KR20170114334A - Complex power generating system and ship having the same - Google Patents

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장용진
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Abstract

본 발명은 복합 발전 시스템 및 이를 구비한 선박에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 가스 터빈에 의해 제 1 발전기를 구동시키고, 가스 터빈의 구동 후 배출되는 배기가스의 열원을 이용하여 초임계 이산화탄소 터빈을 구동시키며, 초임계 이산화탄소 터빈은 제 2 발전기를 구동시킴으로써 전기를 생산하는 복합 발전 시스템 및 이를 구비한 선박에 관한 것이다.
본 발명에 따른 복합 발전 시스템은 가스 터빈, 상기 가스 터빈으로부터 배출되는 배기가스가 공급되는 이코노마이저; 상기 이코노마이저에서 배기가스와 열 교환된 열교환 매체가 공급되는 스팀 생성부; 및 상기 이코노마이저에서 배기가스와 열 교환된 초임계 이산화탄소가 열매체로 사용되는 초임계 이산화탄소 발전부;를 포함하는 복합 발전 시스템을 제공한다. The present invention relates to a combined power generation system and a ship having the same, and more particularly, to a combined power generation system for driving a first generator by a gas turbine and driving a supercritical carbon dioxide turbine using a heat source of exhaust gas discharged after driving the gas turbine And the supercritical carbon dioxide turbine is a combined power generation system for generating electricity by driving a second generator and a ship having the same.
A combined power generation system according to the present invention includes: a gas turbine; an economizer to which exhaust gas discharged from the gas turbine is supplied; A steam generator for supplying the heat exchange medium heat exchanged with the exhaust gas from the economizer; And supercritical carbon dioxide power generation unit in which supercritical carbon dioxide heat exchanged with exhaust gas is used as a heating medium in the economizer.

Description

복합 발전 시스템 및 이를 구비한 선박 {Complex power generating system and ship having the same}TECHNICAL FIELD The present invention relates to a hybrid power generation system and a ship having the same,

본 발명은 복합 발전 시스템 및 이를 구비한 선박에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 가스 터빈에 의해 제 1 발전기를 구동시키고, 가스 터빈의 구동 후 배출되는 배기가스의 열원을 이용하여 초임계 이산화탄소 터빈을 구동시키며, 초임계 이산화탄소 터빈은 제 2 발전기를 구동시킴으로써 전기를 생산하는 복합 발전 시스템 및 이를 구비한 선박에 관한 것이다. The present invention relates to a combined power generation system and a ship having the same, and more particularly, to a combined power generation system for driving a first generator by a gas turbine and driving a supercritical carbon dioxide turbine using a heat source of exhaust gas discharged after driving the gas turbine And the supercritical carbon dioxide turbine is a combined power generation system for generating electricity by driving a second generator and a ship having the same.

선박이나 해상에 마련되는 해양 플랜트에는 추진이나 각종 장치들의 구동 등을 위해 동력이 필요하다. 따라서 이러한 동력을 공급하기 위한 동력 생산 시스템이 구비될 필요가 있다. Marine or offshore plants at sea or onshore require power to drive propulsion and various devices. Therefore, it is necessary to provide a power generation system for supplying such power.

예컨대, 증기 터빈을 포함하는 발전 설비는 연료를 연소시킬 때 발생하는 연소열로 증기를 발생시켜 이를 이용해 발전한다. 발전 설비의 증기 사이클에서 발전기 구동 후 배출된 증기를 복수시키는 것은 증기 사이클 효율과 관련된 중요한 과정이다. 에너지 활용 측면에서 보면 화력 발전기의 경우 투입 연료의 40% 정도만 전기로 변환되고, 13% 정도는 연소과정과 발전기에서 손실되고, 47% 정도는 냉각수에 의해 손실되고 있다. 또한 증기의 복수 과정에서 사용된 냉각수는 온도가 상승하므로 그대로 배출하게 되면 환경에 중대한 영향을 끼치며, 화석 연료의 연소에 따른 배기가스 발생도 문제된다. For example, a power generation facility including a steam turbine generates heat by combustion heat generated when a fuel is combusted, thereby generating electricity by using steam. It is an important process related to the steam cycle efficiency to replenish the steam discharged after generator operation in the steam cycle of power generation facilities. In terms of energy utilization, only about 40% of the input fuel is converted to electricity in the thermal power generator, about 13% is lost in the combustion process and the generator, and about 47% is lost in the cooling water. In addition, since the cooling water used in the course of the steam condensation increases in temperature, if it is discharged as it is, it seriously affects the environment, and generation of exhaust gas due to combustion of fossil fuel is also a problem.

따라서, 효율적인 전력 생산에 대한 필요성이 점차 커지고 있으며, 최근 들어 초임계 이산화탄소를 작동 유체로 사용하는 초임계 이산화탄소 발전 시스템(Power generation system using Supercritical CO2)에 대한 연구가 활발히 진행 중이다.Therefore, there is a growing need for efficient power generation. Recently, supercritical CO 2 (supercritical CO 2 ) using supercritical carbon dioxide as a working fluid has been actively studied.

초임계 상태의 이산화탄소는 액체 상태와 유사한 밀도에 기체와 비슷한 점성을 동시에 가지므로 기기의 소형화와 더불어, 유체의 압축 및 순환에 필요한 전력소모를 최소화할 수 있다. 동시에 임계점이 31℃, 74 기압으로, 임계점이 373.95℃, 217.7 기압인 물보다 매우 낮아서 다루기가 용이한 장점이 있다. 이러한 초임계 이산화탄소 발전 시스템은 550℃에서 운전할 경우 약 45% 수준의 순발전효율을 보이며, 기존 스팀 사이클의 발전효율 대비 20% 이상의 발전효율 향상과 함께 터보기기를 수십 분의 1 수준으로 축소가 가능한 장점이 있다. 또한, 초임계 이산화탄소 발전 시스템은 발전에 사용된 이산화탄소를 외부로 배출하지 않는 폐사이클(closed cycle)로 운영되는 경우가 대부분이기 때문에 공해물질 배출 감소에 큰 도움이 될 수 있다.Since supercritical carbon dioxide has a gas-like viscosity at a density similar to that of a liquid state, it can minimize the power consumption required for compression and circulation of the fluid as well as miniaturization of the apparatus. At the same time, the critical point is 31 ℃, 74 atmospheres, and the critical point is much lower than the water at 373.95 ℃, 217.7 atmospheres. This supercritical carbon dioxide power generation system shows a net generation efficiency of about 45% when operated at 550 ° C. It can improve the power generation efficiency by more than 20% compared to the existing steam cycle power generation efficiency and reduce the turbo device to one tenth There are advantages. In addition, the supercritical carbon dioxide power generation system is often operated as a closed cycle in which the carbon dioxide used for power generation is not discharged to the outside, which can be a great help in reducing pollutant emission.

따라서, 증기 터빈 대신에 이러한 초임계 이산화탄소 발전 터빈을 고려한 기술의 개발이 절실히 요구되고 있다. Therefore, development of a technology considering such a supercritical carbon dioxide power generation turbine is desperately required instead of a steam turbine.

대한민국 공개특허공보 제2016-0024495호(2016.03.07.)Korean Patent Laid-Open Publication No. 2016-0024495 (2016.03.07.)

본 발명은 상기와 같은 요구를 해소하고자 안출된 것으로, 가스 터빈에 의해 제 1 발전기를 구동시키고, 가스 터빈의 구동 후 배출되는 배기가스의 열원을 이용하여 초임계 이산화탄소 터빈을 구동시키며, 초임계 이산화탄소 터빈은 제 2 발전기를 구동시킴으로써 전기를 생산하는 복합 발전 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to drive a first generator by a gas turbine, drive a supercritical carbon dioxide turbine using a heat source of exhaust gas discharged after driving the gas turbine, The turbine is intended to provide a combined power generation system that generates electricity by driving a second generator.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 가스 터빈; 상기 가스 터빈으로부터 배출되는 배기가스가 공급되는 이코노마이저; 및 상기 이코노마이저에서 열 교환된 초임계 이산화탄소가 열매체로 사용되는 초임계 이산화탄소 발전부;를 포함하는 복합 발전 시스템을 제공한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a gas turbine comprising: a gas turbine; An economizer to which exhaust gas discharged from the gas turbine is supplied; And supercritical carbon dioxide power generation unit in which supercritical carbon dioxide heat exchanged in the economizer is used as a heating medium.

상기 초임계 이산화탄소 발전부는, 상기 이코노마이저에서 열 교환된 초임계 이산화탄소가 공급되는 초임계 이산화탄소 터빈; 상기 초임계 이산화탄소 터빈에서 배출되는 초임계 이산화탄소가 냉각되는 냉각기; 및 상기 냉각기에서 냉각된 초임계 이산화탄소가 압축되는 압축기;를 포함하며, 상기 압축기에서 압축된 초임계 이산화탄소는 상기 이코노마이저로 공급되어 열 교환되고 재순환되는 것이 바람직하다. Wherein the supercritical carbon dioxide power generation unit includes supercritical carbon dioxide turbine to which supercritical carbon dioxide heat exchanged in the economizer is supplied; A cooler in which supercritical carbon dioxide discharged from the supercritical carbon dioxide turbine is cooled; And a compressor in which the supercritical carbon dioxide cooled in the cooler is compressed, supercritical carbon dioxide compressed in the compressor is preferably supplied to the economizer to be heat-exchanged and recirculated.

상기 초임계 이산화탄소 터빈과 상기 냉각기를 연결하는 제 1 연결배관과 상기 압축기와 상기 이코노마이저를 연결하는 제 2 연결배관에 설치되는 리큐퍼레이터;를 포함하며, 상기 리큐퍼레이터에서는, 상기 압축기에서 압축된 초임계 이산화탄소와 상기 초임계 이산화탄소 터빈에서 배출되는 초임계 이산화탄소가 열 교환되는 것이 바람직하다. And a recuperator installed in a first connection pipe connecting the supercritical carbon dioxide turbine and the cooler and a second connection pipe connecting the compressor and the economizer, wherein in the recuperator, Supercritical carbon dioxide and supercritical carbon dioxide discharged from the supercritical carbon dioxide turbine are preferably heat exchanged.

상기 가스 터빈에 의해 전력을 생산하는 제 1 발전기; 상기 초임계 이산화탄소 터빈에 의해 전력을 생산하는 제 2 발전기; 상기 제 1 발전기 또는 상기 제 2 발전기로부터 전력을 공급받는 스위칭보드; 상기 스위칭 보드에서 전력을 인가 받아 회전력을 생성하는 추진용 모터; 및 상기 추진용 모터로부터 인가 받은 회전력에 의해 추진력을 생성하는 프로펠러;를 포함하는 것이 바람직하다. A first generator for generating electric power by the gas turbine; A second generator for generating electric power by the supercritical carbon dioxide turbine; A switching board receiving power from the first generator or the second generator; A driving motor for receiving power from the switching board to generate a torque; And a propeller that generates propulsion force by a rotational force applied from the propelling motor.

상기 스위칭 보드는 보조 전력 소비처에도 전력을 공급하는 것이 바람직하다. Preferably, the switching board also supplies power to the auxiliary power consumer.

상기 냉각기에서 초임계 이산화탄소는 해수나 청수에 의해 냉각되는 것이 바람직하다. In the cooler, supercritical carbon dioxide is preferably cooled by seawater or fresh water.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 복합 발전 시스템을 이용하는 선박을 제공한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a ship using the combined power generation system.

본 발명에 따르면, 가스 터빈의 폐열을 활용하므로 선박의 전체적인 연료 소비를 줄일 수 있는 효과가 있다. According to the present invention, since the waste heat of the gas turbine is utilized, the overall fuel consumption of the ship can be reduced.

또한, 초임계 이산화탄소 발전 터빈을 적용할 경우 증기 터빈에 대비하여 약 20% 이상의 높은 발전 효율을 가지며, 설치 면적이 크게 감소하여 선박에 설치될 경우 화물 적재량을 증가시키는 효과가 있다.In addition, when a supercritical carbon dioxide power generation turbine is applied, the power generation efficiency is about 20% higher than that of a steam turbine, and the installation area is greatly reduced, thereby increasing the cargo load when installed on a ship.

또한, 이코노마이저에서 배기가스와 열교환 매체를 열교환하여 별도의 보일러를 가동하지 않아도 스팀을 생성하여 활용할 수 있는 효과가 있다. Further, there is an effect that steam can be generated and utilized without exchanging heat between the exhaust gas and the heat exchange medium in the economizer and operating a separate boiler.

도 1은 본 발명에 따른 복합 발전 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다. 1 is a schematic view of a combined power generation system according to the present invention.

이하, 본 발명의 바람직한 실시례를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals are used to designate the same or similar components throughout the drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시례에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 또한 하기 실시례는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시례에 한정되는 것은 아니다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, the following embodiments can be modified into various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the following embodiments.

도 1은 본 발명에 따른 복합 발전 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다. 1 is a schematic view of a combined power generation system according to the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 복합 발전 시스템(100)은 선박에 설치되는 가스 터빈(110), 가스 터빈(110)으로부터 배출되는 배기가스가 공급되는 이코노마이저(120), 이코노마이저(120)에서 배기가스와 열 교환된 열교환 매체가 공급되는 스팀 생성부(150), 및 이코노마이저(120)에서 배기가스와 열 교환된 초임계 이산화탄소가 열매체로 사용되는 초임계 이산화탄소 발전부(130);를 포함하며, 이코노마이저(120)에서 배기가스는 열교환 매체와 먼저 열교환 된 후, 초임계 이산화탄소와 열 교환될 수 있다. 1, a combined power generation system 100 according to the present invention includes a gas turbine 110 installed on a ship, an economizer 120 to which exhaust gas discharged from a gas turbine 110 is supplied, an economizer 120 A supercritical carbon dioxide power generation unit 130 in which supercritical carbon dioxide heat exchanged with the exhaust gas in the economizer 120 is used as a heating medium; And in the economizer 120 the exhaust gas may first be heat exchanged with the heat exchange medium and then heat exchanged with the supercritical carbon dioxide.

외부로부터 유입되는 공기를 압축한 후 연소실로 보내어 연료혼합물이 연소되도록 하며, 연소되어 생성되는 연소 기체에 의하여 작동되는 가스 터빈(110)은 비행기에 주로 사용되는 동력수단으로 액화 천연가스 수송선(LNG선)의 저장탱크 내부에서 자연 기화된 가스(BOG)와 마린 가스 오일 모두를 연료로 사용할 수 있다. 마린 가스 오일은 자동차의 연료인 경유보다는 질이 낮고, 종래의 선박의 엔진으로 사용되었던 슬로우 디젤 엔진의 연료보다는 질이 좋은 디젤 오일의 한 종류이다. The gas turbine 110, which is operated by the combustion gas generated by combustion, is a power source mainly used for airplanes, and is used as a liquefied natural gas transportation line (LNG carrier) ) Can use both natural gas (BOG) and marine gas oil as fuel. Marine gas oil is a type of diesel oil that is of lower quality than diesel fuel of automobiles and of better quality than the fuel of a slow diesel engine used as a conventional marine engine.

가스 터빈(110)이 작동한 후 발생하는 배기가스는 이코노마이저(120)에 공급되고, 이코노마이저(120) 내부에서 증기를 생성하기 위한 열교환 매체와 먼저 열교환된 후, 초임계 이산화탄소와 열 교환된 뒤에, 배출관을 통해 선체 외부로 배출된다. The exhaust gas generated after the operation of the gas turbine 110 is supplied to the economizer 120. The exhaust gas is first heat-exchanged with the heat exchange medium for generating steam in the economizer 120 and then heat-exchanged with the supercritical carbon dioxide, And discharged through the discharge pipe to the outside of the hull.

이코노마이저(120)에서 배기가스와 열 교환한 후, 열을 회수한 초임계 이산화탄소는 초임계 이산화탄소 발전부(130) 내부에서 순환한 후, 다시 이코노마이저(120)로 공급되어 열을 회수하게 된다. The supercritical carbon dioxide recovered from the heat after heat exchange with the exhaust gas in the economizer 120 is circulated in the supercritical carbon dioxide power generation unit 130 and then supplied to the economizer 120 to recover heat.

스팀 생성부(150)에서 이코노마이저(120)로 열교환 매체가 공급되는 공급 배관(151)과 이코노마이저(120)에서 스팀 생성부(150)로 열교환 매체가 배출되는 배출 배관(152)을 포함할 수 있으며, 공급 배관(151)에서 분기된 분기라인(미도시)을 통해, 후술할 스팀 소비처로 공급된 증기가 다시 냉각되어 공급되거나 외부 탱크에서 추가로 물이 공급될 수 있다. The steam generator 150 may include a supply pipe 151 through which the heat exchanging medium is supplied to the economizer 120 and a discharge pipe 152 through which the heat exchanging medium is discharged from the economizer 120 to the steam generating unit 150 The steam supplied to the steam consumption source to be described later may be cooled again or supplied through the branch line (not shown) branched from the supply pipe 151 or may be further supplied with water from the external tank.

이코노마이저(120)에서 배기가스와 열 교환된 열교환 매체는 배출 배관(152)을 통해 스팀 생성부(150)에 공급되고, 스팀 생성부(150)에 공급된 열교환 매체 중 증기로 상태 변환된 열교환 매체는 스팀 소비처로 보내지고 나머지 열교환 매체는 다시 이코노마이저(120)로 공급되어 열을 회수할 수 있다. The heat exchange medium heat exchanged with the exhaust gas in the economizer 120 is supplied to the steam generator 150 through the discharge pipe 152 and is supplied to the steam generating unit 150 through the heat exchange medium Is sent to the steam consumer and the remaining heat exchange medium is again supplied to the economizer 120 to recover the heat.

열교환 매체는 물 또는 증기 상태일 수 있다.The heat exchange medium may be in a water or vapor state.

일반적으로 선박에서는 히팅(Heating)이 필요한 장비나 탱크에 열교환 매체로 증기(스팀)가 사용된다. 증기 히팅(Steam heating)이 사용되는 스팀 소비처로는 연료유 가열 시스템( Main engine FO heater, Generator engine FO heater), 중유나 윤활유에 이물질을 분리하는 원심분리기인 퓨리피어(Purifier)에 효율을 높이기 위한 퓨리피어 히터(purifier heater), 중유/윤활유 탱크를 일정 온도로 유지하는 탱크에 사용되는 히팅 코일(heating coil), 거주구 난방 히터 등이 있다. Generally, steam is used as a heat exchange medium in equipment or tank requiring heating in a ship. Steam consumption can be achieved by using a fuel oil heating system (main engine FO heater), a purifier (centrifugal separator for separating foreign matter from heavy oil or lubricating oil) Purifier heaters, heating coils used in tanks that keep the heavy oil / lubricant tank at a certain temperature, and residential district heating heaters.

초임계 이산화탄소 발전부(130)는 초임계 이산화탄소를 작동유체로 이용하여 전기를 생산하는 발전기를 동작시키기 위한 것으로, 초임계 이산화탄소가 공급되는 초임계 이산화탄소 터빈(131), 초임계 이산화탄소 터빈(131)에서 배출되는 초임계 이산화탄소를 냉각시키는 냉각기(133), 냉각기(133)에서 냉각된 초임계 이산화탄소를 압축시키는 압축기(134)를 포함할 수 있다.The supercritical carbon dioxide power generation unit 130 operates the supercritical carbon dioxide generating supercritical carbon dioxide turbine 131, the supercritical carbon dioxide turbine 131, And a compressor 134 for compressing the supercritical carbon dioxide cooled in the cooler 133. The compressor 134 may be a condenser for compressing the supercritical carbon dioxide,

압축기(134)에서 압축된 초임계 이산화탄소는 이코노마이저(120)로 공급되어 열 교환되고 재순환될 수 있다. The supercritical carbon dioxide compressed in the compressor 134 may be supplied to the economizer 120 for heat exchange and recirculation.

냉각기(133)에서는 초임계 이산화탄소가 해수나 청수에 의해 냉각되도록 구성될 수 있다. 해수를 이용할 경우, 해수를 공급하는 펌프(미도시)에 의해 해수를 냉각기(133)에 공급하여 초임계 이산화탄소와 열 교환하게 한 후 다시 바다로 해수를 배출하게 된다.In the cooler 133, supercritical carbon dioxide may be configured to be cooled by seawater or fresh water. When the seawater is used, the seawater is supplied to the cooler 133 by a pump (not shown) for supplying seawater to heat exchange with the supercritical carbon dioxide, and then the seawater is discharged to the sea again.

한편, 초임계 이산화탄소 발전부(130)에는 리큐퍼레이터(135)가 포함될 수 있으며, 리큐퍼레이터(135)는 초임계 이산화탄소 터빈(131)과 냉각기(133)를 연결하는 제 1 연결배관(138)과 압축기(134)와 이코노마이저(120)를 연결하는 제 2 연결배관(139)에 설치될 수 있다. The supercritical carbon dioxide power generation unit 130 may include a recuperator 135. The recirculator 135 may include a first connection pipe 138 connecting the supercritical carbon dioxide turbine 131 and the cooler 133, And a second connection pipe 139 connecting the compressor 134 and the economizer 120 to each other.

리큐퍼레이터(135)에서는 압축기(134)에서 압축된 초임계 이산화탄소와 초임계 이산화탄소 터빈(131)에서 배출되는 초임계 이산화탄소가 열 교환되어 압축기(134)에서 압축된 초임계 이산화탄소가 이코노마이저(120)로 공급되기 전에 열을 회수할 수 있다. Supercritical carbon dioxide compressed by the compressor 134 and supercritical carbon dioxide discharged from the supercritical carbon dioxide turbine 131 are heat exchanged in the recuperator 135 so that supercritical carbon dioxide compressed in the compressor 134 is supplied to the economizer 120. [ The heat can be recovered before being supplied to the heat exchanger.

한편, 가스 터빈(110)에 의해 전력을 생산하는 제 1 발전기(115)와 초임계 이산화탄소 터빈(131)에 의해 전력을 생산하는 제 2 발전기(132)로부터 전력을 공급받는 스위칭보드(Switching Board,140)가 설치될 수 있다. 스위칭보드(140)는 추진용 모터(141)에 전력을 인가하여 회전력을 생성하도록 하며, 추진용 모터(141)의 회전력에 의해 선박의 프로펠러(142)에 추진력을 생성하도록 할 수 있다. The first generator 115 generates electric power by the gas turbine 110 and the switching board 120 receives power from the second generator 132 that generates electric power by the supercritical carbon dioxide turbine 131. 140 may be installed. The switching board 140 may generate electric power by applying electric power to the propulsion motor 141 and may generate propulsion force to the propeller 142 of the ship by the rotational force of the propulsion motor 141.

또한, 스위칭 보드(140)는 선박에 필요한 보조 전력 소비처(143)에도 전력을 공급할 수 있다. 보조 전력은 선박에 추진, 즉 프로펠러를 구동하는 모터를 제외한 모든 필요 전력을 의미하는 것으로, 보조 전력 소비처로는 예컨대, 각종 펌프, 팬(Fan), 압축기(compressor), 크레인/엘리베이터, 조명, 전기 장비 등이 해당될 수 있다. In addition, the switching board 140 can supply power to the auxiliary power consumption source 143 required for the ship. The auxiliary power refers to all the necessary electric power except for the motor propelling the propeller to the ship. The auxiliary electric power consumer includes, for example, various pumps, a fan, a compressor, a crane / elevator, Equipment and so on.

이상과 같이 본 발명에 따른 복합 발전 시스템 및 이를 구비한 선박은 가스 터빈의 폐열을 활용하므로 선박의 전체적인 연료 소비를 줄일 수 있는 이점이 있으며, 초임계 이산화탄소 발전 터빈을 적용할 경우 증기 터빈에 대비하여 약 20% 이상의 높은 발전 효율을 가지며, 설치 면적이 1/20로 크게 감소하여 설치 면적이 한정된 선박에 설치함으로써 화물 적재량을 증가시킬 수 있는 큰 장점이 있다. As described above, the combined power generation system according to the present invention and the ship having the same have the advantage of reducing the overall fuel consumption of the ship because of utilizing the waste heat of the gas turbine. In case of applying the supercritical carbon dioxide power generation turbine, The power generation efficiency is about 20% or more, and the installation area is greatly reduced to 1/20, which is a great advantage that the amount of cargo can be increased by installing on a ship having a limited installation area.

또한, 엔진의 경우 다수의 부품으로 이루어져 있고, 내연기관 특성상 고온,고압의 연소 환경으로 인하여 엔진 내 부품, 특히 실린더, 피스톤, 베어링, 흡기&배기 밸브 등에 대한 정기적인 교환 및 수리가 필요하지만, 가스 터빈의 경우 외연기관으로 터빈 블레이드(turbine blade)를 관리해줄 경우 유지관리 비용이 엔진에 비해 휠씬 줄어드는 이점이 있다. In addition, since the engine is composed of a number of components, due to the characteristics of the internal combustion engine, it is necessary to periodically exchange and repair components in the engine, particularly cylinders, pistons, bearings, intake and exhaust valves, In the case of turbines, maintenance of turbine blades as an external combustion engine has the advantage that the maintenance cost is much smaller than that of the engine.

또한, 이코노마이저에서 배기가스와 열교환 매체를 열교환하여 별도의 보일러를 가동하지 않아도 스팀을 생성하여 활용할 수 있는 이점이 있다.Further, there is an advantage that steam can be generated and utilized without exchanging heat between the exhaust gas and the heat exchange medium in the economizer and operating a separate boiler.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시례들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시례에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다. The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the scope of the present invention but to limit the scope of the technical idea of the present invention. The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be construed as falling within the scope of the present invention.

본 발명은 상기 실시례에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.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 and scope of the invention. It is.

110 : 가스 터빈 115 : 제 1 발전기
120 : 이코노마이저 130 : 초임계 이산화탄소 발전부
131 : 초임계 이산화탄소 터빈 132 : 제 2 발전기
133 : 냉각기 134 : 압축기
135 : 리큐퍼레이터 138 : 제 1 연결배관
139 : 제 2 연결배관 140 : 스위칭보드
141 : 추진용 모터 142 : 프로펠러
143 : 보조 전력 소비처 150 : 스팀 생성부
151 : 공급 배관 152 : 배출 배관 110: gas turbine 115: first generator
120: Economizer 130: Supercritical carbon dioxide power generation section
131: supercritical carbon dioxide turbine 132: second generator
133: cooler 134: compressor
135: recuperator 138: first connection pipe
139: second connection piping 140: switching board
141: propelling motor 142: propeller
143: auxiliary power consumption source 150: steam generating unit
151: supply pipe 152: exhaust pipe

Claims (8)

가스 터빈;
상기 가스 터빈으로부터 배출되는 배기가스가 공급되는 이코노마이저;
상기 이코노마이저에서 배기가스와 열 교환된 열교환 매체가 공급되는 스팀 생성부; 및
상기 이코노마이저에서 배기가스와 열 교환된 초임계 이산화탄소가 열매체로 사용되는 초임계 이산화탄소 발전부;를 포함하는, 복합 발전 시스템. Gas turbines;
An economizer to which exhaust gas discharged from the gas turbine is supplied;
A steam generator for supplying the heat exchange medium heat exchanged with the exhaust gas from the economizer; And
And a supercritical carbon dioxide power generation unit in which supercritical carbon dioxide heat exchanged with the exhaust gas is used as a heating medium in the economizer. 청구항 1에 있어서,
상기 이코노마이저에서 배기가스는 열교환 매체와 먼저 열교환 된 후, 초임계 이산화탄소와 열 교환되는, 복합 발전 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the exhaust gas in the economizer is first heat exchanged with the heat exchange medium and then heat exchanged with supercritical carbon dioxide. 청구항 1에 있어서,
상기 초임계 이산화탄소 발전부는,
상기 이코노마이저에서 열 교환된 초임계 이산화탄소가 공급되는 초임계 이산화탄소 터빈;
상기 초임계 이산화탄소 터빈에서 배출되는 초임계 이산화탄소가 냉각되는 냉각기; 및
상기 냉각기에서 냉각된 초임계 이산화탄소가 압축되는 압축기;를 포함하며,
상기 압축기에서 압축된 초임계 이산화탄소는 다시 상기 이코노마이저로 공급되어 재순환되는, 복합 발전 시스템. The method according to claim 1,
Wherein the supercritical carbon dioxide power generation unit comprises:
A supercritical carbon dioxide turbine to which supercritical carbon dioxide heat exchanged in the economizer is supplied;
A cooler in which supercritical carbon dioxide discharged from the supercritical carbon dioxide turbine is cooled; And
And a compressor in which the supercritical carbon dioxide cooled in the cooler is compressed,
Wherein the supercritical carbon dioxide compressed in the compressor is again supplied to the economizer and recirculated. 청구항 3에 있어서,
상기 초임계 이산화탄소 터빈과 상기 냉각기를 연결하는 제 1 연결배관과 상기 압축기와 상기 이코노마이저를 연결하는 제 2 연결배관에 설치되는 리큐퍼레이터;를 포함하며,
상기 리큐퍼레이터에서는,
상기 압축기에서 압축된 초임계 이산화탄소와 상기 초임계 이산화탄소 터빈에서 배출되는 초임계 이산화탄소가 열 교환되는, 복합 발전 시스템. The method of claim 3,
And a recuperator installed in a first connection pipe connecting the supercritical carbon dioxide turbine and the cooler and a second connection pipe connecting the compressor and the economizer,
In the recuperator,
Wherein the supercritical carbon dioxide compressed in the compressor and the supercritical carbon dioxide discharged from the supercritical carbon dioxide turbine are heat exchanged. 청구항 3에 있어서,
상기 가스 터빈에 의해 전력을 생산하는 제 1 발전기;
상기 초임계 이산화탄소 터빈에 의해 전력을 생산하는 제 2 발전기;
상기 제 1 발전기 또는 상기 제 2 발전기로부터 전력을 공급받는 스위칭보드;
상기 스위칭 보드에서 전력을 인가 받아 회전력을 생성하는 추진용 모터; 및
상기 추진용 모터로부터 인가 받은 회전력에 의해 추진력을 생성하는 프로펠러;를 포함하는, 복합 발전 시스템. The method of claim 3,
A first generator for generating electric power by the gas turbine;
A second generator for generating electric power by the supercritical carbon dioxide turbine;
A switching board receiving power from the first generator or the second generator;
A driving motor for receiving power from the switching board to generate a torque; And
And a propeller for generating propulsion force by a rotational force applied from the propulsion motor. 청구항 5에 있어서,
상기 스위칭 보드는 보조 전력 소비처에도 전력을 공급하는, 복합 발전 시스템. The method of claim 5,
Wherein the switching board also supplies power to an auxiliary power consumer. 청구항 3에 있어서,
상기 냉각기에서 초임계 이산화탄소는 해수나 청수에 의해 냉각되는, 복합 발전 시스템. The method of claim 3,
Wherein the supercritical carbon dioxide in the cooler is cooled by seawater or fresh water. 청구항 1 내지 7 중 어느 한 항에 기재된 복합 발전 시스템을 이용하는 선박. A ship using the combined-cycle power generation system according to any one of claims 1 to 7.
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