KR20130128234A - 태양열 급수 가열 설비를 갖춘 발전 시스템 - Google Patents

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KR20130128234A
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Abstract

태양열 급수 가열 설비를 갖춘 발전 시스템이 개시된다. 본 발명의 태양열 급수 가열 설비를 갖춘 발전 시스템은, 증기를 이용한 전력 생산 시스템에 있어서, 증기를 발생시켜 전력을 생산하고 배출된 증기를 복수화하는 전력 생산부; 및 유체를 가압하고 태양열로 가열하여 형성시킨 과열 유체와, 전력 생산부에서 복수화된 물을 열교환을 통해 예비적으로 가열시켜 전력 생산부로 공급하는 태양열 급수 가열부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

태양열 급수 가열 설비를 갖춘 발전 시스템{Electricity Generation System Equipped With Feed Water Heater Using Solar Energy}
본 발명은 태양열 급수 가열 설비를 갖춘 발전 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가압 및 태양열을 이용한 가열로 형성된 과열 유체를 열교환으로 급수 가열에 접목시킨 급수 가열 설비가 구비된 발전 시스템에 관한 것이다.
화력 또는 원자력 발전소 등의 보일러(Boiler)나 증기발생기에 급수가 공급되어 증기로 변화되고, 이러한 증기가 증기터빈발전기를 회전시켜 전력이 생산된다. 이때 보일러로 공급되는 급수의 온도를 높이기 위해 급수가열기를 설치한다. 보일러에 공급되는 급수의 온도를 높이면 발전소 전체 사이클의 효율이 향상되고, 열응력 발생에 의한 보일러의 수명 단축을 예방할 수 있다. 그 중 급수 펌프(Boiler Feedwater Pump, BFP) 전단에 위치한 가열기를 저압 급수 가열기, BFP 후단에 위치한 가열기를 고압 급수 가열기라고 한다. 고압 및 저압 급수 가열기는 시스템의 구성에 따라 복수의 가열기로 구성될 수 있다.
도 1은 발전소 보일러의 통상적인 급수 시스템을 도시한 도면으로, 발전소 등에 사용되는 급수(Feedwater)의 흐름을 도 1을 참조하여 개략적으로 설명하면 다음과 같다.
복수기(Condenser: 102)에서 냉각수에 의해 응축된 물(복수)은 복수 펌프(Condensate Extraction Pump, CEP: 104)에 의해 저압 급수 가열기(Low Pressure Heat Exchanger: 106)로 전달된다. 저압 급수 가열기(106)에서는 저압 터빈(Low Pressure Turbine: 122)에서 공급된 추기(Extraction Steam)를 이용하여 1차적으로 급수가 가열된다.
저압 급수 가열기(106)에서 가열된 급수는 탈기기(Deaerator: 미도시)를 거치면서 용존 가스(Gas)가 제거된다.
탈기기를 거친 급수는 급수 펌프(Boiler Feedwater Pump, BFP: 108)에 의해 고압 급수 가열기(High Pressure Heat Exchanger: 110)로 공급된다. 급수 펌프(108)에 의해 고압 급수 가열기(110)로 공급된 급수는 고압 또는 중압 터빈(Intermediate Turbine: 120)에서 공급된 고온의 추기에 의해 2차 가열된 후 보일러 드럼(112: 순환형 보일러에 해당)에 공급된다.
보일러 드럼(112)에 전달된 급수는 튜브를 통해 보일러 내부로 공급되고, 연료의 연소열에 의해 증기로 변환되며, 다시 과열기(Super Heater: 114)에서 상당한 고온으로 과열되어 고온 고압의 과열 증기로 된다. 과열된 증기는 고압 터빈(High Pressure Turbine: 116)으로 공급되어 고압 터빈(116)을 회전시킨 후 재열기(Reheater: 118)로 보내진다. 재열기(118)에서는 고압 터빈(116)을 거친 저온 재열 증기를 과열도가 높은 고온의 재열 증기로 변환한다. 형성된 재열 증기는 중압 터빈(120)으로 유입된다. 중압 터빈(120)을 회전시키고 배출되는 증기는 최종적으로 저압 터빈(Low Pressure Turbine: 122)을 회전시킨 후에 최종적으로 복수기(102)로 전달된다.
복수기(102)에 전달된 증기는 별도의 냉각용 순환수에 의해 다시 복수로 되는데, 대부분의 화력 또는 원자력 발전소에 있어서는 복수기(102)에 전달된 복수를 냉각시켜서 다시 보일러로 공급하는 순환 사이클로 이루어진다.
살펴본 바와 같이 종래 발전소의 급수 가열기는 터빈에서 부분적으로 일을 수행한 증기를 추출하여 급수를 가열하는데 이용하는데, 추기되는 증기의 비율은 약 30% 정도로, 추기로 추출된 증기가 가진 에너지는 발전소에서 전력을 생산하는데 사용되지 못하게 되고, 이로 인해 전력 생산량이 감소하는 문제가 있었다. 또한 추기될 증기 생성을 위해 화석 연료나 우라늄 등의 연료가 사용됨으로써, 연료 비용과 화석이나 원자력 연료 사용에 따른 환경 오염 문제도 지적되고 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 가압 및 태양열을 이용한 가열로 형성된 과열 유체와 열교환을 통해 급수를 가열함으로써, 종래 발전설비 급수 가열기의 추기 증기에 따른 전력 생산량 감소, 화석 및 원자력 연료 사용에 따른 연료 비용 발생과 환경 오염 문제를 해결하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 증기를 이용한 전력 생산 시스템에 있어서,
증기를 발생시켜 전력을 생산하고 배출된 증기를 복수화하는 전력 생산부; 및
유체를 가압하고 태양열로 가열하여 형성시킨 과열 유체와, 상기 전력 생산부에서 복수화된 물을 열교환을 통해 예비적으로 가열시켜 상기 전력 생산부로 공급하는 태양열 급수 가열부를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열 급수 가열 설비를 갖춘 발전 시스템이 제공된다.
상기 전력 생산부는 증기를 발생시키는 증기 발생기와, 상기 증기 발생기에서 증기를 공급받아 전력을 생산하는 터빈 발전기와, 상기 터빈 발전기에서 배출된 증기를 물로 상 변화시키는 복수기를 포함할 수 있다.
상기 태양열 급수 가열부는 상기 복수기에서 상 변화된 물이 열교환으로 가열되는 제1 급수 가열 유닛과, 상기 제1 급수 가열 유닛을 통과한 물을 펌핑하는 급수 펌프와, 상기 급수 펌프에서 펌핑된 물이 열교환으로 가열되는 제2 급수 가열 유닛을 포함할 수 있다.
상기 제1 급수 가열 유닛은 공급되는 유체의 압력을 상승시키는 제1 가압 펌프와, 상기 제1 가압 펌프에 연결되며 태양열을 흡수하고 집열하여 상기 유체를 가열함으로써 상기 과열 유체를 형성시키는 제1 태양열 가열기와, 상기 복수기에서 상 변화된 물이 제1 태양열 가열기로부터 공급받은 상기 과열 유체와의 열교환으로 가열되는 제1 급수 가열기를 포함할 수 있다.
상기 제 1 급수 가열 유닛은 상기 제1 급수 가열기에 마련되어 상기 과열 유체가 열교환을 위해 순환되는 제1 열교환 배관과, 상기 제1 태양열 가열기와 제1 급수 가열기를 연결하는 유로에 마련되어 제 1 태양열 가열기에서 형성된 상기 과열 유체가 저장되는 제1 저장탱크를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 급수 가열 유닛은 제 1 태양열 가열기에서 형성된 상기 과열 유체가 상기 제1 저장탱크를 바이패스하여 상기 제1 급수 가열기로 도입되도록 유도하는 제1 바이패스 유로와, 상기 제1 바이패스 유로에 마련되어 상기 과열 유체의 도입을 조절하는 제1 모터구동밸브와, 상기 제1 태양열 가열기와 제1 저장탱크를 연결하는 유로에 마련된 제1 탱크 모터구동밸브를 더 포함할 수 있다.
상기 제2 급수 가열 유닛은 공급되는 유체의 압력을 상승시키는 제2 가압 펌프와, 상기 제2 가압 펌프에 연결되며 태양열을 흡수하고 집열하여 상기 유체를 가열함으로써 상기 과열 유체를 형성시키는 제2 태양열 가열기와, 상기 복수기에서 상 변화된 물이 제2 태양열 가열기로부터 공급받은 상기 과열 유체와의 열교환으로 가열되는 제2 급수 가열기를 포함할 수 있다.
상기 제 2 급수 가열 유닛은 상기 제2 급수 가열기에 마련되어 상기 과열 유체가 열교환을 위해 순환되는 제2 열교환 배관과, 상기 제2 태양열 가열기와 제2 급수 가열기를 연결하는 유로에 마련되어 제 2 태양열 가열기에서 형성된 상기 과열 유체가 저장되는 제2 저장탱크를 더 포함할 수 있다.
상기 제2 급수 가열 유닛은 제 2 태양열 가열기에서 형성된 상기 과열 유체가 상기 제2 저장탱크를 바이패스하여 상기 제2 급수 가열기로 도입되도록 유도하는 제2 바이패스 유로와, 상기 제2 바이패스 유로에 마련되어 상기 과열 유체의 도입을 조절하는 제2 모터구동밸브와, 상기 제2 태양열 가열기와 제2 저장탱크를 연결하는 유로에 마련된 제2 탱크 모터구동밸브를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 증기를 이용한 발전 방법에 있어서,
1) 유체를 가압시키고 태양열로 가열하여 과열 유체를 형성하는 단계;
2) 급수를 상기 과열 유체와의 열교환작용에 의해 가열하는 단계;
3) 가열된 상기 급수를 증발시켜 생성된 증기를 터빈에 공급하여 전력을 생산하는 단계; 및
4) 상기 증기를 복수하는 단계를 포함하는 태양열 급수 가열 발전 방법이 제공된다.
상기 과열 유체는 펌핑으로 유체에 가압함으로써 끓는점을 상승시켜 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 태양열 급수 가열 설비를 갖춘 발전 시스템은, 가압 및 태양열을 이용한 가열로 형성된 과열 유체와 열교환을 통해 급수를 가열함으로써, 종래 발전설비 급수 가열기에 이용되던 추기를 요하지 않아 전력 생산량 감소를 막을 수 있고, 추기 생성을 위해 화석 및 원자력 연료 사용에 따른 연료 비용이 발생하지 않고 환경 오염을 유발하지 않게 된다.
도 1은 종래의 발전소 보일러의 통상적인 급수 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 태양열 급수 가열 설비를 갖춘 발전 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 태양열 급수 가열 설비를 갖춘 발전 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이 본 실시예의 태양열 급수 가열 설비를 갖춘 발전 시스템은, 증기를 이용한 전력 생산 시스템에 있어서, 증기를 발생시켜 전력을 생산하고 배출된 증기를 복수화하는 전력 생산부(200)와, 유체를 가압하고 태양열로 가열하여 형성시킨 과열 유체와 전력 생산부(200)에서 복수화된 물을 열교환을 통해 예비적으로 가열시켜 전력 생산부(200)로 공급하는 태양열 급수 가열부(300)를 포함한다.
전력 생산부(200)는 증기를 발생시키는 증기 발생기(210)와, 증기 발생기(210)에서 증기를 공급받아 전력을 생산하는 터빈 발전기(220)와, 터빈 발전기(220)에서 배출된 증기를 물로 상 변화시키는 복수기(230)를 포함할 수 있다.
전력 생산부(200)는 종래의 발전설비와 유사하게 구성된다. 증기 발생기(210)에 전달된 급수는 열을 공급받아 증기로 변환되고, 터빈 발전기(220)에 공급되어 전력을 생산하고, 전력 생산 후 배출된 증기는 복수기(230)에서 순환되는 냉각수에 의해 물로 상 변화된다. 전력 생산부(200)는 도 2에 도시하지 않았으나, 종래의 발전 설비와 마찬가지로 과열기, 고압 터빈, 재열기, 중압 터빈, 저압 터빈 등을 더 포함할 수 있다. 다만 종래의 발전 설비에는, 각각의 터빈에서 급수 가열을 위한 증기가 추출되어 고압 및 저압 급수 가열기로 보내는 배관이 있었지만, 본 실시예는 이러한 구성은 포함하지 않는다.
이러한 경우 증기 발생기(210)에서 생성된 증기는 다시 과열기에서 상당한 고온으로 과열되면서 고온 고압의 과열 증기로 되어 고압 터빈으로 공급되고, 고압 터빈을 회전시킨 후 재열기로 보내진다. 재열기에서는 고압 터빈을 거친 저온 증기를 과열도가 높은 고온의 재열 증기로 변환한 후 중압 터빈으로 유입시킨다. 중압 터빈을 회전시키고 배출되는 증기는 최종적으로 저압 터빈을 회전시킨 후에 최종적으로 복수기(230)로 전달되고 냉각수에 의해 물로 상변화된다.
태양열 급수 가열부(300)는 복수기(230)에서 상 변화된 물이 열교환으로 가열되는 제1 급수 가열 유닛(310)과, 제1 급수 가열 유닛(310)을 통과한 물을 펌핑하는 급수 펌프(320)와, 급수 펌프(320)에서 펌핑된 물이 열교환으로 가열되는 제2 급수 가열 유닛을 포함할 수 있다.
터빈에 공급되는 증기의 온도가 높을수록 발전설비의 효율이 더 좋아지게 되므로, 압력 상승에 의해 끓는점이 높아지도록 급수 펌프(320)를 이용하여 증기 발생기(210)에 공급되는 급수의 압력을 높여주는 것이다.
제1 급수 가열 유닛(310)은 공급되는 유체의 압력을 상승시키는 제1 가압 펌프(311)와, 제1 가압 펌프(311)에 연결되며 태양열을 흡수하고 집열하여 유체를 가열함으로써 과열 유체를 형성시키는 제1 태양열 가열기(312)와, 복수기(230)에서 상 변화된 물이 제1 태양열 가열기(312)로부터 공급받은 과열 유체와의 열교환으로 가열되는 제1 급수 가열기(313)를 포함할 수 있다.
본 실시예에 기재된 과열 유체란 과열 가스와 과열 액체를 포함하는 개념으로 사용된 것으로서, 여기서 과열 액체란 외부압력의 상승에 따라 끓는점 이상의 온도에 도달하였음에도 기화되지 않고 액체 상태를 유지하는 액체를 말한다.
이는 다음의 원리에 의한 것이다.
보일-샤를의 법칙(Boyle-Charles' Law)은 온도가 일정할 때 기체의 압력은 부피에 반비례한다는 보일의 법칙과 압력이 일정할 때 기체의 부피는 온도의 증가에 비례한다는 샤를의 법칙을 조합하여 만든 법칙으로 온도, 압력, 부피가 동시에 변화할 때 이들 사이의 관계를 나타낸다.
이는 다음과 같은 수식으로 표현된다.
Figure pat00001
위의 식에서 k는 일정하다.
따라서 위의 식을 만족시키려면, 압력이 상승할 경우 이에 따른 온도도 상승해야 함을 알 수 있다.
액체의 끓는점이란, 액체가 증발하면서 발생한 기체의 내부 압력과 외부 압력이 동일하게 되는 온도이고, 이를 위의 식에 적용해보면 외부 압력이 상승하는 경우, 액체의 끓는점도 상승해야 한다는 결론에 도달한다.
본 발명은 이러한 압력 상승에 의한 끓는점 오름 원리를 이용한다. 즉 가압 펌프를 통해 압력을 상승시켜 유체의 끓는점을 높이고, 태양열로 집열하여 가열한다. 이러한 과정을 통해 유체는 원래의 끓는점 이상으로 가열된 과열 유체를 형성하고, 이를 발전시스템을 순환하는 급수와 열교환시킴으로써 급수를 가열한다.
유체는 물 및 해수를 포함하는 군에서 선택될 수 있는데, 가압 펌프에 의한 압력 상승의 정도는 원하는 끓는점 오름 효과를 고려하여 결정할 수 있고, 도입된 유체의 임계점 이하의 압력 중에서 선택될 수 있다.
일 예로, 도입된 유체가 물인 경우 임계점은 225.56 kgf/㎠, 374.15℃이고, 본 실시예의 가압 펌프 및 태양열 가열기를 이용하여 약 370℃까지의 고온수가 형성될 수 있고, 이러한 고온수와 급수가 열교환하면 급수는 터빈으로부터의 추기 없이도 증기 발생기(210) 도입 전에 충분히 가열될 수 있다.
제1 급수 가열 유닛(310)은 제1 급수 가열기(313)에 마련되어 과열 유체가 열교환을 위해 순환되는 제1 열교환 배관(314)과, 제1 태양열 가열기(312)와 제1 급수 가열기(313)를 연결하는 유로에 마련되어 제 1 태양열 가열기(312)에서 형성된 과열 유체가 저장되는 제1 저장탱크(315)를 더 포함할 수 있다.
제1 태양열 가열기(312)에서 형성된 과열 유체는 제1 급수 가열기(313)에 마련된 제1 열교환 배관(314)을 순환하며, 복수기(230)로부터 공급된 물, 즉 급수를 가열하게 된다. 이로써 제1 급수 가열 유닛(310)을 통과한 급수는 급수 펌프(320)에 의해 펌핑되어 제2 급수 가열 유닛(330)으로 유입된다.
제1 급수 가열 유닛(310)은 제1 태양열 가열기(312)에서 형성된 과열 유체가 제1 저장탱크(315)를 바이패스하여 제1 급수 가열기(313)로 도입되도록 유도하는 제1 바이패스 유로(316)와, 제1 바이패스 유로(316)에 마련되어 과열 유체의 도입을 조절하는 제1 모터구동밸브(317)와, 제1 태양열 가열기(312)와 제1 저장탱크(315)를 연결하는 유로에 마련된 제1 탱크 모터구동밸브(318)를 더 포함할 수 있다.
과열 유체는 형성을 위한 충분한 태양열을 이용할 수 있는 때에는, 제1 태양열 가열기(312)에서 형성된 과열 유체는 제1 바이패스 유로(316)를 통해 제1 저장탱크(315)를 거치지 않고 제1 급수 가열기(313)로 보내진다. 과열 유체의 형성을 위한 태양열이 공급될 수 없는 때, 예를 들어 야간이나 장마철의 경우에 대비하여 과열 유체를 제1 저장탱크(315)에 저장해 둠으로써, 일조량이 충분치 않은 경우에도 안정적으로 과열 유체를 공급해 급수를 가열하는 것이 가능해진다.
제1 저장탱크(315)는 적절한 단열재로 외부를 단열처리할 수 있다.
제2 급수 가열 유닛은 공급되는 유체의 압력을 상승시키는 제2 가압 펌프(331)와, 제2 가압 펌프(331)에 연결되며 태양열을 흡수하고 집열하여 유체를 가열함으로써 과열 유체를 형성시키는 제2 태양열 가열기(332)와, 복수기(230)에서 상 변화된 물이 제2 태양열 가열기(332)로부터 공급받은 과열 유체와의 열교환으로 가열되는 제2 급수 가열기(333)를 포함할 수 있다.
제2 급수 가열 유닛(330)은 제2 급수 가열기(333)에 마련되어 과열 유체가 열교환을 위해 순환되는 제2 열교환 배관(334)과, 제2 태양열 가열기(332)와 제2 급수 가열기(333)를 연결하는 유로에 마련되어 제 2 태양열 가열기(332)에서 형성된 과열 유체가 저장되는 제2 저장탱크(335)를 더 포함할 수 있다.
제2 급수 가열 유닛(330)은 제 2 태양열 가열기(332)에서 형성된 과열 유체가 제2 저장탱크(335)를 바이패스하여 제2 급수 가열기(333)로 도입되도록 유도하는 제2 바이패스 유로(336)와, 제2 바이패스 유로(336)에 마련되어 과열 유체의 도입을 조절하는 제2 모터구동밸브(337)와, 제2 태양열 가열기(332)와 제2 저장탱크(335)를 연결하는 유로에 마련된 제2 탱크 모터구동밸브(338)를 더 포함할 수 있다.
제2 급수 가열 유닛(330)의 작동 원리는 전술한 제1 급수 가열 유닛(310)과 기본적으로 동일하다. 제2 급수 가열 유닛(330)은 제1 급수 가열 유닛(310)을 통과하여 1차적으로 가열된 급수가 급수 펌프(320)에 의해 펌핑되어 도입되므로, 급수의 추가적인 가열을 위해서는 제1 급수 가열 유닛(310)에서보다 고온인 과열 유체와 열교환시켜야 한다. 이를 위해 본 실시예는 제1 태양열 가열기(312)와 별도로 제2 태양열 가열기(332)를 구비하였다.
제1 급수 가열 유닛(310)에서보다 고온으로 과열 유체가 형성되도록 제2 가압 펌프(331)의 펌핑 압력을 높이고 제2 태양열 가열기(332)로 유체를 가열시킨다는 점을 제외하면 제1 급수 가열 유닛(310)과 동일하게 작동된다.
본 실시예는 각각 하나씩의 급수 가열기가 포함된 제1 급수 가열 유닛(310)과 제2 급수 가열 유닛(330)이 구비된 발전 시스템을 예시하고 있으나, 급수 가열 유닛의 수는 원하는 급수 가열의 정도와 단계, 터빈 발전기(220)의 용량 등을 고려하여 변경할 수 있고, 급수 가열 유닛에 마련된 급수 가열기의 수 역시 필요한 경우 늘릴 수 있다. 이 또한 본 발명의 범위에 포함된다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 증기를 이용한 발전 방법에 있어서,
1) 유체를 가압시키고 태양열로 가열하여 과열 유체를 형성하는 단계;
2) 급수를 과열 유체와의 열교환작용에 의해 가열하는 단계;
3) 가열된 급수를 증발시켜 생성된 증기를 터빈에 공급하여 전력을 생산하는 단계; 및
4) 증기를 복수하여 급수를 형성시키는 단계를 포함하는 태양열 급수 가열 발전 방법이 제공된다.
과열 유체는 펌핑으로 유체에 가압함으로써 끓는점을 상승시켜 형성되는 것을 특징으로 한다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 태양열 급수 가열 설비를 갖춘 발전 시스템은 가압 및 태양열을 이용한 가열로 형성된 과열 유체와 열교환을 통해 급수를 가열함으로써, 종래 발전설비 급수 가열기에 이용되던 추기를 요하지 않아 전력 생산량 감소를 막을 수 있다. 또한 본 실시예는 태양열을 이용하지만 저장 탱크를 시스템에 구비함으로써, 주 야간 또는 계절, 날씨 등의 원인으로 일조량이 충분치 않은 경우에도 안정적으로 과열 유체를 공급해 급수를 가열하는 것이 가능하다.
또한, 추기 생성을 위한 화석 및 원자력 연료 사용에 따른 연료 비용이 발생하지 않아 종래의 급수 가열기보다 경제적이고, 단위 전력 생산에서 발생하는 오염물질이 감소함으로써 환경 오염도 줄일 수 있게 된다.
이와 같은 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
200: 전력 생산부
210: 증기 발생기
220: 터빈 발전기
230: 복수기
300: 태양열 급수 가열부
310: 제1 급수 가열 유닛
311: 제1 가압 펌프
312: 제1 태양열 가열기
313: 제1 급수 가열기
314: 제1 열교환 배관
315: 제1 저장탱크
316: 제1 바이패스 유로
317: 제1 모터구동밸브
320: 급수 펌프
330: 제 2 급수 가열 유닛
331: 제2 가압 펌프
332: 제2 태양열 가열기
333: 제2 급수 가열기
334: 제2 열교환 배관
335: 제2 저장탱크
336: 제2 바이패스 유로
337: 제2 모터구동밸브

Claims (11)

  1. 증기를 이용한 전력 생산 시스템에 있어서,
    증기를 발생시켜 전력을 생산하고 배출된 증기를 복수화하는 전력 생산부;
    유체를 가압하고 태양열로 가열하여 형성시킨 과열 유체와, 상기 전력 생산부에서 복수화된 물을 열교환을 통해 예비적으로 가열시켜 상기 전력 생산부로 공급하는 태양열 급수 가열부를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열 급수 가열 설비를 갖춘 발전 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 전력 생산부는
    증기를 발생시키는 증기 발생기;
    상기 증기 발생기에서 증기를 공급받아 전력을 생산하는 터빈 발전기; 및
    상기 터빈 발전기에서 배출된 증기를 물로 상 변화시키는 복수기를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열 급수 가열 설비를 갖춘 발전 시스템.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 태양열 급수 가열부는
    상기 복수기에서 상 변화된 물이 열교환으로 가열되는 제1 급수 가열 유닛;
    상기 제1 급수 가열 유닛을 통과한 물을 펌핑하는 급수 펌프; 및
    상기 급수 펌프에서 펌핑된 물이 열교환으로 가열되는 제2 급수 가열 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열 급수 가열 설비를 갖춘 발전 시스템.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 제1 급수 가열 유닛은
    공급되는 유체의 압력을 상승시키는 제1 가압 펌프;
    상기 제1 가압 펌프에 연결되며 태양열을 흡수하고 집열하여 상기 유체를 가열함으로써 상기 과열 유체를 형성시키는 제1 태양열 가열기; 및
    상기 복수기에서 상 변화된 물이 제1 태양열 가열기로부터 공급받은 상기 과열 유체와의 열교환으로 가열되는 제1 급수 가열기를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열 급수 가열 설비를 갖춘 발전 시스템.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 제 1 급수 가열 유닛은
    상기 제1 급수 가열기에 마련되어 상기 과열 유체가 열교환을 위해 순환되는 제1 열교환 배관; 및
    상기 제1 태양열 가열기와 제1 급수 가열기를 연결하는 유로에 마련되어 제 1 태양열 가열기에서 형성된 상기 과열 유체가 저장되는 제1 저장탱크를 더 포함하는 태양열 급수 가열 설비를 갖춘 발전 시스템.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 제1 급수 가열 유닛은
    제 1 태양열 가열기에서 형성된 상기 과열 유체가 상기 제1 저장탱크를 바이패스하여 상기 제1 급수 가열기로 도입되도록 유도하는 제1 바이패스 유로;
    상기 제1 바이패스 유로에 마련되어 상기 과열 유체의 도입을 조절하는 제1 모터구동밸브; 및
    상기 제1 태양열 가열기와 제1 저장탱크를 연결하는 유로에 마련된 제1 탱크 모터구동밸브를 더 포함하는 태양열 급수 가열 설비를 갖춘 발전 시스템.
  7. 제 3항에 있어서, 상기 제2 급수 가열 유닛은
    공급되는 유체의 압력을 상승시키는 제2 가압 펌프;
    상기 제2 가압 펌프에 연결되며 태양열을 흡수하고 집열하여 상기 유체를 가열함으로써 상기 과열 유체를 형성시키는 제2 태양열 가열기; 및
    상기 복수기에서 상 변화된 물이 제2 태양열 가열기로부터 공급받은 상기 과열 유체와의 열교환으로 가열되는 제2 급수 가열기를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열 급수 가열 설비를 갖춘 발전 시스템.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 제 2 급수 가열 유닛은
    상기 제2 급수 가열기에 마련되어 상기 과열 유체가 열교환을 위해 순환되는 제2 열교환 배관; 및
    상기 제2 태양열 가열기와 제2 급수 가열기를 연결하는 유로에 마련되어 제 2 태양열 가열기에서 형성된 상기 과열 유체가 저장되는 제2 저장탱크를 더 포함하는 태양열 급수 가열 설비를 갖춘 발전 시스템.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 제2 급수 가열 유닛은
    제 2 태양열 가열기에서 형성된 상기 과열 유체가 상기 제2 저장탱크를 바이패스하여 상기 제2 급수 가열기로 도입되도록 유도하는 제2 바이패스 유로;
    상기 제2 바이패스 유로에 마련되어 상기 과열 유체의 도입을 조절하는 제2 모터구동밸브; 및
    상기 제2 태양열 가열기와 제2 저장탱크를 연결하는 유로에 마련된 제2 탱크 모터구동밸브를 더 포함하는 태양열 급수 가열 설비를 갖춘 발전 시스템.
  10. 증기를 이용한 발전 방법에 있어서,
    1) 유체를 가압시키고 태양열로 가열하여 과열 유체를 형성하는 단계;
    2) 급수를 상기 과열 유체와의 열교환작용에 의해 가열하는 단계;
    3) 가열된 상기 급수를 증발시켜 생성된 증기를 터빈에 공급하여 전력을 생산하는 단계; 및
    4) 상기 증기를 복수화하는 단계를 포함하는 태양열 급수 가열 발전 방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 과열 유체는 펌핑으로 유체에 가압함으로써 끓는점을 상승시켜 형성되는 것을 특징으로 하는 태양열 급수 가열 발전 방법.
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KR20220099385A (ko) * 2021-01-06 2022-07-13 한국과학기술원 태양열을 활용한 원자력 부하 대응 발전 시스템

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