KR102333067B1

KR102333067B1 - 액화연료 발전 및 물류 시스템, 및 그 시스템을 이용한 입하역 방법

Info

Publication number: KR102333067B1
Application number: KR1020180064113A
Authority: KR
Inventors: 이미현; 허윤; 안현식
Original assignee: 대우조선해양 주식회사
Priority date: 2018-06-04
Filing date: 2018-06-04
Publication date: 2021-12-01
Also published as: KR20190138044A

Abstract

본 발명은 액화연료 발전 및 물류 시스템, 및 그 시스템을 이용한 입하역 방법에 관한 것으로, 부유 구조물의 상부에 탑재된 발전시스템에서 LNG를 연료로 사용하여 전기(電氣)를 생성하는 운전 중 LNG를 재기화할 때 발생하는 기화열을 이용하여 부유 구조물의 상부에 탑재된 냉동 컨테이너 내부를 냉각시키고, 냉동 컨테이너 내부를 냉각시키는 과정에서 발생하는 온열을 LNG 재기화 열원으로 활용할 수 있도록 열 교환하되, 냉동 컨테이너의 입하역은 부유 구조물과 육상을 연결하는 연결램프를 통해서 화물차량이 냉동 컨테이너의 입하역장까지 진입하거나, 부유 구조물의 측면에 계류하는 화물선을 이용함으로써 에너지 절감은 물론 냉동 컨테이너의 물류 활용도를 높일 수 있고, 기존과는 달리 냉동 컨테이너의 압축기 사용시 발생하는 소음, 진동을 없앨 수 있으며, 냉열 활용 동결 시, 급속 동결시간을 줄여서 동결제품의 품질을 높일 수 있으며, 자가발전 설비를 갖춘 부유식 냉동 컨테이너로 도서지역 및 낙후지역에 설치 가능한 장점이 있다.

Description

액화연료 발전 및 물류 시스템, 및 그 시스템을 이용한 입하역 방법{LIQUEFIED NATURAL GAS ELECTRICITY GENERATION AND DISTRIBUTION SYSTEM, AND LOADING AND UNLOADING METHOD USING THE SYSTEM}

본 발명은 액화연료 발전 및 물류 시스템, 및 그 시스템을 이용한 입하역 방법에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로 부유 구조물의 상부에 탑재된 발전시스템에서 LNG를 연료로 사용하여 전기(電氣)를 생성하는 운전 중 LNG를 재기화할 때 발생하는 기화열을 활용하여 부유 구조물의 상부에 탑재된 냉동 컨테이너 내부를 냉각시키고, 냉동 컨테이너 내부를 냉각시키는 과정에서 발생하는 온열을 LNG 재기화 열원으로 활용할 수 있도록 구성하되, 냉동 컨테이너의 입하역은 부유 구조물과 육상을 연결하는 연결램프를 통해서 화물차량이 냉동 컨테이너의 입하역장까지 진입하거나, 부유 구조물의 측면에 계류하는 화물선을 이용함으로써, 폐기되는 에너지를 재활용하여 에너지를 절감함은 물론 냉동 컨테이너의 물류 활용도를 높일 수 있는 액화연료 발전 및 물류 시스템, 및 그 시스템을 이용한 입하역 방법에 관한 것이다.

최근에는 친환경적인 발전(發電)에 대한 요구로 천연가스를 이용한 발전에 대한 관심이 증가하고 있다.

특히, 폐열을 회수하여 스팀 터빈을 구동하는 복합화력발전 기술이 등장함에 따라 가스 발전의 효율 증대와 가스 가격의 하락안정에 따른 가스 발전 수요가 점점 커지고 있는 실정이다.

전력공급이 원활하지 않은 신흥 개발국 등에서 가스 발전에 대한 관심이 높아지고 있는데, 가스 발전은 그 특성상 육지에 가스 저장소 등과 같은 가스 인프라가 구비되어야 발전이 가능하기 때문에 개발에 많은 제한이 있다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, FSRU(Floating Storage Re-gasfication Unit)라는 부유식 해상 가스 저장 재기화 설비 선이 등장하게 되었으며, 이러한 해상 가스 저장 재기화 설비 선을 이용하여 육지의 발전소에 가스를 공급하게 되었다.

그러나 이와 같은 FSRU를 이용한 육지에서의 발전(發電)은 해상에서의 FSRU 설치와 육지에 발전소를 건설해야 하는 이중적인 부담을 초래한다. 즉, FSRU 뿐만아니라, 육상 발전소 건설에 따른 장소 확보와 건설비 소요를 가져오는 단점이 있다. 특히, 육상 발전소 건설에는 많은 시간이 소요됨으로써, 전력 공급을 단시간 내에 수행하는 것이 어렵다.

따라서 전술한 방법 이외에 해상에서 가스 저장소를 구비하면서 폐열을 이용하여 전력을 생산할 수 있는 새롭고 진보된 타입의 부유식 가스복합 발전플랜트(Floating and Storage Power Plant, FSPP)에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.

한편, 선박에는 농산물, 수산물, 육류 등을 냉장 및 냉동 보관하는 냉동 컨테이너를 구비한다.

냉동 컨테이너(Reefer container)는 컨테이너 선박에서 냉동 및 냉장 화물 등 운송 중에 일정한 온도를 유지해야 하는 화물 등을 수송하기 위해 사용되는 것으로서, 냉동 컨테이너는 내부의 온도를 -30℃ ~ 30℃로 유지할 수 있는 냉동시설을 갖추고 있으며 단열 구조로 이루어지게 된다.

컨테이너선에 적재하는 냉동 컨테이너는 별도의 냉동 시스템을 작동시켜 약 -26℃ ~ 26℃까지 온도를 조절하며, 수송 중 냉각을 지속하기 위해서는 별도의 전원을 지속적으로 공급하게 된다.

이와 같은 냉동시스템은 컴프레서(Compressor)에서 압축된 냉매가 각 부분을 걸쳐 컨테이너 박스(Box)로 냉기를 공급하며, 선박의 거주구의 냉방을 위해서는 별도의 에어컨 시스템(Air-con system)을 각 거주구에 설치하여 냉기를 공급하게 된다. 이때 냉동 컨테이너는 냉매를 소정의 경로, 즉 압축, 응축, 팽창, 증발을 순차적으로 진행되는 과정에서 냉기를 발생시키는 냉동 사이클을 이용하게 된다.

이와 같은 냉동 사이클을 간단히 설명하면, 냉매를 압축하여 고온고압의 액체 상태로 토출하는 압축기와, 압축된 냉매를 외기와 열 교환(열 방출)하여 상온 고압의 상태로 변화시키는 응축유닛과, 응축된 냉매를 단열팽창하여 저온 저압의 기체 상태로 상 변화시키는 팽창밸브와, 저온 저압의 기체상태 냉매를 외기와 열 교환하여 상온 저압의 상태에서 다시 압축기로 송출하는 증발유닛으로 구성된다.

그러나 종래의 컨테이너선의 냉동시스템은 냉동 컨테이너 자체에 부착되어 있는 냉동기에 많은 전력을 공급해야 함으로써, 별도의 추가 발전기를 설치해야 하는 문제가 있고, 발전기의 추가로 설치로 인한 비용부담과 유류비 부담이 발생하는 문제가 있다.

또한, 종래의 냉동시스템은 중유(HFO)로 운행하는 발전기를 사용하게 되는데, 이로 인해서 SOx, NOx, CO₂ 및 미세 먼지 등의 오염물질을 배출하여 환경오염을 초래하는 문제가 있다.

또한, 종래에는 컨테이너 자체에 냉동기 등의 복잡한 기계설비가 설치됨으로써, 컨테이너 입하역 중 냉동 컨테이너 손상 위험성이 높아 많은 유지/보수 비용이 과다하게 소모되는 문제가 있다.

또한, 종래의 LNG 연료 추진 컨테이너선의 경우는, 연료 탱크에서 자연 발생하는 증발가스(BOG)의 초저온 에너지를 별도 프로세스 없이 엔진이나 보일러의 연료로 곧바로 소모함으로써, 에너지 효율성이 떨어지는 문제가 있다.

또한, 종래의 냉동시스템은 냉매를 냉동기를 통과시켜 강제 압축 및 팽창시키는 과정에서 누설되는 위험이 있고, 이와 같은 냉매는 지구 오존층을 파괴하는 물질로서 지구 온난화 문제를 야기시키는 문제가 있다.

국내 공개특허 제10-2015-0061230호

LNG 재기화 장치에서 액화가스(LNG)를 연료가스로 재기화하는 방법으로는 해수(海水)를 이용하는 방법이나, 글리콜 워터 등의 열 매개 유체를 사용하는 방법 등이 사용될 수 있다.

글리콜 워터 등의 열 매개 유체를 사용하는 경우, LNG의 냉열에 의해 냉각된 글리콜 워터는 해수와 열 교환하여 가열되고, 열교환에 의해 가열된 해수는 바다로 배출되어 환경오염을 초래하는 문제가 있다.

또한, LNG 재기화 장치에서 기화기를 운영하기 위하여 막대한 양의 물(글리콜 워터)이 필요하며, 이러한 많은 양의 물을 공급하기 위한 펌프가 필요하여 막대한 전력 소모가 발생한다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, LNG가 기화되면서 버려지는 기화열(냉열)을 활용하여 부유 구조물 상부에 탑재된 냉동 컨테이너 내부를 냉각함으로써, 연료비용을 절감하고, 바다로 폐기되는 가열된 해수로 인한 환경오염을 효과적으로 방지할 수 있는 친환경적인 기술을 제공함에 그 목적이 있다.

전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 액화연료 발전 및 물류 시스템, 및 그 시스템을 이용한 입하역 방법을 제공한다.

우선, 본 발명의 액화연료 발전 및 물류 시스템은 부유 구조물; 상기 부유 구조물의 상부에 탑재되며, LNG를 연료로 사용하여 전기를 생성하는 발전시스템; LNG를 재기화하여 상기 발전시스템에 공급하기 위한 연료 공급 부; 상기 부유 구조물의 상부에 탑재되는 냉동 컨테이너; 및 상기 연료 공급 부에서 LNG를 재기화할 때 발생하는 기화열을 열원으로 하여 상기 냉동 컨테이너 내부를 냉각시키고, 상기 냉동 컨테이너를 냉각시키는 과정에서 발생하는 온열을 열원으로 하여 LNG를 재기화할 수 있도록 열 교환하는 열교환 유닛; 을 포함한다.

본 발명의 액화연료 발전 및 물류 시스템에서, 냉동 컨테이너의 입하역은, 상기 부유 구조물과 육상을 연결하는 연결램프(ramp)를 통해서 화물차량이 상기 냉동 컨테이너의 입하역장까지 진입하는 구성이거나, 상기 부유 구조물의 현에 계류하는 화물선을 이용하여 입하역을 진행하는 구성중 적어도 어느 하나로 구성될 수 있다.

상기 냉동 컨테이너는 경량의 철재로 제작되고, 단열시공 후 상기 부유 구조물의 상부에 탑재되는 구성일 수 있다.

상기 냉동 컨테이너는 1층에 입하역 공간 부가 형성되고, 상기 입하역 공간 부는 화물차량의 동선과 상기 부유 구조물의 현에 계류하는 화물선을 고려하여 상기 부유 구조물의 메인 데크 우현 측으로 개방된 구성일 수 있다.

상기 부유 구조물의 메인 데크 둘레에는 화물 입하역 시, 안전을 고려하여 핸드 레일이 설치되는 것이 바람직하다.

상기 연료 공급 부는 재기화 고압펌프와 고압 기화기를 포함한다.

상기 열교환 유닛은 냉열의 냉매가 흐르는 제1 냉매 순환라인; 온열의 냉매가 흐르는 제2 냉매 순환라인; 냉매를 강제 순환시키는 냉매펌프; 및 상기 냉동 컨테이너에 설치되어 열 교환하는 열교환기; 를 포함한다.

상기 냉매는 R-404a 또는 R-717(암모니아) 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.

상기 발전시스템은, 공급되는 가스를 연료로 사용하여 발전(發電)하는 가스터빈; 상기 가스터빈에서 나온 고온의 연소가스의 폐열을 회수하여 증기를 발생시키는 증기 발생기; 상기 증기 발생기에서 나온 증기를 이용하여 발전(發電)하는 증기터빈; 상기 증기터빈에서 나온 증기를 응축시키는 응축기; 및 상기 응축기에서 나온 유체를 펌핑하는 펌프; 를 포함한다.

상기 발전시스템은 DF(Dual Fuel) 엔진을 포함한다.

한편, 본 발명에 따른 액화 연료 발전 및 물류 시스템을 이용한 입하역 방법은 부유 구조물의 상부에 탑재된 발전시스템에서 LNG를 연료로 사용하여 전기를 생성하는 운전 중 LNG를 재기화할 때 발생하는 기화열을 이용하여, 상기 부유 구조물의 상부에 탑재된 냉동 컨테이너 내부를 냉각시키고, 상기 냉동 컨테이너를 냉각시키는 과정에서 발생하는 온열을 이용하여 LNG를 재기화할 수 있도록 열 교환하되,

상기 냉동 컨테이너의 입하역은, 상기 부유 구조물과 육상을 연결하는 연결램프를 통해서 화물차량이 상기 냉동 컨테이너의 입하역장까지 진입하거나,

상기 부유 구조물의 측면에 계류하는 화물선을 이용하는 것 중 적어도 어느 하나를 사용할 수 있다.

상기 냉동 컨테이너의 1층에는 상기 부유 구조물의 메인 데크 우현 측으로 개방된 구성된 입하역 공간 부가 형성되어, 상기 화물차량의 동선과 상기 화물선에 의한 입하역 간섭을 방지한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 종래 LNG 기화기(Vaporizer)에서 발생하는 LNG 냉열을 해수와 열교환을 통해 바다로 버리는 대신에, 본 발명에서는 부유식 발전플랜트에서 연료로 사용할 액화가스를 재기화할 때 발생하는 기화열, 즉 냉열을 냉동 컨테이너의 냉각 열원으로 사용함으로써, 에너지 효율성을 높일 수 있고 연료비용을 절감하고, 바다로 폐기되는 가열된 해수로 인한 환경오염을 효과적으로 방지할 수 있다.

더 나아가, 냉동 컨테이너 내부를 냉각시키는 과정에서 발생하는 온열을 LNG 재기화 열원으로 사용할 수 있도록 하여 에너지 절감은 물론 냉동 컨테이너의 활용도를 높일 수 있다.

또한, 냉동 컨테이너의 입하역은 부유 구조물과 육상을 연결하는 연결램프를 통해서 화물차량이 냉동 컨테이너의 입하역장까지 진입하거나, 부유 구조물의 측면에 계류하는 화물선을 이용함으로써, 에너지 절감은 물론 냉동 컨테이너의 물류 활용도를 높일 수 있다.

또한, 냉열 활용 동결 시, 급속 동결시간을 줄여서 동결 제품의 품질을 높일 수 있다.

또한, 자가 발전설비를 갖춘 부유식 냉동 컨테이너로 선박 및 육로로부터 냉동화물 물류 이동 편의를 극대화하여 도서지역 및 낙후지역에 설치가 용이하다.

또한, 기존과는 달리 냉동 컨테이너의 압축기 사용시 발생하는 소음, 진동을 없앨 수 있다. 즉, 종래 냉동 컨테이너의 냉동 사이클은 압축기가 필요하고, 압축기 작동시 소음이 발생하며, 상당량의 전력이 소모되는 문제가 있지만, 본 발명에서는 기화열을 냉동 컨테이너의 냉각 열원으로 사용함으로써, 압축기가 필요 없고 소음도 전혀 발생하지 않으며, 에너지 절감은 물론 냉동 컨테이너에 냉동 사이클 관련 장치가 불필요하므로 제작비용이 절감되는 효과가 있다.

또한, 철 구조물의 냉동 컨테이너를 부유식 발전설비 위에 탑재하여 일체형으로 공간 활용도를 높이고, 크레인 및 화물 트럭을 이용하여 육상, 해상으로의 물류 이동을 용이하게 할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 액화연료 발전 및 물류 시스템에서 열교환 운전을 설명하는 구성도
도 2는 본 발명에 따른 액화연료 발전 및 물류 시스템을 도시한 사시도
도 3은 본 발명에 따른 액화연료 발전 및 물류 시스템을 도시한 정면도

주지하는 바와 같이, LNG의 액화 온도는 상압 -163℃의 극저온이므로, LNG는 그 온도가 상압 -163℃보다 약간만 높아도 증발한다.

선박 운항 중에 LNG 탱크로 외부의 열이 전달되므로, LNG 탱크 내에서는 LNG가 기화하여 증발가스(BOG)가 지속적으로 발생한다.

LNG 탱크의 상부에는 연료 공급라인이 연결되어, LNG 탱크 내에서 발생하는 증발가스는 컴프레서에서 압축된 후, 발전시스템으로 공급된다.

통상, LNG 탱크에서 발생하는 증발가스만으로는 발전시스템에서 필요한 연료가스의 양에 부족하므로, 부족한 연료가스를 보충하기 위해 LNG 탱크에서 LNG를 빼내어서 기화기에서 기화시켜, 컴프레서에 의해 압축한 후, 발전시스템으로 공급하게 된다.

기화기는 연료 공급 부에 배치되어, 액화가스를 기화시키는 역할을 한다. 기화기에서는 이때 액화가스를 기화시키기 위한 열원이 필요하게 된다.

종래에는 액화가스의 기화 열원으로 해수(海水)를 사용하지만, 액화가스와 열교환에 의해 차가워진 해수가 바다로 그대로 배출될 경우, 주위의 해수와의 온도차에 의해 해양 생태계를 파괴하는 원인이 되어 심각한 환경문제를 초래한다.

또한, 해수가 그냥 바다로 배출될 경우, 액화가스와 열 교환되는 과정에서 흡수된 냉열 에너지가 필요한 곳에 사용되지 못하고, 바다로 버려지는 결과가 된다. 그리고 기화기 내의 결빙 방지를 위해 열원으로 글리콜(glycol) 수용액을 사용하는 경우에도, 액화가스와 열교환에 의해 차가워진 글리콜 수용액의 온도를 높이기 위해 통상적으로 해수가 사용되며, 이 경우에도 위와 같은 결과를 초래한다.

따라서, 본 실시 예에서는 부유 구조물의 상부에 탑재된 발전시스템에서 LNG를 연료로 사용하여 전기를 생성하는 운전 중 LNG를 재기화할 때 발생하는 기화열을 활용하여, 부유 구조물의 상부에 탑재된 냉동 컨테이너 내부를 냉각시키고, 더 나아가 냉동 컨테이너를 냉각시키는 과정에서 발생하는 온열을 활용하여 LNG를 재기화할 수 있도록 열 교환함으로써, 연료비용을 절감하고, 바다로 폐기되는 가열된 해수로 인한 환경오염을 효과적으로 방지할 수 있다.

참고로, 종래 냉동 컨테이너는 내부의 온도를 -30℃ ~ 30℃로 유지할 수 있수 있지만, 본 발명에서는 기화열(냉열)을 이용하기 때문에 본 발명의 냉동컨테이너의 경우 내부 온도를 약 -60~5℃로 유지할 수 있다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 액화연료 발전 및 물류 시스템, 및 그 시스템을 이용한 입하역 방법에 대하여 설명한다.

본 발명의 액화연료 발전 및 물류 시스템은 냉동 컨테이너가 탑재된 부유식 발전선으로서, 부유 구조물(110); 부유 구조물(110)의 상부에 탑재되며, LNG를 연료로 사용하여 전기를 생성하는 발전시스템(120); LNG를 재기화하여 발전시스템(120)에 공급하기 위한 연료 공급 부(130); 부유 구조물(110)의 상부에 탑재되는 냉동 컨테이너(140); 및 연료 공급 부(130)에서 LNG를 재기화할 때 발생하는 기화열을 열원으로 하여 냉동 컨테이너(140) 내부를 냉각시키고, 냉동 컨테이너(140)를 냉각시키는 과정에서 발생하는 온열을 열원으로 하여 LNG를 재기화할 수 있도록 열 교환하는 열교환 유닛(150)을 포함한다.

본 실시 예에서 사용하는 발전시스템(120)은 가스 터빈이나 DF(Dual Fuel) 엔진을 포함한다.

발전시스템(120)은, 도면에 도시하지는 않았으나, 공급되는 가스를 연료로 사용하여 발전(發電)하는 가스터빈; 가스터빈에서 나온 고온의 연소가스의 폐열을 회수하여 증기를 발생시키는 증기 발생기; 증기 발생기에서 나온 증기를 이용하여 발전(發電)하는 증기터빈; 증기터빈에서 나온 증기를 응축시키는 응축기; 및 응축기에서 나온 유체를 펌핑하는 펌프를 포함할 수 있다.

연료 공급 부(130)는 재기화 고압펌프(131)와 고압 기화기(132)를 포함할 수 있다.

열교환 유닛(150)은 냉열의 냉매가 흐르는 제1 냉매 순환라인(151); 온열의 냉매가 흐르는 제2 냉매 순환라인(152); 냉매를 강제 순환시키는 냉매펌프(153); 및 냉동 컨테이너(140)에 설치되어 열 교환하는 열교환기(154)를 포함한다.

더 나아가, 열교환 유닛(150)은 냉매 흐름을 제어하는 밸브 등을 포함할 수 있으나 이에 대하여는 구체적인 설명은 생략하기로 한다. 본 실시 예에서 사용하는 냉매는 R-404a 또는 R-717(암모니아) 중 어느 하나로 이루어질 수 있으나, 이에 국한되지는 않는다.

또한, 냉동 컨테이너(140)는 경량의 철재로 제작되고, 단열시공 후 부유 구조물(110)의 상부에 탑재되는 구성일 수 있다. 냉동 컨테이너(140) 루프에는 냉각수 탱크(140a) 등이 설치될 수 있다.

본 실시 예에서 냉동 컨테이너(140)는 4층을 예시하고 있으나, 이에 국한되지는 않으며, 부유 구조물의 규모나 사이즈 또는 필요한 냉동용량에 따라 다양하게 변경할 수 있다.

냉동 컨테이너(140)는 1층에 입하역 공간 부(141)가 형성되고, 2층에는 차양막(혹은 차단막)(142)이 설치될 수 있으며, 차양막(142)은 유압 실린더(143)에 의해서 접히거나 펼쳐질 수 있도록 구성될 수 있다. 차양막(142)은 햇빛을 가리는 차단막뿐만 아니라 눈비를 막아주어 입하역이 원활하게 이루어지도록 할 수 있다.

입하역 공간 부(141)는 화물차량(10)의 동선과 부유 구조물(110)의 현에 계류 혹은 접안하는 화물선(20)을 고려하여 부유 구조물(110)의 메인 데크(111) 우현 측으로 개방된 구성일 수 있다. 부유 구조물(110)의 메인 데크(111)에는 해상 크레인(115)이 설치될 수 있다.

부유 구조물(110)의 메인 데크(111) 둘레에는 화물 입하역 시, 안전을 고려하여 핸드 레일(112)이 설치되는 것이 바람직하다.

부유 구조물(110)의 양측에는 충격흡수를 위한 펜더(F)가 설치되는 것이 바람직하다.

또한, 본 실시 예에서, 냉동 컨테이너(140)의 입하역은, 첫째 ship to shore과 둘째 ship to ship, 셋째 ship to shore과 ship to ship을 동시에 하는 방식을 모두 포함한다.

다시 말해서, 첫째 입하역 방식은 부유 구조물(110)과 육상을 연결하는 연결램프(114)를 통해서 화물차량(10)이 냉동 컨테이너(140)의 입하역장까지 진입하는 방식이고, 둘째 입하역 방식은 부유 구조물(110)의 측면에 계류하는 화물선(20)을 이용하는 방식이며, 셋째 입하역 방식은 위 두 입하역 방식을 동시에 진행하는 방식이다.

한편, 본 발명에 따른 액화 연료 발전 및 물류 시스템을 이용한 입하역 방법은, 부유 구조물(110)의 상부에 탑재된 발전시스템(120)에서 LNG를 연료로 사용하여 전기를 생성하는 운전 중 LNG를 재기화할 때 발생하는 기화열을 이용하여, 부유 구조물(110)의 상부에 탑재된 냉동 컨테이너(140) 내부를 냉각시키고, 냉동 컨테이너(140)를 냉각시키는 과정에서 발생하는 온열을 이용하여 LNG를 재기화할 수 있도록 열 교환하되, 냉동 컨테이너(140)의 입하역은, 부유 구조물(110)과 육상을 연결하는 연결램프(114)를 통해서 화물차량(10)이 냉동 컨테이너(140)의 입하역장까지 진입하거나, 부유 구조물(110)의 측면에 계류하는 화물선(20)을 이용하는 것 중 적어도 어느 하나를 사용할 수 있다.

냉동 컨테이너(140)의 1층에는 부유 구조물(110)의 메인 데크(111) 우현 측으로 개방된 구성된 입하역 공간 부(141)가 형성되어, 화물차량(10)의 동선과 화물선(20)에 의한 입하역 간섭을 효과적으로 방지할 수 있다.

한편, 본 실시 예에서 사용하는 액화가스는 LNG뿐만 아니라, LPG, DME 등 액화되어 저장되는 연료가스를 모두 포함한다.

본 실시 예에서, 액화가스는 LNG 또는 LPG, 에틸렌, 암모니아 등과 같이 일반적으로 액체 상태로 보관되는 모든 가스 연료를 포괄하는 의미로 사용될 수 있으며, 가열이나 가압에 의해 액체 상태가 아닌 경우 등도 편의상 액화가스로 표현할 수 있다. 이는, 증발가스도 마찬가지로 적용될 수 있다.

또한, LNG는 편의상 액체 상태인 NG(Natural Gas)뿐만 아니라 초임계 상태 등인 NG를 모두 포괄하는 의미로 사용될 수 있으며, 증발가스는 기체상태의 증발가스뿐만 아니라 액화된 증발가스를 포함하는 의미로 사용될 수 있다.

LNG, 즉 액화천연가스(Liquefied Natural Gas)는 가스전에서 채취한 천연가스를 액화시킨 것으로 메탄을 주성분으로 한다. LNG는 온도를 낮추거나 압력을 가해 액화시키면 부피가 대략 1/600로 줄어들어 공간 효율상 유리하지만, 비점이 대략 -162℃로 낮아 운송, 저장시에는 특수하게 단열 구성된 탱크나 용기에 충전하여 온도를 비점 이하로 유지시켜 주어야 한다.

LPG, 즉 액화석유가스(Liquefied Petroleum Gas)는 유전에서 원유를 채취하거나 원유 정제시 나오는 중탄화수소(탄소 원자가 2개 이상) 성분, 혹은 천연가스 채취시 함께 채취되는 중탄화수소 성분을 비교적 낮은 압력(6~7kg/㎠)을 가하여 냉각, 액화시킨 것이다. 액화 시 부피가 대략 1/250로 줄어들어 저장과 운송에 편리하며, 주성분은 프로판과 부탄이고, 소량의 에탄, 프로필렌, 부틸렌 등이 포함될 수 있다.

DME, 즉 디메틸에테르(Dimethyl Ether)는 에테르의 일종으로 LPG보다 인화성이 낮고 무독성이며, 산소 함유율이 높기 때문에 연소시 매연 발생이 적어 환경 부하가 적은 특징이 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 종래 LNG 기화기(Vaporizer)에서 발생하는 LNG 냉열을 해수와 열교환을 통해 바다로 버리는 대신에, 본 발명에서는 부유식 발전플랜트에서 연료로 사용할 액화가스를 재기화할 때 발생하는 기화열, 즉 냉열을 냉동 컨테이너의 냉각 열원으로 활용함으로써, 에너지 효율성을 높일 수 있고 연료비용을 절감하고, 바다로 폐기되는 가열된 해수로 인한 환경오염을 효과적으로 방지할 수 있다.

또한, 냉열 활용 동결 시, 급속 동결시간을 줄여서 동결제품의 품질을 높일 수 있다.

또한, 자가발전설비를 갖춘 부유식 냉동 컨테이너로 선박 및 육로로부터 냉동화물 물류 이동 편의를 극대화하여 도서지역 및 낙후지역에 설치가 용이하다.

10: 화물차량
20: 화물선
110: 부유 구조물
111: 메인 데크
115: 해상 크레인
120: 발전시스템
130: 연료 공급 부
131: 재기화 고압펌프
132: 고압 기화기
140: 냉동 컨테이너
140a: 냉각수 탱크
141: 입하역 공간 부
142: 차양막
143: 유압 실린더
150: 열교환 유닛
151: 제1 냉매 순환라인
152: 온열의 냉매가 흐르는 제2 냉매 순환라인
153: 냉매펌프
154: 열교환기

Claims

해상의 부유 구조물;
상기 부유 구조물의 상부에 탑재되며, LNG를 연료로 사용하여 생성한 전기를 육지로 송전하는 발전시스템;
LNG를 재기화하여 상기 발전시스템에 공급하기 위한 연료 공급 부;
상기 부유 구조물의 상부에 탑재되는 냉동 컨테이너; 및
상기 연료 공급 부에서 LNG를 재기화할 때 발생하는 기화열을 열원으로 하여 상기 냉동 컨테이너 내부를 냉각시키고, 상기 냉동 컨테이너를 냉각시키는 과정에서 발생하는 온열을 열원으로 하여 LNG를 재기화할 수 있도록 열 교환하는 열교환 유닛; 을 포함하며,
상기 냉동 컨테이너의 입하역은,
상기 부유 구조물과 육상을 연결하는 연결램프(ramp)를 통해서 화물차량이 상기 냉동 컨테이너의 입하역장까지 진입하는 구성을 포함하고,
상기 냉동 컨테이너는 1층에 입하역 공간 부가 형성되고,
상기 입하역 공간 부는 화물차량의 동선과 상기 부유 구조물의 현에 계류하는 화물선을 고려하여 상기 부유 구조물의 메인 데크 일측으로 개방된 입하역 공간 부가 형성된 것을 특징으로 하는 액화연료 발전 및 물류 시스템.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 냉동 컨테이너는 경량의 철재로 제작되고, 단열시공 후 상기 부유 구조물의 상부에 탑재되는 구성인 것을 특징으로 하는 액화연료 발전 및 물류 시스템.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 부유 구조물의 메인 데크 둘레에는 화물 입하역 시, 안전을 고려하여 핸드 레일이 설치되는 것을 특징으로 하는 액화연료 발전 및 물류 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 연료 공급 부는 재기화 고압펌프와 고압 기화기를 포함하는 액화연료 발전 및 물류 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 열교환 유닛은
냉열의 냉매가 흐르는 제1 냉매 순환라인;
온열의 냉매가 흐르는 제2 냉매 순환라인;
냉매를 강제 순환시키는 냉매 펌프; 및
상기 냉동 컨테이너에 설치되어 열 교환하는 열교환기; 를 포함하는 액화연료 발전 및 물류 시스템.
청구항 7에 있어서,
상기 냉매는 R-404a 또는 R-717(암모니아) 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 액화연료 발전 및 물류 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 발전시스템은,
공급되는 가스를 연료로 사용하여 발전(發電)하는 가스터빈;
상기 가스터빈에서 나온 고온의 연소가스의 폐열을 회수하여 증기를 발생시키는 증기 발생기;
상기 증기 발생기에서 나온 증기를 이용하여 발전(發電)하는 증기터빈;
상기 증기터빈에서 나온 증기를 응축시키는 응축기; 및
상기 응축기에서 나온 유체를 펌핑하는 펌프; 를 포함하는 액화연료 발전 및 물류 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 발전시스템은 DF(Dual Fuel) 엔진을 포함하는 액화연료 발전 및 물류 시스템.
해상의 부유 구조물의 상부에 탑재되며, LNG를 연료로 사용하여 생성한 전기를 육지로 송전하는 발전시스템;
상기 부유 구조물의 상부에 탑재되며, 상기 발전시스템에서 LNG를 연료로 사용하여 전기를 생성하는 운전 중 LNG를 재기화할 때 발생하는 기화열을 이용하여 냉각시킬 수 있는 냉동 컨테이너; 및
상기 냉동 컨테이너 내부를 냉각시키고, 상기 냉동 컨테이너 내부를 냉각시키는 과정에서 발생하는 온열을 이용하여 LNG를 재기화할 수 있는 열교환 유닛; 을 포함하며,
상기 냉동 컨테이너의 입하역은,
상기 부유 구조물과 육상을 연결하는 연결램프(ramp)를 통해서 화물차량이 상기 냉동 컨테이너의 입하역장까지 진입하는 구성을 포함하고,
상기 냉동 컨테이너는 1층에 입하역 공간 부가 형성되고,
상기 입하역 공간 부는 화물차량의 동선과 상기 부유 구조물의 현에 계류하는 화물선을 고려하여 상기 부유 구조물의 메인 데크 일측으로 개방된 입하역 공간 부가 형성된 것을 특징으로 하는 액화연료 발전 및 물류 시스템.
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