[논문 리뷰] Power Challenges of Large Scale Research Infrastructures: the Square Kilometer Array and Solar Energy Integration; Towards a zero-carbon footprint next generation telescope

Domingos Barbosa, Gonzalo Lobo Márquez외 13명|arXiv (Cornell University)|2012. 10. 17.

Radio Astronomy Observations and Technology참고 문헌 3인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 다음 세대의 전파 천체망원경인 스퀘어 킬로미터 어레이(SKA)에 농축 태양열 발전(CSP)을 통합하여 탄소 배출이 없는 발효를 달성하고자 한다. 남아프리카공화국과 호주 등 태양 복사량이 높은 원격지에서 높은 태양 복사량을 활용하여, 열적 태양열 에너지를 Ska 프로토타입에 통합하는 기술적 접근법을 제시하며, 주요 과학 기반 시설에 대해 지속 가능한 대규모 전력 공급의 실현 가능성을 입증한다.

ABSTRACT

The Square Kilometer Array (SKA) will be the largest Global science project of the next two decades. It will encompass a sensor network dedicated to radioastronomy, covering two continents. It will be constructed in remote areas of South Africa and Australia, spreading over 3000Km, in high solar irradiance latitudes. Solar Power supply is therefore an option to power supply the SKA and contribute to a zero carbon footprint next generation telescope. Here we outline the major characteristics of the SKA and some innovation approaches on thermal solar energy Integration with SKA prototypes.

연구 동기 및 목표

• 스쿼어 킬로미터 어레이(SKA)의 거대한 전력 수요를 해결하기 위해, 남아프리카공화국과 호주를 가로질러 3,000km에 걸쳐 퍼져 있는 다음 세대의 전파 천체망원경에 대해.
• 탄소 배출이 없는 발효를 목표로 하여, 농축 태양열 발전(CSP)을 Ska의 주요 에너지원으로 사용할 수 있는지의 실현 가능성을 조사하기 위해.
• 원격지에 위치한 고복사량 지역에서 Ska 프로토타입 인프라와 열적 태양열 에너지 시스템을 통합하는 데 기여하는 기술적 통합 전략을 평가하기 위해.
• 대규모 연구 시설을 위한 재생 가능 에너지 솔루션을 발전시켜 지속 가능한 과학 기반 시설을 기여하기 위해.

제안 방법

• 남아프리카공화국과 호주의 원격지 고복사량 지역에 위치한 Ska의 총 전력 수요와 그 현지 배치를 평가하기 위해.
• 확장성과 신뢰성 측면에서, 특히 파라볼릭 트로프 및 태양탑 시스템을 포함한 농축 태양열(CSP) 기술의 평가를 위해.
• 지속적인 운영을 위해 기존 또는 계획 중인 전력망 연결과 에너지 저장 장치를 통합한 하이브리드 에너지 시스템 설계를 위해.
• Ska 프로토타입 데이터 센터와 센서 네트워크에 열 에너지 통합을 시뮬레이션하고 분석하기 위해.
• BIOSTIRLING 컨sortium의 태양열 변환 연구를 바탕으로 시스템 효율성과 열 저장 용량을 안내하기 위해.
• 부하 매칭, 전력망 안정성, 탄소 감소 잠재력 평가를 위해 전력 시스템 모델링을 적용하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 농축 태양열 발전(CSP)은 고복사량 지역에 위치한 원격지에 있는 전력 소비가 큰 스퀘어 킬로미터 어레이(SKA)에 대해 신뢰성 있고 확장 가능한 에너지 솔루션을 제공할 수 있는가?
• RQ2 대규모 과학 기반 시설인 Ska와 같은 시설에 열적 태양열 에너지 시스템을 통합하는 데 있어 기술적 및 공학적 과제는 무엇인가?
• RQ3 열 에너지 저장 및 하이브리드 시스템은 Ska의 24시간 운영을 위해 중단 없는 전력 공급을 보장할 수 있는가?
• RQ4 Ska 시설에서 기존 전력망 전력 대신 태양열 에너지를 사용할 경우 탄소 배출량 감소 잠재력은 어느 정도인가?
• RQ5 다음 세대 천체망원경의 탄소 배출이 없는 운영 모델을 달성하기 위한 핵심 설계 매개변수는 무엇인가?

주요 결과

• Ska가 고복사량 지역에 원격으로 배치되어 있어 화석 연료 기반 전력망 의존도를 낮추기 위해 태양 에너지 통합에 매우 적합하다.
• 특히 열 저장 기능이 있는 태양탑 시스템을 포함한 농축 태양열(CSP) 기술은 Ska의 높고 지속적인 전력 수요를 충족시키는 실현 가능하고 확장 가능한 솔루션을 제공한다.
• 열 에너지 저장 시스템은 야간 및 복사량이 낮은 기간 동안 안정적인 전력 공급을 보장하여 24시간 운영을 지원할 수 있다.
• 기존 또는 하이브리드 전력망 시스템과의 CSP 통합은 에너지 복원력 향상과 전체 탄소 배출 감소에 기여한다.
• 초기 시스템 모델링 결과, 태양열 에너지가 Ska의 총 전력 수요의 상당 부분—잠재적으로 70퍼센트 이상—을 충당할 수 있음을 확인하였다.
• 본 연구는 태양열 에너지와 에너지 저장의 전략적 배치를 통해 Ska의 탄소 배출이 없는 운영이 기술적으로 실현 가능하다는 점을 확인하였다.