KR101559251B1 - Organic Rankine Cycle System and Method for That Same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 랭킨 사이클 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로 유기 랭킨 사이클 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a Rankine cycle system, and more particularly to an organic Rankine cycle system.
랭킨 사이클(Rankine Cycle) 시스템은 펌프, 증발기, 터빈, 응축기로 구성되는 것으로서, Carnot 사이클에서는 실현 불가능한 등온팽창, 압축과정을 정압팽창, 압축과정으로 대치하여 실현가능 상태로 만든 사이클이다.The Rankine Cycle system consists of a pump, an evaporator, a turbine, and a condenser. It is a cycle in which the isothermal expansion and compression process, which can not be realized in the Carnot cycle, are replaced by static pressure expansion and compression processes.
랭킨 사이클 시스템의 구조는 도 1에서 나타낸 것과 같이, 증발기(Evaporator, 10), 터빈(Turbine, 20), 응축기(Condenser, 30) 및 펌프(Pump, 40) 순으로 사이클이 구성된다. 이러한 랭킨 사이클 시스템 중, 작동 유체(Working Fluid)로써 주로 유기매체를 사용하는 랭킨 사이클 시스템을 유기 랭킨 사이클(Organic Rankine Cycle) 시스템이라 하는데, 유기 랭킨 사이클 시스템은 비교적 저온의 온도 범위 (60 ~ 200℃)의 열원을 회수하여 에너지를 생산하는 시스템이다.The structure of the Rankine cycle system is composed of an
이러한 유기 랭킨 사이클 시스템의 동작을 도 2를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.The operation of this organic Rankine cycle system will be described in more detail with reference to FIG.
도 2는 유기 랭킨 사이클 시스템의 온도 및 엔트로피 관계를 보여주는 그래프이다.2 is a graph showing the temperature and entropy relationship of the organic Rankine cycle system.
도 2에 도시된 바와 같이, 1-2 과정은 압축 과정으로서, 저압 액체상태의 작동유체가 펌프에 의해 압축되어 고압 액체상태의 작동유체로 된다.As shown in FIG. 2, the 1-2 process is a compression process in which the working fluid in the low-pressure liquid state is compressed by the pump and becomes the working fluid in the high-pressure liquid state.
2-3 과정은 가열 과정으로서, 고압 액체상태의 작동유체가 증발기에 의해 가열되어 고압 기체상태의 작동유체로 된다. 이때, 고압 액체상태의 작동유체를 고압 기체상태의 작동유체로 만들기 위해 도 2에 도시된 바와 같이, Qin만큼의 열이 요구된다.The process 2-3 is a heating process in which the working fluid in the high-pressure liquid state is heated by the evaporator and becomes a working fluid in the high-pressure gas state. At this time, as shown in Fig. 2, heat of Q in is required to make the working fluid in the high-pressure liquid state as the working fluid in the high-pressure gaseous state.
3-4 과정은 팽창 과정으로서, 고압 기체상태의 작동유체가 터빈에 의해 저압 기체상태의 작동유체로 된다. 이때, 고압 기체상태의 작동유체가 터빈에서 발전기의 축을 회전시켜 일(Wturbine)을 생산하며 이로 인해 작동유체의 압력과 온도가 낮아져서 4의 상태가 된다.Step 3-4 is an expansion process, in which the working fluid in the high-pressure gas state becomes the working fluid in the low-pressure gas state by the turbine. At this time, the working fluid in the high-pressure gaseous state rotates the axis of the generator in the turbine to produce one (W turbine ), which causes the pressure and temperature of the working fluid to become low,
4-1 과정은 응축 과정으로서, 저압 기체상태의 작동유체가 컨덴서에 의해 응축되어 저압 액체상태의 작동유체로 된다. 이때, 도 2에 도시된 바와 같이, 작동유체로부터 Qout만큼의 열이 외부로 방출된다. 컨덴서에 의해 응축된 작동유체는 다시 펌프로 돌아가게 된다.Step 4-1 is a condensation process in which a working fluid in a low-pressure gas state is condensed by a condenser and becomes a working fluid in a low-pressure liquid state. At this time, as shown in FIG. 2, heat of Q out from the working fluid is discharged to the outside. The working fluid condensed by the condenser is returned to the pump.
그런데, 상술한 바와 같은 유기 랭킨 사이클 시스템의 경우, 작동유체의 가열을 위해 외부의 열원으로부터 열을 공급받아야 하기 때문에 에너지 효율이 저하될 뿐만 아니라, 작동유체로써 단성분계 유기매체를 이용하기 때문에 랭킨 사이클 시스템의 엑서지 효율을 극대화시킬 수 없다는 한계가 있었다.However, since the organic Rankine cycle system as described above is required to receive heat from an external heat source in order to heat the working fluid, not only the energy efficiency is lowered but also the single-component organic medium is used as the working fluid. The exergy efficiency of the system can not be maximized.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하고자 고안된 것으로, 엑서지 효율을 향상시킬 수 있는 유기 랭킨 사이클 시스템 및 그 제어 방법을 제공하는 것을 그 기술적 과제로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an organic Rankine cycle system capable of improving exergy efficiency and a control method thereof, which are designed to solve the above problems.
또한, 본 발명은 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 유기 랭킨 사이클 시스템 및 그 제어 방법을 제공하는 것을 다른 기술적 과제로 한다.It is another object of the present invention to provide an organic Rankine cycle system and a control method thereof that can improve energy efficiency.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 랭킨 사이클 시스템은, 작동유체를 가압하는 압축수단; 상기 압축수단에 의해 가압된 작동유체를 가열하는 가열수단; 발전기에 연결되고, 상기 발전기가 전력을 생산하도록 상기 가열수단에 의해 가열된 작동유체를 이용하여 상기 발전기를 동작시키기 위한 동력을 발생시키는 팽창수단; 및 액화천연가스(LNG)를 이용하여 상기 팽창수단에서 배출되는 작동유체를 응축시키는 응축수단을 포함하고, 상기 작동유체는 3성분계 물질로 구성되는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an organic Rankine cycle system including: compression means for pressing a working fluid; Heating means for heating the working fluid pressurized by the compression means; An expansion means connected to the generator for generating power to operate the generator using a working fluid heated by the heating means so that the generator produces electric power; And condensing means for condensing the working fluid discharged from the expansion means using liquefied natural gas (LNG), wherein the working fluid is composed of a three-component material.
일 실시예에 있어서, 상기 3성분계 물질은, R23을 베이스 물질로 하고 R14, R30, R601, R245fa, 및 R236fa을 포함하는 그룹에서 선택된 2개의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하고, 바람직하게 상기 3성분계 물질은, R30, R601, R245fa, 및 R236fa을 포함하는 그룹에서 선택된 하나의 물질, R23, 및 R14로 구성되는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the three-component material comprises two materials selected from the group consisting of
상기 가열수단은, 상기 작동유체를 예열시키는 예열기; 발전설비에서 생성되는 스팀을 이용하여 상기 예열기에 의해 예열된 작동유체를 증발시키는 증발기; 및 상기 증발기에 의해 증발된 작동유체를 과열상태로 만드는 과열기를 포함하는 것을 특징으로 한다.The heating means includes a preheater for preheating the working fluid; An evaporator for evaporating the working fluid preheated by the preheater using steam generated in the power generation facility; And a superheater which superheats the working fluid evaporated by the evaporator.
상기 유기 랭킨 사이클 시스템은, 이산화탄소를 포집하고, 포집된 이산화탄소를 액화시키는 이산화탄소 포집수단을 더 포함하고, 상기 가열수단은, 상기 포집된 이산화탄소의 액화시 발생되는 액화열을 이용하여 상기 작동유체를 예열시키는 것을 특징으로 한다.The organic Rankine cycle system further includes carbon dioxide collecting means for collecting carbon dioxide and liquefying the collected carbon dioxide, wherein the heating means preheats the working fluid using liquefaction heat generated when the collected carbon dioxide is liquefied .
상기 팽창수단은, 상기 발전기에 연결되고, 상기 가열수단에 의해 가열된 작동유체를 이용하여 상기 발전기를 동작시키기 위한 동력을 발생시키는 고압터빈 및 저압터빈; 및 상기 고압터빈에서 배출되는 작동유체를 재가열하여 과열상태로 만들고, 과열상태의 작동유체를 상기 저압터빈으로 공급하는 리히터(Reheater)를 포함하는 것을 특징으로 한다.The expansion means includes a high-pressure turbine and a low-pressure turbine, connected to the generator, for generating power for operating the generator using a working fluid heated by the heating means; And a reheater that reheats the working fluid discharged from the high-pressure turbine to overheat and supplies the working fluid in an overheated state to the low-pressure turbine.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기 랭킨 사이클 시스템의 제어 방법은, 3성분계 물질로 구성된 작동유체를 가압하는 단계; 상기 가압된 작동유체를 가열하는 단계; 상기 가열된 작동유체를 이용하여 터빈을 회전시켜 전력을 생성하는 단계; 및 상기 터빈에서 배출되는 작동유체를 액화천연가스(LNG)를 이용하여 응축시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of controlling an organic Rankine cycle system, the method comprising: pressurizing a working fluid composed of a three-component material; Heating the pressurized working fluid; Rotating the turbine using the heated working fluid to generate power; And condensing the working fluid discharged from the turbine using liquefied natural gas (LNG).
상기 3성분계 물질은, R23을 베이스 물질로 하고 R14, R30, R601, R245fa, 및 R236fa을 포함하는 그룹에서 선택된 2개의 물질을 포함하고, 바람직하게 상기 3성분계 물질은, R30, R601, R245fa, 및 R236fa을 포함하는 그룹에서 선택된 하나의 물질, R23, 및 R14로 구성되는 것을 특징으로 한다.Wherein the three-component material comprises two materials selected from the group consisting of R14, R30, R601, R245fa, and R236fa with R23 as the base material, and preferably the three-component material is selected from the group consisting of R30, R601, R245fa, And R236fa, R23, and R14.
상기 가열하는 단계는, 포집된 이산화탄소의 액화시 발생되는 액화열을 이용하여 상기 작동유체를 예열시키는 단계; 발전설비에서 생성되는 스팀을 이용하여 상기 예열된 작동유체를 증발시키는 단계; 및 상기 증발된 작동유체를 과열상태로 만드는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.Wherein the heating step comprises: preheating the working fluid using liquefaction heat generated when liquefied carbon dioxide is collected; Evaporating the preheated working fluid using steam generated in a power plant; And bringing the evaporated working fluid into an overheated state.
상기 생성하는 단계는, 상기 가열된 작동유체를 고압터빈으로 공급하여 전력을 생성하는 단계; 상기 고압터빈에서 배출되는 작동유체를 재가열하여 과열상태로 만드는 단계; 및 재가열되어 과열상태로 된 작동유체를 저압터빈으로 공급하여 전력을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.Wherein the generating comprises: supplying the heated working fluid to a high pressure turbine to generate power; Reheating the working fluid discharged from the high-pressure turbine to overheat; And supplying the working fluid reheated to an overheated state to the low-pressure turbine to generate electric power.
본 발명에 따르면, 냉매로 이용되는 액화천연가스의 열적 특성과 유사한 열적 특성을 갖는 다성분계 물질을 작동유체로 이용하기 때문에, 작동유체의 응축시 냉매로부터의 에너지 회수를 증가시킬 수 있어 엑서지 효율이 향상된다는 효과가 있다.According to the present invention, since a multi-component material having thermal properties similar to the thermal characteristics of liquefied natural gas used as a refrigerant is used as a working fluid, energy recovery from the refrigerant can be increased during condensation of the working fluid, Is improved.
또한, 본 발명에 따르면, 포집된 기체상태의 이산화탄소와 작동유체간의 열교환을 통해 작동유체를 예열함과 동시에 포집된 기체상태의 이산화탄소를 액화시킬 수 있어, 작동유체의 가열을 위해 투입되어야 하는 열 에너지 양을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 포집된 기체상태의 이산화탄소의 액화를 위해 요구되는 응축 에너지를 절감할 수 있어 에너지 효율이 향상된다는 효과가 있다.Further, according to the present invention, the working fluid is preheated through the heat exchange between the collected gaseous carbon dioxide and the working fluid, and the captured gaseous carbon dioxide can be liquefied, so that the heat energy The amount of condensed energy required for liquefaction of carbon dioxide captured in gaseous state can be reduced, and energy efficiency is improved.
도 1은 일반적인 유기 랭킨 사이클 시스템의 구성을 보여주는 블록도.
도 2는 도 1에 도시된 유기 랭킨 사이클 시스템의 온도 및 엔트로피 관계를 보여주는 그래프.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 랭킨 사이클 시스템의 구성을 보여주는 블록도.
도 4는 작동유체 별 유기 랭킨 사이클 시스템의 온도 및 엔트로피 관계를 보여주는 그래프.
도 5a는 다성분계 물질을 작동유체로 이용하는 유기 랭킨 사이클 시스템과 1성분계 또는 2성분계 물질을 작동유체로 이용하는 유기 랭킨 사이클 시스템의 비가역성을 비교하여 보여주는 그래프.
도 5b는 다성분계 물질을 작동유체로 이용하는 유기 랭킨 사이클 시스템과 1성분계 또는 2성분계 물질을 작동유체로 이용하는 유기 랭킨 사이클 시스템에 의해 생산되는 전력량을 비교하여 보여주는 그래프.
도 6a 내지 도 6d는 각 작동유체의 열곡선(Heat Curve)을 비교하여 보여주는 그래프.
도 7은 각 작동유체 별로 유기 랭킨 사이클 시스템의 전력 생산량을 비교하여 보여주는 그래프.
도 8은 각 작동유체의 구성성분과 압력을 비교하여 보여주는 표.
도 9는 3성분계 작동유체를 이용하는 유기 랭킨 사이클 시스템의 온도 및 엔트로피 관계를 보여주는 그래프.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Figure 1 is a block diagram showing the construction of a general organic Rankine cycle system.
2 is a graph showing the temperature and entropy relationship of the organic Rankine cycle system shown in FIG.
3 is a block diagram illustrating the configuration of an organic Rankine cycle system in accordance with one embodiment of the present invention.
4 is a graph showing the temperature and entropy relationship of the organic Rankine cycle system for each working fluid.
5A is a graph comparing the irreversibility of an organic Rankine cycle system using a multi-component material as a working fluid and an organic Rankine cycle system using a one-component or two-component material as a working fluid.
FIG. 5B is a graph showing the electric power produced by an organic Rankine cycle system using a multi-component material as a working fluid and an organic Rankine cycle system using a one-component or two-component material as a working fluid.
6A to 6D are graphs showing a comparison of the heat curves of the respective working fluids.
FIG. 7 is a graph showing a comparison of the power generation amount of the organic Rankine cycle system for each working fluid.
8 is a table showing a comparison between the constituent components and the pressures of the respective working fluids.
9 is a graph showing the temperature and entropy relationship of an organic Rankine cycle system using a three component working fluid.
본 명세서에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.The meaning of the terms described herein should be understood as follows.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 정의하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다.The word " first, "" second," and the like, used to distinguish one element from another, are to be understood to include plural representations unless the context clearly dictates otherwise. The scope of the right should not be limited by these terms.
"포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.It should be understood that the terms "comprises" or "having" does not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.
"적어도 하나"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제1 항목, 제2 항목 및 제 3항목 중에서 적어도 하나"의 의미는 제1 항목, 제2 항목 또는 제3 항목 각각 뿐만 아니라 제1 항목, 제2 항목 및 제3 항목 중에서 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미한다.
It should be understood that the term "at least one" includes all possible combinations from one or more related items. For example, the meaning of "at least one of the first item, the second item and the third item" means not only the first item, the second item or the third item, but also the second item and the second item among the first item, Means any combination of items that can be presented from more than one.
이하, 첨부되는 도면을 참고하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 랭킨 사이클 시스템의 구성을 보여주는 블록도이다.3 is a block diagram illustrating a configuration of an organic Rankine cycle system according to an embodiment of the present invention.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 랭킨 사이클 시스템(300)은 압축수단(310), 가열수단(320), 팽창수단(330), 및 응축수단(340)을 포함한다.3, the organic Rankine
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 랭킨 사이클 시스템(300)은 상기 압축수단(310), 상기 가열수단(320), 상기 팽창수단(330), 및 상기 응축수단(340)이 순차적으로 연결된 폐회로로 구성되고, 상기 유기 랭킨 사이클을 동작시키는 작동유체가 상기 폐회로를 통해 순환하면서 상기 팽창수단(330)에 연결된 발전기(미도시)를 통해 에너지가 생산된다.That is, the organic Rankine
압축수단(310)은 작동유체를 압축시킨다. 즉, 압축수단(310)은 상기 응축수단(340)으로부터 배출되는 작동유체를 압축함으로써, 상기 응축수단(340)으로부터 배출되는 작동유체의 압력을 높인다. 상기 압축수단(310)은 상기 응축수단(340) 및 상기 가열수단(320) 사이에 위치되게 설치된다. 이에 따라, 본 발명에 따른 유기 랭킨 사이클 시스템(300)은 상기 응축수단(340)을 통해 상기 작동유체를 냉각한 후에 상기 압축수단(310)을 통해 상기 작동유체를 압축함으로써 작동유체의 압축률을 증대시킬 수 있고, 발전효율 또한 향상시킬 수 있다.The compression means 310 compresses the working fluid. That is, the compression means 310 compresses the working fluid discharged from the
일 실시예에 있어서, 상기 압축수단(310)은 도 3에 도시된 바와 같이 펌프(Pump, P1)로 구현될 수 있다.In one embodiment, the compression means 310 may be implemented as a pump (Pump, Pl) as shown in FIG.
가열수단(320)은 상기 압축수단(310)에 의해 가압된 작동유체를 가열한다. 일 실시예에 있어서, 가열수단(320)은 도 3에 도시된 바와 같이, 예열기(HX2), 증발기(HX3), 및 과열기(SH)를 포함할 수 있다.The heating means (320) heats the working fluid pressurized by the compression means (310). In one embodiment, the heating means 320 may include a preheater HX2, an evaporator HX3, and a superheater SH, as shown in FIG.
예열기(HX2)는 압축수단(310)에서 배출되는 작동유체를 예열시킨다. 일 실시예에 있어서, 예열기(HX2)는 이산화탄소의 포집공정에서 기체 상태의 이산화탄소를 액체 상태의 이산화탄소로 액화시킬 때 발생되는 액화열을 이용하여 작동유체를 예열시킬 수 있다.The preheater HX2 preheats the working fluid discharged from the compression means 310. [ In one embodiment, the preheater HX2 may preheat the working fluid using liquefied heat generated when liquefying the gaseous carbon dioxide into liquid carbon dioxide in the process of collecting carbon dioxide.
즉, 예열기(HX2)는 기체 상태의 이산화탄소와 작동유체를 열교환시켜 기체 상태의 이산화탄소를 액체 상태의 이산화탄소로 액화시킴과 동시에 작동유체를 예열시키게 된다.That is, the preheater HX2 heat-exchanges the gaseous carbon dioxide with the working fluid to liquefy the gaseous carbon dioxide into liquid carbon dioxide and preheat the working fluid.
이와 같이 본 발명은, 유기 랭킨 사이클 시스템(300)과 이산화탄소를 포집하는 포집수단(Carbon Capture and Storage: CCS)를 링크시킴으로써 이산화탄소 포집 부에서 발생되는 액화열을 유기 랭킨 사이클 시스템(300)의 열원으로 이용함으로써 에너지 효율을 개선할 수 있게 된다.As described above, according to the present invention, the organic Rankine
증발기(HX3)는 예열기(HX2)에서 배출되는 작동유체를 발전설비(미도시)에서 생성되는 스팀을 이용하여 증발시킨다. 이와 같이 본 발명은 유기 랭킨 사이클 시스템(300)이 발전설비에서 생성되는 스팀과 같은 폐열을 이용하여 작동유체를 가열시키게 되므로, 에너지 회수율은 물론 발전효율을 향상시킬 수 있게 된다.The evaporator HX3 evaporates the working fluid discharged from the preheater HX2 using steam generated from a power generation facility (not shown). As described above, the present invention allows the organic
과열기(SH)는 증발기(HX3)에서 배출되는 작동유체를 과열상태로 만든다. 즉, 과열기(SH)는 팽창수단(330)이 작동유체를 이용하여 전력을 생산할 수 있도록 작동유체를 과열상태로 가열시킨다.The superheater (SH) superheats the working fluid discharged from the evaporator (HX3). That is, the superheater SH heats the working fluid to an overheated state so that the expansion means 330 can generate power using the working fluid.
일 실시예에 있어서, 가열수단(320)은 도 3에 도시된 바와 같이, 예열기(HX2)와 증발기(HX3) 사이에 위치하는 제1 기액분리기(FLASH1)를 더 포함할 수 있다. 제1 기액분리기(FLASH1)는 예열기(HX2)에서 배출되는 작동유체에 상변화가 발생되는 경우, 작동유체로부터 기체 상태의 성분을 분리해 내는 역할을 수행한다.In one embodiment, the heating means 320 may further include a first gas-liquid separator FLASH1 positioned between the preheater HX2 and the evaporator HX3, as shown in FIG. The first gas-liquid separator FLASH1 separates the gaseous component from the working fluid when a phase change occurs in the working fluid discharged from the preheater HX2.
팽창수단(330)은 가열수단(320)에서 배출되는 작동유체를 이용하여 발전기를 동작시키기 위한 동력을 발생시키는 역할을 수행한다. 즉, 팽창수단(330)은 발전기에 연결되고, 가열수단(320)에서 배출되는 작동유체를 이용하여 발전기가 전력을 생산하도록 발전기를 동작시키기 위한 동력을 발생시킨다.The expansion means 330 serves to generate power for operating the generator by using the working fluid discharged from the heating means 320. That is, the expansion means 330 is connected to the generator and uses the working fluid discharged from the heating means 320 to generate power for operating the generator so that the generator produces electric power.
일 실시예에 있어서, 팽창수단(330)은 고압터빈(T1), 리히터(RH), 및 저압터빈(T2)을 포함한다.In one embodiment, the expansion means 330 comprises a high pressure turbine T1, a restrictor RH, and a low pressure turbine T2.
고압터빈(T1)은 가열수단(320)에서 배출되는 작동유체를 이용하여 고압터빈(T1)에 연결되어 있는 제1 발전기(미도시)를 동작시키기 위한 동력을 발생시킨다. 발생된 동력에 의해 제1 발전기가 발전하여 전력을 생산하게 된다.The high pressure turbine T1 generates power for operating the first generator (not shown) connected to the high pressure turbine T1 by using the working fluid discharged from the heating means 320. [ And the first generator is generated by the generated power to produce electric power.
즉, 상기 가열수단(320)에서 배출되는 작동유체는 상기 고압터빈(T1)을 통과하면서 상기 고압터빈(T1)이 갖는 임펠러(미도시)를 회전시킴으로써 동력을 발생시킬 수 있다. 상기 제1 발전기는 상기 고압터빈(T1)으로부터 제공되는 동력을 이용하여 전력을 생산한다. 상기 제1 발전기는 샤프트 등을 통해 상기 고압터빈(T1)에 연결될 수 있다.That is, the working fluid discharged from the heating means 320 can generate power by rotating an impeller (not shown) of the high-
리히터(RH)는 고압터빈(T1)에서 배출되는 작동유체를 재가열함으로써 작동유체가 다시 과열상태가 되도록 한다. 이와 같이, 본 발명이 리히터(RH)를 이용하여 작동유체를 다시 가열하는 것은 고압터빈(T1)의 통과로 인해 작동유체의 온도가 감소하게 될 수 있기 때문에, 작동유체를 재가열함으로써 과열상태의 작동유체를 저압터빈(T2)으로 공급하기 위한 것이다.The reheater (RH) reheats the working fluid discharged from the high-pressure turbine (T1) so that the working fluid is again overheated. As described above, since the working fluid is reheated by using the restrictor (RH) in the present invention, the temperature of the working fluid can be reduced due to the passage of the high-pressure turbine (T1) To supply the fluid to the low pressure turbine (T2).
저압터빈(T2)은 리히터(RH)에 의해 과열상태로 된 작동유체를 이용하여 저압터빈(T2)에 연결되어 있는 제2 발전기(미도시)를 동작시키기 위한 동력을 발생시킨다. 발생된 동력에 의해 제2 발전기가 발전하여 전력을 생산하게 된다.The low-pressure turbine T2 generates power for operating a second generator (not shown) connected to the low-pressure turbine T2 by using a working fluid that has been overheated by the limiter RH. And the second generator is generated by the generated power to produce electric power.
즉, 상기 리히터(RH)에서 배출되는 작동유체는 상기 저압터빈(T2)을 통과하면서 상기 저압터빈(T2)이 갖는 임펠러(미도시)를 회전시킴으로써 동력을 발생시킬 수 있다. 상기 제2 발전기는 상기 저압터빈(T2)으로부터 제공되는 동력을 이용하여 전력을 생산한다. 상기 제2 발전기는 샤프트 등을 통해 상기 저압터빈(T2)에 연결될 수 있다.That is, the working fluid discharged from the restrictor RH can generate power by rotating an impeller (not shown) of the low-pressure turbine T2 while passing through the low-pressure turbine T2. The second generator generates power using power provided from the low-pressure turbine (T2). The second generator may be connected to the low-pressure turbine (T2) through a shaft or the like.
이와 같이, 본 발명은 고압터빈 및 저압터빈(T1, T2)을 이용하여 팽창수단(330)을 구성함으로써 작동유체가 고압터빈(T1)에 분사됨에 의해 고압터빈(T1)에 연결된 제1 발전기에 의해 1차적으로 전력을 생산하고, 리히터(RH)에 의해 재가열된 작동유체가 저압터빈(T2)에 분사됨에 의해 저압터빈(T2)에 연결된 제2 발전기에 의해 2차적으로 전력을 생산할 수 있어 발전량을 증대시킴과 동시에 발전효율 또한 상승시킬 수 있다.As described above, according to the present invention, since the expansion means 330 is constituted by using the high pressure turbine and the low pressure turbine T1 and T2, the working fluid is injected into the high pressure turbine T1, And the working fluid reheated by the limiter RH is injected into the low-pressure turbine T2, thereby generating secondary power by the second generator connected to the low-pressure turbine T2, And at the same time, the power generation efficiency can be increased.
응축수단(340)은, 팽창수단(330)에서 배출되는 작동유체를 액화천연가스(Liquefied Natural Gas: LNG)를 이용하여 응축시킨다. 일 실시예에 있어서, 응축수단(340)은 제1 열교환기(HX1) 및 제2 열교환기(HX4)를 포함한다.The condensing means (340) condenses the working fluid discharged from the expansion means (330) using Liquefied Natural Gas (LNG). In one embodiment, the condensing means 340 includes a first heat exchanger HX1 and a second heat exchanger HX4.
제1 열교환기(HX1)는 액화천연가스와 작동유체를 열교환시킴으로써 액화천연가스를 기체상태로 상변화시킴과 동시에 작동유체를 냉각시킨다.The first heat exchanger HX1 exchanges the liquefied natural gas with the working fluid to phase-convert the liquefied natural gas to the gaseous state and cools the working fluid.
제2 열교환기(HX4)는 제1 열교환기(HX1)를 통과한 액화천연가스가 충분히 기화되지 않았을 때 액화천연가스를 완전히 기화시키기 위한 것으로서, 제1 열교환기(HX1)를 통과한 액화천연가스와 팽창수단(330)에서 배출된 작동유체를 열교환시킴으로써 액화천연가스가 완전히 기화되도록 함과 동시에 작동유체를 1차적으로 냉각기키게 된다.The second heat exchanger HX4 is for completely vaporizing the liquefied natural gas when the liquefied natural gas that has passed through the first heat exchanger HX1 is not vaporized sufficiently and is a natural gas that has passed through the first heat exchanger HX1, And the working fluid discharged from the expansion means 330 is heat exchanged so that the liquefied natural gas is completely vaporized and the working fluid is primarily cooled.
제2 열교환기(HX4)에서 배출되는 작동유체는 제1 열교환기(HX1)로 주입되어 2차적으로 냉각된다.The working fluid discharged from the second heat exchanger HX4 is injected into the first heat exchanger HX1 and is secondarily cooled.
상술한 실시예에 있어서, 응축수단(340)은 제1 및 제2 열교환기(HX1, HX4)를 모두 포함하는 것을 설명하였지만, 이는 하나의 예에 불과할 뿐 변형된 실시예에 있어서 응축수단(340)은 제1 열교환기(HX1)만을 포함할 수도 있을 것이다. 이러한 실시예에 따르는 경우 팽창수단(330)에서 배출되는 작동유체는 제1 열교환기(HX1)를 통해 액화천연가스와 열교환됨에 의해 냉각된 후 압축수단(310)으로 공급되고, 액화천연가스는 제1 열교환기(HX1)를 통해 열교환됨에 의해 기화된 후 외부로 배출된다.Although the condensing means 340 has been described as including both the first and second heat exchangers HX1 and HX4 in the above-described embodiment, this is only one example. In a modified embodiment, the condensing means 340 May include only the first heat exchanger HX1. According to this embodiment, the working fluid discharged from the expansion means 330 is cooled by being exchanged with the liquefied natural gas through the first heat exchanger HX1 and then supplied to the compression means 310. The liquefied
상술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 유기 랭킨 사이클 시스템(300)에서 작동유체는 액화천연가스의 열적 특성이 유사한 물질을 이용하여 구성될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 작동유체는 액화천연가스의 열곡선(Heat Curve)과 유사한 열곡선을 갖는 물질로 구성될 수 있다. 이는 작동유체의 냉매로 이용되는 액화천연가스의 열적 특성이 유사한 물질을 이용하여 작동유체를 구성하는 경우 유기 랭킨 사이클 시스템(300)의 엑서지 효율이 향상됨은 물론, 작동유체의 응축시 냉매로부터 보다 많은 에너지를 회수할 수 있기 때문이다.In the organic
일 실시예에 있어서, 작동유체는 다성분계, 특히 3성분계 물질을 이용하여 구성될 수 있다. 도 4에 스팀의 T-S곡선, 1성분계 물질(Pure)을 이용하여 구성된 작동유체의 T-S곡선, 2성분계 물질(Binary)을 이용하여 구성된 작동유체의 T-S곡선, 3성분계 물질(Ternary)을 이용하여 구성된 작동유체의 T-S곡선, 및 액화천연가스의 T-S곡선이 도시되어 있다. 도 4에서 X축은 엔트로피(S)를 나타내고, Y축은 온도(T)를 나타낸다.In one embodiment, the working fluid may be constructed using a multi-component system, particularly a three-component system material. FIG. 4 is a graph showing the relationship between the TS curve of steam, the TS curve of the working fluid constituted by using the one-component material (Pure), the TS curve of the working fluid constituted by using a binary material and the tertiary material (Ternary) The TS curve of the working fluid, and the TS curve of the liquefied natural gas. In Fig. 4, the X-axis represents the entropy (S) and the Y-axis represents the temperature (T).
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에서 제시한 바와 같이 3성분계 물질(Ternary)을 이용하여 구성된 작동유체의 열적특성이 액화천연가스의 열적특성과 가장 유사하다는 것을 알 수 있다.As shown in FIG. 4, it can be seen that the thermal characteristics of a working fluid constructed using a three-component material (Ternary) are most similar to the thermal characteristics of a liquefied natural gas as disclosed in the present invention.
도 5a는 다성분계 물질을 작동유체로 이용하는 유기 랭킨 사이클 시스템과 1성분계 또는 2성분계 물질을 작동유체로 이용하는 유기 랭킨 사이클 시스템의 비가역성을 비교하여 보여주는 그래프이다.5A is a graph showing the irreversibilities of an organic Rankine cycle system using a multi-component material as a working fluid and an organic Rankine cycle system using a one-component or two-component material as a working fluid.
도 5a에 도시된 바와 같이 다성분계 물질을 작동유체로 이용하는 유기 랭킨 사이클 시스템이 1성분계 또는 2성분계 물질을 작동유체로 이용하는 유기 랭킨 사이클 시스템에 비해 비가역성(Irreversibility)이 대략 30%정도 개선된다는 것을 알 수 있다.As shown in FIG. 5A, the organic Rankine cycle system using a multicomponent material as a working fluid has improved irreversibility by about 30% as compared with an organic Rankine cycle system using a one-component or two-component material as a working fluid. .
도 5b는 다성분계 물질을 작동유체로 이용하는 유기 랭킨 사이클 시스템과 1성분계 또는 2성분계 물질을 작동유체로 이용하는 유기 랭킨 사이클 시스템에 의해 생산되는 전력량을 비교하여 보여주는 그래프이다.FIG. 5B is a graph showing an amount of electric power produced by an organic Rankine cycle system using a multi-component material as a working fluid and an organic Rankine cycle system using a one-component or two-component material as a working fluid.
도 5b에 도시된 바와 같이 다성분계 물질을 작동유체로 이용하는 유기 랭킨 사이클 시스템이 1성분계 또는 2성분계 물질을 작동유체로 이용하는 유기 랭킨 사이클 시스템에 비해 생산전력량이 대략 50%정도 향상된다는 것을 알 수 있다.As shown in FIG. 5B, it can be seen that the organic Rankine cycle system using a multicomponent material as a working fluid is improved by about 50% as compared with an organic Rankine cycle system using a one-component or two-component material as a working fluid .
일 실시예에 있어서, 작동유체는 R23을 베이스 물질로 하고 R14, R30, R601, R245fa, 및 R236fa을 포함하는 그룹에서 선택된 2개의 물질로 구성된 3성분계 물질로 구성될 수 있다.In one embodiment, the working fluid may be composed of a three-component material consisting of two materials selected from the group consisting of R14, R30, R601, R245fa, and R236fa with R23 as the base material.
보다 바람직하게, 작동유체는 R30, R601, R245fa, 및 R236fa을 포함하는 그룹에서 선택된 하나의 물질과, R23과, R14로 구성된 3성분계 물질로 구성될 수 있다.More preferably, the working fluid can be composed of one material selected from the group consisting of R30, R601, R245fa, and R236fa, and a three-component material consisting of R23 and R14.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 작동유체는, R30, R23, 및 R14로 구성된 3성분계 물질, R601, R23, 및 R14로 구성된 3성분계 물질, R245fa, R23, 및 R14로 구성된 3성분계 물질, 또는 R236fa, R23, 및 R14로 구성된 3성분계 물질 중 어느 하나의 3성분계 물질을 이용하여 구성될 수 있다.That is, the working fluid according to one embodiment of the present invention includes a three-component material composed of R30, R23, and R14, a three-component material composed of R601, R23, and R14, Or a three-component material composed of R236fa, R23, and R14.
도 6a 내지 도 6d는 상술한 4개의 3성분계 물질의 열곡선(Heat Curve)을 비교하여 보여주는 그래프이고, 도 7은 4개의 3성분계 물질 별 전력 생산량을 비교하여 보여주는 그래프이며, 도 8은 4개의 3성분계 물질의 구성성분과 압력을 비교하여 보여주는 표이다.FIGS. 6A to 6D are graphs showing a comparison of the heat curves of the four three-component materials. FIG. 7 is a graph showing a comparison of power production amounts of four three-component materials, and FIG. This table shows the composition and pressure of three-component materials.
도 6 내지 도 8에 도시된 그래프 및 표에서 알 수 있는 바와 같이, 4개의 3성분계 물질 들 중 R601, R23, 및 R14로 구성된 3성분계 물질의 효율이 가장 높다는 것을 알 수 있다.As can be seen from the graphs and tables shown in FIGS. 6 to 8, it can be seen that the efficiency of the three-component material composed of R601, R23, and R14 among the three three-component materials is the highest.
이하, 도 3 및 도 9를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 랭킨 사이클 시스템의 동작에 대해 간략히 설명한다.Hereinafter, the operation of the organic Rankine cycle system according to an embodiment of the present invention will be briefly described with reference to FIGS. 3 and 9. FIG.
도 9는 3성분계 작동유체를 이용하는 유기 랭킨 사이클 시스템의 온도 및 엔트로피 관계를 보여주는 그래프이다.9 is a graph showing the temperature and entropy relationship of an organic Rankine cycle system using a three component working fluid.
상술한 바와 같이 유기 랭킨 사이클 시스템(300)에서 작동유체는 R30, R23, 및 R14로 구성된 3성분계 물질, R601, R23, 및 R14로 구성된 3성분계 물질, R245fa, R23, 및 R14로 구성된 3성분계 물질, 또는 R236fa, R23, 및 R14로 구성된 3성분계 물질 중 어느 하나의 3성분계 물질을 이용하여 구성될 수 있다.As described above, in the organic
먼저, 도 3 및 도 9에 도시된 바와 같이, 제1 열교환기(HX1)에서 배출되는 작동유체(S1)이 압축수단(310)의 펌프(P1)으로 공급되고, 작동유체(S1)은 펌프(P1)에 의해 압축된다.3 and 9, the working fluid S1 discharged from the first heat exchanger HX1 is supplied to the pump P1 of the compression means 310, and the working fluid S1 is supplied to the pump P1, (P1).
이후, 펌프(P1)에 의해 압축된 작동유체(S2)는 가열수단(320)의 예열기(HX2)로 공급된다. 예열기(HX2)는 기체 상태의 이산화탄소(VCO2)와 작동유체(S2)를 열교환시킴으로써 기체상태의 이산화탄소(VCO2)를 액체상태의 이산화탄소(LCO2)로 액화시킴과 동시에 작동유체(S2)를 작동유체(S3)로 예열시킨다.The working fluid S2 compressed by the pump P1 is then supplied to the preheater HX2 of the heating means 320. [ The preheater HX2 liquefies the gaseous carbon dioxide VCO2 into the liquid state carbon dioxide LCO2 by heat-exchanging the gaseous carbon dioxide VCO2 and the working fluid S2, S3).
이후, 제1 기액분리기(FLASH1)는 작동유체(S3)로부터 기체성분을 제거하여 액체성분으로 구성된 작동유체(S4)를 증발기(HX3)로 공급한다. 상술한 바와 같이, 제1 기액분리기(FLASH1)은 작동유체(S3)에서 상변화가 생기는 경우를 대비하여 포함되는 것이므로 필요에 따라 생략할 수 있다. 이러한 제1 기액분리기(FLASH1)가 생략되는 경우 작동유체(S3)가 증발기(HX3)로 직접 공급된다.Thereafter, the first gas-liquid separator FLASH1 removes the gas component from the working fluid S3 and supplies the working fluid S4 composed of the liquid component to the evaporator HX3. As described above, since the first gas-liquid separator FLASH1 is included in the case where the phase change occurs in the working fluid S3, the first gas-liquid separator FLASH1 can be omitted if necessary. When the first gas-liquid separator FLASH1 is omitted, the working fluid S3 is directly supplied to the evaporator HX3.
이후, 증발기(HX3)는 발전설비(미도시)에서 제공되는 스팀(ST1)과 작동유체(S4, 또는 S3)를 열교환시킴으로써 작동유체(S4)를 작동유체(S5)로 증발시킴과 동시에 발전설비에서 제공되는 스팀(ST1)의 온도를 감소시켜 스팀(ST2)으로 배출한다.Thereafter, the evaporator HX3 evaporates the working fluid S4 into the working fluid S5 by exchanging heat between the steam ST1 and the working fluid S4 or S3 provided in the power generation facility (not shown) The temperature of the steam ST1 provided in the steam generator ST1 is reduced and discharged to the steam ST2.
이후, 과열기(SH)는 작동유체(S5)를 가열하여 과열상태의 작동유체(S6)로 만들어 팽창수단(330)의 고압터빈(T1)으로 공급한다.Thereafter, the superheater SH heats the working fluid S5 into a working fluid S6 in an overheated state and supplies it to the high-pressure turbine T1 of the expansion means 330. [
이후, 고압터빈(T1)은 과열상태의 작동유체(S6)를 이용하여 고압터빈(T1)에 연결된 제1 발전기(미도시)를 동작시키기 위한 동력을 생산한다. 이 동력에 따라 제1 발전기가 전력을 생산하게 된다.Thereafter, the high-pressure turbine T1 produces power for operating the first generator (not shown) connected to the high-pressure turbine T1 using the working fluid S6 in an overheated state. And the first generator generates electric power according to the power.
고압터빈(T1)에서 배출되는 작동유체(S7)는 리히터(RH)로 공급되고, 리히터(RH)는 작동유체(S7)를 재가열하여 과열상태의 작동유체(S8)로 만들어 저압터빈(T2)으로 공급한다. 이때, 리히터(RH)는 발전설비에서 공급되는 스팀(ST3)와 작동유체(S7)를 열교환시켜 작동유체(S7)를 과열상태의 작동유체(S8)로 만들고 스팀(ST3)의 온도를 감소시켜 스팀(ST4)로 만든다.The working fluid S7 discharged from the high pressure turbine T1 is supplied to the richer RH and the richer RH reheats the working fluid S7 to make the working fluid S8 in an overheated state, . At this time, the rich water (RH) exchanges heat between the steam ST3 supplied from the power generation facility and the working fluid S7 to make the working fluid S7 into the superheated working fluid S8 and the temperature of the steam ST3 reduced Steam (ST4).
이후, 저압터빈(T2)은 과열상태의 작동유체(S8)를 이용하여 저압터빈(T2)에 연결된 제2 발전기(미도시)를 동작시키기 위한 동력을 생산한다. 이 동력에 따라 제2 발전기가 전력을 생산하게 된다.Thereafter, the low-pressure turbine T2 produces power for operating a second generator (not shown) connected to the low-pressure turbine T2 using the working fluid S8 in an overheated state. And the second generator generates electric power according to the power.
저압터빈(T2)에서 배출되는 작동유체(S9)는 응축수단(340)에 포함된 제2 기액분리기(FLASH2)로 공급된다. 제2 기액분리기(FLASH2)는 작동유체(S9)로부터 기체성분을 제거하여 액체성분으로 구성된 작동유체(S11)를 제2 열교환기(HX4)로 공급한다. 상술한 바와 같이, 제2 기액분리기(FLASH2)는 작동유체(S9)에서 상변화가 생기는 경우를 대비하여 포함되는 것이므로 필요에 따라 생략할 수 있다. 이러한 제2 기액분리기(FLASH2)가 생략되는 경우 작동유체(S9)가 제2 열교환기(HX4)로 직접 공급된다.The working fluid S9 discharged from the low pressure turbine T2 is supplied to the second gas-liquid separator FLASH2 included in the condensing means 340. [ The second gas-liquid separator FLASH2 removes the gas component from the working fluid S9 and supplies the working fluid S11 composed of the liquid component to the second heat exchanger HX4. As described above, since the second gas-liquid separator FLASH2 is included in the case where a phase change occurs in the working fluid S9, it can be omitted if necessary. When this second gas-liquid separator FLASH2 is omitted, the working fluid S9 is directly supplied to the second heat exchanger HX4.
제2 열교환기(HX4)는 제1 열교환기(HX1)로부터 배출되는 액화천연가스와 작동유체(S11)를 열교환시켜 액화천연가스를 완전히 기화된 형태(NG)로 외부로 배출시키고, 작동유체(S11)의 온도를 감소시킴으로써 작동유체(S12)로 만들어 제1 열교환기(HX1)로 배출한다.The second heat exchanger HX4 exchanges heat between the liquefied natural gas discharged from the first heat exchanger HX1 and the working fluid S11 to discharge the liquefied natural gas to the outside in a fully vaporized form NG, S11 to the working fluid S12 and discharges it to the first heat exchanger HX1.
제1 열교환기(HX1)는 액화천연가스와 작동유체(S12)를 열교환시켜 액화천연가스를 기화시킴과 동시에 작동유체(S12)의 온도를 감소심으로써 작동유체(S1)으로 만들어 압축수단(310)의 펌프(P1)로 공급한다.The first heat exchanger HX1 exchanges heat between the liquefied natural gas and the working fluid S12 to vaporize the liquefied natural gas and reduces the temperature of the working fluid S12 to reduce the temperature of the working fluid S1, To the pump P1.
상술한 바와 같이 응축수단(340)이 제1 열교환기(344)만을 포함하는 경우 작동유체(S11)는 제1 열교환기(HX1)를 통해 액화천연가스와 열교환되어 작동유체(S1)으로 냉각되어 압축수단(310)의 펌프(P1)로 공급되고, 액화천연가스는 제1 열교환기(HX1)를 통해 열교환됨에 의해 기화된 후 외부로 배출된다.When the condensing means 340 includes only the first heat exchanger 344 as described above, the working fluid S11 is heat-exchanged with the liquefied natural gas through the first heat exchanger HX1 and cooled by the working fluid S1 Is supplied to the pump (P1) of the compression means (310), and the liquefied natural gas is vaporized by heat exchange through the first heat exchanger (HX1) and then discharged to the outside.
상술한 유기 랭킨 사이클 시스템의 제어 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 이용하여 수행될 수 있는 프로그램 형태로도 구현될 수 있는데, 이때 유기 랭킨 사이클 시스템의 제어 방법은 하드 디스크, CD-ROM, DVD, 롬(ROM), 램, 또는 플래시 메모리와 같은 컴퓨터로 판독할 수 있는 기록 매체에 저장된다.The control method of the organic Rankine cycle system may be implemented in a form of a program that can be performed using various computer means. The control method of the organic Rankine cycle system may be a hard disk, a CD-ROM, a DVD, a ROM ), A RAM, or a computer-readable recording medium such as a flash memory.
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 상술한 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 구성을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.It will be understood by those skilled in the art that the present invention can be embodied in other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof.
그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해하여야 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Therefore, it should be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and from the equivalent concept are to be construed as being included in the scope of the present invention .
300: 유리 랭킨 사이클 시스템 310: 압축수단
320: 가열수단 330: 팽창수단
340: 응축수단 300: Glass Rankine cycle system 310: Compression means
320: Heating means 330: Expansion means
340: condensing means
Claims (11)
상기 압축수단에 의해 가압된 작동유체를 가열하는 가열수단;
발전기에 연결되고, 상기 발전기가 전력을 생산하도록 상기 가열수단에 의해 가열된 작동유체를 이용하여 상기 발전기를 동작시키기 위한 동력을 발생시키는 팽창수단;
액화천연가스(LNG)를 이용하여 상기 팽창수단에서 배출되는 작동유체를 응축시키는 응축수단; 및
이산화탄소를 포집하고, 포집된 이산화탄소를 액화시키는 이산화탄소 포집수단을 포함하고,
상기 가열수단은 상기 포집된 이산화탄소의 액화시 발생되는 액화열을 이용하여 상기 작동유체를 예열시키고,
상기 작동유체는 3성분계 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 유기 랭킨 사이클 시스템.Compression means for pressurizing the working fluid;
Heating means for heating the working fluid pressurized by the compression means;
An expansion means connected to the generator for generating power to operate the generator using a working fluid heated by the heating means so that the generator produces electric power;
Condensing means for condensing the working fluid discharged from the expansion means using liquefied natural gas (LNG); And
And carbon dioxide collecting means for collecting carbon dioxide and liquefying the collected carbon dioxide,
The heating means preheats the working fluid by using the heat of liquefaction generated when the collected carbon dioxide is liquefied,
RTI ID = 0.0 > 1, < / RTI > wherein the working fluid comprises a three-component material.
상기 3성분계 물질은, R23을 베이스 물질로 하고 R14, R30, R601, R245fa, 및 R236fa을 포함하는 그룹에서 선택된 2개의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 랭킨 사이클 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the three-component material comprises two materials selected from the group consisting of R23 as a base material and R14, R30, R601, R245fa, and R236fa.
상기 3성분계 물질은, R30, R601, R245fa, 및 R236fa을 포함하는 그룹에서 선택된 하나의 물질, R23, 및 R14로 구성되는 것을 특징으로 하는 유기 랭킨 사이클 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the three-component material consists of one material selected from the group consisting of R30, R601, R245fa, and R236fa, R23, and R14.
상기 가열수단은,
상기 작동유체를 예열시키는 예열기;
발전설비에서 생성되는 스팀을 이용하여 상기 예열기에 의해 예열된 작동유체를 증발시키는 증발기; 및
상기 증발기에 의해 증발된 작동유체를 과열상태로 만드는 과열기를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 랭킨 사이클 시스템.The method according to claim 1,
The heating means,
A preheater for preheating the working fluid;
An evaporator for evaporating the working fluid preheated by the preheater using steam generated in the power generation facility; And
And a superheater for superheating the working fluid evaporated by the evaporator.
상기 팽창수단은,
상기 발전기에 연결되고, 상기 가열수단에 의해 가열된 작동유체를 이용하여 상기 발전기를 동작시키기 위한 동력을 발생시키는 고압터빈 및 저압터빈; 및
상기 고압터빈에서 배출되는 작동유체를 재가열하여 과열상태로 만들고, 과열상태의 작동유체를 상기 저압터빈으로 공급하는 리히터(Reheater)를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 랭킨 사이클 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the expansion means comprises:
A high pressure turbine and a low pressure turbine, connected to the generator, for generating power for operating the generator using a working fluid heated by the heating means; And
And a reheater which reheats the working fluid discharged from the high-pressure turbine to reheat and superheat the working fluid, and supplies a working fluid in an overheated state to the low-pressure turbine.
상기 가압된 작동유체를 가열하는 단계;
상기 가열된 작동유체를 이용하여 터빈을 회전시켜 전력을 생성하는 단계; 및
상기 터빈에서 배출되는 작동유체를 액화천연가스(LNG)를 이용하여 응축시키는 단계를 포함하고,
상기 가열하는 단계는, 포집된 이산화탄소의 액화시 발생되는 액화열을 이용하여 상기 작동유체를 예열시키는 단계;
발전설비에서 생성되는 스팀을 이용하여 상기 예열된 작동유체를 증발시키는 단계; 및
상기 증발된 작동유체를 과열상태로 만드는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 랭킨 사이클 시스템의 제어 방법.Pressurizing a working fluid composed of a three-component material;
Heating the pressurized working fluid;
Rotating the turbine using the heated working fluid to generate power; And
And condensing the working fluid discharged from the turbine using liquefied natural gas (LNG)
Wherein the heating step comprises: preheating the working fluid using liquefaction heat generated when liquefied carbon dioxide is collected;
Evaporating the preheated working fluid using steam generated in a power plant; And
And converting the vaporized working fluid into an overheated state.
상기 3성분계 물질은, R23을 베이스 물질로 하고 R14, R30, R601, R245fa, 및 R236fa을 포함하는 그룹에서 선택된 2개의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 랭킨 사이클 시스템의 제어 방법.8. The method of claim 7,
Wherein the three-component material comprises two materials selected from the group consisting of R14, R30, R601, R245fa, and R236fa with R23 as the base material.
상기 3성분계 물질은, R30, R601, R245fa, 및 R236fa을 포함하는 그룹에서 선택된 하나의 물질, R23, 및 R14로 구성되는 것을 특징으로 하는 유기 랭킨 사이클 시스템의 제어 방법.8. The method of claim 7,
Wherein the three-component material consists of one material selected from the group consisting of R30, R601, R245fa, and R236fa, R23, and R14.
상기 생성하는 단계는,
상기 가열된 작동유체를 고압터빈으로 공급하여 전력을 생성하는 단계;
상기 고압터빈에서 배출되는 작동유체를 재가열하여 과열상태로 만드는 단계; 및
재가열되어 과열상태로 된 작동유체를 저압터빈으로 공급하여 전력을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 랭킨 사이클 시스템의 제어 방법.8. The method of claim 7,
Wherein the generating comprises:
Supplying the heated working fluid to a high pressure turbine to generate electric power;
Reheating the working fluid discharged from the high-pressure turbine to overheat; And
And supplying power to the low-pressure turbine to generate electric power by re-heating the superheated working fluid to generate power.
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KR20230052698A (en) * | 2021-10-13 | 2023-04-20 | 에스케이가스 주식회사 | Lng refrigerated generation by using mixed working fluid |
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2014
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