KR102084796B1 - 초임계 이산화탄소를 이용한 전력 저장 및 생산 장치 - Google Patents

초임계 이산화탄소를 이용한 전력 저장 및 생산 장치 Download PDF

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Abstract

본 출원은 초임계 이산화탄소를 이용한 전력 저장 및 생산 장치를 공개한다. 본 발명의 일실시예에 따른 전력 저장 및 생산 장치는 저압의 초임계 이산화탄소를 저장하는 저압탱크, 상기 저압탱크에 저장된 저압의 초임계 이산화탄소를 단열압축하여 고압의 초임계 이산화탄소로 배출하는 압축기, 상기 압축기로부터 배출된 고압의 초임계 이산화탄소를 저장하는 고압탱크, 잉여 전력을 공급받아 구동되며 상기 압축기로 회전력을 전달하는 전기모터, 전력 부족시, 상기 고압탱크에 저장된 고압의 초임계 이산화탄소를 유입하여 가열한 후 배출하는 보일러, 보일러에 의해 가열된 고압의 초임계 이산화탄소가 유입되고, 유입된 고압의 초임계 이산화탄소가 단열팽창되면서 회전력이 발생되는 터빈, 및 상기 터빈으로부터 전달받은 회전력을 이용하여 전력을 생산하는 발전기를 구비할 수 있다.

Description

초임계 이산화탄소를 이용한 전력 저장 및 생산 장치{A system for saving and generating the electric power using supercritical carbon dioxide}
본 출원은 전력 저장 및 생산 장치에 관한 것으로서, 특히 초임계 이산화탄소(CO2)를 이용하여 잉여 전력을 저장하고, 전력 부족시 전력을 생산하는 장치에 관한 것이다.
부하 조절이 어려운 기저공급력(예를 들면, 원자력 또는 석탄화력 등)에 의한 심야의 잉여전력을 저장한 후, 이를 주간의 첨두발전으로 대체하기 위해 또는 풍력, 태양광 등 간헐적인 신재생에너지에 의해 생산되는 전력을 수요패턴에 맞게 공급하기 위해 전력저장에 대한 요구가 증가하고 있다.
다양한 전력저장기술이 개발되고 있지만, 대용량 전력저장이 가능한 상용화 기술은 현재 양수발전과 압축공기저장 발전설비이다.
양수발전은 잉여전력을 이용하여 펌프를 가동함으로써 하부저수지의 물을 상부저수지로 이동시킨 후, 전력이 필요한 경우에 상부저수지의 물을 방수하여 발전하는 방식이다. 그러나, 양수발전은 전력저장을 위한 상부저수지 및 하부 저수지가 필요하므로, 대규모 토목공사로 인한 환경훼손이 발생할 수 있으며, 발전에 적합안 입지가 부족하다는 단점이 있다.
압축공기저장 발전설비는 전력공급이 수요를 초과할 때의 잉여전력으로 압축기를 가동하여 공기를 압축저장하고, 전기가 부족할 때 고압으로 저장된 압축공기로 터빈을 가동하여 발전을 하는 시스템으로서, 최근 새로운 전력저장장치로 주목받고 있다. 그러나, 이라한 압축공기저장 발전설비의 경우에도 대규모의 압축공기를 지하에 저장하기 위해 많은 시설비용이 필요하며, 이로 인해 전력소비처와 가까운 도시에 설치하기 어렵다는 단점이 있다. 또한, 공기를 고압으로 압축하기 위한 압력비가 높으므로 압축효율이 낮고, 압축공기의 온도가 높아 저장과정에서 에너지 손실이 크게 발생한다는 단점도 있다.
본 출원은 전력이 수요를 초과할 때, 초임계 이산화탄소를 압축하여 저장하고, 전력이 부족할 때 압축된 초임계 이산화탄소를 이용하여 터빈을 가동시켜 전기를 생산함으로써, 현격히 높은 효율을 달성함과 동시에 도시의 분산형 전력 저장 및 생산 설비로 설치할 수 있고, 제작비용도 크게 감소시킬 수 있는 전력 저장 및 생산 장치를 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따른 전력 저장 및 생산 장치는 저압의 초임계 이산화탄소를 저장하는 저압탱크, 상기 저압탱크에 저장된 저압의 초임계 이산화탄소를 단열압축하여 고압의 초임계 이산화탄소로 배출하는 압축기, 상기 압축기로부터 배출된 고압의 초임계 이산화탄소를 저장하는 고압탱크, 잉여 전력을 공급받아 구동되며 상기 압축기로 회전력을 전달하는 전기모터, 전력 부족시, 상기 고압탱크에 저장된 고압의 초임계 이산화탄소를 유입하여 가열한 후 배출하는 보일러, 보일러에 의해 가열된 고압의 초임계 이산화탄소가 유입되고, 유입된 고압의 초임계 이산화탄소가 단열팽창되면서 회전력이 발생되는 터빈, 및 상기 터빈으로부터 전달받은 회전력을 이용하여 전력을 생산하는 발전기를 구비할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 전력 저장 및 생산 장치는 상기 터빈에서 단열팽창된 초임계 이산화탄소의 잔열을 이용하여 상기 고압탱크에 저장된 고압의 초임계 이산화탄소를 유입하여 가열한 후, 상기 보일러로 배출하는 재생 열교환기를 더 구비할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 전력 저장 및 생산 장치는 상기 재생 열교환기와 상기 저압 탱크 사이에 배치되는 저압탱크 입측 밸브, 상기 저압탱크와 상기 압축기 사이에 배치되는 저압탱크 출측 밸브, 상기 압축기와 상기 고압 탱크 사이에 배치되는 고압탱크 입측 밸브, 상기 고압 탱크와 상기 열교환기 사이에 배치되는 고압탱크 출측 밸브를 더 구비할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 전력 저장 및 생산 장치는 전력이 충분한 경우에는 상기 저압탱크 출측 밸브 및 상기 고압탱크 입측 밸브는 개방되고, 상기 저압탱크 입측 밸브 및 상기 고압탱크 출측 밸브는 폐쇄되며, 전력이 부족한 경우에는 상기 저압탱크 입측 밸브 및 상기 고압탱크 출측 밸브는 개방되고, 상기 저압탱크 출측 밸브 및 상기 고압탱크 입측 밸브는 폐쇄될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 전력 저장 및 생산 장치는 상기 압축기에서 단열압축된 초임계 이산화탄소가 상기 재생 열교환기로 직접 유입되는 경로 상에 배치된 고압 바이패스 밸브, 및 상기 터빈에서 단열팽창된 초임계 이산화탄소가 상기 재생 열교환기에서 상기 압축기로 직접 유입되는 경로 상에 배치된 저압 바이패스 밸브를 더 구비할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 전력 저장 및 생산 장치는 전력이 크게 남아돌거나 부족하지 않은 평상시에는 상기 저압탱크 입측 밸브, 상기 저압탱크 출측 밸브, 상기 고압탱크 입측 밸브, 및 상기 고압탱크 출측 밸브는 폐쇄되고, 상기 고압 바이패스 밸브 및 상기 저압 바이패스 밸브는 개방될 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 전력 저장 및 생산 장치는 초임계 이산화탄소를 사용함으로써, 낮은 온도체에서도 현격히 낮은 역일비를 가지기 때문에 동일한 압축기/팽창기 효율을 가정할 경우 현격히 높은 효율을 달성할 수 있으며, 고압의 저장 탱크를 소형화할 수 있어 전력이 소비되는 도시의 분산형 전력 저장 및 생산설비로 설치하여 운영할 수 있고, 제작비용을 크게 절감할 수 있다. 또한, 발전설비도 소형화할 수 있어 발전설비의 제작비용도 감소시킬 수 있다.
도 1은 이산화탄소의 엔트로피 선도(TS 선도)를 나타낸 것이다.
도 2는 초임계 이산화탄소의 브레이튼 사이클을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전력 저장 및 생산 장치를 나타낸 블록도이다.
도 4는 전력이 풍부한 시간대에 전력을 저장하는 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 전력이 부족한 시간대에 전력을 생산하는 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 일반적인 전력 생산 공정을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
도 1은 이산화탄소의 엔트로피 선도(TS 선도)를 나타낸 것이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 이산화탄소는 상온일 경우 73기압에서 가스에서 초임계 유체로 천이하게 된다. 초임계는 임계점보다 고온, 고압인 영역에서 기체와 액체의 경계가 없어져 기체와 액체의 중간 성질을 가지는 하이브리드 상태를 나타내는 것으로서, 이산화탄소의 임계점은 7.37MPa, 31℃로 알려져있다. 초임계 유체는 액체처럼 밀도가 높지만, 가스처럼 팽창하여 공간을 차지한다. 이러한 물리적 특성으로 인해 초임계 이산화탄소를 브레이튼 사이클의 작동 유체로 사용할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따르면, 임계점보다 고온, 고압인 초임계 상태의 이산화탄소를 작동유체로 사용하며, 7.5 - 20 MPa, 305 - 800 K 정도의 범위에서 압축, 가열, 팽창, 냉각하는 브레이튼 사이클을 이용하여 전력을 저장하고 생산할 수 있다.
도 2는 초임계 이산화탄소의 브레이튼 사이클을 설명하기 위한 도면이다.
도 2에서 0-1 구간은 초임계 이산화탄소가 단열압축되는 구간이며, 1 - 2 구간은 재생 역교환기에서 터빈을 통과한 초임계 이산화탄소와 열교환이 수행되는 구간이고, 2 - 3 구간은 초임계 이산화탄소가 보일러를 통해 가열되는 구간이며, 3 - 4 구간은 초임계 이산화탄소가 터빈으로 들어가서 단열팽창하여 전력을 생산하는 구간이며, 4 - 0 구간은 터빈에서 나온 초임계 이산화탄소가 열교환기에서 냉각되는 구간이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전력 저장 및 생산 장치를 나타낸 블록도로서, 전력 저장 및 생산 장치는 저압탱크(10), 저압탱크 입측 밸브(11), 저압탱크 출측 밸브(12), 고압탱크(20), 고압탱크 입측 밸브(21), 고압탱크 출측 밸브(22), 전기모터(30), 압축기(40), 클러치(45), 터빈(50), 보일러(60), 재생 열교환기(70), 발전기(80), 고압 바이패스 밸브(91), 및 저압 바이패스 밸브(92)를 구비할 수 있다.
도 3에 나타낸 블록들 각각의 기능을 설명하면 다음과 같다.
저압탱크(10)는 저압의 초임계 이산화탄소를 저장한다. 즉, 저압탱크(10)는 터빈(50)을 통과한 후, 재생 열교환기(70)를 통해 냉각된 저압의 초임계 이산화탄소를 저장한다.
저압탱크 입측밸브(11)는 재생 열교환기(70)와 상기 저압탱크(10) 사이, 즉, 재생 열교환기(70)를 통과한 초임계 이산화탄소가 상기 저압탱크(10)로 유입되는 경로 상에 배치될 수 있으며, 저압탱크 출측밸브(12)는 상기 저압탱크(10)와 압축기(40) 사이, 즉, 상기 저압탱크(10)로부터 배출된 초임계 이산화탄소가 상기 압축기(40)로 유입되는 경로 상에 배치될 수 있다. 상기 저압탱크 입측밸브(11) 및 저압탱크 출측밸브(12)는 저압탱크(10)로/로부터의 초임계 이산화탄소의 흐름을 제어한다. 구체적으로, 전력부족시, 저압탱크 입측밸브(11)는 개방되고, 저압탱크 출측밸브(12)는 폐쇄되어 저압의 초임계 이산화탄소가 저압탱크(10)에 저장되도록 하고, 전력이 풍부한 경우, 저압탱크 입측밸브(11)는 폐쇄되고, 저압탱크 출측밸브(12)는 개방되어 저압탱크(10)에 저장된 초임계 이산화탄소가 압축기(40) 측으로 배출되도록 초임계 이산화탄소의 흐름을 제어할 수 있다. 전력이 크게 남아돌지 않거나, 부족하지도 않은 평상시에는 상기 저압탱크 입측밸브(11) 및 저압탱크 출측밸브(12) 모두 폐쇄될 수 있다.
고압탱크(20)는 고압의 초임계 이산화탄소를 저장한다. 즉, 고압탱크(20)는 저압탱크(10)에수 배출된 저압의 초임계 이산화탄소가 압축기(40)를 통해 압축된 고압의 초임계 이산화탄소를 저장한다.
고압탱크 입측밸브(21)는 압축기(40)와 상기 고압탱크(20) 사이, 즉, 압축기(40)를 통과한 초임계 이산화탄소가 상기 고압탱크(20)로 유입되는 경로 상에 배치될 수 있으며, 고압탱크 출측밸브(22)는 상기 고압탱크(20)와 재생 열교환기(70) 사이, 즉, 상기 고압탱크(10)로부터 배출된 초임계 이산화탄소가 재생 열교환기(70)로 유입되는 경로 상에 배치될 수 있다. 상기 고압탱크 입측밸브(21) 및 고압탱크 출측밸브(22)는 고압탱크(20)로/로부터의 초임계 이산화탄소의 흐름을 제어한다. 구체적으로, 전력부족시, 고압탱크 입측밸브(21)는 폐쇄되고, 고압탱크 출측밸브(22)는 개방되어 고압의 초임계 이산화탄소가 열교환기(70), 보일러(60) 등을 거쳐 터빈(50)으로 유입되도록 하고, 전력이 풍부한 경우, 고압탱크 입측밸브(21)는 개방되고, 고압탱크 출측밸브(22)는 개방되어 압축기를 통해 압축된 고압의 초임계 이산화탄소가 고압탱크(20)에 저장되도록 초임계 이산화탄소의 흐름을 제어할 수 있다. 전력이 크게 남아돌지 않거나, 부족하지도 않은 평상시에는 상기 고압탱크 입측밸브(21) 및 고압탱크 출측밸브(22) 모두 폐쇄될 수 있다.
전기모터(30)는 공급되는 전력을 이용하여 회전력을 발생시키고, 상기 회전력을 압축기(40)로 전달할 수 있다. 구체적으로, 전기모터(30)는 전력이 풍부한 경우에 작동하여 압축기(40)로 회전력을 공급함으로써, 잉여전력을 이용하여 상기 압축기(40)가 저압의 초임계 이산화탄소를 단열압축하도록 동작할 수 있다.
압축기(40)는 저압의 초임계 이산화탄소를 단열압축하여 고압의 초임계 이산화탄소로 상태를 변경시킬 수 있다. 압축기(40)는 전력이 풍부한 경우에는 상기 전기모터(30)로부터 동력(예를 들면, 회전력)을 공급받으며, 전력이 크게 남아돌지 않거나, 부족하지도 않은 평상시에는 터빈(50)으로부터 동력(예를 들면, 회전력)을 공급받을 수 있다.
터빈(50)은 단열팽창되는 초임계 이산화탄소를 이용하여 회전력을 발생시키고, 상기 회전력을 발전기(80)로 전달한다. 터빈(50)은 전력이 크게 남아돌지 않거나, 부족하지도 않은 평상시에는 상기 회전력을 상기 압축기(40)로 전달할 수도 있다.
클러치(45)는 상기 압축기(40)와 상기 터빈(50) 사이의 동력(예를 들면, 회전력)을 전달하거나 차단한다. 구체적으로, 클러치(45)는 전력이 크게 남아돌지 않거나, 부족하지도 않은 평상시에만 상기 터빈(50)에서 발생된 회전력이 상기 압축기(40)로 전달되도록 동작할 수 있다.
보일러(60)는 상기 터빈(50)으로 유입되는, 열교환기(70)를 통해 1차 가열된 고압의 초임계 이산화탄소를 2차 가열한다.
재생 열교환기(70)는 상기 터빈(50)을 통과한 초임계 이산화탄소와 상기 고압 탱크(20)에서 배출된 초임계 이산화탄소 사이에 열교환이 수행되도록 한다. 즉, 보일러(60)를 통해 가열된 초임계 이산화탄소는 터빈(50)에서 단열팽창하면서 회전력을 발생시키며, 터빈에서 배출된 초임계 이산화탄소의 남은 열 에너지는 재생 열교환기(70)에서 고압탱크(20)로부터 배출되어 터빈(50)으로 유입될 초임계 이산화탄소에 전달된다.
발전기(80)는 터빈(50)으로부터 전달받은 회전력을 이용하여 전력을 생산한다.
고압 바이패스 밸브(91)는 압축기(40)와 재생 열교환기(70) 사이, 즉, 압축기(40)에서 단열압축된 초임계 이산화탄소가 재생 열교환기로 유입되는 경로 상에 배치되며, 저압 바이패스 밸브(92)는 재생 열교환기(70)와 압축기(40) 사이, 즉, 터빈(50)에서 단열팽창된 초임계 이산화탄소가 상기 재생 열교환기를 거쳐 상기 압축기(40)로 유입되는 경로 상에 배치된다. 고압 바이패스 밸브(91), 및 저압 바이패스 밸브(92)는 전력이 크게 남아돌지 않거나, 부족하지도 않은 평상시에는 초임계 이산화탄소가 저압탱크(10)나 고압탱크(20)를 거치지 않고 압축기(40), 재생 열교환기(70), 보일러(60), 터빈(50), 및 다시 재생 열교환기(70)를 거쳐 압축기(40)로 순환되도록 한다.
이하, 각 상황별로 본 발명의 실시예에 따른 전력 저장 및 생산 장치의 동작을 보다 구체적으로 설명한다.
도 4는 전력이 풍부한 시간대에 전력을 저장하는 공정을 설명하기 위한 도면이다.
심야 시간 등 전력이 풍부한 시간대인 경우 등 여분의 잉여 전력이 충분한 경우에는 상기 잉여 전력을 이용하여 전기모터(30)를 동작시키고, 전기모터(30)에 의해 발생된 회전력을 압축기(40)로 전달함으로써, 압축기(40)를 가동하여 저압 탱크(10)에 저장된 초임계 이산화탄소를 단열압축하여 고압 탱크(20)에 저장한다. 즉, 전기 에너지를 압력 에너지로 변환하여 저장한다. 이 때, 저압탱크 출측밸브(12) 및 고압탱크 입측밸브(21)는 개방되고, 나머지 밸브들(11, 22, 91, 92)은 모두 폐쇄될 수 있다.
도 5는 전력이 부족한 시간대에 전력을 생산하는 공정을 설명하기 위한 도면이다.
주간에 전력 소비가 급증하는 시간 등 전력이 부족한 경우에는 상기 압력 에너지를 다시 전기 에너지로 변환한다. 구체적으로, 고압탱크(20)에 저장된 초임계 이산화탄소는 보일러(60)에서 가열된 후, 터빈(50)으로 유입된다. 또한, 터빈(50)으로 유입된 초임계 이산화탄소는 단열팽창하게 되며, 이때 상기 터빈(50)은 회전력을 발생시킨다. 터빈(60)에 발생된 회전력은 발전기(80)로 전달되며, 발전기(80)는 전달받은 회전력을 이용하여 전력을 생산한다. 초임계 이산화탄소는 보일러(60)에서 가열되기 전에, 재생 열교환기(70)에서 1차 가열될 수 있다. 즉, 터빈(50)에서 단열팽창하면서 터빈(50)에 회전력을 발생시킨 초임계 이산화탄소에 남아있는 열량으로, 보일러(60)로 유입되는 초임계 이산화탄소가 1차 가열되고, 1차 가열된 초임계 이산화탄소는 보일러(60)에서 2차 가열될 수 있다. 터빈(50)에서 단열팽창한 초임계 이산화탄소는 재생 열교환기(70)를 거쳐 저압 탱크(10)에 저장된다. 이 경우에는, 고압탱크 출측밸브(22) 및 저압탱크 입측밸브(11)는 개방되고, 나머지 밸브들(12, 21, 91, 92)은 폐쇄될 수 있다.
도 6은 일반적인 전력 생산 공정을 설명하기 위한 도면이다.
전력이 크게 남아돌지 않거나, 부족하지도 않은 평상시에는 저압 탱크(10) 및 고압 탱크(20)를 우회하는 배관으로 초임계 이산화탄소를 순환시켜 전력을 생산한다. 즉, 압축기(40)는 터빈(50)으로부터 전달받은 회전력을 이용하여 초임계 이산화탄소를 단열압축한다. 단열압축된 초임계 이산화탄소는 보일러 등을 통해 가열된 후 터빈(50)으로 유입된다. 단열압축된 초임계 이산화탄소는 재생 열교환기(70)에서 1차 가열된 후, 보일러(60)에서 2차 가열될 수 있다. 터빈(50)으로 유입된 초임계 이산화탄소는 단열팽창하게 되며, 이때 상기 터빈(50)은 회전력을 발생시킨다. 터빈(60)에 발생된 회전력은 발전기(80)로 전달되며, 발전기(80)는 전달받은 회전력을 이용하여 전력을 생산한다. 또한, 터빈(50)에서 단열팽창된 초임계 이산화탄소는 재생 열교환기(70)를 거쳐 단열압축된 초임계 이산화탄소에 열에너지를 전달한 후, 다시 압축기(40)로 유입된다. 즉, 전력이 크게 남아돌지 않거나, 부족하지도 않은 평상시에는 압축기(40)에서 단열압축된 초임계 이산화탄소가 보일러 등을 거쳐 가열된 후 터빈(50)에서 단열팽창하며, 단열팽창된 초임계 이산화탄소가 재생 열교환기(70)에서 냉각된 후 다시 압축기(40)에서 압축되는 순환형 브레이튼 사이클을 통해 전력이 생산된다.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 전력 저장 및 생산 장치는 초임계 이산화탄소를 작동유체로 사용함으로써 기존의 다른 장치들에 비하여 다음과 같은 우수한 효과를 가질 수 있다.
첫째, 전기 에너지 저장에서 효율에 가장 중요한 영향을 미치는 핵심 인자는 압축기/팽창기 효율과 역일비로서, 압축기/팽창기 효율 저하에 따라 급격히 효율이 감소하며, 역일비(압축일/터빈일)가 커질수록 급격히 효율이 감소하게 된다. 초임계 이산화탄소를 이용한 전기 에너지 저장의 경우, 다른 가스를 이용한 전기 에너지 저장과 비교할 때, 낮은 온도차에서도 현격히 낮은 역일비를 가지기 때문에 동일한 압축기/팽창기 효율을 가정할 경우에도 현격히 높은 효율을 달성할 수 있다.
둘째, 초임계 이산화탄소는 공기에 비해 고밀도이고, 에너지 밀도도 높으므로 압축공기를 이용한 전력 저장 및 생산 장치에 비하여 고압의 저장 탱크를 소형화할 수 있다. 따라서, 전력이 소비되는 도시의 분산형 전력 저장 및 생산설비로 설치하여 운영할 수 있으며, 압축공기를 이용한 전력 저장 및 생산 장치에 비하여 제작 비용을 크게 절감할 수 있다.
셋째, 초임계 이산화탄소는 공기에 비해 고밀도이므로(압축기 입구에서 약 500kg/m3), 에너지 밀도가 1300℃급 가스 터빈 대비 약 20배 정도 높다. 따라서 발전설비를 가스터빈의 1/5, 증기터빈의 1/20 크기로 소형화할 수 있어 제작비용을 대폭 절감할 수 있다.
넷째, 압축기를 기체와 액체의 중간성질을 갖는 입계점에서 운전함으로서, 액체와 유사한 특성으로 압축에 필요한 동력이 감소될 수 있으며, 초임계 상태에서 운전하여 상변화에 따른 열소모가 없어 40%내의 효율 달성이 가능하다. (참고로, 가스 터빈의 경우 단독운전시 33%의 효율 달성이 가능하다.)
다섯째, 본 발명의 실시예에 따른 전력 저장 및 생산 장치의 경우, 간접 가열 방식의 발전 시스템이기 때문에, 화석연료는 물론 잔사유나 페기물 같은 저품위 연료 외에 부생 가스, 페기물, 바이오매스, 페열, 태양열 등 다양한 연료와 열원으로 사용 가능하다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 전력 저장 및 생산 장치는 증기터빈 발전으로 실용적인 효율을 얻지 못하는 소규모 시설에서도 발전 효율을 충분히 확보할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
10 : 저압탱크 20 : 고압탱크
11 : 저압탱크 입측 밸브 12 : 저압탱크 출측 밸브
21 : 고압탱크 입측 밸브 22 : 고압탱크 출측 밸브
30 : 전기모터 40 : 압축기
45 : 클러치 50 : 터빈
60 : 보일러 70 : 재생 열교환기
80 : 발전기 91 : 고압 바이패스 밸브
92 : 저압 바이패스 밸브

Claims (6)

  1. 저압의 초임계 이산화탄소를 저장하는 저압탱크;
    상기 저압탱크에 저장된 저압의 초임계 이산화탄소를 단열압축하여 고압의 초임계 이산화탄소로 배출하는 압축기;
    상기 압축기로부터 배출된 고압의 초임계 이산화탄소를 저장하는 고압탱크;
    잉여 전력을 공급받아 구동되며 상기 압축기로 회전력을 전달하는 전기모터;
    전력 부족시, 상기 고압탱크에 저장된 고압의 초임계 이산화탄소를 유입하여 가열한 후 배출하는 보일러;
    보일러에 의해 가열된 고압의 초임계 이산화탄소가 유입되고, 유입된 고압의 초임계 이산화탄소가 단열팽창되면서 회전력이 발생되는 터빈;
    상기 터빈으로부터 전달받은 회전력을 이용하여 전력을 생산하는 발전기;
    상기 터빈에서 단열팽창된 초임계 이산화탄소의 잔열을 이용하여 상기 고압탱크에 저장된 고압의 초임계 이산화탄소를 유입하여 가열한 후, 상기 보일러로 배출하는 재생 열교환기;
    상기 재생 열교환기와 상기 저압탱크 사이에 배치되는 저압탱크 입측 밸브;
    상기 저압탱크와 상기 압축기 사이에 배치되는 저압탱크 출측 밸브;
    상기 압축기와 상기 고압탱크 사이에 배치되는 고압탱크 입측 밸브; 및
    상기 고압탱크와 상기 재생 열교환기 사이에 배치되는 고압탱크 출측 밸브;를 포함하며,
    전력이 충분한 경우에는 상기 저압탱크 출측 밸브 및 상기 고압탱크 입측 밸브는 개방되고, 상기 저압탱크 입측 밸브 및 상기 고압탱크 출측 밸브는 폐쇄되며,
    전력이 부족한 경우에는 상기 저압탱크 입측 밸브 및 상기 고압탱크 출측 밸브는 개방되고, 상기 저압탱크 출측 밸브 및 상기 고압탱크 입측 밸브는 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 전력 저장 및 생산 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 전력 저장 및 생산 장치는
    상기 압축기에서 단열압축된 초임계 이산화탄소가 상기 재생 열교환기로 직접 유입되는 경로 상에 배치된 고압 바이패스 밸브; 및
    상기 터빈에서 단열팽창된 초임계 이산화탄소가 상기 재생 열교환기에서 상기 압축기로 직접 유입되는 경로 상에 배치된 저압 바이패스 밸브를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전력 저장 및 생산 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    전력이 크게 남아돌거나 부족하지 않은 평상시에는 상기 저압탱크 입측 밸브, 상기 저압탱크 출측 밸브, 상기 고압탱크 입측 밸브, 및 상기 고압탱크 출측 밸브는 폐쇄되고, 상기 고압 바이패스 밸브 및 상기 저압 바이패스 밸브는 개방되는 것을 특징으로 하는 전력 저장 및 생산 장치.
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