글리세롤 기반 축열 시스템 활용 산업용 열 공급

산업 부문은 전 세계 온실가스 배출의 주요 원인으로, 효율적인 전력-열(P2H) 솔루션이 절실합니다. 본 연구는 글리세롤 기반 축열 시스템과 통합된 새로운 P2H 시스템을 제안하며, 100~200°C 산업 공정열 범위에서 순수 글리세롤을 현열 축열재로 활용한 최초의 시스템 수준 평가를 제시합니다. 상대적으로 일정한 온도로 열을 공급하기 위해 수동 저장과 캐스케이드 작동을 결합한 하이브리드 구성에 대한 단순화된 과도 열수력 모델을 개발했습니다. 글리세롤, 용융염, 열유를 대상으로 170°C 과열 증기를 생산하는 시뮬레이션을 수행하여 증기 플레이킹 공정에 적용했습니다. 용융염 기반 시스템은 94.47%의 열효율, 59.2%의 저장 활용률, 202.6 kWh th/m³의 부피 에너지 밀도로 가장 높은 열역학적 성능을 달성했습니다. 반면, 글리세롤 기반 시스템은 좁은 작동 온도 범위로 인해 92.77%의 효율, 42.1%의 저장 활용률, 94.0 kWh th/m³로 낮은 열역학적 성능을 보였습니다. 경제성 측면에서는 글리세롤 기반 시스템이 66.2 USD/MWh th의 균등화 열 생산 비용(LCOH)으로 가장 우수했습니다. 이는 용융염 및 열유 기반 시스템보다 각각 3.9 USD/MWh th, 17.8 USD/MWh th 낮은 수치입니다. 민감도 분석 결과, 전기 비용이 LCOH의 절대 수준을 결정하며, 축열재 비용 및 보충 비용은 상대적 경제성 순위에 영향을 미치는 것으로 나타났습니다. 이러한 결과는 글리세롤이 열역학적으로는 효율이 낮지만, 비용 효율적이고 환경 친화적인 축열 기반 P2H 솔루션으로서 산업 탈탄소화를 위한 경쟁력 있는 대안임을 시사합니다.