KR102403854B1 - 액화가스 발전 시스템 - Google Patents

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Abstract

액화가스 발전 시스템이 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따른 액화가스 발전 시스템은, 액화가스를 기화한 가스로 작동되고 제1 발전기에 연결된 가스 터빈, 열매체를 순환시켜 액화가스를 기화시키는 기화기에서 액화가스의 냉열을 흡수하는 열매체 순환라인, 기화기에서 냉열을 흡수한 열매체를 이용하여 가스 터빈에 공급되는 공기를 냉각하는 제1 열교환기 및 기화기로 공급되는 열매체로 가스 터빈의 폐열을 흡수하는 제2 열교환기를 포함한다.

Description

액화가스 발전 시스템{Power generating system using LNG gas}
본 발명은 액화가스 발전 시스템에 관한 것이다.
선박을 포함하는 해상구조물에는 육상에 필요한 전력 또는 해상구조물 운영을 위하여 필요한 전력의 생산하기 위한 다양한 발전장치가 구비된다.
이러한 해상구조물에는 다양한 형태의 발전설비를 구비할 수 있으나, 최근에 액화천연가스를 주연료로 하는 가스 터빈발전을 이용한 가스 터빈 발전장치가 많이 사용되고 있다.
그런데, 액화천연가스의 재기화 과정에서 발생되는 냉열이 효율적으로 활용되지 않는 문제점이 있다. 또한, 발전설비에서 발생하는 다양한 폐열도 활용되지 않는 문제점도 있다.
한국공개특허 제2018-0076922호
본 발명의 실시예는, 액화천연가스의 재기화 과정에서 발생되는 냉열 및 발전설비에서 발생하는 다양한 폐열을 효과적으로 활용할 수 있는 액화가스 발전 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 액화가스를 기화한 가스로 작동되고 제1 발전기에 연결된 가스 터빈, 열매체를 순환시켜 액화가스를 기화시키는 기화기에서 액화가스의 냉열을 흡수하는 열매체 순환라인, 상기 기화기에서 냉열을 흡수한 상기 열매체를 이용하여 상기 가스 터빈에 공급되는 공기를 냉각하는 제1 열교환기 및 상기 기화기로 공급되는 상기 열매체로 상기 가스 터빈의 폐열을 흡수하는 제2 열교환기를 포함하는 액화가스 발전 시스템이 제공된다.
이 때, 상기 가스 터빈의 폐열로 수증기를 생성하는 스팀 보일러, 상기 수증기로 작동되고 제2 발전기로 연결된 스팀 터빈 및 상기 기화기에서 냉열을 흡수한 상기 열매체로 상기 스팀 터빈에서 배출된 수증기를 응축 시키는 제3 열교환기를 더 포함할 수 있다.
이 때, 상기 제3 열교환기에는 해수가 공급되며, 상기 제3 열교환기에서, 상기 해수 및 상기 열매체를 이용하여 상기 스팀 터빈에서 배출된 수증기를 응축시킬 수 있다.
또한, 상기 기화기로 상기 열매체가 공급되는 경로에 설치되며, 상기 제1 열교환기, 상기 제2 열교환기 및 상기 제3 열교환기에서 배출된 상기 열매체를 합하는 열매체 공급부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 기화기에서 상기 열매체가 배출되는 경로에 설치되며, 상기 기화기에서 배출된 상기 열매체를 분기하여, 상기 제1 열교환기, 상기 제2 열교환기 및 상기 제3 열교환기로 분배하는 열매체 분기부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 열매체 순환라인을 이용하여 액화천연가스의 냉열, 가스 터빈 및 스팀 터빈의 폐열을 통합적으로 활용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 발전 시스템을 나타낸 도면.
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, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에서, "상에"라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상 측에 위치하는 것을 의미하는 것이 아니다.
또한, 결합이라 함은, 각 구성 요소 간의 접촉 관계에 있어, 각 구성 요소 간에 물리적으로 직접 접촉되는 경우만을 뜻하는 것이 아니라, 다른 구성이 각 구성 요소 사이에 개재되어, 그 다른 구성에 구성 요소가 각각 접촉되어 있는 경우까지 포괄하는 개념으로 사용하도록 한다.
또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
이하, 본 발명에 따른 액화가스 발전 시스템의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 발전 시스템을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 발전 시스템은, 가스 터빈(10), 열매체 순환라인(20), 제1 열교환기(30) 및 제2 열교환기(40)를 포함한다.
가스 터빈(10)은 기화된 가스(1)를 연소시켜서 작동하여 회전력을 발생시킨다. 가스 터빈(10)에는 기화기(5)가 연결되며, 기화기(5)는 액화가스를 기화시켜 가스 터빈(10)으로 유입 시킨다. 액화가스로는 액상의 다양한 연료가 적용될 수 있으나, 본 실시예에서는 액화천연가스(LNG)를 기준으로 설명한다. 가스 터빈(10)에는 제1 발전기(12)가 연결되어 가스 터빈(10)에서 발생된 회전력을 이용하여 전기를 생산할 수 있다.
도 1을 참조하면, 저장탱크에 저장된 액화천연가스(LNG)가 펌프(3)를 통하여 기화기(5)에 공급되어 기화될 수 있다. 이 때, 증발가스(BOG)도 재응축기(2)를 통하여 액화되어 저장탱크의 액화천연가스와 같이 기화기(5)로 공급될 수 있다.
기화기(5)를 지나 기화된 가스(1)는 가스 터빈(10)으로 공급되고, 연소기가 가스(1)를 연소시켜서 가스 터빈(10)을 회전시킬 수 있다. 이때, 기화된 가스(1)를 연소에 적합한 온도로 가열하는 가열기(6)가 가스 터빈(10) 이전에 설치될 수 있다. 가열기(6)는 후술할 스팀 보일러(50)에서 발생한 수증기를 열원으로 이용할 수 있다.
열매체 순환라인(20)은, 열매체를 순환시켜 액화가스를 기화시키는 기화기(5)에서 액화가스의 냉열을 흡수한다. 열매체로는, 예를 들어, 글리콜 워터(Glycol Water), 프로판(Propane) 또는 유기냉매 등이 사용될 수 있다.
이 때, 열매체 순환라인(20)은 흡수한 냉열을 필요한 곳에 분배하는 열매체 분기부(25)를 구비할 수 있다. 또한, 열매체 순환라인(20)은 발전에서 발생하는 폐열을 합하는 열매체 공급부(23)를 더 구비할 수 있다.
도 1을 참조하면, 열매체 순환라인(20)은 기화기(5)에 열매체를 공급하는 공급경로(22) 및 열매체가 기화기에서 배출되는 배출경로(24)을 포함하여, 기화기(5)를 지나면서 기화기(5)에서 액화가스의 냉열을 흡수할 수 있다. 열매체 분기부(25)는 기화기(5)에서 열매체가 배출되는 경로(24)에 설치되며, 기화기(5)에서 배출된 열매체를 분기할 수 있다. 본 실시예의 열매체 분기부(25)는 후술할 제1 열교환기(30), 제2 열교환기(40) 및 제3 열교환기(70)로 향하는 3개의 라인(20a, 20b, 20c)으로 분기되어 열매체를 분배할 수 있다.
또한, 열매체 공급부(23)는 기화기(5)로 열매체가 공급되는 경로(22)에 설치되며, 분기되었던 열매체가 다시 합하여지는 구조를 가질 수 있다. 본 실시예의 열매체 공급부(23)는 분기된 3개의 라인(20a, 20b, 20c)이 다시 모이는 구조를 가져서, 제1 열교환기(30), 제2 열교환기(40) 및 제3 열교환기(70)에서 배출된 열매체를 합할 수 있다.
제1 열교환기(30)는, 기화기(5)에서 냉열을 흡수한 열매체를 이용하여 가스 터빈(10)에 공급되는 공기를 냉각한다. 제1 열교환기(30)는, 가스 터빈(10)에 공급되는 공기를 발전의 효율이 높은 최적온도로 낮출 수 있다. 즉, 열매체가 흡수한 냉열을 이용하여 가스 터빈(10)에 공급되는 공기의 온도를 낮추어 가스 터빈(10)의 효율을 높일 수 있다.
도 1을 참조하면, 제1 열교환기(30)는 열매체 분기부(25)에서 냉열을 가진 열매체를 공급받고, 냉열을 사용한 열매체를 열매체 공급부(23)로 다시 공급할 수 있다.
제2 열교환기(40)는, 기화기(5)로 공급되는 열매체로 가스 터빈(10)의 폐열을 흡수한다. 구체적으로, 제2 열교환기(40)에서 가스 터빈(10)의 배기가스(11)와 열매체가 열교환하여 열매체가 폐열을 흡수하고, 폐열을 흡수한 열매체는 기화기(5)로 공급될 수 있다. 이에 따라, 기화기(5)에서 열매체가 흡수한 폐열을 이용하여 액화가스를 기화시킬 수 있다.
도 1을 참조하면, 제2 열교환기(40)는 폐열을 가진 열매체를 열매체 공급부(23)로 공급하고, 기화기(5)에서 폐열을 사용한 열매체를 열매체 분기부(25)에서 공급받을 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따르면, 열매체 순환라인(20)을 이용하여 액화천연가스의 냉열, 가스 터빈의 폐열을 통합적으로 활용할 수 있다.
한편, 액화가스 발전 시스템은, 가스 터빈(10)의 배기가스가 가진 폐열을 더욱 효과적으로 이용할 수 있도록, 스팀 보일러(50) 및 스팀 터빈(60)을 더 포함할 수 있다.
도 1을 참조하면, 스팀 보일러(50)는 가스 터빈(10)의 배기가스(11)가 배출되는 경로에 설치되어 가스 터빈(10)의 폐열로 수증기를 생성할 수 있다. 스팀 터빈(60)은 스팀 보일러(50)에서 생성된 수증기로 작동되어 회전력을 발생한다. 스팀 터빈(60)에는 제2 발전기(62)가 연결되어 전기를 발생할 수 있다.
이 때, 냉열을 이용하여 수증기를 응축 시키는 제3 열교환기(70)를 더 포함할 수 있다. 제3 열교환기(70)는 기화기(5)에서 냉열을 흡수한 열매체로 스팀 터빈(60)에서 배출된 수증기를 응축 시킬 수 있다. 특히, 제3 열교환기(70)는 냉열뿐만 아니라 해수를 추가로 이용하여 스팀 터빈(60)에서 배출된 수증기를 응축시킬 수 있다.
도 1을 참조하면, 제3 열교환기(70)에는 해수가 공급될 수 있다. 이에 따라, 제3 열교환기(70)에서 해수, 열매체 및 수증기가 동시에 열교환이 이루어질 수 있고, 온도가 가장 높은 수증기가 빠르게 냉각되어 응축될 수 있다.
제3 열교환기(70)는 열매체 분기부(25)에서 냉열을 가진 열매체를 공급받아 냉열을 수증기 응축에 사용하고, 스팀 터빈(60)의 폐열 및 해수의 열을 공급은 열매체는 열매체 공급부(23)로 공급할 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
1: 액화가스 5: 기화기
10: 가스 터빈 12: 제1 발전기
20: 열매체 순환라인 23: 열매체 공급부
25: 열매체 분기부 30: 제1 열교환기
40: 제2 열교환기 50: 스팀 보일러
60: 스팀 터빈 62: 제2 발전기
70: 제3 열교환기

Claims (5)

  1. 액화가스를 기화한 가스로 작동되고 제1 발전기에 연결된 가스 터빈;
    열매체를 순환시켜 액화가스를 기화시키는 기화기에서 액화가스의 냉열을 흡수하는 열매체 순환라인;
    상기 기화기에서 냉열을 흡수한 상기 열매체를 이용하여 상기 가스 터빈에 공급되는 공기를 냉각하는 제1 열교환기;
    상기 기화기로 공급되는 상기 열매체로 상기 가스 터빈의 폐열을 흡수하는 제2 열교환기;
    상기 가스 터빈의 폐열로 수증기를 생성하는 스팀 보일러;
    상기 수증기로 작동되고 제2 발전기로 연결된 스팀 터빈;
    상기 기화기에서 냉열을 흡수한 상기 열매체로 상기 스팀 터빈에서 배출된 수증기를 응축 시키는 제3 열교환기; 및
    상기 기화기에서 상기 열매체가 배출되는 경로에 설치되며, 상기 기화기에서 배출된 상기 열매체를 분기하여, 상기 제1 열교환기, 상기 제2 열교환기 및 상기 제3 열교환기로 분배하는 열매체 분기부를 포함하는 액화가스 발전 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제3 열교환기에는 해수가 공급되며,
    상기 제3 열교환기에서, 상기 해수 및 상기 열매체를 이용하여 상기 스팀 터빈에서 배출된 수증기를 응축시키는 액화가스 발전 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기화기로 상기 열매체가 공급되는 경로에 설치되며,
    상기 제1 열교환기, 상기 제2 열교환기 및 상기 제3 열교환기에서 배출된 상기 열매체를 합하는 열매체 공급부를 더 포함하는 액화가스 발전 시스템.
  5. 삭제
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