KR20220167765A - Co2 포집을 수반하는 하이브리드 파워 플랜트 - Google Patents

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KR20220167765A
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벤자민 시민 뎅
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미쯔비시 파워 아메리카스, 아이엔씨.
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Abstract

전력 생산 설비는 전기 및 배기 가스를 생성하기 위한 에너지를 생성하기 위해 연료를 연소시키는 파워 플랜트, 오염물질을 제거하기 위해 배기 가스를 수용하는 배출물 포집 유닛, 구성성분의 반응을 통해 전기를 생성하고 배출물 포집 유닛을 동작시키기 위해 부산물 열을 제공하는 연료 전지, 및 반응 프로세스에 기인하는 연료 전지로부터 수용되는 물 부산물로부터 연료 전지를 위한 구성성분을 생성하는 전해조를 포함한다. 배출물 포집 유닛을 갖는 상태에서 전력을 생성하는 방법이, 전기 입력을 사용하여 물 입력으로부터 전해조에 의해 수소 가스 및 산소 가스를 생성하고, 전해조의 수소 가스 및 산소 가스로부터 연료 전지에 의해 전기, 열 및 물 입력을 생성하며, 연료 전지로부터의 열을 사용하여 배출물 포집 유닛에 의해 배기 가스로부터 배출물을 포집하도록 구성되는 하이브리드 파워 플랜트를 제공하는 단계를 포함한다.

Description

CO2 포집을 수반하는 하이브리드 파워 플랜트{HYBRID POWER PLANT WITH CO2 CAPTURE}
선행 출원
본 출원은 2021년 6월 11일자로 출원된 미국 가특허 출원 제63/209,457호에 대한 우선권의 이익을 향유하고, 그 내용은 그 전체가 참조로 본 명세서에 원용된다.
기술 분야
본 문헌은 일반적으로, 그러나 비제한적으로, 가스 터빈 복합 사이클(GTCC) 파워 플랜트에서 이용되는 동력 사이클에 관한 것이다. 더 구체적으로는, 그러나 비제한적으로, 본 출원은 GTCC 파워 플랜트에서 배출물을 감소시키기 위한 시스템에 관한 것이다.
가스 터빈 복합 사이클(GTCC) 파워 플랜트에서, 가스 터빈 엔진을 위한 연소기는 다양한 연료로 동작할 수 있다. 가스 터빈 연소기는 전형적으로 현재의 대규모 GTCC 파워 플랜트를 위한 천연 가스(또는 액체) 연료를 연소시키도록 설계된다. 수소 연료(H2)의 연소는 이산화탄소(CO2) 배출물을 생성하지 않는다. GTCC 파워 플랜트에서 H2를 연소시키기 위해, 연소 시스템은 전형적으로 천연 가스(또는 액체 연료)와 H2 사이의 특성의 차이를 수용하도록 재설계된다. 전형적인 가스 터빈(GT)은 천연 가스와 조합하여 약 30% 내지 약 50%(체적%) H2를 취급할 수 있다. H2 및 천연 가스를 30/70 또는 50/50 배분으로 사용하는 경우, 현재의 연소기 설계를 위한 터빈 입구 온도(T1t)는 천연 가스의 연소에 기인하는 유사한 질소 산화물(NOx) 배출물 레벨을 달성하기 위해 감소(디레이팅(derating))될 수 있다. 예를 들어, H2는 더 고온에서 연소하고, 이에 의해 배출물 내에 더 많은 질소를 형성한다. 따라서, 천연 가스와 동일한 질소 산화물(NOx) 배출물을 유지하기 위해, GTCC 성능은 전력 출력뿐 아니라 디레이팅된 터빈 입구 온도로 인한 열 효율의 측면에서 영향을 받을 것이다. 100% H2 연료의 연소는 환경적 고려를 위해 CO2 배출물의 감소를 진행시키기 위해 바람직하다.
본 발명자는 특히 동력 사이클에서 해결되어야 할 문제점은 천연 가스와 H2 연료 중 하나 또는 그 조합으로 동작하는 GTCC과 함께 CO2 포집 시스템을 사용할 때 초래되는 동작 불이익을 포함할 수 있다는 것을 인식하였다. 천연 가스와 H2의 혼합은 천연 가스 연료만을 연소시키는 것보다 적은 CO2 배출물을 생성하지만, CO2 배출물 및 NOx와 같은 다른 배출물을 최소화하거나 제거하는 것이 여전히 바람직하다. 따라서, 많은 GTCC 시스템은 가스 터빈 엔진의 연도 가스가 환경으로 방출되기 전에 최종적으로 통과되는 CO2 포집 시스템을 채용한다. 전형적으로 채용되는 CO2 포집 기술은 수반되는 원하는 화학 프로세스를 달성하기 위해 입력으로서 열을 이용한다. GTCC 파워 플랜트에서 이 열을 감안하면 시스템의 전체 효율의 감소가 확인된다.
본 발명 요지는, 예컨대 종래의 방식으로 CO2 포집 시스템과 함께 동작하는 종래의 GTCC 파워 플랜트에 비해 더 높은 전체 효율로 GTCC 파워 플랜트의 배출물을 감소시키기 위해 CO2 포집 유닛과 조합하여 연료 전지 및 전해조를 사용함으로써, 이러한 문제 및 다른 문제에 대한 해결책을 제공하는 것을 도울 수 있다. 전해조는 H2 및 O2 출력을 생성하도록 동작되면서 동시에 전해조의 H2 및 O2 출력으로 연료 전지를 동작시켜 물 및 열 출력을 생성할 수 있다. 물은 전해조 보급에 사용될 수 있고, 열은 CO2 포집 유닛을 위한 입력으로서 사용될 수 있다. 연료 전지의 추가된 전기 출력은, 특히 전해조에 동작 전력을 제공하기 위해 재생가능 에너지를 사용할 때, 종래의 방식으로(예를 들어, GTCC 파워 플랜트로부터의 열 입력을 이용) CO2 포집 유닛을 사용하는 것보다 큰 전체 시스템 효율을 초래할 수 있다.
일 예에서, 전력 생산 설비는, 복합 사이클 파워 플랜트로서, 복합 사이클 파워 플랜트는 전기를 생성하기 위한 회전 축 동력을 생산하는데 사용될 수 있는 배기 가스를 생산하기 위해 연료를 연소시키도록 구성되는 가스 터빈 엔진 및 추가적인 전기를 생성하도록 증기 터빈을 회전시키기 위해 배기 가스로 증기를 생산하도록 구성되는 증기 시스템을 포함하는, 복합 사이클 파워 플랜트, 오염물질을 제거하기 위해 배기 가스를 수용하도록 구성되는 배출물 포집 유닛, 구성성분의 반응 프로세스를 통해 전기를 생성하고 배출물 포집 유닛을 동작시키기 위해 부산물 열을 제공하도록 구성되는 연료 전지, 및 반응 프로세스로부터 초래된 연료 전지로부터 수용되는 물 부산물로부터 연료 전지를 위한 구성성분을 생성하도록 구성되는 전해조를 포함한다.
다른 예에서, 복합 사이클 파워 플랜트로부터 배출물을 제거하는 방법은 하이브리드 파워 플랜트를 제공하는 단계를 포함할 수 있고, 하이브리드 파워 플랜트는 전기 입력을 사용하여 물 입력으로부터 전해조에 의해 수소 가스 및 산소 가스를 생성하고, 적어도 전해조의 수소 가스로부터 연료 전지에 의해 전기 및 열을 생성하며, 연료 전지로부터의 열의 적어도 일부를 복합 사이클 파워 플랜트의 가스 터빈 엔진으로부터 배기 가스를 수용하도록 구성되는 배출물 포집 유닛에 전달하도록 구성된다.
본 개요는 본 특허 출원의 발명 요지의 개요를 제공하도록 의도된다. 본 발명의 배타적인 또는 완전한 설명을 제공하기 위해 의도된 것은 아니다. 상세한 설명은 본 특허 출원에 대한 더 많은 정보를 제공하기 위해 포함된다.
도 1은 배출물 포집 유닛, 연료 전지 및 전해조를 갖는 하이브리드 복합 사이클 파워 플랜트의 개략도이다.
도 2는 배출물 포집 유닛, 연료 전지 및 전해조를 사용하여 복합 사이클 파워 플랜트로부터 배출물을 포집하기 위한 방법을 도시하는 개략적인 선도이다.
반드시 실제 축척대로 그려진 것이 아닌 도면에서, 유사 부호는 상이한 도면들 내의 유사한 구성요소를 설명할 수 있다. 상이한 문자 접미사를 갖는 유사 부호는 유사한 구성요소의 상이한 경우를 표현할 수 있다. 일반적으로, 도면은, 예시적이지만 비제한적으로, 본 문헌에 논의된 다양한 실시예를 예시한다.
도 1은 복합 사이클 파워 플랜트(18)와 연계하여 동작하는 배출물 포집 유닛(12), 연료 전지(14) 및 전해조(16)를 갖는 하이브리드 복합 사이클 파워 플랜트(10)의 개략도이다. 복합 사이클 파워 플랜트(18)는 가스 터빈 엔진(20), 열 회수 증기 발생기(HRSG)(22) 및 증기 시스템(24)을 포함할 수 있다.
가스 터빈 엔진(20)은 압축기(26), 연소기(28) 및 터빈(30)을 포함할 수 있고, 이는 발전기(32)를 구동하기 위해 공기(A) 및 연료(F)의 입력으로 동작할 수 있다. 가스 터빈 엔진(20)은 공기(A) 및 연료(F)의 연소의 결과로서 배기 가스(E)를 생성할 수 있다. 본 기술분야에 공지된 바와 같이, 열 회수 증기 발생기(HRSG)(22)는, 증기 터빈(34)을 회전시키기 위해서 증기를 가열하기 위해서 배기 가스(E)를 이용하고 발전기(36)로 전기를 생산하는 바터밍 사이클(bottoming cycle)을 동작시킬 수 있다. 증기 터빈(34)을 빠져나가는 증기는 응축기와 같은 다른 장비에 의해 응축되어 HRSG(22)로 물을 복귀시킬 수 있다.
배기 가스(E)는, HRSG(22)를 통과하고, 배기 가스(E')가 대기로 방출되기 전에 저장 유닛(38)에서의 격리 또는 봉쇄를 위해 배기 가스로부터 CO2를 포집할 수 있는 배출물 포집 유닛(12)으로 보내질 수 있다. 배출물 포집 유닛(12)은 연료 전지(14)에 의해 제공되는 (저압(LP) 증기를 통한) 열(Q)의 입력으로 동작할 수 있으며, 응축물(C)을 출력할 수 있다. 본 발명의 하이브리드 파워 플랜트에 사용되는 바와 같은 배출물 포집 유닛(12)은 CO2 포집 유닛을 포함할 수 있다. 그러나, 하이브리드 복합 사이클 파워 플랜트(10)는 SCR 및 CO 촉매를 사용하여 제거될 수 있는 NOx, CO 및 VOC를 위한 다른 유형의 배출물 포집 유닛을 추가로 이용할 수 있다.
연료 전지(14)는 전해조(16)로부터의 수소 가스(H2)를 반응시킨 결과로서 열(Q) 및 전력(P)을 생성할 수 있다. 수소 가스(H2)는 압축기(40)의 도움을 받아 전해조(16)에 의해 연료 전지(14)에 제공될 수 있다. 예에서, 도 1에 도시되는 바와 같이, 전해조(16)에 의해 생성된 O2는 압축기(42)를 통해 연료 전지(14)에 제공될 수 있지만, 본 개시내용의 범위는 이에 제한되지 않으며, 예를 들어 대기 공기와 같은 다른 공급원을 통해 연료 전지(14)에 O2를 제공하는 것을 포함할 것이다. 연료 전지(14)는 연료 전지(14) 내에 사용되는 H2 및 O2를 생성하기 위해 전해조(16)에 공급될 수 있는 물(H2O) 부산물을 생성할 수 있다. 마찬가지로, 비록 도 1에 도시되는 실시예가 연료 전지의 H2O 부산물을 통해서 전해조에 제공되는 물을 나타내지만, 개시내용의 범위는 이렇게 제한되지 않고, 예를 들어, 도시 용수 또는 지하수 공급원과 같은 다른 물의 공급원으로부터 전해조로 물을 제공하는 것을 포함할 것이다.
전해조(16)는 물(H2O)을 수소 가스(H2) 및 산소 가스(O2)로 변환하기 위해 전원(44)으로부터의 전기 입력을 이용할 수 있다. 전해조(16)의 수소 가스(H2) 및 산소 가스(O2) 출력은 예를 들어 압력 베셀과 같은 제조된 용기 및 캐번(cavern)과 같은 천연 용기를 포함할 수 있는 용기(46, 48) 내에 각각 저장될 수 있다. 연료 전지(14)로부터 전해조(16)로 유동하는 물(H2O)은 냉각기(50)를 사용하여 냉각될 수 있다.
본 명세서에 설명된 바와 같이, 하이브리드 복합 사이클 파워 플랜트(10)는 배출물 포집 유닛(12)을 동작시키기 위해 전해조(16)와 연료 전지(14)의 협력 기능을 상승작용적으로 이용할 수 있고, 이에 의해 예를 들어 열 회수 증기 발생기 및/또는 증기 터빈으로부터의 열로 배출물 포집 유닛을 동작시켜 바터밍 증기 사이클로부터의 출력을 감소시키는 다른 GTCC 파워 플랜트에 비해 복합 사이클 파워 플랜트(10)의 전체 효율을 개선한다.
연료 전지(14)는 전기를 생성하기 위해 수소 및 산소를 조합하는 전기화학 장치를 포함할 수 있다. 연료 전지(14)는 제로 또는 낮은 배출물, 높은 효율, 본질적으로 물과 열의 부산물, 및 조용한 동작을 갖는 데 유익하다. 연료 전지(14)는 본 명세서에 설명된 기술 및 다른 기술과 같은 다양한 기술을 이용할 수 있다. 예에서, 연료 전지(14)는 5가지 상이한 유형의 연료 전지: 1) 알칼리 연료 전지(AFC), 2] 인산 연료 전지(PAFC), 3] 양성자 교환막 연료 전지(PEMFC), 4] 용융 탄산염 연료 전지(MCFC), 및 5] 고체 산화물 연료 전지(SOFC) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 연료 전지는 또한 동작 온도에 따라 2개의 카테고리로 분류될 수 있다: 저온(AFC, PAFC 및 PEMFC) 및 고온(MCFC 및 SOFC).
AFC는 약 70%의 효율 및 약 150℃ 내지 약 200℃의 동작 온도를 갖는다. AFC의 출력은 약 300W 내지 약 5kW의 범위일 수 있다. AFC는 전형적으로 순수 수소 연료를 필요로 한다.
PAFC는 약 40% 내지 약 80%의 범위의 효율 및 약 150℃ 내지 약 200℃의 범위의 동작 온도를 갖는다. PAFC의 출력은 약 200kW 내지 약 11MW의 범위일 수 있다.
PEMFC는 약 40% 내지 약 50% 범위의 효율 및 약 80℃의 동작 온도를 갖는다. PEMFC의 출력은 약 50kW 내지 약 250kW의 범위일 수 있다.
MCFC는 약 60% 내지 약 80% 범위의 효율 및 약 650℃의 동작 온도를 갖는다. MCFC의 출력은 약 2MW 내지 약 100MW의 범위일 수 있다. MCFC에서, 전해질로부터의 탄산염 이온이 반응에서 다 사용되고, 그에 의해 보상을 위해 CO2를 주입하는 것이 바람직해진다.
SOFC는 약 60%의 효율 및 최대 약 1,000℃까지의 동작 온도를 갖는다. SOFC의 출력은 약 100kW일 수 있다.
고온 연료 전지(MCFC 및 SOFC)는, 저온 연료 전지(AFC, PAFC 및 PEMFC)에 비해, 하이브리드 복합 사이클 파워 플랜트(10)에 사용되는 것과 같은 열 동력 사이클과 더 효과적으로 통합될 수 있기 때문에 효율 면에서 이점을 갖는다. SOFC는, 연료로부터 수소를 추출하기 위해서 개질기가 요구되지 않는 고온(1,000℃)에서 동작된다. 그 결과, 원료 연료(천연 가스, 석탄 등)가 고온 연료 전지에 직접 공급될 수 있다. 따라서, 고온 연료 전지(MCFC 및 SOFC)가 다양한 시나리오에서 연료 전지(14)로서 사용될 수 있다. 그러나, 적용에는 고온 부식, 전지 구성요소의 파괴, 긴 시동 시간 및 낮은 전력 밀도와 같은 한계가 있다. 또한, 원료 연료를 처리하는데 추가적인 비용이 있을 수 있다.
수소가 원료 연료로부터 추출되고 산소가 공기로부터 얻어질 때, 연료 전지 기술은 복잡한 시스템 요구로 인해 동작하는데 더 비용이 많이 들고, 이는 높은 자본 비용, 및 추가의 에너지 소비를 야기할 수 있고, 이는 더 낮은 효율을 야기할 수 있다. 예에서, 공기로부터 산소를 얻기 위해 사용되는 극저온 기술은 효율의 11% 감소를 야기할 수 있다. 공기와 대조적으로, 순수 산소를 연료 전지(14)에 공급하는 것의 장점은 더 높은 전력 밀도, 더 낮은 촉매 요건, 더 높은 효율, 및 열악한 주변 공기 품질로부터의 오염물질로 인한 잠재적 전지 포이즈닝(cell poisoning) 배제를 포함한다.
현재의 연료 전지 기술 및 최신 기술에 기초하여, 성능, 비용 및 촉매와 같은 핵심 기준을 고려하여, 저온 연료 전지 유형(AFC, PAFC 및 PEMFC)이 연료 전지(14)로서 사용하기에 적합할 수 있다. AFC는 다른 유형의 연료 전지에 의해 전형적으로 사용되는 촉매(예컨대, 백금)에 비해 AFC 전극을 위한 촉매로서 사용되는 비교적 저렴한 재료로 인해 다른 연료 전지 유형보다 제조하기에 저렴하다. AFC는 또한 이들이 주변 온도로부터 동작 온도에 빠르게 도달할 수 있기 때문에 빠른 시동 능력을 갖는다. 예에서, 연료 전지(14)는 알칼리 연료 전지(Alkali Fuel Cell)를 포함할 수 있다. 연료 전지(14)로서 사용하기에 적합한 연료 전지의 예는, Morrow 등에게 허여되었으며 발명의 명칭이 "Electric power plant using electrolytic cell-fuel cell combination"이며 본 명세서에 참조로 원용되는 미국 특허 제4,087,976호에 기재되어 있다.
전해조(16)는 물(H2O)을 H2 및 O2로 분할하기 위해 전기를 사용할 수 있다. 전해조(16)로서 사용하기에 적합한 전해조의 예가 본 명세서에 참조로 원용되는 발명의 명칭이 "Regenerative Fuel Cell System"인 Sprouse에게 허여된 미국 특허 제5,376,470호에 설명되어 있다. 냉각기(50)는 전해조(16)로 진입되기 전 물(H2O)을 냉각하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 연료 전지(14)는 전해조(16)가 동작하는 온도보다 높은 온도에서 동작할 수 있다. 냉각기(50)는, 예를 들어, 냉각 타워로부터 물이 공급될 수 있는 열교환기를 포함할 수 있다.
전해조(16)로의 전기 입력은 전원(44)에 의해 제공될 수 있다. 예에서, 전원(44)은 풍력 터빈, 태양광 패널 또는 수력 전력과 같은 재생가능 에너지원을 포함할 수 있다. 재생가능 에너지원은 그리드 시스템을 통해 하이브리드 복합 사이클 파워 플랜트(10)에 연결될 수 있거나, 하이브리드 복합 사이클 파워 플랜트(10) 또는 전해조(16)에 직접 연결되는 재생가능 에너지원일 수 있다.
또한, 저장 용기(46, 48)가 각각 초과량의 H2 및 O2을 저장하기 위해 사용될 수 있다. 따라서, 하이브리드 복합 사이클 파워 플랜트(10)는 재생가능 전기를 사용할 수 있으며, 이 재생가능 전기는 전원(44)에 직접 이용가능하거나, 또는 공급이 수요를 초과하고 가스 터빈 엔진(20)이 동작되지 않을 때는 가스 터빈 엔진(20)이 동작 중에 있을 때 연료 전지(14)를 구동하기 위해 사용될 H2 및 O2를 생성하고 저장하기 위해 이용가능하다. 예를 들어, 가스 터빈 엔진(20)이 동작될 때, 전형적으로 모든 복합 사이클 파워 플랜트(18)가 동작될 것이고, 이에 의해 또한 연료 전지(14) 및 전해조(16)가 하이브리드 복합 사이클 파워 플랜트(10)와 함께 동작되게 한다. 따라서, 가스 터빈 엔진(20), 연료 전지(14) 및 전해조(16)는 연결된 슈퍼-시스템으로서 함께 동작될 수 있다. 그러나, 전해조(16)는 가스 터빈 엔진(20)과 독립적으로 동작될 수 있고, 따라서 가스 터빈 엔진(20)이 동작되지 않을 때 저장 용기(46, 48)를 충전하도록 동작할 수 있다.
종래의 GTCC 파워 플랜트에서, 배출물 포집 유닛은 CO2를 포집하기 위해 본 명세서에 설명된 것과 같은 다양한 기술 및 다른 기술을 이용할 수 있다. CO2 포집 유닛은 복합 사이클 파워 플랜트(18) 같은 화석 연료 파워 플랜트와 조합되어 전형적으로 사용되는 다음의 3개의 유형의 CO2 포집 기술 중 하나 이상을 포함할 수 있다: 1] 연소 전 배출물 포집, 2] 연소 관련 배출물 포집 및 3] 연소 후 배출물 포집.
제1 예에서, 배출물 포집은 연소 전에 수행될 수 있는데, 여기서 연료(예를 들어, 석탄, 코크스 또는 중질 탄화 오일(heavy carbonized oil))가 먼저 가스화되고 이어서 합성가스(H2 + CO)가 CO를 CO2로 변환하기 위해 물-전이(water-shift)되어, 연소 전에 연료 가스로부터 CO2가 포집될 수 있다. 이러한 예에서, Selexol이 합성가스로부터 황화수소 및 이산화탄소와 같은 산성 가스를 분리할 수 있는 프로세스에 이용될 수 있다.
제2 예에서, 배출물 포집은 순산소 연소(oxyfuel combustion)를 통해 수행될 수 있으며, 공기 대신에 순수 산소를 사용하여 연료를 연소하는 프로세스가 수행된다. 이 프로세스는 배기 가스(E)가 주로 CO2이고 잔부가 수분이도록 공기의 질소 성분의 제거를 초래한다. 따라서 CO2는 상당한 처리가 필요없이 포집될 준비가 된다.
제3 예에서, 배출물 포집은 연소 후 포집으로 수행될 수 있는데, 여기서 CO2는 연료의 연소 후에 발생되는 배기 가스(E)로부터 포집된다. 예에서, MEA(모노에탄올아민)와 같은 화학 프로세스가 이용된다.
본 발명자는, 연소 전 포집 및 순산소 연소가 CO2를 효과적으로 포집하는 데 있어서 장점을 가질 수 있지만, 연료 가스화 프로세스는 추가의 손실(즉, 더 낮은 효율)로 이어질 수 있고, 순산소 연소를 위해 공기로부터 산소를 생성하는 것은 상당한 양의 보조 전력을 필요로 한다는 것을 인식하였다. 따라서, 처음 2개의 기술(연료 가스화 또는 순산소 연소)의 사용은 현재의 최신 기술을 사용할 때 기껏해야 무시할 수 있을 정도의 효율 개선만을 가져온다. 이와 같이, 본 발명자는 CO2의 연소 후 포집이 하이브리드 복합 사이클 파워 플랜트(10)와 함께 쉽게 사용될 수 있는 입증된 기술임을 인식하였다. MEA 유닛에서의 용매 재생과 같은 연소 후 배출물 포집 프로세스를 동작시키기 위해 이용되는 열은 연료 전지(14)에 의해 제공될 수 있다.
일례에서, 배출물 포집 유닛(12)은 MEA 유닛을 포함할 수 있다. 예시적인 MEA 유닛은 배기 가스 내의 CO2가 흡수기 내부의 희박 용매에 의해 포집되기 전에 (흡수기의 압력 손실을 극복하기 위해) 배기 가스(E)를 먼저 냉각하고 가압할 수 있다. 흡수기의 저부로부터의 농후 용매는 펌핑되고 스트리퍼(stripper)에 진입하기 전에 예열된다. CO2는 재열기(reboiler)를 통해 추가된 열로 스트리퍼로부터 방출된다. 예에서, 열은 저압 증기에 의해 제공될 수 있다. 이어서, 스트리퍼의 저부에서 수집된 희박 용매는 냉각되고 흡수기로 다시 보내진다.
예에서, KM-CDR Process™이 사용될 수 있다. CO2를 함유하는 배기 가스(E)는 배기 가스 냉각 타워 내에서 냉각될 수 있고, 그 후 흡수 타워에서 배기 가스 내의 CO2를 흡수하는 알칼리성 흡수성 액체에 노출될 수 있다. 고농도의 CO2를 함유하는 흡수성 액체는 재생 타워로 보내지고, 여기서 이 흡수성 액체는 CO2를 방출하고 흡수 액체를 재생하기 위해 증기에 의해 가열된다. 재생된 흡수 액체는 흡수 타워로 복귀되어 재사용된다. 이러한 프로세스는 배기 가스(E)에 함유된 CO2의 90% 초과를 회수할 수 있고, 일부 경우에 CO2는 99.9 체적% 초과의 순도를 가질 수 있다.
배출물 포집 유닛(12)으로서 사용하기에 적합한 MEA 유닛의 예가, Madden, II에게 허여되었으며 발명의 명칭이 "Use of Sulfur Dioxide for Corrosion Inhibition in Acid Gas Scrubbing Process"인 미국 특허 제4,857,283호 및 Pearce 등에게 허여되었으며 발명의 명칭이 "Process for the Recovery of CO2 from Flue Gases"인 미국 특허 제4,477,419호에 기재되어 있으며, 이들 양자 모두는 본 명세서에 참조로 원용된다.
본 발명자는 가스 터빈 엔진(20)에서 H2 연료를 연소시키기보다는 H2를 연료 전지(14)로의 입력으로 사용함으로써 H2 연료가 가스 터빈 복합 사이클(GTCC)에서 더 효율적으로 이용될 수 있음을 인식하였다. 연소기(28)에서 H2를 연소하는 대신에, H2는 연료 전지(14)를 위한 입력으로 사용될 수 있다. 연료 전지(14)로부터의 물(H2O) 및 전원(44)으로부터의 에너지가 H2 및 O2를 생성하기 위해 전해조(16)로의 입력으로서 사용될 수 있다. H2 및 O2는 발전을 위해 저온 연료 전지와 같은 연료 전지(14)에 공급될 수 있다. 폐열 회수로부터의 증기와 같은 연료 전지(14)로부터의 열(Q)은 GTCC(20)의 연도 가스(E) 내의 CO2를 포집하기 위해 배출물 포집 유닛(12)으로의 입력으로서 사용될 수 있다.
하이브리드 복합 사이클 파워 플랜트(10)의 장점은 CO2 포집 없이 동작하는 종래의 GTCC 및 CO2 포집과 함께 동작하는 종래의 GTCC에 대한 비교에서 알 수 있다. 3개의 사례는 소프트웨어를 사용하여 모델링될 수 있다. 사례 1은 도 1의 하이브리드 복합 사이클 파워 플랜트(10)의 새로운 개념을 포함할 수 있다. 사례 2는 CO2 포집을 수반하지 않는 H2-연료공급 GTCC의 동작을 포함할 수 있다. 사례 3은 CO2 포집을 수반하는 H2-연료공급 GTCC의 동작을 포함할 수 있다.
사례 1, 2 및 3에 대해 GTCC 파워 플랜트를 동작시키기 위한 파라미터의 예가 모델링되었고, 연료 전지의 열 균형이 효율 및 손실의 가정에 기초하여 계산되었다. 사례 2 및 사례 3에 대해, GT로의 연료는 30% H2(체적%, 천연 가스와 조합됨)를 포함하는 것으로 모델링되었다. 사례 1에 대해, GT로의 연료는 100% 천연 가스를 포함하는 것으로 모델링되었다.
예시적인 모델링된 GTCC 파워 플랜트에서, 증기 바터밍 사이클은 HRSG(22)가 구성될 수 있는 방법과 유사하게 재가열을 수반하는 3개의 압력 레벨(HP, IP 및 LP)을 특징으로 하는 전형적인 배치의 것이었다. 냉각 시스템은 기계식 드래프트 냉각 타워를 구비한 습식 표면 응축기를 갖는 것으로 모델링되었다. GTCC 및 하이브리드 파워 플랜트의 주요한 추정 파라미터는 표 1에 나열되어 있다.
Figure pat00001
표 1
하이브리드 파워 플랜트의 주요 가정
시뮬레이션은 ISO 주변 조건: 1.013bar, 15℃의 건구 온도, 및 60%의 상대 습도에 기초하였다. 사례 1, 2 및 3에 대한 시뮬레이션이 표 2에 요약되어 있다.
Figure pat00002
표 2
사례 1, 2 및 3에 대한 파워 플랜트의 성능 데이터
파워 트레인은 가스 터빈(20), 열 회수 증기 발생기(22) 및 증기 터빈(24)을 포함하며, 사례 1에 대해서는 연료 전지(14)도 포함한다. CO2 포집을 위한 MEA 유닛(12)의 보조 부하가 추정된다. 사례 1에 대해, MEA 유닛(12)에 의한 LP 증기 소비는 연료 전지(14)의 용량을 결정하는 연료 전지의 폐열 듀티(waste heat duty)와 일치한다.
표 2에 나타낸 바와 같이, 강조된 셀(이탤릭체의 회색 셀)은 하이브리드 시스템(10)의 성능 개선을 나타낸다. 사례 2(현재의 최신 기술)와 비교하여, 사례 1은 훨씬 더 우수한 성능을 갖는다: 출력이 187MW만큼 증가되었고, 효율이 0.8% 포인트만큼 더 높았으며, 181t/h CO2이 포집되었다.
유사한 시스템의 다른 비교를 위해, 종래의 GTCC 연소 혼합 연료는 MEA 배출물 포집 유닛이 성능에 상당히 영향을 줄 수 있기 때문에 MEA CO2 포집 유닛을 또한 포함해야 한다. 사례 1과 사례 3 사이의 비교는 본 개시내용의 시스템 및 방법의 진정한 포텐셜을 나타낸다: 출력이 221MW만큼 증가되었고, 효율이 4.4% 포인트만큼 더 높았고, 28t/h 더 많은 CO2가 포집되었다.
본 명세서에 설명된 본 개시내용의 시스템 및 방법의 이익은 다음에 기인할 수 있다: 1) 사례 1에서의 GT의 T1t가 디레이팅되지 않는다(대조적으로, 사례 2 및 3에 대해서는 디레이팅된다). 즉, H2 연소를 회피함으로써, 현재의 배출물을 유지하기 위해 터빈 입구 온도를 저감시킬 필요가 없다. 2) H2/O2 연료 전지는 GTCC보다 높은 효율을 갖는다(70% 대 63%). 3) 연료 전지로부터의 폐열의 이용에 의해, CO2 포집을 위한 증기 터빈(ST)(사례 3)으로부터의 추출 증기가 회피된다.
사례를 더 잘 이해/비교하기 위해, 총 연료 소비의 명세(breakdown)가 표 3에 제시되어 있다. 따라서, 사례 1에 대해, 연료 소비는 연소기에서의 천연 가스 및 연료 전지에서의 H2를 포함하는 반면, 사례 2 및 사례 3은 연소기에서의 천연 가스 및 H2의 연료 소비를 갖는다.
Figure pat00003
표 3
사례 1, 2 및 3에 대한 연료의 명세
표 3에 나타낸 바와 같이, 사례 1은 사례 2 및 3보다 더 많은 H2를 소비한다(46% 대 30%, 체적%). 이는 (시스템 레벨에서) 더 많은 H2 연료가 하이브리드 복합 사이클 파워 플랜트(10)의 새로운 방법으로 적용될 수 있음을 의미한다. 표 3은 또한 H2 연료의 중량% 및 열%가 체적%의 값과는 완전히 상이하다는 것을 나타낸다.
사례 1, 2 및 3의 시뮬레이션에 의해 입증된 바와 같이, 하이브리드 복합 사이클 파워 플랜트(10)를 포함하는 본 개시내용의 시스템 및 방법은 표 2에 제시된 바와 같이 상당한 성능 개선을 초래할 수 있다. 따라서, 개시된 특정 파라미터에 대해, 하이브리드 파워 플랜트(10)는 221MW의 출력 증가, 4.4% 더 높은 효율 및 28t/h(톤/시간) 더 많은 CO2 포집과 같은 개선을 달성할 수 있다.
도 2는 도 1에 도시되는 바와 같이 배출물 포집 유닛(12), 연료 전지(14) 및 전해조(16)를 포함하는 하이브리드 복합 사이클 파워 플랜트(10)를 동작시키기 위한 방법(100)의 단계를 예시하는 선도이다. 방법(100)은 또한 하이브리드 복합 사이클 파워 플랜트(10)와 유사하거나 상이하게 구성된 다른 복합 사이클 파워 플랜트의 동작을 나타낼 수 있다. 방법(100)은 시동 및 정지, 유지보수 또는 부분 동작을 위해 필요에 따라 다양한 순서로 동시에 또는 순차적으로 동작할 수 있는 4개의 주요 프로세스(102, 104, 106, 108)를 포함할 수 있다.
단계 102에서, 가스 터빈 엔진(20)이 동작될 수 있다. 공기(A) 및 연료(F)가 연소되고 배기 가스(E)를 생성하도록 연소기(28)에 제공될 수 있다. 단일 가스 터빈 엔진이 도 1에 도시되어 있지만, 하나 초과의 가스 터빈 엔진(20)이 사용될 수 있다.
단계 104에서, 배출물 포집 유닛(12)이 동작될 수 있다. 논의된 바와 같이, 배출물 포집 유닛(12)은 연소 후 MEA 유닛을 포함할 수 있다. 단일 배출물 포집 유닛이 도 1에 도시되어 있지만, 하나 초과의 배출물 포집 유닛(12)이 사용될 수 있다.
단계 106에서, 연료 전지(14)가 동작될 수 있다. 논의된 바와 같이, 연료 전지(14)는 알칼리 연료 전지(AFC)와 같은 저온 연료 전지를 포함할 수 있다. 단일 연료 전지가 도 1에 도시되어 있지만, 하나 초과의 연료 전지(14)가 사용될 수 있다.
단계 108에서, 전해조(16)가 동작될 수 있다. 설명된 바와 같이, 전해조(16)는 고체 산화물 또는 세라믹 전해질을 사용하여 수소 및 산소를 생성하기 위해 물의 전기분해를 달성하기 위한 알칼리성 전해조를 포함할 수 있다. 단일 전해조가 도 1에 도시되지만, 하나 초과의 전해조(16)가 사용될 수 있다.
단계 110에서, 연료(F)가 가스 터빈 엔진(20)에 제공될 수 있다. 예에서, 연료는 100% 천연 가스를 포함할 수 있다. 예에서, 연료는 약 50% 내지 약 70% 천연 가스를 포함할 수 있고, 잔부는 수소(H2)를 포함한다.
단계 112에서, 가스 터빈 엔진(20)의 동작은 전력 그리드에 제공하기 위한 전기를 생성하기 위해 발전기를 구동하는 데 사용될 수 있는 회전 축 동력을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 발전기(32)가 그리드 시스템에 전력을 제공하도록 동작될 수 있다.
단계 114에서, 증기 터빈(34)은, 예를 들어 HRSG(22)에서 생성되는 증기를 통해서 동작될 수 있다. 가스 터빈 엔진(20)으로부터의 배기 가스(E)가 HRSG(22)에서 물을 증기로 변환하기 위해 사용될 수 있다. HRSG(22)로부터의 증기가 증기 터빈(34)을 구동하기 위해 사용될 수 있다.
단계 116에서, 가스 터빈 엔진(20)으로부터의 배기 가스(E)가 단계 104의 배출물 포집 유닛(12)으로 배출될 수 있다. 배기 가스(E)는 터빈(30)으로부터, 증기 터빈(34)을 위한 증기를 생성하기 위해 HRSG(22)를 통해서 유동한 후, 스택(stack)으로 보내질 수 있다. 배기 가스(E')가 대기로 보내지기 전에 배기 가스(E')를 수용하기 위해 배출물 포집 유닛(12)이 스택에 연결될 수 있다.
단계 118에서, 증기 터빈(34)의 동작은 전력 그리드에 제공하기 위한 전기를 생성하기 위해 발전기를 구동하는 데 사용될 수 있는 회전 축 동력을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 증기 터빈(34)이 전력을 그리드 시스템에 제공할 수 있으며, 이는 발전기(36)에 의해 제공되는 전력이다.
단계 120에서, 배기 가스(E)가 배출물 포집 유닛(12)에 의해 처리될 수 있다. 예를 들어, CO2는 본 명세서에 기재된 MEA 프로세스를 통해 배기 가스(E)로부터 부분적으로 또는 완전히 제거될 수 있다. 다른 배출물 포집 기술이 사용될 수 있고, 다른 형태의 배출물이 포집될 수 있다.
단계 122에서, 단계 120에서 제거된 CO2는 저장 용기 또는 베셀에 저장될 수 있다. 따라서, 저장된 CO2는 대기로 방출되지 않고 적절하게 폐기될 수 있다. 추가의 예에서, CO2는 냉동 및 냉각 사이클 같은 다른 프로세스에 사용될 수 있다.
단계 124에서, 연료 전지(14)의 동작은 열(Q)을 생성할 수 있다. 예에서, 연료 전지(14)는 유체 루프에 대한 열적 결합(thermal coupling)을 통해서 포집될 수 있는 부산물 열을 생성할 수 있다. 연료 전지(14)로부터의 열(Q)이 배출물 포집 유닛(12)에 공급될 수 있는 저압 증기를 생성하는 데 사용될 수 있다. 냉각된 증기는 연료 전지(14)와 함께 사용하기 위해 다시 가열될 응축물(C)로서 연료 전지(14)로 복귀될 수 있다.
단계 126에서, 연료 전지(14)로부터의 열(Q)이 배출물 포집 유닛(12)에 제공될 수 있다. 단계 124의 가열된 유체는 유체 루프를 통해 배출물 포집 유닛(12)으로 열적으로 전도될 수 있다. 예를 들어, 열(Q)이 증기에 의해 제공될 수 있고, 냉각된 증기 또는 응축물(C)이 가열을 위해 연료 전지(14)로 복귀되어 루프를 완성할 수 있다.
단계 128에서, 연료 전지(14)가 전력(P)을 생성하도록 동작될 수 있다. 전력(P)이 그리드 시스템에 제공될 수 있으며, 예를 들어 이것은 발전기(32, 36)에 의해 제공되는 전력이다. 하이브리드 복합 사이클 파워 플랜트(10)의 보조 부하는 발전기(32, 36)로부터의 총 전력의 작은 부분을 사용하는 것 같은 내부 전기 시스템을 통해 공급되는 전력에 의해 지원될 수 있다는 것에 유의한다.
단계 130에서, 연료 전지(14)가 물(H2O)을 생성할 수 있다. 물(H2O)은 연료 전지(14)에서 O2 및 H2를 전기로 변환하는 것의 부산물로서 생성될 수 있다. 물은 연료 전지 프로세스의 온도 또는 그 근처일 수 있으며, 예에서 이는 약 150℃ 내지 약 200℃에 도달할 수 있다.
단계 132에서, 연료 전지(14)로부터의 물이 냉각될 수 있다. 예를 들어, 냉각기(50)가 물(H2O)이 연료 전지(14)로부터 전해조(16)로 이동함에 따라 물을 냉각할 수 있다. 냉각기(50)는 냉각 타워로부터의 냉각수가 제공되는 열교환기를 포함할 수 있다. 예에서, 전해조(16)는 약 100℃ 미만의 온도에서 동작할 수 있다.
단계 134에서, 단계 132로부터의 냉각된 물은 전해조(16)에 제공될 수 있다. 전해조(16)는 H2 및 O2의 연료 전지(14)를 위한 구성성분 입력을 생성하기 위해 냉각된 물을 소비할 수 있다.
단계 136에서, 전기가 예를 들어 전원(44)에 의해 전해조(16)에 제공될 수 있다. 예에서, 전원(44)은 풍력, 태양광 및 수력과 같은 하나 이상의 재생가능 에너지원을 포함할 수 있다.
단계 138에서, 전해조(16)는 H2 및 O2와 같은 연료 전지(14)를 위한 구성성분을 생성하도록 동작될 수 있다.
단계 140에서, 전해조(16)로 생성된 구성성분은 연료 전지(14)에 제공될 수 있다. 이와 같이, 방법(100)은 배출물 포집 유닛(12)으로의 열 입력을 제공하기 위해 H2 및 O2를 생성하고 소비하도록 연속적으로 동작될 수 있다. 전해조(16)는 가스 터빈(20), 연료 전지(14), 배출물 포집 유닛(12) 및 증기 터빈(24)과는 독립적으로 동작할 수 있고, H2 및/또는 O2를 용기(46, 48)에 제공할 수 있다. 이는, 재생가능 전력의 공급이 클 수 있고 그리고 전기 수요가 작은 시간 동안에 특히 유리하다. 즉, 용기(46, 48)는 재생가능 에너지의 공급이 전기 수요를 초과할 때 H2 및/또는 O2를 저장할 수 있으며, 나중에 전기 수요가 높을 때 연료 전지(14)를 통해 전력을 생산할 수 있다(그리고 배출물 포집 유닛(12)에 열을 제공할 수 있다).
본 개시내용의 시스템 및 방법은, 다음 예에 기재된 바와 같이, 연료 전지, 전해조 및 배출물 포집 기술을 조합함으로써 수많은 이점을 달성할 수 있다. 연료 전지는 종래의 GTCC 파워 플랜트에 비해 H2 연료를 더 효율적으로 이용할 수 있다. H2의 연소를 수용하기 위해, 예를 들어 연소기를 디레이팅함으로써, 기존의 가스 터빈을 변경하는 노력 및 비용이 회피될 수 있다. 연료 전지로부터 통상 낭비되는 열이 회수되어, CO2 포집을 위해, 예를 들어 CO2 포집 유닛으로의 입력으로서 효과적으로 이용될 수 있다. 연료 전지에서 생성된 물은 물 사용을 최소화하기 위해 전해조로 재순환될 수 있다. 전해조는 연료 전지와 함께 사용하기 위한 O2를 생성할 수 있고, 이는 공기로부터 O2를 획득하기 위해서 전형적으로 사용되는 것보다 더 효율적이고, 비용이 낮으며, 더 내구성 있는 장비를 이용한다. 저온 연료 전지는 전해조를 급전하기 위해 간헐적인 재생가능 전기와 함께 이용하기에 적합한 빠른 시동 능력을 갖는다. 또한, CO2 배출물의 감소는 많은 정부 및 민간 탈탄소 이니시에이션(initiative)과 일치한다. 연료 전지의 규모의 경제는, 예를 들어 하이브리드 파워 플랜트(10)와 함께 사용하기에 적합한 대규모 연료 전지를 가능하게 함으로써, 하이브리드 파워 플랜트(10)의 비용을 더 감소시킬 수 있다.
다양한 유의점 및 예
상기 상세한 설명은 상세한 설명을 일부를 형성하는 첨부 도면에 대한 언급을 포함한다. 도면은 예시로서 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 도시한다. 이러한 실시예는 또한 본원에서 "예"로 지칭된다. 이러한 예는 도시되거나 설명된 것 이외의 요소도 포함할 수 있다. 그러나, 본 발명자는 또한 도시되거나 설명된 이들 요소만이 제공되는 예를 고려한다. 더욱이, 본 발명자는 또한, 특정 예(또는 이들의 하나 이상의 양태)와 관련하여 또는 본 명세서에 도시되거나 설명된 다른 예(또는 이들의 하나 이상의 양태)와 관련하여, 도시되거나 설명된 이들 요소의 임의의 조합 또는 치환을 사용하는 예(또는 이들의 하나 이상의 양태)를 고려한다.
본 문헌과 본 문헌에 참조로 원용되는 임의의 문헌 사이의 불일치하는 용법의 경우에, 본 문헌에서의 용법이 우선한다.
본 문헌에서, 단수 용어는, 특허 문헌들에서 일반적인 것처럼, "적어도 하나" 또는 "하나 이상"의 임의의 다른 경우 또는 이용과는 독립적으로 하나 또는 하나 초과를 포함하는 것으로 사용된다. 본 문헌에서, 용어 "또는"은, 다른 방식으로 지시되지 않는 한, 비배타적인 "또는"을 지칭하는데 사용되어, "A 또는 B"가 "B를 제외한 A", "A를 제외한 B" 및 "A와 B"를 포함하게 된다. 본 문헌에서, "포함하는(including)" 및" 여기서(in which)"라는 용어는 "포함하는(comprising)" 및" 여기서(wherein)"라는 각각의 용어의 평이한 영어 등가물로서 사용된다. 또한, 이하의 청구항에서, "포함하는(including)" 및 "포함하는(comprising)"이라는 용어는 개방형인 데, 즉 청구항에서 이러한 용어 후에 나열되는 것 이외의 요소도 포함하는 시스템, 장치, 물품, 조성물, 제제, 또는 프로세스는 여전히 그 청구항의 범위 내에 있는 것으로 간주된다. 더욱이, 이하의 청구항에서, "제1", "제2", 및 "제3" 등의 용어는 단순히 표기로서 사용되며, 그 대상에 대한 수치 요건을 부과하려는 것은 아니다.
상기 설명은 제한이 아니라 예시를 위한 것이다. 예를 들어, 위에서 설명된 예(또는 그 하나 이상의 양태)는 서로 조합하여 사용될 수 있다. 다른 실시예가, 예컨대 상기 설명의 검토 시 본 기술분야의 통상의 기술자에 의해 사용될 수 있다. 요약은 독자가 기술적 개시내용의 본질을 신속하게 확인할 수 있게 하도록 37 C.F.R. §1.72(b)를 준수하기 위해 제공된다. 이것은 청구항의 범위 또는 의미를 해석하거나 제한하는 데 사용되지는 않을 것이라고 이해를 가지고 제출된다. 또한, 위의 상세한 설명에서, 본 개시내용을 간소화하기 위해 다양한 특징이 함께 그룹화될 수 있다. 이것은 청구되지 않은 개시된 특징이 임의의 청구항에 필수적인 것으로 의도하는 것으로서 해석되어서는 안 된다. 오히려, 발명 요지는 특정 개시된 실시예의 모든 특징보다 적을 수 있다. 따라서, 이하의 청구항은 예 또는 실시예로서 상세한 설명에 포함되고, 각각의 청구항은 별도의 실시예로서 독립적이며, 이러한 실시예는 다양한 조합 또는 치환에서 서로 조합될 수 있다는 것이 고려된다. 본 발명의 범위는, 첨부 청구항이 권리를 갖는 등가물의 전체 범위와 함께, 이러한 청구항을 참조하여 결정되어야 한다.

Claims (20)

  1. 전력 생산 설비이며,
    복합 사이클 파워 플랜트로서,
    전기를 생성하기 위한 회전 축 동력을 생산하는데 사용될 수 있는 배기 가스를 생성하기 위해 연료를 연소시키도록 구성된 가스 터빈 엔진; 및
    추가적인 전기를 생성하도록 증기 터빈을 회전시키기 위해 배기 가스로 증기를 생산하도록 구성되는 증기 시스템
    을 포함하는, 복합 사이클 파워 플랜트;
    오염물질을 제거하기 위해 배기 가스를 수용하도록 구성되는 배출물 포집 유닛;
    구성성분의 반응 프로세스를 통해서 전기를 생성하고, 배출물 포집 유닛을 동작시키기 위해 부산물 열을 제공하도록 구성되는 연료 전지; 및
    연료 전지를 위한 구성성분 중 적어도 하나를 생성하도록 구성되는 전해조를 포함하는 전력 생산 설비.
  2. 제1항에 있어서,
    연료는 50% 내지 70% 천연 가스인 전력 생산 설비.
  3. 제1항에 있어서,
    연료는 100% 천연 가스인 전력 생산 설비.
  4. 제1항에 있어서,
    배출물 포집 유닛은 배기 가스로부터 CO2를 제거하는 CO2 포집 시스템을 포함하는 전력 생산 설비.
  5. 제4항에 있어서,
    CO2 포집 시스템은 모노에탄올아민 가스 처리 시스템을 포함하는 전력 생산 설비.
  6. 제1항에 있어서,
    연료 전지는 알칼리 연료 전지(AFC) 및 인산 연료 전지(PAFC) 중 적어도 하나를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 저온 연료 전지를 포함하는 전력 생산 설비.
  7. 제1항에 있어서,
    연료 전지는 부산물로서 물을 생산하고, 전해조는 물 부산물로부터 구성성분 중 적어도 하나로서 H2 가스를 생성하도록 구성되는 전력 생산 설비.
  8. 제7항에 있어서,
    전해조에 의해 생성되는 H2를 저장하기 위한 저장 시스템을 더 포함하는 전력 생산 설비.
  9. 제7항에 있어서,
    전해조에 진입하기 전에 물 부산물을 냉각하기 위해 연료 전지와 전해조 사이에 위치된 냉각기를 더 포함하는 전력 생산 설비.
  10. 제1항에 있어서,
    전해조로부터 연료 전지에 제공될 구성성분 중 적어도 하나를 가압하기 위한 압축기를 더 포함하는 전력 생산 설비.
  11. 제1항에 있어서,
    부산물 열을 연료 전지로부터 열전달 매체를 통해 배출물 포집 유닛으로 전달하도록 구성되는 열교환기를 더 포함하는 전력 생산 설비.
  12. 복합 사이클 파워 플랜트로부터 배출물을 제거하는 방법이며, 방법은,
    하이브리드 파워 플랜트를 제공하는 단계로서, 하이브리드 파워 플랜트는,
    전기 입력을 사용하여 물 입력으로부터 전해조에 의해 수소 가스 및 산소 가스를 생성하고;
    적어도 전해조의 수소 가스로부터 연료 전지에 의해 전기 및 열을 생성하며;
    연료 전지로부터의 열 중 적어도 일부를 복합 사이클 파워 플랜트의 가스 터빈 엔진으로부터 배기 가스를 수용하도록 구성되는 배출물 포집 유닛에 전달하도록 구성되는
    하이브리드 파워 플랜트를 제공하는 단계를 포함하는 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    배출물 포집 시스템에 의해 포집된 CO2 배출물을 저장 또는 처리하는 단계를 더 포함하는 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    연료 전지에 의해 생성된 열을 배출물 포집 시스템에 전달하기 위해 배출물 포집 시스템과 연료 전지 사이에서 열전달 매체를 순환시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  15. 제12항에 있어서,
    연료 전지로부터 전해조에 물 입력을 제공하는 단계; 및
    전해조에 사용되기 전에 연료 전지로부터 입력된 물을 냉각시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  16. 배기 가스 생산 파워 플랜트를 위한 발전 배출물 포집 시스템이며, 시스템은,
    물 입력으로부터 수소 가스 및 산소 가스를 생성하기 위한 전해조;
    전해조의 수소 가스로부터 전기 및 열을 생성하는 연료 전지; 및
    배기 가스로부터 배출물을 포집하기 위한 배출물 포집 유닛으로서, 배출물 포집 유닛은 연료 전지로부터의 열을 이용하도록 구성되는, 배출물 포집 유닛을 포함하는 발전 배출물 포집 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    연료 전지는 알칼리 연료 전지 및 인산 연료 전지를 포함하는 발전 배출물 포집 시스템.
  18. 제16항에 있어서,
    물 입력은 연료 전지에 의해 생성되고, 물 입력이 전해조에 제공되기 전에 연료 전지로부터의 물 입력을 냉각시키기 위한 냉각기를 더 포함하는 발전 배출물 포집 시스템.
  19. 제16항에 있어서,
    연료 전지에 열적으로 결합되는 제1 열교환기;
    배출물 포집 유닛에 열적으로 결합되는 제2 열교환기; 및
    제1 열교환기와 제2 열교환기 사이에서 순환하는 냉각 매체를 더 포함하는 발전 배출물 포집 시스템.
  20. 제16항에 있어서,
    전해조에 의해서 생성된 수소를 저장하기 위한 수소 저장 탱크를 더 포함하는 발전 배출물 포집 시스템.
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