KR20120043660A - 발전소의 운반 유체를 냉각하는 방법, 발전소 및 냉각 시스템 - Google Patents

발전소의 운반 유체를 냉각하는 방법, 발전소 및 냉각 시스템 Download PDF

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KR20120043660A
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Abstract

발전소의 운반 유체를 냉각하는 방법, 발전소 및 냉각 시스템이 설명되어 있다.
본 발명은 운반 유체(5)가 발전소(2') 내의 터빈을 구동시키는데 사용되는, 운반 유체(5)를 냉각시키는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 제 1 실시예에 따라, 냉각 공정의 적어도 일부분은 토양이 주위 공기보다 상당히 더 냉각된 깊이(41)의 토양 지하로 운반 유체(5) 및/또는 운반 유체를 냉각시키기 위한 냉각 유체(13,46)를 안내함으로써 실현된다. 본 발명의 제 2 실시예에 따라, 냉각 공정의 적어도 일부분은 운반 유체(5)의 적어도 일부 및/또는 상기 운반 유체(5)를 냉각하는데 사용되는 냉강 유체의 적어도 일부를 터빈(29) 내의 운반 유체(5)의 온도보다 상당히 더 낮은 온도에서 유체를 저장하는 냉장 저장고(51)로부터 공급함으로써 실현된다. 본 발명은 또한, 이들 방법의 실시예에 따라 작동하는 냉각 시스템(4) 및 발전소(2')에 관한 것이다.

Description

발전소의 운반 유체를 냉각하는 방법, 발전소 및 냉각 시스템 {METHODS FOR COOLING A CARRIER FLUID OF AN ELECTRIC POWER PLANT, ELECTRIC POWER PLANTS AND COOLING SYSTEM}
본 발명은 발전소 내의 터빈을 구동하는데 사용되는 운반 유체(carrier fluid)를 냉각시키는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 작업 중에 발전소의 터빈을 구동시키는 운반 유체를 갖춘 운반 회로를 구비한 발전소에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 그와 같은 발전소용 냉각 시스템에 관한 것이다.
발전소에 있어서 열로부터 전력을 어떻게 생성할 것인가에 대한 통상적인 방식은 운반 유체에 일정한 열 레벨을 부여함으로써 운반 유체에 일정한 레벨의 운동 에너지를 제공하는 것이다. 물과 같은 운반 유체는 증발하여 증기가 된다. 약 270 바아의 상당한 압력 하에 놓인 물은 증기로 변환되는데, 이는 운반 유체의 체적을 추가로 증가시킨다는 것을 의미한다. 따라서, 상기 증기는 대형 터빈을 구동시키기에 충분한 에너지를 가지며, 그에 따른 증기의 운동에 의해 발전기를 구동시킬 것이다. 터빈의 구동 이후에 이러한 스팀은 냉각되는데, 이러한 냉각은 보통 응축기 내에서 수행된다. 그와 같은 응축기는 흔히, 냉각 회로를 갖는 열 교환기이며, 상기 냉각 회로를 따라 운반 유체를 갖는 운반 회로가 안내된다. 따라서, 운반 회로는 터빈에 연결되는 파이프 시스템이며, 냉각 회로는 운반 유체와 간접 접촉하게 되며 응축 이전에 운반 유체보다 상당히 냉각되는 냉각 액체로 충전된다. 따라서 운반 유체, 즉 스팀의 열의 일부는 냉각 회로 내의 냉각 액체로 전달되어 스팀은 다시 물이 된다.
그와 같은 기술을 사용하는 오늘날의 발전소에 있어서, 냉각 회로 내의 온도를 냉각시키기 위해 습식 냉각 탑 또는 건식 냉각 탑이 사용되고 있다. 습식 냉각 탑에 있어서 냉각 액체, 또한 통상적으로 물의 일부는 증발되어 공기로 방출될 것이다. 냉각 유체의 다른 부분은 냉각 회로 내에서 재사용되거나 강으로 방출될 수 있는데, 훨씬 더 냉각된 물은 강 온도의 신선한 냉각수로 냉각 회로에 다시 공급되도록 다시 추출된다.
종래 기술에 따른 그와 같은 발전소가 도 1에 도시되어 있다. 몇몇 부품들이 동일한 도면에 개략적으로 도시되어 있는 발전소(2)는 운반 회로(1) 및 냉각 회로(11)를 가진다. 운반 회로(1)에서 운반 유체(5), 본 경우에 물(5), 바람직하게는 수증기가 운반 회로 펌프(3)에 의해 파이프 시스템을 통해 펌핑된다. 수증기(5)를 상당히 낮은 온도로 냉각시켜 이를 액체 물(5)로 다시 변환시키기 위해, 열 교환기(9)가 사용된다. 응축된 물은 운반 회로 펌프(3)에 의해 펌핑된다. 열 교환기(9)는 또한, 냉각 액체(13), 즉 냉각수(13)를 갖는 냉각 회로(11)에 연결된다. 냉각수(13)는 강(27)으로부터 추출되어 냉각 회로 펌프(23)에 의해 열 교환기(9)로 펌핑된다. 열교환기(9)에 도달하기 이전에 냉각수(13)는 대략 강(27)의 온도를 가진다. 열교환기(9)를 떠난 이후에 냉각수(13)는 운반 회로(1) 내의 수증기(5)로부터 많은 열을 추출한다. 그러므로 냉각수는 이전보다 상당히 더 뜨거워지며 또한, 강(27)으로 다시 안내될 수 있도록 냉각될 필요가 있다. 그러한 목적으로 습식 냉각 탑(19)이 사용된다. 여기서 냉각 회로(11)로부터의 고온 냉각수(13)는 공기(17)가 냉각 탑(19) 내부로 통풍되는 동안에 냉각 탑 내측으로 분사된다. 냉각수(13)의 나머지(25)가 습식 냉각 탑(19)으로 유입되기 이전보다 상당히 낮은 온도 레벨로 강(27)으로 다시 안내되는 동안 이러한 과정으로부터 스팀 구름(21)이 생성된다.
그러한 원리에 따라, 열교환기(9) 내의 수증기(5)를 응축시키는데 사용되었던 냉각수(13)의 상당한 부분이 습식 냉각 탑(19) 내에서 공기로 증발될 것이다. 이는 냉각수(13)의 남아 있는 나머지(25) 부분의 상당히 낮은 온도로 인해 매우 높은 냉각 효율을 제공한다. 발전소(2)의 효율은 운반 유체(5)를 냉각시키기 위한 이러한 냉각 시스템의 성능에 직접적으로 의존하기 때문에, 이러한 종류의 응축기 시스템은 전반적으로 높은 발전소 효율을 제공한다. 그러나, 습식 냉각 탑은 많은 양의 물을 소모한다. 주위 조건에 따라 그러한 물의 소모량은 500 ㎿ 발전소에 대해 500 ㎏/s를 훨씬 초과하게 된다.
그러므로, 습식 냉각 탑의 대안이 소위 건식 냉각 탑이며, 건식 냉각 탑의 원리가 도 2를 참조하여 설명될 것이다. 건식 냉각 탑(33)은 운반 회로(1) 내에서 운반 유체(5)를 직접적으로 냉각시킨다. 운반 유체(5)는 발전소(2) 내의 터빈(29)으로부터 온다. 터빈(29)은 터빈(29)의 회전으로부터 전기를 생성하는 발전기(31)를 구동시킨다. 건식 냉각 탑(33) 내에 있는 물(5)은 핀-튜브 열 교환기로서의 역할을 하는 파이프 시스템(37)을 통해 안내된다. 파이프 시스템(37)을 냉각하기 위해, 송풍기(35)는 공기(17)의 일정한 스트림이 파이프 시스템(37) 주위로 안내되도록 파이프 시스템(37) 주위로 통풍되는 신선한 공기를 제공한다. 따라서 운반 유체(5)는 파이프 시스템(37) 내에서 천천히 냉각되며 운반 회로 펌프(3)에 의해 가열 유닛(도시 않음)으로 다시 펌핑될 수 있다. 그와 같은 가열 유닛은 물질(오일, 석탄, 폐기물 및 기타 연소가능한 재료)이 내부에서 연소되는 가열 챔버를 포함하거나 핵 반응로 또는 태양-열 발전기를 포함할 수 있다.
건식 냉각 탑(35)은 물 공급원을 반드시 필요로 하지 않으나, 주위 온도에 의해 건식 냉각 탑의 효율이 제한된다. 높은 주위 온도는 건식 냉각 탑(35) 내의 응축기 온도 및 그에 따른 터빈(29) 출구에서의 각각의 압력이 증가하기 때문에 덜 효율적인 열역학적 공정을 초래할 것이다.
하나의 발전소 내에 습식 냉각 탑(19)과 건식 냉각 탑(35)을 모두 조합하는 것도 가능하다. 그러나, 이러한 조합 방법에도 어느 하나 또는 두 종류의 냉각 기술에 기초한 임의의 발전소의 작동을 위한 어떠한 난점이 여전히 존재한다. 몇몇 영역에서 물은 부족하게 되고/되거나 공기 온도는 피크 타임에서 매우 높게 된다. 보통 이러한 두 가지 결과는 동시에 발견될 수 있다. 그러나, 사막과 같은 건조한 장소에서는 보통 많은 태양 에너지가 쉽게 이용될 수 있는 장점을 가진다. 따라서 충분한 열 에너지를 이론적으로 매우 낮은 비용으로 이용할 수 있지만 효율적인 냉각 시스템을 제공하는 것이 중요한 문제임이 입증되었다.
본 발명의 목적은 응축 발전 설비를 위한 냉각 공정을 더욱 최적화하고자 하는 것이다. 특히, 본 발명의 목적은 냉각 공정 중의 물 또는 실제의 어떤 다른 냉각 유체의 소모를 바람직하게 감소시키고자 하는 것이다.
이러한 목적은 특허청구범위 제 1항에 따른 방법, 특허청구범위 제 7항에 따른 방법, 특허청구범위 제 13항 및 제 14항에 따른 발전소에 의해 만족된다.
본 발명의 제 1 실시예에 따라, 전술한 종류의 방법은 지면이 주위 공기보다 실질적으로 더 낮은 온도를 갖는 지면 아래의 깊이로 운반 유체 및/또는 운반 유체를 냉각시키기 위한 냉각 유체를 안내함으로써 냉각 공정의 적어도 일부가 실현된다는 사실에 의해 개선된다. 환언하면, 운반 유체 및/또는 냉각 유체가 냉각되는 지하 영역에서 사용된다. 따라서 지하 토양의 열적 관성(inertia)이 사용된다. 심지어 사막에서도, 지하 토양은 주로 야간 시간에서의 강력한 냉각 효과로 인해 지면 위에서의 주간 주위 온도에 비교해서 상당히 냉각된다.
본 실시예의 배경으로 두 가지 원리가 사용될 수 있다. 운반 유체의 직접적인 냉각은 지하 영역을 통해 이러한 운반 유체의 운반 회로를 순환시킴으로써(routing) 실현될 수 있다. 간접적인 냉각은 물 또는 높은 열용량을 갖는 다른 유체와 같은 냉각 유체가 지하에 있는 파이프를 통해 순환됨을 의미한다. 그 후 이러한 냉각 유체는 열 교환기 내에서 운반 유체를 냉각시킨다.
본 발명에 따른 상기 방법은 전술한 바와 같은 증발 또는 통풍 기술들을 사용하는 대신에 그와 같은 기술들 중 어느 하나를 부가함으로써 실현될 수 있다. 따라서, 발전소의 영역에 있는 토양의 지표 레벨 아래의 지하 영역은 운반 유체 및/또는 냉각 유체가 적어도 부분적으로 냉각되는 냉각 영역으로서 사용된다.
"지하"의 정의와 관련하여, 토양의 표면 아래에 있는 본질적인 임의의 영역이 지하일 수 있다고 고려될 수 있다. 본 발명의 목적을 위해 지하 영역이 주위 공기, 즉 지면 위의 공기보다 실질적으로 더 냉각되도록 운반 유체 및/또는 냉각 유체를 냉각시킬 필요가 있다. 이는 냉각이 수행되는 지하 영역과 주위 공기 사이에 적어도 10 ℃, 더 바람직하게 20 ℃의 온도차가 있음을 의미한다. 토양의 지표 레벨 아래로 적어도 0.5 m, 더 바람직하게 적어도 1 m인 지하 영역 내로 운반 유체 및/또는 냉각 유체를 안내하는 것이 더욱 바람직하다. 이러한 영역에서 유체를 이송하기 위한 파이프들은 지하 영역의 온도가 유체의 보다 높은 온도의 일부를 효과적으로 흡수할 수 있도록 임의의 길이를 따라 안내된다. 파이프의 그와 같은 길이는 바람직하게 적어도 10 m, 더 바람직하게 적어도 20 m이나, 파이프는 단지 한 방향으로만 안내될 필요는 없으며 예를 들어 통상적인 열 교환기의 방식으로 턴(turn) 및 와인딩(winding)을 포함할 수 있다. 운반 유체뿐만 아니라 냉각 유체와 관련하여, 이들 유체들은 물과 같은 액체 및/또는 공기와 같은 가스를 포함할 수 있다. 이들은 동일한 재료를 포함하나 상이한 재료, 예를 들어 운반 유체로서 물을 그리고 냉각 유체로서 오일을 포함할 수도 있다. 냉각 유체가 내부에서 이송되는 냉각 회로도 예를 들어, 제 1 냉각 유체가 열 교환기 등의 내부에서 제 2 냉각 유체에 의해 냉각되도록 여러 개의 독립된 냉각 보조-회로를 포함할 수 있다.
본 발명의 제 2 실시예에 따라 그와 같은 냉각 효과는 또한, 터빈 내의 운반 유체의 온도보다 상당히 낮은 온도로 유체를 저장하는 냉장(cold) 저장고로부터, 운반 유체의 적어도 일부 및/또는 상기 운반 유체를 냉각하는데 사용되는 냉각 유체의 적어도 일부를 공급함으로써 냉각 공정의 적어도 일부가 실현되는, 전술한 종류의 방법에 의해 달성될 수도 있다. 그와 같은 냉장 저장고는 전술한 바와 같은 지하에 위치될 수 있으나, 지면 레벨 위에도 위치될 수 있으며, 바람직하게 열 절연 컨테이너를 포함할 수 있다. 이러한 컨테이너에는 바람직하게, 토양 아래에서 냉각된 액체 또는 가스가 공급된다. 그러나, 야간 시간에 낮은 온도 레벨로 유체를 수용하여 주간 시간 동안 낮은 온도로 저장하는 냉장 저장고를 구비하는 것도 바람직하다. 예를 들어, 그와 같은 냉장 저장고는 내용물(즉, 유체)이 냉각되도록 야간에 개방되고 가능한 한 오랜 시간 동안 낮은 온도 레벨로 유지하도록 주간 시간 동안에 폐쇄 및 열적으로 절연되는 대형 용기로서 구현될 수 있다. 냉장 저장고는 또한, 지면 위(예를 들어, 건식 냉각 기술을 사용하는 것을 의미하는 공기 대 액체 열 교환(air to liquide heat exchange)에 의해) 및/또는 지하(즉, 본 발명의 제 1 실시예에 따라)에서 냉각 공정에 의해 냉각된 유체가 공급될 수도 있다.
본 발명에 따른 방법의 두 가지 주요 실시예들은 하나의 단일화된 원리, 즉 낮은 온도가 일정한 장소에 저장되거나 일정한 장소로 공급되는 원리를 가진다. 제 1 실시예에서, 낮은 온도는 어떤 방식으로든 이용가능한 낮은 지하 온도로 인해 지하 영역 내에 저장된다. 제 2 실시예에서, 본 발명은 낮은 온도가 인위적으로 보존되는 특별히 설계된 컨테이너를 사용한다. 본 발명의 두 가지 실시예에서, 증발 기술은 필요하지 않으며 냉각 및 응축으로 인해 물의 손실이 상당히 감소된다. 통풍 기술이 본 발명에 따른 냉각 기술에 부가적으로 사용될 수 있지만, 통풍 기술은 꼭 필요한 것은 아니다.
따라서, 전술한 어느 하나의 실시예를 사용하는 것에 따라, 전술한 종류의 발전소는 조합되거나 별개로 사용될 수 있는 두 개의 상이한 방식으로 구현될 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 제 1 실시예에 따라, 전술한 종류의 발전소는 운반 유체를 냉각하는데 사용되는 냉각 유체를 갖는 적어도 하나의 냉각 회로의 일부 및/또는 운반 회로의 적어도 일부가 주위 공기보다 상당히 더 냉각되는 깊이의 지하로 안내된다는 사실에 의해 개선될 수 있다.
그러한 목적을 위해 발전소는 바람직하게, 지하 파이프 및/또는 탱크를 포함한다. 지하 영역은 "히트 싱크(heat sink)" 또는 일종의 저온 저장조로서의 역할을 한다. 그와 같은 파이프 또는 탱크는 유체로부터 파이프 또는 탱크 외측의 지하 영역으로의 열 전달이 가능한 한 효과적이게 되도록 바람직하게, 높은 열 전달 계수를 갖는 재료로 형성된다. 그러므로, 그와 같은 파이프 또는 탱크의 열 전달 계수는 바람직하게, 15 w/mk 초과, 가장 바람직하게 100 w/mk를 초과하며, 적어도 스테인리스 스틸과 같은 재료의 열 전달 계수 범위 또는 그 범위를 초과한다. 따라서 열적으로 절연되지 않은 파이프 또는 탱크를 사용하는 것이 가장 바람직하다. 열 전달은 핀 튜브와 같은 열 전달 개선 수단에 의해 훨씬 더 개선될 수 있다.
2차적으로, 즉 부가적으로 또는 대안적으로 전술한 종류의 발전소는 운반 유체의 적어도 일부 및/또는 상기 운반 유체를 냉각하는데 사용되는 냉각 유체의 적어도 일부가 터빈 내의 운반 유체의 온도보다 상당히 낮은 온도로 냉장 저장고 내에 저장된다는 사실에 의해 개선될 수 있다.
그와 같은 냉장 저장고는 지면 위 또는 지면 레벨 아래에 있는 컨테이너 또는 탱크로서 구현될 수 있다. 상기 냉장 저장고는 열 절연의 필요성을 감소시키기 위해 발전소의 건물 내에 통합될 수 있으나 가열 공정으로부터 더욱 멀리 이격시키기 위해 그와 같은 건물 외측에 위치될 수도 있다. 그와 같은 컨테이너는 컨테이너의 내측으로 작은 열이 전달되도록 바람직하게 열적으로 절연되는데, 이는 냉장 저장고 내측의 낮은 온도가 가능한 한 오래 동안 유지됨을 의미한다. 특히, 하루 일정 중 가장 낮은 레벨보다 20 ℃를 초과하지 않는 일정한 레벨로 냉장 저장고의 내용물의 온도를 냉장 저장고가 유지하는 것이 바람직하다. 이는 하루 동안 냉장 저장고에 유체가 삽입되지 않거나 냉장 저장고로부터 유체가 비워지지 않은 상태에서 지정된 유체로 채워진 상태에서의 냉장 저장고에 대한 바람직한 수치이다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 발전소의 두 가지 실시예 또한, 본 발명에 따른 방법들에 대한 두 가지 실시예들을 참조하여 설명한 공통 원리를 따른다. 이들 실시예들의 조합에서, 냉장 저장고는 토양 표면 아래의 지하에 공급되어서, 추가의 절연 재료 대신에 주변 토양에 의해 실제로 절연이 실현되기 때문에 절연 수단을 갖출 필요가 없다.
마지막으로, 본 발명은 또한, 운반 유체를 갖는 운반 회로의 적어도 일부 및/또는 상기 운반 유체를 냉각시키는데 사용되는 냉각 유체를 갖는 적어도 하나의 냉각 회로의 적어도 일부가 주변 공기보다 상당히 냉각된 깊이의 지하로 안내되고/되거나 냉각 시스템 내의 운반 유체의 적어도 일부 및/또는 냉각 유체의 적어도 일부가 터빈 내의 운반 유체의 온도보다 상당히 낮은 온도로 냉장 저장고에 저장되는 발전소용 냉각 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 냉각 시스템의 경우에, 발전소는 전술한 어느 하나의 실시예들의 발명에 따른 발전소가 되도록 재설비될 수 있다.
본 발명의 특히 유리한 실시예들 및 특징들은 다음의 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이 종속항들에 의해 주어진다. 그에 따라, 상기 방법들 중의 하나의 내용에서 알려진 특징들은 반대의 의미를 명시하지 않는 한, 본 발명에 따른 각각의 다른 방법에 대한 내용 및/또는 발전소의 실시예들 중의 임의의 하나에 대한 내용에서도 구현될 수 있다.
냉각은 고온 환경 하의 발전소에서 수행되는 것이 특히 바람직하다. 그와 같은 고온 환경은 특히, 사막 주변 또는 유사한 건조한 환경에서 주어진다. 이러한 환경들은 연중 적어도 100일 동안 40 ℃의 최고 온도에 도달한다는 점을 특징으로 한다. 그와 같은 환경에서 물은 아주 부족하다. 이는 발전소의 물 소모가 식량 생산 및 도시 생활을 위한 물 소요와 직접적으로 경쟁함으로써 식량 생산 및 도시 생활이 전기 생성보다도 더 큰 우선권을 가질 수 있음을 의미한다. 그러므로, 그와 같은 지역에 있는 발전소는 매우 낮은 물 소모 이력(foot print), 즉 가능한 한 작동에 적은 물을 손실할 때에만 성공적으로 작동될 수 있다. 본 발명에 따른 방법들의 사용으로 발전을 위해 가치가 있는 물을 소모하지 않게 하는데 특히 도움을 준다. 이제 그와 같은 물은 농업 및 가정 용도와 같은 다른 목적을 위해 절약될 수 있다.
동시에, 그와 같은 지역에 있어서 태양의 영향력은 특히 높은 수준이다. 그러므로, 그와 같은 건조한 환경은 태양열 발전소의 작동 가능성을 부여했지만, 오늘날까지도 서두에서 언급한 바와 같은 효과적인 냉각에 관한 딜레마가 있었다. 그러므로 태양열 발전소, 특히 집열식 태양열 발전소(concentrated solar power)에서 운반 유체에 대한 냉각이 수행되는 것이 바람직하다. 첫째로, 그와 같은 태양열 발전소는 전술한 바와 같이 건조한 지역에 종종 위치된다. 둘째로, 그와 같은 태양열 발전소, 특히 집열식 태양열 발전소는 매우 높은 온도로 운반 유체를 생성한다. 집열식 태양열 발전소는 태양으로부터의 광선들이 작은 지점 상에 집열됨으로써 이들 지점에 매우 높은 온도를 생성한다는 사실을 특징으로 한다. 그 결과는 집열식 태양열 발전소에 의해 생성된 온도가 특히 높고 발전소 사이클에 충분하다는 점이다. 그러나 사이클의 효율은 냉각 단(cold end)(응축)의 낮은 온도에 의해 결정된다. 이러한 온도는 터빈 출구에서 달성할 수 있는 가장 낮은 압력을 규정한다. 이것이 낮으면 낮을수록 발전소의 효율 및 그에 따른 발전소의 추출 전력 출력이 높아진다. 이는 본 발명에 따른 방법들에 의해 개선될 수 있다.
임의의 유체들을 더욱 냉각시키기 위해 본 발명에 따른 방법에 의해 구현되는 냉각과는 별도의 추가의 냉각이 필요할 수 있다. 제 1 가능성은 냉각의 일부를 수행하는 공기 냉각 응축기 또는 건식 냉각 탑을 포함하는 발전소 내에서 운반 유체에 대해 본 발명에 따른 냉각을 수행하는 것이다. 전에 제시한 바와 같이, 통풍기를 갖춘 건식 냉각 탑은 또한 본질적인 냉각 유체가 공기 중으로 손실되지 않는다는 장점을 가진다. 공기 냉각식 응축기를 사용하는 냉각 방법과 본 발명에 따른 냉각 방법의 조합으로 주위 환경으로의 유체 손실이 없는 폐쇄식 운반 회로 또는 폐쇄식 냉각 회로를 가능하게 한다.
또한 추가의 냉각을 포함하는 제 2 가능성은 냉각의 일부를 수행하는 습식 냉각 시스템을 포함한 발전소에서 본 발명에 따른 냉각을 수행하는 것이다. 상기 제 1 및 제 2 가능성은 운반 유체 및/또는 냉각 유체의 전체 냉각 효과를 위해 실제로 3 개의 냉각 시스템이 함께 제공되도록 조합될 수 있다. 그러나, 본 발명에 따른 냉각 방법은 또한, 단지 습식 냉각 시스템과 조합될 수 있다. 이는 습식 냉각 탑이 냉각의 일부를 감당하는 반면에 나머지 냉각을 본 발명에 따른 냉각 시스템에 의해 수행한다는 것을 의미한다. 위에서 요약한 바와 같이, 전체적으로 가장 효율적인 냉각을 위해 습식 냉각이 제공되어 특히 효율적인 시스템이 구현됨으로써 본 발명에 따른 방법들은 유체 소모를 감소시키는데 도움을 준다. 습식 냉각 탑이 상류 또는 하류에 위치되는 것에 따라 본 발명에 따른 냉각 시스템은 양 기술의 선호도에 따라 그리고 공간의 이용가능성뿐만 아니라 다른 사전 추정에 따라 선택될 수 있다. 그러나, 몇몇 특정 경우에 본 발명에 따른 냉각 시스템의 하류에 냉각 탑을 위치시키는 것이 바람직하다. 이는 특히, 습식 냉각 탑의 물 손실이 냉각 시스템에 의해 감소될 때인데, 이는 두 개의 냉각 시스템을 전술한 대로 배열함으로써 개선될 수 있다.
요약하면, 그와 같은 상이한 냉각 시스템을 본 발명에 따른 방법과 조합한 것에 의해 효율이 증가된 시스템이 제공된다. 이는 또한, 상이한 시간에 어느 하나의 냉각 방법을 일시적으로 사용하는 것을 가능하게 한다. 예를 들어, 주 냉각 회로는 본 발명에 따른 냉각 시스템이 피크 타임에서만 작동하는 건식 냉각 탑 시스템을 포함할 수 있다.
파이프 시스템을 통해 냉각 유체 및/또는 운반 유체를 지하로 간단히 안내될 수 있는 반면에, 냉각 유체 및/또는 운반 유체는 냉각 회로에 연결된 열 교환기에서 냉각되는 것이 바람직하다. 그와 같은 냉각 회로는 냉각 유체를 포함한다. 운반 유체가 열 교환기 내에서 직접적으로 냉각되거나 냉각 유체가 냉각 회로 내에서 순환하는 제 2 냉각 유체에 의해 열 교환기 내에서 냉각된다. 후자는 냉각 유체를 모두 포함하는 두 개의 냉각 회로가 함께 사용됨으로써, 상이한 냉각 회로 내의 냉각 유체들의 종류가 상이할 수 있으나 반드시 필요한 것이 아니다는 것을 의미한다.
본 발명의 제 2 방법에 따른(즉, 냉장 저장고를 사용하는)방법과 관련하여, 냉장 저장고는 주위 공기보다 상당히 냉각된 깊이의 지하에 위치되는 것이 바람직하다. 이는 실제로, 본 발명에 따른 양 실시예들이 조합되어서 냉각이 지하 냉장 저장고에서 수행된다는 것을 의미한다. 이는 예를 들어, 냉장 저장고가 지면 위에 있는 경우에 보통 필요한, 냉장 저장고를 확실히 절연하기 위한 절연 수단이 필요없기 때문에 특히 유리하다.
그와 같은 냉장 저장고는 야간 시간에 유체로 보충되고 나서 주간 시간 동안 유체가 공급되는 것이 특히 바람직하다. 이는 운반 유체 및/또는 냉각 유체가 야간 시간에 냉각되어 냉장 저장고 내에 수집됨으로써 이들 유체가 주간 시간 동안, 특히 날씨가 특히 더울 때인 낮 시간 동안에 공급될 수 있음을 의미한다.
또한, 운반 유체의 일부 및/또는 냉각 유체의 일부는 복수의 냉장 저장고 내에 저장될 수 있다. 예를 들어, "정상 작동"용으로 명명할 수 있는 하나의 주 냉장 저장고 및 매우 더운 날씨 또는 피크 전력 소모 시간과 같은 심한 조건 하에서의 작동 시간을 위한 추가의 제 2 냉동 저장고가 있을 수 있다. 그러나, 상이한 냉장 저장고는 또한, 상이한 시간, 예를 들어 상이한 날에 사용될 수 있어서, 각각의 냉장 저장고에서 낮은 온도를 회복하기 위한 시간이 더 길어진다. 또한, 모든 냉장 저장고는 조합된 냉장 효과를 제공하기 위해 임의의 주어진 시간에 병렬로 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 냉각 방법들은 운반 유체의 냉각이 특히 필요한 시간에 특히 유용하다. 그러므로, 본 발명에 따른 방법들은 과도한 열 조건 하에 및/또는 피크 전력 소모 시간 동안에 가장 바람직하게 적용된다.
그와 같은 과도한 조건을 위해 온도 정보 및/또는 전력 소모 정보에 속한 가변 입력 데이터에 따라 구동 유닛에 의해 본 발명에 따른 냉각 방법의 사용을 시작하는 것이 더 바람직하다. 그와 같은 구동 유닛은 전력 공급 네트워크 내의 현재 전력 소모에 관한 정보 및/또는 주위 온도에 관한 정보를 수용하며 그로부터 발전소의 부품들을 활성화 또는 비활성화하기 위한 명령을 수령하여 본 발명에 따른 냉각 시스템을 작동시킬 것이다. 예를 들어, 구동 유닛의 그와 같은 명령에 따라 본 발명에 따른 냉각 시스템으로 및/또는 냉각 시스템으로부터 밸브들이 개폐된다. 이는 냉각 시스템이 전류 필요성에 따라 개폐될 수 있음을 의미한다.
본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부 도면들과 관련하여 고려된 다음의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다. 그러나, 첨부 도면들은 설명의 목적으로만 도시된 것이며 본 발명을 한계를 규정하기 위한 것이 아니라고 이해해야 한다.
도면에 있어서, 동일한 도면 부호들은 전반적으로 동일한 구성 요소들을 지칭한다. 도면의 구성 요소들은 항상 축척대로 도시될 필요는 없다.
도 1은 종래 기술에 따른 제 1 냉각 시스템을 갖춘 발전소의 개략도이며,
도 2는 종래 기술에 따른 제 2 냉각 시스템을 갖춘 발전소의 개략도이며,
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 냉각 시스템을 갖춘 발전소의 개략도이며,
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 냉각 시스템을 갖춘 발전소의 개략도이며,
도 5는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 냉각 시스템을 갖춘 발전소의 개략도이며,
도 6은 도 5의 냉각 시스템의 일부를 도시하는 상세도이다.
도 1 및 도 2는 종래 기술의 설명과 관련하여 위에서 설명되었다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 발전소(2')를 도시한다. 본 도면 및 이후의 도면에서, 가열 챔버, 터빈, 발전기 및 전력 시스템과 같은 발전소(2')의 다른 구성 요소들은 명료함의 이유로 도시되지 않았다.
냉각 회로(11)에서 냉각 유체(13), 여기서는 냉각수(13)가 냉각 회로 펌프(3)에 의해 파이프 시스템을 통해 펌핑된다. 먼저 냉각수는 도 2와 관련하여 설명된 종류의 건식 냉각 탑(33)을 통과한다. 그 후 냉각수(13)는 지하 깊이(41)로 지면 아래의 토양 내측으로 더 안내된다. 따라서 냉각 회로(11)의 일부는 지하 파이프(40)이며, 지하 파이프 내의 냉각수(13)는 지면 깊이(41)에서 낮은 온도까지 냉각될 수 있다. 따라서 지하 파이프(40)는 냉각 시스템(4)을 구성한다. 냉각수(13)는 도 1에서 설명한 종류의 습식 냉각 탑(19)으로 더 안내된다. 수증기는 스팀 구름(21)의 형태로 습식 냉각 탑(19)을 이탈한다. 나머지 냉각수(13)는 그 후 수집되어 열 교환기(도시 않음)로 펌핑됨으로써 발전소(2')의 운반 유체를 냉각시킨다.
지하 파이프(40)와 그에 따른 냉각 시스템(4)에는 제 1 밸브(59)를 통해 냉각수(13)가 공급되는 반면에, 지하 파이프(40)를 우회하는 직접 연결부(60)는 제 2 밸브(61)에 의해 개폐될 수 있다. 냉각수(13)가 지하 튜브(41)에서 냉각되어야 한다면, 제 1 밸브(59)는 개방되는 반면에 제 2 밸브(61)는 바람직하게 폐쇄된다. 다른 한편으로, 건식 냉각 탑 및 습식 냉각 탑(19)에 의한 냉각이 소정의 낮은 온도로 냉각수(13)를 냉각시키기에 자체적으로 충분하면, 제 2 밸브(61)는 개방될 수 있는 반면에 제 1 밸브(59)는 지하 파이프(40)로의 연결을 차단하기 위해 폐쇄될 수 있다. 그러한 목적을 위해 제어 유닛(63)은 제 1 밸브(59) 및 제 2 밸브(61) 모두에 명령(SB)을 부여하며 그 명령에 의해 두 개의 밸브들 작동된다. 제어 유닛(63)은 정보 데이터(ID), 예를 들어 발전소(2')의 주위 온도에 관한 정보 및/또는 발전소(2')에 의해 공급되는 전력 네트워크의 전력 소모에 관한 정보를 위한 입력 인터페이스(64)를 포함한다. 구동 유닛(57)은 이들 정보 데이터(ID)로부터 제 1 밸브(59) 및 제 2 밸브(61)를 개폐할 것인가에 대한 명령(SB)을 이끌어 낸다. 그러므로, 밸브(59,61)들을 개폐하는 것은 상기 인터페이스(64)를 통해 공급되는 상기 정보 데이터(ID)에 의존한다. 환언하면, 지하 튜브(40)는 정보 데이터(ID)에 따라 접근을 차단 또는 허용할 수 있다. 예를 들어, 더운 날씨 조건 하의 주간 시간 동안에 정보 데이터(ID)는 높은 온도에 관한 정보를 포함할 것이다. 상기 정보 데이터는 또한, 날짜와 시간 정보를 포함할 수 있으며, 이러한 정보로부터 건조 지역에서의 임의의 예상 온도 레벨이 추출될 수 있다. 예를 들어, 정오인 정보는 온도에 대한 추가의 측정 없이 사막에서 매우 더운 주위 온도에 대한 지표로서 충분할 것이다. 정보 데이터(ID)로부터 구동 유닛(57)은 지하 튜브(40)에서의 추가 냉각이 이용가능해지도록 제 1 밸브(59)를 개방하고 제 2 밸브(61)를 폐쇄하기 위한 명령(SB)을 이끌어 낸다. 이는 전력 공급 네트워크에서 과도하게 높은 전력이 소모되는 시간에서와 동일한 경우일 수 있다.
그와 같은 제어 유닛(63)은 도 4 및 도 5를 참조하여 설명하는 바와 같이 임의의 다음 실시예에서 사용될 수 있다. 그러므로 다음 도면들에서는 도시되지 않았다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 발전소(2')를 도시한다. 냉각수(13) 역시 펌프(3)에 의해 냉각 회로(11)를 통해 펌핑된다. 냉각수는 열 교환기(45)가 위치된 지하 깊이(41)로 유입되기 이전에 전술한 건식 냉각 탑(33)을 통과한다. 열 교환기(45)에서, 냉각수(13)는 냉각되고 도 3을 참조하여 설명한 바와 같은 습식 냉각 탑(19)으로 더 안내된다. 열 교환기(45)에는 제 2 냉각 회로 펌프(49)에 의해 제 2 냉각 회로(47)를 통해 안내되는 제 2 냉각 액체(46)가 공급된다. 이러한 제 2 냉각 회로(47)는 지하 깊이(41)에 있어서 지하 토양에 의해 냉각된다. 그러므로 열 교환기(45) 및 제 2 냉각 회로 펌프(49)와 함께 제 2 냉각 회로(47)는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 냉각 시스템(4)을 구성한다.
도 5는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 발전소(2')를 도시한다. 명료함을 목적으로 도 3 및 도 4와 공통인 특징들은 다시 설명하지 않는다. 건식 냉각 탑(33)을 이탈한 후에, 냉각수(13)는 냉장 저장고(51)가 위치된 지하 깊이(41)로 다시 안내된다. 그와 같은 냉장 저장고(51)는 또한, 지면 위에 위치될 수도 있으며, 그 경우에는 외측으로부터 바람직하게 열 절연됨에 주목해야 한다.
냉장 저장고(51)는 도 6에 상세도로 도시된다. 이는 냉각수(13)가 대량으로 저장되는 저장조로서 구현된다. 냉각수(13)를 냉각할 목적으로 펌프(55)를 갖춘 추가의 파이프 시스템(53)이 지하로 안내됨으로써 냉각수(13)는 지하에서 냉각되어 냉장 저장고(51)로 다시 안내된다. 냉장 저장고(51)로부터 냉각수(13)는 도 5에 도시한 바와 같이 냉각 회로(11)로 되돌아 간다.
본 발명이 바람직한 실시예 및 변형예들의 형태로 설명되었지만, 본 발명의 범주로부터 이탈함이 없이 다수의 추가 변형예 및 변경예들이 창안될 수 있다고 이해될 것이다. 전술한 바와 같이, 냉장 저장고는 또한, 지면 위에 위치될 수도 있으며 본 발명에 따른 방법을 구현하는데 사용된 냉각 시스템에 더하여 건식 냉각 탑 및/또는 습식 냉각 탑을 사용하는 것은 절대적인 것이 아니다.
명료함을 목적으로, 본 명세서 전반에 걸친 단수 형태의 관사들은 복수 형태를 배제하지 않으며 "포함하는"은 다른 단계 또는 구성 요소들을 배제하지 않는다.

Claims (15)

  1. 발전소(2') 내의 터빈(29)을 구동시키는데 사용되는 운반 유체(5)의 냉각 방법으로서,
    상기 운반 유체(5)를 냉각하기 위한 냉각 유체(13,46) 및/또는 운반 유체(5)를, 토양이 주위 공기보다 상당히 더 냉각된 깊이(41)의 토양 지하로 안내함으로써 냉각 공정의 적어도 일부분이 실현되는,
    발전소(2') 내의 터빈(29)을 구동시키는데 사용되는 운반 유체(5)의 냉각 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각은 고온 환경 하의 발전소(2') 내에서 수행되는,
    발전소(2') 내의 터빈(29)을 구동시키는데 사용되는 운반 유체(5)의 냉각 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 냉각은 태양열 발전소, 특히 집열식 태양열 발전소 내의 운반 유체(5)에 대해 수행되는,
    발전소(2') 내의 터빈(29)을 구동시키는데 사용되는 운반 유체(5)의 냉각 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉각은 상기 냉각의 일부를 수행하는 공기 냉각식 응축기(35)를 포함하는 발전소(2') 내의 운반 유체(5)에 대해 수행되는,
    발전소(2') 내의 터빈(29)을 구동시키는데 사용되는 운반 유체(5)의 냉각 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉각은 상기 냉각의 일부를 수행하는 습식 냉각 시스템(19)를 포함하는 발전소(2') 내에서 수행되는,
    발전소(2') 내의 터빈(29)을 구동시키는데 사용되는 운반 유체(5)의 냉각 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 운반 유체(5) 및/또는 냉각 유체(13)는 냉각 회로(47)에 연결된 열 교환기(45) 내에서 냉각되는,
    발전소(2') 내의 터빈(29)을 구동시키는데 사용되는 운반 유체(5)의 냉각 방법.
  7. 발전소(2') 내의 터빈(29)을 구동시키는데 사용되는 운반 유체(5)의 냉각 방법으로서,
    상기 운반 유체(5)를 냉각하는데 사용되는 냉각 유체(13)의 적어도 일부 및/또는 운반 유체의 적어도 일부를, 상기 터빈(29) 내의 운반 유체(5)의 온도보다 상당히 더 낮은 온도에서 유체를 저장하는 냉장 저장고(51)로부터 공급함으로써 냉각 공정의 적어도 일부분이 실현되는,
    발전소(2') 내의 터빈(29)을 구동시키는데 사용되는 운반 유체(5)의 냉각 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 냉장 저장고(51)는 주위 온도보다 상당히 더 냉각된 깊이에 있는 지하에 위치되는,
    발전소(2') 내의 터빈(29)을 구동시키는데 사용되는 운반 유체(5)의 냉각 방법.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 냉장 저장고(51)에는 야간 시간에 유체가 보충되며 상기 유체는 그 후 주간 시간에 공급되는,
    발전소(2') 내의 터빈(29)을 구동시키는데 사용되는 운반 유체(5)의 냉각 방법.
  10. 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 운반 유체(5)의 일부 및/또는 상기 냉각 유체(13)의 일부가 복수의 냉장 저장고(51) 내에 저장되는,
    발전소(2') 내의 터빈(29)을 구동시키는데 사용되는 운반 유체(5)의 냉각 방법.
  11. 제 7 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉각 방법은 과도한 열 조건 및/또는 피크 전력 소모 시간 동안에 적용되는,
    발전소(2') 내의 터빈(29)을 구동시키는데 사용되는 운반 유체(5)의 냉각 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 냉각 방법의 사용은 온도 정보 및/또는 전력 소모 정보에 관련된 가변 입력 데이터(ID)에 따라 구동 유닛(57)에 의해 시작되는,
    발전소(2') 내의 터빈(29)을 구동시키는데 사용되는 운반 유체(5)의 냉각 방법.
  13. 작동시 운반 유체(5)가 발전소의 터빈을 구동시키는, 운반 유체(5)를 갖춘 운반 회로(1)를 구비한 발전소(2')로서,
    상기 운반 유체(5)를 냉각시키는데 사용되는 냉각 유체(13,46)를 갖춘 하나 이상의 냉각 회로(11,47)의 일부분 및/또는 상기 운반 회로(1)의 적어도 일부분이 주위 공기보다 상당히 더 냉각된 깊이(41)의 지하로 안내되는,
    작동시 운반 유체(5)가 발전소의 터빈을 구동시키는, 운반 유체(5)를 갖춘 운반 회로(1)를 구비한 발전소.
  14. 작동시 운반 유체(5)가 발전소의 터빈을 구동시키는, 운반 유체(5)를 갖춘 운반 회로(1)를 구비한 발전소(2')로서,
    상기 운반 유체(5)를 냉각시키는데 사용되는 냉각 유체(13,46)의 적어도 일부분 및/또는 상기 운반 유체(5)의 적어도 일부분이 상기 터빈(29) 내의 운반 유체(5)의 온도보다 상당히 더 낮은 온도에서 냉장 저장고 내에 저장되는,
    작동시 운반 유체(5)가 발전소의 터빈을 구동시키는, 운반 유체(5)를 갖춘 운반 회로(1)를 구비한 발전소.
  15. 발전소(2')용 냉각 시스템(4)으로서,
    운반 유체(5)를 냉각시키는데 사용되는 냉각 유체(13,46)를 갖춘 하나 이상의 냉각 회로(11,47)의 일부분 및/또는 운반 유체(5)를 갖춘 운반 회로(1)의 적어도 일부분이 주위 공기보다 상당히 더 냉각된 깊이(41)의 지하로 안내되고/되거나 상기 냉각 시스템 내에서 상기 운반 유체(5)의 적어도 일부분 및/또는 상기 냉각 유체(13,46)의 적어도 일부분이 터빈(29) 내의 운반 유체(5)의 온도보다 상당히 더 낮은 온도에서 냉장 저장고(51) 내에 저장되는,
    발전소(2')용 냉각 시스템.
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