KR102391284B1 - 가스 복합발전 플랜트 - Google Patents

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Abstract

해상 또는 하상에 부유 또는 고정되거나 해안 또는 하안에 정박하여 발전하는 가스 복합발전 플랜트가 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 가스 복합발전 플랜트는 액화가스를 기화시켜 연료가스를 생성하는 연료가스 공급시스템; 연료가스를 연소시켜 발전하는 발전 엔진과, 발전 엔진에서 배출되는 배기가스의 압력에너지를 이용해 흡입공기를 압축하여 발전 엔진으로 과급하는 과급기 및 발전 엔진 및 과급기에 의해 압축된 흡입공기를 냉각시키기 위한 냉각수를 공급하는 냉각수 공급부를 포함하는 연료 발전시스템; 및 과급기로부터 배출되는 배기가스에서 폐열을 회수하여 증기 발전하는 증기 발전시스템을 포함한다. 연료가스 공급시스템은 흡입공기를 냉각시키는 과정에서 승온된 냉각수 중의 적어도 일부를 공급받아 상기 승온된 냉각수의 열에너지를 이용하여 연료가스를 가열하도록 구성된다.

Description

가스 복합발전 플랜트{COMBINED CYCLE GAS POWER PLANT}
본 발명은 해상 또는 하상에 부유 또는 고정되거나 해안 또는 하안에 정박하여 발전하는 가스 복합발전 플랜트에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연료 발전시스템의 과급기에 의해 압축된 흡입공기의 열에너지를 이용하여 증기 발전시스템의 응축수를 선가열하도록 구성되는 가스 복합발전 플랜트에 관한 것이다.
최근 환경 규제가 강화되는 추세에 따라 환경 오염 물질의 배출이 적은 액화천연가스와 같은 연료의 수요가 증가하고 있다. 과거에 액화천연가스(LNG; Liquefied Natural Gas) 등의 액화가스를 연료로 사용하는 발전 설비는 주로 육상에 설치되었으나, 최근에는 원료 수급이 용이하고 용지확보 비용이 저렴한 해안가에 부유식 발전 시스템을 설치하는 사례가 늘어나고 있다. 이때 발전 효율을 높이기 위해, 액화가스를 재기화 및 가열시킨 연료가스를 이용하는 연료 발전시스템과 연료 발전시스템의 배기가스를 이용하는 증기 발전시스템으로 복합발전을 하고 있으며, 액화가스의 재기화 및 가열을 위해 해수 등의 열원을 이용한다.
본 발명은 연료 발전시스템의 과급기에 의해 압축된 고온의 흡입가스와의 열교환에 의해 승온된 냉각수의 열에너지를 이용하여 액화가스로부터 기화된 연료가스를 가열하도록 구성되는 가스 복합발전 플랜트를 제공한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 다른 기술적 과제들은 이하의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 가스 복합발전 플랜트는 해상 또는 하상에 부유 또는 고정되거나 해안 또는 하안에 정박하여 발전하는 가스 복합발전 플랜트에 있어서, 액화가스를 기화시켜 연료가스를 생성하는 연료가스 공급시스템; 상기 연료가스를 연소시켜 발전하는 발전 엔진과, 상기 발전 엔진에서 배출되는 배기가스의 압력에너지를 이용해 흡입공기를 압축하여 상기 발전 엔진으로 과급하는 과급기 및 상기 발전 엔진 및 상기 과급기에 의해 압축된 흡입공기를 냉각시키기 위한 냉각수를 공급하는 냉각수 공급부를 포함하는 연료 발전시스템; 및 상기 과급기로부터 배출되는 배기가스에서 폐열을 회수하여 증기 발전하는 증기 발전시스템을 포함하고, 상기 연료가스 공급시스템은 상기 흡입공기를 냉각시키는 과정에서 승온된 냉각수 중의 적어도 일부를 공급받아 상기 승온된 냉각수의 열에너지를 이용하여 상기 연료가스를 가열하도록 구성된다.
상기 연료가스 공급시스템은 상기 액화가스를 기화시키는 기화기와, 상기 기화기에 의해 기화된 연료가스를 가열하여 상기 발전 엔진으로 공급하는 가열기를 포함하고, 상기 가열기는 상기 기화기에 의해 기화된 연료가스를 상기 승온된 냉각수와 열교환시켜 상기 연료가스를 가열하도록 구성될 수 있다.
상기 기화기는 상기 승온된 냉각수 및 상기 가열기에서 배출되는 냉각수의 열에너지를 이용하여 상기 액화가스를 기화시키도록 구성될 수 있다.
상기 가스 복합발전 플랜트는 상기 가열기 또는 상기 기화기에서 상기 액화가스 또는 상기 연료가스와의 열교환에 의해 냉각되어 배출되는 냉각수를 이용하여 상기 과급기로 공급될 흡입공기를 냉각시키도록 구성되는 과냉각기를 더 포함할 수 있다.
상기 증기 발전시스템은 상기 발전 엔진으로부터 배출되는 배기가스에서 폐열을 회수하여 발전하며, 증기를 응축시키는 응축기, 상기 응축기에 의해 응축된 응축수를 선가열하는 선가열기, 및 상기 선가열기에 의해 선가열된 응축수를 상기 배기가스와 열교환시켜 증기 발전을 위한 증기를 생성하는 증기 발생기를 포함할 수 있다.
상기 가스 복합발전 플랜트는 상기 액화가스를 기화시키기 위한 해수를 상기 승온된 냉각수와 열교환시키거나 열교환 없이 상기 기화기로 공급하는 해수공급라인을 더 포함하고, 상기 기화기는 상기 해수공급라인을 통해 공급되는 해수의 열에너지를 이용하여 상기 액화가스를 기화시키도록 구성될 수 있다.
상기 응축기는 상기 기화기에서 액화가스와의 열교환에 의해 냉각된 해수를 이용하여 상기 증기를 응축시키도록 구성될 수 있다.
상기 가스 복합발전 플랜트는 상기 과급기와 상기 선가열기 사이에 연결되고, 상기 과급기에 의해 압축되는 과정에서 승온된 흡입공기 중의 적어도 일부를 상기 선가열기로 공급하는 열매체 공급라인을 포함하고, 상기 선가열기는 상기 열매체 공급라인을 통해 상기 승온된 흡입공기를 공급받아 상기 승온된 흡입공기를 이용하여 상기 응축수를 선가열하도록 구성될 수 있다.
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본 발명의 실시예에 의하면, 연료 발전시스템의 과급기에 의해 압축된 고온의 흡입가스와의 열교환에 의해 승온된 냉각수의 열에너지를 이용하여 액화가스로부터 기화된 연료가스를 가열하도록 구성되는 가스 복합발전 플랜트가 제공된다.
본 발명의 효과는 상술한 효과들로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 복합발전 플랜트를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 복합발전 플랜트의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 복합발전 플랜트의 구성도이다.
도 4 내지 도 11은 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 가스 복합발전 플랜트의 구성도이다.
본 발명의 다른 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술하는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 만일 정의되지 않더라도, 여기서 사용되는 모든 용어들(기술 혹은 과학 용어들을 포함)은 이 발명이 속한 종래 기술에서 보편적 기술에 의해 일반적으로 수용되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 공지된 구성에 대한 일반적인 설명은 본 발명의 요지를 흐리지 않기 위해 생략될 수 있다. 본 발명의 도면에서 동일하거나 상응하는 구성에 대하여는 가급적 동일한 도면부호가 사용된다. 본 발명의 이해를 돕기 위하여, 도면에서 일부 구성은 다소 과장되거나 축소되어 도시될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다", "가지다" 또는 "구비하다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 복합발전 플랜트를 개략적으로 나타낸 모식도이다. 본 실시예에 따른 가스 복합발전 플랜트는 해상 또는 하상(강위)에 부유 또는 고정되거나 해안 또는 하안에 정박하여 발전하는 부유식 또는 고정식 발전 플랜트일 수 있다.
본 실시예에 따른 가스 복합발전 플랜트는 발전 엔진/터빈에서 배출되는 고온의 배기가스의 폐열을 회수하여 추가로 증기 발전을 하는 복합발전 플랜트인 동시에, 액화가스를 재기화시킨 연료가스를 이용하여 발전을 수행하는 가스 복합발전 플랜트이다.
복합발전 과정에서 발전 엔진의 효율을 높이기 위해 연료 발전시스템의 발전 엔진으로 흡입공기를 압축하여 과급하고, 발전 엔진의 출력을 높이기 위해 압축된 흡입공기를 냉각시켜 발전 엔진으로 공급한다. 본 발명에서는 연료 발전시스템의 과급기에 의해 압축된 고온의 흡입가스와의 열교환에 의해 승온된 냉각수를 연료가스 공급시스템으로 공급하여, 상기 승온된 냉각수의 열에너지를 이용하여 액화가스로부터 기화된 연료가스를 가열하도록 구성된다.
도 1을 비롯한 이하의 도면에서, 기체의 흐름은 점선 화살표로 도시되고, 액체의 흐름은 실선 화살표로 도시된다. 도시되지 않더라도, 기체 또는 액체가 이송되는 라인들에는 액체/가스의 이송 및 운용에 필요한 탱크, 펌프, 압축기 또는 밸브 등의 수단이 마련될 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 가스 복합발전 플랜트(100)는 액화가스 저장탱크(110), 연료가스 공급시스템(120), 연료 발전시스템(130), 증기 발전시스템(140) 및 해수 공급시스템(150)을 포함한다. 액화가스 저장탱크(110), 연료가스 공급시스템(120), 연료 발전시스템(130), 증기 발전시스템(140) 및 해수 공급시스템(150)은 가스 복합발전 플랜트(100)의 선체(도시생략) 상에 설치될 수 있다.
도 1에서 'LT', 'HT', 'MT', 'AT', 'SW', 'CW', 'EG', 'NG'는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 예시된 것으로, 각각 저온(Low Temperature), 고온(High Temperature), 중온(Medium Temperature), 상온(Ambient Temperature), 해수(Sea Water), 냉각수(Cooling Water), 배기가스(Exhaust Gas), 천연가스(Natural Gas)를 나타낸다.
액화가스 저장탱크(110)는 예를 들어 액화천연가스(LNG; Liquefied Natural Gas), 액화석유가스(LPG; Liquefied Petroleum Gas)와 같은 액화가스를 저장한다. 액화가스 저장탱크(110)는 극저온 상태의 액화가스를 단열시켜 저장하도록 구성될 수 있다. 액화가스 저장탱크(110)에는 액화가스를 연료가스 공급시스템(120)으로 공급하기 위한 펌프 등의 수단이 구비될 수 있다.
연료가스 공급시스템(fuel gas supply system)(120)은 액화가스 저장탱크(110)로부터 공급되는 액화가스를 재기화시켜 연료가스를 생성한다. 연료가스 공급시스템(120)에 의해 재기화되어 생성된 연료가스는 연료 발전시스템(130)으로 공급된다.
연료 발전시스템(130)은 연료가스를 연소하여 발전하는 발전 엔진(generator engine)을 포함하는 가스 발전시스템으로 제공될 수 있다. 발전 엔진은 연료가스에 의해 가동되는 터빈(turbine)을 포함할 수 있다.
증기 발전시스템(steam power generation system)(140)은 연료 발전시스템(130)에서 배출되는 배기가스(HT EG)에서 폐열을 회수하여 증기를 생성하고, 생성된 증기를 이용하여 터빈을 구동하여 발전하는 시스템으로 제공될 수 있다.
본 명세서에서 증기는 폐열을 회수하여 발전을 하기 위한 작동 유체로서, 수증기를 의미하는 것으로 한정되지 않으며, 수증기 이외의 다양한 작동 유체로 제공될 수 있다. 증기 발전시스템(140)에서 배출된 배기가스(LT EG)는 배기가스 처리유닛에 의해 후처리된 후, 굴뚝 형태의 연돌로 이송되어 배출될 수 있다.
연료 발전시스템(130)에서 과급기에 의해 압축되는 고온의 흡입공기(HT Air)는 증기 발전시스템(140)으로 공급되어 응축수를 선가열하기 위한 열매체로서 활용된다.
연료 발전시스템(130)에서 발전 엔진과 발전 엔진으로 과급되는 흡입공기를 냉각시키는 열교환 과정에서 냉각수는 고온으로 승온된다. 이와 같이 연료 발전시스템(130)에서 승온된 냉각수(HT CW)는 연료가스 공급시스템(120)으로 공급되어 재기화된 연료가스의 가열 또는 액화가스의 재기화를 위한 열원으로 활용된다.
해수 공급시스템(150)은 증기 발전시스템(140)에서 발전에 사용된 증기를 응축시켜 응축수를 생성하거나 연료 발전시스템(130)에서 냉각수를 냉각시키거나 연료가스 공급시스템(120)에서 액화가스를 재기화시키는 등 필요한 해수를 취수하여 공급할 수 있다.
본 명세서에서 해수는 강을 제외한 바다에 존재하는 물을 의미하는 것으로 제한되지 않으며, 복합발전 플랜트가 강위에 부유하거나 하안에 정박하여 운용되는 경우 해수는 강물을 나타내는 것으로 이해하여야 한다. 일 실시예로, 해수 공급시스템(150)은 해수 취수를 위한 펌프와, 취수된 해수를 처리하여 공급하는 해수처리유닛을 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 복합발전 플랜트의 구성도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 연료 발전시스템(130)은 발전 엔진(131), 과급기(132), 냉각수 공급부(133) 및 미스트 분리기(138)를 포함하여 구성될 수 있다.
발전 엔진(131)은 연료가스 공급시스템(120)으로부터 공급되는 연료가스(예를 들어, 액화가스로부터 재기화된 천연가스 또는 석유가스)를 연소시켜 발전할 수 있다.
과급기(132)는 연료 발전시스템(130)의 발전 엔진(131)에서 배출되는 배기가스(exhausted gas)의 압력에너지에 의해 구동되어 흡입공기를 압축하고, 압축된 흡입공기를 발전 엔진(131)의 흡입기로 과급함으로써, 발전 엔진(131)의 출력을 높일 수 있다.
일 실시예에서, 과급기(132)는 터보차저(turbocharger)로 구성될 수 있다. 과급기(132)는 발전 엔진(131)의 배기가스에 의해 구동되는 터빈(132a)과, 터빈(132a)과 동축으로 연결되어 터빈(132a)에 의해 작동하며 흡입공기를 압축하여 압축공기를 생성하는 컴프레서(compressor)(132b)를 포함할 수 있다.
과급기(132)와 증기 발전시스템(140)의 선가열기(145) 사이에는 열매체 공급라인(L5)이 연결된다. 과급기(132)에 의해 압축되는 과정에서 승온된 압축공기(압축된 흡입공기) 중의 적어도 일부는 열매체 공급라인(L5)을 통해 증기 발전시스템(140)의 선가열기(145)로 공급되어 응축수를 선가열하기 위한 열원으로 활용된다.
따라서, 연료 발전시스템(130)의 과급기(132)에 의해 압축된 고온의 흡입공기의 열에너지를 이용하여 증기 발전시스템(140)의 응축수를 선가열함으로써, 별도의 열원을 추가로 공급하지 않고 증기 발생량을 증가시킬 수 있으며, 응축수와의 열교환에 따른 반대급부로 흡입공기를 냉각시키는 효과도 얻을 수 있다.
선가열기(145)와 냉각수 공급부(133) 사이에는 흡입공기 이송라인(L6)이 연결된다. 응축수와의 열교환에 의해 냉각되어 선가열기(145)로부터 배출되는 흡입공기는 흡입공기 이송라인(L6)을 통해 냉각수 공급부(133)로 공급된다.
냉각수 공급부(133)는 발전 엔진(131)과 과급기(132)에 의해 압축된 흡입공기를 냉각시키기 위한 냉각수를 공급한다. 냉각수 공급부(133)는 흡입공기 냉각기(134), 순환펌프(135), 냉각수 냉각기(136) 및 냉각수단(137)을 포함할 수 있다.
과급기(132)에 의해 생성된 고온의 압축공기(압축된 흡입공기)는 선가열기(145)에서 냉각된 후, 흡입공기 냉각기(134)에 의해 냉각된다. 따라서, 고온의 흡입공기를 냉각시키기 위해 필요한 냉각수 공급부(133)의 냉각수 사용량을 줄이고, 공정 비용을 저감할 수 있다.
흡입공기 냉각기(134)에 의해 냉각된 흡입공기는 미스트 분리기(138)에 의해 미스트가 분리된 후 발전 엔진(131)의 흡입기로 과급될 수 있다. 순환펌프(135)는 냉각수를 순환 펌핑하도록 구성될 수 있다. 냉각수 냉각기(136)는 냉각수를 해수와 열교환시켜 냉각시키도록 구성될 수 있다. 냉각수단(137)은 기타 수요처에 냉각수를 공급하여 냉각을 수행할 수 있다.
해수 공급시스템(150)은 하나 이상의 해수 펌프(151, 152)를 포함할 수 있다. 일 실시예로, 제1 해수 펌프(151)는 냉각수 공급부(133)의 냉각수를 냉각시키기 위한 해수를 공급하고, 제2 해수 펌프(152)는 증기 발전시스템(140)에서 증기를 응축시키기 위한 해수를 응축기(143)로 공급할 수 있다.
증기 발전시스템(140)은 과급기(132)로부터 배출라인(l7)을 통해 배출되는 배기가스에서 폐열을 회수하여 증기 발전을 하도록 구성될 수 있다. 일 실시예로, 증기 발전시스템(140)은 증기 발생기(Heat Recovery and Steam Generator)(141), 증기 터빈(steam turbine)(142), 응축기(condenser)(143), 순환펌프(circulating pump)(144) 및 선가열기(condensate pre-heater)(145)를 포함할 수 있다.
증기 발생기(141)는 선가열기(145)에 의해 선가열된 응축수를 과급기(132)에서 배출되는 배기가스와 열교환시켜 증기 발전을 위한 증기를 생성한다. 증기 터빈(142)은 증기 발생기(141)에서 생성된 증기에 의해 가동되어 발전한다. 응축기(143)는 증기 터빈(142)을 가동한 후 배출되는 증기를 응축시켜 응축수를 생성한다. 순환펌프(144)는 응축기(143)에 의해 생성된 응축수를 순환시킨다. 선가열기(145)는 증기 발생량을 증가시키기 위하여 응축기(143)에 의해 응축된 응축수를 선가열한다.
선가열기(145)는 열매체 공급라인(L5)을 통해 흡입공기를 공급받아, 고온의 흡입공기를 이용하여 증기발전용 응축수를 선가열하도록 구성된다. 선가열기(145)에서 열교환되는 과정에서 냉각된 흡입공기는 흡입공기 이송라인(L6)을 통해 흡입공기 냉각기(134)로 공급되어 냉각된 후 발전 엔진(131)으로 과급된다.
연료가스 공급시스템(120)은 기화기(vaporizer)(121)와, 가열기(trim heater)(122)를 포함할 수 있다. 기화기(121)는 액화가스 저장탱크(110)로부터 공급되는 액화가스를 기화시킬 수 있다. 가열기(122)는 기화기(121)에 의해 기화된 연료가스를 가열하여 발전 엔진(131)으로 공급할 수 있다.
발전 엔진(131)과 흡입공기를 냉각시키는 과정에서 승온된 냉각수 중의 일부는 냉각수 라인(L1)을 통해 순환펌프(135)로 순환되고, 승온된 냉각수 중의 나머지 일부는 제1 공급라인(L2)을 통해 가열기(122)로 공급된다.
가열기(122)는 발전 엔진(131) 및 흡입공기를 냉각시키는 과정에서 승온된 냉각수 중의 적어도 일부를 제1 공급라인(L2)을 통해 공급받아, 상기 승온된 냉각수의 열에너지를 이용하여 기화기(121)에 의해 재기화된 연료가스를 가열한다.
기화기(121)가 발전 엔진(131) 및 흡입공기를 냉각시키는 과정에서 승온된 냉각수 및 가열기(122)에서 배출되는 냉각수의 열에너지를 이용하여 액화가스를 기화시키도록 구성되는 점에서, 앞서 설명한 실시예들과 차이가 있다.
제2 공급라인(L3)은 냉각수 라인(L1)으로부터 상기 승온된 냉각수의 일부를 공급받아 기화기(121)로 공급한다. 기화기(121)는 상기 승온된 냉각수 및 가열기(122)에서 연료가스와 열교환되어 배출된 냉각수를 공급받아, 냉각수의 열에너지를 이용하여 액화가스를 재기화시킨다. 기화기(121)에서 열교환되는 과정에서 냉각 배출된 냉각수는 순환라인(L4)을 통해 순환하여 해수를 냉각시킨 후, 순환펌프(135)로 공급된다.
본 실시예에 의하면, 연료 발전시스템(130)에서 발전 엔진(131) 및 흡입공기를 냉각시키는 과정에서 반대급부로 온도가 높아진 고온의 냉각수를 이용하여 연료용 액화가스를 재기화하고, 발전 엔진(131)의 효율이 최대가 될 수 있는 온도로 연료가스의 온도를 높임으로써, 해수나 외부 열원을 사용하지 않고 연료 발전시스템(130)의 발전 효율을 높일 수 있으며, 해수의 사용량을 줄여 운용 비용을 줄일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 과급기(132)에 의해 압축된 흡입공기의 열에너지를 이용하여 배기가스의 폐열을 회수하기 전에 증기 발전시스템(140)의 응축수를 선가열(Pre-heating)함으로써, 흡입공기의 열에너지를 회수하여 증기 발생기(141)에서 발생되는 증기의 양을 극대화하여 증기 발전 효율을 높이고, 응축수 가열을 위한 공정 비용을 저감할 수 있다. 또한, 응축수를 선가열하는 과정에서 반대급부로 흡입공기의 온도를 낮추어, 흡입공기의 냉각을 위한 냉각수 사용량을 줄이고, 흡입공기의 냉각 효율을 높일 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 복합발전 플랜트의 구성도이다. 도 3의 실시예를 설명함에 있어서, 앞서 설명한 실시예와 동일하거나 상응하는 구성요소에 대한 중복되는 설명은 생략될 수 있다. 도 3에 도시된 가스 복합발전 플랜트(100)는 과냉각수 공급라인(L8)과 과냉각기(139)를 포함하는 점에서, 앞서 설명한 실시예들과 차이가 있다.
과냉각수 공급라인(L8)은 연료가스 공급시스템(120)의 기화기(121)에서 열교환에 의해 냉각되어 배출되는 저온의 냉각수를 과냉각기(139)로 공급한다. 과냉각기(139)는 과냉각수 공급라인(L8)을 통해 공급되는 저온의 냉각수를 이용하여, 과급기(132)로 공급될 흡입공기를 냉각시키도록 구성될 수 있다. 과냉각기(139)에 의해 흡입공기를 냉각시킨 냉각수는 냉각수 공급부(133)의 순환라인(L4)으로 회수될 수 있다.
도 3의 실시예에 의하면, 연료가스 공급시스템(120)에서 액화가스와의 열교환에 의해 냉각된 저온의 냉각수를 이용하여 과급기(132)로 공급될 흡입공기를 과냉각함으로써, 과급기(132)에 의해 압축되어 생성되는 압축공기의 온도를 낮추어 발전 엔진(131)의 출력을 높일 수 있으며, 또한 흡입공기의 냉각을 위한 냉각수 사용량을 줄일 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가스 복합발전 플랜트의 구성도이다. 도 4의 실시예를 설명함에 있어서, 앞서 설명한 실시예와 동일하거나 상응하는 구성요소에 대한 중복되는 설명은 생략될 수 있다. 도 4에 도시된 가스 복합발전 플랜트(100)는 가열기(122)에서 열교환된 냉각수는 순환라인(L4)을 통해 순환펌프(135)로 회수되고, 기화기(121)는 냉각수와 열교환된 해수를 액화가스와 열교환시켜 액화가스를 재기화시키도록 구성된 점에서 앞서 설명한 실시예들과 차이가 있다.
기화기(121)는 냉각수 냉각기(136)에서 냉각수와 열교환된 해수를 해수 공급라인(L9)을 통해 공급받아, 상기 해수의 열에너지를 이용하여 액화가스를 재기화시키도록 구성된다. 기화기(121)에서 액화가스와의 열교환에 의해 온도가 낮아진 저온의 해수는 해수 이송라인(L10)을 통해 응축기(143)로 이송되어 증기 터빈(142)에서 배출되는 감압된 증기를 응축시키기 위한 열원으로 활용된다.
도 4의 실시예에 의하면, 기화기(121)에서 액화가스와 열교환에 의해 냉각된 저온의 해수의 냉열을 그대로 사용하여, 증기 응축을 위한 별도의 에너지원을 공급할 필요 없이 증기 발전시스템(120)에서 증기를 효율적으로 응축시킬 수 있다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 가스 복합발전 플랜트의 구성도이다. 도 5 및 도 6의 실시예들을 설명함에 있어서, 앞서 설명한 실시예들과 동일하거나 상응하는 구성요소에 대한 중복되는 설명은 생략될 수 있다. 도 5 및 도 6에 도시된 가스 복합발전 플랜트(100)는 흡입공기 냉각기(134)가 제1 냉각기(134a)와 제2 냉각기(134b)를 포함하여 구성되어 흡입공기를 다단 냉각시키도록 구성되는 점에서, 앞서 설명한 실시예들과 차이가 있다.
제1 냉각기(134a)는 과급기(132)에 의해 압축된 고온의 흡입공기를 압축공기 이송라인(L11)을 통해 공급받아 1차 냉각시키는 고온 냉각기로 제공될 수 있다. 제2 냉각기(134b)는 제1 냉각기(134a)에 의해 1차 냉각된 흡입공기를 2차 냉각시키고, 선가열기(145)에서 배출된 흡입공기를 냉각시키는 저온 냉각기로 제공될 수 있다. 제1 냉각기(134a)는 제2 냉각기(134b)에서 열교환된 냉각수를 공급받아 흡입공기를 냉각시키도록 구성될 수 있다. 도 3의 실시예에 의하면, 흡입공기 냉각기(134)의 다단 냉각 구조에 의해 흡입공기의 냉각 효율을 보다 향상시킬 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가스 복합발전 플랜트의 구성도이다. 도 7의 실시예를 설명함에 있어서, 앞서 설명한 실시예와 동일하거나 상응하는 구성요소에 대한 중복되는 설명은 생략될 수 있다. 도 7에 도시된 가스 복합발전 플랜트(100)는 승온된 냉각수를 선가열기(145)로 공급하는 열원 공급라인(L13)을 더 포함하고, 선가열기(145)는 열원 공급라인(L13)을 통해 공급되는 상기 승온된 냉각수를 이용하여 응축수를 선가열하도록 구성되는 점에서, 앞서 설명한 실시예들과 차이가 있다.
과급기(132)에 의해 압축된 흡입공기는 흡입공기 라인(L12)을 통해 흡입공기 냉각기(134)로 공급되어 냉각수에 의해 냉각된다. 열원 공급라인(L13)은 냉각수 공급부(133)의 냉각수 라인(L1)과 선가열기(145) 사이에 연결되어, 흡입공기와의 열교환에 의해 반대급부로 온도가 상승한 냉각수를 선가열기(145)로 공급한다.
도 7의 실시예에 의하면, 고온의 흡입공기와의 열교환에 의해 승온된 냉각수의 열에너지를 이용하여 증기 발전시스템(140)의 응축수를 선가열함으로써, 별도의 열원을 추가로 공급하지 않고 증기 발생량을 증가시킬 수 있으며, 응축수와의 열교환에 따른 반대급부로 냉각수를 효율적으로 냉각시키는 효과도 얻을 수 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가스 복합발전 플랜트의 구성도이다. 도 8의 실시예를 설명함에 있어서, 앞서 설명한 실시예들과 동일하거나 상응하는 구성요소에 대한 중복되는 설명은 생략될 수 있다. 도 8에 도시된 가스 복합발전 플랜트(100)는 과냉각수 공급라인(L8)과 과냉각기(139)를 포함하는 점에서, 도 7의 실시예와 차이가 있다.
과냉각수 공급라인(L8)은 연료가스 공급시스템(120)의 기화기(121)에서 열교환에 의해 냉각되어 배출되는 저온의 냉각수를 과냉각기(139)로 공급한다. 과냉각기(139)는 과냉각수 공급라인(L8)을 통해 공급되는 저온의 냉각수를 이용하여, 과급기(132)로 공급될 흡입공기를 냉각시키도록 구성될 수 있다. 과냉각기(139)에 의해 흡입공기를 냉각시킨 냉각수는 냉각수 공급부(133)의 순환라인(L4)으로 회수될 수 있다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가스 복합발전 플랜트의 구성도이다. 도 9의 실시예를 설명함에 있어서, 앞서 설명한 실시예들과 동일하거나 상응하는 구성요소에 대한 중복되는 설명은 생략될 수 있다. 도 9에 도시된 가스 복합발전 플랜트(100)는 가열기(122)에서 냉각된 냉각수는 이송라인(L14)과 순환라인(L15)을 통해 순환펌프로 회수되고, 기화기(121)는 해수에 의해 액화가스를 재기화시키고, 기화기(121)에서 액화가스와 열교환되어 냉각된 해수를 이용하여 증기를 응축시키도록 구성되는 점에서, 도 7 및 도 8의 실시예와 차이가 있다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 가스 복합발전 플랜트의 구성도이다. 도 10 및 도 11의 실시예를 설명함에 있어서, 앞서 설명한 실시예들과 동일하거나 상응하는 구성요소에 대한 중복되는 설명은 생략될 수 있다. 도 10 및 도 11에 도시된 가스 복합발전 플랜트(100)는 증기 발전시스템(140)이 파워 터빈(146)을 포함하는 점에서, 앞서 설명한 실시예들과 차이가 있다.
파워 터빈(146)은 발전 엔진(131)에서 배출되어 배기가스 공급라인(L16)을 통해 공급되는 배기가스에 의해 구동된다. 파워 터빈(146)을 가동시킨 후 배출되는 배기가스는 과급기(132)와 증기 발생기(141) 사이에 연결되는 배기가스 이송라인(L7)으로 합류된다. 도 10 및 도 11의 실시예에 의하면, 증기 발전시스템(140)의 발전 효율을 보다 높일 수 있다.
이상의 실시예들은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것으로, 본 발명의 범위를 제한하지 않으며, 이로부터 다양한 변형 가능한 실시예들도 본 발명의 범위에 속하는 것임을 이해하여야 한다. 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이며, 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 문언적 기재 그 자체로 한정되는 것이 아니라 실질적으로는 기술적 가치가 균등한 범주의 발명까지 미치는 것임을 이해하여야 한다.
100: 가스 복합발전 플랜트 110: 액화가스 저장탱크
120: 연료가스 공급시스템 121: 기화기
122: 가열기 130: 연료 발전시스템
131: 발전 엔진 132: 과급기
133: 냉각수 공급부 134: 흡입공기 냉각기
135: 순환펌프 136: 냉각수 냉각기
137: 냉각수단 138: 미스트 분리기
139: 과냉각기 140: 증기 발전시스템
141: 증기 발생기 142: 증기 터빈
143: 응축기 144: 순환펌프
145: 선가열기 150: 해수 공급시스템
151: 제1 해수 펌프 152: 제2 해수 펌프
L1: 냉각수 라인 L2: 제1 공급라인
L3: 제2 공급라인 L4: 순환라인
L5: 열매체 공급라인 L6: 흡입공기 이송라인
L7: 배기가스 이송라인 L8: 과냉각수 공급라인
L9: 해수 공급라인 L10: 해수 이송라인
L11: 압축공기 이송라인 L12: 흡입공기 라인
L13: 열원 공급라인 L14: 이송라인
L15: 순환라인

Claims (11)

  1. 해상 또는 하상에 부유 또는 고정되거나 해안 또는 하안에 정박하여 발전하는 가스 복합발전 플랜트에 있어서,
    액화가스를 기화시켜 연료가스를 생성하는 연료가스 공급시스템;
    상기 연료가스를 연소시켜 발전하는 발전 엔진과, 상기 발전 엔진에서 배출되는 배기가스의 압력에너지를 이용해 흡입공기를 압축하여 상기 발전 엔진으로 과급하는 과급기 및 상기 발전 엔진 및 상기 과급기에 의해 압축된 흡입공기를 냉각시키기 위한 냉각수를 공급하는 냉각수 공급부를 포함하는 연료 발전시스템; 및
    상기 과급기로부터 배출되는 배기가스에서 폐열을 회수하여 증기 발전하는 증기 발전시스템을 포함하고,
    상기 연료가스 공급시스템은 상기 압축된 흡입공기를 냉각시키는 과정에서 승온된 냉각수 중의 적어도 일부를 공급받아 상기 승온된 냉각수의 열에너지를 이용하여 상기 연료가스를 가열하도록 구성되며,
    상기 연료가스 공급시스템은 상기 액화가스를 기화시키는 기화기와, 상기 기화기에 의해 기화된 연료가스를 가열하여 상기 발전 엔진으로 공급하는 가열기를 포함하고,
    상기 기화기는 상기 승온된 냉각수 및 상기 가열기에서 배출되는 냉각수의 열에너지를 이용하여 상기 액화가스를 기화시키도록 구성되며,
    상기 가열기는 상기 기화기에 의해 기화된 연료가스를 상기 승온된 냉각수와 열교환시켜 상기 연료가스를 가열하도록 구성되는 가스 복합발전 플랜트.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 가열기 또는 상기 기화기에서 상기 액화가스 또는 상기 연료가스와의 열교환에 의해 냉각되어 배출되는 냉각수를 이용하여 상기 과급기로 공급될 흡입공기를 냉각시키도록 구성되는 과냉각기를 더 포함하는 가스 복합발전 플랜트.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 증기 발전시스템은 상기 발전 엔진으로부터 배출되는 배기가스에서 폐열을 회수하여 발전하며, 증기를 응축시키는 응축기, 상기 응축기에 의해 응축된 응축수를 선가열하는 선가열기, 및 상기 선가열기에 의해 선가열된 응축수를 상기 배기가스와 열교환시켜 증기 발전을 위한 증기를 생성하는 증기 발생기를 포함하는 가스 복합발전 플랜트.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 액화가스를 기화시키기 위한 해수를 상기 승온된 냉각수와 열교환시키거나 열교환 없이 상기 기화기로 공급하는 해수공급라인을 더 포함하고,
    상기 기화기는 상기 해수공급라인을 통해 공급되는 해수의 열에너지를 이용하여 상기 액화가스를 기화시키도록 구성되며,
    상기 응축기는 상기 기화기에서 액화가스와의 열교환에 의해 냉각된 해수를 이용하여 상기 증기를 응축시키도록 구성되는 가스 복합발전 플랜트.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 과급기와 상기 선가열기 사이에 연결되고, 상기 과급기에 의해 압축되는 과정에서 승온된 흡입공기 중의 적어도 일부를 상기 선가열기로 공급하는 열매체 공급라인을 포함하고,
    상기 선가열기는 상기 열매체 공급라인을 통해 상기 승온된 흡입공기를 공급받아 상기 승온된 흡입공기를 이용하여 상기 응축수를 선가열하도록 구성되는 가스 복합발전 플랜트.
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