KR20210105851A - 에너지 생산용 해상터미널 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 에너지 생산용 해상터미널에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 해상에 설치된 해상플랜트에서 담수를 전기분해하여 수소 또는 암모니아와 같은 에너지를 생산할 수 있는 해상터미널에 대한 것이다.
본 발명에 따른 에너지 생산용 해상터미널은 해상플랜트와, 담수탱크와, 전기분해수단과, 수소탱크와, 파이프라인과, 복수의 부유식 발전수단과, 담수파이프라인을 포함한다. 상기 해상플랜트는 해상에 고정 설치된다. 상기 담수탱크는 담수를 수용할 수 있도록 상기 해상플랜트에 장착된다. 상기 전기분해수단은 상기 담수탱크에 수용된 담수를 전기분해하기 위하여 상기 해상플랜트에 장착된다. 상기 수소탱크는 상기 전기분해수단으로 상기 담수에서 분해되어 발생된 수소를 저장할 수 있도록 상기 해상플랜트에 장착된다. 상기 파이프라인은 상기 수소탱크에 수용된 수소를 육상으로 이송할 수 있도록 상기 육상에서 상기 해상플랜트에 연결된다. 상기 복수의 부유식 발전수단은 상기 해상플랜트에 공급하기 위한 전기를 생산하도록 해상플랜트의 주변에 설치된다. 상기 담수파이프라인은 상기 육상으로부터 상기 담수를 공급받아 상기 담수탱크에 저장하기 위하여 상기 육상에서 상기 해상플랜트로 연결된다.
본 발명에 의하면, 해상플랜트는 해상에 설치된 복수의 부유식 발전수단에서 전기를 공급받을 수 있다. 육상에 비하여 해상에서 풍력발전기 등의 효율이 높으므로 해상플랜트는 육상에 비하여 전기에너지를 더 많이 공급받을 수 있다.

Description

에너지 생산용 해상터미널{marine terminal for manufacturing energy}
본 발명은 에너지 생산용 해상터미널에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 해상에 설치된 해상플랜트에서 담수를 전기분해하여 수소 또는 암모니아와 같은 에너지를 생산할 수 있는 해상터미널에 대한 것이다.
탄소 발생을 억제하기 위한 친환경 정책으로 수소 사용이 장려되고 있다. 수소를 사용하기 위해서 수소가 생산되어야 하며, 수소는 생산하는 방법에 따라 그린수소, 블루수소 및 그레이수소가 있다. 블루수소 및 그레이수소는 수소를 생산시 이산화탄소가 발생하므로 탄소 발생을 억제하는데 한계가 있었다.
이런 이유로 탄소 발생을 억제하기 위해서는 그린수소가 적합하며, 그린수소는 물을 분해하는 수전해 방식으로 생산된다. 이때 물을 전기분해하여 수소를 생산하기 위해서는 전기가 사용되므로, 친환경의 신재생에너지를 사용하여 수전해방식으로 수소를 생산한다.
종래에는 해상에 설치된 해상풍력발전기 또는 태양광발전기 자체 플랫폼 내(內) 일측에 구비된 1기의 발전수단에서 생산되는 소량의 전기에너지를 전기분해 전해조에 공급하여 소량의 수소만 생산 할 수 있어, 경제성을 확보하는데 어려움이 있었다.
또한 전기분해 전해조에 공급되는 해수에는 염소 및 각종 이물질이 있으므로 해수를 직접 전기분해할 수 없었고, 해수에 포함된 이물질을 제거하기 위해서 방대한 전기에너지를 투입하여 해수담수화 필터링 과정을 거쳐서 해수를 담수로 만들어서 전기분해 하였다.
출원번호 제10-2010-0088494호(출원일자 2010.09.09) 출원번호 제10-2012-0101867호(출원일자 2012.09.14) 출원번호 제10-2007-0065568호(출원일자 2007.06.29) 출원번호 제10-2010-0132616호(출원일자 2010.12.22) 출원번호 제10-2019-0053138호(출원일자 2019.05.07) 출원번호 제10-2010-0099590호(출원일자 2010.10.13) 출원번호 제10-2010-00117606호(출원일자 2010.11.24)
종래와 방법과 같이 염소 및 각종 이물질이 포함된 해수를 이용하여 수소를 생산할 경우 해수담수화 과정을 거쳐야 하므로 담수화하는데 방대한 전기에너지를 투입해야 하므로 상용화하기 어렵다는 문제점이 있었다.
또한, 종래의 경우 해수 필터링을 하므로 멤브레인 내(內)에 있는 필터를 주기적으로 교체해야 하므로 유지 관리비용이 증가한다는 문제점이 있었다.
또한, 종래 해상에 설치된 해상풍력발전기 또는 태양광발전기는 자체 플랫폼 내(內) 일측에 1기의 발전수단만 구비되어 있어 전기에너지가 소량만 생산 되었다. 그래서 해상에서 전기에너지가 필요한 전력기기의 사용이 매우 제한적으로 사용 될 수밖에 없었다. 이런 이유로 수소 또는 암모니아를 생산하는 해상 에너지터미널 플랜트 상용화 사업이 지연 된다는 문제점이 있었다.
또한, 해상 에너지터미널 플랜트에서 생산된 수소 또는 암모니아를 육상으로 이송하기 위해서는 수소·암모니아를 별도로 수송하기 위한 벙커링선박이 필요하다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기의 문제점들을 해결하기 위한 것이다. 해수담수화 과정 없이 해상에 설치된 해상플랜트에서 담수를 사용하여 수소 또는 암모니아와 같은 에너지로 사용될 수 있는 연료를 생산할 수 있는 에너지 생산용 해상터미널을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 해상에서 생산된 수소 또는 암모니아를 해상플랜트에서 파이프라인을 통하여 육상으로 공급할 수 있는 에너지 생산용 해상터미널을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 에너지 생산용 해상터미널은 해상플랜트와, 담수탱크와, 전기분해수단과, 수소탱크와, 복수의 부유식 발전수단과, 담수파이프라인을 포함한다. 상기 해상플랜트는 해상에 설치된다. 상기 담수탱크는 담수를 수용할 수 있도록 상기 해상플랜트에 장착된다. 상기 전기분해수단은 상기 담수탱크에 수용된 담수를 전기분해하기 위하여 상기 해상플랜트에 장착된다. 상기 수소탱크는 상기 전기분해수단으로 상기 담수에서 분해되어 발생된 수소를 저장할 수 있도록 상기 해상플랜트에 장착된다. 상기 복수의 부유식 발전수단은 상기 해상플랜트에 공급하기 위한 전기를 생산하도록 해상플랜트의 주변에 설치된다. 상기 담수파이프라인은 상기 육상으로부터 상기 담수를 공급받아 상기 담수탱크에 저장하기 위하여 상기 육상에서 상기 해상플랜트로 연결된다.
또한, 상기의 에너지 생산용 해상터미널은 상기 수소탱크에 수용된 수소를 육상으로 이송할 수 있도록 상기 육상에서 상기 해상플랜트에 연결된 파이프라인을 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기의 에너지 생산용 해상터미널은 질소탱크와, 암모니아생산수단과, 암모니아탱크를 더 포함하는 것이 바람직하다. 상기 질소탱크는 질소를 저장할 수 있도록 상기 해상플랜트에 장착된다. 상기 암모니아생산수단은 상기 수소탱크에 저장된 수소와, 상기 질소탱크에 저장된 질소를 사용하여 암모니아를 생산할 수 있도록 상기 해상플랜트에 장착된다. 상기 암모니아탱크는 상기 암모니아생산수단에서 생산된 암모니아를 저장할 수 있도록 상기 해상플랜트에 장착된다. 이 경우 상기 파이프라인은 상기 암모니아탱크에서 저장된 암모니아를 상기 육지로 이송한다.
또한, 상기의 에너지 생산용 해상터미널은 산소탱크와, 산소파이프라인을 더 포함하는 것이 바람직하다. 상기 산소탱크는 상기 전기분해수단에서 생산된 산소를 저장할 수 있도록 상기 해상플랜트에 장착된다. 상기 산소파이프라인은 상기 산소탱크에 저장된 산소를 육상으로 보낼 수 있도록 상기 육상에서 상기 해상플랜트에 연결된다.
본 발명에 의하면, 해상플랜트는 해상에 설치된 복수의 부유식 발전수단에서 전기를 공급받을 수 있다. 육상에 비하여 해상에서 풍력발전기 등의 효율이 높으므로 해상플랜트는 육상에 비하여 전기에너지를 더 많이 공급받을 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 육상으로부터 담수를 공급받아서 해상에서 담수를 전기분해하여 수소 및 암모니아를 생산한다. 따라서 해수담수화 과정에 투입되는 방대한 전기에너지가 사용되지 아니하므로 수소 및 암모니아의 생산량을 증대시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 파이프라인을 통하여 해상플랜트에서 생산된 수소 및 암모니아를 육상으로 이송시킨다. 그러므로 경제성을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 육상에서 담수를 제공받는 에너지 생산용 해상터미널의 실시예,
도 2는 도 1의 부분확대도이다.
도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 에너지 생산용 해상터미널의 실시예를 설명한다.
본 발명에 따른 에너지 생산용 해상터미널의 일 실시예는 해상플랜트(11)와, 담수탱크(13)와, 전기분해수단(15)과, 수소탱크(17)와, 파이프라인(19)과, 복수의 부유식 발전수단(21)과, 담수파이프라인(23)과, 질소탱크(25)와, 암모니아생산수단(27)과, 암모니아탱크(29)와, 산소탱크(31)와, 산소파이프라인(35)과, 질소발생수단(35)을 포함한다.
해상플랜트(11)는 해상에 설치된다. 본 실시예의 경우 해상플랜트(11)의 다리가 해저 바닥에 고정되고, 상부면이 해상 위에 노출되어 상부면에 다양한 장치들이 설치될 수 있다. 그러나 해상플랜트(11)는 부유식으로 설치될 수도 있다.
담수탱크(13)는 담수를 수용할 수 있도록 해상플랜트(11)에 장착된다.
전기분해수단(15)은 담수탱크(13)에 수용된 담수를 전기분해할 수 있도록 해상플랜트(11)에 장착된다. 전기분해수단(15)이 담수를 전기분해하면 수소와 산소가 발생된다.
수소탱크(17)는 전기분해수단(15)에서 담수가 전기분해되어 발생된 수소를 저장할 수 있도록 해상플랜트(11)에 장착된다.
파이프라인(19)은 수소탱크(17)에 수용된 수소 또는 아래에서 설명하는 암모니아탱크(29)에 수용된 암모니아를 육상으로 이송할 수 있도록 해상플랜트(11)에서 육상으로 연결된다. 그래서 수소탱크(17) 또는 암모니아탱크(29)에 수소 또는 암모니아가 저장되면 파이프라인(19)을 통하여 수소 또는 암모니아를 육상으로 이송시킬 수 있다.
복수의 부유식 발전수단(21)은 해상플랜트(11)에 전기를 공급하기 위하여 전기를 생산하도록 해상플랜트(11)의 외부 주변 해상에 설치된다. 발전수단(21)은 풍력발전기, 태양력발전기, 파력발전기, 조류발전기, 해류발전기 등 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 부유식으로 구현되어 해상플랜트(11)의 외부 주변 해상에 복수 개가 설치된다. 부유식 발전수단(21)은 계류케이블(1)로 해상에서 고정될 수 있으며, 발전수단(21)에서 생산된 전기가 해상플랜트(11)로 공급될 수 있도록 전력케이블(3)이 발전수단(21)에서 해상플랜트(11)로 연결된다. 전력케이블(3)은 발전수단(21)에서 해중으로 해상플랜트(11)로 연결될 수 있다. 부유식 발전수단(21)에서 생산된 전기가 해상플랜트(11)로 공급되면 해상플랜트(11)에 장착된 전기분해수단(15)이나 암모니아생산수단(27), 질소발생수단(35) 등이 구동될 수 있다.
담수파이프라인(23)은 육상으로부터 담수를 공급받아 담수탱크(13)에 저장할 수 있도록 육상에서 해상플랜트(11)로 연결된다.
질소탱크(25)는 질소를 저장할 수 있도록 해상플랜트(11)에 장착된다. 질소는 질소파이프라인(미도시)을 통해서 육상으로부터 공급받거나 또는 아래의 질소발생수단(35)에서 공급받을 수 있다.
암모니아생산수단(27)은 수소탱크(17)에 저장된 수소와, 질소탱크(25)에 저장된 질소를 사용하여 암모니아를 생산할 수 있도록 해상플랜트(11)에 장착된다. 물론 암모니아생산수단(27)은 부유식 발전수단(21)에서 생산된 전기로 가동되어 암모니아를 생산한다.
암모니아탱크(29)는 암모니아생산수단(27)에서 생산된 암모니아를 저장할 수 있도록 해상플랜트(11)에 장착된다.
산소탱크(31)는 전기분해수단(15)에서 생산된 산소를 저장할 수 있도록 해상플랜트(11)에 장착된다.
산소파이프라인(33)은 산소탱크(31)에 저장된 산소를 육상으로 보낼 수 있도록 육상에서 해상플랜트(11)에 연결된다.
질소발생수단(35)은 공기 중의 질소를 포집하여 질소탱크(25)에 저장할 수 있도록 해상플랜트(11)에 장착된다.
본 실시예의 전기분해수단(15)에서 담수를 전기분해하여 수소를 육상으로 보낼 수도 있고, 수소를 암모니아로 생성하여 암모니아를 육상으로 보낼 수 있다. 수소를 직접 육상으로 보낼 경우 암모니아를 생성하기 위한 질소탱크(25), 암모니아생산수단(27), 암모니아탱크(29) 및 질소발생수단(35)은 필요하지 아니하므로 생략될 수 있다.
본 실시예를 동작시키기 위해서는 먼저, 담수탱크(13)에 담수를 저장한다. 이때 담수는 육상으로부터 담수파이프라인(23)을 통해 공급받는다. 여기서 담수파이프라인(23)은 육상에서 해상플랜트(11)까지 연결된다.
한편, 해상플랜트(11)의 주위에는 복수의 부유식 발전수단(21)이 장착되어 있다. 부유식 발전수단(21)은 계류케이블(1)에 의하여 해상에 고정되며, 부유식 발전수단(21)에서 생산된 전기는 전력케이블(3)을 통해서 해상플랜트(11)로 공급된다. 부유식 발전수단(21)이 복수개 설치되므로 해상플랜트(11)에는 충분한 양의 전기에너지가 공급될 수 있다. 해상플랜트(11)에 공급된 전기에너지는 전기분해수단(15)이나 암모니아생산수단(27) 또는 질소발생수단(35) 등을 가동시킨다.
담수탱크(13)에 담수가 저장되면 전기분해수단(15)이 동작하여 담수를 전기분해한다. 전기분해수단(15)이 담수를 전기분해하면 수소 및 산소가 생성된다. 종래의 경우 해수를 담수화하여 전기분해하였지만, 본 실시예의 경우 해수를 담수화할 필요가 없으므로 수소 및 산소의 생산이 용이하다. 전기분해수단(15)에서 생산된 수소는 수소탱크(17)에 저장되고, 산소는 산소탱크(31)에 저장된다.
산소탱크(31)에 저장된 산소는 산소파이프라인(33)을 통하여 육상으로 이송되고, 수소탱크(17)에 저장된 수소는 파이프라인(19)을 통하여 육상으로 이송된다. 육상에서는 수소 및 산소를 에너지원으로 활용할 수 있다.
수소를 직접 육상으로 이송할 경우에는 암모니아를 생산하기 위한 구성요소는 필요하지 아니하지만, 생산된 수소를 암모니아로 변환시켜 암모니아를 육상으로 이송하고자 할 경우에는 암모니아를 생산하기 위한 구성요소들이 필요하다. 즉 질소탱크(25), 암모니아생산수단(27), 암모니아탱크(29) 및 질소발생수단(35) 등이 필요하다.
이 경우 먼저 질소발생수단(35)을 사용하여 공기중의 질소를 포집하여 질소탱크(25)에 저장한다. 물론 질소를 육상에서 공급받을 경우 질소발생수단(35)이 필요하지는 않는다.
그리고 암모니아생산수단(27)이 질소탱크(25)에 저장된 질소와 수소탱크(17)에 저장된 수소를 사용하여 암모니아를 만들어서 암모니아탱크(29)에 저장한다. 그러면 암모니아탱크(29)에 저장된 암모니아는 파이프라인(19)을 통해서 육상으로 공급된다.
한편, 위의 실시예의 경우 해상플랜트에서 전기분해수단으로 생산된 수소를 육상으로 이송하였다. 하지만, 해상플랜트에 수소를 저장한 후 해상플랜트에 수소연료 발전소, 수소 가스터빈 발전소, 수소 내연기관 발전소, 수소 화력발전소 등을 설치하여 필요한 경우 해상플랜트에서 발전을 할 수도 있다.
1 : 계류케이블 3 : 전력케이블
11 : 해상플랜트 13 : 담수탱크
15 : 전기분해수단 17 : 수소탱크
19 : 파이프라인 21 : 부유식 발전수단
23 : 담수파이프라인 25 : 질소탱크
27 : 암모니아 생산수단 29 : 암모니아탱크
31 : 산소탱크 33 :산소파이프라인
35 : 질소발생수단

Claims (4)

  1. 해상에 설치된 해상플랜트와,
    담수를 수용할 수 있도록 상기 해상플랜트에 장착된 담수탱크와,
    상기 담수탱크에 수용된 담수를 전기분해하기 위하여 상기 해상플랜트에 장착된 전기분해수단과,
    상기 전기분해수단으로 상기 담수에서 분해되어 발생된 수소를 저장할 수 있도록 상기 해상플랜트에 장착된 수소탱크와,
    상기 해상플랜트에 공급하기 위한 전기를 생산하도록 해상플랜트의 주변에 설치되는 복수의 부유식 발전수단과,
    상기 육상으로부터 상기 담수를 공급받아 상기 담수탱크에 저장하기 위하여 상기 육상에서 상기 해상플랜트로 연결된 담수파이프라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 생산용 해상터미널.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수소탱크에 수용된 수소를 육상으로 이송할 수 있도록 상기 육상에서 상기 해상플랜트에 연결된 파이프라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 생산용 해상터미널.
  3. 제2항에 있어서,
    질소를 저장할 수 있도록 상기 해상플랜트에 장착된 질소탱크와,
    상기 수소탱크에 저장된 수소와, 상기 질소탱크에 저장된 질소를 사용하여 암모니아를 생산할 수 있도록 상기 해상플랜트에 장착된 암모니아생산수단과,
    상기 암모니아생산수단에서 생산된 암모니아를 저장할 수 있도록 상기 해상플랜트에 장착된 암모니아탱크를 더 포함하며,
    상기 파이프라인은 상기 암모니아탱크에서 저장된 암모니아를 상기 육지로 이송하는 것을 특징으로 하는 에너지 생산용 해상터미널.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기분해수단에서 생산된 산소를 저장할 수 있도록 상기 해상플랜트에 장착된 산소탱크와,
    상기 산소탱크에 저장된 산소를 육상으로 보낼 수 있도록 상기 육상에서 상기 해상플랜트에 연결된 산소파이프라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 생산용 해상터미널.
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