KR20160048239A - Compressed air energy storage electric power generator - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 왕복동기관에서 공기를 고압으로 압축할 때 발생하는 폐열을 이용하여 공기를 예압(豫壓)한 다음 왕복동기관으로 유입시키는 압축공기 에너지 저장 발전 시스템에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a compressed air energy storage and power generation system that pre-pressurizes air using waste heat generated when air is compressed at a high pressure in a reciprocating engine, and then introduces the compressed air into a reciprocating engine.
압축 공기 에너지 저장(CAES: Compressed Air Energy Storage) 발전 시스템은 전기의 사용량이 적은 야간 시간대에 전기에너지를 이용하여 공기를 압축해서 저장하였다가, 전기의 사용량이 많은 시간대와 같이 필요한 시기에 압축공기를 이용하여 발전기를 회전시켜 발전을 하는 시스템이다.The Compressed Air Energy Storage (CAES) power generation system compresses and stores the air by using electric energy in the nighttime when the electricity consumption is low. And the generator is rotated to generate electric power.
도 1은 종래의 압축공기 에너지 저장 발전 시스템의 개략적 구성을 보인 도로서, 이를 설명한다.FIG. 1 illustrates a schematic configuration of a conventional compressed air energy storage power generation system.
도시된 바와 같이, 종래의 압축공기 에너지 저장 발전 시스템(10)은 모터(13)에 의하여 구동하면서 공기를 압축하는 왕복동기관(11)을 포함하고, 왕복동기관(11)에서 고압으로 압축된 압축공기는 저장탱크(15)에 저장된다.As shown in the figure, the conventional compressed air energy storage
그리하여, 사용자가 필요로 하는 시기에 저장탱크(15)에 저장된 압축공기를 왕복동기관(11)으로 분사하면, 왕복동기관(11)이 회전하고, 왕복동기관(11)에 의하여 발전기(17)가 구동하면서 발전을 한다. 왕복동기관(11)으로 분사되어 발전기(17)의 구동에 사용된 공기는 왕복동기관(11)의 외측으로 배출된다.Thus, when the compressed air stored in the
상기와 같은 종래의 압축공기 에너지 저장 발전 시스템(10)은 왕복동기관(11)에서 압축된 압축공기에서 발생하는 열에너지가 활용되지 못하고 대기로 소실되므로, 에너지가 낭비되는 단점이 있다.In the conventional compressed air energy storage
그리고, 대기의 공기를 예압(豫壓)하지 않은 상태로 왕복동기관(11)에서 바로 압축하므로, 원하는 공기량을 원하는 압력으로 압축하기 위해서는 대용량의 왕복동기관(11)이 필요하다. 이로 인해, 압축공기 에너지 저장 발전 시스템(10)의 전체 부피가 커지는 단점이 있고, 부피가 커짐으로 인하여 설치 장소에 제약이 따르는 단점이 있다.Since the air in the atmosphere is directly compressed in the reciprocating
본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 모든 문제점들을 해결할 수 있는 압축공기 에너지 저장 발전 시스템을 제공하는 것일 수 있다.It is an object of the present invention to provide a compressed air energy storage power generation system capable of solving all the problems of the prior art as described above.
본 발명의 다른 목적은 에너지를 절약할 수 있을 뿐만 아니라, 부피를 줄일 수 있는 압축공기 에너지 저장 발전 시스템을 제공하는 것일 수 있다.Another object of the present invention is to provide a compressed air energy storage power generation system that can save energy as well as reduce the volume.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 압축공기 에너지 저장 발전 시스템은, 모터에 의하여 구동하면서 공기를 압축하고, 압축공기에 의하여 구동하는 왕복동기관; 상기 왕복동기관에서 압축된 고압의 압축공기에서 발생하는 열에너지를 회수하는 열회수기; 상기 열회수기에서 열을 빼았긴 압축공기를 저장하는 저장탱크; 상기 저장탱크에서 상기 왕복동기관으로 공급된 압축공기에 의하여 상기 왕복동기관이 구동하면 상기 왕복동기관에 의하여 회전하면서 발전하는 발전기; 상기 열회수기에 회수된 열에너지에 의하여 구동하면서 공기를 예압(豫壓)하여 상기 왕복동기관으로 유입시키는 압축기를 포함할 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a compressed air energy storage power generation system including: a reciprocating engine that compresses air while being driven by a motor and is driven by compressed air; A heat recovery unit for recovering heat energy generated in the high-pressure compressed air compressed by the reciprocating engine; A storage tank for storing compressed air from which heat is removed from the heat recovery apparatus; A generator that generates electric power by being rotated by the reciprocating engine when the reciprocating engine is driven by compressed air supplied from the storage tank to the reciprocating engine; And a compressor for pre-pressurizing the air while being driven by the heat energy recovered in the heat recovery apparatus to introduce the air into the reciprocating engine.
또한, 상기 열회수기는 증기를 생성하는 폐열회수 보일러일 수 있다.In addition, the heat recovery unit may be a waste heat recovery boiler for generating steam.
또한, 상기 압축기는 터빈형 압축기로 마련되어 상기 열회수기에서 생성된 증기에 의하여 회전하면서 공기를 압축할 수 있다.Also, the compressor is provided with a turbine type compressor, and can compress air while rotating by the steam generated in the heat recovery apparatus.
또한, 상기 압축기를 회전시키는데 사용된 증기는 상기 열회수기로 재유입될 수 있다.In addition, the steam used to rotate the compressor may be reintroduced into the heat recovery apparatus.
또한, 상기 열회수기와 상기 저장탱크 사이에는 상기 저장탱크로 공급되는 압축공기를 냉각시키기 위한 냉각기가 설치될 수 있다.A cooler for cooling the compressed air supplied to the storage tank may be installed between the heat recovery unit and the storage tank.
본 발명의 실시예에 따른 압축공기 에너지 저장 발전 시스템은, 압축공기에서 발생하는 열을 회수하여 증기를 생성하고, 증기를 이용하여 압축을 위해 왕복동기관으로 유입되는 대기중의 공기를 예압(豫壓)한다. 즉, 소실되는 압축공기에서 발생되는 열을 회수하여 이용하므로, 에너지가 절약되는 효과가 있을 수 있다.A compressed air energy storage power generation system according to an embodiment of the present invention recovers heat generated from compressed air to generate steam and uses the steam to preheat air in the atmosphere flowing into the reciprocating engine for compression. )do. That is, since the heat generated from the compressed air to be lost is recovered and used, energy can be saved.
그리고, 대기중의 공기를 압축기에서 증기를 이용하여 예압(豫壓)한 후, 왕복동기관으로 유입시켜 압축하므로, 원하는 공기량을 원하는 압력으로 압축함에 있어서, 상대적으로 작은 용량의 왕복동기관을 사용하여 공기를 압축할 수 있다. 이로 인해, 압축공기 에너지 저장 발전 시스템의 전체 부피를 줄일 수 있는 효과가 있을 수 있다.Since the air in the atmosphere is preliminarily pressurized by the steam in the compressor and then introduced into the reciprocating engine to compress the desired amount of air to a desired pressure, a relatively small capacity reciprocating engine is used to compress air Can be compressed. This has the effect of reducing the overall volume of the compressed air energy storage power generation system.
그리고, 왕복동기관에서 압축된 압축공기는 냉각기에서 냉각된 후 저장탱크에 저장된다. 그러면, 저장탱크에 저장되는 압축공기의 부피가 감소되므로, 상대적으로 작은 용량의 저장탱크를 사용할 수 있거나, 저장탱크에 더 많은 양의 압축공기를 저장할 수 있는 효과가 있을 수 있다.The compressed air compressed by the reciprocating engine is cooled in the cooler and stored in the storage tank. Then, since the volume of the compressed air stored in the storage tank is reduced, it is possible to use a relatively small capacity storage tank or to store a larger amount of compressed air in the storage tank.
도 1은 종래의 압축공기 에너지 저장 발전 시스템의 개략적 구성을 보인 도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 압축공기 에너지 저장 발전 시스템의 개략적 구성을 보인 도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 압축공기 에너지 저장 발전 시스템의 개략적 구성을 보인 도.1 shows a schematic configuration of a conventional compressed air energy storage power generation system.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a compressed air energy storage power generation system.
3 is a schematic view showing a compressed air energy storage power generation system according to another embodiment of the present invention.
본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다.It should be noted that, in the specification of the present invention, the same reference numerals as in the drawings denote the same elements, but they are numbered as much as possible even if they are shown in different drawings.
한편, 본 명세서에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.Meanwhile, the meaning of the terms described in the present specification should be understood as follows.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 정의하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다.The word " first, "" second," and the like, used to distinguish one element from another, are to be understood to include plural representations unless the context clearly dictates otherwise. The scope of the right should not be limited by these terms.
"포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.It should be understood that the terms "comprises" or "having" does not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.
"적어도 하나"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제1항목, 제2항목 및 제3항목 중에서 적어도 하나"의 의미는 제1항목, 제2항목 또는 제3항목 각각 뿐만 아니라 제1항목, 제2항목 및 제3항목 중에서 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미한다.It should be understood that the term "at least one" includes all possible combinations from one or more related items. For example, the meaning of "at least one of the first item, the second item and the third item" means not only the first item, the second item or the third item, but also the second item and the second item among the first item, Means any combination of items that can be presented from more than one.
"위에"라는 용어는 어떤 구성이 다른 구성의 바로 상면에 형성되는 경우뿐만 아니라 이들 구성들 사이에 제3의 구성이 개재되는 경우까지 포함하는 것을 의미한다.The term "above" means not only when a configuration is formed directly on top of another configuration, but also when a third configuration is interposed between these configurations.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 압축공기 에너지 저장 발전 시스템에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a compressed air energy storage power generation system according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 압축공기 에너지 저장 발전 시스템의 개략적 구성을 보인 도이다.2 is a schematic view of a compressed air energy storage power generation system according to an embodiment of the present invention.
도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 압축공기 에너지 저장(CAES: Compressed Air Energy Storage) 발전 시스템(100)은 왕복동기관(110), 모터(120), 저장탱크(130), 발전기(140) 및 열회수기(150)를 포함할 수 있다.As shown, a compressed air energy storage (CAES)
왕복동기관(110)은 지상 또는 지하에 설치되어 대기중의 공기를 압축할 수 있으며, 전기의 사용량이 적은 야간 시간대에 잉여 생산된 전기에너지를 이용하여 공기를 압축할 수 있다. 왕복동기관(110)은 실린더, 피스톤 및 흡배기장치로 마련될 수 있으며, 대기중의 공기는 별도의 공기공급장치(미도시)를 통하여 왕복동기관(110)으로 유입될 수 있다.The reciprocating
모터(120)는 왕복동기관(110)이 공기를 압축할 수 있도록 왕복동기관(110)을 구동시킬 수 있고, 저장탱크(130)는 왕복동기관(110)에서 압축된 압축공기를 후술할 열회수기(150)를 통하여 전달받아 저장할 수 있다. 고압의 압축공기를 저장할 경우 저장탱크(130)는 지하에 설치될 수 있다.The
저장탱크(130)에 저장된 압축공기는, 전기의 사용량이 많은 시간대 또는 전기가 필요한 시기에, 왕복동기관(110)으로 공급될 수 있다. 왕복동기관(110)의 상기 피스톤은 압축공기에 의하여 운동할 수 있고, 왕복동기관(110)의 회전축(미도시)은 상기 피스톤이 운동함에 따라 회전하면서 발전기(140)를 회전시킬 수 있다. 즉, 왕복동기관(110)의 상기 회전축이 회전하면, 발전기(140)가 회전하면서 발전을 하는 것이다.The compressed air stored in the
왕복동기관(110)으로 분사되어 발전기(140)의 구동에 사용된 공기는 왕복동기관(110)의 외측으로 배출될 수 있다.The air that is injected into the reciprocating
왕복동기관(110)에서 압축된 압축공기는 고온이다. 본 실시예에 따른 압축공기 에너지 저장 발전 시스템은 압축공기가 가지고 있는 열에너지를 회수하여 사용할 수 있도록 구성된다.The compressed air compressed in the reciprocating
상세히 설명하면, 왕복동기관(110)의 일측에는 열회수기(150)가 설치될 수 있다. 열회수기(150)는 왕복동기관(110)에서 압축된 압축공기가 가지고 있는 열을 흡수하여 증기를 생성할 수 있다. 이를 위하여, 열회수기(150)는 폐열회수 보일러로 마련될 수 있다.In detail, a
그리고, 대기중의 공기를 왕복동기관(110)로 유입하기 위한 라인에는 압축기(160)가 설치될 수 있다. 압축기(160)는 열회수기(150)에서 생성된 증기에 의하여 구동하면서 대기중의 공기를 예압(豫壓)하여 왕복동기관(110)으로 공급할 수 있다. 이때, 압축기(160)는 터빈식 압축기로 마련될 수 있다.A
그리고, 압축기(160)를 회전시키는데 사용된 증기는 상변화되어 물이 되며, 물은 열회수기(150)로 재유입되어 사용될 수 있다.The steam used to rotate the
열회수기(150)에서 열을 빼앗긴 압축공기는 저장장태크(130)로 유입되어 저장될 수 있다.Compressed air, which has been heated by the
본 실시예에 따른 압축공기 에너지 저장 발전 시스템은, 왕복동기관(110)에서 압축된 압축공기에서 발생하는 열을 회수하여 증기를 생성하고, 증기를 이용하여 왕복동기관(110)으로 유입되는 대기중의 공기를 예압(豫壓)한다. 즉, 소실되는 압축공기에서 발생되는 열을 회수하여 이용하므로, 에너지가 절약될 수 있다.The compressed air energy storage power generation system according to the present embodiment recovers heat generated from the compressed air compressed by the reciprocating
그리고, 대기중의 공기가 압축기(160)에서 소정 압력으로 압축된 후 왕복동기관(110)으로 유입되므로, 원하는 공기량을 원하는 압력으로 압축함에 있어서, 상대적으로 작은 용량의 왕복동기관(110)을 사용하여 공기를 압축할 수 있다. 이로 인해, 압축공기 에너지 저장 발전 시스템의 전체 부피를 줄일 수 있다.Since the atmospheric air is compressed to a predetermined pressure by the
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 압축공기 에너지 저장 발전 시스템의 개략적 구성을 보인 도로서, 도 2와 차이점만을 설명한다.3 is a schematic view of a compressed air energy storage power generation system according to another embodiment of the present invention.
도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 압축공기 에너지 저장 발전 시스템(200)은 왕복동기관(210), 모터(220), 저장탱크(230), 발전기(240), 열회수기(250) 및 압축기(260)를 포함할 수 있으며, 그 구성은 도 2에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 압축공기 에너지 저장 발전 시스템(100)의 구성과 동일할 수 있다.As shown, the compressed air energy storage
이때, 열회수기(250)과 저장탱크(230) 사이에는 냉각기(270)가 마련될 수 있고, 냉각기(270)는 열회수기(250)에서 저장탱크(220)로 공급되는 압축공기를 냉각시킬 수 있다.A cooler 270 may be provided between the
그러면, 압축공기의 압력이 일정하다고 가정할 때, 냉각기(270)에서 냉각된 압축공기의 온도는 상대적으로 저온이므로, 냉각기(270)에서 냉각된 압축공기의 부피가 감소된다. 따라서, 상대적으로 작은 용량의 저장탱크(230)를 사용할 수 있거나, 저장탱크(230)에 더 많은 양의 압축공기를 저장할 수 있다.Then, assuming that the pressure of the compressed air is constant, since the temperature of the compressed air cooled in the cooler 270 is relatively low, the volume of the compressed air cooled in the cooler 270 is reduced. Therefore, a relatively small
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.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 or scope of the invention. Will be clear to those who have knowledge of. Therefore, the scope of the present invention is defined by the appended claims, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be interpreted as being included in the scope of the present invention.
110: 왕복동기관
120: 저장탱크
130: 터빈
140: 발전기
150: 열회수기
160: 압축기110: reciprocating engine
120: Storage tank
130: Turbine
140: generator
150: Heat recovery machine
160: Compressor
Claims (5)
상기 왕복동기관에서 압축된 고압의 압축공기에서 발생하는 열에너지를 회수하는 열회수기;
상기 열회수기에서 열을 빼앗긴 압축공기를 저장하는 저장탱크;
상기 저장탱크에서 상기 왕복동기관으로 공급된 압축공기에 의하여 상기 왕복동기관이 구동하면 상기 왕복동기관에 의하여 회전하면서 발전하는 발전기;
상기 열회수기에 회수된 열에너지에 의하여 구동하면서 공기를 예압(豫壓)하여 상기 왕복동기관으로 유입시키는 압축기를 포함하는 것을 특징으로 하는 압축공기 에너지 저장 발전 시스템.A reciprocating engine that compresses air while being driven by a motor and is driven by compressed air;
A heat recovery unit for recovering heat energy generated in the high-pressure compressed air compressed by the reciprocating engine;
A storage tank for storing compressed air that has lost heat in the heat recovery apparatus;
A generator that generates electric power by being rotated by the reciprocating engine when the reciprocating engine is driven by compressed air supplied from the storage tank to the reciprocating engine;
And a compressor for pre-pressurizing the air while being driven by the heat energy recovered in the heat recovery apparatus to introduce the air into the reciprocating engine.
상기 열회수기는 증기를 생성하는 폐열회수 보일러인 것을 특징으로 하는 압축공기 에너지 저장 발전 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the heat recovery unit is a waste heat recovery boiler for generating steam.
상기 압축기는 터빈형 압축기로 마련되어 상기 열회수기에서 생성된 증기에 의하여 회전하면서 공기를 압축하는 것을 특징으로 하는 압축공기 에너지 저장 발전 시스템.3. The method of claim 2,
Wherein the compressor is provided with a turbine type compressor and compresses air while rotating by steam generated in the heat recovery apparatus.
상기 압축기를 회전시키는데 사용된 증기는 상기 열회수기로 재유입되는 것을 특징으로 하는 압축공기 에너지 저장 발전 시스템.The method of claim 3,
Wherein the steam used to rotate the compressor is re-introduced into the heat recovery apparatus.
상기 열회수기와 상기 저장탱크 사이에는 상기 저장탱크로 공급되는 압축공기를 냉각시키기 위한 냉각기가 설치된 것을 특징으로 하는 압축공기 에너지 저장 발전 시스템.The method according to claim 1,
Wherein a cooler for cooling the compressed air supplied to the storage tank is installed between the heat recovery unit and the storage tank.
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KR20190106318A (en) | 2018-03-08 | 2019-09-18 | 한국과학기술원 | Marine Liquid Air Energy Storage System |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR20190106318A (en) | 2018-03-08 | 2019-09-18 | 한국과학기술원 | Marine Liquid Air Energy Storage System |
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