KR20210066459A - 가스공급 및 발전 시스템 - Google Patents

가스공급 및 발전 시스템 Download PDF

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Abstract

가스공급 및 발전 시스템이 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따른 가스공급 및 발전 시스템은, 액화가스를 저장하는 저장하는 액화가스 저장탱크, 액화가스를 기화시키는 기화기, 기화기에서 기화된 가스의 일부를 외부의 가스 소비처로 공급하는 제1 가스 공급부, 가스로 작동되고 회전력을 발생시키는 가스 터빈, 가스 터빈과 연결되고 회전력을 이용하여 전기를 발생시키는 제1 발전기 및 기화기에서 기화된 가스의 나머지를 가스 터빈으로 공급하는 제2 가스 공급부를 포함한다.

Description

가스공급 및 발전 시스템{SYSTEM FOR SUPPLYING GAS AND ELECTRIC POWER}
본 발명은 가스공급 및 발전 시스템에 관한 것이다. 보다 상세히, 해상구조물에서 외부로 가스를 송출하면서 전력을 공급할 수 있는 가스공급 및 발전 시스템에 관한 것이다.
선박을 포함하는 해상구조물에는 육상에 필요한 전력 또는 해상구조물 운영을 위하여 필요한 전력의 생산하기 위한 다양한 발전장치가 구비될 수 있다.
이러한 해상구조물에는 다양한 형태의 발전설비를 구비할 수 있으나, 최근에 액화천연가스를 주연료로 하는 가스 터빈발전을 이용한 가스 터빈 발전장치가 많이 사용되고 있다.
또한, 해상구조물에는 액화천연가스를 저장하고 육상 등의 수요처에서 필요할 때에 재기화하는 송출하는 설비도 설치될 수 있다.
그런데, 육상 등의 수요처로 전력과 더불어 가스를 모두 공급하는 시스템은 개발되지 않은 실정이다.
한국공개특허 제2018-0076922호
본 발명은, 육상 등의 수요처로 가스와 전력을 모두 공급할 수 있는 가스공급 및 발전 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 액화가스를 저장하는 저장하는 액화가스 저장탱크, 액화가스를 기화시키는 기화기, 기화기에서 기화된 가스의 일부를 외부의 가스 소비처로 공급하는 제1 가스 공급부, 가스로 작동되고 회전력을 발생시키는 가스 터빈, 가스 터빈과 연결되고 회전력을 이용하여 전기를 발생시키는 제1 발전기 및 기화기에서 기화된 가스의 나머지를 가스 터빈으로 공급하는 제2 가스 공급부를 포함하는 가스공급 및 발전 시스템이 제공된다.
이 때, 제1 가스 공급부는, 상기 가스 소비처로 공급되는 가스의 양을 조절하는 제1 가스 밸브 및 상기 가스 소비처로 공급되는 가스의 양과 상기 가스 소비처의 요구량을 비교하여 상기 제1 가스 밸브를 제어하는 제1 제어부를 포함할 수 있다.
또한, 제2 가스 공급부는, 상기 가스 터빈으로 공급되는 가스의 양을 조절하는 제2 가스 밸브, 내부 전력 소비량과 외부 전력 공급량을 합하여 발전이 필요한 전력량을 예측하는 전력 예측부 및 상기 전력 예측부의 예측 전력량과 현재 공급하는 전력량을 비교하여 상기 제2 가스 밸브를 제어하는 제2 제어부를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 기화기에서 기화된 가스의 냉열로 전기를 발생시키는 냉열 발전부를 더 포함하고, 상기 전력 예측부는 상기 냉열 발전부의 발전량을 예측하고 발전이 필요한 전력량에서 상기 냉열 발전부의 발전량을 차감할 수 있다.
이 때, 냉열 발전부는, 상기 기화기에서 기화된 가스를 팽창시키며 가스가 팽창하는 힘으로 회전력을 발생시키는 제1 팽창기 및 상기 제1 팽창기에 연결되고 회전력을 이용하여 전기를 발생시키는 제2 발전기를 포함할 수 있다.
이 때, 냉열 발전부는, 상기 제1 팽창기를 지난 가스 중에 상기 가스 터빈으로 공급되는 가스를 팽창시키며 가스가 팽창하는 힘으로 회전력을 발생시키는 제2 팽창기를 더 포함하고, 상기 제2 발전기는 상기 제2 팽창기에 연결되고 회전력을 이용하여 전기를 발생시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 하나의 해상구조물에서 외부로 가스를 송출하면서 전력도 동시에 공급할 수 있다.
또한, 가스 송출 및 전력을 동시에 생산 과정에서 이용되는 대량의 가스에서 냉열을 효과적으로 얻어서 전기를 추가로 생산할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스공급 및 발전 시스템을 나타낸 도면.
이하, 본 발명에 따른 가스공급 및 발전 시스템의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스공급 및 발전 시스템을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스공급 및 발전 시스템은, 액화가스 저장탱크(10), 기화기(20), 제1 가스 공급부(30), 가스 터빈(50), 제1 발전기(52) 및 제2 가스 공급부(40)를 포함한다.
액화가스 저장탱크(10)는 액화가스를 저장하는 저장한다.
기화기(20)는 액화가스 저장탱크(10)로부터 액화가스를 공급받아서 액화가스를 기화시키는 부분이다. 기화기(20)는 열원으로 터빈이나 엔진의 배기가스 등을 이용할 수 있다.
도 1을 참조하면, 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화천연가스(LNG, 12)가 펌프(15)를 통하여 기화기(20)에 공급되어 기화될 수 있다. 이 때, 증발가스(BOG)도 재응축기(13)를 통하여 액화되어 액화가스 저장탱크(10)의 액화천연가스(12)와 같이 기화기(20)로 공급될 수 있다.
기화기(20)를 지나 기화된 가스는 가스 터빈(50) 또는 육상 등의 가스 소비처로 공급될 수 있다. 이때, 기화된 가스를 연소에 적합한 온도로 가열하는 가열기(25)가 기화기(20) 이후에 설치될 수 있다. 가열기(25)는 스팀 보일러에서 발생한 수증기를 열원으로 이용할 수 있다.
제1 가스 공급부(30)는 기화기(20)에서 기화된 가스의 일부를 외부의 가스 소비처로 공급하는 부분이고, 제2 가스 공급부(40)는 기화기(20)에서 기화된 가스의 나머지를 가스 터빈(50)으로 공급하는 부분이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에서 기화기(20)에서 기화된 가스 중에, 가스 상태로 외부의 가스 소비처에 공급될 부분은 제1 가스 공급부(30)를 통하여 공급이 조절되고, 전력 생산을 위해 가스 터빈(50)으로 공급된 부분은 제2 가스 공급부(40)를 통하여 공급이 조절될 수 있다. 따라서, 하나의 해상구조물에서 외부로 가스를 송출하면서 전력도 동시에 공급할 수 있다.
이 때, 제1 가스 공급부(30)는, 제1 가스 밸브(32) 및 제1 제어부(36)를 포함할 수 있다. 제1 가스 밸브(32)는 가스 소비처로 공급되는 가스의 양을 조절하고, 제1 제어부(36)는 가스 소비처로 공급되는 가스의 양과 가스 소비처의 요구량을 비교하여 제1 가스 밸브(32)를 제어할 수 있다. 가스 소비처로 공급되는 가스의 양은 유량계(34)로 측정될 수 있다.
도 1을 참조하면, 기화기(20)에서 기화된 가스는 2개의 경로로 분기되며, 그 중 하나의 경로에 제1 가스 밸브(32)가 설치될 수 있다. 유량계(34)는 제1 가스 밸브(32)와 외부의 가스 소비처(육상)로 향하는 경로 사이에 설치되어, 제1 가스 밸브(32)를 지나 가스 소비처로 실제 공급되는 가스의 양을 측정할 수 있다. 제1 제어부(36)는 제1 가스 밸브(32) 및 유량계(34)와 연결되어, 유량계(34)의 측정 값을 기초로 육상에서 요구하는 가스유량에 맞추도록 제1 가스 밸브(32)를 제어할 수 있다. 이 때, 제1 제어부(36)에는 PID 제어 방식이 이용될 수 있다.
또한, 제2 가스 공급부(40)는, 제2 가스 밸브(42), 전력 예측부(44) 및 제2 제어부(46)를 포함할 수 있다. 제2 가스 밸브(42)는 가스 터빈(50)으로 공급되는 가스의 양을 조절하고, 전력 예측부(44)는 내부 전력 소비량과 외부 전력 공급량을 합하여 발전이 필요한 전력량을 예측하고, 제2 제어부(46)는 전력 예측부(44)의 예측 전력량과 현재 공급하는 전력량을 비교하여 제2 가스 밸브(42)를 제어할 수 있다.
도 1을 참조하면, 기화기(20)에서 기화된 가스는 2개의 경로로 분기되며, 그 중 하나의 경로에 제1 가스 밸브(32)가 설치되고 나머지 경로에 제2 가스 밸브(42)가 설치될 수 있다. 또한, 제2 가스 밸브(42)를 지난 가스는 가스 터빈(50)으로 공급될 수 있다.
가스 터빈(50)은 가스를 연소하여 작동되고 회전력을 발생시키고, 제1 발전기(52)는 가스 터빈(50)과 연결되고 회전력을 이용하여 전기를 발생시킬 수 있다. 따라서, 제2 가스 밸브(42)를 지난 가스는 전력 생산에 이용될 수 있다.
한편, 가스 터빈(50)의 배기가스가 가진 폐열을 더욱 효과적으로 이용할 수 있도록, 배기가스의 폐열로 작동하며 제1 발전기(52)와 연결되는 스팀 터빈을 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 제1 발전기(52)는 가스 터빈(50) 및 스팀 터빈에 의해 전기를 생산할 수 있다.
또한, 제1 발전기(52)에서 발생된 전력은 전력관리시스템(PMS, 70)를 거쳐서 육상으로 송전될 수 있다. 전력관리시스템(70)은 제1 발전기(52)와 외부의 전력 소비처(육상)로 향하는 경로 사이에 설치되어 실제 공급되는 전력량을 측정할 수 있다.
전력 예측부(44)는, 시스템 내부에서 필요하여 소비되는 내부 전력 소비량을 계산하고, 외부의 전력 소비처에서 필요한 외부 전력 공급량을 입력 받아서, 제1 발전기(52)가 실제로 발전해야 할 전력량을 계산할 수 있다.
구체적으로, 제1 발전기(52)가 생산할 전력량은 다음의 식으로 예측될 수 있다.
P_G/T&S/T = P_Required + P_Used
(여기서, P_G/T&S/T는 가스 터빈(50) 및 스팀 터빈에 의해 제1 발전기(52)가 생산하는 전력량이고, P_Required는 필요한 외부 전력 공급량이고, P_Used는 내부 전력 소비량이다.)
제2 제어부(46)는 제2 가스 밸브(42), 전력 예측부(44) 및 전력관리시스템(70)과 연결되어, 전력관리시스템(70)의 측정 값을 기초로 전력 예측부(44)의 예측 전력량에 맞추도록 발전이 이루어지도록 제2 가스 밸브(42)를 제어할 수 있다. 이 때, 제2 제어부(46)에는 PID 제어 방식이 이용될 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 가스공급 및 발전 시스템은 가스를 소모하지 않고 액화가스의 냉열을 이용하여 발전하는 냉열 발전부(60)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 냉열 발전부(60)는 기화기(20)에서 기화된 가스가 팽창하는 힘으로 전기를 발생시킬 수 있다. 이에 따라, 본 실시예의 가스공급 및 발전 시스템은 냉열 발전이 이루어진 만큼 실제 가스를 소모하여 발전시키는 전력량을 줄일 수 있다. 특히, 가스 송출 및 전력을 동시에 생산 과정에서 이용되는 대량의 가스에서 냉열을 효과적으로 얻어서 전기를 추가로 생산할 수 있다.
전력 예측부(44)는 냉열 발전부(60)의 발전량을 예측하고, 발전이 필요한 전력량에서 냉열 발전부(60)의 발전량을 차감할 수 있다.
이 때, 제1 발전기(52)가 실제로 생산할 전력량은 다음의 식으로 수정되어 예측될 수 있다.
P_G/T&S/T = P_Required + P_Used - PEC
(여기서, P_G/T&S/T는 가스 터빈(50) 및 스팀 터빈에 의해 제1 발전기(52)가 생산하는 전력량이고, P_Required는 필요한 외부 전력 공급량이고, P_Used 내부 전력 소비량이고, PEC는 냉열 발전부(60)가 생산하는 전력량이다.)
도 1을 참조하면, 본 실시예의 냉열 발전부(60)는, 기화기(20)에서 기화된 가스를 팽창시키며 가스가 팽창하는 힘으로 회전력을 발생시키는 제1 팽창기(62)와, 제1 팽창기(62)에 연결되고 회전력을 이용하여 전기를 발생시키는 제2 발전기(66)를 포함할 수 있다. 기화된 가스가 제1 가스 공급부(30) 또는 제2 가스 공급부(40)로 이송되기 이전에 모두 제1 팽창기(62)를 거쳐서 냉열을 이용한 발전이 이루어질 수 있다.
이 때, 제1 팽창기(62)를 이용한 냉열 발전부(60)가 생산하는 전력량은 다음의 식으로 계산될 수 있다.
P_EC= F×C_P×(T_in-T_out) - (C_p D_i)_m×(P_in-P_OUT)
(여기서, P_EC: 냉열 발전부(60)가 생산하는 전력량(kW), F: 질량 유량(kg/h),
C_p: 가스의 열용량 (kJ/kg·K), T_in: 입구 온도(K), T_out: 출구 온도(K),
(C_pD_i)_m: 줄-탐슨 계수(Joule-Thomson coefficient, kJ/kg·MPa),
P_in: 입구 압력 (kPa), P_out: 출구 압력 (kPa))
또한, 본 실시예에서, 가스 터빈(50)에 공급되는 가스의 압력이 외부의 가스 소비처로 공급되는 가스의 압력보다 낮은 경우에, 냉열 발전부(60)는 추가로 제2 팽창기(64)를 포함할 수 있다.
제2 팽창기(64)는 제1 팽창기(62)를 지난 가스 중에 가스 터빈(50)으로 공급되는 가스를 팽창시키며 가스가 팽창하는 힘으로 회전력을 발생시키고, 제2 발전기(66)는 제1 팽창기(62)와 더불어 제2 팽창기(64)에도 연결되고 회전력을 이용하여 추가로 전기를 발생시킬 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
10: 액화가스 저장탱크 20: 기화기
30: 제1 가스 공급부 32: 제1 가스 밸브
34: 유량계 36: 제1 제어부
40: 제2 가스 공급부 42: 제2 가스 밸브
44: 전력 예측부 46: 제2 제어부
50: 가스 터빈 52: 제1 발전기
60: 냉열 발전부 62: 제1 팽창기
64: 제2 팽창기 66: 제2 발전기
70: 전력관리시스템

Claims (6)

  1. 액화가스를 저장하는 저장하는 액화가스 저장탱크;
    상기 액화가스를 기화시키는 기화기;
    상기 기화기에서 기화된 가스의 일부를 외부의 가스 소비처로 공급하는 제1 가스 공급부;
    가스로 작동되고 회전력을 발생시키는 가스 터빈;
    상기 가스 터빈과 연결되고 회전력을 이용하여 전기를 발생시키는 제1 발전기; 및
    상기 기화기에서 기화된 가스의 나머지를 상기 가스 터빈으로 공급하는 제2 가스 공급부를 포함하는 가스공급 및 발전 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 가스 공급부는,
    상기 가스 소비처로 공급되는 가스의 양을 조절하는 제1 가스 밸브; 및
    상기 가스 소비처로 공급되는 가스의 양과 상기 가스 소비처의 요구량을 비교하여, 상기 제1 가스 밸브를 제어하는 제1 제어부를 포함하는 가스공급 및 발전 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 가스 공급부는,
    상기 가스 터빈으로 공급되는 가스의 양을 조절하는 제2 가스 밸브;
    내부 전력 소비량과 외부 전력 공급량을 합하여 발전이 필요한 전력량을 예측하는 전력 예측부; 및
    상기 전력 예측부의 예측 전력량과 현재 공급하는 전력량을 비교하여, 상기 제2 가스 밸브를 제어하는 제2 제어부를 포함하는 가스공급 및 발전 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 기화기에서 기화된 가스의 냉열로 전기를 발생시키는 냉열 발전부를 더 포함하고,
    상기 전력 예측부는, 상기 냉열 발전부의 발전량을 예측하고, 발전이 필요한 전력량에서 상기 냉열 발전부의 발전량을 차감하는 가스공급 및 발전 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 냉열 발전부는,
    상기 기화기에서 기화된 가스를 팽창시키며, 가스가 팽창하는 힘으로 회전력을 발생시키는 제1 팽창기; 및
    상기 제1 팽창기에 연결되고 회전력을 이용하여 전기를 발생시키는 제2 발전기를 포함하는 가스공급 및 발전 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 냉열 발전부는,
    상기 제1 팽창기를 지난 가스 중에 상기 가스 터빈으로 공급되는 가스를 팽창시키며, 가스가 팽창하는 힘으로 회전력을 발생시키는 제2 팽창기를 더 포함하고,
    상기 제2 발전기는 상기 제2 팽창기에 연결되고 회전력을 이용하여 전기를 발생시키는 가스공급 및 발전 시스템.
KR1020190155719A 2019-11-28 2019-11-28 가스공급 및 발전 시스템 KR102573545B1 (ko)

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