KR20130134513A - Electricity generation system of ocean thermal energy conversion using waste-heat in cooling water of condenser and solar energy - Google Patents

Electricity generation system of ocean thermal energy conversion using waste-heat in cooling water of condenser and solar energy Download PDF

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Abstract

An ocean thermal energy conversion system using solar heat and remaining heat of discharged water from a condenser is disclosed. The ocean thermal energy conversion system using solar heat and remaining heat of discharged water from the condenser comprises a solar heat storage unit which generates superheated fluid by pressurizing and heating the fluid with the solar heat; and a generation unit which generates steam by vaporizing a refrigerant using hot water being discharged from the condenser of other power generation systems including thermal or nuclear power generation and which generates power by heat-exchanging the steam with the superheated fluid. [Reference numerals] (AA,DD) Electric power transmission;(BB) Seawater suction;(CC) Seawater discharge

Description

복수기 배출수의 여열 및 태양열을 이용한 해수 온도차 발전 시스템{Electricity Generation System Of Ocean Thermal Energy Conversion Using Waste-Heat In Cooling Water Of Condenser And Solar Energy}Electricity generation system of ocean thermal energy conversion using waste-heat in cooling water of condenser and solar energy}

본 발명은 복수기 배출수의 여열 및 태양열을 이용한 해수 온도차 발전 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 화력 또는 원자력을 포함한 다른 발전 시스템의 복수기에서 배출되는 온수를 열원으로 냉매를 증발시키고, 가압 및 태양열을 이용한 가열로 형성된 과열 유체를 기화된 냉매와 열교환시켜 냉매 증기의 엔탈피를 높여 발전효율을 높인 해수 온도차 발전 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a seawater temperature differential power generation system using the heat of the condenser discharge water and solar heat, and more specifically, to evaporate the refrigerant to a heat source from the hot water discharged from the condenser of other power generation systems, including thermal power or nuclear power, using pressurized and solar heat The present invention relates to a seawater temperature difference power generation system in which a superheated fluid formed by heating is exchanged with a vaporized refrigerant to increase enthalpy of refrigerant vapor to increase power generation efficiency.

발전 설비는 연료를 연소시킬 때 발생하는 연소열로 증기를 발생시켜 이를 이용해 발전한다. 발전 설비의 증기 사이클에서 발전기 구동 후 배출된 증기를 복수시키는 것은 증기 사이클 효율과 관련된 중요한 과정이다. 에너지 활용 측면에서 보면 화력 발전기의 경우 투입 연료의 40% 정도만 전기로 변환되고, 13% 정도는 연소과정과 발전기에서 손실되고, 47% 정도는 냉각수에 의해 손실되고 있다. 또한 증기의 복수 과정에서 사용된 냉각수는 온도가 상승된 상태로 배출되면 환경에 중대한 영향을 끼친다.The power plant generates steam using the heat of combustion generated when burning fuel and generates electricity using it. In the steam cycle of the power plant, the retrieval of steam discharged after the generator is an important process is associated with steam cycle efficiency. In terms of energy use, thermal power generators convert only 40% of the fuel into electricity, 13% of them lost in the combustion process and generators, and 47% of them lost by cooling water. In addition, the cooling water used in the multiple processes of steam has a significant environmental impact when discharged at elevated temperatures.

도 1은 통상적인 발전 설비 시스템을 도시한 도면으로, 발전소의 운전을 도 1을 참조하여 개략적으로 설명하면 다음과 같다.1 is a view showing a conventional power generation system, the operation of the power plant is described schematically with reference to FIG.

보일러 드럼(12)에 전달된 급수는 튜브를 통해 보일러 내부로 공급되고, 연료의 연소열에 의해 증기로 변환되며, 다시 과열기(14)에서 상당한 고온으로 과열되어 고온 고압의 과열 증기로 된다. 과열된 증기는 고압 터빈(16)으로 공급되어 고압 터빈(16)을 회전시킨 후 재열기(18)로 보내진다. 재열기(18)에서는 고압 터빈(16)을 거친 저온 재열 증기를 과열도가 높은 고온의 재열 증기로 변환한다. 형성된 재열 증기는 중압 터빈(20)으로 유입된다. 중압 터빈(20)을 회전시키고 배출되는 증기는 최종적으로 저압 터빈(22)을 회전시킨 후에 복수기(2)로 전달된다.The feed water delivered to the boiler drum 12 is fed into the boiler via a tube, converted to steam by the heat of combustion of the fuel, and again superheated to a substantial high temperature in the superheater 14 to become superheated steam of high temperature and high pressure. The superheated steam is fed to the high pressure turbine 16 to rotate the high pressure turbine 16 and then sent to the reheater 18. The reheater 18 converts the low temperature reheat steam passed through the high pressure turbine 16 into high temperature reheat steam having high superheat. The formed reheat steam flows into the medium pressure turbine 20. The intermediate steam turbine 20 is rotated and the discharged steam is finally delivered to the condenser 2 after the low pressure turbine 22 is rotated.

복수기(2)에서 냉각수에 의해 응축된 물(복수)은 복수 펌프(Condensate Extraction Pump, CEP: 4)에 의해 저압 급수 가열기(6)로 전달된다. 저압 급수 가열기(6)에서는 저압 터빈(22)에서 공급된 추기(Extraction Steam)에 의해 급수가 가열된다. The water (plural) condensed by the cooling water in the condenser 2 is delivered to the low pressure feed water heater 6 by a condensate extraction pump (CEP: 4). In the low pressure feed water heater 6, the feed water is heated by extraction steam supplied from the low pressure turbine 22.

저압 급수 가열기(6)에서 가열된 급수는 탈기기(Deaerator: 미도시)를 거치면서 용존 가스가 제거된다.The feed water heated in the low pressure feed water heater 6 is passed through a deaerator (not shown) to remove dissolved gases.

탈기기를 거친 급수는 급수 펌프(Boiler Feedwater Pump, BFP: 8)에 의해 고압 급수 가열기(11)로 공급된다. 급수 펌프(8)에 의해 고압 급수 가열기(11)로 공급된 급수는 고압 또는 중압 터빈(20)에서 공급된 고온의 추기에 의해 추가로 가열된 후 보일러 드럼(12: 순환형 보일러에 해당)으로 공급되면서 순환 사이클이 이루어진다. 관류형 증기발생기로 구성된 발전 시스템에서의 프로세스도 유사하다.The degassed water is supplied to the high pressure water heater 11 by a Boiler Feedwater Pump (BFP: 8). The water supplied to the high pressure water heater 11 by the water feed pump 8 is further heated by a high temperature bleeding supplied from the high pressure or medium pressure turbine 20 and then to the boiler drum 12 (corresponding to the circulating boiler). As it is supplied, a circulation cycle takes place. The process is similar in a power generation system consisting of a once-through steam generator.

이와 같은 종래의 발전 시스템은 증기의 복수 과정에서 사용된 냉각수가 온도가 상승된 상태로 배출됨으로써 생태계에 중대한 영향을 끼칠 수 있으며, 냉각수에 열교환으로 전달된 상당한 열에너지를 활용하지 못하고 배출해버리는 문제점이 있다.Such a conventional power generation system may have a significant impact on the ecosystem by discharging the coolant used in multiple processes of steam at an elevated temperature, and there is a problem in that it does not utilize significant heat energy transferred by heat exchange to the coolant and discharge it. .

본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 가압 및 태양열을 이용한 가열로 형성된 과열 유체를 기화된 냉매와 열교환시켜 냉매 증기의 엔탈피를 높임으로써, 종래의 해양 온도차 발전 시스템의 낮은 발전 효율과 이로 인한 화력 또는 전기 설비 설치에 따르는 문제점을 해결하고자 한다.The present invention is to solve the conventional problems as described above, by increasing the enthalpy of the refrigerant vapor by heat-exchanging the superheated fluid formed by pressurization and solar heating with the vaporized refrigerant, low power generation of the conventional ocean temperature difference generation system To solve the problems of efficiency and the resulting thermal or electrical installations.

또한 화력이나 원자력 등의 발전설비 복수기에서 배출되는 냉각수를 해양 온도차 발전에 활용함으로써, 고온 냉각수의 배출로 인한 환경적 영향을 줄이고, 냉각수에 열교환으로 전달된 열을 활용하고자 한다. In addition, by utilizing the cooling water discharged from the power generation equipment condenser such as thermal power or nuclear power for ocean temperature difference power generation, it is intended to reduce the environmental impact caused by the discharge of high-temperature cooling water, and utilize the heat transferred to the cooling water by heat exchange.

본 발명의 일 측면에 의하면, 해수를 이용한 발전에 있어서,According to one aspect of the present invention, in power generation using sea water,

유체를 가압시켜 태양열로 가열하여 과열 유체를 형성시키는 태양열 축열부; 및 A solar heat storage unit configured to pressurize the fluid and heat the solar heat to form a superheated fluid; And

화력 또는 원자력을 포함한 다른 발전 시스템의 복수기에서 배출되는 온수를 열원으로 냉매를 기화시켜 증기를 형성하고, 상기 증기를 상기 과열 유체와 열교환시켜 발전하는 발전부를 포함하는 복수기 배출수의 여열 및 태양열을 이용한 해수 온도차 발전 시스템이 제공된다.Seawater using the heat and solar heat of the condenser discharge water including a power generation unit for generating steam by vaporizing a refrigerant with a heat source from the condenser of another power generation system including thermal power or nuclear power and heat-exchanging the steam with the superheated fluid A differential power generation system is provided.

상기 발전부는 상기 복수기에서 배출되는 온수와 열교환으로 냉매를 기화시키는 증발기와, 상기 증발기에서 기화된 상기 냉매를 공급받아 전력을 생산하는 터빈 발전기와, 상기 터빈 발전기를 통과한 상기 냉매를 해수와 열교환으로 액화시키는 응축기를 포함할 수 있다.The power generation unit is an evaporator for vaporizing a refrigerant by heat exchange with the hot water discharged from the condenser, a turbine generator for generating electric power by receiving the refrigerant evaporated by the evaporator, and the refrigerant passing through the turbine generator by heat exchange with seawater. And a condenser to liquefy.

상기 발전부는 응축기에서 액화된 상기 냉매를 펌핑하여 상기 증발기로 도입시키는 냉매 순환 펌프와, 상기 응축기에서 상기 증기를 액화시키는데 사용되어 온도가 상승된 상기 해수의 온도를 감지하는 온도 센서를 더 포함할 수 있다.The power generation unit may further include a refrigerant circulation pump for pumping the refrigerant liquefied in the condenser to be introduced into the evaporator, and a temperature sensor used to liquefy the vapor in the condenser to sense the temperature of the seawater whose temperature is increased. have.

상기 응축기에서 상기 냉매와 열교환하여 온도가 상승된 상기 해수의 적어도 일부가 상기 증발기에 상기 온수로 도입될 수 있다.At least a portion of the sea water whose temperature is increased by heat exchange with the refrigerant in the condenser may be introduced into the evaporator to the hot water.

상기 태양열 축열부는 과열 유체가 형성되도록 공급되는 유체의 압력을 상승시키는 가압 펌프와, 상기 가압 펌프에 연결되며 태양열을 흡수하고 집열하여 상기 유체를 가열시켜 상기 과열 유체를 형성하는 태양열 가열기와, 상기 과열 유체와 상기 증발기에서 기화된 냉매가 열 교환하는 열교환기를 포함할 수 있다.The solar heat storage unit is a pressure pump for increasing the pressure of the fluid supplied to form a superheated fluid, a solar heater connected to the pressurized pump to absorb and collect solar heat to heat the fluid to form the superheated fluid, the superheat It may include a heat exchanger for heat exchange between the fluid and the refrigerant vaporized in the evaporator.

상기 태양열 축열부는 상기 태양열 가열기에서 형성된 상기 과열 유체를 저장하는 저장 탱크와, 상기 태양열 가열기에서 형성된 상기 과열 유체가 상기 저장 탱크를 바이패스하여 상기 열교환기로 도입되도록 유도하는 바이패스 유로와, 상기 저장 탱크와 상기 태양열 가열기를 연결하는 유로에 마련된 제1 모터구동밸브와, 상기 바이패스 유로에 마련된 제2 모터구동밸브를 더 포함할 수 있다.The solar heat storage unit includes a storage tank for storing the superheated fluid formed in the solar heater, a bypass flow path for inducing the superheated fluid formed in the solar heater to be introduced into the heat exchanger by bypassing the storage tank, and the storage tank. And a first motor driving valve provided in a flow path connecting the solar heater and a second motor driving valve provided in the bypass flow path.

상기 태양열 축열부는 상기 열교환기의 내부에 설치되어 상기 냉매와 열교환 작용할 수 있도록 상기 과열 유체가 순환하여 흐르는 열교환 튜브를 더 포함하며, 상기 열교환기는 상기 증발기와 상기 터빈 발전기를 연결하는 유로에 마련됨으로써, 상기 증발기에서 기화된 상기 냉매가 상기 열교환기에서 상기 과열 유체와 열교환을 통해 엔탈피가 증가되어 상기 터빈 발전기로 공급될 수 있다. The solar heat storage unit may further include a heat exchange tube installed inside the heat exchanger to circulate the superheated fluid so as to exchange heat with the refrigerant, wherein the heat exchanger is provided in a flow path connecting the evaporator and the turbine generator, The refrigerant evaporated in the evaporator may be supplied to the turbine generator by increasing the enthalpy through heat exchange with the superheated fluid in the heat exchanger.

상기 유체는 물 및 해수를 포함하는 군에서 선택될 수 있다.
The fluid may be selected from the group comprising water and seawater.

본 발명의 다른 측면에 의하면, 복수기 배출수를 활용하는 발전 방법에 있어서,According to another aspect of the present invention, in the power generation method utilizing the condenser discharge water,

1) 화력 또는 원자력을 포함한 다른 발전 시스템의 복수기 배출수를 공급받아 냉매를 기화시키는 단계;1) vaporizing the refrigerant by receiving the condenser discharge water of another power generation system including thermal power or nuclear power;

2) 태양열을 흡수 및 집열하여 과열 유체를 형성하고, 기화된 상기 냉매와 상기 과열 유체를 열 교환시키는 단계; 및2) absorbing and collecting solar heat to form a superheated fluid, and heat exchanging the vaporized refrigerant with the superheated fluid; And

3) 열 교환된 상기 냉매를 증기터빈에 공급하여 전력을 생산하는 단계를 포함하는 복수기 배출수의 여열 및 태양열을 이용한 해수 온도차 발전 방법이 제공된다.3) There is provided a seawater temperature difference generation method using the heat and solar heat of the condenser discharge water comprising the step of supplying the heat exchanged refrigerant to the steam turbine to produce electric power.

상기 과열 유체는 유체를 가압함으로써 끓는점을 상승시켜 형성되며, 상기 과열 유체와의 열교환으로 상기 냉매는 엔탈피가 증가할 수 있다.The superheated fluid is formed by raising a boiling point by pressurizing the fluid, and the enthalpy of the refrigerant may increase due to heat exchange with the superheated fluid.

본 발명의 복수기 배출수의 여열 및 태양열을 이용한 해수 온도차 발전 시스템은 복수기에서 배출되는 냉각수를 해수 온도차 발전에 활용하여 이를 열원으로 냉매를 기화시키고, 가압 및 태양열을 이용한 가열로 형성된 과열 유체를 냉매 증기와 열 교환시켜 냉매 증기의 엔탈피를 높여 발전에 이용함으로써 발전기의 출력을 높일 수 있다. 또한 고온 냉각수의 배출로 인한 환경적 영향을 줄이고, 냉각수에 열교환으로 전달된 열을 효과적으로 활용할 수 있게 된다. The seawater temperature difference generation system using the heat of the condenser discharge water and solar heat of the present invention utilizes the cooling water discharged from the condenser to the seawater temperature difference power generation to vaporize the refrigerant as a heat source, and the superheated fluid formed by heating using pressurization and solar heat and the refrigerant steam and By exchanging heat, the enthalpy of the refrigerant vapor is increased to generate power, thereby increasing the output of the generator. In addition, it is possible to reduce the environmental impact due to the discharge of high-temperature cooling water, and to effectively utilize the heat transferred to the cooling water by heat exchange.

도 1은 통상적인 발전 설비 시스템의 일 예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수기 배출수의 여열 및 태양열을 이용한 해수 온도차 발전 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.1 is a view schematically showing an example of a conventional power generation system.
2 is a view schematically showing a seawater temperature difference generation system using the heat and solar heat of the condenser discharge water according to an embodiment of the present invention.

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.In order to fully understand the present invention, operational advantages of the present invention, and objects achieved by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings and the accompanying drawings which illustrate preferred embodiments of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수기 배출수의 여열 및 태양열을 이용한 해수 온도차 발전 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.2 is a view schematically showing a seawater temperature difference generation system using the heat and solar heat of the condenser discharge water according to an embodiment of the present invention.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 복수기 배출수의 여열 및 태양열을 이용한 해수 온도차 발전 시스템은 해수를 이용한 발전에 있어서, 유체를 가압시켜 태양열로 가열하여 과열 유체를 형성시키는 태양열 축열부(100)와, 화력 또는 원자력을 포함한 다른 발전 시스템의 복수기에서 배출되는 온수를 열원으로 냉매를 기화시켜 증기를 형성하고, 증기를 과열 유체와 열교환시켜 발전하는 발전부(200)를 포함한다.As shown in FIG. 2, the seawater temperature difference power generation system using the thermal energy and solar heat of the condenser discharge water according to an embodiment of the present invention, in the power generation using seawater, pressurizes a fluid to heat the solar heat to form a superheated fluid. The heat storage unit 100 and a power generation unit 200 for generating steam by vaporizing a refrigerant as a heat source from hot water discharged from the condenser of another power generation system including thermal power or nuclear power, and heat-exchanging the steam with a superheated fluid. .

발전부(200)는 복수기에서 배출되는 온수와 열교환으로 냉매를 기화시키는 증발기(210)와, 증발기(210)에서 기화된 냉매를 공급받아 전력을 생산하는 터빈 발전기(220)와, 터빈 발전기(220)의 증기 터빈을 통과한 냉매를 해수와 열교환으로 액화시키는 응축기(230)를 포함할 수 있다.The power generation unit 200 includes an evaporator 210 for vaporizing a refrigerant by heat exchange with hot water discharged from the condenser, a turbine generator 220 for generating electric power by receiving the vaporized refrigerant from the evaporator 210, and a turbine generator 220. It may include a condenser 230 for liquefying the refrigerant passing through the steam turbine of the heat exchange with sea water.

발전부(200)는 응축기(230)에서 액화된 냉매를 펌핑하여 증발기(210)로 도입시키는 냉매 순환 펌프(240)와, 응축기(230)에서 증기를 액화시키는데 사용되어 온도가 상승된 해수의 온도를 감지하는 온도 센서(250)를 더 포함할 수 있다.The power generation unit 200 is a refrigerant circulation pump 240 for pumping the refrigerant liquefied in the condenser 230 and introduced into the evaporator 210, and the temperature of the seawater used to liquefy steam in the condenser 230 to increase the temperature. It may further include a temperature sensor 250 for detecting.

응축기(230)에서 냉매와 열교환하여 온도가 상승된 해수의 적어도 일부가 증발기(210)에 온수로 도입될 수 있다.At least a portion of the seawater whose temperature is increased by heat exchange with the refrigerant in the condenser 230 may be introduced into the evaporator 210 as hot water.

기존 화력, 원자력 등의 다른 발전 시스템에서 가온되어 배출되는 복수기(2) 냉각수에 포함되어 버려지는 폐열을 효과적으로 활용하기 위한 시스템으로서, 기 설치된 발전시스템에 추가적으로 본 실시예의 시스템을 설치하게 된다. 기 설치된 발전 시스템에서 발생하는 복수기 냉각수가 충분하지 않은 경우에는, 본 실시예의 발전 시스템에서 발생하는 응축기(230) 냉각 해수를 이용하여 가동할 수도 있다.As a system for effectively utilizing waste heat contained in the condenser (2) cooling water that is heated and discharged from other power generation systems such as existing thermal power and nuclear power, the system of the present embodiment is additionally installed in the existing power generation system. When the condenser cooling water generated in the previously installed power generation system is not sufficient, the condenser 230 cooling seawater generated in the power generation system of the present embodiment may be operated.

냉각수로 사용된 해수는, 증기에 포함된 열의 47% 정도를 흡수하므로 온도가 상승한다. 일반적인 화력 발전소에서 연소가스의 온도가 과열기에서 1300 ~ 1650 ℃, 재열기에서 800 ~ 1100 ℃, 절탄기에서 500 ~ 550 ℃, 예열기 350 ~ 450 ℃ 정도에 이르고, 연소가스가 배출되는 연돌에서도 계절에 따른 차이는 있지만 약 85 ~ 125 ℃의 상당한 고온이라는 점을 고려한다면, 발전 시스템의 증기나, 증기와 열 교환한 냉각수가 상당한 고온에 이르게 됨을 알 수 있다.The seawater used as cooling water absorbs about 47% of the heat contained in the steam, so the temperature rises. In a typical thermal power plant, the temperature of the combustion gas reaches 1300 ~ 1650 ℃ in the superheater, 800 ~ 1100 ℃ in the reheater, 500 ~ 550 ℃ in the coal mill, and 350 ~ 450 ℃ in the preheater, even in the flue flue flue season Considering the high temperature of about 85 to 125 ° C., there is a difference, but it can be seen that the steam of the power generation system or the coolant heat exchanged with the steam reaches a high temperature.

이와 같이 복수기 냉각용 해수는 상당한 열에너지를 흡수하므로 이를 열원으로 증발기(210)에 도입시킬 수도 있으며, 이러한 경우 복수과정에서 냉각용 해수에 흡수되어 버려지던 상당한 양의 폐열을 활용할 수 있게 된다.As described above, since the condenser cooling seawater absorbs considerable heat energy, the condenser cooling seawater may be introduced into the evaporator 210 as a heat source, and in this case, a considerable amount of waste heat that has been absorbed by the cooling seawater in the plurality of processes may be utilized.

본 실시예에서 냉매로는 암모니아, 프로판, 부탄, 프론 등의 끓는점이 낮은 물질을 선택할 수 있다. 끓는점이 낮은 냉매는 복수기 냉각수의 폐열에 의해 증발기(210)에서 기화된 후, 유로를 따라 증기터빈에 공급되어 터빈 발전기(220)를 구동시켜 전력을 생산하게 된다. In the present embodiment, a refrigerant having a low boiling point such as ammonia, propane, butane, or prone may be selected. The refrigerant having a low boiling point is vaporized in the evaporator 210 by waste heat of the condenser cooling water, and then supplied to the steam turbine along the flow path to drive the turbine generator 220 to produce electric power.

한편, 본 실시예의 시스템이 화력 또는 원자력 등의 기존 발전 시스템에 추가적으로 설치되는 경우, 기존 발전 시스템의 복수기 배출 냉각수만으로 본 시스템에 충분한 온수가 공급될 수도 있다. 이러한 경우, 본 실시예 시스템의 응축기(230)에서 냉매를 상변화시켜 온도가 상승된 심층수는 바다로 배출될 수도 있는데, 이 경우 배출 온도가 표층수의 수온보다 높으면 해양 생태계에 영향을 줄 수 있으므로, 본 실시예는 이를 위해 온도 센서(250)를 구비하였다. On the other hand, when the system of the present embodiment is additionally installed in an existing power generation system, such as thermal power or nuclear power, sufficient hot water may be supplied to the system only with the plurality of exhaust water discharged from the existing power generation system. In this case, the deep water of which the temperature is increased by phase change of the refrigerant in the condenser 230 of the present embodiment system may be discharged to the sea. In this case, if the discharge temperature is higher than the surface water temperature, the marine ecosystem may be affected. This embodiment is equipped with a temperature sensor 250 for this purpose.

온도 센서(250)에서 감지된 배출수의 온도가 표층수 온도보다 높은 경우에는 이를 증발기(210)로 유도하고, 표층수 온도와 같거나 낮은 경우에는 바다로 배출함으로써 해양 생태계에 대한 영향을 최소화하게 된다.When the temperature of the discharged water sensed by the temperature sensor 250 is higher than the surface water temperature, it is induced to the evaporator 210, and when discharged to the sea when the surface water temperature is equal to or lower than the surface water temperature, the impact on the marine ecosystem is minimized.

태양열 축열부(100)는 과열 유체가 형성되도록 공급되는 유체의 압력을 상승시키는 가압 펌프(110)와, 가압 펌프(110)에 연결되며 태양열을 흡수하고 집열하여 유체를 가열시켜 과열 유체를 형성하는 태양열 가열기(120)와, 과열 유체와 증발기(210)에서 기화된 냉매가 열 교환하는 열교환기(130)를 포함할 수 있다.Solar heat storage unit 100 is a pressure pump 110 for increasing the pressure of the fluid supplied to form a superheated fluid, connected to the pressure pump 110, absorbs and collects the solar heat to heat the fluid to form a superheated fluid The solar heater 120 may include a heat exchanger 130 for exchanging heat between the superheated fluid and the refrigerant vaporized by the evaporator 210.

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.The superheated fluid described in this embodiment is used as a concept including a superheated gas and a superheated liquid. Here, superheated liquid refers to a liquid that maintains a liquid state without being vaporized even when the temperature reaches a boiling point or more as the external pressure rises.

이는 다음의 원리에 의한 것이다. This is based on the following principle.

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. Boyle-Charles' Law defines Bohr's law that the gas pressure is inversely proportional to the volume when the temperature is constant, and Charles's law that the volume of the gas is proportional to the increase in temperature when the pressure is constant And the relationship between temperature, pressure, and volume at the same time.

이는 다음과 같은 수식으로 표현된다.This is expressed by the following equation.

Figure pat00001
Figure pat00001

위의 식에서 k는 일정하다. In the above equation, k is constant.

따라서 위의 식을 만족시키려면, 압력이 상승할 경우 이에 따른 온도도 상승해야 함을 알 수 있다. Therefore, in order to satisfy the above equation, it can be seen that when the pressure rises, the corresponding temperature must also rise.

액체의 끓는점이란, 액체가 증발하면서 발생한 기체의 내부 압력과 외부 압력이 동일하게 되는 온도이고, 이를 위의 식에 적용해 보면 외부 압력이 상승하는 경우, 액체의 끓는점도 상승해야 한다는 결론에 도달한다. The boiling point of the liquid is the temperature at which the internal pressure and the external pressure of the gas generated as the liquid evaporates, and when applied to the above equation, it is concluded that the boiling point of the liquid should rise when the external pressure rises .

본 발명은 이러한 압력 상승에 의한 끓는점 오름 원리를 이용한다. 즉 가압 펌프(110)를 통해 압력을 상승시켜 유체의 끓는점을 높이고, 태양열로 가열하여 유체를 원래의 끓는점 이상으로 가열된 과열 유체를 형성시킨 후 이를 기화된 냉매와 열 교환시켜 발전에 사용한다.The present invention utilizes the boiling point ascending principle by such a pressure rise. That is, the pressure is increased through the pressure pump 110 to increase the boiling point of the fluid, and heat the solar heat to form the superheated fluid heated above the original boiling point, and then heat exchange it with the vaporized refrigerant to be used for power generation.

기화된 냉매, 즉 냉매의 증기는 열교환을 통해 건도가 높아지고, 과열 증기로 변환될 수 있다. 여기서 과열 증기란 다음과 같다. 압력이 일정한 상태에서 액체를 가열하면 온도가 올라가고, 일정온도에 달하면 증발하기 시작하고, 이를 다시 가열하더라도 전부가 증발할 때까지는 온도가 변하지 않고 액체와 증기가 공존한다. 이것을 습윤포화증기라 하고, 전부 증기로 상 변화된 것을 건조포화증기라 한다. 건조포화증기를 다시 가열하면 증기의 온도는 상승하는데, 이것을 과열증기라 하며, 과열 증기온도 및 포화 증기온도의 차를 과열도라 한다.The vapor of the vaporized refrigerant, that is, the refrigerant, is increased in heat through heat exchange and can be converted to superheated steam. Here, the superheated steam is as follows. When the liquid is heated under a constant pressure, the temperature rises. When it reaches a certain temperature, it begins to evaporate. Even if it is heated again, the temperature does not change until all the liquid evaporates. This is referred to as wet saturated steam, and all of which is phase-changed by steam is referred to as dry saturated steam. When the dry saturated steam is heated again, the temperature of the steam rises, which is called superheated steam, and the difference between the superheated steam temperature and the saturated steam temperature is called superheated steam.

여기서 건도란 습포화 증기 중에서 건포화 증기의 중량비를 말한다. 건도는 잠열량 및 엔탈피와 정비례관계를 나타낸다. Here, dryness refers to the weight ratio of dry saturated steam in the wetted steam. The dryness shows the relationship between latent heat capacity and enthalpy.

이러한 과열 증기를 이용하면 터빈 등의 출력을 높일 수 있다.By using such superheated steam, the output of the turbine, etc. can be increased.

한편, 가압 펌프(110)에 의한 압력 상승의 정도는 원하는 끓는점 오름 효과를 고려하여 결정할 수 있는데, 도입된 유체의 임계점 이하의 압력 중에서 선택될 수 있다. On the other hand, the degree of pressure increase by the pressure pump 110 may be determined in consideration of the desired boiling point rise effect, it may be selected from the pressure below the critical point of the introduced fluid.

일 예로, 도입된 유체가 물인 경우 임계점은 225.56 kgf/㎠, 374.15℃이고, 본 실시예의 가압 펌프(110) 및 태양열 가열기(120)를 이용하여 약 370℃까지의 고온수가 형성될 수 있다.For example, when the introduced fluid is water, the critical point is 225.56 kgf / cm 2, 374.15 ° C., and high temperature water up to about 370 ° C. may be formed using the pressure pump 110 and the solar heater 120 of the present embodiment.

가압 펌프(110)에 의해 압력이 상승하여 끓는점이 올라간 유체가 태양열 가열기(120)로 도입되면, 태양열 가열기(120)에서는 태양 광을 흡수하고 집열하여 유체를 가열함으로써 과열 유체를 형성시킨다.When the pressure rises by the pressure pump 110 and the boiling point rises into the solar heater 120, the solar heater 120 absorbs and collects sunlight to heat the fluid to form a superheated fluid.

태양열 축열부(100)는 태양열 가열기(120)에서 형성된 과열 유체를 저장하는 저장 탱크(140)와, 태양열 가열기(120)에서 형성된 과열 유체가 저장 탱크(140)를 바이패스하여 열교환기(130)로 도입되도록 유도하는 바이패스 유로(150)와, 저장 탱크(140)와 태양열 가열기(120)를 연결하는 유로에 마련된 제1 모터구동밸브(160)와, 바이패스 유로(150)에 마련된 제2 모터구동밸브(170)를 더 포함할 수 있다.Solar heat storage unit 100 is a storage tank 140 for storing the superheated fluid formed in the solar heater 120, and the superheated fluid formed in the solar heater 120 bypasses the storage tank 140, the heat exchanger 130 Bypass flow path 150 to guide the introduction, the first motor drive valve 160 provided in the flow path connecting the storage tank 140 and the solar heater 120, and the second provided in the bypass flow path 150 The motor driving valve 170 may further include.

저장 탱크(140)를 추가로 설치함으로써, 태양열을 이용하여 과열 유체를 형성하기 어려운 상황, 예를 들어 야간이나 장마철 등 일조량이 충분치 않은 경우에도 안정적으로 과열 유체를 공급해 발전기 출력을 높이는 것이 가능해진다. 그러나 과열 유체가 저장 탱크(140)에 저장될 필요가 없는 때는, 바이패스 유로(150)를 개방하여 과열 유체를 바로 열교환기(130)로 도입시킬 수 있다. By additionally installing the storage tank 140, it is possible to stably supply the superheated fluid to increase the generator output even in a situation where it is difficult to form the superheated fluid using solar heat, for example, at night or during the rainy season. However, when the superheated fluid does not need to be stored in the storage tank 140, the bypass flow path 150 may be opened to directly introduce the superheated fluid into the heat exchanger 130.

태양열 축열부(100)는 열교환기(130)의 내부에 설치되어 냉매와 열교환 작용할 수 있도록 과열 유체가 순환하여 흐르는 열교환 튜브(180)를 더 포함하며, 열교환기(130)는 증발기(210)와 터빈 발전기(220)를 연결하는 유로에 마련됨으로써, 증발기(210)에서 기화된 냉매가 열교환기(130)에서 과열 유체와 열교환을 통해 엔탈피가 증가되어 터빈 발전기(220)로 공급될 수 있다. The solar heat storage unit 100 further includes a heat exchange tube 180 installed inside the heat exchanger 130 to circulate the superheated fluid so as to exchange heat with the refrigerant, and the heat exchanger 130 may include an evaporator 210. By being provided in the flow path connecting the turbine generator 220, the refrigerant evaporated in the evaporator 210 may be supplied to the turbine generator 220 by increasing the enthalpy through heat exchange with the superheated fluid in the heat exchanger 130.

유체는 물 및 해수를 포함하는 군에서 선택될 수 있다.The fluid may be selected from the group comprising water and seawater.

해수 등 몰랄 농도가 높은 유체를 선택한다면 이에 의한 끓는점 오름 효과 또한 있으므로, 보다 효과적으로 과열유체를 형성시킬 수 있을 것이다.
If a fluid having a high molybdenum concentration such as seawater is selected, the boiling point of the fluid is increased, so that a superheated fluid can be formed more effectively.

본 발명의 다른 측면에 의하면, 복수기 배출수를 활용하는 발전 방법에 있어서,According to another aspect of the present invention, in the power generation method utilizing the condenser discharge water,

1) 화력 또는 원자력을 포함한 다른 발전 시스템의 복수기 배출수를 공급받아 냉매를 기화시키는 단계;1) vaporizing the refrigerant by receiving the condenser discharge water of another power generation system including thermal power or nuclear power;

2) 태양열을 흡수 및 집열하여 과열 유체를 형성하고, 기화된 냉매와 과열 유체를 열 교환시키는 단계; 및2) absorbing and collecting solar heat to form a superheated fluid and heat exchanging the vaporized refrigerant with the superheated fluid; And

3) 열 교환된 냉매를 증기터빈에 공급하여 발전기를 구동시켜 전력을 생산하는 단계를 포함하는 복수기 배출수의 여열 및 태양열을 이용한 해수 온도차 발전 방법이 제공된다.3) There is provided a seawater temperature difference generation method using the heat and solar heat of the condenser discharge water comprising the step of supplying the heat exchanged refrigerant to the steam turbine to drive the generator to produce electric power.

과열 유체는 유체를 가압함으로써 끓는점을 상승시켜 형성되며, 과열 유체와의 열교환으로 냉매는 엔탈피가 증가할 수 있다.
The superheated fluid is formed by raising the boiling point by pressurizing the fluid, and the enthalpy of the refrigerant may increase due to heat exchange with the superheated fluid.

본 실시예의 복수기 배출수의 여열 및 태양열을 이용한 해수 온도차 발전 시스템은, 화력, 복합화력 및 원자력을 포함한 다른 발전 시스템의 복수기에서 배출되는 냉각수를 해수 온도차 발전에 활용하여 이를 열원으로 냉매를 기화시키고, 가압 후 태양열을 이용해 가열하여 형성된 과열 유체를 순환시켜 냉매 증기의 건도 및 엔탈피를 높여 과열 증기로 변환시켜 발전에 사용하도록 함으로써, 전기나 화석 연료 등의 다른 에너지원을 사용한 설비를 설치하지 않고도 발전기 출력을 충분히 향상시킬 수 있다. The seawater temperature difference generation system using the heat of the condenser discharge water and solar heat of the present embodiment utilizes the cooling water discharged from the condenser of other power generation systems including thermal power, combined cycle power, and nuclear power to generate the seawater temperature difference, and vaporizes the refrigerant as a heat source, and pressurizes it. After circulating the superheated fluid formed by heating with solar heat to increase the dryness and enthalpy of the refrigerant vapor and convert it into superheated steam for use in power generation, the generator output can be installed without installing equipment using other energy sources such as electricity or fossil fuel. It can fully improve.

그리고 복수기에서 배출되는 냉각 해수를 발전에 활용함으로써, 가온된 냉각수의 배출로 인한 환경적 영향을 줄이고, 냉각수에 열교환으로 전달된 열을 활용하게 됨으로써 시스템의 에너지 효율을 높일 수 있다. 화력이나 원자력 발전 시스템에서 가열된 냉각 해수를 기존 해수 온도차 발전의 표층수 대신 공급함으로써, 표층수보다 고온인 냉각 해수에 의해, 보다 효과적으로 냉매를 기화시킬 수 있어 단시간에 냉매 증기 형성이 가능해지고, 이로 인해 발전 시스템의 초기가동 시 소요되는 시간도 단축될 수 있다. 또한 화석 연료나 전기 에너지를 사용하지 않고 태양열과 해수 온도차만으로 가동되는 경제적이고 친환경적인 해양 온도차 발전 시스템을 제공할 수 있다.
In addition, by utilizing the cooling sea water discharged from the condenser for power generation, it is possible to reduce the environmental impact due to the discharge of the warmed cooling water, and to utilize the heat transferred to the cooling water by heat exchange to increase the energy efficiency of the system. By supplying the cooled seawater heated by the thermal power or nuclear power generation system instead of the surface water of the conventional seawater temperature differential power generation, the cooling seawater having a higher temperature than the surface water makes it possible to vaporize the refrigerant more effectively, so that the refrigerant vapor can be formed in a short time. The time taken to start up the system can also be shortened. It can also provide an economical and eco-friendly offshore thermoelectric power generation system that operates on solar and seawater temperature differences without using fossil fuels or electrical energy.

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. 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 and scope of the invention. Accordingly, such modifications or variations are intended to fall within the scope of the appended claims.

2: 다른 발전 시스템의 복수기
100: 태양열 축열부
110: 가압 펌프
120: 태양열 가열기
130: 열교환기
140: 저장 탱크
150: 바이패스 유로
160: 제1 모터구동밸브
170: 제2 모터구동밸브
180: 열교환 튜브
200: 발전부
210: 증발기
220: 터빈 발전기
230: 응축기
240: 냉매 순환 펌프
250: 온도 센서2: Avengers of other power generation systems
100: solar heat storage unit
110: pressure pump
120: solar burner
130: heat exchanger
140: storage tank
150: bypass euro
160: the first motor drive valve
170: second motor drive valve
180: heat exchanger tube
200: power generation unit
210: evaporator
220: turbine generator
230: condenser
240: refrigerant circulation pump
250: temperature sensor

Claims (10)

해수를 이용한 발전에 있어서,
유체를 가압시켜 태양열로 가열하여 과열 유체를 형성시키는 태양열 축열부; 및
화력 또는 원자력을 포함한 다른 발전 시스템의 복수기에서 배출되는 온수를 열원으로 냉매를 기화시켜 증기를 형성하고, 상기 증기를 상기 과열 유체와 열교환시켜 발전하는 발전부를 포함하는 복수기 배출수의 여열 및 태양열을 이용한 해수 온도차 발전 시스템.In power generation using sea water,
A solar heat storage unit configured to pressurize the fluid and heat the solar heat to form a superheated fluid; And
Seawater using the heat and solar heat of the condenser discharge water including a power generation unit for generating steam by vaporizing a refrigerant with a heat source from the condenser of another power generation system including thermal power or nuclear power and heat-exchanging the steam with the superheated fluid Differential power generation system. 제 1항에 있어서, 상기 발전부는
상기 복수기에서 배출되는 온수와 열교환으로 냉매를 기화시키는 증발기;
상기 증발기에서 기화된 상기 냉매를 공급받아 전력을 생산하는 터빈 발전기; 및
상기 터빈 발전기를 통과한 상기 냉매를 해수와 열교환으로 액화시키는 응축기를 포함하는 복수기 배출수의 여열 및 태양열을 이용한 해수 온도차 발전 시스템.According to claim 1, wherein the power generation unit
An evaporator for vaporizing a refrigerant by heat exchange with hot water discharged from the condenser;
A turbine generator configured to generate electric power by receiving the refrigerant vaporized by the evaporator; And
Seawater temperature difference generation system using the heat and solar heat of the condenser discharge water including a condenser for liquefying the refrigerant passing through the turbine generator by heat exchange with sea water. 제 2항에 있어서, 상기 발전부는
응축기에서 액화된 상기 냉매를 펌핑하여 상기 증발기로 도입시키는 냉매 순환 펌프; 및
상기 응축기에서 상기 증기를 액화시키는데 사용되어 온도가 상승된 상기 해수의 온도를 감지하는 온도 센서를 더 포함하는 복수기 배출수의 여열 및 태양열을 이용한 해수 온도차 발전 시스템.The method of claim 2, wherein the power generation unit
A refrigerant circulation pump pumping the refrigerant liquefied in the condenser and introducing the refrigerant into the evaporator; And
Seawater temperature difference generation system using the heat and solar heat of the condenser discharge water further comprises a temperature sensor used to liquefy the steam in the condenser to sense the temperature of the sea water of the temperature rise. 제 3항에 있어서,
상기 응축기에서 상기 냉매와 열교환하여 온도가 상승된 상기 해수의 적어도 일부가 상기 증발기에 상기 온수로 도입되는 것을 특징으로 하는 복수기 배출수의 여열 및 태양열을 이용한 해수 온도차 발전 시스템.The method of claim 3, wherein
At least a portion of the sea water, the temperature of which is increased by heat exchange with the refrigerant in the condenser, is introduced into the evaporator into the hot water. 제 2항에 있어서, 상기 태양열 축열부는
과열 유체가 형성되도록 공급되는 유체의 압력을 상승시키는 가압 펌프;
상기 가압 펌프에 연결되며 태양열을 흡수하고 집열하여 상기 유체를 가열시켜 상기 과열 유체를 형성하는 태양열 가열기; 및
상기 과열 유체와 상기 증발기에서 기화된 냉매가 열 교환하는 열교환기를 포함하는 복수기 배출수의 여열 및 태양열을 이용한 해수 온도차 발전 시스템.The method of claim 2, wherein the solar heat storage unit
A pressurizing pump for raising the pressure of the fluid supplied to form the superheated fluid;
A solar heater connected to the pressure pump and absorbing and collecting solar heat to heat the fluid to form the superheated fluid; And
Seawater temperature difference generation system using the heat and solar heat of the condenser discharge water including a heat exchanger for heat exchange between the superheated fluid and the refrigerant vaporized in the evaporator. 제 5항에 있어서, 상기 태양열 축열부는
상기 태양열 가열기에서 형성된 상기 과열 유체를 저장하는 저장 탱크;
상기 태양열 가열기에서 형성된 상기 과열 유체가 상기 저장 탱크를 바이패스하여 상기 열교환기로 도입되도록 유도하는 바이패스 유로;
상기 저장 탱크와 상기 태양열 가열기를 연결하는 유로에 마련된 제1 모터구동밸브; 및
상기 바이패스 유로에 마련된 제2 모터구동밸브를 더 포함하는 복수기 배출수의 여열 및 태양열을 이용한 해수 온도차 발전 시스템.The method of claim 5, wherein the solar heat storage unit
A storage tank for storing the superheated fluid formed in the solar heater;
A bypass flow passage which directs the superheated fluid formed in the solar heater to be introduced into the heat exchanger by bypassing the storage tank;
A first motor driving valve provided in a flow path connecting the storage tank and the solar heater; And
Seawater temperature difference power generation system using the heat and solar heat of the plural discharge water further comprising a second motor driving valve provided in the bypass passage. 제 5항에 있어서, 상기 태양열 축열부는
상기 열교환기의 내부에 설치되어 상기 냉매와 열교환 작용할 수 있도록 상기 과열 유체가 순환하여 흐르는 열교환 튜브를 더 포함하며,
상기 열교환기는 상기 증발기와 상기 터빈 발전기를 연결하는 유로에 마련됨으로써, 상기 증발기에서 기화된 상기 냉매가 상기 열교환기에서 상기 과열 유체와 열교환을 통해 엔탈피가 증가되어 상기 터빈 발전기로 공급되는 것을 특징으로 하는 복수기 배출수의 여열 및 태양열을 이용한 해수 온도차 발전 시스템. The method of claim 5, wherein the solar heat storage unit
A heat exchange tube installed inside the heat exchanger to circulate the superheated fluid so as to exchange heat with the refrigerant,
The heat exchanger is provided in a flow path connecting the evaporator and the turbine generator, enthalpy is increased by the heat exchange with the superheated fluid in the heat exchanger is supplied to the turbine generator, characterized in that Seawater temperature difference generation system using the heat of solar condenser discharge and solar heat. 제 1항에 있어서,
상기 유체는 물 및 해수를 포함하는 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 복수기 배출수의 여열 및 태양열을 이용한 해수 온도차 발전 시스템.The method of claim 1,
The fluid is sea water temperature difference generation system using the heat and solar heat of the condenser discharge water, characterized in that selected from the group comprising water and sea water. 복수기 배출수를 활용하는 발전 방법에 있어서,
1) 화력 또는 원자력을 포함한 다른 발전 시스템의 복수기 배출수를 공급받아 냉매를 기화시키는 단계;
2) 태양열을 흡수 및 집열하여 과열 유체를 형성하고, 기화된 상기 냉매와 상기 과열 유체를 열 교환시키는 단계; 및
3) 열 교환된 상기 냉매를 증기터빈에 공급하여 전력을 생산하는 단계를 포함하는 복수기 배출수의 여열 및 태양열을 이용한 해수 온도차 발전 방법.In the power generation method utilizing the condenser discharge water,
1) vaporizing the refrigerant by receiving the condenser discharge water of another power generation system including thermal power or nuclear power;
2) absorbing and collecting solar heat to form a superheated fluid, and heat exchanging the vaporized refrigerant with the superheated fluid; And
3) Seawater temperature difference generation method using the heat and solar heat of the condenser discharge water comprising the step of supplying the heat exchanged refrigerant to the steam turbine to produce electric power. 제 9항에 있어서,
상기 과열 유체는 유체를 가압함으로써 끓는점을 상승시켜 형성되며, 상기 과열 유체와의 열교환으로 상기 냉매는 엔탈피가 증가하는 것을 특징으로 하는 복수기 배출수의 여열 및 태양열을 이용한 해수 온도차 발전 방법.The method of claim 9,
The superheated fluid is formed by increasing the boiling point by pressurizing the fluid, sea water temperature difference generation method using the heat of the plural effluent and solar heat, characterized in that the refrigerant enthalpy increases by heat exchange with the superheated fluid.
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