KR20090106681A

KR20090106681A - Ｌｎｇ의 냉열을 이용한 가스 터빈의 효율 증가 방법 및상기 가스 터빈을 갖는 해상 구조물

Info

Publication number: KR20090106681A
Application number: KR1020080031955A
Authority: KR
Inventors: 이정한; 최동규; 김영수
Original assignee: 대우조선해양 주식회사
Priority date: 2008-04-07
Filing date: 2008-04-07
Publication date: 2009-10-12
Also published as: US20090249799A1

Abstract

본 발명은, LNG 재기화 설비를 갖춘 해상 구조물에서 LNG의 기화시 발생하는 냉열을 이용하여 가스 터빈에 공급되는 공기의 온도를 낮춤으로써 이 가스 터빈의 효율을 증가시키는 방법에 관한 것이며, 또한 이 가스 터빈이 구비된 해상 구조물에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 극저온의 LNG를 저장하기 위한 저장탱크와, 전력 생산 또는 동력 발생용으로 설치되는 가스 터빈을 구비한 해상 구조물로서, 상기 저장탱크에 저장된 LNG의 냉열에 의해 상기 가스 터빈에 공급되는 연소용 공기를 냉각시키기 위한 열교환기와; 상기 저장탱크에 저장된 LNG의 냉열을 상기 열교환 수단에 간접적으로 전달하기 위한 열전달 매체 회로와; 상기 열교환기를 통과하면서 연소용 공기와 열교환된 열전달 매체를 가열하기 위한 가열기; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 해상 구조물이 제공되며, 이러한 해상 구조물에서 가스 터빈의 효율을 증가시킬 수 있는 방법이 제공된다.

LNG, 열교환기, 해상 구조물, 가스 터빈, 효율 증가, 냉열, 연소용 공기

Description

ＬＮＧ의 냉열을 이용한 가스 터빈의 효율 증가 방법 및 상기 가스 터빈을 갖는 해상 구조물{METHOD FOR INCREASING EFFICIENCY OF A GAS TURBINE USING COLD HEAT FROM LNG AND MARINE STRUCTURE HAVING THE GAS TURBINE}

근래, 천연가스의 소비량이 전 세계적으로 급증하고 있는 추세이다. 천연가스는, 육상 또는 해상의 가스배관을 통해 가스 상태로 운반되거나, 또는, 액화된 액화천연가스의 상태로 LNG 캐리어(특히, LNG 수송선)에 저장된 채 원거리의 소비처로 운반된다. 액화천연가스는 천연가스를 극저온(대략 -163℃)으로 냉각하여 얻어지는 것으로 가스 상태의 천연가스일 때보다 그 부피가 대략 1/600로 줄어들므로 해상을 통한 원거리 운반에 매우 적합하다.

LNG 수송선은, 액화천연가스를 싣고 바다를 운항하여 육상 소요처에 액화천연가스를 하역하기 위한 것이며, 이를 위해, 액화천연가스의 극저온에 견딜 수 있 는 LNG 저장탱크(흔히, '화물창'이라 함)를 포함한다. 통상, 이러한 LNG 수송선은 LNG 저장탱크 내의 액화천연가스를 액화된 상태 그대로 육상에 하역하며, 하역된 LNG는 육상에 설치된 LNG 재기화 설비에 의해 재기화된 후 천연가스의 소비처로 가스배관을 통해 운반된다.

이러한 육상의 LNG 재기화 설비는 천연가스 시장이 잘 형성되어 있어 안정적으로 천연가스의 수요가 있는 곳에 설치하는 경우에는 경제적으로 유리한 것으로 알려져 있다. 그러나, 천연가스의 수요가 계절적, 단기적 또는 주기적으로 있는 천연가스 소요처의 경우에는, 높은 설치비와 관리비로 인해, 육상에 LNG 재기화 설비를 설치하는 것이 경제적으로 매우 불리하다.

특히 자연재해 등에 의해 육상의 LNG 재기화 설비가 파괴될 경우, LNG 수송선이 소요처에 LNG를 싣고 도달한다 하더라도, 그 LNG를 재기화할 수 없다는 점에서 기존 LNG 수송선을 이용한 천연가스 운반은 한계성을 안고 있다.

이에 따라, LNG 수송선이나 해상 부유물에 LNG 재기화 설비를 마련하여 해상에서 액화천연가스를 재기화하고, 그 재기화를 통해 얻어진 천연가스를 육상으로 공급하는 해상 LNG 재기화 시스템이 개발되었다.

이와 같이 LNG 재기화 설비가 마련된 해상 구조물의 예로서는 LNG RV (Regasification Vessel)나 LNG FSRU (Floating Storage and Regasification Unit) 등을 들 수 있다. 그 밖에도 LNG FPSO (Floating, Production, Storage and Off-loading)와 같은 해상 구조물에도 LNG 재기화 설비가 마련될 수 있다.

LNG RV는 자력 항해 및 부유가 가능한 LNG 수송선에 LNG 재기화 설비를 설치 한 것이고, LNG FSRU는 육상으로부터 멀리 떨어진 해상에서 LNG 수송선으로부터 하역되는 액화 천연가스를 저장탱크에 저장한 후 필요에 따라 액화 천연가스를 기화시켜 육상 수요처에 공급하는 부유식 해상 구조물이다. 그리고, LNG FPSO는 생산된 천연가스를 해상에서 직접 액화시켜 LNG 저장탱크 내에 저장하고, 필요시 이 LNG 저장탱크 내에 저장된 LNG를 LNG 수송선으로 옮겨싣기 위해 사용되는 부유식 해상 구조물이다.

이와 같은 해상 구조물에는 전력 생산을 위해 가스 터빈이 사용되고 있는데, 가스 터빈에 연소용으로 공급되는 공기의 온도가 낮을수록 가스 터빈의 효율이 높아진다는 것은 잘 알려진 사실이다.

가스 터빈의 효율을 높이기 위해 연소용 공기의 온도를 낮추는 방법으로는 종래 증발 냉각에 의한 방법을 사용하였다. 즉, 종래에는 가스 터빈에 공급되는 공기에 물을 흘려보내거나 분무한 후 이 물이 증발하면서 공기를 냉각시키는 방법이 주로 사용되었으며, 이러한 증발 냉각 기술은 미국 특허 제 5,390,505 호 및 일본 특허공개 평08-151933 호 등에 잘 개시되어 있다.

그런데, 물의 증발에 따른 증발잠열을 이용하여 공기를 냉각시키면 가스 터빈의 효율을 증가시킬 수는 있지만, 습공기 온도의 포화온도 이하까지 공기 온도를 낮출 수는 없다는 한계가 있었다. 특히, 위도가 높은 지역이나 겨울철과 같이 대기의 온도가 낮은 상태에서는 가스 터빈의 효율을 향상시킬 수 없고, 대기 온도에 따라 가스 터빈의 출력이 불안정하다는 문제가 있었다.

이러한 종래의 문제점들을 해결하기 위한 본 발명은, LNG 재기화 설비를 갖춘 해상 구조물에서 LNG의 기화시 발생하는 냉열을 이용하여 가스 터빈에 공급되는 공기의 온도를 낮춤으로써 이 가스 터빈의 효율을 증가시키는 방법과, 이 가스 터빈이 구비된 해상 구조물을 제공하고자 하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 극저온의 LNG를 저장하기 위한 저장탱크와, 전력 생산을 위해 설치되는 가스 터빈을 구비한 해상 구조물로서, 상기 저장탱크에 저장된 LNG의 냉열에 의해 상기 가스 터빈에 공급되는 연소용 공기를 냉각시키기 위한 열교환기와; 상기 저장탱크에 저장된 LNG의 냉열을 상기 열교환 수단에 간접적으로 전달하기 위한 열전달 매체 회로와; 상기 열교환기를 통과하면서 연소용 공기와 열교환된 열전달 매체를 가열하기 위한 가열기; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 해상 구조물이 제공된다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 극저온의 LNG를 저장하기 위한 저장탱크와, 전력 생산을 위해 설치되는 가스 터빈을 구비한 해상 구조물로서, 상기 저장탱크에 저장된 LNG의 냉열에 의해 상기 가스 터빈에 공급되는 연소용 공기를 냉각시키기 위한 열교환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 해상 구조물이 제공된다.

상기 해상 구조물은, 상기 저장탱크에 저장된 LNG의 냉열을 상기 열교환기에 간접적으로 전달하기 위한 열전달 매체 회로를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 해상 구조물은, 상기 저장탱크에 저장된 LNG를 기화시키기 위한 LNG 기화기를 더 포함하며, 상기 LNG 기화기에서 LNG의 기화시 발생하는 냉열에 의해 상기 가스 터빈에 공급되는 연소용 공기를 냉각시키는 것이 바람직하다.

상기 열전달 매체 회로는, 상기 열교환기를 통과하면서 연소용 공기와 열교환된 열교환 매체를 가열하기 위한 가열기를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 열전달 매체 회로는, 열전달 매체와의 열교환에 의해 LNG를 기화시키기 위한 LNG 기화기와, 상기 열전달 매체와의 열교환에 의해 상기 가스 터빈에 공급되는 연소용 공기를 냉각시키기 위한 상기 열교환기와, 상기 열전달 매체를 이송시키기 위한 열전달 매체 이송펌프를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 열전달 매체 회로는, 이송되는 열전달 매체의 양을 조절하기 위한 열전달 매체 조절밸브를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 열전달 매체는, 극저온 상태인 LNG와의 열교환에 의해서 동결되지 않도록 빙점이 낮은 열매체 오일(thermal(hot) oil), 글리콜 워터(glycol water) 및 증발형 냉매 중에서 선택된 어느 하나인 것이 바람직하다.

상기 LNG 기화기에서 기화된 LNG는 상기 가스 터빈의 연료로서 사용되는 것이 바람직하다.

상기 열전달 매체 회로는 폐회로인 것이 바람직하다.

상기 해상 구조물은, LNG 재기화 설비가 장착되어 있는 부유식 해상 구조물로서, LNG RV, LNG FSRU 및 LNG FPSO 중에서 선택된 어느 하나인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 극저온의 LNG를 저장하기 위한 저 장탱크와, 전력 생산을 위해 설치되는 가스 터빈을 구비한 해상 구조물에서 상기 가스 터빈의 효율을 증가시키는 방법으로서, 상기 저장탱크에 저장된 LNG의 냉열에 의해 상기 가스 터빈에 공급되는 연소용 공기를 냉각시키는 것을 특징으로 하는 가스 터빈의 효율 증가 방법이 제공된다.

상기 가스 터빈의 효율 증가 방법은, 열전달 매체와의 열교환에 의해 상기 LNG를 재기화시키는 단계와, 상기 LNG의 재기화시 발생하는 냉열을 전달받은 상기 열전달 매체와의 열교환에 의해 상기 연소용 공기를 냉각시키는 단계와, 냉각된 상기 연소용 공기를 상기 가스 터빈에 공급하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 가스 터빈의 효율 증가 방법은, 상기 연소용 공기와의 열교환에 의해 가열된 상기 열전달 매체를 외부로부터의 열 에너지에 의해 더욱 가열하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 가스 터빈의 효율 증가 방법은, 상기 연소용 공기와 열교환되는 상기 열전달 매체의 양을 조절함으로써 상기 연소용 공기의 냉각온도를 조절하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 극저온의 LNG를 저장하기 위한 저장탱크와, 전력 생산을 위해 설치되는 가스 터빈을 구비한 해상 구조물에서 상기 가스 터빈의 효율을 증가시키는 방법으로서, 열전달 매체에 의해 상기 저장탱크에 저장된 LNG의 냉열을 간접적으로 전달받아 상기 가스 터빈에 공급되는 연소용 공기를 냉각시키는 단계와; 상기 연소용 공기와의 열교환에 의해 가열된 상기 열전달 매체를 외부로부터의 열 에너지에 의해 더욱 가열하는 단계; 를 포함하는 것을 특 징으로 하는 가스 터빈의 효율 증가 방법이 제공된다.

상술한 바와 같은 본 발명에 의하면, LNG 재기화 설비를 갖춘 해상 구조물에서 LNG의 기화시 발생하는 냉열을 이용하여 가스 터빈에 공급되는 공기의 온도를 낮춤으로써 이 가스 터빈의 효율을 증가시키는 방법이 제공될 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, LNG의 기화시 발생하는 냉열을 이용하여 공급되는 공기의 온도를 낮춤으로써 효율이 증가된 가스 터빈을 구비하고 있는 해상 구조물이 제공될 수 있다.

그에 따라 본 발명에 의하면, 외부의 대기온도와 관계없이 가스 터빈에 공급되는 공기의 온도를 항상 안정적으로 일정하게 유지하는 것이 가능하여 가스 터빈의 출력을 일정하게 유지할 수 있으며, 종래와 동일한 사양의 가스 터빈을 가지고도 종래에 비해 더욱 높은 출력을 얻을 수 있기 때문에 가스 터빈의 연료 소모량을 절감할 수 있고 해상 구조물에서 필요로 하는 전력을 더욱 풍부하게 공급할 수 있게 된다.

이하, 본 발명에 따른 가스 터빈 효율 증가방법과, 이 가스 터빈이 구비된 해상 구조물을 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

본 명세서에서 해상 구조물이란, LNG와 같이 극저온 상태로 적재되는 액체 화물을 저장하는 저장탱크를 가지면서 해상에서 부유된 채 사용되는 구조물과 선박을 모두 포함하는 개념으로, 예를 들어 LNG FPSO(Floating, Production, Storage and Offloading)나 LNG FSRU(Floating Storage and Regasification Unit)와 같은 해상 구조물뿐만 아니라 LNG RV(LNG Regasification Vessel)와 같은 선박을 모두 포함하는 것이다.

도 1에는 본 발명의 바람직한 제1 실시형태에 따른 가스 터빈 효율 증가방법을 설명하기 위한 개념도가 도시되어 있다.

해상 구조물의 LNG 저장탱크(도시생략)에는 극저온의 LNG가 저장되어 있으며, 도 1에 도시된 바와 같이, LNG는 필요에 따라 LNG 기화기(25)에 의해 기화된 후 수요처로 공급되거나 해상 구조물에 탑재된 각종 장치의 연료로 사용되도록 공급될 수 있다.

LNG 기화기(25)에서 LNG는 열전달 매체와의 열교환을 통하여 열을 공급받아 재기화되고, 열전달 매체는 재기화되는 LNG로부터 냉열을 공급받아 냉각되어 응축된다. LNG 저장탱크로부터 LNG 이송펌프(11)에 의해 LNG 기화기(25)에 공급되는 LNG의 양은 LNG 조절밸브(12)에 의해 조절될 수 있다.

본 제1 실시형태에 따르면, 열전달 매체 회로(20)는 LNG 기화기(25), 열전달 매체 이송펌프(21), 열전달 매체 조절밸브(22), 및 열교환기(27)를 포함한다. 이 열전달 매체 회로(20)는 폐회로이며, 열전달 매체는 LNG 기화기(25), 열전달 매체 이송펌프(21), 열전달 매체 조절밸브(22), 및 열교환기(27)를 순차적으로 순환한다.

LNG 기화기(25)를 통과하면서 냉각된 열전달 매체는 열교환기(27)에서 가스 터빈의 입구측으로 공급되는 공기를 냉각시킨다. 열전달 매체 회로(20)에서의 열전달 매체의 순환은 열전달 매체 이송펌프(21)에 의해 수행되며, 열교환기(27)로 공급되는 열전달 매체의 양은 열전달 매체 조절밸브(22)에 의해 조절될 수 있다. LNG 기화기(25)에서 냉열을 공급받아 응축된 열전달 매체는 열교환기(27)에서 공기를 냉각시킴으로써 냉열을 빼앗겨 기화될 수 있다.

열전달 매체 조절밸브(22)에 의해 열교환기(27)에 공급되는 열전달 매체의 양을 조절함으로써 열교환기(27)를 통과하여 가스 터빈(30)에 공급되는 공기의 온도를 조절하는 것이 가능하다. 또한, 외부 기온에 따라 대기의 온도가 상이한 경우에도, 상술한 바와 같이 열전달 매체의 양을 조절함으로써 가스 터빈(30)에 공급되는 공기의 온도를 안정적으로 유지하는 것이 가능하다.

열교환기(27)를 통과하기 전의 대기 공기의 온도는 계절 및 위도 등의 상황에 따라 대략 0 ~ 45℃ 정도인데, 열교환기(27)에서의 열교환을 통해 대략 5 ~ 30℃만큼 온도를 낮추는 것이 가능하다. 참고로, 가스 터빈(30)에 공급되는 연소용 공기의 온도를 대략 27℃ 정도 낮출 경우, 가스 터빈(30)의 효율은 대략 10% 정도 향상될 수 있다.

열교환기(27)에서 열전달 매체로부터 냉열을 공급받아 냉각된 공기는 가스 터빈(30)에 공급된다. 더욱 상세하게는, 냉각된 공기는, 가스 터빈(30)에 포함되어 연소전에 공기를 압축시키는 공기 압축기(31)의 입구측으로 공급된다. 공기 압축기(31)에서 압축된 공기는 연소실(32)로 공급된 후 연료와 혼합되어 연소되고, 터빈(33)을 구동시킨다.

터빈(33)과 공기 압축기(31), 나아가서 발전기(35)는 모두 하나의 축으로 연결될 수 있으며, 발전기(35)에서 생산된 전력은 해상 구조물 내에서 각종 장치 등을 구동시키거나 동력원으로서 쓰일 수 있다. 즉, 가스 터빈(30)은 전력 생산 또는 동력 발생용으로 설치된다. 또한, 상기 LNG 기화기(25)에서 재기화된 천연가스는 가스 터빈(30)의 연료로서 사용될 수 있다.

도 2에는 본 발명의 바람직한 제2 실시형태에 따른 가스 터빈 효율 증가방법을 설명하기 위한 개념도가 도시되어 있다. 편의상, 상술한 제1 실시형태에서와 동일하거나 유사한 구성요소에는 동일한 부재번호를 부여한다.

해상 구조물의 LNG 저장탱크(도시생략)에는 극저온의 LNG가 저장되어 있으며, 도 2에 도시된 바와 같이, LNG는 필요에 따라 LNG 기화기(25)에 의해 기화된 후 수요처로 공급되거나 해상 구조물에 탑재된 각종 장치의 연료로 사용되도록 공급될 수 있다.

LNG 기화기(25)에서 LNG는 열전달 매체와의 열교환을 통하여 열을 공급받아 재기화되고, 열전달 매체는 재기화되는 LNG로부터 냉열을 공급받아 냉각되거나 응축된다. LNG 저장탱크로부터 LNG 이송펌프(11)에 의해 LNG 기화기(25)에 공급되는 LNG의 양은 LNG 조절밸브(12)에 의해 조절될 수 있다.

열전달 매체로서는, 극저온 상태의 LNG와의 열교환에 의해서 동결되지 않도록 열매체 오일(thermal(hot) oil)이나 글리콜 워터(glycol water) 혹은 증발형 냉매 등과 같은 빙점이 낮은 물질을 사용하는 것이 바람직하다.

이와 같이 열전달 매체를 사용하는 종래 기술로서는, 미국특허 제 2,975,607 호, 제 3,986,340 호, 제 6,367,258 호, 제 6,688,114 호 및 제 6,945,049 호 등이 알려져 있으나, 이들 특허에서는 LNG의 기화시에 발생되는 냉열을 모두 버리고 있다.

열매체 오일은 미네랄 오일의 일종으로 매우 넓은 온도 범위(-10 ~ 320℃)에서 사용할 수 있다. 글리콜 워터는 글리콜과 물의 혼합물로서 그 혼합비율은 글리콜이 30 ~ 50%, 물이 70 ~ 50% 정도이며, 역시 넓은 온도 범위(-30 ~ 100℃)에서 사용할 수 있다.

본 제2 실시형태에 따르면, 열전달 매체 회로(20)는 LNG 기화기(25), 열교환기(27), 열전달 매체 이송펌프(21), 열전달 매체 조절밸브(22), 및 가열기(23)를 포함한다. 이 열전달 매체 회로(20)는 폐회로이며, 열전달 매체는 LNG 기화기(25), 열교환기(27), 열전달 매체 이송펌프(21), 열전달 매체 조절밸브(22), 및 가열기(23)를 순차적으로 순환한다.

LNG 기화기(25)를 통과하면서 냉각된 열전달 매체는 열교환기(27)에서 가스 터빈의 입구측으로 공급되는 공기를 냉각시킨다. 열전달 매체 회로(20)에서의 열전달 매체의 순환은 열전달 매체 이송펌프(21)에 의해 수행되며, 가열기(23)로 공급되는 열전달 매체의 양, 즉 순환하는 열전달 매체의 양은 열전달 매체 조절밸브(22)에 의해 조절될 수 있다. LNG 기화기(25)에서 냉열을 공급받아 저온 상태로 된 열전달 매체는 열교환기(27)에서 공기를 냉각시킴으로써 냉열을 빼앗긴다. 즉, 열교환기(27)에서 열전달 매체는 공기에 의해 가열된다. 이와 같이 공기에 의해 가열된 열전달 매체는, 가열기(23)에서 더욱 가열되어 고온 상태로 될 수 있다.

LNG 기화기(25)를 통과한 열전달 매체는, 열매체 오일(thermal(hot) oil)이나 클리콜 워터(glycol water)를 사용할 경우 대략 -10 ~ 0℃까지 냉각되고, 증발형 냉매를 사용할 경우 대략 -50 ~ 0℃까지 냉각되어 응축된다. 이러한 저온의 열전달 매체는 열교환기(27)를 통과하면서 상온의 대기를 저온의 공기로 냉각시킨다. 열교환기(27)를 통과하면서 가열된 열전달 매체는 아직 대기 온도보다 낮은 온도이므로, LNG 기화기(25)에서 LNG를 기화시키기 위해서는 열전달 매체를 추가로 가열할 필요가 있다. 가열기(23)는 열전달 매체에 대한 추가 열원의 공급이라는 역할을 수행하며, 가열기(23)를 통과한 열전달 매체는 그 열전달 매체의 종류에 따라 대략 0 ~ 90℃까지 가열된 후 LNG 기화기(25)로 공급된다.

열전달 매체의 온도를 증가시키기 위한 가열기는 열매체 오일 시스템 (thermal(hot) oil system)이나 글리콜 워터(glycol water) 혹은 증발형 냉매 시스템(evaporated refrigeration system)을 이용하도록 구성될 수 있다.

열교환기(27)에서 열전달 매체로부터 냉열을 공급받아 냉각된 공기는 가스 터빈(30)에 공급된다. 더욱 상세하게는, 냉각된 공기는, 가스 터빈(30)에 포함되 어 연소전에 공기를 압축시키는 공기 압축기(31)의 입구측으로 공급된다. 공기 압축기(31)에서 압축된 공기는 연소실(32)로 공급된 후 연료와 혼합되어 연소되고, 터빈(33)을 구동시킨다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 제1 및 제2 실시형태에 따르면, LNG의 기화열을 이용하여 가스 터빈에 공급되는 공기의 온도를 낮출 수 있기 때문에, 가스 터빈의 효율을 크게 증가시킬 수 있다. 또한, 외부의 대기온도와 관계없이 가스 터빈에 공급되는 공기의 온도를 항상 안정적으로 일정하게 유지하는 것이 가능하여, 가스 터빈의 출력을 일정하게 유지할 수 있다.

특히, 제2 실시형태에 따르면, 가열기를 이용하여 열전달 매체를 가열한 후 LNG 기화기로 공급하기 때문에, LNG의 기화에 필요한 열 에너지를 추가로 공급할 수 있다.

또한, 본 발명의 제1 및 제2 실시형태에 따르면, LNG와 공기 사이에 직접적인 열교환이 일어나지 않도록 열전달 매체 회로를 통하여 LNG의 냉열을 공기에 전달하므로, 가스 터빈에 공급되는 공기에 LNG의 메탄 성분이 혼합될 가능성을 원천 적으로 제거하여 안전성을 증대시킬 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 제1 및 제2 실시형태에 따르면, 종래와 동일한 사양의 가스 터빈을 가지고도 종래에 비해 더욱 높은 출력을 얻을 수 있기 때문에, 가스 터빈의 연료 소모량을 절감할 수 있고, 해상 구조물에서 필요로 하는 전력을 더욱 풍부하게 공급할 수 있게 된다.

이상과 같이 본 발명에 따른 LNG의 냉열을 이용한 가스 터빈의 효율 증가 방법 및 상기 가스 터빈을 갖는 해상 구조물을, 예시된 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 이상에서 설명된 실시예와 도면에 의해 한정되지 않으며, 특허청구범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 제1 실시형태에 따른 가스 터빈 효율 증가방법을 설명하기 위한 개념도, 그리고

도 2는 본 발명의 바람직한 제2 실시형태에 따른 가스 터빈 효율 증가방법을 설명하기 위한 개념도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

11 : LNG 이송펌프 12 : LNG 조절밸브

20 : 열전달 매체 회로 21 : 열전달 매체 이송펌프

22 : 열전달 매체 조절밸브 23 : 가열기

25 : LNG 기화기 27 : 열교환기

30 : 가스 터빈 31 : 공기 압축기

32 : 연소실 33 : 터빈

35 : 발전기

Claims

극저온의 LNG를 저장하기 위한 저장탱크와, 전력 생산 또는 동력 발생용으로 설치되는 가스 터빈을 구비한 해상 구조물로서,

상기 저장탱크에 저장된 LNG의 냉열에 의해 상기 가스 터빈에 공급되는 연소용 공기를 냉각시키기 위한 열교환기와;

상기 저장탱크에 저장된 LNG의 냉열을 상기 열교환 수단에 간접적으로 전달하기 위한 열전달 매체 회로와;

상기 열교환기를 통과하면서 연소용 공기와 열교환된 열전달 매체를 가열하기 위한 가열기;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 해상 구조물.
극저온의 LNG를 저장하기 위한 저장탱크와, 전력 생산 또는 동력 발생용으로 설치되는 가스 터빈을 구비한 해상 구조물로서,

상기 저장탱크에 저장된 LNG의 냉열에 의해 상기 가스 터빈에 공급되는 연소용 공기를 냉각시키기 위한 열교환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 해상 구조물.
청구항 2에 있어서,

상기 저장탱크에 저장된 LNG의 냉열을 상기 열교환기에 간접적으로 전달하기 위한 열전달 매체 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해상 구조물.
청구항 2에 있어서,

상기 저장탱크에 저장된 LNG를 기화시키기 위한 LNG 기화기를 더 포함하며, 상기 LNG 기화기에서 LNG의 기화시 발생하는 냉열에 의해 상기 가스 터빈에 공급되는 연소용 공기를 냉각시키는 것을 특징으로 하는 해상 구조물.
청구항 3에 있어서,

상기 열전달 매체 회로는, 상기 열교환기를 통과하면서 연소용 공기와 열교환된 열교환 매체를 가열하기 위한 가열기를 포함하는 것을 특징으로 하는 해상 구조물.
청구항 3 또는 청구항 5에 있어서,

상기 열전달 매체 회로는, 열전달 매체와의 열교환에 의해 LNG를 기화시키기 위한 LNG 기화기와, 상기 열전달 매체와의 열교환에 의해 상기 가스 터빈에 공급되는 연소용 공기를 냉각시키기 위한 상기 열교환기와, 상기 열전달 매체를 이송시키기 위한 열전달 매체 이송펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 해상 구조물.
청구항 6에 있어서,

상기 열전달 매체 회로는, 이송되는 열전달 매체의 양을 조절하기 위한 열전달 매체 조절밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해상 구조물.
청구항 3 또는 청구항 5에 있어서,

상기 열전달 매체는, 극저온 상태인 LNG와의 열교환에 의해서 동결되지 않도록 빙점이 낮은 열매체 오일(thermal(hot) oil), 글리콜 워터(glycol water), 및 증발형 냉매 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 해상 구조물.
청구항 4에 있어서,

상기 LNG 기화기에서 기화된 LNG는 상기 가스 터빈의 연료로서 사용되는 것을 특징으로 하는 해상 구조물.
청구항 3에 있어서,

상기 열전달 매체 회로는 폐회로인 것을 특징으로 하는 해상 구조물.
청구항 2에 있어서,

상기 해상 구조물은, LNG 재기화 설비가 장착되어 있는 부유식 해상 구조물로서, LNG RV, LNG FSRU 및 LNG FPSO 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 해상 구조물.
극저온의 LNG를 저장하기 위한 저장탱크와, 전력 생산 또는 동력 발생용으로 설치되는 가스 터빈을 구비한 해상 구조물에서 상기 가스 터빈의 효율을 증가시키 는 방법으로서,

상기 저장탱크에 저장된 LNG의 냉열에 의해 상기 가스 터빈에 공급되는 연소용 공기를 냉각시키는 것을 특징으로 하는 가스 터빈의 효율 증가 방법.
청구항 12에 있어서,

열전달 매체와의 열교환에 의해 상기 LNG를 재기화시키는 단계와, 상기 LNG의 재기화시 발생하는 냉열을 전달받은 상기 열전달 매체와의 열교환에 의해 상기 연소용 공기를 냉각시키는 단계와, 냉각된 상기 연소용 공기를 상기 가스 터빈에 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈의 효율 증가 방법.
청구항 13에 있어서,

상기 연소용 공기와의 열교환에 의해 가열된 상기 열전달 매체를 외부로부터의 열 에너지에 의해 더욱 가열하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈의 효율 증가 방법.
청구항 13에 있어서,

상기 연소용 공기와 열교환되는 상기 열전달 매체의 양을 조절함으로써 상기 연소용 공기의 냉각온도를 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈의 효율 증가 방법.
극저온의 LNG를 저장하기 위한 저장탱크와, 전력 생산을 위해 설치되는 가스 터빈을 구비한 해상 구조물에서 상기 가스 터빈의 효율을 증가시키는 방법으로서,

열전달 매체에 의해 상기 저장탱크에 저장된 LNG의 냉열을 간접적으로 전달받아 상기 가스 터빈에 공급되는 연소용 공기를 냉각시키는 단계와;

상기 연소용 공기와의 열교환에 의해 가열된 상기 열전달 매체를 외부로부터의 열 에너지에 의해 더욱 가열하는 단계;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈의 효율 증가 방법.