KR20110115196A - Power plant system of ocean thermal energy conversion with reheating process - Google Patents

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김현주
이호생
정동호
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한국해양연구원
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Abstract

본 발명은 재열과정을 포함한 해양 온도차 발전시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 해양 온도차 발전시스템에서 응축용 냉각수로 사용되는 해양심층수와 기화용 온수로 사용되는 표층수를 기본적으로 사용하며, 기존의 해양 온도차 발전시스템보다 효율을 증대시키기 위하여 재열 과정을 적용 하였으며, 터빈 출력을 향상시키기 위해 다단 터빈과정을 적용한 재열과정을 포함한 해양 온도차 발전시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 재열과정을 포함한 해양 온도차 발전시스템은, 해양표층수가 공급되는 기화기에서 증기로 변환된 작동유체가 발전설비에서 발생된 미활용에너지가 공급되는 열교환기에 공급되어 열교환되며; 상기 열교환된 작동유체는 분배기로 공급되고 상기 분배기에서 일부 바이패스된 작동유체는 재열기로 공급되며; 상기 분배기에서 일부 바이패스된 작동유체를 제외한 나머지 작동유체는 터빈으로 공급되어 터빈을 구동시켜 전력을 생산하고, 상기 터빈을 통과한 증기상태의 작동유체는 해양심층수가 공급되는 응축기에서 액화되며; 상기 응축기에 의해 액화된 작동유체는 작동유체 공급펌프에 의해 재열기로 공급되어 상기 바이패스된 증기상태의 작동유체와 열교환 후 작동유체 순환펌프에 의해 순환되는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a marine temperature differential power generation system including a reheating process, and more specifically, the deep ocean water used as condensation cooling water and the surface water used as hot water for vaporization in a marine temperature differential power generation system are basically used. The reheat process is applied to increase the efficiency than the power generation system, and it is related to the marine temperature difference generation system including the reheat process using the multi-stage turbine process to improve the turbine output.
In the marine temperature difference power generation system including the reheating process according to the present invention, a working fluid converted into steam from a vaporizer supplied with ocean surface water is supplied to a heat exchanger supplied with unutilized energy generated from a power generation facility and heat exchanged; The heat exchanged working fluid is supplied to the distributor and some bypassed working fluid is supplied to the reheater; The remaining working fluid except the partially bypassed working fluid in the distributor is supplied to the turbine to drive the turbine to produce power, and the working fluid in the vapor state passing through the turbine is liquefied in a condenser to which deep sea water is supplied; The working fluid liquefied by the condenser is supplied to the reheater by the working fluid supply pump and circulated by the working fluid circulation pump after heat exchange with the bypassed working fluid.

Description

재열과정을 포함한 해양 온도차 발전시스템{Power plant system of ocean thermal energy conversion with reheating process}Power plant system of ocean thermal energy conversion with reheating process

본 발명은 재열과정을 포함한 해양 온도차 발전시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 해양 온도차 발전시스템에서 응축용 냉각수로 사용되는 해양심층수와 기화용 온수로 사용되는 표층수를 기본적으로 사용하며, 기존의 해양 온도차 발전시스템보다 효율을 증대시키기 위하여 재열과정을 적용하였으며, 터빈 출력을 향상시키기 위해 다단 터빈과정을 적용한 재열과정을 포함한 해양 온도차 발전시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a marine temperature differential power generation system including a reheating process, and more specifically, the deep ocean water used as condensation cooling water and the surface water used as hot water for vaporization in a marine temperature differential power generation system are basically used. The reheat process is applied to increase the efficiency than the power generation system, and it is related to the marine temperature difference generation system including the reheat process using the multi-stage turbine process to improve the turbine output.

일반적으로, 해양 온도차 발전은 수온이 높은 표층수와 수온이 낮은 심층수를 각각 기화열과 응축열로 활용하여 전기를 생산하는 발전 시스템이다. 경제성 있는 해양 온도차 발전을 위해서는 대량의 표층수와 심층수를 연속적으로 확보할 수 있어야 한다. In general, ocean temperature difference generation is a power generation system that generates electricity by using surface water having high water temperature and deep water having low water temperature as vaporization heat and condensation heat, respectively. For economical ocean temperature development, a large amount of surface water and deep water must be secured continuously.

표층수는 태양열에 의해서 가열되며, 계절과 지리적인 영향을 많이 받게 되며 따라서 우리나라와 같은 나라에서는 연중 고수온의 표층수를 확보하기가 어려운 실정이다. 우리나라의 경우 여름에만 수온이 약 25℃를 초과하기 때문에 온도차 발전이 가능하다. Surface water is heated by solar heat and is affected by seasons and geographical areas. Therefore, it is difficult to secure surface water of high temperature during the year in countries like Korea. In Korea, temperature difference generation is possible because the water temperature exceeds about 25 ℃ only in summer.

반면, 적도 부근의 표층수 수온은 연중 25℃를 초과하기 때문에 온도차 발전의 상업화가 가능한 곳이다. 다만, 우리나라는 해안가에 화력 및 원자력 발전소가 다수 위치하고 있는데, 발전소에서는 일일 수백만톤 이상의 고수온 배출수를 배출한다. On the other hand, the surface water temperature near the equator exceeds 25 ° C throughout the year, making it possible to commercialize temperature differential power generation. In Korea, however, many thermal and nuclear power plants are located along the coast, and the power plants emit millions of tons of high-temperature discharged water per day.

해양 온도차 발전시스템은 해양심층수와 표층수와의 온도차를 이용해 전력을 생산하는 것으로, 시스템 효율은 입력 에너지량인 증발부 열량에 대한 출력 에너지량인 터빈 출력의 비로서 나타낼 수 있다. 따라서 증발부의 열부하를 줄여 입력 에너지량을 줄이고, 터빈 출력을 증대시킬 수 있다면 해양 온도차 발전시스템 효율을 증대시킬 수 있다.The ocean temperature difference power generation system generates electric power by using a temperature difference between deep ocean water and surface water, and the system efficiency may be expressed as a ratio of turbine output, which is an output energy amount to an evaporator heat amount, which is an input energy amount. Therefore, if the heat load of the evaporator can be reduced to reduce the input energy amount and the turbine output can be increased, the efficiency of the marine temperature difference generation system can be increased.

증발부에서 기화되는 작동유체 일부를 바이패스시켜 작동유체 펌프로 유입되는 작동유체와 열교환시키게 되면 작동유체 펌프로 유입되는 작동유체의 온도가 상승하게 되어 증발부 열부하를 줄일 수 있게 된다. By bypassing a part of the working fluid vaporized in the evaporator to exchange heat with the working fluid flowing into the working fluid pump, the temperature of the working fluid flowing into the working fluid pump is increased to reduce the heat load of the evaporator.

또한, 해양 온도차 발전시스템에서 터빈의 출력이 중요한 부분이라 할 수 있다. 터빈으로 유입되는 작동유체가 보다 높은 에너지 레벨을 가지고 있으면 좀 더 많은 터빈 출력을 달성할 수 있게 된다. 따라서 터빈과정을 다단화시켜 고단 터빈 출구에서의 작동유체와 좀 더 높은 온도 레벨을 가지는 미활용에너지(발전수 배열이나 폐열 혹은 태영열 집열기에 의한 축열조 등과 복합 구성하는 태양열 시스템과의 연계를 통해 태양열 시스템에서 축열된 고온수 등)를 이용하여 열교환시켜 저단 터빈으로 유입되는 작동유체의 에너지 레벨을 높이게 되면 해양 온도차 발전시스템의 효율을 증대시킬 수 있게 된다.In addition, the output of the turbine is an important part of the ocean temperature difference generation system. If the working fluid entering the turbine has a higher energy level, more turbine output can be achieved. Therefore, the turbine system is multi-stage and the solar thermal system is linked to the working fluid at the higher turbine outlet and the unutilized energy (high temperature level) or the solar system which is composed of the heat storage tank by waste heat or Taeyoung heat collector. When the heat exchange rate is increased by using the heat stored in the gas, the energy level of the working fluid flowing into the low stage turbine is increased, thereby increasing the efficiency of the ocean temperature difference generation system.

발전소 배출수는 계절적 변동이 있긴 하지만 대개 30℃이상의 고수온으로 배출되기 때문에 온도차 발전에 활용할 수 있는 주요 에너지원이 될 수 있다. 냉각수로 사용되는 해양심층수는 우리나라 동해안에 거의 무한량으로 부존하고 있으며, 수온도 2℃이하를 나타내기 때문에 해양 온도차 발전용 냉각수로 활용될 수 있다. 해양 심층수와 표층수의 온도차를 이용한 기존 해양 온도차 발전시스템에 발전소 배열을 이용한 재열과정을 활용한다면 25℃이상의 수온차가 발생하기 때문에 상업적인 발전이 가능할 수 있다. Power plant discharges, although seasonally variable, are usually discharged at high temperatures above 30 ° C, making them a major source of energy for the development of temperature differentials. Deep seawater used as cooling water is almost infinitely on the east coast of Korea, and it can be used as cooling water for ocean temperature difference generation because it shows water temperature below 2 ℃. If a reheating process using a power plant array is used in an existing offshore thermoelectric power generation system using a deep ocean surface water temperature difference, commercial power generation may be possible because a water temperature difference of 25 ° C or more occurs.

해양 온도차 발전의 가장 큰 문제는 온수와 냉수가 대량으로 필요하다는 것이다. 발전소 배출수는 일일 수백만톤 이상의 대량의 온수를 확보할 수 있는 반면에 냉각수로 활용되는 해양심층수는 대량으로 확보하기가 매우 어렵다. 해양심층수를 취수하는 취수관이 현재 국내에서는 직경 500mm정도가 최대 직경인 반면, 상용 해양 온도차 발전을 위해서는 직경 3000mm이상의 대구경 취수관이 필요한 상황이다. The biggest problem with ocean temperature differentials is the need for hot and cold water in large quantities. While power plant discharges can hold millions of tonnes of hot water per day, deep seawater that is used as cooling water is very difficult to obtain in large quantities. While the water intake pipe for taking deep ocean water is currently the largest diameter in Korea about 500mm in diameter, the large diameter water intake pipe with a diameter of 3000mm or more is required for the development of commercial ocean temperature difference.

따라서 해양 온도차 발전의 효율을 증대시키면서 경제성을 향상시키기 위해서는 대량의 해양심층수를 취수할 수 있는 대구경의 취수관을 개발하거나, 혹은 해양심층수를 냉각수로 활용할 시 시스템 효율을 증대시킬 수 있는 사이클을 개발하는 것이 필요하다. 현재, 개발된 해양 온도차 발전 사이클은 표층수와 해양심층수를 사용할 지라도 단순한 1차 사이클만을 적용하고 있기 때문에 발전효율과 경제성이 낮은 문제가 있다.Therefore, in order to improve the economic efficiency while increasing the efficiency of ocean temperature differential power generation, develop a large diameter intake pipe that can take a large amount of deep seawater, or develop a cycle that can increase the system efficiency when the deep seawater is used as cooling water. It is necessary. Currently, the developed ocean temperature difference cycle has a problem of low power generation efficiency and economic efficiency because only the first cycle is applied even though surface water and deep sea water are used.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 해양심층수 및 표층수의 온도차를 이용하는 해양 온도차 발전시스템에 있어서 발전 효율을 증대시킬 수 있도록 재열과정을 포함하고, 터빈 출력을 향상시키기 위해 다단 터빈 과정을 포함하는 재열과정을 포함한 해양 온도차 발전시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems, and includes a reheating process to increase the power generation efficiency in the marine temperature difference power generation system using the temperature difference between the deep sea water and surface water, multistage turbine The aim is to provide a marine thermo-generation system that includes reheating processes.

본 발명에 따른 재열과정을 포함한 해양 온도차 발전시스템은, 해양표층수가 공급되는 기화기에서 증기로 변환된 작동유체가 발전설비에서 발생된 미활용에너지가 공급되는 열교환기에 공급되어 열교환되며; 상기 열교환된 작동유체는 분배기로 공급되고 상기 분배기에서 일부 바이패스된 작동유체는 재열기로 공급되며; 상기 분배기에서 일부 바이패스된 작동유체를 제외한 나머지 작동유체는 터빈으로 공급되어 터빈을 구동시켜 전력을 생산하고, 상기 터빈을 통과한 증기상태의 작동유체는 해양심층수가 공급되는 응축기에서 액화되며; 상기 응축기에 의해 액화된 작동유체는 작동유체 공급펌프에 의해 재열기로 공급되어 상기 바이패스된 증기상태의 작동유체와 열교환 후 작동유체 순환펌프에 의해 순환되는 것을 특징으로 한다.In the marine temperature difference power generation system including the reheating process according to the present invention, a working fluid converted into steam from a vaporizer supplied with ocean surface water is supplied to a heat exchanger supplied with unutilized energy generated from a power generation facility and heat exchanged; The heat exchanged working fluid is supplied to the distributor and some bypassed working fluid is supplied to the reheater; The remaining working fluid except the partially bypassed working fluid in the distributor is supplied to the turbine to drive the turbine to produce power, and the working fluid in the vapor state passing through the turbine is liquefied in a condenser to which deep sea water is supplied; The working fluid liquefied by the condenser is supplied to the reheater by the working fluid supply pump and circulated by the working fluid circulation pump after heat exchange with the bypassed working fluid.

또한, 해양표층수가 공급되는 기화기에서 증기로 변환된 작동유체를 고단 터빈으로 공급하여 1차 전력을 생산하고, 상기 고단 터빈을 통과한 작동유체는 발전설비에서 발생된 미활용에너지가 공급되는 열교환기에 공급되어 열교환되며; 상기 열교환된 작동유체는 분배기로 공급되고 상기 분배기에서 일부 바이패스된 작동유체는 재열기로 공급되며; 상기 분배기에서 일부 바이패스된 작동유체를 제외한 나머지 작동유체는 저단 터빈으로 공급되어 터빈을 구동시켜 2차 전력을 생산하고, 상기 저단 터빈을 나온 증기상태의 작동유체는 해양심층수가 공급되는 응축기에서 액화되며; 상기 응축기에 의해 액화된 작동유체는 작동유체 공급펌프에 의해 재열기로 공급되어 상기 바이패스된 증기상태의 작동유체와 열교환 후 작동유체 순환펌프에 의해 순환되는 것을 특징으로 한다.In addition, the primary fluid is produced by supplying a working fluid converted into steam from a vaporizer supplied with surface water to a high stage turbine, and the working fluid passed through the high stage turbine is supplied to a heat exchanger that is supplied with unutilized energy generated from a power plant. Heat exchange; The heat exchanged working fluid is supplied to the distributor and some bypassed working fluid is supplied to the reheater; The remaining working fluid except the partially bypassed working fluid in the distributor is supplied to the low stage turbine to drive the turbine to produce secondary power, and the working fluid in the vapor state exiting the low stage turbine is liquefied in a condenser supplied with deep sea water. Become; The working fluid liquefied by the condenser is supplied to the reheater by the working fluid supply pump and circulated by the working fluid circulation pump after heat exchange with the bypassed working fluid.

또한, 해양표층수가 공급되는 기화기에서 증기로 변환된 작동유체를 고단 터빈으로 공급하여 1차 전력을 생산하고, 상기 고단 터빈을 통과한 작동유체는 분배기로 공급되며; 상기 분배기에서 일부 바이패스된 작동유체는 재열기로 공급되고, 상기 분배기에서 일부 바이패스된 작동유체를 제외한 나머지 작동유체는 발전설비에서 발생된 미활용에너지가 공급되는 열교환기에 공급되어 열교환되며; 상기 열교환된 작동유체는 저단 터빈으로 공급되어 터빈을 구동시켜 2차 전력을 생산하고, 상기 저단 터빈을 나온 증기상태의 작동유체는 해양심층수가 공급되는 응축기에서 액화되며; 상기 응축기에 의해 액화된 작동유체는 작동유체 공급펌프에 의해 재열기로 공급되어 상기 바이패스된 증기상태의 작동유체와 열교환 후 작동유체 순환펌프에 의해 순환되는 것을 특징으로 한다.In addition, the working fluid converted into steam in the vaporizer from the sea surface water is supplied to the high stage turbine to produce the primary power, the working fluid passed through the high stage turbine is supplied to the distributor; Some of the bypassed working fluid in the distributor is supplied to the reheater, and the remaining working fluid except for the partially bypassed working fluid in the distributor is supplied to a heat exchanger which is supplied with unutilized energy generated in a power generation facility and heat exchanged; The heat-exchanged working fluid is supplied to the low stage turbine to drive the turbine to produce secondary power, and the working fluid in the vapor state exiting the low stage turbine is liquefied in a condenser supplied with deep sea water; The working fluid liquefied by the condenser is supplied to the reheater by the working fluid supply pump and circulated by the working fluid circulation pump after heat exchange with the bypassed working fluid.

본 발명에 따른 재열과정을 포함한 해양 온도차 발전시스템은, 재열과정을 통해 입력 에너지량인 기화기 열량을 감소시켜 발전 효율을 증대시킬 수 있으며, 발전을 위해 필요한 기화기 용량 및 해양 표층수 수량이 감소되기 때문에 증발부에서 필요한 시설의 규모가 상대적으로 감소되는 효과가 있다. The marine temperature difference power generation system including the reheating process according to the present invention can increase the power generation efficiency by reducing the amount of carburetor heat, which is an input energy amount, through the reheating process. There is a relatively small reduction in the size of facilities needed by the department.

또한, 다단 해양 온도차 발전시스템을 통해 기존 해양 온도차 발전시스템보다 터빈 출력을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, there is an effect that can increase the turbine output than the existing marine temperature difference generation system through a multi-stage ocean temperature difference generation system.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 재열과정을 포함한 해양 온도차 발전시스템을 도시한 구성도.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 재열과정을 포함한 해양 온도차 발전시스템을 도시한 구성도.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 재열과정을 포함한 해양 온도차 발전시스템을 도시한 구성도.1 is a block diagram showing a marine temperature difference generation system including a reheating process according to a first embodiment of the present invention.
Figure 2 is a block diagram showing a marine temperature difference generation system including a reheating process according to a second embodiment of the present invention.
Figure 3 is a block diagram showing a marine temperature difference generation system including a reheating process according to a third embodiment of the present invention.

본 발명에 따른 재열과정을 포함한 해양 온도차 발전시스템은, 해양표층수가 공급되는 기화기에서 증기로 변환된 작동유체가 발전설비에서 발생된 미활용에너지가 공급되는 열교환기에 공급되어 열교환되며; 상기 열교환된 작동유체는 분배기로 공급되고 상기 분배기에서 일부 바이패스된 작동유체는 재열기로 공급되며; 상기 분배기에서 일부 바이패스된 작동유체를 제외한 나머지 작동유체는 터빈으로 공급되어 터빈을 구동시켜 전력을 생산하고, 상기 터빈을 통과한 증기상태의 작동유체는 해양심층수가 공급되는 응축기에서 액화되며; 상기 응축기에 의해 액화된 작동유체는 작동유체 공급펌프에 의해 재열기로 공급되어 상기 바이패스된 증기상태의 작동유체와 열교환 후 작동유체 순환펌프에 의해 순환되는 것을 특징으로 한다.In the marine temperature difference power generation system including the reheating process according to the present invention, a working fluid converted into steam from a vaporizer supplied with ocean surface water is supplied to a heat exchanger supplied with unutilized energy generated from a power generation facility and heat exchanged; The heat exchanged working fluid is supplied to the distributor and some bypassed working fluid is supplied to the reheater; The remaining working fluid except the partially bypassed working fluid in the distributor is supplied to the turbine to drive the turbine to produce power, and the working fluid in the vapor state passing through the turbine is liquefied in a condenser to which deep sea water is supplied; The working fluid liquefied by the condenser is supplied to the reheater by the working fluid supply pump and circulated by the working fluid circulation pump after heat exchange with the bypassed working fluid.

또한, 해양표층수가 공급되는 기화기에서 증기로 변환된 작동유체를 고단 터빈으로 공급하여 1차 전력을 생산하고, 상기 고단 터빈을 통과한 작동유체는 발전설비에서 발생된 미활용에너지가 공급되는 열교환기에 공급되어 열교환되며; 상기 열교환된 작동유체는 분배기로 공급되고 상기 분배기에서 일부 바이패스된 작동유체는 재열기로 공급되며; 상기 분배기에서 일부 바이패스된 작동유체를 제외한 나머지 작동유체는 저단 터빈으로 공급되어 터빈을 구동시켜 2차 전력을 생산하고, 상기 저단 터빈을 나온 증기상태의 작동유체는 해양심층수가 공급되는 응축기에서 액화되며; 상기 응축기에 의해 액화된 작동유체는 작동유체 공급펌프에 의해 재열기로 공급되어 상기 바이패스된 증기상태의 작동유체와 열교환 후 작동유체 순환펌프에 의해 순환되는 것을 특징으로 한다.In addition, the primary fluid is produced by supplying a working fluid converted into steam from a vaporizer supplied with surface water to a high stage turbine, and the working fluid passed through the high stage turbine is supplied to a heat exchanger that is supplied with unutilized energy generated from a power plant. Heat exchange; The heat exchanged working fluid is supplied to the distributor and some bypassed working fluid is supplied to the reheater; The remaining working fluid except the partially bypassed working fluid in the distributor is supplied to the low stage turbine to drive the turbine to produce secondary power, and the working fluid in the vapor state exiting the low stage turbine is liquefied in a condenser supplied with deep sea water. Become; The working fluid liquefied by the condenser is supplied to the reheater by the working fluid supply pump and circulated by the working fluid circulation pump after heat exchange with the bypassed working fluid.

또한, 해양표층수가 공급되는 기화기에서 증기로 변환된 작동유체를 고단 터빈으로 공급하여 1차 전력을 생산하고, 상기 고단 터빈을 통과한 작동유체는 분배기로 공급되며; 상기 분배기에서 일부 바이패스된 작동유체는 재열기로 공급되고, 상기 분배기에서 일부 바이패스된 작동유체를 제외한 나머지 작동유체는 발전설비에서 발생된 미활용에너지가 공급되는 열교환기에 공급되어 열교환되며; 상기 열교환된 작동유체는 저단 터빈으로 공급되어 터빈을 구동시켜 2차 전력을 생산하고, 상기 저단 터빈을 나온 증기상태의 작동유체는 해양심층수가 공급되는 응축기에서 액화되며; 상기 응축기에 의해 액화된 작동유체는 작동유체 공급펌프에 의해 재열기로 공급되어 상기 바이패스된 증기상태의 작동유체와 열교환 후 작동유체 순환펌프에 의해 순환되는 것을 특징으로 한다.In addition, the working fluid converted into steam in the vaporizer from the sea surface water is supplied to the high stage turbine to produce the primary power, the working fluid passed through the high stage turbine is supplied to the distributor; Some of the bypassed working fluid in the distributor is supplied to the reheater, and the remaining working fluid except for the partially bypassed working fluid in the distributor is supplied to a heat exchanger which is supplied with unutilized energy generated in a power generation facility and heat exchanged; The heat-exchanged working fluid is supplied to the low stage turbine to drive the turbine to produce secondary power, and the working fluid in the vapor state exiting the low stage turbine is liquefied in a condenser supplied with deep sea water; The working fluid liquefied by the condenser is supplied to the reheater by the working fluid supply pump and circulated by the working fluid circulation pump after heat exchange with the bypassed working fluid.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 재열과정을 포함한 해양 온도차 발전시스템을 도시한 구성도이고, 도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 재열과정을 포함한 해양 온도차 발전시스템을 도시한 구성도이며, 도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 재열과정을 포함한 해양 온도차 발전시스템을 도시한 구성도이다. 1 is a block diagram showing a marine temperature differential power generation system including a reheating process according to a first embodiment of the present invention, Figure 2 shows a marine temperature differential power generation system including a reheating process according to a second embodiment of the present invention 3 is a block diagram showing a marine temperature difference generation system including a reheating process according to a third embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 재열과정을 포함한 해양 온도차 발전시스템은 응축용 냉각수로 사용되는 해양심층수와 기화용 온수로 사용되는 표층수를 기본적으로 사용하며, 발전효율을 증대시키기 위하여 재열과정을 적용하였다.As shown in FIG. 1, the marine temperature difference generation system including the reheating process according to the present invention basically uses deep seawater used as condensation cooling water and surface water used as hot water for vaporization, and reheats to increase power generation efficiency. The procedure was applied.

먼저, 해양표층수가 공급되는 기화기(1)에서 증기로 변환된 작동유체가 발전설비에서 발생된 미활용에너지가 공급되는 열교환기(2)에 공급되어 열교환된다.First, the working fluid converted into steam in the vaporizer 1 to which the surface water of the sea is supplied is supplied to the heat exchanger 2 to which unutilized energy generated in the power generation facility is supplied and heat-exchanged.

상기 미활용에너지는 배경기술에서 언급했듯이 해양표층수보다 좀 더 높은 온도를 가지는 발전소 배열이나 폐열 혹은 태양열 집열기에 의한 축열조 등과 복합 구성하는 태양열 시스템과의 연계를 통해 태양열 시스템에서 축열된 고온수 등이 있다.As mentioned in the background art, the unutilized energy includes high temperature water accumulated in a solar thermal system through linkage with a solar thermal system composed of a power plant array having a higher temperature than the surface water of the ocean or a heat storage tank by waste heat or a solar collector.

상기 열교환된 작동유체는 분배기(3)로 공급되고 상기 분배기(3)에서 일부 바이패스된 작동유체는 재열기(4)로 공급된다.The heat exchanged working fluid is supplied to the distributor 3 and some bypassed working fluid in the distributor 3 is supplied to the reheater 4.

상기 분배기(3)에서 일부 바이패스된 작동유체를 제외한 나머지 작동유체는 터빈(5)으로 공급되어 터빈(5)을 구동시켜 전력을 생산하고, 상기 터빈(5)을 통과한 증기상태의 작동유체는 해양심층수가 공급되는 응축기(6)에서 액화된다.The remaining working fluid except the partially bypassed working fluid in the distributor 3 is supplied to the turbine 5 to drive the turbine 5 to produce electric power, and the working fluid in the steam state passed through the turbine 5. Is liquefied in the condenser 6 to which deep sea water is supplied.

상기 응축기(6)에 의해 액화된 작동유체는 작동유체 공급펌프(7)에 의해 재열기(4)로 공급되어 상기 바이패스된 증기상태의 작동유체와 열교환 후 작동유체 순환펌프(8)에 의해 순환되는 것이다.The working fluid liquefied by the condenser (6) is supplied to the reheater (4) by the working fluid supply pump (7) by the working fluid circulating pump (8) after heat exchange with the bypassed working fluid It is circulated.

상기 기화기(1), 열교환기(2), 분배기(3), 재열기(4), 터빈(5), 응축기(6), 작동유체 공급펌프(7), 작동유체 순환펌프(8)는 작동유체 파이프라인(9)에 의해 서로 연결된다. 특히, 상기 분배기(3)에는 복수개의 파이프라인(9)이 설치되어 각각 재열기(4)와 터빈(5)과 연결된다.The vaporizer (1), heat exchanger (2), distributor (3), reheater (4), turbine (5), condenser (6), working fluid supply pump (7), working fluid circulation pump (8) It is connected to each other by a fluid pipeline 9. In particular, the distributor 3 is provided with a plurality of pipelines 9 connected to the reheater 4 and the turbine 5, respectively.

상기 기화기(1)에는 별도의 표층수 취수관(11)이 연결되어 해양표층수가 공급되고, 상기 응축기(6)에는 별도의 심층수 취수관(61)이 연결되어 해양심층수가 공급된다. 상기 표층수 취수관(11)과 심층수 취수관(61)에는 펌프(미도시)가 연결 설치된다.The surface water intake pipe 11 is connected to the vaporizer 1 so that the surface water of the sea is supplied, and the deep water intake pipe 61 is connected to the condenser 6 so that the deep sea water is supplied. A pump (not shown) is connected to the surface water intake pipe 11 and the deep water intake pipe 61.

상기 열교환기(2)는 기화기(1)에서 증발된 증기보다 높은 온도를 가지는 발전소 배열 혹은 폐열 등과 열교환하기 위한 것이다. 상기 열교환기(2)에는 미활용에너지가 공급되도록 공급관(21)이 연결된다.The heat exchanger (2) is for heat exchange with a power plant arrangement or waste heat having a higher temperature than the vapor evaporated from the vaporizer (1). Supply pipe 21 is connected to the heat exchanger 2 so that unutilized energy is supplied.

분배기(3)와 재열기(4)는 기화기(1)로 유입되는 작동유체의 온도를 상승시켜 기화기(1)에서 필요한 열량을 감소시켜 최종적으로 해양 온도차 발전시스템의 효율을 증대시키기 위한 것으로, 상기 분배기(3)에서 일부 바이패스된 증기상태의 작동유체는 재열기(4)로 공급되어 작동유체 공급펌프(7)에 의해 공급되는 응축기(6)에 의해 액화된 작동유체와 열교환된다.The distributor (3) and the reheater (4) is to increase the temperature of the working fluid flowing into the vaporizer (1) to reduce the amount of heat required in the vaporizer (1) and finally to increase the efficiency of the ocean thermal power generation system, the Partial bypassed working fluid in the distributor 3 is supplied to the reheater 4 and heat exchanged with the working fluid liquefied by the condenser 6 supplied by the working fluid supply pump 7.

상기 응축기(6)는 수심 200m 아래에 위치하는 해양심층수를 이용하여 응축열을 얻게 된다. 해양표층수는 수온이 약 25℃상태로 배출되어 작동유체를 기화시키며, 해양심층수는 수온이 약 2℃이하를 연중 유지하면서 작동유체를 응축시키는 역할을 하게 된다. 상기 작동유체로는 끓는점이 낮은 암모니아, 프레온 중에서 어느 하나를 활용한다.The condenser 6 obtains heat of condensation by using deep sea water located below 200 m. Ocean surface water vaporizes the working fluid by discharging the water at a temperature of about 25 ° C., and deep sea water condenses the working fluid while keeping the water temperature below about 2 ° C. throughout the year. The working fluid utilizes any one of ammonia and freon having a low boiling point.

일반적으로, 30∼35℃의 온도를 갖는 발전소 배열 혹은 태양열 집열기에 의한 축열조 등과 복합 구성하는 태양열 시스템과의 연계를 통해 태양열 시스템에서 축열된 고온수 등을 이용하여 열교환기(2)에서 증기상태의 작동유체와 열교환함으로써, 증기의 온도 레벨을 상승시켜 터빈(5)에서의 출력을 증대시킬 수 있다.In general, the steam in the heat exchanger (2) by using the hot water stored in the solar system by linking with a solar system composed of a power plant array having a temperature of 30 ~ 35 ℃ or a heat storage tank by a solar collector, etc. By exchanging heat with the working fluid, the temperature level of the steam can be raised to increase the output from the turbine 5.

또한, 상기 분배기(3)에서 일부 바이패스되어 상기 재열기(4)로 공급된 증기상태의 작동유체를 이용하여 응축기(6)를 통과한 액상의 작동유체의 온도를 상승시켜 기화기(1) 열량을 감소시켜 기존의 해양 온도차 발전시스템보다 큰 발전효율을 얻을 수 있다. In addition, the amount of heat of the vaporizer (1) by raising the temperature of the working fluid of the liquid phase passed through the condenser (6) by using the working fluid in the steam state partially bypassed in the distributor (3) supplied to the reheater (4) It is possible to achieve greater power generation efficiency than the existing offshore thermoelectric power generation system.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 재열과정을 포함한 해양 온도차 발전시스템은 해양표층수가 공급되는 기화기(1)에서 증기로 변환된 작동유체를 고단 터빈(5a)으로 공급하여 1차 전력을 생산하고, 상기 고단 터빈(5a)을 통과한 작동유체는 발전설비에서 발생된 미활용에너지가 공급되는 열교환기(2)에 공급되어 열교환되며, 상기 열교환된 작동유체는 분배기(3)로 공급되고 상기 분배기(3)에서 일부 바이패스된 작동유체는 재열기(4)로 공급된다.As shown in FIG. 2, the marine temperature difference generation system including the reheating process according to the second embodiment of the present invention supplies a working fluid converted into steam from a vaporizer 1 to which surface water is supplied to the high stage turbine 5a. To produce primary power, and the working fluid passing through the high stage turbine 5a is supplied to a heat exchanger 2 to which unutilized energy generated in a power generation facility is supplied and heat exchanged, and the heat exchanged working fluid is a distributor 3. ) And some bypassed working fluid in the distributor 3 are supplied to the reheater 4.

상기 분배기(3)에서 일부 바이패스된 작동유체를 제외한 나머지 작동유체는 저단 터빈(5b)으로 공급되어 터빈을 구동시켜 2차 전력을 생산하고, 상기 저단 터빈(5b)을 나온 증기상태의 작동유체는 해양심층수가 공급되는 응축기(6)에서 액화된다.The remaining working fluid except the partially bypassed working fluid in the distributor 3 is supplied to the low stage turbine 5b to drive the turbine to produce secondary power, and the working fluid in a steam state exiting the low stage turbine 5b. Is liquefied in the condenser 6 to which deep sea water is supplied.

상기 응축기(6)에 의해 액화된 작동유체는 작동유체 공급펌프(7)에 의해 재열기(4)로 공급되어 상기 바이패스된 증기상태의 작동유체와 열교환 후 작동유체 순환펌프(8)에 의해 순환되는 것이다.The working fluid liquefied by the condenser (6) is supplied to the reheater (4) by the working fluid supply pump (7) by the working fluid circulating pump (8) after heat exchange with the bypassed working fluid It is circulated.

상기 터빈(5)은 고단 터빈(5a)과 저단 터빈(5b)이 다단으로 설치되며, 특히 상기 열교환기(2)에서 해양표층수 혹은 미활용에너지와 열교환한 후 저단 터빈(5b)으로 유입되어 2차로 전력을 생산하게 되므로 기존의 해양 온도차 발전시스템보다 큰 발전출력 및 효율을 얻을 수 있다. The turbine 5 has a high stage turbine 5a and a low stage turbine 5b installed in multiple stages. In particular, the turbine 5 is heat-exchanged with the surface water or unused energy in the heat exchanger 2 and then flows into the low stage turbine 5b to be supplied in the second stage. Since the power is produced, it is possible to obtain greater power output and efficiency than the existing marine temperature difference generation system.

한편, 본 발명의 제2 실시예는 다단 터빈을 사용한다는 점을 제외하고는 대부분 제1 실시예의 구성과 동일하므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.On the other hand, since the second embodiment of the present invention is almost the same as the configuration of the first embodiment except for using a multi-stage turbine, a detailed description thereof will be omitted.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 재열과정을 포함한 해양 온도차 발전시스템은 해양표층수가 공급되는 기화기(1)에서 증기로 변환된 작동유체를 고단 터빈(5a)으로 공급하여 1차 전력을 생산하고, 상기 고단 터빈(5a)을 통과한 작동유체는 분배기(3)로 공급된다.As shown in FIG. 3, the marine temperature differential power generation system including the reheating process according to the third embodiment of the present invention supplies a working fluid converted into steam from a vaporizer 1 to which surface water is supplied to the high stage turbine 5a. To produce primary power, and the working fluid passing through the high stage turbine 5a is supplied to the distributor 3.

상기 분배기(3)에서 일부 바이패스된 작동유체는 재열기(4)로 공급되고, 상기 분배기(3)에서 일부 바이패스된 작동유체를 제외한 나머지 작동유체는 발전설비에서 발생된 미활용에너지가 공급되는 열교환기(2)에 공급되어 열교환된다.Partial bypassed working fluid in the distributor (3) is supplied to the reheater (4), the remaining working fluid except the partially bypassed working fluid in the distributor (3) is supplied with the unused energy generated in the power plant It is supplied to the heat exchanger 2 and heat exchanged.

상기 열교환된 작동유체는 저단 터빈(5b)으로 공급되어 터빈을 구동시켜 2차 전력을 생산하고, 상기 저단 터빈(5b)을 나온 증기상태의 작동유체는 해양심층수가 공급되는 응축기(6)에서 액화된다.The heat exchanged working fluid is supplied to the low stage turbine 5b to drive the turbine to produce secondary power, and the working fluid in the vapor state exiting the low stage turbine 5b is liquefied in a condenser 6 to which deep sea water is supplied. do.

상기 응축기(6)에 의해 액화된 작동유체는 작동유체 공급펌프(7)에 의해 재열기(4)로 공급되어 상기 바이패스된 증기상태의 작동유체와 열교환 후 작동유체 순환펌프(8)에 의해 순환되는 것이다.The working fluid liquefied by the condenser (6) is supplied to the reheater (4) by the working fluid supply pump (7) by the working fluid circulating pump (8) after heat exchange with the bypassed working fluid It is circulated.

상기 제3 실시예의 재열과정을 포함한 해양 온도차 발전시스템은 상기 분배기(3)에서 일부 바이패스된 작동유체를 제외한 나머지 작동유체를 미활용에너지가 공급되는 열교환기(2)에 공급하여 열교환시킨 후 저단 터빈(5b)에 공급함으로써, 저단 터빈(5b)의 발전 출력을 향상시킬 수 있는 것이다.In the marine temperature differential power generation system including the reheating process of the third embodiment, a low-stage turbine after supplying heat exchanger to the heat exchanger 2 to which unutilized energy is supplied, except for the partially bypassed working fluid in the distributor 3, is heat-exchanged. By supplying to 5b, the power generation output of the low stage turbine 5b can be improved.

한편, 본 발명의 제3 실시예는 열교환기의 설치 위치를 제외하고는 대부분 제2 실시예의 구성과 동일하므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.On the other hand, since the third embodiment of the present invention is almost the same as the configuration of the second embodiment except for the installation position of the heat exchanger, a detailed description thereof will be omitted.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양한 자명한 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형의 예들을 포함하도록 기술된 청구범위에 의해서 해석되어져야 한다.Although the present invention has been described with reference to the accompanying drawings, it will be apparent to those skilled in the art that many various obvious modifications are possible without departing from the scope of the invention from this description. Therefore, the scope of the invention should be construed by the claims described to include examples of many such variations.

1 : 기화기
11 : 표층수 취수관
2 : 열교환기
21 : 공급관
3 : 분배기
4 : 재열기
5 : 터빈
5a : 고단 터빈
5b : 저단 터빈
6 : 응축기
61 : 심층수 취수관
7 : 작동유체 공급펌프
8 : 작동유체 순환펌프
9 : 파이프라인1: carburetor
11: surface water intake pipe
2: heat exchanger
21: supply pipe
3: splitter
4: reheater
5: turbine
5a: high stage turbine
5b: low stage turbine
6: condenser
61: deep water intake pipe
7: working fluid supply pump
8: working fluid circulation pump
9: pipeline

Claims (3)

해양표층수가 공급되는 기화기(1)에서 증기로 변환된 작동유체가 발전설비에서 발생된 미활용에너지가 공급되는 열교환기(2)에 공급되어 열교환되며;
상기 열교환된 작동유체는 분배기(3)로 공급되고 상기 분배기(3)에서 일부 바이패스된 작동유체는 재열기(4)로 공급되며;
상기 분배기(3)에서 일부 바이패스된 작동유체를 제외한 나머지 작동유체는 터빈(5)으로 공급되어 터빈(5)을 구동시켜 전력을 생산하고, 상기 터빈(5)을 통과한 증기상태의 작동유체는 해양심층수가 공급되는 응축기(6)에서 액화되며;
상기 응축기(6)에 의해 액화된 작동유체는 작동유체 공급펌프(7)에 의해 재열기(4)로 공급되어 상기 바이패스된 증기상태의 작동유체와 열교환 후 작동유체 순환펌프(8)에 의해 순환되는 것을 특징으로 하는 재열과정을 포함한 해양 온도차 발전 시스템.The working fluid converted into steam in the vaporizer 1 to which the surface water of the sea is supplied is supplied to the heat exchanger 2 to which unutilized energy generated in the power generation facility is supplied and heat-exchanged;
The heat exchanged working fluid is supplied to the distributor (3) and some bypassed working fluid in the distributor (3) is supplied to the reheater (4);
The remaining working fluid except the partially bypassed working fluid in the distributor 3 is supplied to the turbine 5 to drive the turbine 5 to produce electric power, and the working fluid in the steam state passed through the turbine 5. Is liquefied in the condenser 6 to which deep sea water is supplied;
The working fluid liquefied by the condenser (6) is supplied to the reheater (4) by the working fluid supply pump (7) by the working fluid circulating pump (8) after heat exchange with the bypassed working fluid Marine thermo-generation system including reheating process characterized in that it is circulated. 해양표층수가 공급되는 기화기(1)에서 증기로 변환된 작동유체를 고단 터빈(5a)으로 공급하여 1차 전력을 생산하고, 상기 고단 터빈(5a)을 통과한 작동유체는 발전설비에서 발생된 미활용에너지가 공급되는 열교환기(2)에 공급되어 열교환되며;
상기 열교환된 작동유체는 분배기(3)로 공급되고 상기 분배기(3)에서 일부 바이패스된 작동유체는 재열기(4)로 공급되며;
상기 분배기(3)에서 일부 바이패스된 작동유체를 제외한 나머지 작동유체는 저단 터빈(5b)으로 공급되어 터빈을 구동시켜 2차 전력을 생산하고, 상기 저단 터빈(5b)을 나온 증기상태의 작동유체는 해양심층수가 공급되는 응축기(6)에서 액화되며;
상기 응축기(6)에 의해 액화된 작동유체는 작동유체 공급펌프(7)에 의해 재열기(4)로 공급되어 상기 바이패스된 증기상태의 작동유체와 열교환 후 작동유체 순환펌프(8)에 의해 순환되는 것을 특징으로 하는 재열과정을 포함한 해양 온도차 발전 시스템.The primary fluid is produced by supplying the working fluid converted into steam from the vaporizer 1 to which the surface water is supplied to the high stage turbine 5a, and the working fluid passing through the high stage turbine 5a is unused from the power generation equipment. Heat is supplied to heat exchanger 2 to which energy is supplied;
The heat exchanged working fluid is supplied to the distributor (3) and some bypassed working fluid in the distributor (3) is supplied to the reheater (4);
The remaining working fluid except the partially bypassed working fluid in the distributor 3 is supplied to the low stage turbine 5b to drive the turbine to produce secondary power, and the working fluid in a steam state exiting the low stage turbine 5b. Is liquefied in the condenser 6 to which deep sea water is supplied;
The working fluid liquefied by the condenser (6) is supplied to the reheater (4) by the working fluid supply pump (7) by the working fluid circulating pump (8) after heat exchange with the bypassed working fluid Marine thermo-generation system including reheating process characterized in that it is circulated. 해양표층수가 공급되는 기화기(1)에서 증기로 변환된 작동유체를 고단 터빈(5a)으로 공급하여 1차 전력을 생산하고, 상기 고단 터빈(5a)을 통과한 작동유체는 분배기(3)로 공급되며;
상기 분배기(3)에서 일부 바이패스된 작동유체는 재열기(4)로 공급되고, 상기 분배기(3)에서 일부 바이패스된 작동유체를 제외한 나머지 작동유체는 발전설비에서 발생된 미활용에너지가 공급되는 열교환기(2)에 공급되어 열교환되며;
상기 열교환된 작동유체는 저단 터빈(5b)으로 공급되어 터빈을 구동시켜 2차 전력을 생산하고, 상기 저단 터빈(5b)을 나온 증기상태의 작동유체는 해양심층수가 공급되는 응축기(6)에서 액화되며;
상기 응축기(6)에 의해 액화된 작동유체는 작동유체 공급펌프(7)에 의해 재열기(4)로 공급되어 상기 바이패스된 증기상태의 작동유체와 열교환 후 작동유체 순환펌프(8)에 의해 순환되는 것을 특징으로 하는 재열과정을 포함한 해양 온도차 발전 시스템.The working fluid converted into steam is supplied to the high stage turbine 5a in the vaporizer 1 to which the surface water of water is supplied, and the working fluid passing through the high stage turbine 5a is supplied to the distributor 3. Become;
Partial bypassed working fluid in the distributor (3) is supplied to the reheater (4), the remaining working fluid except the partially bypassed working fluid in the distributor (3) is supplied with the unused energy generated in the power plant Supplied to the heat exchanger 2 to heat exchange;
The heat exchanged working fluid is supplied to the low stage turbine 5b to drive the turbine to produce secondary power, and the working fluid in the vapor state exiting the low stage turbine 5b is liquefied in a condenser 6 to which deep sea water is supplied. Become;
The working fluid liquefied by the condenser (6) is supplied to the reheater (4) by the working fluid supply pump (7) by the working fluid circulating pump (8) after heat exchange with the bypassed working fluid Marine thermo-generation system including reheating process characterized in that it is circulated.
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