[최종목표]
ㅇ 550℃ 이상 열저장 및 541℃ 증기생산이 가능한 열저장 매체 기술 개발
ㅇ 열저장 매체 내구성 평가기술 개발 및 500 cycle 내구성 평가
ㅇ 콘크리트 열저장 매체의 성능 및 내구성 향상 기술 개발
[1차년도 목표]
ㅇ 열저장 매체(Rod) 시험장치 구축 및 잠열재 적용 Rod 설계
ㅇ 고성능 콘크리트 기반 고온 열저장 매체 소재 선정, 배합 설계 및 성능평가
ㅇ 열저장 매체 제조/기초평가 및 내구성 평가 장비 구축
ㅇ 고온 조건 하 고성능 콘크리트 및 전열관의 유한요소해석 방법 정립
ㅇ 고온 조건에서 적용 가능한 탄소 기반 계면 재료군 탐색
ㅇ 계면 및 첨가제 소재의 기초 물성 분석 및 기술 개념 도출
[2차년도 목표]
ㅇ 기본 레시피 열성능 분석 및 잠열재 적용 Rod 기초시험
ㅇ 고성능 콘크리트 기반 개선된 열저장 매체의 배합 개선 및 성능 고도화 제시
ㅇ 고온 열사이클 시험 장치 기초평가 및 개선 레시피 Rod 제작
ㅇ 제작 예정 Rod의 계면 내구성 및 열저항 사전 검토
ㅇ 최적 코팅 조성 및 공정 조건 도출을 통한 계면 열전도 및 안정성 향상
[3차년도 목표]
ㅇ 개선 레시피 열성능 분석 및 잠열재 적용 Rod 성능시험
ㅇ 모듈 연계형 고성능 콘크리트 열저장 매체 배합설계 캘리브레이션, 성능 확보 제시
ㅇ 고온 열사이클 평가 및 배합/계면 개선 Rod 제작
ㅇ 첨가제 적용 콘크리트 배합의 계면 내구성 및 열저항 검토
ㅇ 콘크리트 내 열전도 향상을 위한 탄소계 첨가제 조사
[4차년도 목표]
ㅇ 첨가제 레시피 열성능 분석 및 잠열재 적용 개선 Rod 기초시험
ㅇ 열저장 매체 제조 상용화 기반 구축 및 열성능 최종 검증
ㅇ 고온 열사이클 평가 및 첨가제 추가 Rod 제작
ㅇ 콘크리트 및 전열관 간 계면부 중요사항 도출
ㅇ 첨가제를 적용한 콘크리트 구조체 실증
[5차년도 목표]
ㅇ 잠열재 적용 개선 Rod 성능시험
ㅇ 고성능 콘크리트 기반 열저장 매체 제조 가이드라인 제시 및 활용방안 연구
ㅇ 고온 열저장 매체 장기 내구성 성능 예측 결과 도출
ㅇ 카르노 배터리의 성능 검토 및 계면부 손상 분석을 통한 설계 수명 제시
ㅇ 복합 매체/계면 적용 가이드라인 제시
연구범위
[1차년도 개발내용]
ㅇ Rod 테스트 베드 제작 및 열성능 분석 기반 확보
ㅇ Al-Si 합금 잠열재 적용 Rod 개념 설계
ㅇ 고온 열저장 매체 제조를 위한 소재 선정 및 활용성 분석 및 열저장 복합 매체 제조(레시피) 기술 개발
ㅇ 고온 열저장 매체 물성 및 열특성 실험 및 성능 평가
ㅇ Rod 제조 및 내구성 평가 장비 구축을 통한 물성, 내구성 평가
ㅇ Rod의 계면부 내구성 및 열저항 성능을 평가하기 위한 기초 자료 수집 및 수치해석 기법 정립
ㅇ 고온 조건 탄소 기반 계면 재료군 탐색 및 첨가제 소재의 기초 물성 분석
[2차년도 개발내용]
ㅇ 기본 레시피 Rod 테스트 및 열성능 분석
ㅇ 기본 레시피 기반 잠열재 적용 Rod 열성능 기초 평가
ㅇ 고온 열저장 매체 제조를 위한 소재 선정 최적화, 레시피 개선 및 내구성능 향상 연구
ㅇ 개선 레시피 열저장 매체의 물성？열특성 성능실험 및 평가
ㅇ 고온 열사이클 100cycle 가속화 테스트 및 개선 레시피 Rod 작업성 분석
ㅇ 제작 예정인 Rod의 계면 내구성과 열저항 성능을 사전 검토
ㅇ 목표 성능 만족 여부 판단 및 개선 방안 제시
ㅇ 금속 배관용 탄소 기반 최적 코팅 조성 조건을 통한 계면 열전도 및 안정성 향상
[3차년도 개발내용]
ㅇ 개선 레시피 Rod 테스트 및 열성능 분석
ㅇ 기본 레시피 기반 잠열재 적용 Rod 성능평가 및 설계 개선
ㅇ 열저장 모듈 활용을 위한 열성능 향상 및 내구성능 향상을 위한 열저장 매체 배합 설계 calibration(캘리브레이션) 및 고도화 방안 연구
ㅇ 모듈 연계형 고온 열사이클 조건 하 개선된 열저장 매체의 물성？열특성 성능 평가
ㅇ 고온 열사이클 300cycle 가속화 테스트 및 개선 레시피/계면 적용 Rod 작업성 분석
ㅇ 첨가제 적용 Rod의 계면 내구성 및 열저항 성능 확보 여부 검토
ㅇ 콘크리트 내 열전도 향상을 위한 탄소계 첨가제의 최적 조성 및 분산 조건 확보
[4차년도 개발내용]
ㅇ 첨가제 추가 레시피 Rod 테스트 및 열성능 분석
ㅇ 개선 레시피 기반 잠열재 적용 Rod 열성능 기초 평가
ㅇ 열저장 매체의 모듈 실험결과를 반영한 열저장 매체 배합설계 조정 및 최적화
ㅇ 모듈 축？방열 프로세스 기반 열저장 매체의 열성능 분석 및 검증
ㅇ 고온 열사이클 500cycle 가속화 테스트 및 첨가제 적용 Rod 작업성 분석
ㅇ 계면 내구성 및 열저항 성능의 주요 요인 분석 및 최적의 Rod 조건 선정
ㅇ 카본 기반 콘크리트 첨가제를 적용한 구조체 실증
[5차년도 개발내용]
ㅇ 개선 레시피 기반 잠열재 적용 Rod 성능평가 및 설계 개선
ㅇ 열저장 매체 저비용 제조 가이드라인 및 활용 방안 제시
ㅇ 고온 열저장 매체의 타입별 내구성 분석 자료 도출 및 예상 수명 제시
ㅇ 열사이클 반복에 따른 손상 분석을 통해 카르노 배터리의 설계 수명 제시
ㅇ 복합 매체/계면 적용의 종합적 정리와 가이드라인 제시
기대효과
o 예상되는 연구개발 주요 성과
- 고온 열저장 매체 콘크리트 제조를 위한 소재 선정 기술
- 카르노 배터리 활용 고온 열저장 매체 콘크리트 제조 기술
- 열저장 매체 콘크리트 제조를 위한 소재 선정 기술
- 열저장 매체용 콘크리트 내구성능 검증 및 확보 기법
- 콘크리트 내 잠열재 적용을 통한 열용량 및 열성능 향상 복합 열저장 매체 개발
- 열저장 매체의 콘크리트 및 전열관의 계면부 내구성 및 열저항 확보
- 첨가제 기반 고온 열저장 매체와 계면의 열전달 효율 및 안정성 향상 기술
o 연구개발 성과의 활용분야 및 활용방안
- 폐지 석탄화력 발전소 레트로핏
- 산업단지 RE100/CF100 달성을 위한 고온 열공급 플랜트
- 지역난방용 중대형 콘크리트 축열조 산업 분야
- 제로하우스 등 에너지 자립을 위한 건축용 자재 산업
- AI 데이터센터 전력 공급 안정화를 위한 열 ESS로 활용 가능
o 과학·기술적 측면 기대효과
- 고온 열저장 매체의 열전도도 및 내화성 개선을 통해 에너지 저장 효율 향상
- 잠열재 적용을 통한 복합 열저장 매체의 에너지 저장 용량 및 열성능 향상
- TES 시스템의 성능 최적화로 에너지 손실 최소화 및 축열 효율 증대
- 신재생에너지 분야 기술 축적에 따른 에너지 자립 사회 구현
o 경제적·사회적 측면 기대효과
- 폐내화재료 활용을 통한 제조 비용 절감 및 원자재 수입 대체 효과 기대
- 탄소중립 및 온실가스 저감 목표 실현으로 환경적 가치 창출
- 에너지 저소비 사회, 탈석유사회로 전환
- 신재생에너지 개발·보급 확대 및 성장동력화에 기여
o 인프라 측면 기대효과
- 스마트 그리드 연계로 전력망 안정성 확보 및 효율적인 에너지 관리 가능
- 폐지 석탄화력발전소의 Retrofit을 통한 설비 재활용 및 에너지 효율성 증대
- 에너지 사용 효율의 개선 및 에너지 시장의 효율화
- 재생전력 확대에 따른 잉여전력 흡수 ESS로 활용하여, AI 데이터센터 증가로 인한 전력 수요 증가 대응
기술개요서_폐지 석탄화력 활용을 위한 장주기 카르노 배터리 기술개발.pdf
