KR101722602B1 - 전력 공급 방법 - Google Patents

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Abstract

천연가스를 이용해 생산한 전력을 해상 부유물로 공급하는 전력 공급 시스템이 개시된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 천연가스를 이용해 생산한 전력을 해상 부유물로 공급하는 전력 공급 시스템은 해상 부유물에 구비되어 해상 가스정으로부터 채취한 천연가스를 액화시키기 전에 전처리하기 위한 전처리 장치; 육상에 구비되며 천연가스를 연료로 하여 전력을 생산하는 육상 발전소; 상기 해상 부유물로부터 상기 육상 발전소로 상기 천연가스를 공급하는 천연가스 공급 라인; 및 상기 육상 발전소로부터 상기 해상 부유물에 전력을 공급하는 전력 공급 라인; 을 포함하며, 상기 육상 발전소는 상기 해상 부유물로부터 공급받은 전처리된 천연가스로 전력을 생산하여 상기 해상 부유물로 전력을 공급한다.
본 발명에 따르면, 전력을 필요로 하는 해상 부유물이 대량의 전력을 생산하는 육상 발전소로부터 전력을 공급받기 때문에, 해상 부유물에서 자체적으로 전력을 생산하는 경우에 비하여 규모의 경제의 측면에서 유리하여 비용 절감의 효과가 발생한다.

Description

전력 공급 방법{Method of Supplying Electric Power}
본 발명은 해상 부유물로 전력을 공급하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 해상 부유물로부터 육상 발전소로 천연가스를 공급하여 전력을 생산한 후, 생산된 전력을 해상 부유물로 공급하는 방법에 관한 것이다.
FPSO는 부유식 원유 생산 저장 하역 설비(Floating Production Storage Offloading)의 줄임말로 해상에서 원유 채굴부터 저장과 하역을 동시에 할 수 있는 해상 부유물을 의미한다.
FPSO는 이동이 자유로워 소규모 심해 유전 개발에 적합한 구조물이다. 즉, 기존의 해상 원유 채취는 고정된 형태의 플랫폼으로서 석유를 채굴하는 것이 일반적이었으나 고유가 시대에 접어들고 육상의 유정이 고갈되어가는 한편, 규모는 작지만 해상 여러 곳에 산재한 작은 유정을 개발하고자 하는 수요가 증가함에 따라 FPSO에 대한 수요도 증가하고 있다.
한편, 최근에는 액화 천연 가스(Liquefied Natural Gas)의 생산설비, 액화설비, 그리고 저장설비를 구비한 LNG-FPSO(또는 F-LNG)라는 새로운 형태의 특수 선박의 수요가 증가하고 있다. 즉, 기존에는 해상 천연가스 시추 시설에서 생산한 천연가스를 파이프라인을 통해 육상으로 보낸 뒤 액화, 저장 단계를 거쳐 LNG 운반선에 옮겨 운송하는 방식을 사용하였으나, LNG-FPSO의 등장으로 생산, 액화, 저장을 한꺼번에 처리하여 기존의 방식에 비해 시간과 비용을 절감할 수 있으며, 한 지역에서 생산이 끝나면 다른 가스전으로 이동할 수 있는 장점이 있다. 따라서, LNG-FPSO를 '바다 위의 LNG 공장'이라 부르기도 한다.
한편, LNG-FPSO는 채굴한 천연가스를 액화하는 공정이 필요하다. 즉, 천연가스는 상온에서 기체인 바 이대로 운송하기에는 부피가 크므로 섭씨 -163도의 저온으로 액화 냉각시켜 부피를 줄인 후 저장하고 하역하는 것이 필요하다. 따라서, LNG-FPSO는 자체에 독자적인 가스터빈, 스팀터빈, 비상발전기 등을 구비하여 액화공정에 필요한 압축기, 펌프 등에 사용되는 전기를 자체적으로 생산하였다.
그러나, LNG-FPSO의 액화 공정에는 많은 전력이 소모되고, 대량의 전력을 생산하는 육상의 발전소에 비해 규모의 경제의 측면에서 에너지의 효율성이 낮아 LNG-FPSO의 액화 공정에 많은 자원 및 에너지가 낭비되는 문제가 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 LNG-FPSO를 비롯하여 액화천연가스를 다루는 해상 부유물의 여러 공정에 사용되는 전력을 육상 발전소로부터 공급받아 사용하는 한편, 육상 발전소에 전력을 생산하기 위해 필요한 천연가스는 해상 부유물에서 공급하도록 하여, 해상 부유물에서 자체적으로 발전하기 위해 필요한 설비들에 대해 CAPEX 및 OPEX를 줄일 수 있는, 전력 공급 방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 해상 부유물에 구비되어 해상 가스정으로부터 채취한 천연가스를 액화시키기 전에 전처리하기 위한 전처리 장치; 육상에 구비되며 천연가스를 연료로 하여 전력을 생산하는 육상 발전소; 상기 해상 부유물로부터 상기 육상 발전소로 상기 천연가스를 공급하는 천연가스 공급 라인; 및 상기 육상 발전소로부터 상기 해상 부유물에 전력을 공급하는 전력 공급 라인; 을 포함하며, 상기 육상 발전소는 상기 해상 부유물로부터 공급받은 전처리된 천연가스로 전력을 생산하여 상기 해상 부유물로 전력을 공급하는, 천연가스를 이용해 생산한 전력을 해상 부유물로 공급하는 전력 공급 시스템이 제공된다.
상기 육상 발전소로부터 상기 해상 부유물로 천연가스를 회수하기 위한 천연가스 회수 라인; 을 더 포함할 수 있다.
상기 해상 부유물에 구비되어 상기 해상 가스정으로부터 채취한 천연가스를 액화하기 위한 액화 설비; 를 더 포함할 수 있다.
상기 전처리 장치는, 상기 천연가스로부터 슬러그를 포집하는 슬러그 포집기; 상기 천연가스로부터 산성 가스를 제거하는 산성 가스 제거기; 상기 천연가스로부터 수분 및 수은을 제거하는 수분/수은 제거기; 상기 천연가스로부터 NGL(natural gas liquid)를 추출하는 NGL 추출기; 및 상기 NGL 추출기로부터 추출된 NGL을 성분별로 분리하는 분류기; 를 포함할 수 있다.
상기 해상 부유물에서 상기 육상 발전소로 공급한 천연가스의 일부를 상기 해상 부유물로 회수한 후 회수한 상기 천연가스를 상기 해상 부유물에서 액화할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 해상 부유물에 구비되어 해상 가스정으로부터 채취한 천연가스를 전처리한 후 육상 발전소에 공급하는 단계; 상기 공급받은 천연가스를 이용해 상기 육상 발전소에서 전력을 생산하는 단계; 및 육상 발전소에서 해상 부유물로 전력을 공급하는 단계; 를 포함하는, 천연가스를 이용해 생산한 전력을 해상 부유물로 공급하는 전력 공급 방법이 제공된다.
상기 천연가스를 전처리하는 단계는, 상기 천연가스로부터 슬러그를 포집하는 단계; 상기 천연가스로부터 산성 가스를 제거하는 단계; 상기 천연가스로부터 수분 및 수은을 제거하는 단계; 상기 천연가스로부터 NGL(natural gas liquid)를 추출하는 단계; 및 상기 NGL 추출기로부터 추출된 NGL을 성분별로 분리하는 단계; 를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 전력을 필요로 하는 해상 부유물이 대량의 전력을 생산하는 육상 발전소로부터 전력을 공급받기 때문에, 해상 부유물에서 자체적으로 전력을 생산하는 경우에 비하여 규모의 경제의 측면에서 유리하여 비용 절감의 효과가 발생한다.
또한, 본 발명에 따르면, 해상 부유물에서 자체적으로 전력을 생산할 때 작동하는 터빈 등에 의한 소음을 줄일 수 있어 해상 부유물 내에 보다 쾌적한 환경을 조성할 수 있다.
특히, 해상 부유물이 육지 근처의 해안가에서 주로 활동하는 경우 해상 부유물이 전력을 생산하기 위한 설비를 구비할 필요가 없어, 해상 부유물의 건조 비용이 대폭 줄어들고 해상 부유물 내의 공간도 확보되는 효과가 발생한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 천연가스를 이용해 생산한 전력을 해상 부유물로 공급하는 전력 공급 시스템의 개략 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 천연가스의 전처리 장치에 대한 개략 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 전력 공급 라인의 개략 구성도이다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명될 것이나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
한편, 하기에서는 해상 부유물(10)이 LNG-FPSO인 경우를 예로 들었지만 천연가스를 취급하면서 전력을 필요로 하는 모든 형태의 해상 부유물에 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 천연가스를 이용해 생산한 전력을 해상 부유물로 공급하는 전력 공급 시스템의 개략 구성도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 천연가스를 이용해 생산한 전력을 해상 부유물로 공급하는 전력 공급 시스템은 전력을 필요로 하는 해상 부유물(10), 육상에 구비되며 해상 부유물에 공급하기 위한 전력을 생산하는 육상 발전소(30), 발전을 위해 육상 발전소(30)에 필요한 천연가스를 해상 부유물(10)로부터 육상 발전소(30)로 공급하기 위한 천연가스 공급 라인(40), 육상 발전소(30)에서 사용하고 남은 천연가스를 해상 부유물로 회수하기 위한 천연가스 회수 라인(50), 및 육상 발전소(30)에서 생산한 전력을 해상 부유물(10)로 공급하기 위한 전력 공급 라인(20)을 포함한다.
또한, 해상 부유물(10)은 가스전으로부터 채취한 천연가스를 액화시키기 전에 불순물을 제거하는 등의 전처리를 하기 위한 전처리 장치(100), 및 전처리된 천연가스를 액화하기 위한 액화 설비(140)를 포함할 수 있다.
도 1을 참고로 하여 본 발명의 일 실시예에 따른 천연가스를 이용해 생산한 전력을 해상 부유물로 공급하는 전력 공급 시스템의 작용을 설명한다.
해상 부유물(10), 예를 들어 LNG-FPSO에서는 천연가스를 채굴하고 전처리 한 후 액화하는 과정이 진행되는데, 이러한 전처리 과정과 액화 과정에는 전력이 요구된다. 특히, 액화과정에서 많은 전력이 소비되는데, 이러한 전력을 생산하기 위해 해상 부유물(10)에는 전력 생산 설비가 구비되는 것이 일반적이다.
이러한, 전력 생산 설비는 가스 터빈, 스팀 터빈, 비상 발전기 등을 포함하는데, 이러한 전력 생산 설비는 천연가스를 이용해 전력을 생산한다. 하지만, 해상 부유물에 구비된 전력 생산 설비는 육상 발전소에 비해 전력 생산 용량이 작을 수 밖에 없다. 따라서, 천연가스가 전기 에너지로 바뀌는 비율, 즉, 효율이 떨어질 수 밖에 없다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 해상 부유물(10)은 육상에 구비된 육상 발전소(30)로부터 전력을 공급받는다. 이를 위해, 해상 부유물(10)은 천연가스 공급 라인(40)을 통해 육상 발전소(30)로 천연가스를 공급한다. 이러한, 천연가스는 전처리 과정을 거친 후 액화 공정을 거치기 전의 상태로 공급될 수 있다. 즉, 해상 부유물(10)로부터 육상 발전소(30)로 공급되는 천연가스는 기체 상태일 수 있다. 천연가스를 공급받은 육상 발전소(30)는 이를 이용해 전력을 생산하고, 생산된 전력을 전력 공급 라인(20)을 통해 해상 부유물(10)로 공급한다. 따라서, 본 발명은 해상 부유물(10)과 육상 발전소(30) 사이의 거리가 천연가스 공급 라인(40), 및 전력 공급 라인(20)이 구비될 수 있는 거리인 경우, 즉, 해상 부유물(10)이 육상으로부터 비교적 가까운 경우에 실시될 수 있다.
한편, 육상 발전소(30)에서는 해상 부유물(10) 등으로부터 공급받은 천연가스를 모두 사용하지 않는 경우가 있다. 이러한 경우는, 전력의 수요가 충분히 많지 않은 경우일 수 있다. 이 때, 육상 발전소(30)는 천연가스 회수 라인(50)을 통해, 해상 부유물(10)로 천연가스를 공급한다.
이렇게 공급받은 천연가스는 해상 부유물(10)에서 액화 설비(140)에 의해 액화될 수 있다. 이렇게 액화된 천연가스는 LNG 운반선 등에 하역되어 천연가스 수요지로 운송될 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 육상 발전소(30)에 공급되는 천연가스는 액화 공정을 거치지 않도록 하므로 LNG-FPSO와 같은 해상 부유물(10)에서의 전력 사용에 많은 비중을 차지하는 액화 공정에서 사용되는 전력을 줄일 수 있어 에너지 효율의 측면에서 유리하다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 천연가스의 전처리 장치에 대한 개략 구성도이다.
천연가스의 전처리 장치(100)는 가스정에서 채굴된 천연가스에 대해, 상온에서의 고형물을 분리하는 슬러그 포집기(102), 이산화탄소나 황화합물 등의 산성가스를 제거하는 산성 가스 제거기(104), 수분 및 수은을 제거하는 수분/수은 제거기(106), 프로판과 부탄 등의 중질분을 제거하는 NGL 추출기(108), NGL 추출기(108)로부터 추출된 중질분을 다시 분자량에 따라 분리하는 분류기(110), 물과 불순물 등을 분리해내는 콘덴세이트 제거기(112), 분리된 콘덴세이트를 저장하는 콘덴세이트 탱크(114), 및 천연가스로부터 분리한 LPG(액화 석유 가스)를 저장하는 LPG 탱크(116)을 포함한다.
가스정에서 채굴한 천연가스는 해당 가스정의 환경에 따라 다르긴 하지만 불순물을 포함하고 있다. 이러한 불순물들은 천연가스가 통과하는 라인을 막을 수 있으며 천연가스의 품질을 떨어뜨릴 수 있으므로 제거될 필요가 있다.
먼저, 이산화탄소는 저온에서 고형화되는 물질로서 열교환기의 통로를 막을 수 있으며, LNG의 열량 품질을 떨어뜨릴 수 있다. 또한, 황산화물 역시 천연가스가 통과하는 배관을 부식시킬 수 있다. 따라서 이산화탄소와 황산화물 등은 산성 가스 제거기(104)를 통해 제거된다.
천연가스 내의 수분은 결빙되거나 하이드레이트를 형성하여 열교환기의 통로를 막을 수 있고, 수은은 알루미늄에 대한 부식성이 있어 알루미늄으로 만들어진 열교환기의 부식 문제를 일으킬 수 있어 수분/수은 제거기(106)를 통해 수분 및 수은을 제거한다.
천연가스 내에 있는 중질분, 예를 들어 프로판과 부탄은 생산되는 LNG의 열량을 수요지의 요구에 맞게 조절하고, 혼합냉매 액화공정에서의 냉매로 사용하기 위해 NGL 추출기(108) 및 분류기(110)를 통해 천연가스로부터 분리된다.
이렇게, 전처리 장치(100)를 통해 전처리된 천연가스는 도 1에 도시된 액화 설비(140)에 공급되거나 도 1에 도시된 육상 발전소(30)에 발전을 위한 연료로서 공급된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 전력 공급 라인의 개략 구성도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전력 공급 라인은, 도 1의 육상 발전소(30)에서 생산한 교류 전류를 직류 전류로 변환하는 정류기(202), 직류 전류를 교류 전류로 변환하는 인버터(208), 정류기(202)로부터 인버터(208)로 직류 전류를 공급하는 라인을 제공하는 직류 전류 공급 라인(204), 및 인버터(208)에서 변환된 교류 전류의 전압을 도 1의 해상 부유물(10)에서 요구하는 전압으로 변압하는 변압기(210)를 포함한다.
직류 전류 공급 라인(204)은, 직류 전류를 복수의 전력 수요처로 공급하기 위해 직류 전류를 분배하는 전류 분배 라인(206)을 더 포함할 수 있다.
또한, 정류기(202)와 인버터(208)는 육상에 구비될 수 있다.
전력의 손실을 줄이기 위해 발전소에서 생산되는 전력은 교류 전류이다. 이렇게 생산된 교류 전류는 육상 발전소(30) 측에 위치한 정류기(202)를 통하여 직류 전류로 변환한다. 정류기(202)는 교류 전류에서 직류 전류를 얻기 위해 정류 작용에 중점을 두고 만들어진 전기적인 장치로서 한 방향으로만 전류를 통과시키는 기능을 가진다.
이렇게, 변환된 직류 전류는 직류 전류 공급 라인(204)을 통해 해상 부유물에 공급되는데 이때, 해상 부유물에는 복수개의 전력 수요처가 있을 수 있다. 따라서, 해상 부유물 상의 복수개의 전력 수요처에 전력을 공급하기 위해 전류를 분배할 필요가 있는데 전류를 분배하는 역할을 하는 것이 전류 분배 라인(206)이다. 전류 분배 라인(206)은 육상 발전소에서부터 복수개의 직류 전류 공급 라인(204)가 구비되는 경우에 비해 전력의 손실을 줄이는 역할을 한다. 즉, 전류가 통과하는 라인의 길이가 길수록 전력 손실이 많은 특성상, 직류 전류 공급 라인(204)의 도중에 전류 분배 라인(206)을 구비함으로써 전류가 통과하는 라인의 길이를 최소화하여 전력의 손실을 줄일 수 있다.
한편, 직류 전류 공급 라인(204)을 통해 해상 부유물측으로 공급된 전류는 인버터(208)를 통해 다시 교류 전류로 변환된다. 이는 교류 전류를 사용하는 해상 부유물에서 전력을 사용할 수 있도록 하기 위함이다. 또한, 변환된 교류 전류는 변압기를 통과하면서 해상 부유물에서 요구하는 전압에 맞게 변압되어 최종적으로 해상 부유물에 공급된다.
10 : 해상 부유물
20 : 전력 공급 라인
30 : 육상 발전소
40 : 천연가스 공급 라인
50 : 천연가스 회수 라인
100 : 전처리 장치
140 : 액화 설비
102 : 슬러그 포집기
104 : 산성 가스 제거기
106 : 수분/수은 제거기
108 : NGL 추출기
110 : 분류기
112 : 콘덴세이트 제거기
114 : 콘덴세이트 탱크
116 : LPG 탱크
202 : 정류기
204 : 직류 전류 공급 라인
206 : 전력 분배 라인
208 : 인버터
210 : 변압기

Claims (8)

1) LNG-FPSO로부터 육상 발전소로 천연가스를 공급하는 단계;
2) 상기 육상 발전소는 상기 LNG-FPSO로부터 공급받은 천연가스를 사용하여 전력을 생산하는 단계; 및
3) 상기 육상 발전소가 상기 2)단계에서 생산한 전력을 상기 LNG-FPSO로 공급하는 단계;
를 포함하는, 전력 공급 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 LNG-FPSO는 전력 생산 설비를 탑재하지 않는 것을 특징으로 하는, 전력 공급 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 1)단계에서 상기 LNG-FPSO로부터 상기 육상 발전소로 공급되는 천연가스는, 액화 공정을 거치지 않는 것을 특징으로 하는, 전력 공급 방법.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
4) 상기 육상 발전소가 전력을 생산하는데 사용하고 남은 천연가스를 상기 LNG-FPSO로 회수하는 단계를 더 포함하는, 전력 공급 방법.
청구항 4에 있어서,
5) 상기 4)단계에서 회수한 천연가스를 상기 LNG-FPSO에서 액화시키는 단계를 더 포함하는, 전력 공급 방법.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 1)단계에서, 상기 LNG-FPSO에서 전처리 단계를 거친 천연가스를 상기 육상 발전소로 공급하는, 전력 공급 방법.
삭제
청구항 6에 있어서,
상기 전처리 단계는,
상기 천연가스로부터 슬러그를 포집하는 단계;
상기 천연가스로부터 산성 가스를 제거하는 단계;
상기 천연가스로부터 수분 및 수은을 제거하는 단계;
상기 천연가스로부터 NGL(natural gas liquid)를 추출하는 단계; 및
추출된 NGL을 성분별로 분리하는 단계;
를 포함하는, 전력 공급 방법.
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