KR20220153417A - 터빈 발전 시스템 - Google Patents

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KR20220153417A
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Abstract

본 발명은 터빈 발전 시스템으로서, 유체를 순환하여 발전에 이용하는 발전 장치; 상기 유체를 저장하는 저장 장치; 및 상기 발전 장치의 온도 범위 및 압력 범위에 대응되도록, 상기 발전 장치의 동작 상태에 따라, 상기 발전 장치를 순환하는 유체를 상기 저장 장치로 배출하거나, 상기 저장 장치의 유체를 상기 발전 장치로 유입하여, 상기 발전 장치의 내부 온도 및 내부 압력을 제어하는 제어 장치를 포함한다.

Description

터빈 발전 시스템 { TURBINE POWER GENERATION SYSTEM }
본 발명은 터빈을 이용하여 발전하는 터빈 발전 시스템에 관한 것이다.
고압의 발전 시스템이 구동 중에 정지될 경우, 압축기의 평형 상태 조건이 높아지고, 시스템 설계 요구 조건도 높아져, 시스템의 가격이 비싸지고, 안전측면에서 운전 및 관리가 위험해질 확률이 높아진다.
고압의 발전 시스템에는, 화력발전(스팀터빈), 초임계 CO2 발전, ORC(유기랭킨 사이클) 등 열역학 발전 사이클과 관련된 시스템이 있다.
도 1은 종래의 발전 시스템을 개략적으로 나타낸 개념도로서, 종래의 발전 시스템(10)은 압축기(11), 터빈(12), 재열기(13), 가열기(14) 및 냉각기(15)로 구성된다.
고압의 작동 유체를 이용하는 발전 시스템이 구동 중에 정지 또는 비상 정지를 하게 될 경우, 발전 시스템 내부는 평형 압력(settle out pressure)에 도달하게 된다.
하지만, 발전 시스템의 저압부의 설계 압력을 평형 상태 조건에 따라 고압으로 제작할 경우, 비용이 비싸지고, 저압부까지 고압에 노출되어 시스템의 안전측면에서 주의해야될 부분이 늘어나게 되어 시스템의 운전에 어려움을 겪을 수 있다.
그리고, 시스템 재작동을 위한 조건(예를 들면, 압축기 또는 펌프 입구 조건 또는 시스템 내부의 유체 온도 및 압력)이 시스템의 평형 상태 조건과 상이할 수 있다.
이를 위해, 시스템 재기동 전에 유체를 외부로 배출하여 기동 조건을 맞춰야 하는데, 이는 환경문제(유체의 방출로 인한 대기오염)와 비용의 증가(유체 비용 및 환경 비용과 같은)를 유발할 수 있다.
발전시스템을 안전하게 운전하기 위해서는, 문제가 생길 수 있는 위험한 운전 상태를 만들지 않는 것이 중요하다.
발전시스템의 작동, 정지 등을 포함한 운전을 안전하게 하기 위해서는 시스템 내의 온도, 압력 조건이 일정 범위 내에서 유지되고, 터빈 입구로 들어가는 유체 조건을 적절히 조절하는 것이 중요하다.
터빈 입구로 들어가는 유체의 온도를 높이거나, 압력을 높여서, 적절한 밀도와 성질을 맞춰주는 것이 시스템의 성능과 내구성 향상에 중요한 요인이 된다.
따라서, 발전시스템의 운전 상태에 따라 유체의 흐름을 제어하여, 시스템 내의 온도, 압력 조건을 일정 범위 내에서 유지하면서, 평형 상태 조건에 상관없이 발전시스템을 가동할 수 있는 발전시스템이 요구된다.
본 발명의 목적은 발전 장치의 동작 상태에 따라 유체의 흐름을 제어하여 평형 상태 조건에 제한되지 않는 터빈 발전 시스템을 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 하나의 특징에 따른 터빈 발전 시스템은, 유체를 순환하여 발전에 이용하는 발전 장치; 상기 유체를 저장하는 저장 장치; 및 평형 압력에 대하여 상기 발전 장치의 온도 범위 및 압력 범위에 대응되도록, 상기 발전 장치의 동작 상태에 따라, 상기 발전 장치를 순환하는 유체를 상기 저장 장치로 배출하거나, 상기 저장 장치의 유체를 상기 발전 장치로 유입하여, 상기 발전 장치의 내부 온도 및 내부 압력을 제어하는 제어 장치를 포함하고,
상기 온도 범위 및 압력 범위는, 상기 발전 장치의 작동에 필요한 상기 발전 장치의 내부 온도 및 내부 압력의 범위이며,
상기 동작 상태는, 최초 주입 상태, 정상 구동 상태, 정상 구동 상태에서 비상 정지된 상태, 재구동 위한 초기 상태, 재구동 상태 중 어느 하나이고,
상기 최초 주입 상태는, 상기 발전 장치(100)가 최초 작동되기 전 상기 발전 장치 내부에 상기 유체가 없는 상태이며,
상기 정상 구동 상태는, 상기 발전 장치의 내부 온도 및 내부 압력이 발전에 필요한 온도 및 압력에 도달하여 상기 발전 장치에서 정상적으로 발전 출력이 발생하는 상태이고,
상기 정상 구동 상태에서 비상 정지된 상태는, 상기 발전 장치에 과부하가 발생하거나, 비정상 상황이 발생하여 상기 발전 장치의 터빈이 정지된 상태이며,
상기 재구동을 위한 초기 상태는, 정지된 상기 발전 장치가 다시 구동하기 위해 상기 발전 장치 내부의 유체 압력 및 온도가 상기 발전 장치를 구동하는데 필요한 온도 및 압력으로 회복하는 상태이고,
상기 재구동 상태는, 정지된 상기 발전 장치가 정상 구동 상태로 회복되어 상기 발전 출력이 발생되는 상태이며,
상기 평형 압력은, 상기 발전 장치 내부의 유체가 평형 상태일 때의 압력이며, 상기 평형 상태는, 상기 압축기의 유입부와 배출부의 유체 압력이 같은 상태이다.
상기 제어 장치는, 상기 내부 압력 및 내부 온도를 측정하고, 측정 결과에 따라 상기 발전 장치에 대한 상기 유체의 상기 순환, 상기 배출 및 상기 유입을 제어한다.
또한, 상기 발전 장치는, 상기 유체를 압축하는 압축기; 상기 유체에 의한 회전으로 발전하는 발전 터빈; 상기 압축기를 통과한 유체와 상기 발전 터빈을 통과한 유체가 유입되고, 상기 발전 터빈을 통과한 유체에 의해 상기 압축기를 통과한 유체를 가여하는 재열기; 상기 압축기를 통과한 유체를 상기 재열기로 유입하는 제1 순환 라인; 상기 재열기에서 배출된 유체를 냉각하여 상기 압축기로 유입하는 제2 순환 라인; 상기 발전 터빈을 통과한 상기 유체를 상기 재열기로 유입하는 제3 순환 라인; 및 상기 재열기에서 배출된 상기 유체를 가열하여 상기 발전 터빈으로 유입하는 제4 순환 라인을 포함하고,
상기 제2 순환 라인은, 상기 유체를 냉각하는 제1 냉각기를 포함하며, 상기 제4 순환 라인은, 상기 유체를 가열하는 제1 가열기를 포함한다.
상기 저장 장치는, 상기 유체를 저장하는 메인 탱크; 상기 제4 순환 라인에 연결되고, 상기 제4 순환 라인을 이동하는 상기 유체를 상기 메인 탱크로 배출하는 제1 배출라인; 상기 메인 탱크에 저장된 상기 유체를 가열하여 상기 제2 순환 라인으로 유입하는 제1 유입 라인; 및 상기 메인 탱크에 저장된 상기 유체를 가압 및 가열하여 상기 제2 순환 라인으로 유입하는 제2 유입 라인을 포함한다.
상기 제1 배출 라인은, 상기 유체의 배출량을 제어하는 제1 밸브를 포함하고, 상기 제1 유입 라인은, 상기 유체를 가열하는 제2 가열기; 및 상기 유체의 유입량을 제어하는 제2 밸브를 포함하며,
상기 제2 유입 라인은, 상기 유체를 가압하는 제1 펌프; 상기 유체를 가열하는 제3 가열기; 및 상기 유체의 유입량을 제어하는 제3 밸브를 포함한다.
상기 메인 탱크는,
저장된 상기 유체를 냉각시켜 액화하는 제2 냉각기를 포함한다.
상기 제1 배출 라인은, 상기 유체를 냉각하는 제3 냉각기를 더 포함한다.
또한, 상기 저장 장치는, 상기 유체가 저장되는 제1 서브 탱크; 및 상기 제1 서브 탱크에 저장된 상기 유체를 가압 및 가열하여 상기 제2 순환 라인으로 유입하는 제3 유입 라인을 더 포함한다.
또한, 상기 저장 장치는, 상기 유체가 저장되는 제2 서브 탱크; 및 상기 메인 탱크에 저장된 상기 유체를 상기 제2 서브 탱크로 유입하거나, 상기 제2 서브 탱크에 저장된 상기 유체를 상기 메인 탱크로 유입하는 제4 유입 라인을 더 포함한다.
상기 제3 유입 라인은, 상기 유체를 가압하는 제2 펌프; 상기 유체를 가열하는 제4 가열기; 및 상기 유체의 유입량을 제어하는 제4 밸브를 포함하고,
상기 제4 유입 라인은, 상기 유체의 유입량을 제어하는 제5 밸브를 포함한다.
또한, 상기 저장 장치는, 상기 유체를 저장하는 제3 서브 탱크; 상기 메인 탱크와 상기 제3 서브 탱크를 연결하고, 상기 메인 탱크에 저장된 상기 유체를 냉각하여 상기 제3 서브 탱크로 배출하거나, 상기 제3 서브 탱크에 저장된 상기 유체를 상기 메인 탱크로 유입하는 제2 배출 라인; 및 상기 제3 서브 탱크에 저장된 상기 유체를 가압 및 가열하여 상기 제2 순환 라인으로 유입하는 제5 유입 라인을 더 포함한다.
상기 제3 서브 탱크는, 저장된 상기 유체를 냉각시켜 액화하는 제4 냉각기를 포함한다.
상기 제2 배출 라인은, 상기 유체의 배출량을 제어하는 제6 밸브; 및 상기 유체를 냉각하는 제5 냉각기를 포함하고,
상기 제5 유입 라인은, 상기 유체를 가압하는 제3 펌프; 상기 유체를 가열하는 제4 가열기; 및 상기 유체의 유입량을 제어하는 제7 밸브를 포함한다.
그리고, 상기 유체는 상기 제1 순환 라인 내지 상기 제4 순환 라인 중 적어도 2개의 순환 라인을 이동하고,
상기 제어 장치는, 상기 발전 장치 내부를 이동하는 상기 유체의 온도와 상기 메인 탱크에 저장된 유체의 온도, 및 상기 제1 내지 제3 서브 탱크에 저장된 유체의 온도를 각각 측정하는 제1 측정부; 상기 발전 장치 내부를 이동하는 상기 유체의 압력과 상기 메인 탱크에 저장된 유체의 압력, 및 상기 제1 내지 제3 서브 탱크에 저장된 유체의 압력을 각각 측정하는 제2 측정부; 및 상기 압력 범위를 이용하여 상기 평형 압력을 계산하고, 상기 제1 측정부 및 상기 제2 측정부의 측정 결과와 상기 동작 상태 및 상기 평형 압력에 따라 상기 발전 장치 내부가 상기 압력 범위 및 상기 온도 범위에 포함되도록, 상기 유체의, 상기 순환, 상기 배출 및 상기 유입을 제어하는 제어부를 포함한다.
여기서, 상기 제어부는, 상기 동작 상태가 상기 최초 주입 상태인 경우, 상기 메인 탱크에 저장된 상기 유체를 상기 제1 유입 라인 또는 상기 제2 유입 라인을 통해 상기 제2 순환 라인으로 유입한다.
또한, 상기 제어부는, 상기 동작 상태가 상기 최초 주입 상태인 경우, 상기 제1 서브 탱크 및 상기 제2 서브 탱크에 저장된 유체를 상기 제1 내지 제4 유입 라인 중 어느 하나 이상을 통해 상기 제2 순환 라인으로 유입한다.
또한, 상기 제어부는, 상기 동작 상태가 상기 초기 주입 상태인 경우, 상기 제3 서브 탱크에 저장된 상기 유체를 상기 제5 유입 라인을 통해 상기 제2 순환 라인으로 유입한다.
그리고, 상기 제어부는, 상기 동작 상태가 상기 정상 구동 상태인 경우, 상기 발전 장치 내부를 이동하는 유체의 압력이 설계 압력 미만을 유지하면서, 정상 구동을 위한 범위를 유지하도록, 상기 제1 배출 라인을 통해 상기 유체를 상기 메인 탱크로 배출하거나, 상기 메인 탱크 및 상기 제1 서브 탱크 내지 상기 제3 서브 탱크 중 어느 하나 이상에 저장된 상기 유체를 상기 발전 장치로 유입한다.
또한, 상기 제어부는, 상기 동작 상태가 상기 정상 구동 상태에서 비상 정지된 상태인 경우, 상기 평형 압력과 설계 압력의 크기에 따라, 상기 발전 장치 내부를 순환하는 상기 유체를 상기 제1 배출 라인을 통해 상기 메인 탱크로 배출한다.
여기서, 상기 제어부는, 상기 평형 압력이 설계 압력보다 높은 경우, 상기 제1 배출 라인을 개방하여 상기 유체를 상기 메인 탱크로 배출한다.
또한, 상기 제어부는, 상기 동작 상태가 상기 재구동 상태인 경우, 상기 발전 장치 내부를 이동하는 유체의 압력이 설계 압력 미만을 유지하면서, 정상 구동을 위한 범위를 유지하도록, 상기 제1 배출 라인을 통해 상기 유체를 상기 메인 탱크로 배출하거나, 상기 메인 탱크 및 상기 제1 서브 탱크 내지 상기 제3 서브 탱크 중 어느 하나 이상에 저장된 상기 유체를 상기 발전 장치로 유입한다.
본 발명의 실시예에 따른 터빈 발전 시스템에 따르면,
첫째, 제1 배출 라인과 메인 탱크를 이용하여 평형 압력에 관계 없이 시스템 설계 조건을 낮추어 시스템 안전성을 개선할 수 있고, 경제적으로 저렴한 설치가 가능하다.
둘째, 메인 탱크에 의해 발전 장치가 정지할 경우, 외부로 나가는 유체를 저장하고, 발전 장치가 재작동될 때 다시 발전 장치 내부로 유체를 주입하여, 유체를 환경적, 경제적으로 낭비하지 않고 재활용할 수 있다.
셋째, 메인 탱크 이외에 복수의 서브 탱크를 추가하여 유체의 재고관리를 효율적으로 할 수 있다.
넷째, 복수의 냉각기에 의해 메인 탱크에 저장되는 유체의 양을 늘릴 수 있고, 메인 탱크의 크기를 줄일 수 있다.
도 1은 종래의 발전 시스템을 대략적으로 나타낸 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 터빈 발전 시스템을 개략적으로 나타낸 개념도이다
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 터빈 발전 시스템의 발전 장치 및 저장 장치의 연결 구조를 개략적으로 나타낸 개념도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 터빈 발전 시스템의 발전 장치 및 저장 장치의 연결 구조를 개략적으로 나타낸 개념도이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 터빈 발전 시스템의 발전 장치 및 저장 장치의 연결 구조를 개략적으로 나타낸 개념도이다.
도 6은 도 2에 도시된 제어 장치를 개략적으로 나타낸 개념도이다.
도 7은 P(압력)-H(엔탈피) 선도에서 발전시스템 구동, 정지, 기동 조건 표시한 그래프이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명한다. 이때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성 요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 터빈 발전 시스템을 개략적으로 나타낸 개념도이다.
본 발명의 터빈 발전 시스템(1000, 2000, 3000)은 발전 장치(100), 저장 장치(200, 300, 400) 및 제어 장치(500)를 포함한다.
본 발명의 터빈 발전 시스템(1000, 2000, 3000)은 제1 내지 제3 실시예로 분류되고, 이는 저장 장치(200, 300, 400)의 구성에 따라 분류된다.
도 3 내지 도 5를 참조하여, 제1 내지 제3 실시예의 터빈 발전 시스템(1000, 2000, 3000)을 구체적으로 설명한다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 터빈 발전 시스템의 발전 장치 및 저장 장치의 연결 구조를 개략적으로 나타낸 개념도이다.
도 3을 참도하면, 제1 실시예에 따른 터빈 발전 시스템(1000)은 발전 장치(100), 저장 장치(200)를 포함한다.
발전 장치(100)는 유체를 재순환하여 발전에 이용하고, 저장 장치(200)는 유체를 저장한다.
발전 장치(100)는 압축기(110), 발전 터빈(120), 재열기(130), 제1 순환 라인(140), 제2 순환 라인(150), 제3 순환 라인(160) 및 제4 순환 라인(170)을 포함한다.
압축기(110)는 유체를 압축하고, 발전 터빈(120)은 압축기(110)에서 압축된 유체에 의한 회전으로 발전한다.
재열기(130)는 압축기(110)를 통과한 유체와 발전 터빈(120)을 통과한 유체가 유입되고, 발전 터빈(120)을 통과한 유체에 의해 압축기(110)를 통과한 유체를 가열한다.
압축기(110) 및 발전 터빈(120)을 통과한 유체를 가열한다.
제1 순환 라인(140)은 압축기(110)를 통과한 유체를 재열기(130)로 유입하고, 제2 순환 라인(150)은 재열기(130)에서 배출된 유체를 냉각하여 압축기(110)로 유입한다.
여기서, 제2 순환 라인(150)은 유체를 냉각하는 제1 냉각기(151)를 포함한다.
제3 순환 라인(160)은 발전 터빈(120)을 통과한 유체를 재열기(130)로 유입하고, 제4 순환 라인(170)은 재열기(130)에서 배출된 유체를 가열하여 발전 터빈(120)으로 유입한다.
여기서, 제4 순환 라인(170)은 유체를 가열하는 제1 가열기(171)를 포함한다.
저장 장치(200)는 메인 탱크(210), 제1 배출 라인(220), 제1 유입 라인(230), 제2 유입 라인(240)을 포함한다.
메인 탱크(210)는 유체를 저장하고, 제2 냉각기(211)를 포함한다. 제2 냉각기(211)는 메인 탱크(210)에 저장된 유체를 냉각시켜 액화한다.
여기서, 제2 냉각기(211)는 별도의 장치로 구성되거나, LNG 기화기와 같은 공정열을 사용하는 장치가 있다면, 이를 활용할 수 있다.
또한, 메인 탱크(210)는 씰(seal)과 같은 마감 부분에서 유출되는 유체를 저장할 수 있다.
제1 배출 라인(220)은 제4 순환 라인(170)에 연결되고, 제4 순환 라인(170)을 이동하는 유체를 메인 탱크(210)로 배출한다.
여기서, 제1 배출 라인(220)은 제1 밸브(221) 및 제3 냉각기(222)를 포함하고, 제1 밸브(221)는 제4 순환 라인(170)에서 제1 배출 라인(220)으로 배출되는 유체의 배출량을 제어하며, 제3 냉각기(222)는 제1 배출 라인(220)을 이동하는 유체를 냉각한다.
그리고, 제2 냉각기(211) 및 제3 냉각기(222)에 의해 유체를 액화하여 메인 탱크(210)에 저장되는 유체의 저장량을 늘릴 수 있고, 메인 탱크(210)의 크기를 줄일 수 있다.
제1 유입 라인(230)은 메인 탱크(210)에 저장된 유체를 가열하여 제2 순환 라인(150)으로 유입한다.
제1 유입 라인(230)은 제2 밸브(231) 및 제2 가열기(232)를 포함하고, 제2 밸브(231)는 제2 순환 라인(150)으로 유입되는 유체의 유입량을 제어하며, 제2 가열기(232)는 제1 유입 라인(230)을 이동하는 유체를 가열한다.
제2 유입 라인(240)은 메인 탱크(210)에 저장된 유체를 가압 및 가열하여 제2 순환 라인(150)으로 유입한다.
제2 유입 라인(240)은 제3 밸브(241), 제1 펌프(242) 및 제3 가열기(243)를 포함한다.
제3 밸브(241)는 제2 순환 라인(150)으로 유입되는 유체의 유입량을 제어하고, 제1 펌프(242)는 제2 유입 라인(240)을 이동하는 유체를 가압하며, 제3 가열기(243)는 제2 유입 라인(240)을 이동하는 유체를 가열한다.
여기서, 제1 유입 라인(230)과 제2 유입 라인(240)은 발전 장치(100) 내부 압력에 따라 선택적으로 이용된다.
메인 탱크(210)에 저장된 유체의 압력이 발전 장치(100) 내부 압력보다 높은 경우, 메인 탱크(210)에서 발전 장치(100) 내부로 자연스럽게 이동하므로 메인 탱크(210)에 저장된 유체는 제1 유입 라인(230)으로 이동한다.
반면, 메인 탱크(210)에 저장된 유체의 압력이 발전 장치(100) 내부 압력 보다 낮은 경우, 제1 펌프(242)를 통해 제2 유입 라인(240)으로 유체가 이동한다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 터빈 발전 시스템의 발전 장치 및 저장 장치의 연결 구조를 개략적으로 나타낸 개념도이다.
도 4를 참조하여 제2 실시예에 따른 터빈 발전 시스템(2000)을 설명한다.
제2 실시예에 따른 터빈 발전 시스템(2000)은 발전 장치(100) 및 제어 장치(300)를 포함한다.
여기서, 제2 실시예의 터빈 발전 시스템(2000)의 발전 장치(100)는 제1 실시예의 터빈 발전 시스템(1000)의 발전 장치(100)와 동일한 구성이므로 자세한 설명은 생략한다.
저장 장치(300)는 메인 탱크(310), 제1 배출 라인(320), 제1 유입 라인(330), 제2 유입 라인(340), 제1 서브 탱크(350), 제3 유입 라인(360), 제2 서브 탱크(370) 및 제4 유입 라인(380)을 포함한다.
여기서, 메인 탱크(310), 제1 배출 라인(320), 제1 유입 라인(330) 및 제2 유입 라인(340)은 제1 실시예의 저장 장치(200)의 메인 탱크(210), 제1 배출 라인(220), 제1 유입 라인(230) 및 제2 유입 라인(240)과 동일한 구성이므로 자세한 설명은 생략한다.
제1 서브 탱크(350)는 유체를 저장하고, 제3 유입 라인(360)은 제1 서브 탱크(350)에 저장된 유체를 가압 및 가열하여 제2 순환 라인(140)으로 유입한다.
제3 유입 라인(360)은 제4 밸브(361), 제2 펌프(362) 및 제4 가열기(363)를 포함한다.
제4 밸브(361)는 제2 순환 라인(140)으로 유입되는 유체의 유입량을 제어하고, 제2 펌프(362)는 제3 유입 라인(360)을 이동하는 유체를 가압하며, 제3 가열기(363)는 제3 유입 라인(360)을 이동하는 유체를 가열한다.
제2 서브 탱크(370)는 유체를 저장하고, 제4 유입 라인(380)은 제2 서브 탱크(370)에 저장된 유체를 메인 탱크(310)로 유입한다.
제4 유입 라인(380)은 제5 밸브(381)를 포함하고, 제5 밸브(381)는 메인 탱크(310)로 유입되는 유체의 유입량을 제어한다.
초기 상태에서는 발전 장치(100)와 메인 탱크(310)에 저장된 유체가 없고, 제1 서브 탱크(350) 및 제2 서브 탱크(370)에만 유체가 존재한다.
발전 장치(100)가 비상 정지할 경우, 발전장치(100)의 유체의 일부가 메인탱크(310)으로 들어가게 되어, 메인탱크(310)의 압력이 제1 서브 탱크(350) 및 제2 서브 탱크(370)에 저장된 유체의 압력보다 크다.
추가적으로, 제2 실시예의 터빈 발전 시스템(200)은 제1 서브 탱크(350)만을 포함할 수 있고, 이 경우 제4 유입 라인(380)이 제1 서브 탱크(350)에 연결될 수 있다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 터빈 발전 시스템을 개략적으로 나타낸 개념도이다.
도 5를 참조하여 제3 실시예에 따른 터빈 발전 시스템(3000)을 설명한다.
제3 실시예에 따른 터빈 발전 시스템(3000)은 발전 장치(100) 및 저장 장치(400)를 포함한다.
여기서, 제3 실시예에 따른 터빈 발전 시스템(3000)의 발전 장치(100)는 제1 실시예에 따른 터빈 발전 시스템(1000)의 발전 장치(100)와 동일한 구성이므로 자세한 설명은 생략한다.
그리고, 저장 장치(400)는 메인 탱크(410), 제1 배출 라인(420), 제1 유입 라인(430), 제2 유입 라인(440), 제3 서브 탱크(450), 제2 배출 라인(460) 및 제5 유입 라인(470)을 포함한다.
메인 탱크(410)는 유체를 저장하고, 제1 배출 라인(420)은 제4 순환 라인(170)에 연결되고, 제4 순환 라인(170)을 이동하는 유체를 메인 탱크(410)로 배출한다.
여기서, 제1 배출 라인(420)은 제1 밸브(421)를 포함하고, 제1 밸브(421)는 제4 순환 라인(170)에서 제1 배출 라인(420)으로 배출되는 유체의 배출량을 제어한다.
제1 유입 라인(430) 및 제2 유입 라인(440)은 제1 실시예의 제1 유입 라인(230) 및 제2 유입 라인(240)과 동일한 구성이므로 자세한 설명은 생략한다.
제3 서브 탱크(450)는 유체를 저장하고, 제4 냉각기(451)를 포함하여 저장된 유체를 냉각시켜 액화한다.
여기서, 제3 서브 탱크(450)에 저장된 유체의 압력은 메인 탱크(410)에 저장된 유체의 압력 보다 낮다.
그래서, 메인 탱크(410)와 제3 서브 탱크(450)에는 서로 다른 압력을 가지는 유체를 나눠 저장할 수 있다.
따라서, 발전 장치(100) 내부 압력 및 내부 온도를 조절하는데 있어서 효율적인 제어가 가능하다.
제2 배출 라인(460)은 메인 탱크(410)와 제3 서브 탱크(450)를 연결하고, 메인 탱크(410)에 저장된 유체를 냉각하여 제3 서브 탱크(450)로 배출한다.
제2 배출 라인(460)은 제6 밸브(461) 및 제5 냉각기(462)를 포함한다.
제6 밸브(461)는 메인 탱크(410)에서 제3 서브 탱크(450)로 배출되는 유체의 배출량을 제어하고, 제5 냉각기(462)는 제2 배출 라인(460)을 이동하는 유체를 냉각한다.
제5 유입 라인(470)은 제3 서브 탱크(450)에 저장된 유체를 가압 및 가열하여 제2 순환 라인(140)으로 유입한다.
제5 유입 라인(470)은 제7 밸브(471), 제3 펌프(472) 및 제5 가열기(473)를 포함한다.
제7 밸브(471)는 제2 순환 라인(140)으로 유입되는 유체의 유입량을 제어하고, 제32 펌프(472)는 제5 유입 라인(470)을 이동하는 유체를 가압하며, 제5 가열기(473)는 제5 유입 라인(470)을 이동하는 유체를 가열한다.
이후, 앞서 설명한 제1 실시예 내지 제3 실시예의 터빈 발전 시스템(1000, 2000, 3000)의 발전 장치(100) 및 저장 장치(200, 300, 400)를 이동하는 유체의 흐름을 제어하는 제어 장치(500)를 설명한다. 제어 장치(500)는 제1 내지 제3 실시예의 터빈 발전 시스템(1000, 2000, 3000)에 동일하게 적용된다.
제어 장치(500)는 평형 압력에 대하여 발전 장치(100)의 온도 범위 및 압력 범위에 대응되도록, 발전 장치(100)의 동작 상태에 따라, 발전 장치(100)를 순환하는 유체를 저장 장치(200)로 배출하거나, 저장 장치(200)의 유체를 발전 장치(100)로 유입하여, 발전 장치(100)의 내부 온도 및 내부 압력을 제어한다.
여기서, 온도 범위 및 압력 범위는, 발전 장치(100)의 작동에 필요한 발전 장치(100)의 내부 온도 및 내부 압력의 범위이며,
동작 상태는 최초 주입 상태, 정상 구동 상태, 정상 구동 상태에서 비상 정지된 상태, 재구동을 위한 초기 상태, 재구동 상태 중 어느 하나이다.
최초 주입 상태는, 발전 장치(100)가 최초 작동되기 전 발전 장치(100) 내부에 유체가 없는 상태이고,
정상 구동 상태는, 발전 장치(100)의 내부 온도 및 내부 압력이 발전에 필요한 온도 및 압력에 도달하여 발전 장치(100)에서 정상적으로 발전 출력이 발생하는 상태이다.
정상 구동 상태에서 비상 정지된 상태는, 발전 장치(100)에 과부하가 발생하거나, 비정상 상황이 발생하여 발전 장치(100)의 터빈이 정지된 상태이며,
재구동을 위한 초기 상태는, 정지된 발전 장치(100)가 다시 구동하기 위해 발전 장치(100) 내부의 유체 압력 및 온도가 발전 장치 구동에 필요한 온도 및 압력으로 회복하는 상태이고,
재구동 상태는 정지 상태의 발전 장치(100)가 정상 구동 상태로 회복된 상태이다.
또한, 평형 압력은, 발전 장치(100) 내부 유체가 평형 상태일 때의 압력이며, 평형 상태는, 압축기(110)의, 유입부와 배출부의 유체 압력이 동일한 상태이다.
그리고, 유체는 발전 장치(100)의 제1 순환 라인(140) 내지 제4 순환 라인(170) 중 적어도 두개의 순환 라인을 이동한다.
제어 장치(500)는 제1 측정부(510), 제2 측정부(520) 및 제어부(530)를 포함한다.
제1 측정부(510)는 발전 장치(100) 내부를 이동하는 유체의 온도와 메인 탱크(210, 310, 410)에 저장된 유체의 온도, 및 제1 내지 제3 서브 탱크(350, 370, 450)에 저장된 유체의 온도를 각각 측정한다.
제2 측정부(520)는 발전 장치(100) 내부를 이동하는 유체의 압력과 메인 탱크(210, 310, 410)에 저장된 유체의 압력, 및 제1 내지 제3 서브 탱크(350, 370, 450)에 저장된 유체의 압력을 각각 측정한다.
제어부(530)는 압력 범위를 이용하여 평형 압력을 계산하고, 제1 측정부(510) 및 제2 측정부(530)의 측정 결과와 발전 장치(100)의 동작 상태 및 평형 압력에 따라 발전 장치(100) 내부가 압력 범위 및 온도 범위에 포함되도록, 유체의, 순환, 배출 및 유입을 제어한다.
여기서, 평형 압력은 발전 장치(100)가 평형 상태일 때의 압력이며, 평형 상태는 압축기(110)의 유입부와 배출부의 압력이 동일한 상태를 나타낸다.
복수의 경우에 따라 제어부(530)가 유체의, 순환, 배출 및 유입을 제어하는 과정을 제1 실시예 내지 제3 실시예의 터빈 발전 시스템(1000, 2000, 3000)에 대하여 구체적으로 설명한다.
도 3을 참조하여, 제1 실시예의 터빈 발전 시스템(1000)을 제어하는 과정을 설명하면,
첫째, 발전 장치(100)가 최초 주입 상태인 경우,
제1 실시예의 터빈 발전 시스템(1000)은 메인 탱크(210)에 저장된 유체를 제1 유입 라인(230) 및 제2 유입 라인(240)을 통해 제2 순환 라인(150)으로 유입한다.
이 과정에서, 제1 펌프(242)를 통해 압력을 높일 수 있다.
둘째, 발전 장치(100)가 정상 구동 상태인 경우,
발전 장치(100) 내부를 이동하는 유체의 압력이 설계 압력 미만을 유지하면서, 정상 구동을 위한 범위를 유지하도록, 제1 배출 라인(220)을 통해 유체를 메인 탱크(210)로 배출하거나, 메인 탱크(210)에 저장된 유체를 제2 순환 라인(150)으로 유입하여, 발전 장치(100) 내부를 이동하는 유체의 압력을 유지한다.
여기서, 설계 압력은 발전 장치(100)가 부담할 수 있는 유체의 최대 압력을 나타낸다.
유체의 압력을 조절하는 과정을 예를 들어 설명하면, 설계압력에서 소정만큼 감소된 제어 압력을 설정하고, 이를 기준으로 유체의 압력을 조절할 수 있다.
발전 장치(100) 내부의 유체 압력이 제어 압력 이상인 경우, 제1 배출 라인(220)을 통해 유체를 메인 탱크(210)로 배출하여 유체의 압력을 낮추거나,
메인 탱크(210)에 저장된 유체를 제1 유입 라인(230) 또는 제2 유입 라인(240)을 통해 제2 순환 라인(150)으로 유입하여 유체의 압력을 낮출 수 있다.
셋째, 발전 장치(100)가 정상 구동 상태에서 비상 정지된 상태인 경우,
발전 장치(100)를 순환하는 유체를 제1 배출 라인(220)을 통해 메인 탱크(210)로 배출하는데, 평형 압력과 설계압력의 크기에 따라 동작이 달라진다.
평형 압력이 설계압력보다 낮은 경우,
발전 장치(100) 내부는 자동으로 평형상태에 도달하게 되어 제1 배출 라인(220)을 개방할 필요가 없다.
그러나, 발전 장치(100)의 재작동을 위해 내부 유체의 압력을 조절할 필요가 있는 경우에는, 제1 배출 라인(220)을 통해 메인 탱크(210)로 배출한다.
그리고, 평형 압력이 설계압력보다 높은 경우,
발전 장치(100) 내부 유체의 압력이 평형 압력에 도달하지 않도록 제1 배출 라인(220)을 개방하여 메인 탱크(210)로 배출한다.
비상 정지된 상태에서 제어부(530)는 발전 장치(100)의 재구동을 위해 발전 장치(100)로 유체를 재주입하거나, 유체를 효과적으로 보관하기 위해 제2 냉각기(211)를 작동시켜, 메인 탱크(210)로 유입된 유체의 압력을 낮춘다.
넷째, 발전 장치(100)가 재구동을 위한 초기 상태인 경우,
메인 탱크(210)에 저장된 유체를 제2 순환 라인(150)으로 유입하여 발전 장치(100)로 전달하고, 발전 장치(100) 내부의 유체 압력 및 온도를 발전 장치를 구동하는데 필요한 온도 및 압력으로 회복한다.
여기서, 유체는 제1 유입 라인(230) 또는 제2 유입 라인(240)을 이동하며 발전 장치 구동에 필요한 온도 및 압력으로 형성된다.
제1 유입 라인(230) 및 제2 유입 라인(240)으로 유체를 유입하는 과정에서 발전 장치(100) 재구동 초기에는 제2 밸브(231) 및 제3 밸브(241)를 이용하여 유입하다가, 발전 장치(100) 내부 압력이 메인 탱크(210)에 저장된 유체의 압력보다 높아지면 제1 펌프(242)를 이용하여 유입한다.
다섯째, 발전 장치(100)가 재구동 상태인 경우,
정상 구동 상태와 동일하게 발전 장치(100) 내부를 이동하는 유체의 압력이 설계 압력 미만을 유지하면서, 정상 구동을 위한 범위를 유지하기 위한 동작을 수행한다.
도 4를 참조하여, 제2 실시예의 터빈 발전 시스템(2000)을 제어하는 과정을 설명하면,
첫째, 발전 장치(100)가 최초 주입 상태인 경우,
제2 실시예의 터빈 발전 시스템(2000)은 제1 서브 탱크(350)에 저장된 유체를 제3 유입 라인(360)을 통해 제2 순환 라인(150)으로 유입할 수 있다.
또한, 제2 서브 탱크(370)에 저장된 유체를 메인 탱크(310)로 유입하고, 메인 탱크(310)에서 제1 유입 라인(330) 또는 제2 유입 라인(340)을 통해 제2 순환 라인(150)으로 유입할 수 있다.
최초 주입 상태에서는 메인 탱크(310)에 유체가 저장되지 않고, 제1 서브 탱크(350) 및 제2 서브 탱크(370)에만 유체가 저장되므로, 제1 서브 탱크(350) 및 제2 서브 탱크(370)만을 이용하여 유체를 발전 장치(100)로 공급한다.
둘째, 발전 장치(100)가 정상 구동 상태인 경우,
발전 장치(100) 내부를 이동하는 유체의 압력이 설계 압력 미만을 유지하면서, 정상 구동을 위한 범위를 유지하도록, 제1 배출 라인(320)을 통해 유체를 메인 탱크(310)로 배출하거나, 제1 서브 탱크(350)에 저장된 유체를 제2 순환 라인(150)으로 유입하여, 발전 장치(100) 내부를 이동하는 유체의 압력을 유지한다.
셋째, 발전 장치(100)가 정상 구동 상태에서 비상 정지된 상태인 경우,
발전 장치(100)를 순환하는 유체를 제1 배출 라인(320)을 통해 메인 탱크(310)로 배출하는데, 평형 압력과 설계압력의 크기에 따라 동작이 달라진다.
평형 압력이 설계압력보다 낮은 경우,
발전 장치(100) 내부는 자동으로 평형상태에 도달하게 되어 제1 배출 라인(320)을 개방할 필요가 없다.
그러나, 발전 장치(100)의 재작동을 위해 내부 유체의 압력을 조절할 필요가 있는 경우에는, 제1 배출 라인(320)을 통해 메인 탱크(310)로 배출한다.
그리고, 평형 압력이 설계압력보다 높은 경우,
발전 장치(100) 내부 유체의 압력이 평형 압력에 도달하지 않도록 제1 배출 라인(320)을 개방하여 메인 탱크(310)로 배출한다.
비상 정지된 상태에서 제어부(530)는 발전 장치(100)의 재구동을 위해 발전 장치(100)로 유체를 재주입하거나, 유체를 효과적으로 보관하기 위해 제2 냉각기(311)를 작동시켜, 메인 탱크(310)로 유입된 유체의 압력을 낮춘다.
또한, 메인 탱크(310)에 저장된 유체를 제2 서브 탱크(370)로 배출하거나, 제2 서브 탱크(370)에 저장된 유체를 메인 탱크(310)로 유입하여 메인 탱크(310)에 저장된 유체의 압력을 낮춘다.
넷째, 발전 장치(100)가 재구동을 위한 초기 상태인 경우,
메인 탱크(310)에 저장된 유체를 발전 장치(100)로 전달하고, 발전 장치(100) 내부의 유체 압력 및 온도를 발전 장치 구동에 필요한 온도 및 압력으로 회복한다.
여기서, 유체는 제1 유입 라인(330) 또는 제2 유입 라인(340)을 이동하며 발전 장치 구동에 필요한 온도 및 압력으로 형성된다.
또한, 제1 서브 탱크(350)에 저장된 유체를 제3 유입 라인(360)을 통해 제2 순환 라인(150)으로 유입하여 발전 장치(100)로 전달할 수 있다.
제1 유입 라인(330) 및 제2 유입 라인(340)으로 유체를 유입하는 과정에서 발전 장치(100)의 재구동 초기에는 제2 밸브(331) 및 제3 밸브(341)를 이용하여 유입하다가, 발전 장치(100) 내부 압력이 메인 탱크(310)에 저장된 유체의 압력보다 높아지면 제1 펌프(342)를 이용하여 유입한다.
다섯째, 발전 장치(100)가 재구동 상태인 경우,
정상 구동 상태와 동일하게 발전 장치(100) 내부를 이동하는 유체의 압력이 설계 압력 미만을 유지하면서, 정상 구동을 위한 범위를 유지한다.
도 5를 참조하여, 제3 실시예의 터빈 발전 시스템(3000)을 제어하는 과정을 설명하면,
첫째, 발전 장치(100)가 최초 주입 상태인 경우,
제3 실시예의 터빈 발전 시스템(3000)은 제3 서브 탱크(450)에 저장된 유체를 제5 유입 라인(470)을 통해 제2 순환 라인(150)으로 유입한다.
초기 상태에서는 메인 탱크(410)에 유체가 저장되지 않고, 제3 서브 탱크(450)에만 유체가 저장되므로, 제3 서브 탱크(450)만을 이용하여 유체를 발전 장치(100)로 공급한다.
둘째, 발전 장치(100)가 정상 구동 상태인 경우,
발전 장치(100) 내부를 이동하는 유체의 압력이 설계 압력 미만을 유지하면서, 정상 구동을 위한 범위를 유지하도록, 제1 배출 라인(420)을 통해 유체를 메인 탱크(410)로 배출하거나, 제3 서브 탱크(450)에 저장된 유체를 제5 유입 라인(470)을 통해 제2 순환 라인(150)으로 유입하여, 발전 장치(100) 내부를 이동하는 유체의 압력을 유지한다.
여기서, 제5 유입 라인(470)을 이동하는 유체는 제3 펌프(472)를 통해 압력이 조절된다.
셋째, 발전 장치(100)가 정상 구동 상태에서 비상 정지된 상태인 경우,
발전 장치(100)를 순환하는 유체를 제1 배출 라인(420)을 통해 메인 탱크(410)로 배출하는데, 평형 압력과 설계압력의 크기에 따라 동작이 달라진다.
평형 압력이 설계압력보다 낮은 경우,
발전 장치(100) 내부는 자동으로 평형상태에 도달하게 되어 제1 배출 라인(420)을 개방할 필요가 없다.
그러나, 발전 장치(100)의 재구동을 위해 내부 유체의 압력을 조절할 필요가 있는 경우에는, 제1 배출 라인(420)을 통해 메인 탱크(410)로 배출한다.
그리고, 평형 압력이 설계압력보다 높은 경우,
발전 장치(100) 내부 유체의 압력이 평형 압력에 도달하지 않도록 제1 배출 라인(420)을 개방하여 메인 탱크(410)로 배출한다.
비상 정지된 상태에서 제어부(530)는 발전 장치(100)의 재구동을 위해 발전 장치(100)로 유체를 다시 주입하거나 유체를 효과적으로 보관하기 위해, 메인 탱크(410)에 저장된 유체를 제3 서브 탱크(450)로 이동시킨다.
제3 서브 탱크(450)로 이동된 유체에 압력 저하가 필요한 경우, 제4 냉각기(451)를 이용하여 유체를 냉각할 수 있다.
그리고, 유체를 제3 서브 탱크(450)로 이동시키는 과정에서 유체의 압력에 따라 제5 냉각기(452)를 이용하여 유체를 냉각해 압력을 낮출 수 있다.
넷째, 발전 장치(100)가 재구동을 위한 초기 상태인 경우,
메인 탱크(410)에 저장된 유체를 발전 장치(100)로 전달하고, 발전 장치(100) 내부의 유체 압력 및 온도를 발전 장치 구동에 필요한 온도 및 압력으로 회복한다.
여기서, 유체는 제1 유입 라인(430) 또는 제2 유입 라인(440)을 이동하며 발전 장치 구동에 필요한 온도 및 압력으로 형성된다.
또한, 제3 서브 탱크(450)에 저장된 유체를 제5 유입 라인(470)을 통해 제2 순환 라인(150)으로 유입할 수 있다.
그리고, 제3 서브 탱크(450)에 저장된 유체를 메인 탱크(410)로 전달하여 메인 탱크(410)를 거쳐 유체를 발전 장치(100)로 유입할 수 있다.
재구동 초기에는 제2 밸브(431) 및 제3 밸브(441)를 이용하여 유입하다가, 발전 장치(100) 내부 압력이 메인 탱크(410)에 저장된 유체의 압력보다 높아지면 제1 펌프(442)를 이용하여 유입한다.
다섯째, 발전 장치(100)가 재구동 상태인 경우,
정상 구동 상태와 동일하게 발전 장치(100) 내부를 이동하는 유체의 압력이 설계 압력 미만을 유지하면서, 정상 구동을 위한 범위를 유지하기 위한 동작을 수행한다.
추가적으로, 제1 내지 제3 실시예의 터빈 발전 시스템(1000, 2000, 3000)에 있어서, 발전 장치(100)를 순환하는 유체의 온도 변화가 필요한 경우, 제어부(530)는 제2 유입 라인(150)으로 유입되는 유체를 가열하여 유입할 수 있다.
도 7은 P(압력)-H(엔탈피) 선도에서 발전 시스템 구동, 정지, 기동 조건 표시한 그래프이다.
도 7을 참조하여, 발전 장치(100)의 발전 사이클(C)에 대해 설명하면, 발전 사이클(C)은 정상상태에서 1→2→3→4→1의 과정을 거친다.
그러다, 정지 또는 비상정지를 하게되면, 평형 상태 조건(S)으로 시스템이 평형 상태에 도달하게 된다.
이때, 시스템의 압력을 낮게 유지하여 안전하게 만들고, 경제적으로 비용을 줄이기 위해 시스템의 설계 조건(D)을 평형 상태 조건(S)보다 낮은 상태가 되도록, 시스템 내부의 유체를 Blow down 시킨다.
작동 유체를 외부로 방출하면, 재활용할 수 없고, 유체가 환경오염을 시킬 수 있기에, 본 발명의 터빈 발전 시스템(1000, 2000, 3000)은 메인 탱크(210, 310, 410) 포함하여 배출된 유체를 보관한다.
발전 장치(100)의 내부 압력을 시스템 설계 조건(D) 이하로 형성한 상태에서, 발전 장치(100)를 재구동하기 위한 구동 조건이 평형 상태 조건(S) 또는 시스템 설계 조건(D)이라면, 발전 장치(100)를 정상 구동 상태로 되돌리기 위해 메인 탱크(210, 310, 410)에 있는 유체를 발전 장치(100)로 유입할 수 있다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100...발전 장치 110...압축기
120...발전 터빈 130...재열기
140...제1 순환 라인 150...제2 순환 라인
151...제1 냉각기 160...제3 순환 라인
170...제4 순환 라인 171...제1 가열기
200...저장 장치 210...메인 탱크
211...제2 냉각기 220...제1 배출 라인
221...제1 밸브 222...제3 냉각기
230...제1 유입 라인 231...제2 밸브
232...제2 가열기 240...제2 유입 라인
241...제3 밸브 242...제1 펌프
243...제3 가열기
300...저장 장치 310...메인 탱크
320...제1 배출 라인 330...제1 유입 라인
340...제2 유입 라인 350...제1 서브 탱크
360...제3 유입 라인 361...제4 밸브
362...제2 펌프 363...제4 가열기
370...제2 서브 탱크 380...제4 유입 라인
381...제5 밸브
400...저장 장치 410...메인 탱크
420...제1 배출 라인 430...제1 유입 라인
440...제2 유입 라인 450...제3 서브 탱크
451...제4 냉각기 460...제2 배출 라인
461...제6 밸브 462...제5 냉각기
470...제5 유입 라인 471...제7 밸브
472...제3 펌프 473...제5 가열기
500...제어 장치 510...제1 측정부
520...제2 측정부 530...제어부

Claims (21)

  1. 유체를 순환하여 발전에 이용하는 발전 장치;
    상기 유체를 저장하는 저장 장치; 및
    평형 압력에 대하여 상기 발전 장치의 온도 범위 및 압력 범위에 대응되도록, 상기 발전 장치의 동작 상태에 따라, 상기 발전 장치를 순환하는 유체를 상기 저장 장치로 배출하거나, 상기 저장 장치의 유체를 상기 발전 장치로 유입하여, 상기 발전 장치의 내부 온도 및 내부 압력을 제어하는 제어 장치
    를 포함하고,
    상기 온도 범위 및 압력 범위는, 상기 발전 장치의 작동에 필요한 상기 발전 장치의 내부 온도 및 내부 압력의 범위이며,
    상기 동작 상태는, 최초 주입 상태, 정상 구동 상태, 정상 구동 상태에서 비상 정지된 상태, 재구동 위한 초기 상태, 재구동 상태 중 어느 하나이고,
    상기 최초 주입 상태는, 상기 발전 장치(100)가 최초 작동되기 전 상기 발전 장치 내부에 상기 유체가 없는 상태이며,
    상기 정상 구동 상태는, 상기 발전 장치의 내부 온도 및 내부 압력이 발전에 필요한 온도 및 압력에 도달하여 상기 발전 장치에서 정상적으로 발전 출력이 발생하는 상태이고,
    상기 정상 구동 상태에서 비상 정지된 상태는, 상기 발전 장치에 과부하가 발생하거나, 비정상 상황이 발생하여 상기 발전 장치의 터빈이 정지된 상태이며,
    상기 재구동을 위한 초기 상태는, 정지된 상기 발전 장치가 다시 구동하기 위해 상기 발전 장치 내부의 유체 압력 및 온도가 상기 발전 장치를 구동하는데 필요한 온도 및 압력으로 회복하는 상태이고,
    상기 재구동 상태는, 정지된 상기 발전 장치가 정상 구동 상태로 회복되어 상기 발전 출력이 발생되는 상태이며,
    상기 평형 압력은, 상기 발전 장치 내부의 유체가 평형 상태일 때의 압력이며,
    상기 평형 상태는, 상기 압축기의 유입부와 배출부의 유체 압력이 같은 상태인, 터빈 발전 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어 장치는,
    상기 내부 압력 및 내부 온도를 측정하고, 측정 결과에 따라 상기 발전 장치에 대한 상기 유체의 상기 순환, 상기 배출 및 상기 유입을 제어하는, 터빈 발전 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 발전 장치는,
    상기 유체를 압축하는 압축기;
    상기 유체에 의한 회전으로 발전하는 발전 터빈;
    상기 압축기를 통과한 유체와 상기 발전 터빈을 통과한 유체가 유입되고, 상기 발전 터빈을 통과한 유체에 의해 상기 압축기를 통과한 유체를 가여하는 재열기;
    상기 압축기를 통과한 유체를 상기 재열기로 유입하는 제1 순환 라인;
    상기 재열기에서 배출된 유체를 냉각하여 상기 압축기로 유입하는 제2 순환 라인;
    상기 발전 터빈을 통과한 상기 유체를 상기 재열기로 유입하는 제3 순환 라인; 및
    상기 재열기에서 배출된 상기 유체를 가열하여 상기 발전 터빈으로 유입하는 제4 순환 라인
    을 포함하고,
    상기 제2 순환 라인은, 상기 유체를 냉각하는 제1 냉각기를 포함하며,
    상기 제4 순환 라인은, 상기 유체를 가열하는 제1 가열기를 포함하는, 터빈 발전 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 저장 장치는,
    상기 유체를 저장하는 메인 탱크;
    상기 제4 순환 라인에 연결되고, 상기 제4 순환 라인을 이동하는 상기 유체를 상기 메인 탱크로 배출하는 제1 배출라인;
    상기 메인 탱크에 저장된 상기 유체를 가열하여 상기 제2 순환 라인으로 유입하는 제1 유입 라인; 및
    상기 메인 탱크에 저장된 상기 유체를 가압 및 가열하여 상기 제2 순환 라인으로 유입하는 제2 유입 라인
    을 포함하는, 터빈 발전 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 배출 라인은,
    상기 유체의 배출량을 제어하는 제1 밸브
    를 포함하고,
    상기 제1 유입 라인은,
    상기 유체를 가열하는 제2 가열기; 및
    상기 유체의 유입량을 제어하는 제2 밸브
    를 포함하며,
    상기 제2 유입 라인은,
    상기 유체를 가압하는 제1 펌프;
    상기 유체를 가열하는 제3 가열기; 및
    상기 유체의 유입량을 제어하는 제3 밸브
    를 포함하는, 터빈 발전 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 메인 탱크는,
    저장된 상기 유체를 냉각시켜 액화하는 제2 냉각기
    를 포함하는, 터빈 발전 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 배출 라인은,
    상기 유체를 냉각하는 제3 냉각기
    를 더 포함하는, 터빈 발전 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 저장 장치는,
    상기 유체가 저장되는 제1 서브 탱크; 및
    상기 제1 서브 탱크에 저장된 상기 유체를 가압 및 가열하여 상기 제2 순환 라인으로 유입하는 제3 유입 라인
    을 더 포함하는, 터빈 발전 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 저장 장치는,
    상기 유체가 저장되는 제2 서브 탱크; 및
    상기 메인 탱크에 저장된 상기 유체를 상기 제2 서브 탱크로 유입하거나, 상기 제2 서브 탱크에 저장된 상기 유체를 상기 메인 탱크로 유입하는 제4 유입 라인
    을 더 포함하는, 터빈 발전 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제3 유입 라인은,
    상기 유체를 가압하는 제2 펌프;
    상기 유체를 가열하는 제4 가열기; 및
    상기 유체의 유입량을 제어하는 제4 밸브
    를 포함하고,
    상기 제4 유입 라인은,
    상기 유체의 유입량을 제어하는 제5 밸브
    를 포함하는, 터빈 발전 시스템.
  11. 제5항에 있어서,
    상기 저장 장치는,
    상기 유체를 저장하는 제3 서브 탱크;
    상기 메인 탱크와 상기 제3 서브 탱크를 연결하고, 상기 메인 탱크에 저장된 상기 유체를 냉각하여 상기 제3 서브 탱크로 배출하거나, 상기 제3 서브 탱크에 저장된 상기 유체를 상기 메인 탱크로 유입하는 제2 배출 라인; 및
    상기 제3 서브 탱크에 저장된 상기 유체를 가압 및 가열하여 상기 제2 순환 라인으로 유입하는 제5 유입 라인
    을 더 포함하는, 터빈 발전 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제3 서브 탱크는,
    저장된 상기 유체를 냉각시켜 액화하는 제4 냉각기
    를 포함하는, 터빈 발전 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제2 배출 라인은,
    상기 유체의 배출량을 제어하는 제6 밸브; 및
    상기 유체를 냉각하는 제5 냉각기
    를 포함하고,
    상기 제5 유입 라인은,
    상기 유체를 가압하는 제3 펌프;
    상기 유체를 가열하는 제4 가열기; 및
    상기 유체의 유입량을 제어하는 제7 밸브
    를 포함하는, 터빈 발전 시스템.
  14. 제10항 또는 제13항에 있어서,
    상기 유체는 상기 제1 순환 라인 내지 상기 제4 순환 라인 중 적어도 2개의 순환 라인을 이동하고,
    상기 제어 장치는,
    상기 발전 장치 내부를 이동하는 상기 유체의 온도와 상기 메인 탱크에 저장된 유체의 온도, 및 상기 제1 내지 제3 서브 탱크에 저장된 유체의 온도를 각각 측정하는 제1 측정부;
    상기 발전 장치 내부를 이동하는 상기 유체의 압력과 상기 메인 탱크에 저장된 유체의 압력, 및 상기 제1 내지 제3 서브 탱크에 저장된 유체의 압력을 각각 측정하는 제2 측정부; 및
    상기 압력 범위를 이용하여 상기 평형 압력을 계산하고, 상기 제1 측정부 및 상기 제2 측정부의 측정 결과와 상기 동작 상태 및 상기 평형 압력에 따라 상기 발전 장치 내부가 상기 압력 범위 및 상기 온도 범위에 포함되도록, 상기 유체의, 상기 순환, 상기 배출 및 상기 유입을 제어하는 제어부
    를 포함하는, 터빈 발전 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 동작 상태가 상기 최초 주입 상태인 경우,
    상기 메인 탱크에 저장된 상기 유체를 상기 제1 유입 라인 또는 상기 제2 유입 라인을 통해 상기 제2 순환 라인으로 유입하는, 터빈 발전 시스템.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 동작 상태가 상기 최초 주입 상태인 경우,
    상기 제1 서브 탱크 및 상기 제2 서브 탱크에 저장된 유체를 상기 제1 내지 제4 유입 라인 중 어느 하나 이상을 통해 상기 제2 순환 라인으로 유입하는, 터빈 발전 시스템.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 동작 상태가 상기 초기 주입 상태인 경우,
    상기 제3 서브 탱크에 저장된 상기 유체를 상기 제5 유입 라인을 통해 상기 제2 순환 라인으로 유입하는, 터빈 발전 시스템.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 동작 상태가 상기 정상 구동 상태인 경우,
    상기 발전 장치 내부를 이동하는 유체의 압력이 설계 압력 미만을 유지하면서, 정상 구동을 위한 범위를 유지하도록, 상기 제1 배출 라인을 통해 상기 유체를 상기 메인 탱크로 배출하거나, 상기 메인 탱크 및 상기 제1 서브 탱크 내지 상기 제3 서브 탱크 중 어느 하나 이상에 저장된 상기 유체를 상기 발전 장치로 유입하는, 터빈 발전 시스템.
  19. 제14항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 동작 상태가 상기 정상 구동 상태에서 비상 정지된 상태인 경우,
    상기 평형 압력과 설계압력의 크기에 따라, 상기 발전 장치 내부를 순환하는 상기 유체를 상기 제1 배출 라인을 통해 상기 메인 탱크로 배출하는, 터빈 발전 시스템.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 평형 압력이 설계 압력보다 높은 경우,
    상기 제1 배출 라인을 개방하여 상기 유체를 상기 메인 탱크로 배출하는, 터빈 발전 시스템.
  21. 제14항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 동작 상태가 상기 재구동 상태인 경우,
    상기 발전 장치 내부를 이동하는 유체의 압력이 설계 압력 미만을 유지하면서, 정상 구동을 위한 범위를 유지하도록, 상기 제1 배출 라인을 통해 상기 유체를 상기 메인 탱크로 배출하거나, 상기 메인 탱크 및 상기 제1 서브 탱크 내지 상기 제3 서브 탱크 중 어느 하나 이상에 저장된 상기 유체를 상기 발전 장치로 유입하는, 터빈 발전 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20130036736A1 (en) * 2009-09-17 2013-02-14 Echogen Power System, LLC Automated mass management control
EP3816413A1 (de) * 2019-11-04 2021-05-05 Siemens Aktiengesellschaft Druckregelung für geschlossene joule-kreisprozesse

Patent Citations (2)

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