KR101593969B1 - 부유식 발전플랜트의 냉각수 배출 시스템 - Google Patents

Abstract

부유식 발전플랜트의 냉각수 배출 시스템 및 방법이 개시된다. 본 발명의 부유식 발전플랜트의 냉각수 배출 시스템은, 선박 또는 해양 구조물에 마련되며 연료를 공급받아 전력을 생산하는 가스 발전부; 상기 가스 발전부에서 배출되는 고온 가스를 열원으로 증기를 생성하여 발전하는 스팀 발전부; 및 상기 선박 또는 해양 구조물에 마련되며 해수를 저장하여 선체 균형을 유지하는 밸러스트 탱크부를 포함하되, 상기 스팀 발전부에서 발전 후 배출되는 증기는 해수와의 열교환으로 복수하여 순환되고, 상기 증기와 열교환된 해수는 상기 밸러스트 탱크부를 통해 냉각되어 배출되는 것을 특징으로 한다.

Description

부유식 발전플랜트의 냉각수 배출 시스템{Cooling Seawater Discharging System For Floating Type Power Plant}

본 발명은 부유식 발전플랜트의 냉각수 배출 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가스 발전부 및 스팀 발전부와, 밸러스트 탱크부를 포함하는 선박 또는 해양 구조물에서, 스팀 발전부에서 발전 후 배출되는 증기는 해수와의 열교환으로 복수하여 순환시키고, 증기와 열교환된 해수는 밸러스트 탱크부를 통해 배출 온도를 낮춘 후 선체 외부로 배출시키는 부유식 발전플랜트의 냉각수 배출 시스템에 관한 것이다.

연소에 의한 에너지를 터빈 등의 원동기(原動機, prime mover)를 통하여 전기에너지로 변환하는 방법에는, 보일러 및 스팀터빈에 의한 발전방법, 가스터빈에 의한 발전방법 및 이들을 조합한 복합 사이클 발전방법이 있다.

보일러 및 스팀 터빈에 의한 발전 방법은, 연료로 중유, 원유, 잔사유 또는 석탄을 사용하고, 보일러에서 발생한 고온, 고압의 스팀에 의하여 터빈을 구동하여 발전하지만, 열효율이 38 ~ 40 %/HHV기준(HHV: 고위발열량)으로 비교적 낮다.

또한 가스터빈은 연료로 액화천연가스, 등유, 경유 등을 사용하여, 연료를 압축공기로 또는 압축공기를 연소열로 가열하여 연소시켜, 발생한 고온, 고압의 가스에 의하여 터빈을 구동하여 발전한다. 발전효율은 20 ~ 35%이지만, 가스터빈의 배기가스는 450 ~ 700℃로 고온이므로 이러한 열을 이용할 수 있다.

공냉식 터빈 등에서는 온도를 1300 ~ 1500℃ 정도까지 높일 수 있으므로, 발전효율의 향상, 배기가스의 보다 유효한 이용이 가능하다.

이들을 조합한 복합 사이클 발전에서는 연료로 액화천연가스를 사용하고, 압축공기로 연료를 연소시켜, 그 고온고압가스로 가스터빈을 구동하여 발전하고, 또한 배기가스를 폐열회수 보일러에 공급하여 스팀을 발생시키고 스팀 터빈에 의해 발전하는 방법이 실시되어 있고, 열효율이 46 ~ 47%로 높은 것이 특징이다. 따라서 발전설비의 노화에 의하여 설비를 신설할 때나, 기존설비를 이용한 발전력을 증강할 때에는, 열효율이 높은 복합 사이클 발전으로의 전환이 진행되고 있다.

이러한 복합화력 발전 설비 또는 발전설비 등을 갖추어 전기를 생산하는 발전플랜트는 종래에 주로 육상, 특히 원료 수급이 용이하고 용지확보 비용이 저렴한 해안가에 설치되는 것이 일반적이었다.

그러나 최근에는 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 기술들이 개발되고 있다.

예를 들어 바지선과 같은 부유식 해양 플랫폼에 발전플랜트를 마련하여, 해상 구조물 자체에서 필요한 전기를 공급하거나 해상에서 많은 전기를 생산하여 육상으로 송전하는 기술이 개발되고 있다.

복합화력발전 플랜트는 가스터빈에서 배출되는 상기 고온의 연소가스(배기가스)로 배열회수 보일러에 공급하여 증기를 생산하고, 그 증기로 스팀 터빈을 돌려 이차적으로 전력을 생산하는데, 스팀 터빈을 구동시키고 배출되는 배기 증기는 복수하여 배열회수 보일러로 다시 공급된다. 이러한 복수 과정에는 다량의 냉각수 투입을 필요로 하는데, 이러한 냉각수로 해수를 이용할 수 있다.

냉각수로 이용된 해수는 증기와의 열교환으로 인해 온도가 상승하는데, 고온의 냉각 해수가 그대로 바다로 배출되면 해양 생태계에 영향을 줄 수 있고, 이를 막기 위해 플랜트의 설치 지역에는 규제 기준을 두고 있다. 설치 지역의 환경규제에 따라 TTD(Terminal Temperature Difference)는 최소 6에서 최대 10 ℃로 규정되어 있다.

본 발명은 이러한 환경 규제 기준을 충족할 수 있도록 효과적으로 냉각 해수의 배출 온도를 낮출 수 있는 시스템을 제안하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 선박 또는 해양 구조물에 마련되며 연료를 공급받아 전력을 생산하는 가스 발전부;

상기 가스 발전부에서 배출되는 고온 가스를 열원으로 증기를 생성하여 발전하는 스팀 발전부; 및

상기 선박 또는 해양 구조물에 마련되며 해수를 저장하여 선체 균형을 유지하는 밸러스트 탱크부를 포함하되,

상기 스팀 발전부에서 발전 후 배출되는 증기는 해수와의 열교환으로 복수하여 순환되고, 상기 증기와 열교환된 해수는 상기 밸러스트 탱크부를 통해 냉각되어 배출되는 것을 특징으로 하는 부유식 발전플랜트의 냉각수 배출 시스템이 제공된다.

바람직하게는 상기 밸러스트 탱크부는, 상기 선박 또는 해양 구조물의 선미 및 선수 중 적어도 하나에 마련되며 해수를 저장하는 제1 밸러스트 탱크와, 상기 선박 또는 해양 구조물의 선체 좌현 및 우현 측벽을 따라 마련되며 해수를 저장하는 제2 밸러스트 탱크를 포함하고, 상기 스팀 발전부에서 열교환된 해수는 상기 제1 및 제2 밸러스트 탱크 중 적어도 하나의 외측에 인접하여 통과하며 온도를 낮춘 후 선체 외부로 배출될 수 있다.

바람직하게는 상기 스팀 발전부는, 물과 상기 가스 발전부로부터 배출되는 고온 가스를 공급받아 증기를 생성하는 열교환기와, 상기 열교환기에서 생성된 증기를 공급받아 터빈을 구동시켜 발전하는 증기터빈 발전기와, 상기 증기터빈 발전기에서 배출되는 상기 증기를 해수와 열교환시켜 복수하는 복수기를 포함할 수 있다.

바람직하게는 상기 스팀 발전부는, 상기 복수기에서 복수된 물을 저장하는 물 탱크와, 상기 물 탱크에 저장된 물을 펌핑하여 상기 열교환기로 공급하는 공급펌프를 더 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 가스 발전부는 탄화수소 성분의 연료를 공급받아 연소시켜 고온 가스를 생성하고, 생성된 고온 가스로 가스 터빈을 구동시켜 발전할 수 있다.

바람직하게는, 상기 선박 또는 해양 구조물은 연안에 부유하며 발전하여 육상으로 송전하는 FSPP(Floating Storage Power Plant)를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 1) 선박 또는 해양 구조물에 마련된 가스 발전부에서 배출되는 고온 가스로 증기를 생성하는 단계;

2) 생성된 증기로 터빈을 구동시켜 발전하고, 배출되는 증기를 해수와 열교환으로 복수하는 단계; 및

3) 열교환된 해수를, 선체 균형을 위해 마련되는 밸러스트 탱크에 인접하여 통과시켜 냉각하고 배출하는 단계를 포함하는 부유식 발전플랜트의 냉각수 배출 방법이 제공된다.

본 발명의 부유식 발전플랜트의 냉각수 배출 시스템은 스팀 발전부에서 증기의 복수를 위해 열교환된 해수를 밸러스트 탱크를 통해 온도를 낮추어 선체 외부로 배출하도록 한다.

이와 같이 배출 해수의 온도를 낮춤으로써 발전플랜트의 설치지역에서 온수 배출에 따른 환경적 영향을 없애고, TTD(Terminal Temperature Difference) 등의 규제 기준을 충족할 수 있다. 선체 균형과 복원성을 위한 밸러스트 탱크에 저장된 많은 양의 해수와 간접 열교환으로 온도를 낮추므로, 효과적인 냉각이 이루어진다.

또한, 선내 밸러스트 시스템을 통해 해수의 배출온도를 낮춤으로써, 적은 양의 해수로 증기를 복수할 수 있게 되어, 해수 공급을 위한 펌프에서 소비되는 동력을 줄일 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 부유식 발전플랜트의 냉각수 배출 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 2는 도 1의 실시예에서 부유식 발전플랜트에서 밸러스트 탱크가 배치된 단면모습을 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 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 부유식 발전플랜트의 냉각수 배출 시스템을 개략적으로 도시하였다.

본 실시예의 선박 또는 해양 구조물은 예를 들어 연안에 부유하며 발전하여 육상으로 송전하는 FSPP(Floating Storage Power Plant) 또는 FTPP(Floating Type Power Plant)일 수 있다. FSPP는 해상에 부유할 수 있는 바지(barge) 등의 해양 플랫폼 몸체에 복합화력발전 플랜트가 탑재된 구조물이다. 다만 본 실시예의 선박 또는 해양 구조물은 FSPP 외에도 선내 또는 선외로의 전력 공급을 위한 발전 시스템이 마련되어, 발전 후 배출되는 증기의 복수를 위해 해수를 이용하고 배출하는 다른 선박 또는 해양 구조물에도 널리 적용될 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 실시예의 부유식 발전플랜트의 냉각수 배출 시스템은 선박 또는 해양 구조물에 마련되며 연료를 공급받아 전력을 생산하는 가스 발전부(100)와, 가스 발전부(100)에서 배출되는 고온 가스를 열원으로 증기를 생성하여 발전하는 스팀 발전부(200)와, 선박 또는 해양 구조물에 마련되며 해수를 저장하여 선체(S) 균형을 유지하는 밸러스트 탱크(Ballast tank, BT)부를 포함하여 구성된다.

그리하여 본 실시예에서는 스팀 발전부(200)에서 발전 후 배출되는 증기는 해수와의 열교환으로 복수하여 순환시키고, 증기와 열교환된 해수는 밸러스트 탱크부(BT)로 공급되어 온도를 낮춘 후 선체(S) 외부로 배출시키게 된다.

이러한 밸러스트 탱크부(BT)는 도 2에 도시된 바와 같이, 선박 또는 해양 구조물의 선미 및 선수 중 적어도 하나에 마련되며 해수를 저장하는 제1 밸러스트 탱크(BT1)와, 선박 또는 해양 구조물의 선체(S) 좌현 및 우현 측벽을 따라 마련되며 해수를 저장하는 제2 밸러스트 탱크(BT2)를 포함하여 구성될 수 있다. 제1 및 제2 밸러스트 탱크(BT1, BT2)에는 선체(S)의 복원성 유지와, 선체(S)의 종횡 방향의 흘수 조절을 위해 해수가 채워진다. 밸러스트 탱크부(BT)는 선저부에 마련되는 밸러스트 탱크(미도시)도 포함할 수 있다.

스팀 발전부(200)에서 열교환된 해수는 제1 및 제2 밸러스트 탱크(BT1, BT2)의 외측에 인접하도록 통과하며 밸러스트 탱크에 채워진 해수와 간접적으로 열교환함으로써 온도가 낮아진다.

스팀 발전부(200)에서의 고온 해수가 열교환하며 통과하는 밸러스트 탱크는, 선체(S)의 경사와 복원성 유지를 고려하여 복수의 제1 및 제2 밸러스트 탱크(BT1, BT2), 선저부의 밸러스트 탱크(미도시) 등 여러 탱크 중에서 적합한 탱크를 선택할 수 있고, 복수의 탱크를 지나며 열교환할 수도 있다.

스팀 발전부(200)로의 냉각 해수를 공급하기 위해 해수를 취수하여 저장하는 씨 체스트(sea chest, 미도시)가 선체(S)에 마련될 수 있다. 다만 별도의 씨 체스트를 구성하지 않고 밸러스트 탱크(BT1, BT2) 중 일부를 씨 체스트로 활용하는 것도 가능하다.

한편 본 실시예의 선박 또는 해양 구조물은, 가스 발전부(100)에서는 탄화수소 성분의 연료를 공급받아 연소시켜 고온 가스를 생성하고, 생성된 고온 가스로 가스 터빈(미도시)을 구동시켜 일차로 발전하고, 스팀 발전부(200)에서는 가스 발전부(100)에서 배출되는 고온 가스를 열원으로 증기를 생성하여 이차로 발전하는 복합화력발전의 부유식 발전플랜트로 이루어질 수 있다.

이를 위해 스팀 발전부(200)는, 물과 가스 발전부(100)로부터 배출되는 고온 가스를 공급받아 증기를 생성하는 열교환기(210)와, 열교환기(210)에서 생성된 증기를 공급받아 터빈을 구동시켜 발전하는 증기터빈 발전기(220)와, 증기터빈 발전기(220)에서 배출되는 증기를 해수와 열교환시켜 복수하는 복수기(230)를 포함할 수 있다.

스팀 발전부(200)는, 복수기(230)에서 해수와 열교환된 스팀으로부터 복수된 물을 저장하는 물 탱크(240)와, 물 탱크(240)에 저장된 물을 펌핑하여 열교환기(210)로 공급하는 공급펌프(250)를 더 포함하여, 스팀 발전부(200) 내에서 물은 순환된다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 실시예의 시스템에서는, 1) 선박 또는 해양 구조물에 마련된 가스 발전부(100)에서 배출되는 고온 가스로 증기를 생성하는 단계; 2) 생성된 증기로 터빈을 구동시켜 발전하고, 배출되는 증기를 해수와 열교환으로 복수하는 단계; 및 3) 열교환된 해수를, 선체 균형을 위해 마련되는 밸러스트 탱크에 인접하여 통과시켜 냉각하고 배출하는 단계를 거쳐 선체(S) 외부로 배출함으로써 부유식 발전플랜트의 냉각수 배출이 이루어지게 된다.

선체(S) 균형과 복원성을 위한 선체(S)에 마련되는 밸러스트 탱크를 활용하여 냉각용 해수를 냉각하고 배출하므로 해수의 온도를 낮추기 위한 별도의 시스템을 요하지 않아 선체(S) 내 공간 활용도 및 비용면에서 효율적이고, 복수기(230)에서의 증기 응축을 위해 필요한 해수의 양을 줄일 수 있어, 이를 공급하기 위한 펌프(미도시)의 동력 소모를 절감할 수 있다.

또한 배출 해수의 온도를 낮춤으로써 발전플랜트의 설치지역에서 온수 배출에 따른 해양 생태계 교란 등의 환경적 영향을 없애고, 최소 6에서 최대 10 ℃ 내외로 규정되는 설치 지역의 TTD(Terminal Temperature Difference) 규제 기준을 충족할 수 있다.

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.

S: 선체
BT1: 제1 밸러스트 탱크
BT2: 제2 밸러스트 탱크
100: 가스 발전부
200: 스팀 발전부
210: 열교환기
220: 증기터빈 발전기
230: 복수기
240: 물 탱크
250: 공급펌프

Claims (7)

1. 선박 또는 해양 구조물에 마련되며 연료를 공급받아 전력을 생산하는 가스 발전부; 상기 가스 발전 부에서 배출되는 고온 가스를 열원으로 증기를 생성하여 발전하는 스팀 발전부; 및 상기 선박 또는 해양 구조물에 마련되며 해수를 저장하여 선체 균형을 유지하는 밸러스트 탱크부를 포함하되,
   상기 스팀 발전부에서 발전 후 배출되는 증기는 해수와의 열교환으로 복수하여 순환되고, 상기 증기와 열교환된 해수는 상기 밸러스트 탱크부를 통해 냉각되어 배출되며,
   상기 밸러스트 탱크부는 상기 선박 또는 해양 구조물의 선미 및 선수 중 적어도 하나에 마련되며 해수를 저장하는 제1 밸러스트 탱크; 및 상기 선박 또는 해양 구조물의 선체 좌현 및 우현 측벽을 따라 마련되며 해수를 저장하는 제2 밸러스트 탱크를 포함하고,
   상기 스팀 발전부에서 열 교환된 해수는 상기 제1 및 제2 밸러스트 탱크 중 적어도 하나의 외측에 인접하여 통과하며 온도를 낮춘 후 선체 외부로 배출되며,
   상기 제1 밸러스트 탱크 및 상기 제2 밸러스트 탱크 중 일부를 씨 체스트로 활용하는 구성인 것을 특징으로 하는 부유식 발전플랜트의 냉각수 배출 시스템.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서, 상기 스팀 발전부는
   물과 상기 가스 발전부로부터 배출되는 고온 가스를 공급받아 증기를 생성하는 열교환기;
   상기 열교환기에서 생성된 증기를 공급받아 터빈을 구동시켜 발전하는 증기터빈 발전기; 및
   상기 증기터빈 발전기에서 배출되는 상기 증기를 해수와 열교환시켜 복수하는 복수기를 포함하는 부유식 발전플랜트의 냉각수 배출 시스템.
4. 제 3항에 있어서, 상기 스팀 발전부는
   상기 복수기에서 복수된 물을 저장하는 물 탱크; 및
   상기 물 탱크에 저장된 물을 펌핑하여 상기 열교환기로 공급하는 공급펌프를 더 포함하는 부유식 발전플랜트의 냉각수 배출 시스템.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 가스 발전부는 탄화수소 성분의 연료를 공급받아 연소시켜 고온 가스를 생성하고, 생성된 고온 가스로 가스 터빈을 구동시켜 발전하는 것을 특징으로 하는 부유식 발전플랜트의 냉각수 배출 시스템.
6. 제 1항에 있어서,
   상기 선박 또는 해양 구조물은 연안에 부유하며 발전하여 육상으로 송전하는 FSPP(Floating Storage Power Plant)를 포함하는 부유식 발전플랜트의 냉각수 배출 시스템.
7. 삭제

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