• Journal of Electrical Engineering and Technology
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• 제9권5호
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• pp.1511-1519
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• 2014

The objective of this paper is to propose a modelling of a small compressed air energy storage system, which drives an induction generator based on a field-oriented control (FOC) principle for a renewable power generation. The proposed system is a hybrid technology of energy storage and electrification, which is developed to use as a small scale of renewable energy power plant. The energy will be transferred from the renewable energy resource to the compressed air energy by reciprocating air compressor to be stored in a pressurized vessel. The energy storage system uses a small compressed air energy storage system, developed as a small unit and installed above ground to avoid site limitation as same as the conventional CAES does. Therefore, it is suitable to be placed at any location. The system is operated in low pressure not more than 15 bar, so, it easy to available component in country and inexpensive. The power generation uses a variable speed induction generator (IG). The relationship of pressure and air flow of the compressed air, which varies continuously during the discharge of compressed air to drive the generator, is considered as a control command. As a result, the generator generates power in wide speed range. Unlike the conventional CAES that used gas turbine, this system does not have any combustion units. Thus, the system does not burn fuel and exhaust pollution. This paper expresses the modelling, thermodynamic analysis simulation and experiment to obtain the characteristic and performance of a new concept of a small compressed air energy storage power plant, which can be helpful in system designing of renewable energy electrification. The system was tested under a range of expansion pressure ratios in order to determine its characteristics and performance. The efficiency of expansion air of 49.34% is calculated, while the efficiency of generator of 60.85% is examined. The overall efficiency of system of approximately 30% is also investigated.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제71권4호
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• pp.363-375
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• 2019

A renewable energy storage pile foundation system is being developed through a multi-disciplinary research project. This system intends to use reinforced concrete pile foundations configured with hollowed sections to store renewable energy generated from solar panels attached to building structures in the form of compressed air. However previous research indicates that the compressed air will generate considerable high circumferential tensile stresses in the concrete pile, which requires unrealistic high hoop reinforcement ratio to avoid leakage of the compressed air. One possible solution is to utilize fiber reinforced concrete instead of placing the hoop reinforcement to resist the tensile stress. This paper investigates nonlinear structural responses and post-cracking behavior of the fiber reinforced concrete pile subjected to high air pressure through nonlinear finite element simulations. Concrete damage plasticity models were used in the simulation. Several parameters were considered in the study including concrete grade, fiber content, and thickness of the pile section. The air pressures which the pile can resist at different crack depths along the pile section were identified. Design recommendations were provided for the energy storage pile foundation using the fiber reinforced concrete.

• 한국지반공학회:학술대회논문집
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• 한국지반공학회 2002년도 가을 학술발표회 논문집
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• pp.287-294
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• 2002

CAES which is called as a compressed air energy storage was firstly developed at Huntorf, German in 1978. The capacity of that system was 290MW, and it can be treated as a first commercial power plant. CAES has a lot of merits, such as saving the unit price of power generation, averaging the peak demand, improvement of maintenance, enlarging the benefit of dynamic use. According to the literature survey, the unlined rock cavern should be proposed to be a reasonable storing style as a method of compressed air storage in Korea. We decided the hill of the Korea Institute of Geoscience and Mineral Resources as CAES site. If we construct the underground spaces in this site, the demand for electricity nearby Taejon should be considered. So we could determine the capacity of the power plant as a 350MW, This capacity needs a underground space of 200,000㎥, and we can conclude 4 parallel tunnels 550m deep from the surface through the numerical studies, Design parameters were achieved from 300m depth boring job and image processing job.

• 터널과지하공간
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• 제19권2호
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• pp.77-85
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• 2009

가변성 분할 라이닝 기밀시스템을 채용한 CAES-G/T 발전용 복공식 압축공기 지하저장 터널기술을 소개 하였다. 본 기밀시스템의 특징은 라이닝 세그먼트의 변위를 허용함으로써 고압 압축공기에 의한 내압을 암반이 최대한 부담토록 하고 특수고무시트 부착을 통해 저장터널의 기밀성을 향상시킨 것으로 요약할 수 있다. 이러한 기밀시스템을 채용한 가변성 터널기술은 압축공기 지하저장 시설의 천심도, 도심지 근교 및 도서지방에서의 시공을 가능케 하여 소규모의 분산형 CAES-G/T 발전이 가능할 뿐만 아니라 다양한 에너지(천연가스, LPG, DME) 지하저장시설로서의 활용이 기대된다.

• 에너지공학
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• 제20권3호
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• pp.178-184
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• 2011

압축공기저장(CAES) 발전은 가스터빈에 필요한 압축공기를 야간이나 비첨두 시간에 저렴한 전기로 미리 압축해서 저장하였다가 주간에 활용하는 것으로 전력 저장과 발전의 하이브리드 기술이라고 할 수 있다. 그러나 기존 압축공기저장 발전의 경우 심야에 압축공기를 일정부피의 압축공기 저장조에 충전하게 되면 저장조내의 압력은 점점 증가하게 되고, 반대로 주간에 발전을 위해 압축공기를 방출하게 되면 저장조내의 압력은 감소하게 된다. 이와 같이 운전 압력비 조건이 넓은 범위로 변화하여 설계 압력비에서 벗어나게 되는 것은 압축 및 팽창효율이 크게 감소하게 되는 원인이 된다. 본 논문에서는 이러한 기존의 변압식 압축공기저장 발전 방식의 문제점을 해결하기 위해 새로운 방식의 정압식 압축공기저장 발전 방식을 제시하고 있으며, 엑서지 개념을 포함한 에너지 분석을 통해 에너지 밀도 증가와 효율 향상 효과를 예측하였다. 새로운 방식의 정압식 압축공기 저장 발전 방식은 정압식 압축공기 저장 발전과 공압식 양수발전의 하이브리드 개념으로 기존 변압식 압축공기저장 발전 방식에 비해 정압 운전에 의한 효율향상과 에너지 밀도 증가로 압축공기 저장조의 크기를 50%이상 줄일 수 있는 장점을 가지고 있다.

• 터널과지하공간
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• 제21권4호
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• pp.297-306
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• 2011

본 연구에서는 지하 압축공기에너지 저장공동 주변 지하수 및 압축공기의 유체유동과 열전달 거동 해석을 위한 다상다성분 열유동 해석 결과를 이용하여 지하 저장공동의 열역학적 에너지수지 분석을 통한 에너지 효율평가를 실시하였다. 복공재인 콘크리트 라이닝이 충분한 기밀성능을 발휘할 경우, 주입 압축과정에서 저장공동으로부터 손실되는 에너지의 대부분은 콘크리트 라이닝 및 주변 암반에의 열전도를 통해 발생함을 확인하였다. 지하 압축공기에너지 저장공동의 에너지 효율은 압축공기 주입온도에 민감한 결과를 보였으며, 주입온도가 주변 암반의 온도에 근사할 경우, 손실된 에너지의 대부분이 토출 팽창과정에서 저장공동으로 유입 회수되는 결과를 보였다. 한편, 콘크리트 라이닝의 열전도특성이 저장공동의 에너지효율에 미치는 영향은 크지 않았다.

• 터널과지하공간
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• 제21권4호
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• pp.287-296
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• 2011

본 연구에서는 압축공기에너지 지하저장을 위한 복공식 암반공동의 기밀성능을 평가할 목적으로 다상유체 열유동 해석을 수행하였다. 기밀성능은 저장공동으로부터 누출되는 공기질량으로 평가하였으며, 저장공동 내부에 콘크리트 라이닝 기밀시스템을 설치하고 저장공동은 비교적 천심도인 지하 100m 심도에 위치하는 것으로 가정하였다. 저장공동 내 질량수지분석 결과, 콘크리트 라이닝 및 주변 암반의 투과계수가 누기량 및 저장공동의 장기적 기밀성능에 미치는 영향이 큰 것으로 파악되었으며 콘크리트 라이닝의 투과계수가 $1.0{\times}10^{-18}\;m^2$이하 일 경우, 저장공동 운영압력이 5 MPa에서 8 MPa 사이일 때 누기량은 1%이하 인 것으로 계산되었다. 또한, 콘크리트 라이닝의 초기포화도에 따른 공기누출량 계산결과, 라이닝 수분포화도를 증가시킬수록 누기량은 감소하고 저장공동 기밀성능이 향상됨을 확인하였다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제77권6호
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• pp.753-763
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• 2021

Feasibility studies of a reinforced concrete (RC) deep pile foundation system with the compressed air energy storage (CAES) technology were conducted in previous studies. However, those studies showed some technical limitations in its serviceability and durability performances. To overcome such drawbacks of the conventional RC energy pile system, various steel-concrete composite pile foundations are addressed in this study to be utilized as a dual functional system for an energy storage medium and load-resistant foundation. This study conducts finite element analyses to examine the applicability of various composite energy pile foundation systems considering the combined effects of structural loading, soil boundary forces, and internal air pressures induced by the thermos-dynamic cycle of compressed air. On this basis, it was clearly confirmed that the role of inner and outer tubes is essential in terms of reliable storage tank and better constructability of pile, respectively, and the steel tubes in the composite pile foundation can also ensure improved serviceability and durability performances compared to the conventional RC pile system.

• 터널과지하공간
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• 제23권4호
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• pp.319-325
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• 2013

본 연구의 목적은 지하공동 내에 고압 압축공기를 저장하는 경우 발생할 수 있는 리스크를 평가하는 것이다. 문헌 조사와 CAES의 특성에 대한 연구를 통해 CAES 지하 저장 공동 개발과 관련된 리스크 요인을 선정하였다. 대분류 리스크 요인으로 기획 설계단계, 시공단계, 운영 유지관리단계의 3개를 고려하였으며, 중분류 리스크 요인으로 8개를, 소분류 리스크 요인으로 총 24개의 리스크 인자들을 선정하였다. 전문가 설문을 통해 얻어진 자료를 분석하기 위하여 AHP 기법을 적용하였으며 리스크 상호 간 상대적 중요도를 평가하였다. 해석 결과 대분류에서는 운영 유지관리단계 리스크, 중분류에서는 품질 안전 관련 리스크, 소분류에서는 압축공기 저장용 내조시스템의 기밀성 확보 실패가 가장 큰 리스크로 평가되었다.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제53권8호
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• pp.2427-2444
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• 2021

The lack of plant-side energy storage analysis to support nuclear power plants (NPP), has setup this research endeavor to understand the characteristics and role of specific storage technologies and the integration to an NPP. The paper provides a qualitative review of a wide range of configurations for integrating the energy storage system (ESS) to an operating NPP with pressurized water reactor (PWR). The role of ESS technologies most suitable for large-scale storage are evaluated, including thermal energy storage, compressed gas energy storage, and liquid air energy storage. The methods of integration to the NPP steam cycle are introduced and categorized as electrical, mechanical, and thermal, with a review on developments in the integration of ESS with an operating PWR. By adopting simplified off-design modeling for the steam turbines and heat exchangers, the results show the performance of the PWR steam cycle changes with respect to steam bypass rate for thermal and mechanical storage integration options. Analysis of the integrated system characteristics of proposed concepts for three different ESS suggests that certain storage technologies could support steady operation of an NPP. After having reviewed what have been accomplished through the years, the research team presents a list of possible future works.