KR102162462B1 - 복합발전을 이용한 담수화 시스템 - Google Patents

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Abstract

복합 발전을 이용한 담수화 시스템이 제공된다. 담수화 시스템은 제1 담수가 냉각수로 공급되는 태양광 발전 및/또는 태양열 발전 유닛과 상기 태양광 발전 및/또는 태양열 발전 유닛을 냉각시키면서 온도가 상승된 제1 담수 및 제1 염수가 공급되는 염분차 발전 유닛을 포함하는 복합 발전 장치 및 복합 발전 장치에 의해 생성된 전기 에너지가 공급되는 담수화 장치를 포함한다.

Description

복합발전을 이용한 담수화 시스템{DESALINATION SYSTEM WITH COMPLEX POWER GENERATION}
본 기재는 담수화 시스템에 관한 것으로, 복합발전을 이용한 담수화 시스템에 관한 것이다.
지구의 온난화에 따른 사막화 및 인구 증가로 인하여 물 부족지역이 증가하는 추세이다. 이에 물부족 현상을 극복하기 위한 기술로 해수와 같은 염수에서 염을 제거하는 담수화 기술이 개발 되었다.
그러나, 이러한 획기적인 담수화 아이디어에도 불구하고 담수화 공정에 투입되는 에너지 비용이 일반 하천수의 처리 등에 비해 상대적으로 높다. 대표적인 담수화 공정인 역삼투압 공정의 경우 약 3-5kWh/m3의 에너지가 담수 생산을 위해 사용된다. 또한, 염수담수화의 결과물로서 담수 이외에도 필연적으로 많은 양의 고농도의 농축 염수가 발생하게 되는데, 이러한 폐 농축염수의 경우 염 농도가 약 7.0wt%로 해수의 2배가 되기 때문에 바다로 직접 배출할 경우 인근 해양 생태계에 치명적인 영향을 미칠 수 있어 해양오염물로 분류되며, 반드시 농도를 바닷물 보다 낮은 농도로 낮추어 배출해야 하는 문제점 있다.
따라서, 담수 생산에 소모되는 에너지 비용을 낮출 수 있으면서 고농도의 폐 농축 염수로 인한 환경 영향을 최소화할 수 있는 에너지 효율적인 시스템 및 공정 개발이 요구된다.
본 개시는 고농도의 폐 농축 염수로 인한 환경 영향을 최소화하면서 에너지 효율적인 담수 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 개시는 담수화에 소모되는 에너지 소모량을 최소화하기 위해 염분차와 태양에너지 (예, 태양광 및 태양열) 복합발전 장치를 구현하여 에너지 생산량을 극대화함으로써 담수화를 위해 사용된 에너지를 보상하기 위한 공정을 구현하기 위한 것이다.
본 개시는 해수담수화 공정의 전·후단에 모두 적용 가능한 복합발전 시스템을 구현함으로써 에너지 소모량을 감소하고, 폐 농축수를 재활용하기 위한 것이다. 한다.
또한 본 개시는 복합발전으로부터 배출되는 희석수를 이용하여 해양미세조류를 배양할 수 있는 기술을 제공하기 위한 것이다.
실시예들에 따른 복합발전을 이용한 담수화 시스템은 염분차 발전 유닛과 태양에너지 이용 발전 유닛을 포함하는 복합발전 장치를 포함한다.
실시예들에 따른 복합발전을 이용한 담수화 시스템은 제1 담수가 냉각수로 공급되는 태양광 발전 및/또는 태양열 발전 유닛과 상기 태양광 발전 및/또는 태양열 발전 유닛을 냉각시키면서 온도가 상승된 제1 담수 및 제1 염수가 공급되는 염분차 발전 유닛을 포함하는 복합 발전 장치, 및 상기 복합 발전 장치에 의해 생성된 전기 에너지가 공급되는 담수화 장치를 포함한다.
기타 본 발명의 측면들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.
실시예들에 따르면, 복합 발전 장치를 통해 에너지를 보다 효율적으로 생산할 수 있다.
염분차 발전 유닛에 공급되는 담수를 태양에너지 이용 발전의 냉각수로 사용함과 동시에, 온도가 상승된 담수를 역전기투석 장치로 공급함으로써 태양에너지 이용 발전 장치와 염분차 발전 유닛에서 생산되는 출력을 동시에 향상시킬 수 있는 시너지 효과를 갖는다.
또한 복합 발전 장치를 통해 담수화 시스템의 전체적인 에너지 소모를 감소시킬 수 있으며, 담수화 장치에서 생성되는 농축 염수의 염 농도를 낮추거나 농축 염수의 생산 자체를 최소화할 수 있다.
추가적으로, 복합발전 장치를 통해 배출되는 배출수는 염분차발전 과정에서 온도와 배출 농도를 제어할 수 있기 때문에 다양한 해양미세조류를 배양하는 최적의 소스로 활용할 수 있다.
도 1은 제1 실시예에 따른 복합발전을 이용한 담수화 시스템의 개략도이고,
도 2는 복합 발전 장치의 염분차발전 유닛에서 생산된 전력을 나타내기 위한 그래프이고,
도 3은 제2 실시예에 따른 복합발전을 이용한 담수화 시스템의 개략도이고,
도 4는 제3 실시예에 따른 복합발전을 이용한 담수화 시스템의 개략도이고,
도 5는 제4 실시예에 따른 복합발전을 이용한 담수화 시스템의 개략도이고,
도 6은 제5 실시예에 따른 복합발전을 이용한 담수화 시스템의 개략도이고,
도 7a 내지 도 7c는 제1 실시예 내지 제5 실시예에 적용되는 복합발전장치의 가능한 조합을 나타내는 개략도이고,
도 8a 및 도 8b는 제1 실시예 내지 제5 실시예에 적용되는 복합발전장치의 가능한 조합에 대한 전면, 후면 냉각시 태양전지 패널과 염분차발전 입구쪽의 시간에 따른 온도 변화를 나타내는 그래프들이고,
도 9 내지 도 13은 후면 냉각 일체형 복합 발전 장치의 제1 실시예를 나타내는 도면들이고,
도 14는 후면 냉각 일체형 복합 발전 장치의 제2 실시예의 사시도 및 측면도이고,
도 15는 분해 사시도이고,
도 16는 내지 도 18은 후면 냉각 일체형 복합 발전 장치의 제3 실시예를 나타내는 도면들이고,
도 19(a) 내지 도 19(c)는 후면 냉각 일체형 복합 발전 장치를 복수개 연결하여 구비한 복합 발전 시스템을 나타내는 개략도이고,
도 20 (a) 및 도 20(b)는 태양전지패널에 복수개의 염분차발전유닛을 복수개 연결하여 구비한 복합 발전 시스템의 개략도이고,
도 21은 제6 실시예에 따른 복합발전을 이용한 해수담수화 시스템을 이용한 해양미세조류 배양 시스템의 개략도이다.
이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 본 발명에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.
또한, 본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.
본 발명에서 "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 발명에 기재된 여러 구성 요소들 또는 여러 단계를 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 본 발명에서 사용되는 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성 요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
본 발명의 실시예들에 따른 담수화 시스템(Desalination system)은 A)태양광 발전(photovoltaic power generation) 및/또는 태양열 발전(solar heat power generation) 유닛(unit)과 B)염분차 발전유닛(salinity gradient power generation unit)으로 이루어진 복합 발전 장치(hybrid power generation apparatus)를 이용하여 에너지를 생성함과 동시에 복합 발전 장치에서 유출되는 희석 염수를 담수화 장치(desalination apparatus) 및 해양미세조류 배양 (marine microalgae culture)의 소오스로 사용하여 담수를 생성한다. 특히, A)태양광 발전 및/또는 태양열 발전 유닛에 공급되는 담수가 태양광 발전 및/또는 태양열 발전 유닛의 냉각수로 사용됨과 동시에, 태양광 발전 및/또는 태양열 발전 유닛의 냉각수로 사용된 후 온도가 상승된 담수를 염분차 발전 유닛으로 공급하기 때문에 태양광 발전 및/또는 태양열 발전 유닛과 염분차발전유닛에서 생산되는 출력을 동시에 향상시킬 수 있는 시너지 효과를 나타낼 수 있다.
도 1은 제1 실시예에 따른 복합발전을 이용한 담수화 시스템(100)의 개략도이다.
도 1을 참조하면, 제1 실시예에 따른 담수화 시스템(100)은 복합 발전 장치(110) 및 담수화 장치(150)를 포함한다. 복합 발전 장치(110)는 태양광 발전 및/또는 태양열 발전 유닛(120)과 염분차 발전 유닛(130)을 포함한다.
태양광 발전 및/또는 태양열 발전 유닛(120)에 제1 담수 공급부(141)를 통해서 제1 담수(LC1)가 공급된다. 제1 담수(LC1)는 저농도 용액(0.005~1.0wt%)으로 일반 담수, 지하수, 강수, 하수 방류수, 일반 농업용수, 세척수, 냉각수 및 이들의 혼합용액 중 선택되는 적어도 어느 하나 이상을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 담수(LC1)는 태양광 발전 및/또는 태양열 발전 유닛(120)에 냉각수로 공급된다. 태양광 발전 및/또는 태양열 발전 유닛(120)은 수광부에서 받은 태양광 또는 태양열에 이해 온도가 상승된 상태이므로 공급되는 제1 담수(LC1)에 의해 냉각이 된다. 따라서, 태양광 발전 및/또는 태양열 발전 유닛(120)의 출력 성능이 제1 담수(LC1)가 공급되지 않을 경우보다 향상되게 된다.
한편, 태양광 발전 및/또는 태양열 발전 유닛(120)을 통과한 제1 담수(LC1)는 태양광 발전 및/또는 태양열 발전 유닛으로부터 전달받은 열에 의해 온도가 상승하게 된다. 이와 같이 온도가 상승한 제1 담수(LC1)와 제1 염수 공급부(142)를 통해서 제1 염수(HC1)가 염분차 발전 유닛(130)에 공급된다. 제1 염수(HC1)는 고농도 용액 (1.0~50.0wt%)으로 염수 (7.0wt% 이상), 해수 (3.0~3.5wt%), 비료용액 (1.0~50.0wt%), 이산화탄소 흡수액 (1.3~50.0wt%), 각 종 발전소용 연료 전처리를 통해 얻어진 염용액 (3.5~50.0wt.%) 및 이들의 혼합용액 중 선택되는 적어도 어느 하나 이상을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
태양광 발전은 태양전지 패널을 이용하여 태양 에너지를 전기에너지로 변환하는 방식을 지칭하고, 태양열 발전은 태양열 에너지로 물이나 공기를 가열시켜 난방열이나 온수로 사용하는 방식이며, 태양광 발전 및/또는 태양열 발전 유닛(120)은 이들을 각각 또는 조합으로 구비할 수 있다.
염분차 발전 유닛(130)은 공급된 제1 담수(LC1)와 제1 염수(HC1)의 염분차를 이용하여 전기를 생산한다. 염분차 발전 유닛(130)으로는 PRO(Pressure Retarded Osmosis) 또는 RED(Reverse ElectroDialysis, 역전기투석) 등이 사용될 수 있다. 도 1에서는 염분차 발전 유닛(130)으로 RED를 예시하여 도시하고 있다.
PRO는 삼투막을 경계로 담수(LC)와 염수(HC)를 교차할 때 담수측 수분이 삼투막을 통과하여 염수측으로 이동하게 되고, 이에 의한 압력 증가가 유도되고 이를 이용하여 발전 터빈의 구동원으로 사용할 수 있는 발전 장치이다. PRO 로는 출원인에 의해 출원되고 등록된 KR 1458429에 개시된 PRO 장치 등을 예로 들 수 있으나, 다양한 형태의 PRO가 모두 적용가능하다.
역전기투석(RED)는 담수(LC)와 염수(HC)의 농도차로 인해 이온이 이온교환막(양이온교환막과 음이온교환막)을 통해 이동하게 되면서 양이온교환막과 음이온교환막이 번갈아 배열된 셀 스택의 양쪽 끝에 전위차가 발생하고, 전극(양전극, 음전극) 상에서 산화환원반응을 통하여 전자의 흐름이 발생하여 전기가 발생한다.
담수화 장치(150)에 공급되는 희석 염수(HC2)로 보다 깨끗한 용액을 공급하고 담수화 장치(150)의 처리량을 감소시키고 결과적으로 에너지 소모량을 감소시킨다는 관점에서는 PRO보다는 RED가 염분차 발전 유닛(130)으로 보다 적합할 수 있다.
염분차 발전 유닛(130)에 공급되는 제1 담수(LC1)는 태양광 발전 및/또는 태양열 발전 유닛(120)을 통과하면서 온도가 상승되어 있기 때문에 이로 인해 제1 염수(HC1) 내의 이온성물질의 이동 속도가 상승하게 되어 전력 생산량이 향상되게 된다.
한편, 제1 공급부(141)와 제2 공급부(142)에는 각각 제1 압력조절부(143)와 제2 압력조절부(144) 및 제1전처리부(145)와 제2 전처리부(146)가 설치될 수 있다. 제1 전처리부(145)는 MF(microfiltration) 또는 DAF(Dissolved Air Flotation) 일 수 있다. 제2 전처리부(146)는 UF(ultrafiltration) 또는 DAF(Dissolved Air Flotation)일 수 있으며, 제1 전처리부(145) 및 2 전처리부(146)를 거치면서 제1 염수(HC1)에 포함된 미생물, 부유물질 등을 제거한 후에 공급할 수 있다.
도 2에 예시되어 있는 실험에서 담수(LC)로는 민물 0.005wt%에 상당하는 NaCl 염 모사 용액을 염수(HC)로는 해수 3.5wt%에 상당하는 NaCl 염 모사 용액을 각각 100cc/min의 양으로 공급하였다. 사용된 분리막은 한국에너지기술연구원에서 제작한 KIER 분리막을 사용하였다. 도 2에 도시되어 있는 바와 같이 염수(HC) 측의 온도 상승보다는 담수(LC) 측의 온도 상승에 의한 출력밀도 향상이 큰 것으로 나타났다. 이것은 염분차발전 유닛(130)이 태양광 발전 및/또는 태양열 발전 유닛(120)과의 복합 발전시, 태양광 발전 및/또는 태양열 발전 유닛(120)의 온도 상승에 따른 성능 저감을 극복하기 위해 염분차발전 유닛(130)으로 공급되는 용액을 선택할 때, 염수(HC)와 담수(LC) 모두를 사용할 수 있지만, 염수(HC)보다는 담수(LC)를 활용하는 것이 출력 향상 측면에서 유리함을 보여준다. 또한 출력 향상 이외에 태양광 발전 및/또는 태양열 발전 유닛(120)의 염에 의한 부식 등에 대한 안정성 측면을 고려하면, 염수(HC)보다는 담수(LC)를 태양광 발전 및/또는 태양열 발전 유닛(120)의 냉각수로 사용하는 것이 적절하다. 즉, 냉각에 의한 성능 향상과 장치의 안정성을 모두 고려할 때, 태양광 발전 및/또는 태양열 발전 유닛(120)에 담수(LC)를 공급하여 냉각에 의한 성능 향상과 염분차발전 유닛(130)에 공급되는 용액의 온도 상승에 따른 전력 생산량 향상 모두를 도모하는 것이 유리한 것으로 판단된다.
염분차 발전 유닛(130)에서 제1 담수(LC1: 0.01wt% 기준일 경우)보다 높은 농도의 배출수 (약 1.0wt%)(BW)가 배출되고 제1 염수(HC1)보다 낮은 농도의 제2 염수(HC2)가 배출된다. 제2 염수(HC2)는 염수담수화 장치(150)로 공급된다.
염수담수화 장치(150)는 공급되는 제2 염수(HC2)를 담수화하여 제3 염수(HC3)를 생성함과 동시에 제2 담수(LC2)를 생성한다. 제2 담수(LC2)는 제1 담수(LC1)와 농도가 동일하거나 낮은 농도의 담수이며, 필요에 따라서는 원하는 수질 기준에 부합되게 후처리될 수 있다. 제3 염수(HC3)는 제2 염수(HC2)보다 높은 농도일 수 있다. 예를 들면, 제1 염수(HC1)의 농도가 3.5wt%이면 제2 염수(HC2)는 약 2.0~2.5wt%이며, 제3 염수(HC3)의 농도는 4.0~5.0wt% 일 수 있다.
염수담수화 장치(150)는 MED(다중효용방식, Multi-Effect Distillation), MSF(다단플래쉬방식, Multiple-Stage Flash Distillation), MVC(기계적 증기압축식, Mechanical Vapor Compression Distillation), TVC(열증기 압축식, Thermo Vapor Compressor Distillation), ED(전기투석식, Elctrodialysis), CDI(축전식 탈염방식, Capacitive Deionization), RO(역삼투식, Reverse Osmosis), FO(정삼투식, Forward Osmosis) 등이 사용될 수 있으며, 설치 환경 및 조건에 따라 염수담수화 공정은 하나 또는 둘 이상의 결합된 하이브리드 방식형태로 이용할 수 있다. 도 1에는 염수담수화 장치(150)로 RO를 예시하고 있다.
염수담수화 장치(150)는 공급되는 제2 염수(HC2) 및 배출되는 제3 염수(HC3)의 농도에 따라 복수개의 염수담수화 장치를 직렬 또는 병렬로 조합할 수 있다.
염수담수화 장치(150)에는 에너지 회수 장치(155)을 더 포함할 수 있다. 에너지 회수 장치(155)는 담수화에 사용된 에너지의 일부를 회수하는 장치로서, 예를 들어 염수담수화 장치(150)가 RO일 경우에는 담수화를 위해 사용된 에너지를 압력으로 회수하는 장치일 수 있다.
염수담수화 장치(150)의 전단에는 제3 압력조절부(153)가 설치될 수 있다. 제3 압력조절부(153)는 제2 염수(HC2)의 높은 삼투압을 극복하고 제2 담수(LC2)를 생산하는데 필요한 구동력을 제공하기 위한 고압펌프일 수 있다.
복합 발전 장치(110)에서 생성된 전기에너지의 일부는 제1 압력조절부(143), 제2 압력조절부(144), 제3 압력조절부(153), 제1 전처리부(145), 및 제2 전처리부(146)로 공급될 수 있다. 또한 복합 발전 장치(110)에서 생성된 전기에너지는 에너지 저장 시스템(ESS)(115)에 저장한 후 공급될 수도 있다.
또한, 일 실시예에 따른 복합발전을 이용한 담수화 시스템(100)에서 최종적으로 배출되는 제3 염수(HC3)의 농도가 4~5 wt% 로 이는 복합발전 없이 단순히 염수담수화 장치만 구비하는 경우에 배출되는 염수의 농도인 7.0 wt% 보다 더 낮출 수 있는 효과가 있다.
담수화 시스템(100)에서 생성된 전기 예너지와 담수(생산수)는 에너지 및/또는 담수를 필요로 하는 스마트 하우스(190), 스마트 공장시설(192), 스마트팜(194) 등에 공급될 수 있다.
도 3은 제2 실시예에 따른 복합발전을 이용한 담수화 시스템(200)의 개략도이다.
도 3을 참조하면, 제2 실시예에 따른 복합발전을 이용한 담수화 시스템(200)은 담수화 장치(250)의 후단에 복합 발전 장치(210)를 포함한다. 복합 발전 장치(210)는 도 1에 예시되어 있는 일 실시예와 마찬가지로 태양광 발전 및/또는 태양열 발전 유닛(220)과 염분차 발전 유닛(230)을 포함한다.
태양광 발전 및/또는 태양열 발전 유닛(220)에 제1 담수 공급부(241)를 통해서 제1 담수(LC1)가 냉각수로 공급되어 태양광 발전 및/또는 태양열 발전 유닛(220)의 전력 생산량을 향상시킨다.
제1 염수 공급부(242)를 통해서 제1 염수(HC1)이 염수담수화 장치(250)에 공급되면 염수담수화 장치(250)에서 제2 담수(LC2)와 농축된 염수인 제2 염수(HC2)를 생성한다. 제2 담수(LC2)는 제1 담수(LC1)와 농도가 동일하거나 낮은 농도의 담수이며, 필요에 따라서는 원하는 수질 기준에 부합되게 후처리될 수 있다. 제2 염수(HC2)는 제1 염수(HC1)보다 높은 농도일 수 있다. 예를 들면, 제1 염수(HC1)의 농도가 약 3.5wt% 라면 제2 염수(HC2) 의 농도는 약 7.5 wt% 일 수 있다.
염수담수화 장치(250)에는 제1 실시예와 마찬가지로 에너지 회수 장치(255)를 더 포함할 수 있으며, 염수담수화 장치(250)가 RO 일 경우에는 담수화를 위해 사용된 에너지를 압력으로 회수하는 장치일 수 있다.
태양광 발전 및/또는 태양열 발전 유닛(220)에서 냉각수로 사용되어 온도가 상승한 제1 담수(LC1)와 염수담수화 장치(250)에서 유출되는 제2 염수(HC2)가 각각 염분차 발전 유닛(230)으로 공급되면 온도가 상승된 제1 담수(LC1)와 제2 염수(HC2) 의 농도차와 상승된 이동 속도로 인해 전기에너지가 생성된다.
복합 발전 장치(210)에서 생성된 전기 에너지는 태양광 발전 및/또는 태양열 발전 유닛(220) 전단에 설치된 제1 압력조절부(243), 제1 전처리부(245), 염수 담수화 장치(250) 전단에 설치된 제2 압력조절부(244), 제2 전처리부(246), 제3 압력조절부(253)의 구동력을 제공하는데 사용될 수 있다.
염분차 발전 유닛(230)에서 유출되는 제3 염수(HC3)는 염분차 발전 유닛(230)에 공급된 제2 염수(HC2)보다 염 농도가 낮을 수 있다. 예를 들면 제3 염수(HC3)의 염 농도는 약 5.0~5.6wt% 일 수 있다. 유출된 제3 염수(HC3)는 외부로 유출되는 것이 아니라 제1 염수(HC1)와 함께 염수담수화 장치(250)에 공급될 수 있다.
따라서, 제2 실시예에 따른 담수화 시스템(200)에서는 염수담수화 장치(250)에서 생성되는 농축 염수를 외부로 내보내는 것이 아니라 염분차 발전 유닛(230)의 소오스로 사용하여 염 농도가 낮아진 염수를 생성한 후 이를 다시 염수담수화 장치(250)로 재공급하여 재순환시키기 때문에 종래의 담수화 공정에서 생성되는 고농도의 농축 염수로 인한 환경 문제를 해결할 수 있다.
도 4는 제3 실시예에 따른 담수화 시스템(300)의 개략도이다.
도 4를 참조하면, 제3 실시예에 따른 담수화 시스템(300)은 제1 실시예와 달리 염수담수화 장치(350)의 후단에 제2 염분차 발전 유닛(380)을 더 포함한다.
설명의 편의를 위하여 제1 실시예와 동일한 구성요소에 대해서는 설명을 생략한다. 염수담수화 장치(350)에서 유출되는 제3 염수(HC3)와 제1 염분차 발전 유닛(330)에서 유출되는 제1 기수(BW1)가 제2 염분차 발전 유닛(380)에 공급되면 추가로 에너지를 생성함과 동시에 제3 염수(HC3)보다 농도가 낮은 제4 염수(HC4)와 제2 기수(BW2)를 배출한다. 제4 염수(HC4)는 제1 염분차 발전 유닛(330)의 소오스인 제1 염수(HC1)로 재활용될 수 있으며, 제2 기수(BW2)는 소수력 발전 또는 조류발전에 공급되어 최종적으로 약 2.0~2.5wt% 농도의 염수를 배출하여 염수담수화 장치만 사용할 경우에 배출되는 염수(7.0wt%)의 염의 농도보다 거의 1/3 이하의 농도의 용액을 배출하기 때문에 환경에 대한 영향을 감소시킬 수 있다.
도 5는 제4 실시예에 따른 담수화 시스템(400)의 개략도이다.
도 5를 참조하면, 제4 실시예에 따른 담수화 시스템(400)은 제1 실시예와 달리 염수담수화 장치(450)의 후단에 제2 복합발전장치(460)를 더 포함한다. 설명의 편의를 위하여 제1 실시예와 동일한 구성요소에 대해서는 설명을 생략한다. 제2 복합발전장치(460)는 제2 태양광 발전 및/또는 태양열 발전 유닛(470)과 제2 염분차 발전 유닛(480)을 포함한다. 제1 복합발전장치(410)의 제1 염분차 발전 유닛(430)에 유출되는 기수(BW1)가 제2 복합발전장치(460)의 제2 태양광 발전 및/또는 태양열 발전 유닛(470)의 냉각수로 공급되어 냉각 기능을 수행한 후 온도가 상승된 상태로 제2 염분차 발전 유닛(480)으로 공급되면 제2 염분차 발전 유닛(480)에서 제3 염수(HC3)보다 농도가 낮은 제4 염수(HC4)와 제2 기수(BW2)를 배출한다. 제4 염수(HC4)는 제1 염분차 발전 유닛(430)의 소오스인 제1 염수(HC1)로 재활용될 수 있으며, 제2 기수(BW2)는 소수력 발전 또는 조류발전에 공급되어 최종적으로 약 2.0~2.5wt% 농도의 염수를 배출하여 염수담수화 장치만 사용할 경우에 배출되는 염수(7.0wt%)의 염의 농도보다 거의 1/3 이하의 농도의 용액을 배출하기 때문에 환경에 대한 영향을 감소시킬 수 있다. 또한 제2 복합발전장치(460)와 소수력 발전 또는 조류발전(490)을 통해 추가로 에너지를 생성하고 이를 전기 예너지와 담수(생산수)는 에너지 및/또는 담수를 필요로 하는 스마트 하우스(490), 스마트 공장시설(492), 스마트팜(494) 등에 공급할 수 있다.
도 6은 제5 실시예에 따른 담수화 시스템(500)의 개략도이다.
도 6을 참조하면, 제5 실시예에 따른 담수화 시스템(500)은 제1 실시예와 달리 염수담수화 장치(550)의 후단에 PRO(Pressure Retarded Osmosis)(580)를 더 포함한다. 복합발전 장치(510)의 염분차 발전 유닛(530)으로부터 유출된 제1 기수(BW1)와 RO로 이루어진 염수담수화 장치(550)에서 유출되는 제3 염수(HC3)가 공급되면 제1 기수(BW1)와 제3 염수(HC3)와의 삼투압의 차이에 의해 전기에너지를 생산한다. 그리고 PRO(580)에서 유출되는 제4 염수(HC4)와 제2 기수(BW2)는 소수력 발전 또는 조류발전 장치(590)에 공급되어 추가 에너지를 생성한다.
도 7a 내지 도 7c는 제1 실시예 내지 제5 실시예에 적용되는 복합발전장치의 가능한 조합을 나타낸다. 도 7a 내지 도 7c에서는 태양광 발전 및/또는 태양열 발전 유닛의 예로 태양전지 패널(1010)을 예로 든다.
도 7a는 담수(LC)가 태양전지 패널(1010)의 전면으로 공급된 후, 염분차 발전 유닛(1020)으로 공급되는 전면 냉각 분리형을 도 7b는 담수(LC)가 태양전지 패널(1010)의 후면에 설치된 담수 공급 유로(1250)를 통해 공급된 후, 염분차 발전 유닛(1020)으로 공급되는 후면 냉각 분리형을, 도 7c는 태양전지 패널(1010)과 염분차 발전 유닛(1020)이 일체형으로 형성되고 태양전지 패널(1010)과 염분차 발전 유닛(1020)의 사이에 담수 공급 유로(1250)가 제공되는 후면 냉각 일체형을 각각 도시한다. 도 7a에 도시된 전면 냉각 분리형은 냉각 성능은 우수하지만, 태양광 수집에 방해가 안 되어야 하기 때문에 냉각 시간에는 한계가 있을 수 있으며, 염분차 발전 유닛(1020)에 담수(LC)가 유입되기 전에 일부 열 손실이 발생할 수 있다. 도 7b에 도시된 후면 냉각 분리형은 냉각 성능은 냉각 채널의 소재 및 유로 구성 방식에 따라 달라질 수 있으나, 냉각 시간에 재한이 없다. 단 염분차 발전 유닛(1020)에 담수(LC)가 유입되기 전에 일부 열 손실이 발생할 수 있다. 도 7c에 도시된 후면 냉각 일체형은 냉각 성능도 우수하고 냉각 시간 제한도 없으며, 염분차 발전 유닛(1020)에 유입되기 전 열 손실이 최소화될 수 있으며, 전체 복합발전장치의 크기를 소형화할 수 있다. 구체적으로, 일반적으로 태양광 발전의 경우 MW당 설치부지가 약 15,000m2로 넓은 반면, 염분차발전은 MW당 설치부지가 약 3,000m2 이하로 평가 받고 있다. 그러므로 염분차 발전 유닛과 태양광 발전을 일체형으로 구성할 경우, 설치에 필요한 사용부지 면적을 최소화하면서 발전량을 극대화할 수 있는 효과가 있다.
도 8a 및 도 8b는 각 냉각 방식에 따른 태양전지 패널의 냉각 온도 및 염분차발전 유입부에서의 시간에 따른 온도 변화를 나타내는 그래프들이다. 도 8a는 도 7a에서와 같이 태양전지 패널(1010)의 전면에 냉각수를 공급하고, 이 냉각수를 염분차발전(RED)의 담수 소스로 사용할 경우에 대한 시간에 따른 온도 변화를 보여준다. 도 8a를 참조하면, 태양전지 패널(1010)의 온도(네모 표시 그래프)는 최대 100도 근처까지 상승한다. 이 때 17도의 냉각수를 태양전지 패널(1010)의 전면에 공급할 경우 약 56도 정도까지 태양전지 패널(1010)의 온도는 하락하며, 염분차발전(1020)의 담수 입구로 공급되는 냉각수(동그라미 표시 그래프)의 온도는 45도까지 상승하는 것으로 나타났다. 그러나, 시간이 지남에 따라, 염분차발전(1020)의 담수 입구로 공급되는 냉각수의 온도는 34도 정도까지 다시 하락하였다.
도 8b는 도 7b와 도 7c에서와 같은 후면 냉각에 의한 방식의 결과를 보여준다. 냉각을 위해 냉각수의 흐름은 후면에 패턴된 유로 구조를 이용하였다. 이 때 17도의 냉각수를 전면에 공급할 경우 약 67도 정도까지 태양전지 패널(1010)의 온도(네모 표시 그래프)는 하락하며, 염분차발전의 담수 입구로 공급되는 냉각수의 온도(동그라미 표시 그래프)는 36도까지 상승하는 것으로 나타났으며, 그 이후에도 일정하게 유지되는 것을 알 수 있다. 도 8a 및 도 8b의 결과로부터 염분차발전(1020)의 부하변동 없는 안정적인 출력과 태양전지 패널(1010)의 출력 향상을 위해 후면 냉각이 좀 더 유리할 것으로 판단되며, 전면 냉각의 경우 순간적인 냉각 효과에 의한 태양광 패널의 출력 향상을 도모할 수 있는 것으로 나타났다. 그러므로, 후면 냉각을 주로 진행하고, 전면 냉각을 간헐적으로 수행하는 것이 본 복합발전의 출력 향상 및 안정적인 발전을 위해 필요할 것으로 판단된다.
도 9 내지 도 13은 후면 냉각 일체형 복합 발전 장치의 제1 실시예를 나타내는 도면들이다. 도 9는 후면 냉각 일체형 복합 발전 장치의 제1 실시예의 측면도 및 사시도를 함께 나타낸 도면이고, 도 10은 후면 냉각 일체형 복합 발전 장치의 제1 실시예의 담수 유입부 및 제1 유입 부재를 설명하기 위해 나타낸 분해 사시도 및 배면도, 도 11은 후면 냉각 일체형 복합 발전 장치의 분해 사시도, 도 12 및 도 13은 염분차 발전 유닛을 설명하기 위한 사시도 및 개략도이다.
도 9 내지 도 13에 나타낸 바와 같이, 후면 냉각 일체형 복합 발전 장치의 제1 실시예(1001)는 태양전지 패널(1010) 및 염분차 발전 유닛(1020)을 포함한다.
태양전지 패널(1010)은, 수광부를 갖는 제1 면(1011) 및 제1 면(1011)의 반대방향의 제2 면(1012)을 포함한다. 여기서, 상기 제1 면(1011)의 수광부는 태양전지 패널이 빛을 받아 전기를 생산할 수 있는 영역을 의미한다.
특히, 도 10(b)를 참조하면, 상기 제2 면(1012)의 적어도 일부 영역은 방열 부재(1013)를 추가로 포함할 수 있다. 상기 방열 부재(1013)는, 방열 효율을 상승시키기 위해 방열 면적을 넓게 하는 구조로 형성될 수 있으며, 일 예로, 제2 면(1012)에서 전체 면적에 균일하게 패턴된 유로 구조나 돌출되도록 형성되는 핀이나 히트파이프 구조일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 염분차 발전 유닛(1020)은, 담수(LC1)와 염수(HC1)가 유입되어 염분차 발전을 통해 전기를 생산할 수 있다. 담수(LC1) 및 염수(HC1)은 각각 제1 공급부(141)와 제2 공급부(142)에서 공급된다. 보다 구체적으로, 염분차 발전 유닛(1020)은 담수 유입포트(1210) 및 유출포트(1211), 염수 유입포트(1212) 및 유출포트(1213)를 갖는 하우징을 포함한다. 하우징은 하우징 내에 배치되고, 소정간격 떨어져 마련된 애노드 전극(1220) 및 캐소드 전극(1230)과 애노드 전극(1220) 및 캐소드 전극(1230) 사이에 배열된 복수 개의 이온교환막(1240)을 포함한다.
상기 복수 개의 이온교환막(1240)은, 애노드 및 캐소드 전극(1220, 1230) 사이에 담수(LC1)가 유동하는 제1 유로(1241) 및 염수(HC1)가 유동하는 제2 유로(1242)를 구획하도록 배열될 수 있다.
여기서, 상기 복수 개의 이온교환막(1240)은 양이온 교환막(C), 음이온 교환막(A)을 포함하며, 상기 양이온 교환막(C)과 음이온 교환막(A)은 교번하여 배치될 수 있다. 따라서, 복수 개의 이온교환막이 배열된 상기 하우징 내부에는 각각 복수 개의 제1 유로(1241) 및 제2 유로(1242)가 형성될 수 있다.
염분차 발전 유닛(1020)의 하우징은, 담수 유입포트(1210), 염수 유입포트(1212) 및 담수 유출포트(1211) 및 염수 유출포트(1213)가 각각 마련된 제1 내지 제4 프레임(1201,1202,1203,1204)을 포함한다.
또한, 상기 애노드 및 캐소드 전극(1220, 1230)을 각각 감싸도록 마련된 제5 및 제6 프레임(1205,1206)을 포함한다.
도 11을 참조하면, 하우징은 일 예로, 육면체로 형성될 수 있으며 제1 내지 제4 프레임(1201,1202,1203,1204)은 하우징의 옆면을 형성하고, 제5 및 제6 프레임(1205,1206)은 각각 상면 및 하면을 형성할 수 있다.
제1 프레임은(1201)은 담수 유입포트(1210)를 포함할 수 있다. 또한, 제2 프레임(1202)은 염수 유입포트(1212)를 포함할 수 있다. 또한, 제3 프레임(1203)은 담수 유출포트(1211)를 포함할 수 있다. 또한, 제4 프레임(1204)은 염수 유출포트(1213)를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제1 내지 제6 프레임(1201, 1202, 1203, 1204, 1205, 1206)은 상호 연결함으로써, 하우징을 형성할 수 있다.
또한, 제5 및 6 프레임(1205,1206)은 제5 및 제6 프레임(1205,1206) 사이에 마련되는 제1 및 제2 유로(1241,1242)를 유동하는 담수(LC1) 및 염수(HC1)가 유출되지 않도록 마련된 실링 가스켓(1270)을 각각 추가로 포함할 수 있다.
또한, 상기 제3 프레임(1203)은, 애노드 및 캐소드 전극(1220,1230) 측으로 전극용액 즉, 전해질을 공급 및 배출하기 위한 전해질 유입포트 및 유출포트(1271,1272)를 각각 추가로 포함할 수 있다.
여기서, 상기 전해질을 공급하기 위한 전해질 공급원(미도시)이 추가로 포함될 수 있다. 또한, 제3 프레임(1203)은, 애노드 및 캐소드 전극(1220,1230)에서 생산되는 전기 콜렉터(collector)로써 전극봉(1273)을 추가로 포함할 수 있다. 따라서, 상기 전극봉(1273)은 애노드 및 캐소드 전극(1220,1230)과 각각 연결 구비될 수 있도록 제3 프레임(1203) 상, 하단에 각각 마련될 수 있다. 특히, 상기 전극봉(1273)은 제3 프레임(1203) 바깥 측으로 돌출되도록 형성됨으로써, 생산된 전기를 외부로 공급할 수 있다.
한편, 도 9를 참조하면, 상기 하우징은 담수 유입포트(1210) 및 제1 유로(1241)를 유체 이동 가능하게 연결하는 담수 유입부(1250)를 포함한다. 또한, 상기 담수 유입부(1250)는 유입된 담수(LC1) 및 태양전지 패널의 제2 면(1012) 사이에 열교환이 이루어지도록 마련될 수 있다.
담수 유입부(1250)는, 담수가 유입되는 공간(S)을 형성하는 적어도 일면이 태양전지 패널(1010)의 제2 면(1012)일 수 있다. 태양전지 패널(1010)의 제2 면(1012)과 담수 유입포트(1210)를 갖는 제1 프레임(1201)은 담수가 유입되는 공간(S)을 형성하도록 상호 연결되게 마련될 수 있다. 제1 프레임(1201)은, 제2 면(1012)의 모서리 둘레 영역을 따라 맞닿게 연결될 수 있으며, 담수(LC1)가 유입되는 공간(S)을 형성하도록 소정 두께(T)를 갖도록 형성될 수 있다.
따라서, 담수(LC1)가 담수 유입부(1250)로 유입되면, 담수(LC1)는 태양전지 패널의 제2 면(1012)에 접촉할 수 있다. 즉, 담수(LC1)가 담수 유입포트(1210)를 통하여 담수 유입부(1250)로 유입되면, 담수(LC1)는 제2 면(1012)에 접촉하게 된다.
태양전지 패널(1010)의 제2 면(1012)은, 태양전지 패널(1010)의 제1 면(1011)의 수광부에서 받은 빛에 의해 온도가 상승된 상태이므로, 유입된 담수(LC1)와의 열교환을 통해 태양전지 패널(1010)을 냉각시킴으로써 태양전지 패널(1010)의 성능을 상승시키는 효과를 갖게 된다. 한편, 유입된 담수(LC1)는 태양전지 패널(1010) 제2 면(1012)에 의해 온도가 상승하게 된다. 처음 유입된 담수보다 온도가 상승된 담수는 제1 유로(1241)로 유입될 수 있다.
이와 같은 접촉에 의해 담수는 상기와 같은 접촉에 의해 담수와 제2 면(1012)의 온도 차에 의해 담수 유입부(1250)에서 대류가 발생할 수 있다.
한편, 본 발명의 염분차 발전 유닛(1020)은, 담수 유입부(1250)로 유입된 담수를 제1 유로(1241)로 분배함과 동시에, 담수가 제2 유로(1242)로 유입되지 않고, 전체 복수개의 이온교환막(1240)에 균일하게 분배되도록 마련된 제1 유입 부재(1260)를 추가로 포함한다.
보다 구체적으로, 제1 유입 부재(1260)는 담수 유입부(1250)와 복수 개의 이온교환막(1240) 사이에 마련될 수 있다. 제1 유입 부재(1260)는, 담수가 통과하여 제1 유로로 유입될 수 있도록 형성된 소정 크기를 갖는 복수 개의 홀을 갖을 수 있다. 일 예로, 상기 제1 유입 부재(1260)는, 다공판일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 유입 부재(1260)는, 복수 개의 제1 홀(1261a)을 갖는 제1 다공판(1261)과 제1 홀(1261a)보다 작은 크기의 제2 홀(1262a)을 갖는 제2 다공판(1262)을 포함할 수 있다. 제1 홀(1261a)은 제2 홀(1262a) 보다 큰 크기의 홀을 가질 수 있다.
담수 유입부(1250)를 기준으로, 제1 다공판(1261)과 제2 다공판(1262)은 차례로 배치될 수 있다. 담수를 보다 큰 크기의 제1 홀(1261a)을 통과한 후 작은 홀의 제2 홀(1262a)을 통과하게 함으로써, 보다 효율적으로 빠르게 그리고 균일하게 담수가 제1 유로(1241)로 유입될 수 있다. 여기서, 제1 유입부재(1260)는 제1 다공판 및 제2 다공판을 포함하고 있으나, 이에 한정되는 것이 아니고, 제1 다공판 만을 포함할 수도 있고, 제3 다공판을 추가하여 포함할 수도 있다.
한편, 제1 유로(1241) 및 제2 유로(1242)를 유동하는 담수(LC1)와 염수(HC1)의 염분차에 의해, 염수에 포함된 이온성물질이 복수 개의 이온교환막(1240)을 선택적으로 이동하며 전기를 생산할 수 있다.
보다 구체적으로, 도 13을 참조하면, 담수 유입부(1250)에서 유입된 담수(LC1)와 염수 유입포트(1212)를 통해 유입된 염수(HC1)는 각각 제1 및 제2 유로(1241,1242)를 유동할 때, 담수(LC1)보다 높은 염 농도를 갖는 염수(HC1)에 포함된 이온성물질, 즉, 양이온성 물질과 음이온성 물질이 양이온 교환막(C) 및 음이온 교환막(A)을 선택적으로 통과함에 따라 전위차가 발생하여 애노드 전극 및 캐소드 전극(1220, 1230)에서 각각 산화반응 및 환원반응이 발생하며 전자의 흐름이 생성되어 전기를 생산할 수 있게 된다. 일 예로, 상기 양이온성 물질은 나트륨 이온(Na+), 음이온성 물질은 염소이온(Cl-)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 12(b)에 예시되어 있는 바와 같이, 복수 개의 이온교환막(1240)은, 제1 유로(1241)와 제2 유로(1242)를 형성하기 위한 스페이서(1243) 및 가스켓(1244)를 추가로 포함할 수 있다. 스페이서(1243)와 가스켓(1244)은 복수 개의 양이온교환막(C)과 음이온교환막(A)에 각각 구비될 수 있다. 도 12(a)에 나타낸 바와 같이, 양 말단에 형성된 애노드 및 캐소드 전극(1220,1230) 사이에 각각 스페이서와 가스켓(1243,1244)을 포함하는 양이온교환막(C)과 음이온교환막(A)이 교번하여 차례로 적층하여 배열함으로써, 제1 유로 및 제2 유로(1241,1242)가 형성될 수 있게 된다.
도 14는 후면 냉각 일체형 복합 발전 장치의 제2 실시예(1002)의 사시도 및 측면도이고, 도 15는 분해 사시도이다.
도 14 및 도 15를 참조하면, 염분차 태양에너지 복합 발전 장치의 제2 실시예(1002)는 담수(LC1)를 제1 유로 측으로 전달하도록 담수 유입부(1250)와 제1 유입 부재(1260)를 유체 이동 가능하게 연결하는 제1 연결 유로(1280)를 추가로 포함할 수 있다.
담수 유입부(1250)로 유입된 담수는 태양전지 패널(1010)의 제2 면과 접촉한 후, 온도가 상승되어 제1 연결 유로(1280)를 통해 제1 유로(1241)로 유입될 수 있다.
도 14 및 도 15와 같이 담수 유입부(1250)가 제1 연결 유로(1280)를 포함하는 경우, 제1 유입부(1250)는 제5 프레임(1205)과 맞닿게 연결 구비될 수 있다. 이에 따라, 제1 프레임(1201)은, 제2 내지 제4 프레임(1202,1203,1204) 일측면과 맞닿도록 연결 구비될 수 있다.
후면 냉각 일체형 복합 발전 장치의 제1 또는 제2 실시예의 염분차 태양에너지 복합 발전 장치의 제1 또는 제2 실시예(1001,1002)를 이용하여 전기를 생산하는 과정을 도 9 내지 도 15를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 9 및 도 15에 도시된 바와 같이, 태양전지 패널(1010)의 수광부를 갖는 제1 면(1011)으로 태양광이 입사되면, 입사된 태양광에 의해 전기가 생산된다. 이 때, 전기가 생산됨과 동시에 제1 면(1011)으로 입사된 태양광에 의해 제1면(1011)의 온도가 상승하고, 이에 따른 전도에 의해 제2 면(1012)은 온도가 상승하게 된다. 담수 유입포트(1210)를 통해 담수 유입부(1250)로 유입된 담수(LC1)는 상기와 같이 온도가 상승된 제2 면(1012)과 접촉하게 되고, 접촉된 담수(LC1)는 온도가 상승하게 된다. 즉, 태양전지 패널(1010)은 담수(LC1)에 의해 냉각됨에 따라, 태양광을 이용하여 전기를 생산함에 있어서, 효율이 향상된다.
온도가 상승된 제1 용액은 제1 유입 부재(1260)를 통과하여 제1 유로(1241)로 유입된다. 제1 유로(1241)로 담수(LC1)가 유입될 때, 염수(HC1)는 제2 용액 유입포트(1212)를 통해 제2 유로(1242)로 유입된다. 유입된 담수(LC1) 및 염수(HC1)는 제1 및 제2 유로(1241,1242)를 유동하게 되고 제1 및 제2 용액의 염 농도차에 의해 전기가 생산될 수 있다.
즉, 담수(LC1) 보다 높은 염 농도를 갖는 염수(HC1)에 포함된 양이온성 물질 및 음이온성 물질이 양이온교환막(C)과 음이온교환막(A)을 선택적으로 이동함에 따라 전위차가 발생하게 되어 전기가 생산될 수 있다. 이 때 담수(LC1)의 높은 온도로 인해서 이온성 물질의 이동 속도가 빨라지게 되어 전기 생산 효율이 증대될 수 있다.
복합발전장치의 보다 상세한 내용은 본 출원인과 동일 출원인에 의해 출원된 KR10-2018-0093208에 상세히 개시되어 있으며 그 내용은 본 명세서에 통합된다.
도 16 내지 도 18은 후면 냉각 일체형 복합 발전 장치의 제3 실시예(1003)를 나타내는 도면들이다. 도 16은 제3 실시예(1003)의 단면도를, 도 17은 사시도를, 도 18은 분해 사시도를 각각 나타낸다.
도 16 내지 도 18을 참조하면, 제3 실시예(1003)에 따른 염분차 발전 유닛이 원통형으로 구성된다는 점에 있어서 제1 실시예(1001) 또는 제2 실시예(1002)와 차이가 있고 나머지 구성요소는 실질적으로 동일하다.
원통형 염분차 발전 유닛은 태양전지 패널(1010)의 제1 면과 수직한 제1 방향으로 길고 원주방향인 제2 방향으로 라운드된 형상으로 형성되는 본체부(1620)를 포함한다. 본체부(1620) 내에는 제1 방향으로 길게 형성되는 제1 전극(1630)과 제1 전극(1630)으로부터 미리 설정된 간격으로 이격되어 제2 방향을 따라 라운드 형상으로 형성되는 제2 전극(1635)을 포함하는 전극부가 놓여지고 제1 전극(1630)과 제2 전극(1635) 사이에서 제1 전극(1630)을 중심으로 제2 방향을 따라 라운드 형상으로 적층되는 양이온교환막과 음이온교환막으로 이루어진 이온교환막부(1640)을 포함한다.
도 19(a) 내지 도 19(c)는 후면 냉각 일체형 복합 발전 장치의 제1 실시예(1001), 제2 실시예(1002) 또는 제3 실시예(1003)을 복수개 연결하여 구비한 복합 발전 시스템(1810, 1820, 1830)을 도시한다. 복합 발전 장치를 복수개 포함함으로써 보다 효율적으로 전력을 생산할 수 있어서 전력생산량을 향상시킬 수 있게 된다.
도 20(a) 및 도 20(b)는 태양전지패널(1010)에 복수개의 염분차발전유닛(1020)을 복수개 연결하여 구비한 복합 발전 시스템(1910, 1920)을 도시한다. 복합 발전 장치를 복수개 포함함으로써 보다 효율적으로 전력을 생산할 수 있어서 전력생산량을 향상시킬 수 있게 된다.
도 21은 제6 실시예에 따른 복합 발전 장치(210)를 이용한 해양미세조류 배양 시스템(2100)의 개략도를 나타낸다. 도 21에서 해수담수화 장치(250)을 통과한 해수(HC2)의 농축수 농도는 약 7.5~8.0wt%이다. 이 농축수가 염분차발전 유닛 (230)을 통과하여 유출되면 약 4.5~5.5wt%로 농도가 희석되고(HC3), 반대로 염분차발전 유닛(230)으로 공급된 담수(LC1)는 2.0~3.0wt%로 농도가 증가한다. 이렇게 염분차발전 유닛(230)으로 공급된 후 유출되는 유출수(BW, HC3)들은 해수와 농도가 비슷하거나 약간 높은 정도의 염 농도를 갖는다. 상기 유출수(BW1, HC3)들은 해양에서 살아가는 미세조류를 배양하기에 충분함 영양분을 많이 포함하고 있다. 그러므로 도21에서와 같이 해양미세조류 배양기(2150)에 배양액으로 공급될 수 있다. 복합발전 유닛(210)을 사용할 경우에는 해양미세조류 배양기(2150)로 공급되는 공급수의 온도를 조절할 수 있기 때문에 해양미세조류의 성장 패턴을 제어할 수 있다.
도 1 내지 도 21을 참조하여 설명한 해수담수화 시스템은 염분차와 태양에너지 복합발전 장치를 포함한다. 이러한 복합발전 장치는 태양에너지 이용 발전 과정에서 야기되는 발전 유닛의 온도 상승을 억제하기 위한 냉각수를 염분차발전 유닛의 소스로 사용하므로서, 태양에너지 발전 유닛의 온도 상승에 의한 출력 감소를 최소화하면서, 공급 소스의 온도 상승에 따른 염분차발전의 출력 향상을 유도함으로서 복합 발전의 성능 향상이라는 시너지 효과를 얻을 수 있다. 이와 같은 복합발전을 통해 발전을 위한 부지 면적을 최소화할 수 있을 뿐 아니라, 발전량을 극대화 할 수 있어 역삼투 공정에서 사용되는 에너지의 상당량을 줄일 수 있다. 이러한 복합발전 장치는 역삼투 해수담수화 장치의 전단뿐 아니라 후단에도 설치될 수 있기 때문에 폐 농축수의 친환경 발전 소스로의 활용에도 도움이 될 수 있다. 또한, 염분차와 태양에너지 복합발전 장치의 경우, 발전되고 배출되는 배출수를 해양미세조류를 배양하는 소스로 사용할 수 있어 유용자원 생산에도 효과적으로 활용될 수 있다.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (20)

  1. 복합발전장치로, 제1 담수가 냉각수로 공급되는 태양광 발전 및/또는 태양열 발전 유닛과
    상기 태양광 발전 및/또는 태양열 발전 유닛으로부터 유출되고 상기 태양광 발전 및/또는 태양열 발전 유닛을 냉각시키면서 온도가 상승된 상기 제1 담수 및 제1 염수가 공급되는 염분차 발전 유닛을 포함하는 복합 발전 장치; 및
    상기 복합 발전 장치에 의해 생성된 전기 에너지가 공급되는 담수화 장치를 포함하는 담수화 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 복합 발전 장치는 상기 담수화 장치의 전단에 설치되고,
    상기 복합 발전 장치에서 유출되며 상기 제1 염수보다 농도가 낮은 제2 염수가 상기 담수화 장치에 공급되고,
    상기 담수화 장치는 상기 제2 염수를 담수화하여 담수를 생산하는 담수화 시스템.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 복합 발전 장치는 상기 담수화 장치의 후단에 설치되고,
    상기 제1 염수는 상기 담수화 장치에서 유출되는 염수인 담수화 시스템.
  4. ◈청구항 4은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제3 항에 있어서,
    상기 염분차 발전 유닛에서 유출되고 상기 제1 염수보다 농도가 낮은 제2 염수가 상기 담수화 장치에 재공급되는 담수화 시스템.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 복합 발전 장치는 상기 담수화 장치의 전단에 설치되고,
    상기 복합 발전 장치에서 유출되며 상기 제1 염수보다 농도가 낮은 제2 염수가 상기 담수화 장치에 공급되고,
    상기 담수화 장치는 상기 제2 염수를 담수화하여 담수를 생산하고,
    상기 담수화 장치에서 생성되며 상기 제2 염수보다 농도가 높은 제3 염수와 상기 염분차 발전 유닛에서 유출되는 기수가 공급되는 추가 염분차 발전 유닛을 더 포함하는 담수화 시스템.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 담수화 장치의 전단과 후단에 각각 상기 복합 발전 장치를 포함하는 담수화 시스템.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 담수화 장치의 전단에 상기 복합 발전 장치를 포함하고,
    상기 담수화 장치는 RO와 PRO의 조합인 담수화 시스템.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 복합 발전 장치는 상기 태양광 발전 및/또는 태양열 발전 유닛과 상기 염분차 발전 유닛이 후면 냉각 일체형으로 형성된 담수화 시스템.
  9. ◈청구항 9은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제1 항에 있어서,
    상기 복합 발전 장치의 유출수가 공급되는 해양미세조류 배양기를 더 포함하는 담수화 시스템.
  10. 복합 발전 장치 및 상기 복합 발전 장치에 의해 생성된 전기 에너지가 공급되는 담수화 장치를 포함하는 담수화 시스템으로,
    상기 복합 발전 장치는
    수광부를 갖고 빛을 받아 전기를 생산할 수 있는 제1 면과 제1 면의 반대방향의 제2 면을 포함하는 태양광 발전 및/또는 태양열 발전 유닛;
    상기 태양광 발전 및/또는 태양열 발전 유닛의 상기 제2 면에 설치되고 제1 담수가 공급되어 상기 태양광 발전 및/또는 태양열 발전 유닛을 냉각시키는 담수유입부; 및
    소정간격 떨어져 마련된 애노드 전극 및 캐소드 전극과
    상기 애노드 전극 및 캐소드 전극 사이에 배열되고 상기 태양광 발전 및/또는 태양열 발전 유닛을 냉각시키면서 온도가 상승된 제1 담수가 유동하는 제1 유로 및 제1 염수가 유동하는 제2 유로를 구획하도록 배열된 복수개의 이온교환막과
    상기 애노드 전극 및 캐소드 전극과 상기 복수개의 이온교환막이 배치되고, 상기 담수유입부로부터 유출되어 공급되는 제1 담수 유입포트와 상기 제1 염수가 유입되는 염수 유입포트, 상기 이온교환막을 통과한 유출수가 유출되는 유출포트들을 포함하는 하우징을 포함하는 염분차 발전 유닛을 포함하는 담수화 시스템.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 복합 발전 장치는 상기 담수화 장치의 전단에 설치되고,
    상기 복합 발전 장치에서 유출되며 상기 제1 염수보다 농도가 낮은 제2 염수가 상기 담수화 장치에 공급되고,
    상기 담수화 장치는 상기 제2 염수를 담수화하여 담수를 생산하는 담수화 시스템.
  12. 제10 항에 있어서,
    상기 복합 발전 장치는 상기 담수화 장치의 후단에 설치되고,
    상기 제1 염수는 상기 담수화 장치에서 유출되는 염수인 담수화 시스템.
  13. ◈청구항 13은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제12 항에 있어서,
    상기 염분차 발전 유닛에서 유출되고 상기 제1 염수보다 농도가 낮은 제2 염수가 상기 담수화 장치에 재공급되는 담수화 시스템.
  14. 제10 항에 있어서,
    상기 복합 발전 장치는 상기 담수화 장치의 전단에 설치되고,
    상기 복합 발전 장치에서 유출되며 상기 제1 염수보다 농도가 낮은 제2 염수가 상기 담수화 장치에 공급되고,
    상기 담수화 장치는 상기 제2 염수를 담수화하여 담수를 생산하고,
    상기 담수화 장치에서 생성되며 상기 제2 염수보다 농도가 높은 제3 염수와 상기 염분차 발전 유닛에서 유출되는 기수가 공급되는 추가 염분차 발전 유닛을 더 포함하는 담수화 시스템.
  15. 제10 항에 있어서,
    상기 담수화 장치의 전단과 후단에 각각 상기 복합 발전 장치를 포함하는 담수화 시스템.
  16. 제10 항에 있어서,
    상기 담수화 장치의 전단에 상기 복합 발전 장치를 포함하고,
    상기 담수화 장치는 RO와 PRO의 조합인 담수화 시스템.
  17. ◈청구항 17은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제10 항에 있어서,
    상기 복합 발전 장치의 유출수가 공급되는 해양미세조류 배양기를 더 포함하는 담수화 시스템.
  18. 제10 항에 있어서,
    상기 담수 유입부로 유입된 상기 제1 담수를 상기 제1 유로로 분배함과 동시에, 상기 제1 담수가 상기 제2 유로로 유입되지 않고, 상기 복수개의 이온교환막에 균일하게 분배되도록 마련된 제1 유입 부재를 더 포함하는 담수화 시스템.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 담수 유입부와 상기 제1 유입 부재를 유체 이동 가능하게 연결하는 제1 연결 유로를 더 포함하는 담수화 시스템.
  20. 제10 항에 있어서,
    상기 제2 면의 적어도 일부 영역은 방열 부재를 포함하는 담수화 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20230099698A (ko) 2021-12-27 2023-07-04 농업회사법인 주식회사 삼성아그로 지하수를 활용한 사막 지역의 농업용수공급시스템

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101087616B1 (ko) * 2009-07-01 2011-11-29 인하대학교 산학협력단 복합발전장치를 구비한 해양 미세조류 대량배양을 위한 광생물 반응기
KR20160059438A (ko) * 2014-11-18 2016-05-26 한국에너지기술연구원 염분차 발전 기반 신재생에너지 하이브리드화 시스템
KR101758979B1 (ko) * 2015-06-16 2017-07-17 한국수력원자력 주식회사 염도차 발전 시스템 및 염도차 발전 방법

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Weiyi Li et al. "A novel hybrid process of reverse electrodialysis and reverse osmosis for low energy seawater desalination and brine management". Applied Energy. Vol.104, pp. 592-602 (2012.12.24) 1부.*

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230099698A (ko) 2021-12-27 2023-07-04 농업회사법인 주식회사 삼성아그로 지하수를 활용한 사막 지역의 농업용수공급시스템

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