KR102621628B1 - 복합 사이클 발전소용 이중 사이클 시스템 - Google Patents
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Abstract
가스 터빈 복합 사이클 발전소는, 압축 공기를 발생시키기 위한 압축기, 연료 및 압축 공기를 받아 연소 가스를 생성할 수 있는 연소기, 및 연소 가스를 받아 배기 가스를 발생시키는 터빈을 포함하는 가스 터빈 엔진; 배기 가스로부터의 열을 이용하여 물로부터 증기를 발생시키는 열회수 증기 발생기; 열회수 증기 발생기에 의해 발생된 증기로부터 동력을 생성하는 증기 터빈; 기화된 연료로부터 동력을 생성하기 위해 연료 재기화 및 팽창 시스템과 유체 연통하고 그 하류에 배치된 연료 재기화 및 팽창 시스템; 기화된 연료로부터 동력을 생성하기 위해 연료 재기화 및 팽창 시스템과 유체 연통하고 연료 재기화 및 팽창 시스템의 하류에 배치된 연료 팽창 터빈을 포함한다. 예에서, 발전소는 열회수 증기 발생기로부터의 열 입력을 사용하는 유기 랭킨 사이클(ORC)를 포함할 수 있다. ORC는 ORC 내에서 열을 재분배하기 위해 복열기를 이용할 수 있다.
Description
본 문헌은 전반적으로 가스 터빈 엔진, 열회수 증기 발생기, 및 증기 터빈을 이용하는 복합 사이클 발전소에 관한 것이지만 이에 제한되지 않는다. 더 구체적으로, 제한되지 않지만, 본 출원은 액화 천연 가스 냉열 에너지를 이용하는 것과 같은 2차 사이클의 추가를 통해 복합 사이클 발전소의 효율을 증가시키기 위한 시스템에 관한 것이다.
가스 터빈 복합 사이클(gas turbine combined-cycle)(GTCC) 발전소에서는, 가스 터빈 엔진을 작동하여 샤프트 동력을 사용하는 발생기로 직접 전기를 발생시킬 수 있다. 가스 터빈 엔진의 고온 배기 가스는 추가로 전기를 생성하기 위해 증기 터빈 샤프트를 회전시키는 데 사용될 수 있는 열회수 증기 발생기(heat recovery steam generator)(HRSG) 내에서 증기를 발생시키는 데 추가로 사용될 수 있다.
천연 가스는 GTCC 발전소에서 가스 터빈 엔진용 연료로서 흔히 사용된다. 천연 가스는 전 세계적으로 두 번째로 큰 에너지 소스이며 가까운 미래에도 그 위치를 유지할 것으로 예상된다. 천연 가스 시장의 주요 구성요소는 전 세계적으로 천연 가스를 운송하는 데 사용되는 액화 천연 가스(liquefied natural gas)(LNG)이다. 통상, LNG는 현재 LNG를 받는 인수 터미널에서 해수로부터의 열을 사용하여 개방 랙 기화기를 통해 재기화된다. 재기화 프로세스는 해수의 국소 냉각을 초래하며, 이는 해양 생물에 대한 부정적인 영향을 비롯한 환경 문제를 제시한다.
유기 랭킨 사이클(Organic Rankine Cycle)(ORC)은 해수를 열원으로서 사용하여 LNG에서 이용 가능한 냉열 에너지를 활용하는 데 사용되었다. 그러나, 이러한 시스템은 그 용례가 제한될 수 있다.
액체 천연 가스 재기화 및 팽창 시스템의 예는 Amir 등의 미국 특허 제9,903,232호; Minta 등의 미국 특허 제6,116,031호; 및Ooka 등의 미국 특허 제4,320,303호에 설명되어 있다.
본 발명자는 무엇보다도 GTCC 발전소에서 해결해야 할 문제가 LNG로부터의 고유한 냉열 에너지의 비효율적인 활용을 포함할 수 있음을 인식하였다. 용이하게 저장 및 운송될 수 있는 저온(약 -160℃) LNG를 생성하기 위해 천연 가스를 냉각 및 액화하는 데 상당한 양의 에너지가 소비된다. 저온 LNG로부터 이용 가능한 고유한 냉열 에너지/엑서지는 재기화 동안 효과적으로 이용되지 못한다.
본 주제는, 예컨대 열원으로서 열회수 증기 발생기(HRSG)로부터 나오는 저압 물을 이용하고 냉각 싱크로서 LNG를 이용하는 유기 랭킨 사이클(ORC)을 사용함으로써, 이 문제 및 기타 문제에 대한 해결책을 제공하는 데 도움이 될 수 있다. 동시에, 직접 천연 가스 팽창 사이클은 또한 가압 및 재기화된 연료를 팽창시킴으로써 전기를 생성한다. ORC 사이클과 연료 팽창 사이클(직접 천연 가스 팽창 사이클)을 이중 사이클 시스템으로 조합하는 것은 전기를 발생하기 위한 추가 터빈에 동력을 공급하여 GTCC 발전소의 전체 효율을 개선할 수 있다.
예에서, 가스 터빈 복합 사이클 발전소는 가스 터빈 엔진, 열회수 증기 발생기, 증기 터빈, 연료 재기화 시스템 및 연료 팽창 터빈(본 명세서에서 집합적으로 "연료 재기화 및 팽창 시스템"으로도 지칭됨)을 포함할 수 있다. 가스 터빈 엔진은 압축 공기를 발생시키기 위한 압축기, 연료 및 압축 공기를 받아 연소 가스를 생성할 수 있는 연소기, 및 연소 가스를 받아 배기 가스를 발생시키는 터빈을 포함할 수 있다. 열회수 증기 발생기는 배기 가스로부터의 열을 이용하여 물로부터 증기를 발생시키도록 구성될 수 있다. 증기 터빈은 열회수 증기 발생기에 의해 발생된 증기로부터 동력을 생성하도록 구성될 수 있다. 연료 재기화 시스템은 유체를 액체로부터 기체로 변환하기 위해 연소기와 유체 연통하고 연소기의 상류에 배치되도록 구성될 수 있다. 연료 팽창 터빈은 기화된 연료로부터 동력을 생성하기 위해 연료 재기화 프로세스와 유체 연통하고 연료 재기화 프로세스의 하류에 배치되도록 구성될 수 있다.
다른 예에서, 가스 터빈 복합 사이클 발전소와 함께 작동하기 위한 유기 랭킨 사이클(ORC) 시스템은, 유체를 펌핑하기 위한 유체 펌프, 유체를 팽창하기 위해 유체 펌프와 유체 연통하고 유체 펌프의 하류에 배치되는 ORC 터빈, ORC 터빈의 출구와 펌프의 입구 사이에서 유체를 냉각하도록 구성된 연료용 재기화 시스템, 펌프의 출구와 ORC 터빈의 입구 사이에 위치 설정되어 유체를 가스 터빈 복합 사이클 발전소의 열회수 증기 발생기로부터의 열로 가열하는 제1 열 교환기, 및 가스 터빈 복합 사이클 발전소의 가스 터빈 엔진에 진입하기 전에 재기화된 연료로부터 동력을 생성하기 위한 연료 팽창 터빈을 포함할 수 있다.
추가적인 예에서, 가스 터빈 복합 발전소를 작동하는 방법은 작동 펌프를 사용하여 폐루프를 통해 작동 유체를 순환시키는 단계, 가스 터빈 복합 사이클 발전소로부터의 열을 사용하여 제1 열 교환기로 작동 유체를 가열하는 단계, 작동 유체 터빈을 통해 가열된 작동 유체를 팽창시키는 단계, 터빈을 떠나는 작동 유체를 액체 연료 재기화 프로세스로 응축시키는 단계, 연료 터빈을 통해 가스 연료를 팽창시키는 단계, 및 작동 유체 터빈과 연료 터빈으로 전력을 발생시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 개요는 본 특허 출원의 주제에 대한 개요를 제공하도록 의도된다. 본 발명에 대한 배타적인 또는 빠짐없는 설명을 제공하도록 의도되지 않는다. 상세한 설명은 본 특허 출원에 대한 추가 정보를 제공하기 위해 포함된다.
도 1은 열회수 증기 발생기(HRSG) 및 증기 터빈과 함께 가스 터빈을 작동시키는 종래의 가스 터빈 복합 사이클(GTCC) 발전소를 예시하는 개략도이다.
도 2는 작동 유체 터빈과 천연 가스 터빈을 사용하여 추가 동력을 발생시키는 이중 사이클 시스템을 갖는 본 출원의 가스 터빈 복합 사이클(GTCC) 발전소를 예시하는 개략도이다.
도 3은 도 2의 ORC 시스템과 액체 천연 가스(LNG) 재기화 및 팽창 시스템을 통합하는 이중 사이클 시스템을 예시하는 개략도이다.
도 4는 도 3의 ORC 시스템과 LNG 재기화 및 팽창 시스템 사이클의 온도-엔트로피(T-s) 선도를 도시하는 그래프이다.
도 5는 도 3의 ORC 시스템과 LNG 재기화 및 팽창 시스템을 작동시키기 위한 방법의 단계를 예시하는 선도이다.
반드시 실척으로 작성되어 있지는 않은 도면에서, 동일한 참조 번호는 상이한 도면에서 유사한 구성요소를 설명할 수 있다. 상이한 문자 접미사를 갖는 동일한 참조 번호는 유사한 구성요소의 상이한 사례를 나타낼 수 있다. 도면은 일반적으로 제한이 아닌 예로서 본 문헌에서 설명된 다양한 실시예를 예시한다.
도 2는 작동 유체 터빈과 천연 가스 터빈을 사용하여 추가 동력을 발생시키는 이중 사이클 시스템을 갖는 본 출원의 가스 터빈 복합 사이클(GTCC) 발전소를 예시하는 개략도이다.
도 3은 도 2의 ORC 시스템과 액체 천연 가스(LNG) 재기화 및 팽창 시스템을 통합하는 이중 사이클 시스템을 예시하는 개략도이다.
도 4는 도 3의 ORC 시스템과 LNG 재기화 및 팽창 시스템 사이클의 온도-엔트로피(T-s) 선도를 도시하는 그래프이다.
도 5는 도 3의 ORC 시스템과 LNG 재기화 및 팽창 시스템을 작동시키기 위한 방법의 단계를 예시하는 선도이다.
반드시 실척으로 작성되어 있지는 않은 도면에서, 동일한 참조 번호는 상이한 도면에서 유사한 구성요소를 설명할 수 있다. 상이한 문자 접미사를 갖는 동일한 참조 번호는 유사한 구성요소의 상이한 사례를 나타낼 수 있다. 도면은 일반적으로 제한이 아닌 예로서 본 문헌에서 설명된 다양한 실시예를 예시한다.
도 1은 가스 터빈 엔진(gas turbine engine)(GTE)(12), 열회수 증기 발생기(HRSG)(14) 및 증기 터빈(16)을 갖는 종래의 가스 터빈 복합 사이클(GTCC) 발전소(10)를 예시하는 개략도이다. GTE(12)는 전기 발생기(18)와 함께 사용될 수 있고, 증기 터빈(16)은 전기 발생기(20)와 함께 사용될 수 있다. 발전소(10)는 또한 응축기(22), 연료 가스 히터(30), 응축수 펌프(40) 및 급수 펌프(42)를 포함할 수 있다. HRSG(14)는 저압 섹션(44), 중간 압력 섹션(46) 및 고압 섹션(48)을 포함할 수 있다. 응축기(22)는 냉각 시스템의 일부를 형성할 수 있고 해수 관류형 냉각을 갖는 표면 응축기를 포함할 수 있다. GTE(12)는 압축기(50), 연소기(52) 및 터빈(54)을 포함할 수 있다. 증기 터빈(16)은 IP/HP 스풀(56) 및 LP 스풀(58)을 포함할 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하여 아래에서 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 물은 HRSG(14)로부터 공급되어 유기 랭킨 사이클(ORC) 시스템(도 3의 ORC 시스템(70)) 및 액체 천연 가스(LNG) 재기화 및 팽창 시스템(도 3의 LNG 재기화 및 팽창 시스템(72))과 함께 열 교환 기능을 제공할 수 있다. GTCC 발전소(10)의 작동은 ORC 시스템(70)과 LNG 재기화 및 팽창 시스템(72) 없이 작동하는 도 1을 참조하여 설명된다.
주변 공기(A)가 압축기(50)에 진입할 수 있다. 압축 공기는 연소기(52)로 공급되고 천연 가스 또는 재기화된 LNG의 소스일 수 있는 연료 소스(60)로부터의 연료와 혼합된다. 압축기(50)로부터의 압축 공기는 연소기(52)에서 연소용 연료와 혼합되어 터빈(54)을 회전시키기 위한 고에너지 가스를 생성한다. 터빈(54)의 회전은 회전 샤프트 동력을 생성하는 데 사용되어 압축기(50) 및 전기 발생기(18)를 구동한다. 배기 가스(E)는 HRSG(14)로 지향되며, 여기서 배기 가스(E)는 고압 섹션(48), 중간 압력 섹션(46) 및 저압 섹션(44)에서 적절한 물/증기 배관과 상호 작용하여 증기를 생성한다. 증기는 증기 라인(61C, 61B, 61A)을 통해 증기 터빈(16)의 IP/HP 스풀(56) 및 LP 스풀(58)로 라우팅되어 회전 샤프트 동력을 생성하여 전기 발생기(20)를 작동시킨다. 배기 가스(E)는 스택과 같은 임의의 적절한 배기 수단을 이용하여 HRSG(14)를 빠져나갈 수 있다. HRSG(14)는 잠재적으로 환경적으로 위험한 물질을 제거하기 위해 배기 가스(E)를 컨디셔닝하기 위한 적절한 수단을 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, HRSG(14)는 선택적 촉매 환원(Selective Catalytic Reduction)(SCR) 배출물 감소 유닛을 포함할 수 있다.
HRSG(14)로부터의 물은 또한 화살표 X-X에 의해 도시된 바와 같이 물 라인(66A)으로 연료 가스 히터(30)에서 연료 가열을 수행하는 데 사용될 수 있으며, 이어서 물은 라인(66C 및 66D)을 통해 저압 섹션(44)으로 복귀될 수 있다.
HRSG(14)의 저압 섹션(44) 하류에 있는 연도 가스에 남아 있는 열은 통상적으로 낭비되어, HRSG(14)를 빠져나가는 배기 가스(E)의 온도만 증가시킨다. 본 개시내용에서, ORC 시스템(70)(도 3)은 전력을 발생하기 위해 하나 이상의 추가 터빈을 회전시키도록 HRSG(14) 및 재기화 및 팽창 시스템(72)(도 3)으로부터의 저온 LNG와 열적 연통하게 연결될 수 있다.
도 2는 열원으로서 HRSG(14)로부터의 물을 사용하고 냉각 싱크로서 재기화 및 팽창 시스템(72)(도 3)으로부터의 액화 천연 가스(LNG)를 사용하는 ORC 시스템(70)(도 3)을 포함하도록 본 개시내용에 따라 수정된 도 1의 가스 터빈 복합 사이클(GTCC) 발전소(10)를 예시하는 개략도이다. 도 2는 도 1과 동일하거나 또는 기능적으로 동등한 구성요소를 나타내기 위해 적절한 곳에서 동일한 참조 번호를 이용하는데, 새로운 참조 번호가 추가되어 추가 구성요소를 나타낸다.
특히, 라인(74A 및 74B)은 HRSG(14)의 작동에 제1 열 교환기(76) 및 제2 열 교환기(78)를 연결하도록 추가된다. 예시된 예에서, 열 교환기(76, 78)는 병렬로 연결된 것으로 도시되어 있다. 다른 예에서, 열 교환기(76, 78)는 직렬로 연결될 수 있으며, 그 중 하나가 제1 열 교환기가 되도록 구성된다. 도 3을 참조하여 설명된 바와 같이, 제1 열 교환기(76)는 ORC 시스템(70)의 일부를 포함할 수 있고 제2 열 교환기(78)는 LNG 재기화 및 팽창 시스템(72)의 일부를 포함할 수 있다. ORC 시스템(70)과 LNG 재기화 및 팽창 시스템(72)은 함께 GTCC 발전소(10)의 전체 효율 및 출력을 증가시키기 위해, 도 2에 도시된 바와 같이, GTCC 발전소(10)와 함께 작동하도록 일체화될 수 있는 듀얼 사이클 시스템(80)을 포함한다.
라인(74A)은 저압 섹션(44)에서 HRSG(14)로부터 저압의 물을 추출하도록 위치 설정될 수 있다. 다른 예에서, 라인(74A)은 중간 압력 섹션(46) 또는 고압 섹션(48)에 연결될 수 있다. 예에서, 라인(74A)은 HRSG(14)로부터 증기를 추출하도록 구성될 수 있다. 저압 섹션(44)으로부터의 라인(74A)에 있는 추가의 저압 물은 생성 및 이용되지 않는 경우 달리 낭비되는 열을 함유한다. ORC 시스템(70)과 재기화 및 팽창 시스템(72)은 GTCC 발전소(10)의 성능에 영향을 미치지 않으면서 이러한 쉽게 이용 가능한 열원을 이용하여 추가 동력을 발생시키고 GTCC 발전소(10)의 전체 효율을 증가시킬 수 있다. 라인(74B)은 열 교환기(76, 78)에서 ORC 시스템(70)과 재기화 및 팽창 시스템(72)에 의해 냉각된 저압 물을 저압 섹션(44)의 입구로 복귀시켜 배기 가스(E)가 HRSG(14)를 떠나서 대기로 배기되기 전에 배기 가스(E)를 추가로 냉각할 수 있다.
도 3은 ORC 시스템(70)과 재기화 및 팽창 시스템(72)을 포함하는 이중 사이클 시스템(80)을 예시하는 개략도이다. 예시적인 ORC 시스템(70)에서, 프로판이 작동 유체로서 사용될 수 있고, ORC 시스템(70)은 작동 유체 펌프(82), 제4 열 교환기(복열기로서 기능함)(84), 제1 열 교환기(프로판 과열기로서 기능함)(76), 작동 유체 터빈(86), 및 제3 열 교환기(프로판 응축기로서 기능함)(88)를 포함할 수 있다. 재기화 및 팽창 시스템(72)은 연료 소스(60), 연료 펌프(90), 제3 열 교환기(연료 기화기로서 기능하며 본 명세서에서 "기화 열 교환기"로도 지칭됨)(88), 제2 열 교환기(연료 과열기로서 기능함)(78), 및 연료 터빈(92)을 포함할 수 있다. 작동 유체 터빈(86) 및 연료 터빈(92)은 발생기(94)를 구동하도록 구성될 수 있다. 재기화 및 팽창 시스템(72)은 연료 가스 히터(30) 및 연소기(52)에 유체적으로 결합될 수 있다.
도 1의 시스템과 비교했을 때, 작동 유체 터빈(86) 및 연료 터빈(92)을 사용하여 추가 동력이 발생될 수 있다. ORC 시스템(70)에서, 열 에너지는 열 교환기(76)에서 HRSG(14)의 저압 섹션(44)으로부터 GTCC 발전소(10)로부터 추출될 수 있다. 열 교환기(88)는 작동 유체를 응축시키기 위한 냉각 싱크로서 사용될 수 있다. 더욱이, 재기화 및 팽창 시스템(72)에서, 열 에너지는 열 교환기(78)에서 HRSG(14)의 저압 섹션(44)으로부터 GTCC 발전소(10)로부터 추출될 수 있으며, 이는 연료 터빈(92)에 공급되는 연료의 온도를 증가시킬 수 있다. 듀얼 사이클 시스템(80)은 HRSG를 떠나는 배기 가스(E)(도 2)의 온도를 감소시킬 수 있다. LNG는 (표준 천연 가스에 비교하여) 개선된 연료 품질을 갖고 황을 함유하지 않기 때문에, 도 2의 시스템의 스택 온도가 도 1의 시스템과 같이 종래의 GTCC 발전소보다 더 낮게 되는 것이 허용될 수 있다.
실시예에서, ORC 시스템(70)의 작동 유체는 프로판(C3H8)일 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 다른 유체가 사용될 수 있다. 예를 들어, 다양한 유기 화합물이 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, CO2, 탄화수소 유체, 암모니아(NH3) 및 H2S가 사용될 수 있다. 다른 유체는 열효율을 증가시킬 수 있지만, 업계에서는 일반적으로 프로판이 사용된다.
도 3에는 이중 사이클 시스템(80) 내의 위치를 식별하기 위해 괄호 안의 참조 번호 (1) - (13)이 제공되었다. 위치(1) - (13)는 시스템(80)의 작동을 설명하기 위해 도 3을 참조하여 설명된다. 위치(1) - (13)는 또한 도 4의 온도-엔트로피(T-s) 도면 및 도 5의 프로세스 흐름도에 맵핑된다.
저압 물은 위치(1)에서 HRSG(14)로부터 추출된다. 이러한 저압 물은 도 2에 도시된 바와 같이 제1 열 교환기(76) 및 제2 열 교환기(78)에 병렬로 제공될 수 있다. 이 저압 물이 열 교환기(76, 78)에서 냉각된 후, 예를 들어 ORC 시스템(70)의 작동 유체 및 재기화 및 팽창 시스템(72)의 연료의 온도를 증가시키기 위해 저압 물로부터 열이 추출된 후, 저압 물은 위치(2)에서 HRSG(14)로 복귀될 수 있다.
ORC 시스템(70)은 ORC 시스템(70)을 위한 응축기와 재기화 및 팽창 시스템(72)을 위한 기화기로서 기능할 수 있는 제3 열 교환기(88)에서 시작할 수 있다. 제3 열 교환기(88)에서, 프로판 가스는 위치(3)에서 액체로 응축될 수 있고 작동 유체 펌프(82)로 유동할 수 있다. 액체 프로판은 (4)에서 펌프(82)에 의해 더 높은 압력으로 펌핑된 다음 (5)에서 복열기(84)를 사용하여 더 높은 온도로 가열될 수 있다. 제1 열 교환기(76)는 (6)에서 프로판을 기화하고 과열시킬 수 있다. 이어서, 과열된 프로판은 (7)에서 과열된 프로판이 팽창될 수 있는 작동 유체 터빈(86)으로 계속될 수 있다. 마지막으로, 프로판은, 프로판이 액체로 응축되는 제3 열 교환기(88)로 복귀하기 전에 (8)에서 냉각되는 복열기(84)를 통과할 수 있다.
연료 소스(60)로부터의 액체 천연 가스는 (9)에서 펌프(90)로 유동할 수 있다. 펌프(90)는 (10)에서 액체 천연 가스의 온도와 압력을 증가시킬 수 있다. 다음으로, 액체 천연 가스는 (11)에서 기화할 수 있는 제3 열 교환기(88)를 통해 유동할 수 있다. 이어서, 기화된 천연 가스는 (12)에서 제2 열 교환기(78)에서 과열될 수 있다. 그 다음, 연료 터빈(92)은 (13)에서 과열된 천연 가스를 팽창시키는 데 사용될 수 있다. 마지막으로, 천연 가스는 연료 가스 히터(30)를 통과한 다음 가스 터빈 엔진(12)(도 2)에서의 연소를 위해 연소기(52)로 나아간다.
작동 유체 터빈(86) 및 연료 터빈(92)은 각각 작동 유체(예를 들어, 프로판) 및 연료(예를 들어, 천연 가스)로부터 에너지를 추출하는 데 사용될 수 있다. 예에서, 터빈(86, 92)은 발생기(94)와 같은 단일 발생기를 구동하기 위해 공통 샤프트에 결합될 수 있다. 다른 예에서, 터빈(86, 92) 각각에는 별개의 독립적인 전기 발생기를 구동하기 위한 별개의 출력 샤프트가 제공될 수 있다.
GTCC 발전소(10), ORC 시스템(70), 및 연료 재기화 및 팽창 시스템(72)의 작동은 소프트웨어로 모델링될 수 있으며, 예에서, GTCC 시스템(10)은 GTPro 소프트웨어를 사용하여 모델링되었고 이중 사이클 시스템(80)은 Ebsilon 소프트웨어로 모델링되었다. 모델링 목적을 위한 예시적인 발전소는 고급 가스 터빈을 사용하는 2개의 2-on-1 GTCC 파워 아일랜드의 배열을 포함할 수 있다. 증기 바터밍 사이클(steam bottoming cycle)은 재가열과 함께 3개의 압력 레벨(HP, IP 및 LP)을 특징으로 하는 통상적인 HRSG 배열에 기초한다. 시뮬레이션은 카리브해 지역의 통상적인 주변 조건(1.013 bar, 건구 온도 28℃, 상대 습도 85%)을 기초로 하였다. LNG는 순수한 메탄(CH4)으로 구성되어 있다고 가정하였다.
2개의 경우가 시뮬레이션되었다. 제1 베이스 경우에, 도 1의 종래의 GTCC 발전소(10)를 GTPro 소프트웨어를 사용하여 액체 천연 가스(LNG) 연료를 사용하여 시뮬레이션하였다. 제2 개선된 경우에, 도 2의 수정된 GTCC 발전소(10)를 LNG 연료, ORC 시스템(70)과 재기화 및 팽창 시스템(72)을 갖는 이중 사이클 시스템(80)을 사용하여 시뮬레이션하였다. 시뮬레이션 결과는 0.73% 포인트의 플랜트 순효율(LHV) 증가가 달성될 수 있음을 나타낸다.
개선된 경우(도 2)는 기본 경우(도 1)에 비교하여 GTCC 시스템(10)의 출력에 부정적인 영향을 미치지 않는다. 이와 같이, 발생기(94)에 의해 생성된 추가 동력은 거의 또는 전혀 비용 없이 획득될 수 있다.
본 출원의 개선된 경우에, HRSG(14)의 스택 온도는 종래의 복합 사이클보다 낮을 수 있다. 시뮬레이션된 경우에, 스택 온도를 약 60℃로 낮출 수 있다. 그러한 온도는, A) 연도 가스의 이슬점에 관한 우려가 완화되도록 LNG가 "무황(Sulphur free)" 연료인 것으로 고려되기 때문에; 그리고 B) 적절한 부력을 갖는 스택으로 배출하기 위한 최소 연도 가스 온도(통상, 50℃)보다 여전히 높기 때문에 허용될 수 있다.
도 4는 도 3의 위치(1)와 (2), ORC 시스템(70), 및 재기화 및 팽창 시스템(72) 사이에서 HRSG(14)로부터의 저압 물의 온도-엔트로피(T-s) 도면을 도시하는 그래프이다. 도 4는, HRSG(14)의 위치(1) 및 (2) 사이에서 이용 가능한 "자유" 열 에너지 및 연료 소스(60)에서와 같이 액체 천연 가스로부터 이용 가능한 냉각 싱크를 이용함으로써, ORC 시스템(72)이 구동되어 터빈(86)에서 샤프트 동력을 획득할 수 있음을 나타낸다. 더욱이, 액체 천연 가스는 ORC 시스템(70) 및 (1)과 (2) 사이에서 HRSG(14)로부터의 물로 가열되어 연료 터빈(92)을 구동할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같은 본 발명의 실시예에서 연료 가스 히터(30)(연료 터빈(92)의 하류)에 제공되는 천연 가스의 온도는 도 1에 의해 도시된 바와 같은 통상적인 LNG 기화 시스템에 의해 연료 가스 히터(30)에 제공되는 천연 가스의 온도와 실질적으로 동일하다.
도 5는 도 3의 이중 사이클 시스템(80)을 작동시키기 위한 방법(100)의 단계를 예시하는 선도이다. 단계 102에서, 유기 작동 유체는 펌프(82)와 같은 펌프를 사용하여 폐회로 루프를 통해 순환될 수 있다. 단계 104에서, 펌프(82)를 떠나는 유기 작동 유체는 ORC 시스템(70)의 다른 부분으로부터의 열을 사용하여 복열기(84)에 의해 가열될 수 있다. 단계 106에서, 유기 작동 유체는 HRSG(14)로부터의 열을 사용하여 제1 열 교환기(76)로 과열될 수 있다. 단계 108에서, 과열되고 기화된 작동 유체는 터빈(86)으로 팽창될 수 있다. 단계 110에서, 팽창된 작동 유체는 냉각을 위해 복열기(84)를 통과할 수 있다. 단계 112에서, 작동 유체는 펌프(82)로 복귀하기 전에 제3 열 교환기(88)를 사용하여 액체로 응축될 수 있다.
단계 114에서, 연료는 펌프(90)를 사용하여 연료 소스(60)로부터 펌핑될 수 있다. 연료는 제3 열 교환기(88)로 펌핑될 수 있고, 여기서, 단계 116에서 액체 연료는 가열되고 기화될 수 있다. 단계 118에서, 기화된 연료는 제2 열 교환기(78)를 사용하여 과열될 수 있다. 단계 120에서, 연료는 터빈(92)에서 팽창될 수 있다. 단계 122에서, 연료는 연소를 위해 연료 가스 히터(30)를 통과한 후와 같이 연소기(52)(도 2)로 나아갈 수 있다.
이중 사이클 시스템(80)으로서 함께 ORC 시스템(70)과 재기화 및 팽창 시스템(72)의 작동은 각각 단계(124 및 126)에서 터빈(92 및 86)으로 전기를 발생시키기 위해 사용될 수 있다.
본 출원의 시스템 및 방법은 LNG 연료 GTCC 발전소에서 이중 사이클의 적용에 의해 달성될 수 있는 상당한 성능 개선을 초래한다. ORC 시스템(70)은 재기화 및 팽창 시스템(72)과 ORC(70)의 성능을 개선하기 위해 ORC 시스템(70) 내에서 열을 효과적으로 재분배하기 위해 복열기를 이용할 수 있다. ORC 시스템(70)과 재기화 및 팽창 시스템(72)의 그러한 작동은 이중 사이클 시스템(80)이 추가 전기를 발생시키는 데 사용될 수 있는 터빈에 동력을 공급할 수 있게 함으로써, LNG 연료 GTCC 발전소의 전체 효율을 개선할 수 있다. 또한, LNG 재기화 프로세스에서 해수의 냉각을 피함으로써 환경적 이점을 달성할 수 있다.
다양한 참고 사항 및 예
예 1은 압축 공기를 발생시키기 위한 압축기, 연료 및 압축 공기를 받아 연소 가스를 생성할 수 있는 연소기, 및 연소 가스를 받아 배기 가스를 발생시키는 터빈을 포함하는 가스 터빈 엔진; 배기 가스로부터의 열을 이용하여 물로부터 증기를 발생시키는 열회수 증기 발생기; 열회수 증기 발생기에 의해 발생된 증기로부터 동력을 생성하는 증기 터빈; 연소기에 진입하기 전에 연료를 액체로부터 기체로 변환하기 위한 연료 재기화 시스템; 및 기화된 연료로부터 동력을 생성하기 위해 연료 재기화 시스템과 유체 연통하고 연료 재기화 시스템의 하류에 배치된 연료 팽창 터빈을 포함하는 가스 터빈 복합 사이클 발전소와 같은 주제를 포함하거나 사용할 수 있다.
예 2는 연료 재기화 및 팽창 시스템에 진입하는 액체 연료를 기화시키도록 구성된 유기 랭킨 사이클(ORC) 시스템을 임의로 포함하도록 예 1의 주제를 포함할 수 있거나 임의로 조합될 수 있다.
예 3은 유체를 펌핑하는 유체 펌프, 유체를 팽창시키기 위해 펌프와 유체 연통하고 펌프의 하류에 배치되는 ORC 터빈, 열회수 증기 발생기로부터의 저압 물로 유체를 가열하기 위해 펌프 및 ORC 터빈과 유체 연통하고 그 사이에 위치 설정된 제1 ORC 열 교환기, 및 유체를 냉각하기 위해 ORC 터빈 및 펌프와 유체 연통하고 그 사이에 배치되는 냉각 소스를 포함하는 ORC를 임의로 포함하도록 예 1 또는 2 중 하나 또는 임의의 조합의 주제를 포함할 수 있거나 그 주제와 임의로 조합될 수 있다.
예 4는 유체 펌프로부터 유동하는 유체와 ORC 터빈으로부터 유동하는 유체 사이에 열을 교환하기 위해 유체 펌프와 제1 ORC 열 교환기 사이에 위치 설정되는 복열기를 임의로 포함하도록 예 1 내지 3 중 하나 또는 임의의 조합의 주제를 포함할 수 있거나 그 주제와 임의로 조합될 수 있다.
예 5는 프로판을 포함하는 유체를 임의로 포함하도록 예 1 내지 4 중 하나 또는 임의의 조합의 주제를 포함할 수 있거나 그 주제와 임의로 조합될 수 있다.
예 6은 연료 재기화 및 팽창 시스템으로부터의 액체 연료를 포함하는 냉각 소스를 임의로 포함하도록 예 1 내지 5 중 하나 또는 임의의 조합의 주제를 포함할 수 있거나 그 주제와 임의로 조합될 수 있다.
예 7은 액화된 연료를 받는 연료 펌프, 연료 펌프와 유체 연통하고 연료 펌프의 하류에 배치되는 제3 ORC 열 교환기 - 제3 ORC 열 교환기는 ORC 시스템용 응축기로서 기능하도록 구성됨 -, 및 제3 ORC 열 교환기로부터 유동하는 기화된 연료를 가열하기 위한 제2 ORC 열 교환기를 포함하는 연료 재기화 및 팽창 시스템을 임의로 포함하도록 예 1 내지 6 중 하나 또는 임의의 조합의 주제를 포함할 수 있거나 그 주제와 임의로 조합될 수 있다.
예 8은 열회수 증기 발생기로부터의의 저압 물의 열을 기화된 연료로 전달할 수 있는 연료 열 교환기를 임의로 포함하도록 예 1 내지 7 중 하나 또는 임의의 조합의 주제를 포함할 수 있거나 그 주제와 임의로 조합될 수 있다.
예 9는 액화 천연 가스를 포함하는 액체 연료를 임의로 포함하도록 예 1 내지 8 중 하나 또는 임의의 조합의 주제를 포함할 수 있거나 그 주제와 임의로 조합될 수 있다.
예 10은 유체를 펌핑하는 유체 펌프, 유체를 팽창시키기 위해 유체 펌프와 유체 연통하고 유체 펌프의 하류에 배치되는 ORC 터빈, ORC 터빈의 출구와 펌프의 입구 사이의 유체를 냉각시키도록 구성된 연료용 재기화 및 팽창 시스템, 펌프의 출구와 ORC 터빈의 입구 사이에 위치 설정되어 가스 터빈 복합 사이클 발전소의 열회수 증기 발생기로부터의 열로 유체를 가열하는 제1 열 교환기, 및 가스 터빈 복합 사이클 발전소의 가스 터빈 엔진에 진입하기 전에 연료로부터 동력을 생성하기 위한 연료 팽창 터빈을 포함할 수 있는, 가스 터빈 복합 사이클 발전소와 함께 작동하기 위한 유기 랭킨 사이클(ORC) 시스템과 같은 주제를 포함하거나 사용할 수 있다.
예 11은 유체 펌프의 출구와 제1 열 교환기의 입구 사이에 위치 설정되어 유체 펌프를 떠나는 유체와 ORC 터빈을 떠나는 유체 사이에서 열을 교환하는 복열기를 임의로 포함하도록 예 10의 주제를 포함할 수 있거나 그 주제와 임의로 조합될 수 있다.
예 12는 연료 및 열회수 증기 발생기와 열적 연통하는 제2 열 교환기를 임의로 포함하도록 예 10 또는 11 중 하나 또는 임의의 조합의 주제를 포함할 수 있거나 그 주제와 임의로 조합될 수 있다.
예 13은 열회수 증기 발생기로부터의 저압 물로 연료를 가열하도록 구성된 제2 열 교환기를 임의로 포함하도록 예 10 내지 12 중 하나 또는 임의의 조합의 주제를 포함할 수 있거나 그 주제와 임의로 조합될 수 있다.
예 14는 유체로부터 열을 전달하여 연료를 기화시키기 위해 연료 및 유체와 열적 연통하는 제3 열 교환기를 임의로 포함하도록 예 10 내지 13 중 하나 또는 임의의 조합의 주제를 포함할 수 있거나 그 주제와 임의로 조합될 수 있다.
예 15는 액화된 연료를 받는 연료 펌프, 연료 펌프의 하류에 배치되고 연료 펌프와 유체 연통하는 제3 열 교환기, 제3 열 교환기의 하류에 배치되고 제3 열 교환기와 유체 연통하는 제2 열 교환기, 및 제2 열 교환기로부터 연료를 받는 연료 터빈을 포함할 수 있는 연료 재기화 및 팽창 시스템을 임의로 포함하도록 예 10 내지 14 중 하나 또는 임의의 조합의 주제를 포함할 수 있거나 그 주제와 임의로 조합될 수 있다.
예 16은 작동 펌프를 사용하여 폐루프를 통해 작동 유체를 순환시키는 단계, 가스 터빈 복합 사이클 발전소로부터의 열을 사용하여 제1 열 교환기로 작동 유체를 가열하는 단계, 작동 유체 터빈을 통해 가열된 작동 유체를 팽창시키는 단계, 터빈을 떠나는 작동 유체를 연료 재기화 및 팽창 시스템으로 응축하는 단계, 연료 터빈을 통해 연료 재기화 및 팽창 시스템의 가스 연료를 팽창시키는 단계, 및 작동 유체 터빈과 연료 터빈으로 전력을 발생시키는 단계를 포함하는 가스 터빈 복합 사이클 발전소의 작동 방법과 같은 주제를 포함하거나 사용할 수 있다.
예 17은 작동 유체 터빈을 떠나는 작동 유체를 작동 펌프로부터 작동 유체를 받는 복열기로 냉각시키는 단계를 임의로 포함하도록 예 16의 주제를 포함할 수 있거나 그 주제와 임의로 조합될 수 있다.
예 18은 가스 터빈 복합 사이클 발전소의 열회수 증기 발생기로부터의 물로 작동 유체를 가열함으로써 제1 외부 열원으로 작동 유체를 가열하는 단계를 임의로 포함하도록 예 16 또는 17 중 하나 또는 임의의 조합의 주제를 포함할 수 있거나 그 주제와 임의로 조합될 수 있다.
예 19는 열회수 증기 발생기로부터의 물과 열적 연통하는 제2 열 교환기를 사용하여 연료를 가열하는 단계를 임의로 포함하도록 예 16 내지 18 중 하나 또는 임의의 조합의 주제를 포함할 수 있거나 그 주제와 임의로 조합될 수 있다.
예 20은 작동 펌프 상류의 작동 유체와 열적 연통하는 재기화 열 교환기를 통해 연료 펌프로 액화 천연 가스를 펌핑하는 단계, 재기화 열 교환기에서 작동 유체로부터의 열을 액화 천연 가스로 전달하여 액화 천연 가스를 기화하고 작동 유체를 응축시키는 단계, 제2 열 교환기에서 기화된 천연 가스를 가열하는 단계, 및 기화된 천연 가스를 가스 터빈 복합 사이클 발전소의 가스 터빈에 제공하는 단계에 의해 터빈을 떠나는 유체를 연료 재기화 및 팽창 시스템으로 냉각시키는 단계를 임의로 포함하도록 예 16 내지 19 중 하나 또는 임의의 조합의 주제를 포함할 수 있거나 그 주제와 임의로 조합될 수 있다.
이들 비제한적 예의 각각은 그 자체로 존재할 수 있거나, 다른 예 중 하나 이상과 다양한 순열 또는 조합으로 조합될 수 있다.
상기 상세한 설명은 상세한 설명의 일부를 형성하는 첨부 도면에 대한 참조를 포함한다. 도면은 예시로서 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 도시한다. 이들 실시예는 또한 본 명세서에서 "예"로서 지칭된다. 그러한 예는 도시되거나 설명된 것 이외의 요소를 포함할 수 있다. 그러나, 본 발명자는 또한 도시되거나 설명된 이들 요소들만이 제공되는 예를 고려한다. 더욱이, 본 발명자는 또한 특정 예(또는 그 하나 이상의 양태)와 관련하여, 또는 본 명세서에 도시되거나 설명된 다른 예(또는 그 하나 이상의 양태)와 관련하여, 도시되거나 설명된 이들 요소(또는 그 하나 이상의 양태)의 임의의 조합 또는 순열을 사용하는 예를 고려한다.
본 문헌과 참조로 포함된 문헌 간에 사용이 일치하지 않는 경우, 본 문헌의 사용이 우선한다.
본 문헌에서, "a" 또는 "an"이라는 용어는 특허 문헌에서 일반적으로 사용되는 것과 같이 사용되어 "적어도 하나" 또는 "하나 이상"의 임의의 다른 경우 또는 사용과 무관하게 하나 또는 하나 초과를 포함한다. 본 문헌에서, "또는"이라는 용어는 비독점적 의미를 지칭하도록 또는 달리 지정되지 않는 한 "A 또는 B"가 "A는 있지만 B는 아님", "B는 있지만 A가 아님" 및 "A 및 B"를 포함하도록 사용된다. 본 문헌에서, "포함하는" 및 "여기서"라는 용어는 각각의 용어 "구비하는" 및 "여기에서"의 쉬운 영어 등가물로서 사용된다. 또한, 다음의 청구범위에서, "포함하는" 및 "구비하는"이라는 용어는 개방형이고, 즉, 청구범위에서 그러한 용어 이전에 나열된 것 이외의 요소를 포함하는 시스템, 디바이스, 물품, 조성물, 제형, 또는 프로세스는 여전히 청구범위의 범주 내에 속하는 것으로 고려된다. 더욱이, 다음 청구범위에서, "제1", "제2" 및 "제3" 등의 용어는 단지 라벨로서 사용되며, 그 대상에 수치적 요구 사항을 부과하도록 의도되지 않는다.
본 명세서에 설명된 방법 예는 적어도 부분적으로 기계 또는 컴퓨터로 구현될 수 있다. 일부 예는 위의 예에서 설명된 바와 같은 방법을 수행하도록 전자 디바이스를 구성하도록 작동가능한 명령으로 인코딩된 컴퓨터 판독 가능 매체 또는 기계 판독 가능 매체를 포함할 수 있다. 이러한 방법의 구현은 마이크로코드, 어셈블리 언어 코드, 고급 언어 코드 등과 같은 코드를 포함할 수 있다. 이러한 코드는 다양한 방법을 수행하기 위한 컴퓨터 판독 가능 명령을 포함할 수 있다. 코드는 컴퓨터 프로그램 제품의 일부를 형성할 수 있다. 또한, 예에서, 코드는 실행 중 또는 다른 시간에서와 같이 하나 이상의 휘발성, 비일시적, 또는 비휘발성 유형의 컴퓨터 판독 가능 매체에 유형적으로 저장될 수 있다. 이러한 유형의 컴퓨터 판독 가능 매체의 예는 하드 디스크, 이동식 자기 디스크, 이동식 광학 디스크(예를 들어, 콤팩트 디스크 및 디지털 비디오 디스크), 자기 카세트, 메모리 카드 또는 스틱, 랜덤 액세스 메모리(RAM), 판독 전용 메모리(ROM) 등을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다.
위의 설명은 예시를 위한 것이며 제한적인 것이 아니다. 예를 들어, 앞서 설명한 예(또는 그 하나 이상의 양태)는 서로 조합하여 사용될 수 있다. 상기 설명을 검토할 때, 예를 들어 본 기술 분야의 숙련자에 의해 다른 실시예가 사용될 수 있다. 요약은 37 C.F.R. §1.72(b)를 준수하도록 제공되어, 독자가 기술 공개의 성격을 신속하게 확인할 수 있도록 한다. 요약은 청구범위의 범주나 의미를 해석하거나 제한하는 데 이용되지 않을 것이라는 이해와 함께 제출된다. 또한, 위의 상세한 설명에서, 개시를 간소화하기 위해 다양한 특징이 함께 그룹화될 수 있다. 이는 청구되지 않은 개시된 특징이 임의의 청구항에 필수적이라는 의도로서 해석되어서는 안 된다. 오히려, 본 발명의 주제는 특정 개시된 실시예의 모든 특징보다 적은 특징에 있을 수 있다. 따라서, 다음의 청구범위는 예 또는 실시예로서 상세한 설명에 통합되며, 각각의 청구항은 그 자체가 별개의 실시예이고, 그러한 실시예는 다양한 조합 또는 순열로 서로 조합될 수 있는 것으로 고려된다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위를 참조하여 결정되어야 하며, 그러한 청구범위가 권리가 주어진 균등물의 전체 범위와 함께 결정되어야 한다.
Claims (22)
- 가스 터빈 복합 사이클 발전소이며,
가스 터빈 엔진으로서,
압축 공기를 발생시키는 압축기;
연료 및 압축 공기를 받아 연소 가스를 생성할 수 있는 연소기; 및
연소 가스를 받아 배기 가스를 발생시키는 터빈을 포함하는, 가스 터빈 엔진;
배기 가스로부터의 열을 이용하여 물로부터 증기를 발생시키는 열회수 증기 발생기;
열회수 증기 발생기에 의해 발생된 증기로부터 동력을 생성하는 증기 터빈;
연소기에 진입하기 전에 연료를 액체로부터 기체로 변환하기 위한 연료 재기화 시스템;
기화된 연료로부터, 전기 발생기를 구동하기 위한 동력을 생성하기 위해 연료 재기화 시스템과 유체 연통하고 연료 재기화 시스템의 하류에 배치된 연료 팽창 터빈; 및
연료 재기화 및 팽창 시스템에 진입하는 액체 연료를 기화시키도록 구성된 유기 랭킨 사이클(ORC) 시스템을 포함하고,
ORC 시스템은:
유체를 펌핑하는 유체 펌프;
유체를 팽창시키기 위해 펌프와 유체 연통하고 펌프의 하류에 배치되며, 상기 전기 발생기를 구동하도록 구성된 ORC 터빈;
열회수 증기 발생기로부터의 저압 물로 상기 유체를 가열하기 위해 상기 펌프 및 ORC 터빈과 유체 연통하고 그 사이에 위치 설정된 제1 ORC 열 교환기; 및
상기 유체를 냉각하기 위해 ORC 터빈 및 펌프와 유체 연통하고 그 사이에 배치되는 냉각 소스를 포함하는, 가스 터빈 복합 사이클 발전소. - 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서, 유체 펌프로부터 유동하는 유체와 ORC 터빈으로부터 유동하는 유체 사이에 열을 교환하기 위해 유체 펌프와 제1 ORC 열 교환기 사이에 위치 설정되는 복열기를 더 포함하는, 가스 터빈 복합 사이클 발전소.
- 제1항에 있어서, 유체는 프로판을 포함하는, 가스 터빈 복합 사이클 발전소.
- 제1항에 있어서, 냉각 소스는 연료 재기화 및 팽창 시스템으로부터의 액체 연료를 포함하는, 가스 터빈 복합 사이클 발전소.
- 제6항에 있어서, 연료 재기화 및 팽창 시스템은:
액화된 연료를 받는 연료 펌프;
연료 펌프와 유체 연통하고 연료 펌프의 하류에 배치되는 제3 ORC 열 교환기 - 제3 ORC 열 교환기는 유기 랭킨 사이클 시스템용 응축기로서 기능하도록 구성됨 -; 및
연료 팽창 터빈으로 유입되기 전에 제3 ORC 열 교환기로부터 유동하는 기화된 연료를 가열하기 위해 제3 ORC 열 교환기의 하류에 배치된 제2 ORC 열 교환기를 포함하는, 가스 터빈 복합 사이클 발전소. - 제7항에 있어서, 연료 열 교환기는 열회수 증기 발생기로부터의 물의 열을 기화된 연료로 전달하는, 가스 터빈 복합 사이클 발전소.
- 제7항에 있어서, 액화된 연료는 액화 천연 가스를 포함하는, 가스 터빈 복합 사이클 발전소.
- 연료 시스템을 포함하는 가스 터빈 복합 사이클 발전소와 함께 작동하기 위한 유기 랭킨 사이클(ORC) 시스템이며, ORC 시스템은:
유체를 펌핑하는 유체 펌프;
유체를 팽창시키기 위한 유체 펌프와 유체 연통하고 유체를 팽창시키기 위한 유체 펌프의 하류에 배치되는 ORC 터빈;
연료 시스템의 연료를 위한 재기화 및 팽창 시스템 - 재기화 및 팽창 시스템은 ORC 터빈의 출구와 펌프의 입구 사이의 유체를 냉각시키도록 구성됨 -;
상기 펌프의 출구와 ORC 터빈의 입구 사이에 위치 설정되어 가스 터빈 복합 사이클 발전소의 열회수 증기 발생기로부터의 열로 유체를 가열하는 제1 열 교환기; 및
가스 터빈 복합 사이클 발전소의 가스 터빈 엔진에 진입하기 전에 연료로부터 동력을 생성하기 위한 연료 시스템의 연료 팽창 터빈;
연료 및 열회수 증기 발생기와 열적 연통하는 제2 열 교환기로서, 연료 팽창 터빈의 상류에 위치 설정되는 제2 열 교환기; 및
유체로부터 열을 전달하여 연료를 기화시키기 위해 연료 및 유체와 열적 연통하는 제3 열 교환기로서, 제2 열 교환기의 상류에 위치 설정되는 제3 열 교환기를 포함하는, 유기 랭킨 사이클 시스템. - 제10항에 있어서, 유체 펌프의 출구와 제1 열 교환기의 입구 사이에 위치 설정되어 유체 펌프를 떠나는 유체와 ORC 터빈을 떠나는 유체 사이에서 열을 교환하는 복열기를 더 포함하는, 유기 랭킨 사이클 시스템.
- 삭제
- 제10항에 있어서, 제2 열 교환기는 열회수 증기 발생기로부터의 저압 물로 연료를 가열하도록 구성되는, 유기 랭킨 사이클 시스템.
- 삭제
- 제11항에 있어서, 연료 재기화 및 팽창 시스템은:
액화된 연료를 받는 연료 펌프;
연료 펌프의 하류에 배치되고 연료 펌프와 유체 연통하는 제3 열 교환기;
제3 열 교환기의 하류에 배치되고 제3 열 교환기와 유체 연통하는 제2 열 교환기; 및
제2 열 교환기로부터 연료를 받는 연료 팽창 터빈을 포함하고,
연료 팽창 터빈 및 ORC 터빈은 전기 발생기를 구동하도록 구성되는, 유기 랭킨 사이클 시스템. - 가스 터빈 복합 사이클 발전소의 작동 방법이며,
작동 펌프를 사용하여 폐루프를 통해 작동 유체를 순환시키는 단계;
가스 터빈 복합 사이클 발전소로부터의 열을 사용하여 제1 열 교환기로 작동 유체를 가열하는 단계;
작동 유체 터빈을 통해 가열된 작동 유체를 팽창시키는 단계;
터빈을 떠나는 작동 유체를 연료 재기화 및 팽창 시스템으로 응축하는 단계;
연료 터빈을 통해 연료 재기화 및 팽창 시스템의 가스 연료를 팽창시키는 단계; 및
공통의 전기 발생기를 이용하여 작동 유체 터빈과 연료 터빈으로 전력을 발생시키는 단계를 포함하는, 방법. - 제16항에 있어서, 작동 유체 터빈을 떠나는 작동 유체를 작동 펌프로부터 작동 유체를 받는 복열기로 냉각시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
- 제16항에 있어서, 제1 열 교환기로 작동 유체를 가열하는 단계는 가스 터빈 복합 사이클 발전소의 열회수 증기 발생기로부터의 물로 작동 유체를 가열하는 단계를 포함하는, 방법.
- 제18항에 있어서, 열회수 증기 발생기로부터의 물과 열적 연통하는 제2 열 교환기를 사용하여 연료를 가열하는 단계를 더 포함하고,
제2 열 교환기는 연료 팽창 터빈의 상류에 위치하는, 방법. - 제19항에 있어서, 작동 유체 터빈을 떠나는 작동 유체를 연료 재기화 및 팽창 시스템으로 냉각하는 단계는:
작동 펌프 상류의 작동 유체와 열적 연통하는 재기화 열 교환기를 통해 연료 펌프로 액화 천연 가스를 펌핑하는 단계로서, 재기화 열 교환기는 제2 열 교환기의 상류에 위치하는 단계;
재기화 열 교환기에서 작동 유체로부터의 열을 액화 천연 가스로 전달하여 액화 천연 가스를 기화하고 작동 유체를 응축시키는 단계;
제2 열 교환기에서 기화된 천연 가스를 가열하는 단계; 및
기화된 천연 가스를 가스 터빈 복합 사이클 발전소의 가스 터빈에 제공하는 단계를 포함하는, 방법. - 제1항에 있어서, 연료 팽창 터빈과 ORC 터빈은 공통의 전기 발생기를 구동하기 위해 공통의 샤프트에 연결되는, 가스 터빈 복합 사이클 발전소.
- 제16항에 있어서, 작동 유체 터빈과 연료 터빈은 공통의 샤프트를 사용하도록 구성되는, 방법.
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