KR101936372B1 - 초임계 이산화탄소 발전장치용 누설 이산화탄소 재주입 시스템 - Google Patents

초임계 이산화탄소 발전장치용 누설 이산화탄소 재주입 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 초임계 이산화탄소 발전장치의 터빈에서 누설되는 이산화탄소를 포집하여, 압축기와 이젝터를 이용하여 차례로 승압시켜 다시 재주입함으로써, 누설된 이산화탄소의 재주입이 용이하다. 또한, 압축기와 이젝터를 함께 사용함으로써, 압축기의 동력 소모를 최소화시켜 효율이 향상될 수 있다. 또한, 터빈으로 흡입되기 이전의 고압 상태의 이산화탄소 중 일부를 이젝터의 주 유동으로 흡입함으로써, 이젝터에서 이산화탄소를 승압시키는 것이 용이한 이점이 있다.

Description

초임계 이산화탄소 발전장치용 누설 이산화탄소 재주입 시스템{Re-injection system of leaked carbon dioxide for Supercritical carbon dioxide power plant}
본 발명은 초임계 이산화탄소 발전장치용 누설 이산화탄소 재주입 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 초임계 이산화탄소 발전장치의 터빈에서 누설된 이산화탄소를 압축기와 이젝터를 이용하여 재주입시키는 초임계 이산화탄소 발전장치용 누설 이산화탄소 재주입 시스템에 관한 것이다.
기존 에너지원의 활용성과 전력수급의 효율성을 향상시키기 위해 고효율 전력생산 기술의 향상에 대한 관심이 지속적으로 증대되고 있다. 고효율 전력생산 기술 향상을 위한 대안으로 초임계 이산화탄소 발전 기술에 대한 연구개발이 활성화되고 있다.
초임계 이산화탄소 발전 기술은, 임계 압력 이상의 초고압으로 압축된 이산화탄소를 고온으로 가열하여 터빈을 구동하는 브레이튼(Brayton)사이클 방식의 전력생산 기술이다.
그러나, 초임계 이산화탄소 발전장치의 운전시, 터빈 측에서 이산화탄소가 누설되는 현상이 발생된다. 이산화탄소의 누설을 방지하기 위하여 시일(seal) 등을 적용하더라도 상당한 양의 이산화탄소의 누설이 발생되는 문제점이 있다. 스팀 발전 장치의 경우 스팀이 누설되더라도 누설량만큼 추가 보충이 용이하나, 초임계 이산화탄소 발전장치의 경우, 이산화탄소를 추가로 공급하기 어려운 문제점이 있다.
한국등록특허 10-1138223
본 발명의 목적은, 누설된 이산화탄소를 포집하여 다시 재주입할 수 있는 초임계 이산화탄소 발전장치용 누설 이산화탄소 재주입 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전장치용 누설 이산화탄소 재주입 시스템은, 초임계 이산화탄소를 이용하여 구동하는 터빈과; 상기 터빈에서 누설되어 포집된 이산화탄소를 압축하여 제1설정압력 이상으로 1차로 승압시키는 압축기와; 상기 터빈의 입구로 유입되기 이전의 고압상태의 이산화탄소 중 일부를 바이패스시켜 주(primary) 유동으로 흡입하고, 상기 압축기에서 나온 이산화탄소를 부(secondary) 유동으로 흡입하여, 흡입된 이산화탄소를 제2설정압력 이상으로 2차로 승압시킨 후, 상기 터빈의 토출측으로 다시 주입시키는 이젝터와; 상기 터빈의 입구로 이산화탄소를 공급하도록 형성된 터빈 흡입유로에서 분기되어, 상기 이젝터의 주(primary) 입구에 연결되는 이젝터 주공급유로와; 상기 압축기의 출구와 상기 이젝터의 부(secondary) 입구를 연결하는 이젝터 부공급유로와; 상기 이젝터의 출구를 상기 터빈의 출구에서 이산화탄소를 토출하도록 형성된 터빈 토출유로에 연결하는 이젝터 토출유로를 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 초임계 이산화탄소 발전장치용 누설 이산화탄소 재주입 시스템은, 초임계 이산화탄소를 이용하여 구동하는 터빈과; 상기 터빈에서 누설되어 포집된 이산화탄소를 압축하여 제1설정압력 이상으로 1차로 승압시키는 압축기와; 상기 터빈의 출구에서 토출되는 저압상태의 이산화탄소 중 일부를 바이패스시켜 주(primary) 유동으로 흡입하고, 상기 압축기에서 압축되어 나온 이산화탄소를 부 (secondary) 유동으로 흡입하여, 흡입된 이산화탄소를 제2설정 압력 이상으로 2차로 승압시키는 제1이젝터와; 상기 터빈의 입구로 유입되기 이전의 고압상태의 이산화탄소 중 일부를 바이패스시켜 주(primary) 유동으로 흡입하고, 상기 제1이젝터에서 승압되어 나온 이산화탄소를 부(secondary) 유동으로 흡입하여, 흡입된 이산화탄소를 제3설정 압력 이상으로 3차로 승압시킨 후, 상기 터빈의 토출측으로 다시 주입시키는 제2이젝터와; 상기 터빈의 출구에서 이산화탄소를 토출하도록 형성된 터빈 토출유로에서 분기되어, 상기 제1이젝터의 주(primary) 입구에 연결되는 제1이젝터 주공급유로와; 상기 압축기의 출구와 상기 제1이젝터의 부(secondary) 입구를 연결하는 제1이젝터 부공급유로와; 상기 터빈의 입구로 이산화탄소를 공급하도록 형성된 터빈 흡입유로에서 분기되어, 상기 제2이젝터의 주(primary) 입구에 연결되는 제2이젝터 주공급유로와; 상기 제1이젝터의 출구와 상기 제2이젝터의 부(secondary) 입구를 연결하는 제2이젝터 부공급유로와; 상기 제2이젝터의 출구를 상기 터빈 토출유로에 연결하는 제2이젝터 토출유로를 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 초임계 이산화탄소 발전장치용 누설 이산화탄소 재주입 시스템은, 초임계 이산화탄소를 이용하여 구동하는 터빈과; 상기 터빈에서 누설되어 포집된 이산화탄소를 제1설정압력 이상으로 1차로 승압시키는 압축기와; 상기 터빈의 입구로 유입되기 이전의 고압 상태의 이산화탄소 중 일부를 바이패스시켜 주(primary) 유동으로 흡입하고, 상기 압축기에서 압축되어 나온 이산화탄소를 부(secondary) 유동으로 흡입하여, 흡입된 이산화탄소를 제2설정 압력 이상으로 2차로 승압시키는 제1이젝터와; 상기 터빈의 입구로 유입되기 이전의 고압 상태의 이산화탄소 중 다른 일부를 주(primary) 유동으로 흡입하고, 상기 제1이젝터에서 승압되어 나온 이산화탄소를 부 (secondary) 유동으로 흡입하여, 흡입된 이산화탄소를 제3설정 압력 이상으로 3차로 승압시킨 후, 상기 터빈의 토출측으로 합류시키는 제2이젝터와; 상기 터빈의 입구로 이산화탄소를 공급하도록 형성된 터빈 흡입유로에서 분기되어 형성된 이젝터 공급유로와; 상기 이젝터 공급유로에서 분기되어, 상기 제1이젝터의 주(primary) 입구에 연결되는 제1이젝터 주공급유로와; 상기 압축기의 출구와 상기 제1이젝터의 부(secondary) 입구를 연결하는 제1이젝터 부공급유로와; 상기 이젝터 공급유로에서 분기되어, 상기 제2이젝터의 주(primary) 입구에 연결되는 제2이젝터 주공급유로와; 상기 제1이젝터의 출구와 상기 제2이젝터의 부(secondary) 입구를 연결하는 제2이젝터 부공급유로와; 상기 제2이젝터의 출구를 상기 터빈 토출유로에 연결하는 제2이젝터 토출유로를 포함한다.
본 발명은, 초임계 이산화탄소 발전장치의 터빈에서 누설되는 이산화탄소를 포집하여, 압축기와 이젝터를 이용하여 차례로 승압시켜 다시 재주입함으로써, 누설된 이산화탄소의 재주입이 용이하다.
또한, 압축기와 이젝터를 함께 사용함으로써, 압축기의 동력 소모를 최소화시켜 효율이 향상될 수 있다.
또한, 터빈으로 흡입되기 이전의 고압 상태의 이산화탄소 중 일부를 이젝터의 주 유동으로 흡입함으로써, 이젝터에서 이산화탄소를 승압시키는 것이 용이한 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 초임계 이산화탄소 발전장치용 누설 이산화탄소 재주입 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 이젝터의 구성과 내부 압력 분포를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 초임계 이산화탄소 발전장치용 누설 이산화탄소 재주입 시스템을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 초임계 이산화탄소 발전장치용 누설 이산화탄소 재주입 시스템을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 압축기와 이젝터를 이용한 누설 이산화탄소 재주입 시스템의 성능 계산 방법을 나타낸 순서도이다.
도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 압축기와 1개의 이젝터를 이용한 누설 이산화탄소 재주입 시스템에서 터빈의 순 일의 증가량을 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 압축기와 2개의 이젝터를 이용한 누설 이산화탄소 재주입 시스템에서 터빈의 순 일의 증가량을 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예에 대해 설며하면, 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 초임계 이산화탄소 발전장치용 누설 이산화탄소 재주입 시스템을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 초임계 이산화탄소 발전장치(10)용 누설 이산화탄소 재주입 시스템(20)은, 압축기(21), 이젝터(30), 이젝터 주공급유로(31), 이젝터 부공급유로(32) 및 이젝터 토출유로(33)를 포함한다.
상기 초임계 이산화탄소 발전장치(10)는, 터빈(11), 열회수기(Recuperator)(12), 쿨러(14), 펌프(16), 히터(18)를 포함하는 것으로 예를 들어 설명한다. 상기 초임계 이산화탄소 발전장치(10)는, 일반 브레이튼 사이클이 아닌 초임계(transcritical) 사이클인 것으로 설명한다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 초임계 이산화탄소 발전장치는 초임계 이산화탄소를 이용하여 발전하는 장치라면 어느 구성이나 적용 가능하다. 상기 터빈(11)은, 상기 히터(18)에서 가열된 임계 온도 이상의 초임계 이산화탄소(S-CO2, Supercritical CO2)를 공급받고, 팽창과정을 거치면서 구동되어 일을 생성한다. 상기 터빈(11)의 입구(11a)와 상기 히터(18)는 터빈 흡입유로(41)로 연결된다. 상기 열회수기(Recuperator)(12)는 복열기 또는 열재생기라고도 하며, 상기 터빈(11)에서 나온 초임계 이산화탄소의 열을 회수하여 상기 히터(18)로 유입되는 초임계 이산화탄소를 가열하는 역할을 한다. 상기 열회수기(12)의 일측은, 상기 터빈(11)과 상기 쿨러(14)를 연결하는 유로상에 배치되고, 타측은 상기 펌프(16)와 상기 히터(18)를 연결하는 유로상에 배치된다. 상기 터빈(11)의 출구(11b)와 상기 열회수기(12)는 터빈 토출유로(42)로 연결된다. 상기 쿨러(14)는, 상기 열회수기(12)를 통과한 초임계 이산화탄소를 냉각시키는 응축기이고, 상기 히터(18)는, 외부 열원을 공급받아서 상기 열회수기(12)를 통과한 초임계 이산화탄소를 가열한다.
상기 압축기(21)는, 상기 터빈(11)에서 누설되어 포집된 이산화탄소를 상기 발전장치(10)로 재주입하기 위해 압축하여 승압시키는 누설 이산화탄소 재주입용 압축기이다.
상기 압축기(21)와 상기 터빈(11)은, 누설 이산화탄소 포집유로(22)로 연결된다. 상기 터빈(11)에서 누설된 이산화탄소는 별도의 포집수단을 이용하여 포집되어, 상기 압축기(21)로 공급될 수 있다. 상기 터빈(11)에서 누설된 이산화탄소의 압력은 약 1.2bar로서 대기압과 비슷한 수준이다. 따라서, 상기 압축기(21)는, 상기 터빈(11)에서 누설되어 포집된 이산화탄소를 미리 설정된 제1설정압력 이상으로 1차로 승압시키는 역할을 한다.
상기 이젝터(30)는, 상기 압축기(21)에서 1차로 승압된 누설 이산화탄소를 상기 발전장치(10)로 재주입하기 위해 2차 압축하여 승압시키는 누설 이산화탄소 재주입용 이젝터이다.
상기 이젝터(30)는, 상기 압축기(21)와 상기 터빈(11)의 출구측 사이에 배치되어, 상기 압축기(21)에서 1차로 승압된 이산화탄소를 미리 설정된 제2설정압력까지 2차로 승압시킨다.
상기 이젝터(30)는, 주(primary) 입구(30a), 부(secondary) 입구(30b) 및 토출구(30c)를 포함한다.
상기 이젝터(30)는, 상기 터빈(11)의 입구(11a)로 유입되기 이전의 고압상태의 이산화탄소 중 일부를 상기 이젝터(30)의 주(primary) 유동으로 흡입한다.
상기 이젝터(30)의 주(primary) 입구(30a)와 상기 터빈 흡입유로(41)는, 상기 이젝터 주공급유로(31)에 의해 연결된다.
상기 이젝터 주공급유로(31)는, 상기 터빈 흡입유로(41)에서 분기되어, 상기 터빈(11)으로 유입되기 이전에 고압상태의 이산화탄소 중 일부를 상기 이젝터(30)로 바이패스하도록 안내한다.
상기 터빈 흡입유로(41)에서 상기 이젝터 주공급유로(31)가 분기되는 지점에는 유량제어밸브(50)가 설치된다. 상기 유량제어밸브(50)는, 상기 이젝터 주공급유로(31)로 흡입되는 이산화탄소의 유량을 제어한다.
상기 이젝터(30)는, 상기 압축기(21)에서 1차로 승압된 이산화탄소를 상기 이젝터(30)의 부(secondary) 유동으로 흡입한다.
상기 이젝터의 부 입구(30b)와 상기 압축기(21)의 출구는, 상기 이젝터 부공급유로(32)에 의해 연결된다.
상기 이젝터 부공급유로(32)는, 상기 압축기(21)에서 1차로 승압된 이산화탄소를 상기 이젝터의 부 입구(30b)로 안내한다.
상기 이젝터 토출유로(33)는, 상기 이젝터(30)의 토출구(30c)와 상기 터빈 토출유로(42)를 연결한다. 상기 이젝터 토출유로(33)는, 상기 이젝터(30)의 토출구(30c)에서 2차로 승압된 이산화탄소를 상기 터빈 토출유로(42)로 주입하여 합류시킨다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 제1실시예에 따른 누설 이산화탄소 재주입 방법을 설명하면, 다음과 같다.
상기 터빈(11)에서 누설되어 포집된 이산화탄소는 상기 압축기(21)로 흡입된다. 이 때, 상기 터빈(11)에서 누설된 이산화탄소의 압력은 약 1.2bar이다.
상기 압축기(21)는, 상기 누설된 이산화탄소를 미리 설정된 제1설정 압력 이상으로 승압시킨다. 상기 제1설정 압력은, 상기 이산화탄소를 재주입하는 상기 터빈(11)의 토출측인 저압부의 압력보다 훨씬 낮은 압력으로 설정된다. 상기 터빈(11)의 저압부의 압력은, 약 57 내지 80bar이고, 상기 제1설정 압력은 약 25 내지 45bar이다.
본 발명에서는, 누설된 이산화탄소를 승압시키기 위해 압축기만을 단독으로 사용하지 않고, 상기 압축기(21)와 상기 이젝터(30)를 함께 사용하기 때문에, 상기 압축기(21)에서 상기 터빈(11)의 저압부 압력까지 승압시킬 필요가 없다. 따라서, 상기 압축기(21)의 동력 소모를 최소화시킬 수 있다.
상기 압축기(21)에서 1차로 승압된 이산화탄소는 상기 이젝터(30)의 부 입구(30b)로 흡입된다. 이 때, 상기 이젝터(30)의 주 입구(30a)에는 상기 터빈 흡입유로(41)에서 분기되어 나온 고압 상태의 이산화탄소가 흡입된다.
즉, 상기 이젝터(30)는, 상기 고압 상태의 이산화탄소를 주 유동으로 하고, 상기 압축기(21)에서 1차로 승압된 이산화탄소를 부 유동으로 하여 흡입한다.
상기 터빈 흡입유로(41)에서 분기되어 상기 이젝터(30)의 주 유동으로 흡입된 이산화탄소의 압력(Pp)은, 약 135bar이다. 상기 압축기(21)에서 나와 상기 이젝터(30)의 부 유동으로 흡입된 이산화탄소의 압력(Ps)은, 약 25 내지 45bar이다.
도 2는 본 발명에 따른 이젝터의 구성과 내부 압력 분포를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 상기 고압 상태의 주 유동의 이산화탄소와 상기 저압 상태의 부 유동의 이산화탄소가 혼합되어, 상기 이젝터(30)에서 토출되는 이산화탄소의 압력(Pb)은 약 57bar 수준이 된다.
상기 이젝터(30)에서 토출되는 이산화탄소의 압력(Pb)은, 상기 터빈 토출유로(42)의 토출측, 즉 상기 발전장치(10)의 저압부의 이산화탄소의 압력과 비슷하여, 상기 터빈(11)의 토출측에 합류가 용이하다.
따라서, 본 발명에서는, 상기 터빈(11)에서 누설된 대기압 수준의 압력을 갖는 이산화탄소를 상기 압축기(21)와 상기 이젝터(30)에서 차례로 승압시킨 후, 상기 터빈(11)의 토출측에 재주입한다.
상기 압축기(21)만을 단독으로 사용하여 승압시킬 경우, 상기 압축기(21)에서 승압시켜야할 압력이 너무 높기 때문에, 상기 압축기(21)의 동력소모가 커질 수 있다. 또한, 상기 이젝터(30)만을 단독으로 사용하여 승압시킬 경우, 상기 이젝터(30)의 부 유동과 주 유동의 과도한 압력차이로 인해, 상기 이젝터(30)의 효율이 급격히 하강하게 된다. 따라서, 상기 압축기(21)와 상기 이젝터(30)를 함께 이용하는 것이 효율이 향상될 수 있다.
도 3은, 본 발명의 제2실시예에 따른 초임계 이산화탄소 발전장치용 누설 이산화탄소 재주입 시스템을 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 초임계 이산화탄소 발전장치용 누설 이산화탄소 재주입 시스템(120)은, 상기 터빈(11)에서 누설되어 포집된 이산화탄소를 압축기(121)와 2개의 이젝터(130)를 이용하여 승압시킨 후 상기 터빈(11)의 토출측에 재주입하는 것이 상기 제1실시예와 상이하므로, 유사 구성에 대해 동일 부호를 사용하고 상이한 구성에 대해서만 상세히 설명한다.
상기 압축기(121)는, 상기 터빈(11)에서 누설되어 포집된 이산화탄소를 압축한다. 상기 압축기(121)와 상기 터빈(11)은, 누설 이산화탄소 포집유로(122)로 연결된다. 상기 터빈(11)에서 누설된 이산화탄소는 별도의 포집수단을 이용하여 포집되어, 상기 압축기(121)로 공급될 수 있다. 상기 터빈(11)에서 누설된 이산화탄소의 압력은 약 1.2bar로서 대기압과 비슷한 수준이다. 따라서, 상기 압축기(121)는, 상기 터빈(11)에서 누설되어 포집된 이산화탄소를 미리 설정된 제1설정압력 이상으로 1차로 승압시키는 역할을 한다.
상기 이젝터(130)는, 제1이젝터(131)와 제2이젝터(132)를 포함한다.
상기 제1이젝터(131)의 주 입구(131a)와 상기 터빈 토출유로(42)는, 제1이젝터 주공급유로(141)로 연결된다.
상기 제1이젝터(131)의 부 입구(131b)와 상기 압축기(121)는, 제1이젝터 부공급유로(142)로 연결된다.
상기 제1이젝터(131)는, 상기 터빈 토출유로(42)로 토출되는 저압상태의 이산화탄소 중 일부를 상기 제1이젝터 주공급유로(141)를 통해 주 유동으로 흡입한다. 또한, 상기 제1이젝터(131)는, 상기 압축기(121)에서 나온 이산화탄소를 상기 제1이젝터 부공급유로(142)를 통해 부 유동으로 흡입한다.
상기 제1이젝터(131)는, 상기 압축기(121)에서 1차로 승압된 이산화탄소를 미리 설정된 제2설정압력까지 2차로 승압시킨다.
상기 제2이젝터(132)의 주 입구(132a)와 상기 터빈 흡입유로(41)는, 제2이젝터 주공급유로(151)로 연결된다.
상기 제2이젝터(132)의 부 입구(132b)와 상기 제1이젝터(131)는, 제2이젝터 부공급유로(152)로 연결된다.
상기 제2이젝터(132)는, 상기 터빈 흡입유로(41)로 흡입되기 이전의 고압상태의 이산화탄소 중 일부를 상기 제2이젝터 주공급유로(151)를 통해 주 유동으로 흡입한다. 또한, 상기 제2이젝터(132)는, 상기 제1이젝터(131)에서 나온 이산화탄소를 상기 제2이젝터 부공급유로(152)를 통해 부 유동으로 흡입한다.
상기 제2이젝터(132)는, 상기 제1이젝터(131)에서 2차로 승압된 이산화탄소를 상기 제2설정압력보다 높게 설정된 제3설정압력까지 3차로 승압시킨다.
상기 제2이젝터(132)의 출구와 상기 터빈 토출유로(42)는 제2이젝터 토출유로(153)로 연결된다. 상기 제2이젝터 토출유로(153)는, 상기 터빈 토출유로(42)에서 상기 제1이젝터 주공급유로(141)가 분기되는 지점보다 후류측에 연결된다.
상기 터빈 토출유로(42)에서 상기 제1이젝터 주공급유로(141)가 분기되는 지점에는 제1유량제어밸브(160)가 설치된다. 상기 제1유량제어밸브(160)는, 상기 터빈(11)에서 토출되어 상기 제1이젝터(131)로 공급되는 이산화탄소의 유량을 제어한다.
상기 터빈 흡입유로(41)에서 상기 제2이젝터 주공급유로(142)가 분기되는 지점에는 제2유량제어밸브(170)가 설치된다. 상기 제2유량제어밸브(170)는, 상기 터빈(11)으로 흡입되기 이전에 상기 제2이젝터(132)로 공급되는 이산화탄소의 유량을 제어한다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 제2실시예에 따른 누설 이산화탄소 재주입 방법을 설명하면, 다음과 같다.
상기 터빈(11)에서 누설되어 포집된 이산화탄소는 상기 압축기(121)로 흡입된다. 이 때, 상기 터빈(11)에서 누설된 이산화탄소의 압력은 약 1.2bar이다.
상기 압축기(121)는, 상기 누설된 이산화탄소를 미리 설정된 제1설정 압력 이상으로 승압시킨다. 상기 제1설정 압력은, 상기 이산화탄소를 재주입하는 상기 터빈(11)의 토출측인 저압부의 압력보다 훨씬 낮은 압력으로 설정된다.
상기 압축기(121)에서 1차로 승압된 이산화탄소는 상기 제1이젝터(131)의 부 입구(131b)로 흡입된다.
한편, 상기 터빈 토출유로(42)에서 토출된 저압 상태의 이산화탄소 중 일부는 상기 제1이젝터 주공급유로(141)로 바이패스된다.
상기 제1이젝터 주공급유로(141)로 바이패스되는 이산화탄소의 유량은 상기 제1유량제어밸브(160)에 의해 제어된다.
상기 제1이젝터(131)는, 상기 터빈(11)의 토출측에서 분기된 저압 상태의 이산화탄소를 주 유동으로 하고, 상기 압축기(121)에서 1차로 승압된 이산화탄소를 부 유동으로 하여 흡입한다.
상기 제1이젝터(131)에서는 상기 주 유동과 상기 부 유동이 혼합되어 상기 제2설정압력으로 2차로 승압된 후 토출된다.
상기 제1이젝터(131)에서 토출된 이산화탄소는 상기 제2이젝터(132)의 부 입구(132b)로 흡입된다.
한편, 상기 터빈 흡입유로(41)로 흡입되기 이전의 고압 상태의 이산화탄소 중 일부는 상기 제2이젝터 주공급유로(142)로 바이패스된다.
상기 제2이젝터 주공급유로(142)로 바이패스되는 이산화탄소의 유량은 상기 제2유량제어밸브(170)에 의해 제어할 수 있다. 후술하는 방법에 의해 계산되는 터빈의 순 일의 증가량을 고려하여, 상기 제2이젝터 공급유로(142)로 공급되는 이산화탄소의 유량을 제어할 수 있다.
따라서, 상기 제2이젝터(132)는, 상기 터빈(11)의 흡입측에서 분기된 고압 상태의 이산화탄소를 주 유동으로 하고, 상기 제1이젝터(131)에서 2차로 승압된 이산화탄소를 부 유동으로 하여 흡입한다.
상기 제2이젝터(132)에서는 상기 주 유동과 상기 부 유동이 혼합되어 상기 제3설정압력으로 승압된 후 토출된다. 상기 제3설정압력은, 상기 터빈(11)의 토출측, 즉 상기 발전장치(10)의 저압부의 압력이상으로 설정된다.
상기 제2이젝터(132)에서 토출된 이산화탄소는, 상기 터빈(11)의 토출측으로 재주입된다.
따라서, 본 발명에서는, 상기 터빈(11)에서 누설된 대기압 수준의 이산화탄소를 상기 압축기(121), 상기 제1이젝터(131), 상기 제2이젝터(132)에서 차례로 승압시킬 수 있기 때문에, 상기 터빈(11)의 토출측에 재주입이 가능하다.
상기 압축기(121)만을 단독으로 사용하여 승압시킬 경우, 상기 압축기(121)에서 승압시켜야할 압력이 너무 높기 때문에, 상기 압축기(121)의 동력소모가 커질 수 있다. 또한, 상기 이젝터(130)만을 단독으로 사용하여 승압시킬 경우, 상기 이젝터(130)의 부 유동과 주 유동의 과도한 압력차이로 인해, 상기 이젝터(130)의 효율이 급격히 하강하게 된다. 따라서, 상기 압축기(121)와 상기 이젝터(130)를 함께 이용하는 것이 효율이 향상될 수 있다.
또한, 상기 2개의 제1,2이젝터(131)(132)를 사용하는 경우, 상기 터빈(11)으로 흡입되기 이전의 이산화탄소를 모두 상기 제1,2이젝터(131)(132)의 주 유동으로 공급할 경우, 상기 터빈(11)으로 흡입되는 이산화탄소의 유량이 부족할 수 있다. 따라서, 상기 제1이젝터(131)의 주 유동은 상기 터빈(11)에서 토출되는 저압 상태의 이산화탄소를 이용하고, 상기 제2이젝터(132)의 주 유동은 상기 터빈(11)에서 토출되는 고압 상태의 이산화탄소를 이용한다.
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 초임계 이산화탄소 발전장치용 누설 이산화탄소 재주입 시스템을 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 초임계 이산화탄소 발전장치용 누설 이산화탄소 재주입 시스템(220)은, 상기 터빈(11)에서 누설되어 포집된 이산화탄소를 압축기(221)와 2개의 이젝터(230)를 이용하여 승압시킨 후 상기 터빈(11)의 토출측에 재주입하되, 상기 터빈(11)으로 흡입되기 이전의 고압 상태의 이산화탄소를 중 일부를 제1,2이젝터(231)(232)의 주 유동으로 각각 공급하는 것이 상기 제2실시예와 상이하므로, 유사 구성에 대해 동일 부호를 사용하고 상이한 구성에 대해서만 상세히 설명한다.
상기 압축기(221)는, 상기 터빈(11)에서 누설되어 포집된 이산화탄소를 압축한다. 상기 압축기(221)와 상기 터빈(11)은, 누설 이산화탄소 포집유로(222)로 연결된다. 상기 터빈(11)에서 누설된 이산화탄소는 별도의 포집수단을 이용하여 포집되어, 상기 압축기(221)로 공급될 수 있다. 상기 터빈(11)에서 누설된 이산화탄소의 압력은 약 1.2bar로서 대기압과 비슷한 수준이다. 따라서, 상기 압축기(221)는, 상기 터빈(11)에서 누설되어 포집된 이산화탄소를 미리 설정된 제1설정압력 이상으로 1차로 승압시키는 역할을 한다.
상기 터빈 흡입유로(41)에는 상기 터빈(11)으로 흡입되기 이전의 고압 상태의 이산화탄소를 상기 이젝터(230)측으로 바이패스시키기 위한 이젝터 공급유로(240)가 연결된다.
상기 이젝터 공급유로(240)는, 제1이젝터 주공급유로(241)와 제2이젝터 주공급유로(242)로 분기된다.
상기 제1이젝터 주공급유로(241)는, 상기 터빈(11)으로 흡입되기 이전의 고압 상태의 이산화탄소 중 일부를 상기 제1이젝터(231)의 주 입구(231a)로 안내하도록 형성된 유로이다.
상기 제1이젝터 주공급유로(241)에는, 상기 제1이젝터(231)로 공급되는 이산화탄소의 유량을 제어하는 제1유량제어밸브(260)가 설치된다.
상기 제2이젝터 주공급유로(242)는, 상기 터빈(11)으로 흡입되기 이전의 고압 상태의 이산화탄소 중 일부를 상기 제2이젝터(232)의 주 입구(232a)로 안내하도록 형성된 유로이다.
상기 제2이젝터 주공급유로(242)에는, 상기 제2이젝터(232)로 공급되는 이산화탄소의 유량을 제어하는 제2유량제어밸브(270)가 설치된다.
상기 제1이젝터(231)의 주 입구(231a)에는 상기 제1이젝터 주공급유로(241)가 연결되고, 부 입구(231b)에는 제1이젝터 부공급유로(251)가 연결된다.
따라서, 상기 제1이젝터(231)는, 상기 터빈(11)으로 흡입되기 이전의 고압 상태의 이산화탄소 중 일부를 주 유동으로 흡입하고, 상기 압축기(221)에서 나온 이산화탄소를 부 유동으로 흡입하여, 흡입된 이산화탄소를 제2설정압력으로 2차로 승압시킨다.
상기 제2이젝터(232)의 주 입구(232a)에는 상기 제2이젝터 주공급유로(242)가 연결되고, 부 입구(232b)에는 제2이젝터 부공급유로(252)가 연결된다.
상기 제2이젝터 부공급유로(252)는, 상기 제1이젝터(231)의 출구와 상기 제2이젝터(232)의 부 입구(232b)를 연결하여, 상기 제1이젝터(231)에서 2차로 승압된 이산화탄소를 상기 제2이젝터(232)의 부 입구(232b)로 안내하도록 형성된다.
따라서, 상기 제2이젝터(232)는, 상기 터빈(11)으로 흡입되기 이전의 고압 상태의 이산화탄소 중 일부를 주 유동으로 흡입하고, 상기 제1이젝터(231)에서 나온 이산화탄소를 부 유동으로 흡입하여, 흡입된 이산화탄소를 제3설정압력으로 3차로 승압시킨다.
상기 제2이젝터(232)의 출구에는 제2이젝터 토출유로(253)가 연결된다. 상기 제2이젝터 토출유로(253)는, 상기 제2이젝터(232)의 출구와 상기 터빈 토출유로(42)를 연결하여, 상기 제2이젝터(232)에서 3차로 승압된 이산화탄소를 상기 터빈(11)의 토출측으로 주입하도록 형성된다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 제3실시예에 따른 누설 이산화탄소 재주입 방법을 설명하면, 다음과 같다.
상기 터빈(11)에서 누설되어 포집된 이산화탄소는 상기 압축기(221)로 흡입된다. 이 때, 상기 터빈(11)에서 누설된 이산화탄소의 압력은 약 1.2bar이다.
상기 압축기(221)는, 상기 누설된 이산화탄소를 미리 설정된 제1설정 압력 이상으로 승압시킨다. 상기 제1설정 압력은, 상기 이산화탄소를 재주입하는 상기 터빈(11)의 토출측인 저압부의 압력보다 훨씬 낮은 압력으로 설정된다.
상기 압축기(221)에서 1차로 승압된 이산화탄소는 상기 제1이젝터(231)의 부 입구(231b)로 흡입된다.
한편, 상기 터빈 흡입유로(41)로 흡입되기 이전의 고압 상태의 이산화탄소 중 일부는 상기 이젝터 공급유로(240)로 바이패스된다. 상기 이젝터 공급유로(240)로 바이패스되는 이산화탄소의 유량은 상기 제2유량제어밸브(270)에 의해 제어된다. 후술하는 방법에 의해 계산되는 터빈의 순 일의 증가량을 고려하여, 상기 이젝터 공급유로(240)로 공급되는 이산화탄소의 유량을 제어할 수 있다.
상기 이젝터 공급유로(240)로 바이패스된 이산화탄소 중 일부는 상기 제1이젝터(231)의 주 입구(231a)로 흡입되고, 나머지는 상기 제2이젝터(232)의 주 입구(232a)로 흡입된다. 상기 이젝터 공급유로(240)로 바이패스된 이산화탄소 중 상기 제1이젝터(231)로 흡입되는 유량은 상기 제1유량제어밸브(260)를 통해 제어할 수 있다.
상기 제1이젝터(231)는, 상기 제1이젝터 주공급유로(241)로 유입된 고압 상태의 이산화탄소를 주 유동으로 흡입하고, 상기 압축기(221)에서 1차로 승압된 이산화탄소를 부 유동으로 하여 흡입한다. 따라서, 상기 제1이젝터(231)에서는 상기 주 유동과 상기 부 유동이 혼합되어 상기 제2설정압력으로 승압된 후 토출된다.
상기 제1이젝터(231)에서 토출된 이산화탄소는 상기 제2이젝터(232)의 부 입구(232b)로 흡입된다.
상기 제2이젝터(232)는, 상기 제2이젝터 주공급유로(242)로 유입된 고압 상태의 이산화탄소를 주 유동으로 하고, 상기 제1이젝터(231)에서 2차로 승압된 이산화탄소를 부 유동으로 하여 흡입한다. 따라서, 상기 제2이젝터(232)에서는 상기 주 유동과 상기 부 유동이 혼합되어 상기 제3설정압력으로 3차로 승압된 후 토출된다. 상기 제3설정압력은, 상기 터빈(11)의 토출측, 즉 상기 발전장치(10)의 저압부의 압력이상으로 설정된다.
상기 제2이젝터(232)에서 토출된 이산화탄소는 상기 터빈(11)의 토출측으로 재주입된다.
따라서, 본 발명에서는, 상기 터빈(11)에서 누설된 대기압 수준의 이산화탄소를 상기 압축기(221), 상기 제1이젝터(231), 상기 제2이젝터(232)에서 차례로 승압시킬 수 있기 때문에, 상기 터빈(11)의 토출측에 재주입이 가능하다.
상기 압축기(221)만을 단독으로 사용하여 승압시킬 경우, 상기 압축기(221)에서 승압시켜야할 압력이 너무 높기 때문에, 상기 압축기(221)의 동력소모가 커질 수 있다. 또한, 상기 이젝터(230)만을 단독으로 사용하여 승압시킬 경우, 상기 이젝터(230)의 부 유동과 주 유동의 과도한 압력차이로 인해, 상기 이젝터(230)의 효율이 급격히 하강하게 된다. 따라서, 상기 압축기(221)와 상기 이젝터(230)를 함께 이용하는 것이 효율이 향상될 수 있다.
또한, 상기 2개의 제1,2이젝터(231)(232)를 사용하는 경우, 상기 터빈(11)으로 흡입되기 이전의 이산화탄소를 모두 상기 제1,2이젝터(231)(232)의 주 유동으로 공급하고, 상기 제1이젝터(231)로 흡입되는 이산화탄소의 유량과 상기 제2이젝터(232)로 흡입되는 이산화탄소의 유량을 각각 제어함으로써, 상기 터빈(11)으로 흡입되는 이산화탄소의 유량이 부족해지는 것을 방지할 수 있다.
한편, 상기 실시예에서는, 2개의 제1,2이젝터(231)(232)를 포함하는 것으로 예를 들어 설명하나, 이에 한정되지 않고 2개 이상의 복수의 이젝터들이 다단으로 연결되어 사용될 수 있다.
복수의 이젝터들을 사용하는 경우, 상기 복수의 이젝터들 중에서 최저단의 이젝터는 상기 압축기(221)에서 나온 이산화탄소를 부 유동으로 흡입하고, 나머지 단의 이젝터들은 이전 단의 이젝터에서 나온 이산화탄소를 부 유동으로 흡입할 수 있다.
또한, 상기 복수의 이젝터들은 각각 상기 터빈(11)으로 흡입되기 이전의 이산화탄소를 바이패스시켜 주 유동으로 흡입하는 것도 가능하고, 일부는 상기 터빈(11)의 흡입측으로부터 바이패스된 이산화탄소를 주 유동으로 흡입하고 나머지는 상기 터빈(11)의 토출측으로부터 바이패스된 이산화탄소를 부 유동으로 흡입하는 것도 물론 가능하다.
도 5는 본 발명에 따른 압축기와 이젝터를 이용한 누설 이산화탄소 재주입 시스템의 성능 계산 방법을 나타낸 순서도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 이산화탄소 재주입 시스템의 성능 계산 방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 고정 파라미터들을 측정한다.(S1)
여기서, 상기 고정 파라미터들은, 상기 터빈(11)에서 누설된 누설(leakage) 이산화탄소 유량(
Figure 112016123087620-pat00001
l), 상기 누설 이산화탄소 압력(Pl), 상기 누설 이산화탄소 온도(Tl), 상기 이젝터의 주 유동으로 흡입되는 이산화탄소의 유량(
Figure 112016123087620-pat00002
p,A,
Figure 112016123087620-pat00003
p,I,B,
Figure 112016123087620-pat00004
p,II,B)를 포함한다.
상기
Figure 112016123087620-pat00005
p,A는 상기 제1실시예(A)에서 상기 이젝터(30)의 주 유동으로 흡입되는 유량이다. 상기
Figure 112016123087620-pat00006
p,I,B는 상기 제2실시예(B)에서 상기 터빈(11)의 흡입측에서 바이패스되어 상기 제2이젝터(132)의 주 유동으로 흡입되는 유량이고, 상기
Figure 112016123087620-pat00007
p,II,B는 상기 제2실시예에서 상기 터빈(11)의 토출측에서 바이패스되어 상기 제1이젝터(131)의 주 유동으로 흡입되는 유량이다.
이후, 상기 압축기(21)(121)에서 토출되는 압축기 토출압(Pint)을 가정한다.(S2) 상기 압축기 토출압은 가정한 후, 추후 계산 결과에 따라 반복(iteration) 기법을 통해 결정될 수 있다. 상기 압축기 토출압은, 상기 초임계 이산화탄소 발전장치(10)에서 상기 터빈(11)의 저압부 압력 이상이 되도록 한다. 상기 압축기 토출압은, 누설 압력과 상기 터빈(11)의 저압부 압력 사이의 값이다.
미리 설정된 압축기 모델을 이용하여, 상기 압축기(21)(121)에서 토출되는 이산화탄소의 온도(Tint)와 압축일(Wl)을 계산한다.(S3)
상기 압축기 모델에 입력되는 입력값은, 상기 터빈(11)에서 누설된 누설 이산화탄소 유량(
Figure 112016123087620-pat00008
l), 상기 누설 이산화탄소 압력(Pl), 상기 누설 이산화탄소 온도(Tl), 상기 압축기(21)(121)의 등엔트로피 효율(η), 상기 압축기 토출압(Pint)을 포함한다.
또한, 미리 설정된 이젝터 모델을 이용하여, 상기 이젝터(20)(130)에서 토출되어 상기 터빈(11)의 토출측으로 재주입되는 이산화탄소의 압력(Pb)과 Am/At을 계산한다.(S4) 도 2를 참조하면, Am은 이젝터의 C 영역의 단면적이고, At는 이젝터의 B 영역의 노즐에서 가장 좁은 부분의 단면적이다.
상기 이젝터 모델에 입력되는 입력값은, 상기 이젝터(20)(130)의 주 유동으로 흡입되는 이산화탄소의 압력(Pp), 온도(Tp), 유량(
Figure 112016123087620-pat00009
p)과 상기 이젝터(20)(130)의 부 유동으로 흡입되는 이산화탄소의 압력(Ps), 온도(Ts), 유량(
Figure 112016123087620-pat00010
s)을 포함한다.
상기 이젝터 모델로부터 상기 터빈(11)의 토출측으로 재주입되는 이산화탄소의 압력(Pb)을 구하면, 재주입되는 이산화탄소의 압력(Pb)이 상기 초임계 이산화탄소 발전장치(10)에서 상기 터빈(11)의 저압부 압력(Plow) 이상인지 판단한다.(S5)
상기 이산화탄소의 압력(Pb)이 상기 초임계 이산화탄소 발전장치(10)에서 상기 터빈(11)의 저압부 압력(Plow) 미만이면, 상기 압축기(21)(121)의 토출압력을 보다 상승하도록 구동을 제어한다.
상기 이산화탄소의 압력(Pb)이 상기 초임계 이산화탄소 발전장치(10)에서 상기 터빈(11)의 저압부 압력(Plow)과 같아지게 되면, 상기 터빈(11)의 순 일의 증가량(
Figure 112016123087620-pat00011
net,inc)을 계산한다.(S6)
이 때, 상기 터빈(11)의 순 일의 증가량(
Figure 112016123087620-pat00012
net,inc)은, 상기 이젝터와 상기 압축기가 있는 발전 시스템의 순 일(W)에서 상기 압축기 단독 재주입 발전 시스템의 순일(Wc)을 뺀 값을 상기 압축기 단독 재주입 발전 시스템의 순일(Wc)로 나눈 값이다.(
Figure 112016123087620-pat00013
net,inc=(W-Wc)/Wc)
또한, 상기 이젝터(30)(130)의 주 입구에 구비된 노즐의 지름(dt)과 상기 이젝터(20)(130)의 단면적이 가장 좁은 부분의 지름(dm)도 계산한다. dt와 dm을 계산하여, 상기 이젝터(30)(130)의 질량 유량을 고려한 이젝터 형상을 결정할 수 있다.
도 6 및 도 7에는, 상기와 같은 방법으로 계산된 상기 터빈(11)의 순 일의 증가량(
Figure 112016123087620-pat00014
net,inc)을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 압축기와 1개의 이젝터를 이용한 누설 이산화탄소 재주입 시스템에서 터빈의 순 일의 증가량을 나타낸 그래프이다.
도 6을 참조하면, 상기 터빈(11)의 흡입측으로부터 분기되어 이젝터(30)의 주 유동으로 흡입되는 고온 고압 상태의 이산화탄소의 유량(
Figure 112016123087620-pat00015
p,A)의 변화에 따른 상기 터빈(11)의 순 일의 증가량(
Figure 112016123087620-pat00016
net,inc)을 나타낸다.
상기 이젝터(30)의 주 유동으로 흡입되는 이산화탄소의 유량(
Figure 112016123087620-pat00017
p,A)이 증가함에 따라 상기 압축기(21)의 압축비가 작아지기 때문에, 상기 터빈의 순 일의 증가량(
Figure 112016123087620-pat00018
net,inc)이 초기에 증가하는 경향을 보이나, 일정 유량을 초과하면 상기 터빈(11)측으로 유입되는 유량이 감소되기 때문에 상기 터빈(11)의 순 일의 증가량(
Figure 112016123087620-pat00019
net,inc)이 다시 감소된다.
상기 터빈(11)의 순 일의 증가량(
Figure 112016123087620-pat00020
net,inc)의 증가는 최대 약 25%로 예측될 수 있다.
따라서, 상기 터빈(11)의 순 일의 증가량(
Figure 112016123087620-pat00021
net,inc)이 최대가 되도록 상기 이젝터(30)의 주 유동으로 흡입되는 이산화탄소의 유량(
Figure 112016123087620-pat00022
p,A)을 조절한다.
한편, 도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 압축기와 2개의 이젝터를 이용한 누설 이산화탄소 재주입 시스템에서 터빈의 순 일의 증가량을 나타낸 그래프이다.
도 7을 참조하면, 상기 터빈(11)의 토출측으로부터 분기되어 상기 제1이젝터(131)의 주 유동으로 흡입되는 이산화탄소의 유량(
Figure 112016123087620-pat00023
p,I,B)의 변화와 상기 제2이젝터(132)의 주 유동으로 흡입되는 이산화탄소의 유량(
Figure 112016123087620-pat00024
p,II,B)에 따른 상기 터빈(11)의 순 일의 증가량(
Figure 112016123087620-pat00025
net,inc)을 나타낸다.
상기 제1이젝터(131)의 주 유동으로 흡입되는 이산화탄소의 유량(
Figure 112016123087620-pat00026
p,I,B)이 증가함에 따라 상기 압축기(121)의 압축비가 작아지기 때문에, 상기 터빈의 순 일의 증가량(
Figure 112016123087620-pat00027
net,inc)이 초기에 증가하는 경향을 보이나, 일정 유량을 초과하면 상기 터빈(11)측으로 유입되는 유량이 감소되기 때문에 상기 터빈(11)의 순 일의 증가량(
Figure 112016123087620-pat00028
net,inc)이 다시 감소되는 것을 알 수 있다.
따라서, 상기 터빈(11)의 순 일의 증가량(
Figure 112016123087620-pat00029
net,inc)이 최대가 되도록 상기 제1이젝터(131)의 주 유동으로 흡입되는 이산화탄소의 유량(
Figure 112016123087620-pat00030
p,I,B)과 상기 제2이젝터(132)의 주 유동으로 흡입되는 이산화탄소의 유량(
Figure 112016123087620-pat00031
p,II,B)을 제어한다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
10: 발전 장치 20: 재주입 시스템
21,121,221: 압축기 30, 130, 230: 이젝터
131, 231: 제1이젝터 132,232: 제2이젝터

Claims (14)

  1. 초임계 이산화탄소를 이용하여 구동하는 터빈, 상기 터빈으로 유입되는 초임계 이산화탄소를 가열하는 히터, 상기 터빈에서 나온 초임계 이산화탄소의 열을 회수하여 상기 히터로 유입되는 초임계 이산화탄소를 가열하는 열회수기, 상기 열회수기에서 열이 회수된 초임계 이산화탄소를 냉각시키는 쿨러 및 상기 쿨러에서 나온 초임계 이산화탄소를 가압하는 펌프를 포함하는 초임계 이산화탄소 발전장치와;
    상기 터빈에서 누설되어 포집된 이산화탄소를 압축하여, 상기 터빈의 토출측의 압력보다 낮게 설정된 제1설정압력 이상으로 1차로 승압시키는 압축기와;
    상기 터빈의 입구로 유입되기 이전의 고압상태의 이산화탄소 중 일부를 바이패스시켜 주(primary) 유동으로 흡입하고, 상기 압축기에서 나온 이산화탄소를 부(secondary) 유동으로 흡입하여, 흡입된 이산화탄소를 미리 설정된 제2설정압력 이상으로 2차로 승압시킨 후, 상기 터빈의 토출측으로 다시 주입시키는 이젝터와;
    상기 터빈의 입구로 이산화탄소를 공급하도록 형성된 터빈 흡입유로에서 분기되고, 상기 이젝터의 주(primary) 입구에 연결되어, 상기 터빈의 입구로 유입되기 이전의 고압상태의 이산화탄소를 상기 이젝터의 주 입구로 공급하는 이젝터 주공급유로와;
    상기 압축기의 출구와 상기 이젝터의 부(secondary) 입구를 연결하여, 상기 압축기에서 1차로 승압된 이산화탄소를 상기 이젝터의 부 입구로 공급하는 이젝터 부공급유로와;
    상기 이젝터의 출구를 상기 터빈의 출구에서 이산화탄소를 토출하도록 형성된 터빈 토출유로에 연결하여, 상기 이젝터에서 2차로 승압된 이산화탄소를 상기 터빈의 토출측으로 안내하는 이젝터 토출유로와;
    상기 터빈 흡입유로에서 상기 이젝터 주공급유로가 분기되는 지점에 설치되어, 상기 이젝터 주공급유로로 흡입되는 상기 고압상태의 이산화탄소의 유량을 제어하는 유량제어밸브를 포함하는 초임계 이산화탄소 발전장치용 누설 이산화탄소 재주입 시스템.
  2. 초임계 이산화탄소를 이용하여 구동하는 터빈, 상기 터빈으로 유입되는 초임계 이산화탄소를 가열하는 히터, 상기 터빈에서 나온 초임계 이산화탄소의 열을 회수하여 상기 히터로 유입되는 초임계 이산화탄소를 가열하는 열회수기, 상기 열회수기에서 열이 회수된 초임계 이산화탄소를 냉각시키는 쿨러 및 상기 쿨러에서 나온 초임계 이산화탄소를 가압하는 펌프를 포함하는 초임계 이산화탄소 발전장치와;
    상기 터빈에서 누설되어 포집된 이산화탄소를 압축하여, 상기 터빈의 토출측의 압력보다 낮게 설정된 제1설정압력 이상으로 1차로 승압시키는 압축기와;
    상기 터빈의 출구에서 토출되는 저압상태의 이산화탄소 중 일부를 바이패스시켜 주(primary) 유동으로 흡입하고, 상기 압축기에서 압축되어 나온 이산화탄소를 부 (secondary) 유동으로 흡입하여, 흡입된 이산화탄소를 제2설정 압력 이상으로 2차로 승압시키는 제1이젝터와;
    상기 터빈의 입구로 유입되기 이전의 고압상태의 이산화탄소 중 일부를 바이패스시켜 주(primary) 유동으로 흡입하고, 상기 제1이젝터에서 승압되어 나온 이산화탄소를 부(secondary) 유동으로 흡입하여, 흡입된 이산화탄소를 제3설정 압력 이상으로 3차로 승압시킨 후, 상기 터빈의 토출측으로 다시 주입시키는 제2이젝터와;
    상기 터빈의 출구에서 이산화탄소를 토출하도록 형성된 터빈 토출유로에서 분기되고, 상기 제1이젝터의 주(primary) 입구에 연결되어, 상기 터빈 토출유로에서 토출된 저압 상태의 이산화탄소 중 일부를 상기 제1이젝터의 주 입구로 공급하는 제1이젝터 주공급유로와;
    상기 압축기의 출구와 상기 제1이젝터의 부(secondary) 입구를 연결하여, 상기 압축기에서 1차로 승압된 이산화탄소를 상기 제1이젝터의 부 입구로 공급하는 제1이젝터 부공급유로와;
    상기 터빈의 입구로 이산화탄소를 공급하도록 형성된 터빈 흡입유로에서 분기되고, 상기 제2이젝터의 주(primary) 입구에 연결되어, 상기 터빈의 입구로 유입되기 이전의 고압상태의 이산화탄소 중 일부를 상기 제2이젝터의 주 입구로 공급하는 제2이젝터 주공급유로와;
    상기 제1이젝터의 출구와 상기 제2이젝터의 부(secondary) 입구를 연결하여, 상기 제1이젝터에서 2차로 승압된 이산화탄소를 상기 제2이젝터의 부 입구로 공급하는 제2이젝터 부공급유로와;
    상기 제2이젝터의 출구를 상기 터빈 토출유로에 연결하는 제2이젝터 토출유로와;
    상기 터빈 토출유로에서 상기 제1이젝터 주공급유로가 분기되는 지점에 설치되어, 상기 제1이젝터 주공급유로로 흡입되는 이산화탄소의 유량을 제어하는 제1유량제어밸브와;
    상기 터빈 흡입유로에서 상기 제2이젝터 주공급유로가 분기되는 지점에 설치되어, 상기 터빈의 순 일의 증가량에 따라 상기 제2이젝터 주공급유로로 흡입되는 이산화탄소의 유량을 제어하는 제2유량제어밸브를 포함하는 초임계 이산화탄소 발전장치용 누설 이산화탄소 재주입 시스템.
  3. 초임계 이산화탄소를 이용하여 구동하는 터빈, 상기 터빈으로 유입되는 초임계 이산화탄소를 가열하는 히터, 상기 터빈에서 나온 초임계 이산화탄소의 열을 회수하여 상기 히터로 유입되는 초임계 이산화탄소를 가열하는 열회수기, 상기 열회수기에서 열이 회수된 초임계 이산화탄소를 냉각시키는 쿨러 및 상기 쿨러에서 나온 초임계 이산화탄소를 가압하는 펌프를 포함하는 초임계 이산화탄소 발전장치와;
    상기 터빈에서 누설되어 포집된 이산화탄소를 압축하여, 상기 터빈의 토출측의 압력보다 낮게 설정된 제1설정압력 이상으로 1차로 승압시키는 압축기와;
    상기 터빈의 입구로 유입되기 이전의 고압 상태의 이산화탄소 중 일부를 바이패스시켜 주(primary) 유동으로 흡입하고, 상기 압축기에서 압축되어 나온 이산화탄소를 부(secondary) 유동으로 흡입하여, 흡입된 이산화탄소를 제2설정 압력 이상으로 2차로 승압시키는 제1이젝터와;
    상기 터빈의 입구로 유입되기 이전의 고압 상태의 이산화탄소 중 다른 일부를 주(primary) 유동으로 흡입하고, 상기 제1이젝터에서 승압되어 나온 이산화탄소를 부 (secondary) 유동으로 흡입하여, 흡입된 이산화탄소를 제3설정 압력 이상으로 3차로 승압시킨 후, 상기 터빈의 토출측으로 합류시키는 제2이젝터와;
    상기 터빈의 입구로 이산화탄소를 공급하도록 형성된 터빈 흡입유로에서 분기되어, 상기 터빈으로 흡입되기 이전의 고압 상태의 이산화탄소를 상기 제1이젝터와 상기 제2이젝터로 바이패스하도록 형성된 이젝터 공급유로와;
    상기 이젝터 공급유로에서 분기되어, 상기 제1이젝터의 주(primary) 입구에 연결되어, 상기 터빈으로 흡입되기 이전의 고압 상태의 이산화탄소 중 일부를 상기 제1이젝터로 공급하는 제1이젝터 주공급유로와;
    상기 압축기의 출구와 상기 제1이젝터의 부(secondary) 입구를 연결하여, 상기 압축기에서 1차로 승압된 이산화탄소를 상기 제1이젝터의 부 입구로 공급하는 제1이젝터 부공급유로와;
    상기 이젝터 공급유로에서 분기되어, 상기 제2이젝터의 주(primary) 입구에 연결되어, 상기 터빈으로 흡입되기 이전의 고압 상태의 이산화탄소 중 일부를 상기 제2이젝터로 공급하는 제2이젝터 주공급유로와;
    상기 제1이젝터의 출구와 상기 제2이젝터의 부(secondary) 입구를 연결하여, 상기 제1이젝터에서 2차로 승압된 이산화탄소를 상기 제2이젝터의 부 입구로 공급하는 제2이젝터 부공급유로와;
    상기 제2이젝터의 출구를 상기 터빈의 출구에서 이산화탄소를 토출하도록 형성된 터빈 토출유로에 연결하여, 상기 제2이젝터에서 3차로 승압된 이산화탄소를 상기 터빈의 토출측에 주입하는 제2이젝터 토출유로와;
    상기 제1이젝터 주공급유로에 설치되어, 상기 제1이젝터 주공급유로로 흡입되는 이산화탄소의 유량을 제어하는 제1유량제어밸브와;
    상기 제2이젝터 주공급유로에 설치되어, 상기 제2이젝터 주공급유로로 흡입되는 이산화탄소의 유량을 제어하는 제2유량제어밸브를 포함하는 초임계 이산화탄소 발전장치용 누설 이산화탄소 재주입 시스템.
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