KR20110056719A - 분산형 담수화 플랜트 - Google Patents

Abstract

환경오염을 저감시킴과 아울러, 경제성이 향상된 분산형 담수화 플랜트가 개시된다. 개시된 본 발명에 의한 분산형 담수화 플랜트는, 신/재생에너지를 이용해 전기를 발생시키는 신재생발전부, 발생된 전기로 해수를 전기분해하여 수소를 발생시키는 수소발생부 및, 적어도 하나의 지역시스템에 분산 설치되어 수소를 공급받아 연료전지에 충전함으로써, 전기와 담수를 생산하여 소비처에 공급하는 적어도 하나의 공급부를 포함한다. 이러한 구성에 의하면 신/재생에너지를 이용해 해수를 전기분해함에 따라 환경오염을 저감시킬 수 있으며, 담수와 전기를 동시에 소비처로 공급 가능함에 따라 경제성도 향상시킬 수 있게 된다.

담수화, 플랜트, 신/재생에너지, 수소, 담수, 지역시스템.

Description

분산형 담수화 플랜트{A DISPERSION TYPE DESALTING PLANT}

본 발명은 분산형 담수화 플랜트에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 신/재생에너지와 연료전지를 이용한 분산형 담수화 플랜트에 관한 것이다.

현재, 화석연료의 사용으로 발생되는 온실가스를 비롯한 다양한 환경오염 물질은 지구 온난화, 이상기후, 사막화 등과 같은 환경파괴를 발생시킨다. 이러한 환경파괴는 결국, 인간을 비롯한 생명체의 삶에서 필수요소인 물의 고갈을 야기시킨다.

이러한 환경파괴를 해결하기 위해, 온실가스 감축목표에 관한 의정서인 교토 의정서를 채택하고 탄소 배출권 거래제를 준비하는 등의 국제적인 노력이 시행되고 있다. 한편, 상기 교토 의정서에 의해 규정하는 대로 각 국가별 탄소배출량 기준값이 규정되어 시행될 경우, 생산에 따른 탄소배출량이 제한되고 이를 초과할 경우에는 탄소 배출권을 추가로 매입하거나 벌금을 납입해야만 한다. 그러므로, 기존의 생산체제로는 경제성 저하라는 경쟁력 확보에 어려운 문제점이 야기되므로, 각 국가에서는 전분야에 걸쳐 탄소배출량 감소에 위한 노력을 강구하고 있는 실정이다.

또한, 환경파괴로 인한 물부족에 의한 대책 중 하나로, 지구표면의 3/4를 차지하는 해수를 담수화하는 방안이 제안되고 있다. 현재 해수를 담수화하기 위한 담수화 플랜트는 해수를 증발시켜 담수화하는 방식이 일반적으로 채용되고 있다. 그런데, 상기 해수를 증발시키기 위한 연료로써 화석연료가 사용됨에 따라, 새로운 환경문제의 원인이 되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 환경오염을 야기시키지 않을 분산형 담수화 플랜트를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 경제성을 향상시킬 수 있는 분산형 담수화 플랜트를 제공하기 위한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 분산형 담수화 플랜트는, 신재생발전부, 수소발생부 및 공급부를 포함한다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 의하면, 상기 신재생발전부는, 신/재생에너지를 이용해 전기를 발생시킨다. 여기서, 상기 신재생발전부는 조류, 풍력 파력, 태양열 및 태양전지 중 적어도 어느 하나를 이용하여 발전하는 것이 좋다.

상기 수소발생부는, 상기 발생된 전기로 해수를 전기분해하여 수소를 발생시킨다. 여기서, 상기 수소발생부는, 상기 전기로 상기 해수를 전기분해하여 수소를 발생시키는 해수전기분해수단 및, 상기 해수전기분해수단을 통해 발생된 수소를 저장하는 제1수소탱크를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 공급부는, 상기 발생된 수소와 대기 중의 산소와의 반응을 통해 전기와 담수를 발생시키는 연료전지를 구비하여, 소비처에 발생된 전기와 담수를 공급하도록 적어도 하나 마련된다. 상기 공급부는, 상기 제1수소탱크에 저장된 수소를 저장하는 제2수소탱크를 포함하며, 상기 제1 및 제2수소저장탱크는 적어도 하나의 파 이프에 의해 상호 연결되는 것이 좋다. 한편, 상기 적어도 하나의 공급부는 복수의 지역시스템에 분산 설치되며, 각 지역시스템의 환경에 대응하여 설치 조건이 변경 가능한 것이 바람직하다.

상기와 같은 구성을 구비하는 본 발명에 의하면, 첫째, 신재생에너지를 이용하여 해수를 전기분해할 전기를 발생시킴에 따라, 기존 화석연료를 이용하는 방식에 비해 환경오염 발생을 저감시킬 수 있을 뿐만 아니라 연료비의 저감 효과도 기대할 수 있게 된다.

둘째, 출력이 불안정한 신재생에너지에 의해 발생된 전기에너지를 수소의 형태로 저장탱크에 저장하여 연료탱크에 공급함에 따라, 안정성을 향상시킬 수 있게 된다.

셋째, 해수의 전기분해에 의해 발생된 산소와 소금과 같은 부산물을 처리하여 판매 가능함에 따라, 경제성 향상도 기대할 수 있게 된다.

넷째, 상대적으로 가벼운 수소를 이동하여 각 지역시스템에 위치하는 공급부에 공급함과 아울러, 공급부가 전기와 담수를 동시에 공급 가능함에 따라, 수송비용을 저감시킬 수 있게 된다.

다섯째, 지역시스템의 환경에 대응하여 공급부의 조건을 용이하게 가변 가능함에 따라, 맞춤형 설비 제작에 따른 경제성 효과도 기대할 수 있게 된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 설명한다.

도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 분산형 담수화 플랜트(1)는, 신재생발전부(10), 수소발생부(20) 및 공급부(30)를 포함한다.

상기 신재생발전부(10)는 신/재생에너지를 이용해 전기를 발생시킨다. 여기서, 상기 신/재생에너지라 함은, 기존의 화석연료를 변환시켜 이용하거나 햇빛, 물, 지열, 강수, 생물유기체 등을 포함하여 재생가능한 에너지를 변환시켜 이용하는 에너지로써, 11개 분야로 구분된다. 보다 구체적으로, 상기 신에너지는 연료전지, 석탄액화가스화 및, 중질잔사유가스화, 수소에너지로 구분되며, 상기 재생에너지는 태양광, 태양열, 바이오, 풍력, 수력, 해양, 폐기물 및, 지열로 구분된다. 본 실시예에서는 상기 신재생발전부(10)가 조류, 풍력, 파력, 태영열 및 태양전지 중 적어도 어느 하나를 이용하여 발전하는 것으로 예시한다.

이러한 신재생발전부(10)로 인해 본 발명은, 환경문제를 발생하지 않으며 자연의 재료를 이용함으로써 원료비가 저감되는 효과를 기대할 수 있게 된다.

상기 수소발생부(20)는 상기 신재생발전부(10)를 통해 발생된 전기로 해수를 전기분해하여, 수소를 발생시킨다. 이를 위해, 상기 수소발생부(20)는 도 2의 도시와 같이, 해수전기분해수단(21)과 제1수소탱크(22)를 포함한다.

상기 해수전기분해수단(21)은 상기 신재생발전부(10)로부터 발생된 전기로 해수를 전기분해하여 수소, 산소 및 소금과 같은 부산물로 분리한다. 상기 해수전기분해수단(21)에 의한 해수의 전기분해를 보다 자세히 설명하면, 상기 해수전기분해수단(21)은 상기 해수에 상기 신재생발전부(10)로 발생된 전기를 이용하여 비자발적인 반응을 일으킨다. 그러면, 양극(+)에서 산화반응으로 산소가 발생됨과 아 울러, 음극(-)에서는 환원반응이 일어나 수소를 얻게 된다. 이때, 상기 해수를 구성하는 나트륨(Na+)은 음극(-)에 모여서 전하를 얻어 나트륨(Na) 즉 소금을 발생시키게 된다.

한편, 도 1 및 도 2에서는 자세히 설명하지 않았으나, 상기 해수의 전기분해에 의해 발생된 산소와 부산물인 소금은 별도로 처리하여 판매 가능함은 당연하다.

상기 제1수소탱크(22)는 상기 해수전기분해수단(21)에 의해 발생된 수소를 저장하는 탱크이다. 여기서, 상기 제1수소탱크(22)는 상기 신재생발전부(10)를 통해 발생된 출력이 불안정한 전기에너지를 수소의 형태로 저장함으로써, 안정성을 향상시키게 된다.

상기 공급부(30)는 상기 발생된 수소와 대기 중의 산소의 반응을 통해, 전기와 담수를 발생시켜 소비자에게 공급하도록 적어도 하나 마련된다. 여기서, 상기 공급부(30)는 발생된 전기와 담수를 직접 사용할 소비처가 있는 지역사회(이하, 지역시스템으로 지칭함)에 분산되어 설치된다. 예컨대, 상기 공급부(30)는 사용자가 많은 대형 빌딩 또는 아파트의 옥상에 분산되어 설치 가능하다. 이때, 상기 공급부(30)는 지역시스템의 환경에 대응하여 형상 변경, 크기 변경 또는 설치 개수가 가변되는 것과 같이, 맞춤형으로 제작될 수 있다. 이러한 공급부(30)는 도 3의 도시와 같이, 제2수소탱크(31)와 연료전지(32)를 포함한다.

상기 제2수소탱크(31)는 상기 제1수소탱크(22)와 적어도 하나의 파이프와 같은 연결수단을 통해 연결되어, 수소발생부(20)를 통해 발생된 수소를 공급받아 저장한다. 여기서, 상기 제2수소탱크(31)는 자세히 도시되지 않았으나, 상기 제1수 소탱크(22)와 부피에서 차이만 있을 뿐, 동일한 밀폐 성능을 구비함이 좋다.

한편, 상기 전기분해되어 발생되어 제1수소탱크(22)에 저장된 수소는 물에 비해 무게가 가벼움으로 인해, 이동성이 좋다. 뿐만 아니라, 상기 제2수소탱크(31)가 빌딩이나 아파트의 옥상에 설치될 경우, 가벼운 무게로 인해 별도의 펌핑수단 없이도 용이하게 이동시킬 수 있는 이점을 가진다.

상기 연료전지(32)는 상기 제2수소탱크(31)에 저장된 수소가 충전되어 이를 가지고, 전기와 담수를 발생시킨다. 여기서, 상기 연료전지(32)는 지속적으로 공급되는 수소를 연료로 하여, 연료의 산화에 의해 발생되는 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 일종의 발전장치이다. 이때, 상기 연료전지(32)의 특성상, 연료인 수소가 외부로부터 연속적으로 공급되어 생성된 반응물이 연속적으로 계외(系外)로 제거된다. 이에 따라, 상기 연료전지(32)의 공급된 수소와, 대기 중의 산소와의 반응에 의해, 전기와 담수를 얻게 된다.

참고로, 상기 연료전지(32)에 의해 생산된 담수는 일반적으로 50도 이상의 고온을 가진다. 이에 따라, 상기 고온의 담수를 겨울철 난방수로 사용할 경우, 보다 경제성을 향상시킬 수 있는 효과를 기대할 수 있게 된다.

이상과 같은 구성에 의하면, 상기 신재생발전부(10)로부터 발생된 신재생에너지인 전기를 상기 수소발생부(20)가 공급받아 해수로부터 수소를 분리한 후, 각 지역시스템에 마련된 공급부(30)로 분배 공급한다. 그러면, 상기 공급부(30)의 연료전지(32)가 상기 수소를 이용하여 전기와 담수를 최종적으로 생산하여 소비처에 제공하게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 분산형 담수화 플랜트를 개략적으로 도시한 구성도,

도 2는 도 1에 도시된 수소발생부를 설명하기 위한 구성도, 그리고,

도 3은 도 1에 도시된 공급부를 설명하기 위한 구성도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>

1: 분산형 담수화 플랜트 10: 신재생발전부

20: 수소발생부 30: 공급부

32: 연료전지

Claims (5)

1. 신/재생에너지를 이용해 전기를 발생시키는 신재생발전부;

   상기 발생된 전기로 해수를 전기분해하여 수소를 발생시키는 수소발생부; 및

   적어도 하나의 지역시스템에 분산 설치되어 상기 수소를 공급받아 연료전지에 충전함으로써, 전기와 담수를 생산하여 소비처에 공급하는 적어도 하나의 공급부;

   를 포함하는 분산형 담수화 플랜트.
2. 제1항에 있어서,

   상기 신재생발전부는 조류, 풍력 파력, 태양열 및 태양전지 중 적어도 어느 하나를 이용하여 발전하는 것을 특징으로 하는 분산형 담수화 플랜트.
3. 제1항에 있어서,

   상기 수소발생부는,

   상기 전기로 상기 해수를 전기분해하여 수소를 발생시키는 해수전기분해수단; 및

   상기 해수전기분해수단을 통해 발생된 수소를 저장하는 제1수소탱크;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 분산형 담수화 플랜트.
4. 제3항에 있어서,

   상기 공급부는, 상기 제1수소탱크에 저장된 수소를 저장하는 제2수소탱크를 포함하며,

   상기 제1 및 제2수소저장탱크는 적어도 하나의 파이프에 의해 상호 연결되는 것을 특징으로 하는 분산형 담수화 플랜트.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 적어도 하나의 공급부는 각 지역시스템의 환경에 대응하여 크기, 형상 및 개수가 변경 가능한 것을 특징으로 하는 분산형 담수화 플랜트.

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