KR101884938B1 - 간헐적 리뉴어블 에너지 소스로부터의 에너지를 사용하여 에너지 그리드를 공급하기 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 간헐적 리뉴어블 에너지 소스로부터의 에너지를 사용하여 에너지 그리드를 공급하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다
본 발명은 윈드팜 또는 다른 리뉴어블스에 의해 생성된 리뉴어블 에너지를 이용한다. 리뉴어블 에너지는 지역적 또는 국가적 에너지 그리드에 에너지를 공급하는 데 사용될 수 있다. 그러나, 본 발명에 따르면, 리뉴어블 에너지의 적어도 일부는 수소 및 질소를 생성하기 위해 에너지를 사용함으로써 저장될 수 있다. 부산물로서, 폐기물 산소가 제조될 것이다. 수소 및 질소는 후속하여 암모니아 가스 터빈에 대해 이용가능하도록 저장되는 암모니아로 전환된다. 가스 터빈은 에너지 그리드용 에너지를 생성하기 위해 암모니아를 연소시킨다. 산소는 NH3 버닝 프로세스의 효율 및 청정도를 개선하도록 가스 터빈에 제공된다.

Description

간헐적 리뉴어블 에너지 소스로부터의 에너지를 사용하여 에너지 그리드를 공급하기 위한 시스템 및 방법 {SYSTEM AND METHOD FOR SUPPLYING AN ENERGY GRID WITH ENERGY FROM AN INTERMITTENT RENEWABLE ENERGY SOURCE}
본 발명은 간헐적 리뉴어블 에너지 소스(intermittent renewable energy source)로부터의 에너지를 사용하여 에너지 그리드(energy grid)를 공급하기 위한 시스템(system) 및 방법에 관한 것이다.
지난 몇 년간 에너지 생성(energy generation)을 위한 리뉴어블(renewable) 천연 자원들(리뉴어블스(renewables))의 활용(uptake)은 인상적이었지만, 리뉴어블스의 일시적인 성질(transient nature)을 다루는 데에는 여전히 미해결 문제가 존재한다. 태양열(solar) 및 윈드 파워(wind power) 양자 모두는 이들의 특성상 간헐적이며, 따라서, 에너지 네트워크들(energy networks)에 신뢰할 수 있는 기저부하(dependable baseload)를 제공하는 것이 불가능하다. 에너지 소비자들의 수요가 불규칙할 수 있기 때문에, 리뉴어블스에 기초한 파워 공급(power supply)은 소비자들의 수요와 부합하지 않는다. 또한, 초과 에너지, 즉, 리뉴어블스로부터 일시적으로 이용 가능하지만, 그 당시에 소비자들에 의해 요구되지 않는 에너지의 양은 에너지 네트워크들에 무리를 주며(strains), 소비되지 않을 경우 손실될 수 있다.
이에 따라, 리뉴어블스에 의해 일시적으로 제공되는 에너지가 수요를 커버(cover)하기에 충분하지 않다는 조건들이 존재한다. 그러나, 리뉴어블스에 의해 일시적으로 제공되는 에너지가 현재의 수요를 초과하고 있는 조건들도 또한 존재할 것이다. 리뉴어블 소스들(renewable sources)로부터의 에너지의 비율이 증가함에 따라, 상황은 지속 불가능해질(unsustainable) 것이다.
이러한 결점들을 해결하기 위한 유망한 접근법은 에너지를 저장하기에 적합한 장기 에너지 버퍼들(long term energy buffers) 또는 저장소들(storages)을 사용하는 것일 것이다. 이러한 해법은 과도한 에너지가 이용 가능한 상황들뿐만 아니라 수요가 이용 가능한 에너지를 초과하는 상황들을 다루는 것을 허용할 것이다.
전기 에너지를 저장하기 위한 다양한 버퍼링(buffering) 해법들, 예컨대, 리튬 배터리들(Lithium batteries) 및 바나듐계 레독스 배터리들(Vanadium based Redox batteries)이 공지되어 있지만, 이러한 해법들은 필요한 에너지 저장 규모(scale of energy storage)를 제공할 수 없다. 수소는 에너지 저장을 위한 또다른 카본 프리 루트(carbon free route)를 제공하지만, 이는 활용하기가 어렵고 위험하다. 기체 형태(gaseous form)에서, 적절한 에너지 밀도를 성취하기 위해서 500 bar들로 압축되어야 한다. 액체 수소는 극저온 온도들 및 관련된 복잡한 인프라스트럭처(infrastructure)를 필요로 한다. 또한, 어느 형태로든 수소의 사용은, 폭발의 위험으로 인해 세이프가드들(safeguards)을 필요로 한다. 이러한 이유들로, 수소는 에너지 저장을 위한 자격있는 후보(qualified candidate)로 고려되지 않는다.
이에 따라, 지역적(local) 또는 국가적 규모(national scale)로 리뉴어블 에너지들에 대한 에너지 공급 및 수요들을 디커플링(decoupling)하는데 신뢰가능하고 적절한 수단이 현재는 존재하지 않는다.
본 발명의 목적은 간헐적 리뉴어블 에너지 소스로부터의 에너지를 사용하여 에너지 그리드를 공급하는 해법을 제공하는 것이다.
이 목적은 청구항 제 1 항에 따른 시스템 및 청구항 제 13 항에 따른 방법에 의해 해결된다.
본 발명은 리뉴어블(renewable)을 사용하여 생성된 에너지의 적어도 일부들(parts)을 저장하는 접근법에 기초한다. 이는 수소 및 질소를 제조하기 위해 그 에너지를 사용함으로써 성취된다. 수소 및 질소는 후속하여 암모니아(Ammonia)(NH3)로 전환되며, 이 암모니아는 카본-프리 연료이며 주위 온도들로 저장될 수 있다. 또한, NH3는 파이프라인들(pipelines), 레일로드들(railroads), 쉬핑(shipping) 및 트럭들(trucks)을 사용하여 효과적이고 안전하게 운송될 수 있다. 또한, NH3는 카본 프리 프로세스(process)에서 합성될 수 있고 그리고 온실 가스들(green house gases)을 생성하지 않고 연소될 수 있다는 이점을 제공한다.
본 발명은 후속하여 저장될 수 있는 암모니아의 생성을 위한 리뉴어블 에너지를 사용함으로써 변동하는 리뉴어블 에너지 소스들로부터의 전기(electricity)의 공급 및 수요의 디커플링을 성취한다. 저장된 암모니아는 이어서 전기 그리드로 공급되는 전기를 생성하기 위해서 NH3 발전기(power generator)에서 사용될 수 있다. 본 발명에 의해 제안된 이러한 통합된 해법은 간헐적 전기를 지역적 또는 국가적 에너지 그리드에 대한 리뉴어블 에너지 소스에 의해 제공된 기저부하로 바꾸는(translate) 것을 허용한다.
또한, 본 발명은 수소 및/또는 질소의 제조 중에 부산물로서 생성되는 산소를 또한 사용한다. 여기서 생성된 산소는 산소 저장소(Oxygen storage)로 지향된다. 산소가 NH3 발전기의 최적화된 성능을 성취하게 NH3 발전기에 제공될 수 있도록, 산소 저장소가 NH3 발전기에 유체 연결된다. 예컨대, 연소 중에 증가된 산소 농도(concentration)는 NH3 버닝(burning)의 효율과 청정도를 증가시킬 것이다.
산소 저장소로부터 NH3 발전기로의 산소의 유동은 대응하는 산소 제어 시스템에 의해 관리될 것이다. 산소 제어 시스템은 연소 상태에 대한 정보를 부여하는 연소 파라미터들(combustion parameters)뿐만 아니라 NH3 발전기에 도달하는 NH3의 양, 즉 NH3 발전기에 대한 NH3 유량을 입력으로서 수신한다. 예컨대, 이는 연소 챔버(chamber) 내의 온도 및 연소 챔버 내의 가스의 화학적 컴포지션(chemical composition)일 수 있다. 이들 데이터(data) 중에서, 산소 제어 시스템은 산소 저장소로부터 NH3 발전기로 제공될 최적의 산소의 유량을 판정한다.
이에 따라, 버퍼(buffer)로서의 NH3 저장 용기의 존재는 에너지 그리드에 에너지를 제공하는 보다 양호한 유연성 그리고 따라서 개선된 로드 밸런싱(load balancing)을 허용한다. 또한, 시스템 및 방법의 효율은 시스템에서 제조된 산소의 사용에 의해 개선된다.
본 발명은 중공업(heavy industry) 및 시골 지역들(rural areas)의 지역적(local) 에너지 공급, 그리드 안정화뿐만 아니라 리뉴어블 에너지들에 기초한 에너지 네트워크 작동을 위해 적용될 수 있다.
보다 상세하게는, 에너지 그리드(energy grid)를 위한 그리고 리뉴어블 에너지 소스(renewable energy source)에 의해 제공되는 간헐적 리뉴어블 에너지에 기초하여 에너지 그리드를 위한 에너지 입력의 로드 밸런싱을 위해 에너지를 제공하기 위한 시스템은,
- 수소(H2), 질소(N2), 및 산소(O2)를 제조하기 위한 H2-N2-O2-제조 유닛(production unit) ― H2-N2-O2-제조 유닛은 리뉴어블 에너지 소스에 의해 제공되는 에너지를 이용하여 작동됨 ―,
- H2-N2-O2-제조 유닛에 의해 제조된 산소를 수용 및 저장하도록 구성되는 산소 저장소,
- 수소-질소-혼합물을 형성하기 위해서 H2-N2-O2-제조 유닛에 의해 제조된 수소 및 질소를 수용하여 혼합하도록 구성되는 혼합 유닛,
- NH3를 포함하는 가스 혼합물을 생성하기 위해 수소-질소-혼합물을 수용하여 처리하기 위한 NH3 소스 ― NH3 소스는 혼합 유닛으로부터 수소-질소 혼합물을 수용하도록 혼합 유닛에 유체 연결되며, NH3 소스는 수소-질소-혼합물로부터 NH3를 포함하는 가스 혼합물을 생성하도록 구성되며, NH3 소스는 NH3를 포함하는 가스 혼합물의 NH3의 적어도 일부를 저장하기 위한 NH3 저장 용기를 포함함 ―,
- 에너지 그리드를 위해 에너지를 생성하기 위한 NH3 발전기를 포함하며,
NH3 발전기는,
- NH3 저장 용기로부터 NH3를 수용하도록 NH3 저장 용기에 유체 연결되며,
에너지 그리드를 위해 에너지를 생성하도록 연소 챔버에서 수용된 NH3을 연소시키도록 구성되고,
- 산소 저장소로부터의 산소가 버닝의 효율 및 청정도를 증가시키기 위해서 NH3의 연소를 위한 연소 챔버로 도입될 수 있도록 산소 저장소에 유체 연결된다.
시스템은 연소 챔버에서의 실제 작업 조건들에 대한 정보를 포함하는 입력 데이터 세트(set)에 기초하여 산소 저장소로부터 NH3 발전기로의 산소의 유동을 제어하기 위한 산소 제어 시스템을 포함할 수 있다.
작업 조건들은,
- 연소 챔버에서의 연소 상태,
- NH3 저장 용기로부터 NH3 발전기로의 NH3의 유량,
- 연소 챔버 내의 온도,
- 연소 챔버 내의 가스 혼합물의 실제 화학적 컴포지션 및/또는
- NH3 발전기의 연소 배기 가스들의 실제 화학적 컴포지션 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이는 최적의 파라미터들 및 효율을 사용하여 시스템을 작동시키는 것을 허용한다.
상기 시스템은 NH3 저장 용기에 저장될 NH3의 생성을 제어하고 그리고/또는 NH3 발전기를 사용한 에너지의 생성을 제어하기 위한 주 제어 유닛을 포함할 수 있다. 예컨대, 제어는 H2-N2-제조 유닛에 제공되는 에너지 유동을 조절하고, 이와 함께, H2 및 N2의 제조를 조절하거나 영향을 주는 혼합기들(mixers), 압축기들(compressors) 또는 다른 컴포넌트들(components)을 통해 시스템의 질량 유동을 조절하고, 그리고/또는 NH3 반응 챔버에서 온도를 조절함으로써, 성취될 수 있다.
주 제어 유닛은, 대응하는 컴포넌트들로 구성되고 배열, 즉 연결될 수 있어, NH3 저장 용기에 저장될 NH3의 생성의 제어 및/또는 NH3 발전기에 의한 에너지의 생성의 제어는, 적어도 에너지 그리드의 실제 파워 수요 및/또는 리뉴어블 에너지 소스에 의해 현재 생성된 에너지의 양에 의존한다. 이는 에너지 그리드의 실제 수요들에 반응하고 다른 한편으로, 낮은 수요들의 경우에 리뉴어블 에너지 소스로부터 에너지를 저장하는 것을 허용하는 유연한 에너지 공급을 허용한다.
주 제어 유닛은,
- 바람직하게는, 리뉴어블 에너지 소스로부터 낮은 리뉴어블 에너지 입력의 기간들 동안 NH3 저장 용기에 저장될 NH3의 생성을 동시에 감소시키고(이는 NH3를 포함하는 가스 혼합물의 생성을 제어함으로써 성취될 수 있음) 그리고/또는 에너지의 생성을 증가시키고,
- 바람직하게는, 리뉴어블 에너지 소스로부터의 높은 리뉴어블 에너지 입력 기간들 동안 NH3 저장 용기에 저장될 NH3의 생성을 동시에 증가시키고 그리고/또는 에너지의 생성을 감소시키도록 구성될 수 있다.
이는, 또한 에너지 그리드에 대한 에너지 입력의 효과적인 로드 밸런싱 및 에너지 그리드의 실제 수요에 반응하고 다른 한편으로, 낮은 수요들의 경우에 리뉴어블 에너지 소스로부터 에너지를 저장하는 것을 허용하는 유연한 에너지 공급을 허용한다.
본원에서, 용어들 "낮은" 및 "높은"은 소정의 부여된 임계값들(threshold values)을 참조될 수 있다. 즉, 낮은 리뉴어블 에너지 입력은 실제 리뉴어블 에너지 입력이 제 1 임계(threshold)보다 적음을 의미하고 높은 리뉴어블 에너지 입력은 실제 리뉴어블 에너지 입력이 제 2 임계보다 많음을 의미한다. 제 1 및 제 2 임계는 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
H2-N2-O2-제조 유닛은,
- 수소 및 산소를 제조하기 위한 전해조(electrolyzer) ― 전해조는 물 및 리뉴어블 에너지 소스에 의해 제조된 에너지를 수용하고 전기 분해(electrolysis)에 의해 수소 및 산소를 제조하도록 구성됨 ―, 및
- 질소 및 산소를 제조하기 위한 공기 분리 유닛을 포함할 수 있고, 공기 분리 유닛은 공기 및 리뉴어블 에너지 소스에 의해 제조된 에너지를 수용하고 수용된 공기를 분리함으로써 질소 및 산소를 제조하도록 구성된다.
이는 리뉴어블 에너지 소스로부터의 에너지를 활용함으로써 수소(H2), 질소(N2) 및 산소(O2)를 제조하는 것을 허용한다.
혼합 유닛은 그 내부에 제조된 수소 및 질소를 수용하기 위해 H2-N2-제조 유닛에 유체 연결될 수 있으며, 혼합 유닛은 수소-질소-혼합물을 형성하도록 수소와 질소를 혼합하는 혼합기 및 NH3 소스로 지향되도록 압축된 수소-질소-혼합물을 형성하도록 혼합기로부터 수소-질소-혼합물을 압축하기 위한 압축기를 포함할 수 있다. 따라서, 혼합 유닛은 압축된 H2-N2-혼합물을 제공한다.
혼합 유닛은 H2-N2-제조 유닛으로부터 수소 및 질소를 버퍼링하기 위한 임시 저장 시스템을 더 포함할 수 있으며, 임시 저장 시스템은 H2-N2-제조 유닛으로부터 수소와 질소를 수용하고, 버퍼링을 위해 수소와 질소를 임시로 저장하고 그리고 후속하여 혼합기에 버퍼링된(buffered) 수소 및 질소를 프로세싱하도록(process) 구성된다. 이는 보다 효율적인 혼합 프로세스를 허용한다.
NH3 소스는,
- 혼합 유닛으로부터 수소-질소-혼합물을 수용하고 수용된 수소-질소-혼합물을 처리하여 NH3를 포함하는 가스 혼합물을 형성하도록 구성되는 NH3 반응 챔버, 및
- NH3 반응 챔버로부터 NH3를 포함하는 가스 혼합물을 수용하기 위한 분리기(separator)를 포함할 수 있고,
여기서,
- 분리기는 NH3 및 나머지 수소-질소-혼합물이 제조되도록 NH3를 포함하는 가스 혼합물로부터 NH3를 분리하도록 구성되며,
- 분리기는 제조된 NH3를 NH3 저장 용기로 지향시키도록 NH3 저장 용기에 유체 연결된다.
분리기의 사용은 NH3의 효율적인 제조를 허용한다.
일 실시예에서, 재압축기 및 제 2 혼합기를 사용하여 나머지 수소-질소-혼합물을 재처리하기(re-processing) 위한 추가의 재처리 유닛(re-processing unit)이 이용가능하며,
- 재압축기는 분리기로부터 나머지 수소-질소-혼합물을 수용하여 압축하도록 분리기에 유체 연결되고,
- 제 2 혼합기는 재압축기로부터 압축된 나머지 수소-질소-혼합물을 수용하기 위해 재압축기에 유체 연결되며,
- 제 2 혼합기는 혼합 유닛으로부터 수소-질소-혼합물을 수용하기 위해 혼합 유닛에 유체 연결되고,
여기서,
- 제 2 혼합기는 NH3 소스에 제공될 수소-질소-혼합물을 형성하기 위해 혼합 유닛으로부터의 수소-질소-혼합물과 재압축기로부터의 압축된 나머지 수소-질소-혼합물을 혼합하도록 구성된다.
재처리 유닛의 사용은 추가 NH3를 형성하도록 나머지 H2 및 N2를 재순환시키는 것을 허용한다.
대안의 실시예에서, 분리기는 나머지 수소-질소-혼합물을 분리기로부터 혼합 유닛으로 지향시키도록 혼합 유닛에 유체 연결될 수 있어, 나머지 수소-질소-혼합물이 NH3 소스에 의해 수용될 수소-질소-혼합물을 형성하도록 H2-N2-제조 유닛으로부터 수소 및 질소와 혼합 유닛에서 혼합된다. 이는, 또한 추가의 NH3를 형성하도록 나머지 H2 및 N2를 재순환시키는 것을 허용한다.
시스템은 에너지 분배 유닛을 더 포함하고, 에너지 분배 유닛은 리뉴어블 에너지 소스에 의해 제공된 에너지를 수용하고 그리고 에너지를 에너지 그리드 및/또는 H2-N2-제조 유닛에 분배하도록 구성되며, 분배는 에너지 그리드의 에너지 수요 상황에 의존한다. 예컨대, 에너지 그리드로부터 에너지 수요가 더 높은 경우에, 리뉴어블 에너지 소스에 의해 에너지 그리드에 제공되는 에너지의 분율(fraction)이 더 높고 시스템에 제공되는 나머지 분율은 더 낮다.
에너지 그리드로부터 에너지 수요가 더 낮은 경우에, 리뉴어블 에너지 소스에 의해 에너지 그리드에 제공되는 에너지의 분율이 더 낮고 시스템에 제공되는 나머지 분율은 더 높다. 이는 시스템의 효과적인 작동을 허용하고, 그 결과, 에너지 그리드에 대한 에너지 입력의 로드 밸런싱을 허용한다.
에너지 그리드를 위한 그리고 리뉴어블 에너지 소스에 의해 제공되는 간헐적 리뉴어블 에너지에 기초하여 에너지 그리드를 위한 에너지 입력의 로드 밸런싱을 위해 에너지를 제공하기 위한 대응 방법에서,
- 리뉴어블 에너지 소스로부터의 에너지의 적어도 일부는 H2-N2-O2-제조 유닛으로부터 수소, 질소 및 산소를 제조하도록 사용되며,
- 제조된 산소는 산소 저장소로 지향되고 저장되며,
- 제조된 수소 및 질소는 수소-질소-혼합물을 형성하도록 혼합 유닛에서 혼합되고,
- 수소-질소-혼합물은 NH3를 포함하는 가스 혼합물을 생성하도록 NH3 소스에서 처리되고 NH3를 포함하는 가스 혼합물의 NH3는 NH3 저장 용기에 저장되며,
- NH3는 NH3 저장 용기로부터 NH3 발전기의 연소 챔버로 제공되고, 제공된 NH3는 에너지 그리드를 위한 에너지를 생성하기 위한 연소 챔버에서 연소되고,
여기서,
- 산소 저장소로부터의 산소가 버닝의 효율 및 청정도를 증가시키기 위해서 NH3의 연소를 위한 연소 챔버로 도입된다.
산소 제어 시스템은 연소 챔버에서의 실제 작업 조건들에 대한 정보를 포함하는 입력 데이터 세트에 기초하여 산소 저장소로부터 NH3 발전기로의 산소의 유동을 제어할 수 있다. 이는 최적의 파라미터 세트 및 대응하는 높은 효율로 시스템을 작동시키는 것을 허용한다.
본원에서, 작업 조건들은,
- 연소 챔버에서의 연소 상태,
- NH3 저장 용기로부터 NH3 발전기로의 NH3의 유량,
- 연소 챔버 내의 온도 및/또는
- 연소 챔버 내의 가스 혼합물의 실제 화학적 컴포지션,
- NH3 발전기의 연소 배기 가스들의 실제 화학적 컴포지션 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
시스템의 주 제어 유닛은 NH3 저장 용기에 저장될 NH3의 생성 및/또는 NH3 발전기에 의한 에너지의 생성을 제어할 수 있다.
NH3를 포함하는 가스 혼합물은 NH3을 포함하는 가스 혼합물로부터 NH3을 분리하는 분리기로 지향될 수 있어, NH3 저장 용기에 저장될 NH3 및 나머지 수소-질소-혼합물이 제조된다. 이에 따라, 추가의 불순물들이 없는 NH3가 저장 용기로 지향될 수 있다.
일 실시예에서, 나머지 수소-질소-혼합물은 재압축될 수 있고, 재압축된 나머지 수소-질소-혼합물은 NH3 소스에 의해 수용될 수소-질소-혼합물을 형성하도록 혼합 유닛으로부터 수소-질소-혼합물과 혼합된다. 이에 따라, 수소 및 질소는 추가의 NH3를 형성하도록 재순환될 수 있다.
대안의 실시예에서, 나머지 수소-질소-혼합물은 NH3 소스에 의해 수용될 수소-질소-혼합물을 형성하도록 H2-N2-O2 제조 유닛으로부터의 수소 및 질소와 혼합 유닛에서 혼합된다. 이에 따라, 수소 및 질소는 추가의 NH3를 형성하도록 재순환될 수 있다.
주 제어 유닛은 적어도 에너지 그리드의 실제 파워 수요 및/또는 리뉴어블 에너지 소스에 의해 현재 생성된 에너지의 양에 따라 NH3 저장 용기에 저장될 NH3의 생성 및/또는 NH3 발전기에 의한 에너지의 생성을 제어할 수 있다.
또한, 주 제어 유닛은,
- 바람직하게는, 리뉴어블 에너지 소스로부터의 낮은 리뉴어블 에너지 입력 기간들 동안 NH3 저장 용기에 저장될(성취 가능할 수 있음) NH3의 생성을 동시에 감소시키고 그리고/또는 에너지의 생성을 증가시키고,
- 바람직하게는, 리뉴어블 에너지 소스로부터의 높은 리뉴어블 에너지 입력 기간들 동안 NH3 저장 용기에 저장될 NH3의 생성을 동시에 증가시키고 그리고/또는 에너지의 생성을 감소시킨다.
이에 따라, 주 제어 유닛은 NH3의 생성 및 에너지의 생성을 제어한다. 예컨대, 리뉴어블 에너지 소스가 예컨대, 낮은 에너지를 생성하는 기간들 동안, 그리고, 바람이 약한 페이스들(phases) 동안의 윈드밀(windmill)의 경우에, 리뉴어블 에너지 소스에 의한 공급이 충분하지 않을 수 있기 때문에, 주 제어 유닛은 NH3 발전기를 파워 업(power up)할 수 있어 에너지 그리드에 더 많은 에너지를 공급한다. 리뉴어블 에너지 소스가 많은 양의 에너지를 생성하는 기간들 동안, 예컨대, 바람이 강한 페이스들 동안, 리뉴어블 에너지 소스가 그리드에 충분한 에너지를 제공하기 때문에, 주 제어 유닛은 NH3 발전기를 파워 다운(power down)할 수 있다. 그러나, 주 제어 유닛은 NH3의 제조와 저장을 증가시킬 것이다.
다른 디바이스(device)에 "유체 연결"되는 디바이스는 유체가 디바이스들 사이의 연결부, 예컨대, 튜브(tube)를 통해 디바이스로부터 추가의 디바이스로 전달될 수 있음을 의미한다. 본원에서, 유체는 액체뿐만 아니라 기체일 수 있다.
이하, 본 발명은 도 1에 기초하여 상세히 설명된다. 상이한 도면들에서 동일한 참조 부호들은 동일한 컴포넌트들을 지칭한다.
도 1은 간헐적 리뉴어블 에너지 소스의 로드 밸런싱(load balancing)을 위한 시스템을 도시한다.
도 2는 나머지 H2-N2-가스 혼합물의 재순환을 갖는 시스템의 추가의 실시예를 도시한다.
도 3은 시스템의 추가의 실시예의 변형을 도시한다.
시스템(100)은 리뉴어블 에너지 소스(10), 예컨대, 윈드밀(windmill) 또는 복수의 개별 윈드밀들을 갖는 윈드 팜(windfarm)을 포함한다. 대안으로, 리뉴어블 에너지 소스(10)는 또한 태양열 발전소(solar power plant) 또는 물, 바람 또는 태양열 에너지와 같은 리뉴어블 피드스톡(feedstock)으로부터 에너지를 생성하기에 적합한 임의의 다른 발전소일 수 있다. 이하, 시스템(100)은 리뉴어블 에너지 소스(10)가 윈드밀이라는 가정 하에 설명된다. 그러나, 이는 본 발명에 어떠한 제한적인 영향을 갖지 않아야 한다.
윈드밀(10)은 윈드밀(10)에 의해 생성된 에너지를 그리드(300)에 공급하기 위해 에너지 그리드(300)에 연결된다. 본원에서, 윈드밀(10)에 의해 생성된 에너지(1)의 적어도 분율(fraction)인 에너지량(1'')이 에너지 그리드(300)의 소비자들의 에너지 수요들을 충족시키기 위해서 에너지 그리드(300)에 제공된다. 에너지 그리드(300)는 또한 정상적으로 다른 에너지 소스들에 대한 억세스(access)를 갖는 것으로 언급될 수 있다.
그러나, 생성된 에너지(1)의 나머지 에너지량(1')은 시스템(100)의 수소-질소-산소-제조 유닛(20)(H2-N2-O2-제조 유닛)을 작동시키기 위해 시스템(100)에서 사용될 수 있다.
특히, 과잉 에너지가 이용 가능할 때, 즉 리뉴어블 에너지 소스(10)에 의해 생성된 에너지(1)가 리뉴어블 에너지 소스(10)에 대한 에너지 그리드(300)의 에너지 수요를 초과할 때, 이 과잉 에너지는 H2-N2-O2-제조 유닛(20)을 작동시키도록 유닛(20)으로 지향될 수 있다. H2-N2-O2-제조 유닛(20)에 피딩되는(fed) 에너지(1')의 양은 에너지 그리드(300)에 의해 공급되는 소비자들의 에너지 수요들에 의존한다. 즉, 높은 수요들이 있는 경우에, 예컨대, 피크 시간들(peak times) 동안, 윈드밀(10)에 의해 생성된 에너지(1)의 100 %가 수요를 커버하기 위해서 전력 그리드(300)로 피딩되어야 할 수도 있다. 대조적으로, 매우 낮은 수요들의 경우에, 예컨대, 밤 시간들 동안, 윈드밀(10)에 의해 생성된 전기(1)의 100 %는 시스템(100)에서의 사용을 위해 이용 가능할 수 있고 H2-N2-O2-제조 유닛(20)으로 지향될 수 있다.
윈드밀(10)로부터의 에너지(1)의 이러한 관리 및 분배는 에너지 분배 유닛(11)에 의해 성취된다. 에너지 분배 유닛(11)은 윈드밀(10)로부터 에너지(1)를 수용한다. 상기 표시된 바와 같이, 에너지(1)의 소정 비율들은 에너지 그리드(300)의 에너지 수요 상황에 따라, 에너지 그리드(300) 및/또는 시스템(100) 및 H2-N2-O2-제조 유닛(20)으로 각각 지향된다. 따라서, 에너지 분배 유닛(11)은 리뉴어블 에너지 소스(10)에 의해 제공된 에너지(1)를 수용하고 그리고 에너지(1)를 에너지 그리드(300) 및/또는 H2-N2-O2-제조 유닛(20)에 분배하도록 구성되며, 여기서, 분배는 에너지 그리드(300)의 에너지 수요 상황에 의존한다.
예컨대, 많은 양의 에너지가 그리드(300)에서 요구되는 경우, 대부분의 또는 모든 에너지(1)는 그리드(300)로 지향될 것이고 그리고 단지 적은 에너지(1')만이 H2-N2-O2-제조 유닛(20)에 제공될 것이다. 단지 적은 에너지가 그리드(300)에서 요구되는 수요 상황인 경우에는, 리뉴어블 에너지 소스(10)에 의해 제공되는 대부분의 또는 모든 에너지(1)가 NH3의 생성에 사용될 수 있다. 따라서, 많은 양의 에너지(1')가 H2-N2-O2-제조 유닛(20)에 제공될 것이다.
상기 언급된 바와 같이, 리뉴어블 에너지 소스(10)에 의해 생성된 에너지(1)의 양(1')은 NH3의 생성을 성취하기 위해서 시스템(100) 및 H2-N2-O2-제조 유닛(20)에 공급된다. H2-N2-O2-제조 유닛(20)은 전해조(electrolyzer)(21) 및 공기 분리 유닛(22)을 포함한다.
전해조(21)는 물(2)의 전기 분해(electrolysis)를 통해 수소(4) 및 산소(6)를 생성하기 위해 사용된다. 전해조(21)에는 임의의 소스(도시 생략)로부터 물(2)이 공급되고, 윈드밀(10)로부터 에너지(1')를 사용하여 작동된다.
H2-N2-O2-제조 유닛(20)의 공기 분리 유닛(ASU)(22)이 질소(5) 및 산소(7)의 생성을 위해 사용된다. 에너지(1')는 ASU(22)를 작동시키는데 사용되며, ASU(22)는 공기(3)로부터 질소(5) 및 산소(7)를 분리시키기 위해 종래의 공기 분리 기술들을 활용한다. 공기(3)의 나머지 컴포넌트들이 대기로 방출될 수 있다(도시 생략).
따라서, 윈드밀(10)이 전해조(21)에 의해 수소(4) 및 산소(6)를 형성하기 위한 물(2)의 전기 분해 및 ASU(22)를 사용하여 공기(3)로부터 질소(5) 및 산소(7)를 분리하는 것 양자 모두를 위해 에너지(1')를 제공하는데 활용된다.
전해조(21)로부터의 산소(6) 및 ASU(22)로부터의 산소(7)는 시스템(100)의 산소 저장소(70)로 지향되고 후속하여 저장되는 반면, 수소(4) 및 질소(5)는 시스템(100)의 혼합 유닛(30)으로 지향된다. 본원에서, 설정된 기술들은 각각 산소로부터 수소를 그리고 산소로부터 질소를 분리하기 위해 적용되며, 이는 상세히 설명되지 않을 것이다.
혼합 유닛(30)은 임시 저장 유닛(31), 혼합기(32) 및 압축기(33)를 포함한다. 먼저, 수소(4) 및 질소(5)는 혼합기(32)에서 혼합되기 이전에 임시 저장 유닛(31)을 통과한다. 결과로 발생한 수소-질소-가스 혼합물(8)(H2-N2-가스 혼합물)은 후속하여 압축기(33)에서 50 또는 그 초과의 기압(atmospheres)으로 압축된다.
암모니아(NH3)는 이제 상승된 온도에서 촉매의 존재 하에 압축된 H2-N2-가스 혼합물(8)을 처리함으로써 형성될 수 있다. 이는 시스템(100)의 NH3 소스(40)의 NH3 반응 챔버(41)에서 성취된다. 혼합 유닛(30)으로부터의 그리고 압축기(33)로부터의 각각 압축된 H2-N2-가스 혼합물(8)은 NH3 반응 챔버(41)로 지향한다. 반응 챔버(41)는 상승된 온도, 예컨대, 350 내지 450℃에서 작동되는 하나 또는 그 초과의 NH3 반응 베드들(reaction beds)(42)을 포함한다. NH3 반응 챔버(41)는 NH3 및 추가로, 혼합기(30)로부터의 H2-N2-가스 혼합물로부터 질소(N2) 및 수소(H2)의 혼합물을 제조하는데, 즉, NH3 반응 챔버는 NH3-H2-N2-가스 혼합물(9)을 방출한다.
예컨대, 적절한 촉매는 K2O, CaO, SiO2 및 Al2O3로 촉진되는 철, 또는, 철계 촉매(iron based catalyst)보다 오히려, 루테늄(ruthenium)을 기반으로 할 수 있다.
NH3-H2-N2-혼합물(9)은 NH3 소스(40)의 분리기(separator)(43), 예컨대, 응축기로 지향되고, 여기서 NH3는 NH3-H2-N2-혼합물(9)로부터 분리된다. 이에 따라, 분리기(43)는 NH3를 제조하며, 이는 NH3 소스(40)의 NH3 저장 용기(44) 및 나머지 H2-N2-가스 혼합물(8')로 보내진다.
광범위한 지식 기반이 암모니아(Ammonia)의 저장과 운송 양자 모두에 존재하는 것으로 가정될 수 있다. 이는 수소, 질소, 수소-질소-혼합물들 및 산소의 취급 및 운송에도 동일하게 적용 가능하다. 따라서, NH3 저장 용기(44), 산소 저장소(70) 뿐만 아니라 NH3 및 다른 가스들 또는 가스 혼합물들을 지향시키기 위한 시스템(100)의 모든 컴포넌트들을 연결하는 다양한 덕트들(ducts)은 상세히 설명되지 않는다.
상기 설명된 바와 같이, 분리기(43)는 NH3 반응 챔버(41)에 의해 제공되는 NH3-H2-N2-혼합물(9)로부터 NH3를 생성하고 H2-N2-가스 혼합물(8')이 남는다. 2 개의 변형들이 도 2 및 도 3에 도시된 본 발명의 일 실시예에서, 이러한 나머지 H2-N2-가스 혼합물(8')은 NH3 반응 챔버(41)에서 NH3의 생성을 위해 재차 활용되도록 재순환된다.
이를 위해, 도 2에 도시된 바와 같은 본 실시예의 시스템(100)은 재압축기(51) 및 혼합기(52)를 갖는 추가의 재처리 유닛(50)을 포함한다. 또한, 본 발명의 본 실시예는 압축기(33)로부터의 압축된 H2-N2-가스 혼합물(8)이 NH3 반응 챔버(41)로 직접 통과되는 것이 아니라 단지 재처리 유닛(50)의 혼합기(52)를 통해 NH3 반응 챔버(41)에 도달한다는 점에서 본 발명의 상기 설명된 기본 실시예와 상이하다. 분리기(43)의 나머지 H2-N2-가스 혼합물(8')은 시스템(100)의 재처리 유닛(50)의 재압축기(51)로 통과된다. 압축기(33)와 마찬가지로, 재압축기(51)는 나머지 H2-N2-가스 혼합물(8')을 50 또는 그 초과의 기압으로 압축하여 NH3 반응 챔버(41) 및 분리기(43)에서의 처리 동안 압력 손실들의 원인이 된다. 재압축된 나머지 H2-N2-가스 혼합물(8')은 이어서 혼합기(52)로 통과되며, 여기서, 재압축된 나머지 H2-N2-가스 혼합물(8')은 혼합기(30) 및 압축기(33)로부터의 새로운 H2-N2-가스 혼합물(8)과 각각 혼합된다. 혼합기(52)는 후속하여 NH3 반응 챔버(41)로 지향되는 H2-N2-가스 혼합물들(8, 8')의 혼합물(8)을 생성한다. 후속하여, 가스 혼합물은 NH3 소스(40)에서 상기 설명된 바와 같이 처리되어 NH3 그리고 재차, 나머지 H2-N2-가스 혼합물(8')을 생성한다.
도 3은 도 2에 도시된 실시예의 변형을 도시한다. 나머지 H2-N2-가스 혼합물(8')은 임시 저장 유닛(31)으로부터 유입되는 수소 및 질소와 혼합되도록 혼합 유닛(30)의 혼합기(32)로 직접 피딩된다. 별도의 재처리 유닛(50)은 사용되지 않는다.
후속하여, 재차, 도 1을 참조한다. 그러나, 이하에서 설명되는 상세들 및 특징들은 또한 도 2 및 도 3에 도시된 실시예들 및 변형들에 적용 가능하다.
NH3 저장 용기(44)는 NH3 발전기(power generator)(200)에 유체 연결된다. 암모니아는 다수의 상이한 연소 사이클들(combustion cycles), 예컨대, 브라이톤(Brayton) 사이클 또는 디젤(Diesel) 사이클에서 사용할 수 있다. 그러나, 윈드밀 또는 윈드팜의 파워 레벨(power level)에서, 전기 에너지의 생성을 위한 암모니아의 연소용 가스 터빈(gas turbine)을 사용하는 것이 적절할 것이며, 여기서 브라이톤 사이클은 가스 터빈 솔루션(turbine solution)에 적용 가능할 것이다. 이에 따라, NH3 발전기(200)는 암모니아의 연소를 위해 구성된 가스 터빈일 수 있다. 단지 버너(burner)를 약간 변형시킨 종래의 가스 터빈들이 적절할 것이라는 것이 초기에 도시되어 있다.
가스 터빈(200)은, NH3 발전기(200)의 연소 챔버(201) 및 가스 터빈 각각에서 에너지(1''')의 생성을 위해 NH3 저장 용기(44)로부터 NH3를 연소시킨다. 이 에너지(1''')는 이어서 에너지 그리드(300)로 피딩될 수 있다.
그러나, NH3 발전기(200) 및 가스 터빈 각각의 성능 및 효율은 연소 프로세스에 추가의 산소를 도입함으로써 최적화될 수 있다. 예컨대, 연소 중에 증가된 산소 농도(concentration)는 NH3 버닝(burning)의 효율과 청정도를 증가시킬 것이다. 이는 H2-N2-O2-제조 유닛(20)을 사용하여 수소(4) 및/또는 질소(5)를 제조하는 동안 부산물로서 상기 설명된 바와 같이 생성되는 산소(6,7)를 사용함으로써 성취될 수 있다. 상기 도시된 바와 같이, 생성된 산소(6, 7)는 산소 저장소(70)로 지향된다. 산소 저장소(70)는 산소(O2)가 최적화된 성능을 성취하기 위해서 NH3 발전기(200)에 제공될 수 있도록 NH3 발전기(200)에 유체 연결된다.
산소 저장소(70)로부터 NH3 발전기(200)로의 산소(O2)의 유동은 대응하는 산소 제어 시스템(71)에 의해 관리된다. 산소 제어 시스템(71)은 NH3 발전기(200)의 실제 작업 조건들에 대한 정보를 포함하는 데이터 세트를 입력으로서 수신한다(도시되지 않음). 이러한 작업 조건들은 NH3 발전기(200)의 연소 챔버(201)에서의 연소 상태 및/또는 NH3 저장 용기(44)로부터 NH3 발전기(200)에 도달하는 NH3의 양, 즉 NH3 발전기에 대한 NH3 유량을 포함할 수 있다. 또한, NH3 발전기(200)의 작업 조건들에 대한 결론들을 허용하는 다른 연소 파라미터들은 또한, 데이터 세트, 예컨대, 연소 챔버(201) 내의 가스의 온도 및/또는 실제 화학적 컴포지션 및/또는 NH3 발전기(200) 및 연소 챔버(201) 각각의 연소 배기 가스들의 화학적 컴포지션에 포함될 수 있다. 이러한 데이터 및 잠재적으로 다른 데이터 중에서, 산소 제어 시스템(71)은 산소 저장소(70)로부터 NH3 발전기(200) 및 연소 챔버(201)로 각각 제공될 산소(O2)의 최적 유량을 결정하고 조절한다. 예컨대, 데이터는 대응하는 센서들(sensors)(도시 생략)로 결정될 수 있고 센서 데이터는 산소 제어 시스템(71)에 무선으로 전송될 수 있다. 데이터 세트에 기초하여, 산소 제어 시스템(71)은 산소 저장소(70)로부터 NH3 발전기(200)로의 산소(O2) 유량에 영향을 주기 위해서 유량을 제어하는데 필요한 펌프들(pumps), 밸브들(valves) 및/또는 다른 디바이스들과 같은 복수 개의 디바이스들(72)을 제어한다.
시스템(100)은, 또한, 주 제어 유닛(60)을 포함하며, 주 제어 유닛(60)은 시스템(100)의 다양한 컴포넌트들을 제어하도록 구성된다(시스템(100)의 다른 컴포넌트들과 주 제어 유닛(60)의 연결들은 혼동을 회피하기 위해 도 1에 도시되지 않음). 특히, 주 제어 유닛(60)은 에너지 그리드(300)를 위한 에너지(1''') 생성 프로세스 및 NH3의 제조를 제어한다.
각각, 윈드밀(10) 및 에너지 관리 유닛(11)으로부터 시스템(100)으로의 에너지 공급이, 예컨대, 에너지 그리드(300)에서의 높은 에너지 수요들로 인해 너무 낮은 경우에, 주 제어 유닛(60)은 압축기들(33, 51) 및/또는 전해조(21) 및 ASU(22)를 갖는 H2-N2-O2-제조 유닛(20)을 파워 다운시킴(powering down)으로써 시스템(100)에서의 가스 질량 유동을 감소시켜 NH3의 제조를 감소시킨다. 따라서, 보다 적은 에너지(1')가 윈드밀(10)로부터 시스템(100)으로 지향되고 보다 많은 에너지(1'')가 에너지 그리드(300)를 위해 이용가능하다. 또한, 주 제어 유닛(60)은 NH3 저장 용기(44)로부터 NH3 발전기(200)로의 NH3 질량 유동을 증가시킨다. 그 결과, NH3 발전기(200)는 전력 그리드(300)에서 안정적인 에너지 공급을 보장하여 밸런스드 로드(balanced load)를 성취하기 위해서 에너지 그리드(300)에 요구되는 에너지(1''')의 생성을 증가시킨다.
각각, 윈드밀(10) 및 전기 관리 유닛(11)으로부터 시스템(100)으로의 에너지 공급이 너무 높은 경우, 예컨대, 윈드밀(10)이 에너지 그리드(300)에 의해 요구되는 것보다 더 많은 에너지를 생성할 때, 주 제어 유닛(60)은 압축기들(33, 51), 전해조(21) 및/또는 ASU(22)에 더 많은 파워를 제공함으로써 시스템(100)의 가스 질량 유동을 증가시켜 시스템(100)에서 NH3의 제조를 강화시킨다. 이는 NH3 저장 용기(44)에 저장되는 NH3의 증가된 제조를 유발시킨다. 그러나, 에너지 그리드(300)에 대한 NH3 발전기(200)로부터의 에너지(1''')'의 생성은 증가되는 것이 아니라, 감소될 수 있다.
또한, 주 제어 유닛(60)은 전기 그리드(300)에서의 에너지 소비 및 수요에 기초하여 그리고 그리드(300)에 대해 이용 가능한 임의의 에너지 소스들에 의한 이용 가능한 파워 공급에 기초하여 NH3 발전기(200)에서 파워의 생성을 제어한다. 이에 따라, 그리드(300)에서 이용 가능한 파워 공급이 수요보다 적은 경우, 주 제어 유닛(60)은 수요를 커버하기 위해서 NH3 발전기(200)를 파워 업(power up)할 것이다. 그리드(300) 내의 이용 가능한 파워 공급이 수요보다 더 높은 경우에, 주 제어 유닛(60)은 NH3 발전기(200)를 파워 다운시키고 그리고 NH3 생성은 H2-N2-O2-제조 유닛(20)에 더 많은 에너지를 공급함으로써 그리고 시스템(100)에서 질량 유동을 증가시킴으로써 강화될 수 있어, NH3 저장 용기(44)가 재차 충전될 수 있다.
환언하면, 주 제어 유닛(60)은 NH3 저장 용기(44)로 지향될 NH3의 생성을 감소시키고 그리고/또는 너무 낮은 리뉴어블 에너지 입력(1)의 기간들 동안, 예컨대, 낮은 바람 및/또는 에너지 그리드(300)에서의 고 에너지 수요 기간들 동안, 에너지(1''')의 생성을 증가시키도록 구성된다. 또한, 주 제어 유닛(60)은 NH3 저장 용기(44)로 지향될 NH3의 생성을 증가시키고 그리고/또는 너무 높은 리뉴어블 에너지 입력(1)의 기간들 동안, 예컨대, 강한 바람 및/또는 그리드(300)에서의 저 에너지 수요 기간들 동안, 에너지(1''')의 생성을 감소시키도록 구성된다.
이에 따라, 주 제어 유닛(60)에 의해 수행되는 제어는 에너지 그리드(300)에서의 실제 파워 수요, 리뉴어블 에너지 소스(10)에 의해 생성된 에너지(1) 및/또는 시스템(100)에 대해 이용가능한 리뉴어블 에너지 소스(10)로부터의 에너지(1')의 실제 양에 의존할 수 있다.
대응하여, 주 제어 유닛(60)은 에너지 그리드(300)에서의 현재의 에너지 수요 및 커버리지(coverage)에 관한 정보를 수신하기 위해 에너지 그리드(300)에 연결되어야 한다. 또한, 주 제어 유닛(60)은 윈드밀(10)에 의해 제공되고 그리고 시스템(100) 및 그리드(300)에서의 사용을 위해 이용 가능한 에너지(1, 1', 1'')에 대한 정보를 수신하기 위해 직접 윈드밀(10)에 그리고/또는 에너지 분배 유닛(11)에 연결될 것이다. 주 제어 유닛(60)은 제조된 수소 및 질소의 양을 제어하기 위해 H2-N2-O2-제조 유닛(20)에 그리고 시스템의 질량 유동을 조절하기 위해, 가능하다면, 다양한 혼합기들 및 압축기들에 연결되어야 한다. 이를 사용하여, 주 제어 유닛(60)은 NH3 저장 용기(44)로 지향될 NH3의 제조를 조절할 수 있다. 이에 추가로, 주 제어 유닛(60)은, NH3 발전기(200)로의 NH3의 공급을 조절하기 위해서 NH3 저장 용기(44)에 연결되고, 그리고 NH3 연소에 의한 에너지 생성을 조절하기 위해서 NH3 발전기(200) 자체에 연결된다. 마지막으로, 산소 저장소(70)로부터 NH3 발전기(200)로의 산소(O2) 유량이 또한 주 제어 유닛(60)에 의해 중앙집중식으로 영향을 받을 수 있도록(influenced centrally), 주 제어 유닛(60)이 산소 제어 시스템(71)에 연결될 수 있다.

Claims (21)

  1. 리뉴어블 에너지 소스(renewable energy source)(10)에 의해 제공되는 에너지(1)에 기초하여 에너지 그리드(energy grid)(300)에 에너지(1'', 1''')를 제공하기 위한 시스템(system)(100)으로서,
    - 수소(4), 질소(5) 및 산소(6, 7)를 제조하기 위한 H2-N2-O2-제조 유닛(production unit)(20) ― 상기 H2-N2-O2-제조 유닛(20)은 상기 리뉴어블 에너지 소스(10)에 의해 제공되는 에너지(1')를 이용하여 작동됨 ―,
    - H2-N2-O2-제조 유닛(20)에 의해 제조된 산소(6, 7)를 수용 및 저장하도록 구성되는 산소 저장소(storage)(70),
    - 수소-질소-혼합물(8)을 형성하기 위해서 상기 H2-N2-O2-제조 유닛(20)에 의해 제조된 상기 수소(4) 및 질소(5)를 수용하여 혼합하도록 구성되는 혼합 유닛(mixing unit)(30),
    - NH3를 포함하는 가스 혼합물(gas mixture)(9)을 생성하기 위해 상기 수소-질소-혼합물(8)을 수용하여 처리하기 위한 NH3 소스(40) ― 상기 NH3 소스(40)는 NH3를 포함하는 가스 혼합물(9)의 NH3 중 적어도 일부를 저장하기 위한 NH3 저장 용기(storage vessel)(44)를 포함함 ―,
    - 상기 에너지 그리드(300)를 위해 에너지(1''')를 생성하기 위한 NH3 발전기(power generator)(200)를 포함하며,
    상기 NH3 발전기(200)는,
    - 상기 NH3 저장 용기(44)로부터 NH3를 수용하도록 상기 NH3 저장 용기(44)에 유체 연결되며,
    - 상기 에너지 그리드(300)를 위해 상기 에너지(1''')를 생성하도록 연소 챔버(combustion chamber)(201)에서 수용된 NH3을 연소시키도록 구성되고,
    - 상기 산소 저장소(70)로부터의 산소(O2)가 NH3의 연소를 위해 상기 연소 챔버(201)로 도입될 수 있도록 상기 산소 저장소(70)에 유체 연결되는 것을 특징으로 하는,
    리뉴어블 에너지 소스에 의해 제공되는 에너지에 기초하여 에너지 그리드에 에너지를 제공하기 위한 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 연소 챔버(201)에서의 실제 작업 조건들에 대한 정보를 포함하는 입력 데이터 세트(data set)에 기초하여 상기 산소 저장소(70)로부터 상기 NH3 발전기(200)로의 산소(O2)의 유동을 제어하기 위한 산소 제어 시스템(71)을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    리뉴어블 에너지 소스에 의해 제공되는 에너지에 기초하여 에너지 그리드에 에너지를 제공하기 위한 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 작업 조건들은,
    - 상기 연소 챔버(201)에서의 연소 상태,
    - 상기 NH3 저장 용기(44)로부터 상기 NH3 발전기(200)로의 NH3의 유량,
    - 상기 연소 챔버(201) 내의 온도,
    - 상기 연소 챔버(201) 내의 가스 혼합물의 실제 화학적 컴포지션(composition) 및
    - 상기 NH3 발전기(200)의 연소 배기 가스들의 실제 화학적 컴포지션
    중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    리뉴어블 에너지 소스에 의해 제공되는 에너지에 기초하여 에너지 그리드에 에너지를 제공하기 위한 시스템.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 NH3 저장 용기(44)에 저장될 상기 NH3의 생성 및 NH3 발전기(200)에 의한 상기 에너지(1''')의 생성 중 적어도 하나 이상을 제어하기 위한 주 제어 유닛(60)을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    리뉴어블 에너지 소스에 의해 제공되는 에너지에 기초하여 에너지 그리드에 에너지를 제공하기 위한 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 NH3 저장 용기(44)에 저장될 상기 NH3의 생성 및 상기 NH3 발전기(200)에 의한 에너지(1''')의 생성 중 적어도 하나 이상의 제어가 상기 에너지 그리드(300)의 실제 파워(power) 수요 및 상기 리뉴어블 에너지 소스(10)에 의해 현재 생성된 에너지(1)의 양 중 적어도 하나 이상에 의존하도록 상기 주 제어 유닛(60)이 구성되고 배열되는 것을 특징으로 하는,
    리뉴어블 에너지 소스에 의해 제공되는 에너지에 기초하여 에너지 그리드에 에너지를 제공하기 위한 시스템.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 주 제어 유닛(60)은,
    - 상기 리뉴어블 에너지 소스(10)로부터의 낮은 리뉴어블 에너지 입력 기간들 동안, 상기 NH3 저장 용기(44)에 저장될 NH3의 생성을 감소시키거나, 상기 에너지(1''')의 생성을 증가시키거나, NH3의 생성을 감소시키면서 상기 에너지(1''')의 생성을 증가시키고,
    - 상기 리뉴어블 에너지 소스(10)로부터의 높은 리뉴어블 에너지 입력 기간들 동안, 상기 NH3 저장 용기(44)에 저장될 NH3의 생성을 증가시키거나, 상기 에너지(1''')의 생성을 감소시키거나, NH3의 생성을 증가시키면서 상기 에너지(1''')의 생성을 감소시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는,
    리뉴어블 에너지 소스에 의해 제공되는 에너지에 기초하여 에너지 그리드에 에너지를 제공하기 위한 시스템.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 H2-N2-O2-제조 유닛(20)은,
    - 상기 수소(4) 및 산소(6)를 제조하기 위한 전해조(electrolyzer)(21) ― 상기 전해조(21)는 물(2) 및 상기 리뉴어블 에너지 소스(10)에 의해 제조된 에너지(1')를 수용하고 전기분해(electrolysis)에 의해 상기 수소(4) 및 산소(6)를 제조하도록 구성됨 ―, 및
    - 상기 질소(5) 및 산소(7)를 제조하기 위한 공기 분리 유닛(22)을 포함하며, 상기 공기 분리 유닛(22)은 공기(3) 및 상기 리뉴어블 에너지 소스(10)에 의해 제조된 에너지(1')를 수용하고, 수용된 공기(3)를 분리시켜 상기 질소(5) 및 산소(7)를 제조하도록 구성되는 것을 특징으로 하는,
    리뉴어블 에너지 소스에 의해 제공되는 에너지에 기초하여 에너지 그리드에 에너지를 제공하기 위한 시스템.
  8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 혼합 유닛(30)은 상기 H2-N2-O2-제조 유닛(20) 내부에서 제조된 수소(4) 및 질소(5)를 수용하도록 상기 H2-N2-O2-제조 유닛(20)에 유체 연결되며,
    상기 혼합 유닛(30)은,
    - 수소-질소-혼합물을 형성하기 위해 상기 수소(4)와 상기 질소(5)를 혼합하기 위한 혼합기(mixer)(32), 및
    - 상기 NH3 소스(40)로 지향되게 압축된 수소-질소-혼합물(8)을 형성하도록 상기 혼합기(32)로부터 수소-질소-혼합물을 압축하기 위한 압축기(compressor)(33)를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    리뉴어블 에너지 소스에 의해 제공되는 에너지에 기초하여 에너지 그리드에 에너지를 제공하기 위한 시스템.
  9. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 NH3 소스(40)는,
    - 상기 혼합 유닛(30)으로부터 상기 수소-질소-혼합물(8)을 수용하고 상기 수용된 수소-질소-혼합물(8)을 처리하여 NH3를 포함하는 상기 가스 혼합물(9)을 형성하도록 구성되는 NH3 반응 챔버(41), 및
    - 상기 NH3 반응 챔버(41)로부터 NH3를 포함하는 상기 가스 혼합물(9)을 수용하기 위한 분리기(separator)(43)를 포함하며,
    - 상기 분리기(43)는 상기 NH3 및 나머지 수소-질소-혼합물(8')이 제조되도록 NH3를 포함하는 상기 가스 혼합물(9)로부터 NH3를 분리하도록 구성되고, 그리고
    - 상기 분리기(43)는 제조된 NH3를 상기 NH3 저장 용기(44)로 지향시키기 위해서 상기 NH3 저장 용기(44)에 유체 연결되는 것을 특징으로 하는,
    리뉴어블 에너지 소스에 의해 제공되는 에너지에 기초하여 에너지 그리드에 에너지를 제공하기 위한 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    재압축기(re-compressor)(51) 및 제 2 혼합기(52)를 사용하여 상기 나머지 수소-질소-혼합물(8')을 재처리하기 위한 재처리 유닛(re-processing unit)(50)을 더 포함하며,
    - 상기 재압축기(51)는 상기 분리기(43)로부터 상기 나머지 수소-질소-혼합물(8')을 수용하여 압축하기 위해 상기 분리기(43)로부터 유체 연결되고,
    - 상기 제 2 혼합기(52)는 상기 재압축기(51)로부터 압축된 나머지 수소-질소-혼합물(8')을 수용하기 위해 상기 재압축기(51)에 유체 연결되며,
    - 상기 제 2 혼합기(52)는 상기 혼합 유닛(30)으로부터 상기 수소-질소-혼합물(8)을 수용하도록 상기 혼합 유닛(30)에 유체 연결되고,
    - 상기 제 2 혼합기(52)는 상기 NH3 소스(40)에 제공될 상기 수소-질소-혼합물(8)을 형성하기 위해 상기 혼합 유닛(30)으로부터의 수소-질소-혼합물(8)과 상기 재압축기(51)로부터의 상기 압축된 나머지 수소-질소-혼합물(8')을 혼합하도록 구성되는 것을 특징으로 하는,
    리뉴어블 에너지 소스에 의해 제공되는 에너지에 기초하여 에너지 그리드에 에너지를 제공하기 위한 시스템.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 분리기(43)는 상기 나머지 수소-질소-혼합물(8')을 상기 분리기(43)로부터 상기 혼합 유닛(30)으로 지향시키도록 상기 혼합 유닛(30)에 유체 연결되어, 상기 나머지 수소-질소-혼합물(8')은 상기 NH3 소스(40)에 의해 수용될 상기 수소-질소-혼합물(8)을 형성하도록 상기 H2-N2-O2-제조 유닛(20)으로부터의 수소(4) 및 질소(5)와 상기 혼합 유닛(30)에서 혼합되는 것을 특징으로 하는,
    리뉴어블 에너지 소스에 의해 제공되는 에너지에 기초하여 에너지 그리드에 에너지를 제공하기 위한 시스템.
  12. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    에너지 분배 유닛(11)을 더 포함하고, 상기 에너지 분배 유닛(11)은 상기 리뉴어블 에너지 소스(10)에 의해 제공된 에너지(1)를 수용하고 그리고 상기 에너지(1)를 상기 에너지 그리드(300) 및 상기 H2-N2-O2-제조 유닛(20) 중 적어도 하나 이상에 분배하도록 구성되며, 상기 분배는 상기 에너지 그리드(300)의 에너지 수요 상황에 의존하는 것을 특징으로 하는,
    리뉴어블 에너지 소스에 의해 제공되는 에너지에 기초하여 에너지 그리드에 에너지를 제공하기 위한 시스템.
  13. 리뉴어블 에너지 소스(10)에 의해 제공되는 에너지(1)에 기초하여 에너지 그리드(300)에 에너지 입력(1'', 1''')을 로드 밸런싱(load balancing)하기 위한 방법으로서,
    - 상기 리뉴어블 에너지 소스(10)로부터의 상기 에너지(1)의 적어도 일부(1')는 H2-N2-O2-제조 유닛(20)에서 수소(4), 질소(5) 및 산소(6, 7)를 제조하도록 사용되며,
    - 상기 제조된 산소(6, 7)는 산소 저장소(70)로 지향되고 저장되며,
    - 상기 제조된 수소(4) 및 질소(5)는 수소-질소-혼합물(8)을 형성하도록 혼합 유닛(30)에서 혼합되고,
    - 상기 수소-질소-혼합물(8)은 NH3를 포함하는 가스 혼합물(9)을 생성하도록 NH3 소스(40)에서 처리되고 상기 NH3를 포함하는 상기 가스 혼합물(9)의 NH3는 NH3 저장 용기(44)에 저장되며,
    - NH3는 상기 NH3 저장 용기(44)로부터 NH3 발전기(200)의 연소 챔버(201)로 제공되고, 상기 제공된 NH3는 상기 에너지 그리드(300)를 위한 에너지(1''')를 생성하기 위한 상기 연소 챔버(201)에서 연소되고,
    - 상기 산소 저장소(70)로부터의 산소(O2)는 NH3의 연소를 위해 상기 연소 챔버(201)로 도입되는 것을 특징으로 하는,
    리뉴어블 에너지 소스에 의해 제공되는 에너지에 기초하여 에너지 그리드에 에너지 입력을 로드 밸런싱하기 위한 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    산소 제어 시스템(71)은 상기 연소 챔버(201)에서의 실제 작업 조건들에 대한 정보를 포함하는 입력 데이터 세트에 기초하여 상기 산소 저장소(70)로부터 상기 NH3 발전기(200)로의 산소(O2)의 유동을 제어하는 것을 특징으로 하는,
    리뉴어블 에너지 소스에 의해 제공되는 에너지에 기초하여 에너지 그리드에 에너지 입력을 로드 밸런싱하기 위한 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 작업 조건들은,
    - 상기 연소 챔버(201)에서의 연소 상태,
    - 상기 NH3 저장 용기(44)로부터 상기 NH3 발전기(200)로의 NH3의 유량,
    - 상기 연소 챔버(201) 내의 온도,
    - 상기 연소 챔버(201) 내의 가스 혼합물의 실제 화학적 컴포지션, 및
    - 상기 NH3 발전기(200)의 연소 배기 가스들의 실제 화학적 컴포지션
    중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    리뉴어블 에너지 소스에 의해 제공되는 에너지에 기초하여 에너지 그리드에 에너지 입력을 로드 밸런싱하기 위한 방법.
  16. 제 13 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    시스템(100)의 주 제어 유닛(60)은 상기 NH3 저장 용기(44)에 저장될 상기 NH3의 생성 및 상기 NH3 발전기(200)에 의한 상기 에너지(1''')의 생성 중 적어도 하나 이상을 제어하는 것을 특징으로 하는,
    리뉴어블 에너지 소스에 의해 제공되는 에너지에 기초하여 에너지 그리드에 에너지 입력을 로드 밸런싱하기 위한 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    NH3를 포함하는 상기 가스 혼합물(9)은 NH3를 포함하는 상기 가스 혼합물(9)로부터 NH3를 분리하는 분리기(43)로 지향되어, 상기 NH3 저장 용기(44)에 저장될 NH3 및 나머지 수소-질소-혼합물(8')이 제조되는 것을 특징으로 하는,
    리뉴어블 에너지 소스에 의해 제공되는 에너지에 기초하여 에너지 그리드에 에너지 입력을 로드 밸런싱하기 위한 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 나머지 수소-질소-혼합물(8')은 재압축되고, 재압축된 나머지 수소-질소-혼합물(8')은 상기 NH3 소스(40)에 의해 수용될 상기 수소-질소-혼합물(8)을 형성하도록 상기 혼합 유닛(30)으로부터의 상기 수소-질소-혼합물(8)과 혼합되는 것을 특징으로 하는,
    리뉴어블 에너지 소스에 의해 제공되는 에너지에 기초하여 에너지 그리드에 에너지 입력을 로드 밸런싱하기 위한 방법.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 나머지 수소-질소-혼합물(8')은 상기 NH3 소스(40)에 의해 수용될 상기 수소-질소-혼합물(8)을 형성하도록 상기 H2-N2-O2-제조 유닛(20)으로부터의 수소(4) 및 질소(5)와 상기 혼합 유닛(30)에서 혼합되는 것을 특징으로 하는,
    리뉴어블 에너지 소스에 의해 제공되는 에너지에 기초하여 에너지 그리드에 에너지 입력을 로드 밸런싱하기 위한 방법.
  20. 제 13 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    주 제어 유닛(60)은 상기 에너지 그리드(300)의 실제 파워 수요 및 상기 리뉴어블 에너지 소스(10)에 의해 현재 생성된 에너지(1)의 양 중 적어도 하나 이상에 따라 상기 NH3 저장 용기(44)에 저장될 상기 NH3의 생성 및 상기 NH3 발전기(200)에 의한 에너지(1''')의 생성 중 적어도 하나 이상을 제어하는 것을 특징으로 하는,
    리뉴어블 에너지 소스에 의해 제공되는 에너지에 기초하여 에너지 그리드에 에너지 입력을 로드 밸런싱하기 위한 방법.
  21. 제 13 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    주 제어 유닛(60)은,
    - 상기 리뉴어블 에너지 소스(10)로부터의 낮은 리뉴어블 에너지 입력 기간들 동안, 상기 NH3 저장 용기(44)에 저장될 NH3의 생성을 감소시키거나, 상기 에너지(1''')의 생성을 증가시키거나, NH3의 생성을 감소시키면서 상기 에너지(1''')의 생성을 증가시키고,
    - 상기 리뉴어블 에너지 소스(10)로부터의 높은 리뉴어블 에너지 입력 기간들 동안, 상기 NH3 저장 용기(44)에 저장될 NH3의 생성을 증가시키거나, 상기 에너지(1''')의 생성을 감소시키거나, NH3의 생성을 증가시키면서 상기 에너지(1''')의 생성을 감소시키는 것을 특징으로 하는,
    리뉴어블 에너지 소스에 의해 제공되는 에너지에 기초하여 에너지 그리드에 에너지 입력을 로드 밸런싱하기 위한 방법.
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