KR101537275B1 - 부유 저장식 가스 발전플랜트 및 그 가스 발전플랜트의 출력증대 장치 - Google Patents

부유 저장식 가스 발전플랜트 및 그 가스 발전플랜트의 출력증대 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 부유 저장식 가스 발전플랜트 및 그 가스 발전플랜트의 출력증대 장치에 관한 것이다.
본 발명은 해상의 부유 구조물에 액화가스 연료탱크를 구비하면서 액화가스를 이용하여 전력을 생산할 수 있으며, 글리콜 워터(Glycol water)를 이용하여 기화기에서 연료를 기화시킨 후 냉각기에 유입되는 대기의 공기와 열 교환하여 냉각된 고밀도의 공기를 가스터빈에 공급함으로써, 가스터빈의 효율을 증대시킬 수 있을 뿐만 아니라 액체연료를 구비하는 부유 저장식 가스 발전플랜트의 가스연료 공급이 가능하다.

Description

부유 저장식 가스 발전플랜트 및 그 가스 발전플랜트의 출력증대 장치{FLOATING AND STORAGE GAS POWER PLANT, AND HIGH POWER APPARATUS OF THE POWER PLANT}
본 발명은 해상의 부유구조물의 연료탱크에 액화천연가스를 저장하고 그 액화가스를 이용하여 전력(電力)을 생산할 수 있는 부유 저장식 가스 발전플랜트 및 그 가스 발전플랜트의 출력증대 장치에 관한 것으로, 좀더 구체적으로는 글리콜 워터(Glycol water)를 글리콜 워터 순환라인을 통해서 순환시키면서 기화기에서 열 교환하고 이때 냉각된 글리콜 워터를 이용하여 대기(大氣)의 공기를 저온 고밀도로 변환하여 가스터빈 유닛에 공급할 수 있는 부유 저장식 가스 발전플랜트 및 그 가스 발전플랜트의 출력증대 장치에 관한 것이다.
최근에는 친환경적인 발전에 대한 요구로 천연가스를 이용한 발전(發電)에 대한 관심이 증가하고 있다.
전력공급이 원활하지 않은 신흥개발국 등에서 가스 발전에 대한 관심이 높아지고 있는데, 가스 발전은 그 특성상 육지에 가스 저장소 등과 같은 가스 인프라가 갖추어져야만 발전(發電)이 가능하기 때문에 개발에 제한이 많다.
육상의 화력발전 플랜트는 용적이 너무 커서 설비 초기 설치비용이 상승하는 문제점이 있고, 설비 및 시스템이 별도의 건물에 독립적으로 위치함에 따라서 건물 및 배관, 자재의 소모량이 증가하는 문제점이 있다.
또한, 종래 육상의 화력발전 플랜트에서는 설비 설치 및 탱크 배치, 그리고 테스트가 현장(site)에서 수행됨에 따라 리스크(risk)가 항상 존재하며, 오랜 공사기간이 필요한 문제점이 있다.
특히, 여러 개의 섬들로 이루어진 동남아시아 국가의 경우에는 대용량의 가스 발전을 하는 데 어려움이 많았다.
즉, 육상의 화력발전소 건설에 따른 장소 확보와 건설비 소요를 가져오는 단점이 있으며, 육상의 화력발전소 건설에 많은 시간이 소요되므로 전력 공급을 단시간 내에 수행하는 것이 어렵다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, FSRU(Floating Storage Re-gasfication Unit)라는 부유식 해상 가스저장 재 기화설비 선이 등장하게 되었으며, 이러한 해상 가스저장 재 기화설비 선을 이용하여 육지의 발전소에 가스를 공급하게 되었다.
그러나, 이와 같은 FSRU를 이용한 육지에서의 발전은, 해상에서의 FSRU 설치와 육지에 발전소를 건설해야 하는 이중적인 부담을 초래한다.
즉, FSRU 뿐만 아니라, 육상 발전소 건설에 따른 장소 확보와 건설비 소요를 가져오는 단점이 있다.
따라서 전술한 방법 이외에 해상에서 액화천연가스를 저장하면서 그 액화천연가스 및 가스터빈/엔진의 폐열을 이용하여 전력을 생산할 수 있는 새롭고 진보된 타입의 부유 저장식 가스 발전플랜트(Floating and Storage Gas Power Plant, FSPP)의 개발이 절실히 요구되고 있다.
없음
본 발명은 글리콜 워터(Glycol water)를 이용하여 기화기에서 액화연료를 기화시킨 후 냉각기에 유입되는 대기의 공기와 열 교환하여 저온 고밀도의 공기를 가스터빈 유닛에 공급함으로써, 가스터빈 유닛의 효율을 증대시킬 수 있을 뿐만 아니라 액체연료를 구비하는 부유 저장식 가스 발전플랜트의 가스연료 공급이 가능한 부유 저장식 가스 발전플랜트 및 그 가스 발전플랜트의 출력증대 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 부유 저장식 가스 발전플랜트는 액화가스를 저장하고, 공급하기 위하여 부유 구조물에 설치되는 연료탱크; 상기 연료탱크의 액화가스를 기화시키는 기화기; 상기 기화기에서 공급하는 연료가스를 이용하여 전력을 생산하는 가스터빈 유닛; 상기 가스터빈 유닛의 발전효율을 증대시키기 위하여 상기 기화기와 열 교환하여 냉각된 글리콜 워터를 순환시키고, 상기 글리콜 워터의 순환에 의한 열교환에 의해서 냉각된 저온 고밀도의 공기를 상기 가스터빈 유닛에 공급하는 출력증대 장치; 상기 가스터빈 유닛에서 배출되는 고온 가스의 열원(폐열)을 회수하여 스팀을 생성하는 폐열회수 스팀발생기; 및 상기 폐열회수 스팀발생기에서 공급하는 스팀을 이용하여 전력을 생산하는 스팀 터빈 발전유닛;을 포함한다.
본 발명에 따른 부유 저장식 가스 발전플랜트의 출력증대 장치는 글리콜 워터를 순환시켜 상기 기화기와 열 교환하고 가스터빈 유닛으로 공급되는 대기의 공기를 냉각시켜서 저온 고밀도의 공기로 변환하여 가스터빈 유닛의 출력을 증대시킬 수 있다.
본 발명의 출력증대 장치는 글리콜 워터가 순환하는 글리콜 워터 순환라인; 글리콜 워터가 저장되는 글리콜 워터 탱크; 글리콜 워터를 펌핑하여 순환시키는 펌프; 글리콜 워터를 이용하여 열 교환하도록 상기 글리콜 워터 순환라인에 설치되는 열 교환기; 및 상기 열 교환기와 열 교환하여 대기의 공기를 냉각시키고, 냉각된 저온 고밀도의 공기를 상기 가스터빈 유닛에 공급하기 위한 냉각기;를 포함한다.
상기 가스터빈 유닛은 공기를 압축하는 압축기; 상기 출력증대 장치에서 공급하는 연료가스의 연소시 발생하는 압력으로 구동하는 가스터빈; 및 상기 가스터빈에 의해서 전력을 생산하는 제1 발전기;를 포함한다.
상기 스팀 터빈 발전 유닛은 상기 폐열회수 스팀발생기에서 공급하는 스팀으로 작동하는 스팀 터빈; 및 상기 스팀 터빈에 의해서 전력을 생산하는 제2 발전기;를 포함한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 해상의 부유 구조물에 액화가스 연료탱크를 구비하면서 액화가스를 이용하여 전력을 생산할 수 있으며, 글리콜 워터(Glycol water)를 이용하여 기화기에서 연료를 기화시킨 후 가스터빈 유닛에 공급하기 위해서 냉각기에 유입되는 대기의 공기와 열 교환하여 저온 고밀도의 공기를 가스터빈 유닛에 공급함으로써, 가스터빈 유닛의 효율을 증대시킬 수 있을 뿐만 아니라 액체연료를 구비하는 부유 저장식 가스 발전플랜트의 가스연료 공급이 가능하다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 부유 저장식 가스 발전플랜트 및 출력증대 장치의 전체 구성을 보인 개념도
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 부유 저장식 가스 발전플랜트 및 출력증대 장치의 전체 구성을 보인 측면도
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 부유 저장식 가스 발전플랜트 및 그 가스 발전플랜트의 출력증대 장치에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 부유 저장식 가스 발전플랜트 및 출력증대 장치의 전체 구성을 보인 개념도이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 부유 저장식 가스 발전플랜트 및 출력증대 장치의 전체 구성을 보인 측면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 부유 저장식 가스 발전플랜트는 부유 구조물(1) 내부에 연료탱크(10)를 구비한다.
상기 연료탱크(10)에는 액화가스를 저장하고 전기 생산시 액화가스를 기화시켜서 연료가스를 이용하여 전기를 생산한다.
상기 부유 구조물(1)에는 상기 연료탱크(10)의 액화가스를 연료가스로 기화시키는 기화기(20)가 설치된다.
상기 부유 구조물(1)에는 상기 기화기(20)에서 공급하는 연료가스를 이용하여 전력을 생산하는 가스터빈 유닛(30)이 설치된다.
상기 가스터빈 유닛(30)은 압축기, 연료가스의 연소에 의해 작동하는 가스터빈(31), 및 상기 가스터빈(31)의 회전에 의해서 전력을 생산하는 제1 발전기(32)를 포함한다.
상기 부유 구조물(1)에는 상기 가스터빈 유닛(30)에서 배출되는 고온 가스의 열원(폐열)을 회수하여 스팀을 생성하는 폐열회수 스팀발생기(40)가 설치된다.
상기 부유 구조물(1)에는 상기 폐열회수 스팀발생기(40)에서 공급하는 스팀을 이용하여 전력을 생산하는 스팀 터빈 발전 유닛(50)이 설치된다.
상기 스팀 터빈 발전 유닛(50)은 상기 폐열회수 스팀발생기(40)에서 공급하는 스팀으로 작동하는 스팀 터빈(51), 및 상기 스팀 터빈(51)에 의해서 전력을 생산하는 제2 발전기(52)를 포함한다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 부유 저장식 가스 발전플랜트에 있어서는, 상기 가스터빈 유닛(30)의 발전 효율을 증대시키기 위하여 상기 기화기(20)와 열 교환하여 냉각된 글리콜 워터를 순환시키고, 상기 가스터빈 유닛(30)에 공급하는 공기와 열 교환하여 저온 고밀도의 공기를 가스터빈 유닛(30)에 공급하도록 한다.
상기 출력증대 장치(100)는 글리콜 워터 순환라인(L)에 글리콜 워터가 저장되는 글리콜 워터 탱크(110)와, 글리콜 워터를 펌핑하는 펌프(P)를 구비한다.
상기 글리콜 워터 순환라인(L)에는 글리콜 워터를 이용하여 상기 기화기(20)및 후술하는 냉각기(130)와 열 교환하는 열 교환기(120)가 설치된다.
상기 가스터빈 유닛(30)에는 상기 열 교환기(120)와 열 교환하여 대기의 공기를 냉각시키고, 그 냉각된 저온 고밀도의 공기를 가스터빈 유닛(30)에 공급하는 냉각기(130)가 설치된다.
이와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 부유 저장식 가스 발전플랜트 및 그 부유 저장식 가스 발전플랜트의 출력증대 장치의 작동에 대하여 설명한다.
연료탱크(10)의 액화가스는 기화기(20)에 의해서 기화된 후에 가스터빈 유닛(30)으로 공급되어 제1 발전기(32)를 통해서 전기를 생산한다.
이때, 펌프(P)가 구동하여 글리콜 워터 탱크(110)의 글리콜 워터를 글리콜 워터 순환라인(L)을 통해서 순환시킨다.
글리콜 워터는 기화기측 열 교환기(120)를 거치면서 냉각되고, 냉각된 글리콜 워터는 냉각기측 열 교환기(120)를 거치게 되는데, 냉각기(130)에는 대기의 공기가 주입되며, 이때 열 교환에 의하여 공기가 저온으로 냉각됨으로써, 밀도가 높은 공기가 가스터빈 유닛(30)에 공급된다.
밀도가 높은 저온의 공기가 가스터빈 유닛(30)에 공급됨에 따라, 가스터빈 유닛(30)의 발전효율을 증대시켜서 출력을 높일 수 있다.
가스터빈 유닛(30)에서 발생하는 고온 가스의 열원, 즉 폐열을 이용하여 폐열회수 스팀발생기(40)는 스팀을 발생하고, 그 스팀을 이용하여 스팀 터빈(51)을 구동하고 제2 발전기(52)를 통해서 전기를 생산한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 해상의 부유 구조물에 저장된 액화가스를 이용하여 전력을 생산할 수 있으며, 글리콜 워터(Glycol water)를 이용하여 기화기에서 액화가스를 기화시킨 후 냉각기에 유입되는 대기의 공기를 저온의 고밀도 공기로 변환하여 가스터빈 유닛에 공급함으로써, 가스터빈 유닛의 효율을 증대시킬 수 있을 뿐만 아니라, 액체연료를 구비하는 부유 저장식 가스 발전플랜트의 가스 연료공급이 가능하다.
그리고, 본 발명은 한정된 실시 예와 도면을 통하여 설명되었으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재된 특허청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
1: 부유 구조물
10: 연료탱크
20: 기화기
30: 가스터빈 유닛
31: 가스터빈
32: 제1 발전기
40: 폐열회수 스팀발생기
50: 스팀 터빈 발전 유닛
51: 스팀 터빈
52: 제2 발전기
100: 출력증대 장치
110: 글리콜 워터 탱크
120: 열 교환기
130: 냉각기
L: 글리콜 워터 순환라인
P: 펌프

Claims (11)

  1. 액화가스를 저장하고, 공급하기 위하여 부유 구조물에 설치되는 연료탱크;
    상기 연료탱크의 액화가스를 기화시키는 기화기;
    상기 기화기에서 공급하는 연료가스를 이용하여 전력을 생산하는 가스터빈 유닛; 및
    상기 가스터빈 유닛의 효율을 증대시키기 위하여 상기 기화기와 열 교환하여 냉각된 글리콜 워터를 순환시키고, 상기 글리콜 워터의 순환에 의한 열교환에 의해서 냉각된 공기를 상기 가스터빈 유닛에 공급하는 출력증대 장치;를 포함하되,
    상기 출력증대 장치는
    글리콜 워터가 순환하는 글리콜 워터 순환라인;
    글리콜 워터가 저장되는 글리콜 워터 탱크;
    글리콜 워터를 펌핑하여 순환시키는 펌프;
    글리콜 워터를 이용하여 열 교환하도록 상기 글리콜 워터 순환라인에 설치되는 열 교환기; 및
    상기 열 교환기와 열 교환하여 대기의 공기를 냉각시키고, 냉각된 공기를 상기 가스터빈 유닛에 공급하는 냉각기;를 포함하는 부유 저장식 가스 발전플랜트.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 가스터빈 유닛에서 배출되는 고온 가스의 열원(폐열)을 회수하여 스팀을 생성하는 폐열회수 스팀발생기; 및
    상기 폐열회수 스팀발생기에서 공급하는 스팀을 이용하여 전력을 생산하는 스팀 터빈 발전 유닛;을 더 포함하는 부유 저장식 가스 발전플랜트.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 가스터빈 유닛은
    공기를 압축하는 압축기;
    상기 출력증대 장치에서 공급하는 연료가스의 연소시 발생하는 압력으로 구동하는 가스터빈; 및
    상기 가스터빈에 의해서 전력을 생산하는 제1 발전기;를 포함하는 부유 저장식 가스 발전플랜트.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 스팀 터빈 발전 유닛은
    상기 폐열회수 스팀발생기에서 공급하는 스팀으로 작동하는 스팀 터빈; 및
    상기 스팀 터빈에 의해서 전력을 생산하는 제2 발전기;를 포함하는 부유 저장식 가스 발전플랜트.
  6. 부유 구조물에 액화가스를 저장하고, 기화기에서 공급하는 연료가스를 이용하여 가스터빈 유닛에서 전기를 생산하는 부유 저장식 가스 발전플랜트로서, 상기 가스터빈 유닛의 발전효율을 증대시키기 위하여 상기 기화기와 열 교환하여 냉각된 글리콜 워터를 순환시키고, 상기 글리콜 워터의 순환에 의한 열교환에 의해서 냉각된 공기를 상기 가스터빈 유닛에 공급하되,
    상기 가스터빈 유닛에는 상기 가스터빈 유닛에서 배출되는 고온 가스의 열원(폐열)을 회수하여 스팀을 생성하는 폐열회수 스팀발생기가 연결되고, 상기 폐열회수 스팀발생기에는 상기 폐열회수 스팀발생기에서 공급하는 스팀을 이용하여 전력을 생산하는 스팀 터빈 발전 유닛이 연결되는 것을 특징으로 하는 부유 저장식 가스 발전플랜트의 출력증대 장치.
  7. 삭제
  8. 청구항 6에 있어서,
    대기의 공기를 냉각시키고 냉각된 공기를 상기 가스터빈 유닛에 공급하도록 상기 가스터빈 유닛에는 냉각기가 연결 설치되고,
    상기 글리콜 워터가 순환하는 글리콜 워터 순환라인에는 상기 글리콜 워터의 순환을 이용하여 상기 기화기 및 상기 냉각기에서 열 교환하는 열 교환기가 설치되는 것을 특징으로 하는 부유 저장식 가스 발전플랜트의 출력증대 장치.
  9. 청구항 6에 있어서,
    글리콜 워터가 순환하는 글리콜 워터 순환라인;
    글리콜 워터가 저장되는 글리콜 워터 탱크;
    글리콜 워터를 펌핑하여 순환시키는 펌프;
    글리콜 워터를 이용하여 열 교환하도록 글리콜 워터 순환라인에 설치되는 열 교환기; 및
    상기 열 교환기와 열 교환하여 대기의 공기를 냉각시키고, 냉각된 공기를 상기 가스터빈 유닛에 공급하기 위한 냉각기;를 포함하는 부유 저장식 가스 발전플랜트의 출력증대 장치.
  10. 청구항 6에 있어서,
    상기 가스터빈 유닛은
    공기를 압축하는 압축기;
    상기 연료가스의 연소시 발생하는 압력으로 구동하는 가스터빈; 및
    상기 가스터빈에 의해서 전력을 생산하는 제1 발전기;를 포함하는 부유 저장식 가스 발전플랜트의 출력증대 장치.
  11. 청구항 6에 있어서,
    상기 스팀 터빈 발전 유닛은
    상기 폐열회수 스팀발생기에서 공급하는 스팀으로 작동하는 스팀 터빈; 및
    상기 스팀 터빈에 의해서 전력을 생산하는 제2 발전기;를 포함하는 부유 저장식 가스 발전플랜트의 출력증대 장치.
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