Baik, Young-Jin;Na, Sun Ik;Cho, Junhyun;Shin, Hyung-Ki;Lee, Gilbong
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.40
no.10
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pp.673-679
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2016
Because of the growing interest in supercritical carbon dioxide power cycle technology owing to its potential enhancement in compactness and efficiency, supercritical carbon dioxide cycles have been studied in the fields of nuclear power, concentrated solar power (CSP), and fossil fuel power generation. This study introduces the current status of the research project on the supercritical carbon dioxide power cycle by Korea Institute of Energy Research (KIER). During the first phase of the project, the un-recuperated supercritical Brayton cycle test loop was built and tested. In phase two, researchers are designing and building a supercritical carbon dioxide dual Brayton cycle, which utilizes two turbines and two recuperators. Under the simulation condition considered in this study, it was confirmed that the design parameter has an optimal value for maximizing the net power in the supercritical carbon dioxide dual cycle.
During the international effort to develop the next generation nuclear reactor technologies, many new power cycle concepts were derived to improve efficiency and reduce the capital cost. Among many innovative power cycles, it was identified that the supercritical $CO_2$ (S-$CO_2$) Brayton cycle technology has a big potential to outperform the existing steam cycle and eventually replace it. The S-$CO_2$ cycle achieves high efficiency with very compact size, which is the ultimate advantage for a power cycle to have. The S-$CO_2$ cycle has a great potential not only for the future nuclear applications but also for general heat sources such as coal, natural gas, and concentrated solar. In this paper, a brief introduction to the S-$CO_2$ power cycle technologies will be first provided, and a short summary of current research and development status of the power cycle technology around the world will be followed. Especially the research works performed by KAIST, KAERI and several related research institutions in Korea will be reviewed in more detail, since they have recently developing a strong infrastructure to test these ideas by constructing a demonstration facility while producing many innovative ideas to improve and realize the concept.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.40
no.11
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pp.737-744
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2016
The printed circuit heat exchanger (PCHE) is regarded as a promising candidate for advanced heat exchangers for the next-generation supercritical $CO_2$ power generation owing to its high compactness and rigid structure. In this study, an innovative type of PCHE, in which the channel sizes for the heat source fluid and heat sink fluid are different, is considered for analysis. The thermal performance of the PCHE, with supercritical $CO_2$ as the working fluid, is numerically analyzed. The results have shown that the thermal performance of the PCHE decreases monotonically when the channel size of either the heat source channel or the heat sink channel, because of the decreased flow velocity. On the other hand, the thermal performance of the PCHE is found to be almost independent of the spacing between the channels. In addition, it was found that the channel cross sectional shape has little effect on the thermal performance when the hydraulic diameter of the channel remains constant.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.21
no.6
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pp.403-410
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2020
This paper focuses on the design of a 12-kW small-scale supercritical CO2 test loop. A theoretical study, stabilization, and optimization of carbon dioxide were carried out with the application of a solar heat source based on solar thermal data in Pohang. The thermodynamic cycle of the test facility is a Rankine cycle (transcritical cycle), which contains liquid, gas, and supercritical CO2. The system is designed to achieve 6.98% efficiency at a maximum pressure of 12 MPa and a maximum temperature of 70℃. In addition, the optimum turbine inlet temperature and pressure were calculated to increase the cycle efficiency, and the application of an internal heat exchanger (IHX) was simulated. It was found that the maximum efficiency increases to 18.75%. The simulation confirmed that the efficiency of the cycle is 6.7% in May and 6.26% in June.
Park, Sungho;Cha, Jaemin;Kim, Joonyoung;Shin, Junguk;Yeom, Choongsub
Clean Technology
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v.23
no.4
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pp.441-447
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2017
The economic analysis for the power plant developed in the conceptual design phase is becoming more important and, research on process optimization for process development that meets the target economic is actively carried out. In the filed of power generation systems, economic assessment methods to predict the levelized cost of electricity (LCOE) has been widely applied for comparing economic effect quantitatively. In this paper, the platform that design criteria of key component required to optimize economic of power cycle can be calculated reversely was established roughly and design criteria of the key equipment (Compressor, turbine, heat exchanger) required to meet the target LCOE (the LCOE of supercritical steam Rankine cycle) was derived when the supercritical $CO_2$ power cycle is applied to the coal-fired power plant.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.41
no.4
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pp.293-301
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2017
A Sub-kWe small-scale experimental test loop was manufactured to investigate characteristics of the supercritical carbon dioxide power cycle. A high-speed turbo-generator was also designed and manufactured. The designed rotational speed of this turbo-generator was 200,000 rpm. Because of the low expansion ratio through the turbine and low mass flowrate, the rotational speed of the turbo-generator was high. Therefore, it was difficult to select the rotating parts and design the turbine wheel, axial force balance and rotor dynamics in the lab-scale experimental test loop. Using only one channel of the nozzle, the partial admission method was adapted to reduce the rotational speed of the rotor. This was the world's first approach to the supercritical carbon dioxide turbo-generator. A cold-run test using nitrogen gas under an atmospheric condition was conducted to observe the effect of the partial admission nozzle on the rotor dynamics. The vibration level of the rotor was obtained using a gap sensor, and the results showed that the effect of the partial admission nozzle on the rotor dynamics was allowable.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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