KR20210094331A - 초임계 이산화탄소 발전 시스템 - Google Patents

초임계 이산화탄소 발전 시스템 Download PDF

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KR20210094331A KR1020200007968A KR20200007968A KR20210094331A KR 20210094331 A KR20210094331 A KR 20210094331A KR 1020200007968 A KR1020200007968 A KR 1020200007968A KR 20200007968 A KR20200007968 A KR 20200007968A KR 20210094331 A KR20210094331 A KR 20210094331A
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신봉근
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한화파워시스템 주식회사
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Abstract

본 발명의 일 측면에 따르면, 작동 유체로 초임계 상태의 이산화탄소를 사용하는 초임계 이산화탄소 발전 시스템에 있어서, 작동 유체를 압축하는 메인 압축부;와, 상기 메인 압축부에서 압축된 작동 유체를 가열하는 메인 열교환부와, 상기 메인 열교환부에서 가열된 작동 유체를 팽창시키면서 동력을 생산하는 팽창부와, 상기 팽창부에서 생산된 동력을 전달받아 발전을 일으키는 발전부와, 상기 팽창부에서 나온 작동 유체를 제1 관로부와 제2 관로부로 분기시키는 분기부와, 상기 제1 관로부로 분기된 작동 유체를 압축하는 제1 압축부와, 상기 제1 압축부에서 압축된 작동 유체를 냉각하는 제1 냉각부와, 상기 제2 관로부로 분기된 작동 유체를 냉각하는 제2 냉각부와, 상기 제2 냉각부에서 냉각된 작동 유체를 압축하는 펌프부와, 상기 펌프부에서 압축된 작동 유체를 가열하는 제1 열교환부와, 상기 제1 냉각부로부터 나온 작동 유체와 상기 제1 열교환부로부터 나온 작동 유체가 합류되며 합류된 작동 유체를 상기 메인 압축부로 이동시키는 합류부를 포함하는 초임계 이산화탄소 발전 시스템을 제공한다.

Description

초임계 이산화탄소 발전 시스템{Power generation system using supercritical CO2}
본 발명은 초임계 상태의 이산화탄소를 작동 유체로 하여 발전을 수행하는 발전 시스템에 관한 것이다.
초임계 이산화탄소 발전 시스템은 임계압력 이상의 초고압으로 압축된 이산화탄소를 고온으로 가열하여 터빈을 구동하는 발전시스템이다.
이러한 초임계 이산화탄소 발전 시스템은 일반적으로 브레이튼(Brayton) 사이클 방식을 채용하는데, 발전 효율이 높고, 열원에 대한 제약이 적어, 최근 활발히 연구가 되고 있다.
한국공개특허 2016-0130551호에는, 병렬 팽창 방식의 캐스케이드 사이클을 적용하는 초임계 이산화탄소 발전 시스템이 개시되어 있다.
성능이 개선된 초임계 이산화탄소 발전 시스템을 제공하는 것을 주된 과제로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 작동 유체로 초임계 상태의 이산화탄소를 사용하는 초임계 이산화탄소 발전 시스템에 있어서, 작동 유체를 압축하는 메인 압축부;와, 상기 메인 압축부에서 압축된 작동 유체를 가열하는 메인 열교환부;와, 상기 메인 열교환부에서 가열된 작동 유체를 팽창시키면서 동력을 생산하는 팽창부;와, 상기 팽창부에서 생산된 동력을 전달받아 발전을 일으키는 발전부;와, 상기 팽창부에서 나온 작동 유체를 제1 관로부와 제2 관로부로 분기시키는 분기부;와, 상기 제1 관로부로 분기된 작동 유체를 압축하는 제1 압축부;와, 상기 제1 압축부에서 압축된 작동 유체를 냉각하는 제1 냉각부;와, 상기 제2 관로부로 분기된 작동 유체를 냉각하는 제2 냉각부;와, 상기 제2 냉각부에서 냉각된 작동 유체를 압축하는 펌프부;와, 상기 펌프부에서 압축된 작동 유체를 가열하는 제1 열교환부;와, 상기 제1 냉각부로부터 나온 작동 유체와 상기 제1 열교환부로부터 나온 작동 유체가 합류되며, 합류된 작동 유체를 상기 메인 압축부로 이동시키는 합류부를 포함하는 초임계 이산화탄소 발전 시스템을 제공한다.
여기서, 상기 팽창부에서 나온 작동 유체로부터 상기 메인 압축부에서 나온 작동 유체로 열을 전달하는 제2 열교환부를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 팽창부의 출구 압력을 0.05bar~80bar로 운용할 수 있다.
여기서, 상기 분기부를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제어부는 상기 분기부를 제어하여 상기 제1 관로부와 상기 제2 관로부에 흐르는 작동 유체의 양을 조절할 수 있다.
여기서, 상기 합류부를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제어부는 상기 합류부를 제어하여 상기 메인 압축부로 이동하는 작동 유체의 온도를 제어할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 성능이 개선된 초임계 이산화탄소 발전 시스템을 구현할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 대한 초임계 이산화탄소 발전 시스템의 구성을 도시한 개략적인 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 대한 초임계 이산화탄소 발전 시스템의 P-h 선도를 도시한 개략적인 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예에 따른 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 또한, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 구성을 갖는 구성 요소에 대해서는, 동일한 부호를 사용함으로써 중복 설명을 생략한다.
본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템은, 초임계 상태인 이산화탄소를 작동 유체로 사용하는 시스템을 의미하지만, 사이클 내에서 유동하는 작동 유체 모두가 초임계 상태인 경우뿐만 아니라, 작동 유체의 대부분이 초임계 상태이고 나머지는 아임계 상태인 시스템도 포함한다.
또한 본 발명에 따른 작동 유체는 이산화탄소가 사용되는데, 여기서 이산화탄소란 순수한 이산화탄소, 불순물이 약간 포함된 이산화탄소, 이산화탄소에 한가지 이상의 첨가물이 혼합되어 있는 유체 등도 넓게 포함하는 개념이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 대한 초임계 이산화탄소 발전 시스템의 구성을 도시한 개략적인 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 대한 초임계 이산화탄소 발전 시스템의 P-h 선도를 도시한 개략적인 도면이다.
도 1에 도시된 본 실시예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템(100)은, 메인 압축부(110), 메인 열교환부(120), 팽창부(130), 발전부(140), 분기부(150), 제1 압축부(161), 제1 냉각부(162), 제2 냉각부(171), 펌프부(172), 제1 열교환부(173), 합류부(180), 제2 열교환부(190), 제어부(195)를 포함한다.
메인 압축부(110)는, 합류부(180)에서 나온 작동 유체를 압축하는 기능을 수행한다. 메인 압축부(110)는 원심 압축기, 축류형 압축기, 사류형 압축기 등을 포함하여 구성될 수 있다. 메인 압축부(110)를 구성하는 압축기는 단일의 개수로 구성될 수 있고 복수개로 구성될 수도 있으며, 복수개로 구성될 경우, 직렬 또는 병렬의 배치로 구성될 수 있고, 다단 압축의 구성을 가질 수도 있다.
메인 열교환부(120)는 메인 압축부(110)에서 압축된 작동 유체를 가열한다.
메인 열교환부(120)는 열원으로부터 열을 전달받아 작동 유체로 전달하는 구성을 가지는데, 메인 열교환부(120)는 단일 또는 복수개의 열교환기를 포함하여 구성될 수 있다.
메인 열교환부(120)는, 물, 수증기, 연소 가스, 기타 열전달매체 등을 열원으로부터 제1 열전달부(HS1)를 통해 전달받아 열교환을 수행하는데, 여기서 열원은 열이 발생될 수 있는 장치이면 제한 없이 적용될 수 있다. 예를 들어, 열원으로서 태양열 가열 시스템, 원자력 가열 시스템, 지열 가열 시스템, 화력 가열 시스템, 상위 발전 시스템 등 다양한 열원이 적용될 수 있다.
본 실시예에서는 메인 압축부(110)에서 압축된 작동 유체가 제2 열교환부(190)를 거쳐 메인 열교환부(120)로 이동하는데, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉 본 발명은 제2 열교환부(190)를 포함하지 않을 수 있으며, 그 경우 메인 압축부(110)에서 압축된 작동 유체는 메인 열교환부(120)로 직접 이동할 수 있다.
한편, 팽창부(130)는 터빈을 포함하고 있으며 메인 열교환부(120)에서 가열된 작동 유체를 팽창시키면서 동력을 생산한다. 팽창부(160)를 구성하는 터빈은 단일의 개수로 구성될 수 있고 복수개로 구성될 수도 있으며, 복수개로 구성될 경우, 직렬 또는 병렬의 배치로 구성될 수 있고, 다단 팽창의 구성을 가질 수도 있다.
발전부(140)는 팽창부(130)에서 생산된 동력을 전달받아 발전을 일으키는데, 발전부(140)는 일반적인 발전기를 포함할 수 있다.
분기부(150)는 팽창부(130)에서 나온 작동 유체를 제1 관로부(P1)와 제2 관로부(P2)로 분기시키는데, 수동 제어가 가능한 기계식 밸브 또는 전자 제어가 가능한 전자식 밸브로 구성될 수 있다. 따라서 사용자는 수동으로 분기부(150)를 제어하거나, 제어부(195)를 이용하여 분기부(150)를 자동으로 제어할 수 있다.
분기부(150)는 제1 관로부(P1) 및 제2 관로부(P2)에 연결되어 있으므로, 분기부(150)를 제어하게 되면, 제1 관로부(P1)로 흐르는 작동 유체의 유량을 조절할 수 있을 뿐만 아니라, 제2 관로부(P2)에 흐르는 작동 유체의 유량도 조절할 수 있게 된다.
한편, 본 실시예에서는 팽창부(130)에서 나온 작동 유체는 제2 열교환부(190)를 거쳐 분기부(150)로 이동하는데, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉 본 발명은 제2 열교환부(190)를 포함하지 않을 수 있으며, 그 경우 팽창부(130)에서 나온 작동 유체는 직접 분기부(150)로 이동할 수 있다.
제1 압축부(161)는 제1 관로부(P1)로 분기된 작동 유체를 압축하는데, 제1 압축부(161)는 원심 압축기, 축류형 압축기, 사류형 압축기 등을 포함하여 구성될 수 있다. 제1 압축부(161)를 구성하는 압축기는 단일의 개수로 구성될 수 있고 복수개로 구성될 수도 있으며, 복수개로 구성될 경우, 직렬 또는 병렬의 배치로 구성될 수 있고, 다단 압축의 구성을 가질 수도 있다.
제1 냉각부(162)는 제1 압축부(161)에서 압축된 작동 유체를 냉각한다. 제1 냉각부(162)는 일반적인 쿨러를 포함할 수 있는데, 제1 냉각부(162)를 구성하는 쿨러는 단일의 개수로 구성될 수 있고 복수개로 구성될 수도 있다.
한편, 제2 냉각부(171)는 제2 관로부(P2)로 분기된 작동 유체를 냉각시켜 작동 유체의 상변화를 일으킨다. 제2 냉각부(171)는 일반적인 쿨러를 포함할 수 있는데, 제2 냉각부(171)를 구성하는 쿨러는 단일의 개수로 구성될 수 있고 복수개로 구성될 수도 있다.
펌프부(172)는 제2 냉각부(171)에서 냉각되어 액체 상태로 된 작동 유체를 압축하는 기능을 수행한다. 펌프부(172)는 펌프 장치를 포함하여 구성되는데, 펌프부(172)를 구성하는 펌프 장치는 단일의 개수로 구성될 수 있고 복수개로 구성될 수도 있다.
제1 열교환부(173)는 펌프부(172)에서 압축된 작동 유체를 가열하는데, 제1 열교환부(173)는 단일 또는 복수개의 열교환기를 포함하여 구성될 수 있다. 본 실시예에서는 메인 열교환부(120)를 거친 열전달매체가 제2 열전달부(HS2)에 의해 제1 열교환부(173)로 유입되어 열을 교환하는 구성을 가지고 있는데, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉 본 발명에 따르면 제1 열교환부(173)는 메인 열교환부(120)에 열을 전달하는 열원과 다른 열원을 사용하여 열을 교환할 수도 있다.
한편, 합류부(180)는, 제1 냉각부(162)로부터 나온 작동 유체와 제1 열교환부(173)로부터 나온 작동 유체가 합류되는 곳이며, 아울러 합류부(180)에서 나온 작동 유체는 메인 압축부(110)로 이동된다. 합류부(180)는, 전자 제어가 가능한 전자식 밸브 또는 수동 제어가 가능한 기계식 밸브로 구성될 수 있다. 따라서 사용자는 수동으로 합류부(180)를 제어하거나, 제어부(195)를 이용하여 합류부(180)를 자동으로 제어할 수 있다.
합류부(180)는 제1 관로부(P1) 및 제2 관로부(P2)에 연결되어 있으므로, 합류부(180)를 제어하게 되면, 제1 관로부(P1)로 흐르는 작동 유체의 유량과 제2 관로부(P2)에 흐르는 작동 유체의 유량도 조절할 수 있으며, 메인 압축부(110)로 전달되는 작동 유체의 유량과 온도도 조절할 수 있게 된다.
한편, 제2 열교환부(190)는, 단일 또는 복수개의 열교환기를 포함하여 구성될 수 있는데, 팽창부(130)에서 나온 작동 유체로부터 메인 압축부(110)에서 압축된 작동 유체로 열을 전달함으로써 효율을 증가시키는 기능을 수행한다.
본 실시예에서는 제2 열교환부(190)가 포함되었지만, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉 본 발명은 제2 열교환부(190)를 포함하지 않을 수 있다.
제어부(195)는 초임계 이산화탄소 발전 시스템(100)의 전체 구성을 제어하는 장치로서, 초임계 이산화탄소 발전 시스템(100)의 여러 센서부들과 연결되어 센서 데이터를 받아 연산하고, 설정된 알고리즘에 따라 초임계 이산화탄소 발전 시스템(100)의 각 부품들의 작동을 제어한다. 이를 위해 제어부(195)는 전기 회로 기판, 집적 회로칩 등의 하드 웨어, 소프트 웨어, 펌 웨어 등을 포함하여 이루어질 수 있고, 사용자 또는 제어 알고리즘의 제어를 받아 구동된다.
본 실시예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템(100)에는 여러 센서부가 설치되어 있다. 예를 들어, 본 실시예에서는 팽창부(130)의 입구 근처, 팽창부(130)의 출구 근처, 메인 압축부(110)의 입구 근처, 메인 압축부(110)의 출구 근처, 메인 열교환부(120)의 출구 근처에는, 각각 작동 유체의 압력, 온도, 유량, 비체적 등을 측정하는 제1, 2, 3, 4, 5 센서부(SP1)(SP2)(SP3)(SP4)(SP5)가 배치되어 있고, 제1 열전달부(HS1)에는 열전달매체의 상태를 모니터링하는 열전달 센서부(SPH)가 배치되어 있고, 발전부(140)에는 발전부(140)의 상태를 모니터링하는 발전부 센서부(SPG)가 배치되어 있지만, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉 상기 센서 설치 위치와 개수는 예시에 불과한 것이고, 그 외에도 다양한 위치에 센서를 제한 없이 설치할 수 있다.
제어부(195)의 제어 작용의 이해를 돕기 위해, 일 예를 설명한다. 예를 들어, 제어부(195)는 초임계 이산화탄소 발전 시스템(100)의 상태에 따라 분기부(150)와 합류부(180)를 적절히 제어할 수 있다. 즉 제어부(190)는, 열전달 센서부(SPH)에 의해 열전달매체의 상태, 발전부 센서부(SPG)에 의해 발전부(140)의 상태, 각 관로 상에 존재하는 작동 유체의 상태, 즉 온도, 압력, 유량 등의 상태를 제1, 2, 3, 4, 5 센서부(SP1)(SP2)(SP3)(SP4)(SP5) 등으로 모니터링하고 있다가, 최적의 작동 효율을 구현하기 위해 미리 프로그래밍된 대로 메인 압축부(110), 메인 열교환부(120), 팽창부(130), 발전부(140), 분기부(150), 제1 압축부(161), 제1 냉각부(162), 제2 냉각부(171), 펌프부(172), 제1 열교환부(173), 합류부(180), 제2 열교환부(190) 등을 적절히 제어할 수 있다.
이하, 도 1 및 도 2를 참조로 하여, 본 실시예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템(100)의 작동 모습을 설명한다.
본 실시예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템(100)은 초임계 상태의 이산화탄소가 폐사이클(closed cycle)을 이루어 순환하므로, 이하, 작동 유체의 순환 과정에 따라 설명하기로 한다.
메인 압축부(110)의 입구에서 분기부(150)의 입구까지의 관로는 공통 관로(C)인데, 우선 그 공통 관로(C)로 흐르는 작동 유체의 흐름에 따라 설명한다.
메인 압축부(110)에서 압축되어 나온 작동 유체는, 제2 열교환부(190)에서 열을 전달받은 후, 메인 열교환부(120)로 이동한다.
메인 열교환부(120)에서는, 제1 열전달부(HS1)를 통해 전달된 열전달매체의 열이 초임계 이산화탄소 발전 시스템(100)의 작동 유체로 전달된다.
이어 메인 열교환부(120)에서 나온 작동 유체는 팽창부(130)로 이동하여 팽창되면서 동력을 생산하고, 생산된 동력은 발전부(140)에서 발전을 일으킨다.
본 실시예에서는 팽창부(130)의 출구 압력을 작동 유체의 초임계 이하의 압력으로 설정하여 운용할 수 있다. 예를 들면, 팽창부(130)의 출구 압력을 0.05bar~80bar로 운용할 수 있다. 이는 본 실시예의 초임계 이산화탄소 발전 시스템(100)은 상변화가 일어나는 랭킨 사이클로도 운용할 수 있기 때문인데, 그러한 팽창부(130)의 출구 압력 조건에 의해 팽창부(130)의 출구 온도를 더 많이 강하시킬 수 있으며, 그렇게 되면 발전 시스템의 전체 온도를 낮출 수 있고, 따라서 열원으로부터의 열 교환양을 최대화할 수 있으므로 발전 시스템의 성능이 향상되게 된다.
한편, 팽창부(130)에서 나온 작동 유체는 제2 열교환부(190)로 이동하여 열교환을 수행한 후, 분기부(150)로 이동한다.
제어부(195)는 팽창부(130)의 출구 온도, 메인 압축부(110)의 입구 온도 등을 고려하여 미리 설정된 알고리즘으로 분기부(150)를 제어함으로써, 제1 관로부(P1)와 제2 관로부(P2)에 흐르는 작동 유체의 유량을 조절한다.
즉, 제어부(195)는 미리 설정된 기준에 따라 초임계 이산화탄소 발전 시스템(100)의 운용에 있어서 브레이턴 사이클과 랭킨 사이클을 어떠한 비율(이하, '운용 비율'이라고 함)로 운영할지 결정하고, 그에 따라 분기부(150)를 적절히 제어하여 제1 관로부(P1)와 제2 관로부(P2)에 흐르는 유량을 각각 조절함으로써, 결정된 운용 비율로 초임계 이산화탄소 발전 시스템(100)을 운용한다.
즉 제어부(195)는 제1, 2, 3, 4, 5 센서부(SP1)(SP2)(SP3)(SP4)(SP5), 그 중 특히 팽창부(130)의 출구 근처에 설치된 제2 센서부(SP2)와 메인 압축부(110)의 입구 근처에 설치된 제3 센서부(SP3)에서 각각 압력과 온도의 측정값들을 전달받아 미리 입력된 알고리즘으로 연산하여, 분기부(150)를 제어하게 된다.
이를 자세히 설명하면, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 관로부(P1)와 공통 관로(C)로 흐르는 작동 유체는 브레이턴 사이클(Brayton Cycle)을 형성한다. 브레이턴 사이클은 작동 유체의 상변화가 발생하지 않으므로, 발전 시스템의 운전상의 안전성이 매우 높으며, 시스템 시동 및 정지에 짧은 시간이 소요되는 장점이 있다.
또한, 제2 관로부(P2)와 공통 관로(C)로 흐르는 작동 유체는 랭킨 사이클(Rankine Cycle)을 형성한다. 랭킨 사이클은 시스템의 효율을 극대화할 수 있는 장점이 있는 사이클이지만 시스템의 시동 및 정지에 비교적 많은 시간이 필요하다는 단점도 존재한다.
따라서 본 실시예에서는 여러 제어 방법을 적용할 수 있는데, 그 일 예로 초기 시동이나 시스템의 정지 시에는 제1 관로부(P1)로만 작동 유체를 흐르게 하여 브레이턴 사이클로 작동하다가, 온도 밸런스가 안정화되는 등의 일정한 조건이 되었을 때, 제1 관로부(P1)를 폐쇄하고 제2 관로부(P2)로 작동 유체를 흐르게 하여 효율이 좋은 랭킨 사이클로 운용하는 방법이 적용될 수 있다. 또한 다른 예로서 초기 시동이나 시스템의 정지 시에는 제1 관로부(P1)로만 작동 유체를 흐르게 하여 브레이턴 사이클로 작동하다가, 일정한 조건이 되었을 때 제1 관로부(P1)뿐만 아니라 제2 관로부(P2)에도 작동 유체를 흐르게 함으로써, 브레이턴 사이클과 랭킨 사이클을 동시에 운용할 수도 있다.
분기부(150)에서 제1 관로부(P1)로 작동 유체가 흐르는 경우를 살펴보면, 분기부(150)에서 나온 작동 유체는 제1 압축부(161)로 이동하여 압축되고, 이어 압축된 작동 유체는 제1 냉각부(162)에서 냉각된 뒤 합류부(180)로 이동하게 된다.
분기부(150)에서 제2 관로부(P2)로 작동 유체가 흐르는 경우를 살펴보면, 분기부(150)에서 나온 작동 유체는 제2 냉각부(171)로 이동하여 냉각되어, 작동 유체의 상이 액체 상태로 변하게 된다. 이어 작동 유체는 펌프부(172)로 이동되어 작동 유체가 압축된 다음, 제1 열교환부(173)에서 가열되어 합류부(180)로 이동하게 된다.
한편, 제어부(195)는 합류부(180)를 제어하여 제1 관로부(P1)와 제2 관로부(P2)에 흐르는 유량을 어느 정도 조절할 수 있으며, 또한 메인 압축부(110)로 유입되는 작동 유체의 양, 온도, 압력도 조절할 수 있다. 즉 합류부(180)도 밸브 구성을 가질 수 있으므로, 합류부(180)를 제어함으로써 제1 관로부(P1)와 제2 관로부(P2)에서 나오는 각각의 작동 유체의 양을 제어할 수 있다. 그렇게 되면 제1 관로부(P1)와 제2 관로부(P2)에서 각각 나오는 작동 유체들이 혼합되는 양도 조절이 가능하므로, 합류부(180)에서 나와 메인 압축부(110)로 이동하는 작동 유체의 온도도 제어할 수 있게 된다.
합류부(180)에서 나온 작동 유체는 전술한 바와 같이 메인 압축부(110)로 이동하여 압축되게 되는데, 이로써 본 실시예의 초임계 이산화탄소 발전 시스템(100)의 순환 사이클을 이루게 된다.
이상과 같이, 본 실시예의 초임계 이산화탄소 발전 시스템(100)은 브레이턴 사이클과 랭킨 사이클을 함께 운용할 수 있는 구성을 가지고 있다. 따라서, 운용자 또는 제어부(195)의 운영 프로그램은, 브레이턴 사이클과 랭킨 사이클의 최적 운용 비율을 결정하고, 그에 따라 분기부(150), 합류부(180) 등 여러 장치들을 적절하게 제어함으로써, 결정된 운용 비율로 초임계 이산화탄소 발전 시스템(100)을 운용할 수 있다. 그렇게 되면, 발전 시스템의 효율을 높이고, 운용 안정성도 최적으로 할 수 있다.
또한, 본 실시예의 초임계 이산화탄소 발전 시스템(100)에 따르면 팽창부(130)의 출구 압력을 이산화탄소의 초임계 이하의 압력으로 설정할 수 있으므로, 팽창부(130)의 출구 온도를 더 많이 강하시킬 수 있게 된다. 그렇게 되면 초임계 발전 시스템(100)의 전체 온도를 낮출 수 있으며, 이로 인해 열원과의 열 교환양을 최대화하여 발전 시스템의 성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
본 실시예의 초임계 이산화탄소 발전 시스템은, 초임계 상태의 이산화탄소를 작동 유체로 하는 발전 시스템을 제조하거나 운용하는 산업에 사용될 수 있다.
100: 초임계 이산화탄소 발전 시스템 110: 메인 압축부
120: 메인 열교환부 130: 팽창부
140: 발전부 150: 분기부
161: 제1 압축부 162: 제1 냉각부
171: 제2 냉각부 172: 펌프부
173: 제1 열교환부 180: 합류부
190: 제2 열교환부 195: 제어부

Claims (7)

  1. 작동 유체로 초임계 상태의 이산화탄소를 사용하는 초임계 이산화탄소 발전 시스템에 있어서,
    작동 유체를 압축하는 메인 압축부;
    상기 메인 압축부에서 압축된 작동 유체를 가열하는 메인 열교환부;
    상기 메인 열교환부에서 가열된 작동 유체를 팽창시키면서 동력을 생산하는 팽창부;
    상기 팽창부에서 생산된 동력을 전달받아 발전을 일으키는 발전부;
    상기 팽창부에서 나온 작동 유체를 제1 관로부와 제2 관로부로 분기시키는 분기부;
    상기 제1 관로부로 분기된 작동 유체를 압축하는 제1 압축부;
    상기 제1 압축부에서 압축된 작동 유체를 냉각하는 제1 냉각부;
    상기 제2 관로부로 분기된 작동 유체를 냉각하는 제2 냉각부;
    상기 제2 냉각부에서 냉각된 작동 유체를 압축하는 펌프부;
    상기 펌프부에서 압축된 작동 유체를 가열하는 제1 열교환부; 및
    상기 제1 냉각부로부터 나온 작동 유체와 상기 제1 열교환부로부터 나온 작동 유체가 합류되며, 합류된 작동 유체를 상기 메인 압축부로 이동시키는 합류부를 포함하는 초임계 이산화탄소 발전 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 팽창부에서 나온 작동 유체로부터 상기 메인 압축부에서 나온 작동 유체로 열을 전달하는 제2 열교환부를 더 포함하는 초임계 이산화탄소 발전 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 팽창부의 출구 압력을 0.05bar~80bar로 운용하는 초임계 이산화탄소 발전 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 분기부를 제어하는 제어부를 더 포함하는 초임계 이산화탄소 발전 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 분기부를 제어하여 상기 제1 관로부와 상기 제2 관로부에 흐르는 작동 유체의 양을 조절하는 초임계 이산화탄소 발전 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 합류부를 제어하는 제어부를 더 포함하는 초임계 이산화탄소 발전 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 합류부를 제어하여 상기 메인 압축부로 이동하는 작동 유체의 온도를 제어하는 초임계 이산화탄소 발전 시스템.
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