하이브리드 에너지 저장 시스템 최적화

본 연구는 압축 공기-양수-중력 하이브리드 에너지 저장 시스템(CAPHGES)의 설계, 성능 평가 및 최적화를 위한 통합 열수력 프레임워크를 개발했습니다. 이 프레임워크는 가스 압축 및 팽창, 수주 내 유압 상호작용, 중력 피스톤의 움직임을 동시에 모델링하여 시스템 성능을 열역학적, 유압적, 운영적, 경제적 관점에서 종합적으로 평가합니다. 이라크의 2.5 MW 태양광 발전소를 사례 연구로 활용하여 방법론의 적용 가능성을 입증했습니다. 시스템 성능에 영향을 미치는 웰 직경, 웰 높이, 피스톤 높이, 초기 저장 압력, 부스터 압력비, 물-공기 부피비 등 6가지 핵심 설계 변수의 영향을 체계적으로 분석했습니다. 이후 저장 균등화 비용(LCOS) 최소화, 체적 에너지 밀도(VED) 극대화, 왕복 효율(RTE) 개선을 목표로 단일 및 다중 목표 최적화를 수행했습니다. 최적화된 다중 목표 파레토 설계는 2.00m 웰 직경, 300.0m 웰 높이, 100.0m 피스톤 높이, 14.93 MPa 초기 압력, 1.83 물-공기 부피비, 1.50 부스터 압력비로 구성됩니다. 이 설계는 70.32%의 RTE, 1.458 kWh/m³의 VED, 0.658 CNY/kWh의 LCOS를 달성했습니다. 이는 기준 설계 대비 LCOS를 17.3% 절감하고 VED를 228.5% 증가시킨 결과입니다. 매개변수 분석 결과, 부스터 압력비가 RTE, VED, LCOS를 크게 개선하는 가장 영향력 있는 설계 변수임이 밝혀졌습니다. 초기 설정 압력은 효율성과 비용을 희생하면서 시스템의 소형화에 주로 영향을 미칩니다. 민감도 분석에서는 전기 요금이 가장 중요한 경제적 매개변수이며, 할인율과 O&M 비율이 그 뒤를 잇고, 건설 비용과 시스템 수명은 상대적으로 영향이 적은 것으로 나타났습니다.