KR102314395B1 - 집광형 태양광열복합시스템과 연계하여 담수 및 전력의 동시 공급이 가능한 융합 시스템 및 그 동작 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 의한 집광형 태양광열복합시스템과 연계하여 담수 및 전력의 동시 공급이 가능한 융합 시스템 및 그 동작 방법은, 집광형 태양광열복합시스템과 연계하여 다양한 지역에서의 요구되는 다양한 필요 전기량/필요 담수량에 따라 다양하게 담수/전력 시스템의 동작 상태를 제어/구성할 수 있어, 필요 전기량/필요 담수량에 유연하게 대응하며 용이하게 공급할 수 있는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 집광형 태양광열복합시스템과 연계하여 계절, 지역 등에 따라 변화될 수 있는 필요 전기량 및 필요 담수량에 따라 유연하게 대응하면서 담수 및 전력의 동시 공급이 가능한 융합 시스템 및 그 동작 방법에 관한 것이다.
담수화란, 생활용수나 공업용수로 직접 사용하기 힘든 물(주로 바닷물)로부터 염분을 포함한 용해물질을 제거하여 순도 높은 음용수 및 생활용수, 공업용수 등을 얻어내는 수처리과정을 의미하며, 해수를 담수로 생산하는데 사용되는 설비를 해수담수화 설비 또는 해수담수화 플랜트라고 한다.
이러한 해수담수화 방식의 기본 원리는 크게 열원을 이용하여 해수를 가열하고 발생한 증기를 응축시켜 담수를 얻는 증발법과, 삼투현상을 역으로 이용하여 해수를 반투막에 통과시켜 담수를 생산하는 역삼투법(RO, Reverse Osmosis)이 대표적인 방식이며, 이 외에도 막증류식 방식(MD, Membrane Distillation) 등이 있다.
열원을 이용하는 증발법은 유체의 흐름 양상에 따라 다단 증발법(MSF, Multi-Stage Flash distillation), 다중 효용 증발 방식(MED, Multiple Effect Distillation)으로 구분된다.
현재 널리 상용화되는 해수담수화 방식으로는 MSF, MED와 RO의 3가지 방식이며, MSF 또는 MED와 RO를 혼용하여 담수를 생산하는 하이브리드 방식이 적용되는 경우도 있다.
상세하게는, MSF은 순간적으로 증기(Vapor)를 방출하는 플래싱(Flashing) 현상을 이용해 해수를 증기로 만들어 준 후 응축시켜 담수를 생산하는 방법으로, 해수를 가열하는 데에 사용되는 열원은 주로 스팀(steam)이며, 이 스팀은 주로 발전 플랜트의 스팀 터빈이나 열회수 보일러 등으로부터 공급받기 때문에 MSF를 포함하는 해수담수화 설비의 경우, 발전 플랜트와 함께 같이 건설되는 것이 일반적이다.
MD는 MSF와 같이 증발 및 응축 과정을 통해 담수가 생산되는데 증발기와 응축기 사이에 소수성(Hydrophobic) 막을 설치하여 증기만 통과하도록 하여 낮은 압력으로 운전이 가능한 기술이다. 이러한, MD를 포함한 해수담수화 설비의 경우, 태양열과 같이 저온의 열원으로도 활용이 가능하고 RO를 포함한 해수담수화 설비보다 전력 소모량이 낮아서 최근 활발히 연구가 진행되고 있다.
MED는 MSF의 단(stage)과 유사한 이펙트(effect)라는 일련의 용기 안에서 담수화 과정이 일어나며 관(Tube) 내에서 응축하는 수증기와 관 외부에 흐르는 농염수 간의 열교환에 의한 증발과 용기 내의 압력을 낮추는 원리를 이용한다.
RO는 반투막(Semi-permeable Membrane)과 삼투압을 이용하여 해수에 용해되어 있는 용질을 제거하여 순도가 높은 담수를 얻는 기술로서, 현재 상용화된 해수담수화 설비에서 MSF 및 MED와 함께 가장 많이 적용되는 담수화 기술이다.
이러한 역삼투압 방식은 상술한 바와 같이, 해수를 고압으로 가압하기 위하여 전기에너지가 필요하기 때문에, 거의 모든 RO를 포함한 해수담수화 설비의 경우, 전력망으로부터 전기에너지를 공급받고 있다.
그렇기 때문에, 소용량의 RO를 포함한 해수담수화 설비를 구성할 경우, 물 생산 단가와 소비 전력이 크게 증가하는 한계/문제점이 발생할 수 밖에 없다.
또한, 열원을 이용하는 증발법은 상술한 바와 같이, 열원을 주로 발전 플랜트의 스팀 터빈이나 열회수 보일러 등으로부터 공급받기 때문에, 환경파괴의 위험성이 따르는 문제점이 있다.
이와 관련해서, 국내등록특허 제10-0905944호("태양광열 복합모듈을 이용한 해수 담수화 장치", 선행기술 1)에서는 태양광열 복합모듈부터 집광된 태양광을 이용하여 해수를 가열하고, 전기를 생산하여 해수담수화 장치에서 활용하는 장치에 대해서 개시하고 있다. 그렇지만, 선행기술 1은 태양광열 복합모듈에서 생산되는 모든 에너지의 전량이 해수담수화 장치에서만 이용되어, 오로지 담수 공급만 가능할 뿐, 생산된 전기에너지에 대해서 추가적인 이용에 대해서는 전혀 언급하지 않고 있다. 또한 RO의 생산수를 증류기에 직렬로 유입시켜 최종 담수는 증류기에서 만들어지는 형태이다.
따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 다양한 지역에서 다양하게 요구(계절, 특수한 날 등)되는 필요 전기량 및 필요 담수량에 따라 유연하게 대응할 수 있도록 다양하게 담수/전력 시스템을 구성할 수 있는 집광형 태양광열복합시스템과 연계하여 담수 및 전력의 동시 공급이 가능한 융합 시스템 및 그 동작 방법을 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 의한 집광형 태양광열복합시스템과 연계하여 담수 및 전력의 동시 공급이 가능한 융합 시스템은, 태양에너지를 이용하여 전기에너지와 열에너지를 동시 생산하는 고집광 태양광열 모듈(HCPVT, High Concentration Photo Voltaic Thermal)을 포함하여 구성되는 에너지 생산부(100), 제어에 따라, 상기 에너지 생산부(100)에서 생산한 전기에너지를 전달받는 전력 소비부(200), 제어에 따라, 상기 에너지 생산부(100)에서 생산한 전기에너지 또는 열에너지를 전달받아, 공급되는 해수의 담수화를 수행하는 담수화부(300) 및 상기 에너지 생산부(100), 전력 소비부(200) 및 담수화부(300)와 무선 또는 유선 네트워크 연결되어 전력 소비부(200)와 담수화부(300)의 동작 상태를 관리하며, 외부로부터의 에너지 요청 정보 또는 담수 요청 정보를 이용하여, 상기 전력 소비부(200) 또는 상기 담수화부(300)의 동작을 위해 공급되는 상기 에너지 생산부(100)의 생산 에너지를 제어하는 EMS(Energy Management System)을 포함하는 관리부(400)를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
더 나아가, 상기 전력 소비부(200)는 에너지 저장 시스템(ESS, Energy Storage System) 또는 전력 계통(Grid)을 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
더 나아가, 상기 담수화부(300)는 역삼투압 모듈(RO, Reverse Osmosis) 또는 증발식 모듈로 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
더 나아가, 상기 담수화부로 상기 역삼투압 모듈을 포함하여 구성할 경우, 상기 역삼투압 모듈로 공급되는 해수를 예열시키는 열교환 모듈(HX, Heat Exchanger)을 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
더 나아가, 상기 에너지 요청 정보가 존재하며 상기 담수 요청 정보가 기설정된 기준값보다 높을 경우, 상기 전력 소비부(200)의 에너지 저장 시스템과 전력 계통으로 상기 에너지 생산부(100)에서 생산한 전기에너지를 전송하며, 상기 담수화부(300)의 역삼투압 모듈과 증발식 모듈로 상기 에너지 생산부(100)에서 생산한 전기에너지 또는 열에너지를 전송하되, 상기 에너지 생산부(100)에서 생산한 열에너지를 상기 열교환 모듈의 동작 에너지로 전송하는 것이 바람직하다.
또는, 상기 관리부(400)는 상기 에너지 요청 정보가 존재하며 상기 담수 요청 정보가 기설정된 기준값보다 낮을 경우, 상기 전력 소비부(200)의 에너지 저장 시스템과 전력 계통으로 상기 에너지 생산부(100)에서 생산한 전기에너지를 전송하며, 상기 담수화부(300)의 증발식 모듈로 상기 에너지 생산부(100)에서 생산한 열에너지를 전송하는 것이 바람직하다.
또는, 상기 관리부(400)는 상기 에너지 요청 정보가 존재하지 않으며 상기 담수 요청 정보가 기설정된 기준값보다 높을 경우, 상기 전력 소비부(200)의 에너지 저장 시스템으로 상기 에너지 생산부(100)에서 생산한 전기에너지를 전송하며, 상기 담수화부(300)의 역삼투압 모듈로 상기 에너지 생산부(100)에서 생산한 전기에너지를 전송하되, 상기 에너지 생산부(100)에서 생산한 열에너지를 상기 열교환 모듈의 동작 에너지로 전송하는 것이 바람직하다.
또는, 상기 관리부(400)는 상기 에너지 요청 정보가 존재하지 않으며 상기 담수 요청 정보가 기설정된 기준값보다 낮을 경우, 상기 전력 소비부(200)의 에너지 저장 시스템으로 상기 에너지 생산부(100)에서 생산한 전기에너지를 전송하며, 상기 담수화부(300)의 증발식 모듈로 상기 에너지 생산부(100)에서 생산한 열에너지를 전송하는 것이 바람직하다.
더 나아가, 상기 전력 소비부(200)의 에너지 저장 시스템은 상기 에너지 생산부(100)에서 생산한 전기에너지를 저장하며, 상기 에너지 생산부(100)에서 생산되는 에너지 생산량을 기반으로 한 상기 관리부(400)의 제어에 따라, 상기 담수화부(300) 또는 상기 전력 계통으로 공급하는 것이 바람직하다.
더 나아가, 상기 관리부(400)는 외부로부터의 입력받은 에너지 요청 정보, 담수 요청 정보와, 태양에너지의 일사량 정보, 전기에너지 생산량 정보, 열에너지 생산량 정보, 상기 담수화부(300)의 에너지 소비량 정보를 포함하는 상기 모니터링 정보를 이용하여, 상기 에너지 생산부(100)의 생산 에너지에 대한 상기 전력 소비부(200)로의 전송 상태와 상기 담수화부(300)로의 동작 에너지 분배 상태를 제어하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 집광형 태양광열복합시스템과 연계하여 담수 및 전력의 동시 공급이 가능한 융합 시스템의 동작 방법은, 태양에너지를 이용하여 전기에너지와 열에너지를 동시 생산하는 고집광 태양광열 모듈(HCPVT, High Concentration Photo Voltaic Thermal)을 포함하여 구성되는 에너지 생산부의 생산 에너지를 제어하는 관리부에서, 외부로부터 입력받은 에너지 요청 정보, 담수 요청 정보와, 태양에너지의 일사량정보, 전기에너지 생산량 정보, 열에너지 생산량 정보, 담수화부에서의 에너지 소비량 정보를 포함하는 모니터링 정보들을 이용하여, 전력 소비부로의 전송 상태와 담수화부로의 동작 에너지 분배 상태의 제어를 결정하는 제어 분석단계(S100) 및 상기 제어 분석단계(S100)에 의한 결정에 따라, 상기 에너지 생산부에서 생산한 전기에너지의 상기 전력 소비부로의 전송 상태가 제어되고, 상기 담수화부의 동작 상태 제어를 위한 상기 에너지 생산부에서 생산한 전기에너지 또는 열에너지의 분배 상태가 제어되는 에너지 분배단계(S200)로 이루어지되, 상기 전력 소비부는 에너지 저장 시스템(ESS, Energy Storage System) 또는 전력 계통(Grid)을 포함하여 구성되며, 상기 담수화부는 역삼투압 모듈(RO, Reverse Osmosis 또는 증발식 모듈을 포함하여 구성되며, 상기 역삼투압 모듈로 공급되는 해수를 예열시키는 열교환 모듈(HX, Heat Exchanger)을 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
더 나아가, 상기 에너지 분배단계(S200)는 상기 에너지 요청 정보가 존재하며 상기 담수 요청 정보가 기설정된 기준값보다 높을 경우, 상기 전력 소비부의 에너지 저장 시스템과 전력 계통으로 상기 에너지 생산부에서 생산한 전기에너지를 전송하며, 상기 담수화부의 역삼투압 모듈과 증발식 모듈로 상기 에너지 생산부에서 생산한 전기에너지 또는 열에너지를 전송하되, 상기 에너지 생산부에서 생산한 열에너지를 상기 열교환 모듈의 동작 에너지로 전송하는 것이 바람직하다.
또는, 상기 에너지 분배단계(S200)는 상기 에너지 요청 정보가 존재하며 상기 담수 요청 정보가 기설정된 기준값보다 낮을 경우, 상기 전력 소비부의 에너지 저장 시스템과 전력 계통으로 상기 에너지 생산부에서 생산한 전기에너지를 전송하며, 상기 담수화부의 증발식 모듈로 상기 에너지 생산부에서 생산한 열에너지를 전송하는 것이 바람직하다.
또는, 상기 에너지 분배단계(S200)는 상기 에너지 요청 정보가 존재하지 않으며 상기 담수 요청 정보가 기설정된 기준값보다 높을 경우, 상기 전력 소비부의 에너지 저장 시스템으로 상기 에너지 생산부에서 생산한 전기에너지를 전송하며, 상기 담수화부의 역삼투압 모듈로 상기 에너지 생산부에서 생산한 전기에너지를 전송하되, 상기 에너지 생산부에서 생산한 열에너지를 상기 열교환 모듈의 동작 에너지로 전송하는 것이 바람직하다.
또는, 상기 에너지 분배단계(S200)는 상기 에너지 요청 정보가 존재하지 않으며 상기 담수 요청 정보가 기설정된 기준값보다 낮을 경우, 상기 전력 소비부의 에너지 저장 시스템으로 상기 에너지 생산부(100)에서 생산한 전기에너지를 전송하며, 상기 담수화부의 증발식 모듈로 상기 에너지 생산부에서 생산한 열에너지를 전송하는 것이 바람직하다.
또는, 상기 에너지 분배단계(S200)는 상기 제어 분석단계(S100)에 의한 결정에 따라, 상기 에너지 생산부의 에너지 생산량 정보가 상기 담수화부의 에너지 소비량 정보 또는 상기 에너지 요청 정보보다 적을 경우, 상기 전력 소비부의 에너지 저장 시스템에서 저장하고 있는 전기에너지를 상기 담수화부(300) 또는 상기 전력 계통으로 공급하는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 집광형 태양광열복합시스템과 연계하여 담수 및 전력의 동시 공급이 가능한 융합 시스템 및 그 동작 방법에 의하면, 집광형 태양광열복합시스템과 연계하여 다양한 지역에서의 요구되는 다양한 필요 전기량/필요 담수량에 따라, 다시 말하자면, 다양한 지역에서 요구되는 다양한 필요 전기량/필요 담수량에 적용할 수 있을 뿐 아니라, 동일한 지역일지라도 계절이나 특수한 날 등의 경우에 따라 상이하게 요구되는 필요 전기량/필요 담수량에 다양하게 담수/전력 시스템의 구성 상태를 제어할 수 있어, 동작에 따른 다양한 필요 전기량/필요 담수량에 유연하게 대응하면서 용이하게 전기/담수를 공급할 수 있는 장점이 있다.
다시 말하자면, 전기 수요량이 존재하면서 물 수요량이 많은 지역, 전기 수요량이 존재하면서도 물 수요량이 적은 지역, 전기 수요량이 존재하지 않으면서 물 수요량이 많은 지역, 전기 수요량도 존재하지 않고 물 수요량도 적은 지역 등 다양한 지역에 최적화되도록 담수/전력 시스템을 구성할 수 있는 장점이 있다.
뿐만 아니라, 지역의 상황에 맞추어 담수/전력 시스템을 구성했을지라도, 경우에 따라 계절이나 해당 지역의 특수한 상황에 따라 전기 수요량/물 수요량이 변화될 경우에도, 이에 맞게 최적화하여 담수/전력 시스템의 구성을 변경 제어하여 용이하게 전기/담수를 공급할 수 있는 장점이 있다.
이 때, 모든 담수화 설비를 구성하는 것이 아니라, 각 담수화 설비의 장점과 필요 담수량을 동시에 고려하여 다양한 담수화 설비들의 융합을 통한 해수 취수량 경감 및 생산수 수질까지 유연하게 조절할 수 있어 시너지 효과를 얻을 수 있는 장점이 있다.
특히, 역삼투압 담수화 방식과 막증류식 담수화 방식을 결합하여 동작 상태를 제어/구성할 경우, 역삼투압 담수화 설비에서 배출된 농축수를 막증류식 담수화 설비로 다시 한번 담수화할 수 있어, 담수화 과정에서 반드시 발생하는 농축수도 줄일 수 있고, 생산수의 양도 증가하여 물 생산 단가 등의 경제성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
특히, 기존에 별도의 전력망(발전 플랜트 등)이 없는 곳에서도 태양에너지를 이용하여, 전기와 열을 생산한 후 이를 통해서 최적의 시스템을 구성하며 동작할 수 있어 전력망이 없는 곳에서도 독립형으로 담수플랜트의 운전이 가능한 장점이 있다.
이를 통해서, 동일 용량 설비 기준 경쟁 기술(PV-RO) 대비 낮은 물 생산단가를 갖으며, 물과 전기의 수요량에 따라 최적화된 설비의 구성하고 이를 통해서 필요 전기량/필요 담수량을 원활하게 공급할 수 있어, 동일 용량의 전기 생산 설비(PV-RO)의 구축 비용 대비 더 낮은 구축 비용을 갖는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 집광형 태양광열복합시스템과 연계하여 담수 및 전력의 동시 공급이 가능한 융합 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 집광형 태양광열복합시스템과 연계하여 담수 및 전력의 동시 공급이 가능한 융합 시스템을 나타낸 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 집광형 태양광열복합시스템과 연계하여 담수 및 전력의 동시 공급이 가능한 융합 시스템의 동작 방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 집광형 태양광열복합시스템과 연계하여 담수 및 전력의 동시 공급이 가능한 융합 시스템을 나타낸 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 집광형 태양광열복합시스템과 연계하여 담수 및 전력의 동시 공급이 가능한 융합 시스템의 동작 방법을 나타낸 순서도이다.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 집광형 태양광열복합시스템과 연계하여 담수 및 전력의 동시 공급이 가능한 융합 시스템 및 그 동작 방법을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한, 명세서 전반에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
이 때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
더불어, 시스템은 필요한 기능을 수행하기 위하여 조직화되고 규칙적으로 상호 작용하는 장치, 기구 및 수단 등을 포함하는 구성 요소들의 집합을 의미한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 집광형 태양광열복합시스템과 연계하여 담수 및 전력의 동시 공급이 가능한 융합 시스템 및 그 동작 방법은, 집광형 태양광열복합시스템과 연계하여 다양한 지역뿐 아니라 계절에 따라 요구되는 다양한 필요 전기량/필요 담수량에 따라 최적화된 담수/전력 시스템의 동작 상태를 제어/구성할 수 있다. 이를 통해서, 요구되는 필요 전기량/필요 담수량에 유연하게 대응하며 공급할 수 있는 시스템 및 그 동작 방법에 관한 것이다.
특히, 담수화설비로 RO 또는 증발식 모듈(MD 또는 MED)로 구성함으로써, RO 담수화 설비로부터 배출된 농축수를 증발식 담수화 설비에서 재차 담수화를 수행할 수 있어, 담수화의 부산물인 해수 농축수를 효과적으로 감소시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 집광형 태양광열복합시스템과 연계하여 담수 및 전력의 동시 공급이 가능한 융합 시스템을 나타낸 블록도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 집광형 태양광열복합시스템과 연계하여 담수 및 전력의 동시 공급이 가능한 융합 시스템을 나타낸 예시도이다.
도 1 및 도 2를 참조로 하여 본 발명의 일 실시예에 따른 집광형 태양광열복합시스템과 연계하여 담수 및 전력의 동시 공급이 가능한 융합 시스템을 상세히 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 집광형 태양광열복합시스템과 연계하여 담수 및 전력의 동시 공급이 가능한 융합 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 에너지 생산부(100), 관리부(400)의 제어에 따라 동작하는 전력 소비부(200), 관리부(400)의 제어에 따라 동작하는 담수화부(300) 및 에너지 생산부(100), 전력 소비부(200), 담수화부(300)의 동작 상태를 관리하며, 에너지 생산부(100)의 생산 에너지의 흐름(공급)을 제어하는 관리부(400)를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
각 구성에 대해서 자세히 알아보자면,
에너지 생산부(100)는 태양에너지를 이용하여 전기에너지와 열에너지를 동시 생산하는 고집광 태양광열 모듈(HCPVT, High Concentration Photo Voltaic Thermal)을 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
기존 태양광 발전(PV, Photo Voltaic)의 에너지 변환 효율은 18% 수준에 불과하지만, 고집광 태양광열 모듈을 이용한 태양광 발전은 70% 이상의 에너지 전환 효율을 낼 수 있어, 집광 단위 면적당 가장 높은 에너지 효율을 나타낸다.
그렇기 때문에, 에너지 생산부(100)로 고집광 태양광열 모듈을 포함하여 구성함으로써, 기존 해수담수화 설비(PV-RO)의 절반 면적으로 동일 수준의 담수화 성과를 나타낼 수 있으며, 오히려 담수 생산량은 5~10% 가량 증가함을 실험을 통해서 알 수 있다.
상세하게는, 기존의 PV-RO 대비 설치비용은 유사하나, 필요 부지 면적은 24~59% 감소하고, 담수 생산량은 5~10% 증가함을 실험을 통해서 알 수 있어, 낮은 물 생산단가/낮은 구축비용을 갖을 수 있는 장점이 있다.
상세하게는, RO 구성 비용은 동일하므로 PV와 HCPVT 간의 설치비용과 면적 비교한 분석 결과를 하기의 표 1, 표 2와 같이 나타낼 수 있다.
| PV(700kWp 기준) |
설치가격 | 13.4 | 억 |
| 필요면적 | 11,600 | m2 | |
| kW당 면적 | 16.6 | m2/kW |
| HCPVT |
개당 면적 | 50 | m2 |
| 정격용량 | 8.5 | kW | |
| 700kW 소요 개수 | 82 | 개 | |
| 필요면적 | 4,118 | m2 | |
| 필요가격 | 14.0 | 억 |
에너지 생산부(100)는 고집광 태양광열 모듈의 발전효율을 극대화시키기 위하여, 태양 위치 정밀 추적 수단(미도시)을 더 포함하여 구성할 수 있다.
이를 통해서, 본 발명의 일 실시예에 따른 집광형 태양광열복합시스템과 연계하여 담수 및 전력의 동시 공급이 가능한 융합 시스템은 에너지 생산부(100)의 고집광 태양광열 모듈을 통해서 생산한 열과 전기를 해수담수화 설비로 제공함으로써, 전기에너지를 이용하는 역삼투압(RO, Reverse Osmosis) 담수화 설비나 열에너지를 이용하는 증발식 담수화 설비에 각각 공급하면서도, 전력 계통에 전력을 공급함으로써, 담수 및 전력의 동시 공급이 가능한 장점이 있다.
특히, 상술한 바와 같이, 관리부(400)를 통해서 다양하게 요구되는 다양한 필요 전기량/필요 담수량에 따라 에너지 생산부(100)의 생산 에너지(전기에너지, 열에너지 등)의 담수화부(300), 전력 소비부(200)로의 흐름을 최적화하여 제어할 수 있어, 필요 전기량/필요 담수량을 용이하게 공급할 수 있다.
전력 소비부(200)는 관리부(400)의 제어에 따라, 에너지 생산부(100)에서 생산한 전기에너지를 전달받는 것이 바람직하며, 도 2에 도시된 바와 같이, 에너지 저장 시스템(ESS, Energy Storage System), 전력 계통(Grid)을 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
이 때, 기본적으로 에너지 생산부(100)에서 생산한 전기에너지는 담수화부(300)에서 요구되는 동작 에너지로 활용되게 된다. 즉, 열에너지를 이용하는 증발식 담수화 설비라 하더라도 기본 설비 구동을 위한 전기에너지가 요구되는 것은 당연하기 때문에, 우선적으로 에너지 생산부(100)에서 생산한 전기에너지는 담수화부(300)에서 요구되는 기본 동작 에너지로 활용되는 것이 바람직하다.
이 후, 에너지 생산부(100)에서 생산한 전기에너지 중 담수화부(300)의 기본 동작 에너지로 활용되고 남은 잉여 에너지는 태양에너지가 존재하지 않을 때의 담수화부(300)의 동작 에너지로 제공될 수 있도록 에너지 저장 시스템에 저장해놓거나, 외부의 에너지 요청 정보에 따라 전력 계통으로 전송하는 것이 바람직하다.
일 예를 들자면, 담수화부(300)를 통해서 열원을 이용한 담수화설비만을 구성할 경우에는, 에너지 생산부(100)에서 생산한 전기에너지 중 기본 동작 에너지를 제외한 대부분을 전력 소비부(200)로 전달하여 활용할 수 있게 된다.
이 때, 외부로부터의 에너지 요청 정보에 따라, 전부 전력 계통으로 전송하거나, 일부는 에너지 저장 시스템에 저장하고 일부는 전력 계통으로 전송하거나, 전부 에너지 저장 시스템에 저장할 수 있다.
이러한 동작 상태는 관리부(400)의 제어에 따라 이루어지며, 관리부(400)의 제어 동작에 대해서는 자세히 후술하도록 한다.
담수화부(300)는 관리부(400)의 제어에 따라, 에너지 생산부(100)에서 생산한 전기에너지 또는 열에너지는 전달받는 것이 바람직하다. 다시 말하자면, 담수화부(300)는 관리부(400)의 제어에 따라 전달받은 에너지에 따라 담수화 동작 진행 여부가 제어되게 된다.
자세하게는, 담수화부(300)는 역삼투압 담수화 설비(이하, 역삼투압 모듈(RO, Reverse Osmosis)) 또는 증발식 담수화 설비(이하, 증발식 모듈)를 포함하여 구성되는 것이 바람직하며, 역삼투압 모듈은 담수화를 진행함에 있어서 전기에너지를 이용하며, 증발식 모듈은 주로 열에너지를 이용하여 담수화가 진행되게 된다.
이 때, 증발식 모듈로는 막증류식 모듈(MD, Membrane Distillation) 또는 다중 효용 증발식 모듈(MED, Multi-Effect Distillation)로 구성되되, 막증류식 모듈의 생산성 정보나 다중 효용 증발식 모듈의 경제성 정보를 이용하여 선택적으로 구성할 수 있다.
일 예를 들자면, 막증류식 모듈의 생산성 정보가 더 뛰어나다면 증발식 모듈로 막증류식 모듈을 구성할 수 있으며, 다중 효용 증발식 모듈의 경제성 정보가 더 뛰어나다면 증발식 모듈로 다중 효용 증발식 모듈을 구성할 수 있으며, 물론 막증류식 모듈과 다중 효용 증발식 모듈을 모두 한꺼번에 구성할 수 있으나, 이 경우 전체 시스템의 경제성 부분에 영향을 줄 수 있기 때문에 상술한 정보들을 이용하여 선택하여 구성하는 것이 가장 바람직하다.
이 때, 역삼투압 모듈은 해수 예열용으로 열교환 모듈(HX, Heat Exchanger)을 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하며, 열교환 모듈은 열에너지를 이용하여 해수를 예열하기 때문에, 역삼투압 모듈 역시 오로지 전기에너지만을 이용하는 것이 아니라 일부 열에너지를 이용하는 것이 바람직하다.
열교환 모듈을 통해서 해수의 5℃ 예열(반투막 수명이나 생산수 수질에 영향이 없는 수준의 예열 온도)시, 예열한 해수를 공급받는 역삼투압 모듈의 투수율(permeability)이 10 ~ 15% 증가함을 실험을 통해서 확인한 바, 해수 예열을 통해서 역삼투압 모듈의 담수 효율을 향상시키는 것이 바람직하다.
관리부(400)는 에너지 생산부(100), 전력 소비부(200) 및 담수화부(300)와 무선 또는 유선 네트워크 연결되어 동작 상태를 관리하며, 에너지 소비량을 포함하는 모니터링 정보 또는 에너지 요청 정보, 담수 요청 정보를 이용하여 전력 소비부(200) 또는 담수화부(300)로 공급되는 에너지 생산부(100)의 생산 에너지를 제어하는 EMS(Energy Management System)을 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
다시 말하자면, 관리부(400)는 외부로부터 입력되는 필요 전기량 정보인 에너지 요청 정보와, 필요 담수량 정보인 담수 요청 정보를 기반으로, 에너지 생산부(100)로부터 전송받은 태양에너지의 일사량 정보, 전기에너지 생산량 정보, 열에너지 생산량 정보, 담수화부(300)에 포함되어 있는 각각의 담수화 설비들의 에너지 소비량 정보 등을 포함하는 모니터링 정보를 분석하는 것이 바람직하다.
이러한 분석 과정은 미리 저장되어 있는 최적분석 또는 최적제어 알고리즘을 이용하는 것이 가장 바람직하다.
분석 결과에 따라, 담수화부(300)에 포함되어 있는 설비들 중 에너지 요청 정보를 가장 최적화하여 만족시킬 수 있는 적어도 하나의 설비를 선택하여, 에너지 생산부(100)의 생산 에너지를 해당하는 설비의 동작 에너지로 전송함으로써, 에너지 생산부(100)의 생산 에너지에 대한 담수화부(300)로의 동작 에너지 분배 상태를 제어할 수 있다. 물론, 전력 소비부(200)의 에너지 저장 시스템 또는 전력 설비로의 에너지 생산부(100)의 생산 에너지에 대한 전송 상태도 제어할 수 있다.
관리부(400)는 분석 결과에 따라 에너지 요청 정보를 크게 4가지로 분류할 수 있으며, 분류한 4가지에 따른 담수화부(300)에 포함되어 있는 각각의 담수화 설비들의 동작 분배를 후술하도록 한다.
제 1 분류
관리부(400)는 분석 결과에 따라, 에너지 요청 정보(외부에서 전기에너지의 공급을 요청하는 에너지 요청 정보)가 존재하며 담수 요청 정보가 미리 설정된 기준값보다 높을 경우, 전력 소비부(200)의 에너지 저장 시스템과 전력 계통으로 상기 에너지 생산부(100)에서 생산한 전기에너지를 전송하는 것이 바람직하다.
또한, 담수화부(300)의 역삼투압 모듈과 증발식 모듈로 구성하는 것이 바람직하며, 각 모듈에 의한 해수의 담수화를 위한 동작 에너지로 에너지 생산부(100)에서 생산한 전기에너지 또는 열에너지를 전송하는 것이 바람직하다.
상세하게는, 역삼투압 모듈로는 전기에너지를 동작 에너지로 공급할 수 있으며, 증발식 모듈로는 기본 동작을 위한 소량의 전기에너지와 담수 동작을 위한 열에너지를 동작에너지로 공급할 수 있으며, 상술한 바와 같이, 역삼투압 모듈로 공급되는 해수를 예열하기 위한 열교환 모듈을 포함하여 구성하는 것이 바람직하다.
그렇기 때문에, 열교환 모듈에도 역시 에너지 생산부(100)에서 생산한 열에너지를 공급하는 것이 바람직하다.
이 때, 전력 소비부(200)로 전송되는 전기에너지는 담수화부(300)에서 우선적으로 소비하고 남은 전기에너지인 것이 가장 바람직하나, 외부의 관리자의 제어에 따라 '에너지 요청 정보'를 우선시할 경우, 전력 소비부(200)를 통한 요구되는 전기 수요량을 먼저 충족시킨 후 나머지 전기에너지를 이용하여 담수화부(300)의 동작을 구동할 수도 있다.
여기서, 담수 요청 정보는 담수를 공급받을 주민수를 기준으로 설정되는 것이 바람직하며, 담수 요청 정보의 미리 설정된 기준값이란, 역삼투압 모듈의 생산성과 경제성을 동시에 고려하여 설정한 기준값인 것이 바람직하다.
더불어, 역삼투압 모듈과 함께 증발식 모듈을 구성함으로써, 역삼투압 모듈에서 배출된 농축수를 증발식 모듈로 다시 한번 담수화 수행함으로써, 농축수를 줄일 수 있어 친환경적으로 구성할 수 있는 장점이 있다.
제 2 분류
관리부(400)는 분석 결과에 따라, 에너지 요청 정보(외부에서 전기에너지의 공급을 요청하는 에너지 요청 정보)가 존재하며 담수 요청 정보가 미리 설정된 기준값보다 낮을 경우, 전력 소비부(200)의 에너지 저장 시스템과 전력 계통으로 상기 에너지 생산부(100)에서 생산한 전기에너지를 전송하는 것이 바람직하다.
또한, 담수화부(300)는 증발식 모듈로 구성하는 것이 바람직하며, 증발식 모듈에 의한 해수의 담수화를 위한 동작 에너지로 에너지 생산부(100)에서 생산한 열에너지를 전송하는 것이 바람직하다.
이 때, 전력 소비부(200)로 전송되는 전기에너지는 담수화부(300)에서 기본 동작을 위한 소량을 전기에너지를 우선적으로 소비하고 남은 전기에너지인 것이 가장 바람직하다.
제 3 분류
관리부(400)는 분석 결과에 따라, 에너지 요청 정보가 존재하지 않으며 담수 요청 정보가 미리 설정된 기준값보다 높을 경우, 전력 소비부(200)의 에너지 저장 시스템으로 에너지 생산부(100)에서 생산한 전기에너지를 전송하는 것이 바람직하다.
즉, 외부로부터 전기에너지의 공급 요청이 발생하지 않기 때문에, 에너지 생산부(100)에서 생산한 전기에너지를 에너지 저장 시스템으로 전송하여 저장할 수 있다.
또한, 담수화부(300)의 역삼투압 모듈로 구성하는 것이 바람직하며, 역삼투압 모듈에 의한 해수의 담수화를 위한 동작 에너지로 에너지 생산부(100)에서 생산한 전기에너지를 전송하는 것이 바람직하다.
더불어, 역삼투압 모듈로 공급되는 해수를 예열하기 위한 열교환 모듈을 포함하여 구성하는 것이 바람직하다.
그렇기 때문에, 열교환 모듈에도 역시 에너지 생산부(100)에서 생산한 열에너지를 공급하는 것이 바람직하다.
이 때, 전력 소비부(200)로 전송되는 전기에너지는 '에너지 요청 정보'가 존재하지 않기 때문에 담수화부(300)에서 우선적으로 소비하고 남은 전기에너지인 것이 가장 바람직하다.
제 4 분류
관리부(400)는 분석 결과에 따라, 에너지 요청 정보가 존재하지 않으며 담수 요청 정보가 미리 설정된 기준값보다 낮을 경우, 전력 소비부(200)의 에너지 저장 시스템으로 에너지 생산부(100)에서 생산한 전기에너지를 전송하는 것이 바람직하다.
즉, 외부로부터 전기에너지의 공급 요청이 발생하지 않기 때문에, 에너지 생산부(100)에서 생산한 전기에너지를 에너지 저장 시스템으로 전송하여 저장할 수 있다.
또한, 담수화부(300)의 증발식 모듈로 구성하는 것이 바람직하며, 증발식 모듈에 대한 해수의 담수화를 위한 동작 에너지로 에너지 생산부(100)에서 생산한 열에너지를 전송하는 것이 바람직하다.
이 때, 전력 소비부(200)로 전송되는 전기에너지는 '에너지 요청 정보'가 존재하지 않기 때문에 담수화부(300)에서 우선적으로 소비하고 남은 전기에너지인 것이 가장 바람직하다.
뿐만 아니라, 본 발명의 일 실시예에 따른 집광형 태양광열복합시스템과 연계하여 담수 및 전력의 동시 공급이 가능한 융합 시스템은, 에너지 생산부(100)로 고집광 태양광열 모듈 외에 폐열(waste heat)이 발생하는 디젤발전기와 같은 발전 모듈을 포함하여 구성될 수 있다.
이 경우, 관리부(400)는 에너지 생산부(100)에서 생산한 전기에너지는 담수화부(300)의 역삼투압 모듈의 동작 에너지로 일부 전송할 뿐, 나머지는 전부 전력 소비부(200)의 전력 계통과 에너지 저장 시스템로 전송할 수 있어 최대의 전력 운용이 가능한 장점이 있다.
또한, 에너지 생산부(100)에서 생산한 열에너지는 담수화부(300)의 역삼투압 모듈에 포함되어 있는 열교환 모듈로 해수의 예열을 위한 동작 에너지로 전송하면서도 증발식 모듈의 동작 에너지로 전송할 수 있어, 최대의 담수 공급이 가능한 장점이 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 집광형 태양광열복합시스템과 연계하여 담수 및 전력의 동시 공급이 가능한 융합 시스템의 동작 방법을 나타낸 순서도이다.
도 3을 참조로 하여 본 발명의 일 실시예에 따른 집광형 태양광열복합시스템과 연계하여 담수 및 전력의 동시 공급이 가능한 융합 시스템의 동작 방법을 상세히 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 집광형 태양광열복합시스템과 연계하여 담수 및 전력의 동시 공급이 가능한 융합 시스템의 동작 방법은 도 3에 도시된 바와 같이, 관리부(400)에 의한, 전력 소비부(200)와 담수화부(300)로의 에너지 생산부(100)의 생산 에너지 분배 상태의 제어를 결정하는 제어 분석단계(S100), 제어 분석단계(S100)에 의한 결정에 따라 생산 에너지의 분배가 이루어지는 에너지 분배단계(S200)로 이루어지는 것이 바람직하다.
각 단계에 대해서 자세히 알아보자면,
제어 분석단계(S100)는 태양에너지를 이용하여 전기에너지와 열에너지를 동시 생산하는 고집광 태양광열 모듈을 포함하여 구성되는 에너지 생산부(100)의 생산 에너지를 관리하는 관리부(400)에서, 외부로부터 입력되는 필요 전기량 정보인 에너지 요청 정보와 필요 담수량 정보인 담수 요청 정보를 기반으로, 에너지 생산부(100)로부터 전송받은 태양에너지의 일사량 정보, 전기에너지 생산량 정보, 열에너지 생산량 정보, 담수화부(300)에 포함되어 있는 각각의 담수화 설비들의 에너지 소비량 정보 등을 포함하는 모니터링 정보를 분석하게 된다.
분석 결과에 따라, 에너지 생산부(100)의 생산 에너지에 대한 전력 소비부(200)로의 전송 상태의 제어와 담수화부(300)로의 동작 에너지 분배 상태의 제어를 위한 결정이 이루어지게 된다.
에너지 분배단계(S200)는 제어 분석단계(S100)에 의한 결정에 따라, 전력 소비부(200)로의 에너지 생산부(100)의 생산 에너지의 전송 상태를 제어하고, 담수화부(300)의 동작 에너지를 위한 에너지 생산부(100)의 생산 에너지의 분배 상태를 제어할 수 있다.
제어 분석단계(S100)에 의한 결정은 상술한 제 1 분류, 제 2 분류, 제 3 분류, 제 4 분류와 같다.
다시 말하자면, 에너지 분배단계(S200)는 제어 분석단계(S100)에 의한 결정에 따라, 에너지 요청 정보(외부에서 전기에너지의 공급을 요청하는 에너지 요청 정보)가 존재하며 담수 요청 정보가 미리 설정된 기준값보다 높을 경우, 전력 소비부(200)의 에너지 저장 시스템과 전력 계통으로 상기 에너지 생산부(100)에서 생산한 전기에너지를 전송하는 것이 바람직하다.
또한, 담수화부(300)의 역삼투압 모듈과 증발식 모듈로 구성하는 것이 바람직하며, 각 모듈에 의한 해수의 담수화를 위한 동작 에너지로 에너지 생산부(100)에서 생산한 전기에너지 또는 열에너지를 전송하는 것이 바람직하다.
상세하게는, 역삼투압 모듈로는 전기에너지를 동작 에너지로 공급할 수 있으며, 증발식 모듈로는 기본 동작을 위한 소량의 전기에너지와 담수 동작을 위한 열에너지를 동작에너지로 공급할 수 있으며, 상술한 바와 같이, 역삼투압 모듈로 공급되는 해수를 예열하기 위한 열교환 모듈을 포함하여 구성하는 것이 바람직하다.
그렇기 때문에, 열교환 모듈에도 역시 에너지 생산부(100)에서 생산한 열에너지를 공급하는 것이 바람직하다.
이 때, 전력 소비부(200)로 전송되는 전기에너지는 담수화부(300)에서 우선적으로 소비하고 남은 전기에너지인 것이 가장 바람직하나, 외부의 관리자의 제어에 따라 '에너지 요청 정보'를 우선시할 경우, 전력 소비부(200)를 통한 요구되는 전기 수요량을 먼저 충족시킨 후 나머지 전기에너지를 이용하여 담수화부(300)의 동작을 구동할 수도 있다.
또는, 에너지 분배단계(S200)는 제어 분석단계(S100)에 의한 결정에 따라, 에너지 요청 정보(외부에서 전기에너지의 공급을 요청하는 에너지 요청 정보)가 존재하며 담수 요청 정보가 미리 설정된 기준값보다 낮을 경우, 전력 소비부(200)의 에너지 저장 시스템과 전력 계통으로 상기 에너지 생산부(100)에서 생산한 전기에너지를 전송하는 것이 바람직하다.
또한, 담수화부(300)의 증발식 모듈로 구성하는 것이 바람직하며, 증발식 모듈에 의한 해수의 담수화를 위한 동작 에너지로 에너지 생산부(100)에서 생산한 열에너지를 전송하는 것이 바람직하다.
이 때, 전력 소비부(200)로 전송되는 전기에너지는 담수화부(300)에서 기본 동작을 위한 소량을 전기에너지를 우선적으로 소비하고 남은 전기에너지인 것이 가장 바람직하다.
또는, 에너지 분배단계(S200)는 제어 분석단계(S100)에 의한 결정에 따라, 에너지 요청 정보가 존재하지 않으며 담수 요청 정보가 미리 설정된 기준값보다 높을 경우, 전력 소비부(200)의 에너지 저장 시스템으로 에너지 생산부(100)에서 생산한 전기에너지를 전송하는 것이 바람직하다.
즉, 외부로부터 전기에너지의 공급 요청이 발생하지 않기 때문에, 에너지 생산부(100)에서 생산한 전기에너지를 에너지 저장 시스템으로 전송하여 저장할 수 있다.
또한, 담수화부(300)의 역삼투압 모듈로 구성하는 것이 바람직하며, 역삼투압 모듈에 의한 해수의 담수화를 위한 동작 에너지로 에너지 생산부(100)에서 생산한 전기에너지를 전송하는 것이 바람직하다.
더불어, 역삼투압 모듈로 공급되는 해수를 예열하기 위한 열교환 모듈을 포함하여 구성하는 것이 바람직하다.
그렇기 때문에, 열교환 모듈에도 역시 에너지 생산부(100)에서 생산한 열에너지를 공급하는 것이 바람직하다.
이 때, 전력 소비부(200)로 전송되는 전기에너지는 '에너지 요청 정보'가 존재하지 않기 때문에 담수화부(300)에서 우선적으로 소비하고 남은 전기에너지인 것이 가장 바람직하다.
또는, 에너지 분배단계(S200)는 제어 분석단계(S100)에 의한 결정에 따라, 에너지 요청 정보가 존재하지 않으며 담수 요청 정보가 미리 설정된 기준값보다 낮을 경우, 전력 소비부(200)의 에너지 저장 시스템으로 에너지 생산부(100)에서 생산한 전기에너지를 전송하는 것이 바람직하다.
즉, 외부로부터 전기에너지의 공급 요청이 발생하지 않기 때문에, 에너지 생산부(100)에서 생산한 전기에너지를 에너지 저장 시스템으로 전송하여 저장할 수 있다.
또한, 담수화부(300)의 증발식 모듈로 구성하는 것이 바람직하며, 증발식 모듈에 대한 해수의 담수화를 위한 동작 에너지로 에너지 생산부(100)에서 생산한 열에너지를 전송하는 것이 바람직하다.
이 때, 전력 소비부(200)로 전송되는 전기에너지는 '에너지 요청 정보'가 존재하지 않기 때문에 담수화부(300)에서 우선적으로 소비하고 남은 전기에너지인 것이 가장 바람직하다.
즉, 다시 말하자면, 본 발명의 일 실시예에 따른 집광형 태양광열복합시스템과 연계하여 담수 및 전력의 동시 공급이 가능한 융합 시스템 및 그 동작 방법은, 집광형 태양광열복합시스템과 연계하여 다양한 지역 뿐 아니라, 계절에 따라, 특수한 상황(경우)에 따라 상이하게 요구되는 다양한 필요 전기량/필요 담수량에 따라 최적화된 담수/전력 시스템의 구성을 제공하고, 이들의 동작에 따른 필요 전기량/필요 담수량을 용이하게 공급할 수 있는 장점이 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 소자 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것 일 뿐, 본 발명은 상기의 일 실시예에 한정되는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허 청구 범위뿐 아니라 이 특허 청구 범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100 : 에너지 생산부
200 : 전력 소비부
300 : 담수화부
400 : 관리부
200 : 전력 소비부
300 : 담수화부
400 : 관리부
Claims (16)
- 태양에너지를 이용하여 전기에너지와 열에너지를 동시 생산하는 고집광 태양광열 모듈(HCPVT, High Concentration Photo Voltaic Thermal)을 포함하여 구성되는 에너지 생산부(100);
제어에 따라, 상기 에너지 생산부(100)에서 생산한 전기에너지를 전달받는 전력 소비부(200);
역삼투압 모듈(RO, Reverse Osmosis) 또는 증발식 모듈을 포함하여 구성되며, 제어에 따라, 상기 에너지 생산부(100)에서 생산한 전기에너지 또는 열에너지를 전달받아, 공급되는 해수의 담수화를 수행하는 담수화부(300); 및
상기 에너지 생산부(100), 전력 소비부(200) 및 담수화부(300)와 무선 또는 유선 네트워크 연결되어 전력 소비부(200)와 담수화부(300)의 동작 상태를 관리하며, 외부로부터의 에너지 요청 정보 또는 담수 요청 정보를 이용하여, 상기 전력 소비부(200) 또는 상기 담수화부(300)의 동작을 위해 공급되는 상기 에너지 생산부(100)의 생산 에너지를 제어하는 EMS(Energy Management System)을 포함하는 관리부(400);
를 포함하여 구성되며,
상기 관리부(400)는
외부로부터 입력되는 에너지 요청 정보, 담수 요청 정보와, 기입력되어 있는 담수 기준값을 기반으로, 상기 담수 기준값을 기준으로 상기 에너지 요청 정보와 담수 요청 정보의 조합에 의한 각각의 조건에 따라, 상기 에너지 생산부(100)로부터 전송받은 태양에너지의 일사량 정보, 전기에너지 생산량 정보, 열에너지 생산량 정보와 상기 담수화부(300)에 포함되어 있는 각각의 담수화 설비들의 에너지 소비량 정보들을 포함하는 모니터링 정보들을 통합 분석하여, 상기 전력 소비부(200)와 담수화부(300)의 동작을 위한 상기 에너지 생산부(100)의 생산 에너지에 대한 상기 전력 소비부(200)로의 전송 상태와 상기 담수화부(300)로의 동작 에너지 분배 상태를 제어하되,
상기 관리부(400)는
상기 분석 결과에 따라, 상기 담수화부(300)에 포함되어 있는 상기 담수화 설비들 중 적어도 하나의 담수화 설비를 선택하여, 상기 에너지 생산부(100)의 생산 에너지를 해당하는 설비의 동작 에너지로 전송하되, 상기 에너지 생산부(100)에서 생산한 전기에너지는 상기 담수화부(300)에서 우선 소비되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 집광형 태양광열복합시스템과 연계하여 담수 및 전력의 동시 공급이 가능한 융합 시스템.
- 제 1항에 있어서,
상기 전력 소비부(200)는
에너지 저장 시스템(ESS, Energy Storage System) 또는 전력 계통(Grid)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 집광형 태양광열복합시스템과 연계하여 담수 및 전력의 동시 공급이 가능한 융합 시스템.
- 삭제
- 제 2항에 있어서,
상기 집광형 태양광열복합시스템과 연계하여 담수 및 전력의 동시 공급이 가능한 융합 시스템은
상기 담수화부로 상기 역삼투압 모듈을 포함하여 구성할 경우,
상기 역삼투압 모듈로 공급되는 해수를 예열시키는 열교환 모듈(HX, Heat Exchanger)을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 집광형 태양광열복합시스템과 연계하여 담수 및 전력의 동시 공급이 가능한 융합 시스템.
- 제 4항에 있어서,
상기 관리부(400)는
상기 에너지 요청 정보가 존재하며 상기 담수 요청 정보가 기설정된 기준값보다 높을 경우,
상기 전력 소비부(200)의 에너지 저장 시스템과 전력 계통으로 상기 에너지 생산부(100)에서 생산한 전기에너지를 전송하며,
상기 담수화부(300)의 역삼투압 모듈과 증발식 모듈로 상기 에너지 생산부(100)에서 생산한 전기에너지 또는 열에너지를 전송하되, 상기 에너지 생산부(100)에서 생산한 열에너지를 상기 열교환 모듈의 동작 에너지로 전송하는 것을 특징으로 하는 집광형 태양광열복합시스템과 연계하여 담수 및 전력의 동시 공급이 가능한 융합 시스템.
- 제 4항에 있어서,
상기 관리부(400)는
상기 에너지 요청 정보가 존재하며 상기 담수 요청 정보가 기설정된 기준값보다 낮을 경우,
상기 전력 소비부(200)의 에너지 저장 시스템과 전력 계통으로 상기 에너지 생산부(100)에서 생산한 전기에너지를 전송하며,
상기 담수화부(300)의 증발식 모듈로 상기 에너지 생산부(100)에서 생산한 열에너지를 전송하는 것을 특징으로 하는 집광형 태양광열복합시스템과 연계하여 담수 및 전력의 동시 공급이 가능한 융합 시스템.
- 제 4항에 있어서,
상기 관리부(400)는
상기 에너지 요청 정보가 존재하지 않으며 상기 담수 요청 정보가 기설정된 기준값보다 높을 경우,
상기 전력 소비부(200)의 에너지 저장 시스템으로 상기 에너지 생산부(100)에서 생산한 전기에너지를 전송하며,
상기 담수화부(300)의 역삼투압 모듈로 상기 에너지 생산부(100)에서 생산한 전기에너지를 전송하되, 상기 에너지 생산부(100)에서 생산한 열에너지를 상기 열교환 모듈의 동작 에너지로 전송하는 것을 특징으로 하는 집광형 태양광열복합시스템과 연계하여 담수 및 전력의 동시 공급이 가능한 융합 시스템.
- 제 4항에 있어서,
상기 관리부(400)는
상기 에너지 요청 정보가 존재하지 않으며 상기 담수 요청 정보가 기설정된 기준값보다 낮을 경우,
상기 전력 소비부(200)의 에너지 저장 시스템으로 상기 에너지 생산부(100)에서 생산한 전기에너지를 전송하며,
상기 담수화부(300)의 증발식 모듈로 상기 에너지 생산부(100)에서 생산한 열에너지를 전송하는 것을 특징으로 하는 집광형 태양광열복합시스템과 연계하여 담수 및 전력의 동시 공급이 가능한 융합 시스템.
- 제 5항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전력 소비부(200)의 에너지 저장 시스템은
상기 에너지 생산부(100)에서 생산한 전기에너지를 저장하며,
상기 에너지 생산부(100)에서 생산되는 에너지 생산량을 기반으로 한 상기 관리부(400)의 제어에 따라,
상기 담수화부(300) 또는 상기 전력 계통으로 공급하는 것을 특징으로 하는 집광형 태양광열복합시스템과 연계하여 담수 및 전력의 동시 공급이 가능한 융합 시스템.
- 삭제
- 태양에너지를 이용하여 전기에너지와 열에너지를 동시 생산하는 고집광 태양광열 모듈(HCPVT, High Concentration Photo Voltaic Thermal)을 포함하여 구성되는 에너지 생산부의 생산 에너지를 제어하는 관리부에서, 외부로부터 입력받은 에너지 요청 정보, 담수 요청 정보와, 태양에너지의 일사량정보, 전기에너지 생산량 정보, 열에너지 생산량 정보, 담수화부에서의 에너지 소비량 정보를 포함하는 모니터링 정보들을 이용하여, 전력 소비부로의 전송 상태와 담수화부로의 동작 에너지 분배 상태의 제어를 결정하는 제어 분석단계(S100); 및
상기 제어 분석단계(S100)에 의한 결정에 따라, 상기 에너지 생산부에서 생산한 전기에너지의 상기 전력 소비부로의 전송 상태가 제어되고, 상기 담수화부의 동작 상태 제어를 위한 상기 에너지 생산부에서 생산한 전기에너지 또는 열에너지의 분배 상태가 제어되는 에너지 분배단계(S200);
로 이루어지되,
상기 전력 소비부는 에너지 저장 시스템(ESS, Energy Storage System) 또는 전력 계통(Grid)을 포함하여 구성되며,
상기 담수화부는 역삼투압 모듈(RO, Reverse Osmosis) 또는 증발식 모듈을 포함하여 구성되며, 상기 역삼투압 모듈로 공급되는 해수를 예열시키는 열교환 모듈(HX, Heat Exchanger)을 더 포함하여 구성되며,
상기 제어 분석단계(S100)는
기입력된 담수 기준값을 기준으로, 상기 에너지 요청 정보와 담수 요청 정보의 조합에 의한 각각의 조건에 따라, 상기 태양에너지의 일사량 정보, 전기에너지 생산량 정보, 열에너지 생산량 정보, 모니터링 정보를 통합 분석하여, 상기 전력 소비부와 담수화의 동작을 위한 상기 에너지 생산부의 생산 에너지에 대한 상기 전력 소비부로의 전송 상태와 상기 담수화부로의 동작 에너지 분배 상태의 제어를 결정하고,
상기 에너지 분배단계(S200)는
상기 제어 분석단계(S100)의 분석 결과에 따라, 상기 담수화부에 포함되어 있는 담수화 설비들 중 적어도 하나의 담수화 설비를 선택하여, 상기 에너지 생산부의 생산 에너지를 해당하는 설비의 동작 에너지로 전송하고,
상기 에너지 요청 정보가 존재할 경우, 상기 전력 소비부의 에너지 저장 시스템과 전력 계통으로 상기 에너지 생산부에서 생산한 전기에너지를 전송하고,
상기 에너지 요청 정보가 존재하지 않을 경우, 상기 전력 소비부의 에너지 저장 시스템으로 상기 에너지 생산부에서 생산한 전기에너지를 전송하되,
상기 에너지 생산부에서 생산한 전기에너지는 선택되는 상기 담수화 설비의 동작 에너지로 우선 소비되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 집광형 태양광열복합시스템과 연계하여 담수 및 전력의 동시 공급이 가능한 융합 시스템의 동작 방법.
- 제 11항에 있어서,
상기 에너지 분배단계(S200)는
상기 담수 요청 정보가 기설정된 기준값보다 높을 경우,
상기 담수화부의 역삼투압 모듈과 증발식 모듈로 상기 에너지 생산부에서 생산한 전기에너지 또는 열에너지를 전송하되, 상기 에너지 생산부에서 생산한 열에너지를 상기 열교환 모듈의 동작 에너지로 전송하는 것을 특징으로 하는 집광형 태양광열복합시스템과 연계하여 담수 및 전력의 동시 공급이 가능한 융합 시스템의 동작 방법.
- 제 11항에 있어서,
상기 에너지 분배단계(S200)는
상기 담수 요청 정보가 기설정된 기준값보다 낮을 경우,
상기 담수화부의 증발식 모듈로 상기 에너지 생산부에서 생산한 열에너지를 전송하는 것을 특징으로 하는 집광형 태양광열복합시스템과 연계하여 담수 및 전력의 동시 공급이 가능한 융합 시스템의 동작 방법.
- 제 11항에 있어서,
상기 에너지 분배단계(S200)는
상기 담수 요청 정보가 기설정된 기준값보다 높을 경우,
상기 담수화부의 역삼투압 모듈로 상기 에너지 생산부에서 생산한 전기에너지를 전송하되, 상기 에너지 생산부에서 생산한 열에너지를 상기 열교환 모듈의 동작 에너지로 전송하는 것을 특징으로 하는 집광형 태양광열복합시스템과 연계하여 담수 및 전력의 동시 공급이 가능한 융합 시스템의 동작 방법.
- 삭제
- 제 12항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 에너지 분배단계(S200)는
상기 제어 분석단계(S100)에 의한 결정에 따라, 상기 에너지 생산부의 에너지 생산량 정보가 상기 담수화부의 에너지 소비량 정보 또는 상기 에너지 요청 정보보다 적을 경우,
상기 전력 소비부의 에너지 저장 시스템에서 저장하고 있는 전기에너지를 상기 담수화부(300) 또는 상기 전력 계통으로 공급하는 것을 특징으로 하는 집광형 태양광열복합시스템과 연계하여 담수 및 전력의 동시 공급이 가능한 융합 시스템의 동작 방법.
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