KR20160073356A - Supercritical Carbon Dioxide Power Generation System - Google Patents

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KR20160073356A
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이성원
이수목
최문호
이준호
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현대중공업 주식회사
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Abstract

The present invention relates to a supercritical carbon dioxide power generation system. The supercritical carbon dioxide power generation system comprises: a heat exchanging unit enabling waste heat of an engine installed in a floating production storage and offloading, and carbon dioxide to exchange heat; a turbine unit generating power to operate a power generator using the carbon dioxide discharged from the heat exchanging unit to enable the power generator installed in the floating production storage, offloading to generate electricity; and a circulation unit controlling a temperature and pressure of the carbon dioxide discharged from the turbine unit to circulate. The turbine unit generates power to operate the power generator using the supercritical carbon dioxide.

Description

초임계 이산화탄소 발전시스템{Supercritical Carbon Dioxide Power Generation System}[0001] Supercritical Carbon Dioxide Power Generation System [0002]

본 발명은 이산화탄소를 이용하여 전기를 생산하는 초임계 이산화탄소 발전시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a supercritical carbon dioxide power generation system for producing electricity using carbon dioxide.

연소로, 보일러 등은 소정의 연료를 연소시키면서 이산화탄소(Carbon Dioxide)가 포함된 배가스를 배출한다. 이산화탄소는 지구온난화 등과 같이 환경오염을 초래하는 물질로 알려져 있다. 이에 따라, 이산화탄소로 인한 환경오염을 줄이기 위한 방안으로, 이산화탄소에 대한 배출 규제를 강화하는 방안, 태양력, 풍력 등과 같은 친환경 에너지원으로 대체하는 방안 등이 시도되고 있다.The combustion furnace, the boiler, and the like exhaust the exhaust gas containing the carbon dioxide while burning the predetermined fuel. Carbon dioxide is known to cause environmental pollution such as global warming. As a result, attempts have been made to reduce the environmental pollution caused by carbon dioxide by strengthening emission control regulations for carbon dioxide, and by substituting environmentally friendly energy sources such as solar power and wind power.

그러나, 이산화탄소에 대한 배출 규제를 강화하는 방안은 이산화탄소가 포함된 배가스를 정화하기 위한 설비를 필요로 하기 때문에 각 국가의 산업발전, 경제적 사정 등을 이유로 제대로 시행되지 못하고 있는 실정이다. 태양력, 풍력 등과 같은 친환경 에너지원으로 대체하는 방안은, 기존에 이산화탄소 배출을 통해 생산하는 에너지량을 대체하기에 개발이 부족한 상태이다.However, the measures to strengthen carbon dioxide emission regulations require facilities for purifying exhaust gas containing carbon dioxide, so they are not properly implemented due to industrial development and economic circumstances in each country. The substitution of eco-friendly energy sources such as solar power, wind power and the like is not enough to replace the amount of energy produced through carbon dioxide emission.

최근에는 배가스로부터 이산화탄소를 포집하여 저장하는 CCS(Carbong Capture and Storage) 기술에 대한 개발이 활발하게 진행되면서, 포집한 이산화탄소를 에너지로 변환하는 기술에 대한 개발로 이어지고 있다.In recent years, development of CCS (Carbong Capture and Storage) technology, which captures and stores carbon dioxide from flue gas, has been actively developed, leading to the development of technologies for converting captured carbon dioxide into energy.

예를 들어, 포집한 이산화탄소를 드라이아이스로 제조하여 기존의 냉각물질인 얼음을 대체하는 기술, 포집한 이산화탄소를 탄산가스로 제조하여 맥주, 탄산음료, 조선용접, 산화방지제 등으로 이용하는 기술 등에 대한 개발로 이어지고 있다.For example, it has been developing technologies for replacing ice, which is a conventional cooling material, with carbon dioxide captured in dry ice, and using carbon dioxide as a carbon dioxide gas for use in beer, carbonated drinks, shipbuilding welding, antioxidants, .

이와 같이 이산화탄소를 다른 용도로 이용하는 기술이 활발하게 개발되면서, 환경오염물질인 이산화탄소에 대한 처리 기술이 새로운 전환점을 맞고 있다. 따라서, 발전시스템에 있어서도 이산화탄소를 이용하여 전기를 생산할 수 있는 기술의 개발이 절실히 요구되고 있다.As technologies such as using carbon dioxide for other uses are actively developed, the technology for treating carbon dioxide, which is an environmental pollutant, is coming to a new turning point. Therefore, it is urgently required to develop a technology capable of producing electricity using carbon dioxide even in a power generation system.

본 발명은 상술한 바와 같은 요구를 해소하고자 안출된 것으로, 이산화탄소를 이용하여 부유식 원유생산저장하역설비에 설치된 엔진의 폐열로부터 전기를 생산할 수 있는 초임계 이산화탄소 발전시스템을 제공하기 위한 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problem, and it is an object of the present invention to provide a supercritical carbon dioxide power generation system capable of producing electricity from the waste heat of an engine installed in a floating type crude oil production storage and unloading facility using carbon dioxide.

상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 하기와 같은 구성을 포함할 수 있다.In order to solve the above-described problems, the present invention can include the following configuration.

본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템은 부유식 원유생산저장하역설비에 설치된 엔진으로부터 배출되는 배기(Exhaust gas) 및 이산화탄소를 열교환시키는 배기열교환부; 부유식 원유생산저장하역설비에 설치된 발전기에 연결되고, 상기 발전기가 전기를 생산하도록 상기 배기열교환부로부터 배출되는 이산화탄소를 이용하여 상기 발전기를 동작시키기 위한 동력을 발생시키는 터빈부; 상기 터빈부로부터 배출되는 이산화탄소를 냉각시키는 냉각부; 및 상기 냉각부와 상기 배기열교환부 사이에 위치되게 설치되고, 상기 냉각부로부터 배출되는 이산화탄소를 압축시키는 압축부를 포함할 수 있다.The supercritical carbon dioxide power generation system according to the present invention includes an exhaust heat exchanger for exchanging heat between exhaust gas and carbon dioxide discharged from an engine installed in a floating crude oil production storage / A turbine section connected to a generator installed in the floating oil production storage and unloading facility and generating power for operating the generator using carbon dioxide discharged from the exhaust heat exchanging section so that the generator generates electricity; A cooling unit for cooling the carbon dioxide discharged from the turbine unit; And a compression unit disposed between the cooling unit and the exhaust heat exchanging unit and compressing the carbon dioxide discharged from the cooling unit.

본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템은 부유식 원유생산저장하역설비에 설치된 엔진으로 공급되는 소기(Scavenge Air) 및 이산화탄소를 열교환시키는 소기열교환부; 부유식 원유생산저장하역설비에 설치된 발전기에 연결되고, 상기 발전기가 전기를 생산하도록 상기 소기열교환부로부터 배출되는 이산화탄소를 이용하여 상기 발전기를 동작시키기 위한 동력을 발생시키는 터빈부; 상기 터빈부로부터 배출되는 이산화탄소를 냉각시키는 냉각부; 및 상기 냉각부와 상기 소기열교환부 사이에 위치되게 설치되고, 상기 냉각부로부터 배출되는 이산화탄소를 압축시키는 압축부를 포함할 수 있다.The supercritical carbon dioxide power generation system according to the present invention includes a scavenge air heat exchanger for exchanging heat between scavenging air and carbon dioxide supplied to an engine installed in a floating oil production storage / A turbine section connected to a generator installed in the floating oil production storage and unloading facility and generating power for operating the generator using carbon dioxide discharged from the scavenging heat exchange section so that the generator generates electricity; A cooling unit for cooling the carbon dioxide discharged from the turbine unit; And a compression unit disposed between the cooling unit and the scavenging heat exchanging unit and compressing carbon dioxide discharged from the cooling unit.

본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템에 있어서, 상기 터빈부는 초임계 이산화탄소를 이용하여 상기 발전기를 동작시키기 위한 동력을 발생시킬 수 있다.In the supercritical carbon dioxide power generation system according to the present invention, the turbine unit may generate power for operating the generator using supercritical carbon dioxide.

본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.According to the present invention, the following effects can be obtained.

본 발명은 초임계 이산화탄소를 작동유체로 이용하여 전기를 생산하도록 구현됨으로써 열교환부, 터빈부, 및 순환부를 소형화할 수 있으므로, 부유식 원유생산저장하역설비에서 설치공간이 협소한 곳에 용이하게 설치될 수 있고, 부유식 원유생산저장하역설비에서 차지하는 면적을 감소시킴으로써 부유식 원유생산저장하역설비 내부에 대한 공간 활용도를 향상시킬 수 있다.Since the heat exchanging unit, the turbine unit, and the circulating unit can be miniaturized by implementing supercritical carbon dioxide as a working fluid to produce electricity, the floating type crude oil production storage and unloading facility can be easily installed in a small installation space By reducing the area occupied by the floating and crude oil production storage and unloading facility, it is possible to improve the space utilization inside the floating oil production storage and unloading facility.

본 발명은 이산화탄소가 엔진의 폐열로 가열되도록 구현됨으로써, 이산화탄소를 가열하기 위한 열원을 마련하기 위해 추가로 연소로 등을 이용하여 연료를 연소시킬 필요가 없으므로, 친환경 발전시스템을 구현할 수 있을 뿐만 아니라 엔진의 폐열을 열원으로 이용함으로써 운영비용을 절감할 수 있다.Since the present invention is implemented such that carbon dioxide is heated by the waste heat of the engine, it is not necessary to further burn the fuel by using a combustion furnace in order to provide a heat source for heating the carbon dioxide. Therefore, Can be used as a heat source to reduce operating costs.

본 발명은 환경오염물질인 이산화탄소를 이용하여 발전기를 동작시키기 위한 동력을 발생시키므로, 환경오염물질인 이산화탄소를 정화하는데 필요한 설비 및 운영비용을 줄이는데 기여할 수 있다.The present invention generates power for operating a generator using carbon dioxide, which is an environmental pollutant, so that it can contribute to reduce equipment and operation cost required for purifying carbon dioxide, which is an environmental pollutant.

도 1은 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템의 개략적인 블록도
도 2는 본 발명의 변형된 실시예에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템의 개략적인 블록도
도 3은 본 발명의 다른 변형된 실시예에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템의 개략적인 블록도1 is a schematic block diagram of a supercritical carbon dioxide power generation system according to the present invention;
2 is a schematic block diagram of a supercritical carbon dioxide power generation system according to a modified embodiment of the present invention
3 is a schematic block diagram of a supercritical carbon dioxide power generation system according to another modified embodiment of the present invention

이하에서는 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the supercritical carbon dioxide power generation system according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템의 개략적인 블록도이고, 도 2는 본 발명의 변형된 실시예에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템의 개략적인 블록도이며, 도 3은 본 발명의 다른 변형된 실시예에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템의 개략적인 블록도이다.FIG. 1 is a schematic block diagram of a supercritical carbon dioxide power generation system according to the present invention, FIG. 2 is a schematic block diagram of a supercritical carbon dioxide power generation system according to a modified embodiment of the present invention, FIG. 3 is a schematic block diagram of a supercritical carbon dioxide power generation system according to a modified embodiment.

도 1을 참고하면, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 초임계 이산화탄소(Supercritical Carbon Dioxide)를 이용하여 발전기(300)를 동작시키기 위한 것이다. 이산화탄소는 임계 온도 및 임계 압력 이상의 조건에서 초임계 이산화탄소로 된다. 초임계 이산화탄소는 밀도가 높은 특성을 가짐과 동시에 점도가 낮은 특성을 갖는다. 즉, 초임계 이산화탄소는 밀도가 높은 기체 특성을 갖는다.Referring to FIG. 1, a supercritical carbon dioxide power generation system 1 according to the present invention is for operating a generator 300 using supercritical carbon dioxide. The carbon dioxide becomes supercritical carbon dioxide under the condition of the critical temperature and the critical pressure or more. Supercritical carbon dioxide has high density and low viscosity. That is, supercritical carbon dioxide has a gas characteristic of high density.

본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 부유식 원유생산저장하역설비에 설치된 엔진(100)의 폐열과 이산화탄소를 열교환시키는 열교환부(2), 상기 열교환부(2)로부터 배출되는 이산화탄소를 이용하여 상기 발전기(300)를 동작시키기 위한 동력을 발생시키는 터빈부(3), 및 상기 터빈부(3)로부터 배출되는 이산화탄소의 온도 및 압력을 조절하여 순환시키는 순환부(4)를 포함한다. 상기 터빈부(3)는 초임계 이산화탄소를 이용하여 상기 발전기(300)를 동작시키기 위한 동력을 발생시킨다. 이에 따라, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 초임계 이산화탄소를 이용하여 전기를 생산할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 다음과 같은 작용 효과를 도모할 수 있다.A supercritical carbon dioxide power generation system (1) according to the present invention comprises a heat exchange unit (2) for exchanging heat between waste heat of a engine (100) installed in a floating type crude oil production storage and unloading facility and carbon dioxide, and carbon dioxide discharged from the heat exchange unit And a circulation unit 4 for controlling the temperature and pressure of carbon dioxide discharged from the turbine unit 3 and circulating the same. The turbine unit 3 generates power for operating the generator 300 using supercritical carbon dioxide. Accordingly, the supercritical carbon dioxide power generation system 1 according to the present invention can produce electricity using supercritical carbon dioxide. Therefore, the supercritical carbon dioxide power generation system 1 according to the present invention can achieve the following operational effects.

첫째, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 초임계 이산화탄소를 작동유체로 이용하여 전기를 생산하도록 구현됨으로써, 물과 같은 다른 유체를 초임계 상태의 작동유체로 이용하는 것과 비교할 때, 상기 열교환부(2), 상기 터빈부(3), 및 상기 순환부(4)를 소형화할 수 있다. 초임계 이산화탄소는 물과 같은 다른 유체가 초임계 상태일 때와 비교할 때, 더 밀도가 높은 특성을 갖기 때문이다. 따라서, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 전체적인 크기가 감소될 수 있으므로, 부유식 원유생산저장하역설비 등과 같이 설치공간이 협소한 곳에도 용이하게 설치될 수 있다.First, the supercritical carbon dioxide power generation system (1) according to the present invention is embodied to produce electricity by using supercritical carbon dioxide as a working fluid, so that compared with the use of another fluid such as water as a working fluid in a supercritical state, The heat exchanging section 2, the turbine section 3, and the circulation section 4 can be downsized. Supercritical carbon dioxide is a more dense nature when compared to the supercritical state of other fluids such as water. Therefore, the supercritical carbon dioxide power generation system 1 according to the present invention can be reduced in its overall size, so that it can be easily installed in a small installation space, such as a floating crude oil production storage, loading and unloading facility.

둘째, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 이산화탄소가 엔진(100)의 폐열로 가열되도록 구현됨으로써, 이산화탄소를 가열하기 위한 열원을 마련하기 위해 추가로 연소로 등을 이용하여 연료를 연소시킬 필요가 없다. 이에 따라, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 연소로 등을 통해 추가로 이산화탄소를 발생시키지 않으면서 전기를 생산할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 친환경 발전시스템을 구현할 수 있을 뿐만 아니라, 엔진(100)의 폐열을 열원으로 이용함으로써 운영비용을 절감할 수 있다.Second, the supercritical carbon dioxide power generation system 1 according to the present invention is configured such that carbon dioxide is heated by the waste heat of the engine 100, so that the fuel is further burned by using a combustion furnace or the like in order to provide a heat source for heating the carbon dioxide . Accordingly, the supercritical carbon dioxide power generation system 1 according to the present invention can produce electricity without further generating carbon dioxide through a furnace or the like. Therefore, the supercritical carbon dioxide power generation system 1 according to the present invention not only can realize an environmentally friendly power generation system, but also can reduce operating cost by using the waste heat of the engine 100 as a heat source.

셋째, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 환경오염물질인 이산화탄소를 이용하여 발전기(300)를 동작시키기 위한 동력을 발생시킨다. 이에 따라, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 환경오염물질인 이산화탄소를 무해한 물질로 정화하지 않으면서 이산화탄소를 전기를 생산하기 위한 용도로 사용할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 환경오염물질인 이산화탄소를 정화하는데 필요한 설비 및 운영비용을 줄이는데 기여할 수 있다.Third, the supercritical carbon dioxide power generation system 1 according to the present invention generates power for operating the generator 300 using carbon dioxide, which is an environmental pollutant. Accordingly, the supercritical carbon dioxide power generation system 1 according to the present invention can be used for producing carbon dioxide, without purifying the carbon dioxide, which is an environmental pollutant, into a harmless substance. Therefore, the supercritical carbon dioxide power generation system 1 according to the present invention can contribute to reduce facilities and operating costs required for purifying carbon dioxide, which is an environmental pollutant.

이하에서는 상기 열교환부(2), 상기 터빈부(3), 및 상기 순환부(4)에 관해 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the heat exchanging unit 2, the turbine unit 3, and the circulation unit 4 will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1을 참고하면, 상기 열교환부(2)는 엔진(100)의 폐열 및 이산화탄소를 열교환시킨다. 이에 따라, 이산화탄소는 상기 열교환부(2)를 통과하면서 엔진(100)의 폐열에 의해 가열된다. 이 경우, 상기 엔진(100)의 폐열이 열원으로 기능한다. 상기 열교환부(2)는 상기 터빈부(3) 및 상기 순환부(4) 사이에 위치되게 설치된다. 상기 열교환부(2)는 이산화탄소가 이동할 수 있는 파이프 등과 같은 순환배관을 통해 상기 터빈부(3) 및 상기 순환부(4)에 연결된다.Referring to FIG. 1, the heat exchange unit 2 exchanges heat between the waste heat of the engine 100 and carbon dioxide. As a result, the carbon dioxide is heated by the waste heat of the engine 100 while passing through the heat exchange unit 2. [ In this case, waste heat of the engine 100 functions as a heat source. The heat exchange unit 2 is installed between the turbine unit 3 and the circulation unit 4. The heat exchange unit 2 is connected to the turbine unit 3 and the circulation unit 4 through a circulation pipe such as a pipe through which carbon dioxide can move.

상기 열교환부(2)는 배기열교환부(21)를 포함할 수 있다.The heat exchanging part (2) may include an exhaust heat exchanging part (21).

상기 배기열교환부(21)는 상기 엔진(100)으로부터 배출되어 과급기(200)를 통과한 배기(Exhaust Gas) 및 이산화탄소를 열교환시킨다. 이에 따라, 이산화탄소는 상기 배기열교환부(21)를 통과하면서 상기 엔진(100)의 폐열 중에서 배기에 의해 가열된다. 이 경우, 상기 엔진(100)의 폐열 중에서 배기가 열원으로 기능한다. 상기 배기열교환부(21)를 통과한 배기는, 상기 이산화탄소가 가열되도록 열을 방출한 후에, 스택(미도시)을 통해 외부로 배출될 수 있다. 배기는 파이프 등의 배관을 따라 이동하면서 상기 과급기(200), 상기 배기열교환부(21), 및 스택을 순차적으로 통과할 수 있다.The exhaust heat exchanging part 21 exchanges heat between the exhaust gas and carbon dioxide which are discharged from the engine 100 and passed through the turbocharger 200. As a result, the carbon dioxide is heated by exhaust gas in the waste heat of the engine 100 while passing through the exhaust heat exchanging unit 21. In this case, the exhaust gas in the waste heat of the engine 100 functions as a heat source. The exhaust passing through the exhaust heat exchanging portion 21 may be discharged to the outside through a stack (not shown) after releasing heat to heat the carbon dioxide. The exhaust gas can pass through the supercharger 200, the exhaust heat exchanging unit 21, and the stack sequentially while moving along pipes such as pipes.

도 1을 참고하면, 상기 터빈부(3)는 상기 발전기(300)에 연결된다. 상기 터빈부(3)는 상기 배기열교환부(21)로부터 배출되는 이산화탄소를 이용하여 동력을 발생시킨다. 상기 배기열교환부(21)로부터 배출되는 이산화탄소는, 상기 터빈부(3)를 통과하면서 상기 터빈부(3)가 갖는 임펠러를 회전시킴으로써 동력을 발생시킬 수 있다. 상기 발전기(300)는 상기 터빈부(3)로부터 제공되는 동력을 이용하여 전기를 생산한다. 상기 발전기(300)는 샤프트 등을 통해 상기 터빈부(3)에 연결될 수 있다.Referring to FIG. 1, the turbine section 3 is connected to the generator 300. The turbine section 3 generates power by using carbon dioxide discharged from the exhaust heat exchanging section 21. [ The carbon dioxide discharged from the exhaust heat exchanging portion 21 can generate power by rotating the impeller of the turbine portion 3 while passing through the turbine portion 3. The generator 300 generates electricity using the power supplied from the turbine unit 3. The generator 300 may be connected to the turbine section 3 through a shaft or the like.

상기 터빈부(3)는 초임계 이산화탄소를 이용하여 상기 발전기(300)를 동작시키기 위한 동력을 발생시킨다. 상기 배기열교환부(21)로부터 배출되는 이산화탄소는 초임계 상태로 상기 터빈부(3)를 통과하면서 동력을 발생시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 초임계 이산화탄소를 이용하여 상기 터빈부(3)가 동력을 발생시키도록 구현됨으로써, 상기 터빈부(3)를 소형화할 수 있을 뿐만 아니라 상기 터빈부(3) 및 상기 발전기(300)를 통해 생산되는 전기에 대한 발전효율을 향상시킬 수 있다.The turbine unit 3 generates power for operating the generator 300 using supercritical carbon dioxide. The carbon dioxide discharged from the exhaust heat exchanging unit 21 may generate power while passing through the turbine unit 3 in a supercritical state. Accordingly, the supercritical carbon dioxide power generation system 1 according to the present invention is constructed such that the turbine section 3 generates power by using supercritical carbon dioxide, so that the turbine section 3 can be downsized, It is possible to improve power generation efficiency with respect to electricity produced through the turbine section 3 and the generator 300.

도 1을 참고하면, 상기 순환부(4)는 상기 터빈부(3) 및 상기 열교환부(2) 사이에 위치되게 설치된다. 상기 순환부(4)는 상기 터빈부(3)로부터 배출되는 이산화탄소의 온도 및 압력을 조절하여 순환시킨다. 상기 순환부(4)는 상기 터빈부(3)로부터 배출되는 이산화탄소의 온도를 낮추고, 상기 터빈부(3)로부터 배출되는 이산화탄소의 압력을 높이다. 이에 따라, 상기 터빈부(3)로부터 배출되는 이산화탄소는, 상기 순환부(4)를 통해 다시 상기 열교환부(2)에서 배기의 열을 흡수하여 상기 터빈부(3)를 작동시킬 수 있는 상태로 조절된다. 상기 순환부(4)는 상기 터빈부(3)로부터 배출되는 이산화탄소가 상기 배기열교환부(21)로 재공급되어 배기로부터 열을 흡수하도록 상기 터빈부(3)로부터 배출되는 이산화탄소의 온도 및 압력을 조절하여 순환시킬 수 있다.Referring to FIG. 1, the circulation unit 4 is installed between the turbine unit 3 and the heat exchange unit 2. The circulation unit 4 regulates the temperature and pressure of the carbon dioxide discharged from the turbine unit 3 and circulates the carbon dioxide. The circulation unit 4 lowers the temperature of the carbon dioxide discharged from the turbine unit 3 and increases the pressure of the carbon dioxide discharged from the turbine unit 3. Accordingly, the carbon dioxide discharged from the turbine portion 3 absorbs the heat of the exhaust gas from the heat exchanging portion 2 through the circulation portion 4 to operate the turbine portion 3 . The circulation unit 4 is supplied with the temperature and pressure of carbon dioxide discharged from the turbine unit 3 so that carbon dioxide discharged from the turbine unit 3 is supplied again to the exhaust heat exchange unit 21 and absorbs heat from the exhaust gas. And can be regulated and circulated.

상기 순환부(4)는 냉각부(41) 및 압축부(42)를 포함할 수 있다.The circulation unit 4 may include a cooling unit 41 and a compression unit 42.

상기 냉각부(41)는 상기 터빈부(3)로부터 배출되는 이산화탄소를 냉각함으로써, 상기 터빈부(3)로부터 배출되는 이산화탄소의 온도를 낮춘다. 상기 냉각부(41)는 전기 등에 의해 동작하는 쿨러(Cooler)를 이용하여 이산화탄소를 냉각할 수 있다. 상기 냉각부(41)는 이산화탄소를 냉각할 수 있는 냉각매체 및 이산화탄소를 열교환시킴으로써, 이산화탄소를 냉각할 수도 있다.The cooling unit 41 lowers the temperature of the carbon dioxide discharged from the turbine unit 3 by cooling the carbon dioxide discharged from the turbine unit 3. The cooling unit 41 can cool carbon dioxide using a cooler operated by electricity or the like. The cooling unit 41 may cool the carbon dioxide by heat-exchanging the cooling medium and the carbon dioxide capable of cooling the carbon dioxide.

상기 압축부(42)는 상기 터빈부(3)로부터 배출되는 이산화탄소를 압축함으로써, 상기 터빈부(3)로부터 배출되는 이산화탄소의 압력을 높인다. 상기 압축부(42)는 상기 냉각부(41) 및 상기 열교환부(2) 사이에 위치되게 설치된다. 상기 압축부(42)는 상기 냉각부(41) 및 상기 배기열교환부(21) 사이에 위치되게 설치될 수 있다. 이 경우, 상기 압축부(42)는 상기 냉각부(41)에 의해 냉각된 이산화탄소를 압축한다. 이에 따라, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 상기 터빈부(3)로부터 배출되는 이산화탄소를 냉각한 후에 압축함으로써, 상기 압축부(42)가 이산화탄소를 압축하는 압축률을 증대시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 이산화탄소가 상기 열교환부(2)에서 열을 흡수하는 폐열 회수율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 이산화탄소를 이용하여 상기 터빈부(3) 및 상기 발전기(300)를 통해 생산하는 전기에 대한 발전효율을 향상시킬 수 있다.The compression unit 42 compresses the carbon dioxide discharged from the turbine unit 3 to increase the pressure of the carbon dioxide discharged from the turbine unit 3. The compression section (42) is installed between the cooling section (41) and the heat exchange section (2). The compression unit 42 may be installed between the cooling unit 41 and the exhaust heat exchanging unit 21. In this case, the compression section 42 compresses the carbon dioxide cooled by the cooling section 41. Accordingly, the supercritical carbon dioxide power generation system 1 according to the present invention can increase the compression rate at which the compression section 42 compresses the carbon dioxide by cooling the carbon dioxide discharged from the turbine section 3 after cooling it . Therefore, the supercritical carbon dioxide power generation system 1 according to the present invention not only improves the waste heat recovery rate at which carbon dioxide absorbs heat in the heat exchange unit 2, The power generation efficiency of the electricity generated through the generator 300 can be improved.

상기 압축부(42)는 상기 터빈부(3)로부터 배출되는 이산화탄소가 액체 상태인 경우, 펌프(Pump)를 포함할 수 있다. 이 경우, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 이산화탄소가 사이클 내에서 미임계 상태와 초임계 상태 간에 변화하는 트랜스 크리티컬 사이클(Transcritical Cycle)로 구현될 수 있다. 이산화탄소는 상기 터빈부(3)로부터 배출된 후에 미임계 상태로 변화되고, 상기 압축부(42)에서 초임계 상태로 변화될 수 있다. 이산화탄소는 상기 터빈부(3)로부터 배출된 후에 미임계 상태로 변화되고, 상기 압축부(42) 및 상기 열교환부(2)를 통과하면서 초임계 상태로 변화될 수도 있다.The compression unit 42 may include a pump when the carbon dioxide discharged from the turbine unit 3 is in a liquid state. In this case, the supercritical carbon dioxide power generation system 1 according to the present invention can be implemented with a transcritical cycle in which carbon dioxide is changed between a critical state and a supercritical state in a cycle. After the carbon dioxide is discharged from the turbine section 3, it changes to a critical state and can be changed to a supercritical state in the compression section 42. The carbon dioxide is changed into a critical state after being discharged from the turbine portion 3 and may be changed into a supercritical state while passing through the compression portion 42 and the heat exchange portion 2. [

상기 압축부(42)는 상기 터빈부(42)로부터 배출되는 이산화탄소가 초임계 상태인 경우, 컴프레서(Compressor)를 포함할 수 있다. 이 경우, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 이산화탄소가 전체 사이클 내에서 초임계 상태로 유지되는 슈퍼 크리티컬 사이클(Supercritical Cycle)로 구현될 수 있다.The compression unit 42 may include a compressor when the carbon dioxide discharged from the turbine unit 42 is in a supercritical state. In this case, the supercritical carbon dioxide power generation system 1 according to the present invention can be implemented in a supercritical cycle in which carbon dioxide is maintained in a supercritical state in the entire cycle.

도 2를 참고하면, 본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 상기 열교환부(2)는 소기열교환부(22)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, according to a modified embodiment of the present invention, the heat exchange unit 2 may include a scavenging heat exchanger 22.

상기 소기열교환부(22)는 상기 과급기(200)로부터 배출되어 상기 엔진(100)으로 공급되는 소기(Scavenge Air) 및 이산화탄소를 열교환시킨다. 이에 따라, 이산화탄소는 상기 소기열교환부(22)를 통과하면서 상기 엔진(100)의 폐열 중에서 소기에 의해 가열된다. 이 경우, 상기 엔진(100)의 폐열 중에서 소기가 열원으로 기능한다. 상기 소기열교환부(22)를 통과한 소기는, 상기 이산화탄소가 가열되도록 열을 방출한 후에, 상기 엔진(100)으로 공급된다. 따라서, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 다음과 같은 작용 효과를 도모할 수 있다.The scavenging heat exchanger 22 exchanges heat between scavenging air and carbon dioxide discharged from the turbocharger 200 and supplied to the engine 100. As a result, carbon dioxide is heated by waste heat in the waste heat of the engine 100 while passing through the scavenging heat exchanging section 22. [ In this case, the waste heat of the engine 100 functions as a heat source. The scum that has passed through the scavenging heat exchanger 22 is supplied to the engine 100 after the heat is released so that the carbon dioxide is heated. Therefore, the supercritical carbon dioxide power generation system 1 according to the present invention can achieve the following operational effects.

우선, 소기는 상기 엔진(100)에 공급되는 연소용 공기로, 상기 엔진(100)의 효율을 향상시키기 위해 상기 과급기(200)를 통과하면서 압축되어 상기 엔진(100)으로 공급된다. 그러나, 소기는 상기 과급기(200)를 통과하면서 온도가 함께 상승한다. 이와 같이 온도가 상승된 소기가 상기 엔진(100)에 공급되면, 상기 엔진(100)의 효율이 저하될 수 있고, 상기 엔진(100)의 수명이 단축될 수 있다.First, the air is supplied to the engine 100 as combustion air to be supplied to the engine 100, compressed to pass through the turbocharger 200 to improve the efficiency of the engine 100, and then supplied to the engine 100. However, the scoop rises together with the temperature while passing through the supercharger 200. When the engine 100 is supplied with the scavenge with the increased temperature, the efficiency of the engine 100 may be lowered and the service life of the engine 100 may be shortened.

다음, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 이산화탄소가 소기로부터 열을 흡수하므로, 상기 과급기(200)를 통과하여 상기 엔진(100)으로 공급되는 소기의 온도를 낮출 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 소기를 이용하여 이산화탄소를 가열함으로써 상기 터빈부(3) 및 상기 발전기(300)를 통해 생산하는 전기에 대한 발전효율을 향상시킬 수 있음과 동시에, 상기 엔진(100)에 공급되는 소기의 온도를 낮춤으로써 상기 엔진(100)의 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 상기 엔진(100)의 수명을 연장할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 상기 과급기(200)를 통과한 소기의 온도를 낮추기 위한 별도의 냉각 설비를 생략할 수 있으므로, 구축비용 및 운영비용을 절감할 수 있다.Next, the supercritical carbon dioxide power generation system 1 according to the present invention absorbs heat from carbon dioxide, so that the desired temperature supplied to the engine 100 through the supercharger 200 can be lowered. Therefore, the supercritical carbon dioxide power generation system 1 according to the present invention can improve the power generation efficiency for electricity produced through the turbine unit 3 and the generator 300 by heating the carbon dioxide using the scavenge, At the same time, the efficiency of the engine 100 can be improved by lowering the desired temperature supplied to the engine 100, and the service life of the engine 100 can be extended. In addition, since the supercritical carbon dioxide power generation system 1 according to the present invention can omit a separate cooling facility for lowering the desired temperature passing through the turbocharger 200, the construction cost and the operating cost can be reduced.

상기 소기열교환부(22)는 상기 순환부(4) 및 상기 터빈부(3) 사이에 위치되게 설치된다. 상기 소기열교환부(22)는 상기 압축부(42) 및 상기 터빈부(3) 사이에 위치되게 설치될 수 있다. 상기 순환부(4)는 상기 터빈부(3)로부터 배출되는 이산화탄소가 상기 소기열교환부(22)로 재공급되어 소기로부터 열을 흡수하도록 상기 터빈부(3)로부터 배출되는 이산화탄소의 온도 및 압력을 조절하여 순환시킬 수 있다.The scavenging heat exchanger 22 is installed between the circulation unit 4 and the turbine unit 3. The scavenging heat exchanging unit 22 may be installed between the compression unit 42 and the turbine unit 3. The circulation unit 4 is supplied with the temperature and pressure of carbon dioxide discharged from the turbine unit 3 so that carbon dioxide discharged from the turbine unit 3 is supplied again to the scavenging heat exchanging unit 22 to absorb heat from the scavenger And can be regulated and circulated.

도 3을 참고하면, 본 발명의 다른 변형된 실시예에 따르면, 상기 열교환부(2)는 상기 배기열교환부(21) 및 상기 소기열교환부(22)를 모두 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3, according to another modified embodiment of the present invention, the heat exchange unit 2 may include both the exhaust heat exchange unit 21 and the scavenging heat exchange unit 22.

상기 배기열교환부(21) 및 상기 소기열교환부(22)는 각각 상기 엔진(100)의 폐열 및 이산화탄소를 열교환시킨다. 상기 배기열교환부(21)는 이산화탄소 및 상기 엔진(100)으로부터 배출되어 상기 과급기(200)를 통과한 배기를 열교환시킨다. 상기 소기열교환부(22)는 이산화탄소 및 상기 과급기(200)를 통과하여 상기 엔진(100)으로 공급되는 소기를 열교환시킨다.The exhaust heat exchanging unit 21 and the scavenging heat exchanging unit 22 heat-exchange waste heat and carbon dioxide of the engine 100, respectively. The exhaust heat exchanging part 21 exchanges carbon dioxide and exhaust discharged from the engine 100 and exhausted through the turbocharger 200. The scavenging heat exchanger 22 exchanges heat with carbon dioxide and the scavenging air supplied to the engine 100 through the supercharger 200.

이에 따라, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 하나의 엔진(100) 및 과급기(200)로부터 이산화탄소가 열을 흡수하는 폐열 회수율을 더 향상시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 상기 터빈부(3) 및 상기 발전기(300)를 통해 생산하는 전기에 대한 발전효율을 더 향상시킬 수 있다.Accordingly, the supercritical carbon dioxide power generation system 1 according to the present invention can further improve the waste heat recovery rate at which carbon dioxide absorbs heat from one engine 100 and the turbocharger 200. Therefore, the supercritical carbon dioxide power generation system 1 according to the present invention can further improve the power generation efficiency for electricity generated through the turbine unit 3 and the generator 300.

상기 배기열교환부(21) 및 상기 소기열교환부(22)는 서로 병렬로 연결될 수 있다. 이 경우, 상기 순환부(4)로부터 배출되는 이산화탄소는 분기된 후에 상기 열교환부(2)로 공급된다. 상기 순환부(4)로부터 배출되는 이산화탄소의 일부는 상기 배기열교환부(21)로 공급되고, 나머지 일부는 소기열교환부(22)로 공급된다. 상기 터빈부(3)는 상기 배기열교환부(21) 및 상기 소기열교환부(22) 각각으로부터 배출되어 합류한 초임계 이산화탄소를 이용하여 상기 발전기(300)를 동작시키기 위한 동력을 발생시킨다.The exhaust heat exchanging part 21 and the scavenging heat exchanging part 22 may be connected to each other in parallel. In this case, the carbon dioxide discharged from the circulation unit 4 is supplied to the heat exchange unit 2 after branched. A part of the carbon dioxide discharged from the circulation unit 4 is supplied to the exhaust heat exchange unit 21 and the remaining part of the carbon dioxide is supplied to the scavenging heat exchange unit 22. [ The turbine unit 3 generates power for operating the generator 300 using supercritical carbon dioxide discharged from the exhaust heat exchanging unit 21 and the scavenging heat exchanging unit 22, respectively.

이에 따라, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 상기 터빈부(3) 및 상기 순환부(4)를 통과하는 이산화탄소의 유량에 비해 상기 배기열교환부(21) 및 상기 소기열교환부(22) 각각을 통과하는 이산화탄소의 유량을 감소시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 상기 배기열교환부(21) 및 상기 소기열교환부(22)가 서로 직렬로 연결된 것과 비교할 때, 상기 배기열교환부(21) 및 상기 소기열교환부(22) 각각의 용량을 줄일 수 있으므로, 설치비용 및 운영비용을 절감할 수 있다. The supercritical carbon dioxide power generation system 1 according to the present invention is characterized in that the exhaust gas heat exchanger 21 and the scavenging heat exchanger (not shown) are connected to the turbine section 3 and the circulation section 4, 22, respectively. Therefore, in the supercritical carbon dioxide power generation system 1 according to the present invention, the exhaust heat exchange portion 21 and the scavenging heat exchange portion 22 are connected in series, It is possible to reduce the installation cost and the operation cost.

또한, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 상기 배기열교환부(21) 및 상기 소기열교환부(22)가 서로 직렬로 연결된 것과 비교할 때, 상기 배기열교환부(21) 및 상기 소기열교환부(22) 각각에서 이산화탄소가 열을 흡수하는 폐열 회수율을 더 향상시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 상기 터빈부(3) 및 상기 발전기(300)를 통해 생산하는 전기에 대한 발전효율을 더 향상시킬 수 있다.The supercritical carbon dioxide power generation system 1 according to the present invention is characterized in that the exhaust heat exchanging part 21 and the scavenging heat exchanging part 22 are connected in series with each other, It is possible to further improve the waste heat recovery rate at which carbon dioxide absorbs heat in each of the sections 22. Therefore, the supercritical carbon dioxide power generation system 1 according to the present invention can further improve the power generation efficiency for electricity generated through the turbine unit 3 and the generator 300.

도 3을 참고하면, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 분기부(5) 및 합류부(6)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3, the supercritical carbon dioxide power generation system 1 according to the present invention may include a branch portion 5 and a merging portion 6.

상기 분기부(5)는 상기 순환부(4)로부터 배출되는 이산화탄소를 분기시킨다. 이에 따라, 상기 순환부(4)로부터 배출되는 이산화탄소는 상기 배기열교환부(21) 및 상기 소기열교환부(22) 각각으로 공급된다. 상기 분기부(5)는 상기 압축부(42)로부터 배출되는 이산화탄소가 상기 배기열교환부(21) 및 상기 소기열교환부(22) 각각으로 공급되도록 상기 압축부(42)로부터 배출되는 이산화탄소를 분기시킬 수 있다. 상기 분기부(5)에는 상기 배기열교환부(21) 및 상기 소기열교환부(22) 각각으로 공급되는 이산화탄소의 유량을 조절하기 위한 유량조절밸브가 설치될 수 있다. 상기 분기부(5)는 일측이 상기 압축부(42)에 연결되고, 타측이 상기 배기열교환부(21)와 상기 소기열교환부(22) 각각에 연결되게 설치된다.The branching section (5) branches the carbon dioxide discharged from the circulation section (4). Accordingly, the carbon dioxide discharged from the circulation unit 4 is supplied to the exhaust heat exchange unit 21 and the scavenging heat exchange unit 22, respectively. The branching section 5 branches the carbon dioxide discharged from the compression section 42 so that the carbon dioxide discharged from the compression section 42 is supplied to the exhaust heat exchange section 21 and the scavenging heat exchange section 22, . The branching section 5 may be provided with a flow control valve for controlling the flow rate of carbon dioxide supplied to the exhaust heat exchanging section 21 and the scavenging heat exchanging section 22, respectively. The branch portion 5 is connected to the compression portion 42 at one side and to the exhaust heat exchanging portion 21 and the scavenging heat exchanging portion 22 at the other side.

상기 합류부(6)는 상기 배기열교환부(21) 및 상기 소기열교환부(22) 각각으로부터 배출되는 이산화탄소를 합류시킨다. 이에 따라, 이산화탄소는 상기 배기열교환부(21) 및 상기 소기열교환부(22) 각각에서 열을 흡수하여 가열된 후에, 상기 합류부(6)에서 합류하여 상기 터빈부(3)로 공급될 수 있다. 상기 합류부(6)는 일측이 상기 터빈부(3)에 연결되고, 타측이 상기 배기열교환부(21)와 상기 소기열교환부(22) 각각에 연결되게 설치된다.The merging section (6) merges the carbon dioxide discharged from each of the exhaust heat exchanging section (21) and the scavenging heat exchanging section (22). Accordingly, the carbon dioxide can be supplied to the turbine unit 3 after the heat is absorbed and heated by the exhaust heat exchanging unit 21 and the scavenging heat exchanging unit 22, respectively, and then joined at the merging unit 6 . One end of the merging section 6 is connected to the turbine section 3 and the other is connected to the exhaust heat exchanging section 21 and the scavenging heat exchanging section 22, respectively.

2 : 열교환부 3 : 터빈부
4 : 순환부 21 : 배기열교환부
22 : 소기열교환부 100 : 엔진2: Heat exchanging part 3: Turbine part
4: circulation part 21: exhaust heat exchange part
22: Scavenge heat exchanger 100: Engine

Claims (4)

부유식 원유생산저장하역설비에 설치된 엔진으로부터 배출되는 배기(Exhaust gas) 및 이산화탄소를 열교환시키는 배기열교환부;
부유식 원유생산저장하역설비에 설치된 발전기에 연결되고, 상기 발전기가 전기를 생산하도록 상기 배기열교환부로부터 배출되는 이산화탄소를 이용하여 상기 발전기를 동작시키기 위한 동력을 발생시키는 터빈부;
상기 터빈부로부터 배출되는 이산화탄소를 냉각시키는 냉각부; 및
상기 냉각부와 상기 배기열교환부 사이에 위치되게 설치되고, 상기 냉각부로부터 배출되는 이산화탄소를 압축시키는 압축부를 포함하고,
상기 터빈부는 초임계 이산화탄소를 이용하여 상기 발전기를 동작시키기 위한 동력을 발생시키는 것을 특징으로 하는 초임계 이산화탄소 발전시스템.An exhaust heat exchanger for exchanging heat between exhaust gas and carbon dioxide discharged from an engine installed in a floating and crude oil production storage and unloading facility;
A turbine section connected to a generator installed in the floating oil production storage and unloading facility and generating power for operating the generator using carbon dioxide discharged from the exhaust heat exchanging section so that the generator generates electricity;
A cooling unit for cooling the carbon dioxide discharged from the turbine unit; And
And a compression unit installed between the cooling unit and the exhaust heat exchanging unit for compressing carbon dioxide discharged from the cooling unit,
Wherein the turbine section generates power for operating the generator using supercritical carbon dioxide. 제1항에 있어서,
상기 엔진으로 공급되는 소기(Scavenge Air) 및 이산화탄소를 열교환시키는 소기열교환부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초임계 이산화탄소 발전시스템.The method according to claim 1,
Further comprising a scavenging heat exchanger for exchanging scavenging air and carbon dioxide supplied to the engine. 제2항에 있어서,
상기 터빈부는 상기 배기열교환부 및 상기 소기열교환부 각각으로부터 배출되어 합류한 초임계 이산화탄소를 이용하여 상기 발전기를 동작시키기 위한 동력을 발생시키고,
상기 배기열교환부 및 상기 소기열교환부가 서로 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 초임계 이산화탄소 발전시스템.3. The method of claim 2,
Wherein the turbine section generates power for operating the generator using supercritical carbon dioxide discharged from each of the exhaust heat exchanging section and the scavenging heat exchanging section,
Wherein the exhaust heat exchanging part and the scavenging heat exchanging part are connected in parallel with each other. 부유식 원유생산저장하역설비에 설치된 엔진으로 공급되는 소기(Scavenge Air) 및 이산화탄소를 열교환시키는 소기열교환부;
부유식 원유생산저장하역설비에 설치된 발전기에 연결되고, 상기 발전기가 전기를 생산하도록 상기 소기열교환부로부터 배출되는 이산화탄소를 이용하여 상기 발전기를 동작시키기 위한 동력을 발생시키는 터빈부;
상기 터빈부로부터 배출되는 이산화탄소를 냉각시키는 냉각부; 및
상기 냉각부와 상기 소기열교환부 사이에 위치되게 설치되고, 상기 냉각부로부터 배출되는 이산화탄소를 압축시키는 압축부를 포함하고,
상기 터빈부는 초임계 이산화탄소를 이용하여 상기 발전기를 동작시키기 위한 동력을 발생시키는 것을 특징으로 하는 초임계 이산화탄소 발전시스템.A scavenge air heat exchanger for exchanging heat between the scavenging air and the carbon dioxide supplied to the engine installed in the floating oil production storage / unloading facility;
A turbine section connected to a generator installed in the floating oil production storage and unloading facility and generating power for operating the generator using carbon dioxide discharged from the scavenging heat exchange section so that the generator generates electricity;
A cooling unit for cooling the carbon dioxide discharged from the turbine unit; And
And a compression unit disposed between the cooling unit and the scavenging heat exchanging unit for compressing carbon dioxide discharged from the cooling unit,
Wherein the turbine section generates power for operating the generator using supercritical carbon dioxide.
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