KR20150088452A - 부유식 복합 플랜트 및 이의 운용 방법 - Google Patents

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Abstract

부유식 복합 플랜트 및 이의 운용 방법이 개시된다. 본 발명의 부유식 복합 플랜트는 해상에 부유하는 바지 본체; 바지 본체에 마련되는 복합화력발전 플랜트부; 및 바지 본체에 마련되는 담수화 플랜트부 및 이산화탄소 포집부 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

부유식 복합 플랜트 및 이의 운용 방법{Floating Type Complex Plant And Operating Method Of The Same}
본 발명은 부유식 복합 플랜트 및 이의 운용 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 해상에 부유하며 LNG 저장탱크가 마련된 바지(barge)에, 복합화력발전 플랜트 설비와 담수화 플랜트, 이산화탄소 포집 설비 등을 구비함으로써, 해상으로부터 발전된 전력, 담수, 이산화탄소 및 재기화된 천연가스 중 적어도 하나를 공급할 수 있는 부유식 복합 플랜트 및 이의 운용방법에 관한 것이다.
친환경 에너지에 대한 관심이 높아지면서, 천연가스의 소비량이 전 세계적으로 급증하고 있는 추세이다. 천연가스는, 육상 또는 해상의 가스배관을 통해 가스 상태로 운반되거나, 또는, 액화된 액화천연가스의 상태로 LNG 캐리어(특히, LNG 수송선)에 저장된 채 원거리의 소비처로 운반된다. 액화천연가스는 천연가스를 극저온(대략 -163℃)으로 냉각하여 얻어지는 것으로 가스 상태의 천연가스일 때보다 그 부피가 대략 1/600로 줄어들므로 해상을 통한 원거리 운반에 매우 적합하다.
LNG 수송선은, 액화천연가스를 싣고 바다를 운항하여 육상 소요처에 액화천연가스를 하역하기 위한 것이며, 이를 위해, 액화천연가스의 극저온에 견딜 수 있는 LNG 저장탱크(흔히, '화물창'이라 함)를 포함한다. 통상, 이러한 LNG 수송선은 LNG 저장탱크 내의 액화천연가스를 액화된 상태 그대로 육상에 하역하며, 하역된 LNG는 육상에 설치된 LNG 재기화 설비에 의해 재기화된 후 천연가스의 소비처로 가스배관을 통해 운반된다.
이러한 육상의 LNG 재기화 설비는 천연가스 시장이 잘 형성되어 있어 안정적으로 천연가스의 수요가 있는 곳에 설치하는 경우에는 경제적으로 유리한 것으로 알려져 있다. 그러나, 천연가스의 수요가 계절적, 단기적 또는 주기적으로 있는 천연가스 소요처의 경우에는, 높은 설치비와 관리비로 인해, 육상에 LNG 재기화 설비를 설치하는 것이 경제적으로 매우 불리하다.
특히, 자연재해 등에 의해 육상의 LNG 재기화 설비가 파괴될 경우, LNG 수송선이 소요처에 LNG를 싣고 도달한다 하더라도, 그 LNG를 재기화할 수 없다는 점에서 기존 LNG 수송선을 이용한 천연가스 운반은 한계성을 안고 있다.
이에 따라, 예를 들면, LNG 수송선에 LNG 재기화 설비를 마련하여, 해상에서 액화천연가스를 재기화하고, 그 재기화를 통해 얻어진 천연가스를 육상으로 공급하는 해상 LNG 재기화 시스템이 개발되었다. 그리고, 이러한 해상 LNG 재기화 시스템과 관련된 선행기술로는 한국 특허 제 0569621 호(엑손모빌 오일 코포레이션, 수송선 상에서 액화천연가스를 가스화하는 방법 및 시스템), 미국 특허 제 6,546,739 호(Exmar Offshore Company, Method and apparatus for offshore LNG regasification), 미국 특허 제 6,578,366 호(Moss Maritime AS, Device for evaporation of liquefied natural gas), 미국 특허 제 6,688,114 호(El Paso Corporation LNG CARRIER, 미국 특허 제 6,598,408 호(El Paso Corporation, Method and apparatus for transporting LNG), 한국 특허 제0467963 호(강도욱, 앨앤지 알브이의 가스화 장치 운전 방법), 미국 특허 제 6,945,049 호(Hamworthy KSE a.s., Regasification system and method), 한국 특허 제 0504237 호(대우조선해양 주식회사, 선저 개구부를 막을 수 있는 차폐수단이 구비된 선박), 한국 특허 제 0474522 호(대우조선해양 주식회사, 해수 가열 시스템), 한국 특허공개 제 2003 -0090686 호(라이프 호에그 운트 코. 에이에스에이, 선박 및 하역 시스템), 미국 특허공개 제 2005-0061002A 호(Shipboard regasification for LNG carriers with alternate propulsion plants), 한국 특허공개 제 2004-0105801 호(엑셀레이트 에너지 리미티드 파트너쉽, 개량된 LNG 운반선), 한국 실용등록 제0410836 호(삼성중공업 주식회사, 액화 천연가스선의 액화천연가스 재기화 시스템) 등이 있다.
이러한 종래의 LNG 재기화 선박은, LNG 저장탱크에 저장된 액화천연가스의 재기화를 위해 기화기 등의 설비를 선박에 구비하며, 또한, 재기화된 천연가스를 육상 소요처로 공급하기 위해, 시스템 내 배관과 육상 소요처의 가스배관을 연결시키는 연결장치, 그리고, 천연가스의 하역이 이루어지는 동안 선박의 위치를 유지시키는 선박위치 유지장치 등을 구비한다.
미국 특허 제 6,578,366호
발전 인프라가 갖춰지지 않은 지역에서 LNG를 연료로 발전하기 위해서 FSRU(Floating Storage Regasification Unit)나 RV(Regasification Vessel)를 이용한다면, 해상에서 LNG를 재기화한 후 이를 공급받아 육상에서 전력을 생산하기 위해서 육상에 발전 플랜트가 건설되어야 한다. 육상에 발전 플랜트를 건설하기 위해서는 건설 부지와 인력의 확보가 필요한데, 지역에 따라 이를 확보하기 어렵거나 작업 여건이 열악할 수 있고, 산림 파괴 등의 환경 오염 문제가 발생할 수 있다. 또한, 발전 인프라를 갖추지 못한 지역은 담수를 구하기 어려운 도서 지역이나 저개발국인 경우도 많다.
본 발명은 이러한 문제를 해결하여, 해상에서 단시간에 LNG 발전 인프라와 담수 공급 인프라를 제공할 수 있는 플랜트를 제안하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 해상에 부유하는 바지 본체;
상기 바지 본체에 마련되는 복합화력발전 플랜트부; 및
상기 바지 본체에 마련되는 담수화 플랜트부 및 이산화탄소 포집부 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 부유식 복합 플랜트가 제공된다.
바람직하게는, 상기 바지 본체에 마련되어 LNG를 저장하는 LNG 저장탱크와, 상기 LNG 저장탱크에 저장된 LNG를 재기화하는 재기화부를 더 포함하고, 상기 복합화력발전 플랜트부는 상기 재기화부로부터 재기화된 천연가스를 공급받아 발전하여, 발전된 전력, 담수, 이산화탄소 및 재기화된 천연가스 중 적어도 하나를 플랜트 외부로 공급할 수 있다.
바람직하게는 상기 복합화력발전 플랜트부는, 상기 천연가스를 연소시켜 가스 터빈을 구동시켜 발전하는 가스터빈 발전부와, 상기 가스 터빈을 구동시키고 배출되는 연소가스로 물을 증발시켜 스팀을 발생시켜 스팀 터빈을 구동시켜 발전하는 배열회수 발전부와, 상기 가스터빈 발전부 및 배열회수 발전부 중 적어도 하나에서 발생하는 폐열을 회수하는 폐열회수부를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 폐열회수부는 폐열로 해수를 가열하여 스팀을 생성하는 폐열회수증기발생기를 포함하고, 상기 폐열회수증기발생기에서 생성된 스팀은 상기 재기화부에 공급되어 열교환으로 LNG를 재기화시킬 수 있다.
바람직하게는 상기 담수화 플랜트부는, 해수를 플랜트 내로 유입시키는 해수 유입기와, 상기 해수 유입기로 유입된 해수를 증발 후 응축시켜 담수를 생성하는 담수화기를 포함할 수 있다.
바람직하게는 상기 이산화탄소 포집부는, 상기 복합화력발전 플랜트부에서 발생하는 배기를 포집하는 포집 설비와, 상기 포집 설비에서 포집된 배기에 포함된 이산화탄소를 분리하는 분리 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 해상에 부유하며 LNG 저장탱크가 마련된 플랜트의 운용 방법에 있어서,
1) 상기 LNG 저장탱크에 저장된 LNG를 재기화하는 단계; 및
2) 재기화된 천연가스를 연료로 복합화력발전을 통해 전력을 생산하는 단계;를 포함하고,
3) 상기 전력 생산 중 발생하는 배기가스의 폐열로 해수를 담수화하는 단계; 및 상기 배기가스를 포집하여 이산화탄소를 분리하는 단계 중 적어도 하나를 더 포함하여,
발전된 전력, 담수, 이산화탄소 및 재기화된 천연가스 중 적어도 하나를 플랜트 외부로 공급하는 것을 특징으로 하는 부유식 복합 플랜트의 운용 방법이 제공된다.
본 발명의 부유식 복합 플랜트는 해상에 부유하는 바지선에 복합화력발전 플랜트 설비와 담수화 플랜트, 이산화탄소 포집 설비 등을 구비함으로써, 해상으로부터 발전된 전력, 담수, 이산화탄소 및 재기화된 천연가스 중 적어도 하나를 공급할 수 있다.
이와 같이, 바지선에 발전 플랜트를 마련하여, 단시간에 전력을 공급할 수 있으며, 발전 플랜트의 폐열을 이용하여 LNG를 재기화하고 해수를 담수화함으로써 플랜트의 효율과 경쟁력, 경제성을 높일 수 있다. 또한 발전 플랜트에서 발전시 발생하는 배기가스 중 이산화탄소를 포집 및 분리하여 활용할 수 있도록 함으로써, 친환경적이고 경제성 있는 플랜트를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 부유식 복합 플랜트의 개념을 개략적으로 도시한다.
도 2는 도 1의 실시예에서 재기화부의 운용만을 좀 더 세부적으로 도시하였다.
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. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1에는 본 발명은 일 실시예에 따른 부유식 복합 플랜트의 개념을 개략적으로 도시하였다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 부유식 복합 플랜트는, 해상에 부유하는 바지(barge) 본체(B)와, 바지 본체(B)에 마련되는 복합화력발전 플랜트(combined cycle power plant)부(100)와, 바지 본체(B)에 마련되는 담수화 플랜트부(200) 및 이산화탄소 포집부(300) 중 적어도 하나를 포함한다.
본 실시예에서 바지 본체(B)는, 자체 추진장치를 갖추지 않고 운반선으로 이동시켜 해상에 부유하도록 설치되는 부유식 구조물을 포함하나 이에 한정되는 것은 아니고, 추진장치가 구비된 선박 또는 특수 선박일 수도 있다.
종래에는 육상에서 발전할 수 있도록 해상에서 LNG를 재기화시켜 천연가스를 육상으로 공급하는 RV(Regasification Vessel)나 FSRU(Floating Storage Regasification Unit)가 알려져 있으나, 본 실시예의 복합 플랜트는 해상에서 발전까지 수행하여 생산된 전력을 육상으로 공급할 수 있는 구조물이다.
본 실시예의 플랜트는, 바지 본체(B)에 마련되어 LNG를 저장하는 LNG 저장탱크(T)와, LNG 저장탱크(T)에 저장된 LNG를 재기화하는 재기화부(400)를 더 포함하는데, 복합화력발전 플랜트부(100)는 재기화부(400)로부터 재기화된 천연가스를 공급받아 발전하여, 발전된 전력, 담수, 이산화탄소 및 재기화된 천연가스 중 적어도 하나를 플랜트 외부로 공급할 수 있다.
이처럼 본 실시예의 플랜트는 적용되는 지역의 필요에 따라 다양한 형태로 구현될 수 있는데, 예를 들어 ① 발전 플랜트 + 담수화 플랜트, ② 발전 플랜트 + 이산화탄소 분리 플랜트, ③ 발전 플랜트 + 담수화 플랜트 + 이산화탄소 분리 플랜트 등의 형태로 마련될 수 있고, 선택적으로 재기화된 천연가스의 공급 기능도 수행할 수 있다.
복합화력발전 플랜트부(100)는, 천연가스를 연소시켜 가스 터빈을 구동시켜 발전하는 가스터빈 발전부(미도시)와, 가스 터빈을 구동시키고 배출되는 연소가스로 물을 증발시켜 스팀을 발생시켜 스팀 터빈을 구동시켜 발전하는 배열회수 발전부(미도시)와, 가스터빈 발전부 및 배열회수 발전부 중 적어도 하나에서 발생하는 폐열을 회수하는 폐열회수부(110)를 포함할 수 있다.
이와 같이 복합화력발전 플랜트는, 화석연료를 연소시켜 생성한 고온의 연소가스로 가스 터빈을 구동시켜 일차적으로 전력을 생산한 후, 가스터빈에서 배출되는 고온의 배기를 열원으로 증기를 생산하여, 그 증기로 스팀 터빈을 구동시켜 이차적으로 전력을 생산하는 발전플랜트이다.
복합화력발전 플랜트에서는 증기를 발생시킨 후의 배기, 증기 터빈을 구동시키고 배출되는 증기를 복수한 냉각수, 가스 터빈과 증기 터빈의 구동에 의한 운동 에너지를 전기 에너지로 전환하는 발전기(generator)에 공급되는 냉각수 등을 통해 폐열이 발생하는데, 본 실시예는 폐열회수부(110)를 통해 이러한 폐열을 복합 플랜트 내에서 활용할 수 있도록 에너지 효율과 플랜트의 경제성을 높인다.
폐열회수부(110)는 폐열로 해수를 가열하여 스팀을 생성하는 폐열회수증기발생기(미도시)를 포함하고, 폐열회수증기발생기에서 생성된 스팀은 재기화부(400)에 공급되어 열교환으로 LNG를 재기화시킬 수 있다.
생성된 스팀을 직접 LNG와 열교환시킬 수도 있으나, 도 2에 도시된 바와 같이, 스팀을 공급하여 해수를 가열하는 열교환기(410)를 구성하고, 열교환기(410)를 거쳐 가열된 해수를 재기화기(420)에서 LNG와 열교환시켜 LNG를 재기화시킬 수 있다. LNG를 재기화시켜 생성된 천연가스는 복합화력발전 플랜트부(100)의 연료로 공급할 수 있고, 바지 본체(B)에 부이(buoy, 미도시)를 마련하여 재기화된 천연가스를 육상으로 공급할 수도 있다.
담수화 플랜트부(200)는, 해수를 플랜트 내로 유입시키는 해수 유입기(미도시)와, 해수 유입기로 유입된 해수를 증발 후 응축시켜 담수를 생성하는 담수화기(미도시)를 포함할 수 있다.
담수화 플랜트부(200)는 해수를 증발시키기 위한 열원으로 복합화력발전 플랜트부(100)에서 발생하는 폐열을 이용할 수 있으며, 복합화력발전 플랜트부(100)의 복수기(미도시)로 공급하여 스팀을 복수한 해수를 공급받아 담수화할 수도 있다.
이산화탄소 포집부(300)는, 복합화력발전 플랜트부(100)에서 발생하는 배기를 포집하는 포집 설비(미도시)와, 포집 설비에서 포집된 배기에 포함된 이산화탄소를 분리하는 분리 장치(미도시)를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 해상에 부유하며 LNG 저장탱크(T)가 마련된 플랜트의 운용 방법에 있어서,
1) LNG 저장탱크(T)에 저장된 LNG를 재기화하는 단계; 및
2) 재기화된 천연가스를 연료로 복합화력발전을 통해 전력을 생산하는 단계;를 포함하고,
3) 전력 생산 중 발생하는 배기가스의 폐열로 해수를 담수화하는 단계; 및 배기가스를 포집하여 이산화탄소를 분리하는 단계 중 적어도 하나를 더 포함하여,
발전된 전력, 담수, 이산화탄소 및 재기화된 천연가스 중 적어도 하나를 플랜트 외부로 공급하는 것을 특징으로 하는 부유식 복합 플랜트의 운용 방법이 제공된다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 실시예의 부유식 복합 플랜트는 해상에 부유하는 바지선에 복합화력발전 플랜트 설비와 담수화 플랜트, 이산화탄소 포집 설비 등을 선택적으로 구성함으로써, 설치 지역의 필요에 따라 해상으로부터 발전된 전력, 담수, 이산화탄소 및 재기화된 천연가스 중 적어도 하나를 공급할 수 있다.
이와 같이, 바지선에 발전 플랜트를 포함한 복합플랜트를 구성하여 설치지역으로 이동시킴으로써, 발전 인프라가 갖추어지지 못하거나 일시적인 전력 수급이 필요한 지역에 단시간에 전력공급이 이루어질 수 있다. 또한, 플랜트 건설부지나 노동력 확보의 문제를 해결할 수 있으며, 발전 플랜트의 폐열을 이용하여 LNG를 재기화하고 해수를 담수화함으로써 플랜트의 효율과 경쟁력, 경제성을 높일 수 있다. 또한 발전 플랜트에서 발전시 발생하는 배기가스 중 이산화탄소를 포집 및 분리하여 활용할 수 있도록 함으로써, 친환경적이고 경제성 있는 플랜트를 제공할 수 있다.
이와 같이 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
B: 바지 본체
T: LNG 저장탱크
100: 복합화력발전 플랜트부
110: 폐열회수부
200: 담수화 플랜트부
300: 이산화탄소 포집부
400: 재기화부
410: 열교환기
420: 재기화기

Claims (7)

  1. 해상에 부유하는 바지 본체;
    상기 바지 본체에 마련되는 복합화력발전 플랜트부; 및
    상기 바지 본체에 마련되는 담수화 플랜트부 및 이산화탄소 포집부 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 부유식 복합 플랜트.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 바지 본체에 마련되어 LNG를 저장하는 LNG 저장탱크; 및
    상기 LNG 저장탱크에 저장된 LNG를 재기화하는 재기화부를 더 포함하고,
    상기 복합화력발전 플랜트부는 상기 재기화부로부터 재기화된 천연가스를 공급받아 발전하여,
    발전된 전력, 담수, 이산화탄소 및 재기화된 천연가스 중 적어도 하나를 플랜트 외부로 공급하는 것을 특징으로 하는 부유식 복합 플랜트.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 복합화력발전 플랜트부는
    상기 천연가스를 연소시켜 가스 터빈을 구동시켜 발전하는 가스터빈 발전부;
    상기 가스 터빈을 구동시키고 배출되는 연소가스로 물을 증발시켜 스팀을 발생시켜 스팀 터빈을 구동시켜 발전하는 배열회수 발전부; 및
    상기 가스터빈 발전부 및 배열회수 발전부 중 적어도 하나에서 발생하는 폐열을 회수하는 폐열회수부를 포함하는 것을 특징으로 하는 부유식 복합 플랜트.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 폐열회수부는 폐열로 해수를 가열하여 스팀을 생성하는 폐열회수증기발생기를 포함하고,
    상기 폐열회수증기발생기에서 생성된 스팀은 상기 재기화부에 공급되어 열교환으로 LNG를 재기화시키는 것을 특징으로 하는 부유식 복합 플랜트.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 담수화 플랜트부는
    해수를 플랜트 내로 유입시키는 해수 유입기; 및
    상기 해수 유입기로 유입된 해수를 증발 후 응축시켜 담수를 생성하는 담수화기를 포함하는 부유식 복합 플랜트.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 이산화탄소 포집부는
    상기 복합화력발전 플랜트부에서 발생하는 배기를 포집하는 포집 설비;
    상기 포집 설비에서 포집된 배기에 포함된 이산화탄소를 분리하는 분리 장치를 포함하는 부유식 복합 플랜트.
  7. 해상에 부유하며 LNG 저장탱크가 마련된 플랜트의 운용 방법에 있어서,
    1) 상기 LNG 저장탱크에 저장된 LNG를 재기화하는 단계; 및
    2) 재기화된 천연가스를 연료로 복합화력발전을 통해 전력을 생산하는 단계;를 포함하고,
    3) 상기 전력 생산 중 발생하는 배기가스의 폐열로 해수를 담수화하는 단계; 및 상기 배기가스를 포집하여 이산화탄소를 분리하는 단계 중 적어도 하나를 더 포함하여,
    발전된 전력, 담수, 이산화탄소 및 재기화된 천연가스 중 적어도 하나를 플랜트 외부로 공급하는 것을 특징으로 하는 부유식 복합 플랜트의 운용 방법.
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