KR20150075662A - 부유 저장식 가스 발전플랜트의 증발가스 처리 시스템 및 처리 방법 - Google Patents

부유 저장식 가스 발전플랜트의 증발가스 처리 시스템 및 처리 방법 Download PDF

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최동규
최정호
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김원석
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Abstract

본 발명은 부유 저장식 가스 발전플랜트의 증발가스 처리 시스템 및 처리 방법에 관한 것으로, 정상 운전 시에 연료 탱크의 연료를 발전 플랜트에 공급하고, 연료 탱크로부터 발생하는 증발가스를 압축하고 액화하여 다시 연료를 발전 플랜트에 공급할 수 있고, 비정상 운전시(발전 플랜트의 고장으로 연료를 공급할 수 없을 경우)에 연료 탱크로부터 발생하는 증발가스를 압축하고 액화시킨 후 연료를 보조 중압 탱크로 공급하여 저장할 수 있으며, 연료 탱크의 로딩 및 언 로딩(loading/unloading) 시에 증발가스를 압축하고 액화하여 필요한 양만큼 연료를 발전 플랜트에 공급하고 나머지는 보조 중압 탱크에 저장할 수 있다.

Description

부유 저장식 가스 발전플랜트의 증발가스 처리 시스템 및 처리 방법{BOIL OFF GAS PROCESSING SYSTEM AND BOG PROCESSING METHOD IN FLOATING AND STORAGE GAS POWER PLANT}
본 발명은 해상의 부유 구조물의 연료 탱크에 천연가스를 저장하고 그 액화가스를 이용하여 전력(電力)을 생산할 수 있는 부유 저장식 가스 발전플랜트에 관한 것으로, 좀더 구체적으로는 버려지는 증발 가스를 없애고 보조 중압 탱크로부터 연료를 공급하여 연료 탱크의 로딩 및 언 로딩 시에 유지 보수 작업을 원활하게 할 수 있는 부유 저장식 가스 발전플랜트의 증발가스 처리 시스템 및 처리 방법에 관한 것이다.
최근에는 친환경적인 발전에 대한 요구로 액화천연가스를 이용한 발전(發電)에 대한 관심이 증가하고 있다. 액화천연가스(liquefied natural gas)는 메탄(methane)을 주성분으로 하는 천연가스를 -162 ℃로 냉각해 그 부피를 6 백분의 1로 줄인 무색 투명한 초저온 액체를 말한다.
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 따라 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.
전술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 정상 운전 시에 연료 탱크의 연료를 발전 플랜트에 공급하고, 연료 탱크로부터 발생하는 증발가스를 압축하고 재액화하여 다시 연료를 발전 플랜트에 공급할 수 있고, 비정상 운전시(발전 플랜트의 고장으로 연료를 공급할 수 없을 경우)에 연료 탱크로부터 발생하는 증발가스를 압축하고 재액화시킨 후 연료를 보조 중압 탱크로 공급하여 저장할 수 있으며, 연료 탱크의 로딩 및 언 로딩(loading/unloading) 시에 증발가스를 압축하고 재액화하여 필요한 양만큼 연료를 발전 플랜트에 공급하고 나머지는 보조 중압 탱크로 저장할 수 있는 부유 저장식 가스 발전플랜트의 증발가스 처리 시스템 및 처리 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 부유 저장식 가스 발전플랜트의 증발가스 처리 시스템은 액화가스를 저장하기 위하여 부유 구조물에 설치되는 연료 탱크와, 상기 액화가스의 연료를 이용하여 전력을 생산하기 위하여 상기 부유 구조물에 설치되는 발전 플랜트를 구비하는 부유 저장식 가스 발전플랜트의 증발가스 처리 시스템에 있어서, 상기 부유 구조물에는 연료 탱크로부터 배출되는 증발가스를 재액화시켜서 연료를 발전플랜트와 보조 중압 탱크로 재공급하는 증발가스 재액화 시스템이 구비되는 것을 특징으로 한다.
상기 증발가스 재액화 시스템은 상기 연료 탱크로부터 배출되는 증발 가스를 재액화 과정에서 응축시켜서 상기 보조 중압 탱크로 재공급되도록 경로를 제공하는 재액화 라인; 상기 재액화 라인에 설치되어 증발 가스를 압축시키는 압축기; 상기 재액화 라인에 설치되어 상기 압축기에 의해 압축된 증발가스를 액화시키는 재액화 유닛; 및 상기 재액화 유닛에 의해서 액화된 액화가스를 상기 보조 중압 탱크 안으로 펌핑하는 펌프;를 포함한다.
정상 운전 시에는 상기 연료 탱크의 연료를 상기 발전 플랜트에 공급하고, 상기 연료 탱크로부터 발생하는 증발가스를 압축하고 액화하여 다시 연료를 상기 발전 플랜트에 공급하며, 비정상 운전시(발전 플랜트의 고장으로 연료를 공급할 수 없을 경우)에 상기 연료 탱크로부터 발생하는 증발가스를 액화시킨 후 연료를 보조 중압 탱크로 공급하여 저장하며, 상기 연료 탱크의 로딩 및 언 로딩 시에 증발가스를 압축하고 재액화하여 필요한 양만큼 연료를 발전 플랜트에 공급하고 나머지는 상기 보조 중압 탱크로 저장할 수 있다.
본 발명에 따른 부유 저장식 가스 발전플랜트는 연료 가스를 연료로 하여 전기를 생산하는 가스 동력발생 유닛; 상기 가스 동력발생 유닛에서 배출되는 고온 가스의 폐열을 회수하여 스팀을 생성하는 폐열회수 스팀발생기; 및 상기 폐열회수 스팀발생기에서 공급하는 스팀을 이용하여 전력을 생산하는 스팀 터빈 발전 유닛;을 포함한다.
상기 가스 동력발생 유닛은 가스 터빈 발전장치 및/또는 가스 엔진 발전장치를 포함한다.
한편, 본 발명에 따른 부유 저장식 가스 발전플랜트의 증발가스 처리방법은 부유 구조물의 연료 탱크로부터 배출되는 증발가스를 처리하는 부유 저장식 가스 발전플랜트의 증발가스 처리방법에 있어서, 정상 운전 시에 연료 탱크의 연료를 발전 플랜트에 공급하고 상기 연료 탱크로부터 발생하는 증발가스를 압축하고 재액화하여 다시 연료를 상기 발전 플랜트에 공급하며, 비정상 운전시(발전 플랜트의 고장으로 연료를 공급할 수 없을 경우)에 상기 연료 탱크로부터 발생하는 증발가스를 압축하고 재액화하여 연료를 보조 중압 탱크에 저장하며, 상기 연료 탱크의 로딩 및 언 로딩 시에 증발가스를 압축하고 재액화하여 필요한 양만큼 연료를 발전 플랜트에 공급하고 나머지는 상기 보조 중압 탱크로 저장한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 정상 운전 시에 연료 탱크의 연료를 발전 플랜트에 공급하고, 연료 탱크로부터 발생하는 증발가스를 압축하고 재액화하여 연료를 발전 플랜트에 공급할 수 있고, 비정상 운전시에 연료 탱크로부터 발생하는 증발가스를 압축하고 재액화하여 연료를 보조 중압 탱크에 저장할 수 있으며, 연료 탱크의 로딩 및 언 로딩 시에 증발가스를 압축하고 재액화하여 필요한 양만큼 연료를 발전 플랜트에 공급하고 나머지는 보조 중압 탱크로 저장할 수 있도록 구성함으로써, 버려지는 증발 가스를 없애고 보조 중압 탱크로부터 연료를 공급하여 연료 탱크의 로딩 및 언 로딩 시에 유지 보수 작업을 원활하게 할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 부유 저장식 가스 발전플랜트의 증발가스 처리 시스템을 보인 개념도
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 부유 저장식 가스 발전플랜트의 증발가스 처리 방법을 설명하기 위한 블록도
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 부유 저장식 가스 발전플랜트의 증발가스 처리 시스템 및 처리 방법에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 부유 저장식 가스 발전플랜트의 증발가스 처리 시스템을 보인 개념도이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 부유 저장식 가스 발전플랜트의 증발가스 처리 방법을 설명하기 위한 블록도이다.
우선, 도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 부유 저장식 가스 발전플랜트(1)는 부유 구조물(11) 내부에 연료 탱크(12)와, 액화 가스의 연료로 하여 전력을 생산하기 위하여 상기 부유 구조물(11)에 설치되는 발전 플랜트를 구비한다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 부유 저장식 가스 발전플랜트(1)는 연료 탱크(12)로부터 발생하는 증발가스를 상기 발전 플랜트의 연료 가스를 사용하여 전기를 생산할 수 있도록 구성된다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 부유 저장식 가스 발전플랜트(1)는 발전 플랜트의 가스 동력발생 유닛(10)에서 배출되는 고온 가스의 폐열을 회수하여 스팀을 생성하는 폐열회수 스팀발생기(20); 및 상기 폐열회수 스팀발생기(20)에서 공급하는 스팀을 이용하여 전력을 생산하는 스팀 터빈 발전 유닛(30);을 포함한다.
상기 가스 동력발생유닛(10)은 가스 터빈 발전장치 및/또는 가스 엔진 발전장치를 포함할 수 있다. 상기 가스 엔진은 MDT의 2 Stroke 저속 고압가스분사엔진(MEGI), 바칠라의 중속 4-stroke DFDE엔진, 바칠라의 2 Stroke 저속 저압가스분사엔진 등을 포함한다.
상기 폐열회수 스팀발생장치(20)는 상기 가스 동력발생유닛(10)에서 배출되는 고온 가스의 폐열을 회수하여 스팀을 생성하는 기능을 한다.
본 발명에 따른 부유 저장식 가스 발전플랜트의 증발가스 처리 시스템은 상기 부유 구조물(11)에 연료 탱크(12)로부터 배출되는 증발가스를 재액화시켜서 연료를 발전플랜트 및/또는 보조 중압 탱크(150)로 재공급하는 증발가스 재액화 시스템(100)을 구비한다.
상기 증발가스 재액화 시스템(100)은 상기 연료 탱크(12)로부터 배출되는 증발 가스를 재액화 과정에서 응축시켜서 상기 보조 중압 탱크(150)로 재공급되도록 경로를 제공하는 재액화 라인(110); 상기 재액화 라인(110)에 설치되어 증발 가스를 압축시키는 압축기(120); 상기 재액화 라인(110)에 설치되어 상기 압축기(120)에 의해 압축된 증발가스를 액화시키는 재액화 유닛(130); 및 상기 재액화 유닛(130)에 의해서 액화된 액화가스를 상기 보조 중압 탱크(150) 안으로 펌핑하는 펌프(140);를 포함한다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 부유 저장식 가스 발전플랜트의 증발가스 처리 시스템은 정상 운전 시에 연료 탱크(12)의 연료를 상기 발전 플랜트에 공급하고, 상기 연료 탱크(12)로부터 발생하는 증발가스를 압축기(120)로 압축하고 재액화 유닛(130)을 통해서 응축시킨 후, 펌프(140)로 펌핑하여 다시 연료를 상기 발전 플랜트에 공급한다.
그리고, 비정상 운전시(발전 플랜트의 고장으로 연료를 공급할 수 없을 경우)에 상기 연료 탱크(12)로부터 발생하는 증발가스를 압축기(120)로 압축하고 재액화 유닛(130)을 통해서 응축시킨 후, 펌프(140)로 펌핑하여 다시 연료를 보조 중압 탱크(150)로 공급하여 저장한다.
또한, 상기 연료 탱크(12)의 로딩 및 언 로딩(loading/unloading) 시에 발생하는 증발가스는 압축기(120)로 압축하고 재액화 유닛(130)을 통해서 응축시킨 후,펌프(140)로 펌핑하여 다시 연료를 필요한 양만큼 상기 발전 플랜트에 공급하고 나머지는 상기 보조 중압 탱크(150)로 저장한다.
이와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 부유 저장식 가스 발전플랜트의 증발가스 처리 시스템 및 처리 방법에 대하여 설명한다.
연료 탱크(12)의 액화가스는 기화된 후에 가스 동력발생 유닛(10)으로 공급된다. 액화 가스는 기화기(미도시)에 의해서 기화된 후에 가스 동력발생 유닛(10)으로 공급되어 전기를 생산한다. 가스 동력발생 유닛(10)에서 발생하는 고온 가스의 열원, 즉 폐열을 이용하여 폐열회수 스팀발생기(20)는 스팀을 발생하고, 그 스팀을 이용하여 스팀 터빈 발전장치 유닛(30)이 구동하여 전기를 생산한다.
연료 탱크(12) 내에서는 증발 가스(boil off gas, BOG)가 발생하며, 이러한 증발 가스를 처리하기 위하여 본 발명의 부유 저장식 가스 발전플랜트(1)는 증발가스 재액화 시스템(100)을 구비한다. 증발 가스 처리 과정을 살펴보면 다음과 같다.
증발 가스는 재액화 라인(110)을 따라 이동하며, 압축기(120)는 증발 가스를 압축시키고, 증발 가스는 재액화 유닛(130)에 의해서 응축된 후에, 펌프(140)에 의해서 보조 중압 탱크(150) 안으로 재공급될 수 있다. 보조 중압 탱크(150) 안에 공급된 액화 가스는 연료 가스로 기화된 후에 가스 동력발생 유닛(10)으로 공급되어 전기를 생산할 수 있다.
본 발명에 따른 부유 저장식 가스 발전플랜트의 증발가스 처리 방법은 정상 운전 시에 연료 탱크(12)의 연료를 상기 발전 플랜트에 공급하고, 상기 연료 탱크(12)로부터 발생하는 증발가스를 증발가스 재액화 시스템(100)을 통해서 응축시킨 후, 다시 연료를 상기 발전 플랜트에 공급한다.
그리고, 비정상 운전시(발전 플랜트의 고장으로 연료를 공급할 수 없을 경우)에 상기 연료 탱크(12)로부터 발생하는 증발가스를 상기 증발가스 재액화 시스템(100)을 통해서 응축시킨 후, 다시 연료를 보조 중압 탱크(150)로 공급하여 저장한다.
또한, 상기 연료 탱크(12)의 로딩 및 언 로딩(loading/unloading) 시에 증발가스를 상기 증발가스 재액화 시스템(100)을 통해서 응축시킨 후, 다시 연료를 필요한 양만큼 상기 발전 플랜트에 공급하고 나머지는 상기 보조 중압 탱크(150)로 저장한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 연료를 공급하는 연료 탱크로부터 발생하는 증발가스를 압축기를 통해 압축하여 재액화 유닛을 통해서 응축시킨 후 다시 연료를 보조 중압 탱크로 공급하여, 버려지는 증발가스를 없애고, 보조 중압 탱크로부터 연료를 공급하도록 함으로써, 연료 탱크의 로딩 및 언로딩 시에 유지보수 작업을 원활하게 할 수 있는 장점이 있다.
그리고, 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 저장식 가스 발전플랜트
10: 가스 동력발생 유닛
11: 부유 구조물
12: 연료 탱크
20: 폐열회수 스팀발생기
30: 스팀 터빈 발전 유닛
100: 증발가스 재액화 시스템
110: 재액화 라인
120: 압축기
130: 재액화 유닛
140: 펌프
150: 보조 중압 탱크

Claims (7)

  1. 액화가스를 저장하기 위하여 부유 구조물에 설치되는 연료 탱크와, 상기 액화가스의 연료를 이용하여 전력을 생산하기 위하여 상기 부유 구조물에 설치되는 발전 플랜트를 구비하는 부유 저장식 가스 발전플랜트의 증발가스 처리 시스템에 있어서,
    상기 부유 구조물에는 연료 탱크로부터 배출되는 증발가스를 재액화시켜서 연료를 상기 발전 플랜트 및/또는 보조 중압 탱크로 재공급하는 증발가스 재액화 시스템이 구비되는 것을 특징으로 하는 부유 저장식 가스 발전플랜트의 증발가스 처리 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 증발가스 재액화 시스템은
    상기 연료 탱크로부터 배출되는 증발 가스를 재액화 과정에서 응축시켜서 상기 보조 연료 탱크로 재공급되도록 경로를 제공하는 재액화 라인;
    상기 재액화 라인에 설치되어 증발 가스를 압축시키는 압축기;
    상기 재액화 라인에 설치되어 상기 압축기에 의해 압축된 증발가스를 액화시키는 재액화 유닛; 및
    상기 재액화 유닛에 의해서 액화된 액화가스를 상기 보조 중압 탱크 안으로 펌핑하는 펌프;를 포함하는 부유 저장식 가스 발전플랜트의 증발가스 처리 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    정상 운전 시에 상기 연료 탱크의 연료를 상기 발전 플랜트에 공급하고, 상기 연료 탱크로부터 발생하는 증발가스를 증발가스 재액화 시스템을 통해서 응축시킨 후, 다시 연료를 상기 발전 플랜트에 공급하며,
    비정상 운전시(발전 플랜트의 고장으로 연료를 공급할 수 없을 경우)에 상기 연료 탱크로부터 발생하는 증발가스를 상기 증발가스 재액화 시스템을 통해서 응축시킨 후, 다시 연료를 상기 보조 중압 탱크에 공급하여 저장하며,
    상기 연료 탱크의 로딩 및 언 로딩 시에 발생하는 증발가스를 상기 증발가스 재액화 시스템을 통해서 응축시킨 후, 필요한 양만큼 연료를 상기 발전 플랜트에 공급하고 나머지는 상기 보조 중압 탱크로 저장하는 것을 특징으로 하는 부유 저장식 가스 발전플랜트의 증발가스 처리 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 연료 탱크로부터 발생하는 증발가스를 상기 발전 플랜트의 연료 가스로 사용하여 전기를 생산하는 부유 저장식 가스 발전플랜트의 증발가스 처리 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    연료 가스를 연료로 하여 전기를 생산하는 가스 동력발생 유닛;
    상기 가스 동력발생 유닛에서 배출되는 고온 가스의 폐열을 회수하여 스팀을 생성하는 폐열회수 스팀발생기; 및
    상기 폐열회수 스팀발생기에서 공급하는 스팀을 이용하여 전력을 생산하는 스팀 터빈 발전 유닛;을 더 포함하는 부유 저장식 가스 발전플랜트의 증발가스 처리 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 가스 동력발생 유닛은 가스 터빈 발전장치 및/또는 가스 엔진 발전장치를 포함하는 부유 저장식 가스 발전플랜트의 증발가스 처리 시스템.
  7. 부유 구조물의 연료 탱크로부터 배출되는 증발가스를 처리하는 부유 저장식 가스 발전플랜트의 증발가스 처리방법에 있어서,
    정상 운전 시에는 연료 탱크의 연료를 발전 플랜트에 공급하고, 상기 연료 탱크로부터 발생하는 증발가스를 증발가스 재액화 시스템을 통해서 응축시킨 후, 다시 연료를 상기 발전 플랜트에 공급하고,
    비정상 운전 시(발전 플랜트의 고장으로 연료를 공급할 수 없을 경우)에 상기 연료 탱크로부터 발생하는 증발가스를 상기 증발가스 재액화 시스템을 통해서 응축시킨 후, 다시 연료를 보조 중압 탱크로 공급하여 저장하며,
    상기 연료 탱크의 로딩 및 언 로딩 시에 발생하는 증발가스를, 상기 증발가스 재액화 시스템을 통해서 응축시킨 후에, 필요한 양만큼 연료를 상기 발전 플랜트에 공급하고 나머지는 상기 보조 중압 탱크로 저장하는 것을 특징으로 하는 부유 저장식 가스 발전플랜트의 증발가스 처리방법.
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