KR102329750B1 - Combined cycle power generation system using seasonal thermal energy storage - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 계간 축열을 이용한 복합화력 발전 시스템에 관한 것으로, 발전설비의 효율을 개선할 수 있는 계간 축열을 이용한 복합화력 발전 시스템에 대한 발명이다.The present invention relates to a combined cycle power generation system using quarterly heat storage, and is an invention for a combined cycle power generation system using quarterly heat storage that can improve the efficiency of power generation facilities.
연료를 이용하여 전기를 생산하는 대표적인 예로, 가스터빈 시스템과 증기터빈 시스템이 있다. 가스터빈은 연료 및 공기를 이용하여 연료를 연소시키고, 발생된 고온 고압의 연소 가스를 이용하여 터빈을 구동시킨다. 증기터빈은 증기발생기를 이용하여 급수를 가열하고 발생된 증기를 터빈에 공급하여 구동시킨다. 이러한 가스터빈 및 증기터빈과 연결된 발전기를 통해 전력을 발생시킨다.Representative examples of generating electricity using fuel include a gas turbine system and a steam turbine system. A gas turbine burns fuel using fuel and air, and drives a turbine using the generated high-temperature and high-pressure combustion gas. A steam turbine uses a steam generator to heat feed water and supplies the generated steam to the turbine to drive it. Electric power is generated through a generator connected to the gas turbine and steam turbine.
이러한 가스터빈 및 증기터빈은 개발된 이후 에너지 효율을 개선하기 위한 노력이 지속되어 왔다. 특히, 가스터빈에서 에너지를 생산하고 배출되는 배기가스의 열을 HRSG(Heat Recovery Steam Generator)를 이용하여 증기터빈 사이클의 급수를 가열하는데 사용하는 복합화력 발전 시스템은 증기터빈이나 가스터빈만 사용하는 것에 비해 발전 효율이 획기적으로 개선된 시스템이다.Since the development of such gas turbines and steam turbines, efforts to improve energy efficiency have been continued. In particular, the combined cycle power generation system, which produces energy from a gas turbine and uses the heat of the exhaust gas emitted from the gas turbine to heat the feedwater of the steam turbine cycle by using a Heat Recovery Steam Generator (HRSG), is not suitable for using only a steam turbine or a gas turbine. It is a system with significantly improved power generation efficiency.
이때, 가스터빈은 공기압축부로 유입되는 공기의 온도가 높으면 공기의 비체적이 증가하면서 가스터빈의 연소실로 유입되는 공기의 절대량(절대유량)이 줄어드는 동시에 공기를 압축하기 위한 에너지가 과도하게 소모된다. 그에 따라 가스터빈의 효율 및 출력이 감소되는 문제가 있다.At this time, in the gas turbine, when the temperature of the air flowing into the air compression unit is high, the specific volume of the air increases and the absolute amount (absolute flow rate) of the air flowing into the combustion chamber of the gas turbine decreases while the energy for compressing the air is excessively consumed. Accordingly, there is a problem in that the efficiency and output of the gas turbine are reduced.
따라서 이런 문제를 해결하기 위해, 종래에는 흡수식 냉동기 또는 전기 냉동기 등과 같은 냉각 시스템을 이용하여 외기의 온도를 낮춘 다음 냉각된 공기를 가스터빈에 공급하는 방식이 이용된다.Therefore, in order to solve this problem, conventionally, a method of supplying the cooled air to the gas turbine after lowering the temperature of the outside air by using a cooling system such as an absorption chiller or an electric chiller is used.
이때, 흡수식 냉동기를 이용하는 경우, 별도의 열원(약 100℃ 이상)이 필요하고, 운전 시 증기터빈의 출력저하가 발생하는 문제가 있다. 일반적으로 증기터빈에 이용되는 증기를 일부 추가하여 흡수식 냉동기의 열원으로 활용하기 때문이다.At this time, when an absorption chiller is used, a separate heat source (about 100° C. or higher) is required, and there is a problem in that the output of the steam turbine decreases during operation. This is because some of the steam generally used in steam turbines is added and used as a heat source for absorption chillers.
또한, 전기 냉동기를 이용하는 경우, 전기 냉동기의 구동에 필요한 전력이 소비되며, 특히, 여름철의 기온이 높은 피크 시간대에 전력을 소비해야 하므로, 복합화력 발전 시스템의 발전소 내의 전력량 사용량이 증가하여 전체 발전소의 효율을 떨어뜨리는 문제가 발생할 수 있다.In addition, in the case of using an electric refrigerator, power required to drive the electric refrigerator is consumed, and in particular, since it is necessary to consume power during the peak period when the temperature in summer is high, the amount of electricity used in the power plant of the combined cycle power generation system increases, so that the total power consumption of the power plant is increased. There may be problems that reduce efficiency.
본 발명의 실시예들은 상기와 같은 배경에서 발명된 것으로서, 외기 온도가 상승하더라도 가스터빈에 낮은 온도의 공기를 공급할 수 있는 계간 축열을 이용한 복합화력 발전 시스템을 제공하고자 한다.Embodiments of the present invention were invented against the background as described above, and an object of the present invention is to provide a combined cycle power generation system using quarterly heat storage capable of supplying low-temperature air to a gas turbine even when the outside temperature rises.
본 발명의 일 측면에 따르면, 연료를 연소시켜 발생되는 연료가스를 이용하여 터빈을 회전시키는 하나 이상의 가스터빈 및 상기 가스터빈과 연결되어 전력을 생산하는 가스터빈 발전기를 포함하는 가스터빈 유닛; 상기 가스터빈에 공급되는 외기의 온도가 일정 이상인 경우, 상기 외기의 온도를 냉각하는 열교환기; 및 상기 열교환기에서 상기 외기의 온도를 냉각하기 위해 상기 열교환기에 냉기를 공급하기 위해 상기 냉기를 저장하는 축열조를 포함하는, 복합화력 발전 시스템을 제공할 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a gas turbine unit comprising: a gas turbine unit including one or more gas turbines rotating a turbine using fuel gas generated by burning fuel and a gas turbine generator connected to the gas turbine to generate electric power; a heat exchanger for cooling the temperature of the outside air when the temperature of the outside air supplied to the gas turbine is above a certain level; and a heat storage tank for storing the cold air to supply cold air to the heat exchanger in order to cool the temperature of the outside air in the heat exchanger, it is possible to provide a combined cycle power generation system.
상기 축열조에 상기 냉기가 저장되도록 상기 냉기를 생산하는 냉동기를 더 포함할 수 있다.It may further include a refrigerator for producing the cold air so that the cold air is stored in the heat storage tank.
상기 냉동기는, 상기 축열조에 저장된 상기 냉기의 축열용량이 일정 이상인 경우에 구동하지 않을 수 있다.The refrigerator may not be driven when the heat storage capacity of the cold air stored in the heat storage tank is equal to or greater than a certain level.
상기 가스터빈에 공급되는 상기 외기의 온도가 일정 이하인 경우, 상기 냉동기는, 상기 축열조에 상기 냉기가 저장되도록 구동할 수 있다.When the temperature of the outside air supplied to the gas turbine is below a certain level, the refrigerator may be driven to store the cold air in the heat storage tank.
상기 냉동기는 상기 축열조에 저장된 상기 냉기의 축열용량이 일정 이하인 경우, 상기 열교환기에 공급되는 냉기가 소정의 온도 이하가 되도록 구동할 수 있다.The refrigerator may be driven so that, when the heat storage capacity of the cold air stored in the heat storage tank is less than a predetermined temperature, the cold air supplied to the heat exchanger is less than or equal to a predetermined temperature.
상기 열교환기, 상기 냉동기 및 상기 축열조 사이에 배치되고, 상기 열교환기, 상기 냉동기 및 상기 축열조 사이에서 물이 이동하는 것을 조절하는 하나 이상의 밸브를 더 포함할 수 있다.It may further include one or more valves disposed between the heat exchanger, the refrigerator, and the heat storage tank, and controlling the movement of water between the heat exchanger, the refrigerator, and the heat storage tank.
하나 이상의 상기 밸브는, 상기 가스터빈에 공급되는 외기의 온도, 상기 열교환기에 공급되는 상기 냉기의 온도 및 상기 축열조에서 배출되는 상기 냉기의 온도 중 하나 이상을 이용하여 상기 열교환기, 상기 냉동기 및 상기 축열조 사이에서 물이 이동하는 것을 조절할 수 있다.One or more of the valves may be configured to use at least one of a temperature of the outside air supplied to the gas turbine, a temperature of the cold air supplied to the heat exchanger, and a temperature of the cold air discharged from the heat storage tank, the heat exchanger, the refrigerator, and the heat storage tank. You can control the movement of water between them.
본 발명의 실시예들에 따르면, 계간 축열을 이용하여 가스터빈으로 공급되는 공기의 온도를 낮출 수 있어 종래의 흡수식 냉동기나 전기 냉동기를 이용하는 경우에 비해 연간 전력생산량을 높일 수 있다.According to embodiments of the present invention, it is possible to lower the temperature of the air supplied to the gas turbine by using the quarterly heat storage, so that the annual power production can be increased compared to the case of using the conventional absorption chiller or electric chiller.
또한, 연중 일정한 출력 범위에서 운영할 수 있고, 특히, 여름철 전력사용량이 피크인 시간대에도 낮은 전력소비가 이루어지도록 운영할 수 있다.In addition, it can be operated in a constant output range throughout the year, and in particular, it can be operated so that low power consumption is achieved even during a time when power consumption is peak in summer.
더욱이, 냉열 투입 전의 지중 온도는 연중 약 10℃ 수준으로 낮은 상태이므로, 이는 지중온도의 안정화 기간 단축 및 낮은 열손실로 인해 효율적으로 열을 저장할 수 있는 효과가 있다.Moreover, since the underground temperature before cold-heat input is low at about 10°C throughout the year, this has the effect of efficiently storing heat due to shortening of the stabilization period of the underground temperature and low heat loss.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합화력 발전 시스템을 도시한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 복합화력 발전 시스템의 전기 냉동기의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합화력 발전 시스템에서 열교환기의 구성이 추가된 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 복합화력 발전 시스템에서 계간 축열조의 구성이 추가된 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 복합화력 발전 시스템이 소정의 온도보다 낮은 대기 온도에서 구동되는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합화력 발전 시스템이 소정의 온도보다 높은 대기 온도에서 구동되는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합화력 발전 시스템이 소정의 온도보다 높은 대기 온도이거나 축열량이 부족할 때 구동되는 것을 설명하기 위한 도면이다.1 is a schematic diagram illustrating a combined cycle power generation system according to an embodiment of the present invention.
2 is a view for explaining the configuration of the electric refrigerator of the combined cycle power generation system according to an embodiment of the present invention.
3 is a view for explaining a state in which the configuration of the heat exchanger is added in the combined cycle power generation system according to an embodiment of the present invention.
4 is a view for explaining a state in which the configuration of the quarterly heat storage tank is added in the combined cycle power generation system according to an embodiment of the present invention.
5 is a view for explaining that the combined cycle power generation system according to an embodiment of the present invention is driven at a lower atmospheric temperature than a predetermined temperature.
6 is a view for explaining that the combined cycle power generation system according to an embodiment of the present invention is driven at a higher atmospheric temperature than a predetermined temperature.
7 is a view for explaining that the combined cycle power generation system according to an embodiment of the present invention is driven when the atmospheric temperature higher than a predetermined temperature or the amount of heat storage is insufficient.
이하에서는 본 발명을 구현하기 위한 구체적인 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다. Hereinafter, specific embodiments for implementing the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
아울러 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.In addition, in the description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
또한, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결', '지지', '접속', '공급', '전달', '접촉'된다고 언급된 때에는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 지지, 접속, 공급, 전달, 접촉될 수도 있지만 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.In addition, when it is mentioned that a component is 'connected', 'supported', 'connected', 'supplied', 'transferred', or 'contacted' to another component, it is directly connected, supported, connected, It should be understood that supply, delivery, and contact may occur, but other components may exist in between.
본 명세서에서 사용된 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로 본 발명을 한정하려는 의도로 사용된 것은 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.The terminology used herein is only used to describe specific embodiments and is not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise.
또한, 본 명세서에서 상측, 하측, 측면 등의 표현은 도면에 도시를 기준으로 설명한 것이며 해당 대상의 방향이 변경되면 다르게 표현될 수 있음을 미리 밝혀둔다. 마찬가지의 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다.In addition, in this specification, the expression of the upper side, the lower side, the side, etc. is described with reference to the drawings in the drawings, and it is clarified in advance that if the direction of the object is changed, it may be expressed differently. For the same reason, some components are exaggerated, omitted, or schematically illustrated in the accompanying drawings, and the size of each component does not fully reflect the actual size.
또한, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 이와 같은 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 이 용어들은 하나의 구성요소들을 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Also, terms including an ordinal number such as 1st, 2nd, etc. may be used to describe various components, but the components are not limited by these terms. These terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.The meaning of "comprising," as used herein, specifies a particular characteristic, region, integer, step, operation, element and/or component, and other specific characteristic, region, integer, step, operation, element, component, and/or group. It does not exclude the existence or addition of
도 1 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 복합화력 발전 시스템(10)에 대해 설명한다. 복합화력 발전 시스템(10)은, 연료를 연소할 때 발생하는 가스를 이용하여 가스터빈(102)을 구동하고, 가스터빈(102)의 구동에 의해 발생된 배가스를 이용하여 폐열회수 보일러에서 증기가 생성되며, 생성된 증기를 이용하여 증기터빈으로 발전하는 시스템이다.1 to 4, a combined cycle
이러한 복합화력 발전 시스템(10)은, 가스터빈 유닛(100), 냉동기(200), 열교환기(300), 축열조(400), 증기터빈 유닛(500), HRGS 유닛 및 냉각타워(700)를 포함한다.The combined cycle
가스터빈 유닛(100)은, 연료를 연소시켜 발생되는 연료가스를 이용하여 터빈을 회전시킨다. 가스터빈 유닛(100)은 하나 이상의 가스터빈(102)을 포함할 수 있고, 가스터빈(102)은 공기압축기, 터빈 및 연소실을 포함하여 공기압축기에서 압축된 공기가 연료와 혼합되어 연소실에서 연소시킨다. 그에 따라 연소실에서 고온, 고압의 기체가 팽창되고 팽창된 힘에 의해 터빈이 구동된다. 이때, 터빈의 구동에 의해 발생되는 에너지는 터빈축을 통해 가스터빈 발전기(110)로 전달되어 가스터빈 발전기(110)의 로터를 회전시켜 전기를 생산할 수 있다.The
가스터빈(102)은 연료공급기로부터 천연가스 등의 연료를 공급받고, 외기공급기로부터 외기를 공급받을 수 있다. 이때, 외기공기를 통해 공급되는 외기는 냉동기(200)에 의해 냉각된 후에 가스터빈(102)으로 공급될 수 있다. 가스터빈(102)으로 유입되는 외기의 온도가 높으면 공기의 부피가 증가하면서 유입되는 공기의 절대량(절대유량)이 줄어들며, 동시에 공기를 압축하기 위한 에너지가 과도하게 소모되어 가스터빈(102)의 효율 및 출력이 감소될 수 있다. 따라서 가스터빈(102)의 효율 및 출력이 감소되는 것을 방지하기 위해 냉동기(200)를 통해 외기를 냉각하여 가스터빈(102)에 공급한다. 이때, 냉각된 외기에 수분이 포함될 수 있어 수분분리기를 통해 외기에 포함된 수분을 제거할 수 있다.The
가스터빈(102)에서 배출되는 높은 온도의 연소 가스는 증기터빈에 공급되는 증기를 발생시키기 위한 열원으로 이용될 수 있으며, 연소 가스는 HRSG 유닛(600)으로 공급될 수 있다.The high-temperature combustion gas discharged from the
냉동기(200)는, 가스터빈(102)에 공급되는 외기의 온도를 낮추기 위해 구비된다. 본 실시예에서, 냉동기(200)는 전기 냉동기일 수 있다. 이러한 냉동기(200)는, 증발기(210), 응축기(220), 팽창밸브(230) 및 압축기(240)를 포함한다.The
증발기(210)는 열을 교환하는 장치 중 하나로, 냉매와의 열교환을 위해 복수 개의 배관을 포함하고, 복수 개의 배관에 냉매가 순환할 수 있다. 그리고 복수 개의 배관 외부에 냉각 대상인 공기가 배치되어 냉각되는 구조이다. 예컨대, 약 32℃의 공기는 증발기(210)를 통해 약 10℃로 온도가 낮아질 수 있다.The
도 2에 도시된 바와 같은 증발기(210)는, 물을 이용하여 공기를 냉각시키는 구조로 이용될 수 있다. 본 실시예에서, 증발기(210)는 물을 이용하여 물을 냉각시키는 구조로 이용될 수 있다.The
이렇게 증발기(210)는 물을 냉각시키는 구조로 이용되는 경우, 도 3에 도시된 바와 같이, 열교환기(300)가 구비될 수 있다. 열교환기(300)는 냉동기(200)에서 온도가 낮아진 물을 공급받아 가스터빈(102)에 공급되는 외기의 온도를 낮추기 위해 구비된다.In this way, when the
예컨대, 열교환기(300)는 냉동기(200)로부터 약 7℃의 물이 공급되고, 약 35℃의 공기를 공급받는다. 그에 따라 열교환기(300)는 약 35℃의 공기를 약 20℃로 낮추어 가스터빈(102)으로 공급할 수 있다. 그리고 공기의 온도가 낮아짐에 따라 열교환기(300)는 냉동기(200) 측으로 약 15℃정도의 물이 배출될 수 있다.For example, the
또한, 축열조(400)가 추가되는 경우, 도 4에 도시된 바와 같이, 열교환기(300)와 냉동기(200) 사이에 배치된 밸브(V)를 통해 축열조(400)가 배치될 수 있다. 이때, 밸브(V)는 절환밸브일 수 있다. 그리고 축열조(400)는 냉기를 저장하는 계간 축열조일 수 있다.In addition, when the
축열조(400)는 내부에 냉기를 저장하며, 물을 이용하여 냉기를 저장할 수 있다. 이러한 축열조(400)는 태양광 발전을 비롯한 기타 신재생에너지 발전설비 및 상용계통을 통해 생산된 냉기를 저장할 수 있으며, 전력수요가 많은 여름이나 겨울에 태양광 발전을 통해 전력수요를 보충할 수 있다. 그리고 전력수요가 적은 간절기에 태양광 발전을 통해 생산된 전력으로 냉기를 생산하고 이를 축열조(400)에 저장할 수 있다. 축열조(400)에 저장된 냉기는 여름에 가스터빈(102)에 공급되는 외기의 온도가 일정 이상일 때 이용될 수 있다.The
또한, 축열조(400)는 냉기를 저장함에 따라 지중에 설치될 수 있다.In addition, the
증기터빈 유닛(500)은, HRSG 유닛(600)으로부터 고온의 증기를 공급받아 노즐을 통해 블레이드에 뿜어내어 회전력을 얻고, 얻어진 회전력을 이용하여 증기터빈 발전기(510)의 로터를 회전하여 전기를 생산한다.The
증기터빈은 고온, 고압의 증기를 HRSG 유닛(600)으로부터 공급받아 블레이드를 회전시키고, 배출되는 증기는 응축기(220)로 공급되어 물로 응축될 수 있다. 그리고 응축된 물은 다시 HRSG 유닛(600)으로 공급되어 증기로 변환될 수 있다. 이를 위해 응축기(220)는 냉각타워(700)와 연결될 수 있으며, 증기 응축을 위한 냉각수를 공급받고, 증기와 열교환 후 온도가 높아진 냉각수는 다시 냉각타워(700)로 전달되어 냉각될 수 있다.The steam turbine receives high-temperature, high-pressure steam from the
HRSG 유닛(600)은 과열기, 증발기기 및 절탄기를 포함할 수 있다. 과열기는 응축기기로부터 물을 공급받아 가스터빈(102)에서 배출된 연소가스의 열로 공급받은 물을 가열한다. 증발기기는 과열기에서 가열된 물을 가스터빈(102)으로부터 배출된 열로 재가열하여 증기를 생성시킨다. 절탄기는 증발기기에서 생성된 증기가 전달되어 가스터빈(102)에서 배출된 연소가스의 열로 적정 온도로 가열한다. 이때, HRSG 유닛(600)으로 공급되는 물의 양이 부족할 경우, 보충기를 통해 공급되는 물이 보충될 수 있다. HRSG 유닛(600)에서 생성된 증기는 증기터빈 유닛(500)으로 공급될 수 있다.The
여기서, HRSG 유닛(600)은 과열기, 증발기기 및 절탄기가 각각 복수 개를 포함할 수 있다. 가스터빈(102)에서 이송되는 가스의 흐름을 기준으로 상류 측에 고압용 증기 생산을 위한 과열기, 증발기기 및 절탄기가 배치될 수 있고, 하류 측에 저압용 증기 생산을 위한 과열기, 증발기기 및 절탄기가 배치될 수 있다.Here, the
도 5에 도시된 도면을 참조하여, 대기의 온도가 소정의 온도(예컨대, 약 20℃) 이하인 경우, 복합화력 발전 시스템(10)에서, 열교환기(300), 냉동기(200) 및 축열조(400)에서 열교환이 이루어지는 것에 대해 설명한다.Referring to the drawing shown in FIG. 5 , when the temperature of the atmosphere is less than or equal to a predetermined temperature (eg, about 20° C.), in the combined cycle
이렇게 대기 온도가 소정의 온도 이하인 경우, 가스터빈(102)에 공급되는 외기의 온도가 열교환기(300)를 거칠 필요가 없이 직접 가스터빈(102)으로 공급될 수 있다. 이러한 시기는 1년 중 간절기나 동절기에 운용될 수 있다. 다만, 동절기의 경우, 전력수요가 크기 때문에 냉동기(200)에 공급되는 전력을 차단하여 전력 사용량을 줄일 수 있다.In this way, when the ambient temperature is below a predetermined temperature, the temperature of the outside air supplied to the
또한, 야간 등에 전력수요가 작은 경우, 냉동기(200)를 구동하여 냉각된 물을 축열조(400)에 저장할 수 있다. 이때, 냉동기(200)가 구동되더라도 가스터빈(102)에 공급되는 외기가 열교환기(300)를 거치지 않으므로, 냉동기(200)에서 생산된 냉기도 열교환기(300)를 거치지 않을 수 있다. 밸브(V)는 냉동기(200)와 축열조(400) 간의 냉기가 이동되도록 물이 냉동기(200)와 축열조(400) 사이에만 이동되도록 절환될 수 있다.In addition, when the power demand is small at night or the like, the
도 6에 도시된 도면을 참조하여, 대기의 온도가 소정의 온도(예컨대, 20℃) 이상이며, 냉동기(200)를 이용하지 않는 경우, 복합화력 발전 시스템(10)에서, 열교환기(300), 냉동기(200) 및 축열조(400)에서 열교환이 이루어지는 것에 대해 설명한다.Referring to the drawing shown in FIG. 6 , when the temperature of the atmosphere is higher than a predetermined temperature (eg, 20° C.) and the
대기 온도가 소정의 온도 이상인 경우, 가스터빈(102)에 공급되는 외기의 온도가 높으므로, 대기가 열교환기(300)를 거쳐 온도가 낮아진 이후에 가스터빈(102)에 공급될 수 있다. 예컨대, 대기의 온도가 35℃인 공기가 열교환기(300)를 거쳐 약 20℃로 온도가 낮아질 수 있다.When the ambient temperature is higher than or equal to a predetermined temperature, since the temperature of the outside air supplied to the
이때, 냉동기(200)를 이용하지 않고, 축열조(400)에 저장된 냉기를 이용하는 경우, 열교환기(300)는 축열조(400)에 저장된 물을 공급받아 대기를 냉각할 수 있다. 예컨대, 열교환기(300)는 축열조(400)로부터 약 12℃인 물을 공급받아 약 35℃의 공기를 약 20℃로 냉각하고, 약 20℃로 온도가 높아진 물을 축열조(400) 측으로 배출한다.At this time, when using the cold air stored in the
이를 위해 밸브(V)는 냉동기(200)를 거치지 않고 열교환기(300)와 축열조(400) 사이에 물이 이동되도록 절환될 수 있다.To this end, the valve V may be switched to move water between the
여기서, 가스터빈(102) 입구의 온도 및 축열조(400) 출구의 온도를 확인할 필요가 있으며, 이를 통해 가스터빈(102)에 공급되는 외기가 냉각되었는지 여부 및 축열조(400) 내의 가용열량을 확인할 수 있다. 이때, 축열조(400)의 출구 온도는 열교환기(300)의 입구 온도와 같을 수 있다.Here, it is necessary to check the temperature of the inlet of the
도 7에 도시된 도면을 참조하여, 대기의 온도가 소정의 온도(약 20℃)이상이며, 축열조(400)에 저장된 냉기의 축열량이 부족하여 가스터빈(102)의 입구 온도가 소정의 온도까지 냉각되지 않을 수 있다. 이러한 경우에 복합화력 발전 시스템(10)에서, 열교환기(300), 냉동기(200) 및 축열조(400)에서 열교환이 이루어지는 것에 대해 설명한다.Referring to the drawing shown in FIG. 7 , the air temperature is higher than a predetermined temperature (about 20° C.), and the heat storage amount of the cold air stored in the
대기 온도가 소정의 온도 이상임에 따라 축열조(400)에 저장된 냉기를 이용하여 가스터빈(102)에 공급되는 외기의 온도를 낮추고자 하지만, 축열조(400)에 저장된 냉기의 축열량이 부족한 경우가 발생할 수 있다. 이런 경우, 열교환기(300)에 공급되는 물의 온도를 소정의 온도 이하로 낮추기 위해 냉동기(200)가 구동될 수 있다.As the ambient temperature is higher than or equal to a predetermined temperature, an attempt is made to lower the temperature of the outside air supplied to the
따라서 열교환기(300)는 냉동기(200)에서 냉각된 물과 축열조(400)에 저장된 물을 함께 공급받을 수 있다. 그에 따라 열교환기(300)에서 대기의 온도를 냉각하여 낮은 온도의 외기가 가스터빈(102)으로 공급될 수 있다. 그리고 열교환기(300)에서 배출되는 물은 냉동기(200) 및 축열조(400)로 배출될 수 있다.Accordingly, the
예컨대, 열교환기(300)는 축열조(400)에서 공급된 물과 냉동기(200)에서 냉각된 물이 함께 공급됨에 따라 약 12℃의 온도를 갖는 물을 공급받을 수 있다. 따라서 축열조(400)의 물의 온도가 일정 이하로 떨어지지 않더라도 냉동기(200)를 통해 냉각된 물에 의해 약 12℃까지 냉각될 수 있다.For example, the
이를 위해 밸브(V)는 냉동기(200)에서 냉각된 물과 축열조(400)에서 배출된 물이 합쳐져 열교환기(300)로 공급되도록 절환될 수 있고, 또한, 열교환기(300)에서 배출되는 물이 냉동기(200) 및 축열조(400)로 배출되도록 절환될 수 있다.To this end, the valve V may be switched so that the water cooled in the
여기서, 대기 온도, 가스터빈(102) 입구의 온도 및 열교환기(300) 입구의 온도를 확인할 필요가 있으며, 이를 통해 가스터빈(102)에 공급되는 외기가 냉각되었는지 여부를 확인할 수 있으며, 또한, 축열조(400) 내의 가용열량을 확인할 수 있다. 이때, 열교환기(300) 입구의 온도는 냉동기(200)에서의 토출온도와 축열조(400) 출구의 온도가 열평형을 이룬 온도일 수 있다.Here, it is necessary to check the atmospheric temperature, the temperature of the inlet of the
이상 본 발명의 실시예들을 구체적인 실시 형태로서 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명은 이에 한정되지 않는 것이며, 본 명세서에 개시된 실시예들에 따르는 최광의 범위를 갖는 것으로 해석되어야 한다. 당업자는 개시된 실시형태들을 조합/치환하여 적시되지 않은 형상의 패턴을 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 이외에도 당업자는 본 명세서에 기초하여 개시된 실시형태를 용이하게 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 권리범위에 속함은 명백하다.Although the embodiments of the present invention have been described as specific embodiments, these are merely examples, and the present invention is not limited thereto, and should be construed as having the widest scope according to the embodiments disclosed herein. A person skilled in the art may implement a pattern of a shape not indicated by combining/substituting the disclosed embodiments, but this also does not depart from the scope of the present invention. In addition, those skilled in the art can easily change or modify the disclosed embodiments based on the present specification, and it is clear that such changes or modifications also fall within the scope of the present invention.
10: 복합화력 발전 시스템
100: 가스터빈 유닛 102: 가스터빈
110: 가스터빈 발전기
200: 냉동기
210: 증발기 220: 응축기
230: 팽창밸브 240: 압축기
300: 열교환기 400: 축열조
500: 증기터빈 유닛 510: 증기터빈 발전기
600: HRSG 유닛 700: 냉각타워
V: 밸브10: Combined Cycle Power Generation System
100: gas turbine unit 102: gas turbine
110: gas turbine generator
200: freezer
210: evaporator 220: condenser
230: expansion valve 240: compressor
300: heat exchanger 400: heat storage tank
500: steam turbine unit 510: steam turbine generator
600: HRSG unit 700: cooling tower
V: valve
Claims (7)
고압의 증기를 공급받아 전기를 생산하는 증기터빈 유닛;
상기 가스터빈에 공급되는 외기의 온도가 일정 이상인 경우, 상기 외기의 온도를 냉각하는 열교환기;
상기 열교환기에서 상기 외기의 온도를 냉각하기 위해 상기 열교환기에 냉기를 공급하기 위해 상기 냉기를 저장하는 축열조; 및
상기 축열조에 상기 냉기가 저장되도록 전기로 구동되어 상기 냉기를 생산하는 냉동기를 포함하고,
상기 냉동기는,
상기 열교환기에서 외기의 온도가 냉각되도록 냉각된 물을 공급하는 증발기;
상기 증발기와 냉매가 순환되도록 연결되며, 상기 냉매를 응축시키는 응축기;
상기 증발기와 응축기 사이에 배치되며, 상기 응축기에서 상기 증발기로 이동되는 냉매를 팽창시키는 팽창밸브;
상기 증발기와 응축기 사이에 배치되고, 상기 증발에서 상기 응축기로 이동되는 냉매를 압축시키는 압축기를 포함하며,
상기 응축기는, 상기 증기터빈 유닛에서 배출되는 증기를 공급받아 응축시키고,
상기 냉동기는, 상기 가스터빈에 공급되는 상기 외기의 온도가 일정 이하인 경우에 상기 축열조에 상기 냉기가 저장되도록 구동하며,
상기 냉동기는, 상기 축열조에 저장된 상기 냉기의 축열용량이 일정 이하인 경우에 상기 열교환기에 공급되는 냉기가 소정의 온도 이하가 되도록 구동하는,
복합화력 발전 시스템.a gas turbine unit including one or more gas turbines for rotating a turbine using fuel gas generated by burning fuel and a gas turbine generator connected to the gas turbine to generate electric power;
a steam turbine unit that generates electricity by receiving high-pressure steam;
a heat exchanger for cooling the temperature of the outside air when the temperature of the outside air supplied to the gas turbine is above a certain level;
a heat storage tank for storing the cold air to supply the cold air to the heat exchanger to cool the temperature of the outside air in the heat exchanger; and
and a refrigerator that is electrically driven to store the cold air in the heat storage tank to produce the cold air,
The refrigerator is
an evaporator for supplying cooled water so that the temperature of the outside air in the heat exchanger is cooled;
a condenser connected to the evaporator to circulate the refrigerant, and condensing the refrigerant;
an expansion valve disposed between the evaporator and the condenser to expand the refrigerant moving from the condenser to the evaporator;
It is disposed between the evaporator and the condenser, and comprises a compressor for compressing the refrigerant moving to the condenser in the evaporation,
The condenser receives and condenses the steam discharged from the steam turbine unit,
The refrigerator is driven to store the cold air in the heat storage tank when the temperature of the outside air supplied to the gas turbine is below a certain level,
The refrigerator is driven so that when the heat storage capacity of the cold air stored in the heat storage tank is less than a predetermined temperature, the cold air supplied to the heat exchanger is below a predetermined temperature,
combined cycle power generation system.
상기 냉동기는, 상기 축열조에 저장된 상기 냉기의 축열용량이 일정 이상인 경우에 구동하지 않는,
복합화력 발전 시스템.The method of claim 1,
The refrigerator is not driven when the heat storage capacity of the cold air stored in the heat storage tank is above a certain level,
combined cycle power generation system.
상기 열교환기, 상기 냉동기 및 상기 축열조 사이에 배치되고, 상기 열교환기, 상기 냉동기 및 상기 축열조 사이에서 물이 이동하는 것을 조절하는 하나 이상의 밸브를 더 포함하는,
복합화력 발전 시스템.The method of claim 1,
and one or more valves disposed between the heat exchanger, the refrigerator, and the heat storage tank to control movement of water between the heat exchanger, the refrigerator and the heat storage tank.
combined cycle power generation system.
하나 이상의 상기 밸브는, 상기 가스터빈에 공급되는 외기의 온도, 상기 열교환기에 공급되는 상기 냉기의 온도 및 상기 축열조에서 배출되는 상기 냉기의 온도 중 하나 이상을 이용하여 상기 열교환기, 상기 냉동기 및 상기 축열조 사이에서 물이 이동하는 것을 조절하는,
복합화력 발전 시스템7. The method of claim 6,
One or more of the valves may be configured to use at least one of a temperature of the outside air supplied to the gas turbine, a temperature of the cold air supplied to the heat exchanger, and a temperature of the cold air discharged from the heat storage tank, the heat exchanger, the refrigerator, and the heat storage tank. controlling the movement of water between
Combined Cycle Power Generation System
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020200072742A KR102329750B1 (en) | 2020-06-16 | 2020-06-16 | Combined cycle power generation system using seasonal thermal energy storage |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR101397621B1 (en) * | 2013-03-05 | 2014-05-23 | (주) 씨테크놀로지시스템 | System for increasing energy efficiency of gas power plant |
KR101531931B1 (en) | 2014-05-13 | 2015-06-26 | 지에스건설 주식회사 | Combined cycle power generating system |
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2020
- 2020-06-16 KR KR1020200072742A patent/KR102329750B1/en active IP Right Grant
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