KR20180081968A - 발전시스템을 구비한 부유식 해상구조물 - Google Patents

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Abstract

부유식 해상구조물이 개시된다. 본 발명에 따른 부유식 해상구조물은, 선체를 이동시키기 위한 추진부에서 배출되는 폐열을 이용하여 전기를 생산하고, 담수화부는 추진부에서 생산된 전기를 공급받아 사용한다. 그러면, 담수화부에서 필요한 에너지를 별도로 생산할 필요가 없으므로, 원가가 절감되는 효과가 있을 수 있다.

Description

발전시스템을 구비한 부유식 해상구조물 {FLOATING MARINE STRUCTURE WITH ELECTRIC POWER GENERATOR}
본 발명은 담수화부에서 필요한 전기를 추진부에서 생산하여 공급하는 발전시스템을 구비한 부유식 해상구조물에 관한 것이다.
오늘날, 환경에 대한 관심의 일환으로, 친환경적인 발전시스템에 대한 관심이 증대되고 있으며, 친환경적인 발전시스템의 일종으로 천연가스를 발전연료로 사용하는 발전시스템이 있다.
그런데, 천연가스를 발전연료로 사용하는 발전시스템을 육상에 구축하기 위해서는 LNG탱크 및 가스공급장치 등과 같은 기반시설이 필요하므로, 기반시설이 갖춰지지 않은 도서 지역 등과 같은 육상에 천연가스를 발전연료로 사용하는 발전시스템을 구축하기가 어렵다.
상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여, 가스를 저장 및 재기화하는 장치가 구비된 선체에 발전시스템을 설치하고, 선체에서 발전을 한 다음 자체의 사용처 및 육상의 사용처로 송전하는 부유식 해상구조물이 개발되어 사용되고 있다.
부유식 해상구조물에는 해수를 담수화하는 담수화장치가 설치될 수 있다. 담수화장치는 해수를 가열하여 증기를 생성하며, 생성된 증기를 응축시켜 담수를 생성한다.
담수화장치는 압축기 또는 펌프를 구비하며, 상기 압축기 또는 상기 펌프를 구동하기 위해서는 전기가 필요하다.
그런데, 종래의 부유식 해상구조물은 담수화장치로 공급하기 위한 전기를 별로로 생산하여야 하므로, 원가가 상승하는 단점이 있다.
선박용 해수 담수화 관련 선행기술은 한국공개특허공보 제10-2013-0131643호(2013년 12월 04일) 등에 개시되어 있다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 모든 문제점들을 해결할 수 있는 부유식 해상구조물을 제공하는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 목적은 해수를 담수화시키는 담수화부에서 필요한 전기를 선체를 이동시키는 추진부에서 생산하여 공급함으로써, 원가를 절감할 수 있는 부유식 해상구조물을 제공하는 것일 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 실시예에 따른 부유식 해상구조물은, 선체; 추진연료의 연소시 발생하는 연소가스에 의하여 구동하며 상기 선체를 이동시키기 위한 프로펠라를 회전시키는 동력장치, 상기 동력장치에서 배출되는 배기가스를 이용하여 발전하는 발전유닛을 가지며 상기 선체에 설치된 추진부; 상기 선체에 설치되고, 포화증기를 압축하여 과열증기를 생성하는 압축기를 가지며 해수를 담수화하는 담수화부를 포함하며, 상기 발전유닛에서 생산된 전기는 상기 압축기로 공급될 수 있다.
본 실시예에 따른 부유식 해상구조물은, 선체를 이동시키기 위한 추진부에서 배출되는 폐열을 이용하여 전기를 생산하고, 담수화부는 추진부에서 생산된 전기를 공급받아 사용한다. 그러면, 담수화부에서 필요한 에너지를 별도로 생산할 필요가 없으므로, 원가가 절감되는 효과가 있을 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 부유식 해상구조물의 구성을 보인 도.
도 2는 도 1에 도시된 추진부의 구체적인 구성을 보인 도.
도 3a 내지 도 3b는 도 1에 도시된 담수화부의 구체적인 구성을 보인 도.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 부유식 해상구조물의 요부 구성을 보인 도.
본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다.
한편, 본 명세서에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 정의하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다.
"포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
"적어도 하나"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제1항목, 제2항목 및 제3항목 중에서 적어도 하나"의 의미는 제1항목, 제2항목 또는 제3항목 각각 뿐만 아니라 제1항목, 제2항목 및 제3항목 중에서 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미한다.
"및/또는"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제1항목, 제2항목 및/또는 제3항목"의 의미는 제1항목, 제2항목 또는 제3항목뿐만 아니라 제1항목, 제2항목 또는 제3항목들 중 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결된다 또는 설치된다"고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결 또는 설치될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결된다 또는 설치된다"라고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "∼사이에"와 "바로 ∼사이에" 또는 "∼에 이웃하는"과 "∼에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
이하에서는, 본 발명의 실시예들에 따른 부유식 해상구조물에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 부유식 해상구조물의 구성을 보인 도이고, 도 2는 도 1에 도시된 추진부의 구체적인 구성을 보인 도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 부유식 해상구조물은 선체(110), 추진부(120), LNG탱크(130), 재기화부(140) 및 발전부(150)를 포함할 수 있다.
선체(110)는 부력에 의하여 수면에 뜰 수 있고, 추진부(120)는 선체(110)에 설치되어 선체(110)를 이동시킬 수 있다. 추진부(120)는 복수개 설치될 수 있다.
추진부(120)는 동력장치(121)와 발전유닛(123)을 포함할 수 있다.
동력장치(121)는 선체(110)에 설치될 수 있으며, 선체(110)를 이동시키기 위한 프로펠라를 회전시킬 수 있다. 동력장치(121)는 가스 또는 오일 등과 같은 추진연료의 연소시 발생하는 연소가스에 의하여 구동할 수 있다.
발전유닛(123)은 선체(110)에 설치될 수 있으며, 동력장치(121)에서 배출되는 배기가스를 이용하여 발전할 수 있다. 발전유닛(123)은 제1가스터빈(124), 제1폐열회수보일러(125), 제1증기터빈(126) 및 제1복수기(127)를 포함할 수 있다.
제1가스터빈(124)은 동력장치(121)에서 배출되는 배기가스에 의하여 구동할 수 있고, 제1가스터빈(124)에 의하여 발전기(128a)가 구동하면서 발전한다. 제1가스터빈(124)을 구동시킨 배기가스는 배출되어 제1폐열회수보일러(125)로 유입될 수 있다.
제1폐열회수보일러(125)는 제1가스터빈(124)에서 배출되는 배기가스를 이용하여 증기를 생성할 수 있고, 제1증기터빈(126)은 제1폐열회수보일러(125)에서 배출된 증기에 의하여 구동할 수 있다. 그러면, 제1증기터빈(126)에 의하여 다른 발전기(128b)가 구동하면서 발전한다.
제1증기터빈(126)을 구동시킨 증기는 배출되어 제1복수기(127)에서 응축되어 배출되며, 제1복수기(127)에서 배출된 응축수는 제1폐열회수보일러(125)로 재유입될 수 있다.
추진부(120)의 발전유닛(123)에서 생산된 전기는 부유식 해상구조물 자체에서 사용될 수 있다.
LNG탱크(130)는 선체(110)에 설치되어 LNG(Liquefied Natural Gas)를 저장할 수 있다. LNG탱크(130)는 선체(110)의 하측 부위에 설치되는 것이 바람직하고, LNG탱크(130)에 저장되는 LNG는 대략 -160℃ 이하의 액체 상태이다.
재기화부(140)는 선체(110)에 설치되며, LNG탱크(130)로부터 LNG를 공급받아 액체 상태의 LNG를 기체 상태로 기화시킬 수 있으며, 재기화부(140)에서 기화된 NG(Natural Gas)는 대략 상온(常溫)의 온도를 가질 수 있다. 재기화부(140)는 LNG를 저장하는 탱크, 상기 탱크의 LNG를 배출시키는 펌프, 상기 탱크에서 배출된 LNG를 기화시키는 기화기 등을 포함할 수 있다.
발전부(150)는 선체(110)에 설치될 수 있으며, 재기화부(140)에서 기화된 NG를 발전연료로 사용하여 발전할 수 있다.
발전부(150)는 제2가스터빈(151), 제2폐열회수보일러(153), 제2증기터빈(155) 및 제2복수기(157)를 포함할 수 있다.
제2가스터빈(151)은 재기화부(140)에서 공급된 기화된 NG가 연소될 때 발생하는 연소가스에 의하여 구동할 수 있고, 제2가스터빈(151)에 의하여 발전기(151a)가 구동하면서 발전한다. 제2가스터빈(151)을 구동시킨 연소가스는 제2가스터빈(151)의 외부로 배출되며, 제2가스터빈(151)에서 배출된 배기가스는 제2폐열회수보일러(153)로 유입될 수 있다.
제2폐열회수보일러(153)는 제2가스터빈(151)에서 배출되는 배기가스를 이용하여 증기를 생성하고, 제2증기터빈(155)은 제2폐열회수보일러(153)에서 배출된 증기에 의하여 구동한다. 그러면, 제2증기터빈(155)에 의하여 다른 발전기(155a)가 구동하면서 발전한다.
제2증기터빈(155)을 구동시킨 증기는 배출되어 제2복수기(157)에서 응축되어 배출되며, 제2복수기(157)에서 배출된 응축수는 제2폐열회수보일러(153)로 재유입될 수 있다.
발전부(150)에서 발전된 전기는 육상의 사용처로 공급될 수 있고, 부유식 해상구조물 자체에서 사용될 수 있다.
본 발명의 제1실시예에 따른 부유식 해상구조물은 배기가스 및 연소가스를 이용하여 제1가스터빈(124) 및 제2가스터빈(151)을 구동시키고, 제1가스터빈(124) 및 제2가스터빈(151)에 의하여 발전기(128a, 151a)가 구동하면서 1차로 발전한다. 그리고, 제1가스터빈(124) 및 제2가스터빈(151)에서 배출되는 배기가스를 이용하여 제1폐열회수보일러(125) 및 제2폐열회수보일러(153)가 증기를 생성하고, 제1폐열회수보일러(125) 및 제2폐열회수보일러(153)에서 생성된 증기에 의하여 제1증기터빈(126) 및 제2증기터빈(155)이 구동하며, 제1증기터빈(126) 및 제2증기터빈(155)에 의하여 발전기(128b, 155a)가 2차로 발전한다. 그러므로, 발전효율이 향상될 수 있다.
선체(110)에는 해수를 담수화하는 담수화부(200)가 설치될 수 있다. 담수화부(200)는 해수를 가열한 후 증기를 생성하고, 생성된 증기를 응축시켜 담수를 생성한다.
담수화부(200)에서 해수를 증발하여 담수화할 수 있으며, 해수를 담수화하기 위해서는 전기가 필요하다. 본 발명의 제1실시예에 따른 부유식 해상구조물은 추진부(120)에서 생산된 전기를 담수화부(200)로 공급하여 사용함으로써, 원가를 절감할 수 있다.
담수화부(200)에 대하여 도 1 내지 도 3c를 참조하여 설명한다. 도 3a 내지 도 3b는 도 1에 도시된 담수화부의 구체적인 구성을 보인 도이다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 부유식 해상구조물의 담수화부(200)는 압축기(210), 증발기(220), 열매체순환관로(230) 및 제1열교환기(241) 내지 제4열교환기(247)를 포함할 수 있다.
압축기(210)는 발전유닛(123)에서 생산된 전기를 공급받아 구동할 수 있으며, 포화증기를 전달받아 고압으로 압축할 수 있다. 포화증기가 압축기(210)에서 압축되면, 포화증기의 온도도 상승하므로 과열증기가 될 수 있다. 따라서, 압축기(210)에서는 과열증기가 배출될 수 있다.
증발기(220)는 유입된 해수를 증발시켜 증기와 염수를 생성할 수 있고, 과열증기와 해수를 열교환시켜 응축수 및 포화증기를 생성할 수 있다.
상세히 설명하면, 증발기(220)로 해수 및 과열증기가 유입되면, 상대적으로 저온인 해수와 상대적으로 고온인 과열증기가 열교환한다. 그러면, 해수가 가열되므로 증기 및 염수가 생성되고, 과열증기가 냉각되므로 증기 및 담수인 응축수가 생성된다. 그리하여, 증발기(220)의 염수 및 응축수는 각각 별도의 관로를 통하여 외부로 배출되고, 증기는 포화증기 상태가 되어 압축기(220)로 배출된다.
상대적으로 고온인 해수를 증발기(220)로 공급하면, 증발기(220)의 해수를 용이하게 증기화할 수 있다.
이를 위하여, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 폐루프를 이루며 물 등과 같은 열매체(熱媒體)가 유입되어 순환하는 열매체순환관로(230)가 마련될 수 있고, 열매체순환관로(230)에는 제1열교환기(241) 내지 제3열교환기(245)가 설치될 수 있다. 이때, 열매체는 제1열교환기(241) → 제2열교환기(243) → 제3열교환기(245) → 제1열교환기(241)의 순서로 순환할 수 있다.
제1열교환기(241)에서는 제1폐열회수보일러(125)에서 배출되는 배기가스와 열매체가 열교환할 수 있으며, 제1열교환기(241)를 통과한 열매체는 배기가스에 의하여 가열되어 상대적으로 고온이다.
제2열교환기(243)에서는 제1열교환기(241)와 열교환한 열매체와 해수가 열교환할 수 있다. 제1열교환기(241)와 열교환한 열매체는 상대적으로 고온이므로, 제2열교환기(243)에서 열매체와 열교환한 해수는 상대적으로 고온이 되어, 증발기(220)로 유입될 수 있다. 그러면, 증발기(220)로 유입된 해수를 용이하게 증기화할 수 있다.
제2열교환기(243)의 열매체는 상대적으로 저온인 해수와 열교환하므로, 제2열교환기(243)에서 배출되는 열매체는 상대적으로 저온이다.
제3열교환기(245)에서는 제2열교환기(243)를 통과한 상대적으로 저온인 열매체와 증발기(220)에서 배출되는 상대적으로 고인인 응축수가 열교환할 수 있다. 그러면, 제3열교환기(245)에서 배출되는 응축수는 냉각되어 담수로 배출될 수 있고, 제3열교환기(245)에서 배출되는 열매체는 상대적으로 고온이 되어 제1열교환기(241)로 유입될 수 있다.
상대적으로 고온인 해수를 제2열교환기(243)로 공급하면, 제2열교환기(243)에서 해수를 가열하기 위한 에너지를 절감할 수 있다.
증발기(220)에서 배출되는 상대적으로 고온인 염수를 이용하여 해수를 가열한 다음 제2열교환기(243)로 공급할 수 있다. 이를 위하여, 도 3a 내지 도 3c에 도시된 바와 같이, 제4열교환기(247)가 마련될 수 있으며, 제4열교환기(247)에서는 증발기(220)에서 배출되는 염수와 해수가 열교환할 수 있다. 제4열교환기(247)의 염수는 해수와 열교환한 후, 냉각되어 배출될 수 있고, 제4열교환기(247)의 해수는 제2열교환기(243)로 유입될 수 있다.
본 발명의 제1실시예에 따른 부유식 해상구조물은 추진부(120)의 발전유닛(123)에서 폐열을 이용하여 전기를 생산하고, 담수화부(200)의 압축기(210)는 추진부(120)에서 생산된 전기를 공급받아 사용한다. 그러면, 담수화부(200)의 압축기(210)를 구동시키기 위한 에너지를 별도로 생산할 필요가 없다.
해수의 담수화방법에는 역삼투압법도 있다. 역삼투압법은 해수를 고압으로 가압하여 담수를 제조하는 방법으로, 고압펌프가 필요하다. 이때, 상기 고압펌프를 구동시키기 위한 에너지로 추진부(120)에서 생산된 전기를 사용할 수 있다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 부유식 해상구조물의 요부 구성을 보인 도로서, 제1실시예와의 차이점만을 설명한다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 부유식 해상구조물은 추진부(120)의 제1복수기(127)와 증기와 해수를 열교환시킨 다음, 해수를 담수화부(200)로 공급할 수 있다. 그러면, 상대적으로 더욱 고온의 해수를 담수화부(200)로 공급할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
110: 선체
120: 추진부
121: 동력장치
123: 발전유닛
200: 담수화부
210: 압축기

Claims (5)

  1. 선체;
    추진연료의 연소시 발생하는 연소가스에 의하여 구동하며 상기 선체를 이동시키기 위한 프로펠라를 회전시키는 동력장치, 상기 동력장치에서 배출되는 배기가스를 이용하여 발전하는 발전유닛을 가지며 상기 선체에 설치된 추진부;
    상기 선체에 설치되고, 포화증기를 압축하여 과열증기를 생성하는 압축기를 가지며 해수를 담수화하는 담수화부를 포함하며,
    상기 발전유닛에서 생산된 전기는 상기 압축기로 공급되는 것을 특징으로 하는 부유식 해상구조물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 발전유닛은,
    상기 동력장치에서 배출되는 배기가스에 의하여 구동하며 발전기를 구동시키는 제1가스터빈,
    상기 제1가스터빈에서 배출되는 배기가스를 이용하여 증기를 생성하는 제1폐열회수보일러;
    상기 제1폐열회수보일러에서 생성된 증기에 의하여 구동하며, 상기 제1가스터빈에 의하여 구동하는 상기 발전기 이외의 발전기를 구동시키는 제1증기터빈;
    상기 제1증기터빈에서 배출되는 증기를 응축시키는 제1복수기를 포함하는 것을 특징으로 하는 부유식 해상구조물.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 담수화부는,
    해수가 유입되고 상기 압축기에서 과열증기가 유입되면, 해수와 과열증기의 열교환에 의하여 염수와 포화증기와 응축수를 생성하며, 포화증기를 상기 압축기로 공급하는 증발기;
    폐루프를 이루며 열매체(熱媒體)가 유입되어 순환하는 열매체순환관로;
    상기 열매체순환관로에 설치되며 상기 제1폐열회수보일러에서 배출된 배기가스와 열매체가 열교환하는 제1열교환기;
    상기 열매체순환관로에 설치되고, 해수와 상기 제1열교환기와 열교환한 열매체가 열교환하며, 열교환한 해수를 상기 증발기로 공급하는 제2열교환기;
    상기 열매체순환관로에 설치되며, 상기 증발기에서 배출되는 응축수와 상기 제2열교환기와 열교환한 열매체가 열교환하는 제3열교환기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부유식 해상구조물.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 담수화부는,
    상기 증발기에서 배출되는 염수와 해수를 열교환시켜 상기 제2열교환기로 공급하는 제4열교환기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부유식 해상구조물.
  5. 제4항에 있어서,
    해수는 상기 제1복수기의 증기와 열교환한 후, 상기 제4열교환기로 공급되는 것을 특징으로 하는 부유식 해상구조물.
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