중·저온 재생에너지의 효율적 공동 활용과 "탄소중립" 목표 달성을 지원하기 위해, 태양열과 지열을 공동 구동하는 유기 랭킨 사이클(ORC) 시스템이 제안되었으며, 보조 열원을 통한 보완 방식으로 태양에너지의 간헐성 문제를 효과적으로 완화하였다. 시각화 열역학 시스템 모델링 소프트웨어 EBSILON을 기반으로 모듈형 열역학 모델을 구축하였으며, 검증 결과 오차가 1% 미만임을 확인하였다. 본 연구는 직접 정상 수직 일사량(DNI), 증발 온도, 집열장 출구 온도, 최소 온도차, 재열도, 지열 하위 시스템 매개변수가 시스템 발전 출력 및 열효율에 미치는 영향 규칙을 중점적으로 탐구하였고, R245fa 등 6종의 유기 작업 유체에 대한 종합 성능 비교 및 적합성 분석을 수행하였다. 결과에 따르면 DNI와 증발 온도가 시스템 출력에 핵심 영향을 미치는 요인임을 확인하였으며, 다양한 운전 조건에 따른 최적 작업 유체 선택을 명확히 하여, R124가 종합 성능에서 우수하고 R245ca는 고온 적합성이 탁월하며, 저지구온난화 잠재력 작업 유체인 R1233zd(E)는 성능과 친환경성을 겸비함을 밝혔다. 또한 재열도 60% 이하, 최소 온도차 5~7 ℃ 등 주요 공학 매개변수 최적화 구간을 제시하였다. 지열 하위 시스템과의 결합은 시스템 출력을 현저히 향상시키고 태양에너지 변동을 효과적으로 완화하는 결과를 가져왔다. 본 연구는 공동 구동 ORC 시스템의 성능 진화 규칙과 작업 유체 적합 특성을 체계적으로 규명하였으며, 제안된 매개변수 최적화 구간과 선정 기준은 태양열-지열 상호 보완 활용 시스템의 공학 설계 및 운전 최적화에 이론적 근거를 제공할 수 있다.

태양열;지열;유기 랭킨 사이클;열역학 분석;작업 유체 선정