KR20220142215A - Supercritical carbon dioxide generating system using waste heat of gas turbine - Google Patents

Supercritical carbon dioxide generating system using waste heat of gas turbine Download PDF

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Abstract

The present invention relates to a supercritical carbon dioxide power generation system using waste heat of a gas turbine and capable of minimizing a load change of the gas turbine to improve stability and efficiency. A supercritical carbon dioxide power generation system using waste heat of a gas turbine according to an embodiment of the present invention comprises a gas turbine unit; a supercritical carbon dioxide power generation unit receiving waste heat from the gas turbine unit; and a load control unit including a first heat exchanger for heat-exchanging exhaust gas discharged from the gas turbine unit and carbon dioxide of the supercritical carbon dioxide power generation unit and a first channel connecting the gas turbine unit and the first heat exchanger and controlling the load of the exhaust gas supplied to the first heat exchanger within a preset first range.

Description

가스 터빈의 폐열을 이용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템{SUPERCRITICAL CARBON DIOXIDE GENERATING SYSTEM USING WASTE HEAT OF GAS TURBINE}SUPERCRITICAL CARBON DIOXIDE GENERATING SYSTEM USING WASTE HEAT OF GAS TURBINE }

본 발명은 초임계 이산화탄소 발전 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가스 터빈에서 배출되는 폐열을 이용하는 고효율 및 친환경 초임계 이산화탄소 발전 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a supercritical carbon dioxide power generation system, and more particularly, to a high-efficiency and eco-friendly supercritical carbon dioxide power generation system using waste heat discharged from a gas turbine.

최근 기후 변화와 에너지 고갈 문제가 대두되면서, 한국을 포함한 주요 선진국(미국, 유럽, 일본, 중국, 오스트레일리아 등)은 초임계 이산화탄소(supercritical carbon dioxide)를 활용한 발전 시스템에 주목하고 있다. 초임계 이산화탄소 발전 기술은 화력 발전소에서 쓰이는 증기 대신 초임계 상태의 이산화탄소를 사용하는 발전 방식이다.As climate change and energy depletion problems have recently emerged, major developed countries (USA, Europe, Japan, China, Australia, etc.) including Korea are paying attention to power generation systems using supercritical carbon dioxide. Supercritical carbon dioxide power generation technology is a power generation method that uses carbon dioxide in a supercritical state instead of steam used in thermal power plants.

임계 온도(critical temperature) 및 임계 압력(critical pressure)을 초과하면, 이산화탄소는 액체와 기체의 성질을 모두 갖는 초임계 상태에 도달한다. 이산화탄소는 임계 온도가 304.1 K이고, 임계 압력이 7.38 MPa로서, 다른 물질에 비해 임계 온도와 임계 압력이 비교적 낮은 편이다. 또한, 초임계 상태의 이산화탄소는 열전도성과 확산성이 높은 반응 용매가 되며, 이를 통해 연료(예를 들어, 천연 가스 등)와 혼합되어 연소 효율을 높일 수 있다. 이러한 특성 때문에 초임계 이산화탄소 발전 시스템에 대한 연구 및 투자가 활발히 이루어지고 있으며, 이를 통해 종래의 증기 터빈 발전에 비해 발전 효율을 높일 수 있고, 시스템을 소형화할 수 있다.When the critical temperature and critical pressure are exceeded, carbon dioxide reaches a supercritical state having both liquid and gas properties. Carbon dioxide has a critical temperature of 304.1 K and a critical pressure of 7.38 MPa, which is relatively low compared to other materials. In addition, carbon dioxide in the supercritical state becomes a reaction solvent with high thermal conductivity and diffusivity, and through this, it is mixed with fuel (eg, natural gas, etc.) to increase combustion efficiency. Due to these characteristics, research and investment in supercritical carbon dioxide power generation systems are actively being made, and through this, power generation efficiency can be increased compared to conventional steam turbine power generation, and the system can be miniaturized.

한편, 가스 터빈에서 배출되는 폐열(waste heat)을 이용하기 위해 이러한 초임계 이산화탄소 발전 시스템을 가스 터빈과 결합된 발전 시스템이 있다. 그러나 종래의 결합 발전 시스템은 가스 터빈의 부하 조절을 위해 복잡한 제어 기술이 요구되어, 부하 조절 장치로 인해 초임계 이산화탄소 발전 시스템의 기계적 내구성을 단축시키는 단점이 있다. 또한, 부하 조절 장치를 안정적으로 제어하지 못할 경우, 오히려 전체 시스템이 더욱 불안정해지는 문제점이 있다.Meanwhile, there is a power generation system in which such a supercritical carbon dioxide power generation system is combined with a gas turbine in order to use waste heat discharged from the gas turbine. However, the conventional combined power generation system has a disadvantage in that a complex control technique is required for load control of the gas turbine, and the mechanical durability of the supercritical carbon dioxide power generation system is shortened due to the load control device. In addition, if the load control device cannot be controlled stably, there is a problem in that the overall system becomes more unstable.

전술한 배경 기술은 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지 기술이라 할 수는 없다.The above-mentioned background art is technical information possessed by the inventor for the derivation of the present invention or acquired during the derivation of the present invention, and it cannot be said that it is necessarily a known technique disclosed to the general public prior to the filing of the present invention.

일본공개특허공보 2012-225228Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2012-225228

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 가스 터빈의 부하 변동을 최소화하여 안정성과 효율을 높일 수 있는 가스 터빈의 폐열을 이용하는 초임계 이산화탄소 발전 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a supercritical carbon dioxide power generation system using waste heat of a gas turbine capable of increasing stability and efficiency by minimizing load fluctuations of the gas turbine.

다만 이러한 과제는 예시적인 것으로, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이에 한정되지 않는다.However, these problems are exemplary, and the problems to be solved by the present invention are not limited thereto.

본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈의 폐열을 이용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템은 가스 터빈 유닛, 상기 가스 터빈 유닛로부터 폐열을 공급 받는 초임계 이산화탄소 발전 유닛 및 상기 가스 터빈 유닛에서 배출되는 배기 가스와 상기 초임계 이산화탄소 발전 유닛의 이산화탄소를 열교환시키는 제1 열교환기와, 상기 가스 터빈 유닛과 상기 제1 열교환기를 연결하는 제1 채널을 포함하고, 상기 제1 열교환기로 공급되는 상기 배기 가스의 부하를 기 설정된 제1 범위로 제어하는 부하 제어 유닛을 포함한다.A supercritical carbon dioxide power generation system using waste heat of a gas turbine according to an embodiment of the present invention includes a gas turbine unit, a supercritical carbon dioxide power generation unit receiving waste heat from the gas turbine unit, and exhaust gas discharged from the gas turbine unit and the A first heat exchanger for exchanging carbon dioxide from a supercritical carbon dioxide power generation unit, and a first channel connecting the gas turbine unit and the first heat exchanger, wherein the load of the exhaust gas supplied to the first heat exchanger is controlled by a preset number. It includes a load control unit that controls the 1 range.

전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점은 이하의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용, 청구범위 및 도면으로부터 명확해질 것이다.Other aspects, features and advantages other than those described above will become apparent from the following detailed description, claims and drawings for carrying out the invention.

본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈의 폐열을 이용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템은 가스 터빈 유닛에서 배출되는 폐열을 이용해 초임계 이산화탄소 발전 유닛을 구동하여, 발전 효율을 향상시킬 수 있다.The supercritical carbon dioxide power generation system using waste heat of a gas turbine according to an embodiment of the present invention drives the supercritical carbon dioxide power generation unit using waste heat discharged from the gas turbine unit, thereby improving power generation efficiency.

본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈의 폐열을 이용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템은 압축기나 터빈에 별도의 부하 조절 장치를 설치하지 않아, 시스템 전체의 내구성을 향상시킬 수 있으며, 시스템을 안정적으로 운전할 수 있다.The supercritical carbon dioxide power generation system using waste heat of a gas turbine according to an embodiment of the present invention does not install a separate load control device in a compressor or a turbine, so that the durability of the entire system can be improved, and the system can be operated stably. have.

본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈 폐열을 이용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템은 가스 터빈의 부하 변동을 최소화하여, 시스템의 안정적인 부하 추종 능력을 향상시킬 수 있으며, 발전 효율을 높일 수 있다.The supercritical carbon dioxide power generation system using gas turbine waste heat according to an embodiment of the present invention minimizes the load fluctuation of the gas turbine, thereby improving the stable load tracking capability of the system and increasing the power generation efficiency.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 터빈의 폐열을 이용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템을 나타낸다.
도 2는 이산화탄소의 임계점을 나타낸다.
도 3은 도 1의 초임계 이산화탄소 발전 유닛의 압력-엔탈피 그래프를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 가스 터빈의 폐열을 이용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 가스 터빈의 폐열을 이용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 가스 터빈의 폐열을 이용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템을 나타낸다.1 shows a supercritical carbon dioxide power generation system using waste heat of a gas turbine according to a first embodiment of the present invention.
2 shows the critical point of carbon dioxide.
3 is a pressure-enthalpy graph of the supercritical carbon dioxide power generation unit of FIG. 1 .
4 shows a supercritical carbon dioxide power generation system using waste heat of a gas turbine according to a second embodiment of the present invention.
5 shows a supercritical carbon dioxide power generation system using waste heat of a gas turbine according to a third embodiment of the present invention.
6 shows a supercritical carbon dioxide power generation system using waste heat of a gas turbine according to a fourth embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 발명의 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시예로 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 다른 실시예에 도시되어 있다 하더라도, 동일한 구성요소에 대하여서는 동일한 식별부호를 사용한다.Since the present invention can apply various transformations and can have various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the description of the invention. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all modifications, equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In the description of the present invention, even though shown in other embodiments, the same identification numbers are used for the same components.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, and when described with reference to the drawings, the same or corresponding components are given the same reference numerals, and the overlapping description thereof will be omitted. .

이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다. In the following embodiments, terms such as first, second, etc. are used for the purpose of distinguishing one component from another, not in a limiting sense.

이하의 실시예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. In the following examples, the singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise.

이하의 실시예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다. In the following embodiments, terms such as include or have means that the features or components described in the specification are present, and the possibility that one or more other features or components may be added is not excluded in advance.

도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. In the drawings, the size of the components may be exaggerated or reduced for convenience of description. For example, since the size and thickness of each component shown in the drawings are arbitrarily indicated for convenience of description, the present invention is not necessarily limited to the illustrated bar.

이하의 실시예에서, x축, y축 및 z축은 직교 좌표계 상의 세 축으로 한정되지 않고, 이를 포함하는 넓은 의미로 해석될 수 있다. 예를 들어, x축, y축 및 z축은 서로 직교할 수도 있지만, 서로 직교하지 않는 서로 다른 방향을 지칭할 수도 있다. In the following embodiments, the x-axis, the y-axis, and the z-axis are not limited to three axes on the Cartesian coordinate system, and may be interpreted in a broad sense including them. For example, the x-axis, y-axis, and z-axis may be orthogonal to each other, but may refer to different directions that are not orthogonal to each other.

어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 공정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 진행될 수 있다.In cases where certain embodiments are otherwise practicable, a specific process sequence may be performed different from the described sequence. For example, two processes described in succession may be performed substantially simultaneously, or may be performed in an order opposite to the order described.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. In the present application, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, but one or more other features It is to be understood that this does not preclude the possibility of the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 터빈의 폐열을 이용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템(1)을 나타내고, 도 2는 이산화탄소의 임계점을 나타내고, 도 3은 도 1의 초임계 이산화탄소 발전 유닛(20)의 압력-엔탈피 그래프를 나타낸다.1 shows a supercritical carbon dioxide power generation system 1 using waste heat of a gas turbine according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 shows a critical point of carbon dioxide, and FIG. 3 shows the supercritical carbon dioxide power generation unit of FIG. 1 ( 20) shows the pressure-enthalpy graph.

도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 터빈의 폐열을 이용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템(1; 이하, '초임계 이산화탄소 발전 시스템'이라고도 함)은 가스 터빈 유닛(10)에서 배출되는 폐열을 이용해, 초임계 이산화탄소 발전 유닛(20)을 구동할 수 있다.Referring to FIG. 1 , a supercritical carbon dioxide power generation system 1 (hereinafter, also referred to as a 'supercritical carbon dioxide power generation system') using waste heat of a gas turbine according to a first embodiment of the present invention is discharged from the gas turbine unit 10 . The supercritical carbon dioxide power generation unit 20 may be driven by using the generated waste heat.

제1 실시예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템(1)은 가스 터빈 유닛(10)과, 초임계 이산화탄소 발전 유닛(20)과, 부하 제어 유닛(30)을 포함할 수 있다.The supercritical carbon dioxide power generation system 1 according to the first embodiment may include a gas turbine unit 10 , a supercritical carbon dioxide power generation unit 20 , and a load control unit 30 .

가스 터빈 유닛(10)은 소정의 작동 유체를 이용해 동력을 생산할 수 있다. 가스 터빈 유닛(10)은 공지의 가스 터빈 엔진일 수 있으며, 작동 유체는 특별히 한정하지 않는다.The gas turbine unit 10 may generate power using a predetermined working fluid. The gas turbine unit 10 may be a known gas turbine engine, and the working fluid is not particularly limited.

일 실시예로, 가스 터빈 유닛(10)은 제1 압축기(101)와, 제1 연료 공급기(103)와, 제1 연소실(105)과, 제1 터빈(107)과, 제1 발전기(109)를 포함할 수 있다.In one embodiment, the gas turbine unit 10 includes a first compressor 101 , a first fuel supply 103 , a first combustion chamber 105 , a first turbine 107 , and a first generator 109 . ) may be included.

제1 압축기(101)는 가스 터빈 유닛(10)의 작동 유체를 기 설정된 조건으로 압축하여 제1 연소실(105)로 공급한다. 제1 연소실(105)은 공급받은 작동 유체와, 제1 연료 공급기(103)로부터 공급받은 연료를 연소시킨다. 제1 터빈(107)은 연소된 배기 가스를 이용해 동력을 생산하고, 동력은 제1 발전기(109)에 의해 전기 에너지로서 외부로 공급될 수 있다.The first compressor 101 compresses the working fluid of the gas turbine unit 10 under a preset condition and supplies it to the first combustion chamber 105 . The first combustion chamber 105 burns the supplied working fluid and the fuel supplied from the first fuel supply 103 . The first turbine 107 generates power using the burned exhaust gas, and the power may be externally supplied as electrical energy by the first generator 109 .

초임계 이산화탄소 발전 유닛(20)은 가스 터빈 유닛(10)에서 배출되는 폐열, 예를 들어, 제1 터빈(107)에서 배출되는 연소된 고온의 배기 가스로부터 열을 전달받고, 이에 기초하여 동력을 생산할 수 있다. 예를 들어, 초임계 이산화탄소 발전 유닛(20)은 작동 유체로서 초임계 상태의 이산화탄소를 이용할 수 있다. The supercritical carbon dioxide power generation unit 20 receives waste heat discharged from the gas turbine unit 10 , for example, heat from the burned high-temperature exhaust gas discharged from the first turbine 107 , and generates power based thereon. can produce For example, the supercritical carbon dioxide power generation unit 20 may use carbon dioxide in a supercritical state as a working fluid.

일 실시예로, 초임계 이산화탄소 발전 유닛(20)은 제2 터빈(201)과, 제1 기어 박스(203)와, 제2 발전기(205)와, 제1 열교환기(207)와, 제1 냉각기(209)와, 제2 압축기(211)를 포함할 수 있다.In one embodiment, the supercritical carbon dioxide power generation unit 20 includes a second turbine 201 , a first gearbox 203 , a second generator 205 , a first heat exchanger 207 , and a first It may include a cooler 209 and a second compressor 211 .

제2 터빈(201)은 후술하는 부하 제어 유닛(30)의 제2 열교환기(303)를 통해 가스 터빈 유닛(10)의 폐열을 전달받은 이산화탄소를 이용해 동력을 생산한다. 예를 들어, 제2 터빈(201)은 제2 발전기(205)를 구동하여, 전기를 생산할 수 있다. 이때, 제2 터빈(201)과 제2 발전기(205)가 원활하게 동작하도록 제1 기어 박스(203)가 제2 터빈(201)과 제2 발전기(205) 사이에 배치될 수 있다. 제2 발전기(205)에서 생산된 전기는 외부로 공급될 수 있다.The second turbine 201 generates power using carbon dioxide that has received waste heat from the gas turbine unit 10 through a second heat exchanger 303 of the load control unit 30 to be described later. For example, the second turbine 201 may generate electricity by driving the second generator 205 . In this case, the first gearbox 203 may be disposed between the second turbine 201 and the second generator 205 so that the second turbine 201 and the second generator 205 operate smoothly. Electricity produced by the second generator 205 may be supplied to the outside.

제2 터빈(201)에서 배출된 이산화탄소는 제1 열교환기(207)로 공급된다. 제1 열교환기(207)에서는 제2 터빈(201)에서 공급된 이산화탄소와, 제2 압축기(211)에서 배출된 이산화탄소 간의 열교환이 일어난다. 제1 열교환기(207)로 공급된 이산화탄소의 일부는 제1 냉각기(209)로 공급되고, 나머지는 제2 압축기(211)에서 배출된 이산화탄소의 일부와 함께 다시 제2 열교환기(303)로 공급된다.Carbon dioxide discharged from the second turbine 201 is supplied to the first heat exchanger 207 . In the first heat exchanger 207 , heat exchange occurs between the carbon dioxide supplied from the second turbine 201 and the carbon dioxide discharged from the second compressor 211 . A portion of the carbon dioxide supplied to the first heat exchanger 207 is supplied to the first cooler 209 , and the remainder is supplied to the second heat exchanger 303 together with a portion of the carbon dioxide discharged from the second compressor 211 . do.

제1 냉각기(209)는 제1 열교환기(207)에서 공급된 이산화탄소를 기 설정된 상태까지 냉각하여, 이를 제2 압축기(211)로 공급한다. 제2 압축기(211)는 유입된 이산화탄소를 기 설정된 설계 조건으로 압축한다. 이때, 제2 압축기(211)의 입구에서의 이산화탄소 조건이 시스템의 발전 효율에 영향을 미칠 수 있다.The first cooler 209 cools the carbon dioxide supplied from the first heat exchanger 207 to a preset state, and supplies it to the second compressor 211 . The second compressor 211 compresses the introduced carbon dioxide under preset design conditions. In this case, the carbon dioxide condition at the inlet of the second compressor 211 may affect the power generation efficiency of the system.

보다 구체적으로, 도 2에 나타낸 바와 같이, 이산화탄소는 임계 온도(Tc) 31 ℃, 임계 압력(Pc) 74 bar의 임계점(critical point)을 가지며, 임계점에 가까울수록 밀도가 높은 특징을 갖는다. 따라서, 작동 유체인 이산화탄소를 압축할 때, 이산화탄소가 임계점 근방에 위치할 경우, 상대적으로 적은 동력으로도 많은 양의 이산화탄소를 압축할 수 있어, 시스템의 발전 효율을 향상시킬 수 있다.More specifically, as shown in FIG. 2 , carbon dioxide has a critical point of a critical temperature (Tc) of 31 °C and a critical pressure (Pc) of 74 bar, and the closer to the critical point, the higher the density. Accordingly, when carbon dioxide, which is the working fluid, is compressed, when the carbon dioxide is located near a critical point, a large amount of carbon dioxide can be compressed even with a relatively small amount of power, thereby improving the power generation efficiency of the system.

즉, 도 1 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템(1)은 제2 압축기(211)의 입구(Ci)에서의 이산화탄소가 임계점 근방에 위치하도록 제어함으로써, 발전 효율을 향상시킬 수 있다.That is, as shown in FIGS. 1 and 3 , in the supercritical carbon dioxide power generation system 1 according to the present invention, by controlling the carbon dioxide at the inlet Ci of the second compressor 211 to be located near the critical point, the power generation efficiency can improve

일 실시예로, 제2 압축기(211)의 입구(Ci)에서의 이산화탄소는 온도 범위 3 내지 15 ℃, 압력 범위 3 내지 20 bar를 만족할 수 있다.In one embodiment, carbon dioxide at the inlet Ci of the second compressor 211 may satisfy a temperature range of 3 to 15 °C and a pressure range of 3 to 20 bar.

제2 압축기(211)에서 배출된 이산화탄소 중 일부는 전술한 바와 같이 제1 열교환기(207)로 공급된다. 나머지 이산화탄소는 다시 제1 열교환기(207)에서 배출된 이산화탄소와 혼합되어, 제2 열교환기(303)로 함께 공급된다.Some of the carbon dioxide discharged from the second compressor 211 is supplied to the first heat exchanger 207 as described above. The remaining carbon dioxide is again mixed with the carbon dioxide discharged from the first heat exchanger 207 , and is supplied together to the second heat exchanger 303 .

부하 제어 유닛(30)은 가스 터빈 유닛(10)의 폐열(예를 들어, 제1 터빈(107)에서 배출된 연소된 고온의 배기 가스가 갖는 열에너지)을 초임계 이산화탄소 발전 유닛(20)으로 전달한다.The load control unit 30 transfers the waste heat of the gas turbine unit 10 (eg, thermal energy of the high-temperature exhaust gas burned out from the first turbine 107 ) to the supercritical carbon dioxide power generation unit 20 . do.

일 실시예로, 부하 제어 유닛(30)은 제1 채널(301)과, 제2 열교환기(303)를 포함할 수 있다.In an embodiment, the load control unit 30 may include a first channel 301 and a second heat exchanger 303 .

제1 채널(301)은 가스 터빈 유닛(10)의 제1 터빈(107)과 연결되어, 제1 터빈(107)에서 배출된 고온의 배기 가스가 이동한다.The first channel 301 is connected to the first turbine 107 of the gas turbine unit 10 , and the high-temperature exhaust gas discharged from the first turbine 107 moves.

제1 채널(301)에서 공급된 배기 가스는 제2 열교환기(303)로 공급된다. 제2 열교환기(303)에서는 제1 채널(301)을 통해 제1 터빈(107)에서 공급된 배기 가스와, 제2 압축기(211) 및 제1 열교환기(207)에서 공급된 이산화탄소 간의 열교환이 일어난다.The exhaust gas supplied from the first channel 301 is supplied to the second heat exchanger 303 . In the second heat exchanger 303 , heat exchange between the exhaust gas supplied from the first turbine 107 through the first channel 301 and carbon dioxide supplied from the second compressor 211 and the first heat exchanger 207 is performed. happens

즉, 제2 열교환기(303)를 통해, 상대적으로 고온인 가스 터빈 유닛(10)의 제1 터빈(107)에서 배출되는 배기 가스의 열을 상대적으로 저온인 초임계 이산화탄소 발전 유닛(20)의 이산화탄소로 전달할 수 있다.That is, through the second heat exchanger 303 , the heat of the exhaust gas discharged from the first turbine 107 of the relatively high temperature gas turbine unit 10 is transferred to the relatively low temperature supercritical carbon dioxide power generation unit 20 . It can be transferred as carbon dioxide.

이와 같이, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템(1)은 가스 터빈 유닛(10)에서 배출되는 폐열을 이용하여, 초임계 이산화탄소 발전 유닛(20) 및 초임계 이산화탄소 발전 시스템(1)의 효율을 증대시킬 수 있다.As described above, the supercritical carbon dioxide power generation system 1 according to the present invention increases the efficiency of the supercritical carbon dioxide power generation unit 20 and the supercritical carbon dioxide power generation system 1 by using the waste heat discharged from the gas turbine unit 10 . can be increased

제1 실시예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템(1)은 가스 터빈 유닛(10)에서 배출되어 제2 열교환기(303)로 공급되는 배기 가스의 부하를 기 설정된 제1 범위로 제어할 수 있다.The supercritical carbon dioxide power generation system 1 according to the first embodiment may control the load of the exhaust gas discharged from the gas turbine unit 10 and supplied to the second heat exchanger 303 to a preset first range.

보다 구체적으로, 초임계 이산화탄소 발전 시스템(1)은 가스 터빈 유닛(10)과 초임계 이산화탄소 발전 유닛(20)의 복합 발전 시스템으로서, 가스 터빈 유닛(10)의 부하 및 운전 조건에 의해 초임계 이산화탄소 발전 유닛(20)도 영향을 받아, 부하가 변동될 수 있다.More specifically, the supercritical carbon dioxide power generation system 1 is a combined power generation system of the gas turbine unit 10 and the supercritical carbon dioxide power generation unit 20 , and is supercritical carbon dioxide depending on the load and operating conditions of the gas turbine unit 10 . The power generation unit 20 may also be affected, so that the load may fluctuate.

또한, 전술한 바와 같이, 발전 효율과 안정성을 높이기 위해 초임계 이산화탄소 발전 유닛(20)의 제2 압축기(211) 입구(Ci)에서, 이산화탄소는 임계점 근방에 위치하는 것이 바람직하다.In addition, as described above, in order to increase power generation efficiency and stability, at the inlet Ci of the second compressor 211 of the supercritical carbon dioxide power generation unit 20, the carbon dioxide is preferably located near the critical point.

따라서, 제1 실시예에 따른 부하 제어 유닛(30)은 가스 터빈 유닛(10)의 제1 터빈(107)에서 배출되어 제2 열교환기(303)로 공급되는 배기 가스의 부하를 제1 범위로 제어할 수 있다. 특히, 부하 제어 유닛(30)은 제2 압축기(211)의 입구(Ci)에서 이산화탄소가 임계점 근방에 위치하도록 제1 터빈(107)에서 배출되는 배기 가스의 부하를 제어할 수 있다.Accordingly, the load control unit 30 according to the first embodiment sets the load of the exhaust gas discharged from the first turbine 107 of the gas turbine unit 10 and supplied to the second heat exchanger 303 into the first range. can be controlled In particular, the load control unit 30 may control the load of the exhaust gas discharged from the first turbine 107 so that carbon dioxide is located near the critical point at the inlet Ci of the second compressor 211 .

즉, 제1 실시예에 따른 부하 제어 유닛(30)은 제1 터빈(107)에서 배출되는 배기 가스의 부하를 제어함으로써, 제2 열교환기(303)를 통해 초임계 이산화탄소 발전 유닛(20)으로 전달되는 열에너지의 총량을 제어할 수 있다.That is, the load control unit 30 according to the first embodiment controls the load of the exhaust gas discharged from the first turbine 107 to the supercritical carbon dioxide power generation unit 20 through the second heat exchanger 303 . It is possible to control the total amount of heat energy transferred.

그리고 이에 따라, 제2 압축기(211)의 입구(Ci)에서의 이산화탄소의 온도 및 압력 중 적어도 어느 하나를 기 설정된 제2 범위 내로 제어할 수 있다. 여기서, 제2 범위는 온도 범위 3 내지 15 ℃, 압력 범위 3 내지 20 bar 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.Accordingly, at least one of the temperature and pressure of carbon dioxide at the inlet Ci of the second compressor 211 may be controlled within a second preset range. Here, the second range may include at least one of a temperature range of 3 to 15 °C and a pressure range of 3 to 20 bar.

일 실시예로, 배기 가스의 부하 범위인 제1 범위의 기준은 가스 터빈 유닛(10)의 운전 시간에 따른 부하를 기준으로 할 수 있다. 즉, 가스 터빈 유닛(10)의 부하는 운전 시간에 따라 달라질 수 있으며, 제1 범위는 가스 터빈 유닛(10)의 가장 긴 운전 시간에 해당하는 부하를 기준으로 설정될 수 있다.In one embodiment, the reference of the first range that is the load range of the exhaust gas may be based on the load according to the operating time of the gas turbine unit 10 . That is, the load of the gas turbine unit 10 may vary depending on the operating time, and the first range may be set based on a load corresponding to the longest operating time of the gas turbine unit 10 .

이와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 터빈의 폐열을 이용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템(1)은 제2 열교환기(303)로 공급되는 가스 터빈 유닛(10)의 배기 가스의 부하를 제어할 수 있다. 그리고 이를 통해, 초임계 이산화탄소 발전 유닛(20)을 안정적인 설계 조건에서 운전할 수 있어, 시스템 전체의 안정성과 발전 효율을 향상시킬 수 있다.As described above, the supercritical carbon dioxide power generation system 1 using the waste heat of the gas turbine according to the first embodiment of the present invention controls the load of the exhaust gas of the gas turbine unit 10 supplied to the second heat exchanger 303 . can do. And through this, the supercritical carbon dioxide power generation unit 20 can be operated under stable design conditions, thereby improving the stability and power generation efficiency of the entire system.

또한, 부하 제어 유닛(30)은 가스 터빈 유닛(10)이나 초임계 이산화탄소 발전 유닛(20)의 압축기 또는 터빈에 설치되는 것이 아니라, 가스 터빈 유닛(10)과 초임계 이산화탄소 발전 유닛(20) 간의 열교환이 일어나는 위치에 배치될 수 있다. 이를 통해, 압축기 또는 터빈에 별도의 부하 조절 장치를 구비하지 않고도 배기 가스의 부하를 제어할 수 있어, 시스템 전체의 안정성을 향상시킬 수 있다.In addition, the load control unit 30 is not installed in the compressor or turbine of the gas turbine unit 10 or the supercritical carbon dioxide power generation unit 20 , but between the gas turbine unit 10 and the supercritical carbon dioxide power generation unit 20 . It may be disposed at a position where heat exchange occurs. Accordingly, it is possible to control the load of the exhaust gas without providing a separate load control device for the compressor or the turbine, thereby improving the stability of the entire system.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 가스 터빈의 폐열을 이용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템(1A)을 나타낸다.4 shows a supercritical carbon dioxide power generation system 1A using waste heat of a gas turbine according to a second embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 제2 실시예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템(1A)은 제1 실시예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템(1)과 비교했을 때, 부하 제어 유닛(30)이 제2 채널(305)과, 제1 바이패스 밸브(307)를 더 포함할 수 있다. 나머지 구성은 제1 실시예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템(1)의 구성과 동일할 수 있으며, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.Referring to FIG. 4 , when the supercritical carbon dioxide power generation system 1A according to the second embodiment is compared with the supercritical carbon dioxide power generation system 1 according to the first embodiment, the load control unit 30 has a second channel 305 and a first bypass valve 307 may be further included. The rest of the configuration may be the same as that of the supercritical carbon dioxide power generation system 1 according to the first embodiment, and a detailed description thereof will be omitted.

제2 채널(305)은 제1 채널(301)에서 분기되며, 제1 채널(301)을 따라 이동하는 배기 가스의 적어도 일부가 이동할 수 있다. 제2 채널(305)을 따라 이동하는 배기 가스는 제2 열교환기(303)로 공급되는 것이 아니라, 초임계 이산화탄소 발전 시스템(1A)의 외부로 배출될 수 있다. 일 실시예로, 제2 채널(305)에는 제1 감압 밸브(309)가 더 배치될 수 있다.The second channel 305 is branched from the first channel 301 , and at least a portion of the exhaust gas moving along the first channel 301 may move. The exhaust gas moving along the second channel 305 may not be supplied to the second heat exchanger 303 , but may be discharged to the outside of the supercritical carbon dioxide power generation system 1A. In an embodiment, a first pressure reducing valve 309 may be further disposed in the second channel 305 .

제1 채널(301)과 제2 채널(305)이 분기되는 지점에는 제1 바이패스 밸브(307)가 배치될 수 있다. 제1 바이패스 밸브(307)는 기 설정된 조건에 따라, 제1 채널(301)에서 유입되는 배기 가스 중 일부는 제2 열교환기(303)로, 나머지는 제2 채널(305)로 이동시킬 수 있다.A first bypass valve 307 may be disposed at a point where the first channel 301 and the second channel 305 branch off. The first bypass valve 307 may move some of the exhaust gas flowing in from the first channel 301 to the second heat exchanger 303 and the rest to the second channel 305 according to a preset condition. have.

보다 구체적으로, 제1 바이패스 밸브(307)는 제1 채널(301)을 따라 공급되는 배기 가스의 부하가 제1 범위의 상한을 벗어나는 경우, 배기 가스를 제2 채널(305)로 바이패스시킬 수 있다. 이때 바이패스되는 배기 가스의 양은 부하가 제1 범위의 상한을 벗어나는 배기 가스 전량 또는 일부일 수 있다. 제1 범위에 포함되는 배기 가스는 제1 채널(301)을 따라 제2 열교환기(303)로 공급된다.More specifically, the first bypass valve 307 bypasses the exhaust gas to the second channel 305 when the load of the exhaust gas supplied along the first channel 301 is out of the upper limit of the first range. can In this case, the amount of the exhaust gas to be bypassed may be the entire amount or a part of the exhaust gas for which the load exceeds the upper limit of the first range. The exhaust gas included in the first range is supplied to the second heat exchanger 303 along the first channel 301 .

일 실시예로, 제1 바이패스 밸브(307)는 컨트롤러(미도시)와 유/무선으로 통신할 수 있으며, 상기 컨트롤러에 의해 제어되는 전자식 밸브일 수 있다.In one embodiment, the first bypass valve 307 may communicate with a controller (not shown) by wire/wireless, and may be an electromagnetic valve controlled by the controller.

이와 같은 구성을 통해, 제2 실시예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템(1A)은 가스 터빈 유닛(10)에서 배출되는 배기 가스의 부하를 조절할 수 있다. 즉, 기 설정된 범위를 초과하는 배기 가스를 바이패스시켜, 초임계 이산화탄소 발전 유닛(20)의 부하 변동을 최소화함으로써 시스템 전체의 안정성과 발전 효율을 향상시킬 수 있다.Through this configuration, the supercritical carbon dioxide power generation system 1A according to the second embodiment may adjust the load of the exhaust gas discharged from the gas turbine unit 10 . That is, by bypassing the exhaust gas exceeding the preset range, the load variation of the supercritical carbon dioxide power generation unit 20 is minimized, thereby improving overall system stability and power generation efficiency.

또한, 제2 실시예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템(1A)은 가스 터빈 유닛(10)에서 배출되는 배기 가스의 부하를 조절하여, 초임계 이산화탄소 발전 유닛(20)의 제2 압축기(211)의 입구(Ci)에서의 이산화탄소 상태를 제2 범위로 제어할 수 있다. 이를 통해, 시스템 전체의 안정성과 발전 효율을 한층 더 개선할 수 있다.In addition, the supercritical carbon dioxide power generation system 1A according to the second embodiment adjusts the load of the exhaust gas discharged from the gas turbine unit 10 to control the second compressor 211 of the supercritical carbon dioxide power generation unit 20 . The carbon dioxide state at the inlet Ci may be controlled in the second range. Through this, the stability and power generation efficiency of the entire system can be further improved.

도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 가스 터빈의 폐열을 이용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템(1B)을 나타낸다.5 shows a supercritical carbon dioxide power generation system 1B using waste heat of a gas turbine according to a third embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 제3 실시예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템(1B)은 제1 실시예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템(1)과 비교했을 때, 부하 제어 유닛(30)이 제1 바이패스 밸브(307)와, 제3 채널(311)과, 제1 보일러(315)를 더 포함할 수 있다. 나머지 구성은 제1 실시예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템(1)의 구성과 동일할 수 있으며, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.Referring to FIG. 5 , when the supercritical carbon dioxide power generation system 1B according to the third embodiment is compared with the supercritical carbon dioxide power generation system 1 according to the first embodiment, the load control unit 30 has a It may further include a pass valve 307 , a third channel 311 , and a first boiler 315 . The rest of the configuration may be the same as that of the supercritical carbon dioxide power generation system 1 according to the first embodiment, and a detailed description thereof will be omitted.

제3 채널(311)은 제1 채널(301)에서 분기되며, 제1 채널(301)을 따라 이동하는 배기 가스의 적어도 일부가 이동할 수 있다. 제3 채널(311)을 따라 이동하는 배기 가스는 소정의 경로를 따라 이동한 후, 다시 제1 채널(301)과 합류할 수 있다. 또는, 제3 채널(311)은 제1 채널(301)에서 분기되어, 제1 채널(301)과 합류하지 않고 제2 열교환기(303)와 직접 연결될 수 있다.The third channel 311 is branched from the first channel 301 , and at least a portion of the exhaust gas moving along the first channel 301 may move. The exhaust gas moving along the third channel 311 may re-join the first channel 301 after moving along a predetermined path. Alternatively, the third channel 311 may be branched from the first channel 301 and directly connected to the second heat exchanger 303 without joining the first channel 301 .

일 실시예로, 제3 채널(311)에는 제2 감압 밸브(313)와, 제3 감압 밸브(317)가 더 배치될 수 있다.In an embodiment, a second pressure reducing valve 313 and a third pressure reducing valve 317 may be further disposed in the third channel 311 .

제3 채널(311)에는 제1 보일러(315)가 더 배치될 수 있다. 제1 보일러(315)는 제3 채널(311)을 따라 이동하는 배기 가스에 열에너지를 전달할 수 있다. 즉, 제1 보일러(315)는 제1 범위의 하한을 벗어나는 배기 가스를 가열하여, 이를 제2 열교환기(303)로 공급할 수 있다.A first boiler 315 may be further disposed in the third channel 311 . The first boiler 315 may transfer thermal energy to the exhaust gas moving along the third channel 311 . That is, the first boiler 315 may heat the exhaust gas out of the lower limit of the first range and supply it to the second heat exchanger 303 .

제1 채널(301)과 제3 채널(311)이 분기되는 지점에는 제1 바이패스 밸브(307)가 배치될 수 있다. 제1 바이패스 밸브(307)는 기 설정된 조건에 따라, 제1 채널(301)에서 유입되는 배기 가스 중 일부는 제2 열교환기(303)로, 나머지는 제3 채널(311)로 이동시킬 수 있다.A first bypass valve 307 may be disposed at a point where the first channel 301 and the third channel 311 branch off. The first bypass valve 307 may move some of the exhaust gas flowing in from the first channel 301 to the second heat exchanger 303 and the rest to the third channel 311 according to a preset condition. have.

보다 구체적으로, 제1 바이패스 밸브(307)는 제1 채널(301)을 따라 공급되는 배기 가스의 부하가 제1 범위의 하한을 벗어나는 경우, 배기 가스를 제3 채널(311)로 바이패스시킬 수 있다. 이때 바이패스되는 배기 가스의 양은 부하가 제1 범위의 하한을 벗어나는 배기 가스 전량 또는 일부일 수 있다. 제1 범위에 포함되는 배기 가스는 제1 채널(301)을 따라 제2 열교환기(303)로 공급된다.More specifically, the first bypass valve 307 bypasses the exhaust gas to the third channel 311 when the load of the exhaust gas supplied along the first channel 301 is out of the lower limit of the first range. can In this case, the amount of the exhaust gas to be bypassed may be the entire amount or a part of the exhaust gas for which the load is outside the lower limit of the first range. The exhaust gas included in the first range is supplied to the second heat exchanger 303 along the first channel 301 .

일 실시예로, 제1 바이패스 밸브(307)는 컨트롤러(미도시)와 유/무선으로 통신할 수 있으며, 상기 컨트롤러에 의해 제어되는 전자식 밸브일 수 있다.In one embodiment, the first bypass valve 307 may communicate with a controller (not shown) by wire/wireless, and may be an electromagnetic valve controlled by the controller.

이와 같은 구성을 통해, 제3 실시예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템(1B)은 가스 터빈 유닛(10)에서 배출되는 배기 가스의 부하를 조절할 수 있다. 즉, 기 설정된 범위에 미달하는 배기 가스를 가열한 다음, 이를 제2 열교환기(303)로 공급함으로써 초임계 이산화탄소 발전 유닛(20)의 부하 변동을 최소화하여, 시스템 전체의 안정성과 발전 효율을 향상시킬 수 있다.Through such a configuration, the supercritical carbon dioxide power generation system 1B according to the third embodiment may adjust the load of the exhaust gas discharged from the gas turbine unit 10 . That is, by heating the exhaust gas that falls short of a preset range and supplying it to the second heat exchanger 303 , the load fluctuation of the supercritical carbon dioxide power generation unit 20 is minimized, thereby improving the stability and power generation efficiency of the entire system. can do it

또한, 제3 실시예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템(1B)은 가스 터빈 유닛(10)에서 배출되는 배기 가스의 부하를 조절하여, 초임계 이산화탄소 발전 유닛(20)의 제2 압축기(211) 입구(Ci)에서의 이산화탄소 상태를 제2 범위로 제어할 수 있다. 이를 통해, 시스템 전체의 안정성과 발전 효율을 한층 더 개선할 수 있다.In addition, the supercritical carbon dioxide power generation system 1B according to the third embodiment adjusts the load of the exhaust gas discharged from the gas turbine unit 10 , and the inlet of the second compressor 211 of the supercritical carbon dioxide power generation unit 20 . The carbon dioxide state in (Ci) can be controlled in the second range. Through this, the stability and power generation efficiency of the entire system can be further improved.

도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 가스 터빈의 폐열을 이용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템(1C)을 나타낸다.6 shows a supercritical carbon dioxide power generation system 1C using waste heat of a gas turbine according to a fourth embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 제4 실시예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템(1C)은 제1 실시예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템(1)과 비교했을 때, 부하 제어 유닛(30)이 제2 채널(305)과, 제1 바이패스 밸브(307)와, 제3 채널(311)과, 제1 보일러(315)와, 제2 바이패스 밸브(319)를 더 포함할 수 있다. 나머지 구성은 제1 실시예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템(1)의 구성과 동일할 수 있으며, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.Referring to FIG. 6 , when the supercritical carbon dioxide power generation system 1C according to the fourth embodiment is compared with the supercritical carbon dioxide power generation system 1 according to the first embodiment, the load control unit 30 has a second channel 305 , a first bypass valve 307 , a third channel 311 , a first boiler 315 , and a second bypass valve 319 may be further included. The rest of the configuration may be the same as that of the supercritical carbon dioxide power generation system 1 according to the first embodiment, and a detailed description thereof will be omitted.

도 6에 나타낸 바와 같이, 제4 실시예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템(1C)은 제2 실시예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템(1A)과 제3 실시예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템(1B)의 구성을 모두 포함할 수 있다.As shown in FIG. 6 , the supercritical carbon dioxide power generation system 1C according to the fourth embodiment includes a supercritical carbon dioxide power generation system 1A according to the second embodiment and a supercritical carbon dioxide power generation system 1B according to the third embodiment. ) can be included.

보다 구체적으로, 제2 채널(305)은 제1 채널(301)에서 분기되며, 제1 채널(301)과 제2 채널(305)의 분기점에는 제1 바이패스 밸브(307)가 배치될 수 있다.More specifically, the second channel 305 is branched from the first channel 301 , and a first bypass valve 307 may be disposed at a branch point between the first channel 301 and the second channel 305 . .

제1 바이패스 밸브(307)는 제1 채널(301)을 따라 이동하는 배기 가스가 제1 범위의 상한을 벗어나는 경우, 배기 가스의 적어도 일부를 제2 채널(305)로 분기시킬 수 있다. 제2 채널(305)을 따라 이동하는 배기 가스는 초임계 이산화탄소 발전 시스템(1C)의 외부로 배출될 수 있다. 또한 제1 바이패스 밸브(307)는 제1 채널(301)을 따라 이동하는 배기 가스가 제1 범위의 하한을 벗어나는 경우에도, 배기 가스의 적어도 일부를 제2 채널(305)로 분기시킬 수 있다. 제1 범위에 포함되는 배기 가스는 제1 채널(301)을 따라 제2 열교환기(303)로 공급된다.The first bypass valve 307 may branch at least a portion of the exhaust gas into the second channel 305 when the exhaust gas moving along the first channel 301 is out of the upper limit of the first range. The exhaust gas moving along the second channel 305 may be discharged to the outside of the supercritical carbon dioxide power generation system 1C. Also, the first bypass valve 307 may branch at least a portion of the exhaust gas into the second channel 305 even when the exhaust gas moving along the first channel 301 is out of the lower limit of the first range. . The exhaust gas included in the first range is supplied to the second heat exchanger 303 along the first channel 301 .

제2 바이패스 밸브(319)는 제2 채널(305)에서 제3 채널(311)이 분기되는 지점에 배치될 수 있다. 제2 바이패스 밸브(319)는 제2 채널(305)을 따라 이동하는 배기 가스가 제1 범위의 하한을 벗어나는 경우, 배기 가스의 적어도 일부를 제3 채널(311)로 바이패스시킬 수 있다.The second bypass valve 319 may be disposed at a point where the third channel 311 is branched from the second channel 305 . The second bypass valve 319 may bypass at least a portion of the exhaust gas to the third channel 311 when the exhaust gas moving along the second channel 305 is out of the lower limit of the first range.

제3 채널(311) 상에는 제1 보일러(315)가 배치되어, 제3 채널(311)을 따라 이동하는 배기 가스를 가열한 다음, 이를 제1 채널(301) 또는 제2 열교환기(303)로 공급할 수 있다.A first boiler 315 is disposed on the third channel 311 to heat the exhaust gas moving along the third channel 311 , and then to the first channel 301 or the second heat exchanger 303 . can supply

또한, 제4 실시예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템(1C)은 가스 터빈 유닛(10)에서 배출되는 배기 가스의 부하를 조절하여, 초임계 이산화탄소 발전 유닛(20)의 제2 압축기(211)의 입구(Ci)에서의 이산화탄소 상태를 제2 범위로 제어할 수 있다. 즉, 가스 터빈 유닛(10)에서 배출되는 배기 가스 중 제1 바이패스 밸브(307) 및 제2 바이패스 밸브(319)에 의해 제2 열교환기(303)로 공급되는 배기 가스는, 초임계 이산화탄소 발전 유닛(20)의 이산화탄소가 제2 압축기(211)의 입구(Ci)에서 제2 범위를 만족하도록 부하를 가질 수 있다.In addition, the supercritical carbon dioxide power generation system 1C according to the fourth embodiment adjusts the load of the exhaust gas discharged from the gas turbine unit 10 , so that the second compressor 211 of the supercritical carbon dioxide power generation unit 20 is The carbon dioxide state at the inlet Ci may be controlled in the second range. That is, the exhaust gas supplied to the second heat exchanger 303 by the first bypass valve 307 and the second bypass valve 319 among the exhaust gas discharged from the gas turbine unit 10 is supercritical carbon dioxide. The carbon dioxide of the power generation unit 20 may have a load to satisfy the second range at the inlet Ci of the second compressor 211 .

이와 같은 구성을 통해, 제4 실시예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템(1C)은 배기 가스가 기 설정된 제1 범위의 상한을 초과하는 경우, 제2 채널(305)로 바이패스시켜 시스템의 외부로 배출할 수 있다. 또한, 배기 가스가 기 설정된 제1 범위의 하한에 미달하는 경우, 제3 채널(311)로 바이패스시켜, 가열한 다음 제2 열교환기(303)로 공급할 수 있다. 또한, 배기 가스가 기 설정된 제1 범위에 포함되는 경우, 제2 열교환기(303)로 직접 공급할 수 있다.Through this configuration, the supercritical carbon dioxide power generation system 1C according to the fourth embodiment bypasses the second channel 305 to the outside of the system when the exhaust gas exceeds the preset upper limit of the first range. can be discharged In addition, when the exhaust gas is less than the lower limit of the preset first range, the exhaust gas may be bypassed to the third channel 311 to be heated and then supplied to the second heat exchanger 303 . In addition, when the exhaust gas is included in the first preset range, it may be directly supplied to the second heat exchanger 303 .

이와 같이, 제4 실시예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템(1C)은 가스 터빈 유닛(10)에서 배출되는 배기 가스를 부하에 따라 서로 다른 경로로 이동시킴으로써, 초임계 이산화탄소 발전 유닛(20)의 부하 변동을 최소화할 수 있다. 이를 통해, 시스템 전체의 안정성과 발전 효율을 보다 향상시킬 수 있다.As such, the supercritical carbon dioxide power generation system 1C according to the fourth embodiment moves the exhaust gas discharged from the gas turbine unit 10 to different paths according to the load, thereby increasing the load of the supercritical carbon dioxide power generation unit 20 . fluctuations can be minimized. Through this, the stability and power generation efficiency of the entire system can be further improved.

이와 같이 도면에 도시된 실시예를 참고로 본 발명을 설명하였으나, 이는 예시에 불과하다. 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 갖는 자라면 실시예로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 충분히 이해할 수 있다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위에 기초하여 정해져야 한다.As described above, the present invention has been described with reference to the embodiment shown in the drawings, but this is only an example. Those of ordinary skill in the art can fully understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible from the embodiments. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined based on the appended claims.

실시예에서 설명하는 특정 기술 내용은 일 실시예들로서, 실시예의 기술 범위를 한정하는 것은 아니다. 발명의 설명을 간결하고 명확하게 기재하기 위해, 종래의 일반적인 기술과 구성에 대한 기재는 생략될 수 있다. 또한, 도면에 도시된 구성 요소들 간의 선들의 연결 또는 연결 부재는 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것으로서, 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가의 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들로 표현될 수 있다. 또한, "필수적인", "중요하게" 등과 같이 구체적인 언급이 없다면 본 발명의 적용을 위하여 반드시 필요한 구성 요소가 아닐 수 있다.Specific technical content described in the embodiment is an embodiment and does not limit the technical scope of the embodiment. In order to concisely and clearly describe the description of the present invention, descriptions of conventional general techniques and configurations may be omitted. In addition, the connection or connection member of the lines between the components shown in the drawings exemplifies functional connections and/or physical or circuit connections, and in an actual device, various functional connections, physical connections that are replaceable or additional It may be expressed as a connection, or circuit connections. In addition, unless there is a specific reference such as "essential", "importantly", etc., it may not be a necessary component for the application of the present invention.

발명의 설명 및 청구범위에 기재된 "상기" 또는 이와 유사한 지시어는 특별히 한정하지 않는 한, 단수 및 복수 모두를 지칭할 수 있다. 또한, 실시 예에서 범위(range)를 기재한 경우 상기 범위에 속하는 개별적인 값을 적용한 발명을 포함하는 것으로서(이에 반하는 기재가 없다면), 발명의 설명에 상기 범위를 구성하는 각 개별적인 값을 기재한 것과 같다. 또한, 실시예에 따른 방법을 구성하는 단계들에 대하여 명백하게 순서를 기재하거나 반하는 기재가 없다면, 상기 단계들은 적당한 순서로 행해질 수 있다. 반드시 상기 단계들의 기재 순서에 따라 실시예들이 한정되는 것은 아니다. 실시예에서 모든 예들 또는 예시적인 용어(예들 들어, 등등)의 사용은 단순히 실시예를 상세히 설명하기 위한 것으로서 청구범위에 의해 한정되지 않는 이상, 상기 예들 또는 예시적인 용어로 인해 실시예의 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한, 통상의 기술자는 다양한 수정, 조합 및 변경이 부가된 청구범위 또는 그 균등물의 범주 내에서 설계 조건 및 팩터에 따라 구성될 수 있음을 알 수 있다.In the description of the invention and in the claims, "above" or similar referents may refer to both the singular and the plural unless otherwise specified. In addition, when a range is described in the embodiment, it includes the invention to which individual values belonging to the range are applied (if there is no description to the contrary), and each individual value constituting the range is described in the description of the invention. same. In addition, the steps may be performed in an appropriate order unless the order is explicitly stated or there is no description to the contrary with respect to the steps constituting the method according to the embodiment. The embodiments are not necessarily limited according to the order of description of the above steps. The use of all examples or exemplary terminology (eg, etc.) in the embodiment is merely for describing the embodiment in detail, and unless it is limited by the claims, the scope of the embodiment is limited by the examples or exemplary terminology. it is not In addition, those skilled in the art will recognize that various modifications, combinations, and changes may be made in accordance with design conditions and factors within the scope of the appended claims or their equivalents.

1, 1A, 1B, 1C: 초임계 이산화탄소 발전 시스템
10: 가스 터빈 유닛
20: 초임계 이산화탄소 발전 유닛
30: 부하 제어 유닛1, 1A, 1B, 1C: Supercritical carbon dioxide power generation system
10: gas turbine unit
20: supercritical carbon dioxide power generation unit
30: load control unit

Claims (6)

가스 터빈 유닛;
상기 가스 터빈 유닛로부터 폐열을 공급 받는 초임계 이산화탄소 발전 유닛; 및
상기 가스 터빈 유닛에서 배출되는 배기 가스와 상기 초임계 이산화탄소 발전 유닛의 이산화탄소를 열교환시키는 제1 열교환기와, 상기 가스 터빈 유닛과 상기 제1 열교환기를 연결하는 제1 채널을 포함하고, 상기 제1 열교환기로 공급되는 상기 배기 가스의 부하를 기 설정된 제1 범위로 제어하는 부하 제어 유닛;을 포함하는, 가스 터빈의 폐열을 이용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템.gas turbine unit;
a supercritical carbon dioxide power generation unit receiving waste heat from the gas turbine unit; and
a first heat exchanger configured to exchange heat between the exhaust gas discharged from the gas turbine unit and carbon dioxide of the supercritical carbon dioxide power generation unit; and a first channel connecting the gas turbine unit and the first heat exchanger to the first heat exchanger. A supercritical carbon dioxide power generation system using waste heat of a gas turbine, including a; a load control unit for controlling the load of the supplied exhaust gas to a preset first range. 제1 항에 있어서,
상기 부하 제어 유닛은
상기 제1 채널에서 분기되는 제2 채널; 및
상기 제1 채널과 상기 제2 채널의 분기점에 배치되어, 상기 제1 범위의 상한을 벗어나는 상기 배기 가스를 상기 제2 채널로 바이패스시키는 제1 바이패스 밸브;를 더 포함하는, 가스 터빈의 폐열을 이용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템.The method of claim 1,
The load control unit is
a second channel branching from the first channel; and
A first bypass valve disposed at a branch point between the first channel and the second channel to bypass the exhaust gas out of the upper limit of the first range to the second channel; A supercritical carbon dioxide power generation system using 제1 항에 있어서,
상기 초임계 이산화탄소 발전 유닛은
상기 제1 채널에서 분기되며, 상기 가스 터빈 유닛에서 배출된 배기 가스의 적어도 일부를 상기 제1 열교환기로 공급하는 제3 채널; 및
상기 제3 채널 상에 배치되며, 상기 제3 채널을 따라 이동하는 배기 가스를 가열하는 제1 보일러;를 더 포함하는, 가스 터빈의 폐열을 이용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템.The method of claim 1,
The supercritical carbon dioxide power generation unit is
a third channel branched from the first channel and configured to supply at least a portion of the exhaust gas discharged from the gas turbine unit to the first heat exchanger; and
A supercritical carbon dioxide power generation system using waste heat of a gas turbine, further comprising a; disposed on the third channel and heating the exhaust gas moving along the third channel. 제2 항에 있어서,
상기 초임계 이산화탄소 발전 유닛은
상기 제2 채널에서 분기되며, 상기 가스 터빈 유닛에서 배출된 배기 가스의 적어도 일부를 상기 제1 열교환기로 공급하는 제3 채널; 및
상기 제3 채널 상에 배치되며, 상기 제3 채널을 따라 이동하는 배기 가스를 가열하는 제1 보일러;를 더 포함하고,
상기 제1 바이패스 밸브는
상기 제1 범위 내의 상기 배기 가스를 상기 제1 채널로 상기 제1 열교환기에 공급하고, 상기 제1 범위의 상한을 벗어나는 상기 배기 가스를 상기 제2 채널로 바이패스시키고,
상기 제1 범위의 하한을 벗어나는 상기 배기 가스를 상기 제3 채널로 공급하는 제2 바이패스 밸브를 더 포함하는, 가스 터빈의 폐열을 이용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템.3. The method of claim 2,
The supercritical carbon dioxide power generation unit is
a third channel branched from the second channel and configured to supply at least a portion of the exhaust gas discharged from the gas turbine unit to the first heat exchanger; and
A first boiler disposed on the third channel and heating the exhaust gas moving along the third channel; further comprising,
The first bypass valve is
supplying the exhaust gas within the first range to the first heat exchanger through the first channel, and bypassing the exhaust gas outside the upper limit of the first range to the second channel;
The supercritical carbon dioxide power generation system using waste heat of a gas turbine, further comprising a second bypass valve for supplying the exhaust gas out of the lower limit of the first range to the third channel. 제1 항에 있어서,
상기 부하 제어 유닛은
상기 배기 가스의 부하를 제어하여, 상기 초임계 이산화탄소 발전 유닛의 제1 압축기의 입구에서의 이산화탄소의 온도 및 압력 중 적어도 어느 하나를 기 설정된 제2 범위로 제어하는, 가스 터빈의 폐열을 이용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템.The method of claim 1,
The load control unit is
Supercritical using waste heat of a gas turbine to control the load of the exhaust gas to control at least one of a temperature and a pressure of carbon dioxide at the inlet of the first compressor of the supercritical carbon dioxide power generation unit to a preset second range CO2 power generation system. 제5 항에 있어서,
상기 제2 범위는
온도 범위가 3 내지 15 ℃이고, 압력 범위가 3 내지 20 bar인, 가스 터빈의 폐열을 이용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템.6. The method of claim 5,
The second range is
A supercritical carbon dioxide power generation system using waste heat of a gas turbine, wherein the temperature range is 3 to 15 °C and the pressure range is 3 to 20 bar.
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