KR102661289B1 - Geological storage system for carbon dioxide - Google Patents

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Abstract

이산화탄소 지중 저장시스템이 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 이산화탄소 지중 저장시스템은 해상플랫폼에 마련되며, 고압 저온의 이산화탄소를 태양열 집열기로부터 공급된 열과 열교환하여 고압 고온의 초임계 상태로 가열하는 가열부; 가열된 이산화탄소에 의해 가동되는 터빈; 및 터빈을 통과하여 중압 중온 상태로 변화된 이산화탄소를 해양 지중저장소로 주입시키는 저장라인;을 포함한다.A carbon dioxide underground storage system is launched. The carbon dioxide underground storage system according to an embodiment of the present invention is provided on an offshore platform, and includes a heating unit that heats high-pressure, low-temperature carbon dioxide to a high-pressure, high-temperature supercritical state by exchanging heat with heat supplied from a solar collector; A turbine powered by heated carbon dioxide; And a storage line that injects carbon dioxide that has passed through the turbine and changed to a medium pressure and medium temperature state into the marine underground storage.

Description

이산화탄소 지중 저장시스템{GEOLOGICAL STORAGE SYSTEM FOR CARBON DIOXIDE}Carbon dioxide underground storage system {GEOLOGICAL STORAGE SYSTEM FOR CARBON DIOXIDE}

본 발명은 이산화탄소 지중 저장시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a carbon dioxide underground storage system.

최근 국제 협약을 통한 온실가스 배출에 대한 규제가 강화되고 있다. 또한 이러한 온실가스 감축을 위한 방안으로 이산화탄소를 영구 또는 반영구적으로 해양, 지중, 지표 등에 저장하는 이산화탄소 포집 및 지중저장 기술(CCS)이 개발되고 있다. Recently, regulations on greenhouse gas emissions have been strengthened through international agreements. In addition, as a way to reduce greenhouse gases, carbon dioxide capture and storage technology (CCS), which permanently or semi-permanently stores carbon dioxide in the ocean, underground, or surface, is being developed.

이산화탄소를 지중에 저장할 때는 31.1℃, 73.8Bara의 초임계 상태로 주입하게 된다. 이때 배관을 통해 액체상태로 이송된 이산화탄소를 초임계 상태로 주입하려면 상당한 전력을 소모하여 가열해 주어야 한다.When storing carbon dioxide underground, it is injected at a supercritical state of 31.1℃ and 73.8Bara. At this time, in order to inject carbon dioxide transported in a liquid state through a pipe into a supercritical state, a considerable amount of power must be consumed to heat it.

이러한 가열 과정에서 소모되는 전력량은 연간 100만톤 주입을 기준으로 하였을 때 수 MW급에 달한다. 특히 해양 지중저장을 위해 수십~수백km 떨어진 해상플랫폼에서 이산화탄소 지중저장을 수행할 경우 전력공급 설비를 위한 비용이 크게 소요된다. The amount of power consumed in this heating process amounts to several MW based on the injection of 1 million tons per year. In particular, when underground carbon dioxide storage is performed on an offshore platform tens to hundreds of kilometers away, significant costs are incurred for power supply facilities.

종래에는 해상플렛폼의 디젤발전기를 이용하여 상술한 이산화탄소 가열을 위한 전력을 공급하였다. 그러나, 디젤 연료를 해상플렛폼으로 지속적으로 공급하기 위한 많은 설비 비용이 소요되고, 전력 공급의 연속성을 유지하기 어려운 문제점이 있다.Conventionally, diesel generators on marine platforms were used to supply power for heating carbon dioxide. However, it requires a lot of equipment costs to continuously supply diesel fuel to the marine platform, and it is difficult to maintain continuity of power supply.

또 육상과 해상플랫폼 간 해저 전력케이블을 설치하여, 상술한 이산화탄소 가열을 위한 전력을 공급하는 방법도 있다. 그러나, 해저 전력케이블 설치에 따른 비용 및 유지 관리의 어려움이 있다. 이에, 효과적으로 이산화탄소를 초임계 상태로 가열시키고, 이를 지중 저장할 필요성이 제기된다.There is also a method of installing a submarine power cable between land and offshore platforms to supply power for the above-mentioned carbon dioxide heating. However, there are costs and maintenance difficulties associated with installing submarine power cables. Accordingly, there is a need to effectively heat carbon dioxide to a supercritical state and store it underground.

관련된 기술로서, 한국등록특허 제10-1034249호(2011.05.03. 등록일)를 참조하기 바란다.For related technology, please refer to Korean Patent No. 10-1034249 (registration date: May 3, 2011).

본 발명의 실시 예는 효과적으로 이산화탄소를 초임계 상태로 가열시키고, 이를 지중 저장하는 이산화탄소 지중 저장시스템을 제공하고자 한다.An embodiment of the present invention seeks to provide a carbon dioxide underground storage system that effectively heats carbon dioxide to a supercritical state and stores it underground.

본 발명의 일 측면에 따르면, 해상플랫폼에 마련되며, 고압 저온의 이산화탄소를 태양열 집열기로부터 공급된 열과 열교환하여 고압 고온의 초임계 상태로 가열하는 가열부; 상기 가열된 이산화탄소에 의해 가동되는 터빈; 및 상기 터빈을 통과하여 중압 중온 상태로 변화된 이산화탄소를 해양 지중저장소로 주입시키는 저장라인;을 포함하는 이산화탄소 지중 저장시스템이 제공될 수 있다. According to one aspect of the present invention, a heating unit provided on an offshore platform, heats high-pressure, low-temperature carbon dioxide to a high-pressure, high-temperature supercritical state by exchanging heat with heat supplied from a solar collector; a turbine driven by the heated carbon dioxide; And a storage line for injecting carbon dioxide that has passed through the turbine into a medium-pressure, medium-temperature state into an ocean underground storage. A carbon dioxide underground storage system can be provided, including a.

육상으로부터 이송된 고압 저온의 이산화탄소를 해수와 열교환시켜 온도를 상승시키고, 상기 열교환된 이산화탄소를 상기 가열부로 보내는 열교환부를 더 포함할 수 있다.It may further include a heat exchange unit that heat-exchanges high-pressure, low-temperature carbon dioxide transported from land with seawater to increase the temperature, and sends the heat-exchanged carbon dioxide to the heating unit.

상기 터빈에 의해 전기를 생산하는 발전기와, 상기 생산된 전기를 저장하는 전기저장부를 더 포함할 수 있다.It may further include a generator that produces electricity by the turbine, and an electricity storage unit that stores the produced electricity.

본 발명의 실시 예에 따른 이산화탄소 지중 저장시스템은 효과적으로 이산화탄소를 초임계 상태로 가열시키고, 이를 지중 저장할 수 있다.The carbon dioxide underground storage system according to an embodiment of the present invention can effectively heat carbon dioxide to a supercritical state and store it underground.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description of the claims.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 이산화탄소 지중 저장시스템을 나타낸 것이다.Figure 1 shows a carbon dioxide underground storage system according to an embodiment of the present invention.

이하에서는 본 발명의 실시 예들을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하에 소개되는 실시 예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략하였으며 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The embodiments introduced below are provided as examples so that the idea of the present invention can be sufficiently conveyed to those skilled in the art. The present invention is not limited to the embodiments described below and may be embodied in other forms. In order to clearly explain the present invention, parts not related to the description are omitted from the drawings, and in the drawings, the width, length, thickness, etc. of components may be exaggerated for convenience. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 이산화탄소 지중 저장시스템은 해상플랫폼(100)에 마련되며, 고압 저온의 이산화탄소를 태양열 집열기(112)로부터 공급된 열과 열교환하여 고압 고온의 초임계 상태로 가열하는 가열부(110)와, 가열부(110)에 의해 가열된 이산화탄소에 의해 가동되는 터빈(120)과, 터빈(120)을 통과하여 중압 중온 상태로 변화된 이산화탄소를 해양 지중저장소(200)로 주입시키는 저장라인(L11)을 포함한다.Referring to Figure 1, the carbon dioxide underground storage system according to an embodiment of the present invention is provided on the offshore platform 100, and heat exchanges high-pressure, low-temperature carbon dioxide with heat supplied from the solar collector 112 to enter a high-pressure, high-temperature supercritical state. A heating unit 110 for heating, a turbine 120 operated by carbon dioxide heated by the heating unit 110, and carbon dioxide that passes through the turbine 120 and is changed to a medium pressure and medium temperature state to the marine underground storage 200. It includes a storage line (L11) for injection.

여기서, 이산화탄소 지중 저장시스템은 육상의 이산화탄소공급부(103)로부터 이송된 고압 저온의 이산화탄소를 해수와 열교환시켜 온도를 상승시키고, 상술한 열교환된 이산화탄소를 가열부(110)로 보내는 열교환부(105)를 마련할 수 있다.Here, the carbon dioxide underground storage system heat exchanges high-pressure, low-temperature carbon dioxide transferred from the carbon dioxide supply unit 103 on land with seawater to increase the temperature, and includes a heat exchange unit 105 that sends the heat-exchanged carbon dioxide to the heating unit 110. It can be arranged.

또, 이산화탄소 지중 저장시스템은 터빈(120)에 의해 전기를 생산하는 발전기(122)와, 발전기(122)에 의해 생산된 전기를 저장하는 전기저장부(124)를 포함할 수 있다.In addition, the carbon dioxide underground storage system may include a generator 122 that produces electricity by the turbine 120, and an electricity storage unit 124 that stores the electricity produced by the generator 122.

이하, 각 구성요소에 대해서 구체적으로 설명한다.Hereinafter, each component will be described in detail.

육상의 이산화탄소공급부(103)는 육상으로부터 수십 내지 수백km 떨어진 해상플랫폼(100)으로 액상의 이산화탄소를 공급하기 위해 대략 150~200Bar의 고압 및 5℃의 저온으로 이산화탄소를 공급한다.The land-based carbon dioxide supply unit 103 supplies carbon dioxide at a high pressure of approximately 150 to 200 Bar and a low temperature of 5°C to supply liquid carbon dioxide to the offshore platform 100 located tens to hundreds of kilometers away from land.

이때, 이산화탄소공급부(103)로부터 공급된 이산화탄소는 해저배관(L1)을 통해 열교환부(105)로 공급될 수 있다.At this time, carbon dioxide supplied from the carbon dioxide supply unit 103 may be supplied to the heat exchange unit 105 through the submarine pipe (L1).

열교환부(105)는 이산화탄소공급부(103)로부터 이송된 고압 저온의 이산화탄소를 해수와 열교환시켜 온도를 상승시킨다. 이러한 열교환부(105)는 해상플랫폼(100)에 마련되거나, 원활한 해수 공급을 위해 해저배관(L1)과 연결되도록 해저에 마련될 수 있다.The heat exchange unit 105 exchanges heat with seawater to raise the temperature of the high-pressure, low-temperature carbon dioxide transferred from the carbon dioxide supply unit 103. This heat exchange unit 105 may be provided on the offshore platform 100 or on the seabed to be connected to the submarine pipe L1 for smooth supply of seawater.

해수의 온도는 계절에 따라 또는 외부 조건에 따라 달라질 수 있으나, 대략 20℃라고 가정하면, 열교환부(105)를 통해 해당 해수와 열교환된 이산화탄소는 예컨대 5℃에서 15℃~20℃까지 상승할 수 있다.The temperature of seawater may vary depending on the season or external conditions, but assuming that it is approximately 20°C, carbon dioxide heat-exchanged with the seawater through the heat exchange unit 105 may rise from, for example, 5°C to 15°C to 20°C. there is.

또, 열교환부(105)는 반드시 해수를 사용하여야 하는 것은 아니며, 다른 예에서 글리콜 워터(glyhcol water) 등 다른 열교환매체를 이용하여 이산화탄소공급부(103)로부터 이송된 고압 저온의 이산화탄소와 열교환시켜 온도를 상승시킬 수 있다.In addition, the heat exchange unit 105 does not necessarily have to use seawater. In another example, another heat exchange medium such as glycol water is used to exchange heat with high-pressure, low-temperature carbon dioxide transferred from the carbon dioxide supply unit 103 to increase the temperature. It can be raised.

가열부(110)는 열교환부(105)를 거친 고압 저온의 이산화탄소를 태양열 집열기(112)로부터 공급된 열과 열교환하여 고압 고온의 초임계 상태로 가열시킨다. The heating unit 110 heats the high-pressure, low-temperature carbon dioxide that has passed through the heat exchanger 105 into a high-pressure, high-temperature supercritical state by exchanging heat with heat supplied from the solar collector 112.

종래에는 해상플렛폼의 디젤발전기를 이용하여 이산화탄소 가열을 위한 전력을 공급하거나, 육상과 해상플랫폼 간 해저 전력케이블을 설치하여, 이산화탄소 가열을 위한 전력을 공급하였다. 그러나, 본 발명의 실시 예에 따른 열교환부(105)를 거친 고압 저온의 이산화탄소를 태양열 집열기(112)로부터 공급된 열과 열교환하여 고압 고온의 초임계 상태로 가열시킴으로써, 많은 전력 및 설비 비용을 들이지 않고도 효과적으로 이산화탄소를 초임계 상태로 가열시킬 수 있다. Conventionally, a diesel generator on an offshore platform was used to supply power for carbon dioxide heating, or a submarine power cable was installed between land and offshore platforms to supply power for carbon dioxide heating. However, by heat-exchanging the high-pressure, low-temperature carbon dioxide that has passed through the heat exchange unit 105 according to an embodiment of the present invention with the heat supplied from the solar collector 112 and heating it to a high-pressure, high-temperature supercritical state, it can be achieved without spending a lot of power and equipment costs. It can effectively heat carbon dioxide to a supercritical state.

태양열 집열기(112)는 태양일사를 수집하고, 태양에너지를 열에너지로 변환시킨다. 가열부(110)는 이러한 태양열 집열기(112)로부터 공급된 열과 열교환부(105)를 거친 고압 저온의 이산화탄소 간 열교환을 수행하여, 이산화탄소를 고압 고온의 초임계 상태로 가열시킨다. 예컨대, 가열부(110)는 태양열 집열기(112)로부터 공급된 열을 이용하여 대략 150~200Bar의 고압 및 100℃ 이상의 고온을 가진 초임계 상태의 이산화탄소로 가열시킬 수 있다.The solar collector 112 collects solar radiation and converts solar energy into thermal energy. The heating unit 110 performs heat exchange between the heat supplied from the solar collector 112 and the high-pressure, low-temperature carbon dioxide that has passed through the heat exchanger 105, thereby heating the carbon dioxide to a high-pressure, high-temperature supercritical state. For example, the heating unit 110 can heat carbon dioxide in a supercritical state with a high pressure of approximately 150 to 200 Bar and a high temperature of 100°C or higher using heat supplied from the solar collector 112.

터빈(120)은 가열부(110)에 의해 가열된 이산화탄소에 의해 회전 운동을 수행하며, 발전기(122)는 이와 같이 터빈(120)에 의해 전기를 생산한다. 그리고, 발전기(122)에 의해 생산된 전기는 전기저장부(124)에 저장된다. 전기저장부(124)에 저장된 전기는 해상플랫폼(100) 내의 각종 설비 가동에 사용될 수 있다. 열교환부(105), 가열부(110), 터빈(120), 발전기(122) 및 전기저장부(124)는 전기생산라인(L2)으로 연결될 수 있다. The turbine 120 performs rotational movement by carbon dioxide heated by the heater 110, and the generator 122 produces electricity by the turbine 120 in this way. And, the electricity produced by the generator 122 is stored in the electricity storage unit 124. Electricity stored in the electric storage unit 124 can be used to operate various facilities within the offshore platform 100. The heat exchange unit 105, heating unit 110, turbine 120, generator 122, and electricity storage unit 124 may be connected to the electricity production line (L2).

터빈(120)을 통과하여 중압 중온 상태로 변화된 이산화탄소는 저장라인(L11)을 통해 해양 지중저장소(200)에 저장된다. 예컨대, 터빈(120)을 통과한 이산화탄소는 80~100Bar의 중압 및 40℃ 이상의 중온을 가질 수 있다. 이러한 터빈(120)을 통과하여 중압 중온 상태로 변화된 이산화탄소는 추가적인 가열과정없이 해상플랫폼(100)의 저장라인(L11)을 통해 해양 지중저장소(200)에 저장될 수 있다.Carbon dioxide that passes through the turbine 120 and changes to a medium pressure and medium temperature state is stored in the marine underground storage 200 through the storage line L11. For example, carbon dioxide passing through the turbine 120 may have a medium pressure of 80 to 100 Bar and a medium temperature of 40°C or more. Carbon dioxide that has passed through the turbine 120 and changed to a medium-pressure, medium-temperature state can be stored in the marine underground storage 200 through the storage line L11 of the offshore platform 100 without an additional heating process.

이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 이산화탄소 지중 저장시스템은 효과적으로 이산화탄소를 초임계 상태로 가열시키고, 이를 지중 저장할 수 있다.As such, the carbon dioxide underground storage system according to an embodiment of the present invention can effectively heat carbon dioxide to a supercritical state and store it underground.

이상에서는 특정의 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상기한 실시 예에만 한정되지 않으며, 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다.In the above, specific embodiments are shown and described. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and those skilled in the art can make various changes without departing from the gist of the technical idea of the invention as set forth in the claims below. You will be able to.

100: 해상플랫폼 105: 열교환부
110: 가열부 112: 태양열 집열기
120: 터빈 122: 발전기
124: 전기저장부 200: 해양 지중저장소
L11: 저장라인100: Offshore platform 105: Heat exchange unit
110: heating unit 112: solar collector
120: turbine 122: generator
124: Electric storage unit 200: Marine underground storage
L11: storage line

Claims (3)

해상플랫폼에 마련되며, 고압 저온의 이산화탄소를 태양열 집열기로부터 공급된 열과 열교환하여 고압 고온의 초임계 상태로 가열하는 가열부;
상기 가열된 이산화탄소에 의해 가동되는 터빈; 및
상기 터빈을 통과하여 중압 중온 상태로 변화된 이산화탄소를 해양 지중저장소로 주입시키는 저장라인;을 포함하고,
육상으로부터 해저배관을 통해 이송된 고압 저온의 이산화탄소를 해수와 열교환시켜 온도를 상승시키고, 상기 열교환된 이산화탄소를 상기 가열부로 보내는 열교환부를 더 포함하고,
상기 열교환부는 상기 해저배관에 연결되도록 해저에 마련되는 이산화탄소 지중 저장시스템.A heating unit provided on an offshore platform and heating high-pressure, low-temperature carbon dioxide to a high-pressure, high-temperature supercritical state by exchanging heat with heat supplied from a solar collector;
a turbine driven by the heated carbon dioxide; and
It includes a storage line that injects carbon dioxide that has passed through the turbine into a medium-pressure and medium-temperature state into an ocean underground storage,
It further includes a heat exchange unit that heat-exchanges high-pressure, low-temperature carbon dioxide transported from land through a submarine pipe with seawater to raise the temperature, and sends the heat-exchanged carbon dioxide to the heating unit,
The heat exchanger is a carbon dioxide underground storage system provided on the seafloor to be connected to the submarine pipe. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 터빈에 의해 전기를 생산하는 발전기와,
상기 생산된 전기를 저장하는 전기저장부를 더 포함하는 이산화탄소 지중 저장시스템.According to paragraph 1,
A generator that produces electricity by the turbine,
A carbon dioxide underground storage system further comprising an electric storage unit for storing the produced electricity.
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