【목적】 한랭 지역 겨울철 난방 시 높은 탄소 배출과 청정 난방 수요 간의 모순을 해결하고, 전통적인 상압 수계 탄소 포집 방법에서 CO₂ 용해도 한계 기술 병목을 돌파하기 위해 본 연구에서는 한랭 지역 압축 가스 난방과 수계 탄소 포집 결합 시스템을 제안하였다. 【방법】 본 시스템은 가스 압축, 수계 탄소 포집 및 폐열 회수 기술을 통합하여 한랭 지역의 자연 냉기 우위를 활용하여 가스 압축 에너지 소비를 줄이는 동시에 CO₂ 용해 능력을 향상시키고, 압축 열을 난방에 재활용하여 탄소 포집과 청정 난방의 시너지 효과를 실현한다. 열역학 시뮬레이션 모델링을 바탕으로 시스템의 포집 성능, 에너지 소비 특성 및 난방 능력에 대해 다차원 정량 분석을 수행하였다. 【결과】 결과에 따르면 10MW 난방 부하 조건에서 시스템의 CO₂ 포집 에너지 소비는 290.18 kW·h/t에 불과하며, 에너지 비용은 톤당 183.51위안으로 전통적인 아민 화학 흡수법 대비 약 25.43% 감소하였다; 민감도 분석을 통해 저온 환경, 2차 흡수 압력 ≥ 1,200 kPa, 2차 순환수 유량 약 300~500 kg/s 및 입구 CO₂ 농도 ≥ 15% 조건에서 시스템 운전 성능이 더욱 우수함을 확인하였다. 【결론】 본 연구에서 제안한 결합 시스템은 압축 열 단계적 활용과 2단계 탄소 포집 순환의 협동 설계를 통해 고효율 탄소 포집과 안정적인 난방을 달성하여 한랭 지역에서 청정 난방과 탄소 감축 목표 달성을 위한 새로운 방안을 제공한다.

수계 탄소 포집 기술; 압축 열; 난방; 폐열 회수; 에너지 단계적 활용