JP2008537058A

JP2008537058A - Ｌｎｇに基づく電力および再ガス化システム

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Publication number: JP2008537058A
Application number: JP2008507262A
Authority: JP
Inventors: マラークロッコ、; ウリカプラン、; ダニーバッチャ、; ナダブアミール、; デビッドマチレブ、; ルシエンワイ．ブロニッキ、
Original assignee: オルマットテクノロジーズインコーポレイテッド
Priority date: 2005-04-21
Filing date: 2006-04-10
Publication date: 2008-09-11
Anticipated expiration: 2026-04-10
Also published as: PT1888883E; US7493763B2; WO2006111957A3; DE602006019239D1; KR101280799B1; WO2006111957A2; CA2605001C; ATE493567T1; EP1888883A2; US20060236699A1; JP4918083B2; EP1888883B1; KR20080032022A; MX2007012942A; CA2605001A1; WO2006111957B1; ES2357755T3; EP1888883A4

Abstract

本発明は、液化天然ガス（ＬＮＧ）に基づく電力および再ガス化システムを提供し、この電力および再ガス化システムは、液体作動流体が気化される蒸発器であって、前記液体作動流体がＬＮＧまたはＬＮＧを用いて液化された作動流体である蒸発器と、気化された作動流体を膨張させ電力を生産するためのタービンと、膨張した作動流体蒸気が供給される熱交換器手段であって、前記膨張した流体蒸気から熱を受け取るためにＬＮＧがやはり供給され、それによってＬＮＧが熱交換器手段を貫流するとＬＮＧの温度が上昇する熱交換器手段と、前記作動流体が少なくとも前記蒸発器の入口から前記熱交換器手段の出口へ通って循環させられる導管と、再ガス化ＬＮＧを送るための管路とを備える。

Description

本発明は電力生成の分野に関する。より詳細には、本発明は、電力生産のために液化天然ガスの利用および液化天然ガスの再ガス化の両方を行うシステムに関する。

（発明の背景）
世界のいくつかの地域では、管路を通る天然ガスの輸送は経済的ではない。したがって、天然ガスは、その沸点、例えば−１６０℃未満の温度へ液体になるまで冷却され、その後液化天然ガス（ＬＮＧ）はタンクに貯蔵される。天然ガスの容積は気相より液相で著しく少ないので、ＬＮＧは、船によって仕向け港に便利に経済的に輸送されることができる。

仕向け港付近では、ＬＮＧは再ガス化ターミナルに輸送され、そこで海水またはガスタービンの排気ガスと熱交換することによって再加熱され気体に変換される。通常、各再ガス化ターミナルは、再ガス化天然ガスが最終消費者に送られることができるように管路の分配ネットワークに連結される。再ガス化ターミナルは最終消費者に送られることができるようにＬＮＧを気化することが可能である点で効率的であるが、電力を生産するために凝縮器用のコールドシンク（ｃｏｌｄｓｉｎｋ）としてＬＮＧの冷熱ポテンシャルを利用する効率的な方法が必要とされている。

ＬＮＧを気化させ電力を生産するためにランキンサイクルを使用することは、「ＤｅｓｉｇｎｏｆＲａｎｋｉｎｅＣｙｃｌｅｓｆｏｒｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｆｒｏｍｅｖａｐｏｒａｔｉｎｇＬＮＧ」、Ｍａｅｒｔｅｎｓ，Ｊ．，ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＲｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ、１９８６年、Ｖｏｌ．９、５月で検討されている。さらに、ＬＮＧ／ＬＰＧ（液化石油ガス）を用いる別の電力サイクルが、米国特許第６，３６７，２５８号で検討されている。ＬＮＧを利用する別の電力サイクルが、米国特許第６，３３６，３１６号で検討されている。ＬＮＧを用いるより多くの電力サイクルが、スペインのビルバオで２００５年３月１４日から１７日に開催された「ｔｈｅＧａｓｔｅｃｈ２００５、Ｔｈｅ２１^ｓｔＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ＆ＥｘｈｉｂｉｔｉｏｎｆｏｒｔｈｅＬＮＧ，ＬＰＧａｎｄＮａｔｕｒａｌＧａｓＩｎｄｕｓｔｒｉｅｓ」で利用されたＳｎｅｃｍａＭｏｔｅｕｒｓによる「ＥｎｅｒｇｙｒｅｃｏｖｅｒｙｏｎＬＮＧｉｍｐｏｒｔｔｅｒｍｉｎａｌｓＥＲｏＳＲＴｐｒｏｊｅｃｔ」に記載されている。

他方では、コンバインドサイクル電力プラントおよびその熱源として蒸気タービンの凝縮器を用いる有機ランキンサイクル電力プラントを含む電力サイクルが、米国特許第５，６８７，５７０号で開示されており、この開示は参照により本明細書に組み込まれる。

本発明の目的はＬＮＧに基づく電力および再ガス化システムを提供することであり、このシステムは、直接使用のために電気を生成または電力を生産するために電力システムの凝縮器用のコールドシンクとしてＬＮＧの低温を利用する。

本発明の他の目的および利点は、説明が進行するにつれて明白になろう。

（発明の概要）
本発明は、液化天然ガス（ＬＮＧ）に基づく電力および再ガス化システムを提供し、この電力および再ガス化システムは、蒸発器であって、この蒸発器によって液体作動流体が気化され、前記液体作動流体がＬＮＧまたはこのＬＮＧを用いて液化された作動流体である蒸発器と、気化された作動流体を膨張させ電力を生産させるためのタービンと、膨張した作動流体蒸気が供給される熱交換器手段であって、前記膨張した流体蒸気から熱を受け取るためにＬＮＧがやはり供給され、それによってＬＮＧが熱交換器手段を貫流するとＬＮＧの温度が上昇する熱交換器手段と、前記作動流体が少なくとも前記蒸発器の入口から前記熱交換器手段の出口へ通って循環させられる導管と、再ガス化ＬＮＧを送るための管路とを備える。

電力は、冷熱ＬＮＧ、例えば約−１６０℃と蒸発器の熱源との間の大きな温度差により生産される。この蒸発器の熱源は、約５℃から２０℃に及ぶ温度の海水、またはガスタービンから排出される排気ガスまたは凝縮蒸気タービンから出る低圧蒸気などの熱であってもよい。

このシステムは、蒸発器に液体作動流体を供給するためのポンプをさらに備える。

このシステムは、再ガス化ＬＮＧを圧縮し、管路に沿って前記圧縮された再ガス化ＬＮＧを最終消費者に送るための圧縮機をさらに備える。この圧縮機は、タービンに連結されることができる。この再ガス化ＬＮＧはまた、管路を通って貯蔵容器に送られることができる。

本発明の一実施形態では、電力システムは、導管が熱交換器手段の出口から蒸発器の入口にさらに延び、熱交換器手段が凝縮器であり、この凝縮器によってＬＮＧが約−１００℃から−１２０℃に及ぶ温度にタービンから排気された作動流体を凝縮させるような閉ランキンサイクル電力システムである。この作動流体は、エタン、エテンまたはメタン、または均等物、あるいはプロパンおよびエタンまたは均等物の混合物などの有機流体であることが好ましい。タービン排気によって加熱されるＬＮＧの温度は加熱器を用いてさらに上昇させられることが好ましい。

本発明の別の実施形態では、電力システムは開サイクル電力システムであり、作動流体はＬＮＧであり、熱交換器手段はタービンから排気されるＬＮＧを再ガス化するための加熱器である。

この加熱器の熱源は、約５℃から２０℃に及ぶ温度の海水またはガスタービンから排出される排気ガスなどの廃棄熱であってもよい。

（好ましい実施形態の詳細な説明）
本発明は、液化天然ガス（ＬＮＧ）に基づく電力および再ガス化システムである。輸送されるＬＮＧ、例えば主としてメタンが、先行技術においては、再ガス化ターミナルで熱交換器の中を通過することによって気化され、ここで海水または別の熱源、例えばガスタービンの排気がＬＮＧをその沸点より高い温度に加熱するが、電力を生産するために冷熱ＬＮＧを利用する効率的な方法が必要とされている。本発明の電力システムを用いることによって、ＬＮＧの冷熱ポテンシャルは電力サイクルのコールドシンクとして働く。電気または電力は、冷熱ＬＮＧと熱源、例えば海水との間の大きな温度差により生成される。

図１および図２は、本発明の一実施形態を示し、ここで冷熱ＬＮＧは閉ランキンサイクル電力プラントの凝縮器の中でコールドシンク媒体として働く。図１はこの電力システムの配置略図であり、図２はこの閉サイクルの温度−エントロピ線図である。

概して、閉ランキンサイクルの電力システムは符号１０として示される。エタン、エテンまたはメタンあるいは均等物などの有機流体は電力システム１０用の好ましい作動流体であり、導管８を通って循環する。ポンプ１５は、状態Ａ（約−８０℃から−１２０℃に及ぶ温度）の液体有機流体を状態Ｂで蒸発器２０に供給する。蒸発器２０に導入される平均温度約５から２０℃の管路１８中の海水は、蒸発器を通って通過する作動流体に熱を伝導する働きをする（すなわち、状態Ｂから状態Ｃへ）。したがって、作動流体の温度は、その沸点より高い約−１０から０℃の温度に上昇し、生成された気化作動流体はタービン２５に供給される。管路１９を通って蒸発器２０から排出される海水は海に戻される。気化作動流体がタービン２５で膨張されると（すなわち、状態Ｃから状態Ｄへ）、電力または好ましくは電気がタービン２５に作用する発電機２８によって生産される。好ましくは、タービン２５は約１，５００ｒｐｍまたは１，８００ｒｐｍで回転する。凝縮器３０に導入される平均温度約−１６０℃の管路３２中のＬＮＧ（すなわち状態Ｅ）は、液相に対応してタービン２５から出る作動流体を凝縮させる働きをし（すなわち、状態Ｄから状態Ａへ）、この結果、ポンプ１５は蒸発器２０に液体作動流体を供給する。ＬＮＧが作動流体の温度を約−８０℃から−１２０℃の著しく低い温度に低下させるので、タービン２５の中で気化した作動流体を膨張させることによって利用できる回収可能なエネルギーは比較的高い。

管路３２の中のＬＮＧの温度（すなわち、状態Ｆ）は、熱がタービン２５から出る膨張した作動流体によって凝縮器３０の中でＬＮＧに伝導された後上昇し、さらに海水により上昇させられ、この海水は管路３７を通って加熱器３６の中を通過する。管路３８を通って加熱器３６から排出される海水は海に戻される。加熱器３５の中に導入される海水の温度は、通常、ＬＮＧを再ガス化するのに十分であり、ＬＮＧは貯蔵容器４２の中で保持されるか、または代替的には、圧縮機４５によって管路４３を通って気化ＬＮＧの最終消費者への分配用管路に圧縮されて供給される。天然ガスを発送前に再ガス化するための圧縮機４０は、タービン２５によって生成される電力によって駆動されることができ、または好ましくは発電機２５によって生産される電気によって駆動されることができる。

海水が利用できないか、または使用されないか、あるいは使用のために適さないときは、ガスタービンの排気ガスの中に含まれる熱などの熱が、蒸発器２０の中の作動流体に、あるいは天然ガスに直接に、または２次熱伝導流体を介して（加熱器３６の中で）熱を伝導するために用いられることができる。

図３および図４は本発明の別の実施形態を示し、ここでＬＮＧは開サイクル電力プラントの作動流体である。図３はこの電力システムの配置略図であり、図４はこの開サイクルの温度−エントロピ線図である。

概して、タービンに基づく開サイクルの電力システムは符号５０で示される。例えば船によって選択された目的地に輸送されたＬＮＧ７２は、電力システム５０用の作動流体であり、導管４８を通って循環する。ポンプ５５は、温度が約−１６０℃である状態Ｇの冷熱ＬＮＧを状態Ｈの蒸発器６０に供給する。管路１８を通って蒸発器６０に導入される約５から２０℃の平均温度の海水は、状態Ｈから状態Ｉへと蒸発器を通過するＬＮＧに熱を伝導する働きをする。その結果として、ＬＮＧの温度はその沸点より高い約−１０から０℃の温度に上昇し、生成された気化ＬＮＧはタービン６５に供給される。この海水は蒸発器６０から管路１９を通って排出され、海に戻される。気化ＬＮＧがタービン６５で状態Ｉから状態Ｊに膨張させられると、電力または好ましくは電気がタービン６５に連結された発電機６８によって生産される。好ましくは、タービン６５は１，５００ｒｐｍまたは１，８００ｒｐｍで回転する。ＬＮＧは状態Ｇで−１６０℃の非常に低い温度を有し、その後ポンプ５５によって状態Ｇから状態Ｈへ加圧され、高圧蒸気が蒸発器６０で生成されるが、気化ＬＮＧ中のエネルギーは比較的高く、タービン６５の中での膨張によって利用される。

タービン６５の中での膨張の後、状態ＪのＬＮＧ蒸気の温度は、海水からＬＮＧへの熱の伝導によって上昇させられ、この海水は、管路７６を通って加熱器７５に供給され、加熱器７５の中を通過する。この海水は、加熱器７５から管路７７を通って排出され、海に戻される。加熱器７５に導入される海水の温度はＬＮＧ蒸気を加熱するために十分であり、ＬＮＧは貯蔵容器８２で保持されるか、または代替的には、圧縮機８５によって管路８３を通って気化ＬＮＧの最終消費者への分配用管路に圧縮され供給されることができる。天然ガスを発送前に圧縮する圧縮機８０は、タービン６５によって生産された電力によって駆動されるか、または、好ましくは、発電機６８によって生成された電気によって駆動されることができる。代替的には、タービン６５から排出される気化天然ガスの圧力は、加熱器７５で加熱された天然ガスが圧縮機の必要なしに管路を通って送られることができるように十分に高くてもよい。

海水が利用できないか、または使用されないときには、ガスタービンの排気ガスの中に含まれる熱などの熱が、蒸発器６０の中または加熱器７５の中で、あるいは２次熱伝導流体を介して天然ガスに熱を伝導するために用いられることができる。

図５を参照すると、閉サイクル電力システム（図１を参照して説明した実施形態と同様である）の１０Ｂで示す別の実施形態が示され、ＬＮＧポンプ４０Ａが、管路４３を通って気化ＬＮＧの最終消費者への分配用管路に供給するのに適する再ガス化ＬＮＧのための圧力を生成するために、ＬＮＧを凝縮器３０Ａに供給する前にある一定の圧力、例えば約８０ｂａｒにＬＮＧを加圧するために用いられる。ポンプ４０Ｂは、図１で示す実施形態の中の圧縮機よりむしろ用いられる。基本的には、本実施形態の作動は、図１および図２を参照して説明した本発明の実施形態の作動と同様である。したがって、この実施形態はより効率的である。好ましくは、この実施形態に含まれるタービン２５Ｂは、１，５００ｒｐｍまたは１，８００ｒｐｍで回転する。さらに、プロパンおよびエタンまたは均等物の混合物は、この実施形態の閉有機ランキン電力システム用の好ましい作動流体である。しかしながら、エタン、エテンまたは他の適した有機作動流体がまた、この実施形態で用いられることができる。これは、凝縮器３０Ａの中でプロパン／エタン混合物有機作動流体の冷却曲線が、ＬＮＧ冷却源がより効率的に用いられることが可能であるこの高い圧力でＬＮＧの加熱曲線により適しているからである（図６参照）。しかしながら、好ましくは、単独の有機作動流体、例えば好ましくはエタン、エテンまたは均等物を用いる二重圧力式有機ランキンサイクルがここで用いることができ、そこで２つの相異なった膨張レベルおよび２個の凝縮器がまた用いられることができる（図７参照）。図に示されているように、膨張した有機蒸気は、タービン２５Ｂから管路２６Ｂを通って中間段階に抽出され、有機作動流体凝縮物が生成される凝縮器３１Ｂに供給される。さらに、別の膨張した有機蒸気が管路２７Ｂを通ってタービン２５Ｂから出、別の有機作動流体凝縮物が生成される別の凝縮器３０Ｂに供給される。好ましくは、タービン２５Ｂは１，５００ｒｐｍまたは１，８００ｒｐｍで回転する。凝縮器３０Ｂおよび３１Ｂで生成される凝縮物は、サイクルポンプＩＩ、１６ＢおよびサイクルポンプＩ、１５Ｂを用いて蒸発器２０Ｂにそれぞれ供給され、ここで、海水（または他の同等の加熱）が、蒸発器２０Ｂの中に存在する液体作動流体に熱を供給し気化作動流体を生成するために管路１８Ｂを通って蒸発器に供給される。凝縮器３０Ｂおよび３１Ｂはまた、ＬＮＧが比較的高い圧力、例えば約８０ｂａｒに加圧されるようにポンプ４０Ｂを用いてＬＮＧを供給される。図７から理解されるように、ＬＮＧは、タービン２５Ｂから出る比較的低圧の有機作動流体蒸気を凝縮させるためにまず第１に凝縮器３０Ｂに供給され、その後、凝縮器３０Ｂから出る加熱されたＬＮＧは、タービン２５Ｂから抽出された比較的より高圧の有機作動流体蒸気を凝縮させるために凝縮器３１Ｂに供給される。したがって、本発明の実施形態によると、ブリードサイクル、すなわち管路２６、凝縮器３１ＢおよびサイクルポンプＩ、１５Ｂの中の作動流体の供給速度または質量流量は、追加の電力が生産されることができるように増加されることができる。その後、凝縮器３１Ｂから出るさらに加熱されたＬＮＧは、ＬＮＧ蒸気生成のために加熱器３６Ｂに供給されることが好ましく、ＬＮＧは貯蔵容器４２Ｂに保持されるか、または代替的には、管路４３Ｂを通って気化ＬＮＧの最終消費者への分配用管路へ供給されることができる。図７にはただ１個のタービンを示すが、好ましくは、２個の分離したタービンモジュール、すなわち高圧タービンモジュールおよび低圧タービンモジュールが用いられることができる。

最後に言及した実施形態の代替バージョンでは（図７Ａ参照）、直接接触式凝縮器／加熱器３２Ｂ’が凝縮器３０Ｂ’および３１Ｂ’とともに用いられることができる。直接接触式凝縮器／加熱器３２Ｂ’を用いることによって、蒸発器２０Ｂ’に供給される作動流体が冷熱ではなく、したがって海水が凍結する危険性または蒸発器の中で媒体が加熱する危険性が確実にほとんどなくなる。さらに、電力サイクルの中の作動流体の質量流量はさらに増加し、それによって生産される電力の増加を可能にすることができる。さらにそれによって、タービンの寸法が、例えば第１段階で改善されることができ、例えばより大きなサイズを有するブレードの使用が可能になる。したがって、タービン効率は上昇する。

図７を参照して説明した実施形態の別の代替バージョンでは（図７Ｂ参照）、再加熱器２２Ｂ”が含まれ、直接接触式凝縮器／加熱器３２Ｂ”ならびに凝縮器３０Ｂ”および３１Ｂ”と連結して用いられる。再加熱器を有することによって、高圧タービンモジュール２４Ｂ”から出る蒸気の湿り度は実質的に低減されるか、またはなくされ、したがって、低圧タービンモジュール２５Ｂに供給される蒸気は確実に実質的に乾燥しており、それによって効果的な膨張および電力生産が遂行される。好ましくは、１個の熱源が蒸発器用の熱を供給するために用いられることができ、一方、別の熱源が再加熱器用に供給するために設けられることができる。

図７Ａまたは図７Ｂを参照して説明した両方の代替形態では、直接接触式凝縮器／加熱器３２Ｂ’および３２Ｂ”の位置は、直接接触式凝縮器／加熱器３２Ｂ’の入口が中間圧凝縮器３１Ｂ’から出る作動流体凝縮物を受け取ることができ（図７Ａ参照）、一方、直接接触式凝縮器／加熱器３２Ｂ”がサイクルポンプ１６Ｂ”から出る加圧された作動流体凝縮物を受け取ることができるように変えることができる（図７Ｂ参照）。

図７を参照して説明した実施形態のさらなる代替バージョンでは（図７Ｃ参照）、低圧凝縮器３０Ｂ”’（または低圧凝縮器３０Ｂ””）で生成される凝縮物はまた、それぞれ間接または直接接触によってタービンの中間段階から抽出される中間圧蒸気から凝縮物を生成するために中間圧凝縮器３１Ｂ”’（中間圧凝縮器３１Ｂ””）に供給されることができる。

図７Ｄは、図７を参照して説明した実施形態の別の代替バージョンを示し、ここで、直接接触式凝縮器／加熱器を用いるよりむしろ間接式凝縮器／加熱器が用いられる。この代替形態では、ただ１個のサイクルポンプが用いられることができ、適した弁が中間圧凝縮物管路の中で用いられることができる。

図７Ｅで示す代替形態では、ＬＮＧを用いるただ１個の間接式凝縮器が用いられ、一方、直接接触式凝縮器／加熱器もまた用いられる。

本発明のさらなる実施形態では（図７Ｆ参照）、符号５０Ａは、開サイクル電力プラントを示し、ここでＬＮＧの一部がＬＮＧの主管路から取り除かれ、電力生産のためにタービンを通って循環される。この実施形態では、２個の直接接触式凝縮器／加熱器が、直接式凝縮器／加熱器に供給する前にポンプ５５Ａによって加圧された加圧ＬＮＧを用いてタービンから抽出され出る蒸気を凝縮させるためにそれぞれ用いられる。

開サイクル電力プラントを用いて図７Ｆを参照して説明した実施形態の図７Ｇの中の５０Ｂで示される代替バージョンでは、再加熱器７２Ｂが含まれ、直接接触式凝縮器／加熱器３１Ｂおよび３３Ｂと連結して用いられる。この再加熱器を有することによって、高圧タービンモジュール６４Ｂから出る蒸気の湿り度は実質的に低減されるか、またはなくされ、したがって低圧タービンモジュール６５Ｂに供給される蒸気は確実に実質的に乾燥しており、それによって効果的な膨張および電力生産が遂行される。好ましくは、１個の熱源が蒸発器用の熱を供給するために用いられることができ、一方、別の熱源が再加熱器用に供給するために設けられることができる。

図７Ｆを参照して説明した実施形態の別の代替オプションでは、開サイクル電力プラントが用いられ、図７Ｆを参照して説明した実施形態で用いられる直接接触式凝縮器よりむしろ２個の間接接触式凝縮器が用いられることができる。２個の間接接触式凝縮器のための２つの異なった配置が用いられることができる（図７Ｈおよび図７Ｉ参照）。

図７Ｆを参照して説明した実施形態のさらなる代替オプションでは、開サイクル電力プラントが用いられ、さらなる直接接触式凝縮器／加熱器が２個の間接接触式凝縮器に加えて用いられることができる（図７Ｊ参照）。

さらに、好ましくは、図７Ｆを参照して説明した実施形態の別の代替オプションでは（図７Ｋ参照）、開サイクル電力プラントが用いられ、１個の直接接触式凝縮器および１個の間接接触式凝縮器が用いられることができる。

さらに、別の実施形態では、好ましくは、開サイクル電力プラントで、１個の直接接触式凝縮器または１個の間接接触式凝縮器が用いられることができる（図７Ｌ参照）。

さらに、別の実施形態では、好ましくは、開サイクル電力プラントおよび閉サイクル電力プラントが併用されることができる（図７Ｍ参照）。この実施形態では、説明した代替形態のいずれもが、開サイクル電力プラントの一部および／または閉サイクル電力プラントの一部として用いられることができる。

さらに、好ましくは、様々な代替形態の構成部品は併用されることができることが指摘されるべきである。さらに、やはり好ましくは、特定の構成部品はこの代替形態から除外されることができる。さらに、閉サイクル電力プラントで用いられる代替形態が、開サイクル電力プラントに用いられることができる。例えば図７Ｃを参照して説明した実施形態（閉サイクル電力プラント）は、開サイクル電力プラントで用いられることができる（例えば凝縮器３０Ｂ”’および３１Ｂ”’は、図７Ｈで示す凝縮器３３Ｂ’および３４Ｂ’の代わりに用いられることができ、凝縮器３０Ｂ””および３１Ｂ””は、図７Ｈで示す凝縮器３３Ｂ’および３４Ｂ’の代わりに用いられることができる）。

さらに、２つの圧力レベルが本明細書で説明されるが、好ましくは、複数のまたはいくつかの圧力レベルが用いられることができ、好ましくは、同等な数の凝縮器が、コールドシンクまたは電力サイクル源として加圧ＬＮＧを効果的に使用するために用いられることができる。

図８では、閉有機ランキンサイクル電力システムが用いられる本発明の別の実施形態が示されている。符号１０Ｃは、蒸気タービンシステム１００および閉有機ランキン電力システム３５Ｃを備える電力プラントシステムを示す。またここで、ＬＮＧポンプ４０Ｃは、管路４３Ｃを通って気化ＬＮＧの最終消費者への分配用管路に供給するために適した再ガス化ＬＮＧ用の圧力を生成するために、ＬＮＧを凝縮器３０Ｃへ供給する前にある一定の圧力、例えば８０ｂａｒに加圧するために用いられることが好ましい。この実施形態では、好ましい有機作動流体はエタンまたは均等物である。好ましくは、この実施形態では、電力プラントシステム１０Ｃはガスタービンユニット１２５をさらに備え、この排気ガスは蒸気タービンシステム１００用熱源を形成する。この場合、図８から理解できるように、タービン１２４の排気ガスは、蒸発器に含まれる水から蒸気を生成するために蒸発器１２０に供給される。生成された蒸気は蒸気タービン１０５に供給され、この蒸気タービン１０５では、蒸気は膨張し電力を生産し、好ましくは、電気を生成する発電機１１０を駆動する。膨張した蒸気は蒸気凝縮器／蒸発器１２０Ｃに供給され、この蒸気凝縮器／蒸発器１２０Ｃで蒸気凝縮物が生成され、サイクルポンプ１１５は蒸発器１２０に蒸気凝縮物を供給し、したがって蒸気タービンサイクルを完了する。凝縮器／蒸発器１２０Ｃはまた、蒸発器として作用し、凝縮器／蒸発器に存在する液体有機作動流体を気化する。生成された有機作動流体蒸気は、有機蒸気タービン２５Ｃに供給され、有機蒸気タービン中で膨張して電力を生産し、好ましくは電気を生成する発電機２８Ｃを駆動する。好ましくは、タービン２５Ｃは１，５００ｒｐｍまたは１，８００ｒｐｍで回転する。有機蒸気タービンから出る膨張した有機作動流体蒸気は凝縮器３０Ｃに供給され、この凝縮器３０Ｃで有機作動流体凝縮物は、ＬＮＧポン４０Ｃによって凝縮器に供給された加圧ＬＮＧによって生成される。サイクルポンプ１５Ｃは、凝縮器３０Ｃから凝縮器／蒸発器１２０Ｃへ有機作動流体凝縮物を供給する。加圧ＬＮＧは凝縮器３０Ｃの中で加熱され、好ましくは、加熱器３６Ｃがさらに加圧ＬＮＧを加熱し、再ガス化ＬＮＧが貯蔵されるために、または気化ＬＮＧの最終消費者への分配用管路を通って供給されるために生成されるようにする。ＬＮＧが凝縮器へ供給される前に加圧されることにより、有機ランキンサイクル電力システムの作動流体として上述のエタンよりむしろプロパン／エタン混合物を用いることが有利であることがある。他方では、好ましくは、エタン、エテンまたは均等物が作動流体として用いられることができ、一方、２個の凝縮器または上述の他の配置は有機ランキンサイクル電力システムの中で用いられることができる。

１．図９を参照すると、閉有機ランキンサイクル電力システムが用いられる本発明の別の実施形態が示される。符号１０Ｄは、中間電力サイクルシステム１００Ｄおよび閉有機ランキンサイクル電力システム３５Ｄを備える電力プラントシステムを示す。またここでは、ＬＮＧポンプ４０Ｄは、管路４３Ｄを通って気化ＬＮＧの最終消費者への分配用管路に供給するために適した再ガス化ＬＮＧ用の圧力を生成するためにＬＮＧが凝縮器３０Ｄに供給される前にある一定の圧力、例えば約８０ｂａｒに加圧するために用いられることが好ましい。この実施形態では、好ましい有機作動流体はエタン、エテンまたは均等物である。好ましくは、この実施形態では、電力プラントシステム１０Ｄはガスタービンユニット１２５Ｄを備え、このガスタービンユニット１２５Ｄの排気ガスは中間熱伝導サイクルシステム１００Ｄ用の熱源を形成する。この場合、図９から理解できるように、ガスタービン１２４Ｄの排気ガスは、蒸発器に含まれる中間流体液体から中間流体蒸気を生成するために蒸発器１２０Ｄの排気ガスから熱を伝導するための中間サイクル１００Ｄに供給される。生成された蒸気は中間蒸気タービン１０５Ｄに供給され、この中間蒸気タービン１０５Ｄの中で蒸気は膨張し電力を生産し、好ましくは、電気を生成する発電機１１０Ｄを駆動する。好ましくは、タービン２５Ｄは１，５００ｒｐｍまたは１，８００ｒｐｍで回転する。膨張した蒸気は蒸気凝縮器／蒸発器１２０Ｄに供給され、この蒸気凝縮器／蒸発器１２０Ｄの中で中間流体凝縮物が生成され、サイクルポンプ１１５Ｄが蒸発器１２０に中間流体凝縮物を供給し、したがって中間流体タービンサイクルを完了する。いくつかの作動流体は中間サイクルの中での使用に適する。この種の作動流体の例は、ペンタン、すなわちｎ−ペンタンまたはイソ−ペンタンである。凝縮器／蒸発器１２０Ｄはまた、蒸発器として作用し、凝縮器／蒸発器中に存在する液体有機作動流体を気化する。生成された有機作動流体蒸気は、有機蒸気タービン２５Ｄに供給され、有機蒸気タービン中で膨張して電力を生産し、好ましくは電気を生成する発電機２８Ｄを駆動する。有機蒸気タービンから出る膨張した有機作動流体蒸気は凝縮器３０Ｄに供給され、この凝縮器３０Ｄの中で有機作動流体凝縮物がＬＮＧポンプ４０Ｄによって凝縮器に供給された加圧ＬＮＧによって生成される。サイクルポンプ１５Ｄは、凝縮器３０Ｄから凝縮器／蒸発器１２０Ｄへ有機作動流体凝縮物を供給する。加圧ＬＮＧは凝縮器３０Ｄの中で加熱され、好ましくは、加熱器３６Ｄでさらに加熱され、再ガス化ＬＮＧが貯蔵されるために、または気化ＬＮＧの最終消費者への分配用管路を通って供給されるために生成されるようにする。ＬＮＧが凝縮器に供給される前に加圧されることにより、有機ランキンサイクル電力システムの有機作動流体として上述のエタンよりむしろプロパン／エタン混合物を用いることが有利である場合がある。他方では、好ましくは、エタン、エテンまたは均等物が作動流体として用いられることができ、一方、２個の凝縮器または上述の他の配置が有機ランキンサイクル電力システムの中で用いられることができる。さらに、熱媒油または他の適した熱伝導流体などの熱伝導流体が高温ガスから中間流体へ熱を伝導するために用いられることができ、好ましくは、有機アルキル化熱伝導流体などの熱伝導流体、例えば合成のアルキル化芳香族化合物熱伝導流体がある。例としては、アルキル置換芳香族化合物流体、ベルギーに本社を有するＳｏｌｕｔｉａ社のＴｈｅｒｍｉｎｏｌＬＴ、またはアルキル化芳香族化合物流体の異性体の混合物、ＤｏｗＣｈｅｍｉｃａｌ社のＤｏｗｔｅｒｍＪであってもよい。化学式Ｃ_ｎＨ_２ｎ＋２を有する炭化水素化合物（ｎは８から２０）などの他の流体もまたこの目的のために用いることができる。したがって、イソ−ドデカンすなわち２，２，４，６，６−ペンタメチルヘプタン、イソ−エイコサンすなわち２，２，４，４，６，６，８，１０，１０−ノナメチルウンデカン、イソ−ヘキサデカンすなさち２，２，４，４，６，８，８−ヘプタメチルノナン、イソ−オクタンすなわち２，２，４−トリメチルペンタン、イソ−ノナンすなわち２，２，４，４−テトラメチルペンタン、および２個以上の前記化合物の混合物が、米国特許出願番号第１１／０６７，７１０号にしたがってこの目的のために用いられることができ、この開示は参照により本明細書に組み込まれる。有機アルキル化熱伝導流体はまた、熱伝導流体として用いられるとき、例えばタービン内の高温ガスの膨張の際の熱によって生成された蒸気を有することによって、タービンから出る膨張した蒸気が凝縮器で凝縮され（膨張した蒸気は中間蒸気タービンに供給される中間流体蒸気が生成されるように中間流体によって冷却される）、電力または電気の生産に用いられることができる。

さらに、本明細書で説明した代替形態のいずれもが、図８または図９を参照して説明した実施形態の中で用いられることができる。

上述の実施形態および代替形態では、タービンの好ましい回転速度が１，５００または１，８００ｒｐｍであると述べられているが、好ましくは、本発明によると、他の速度、例えば３，０００または３，６００ｒｐｍもまた用いられることができる。

好ましくは、本発明の方法はまた、ガスタービンの入口空気を冷却するために、および／またはガスタービンの圧縮機の中間段階または複数の中間段階で中間冷却を実行するために用いられることができる。さらに、好ましくは、本発明の方法は、ＬＮＧが作動流体を冷却し凝縮した後にガスタービンの入口空気を冷却するために、および／またはガスタービンの圧縮機の中間段階または複数の中間段階で中間冷却を実行するために用いられることができる。

メタン、エタン、エテンまたは均等物は、有機ランキンサイクル電力プラント用の好ましい作動流体として上述されたが、好ましい作動流体の非限定的な例としてとられるべきである。したがって、他の飽和または不飽和脂肪族炭化水素化合物もまた、有機ランキンサイクル電力プラント用の作動流体として用いられることができる。さらに、置換された飽和または不飽和炭化水素化合物がまた、有機ランキンサイクル電力プラント用の作動流体として用いられることができる。トリフルオロメタン（ＣＨＦ_３）、フルオロメタン（ＣＨ_３Ｆ）、テトラフルオロエタン（Ｃ_２Ｆ_４）およびヘキサフルオロエタン（Ｃ_２Ｆ_６）がまた、本明細書で説明した有機ランキンサイクル電力プラント用の好ましい作動流体である。さらに、塩素（Ｃｌ）で置換された飽和または不飽和炭化水素化合物がまた、有機ランキンサイクル電力プラント用の作動流体として用いられることができるが、それらの否定的な環境への影響により用いられないことになる。

補助装置（例えば弁、制御装置など）は、簡単にするために図の中には示されない。

例示を用いて本発明のいくつかの実施形態を説明したが、本発明が当分野の技術者の範囲の中で本発明の精神から逸脱せず、あるいは請求項の範囲を越えることなく多くの改変形態、変形形態および適用形態、ならびに多数の均等物または代替解法の使用で実行に移されることができることが明白であろう。

本発明の一実施形態による閉サイクル電力システムの配置略図である。図１の閉サイクル電力システムの温度−エントロピ線図である。本発明の別の実施形態による開サイクル電力システムの配置略図である。図３の開サイクル電力システムの温度−エントロピ線図である。本発明の別の実施形態による閉サイクル電力システムの配置略図である。図５の閉サイクル電力システムの温度−エントロピ線図である。本発明の別の実施形態による２圧力レベル閉サイクル電力システムの配置略図である。図７に示す本発明の実施形態による２圧力レベル閉サイクル電力システムの代替バージョンの配置略図である。図７に示す本発明の実施形態による２圧力レベル閉サイクル電力システムの別の代替バージョンの配置略図である。図７に示す本発明の実施形態による２圧力レベル閉サイクル電力システムの別の代替バージョンの配置略図である。図７に示す本発明の実施形態による２圧力レベル閉サイクル電力システムの別の代替バージョンの配置図である。図７に示す本発明の実施形態による２圧力レベル閉サイクル電力システムの別の代替バージョンの配置略図である。本発明による２圧力レベル開サイクル電力システムの別の実施形態の配置略図である。図７Ｆに示す本発明の実施形態による２圧力レベル開サイクル電力システムの別の代替バージョンの配置略図である。図７Ｆに示す本発明の実施形態による２圧力レベル開サイクル電力システムの別の代替バージョンの配置略図である。図７Ｆに示す本発明の実施形態による２圧力レベル開サイクル電力システムの別の代替バージョンの配置略図である。図７Ｆに示す本発明の実施形態による２圧力レベル開サイクル電力システムの別の代替バージョンの配置略図である。図７Ｆに示す本発明の実施形態による２圧力レベル開サイクル電力システムの別の代替バージョンの配置略図である。本発明による開サイクル電力システムの別の実施形態の配置略図である。閉サイクル電力プラントおよび開サイクル電力プラントを含む本発明の別の実施形態の配置略図である。本発明の別の実施形態による閉サイクル電力システムの配置略図である。本発明のさらに別の実施形態による閉サイクル電力システムの配置略図である。

同様の参照符号および記号は同様の構成部品を示す。

Claims

液化天然ガス（ＬＮＧ）に基づく電力および再ガス化システムであって、
ａ）液体作動流体がその中で気化される蒸発器であって、前記液体作動流体がＬＮＧまたは前記ＬＮＧによって液化された作動流体である蒸発器と、
ｂ）前記気化された作動流体を膨張させ電力を生産するためのタービンと、
ｃ）膨張した作動流体蒸気が供給される熱交換器手段であって、前記膨張した流体蒸気から熱を受け取るためにＬＮＧもまた供給され、それによって前記ＬＮＧが前記熱交換器手段を貫流すると前記ＬＮＧの温度が上昇する熱交換器手段と、
ｄ）前記作動流体が少なくとも前記蒸発器の入口から前記熱交換器手段の出口へ通って循環される導管と、
ｅ）再ガス化ＬＮＧを送るための管路
とを備える電力および再ガス化システム。
前記電力システムが、前記導管が前記熱交換器手段の前記出口から前記蒸発器の前記入口へさらに延び、前記熱交換手段が凝縮器を備え、前記ＬＮＧが前記タービンから出る前記膨張した作動流体を前記凝縮器の中で凝縮させるような閉有機ランキンサイクル電力システムである、請求項１に記載のシステム。
前記作動流体が、約−８０℃から−１２０℃に及ぶ温度に凝縮させられる、請求項２に記載のシステム。
前記作動流体が有機流体である、請求項２に記載のシステム。
前記作動流体がエタンまたはメタンである、請求項４に記載のシステム。
前記作動流体がプロパンおよびエタンの混合物である、請求項４に記載のシステム。
前記タービンの排気によって加熱される前記ＬＮＧの温度が加熱器を用いてさらに上昇させられる、請求項２に記載のシステム。
前記電力システムが開サイクル電力システムであり、前記作動流体がＬＮＧであり、前記熱交換器手段が前記タービンから出る前記ＬＮＧを凝縮させ前記システムに供給される前記ＬＮＧを加熱するための加熱器である、請求項１に記載のシステム。
冷熱ＬＮＧの温度が約−１６０℃である、請求項１に記載のシステム。
前記蒸発器の熱源が海水またはガスタービンから排出される排気ガスである、請求項１に記載のシステム。
前記蒸発器の熱源が蒸気である、請求項１に記載のシステム。
前記蒸気が蒸気タービンから出る蒸気を含む、請求項１１に記載のシステム。
前記蒸発器の熱源が蒸気タービンから出る蒸気を有し、前記蒸気タービンがガスタービン電力システムを備えるコンバインドサイクル電力プラントの一部であり、ここで、前記ガスタービン電力システムの排気ガスが前記蒸気タービンに供給される蒸気を生成するための熱を供給する、請求項５に記載のシステム。
前記蒸発器の熱源が蒸気タービンから出る蒸気を有し、前記蒸気タービンがガスタービン電力システムを備えるコンバインドサイクル電力プラントの一部であり、ここで、前記ガスタービン電力システムの排気ガスが前記蒸気タービンに供給される蒸気を生成するための熱を供給する、請求項６に記載のシステム。
熱源から前記作動流体へ熱を伝導させるための中間流体システムをさらに備え、前記中間流体システムが前記作動流体を気化させるために前記中間流体から前記作動流体に伝導させる凝縮器を有する、請求項５に記載のシステム。
海水の温度が約５℃から約２０℃に及ぶ、請求項９に記載のシステム。
前記蒸発器へ液体作動流体を供給するためのポンプをさらに備える、請求項１に記載のシステム。
再ガス化ＬＮＧを圧縮し、管路に沿って最終消費者に前記圧縮された再ガス化ＬＮＧを送るための圧縮機をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
圧縮機が前記タービンに連結されている、請求項１３に記載のシステム。
前記熱交換器手段に前記ＬＮＧを供給する前に、管路に沿って最終消費者に前記再ガス化ＬＮＧを供給するのに適した圧力に前記ＬＮＧの圧力を上昇させるためのポンプをさらに備える、請求項２に記載のシステム。
前記熱交換器手段に前記ＬＮＧを供給する前に、管路に沿って最終消費者に前記再ガス化ＬＮＧを供給するのに適した圧力に前記ＬＮＧの圧力を上昇させるためのポンプをさらに備える、請求項６に記載のシステム。
前記熱交換器手段に前記ＬＮＧを供給する前に、管路に沿って最終消費者に前記再ガス化ＬＮＧを供給するのに適した圧力に前記ＬＮＧの圧力を上昇させるためにポンプをさらに備える、請求項１４に記載のシステム。
前記タービンから抽出される膨張した蒸気を凝縮させるために別の凝縮器をさらに備え、前記別の凝縮器が前記凝縮器から出る加熱されたＬＮＧによって冷却される、請求項２０に記載のシステム。
前記タービンから抽出された前記蒸気が前記タービンの中間段階から抽出される中間圧蒸気を有する、請求項２３に記載のシステム。
直接接触式凝縮器／加熱器であって、前記タービンの中間段階から抽出された蒸気を凝縮させ、前記直接接触式凝縮器／加熱器に供給される作動流体凝縮物を加熱するための直接接触式凝縮器／加熱器をさらに備える、請求項２３に記載のシステム。
再加熱器および低圧蒸気タービンであって、前記低圧蒸気タービンに前記蒸気を供給する前に前記タービンから出る蒸気を再加熱するための再加熱器および低圧蒸気タービンをさらに備える、請求項２５に記載のシステム。
前記電力システムが開サイクル電力システムであり、前記作動流体がＬＮＧであり、前記熱交換器手段が加圧ＬＮＧで前記タービンから出る前記ＬＮＧを凝縮させるための凝縮器である、請求項１に記載のシステム。
加圧ＬＮＧで前記タービンから抽出された前記ＬＮＧを凝縮させるための別の凝縮器をさらに備える、請求項２７に記載のシステム。
前記タービンから抽出された前記蒸気が前記タービンの中間段階から抽出される中間圧蒸気を有する、請求項２８に記載のシステム。
前記加熱器の熱源が海水またはガスタービンから排出される排気ガスである、請求項６または７に記載のシステム。
前記再ガス化ＬＮＧが前記管路を通って貯蔵容器に送られる、請求項１に記載のシステム。
実質的に記載され示される、液化天然ガスに基づく電力および再ガス化システム。