KR20210124613A - Control system of stand-alone energy production plant using coal resources with high temperature and high pressure process using energy harvesting - Google Patents
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Abstract
Description
이 발명은 에너지 하베스팅을 이용한 고온, 고압 공정을 가지는 석탄 자원을 이용한 독립형 에너지 생산플랜트의 제어시스템 기술에 관한 것으로 더욱 상세하게는 플랜트의 에너지 하베스팅이 가능한 구성유닛을 활용하여 센싱 및 제어를 가능하게 운영될 수 있는 계측기에 소요되는 전원을 신재생에너지인 석탄 가스화 액화 플랜트의 고온, 고압 공정에서 미활용되는 에너지를 에너지 하베스팅으로 공급하고, 계측기에 연결된 물리적인 전기선을 제거함으로써 기존 플랜트의 유지보수를 위해 추가되는 계측기 O&M 비용을 줄이고, 신규 플랜트 구축시켜서 건설비를 줄일 수 있는 에너지 하베스팅을 이용한 고온, 고압 공정을 가지는 석탄 자원을 이용한 독립형 에너지 생산플랜트의 제어시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a control system technology for an independent energy production plant using coal resources having a high temperature and high pressure process using energy harvesting. Maintenance of existing plants by supplying energy required for measuring instruments that can be operated efficiently to energy harvesting, which is unused energy in the high-temperature and high-pressure process of the coal gasification and liquefaction plant, which is a renewable energy, and removing the physical electric wires connected to the instrument. It relates to a control system of an independent energy production plant using coal resources having a high-temperature, high-pressure process using energy harvesting that can reduce the O&M cost of measuring instruments added for this purpose and reduce the construction cost by constructing a new plant.
4차 산업혁명의 신기술이 전세계적으로 전개되는 시대가 되었지만 그러한 상황에서도, 국가 기간 산업인 에너지 산업은 기술 적용에 보수적이었다. 최근에는 지구 온난화 방지를 비롯한 친환경 요구에 따라, 이른바 재생에너지에 대한 기대가 높아지고 있다. 재생에너지는 환경성 추가적으로 고려하여 전력 수요자에게 근접하여 분산 전원형태로 전기를 생산할 수 있기 때문에, 송전 손실면과 전력 공급의 시큐리티면에서도 장점이 있다. Although it was an era when the new technology of the 4th industrial revolution was deployed worldwide, even in such a situation, the energy industry, the national key industry, was conservative in applying the technology. In recent years, expectations for so-called renewable energy are increasing in response to environmental demands, including prevention of global warming. Renewable energy has advantages in terms of transmission loss and security of power supply because it can produce electricity in the form of distributed power supply close to power consumers in consideration of additional environmental characteristics.
재생에너지에 대한 요구는 석유파동을 계기로서 본격화하고 현재는, 태양광 발전 등의 재생 가능 에너지, 폐기물 발전 등의 재활용 에너지, 연료전지차, 전기차로 대표되는 에너지 신사업 분야의 실용화를 위한 개발이 진행되고 있다.The demand for renewable energy started in earnest with the oil crisis as an opportunity, and now, development for practical use in new energy business fields represented by renewable energy such as solar power generation, recycled energy such as waste generation, fuel cell vehicles, and electric vehicles is in progress. have.
그러나, 기존의 발전 시스템은 인터넷을 통해 관리 장치로 접속하는 것이 불리하고 발전 시스템을 설치할 때는 사용자가 인터넷에 접속하기 위한 설정을 하지 않으면 관리 장치와 통신할 수 없어 발전소 운영을 위한 사용자는 인터넷 접속을 위한 설비를 반영하기 위하여 발전소에 인원이나 시간, 비용 등의 설치 부담이 늘어난다.However, in the existing power generation system, it is disadvantageous to connect to the management device through the Internet, and when the power generation system is installed, the user cannot communicate with the management device unless the user sets up to access the Internet. In order to reflect the necessary facilities, the installation burden such as personnel, time, and cost increases at the power plant.
플랜트 시스템은 설비(주기기, 보조기기 등)에 설치된 계측기로부터 다양한 데이터를 수집하여, 제어시스템(PLC, HMI 등)을 통하여 운영된다. 설치된 계측기는 전원이 필요하며, 이 전원은 별도의 전원공급장치를 통하여 공급된다. 계측기는 이렇게 공급된 전기에너지를 이용하여 온도, 압력 등을 측정하고 이를 전기에너지로 PLC등에 연결된다. PLC에 연결된 전기에너지는 수치 데이터로 변환되어 플랜트 O&M에 사용한다.The plant system is operated through the control system (PLC, HMI, etc.) by collecting various data from the measuring instruments installed in the equipment (main equipment, auxiliary equipment, etc.). The installed instrument requires power, and this power is supplied through a separate power supply. The instrument measures temperature, pressure, etc. using the electric energy supplied in this way, and is connected to the PLC as electric energy. Electrical energy connected to PLC is converted into numerical data and used for plant O&M.
이러한 플랜트를 운영하기 위하여는 설비(주기기, 보조기기 등)의 상태를 파악하기 위해 계측기를 설치하며, 계측기에 전원을 공급하기 위하여 별도의 전원공급장치와 전기공급 및 계측신호(전기에너지)를 제어시스템에 전달하기 위하여 전기선을 설치해야함. 이로 인해 플랜트 설치 및 운영 시 관리 항목이 많아지며 이는 비용의 증가 요인이 되며 , 특히 고온, 고압, 폭발성 가스와 관련된 플랜트는 방폭으로 제작하여야 하며, 이때 계측기의 전원공급장치 및 전기선도 방폭으로 설치하여 하는데 설치 비용이 비방폭에 비해 고가이다.In order to operate such a plant, a measuring instrument is installed to understand the state of the equipment (main equipment, auxiliary equipment, etc.) Electric cables must be installed to transmit to the control system. As a result, there are many management items during plant installation and operation, which increases costs. In particular, plants related to high temperature, high pressure, and explosive gas must be manufactured with explosion-proof protection. However, the installation cost is higher than that of non-explosion-proof.
이러한 신재생 발전유닛 중 석탄 가스 또는 액화 기술에 사용되는 그러나 석탄은 우리나라 총에너지소비의 28%를 차지하는 중요한 비중을 차지하는 연료로써, 발전 및 제철분야에서 필수적인 연료 및 원료로 사용되고 있고, 많은 분야에서 사용되어 아직은 충분히 그 가치를 발휘하고 있기 때문에, 향후 산업용 에너지원으로써 깨끗하고 효율적으로 이용될 수 있는 방안이 마련되어야 한다.Among these new and renewable power generation units, coal is used for gas or liquefaction technology, however, as a fuel that accounts for 28% of total energy consumption in Korea, it is used as an essential fuel and raw material in power generation and steelmaking, and is used in many fields. Since it is still fully demonstrating its value, it is necessary to prepare a plan that can be used cleanly and efficiently as an industrial energy source in the future.
석탄을 발전연료로 이용할 경우에 생각해야만 하는 것은 환경대책과 열효율을 향상시키는 것으로, 대형 발전소에서는 이미 300MWe규모에서는 환경 친화적이고 효율이 높은 발전소임이 이미 실증화 되었다. 또한, 인도네시아와 같은 개도국에서의 에너지 수요는 급격하게 증가하고 있으며 이를 제공하기 위한 1차 에너지원은 대부분 석탄이다.When using coal as fuel for power generation, environmental measures and improvement of thermal efficiency must be considered. In large-scale power plants, it has already been demonstrated that it is an environmentally friendly and highly efficient power plant on a scale of 300 MWe. In addition, energy demand in developing countries such as Indonesia is rapidly increasing, and most of the primary energy source to provide it is coal.
이러한 석탄을 발전에 적용하는 방식으로는 직접 연소한 열로 증기를 생산하는 방식과 석탄으로부터 합성가스를 생산하고 생산된 합성가스로 발전이 이루어지는 석탄가스화 방식이 있다. 상기 석탄가스화는 완전 연소에 필요한 산소량보다 적은량의 산소를 사용하여 고온, 가압조건에서 산소, 수증기와 반응하여 CO와 H2를 주요성분으로 하는 합성가스를 생산하는 석탄전환기술로 발전뿐만 아니라 석탄화학공업에 있어서 매우 중요한 기술이다. As a method of applying such coal to power generation, there are a method of producing steam with heat directly burned and a coal gasification method of producing syngas from coal and generating power using the produced syngas. The coal gasification is a coal conversion technology that uses less oxygen than the amount of oxygen required for complete combustion and reacts with oxygen and water vapor under high temperature and pressurization conditions to produce syngas containing CO and H2 as main components. It is a very important skill in
특히 석탄가스화 열병합발전은 고온 조건하에서 석탄을 가스로 전환시킨 다음, 이 가스를 내연기관, 가스터빈, 연료전지 등에서 연소하여 전력을 생산하한다. 또한 석탄자원을 이용하여 가스화하여 합성가스를 얻고, 얻어진 합성가스를 이용하여 FT(Fischer-Tropsch) 전환기술공정을 통해 가솔린이나 디젤을 얻는 기술 또한 이미 상용화 되고 있다. In particular, coal gasification and cogeneration converts coal into gas under high-temperature conditions, and then burns the gas in an internal combustion engine, gas turbine, fuel cell, etc. to produce electric power. In addition, the technology of obtaining syngas by gasification using coal resources and obtaining gasoline or diesel through FT (Fischer-Tropsch) conversion technology using the obtained syngas is also already commercialized.
한국 등록특허공보 제10-1818354호에서는 에너지 하베스팅이 가능하며 이동 가능한 센서모듈과, 이를 이용하여 실생활 공간의 온도 및/또는 습도 정보를 측정하고 이를 근거로 공기조화를 제어하는 공기조화기 및 그 제어방법을 개시하고 있다. 그러나 본 발명의 에너지 하베스팅을 이용한 고온, 고압 공정을 가지는 플랜트의 제어시스템에 관한 기술내용은 개시된 바 없다 .In Korean Patent Publication No. 10-1818354, an energy harvesting and movable sensor module, an air conditioner that measures temperature and/or humidity information of a real living space using the same, and controls the air conditioning based on this, and its A control method is disclosed. However, there is no description of a control system for a plant having a high-temperature, high-pressure process using energy harvesting according to the present invention.
한국 등록특허공보 제10-1882968호에서는 동작전원이 필요 없는 압전 하베스트 장치를 이용하여 무선으로 세대의 전등과 전열을 제어하며, 실시간으로 원격검침값을 측정하여 효과적으로 모니터링하고 세대의 에너지를 절감할 수 있는 전기에너지 관리 및 제어시스템에 관한 것이다. 압전형 무선스위치를 사용함으로써 별도의 배터리 및 전기 공급이 내부적으로 필요하지 않으므로, 전원공급이 곤란한 위치에서도 무선제어를 위한 설치가 용이한 압전과 무선통신기술을 이용한 전기에너지 관리 및 제어시스템을 개시하고 있다. 그러나 본 발명의 에너지 하베스팅을 이용한 고온, 고압 공정을 가지는 플랜트의 제어시스템에 관한 기술내용은 개시된 바 없다 .In Korea Patent Publication No. 10-1882968, a piezoelectric harvesting device that does not require operating power is used to wirelessly control household lights and electric heat, and to measure remote meter reading values in real time to effectively monitor and save household energy. It relates to an electric energy management and control system. Disclosed is an electric energy management and control system using piezoelectric and wireless communication technology that is easy to install for wireless control even in a location where power supply is difficult because a separate battery and electricity supply are not required internally by using a piezoelectric wireless switch. have. However, there is no description of a control system for a plant having a high-temperature, high-pressure process using energy harvesting according to the present invention.
한국 공개특허공고 제2018-0073495호에서는 플랜트 모듈은 비임의 격자 형태의 베이스 플레이트 및/또는 프레임을 구비하며, 기계, 특히 터보기계를 포함한 복수의 장비가 베이스 플레이트 및/또는 프레임에 장착되며, 복수의 센서가 베이스 플레이트 및/또는 프레임에 기계적으로 연결되고, 센서에 의해 검출된 데이터를 수신하여 처리하는 데이터 처리 유닛에 전기적으로 연결되며, 센서는 진동 센서 및/또는 거리 또는 변위 센서 및/또는 경사 또는 회전 센서일 수 있고, 데이터 처리 유닛에 의해 수집된 데이터는 모듈에서의 사람의 장기간 작업 및/또는 장치의 장기간 작동에 관한 정보를 제공하기에 적합한 센서장치를 갖는 플랜트 모듈이 개시되어 있다. 그러나 본 발명의 제어시스템과 에너지 하베스팅 소스를 포함하는 에너지 하베스팅을 이용한 고온, 고압 공정을 가지는 플랜트의 제어시스템에 관한 기술내용은 개시된 바 없다 .In Korean Patent Application Laid-Open No. 2018-0073495, a plant module has a base plate and/or frame in the form of a beam grid, and a plurality of equipment including a machine, particularly a turbomachine, is mounted on the base plate and/or frame, and a plurality of a sensor of the device is mechanically coupled to the base plate and/or frame and electrically coupled to a data processing unit that receives and processes data detected by the sensor, the sensor comprising a vibration sensor and/or a distance or displacement sensor and/or an inclination or a rotation sensor, wherein the data collected by the data processing unit is suitable for providing information about long-term operation of a person in the module and/or long-term operation of the device. However, the technical contents of the control system of a plant having a high-temperature, high-pressure process using energy harvesting including the control system of the present invention and an energy harvesting source have not been disclosed.
플랜트는 일반적으로 다수의 공정들이 연계되어 있으며 특히 고온, 고압 공정이 있는 플랜트는 에너지 하베스팅의 에너지 소스로 활용할 수 있는 미활용 열, 압력 등이 많이 존재함. 계측기에 공급되는 전기에너지는 약전으로도 충분하기 때문에 고가의 발전 시스템을 구성할 필요가 없다.In general, a number of processes are connected to a plant, and in particular, a plant with high temperature and high pressure processes has a lot of unused heat and pressure that can be used as an energy source for energy harvesting. Since the electric energy supplied to the instrument is sufficient even with a weak pharmacopeia, there is no need to construct an expensive power generation system.
따라서, 본 발명의 분산발전 시스템은 격오지 등에 설치 운영중인 발전 시스템을 플랜트의 에너지 하베스팅이 가능한 구성유닛을 활용하여 센싱 및 제어를 가능하게 운영될 수 있는 계측기에 소요되는 전원을 플랜트의 고온, 고압 공정에서 미활용되는 에너지를 에너지 하베스팅으로 공급하고, 계측기에 연결된 물리적인 전기선을 제거함으로써 기존 플랜트의 유지보수를 위해 추가되는 계측기 O&M 비용을 줄이고, 신규 플랜트 구축시켜서 건설비를 줄일 수 있는 에너지 하베스팅을 이용한 고온, 고압 공정을 가지는 석탄 자원을 이용한 독립형 에너지 생산플랜트의 제어시스템의 개발은 필요하다.Therefore, the distributed power generation system of the present invention utilizes a power generation system installed and operated in remote areas, etc. using a component unit capable of energy harvesting of the plant, and the power required for the measuring device that can be operated to sense and control the plant's high temperature, Energy harvesting that supplies unused energy in high-pressure process to energy harvesting and removes the physical electric wire connected to the measuring instrument to reduce the O&M cost of measuring instruments added for maintenance of the existing plant, and to reduce the construction cost by constructing a new plant It is necessary to develop a control system for an independent energy production plant using coal resources with high-temperature and high-pressure processes using
따라서, 본 발명은 플랜트의 에너지 하베스팅이 가능한 구성유닛을 활용하여 센싱 및 제어를 가능하게 운영될 수 있는 계측기에 소요되는 전원을 공급할 수 있는 에너지 하베스팅을 이용한 고온, 고압 공정을 가지는 플랜트의 제어시스템의 개발을 목적으로 한다.Therefore, the present invention provides control of a plant having a high-temperature and high-pressure process using energy harvesting that can supply power required for a measuring instrument capable of sensing and control by utilizing a component unit capable of energy harvesting of the plant. It is aimed at system development.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The object of the present invention is not limited to the object mentioned above, and other objects not mentioned will be clearly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs from the following description.
또한 본 발명은 태양광을 활용하여 물을 전기분해하여 산소를 얻음으로써 고순도의 산소를 용이하게 가스화기 내로 공급하여 합성가스를 얻고 이를 활용하여 발전할 수 있을 뿐만 아니라 태양광을 활용할 수 없는 분위기에서도 공기를 사용하여 합성가스를 얻고 이를 활용하여 발전을 할 수 있는 시스템을 구축함으로써 석탄 자원의 활용성, 발전 효율 및 가솔린이나 디젤을 생산해내는 생산성을 극대화 한 석탄 자원을 이용한 독립형 에너지 생산플랜트 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, the present invention utilizes sunlight to electrolyze water to obtain oxygen, thereby easily supplying high-purity oxygen into the gasifier to obtain syngas and utilizing it to generate electricity, as well as in an atmosphere where sunlight cannot be utilized. Provides an independent energy production plant system using coal resources that maximizes the utilization of coal resources, power generation efficiency, and productivity to produce gasoline or diesel by building a system that can use air to obtain syngas and use it to generate electricity aim to do
상기와 같은 목적을 해결하기 위한 에너지 하베스팅을 이용한 고온, 고압 공정을 가지는 석탄 자원을 이용한 독립형 에너지 생산플랜트의 제어시스템은 고온 및/또는 고압을 발생시키는 석탄 가스화 발전유닛(100); 상기 반응유닛을 계측하는 계측기부(200); 상기 반응유닛으로부터 에너지를 획득하는 하베스팅소자부(300); 상기 반응유닛 및 상기 하베스팅소자부를 제어하는 로컬제어부(400); 상기 로컬제어부 및/또는 상기 계측기부의 정보를 수신하고 상기 정보를 이용하여 시스템을 제어하는 제어시스템부(500);을 포함할 수 있다.A control system for an independent energy production plant using a coal resource having a high temperature and high pressure process using energy harvesting for solving the above object is a coal gasification power generation unit 100 for generating high temperature and/or high pressure; a measuring unit 200 for measuring the reaction unit; a harvesting element unit 300 for obtaining energy from the reaction unit; a local control unit 400 for controlling the reaction unit and the harvesting element unit; and a control system unit 500 that receives information from the local control unit and/or the measurement unit and controls a system using the information.
또한, 상기 하베스팅소자부는 열전소자부 및/또는 압전소자부인 에너지 하베스팅을 이용할 수 있다.In addition, the harvesting element unit may use energy harvesting that is a thermoelectric element unit and/or a piezoelectric element unit.
또한, 상기 열전소자부는 상기 반응유닛상에 P형 열전 반도체 소자와 N형 열전 반도체 소자를 교대로 병설한 열전 소자를 전극 및 절연체를 통해 협지하도록 전열플레이트내에 봉입함으로써, 플레이트상 열전발전 유닛을 형성할 수 있다.In addition, the thermoelectric element unit encapsulates a thermoelectric element in which a P-type thermoelectric semiconductor element and an N-type thermoelectric semiconductor element are alternately arranged on the reaction unit in a heat transfer plate so as to be sandwiched through an electrode and an insulator, thereby forming a plate-shaped thermoelectric power generation unit. can do.
또한, 상기 압전소자부는 상기 반응유닛의 일측에 형성된 배관상에 부착 고정되는 박형 판형 몸체를 가지고, 상기 배관면을 따라 복수의 압전소자를 내장하는 자켓형태 형태 일 수 있다.In addition, the piezoelectric element part may have a thin plate-shaped body attached and fixed on a pipe formed on one side of the reaction unit, and may be in the form of a jacket in which a plurality of piezoelectric elements are embedded along the pipe surface.
또한, 상기 열전소자부는 상기 플레이트상 열전 발전 유닛 사이에 상기 반응유닛의 고온 유체가 통과하는 제1고온유로 및 상기 반응유닛의 저온 유체가 통과하는 제2저온유로가 교번하여 형성될 수 있다.In addition, the thermoelectric element unit may be formed by alternating between the plate-shaped thermoelectric power generation unit, a first high-temperature flow path through which the high-temperature fluid of the reaction unit passes and a second low-temperature flow path through which the low-temperature fluid of the reaction unit passes.
또한, 상기 압전소자부는 상기 배관상의 유체의 유동에 따른 음압 또는 진동에 의해서 발전하고 이에 의한 기전압이 전력저장유닛에 공급될 수 있다.In addition, the piezoelectric element part may be generated by negative pressure or vibration according to the flow of the fluid on the pipe, and the electromotive voltage may be supplied to the power storage unit.
또한, 상기 석탄 가스화 발전유닛은 태양광 활용모드 및 태양광 비활용모드를 포함하여 이루어지며, In addition, the coal gasification power generation unit is made including a solar power utilization mode and a solar power non-utilization mode,
상기 태양광 활용모드는: 석탄 슬러리를 제조하는 선탄 전처리 공정과; 태양광발전을 통해 전기를 생산하고 생산된 전기로 물을 전기분해하여 산소와 수소를 얻는 전기분해 공정과; 상기 전기분해 공정에서 얻어진 산소 및 상기 선탄 전처리 공정에서 얻어진 석탄 슬러리를 가스화기로 공급하여 가스화기 내에서 상기 석탄 슬러리를 산화시켜 가스화하는 석탄 가스화 공정과; 상기 가스화기에서 생성된 합성가스를 정제하는 가스정제공정과; 상기 가스정제공정에서 정제된 합성가스 및 상기 전기분해 공정에서 얻어진 수소를 FT 반응기로 공급하여 가솔린 및 디젤을 얻는 FT 합성 공정; 및 상기 FT 반응기의 배출 가스(OFF GAS)를 전소엔진에 공급하여 전기를 생산하는 전소발전 공정;을 포함하여 이루어지며, The photovoltaic utilization mode includes: a pre-treatment process for preparing coal slurry; an electrolysis process of producing electricity through photovoltaic power generation and electrolyzing water with the generated electricity to obtain oxygen and hydrogen; a coal gasification process of oxidizing and gasifying the coal slurry in the gasifier by supplying oxygen obtained in the electrolysis process and the coal slurry obtained in the coal pretreatment process to a gasifier; a gas purification process for purifying the syngas generated in the gasifier; FT synthesis process of obtaining gasoline and diesel by supplying the synthesis gas purified in the gas purification process and hydrogen obtained in the electrolysis process to the FT reactor; and an all-power generation process of supplying the exhaust gas (OFF GAS) of the FT reactor to an electric-fired engine to produce electricity;
상기 태양광 비활용모드는: 석탄 슬러리를 제조하는 선탄 전처리 공정과; 상기 선탄 전처리 공정에서 얻어진 석탄 슬러리 및 공기를 가스화기로 공급하여 가스화기 내에서 상기 석탄 슬러리를 산화시켜 가스화하는 석탄 가스화 공정과; 상기 가스화기에서 생성된 합성가스를 정제하는 가스정제공정과; 상기 가스정제공정에서 정제된 합성가스의 일부 및 디젤을 혼소엔진에 공급하여 전기를 생산하는 혼소발전공정; 및 상기 가스정제공정에서 정제된 합성가스의 잔부를 FT 반응기로 공급하여 가솔린 및 디젤을 얻는 FT 합성 공정;을 포함할 수 있다.The photovoltaic non-utilization mode includes: a coal pretreatment process for preparing a coal slurry; a coal gasification process of oxidizing and gasifying the coal slurry in the gasifier by supplying the coal slurry and air obtained in the coal pretreatment process to a gasifier; a gas purification process for purifying the syngas generated in the gasifier; a co-fired power generation process of supplying a part of the syngas refined in the gas refining process and diesel to a co-firing engine to produce electricity; and a FT synthesis process in which gasoline and diesel are obtained by supplying the remainder of the synthesis gas purified in the gas purification process to the FT reactor.
또한, 상기 태양광 활용모드에서 전소엔진으로 공급되는 FT 반응기의 배출 가스(OFF GAS)는: 수소 함량 60~80v%, 이산화탄소 함량 10~20v% 및 일산화탄소 함량 10~20v% 일 수 있다.In addition, the exhaust gas (OFF GAS) of the FT reactor supplied to the combustion engine in the solar power utilization mode may be: a hydrogen content of 60 to 80v%, a carbon dioxide content of 10 to 20v%, and a carbon monoxide content of 10 to 20v%.
또한, 상기 태양광 비활용모드에서 혼소엔진으로 공급되는 합성가스는: 질소 함량 50~60v%, 수소 함량 15~22v%, 이산화탄소 함량 7~13v% 및 일산화탄소 함량 12~20v%일 수 있다.In addition, the syngas supplied to the co-firing engine in the solar non-utilization mode may have: a nitrogen content of 50 to 60v%, a hydrogen content of 15 to 22v%, a carbon dioxide content of 7 to 13v%, and a carbon monoxide content of 12 to 20v%.
또한, 상기 태양광 활용모드 및 태양광 비활용모드에서의 선탄 전처리 공정은: 석탄 원석을 습식 분쇄, 부선 및 농축하여 회분(ash) 함량이 12wt% 이하이고 석탄 함량이 50~80wt%일 수 있다.In addition, the coal pretreatment process in the photovoltaic utilization mode and the photovoltaic non-utilization mode may include: wet grinding, flotation and concentration of raw coal to have an ash content of 12 wt% or less and a coal content of 50 to 80 wt%. .
본 발명에 따른 에너지 하베스팅을 이용한 고온, 고압 공정을 가지는 석탄 자원을 이용한 독립형 에너지 생산플랜트의 제어시스템은 열전소자부에 의하면 온도차가 있는 유체에서 효율적으로 열전 발전할 수 있고 유지보수가 용이하고 설치공간이 상대적으로 적고 종래 발전장치보다 저비용으로 안정된 전력 공급을 할 수 있는 효과가 있다.According to the thermoelectric element unit, the control system of an independent energy production plant using coal resources having a high temperature and high pressure process using energy harvesting according to the present invention can efficiently generate thermoelectric power in a fluid with a temperature difference, and is easy to maintain and install The space is relatively small, and there is an effect of stably supplying power at a lower cost than the conventional power generation device.
또한, 에너지 하베스팅을 이용한 고온, 고압 공정을 가지는 플랜트의 제어시스템을 구성하기 위한 계측기 설치를 위한 전기에너지 공급선 및 전기 신호 데이터 선이 필요 없어 플랜트 구성이 단순해져 설치비용이 감소하는 경제적 효과가 있다.In addition, since there is no need for an electric energy supply line and an electric signal data line for installing a measuring instrument to configure a control system of a plant having a high temperature and high pressure process using energy harvesting, there is an economic effect of reducing the installation cost by simplifying the plant configuration. .
또한, 플랜트 O&M 시 전기에너지 공급선 및 전기 신호 데이터 선이 필요 없어 운영비용이 감소하는 경제적 효과가 있다.In addition, there is an economic effect of reducing operating costs as there is no need for an electric energy supply line and an electric signal data line during plant O&M.
또한, 발전 장치를 비행체를 이용하여 분산발전 유닛들의 운전데이터를 수집하여 제어함으로써 외부와 통신시키는 제어부 등을 가짐으로써 발전 장치의 설치 부담 등을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, by having a control unit that communicates with the outside by collecting and controlling the operation data of the distributed power generation units using an air vehicle, the power generation device has an effect that can reduce the installation burden of the power generation device.
또한 재생에너지의 개발이 새로운 주변 산업을 창출하는 효과도 기대할 수 있다.In addition, the development of renewable energy can also be expected to create new surrounding industries.
또한, 본 발명에 따른 에너지 하베스팅을 이용한 고온, 고압 공정을 가지는 석탄 자원을 이용한 독립형 에너지 생산플랜트의 제어시스템은 저급의 석탄 원석을 이용하면서도 선탄 전처리 공정을 통하여 고품위의 석탄 슬러리를 제조함으로써 품위가 낮은 저급 석탄의 활용도를 높일 수 있다는 장점이 있다. In addition, the control system of an independent energy production plant using a coal resource having a high temperature and high pressure process using energy harvesting according to the present invention uses low-grade raw coal while producing a high-quality coal slurry through a pre-coal pretreatment process. It has the advantage of being able to increase the utilization of low-grade coal.
또한, 저급 석탄을 이용하면서도 FT 합성 공정을 통해 가솔린 및 디젤을 얻을 수 있다는 장점이 있다. In addition, there is an advantage that gasoline and diesel can be obtained through the FT synthesis process while using low-grade coal.
뿐만 아니라 FT 합성 공정에서 배출되는 OFF GAS를 이용하여 전기를 생산할 수 있어 저급 석탄 자원의 활용도를 높일 수 있다는 장점이 있다.In addition, electricity can be produced using OFF gas emitted from the FT synthesis process, which has the advantage of increasing the utilization of low-grade coal resources.
도 1은 본 발명에 적용되는 에너지 하베스팅을 이용한 고온, 고압 공정을 가지는 석탄 자원을 이용한 독립형 에너지 생산플랜트의 제어시스템 도면이다.
도 2는 본 발명에 적용된 태양광 활용모드 및 태양광 비활용모드를 포함한 석탄 가스화 발전유닛의 개념도이다.1 is a control system diagram of an independent energy production plant using a coal resource having a high temperature, high pressure process using energy harvesting applied to the present invention.
2 is a conceptual diagram of a coal gasification power generation unit including a solar power utilization mode and a solar power non-utilization mode applied to the present invention.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 아울러 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, in describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조해 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
본 발명의 데이터 취득은 그룹단위의 플랜트 유닛과 블루투스 등을 통해 연결하여 현장기기로부터 상태정보를 수집하고, 조작명령을 현장기기로 전송한다.Data acquisition of the present invention collects status information from the field device by connecting the group unit plant unit through Bluetooth, etc., and transmits an operation command to the field device.
이를 위해 데이터 취득은 플랜트 유닛이 무선으로 연결하여 운전 상태정보를 수집하고 조작명령을 출력하기 위한 제어데이터를 송신할 수 있는 장치를 구비할 수 있다.To this end, data acquisition may include a device capable of transmitting control data for a plant unit to wirelessly connect to collect operation state information and output an operation command.
에너지 하베스팅을 이용한 고온, 고압 공정을 가지는 플랜트의 제어시스템은 고온 및/또는 고압을 발생시키는 반응유닛(100); 상기 반응유닛을 계측하는 계측기부(200); 상기 반응유닛으로부터 에너지를 획득하는 하베스팅소자부(300); 상기 반응유닛 및 상기 하베스팅소자부를 제어하는 로컬제어부(400); 상기 로컬제어부 및/또는 상기 계측기부의 정보를 수신하고 상기 정보를 이용하여 시스템을 제어하는 제어시스템부(500);을 포함할 수 있다.A control system of a plant having a high-temperature, high-pressure process using energy harvesting includes a reaction unit 100 for generating high-temperature and/or high-pressure; a measuring unit 200 for measuring the reaction unit; a harvesting element unit 300 for obtaining energy from the reaction unit; a local control unit 400 for controlling the reaction unit and the harvesting element unit; and a control system unit 500 that receives information from the local control unit and/or the measurement unit and controls a system using the information.
상기 반응유닛은 석탄 가스화 발전유닛일 수 있다.The reaction unit may be a coal gasification power generation unit.
또한, 상기 하베스팅소자부는 열전소자부 및/또는 압전소자부인 에너지 하베스팅을 이용할 수 있다.In addition, the harvesting element unit may use energy harvesting that is a thermoelectric element unit and/or a piezoelectric element unit.
또한, 상기 열전소자부는 상기 반응유닛상에 P형 열전 반도체 소자와 N형 열전 반도체 소자를 교대로 병설한 열전 소자를 전극 및 절연체를 통해 협지하도록 전열플레이트내에 봉입함으로써, 플레이트상 열전발전 유닛을 형성할 수 있다.In addition, the thermoelectric element unit encapsulates a thermoelectric element in which a P-type thermoelectric semiconductor element and an N-type thermoelectric semiconductor element are alternately arranged on the reaction unit in a heat transfer plate so as to be sandwiched through an electrode and an insulator, thereby forming a plate-shaped thermoelectric power generation unit. can do.
또한, 상기 압전소자부는 상기 반응유닛의 일측에 형성된 배관상에 부착 고정되는 박형 판형 몸체를 가지고, 상기 배관면을 따라 복수의 압전소자를 내장하는 자켓형태 형태 일 수 있다.In addition, the piezoelectric element part may have a thin plate-shaped body attached and fixed on a pipe formed on one side of the reaction unit, and may be in the form of a jacket in which a plurality of piezoelectric elements are embedded along the pipe surface.
상기 압전소자부는 기본적으로 플랜트 구조물, 장치 또는 배관 중 하나에 마련된 소정 유체의 관로내에 개설될 수 있다.The piezoelectric element part may be basically opened in a pipeline of a predetermined fluid provided in one of a plant structure, an apparatus, or a pipe.
상기 배관 내지 배관 주위의 특성을 계측하는 하나 이상의 계측기로서, 상기 관로의 도중에 분기된 부분의 상류측 및 하류측의 각각에 플랜지 접속되는 한 쌍의 접속 플랜지, 상기 각 접속 플랜지 간의 관로의 분기 부분을 유체가 유동 가능하게 연결하는 내관을 포함할 수 있다.One or more measuring instruments for measuring the characteristics of the pipe or the pipe circumference, a pair of connecting flanges flanged connected to each of upstream and downstream sides of a branched portion in the middle of the pipe, and a branching portion of the pipe between the respective connecting flanges It may include an inner tube to which the fluid is flowably connected.
상기 내관의 상류측 위치에서 내관과 격리된 외부 주위로 바이패스 분기되고 내관의 하류측 위치에서 다시 합류하는 유로를 가지는 바이패스관과 상기 바이패스관의 유로 내이며 상기 내관의 주위에서 회전 가능하게 설치되고 상기 바이패스관의 유로상에 유동이 가능하도록 설치된 내관의 일측에서 회전하는 회전체를 포함할 수 있다.A bypass pipe having a flow path that bypasses the outer circumference isolated from the inner tube at a position on the upstream side of the inner tube and rejoins at a position on the downstream side of the inner tube; It may include a rotating body installed on one side of the inner tube installed to enable flow on the flow path of the bypass tube.
상기 회전체의 내주면, 외주면 또는 상기 유로를 구성하는 구성면의 적어도 하나의 일측에 고정되어 상기 회전체의 회전에 의해 발전하는 발전장치를 포함할 수 있다.It may include a power generation device fixed to at least one side of the inner peripheral surface, the outer peripheral surface, or at least one side of the constituent surface constituting the flow path of the rotating body to generate electricity by the rotation of the rotating body.
상기 발전장치와 전기적으로 접속되어 상기 발전장치에 의한 발전상태의 정보를 취득하는 발전센서 또는 전력저장유닛 중 적어도 하나를 구비할 수 있다. It may include at least one of a power generation sensor and a power storage unit electrically connected to the power generation device to acquire information on a power generation state by the power generation device.
상기 발전센서 또는 전력저장유닛의 적어도 하나는 발전장치에 의한 발전정보를 취득함으로써 분기 접속된 관로 또는 관로 주위의 상황을 센싱할 수 있다. At least one of the power generation sensor or the power storage unit may sense a branch-connected pipe or a situation around the pipe by acquiring power generation information by the power generation device.
상기 전력저장장치는 상기 계측기와 연결되어 계측기 구동전원을 공급할 수 있다.The power storage device may be connected to the measuring device to supply driving power to the measuring device.
상기 발전센서는 상기 관로의 플랜지 구조 내 또는 사이에 구비될 수 있으며 상기 발전장치와 전기적으로 접속되어 발전 상태의 정보를 취득할 수 있다면 그 형성위치는 제한되지 않는다. The power generation sensor may be provided in or between the flange structure of the pipeline, and if it is electrically connected to the power generation device to obtain information on the power generation state, the formation position is not limited.
상기 전력저장장치는 상기 계측기내에 구비할 수 있지만 상기 계측기 외부에 부속시키는 것도 상기 전력저장장치와 상기 계측기가 전기적으로 접속된다면 그 형성위치는 제한되지 않는다.The power storage device may be provided in the measuring instrument, but the formation position thereof is not limited as long as the power storage device and the measuring device are electrically connected to the external attachment of the measuring device.
또한, 상기 열전소자부는 상기 플레이트상 열전 발전 유닛 사이에 상기 반응유닛의 고온 유체가 통과하는 제1고온유로 및 상기 반응유닛의 저온 유체가 통과하는 제2저온유로가 교번하여 형성될 수 있다.In addition, the thermoelectric element unit may be formed by alternating between the plate-shaped thermoelectric power generation unit, a first high-temperature flow path through which the high-temperature fluid of the reaction unit passes and a second low-temperature flow path through which the low-temperature fluid of the reaction unit passes.
상기 제1고온유로 진입로에서 제1 공간에 대해 고온 유체를 유입시켜 제1고온유로 유출로에서 유출시킴과 동시에, 상기 제2저온유로에서 제2 공간에 대해 저온 유체를 유입시켜 제2저온유로 유출로에서 유출시키면, 플레이트상 열전발전 유닛의 전열 플레이트내에 봉입된 P형 열전 반도체 소자와 N형 열전 반도체 소자를 교대로 병설해서 이루어지는 열전 소자에 있어서 상기 고온 유체와 저온 유체 사이의 온도차에 의해 열에너지가 전기 에너지로 변환되어 기전력이 발생하여 발전할 수 있다. The high-temperature fluid is introduced into the first space from the first high-temperature passage access path and discharged from the first high-temperature flow passage, and the low-temperature fluid is introduced from the second low-temperature passage to the second space to flow out into the second low-temperature flow passage. When it flows out of the furnace, in a thermoelectric element formed by alternately juxtaposing P-type thermoelectric semiconductor elements and N-type thermoelectric semiconductor elements enclosed in the heat transfer plate of the plate-shaped thermoelectric generator unit, thermal energy is generated by the temperature difference between the high-temperature fluid and the low-temperature fluid. It can be converted into electrical energy to generate electromotive force and generate electricity.
또한, 상기 열전소자부를 이용해 상기 고온 유체로서 상기 반응유닛의 고온수를 제1 공간으로 유도함과 동시에, 상기 저온 유체로서 상기 반응유닛의 냉수를 제2 공간으로 유도하도록 해 발전 시스템을 구성할 수 있다.In addition, a power generation system can be configured by guiding the high-temperature water of the reaction unit as the high-temperature fluid to the first space using the thermoelectric element and at the same time guiding the cold water of the reaction unit as the low-temperature fluid into the second space. .
또한, 종래의 플랜트 발전 시스템과 달리 증발기, 제1 터빈, 제1 발전기, 가열기, 제2 터빈, 제2 발전기, 재생기, 응축기, 제1 작동 유체 펌프, 제2 작동 유체 펌프 등의 기기 없이 전체적으로 구조가 간략화되고 비용상승을 피할 수 있어 게다가 가동부가 없고 유지보수도 번거롭지 않게 되어 시스템의 실용화가 가능해진다.In addition, unlike the conventional plant power generation system, the structure as a whole without devices such as an evaporator, a first turbine, a first generator, a heater, a second turbine, a second generator, a regenerator, a condenser, a first working fluid pump, a second working fluid pump, etc. The system is simplified and cost increase can be avoided, and furthermore, there are no moving parts and maintenance is not cumbersome, so that the system can be put to practical use.
또한, 상기 열전소자부를 이용해 상기 고온 유체로서 발전용 증기 터빈을 구동한 후의 증기를 제1 공간으로 유도함과 동시에, 상기 저온 유체로서 냉수를 제2 공간으로 유도하도록 해 발전 시스템을 구성할 수 있다. 이러한 구성은 종래의 발전플랜트에서 복수기에서 증기에서 열을 빼앗아 승온한 냉각수로서의 냉수를 그대로 바다와 같은 저온저장조로 배수하는 것과는 달리 열에너지를 효율적으로 회수해 발전할 수 있다. In addition, a power generation system can be configured by guiding steam after driving the steam turbine for power generation as the high-temperature fluid to the first space using the thermoelectric element part, and guiding cold water as the low-temperature fluid to the second space. This configuration can efficiently recover thermal energy and generate electricity, unlike the conventional power plant in which heat is taken from the steam from the condenser to drain the cold water as the heated water as it is to a low-temperature storage tank such as the sea.
또한 상기 열전소자부를 이용해 상기 고온 유체로서 각종 플랜트에서 배출되는 증기 또는 고온수를 제1 공간으로 유입함과 동시에, 상기 저온 유체로서 냉수를 제2 공간으로 유도하도록 해 발전 시스템을 구성하면 각종 플랜트에 있어서 열에너지를 효율적으로 회수해 발전하는 것이 가능할 수 있다.In addition, when a power generation system is configured by using the thermoelectric element to introduce steam or high-temperature water discharged from various plants as the high-temperature fluid into the first space and at the same time to guide cold water as the low-temperature fluid to the second space, Therefore, it may be possible to efficiently recover thermal energy and generate electricity.
또한, 상기 압전소자부는 상기 배관상의 유체의 유동에 따른 음압 또는 진동에 의해서 발전하고 이에 의한 기전압이 전력저장유닛에 공급될 수 있다.In addition, the piezoelectric element part may be generated by negative pressure or vibration according to the flow of the fluid on the pipe, and the electromotive voltage may be supplied to the power storage unit.
또한, 상기 계측기부는 상기 반응유닛 및/또는 상기 반응유닛과 연통되는 배관의 온도를 계측하는 온도계측기; 유량을 계측하는 유량계측기; 및 압력을 계측하는 압력계측기;를 포함할 수 있다.In addition, the measuring unit includes a thermometer measuring the temperature of the reaction unit and/or a pipe communicating with the reaction unit; a flow meter for measuring the flow; and a pressure gauge for measuring the pressure.
또한, 상기 로컬제어부는 상기 반응유닛 및/또는 상기 반응유닛과 연통되는 배관의 상기 하베스팅소자부를 통한 발전을 통한 에너지 생산 정보를 상기 계측기부의 센싱정보를 통해 산출하는 에너지변환부(401); 상기 에너지변환부를 통해 산출된 에너지정보를 저장하는 에너지저장부(402); 및상기 에너지저장부의 에너지정보를 이용하여 상기 계측기부에 에너지를 공급하는 에너지공급부(403);를 포함할 수 있다.In addition, the local controller comprises: an energy conversion unit 401 for calculating energy production information through power generation through the harvesting element unit of the reaction unit and/or a pipe communicating with the reaction unit through sensing information of the measuring instrument unit; an energy storage unit 402 for storing the energy information calculated through the energy conversion unit; and an energy supply unit 403 for supplying energy to the meter unit using the energy information of the energy storage unit.
에너지 하베스팅을 이용한 고온, 고압 공정을 가지는 플랜트의 제어시스템은 태양광, 풍력, 수력등을 이용하는 신재생에너지 분산발전 설비를 의미할 수 있는 것으로, 전력수요지의 근처에 설치되어 전력을 필요로 하는 수요지에 전력을 공급할 수 있다.The control system of a plant having a high-temperature, high-pressure process using energy harvesting can mean a new and renewable energy distributed power generation facility using solar power, wind power, hydraulic power, etc. Electricity can be supplied to demand points.
여기에서 발전 설비가 태양광 발전기인 경우일 때, 예컨대 태양전지, 태양전지 모듈, 인버터, 전력변환 장치, 축전지 등의 설비가 전력 수요지 근처에 구축될 수 있으며, 풍력 발전기인 경우일 때, 예컨대 로터, 블레이드, 증속기, 발전기 등의 설비가 전력 수요지 근처에 구축될 수 있다.Here, when the power generation facility is a photovoltaic generator, for example, facilities such as a solar cell, a solar cell module, an inverter, a power conversion device, and a storage battery may be built near the power demand area, and in the case of a wind power generator, for example, a rotor , blades, gearboxes, generators, etc. can be built near the power demand area.
그리고, 발전 시스템은 분산발전의 실행을 통해 발생되는 분산발전 운영 데이터(예컨대, 각 설비 및 각 설비의 운전 상태 등)를 획득하여 저장하며, 통신 영역으로 진입할 때 저장된 분산발전 운영 데이터를 무선 전송하는 등의 기능을 제공할 수 있다. In addition, the power generation system acquires and stores distributed power generation operation data (eg, each facility and operation state of each facility, etc.) generated through the execution of distributed power generation, and wirelessly transmits the stored distributed power generation operation data when entering the communication area It can provide functions such as
상기 발전 시스템은, 발전제어부, 데이터 관리부, 데이터 저장부, 비행체 인증부, 제어로직 관리부 및 데이터 송수신부 등을 포함할 수 있다.The power generation system may include a power generation control unit, a data management unit, a data storage unit, an aircraft authentication unit, a control logic management unit, and a data transmission/reception unit.
발전 제어부는 후술하는 제어로직 관리부에서 저장하고 있는 분산발전 운영용 제어로직에 따라 발전 시스템을 구성하는 각종 설비의 운전 등을 제어하는 기능을 제공할 수 있다.The power generation control unit may provide a function of controlling the operation of various facilities constituting the power generation system according to the control logic for the distributed power generation operation stored in the control logic management unit to be described later.
또한, 상기 에너지변환부, 에너지저장부 및 에너지공급부를 통한 에너지 정보를 상기 제어시스템으로 송신하기 위하여 변환하는 데이터변환부(404); 상기 데이터변환부를 통해 생성된 송신 데이터를 처리하는 데이터처리부(405); 및 상기 송신 데이터를 상기 제어시스템부로 송신하는 데이터송신부(406);을 포함할 수 있다.In addition, the energy conversion unit, the energy storage unit and the data conversion unit 404 for converting the energy information through the energy supply unit to transmit to the control system; a data processing unit 405 for processing the transmitted data generated through the data conversion unit; and a data transmission unit 406 for transmitting the transmission data to the control system unit.
또한, 상기 제어시스템부는 상기 로컬제어부로부터 송신 데이터를 수신하는 데이터수신부(501); 상기 송신 데이터를 시스템 제어에 활용하기 위하여 데이터 처리하는 시스템데이터처리부(502); 및 상기 시스템데이터처리부에서 처리된 데이터를 이용하여 플랜트의 제어 정보를 처리하는 상위시스템연계부(503);을 포함할 수 있다.In addition, the control system unit includes a data receiving unit 501 for receiving transmission data from the local control unit; a system data processing unit 502 for data processing in order to utilize the transmitted data for system control; and an upper system linkage unit 503 that processes plant control information using the data processed by the system data processing unit.
그룹단위의 로컬제어부 및 제어시스템부는 해당 그룹 내에서 데이지체인(Daisy Chain) 형태로 서로 연결될 수 있다. 또한, 데이터 취득은 다수의 송수신기를 통해 그룹단위의 유닛을 다수 연결하게 되고, 이러한 데이터 취득을 현장에 따라 다수 설치하게 되며, 이러한 다수의 데이터 취득은 메인서버를 트리구조로 분산제어서버가 되도록 구성할 수 있다.한다.The local control unit and the control system unit in a group unit may be connected to each other in a daisy chain form within a corresponding group. In addition, data acquisition connects a large number of group units through a number of transceivers, and a number of such data acquisitions are installed depending on the site. You can do it.
데이터 취득은 메인서버와 통합DB를 통해 수집된 현장기기의 상태정보와 조작명령을 송수신하기 위해 데이터 송수신부를 구비하여 통신을 지원한다.Data acquisition supports communication by providing a data transceiver to transmit and receive status information and operation commands of field devices collected through the main server and the integrated DB.
한편, 데이터 취득은 망접속부를 구비하여 이더넷망에 접속되어 제어부에서 모니터 단말기를 통해 작업자가 데이터 취득의 작동상태를 점검할 수 있도록 할 수도 있다.On the other hand, the data acquisition may be provided with a network connection unit and connected to the Ethernet network so that the operator can check the operation state of the data acquisition through the monitor terminal in the control unit.
상기 하베스팅소자부의 배전반은 발전부로부터의 직류 전류를 교류 전류로 변환할 수 있다면, 어떠한 장치로 구성되어도 가능하다, 바람직하게는 케이스와 상기 케이스에 있는 상기 발전부에 생산된 직류 전류를 교류 전류로 바꾸는 인버터, 상기 인버터의 저압의 교류 전류를 고압의 교류전류로 바꾸는 변압기, 상기 변압기의 교류전류를 상기 케이스 외부에 있는 상기 배전망으로 송전하는 송전반을 포함할 수 있다. The switchboard of the harvesting element unit can be configured with any device as long as it can convert the direct current from the power generation unit into an alternating current. The inverter may include an inverter that converts the inverter into an AC current of the inverter, a transformer that converts the low-voltage AC current of the inverter into a high-voltage AC current, and a power transmission panel that transmits the AC current of the transformer to the distribution network outside the case.
상기 배전반은 상기 발전부로부터 직류 전류를 모으는 집전부를 추가로 포함할 수 있다. The switchboard may further include a current collector for collecting direct current from the power generation unit.
또한, 상기 제어시스템부는 상기 제어 정보를 수리모델, 통계모델, 분석모델, 데이터모델, 인공지능 중 어느 하나 이상을 이용하여 제어데이터를 생성하는 알고리즘서버를 추가로 포함할 수 있다.In addition, the control system unit may further include an algorithm server for generating control data by using the control information at least one of a mathematical model, a statistical model, an analysis model, a data model, and artificial intelligence.
이때 로컬제어부는 현장에 따라 그룹화하여 하나의 송수신부와 연결될 뿐만 아니라 다른 송수신부와도 연결하여 이중화함으로써 오류나 노이즈 발생시 인접한 그룹으로의 영향을 차단할 뿐만 아니라 이중화로 통신 신뢰성을 향상시킬 수 있도록 한다.At this time, the local control unit is grouped according to the site and connected to one transceiver as well as to another transceiver, so that it not only blocks the influence on adjacent groups when an error or noise occurs, but also improves communication reliability through duplication.
또한, 상기 계측기부는 상기 반응유닛 및/또는 상기 반응유닛과 연통되는 배관의 온도를 계측하는 온도계측기; 유량을 계측하는 유량계측기; 및 압력을 계측하는 압력계측기;를 포함할 수 있다.In addition, the measuring unit includes a thermometer measuring the temperature of the reaction unit and/or a pipe communicating with the reaction unit; a flow meter for measuring the flow; and a pressure gauge for measuring the pressure.
또한, 상기 로컬제어부는 상기 반응유닛 및/또는 상기 반응유닛과 연통되는 배관의 상기 하베스팅소자부를 통한 발전을 통한 에너지 생산 정보를 상기 계측기부의 센싱정보를 통해 산출하는 에너지변환부(401); 상기 에너지변환부를 통해 산출된 에너지정보를 저장하는 에너지저장부(402); 및상기 에너지저장부의 에너지정보를 이용하여 상기 계측기부에 에너지를 공급하는 에너지공급부(403);를 포함할 수 있다.In addition, the local controller comprises: an energy conversion unit 401 for calculating energy production information through power generation through the harvesting element unit of the reaction unit and/or a pipe communicating with the reaction unit through sensing information of the measuring instrument unit; an energy storage unit 402 for storing the energy information calculated through the energy conversion unit; and an energy supply unit 403 for supplying energy to the meter unit using the energy information of the energy storage unit.
또한, 상기 에너지변환부, 에너지저장부 및 에너지공급부를 통한 에너지 정보를 상기 제어시스템으로 송신하기 위하여 변환하는 데이터변환부(404); 상기 데이터변환부를 통해 생성된 송신 데이터를 처리하는 데이터처리부(405); 및 상기 송신 데이터를 상기 제어시스템부로 송신하는 데이터송신부(406);을 포함할 수 있다.In addition, the energy conversion unit, the energy storage unit and the data conversion unit 404 for converting the energy information through the energy supply unit to transmit to the control system; a data processing unit 405 for processing the transmitted data generated through the data conversion unit; and a data transmission unit 406 for transmitting the transmission data to the control system unit.
또한, 상기 제어시스템부는 상기 로컬제어부로부터 송신 데이터를 수신하는 데이터수신부(501); 상기 송신 데이터를 시스템 제어에 활용하기 위하여 데이터 처리하는 시스템데이터처리부(502); 및 상기 시스템데이터처리부에서 처리된 데이터를 이용하여 플랜트의 제어 정보를 처리하는 상위시스템연계부(503);을 포함할 수 있다.In addition, the control system unit includes a data receiving unit 501 for receiving transmission data from the local control unit; a system data processing unit 502 for data processing in order to utilize the transmitted data for system control; and an upper system linkage unit 503 that processes plant control information using the data processed by the system data processing unit.
또한, 상기 제어시스템부는 상기 제어 정보를 수리모델, 통계모델, 분석모델, 데이터모델, 인공지능 중 어느 하나 이상을 이용하여 제어데이터를 생성하는 알고리즘서버를 추가로 포함할 수 있다.In addition, the control system unit may further include an algorithm server for generating control data by using the control information at least one of a mathematical model, a statistical model, an analysis model, a data model, and artificial intelligence.
또한, 상기 하베스팅소자부를 통해서 생성된 에너지는 상기 계측기부로 공급될 수 있다.In addition, the energy generated through the harvesting device unit may be supplied to the measuring unit.
상기 석탄 가스화 발전유닛에 포함되는 상기 태양광 활용모드는 석탄 슬러리를 제조하는 선탄 전처리 공정과; 태양광발전을 통해 전기를 생산하고 생산된 전기로 물을 전기분해하여 산소와 수소를 얻는 전기분해 공정과; 상기 전기분해 공정에서 얻어진 산소 및 상기 선탄 전처리 공정에서 얻어진 석탄 슬러리를 가스화기로 공급하여 가스화기 내에서 상기 석탄 슬러리를 산화시켜 가스화하는 석탄 가스화 공정과; 상기 가스화기에서 생성된 합성가스를 정제하는 가스정제공정과; 상기 가스정제공정에서 정제된 합성가스 및 상기 전기분해 공정에서 얻어진 수소를 FT 반응기로 공급하여 가솔린 및 디젤을 얻는 FT 합성 공정; 및 상기 FT 반응기의 배출 가스(OFF GAS)를 전소엔진에 공급하여 전기를 생산하는 전소발전공정;을 포함하여 이루어진다. The solar power utilization mode included in the coal gasification power generation unit includes a coal pretreatment process for preparing a coal slurry; an electrolysis process of producing electricity through photovoltaic power generation and electrolyzing water with the generated electricity to obtain oxygen and hydrogen; a coal gasification process of supplying oxygen obtained in the electrolysis process and the coal slurry obtained in the coal pretreatment process to a gasifier to oxidize and gasify the coal slurry in the gasifier; a gas purification process for purifying the syngas generated in the gasifier; FT synthesis process of obtaining gasoline and diesel by supplying the synthesis gas purified in the gas purification process and hydrogen obtained in the electrolysis process to the FT reactor; and a power generation process for generating electricity by supplying the exhaust gas (OFF GAS) of the FT reactor to the power generation engine.
선탄 전처리 공정은 석탄 원석을 습식 분쇄, 부선 및 농축하여 회분(ash) 함량이 12wt% 이하이고 석탄 함량이 50~80wt%인 석탄 슬러리를 제조하는 공정이다. The pre-coal pretreatment process is a process of wet grinding, flotation, and concentration of raw coal to prepare a coal slurry having an ash content of 12 wt% or less and a coal content of 50 to 80 wt%.
여기서 석탄 원석은 이탄, 토탄, 갈탄, 역청탄 또는 무연탄 원석일 수 있으며, 본 발명에서는 저품위의 석탄 원석을 사용한다. Here, the raw coal may be peat, peat, lignite, bituminous coal, or anthracite ore, and in the present invention, a low-grade ore of coal is used.
주지된 바와 같이 저품위의 석탄에는 회분 등이 함유되어 있는데, 회분(ash)은 항습 시료를 공기 중에 유통시키면서 서서히 가열하고 800±10℃로 연소시켜 재로 변했을 때, 잔류하는 무기물의 양과 항습 시료 양과의 중량비를 %로 나타는 것으로 점토나 이산화규소 등 이른바 실리카 광물이 대부분을 차지한다. 이러한 회분은 석탄에 있어서 유해 성분이며 열 효율을 떨어뜨린다. As is well known, low-grade coal contains ash and the like. Ash is the difference between the amount of the remaining inorganic matter and the amount of the constant-humidity sample when it is changed to ash by heating it slowly while circulating the constant-humidity sample in the air and burning it at 800±10°C. The weight ratio is expressed in %, and so-called silica minerals such as clay and silicon dioxide account for most. This ash is a hazardous component of coal and reduces thermal efficiency.
그에 따라 본 발명에서는 선탄 전처리 공정을 통하여 회분(ash) 함량을 12wt% 이하, 바람직하게는 5~12wt%로 낮추어 고품위의 석탄 연료로 활용가능하게 함으로써 열 효율성을 높일 수 있다.Accordingly, in the present invention, the thermal efficiency can be increased by lowering the ash content to 12 wt% or less, preferably 5 to 12 wt%, through the coal pretreatment process to make it possible to use it as a high-quality coal fuel.
본 발명에 따르면 성기 선탄 전처리 공정은 석탄 원석을 습식 분쇄하는 습식 분쇄 단계와; 상기 습식 분쇄단계에서 분쇄된 석탄 중 65메쉬 이상의 석탄은 부유선광기로 이송한 후 포집제 및 기포제를 첨가한 다음 부유 선별하는 부선 단계와; 부유 선광기에서 선별된 석탄을 침강농축기로 이송하여 농축시키는 농축 단계;를 포함하여 이루어진다. According to the present invention, the pre-treatment process of Seonggi Seon coal includes a wet grinding step of wet grinding the raw coal; a flotation step of transferring 65 mesh or more of the coal pulverized in the wet pulverization step to a flotation machine, adding a collecting agent and a foaming agent, and then flotation; Concentration step of transferring the selected coal in the flotation concentrator to the sedimentation concentrator;
여기서, 습식 분쇄는 볼밀 등을 이용하여 이루어질 수 있으며, 물을 공급하면서 분쇄가 이루어진다. 원활한 분쇄를 위하여 분쇄시 석탄원석과 물의 비율은 1:0.8~1.5의 비율로 이루어지는 것이 바람직하다. 습식 분쇄 이후 분쇄 입자 크기 약 65메쉬를 기준으로 그 이상의 석탄은 부유선광기로 이동되며, 그 이하는 다시 습식 분쇄단계를 거치게 된다. Here, the wet grinding may be performed using a ball mill or the like, and grinding is performed while supplying water. For smooth pulverization, it is preferable that the ratio of raw coal to water is 1:0.8 to 1.5 during pulverization. After wet grinding, coal above the pulverized particle size of about 65 mesh is transferred to the flotation machine, and below that, it goes through a wet grinding step again.
부유 선광기로 이송된 석탄에 포집제와 기포제를 첨가하여 부선하는 과정을 거치게 된다. 여기서 포집제로는 케로센(kerosene)을 사용할 수 있으며, 기포제로는 알콜계 기포제로 널리 알려진 AF-65를 사용할 수 있다. 그러나 상기 예시된 포집제와 기포제는 일 예를 나타낸 것일 뿐 일반적으로 알려진 것을 제한 없이 사용할 수 있다. It goes through a process of flotation by adding a trapping agent and a foaming agent to the coal transferred to the flotation machine. Here, as the collecting agent, kerosene may be used, and as the foaming agent, AF-65, which is widely known as an alcohol-based foaming agent, may be used. However, the above exemplified collecting agent and foaming agent are merely examples, and generally known ones may be used without limitation.
상기 포집제와 기포제의 첨가량은 반드시 한정할 필요는 없으나, 바람직하게는 부유 선광기로 이송되는 석탄함유액 100wt%를 기준으로 할 때 0.01 내지 5wt% 내로 첨가하는 것이 바람직하다. The amount of the collecting agent and the foaming agent added is not necessarily limited, but is preferably added within 0.01 to 5 wt% based on 100 wt% of the coal-containing liquid transferred to the flotation machine.
상기 부선단계를 거치고 남은 미광(Tailing)은 보관조로 이송하여 보관된다. Tailing remaining after the flotation step is transferred to a storage tank and stored.
부선단계 이후 부유 선광기에서 선별된 석탄을 침강농축기로 이송하여 농축시키게 된다. 이때 농축은 석탄 함량이 50~80wt%인 석탄 슬러리가 되도록 하는 것이 바람직하다. 석탄 슬러리 중의 석탄 함량이 석탄의 함량이 50 wt% 미만인 경우 가스화 효율이 떨어지는 문제점이 있으며, 석탄의 함량이 80wt% 초과인 경우 점도가 증가하여 가스화기로의 분사가 용이하지 못하다는 문제점이 있다. After the flotation stage, the coal selected in the flotation machine is transferred to the sedimentation concentrator and concentrated. At this time, it is preferable that the concentration be a coal slurry having a coal content of 50 to 80 wt %. When the content of coal in the coal slurry is less than 50 wt %, there is a problem in that gasification efficiency is lowered, and when the content of coal is more than 80 wt %, there is a problem in that the viscosity increases and injection into the gasifier is not easy.
상기한 부유 선광기 및 침강농축기는 선탄과정에서 일반적으로 사용하는 장치를 제한 없이 사용할 수 있으며, 본 발명이 이를 한정하는 것은 아니다. 다만, 본 발명에서는 이러한 장치를 사용하여 저급의 석탄 원석을 사용하면서도 고품위의 석탄 연료로 전환하되, 특히 후술하는 석탄 가스화 공정에서 유용하게 사용될 수 있는 고품위의 석탄 슬러리를 제조할 수 있도록 하는 것에 그 특징이 있다. The above-described flotation machine and sedimentation concentrator can be used without limitation devices generally used in the coal coalition process, but the present invention is not limited thereto. However, in the present invention, using such an apparatus, it is possible to produce a high-quality coal slurry that can be used usefully in the coal gasification process to be described later, although it is converted to high-quality coal fuel while using low-grade coal ore. There is this.
선탄 전처리 공정과는 별개로 후술하는 석탄 가스화 공정에서 석탄슬러리의 산화제로 사용되는 산소를 얻기 위한 공정을 거치게 된다. 본 발명에 따르면 태양광 발전모드에서 태양광발전을 통해 전기를 생산하고 생산된 전기로 물을 전기분해하여 산소와 수소를 얻는 전기분해 공정을 거쳐 산소를 얻는다. Separately from the coal pretreatment process, a process for obtaining oxygen used as an oxidizing agent for coal slurry is performed in a coal gasification process to be described later. According to the present invention, in the photovoltaic power generation mode, electricity is generated through photovoltaic power generation, and the generated electricity is used to electrolyze water to obtain oxygen through an electrolysis process of obtaining oxygen and hydrogen.
태양광 발전은 일반적으로 통용되는 기술이며, 전기를 활용하여 물을 전기분해하고 이를 통해 산소와 수소를 얻는 기술 또한 통용되는 기술이므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. Solar power generation is a commonly used technology, and a technology for electrolyzing water by using electricity and obtaining oxygen and hydrogen through this is also a commonly used technology, so a detailed description thereof will be omitted.
본 발명에서는 이러한 태양광 발전과 전기분해 방식을 활용하여 산소와 수소를 얻고, 얻어진 산소는 가스화기로 공급하고, 얻어진 수소는 FT 합성 반응기로 공급함으로써, 석탄 슬러리의 가스화 효율성을 높이고, 또한 FT 합성 공정에서 합성가스를 이용한 가솔린 및 디젤 생산성 효율을 높일 수 있도록 하였다. In the present invention, by utilizing such photovoltaic power generation and electrolysis method to obtain oxygen and hydrogen, the obtained oxygen is supplied to the gasifier, and the obtained hydrogen is supplied to the FT synthesis reactor, thereby increasing the gasification efficiency of the coal slurry, and also the FT synthesis process to increase the productivity of gasoline and diesel using syngas.
태양광 활용모드에서의 석탄 가스화 공정은 상기 전기분해과정에서 얻어진 산소 및 상기 선탄 전처리 공정에서 얻어진 석탄 슬러리를 가스화기로 공급하여 가스화기 내에서 상기 석탄 슬러리를 산화시켜 가스화하는 공정이다. The coal gasification process in the solar power utilization mode is a process of oxidizing and gasifying the coal slurry in the gasifier by supplying oxygen obtained in the electrolysis process and the coal slurry obtained in the coal pretreatment process to a gasifier.
가스화는 가스화기 내 고온의 조건에서 산소를 이용해 석탄 슬러리를 주입하여 반응시켜서 합성가스를 생성물로 얻는다. 이때 석탄 슬러리의 산화를 용이하게 하기 위해 고온 조건은 700℃ 내지 1,500℃, 바람직하게는 1,000℃ 내지 1400℃이다. 가스화기는 당해분야에서 일반적으로 사용하는 것을 제한 없이 사용할 수 있으며, 본 발명이 이를 한정하는 것은 아니다. In gasification, a coal slurry is injected and reacted using oxygen at high temperature in the gasifier to obtain syngas as a product. At this time, in order to facilitate the oxidation of the coal slurry, the high temperature condition is 700 °C to 1,500 °C, preferably 1,000 °C to 1400 °C. The gasifier may be used without limitation, which is generally used in the art, and the present invention is not limited thereto.
가스정제 공정은 상기 가스화기에서 생성된 합성가스를 정제하는 공정이다. 보다 구체적으로 상기 가스정제 공정은 앞선 석탄 가스화 공정에서 발생되는 합성가스 중에서 황 화합물 등의 불순물을 제거하고 정제하는 공정이다. The gas purification process is a process of purifying the syngas generated in the gasifier. More specifically, the gas refining process is a process of removing and refining impurities such as sulfur compounds from the synthesis gas generated in the coal gasification process.
이러한 가스정제 공정은 가스화기에서 생성된 합성가스가 사이클론, 더스트필터 및 탈유장치를 순차적으로 통과하도록 함으로서 이루어질 수 있다. 이러한 가스정제 공정에서 사용되는 사이클론이나 더스트필터 및 탈유장치는 당해분야에서 일반적으로 사용되는 것을 적용할 수 있다.Such a gas purification process may be performed by allowing the syngas generated in the gasifier to pass through a cyclone, a dust filter, and a deoiling device sequentially. Cyclone, dust filter, and deoiling device used in such a gas purification process can be applied to those generally used in the art.
통상적인 복합발전 시스템에서는 이러한 가스정제 공정을 거친 합성가스를 이용하여 발전을 하게 된다. In a typical combined cycle power generation system, power is generated using syngas that has undergone such a gas purification process.
그러나 본 발명의 태양광 활용모드에서는 이렇게 생성된 합성가스를 이용하여 FT 합성 공정을 거치게 된다. However, in the photovoltaic utilization mode of the present invention, the FT synthesis process is performed using the synthesized gas thus generated.
상기 FT 합성 공정은 상기 가스정제공정에서 정제된 합성가스를 FT 반응기로 공급하여 촉매 존재하에서 가솔린 및 디젤을 얻는 공정이다. 합성가스를 이용하여 촉매 존재하에서 가솔린 및 디젤을 얻기 위한 FT 합성 공정은 이미 상용화 되고 있으며, 본 발명에서도 이미 상용화 되고 있는 FT 반응기 및 방법을 이용하여 가솔린 및 디젤을 제조하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. The FT synthesis process is a process of obtaining gasoline and diesel in the presence of a catalyst by supplying the synthesis gas purified in the gas purification process to the FT reactor. The FT synthesis process for obtaining gasoline and diesel in the presence of a catalyst using synthesis gas has already been commercialized, and since gasoline and diesel are manufactured using the FT reactor and method already commercialized in the present invention, detailed description thereof will be omitted. do it with
본 발명에 따르면 상기 FT 반응기의 배출 가스(OFF GAS)를 전소 엔진에 공급하여 전기를 생산하는 발전 공정을 거치게 된다. According to the present invention, the exhaust gas (OFF GAS) of the FT reactor is supplied to the burn-in engine to undergo a power generation process to produce electricity.
전술한 바와 같이 기존 복합발전 시스템에서는 가스정제 공정을 거친 합성가스를 이용하여 발전을 하게 되지만, 본 발명의 태양광 활용모드에서는 FT 반응기의 배출 가스(OFF GAS)를 이용하여 발전을 하게 된다. As described above, in the existing combined cycle power generation system, power is generated using the syngas that has undergone the gas purification process, but in the solar power utilization mode of the present invention, power is generated using the off gas (OFF GAS) of the FT reactor.
특히 본 발명에 따르면 석탄 슬러리 가스화 공정에서 사용되는 산화제로 물을 전기분해하여 얻은 산소를 사용하는 경우 FT 반응기의 배출 가스(OFF GAS)에는 질소가 함유되어 있지 않다. In particular, according to the present invention, when oxygen obtained by electrolysis of water is used as an oxidizing agent used in the coal slurry gasification process, the exhaust gas (OFF GAS) of the FT reactor does not contain nitrogen.
본 발명에 따르면 상기 FT 반응기의 배출 가스(OFF GAS), 즉 발전을 위해 전소 엔진으로 공급되는 연료는 수소 함량 60~80v%, 이산화탄소 함량 10~20v% 및 일산화탄소 함량 10~20v%인 것일 수 있다. According to the present invention, the exhaust gas (OFF GAS) of the FT reactor, that is, the fuel supplied to the combustion engine for power generation may have a hydrogen content of 60 to 80v%, a carbon dioxide content of 10 to 20v%, and a carbon monoxide content of 10 to 20v%. .
상기 범위내의 OFF GAS를 전소 엔진으로 공급하여 발전을 하게 되는데, 전소 엔진은 당해 분야에서 일반적으로 사용되는 것을 제한 없이 사용할 수 있다. Power is generated by supplying OFF GAS within the above range to the electric engine, and the electric engine can be used without limitation in general use in the field.
상술한 태양광 활용모드는 태양광으로 전기를 생산해내고 이를 전기분해하여 산소를 얻을 수 있는 환경, 즉 낮에는 충분한 효율성을 확보할 수 있다. 그러나 밤 또는 흐린 날에는 그 효율성을 확보할 수 없다. 따라서 본 발명에서는 이러한 환경을 고려하여 태양광 비활용모드를 병행할 수 있도록 한 것에 가장 큰 특징이 있다. In the above-described solar light utilization mode, it is possible to secure sufficient efficiency in an environment in which electricity can be produced by sunlight and electrolyzed to obtain oxygen, that is, during the day. However, its effectiveness cannot be ensured at night or on cloudy days. Therefore, in the present invention, the greatest feature is that the solar power non-utilization mode can be concurrently performed in consideration of such an environment.
다음으로 태양광 비활용모드에 대해 설명하기로 한다. Next, the solar non-utilization mode will be described.
상기 태양광 비활용모드는 석탄 슬러리를 제조하는 선탄 전처리 공정과; 상기 선탄 전처리 공정에서 얻어진 석탄 슬러리 및 공기를 가스화기로 공급하여 가스화기 내에서 상기 석탄 슬러리를 산화시켜 가스화하는 석탄 가스화 공정과; 상기 가스화기에서 생성된 합성가스를 정제하는 가스정제공정과; 상기 가스정제공정에서 정제된 합성가스의 일부 및 디젤을 혼소엔진에 공급하여 전기를 생산하는 혼소발전공정; 및 상기 가스정제공정에서 정제된 합성가스의 잔부를 FT 반응기로 공급하여 가솔린 및 디젤을 얻는 FT 합성 공정;을 포함하여 이루어진다. The solar non-utilization mode includes a coal pretreatment process for preparing a coal slurry; a coal gasification process of oxidizing and gasifying the coal slurry in the gasifier by supplying the coal slurry and air obtained in the coal pretreatment process to a gasifier; a gas purification process for purifying the syngas generated in the gasifier; a co-fired power generation process of supplying a part of the syngas refined in the gas refining process and diesel to a co-firing engine to produce electricity; and a FT synthesis process in which gasoline and diesel are obtained by supplying the remainder of the synthesis gas purified in the gas purification process to the FT reactor.
여기서 선탄 전처리 공정은 앞선 태양광 활용모드에서 설명한 바와 동일하므로, 이에 대한 설명은 생략하기로 한다. Here, since the coal pretreatment process is the same as described in the previous solar power utilization mode, a description thereof will be omitted.
태양광 비활용모드에서 석탄 가스화 공정은 상기 선탄 전처리 공정에서 얻어진 석탄 슬러리 및 공기를 가스화기로 공급하여 가스화기 내에서 상기 석탄 슬러리를 산화시켜 가스화하는 공정이다. The coal gasification process in the solar non-utilization mode is a process of oxidizing and gasifying the coal slurry in the gasifier by supplying the coal slurry and air obtained in the coal pretreatment process to a gasifier.
이때 가스화 효율을 높이기 위하여 공기는 압축공기를 사용하는 것이 바람직하다. 즉 태양광 비활용모드에서 석탄 가스화 공정은 가스화기 내 고온의 조건에서 압축공기를 이용해 석탄 슬러리를 주입하여 반응시켜서 합성가스를 생성물로 얻는 것이다. 이때 석탄 슬러리의 산화를 용이하게 하기 위해 고온 조건은 700℃ 내지 1,500℃, 바람직하게는 1,000℃ 내지 1400℃이며, 압축공기는 0 내지 30기압의 압력으로 압축한 산소를 함유하는 공기를 사용한다. At this time, in order to increase the gasification efficiency, it is preferable to use compressed air as the air. That is, the coal gasification process in the photovoltaic non-utilization mode is to inject and react coal slurry using compressed air under high temperature conditions in the gasifier to obtain syngas as a product. At this time, in order to facilitate the oxidation of the coal slurry, the high temperature conditions are 700° C. to 1,500° C., preferably 1,000° C. to 1400° C., and the compressed air is compressed air containing oxygen at a pressure of 0 to 30 atmospheres.
가스화기는 앞서 태양광 활용모드에서 설명한 바와 같이 당해분야에서 일반적으로 사용하는 것을 제한 없이 사용할 수 있으며, 본 발명이 이를 한정하는 것은 아니다. The gasifier may be used without limitation in general use in the art as described in the above-mentioned solar utilization mode, and the present invention is not limited thereto.
가스정제공정은 태양광 활용모드에서 설명한 바와 동일하므로, 이에 대한 설명은 생략하기로 한다. Since the gas purification process is the same as that described in the solar power utilization mode, a description thereof will be omitted.
본 발명에 따르면 상기 가스정제공정에서 정제된 합성가스의 일부 및 디젤을 혼소엔진에 공급하여 전기를 생산하는 혼소발전공정을 거치게 된다. According to the present invention, a part of the syngas refined in the gas purification process and diesel are supplied to a co-firing engine to produce electricity.
혼소엔진으로 공급되는 연료 즉, 디젤과 합성가스로 이루어진 연료 중 디젤의 함량은 전체 연료 중 60v% 내지 80v%일 수 있다. The fuel supplied to the co-firing engine, that is, the content of diesel in the fuel consisting of diesel and syngas may be 60v% to 80v% of the total fuel.
이때 혼소엔진으로 공급되는 합성가스는 석탄 슬러리의 산화에 압축공기를 사용함에 따라 질소의 함량이 상대적으로 높다. 본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 혼소엔진으로 공급되는 합성가스는 질소 함량 50~60v%, 수소 함량 15~22v%, 이산화탄소 함량 7~13v% 및 일산화탄소 함량 12~20v%인 것일 수 있다. At this time, the syngas supplied to the co-firing engine has a relatively high nitrogen content as compressed air is used to oxidize the coal slurry. According to an embodiment of the present invention, the syngas supplied to the co-firing engine may have a nitrogen content of 50 to 60v%, a hydrogen content of 15 to 22v%, a carbon dioxide content of 7 to 13v%, and a carbon monoxide content of 12 to 20v%.
상기 범위내의 합성가스 및 디젤을 혼소 엔진으로 공급하여 발전을 하게 되는데, 혼소 엔진은 당해 분야에서 일반적으로 사용되는 것을 제한 없이 사용할 수 있다. Syngas and diesel within the above range are supplied to the co-firing engine to generate electricity, and the co-firing engine may be used without limitation, which is generally used in the art.
상기 가스정제공정에서 정제된 합성가스 중 혼소엔진으로 공급되는 합성가스를 제외한 잔부의 합성가스는 FT 반응기로 공급되어 가솔린 및 디젤을 얻는 FT 합성 공정을 거치게 된다. Among the synthesis gas purified in the gas refining process, the remaining syngas excluding the syngas supplied to the co-firing engine is supplied to the FT reactor and undergoes an FT synthesis process to obtain gasoline and diesel.
여기서 FT 합성 공정은 태양광 활용모드에서 설명한 바와 같으므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. Here, since the FT synthesis process is the same as described in the solar light utilization mode, a detailed description thereof will be omitted.
상술한 태양광 비활용모드는 태양광을 활용할 수 없을 때 충분한 시스템 활용성을 확보할 수 있다. The above-described solar non-utilization mode can secure sufficient system utilization when sunlight cannot be utilized.
상기한 본 발명에 따른 석탄 자원을 이용한 독립형 에너지 생산플랜트 시스템은 저급의 석탄 원석을 이용하면서도 선탄 전처리 공정을 통하여 고품위의 석탄 슬러리를 제조함으로써 품위가 낮은 저급 석탄의 활용도를 높일 수 있다는 장점이 있다. The stand-alone energy production plant system using coal resources according to the present invention has the advantage that it can increase the utilization of low-grade coal by manufacturing a high-quality coal slurry through a pre-coal pretreatment process while using low-grade raw coal.
또한 본 발명에 따른 석탄 자원을 이용한 독립형 에너지 생산플랜트 시스템은 저급 석탄을 이용하면서도 FT 합성 공정을 통해 가솔린 및 디젤을 얻을 수 있다는 장점이 있다. In addition, the stand-alone energy production plant system using coal resources according to the present invention has the advantage that gasoline and diesel can be obtained through the FT synthesis process while using low-grade coal.
뿐만 아니라 본 발명에 따른 독립형 에너지 생산 플랜트 시스템은 태양광을 활용하여 물을 전기분해하여 산소를 얻음으로써 고순도의 산소를 용이하게 가스화기 내로 공급하여 합성가스를 얻고 이를 활용하여 발전할 수 있을 뿐만 아니라 태양광을 활용할 수 없는 환경에서도 공기를 사용하여 합성가스를 얻고 이를 활용하여 발전을 할 수 있는 시스템을 구축함으로써 석탄 자원의 활용성, 발전 효율 및 가솔린이나 디젤을 생산해내는 생산성을 극대화 할 수 있다는 장점이 있다. In addition, the stand-alone energy production plant system according to the present invention obtains oxygen by electrolyzing water by using sunlight to easily supply high-purity oxygen into the gasifier to obtain syngas and utilize it to generate electricity. The advantage of maximizing the utilization of coal resources, power generation efficiency and productivity of producing gasoline or diesel by constructing a system that can use air to obtain syngas even in an environment where sunlight cannot be utilized and utilize it to generate electricity There is this.
앞서 설명한 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술 될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the specific content for carrying out the present invention described above has been described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those of ordinary skill in the art or those having ordinary skill in the art will be described in the claims to be described later. It will be understood that various modifications and variations of the present invention can be made without departing from the spirit and scope of the invention.
110 : 석탄 전처리 공정
120 : 석탄 가스화 공정
130 : 가스 정제 공정
140 : FT 합성 공정
210 : 태양광 발전 공정
220 : 전기분해 공정
310 : 전소엔진 발전 공정
320 : 혼소엔진 발전 공정110: coal pretreatment process
120: coal gasification process
130: gas purification process
140: FT synthesis process
210: photovoltaic power generation process
220: electrolysis process
310: burn-in engine power generation process
320: Co-fired engine power generation process
Claims (10)
상기 반응유닛을 계측하는 계측기부(200);
상기 반응유닛으로부터 에너지를 획득하는 하베스팅소자부(300);
상기 반응유닛 및 상기 하베스팅소자부를 제어하는 로컬제어부(400);
상기 로컬제어부 및/또는 상기 계측기부의 정보를 수신하고 상기 정보를 이용하여 시스템을 제어하는 제어시스템부(500);을 포함하는 에너지 하베스팅을 이용한 고온, 고압 공정을 가지는 석탄 자원을 이용한 독립형 에너지 생산플랜트의 제어시스템.
Coal gasification power generation unit 100 for generating high temperature and / or high pressure;
a measuring unit 200 for measuring the reaction unit;
a harvesting element unit 300 for obtaining energy from the reaction unit;
a local control unit 400 for controlling the reaction unit and the harvesting element unit;
Independent energy production using coal resources having a high temperature and high pressure process using energy harvesting including; Plant's control system.
상기 하베스팅소자부는 열전소자부 및/또는 압전소자부인 에너지 하베스팅을 이용한 고온, 고압 공정을 가지는 석탄 자원을 이용한 독립형 에너지 생산플랜트의 제어시스템.
According to claim 1,
The harvesting element unit is a thermoelectric element unit and/or a control system of an independent energy production plant using coal resources having a high temperature, high pressure process using energy harvesting that is a piezoelectric element unit.
상기 열전소자부는 상기 반응유닛상에 P형 열전 반도체 소자와 N형 열전 반도체 소자를 교대로 병설한 열전 소자를 전극 및 절연체를 통해 협지하도록 전열플레이트내에 봉입함으로써, 플레이트상 열전발전 유닛을 형성하는 에너지 하베스팅을 이용한 고온, 고압 공정을 가지는 석탄 자원을 이용한 독립형 에너지 생산플랜트의 제어시스템.
3. The method of claim 2,
The thermoelectric element unit encapsulates a thermoelectric element in which a P-type thermoelectric semiconductor element and an N-type thermoelectric semiconductor element are alternately arranged on the reaction unit in a heat transfer plate so as to be sandwiched through an electrode and an insulator, thereby forming a plate-shaped thermoelectric power generation unit. A control system for an independent energy production plant using coal resources with high-temperature and high-pressure processes using harvesting.
상기 압전소자부는 상기 반응유닛의 일측에 형성된 배관상에 부착 고정되는 박형 판형 몸체를 가지고, 상기 배관면을 따라 복수의 압전소자를 내장하는 자켓형태인 에너지 하베스팅을 이용한 고온, 고압 공정을 가지는 석탄 자원을 이용한 독립형 에너지 생산플랜트의 제어시스템.
3. The method of claim 2,
The piezoelectric element part has a thin plate-shaped body attached and fixed on a pipe formed on one side of the reaction unit, and has a high-temperature, high-pressure process using energy harvesting in the form of a jacket in which a plurality of piezoelectric elements are embedded along the pipe surface. A control system for an independent energy production plant using resources.
상기 열전소자부는 상기 플레이트상 열전 발전 유닛 사이에 상기 반응유닛의 고온 유체가 통과하는 제1고온유로 및 상기 반응유닛의 저온 유체가 통과하는 제2저온유로가 교번하여 형성된 에너지 하베스팅을 이용한 고온, 고압 공정을 가지는 석탄 자원을 이용한 독립형 에너지 생산플랜트의 제어시스템.
4. The method of claim 3,
The thermoelectric element unit is formed by alternating a first high-temperature flow path through which the high-temperature fluid of the reaction unit passes and a second low-temperature flow path through which the low-temperature fluid of the reaction unit passes between the plate-shaped thermoelectric power generation units. High temperature using energy harvesting, A control system for an independent energy production plant using coal resources with a high-pressure process.
상기 압전소자부는 상기 배관상의 유체의 유동에 따른 음압 또는 진동에 의해서 발전하고 이에 의한 기전압이 전력저장유닛에 공급되는 에너지 하베스팅을 이용한 고온, 고압 공정을 가지는 석탄 자원을 이용한 독립형 에너지 생산플랜트의 제어시스템.
5. The method of claim 4,
The piezoelectric element part is an independent energy production plant using coal resources having a high temperature and high pressure process using energy harvesting in which electricity is generated by negative pressure or vibration according to the flow of the fluid on the pipe and the electromotive voltage is supplied to the power storage unit. control system.
상기 석탄 가스화 발전유닛은 태양광 활용모드 및 태양광 비활용모드를 포함하여 이루어지며,
상기 태양광 활용모드는: 석탄 슬러리를 제조하는 선탄 전처리 공정과; 태양광발전을 통해 전기를 생산하고 생산된 전기로 물을 전기분해하여 산소와 수소를 얻는 전기분해 공정과; 상기 전기분해 공정에서 얻어진 산소 및 상기 선탄 전처리 공정에서 얻어진 석탄 슬러리를 가스화기로 공급하여 가스화기 내에서 상기 석탄 슬러리를 산화시켜 가스화하는 석탄 가스화 공정과; 상기 가스화기에서 생성된 합성가스를 정제하는 가스정제공정과; 상기 가스정제공정에서 정제된 합성가스 및 상기 전기분해 공정에서 얻어진 수소를 FT 반응기로 공급하여 가솔린 및 디젤을 얻는 FT 합성 공정; 및 상기 FT 반응기의 배출 가스(OFF GAS)를 전소엔진에 공급하여 전기를 생산하는 전소발전 공정;을 포함하여 이루어지며,
상기 태양광 비활용모드는: 석탄 슬러리를 제조하는 선탄 전처리 공정과; 상기 선탄 전처리 공정에서 얻어진 석탄 슬러리 및 공기를 가스화기로 공급하여 가스화기 내에서 상기 석탄 슬러리를 산화시켜 가스화하는 석탄 가스화 공정과; 상기 가스화기에서 생성된 합성가스를 정제하는 가스정제공정과; 상기 가스정제공정에서 정제된 합성가스의 일부 및 디젤을 혼소엔진에 공급하여 전기를 생산하는 혼소발전공정; 및 상기 가스정제공정에서 정제된 합성가스의 잔부를 FT 반응기로 공급하여 가솔린 및 디젤을 얻는 FT 합성 공정;을 포함하는 에너지 하베스팅을 이용한 고온, 고압 공정을 가지는 석탄 자원을 이용한 독립형 에너지 생산플랜트의 제어시스템.
According to claim 1,
The coal gasification power generation unit is made including a solar power utilization mode and a solar power non-utilization mode,
The photovoltaic utilization mode includes: a pre-treatment process for preparing coal slurry; an electrolysis process for producing electricity through photovoltaic power generation and electrolyzing water with the generated electricity to obtain oxygen and hydrogen; a coal gasification process of supplying oxygen obtained in the electrolysis process and the coal slurry obtained in the coal pretreatment process to a gasifier to oxidize and gasify the coal slurry in the gasifier; a gas purification process for purifying the syngas generated in the gasifier; FT synthesis process of obtaining gasoline and diesel by supplying the synthesis gas purified in the gas purification process and hydrogen obtained in the electrolysis process to the FT reactor; and an all-power generation process of supplying the exhaust gas (OFF GAS) of the FT reactor to the electric-burning engine to produce electricity;
The photovoltaic non-utilization mode includes: a coal pretreatment process for preparing a coal slurry; a coal gasification process for oxidizing and gasifying the coal slurry in the gasifier by supplying the coal slurry and air obtained in the coal pretreatment process to a gasifier; a gas purification process for purifying the syngas generated in the gasifier; a co-fired power generation process of supplying a part of the syngas refined in the gas refining process and diesel to the co-firing engine to produce electricity; and an FT synthesis process for obtaining gasoline and diesel by supplying the remainder of the synthesis gas refined in the gas purification process to the FT reactor; control system.
상기 태양광 활용모드에서 전소엔진으로 공급되는 FT 반응기의 배출 가스(OFF GAS)는:
수소 함량 60~80v%, 이산화탄소 함량 10~20v% 및 일산화탄소 함량 10~20v%인 에너지 하베스팅을 이용한 고온, 고압 공정을 가지는 석탄 자원을 이용한 독립형 에너지 생산플랜트의 제어시스템.
8. The method of claim 7,
The exhaust gas (OFF GAS) of the FT reactor supplied to the combustion engine in the solar power utilization mode is:
A control system for an independent energy production plant using coal resources having a high-temperature and high-pressure process using energy harvesting with a hydrogen content of 60~80v%, a carbon dioxide content of 10~20v% and a carbon monoxide content of 10~20v%.
상기 태양광 비활용모드에서 혼소엔진으로 공급되는 합성가스는:
질소 함량 50~60v%, 수소 함량 15~22v%, 이산화탄소 함량 7~13v% 및 일산화탄소 함량 12~20v%인 에너지 하베스팅을 이용한 고온, 고압 공정을 가지는 석탄 자원을 이용한 독립형 에너지 생산플랜트의 제어시스템.
8. The method of claim 7,
The syngas supplied to the co-firing engine in the solar non-utilization mode is:
Control system of an independent energy production plant using coal resources having a high temperature and high pressure process using energy harvesting with nitrogen content of 50-60v%, hydrogen content of 15-22v%, carbon dioxide content of 7-13v% and carbon monoxide content of 12-20v% .
상기 태양광 활용모드 및 태양광 비활용모드에서의 선탄 전처리 공정은:
석탄 원석을 습식 분쇄, 부선 및 농축하여 회분(ash) 함량이 12wt% 이하이고 석탄 함량이 50~80wt%인 석탄 슬러리를 제조하는 에너지 하베스팅을 이용한 고온, 고압 공정을 가지는 석탄 자원을 이용한 독립형 에너지 생산플랜트의 제어시스템.8. The method of claim 7,
The coal pretreatment process in the sunlight utilization mode and the sunlight non-utilization mode is:
Independent energy using coal resources having a high temperature and high pressure process using energy harvesting to produce a coal slurry with an ash content of 12 wt% or less and a coal content of 50 to 80 wt% by wet grinding, flotation and concentration of raw coal Control system of production plant.
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