around 50% of $CH_4$. Utilization of LFG from small scale landfill is also needed as well as large scale landfill. However, due to economy of scale, it is very difficult to develop business model. In this context, combining CHP system with greenhouses is considered as feasible option for LFG utilization. LFG-MGT CHP system with $CO_2$ fixation in greenhouses has been derived as an active greenhouse gas reduction strategy, The focus of the system is beyond carbon neutral LFG utilization to neutral carbon absorption. The system is feasible in terms of direct and indirect $CO_2$ emission reduction with more economical way.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.11a
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• pp.152.1-152.1
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• 2010

매립지에서 유기물의 분해로 발생되는 매립가스는 악취 등으로 인한 대기오염뿐만 아니라 온난화지수가 21인 메탄이 약 50vol% 이상 포함되어 있어 지구온난화에 큰 영향을 미친다. 하지만 매립가스를 에너지원으로 활용하면 대기오염저감, 지구온난화 감소, 대체에너지원 확보뿐만 아니라 CDM사업 등과 연계하여 부가수익창출이 가능하다. 현재 국내에는 약 242개의 폐기물매립지가 있는데, 이중 매립가스를 활용하는 곳은 단지 14개소로 개별 경제성이 있는 대형매립지에서만 자원화시설을 설치하여 운영 중이며 그 외 매립지에서는 매립가스를 소각 또는 단순 대기 방출하여 대기오염유발과 동시에 대체에너지원 미활용으로 국가차원에서 큰 손실이므로 이를 활용할 수 있는 기술개발이 시급하다. 현재 매립가스 에너지화 기술로는 매립가스 열량에 따라 가스엔진, 가스터진, 증기터빈을 이용하는데 국내에서는 수분제거와 같은 간단한 처리 과정을 거친 후, 정제 없이 사용한다. 그런데 매립가스 구성 성분 중 일부 미량가스($H_2S$ 등)는 부식성이 높아 실제 공정에서 큰 문제점으로 작용하게 되므로 전처리공정이 반드시 필요하다. 본 연구에서는 중소규모 매립지에서 발생하는 매립가스를 중심적환장으로 이송하여 경제성을 가지는 에너지원으로 활용할 수 있는 기술개발을 목표로 하이드레이트 기술을 활용함에 있어 전처리 기초연구를 수행하였다. 매립가스 구성성분 중 대표적 악취물질인 메르캅탄과 부식성 물질인 황화수소의 전처리 기술로서 활성탄 흡착방법을 이용하여 외부에서 관찰이 가능하고 흡착탑을 2단으로 구성하여 활성탄 흡착탑을 제작하였다. 대상가스는 일반적으로 매립가스에 포함되어 있는 성분으로 제작하여 사용하였고 흡착탑 전 후 가스의 성분분석은 LMSxi를 이용하였다. 실험결과 활성탄의 상태, 접촉시간, 흡착탑의 구성에 따라 50~80%의 제거효율을 보였으며 이는 활성탄 흡착탑을 매립가스 에너지화의 전처리 시설로 사용될 경우 각각의 변수들에 대해 정확한 공정설계가 필요하다고 할 수 있다.

• New & Renewable Energy
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• v.5 no.2
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• pp.15-24
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• 2009

As new small scale LFG (landfill gas) energy project model which can improve economic feasibility limited due to the economy of scale, LFG-Microturbine combined heat and power system with $CO_2$ fertilization into greenhouses was proposed and investigated including basic design process prior to the system installation at Gwang-ju metro sanitary landfill. The system features $CH_4$ enrichment for stable microturbine operation, reduction of compressor power consumption and low CO emission, and $CO_2$ supplement into greenhouse for enhancement plant growth. From many other researches, high $CO_2$ concentration was found to enhance $CO_2$ assimilation (also known as photosynthesis reaction) which converts $CO_2$ and $H_2O$ to sugar using light energy. For small scale landfills which produce LFG under $3\;m^3$/min, among currently available prime movers, microturbine is the most suitable power generation system and its low electric efficiency can be improved with heat recovery. Besides, since its exhaust gas contains very low level of harmful contaminants to plant growth such as NOx, CO and SOx, microturbine exhaust gas is a suitable and economically advantageous $CO_2$ source for $CO_2$ fertilization in greenhouse. The LFG-Microturbine combined heat and power generation system with $CO_2$ fertilization into greenhouse gas to enhance plant growth is technologically and economically feasible and improves economical feasibility compared to other small scale LFG energy project model.

• New & Renewable Energy
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• v.6 no.2
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• pp.27-32
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• 2010

Low Calorific Gas Turbine (LCGT) has been developed as a next generation power system using landfill gas (LFG) and biogas made from various organic wastes, food Waste, waste water and Livestock biogas. Low calorific fuel purification by pretreatment system and carbon dioxide fixation by green house system are very important design target for the optimum applications of LCGT. Main troubles of Low Calorific Gas Turbine system was derived from the impurities such as hydro sulfide, siloxane, water contained in biogas. Even if the quality of the bio fuel is not better than natural gas, LCGT may take low quality gas fuel and environmental friendly power system. The mechanical characterisitics of LCGT system is a high energy efficiency (>70%), wide range of output power (30 kW - 30 MW class) and very clean emission from power system (low NOx). A green house has been designed for four different carbon dioxide concentration from ambient air to 2000 ppm by utilizing the exhaust gas and hot water from LCGT system. LCGT is expected to contribute achieving the target of Renewable Portfolio Standards (RPS).

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2009.06a
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• pp.880-883
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• 2009

석탄가스화복합발전(IGCC) 시스템에서 합성가스 중에 포함된 황화수소($H_2S$)는 후단의 가스 터빈과 같은 장치의 부식을 방지하고, 합성가스를 이용하는 연료전지 등의 연계 공정에서 요구하는 수준에 맞추어 정제되어야 한다. 본 연구에서는 $H_2S$ 정제공정 추가에 따른 IGCC 시스템의 효율저하를 최소화하기 위하여 고온고압에서 사용가능한 탈황제를 분무건조법을 이용하여 제조하고 제조된 탈황제에 대해 물성 및 황 흡수능 시험을 실시하였다. 형상, 내마모도, 평균입자크기, 충진밀도와 함께 제조된 탈황제가 적용되는 유동층 공정에 적합한 강도를 보유하는지 여부를 미국표준시험방법에 의하여 측정하였다. 황 흡수능은 열중량분석기를 반응기로 사용하여 모사 합성 가스 분위기에서 측정하였다. 분무건조 성형된 탈황제의 일부가 구형이 아닌 타원형 또는 도넛 형태를 나타내고 있어 형상 개선을 위한 제조방법 개선이 필요한 것으로 나타났다. 제조된 탈황제는 기공도가 65% 이상으로 macropore가 기공부피의 대부분을, mesopore가 비표면적의 대부분을 제공하고 있었다. 소성온도를 650 $^{\circ}C$에서 750 $^{\circ}C$로 증가시킴에 따라 대체로 강도가 감소하는 경향을 나타내었다. 열중량분석기로 측정된 황 흡수능은 약 10 wt%로 나타났다. 제조된 탈황제 중 일부는 유동층 공정에 적합한 물성을 보유하고 있었으며 반응성 또한 기존에 개발된 탈황제에 버금가는 성능을 나타내어 향후 공정 적용이 가능할 것으로 분석되었다.