KR101933973B1 - 부유식 발전 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 해상 등 수상에 부유되는 부유체에 설치되고, 액화 가스를 이용하여 전기를 생산하는 부유식 발전 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 부유식 발전 시스템은, 액화 가스를 저장하는 저장 탱크와; 액화 가스를 이용하여 전기를 발생시키는 가스 터빈이 제공된 가스 발전 모듈과; 상기 저장 탱크에 저장된 액화 가스를 상기 가스 터빈으로 공급하는 가스 공급 모듈을 포함하되, 상기 가스 공급 모듈은, 상기 저장 탱크 내의 액화 가스로부터 발생된 증발 가스를 재응축하는 재응축기와; 상기 재응축기와 상기 가스 터빈을 연결하는 연료 공급관과; 상기 연료 공급관에 설치되고, 상기 액화 가스를 기화시키는 액화 가스 기화기와; 상기 저장 탱크 내의 액화 가스를 상기 재응축기로 이송시키는 공급 펌프와; 상기 공급 펌프와 상기 재응축기를 연결하는 액화 가스 공급관과; 상기 저장 탱크로부터 상기 재응축기로 증발 가스가 이송되는 증발 가스관과; 상기 재응축기 내의 압력을 조절하는 압력 조절 유닛을 포함한다.

Description

부유식 발전 시스템{FLOATING GENERATING SYSTEM}
본 발명은 수상에 부유된 상태에서 전기를 생산하는 부유식 발전 시스템에 관한 것이다.
액화 천연 가스(LNG) 등의 액화 가스를 연료로 사용하는 발전 설비는 주로 육상에 설치되는데, 이를 위해서는 부지를 매입해야 하고, 송전선 등을 설치해야 하므로 과도한 설치 비용이 발생하였다.
이에 따라, 최근에는 원료 수급이 용이하고 용지확보 비용이 저렴한 해안가에 부유식 발전 시스템을 설치하는 사례가 늘어나고 있다.
일반적으로 부유식 발전 시스템은 액화 가스가 저장되는 저장 탱크로부터 액화 가스가 기화되어 발생되는 증발 가스를 발전 시스템의 전기를 생산하는 가스 터빈 등의 연료로 사용하기 위해 재응축시키는 재응축기를 포함한다. 그러나, 액화 가스를 이송하는 액화가스 운반선으로부터 저장탱크로 액화 가스를 이송하는 등의 경우, 이송되는 도중에 받는 열 등에 의해 일반적인 상태에 비해 많은 양의 증발 가스가 발생된다.
이와 같이, 일반적인 상태에 비해 많은 양의 증발 가스가 발생되는 경우, 증발 가스의 발생량이 일반적인 재응축기의 용량을 초과하는 문제가 발생될 수 있다.
본 발명은 다량의 증발 가스를 발전에 이용할 수 있는 부유식 발전 시스템을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 에너지 효율을 높일 수 있는 부유식 발전 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 해상 등 수상에 부유되는 부유체에 설치되고, 액화 가스를 이용하여 전기를 생산하는 부유식 발전 시스템을 제공한다. 일 실시 예에 따르면, 부유식 발전 시스템은, 액화 가스를 저장하는 저장 탱크와; 액화 가스를 이용하여 전기를 발생시키는 가스 터빈이 제공된 가스 발전 모듈과; 상기 저장 탱크에 저장된 액화 가스를 상기 가스 터빈으로 공급하는 가스 공급 모듈을 포함하되, 상기 가스 공급 모듈은, 상기 저장 탱크 내의 액화 가스로부터 발생된 증발 가스를 재응축하는 재응축기와; 상기 재응축기와 상기 가스 터빈을 연결하는 연료 공급관과; 상기 연료 공급관에 설치되고, 상기 액화 가스를 기화시키는 액화 가스 기화기와; 상기 저장 탱크 내의 액화 가스를 상기 재응축기로 이송시키는 공급 펌프와; 상기 공급 펌프와 상기 재응축기를 연결하는 액화 가스 공급관과; 상기 저장 탱크로부터 상기 재응축기로 증발 가스가 이송되는 증발 가스관과; 상기 재응축기 내의 압력을 조절하는 압력 조절 유닛을 포함한다.
상기 가스 공급 모듈은, 상기 저장 탱크 내에서 발생되는 증발 가스의 발생량을 측정하는 증발 가스량 측정기와; 상기 증발 가스량 측정기로부터 측정된 증발 가스의 발생량에 따라 상기 압력 조절 유닛을 제어하는 제어기를 더 포함한다.
상기 압력 조절 유닛은 상기 액화 가스 공급관의 개방율을 조절하는 압력 조절 밸브를 포함하되, 상기 제어기는 상기 증발 가스량 측정기로부터 측정된 증발 가스의 발생량에 따라 상기 압력 조절 밸브를 제어한다.
상기 가스 공급 모듈은 상기 재응축기로 공급되기 전에 상기 증발 가스를 압축하는 증발 가스 압축 유닛을 더 포함하고, 상기 제어기는 상기 증발 가스량 측정기로부터 측정된 증발 가스의 발생량에 따라 상기 증발 가스 압축 유닛의 압축 압력을 제어한다.
상기 증발 가스 압축 유닛은, 증발 가스를 제 1 압력까지 압축시키는 제 1 중압 압축기 및 제 2 중압 압축기와; 상기 제 1 중압 압축기 및 상기 제 2 중압 압축기에 의해 상기 제 1 압력으로 압축된 증발 가스를 상기 제 1 압력보다 높은 제 2 압력까지 압축시키는 고압 압축기를 포함하되, 상기 제어기는 상기 증발 가스의 발생량이 상기 일정량 미만인 경우, 상기 증발 가스는 상기 제 1 중압 압축기에 의해 압축되고, 상기 증발 가스의 발생량이 상기 일정량 이상인 경우, 상기 증발 가스는 상기 제 1 중압 압축기 및 상기 제 2 중압 압축기에 의해 압축된 후에 상기 고압 압축기에 의해서 압축되도록 상기 증발 가스 압축 유닛을 제어하는 부유식 발전 시스템.
상기 증발 가스 압축 유닛은, 상기 증발 가스관에 연결되고, 서로 병렬 연결된 제 1 증발 가스관 및 제 2 증발 가스관과, 상기 제 1 증발 가스관 및 상기 제 2 증발 가스관을 연결하는 연결관을 포함하고, 상기 제 1 중압 압축기는 상기 제 1 증발 가스관에 연결되고, 상기 제 2 중압 압축기 및 상기 고압 압축기는 상기 제 2 증발 가스관에 서로 직렬로 연결되고, 상기 연결관은 상기 제 1 증발 가스관의 상기 재응축기 및 상기 제 1 중압 압축기 사이의 영역과 상기 제 2 증발 가스관의 상기 고압 압축기 및 상기 제 2 중압 압축기 사이의 영역을 연결하며, 상기 제어기는 상기 증발 가스의 발생량이 상기 일정량 미만인 경우, 상기 증발 가스는 상기 제 1 중압 압축기에 의해 압축되고, 상기 증발 가스의 발생량이 상기 일정량 이상인 경우, 상기 증발 가스는 상기 제 1 중압 압축기 및 상기 제 2 중압 압축기에 의해 압축된 후에 상기 고압 압축기에 의해서 압축되도록, 상기 제 1 증발 가스관, 상기 제 2 증발 가스관 및 상기 연결관에 제공된 밸브들과, 상기 제 1 중압 압축기, 상기 제 2 중압 압축기 및 상기 고압 압축기를 제어한다.
상기 가스 공급 모듈은, 상기 제 2 증발 가스관의 상기 고압 압축기 및 상기 재응축기 사이의 영역과 상기 연료 공급관의 상기 액화 가스 기화기 및 상기 가스 터빈 사이의 영역을 연결하는 초과 가스 공급관과; 상기 초과 가스 공급관에 제공되고, 상기 제 2 압력 상태의 증발 가스를 상기 제 2 압력보다 높은 제 3 압력으로 압축시키는 초과 가스 압축기를 더 포함할 수 있다.
상기 압력 조절 유닛은, 상기 액화 가스 공급관의 압력 조절 밸브 및 공급 펌프 사이의 영역에 제공되고, 액화 가스를 가압하는 액화 가스 가압기를 더 포함할 수 있다.
상기 압력 조절 유닛은, 상기 액화 가스 공급관의 상기 액화 가스 가압기 및 상기 공급 펌프 사이의 영역에 제공되고, 액화 가스가 머무는 버퍼 탱크를 더 포함할 수 있다.
상기 압력 조절 유닛은, 상기 액화 가스 가압기 및 상기 버퍼 탱크를 우회하여 상기 공급 펌프와, 상기 액화 가스 공급관의 상기 액화 가스 가압기 및 압력 조절 밸브 사이의 영역을 연결하는 우회 공급관;을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 의하면, 본 발명의 부유식 발전 시스템은 다량의 증발 가스를 발전에 이용할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 본 발명의 부유식 발전 시스템은 에너지 효율을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 부유식 발전 시스템을 나타낸 블록 구성도이다.
도 2는 도 1의 증발 가스 압축 유닛을 나타낸 블록 구성도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 부유식 발전 시스템을 나타낸 블록 구성도이다.
도 4는 도 3의 증발 가스 압축 유닛을 나타낸 블록 구성도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 부유식 발전 시스템을 나타낸 블록 구성도이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해 과장되었다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 부유식 발전 시스템(10)을 나타낸 블록 구성도이다. 도 1을 참조하면, 부유식 발전 시스템(10)은 부유체에 설치되어 액화 가스를 이용하여 전기를 생산한다. 부유체는 해상 또는 강물 등의 수상에 부유되고, 부유식 발전 시스템(10)이 설치되는 선박 또는 해양 구조물로 제공될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 부유식 발전 시스템(10)은 저장 탱크(1000), 가스 발전 모듈(2000) 및 가스 공급 모듈(3000)을 포함한다. 설명의 편의를 위해 도면 및 명세서에는 기재되지 않았으나, 부유식 발전 시스템(10)은 부유식 발전 시스템(10)의 운용에 당연히 요구되는 펌프, 압축기 및 밸브 등의 필수 구성을 포함하는 것으로 가정한다.
저장 탱크(1000)에는 액화 가스가 저장된다. 액화 가스는 상온에서는 기체 상태인 가스가 액체 상태로 응축된 가연성 물질이다. 예를 들면, 액화 가스는 액화천연가스(LNG)로 제공된다.
가스 발전 모듈(2000)은 저장 탱크(1000)로부터 공급된 액화 가스를 이용하여 전기를 생산한다. 일 실시 예에 따르면, 가스 발전 모듈(2000)은 가스 터빈(2100)을 가진다.
가스 터빈(2100)은 저장 탱크(1000)로부터 기체 상태로 공급된 액화 가스를 연소하여 터빈(Turbine)을 회전시킴으로써 전기를 생산한다. 가스 터빈(2100)이 액화 가스를 이용하여 동작하기 위해서는 일반적으로 일정 알피엠(rpm) 이상의 터빈의 회전이 요구된다. 따라서, 일반적으로, 가스 발전 모듈(2000)에는 가스 터빈(2100)이 액화 가스를 연소하여 자체적으로 동작되기 전에 가스 터빈(2100)의 터빈을 상기 일정 알피엠 이상으로 회전시키는 스타터(미도시)가 제공된다. 이와 달리, 가스 발전 모듈(2000)은 가스 터빈(2100)을 대신하여, 엔진(Engine)을 포함할 수 있다. 엔진은 가스 터빈(2100)과 동일하게 기화된 액화 가스를 연료로 사용하여 전기를 발생시키나 작동 조건에 있어서 가스 터빈(2100)과 상이하다. 가스 터빈(2100) 대신 엔진이 제공되는 경우, 가스 공급 모듈(3000)은 저장 탱크(1000)에 저장된 액화 가스를 엔진으로 공급한다.
가스 발전 모듈(2000)은 공기 냉각기(미도시)를 더 포함할 수 있다. 공기 냉각기는 가스 터빈(2100)에 액화 가스의 연소를 위해 유입되는 외부 공기를 냉각한다. 가스 터빈(2100)에 유입되는 공기의 온도를 낮출수록 가스 터빈에 동일 시간 동안 공급되는 공기의 질량이 증가하여 가스 터빈의 출력을 높일 수 있다. 가스 터빈(2100)이 공급되는 외부 공기의 온도에 민감하지 않은 기종으로 제공되는 경우, 공기 냉각기는 선택적으로 제공되지 않을 수 있다.
가스 공급 모듈(3000)은 저장 탱크(1000)에 저장된 액화 가스를 가스 터빈(2100)으로 공급한다. 일 실시 예에 따르면, 가스 공급 모듈(3000)은 재응축기(3100), 연료 공급관(3200), 액화 가스 기화기(3300), 공급 펌프(3400), 액화 가스 공급관(3500), 증발 가스관(3600), 압력 조절 유닛(3700), 증발 가스량 측정기(3800), 증발 가스 압축 유닛(3900) 및 제어기(4000)를 가진다.
재응축기(3100)는 저장 탱크(1000) 내의 액화 가스로부터 발생된 증발 가스를 재응축한다. 재응축기(3100)의 내부에는 상부로부터 저장 탱크(1000)에서 액화 가스가 증발된 증발 가스가 공급되고, 액체 상태의 액화 가스가 저장 탱크(1000)로부터 공급된다. 재응축기(3100)로 공급된 증발 가스는 고압 상태에서 액체 상태의 액화 가스와의 열교환을 통해 냉각되어 액체 상태로 재응축된다. 일 실시 예에 따르면, 재응축기(3100) 내로 공급되는 액체 상태의 액화 가스 중 일부는 재응축기(3100) 내에서 스프레이 방식으로 분사되어 공급된다. 따라서, 증발 가스와의 접촉 면적이 증가되어 액체 상태의 액화 가스와 증발 가스 간에 열교환이 보다 용이해진다.
연료 공급관(3200)은 재응축기(3100)와 가스 터빈(2100)을 연결한다. 따라서, 재응축기(3100)에서 재응축된 액화 가스는 연료 공급관(3200)을 통해 액화 가스 기화기(3300)에서 기화된 후 가스 터빈(2100)으로 공급된다. 연료 공급관(3200)에는 이송 펌프(3210)가 설치될 수 있다. 이송 펌프(3210)는 재응축기(3100) 내의 액화 가스가 가스 터빈(2100)으로 이송되도록 액화 가스에 압력을 인가한다.
액화 가스 기화기(3300)는 가스 터빈(2100)에서 연료로 사용될 수 있도록, 가스 터빈(2100)으로 공급되기 전에 액화 가스를 기화시킨다. 액화 가스 기화기(3300)는 연료 공급관(3200)에 설치된다.
공급 펌프(3400)는 저장 탱크(1000) 내의 액체 상태의 액화 가스를 재응축기(3100)로 이송시킨다. 즉, 공급 펌프(3400)는 저장 탱크(1000) 내의 액화 가스가 액화 가스 공급관(3500)을 따라 재응축기(3100)로 이동되도록 액화 가스에 압력을 인가한다.
액화 가스 공급관(3500)은 공급 펌프(3400)와 재응축기(3100)를 연결한다. 따라서, 공급 펌프(3400)에 의해 압력이 가해진 액화 가스는 액화 가스 공급관(3500)을 따라 재응축기(3100)로 이송된다.
증발 가스관(3600)은 저장 탱크(1000) 및 재응축기(3100)를 연결한다. 저장 탱크(1000)에서 발생된 증발 가스는 증발 가스관(3600)을 따라 증발 가스 압축 유닛(3900)을 지나 증발 가스 압축 유닛(3900)에서 압축된 후 재응축기(3100)로 이송된다.
압력 조절 유닛(3700)은 재응축기(3100) 내의 압력을 조절한다. 일 실시 예에 따르면, 압력 조절 유닛(3700)은 압력 조절 밸브(3710)를 포함한다. 압력 조절 밸브(3710)는 액화 가스 공급관(3500)의 개방율을 조절한다. 압력 조절 유닛(3700)은 압력 조절 밸브(3710)의 개방율을 조절함으로써, 재응축기(3100) 내의 압력을 조절한다. 예를 들면, 압력 조절 밸브(3710)의 개방율을 증가시킴으로써, 재응축기(3100) 내로 동일 시간 내에 보다 많은 양의 액화 가스가 공급되면 재응축기(3100) 내의 압력이 증가된다. 이와 달리, 압력 조절 밸브(3710)의 개방율을 감소시킴으로써, 재응축기(3100) 내로 동일 시간 내에 보다 적은 양의 액화 가스가 공급되면 재응축기(3100) 내의 압력이 감소된다.
압력 조절 유닛(3700)은 액화 가스 공급관(3500)을 흐르는 액화 가스의 일부가 분지되어 재응축기(3100) 내에서 스프레이 방식으로 분사되어 공급되는 액화 가스의 공급량을 조절하는 분사 가스 조절 밸브(3720)를 더 포함할 수 있다.
증발 가스량 측정기(3800)는 저장 탱크(1000) 내에서 발생되는 증발 가스의 발생량을 측정한다. 증발 가스의 발생량은 동일 시간 동안 저장 탱크(1000) 내에서 증발되는 액화 가스의 질량이다. 증발 가스량 측정기(3800)는 증발 가스관(3600)의 증발 가스 압축 유닛(3900) 및 저장 탱크(1000)의 사이에 설치될 수 있다. 예를 들면, 증발 가스량 측정기(3800)는 저장 탱크(1000)로부터 증발 가스관(3600)에 유입되는 증발 가스의 유량을 측정하거나 압력을 측정함으로써 증발 가스 발생량을 산출할 수 있다. 증발 가스량 측정기(3800)에서 측정된 증발 가스 발생량의 측정값은 제어기(4000)로 전달된다.
증발 가스 압축 유닛(3900)은 저장 탱크(1000)에서 발생된 증발 가스를 재응축기(3100)로 공급되기 전에 압축한다. 증발 가스는 증발 가스 압축 유닛(3900)에 의해 압축된 상태에서 재응축기(3100)로 공급됨으로써, 재응축기(3100) 내에서 보다 용이하게 액체 상태로 응축될 수 있다. 증발 가스 압축 유닛(3900)은 저장 탱크(1000)에서 발생된 증발 가스의 발생량에 따라 증발 가스를 압축하는 압력을 상이하게 조절할 수 있도록 제공된다. 도 2는 도 1의 증발 가스 압축 유닛(3900)을 나타낸 블록 구성도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 일 실시 예에 따르면, 증발 가스 압축 유닛(3900)은 일 실시 예에 따르면, 증발 가스 압축 유닛(3900)은 제 1 중압 압축기(3910), 제 2 중압 압축기(3920), 고압 압축기(3930), 제 1 증발 가스관(3940), 제 2 증발 가스관(3950) 및 연결관(3960)을 포함한다.
제 1 증발 가스관(3940) 및 제 2 증발 가스관(3950)은 증발 가스관(3600)에 연결된다. 제 1 증발 가스관(3940) 및 제 2 증발 가스관(3950)은 서로 병렬로 연결된다. 따라서, 저장 탱크(1000)에서 발생된 증발 가스는 증발 가스관(3600)을 따라 제 1 증발 가스관(3940) 또는, 제 1 증발 가스관(3940) 및 제 2 증발 가스관(3950)을 지나 재응축기(3100)로 이송된다. 연결관(3960)은 제 1 증발 가스관(3940) 및 제 2 증발 가스관(3950)을 연결한다. 연결관(3960)은 제 1 증발 가스관(3940)의 재응축기(3100) 및 제 1 중압 압축기(3910) 사이의 영역과 재 2 증발 가스관(3600)의 고압 압축기(3930) 및 제 2 중압 압축기(3920) 사이의 영역을 연결한다.
제 1 중압 압축기(3910) 및 제 2 중압 압축기(3920)는 증발 가스를 제 1 압력까지 압축시킨다. 고압 압축기(3930)는 제 1 중압 압축기(3910) 및 제 2 중압 압축기(3920)에 의해 제 1 압력으로 압축된 증발 가스를 제 1 압력보다 높은 제 2 압력까지 압축시킨다. 제 1 중압 압축기(3910)는 제 1 증발 가스관(3940)에 연결된다. 제 2 중압 압축기(3920) 및 고압 압축기(3930)는 제 2 증발 가스관에 서로 직렬로 연결된다. 고압 압축기(3930)는 제 2 중압 압축기(3920)보다 재응축기(3100)에 인접하게 위치된다.
제어기(4000)는 증발 가스량 측정기(3800)로부터 측정된 증발 가스의 발생량에 따라 압력 조절 유닛(3700)을 제어한다. 일 실시 예에 따르면, 제어기(4000)는 압력 조절 밸브(3710)의 개방율을 조절함으로써, 재응축기(3100)의 내부 압력을 조절한다. 따라서, 제어기(4000)는 증발 가스량 측정기(3800)로부터 측정된 증발 가스의 발생량에 따라 압력 조절 밸브(3710)를 제어한다. 예를 들면, 제어기(4000)는 증발 가스의 발생량이 제 1 발생량인 경우, 압력 조절 밸브(3710)의 개방율을 제 1 개방율로 조절하고, 증발 가스의 발생량이 제 1 발생량보다 높은 제 2 발생량인 경우, 압력 조절 밸브(3710)의 개방율을 제 2 개방율로 조절한다. 압력 조절 밸브(3710)의 개방율을 높여 재응축기(3100)의 압력을 높이는 경우, 재응축기(3100) 내에서의 증발 가스의 재응축이 보다 용이하게 이루어지므로, 동일한 재응축기(3100)를 이용하여 동일한 시간 동안 보다 많은 양의 증발 가스를 재응축시킬 수 있다.
재응축기(3100) 내의 압력이 동일한 상태에서 재응축기(3100) 내로 스프레이 방식으로 분사되어 공급되는 액화 가스의 양이 많을수록 증발 가스와의 열교환이 용이하여 많은 양의 증발 가스가 재응축된다. 따라서, 스프레이 방식으로 분사되는 액화 가스의 양이 과도한 경우, 액체 상태의 액화 가스가 재응축기(3100) 내에 수용될 수 있는 양을 초과할 수 있다. 그러므로, 제어기(4000)는 재응축기(3100) 내의 액체 상태의 액화 가스의 양에 따라 분사 가스 조절 밸브(3720)의 개방율을 조절하여 액체 상태의 액화 가스가 재응축기(3100) 내에 수용될 수 있는 양을 초과하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 제어기(4000)는 증발 가스량 측정기(3800)로부터 측정된 증발 가스의 발생량에 따라 증발 가스 압축 유닛(3900)의 압축 압력을 제어한다. 즉, 제어기(4000)는 저장 탱크(1000)에서의 증발 가스의 발생량에 따라 증발 가스 압축 유닛(3900)이 압축한 증발 가스의 압력을 제어한다. 일 실시 예에 따르면, 제어기(4000)는 저장 탱크(1000)에서의 증발 가스의 발생량이 미리 설정된 설정량 미만인 경우, 증발 가스는 제 1 중압 압축기(3910)에 의해 압축되고 고압 압축기(3930)는 작동하지 않으며, 증발 가스의 발생량이 상기 설정량 이상인 경우, 증발 가스는 제 1 중압 압축기(3910) 및 제 2 중압 압축기(3920)에 의해 압축된 후에 고압 압축기(3930)에 의해서 압축되도록 상기 증발 가스 압축 유닛을 제어한다. 예를 들면, 제어기(4000)는 저장 탱크(1000)에서의 증발 가스의 발생량이 상기 설정량 미만인 경우, 증발 가스는 제 1 중압 압축기(3910)에 의해 압축되고, 증발 가스의 발생량이 설정량 이상인 경우, 증발 가스는 제 1 중압 압축기(3910) 및 제 2 중압 압축기(3920)에 의해 압축된 후에 고압 압축기(3930)에 의해서 압축되도록, 제 1 증발 가스관(3940), 제 2 증발 가스관(3950) 및 연결관(3960)에 제공된 밸브들과, 제 1 중압 압축기(3910), 제 2 중압 압축기(3920) 및 고압 압축기(3930)의 작동 여부를 제어한다. 일반적으로, 가스를 압축하는 압축기는 압축 가능 압력이 높을수록 처리할 수 있는 가스의 양이 많다. 따라서, 고압 압축기(3930)는 제 1 중압 압축기(3910) 및 제 2 중압 압축기(3920)를 합한 수보다 적게 제공될 수 있다. 여기서 기설정된 설정량은 제 1 중압 압축기(3910)만으로 처리할 수 있는 정상 운전 시 증발 가스 발생량의 최대 값일 수 있다.
가스 공급 모듈(3000)은 가스 온도 조절기(미도시)를 더 포함할 수 있다. 가스 온도 조절기는 가스 터빈(2100)의 효율을 높이기 위해, 액화 가스 기화기(3300)에서 기화된 액화 가스를 가스 터빈(2100)의 효율이 최적화되는 온도로 가열하여 가스 터빈(2100)으로 공급한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 부유식 발전 시스템(20)을 나타낸 블록 구성도이다. 도 4는 도 3의 증발 가스 압축 유닛(3900a)을 나타낸 블록 구성도이다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 가스 공급 모듈(3000a)은 초과 가스 공급관(5100) 및 초과 가스 압축기(5200)를 더 포함할 수 있다.
초과 가스 공급관(5100)은 제 2 증발 가스관(3950)의 고압 압축기(3930) 및 재응축기(3100) 사이의 영역과 연료 공급관(3200)의 액화 가스 기화기(3300) 및 가스 터빈(2100) 사이의 영역을 연결한다.
초과 가스 압축기(5200)는 고압 압축기(3930)에 의해 제 2 압력으로 압축된 증발 가스를 제 2 압력 보다 높은 제 3 압력으로 압축시킨다. 초과 가스 압축기(5200)는 초과 가스 공급관(5100)에 연결되어 설치된다.
일 실시 예에 따르면, 제어기(4000)는 증발 가스량 측정기(3800)에 의해 측정된 증발 가스의 발생량이 재응축기(3100)에서 재응축할 수 있는 양을 초과하는 경우, 고압 압축기(3930)에서 압축된 증발 가스가 초과 가스 압축기(5200)에서 제 3 압력으로 압축되고, 재응축기(3100)로부터 압축되고 액화 가스 기화기(3300)에서 기화된 액화 가스와 혼합되어 가스 터빈(2100)으로 공급되도록 초과 가스 공급관(5100)을 개방하고, 초과 가스 압축기(5200)가 작동되도록 제어한다. 따라서, 초과 가스 공급관(5100) 및 초과 가스 압축기(5200)가 제공됨으로써, 재응축기(3100)에서 재응축할 수 있는 양을 초과하는 증발 가스가 발생되는 경우에도, 증발 가스를 가스 터빈(2100)의 연료로 사용함으로써 처리할 수 있다.
부유식 발전 시스템(20)의 그 외 구성, 구조 및 기능 등은 도 1의 부유식 발전 시스템(10)과 유사하다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 부유식 발전 시스템(30)을 나타낸 블록 구성도이다. 도 5를 참조하면, 압력 조절 유닛(3700a)은 액화 가스 가압기(3730)를 더 포함할 수 있다. 액화 가스 가압기(3730)는 공급 펌프(3400)로부터 재응축기(3100)로 이송되는 액화 가스에 이송 방향으로 압력을 가한다. 액화 가스 가압기(3730)는 액화 가스 공급관(3500)의 압력 조절 밸브(3710) 및 공급 펌프(3400) 사이의 영역에 제공될 수 있다. 공급 펌프(3400)가 가할 수 있는 압력이 재응축기(3100)를 충분히 가압하기에 부족한 경우, 액화 가스 가압기(3730)에 의해 이송 방향으로 액화 가스에 압력을 가함으로써, 재응축기(3100)에 충분한 압력을 인가할 수 있다. 따라서, 재응축기(3100)에 충분한 압력을 인가하기 위해 과도한 에너지가 소비되는 고압력의 펌프가 공급 펌프(3400)로서 요구되지 않을 수 있다.
또한, 압력 조절 유닛(3700a)은 액화 가스 가압기(3730)에서 액화 가스가 보다 용이하게 가압될 수 있도록 액화 가스가 일식적으로 머무는 버퍼 탱크(3740)를 더 포함할 수 있다. 버퍼 탱크(3740)는 액화 가스 공급관(3500)의 액화 가스 가압기(3730) 및 공급 펌프(3400) 사이의 영역에 제공될 수 있다.
또한, 압력 조절 유닛(3700a)은 우회 공급관(3750)을 더 포함할 수 있다. 우회 공급관(3750)은 공급 펌프(3400)로부터 공급된 액화 가스가 액화 가스 가압기(3730)를 우회하여 재응축기(3100)로 이송되도록, 공급 펌프(3400)와, 액화 가스 공급관(3500)의 액화 가스 가압기(3730) 및 압력 조절 밸브(3710) 사이의 영역을 연결한다.
일 실시 예에 따르면, 공급 펌프(3400)의 최대 압력이 저장 탱크(1000)에서 증발 가스의 발생량이 설정량을 초과할 때 재응축기(3100)에서 요구되는 압력보다 작게 제공되는 경우, 제어기(4000)는, 증발 가스의 발생량이 상기 설정량을 초과하면 액화 가스 가압기(3730)를 가동하고 우회 공급관(3750)을 닫아 액화 가스를 가압하고, 증발 가스의 발생량이 상기 설정량 이하이면, 우회 공급관(3750)을 개방하고, 액화 가스 가압기(3730)를 작동시키지 않도록 제어한다.
부유식 발전 시스템(30)의 그 외 구성, 구조 및 기능 등은 도 1의 부유식 발전 시스템(10)과 유사하다. 또한, 부유식 발전 시스템(30)의 가스 공급 모듈(3000b)은 도 3의 부유식 발전 시스템(20)과 같이 초과 가스 공급관(5100) 및 초과 가스 압축기(5200)를 더 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 부유식 발전 시스템은 재응축기 내의 압력을 조절함으로써, 액화 가스를 이송하는 액화가스 운반선으로부터 저장탱크로 액화 가스를 이송하는 경우 등에 발생된 다량의 증발 가스를 발전에 이용할 수 있다. 또한, 재응축기 내의 압력을 조절하되, 액화 가스 가압기를 제공하여 필요에 따라 가압함으로써, 재응축기(3100)에 충분한 압력을 인가하기 위해 과도한 에너지가 소비되는 고압력의 펌프가 공급 펌프(3400)로서 요구되지 않을 수 있다. 따라서, 본 발명의 부유식 발전 시스템은 에너지 효율을 높일 수 있다.
10, 20, 30: 부유식 발전 시스템 1000: 저장 탱크
2000: 가스 발전 모듈 2100: 가스 터빈
3000, 3000a, 3000b: 가스 공급 모듈 3100: 재응축기
3300: 액화 가스 기화기 3700, 3700a: 압력 조절 유닛
3710: 압력 조절 밸브 3730: 액화 가스 가압기
3740: 버퍼 탱크 3750: 우회 공급관
3900, 3900a: 증발 가스 압축 유닛 3910: 제 1 중압 압축기
3920: 제 2 중압 압축기 3930: 고압 압축기
4000: 제어기 5100: 초과 가스 공급관
5200: 초과 가스 압축기

Claims (10)

  1. 부유체에 설치되어 액화 가스를 이용하여 전기를 생산하는 부유식 발전 시스템에 있어서,
    액화 가스를 저장하는 저장 탱크와;
    액화 가스를 이용하여 전기를 발생시키는 가스 터빈이 제공된 가스 발전 모듈과;
    상기 저장 탱크에 저장된 액화 가스를 상기 가스 터빈으로 공급하는 가스 공급 모듈을 포함하되,
    상기 가스 공급 모듈은,
    상기 저장 탱크 내의 액화 가스로부터 발생된 증발 가스를 재응축하는 재응축기와;
    상기 재응축기와 상기 가스 터빈을 연결하는 연료 공급관과;
    상기 연료 공급관에 설치되고, 상기 액화 가스를 기화시키는 액화 가스 기화기와;
    상기 저장 탱크 내의 액화 가스를 상기 재응축기로 이송시키는 공급 펌프와;
    상기 공급 펌프와 상기 재응축기를 연결하는 액화 가스 공급관과;
    상기 저장 탱크로부터 상기 재응축기로 증발 가스가 이송되는 증발 가스관과;
    상기 재응축기 내의 압력을 조절하는 압력 조절 유닛과;
    상기 저장 탱크 내에서 발생되는 증발 가스의 발생량을 측정하는 증발 가스량 측정기와;
    상기 증발 가스량 측정기로부터 측정된 증발 가스의 발생량에 따라 상기 압력 조절 유닛을 제어하는 제어기를 포함하며,
    상기 압력 조절 유닛은 상기 액화 가스 공급관의 개방율을 조절하는 압력 조절 밸브를 포함하고,
    상기 제어기는 상기 증발 가스량 측정기로부터 측정된 증발 가스의 발생량에 따라 상기 압력 조절 밸브를 제어하는 부유식 발전 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 공급 모듈은 상기 재응축기로 공급되기 전에 상기 증발 가스를 압축하는 증발 가스 압축 유닛을 더 포함하고,
    상기 제어기는 상기 증발 가스량 측정기로부터 측정된 증발 가스의 발생량에 따라 상기 증발 가스 압축 유닛의 압축 압력을 제어하는 부유식 발전 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 증발 가스 압축 유닛은,
    증발 가스를 제 1 압력까지 압축시키는 제 1 중압 압축기 및 제 2 중압 압축기와;
    상기 제 1 중압 압축기 및 상기 제 2 중압 압축기에 의해 상기 제 1 압력으로 압축된 증발 가스를 상기 제 1 압력보다 높은 제 2 압력까지 압축시키는 고압 압축기를 포함하되,
    상기 제어기는 상기 증발 가스의 발생량이 미리 설정된 설정량 미만인 경우, 상기 증발 가스는 상기 제 1 중압 압축기에 의해 압축되고, 상기 증발 가스의 발생량이 상기 설정량 이상인 경우, 상기 증발 가스는 상기 제 1 중압 압축기 및 상기 제 2 중압 압축기에 의해 압축된 후에 상기 고압 압축기에 의해서 압축되도록 상기 증발 가스 압축 유닛을 제어하는 부유식 발전 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 증발 가스 압축 유닛은,
    상기 증발 가스관에 연결되고, 서로 병렬 연결된 제 1 증발 가스관 및 제 2 증발 가스관과,
    상기 제 1 증발 가스관 및 상기 제 2 증발 가스관을 연결하는 연결관을 포함하고,
    상기 제 1 중압 압축기는 상기 제 1 증발 가스관에 연결되고,
    상기 제 2 중압 압축기 및 상기 고압 압축기는 상기 제 2 증발 가스관에 서로 직렬로 연결되고,
    상기 연결관은 상기 제 1 증발 가스관의 상기 재응축기 및 상기 제 1 중압 압축기 사이의 영역과 상기 제 2 증발 가스관의 상기 고압 압축기 및 상기 제 2 중압 압축기 사이의 영역을 연결하며,
    상기 제어기는 상기 증발 가스의 발생량이 상기 설정량 미만인 경우, 상기 증발 가스는 상기 제 1 중압 압축기에 의해 압축되고, 상기 증발 가스의 발생량이 상기 설정량 이상인 경우, 상기 증발 가스는 상기 제 1 중압 압축기 및 상기 제 2 중압 압축기에 의해 압축된 후에 상기 고압 압축기에 의해서 압축되도록, 상기 제 1 증발 가스관, 상기 제 2 증발 가스관 및 상기 연결관에 제공된 밸브들과, 상기 제 1 중압 압축기, 상기 제 2 중압 압축기 및 상기 고압 압축기를 제어하는 부유식 발전 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 가스 공급 모듈은,
    상기 제 2 증발 가스관의 상기 고압 압축기 및 상기 재응축기 사이의 영역과 상기 연료 공급관의 상기 액화 가스 기화기 및 상기 가스 터빈 사이의 영역을 연결하는 초과 가스 공급관과;
    상기 초과 가스 공급관에 제공되고, 상기 제 2 압력 상태의 증발 가스를 상기 제 2 압력보다 높은 제 3 압력으로 압축시키는 초과 가스 압축기를 더 포함하는 부유식 발전 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 압력 조절 유닛은,
    상기 액화 가스 공급관의 상기 압력 조절 밸브 및 상기 공급 펌프 사이의 영역에 제공되고, 액화 가스를 가압하는 액화 가스 가압기를 더 포함하는 부유식 발전 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 압력 조절 유닛은,
    상기 액화 가스 공급관의 상기 액화 가스 가압기 및 상기 공급 펌프 사이의 영역에 제공되고, 액화 가스가 머무는 버퍼 탱크를 더 포함하는 부유식 발전 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 압력 조절 유닛은,
    상기 액화 가스 가압기 및 상기 버퍼 탱크를 우회하여 상기 공급 펌프와, 상기 액화 가스 공급관의 상기 액화 가스 가압기 및 압력 조절 밸브 사이의 영역을 연결하는 우회 공급관;을 더 포함하는 부유식 발전 시스템.
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