WO2026010097A1 - 액화가스의 냉열을 이용한 다중루프 발전 시스템 및 방법 - Google Patents

액화가스의 냉열을 이용한 다중루프 발전 시스템 및 방법

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WO2026010097A1
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liquefied gas
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김태윤
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Hanwha Solutions Corp
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Definitions

  • the present invention relates to a multi-loop power generation system and method using the cold heat of liquefied gas, which recovers the waste cold heat of liquefied gas and generates power using a multi-loop.
  • Natural gas is liquefied at extremely low temperatures at its production site, forming liquefied natural gas (LNG). This is then transported long distances to its intended destination. Natural gas is liquefied by cooling it from atmospheric pressure to the cryogenic temperature of approximately -163°C, creating LNG. Liquid natural gas, or LNG, has a volume roughly 1/600th that of gaseous natural gas, making it ideal for storage and transportation.
  • Natural gas stored in a liquid state is regasified using a regasification facility to produce natural gas in a gaseous state, and is supplied to each demander in a gaseous state.
  • the regasification facility is composed of a high-pressure pump that compresses natural gas, i.e. LNG, in a liquid state stored in a storage tank to the pressure required by the demander, and a vaporizer that vaporizes the high-pressure LNG compressed by the high-pressure pump into natural gas.
  • natural gas i.e. LNG
  • Seawater which is readily available, is primarily used as a heat source for vaporizing LNG in vaporizers.
  • the low-temperature seawater which recovers its cold energy through direct or indirect heat exchange with the LNG, is then discharged back into the sea.
  • Cold thermal power generation is one of the technologies that effectively utilizes the cold energy of LNG.
  • a typical commercial cold thermal power generation system operates in a closed loop, where high-temperature, high-pressure gaseous refrigerant is reduced to low pressure through an expander, which then drives a turbine to generate electricity.
  • the low-pressure refrigerant is liquefied through heat exchange with LNG, pressurized using a pump, and vaporized through heat exchange with seawater to create a high-temperature, high-pressure gas.
  • This high-temperature, high-pressure gaseous refrigerant is then circulated back to the expander, a process that repeats.
  • a basic LNG cold-heat power generation system is composed of a vaporizer that vaporizes LNG by exchanging heat with a refrigerant, a pump that pressurizes the refrigerant discharged from the vaporizer after heat exchange with the LNG, a heat exchanger that heat-exchanges the refrigerant pressurized by the pump with a heat source, a turbine that expands the refrigerant discharged from the heat exchanger after heat exchange, and a generator that generates electricity from the expansion work generated by driving the turbine.
  • the refrigerant circulates through a closed cycle consisting of a vaporizer, pump, heat exchanger, and turbine, undergoing a phase change in which it condenses while exchanging heat with LNG in the vaporizer and vaporizes while exchanging heat with seawater in the heat exchanger.
  • the conventional LNG cold power generation system which consists of a single cycle, has the disadvantage of low power generation efficiency due to the relatively large loss caused by latent heat as the refrigerant undergoes phase change, and the system becomes large due to the low density of the working fluid in the low-pressure section.
  • the LNG cold power generation system which is composed of a conventional single cycle, has to control the operating pressure and temperature of the cycle so that the refrigerant can be completely condensed in the vaporizer and completely vaporized in the heat exchanger, and the temperature of the refrigerant must be kept as low as possible to maximize the expansion ratio while maintaining a temperature above the freezing point, making it difficult to control and limiting improvements in efficiency.
  • the present invention aims to achieve the above-described object, and provides a multi-loop power generation system and method using the cold heat of liquefied gas, which improves the power generation efficiency of a conventional liquefied gas cold heat power generation system composed of a single cycle.
  • a main refrigerant turbine-generator for generating electric power by driving a turbine with a main refrigerant stream; and a main refrigerant branch unit for branching an expanded main refrigerant stream while driving the turbine into at least two or more main refrigerant streams including a first main refrigerant stream and a second main refrigerant stream; a first main refrigerant economizer for heat-exchanging the first main refrigerant stream with a liquefied gas to recover cold heat of the liquefied gas; an auxiliary refrigerant turbine-generator for generating electric power by driving a turbine with an auxiliary refrigerant stream; and an auxiliary refrigerant branch unit for branching an expanded auxiliary refrigerant stream while driving the turbine into at least two or more auxiliary refrigerant streams including a first auxiliary refrigerant stream and a second auxiliary refrigerant stream.
  • a multi-loop power generation system utilizing the cold heat of liquefied gas including a first auxiliary refrigerant economizer that recovers the remaining cold heat of the liquefied gas by heat-exchanging the first auxiliary refrigerant stream and the liquefied gas from which the cold heat has been recovered in the first main refrigerant economizer.
  • the system may further include a second main refrigerant economizer that heat-exchanges the first main refrigerant stream cooled in the first main refrigerant economizer with the second main refrigerant stream branched from the main refrigerant branch to cool the second main refrigerant stream; and a main refrigerant heater that heats the first main refrigerant stream and the second main refrigerant stream discharged after heat-exchange from the second main refrigerant economizer and recirculates them to the main refrigerant turbine-generator.
  • a second main refrigerant economizer that heat-exchanges the first main refrigerant stream cooled in the first main refrigerant economizer with the second main refrigerant stream branched from the main refrigerant branch to cool the second main refrigerant stream
  • a main refrigerant heater that heats the first main refrigerant stream and the second main refrigerant stream discharged after heat-exchange from
  • At least one main refrigerant heater is provided, and when two or more main refrigerant heaters are provided, the main refrigerant heaters may be provided in series or in parallel.
  • the system may further include a second auxiliary refrigerant economizer that heat-exchanges the first auxiliary refrigerant stream cooled in the first auxiliary refrigerant economizer with the second auxiliary refrigerant stream branched from the auxiliary refrigerant branch to cool the second auxiliary refrigerant stream; and an auxiliary refrigerant heater that heats the first auxiliary refrigerant stream and the second auxiliary refrigerant stream discharged after heat-exchange from the second auxiliary refrigerant economizer and recirculates them to the auxiliary refrigerant turbine-generator.
  • a second auxiliary refrigerant economizer that heat-exchanges the first auxiliary refrigerant stream cooled in the first auxiliary refrigerant economizer with the second auxiliary refrigerant stream branched from the auxiliary refrigerant branch to cool the second auxiliary refrigerant stream
  • an auxiliary refrigerant heater that heats the first auxiliary refrigerant stream
  • At least one auxiliary refrigerant heater is provided, and when two or more auxiliary refrigerant heaters are provided, the auxiliary refrigerant heaters may be provided in series or in parallel.
  • the first primary refrigerant economizer and the first secondary refrigerant economizer may be one or more multi-stream heat exchangers.
  • the system may further include a liquefied gas heater that heats the liquefied gas recovered from the residual refrigerant heat in the first auxiliary refrigerant economizer and supplies the heat to a gas demand source.
  • a liquefied gas heater that heats the liquefied gas recovered from the residual refrigerant heat in the first auxiliary refrigerant economizer and supplies the heat to a gas demand source.
  • the first primary refrigerant economizer and the first auxiliary refrigerant economizer may be a plate-type heat exchanger, a plate-fin type heat exchanger, a printed circuit board type heat exchanger, an aluminum bonded heat exchanger, or a coil wound type heat exchanger.
  • the main refrigerant stream and the auxiliary refrigerant stream may be a single refrigerant selected from the group consisting of hydrogen, helium, nitrogen, oxygen, neon, argon, carbon compounds having 5 or fewer carbon atoms, and freon refrigerants, or a mixed refrigerant of two or more of these.
  • the primary refrigerant stream and the auxiliary refrigerant stream can be maintained above a critical pressure while circulating the primary refrigerant cycle and the auxiliary refrigerant cycle, respectively.
  • a multi-loop power generation method using cold heat of liquefied gas comprising: a primary refrigerant power generation step for generating electric power by driving a turbine with a primary refrigerant stream; a primary refrigerant branching step for branching an expanded primary refrigerant stream while driving the turbine into at least two primary refrigerant streams including a first primary refrigerant stream and a second primary refrigerant stream; a first cold heat recovery step for recovering cold heat of the liquefied gas by heat-exchanging the first primary refrigerant stream with the liquefied gas; an auxiliary refrigerant power generation step for generating electric power by driving the turbine with an auxiliary refrigerant stream; an auxiliary refrigerant branching step for branching an expanded secondary refrigerant stream while driving the turbine into at least two auxiliary refrigerant streams including a first auxiliary refrigerant stream and a second auxiliary refrigerant stream;
  • the method may further include a primary refrigerant heat recovery step of heat-exchanging the first primary refrigerant stream cooled in the first cold heat recovery step with the second primary refrigerant stream branched in the primary refrigerant branching step to cool the second primary refrigerant stream; and a primary refrigerant heating step of heating the first primary refrigerant stream and the second primary refrigerant stream discharged after heat-exchange from the primary refrigerant cold heat recovery step and recirculating them to the primary refrigerant power generation step.
  • a primary refrigerant heat recovery step of heat-exchanging the first primary refrigerant stream cooled in the first cold heat recovery step with the second primary refrigerant stream branched in the primary refrigerant branching step to cool the second primary refrigerant stream
  • a primary refrigerant heating step of heating the first primary refrigerant stream and the second primary refrigerant stream discharged after heat-exchange from the primary refrigerant cold heat recovery step and recirculating them to the
  • the method may further include an auxiliary refrigerant cold heat recovery step of heat-exchanging the first auxiliary refrigerant stream cooled in the second cold heat recovery step with the second auxiliary refrigerant stream branched in the auxiliary refrigerant branching step to cool the second auxiliary refrigerant stream; and an auxiliary refrigerant heating step of heating the first main refrigerant stream and the second main refrigerant stream discharged after heat-exchange from the auxiliary refrigerant cold heat recovery step and recirculating them to the auxiliary refrigerant power generation step.
  • the second cold heat recovery step may further include a liquefied gas heating step for heating the liquefied gas from which the remaining cold heat has been recovered and supplying the heated gas to a gas demand source.
  • a liquefied gas heating step for heating the liquefied gas from which the remaining cold heat has been recovered and supplying the heated gas to a gas demand source.
  • the multi-loop power generation system and method using the cold energy of liquefied gas according to the present invention can produce clean energy using the ultra-low temperature cold energy that is wasted without consuming fuel or causing an oxidation reaction of the fuel.
  • the cold energy of the liquefied gas is recovered over multiple cycles, thereby further improving energy production efficiency compared to a system applying a single loop.
  • the overall power generation efficiency can be further improved compared to the case where the cold heat of the liquefied gas is recovered using one refrigerant cycle.
  • the refrigerant before compression can be cooled using only the cold heat of the liquefied gas without having a separate cooling cycle.
  • the energy consumed for compression can be reduced, the expansion ratio can be maximized, the system can be optimized, and the cold heat utilization efficiency, i.e., the power generation efficiency, of the cold heat power generation system can be improved.
  • the system can be made smaller compared to equipment used in conventional cold and heat power generation systems that involve phase change of the refrigerant based on the same capacity.
  • FIG. 1 is a drawing schematically illustrating the basic configuration of a multi-loop power generation system using the cold energy of liquefied gas according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a comparative example of a multi-loop power generation system using the cold energy of liquefied gas according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a P-T diagram for explaining the phases while the refrigerant circulates through a cycle according to one embodiment of the present invention.
  • the liquefied gas may be a liquefied gas that can be transported by liquefying gas at a low temperature, and may be, for example, a hydrocarbon-based liquefied gas such as LNG (Liquefied Natural Gas), LEG (Liquefied Ethane Gas), LPG (Liquefied Petroleum Gas), liquefied ethylene gas, or liquefied propylene gas.
  • LNG Liquefied Natural Gas
  • LEG Liquefied Ethane Gas
  • LPG Liquefied Petroleum Gas
  • liquefied ethylene gas liquefied propylene gas
  • it may be a non-hydrocarbon-based liquefied gas such as liquefied carbon dioxide, liquefied hydrogen, or liquefied ammonia.
  • liquefied gas will be described as liquefied hydrogen (LH 2 ) as an example.
  • the multi-loop power generation system and method using the cold heat of liquefied gas according to the embodiments of the present invention described below can be applied on land where a heat exchanger for recovering the cold heat of liquefied gas is provided, such as a liquefied gas introduction terminal, a liquefied gas thermal power generation plant, a liquefied gas filling station, and a liquefied gas fuel-propelled mobility.
  • a heat exchanger for recovering the cold heat of liquefied gas is provided, such as a liquefied gas introduction terminal, a liquefied gas thermal power generation plant, a liquefied gas filling station, and a liquefied gas fuel-propelled mobility.
  • the power generation system and method using cold energy from liquefied gas can also be applied to ships or oceans.
  • the term "ship” may include all types of ships equipped with LNG regasification facilities capable of regasifying LNG and supplying it to gas demanders, including ships with self-propulsion capabilities such as LNG RVs (Regasification Vessels) and liquefied gas fuel-propelled ships, as well as offshore structures floating on the sea such as LNG FSRUs (Floating Storage Regasification Units).
  • a multi-loop power generation system using cold heat from liquefied gas may include a main refrigerant cycle that recovers cold heat from liquefied hydrogen to generate power, and an auxiliary refrigerant cycle that is provided downstream of the main refrigerant cycle based on the flow direction of liquefied hydrogen and recovers residual cold heat from liquefied hydrogen, the cold heat of which has been recovered in the main refrigerant cycle, while the auxiliary refrigerant circulates to generate power.
  • the multi-loop power generation system is described as a two-stage loop cycle in which two loop cycles, a main refrigerant cycle and an auxiliary refrigerant cycle, are connected in series based on the flow direction of liquefied hydrogen, but is not limited thereto.
  • the multi-loop power generation system may be equipped with two or more auxiliary refrigerant cycles, including two or more auxiliary refrigerant cycles, which are sequentially connected downstream of the main refrigerant cycle, to form a two-stage or more multi-loop cycle.
  • the main refrigerant circulating in the main refrigerant cycle primarily recovers the cold heat of liquefied hydrogen to generate power
  • the auxiliary refrigerant circulating in the auxiliary refrigerant cycle primarily recovers the remaining cold heat of liquefied hydrogen from which the cold heat was first recovered in the main refrigerant cycle to generate power.
  • the main refrigerant circulating in the main refrigerant cycle primarily recovers the cold heat of the liquid hydrogen to generate power
  • the first auxiliary refrigerant circulating in the first auxiliary refrigerant cycle primarily recovers the remaining cold heat of the liquid hydrogen from which the cold heat was first recovered in the main refrigerant cycle to generate power
  • the second auxiliary refrigerant circulating in the second auxiliary refrigerant cycle further recovers the remaining cold heat of the liquid hydrogen from which the cold heat was secondarily recovered in the first auxiliary refrigerant cycle to generate power.
  • Each sequentially connected loop cycle may include a turbine-generator (110, 210) that generates electricity by driving a turbine using a refrigerant circulating in each loop cycle, an economizer (130, 140b, 140c, 140d, 140e, 140f, 140g, 230, 240b) that cools the refrigerant expanded in the turbine-generator with the cold heat of liquefied hydrogen, a compressor (150a, 150b, 150c, 150d, 150e, 150f, 150g, 250a, 250b) that compresses the refrigerant cooled in the economizer, and a heater (170, 270) that heats the refrigerant compressed in the compressor.
  • the refrigerant heated in the heater may be recycled back to the turbine-generator.
  • Each loop cycle constituting the multi-loop power generation system according to the present embodiment can operate as a Brayton cycle.
  • Each loop cycle may include one or more economizers that recover the cooling heat of the liquefied hydrogen or the self-cooling heat of the refrigerant circulating in each loop cycle to cool the refrigerant expanded in the turbine-generator.
  • the process of recovering the self-cooling heat of the refrigerant in the economizer may be performed in one or more stages.
  • Each loop cycle is equipped with N economizers, which can recover the cold heat or residual cold heat of liquefied hydrogen across N stages.
  • a compressor corresponding to each economizer can be equipped one-to-one at the rear of each of the N economizers.
  • the economizer may be a plate type heat exchanger, a plate-fin type heat exchanger, a printed circuit heat exchanger (PCHE), a brazed aluminum heat exchanger (BAHX), or a coil-wound heat exchanger (CWHX).
  • PCHE printed circuit heat exchanger
  • BAHX brazed aluminum heat exchanger
  • CWHX coil-wound heat exchanger
  • multiple economizers may be provided as one cold box, such as the economizers of each refrigerant cycle, for example, the main refrigerant economizers of the main refrigerant cycle, or the economizers of different cycles, for example, at least one main refrigerant economizer among the main refrigerant economizers of the main refrigerant cycle and at least one auxiliary refrigerant economizer among the auxiliary refrigerant economizers of the auxiliary refrigerant cycle, may be provided as one cold box.
  • each loop cycle may further include a branching portion (120, 220) that branches the refrigerant circulating in the cycle into N refrigerant streams upstream of the economizer, and a joining portion (160, 260) that joins the N refrigerant streams back into one stream downstream of each economizer.
  • the branch section of this embodiment may be provided downstream of the turbine-generator and upstream of the economizer, or may be provided upstream of the turbine-generator.
  • the branch section may distribute and supply the expanded refrigerant stream from one or more turbine-generators to each economizer, or may distribute the refrigerant stream from the branch section into N refrigerant streams and then supply them to each of N turbine-generators. If the branch section is installed upstream of the turbine-generator, N turbine-generators may be installed in one-to-one correspondence with N economizers.
  • the drawing illustrates an example in which a branch (120, 220) of each loop cycle is provided downstream of a turbine-generator (110, 210) to branch the refrigerant stream expanded from one turbine-generator (110, 210) into N refrigerant streams and supply them to each economizer. This embodiment is described based on this.
  • the refrigerant branch (120, 220) of each loop cycle may be provided upstream of the turbine-generator (110, 210) of each loop cycle, and may be configured such that the refrigerant streams are branched into N refrigerant streams at the refrigerant branch (120, 220), and each refrigerant stream is divided and supplied to N turbine-generators, expanded respectively, and then divided and supplied to N economizers respectively.
  • the branch section (120, 220) may mean a point where the line through which the expanded refrigerant stream flows in the turbine-generator (110, 210) is divided into N.
  • the branch section (120, 220) may be equipped with a distributor or valve.
  • the joining portion (160, 260) of the present embodiment is not limited to joining N refrigerant streams into one refrigerant stream, and the joining portion may join the same number of refrigerant streams as the number of heaters (170, 270) that heat the N streams. For example, if two heaters are provided in parallel, the joining portion may join N refrigerant streams into two refrigerant streams and supply them to the two heaters respectively.
  • the refrigerant stream discharged from the turbine-generator is divided into two or more streams at a branch point, supplied to each economizer, and cooled and then compressed in each economizer, thereby reducing the energy consumed for compression.
  • the energy generated by expansion i.e., the amount of power generated, can be increased.
  • the main refrigerant cycle according to the present embodiment is illustrated as an example in which it is provided in seven stages including seven economizers (130, 140b, 140c, 140d, 140e, 140f, 140g), and the auxiliary refrigerant cycle is provided in two stages including two economizers (230, 240b).
  • the number of stages is not limited thereto.
  • the primary and secondary refrigerants may be fluids of different substances or the same substance.
  • the terms "primary” and “auxiliary” are merely used to distinguish the primary and secondary refrigerants, and do not imply that one refrigerant is primarily used and the other is used as an auxiliary refrigerant.
  • the operating pressure of the primary refrigerant cycle of the present embodiment may be 5 barg or higher or the critical pressure of the primary refrigerant circulating in the primary refrigerant cycle.
  • the operating temperatures of the primary refrigerant cycle and the auxiliary refrigerant cycle of the present embodiment may be -60°C or lower or 0°C or lower.
  • the main refrigerant and auxiliary refrigerant of the present embodiment may each be a single refrigerant selected from the group consisting of hydrogen, helium, nitrogen, oxygen, neon, argon, carbon compounds having 5 or fewer carbon atoms, and freon refrigerants, or a mixed refrigerant of two or more of these.
  • the primary refrigerant and the secondary refrigerant may be substances that do not reach the freezing point even at the point where the lowest temperature is reached during each cycle.
  • the primary refrigerant may be a liquefied gas, i.e., in this embodiment, a vaporized gas of liquefied hydrogen or a mixture containing a vaporized gas of liquefied hydrogen
  • the secondary refrigerant may be a single or mixture having a boiling point higher than that of the primary refrigerant.
  • the freezing point of nitrogen is an extremely low temperature of approximately -210°C at normal pressure, and the storage temperature of liquid hydrogen is below the liquid point of liquid hydrogen, that is, approximately -253°C, so nitrogen can be used as a refrigerant that does not reach the freezing point while circulating the refrigerant cycle while recovering the cold heat of liquid hydrogen.
  • nitrogen is an inert gas that is easily obtained from the air, is cheap to purchase, is safe, and does not contain carbon, so it can be vented into the air, which has the advantage of not requiring a flare device.
  • the multi-loop power generation system according to the present embodiment when the multi-loop power generation system according to the present embodiment is applied on land equipped with liquefied gas regasification facilities such as liquefied gas terminals, or when it is applied at sea equipped with liquefied gas regasification facilities such as FSRUs, equipment for generating and supplying nitrogen is provided for the purpose of purging or maintenance of the regasification facilities.
  • liquefied gas regasification facilities such as liquefied gas terminals
  • FSRUs liquefied gas regasification facilities
  • the working fluid of the power generation system according to this embodiment is used as nitrogen, the working fluid can be easily supplied even without a separate nitrogen generation/supply device, and installation and operating costs can be reduced by using the existing equipment.
  • the freezing point of carbon dioxide used as a refrigerant is approximately -78.5°C at normal pressure, so the problem of freezing may occur during the process of recovering the cold heat of liquefied hydrogen at approximately -253°C, making it unsuitable for recovering cold heat.
  • carbon dioxide is a greenhouse gas that causes environmental pollution, is an acid gas that causes equipment corrosion, and is dangerous to the human body when exposed to a certain concentration or higher for a long period of time.
  • the operating pressure of the system in order to maintain carbon dioxide at a pressure higher than the critical pressure, the operating pressure of the system must be maintained in a high-pressure environment of 200 barg or more, making it difficult to apply in practice.
  • the boil-off gas (BOG) i.e., hydrogen (H 2 ), which is generated by natural vaporization of liquefied hydrogen, the liquefied gas of this embodiment, is used as a single refrigerant, or a mixed refrigerant of hydrogen and nitrogen is used, as an example, and the boil-off gas of LNG, i.e., methane (CH 4 ), is used as a single refrigerant, as an auxiliary refrigerant, as an example, will be explained.
  • BOG boil-off gas
  • H 2 hydrogen
  • CH 4 methane
  • the evaporation gas of the liquefied gas which is the target of cold heat recovery, as the main refrigerant, not only can the cold heat of vaporization of the liquefied gas be recovered without reaching the freezing point while the main refrigerant circulates through the main refrigerant cycle (100), but also the cost of processing the evaporation gas can be reduced and there is the advantage of easy supply.
  • the primary refrigerant cycle may include at least one of a primary refrigerant turbine-generator (110) that generates power by driving a turbine using a primary refrigerant stream (RL), a primary refrigerant branching unit (120) that branches the primary refrigerant stream (RL) expanded in the primary refrigerant turbine-generator (110) into a plurality of streams, a primary refrigerant economizer that cools each primary refrigerant stream, a primary refrigerant compressor that compresses each primary refrigerant stream cooled in the primary refrigerant economizer, a primary refrigerant joining unit (160) that joins the primary refrigerant streams compressed in the primary refrigerant compressor into one stream, and a primary refrigerant heater (170) that heats the primary refrigerant streams (RL) joined in the primary refrigerant joining unit (160).
  • a primary refrigerant turbine-generator (110) that generates power by driving a turbine using a primary ref
  • the main refrigerant stream (RL) expanded in the main refrigerant turbine-generator (110) may be branched into 7 streams including a first main refrigerant stream (RL1), a second main refrigerant stream (RL2), a third main refrigerant stream (RL3), a fourth main refrigerant stream (RL4), a fifth main refrigerant stream (RL5), a sixth main refrigerant stream (RL6), and a seventh main refrigerant stream (RL7) in the main refrigerant branch section (120).
  • the first main refrigerant stream (RL1), the second main refrigerant stream (RL2), the third main refrigerant stream (RL3), the fourth main refrigerant stream (RL4), the fifth main refrigerant stream (RL5), the sixth main refrigerant stream (RL6), and the seventh main refrigerant stream (RL7) are names used to distinguish and describe streams that are divided by branching the main refrigerant stream (RL).
  • Each of the branched main refrigerant streams may be the same material that is compressed in different compressors after branching off from the main refrigerant branching section (120) and joins into one main refrigerant stream (RL) upstream of the main refrigerant heater (170) to circulate the main refrigerant cycle (100).
  • the main refrigerant economizer includes a first main refrigerant economizer (130) that cools the first main refrigerant stream (RL1), a second main refrigerant economizer (140b) that cools the second main refrigerant stream (RL2), a third main refrigerant economizer (140c) that cools the third main refrigerant stream (RL3), a fourth main refrigerant economizer (140d) that cools the fourth main refrigerant stream (RL4), a fifth main refrigerant economizer (140e) that cools the fifth main refrigerant stream (RL5), a sixth main refrigerant economizer (140f) that cools the sixth main refrigerant stream (RL6), and a seventh main refrigerant economizer (140f) that cools the seventh main refrigerant stream (RL7). It can include 7
  • the primary refrigerant compressors of the present embodiment include a first primary refrigerant compressor (150a) that compresses a first primary refrigerant stream (RL1) cooled in a first primary refrigerant economizer (130), a second primary refrigerant compressor (150b) that compresses a second primary refrigerant stream (RL2) cooled in a second primary refrigerant economizer (140b), a third primary refrigerant compressor (150c) that compresses a third primary refrigerant stream (RL3) cooled in a third primary refrigerant economizer (140c), a fourth primary refrigerant compressor (150d) that compresses a fourth primary refrigerant stream (RL4) cooled in a fourth primary refrigerant economizer (140d), and a fifth primary refrigerant
  • the explanation is based on the assumption that the main refrigerant is evaporated gas of liquefied hydrogen, and the main refrigerant compressor here may be a compressor that compresses a gaseous fluid.
  • the first primary refrigerant stream (RL1) and the liquefied hydrogen transported through the liquefied gas line (LL) exchange heat and the first primary refrigerant stream can be cooled by recovering the cold heat of the liquefied hydrogen through the heat exchange.
  • first main refrigerant stream (RL1) cooled by the cold heat of liquefied hydrogen in the first main refrigerant economizer (130) can be compressed in the first main refrigerant compressor (150a) and then supplied as the refrigerant of the second main refrigerant economizer (140b), which is the main refrigerant economizer of the next stage.
  • a primary refrigerant stream cooled in a primary refrigerant economizer of one stage among a plurality of primary refrigerant economizers can be compressed in a primary refrigerant compressor and then supplied as a refrigerant to a primary refrigerant economizer of the next stage.
  • the second main refrigerant stream (RL2) and the first main refrigerant stream (RL1) cooled in the first main refrigerant economizer (130) can exchange heat to cool the second main refrigerant stream (RL2).
  • Each of the main refrigerant streams branched from the main refrigerant branch section (120) of the present embodiment may be cooled by heat exchange with liquid hydrogen directly or by heat exchange with the main refrigerant stream cooled in the main refrigerant economizer of the previous stage in each main refrigerant economizer, and then may be joined at the main refrigerant joining section (160).
  • each main refrigerant economizer can be supplied to the main refrigerant economizer of the next stage and used as a refrigerant to cool the main refrigerant stream supplied to the main refrigerant economizer of the next stage from the main refrigerant branch (120).
  • the main refrigerant stream cooled in the main refrigerant economizer provided in the last stage among multiple main refrigerant economizers does not have a main refrigerant economizer in the next stage, the process of being used as a refrigerant is omitted and the main refrigerant stream can be transferred to the main refrigerant junction (160) through a compression process.
  • the main refrigerant economizer since the main refrigerant economizer is provided in 7 stages as an example, the 7th main refrigerant stream (RL7) cooled in the 7th main refrigerant economizer (140g), which is the main refrigerant economizer of the last stage, can be directly transferred to the main refrigerant junction (160) after going through a compression process.
  • the expanded main refrigerant stream (RL) in the main refrigerant turbine-generator (110) is branched into at least two streams, seven streams in this embodiment, including a first main refrigerant stream (RL1) and a second main refrigerant stream (RL2).
  • the first primary refrigerant stream (RL1) cooled by heat exchange with liquefied hydrogen in the first primary refrigerant economizer (130) is compressed by the first primary refrigerant compressor (150a) and supplied to the second primary refrigerant economizer (140b).
  • the second main refrigerant stream (RL2) branched from the main refrigerant branch (120) and the first main refrigerant stream (RL1) cooled in the first main refrigerant economizer (130) undergo heat exchange, thereby cooling the second main refrigerant stream (RL2).
  • the first main refrigerant stream (RL1) from which cold heat has been recovered by heat exchange in the second main refrigerant economizer (140b) is transferred to the main refrigerant junction (160), and the second main refrigerant stream (RL2) cooled by heat exchange is compressed in the second main refrigerant compressor (150b) and then supplied to the third main refrigerant economizer (140c).
  • the third main refrigerant stream (RL3) branched from the main refrigerant branch (120) and the second main refrigerant stream (RL2) cooled in the second main refrigerant economizer (140b) undergo heat exchange, thereby cooling the third main refrigerant stream (RL3).
  • the second main refrigerant stream (RL2) from which cold heat has been recovered by heat exchange in the third main refrigerant economizer (140c) is transferred to the main refrigerant junction (160), and the third main refrigerant stream (RL3) cooled by heat exchange is compressed in the third main refrigerant compressor (150c) and then supplied to the fourth main refrigerant economizer (140d).
  • the fourth main refrigerant stream (RL4) branched from the main refrigerant branch (120) and the third main refrigerant stream (RL3) cooled in the third main refrigerant economizer (140c) undergo heat exchange, thereby cooling the fourth main refrigerant stream (RL4).
  • the third main refrigerant stream (RL3) from which cold heat has been recovered by heat exchange in the fourth main refrigerant economizer (140d) is transferred to the main refrigerant junction (160), and the fourth main refrigerant stream (RL4) cooled by heat exchange is compressed in the fourth main refrigerant compressor (150d) and then supplied to the fifth main refrigerant economizer (140e).
  • the fifth main refrigerant stream (RL5) branched from the main refrigerant branch (120) and the fourth main refrigerant stream (RL4) cooled in the fourth main refrigerant economizer (140d) undergo heat exchange, thereby cooling the fifth main refrigerant stream (RL5).
  • the fourth main refrigerant stream (RL4) from which cold heat has been recovered by heat exchange in the fifth main refrigerant economizer (140e) is transferred to the main refrigerant junction (160), and the fifth main refrigerant stream (RL5) cooled by heat exchange is compressed in the fifth main refrigerant compressor (150e) and then supplied to the sixth main refrigerant economizer (140f).
  • the sixth main refrigerant stream (RL6) branched from the main refrigerant branch (120) and the fifth main refrigerant stream (RL5) cooled in the fifth main refrigerant economizer (140e) undergo heat exchange, thereby cooling the sixth main refrigerant stream (RL6).
  • the fifth main refrigerant stream (RL5) from which cold heat has been recovered by heat exchange in the sixth main refrigerant economizer (140f) is transferred to the main refrigerant junction (160), and the sixth main refrigerant stream (RL6) cooled by heat exchange is compressed in the sixth main refrigerant compressor (150f) and then supplied to the seventh main refrigerant economizer (140g).
  • the sixth main refrigerant stream (RL6) from which cold heat has been recovered by heat exchange in the seventh main refrigerant economizer (140g) is transferred to the main refrigerant junction (160), and the seventh main refrigerant stream (RL7) cooled by heat exchange can be compressed in the seventh main refrigerant compressor (150g) and then transferred to the main refrigerant junction (160).
  • the heat exchange flow rate of the circulating refrigerant is increased, and thus the amount of electricity generated by the turbine can be increased.
  • Seven primary refrigerant streams transferred to the primary refrigerant junction (160) are combined into one primary refrigerant stream (RL) and transferred to the primary refrigerant heater (170).
  • the primary refrigerant stream (RL) can be heated in the primary refrigerant heater (170) and then recycled to the primary refrigerant turbine-generator (110).
  • the heat source for heating the main refrigerant stream (RL) in the main refrigerant heater (170) of the present embodiment may be seawater, fresh water, combustion gas, or the atmosphere, but is not limited thereto.
  • the inlet temperature of the turbine-generator (110) can be increased, and the volume of the main refrigerant stream (RL) can be increased, thereby increasing the power generation of the main refrigerant cycle (100).
  • the drawing illustrates an example in which one main refrigerant heater (170) is provided. However, this is not limited to this, and one or more main refrigerant heaters (170) may be provided in series or in parallel.
  • two main refrigerant heaters (170) are installed in series, and the main refrigerant streams that have been branched into multiple flows are combined into one main refrigerant stream (RL) at the main refrigerant junction (160), and can be heated in two stages while sequentially passing through the two main refrigerant heaters (170) connected in series.
  • two primary refrigerant heaters (170) may be installed in parallel, and the primary refrigerant streams that have been branched into multiple flows may be combined into two primary refrigerant streams at the primary refrigerant junction (160), and the two combined primary refrigerant streams may be distributed and supplied to two primary refrigerant heaters (170) installed in parallel.
  • the liquefied hydrogen heated through heat exchange with the first main refrigerant stream (RL1) in the first main refrigerant economizer (130) is supplied to the auxiliary refrigerant cycle through the liquefied gas line (LL), so that further cold heat can be recovered.
  • the auxiliary refrigerant cycle can additionally recover the cold heat of the liquefied hydrogen that is transferred after the cold heat is recovered in the first main refrigerant economizer (130).
  • the auxiliary refrigerant cycle of the present embodiment can be provided one or more stages downstream of the main refrigerant cycle, and the liquefied gas line (LL) can be extended to a gas demand source through the main refrigerant cycle and the auxiliary refrigerant cycle sequentially.
  • LL liquefied gas line
  • the auxiliary refrigerant cycle of the present embodiment comprises an auxiliary refrigerant turbine-generator (210) that generates power by driving a turbine using an auxiliary refrigerant stream (NL), an auxiliary refrigerant branching unit (220) that branches the auxiliary refrigerant stream (NL) expanded in the auxiliary refrigerant turbine-generator (210) into a plurality of auxiliary refrigerant streams, an auxiliary refrigerant economizer (230, 240b) that cools each of the plurality of auxiliary refrigerant streams, an auxiliary refrigerant compressor (250a, 250b) that pressurizes the auxiliary refrigerant stream cooled in the auxiliary refrigerant economizer (230, 240b), an auxiliary refrigerant joining unit (260) that joins the plurality of auxiliary refrigerant streams compressed in the auxiliary refrigerant compressor (250a, 250b) into one auxiliary refrigerant stream (NL), and an auxiliary refrigerant joining unit (
  • the expanded auxiliary refrigerant stream (NL) may be branched into a first auxiliary refrigerant stream (NL1) and a second auxiliary refrigerant stream (NL2) in the auxiliary refrigerant branch section (220).
  • the first auxiliary refrigerant stream (NL1) and the second auxiliary refrigerant stream (NL2) are names used to distinguish and describe the streams into which the auxiliary refrigerant stream (NL) is branched.
  • Each of the branched auxiliary refrigerant streams may be the same substance that flows through different paths after branching off from the auxiliary refrigerant branching section (220), is compressed, and joins into one auxiliary refrigerant stream (NL) upstream of the auxiliary refrigerant heater (270) to circulate the auxiliary refrigerant cycle.
  • the auxiliary refrigerant economizer may include two auxiliary refrigerant economizers, such as a first auxiliary refrigerant economizer (230) that cools a first auxiliary refrigerant stream (NL1) and a second auxiliary refrigerant economizer (240b) that cools a second auxiliary refrigerant stream (NL2).
  • a first auxiliary refrigerant economizer 230
  • a second auxiliary refrigerant economizer 240b
  • auxiliary refrigerant compressors corresponding to each auxiliary refrigerant economizer are provided downstream of the two auxiliary refrigerant economizers.
  • the auxiliary refrigerant compressor of the present embodiment may include two auxiliary refrigerant compressors, including a first auxiliary refrigerant compressor (250a) that compresses a first auxiliary refrigerant stream (NL1) cooled in a first auxiliary refrigerant economizer (230), and a second auxiliary refrigerant compressor (250b) that compresses a second auxiliary refrigerant stream (NL2) cooled in a second auxiliary refrigerant economizer (240b).
  • the auxiliary refrigerant is described as being evaporated gas of liquefied natural gas (LNG), i.e., methane, and the auxiliary refrigerant compressor may be a pump that compresses a liquid fluid.
  • LNG liquefied natural gas
  • auxiliary refrigerant economizer i.e., the first auxiliary refrigerant economizer (230) provided in the first stage among a plurality of auxiliary refrigerant economizers
  • heat is exchanged between the first auxiliary refrigerant stream (NL1) and the liquefied hydrogen transferred from the main refrigerant cycle through the liquefied gas line (LL), and the first auxiliary refrigerant stream (NL1) can be cooled by recovering the remaining cold heat of the liquefied hydrogen heated while recovering the cold heat from the main refrigerant cycle through the heat exchange.
  • first auxiliary refrigerant stream (NL1) cooled by the cold heat of liquefied hydrogen in the first auxiliary refrigerant economizer (230) can be compressed in the first auxiliary refrigerant compressor (250a) and then supplied as the refrigerant of the second auxiliary refrigerant economizer (240b), which is the auxiliary refrigerant economizer of the next stage.
  • an auxiliary refrigerant stream cooled in one of the auxiliary refrigerant economizers among a plurality of auxiliary refrigerant economizers can be compressed in an auxiliary refrigerant compressor and then supplied as a refrigerant to an auxiliary refrigerant economizer of the next stage.
  • the second auxiliary refrigerant stream (NL2) and the first auxiliary refrigerant stream (NL1) cooled in the first auxiliary refrigerant economizer (230) undergo heat exchange so that the second auxiliary refrigerant stream (NL2) can be cooled.
  • the expanded auxiliary refrigerant stream (NL) in the auxiliary refrigerant turbine-generator (110) is branched into at least two streams including a first auxiliary refrigerant stream (NL1) and a second auxiliary refrigerant stream (NL2), and the residual cold heat of the first auxiliary refrigerant stream (NL1), from which the residual cold heat of the liquefied hydrogen is recovered in the first auxiliary refrigerant economizer (230), is further recovered through heat exchange with the second auxiliary refrigerant stream (NL2) in the second auxiliary refrigerant economizer (240b), thereby having the effect of increasing the heat exchange flow rate of the circulating refrigerant, and thus, the amount of electricity generated by the turbine can be increased.
  • the first auxiliary refrigerant stream (NL1) heated by heat exchange in the second auxiliary refrigerant economizer (240b) and the second auxiliary refrigerant stream (NL2) cooled by heat exchange in the second auxiliary refrigerant economizer (240b) can be combined into one auxiliary refrigerant stream (NL) in the auxiliary refrigerant junction (260), heated in the auxiliary refrigerant heater (270), and then recycled to the auxiliary refrigerant turbine-generator (210).
  • Each auxiliary refrigerant stream branched from the auxiliary refrigerant branch section (220) of the present embodiment may be cooled by direct heat exchange with liquefied hydrogen or by heat exchange with the auxiliary refrigerant stream cooled in the auxiliary refrigerant economizer of the previous stage in each auxiliary refrigerant economizer, and then may be joined at the auxiliary refrigerant joining section (260).
  • auxiliary refrigerant stream cooled by heat exchange in each auxiliary refrigerant economizer can be supplied to the auxiliary refrigerant economizer of the next stage and used as a refrigerant to cool the auxiliary refrigerant stream supplied to the auxiliary refrigerant economizer of the next stage.
  • the auxiliary refrigerant stream cooled in the auxiliary refrigerant economizer provided in the last stage among multiple auxiliary refrigerant economizers can be omitted from the process of being used as a refrigerant because there is no auxiliary refrigerant economizer in the next stage, and can be transferred to the auxiliary refrigerant junction (260) after going through a compression process.
  • the second main refrigerant stream (NL2) cooled in the second auxiliary refrigerant economizer (240b), which is the auxiliary refrigerant economizer of the last stage, can be directly compressed and transferred to the auxiliary refrigerant junction (260).
  • the heat source for heating the auxiliary refrigerant stream (NL) in the auxiliary refrigerant heater (270) of the present embodiment may be seawater, fresh water, combustion gas, or the atmosphere, but is not limited thereto.
  • auxiliary refrigerant heater 270
  • the inlet temperature of the auxiliary refrigerant turbine-generator (210) can be increased, and the volume of the auxiliary refrigerant stream (NL) can be increased, thereby increasing the expansion work that can be generated through the turbine, i.e., the amount of power generated by the auxiliary refrigerant turbine-generator (210).
  • the drawing illustrates an example in which one auxiliary refrigerant heater (270) is provided. However, this is not limited to this, and one or more auxiliary refrigerant heaters (270) may be provided in series or in parallel.
  • auxiliary refrigerant heaters (270) are installed in series, and auxiliary refrigerant streams that have been branched into multiple flows are combined into one auxiliary refrigerant stream (NL) at an auxiliary refrigerant junction (260), and can be heated in two stages while sequentially passing through two auxiliary refrigerant heaters (270) connected in series.
  • two auxiliary refrigerant heaters (270) may be installed in parallel, and the auxiliary refrigerant streams that were branched into multiple flows may be combined into two auxiliary refrigerant streams at the auxiliary refrigerant junction (260), and the two combined auxiliary refrigerant streams may be distributed and supplied to two auxiliary refrigerant heaters (270) installed in parallel.
  • the liquefied hydrogen of this embodiment can be supplied to a gas consumer through a liquefied gas line (LL) after the cold heat is recovered in the main refrigerant cycle and the auxiliary refrigerant cycle.
  • LL liquefied gas line
  • the liquefied hydrogen supplied to the first primary refrigerant economizer (130) along the liquefied gas line (LL) may be heated by losing cold heat while exchanging heat with the first primary refrigerant stream (RL1) in the first primary refrigerant economizer (130), or at least part of it may be vaporized.
  • the liquefied hydrogen supplied from the first primary refrigerant economizer (130) to the first auxiliary refrigerant economizer (230) along the liquefied gas line (LL) may be heated by losing cold heat while exchanging heat with the first auxiliary refrigerant stream (NL1) in the first auxiliary refrigerant economizer (230), or at least part of it may be vaporized.
  • the multi-loop power generation system may further include a liquefied gas heater (300) provided downstream of the first auxiliary refrigerant economizer (230) and heating liquefied hydrogen that is heated by heat exchange in the first auxiliary refrigerant economizer (230) and supplied to a gas demand source.
  • a liquefied gas heater 300
  • the multi-loop power generation system may further include a liquefied gas heater (300) provided downstream of the first auxiliary refrigerant economizer (230) and heating liquefied hydrogen that is heated by heat exchange in the first auxiliary refrigerant economizer (230) and supplied to a gas demand source.
  • the heat source for heating liquefied hydrogen in the liquefied gas heater (300) of this embodiment may be seawater, fresh water, combustion gas, or the atmosphere, but is not limited thereto.
  • Liquefied hydrogen introduced in a liquid state from the first auxiliary refrigerant economizer (230) to the liquefied gas heater (300) can be heated in the liquefied gas heater (300) and completely vaporized.
  • liquefied hydrogen introduced in a gaseous state from the first auxiliary refrigerant economizer (230) to the liquefied gas heater (300) i.e., regasified gas, can be heated in the liquefied gas heater (300) to a temperature required by the gas demander.
  • the regasified gas transferred from the liquefied gas heater (300) to the gas demand source can satisfy the temperature conditions required by the gas demand source.
  • the drawing illustrates an example in which one liquefied gas heater (300) is provided. However, this is not limited to this, and one or more liquefied gas heaters (300) may be provided in series or in parallel.
  • two liquefied gas heaters (300) are installed in series, and liquefied hydrogen can be heated in two stages by sequentially passing through the two liquefied gas heaters (300) connected in series.
  • two liquefied gas heaters (300) may be installed in parallel, and liquefied hydrogen may be distributed and supplied to the two liquefied gas heaters (300) installed in parallel.
  • the remaining cold heat of the liquefied hydrogen, from which cold heat has been recovered in the main refrigerant cycle, is further recovered in the auxiliary refrigerant cycle, thereby allowing the cold heat of the liquefied hydrogen to be recovered and utilized to the maximum extent possible.
  • the number of required equipment may increase compared to the case where the cold heat of the liquid hydrogen is recovered using only one cycle, but the amount of power generated from the turbine-generator of each main refrigerant cycle and auxiliary refrigerant cycle is greater than the power consumption required to operate the increased number of equipment such as the compressor, resulting in improved power generation efficiency.
  • the primary refrigerant and auxiliary refrigerant are designed so that the pressure does not fall below or below the critical pressure during the primary refrigerant cycle and auxiliary refrigerant cycle, respectively. In other words, no phase change occurs in the primary refrigerant and auxiliary refrigerant during the cycle, regardless of the temperature.
  • the primary refrigerant and auxiliary refrigerant remain in the critical region (CA) where the pressure is maintained above the critical pressure during each cycle, and therefore the phase of the primary refrigerant and auxiliary refrigerant becomes a compressible fluid or a supercritical fluid.
  • the pinch points of the primary and auxiliary refrigerant economizers do not exist within the device, or at least occur at low temperatures near the ends of the heat exchanger, maximizing heat exchange performance. Furthermore, since slugging does not occur, there is virtually no piping stress applied to the piping through which the working fluid flows.
  • the primary and auxiliary refrigerants may be maintained in a supercritical state during the primary and auxiliary refrigerant cycles, respectively. Maintaining the primary and auxiliary refrigerants in a supercritical state allows them to flow in a high-density state, thereby enabling a smaller power generation system.
  • the main refrigerant cycle is a 7-stage process including 7 economizers to recover the cold heat of the liquefied hydrogen
  • the auxiliary refrigerant cycle is a 2-stage process including 2 economizers to recover the remaining cold heat of the liquefied hydrogen
  • TG represents a turbine-generator that generates power by expanding refrigerant
  • BR represents a distribution unit that distributes and supplies the expanded refrigerant to each economizer
  • EC1 to EC7 represent economizers of each stage
  • C1 to C7 represent compressors that compress the refrigerant cooled in each economizer and supply it to the next stage's economizer or junction unit
  • S and S1 to S7 represent refrigerant streams
  • CB represents a junction unit that combines the refrigerant cooled in the economizer or the refrigerant from which cold heat has been recovered and sends it to a heater
  • HT represents a heater for heating the refrigerant from which cold heat has been recovered in the economizer of each stage or the cooled refrigerant and resupplying it to the turbine-generator.
  • the multi-loop power generation system using the cold energy of liquefied gas according to the present embodiment illustrated in FIG. 1 has a total of 9 stages, and compared to the single-loop power generation system equipped with a 7-stage main refrigerant cycle illustrated in FIG. 2, the total number of stages increases, resulting in an increase in initial cost.
  • the auxiliary refrigerant since the auxiliary refrigerant circulates in a critical state close to the liquid phase, a pump that is cheaper than a compressor can be adopted as a means of compressing the refrigerant, and at the pump inlet, the auxiliary refrigerant is in a supercritical state close to the liquid phase characteristics, and its density increases compared to the main refrigerant at the compressor inlet close to the gas phase. Since the heat transfer efficiency increases as the density increases, it is expected that the heat exchanger area and equipment size of the auxiliary refrigerant in a multi-loop power generation system will be much smaller than those of the main refrigerant even though the number of stages increases compared to a single-loop power generation system. As a result, the power generation efficiency is improved because the power generation of the auxiliary refrigerant turbine-generator is greater than the increase in capital investment cost (CAPEX) and operating cost (OPEX).
  • CAPEX capital investment cost
  • OPEX operating cost
  • 150a, 150b, 150c, 150d, 150e, 150f, 150g Main refrigerant compressor

Landscapes

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Abstract

본 발명은 액화가스의 버려지는 냉열을 다중루프를 이용하여 회수하고 발전하는 액화가스의 냉열을 이용한 다중루프 발전 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 액화가스의 냉열을 이용한 다중루프 발전 시스템은, 주냉매 스트림으로 터빈을 구동시켜 전력을 생성하는 주냉매 터빈-발전기; 및 상기 터빈을 구동시키면서 팽창된 주냉매 스트림을 제1 주냉매 스트림과 제2 주냉매 스트림을 포함하는 적어도 2개 이상의 주냉매 스트림으로 분기시키는 주냉매 분기부; 상기 제1 주냉매 스트림과 액화가스를 열교환시켜 상기 액화가스의 냉열을 회수하는 제1 주냉매 이코노마이저; 보조냉매 스트림으로 터빈을 구동시켜 전력을 생성하는 보조냉매 터빈-발전기; 상기 터빈을 구동시키면서 팽창된 보조냉매 스트림을 제1 보조냉매 스트림과 제2 보조냉매 스트림을 포함하는 적어도 2개 이상의 보조냉매 스트림으로 분기시키는 보조냉매 분기부; 및 상기 제1 주냉매 이코노마이저에서 냉열이 회수된 액화가스와 상기 제1 보조냉매 스트림을 열교환시켜, 액화가스의 잔여 냉열을 회수하는 제1 보조냉매 이코노마이저;를 포함한다. <대표도> 도 1

Description

액화가스의 냉열을 이용한 다중루프 발전 시스템 및 방법
본 발명은 액화가스의 버려지는 냉열을 다중루프를 이용하여 회수하고 발전하는 액화가스의 냉열을 이용한 다중루프 발전 시스템 및 방법에 관한 것이다.
천연가스는 생산지에서 극저온으로 액화되어 액화천연가스(LNG; Liquefied Natural Gas)의 상태로 만들어진 후, 가스 수요처(목적지)까지 원거리에 걸쳐 운반된다. 천연가스를 상압에서 약 -163℃의 극저온으로 냉각하면 액화되어 LNG가 생성되는데, 액체 상태의 천연가스, 즉 LNG는 가스 상태의 천연가스보다 그 부피가 대략 1/600로 감소되므로 저장 및 운송에 매우 적합하다.
액체 상태로 저장된 천연가스는 재기화 설비를 이용하여 기화시킴으로써 다시 기체 상태의 천연가스가 생산되며, 기체 상태로 각 수요처에 공급된다.
기본적으로 재기화 설비는 저장탱크에 저장된 액체 상태의 천연가스, 즉 LNG를 수요처에서 요구하는 압력으로 압축하는 고압펌프와, 고압펌프에서 압축된 고압의 LNG를 천연가스로 기화시키는 기화기를 포함하여 구성된다.
기화기에서 LNG를 기화시키는 열원으로는 주로 수급이 용이한 해수가 기본적으로 사용된다. LNG와 직접 또는 간접 열교환하면서 LNG의 냉열을 회수한 저온의 해수는 해상으로 다시 배출시킨다.
액체 상태의 LNG를 기체 상태의 천연가스로 상변화시키기 위해 필요한 에너지는 kg당 200kcal에 달한다. 액체 상태의 천연가스를 기화시키는 과정에서 상당량의 에너지가 거의 사용되지 못하고 해수에 의해 해상으로 버려지고 있는 것이다.
이러한 문제는 재기화 대상을 액화수소, 액화암모니아 등 다른 액화가스로 대체하더라도 동일하게 발생한다.
LNG의 냉열을 유효하게 이용하는 기술 중 하나로 냉열 발전이 사용되고 있다. 일반적인 상업용 냉열 발전 시스템은 폐쇄 루프(closed loop)로서, 고온 고압의 기체 상태의 냉매를 팽창기를 통해 저압으로 낮춰 터빈을 구동시킴으로써 얻어지는 동력으로 전력을 생성하고, 저압의 냉매는 LNG와 열교환을 통해 액화시키며, 펌프를 이용해 가압시키고, 해수와의 열교환을 통해 기화시켜 고온 고압의 기체를 생성하며, 고온 고압의 기체 상태의 냉매를 다시 팽창기로 순환시키는 과정을 반복한다.
기본적인 LNG 냉열 발전 시스템은 LNG를 냉매와 열교환시켜 LNG를 기화시키는 기화기와, 기화기에서 LNG와 열교환 후 배출되는 냉매를 가압하는 펌프와, 펌프에 의해 가압된 냉매를 열원과 열교환시키는 열교환기와, 열교환기에서 열교환 후 배출되는 냉매를 팽창시키는 터빈과, 터빈을 구동시킴으로써 발생하는 팽창일로 전력을 생성하는 발전기를 포함하여 구성된다.
여기서 냉매는 기화기, 펌프, 열교환기 및 터빈으로 이루어지는 폐쇄형 사이클을 순환하면서 기화기에서는 LNG와 열교환하면서 응축되고, 열교환기에서는 해수와 열교환하면서 기화되는 상변화를 동반한다.
종래의 단독 사이클로 구성되는 LNG 냉열 발전 시스템은, 냉매가 상변화를 동반하므로 잠열에 의한 손실이 상대적으로 크기 때문에 전력 생산 효율이 떨어지고, 저압부에서 작동유체의 밀도가 낮기 때문에 시스템이 대형화되는 단점이 있다.
또한, 종래의 단독 사이클로 구성되는 LNG 냉열 발전 시스템은, 냉매가 기화기에서 완전히 응축되고, 열교환기에서 완전히 기화될 수 있도록 사이클의 작동 압력과 온도를 제어해야 하고, 팽창비를 최대화하기 위해 냉매의 온도를 최대한 낮게 유지하면서도 어는점 이상의 온도를 유지해야 하는 등 제어가 까다로울 뿐 아니라 효율을 개선하는데 한계가 있다.
따라서, 본 발명은 상술한 목적을 달성하고자 하는 것으로서, 종래의 단독 사이클로 구성되는 액화가스 냉열 발전 시스템의 발전 효율을 개선한 액화가스의 냉열을 이용한 다중루프 발전 시스템 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 다른 기술적 과제들은 이하의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 의하면, 주냉매 스트림으로 터빈을 구동시켜 전력을 생성하는 주냉매 터빈-발전기; 및 상기 터빈을 구동시키면서 팽창된 주냉매 스트림을 제1 주냉매 스트림과 제2 주냉매 스트림을 포함하는 적어도 2개 이상의 주냉매 스트림으로 분기시키는 주냉매 분기부; 상기 제1 주냉매 스트림과 액화가스를 열교환시켜 상기 액화가스의 냉열을 회수하는 제1 주냉매 이코노마이저; 보조냉매 스트림으로 터빈을 구동시켜 전력을 생성하는 보조냉매 터빈-발전기; 상기 터빈을 구동시키면서 팽창된 보조냉매 스트림을 제1 보조냉매 스트림과 제2 보조냉매 스트림을 포함하는 적어도 2개 이상의 보조냉매 스트림으로 분기시키는 보조냉매 분기부; 및 상기 제1 보조냉매 스트림과 상기 제1 주냉매 이코노마이저에서 냉열이 회수된 액화가스를 열교환시켜, 액화가스의 잔여 냉열을 회수하는 제1 보조냉매 이코노마이저;를 포함하는, 액화가스의 냉열을 이용한 다중루프 발전 시스템이 제공된다.
바람직하게는, 상기 제1 주냉매 이코노마이저에서 냉각된 제1 주냉매 스트림과, 상기 주냉매 분기부에서 분기된 제2 주냉매 스트림을 열교환시켜 상기 제2 주냉매 스트림을 냉각시키는 제2 주냉매 이코노마이저; 및 상기 제2 주냉매 이코노마이저로부터 열교환 후 배출된 제1 주냉매 스트림과 제2 주냉매 스트림을 가열하여 상기 주냉매 터빈-발전기로 재순환시키는 주냉매 가열기;를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 주냉매 가열기는 하나 이상 구비되며, 상기 주냉매 가열기가 2대 이상 구비되는 경우 상기 주냉매 가열기는 직렬 또는 병렬로 구비될 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 보조냉매 이코노마이저에서 냉각된 제1 보조냉매 스트림과, 상기 보조냉매 분기부에서 분기된 제2 보조냉매 스트림을 열교환시켜 상기 제2 보조냉매 스트림을 냉각시키는 제2 보조냉매 이코노마이저; 및 상기 제2 보조냉매 이코노마이저로부터 열교환 후 배출된 제1 보조냉매 스트림과 제2 보조냉매 스트림을 가열하여 상기 보조냉매 터빈-발전기로 재순환시키는 보조냉매 가열기;를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 보조냉매 가열기는 하나 이상 구비되며, 상기 보조냉매 가열기가 2대 이상 구비되는 경우 상기 보조냉매 가열기는 직렬 또는 병렬로 구비될 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 주냉매 이코노마이저 및 제1 보조냉매 이코노마이저는 1개 이상의 멀티 스트림 열교환기일 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 보조냉매 이코노마이저에서 잔여 냉열이 회수된 액화가스를 가열하여 가스 수요처로 공급하는 액화가스 가열기;를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 주냉매 이코노마이저 및 제1 보조냉매 이코노마이저는, 플레이트형 열교환기, 플레이트-핀형 열교환기, 인쇄회로 기판형 열교환기, 알루미늄 접합형 열교환기 또는 코일 권선형 열교환기일 수 있다.
바람직하게는, 상기 주냉매 스트림 및 보조냉매 스트림은, 수소, 헬륨, 질소, 산소, 네온, 아르곤, 탄소수가 5 이하인 탄소 화합물 및 프레온 냉매로 이루어지는 군에서 선택되는 1종의 단일 냉매 또는 이들 중 2종 이상이 혼합된 혼합 냉매일 수 있다.
바람직하게는, 상기 주냉매 스트림 및 보조냉매 스트림은 각각 주냉매 사이클 및 보조냉매 사이클을 순환하는 동안에, 임계압력 이상으로 유지될 수 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 일 측면에 의하면, 주냉매 스트림으로 터빈을 구동시켜 전력을 생성하는 주냉매 발전 단계; 상기 터빈을 구동시키면서 팽창된 주냉매 스트림을 제1 주냉매 스트림과 제2 주냉매 스트림을 포함하는 적어도 2개 이상의 주냉매 스트림으로 분기시키는 주냉매 분기 단계; 상기 제1 주냉매 스트림과 액화가스를 열교환시켜 상기 액화가스의 냉열을 회수하는 제1 냉열 회수 단계; 보조냉매 스트림으로 터빈을 구동시켜 전력을 생성하는 보조냉매 발전 단계; 상기 터빈을 구동시키면서 팽창된 보조냉매 스트림을 제1 보조냉매 스트림과 제2 보조냉매 스트림을 포함하는 적어도 2개 이상의 보조냉매 스트림으로 분기시키는 보조냉매 분기 단계; 및 상기 제1 보조냉매 스트림과 상기 제1 냉열 회수 단계에서 냉열이 회수된 액화가스를 열교환시켜, 액화가스의 잔여 냉열을 회수하는 제2 냉열 회수 단계;를 포함하는, 액화가스의 냉열을 이용한 다중루프 발전 방법이 제공된다.
바람직하게는, 상기 제1 냉열 회수 단계에서 냉각된 제1 주냉매 스트림과, 상기 주냉매 분기 단계에서 분기된 제2 주냉매 스트림을 열교환시켜 상기 제2 주냉매 스트림을 냉각시키는 주냉매 냉열 회수 단계; 및 상기 주냉매 냉열 회수 단계로부터 열교환 후 배출된 제1 주냉매 스트림과 제2 주냉매 스트림을 가열하여 상기 주냉매 발전 단계로 재순환시키는 주냉매 가열 단계;를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제2 냉열 회수 단계에서 냉각된 제1 보조냉매 스트림과, 상기 보조냉매 분기 단계에서 분기된 제2 보조냉매 스트림을 열교환시켜 상기 제2 보조냉매 스트림을 냉각시키는 보조냉매 냉열 회수 단계; 및 상기 보조냉매 냉열 회수 단계로부터 열교환 후 배출된 제1 주냉매 스트림과 제2 주냉매 스트림을 가열하여 상기 보조냉매 발전 단계로 재순환시키는 보조냉매 가열 단계;를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제2 냉열 회수 단계에서 잔여 냉열이 회수된 액화가스를 가열하여 가스 수요처로 공급하는 액화가스 가열 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 액화가스의 냉열을 이용한 다중루프 발전 시스템 및 방법은, 연료의 소모 또는 연료의 산화반응 없이, 버려지는 극저온의 냉열을 이용하여 청정 에너지를 생산할 수 있다.
또한, 다중루프를 적용함으로써, 액화가스의 냉열을 여러 회차에 걸쳐 회수하므로, 단일 루프를 적용하는 시스템에 비해 에너지 생산 효율을 더 향상시킬 수 있다.
특히, 두 개 이상의 냉매 사이클을 이용하여 2단 이상에 걸쳐서 액화가스의 냉열을 회수하므로, 액화가스의 냉열을 하나의 냉매 사이클을 이용하여 회수하는 경우에 비해서 전체 발전 효율을 더 개선할 수 있다.
또한, 터빈-발전기에서 팽창된 냉매 스트림을 분기시켜, 일부는 열교환기에서 액화가스의 냉열을 회수함으로써 냉각시킨 후 압축하고, 나머지 일부는 액화가스의 냉열을 회수한 후 압축된 냉매 스트림의 잔여 냉열을 회수하여 냉각시킨 후 압축함으로써, 별도의 냉각 사이클을 구비하지 않고, 액화가스의 냉열만을 이용하여 압축 전 냉매를 냉각시킬 수 있다.
또한, 압축기로 도입되는 냉매를 냉각시켜 압축에 소모되는 에너지를 절감하고, 팽창비를 최대화하여, 시스템을 최적화하고, 냉열 발전 시스템의 냉열 이용 효율, 즉 발전 효율을 개선할 수 있다.
또한, 냉매가 사이클을 순환하면서 초임계 상태로 유지됨으로써, 동일한 용량을 기준으로 종래의 냉매가 상변화를 수반하는 냉열 발전 시스템에 채용되는 장비들에 비해 시스템을 소형화할 수 있다.
또한, 운전 온도에 따라 적절한 다른 냉매로 대체하여 사용하면, 냉매 사이클을 순환하는 냉매를 압축하는 압축수단으로서 기상을 압축하는 컴프레서 대신에 설치 및 운영 비용이 훨씬 저렴하며 액상을 압축하는 펌프로 대체할 수 있어 경제적이다.
또한, 질소, 증발가스 등 본 발명이 적용되는 사이트(site)에서 수급이 용이한 냉매를 적용할 수 있어 냉매 보충 등에 필요한 운전비용(OPEX)도 줄일 수 있다.
본 발명의 효과는 상술한 효과들로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스의 냉열을 이용한 다중루프 발전 시스템의 기본적인 구성을 간략하게 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스의 냉열을 이용한 다중루프 발전 시스템의 비교예를 간략하게 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예들에 따른 냉매가 사이클을 순환하는 동안의 상태(phase)를 설명하기 위한 P-T 선도이다.
본 발명의 동작상 이점 및 본 발명의 실시예들에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 예시하는 첨부도면 및 첨부도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 대해 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서 각 도면의 구성요소들에 대해 참조 부호를 부가함에 있어 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다. 또한, 하기 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예들에 한정되는 것은 아니다.
후술하는 본 발명의 실시예들에서 액화가스는, 가스를 저온으로 액화시켜 수송할 수 있는 액화가스일 수 있으며, 예를 들어, LNG(Liquefied Natural Gas), LEG(Liquefied Ethane Gas), LPG(Liquefied Petroleum Gas), 액화에틸렌가스(Liquefied Ethylene Gas), 액화프로필렌가스(Liquefied Propylene Gas) 등과 같은 탄화수소계 액화가스일 수 있다. 또는, 액화 이산화탄소, 액화 수소, 액화 암모니아 등의 비탄화수소계 액화가스일 수도 있다.
후술하는 본 발명의 실시예들에서 액화가스는 액화수소(LH2)인 것을 예로 들어 설명하기로 한다.
또한, 후술하는 본 발명의 실시예들에 따른 액화가스의 냉열을 이용한 다중루프 발전 시스템 및 방법은, 액화가스 도입 터미널, 액화가스 화력 발전 플랜트, 액화가스 충전소 및 액화가스 연료추진 모빌리티 등 액화가스의 냉열을 회수하는 열교환기가 구비되는 육상에서 적용될 수 있다.
후술하는 본 발명의 실시예들을 설명하는데 있어서, 본 시스템 및 방법은 액화가스 도입 터미널에 구비되는 것을 예로 들어 설명하기로 한다.
또한, 후술하는 본 발명의 실시예들에 따른 액화가스의 냉열을 이용한 발전 시스템 및 방법은, 해상 또는 선박에도 적용될 수 있다. 여기서 선박은, LNG를 재기화시켜 가스 수요처로 공급할 수 있는 LNG 재기화 설비가 설치된 모든 종류의 선박, 예를 들어, LNG RV(Regasification Vessel), 액화가스 연료 추진 선박과 같은 자체 추진 능력을 갖는 선박을 비롯하여, LNG FSRU(Floating Storage Regasification Unit)와 같이 해상에 부유하고 있는 해상 구조물을 모두 포함하는 개념일 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예들에 따른 액화가스의 냉열을 이용한 다중루프 발전 시스템 및 방법을 설명한다.
먼저, 도 1을 참고하면, 본 실시예에 따른 액화가스의 냉열을 이용한 다중루프 발전 시스템은, 액화수소의 냉열을 회수하여 발전하는 주냉매 사이클과, 액화수소의 흐름 방향을 기준으로 주냉매 사이클의 하류에 구비되며 보조냉매가 순환하면서 주냉매 사이클에서 냉열이 회수된 액화수소의 잔여냉열을 회수하여 발전하는 보조냉매 사이클을 포함할 수 있다.
본 실시예에서는 다중루프 발전 시스템이 주냉매 사이클과 보조냉매 사이클 등 2개의 루프 사이클이 액화수소의 흐름 방향을 기준으로 직렬로 연결되는 2단 루프 사이클(2-stage loop cycle)로 구비되는 것을 기준으로 설명하나, 이에 한정하는 것은 아니다.
즉, 본 발명에 따른 다중루프 발전 시스템은, 2개 이상의 보조냉매 사이클을 포함하여 2개 이상의 보조냉매 사이클이 주냉매 사이클의 하류에 순차적으로 연결되어 2단 이상의 다단 루프 사이클로 구비할 수도 있을 것이다.
본 실시예와 같이 주냉매 사이클과 보조냉매 사이클 등 2개의 루프 사이클이 순차적으로 연결되어 구비되는 2단루프 발전 시스템에 의하면, 먼저 1단(first stage)으로서 주냉매 사이클을 순환하는 주냉매가 액화수소의 냉열을 1차로 회수하여 발전하고, 2단(second stage)으로서 보조냉매 사이클을 순환하는 보조냉매가 주냉매 사이클에서 1차로 냉열이 회수된 액화수소의 잔여냉열을 회수하여 발전할 수 있다.
한편, 주냉매 사이클과, 제1 보조냉매 사이클과, 제2 보조냉매 사이클 등 3개의 루프 사이클이 순차적으로 연결되어 구비되는 3단루프 발전 시스템의 경우에는, 1단(first stage)으로서 주냉매 사이클을 순환하는 주냉매가 액화수소의 냉열을 1차로 회수하여 발전하고, 2단(second stage)으로서 제1 보조냉매 사이클을 순환하는 제1 보조냉매가 주냉매 사이클에서 1차로 냉열이 회수된 액화수소의 잔여 냉열을 회수하여 발전하며, 3단(third stage)으로서 제2 보조냉매 사이클을 순환하는 제2 보조냉매가 제1 보조냉매 사이클에서 2차로 냉열이 회수된 액화수소의 잔여 냉열을 더 회수하여 발전할 수 있다.
순차적으로 연결되는 각 루프 사이클은, 각 루프 사이클을 순환하는 냉매를 이용하여 터빈을 구동시킴으로써 발전하는 터빈-발전기(110, 210)와, 터빈-발전기에서 팽창된 냉매를 액화수소의 냉열로 냉각시키는 이코노마이저(130, 140b, 140c, 140d, 140e, 140f, 140g, 230, 240b)와, 이코노마이저에서 냉각된 냉매를 압축하는 압축기(150a, 150b, 150c, 150d, 150e, 150f, 150g, 250a, 250b)와, 압축기에서 압축된 냉매를 가열하는 가열기(170, 270)를 포함할 수 있다. 가열기에서 가열된 냉매는 다시 터빈-발전기로 재순환될 수 있다.
본 실시예에 따른 다중루프 발전 시스템을 구성하는 각 루프 사이클은 브레이튼 사이클로 작동할 수 있다.
각 루프 사이클은 액화수소의 냉열 또는 각 루프 사이클을 순환하는 냉매의 자체 냉열을 회수하여 터빈-발전기에서 팽창된 냉매를 냉각시키는 이코노마이저를 하나 이상 구비할 수 있다. 이코노마이저에서 냉매의 자체 냉열을 회수하는 과정은 1단 이상에 걸쳐 실시할 수 있다.
각 루프 사이클의 이코노마이저는, N개 구비되어 N단에 걸쳐 액화수소의 냉열 또는 잔여냉열을 회수할 수 있다. 또한, N개의 이코노마이저 각각의 후단에는 각 이코노마이저에 각각 일대일 대응하는 압축기가 구비될 수 있다.
본 실시예에서 이코노마이저는, 판형 열교환기(plate type heat exchanger), 플레이트-핀형 열교환기(plate-fin type heat exchanger), 인쇄회로 기판형 열교환기(PCHE; Printed Circuit Heat Exchager), 알루미늄 접합형 열교환기(BAHX; Brazed Aluminum Heat Exchanger) 또는 코일 권선형 열교환기(CWHX; Coil-Wound Heat Exchanger)일 수 있다.
본 명세서에 첨부된 도면에는 다수개의 이코노마이저는 각각의 열교환기로 구비되는 것을 예로 들어 도시하였으나, 다수개의 이코노마이저 중 적어도 2개 이상의 이코노마이저는 하나의 콜드박스(cold box)로서 멀티스트림 열교환기로 구비될 수도 있을 것이다.
또한, 다수개의 이코노마이저들은 각 냉매 사이클의 이코노마이저들, 예를 들어 주냉매 사이클의 주냉매 이코노마이저들이 하나의 콜드박스로서 구비될 수도 있고, 서로 다른 사이클의 이코노마이저들, 예를 들어 주냉매 사이클의 주냉매 이코노마이저들 중에서 적어도 하나 이상의 주냉매 이코노마이저와 보조냉매 사이클의 보조냉매 이코노마이저들 중에서 적어도 하나 이상의 보조냉매 이코노마이저가 하나의 콜드박스로서 구비될 수도 있을 것이다.
한편, 각 루프 사이클은 사이클을 순환하는 냉매를 이코노마이저의 상류에서 N개의 냉매 스트림으로 분기시키는 분기부(120, 220)와, N개의 냉매 스트림을 각 이코노마이저의 하류에서 다시 하나의 스트림으로 합류시키는 합류부(160, 260)를 더 포함할 수 있다.
본 실시예의 분기부는, 터빈-발전기의 하류이면서 이코노마이저의 상류에 구비될 수도 있고, 터빈-발전기의 상류에 구비될 수도 있다.
즉, 분기부는 하나 이상의 터빈-발전기에서 팽창된 냉매 스트림을 각 이코노마이저로 분배하여 공급할 수도 있고, 분기부에서 N개의 냉매 스트림으로 분배한 후 N개의 터빈-발전기로 각각 나누어 공급할 수도 있다. 분기부가 터빈-발전기의 상류에 구비되는 경우 터빈-발전기는 N개의 이코노마이저에 일대일 대응하여 N개 구비될 수 있다.
도면에는 각 루프 사이클의 분기부(120, 220)가 터빈-발전기(110, 210)의 하류에 구비되어 하나의 터빈-발전기(110, 210)에서 팽창된 냉매 스트림을 N개의 냉매 스트림으로 분기시켜 각 이코노마이저로 나누어 공급하는 것을 예로 들어 도시하였으며, 본 실시예에서는 이를 기준으로 설명한다.
그러나 각 루프 사이클의 냉매 분기부(120, 220)는 각 루프 사이클의 터빈-발전기(110, 210)의 상류에 구비되어 냉매 분기부(120, 220)에서 N개의 냉매 스트림으로 분기되고, 각 냉매 스트림이 N개의 터빈-발전기로 나누어 공급되어 각각 팽창된 후, N개의 이코노마이저로 각각 나누어 공급되도록 구성할 수도 있을 것이다.
본 실시예에서 분기부(120, 220)는 터빈-발전기(110, 210)에서 팽창된 냉매 스트림이 유동하는 라인이 N개로 나누어지는 지점을 의미할 수 있다. 분기부(120, 220)에는 분배기 또는 밸브가 구비될 수도 있을 것이다.
한편, 본 실시예의 합류부(160, 260)는 N개의 냉매 스트림을 반드시 하나의 냉매 스트림으로 합류시키는 것으로 한정하는 것은 아니며, 합류부는 N개의 스트림을 가열하는 가열기(170, 270)의 수와 동일한 수의 냉매 스트림으로 합류시킬 수 있다. 예를 들어 가열기가 병렬로 2개 구비되면 합류부는 N개의 냉매 스트림을 2개의 냉매 스트림으로 합류시켜 2개의 가열기로 각각 나누어 공급할 수 있을 것이다.
유체의 온도가 낮을수록 밀도는 높아지므로 압축에 소모되는 에너지가 감소하게 된다. 본 실시예에 따르면, 터빈-발전기로부터 토출되는 냉매 스트림을 분기부에서 2 이상의 흐름으로 분기하여 각 이코노마이저로 공급하고, 각 이코노마이저에서 냉각시킨 후 압축시킴으로써, 압축에 소모되는 에너지를 감소시킬 수 있다.
한편, 터빈으로 도입되는 유체의 온도가 높을수록 팽창에 의해 발생하는 에너지는 증가한다. 본 실시예에 따르면, 가열기를 구비하여 압축기에서 압축된 냉매 스트림을 터빈-발전기로 공급하기 전에 가열한 후 공급함으로써, 팽창에 의해 발생하는 에너지, 즉 전력 생산량을 증가시킬 수 있다.
도 1에는, 본 실시예에 따른 주냉매 사이클이 7개의 이코노마이저(130, 140b, 140c, 140d, 140e, 140f, 140g)를 포함하여 7단으로 구비되고, 보조냉매 사이클은 2개의 이코노마이저(230, 240b)를 포함하여 2단으로 구비되는 것을 예로 들어 도시하였다. 그러나 단수를 이에 한정하는 것은 아니다.
또한, 본 실시예들에서 주냉매와 보조냉매는 서로 다른 물질 또는 같은 물질의 유체일 수 있다. 본 실시예를 설명하는 데 있어서, '주' 또는 '보조'라는 명칭은 주냉매와 보조냉매를 구분하기 위한 명명일 뿐 어느 하나의 냉매가 주로 사용되고 다른 냉매가 보조적으로 사용된다는 개념은 아니다.
본 실시예의 주냉매 사이클의 운전 압력은 5 barg 이상 또는 주냉매 사이클을 순환하는 주냉매의 임계압력 이상일 수 있다. 또한, 본 실시예의 주냉매 사이클 및 보조냉매 사이클의 운전 온도는 -60℃ 이하 또는 0℃ 이하일 수 있다.
본 실시예의 주냉매 및 보조냉매는 각각, 수소, 헬륨, 질소, 산소, 네온, 아르곤, 탄소수가 5 이하인 탄소 화합물 및 프레온 냉매로 이루어지는 군에서 선택되는 1종의 단일 냉매 또는 이들 중 2종 이상이 혼합된 혼합 냉매일 수 있다.
또한, 본 실시예에서 주냉매 및 보조냉매는 각 사이클을 순환하는 동안에 가장 낮은 온도가 되는 지점에서도 어는점에 도달하지 않는 물질일 수 있다.
또한, 주냉매는 액화가스, 즉 본 실시예에서 액화수소의 증발가스 또는 액화수소의 증발가스를 포함하는 혼합물일 수 있고, 보조냉매는 주냉매보다 끓는점이 높은 단일 또는 혼합물질일 수 있다.
질소를 주냉매 또는 보조냉매로 사용하는 경우, 질소의 어는점은 상압에서 약 -210℃의 극저온이고 액화수소의 저장 온도는 액화수소의 액화점 이하 즉 약 -253℃로서, 질소 단일 냉매가 액화수소의 냉열을 회수하면서 냉매 사이클을 순환하는 동안 어는점에 도달하지 않는 냉매로 적용할 수 있다.
또한, 질소는 공기 중에서 얻기 쉬운 비활성 기체로서, 구입이 저렴하고 안전하며, 탄소를 포함하지 않으므로 공기 중으로 배출(vent)이 가능하여, 플레어(flare) 장치를 구비하지 않아도 된다는 장점이 있다.
본 실시예에 따른 다중루프 발전 시스템이 액화가스 터미널 등 액화가스 재기화 설비가 구비된 육상에 적용될 때, 또는 FSRU 등 액화가스 재기화 설비가 구비된 해상에 적용될 때 등 어떠한 경우라도, 재기화 설비의 퍼징(purging)이나 유지보수 등을 목적으로 질소를 생성 및 공급하는 장비가 구비되도록 되어있다.
즉, 본 실시예에 따른 발전 시스템의 작동유체를 질소로 채용하면 별도의 질소 생성/공급장치를 구비하지 않더라도, 작동유체를 손쉽게 수급할 수 있으며, 구비되어 있는 장비를 이용함으로써 설치비 및 운영비를 절감할 수 있다.
한편, 초임계 이산화탄소를 작동유체로 사용하는 브레이튼 사이클(Supercritical CO2 Brayton Cycle)을 이용하는 경우에는, 냉매로 사용되는 이산화탄소의 어는점이 상압에서 약 -78.5℃이므로, 약 -253℃의 액화수소의 냉열을 회수하는 과정에서 얼어버리는 문제가 발생할 수 있어 냉열을 회수하는데 적합하지 않다.
또한, 이산화탄소는 온실가스로서 환경오염의 문제가 있고, 산성가스로서 장비 부식을 유발하며, 장시간 특정 농도 이상에 노출되면 인체에 위험하고, 이산화탄소를 임계 압력 이상의 압력으로 유지하려면 시스템의 운전 압력이 200 barg 이상의 고압 환경을 유지해야 한다는 점에서 실제 적용에는 어려움이 있다.
본 실시예에서는 주냉매로서 본 실시예의 액화가스인 액화수소가 자연기화하여 생성된 증발가스(BOG; Boil-Off Gas), 즉 수소(H2)가 단일 냉매로 사용되거나 수소와 질소의 혼합 냉매가 사용되는 것을 예로 들어 설명하며, 보조냉매로서는 LNG의 증발가스, 즉 메탄(CH4)이 단일냉매로 사용되는 것을 예로 들어 설명하기로 한다.
주냉매로서 냉열 회수의 대상이 되는 액화가스의 증발가스를 사용하면, 주냉매가 주냉매 사이클(100)을 순환하는 동안 어는점에 도달하지 않으면서 액화가스의 기화 냉열을 회수할 수 있을 뿐만 아니라, 증발가스를 처리하기 위한 비용을 줄일 수 있고, 수급이 용이하다는 장점이 있다.
또한, 앞서 본 실시예는 액화수소 터미널에 구비되는 것을 예로 들어 설명하기로 하였는데, 액화수소 터미널이 LNG 터미널 인근에 지어져 도시가스 배관망 등 기존 인프라 등을 그대로 활용할 수 있는 경우 보조냉매로서 LNG의 증발가스를 사용하면 수급이 용이할 뿐 아니라 LNG의 증발가스를 효율적으로 처리할 수 있는 효과가 있다.
도 1을 참고하면, 본 실시예에 따른 주냉매 사이클은, 주냉매 스트림(RL)을 이용하여 터빈을 구동시킴으로써 발전하는 주냉매 터빈-발전기(110)와, 주냉매 터빈-발전기(110)에서 팽창된 주냉매 스트림(RL)을 다수개의 스트림으로 분기시키는 주냉매 분기부(120)와, 각 주냉매 스트림을 냉각시키는 주냉매 이코노마이저와, 주냉매 이코노마이저에서 냉각된 각 주냉매 스트림을 압축하는 주냉매 압축기와, 주냉매 압축기에서 압축된 주냉매 스트림을 하나의 스트림으로 합류시키는 주냉매 합류부(160)와, 주냉매 합류부(160)에서 합류된 주냉매 스트림(RL)을 가열하는 주냉매 가열기(170) 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 실시예는 주냉매 사이클이 7단으로 구비되는 것을 기준으로 설명하기로 하였으므로, 주냉매 터빈-발전기(110)에서 팽창된 주냉매 스트림(RL)은 주냉매 분기부(120)에서, 제1 주냉매 스트림(RL1)과, 제2 주냉매 스트림(RL2)과, 제3 주냉매 스트림(RL3)과, 제4 주냉매 스트림(RL4)과, 제5 주냉매 스트림(RL5)과, 제6 주냉매 스트림(RL6)과, 제7 주냉매 스트림(RL7)을 포함하는 7개의 스트림으로 분기될 수 있을 것이다.
제1 주냉매 스트림(RL1)과, 제2 주냉매 스트림(RL2)과, 제3 주냉매 스트림(RL3)과, 제4 주냉매 스트림(RL4)과, 제5 주냉매 스트림(RL5)과, 제6 주냉매 스트림(RL6)과, 제7 주냉매 스트림(RL7)은 주냉매 스트림(RL)이 분기되어 나눠진 스트림을 구별하여 설명하기 위한 명칭으로서, 분기된 각 주냉매 스트림들은 주냉매 분기부(120)에서 분기된 후 서로 다른 압축기에서 압축되며 주냉매 가열기(170)의 상류에서 하나의 주냉매 스트림(RL)으로 합류하여 주냉매 사이클(100)을 순환하는 동일한 물질일 수 있다.
본 실시예는 주냉매 사이클이 7단으로 구비되는 것을 기준으로 설명하기로 하였으므로, 본 실시예에 따른 주냉매 이코노마이저는, 제1 주냉매 스트림(RL1)을 냉각시키는 제1 주냉매 이코노마이저(130)와, 제2 주냉매 스트림(RL2)을 냉각시키는 제2 주냉매 이코노마이저(140b)와, 제3 주냉매 스트림(RL3)을 냉각시키는 제3 주냉매 이코노마이저(140c)와, 제4 주냉매 스트림(RL4)을 냉각시키는 제4 주냉매 이코노마이저(140d)와, 제5 주냉매 스트림(RL5)을 냉각시키는 제5 주냉매 이코노마이저(140e)와, 제6 주냉매 스트림(RL6)을 냉각시키는 제6 주냉매 이코노마이저(140f)와, 제7 주냉매 스트림(RL7)을 냉각시키는 제7 주냉매 이코노마이저(140g) 등 7개의 주냉매 이코노마이저를 포함할 수 있다.
또한, 7개의 주냉매 이코노마이저의 하류에는, 각 주냉매 이코노마이저에 대응하는 7개의 주냉매 압축기가 구비되며, 본 실시예의 주냉매 압축기는, 제1 주냉매 이코노마이저(130)에서 냉각된 제1 주냉매 스트림(RL1)을 압축하는 제1 주냉매 압축기(150a)와, 제2 주냉매 이코노마이저(140b)에서 냉각된 제2 주냉매 스트림(RL2)을 압축하는 제2 주냉매 압축기(150b)와, 제3 주냉매 이코노마이저(140c)에서 냉각된 제3 주냉매 스트림(RL3)을 압축하는 제3 주냉매 압축기(150c)와, 제4 주냉매 이코노마이저(140d)에서 냉각된 제4 주냉매 스트림(RL4)을 압축하는 제4 주냉매 압축기(150d)와, 제5 주냉매 이코노마이저(140e)에서 냉각된 제5 주냉매 스트림(RL5)을 압축하는 제5 주냉매 압축기(150e)와, 제6 주냉매 이코노마이저(140f)에서 냉각된 제6 주냉매 스트림(RL6)을 압축하는 제6 주냉매 압축기(150f)와, 제7 주냉매 이코노마이저(140g)에서 냉각된 제7 주냉매 스트림(RL7)을 압축하는 제7 주냉매 압축기(150g) 등 7개의 주냉매 압축기를 포함할 수 있다.
본 실시예에서는 주냉매가 액화수소의 증발가스인 것을 기준으로 설명하며, 여기서 주냉매 압축기는 기상의 유체를 압축하는 컴프레서일 수 있다.
다수개의 주냉매 이코노마이저 중에서 가장 첫번째 단에 구비되는 주냉매 이코노마이저, 즉 제1 주냉매 이코노마이저(130)에서는, 제1 주냉매 스트림(RL1)과 액화가스 라인(LL)을 통해 이송된 액화수소가 열교환하며, 열교환에 의해 제1 주냉매 스트림이 액화수소의 냉열을 회수함으로써 냉각될 수 있다.
또한, 제1 주냉매 이코노마이저(130)에서 액화수소의 냉열에 의해 냉각된 제1 주냉매 스트림(RL1)은 제1 주냉매 압축기(150a)에서 압축된 후 다음 단(stage)의 주냉매 이코노마이저인 제2 주냉매 이코노마이저(140b)의 냉매로 공급될 수 있다.
즉, 본 실시예에 따르면 다수개의 주냉매 이코노마이저 중에서 어느 한 단의 주냉매 이코노마이저에서 냉각된 주냉매 스트림은, 주냉매 압축기에서 압축된 후 다음 단의 주냉매 이코노마이저로 냉매로서 공급될 수 있다.
제2 주냉매 이코노마이저(140b)에서는, 제2 주냉매 스트림(RL2)과 제1 주냉매 이코노마이저(130)에서 냉각된 제1 주냉매 스트림(RL1)이 열교환하여 제2 주냉매 스트림(RL2)이 냉각될 수 있다.
본 실시예의 주냉매 분기부(120)에서 분기된 각각의 주냉매 스트림은 액화수소와 직접 열교환하거나 또는 각 주냉매 이코노마이저에서 이전 단의 주냉매 이코노마이저에서 냉각된 주냉매 스트림과의 열교환에 의해 냉각되는 과정을 거쳐 주냉매 합류부(160)에서 합류될 수 있다.
또한, 각 주냉매 이코노마이저에서 열교환에 의해 냉각된 주냉매 스트림은 다음 단의 주냉매 이코노마이저로 공급되어 주냉매 분기부(120)로부터 다음 단의 주냉매 이코노마이저로 공급되는 주냉매 스트림을 냉각시키는 냉매로서 사용될 수 있다.
단, 다수개의 주냉매 이코노마이저 중에서 가장 마지막 단에 구비되는 주냉매 이코노마이저에서 냉각된 주냉매 스트림은 그 다음 단의 주냉매 이코노마이저가 존재하지 않으므로, 냉매로 사용되는 과정은 생략되고 압축과정을 거쳐 주냉매 합류부(160)로 이송될 수 있다.
본 실시예에서는 주냉매 이코노마이저가 7단으로 구비되는 것을 예로 들어 설명하므로, 가장 마지막 단의 주냉매 이코노마이저인 제7 주냉매 이코노마이저(140g)에서 냉각된 제7 주냉매 스트림(RL7)은 압축과정을 거쳐 바로 주냉매 합류부(160)로 이송될 수 있다.
보다 구체적으로, 주냉매 터빈-발전기(110)에서 팽창된 주냉매 스트림(RL)을 제1 주냉매 스트림(RL1)과 제2 주냉매 스트림(RL2)을 포함하는 적어도 2개 이상의 스트림, 본 실시예에서 7개의 스트림으로 분기한다.
제1 주냉매 이코노마이저(130)에서 액화수소와 열교환하여 냉각된 제1 주냉매 스트림(RL1)은 제1 주냉매 압축기(150a)에 의해 압축되어 제2 주냉매 이코노마이저(140b)로 공급된다.
제2 주냉매 이코노마이저(140b)에서는, 주냉매 분기부(120)에서 분기된 제2 주냉매 스트림(RL2)과 제1 주냉매 이코노마이저(130)에서 냉각된 제1 주냉매 스트림(RL1)이 열교환하여 제2 주냉매 스트림(RL2)이 냉각된다.
제2 주냉매 이코노마이저(140b)에서 열교환에 의해 냉열이 회수된 제1 주냉매 스트림(RL1)은 주냉매 합류부(160)로 이송되고, 열교환에 의해 냉각된 제2 주냉매 스트림(RL2)은 제2 주냉매 압축기(150b)에서 압축된 후 제3 주냉매 이코노마이저(140c)로 공급된다.
제3 주냉매 이코노마이저(140c)에서는, 주냉매 분기부(120)에서 분기된 제3 주냉매 스트림(RL3)과 제2 주냉매 이코노마이저(140b)에서 냉각된 제2 주냉매 스트림(RL2)이 열교환하여 제3 주냉매 스트림(RL3)이 냉각된다.
제3 주냉매 이코노마이저(140c)에서 열교환에 의해 냉열이 회수된 제2 주냉매 스트림(RL2)은 주냉매 합류부(160)로 이송되고, 열교환에 의해 냉각된 제3 주냉매 스트림(RL3)은 제3 주냉매 압축기(150c)에서 압축된 후 제4 주냉매 이코노마이저(140d)로 공급된다.
제4 주냉매 이코노마이저(140d)에서는, 주냉매 분기부(120)에서 분기된 제4 주냉매 스트림(RL4)과 제3 주냉매 이코노마이저(140c)에서 냉각된 제3 주냉매 스트림(RL3)이 열교환하여 제4 주냉매 스트림(RL4)이 냉각된다.
제4 주냉매 이코노마이저(140d)에서 열교환에 의해 냉열이 회수된 제3 주냉매 스트림(RL3)은 주냉매 합류부(160)로 이송되고, 열교환에 의해 냉각된 제4 주냉매 스트림(RL4)은 제4 주냉매 압축기(150d)에서 압축된 후 제5 주냉매 이코노마이저(140e)로 공급된다.
제5 주냉매 이코노마이저(140e)에서는, 주냉매 분기부(120)에서 분기된 제5 주냉매 스트림(RL5)과 제4 주냉매 이코노마이저(140d)에서 냉각된 제4 주냉매 스트림(RL4)이 열교환하여 제5 주냉매 스트림(RL5)이 냉각된다.
제5 주냉매 이코노마이저(140e)에서 열교환에 의해 냉열이 회수된 제4 주냉매 스트림(RL4)은 주냉매 합류부(160)로 이송되고, 열교환에 의해 냉각된 제5 주냉매 스트림(RL5)은 제5 주냉매 압축기(150e)에서 압축된 후 제6 주냉매 이코노마이저(140f)로 공급된다.
제6 주냉매 이코노마이저(140f)에서는, 주냉매 분기부(120)에서 분기된 제6 주냉매 스트림(RL6)과 제5 주냉매 이코노마이저(140e)에서 냉각된 제5 주냉매 스트림(RL5)이 열교환하여 제6 주냉매 스트림(RL6)이 냉각된다.
제6 주냉매 이코노마이저(140f)에서 열교환에 의해 냉열이 회수된 제5 주냉매 스트림(RL5)은 주냉매 합류부(160)로 이송되고, 열교환에 의해 냉각된 제6 주냉매 스트림(RL6)은 제6 주냉매 압축기(150f)에서 압축된 후 제7 주냉매 이코노마이저(140g)로 공급된다.
가장 마지막 단인 제7 주냉매 이코노마이저(140g)에서는, 주냉매 분기부(120)에서 분기된 제7 주냉매 스트림(RL7)과 제6 주냉매 이코노마이저(140f)에서 냉각된 제6 주냉매 스트림(RL6)이 열교환하여 제7 주냉매 스트림(RL7)이 냉각된다.
제7 주냉매 이코노마이저(140g)에서 열교환에 의해 냉열이 회수된 제6 주냉매 스트림(RL6)은 주냉매 합류부(160)로 이송되고, 열교환에 의해 냉각된 제7 주냉매 스트림(RL7)은 제7 주냉매 압축기(150g)에서 압축된 후 주냉매 합류부(160)로 이송될 수 있다.
제1 주냉매 이코노마이저(130)에서 액화수소로부터 냉열을 회수한 제1 주냉매 스트림(RL1)의 잔여냉열을 제2 주냉매 이코노마이저(140b) 등 후단의 주냉매 이코노마이저를 이용하여 여러 단계에 걸쳐 더 회수함으로써, 순환하는 냉매의 열교환 유량을 증가시키는 효과가 있고, 따라서 터빈에 의한 전기 생산량을 증가시킬 수 있다.
주냉매 합류부(160)로 이송된 7개의 주냉매 스트림들이 하나의 주냉매 스트림(RL)으로 합류되어 주냉매 가열기(170)로 이송된다. 주냉매 스트림(RL)은 주냉매 가열기(170)에서 가열시킨 후 주냉매 터빈-발전기(110)로 재순환시킬 수 있다.
본 실시예의 주냉매 가열기(170)에서 주냉매 스트림(RL)을 가열하는 열원은 해수, 청수, 연소가스 또는 대기일 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니다.
주냉매 가열기(170)를 구비하여 주냉매 터빈-발전기(110)로 도입되는 주냉매 스트림(RL)을 가열함으로써, 터빈-발전기(110)의 입구온도를 높이고, 주냉매 스트림(RL)의 부피를 증가시켜 주냉매 사이클(100)의 발전량을 증대시킬 수 있다.
도면에는 1대의 주냉매 가열기(170)가 구비되는 것을 예로 들어 도시하였다. 그러나, 이에 한정하는 것은 아니고 주냉매 가열기(170)는 직렬 또는 병렬로 1대 이상 구비될 수 있다.
예를 들어, 2대의 주냉매 가열기(170)가 직렬로 구비되고, 다수 흐름으로 분기되었던 주냉매 스트림들이 주냉매 합류부(160)에서 하나의 주냉매 스트림(RL)으로 합류되어, 직렬로 연결된 2대의 주냉매 가열기(170)를 순차적으로 통과하면서 2단계에 걸쳐 가열될 수 있다.
또 다른 예로서, 2대의 주냉매 가열기(170)가 병렬로 구비되며, 다수 흐름으로 분기되었던 주냉매 스트림들이 주냉매 합류부(160)에서 2개의 주냉매 스트림으로 합류되고, 합류된 2개의 주냉매 스트림은 병렬로 구비된 2대의 주냉매 가열기(170)로 분배되어 공급될 수도 있을 것이다.
한편, 제1 주냉매 이코노마이저(130)에서 제1 주냉매 스트림(RL1)과 열교환하면서 가열된 액화수소는, 액화가스 라인(LL)을 통해 보조냉매 사이클로 공급되어 냉열이 더 회수될 수 있다.
보조냉매 사이클은 제1 주냉매 이코노마이저(130)에서 냉열이 회수된 후 이송되는 액화수소의 냉열을 추가로 회수할 수 있다.
본 실시예의 보조냉매 사이클은 주냉매 사이클의 하류에 1단 이상 구비될 수 있고, 액화가스 라인(LL)은 주냉매 사이클과 보조냉매 사이클을 순차적으로 거쳐 가스 수요처로 연장될 수 있다.
본 실시예의 보조냉매 사이클은, 보조냉매 스트림(NL)을 이용하여 터빈을 구동시킴으로써 발전하는 보조냉매 터빈-발전기(210)와, 보조냉매 터빈-발전기(210)에서 팽창된 보조냉매 스트림(NL)을 다수개의 보조냉매 스트림으로 분기시키는 보조냉매 분기부(220)와, 다수개의 보조냉매 스트림을 각각 냉각시키는 보조냉매 이코노마이저(230, 240b)와, 보조냉매 이코노마이저(230, 240b)에서 냉각된 보조냉매 스트림을 가압하는 보조냉매 압축기(250a, 250b)와, 보조냉매 압축기(250a, 250b)에서 압축된 다수개의 보조냉매 스트림을 하나의 보조냉매 스트림(NL)으로 합류시키는 보조냉매 합류부(260)와, 보조냉매 합류부(260)에서 합류된 보조냉매 스트림(NL)을 가열하여 보조냉매 터빈-발전기(210)로 재순환시키는 보조냉매 가열기(270) 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 실시예는 보조냉매 사이클이 2단으로 구비되는 것을 기준으로 설명하기로 한다. 그러나 보조냉매 사이클의 단수를 한정하는 것은 아니다.
본 실시예의 보조냉매 터빈-발전기(210)에서 팽창된 보조냉매 스트림(NL)은 보조냉매 분기부(220)에서, 제1 보조냉매 스트림(NL1)과, 제2 보조냉매 스트림(NL2)으로 분기될 수 있을 것이다.
제1 보조냉매 스트림(NL1)과, 제2 보조냉매 스트림(NL2)은 보조냉매 스트림(NL)이 분기되어 나눠진 스트림을 구별하여 설명하기 위한 명칭으로서, 분기된 각 보조냉매 스트림들은 보조냉매 분기부(220)에서 분기된 후 서로 다른 경로를 유동하여 압축되며 보조냉매 가열기(270)의 상류에서 하나의 보조냉매 스트림(NL)으로 합류하여 보조냉매 사이클을 순환하는 동일한 물질일 수 있다.
본 실시예는 보조냉매 사이클이 2단으로 구비되는 것을 기준으로 설명하기로 하였으므로, 본 실시예에 따른 보조냉매 이코노마이저는, 제1 보조냉매 스트림(NL1)을 냉각시키는 제1 보조냉매 이코노마이저(230)와, 제2 보조냉매 스트림(NL2)을 냉각시키는 제2 보조냉매 이코노마이저(240b) 등 2개의 보조냉매 이코노마이저를 포함할 수 있다.
또한, 2개의 보조냉매 이코노마이저의 하류에는, 각 보조냉매 이코노마이저에 대응하는 2개의 보조냉매 압축기가 구비된다.
본 실시예의 보조냉매 압축기는, 제1 보조냉매 이코노마이저(230)에서 냉각된 제1 보조냉매 스트림(NL1)을 압축하는 제1 보조냉매 압축기(250a)와, 제2 보조냉매 이코노마이저(240b)에서 냉각된 제2 보조냉매 스트림(NL2)을 압축하는 제2 보조냉매 압축기(250b) 등 2개의 보조냉매 압축기를 포함할 수 있다.
본 실시예에서는 보조냉매가 액화천연가스(LNG)의 증발가스, 즉 메탄인 것을 기준으로 설명하며, 여기서 보조냉매 압축기는 액상의 유체를 압축하는 펌프일 수 있다.
다수개의 보조냉매 이코노마이저 중에서 가장 첫번째 단에 구비되는 보조냉매 이코노마이저, 즉 제1 보조냉매 이코노마이저(230)에서는, 제1 보조냉매 스트림(NL1)과 액화가스 라인(LL)을 통해 주냉매 사이클로부터 이송된 액화수소가 열교환하며, 열교환에 의해 제1 보조냉매 스트림(NL1)이 주냉매 사이클에서 냉열이 회수되면서 가열된 액화수소의 잔여 냉열을 회수함으로써 냉각될 수 있다.
또한, 제1 보조냉매 이코노마이저(230)에서 액화수소의 냉열에 의해 냉각된 제1 보조냉매 스트림(NL1)은 제1 보조냉매 압축기(250a)에서 압축된 후 다음 단(stage)의 보조냉매 이코노마이저인 제2 보조냉매 이코노마이저(240b)의 냉매로 공급될 수 있다.
즉, 본 실시예에 따르면 다수개의 보조냉매 이코노마이저 중에서 어느 한 단의 보조냉매 이코노마이저에서 냉각된 보조냉매 스트림은, 보조냉매 압축기에서 압축된 후 다음 단의 보조냉매 이코노마이저로 냉매로서 공급될 수 있다.
제2 보조냉매 이코노마이저(240b)에서는, 제2 보조냉매 스트림(NL2)과 제1 보조냉매 이코노마이저(230)에서 냉각된 제1 보조냉매 스트림(NL1)이 열교환하여 제2 보조냉매 스트림(NL2)이 냉각될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 보조냉매 터빈-발전기(110)에서 팽창된 보조냉매 스트림(NL)을 제1 보조냉매 스트림(NL1)과 제2 보조냉매 스트림(NL2)을 포함하는 적어도 2개 이상의 스트림으로 분기하고, 제1 보조냉매 이코노마이저(230)에서 액화수소의 잔여 냉열을 회수한 제1 보조냉매 스트림(NL1)의 잔여 냉열을 제2 보조냉매 이코노마이저(240b)에서 제2 보조냉매 스트림(NL2)과의 열교환에 의해 더 회수함으로써, 순환하는 냉매의 열교환 유량을 증가시키는 효과가 있고, 따라서 터빈에 의한 전기 생산량을 증가시킬 수 있다.
제2 보조냉매 이코노마이저(240b)에서 열교환에 의해 가열된 제1 보조냉매 스트림(NL1)과, 제2 보조냉매 이코노마이저(240b)에서 열교환에 의해 냉각된 제2 보조냉매 스트림(NL2)은, 보조냉매 합류부(260)에서 하나의 보조냉매 스트림(NL)으로 합류시키고, 보조냉매 가열기(270)에서 가열시킨 후 보조냉매 터빈-발전기(210)로 재순환시킬 수 있다.
본 실시예의 보조냉매 분기부(220)에서 분기된 각각의 보조냉매 스트림은 액화수소와 직접 열교환하거나 또는 각 보조냉매 이코노마이저에서 이전 단의 보조냉매 이코노마이저에서 냉각된 보조냉매 스트림과의 열교환에 의해 냉각되는 과정을 거쳐 보조냉매 합류부(260)에서 합류될 수 있다.
또한, 각 보조냉매 이코노마이저에서 열교환에 의해 냉각된 보조냉매 스트림은 다음 단의 보조냉매 이코노마이저로 공급되어 다음 단의 보조냉매 이코노마이저로 공급되는 보조냉매 스트림을 냉각시키는 냉매로서 사용될 수 있다.
한편, 다수개의 보조냉매 이코노마이저 중에서 가장 마지막 단에 구비되는 보조냉매 이코노마이저에서 냉각된 보조냉매 스트림은 그 다음 단의 보조냉매 이코노마이저가 존재하지 않으므로, 냉매로 사용되는 과정이 생략될 수 있으며, 압축과정을 거쳐 보조냉매 합류부(260)로 이송될 수 있다.
본 실시예에서는 보조냉매 이코노마이저가 2단으로 구비되는 것을 예로 들어 설명하므로, 가장 마지막 단의 보조냉매 이코노마이저인 제2 보조냉매 이코노마이저(240b)에서 냉각된 제2 주냉매 스트림(NL2)은 바로 압축과정을 거쳐 보조냉매 합류부(260)로 이송될 수 있다.
본 실시예의 보조냉매 가열기(270)에서 보조냉매 스트림(NL)을 가열하는 열원은 해수, 청수, 연소가스 또는 대기일 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니다.
보조냉매 가열기(270)를 구비하여 보조냉매 터빈-발전기(210)로 도입되는 보조냉매 스트림(NL)을 가열함으로써, 보조냉매 터빈-발전기(210)의 입구온도를 높이고, 보조냉매 스트림(NL)의 부피를 증가시킴으로써, 터빈을 통해 생성할 수 있는 팽창일, 즉 보조냉매 터빈-발전기(210)의 전력 생성량을 증가시킬 수 있다.
도면에는 1대의 보조냉매 가열기(270)가 구비되는 것을 예로 들어 도시하였다. 그러나, 이에 한정하는 것은 아니고 보조냉매 가열기(270)는 직렬 또는 병렬로 1대 이상 구비될 수 있다.
예를 들어, 2대의 보조냉매 가열기(270)가 직렬로 구비되고, 다수 흐름으로 분기되었던 보조냉매 스트림들이, 보조냉매 합류부(260)에서 하나의 보조냉매 스트림(NL)으로 합류되어, 직렬로 연결된 2대의 보조냉매 가열기(270)를 순차적으로 통과하면서 2단계에 걸쳐 가열될 수 있다.
또 다른 예로서, 2대의 보조냉매 가열기(270)가 병렬로 구비되며, 다수 흐름으로 분기되었던 보조냉매 스트림들이 보조냉매 합류부(260)에서 2개의 보조냉매 스트림으로 합류되고, 합류된 2개의 보조냉매 스트림은 병렬로 구비된 2대의 보조냉매 가열기(270)로 분배되어 공급될 수도 있을 것이다.
본 실시예의 액화수소는 주냉매 사이클과 보조냉매 사이클에서 냉열이 회수된 후에, 액화가스 라인(LL)을 통해 가스 수요처(consumer)로 공급될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 액화가스 라인(LL)을 따라 제1 주냉매 이코노마이저(130)로 공급된 액화수소는 제1 주냉매 이코노마이저(130)에서 제1 주냉매 스트림(RL1)과 열교환하면서 냉열을 빼앗겨 가열되거나, 또는 적어도 일부가 기화될 수 있다.
또한, 액화가스 라인(LL)을 따라 제1 주냉매 이코노마이저(130)로부터 제1 보조냉매 이코노마이저(230)로 공급된 액화수소는 제1 보조냉매 이코노마이저(230)에서 제1 보조냉매 스트림(NL1)과 열교환하면서 냉열을 빼앗겨 가열되거나, 또는 적어도 일부가 기화될 수 있다.
본 실시예에 따른 다중루프 발전 시스템은, 제1 보조냉매 이코노마이저(230)의 하류에 구비되며, 제1 보조냉매 이코노마이저(230)에서 열교환에 의해 가열되어 가스 수요처로 공급되는 액화수소를 가열하는 액화가스 가열기(300)를 더 포함할 수 있다.
본 실시예의 액화가스 가열기(300)에서 액화수소를 가열하는 열원은 해수, 청수, 연소가스 또는 대기일 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니다.
제1 보조냉매 이코노마이저(230)로부터 액화가스 가열기(300)로 액체 상태로 도입되는 액화수소는 액화가스 가열기(300)에서 가열되어 전량 기화될 수 있다. 또한, 제1 보조냉매 이코노마이저(230)로부터 액화가스 가열기(300)로 기체 상태로 도입되는 액화수소, 즉 재기화 가스는 액화가스 가열기(300)에서 가스 수요처에서 요구하는 온도로 가열될 수 있다.
액화가스 가열기(300)로부터 가스 수요처로 이송되는 재기화 가스는 가스 수요처에서 요구하는 온도 조건을 만족할 수 있다.
도면에는 1대의 액화가스 가열기(300)가 구비되는 것을 예로 들어 도시하였다. 그러나 이에 한정하는 것은 아니고 액화가스 가열기(300)는 직렬 또는 병렬로 1대 이상 구비될 수 있다.
예를 들어, 2대의 액화가스 가열기(300)가 직렬로 구비되고, 액화수소가 직렬로 연결된 2대의 액화가스 가열기(300)를 순차적으로 통과하면서 2단계에 걸쳐 가열될 수 있다.
또 다른 예로서, 2대의 액화가스 가열기(300)가 병렬로 구비되며, 액화수소는 병렬로 구비된 2대의 액화가스 가열기(300)로 분배되어 공급될 수도 있을 것이다.
상술한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 주냉매 사이클에서 냉열이 회수된 액화수소의 잔여 냉열을 보조냉매 사이클에서 더 회수함으로써, 액화수소의 냉열을 최대한 회수하여 활용할 수 있다.
주냉매를 이용하여 주냉매 사이클에서 다단에 걸쳐 액화수소의 냉열을 회수한 후, 보조냉매를 이용하여 보조냉매 사이클에서 다단에 걸쳐 액화수소의 잔여 냉열을 더 회수하면, 어느 하나의 사이클만 이용하여 액화수소의 냉열을 회수하는 경우에 비해서, 필요한 장비의 수는 더 증가할 수 있으나, 압축기 등 증가된 장비의 수를 작동하는데 필요한 전력 소모량보다 각 주냉매 사이클 및 보조냉매 사이클의 터빈-발전기에서 생산되는 전력 생성량이 더 많아, 결과적으로 발전 효율이 개선된다.
본 실시예에서 주냉매 및 보조냉매는 각각 주냉매 사이클 및 보조냉매 사이클을 순환하는 동안에, 압력이 임계압력 이하 또는 임계압력 미만이 되지 않도록 한다. 즉, 사이클을 순환하는 동안 온도에 관계없이 주냉매 및 보조냉매의 상변화는 일어나지 않는다.
도 3을 참고하면, 주냉매 및 보조냉매는 각 사이클을 순환하는 동안에 임계압력 이상의 압력으로 유지되는 임계영역(CA)에 머무르게 되며, 따라서 주냉매 및 보조냉매의 상태(phase)는 압축성 유체 또는 초임계 유체가 된다.
주냉매 및 보조냉매는 각각 주냉매 사이클 및 보조냉매 사이클을 순환하는 동안 임계압력 이상으로 유지되므로, 주냉매 이코노마이저 및 보조냉매 이코노마이저의 핀치 포인트가 기기 내부에 존재하지 않거나 적어도 열교환기 끝단에 가까운 저온에서 발생하는 효과가 있으므로 열교환 성능을 최대화할 수 있다. 또한, 슬러깅(slugging)이 발생하지 않아 작동유체가 유동하는 배관에 작용하는 응력(piping stress)이 거의 없다.
또한, 본 실시예에서 주냉매 및 보조냉매는 각각 주냉매 사이클 및 보조냉매 사이클을 순환하는 동안에 초임계 상태로 유지될 수도 있다. 주냉매 및 보조냉매가 초임계 상태를 유지하면, 주냉매 및 보조냉매가 밀도가 높은 상태로 유동하므로 발전 시스템의 크기를 소형으로 할 수 있다.
HYSYS(ver.14)의 수소 패키지를 이용하여 액화가스는 액화수소이고 주냉매는 수소 증발가스이고, 보조냉매는 LNG의 증발가스이며, 주냉매 사이클은 7개의 이코노마이저를 포함하여 액화수소의 냉열을 회수하는 7단 공정으로 구비하고, 보조냉매 사이클은 2개의 이코노마이저를 포함하여 액화수소의 잔여 냉열을 회수하는 2단 공정으로 구비하는 총 9단 공정의 발전 시스템의 경우, 주냉매 단일 7단 사이클(도 2 참고)을 이용하여 액화수소의 냉열을 회수하는 공정에 비해 효율이 약 4% 개선됨을 확인할 수 있었다.
도 2에서 도면부호 TG는 냉매를 팽창시켜 전력을 생성하는 터빈-발전기, BR은 팽창된 냉매를 각 이코노마이저로 분배하여 공급하는 분배부, EC1 내지 EC7은 각 단의 이코노마이저이며, C1 내지 C7은 각 이코노마이저에서 냉각된 냉매를 압축하여 다음 단의 이코노마이저 또는 합류부로 공급하는 압축기, S 및 S1 내지 S7은 냉매 스트림, CB는 이코노마이저에서 냉각된 냉매 또는 냉열이 회수된 냉매를 합류시켜 가열기로 보내는 합류부, HT는 각단의 이코노마이저에서 냉열이 회수된 냉매 또는 냉각된 냉매를 가열하여 터빈-발전기로 재공급하기 위한 가열기를 의미한다.
도 1에 도시된 본 실시예에 따른 액화가스의 냉열을 이용한 다중루프 발전 시스템은 총 9단으로, 도 2에 도시된 주냉매 7단 사이클로 구비되는 단일루프 발전 시스템과 비교하여, 총 단수는 증가하게 되어 초기비용은 상승한다.
그러나, 추가되는 보조냉매 사이클에서, 보조냉매가 액상에 가까운 임계상태로 순환하므로 냉매를 압축하는 수단을 압축기에 비해 저렴한 펌프로 채택할 수 있으며, 펌프 입구에서 보조냉매는 액상 특성에 가까운 초임계 상태로서, 기체 상태에 가까운 컴프레서 입구에서 주냉매보다 밀도가 증가하게 된다. 밀도가 높을수록 열전달 효율은 증가하므로, 단일루프 발전 시스템 대비 단수가 증가함에도 오히려 다중루프 발전 시스템에서 보조냉매의 열교환기 면적 및 장비 크기가 주냉매의 것에 비해 훨씬 줄어들 것으로 예상되어 자본투자비(CAPEX) 및 운영비(OPEX)의 증가폭보다 보조냉매 터빈-발전기의 전력 생성량이 더 많기 때문에, 결과적으로 발전 효율이 개선되는 것이다.
이상과 같이 본 발명에 따른 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로 상술한 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고, 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.
<부호의 설명>
110 : 주냉매 터빈-발전기
120 : 주냉매 분기부
130, 140b, 140c, 140d, 140e, 140f, 140g : 주냉매 이코노마이저
150a, 150b, 150c, 150d, 150e, 150f, 150g : 주냉매 압축기
160 : 주냉매 합류부
170 : 주냉매 가열기
RL, RL1, RL2, RL3, RL4, RL5, RL6, RL7 : 주냉매 스트림
210 : 보조냉매 터빈-발전기
220 : 보조냉매 분기부
230, 240b : 보조냉매 이코노마이저
250a, 250b : 보조냉매 압축기
260 : 보조냉매 합류부
270 : 보조냉매 가열기
NL, NL1, NL2 : 보조냉매 스트림
LL : 액화가스 라인
300 : 액화가스 가열기

Claims (14)

  1. 주냉매 스트림으로 터빈을 구동시켜 전력을 생성하는 주냉매 터빈-발전기; 및
    상기 터빈을 구동시키면서 팽창된 주냉매 스트림을 제1 주냉매 스트림과 제2 주냉매 스트림을 포함하는 적어도 2개 이상의 주냉매 스트림으로 분기시키는 주냉매 분기부;
    상기 제1 주냉매 스트림과 액화가스를 열교환시켜 상기 액화가스의 냉열을 회수하는 제1 주냉매 이코노마이저;
    보조냉매 스트림으로 터빈을 구동시켜 전력을 생성하는 보조냉매 터빈-발전기;
    상기 터빈을 구동시키면서 팽창된 보조냉매 스트림을 제1 보조냉매 스트림과 제2 보조냉매 스트림을 포함하는 적어도 2개 이상의 보조냉매 스트림으로 분기시키는 보조냉매 분기부; 및
    상기 제1 주냉매 이코노마이저에서 냉열이 회수된 액화가스와 상기 제1 보조냉매 스트림을 열교환시켜, 액화가스의 잔여 냉열을 회수하는 제1 보조냉매 이코노마이저;를 포함하는, 액화가스의 냉열을 이용한 다중루프 발전 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 주냉매 이코노마이저에서 냉각된 제1 주냉매 스트림과, 상기 주냉매 분기부에서 분기된 제2 주냉매 스트림을 열교환시켜 상기 제2 주냉매 스트림을 냉각시키는 제2 주냉매 이코노마이저; 및
    상기 제2 주냉매 이코노마이저로부터 열교환 후 배출된 제1 주냉매 스트림과 제2 주냉매 스트림을 가열하여 상기 주냉매 터빈-발전기로 재순환시키는 주냉매 가열기;를 더 포함하는, 액화가스의 냉열을 이용한 다중루프 발전 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 주냉매 가열기는 하나 이상 구비되며,
    상기 주냉매 가열기가 2대 이상 구비되는 경우 상기 주냉매 가열기는 직렬 또는 병렬로 구비되는, 액화가스의 냉열을 이용한 다중루프 발전 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 보조냉매 이코노마이저에서 냉각된 제1 보조냉매 스트림과, 상기 보조냉매 분기부에서 분기된 제2 보조냉매 스트림을 열교환시켜 상기 제2 보조냉매 스트림을 냉각시키는 제2 보조냉매 이코노마이저; 및
    상기 제2 보조냉매 이코노마이저로부터 열교환 후 배출된 제1 보조냉매 스트림과 제2 보조냉매 스트림을 가열하여 상기 보조냉매 터빈-발전기로 재순환시키는 보조냉매 가열기;를 더 포함하는, 액화가스의 냉열을 이용한 다중루프 발전 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 보조냉매 가열기는 하나 이상 구비되며,
    상기 보조냉매 가열기가 2대 이상 구비되는 경우 상기 보조냉매 가열기는 직렬 또는 병렬로 구비되는, 액화가스의 냉열을 이용한 다중루프 발전 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 주냉매 이코노마이저 및 제1 보조냉매 이코노마이저는 1개 이상의 멀티 스트림 열교환기인, 액화가스의 냉열을 이용한 다중루프 발전 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 보조냉매 이코노마이저에서 잔여 냉열이 회수된 액화가스를 가열하여 가스 수요처로 공급하는 액화가스 가열기;를 더 포함하는, 액화가스의 냉열을 이용한 다중루프 발전 시스템.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 주냉매 이코노마이저 및 제1 보조냉매 이코노마이저는, 플레이트형 열교환기, 플레이트-핀형 열교환기, 인쇄회로 기판형 열교환기, 알루미늄 접합형 열교환기 또는 코일 권선형 열교환기인, 액화가스의 냉열을 이용한 다중루프 발전 시스템.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 주냉매 스트림 및 보조냉매 스트림은 각각 수소, 헬륨, 질소, 산소, 네온, 아르곤, 탄소수가 5 이하인 탄소 화합물 및 프레온 냉매로 이루어지는 군에서 선택되는 1종의 단일 냉매 또는 이들 중 2종 이상이 혼합된 혼합 냉매인, 액화가스의 냉열을 이용한 다중루프 발전 시스템.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 주냉매 스트림 및 보조냉매 스트림은 각각 주냉매 사이클 및 보조냉매 사이클을 순환하는 동안에, 임계압력 이상으로 유지되는, 액화가스의 냉열을 이용한 다중루프 발전 시스템.
  11. 주냉매 스트림으로 터빈을 구동시켜 전력을 생성하는 주냉매 발전 단계;
    상기 터빈을 구동시키면서 팽창된 주냉매 스트림을 제1 주냉매 스트림과 제2 주냉매 스트림을 포함하는 적어도 2개 이상의 주냉매 스트림으로 분기시키는 주냉매 분기 단계;
    상기 제1 주냉매 스트림과 액화가스를 열교환시켜 상기 액화가스의 냉열을 회수하는 제1 냉열 회수 단계;
    보조냉매 스트림으로 터빈을 구동시켜 전력을 생성하는 보조냉매 발전 단계;
    상기 터빈을 구동시키면서 팽창된 보조냉매 스트림을 제1 보조냉매 스트림과 제2 보조냉매 스트림을 포함하는 적어도 2개 이상의 보조냉매 스트림으로 분기시키는 보조냉매 분기 단계; 및
    상기 제1 보조냉매 스트림과 상기 제1 냉열 회수 단계에서 냉열이 회수된 액화가스를 열교환시켜, 액화가스의 잔여 냉열을 회수하는 제2 냉열 회수 단계;를 포함하는, 액화가스의 냉열을 이용한 다중루프 발전 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 제1 냉열 회수 단계에서 냉각된 제1 주냉매 스트림과, 상기 주냉매 분기 단계에서 분기된 제2 주냉매 스트림을 열교환시켜 상기 제2 주냉매 스트림을 냉각시키는 주냉매 냉열 회수 단계; 및
    상기 주냉매 냉열 회수 단계로부터 열교환 후 배출된 제1 주냉매 스트림과 제2 주냉매 스트림을 가열하여 상기 주냉매 발전 단계로 재순환시키는 주냉매 가열 단계;를 더 포함하는, 액화가스의 냉열을 이용한 다중루프 발전 방법.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 제2 냉열 회수 단계에서 냉각된 제1 보조냉매 스트림과, 상기 보조냉매 분기 단계에서 분기된 제2 보조냉매 스트림을 열교환시켜 상기 제2 보조냉매 스트림을 냉각시키는 보조냉매 냉열 회수 단계; 및
    상기 보조냉매 냉열 회수 단계로부터 열교환 후 배출된 제1 주냉매 스트림과 제2 주냉매 스트림을 가열하여 상기 보조냉매 발전 단계로 재순환시키는 보조냉매 가열 단계;를 더 포함하는, 액화가스의 냉열을 이용한 다중루프 발전 방법.
  14. 청구항 11에 있어서,
    상기 제2 냉열 회수 단계에서 잔여 냉열이 회수된 액화가스를 가열하여 가스 수요처로 공급하는 액화가스 가열 단계;를 더 포함하는, 액화가스의 냉열을 이용한 다중루프 발전 방법.
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