KR102426556B1 - Floating and storage power plant using cold heat of liquefied natural gas and generating method thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액화천연가스 냉열을 이용한 부유식 가스복합 발전플랜트 및 발전방법에 관한 것으로, 가스를 연료로 사용하는 가스터빈 또는 엔진의 스팀발생기의 진공 냉각기(vacuum condenser)에, 기화기(fuel gas supply vaporizer)에 사용한 저온의 냉각수(glycol water)를 해수(sea water) 대신 사용함으로써, 열 낙차를 증대시켜서 스팀발생기의 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 가스를 연료로 사용하는 가스터빈/엔진은 디젤 엔진보다 배기가스 온도가 낮아 스팀발생기의 가용 에너지가 적어 폐열회수기 적용이 비경제적일 수 있으나, 본 실시 예에서는 LNG 냉열을 이용하여 스팀발생기의 진공 냉각기를 냉각시킴으로써, 폐열회수 효율성을 높일 수 있어 매우 경제적이다.
또한, 저온의 열매(글리콜 워터)로 진공 냉각기를 냉각함으로써, 스팀발생기의 효율을 향상시키고, 해수 냉각펌프(SW cooling pump)를 삭제함으로써, 에너지 절감 및 제조원가를 낮출 수 있다.The present invention relates to a floating gas combined cycle power plant using cooling and heat of liquefied natural gas and a power generation method, to a vacuum condenser of a steam generator of a gas turbine or engine using gas as fuel, a fuel gas supply vaporizer ), by using low-temperature cooling water (glycol water) instead of sea water, it is possible to increase the heat drop and improve the efficiency of the steam generator.
In addition, the gas turbine/engine using gas as a fuel has a lower exhaust gas temperature than that of a diesel engine, so it may be uneconomical to apply a waste heat recovery device because the available energy of the steam generator is low. By cooling the vacuum cooler, the waste heat recovery efficiency can be increased, which is very economical.
In addition, by cooling the vacuum cooler with a low temperature heat medium (glycol water), the efficiency of the steam generator is improved, and by eliminating the seawater cooling pump (SW cooling pump), it is possible to save energy and lower the manufacturing cost.

Description

액화천연가스 냉열을 이용한 부유식 가스복합 발전플랜트 및 발전방법{FLOATING AND STORAGE POWER PLANT USING COLD HEAT OF LIQUEFIED NATURAL GAS AND GENERATING METHOD THEREOF}FLOATING AND STORAGE POWER PLANT USING COLD HEAT OF LIQUEFIED NATURAL GAS AND GENERATING METHOD THEREOF

본 발명은 액화천연가스 냉열을 이용한 부유식 가스복합 발전플랜트 및 발전방법에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로 가스를 연료로 사용하는 가스터빈 또는 엔진의 스팀발생기의 응축기에, 기화기에 사용한 저온의 냉각수(glycol water)를 해수(海水) 대신 사용함으로써, 열 낙차를 증대시켜서 스팀발생기의 효율을 향상시킬 수 있는, 액화천연가스 냉열을 이용한 부유식 가스복합 발전플랜트 및 발전방법에 관한 것이다.The present invention relates to a floating gas combined cycle power plant and power generation method using the cooling and heat of liquefied natural gas, and more particularly, to a low-temperature cooling water used in a condenser of a steam generator of a gas turbine or engine using gas as a fuel, and a carburetor ( To a floating gas combined cycle power plant and power generation method using cold heat of liquefied natural gas, which can improve the efficiency of a steam generator by increasing the heat drop by using glycol water instead of seawater.

최근에는 친환경적인 발전(發電)에 대한 요구로 천연가스를 이용한 발전에 대한 관심이 증가하고 있다.Recently, interest in power generation using natural gas is increasing due to the demand for eco-friendly power generation.

특히, 폐열을 회수하여 스팀 터빈을 구동하는 복합화력발전 기술이 등장함에 따라 가스발전의 효율 증대와 가스 가격의 하락안정에 따른 가스 발전 수요가 점점 커지고 있는 실정이다.In particular, as combined cycle power generation technology for driving a steam turbine by recovering waste heat has emerged, the demand for gas power generation is increasing due to the increase in the efficiency of gas power generation and the stabilization of decline in gas prices.

한편, 전력공급이 원활하지 않은 신흥 개발국 등에서 가스 발전에 대한 관심이 높아지고 있는데, 가스 발전은 그 특성상 육지에 가스 저장소 등과 같은 가스 인프라가 구비되어야 발전(發電)이 가능하기 때문에 개발에 제한이 많았다.On the other hand, interest in gas power generation is growing in emerging and developing countries where power supply is not smooth. Due to the nature of gas power generation, gas infrastructure such as gas storage on land is required to generate power, so there are many restrictions on development.

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.In order to solve such a problem, a floating offshore gas storage regasification unit called FSRU (Floating Storage Re-gasfication Unit) has appeared, and gas is supplied to power plants on land using these offshore gas storage regasification facility lines. did it

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 있었다.However, power generation on land using such FSRUs causes a double burden of installing FSRUs at sea and building power plants on land. In other words, there were disadvantages in that not only the FSRU but also the construction of the onshore power plant required securing a place and required construction costs.

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.In particular, since it takes a lot of time to construct an onshore power plant, it is difficult to supply power within a short time. Therefore, in addition to the above method, research on a new and advanced type of Floating and Storage Power Plant (FSPP) that can produce electricity using waste heat while having a gas storage at sea is being actively conducted. .

국내 공개 제10-2015-0061230호Domestic Publication No. 10-2015-0061230

도 1은 가스 복합화력 발전플랜트의 구성도이다.1 is a block diagram of a gas combined cycle power plant.

도 1을 참조하면, 가스 복합화력 발전플랜트(1)에는 LNG 저장탱크(10)의 액화천연가스를 연료로 사용하여 전력을 생산하는 가스터빈(20)이 설치된다.Referring to FIG. 1 , a gas turbine 20 for generating electric power using liquefied natural gas in an LNG storage tank 10 as a fuel is installed in a gas combined cycle power plant 1 .

가스터빈(20)에서 배출되는 배기가스는 스팀발생기(30)를 거쳐서 외부로 배출되는데, 스팀발생기(30)는 가스터빈(20)에서 폐기되는 폐열을 회수하여 스팀을 생산한다.The exhaust gas discharged from the gas turbine 20 is discharged to the outside through the steam generator 30 , and the steam generator 30 recovers waste heat discarded from the gas turbine 20 to produce steam.

스팀발생기(30)에서 생산한 스팀은 스팀터빈(40)에 공급되며, 스팀터빈(40)에서는 스팀을 이용하여 전력을 생산한다.The steam produced by the steam generator 30 is supplied to the steam turbine 40 , and the steam turbine 40 uses the steam to generate electricity.

응축기(50)는 스팀터빈(40)에서 배출되는 스팀을 응축하며, 응축과정에서 발생하는 열을 냉각하기 위하여 응축기(50)에는 씨-체스트(sea-chest)를 통해서 해수(海水)가 유입된다. The condenser 50 condenses the steam discharged from the steam turbine 40, and seawater is introduced into the condenser 50 through a sea-chest to cool the heat generated during the condensation process. .

해수는 해수 순환라인(L)을 통해서 유입되어 응축기(50)를 냉각시킨 후에 해상으로 배출(over board)된다. 해수 순환라인(L)에는 해수 펌프(P)가 구비된다. 응축기(50)에 의해서 응축된 응축수는 캐스케이드 탱크(60)에 저장된다.Seawater is introduced through the seawater circulation line (L) and is discharged (over board) to the sea after cooling the condenser (50). The seawater circulation line (L) is provided with a seawater pump (P). The condensed water condensed by the condenser 50 is stored in the cascade tank 60 .

기화기(70)는 LNG 저장탱크(10)의 LNG(액화천연가스)를 기화시켜서 가스터빈(20)의 연소기(21)에 공급하게 되는데, 기화기(70)에는 기화기(70)에 열원을 제공하기 위하여 글리콜 워터를 순환시키는 글리콜 워터 순환라인(80)이 연결 설치된다.The vaporizer 70 vaporizes LNG (liquefied natural gas) in the LNG storage tank 10 and supplies it to the combustor 21 of the gas turbine 20. The vaporizer 70 provides a heat source to the vaporizer 70. A glycol water circulation line 80 for circulating glycol water is connected and installed for this purpose.

글리콜 워터 순환라인(80) 상에는 스팀발생기(30)에서 생산한 스팀을 열원으로 하여 글리콜 워터를 가열하기 위한 히터(열교환기, 82)가 설치된다.A heater (heat exchanger, 82) is installed on the glycol water circulation line 80 to heat the glycol water using the steam produced by the steam generator 30 as a heat source.

그러나 가스 복합화력 발전플랜트에서는, 응축기(50)(진공 냉각기, vacuum condenser)의 냉각 매체로 일반적 설계기준 27℃ 내지 32℃의 해수(海水)를 사용하므로, 발생시킬 수 있는 진공 압력에 한계가 있으며, 이에 따라 얻을 수 있는 열 낙차도 제한적일 수밖에 없다.However, in the gas combined cycle power plant, the condenser 50 (vacuum cooler, vacuum condenser) uses seawater of a general design standard of 27 ° C to 32 ° C as a cooling medium, so there is a limit to the vacuum pressure that can be generated. , the heat drop that can be obtained accordingly is inevitably limited.

또한, FSPP(부유식 발전 플랜트)의 경우, 설치 지역이 동남아시아, 아프리카 등으로 전체 복합화력의 효율이 ISO 대비 현저하게 떨어지는 문제를 상정할 수 있다.In addition, in the case of FSPP (floating power plant), it can be assumed that the installed area is Southeast Asia, Africa, etc., and the efficiency of the combined cycle power plant is significantly lower than that of ISO.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 가스를 연료로 사용하는 가스터빈 또는 엔진의 스팀발생기(혹은 폐열회수기)의 응축기에, 기화기(fuel gas supply vaporizer)에 사용한 저온의 냉각수(glycol water)를 해수(sea water) 대신 사용함으로써, 열 낙차를 증대시켜서 스팀발생기의 효율을 향상시킬 수 있는 부유식 가스복합 발전플랜트 및 발전방법을 제공함에 그 목적이 있다.The present invention is to solve the above problems, low-temperature cooling water (glycol water) used in the condenser of the steam generator (or waste heat recoverer) of a gas turbine or engine using gas as a fuel, and a vaporizer (fuel gas supply vaporizer) An object of the present invention is to provide a floating gas combined cycle power plant and a power generation method capable of improving the efficiency of a steam generator by increasing a heat drop by using instead of sea water.

본 발명은 전술한 목적을 달성하기 위하여 액화천연가스 냉열을 이용한 부유식 가스복합 발전플랜트를 제공한다.The present invention provides a floating gas combined cycle power plant using liquefied natural gas cooling and heat in order to achieve the above object.

본 발명의 액화천연가스 냉열을 이용한 부유식 가스복합 발전플랜트는, LNG 저장탱크의 LNG를 연료로 사용하여 전력을 생산하는 가스 터빈 유닛; 상기 가스 터빈 유닛에서 폐기되는 폐열을 회수하여 스팀을 생산하는 스팀발생기; 상기 스팀발생기에서 생산한 스팀을 이용하여 전력을 생산하는 스팀 터빈 유닛; 상기 스팀 터빈 유닛에서 폐기되는 스팀을 응축하는 응축기; 상기 가스 터빈 유닛의 연소기에, 기화된 연료가스를 공급하는 기화기; 및 상기 기화기에 열원을 제공하기 위하여 열매를 순환시키되, LNG를 기화시키는 과정에서 발생하는 LNG의 냉열을 이용하여 상기 응축기를 냉각시키고, 상기 응축기를 냉각시키는 과정에서 발생하는 열매의 온열을 이용하여 LNG를 기화시키는 열매순환 유닛을 포함한다.The floating gas combined cycle power plant using the cooling and heat of liquefied natural gas of the present invention includes: a gas turbine unit for generating electric power using LNG in an LNG storage tank as a fuel; a steam generator that recovers waste heat discarded from the gas turbine unit and produces steam; a steam turbine unit for generating electric power using the steam produced by the steam generator; a condenser condensing the steam discarded from the steam turbine unit; a vaporizer for supplying vaporized fuel gas to the combustor of the gas turbine unit; and circulating the fruit to provide a heat source to the vaporizer, cooling the condenser using the cold heat of LNG generated in the process of vaporizing LNG, and using the heat of the heat generated in the process of cooling the condenser to LNG It includes a heat medium circulation unit that vaporizes the.

본 발명의 액화천연가스 냉열을 이용한 부유식 가스복합 발전플랜트는, 응축기에 의해 응축된 응축수를 저장하기 위한 캐스케이드 탱크, 및 LNG를 압축하여 기화기에 이송하기 위한 연료펌프를 더 포함한다.The floating gas combined cycle power plant using the cooling and heat of liquefied natural gas of the present invention further includes a cascade tank for storing the condensed water condensed by the condenser, and a fuel pump for compressing the LNG and transferring it to the carburetor.

상기 열매순환 유닛은, 열매가 저장되는 열매 저장탱크; 열매순환 라인에 설치되며, 상기 기화기에 열원을 제공하기 위한 제1 열교환기; 상기 열매순환 라인에 설치되며, 상기 응축기를 냉각시키기 위한 제2 열교환기; 및 상기 스팀발생기에서 생산한 스팀을 열원으로 하여 상기 제1 열교환기를 경유하는 열매를 가열하는 열매 히터를 포함한다.The heat medium circulation unit includes a heat storage tank in which the heat is stored; a first heat exchanger installed in the heat medium circulation line and configured to provide a heat source to the vaporizer; a second heat exchanger installed in the heat medium circulation line to cool the condenser; and a heat medium heater for heating the heat medium passing through the first heat exchanger by using the steam produced by the steam generator as a heat source.

한편, 본 발명의 액화천연가스 냉열을 이용한 부유식 가스복합 발전방법은, LNG 저장탱크에 저장된 LNG를 연료로 사용하여 가스 터빈 유닛에서 전력을 생산하는 단계; 상기 가스 터빈 유닛에서 폐기되는 폐열을 회수하여 스팀발생기에서 스팀을 생산하는 단계; 상기 스팀발생기에서 생산한 스팀을 이용하여 스팀 터빈 유닛에서 전력을 생산하는 단계; 상기 스팀 터빈 유닛에서 폐기되는 스팀을 응축기가 응축하는 단계; 기화기에서 LNG를 기화시키고, 상기 가스 터빈 유닛의 연소기에 기화된 연료가스를 공급하는 단계; 및 상기 기화기에 열원을 제공하기 위하여 열매순환유닛에서 열매를 순환시키되, LNG를 기화시키는 과정에서 발생하는 LNG의 냉열을 이용하여 상기 응축기를 냉각시키고, 상기 응축기를 냉각시키는 과정에서 발생하는 열매의 온열을 이용하여 LNG를 기화시키는 단계를 포함한다.On the other hand, the floating gas combined cycle power generation method using the cooling and heat of liquefied natural gas of the present invention comprises the steps of using LNG stored in an LNG storage tank as a fuel to generate electricity in a gas turbine unit; generating steam in a steam generator by recovering waste heat disposed of in the gas turbine unit; generating electric power in a steam turbine unit using the steam produced by the steam generator; condensing the steam discarded from the steam turbine unit by a condenser; vaporizing LNG in a vaporizer, and supplying vaporized fuel gas to a combustor of the gas turbine unit; and circulating the heat in the heat medium circulation unit to provide a heat source to the vaporizer, cooling the condenser using the cooling heat of LNG generated in the process of vaporizing the LNG, and heating the heat generated in the process of cooling the condenser It includes the step of vaporizing LNG using the.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 해수(海水)를 이용하여 진공 냉각기(응축기, vacuum condenser)를 냉각시키는 종전 방식을 탈피하여, 연료가스 공급시, 기화기(fuel gas supply vaporizer)에 열원을 제공하여 열 교환된 저온의 열매(glycol/water)의 냉열을 이용하여, 가스를 연료로 사용하는 가스터빈 또는 스팀발생기의 진공 냉각기를 냉각시킴으로써, 열 낙차를 증대시켜서 스팀발생기의 효율을 향상시킬 수 있다.As described above, the present invention breaks away from the conventional method of cooling a vacuum cooler (condenser) using seawater, and provides a heat source to a fuel gas supply vaporizer when fuel gas is supplied. By cooling the vacuum cooler of a gas turbine or steam generator using gas as fuel by using the cooling heat of the heat-exchanged low-temperature heat medium (glycol/water), it is possible to increase the heat drop and improve the efficiency of the steam generator.

또한, 가스를 연료로 사용하는 가스터빈/엔진은 디젤 엔진보다 배기가스 온도가 낮아 스팀발생기의 가용 에너지가 적어 스팀발생기 적용이 비경제적일 수 있으나, 본 실시 예에서는 LNG 냉열을 이용하여 스팀발생기의 진공 냉각기를 냉각시킴으로써, 폐열회수 효율성을 높일 수 있어 매우 경제적이다.In addition, the gas turbine/engine using gas as a fuel has a lower exhaust gas temperature than that of a diesel engine, so it may be uneconomical to apply the steam generator because the available energy of the steam generator is low. By cooling the vacuum cooler, waste heat recovery efficiency can be increased, which is very economical.

또한, 저온의 열매(글리콜 워터)로 진공 냉각기를 냉각함으로써, 스팀발생기의 효율을 향상시키고, 해수 냉각펌프(SW cooling pump)를 삭제함으로써, 에너지 절감 및 제조원가를 낮출 수 있다.In addition, by cooling the vacuum cooler with a low temperature heat medium (glycol water), the efficiency of the steam generator is improved, and by eliminating the seawater cooling pump (SW cooling pump), it is possible to save energy and lower the manufacturing cost.

또한, LNG 냉열을 이용해 스팀발생기의 효율을 향상시켜서 전체 투자비용을 줄이고, 운전비용을 절감할 수 있다.In addition, by improving the efficiency of the steam generator by using LNG cooling heat, it is possible to reduce the overall investment cost and reduce the operating cost.

또한, 연료용 가스 생성을 위한 에너지를 절감할 수 있다.In addition, energy for generating gas for fuel can be reduced.

또한, 진공 냉각기에 설치되던 해수 냉각펌프의 제거가 가능하며, 온도가 높아진 해수를 선외로 배출하지 않으므로 매우 친환경적이다.In addition, it is possible to remove the seawater cooling pump installed in the vacuum cooler, and it is very eco-friendly because the seawater whose temperature has risen is not discharged overboard.

또한, 동남아시아/아프리카를 타깃으로 하는 FSPP의 경우, 적은 비용으로 안정적인 복합화력발전(CCPP)의 효율을 확보할 수 있는 장점이 있다.In addition, in the case of FSPP targeting Southeast Asia/Africa, it has the advantage of securing stable CCPP efficiency at low cost.

도 1은 종래 가스 복합화력 발전플랜트의 구성도
도 2는 본 발명의 액화천연가스 냉열을 이용한 부유식 가스복합 발전플랜트의 구성도
도 3은 본 발명의 액화천연가스 냉열을 이용한 부유식 가스복합 발전방법을 설명하는 블록도1 is a block diagram of a conventional gas combined cycle power plant;
2 is a configuration diagram of a floating gas combined cycle power plant using liquefied natural gas cooling and heat of the present invention;
3 is a block diagram illustrating a floating gas combined cycle power generation method using liquefied natural gas cooling and heat of the present invention

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 액화천연가스 냉열을 이용한 부유식 가스복합 발전플랜트 및 발전방법에 대하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, a floating gas combined cycle power plant and power generation method using the cooling and heat of liquefied natural gas of the present invention will be described in detail.

도 2는 본 발명의 액화천연가스 냉열을 이용한 부유식 가스복합 발전플랜트의 구성도이고, 도 3은 본 발명의 액화천연가스 냉열을 이용한 부유식 가스복합 발전방법을 설명하는 블록도이다.Figure 2 is a block diagram illustrating a floating gas combined cycle power plant using the cooling heat of the liquefied natural gas of the present invention, Figure 3 is a block diagram illustrating the floating gas combined cycle power generation method using the cooling heat of the liquefied natural gas of the present invention.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 액화천연가스 냉열을 이용한 부유식 가스복합 발전플랜트(100)는, LNG 저장탱크(연료 공급원, 10)의 액화천연가스를 연료로 사용하여 전력을 생산하는 가스 터빈 유닛(110)을 구비한다.2 and 3, the floating gas combined cycle power plant 100 using the cooling and heat of liquefied natural gas of the present invention uses liquefied natural gas of an LNG storage tank (fuel supply source, 10) as a fuel to generate electric power and a gas turbine unit 110 for producing

LNG 저장탱크(10)는 해상에 마련되어 오일 및 가스를 생산하는 해양 생산 설비일 수 있으나, 생산 설비에 한정되는 것은 아니고, 부유식 발전 플랜트로 연료가스를 공급할 수 있는 선박 또는 특수 선박일 수도 있다. 예를 들면, FPSO(Floating Production, Storage and Off-loading)일 수 있으며, 그 외에도 LNG를 저장하고 가스화하여 공급하는 FSRU(Floating Storage and Regasification Unit) 등도 될 수 있다.The LNG storage tank 10 may be an offshore production facility that is provided at sea to produce oil and gas, but is not limited to the production facility, and may be a ship or a special ship capable of supplying fuel gas to a floating power plant. For example, it may be a Floating Production, Storage and Off-loading (FPSO), and in addition, it may be a Floating Storage and Regasification Unit (FSRU) that stores, gasifies and supplies LNG.

본 발명의 부유식 가스복합 발전플랜트(100)는, 해상에 부유하는 바지(barge) 등의 해양 플랫폼에 가스 터빈 유닛(110)이 탑재된 해양 구조물을 포함한다.The floating gas combined cycle power plant 100 of the present invention includes an offshore structure in which the gas turbine unit 110 is mounted on an offshore platform such as a barge floating on the sea.

최근에는 천연가스의 가격 안정화 추세와 각국의 환경오염 규제 등에 따라 발전 플랜트의 연료로 천연가스가 사용되고 있다. 연료 공급원으로부터 가스연료는 가스 공급배관(미도시)을 통해서 부유식 가스복합 발전플랜트로 공급될 수 있다.Recently, natural gas is being used as a fuel for power plants in accordance with the trend of stabilizing the price of natural gas and environmental pollution regulations of each country. Gas fuel from the fuel source may be supplied to the floating gas combined cycle power plant through a gas supply pipe (not shown).

본 발명의 액화천연가스 냉열을 이용한 부유식 가스복합 발전플랜트(100)에서, 가스 터빈 유닛(110)은 연소기(111)에 압축공기를 제공하는 압축기(112), 연소기(112)에서의 연소가스 연소에 의해서 발생하는 가스압력을 이용하여 회전하는 가스터빈(113), 및 가스터빈(113)의 회전력을 이용하여 전기를 생산하는 발전기(114)를 포함한다.In the floating gas combined cycle power plant 100 using the cooling and heat of liquefied natural gas of the present invention, the gas turbine unit 110 is a compressor 112 that provides compressed air to the combustor 111, and combustion gas in the combustor 112. It includes a gas turbine 113 that rotates using gas pressure generated by combustion, and a generator 114 that generates electricity using the rotational force of the gas turbine 113 .

배기가스 배출라인(L1) 상에는 가스 터빈 유닛(110)에서 폐기되는 폐열을 회수하여 스팀을 생산하는 스팀발생기(폐열회수기, 120)가 구비된다.A steam generator (waste heat recoverer, 120) is provided on the exhaust gas discharge line (L1) to recover the waste heat discarded from the gas turbine unit 110 to produce steam.

스팀발생기(120)에서 생산한 스팀은 캐스케이드 탱크(130)에 바로 저장되거나, 스팀 터빈 유닛(140)으로 공급될 수 있다.The steam produced by the steam generator 120 may be directly stored in the cascade tank 130 or may be supplied to the steam turbine unit 140 .

캐스케이드 탱크(130)에 바로 저장되는 스팀은 스팀 라인(L2)을 따라 이동하고 스팀 터빈 유닛(140)으로 공급되는 스팀은 스팀 라인(L3)을 따라 이동한다.The steam directly stored in the cascade tank 130 moves along the steam line L2 , and the steam supplied to the steam turbine unit 140 moves along the steam line L3 .

스팀 터빈 유닛(140)은 스팀발생기(130)에서 생산한 스팀을 이용하여 전기를 생산하며, 스팀 터빈 유닛(140)을 거친 후 배출되는 스팀은 응축기(150)에 의해서 응축된다.The steam turbine unit 140 generates electricity using the steam produced by the steam generator 130 , and the steam discharged after passing through the steam turbine unit 140 is condensed by the condenser 150 .

응축기(150)는 진공 냉각기를 포함하며, 스팀을 응축하여 캐스케이드 탱크(130)에 저장한다. 스팀 응축과정에서, 응축기(150) 내부는 진공압력이 발생하여 별도의 펌프 없이도 응축수는 캐스케이드 탱크(130) 안으로 이송되어 저장될 수 있다.The condenser 150 includes a vacuum cooler, and condenses steam and stores it in the cascade tank 130 . In the steam condensing process, a vacuum pressure is generated inside the condenser 150 so that the condensed water can be transferred into the cascade tank 130 and stored without a separate pump.

캐스케이드 탱크(130)에 바로 저장되는 스팀은 스팀 라인(L2)을 따라 이송하여 캐스케이드 탱크(130)의 응축수에 의해서 응축되어 저장된다. 캐스케이드 탱크(130)에 저장된 응축수는 피드백 라인(L4)을 통해서 스팀발생기(130)에 공급될 수 있다.The steam directly stored in the cascade tank 130 is transferred along the steam line L2 and is condensed and stored by the condensed water of the cascade tank 130 . The condensed water stored in the cascade tank 130 may be supplied to the steam generator 130 through the feedback line L4.

가스 터빈 유닛(110)의 연소기(111)에, 기화된 연료가스를 공급하기 위하여 기화기(160)가 구비된다. 기화기(160)의 전단에는 액화가스를 압축하여 기화기(160)에 이송하기 위한 연료펌프(161)가 구비될 수 있다.A vaporizer 160 is provided to supply vaporized fuel gas to the combustor 111 of the gas turbine unit 110 . A fuel pump 161 for compressing the liquefied gas and transferring it to the vaporizer 160 may be provided at the front end of the carburetor 160 .

LNG 저장탱크(10)로부터 펌프(미도시)에 의해 배출된 LNG를 연료가스 공급라인(L5)을 통해 이송시켜 기화기(160)에서 기화시킨 후, 가스 터빈 유닛(110)에 공급한다. 이때, 기화기(160)에 열원을 제공하기 위하여 열매순환 유닛(170)이 구비된다. 열매 순환유닛(170)의 열매는 글리콜 워터로 이루어질 수 있다.The LNG discharged from the LNG storage tank 10 by a pump (not shown) is transported through the fuel gas supply line L5 , vaporized in the vaporizer 160 , and then supplied to the gas turbine unit 110 . At this time, a heat medium circulation unit 170 is provided to provide a heat source to the vaporizer 160 . The fruit of the heat medium circulation unit 170 may be made of glycol water.

열매순환 유닛(170)은 열매가 저장되는 열매 저장탱크(171); 열매순환 라인(L6)에 설치되며, 기화기(160)에 열원을 제공하기 위한 제1 열교환기(172); 열매순환 라인(L6)에 설치되며, 응축기(150)를 냉각시키기 위한 제2 열교환기(173); 및 스팀발생기(120)에서 생산한 스팀을 열원으로 하여 제1 열교환기(171)를 경유하는 열매를 가열하는 열매 히터(174)를 포함한다. The heat medium circulation unit 170 includes a heat storage tank 171 in which heat is stored; a first heat exchanger 172 installed in the heat medium circulation line L6 and providing a heat source to the vaporizer 160; a second heat exchanger 173 installed in the heat medium circulation line L6 and cooling the condenser 150; and a heat medium heater 174 for heating the heat medium passing through the first heat exchanger 171 using the steam produced by the steam generator 120 as a heat source.

열매 히터(174)는 스팀 라인(L2)을 통해서 이송하는 스팀으로부터 열을 빼앗아 제1 열교환기(172)로 유입되는 열매를 가열하는 역할을 한다.The heat medium heater 174 serves to heat the heat medium flowing into the first heat exchanger 172 by taking heat from the steam transferred through the steam line L2 .

한편, 도 3은 본 발명의 액화천연가스 냉열을 이용한 부유식 가스복합 발전방법을 설명하는 블록도이다.On the other hand, Figure 3 is a block diagram illustrating a floating gas combined cycle power generation method using the cooling and heat of liquefied natural gas of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 액화천연가스 냉열을 이용한 부유식 가스복합 발전방법은, LNG 저장탱크(10)에 저장된 액화천연가스를 연료로 사용하여 가스 터빈 유닛(110)에서 전력을 생산하는 단계(S10); 가스 터빈 유닛(110)에서 폐기되는 폐열을 회수하여 스팀발생기(120)에서 스팀을 생산하는 단계(S20); 스팀발생기(120)에서 생산한 스팀을 이용하여 스팀 터빈 유닛(140)에서 전력을 생산하는 단계(S30); 스팀 터빈 유닛(140)에서 폐기되는 스팀을 응축기(150)가 응축하는 단계(S40); 기화기(160)에서 LNG를 기화시키고, 가스 터빈 유닛(110)의 연소기(111)에 기화된 연료가스를 공급하는 단계(S50); 및 기화기(160)에 열원을 제공하기 위하여 열매순환유닛(170)에서 열매를 순환시키되, 액화가스를 기화시키는 과정에서 발생하는 LNG의 냉열을 이용하여 응축기(150)를 냉각시키고, 응축기(150)를 냉각시키는 과정에서 발생하는 열매의 온열을 이용하여 LNG를 기화시키는 단계(S60)를 포함한다.Referring to FIG. 3 , the floating gas combined cycle power generation method using the cooling and heat of liquefied natural gas of the present invention uses liquefied natural gas stored in the LNG storage tank 10 as a fuel to produce electric power in the gas turbine unit 110 . step (S10); Recovering waste heat discarded from the gas turbine unit 110 to produce steam in the steam generator 120 (S20); generating electric power in the steam turbine unit 140 using the steam produced by the steam generator 120 (S30); The condenser 150 condensing the steam discarded from the steam turbine unit 140 (S40); Vaporizing LNG in the vaporizer 160, and supplying the vaporized fuel gas to the combustor 111 of the gas turbine unit 110 (S50); And in order to provide a heat source to the vaporizer 160, the heat medium is circulated in the heat medium circulation unit 170, and the condenser 150 is cooled using the cooling heat of LNG generated in the process of vaporizing the liquefied gas, and the condenser 150. and vaporizing the LNG using the heat of the fruit generated in the process of cooling the LNG (S60).

즉, 단계(S10)에서는 LNG 저장탱크(10)에 저장된 LNG를 연료로 사용하여 가스 터빈 유닛(110)에서 전력을 생산한다.That is, in step S10 , the gas turbine unit 110 generates electric power by using the LNG stored in the LNG storage tank 10 as a fuel.

가스 터빈 유닛(110)에서의 발전과정을 살펴보면, 압축기(112)에서 연소기(111)에 압축공기를 제공하여 산화제로 사용하며, 연소기(112)에서는 기화기(160)에 제공된 연료가스를 연료로 하여 연소하며, 연소시 발생하는 연소가스 압력을 이용하여 가스터빈(113)을 회전시키며, 가스터빈(113)의 회전을 이용하여 발전기(114)에서 전기를 생산한다. 가스터빈(113)을 거친 연소가스는 배기라인(L1)을 통해서 스팀발생기(120)로 배출된다.Looking at the power generation process in the gas turbine unit 110, the compressor 112 provides compressed air to the combustor 111 and uses it as an oxidizing agent, and the combustor 112 uses the fuel gas provided to the carburetor 160 as a fuel. It burns and rotates the gas turbine 113 using the combustion gas pressure generated during combustion, and the generator 114 generates electricity by using the rotation of the gas turbine 113 . The combustion gas passing through the gas turbine 113 is discharged to the steam generator 120 through the exhaust line L1.

단계(S20)에서는 가스 터빈 유닛(110)에서 폐기되는 폐열을 회수하여 스팀발생기(120)에서 스팀을 생산한다. 피드백 라인(L4)을 통해서 공급된 응축수를 폐열로 가열하여 스팀을 생성한다.In step S20 , the steam generator 120 produces steam by recovering waste heat discarded from the gas turbine unit 110 . The condensed water supplied through the feedback line L4 is heated with waste heat to generate steam.

단계(S30)에서는 스팀발생기(120)에서 생산한 스팀을 이용하여 스팀 터빈 유닛(140)에서 전력을 생산한다. 스팀 터빈 유닛(140)은 스팀 터빈과 발전기로 구성되어 있으며, 스팀을 이용하여 스팀을 회전시키고, 스팀 터빈의 회전력을 이용하여 발전을 하도록 구성될 수 있다.In step S30 , the steam turbine unit 140 generates electric power using the steam produced by the steam generator 120 . The steam turbine unit 140 includes a steam turbine and a generator, and may be configured to rotate steam using steam and generate power using rotational force of the steam turbine.

종래에는 스팀 응축을 위해서 해수의 냉열을 이용하였으나, 해수의 온도가 약 30-32℃ 정도인 동남아시아, 아프리카 등의 지역은 응축기의 진공 압력에 한계가 있으며, 이에 따라 얻을 수 있는 열 낙차도 제한적일 수밖에 없다. 따라서 전체 복합화력의 효율이 ISO 대비 현저하게 떨어지는 문제가 있다.Conventionally, cold heat of seawater was used for steam condensation, but in regions such as Southeast Asia and Africa, where the temperature of seawater is about 30-32°C, the vacuum pressure of the condenser is limited, and thus the heat drop that can be obtained is limited. none. Therefore, there is a problem that the efficiency of the entire combined cycle power is significantly lower than that of ISO.

본 실시 예에서는 단계(S40)에서 스팀 터빈 유닛(140)에서 폐기되는 스팀을 응축기(150)가 응축하되, LNG를 기화시키는 과정에서 발생하는 LNG의 냉열을 이용하여 응축기(150)를 냉각하도록 한다.In this embodiment, the condenser 150 condenses the steam discarded from the steam turbine unit 140 in step S40, but cools the condenser 150 using the cooling heat of the LNG generated in the process of vaporizing the LNG. .

단계(S50)에서는 기화기(160)에서 LNG를 기화시키고, 가스 터빈 유닛(110)의 연소기(111)에 기화된 연료가스를 공급한다.In step S50 , the LNG is vaporized in the vaporizer 160 , and the vaporized fuel gas is supplied to the combustor 111 of the gas turbine unit 110 .

단계(S60)에서는 기화기(160)에 열원을 제공하기 위하여 열매순환유닛(170)에서 열매를 순환시키되, LNG를 기화시키는 과정에서 발생하는 LNG의 냉열을 이용하여 응축기(150)를 냉각시키고, 응축기(150)를 냉각시키는 과정에서 발생하는 열매의 온열을 이용하여 액화가스를 기화시킨다.In step S60, the heat medium circulation unit 170 circulates heat to provide a heat source to the vaporizer 160, and cools the condenser 150 using the cold heat of LNG generated in the process of vaporizing the LNG, and the condenser The liquefied gas is vaporized by using the heat of the fruit generated in the process of cooling 150.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 해수(海水)를 이용하여 진공 냉각기(응축기, vacuum condenser)를 냉각시키는 종전 방식을 탈피하여, 연료 가스공급 운전시, 기화기(fuel gas supply vaporizer)에 열원을 제공하여 열 교환된 저온의 열매(glycol/water)의 냉열을 이용하여, 가스를 연료로 사용하는 가스터빈 또는 스팀발생기(혹은 폐열회수기; WHRU)의 진공 냉각기를 냉각시킴으로써, 열 낙차를 증대시켜서 스팀발생기의 효율을 향상시킬 수 있다.As described above, in the present invention, a heat source is provided to a fuel gas supply vaporizer during fuel gas supply operation by breaking away from the conventional method of cooling a vacuum cooler (condenser) using seawater. By cooling the vacuum cooler of a gas turbine or steam generator (or waste heat recovery unit; WHRU) that uses gas as fuel, by using the cold heat of the low-temperature heat exchanged with the heat exchange (glycol/water), the heat drop is increased to generate a steam generator. can improve the efficiency of

또한, 가스를 연료로 사용하는 가스터빈/엔진은 디젤 엔진보다 배기가스 온도가 낮아 스팀발생기의 가용 에너지가 적어 스팀발생기 적용이 비경제적일 수 있으나, 본 실시 예에서는 LNG 냉열을 이용하여 스팀발생기의 진공 냉각기를 냉각시킴으로써, 폐열회수 효율성을 높일 수 있어 매우 경제적이다.In addition, the gas turbine/engine using gas as a fuel has a lower exhaust gas temperature than that of a diesel engine, so it may be uneconomical to apply the steam generator because the available energy of the steam generator is low. By cooling the vacuum cooler, waste heat recovery efficiency can be increased, which is very economical.

또한, 저온의 열매(글리콜 워터)로 진공 냉각기를 냉각함으로써, 스팀발생기의 효율을 향상시키고, 해수 냉각펌프(SW cooling pump)를 삭제함으로써, 에너지 절감 및 제조원가를 낮출 수 있다.In addition, by cooling the vacuum cooler with a low temperature heat medium (glycol water), the efficiency of the steam generator is improved, and by eliminating the seawater cooling pump (SW cooling pump), it is possible to save energy and lower the manufacturing cost.

또한, LNG 냉열을 이용해 스팀발생기의 효율을 향상시켜서 전체 투자비용을 줄이고, 운전비용을 절감할 수 있다.In addition, by improving the efficiency of the steam generator by using LNG cooling heat, it is possible to reduce the overall investment cost and reduce the operating cost.

또한, 연료용 가스 생성을 위한 에너지를 절감할 수 있다.In addition, energy for generating gas for fuel can be reduced.

또한, 진공 냉각기에 설치되던 해수 냉각펌프의 제거가 가능하며, 온도가 높아진 해수를 선외로 배출하지 않으므로 매우 친환경적이다.In addition, it is possible to remove the seawater cooling pump installed in the vacuum cooler, and it is very eco-friendly because the seawater whose temperature has risen is not discharged overboard.

또한, 동남아시아/아프리카를 타깃으로 하는 FSPP의 경우, 적은 비용으로 안정적인 복합화력발전(CCPP)의 효율을 확보할 수 있는 장점이 있다.In addition, in the case of FSPP targeting Southeast Asia/Africa, it has the advantage of securing stable CCPP efficiency at low cost.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The present invention described above is not limited by the above-described embodiments and the accompanying drawings, and it is common in the technical field to which the present invention pertains that various substitutions, modifications and changes are possible without departing from the technical spirit of the present invention. It will be clear to those who have the knowledge of

본 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함한다."라고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout this specification, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated.

또한, 각 단계들에 있어 식별부호는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 실시될 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 실시될 수도 있고 실질적으로 동시에 실시될 수도 있으며 반대의 순서대로 실시될 수도 있다.In addition, in each step, the identification code is used for convenience of description, and the identification code does not describe the order of each step, and each step is performed differently from the specified order unless a specific order is clearly stated in the context. can be That is, each step may be performed in the same order as specified, may be performed substantially simultaneously, or may be performed in the reverse order.

10: LNG 저장탱크
100: 부유식 가스복합 발전플랜트
110: 가스 터빈 유닛
111: 연소기
112: 압축기
113: 가스터빈
114: 발전기
120: 스팀발생기(폐열회수기)
130: 캐스케이드 탱크
140: 스팀 터빈 유닛
150: 응축기
160: 기화기
161: 연료펌프
170: 열매순환 유닛
171: 열매 저장탱크
172: 열교환기
173: 제2 열교환기
174: 열매 히터
L1: 배기가스 배출라인
L2: 스팀 라인
L3: 스팀 라인
L4: 피드백 라인
L5: 연료가스 공급라인
L6: 열매순환 라인10: LNG storage tank
100: floating gas combined cycle power plant
110: gas turbine unit
111: combustor
112: compressor
113: gas turbine
114: generator
120: steam generator (waste heat recovery device)
130: cascade tank
140: steam turbine unit
150: condenser
160: carburetor
161: fuel pump
170: fruit circulation unit
171: fruit storage tank
172: heat exchanger
173: second heat exchanger
174: lychee heater
L1: exhaust gas discharge line
L2: steam line
L3: steam line
L4: feedback line
L5: fuel gas supply line
L6: Fruit circulation line

Claims (5)

LNG 저장탱크의 LNG를 연료로 사용하여 전력을 생산하는 가스 터빈 유닛;
상기 가스 터빈 유닛에서 폐기되는 폐열을 회수하여 스팀을 생산하는 스팀발생기;
상기 스팀발생기에서 생산한 스팀을 이용하여 전력을 생산하는 스팀 터빈 유닛;
상기 스팀 터빈 유닛에서 폐기되는 스팀을 응축하는 응축기;
상기 가스 터빈 유닛의 연소기에, 기화된 연료가스를 공급하는 기화기; 및
상기 기화기에 열원을 제공하기 위하여 열매를 순환시키되, LNG를 기화시키는 과정에서 발생하는 LNG의 냉열을 이용하여 상기 응축기를 냉각시키고, 상기 응축기를 냉각시키는 과정에서 발생하는 열매의 온열을 이용하여 LNG를 기화시키는 열매순환 유닛;
상기 응축기에 의해 응축된 응축수를 저장하기 위한 캐스케이드 탱크; 및
상기 캐스케이드 탱크에 저장된 응축수를 상기 스팀발생기로 공급하는 피드백 라인:을 포함하고,
상기 응축기는 진공 냉각기를 포함하며, 스팀 응축과정에서 상기 응축기 내부에 발생하는 진공압력에 의해 응축수가 상기 캐스케이드 탱크로 이송되는, 액화천연가스 냉열을 이용한 부유식 가스복합 발전플랜트.a gas turbine unit for generating electricity by using the LNG in the LNG storage tank as a fuel;
a steam generator that recovers waste heat discarded from the gas turbine unit and produces steam;
a steam turbine unit for generating electric power using the steam produced by the steam generator;
a condenser condensing the steam discarded from the steam turbine unit;
a vaporizer for supplying vaporized fuel gas to the combustor of the gas turbine unit; and
Circulating the fruit to provide a heat source to the vaporizer, cooling the condenser using the cold heat of LNG generated in the process of vaporizing the LNG, and using the heat of the fruit generated in the process of cooling the condenser to produce LNG a heat circulating unit for vaporizing;
a cascade tank for storing condensed water condensed by the condenser; and
A feedback line for supplying the condensed water stored in the cascade tank to the steam generator includes:
The condenser includes a vacuum cooler, and the condensed water is transferred to the cascade tank by the vacuum pressure generated inside the condenser during the steam condensation process, a floating gas combined cycle power plant using liquefied natural gas cooling heat. 청구항 1에 있어서,
LNG를 압축하여 상기 기화기에 이송하기 위한 연료펌프;를 더 포함하는, 액화천연가스 냉열을 이용한 부유식 가스복합 발전플랜트.The method according to claim 1,
Floating gas combined cycle power plant using liquefied natural gas cooling and heat further comprising; a fuel pump for compressing LNG and transferring it to the vaporizer. 청구항 1에 있어서,
상기 열매순환 유닛은
열매가 저장되는 열매 저장탱크;
열매순환 라인에 설치되며, 상기 기화기에 열원을 제공하기 위한 제1 열교환기;
상기 열매순환 라인에 설치되며, 상기 응축기를 냉각시키기 위한 제2 열교환기; 및
상기 스팀발생기에서 생산한 스팀을 열원으로 하여 상기 제1 열교환기를 경유하는 열매를 가열하는 열매 히터; 를 포함하는, 액화천연가스 냉열을 이용한 부유식 가스복합 발전플랜트.The method according to claim 1,
The fruit circulation unit is
Fruit storage tank in which the fruit is stored;
a first heat exchanger installed in the heat medium circulation line and configured to provide a heat source to the vaporizer;
a second heat exchanger installed in the heat medium circulation line to cool the condenser; and
a heat medium heater using the steam produced by the steam generator as a heat source to heat the heat medium passing through the first heat exchanger; Floating gas combined cycle power plant using liquefied natural gas cooling and heat, including. 청구항 1에 있어서,
상기 열매 순환유닛의 열매는 글리콜 워터로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 액화천연가스 냉열을 이용한 부유식 가스복합 발전플랜트.The method according to claim 1,
A floating gas combined cycle power plant using liquefied natural gas cooling and heat, characterized in that the heat medium of the heat medium circulation unit is made of glycol water. 삭제delete
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