KR101549535B1

KR101549535B1 - 해상 재기화 발전 플랜트 및 그 제어 방법

Info

Publication number: KR101549535B1
Application number: KR1020130088779A
Authority: KR
Inventors: 문성재; 최병윤; 김민석; 문선미
Original assignee: 삼성중공업 주식회사
Priority date: 2013-07-26
Filing date: 2013-07-26
Publication date: 2015-09-02
Also published as: KR20150012781A

Abstract

해상 재기화 발전 플랜트 및 그 제어 방법이 개시된다.
본 발명의 실시 예에 따른 해상 재기화 발전 플랜트는, 해상에 고정식 또는 부유식으로 설치되며 선박 접안시설을 포함하는 해상 구조물; 상기 해상 구조물에 접안된 LNG(Liquefied Natural Gas) 운반선과 로딩 설비를 연결하여 LNG를 공급받는 로딩부에서 액체상태로 공급되는 LNG를 고압으로 만들어주는 고압펌프를 포함하여 기화시켜 상온의 천연가스로 변환하는 재기화부; 상기 생성된 고압 천연가스를 고압 천연가스 라인을 통해 육상으로 송출 하는 가스 송출부; 상기 재기화부 또는 저장 탱크에서 자연 증발된 BOG(Boil Off Gas)를 발전용도로 우선적으로 공급하고 상기 BOG가 부족한 경우 발전 연료용으로 강제 기화된 천연가스를 생산하는 발전 연료 공급부; 상기 발전 연료 공급부로부터 공급되는 발전용 가스를 주 연료로 하여 전력을 생산하는 발전부; 상기 발전부에서 생산된 전력을 육상으로 송전하기 위한 전력으로 변환하는 변전 설비와 육상의 전력공급시설로 송전하는 송전설비를 포함하는 송배전부; 및 재기화 및 전력 생산을 위한 동작을 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

해상 재기화 발전 플랜트 및 그 제어 방법{MARINE REGASIFICATION AND POWER GENERATION PLANT AND CONTROLLING METHOD THEREOF}

본 발명은 해상 재기화 발전 플랜트 및 그 제어 방법에 관한 것이다.

일반적으로 천연가스(Natural Gas, NG)는 액화된 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, 이하, LNG라 명명함)의 상태로 LNG 운반선에 저장된 채 원거리의 소비처로 운반된다. LNG는 천연가스(NG)를 -163℃의 극저온으로 냉각하여 얻어지는 것으로 가스 상태의 천연가스(NG)일 때보다 그 부피가 대략 1/600로 줄어들므로 해상을 통한 원거리 운반에 매우 적합하다.

이렇게, 운반된 천연가스(NG)를 육상의 발전 플랜트, 공장 또는 가정에 공급하는 시설은 육상터미널과 해상터미널로 구분할 수 있다.

육상터미널은 육상 저장 탱크에 LNG를 저장하고 기화 설비를 이용하여 기체 상태의 천연가스(NG)를 공급한다.

해상터미널은 해상의 부유식 구조물 또는 고정식 구조물(Gravity Based Structure, GBS)에 저장 탱크와 기화 설비를 설치하여 해상에서 기체 상태의 천연가스(NG)를 육상으로 공급하는 FSRU(Floating Storage Regasification Unit, FSRU)가 대표적이다. 여기에, 최근에는 LNG 운반선에 기화 설비를 설치한 것으로 SRV(Shuttle Regasification Vessel)와 LNG RV(LNG Regasification Vessel)도 해상터미널에 들 수 있다.

이러한, 육상터미널과 해상터미널 모두 액화상태의 LNG를 저장하는 저장 탱크, LNG를 고압의 기체 상태로 만드는 기화 설비, 저장 탱크에서 발생하는 증발가스를 다루는 가스 처리 설비, 다른 LNG 운반선으로부터 LNG를 이송하는 로딩 설비, 기화된 가스를 육상에 전달하기 위한 배관망에 연결하는 하역 설비 및 육상에서 공급되는 전력 변환 또는 자가 발전을 위한 발전 설비를 기본적으로 필요로 한다.

이 중에 SRV와 LNG RV는 LNG를 생산지에서 선적한 후 하역 위치에 와서 기화 설비를 통해 가스를 공급할 수 있는 항해 설비가 추가로 설치되어 있다.

그러나, 육상터미널의 경우 LNG 운반선 접안 시설 및 각종 시설을 설치할 부지 매입 비용과 막대한 공사 비용이 소모되고, 위험성을 내포한 대규모 설비의 지역 내 건립에 대한 주민 반대 문제가 있어 시설 구축에 어려움이 있다.

그리고, 한번 육상터미널 시설을 구축하고 나면 이동이 불가하다는 단점 등이 있어 최근에는 미국을 중심으로 원거리의 해상에서 천연가스를 공급할 수 있는 해상터미널이 증가하는 추세이다.

한편, 종래에는 해상터미널로 사용되는 FSRU과 SRV, LNG RV는 해상에서 LNG를 재기화하여 육상으로 천연가스를 공급하도록 구성되어 있으므로, 이를 이용한 발전산업에 있어서는 육상에 있는 발전 플랜트에서 전력을 생성하는 형태로 해상의 터미널 기능과 육상의 발전 플랜트 기능이 분리되어 있다.

이는 육상 발전 플랜트 역시 시설 구축에 어려움이 있을 뿐 아니라 시설 구축 후 이동이 불가능한 단점을 그대로 보유하게 되는 문제점이 있다.

특허문헌 1 : 한국공개특허 제2011-0129159호 (2011.12.01. 공개)

본 발명의 실시 예는 부유식 해상터미널인 해상 구조물에 재기화와 발전 설비를 구축하여 천연가스 및 전력을 육상으로 공급할 수 있는 다목적 해상 재기화 발전 플랜트 및 그 제어 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따른, 해상 재기화 발전 플랜트는, 해상에 고정식 또는 부유식으로 설치되며 선박 접안시설을 포함하는 해상 플랜트; 상기 해상 플랜트에 접안된 LNG(Liquefied Natural Gas) 운반선과 로딩 설비를 연결하여 LNG를 공급받는 로딩부에서 액체상태로 공급되는 LNG를 고압으로 만들어주는 고압펌프를 포함하고 상기 LNG를 기화시켜 상온의 천연가스로 변환하는 재기화부; 생성된 고압 천연가스를 고압 천연가스 라인을 통해 육상으로 송출 하는 가스 송출부; 상기 재기화부 또는 저장 탱크에서 자연 증발된 BOG(Boil Off Gas)를 발전용도로 우선적으로 공급하고 상기 BOG가 부족한 경우 발전 연료용으로 강제 기화된 천연가스를 생산하는 발전 연료 공급부; 상기 발전 연료 공급부로부터 공급되는 발전용 가스를 주 연료로 하여 전력을 생산하는 발전부; 상기 발전부에서 생산된 전력을 육상으로 송전하기 위한 전력으로 변환하는 변전 설비와 육상의 전력공급시설로 송전하는 송전설비를 포함하는 송배전부; 및 재기화 및 전력 생산을 위한 동작을 제어하는 제어부를 포함한다.

또한, 상기 해상 플랜트는, 잭업 유닛 또는 구조물에 의한 고정체, 별도의 구조물 없이 안벽에 고박되어 해수면에 떠있는 부유식 바지선 및 추력 이동이 가능한 선체구조 중 어느 하나로 구성될 수 있다.

또한, 상기 로딩 설비는, 상기 접안 시설 주변에 복수로 설치되며, 로딩 암에 의한 방식, 신축성 있는 호스 방식(flexible hose) 및 파이프에 의한 방식 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

또한, 상기 재기화부는, 상기 로딩부에서 액체상태로 공급되는 LNG를 열전달 매체와의 열교환을 통해 고압 천연가스로 재기화할 수 있으며, 상기 열전달 매체를 가열하기 위한 히터 및 해수를 끌어올리기 위한 해수펌프를 포함할 수 있다.

또한, 상기 발전 연료 공급부는, 상기 발전용 가스를 가압 하는 컴프레서와 소정 기준의 상온으로 가열해주는 히터를 포함할 수 있다.

또한, 상기 발전 연료 공급부는, 컴프레서를 이용하여 BOG 및 강제 기화된 천연 가스의 일부를 가압된 상태로 저장하는 적어도 하나의 버퍼 탱크; 및 인가되는 제어신호에 따라 개방되어 각 버퍼 탱크에 저장된 상기 발전용 가스를 송출하는 밸브를 포함할 수 있다.

또한, 상기 송배전부는, 상기 생산된 전력을 초고압 직류 송전을 위한 전력으로 변환하여 HVDC(High Voltage Direct Current) 케이블을 통해 송전하고, 상기 생산된 전력을 배전 설비를 통해 상기 해상 재기화 발전 플랜트내의 각종 장비에 공급하기 위한 전력으로 변환하여 공급할 수 있다.

또한, 상기 제어부는, 유선 및 무선통신을 통해 내부 네트워크와 연결되고 육상의 유관 기관과 데이터를 송수신하는 통신 모듈; 육상의 계통 및 상기 해상 재기화 발전 플랜트 내에서의 발전 수요량, 발전부의 현재 발전량 및 발전에 필요한 BOG 공급량, 강제 기화 가스 공급량 및 보조 연료 저장량 중 적어도 하나를 감시하는 모니터링 모듈; 및 상기 BOG 공급량이 현재 발전 용량에 필요한 양 미만이면, 상기 재기화부에 강제 기화 가스의 공급량을 늘리도록 요청하여 지속적인 발전상태를 유지하도록 제어하는 제어 모듈을 포함 할 수 있다.

또한, 상기 제어 모듈은, 급작스런 출력 부하의 증가가 예상되거나 발전용 가스 공급에 차질이 발생되는 경우 버퍼 탱크의 밸브를 선택적으로 개방하여 보조적인 발전용 가스를 상기 발전부로 공급할 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 일 측면에 따른, 해상 재기화 발전 플랜트 제어 방법은, a) LNG(Liquefied Natural Gas) 운반선과 연결된 로딩 설비를 통해 전달되는 LNG를 상온의 천연가스로 재기화하여 육상으로 송출하는 단계; b) 상기 LNG의 저장 탱크에서 자연적으로 발생된 BOG 가스를 발전부에 공급하여 전력을 생산하고, 생산된 전력을 계통연계를 위한 전력으로 변환하여 육상으로 송전하는 단계; c) 발전 용량의 증가 또는 감소 상황을 모니터링하고 발전에 필요한 발전용 가스의 공급량을 미리 예측하는 단계; 및 d) 상기 발전에 필요한 발전용 가스 공급량이 현재 발생되는 BOG의 공급양보다 많으면, 미리 강제 기화 가스를 발생시켜 필요한 발전용 가스 공급량을 확보하는 단계를 포함한다.

또한, 상기 c) 단계는, 상기 육상의 계통에서 요구되는 전력 수요량과 상기 해상 재기화 발전 플랜트 자체의 전력 소모량을 합한 값, 그리고 현재 발전부의 출력 기울기가 증가하는 것을 파악하여 발전에 필요한 발전용 가스의 공급량을 추정할 수 있다.

또한, 상기 d) 단계의 강제 기화 가스는, 상기 저장 탱크 내부에 있는 저압펌프를 이용하여 상기 LNG를 끌어올리고, 끌어올려진 상기 LNG를 강제 기화기를 통해 강제 기화시켜 발생시킬 수 있다.

또한, 상기 d) 단계 이후에, 상기 BOG가 소진되면 상기 강제 기화 가스를 발전부로 공급하는 단계를 포함하되, 상기 발전부의 급작스런 출력 부하의 증가가 예상되면 가압된 상태의 발전용 가스를 저장하는 버퍼 탱크의 밸브를 선택적으로 개방하여 발전용 가스의 공급을 증가시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 d) 단계 이후에, 발전용 가스라인에 이상이 발생하면, 가압된 상태의 발전용 가스가 저장된 버퍼 탱크로 우회하여 발전용 가스를 공급하되, 상기 버퍼 탱크의 밸브를 개방하여 상기 발전용 가스를 상기 발전부로 공급하고, 컴프레서를 통해 발전용 가스를 상기 버퍼 탱크에 지속적으로 충전하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 해상 구조물에 재기화 설비와 발전 설비를 동시에 구축하여 육상으로 천연가스 및 생산 전력을 직접 공급함으로써 육상의 대규모 에너지 시설건립에 대한 문제를 해결할 수 있다.

그리고, 소모성 잉여 에너지로 취급하던 BOG를 발전용으로 적극 활용함으로써 에너지 낭비를 줄일 수 있으며, 그 부족분을 강제 기화된 천연가스로 보완함으로써 효율적이고 안정적으로 전력을 생산할 수 있다.

또한, 급작스런 소비 부하의 증가나 발전용 가스 공급에 문제가 발생되는 경우 버퍼 탱크에 저장된 발전용 가스를 공급함으로써 비상시에도 안정적인 전력 공급이 가능한 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 해상 재기화 발전 플랜트의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 발전 설비의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 제어부의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 해상 재기화 발전 플랜트의 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 버퍼 탱크를 이용한 발전용 가스량을 조절하는 제어 상태를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 비상시 버퍼 탱크를 이용한 발전용 가스 우회 공급 상태를 나타낸다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

이제 본 발명의 실시 예에 따른 해상 재기화 발전 플랜트 및 그 제어 방법에 대하여 도면을 참조로 하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 해상 재기화 발전 플랜트의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.

첨부된 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 해상 재기화 발전 플랜트(100)는 해상 플랜트(110), 로딩부(120), 재기화부(130), 가스 송출부(140), 발전 연료 공급부(150), 발전부(160), 송배전부(170) 및 제어부(180)를 포함한다.

해상 플랜트(110)는 하단부에 재기화 설비 및 발전 설비를 위한 각종 탱크와 유틸리티 설비들이 설치되고 상단부에 주 설비들이 세워지는 해상 구조물이다.

해상 플랜트(110)는 잭업 유닛 또는 구조물에 의한 고정체, 별도의 구조물 없이 안벽에 고박되어 해수면에 떠있는 부유식 바지선 및 추력 이동이 가능한 선체구조 중 어느 하나로 구성될 수 있으며, 외부로부터 LNG 운반선이 안전하게 접안 할 수 있는 접안시설을 포함한다.

로딩부(120)는 해상 플랜트(110)의 접안시설에 LNG 운반선이 접안 하는 방향에 설치되어 LNG 운반선과 연결된 로딩 설비를 통해 전달되는 LNG를 저장 탱크(미도시)에 저장한다.

이 때, 상기 로딩 설비는 로딩 암에 의한 방식, 신축성 있는 호스 방식(flexible hose) 및 파이프에 의한 방식 중 적어도 하나를 포함한다. 그리고, 상기 로딩 설비는 FSU와 LNG 운반선이 동시에 접안 되는 경우를 대비하여 접안 시설 주변에 복수로 구비할 수 있다.

한편, 로딩부(120)는 그리고 상기 저장탱크로부터 재기화를 위한 LNG를 펌핑(Pumping)하여 재기화부(130)로 공급한다. 여기서, 상기 저장 탱크는 화물창이라고도 하여 극저온 상태인 LNG를 저장하기 위한 단열 구조를 가지며, 복수의 저장 탱크가 송출되는 LNG 라인에 각각 연결될 수 있다.

재기화부(130)는 로딩부(120)에서 액체상태로 공급되는 LNG를 고압으로 만들어주는 고압펌프를 포함하고, -163℃의 LNG를 기화시켜 상온(약 5℃)의 천연가스(NG)로 변환한다.

재기화부(130)는 액체상태로 공급되는 LNG를 열전달 매체와의 열교환을 통해 고압 천연가스로 재기화할 수 있으며, 상기 열전달 매체를 가열하기 위한 히터 및 해수를 끌어올리기 위한 해수펌프를 포함할 수 있다.

예컨대, 재기화부(130)는 해수를 열전달 매체로 사용하는 오픈 루프 방식의 기화기이거나 청수, 스팀, 프로판을 열전달 매체로 사용하는 클로즈 루프 방식의 기화기로 구성될 수 있다.

또한, 상기 열교환을 위한 열전달 매체로 -163℃에서도 상변화가 일어나지 않도록 부동액이 첨가된 글리콜 워터(Glycol warter)를 사용할 수도 있다.

가스 송출부(140)는 재기화된 천연가스를 고압 천연가스 라인을 통해 육상으로 송출 한다. 이 때, 상기 고압 천연가스 라인은 언로딩 암, 신축성 있는 호스 방식, 침수식 터렛 방식 및 파이프에 의한 방식 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다.

이상에서 설명된 로딩부(120), 재기화부(130) 및 가스 송출부(140)는 해상 플랜트(110)상에 설치되는 재기화 설비에 포함된다.

한편, 본 발명의 실시 예에 따른 해상 재기화 발전 플랜트(100)에는 전력을 생산하여 육상으로 송전할 수 있는 발전 설비가 포함되며 이를 다음의 도 2를 통하여 구체적으로 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 발전 설비의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.

첨부된 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 발전 연료 공급부(150)는 재기화부(130) 또는 저장 탱크로부터 공급되는 발전용 가스를 발전부(160)의 구동을 위해 공급한다.

여기서, 상기 발전용 가스는 FSU 또는 LNG 선에서 자연적으로 발생하여 반드시 처리해야 하는 BOG(Boil Off Gas)와 발전 연료용으로 강제 기화된 천연가스를 포함한다.

이러한, 발전 연료 공급부(150)는 상기 발전용 가스를 가압(예; 5bar) 하는 컴프레서(151)와 소정 기준의 상온(예; 45℃)으로 가열해주는 히터(152)를 포함한다. 여기서, 상기 발전용 가스의 공급 설비는 상기한 컴프레서(151) 및 히터(152)를 통한 공급 방식에 한정되지 않으며 펌프와 기화기를 이용한 방식으로 구성할 수 있다.

한편, 발전 연료 공급부(150)는 기본적으로 잉여 에너지인 BOG 가스를 발전용도로 우선적으로 공급하고 BOG 가스가 부족한 경우 발전 연료용으로 강제 기화된 천연가스를 생산하여 발전부(160)로 공급한다.

그래서, 기존의 소모성 잉여 에너지로 취급하던 BOG를 발전용으로 적극 활용함으로써 에너지 낭비를 줄일 수 있으며, 그 부족분을 강제 기화된 천연가스로 보완함으로써 효율적이고 안정적으로 전력을 생산할 수 있는 이점이 있다.

한편, BOG 가스는 그 양이 한정되어 있고 유사시 지속적인 발전을 유지하기 위해서는 안정적으로 연료를 공급할 수 있는 보조 연료 저장 설비가 요구된다.

따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 발전 연료 공급부(150)는 컴프레서(151)를 이용하여 BOG 가스 및 강제 기화된 천연 가스의 일부를 가압된 상태로 저장하는 복수의 버퍼 탱크(153)와, 인가되는 제어신호에 따라 개방되어 각 버퍼 탱크(153)에 저장된 발전용 가스를 송출하는 밸브(154)를 더 포함한다.

각 버퍼 탱크(153)에는 발전용 가스가 가압된 상태로 저장되므로 밸브(154)가 개방되는 것 만으로도 충분한 압력으로 발전용 가스를 발전부(160)로 공급할 수 있다.

버퍼 탱크(153)는 발전부(160)의 최대 부하 증가 시 필요한 발전용 가스양을 채울 수 있는 용량으로 병렬 구성할 수 있으며, 도 2에서는 컴프레서(151)를 하나로 도시하였으나 이에 한정되지 않고 분기된 발전용 가스라인을 따라 각 버퍼 탱크(153) 별로 구성하여 개별로 압축된 가스를 저장할 수도 있다.

발전부(160)는 DFDG(Duel Fuel Diesel Generator) 및 GTG(Gas Turbine Generator) 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하여 구성될 수 있으며, 발전 연료 공급부(150)로부터 공급되는 발전용 가스를 주 연료로 하여 전력을 생산한다.

송배전부(170)는 발전부(160)에서 생산된 전력을 육상으로 송전하기 위한 전력으로 변환하는 변전 설비와 육상 변전소 등의 전력공급시설로 송전하는 송전 설비를 포함한다. 예컨대, 송배전부(170)는 생산 전력을 초고압 직류 송전(High Voltage Direct Current, HVDC)을 위한 전력으로 변환하여 HVDC 케이블을 통해 송전할 수 있다.

또한, 송배전부(170)는 배전 설비를 통해 해상 재기화 발전 플랜트(100)내의 각종 장비에 공급하기 위한 전력으로 변환된 전원을 공급 할 수 있다.

한편, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 제어부의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.

첨부된 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 제어부(180)는 재기화 및 전력 생산을 위한 해상 재기화 발전 플랜트(100)의 전반적인 동작을 제어하며, 통신 모듈(181), 모니터링 모듈(182) 및 제어 모듈(183)을 포함한다.

통신 모듈(181)은 해상 재기화 발전 플랜트(100)내에서의 각종 장비와 유/무선 통신을 위한 내부 네트워크와 연결되고, 육상의 유관 기관과 데이터를 송수신하기 위한 통신을 한다.

모니터링 모듈(182)은 재기화 제어 및 발전 제어를 위한 각종 정보를 모니터링하며, 특히, 육상의 계통 및 내부에서의 발전 수요량, 현재 발전량 및 발전에 필요한 BOG 공급량, 강제 기화 가스 공급량, 보조 연료 저장량 등을 감시한다.

제어 모듈(183)은 발전 연료 공급부(150)가 재기화부(130)로부터 전달 받은 BOG의 공급량이 현재 발전 용량에 필요한 양 미만이면, 발전 연료 공급부(150)에 강제 기화 가스의 공급량을 늘리도록 요청하여 지속적인 발전상태를 유지하도록 제어한다.

좀더 구체적으로 설명하면, 제어 모듈(183)은 모니터링 모듈(182)에서 발전 용량의 증가 또는 감소 상황을 입력 받아 발전에 필요한 발전용 가스의 공급량을 미리 예측한다.

제어 모듈(183)은 모니터링 모듈(182)을 통해 전력 수요에 따른 발전부(160)의 현재 출력 기울기가 증가 방향 또는 감소 방향인지를 판단한다. 그리고, 제어 모듈(183)은 상기 판단결과에 따라 전력생산에 필요한 발전용 가스 수요량이 현재 발생되는 BOG 가스의 공급양보다 많은 경우 미리 강제 기화 가스를 발생시켜 필요한 발전용 가스 공급량을 맞출 수 있다.

또한, 제어 모듈(183)은 급작스런 출력 부하의 증가가 예상되거나 발전용 가스 공급에 차질이 발생되는 경우 버퍼 탱크(153)의 밸브(154)를 선택적으로 개방하여 수요를 추종하거나 보조적인 발전용 가스를 공급할 수 있다.

한편, 도 4를 통하여 본 발명의 실시 예에 따른 해상 재기화 발전 플랜트의 제어 방법을 설명한다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 해상 재기화 발전 플랜트의 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.

첨부된 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 해상 재기화 발전 플랜트(100)는 LNG 운반선과 연결된 로딩 설비를 통해 전달되는 액화천연가스(LNG)를 상온의 천연가스(NG)로 재기화하여 육상으로 송출한다(S101).

또한, 해상 재기화 발전 플랜트(100)는 저장 탱크에서 자연적으로 발생된 BOG 가스를 주 연료로 발전부(160)에 공급하여 전력을 생산하고(S102), 생산된 전력을 계통연계를 위한 전력으로 변환하여 육상으로 송전한다(S103). 이 때, 상기 생산된 전력의 일부는 해상 재기화 발전 플랜트(100)의 각종 장비 구동 전원으로 공급될 수 있다.

해상 재기화 발전 플랜트(100)는 발전 용량의 증가 또는 감소 상황을 모니터링하고 발전에 필요한 발전용 가스의 공급량을 미리 예측한다(S104).

예컨대, 해상 재기화 발전 플랜트(100)는 육상의 계통에서 요구되는 전력 수요량과 플랜트 자체의 전력 소모량을 합한 값과 현재 발전부(160)의 현재 출력 기울기가 증가하는 것을 파악하여 전체 수요 전력생산에 필요한 발전용 가스 공급량을 추정할 수 있다.

해상 재기화 발전 플랜트(100)는 전력생산에 필요한 발전용 가스 공급량이 현재 발생되는 BOG 가스의 공급양보다 많은 경우(S105; 예), 미리 강제 기화 가스를 발생시켜 필요한 발전용 가스 공급량을 확보한다(S106). 이 때, 상기 강제 기화 가스는 LNG가 저장된 저장 탱크 내부에 있는 저압펌프를 이용하여 LNG를 끌어올리고, 끌어올린 LNG를 강제 기화기를 통해 강제 기화시켜 발생시킨다.

해상 재기화 발전 플랜트(100)는 BOG 가스가 소진되면 발전용 가스 라인에 설치된 밸브를 조절하여 상기 강제 기화 가스를 발전부(160)로 공급한다(S107).

해상 재기화 발전 플랜트(100)는 계통측의 요구로 발전부(160)의 급작스런 출력 부하의 증가가 예상되면 버퍼 탱크(153)의 밸브(154)를 선택적으로 개방하여 수요를 추종할 수 있다(S108).

예컨대, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 버퍼 탱크를 이용한 발전용 가스량을 조절하는 제어 상태를 나타낸다.

첨부된 도 5를 참조하면, 해상 재기화 발전 플랜트(100)는 급작스런 부하증가가 예상되는 출력 기울기에서는 이 수요를 추종할 수 있도록 발전용 가스를 채워 둘 수 있는 버퍼 탱크 설비를 이용하여 큰 부하증가에도 안정적인 연료 공급 가능하도록 한다. 이 때, 버퍼탱크는 최대 부하 증가 시 필요한 양을 채울 수 있는 용량으로 병렬 사용이 가능하도록 구성되며, 각 밸브(154)의 개폐량을 조절하여 증가된 만큼 발전용 가스의 공급을 증가시킬 수 있다.

또한, 해상 재기화 발전 플랜트(100)는 발전용 가스라인에 이상이 발생하여 발전용 가스 공급에 차질이 발생되는 경우 버퍼 탱크(153)측으로 우회하여 발전용 가스를 공급할 수 있다(S109).

예컨대, 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 비상시 버퍼 탱크를 이용한 발전용 가스 우회 공급 상태를 나타낸다.

첨부된 도 6을 참조하면, 컴프레서(151)와 발전부(160)로 이어지는 주 발전용 가스라인에 이상이 발생되는 경우, 버퍼 탱크(153)의 밸브(154)를 개방하여 비상 발전용 가스를 공급할 수 있다.

이 때, 버퍼 탱크(153)에는 발전용 가스의 저장량이 한정적이므로 그 저장량 일정치 이하로 내려가면 컴프레서(151)를 통해 발전용 가스를 버퍼 탱크(153)에 지속적으로 충전하여 우회적인 발전용 가스 공급이 가능하며 그 공급 시간을 연장할 수 있다.

이와 같이 본 발명의 실시 예에 따르면, 해상 구조물에 재기화 설비와 발전 설비를 동시에 구축하여 육상으로 천연가스 및 생산 전력을 직접 공급함으로써 육상의 대규모 에너지 시설건립에 대한 문제를 해결할 수 있는 효과가 있다.

그리고, 소모성 잉여 에너지로 취급하던 BOG를 발전용으로 적극 활용함으로써 에너지 낭비를 줄일 수 있으며, 그 부족분을 강제 기화된 천연가스로 보완함으로써 효율적이고 안정적으로 전력을 생산할 수 있는 효과가 있다.

이상에서는 본 발명의 실시 예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에만 한정되는 것은 아니며 그 외의 다양한 변경이 가능하다.

예컨대, 도 1에 도시한 본 발명의 실시 예에서는 재기화를 통한 고압을 천연가스와 생산된 전력을 육상으로 전송하는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되지 않으며 고압의 천연가스를 육상으로 보내지 않고 발전용 연료로만 사용하여 육상으로는 전력만 보내는 해상 플랜트로 구성할 수도 있다.

따라서, 육상에 별도의 발전 플랜트를 시설할 필요가 없으며 해상에서 육상으로 연결되는 장거리의 고압천연가스 라인을 생략할 수 있어 해상 재기화 발전 플랜트의 구축 후 이동이 가능한 이점이 있다.

본 발명의 실시 예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시 예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.

이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

100: 해상 재기화 발전 플랜트 110: 해상 플랜트
120: 로딩부 130: 재기화부
140: 가스 송출부 150: 발전 연료 공급부
151: 컴프레서 152: 히터
153: 버퍼 탱크 154: 밸브
160: 발전부 170: 송배전부
180: 제어부 181: 통신 모듈
182: 모니터링 모듈 183: 제어 모듈

Claims

해상에 고정식 또는 부유식으로 설치되며 선박 접안시설을 포함하는 해상 플랜트;
상기 해상 플랜트에 접안된 LNG(Liquefied Natural Gas) 운반선과 로딩 설비를 연결하여 LNG를 공급받는 로딩부에서 액체상태로 공급되는 LNG를 고압으로 만들어주는 고압펌프를 포함하고 상기 LNG를 기화시켜 상온의 천연가스로 변환하는 재기화부;
생성된 고압 천연가스를 고압 천연가스 라인을 통해 육상으로 송출 하는 가스 송출부;
상기 재기화부 또는 저장 탱크에서 자연 증발된 BOG(Boil Off Gas)를 발전용도로 우선적으로 공급하고 상기 BOG가 부족한 경우 발전 연료용으로 별도의 강제 기화 가스를 생산하는 발전 연료 공급부;
상기 발전 연료 공급부로부터 공급되는 발전용 가스를 주 연료로 하여 전력을 생산하는 발전부;
상기 발전부에서 생산된 전력을 육상으로 송전하기 위한 전력으로 변환하는 변전 설비와 육상의 전력공급시설로 송전하는 송전설비를 포함하는 송배전부; 및
재기화 및 전력 생산을 위한 동작을 제어하되, 상기 발전부의 전력 생산에 필요한 발전용 가스 수요량에 비해 우선적으로 공급되는 상기 BOG의 공급량이 적은 경우 상기 발전 연료 공급부를 통해 상기 강제 기화 가스를 발생시켜 부족분의 발전용 가스 공급량을 맞추도록 제어하는 제어부를 포함하는 해상 재기화 발전 플랜트.
제 1 항에 있어서,
상기 해상 플랜트는, 잭업 유닛 또는 구조물에 의한 고정체, 별도의 구조물 없이 안벽에 고박되어 해수면에 떠있는 부유식 바지선 및 추력 이동이 가능한 선체구조 중 어느 하나로 구성되는 해상 재기화 발전 플랜트.
제 1 항에 있어서,
상기 로딩 설비는, 상기 접안 시설 주변에 복수로 설치되며, 로딩 암에 의한 방식, 신축성 있는 호스 방식(flexible hose) 및 파이프에 의한 방식 중 적어도 하나를 포함하는 방식으로 구성되는 해상 재기화 발전 플랜트.
제 1 항에 있어서,
상기 재기화부는,
상기 로딩부에서 액체상태로 공급되는 LNG를 열전달 매체와의 열교환을 통해 고압 천연가스로 재기화할 수 있으며, 상기 열전달 매체를 가열하기 위한 히터 및 해수를 끌어올리기 위한 해수펌프를 포함하는 해상 재기화 발전 플랜트.
제 1 항에 있어서,
상기 발전 연료 공급부는,
컴프레서를 이용하여 BOG 및 강제 기화된 천연 가스의 일부를 가압된 상태로 저장하는 적어도 하나의 버퍼 탱크; 및
인가되는 제어신호에 따라 개방되어 각 버퍼 탱크에 저장된 상기 발전용 가스를 송출하는 밸브를 포함하는 해상 재기화 발전 플랜트.
제 1 항에 있어서,
상기 송배전부는, 생산 전력을 초고압 직류 송전을 위한 전력으로 변환하여 HVDC(High Voltage Direct Current) 케이블을 통해 송전하고, 상기 생산된 전력을 배전 설비를 통해 상기 해상 재기화 발전 플랜트내의 각종 장비에 공급하기 위한 전력으로 변환하여 공급하는 해상 재기화 발전 플랜트.
제 1 항에 있어서,
상기 제어부는,
유선 및 무선통신을 통해 내부 네트워크와 연결되고 육상의 유관 기관과 데이터를 송수신하는 통신 모듈;
육상의 계통 및 상기 해상 재기화 발전 플랜트 내에서의 발전 수요량, 발전부의 현재 발전량 및 발전에 필요한 BOG 공급량, 강제 기화 가스 공급량 및 보조 연료 저장량 중 적어도 하나를 감시하는 모니터링 모듈; 및
상기 BOG 공급량이 현재 발전 용량에 필요한 양 미만이면, 상기 재기화부에 강제 기화 가스의 공급량을 늘리도록 요청하여 지속적인 발전상태를 유지하도록 제어하는 제어 모듈을 포함하는 해상 재기화 발전 플랜트.
제 7 항에 있어서,
상기 제어 모듈은,
급작스런 출력 부하의 증가가 예상되거나 발전용 가스 공급에 차질이 발생되는 경우 버퍼 탱크의 밸브를 선택적으로 개방하여 보조적인 발전용 가스를 상기 발전부로 공급하는 해상 재기화 발전 플랜트.
해상 재기화 발전 플랜트 제어 방법에 있어서,
a) LNG(Liquefied Natural Gas) 운반선과 연결된 로딩 설비를 통해 전달되는 LNG를 상온의 천연가스로 재기화하여 육상으로 송출하는 단계;
b) 상기 LNG의 저장 탱크에서 자연적으로 발생된 BOG를 발전용 가스로 발전부에 우선적으로 공급하여 전력을 생산하고, 생산된 전력을 계통연계를 위한 전력으로 변환하여 육상으로 송전하는 단계;
c) 발전 용량의 증가 또는 감소 상황을 모니터링하고 발전에 필요한 발전용 가스의 공급량을 미리 예측하는 단계; 및
d) 상기 발전에 필요한 발전용 가스 공급량이 현재 발생되는 BOG의 공급양보다 많으면, 별도의 발전 연료 공급부를 통해 강제 기화 가스를 발생시켜 부족분 발전용 가스 공급량을 확보하고, 부족한 발전용 가스 공급량을 맞춰 공급하는 단계를 포함하는 해상 재기화 발전 플랜트 제어 방법.
제 9 항에 있어서,
상기 c) 단계는,
상기 육상의 계통에서 요구되는 전력 수요량과 상기 해상 재기화 발전 플랜트 자체의 전력 소모량을 합한 값, 그리고 현재 발전부의 출력 기울기가 증가하는 것을 파악하여 발전에 필요한 발전용 가스의 공급량을 추정하는 해상 재기화 발전 플랜트 제어 방법.
제 9 항에 있어서,
상기 d) 단계의 강제 기화 가스는,
상기 저장 탱크 내부에 있는 저압펌프를 이용하여 상기 LNG를 끌어올리고, 끌어올려진 상기 LNG를 강제 기화기를 통해 강제 기화시켜 발생시키는 것을 특징으로 하는 해상 재기화 발전 플랜트 제어 방법.
제 9 항에 있어서,
상기 d) 단계 이후에,
상기 BOG가 소진되면 상기 강제 기화 가스를 발전부로 공급하는 단계를 포함하되,
상기 발전부의 급작스런 출력 부하의 증가가 예상되면 가압된 상태의 발전용 가스를 저장하는 버퍼 탱크의 밸브를 선택적으로 개방하여 발전용 가스의 공급을 증가시키는 단계를 더 포함하는 해상 재기화 발전 플랜트 제어 방법.
제 9 항에 있어서,
상기 d) 단계 이후에,
발전용 가스라인에 이상이 발생하면, 가압된 상태의 발전용 가스가 저장된 버퍼 탱크로 우회하여 발전용 가스를 공급하되,
상기 버퍼 탱크의 밸브를 개방하여 상기 발전용 가스를 상기 발전부로 공급하고, 컴프레서를 통해 발전용 가스를 상기 버퍼 탱크에 지속적으로 충전하는 단계를 더 포함하는 해상 재기화 발전 플랜트 제어 방법.