KR20210038063A - 신재생에너지를 이용한 고효율 해수담수화 복합 공정 시스템 - Google Patents
신재생에너지를 이용한 고효율 해수담수화 복합 공정 시스템 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20210038063A KR20210038063A KR1020190120714A KR20190120714A KR20210038063A KR 20210038063 A KR20210038063 A KR 20210038063A KR 1020190120714 A KR1020190120714 A KR 1020190120714A KR 20190120714 A KR20190120714 A KR 20190120714A KR 20210038063 A KR20210038063 A KR 20210038063A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- energy
- seawater desalination
- unit
- efficiency
- production unit
- Prior art date
Links
- 238000010612 desalination reaction Methods 0.000 title claims abstract description 240
- 239000013535 sea water Substances 0.000 claims abstract description 224
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 153
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 138
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 135
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 100
- 239000013505 freshwater Substances 0.000 claims abstract description 26
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 claims description 17
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 3
- 238000010248 power generation Methods 0.000 abstract description 17
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 abstract description 9
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 abstract description 7
- 230000004927 fusion Effects 0.000 abstract 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 25
- 238000001223 reverse osmosis Methods 0.000 description 23
- 238000007726 management method Methods 0.000 description 20
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 12
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 11
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 5
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 5
- 230000003204 osmotic effect Effects 0.000 description 5
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 4
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 4
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 4
- 238000002242 deionisation method Methods 0.000 description 4
- 238000004821 distillation Methods 0.000 description 4
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 4
- -1 salt ions Chemical class 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000007499 fusion processing Methods 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 239000008235 industrial water Substances 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 238000004148 unit process Methods 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 239000003651 drinking water Substances 0.000 description 1
- 235000020188 drinking water Nutrition 0.000 description 1
- 238000007701 flash-distillation Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000012466 permeate Substances 0.000 description 1
- 238000002203 pretreatment Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F9/00—Multistage treatment of water, waste water or sewage
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/008—Control or steering systems not provided for elsewhere in subclass C02F
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/44—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis
- C02F1/441—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis by reverse osmosis
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/44—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis
- C02F1/447—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis by membrane distillation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
- C02F1/469—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrochemical separation, e.g. by electro-osmosis, electrodialysis, electrophoresis
- C02F1/4691—Capacitive deionisation
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03G7/00—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for
- F03G7/005—Electro-chemical actuators; Actuators having a material for absorbing or desorbing gas, e.g. a metal hydride; Actuators using the difference in osmotic pressure between fluids; Actuators with elements stretchable when contacted with liquid rich in ions, with UV light, with a salt solution
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
- H02S10/00—PV power plants; Combinations of PV energy systems with other systems for the generation of electric power
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2103/00—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated
- C02F2103/08—Seawater, e.g. for desalination
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2201/00—Apparatus for treatment of water, waste water or sewage
- C02F2201/009—Apparatus with independent power supply, e.g. solar cells, windpower or fuel cells
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2209/00—Controlling or monitoring parameters in water treatment
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
- Y02A20/124—Water desalination
- Y02A20/131—Reverse-osmosis
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
- Y02A20/124—Water desalination
- Y02A20/138—Water desalination using renewable energy
- Y02A20/142—Solar thermal; Photovoltaics
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
- Heat Treatment Of Water, Waste Water Or Sewage (AREA)
Abstract
본 발명에 의한 신재생에너지를 이용한 고효율 해수담수화 복합 공정 시스템은, 고집광형 태양광열 시스템 및 압력지연삼투 발전과 연계하여, 전력 및 열의 동시 공급이 가능한 신재생에너지를 이용한 융합 해수담수화 시스템 및 그 동작 방법에 관한 것이다.
이를 통해서, 전체 해수담수화 공정의 담수 생산 성능 향상과 에너지 이용 효율을 높이고, 배출수의 농도를 저감시킬 수 있어, 고성능/고효율/친환경의 신재생에너지를 이용한 융합 해수담수화 시스템을 제공할 수 있다.
이를 통해서, 전체 해수담수화 공정의 담수 생산 성능 향상과 에너지 이용 효율을 높이고, 배출수의 농도를 저감시킬 수 있어, 고성능/고효율/친환경의 신재생에너지를 이용한 융합 해수담수화 시스템을 제공할 수 있다.
Description
본 발명은 둘 이상의 에너지 생산 시스템과 둘 이상의 해수담수화 공정들을 조합하여 전체 해수담수화 공정의 생산수(담수) 생산 성능 향상과 에너지 이용 효율을 높이고, 배출수(농축수)의 농도를 저감시킬 수 있는 고효율/친환경/고성능의 해수담수화 복합 공정 시스템에 관한 것이다.
담수화란, 생활용수나 공업용수로 직접 사용하기 힘든 물(주로 바닷물)로부터 염분을 포함한 용해물질을 제거하여 담수(순도 높은 음용수 및 생활용수, 공업용수 등)를 얻어내는 수처리과정을 의미하며, 해수를 담수로 생산하는데 사용되는 설비를 해수담수화 설비 또는 해수담수화 플랜트라고 한다.
이러한 해수담수화 방식의 기본 원리는 크게 열원을 이용하여 해수를 가열하고 발생한 증기를 응축시켜 담수를 얻는 증발법과, 삼투현상을 역으로 이용하여 해수를 반투막(분리막)에 통과시켜 담수를 생산하는 역삼투법(RO, Reverse Osmosis)이 대표적인 방식이며, 이 외에도 막증류식 방식(MD, Membrane Distillation), 전기를 이용하는 축전식 탈염 방식(CDI, Capacitive Deionization) 등이 있어, 단일 공정으로 활용되고 있다.
열원을 이용하는 증발법은 유체의 흐름 양상에 따라 다단 증류법(MSF, Multi-Stage Flash distillation), 다중 효용 증발 방식(MED, Multiple Effect Distillation)으로 구분된다.
현재 널리 상용화되는 해수담수화 방식으로는 MSF, MED와 RO의 3가지 방식이며, 최근에는 공정의 효율을 높이기 위해, 단일 공정들을 하이브리드로 조합하는 연구 개발이 진행되고 있어, MSF 또는 MED와 RO를 혼용하여 담수를 생산하는 하이브리드 방식이 적용되는 경우도 있다.
상세하게는, MSF은 순간적으로 증기(Vapor)를 방출하는 플래싱(Flashing) 현상을 이용해 해수를 증기로 만들어 준 후 응축시켜 담수를 생산하는 방법으로, 해수를 가열하는 데에 사용되는 열원은 주로 스팀(steam)이며, 이 스팀은 주로 발전 플랜트의 스팀 터빈이나 열회수 보일러 등으로부터 공급받기 때문에 MSF를 포함하는 해수담수화 설비의 경우, 발전 플랜트와 함께 같이 건설되는 것이 일반적이다.
MD는 MSF와 같이 증발 및 응축 과정을 통해 담수가 생산되는데 증발기와 응축기 사이에 소수성(Hydrophobic) 막을 설치하여 증기만 통과하도록 하여 낮은 압력으로 운전이 가능한 기술이다. 이러한, MD를 포함한 해수담수화 설비의 경우, 태양열과 같이 저온의 열원으로도 활용이 가능하고 RO를 포함한 해수담수화 설비보다 전력 소모량이 낮아서 최근 활발히 연구가 진행되고 있다.
MED는 MSF의 단(stage)과 유사한 효용단(effect)라는 일련의 용기 안에서 담수화 과정이 일어나며 관(Tube) 내에서 응축하는 수증기와 관 외부에 흐르는 농염수 간의 열교환에 의한 증발과 용기 내의 압력을 낮추는 원리를 이용한다.
RO는 반투막(Semi-permeable Membrane)과 삼투압을 이용하여 해수에 용해되어 있는 용질을 제거하여 순도가 높은 담수를 얻는 기술로서, 현재 상용화된 해수담수화 설비에서 MSF 및 MED와 함께 가장 많이 적용되는 담수화 기술이다.
이러한 역삼투압 방식은 상술한 바와 같이, 해수를 고압으로 가압하기 위하여 전기에너지가 필요하기 때문에, RO를 포함한 거의 모든 해수담수화 설비의 경우, 전력망으로부터 전기에너지를 공급받고 있다.
그렇기 때문에, 소용량의 RO를 포함한 해수담수화 설비를 구성할 경우, 물 생산 단가와 소비 전력이 크게 증가하는 한계/문제점이 발생할 수 밖에 없다.
CDI는 전기를 이용하여 해수 내의 불필요한 이온성 물질인 염을 제거하는 방식으로, CDI 단일 공정으로는 해수 내의 고농도 염 이온을 제거하기 어려울 뿐 아니라, 염의 농도가 높을수록 전기 에너지의 소비가 크다는 단점을 갖고 있다.
더불어, 상술한 해수담수화 공정들은 전기 및 열 에너지의 소모가 크기 때문에, 에너지 효율을 향상시키거나, 외부 전력이 아닌 독립된 에너지를 사용할 수 있는 해수담수화 시스템이 요구되고 있다.
이와 관련해서, 국내등록특허 제10-1632713호("복합 발전 및 담수화 시스템", 선행기술 1)에서는 복합 담수화 장치를 포함하고 있는 복합 발전 및 담수화 시스템을 개시하고 있다. 그렇지만, 선행기술 1은 제1 담수화 장치 모듈과 제2 담수화 장치 모듈을 포함하고 있으나 단순히 담수의 양을 늘리기 위한 복합 담수화 장치에 불과하다.
따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 외부 전력이 아닌 독립된 에너지를 사용할 수 있도록 둘 이상의 에너지 생산 시스템과 연계하며, 전체 해수담수화 공정의 생산수(담수) 생산 성능 향상과 에너지 이용 효율을 높이고 배출수(농축수)의 농도를 저감시키기 위하여, 둘 이상의 해수담수화 공정들의 특성을 활용하여 각각의 공정의 배치 관계를 제어함으로써, 고효율/친환경/고성능의 해수담수화 복합 공정 시스템을 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 의한 신재생에너지를 이용한 고효율 해수담수화 복합 공정 시스템은, 전기에너지 또는 열에너지를 생산하여, 연결된 해수담수화 공정의 동작 에너지로 제공하는 에너지 생산부(100) 및 상기 에너지 생산부(100)로부터 상기 동작 에너지를 제공받아, 해수담수화를 수행하는 둘 이상의 단일 공정을 포함하는 해수담수화부(200)를 포함하여 구성되며, 상기 에너지 생산부(100)는 태양에너지를 이용하여 전기에너지와 열에너지를 동시 생산하는 제1 에너지 생산부(110)와, 상기 해수담수화부(200)의 기설정된 공정으로부터의 배출수와 외부로부터 공급되는 담수의 염도차를 이용하여 전기에너지를 생산하는 제2 에너지 생산부(120)로 구성되는 것이 바람직하다.
더 나아가, 상기 신재생에너지를 이용한 고효율 해수담수화 복합 공정 시스템은 제어에 의해, 상기 에너지 생산부(100)에서 생산한 전기에너지를 전달받아 저장하는 에너지 저장부(300) 및 상기 해수담수화부(200) 또는 상기 에너지 저장부(300)로 전달되는 상기 에너지 생산부(100)에서 생산한 전기에너지의 흐름을 제어하는 통합 관리부(400)를 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
더 나아가, 상기 해수담수화부(200)는 상기 에너지 생산부(100)에서 생산한 전기에너지를 제공받아, 외부로부터 공급되는 해수에 대한 담수화 공정을 수행하는 제1 해수담수화부(210)를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
더 나아가, 상기 제2 에너지 생산부(120)는 상기 제1 해수담수화부(210)로부터 배출되는 배출수를 이용하는 것이 바람직하다.
더 나아가, 상기 에너지 생산부(100)에서 생산한 전기에너지를 제공받아, 상기 제2 에너지 생산부(120)로부터 배출되는 배출수에 대한 담수화 공정을 수행하는 제2 해수담수화부(220)를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
더 나아가, 상기 신재생에너지를 이용한 고효율 해수담수화 복합 공정 시스템은 상기 에너지 생산부(100)에서 생산한 열에너지를 제공받아, 상기 제2 에너지 생산부(120)로부터 배출되는 배출수를 가열시키는 열교환 모듈(500)를 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
더 나아가, 상기 해수담수화부(200)는 상기 에너지 생산부(100)에서 생산한 전기에너지를 제공받아, 상기 제2 에너지 생산부(120)로부터 배출되는 배출수를 이용하되, 상기 열교환 모듈(500)을 통해서 가열된 배출수와 상기 열교환 모듈(500)을 통하지 않은 배출수를 동시에 이용하여 담수화 공정을 수행하는 제3 해수담수화부(230)를 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
더 나아가, 상기 해수담수화부(200)는 상기 에너지 생산부(100)에서 생산한 전기에너지를 제공받아, 상기 열교환 모듈(500)을 통해서 가열된 배출수에 대한 담수화 공정을 수행하는 제4 해수담수화부(240)를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 신재생에너지를 이용한 고효율 해수담수화 복합 공정 시스템에 의하면, 신재생에너지 생산 시스템과 해수담수화 공정을 조합하여, 전체 해수담수화 공정의 물 생산 성능 향상, 배출수의 농도 저감, 에너지 이용 효율을 향상시키기 위한 전체 융합 공정을 제공할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 신재생에너지를 이용한 고효율 해수담수화 복합 공정 시스템은, 종래의 단일 신재생에너지 활용 공정보다 높은 에너지 생산 효율(고효율)을 갖고 있으며, 종래의 해수담수화 단일 공정보다 복합 공정을 활용함으로써, 담수 생산 성능 향상(고성능) 및 배출수의 농도(친환경)를 낮출 수 있다.
더불어, 물 생산 대비 적은 에너지를 사용하기 때문에 물의 생산 단가를 낮출 수 있는 장점이 있다.
특히, 단순히 다수의 공정들을 조합 결합한 것이 아니라, 각각의 단일 공정이 갖고 있는 문제점/단점/특성을 적절하게 활용하여 기술적 단점을 상호 보완할 수 있도록 설계하여, 고효율/친환경/고성능의 해수담수화 복합 공정 시스템을 제공할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래의 해수담수화 역삼투 공정 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 신재생에너지를 이용한 고효율 해수담수화 복합 공정 시스템을 간략하게 나타낸 구성도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 신재생에너지를 이용한 고효율 해수담수화 복합 공정 시스템을 상세하게 나타낸 구성도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 신재생에너지를 이용한 고효율 해수담수화 복합 공정 시스템을 간략하게 나타낸 구성도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 신재생에너지를 이용한 고효율 해수담수화 복합 공정 시스템을 상세하게 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 신재생에너지를 이용한 고효율 해수담수화 복합 공정 시스템을 간략하게 나타낸 구성도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 신재생에너지를 이용한 고효율 해수담수화 복합 공정 시스템을 상세하게 나타낸 구성도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 신재생에너지를 이용한 고효율 해수담수화 복합 공정 시스템을 간략하게 나타낸 구성도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 신재생에너지를 이용한 고효율 해수담수화 복합 공정 시스템을 상세하게 나타낸 구성도이다.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 신재생에너지를 이용한 고효율 해수담수화 복합 공정 시스템을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한, 명세서 전반에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
이 때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
더불어, 시스템은 필요한 기능을 수행하기 위하여 조직화되고 규칙적으로 상호 작용하는 장치, 기구 및 수단 등을 포함하는 구성 요소들의 집합을 의미한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 신재생에너지를 이용한 고효율 해수담수화 복합 공정 시스템은 신재생에너지 생산 시스템과 해수담수화 공정을 조합하여 전체 해수담수화 공정의 물 생산 성능 향상, 배출수(농축수)의 농도 저감, 에너지 이용 효율을 향상시키기 위한 전체 융합 공정으로서, 본 발명에서는 에너지 생산 시스템으로 HCPVT 시스템, PRO 공정을 적용하고, 해수담수화 공정으로는 RO, CDI, MD 또는 RO, CDI, MED 공정을 적용 조합함으로써, 전체 해수담수화 공정의 담수 생산 성능 향상과 에너지 이용 효율을 높이고 배출수의 농도를 저감시킬 수 있다.
이 때, 각각의 해수담수화 공정들의 특성을 활용하여 공정의 배치 관계를 제어함으로써, 각각의 해수담수화 공정들이 가지고 있는 기술적 단점을 상호 보완하면서, 고효율/친환경/고성능의 해수담수화 복합 공정 시스템을 제공할 수 있다.
제1실시예(HCPVT, PRO + RO, CDI, MD)
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 신재생에너지를 이용한 고효율 해수담수화 복합 공정 시스템을 간략하게 나타낸 구성도이며, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 신재생에너지를 이용한 고효율 해수담수화 복합 공정 시스템을 상세하게 나타낸 구성도이다.
도 2 및 도 3을 참조로 하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 신재생에너지를 이용한 고효율 해수담수화 복합 공정 시스템을 상세히 설명한다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 신재생에너지를 이용한 고효율 해수담수화 복합 공정 시스템은 도 2에 도시된 바와 같이, 에너지 생산부(100) 및 해수담수화부(200)를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
각 구성에 대해서 자세히 알아보자면,
상기 에너지 생산부(100)는 전기에너지 또는 열에너지를 생산하여, 생산한 전기에너지 또는 열에너지를 연결되어 있는 해수담수화 공정의 동작 에너지로 제공하게 된다.
이를 위해 상기 에너지 생산부(100)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 태양에너지를 이용하여 전기에너지와 열에너지를 동시 생산하는 제1 에너지 생산부(110)와, 상기 해수담수화부(200)의 미리 설정(연결)된 공정으로부터의 배출수(농축수)와 외부로부터 공급되는 담수(fresh water로서 해수담수 공정을 통해서 생산한 생산수가 아닌 하천수 등을 의미함))의 염도차를 이용하여 전기에너지를 생산하는 제2 에너지 생산부(120)로 구성되는 것이 바람직하다.
물론, 상기 에너지 생산부(100)는 이 외에 다양한 방식의 신재생 에너지 시스템을 적용할 수 있다. 일 예를 들자면, 풍력, 해양 에너지 등 전기에너지 또는 열에너지를 생산할 수 있는 신재생 에너지 시스템을 모두 적용할 수 있으며, 후술할 고집광 태양광열 발전 시스템과 압력지연삼투 공정은 본 발명의 일 실시예에 불과하며, 이에 한정하는 것은 아니다.
기존에 널리 이용되고 있는 신재생에너지 생산 시스템인 태양광 발전 시스템(PV, Photo Voltaic)은 약 20% 미만의 낮은 전기 생산 효율을 가진다는 단점이 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 신재생에너지를 이용한 고효율 해수담수화 복합 공정 시스템으로는 종래의 태양광 발전 시스템이 갖고 있는 단점을 극복하기 위해서, 상기 제1 에너지 생산부(110)로 고집광 태양광열 발전 시스템(HCPVT, High Concentration Photo Voltaic Thermal)을 적용하는 것이 바람직하다.
고집광 태양광열 발전 시스템의 효율은 전기 약 30%, 열 약 40%로 최소 70% 이상의 태양 에너지를 유용한 에너지(전기에너지와 열에너지)로 전환할 수 있는 장점을 가지고 있다.
또한, 상기 제2 에너지 생산부(120)로 압력지연삼투(PRO, Pressure Retarded Osmosis) 공정을 적용할 수 있다.
상기 압력지연삼투 공정은 염분 농도가 다른 유도 용액과 유입수의 삼투압차로 발생하는 삼투압 현상에 의해, 염분이 적은 유입수가 유도 용액 쪽으로 흘러들어 증가된 물과 압력의 운동 에너지를 터빈으로 보내서 발전함으로써 전기를 생산하는 기술이다.
상기 압력지연삼투 공정의 문제점은 적은 염분 농도를 가지고 있는 유입수가 높은 염분 농도를 가진 유도 용액으로부터 유래된 염분으로 인해 본래 유입수의 염분 농도보다 높아지게 되어, 유입수를 생산수로 활용하거나 하천에 재방류하기가 어려워지는 단점이 있다.
그렇기 때문에, 본 발명의 제1 실시예에 따른 신재생에너지를 이용한 고효율 해수담수화 복합 공정 시스템은 상기 제1 에너지 생산부(110)와 함께 상기 제2 에너지 생산부(120)를 통해서 에너지를 생산하면서도, 상기 제2 에너지 생산부(120)에 의해 발생하는 염분 농도가 높아진 담수를 다시 상기 해수담수화부(200)로 전달하여 담수화 공정이 이루어질 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 즉, 각각의 단위 공정에 대한 단점을 공정의 배치 및 특성을 적절하게 활용하여 기술적 단점을 상호 보완할 수 있다.
이를 통해서 기존의 단일 신재생에너지 활용 공정에 비해 높은 에너지 생산 효율을 갖으면서 동시에 담수 생산 성능 향상 및 배출수의 농도까지 낮출 수 있는 장점이 있다.
상기 에너지 생산부(100)는 고집광 태양광열 발전 시스템을 이루고 있는 고집광 태양광열 모듈의 발전효율을 극대화시키기 위하여, 태양 위치 정밀 추적 수단(미도시)을 더 포함하여 구성할 수 있다.
더불어, 본 발명의 제1 실시예에 따른 신재생에너지를 이용한 고효율 해수담수화 복합 공정 시스템은 에너지 저장부(300) 및 통합 관리부(400)를 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
상기 에너지 저장부(300)는 상기 통합 관리부(400)의 제어에 의해, 상기 에너지 생산부(100)에서 생산한 전기에너지를 전달받아 저장할 수 있다.
이를 위해, 상기 에너지 저장부(300)는 에너지 저장 시스템(ESS, Energy Storage System) 또는 전력 계통(Grid)을 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
기본적으로, 상기 에너지 생산부(100)에서 생산한 전기에너지는 상기 해수담수화부(200)에서 해수담수화 공정을 수행함에 있어서 필요로 하는 동작 에너지로 활용하게 된다. 즉, 열에너지를 이용하는 증발식 담수화 설비라 하더라도 기본 설비 구동을 위한 전기에너지가 요구되는 것은 당연하기 때문에, 우선적으로 상기 에너지 생산부(100)에서 생산한 전기에너지는 상기 해수담수화부(200)에서 요구되는 기본 동작 에너지로 활용되는 것이 바람직하다.
다만, 상기 에너지 생산부(100)에서 생산한 전기에너지 중 상기 해수담수화부(200)에서 기본 동작 에너지로 활용되고 남은 잉여 에너지는 태양에너지가 존재하지 않을 때에도 용이하게 상기 해수담수화부(200)의 동작 에너지가 제공될 수 있도록 에너지 저장 시스템에 저장해놓거나, 외부의 에너지 요청 정보에 따라 전력 계통으로 전송하는 것이 바람직하다.
상기 통합 관리부(400)는 본 발명의 제1 실시예에 따른 신재생에너지를 이용한 고효율 해수담수화 복합 공정 시스템의 각 구성의 동작을 제어하기 위한 EMS(Energy Management System)을 포함한 구성으로서, 상기 해수담수화부(200) 또는 상기 에너지 저장부(300)로 전달되는 상기 에너지 생산부(100)에서 생산한 전기에너지의 흐름을 제어하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 에너지 생산부(100)의 동작 상태를 제어할 수 있다.
상기 통합 관리부(400)를 통한 통합 제어에 의해, 다수의 에너지 생산 시스템과 다수의 해수담수화 공정들을 조합이 효율적으로 동작할 수 있으며, 이를 통해서, 전체 해수담수화 공정의 담수 생산 성능 향상과 에너지 이용 효율을 높이고 배출수의 농도를 저감시킬 수 있다. 물론, 다수의 에너지 생산 시스템과 다수의 해수담수화 공정들이 단순 결합으로 이루어지는 것이 아니라, 각각의 공정이 갖고 있는 단점을 공정의 배치 및 특성에 적절하게 활용함으로써, 기술적 단점을 상호 보완하게 된다.
상기 해수담수화부(200)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 해수담수화부(210), 제2 해수담수화부(220) 및 제3 해수담수화부(230)를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
상기 제1 해수담수화부(210)는 외부로부터 공급되는 해수에 대한 담수화 공정을 수행하는 역삼투압(RO, Reverse Osmosis) 담수화 설비를 포함하여 구성되는 것이 바람직하며, 상기 통합 관리부(400)의 제어에 의해, 상기 에너지 생산부(100)에서 생산한 전기에너지를 제공받아 공정을 수행하는 것이 바람직하다.
상기 제1 해수담수화부(210)는 해수를 담수화하는 과정에서 고압의 펌프를 운전하기 위한 많은 전기에너지 소모가 발생하기 때문에, 다른 해수담수화 공정에 대비하여 전기에너지의 소비량이 큰 단점이 있다.
이에 따라, 이러한 단점을 보완하기 위하여 둘 이상의 에너지 공급원(제1 에너지 생산부, 제2 에너지 생산부)을 구성하고 있다.
더불어, 상기 제1 해수담수화부(210)를 통해서 해수를 담수화한 후, 배출되는 배출수를 상기 제2 에너지 생산부(120)의 유도 용액으로 활용하는 것이 바람직하다.
즉, 통상적으로 상기 제2 에너지 생산부(120)를 구성하고 있는 압력지연삼투 공정은 해수를 유도 용액으로 활용하고 있으나, 본 발명의 제1 실시예에 따른 신재생에너지를 이용한 고효율 해수담수화 복합 공정 시스템에서의 상기 제2 에너지 생산부(120)는 상기 제1 해수담수화부(210)에서 배출되는 배출수를 유도 용액으로 활용함으로써, 어차피 배출되어야 하는 배출수를 전기에너지를 생산하기 위한 에너지원으로 활용할 수 있어 높은 에너지 생산 효율을 갖게 되는 특징이 있다.
또한, 상기 제2 해수담수화부(220)는 상기 통합 관리부(400)의 제어에 의해, 상기 에너지 생산부(100)에서 생산한 전기에너지를 제공받아 공정을 수행하는 것이 바람직하며, 상기 제2 에너지 생산부(120)로부터 배출되는 배출수에 대한 담수화 공정을 수행하는 것이 바람직하다. 이를 위해, 상기 제2 해수담수화부(220)는 전기를 이용하여 물 속의 불필요한 이온성 물질(염)을 제거하는 축전식 탈염(CDI, Capacitive Deionization) 공정을 포함하여 구성되는 것이 가장 바람직하다.
상기 제2 해수담수화부(220)를 통해서, 상기 제2 에너지 생산부(120)에서 전기에너지를 생산하는데 이용한 물, 다시 말하자면, 생산수로 사용할 수 없으면서도 도로 하천수 등으로 재방류할 수 없는 염분을 갖게 된 배출수를 전달받아, 이에 대한 담수화 공정을 수행함으로써, 물 생산 성능의 향상 뿐 아니라 꾸준하게 대두되고 있는 친환경성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
이 때, 상기 제2 해수담수화부(220)는 단일 공정만으로는 유입수(해수 등) 내의 고농도 염 이온을 제거하기 어렵고, 염의 농도가 클수록 전기에너지의 소비가 크다는 문제점을 갖고 있기 때문에, 본 발명의 제1 실시예에 따른 신재생에너지를 이용한 고효율 해수담수화 복합 공정 시스템에서는 상술한 바와 같이, 상기 제2 해수담수화부(220)는 단일 공정으로 활용하는 것이 아니라, 다수 공정에 포함시켜 활용하는 것이 바람직하다.
더불어, 상기 제3 해수담수화부(230)는 증발 및 응축 과정을 통해 담수가 생산되는데 증발기와 응축기 사이에 소수성(Hydrophobic) 막을 설치하여 증기만 통과하도록 하여 낮은 압력으로 공정이 가능한 막증류식(MD, Membrane Distillation) 공정을 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
상기 제3 해수담수화부(230)는 상기 통합 관리부(400)의 제어에 의해, 상기 에너지 생산부(100)에서 생산한 전기에너지를 제공받아 공정을 수행하는 것이 바람직하며, 상세하게는, 상기 제2 에너지 생산부(120)로부터 배출되는 배출수에 대한 담수화 공정을 수행하는 것이 바람직하다.
이 때, 상기 제3 해수담수화부(230)는 가열된 배출수와 함께 쿨링 패스(cooling path)로 가열되지 않은 배출수를 동시에 이용하여 담수화 공정을 수행하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 신재생에너지를 이용한 고효율 해수담수화 복합 공정 시스템은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제2 해수담수화부(120)에서 활용된 배출수의 가열하기 위해 열교환 모듈(500)을 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
즉, 상기 열교환 모듈(500)은 상기 통합 관리부(400)의 제어에 의해, 상기 에너지 생산부(100)에서 생산한 열에너지를 제공받아, 상기 제2 에너지 생산부(120)로부터 배출되는 배출수를 가열시키는 것이 바람직하다.
이와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 신재생에너지를 이용한 고효율 해수담수화 복합 공정 시스템은, 상기 제1 에너지 생산부(110), 제2 에너지 생산부(120), 제1 해수담수화부(210), 제2 해수담수화부(220) 및 제3 해수담수화부(230)를 종래의 역삼투 공정을 적용한 해수담수화 시스템을 기초로 각각의 단일 공정이 갖고 있는 문제점/단점/특성을 적절하게 활용하기 위하여 상호 보완 관계를 갖으면서 물 생산 성능 향상/배출수의 농도 저감/에너지 이용 효율 향상의 효과가 나타나도록 각각의 공정에 대한 결합 및 배치 관계에 대해 설계하고 있다.
제2실시예(HCPVT, PRO + RO, CDI, MED)
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 신재생에너지를 이용한 고효율 해수담수화 복합 공정 시스템을 간략하게 나타낸 구성도이며, 도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 신재생에너지를 이용한 고효율 해수담수화 복합 공정 시스템을 상세하게 나타낸 구성도이다.
도 4 및 도 5를 참조로 하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 신재생에너지를 이용한 고효율 해수담수화 복합 공정 시스템을 상세히 설명한다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 신재생에너지를 이용한 고효율 해수담수화 복합 공정 시스템은 도 4에 도시된 바와 같이, 에너지 생산부(100) 및 해수담수화부(200)를 포함하여 구성되는 것이 바람직하며, 상기 에너지 생산부(100)의 동작은 상술한 제1 실시예에 따른 신재생에너지를 이용한 고효율 해수담수화 복합 공정 시스템과 동일하게 이루어진다.
각 구성에 대해서 자세히 알아보자면,
상기 에너지 생산부(100)는 전기에너지 또는 열에너지를 생산하여, 생산한 전기에너지 또는 열에너지를 연결되어 있는 해수담수화 공정의 동작 에너지로 제공하게 된다.
이를 위해 상기 에너지 생산부(100)는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 태양에너지를 이용하여 전기에너지와 열에너지를 동시 생산하는 제1 에너지 생산부(110)와, 상기 해수담수화부(200)의 미리 설정(연결)된 공정으로부터의 배출수(농축수)와 외부로부터 공급되는 담수(fresh water로서 해수담수 공정을 통해서 생산한 생산수가 아닌 하천수 등을 의미함))의 염도차를 이용하여 전기에너지를 생산하는 제2 에너지 생산부(120)로 구성되는 것이 바람직하다.
물론, 상기 에너지 생산부(100)는 이 외에 다양한 방식의 신재생 에너지 시스템을 적용할 수 있다. 일 예를 들자면, 풍력, 해양 에너지 등 전기에너지 또는 열에너지를 생산할 수 있는 신재생 에너지 시스템을 모두 적용할 수 있으며, 후술할 고집광 태양광열 발전 시스템과 압력지연삼투 공정은 본 발명의 일 실시예에 불과하며, 이에 한정하는 것은 아니다.
기존에 널리 이용되고 있는 신재생에너지 생산 시스템인 태양광 발전 시스템(PV, Photo Voltaic)은 약 20% 미만의 낮은 전기 생산 효율을 가진다는 단점이 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 신재생에너지를 이용한 고효율 해수담수화 복합 공정 시스템으로는 종래의 태양광 발전 시스템이 갖고 있는 단점을 극복하기 위해서, 상기 제1 에너지 생산부(110)로 고집광 태양광열 발전 시스템(HCPVT, High Concentration Photo Voltaic Thermal)을 적용하는 것이 바람직하다.
고집광 태양광열 발전 시스템의 효율은 전기 약 30%, 열 약 40%로 최소 70% 이상의 태양 에너지를 유용한 에너지(전기에너지와 열에너지)로 전환할 수 있는 장점을 가지고 있다.
또한, 상기 제2 에너지 생산부(120)로 압력지연삼투(PRO, Pressure Retarded Osmosis) 공정을 적용할 수 있다.
상기 압력지연삼투 공정은 염분 농도가 다른 유도 용액과 유입수의 삼투압차로 발생하는 삼투압 현상에 의해, 염분이 적은 유입수가 유도 용액 쪽으로 흘러들어 증가된 물과 압력의 운동 에너지를 터빈으로 보내서 발전함으로써 전기를 생산하는 기술이다.
상기 압력지연삼투 공정의 문제점은 적은 염분 농도를 가지고 있는 유입수가 높은 염분 농도를 가진 유도 용액으로부터 유래된 염분으로 인해 본래 유입수의 염분 농도보다 높아지게 되어, 유입수를 생산수로 활용하거나 하천에 재방류하기가 어려워지는 단점이 있다.
그렇기 때문에, 본 발명의 제2 실시예에 따른 신재생에너지를 이용한 고효율 해수담수화 복합 공정 시스템은 상기 제1 에너지 생산부(110)와 함께 상기 제2 에너지 생산부(120)를 통해서 에너지를 생산하면서도, 상기 제2 에너지 생산부(120)에 의해 발생하는 염분 농도가 높아진 담수를 다시 상기 해수담수화부(200)로 전달하여 담수화 공정이 이루어질 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 즉, 각각의 단위 공정에 대한 단점을 공정의 배치 및 특성을 적절하게 활용하여 기술적 단점을 상호 보완할 수 있다.
이를 통해서 기존의 단일 신재생에너지 활용 공정에 비해 높은 에너지 생산 효율을 갖으면서 동시에 담수 생산 성능 향상 및 배출수의 농도까지 낮출 수 있는 장점이 있다.
상기 에너지 생산부(100)는 고집광 태양광열 발전 시스템을 이루고 있는 고집광 태양광열 모듈의 발전효율을 극대화시키기 위하여, 태양 위치 정밀 추적 수단(미도시)을 더 포함하여 구성할 수 있다.
더불어, 본 발명의 제2 실시예에 따른 신재생에너지를 이용한 고효율 해수담수화 복합 공정 시스템은 에너지 저장부(300) 및 통합 관리부(400)를 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
상기 에너지 저장부(300)는 상기 통합 관리부(400)의 제어에 의해, 상기 에너지 생산부(100)에서 생산한 전기에너지를 전달받아 저장할 수 있다.
이를 위해, 상기 에너지 저장부(300)는 에너지 저장 시스템(ESS, Energy Storage System) 또는 전력 계통(Grid)을 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
기본적으로, 상기 에너지 생산부(100)에서 생산한 전기에너지는 상기 해수담수화부(200)에서 해수담수화 공정을 수행함에 있어서 필요로 하는 동작 에너지로 활용하게 된다. 즉, 열에너지를 이용하는 증발식 담수화 설비라 하더라도 기본 설비 구동을 위한 전기에너지가 요구되는 것은 당연하기 때문에, 우선적으로 상기 에너지 생산부(100)에서 생산한 전기에너지는 상기 해수담수화부(200)에서 요구되는 기본 동작 에너지로 활용되는 것이 바람직하다.
다만, 상기 에너지 생산부(100)에서 생산한 전기에너지 중 상기 해수담수화부(200)에서 기본 동작 에너지로 활용되고 남은 잉여 에너지는 태양에너지가 존재하지 않을 때에도 용이하게 상기 해수담수화부(200)의 동작 에너지가 제공될 수 있도록 에너지 저장 시스템에 저장해놓거나, 외부의 에너지 요청 정보에 따라 전력 계통으로 전송하는 것이 바람직하다.
상기 통합 관리부(400)는 본 발명의 제2 실시예에 따른 신재생에너지를 이용한 고효율 해수담수화 복합 공정 시스템의 각 구성의 동작을 제어하기 위한 EMS(Energy Management System)을 포함한 구성으로서, 상기 해수담수화부(200) 또는 상기 에너지 저장부(300)로 전달되는 상기 에너지 생산부(100)에서 생산한 전기에너지의 흐름을 제어하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 에너지 생산부(100)의 동작 상태를 제어할 수 있다.
상기 통합 관리부(400)를 통한 통합 제어에 의해, 다수의 에너지 생산 시스템과 다수의 해수담수화 공정들을 조합이 효율적으로 동작할 수 있으며, 이를 통해서, 전체 해수담수화 공정의 담수 생산 성능 향상과 에너지 이용 효율을 높이고 배출수의 농도를 저감시킬 수 있다. 물론, 다수의 에너지 생산 시스템과 다수의 해수담수화 공정들이 단순 결합으로 이루어지는 것이 아니라, 각각의 공정이 갖고 있는 단점을 공정의 배치 및 특성에 적절하게 활용함으로써, 기술적 단점을 상호 보완하게 된다.
상기 해수담수화부(200)는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 해수담수화부(210), 제2 해수담수화부(220) 및 제4 해수담수화부(240)를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
상기 제1 해수담수화부(210)는 외부로부터 공급되는 해수에 대한 담수화 공정을 수행하는 역삼투압(RO, Reverse Osmosis) 담수화 설비를 포함하여 구성되는 것이 바람직하며, 상기 통합 관리부(400)의 제어에 의해, 상기 에너지 생산부(100)에서 생산한 전기에너지를 제공받아 공정을 수행하는 것이 바람직하다.
상기 제1 해수담수화부(210)는 해수를 담수화하는 과정에서 고압의 펌프를 운전하기 위한 많은 전기에너지 소모가 발생하기 때문에, 다른 해수담수화 공정에 대비하여 전기에너지의 소비량이 큰 단점이 있다.
이에 따라, 이러한 단점을 보완하기 위하여 둘 이상의 에너지 공급원(제1 에너지 생산부, 제2 에너지 생산부)을 구성하고 있다.
더불어, 상기 제1 해수담수화부(210)를 통해서 해수를 담수화한 후, 배출되는 배출수를 상기 제2 에너지 생산부(120)의 유도 용액으로 활용하는 것이 바람직하다.
즉, 통상적으로 상기 제2 에너지 생산부(120)를 구성하고 있는 압력지연삼투 공정은 해수를 유도 용액으로 활용하고 있으나, 본 발명의 제2 실시예에 따른 신재생에너지를 이용한 고효율 해수담수화 복합 공정 시스템에서의 상기 제2 에너지 생산부(120)는 상기 제1 해수담수화부(210)에서 배출되는 배출수를 유도 용액으로 활용함으로써, 어차피 배출되어야 하는 배출수를 전기에너지를 생산하기 위한 에너지원으로 활용할 수 있어 높은 에너지 생산 효율을 갖게 되는 특징이 있다.
또한, 상기 제2 해수담수화부(220)는 상기 통합 관리부(400)의 제어에 의해, 상기 에너지 생산부(100)에서 생산한 전기에너지를 제공받아 공정을 수행하는 것이 바람직하며, 상기 제2 에너지 생산부(120)로부터 배출되는 배출수에 대한 담수화 공정을 수행하는 것이 바람직하다. 이를 위해, 상기 제2 해수담수화부(220)는 전기를 이용하여 물 속의 불필요한 이온성 물질(염)을 제거하는 축전식 탈염(CDI, Capacitive Deionization) 공정을 포함하여 구성되는 것이 가장 바람직하다.
상기 제2 해수담수화부(220)를 통해서, 상기 제2 에너지 생산부(120)에서 전기에너지를 생산하는데 이용한 물, 다시 말하자면, 생산수로 사용할 수 없으면서도 도로 하천수 등으로 재방류할 수 없는 염분을 갖게 된 배출수를 전달받아, 이에 대한 담수화 공정을 수행함으로써, 물 생산 성능의 향상 뿐 아니라 꾸준하게 대두되고 있는 친환경성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
이 때, 상기 제2 해수담수화부(220)는 단일 공정만으로는 유입수(해수 등) 내의 고농도 염 이온을 제거하기 어렵고, 염의 농도가 클수록 전기에너지의 소비가 크다는 문제점을 갖고 있기 때문에, 본 발명의 제2 실시예에 따른 신재생에너지를 이용한 고효율 해수담수화 복합 공정 시스템에서는 상술한 바와 같이, 상기 제2 해수담수화부(220)는 단일 공정으로 활용하는 것이 아니라, 다수 공정에 포함시켜 활용하는 것이 바람직하다.
더불어, 상기 제4 해수담수화부(240)는 MSF의 단(stage)과 유사한 효용단(effect)이라는 일련의 용기 안에서 담수화 과정이 일어나며 관(Tube) 내에서 응축하는 수증기와 관 외부에 흐르는 농염수 간의 열교환에 의한 증발과 용기 내의 압력을 낮추는 원리를 이용한 다중 효용 증발(MED, Multiple Effect Distillation) 공정을 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
상기 제4 해수담수화부(240)는 상기 통합 관리부(400)의 제어에 의해, 상기 에너지 생산부(100)에서 생산한 열에너지 및 전기에너지를 제공받아 공정을 수행하는 것이 바람직하며, 상세하게는, 상기 제2 에너지 생산부(120)로부터 배출되는 배출수에 대한 담수화 공정을 수행하는 것이 바람직하다.
이를 위해, 본 발명의 제2 실시예에 따른 신재생에너지를 이용한 고효율 해수담수화 복합 공정 시스템은 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제2 해수담수화부(120)로부터의 배출수를 가열하기 위해 열교환 모듈(500)을 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
즉, 상기 열교환 모듈(500)은 상기 통합 관리부(400)의 제어에 의해, 상기 에너지 생산부(100)에서 생산한 열에너지를 제공받아, 상기 제2 에너지 생산부(120)로부터 배출되는 배출수를 가열시키는 것이 바람직하다.
이에 따라, 제1 실시예에 따른 신재생에너지를 이용한 고효율 해수담수화 복합 공정 시스템의 제3 해수담수화부(230)에 비해, 제2 실시예에 따른 신재생에너지를 이용한 고효율 해수담수화 복합 공정 시스템의 제4 해수담수화부(240)는 공정의 특성으로 인해 쿨링 패스(cooling path)가 필요하지 않으므로, 전체 시스템 관점에서 제2 실시예에 따른 신재생에너지를 이용한 고효율 해수담수화 복합 공정 시스템이 제1 실시예에 따른 신재생에너지를 이용한 고효율 해수담수화 복합 공정 시스템에 비해 적은 펌프로 시스템을 구성할 수 있는 장점이 있다.
이와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 신재생에너지를 이용한 고효율 해수담수화 복합 공정 시스템은, 상기 제1 에너지 생산부(110), 제2 에너지 생산부(120), 제1 해수담수화부(210), 제2 해수담수화부(220) 및 제4 해수담수화부(240)를 종래의 역삼투 공정을 적용한 해수담수화 시스템을 기초로 각각의 단일 공정이 갖고 있는 문제점/단점/특성을 적절하게 활용하기 위하여 상호 보완 관계를 갖으면서 물 생산 성능 향상/배출수의 농도 저감/에너지 이용 효율 향상의 효과가 나타나도록 각각의 공정에 대한 결합 및 배치 관계에 대해 설계하고 있다.
이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 신재생에너지를 이용한 고효율 해수담수화 복합 공정 시스템은, 종래의 해수담수화 공정과 비교하면 하기의 표 1과 같은 결과를 얻을 수 있다. 상세하게는, 하기의 표 1은 도 1, 도 3 및 도 5의 공정 데이터를 근거로 본 발명의 일 실시예에 따른 신재생에너지를 이용한 고효율 해수담수화 복합 공정 시스템의 효과를 해수담수설비의 주요 인자들에 대해서 비교 계산한 것이다.
이 때, 비교하고자 하는 종래의 해수담수화 공정은 도 1에 도시된 바와 같이, '역삼투 공정'으로, 해수의 취수부(Intake seawater), 전처리 공정(pre-treatment), 해수담수화 역삼투 공정(RO process), 후처리 공정(post-treatment)으로 이루어지며, 이러한 공정을 통해서 생산수(Permeate water), 배출수(Discharge)로 구분되며, 에너지원은 외부 전력에 의해 전기에너지를 공급받는 것을 가정하였다.
| 성능인자 | 종래 해수담수화 공정 | 제1 실시예에 따른 고효율 해수담수화 복합 공정 | 제2 실시예에 따른 고효율 해수담수화 복합 공정 |
| 물 생산량 | 100 ㎥/day | 200 ㎥/day | 200 ㎥/day |
| 고유전력소비량(SEC) | 5.71 kWh/㎥ | 3.46 kWh/㎥ | 3.35 kWh/㎥ |
| 외부 전력소비량 | 5.71 kWh/㎥ | 0 kWh/㎥ | 0 kWh/㎥ |
| 해수취수량 | 250 ㎥/day | 250 ㎥/day | 250 ㎥/day |
| 취수량 대비 회수율 | 40 % | 80 % | 80 % |
| 배출수 총용존고형물(TDS) | 58,200 mg/L | 43,100 mg/L | 43,100 mg/L |
상기의 표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 신재생에너지를 이용한 고효율 해수담수화 복합 공정 시스템은, 종래의 해수담수화 공정보다 취수량 대비 회수율이 2배 증가하였으며, 이로 인해 물 생산량도 하루 기준으로 2배 증가함을 알 수 있다.
또한, 종래의 해수담수화 공정의 5.71 kWh/㎥보다 본 발명의 제1 실시예에 따른 신재생에너지를 이용한 고효율 해수담수화 복합 공정 시스템은 2.25 kWh/㎥, 제2 실시예에 따른 신재생에너지를 이용한 고효율 해수담수화 복합 공정 시스템은 2.36 kWh/㎥의 고유전력소비량(SEC)을 낮출 수 있어, 1 ㎥ 당 각각 39.4%, 41.3%의 에너지 절약 효과가 있다.
뿐만 아니라, 종래의 해수담수화 단일 공정보다 복합 공정을 활용함으로써, 본 발명의 일 실시예에 따른 신재생에너지를 이용한 고효율 해수담수화 복합 공정시스템을 통해서 배출수의 총용존고형물(TDS) 농도도 15,100 mg/L 낮출 수 있어, 바다 생태계의 오염을 줄일 수 있다.
또한, 물 생산 대비 적은 에너지를 사용하기 때문에 물의 생산 단가를 낮출 수 있는 장점이 있다.
특히, 단순히 다수의 공정들을 조합 결합한 것이 아니라, 각각의 단일 공정이 갖고 있는 문제점/단점/특성을 적절하게 활용하여 기술적 단점을 상호 보완할 수 있도록 설계하여, 고효율/친환경/고성능의 해수담수화 복합 공정 시스템을 제공할 수 있는 장점이 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 소자 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것 일 뿐, 본 발명은 상기의 일 실시예에 한정되는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허 청구 범위뿐 아니라 이 특허 청구 범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100 : 에너지 생산부
110 : 제1 에너지 생산부(HCPVT)
120 : 제2 에너지 생산부(PRO)
200 : 해수담수화부
210 : 제1 해수담수화부(RO)
220 : 제2 해수담수화부(CDI)
230 : 제3 해수담수화부(MD)
240 : 제4 해수담수화부(MED)
300 : 에너지 저장부(ESS 또는 Grid)
400 : 통합 관리부(EMS)
500 : 열교환 모듈(HX)
110 : 제1 에너지 생산부(HCPVT)
120 : 제2 에너지 생산부(PRO)
200 : 해수담수화부
210 : 제1 해수담수화부(RO)
220 : 제2 해수담수화부(CDI)
230 : 제3 해수담수화부(MD)
240 : 제4 해수담수화부(MED)
300 : 에너지 저장부(ESS 또는 Grid)
400 : 통합 관리부(EMS)
500 : 열교환 모듈(HX)
Claims (8)
- 전기에너지 또는 열에너지를 생산하여, 연결된 해수담수화 공정의 동작 에너지로 제공하는 에너지 생산부(100); 및
상기 에너지 생산부(100)로부터 상기 동작 에너지를 제공받아, 해수담수화를 수행하는 둘 이상의 단일 공정을 포함하는 해수담수화부(200);
를 포함하여 구성되며,
상기 에너지 생산부(100)는
태양에너지를 이용하여 전기에너지와 열에너지를 동시 생산하는 제1 에너지 생산부(110)와,
상기 해수담수화부(200)의 기설정된 공정으로부터의 배출수와 외부로부터 공급되는 담수의 염도차를 이용하여 전기에너지를 생산하는 제2 에너지 생산부(120)로 구성되는 것을 특징으로 하는 신재생에너지를 이용한 고효율 해수담수화 복합 공정 시스템.
- 제 1항에 있어서,
상기 신재생에너지를 이용한 고효율 해수담수화 복합 공정 시스템은
제어에 의해, 상기 에너지 생산부(100)에서 생산한 전기에너지를 전달받아 저장하는 에너지 저장부(300); 및
상기 해수담수화부(200) 또는 상기 에너지 저장부(300)로 전달되는 상기 에너지 생산부(100)에서 생산한 전기에너지의 흐름을 제어하는 통합 관리부(400);
를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 신재생에너지를 이용한 고효율 해수담수화 복합 공정 시스템.
- 제 1항에 있어서,
상기 해수담수화부(200)는
상기 에너지 생산부(100)에서 생산한 전기에너지를 제공받아, 외부로부터 공급되는 해수에 대한 담수화 공정을 수행하는 제1 해수담수화부(210);
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 신재생에너지를 이용한 고효율 해수담수화 복합 공정 시스템.
- 제 3항에 있어서,
상기 제2 에너지 생산부(120)는
상기 제1 해수담수화부(210)로부터 배출되는 배출수를 이용하는 것을 특징으로 하는 신재생에너지를 이용한 고효율 해수담수화 복합 공정 시스템.
- 제 4항에 있어서,
상기 해수담수화부(200)는
상기 에너지 생산부(100)에서 생산한 전기에너지를 제공받아, 상기 제2 에너지 생산부(120)로부터 배출되는 배출수에 대한 담수화 공정을 수행하는 제2 해수담수화부(220);
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 신재생에너지를 이용한 고효율 해수담수화 복합 공정 시스템.
- 제 5항에 있어서,
상기 신재생에너지를 이용한 고효율 해수담수화 복합 공정 시스템은
상기 에너지 생산부(100)에서 생산한 열에너지를 제공받아, 상기 제2 에너지 생산부(120)로부터 배출되는 배출수를 가열시키는 열교환 모듈(500);
를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 신재생에너지를 이용한 고효율 해수담수화 복합 공정 시스템.
- 제 6항에 있어서,
상기 해수담수화부(200)는
상기 에너지 생산부(100)에서 생산한 전기에너지를 제공받아, 상기 제2 에너지 생산부(120)로부터 배출되는 배출수를 이용하되, 상기 열교환 모듈(500)을 통해서 가열된 배출수와 상기 열교환 모듈(500)을 통하지 않은 배출수를 동시에 이용하여 담수화 공정을 수행하는 제3 해수담수화부(230);
를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 신재생에너지를 이용한 고효율 해수담수화 복합 공정 시스템.
- 제 6항에 있어서,
상기 해수담수화부(200)는
상기 에너지 생산부(100)에서 생산한 전기에너지를 제공받아, 상기 열교환 모듈(500)을 통해서 가열된 배출수에 대한 담수화 공정을 수행하는 제4 해수담수화부(240);
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 신재생에너지를 이용한 고효율 해수담수화 복합 공정 시스템.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020190120714A KR102341372B1 (ko) | 2019-09-30 | 2019-09-30 | 신재생에너지를 이용한 고효율 해수담수화 복합 공정 시스템 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020190120714A KR102341372B1 (ko) | 2019-09-30 | 2019-09-30 | 신재생에너지를 이용한 고효율 해수담수화 복합 공정 시스템 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20210038063A true KR20210038063A (ko) | 2021-04-07 |
| KR102341372B1 KR102341372B1 (ko) | 2021-12-21 |
Family
ID=75469449
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020190120714A KR102341372B1 (ko) | 2019-09-30 | 2019-09-30 | 신재생에너지를 이용한 고효율 해수담수화 복합 공정 시스템 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102341372B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115784390A (zh) * | 2022-11-10 | 2023-03-14 | 重庆大学 | 一种光热蒸发耦合电容去离子的海水淡化装置及方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101632713B1 (ko) | 2013-08-12 | 2016-07-01 | 한국에너지기술연구원 | 복합 발전 및 담수화 시스템 |
| KR101675417B1 (ko) * | 2015-05-12 | 2016-11-14 | 한국건설기술연구원 | 해양선박용 담수 생산을 위한 다단형 진공막증류 시스템 및 그 방법 |
| KR20170030129A (ko) * | 2015-09-08 | 2017-03-17 | 한국전력공사 | 담수화 장치 및 이를 이용한 담수화 방법 |
-
2019
- 2019-09-30 KR KR1020190120714A patent/KR102341372B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101632713B1 (ko) | 2013-08-12 | 2016-07-01 | 한국에너지기술연구원 | 복합 발전 및 담수화 시스템 |
| KR101675417B1 (ko) * | 2015-05-12 | 2016-11-14 | 한국건설기술연구원 | 해양선박용 담수 생산을 위한 다단형 진공막증류 시스템 및 그 방법 |
| KR20170030129A (ko) * | 2015-09-08 | 2017-03-17 | 한국전력공사 | 담수화 장치 및 이를 이용한 담수화 방법 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115784390A (zh) * | 2022-11-10 | 2023-03-14 | 重庆大学 | 一种光热蒸发耦合电容去离子的海水淡化装置及方法 |
| CN115784390B (zh) * | 2022-11-10 | 2024-05-07 | 重庆大学 | 一种光热蒸发耦合电容去离子的海水淡化装置及方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR102341372B1 (ko) | 2021-12-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Calise et al. | Economic assessment of renewable energy systems integrating photovoltaic panels, seawater desalination and water storage | |
| He et al. | Application of alternative energy integration technology in seawater desalination | |
| Al-Karaghouli et al. | Renewable energy opportunities in water desalination | |
| Al-Karaghouli et al. | Solar and wind opportunities for water desalination in the Arab regions | |
| US10597309B2 (en) | Coupling photovoltaic, concentrated solar power, and wind technologies for desalination | |
| US20110198208A1 (en) | Method for desalinating water containing salt | |
| KR101338187B1 (ko) | 태양에너지를 이용한 해수담수화 및 이원사이클발전시스템 | |
| CN102849887A (zh) | 一种海水淡化方法 | |
| CN101481154A (zh) | 综合利用太阳能进行海水淡化的方法及其装置 | |
| KR101683602B1 (ko) | 증발식 해수담수화 시스템을 이용한 해양발전장치 | |
| CN107434327B (zh) | 一种余热余压余水回收的热膜耦合海水淡化系统 | |
| KR102314395B1 (ko) | 집광형 태양광열복합시스템과 연계하여 담수 및 전력의 동시 공급이 가능한 융합 시스템 및 그 동작 방법 | |
| CN201338952Y (zh) | 综合利用太阳能进行海水淡化的装置 | |
| CN104692492A (zh) | 一种基于有机朗肯循环的反渗透海水淡化装置 | |
| CN102329035B (zh) | 淡水收集供应系统 | |
| CN204661346U (zh) | 太阳能热电联产海水淡化系统 | |
| CN102344179A (zh) | 一种带回热循环的太阳能吸收式海水淡化装置 | |
| Elazab et al. | A review of hybrid humidification and dehumidification desalination systems | |
| CN101985368A (zh) | 发电汽轮机组凝汽器式海水淡化装置 | |
| Darwish et al. | Desalting seawater in Qatar by renewable energy: a feasibility study | |
| KR102341372B1 (ko) | 신재생에너지를 이용한 고효율 해수담수화 복합 공정 시스템 | |
| Mehrabian-Nejad et al. | Application of PV and solar energy in water desalination system | |
| Tzen et al. | 3.16-Solar Desalination | |
| Quteishat et al. | Promotion of solar desalination in the MENA region | |
| CN201882942U (zh) | 发电汽轮机组凝汽器式海水淡化装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20190930 |
|
| PA0201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20210325 Patent event code: PE09021S01D |
|
| PG1501 | Laying open of application | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| PE0701 | Decision of registration |
Patent event code: PE07011S01D Comment text: Decision to Grant Registration Patent event date: 20211016 |
|
| PR0701 | Registration of establishment |
Comment text: Registration of Establishment Patent event date: 20211215 Patent event code: PR07011E01D |
|
| PR1002 | Payment of registration fee |
Payment date: 20211216 End annual number: 3 Start annual number: 1 |
|
| PG1601 | Publication of registration | ||
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20240911 Start annual number: 4 End annual number: 4 |