KR20140134269A - 전기 발생 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 발전 장치와 같은 액체 질소 또는 액체 공기와 같은 극저온 유체 및 저급 폐열의 소스를 사용하는 전기 발생 장치 및 방법, 그리고 랭킨 사이클과 브래이튼 사이클을 조합하여 그러한 장치로부터 에너지 회수 효율을 증가시키는 수단에 관한 것이다.

Description

전기 발생 장치 및 방법{Electricity Generation Device and Method}
본 발명은 액체 질소 또는 액체 공기와 같은 극저온 유체 및 저급 폐열의 공급원을 사용하는 전기 발생 장치 및 방법, 그리고 그러한 장치로부터의 에너지 회수 효율을 증가시키는 수단에 관한 것이다.
전기 분배 네트워크(또는 그리드)는 발전소의 예기치 않은 고장과 같은 긴급상황 및 수요가 많은 기간 동안에 전기를 제공하는 개방 사이클 가스 터빈들 및 디이젤 발전기들에 의해서 자주 지지된다. 피킹 발전소(peaking plant)로서 자주 언급되는 그러한 발전 시설은 저효율로 화석연료들을 연소시키므로 대기중 오염물질의 심각한 공급원이 될 수 있다. 그러한 피킹 발전소에 의해서 제공되는 서비스들은, 하기의 예로서 제한되는 것은 아니지만 :
·하루 중 서로 다른 시간과 짧은 시간에 수요와 공급의 차이를 균형화 함;
·전체 네트워크 장애의 경우(블랙-스타트 서포트)에 있어서 발전 시설의 재시동에 필요한 보조장비에 전원을 공급하는 데 필요한 전력을 제공함;
·전기 분배 네트워크의 일부가 높은 전력 수요 기간 동안 용량이 부족한 경우에 네트워크를 보강함;
·전기에 대한 수요가 급증하는 경우에 그리드의 주파수를 지지하도록 네트워크에 전력을 투입함.
또한, 전기 분배 네트워크로부터 전력의 손실은 데이터 센터와 같은 몇몇 소비처들에게 상당한 경제적 손실을 야기할 수 있고, 예를 들어 병원에서 정전이 발생하는 경우에는 환자들에게 위험이 될 수 있다. 그러한 응용들은 분배 네트워크로부터 전기의 공급이 중단되는 경우에 대기전력을 제공하도록 디젤 발전기들을 자주 이용한다. 그러한 디젤 구동 발전기를 지속 가능한 소스로부터 공급되는 연료를 사용하는 제로 배출장치로 교체하는 것은 도움이 될 것이다.
지속 가능한 소스에서 유래하는 대기오염을 낮추거나 바람직하게는 제로상태로 만드는 연료를 사용하는 유사한 장치에 대한 필요성이 존재한다.
본 발명자들은 전기를 발생시키기 위해서 터빈을 구동하도록 액체 공기, 액체 질소 또는 저온유체(cryogen)의 팽창을 이용하여 전기를 생성할 수 있는 가능성이 있음을 깨달았다. 이러한 장치는 네트워크 수요와 공급의 균형문제에 대하여 간결하고 주도적이며 친환경적인 해법을 제공할 수 있다.
WO 2007/096656에는 극저온 에너지 저장장치가 개시되어 있는데, 이 장치는 낮은 수요 및/또는 과도한 생산의 기간동안에 에너지를 저장하기 위해서 저온 액체공기, 액체질소나 저온유체, 및 주위공기 또는 폐열 사이의 온도와 위상차를 활용하고, 이렇게 저장된 에너지는 높은 수요 및/또는 제한된 생산의 기간 동안에 전기를 발생시키도록 나중에 방출될 수 있다. 이 장치는 낮은 전기 수요의 기간 동안에 공기를 액화하기 위한 수단, 생산된 액체공기를 저장하기 위한 수단 및 액체공기를 팽창시키기 위한 팽창 터빈을 포함한다. 팽창 터빈은 공급과 수요간의 부족분을 충족시켜야 하는 경우에 전기를 발생시키도록 발전기에 연결된다.
GB1100569.1은 WO 2007/096656의 전력 회수 요소를 발전시킨 것으로서, 극저온 유체와 저등급의 폐열 소스를 이용하며 전기 분배 네트워크에서 부하 균형과 긴급상황 지지를 제공할 수 있거나, 또는 병원이나 데이터 센터와 같이 임계적인 소비처에 대한 전력공급을 백업하도록 사용될 수 있는 무공해 전기를 생산하기 위한 장치, 크라이오젠셋(cryogenset) 및 방법을 개시하고 있다. 도 1을 참조하면, GB1100569.1의 발명은 터보-발전기에 전력을 제공하기 위해서 액체질소나 액체공기와 같은 극저온 유체, 및 저등급 폐열 공급원(140)를 이용한다. 이 장치로부터의 방출물은 기체상의 질소나 기체상 공기이며, 환경에 무해다. 극저온 유체는 그리드(150)로부터 또는 재생가능한 소스(160)로부터 나오는 전력을 사용하여 산업용 냉각 또는 공기 분리 공장(100)에서 제조되고, 바람직하게는 저장탱크(120)를 거쳐서 대형트럭이나 파이프라인(110)에 의해 크라이오젠셋(cryogenset)(130)으로 제공된다.
그러한 시스템 및 장치들의 효율에 있어서 심각한 제한사항은 극저온 유체를 주위온도로 가열하는 동안에 극저온 유체로부터 방출되는 열에너지에 대한 활용이 부족하다는 것이다. 크라이오젠셋(cryogenset)의 배기가스는 극저온 유체의 온도보다 단지 몇도 이상이고, 그러므로 주위온도보다 상당히 낮다. 이상적으로는, 프로세스로부터 배출된 배기가스는 프로세스로부터 일의 보다 효율적인 회수로 인하여 주위온도에 훨씬 근접한다.
본 발명자들은 GB1100569.1에 개시된 주 개방 랭킨 사이클에 추가적인 전력 회수 사이클들을 포함시킴으로써 작용유체로부터 추가적인 일을 추출할 수 있다는 사실을 발견하였다. 주 랭킨 사이클과 결합된 추가적인 전력 회수 사이클들은 작용유체로부터 그 이상의 일을 추출하기 위해서 제 1 랭킨 사이클의 배기가스와 주위 사이의 온도차를 활용한다. 최종 배기가스 온도를 주위온도에 근접하도록 점진적으로 증가시키기 위해서 몇몇 사이클들이 포함될 수 있다. 그러나, 사이클의 고온측과 저온측 사이의 온도차가 감소함에 따라서 각각의 사이클의 효율이 감소하며, 이에 의해서 각각의 증가하는 추가 사이클의 카르노(Carnot) 효율이 낮아진다. 실제로, 추가적인 사이클들의 비용-효용이 미미함에 따라서 하나 또는 그 이상의 추가적인 사이클들이 적용된다.
이러한 해법은 잘 알려져 있고, 소위 '상부(topping)' 또는 '하부(bottoming)' 사이클이 전력발생장치에 자주 적용된다. 예를 들면, 결합된 사이클 가스 터빈 발전소는 폐쇄된 증기 랭킨 하부사이클과 결합된 개방 브래이튼 사이클을 이용한다. 크라이오젠셋(cryogenset)은 주위와 저온유체의 온도 사이의 작동범위에서 응축되는 작용유체를 이용하는 폐쇄된 랭킨 사이클과 결합될 수 있다(도 2 참조). 이와는 달리, 개방 및 폐쇄된 브래이튼 사이클이 사용될 수 있다(도 3a 및 3b 참조)
대부분의 경우에 있어서, 위에서 언급한 경우에 있어서 공기 및 증기와 같은 다른 작용유체들이 주 및 하부사이클을 위해서 이용된다. 본 발명자들은 크라이오젠셋의 경우에서 만일 개방 브래이튼 사이클(도 3b에 도시된 것과 같이)이 하부사이클로서 사용되면, 단일 작용유체가 주 작용유체와 하부사이클 작용유체로서 사용될 수 있다는 사실을 확인하였다. 이것은 설계의 단순화, 비용절감 및 예비전력의 타겟시장에서 필수적인 특징이 되는 장점을 갖는다. 도 3b의 사이클에 있어서, 브래이튼 하부사이클에 유입된 공기는 물과 이산화탄소를 제거하도록 공기정화유닛을 먼저 통과할 것이다. 도 4를 참조하면, 설계의 단순화는 제 1 또는 제 2 팽창 터빈의 입구에서 주 작용유체와 하부사이클 작용유체를 결합함으로써 달성된다.
따라서, 본 발명은, 에너지 발생장치로서,
극저온 유체를 저장하기 위한 저장탱크;
상기 저장탱크로부터 취한 저압유체를 고압으로 압축하기 위한 유체펌프;
고압가스를 제공하기 위해서 고압 극저온 유체를 증발하기 위한 증발기;
고압가스를 팽창시키고 고압가스로부터 일을 추출하기 위한 제 1 팽창 터빈;
주위 또는 폐열을 사용하여 상기 제 1 팽창 터빈으로부터 배출된 가스를 재가열하기 위한 제 1 재가열기;
상기 제 1 재가열기로부터 배출된 작용유체를 팽창시키고 상기 제 1 재가열기로부터 배출된 작용유체로부터 일을 추출하기 위한 제 2 팽창 터빈 - 상기 제 2 팽창 터빈은 상기 제 2 팽창 터빈으로부터 배출된 작용유체가 제 1 부분과 제 2 부분으로 나뉘도록 제 1 경로와 제 2 경로로 분기되는 배출구를 가지며, 상기 작용유체의 제 1 부분은 상기 제 1 경로를 따라 제 1 배출구를 통해서 주위환경으로 향하며, 상기 작용유체의 제 2 부분은 상기 작용유체의 제 2 부분이 상기 증발기 내에서 고압 극저온유체와 열교환하도록 상기 제 2 경로를 따라 상기 증발기의 입구를 향함 -; 및
상기 작용유체의 제 2 부분이 상기 증발기를 통과한 후에 상기 작용유체의 제 2 부분을 압축하기 위한 제 1 압축기 - 상기 작용유체의 제 2 부분과 상기 제 1 팽창 터빈으로부터 배출된 가스가 결합하여 주위 또는 폐열을 사용하여 재가열될 상기 제 1 재가열기 내로 향하도록 상기 압축기의 배출구는 상기 제 1 팽창 터빈의 배출구와 연결됨 -;를 포함하는 에너지 발생장치를 제공한다.
결과적으로, 본 발명은 랭킨 사이클(Rankine cycle)과 브래이튼 사이클(Brayton cycle)을 결합한다.
압축기는 전기모터나 유사한 장치에 의해서 일반적으로 구동된다.
팽창 터빈의 하나 또는 모두는 팽창 터빈에 의해서 생산된 회전 에너지로부터 전기를 생산하도록 발전기를 구동시키기 위해서 사용될 수 있다.
극저온 유체는 장치 내에서 작용유체로서 작용한다.
본 발명의 배열에 있어서, 이러한 2개 사이클에서 작용유체는 같다. 또한, 제 2 터빈을 통한 유체의 집단류는 제 1 터빈을 통한 것보다 원래 크다.
유체 펌프는 극저온 유체를 적어도 50bar 및 통상적으로는 100bar 이상으로 고압으로 압축시킨다.
전기발생장치는 증발기로부터 배출되는 고압의 작용유체를 함께 위치한 프로세스로부터 나오는 열을 이용하여 고온으로 가열하기 위한 과열기를 더 포함할 것이다. 열의 함께 위치한 소스는 주위환경, 대기, 땅, 강, 바닷물이나 호숫물, 또는 발전소나 제강소와 같은 산업용 플랜트, 또는 데이터 센터로부터 나오는 폐열, 또는 저등급 폐열의 유사한 소스, 즉 발전소로부터 나오는 냉각수가 될 것이다. 과열기는 증발기와 제 1 팽창 터빈 사이에서 장치에 위치할 것이다.
상기 재가열기를 통과하는 유체의 결합된 유동은 제 2 팽창 터빈에서 주위 압력으로 팽창된다. 제 2 팽창 터빈은 일이 추출되는 저압 터빈을 포함한다.
제 2 저압 팽창 터빈의 분할된 배출은 제 1 배출구를 통해서 주위로 유동의 일부를 방출하고, 나머지는 저압 작용유체가 극저온 고압 작용유체와 열교환하는 증발기로 순환된다. 결과로서 생긴 저압 및 저온 가스는 제 1 고압 팽창 터빈의 배출구와 합쳐지기 전에 압축기에서 압축된다.
재가열기는 주위 또는 폐열의 소스를 사용하여 상기 제 1 팽창 터빈으로부터 배출된 작용유체를 재가열한다. 피크 사이클 온도는 유용한 가열원에 의해서 구동된다. 이것은 주위 환경, 대기, 땅, 강, 바닷물 또는 호숫물, 또는 발전소 또는 제강소나 데이터 센터 또는 저등급 폐열의 유사한 소스와 같은 산업용 플랜트와 같이 함께 위치한 프로세스로부터 나올 수 있다.
이 장치는 상기 증발기와 상기 제 1 팽창 터빈 사이에 위치한 제 2 재가열기 및 제 3 팽창 터빈, 그리고 상기 제 1 재가열기와 상기 제 2 팽창 터빈 사이에 위치한 제 3 재가열기 및 제 4 팽창 터빈을 더 포함할 것이다. 이러한 경우에 있어서, 가열된 극저온 작용유체는 2개의 고압 스테이지와 2개의 저압 스테이지를 통해서 팽창되고, 압력은 각 팽창 단계 사이에서 재가열 단계가 개재하는 4개의 스테이지에서 점진적으로 감소된다. 이러한 경우에 있어서, 과열기는 증발기와 제 3 팽창 터빈 사이에 위치할 것이다.
이 장치는 상기 작용유체의 제 2 부분이 상기 증발기를 통과한 후에 처음으로 상기 작용유체의 제 2 부분을 압축하고 상기 작용유체의 제 2 부분이 상기 제 1 압축기에 의해서 압축되기 전에 상기 작용유체의 제 2 부분을 다시 상기 증발기를 통과하도록 하는 제 2 압축기를 더 포함한다. 이러한 배열에 있어서, 작용유체의 제 2 부분은 먼저 증발기에서 냉각되고, 다음에는 증발기에서 추가 냉각되고 제 1 고압 압축기에서 압축되도록 복귀하기 전에 제 2 저압 압축기에 의해서 압축된다. 추가적인 압축기는 단계간 냉각을 이용하여 압축기 일을 줄인다.
고압 터빈 스테이지, 또는 스테이지들은 압축기 또는 압축기들로서 동일한 파워 샤프트 상에 장착될 것이다. 이러한 배열은 감소된 구동 손실을 통해서 고효율 및 감소된 비용의 장점을 갖는다.
본 발명에 따른 장치는 극저온 에너지 저장장치의 파워 회수 부품으로서 사용될 것이다.
본 발명의 장치는 GB1100569.1에 개시된 크라이오젠셋과 관련하여 개선된 가격 대비 이익을 갖는다. 본 발명자들에 의한 계산은 특별한 일에서 20% 또는 그 이상의 개선이 장비 비용에서 4% 이하의 증가에 대하여 달성될 수 있다는 것을 나타내었다. 저장 마켓에 있어서, 본 발명의 개선된 효율로 인하여 얻은 운용비용의 상당한 감소는 자본비용의 완만한 증가에 대하여 유리할 것이다.
본 발명은 도 2, 3a 및 3b에 도시된 장치에 걸쳐서 다수의 상당한 장점들을 제공한다. 이 장점들은 다음을 포함한다:
1. 감소된 부품 수 및 감소된 비용. 본 발명자들은 GB 1100569.1의 단일 사이클 크라이오젠셋에 관하여 본 발명의 비용증가가 효율면에서 20% 개선에 비해 4% 이하인 것으로 계산되었다. 도 2, 3a 및 3b에 도시된 설계들은 유사한 효율 개선에 대하여 20 내지 40%의 비용증가를 야기할 것이다.
2. 단순화된 유체 취급. 폐쇄된 랭킨 사이클과 브래이튼 사이클들은 유체의 교차오염을 방지하는데 있어서 연관된 복잡성을 야기하는 별도의 유체 루프들을 필요로 한다. 본 발명의 장치는 그러한 복잡성을 겪지 않는다.
본 발명의 실시 예들은 도면들을 참조하여 설명될 것이다, 첨부도면에서:
도 1은 원격으로 위치된 공기 분리 공장으로부터 저온유체를 운반하는 옵션 및 폐열의 함께 위치한 소스들과 관련하여 크라이오젠셋(cryogenset)의 구성을 나타낸 도면;
도 2는 랭킨 하부사이클과 크라이오젠셋을 나타낸 도면;
도 3a는 폐쇄 브래이튼 사이클과 크라이오젠셋을 나타낸 도면;
도 3b는 개방 브래이튼 하부사이클을 갖는 크라이오젠셋을 나타낸 도면;
도 4는 2개의 터빈 스테이지들을 구비한 본 발명의 방법 및 전기 발생장치의 제 1 실시 예를 나타낸 도면;
도 5는 도 4에 도시된 발명의 제 1 실시 예에 대한 온도 엔트로피 다이어그램;
도 6은 4개의 터빈 스테이지들을 구비한 본 발명의 방법 및 전기 발생장치의 제 2 실시 예를 나타낸 도면; 그리고
도 7은 4개의 터빈 스테이지들과 2개의 압축기 스테이지들을 구비한 본 발명의 방법 및 전기 발생장치의 제 3 실시 예를 나타낸 도면.
도 4에 도시된 본 발명의 제 1 실시 예는, 극저온 탱크(400)를 포함하는데, 극저온 탱크로부터 배출된 극저온 또는 작용 유체는 고압펌프(410)로 이동한다. 극저온 유체는 적어도 50bar, 통상적으로는 100bar 이상의 고압으로 압축된다. 다음에는, 고압유체는 증발기로 언급되는 열교환기(420)에서 가열되는데, 여기에서는 결합된 사이클의 브래이튼 루프에서 저압 작용유체와 탱크로부터 나오는 극저온 작용유체 사이에 열에너지가 전달된다. 과열기(430)에서는 발전소로부터 나오는 냉각수와 같이 폐열의 함께 위치한 소스(480)로부터 열이 임의적으로 추가된다. 결과로서 생긴 고압의 유체는, 만일 온도와 압력조건이 초임계적이고 압력이 임계적인 압력이하이거나 액체상태이면, 기체상태로 존재하는데, 제 1 고압 터빈(440)을 통해서 팽창되고, 그로부터 일이 추출된다. 고압 터빈으로부터 나오는 배기가스는 브래이튼 사이클 루프 압축기(470)로부터의 배출과 결합되고, 재가열기(450)에서 주위 또는 폐 열(480)을 사용하여 재가열된다. 결합된 유동(랭킨 루프와 브래이튼 루프)은 추출된 일로부터 저압 터빈(460)에서 주위 압력으로 팽창된다. 터빈의 배기가스는 분할되는데, 그 유동의 일부는 배출구(490)를 통해서 주위로 방출되고, 나머지는 증발기(420)로 순환되며, 증발기에서 저압 작용유체는 극저온의 고압 작용유체와 열에너지를 교환한다. 배출구(490)로부터 나오는 정상상태 유동은 탱크로부터 나오는 집단류와 동등하다. 증발기(420)로 순환된 배기가스의 일부는 저압 저온 가스이며, 이것은 고압 터빈(440)의 배기가스와 합쳐지기 전에 압축기(470)에서 압축된다. 랭킨 루프와 브래이튼 루프에서 작용유체는 본질적으로 동일하다.
그 사이클이 도 5에서 온도-엔트로피 다이어그램에 나타나 있는데, 여기에서 도 5의 다이어그램에 나타낸 상태 숫자들은 도 4에서 육각형에 표시된 번호 위치들에 대응한다.
도 6에 도시된 본 발명의 바람직한 제 2 실시 예에 있어서, 작용유체로부터의 일 회수를 개선하기 위해서 2개의 추가적인 터빈 스테이지들이 추가된다. 본 발명자들은 가열된 극저온 작용유체를 2개의 고압 스테이지들(441,442)와 2개의 저압 스테이지들(461,462)(각각의 팽창 스테이지 사이에 재가열 스테이지가 개재되는 4개의 스테이지들에서 압력이 점진적으로 감소됨)을 통해서 팽창시킴으로써 달성되는 것을 밝혀냈다.
이러한 방식에 있어서, 팽창 프로세스는 이상적인 등온 케이스에 근접한다. 완전한 프로세스는 다음과 같다: 먼저 극저온 작용유체가 탱크(400)로부터 고압펌프(410)로 이송된다. 다음에는 열 에너지가 브래이튼 사이클에서 저압 유체와 열교환되는 증발기(420)에서 고압 유체가 가열된다. 고압의 데워진 작용유체는 과열기(430)에서 폐열이나 주위 열에 의해서 임의적으로 추가 가열된다. 고압 및 고온 작용유체는 고압 터빈(441)에서 팽창되고, 재가열기(451)에서 재가열되며, 고압 터빈(442)에서 팽창된다. 그러면, 작용유체는 브래이튼 루프로부터 공급되는 고압과 결합하고, 재가열기(452)에서 가열된다. 저압 터빈(461)에서 팽창된 유체는 재가열기(453)에서 재가열되고, 저압 터빈 스테이지(462)에서 최종적으로 팽창된다. 최종적인 저압 터빈의 배기가스는 재순환 유동 및 배기 유동(490)으로 나뉜다. 재순환 유동은 증발기(420)에서 먼저 냉각되고, 다음에는 재가열기(452) 상류의 주 작용유체 유동과 결합하기 전에 압축기(470)에서 압축된다. 그 사이클 주위의 여러 지점들에서 통상적인 온도, 압력 및 매스 유동이 하기 표(표 1)에 나타나 있고, 도 6에서 육각형에 도시된 숫자 위치들을 참고한다.
프로세스 온도,
압력 및 유동		 압력 온도 집단류
Bar abs ℃ Kg/s
1 저장 탱크 5.0 -197 30
2 증발기 입구 102 -193 30
3 과열기 입구 101.5 -57 30
4 스테이지1 터빈 입구 100 20 30
5 스테이지1 터빈 출구 31.6 -54 30
6 스테이지2 터빈 입구 31.6 20 30
7 스테이지2 터빈 출구 10 -53.9 30
8 스테이지3 터빈 입구 10 20 93.83
9 스테이지3 터빈 출구 3.32 -51.26 93.83
10 스테이지4 터빈 입구 3.32 20 93.83
11 스테이지4 터빈 출구 1.1 -51.37 93.83
12 압축기 입구 1 -186 63.83
13 압축기 출구 10 -96.3 63.83
표 1에 도시된 상태들은 유용한 터보-기계의 작동압력과 일치하여 비교적 저압하(100bar의 스테이지 1 터빈 입구)에서 작동하는 본 발명의 일 예를 나타낸다. 본 발명자들에 의한 분석은 양호한 성능을 나타내는데, 이것은 그러한 장비가 유용한 높은 피크 작용유체 압력들 하에서 달성될 수 있다.
도 7에 도시된 다른 예에 있어서, 스테이지간 냉각을 이용하여 작용유체를 줄이도록 추가적인 압축기 스테이지가 장치에 추가된다. 저압 브래이튼 루프 작용유체는 증발기(420)에서 냉각되고, 증발기에서 추가적으로 냉각되고 고압 압축기(471)에서 추가 압축되기 위하여 복귀하기 전에 저압 압축기(472)에 의해서 먼저 압축된다. 압축 일은 이러한 설계에 의해서 감소되지만, 추가적인 압축기 스테이지의 복잡성으로 인하여 비용은 든다.
도면에는 도시되지 않은 다른 실시 예에 있어서, 고압 터빈 스테이지(440)나 스테이지들(441,442)은 동일한 파워 샤프트 상에서 압축기(470) 또는 압축기들(471,472)로서 장착된다. 본 발명자들은 고압 터빈 스테이지들에 의해서 운반된 전력이 최적의 작동조건하에서 압축기 전력 요구조건에 거의 정확하게 부합한다는 것을 발견하였다. 이 실시 예는 압축기에 연결된 전동기의 고갈을 통해서 감소된 드라이브 손실 및 감소된 파워 출력 그러므로 터빈과 연결된 발전기의 크기가 줄어들게 되어 높은 효율과 감소된 비용의 장점을 갖는다.
비록 발전기 출력이 이 실시 예에서는 감소하였지만, 고압 터빈에 의해서 압축기를 직접적으로 구동시키는 것을 통해서 압축기 모터의 과류 전기적 부하가 제거되므로, 장치의 순수 출력은 이전의 실시 예와 동일하게 유지된다.

Claims (18)

  1. 에너지 발생장치로서,
    극저온 유체를 저장하기 위한 저장탱크;
    상기 저장탱크로부터 취한 저압유체를 고압으로 압축하기 위한 유체펌프;
    고압가스를 팽창시키고 고압가스로부터 일을 추출하기 위한 제 1 팽창 터빈;
    주위 또는 폐열을 사용하여 상기 제 1 팽창 터빈으로부터 배출된 가스를 재가열하기 위한 제 1 재가열기;
    상기 제 1 재가열기로부터 배출된 작용유체를 팽창시키고 상기 제 1 재가열기로부터 배출된 작용유체로부터 일을 추출하기 위한 제 2 팽창 터빈 - 상기 제 2 팽창 터빈은 상기 제 2 팽창 터빈으로부터 배출된 작용유체가 제 1 부분과 제 2 부분으로 나뉘도록 제 1 경로와 제 2 경로로 분기되는 배출구를 가지며, 상기 작용유체의 제 1 부분은 상기 제 1 경로를 따라 제 1 배출구를 통해서 주위환경으로 향하며, 상기 작용유체의 제 2 부분은 상기 작용유체의 제 2 부분이 상기 증발기 내에서 고압 극저온유체와 열교환하도록 상기 제 2 경로를 따라 상기 증발기의 입구를 향함 -; 및
    상기 작용유체의 제 2 부분이 상기 증발기를 통과한 후에 상기 작용유체의 제 2 부분을 압축하기 위한 제 1 압축기 - 상기 작용유체의 제 2 부분과 상기 제 1 팽창 터빈으로부터 배출된 가스가 결합하여 주위 또는 폐열을 사용하여 재가열될 상기 제 1 재가열기 내로 향하도록 상기 압축기의 배출구는 상기 제 1 팽창 터빈의 배출구와 연결됨 -;
    를 포함하는 에너지 발생장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 팽창 터빈들 중 적어도 하나는 전기를 생산하도록 발전기를 구동하기 위해서 사용되는 에너지 발생장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 유체펌프는 상기 극저온 유체를 적어도 50bar의 압력으로 가압하기 위한 에너지 발생장치.
  4. 상기 항에 있어서, 상기 증발기로부터 배출되는 고압의 작용유체를 함께 위치한 프로세스로부터 나오는 열원을 사용하여 고온으로 가열하기 위한 에너지 발생장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 열의 함께 위치한 소스는 주위환경, 대기, 땅, 강, 바닷물이나 호숫물, 또는 발전소나 산업용 공장으로부터 나오는 폐열인 에너지 발생장치.
  6. 상기 항에 있어서, 상기 제 1 팽창 터빈은 상기 제 1 압축기로서 동일한 파워 샤프트 상에 장착되는 에너지 발생장치.
  7. 상기 항들에 있어서,
    상기 증발기와 상기 제 1 팽창 터빈 사이에 위치한 제 2 재가열기 및 제 3 팽창 터빈; 그리고
    상기 제 1 재가열기와 상기 제 2 팽창 터빈 사이에 위치한 제 3 재가열기및 제 4 팽창 터빈;
    을 더 포함하는 에너지 발생장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 3 팽창 터빈은 상기 제 1 압축기로서 상기 동일한 파워 샤프트 상에 장착되는 에너지 발생장치.
  9. 상기 항에 있어서, 상기 작용유체의 제 2 부분이 상기 증발기를 통과한 후에 처음으로 상기 작용유체의 제 2 부분을 압축하고 상기 작용유체의 제 2 부분이 상기 제 1 압축기에 의해서 압축되기 전에 상기 작용유체의 제 2 부분을 다시 상기 증발기를 통과하도록 하는 제 2 압축기를 더 포함하는 에너지 발생장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 3 팽창 터빈들은 상기 제 1 및 제 2 압축기들과 동일한 파워 샤프트 상에 장착되는 에너지 발생장치.
  11. 상기 항들의 장치를 포함하는 파워 회수 부품을 갖는 극저온 에너지 저장장치.
  12. 에너지를 발생시키는 방법으로서,
    저장탱크에 극저온 유체를 저장하는 단계;
    상기 저장탱크로부터 극저온 유체를 추출하고 유압 펌프를 사용하여 극저온 유체를 고압으로 압축하는 단계;
    고압가스를 제공하도록 증발기에서 고압의 극저온 유체를 증발시키는 단계;
    제 1 팽창 터빈을 사용하여 고압가스를 팽창시키고 고압가스로부터 일을 찾아내는 단계;
    제 1 재가열기와 주위 또는 폐열을 사용하여 상기 제 1 팽창 터빈으로부터 배출된 가스를 재가열하는 단계;
    상기 제 1 재가열기로부터 배출된 작용유체를 팽창시키고, 제 2 팽창 터빈을 사용하여 상기 제 1 재가열기로부터 배출된 작용유체로 일을 찾아내는 단계 - 상기 제 2 팽창 터빈은 상기 제 2 팽창 터빈으로부터 배출된 작용유체가 제 1 부분과 제 2 부분으로 나뉘도록 제 1 경로와 제 2 경로로 분기되는 배출구를 가지며, 상기 작용유체의 제 1 부분은 상기 제 1 경로를 따라 제 1 배출구를 통해서 주위환경으로 향하며, 상기 작용유체의 제 2 부분은 상기 작용유체의 제 2 부분이 상기 증발기 내에서 고압 극저온유체와 열교환하도록 상기 제 2 경로를 따라 상기 증발기의 입구를 향함 -; 그리고
    상기 작용유체의 제 2 부분이 상기 증발기를 통과한 후에 상기 작용유체의 제 2 부분을 압축시키도록 제 1 압축기를 사용하는 단계 - 상기 압축기의 배출구는 상기 제 1 팽창 터빈의 배출구와 연결되고, 상기 작용유체의 제 2 부분과 상기 제 1 팽창 터빈으로부터 배출된 가스는 결합되고 주위 또는 폐열을 사용하여 재가열될 상기 제 1 재가열기 내로 향하게 됨 -;
    를 포함하는 방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 발전기를 구동시키고 전기를 발생시키도록 상기 제 1 및 제 2 팽창 터빈들 중 적어도 하나를 사용하는 단계를 더 포함하는 방법.
  14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 상기 증발기로부터 출력된 고압의 작용유체를 고온으로 가열하기 위해서 함께 위치한 프로세스로부터 나오는 열원과 과열기를 사용하는 단계를 더 포함하는 방법.
  15. 제 12 항 내지 제 14 항들 중 어느 항에 있어서,
    제 3 팽창 터빈을 사용하여 고압 가스를 팽창시키는 단계;
    제 2 재가열기를 사용하여 상기 제 3 팽창 터빈으로부터 배출된 가스를 재가열하는 단계;
    제 4 팽창 터빈을 사용하여 상기 제 1 재가열기로부터 배출된 작용유체를 팽창시키는 단계; 그리고
    상기 제 4 팽창 터빈으로부터 배출된 가스를 제 3 재가열기를 사용하여 재가열하는 단계;
    를 더 포함하는 방법.
  16. 제 12 항 내지 제 15 항 중 어느 항에 있어서, 상기 작용유체의 제 2 부분이 상기 증발기를 통과한 후에 처음으로 상기 작용유체의 제 2 부분을 압축하고 상기 작용유체의 제 2 부분이 상기 제 1 압축기에 의해서 압축되기 전에 상기 작용유체의 제 2 부분을 다시 상기 증발기를 통과하도록 하는 제 2 압축기를 더 포함하는 방법.
  17. 극저온 유체는 액체 질소, 액체 공기 또는 액체 천연가스인 상기 항에 따른 장치 및 방법.
  18. 도 4 내지 도 7을 참조하여 앞에서 설명한 장치 또는 방법.
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