KR20090035735A - 전기 발전을 위해 저온 열을 이용하는 방법 및 장치 - Google Patents

전기 발전을 위해 저온 열을 이용하는 방법 및 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20090035735A
KR20090035735A KR1020097004451A KR20097004451A KR20090035735A KR 20090035735 A KR20090035735 A KR 20090035735A KR 1020097004451 A KR1020097004451 A KR 1020097004451A KR 20097004451 A KR20097004451 A KR 20097004451A KR 20090035735 A KR20090035735 A KR 20090035735A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
carbon dioxide
heat
pressure
expansion
source
Prior art date
Application number
KR1020097004451A
Other languages
English (en)
Inventor
시그프리드 웨스트마이야
다니엘 넷트케
Original Assignee
테흐니쿰 코포레이션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 테흐니쿰 코포레이션 filed Critical 테흐니쿰 코포레이션
Publication of KR20090035735A publication Critical patent/KR20090035735A/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K25/00—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
    • F01K25/08—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours
    • F01K25/10—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours the vapours being cold, e.g. ammonia, carbon dioxide, ether
    • F01K25/103—Carbon dioxide
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/14—Combined heat and power generation [CHP]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

본 발명은 작동매체로 초임계 이산화탄소를 사용하여 전류를 발생시키기 위한 저온 열의 추가적인 이용에 관한 것이다. 본 발명은, 공지의 방법보다 높은 효율이 달성되고 작동 범위가 보다 넓은 온도 밴드 및 제어 범위를 포함하는 방법 및 상기 방법을 적용하기 위한 시설을 포함하며, 상기 작동 범위는, 동시에 구조적으로 간단한 디자인을 가지며, 환경에 대해 추가적인 위험을 갖지 않고, 재료 기술적으로 비교적 복잡하지 않으며, 어떠한 디자인 변경 없이 여름 및 겨울 동안 최적의 운전을 보장한다. 동시에, 이산화탄소의 방출이 감소된다. 상기 방법을 실현하기 위해, 열원(1)의 저온 열은 높은 초임계 압력하에 있는 이산화탄소를 수단으로 열전달로서 수용되고, 그 후 작동을 실행하며, 발전기(3)와 커플링되어 있는 팽창 장치(2)를 통하여 팽창되고, 이때 열전달는 냉각되며, 그 후 냉각 소스(4)를 이용하여 액화되고, 액체 형태에서 다시 작동으로 압축된다.
이산화탄소, 작동매체, 열원, 냉각 소스

Description

전기 발전을 위해 저온 열을 이용하는 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR USE OF LOW-TEMPERATURE HEAT FOR ELECTRICITY GENERATION}
본 발명은 작동매체(working medium)로 초임계 이산화탄소를 사용하여 전기를 발전하기 위해 저온 열을 추가적으로 이용하는 것에 관한 것이다.
연소 및 반응 과정으로부터의, 또한 태양열 및 지열 반응으로부터의 낮은 에너지 열을 이용하기 위해 지금까지 본질적으로 2 가지의 방법이 존재해 왔다:
1. OCT(유기 랭킨 사이클) 방법에서는 열교환기(heat exchanger)를 통하여 반응 매체에서 열이 방출되며, 상기 열은 증기를 발생시키는데 이용된다. 이를 위해, 낮은 온도 때문에 냉각 매체, 냉각 매체 혼합물 또는 저 비등점 유기 재료, 예컨대 펜탄이 이용되며, 기화되고, 증기 터빈을 통하여 작동을 실행하며 팽창되고, 이때 발전기는 구동된다. 팽창된 증기는 대부분의 경우 예열을 위해 이용되고, 그 후 응축된다. 응축열은 환경에 방출된다. 성능은 이용된 작동매체에 따라 응축 온도(주변 온도) 및 대략 300 K 내지 625 K의 달성 가능한 기화 온도에 의해 결정된다. 열 전달은 일반적으로 실리콘 순환을 통하여 행해진다. 적은 성능을 위해 적용 된 OCR 방법의 버전은 edc 방법이라고도 알려져 있다. edc 방법은 대략 248 K 내지 350 K의 응축 온도를 갖고 작동하며, 특수 제조된 터빈을 사용한다. ORC 방법의 달성 가능한 효율은 100℃의 온도 레벨에서는 대략 6.5% 이며 200℃의 온도 레벨에서는 대략 13-14이다.
2. 칼리나 방법에서는 열교환기를 통하여 반응 매체에서 열이, 포화된 암모니아-물-용액을 수단으로 방출되며, 이때 암모니아는 제거된다. 암모니아 증기는 터빈을 통하여 팽창되고, 이 터빈을 통하여 발전기를 구동시킨다. 그 후, 암모니아는 냉각된 상태에서 다시 용해된다. 이 경우, 문헌 내용에 따르면 대략 18%의 약간 더 높은 효율이 달성된다. 이 경우, 방법 기술적으로 시설의 보다 간단한 구조, 및 작동매체의 현저히 보다 넓은 유효 온도범위가 장점이다.
그러나 이 방법의 단점은 재료 기술적인 문제에 있으며, 상기 문제는 암모니아-물-혼합물의 공격성으로 인해 생기고, 지금까지 실제로 약간 시험해본 방법에 있어서 작동 시간의 감소로 영향을 미친다. 그 밖의 단점은 만일의 누출시 환경을 위태롭게 하는 독성 암모니아가 방출될 수 있다는 점이다.
특허 문헌에 공지된 그 밖의 방법들은 지금까지 기술적으로 아직 실현될 수 없었다.
본 발명은 독일 특허공보 DE 196 32 019 C2 및 미국 특허공보 US 4 765 143에 따른 해결책에 가장 근접해 있다.
독일 특허공보 DE 196 32 019 C2에 따른 문헌에서는, 40℃ 내지 65℃의 온도 범위에서 저온 열을 이용하기 위해 작동매체로 초임계 이산화탄소가 이용된다. 이 때, 압력 범위는, 임계 압력을 초과하지 않도록 선택한다. 역압축은 유체 영역에서만 행해진다. 이로 인해, 더 높은 작동압력(working pressure)을 발생시키기 위한 압축 비용이 상당히 크다. 또한 단점은 열교환기를 통하여 커플링되어 있는 작동 범위와 유동 범위를 분리시키는 것이다. 이는 강제적으로 더 큰 손실을 동반한다.
US 4 765 143에 따른 특허 문헌에는 3중점에서의 이산화탄소를 가진 저장장치를 이용하는 방안이 제안되어 있으며, 그 고체-액체-혼합물은 과잉 공급시 냉각 발생기를 수단으로 발생되고, 그 후 작동 동안 피크 부하 발전소로서 이산화탄소의 액화를 실행하는데 이용된다. 이러한 방식으로, 전기 네트워크에서, 예컨대 밤낮 리듬에서 부하 교환이 보상될 수 있다. 본래의 작동 범위에서는 마찬가지로 이산화탄소를 갖고 작동된다. 달성된 효율에 관한 내용은 제시되어 있지 않다. 이 방법의 단점은 저온 열을 이용하는 경우 200℃ 이상의 비교적 높은 최소온도를 필요로 한다는 점과, 에너지적으로 볼 때 비교적 작동압력이 낮다는 점이다. 그러므로, 경험에 따르면 전기 에너지의 발생시 높은 효율이 달성될 수 없다.
마찬가지로 작동매체로 이산화탄소를 사용하여 지열을 이용하는 방법이 미국 특허공보 US 3,875,749에 공지되어 있다. 이 방법은 유체 영역 및 가스 영역에서만 작동되며, 이때 이산화탄소는 작동매체로 쓰이고, 지하 저장장치에서는 압축된 상태에서 열을 수용하며, 그 후 터빈을 통하여 작동을 실행하며 팽창된다. 그 후, 새로운 압축 과정이 유체 영역 안으로 행해진다. 상기 기술된 방법의 단점으로는 지하 열교환기의 구조적으로 매우 고비용인 형태, 및 냉각을 통해 공동(cavern)의 근처에서 지열 포텐셜이 피로해질 수 있는 위험을 들 수 있다.
본 발명의 목적은 공지의 방법보다 높은 효율이 달성되고 작동 범위가 보다 넓은 온도 범위(temperature band) 및 제어 범위를 포함하는 방법 및 상기 방법을 적용하기 위한 시설을 개발하는 것이며, 상기 작동 범위는, 동시에 구조적으로 간단한 설계를 가지며, 환경에 대해 추가적인 위험을 갖지 않고, 재료 기술적으로 비교적 복잡하지 않으며, 어떠한 설계 변경 없이 여름 및 겨울 동안 최적의 운전 방식을 보장한다. 동시에, 이산화탄소의 방출을 최소화시킨다.
본 발명에 따르면, 이러한 목적은 열 전달 매체로서 초임계 고압 상태인 이산화 탄소를 사용함으로써 달성될 수 있고, 즉 상기 열전달 매체는 열원(heat source)으로부터 저온 열을 흡열하고, 그 후 일을 생산하기 위해 발전기와 연결된 팽창 터빈에서 팽창되고, 그 결과 냉각되며, 이때 이산화탄소는 작동매체로서 기능을 실행하고 그 후 냉각 소스(refrigeration source)를 이용하여 액화되며, 액체 형태에서 다시 작동압력으로 압축됨으로써 상기 목적이 달성된다.
상기 방법은 필수 구성요소들로서, 하나 이상의 외부 열원, 발전기가 연결되어 있는 하나 이상의 팽창 장치, 응축기를 구비한 하나 이상의 열교환기, 초임계 압력으로 액체 이산화탄소를 압축시키는 펌프, 하나 이상의 이산화탄소-저장장치 및 이에 속하는 제어 장치 및 밸브를 포함한다. 상기 방법의 특징은 열전달 및 작동매체로서 가압된 이산화탄소를 사용하는 것이며, 이때 상기 이산화탄소는 낮은 온도에서 액화되고, 그 후 액체 형태에서 초임계 압력까지 압축되며, 이 압력에서 중간 저장되고, 작동을 위해 제공되며, 이 압력 범위에서 열에너지가 열원으로부터 흡열되고, 그 후 팽창 장치를 통하여 일을 생산하며 팽창되고, 이때 팽창 장치는 발전기를 구동시키며, 이산화탄소는 이때 냉각되고, 최종 온도는 각각의 경우 원하던 액화 압력에 따라 조정된다. 그 후, 상응하는 압력에서 응축열을 방출시키기 위한 냉각 소스를 통해 액화 과정이 일어난다. 액체 펌프에 의한 초임계 작동압력으로의 후속의 압력상승은 비교적 적은 에너지를 필요로 한다. 중간 저장장치에서의 가능한 온도 상승으로 인해 다시 한번 효율을 향상시킨다.
본 발명은 수증기를 이용하는 장치에 비해 많은 장점을 가진다.
한편으로는 고비용인 물을 제공하는 과정이 생략된다. 다른 한편으로는 초임계 운전 방식을 사용함으로써 폐열 보일러(waste heat boiler) 내의 비교적 큰 손실을 방지한다.(가스의 냉각곡선(cooling curve) 과정과, 기화 과정이 포함된 증기의 가열곡선 과정이 큰 온도차를 가지기 때문에 상기와 같은 손실이 발생함) 따라서, 배기가스 곡선에 증기 곡선을 더 잘 조절하기 위하여, 이단 압력 및 삼단 압력 증기 과정이 종종 적용되어, 어느 경우이든 매우 높은 재료비용 및 제어 노력을 야기한다. 열 전달을 위해 초임계 영역을 선택함으로써 이러한 어려움을 방지할 수 있고, 특히 낮은 에너지(low-energy) 열을 사용하는 열교환을 위한 초임계 영역의 유리한 열역학적 성질 때문에 상기 초임계 영역은 매우 흥미롭다. 이는 수증기에 비해 높은 열 용량과 낮은 점성 및 낮은 열 전도도 때문이다. 아래로는, 열역학적으로 사용 가능한 상태의 범위 중 사용 가능한 저온은 온도가 약 217 K이고, 압력이 약 0.55 MPa인 이산화탄소의 3중점(triple point)에 의해 한정된다. 상기 3중점 위로는 압력뿐만 아니라 이용 가능한 온도에 있어 열역학적 제한이 없다. 그러나, 실질적인 사용상의 이유와 팽창 장치 및 열교환기의 재료 기술적인 이유로 다른 유형의 제한이 존재할 수 있다. OCR 방법에 비해 이산화탄소 사용시 추가적인 장점은 추가적인 열교환기가 필요하지 않다는 점인데, 이는 열전달 매체는 폐쇄순환로에서 안내되고, 이때 상기 열전달 매체는 동일한 순환에서 작동매체로 쓰이기 때문이다.
선택된 열전달 매체 및 작동매체의 그 밖의 장점은 인간, 환경, 및 비교적 큰 이용 가능성에 대해 비교적 적은 위험 가능성을 가진다는 점이다. 게다가, 더 많은 양의 이산화탄소를 저장할 수 있고 작동매체로서 효율적으로 사용함으로써, 대기 및 기후에 대한 부하를 경감시킨다. 추가적인 경제상의 이익은 이러한 절약 가능성의 계산시 이산화탄소 무역(carbon-dioxide trade)으로부터 이익도 포함된다. 이로 인해, ORC 방법 및 칼리나 방법에 비해 본질적인 장점이 생긴다. 그 밖의 장점은 보다 높은 효율, 및 다른 열 포텐셜 혹은 냉각 포텐셜과 방법상의 문제없이 조합할 수 있다는 점과, 상기 열 포텐셜 혹은 냉각 포텐셜은 이로 인해 달성 가능한 효율을 계속 높일 수 있다는 점이다. 이는 특히 표면에 가까운 대지 냉각 포텐셜의 이용함으로써, 또한 절차와 관련하여 그 밖의 팽창 과정시, 특히 천연가스의 팽창시 온도 하강으로 생기며 283 K 이하의 희망 온도범위에서의 이산화탄소의 액화를 위해 필요한 냉각 에너지를 공급하는 냉각 포텐셜의 이용을 통해 이루어진다.
상기 방법은 바람직하게는 자연적으로 존재하는 열 포텐셜 및 냉각 포텐셜과 천연가스 발전소의 조합으로서 이용되며, 대량의 이산화탄소의 중간 저장 이외에 문제 없는 비연속적 작동뿐만 아니라 언급할 만한 가동 및 적응 시간 없이 급격하게 변화하는 운전 방식을 가능하게 한다. 따라서, 열전달을 위해 사용된 이산화탄소를 위한 저장장치의 형성이 동시에 마련되며, 연소시 발생되는 이산화탄소가 보다 많은 양만큼 환경 친화적으로 저장되어 효율적인 사용 과정에 공급될 수 있다.
이산화탄소의 저장은 세정된 발전소 배기가스의 최초의 압축, 건조 및 냉각을 통해 행해지며, 이때 관 시스템에는 표면에 가까운 지층에서 281 내지 283 K 에서 5 MPa 이상의 압력에서 형성되는 액체 이산화탄소가 모이고, 공동에 안내된다. 공동에서 이 압력표시가 초과될 때, 액체 이산화탄소는 압력 저장장치를 형성하기 위해, 원하는 최종 압력이 달성되기까지 계속 압축되어야만 한다. 바람직하게는 이산화탄소 저장장치의 형성은 겨울철에 행해지며, 이때, 5 MPa의 작동압력시 외부 온도가 283 K에 미달하면 공기 냉각기도 대지 표면에서 사용될 수 있다.
본 발명의 그 밖의 장점은 본 발명의 실시예에 대한 설명, 해당 도면 및 도표에 나타나 있다.
도 1은 본 발명에 따른 시스템의 개략도이다.
도면에는, 작동매체인 이산화탄소의 응축을 위해 지열 포텐셜을 사용함으로써 에너지 발생 시설의 폐열(waste heat) 에너지를 이용하는 방법 및 이에 필요한 장치를 적용하기 위한 기본 원리가 도시되어 있다. 예컨대, 예 I 내지 III에서는 작동압력이 15 MPa이고, 3 개의 열 포텐셜(heat potential)이 363 K, 373 K 및 623 K인 열원(heat source)을 가정한다. 팽창 장치(2)로는 팽창 터빈이 사용된다. 냉각 소스(refrigeration source, 4)로는 지열 포텐셜이 8 내지 30 m 깊이에서 제공되고, 4.5 MPa로 팽창된 작동매체의 응축을 위해 이용된다. 중간 저장장치(6)로는 압력 용기가 사용된다. 이산화탄소 순환 파이프는 도면에 따르면 각 라인(7 내지 11)으로 표시된다. 제시된 예들은 프로그램 EBSILON Professional을 이용하여 계산된다. 도표의 제 2 부분에는, 열원(1)으로서 예 I 내지 III에 기술된 지열 포텐셜을 이용하는 대신, 예 IV 에서 273 K 이하의 외부 온도 및 공기 냉각기를 이용할 경우 냉각 소스(4)를 가진 시설의 작동이 도시되어 있다. 이를 위해 가능한 낮은 터빈 출구 압력을 가지는 확대된 온도범위를 이용함으로써, 약 1.3%정도 효율을 개선할 수 있다. 이 결과는 지열을 이용할 때뿐만 아니라 발전소의 저온 열을 이용할 때에도 일년내내 저온 외부 온도를 가진 분야에 특히 흥미롭다.
상기 방법 및 가정된 방법 조건에 있어서, 비교적 낮은 효율만이 기대될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 효율이 비교 가능한 다른 방법보다 2% 이상 더 높다.
열병합 발전소에서, 예 I 내지 IV에서 열원(1)으로서 폐열은 제시된 온도 레벨에 속하며, 효율적으로 사용되어야 한다. 이를 위해, 유체 이산화탄소는 도표에 표시된 온도 및 15 MPa의 압력을 가지며 중간 저장장치(6)로 설계된 지하 저장장치로부터 인출되며, 열병합 발전소에서 마찬가지로 제시된 온도로 가열된다. 제어 밸브(12)를 통과한 이산화탄소는 팽창 장치(2)를 통해 4.5 MPa로 팽창되며, 발전기(3)를 구동시킨다. 주위 온도가 281 K인 냉각 소스(4)로서 4.5 MPa 이하에 있는 표면에 인접한 파이프 라인 내에서 방열 과정이 일어난다. 비교적 긴 체류 시간 및 둘러싸는 대지 포텐셜(earth potential)로 인해 이 온도에서 액화가 진행된다. 액체 이산화탄소는 절연 라인(9)을 통하여 액체 펌프(5) 쪽으로(액체 압축기라고도 함) 안내되며, 여기에서 압력 15 MPa로 압축되고, 중간 저장장치(6)에 저장된다. 압축 성능은 획득된 에너지의 3분의 1 이하이다. 상기 방법의 순 효율은 12.5%이다. 추가적으로 또는 이와는 관계 없이 더 낮은 온도 포텐셜이 예컨대 천연가스 팽창으로부터 제공되면, 이용 가능한 냉각 성능에 따라 373 K의 제시된 온도에서 25% 까지의 효율이 실현될 수 있다.
도표
작동매체 파이프 장치 온도 (K) 압력 (MPa) 출력 (KW) 열출력 전기출력 총전기출력 (gross) 순 전기출력 (net) 순효율 예
7 363 15 I
2.3 328
8 283 4.5
4 -1809
9 283 4.5
5 -119
10.11 293.5 15
1 2018
328 209 10.4%
7 373 15 II
2.3 450
8 283 4.5
4 -1902
9 283 4.5
5 -119
10.11 293.5 15
1 2243
450 331 14.4%
7 623 15 III
2.3 1230
8 493 4.5
4 -4486
9 283 4.5
5 -119
10.11 293.5 15
1 5598
1230 1112 19.9%
7 373 15 IV
2.3 514 공기
8 275.5 3.7 냉각
4 -2049
9 271.5 3.7
5 -121
10.11 284.5 15
1 2442
514 393 16.1%

Claims (17)

  1. 초임계 이산화탄소를 작동매체로 사용하여 전기 동력을 발생시키기 위해 저온 열을 이용하는 방법으로서,
    열전달 유체로서 사용되는 초임계 상태의 고압 이산화탄소는 열원(1)의 저온 열을 흡열하고, 이후 상기 이산화탄소는 일을 생산하는 팽창 장치(2)에서 팽창되고, 상기 팽창 장치는 발전기(3)에 연결되고, 상기 이산화탄소는 상기 팽창 과정에서 냉각되고 냉각 소스(2)에 의해 응축되며, 이후 상기 이산화탄소의 압력은 액체용 펌프(5)에 의해 작동 압력까지 증가되고, 상기 이산화탄소는 고압 중간 저장장치(6)에 저장되는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    일을 생산하는 팽창 과정은 이산화탄소가 부분적으로 응축되어 있는 가스-액체-혼합물 영역 내에서 이루어지며, 상기 가스-액체-혼합물은 냉각 소스(4)에 의해 완전히 액화되고, 이후 상기 이산화탄소의 압력은 액체용 펌프(5)에 의해 작동 압력까지 증가되고, 상기 이산화탄소는 고압 중간 저장장치에 저장되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    깊이가 깊은 염화나트륨 공동(cavern)을 상기 중간 저장장치(6)로 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    발전소의 폐열을 상기 열원(1)으로 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    엔진의 폐열을 상기 열원(1)으로 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    기계 및 공장의 폐열을 상기 열원(1)으로 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    지열 에너지를 상기 열원(1)으로 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    태양열 에너지를 상기 열원(1)으로 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 부분적으로는, 5 내지 30 m 깊이에 있는 지열 포텐셜을 응축열을 제 거하는 냉각 소스(4)로 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 부분적으로는, 주변 공기 및 상기 주변 공기에 의해 조절된 다른 매체를 응축열을 제거하는 냉각 소스(4)로 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 부분적으로는, 호수 및 바다의 심층수를 응축열을 제거하는 냉각 소스(4)로 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 부분적으로는, 압축 공기의 팽창 과정에서 또는 천연가스의 팽창 과정에서 발생하는 냉각 에너지를 응축열을 제거하는 냉각 소스(4)로 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    일을 생산하는 과정은 2단 팽창 과정이고, 제1 팽창 과정이 2상 영역 내에서 이루어지며, 상기 제1 팽창 과정은 가스 부분을 분리하고 스트림 중 액체 부분을 팽창을 위한 전체 스트림을 냉각시키기 위해 사용하고, 상기 스트림은 이러한 과정에서 가열되고, 이후 제2 팽창 과정이 저압에서 이루어지고, 상기 제2 팽창 과정은 제1 가스 스트림을 냉각하고 응축하며, 이후 응축된 제1 가스 부분으로 압축되고 응집되고, 작동 압력까지 액체 형태로 압축되는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    초임계 상태에서 압축된 이산화탄소를 위한 대량 저장장치로서 뿐만 아니라 이 과정에서의 열교환기로서 염화나트륨 공동을 이용하며, 이때 상기 염화나트륨 공동은 추가로 환경에의 이산화탄소 방출 잠재력을 감소시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    응축 과정은 대지 표면의 근처에서 행해지는 반면 깊이가 깊은 저장 과정은 적어도 10 MPa의 이산화탄소의 높은 압력 때문에 안전을 이유로 적어도 400 m 깊이에서 행해지며, 이때, 액화된 이산화탄소의 정적 압력은 필요한 압축비용을 감소시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방법은 피크 부하(peak load) 발전소와 연관하여 천연가스를 기초로 작동되며 불연속적으로 작동하고, 상기 방법은, 천연가스, 연소 공기 및 작동매체인 이산화탄소를 위해 지하 염화나트륨 공동에서 고압 상태인 중간 저장장치(6)를 설치하기 위해, 필요시 공기 및 천연가스를 불연속적으로 인출하기 위해, 이산화탄소 저장장치를 지열 공급부 뿐만 아니라 작동매체를 위한 중간 저장장치로도 이용하기 위해 일시적으로 과잉 에너지를 사용하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 적어도 하나의 주어진 외부 열원, 응축기를 구비한 열교환기, 열전달 매체, 팽창 장치(2), 팽창 장치(2)에 연결된 발전기(5), 액체 이산화탄소를 압축하기 위한 펌프(6), 액체 작동매체를 지속시키기 위한 중간 저장장치, 제어 장치 및 밸브로 구성된, 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따른 방법을 적용하는 장치.
KR1020097004451A 2006-07-31 2007-07-31 전기 발전을 위해 저온 열을 이용하는 방법 및 장치 KR20090035735A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102006035272A DE102006035272B4 (de) 2006-07-31 2006-07-31 Verfahren und Vorrichtung zur Nutzung von Niedertemperaturwärme zur Stromerzeugung
DE102006035272.6 2006-07-31

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20090035735A true KR20090035735A (ko) 2009-04-10

Family

ID=38521920

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020097004451A KR20090035735A (ko) 2006-07-31 2007-07-31 전기 발전을 위해 저온 열을 이용하는 방법 및 장치

Country Status (8)

Country Link
US (1) US20090266075A1 (ko)
EP (1) EP2078140A2 (ko)
KR (1) KR20090035735A (ko)
AU (1) AU2007280834A1 (ko)
CA (1) CA2662463A1 (ko)
DE (1) DE102006035272B4 (ko)
RU (1) RU2009106716A (ko)
WO (1) WO2008014774A2 (ko)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101138223B1 (ko) * 2010-04-30 2012-04-24 한국과학기술원 혼합 가스를 이용한 임계점 이동을 통한 초임계 브레이튼 사이클의 효율 향상 시스템
KR20150027390A (ko) * 2013-09-02 2015-03-12 서울대학교산학협력단 랭킨 사이클 장치 및 이를 포함하는 발전시스템
KR20150036899A (ko) * 2013-09-30 2015-04-08 한국전력공사 초임계 이산화탄소를 이용한 전력 저장 및 생산 장치
KR20160069659A (ko) * 2014-12-09 2016-06-17 연세대학교 산학협력단 초임계유체 저장부를 포함하는 초임계유체 발전시스템

Families Citing this family (57)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8940265B2 (en) * 2009-02-17 2015-01-27 Mcalister Technologies, Llc Sustainable economic development through integrated production of renewable energy, materials resources, and nutrient regimes
US8063511B2 (en) * 2008-05-27 2011-11-22 Expansion Energy, Llc System and method for liquid air production, power storage and power release
US9097152B2 (en) 2009-02-17 2015-08-04 Mcalister Technologies, Llc Energy system for dwelling support
US9231267B2 (en) * 2009-02-17 2016-01-05 Mcalister Technologies, Llc Systems and methods for sustainable economic development through integrated full spectrum production of renewable energy
US8814983B2 (en) 2009-02-17 2014-08-26 Mcalister Technologies, Llc Delivery systems with in-line selective extraction devices and associated methods of operation
US8808529B2 (en) 2009-02-17 2014-08-19 Mcalister Technologies, Llc Systems and methods for sustainable economic development through integrated full spectrum production of renewable material resources using solar thermal
US8616323B1 (en) 2009-03-11 2013-12-31 Echogen Power Systems Hybrid power systems
US9014791B2 (en) 2009-04-17 2015-04-21 Echogen Power Systems, Llc System and method for managing thermal issues in gas turbine engines
WO2010151560A1 (en) 2009-06-22 2010-12-29 Echogen Power Systems Inc. System and method for managing thermal issues in one or more industrial processes
US9316404B2 (en) 2009-08-04 2016-04-19 Echogen Power Systems, Llc Heat pump with integral solar collector
US8613195B2 (en) 2009-09-17 2013-12-24 Echogen Power Systems, Llc Heat engine and heat to electricity systems and methods with working fluid mass management control
US8096128B2 (en) 2009-09-17 2012-01-17 Echogen Power Systems Heat engine and heat to electricity systems and methods
US8813497B2 (en) 2009-09-17 2014-08-26 Echogen Power Systems, Llc Automated mass management control
US8869531B2 (en) 2009-09-17 2014-10-28 Echogen Power Systems, Llc Heat engines with cascade cycles
IT1397145B1 (it) * 2009-11-30 2013-01-04 Nuovo Pignone Spa Sistema evaporatore diretto e metodo per sistemi a ciclo rankine organico.
FR2956153B1 (fr) * 2010-02-11 2015-07-17 Inst Francais Du Petrole Dispositif de controle d'un fluide de travail a bas point de congelation circulant dans un circuit ferme fonctionnant selon un cycle de rankine et procede utilisant un tel dispositif
US8919322B2 (en) 2010-03-30 2014-12-30 Stephen Lee Cunningham Oscillating piston engine
US20120255312A1 (en) * 2010-09-27 2012-10-11 Air Products And Chemicals, Inc. Method and System to Produce Electric Power
DK2627876T3 (en) * 2010-10-14 2015-06-15 Energreen Heat Recovery As A method and system for utilizing a power source of relatively low temperature
US8616001B2 (en) 2010-11-29 2013-12-31 Echogen Power Systems, Llc Driven starter pump and start sequence
US8857186B2 (en) 2010-11-29 2014-10-14 Echogen Power Systems, L.L.C. Heat engine cycles for high ambient conditions
US8783034B2 (en) 2011-11-07 2014-07-22 Echogen Power Systems, Llc Hot day cycle
US9869272B1 (en) * 2011-04-20 2018-01-16 Martin A. Stuart Performance of a transcritical or supercritical CO2 Rankin cycle engine
EP2710086A4 (en) * 2011-04-21 2015-03-11 Emmtech Energy Ab WORKING FLUID FOR RANKINE CYCLE
CN102146814A (zh) * 2011-04-28 2011-08-10 罗良宜 超临界低温空气能发电装置
DE102011101788A1 (de) * 2011-05-17 2012-11-22 Alexander Oberhof Verfahren zur Erzeugung von elektrischer Energie
DE102011107284A1 (de) * 2011-07-06 2013-01-10 Rwe Technology Gmbh Einrichtung zur Notkühlung einer Anlage für exotherme Prozesse
WO2013055391A1 (en) 2011-10-03 2013-04-18 Echogen Power Systems, Llc Carbon dioxide refrigeration cycle
DE102011119977A1 (de) * 2011-12-02 2013-06-06 Alena von Lavante Vorrichtung und Verfahren zur Nutzung der Abwärme einer Brennkraftmaschine, insbesondere zur Nutzung der Abwärme eines Fahrzeugmotors
DE102011122271A1 (de) * 2011-12-23 2013-06-27 Interimo GmbH Kraftwerksanordnung mit einem Niedertemperaturkraftwerk, sowie Verfahren zum Betrieb desselben
US9038391B2 (en) * 2012-03-24 2015-05-26 General Electric Company System and method for recovery of waste heat from dual heat sources
CN102606240A (zh) * 2012-03-27 2012-07-25 中国科学院微电子研究所 一种利用co2发电的系统及方法
IN2014DN08504A (ko) 2012-04-18 2015-05-15 Martin A Stuart
DE102012009459A1 (de) * 2012-05-11 2013-11-14 Peter Kreuter Vorrichtung zur Umwandlung thermischer Energie in mechanische Energie mittels eines Rankine-Kreisprozesses
EP2893162B1 (en) 2012-08-20 2017-11-08 Echogen Power Systems LLC Supercritical working fluid circuit with a turbo pump and a start pump in series configuration
US9118226B2 (en) 2012-10-12 2015-08-25 Echogen Power Systems, Llc Heat engine system with a supercritical working fluid and processes thereof
US9341084B2 (en) 2012-10-12 2016-05-17 Echogen Power Systems, Llc Supercritical carbon dioxide power cycle for waste heat recovery
WO2014063810A2 (de) 2012-10-24 2014-05-01 Peter Kreuter Vorrichtung zum umwandeln thermischer energie in mechanische energie sowie kraftfahrzeug mit einer solchen vorrichtung
WO2014081329A1 (en) * 2012-11-20 2014-05-30 Siemens Aktiengesellschaft Method for creating electrical energy
EP2948649B8 (en) 2013-01-28 2021-02-24 Echogen Power Systems (Delaware), Inc Process for controlling a power turbine throttle valve during a supercritical carbon dioxide rankine cycle
WO2014117068A1 (en) 2013-01-28 2014-07-31 Echogen Power Systems, L.L.C. Methods for reducing wear on components of a heat engine system at startup
US10934895B2 (en) 2013-03-04 2021-03-02 Echogen Power Systems, Llc Heat engine systems with high net power supercritical carbon dioxide circuits
WO2014171892A1 (en) * 2013-04-18 2014-10-23 Lien Chiow Tan Green engine
DE102014101263B3 (de) * 2014-02-03 2015-07-02 Stephan Leyer Vorrichtung und Verfahren zum Speichern von Energie mit Hilfe von überkritischem Kohlendioxid
WO2016073252A1 (en) 2014-11-03 2016-05-12 Echogen Power Systems, L.L.C. Active thrust management of a turbopump within a supercritical working fluid circuit in a heat engine system
CN104863653B (zh) * 2015-04-21 2016-02-24 中国石油大学(华东) 一种二氧化碳热能发电装置及方法
CN105971678B (zh) * 2016-05-10 2018-09-28 石家庄新华能源环保科技股份有限公司 一种利用超临界二氧化碳供能的系统
CN107939621B (zh) * 2017-12-01 2024-04-02 西安交通大学 基于翅片套管开发热干岩地热能的s-co2发电系统及方法
US11187112B2 (en) 2018-06-27 2021-11-30 Echogen Power Systems Llc Systems and methods for generating electricity via a pumped thermal energy storage system
CN112385125A (zh) * 2018-07-09 2021-02-19 西门子能源美国公司 超临界co2冷却的电机
EP4025778A4 (en) 2019-09-05 2022-11-09 Mulligan, Karl Peter SYSTEMS AND METHODS FOR A PISTON ENGINE INCLUDING A RECIRCULATION SYSTEM USING SUPERCRITICAL CARBON DIOXIDE
CN110748391A (zh) * 2019-10-10 2020-02-04 东方电气集团东方汽轮机有限公司 超临界二氧化碳耦合lng冷能发电系统及方法
CN111306017A (zh) * 2020-04-03 2020-06-19 南京天加热能技术有限公司 一种地热能与太阳能有机朗肯循环的热电联供系统
US11435120B2 (en) 2020-05-05 2022-09-06 Echogen Power Systems (Delaware), Inc. Split expansion heat pump cycle
CN112211688A (zh) * 2020-09-22 2021-01-12 崔静思 极寒地带动力驱动系统及其驱动方法
IL303493A (en) 2020-12-09 2023-08-01 Supercritical Storage Company Inc A system with three reservoirs for storing thermal electrical energy
CN117622438B (zh) * 2023-12-15 2024-04-30 中国科学院上海高等研究院 基于海洋温差的自主水下潜航器动力补给系统

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3875749A (en) * 1972-11-17 1975-04-08 Petru Baciu Geothermal power plant with high efficiency
DE3116308A1 (de) * 1981-04-24 1982-11-18 Wilhelm 2391 Oeversee Behnemann Umweltwaermekraftanlage
US4765143A (en) * 1987-02-04 1988-08-23 Cbi Research Corporation Power plant using CO2 as a working fluid
DE19632019C1 (de) * 1996-08-08 1997-11-20 Thomas Sturm Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung mit einer Wärmekraftmaschine
DE10228865A1 (de) * 2002-06-27 2004-01-15 Uehlin, Jürgen, Dipl.-Ing. Kollektor mit integrierter Expansionsmaschine und Generator zur Wandlung thermischer Solarstrahlung in Elektrizität
JP4321095B2 (ja) * 2003-04-09 2009-08-26 日立アプライアンス株式会社 冷凍サイクル装置
FR2881482B1 (fr) * 2005-02-02 2007-04-06 Inst Francais Du Petrole Procede de production d'energie mecanique a partir d'energie geothermique
DE102006035273B4 (de) * 2006-07-31 2010-03-04 Siegfried Dr. Westmeier Verfahren zum effektiven und emissionsarmen Betrieb von Kraftwerken, sowie zur Energiespeicherung und Energiewandlung

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101138223B1 (ko) * 2010-04-30 2012-04-24 한국과학기술원 혼합 가스를 이용한 임계점 이동을 통한 초임계 브레이튼 사이클의 효율 향상 시스템
KR20150027390A (ko) * 2013-09-02 2015-03-12 서울대학교산학협력단 랭킨 사이클 장치 및 이를 포함하는 발전시스템
KR20150036899A (ko) * 2013-09-30 2015-04-08 한국전력공사 초임계 이산화탄소를 이용한 전력 저장 및 생산 장치
KR20160069659A (ko) * 2014-12-09 2016-06-17 연세대학교 산학협력단 초임계유체 저장부를 포함하는 초임계유체 발전시스템

Also Published As

Publication number Publication date
DE102006035272A1 (de) 2008-02-07
WO2008014774A3 (de) 2009-08-20
US20090266075A1 (en) 2009-10-29
EP2078140A2 (de) 2009-07-15
RU2009106716A (ru) 2010-09-10
DE102006035272B4 (de) 2008-04-10
AU2007280834A1 (en) 2008-02-07
CA2662463A1 (en) 2008-02-07
WO2008014774A2 (de) 2008-02-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20090035735A (ko) 전기 발전을 위해 저온 열을 이용하는 방법 및 장치
CN102695860B (zh) 用于回收废热的复合闭环热循环系统及其方法
KR101835915B1 (ko) 병렬 사이클 열 기관
JP3391515B2 (ja) 高圧地熱流体から電力を取得する装置及び方法
CN101449029B (zh) 从热源产生电力的方法和系统
KR20090035734A (ko) 발전소를 저공해 및 효과적으로 작동시키고 에너지를 저장 및 변환하기 위한 방법 및 장치
WO2016079485A1 (en) A waste heat recovery system combined with compressed air energy storage
WO2022166391A1 (zh) 基于co2气液相变的热能转化机械能多级压缩储能装置
US20150075210A1 (en) Method for charging and discharging a heat accumulator and plant for storing and releasing thermal energy, suitable for this method
CN109026243A (zh) 能量转换系统
CN205117427U (zh) 一种天然气压差发电结合有机朗肯循环发电回收冷量系统
US7089740B1 (en) Method of generating power from naturally occurring heat without fuels and motors using the same
CN116641769A (zh) 基于二氧化碳工质的储能利用系统
KR101247772B1 (ko) 유기 랭킨 사이클을 이용한 선박의 발전장치
CN104481619A (zh) 能实现热能高效利用的郎肯循环发电系统
JP3676333B2 (ja) ボトミングサイクル発電システム
KR101315918B1 (ko) 저온 폐열 및 흡수식 냉동기를 이용한 ｏｒｃ 열병합 시스템
KR20210104067A (ko) 열 펌프 장치 및 열 펌프 장치를 포함하는 지역 난방 네트워크
CN204371436U (zh) 能实现热能高效利用的郎肯循环发电系统
WO2013060340A1 (ru) Устройство и способ преобразования геотермальной энергии скважин в электрическую
CN103982253B (zh) 单级重力泵有机朗肯发电及供热联合系统及其循环
JP2005171861A (ja) ランキンサイクル発電システム
US7043917B2 (en) Nuclear power plant with universal Carnot cycle turbine
TWM527042U (zh) 地熱濕蒸氣發電系統
KR200371801Y1 (ko) 자연열·폐열에 의한 액화가스의 기화시 물리에너지를활용한 터빈 구동장치

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid