KR101260992B1 - 발전플랜트가 탑재된 부유식 구조물 - Google Patents

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Abstract

발전플랜트가 탑재된 부유식 구조물이 개시된다. 본 발명의 발전플랜트가 탑재된 부유식 구조물은, 발전용 플랜트가 탑재된 부유식 구조물에 있어서, 부유식 구조물의 선체 내부의 일측부에 배치되는 적어도 하나의 발전실; 및 선체 내부의 타측부에 배치되는 적어도 하나의 연료탱크를 포함한다.

Description

발전플랜트가 탑재된 부유식 구조물{Floating Facility Mounted Power Plant}
본 발명은 발전플랜트가 탑재된 부유식 구조물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 부유식 구조물의 선체 내부의 일측부에 적어도 하나의 발전실을 배치하고, 선체 내부의 타측부에 적어도 하나의 연료탱크를 배치한 부유식 구조물에 관한 것이다.
천연가스(natural gas)는 메탄(methane)을 주성분으로 하고, 소량의 에탄(ethane), 프로판(propane) 등을 포함하는 화석연료로서, 최근 다양한 기술 분야에서 저공해 에너지원으로서 각광받고 있다.
천연가스는, 가스 상태로 운반되기도 하고, 액화된 액화천연가스(LNG)의 상태로 LNG 수송선에 저장된 채 원거리의 소비처로 운반되기도 한다. 액화천연가스는 천연가스를 극저온(대략 -163℃이하)으로 냉각하여 얻어지는 것으로 가스 상태의 천연가스일 때보다 그 부피가 대략 1/600로 줄어들므로 해상을 통한 원거리 운반에 매우 적합하다.
최근에는 육지에 매립된 에너지의 고갈에 따라, 다양한 해양 자원 개발이 활발해지고 있는데, 해상에서 원유나 천연가스를 채굴하기 위한 유정 및 가스정 확보 및 개발도 각국에서 앞다퉈 이루어지고 있다.
그에 따라 해상에서 LNG를 생산하기 위한 설비로써 LNG FPSO(Floating, Production, Storage and Offloading)나 LNG FSRU(Floating Storage and Regasification Unit)와 같은 부유식 해상 구조물도 많이 개발되어 있다.
LNG는 비교적 저렴하며 공해를 덜 유발하므로 발전연료로 적합하다고 할 수 있다.
종래 LNG를 연료로 사용하는 발전플랜트는 주로 육상, 특히 원료 수급이 용이하고 용지확보 비용이 저렴한 해안가에 설치되는 것이 일반적이었다.
발전플랜트를 육상에 고정한 형태에서 벗어나, 플랜트 용지 구입비용과 기초 공사 비용을 절감하면서도, 원료 수급이 편리한 곳이나 전력공급이 필요한 곳에 시의적절하게 배치하여 발전할 수 있는 선박이나 해상 구조물에 발전플랜트를 탑재하는 기술이 요구된다.
그중 바지선과 같은 부유식 해상 구조물에 발전플랜트를 마련하여, 해상 구조물 자체에서 필요한 전기를 공급하거나 해상에서 많은 전기를 생산하여 육상으로 송전하는 기술에 대한 요구도 커지고 있다.
도 1에는 발전플랜트를 탑재한 바지선(1)을 개략적으로 도시하였다. 바지선의 선체(11)에 연료탱크(13)가 탑재되고, 바지선의 데크 상부에 발전플랜트의 각종 설비들(20)이 탑재되는 형태이다.
이처럼, 바지선과 같은 부유식 해상 구조물에 발전플랜트를 설치할 경우, 발전 및 송전 설비들은 스파크나 누전, 합선 등에 의해 화재의 원인을 제공할 위험성이 있으므로, 부유식 해상 구조물에는 발전플랜트 외에도 각종 화재 발생을 막기 위한 안전장치가 설치될 것이다.
더욱이 LNG FPSO와 같은 원유 또는 가스를 시추ㆍ생산ㆍ정제ㆍ저장하는 부유식 해상 구조물들은 폭발성 가스를 다루는 해상 구조물이므로, 폭발성 가스의 유출 사고로 해상 구조물의 화재ㆍ폭발의 위험성은 더욱더 높아지고, 이를 대비하기 위한 각종 안전 설비를 더 구비하여야 한다.
이와 같이, 기존의 폭발성 가스나 물질을 취급하는 부유식 해상 구조물은 폭발을 방지하기 위한 각종 추가설비를 필요로 하며, 이로 인해 부유식 해상 구조물의 데크 상부에는 발전플랜트의 각종 설비들에, 각종 안전 설비까지 더해지면서 다른 설비들을 설치할 공간이나 작업공간이 없어질 수 있다.
또한, 폭발 방지를 위한 발전실과 송전시설 등의 발전플랜트와, 추가설비들이 모두 상부구조(topside)에 탑재됨으로써 부유식 해상 구조물의 자체 하중이 증가하여 부유식 해상 구조물의 구조에 문제가 발생할 우려가 크고, 무게중심도 상부구조(topside)에 집중되어 부유식 해상 구조물의 복원성 및 균형유지에 어려움이 발생할 수 있다.
이러한 문제들로 인해 해상 구조물에 대형 발전플랜트를 탑재하여 많은 전력을 생산하는 것은 곤란하며, 해상 구조물 자체에 필요한 전기를 공급하는 정도의 소규모 발전만 이루어질 수 있다.
본 발명은 이와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 발전실을 해상 구조물의 데크 하부로 배치하되, 선체 내부에 발전실과 연료탱크가 해상 구조물 내부에서 균형을 이루어 배치되는 부유식 구조물을 제시함으로써, 무게중심을 낮추고 부유식 구조물의 데크 상부에 공간을 확보할 수 있게 하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 발전용 플랜트가 탑재된 부유식 구조물에 있어서,
상기 부유식 구조물의 선체 내부의 일측부에 배치되는 적어도 하나의 발전실; 및
상기 선체 내부의 타측부에 배치되는 적어도 하나의 연료탱크를 포함하는 발전플랜트가 탑재된 부유식 구조물이 제공된다.
상기 발전실 및 상기 연료탱크를 상기 선체 내부에 배치함으로써 상기 부유식 구조물의 무게중심을 낮출 수 있다.
상기 부유식 구조물의 양단부에는 각각 밸러스트 탱크가 배치될 수 있다.
상기 발전실에 마련되는 발전기 구동에 따라 연료탱크에 저장된 연료가 소모됨으로써 감소하는 무게에 맞추어 상기 각각의 밸러스트 탱크의 수위를 조절하여 상기 부유식 구조물의 균형을 유지시킬 수 있다.
상기 발전실의 상부 데크에는 상기 발전실에서 생산된 전기를 상기 부유식 구조물의 외부로 송전하는 적어도 하나의 송전탑이 마련될 수 있다.
상기 발전실에서 발전에 사용되는 연료는 LNG일 수 있다.
상기 부유식 구조물의 상부 데크에는 상기 연료탱크에 저장된 LNG를 기화시켜 상기 발전실에 발전 연료로 공급하는 기화기가 마련될 수 있다.
상기 적어도 하나의 발전실과 상기 적어도 하나의 연료탱크가 상기 부유식 구조물의 선체 내부에서 차지하는 공간비는 30:70 % 내지 50:50 %일 수 있다.
상기 발전실은 ME-GI엔진을 주엔진으로 하여 발전할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 발전용 플랜트가 탑재된 부유식 구조물의 배치 구조에 있어서,
발전실과 연료탱크를 상기 부유식 구조물의 데크 하부에 배치하되, 상기 데크 하부의 일측부에 상기 발전실을 배치하고 타측부에 상기 연료탱크를 배치하며, 상기 발전실과 상기 연료탱크의 공간비는 30:70 % 내지 50:50%인 것을 특징으로 하는 발전플랜트가 탑재된 부유식 구조물의 배치 구조가 제공된다.
상기 발전실의 상부 데크에는 상기 발전실에서 생산된 전기를 송전하는 송전탑이 배치될 수 있다.
상기 부유식 구조물의 양단부에는 각각 밸러스트 탱크를 배치하여, 상기 발전실에 마련되는 발전기 구동에 따라 연료탱크에 저장된 연료가 소모됨으로써 감소하는 무게에 맞추어 상기 각각의 밸러스트 탱크의 수위를 조절하여 상기 부유식 구조물의 균형을 유지시킬 수 있다.
본 발명의 발전플랜트가 탑재된 부유식 구조물은 부유식 구조물의 선체 내부의 일측부에 적어도 하나의 발전실을 배치하고, 선체 내부의 타측부에 적어도 하나의 연료탱크를 배치함으로써, 무게중심을 낮추고 부유식 구조물의 데크 상부에 공간을 확보할 수 있다. 또한 부유식 구조물의 양단부에 밸러스트 탱크를 마련하여, 발전기 구동에 따라 연료탱크에 저장된 연료가 소모되면서 감소하는 무게에 맞추어 각각의 밸러스트 탱크의 수위를 조절함으로써 용이하게 부유식 구조물의 균형을 유지시킬 수 있다.
도 1은 발전플랜트를 탑재한 바지선을 개략적으로 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발전용 플랜트가 탑재된 부유식 구조물의 측 단면을 개략적으로 도시한다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발전플랜트가 탑재된 부유식 구조물(F)의 측 단면을 개략적으로 도시한다.
도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 발전플랜트가 탑재된 부유식 구조물(F)은, 발전용 플랜트가 탑재된 부유식 구조물(F)에 있어서, 부유식 구조물(F)의 선체 내부의 일측부에 배치되는 적어도 하나의 발전실(100)과, 선체 내부의 타측부에 배치되는 적어도 하나의 연료탱크(200)를 포함한다.
본 실시예에서 부유식 구조물(F)이라 함은, 해수면에 부유된 부유식 해양 플랫폼(Offshore platform)을 통칭하는 의미이다. 자체 추진기가 마련되거나 추진기 없이 예인선으로 해상에 예인시키는 부유식 해양 플랫폼을 모두 포함하며, 일 예로 바지선(barge)일 수 있다.
본 실시예는 발전실(100) 및 연료탱크(200)를 선체 내부에 배치함으로써 부유식 구조물(F)의 무게중심을 낮출 수 있다.
발전실(100)에는 메인 엔진과 발전기 등의 무거운 발전설비들이 마련되는데, 이와 같이 무거운 발전설비들을 데크(D) 상부가 아닌 선체 내부에 발전실을 구비하고 그 내부에 배치함으로써, 부유식 구조물(F)의 무게중심을 선체 하부로 낮추어 안정성을 높일 수 있고 균형유지가 수월하다.
부유식 구조물(F)의 양단부에는 각각 밸러스트 탱크(300)가 배치될 수 있다.
발전실(100)에 마련되는 발전기 구동에 따라 연료탱크(200)에 저장된 연료가 소모됨으로써 감소하는 무게에 맞추어 각각의 밸러스트 탱크(300)의 수위를 조절하여 부유식 구조물(F)의 균형을 유지시킬 수 있다.
예를 들어, 발전실(100) 방향 단부에 마련된 밸러스트 탱크(300)에는 먼저 해수를 채워둔다. 이후 연료탱크(200)의 연료를 발전실(100)로 공급하여 발전하면서 감소하는 연료의 무게에 맞추어 해수를 배출하여 부유식 구조물(F)의 균형을 유지한다. 해수의 배출이 완료된 후에는, 연료탱크(200) 방향 단부에 마련된 밸러스트 탱크(300)에 해수를 점차 채우면서 부유식 구조물(F)의 균형을 유지한다.
연료탱크(200)의 무게를 고려하여 부유식 구조물(F)의 균형 유지를 위해, 연료탱크(200) 방향 단부에 마련되는 밸러스트 탱크(300)의 용량을 발전실(100) 방향 단부에 마련되는 밸러스트 탱크(300)보다 크게 할 수 있다.
종래의 부유식 해상 구조물이나 선박 등에 마련되는 것과 같이 선체의 측벽과 하부의 밸러스트 탱크(미도시)도 함께 마련될 수 있다. 예를 들어 선체 내부에서 연료탱크(200) 외부의 측벽과 하부에 밸러스트 탱크(미도시)가 마련될 수 있다.
발전실(100)의 상부 데크(D)에는 발전실(100)에서 생산된 전기를 부유식 구조물(F)의 외부로 송전하는 적어도 하나의 송전탑(400)이 마련될 수 있다.
송전탑(400)은 발전 용량을 고려하여 마련할 수 있으며, 발전실(100)의 상부 데크(D)에 둠으로써 송전탑(400)의 메인 케이블을 발전실(100)로 바로 연결할 수 있어 생산된 전기의 송전 거리를 줄이고, 부유식 구조물(F)에 마련되는 고압 송전선을 최소화할 수 있다.
발전실(100)에서 발전에 사용되는 연료는 LNG일 수 있다.
부유식 구조물(F)의 상부 데크(D)에는 연료탱크(200)에 저장된 LNG를 기화시켜 발전실(100)에 발전 연료로 공급하는 기화기가 마련될 수 있다.
적어도 하나의 발전실(100)과 적어도 하나의 연료탱크(200)가 부유식 구조물(F)의 선체 내부에서 차지하는 공간비는 30:70 % 내지 50:50 %일 수 있는데, 좀더 바람직하게는 40:60 %일 수 있다.
발전실(100)은 ME-GI엔진을 주엔진(110)으로 하여 발전할 수 있다.
ME-GI 엔진은, 선박에 사용될 수 있는 엔진으로서, 질소산화물(NOx)과 황산화물(SOx) 배출량을 저감하기 위하여 개발되어 사용되고 있는 LNG 운반선의 고압 천연가스 분사 엔진이다. ME-GI 엔진은 LNG(Liquefied Natural Gas)를 극저온에 견디는 저장탱크에 저장하여 운반하도록 하는 LNG 운반선 등과 같은 해상 구조물에 설치될 수 있으며, 천연가스를 연료로 사용할 수 있고, 그 부하에 따라 대략 150 - 400 bara(절대압력) 정도의 고압의 가스 공급 압력이 요구된다.
ME-GI 엔진과 같은 고압 천연가스 분사 엔진을 탑재한 해상 구조물의 경우에도, LNG 저장탱크에서 발생하는 증발가스(Boil Off Gas; BOG)를 처리하기 위해서는 재액화(Reliquefaction) 장치를 여전히 필요로 하며, 동급출력의 디젤엔진에 비해 오염물질 배출량을 이산화탄소는 23%, 질소화합물은 80%, 황화합물은 95%이상 줄일 수 있는 차세대 친환경적인 엔진으로서 각광받고 있다.
본 실시예에서는 부유식 구조물(F)의 이와 같은 ME-GI엔진을 발전실(100)에 배치하여 주엔진(110)으로 이용하여 발전한다. 발전실(100)에는 전자기 유도를 이용해 교류 전류를 발생시키는 알터네이터를 사용하는 발전기가 주엔진(110)의 샤프트(shaft)에 마련될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 발전용 플랜트가 탑재된 부유식 구조물(F)의 배치 구조에 있어서,
발전실(100)과 연료탱크(200)를 부유식 구조물(F)의 데크(D) 하부에 배치하되, 데크(D) 하부의 일측부에 발전실(100)을 배치하고 타측부에 연료탱크(200)를 배치하며, 발전실(100)과 연료탱크(200)의 공간비는 30:70 % 내지 50:50%인 것을 특징으로 하는 발전플랜트가 탑재된 부유식 구조물(F)의 배치 구조가 제공된다.
발전실(100)의 상부 데크(D)에는 발전실(100)에서 생산된 전기를 송전하는 송전탑(400)이 배치될 수 있다.
부유식 구조물(F)의 양단부에는 각각 밸러스트 탱크(300)를 배치하여, 발전실(100)에 마련되는 발전기 구동에 따라 연료탱크(200)에 저장된 연료가 소모됨으로써 감소하는 무게에 맞추어 각각의 밸러스트 탱크(300)의 수위를 조절하여 부유식 구조물(F)의 균형을 유지시킬 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 실시예에 따른 발전플랜트가 탑재된 부유식 구조물(F)은 선체 내부의 일측부에 적어도 하나의 발전실(100)을 배치하고, 선체 내부의 타측부에 적어도 하나의 연료탱크(200)를 배치함으로써, 무게중심을 낮추고 부유식 구조물(F)의 데크(D) 상부에 공간을 확보할 수 있다.
또한 부유식 구조물(F)의 양단부에 밸러스트 탱크(300)를 마련하여, 발전기 구동에 따라 연료탱크(200)에 저장된 연료가 소모되면서 감소하는 무게에 맞추어 각각의 밸러스트 탱크(300)의 수위를 조절함으로써 용이하게 부유식 구조물(F)의 균형을 유지시킬 수 있다.
발전실(100)을 선체 내부에 배치하여 무게중심을 낮춤으로써 부유식 구조물(F)의 구조 또는 균형 유지에 대한 우려 없이 대형화된 발전설비를 탑재하여 대량 발전이 가능하다.
또한 데크(D) 상부에 충분한 공간이 확보됨으로써 다른 설비들을 데크(D) 상부에 배치할 때 발전설비와 발전에 필요한 각종 배관들에 의한 공간배치의 제약 없이 작업 효율성을 고려하여 공간을 배치할 수 있다.
또한 데크(D) 상부에 충분한 작업 공간이 확보될 수 있어, 작업자의 작업 환경이 대폭 개선되고 이를 통해 작업 중 발생하는 안전사고의 위험을 낮출 수 있을 것으로 기대된다.
이와 같은 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
F: 부유식 구조물
D: 데크
100: 발전실
110: 주엔진
200: 연료탱크
300: 밸러스트 탱크
400: 송전탑

Claims (12)

  1. 발전용 플랜트가 탑재된 부유식 구조물에 있어서,
    상기 부유식 구조물의 선체 내부의 일측부에 배치되는 적어도 하나의 발전실; 및
    상기 선체 내부의 타측부에 배치되는 적어도 하나의 연료탱크를 포함하되,
    상기 적어도 하나의 발전실과 상기 적어도 하나의 연료탱크의 공간비는 30:70 내지 50:50이며,
    상기 부유식 구조물의 연료탱크 방향 단부에는 밸러스트 탱크가 마련되고, 상기 발전실 및 상기 연료탱크를 선체 내부에 배치함으로써 상기 부유식 구조물의 무게중심을 낮추는 것을 특징으로 하는 발전플랜트가 탑재된 부유식 구조물.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 부유식 구조물의 발전실 방향 단부에는 밸러스트 탱크가 추가로 배치되는 것을 특징으로 하는 발전플랜트가 탑재된 부유식 구조물.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 발전실에 마련되는 발전기 구동에 따라 연료탱크에 저장된 연료가 소모됨으로써 감소하는 무게에 맞추어 상기 연료탱크 방향 단부 또는 발전실 방향 단부의 밸러스트 탱크의 수위를 조절하여 상기 부유식 구조물의 균형을 유지시키는 것을 특징으로 하는 발전플랜트가 탑재된 부유식 구조물.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 발전실의 상부 데크에는 상기 발전실에서 생산된 전기를 상기 부유식 구조물의 외부로 송전하는 적어도 하나의 송전탑이 마련되는 것을 특징으로 하는 발전플랜트가 탑재된 부유식 구조물.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 발전실에서 발전에 사용되는 연료는 LNG인 것을 특징으로 하는 발전플랜트가 탑재된 부유식 구조물.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 부유식 구조물의 상부 데크에는 상기 연료탱크에 저장된 LNG를 기화시켜 상기 발전실에 발전 연료로 공급하는 기화기가 마련되는 것을 특징으로 하는 발전플랜트가 탑재된 부유식 구조물.
  8. 삭제
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 발전실은 ME-GI엔진을 주엔진으로 하여 발전하는 것을 특징으로 하는 발전플랜트가 탑재된 부유식 구조물.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
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