KR20170135066A - Supercritical Carbon Dioxide Power Generation System and Ship having the same - Google Patents

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장나형
최동규
문영식
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Abstract

The present invention relates to a supercritical carbon dioxide power generation system and a ship having the same and, more specifically, to a supercritical carbon dioxide power generation system and a ship having the same, wherein the exhaust gas of a ship engine is supplied as a heat source of the supercritical carbon dioxide power generation system, and an air compressor is connected to a turbine of the supercritical carbon dioxide power generation system, such that compressed air is supplied to the engine without using a supercharger, thereby minimizing a reduction in the efficiency of the ship engine. According to the present invention, the supercritical carbon dioxide power generation system comprises a supercritical carbon dioxide power generation unit driving a turbine by using supercritical carbon dioxide as an operating fluid, wherein the exhaust gas of a ship engine is supplied as a heat source of the supercritical carbon dioxide power generation unit, and an air compressor is connected to a turbine of the supercritical carbon dioxide power generation unit, thereby making it possible to supply compressed air to the engine without using a supercharger.

Description

초임계 이산화탄소 발전시스템 및 이를 구비한 선박{Supercritical Carbon Dioxide Power Generation System and Ship having the same}[0001] Supercritical Carbon Dioxide Power Generation System and Ship [0002]

본 발명은 초임계 이산화탄소 발전시스템 및 이를 구비한 선박에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 선박 엔진의 배기가스를 초임계 이산화탄소 발전 시스템의 열원으로 공급하되, 초임계 이산화탄소 발전 시스템의 터빈에 공기 압축기를 연결하여, 과급기를 사용하지 않고도 압축된 공기를 엔진에 공급하여 선박 엔진 효율 감소를 최소화하는 초임계 이산화탄소 발전시스템 및 이를 구비한 선박에 관한 것이다. The present invention relates to a supercritical carbon dioxide power generation system and a ship having the same, and more particularly, to a supercritical carbon dioxide power generation system in which exhaust gas from a marine engine is supplied as a heat source of a supercritical carbon dioxide power generation system, The present invention relates to a supercritical carbon dioxide power generation system for supplying compressed air to an engine without using a supercharger, thereby minimizing a reduction in engine efficiency of a ship, 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, 선박 엔진의 배기가스를 초임계 이산화탄소 발전 시스템의 열원으로 공급하되, 초임계 이산화탄소 발전 시스템의 터빈에 공기 압축기를 연결하여, 과급기를 사용하지 않고도 압축된 공기를 엔진에 공급하여 선박 엔진 효율 감소를 최소화하는데 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 provide a super critical carbon dioxide power generation system in which exhaust gas of a marine engine is supplied as a heat source of a supercritical carbon dioxide power generation system, The purpose of this is to minimize compressed engine efficiency by supplying compressed air to the engine.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 초임계 이산화탄소를 작동유체로 사용하여 터빈을 구동시키는 초임계 이산화탄소 발전부;를 포함하며, 선박 엔진의 배기가스를 상기 초임계 이산화탄소 발전부의 열원으로 공급하되, 상기 초임계 이산화탄소 발전부의 터빈에 공기 압축기를 연결하여, 과급기를 사용하지 않고도 압축된 공기를 상기 엔진에 공급하는, 초임계 이산화탄소 발전 시스템을 제공한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a supercritical carbon dioxide generator for driving a turbine using supercritical carbon dioxide as a working fluid. The supercritical carbon dioxide generator includes a supercritical carbon dioxide generator, The supercritical carbon dioxide power generation system may further include an air compressor connected to the turbine of the supercritical carbon dioxide power generation unit to supply compressed air to the engine without using a supercharger.

상기 초임계 이산화탄소 발전부는, 초임계 이산화탄소가 냉각되는 냉각기; 상기 냉각기에서 배출되는 초임계 이산화탄소가 압축되는 압축기; 상기 압축기에서 압축된 초임계 이산화탄소가 열교환되는 폐열회수 보일러; 및 상기 폐열회수 보일러에서 열교환된 초임계 이산화탄소가 공급되는 상기 터빈;을 포함하는 것이 바람직하다. Wherein the supercritical carbon dioxide power generation unit comprises: a cooler for cooling supercritical carbon dioxide; A compressor in which supercritical carbon dioxide discharged from the cooler is compressed; A waste heat recovery boiler in which the supercritical carbon dioxide compressed in the compressor is heat-exchanged; And the turbine to which supercritical carbon dioxide heat-exchanged in the waste heat recovery boiler is supplied.

상기 폐열회수 보일러에서는 상기 엔진에서 공급되는 배기가스와 상기 압축기에서 공급되는 초임계 이산화탄소가 열교환되는 것이 바람직하다. In the waste heat recovery boiler, the exhaust gas supplied from the engine and the supercritical carbon dioxide supplied from the compressor are preferably heat-exchanged.

상기 공기 압축기는 상기 터빈과 기어 시스템에 의해 서로 연결되어, 상기 터빈에서 발생하는 팽창일의 일부를 이용하여 구동되는 것이 바람직하다. The air compressor is connected to each other by the turbine and the gear system and is driven using a part of the expansion work generated in the turbine.

상기 압축기는 상기 터빈과 기어 시스템에 의해 서로 연결되는 것이 바람직하다. The compressor is preferably connected to each other by the turbine and the gear system.

상기 터빈과 상기 냉각기를 연결하는 제1 연결배관에 설치되는 환열기;를 포함하며, 상기 환열기에서는 상기 압축기에서 배출되는 초임계 이산화탄소와 상기 터빈에서 배출되는 초임계 이산화탄소가 열교환되는 것이 바람직하다. And a circulation unit installed in a first connection pipe connecting the turbine and the cooler, wherein the supercritical carbon dioxide discharged from the compressor and the supercritical carbon dioxide discharged from the turbine are heat-exchanged.

상기 냉각기에서는 상기 터빈에서 공급되는 초임계 이산화탄소와 공기가 열교환되는 것이 바람직하다. In the cooler, supercritical carbon dioxide supplied from the turbine and air are heat-exchanged.

상기 냉각기에서는 상기 터빈에서 공급되는 초임계 이산화탄소와 해수가 열교환되는 것이 바람직하다. In the cooler, the supercritical carbon dioxide supplied from the turbine and the sea water are preferably heat-exchanged.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 초임계 이산화탄소 발전시스템을 이용하는 선박을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a ship using the supercritical carbon dioxide power generation system.

본 발명에 따르면, 선박 엔진의 배기가스를 과급기를 거치지 않아 높은 온도의 열원을 초임계 이산화탄소 발전부의 열원으로 공급하며, 초임계 이산화탄소 발전부의 터빈에 공기 압축기를 연결하여, 과급기를 사용하지 않고도 압축된 공기를 엔진에 공급하여 엔진 효율의 감소를 최소화하는 효과가 있다. According to the present invention, an exhaust gas of a marine engine is supplied to a supercritical carbon dioxide generator as a heat source at a high temperature without passing through a supercharger, and an air compressor is connected to a turbine of a supercritical carbon dioxide generator, Air is supplied to the engine to minimize the decrease in engine efficiency.

또한, 선박 엔진의 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 효과가 있다.  In addition, the utilization of the waste heat of the marine engine has an advantage of reducing the overall fuel consumption of the ship. When the supercritical carbon dioxide turbine is applied, it has a generation efficiency of about 20% or more in comparison with the steam turbine. / 20, and thus it is possible to increase the amount of cargo to be loaded by installing the vessel on a ship having a limited installation area.

도 1은 본 발명의 제 1 실시례에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시례에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제 3 실시례에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다. 1 is a schematic view of a supercritical carbon dioxide power generation system according to a first embodiment of the present invention.
2 is a schematic view of a supercritical carbon dioxide power generation system according to a second embodiment of the present invention.
3 is a schematic view of a supercritical carbon dioxide power generation system according to a third embodiment of 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 발명의 제 1 실시례에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다. 1 is a schematic view of a supercritical carbon dioxide power generation system according to a first embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시례에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템(100)은 초임계 이산화탄소를 작동유체로 사용하여 터빈(111)을 구동시키는 초임계 이산화탄소 발전부(110)를 포함하며, 선박 엔진(10)의 배기가스를 초임계 이산화탄소 발전부(110)의 열원으로 공급하되, 초임계 이산화탄소 발전부(110)의 터빈(111)에 공기 압축기(122)를 연결하여, 과급기를 사용하지 않고도 압축된 공기를 엔진(10)에 공급할 수 있다. 1, the supercritical carbon dioxide power generation system 100 according to the first embodiment of the present invention includes a supercritical carbon dioxide power generation unit 110 that drives supercritical carbon dioxide as a working fluid to drive the turbine 111, The exhaust gas from the marine engine 10 is supplied as a heat source for the supercritical carbon dioxide power generation unit 110 while the air compressor 122 is connected to the turbine 111 of the supercritical carbon dioxide power generation unit 110, Compressed air can be supplied to the engine 10 without using a supercharger.

초임계 이산화탄소 발전부(110)는 초임계 이산화탄소가 냉각되는 냉각기(114), 냉각기(114)에서 배출되는 초임계 이산화탄소가 압축되는 압축기(115), 압축기(115)에서 압축된 초임계 이산화탄소가 열교환되는 폐열회수 보일러(118), 및 폐열회수 보일러(118)에서 배출되는 초임계 이산화탄소가 공급되는 터빈(111)을 포함할 수 있다. The supercritical carbon dioxide power generation unit 110 includes a cooler 114 in which supercritical carbon dioxide is cooled, a compressor 115 in which supercritical carbon dioxide is discharged from the cooler 114, supercritical carbon dioxide compressed in the compressor 115, And a turbine 111 to which supercritical carbon dioxide discharged from the waste heat recovery boiler 118 is supplied.

공기 압축기(122)는 터빈(111)과 기어 시스템(120)에 의해 서로 연결되어, 터빈(111)에서 발생하는 팽창일의 일부를 이용하여 구동될 수 있다. 즉, 터빈(111)은 기어 시스템(120)과 하나의 새프트 형태의 회전축에 의해 연결되고, 공기 압축기(122)는 기어 시스템(120)과 또 다른 새프트 형태의 회전축에 의해 연결되며, 기어 시스템(120)은 터빈(111)에 의해 전달되는 회전수(rpm)를 보정하여 공기 압축기(122)에 적합한 회전수를 전달할 수 있다.The air compressor 122 may be connected to each other by the turbine 111 and the gear system 120 and may be driven using a part of the expansion work occurring in the turbine 111. [ That is, the turbine 111 is connected to the gear system 120 by a single shaft-type rotary shaft, the air compressor 122 is connected to the gear system 120 by another shaft-type rotary shaft, The system 120 may deliver the appropriate number of revolutions to the air compressor 122 by correcting the number of revolutions (rpm) delivered by the turbine 111. [

따라서, 엔진(10)의 출력을 증가시키기 위해 사용되는 과급기를 사용하지 않더라도 터빈(111)에 의해 구동되는 공기 압축기(122)가 공기를 압축하여 엔진(10)에 공급하므로, 엔진(10)의 효율이 유지될 수 있다. Therefore, even if the supercharger used to increase the output of the engine 10 is not used, the air compressor 122 driven by the turbine 111 compresses the air and supplies it to the engine 10, Efficiency can be maintained.

엔진(10)에서 발생하는 배기가스를 과급기를 거치지 않고 폐열회수 보일러(118)로 바로 공급함으로써, 높은 온도의 열원을 폐열회수 보일러(118)에 공급할 수 있으며, 이에 따라 초임계 이산화탄소 발전부(110)의 효율이 증가될 수 있다. The exhaust gas generated in the engine 10 is directly supplied to the waste heat recovery boiler 118 without passing through the supercharger so that the heat source of high temperature can be supplied to the waste heat recovery boiler 118, ) Can be increased.

압축기(115)도 터빈(111)과 기어 시스템(120)에 의해 서로 연결되어, 터빈(111)에서 발생하는 팽창일의 일부를 이용하여 구동될 수 있으며, 기어 시스템(120)에 의해 압축기(115)에 전달되는 회전수를 조절할 수 있다. The compressor 115 can also be connected to each other by the turbine 111 and the gear system 120 and can be driven using a part of the expansion work occurring in the turbine 111, The number of revolutions to be transmitted to the main body can be adjusted.

한편, 터빈(111)에 의해 전력을 생산하는 발전기(112)는 생산된 전력을 선박의 추진용 모터에 인가하여 회전력을 생성하도록 하며, 추진용 모터의 회전력에 의해 선박의 프로펠러에 추진력을 생성하도록 할 수 있다. On the other hand, the generator 112, which generates electric power by the turbine 111, generates the rotational force by applying the generated electric power to the propulsion motor of the ship, and generates the propulsion force to the propeller of the ship by the rotational force of the propulsion motor can do.

터빈(111)에서 배출되는 초임계 이산화탄소를 냉각하기 위해 냉각기(114)에 공급되며, 냉각은 공냉 또는 수냉 방식으로 이루어질 수 있다. Is supplied to the cooler 114 for cooling the supercritical carbon dioxide discharged from the turbine 111, and the cooling may be performed by air cooling or water cooling.

즉, 공냉 방식은 공기에 의해 냉각하는 방식으로, 공기 압축기로 공급될 공기의 공급라인을 분기하여 냉각기로 공급할 수 있다. That is, the air cooling method is a method of cooling by air, and the supply line of the air to be supplied to the air compressor can be branched and supplied to the cooler.

도 2는 본 발명의 제2 실시례에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다. 2 is a schematic view of a supercritical carbon dioxide power generation system according to a second embodiment of the present invention.

도 2의 제2 실시례는 도 1의 공기에 의한 공냉 방식이 아닌, 해수나 청수에 의해 냉각하는 수냉 방식으로, 초임계 이산화탄소가 해수나 청수에 의해 냉각되도록 구성될 수 있다. 해수를 이용할 경우, 해수를 공급하는 펌프(미도시)에 의해 해수를 냉각기(114)에 공급하여 초임계 이산화탄소와 열 교환하게 한 후 다시 바다로 해수를 배출하게 된다.The second embodiment shown in Fig. 2 can be configured so that supercritical carbon dioxide is cooled by seawater or fresh water in a water-cooling system that is cooled by seawater or fresh water instead of the air-cooled system by air in Fig. When the seawater is used, the seawater is supplied to the cooler 114 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.

다른 구성이나 작용은 앞서 설명한 제 1 실시례와 동일하므로 설명은 생략하기로 한다.Other configurations and operations are the same as those of the first embodiment described above, and therefore, description thereof will be omitted.

도 3은 본 발명의 제 3 실시례에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다. 3 is a schematic view of a supercritical carbon dioxide power generation system according to a third embodiment of the present invention.

도 3에 도시된 바와 같이, 터빈(111)에서 배출된 초임계 이산화탄소는 실시례에 따라 차이가 있으나 400 ~ 500℃의 매우 고온이므로, 이를 바로 냉각기(114)에서 냉각하게 되면 열 손실이 크게 발생하므로, 압축기(115)에서 폐열회수 보일러(118)로 공급되는 저온의 초임계 이산화탄소를 터빈(111)에서 냉각기(114)로 공급되는 고온의 초임계 이산화탄소와 열교환하도록 하여, 압축기(115)에서 폐열회수 보일러(118)로 공급되는 초임계 이산화탄소가 열을 회수할 수 있도록 한다. As shown in FIG. 3, supercritical carbon dioxide discharged from the turbine 111 differs depending on the embodiment. However, since it is very high temperature of 400 to 500 ° C, if it is cooled in the cooler 114, Temperature supercritical carbon dioxide supplied from the compressor 115 to the waste heat recovery boiler 118 is exchanged with the supercritical carbon dioxide at a high temperature supplied from the turbine 111 to the cooler 114, Supercritical carbon dioxide supplied to the recovery boiler 118 can recover the heat.

즉, 터빈(111)과 냉각기(114)를 연결하는 제1 연결배관(113)에 환열기(116)가 설치될 수 있으며, 환열기(116)에서는 압축기(115)에서 폐열회수 보일러(118)로 공급되는 저온의 초임계 이산화탄소와 터빈(111)에서 냉각기(114)로 공급되는 고온의 초임계 이산화탄소와 열교환될 수 있다. The heat exchanger 116 may be installed in the first connection pipe 113 connecting the turbine 111 and the cooler 114 and the waste heat recovery boiler 118 may be installed in the compressor 115, Exchanged with the supercritical carbon dioxide at low temperature supplied to the cooler 114 and the supercritical carbon dioxide at high temperature supplied from the turbine 111 to the cooler 114.

다른 구성이나 작용은 앞서 설명한 제 1 실시례와 동일하므로 설명은 생략하기로 한다.Other configurations and operations are the same as those of the first embodiment described above, and therefore, description thereof will be omitted.

이상과 같이 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템 및 이를 구비한 선박은 선박 엔진의 배기가스를 과급기를 거치지 않아 높은 온도의 열원을 초임계 이산화탄소 발전부의 열원으로 공급하며, 초임계 이산화탄소 발전부의 터빈에 공기 압축기를 연결하여, 과급기를 사용하지 않고도 압축된 공기를 엔진에 공급하여 엔진 효율의 감소를 최소화할 수 있다. As described above, the supercritical carbon dioxide power generation system according to the present invention and the ship having the same supply the exhaust gas of the marine engine as a heat source of the supercritical carbon dioxide power generation unit without passing through the supercharger and the high temperature heat source is supplied to the turbine of the supercritical carbon dioxide power generation unit By connecting an air compressor, compressed air can be supplied to the engine without using a supercharger to minimize the reduction in engine efficiency.

또한, 선박 엔진의 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.  In addition, the utilization of the waste heat of the marine engine has an advantage of reducing the overall fuel consumption of the ship. When the supercritical carbon dioxide turbine is applied, it has a generation efficiency of about 20% or more in comparison with the steam turbine. / 20, which is a great advantage that the amount of cargo can be increased by installing on a ship having a limited installation area.

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 : 초임계 이산화탄소 발전부 111 : 터빈
112 : 발전기 114 : 냉각기
115 : 압축기 116 : 환열기
118 : 폐열회수 보일러 120 : 기어 시스템
122 : 공기 압축기 110: supercritical carbon dioxide generator 111: turbine
112: generator 114: cooler
115: compressor 116:
118: waste heat recovery boiler 120: gear system
122: air compressor

Claims (9)

초임계 이산화탄소를 작동유체로 사용하여 터빈을 구동시키는 초임계 이산화탄소 발전부;를 포함하며,
선박 엔진의 배기가스를 상기 초임계 이산화탄소 발전부의 열원으로 공급하되,
상기 초임계 이산화탄소 발전부의 터빈에 공기 압축기를 연결하여, 과급기를 사용하지 않고도 압축된 공기를 상기 엔진에 공급하는, 초임계 이산화탄소 발전 시스템.And supercritical carbon dioxide power generation unit for driving the turbine using supercritical carbon dioxide as a working fluid,
The exhaust gas of the marine engine is supplied as a heat source of the supercritical carbon dioxide power generation unit,
And an air compressor is connected to the turbine of the supercritical carbon dioxide power generation unit to supply compressed air to the engine without using a supercharger. 청구항 1에 있어서,
상기 초임계 이산화탄소 발전부는,
초임계 이산화탄소가 냉각되는 냉각기;
상기 냉각기에서 배출되는 초임계 이산화탄소가 압축되는 압축기;
상기 압축기에서 압축된 초임계 이산화탄소가 열교환되는 폐열회수 보일러; 및
상기 폐열회수 보일러에서 열교환된 초임계 이산화탄소가 공급되는 상기 터빈;을 포함하는, 초임계 이산화탄소 발전 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the supercritical carbon dioxide power generation unit comprises:
A cooler in which supercritical carbon dioxide is cooled;
A compressor in which supercritical carbon dioxide discharged from the cooler is compressed;
A waste heat recovery boiler in which the supercritical carbon dioxide compressed in the compressor is heat-exchanged; And
Wherein the supercritical carbon dioxide heat exchanged in the waste heat recovery boiler is supplied to the supercritical carbon dioxide generating system. 청구항 2에 있어서,
상기 폐열회수 보일러에서는 상기 엔진에서 공급되는 배기가스와 상기 압축기에서 배출되는 초임계 이산화탄소가 열교환되는, 초임계 이산화탄소 발전 시스템. The method of claim 2,
In the waste heat recovery boiler, the exhaust gas supplied from the engine and the supercritical carbon dioxide discharged from the compressor are heat-exchanged. 청구항 2에 있어서,
상기 공기 압축기는 상기 터빈과 기어 시스템에 의해 서로 연결되어, 상기 터빈에서 발생하는 팽창일의 일부를 이용하여 구동되는, 초임계 이산화탄소 발전 시스템.The method of claim 2,
Wherein the air compressor is connected to each other by the turbine and the gear system and is driven using a part of the expansion work occurring in the turbine. 청구항 2에 있어서,
상기 압축기는 상기 터빈과 기어 시스템에 의해 서로 연결되는, 초임계 이산화탄소 발전 시스템.The method of claim 2,
Wherein the compressor is connected to each other by the turbine and the gear system. 청구항 2에 있어서,
상기 터빈과 상기 냉각기를 연결하는 제1 연결배관에 설치되는 환열기;를 포함하며,
상기 환열기에서는 상기 압축기에서 배출되는 초임계 이산화탄소와 상기 터빈에서 배출되는 초임계 이산화탄소가 열교환되는, 초임계 이산화탄소 발전 시스템.The method of claim 2,
And a circulation unit installed in a first connection pipe connecting the turbine and the cooler,
Wherein the supercritical carbon dioxide discharged from the compressor and the supercritical carbon dioxide discharged from the turbine are heat exchanged. 청구항 2에 있어서,
상기 냉각기에서는 상기 터빈에서 배출되는 초임계 이산화탄소와 공기가 열교환되는, 초임계 이산화탄소 발전 시스템.The method of claim 2,
Wherein the supercritical carbon dioxide discharged from the turbine and the air are heat-exchanged in the cooler. 청구항 2에 있어서,
상기 냉각기에서는 상기 터빈에서 배출되는 초임계 이산화탄소와 해수가 열교환되는, 초임계 이산화탄소 발전 시스템.The method of claim 2,
Wherein the supercritical carbon dioxide discharged from the turbine and the seawater are heat-exchanged in the cooler. 청구항 1 내지 8 중 어느 한 항에 기재된 초임계 이산화탄소 발전시스템을 이용하는 선박. A ship using the supercritical carbon dioxide power generation system according to any one of claims 1 to 8.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN108798811A (en) * 2018-07-04 2018-11-13 西安热工研究院有限公司 A kind of compression supercritical carbon dioxide energy-storage system and method
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WO2020184948A1 (en) * 2019-03-11 2020-09-17 한화파워시스템 주식회사 Supercritical carbon dioxide power generation system

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