KR102477750B1 - 해상 액화공기식 에너지 저장시스템 - Google Patents

해상 액화공기식 에너지 저장시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 해상 액화공기식 에너지 저장시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 외부로부터 전기에너지를 공급받아 이를 액화공기로 변환하고, 필요할 때에 이를 압축공기 또는 전기에너지로 변환하여 다시 외부로 송출하는 액화공기식 에너지 저장시스템이 해상에 부유 가능한 선체에 구비된 해상 액화공기식 에너지 저장시스템에 관한 것이다.

Description

해상 액화공기식 에너지 저장시스템{Marine Liquid Air Energy Storage System}
본 발명은 해상 액화공기식 에너지 저장시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 외부로부터 전기에너지를 공급받아 이를 액화공기로 변환하고, 필요할 때에 이를 압축공기 또는 전기에너지로 변환하여 다시 외부로 송출하는 액화공기식 에너지 저장시스템이 해상에 부유 가능한 선체에 구비된 해상 액화공기식 에너지 저장시스템에 관한 것이다.
압축공기 에너지 저장시스템은 전기에너지의 사용량이 적은 야간 또는 사용량이 적은 계절에는 전기에너지를 이용하여 공기를 압축하여 저장하고, 전기에너지의 사용량이 많은 시간대 또는 전기에너지의 사용량이 많은 계절에는 압축공기를 이용하여 터빈 등을 통해 전기에너지를 발전하는 시스템이다.
도 1은 압축공기 에너지 저장시스템을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 압축공기 에너지 저장시스템은 전기에너지를 이용하여 압축공기를 형성하고, 이를 이용하여 향후 전기에너지를 생성해야 하므로, 압축공기를 저장할 수 있는 별도의 저장공간이 필요하다.
이때, 압축공기의 저장을 위한 저장공간은 별도의 탱크로 구비될 수 있으나, 용량의 한계에 따라 일반적으로 지하의 공동에 압축공기를 저장하게 된다.
즉, 압축공기 에너지 저장시스템은 압축공기를 저장하기 위한 별도의 큰 저장탱크 또는 별도의 지하공동이 필요하므로, 압축공기 에너지 저장시스템을 설치하기 위한 장소의 한계가 있는 문제점이 있다.
도 2는 액화공기식 에너지 저장시스템을 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 액화공기식 에너지 저장시스템은 압축공기의 저장을 위한 별도의 지하 공동이 필요한 압축공기 에너지 저장시스템이 가지는 문제점을 해결하기 위하여, 전기에너지를 이용하여 공기를 액화시키고, 이에 생성된 액화공기를 저장하였다가, 다시 이를 압축공기로 변환하고, 압축공기를 이용하여 터빈 등을 통해 전기에너지를 생성하는 시스템이다.
액화공기식 에너지 저장시스템은 공기를 액화하여 액화공기 형태로 저장함으로써, 압축공기 에너지 저장시스템에 비해 지하 공동 등의 공간이 필요하지 않아 지리적 제약이 없는 장점이 있으며, 공기의 액화에 따라 에너지 저장 밀도가 높은 장점이 있다.
다만, 액화공기식 에너지 저장시스템의 경우, 공기를 액화하기 위한 구조물, 액화공기를 저장하기 위한 공간 및 액화공기를 다시 압축공기로 형성하기 위한 구조물을 추가적으로 설치해야 하므로, 고가의 토지 매입비용이 필요하며, 육상에 거주하는 주민들의 반발 가능성이 있을 뿐만 아니라, 구조물의 평면 배치로 인해 많은 공간을 차지하는 문제점이 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2016-0048239호(2016.05.04.)
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 외부로부터 전기에너지를 공급받아 이를 액화공기로 변환하고, 필요할 때에 이를 압축공기 또는 전기에너지로 변환하여 다시 외부로 송출하는 액화공기식 에너지 저장시스템이 해상에 부유 가능한 선체에 구비된 해상 액화공기식 에너지 저장시스템을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 해상 액화공기식 에너지 저장시스템은 선체(100); 및 상기 선체(100)에 형성되어 전기에너지를 저장하는 전기에너지저장부(200);를 포함하며, 상기 전기에너지저장부(200)는 외부로부터 전기에너지를 공급받는 수전부(211)을 포함하는 송수전부(210)와, 상기 수전부(211)로부터 공급된 전기에너지를 이용하여 액화공기를 형성하는 액화공기형성부(220)와, 상기 액화공기형성부(220)로부터 형성된 액화공기를 저장하는 액화공기저장부(230) 및 상기 액화공기저장부(230)에 저장된 액화공기를 기화시켜 압축공기를 형성하되, 형성된 압축공기를 외부로 송출 가능하게 형성되는 액화공기기화부(240)를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이 때, 상기 선체(100)의 갑판 윗부분을 선체상부, 갑판 아래부분에서부터 수중에 잠기는 부분을 선체하부라 할 때, 상기 송수전부(210)는 상기 선체상부 전후방향 중 일측끝단에 배치되고, 상기 액화공기형성부(220)는 상기 선체상부에 배치되고, 상기 액화공기저장부(230)는 상기 선체하부에 배치될 수 있다.
또한, 상기 전기에너지저장부(200)는 상기 액화공기기화부(240)로부터 압축공기를 공급받아 전기에너지를 생성하는 전기에너지생성부(250)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 송수전부(210)는 상기 전기에너지생성부(250)로부터 생성된 전기에너지를 외부로 송전 가능하게 형성되는 송전부(212)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전기에너지저장부(250)는 화석연료를 통해 압축공기를 추가 가열하여 전기에너지를 생성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전기에너지생성부(250)는 화석연료를 저장하는 화석연료저장부(251)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전기에너지저장부(200)는 상기 액화공기형성부(220)에서 발생되어 후단에서 가열원으로 사용될 수 있는 고온에너지를 저장하는 고온에너지저장부(260)와, 상기 액화공기기화부(240)에서 발생되어 후단에서 냉각원으로 사용될 수 있는 저온에너지를 저장하는 저온에너지저장부(270)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 이 때, 상기 고온에너지저장부(260)는 상기 선체하부에 배치되고, 상기 저온에너지저장부(270)는 상기 선체하부 상기 액화공기저장부(230) 최근접위치에 배치될 수 있다.
또한, 상기 선체(100)는 해상에 부유되어 위치되거나, 해상의 바닥면에 안착되어 위치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 해상 액화공기식 에너지 저장시스템은 외부로부터 전기에너지를 공급받아 이를 액화공기로 변환하고, 필요할 때에 이를 압축공기 또는 전기에너지로 변환하여 다시 외부로 송출하는 액화공기식 에너지 저장시스템이 해상에 부유 가능한 선체에 구비됨으로써, 액화공기식 에너지 저장시스템을 설치하기 위한 육상의 토지가 필요하지 않아, 토지 매입에 따른 비용을 삭제할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 해상 액화공기식 에너지 저장시스템은 해상에 위치하므로, 거주하는 주민들에 의한 반발 가능성이 적으며, 조선소 등에서의 일체로 제작하여 이동시켜 설치할 수 있으므로, 납기가 단축되는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 해상 액화공기식 에너지 저장시스템은 구조물을 선체의 외부 및 내부에 입체적으로 배치할 수 있으므로, 액화공기식 에너지 저장시스템의 설치를 위한 공간을 축소할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래의 압축공기 에너지 저장시스템을 나타낸 도면
도 2는 종래의 액화공기식 에너지 저장시스템을 나타낸 도면
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 해상 액화공기식 에너지 저장시스템을 나타낸 도면
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 해상 액화공기식 에너지 저장시스템을 나타낸 도면
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 해상 액화공기식 에너지 저장시스템을 나타낸 도면
이하, 상술한 바와 같은 본 발명에 따른 해상 액화공기식 에너지 저장시스템을 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 해상 액화공기식 에너지 저장시스템은 전기에너지의 사용량이 적은 시간대 또는 계절에 전기에너지를 공급받아, 이를 통해 공기를 액화공기로 형성하고, 전기에너지의 사용량이 많은 시간대 또는 계절에 액화공기를 압축공기로 기화시키고, 압축공기를 외부로 공급하거나, 압축공기를 이용하여 발전시켜 전기에너지를 생성하고, 이를 외부로 공급하는 저장시스템이다.
<제1 실시예>
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 해상 액화공기식 에너지 저장시스템을 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 해상 액화공기식 에너지 저장시스템(1000)은 크게 선체(100)와, 선체(100)에 형성되어 전기에너지를 외부로부터 공급받아 이를 이용하여 공기를 액화공기 상태로 저장하는 전기에너지저장부(200)를 포함하여 이루어진다.
좀 더 상세하게 설명하자면, 선체(100)는 해상에 부유 가능하게 형성됨으로써, 육상이 아닌 해상에 부유되어 위치될 수 있다.
물론, 본 발명의 제1 실시예에 따른 해상 액화공기식 에너지 저장시스템(1000)의 선체(100)는 해상뿐만 아니라, 강, 호수 등의 수면에 부유되어 위치될 수 있다.
이를 위해, 선체(100)는 수면에 부유가 가능한 금속, 콘크리트 등의 재질로 형성될 수 있으며, 상술된 금속, 콘크리트 외에 수면에 부유가 가능할 뿐만 아니라, 선택되는 일정 강도 이상을 가지는 재질이라면 다양한 재질의 실시예가 가능하므로 한정하지는 않는다.
이때, 선체(100)는 해상(강, 호수 등)에서 바지 등을 이용하여 원하는 위치로 이동된 후, 줄 등의 고정수단을 통해 해상에서의 위치가 고정될 수 있으며, 줄의 끝단에는 해상의 바닥면 또는 육상의 암반 등에 묶여 고정될 수 있는 수단 또는 앵커(anchor) 등 다양한 수단을 통해 위치가 고정될 수 있다.
또한, 선체(100)는 해상에서 원하는 위치로 바지 등을 통해 이동되되, 위치되기 위한 장소가 수면이 얕은 해상 또는 강, 호수일 경우에는 해상, 강, 호수 등의 바닥면에 안착되어 위치될 수 있다.
전기에너지저장부(200)는 선체(100)에 형성되되, 외부로부터 전기에너지를 공급받아 이를 이용하여 공기를 액화공기 상태로 저장하였다가, 전기에너지를 필요로 하는 외부 전기에너지 생산자 또는 외부 전기에너지 소비자에게 액화공기를 압축공기 또는 전기에너지로 변환하여 송출하도록 형성되며, 크게 송수전부(210), 액화공기형성부(220), 액화공기저장부(230) 및 액화공기기화부(240)를 포함하여 이루어진다.
송수전부(210)는 외부로부터 전기에너지를 공급받는 수전부(211)를 포함하여 이루어지며, 수전부(211)를 통해 외부로부터 전기에너지를 수전하게 된다.
이때, 수전부(211)는 육상에서 사용하고 남은 잉여 전기에너지를 수전 받을 수 있으며, 이외에 다양한 용도를 위해 일시 저장해야 하는 전기에너지일 수 있다.
액화공기형성부(220)는 수전부(211)로부터 공급된 전기에너지를 이용하여 공기를 액화공기로 형성한다.
즉, 액화공기형성부(220)는 수전부(211)로부터 공급된 전기에너지를 동력원으로 이용하여 공기를 압축 및 팽창시켜 공기를 액화함으로써, 액화공기를 형성한다.
액화공기저장부(230)는 액화공기형성부(220)로부터 형성된 액화공기를 저장 가능하게 형성되며, 멤브레인탱크, 비압력식 독립형탱크 및 압력식 독립형탱크 등 다양한 종류의 탱크로 형성되는 것이 바람직하며, 상술된 탱크 이외에도 액화공기의 저장이 수월하고, 안전성이 확보될 수 있다면 다양한 실시예가 가능함은 물론이다.
액화공기기화부(240)는 액화공기저장부(230)에 저장된 액화공기를 공급받아 가열하여 기화시킴으로써, 액화공기를 압축공기로 형성한다.
아울러, 액화공기저장부(240)는 액화공기의 가열 및 기화에 따라 발생된 압축공기를 외부로 송출 가능하게 형성된다.
이때, 본 발명의 제1 실시예에 따른 해상 액화공기식 에너지 저장시스템(1000)에서의 액화공기기화부(240)가 압축공기를 송출하는 외부는 압축공기를 공급받아 터빈을 통해 전기에너지를 생성하는 육상의 발전부 또는 그 외 압축공기를 공급받아 전기에너지를 생성할 수 있는 다양한 발전부일 수 있다.
즉, 상술된 액화공기기화부(240)에서 액화공기를 가열 및 기화하여 형성되는 압축공기는 터빈 등에 의해 공급되어 전기에너지를 생성할 수 있는 값을 가지는 공기 또는 송출하여 추가적으로 가열 및 가압하여 터빈 등에 의해 전기에너지를 생성할 수 있는 값을 가지는 공기로서, 절대적인 값을 가지는 개념은 아니다.
상술된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 해상 액화공기식 에너지 저장시스템(1000)은 송수전부(210)의 수전부(211)를 통해 외부(육상, 그 외 전력에너지를 공급하는 공급자)에서 전기에너지를 공급받고, 공급받은 전기에너지를 이용하여 공기를 액화시켜 액화공기 형태로 저장하며, 액화공기 형태로 저장된 동력을 본연의 전기에너지로 생성하기 위해서는 액화공기를 가열 및 가압하여 압축공기를 형성하여 이를 외부의 발전부로 공급함으로써, 전기에너지를 생성할 수 있다.
즉, 본 발명의 제1 실시예에 따른 해상 액화공기식 에너지 저장시스템(1000)은 잉여 전기에너지를 저장하였다가, 이를 다시 전기에너지를 발생시킴으로써, 전기에너지의 사용량에 따라 전기에너지를 저장 및 공급할 수 있으므로, 버려지는 전기에너지를 방지하여 전기에너지를 생성하기 위한 비용 및 환경오염을 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 해상 액화공기식 에너지 저장시스템(1000)은 전기에너지를 이용하여 액화공기 형태로 저장함으로써, 기존의 압축공기식 에너지 저장시스템에 비해 저장공간이 감소되므로, 공간활용성이 뛰어나며, 특히 해상에 위치되는 선체(100)에 전기에너자저장부(200)가 형성되므로, 토지 매입에 따른 비용을 삭제할 수 있고, 주변 주민들에게 피해를 주지 않는 장점이 있다.
아울러, 본 발명의 제1 실시예에 따른 해상 액화공기식 에너지 저장시스템(1000)은 전기에너지저장부(200)를 구성하는 다양한 구조물을 선체(100)의 외부와 내부에 위치되도록 하는 것이 바람직하다.
이를 통해, 육상에서의 액화공기식 에너지 저장시스템에 비해 면적 당 설치 효율을 증대시키는 것이 바람직하다.
<제2 실시예>
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 해상 액화공기식 에너지 저장시스템을 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 해상 액화공기식 에너지 저장시스템(1000)의 전기에너지저장부(200)는 액화공기기화부(240)로부터 압축공기를 공급받고, 공급받은 압축공기를 이용하여 전기에너지를 생성하는 전기에너지생성부(250)를 더 포함한다.
전기에너지생성부(250)는 압축공기의 터빈 발전을 통해 전기에너지를 생성하며, 이외 다양한 방식을 통해 압축공기를 전기에너지로 변환할 수 있음은 물론이다.
아울러, 본 발명의 제2 실시예에 따른 해상 액화공기식 에너지 저장시스템(1000)의 송수전부(210)는 전기에너지생성부(250)로부터 생성된 전기에너지를 외부로 송전하는 송전부(212)를 더 포함하여 이루어진다.
이를 통해, 본 발명의 제2 실시예에 따른 해상 액화공기식 에너지 저장시스템(1000)은 외부로부터 수전부(211)를 통해 전기에너지를 공급받아 액화공기 형태로 저장하고, 액화공기를 다시 기화시켜 압축공기를 형성한 후, 이를 이용하여 전기에너지를 생성하고, 생성된 전기에너지를 송전부(212)를 통해 전기에너지를 필요로 하는 외부로 송전하게 된다.
이때, 전기에너지를 송전하는 외부는 육상의 전기에너지 생산자 또는 전기에너지 소비자일 수 있으며, 육상뿐만 아니라 해상의 선박 또는 전기에너지를 필요로 하는 다양한 전기에너지 소비자일 수 있다.
<제3 실시예>
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 해상 액화공기식 에너지 저장시스템을 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 해상 액화공기식 에너지 저장시스템(1000)의 전기에너지생성부(250)는 화석연료와 압축공기를 연소하여 전기에너지를 형성한다.
즉, 압축공기를 이용한 터빈발전을 통해 전기에너지를 생성하는 것에 추가하여, 화석연료를 이용하여 압축공기를 추가 가열하고, 이를 통해 전기에너지를 발생시킴으로써, 전기에너지의 생성에 따른 효율을 향상시킬 수 있다.
이때, 사용되는 화석연료로는 액화천연가스, 액화석유가스 및 디젤 등일 수 있으며, 화석연료는 외부로부터 파이프, 운송수단 등을 통해 공급받을 수 있으나, 해상에 부유되어 위치되는 선체(100)를 고려하여, 전기에너지생성부(250)는 전력에너지 생성을 위한 화석연료를 별도로 저장하는 화석연료저장부(251)를 더 포함할 수 있다.
<제4 실시예>
도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 해상 액화공기식 에너지 저장시스템(1000)의 전기에너지저장부(200)는 가열원으로 사용되기 위한 고온에너지를 저장하는 고온에너지저장부(260)와, 냉각원으로 사용되기 위한 저온에너지를 저장하는 저온에너지저장부(270)를 포함하여 이루어진다.
고온에너지저장부는 액화공기형성부(220)에서 액화공기를 생성함에 따라 발생된 고온에너지를 공급받아 저장하며, 저장된 고온에너지는 후단에서 가열원으로 사용될 수 있도록 형성된다.
저온에너지저장부는 액화공기기화부(240)에서 액화공기의 기화하여 압축공기를 생성함에 따라 발생된 저온에너지를 공급받아 저장하며, 저장된 저온에너지는 후단에서 냉각원으로 사용될 수 있도록 형성된다.
즉, 본 발명의 제4 실시예에 따른 해상 액화공기식 에너지 저장시스템(1000)은 액화공기의 형성 또는 액화공기의 기화에 따라 발생되는 열원을 고온에너지저장부(260) 또는 저온에너지저장부(270)에 저장하고, 이를 후단에서 가열원 또는 냉각원으로 사용 가능하게 함으로써, 공정에 따라 발생된 열원의 재사용을 통해 효율적인 전기에너지의 저장을 수행할 수 있다.
아울러, 상술된 고온에너지와 저온에너지는 후단에서 가열원으로 사용될 수 있는 열량을 가지는 에너지 또는 후단에서 냉각원으로 사용될 수 있는 열량을 가지는 에너지로서, 절대적인 열량 값을 가지는 개념은 아니다.
아울러, 본 발명에 따른 해상 액화공기식 에너지 저장시스템(1000)은 선체(100)에 작업자 들이 머물 수 있는 거주구(280) 등이 구비될 수 있다.
본 발명은 상술한 실시예에 한정하지 않으며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람이라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
1000 : 해상 액화공기식 에너지 저장시스템
100 : 선체
200 : 전기에너지저장부
210 : 송수전부
211 : 수전부
212 : 송전부
220 : 액화공기형성부
230 : 액화공기저장부
240 : 액화공기기화부
250 : 전기에너지생성부
251 : 화석연료저장부
260 : 고온에너지저장부
270 : 저온에너지저장부
280 : 거주구

Claims (7)

  1. 선체(100); 및
    상기 선체(100)에 형성되어 전기에너지를 저장하는 전기에너지저장부(200);를 포함하며,
    상기 전기에너지저장부(200)는
    외부로부터 전기에너지를 공급받는 수전부(211)을 포함하는 송수전부(210)와,
    상기 수전부(211)로부터 공급된 전기에너지를 이용하여 액화공기를 형성하는 액화공기형성부(220)와,
    상기 액화공기형성부(220)로부터 형성된 액화공기를 저장하는 액화공기저장부(230) 및
    상기 액화공기저장부(230)에 저장된 액화공기를 기화시켜 압축공기를 형성하되, 형성된 압축공기를 외부로 송출 가능하게 형성되는 액화공기기화부(240)를 포함하되,
    상기 선체(100)의 갑판 윗부분을 선체상부, 갑판 아래부분에서부터 수중에 잠기는 부분을 선체하부라 할 때,
    상기 송수전부(210)는 상기 선체상부 전후방향 중 일측끝단에 배치되고,
    상기 액화공기형성부(220)는 상기 선체상부에 배치되고,
    상기 액화공기저장부(230)는 상기 선체하부에 배치되는, 해상 액화공기식 에너지 저장시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 전기에너지저장부(200)는
    상기 액화공기기화부(240)로부터 압축공기를 공급받아 전기에너지를 생성하는 전기에너지생성부(250)를 더 포함하는, 해상 액화공기식 에너지 저장시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 송수전부(210)는
    상기 전기에너지생성부(250)로부터 생성된 전기에너지를 외부로 송전 가능하게 형성되는 송전부(212)를 더 포함하는, 해상 액화공기식 에너지 저장시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 전기에너지저장부(250)는
    화석연료를 통해 압축공기를 추가 가열하여 전기에너지를 생성하는, 해상 액화공기식 에너지 저장시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 전기에너지생성부(250)는
    화석연료를 저장하는 화석연료저장부(251)를 포함하는, 해상 액화공기식 에너지 저장시스템.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 전기에너지저장부(200)는
    상기 액화공기형성부(220)에서 발생되어 후단에서 가열원으로 사용될 수 있는 고온에너지를 저장하는 고온에너지저장부(260)와,
    상기 액화공기기화부(240)에서 발생되어 후단에서 냉각원으로 사용될 수 있는 저온에너지를 저장하는 저온에너지저장부(270)를 더 포함하되,
    상기 고온에너지저장부(260)는 상기 선체하부에 배치되고,
    상기 저온에너지저장부(270)는 상기 선체하부 상기 액화공기저장부(230) 최근접위치에 배치되는, 해상 액화공기식 에너지 저장시스템.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 선체(100)는
    해상에 부유되어 위치되거나,
    해상의 바닥면에 안착되어 위치되는, 해상 액화공기식 에너지 저장시스템.
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