KR20130063798A - Power supply apparatus for marine farms using fuel cell and solar energy - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 해상 양식장에 고용량의 전력을 안정적으로 공급하는 해상 양식장용 전력 공급 장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a marine farm power supply for stably supplying a high capacity of power to the marine farm.
최근, 수산양식이 연안오염의 주범이라는 인식이 확산되면서 이를 해결하기 위한 대안들 중, 어류들을 친환경적인 공간에서 양식시키는 외해 가두리 양식장 등의 해상 양식장이 각광받고 있으며, 해상 양식장에서 자란 어류들은 생존율이 높고, 품질 또한 우수하다. 이러한 외해 가두리 양식장의 효율적인 관리를 위해, 실시간으로 양식장의 상태를 모니터링 할 수 있는 무선 영상감시 시스템 및 무인으로 먹이를 공급할 수 있는 자동 먹이공급 시스템 등이 개발 중에 있다. 상기 시스템들을 안정적으로 운용하기 위해서는 고효율 및 고출력의 전기를 공급할 수 있는 전력공급 시스템이 요구된다.Recently, the growing awareness that aquaculture is the main culprit of coastal pollution, among the alternatives to solve this problem, marine farms such as offshore cage farms that farm fishes in an environment-friendly space have been spotlighted. It is high and the quality is also excellent. For efficient management of offshore cage farms, wireless video surveillance systems that can monitor the status of farms in real time and automatic feeding systems that can feed unmanned fish are under development. In order to operate the systems stably, a power supply system capable of supplying high efficiency and high power is required.
현재, 해상에서 전력을 공급하는 방안으로는 유지보수에 손이 가지 않는 태양열발전과 파력발전이 이용되고 있다. 그러나, 이와 같이 자연에너지를 이용한 발전기는 날씨에 따라 발전량이 좌우된다는 단점이 있다.
Currently, solar power generation and wave power generation, which are easy to maintain, are being used to supply power at sea. However, the generator using the natural energy as described above has the disadvantage that the amount of power depends on the weather.
본 발명의 일 측면은 해상 양식장에 고용량의 전력을 운용에 제약없이 안정적으로 공급하고, 상기 전력을 생산하기 위해 필요한 연료를 태양광을 이용하여 해수로부터 생산하므로 지속적으로 연료를 공급할 수 있는 해상 양식장용 전력 공급 장치에 관한 것이다.
One aspect of the present invention is a stable supply of high-capacity power to the marine aquaculture farm without restriction, and the fuel required to produce the power from the sea water using the solar light for the offshore farm that can continuously supply fuel Relates to a power supply.
본 발명의 일 측면에 따른 해상 양식장용 전력 공급 장치는 연료 및 산소를 공급받아 전기화학반응에 의해 전기를 생산하고, 이 전기를 전력으로 변환하여 전력 수요원으로 전력을 공급하도록 구성되는 연료전지 시스템; 상기 연료전지 시스템에 연료를 공급하는 연료탱크와 순수를 태양광 연료 생산 설비에 공급하는 순수공급설비를 구비하는 연료공급 시스템; 및 순수공급설비에서 순수를 공급받아 태양광을 이용하여 산소 및 수소를 생산하고, 상기 연료공급 시스템에 생산된 산소 및 수소를 공급하는 태양광 연료생산설비를 포함할 수 있다.
A marine aquaculture farm power supply apparatus according to an aspect of the present invention is supplied with fuel and oxygen to produce electricity by an electrochemical reaction, and converts the electricity into electric power to supply power to the power demand source ; A fuel supply system including a fuel tank supplying fuel to the fuel cell system and a pure water supply facility supplying pure water to a solar fuel production facility; And a solar fuel production facility that receives pure water from a pure water supply facility to produce oxygen and hydrogen using solar light, and supplies oxygen and hydrogen produced to the fuel supply system.
본 발명의 다른 측면에 따른 해상 양식장용 전력 공급 장치는 화석연료 및 순수를 공급받아 화석연료를 전기 생산을 위한 연료로 개질하는 개질장치를 포함하여, 개질장치에서 개질된 연료를 공급받아 전기화학반응에 의해 전기를 생산하고, 이 전기를 전력으로 변환하여 전력 수요원으로 전력을 공급하도록 구성되는 연료전지 시스템; 상기 연료전지 시스템의 개질장치에 화석연료를 공급하는 연료탱크 및 담수를 공급받아 순수로 처리하고, 처리된 순수를 상기 개질장치에 공급하는 순수공급설비를 구비하는 연료공급 시스템; 및 태양광을 이용하여 해수로부터 담수와 식수를 생산하고, 상기 순수공급설비에 담수를 공급하는 태양광 담수화설비를 포함할 수 있다.
According to another aspect of the present invention, an offshore farm power supply apparatus includes a reforming apparatus for receiving fossil fuel and pure water and reforming the fossil fuel into fuel for electricity production. A fuel cell system configured to produce electricity by converting the electricity into electricity and supplying power to a power demand source; A fuel supply system including a fuel tank for supplying fossil fuel to a reformer of the fuel cell system, a pure water supplied with fresh water, and a pure water supply facility for supplying the treated pure water to the reformer; And it may include a solar desalination facility for producing fresh water and drinking water from sea water using solar light, and supplying fresh water to the pure water supply equipment.
본 발명에서 제공하는 연료전지 시스템을 포함하는 해상 양식장용 전력 공급 장치는 태양광을 이용하여 연료를 생산하고, 이들 연료를 지속적으로 연료전지 시스템에 공급할 수 있으므로 반영구적으로 전력공급이 가능하다. 따라서, 안정적으로 고용량의 전력을 공급할 수 있으며, 높은 파워의 고출력 전기공급이 가능하다. 또한, 전력 수요에 따라 적절양의 전기에너지를 공급함으로써 에너지 효율을 높일 수 있다.
The marine aquaculture farm power supply apparatus including the fuel cell system provided by the present invention can produce fuel using solar light, and can continuously supply these fuels to the fuel cell system. Therefore, it is possible to stably supply high capacity electric power, and high power high power electric power supply is possible. In addition, it is possible to increase the energy efficiency by supplying an appropriate amount of electrical energy in accordance with the power demand.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시형태에 따른 해상 양식장용 전력 공급 장치의 구성도를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 해상 양식장용 전력 공급 장치의 구성도를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태의 전력 공급 장치가 포함되어 있는 해상 양식장 구조물의 구조를 나타낸 것이다.1A and 1B show a configuration diagram of a marine aquaculture farm power supply apparatus according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 shows a block diagram of a marine fish farm power supply apparatus according to another embodiment of the present invention.
Figure 3 shows the structure of the offshore farm structure containing the power supply device of one embodiment of the present invention.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경, 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상 범위 내에 포함된다고 할 것이다.
Hereinafter, with reference to the drawings will be described in detail a specific embodiment of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the inventive concept. Other embodiments falling within the scope of the inventive concept may be easily suggested, but this will also be included in the spirit of the present invention.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 연료전지 시스템을 이용하여 해상 양식장에 안정적이고 지속적으로 고용량의 전력을 공급하고, 상기 연료전지 시스템에 공급되는 연료를 태양광을 이용하여 해수로부터 생산할 수 있어 연료 공급에 제약이 없는 해상 양식장용 전력 공급 장치를 제공하는 것이다.
The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, by using a fuel cell system to provide a stable and continuous high-capacity power to the aquaculture farm, the fuel supplied to the fuel cell system using solar It is possible to produce from the sea water to provide a power supply for offshore farms without restrictions on fuel supply.
연료전지는 연료(수소)의 화학에너지가 전기에너지로 직접 변환되어 직류 전류를 생산하는 능력을 갖는 전지(Cell)로서, 공급된 기상 연료들(예컨대, 수소와 산소)이 이온물질이 이동하는 전해질을 통과한 후 전기화학반응을 일으켜, 직류 전기를 생산하는 에너지 전환 장치이다.A fuel cell is a cell having a capability of producing direct current by converting chemical energy of fuel (hydrogen) directly into electric energy, and supplied gaseous fuels (eg, hydrogen and oxygen) are electrolytes in which ionic materials move. It is an energy conversion device that produces direct current electricity after electrochemical reaction.
연료전지를 이용한 발전은 친환경적이며, 태양광 발전 또는 풍력 발전과 비교하여 환경조건에 구애받지 않고, 지속적인 전력생산이 가능하다는 장점이 있다.
Power generation using fuel cells is environmentally friendly and has the advantage of being capable of producing continuous power regardless of environmental conditions as compared with photovoltaic or wind power generation.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 자세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 1a, 도 1b 및 도 2는 본 발명에 따른 해상 양식장용 전력 공급 장치의 구성도를 나타낸 도면이다.
1a, 1b and 2 is a view showing the configuration of a power supply for marine farms according to the present invention.
먼저, 도 1a에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 해상 양식장용 전력 공급 장치는 연료 및 산소를 공급받아 전기화학반응에 의해 전기를 생산하고, 이 전기를 전력으로 변환하여 전력 수요원으로 전력을 공급하도록 구성되는 연료전지 시스템; 상기 연료전지 시스템에 연료를 공급하는 연료탱크와 순수를 태양광 연료 생산 설비에 공급하는 순수공급설비를 구비하는 연료공급 시스템; 및 순수공급설비에서 순수를 공급받아 태양광을 이용하여 산소 및 수소를 생산하고, 상기 연료공급 시스템에 생산된 산소 및 수소를 공급하는 태양광 연료생산설비를 포함한다.
First, as shown in Figure 1a, the marine aquaculture farm power supply according to the present invention is supplied with fuel and oxygen to produce electricity by an electrochemical reaction, and converts the electricity into electric power to supply power to the power demand source A fuel cell system configured to; A fuel supply system including a fuel tank supplying fuel to the fuel cell system and a pure water supply facility supplying pure water to a solar fuel production facility; And a solar fuel production facility that receives pure water from a pure water supply facility to produce oxygen and hydrogen using solar light, and supplies oxygen and hydrogen produced to the fuel supply system.
상기 해상 양식장용 전력 공급 장치를 구성하는 연료전지 시스템에는 전기화학반응으로 전기를 생산하는 연료전지 스택, 상기 연료전지 스택에 공급되는 연료의 유·출입을 관리하고, 가압하는 압력을 조절하는 MBOP(mechanical balance of plant) 및 상기 연료전지 스택으로부터 생성된 전기를 전력으로 변환하여 전력 수요원 및 산소공급 시스템에 공급하는 EBOP(electrical balance of plant)가 포함될 수 있다.The fuel cell system constituting the marine aquaculture power supply device includes a fuel cell stack for producing electricity by an electrochemical reaction, an MBOP for managing the flow of oil to and from the fuel supplied to the fuel cell stack, and controlling pressure to pressurize the fuel cell stack. A mechanical balance of plant (EBOP) and an electrical balance of plant (EBOP) for converting the electricity generated from the fuel cell stack into power to supply to the power demand source and oxygen supply system.
상기 MBOP는 유체기계류, 열교환기류, 센서류 등으로 구성되며, 상기 EBOP는 제어기, 전력변환기, 전기센서류 등으로 구성될 수 있다.
The MBOP may include fluid machinery, heat exchangers, sensors, and the like, and the EBOP may include controllers, power converters, and electrical sensors.
한편, 연료로서 화석연료를 이용할 경우에는 상기 화석연료를 개질하기 위한 개질장치가 상기 연료전지 시스템에 추가로 더 구비될 수 있다.On the other hand, when using fossil fuel as fuel may be further provided in the fuel cell system reforming device for reforming the fossil fuel.
상기 개질장치는 순수를 공급받아 화석연료를 전기 생산을 위한 연료로 개질하도록 구성된다. 상기 개질장치에서 개질된 연료는 연료전지 시스템에서 전기 생산을 위한 연료로 사용된다. The reformer is configured to receive pure water and to reform fossil fuel into fuel for electricity production. The reformed fuel in the reformer is used as fuel for electricity production in a fuel cell system.
상기 개질장치는 상술한 바와 같이, 연료전지 시스템 상에 구비될 수 있으나, 이에 한정되지 않고 연료전지 시스템과는 별도로 설치될 수 있다. 이 경우에는 개질장치에서 개질된 연료를 전기 생산을 위한 연료로 연료전지 시스템에 공급한다.The reformer may be provided on the fuel cell system as described above, but is not limited thereto and may be installed separately from the fuel cell system. In this case, the reformed fuel is supplied to the fuel cell system as fuel for electricity production.
상기 개질장치를 통해 화석연료를 개질할 경우 물이 필요하며, 이때 물은 연료공급 시스템에 구비된 순수공급설비로부터 공급받을 수 있다.
When reforming the fossil fuel through the reformer, water is required, and water may be supplied from a pure water supply facility provided in the fuel supply system.
상기 순수공급설비는 해수로부터 순수를 공급하기 위한 담수화·수처리 설비인 것이 바람직하다.
The pure water supply equipment is preferably a desalination and water treatment equipment for supplying pure water from seawater.
상기 연료전지 시스템의 전력 생산 원리를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.The power production principle of the fuel cell system is described in detail as follows.
먼저, 연료전지 시스템의 MBOP는 연료가 저장되어 있는 연료탱크로부터 연료를 공급받아 연료전지 스택에 연료를 공급한다. 상기 연료전지 스택에서는 상기 MBOP로부터 공급받은 연료에 의해 전기를 생산한다.First, the MBOP of a fuel cell system receives fuel from a fuel tank in which fuel is stored and supplies fuel to a fuel cell stack. The fuel cell stack generates electricity by the fuel supplied from the MBOP.
이때, 상기 연료전지 스택에 연료로서 수소와 산소가 공급될 경우, 연료전지 스택 내에서 수소와 산소가 전기화학반응을 일으켜, 전기와 열, 물을 생성하게 된다. 이렇게 생성된 전기는 EBOP에 의해 전력으로 변환되고, 상기 EBOP에서 변환된 전력은 전력 수요원에 공급된다.At this time, when hydrogen and oxygen are supplied to the fuel cell stack as fuel, hydrogen and oxygen in the fuel cell stack generate an electrochemical reaction, thereby generating electricity, heat, and water. The electricity thus generated is converted into electric power by the EBOP, and the electric power converted in the EBOP is supplied to a power demand source.
상기 연료전지 스택에서 생산되는 전기는 직류형태일 수 있으며, 상기 전기를 받은 EBOP는 직류형태의 전기를 전력으로 변환하여 전력 수요원 및 산소공급 시스템에 공급할 수 있다. 즉, EBOP는 직류를 교류로 변환하는 일종의 인버터(inverter) 기능을 하는 수단으로 볼 수 있다.
The electricity produced by the fuel cell stack may be in a direct current form, and the EBOP received the electricity may convert the direct current form into electric power and supply it to a power demand source and an oxygen supply system. In other words, EBOP can be regarded as a means of an inverter function that converts direct current into alternating current.
상기 연료로서 사용되는 수소와 산소는 연료탱크로부터 공급받으며, 상기 연료탱크 내에 저장된 수소와 산소는 태양광 연료생산설비로부터 생산된다.
Hydrogen and oxygen used as the fuel are supplied from a fuel tank, and hydrogen and oxygen stored in the fuel tank are produced from a solar fuel production facility.
상기 태양광 연료생산설비로부터 수소 및 산소를 생산하는 일 예는 다음과 같다. An example of producing hydrogen and oxygen from the solar fuel production facility is as follows.
먼저, 태양으로부터 방출된 열에너지(태양광)를 해상 구조물 상에 설치된 집광판을 통해 포물면 형태의 집광기에 집광하고, 상기 집광기에서 집광된 태양광을 전기에너지로 변환시킨다. 이때, 태양광을 집광기로 반사시키는 역할을 하는 집광판은 예를들어, 헬리오스탯(heliostat)을 이용할 수 있다. 상기 헬리오스탯은 햇빛을 반사경으로 반사하여 일정한 방향으로 보내는 광학적 장치로서, 태양의 고도 및 방위를 계산하여 태양광을 정밀하게 추적하고, 동시에 태양광을 반사하여 포물면 집광기로 수형광을 보내고 모아주는 역할을 한다. 본 발명에서 해상구조물 상에 집광판을 설치할 시, 집광기에 수평 방향으로 태양광을 반사시킬 수 있는 방향을 갖도록 설치되는 것이 바람직하다. First, heat energy (sunlight) emitted from the sun is focused on a parabolic condenser through a light collecting plate installed on an offshore structure, and the solar light collected by the light collector is converted into electric energy. In this case, the light collecting plate, which serves to reflect the sunlight to the light collector, may use, for example, a heliostat. The heliostat is an optical device that reflects sunlight to a reflector and sends it in a predetermined direction. The heliostat calculates the altitude and orientation of the sun to accurately track the sunlight, and simultaneously reflects the sunlight to send and collect hydrofluorescence to a parabolic condenser. do. In the present invention, when the light collecting plate is installed on the offshore structure, the light collecting plate is preferably installed to have a direction capable of reflecting sunlight in the horizontal direction.
또한, 집광판으로부터 반사된 태양광을 집광하는 집광기는 1차, 2차 집광기로 구비될 수 있으며, 상기 1차 집광기에 모아진 태양광을 3000배 이상으로 압축시켜 1600℃까지 온도를 상승시킬 수 있으며, 이후 다시 2차 집광기에서 1만배 이상 압축시킴으로써 2200℃까지 온도를 상승시킬 수 있다.In addition, the light collector for collecting the sunlight reflected from the light collecting plate may be provided as a primary, secondary light collector, and can increase the temperature to 1600 ℃ by compressing the solar light collected in the primary light collector to 3000 times or more, Thereafter, the temperature may be increased to 2200 ° C. by compressing the secondary condenser by 10,000 times or more.
태양광을 전기에너지로 변환시키는 수단으로는 예를들어, 인버터(inverter)를 이용할 수 있다. 이후, 순수공급설비로부터 담수화·수처리된 순수를 공급받고, 상기 변환된 전기에너지를 이용하여 전기분해를 수행하여 공급된 순수를 수소와 산소로 분리한다.As means for converting sunlight into electrical energy, for example, an inverter may be used. Thereafter, desalination and water-treated pure water are supplied from the pure water supply facility, and electrolysis is performed using the converted electric energy to separate the supplied pure water into hydrogen and oxygen.
이후, 분리된 수소와 산소는 연료탱크 내의 수소탱크와 산소탱크에 각각 저장한다. 또한, 상기 산소를 연료 이외에도 해상 양식장에 공급되어 양식장 내의 용존산소(dissolved oxygen)를 관리하는데에 이용될 수 있다.
Thereafter, the separated hydrogen and oxygen are stored in the hydrogen tank and the oxygen tank in the fuel tank, respectively. In addition to the fuel, the oxygen may be supplied to a marine farm and used to manage dissolved oxygen in the farm.
한편, 연료로서 화석연료가 공급될 경우에는 연료전지 시스템 내에 더 구비된 개질장치에 순수공급설비에서 순수를 공급하고, 상기 순수를 이용하여 화석연료를 개질화하여 반응물질로 사용한다. 이때, 순수는 해수를 이용하여 생성될 수 있다. 보다 구체적으로, 공급된 해수가 순수공급설비에서 담수화 및 수처리를 거치게되면 순수한 물(H2O)이 생성되고, 이렇게 생성된 물은 연료전지 시스템의 개질장치에 공급될 수 있다.
On the other hand, when fossil fuel is supplied as fuel, pure water is supplied from a pure water supply facility to a reformer further provided in the fuel cell system, and the fossil fuel is reformed using the pure water to be used as a reactant. At this time, pure water may be generated using seawater. More specifically, when the supplied seawater undergoes desalination and water treatment in a pure water supply facility, pure water (H 2 O) is generated, and the generated water may be supplied to a reformer of the fuel cell system.
특히, 상기 화석연료로서 메탄(CH4)가 공급될 경우, 태양광 연료생산설비로부터 상기 메탄을 이용하여 수소를 생산하고, 생산된 수소를 연료전지 시스템의 연료로서 사용할 수 있다. 상기 메탄으로부터 수소를 생산하는 바람직한 일 예가 도 1b에 나타나있다. In particular, when methane (CH 4 ) is supplied as the fossil fuel, hydrogen may be produced from the solar fuel production facility using the methane, and the produced hydrogen may be used as a fuel of a fuel cell system. One preferred example of producing hydrogen from the methane is shown in Figure 1b.
보다 구체적으로, 메탄을 이용한 수소생산은 두 가지 나뉠 수 있다.More specifically, hydrogen production using methane can be divided into two types.
첫 번째로, '메탄 수증기 개질 반응(Solar Reforming)'으로서 연료탱크로부터 공급된 메탄과 수증기를 촉매와 반응시켜 수소와 일산화탄소를 얻는 기술이다. 이때, 필요한 온도는 1000K 내지 2000K 로서, 태양광을 3000배 이상 집광함으로써 상기 온도를 제공할 수 있다. 또한, 수소 생산에 필요한 수증기는 순수생산설비로부터 해수를 공급받고, 상기 해수를 태양광을 이용하여 가열시킴으로써 발생된 수증기를 이용하며, 촉매는 별도로 메탄 장치를 더 구비함으로써 제공할 수 있다.First, 'Solar Reforming' is a technique of obtaining hydrogen and carbon monoxide by reacting methane and steam supplied from a fuel tank with a catalyst. At this time, the required temperature is 1000K to 2000K, the temperature can be provided by condensing sunlight 3000 times or more. In addition, the steam required for hydrogen production is supplied with seawater from a pure water production facility, using the steam generated by heating the seawater using solar light, the catalyst can be provided by further comprising a methane device.
두 번째로, '메탄 직접분해 반응(Solar Cracking)'으로서 연료탱크로부터 공급된 메탄에 고온의 열을 가하여 촉매 없이 메탄을 수소와 탄소로 분해하는 기술이다. 이때, 필요한 온도는 2000 K 이상으로서, 태양광을 10000배 이상 집광함으로써 상기 온도를 제공할 수 있다.
Second, 'Solar Cracking' is a technology that decomposes methane into hydrogen and carbon without the catalyst by applying high temperature heat to the methane supplied from the fuel tank. At this time, the required temperature is 2000 K or more, and the above temperature can be provided by condensing sunlight 10000 times or more.
상기 연료전지 스택은 대부분의 연료를 연소시키나, 일부 미반응된 연료를 포함할 수도 있다. 미반응된 연료는 수소의 농도가 낮은 희박 연료이기 때문에, 직접 연소시켜 에너지로 활용하기 어렵다. 이러할 경우, 상기 연료전지 시스템은 미반응된 연료를 재사용 가능한 농도 범위까지 농축시키는 설비를 더 포함할 수 있다. 이와 같은 설비를 더 포함할 경우에는, 미반응 연료까지 재활용할 수 있으므로 연료전지 시스템의 효율을 더욱 높일 수 있다.
The fuel cell stack burns most of the fuel, but may include some unreacted fuel. Since unreacted fuel is a lean fuel having a low hydrogen concentration, it is difficult to directly burn and use it as energy. In this case, the fuel cell system may further include a facility for concentrating unreacted fuel to a reusable concentration range. In the case of further including such a facility, even unreacted fuel can be recycled, thereby further increasing the efficiency of the fuel cell system.
상기 전력을 공급받는 전력 수요원은 예를들어, 해상 양식장 내의 무선영상감시 시스템, 먹이자동공급 시스템, 야간조명 시스템 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
The power demand source for receiving the power may be, for example, a wireless video surveillance system, an automatic feeding system, a night light system, etc. in a marine farm, but is not limited thereto.
본 발명의 전력 공급 장치에 있어서, 상기 연료탱크에 저장되는 연료는 앞서 언급한 수소, 산소 이외에도 연료전지의 연료극에서 사용될 수 있는 어떠한 연료도 될 수 있다. 예컨대, 압축가스나 화석연료인 NG 및 디젤유 등이 사용될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
In the power supply device of the present invention, the fuel stored in the fuel tank may be any fuel that can be used in the anode of the fuel cell in addition to the hydrogen and oxygen mentioned above. For example, compressed gas or fossil fuel NG and diesel oil may be used, but is not limited thereto.
또한, 본 발명에 따른 전력 공급 장치는 도 2에 나타낸 바와 같이, 화석연료 및 순수를 공급받아 화석연료를 전기 생산을 위한 연료로 개질하는 개질장치를 포함하여, 개질장치에서 개질된 연료를 공급받아 전기화학반응에 의해 전기를 생산하고, 이 전기를 전력으로 변환하여 전력 수요원으로 전력을 공급하도록 구성되는 연료전지 시스템; 상기 연료전지 시스템의 개질장치에 화석연료를 공급하는 연료탱크 및 담수를 공급받아 순수로 처리하고, 처리된 순수를 상기 개질장치에 공급하는 순수공급설비를 구비하는 연료공급 시스템; 및 태양광을 이용하여 해수로부터 담수와 식수를 생산하고, 상기 순수공급설비에 담수를 공급하는 태양광 담수화설비를 포함한다.
In addition, the power supply device according to the present invention, as shown in Figure 2, including a reforming device for receiving the fossil fuel and pure water to reform the fossil fuel into fuel for electricity production, receiving the reformed fuel supplied from the reformer A fuel cell system configured to produce electricity by an electrochemical reaction, convert the electricity into electric power, and supply electric power to a power demand source; A fuel supply system including a fuel tank for supplying fossil fuel to a reformer of the fuel cell system, a pure water supplied with fresh water, and a pure water supply facility for supplying the treated pure water to the reformer; And a solar desalination plant that produces fresh water and drinking water from seawater using solar light and supplies fresh water to the pure water supply facility.
상기 해상 양식장용 전력 공급 장치를 구성하는 연료전지 시스템에는 전기화학반응으로 전기를 생산하는 연료전지 스택, 상기 연료전지 스택에 공급되는 연료의 유·출입을 관리하고, 가압하는 압력을 조절하는 MBOP(mechanical balance of plant) 및 상기 연료전지 스택으로부터 생성된 전기를 전력으로 변환하여 전력 수요원 및 산소공급 시스템에 공급하는 EBOP(electrical balance of plant)가 포함될 수 있다.The fuel cell system constituting the marine aquaculture power supply device includes a fuel cell stack for producing electricity by an electrochemical reaction, an MBOP for managing the flow of oil to and from the fuel supplied to the fuel cell stack, and controlling pressure to pressurize the fuel cell stack. A mechanical balance of plant (EBOP) and an electrical balance of plant (EBOP) for converting the electricity generated from the fuel cell stack into power to supply to the power demand source and oxygen supply system.
상기 MBOP는 유체기계류, 열교환기류, 센서류 등으로 구성되며, 상기 EBOP는 제어기, 전력변환기, 전기센서류 등으로 구성될 수 있다.
The MBOP may include fluid machinery, heat exchangers, sensors, and the like, and the EBOP may include controllers, power converters, and electrical sensors.
상기 태양광 담수화설비는 태양광을 이용하여 해수로부터 담수 및 식수를 생산하는 설비이다. The solar desalination plant is a facility for producing fresh water and drinking water from seawater using sunlight.
태양광을 통해 해수로부터 담수 및 식수를 생산하는 방법은, 물의 증발 현상을 이용하는 증발법, 막의 차별성과 선택적 통과 능력을 이용하는 막여과법 등을 이용하여 생산할 수 있다. 상기 막여과법은 세부적으로 역삼투법(reverse osmosis)과 전기투석법(electrodialysis) 등으로 구분된다.The production of fresh water and drinking water from seawater through sunlight can be produced using an evaporation method using water evaporation phenomenon, a membrane filtration method using membrane differentiation and selective passage ability, and the like. The membrane filtration method is classified into reverse osmosis and electrodialysis in detail.
예컨대, 증발법을 이용한 담수 및 식수 생산 원리는 다음과 같다. 해상 구조물 상에 설치된 집광판을 통해 집광기에 태양광을 집광하고, 집광된 태양광을 이용하여 해수를 가열한 후, 가열된 해수를 증발시킴으로써 해수의 염분 및 기타 불순물을 제거하여 담수 및 식수를 생산한다.
For example, the principle of fresh water and drinking water production using the evaporation method is as follows. Concentrates sunlight on the collector through the light collecting plate installed on the offshore structure, heats the seawater using the collected solar light, and removes salt and other impurities of the seawater to produce fresh water and drinking water by evaporating the heated seawater. .
상술한 바에 의해 생산된 담수는 연료공급 시스템의 순수공급설비에 공급한다.Fresh water produced as described above is supplied to the pure water supply system of the fuel supply system.
담수를 공급받은 순수공급설비는 상기 담수를 순수로 처리하는 수처리설비인 것이 바람직하며, 처리된 순수는 연료전지 시스템에 구비된 개질장치에 공급할 수 있다.
The pure water supply facility receiving fresh water is preferably a water treatment facility for treating the fresh water with pure water, and the treated pure water may be supplied to a reformer provided in the fuel cell system.
상술한 바와 같이 구성되는 도 1a, 도 1b 또는 도 2의 해상 양식장용 전력 공급 장치는 해상 양식장에 구비되는 해상 구조물 상에 설치되는 것이 바람직하다.It is preferable that the power supply apparatus for marine aquaculture farms of FIG. 1A, FIG. 1B, or FIG. 2 configured as described above is installed on a marine structure provided in a marine farm.
일 예로서 도 3에 나타낸 바와 같이, 유지보수를 필요로 하는 연료전지 시스템의 스택(101) 및 EBOP(102)는 해상 구조물의 상부에 설치되는 것이 바람직하며, 또한 태양열을 반사할 수 있는 집광판(반사판)(104)과 집광판으로부터 반사된 태양열을 집광하는 집광기(103)는 해상 구조물 상부에 설치되는 것이 바람직하다. 그리고, 연료전지 시스템의 MBOP(203)와 연료공급 시스템의 연료탱크(201) 및 순수공급설비(202)는 해상 구조물의 수면 하부에 집적하여 설치되는 것이 바람직하다. 상기 연료탱크를 수면 하부 구조물의 맨 밑에 설치함으로써, 해상 구조물은 일정한 부력을 유지할 수 있다.
As an example, as shown in FIG. 3, the
이와 같이, 안정적이고 지속적으로 고용량의 전력을 공급할 수 있는 연료전지 시스템을 이용하여 해상 양식장을 운용할 경우, 기존의 자연에너지 즉 태양열발전 또는 파력발전 등을 통해 공급되는 낮은 동력으로 제한되었던 작업시간 및 작업반경을 높일 수 있고, 환경조건에 구애받지 않고 지속적인 전력생산이 가능하다. 뿐만 아니라, 태양광을 이용하여 해수로부터 산소 및 수소를 생산하고, 이를 연료전지의 연료로서 지속적으로 공급할 수 있으므로, 반영구적으로 전력공급이 가능하다.
As such, when operating aquaculture farms using a fuel cell system that can stably and continuously supply a high capacity of electricity, work time was limited to low power supplied through existing natural energy, that is, solar power or wave power generation. The working radius can be increased, and continuous power generation is possible regardless of environmental conditions. In addition, since it is possible to produce oxygen and hydrogen from seawater using solar light and continuously supply it as fuel of a fuel cell, it is possible to supply power semi-permanently.
101: 연료전지 스택
102: EBOP
103: 집광기
104: 집광판
201: 연료탱크
202: 순수공급설비
203: MBOP101: Fuel cell stack
102: EBOP
103: condenser
104: light collecting plate
201: fuel tank
202: pure water supply equipment
203: MBOP
Claims (11)
상기 연료전지 시스템에 연료를 공급하는 연료탱크와 순수를 태양광 연료 생산 설비에 공급하는 순수공급설비를 구비하는 연료공급 시스템; 및
순수공급설비에서 순수를 공급받아 태양광을 이용하여 산소 및 수소를 생산하고, 상기 연료공급 시스템에 생산된 산소 및 수소를 공급하는 태양광 연료생산설비
를 포함하는 것을 특징으로 하는 해상 양식장용 전력 공급 장치.
A fuel cell system configured to receive fuel and oxygen to produce electricity by an electrochemical reaction, convert the electricity into electric power, and supply electric power to a power demand source;
A fuel supply system including a fuel tank supplying fuel to the fuel cell system and a pure water supply facility supplying pure water to a solar fuel production facility; And
Photovoltaic fuel production facility that receives pure water from a pure water supply facility to produce oxygen and hydrogen using solar light, and supplies oxygen and hydrogen produced to the fuel supply system.
Marine aquaculture farm power supply comprising a.
상기 연료전지 시스템에는 상기 순수공급설비로부터 순수를 공급받아 화석연료를 전기 생산을 위한 연료로 개질하기 위한 개질장치가 더 구비되고, 상기 전기 생산을 위한 연료로서 상기 개질된 연료를 사용하는 것을 특징으로 하는 해상 양식장용 전력 공급 장치.
The method of claim 1,
The fuel cell system further includes a reforming device for reforming fossil fuel into fuel for electricity production by receiving pure water from the pure water supply facility, and using the reformed fuel as fuel for electricity production. Marine farming power supply.
상기 연료전지 시스템은 전기화학반응으로 전기를 생산하는 연료전지 스택, 상기 연료전지 스택에 연료를 공급하는 MBOP(mechanical balance of plant) 및 생성된 전기를 전력으로 변환시키는 EBOP(electrical balance of plant)를 포함하는 것을 특징으로 하는 해상 양식장용 전력 공급 장치.
3. The method according to claim 1 or 2,
The fuel cell system includes a fuel cell stack for producing electricity by an electrochemical reaction, a mechanical balance of plant (MBOP) for supplying fuel to the fuel cell stack, and an electrical balance of plant (EBOP) for converting the generated electricity into electric power. An offshore farm power supply comprising a.
상기 연료전지 시스템의 연료전지 스택 및 EBOP와 태양광 집전로의 집광판 및 집광기는 해상 구조물의 상부에 설치되며, 연료전지 시스템의 MBOP와 연료공급 시스템의 연료탱크 및 순수공급설비는 해상 구조물의 수면 하부에 집정하여 설치되는 것을 특징으로 하는 해상 양식장용 전력 공급 장치.
The method of claim 3, wherein
The fuel cell stack of the fuel cell system and the light collecting plate and the collector of the EBOP and the solar current collector are installed on the upper portion of the offshore structure, and the MBOP of the fuel cell system and the fuel tank and the pure water supply system of the fuel supply system are located on the lower surface of the offshore structure. A marine supply farm power supply, characterized in that installed on the.
상기 화석연료는 NG 또는 디젤유인 것을 특징으로 하는 해상 양식장용 전력 공급 장치.
The method of claim 2,
The fossil fuel is NG or diesel oil, characterized in that the power supply for marine farms.
상기 순수공급설비는 해수를 순수한 물로 처리하여, 연료전지 시스템의 개질장치 및 태양광 연료생산설비에 공급하는 담수화·수처리 설비인 것을 특징으로 하는 해상 양식장용 전력 공급 장치.
3. The method according to claim 1 or 2,
The pure water supply equipment is a desalination and water treatment equipment for treating the seawater with pure water, supplying to the reformer of the fuel cell system and the solar fuel production equipment.
상기 태양광 수소생산설비는 집광기 내에 집광된 태양광을 이용하여 순수공급설비로부터 공급받은 순수를 수소와 산소로 분리하여 수소 및 산소를 생산하는 것을 특징으로 하는 해상 양식장용 전력 공급 장치.
3. The method according to claim 1 or 2,
The photovoltaic hydrogen production facility is a marine aquaculture farm power supply characterized in that to produce hydrogen and oxygen by separating the pure water supplied from the pure water supply facility with hydrogen and oxygen using the solar light collected in the collector.
상기 전력 수요원은 무선영상감시 시스템, 먹이자동공급 시스템 및 야간조명 시스템으로 구성된 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 장치인 것을 특징으로 하는 해상 양식장용 전력 공급 장치.
3. The method according to claim 1 or 2,
The power demand source is a marine farming power supply device, characterized in that one or more devices selected from the group consisting of a wireless video surveillance system, automatic feeding system and night light system.
상기 연료전지 시스템의 개질장치에 화석연료를 공급하는 연료탱크 및 담수를 공급받아 순수로 처리하고, 처리된 순수를 상기 개질장치에 공급하는 순수공급설비를 구비하는 연료공급 시스템; 및
태양광을 이용하여 해수로부터 담수와 식수를 생산하고, 상기 순수공급설비에 담수를 공급하는 태양광 담수화설비
를 포함하는 것을 특징으로 하는 해상 양식장용 전력 공급 장치.
Including a reformer that receives fossil fuel and pure water and reforms the fossil fuel into fuel for electricity production, receives the reformed fuel and generates electricity by electrochemical reaction, and converts the electricity into electric power. A fuel cell system configured to supply power to a power demand source;
A fuel supply system including a fuel tank for supplying fossil fuel to a reformer of the fuel cell system, a pure water supplied with fresh water, and a pure water supply facility for supplying the treated pure water to the reformer; And
Photovoltaic desalination plant that produces fresh water and drinking water from seawater using solar light and supplies fresh water to the pure water supply facility
Marine aquaculture farm power supply comprising a.
상기 연료전지 시스템은 전기화학반응으로 전기를 생산하는 연료전지 스택, 상기 연료전지 스택에 연료를 공급하는 MBOP(mechanical balance of plant) 및 생성된 전기를 전력으로 변환시키는 EBOP(electrical balance of plant)를 포함하는 것을 특징으로 하는 해상 양식장용 전력 공급 장치.
The method of claim 9,
The fuel cell system includes a fuel cell stack for producing electricity by an electrochemical reaction, a mechanical balance of plant (MBOP) for supplying fuel to the fuel cell stack, and an electrical balance of plant (EBOP) for converting the generated electricity into electric power. An offshore farm power supply comprising a.
상기 연료전지 시스템의 연료전지 스택 및 EBOP와 태양광 집전로의 집광판 및 집광기는 해상 구조물의 상부에 설치되며, 연료전지 시스템의 MBOP와 연료공급 시스템의 연료탱크 및 순수공급설비는 해상 구조물의 수면 하부에 집정하여 설치되는 것을 특징으로 하는 해상 양식장용 전력 공급 장치.The method of claim 10,
The fuel cell stack of the fuel cell system and the light collecting plate and the collector of the EBOP and the solar current collector are installed on the upper portion of the offshore structure, and the MBOP of the fuel cell system and the fuel tank and the pure water supply system of the fuel supply system are located on the lower surface of the offshore structure. A marine supply farm power supply, characterized in that installed on the.
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|---|---|---|---|---|
| CN105284697A (en) * | 2015-10-26 | 2016-02-03 | 重庆光煦科技有限公司 | Park fish pond based on solar power supplying |
| CN107771729A (en) * | 2017-09-22 | 2018-03-09 | 浙江海洋大学 | A kind of circular intensive efficiently integrated management flowing water type recirculated water shrimp ecosystem |
-
2011
- 2011-12-07 KR KR1020110130358A patent/KR20130063798A/en not_active Application Discontinuation
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| CN107771729A (en) * | 2017-09-22 | 2018-03-09 | 浙江海洋大学 | A kind of circular intensive efficiently integrated management flowing water type recirculated water shrimp ecosystem |
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