KR20150061230A - 부유 저장식 가스 발전플랜트 및 그 가스 발전플랜트의 출력증대 장치 - Google Patents

부유 저장식 가스 발전플랜트 및 그 가스 발전플랜트의 출력증대 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 부유 저장식 가스 발전플랜트 및 그 가스 발전플랜트의 출력 증대 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 해상의 부유 구조물에 액화가스 연료탱크를 구비하면서 액화가스를 이용하여 전력을 생산할 수 있으며, 연료 탱크로부터 기화기를 통해서 가스터빈에 가스 연료를 공급할 경우에 대기 공기를 이용하여 액화가스를 기화시키는 것뿐만 아니라 동시에 냉각시킨 밀도 높은 대기 공기를 가스터빈에 공급함으로써, 별도의 열원 없이 가스터빈 출력을 증가시킬 수 있다.

Description

부유 저장식 가스 발전플랜트 및 그 가스 발전플랜트의 출력증대 장치 {FLOATING AND STORAGE GAS POWER PLANT AND HIGH POWER APPARATUS OF THE POWER PLANT}
본 발명은 해상의 부유 구조물의 연료 탱크에 액화천연가스를 저장하고 그 액화가스를 이용하여 전력(電力)을 생산할 수 있는 부유 저장식 가스 발전플랜트 및 그 가스 발전플랜트의 출력 증대 방법에 관한 것으로, 좀더 구체적으로는 연료 탱크로부터 기화기를 통해서 가스터빈에 가스 연료를 공급할 경우에 대기 공기를 이용하여 액화가스를 기화시키는 것뿐만 아니라 동시에 냉각시킨 밀도 높은 대기 공기를 가스터빈에 공급함으로써, 별도의 열원 없이 가스터빈 출력을 증가시킬 수 있는 부유 저장식 가스 발전플랜트 및 그 가스 발전플랜트의 출력 증대 시스템에 관한 것이다.
최근에는 친환경적인 발전에 대한 요구로 천연가스를 이용한 발전(發電)에 대한 관심이 증가하고 있다.
전력공급이 원활하지 않은 신흥개발국 등에서 가스 발전에 대한 관심이 높아지고 있는데, 가스 발전은 그 특성상 육지에 가스 저장소 등과 같은 가스 인프라가 갖추어져야만 발전(發電)이 가능하기 때문에 개발에 제한이 많다.
육상의 화력발전 플랜트는 용적이 너무 커서 설비 초기 설치비용이 상승하는 문제점이 있고, 설비 및 시스템이 별도의 건물에 독립적으로 위치함에 따라서 건물 및 배관, 자재의 소모량이 증가하는 문제점이 있다.
또한, 종래 육상의 화력발전 플랜트에서는 설비 설치 및 탱크 배치, 그리고 테스트가 현장(site)에서 수행됨에 따라 리스크(risk)가 항상 존재하며, 오랜 공사기간이 필요한 문제점이 있다.
특히, 여러 개의 섬들로 이루어진 동남아시아 국가의 경우에는 대용량의 가스 발전을 하는 데 어려움이 많았다.
즉, 육상의 화력발전소 건설에 따른 장소 확보와 건설비 소요를 가져오는 단점이 있으며, 육상의 화력발전소 건설에 많은 시간이 소요되므로 전력 공급을 단시간 내에 수행하는 것이 어렵다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, FSRU(Floating Storage Re-gasfication Unit)라는 부유식 해상 가스저장 재 기화설비 선이 등장하게 되었으며, 이러한 해상 가스저장 재 기화설비 선을 이용하여 육지의 발전소에 가스를 공급하게 되었다.
그러나, 이와 같은 FSRU를 이용한 육지에서의 발전은 해상에서의 FSRU 설치와 육지에 발전소를 건설해야 하는 이중적인 부담을 초래한다.
즉, FSRU 뿐만 아니라, 육상 발전소 건설에 따른 장소 확보와 건설비 소요를 가져오는 단점이 있다.
따라서 전술한 방법 이외에 해상에서 액화천연가스를 저장하면서 그 액화천연가스 및 가스 터빈/엔진의 폐열을 이용하여 전력을 생산할 수 있는 새롭고 진보된 타입의 부유 저장식 가스 발전플랜트(Floating and Storage Gas Power Plant, FSPP)의 개발이 절실히 요구되고 있다.
없음
본 발명은 연료 탱크로부터 기화기를 통해서 가스터빈에 가스 연료를 공급할 경우에 대기 공기를 이용하여 액화가스를 기화시키는 것뿐만 아니라 동시에 냉각시킨 밀도 높은 대기 공기를 가스터빈에 공급함으로써, 별도의 열원 없이 가스터빈 출력을 증가시킬 수 있는 부유 저장식 가스 발전플랜트 및 그 가스 발전플랜트의 출력 증대 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 부유 저장식 가스 발전플랜트는 액화가스를 저장하고 공급하기 위하여 부유 구조물에 설치되는 연료 탱크와, 상기 연료 탱크의 액화가스를 기화시키는 기화기와, 상기 기화기에서 공급하는 연료 가스를 이용하여 전력을 생산하는 가스터빈 유닛과, 상기 가스터빈 유닛에서 배출되는 고온 가스의 열원(폐열)을 회수하여 스팀을 생성하는 폐열회수 스팀발생기와, 상기 폐열회수 스팀발생기에서 공급하는 스팀을 이용하여 전력을 생산하는 스팀 터빈 발전 유닛을 포함하며, 상기 기화기는 대기 공기를 이용하여 액화가스를 기화시켜서 상기 가스터빈 유닛에 가스 연료를 공급하고, 열교환에 의해 냉각된 대기 공기를 상기 가스터빈 유닛에 공급하여 상기 가스터빈 유닛의 출력을 증가시키도록 구성된다.
상기 기화기와 상기 가스터빈 유닛 사이에는 상기 기화기에서 액화가스를 기화시킬 때 열교환에 의하여 대기 공기를 냉각시켜서 상기 가스터빈 유닛에 냉각된 밀도 높은 공기를 공급하기 위한 공기 공급라인이 설치된다.
상기 스팀 터빈 발전 유닛에는 상기 스팀 터빈 발전 유닛에서 발생하는 스팀을 물로 응축하는 복수기가 연결 설치되고, 상기 복수기에 의해 생성된 물은 공급 물탱크 안에 저장된 후, 상기 폐열회수 스팀발생기에 공급되는 구성이다.
상기 가스터빈 유닛은 상기 출력 증대 시스템에서 공급하는 연료가스로 작동하는 가스 터빈, 및 상기 가스 터빈에 의해서 전력을 생산하는 제1 발전기를 포함한다.
상기 스팀 터빈 발전 유닛은 상기 폐열회수 스팀발생기에서 공급하는 스팀으로 작동하는 스팀 터빈, 및 상기 스팀 터빈에 의해서 전력을 생산하는 제2 발전기를 포함한다.
한편, 본 발명에 따른 부유 저장식 가스 발전플랜트의 출력 증대 시스템은 기화기에서는 대기 공기를 이용하여 연료 탱크의 액화가스를 기화시킨 가스 연료를 가스터빈 유닛에 공급하고, 상기 기화기에서 열 교환한 밀도 높은 냉각 공기를 상기 가스터빈 유닛에 공급하여 상기 가스터빈 유닛의 출력을 증가시킨다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 해상의 부유 구조물에 액화가스 연료탱크를 구비하면서 액화가스를 이용하여 전력을 생산할 수 있으며, 연료 탱크로부터 기화기를 통해서 가스터빈에 가스 연료를 공급할 경우에 대기 공기를 이용하여 액화가스를 기화시키는 것뿐만 아니라 동시에 냉각시킨 밀도 높은 대기 공기를 가스터빈에 공급함으로써, 별도의 열원 없이 가스터빈 출력을 증가시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 부유 저장식 가스 발전플랜트 및 출력 증대 시스템의 전체 구성을 보인 개념도
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 부유 저장식 가스 발전플랜트 및 출력 증대 시스템의 전체 구성을 보인 측면도
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 가스 발전플랜트의 출력 증대 시스템을 보인 구성도
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 부유 저장식 가스 발전플랜트 및 그 가스 발전플랜트의 출력 증대 시스템에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 부유 저장식 가스 발전플랜트 및 출력 증대 시스템의 전체 구성을 보인 개념도이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 부유 저장식 가스 발전플랜트 및 출력 증대 시스템의 전체 구성을 보인 측면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 부유 저장식 가스 발전플랜트는 부유 구조물(1) 내부에 연료 탱크(10)를 구비한다. 상기 연료 탱크(10)에는 액화가스를 저장하고 전기 생산시 액화가스를 공급하도록 구성된다.
상기 부유 구조물(1)에는 상기 연료 탱크(10)의 액화가스를 연료 가스로 기화시키는 기화기(20)가 설치된다.
상기 부유 구조물(1)에는 상기 기화기(20)에서 공급하는 연료 가스를 이용하여 전력을 생산하는 가스터빈 유닛(30)이 설치된다.
상기 가스터빈 유닛(30)은 상기 기화기(20)에서 공급하는 연료 가스로 작동하는 가스 터빈(31), 및 상기 가스 터빈(31)에 의해서 전력을 생산하는 제1 발전기(32)를 포함한다.
상기 부유 구조물(1)에는 상기 가스터빈 유닛(30)에서 배출되는 고온 가스의 열원(폐열)을 회수하여 스팀을 생성하는 폐열회수 스팀발생기(40)가 설치된다.
상기 부유 구조물(1)에는 상기 폐열회수 스팀발생기(40)에서 공급하는 스팀을 이용하여 전력을 생산하는 스팀 터빈 발전 유닛(50)이 설치된다.
상기 스팀 터빈 발전 유닛(50)은 상기 폐열회수 스팀발생기(40)에서 공급하는 스팀으로 작동하는 스팀 터빈(51), 및 상기 스팀 터빈(51)에 의해서 전력을 생산하는 제2 발전기(52)를 포함한다.
상기 기화기(20)는 대기 공기를 이용하여 액화가스를 기화시켜서 상기 가스터빈 유닛(30)에 가스 연료를 공급하고, 열교환에 의해 냉각된 대기 공기를 상기 가스터빈 유닛(30)에 공급하여 상기 가스터빈 유닛(30)의 출력을 증가시키도록 구성된다.
상기 기화기(20)와 상기 가스터빈 유닛(30) 사이에는 상기 기화기(20)에서 액화가스를 기화시킬 때 열교환에 의하여 대기 공기를 냉각시켜서 상기 가스터빈 유닛(30)에 냉각된 밀도 높은 공기를 공급하기 위한 공기 공급라인(60)이 설치된다.
상기 스팀 터빈 발전 유닛(50)에는 상기 스팀 터빈(51)에서 발생하는 스팀을 물로 응축하는 복수기(70)가 연결 설치되고, 상기 복수기(70)에 의해 생성된 물은 공급 물탱크(80) 안에 저장된 후, 상기 폐열회수 스팀발생기(40)에 공급되는 구성이다.
이와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 부유 저장식 가스 발전플랜트 및 그 부유 저장식 가스 발전플랜트의 출력 증대 시스템의 작동에 대하여 설명한다.
연료 탱크(10)의 액화가스는 기화기(20)에 의해서 연료 가스로 기화된 후에 가스 터빈 유닛(30)의 가스 터빈(31)으로 공급된다. 이때, 대기 공기가 상기 기화기(20)와 상기 가스터빈 유닛(30) 사이에 설치된 공기 공급라인(60)을 통해서 흐르게 되는데, 상기 기화기(20)에서 액화가스를 기화시킬 때 열교환에 의하여 대기 공기가 냉각된다.
냉각 공기는 밀도 높은 상태를 유지하게 되는바, 본 발명에서는 밀도 높은 공기를 상기 가스터빈 유닛(30)에 공급함으로써, 별도의 열원 없이 가스터빈 출력을 증가시킬 수 있게 된다.
또한, 상기 폐열회수 스팀발생기(40)는 가스터빈(31)에서 배출되는 고온 가스의 열원(폐열)을 회수하여 스팀을 생성하고, 스팀 터빈 발전 유닛(50)은 폐열회수 스팀발생기(40)에서 공급하는 스팀을 이용하여 전력을 생산한다.
상기 복수기(70)는 상기 스팀 터빈(51)에서 발생하는 스팀을 응축하여 물을 생성하고 그 물을 공급 물탱크(80) 안에 저장한다. 공급 물탱크(80) 안에 저장한 물은 상기 폐열회수 스팀발생기(40)에서 물 보충을 필요로 할 때 공급한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 가스 발전플랜트의 출력 증대 시스템을 보인 구성도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 가스 발전플랜트의 출력 증대 시스템에 있어서는, 가스 발전유닛(30)에 공기 공급 덕트(D)가 연결되고, 상기 공기 공급 덕트(D)의 외주 면에 연료 가스관(P)이 권취되도록 구성된다.
상기 공기 공급 덕트(D) 안으로 대기 공기를 주입하고, 상기 연료 가스관(P) 안으로는 액체 연료를 주입하면, 대기 공기의 온도에 의해서 액체 연료가 기화된다. 기화된 연료 가스는 가스 발전유닛(30)에 공급되어 전기 생산에 사용된다.
대기 공기는 상기 공기 공급 덕트(D)를 거치면서 액체 연료와 열 교환하여 냉각되고, 이와 같이 냉각된 밀도 높은 공기가 가스 발전유닛(30)에 공급됨으로써, 별도의 열원 없이 가스터빈 유닛(30)의 출력을 증가시킬 수 있다. 연료 탱크의 액체 연료는 극저온이므로 이로 인해서 상기 공기 공급 덕트(D)가 얼 염려가 있는바, 비상시 사용을 위해서 상기 공기 공급 덕트(D)를 2개의 트레인(train)으로 구성할 수도 있다. 2개의 트레인 중에서 어느 하나의 트레인을 메인 라인(실선으로 표시됨)으로 하고 나머지 트레인을 유지보수(maintenance) 라인(파선으로 표시됨)으로 사용할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 해상의 부유 구조물에 액화가스 연료탱크를 구비하면서 액화가스를 이용하여 전력을 생산할 수 있으며, 연료 탱크로부터 기화기를 통해서 가스터빈에 가스 연료를 공급할 경우에 대기 공기를 이용하여 액화가스를 기화시키는 것뿐만 아니라 동시에 냉각시킨 밀도 높은 공기를 가스터빈에 공급함으로써, 별도의 열원 없이 가스터빈 출력을 증가시킬 수 있다.
본 발명은 한정된 실시 예와 도면을 통하여 설명되었으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재된 특허청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
1: 부유 구조물
10: 연료 탱크
20: 기화기
30: 가스터빈 유닛
31: 가스 터빈
32: 제1 발전기
40: 폐열회수 스팀발생기
50: 스팀 터빈 발전 유닛
51: 스팀 터빈
52: 제2 발전기
60: 공기 공급라인
70: 복수기
80: 공급 물탱크
D: 공기 공급 덕트
P: 연료 가스관

Claims (9)

  1. 액화가스를 저장하고 공급하기 위하여 부유 구조물에 설치되는 연료 탱크와, 상기 연료 탱크의 액화가스를 기화시키는 기화기와, 상기 기화기에서 공급하는 연료 가스를 이용하여 전력을 생산하는 가스터빈 유닛과, 상기 가스터빈 유닛에서 배출되는 고온 가스의 열원(폐열)을 회수하여 스팀을 생성하는 폐열회수 스팀발생기와, 상기 폐열회수 스팀발생기에서 공급하는 스팀을 이용하여 전력을 생산하는 스팀 터빈 발전 유닛을 포함하며,
    상기 기화기는 대기 공기를 이용하여 액화가스를 기화시켜서 상기 가스터빈 유닛에 가스 연료를 공급하고, 열교환에 의해 냉각된 대기 공기를 상기 가스터빈 유닛에 공급하여 상기 가스터빈 유닛의 출력을 증가시키는 부유 저장식 가스 발전플랜트.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 기화기와 상기 가스터빈 유닛 사이에는 상기 기화기에서 액화가스를 기화시킬 때 열교환에 의하여 대기 공기를 냉각시켜서 상기 가스터빈 유닛에 냉각된 밀도 높은 공기를 공급하기 위한 공기 공급라인이 설치되는 것을 특징으로 하는 부유 저장식 가스 발전플랜트.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 스팀 터빈 발전 유닛에는 상기 스팀 터빈 발전 유닛에서 발생하는 스팀을 물로 응축하는 복수기가 설치되고, 상기 복수기에 의해 생성된 물은 공급 물탱크 안에 저장된 후, 상기 폐열회수 스팀발생기에 공급되는 구성인 것을 특징으로 하는 부유 저장식 가스 발전플랜트.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 가스터빈 유닛은
    상기 출력 증대 시스템에서 공급하는 연료가스로 작동하는 가스 터빈; 및
    상기 가스 터빈에 의해서 전력을 생산하는 제1 발전기;를 포함하는 부유 저장식 가스 발전플랜트.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 스팀 터빈 발전 유닛은
    상기 폐열회수 스팀발생기에서 공급하는 스팀으로 작동하는 스팀 터빈; 및
    상기 스팀 터빈에 의해서 전력을 생산하는 제2 발전기;를 포함하는 부유 저장식 가스 발전플랜트.
  6. 기화기에서는 대기 공기를 이용하여 연료 탱크의 액화가스를 기화시킨 가스 연료를 가스터빈 유닛에 공급하고, 상기 기화기에서 열 교환한 밀도 높은 냉각 공기를 상기 가스터빈 유닛에 공급하여 상기 가스터빈 유닛의 출력을 증가시키는 부유 저장식 가스 발전플랜트의 출력 증대 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 기화기와 상기 가스터빈 유닛 사이에는 상기 기화기에서 액화가스를 기화시킬 때 열교환에 의하여 대기 공기를 냉각시켜서 상기 가스터빈 유닛에 냉각된 밀도 높은 공기를 공급하기 위한 공기 공급라인이 설치되는 것을 특징으로 하는 부유 저장식 가스 발전플랜트의 출력 증대 시스템.
  8. 가스 발전유닛에 공기 공급 덕트가 연결되고, 상기 공기 공급 덕트의 외주 면에 연료 가스관이 권취되도록 구성되며, 상기 공기 공급 덕트 안으로 대기 공기를 주입하고, 상기 연료 가스관 안으로는 액체 연료를 주입하면, 대기 공기의 온도에 의해서 액체 연료가 기화하여 기화된 연료 가스가 상기 가스 발전유닛에 공급되고, 대기 공기는 상기 공기 공급 덕트를 거치면서 액체 연료와 열 교환하여 냉각되어 냉각된 밀도 높은 공기가 가스 발전유닛에 공급되는 것을 특징으로 하는 부유 저장식 가스 발전플랜트의 출력 증대 시스템.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 공기 공급 덕트를 2 트레인(train)으로 구성하고, 2개의 트레인 중에서 어느 하나의 트레인을 유지보수(maintenance)로 사용하는 것을 특징으로 하는 부유 저장식 가스 발전플랜트의 출력 증대 시스템.
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