KR20160139311A - Ｆｌｎｇ의 해수 온도 차 발전시스템 및 발전방법 - Google Patents

Ｆｌｎｇ의 해수 온도 차 발전시스템 및 발전방법 Download PDF

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박종현
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Abstract

본 발명에 따르면, 하나의 해상 가스전 부근에서 오랜 시간 부유하는 FLNG의 특성을 이용하여, 해수를 원료로 하여 전기 에너지를 생산함으로써, 해상으로부터 열원 및 냉열을 모두 얻을 수 있으므로 별도의 열원 및 발전용 터빈을 마련할 필요가 없어 FLNG의 운영비용을 줄일 수 있다. 또한, 연안의 해상에 부유하는 FLNG의 특성을 이용하여 FLNG에서 생산한 전기 에너지를 육상으로 송전할 수 있고, 육상발전소는 일반적으로 연안의 육상에 마련되므로 기존의 육상발전소의 송전 인프라를 활용하여 송전할 수 있기 때문에, 육상발전소 건설에 따른 부지 확보 등의 문제에서 비교적 자유롭고, 플랜트 건설시간을 단축하면서도 육상의 전력 수급 안정을 도모하고, 해수 온도 차 발전에 의한 규모의 경제를 유지할 수 있다. 또한, FLNG에 해수 온도 차 발전시스템을 마련함으로써, 이동성을 갖추게 되며, 밤낮의 변화없이 비교적 안정적인 해수를 에너지원으로 활용할 수 있고, 계절 변동이 예측 가능하기 때문에 기본 전원으로 사용할 계획적 발전이 가능하다.
본 발명에 의한 FLNF의 해수 온도 차 발전 시스템은, FLNG에 마련됨으로써,상기 FLNG에서는 해수의 온도 차를 이용하여 전기 에너지를 생산하고, 상기 해수의 온도 차를 이용하여 생산한 전기 에너지를 상기 FLNG의 전력으로 사용하는 것을 특징으로 한다.

Description

ＦＬＮＧ의 해수 온도 차 발전시스템 및 발전방법 {System and Method of Ocean Thermal Energy Conversion on FLNG}
본 발명은 FLNG에서 FLNG로 공급되는 해수의 온도 차를 이용하여 전기 에너지를 생산하는 FLNG의 해수 온도 차 발전시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
육상에서 전기에너지는 사용의 편리성과 안정적인 가격으로 소비가 지속적으로 증가하고 있다. 2000년대 이후, 지속적으로 유가가 상승함으로 인해 에너지 수급 여건이 급변하고, 에너지원간 상대적 가격차에 따른 전환수요 등 복합적 요인들의 영향으로 인해, 전력수요는 지속적으로 증가하는 추세이다.
그러나 그에 반해, 발전소 및 송전 인프라 구축을 위한 건설부지 확보의 어려움과 지역주민 민원의 증가 등의 문제로 전력공급설비의 확충과 수급안정확보가 어려운 상황이다.
일반적으로, 가장 많은 전력을 생산하는 발전시스템으로는 화력 발전시스템, 원자력 발전시스템, 수력 발전시스템 등이 있으나, 화력 발전시스템은 화석연료를 사용함에 따른 화석연료 자원의 고갈, 연소에 의한 환경오염 등의 문제가 있고, 수력 발전시스템은 건설기간이 길고, 비용이 많이 들며, 건설지역이 한정되어 있고, 건설지역의 생태계를 파괴한다는 문제점이 있다.
특히, 원자력 발전시스템은 발전 용량이 매우 크다는 장점이 있으나, 우라늄 자원의 고갈, 핵분열 시 방사능 누출 위험성, 핵 폐기물 처리의 어려움 등의 문제들을 가지고 있고, 그에 따라, 독일을 예로 들어 원전 폐쇄 정책을 시행하는 등 원자력 발전에 대한 의존도를 감소하려는 세계적인 움직임이 확대되고 있다.
따라서, 이러한 에너지원을 대체할 에너지에 대한 관심 및 실질적인 개발을 위한 노력이 실시되고 있고, 이러한 추세는 조선산업과 같은 해양산업분야에서도 마찬가지이다.
한편, 해상에 부유하여 해저 가스전으로부터 천연가스를 시추하여 처리, 생산, 하역하는 등 각종 플랜트 설비를 구비하고 있는 LNG-FPSO(이하 "FLNG"라 함)와 같은 해양 부유 구조물, 대형 선박은 운항 중에 필요한 전기를 발전하는 발전시스템 역시 탑재하고 있다. 일반적으로 선박에는 많은 양의 전기에너지가 필요하며, 전기에너지를 발생시키기 위한 발전시스템은 대개 화석 연료를 원료로 사용하고 있으나, 국제해사기구(IMO)의 환경규제가 강화되고 있음에 따라, 조선업계에서는 화석연료의 사용량을 줄여 환경오염을 줄이고, 에너지 효율은 증대된 선박의 개발이 필요한 실정이다.
대한민국 등록특허공보 제10-1110695호 (2012.01.20. 등록) 대한민국 등록특허공보 제10-1236070호 (2013.02.15. 등록)
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 화석 연료의 대체에너지로 FLNG의 전기에너지를 생산하는 발전시스템을 제공하며, FLNG에서 생산한 전기에너지를 육상으로 송전하여 육상의 전력 수급 불안정의 해결을 도모하고, FLNG의 운영비용을 줄일 수 있는 FLNG의 해수 온도차 발전시스템 및 발전방법을 제공하고자 하는 데 그 목적이 있다.
본 발명이 해결하려는 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 여기에 언급되지 않은 본 발명이 해결하려는 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 의하면, FLNG에 마련됨으로써, 상기 FLNG에서는 해수의 온도 차를 이용하여 전기 에너지를 생산하고, 상기 해수의 온도 차를 이용하여 생산한 전기 에너지를 상기 FLNG의 전력으로 사용하는 FLNG의 해수 온도 차 발전시스템이 제공된다.
바람직하게는, 상기 FLNG에서 해수의 온도 차를 이용하여 전기 에너지를 생산하기 위하여, 액체 상태의 작동유체를 기화시키는 작동유체 증발기; 상기 작동유체 증발기에서 기화된 작동유체에 의해 터빈을 작동시켜 전기 에너지를 생산하는 발전기; 및 상기 터빈을 작동시킨 기체 상태의 작동유체를 액화시키는 작동유체 응축기;를 포함하고, 상기 작동유체 응축기에서 작동유체와 열교환시키기 위해 해수의 심층수를 공급하는 심층수 공급라인;을 포함하여, 상기 터빈을 작동시킨 기체 상태의 작동유체는 상기 작동유체 응축기에서 해수의 심층수와 열교환하여 액화되고, 상기 액화된 작동유체는 상기 작동유체 증발기로 재공급되어 폐쇄 사이클을 형성할 수 있다.
바람직하게는, 상기 작동유체 응축기에서 액화된 작동유체를 상기 작동유체 증발기로 재공급하는 라인에는 상기 작동유체를 압축하는 펌프;를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 작동유체 증발기에서 작동유체와 열교환시키기 위해 해수의 표층수를 공급하는 표층수 공급라인;을 더 포함하고, 상기 액체 상태의 작동유체는 상기 작동유체 증발기에서 해수의 표층수와 열교환하여 기화될 수 있다.
바람직하게는, 상기 표층수 공급라인에는 상기 표층수를 기화시키는 표층수 증발기;를 더 포함하고, 상기 표층수 증발기에서 기화된 표층수를 상기 작동유체 증발기로 공급하여 작동유체와 열교환시킬 수 있다.
바람직하게는, 상기 FLNG는 연안의 해상에 마련되고, 상기 연안의 육상에 마련되는 송전 인프라;를 더 포함하여, 상기 FLNG에서 해수의 온도 차를 이용하여 생산한 전기 에너지의 적어도 일부를 상기 송전 인프라를 이용하여 육상의 수요처로 송전할 수 있다.
바람직하게는, 상기 송전 인프라가 마련된 육상 발전소를 더 포함하여, 상기 육상 발전소에서 배출되는 온배수를 상기 작동유체 증발기로 공급하고, 상기 작동유체 증발기에서 액체 상태의 작동유체가 상기 육상 발전소의 온배수와 열교환하여 기화될 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면에 의하면, 연안의 해상에 부유하는 FLNG의 액체 상태의 작동유체를 기화시키는 단계; 상기 기화된 작동유체로 터빈을 작동시켜 전기 에너지를 생산하는 단계; 및 상기 터빈을 작동시킨 기체 상태의 작동유체를 액화시키는 단계;를 포함하며, 상기 FLNG에서 해수의 온도 차를 이용하여 생산한 전기 에너지를 상기 FLNG에 필요한 전력으로 사용하는 FLNG의 해수 온도 차 발전방법이 제공된다.
바람직하게는, 상기 작동유체를 기화시키는 단계에서는 해수의 표층수와 작동유체를 열교환시키고, 상기 작동유체를 액화시키는 단계에서는 해수의 심층수와 작동유체를 열교환시킬 수 있다.
바람직하게는, 상기 액화된 작동유체가 해수의 표층수와 열교환하여 기화하도록 재순환시키는 폐쇄 사이클을 이루도록 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 해수 온도 차 발전을 이용하여 생산된 전기 에너지는 전처리 공정의 펌프, 전기히터, 아민흡수탑, 압축기, 팽창기, 액화 공정 냉매 사이클의 압축기, 증발기, 팽창밸브, 열교환기를 포함하는 FLNG의 탑사이드 설비 및 유틸리티 설비로 공급할 수 있다.
바람직하게는, 상기 FLNG에서 해수의 온도 차를 이용하여 생산한 전기 에너지의 적어도 일부는, 상기 연안의 육상에 마련되는 육상 발전소의 송전 인프라를 이용하여 상기 육상 발전소로 송전할 수 있다.
본 발명에 따르면, 하나의 해상 가스전 부근에서 오랜 시간 부유하는 FLNG의 특성을 이용하여, 해수를 원료로 하여 전기 에너지를 생산함으로써, 해상으로부터 열원 및 냉열을 모두 얻을 수 있으므로 별도의 열원 및 발전용 터빈을 마련할 필요가 없어 FLNG의 운영비용을 줄일 수 있다.
또한, 연안의 해상에 부유하는 FLNG의 특성을 이용하여 FLNG에서 생산한 전기 에너지를 육상으로 송전할 수 있고, 육상발전소는 일반적으로 연안의 육상에 마련되므로 기존의 육상발전소의 송전 인프라를 활용하여 송전할 수 있기 때문에, 육상발전소 건설에 따른 부지 확보 등의 문제에서 비교적 자유롭고, 플랜트 건설시간을 단축하면서도 육상의 전력 수급 안정을 도모하고, 해수 온도 차 발전에 의한 규모의 경제를 유지할 수 있다.
또한, FLNG에 해수 온도 차 발전시스템을 마련함으로써, 이동성을 갖추게 되며, 밤낮의 변화없이 비교적 안정적인 해수를 에너지원으로 활용할 수 있고, 계절 변동이 예측 가능하기 때문에 기본 전원으로 사용할 계획적 발전이 가능하다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 FLNG의 해수 온도 차 발전시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 해수 온도 차 발전시스템이 마련된 FLNG 및 발전시스템을 도시한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 FLNG의 해수 온도 차 발전시스템의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 FLNG의 해수 온도 차 발전시스템의 구성도이다.
본 발명의 동작상 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 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서 각 도면의 구성요소들에 대해 참조 부호를 부가함에 있어서 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다. 또한, 하기 실시 예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시 예에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 FLNG의 해수 온도 차 발전시스템은 해저 가스전에 매장되어 있는 천연가스를 시추하고, 해상에 부유하여 천연가스를 처리, 생산 및 하역하는 해상 부유 구조물인 FLNG에 마련되어, 해수의 온도 차를 이용하여 전기 에너지를 생산하는 것을 특징으로 하며, FLNG에서 해수의 온도 차를 이용하여 생산된 전기 에너지는 FLNG의 운항 및 천연가스의 시추, 처리, 생산 및 하역 등 FLNG에 마련된 각종 플랜트 설비 등에 필요한 전력으로 사용한다.
이하 FLNG라 함은 상술한 바와 같은 각종 플랜트 설비 등이 마련된 FLNG의 선박 몸체 내지는 구조물 그 자체를 포함하며, 본 발명에 따른 해수 온도 차 발전시스템 및 방법은 FLNG와 같이 각종 플랜트 설비를 탑사이드(topside)에 탑재하는 해양 구조물에도 적용할 수 있으나, 연안의 육상에 육상 플랜트 내지는 육상 발전소, 송전 터미널 등의 송전 인프라가 마련된 연안(nearshore)의 해상에 부유하여 실시하는 것이 바람직하다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 FLNG의 해수 온도 차 발전시스템을 도시하고, 도 2는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 FLNG의 해수 온도 차 발전시스템과 해수 온도 차 발전시스템이 구비된 FLNG를 도시한다. 이하 도 1 및 도 2를 참조하여 설명하기로 한다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 제 1 실시 예의 FLNG의 해수 온도 차 발전시스템은 FLNG(1)에서 해수의 온도 차를 이용하여 전기 에너지를 생산하기 위하여, 액체 상태의 작동유체를 기화시키는 작동유체 증발기(100), 작동유체 증발기(100)에서 기화된 작동유체에 의해 작동하는 터빈(110)과 작동유체에 의해 터빈(110)에서 발생하는 운동 에너지로 전기 에너지를 생산하는 발전기(111)를 포함한다.
또한, 터빈(110)을 작동시켜 운동 에너지를 발생시킨 후의 기체 상태의 작동유체를 액화시키는 작동유체 응축기(120)를 더 포함하며, 작동유체 응축기(120)에서 액화된 액체 상태의 작동유체는 펌프(140)를 거쳐 압축되고, 압력을 보상받은 후 다시 작동유체 증발기(100)로 공급되고 기화된다.
따라서, 작동유체는 작동유체 증발기(100), 터빈(110), 작동유체 응축기(120) 및 펌프(140)로 구성되는 폐쇄 사이클에 의해 순환한다. 펌프(140) 후단에는 작동유체 증발기(100)로 공급되는 액체 상태의 작동유체의 유량을 조절하는 밸브를 더 포함할 수 있다.
즉, 작동유체는 작동유체 증발기(100)에서 열교환하여 증발하고, 증발한 작동유체는 터빈(110)에 보내져 발전하게 되고, 터빈(110)에서 배출되는 증기는 작동유체 응축기(120)에서 열교환하여 액화된 후 다시 재순환된다.
작동유체 증발기(100)는 열교환기일 수 있고, 작동유체 증발기(100)로 공급되는 액체 상태의 작동유체는 작동유체 증발기(100)에서 열교환하여 기화되는데, 작동유체는 작동유체 증발기(100)에서 해수의 표층수와 열교환하여 기화된다.
작동유체 증발기(100)로 공급되는 해수의 표층수는, 선외 해양의 해수면 아래 약 100m 이내에서 취수하며, FLNG의 표층수 취수부(130)을 통해 FLNG로 공급되고, 표층수 공급라인(131)을 통해 작동유체 증발기(100)로 공급될 수 있다.
또한 작동유체 증발기(100)에서 작동유체를 기화시키는 열매는 육상 발전소(2)에서 원자로 등을 냉각시키는 냉각수 내지는 냉각수를 냉각시킨 후의 냉매와 같은 육상 발전소(2)에서 배출되는 온배수를 파이프라인을 통해 공급한 것일 수도 있다. 이렇게 하면, 육상 발전소(2)에서 온배수를 냉각시키는 냉열원을 따로 마련하지 않아도 되므로 육상 발전소(2)의 운영비용을 줄일 수 있다.
터빈(110)을 작동시켜 터빈(110)에 운동 에너지를 전달해준 후의 작동유체 는, 작동유체 응축기(120)로 공급되고, 작동유체 응축기(120)로 공급되는 작동유체는 기체 상태이거나, 기체와 액체의 혼합 상태일 수 있으며, 하기에는 편의상 기체 상태의 작동유체로 설명하기로 한다.
작동유체 응축기(120)로 공급되는 기체 상태의 작동유체는, 작동유체 응축기(120)에서 해수의 심층수와 열교환하여 액화된다.
작동유체 응축기(120)로 공급되는 해수의 심층수는, 선외 해양의 해수면 아래 약 1,000m 이내에서 취수하며, FLNG의 심층수 취수부(132)를 통해 FLNG로 공급되고, 심층수 공급라인(133)을 통해 작동유체 응축기(120)로 공급될 수 있다.
해저 심층으로부터의 심층수 취수는 해저에서부터 FLNG까지 저온의 심층수를 이송할 수 있는 파이프를 통해 이루어질 수 있다.
해양의 표층 100m 정도까지의 해수는 태양 에너지의 일부가 열로 축적되고 있고, 저위도 지방의 경우 연중 26℃~30℃ 정도로 유지되고 있으며, 적도 지방의 표층온도는 대체로 25℃~35℃정도이고, 극지방의 표층온도는 최저 -2℃이다. 극지방에서 냉각된 해수는 해양 대순환에 따라 저위도 지방으로 이동하고, 이동에 따라 주변의 해수 사이에 온도차가 발생하여 밀도가 상대적으로 큰 극지방에서 차가운 해수는 심층으로 가라앉는다. 이러한 표층수와 심층수 600m~1,000m 사이에 있는 1℃~7℃ 정도의 심층수를 취수하여, 상술한 바와 같이 온도차를 이용해 FLNG에서 전기 에너지를 생산하게 된다.
해수 온도차 에너지는 밤낮의 변화없이 비교적 안정적인 에너지원이며, 계절 변동이 예측 가능하므로 기본 전원으로 사용하여 발전이 가능하다. 세계 바다의 표층과 심층의 해수 온도차는 평균 16℃~24℃ 정도이며, 적도 부근에서 24℃로 특히 높다. 해수 온도 차 발전이 대체에너지로서 경제성을 갖기 위해서는 약 20℃ 정도의 온도 차이가 있는 것이 이상적이며, 따라서 본 발명에 따른 FLNG의 해수 온도 차 발전시스템 및 방법은 적도, 인도, 동남 아시아, 일본, 동해, 호주 남부, 멕시코, 브라질, 아프리카 중부 등 온도차가 풍부한 지역에서 실시되는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이, 작동유체 증발기(100)에서 액체 상태의 작동유체는 약 18℃~30℃의 표층수와 열교환하여 기화되고, 작동유체 응축기(120)에서 약 5℃의 심층수와 열교환하여 액화된다. 따라서 상기 작동유체는 암모니아(NH3), CFC, HCFC, R22, R1270(프로필렌), R290(프로판), R407, R407C, R32, R134a와 같은 저비점 유기냉매이다.
작동유체 증발기(100)에서 열교환하여 기화된 작동유체에 의해 발전기(111)에서 생산된 전기 에너지는 FLNG의 탑사이드 설비 등의 전기 에너지 수요처로 공급되어 전력으로 사용된다. 예를 들어, 산성 가스 제거 공정, 수분 제거 공정, 수은 제거 공정 및 수처리 공정을 포함하는 FLNG의 전처리 공정의 각종 펌프, 전기히터, 흡수/재생탑(특히 아민 흡수 공정의 흡수탑 및 재생탑), 압축기, 팽창기 등과, 액화 공정 특히, 냉매 사이클의 압축기, 증발기, 팽창밸브, 열교환기를 포함하여 FLNG의 각종 탑사이드 설비 및 유틸리티 설비, 거주구 등으로 공급된다.
따라서, 종래 FLNG에 발전용으로 마련되는 가스 터빈, 발전용 엔진을 추가로 마련하지 않아도 되므로, FLNG의 CAPEX를 대폭 절감할 수 있다.
작동유체 증발기(100)에서 기화된 작동유체에 의해 발전기(111)에서 생산된 전기 에너지의 일부는, FLNG가 부유하고 있는 연안의 육상에 마련된 육상 발전소(2)로 송전될 수 있다. 이 때, 육상 발전소(2)에 마련되어 있는 육상 송전 인프라를 이용할 수 있고, 또한 육상 발전소(2)에서 육상 발전소(2)의 전력으로 사용되거나 육상의 수요처로 송전될 수 있다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 FLNG의 해수 온도 차 발전시스템을 도시한다. 이하, 도 3을 참조하여 설명하기로 하며, 상기 제 1 실시 예에서 설명한 바와 동일하거나 유사한 구성 또는 그 작동에 대하여는 제 1 실시 예와 동일하게 적용되므로 설명을 생략하기로 한다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 FLNG의 해수 온도 차 발전시스템의 제 2 실시 예는 제 1 실시 예와 마찬가지로 FLNG에 마련되며, 해수의 온도차를 이용하여 전기 에너지를 생산하고, 생산된 전기 에너지는 FLNG의 전력으로 공급하며, 생산된 전기 에너지의 일부는 육상에 마련된 육상 발전플랜트로 또는 육상 발전플랜트의 송전 인프라를 이용하여 육상의 수요처로 송전할 수 있다.
본 발명의 제 2 실시 예에서, FLNG에서 해수의 온도 차를 이용하여 전기 에너지를 생산하기 위하여, 제 1 실시 예와 같이 작동유체를 기화시키는 작동유체 증발기(100), 작동유체 응축기(120) 및 터빈(110), 발전기(111)를 포함하여 폐쇄 사이클을 이루며, 작동유체 응축기(120)에서 작동유체를 액화시키기 위해 해수의 심층수를 공급하는 심층수 취수부(130) 및 심층수 공급라인(131)을 포함한다.
본 발명의 제 2 실시 예에서, 작동유체 증발기(100)에서, 작동유체를 기화시키기 위하여 공급하는 열원은 해수의 표층수일 수 있는데, 이 때 해수의 표층수는 표층수 취수부(132) 및 표층수 공급라인(133)을 통해 표층수 증발기(102)로 공급된 후, 표층수 증발기(102)에서 기화되어 기체 상태로 작동유체 증발기(100)로 공급될 수 있다.
따라서, 제 2 실시 예에서는, 작동유체 증발기(100)에서 터빈(111)을 작동시켜 전기 에너지를 생산하도록 하기 위해, 액체 상태의 작동유체는 기체 상태의 표층수와 열교환하여 기화된 후, 기체 상태의 작동유체가 터빈(111)으로 공급된다.
도 4는 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 FLNG의 해수 온도 차 발전시스템을 도시한다. 이하, 도 4를 참조하여 설명하기로 하며, 상기 제 1 실시 예에서 설명한 바와 동일하거나 유사한 구성 또는 그 작동에 대하여는 제 1 실시 예와 동일하게 적용되므로 설명을 생략하기로 한다.
본 발명의 제 4 실시 예에서는 발전기(111)에 운동 에너지를 전달하기 위해 터빈(110)을 작동시키는 작동유체가 기체 상태의 표층수일 수 있다.
즉, 표층수 취수부(132)를 통해 FLNG의 선외 해상에서 취수된 표층수는, 표층수 공급라인(133)을 통해 표층수 증발기(102)로 공급되고, 표층수 증발기(102)에서 기화된 기체 상태의 표층수가 터빈(100)으로 공급되며, 터빈(100)을 작동시킨 후 터빈(100)으로부터 배출되는 기체 상태 또는 기체와 액체의 혼합 상태의 표층수는 작동유체 응축기(120)로 공급되고, 작동유체 응축기(120)에서 액화되어 선외로 배출되는 오픈 사이클을 이룬다.
작동유체 응축기(120)에서 작동유체 즉, 해수의 표층수를 액화시키는 냉열원은 FLNG의 심층수 취수부(130)로 취수된 해수의 심층수일 수 있으며, 심층수 공급라인(131)을 통해 작동유체 응축기(120)로 공급되고, 작동유체 응축기(120)에서 터빈(100)을 작동시킨 후 작동유체 응축기(120)로 공급된 기체 상태의 표층수와 열교환한 후 선외로 배출된다.
본 발명의 제 4 실시 예에서도 마찬가지로, 제 4 실시 예에 의해 FLNG에서 해수의 온도 차를 이용하여 생산된 전기 에너지를 FLNG의 전력으로 사용하고, 생산된 전기 에너지의 일부는 육상에 마련된 육상 발전플랜트로 또는 육상 발전플랜트의 송전 인프라를 이용하여 육상의 수요처로 송전할 수 있다.
제 3 실시 예와 제 4 실시 예에 의하면, 표층수가 표층수 증발기(102)에서 기화된 후, 작동유체 응축기(120)에서 액화되어 액체 상태로 배출되므로, 증발 및 응축과정을 거친 담수일 수 있으며, 이 때 담수를 FLNG 또는 육상의 담수 수요처로 공급할 수도 있어 환경적인 이점을 가질 수 있다.
상술한 본 발명의 실시 예들에서의 육상 발전플랜트(2)는 원자력발전소, 화력(복합화력발전 포함)발전소, 풍력발전소, 조력발전소를 포함할 수 있고, 특히 기 선걸된 원자력발전소 인근의 연안에 FLNG(1)가 마련되는 경우, 원자력발전소의 인프라를 활용할 수 있다. 육상 발전플랜트(2)의 인프라, 특히 송전 인프라는 육상 발전플랜트(2)의 가동중단 또는 전력생산부족시의 상황에서도 활용할 수 있으므로, 해상의 FLNG(1)에서 발전하여 기존 육상 발전플랜트(2)의 인프라를 활용하여 전력 수요처로 전기 에너지를 송전할 수 있다.
또한, 상술한 본 발명의 실시 예에서 해수를 이용한 온도 차 발전시스템이 FLNG에 마련됨으로써, 이동성을 갖추게 되므로, 필요에 따라 다른 장소로 이동시킬 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시 예에 의하여, 본 발명은 연안의 해상에 부유하는 FLNG의 액체 상태의 작동유체를 해수의 표층수와 열교환시켜 기화시키는 단계, 해수의 표층수와 열교환하여 기화된 작동유체로 터빈을 작동시켜 전기 에너지를 생산하는 단계 및 터빈을 작동시킨 기체 상태의 작동유체를 해수의 심층수와 열교환시켜 액화시키는 단계를 포함하여, 액화된 작동유체가 해수의 표층수와 열교환하여 기화하도록 재순환시키는 폐쇄 사이클을 이루고, FLNG에서 해수의 온도 차를 이용하여 생산한 전력을 FLNG의 전력으로 사용하며, 적어도 일부는 연안의 육상에 마련되는 육상 발전플랜트의 송전 인프라를 이용하여, 육상 발전플랜트 또는 육상의 수요처로 송전하는 FLNG의 해수 온도 차 발전방법을 제공한다.
이상과 같이 본 발명에 따른 실시 예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시 예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시 예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.
1 : FLNG
2 : 육상 발전소
100 : 작동유체 증발기
102 : 표층수 증발기
110 : 터빈
111 : 발전기
120 : 작동유체 응축기
130 : 심층수 취수부
131 : 심층수 공급라인
132 : 표층수 취수부
133 : 표층수 공급라인
140 : 펌프

Claims (12)

  1. FLNG에 마련됨으로써,
    상기 FLNG에서는 해수의 온도 차를 이용하여 전기 에너지를 생산하고,
    상기 해수의 온도 차를 이용하여 생산한 전기 에너지를 상기 FLNG의 전력으로 사용하는 FLNG의 해수 온도 차 발전시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 FLNG에서 해수의 온도 차를 이용하여 전기 에너지를 생산하기 위하여,
    액체 상태의 작동유체를 기화시키는 작동유체 증발기;
    상기 작동유체 증발기에서 기화된 작동유체에 의해 터빈을 작동시켜 전기 에너지를 생산하는 발전기; 및
    상기 터빈을 작동시킨 기체 상태의 작동유체를 액화시키는 작동유체 응축기; 를 포함하고,
    상기 작동유체 응축기에서 작동유체와 열교환시키기 위해 해수의 심층수를 공급하는 심층수 공급라인;을 포함하여,
    상기 터빈을 작동시킨 기체 상태의 작동유체는 상기 작동유체 응축기에서 해수의 심층수와 열교환하여 액화되고,
    상기 액화된 작동유체는 상기 작동유체 증발기로 재공급되어 폐쇄 사이클을 형성하는 FLNG의 해수 온도 차 발전시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 작동유체 응축기에서 액화된 작동유체를 상기 작동유체 증발기로 재공급하는 라인에는 상기 작동유체를 압축하는 펌프;를 더 포함하는 FLNG의 해수 온도 차 발전시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 작동유체 증발기에서 작동유체와 열교환시키기 위해 해수의 표층수를 공급하는 표층수 공급라인;을 더 포함하고,
    상기 액체 상태의 작동유체는 상기 작동유체 증발기에서 해수의 표층수와 열교환하여 기화되는 FLNG의 해수 온도 차 발전시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 표층수 공급라인에는 상기 표층수를 기화시키는 표층수 증발기;를 더 포함하고,
    상기 표층수 증발기에서 기화된 표층수를 상기 작동유체 증발기로 공급하여 작동유체와 열교환시키는 FLNG의 해수 온도 차 발전시스템.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 FLNG는 연안의 해상에 마련되고,
    상기 연안의 육상에 마련되는 송전 인프라;를 더 포함하여,
    상기 FLNG에서 해수의 온도 차를 이용하여 생산한 전기 에너지의 적어도 일부를 상기 송전 인프라를 이용하여 육상의 수요처로 송전하는 FLNG의 해수 온도 차 발전시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 송전 인프라가 마련된 육상 발전소를 더 포함하여,
    상기 육상 발전소에서 배출되는 온배수를 상기 작동유체 증발기로 공급하고,
    상기 작동유체 증발기에서 액체 상태의 작동유체가 상기 육상 발전소의 온배수와 열교환하여 기화되는 FLNG의 해수 온도 차 발전시스템.
  8. 연안의 해상에 부유하는 FLNG의 액체 상태의 작동유체를 기화시키는 단계;
    상기 기화된 작동유체로 터빈을 작동시켜 전기 에너지를 생산하는 단계; 및
    상기 터빈을 작동시킨 기체 상태의 작동유체를 액화시키는 단계;를 포함하며,
    상기 FLNG에서 해수의 온도 차를 이용하여 생산한 전기 에너지를 상기 FLNG에 필요한 전력으로 사용하는 FLNG의 해수 온도 차 발전방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 작동유체를 기화시키는 단계에서는 해수의 표층수와 작동유체를 열교환시키고,
    상기 작동유체를 액화시키는 단계에서는 해수의 심층수와 작동유체를 열교환시키는 FLNG의 해수 온도 차 발전 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 액화된 작동유체가 해수의 표층수와 열교환하여 기화하도록 재순환시키는 폐쇄 사이클을 이루도록 하는 FLNG의 해수 온도 차 발전 방법.
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 해수 온도 차 발전을 이용하여 생산된 전기 에너지는
    전처리 공정의 펌프, 전기히터, 아민흡수탑, 압축기, 팽창기,
    액화 공정 냉매 사이클의 압축기, 증발기, 팽창밸브, 열교환기를 포함하는
    FLNG의 탑사이드 설비 및 유틸리티 설비로 공급하는 FLNG의 해수 온도 차 발전방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 FLNG에서 해수의 온도 차를 이용하여 생산한 전기 에너지의 적어도 일부는,
    상기 연안의 육상에 마련되는 육상 발전소의 송전 인프라를 이용하여 상기 육상 발전소로 송전하는 FLNG의 해수 온도 차 발전방법.
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