KR101328433B1 - 해수를 이용한 염도차 발전시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 해수를 이용한 염도차 발전시스템을 개시한 것으로, 이러한 본 발명은 역삼투 및/또는 정삼투와 같은 해수 담수화 플랜트 기술과 압력지연삼투(PRO)의 플랜트 기술을 연계시키는 한편, 하천수(River water), 하수처리장 방류수(Wastewater effluent), 기수(Brackish water), 지하수(Ground water) 등을 원수로 사용하는 유입용액(Feed solution)과, 압력지연삼투(PRO)의 삼투압 발전 성능을 향상시키도록 해수 담수화 역삼투 및 정삼투 공정의 농축수(brine)를 원수로 사용하는 유도용액(Draw solution)을 적용하면서, 압력지연삼투(PRO)의 모듈에 온도조절부를 구성한 것이며, 이에따라 터빈에서의 전력 생산시 손실에너지를 최소화시키면서 신재생에너지의 생산효율을 높이고, 담수화 공정에서 발생하는 농축수의 자원 재활용이 가능하도록 함은 물론, 해역으로의 방류에 따른 환경규제에 대처하여 환경오염을 방지하며, 온도에 따라 삼투압 효과가 상이한 압력지연삼투(PRO)의 공정이 상온보다는 중온의 온도범위를 유지할 수 있도록 하면서 압력지연삼투(PRO)의 발전 효율을 높인 것이다.
Description
본 발명은 해수와 담수간의 염도차를 이용한 발전시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 역삼투 및/또는 정삼투와 같은 해수 담수화 플랜트 기술과 압력지연삼투(PRO; Pressure Retarded Osmosis)의 플랜트 기술을 연계시켜, 터빈에서의 전력 생산시 손실에너지를 최소화시키면서 신재생에너지의 생산효율을 높일 수 있도록 하는 해수를 이용한 염도차 발전시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 현대사회는 급증하는 에너지 수요와 화석연료의 단점을 극복하기 위해 지속 가능하고 환경 친화적인 대체에너지 자원의 개발이 시급한 실정이다.
태양열, 풍력, 지열, 소수력, 파력 및 바이오매스 등의 신재생에너지 자원이 관심을 받거나 이미 개발 단계에 있지만, 신재생에너지는 전체 에너지소비량의 약 8%를 차지하고 있을 뿐이고, 특히 태양열 및 풍력 등의 발전방식은 계절이나 날씨의 영향을 많이 받게 되는 단점을 가지고 있다.
한편, 염도차 발전은 등록특허공보 제 10-1067422 호(등록일 2011.09.19.), 공개특허공보 제 10-2013-0003765 호(공개일 2013.01.09.), 등록특허공보 제 10-1239440 호(등록일 2013.02.26.)에서와 같이 물을 이용한 대체 에너지 기술 중의 하나로, 화석연료를 대체할 강점들을 가지고 있으며, 이는 계절이나 날씨의 영향을 많이 받는 태양열 및 풍력 등의 발전 방식과 달리 날씨에 의존하지 않고 일정한 에너지 생산이 가능하다는 것이다.
또한, 상기와 같은 염도차 발전은 무한한 해수 자원을 이용하므로 고갈될 염려없이 연속생산이 가능하며, 이산화탄소 배출이 없는 무공해 공정이라는 장점을 가지고 있는 것이다.
상기 염도차 발전에는 크게 압력지연삼투(PRO; Pressure Retarded Osmosis)와 역전기투석(RED; Reverse Electrodialysis)의 방식이 있다.
상기 압력지연삼투(PRO) 공정은 염분 농도가 다른 두 용액의 삼투압 차이를 이용한 발전으로서, 보통 저농도 용액으로는 담수(Freshwater)를 이용하고, 고농도 용액으로는 해수(Seawater)를 이용하는 것이다.
저농도 용액인 담수가 삼투압 차에 의해 반투막을 통하여 고농도 용액인 해수로 투과되며, 이때 증가한 유량이 터빈을 회전시켜 에너지를 생산하는 것이다.
즉, 담수와 해수 두 용액 간의 농도차에 의해 발생한 삼투압이 수압의 형태로 바뀌고, 이 수압이 터빈을 회전시켜 신재생에너지를 얻도록 한 것이다.
이때, PRO모듈을 통과한 나머지 기수(Brackish water)는 에너지 회수장치(Pressure exchanger)에 유입되어 손실된 압력을 회복시켜 주는 데에 이용된다.
그러나, 상기와 같은 압력지연삼투(PRO)의 공정은 차세대 에너지 생산 공정으로서 관심을 얻고 있으나, 현재까지 에너지 생산량보다 소모량이 많아 실제로 실증시설은 전무하며 이에따라 많은 연구가 진행중이고 또한 극복해야할 문제점을 지니고 있다.
가장 큰 단점은 물의 투과가 진행됨에 따라 막의 표면에 용질이 농축되어 발생하는 농도분극현상이다.
PRO막에서 발생하는 농도분극현상은 발생하는 위치에 따라 외부농도분극(ECP)과 내부농도분극(ICP)으로 구분되는데, 외부농도분극은 고농도 용액과 접하고 있는 활성층(dense layer)에서 발생하며, 막을 통과한 저농도 용액의 용매에 의해 고농도의 용액이 희석되면서 삼투압 차이가 감소하며, 이에 따라 구동력이 낮아져 투과 플럭스가 감소하는 것이다.
상기 내부농도분극은 지지층(porous support) 내부에서 용질이 축적되어 막 사이의 삼투압을 감소시킴에 따라 발생하는 것으로, 농도분극에 의한 플럭스 감소는 곧 생산 전력의 감소로 이어지는 것이다.
한편, 종래 해수를 이용한 염도차 발전시스템은 PRO 공정의 전처리 과정에서도 하나의 단점을 가지고 있는데, 특히 저농도 용액(담수)을 전처리하는 과정에서 소모되는 에너지량이 예상보다 높기 때문이다.
이에따라, PRO 공정이 경제성을 얻기 위해서는 농도분극현상 및 전처리 과정의 에너지 소모 등의 한계점을 해결하는 연구가 선행되어야만 할 것이다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 개선하기 위한 것으로, 역삼투 및/또는 정삼투와 같은 해수 담수화 플랜트 기술과 압력지연삼투(PRO)의 플랜트 기술이 연계되도록 구성함으로써, 터빈에서의 전력 생산시 손실에너지를 최소화시키면서 신재생에너지의 생산효율을 높이는 해수를 이용한 염도차 발전시스템을 제공함에 그 목적이 있는 것이다.
또한, 본 발명은 압력지연삼투의 적용 다양성을 위해 유입용액(Feed solution)으로 하천수, 하수처리장 방류수, 기수, 지하수 등을 사용하고, 압력지연삼투의 삼투압 발전 성능을 향상시키도록 유도용액(Draw solution)으로는 해수 담수화 역삼투 및 정삼투 공정의 농축수(brine)를 사용하도록 구성함으로써, 담수화 공정에서 발생하는 농축수의 자원 재활용이 가능하도록 함은 물론, 해역으로의 방류에 따른 환경규제에 대처하여 환경오염을 방지하도록 하는 해수를 이용한 염도차 발전시스템을 제공함에 다른 목적이 있는 것이다.
또한, 본 발명은 압력지연삼투의 모듈에 온도조절부를 구성함으로써, 온도에 따라 삼투압 효과가 상이한 압력지연삼투의 공정이 상온(예; 25℃ 전후)보다는 중온(예; 35℃ 전후)의 범위내에서 온도를 일정하게 유지할 수 있도록 하고, 이를 통해 압력지연삼투의 발전 효율을 높일 수 있도록 하는 해수를 이용한 염도차 발전시스템을 제공함에 또 다른 목적이 있는 것이다.
상기 목적 달성을 위한 본 발명 해수를 이용한 염도차 발전시스템은, 해수를 공급받은 후 해수를 역삼투 또는 정삼투의 공정으로 담수화 처리하여, 담수와 삼투압 발전 성능을 향상시키기 위한 유도용액인 농축수를 배출하는 제 1 담수화처리부; 유입용액을 공급받은 후 유입용액에서 입자성물질을 제거하고, 반투막에서의 농도분극현상이 발생하는 것을 방지시키는 전처리수를 배출하기 위한 전처리 공정을 수행하는 전처리부; 및, 상기 전처리부로부터 배출되는 전처리수와 상기 제 1 담수화처리부로부터 발생하는 농축수를 각각 유입받아 높은 삼투압 차이를 유지시키고, 상기 전처리부의 전처리수가 반투막을 통과하여 이동시, 상기 전처리수와 높은 삼투압 차이를 보이는 상기 농축수의 유량을 증가시켜 터빈에서의 전력생산을 가능하게 하는 양수에너지를 발생시키는 압력지연삼투 처리모듈; 을 포함하여 구성한 것이다.
본 발명의 다른 일면에 따른 해수를 이용한 염도차 발전시스템은, 해수를 공급받은 후 해수에서 입자성물질을 제거하고, 반투막에서의 농도분극현상이 발생하는 것을 방지시키는 전처리수를 배출하기 위한 전처리 공정을 수행하는 전처리부; 상기 전처리부로부터 배출되는 전처리수를 역삼투 또는 정삼투의 공정으로 담수화 처리하여, 담수와 삼투압 발전 성능을 향상시키기 위한 유도용액인 농축수를 배출하는 제 1 담수화처리부; 및, 상기 전처리부의 전처리수와 상기 제 1 담수화처리부로부터 발생하는 유도용액인 농축수를 각각 유입받아 높은 삼투압 차이를 유지시키고, 상기 전처리부의 전처리수가 반투막을 통과하여 이동시, 상기 전처리수와 높은 삼투압 차이를 보이는 상기 농축수의 유량을 증가시켜 터빈에서의 전력생산을 가능하게 하는 양수에너지를 발생시키는 압력지연삼투 처리모듈; 을 포함하여 구성한 것이다.
본 발명의 또 다른 일면에 따른 해수를 이용한 염도차 발전시스템은, 기수를 공급받은 후 기수에서 입자성물질을 제거하고, 반투막에서의 농도분극현상이 발생하는 것을 방지시키는 전처리수를 배출하기 위한 전처리 공정을 수행하는 전처리부; 상기 전처리부로부터 배출되는 전처리수를 역삼투 또는 정삼투의 공정으로 담수화 처리하여, 담수와 삼투압 발전 성능을 향상시키기 위한 유도용액인 농축수를 배출하는 제 1 담수화처리부; 및, 상기 전처리부의 전처리수와 상기 제 1 담수화처리부로부터 발생하는 유도용액인 농축수를 각각 유입받아 높은 삼투압 차이를 유지시키고, 상기 전처리부의 전처리 용액이 반투막을 통과하여 이동시, 상기 전처리수와 높은 삼투압 차이를 보이는 상기 유도용액인 농축수의 유량을 증가시켜 터빈에서의 전력생산을 가능하게 하는 양수에너지를 발생시키는 압력지연삼투 처리모듈; 을 포함하여 구성한 것이다.
본 발명의 또 다른 일면에 따른 해수를 이용한 염도차 발전시스템은, 해수 또는 기수를 공급받은 후 해수 또는 기수에서 입자성물질을 제거하고, 반투막에서의 농도분극현상이 발생하는 것을 방지시키는 전처리수를 배출하기 위한 전처리 공정을 수행하는 전처리부; 상기 전처리부로부터 배출되는 전처리수를 역삼투 또는 정삼투의 공정으로 담수화 처리하여, 담수와 삼투압 발전 성능을 향상시키기 위한 유도용액인 농축수를 배출하는 제 1 담수화처리부; 상기 전처리부의 전처리수와 상기 제 1 담수화처리부로부터 발생하는 유도용액인 농축수를 각각 유입받아 높은 삼투압 차이를 유지시키고, 상기 전처리부의 전처리수가 반투막을 통과하여 이동시, 상기 전처리수와 높은 삼투압 차이를 보이는 상기 유도용액인 농축수의 유량을 증가시켜 터빈에서의 전력생산을 가능하게 하는 양수에너지를 발생시키는 압력지연삼투 처리모듈; 및, 상기 압력지연삼투 처리모듈로부터 배수되는 해수 또는 기수의 전처리 방류수를 역삼투또는 정삼투의 공정으로 2차 담수화 처리하여, 식수원 사용이 가능한 정화수와 상기 압력지연삼투 처리모듈의 삼투압 발전 성능을 향상시키기 위한 유도용액인 농축수를 발생시킨 후 이를 상기 제 1 담수화처리부에서 발생하는 농축수와 함께 상기 압력지연삼투 처리모듈에 유입시키는 제 2 담수화처리부; 를 포함하여 구성한 것이다.
또한, 상기 유입용액은 하천수(River water), 하수처리장 방류수(Sewage Treatment Plant Effluent), 기수(Brackish water), 지하수(Groundwater) 중 어느 하나인 것이다.
또한, 상기 전처리부에는 입자성물질 제거와 상기 압력지연삼투 처리모듈의 반투막에서 농도분극현상이 발생하는 것을 방지시키도록, 전처리필터(Pre-Filter)와 정밀여과 멤브레인(Micro Filtration Membrane) 그리고 입상활성탄(Granular Activated Carbon) 공정을 설치 구성한 것이다.
또한, 상기 전처리부에는 입자성물질 제거와 상기 압력지연삼투 처리모듈의 반투막에서 농도분극현상이 발생하는 것을 방지시키도록, 전처리필터(Pre-Filter)와 셀롤로오스 아세테이트(Cellulose Acetate) 한외여과 멤브레인(Ultra Filtration Membrane)을 설치 구성한 것이다.
또한, 상기 압력지연삼투 처리모듈에는 삼투압 성능이 높아지도록 처리모듈의 내부를 일정온도로 유지시키기 위한 온도조절기를 설치 구성한 것이다.
이와 같이 본 발명은 역삼투 및/또는 정삼투와 같은 해수 담수화 플랜트 기술과 압력지연삼투의 플랜트 기술을 연계시키는 한편, 하천수, 하수처리장 방류수, 기수, 지하수 등을 원수로 사용하는 유입용액과, 압력지연삼투의 삼투압 발전 성능을 향상시키도록 해수 담수화 역삼투 및 정삼투 공정의 농축수를 원수로 사용하는 유도용액을 적용하면서, 압력지연삼투의 모듈에 온도조절부를 구성한 것으로, 이를 통해 터빈에서의 전력 생산시 손실에너지를 최소화시키면서 신재생에너지의 생산효율을 높이고, 담수화 공정에서 발생하는 농축수의 자원 재활용이 가능하도록 함은 물론, 해역으로의 방류에 따른 환경규제에 대처하여 환경오염을 방지하며, 온도에 따라 삼투압 효과가 상이한 압력지연삼투의 공정이 상온(예; 25℃ 전후)보다는 중온(예; 35℃ 전후)의 온도범위를 유지할 수 있도록 하면서 압력지연삼투의 발전 효율을 높이는 효과를 기대할 수 있는 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 해수를 이용한 염도차 발전시스템의 구성도.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 해수를 이용한 염도차 발전시스템의 구성도.
도 3은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 해수를 이용한 염도차 발전시스템의 구성도.
도 4는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 해수를 이용한 염도차 발전시스템의 구성도.
도 5는 본 발명 해수를 이용한 염도차 발전시스템에서 통상적으로 요구되는 압력지연삼투 처리모듈내의 온도특성과 전력밀도에 따른 삼투압 성능을 보인 그래프.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 해수를 이용한 염도차 발전시스템의 구성도.
도 3은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 해수를 이용한 염도차 발전시스템의 구성도.
도 4는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 해수를 이용한 염도차 발전시스템의 구성도.
도 5는 본 발명 해수를 이용한 염도차 발전시스템에서 통상적으로 요구되는 압력지연삼투 처리모듈내의 온도특성과 전력밀도에 따른 삼투압 성능을 보인 그래프.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하기로 한다.
[제 1 실시예]
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 해수를 이용한 염도차 발전시스템의 구성도를 도시한 것이다.
첨부된 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 해수를 이용한 염도차 발전시스템은 제 1 담수화처리부(Desalination)(10), 전처리부(Pre-treatment)(20), 압력지연삼투 처리모듈(PRO)(30)을 포함하여 구성하며, 이에 더하여 온도조절기(40)를 더 포함하여 구성할 수도 있는 것이다.
상기 제 1 담수화 처리부(10)는 해수를 공급받은 후 해수를 역삼투(RO; Reverse Osmosis) 또는 정삼투(FO; Forward Osmosis)의 공정으로 담수화 처리하는 것으로, 상기 제 1 담수화 처리부(10)의 담수화 처리로부터 담수(Freshwater)가 발생됨은 물론, 삼투압 발전 성능을 향상시키기 위한 유도용액(Draw solution)인 농축수(Brine)가 배출되고, 상기 농축수는 상기 압력지연삼투 처리모듈(30)에 유입되도록 한 것이다.
상기 전처리부(20)는 유입용액(Feed solution)을 공급받은 후 유입용액에서 입자성물질을 제거하고, 상기 압력지연삼투 처리모듈(30)내의 반투막(31)에서의 농도분극현상(Concentration Polarization)이 발생하는 것을 방지시키도록 전처리수를 배출하기 위한 전처리 공정을 수행하도록 구성되는 것이다.
이때, 상기 유입용액은 하천수(River water), 하수처리장 방류수(Sewage Treatment Plant Effluent), 기수(Brackish water), 지하수(Groundwater) 중 어느 하나로서, 상기 전처리부(20)에는 상기 유입용액에서 입자성물질 제거와 상기 압력지연삼투 처리모듈(30)의 반투막(31)에서 농도분극현상이 발생하는 것을 방지시키도록, 전처리필터(Pre-Filter)와 정밀여과 멤브레인(Micro Filtration Membrane), 그리고 입상활성탄(GAC; Granular Activated Carbon) 공정을 설치 구성하도록 하였다.
또한, 상기 전처리부(20)에는 입자성물질 제거와 상기 압력지연삼투 처리모듈(30)의 반투막(31)에서 농도분극현상이 발생하는 것을 방지시키도록, 전처리필터(Pre-Filter)와 셀롤로오스 아세테이트(GA; Cellulose Acetate) 한외여과 멤브레인(Ultra Filtration Membrane)을 설치 구성할 수도 있다.
상기 압력지연삼투 처리모듈(30)은 상기 전처리부(20)로부터 배출되는 전처리수와 상기 제 1 담수화처리부(10)로부터 발생하는 농축수(Brine)를 각각 유입받아 높은 삼투압 차이를 유지시키고, 상기 전처리부(20)의 전처리수가 반투막(31)을 통과하여 이동시, 상기 전처리수와 높은 삼투압 차이를 보이는 상기 농축수(Brine)의 유량을 증가시켜 터빈(100)에서의 전력생산을 가능하게 하는 양수에너지를 발생시키도록 구성되는 것이다.
상기 온도조절기(40)는 상기 압력지연삼투 처리모듈(30)에 설치 구성되는 것으로, 상기 압력지연삼투 처리모듈(30)의 삼투압 성능이 높아지도록 처리모듈의 내부를 일정온도(예; 35℃ 전후)로 유지시키기 위한 것이다.
즉, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 해수를 이용한 염도차 발전시스템은 첨부된 도 1에서와 같이, 우선 제 1 담수화 처리부(10)에서 해수를 공급받아 이를 역삼투(RO; Reverse Osmosis) 또는 정삼투(FO; Forward Osmosis)의 공정으로 담수화 처리하여 담수(Freshwater)를 발생시킴은 물론,상기 담수 발생으로 생성되는 유도용액인 농축수를 상기 압력지연삼투 처리모듈(30)에 유입시킨다.
이때, 전처리부(20)는 하천수(River water), 하수처리장 방류수(Sewage Treatment Plant Effluent), 기수(Brackish water), 지하수(Groundwater) 중 어느 하나의 유입용액(Feed solution)을 공급받은 후 이를 전처리필터와 정밀여과 멤브레인 그리고 입상활성탄(GAC) 공정의 조합으로 처리 또는 전처리필터와 셀롤로오스 아세테이트(GA) 한외여과 멤브레인으로 전처리하여 유입용액에서 입자성물질을 제거시킴은 물론, 상기 압력지연삼투 처리모듈(30)의 반투막(31)에서 농도분극현상이 발생하는 것을 방지시킬 수 있는 것이다.
그러면, 상기 압력지연삼투 처리모듈(30)은 상기 전처리부(20)로부터 배출되는 전처리수와 상기 제 1 담수화처리부(10)로부터 발생하는 농축수(Brine)를 각각 유입받아 높은 삼투압 차이를 유지시킬 수 있는 것이다.
즉, 상기 전처리부(20)의 전처리수가 상기 압력지연삼투 처리모듈(30)내의 반투막(31)을 통과하여 이동시, 상기 전처리수와 높은 삼투압 차이를 보이는 상기 농축수(Brine)의 유량은 증가되고, 이에따라 터빈(100)에서의 전력생산이 손실없이 이루어질 수 있게 되는 것이다.
이때, 상기 압력지연삼투 처리모듈(30)에 설치되는 온도조절기(40)는 상기 압력지연삼투 처리모듈(30)의 내부를 일정온도(예; 35℃ 전후)로 유지시키게 되므로, 상기 압력지연삼투 처리모듈(30)의 삼투압 성능은 높아지고, 이에따라 첨부된 도 5에서와 같이 압력지연삼투 처리모듈(30)에서의 삼투압 공정에서 전력밀도가 통상적으로 요구되는 4∼6W/m2의 범위내에 위치하게 되면서, 본 발명의 실시예에 따른 해수를 이용한 염도차 발전시스템의 발전효율이 경제성을 가질 수 있는 것이다.
[제 2 실시예]
첨부된 도 2는 본 발명의 제 2 실시예로, 해수를 공급받은 후 해수에서 입자성물질을 제거하고, 압력지연삼투 처리모듈(30)의 반투막(31)에서의 농도분극현상(Concentration Polarization)이 발생하는 것을 방지시키도록 전처리공정을 수행한 후 제 1 담수화 처리부(10)에 배출하도록 구성한다.
이때, 상기 제 1 담수화 처리부(10)는 상기 전처리부(20)로부터 배출되는 전처리수를 역삼투(RO; Reverse Osmosis) 또는 정삼투(FO; Forward Osmosis)의 공정으로 담수화 처리하여 담수(Freshwater)를 배출함은 물론, 삼투압 발전 성능을 향상시키기 위한 유도용액(Draw Solution)인 농축수(Brine)를 상기 압력지연삼투 처리모듈(30)에 배출하도록 구성하여 두는 것이다.
그러면, 상기 압력지연삼투 처리모듈(30)은 상기 전처리부(20)의 전처리수와 상기 제 1 담수화처리부(10)로부터 발생하는 유도용액인 농축수(Brine)를 각각 유입받아 높은 삼투압 차이를 유지시키게 되는 것이다.
즉, 상기 전처리부(20)의 전처리수가 상기 압력지연삼투 처리모듈(30)내의 반투막(31)을 통과하여 이동시, 상기 전처리수와 높은 삼투압 차이를 보이는 상기 농축수(Brine)의 유량은 증가되고, 이에따라 터빈(100)에서의 전력생산이 손실없이 이루어질 수 있게 되는 것이다.
이때, 상기 압력지연삼투 처리모듈(30)에 설치되는 온도조절기(40)는 상기 압력지연삼투 처리모듈(30)의 내부를 일정온도(예; 35℃ 전후)로 유지시키게 되므로, 상기 압력지연삼투 처리모듈(30)의 삼투압 성능은 높아지고, 이에따라 첨부된 도 5에서와 같이 압력지연삼투 처리모듈(30)에서의 삼투압 공정에서 전력밀도가 통상적으로 요구되는 4∼6W/m2의 범위내에 위치하게 되면서, 본 발명의 실시예에 따른 해수를 이용한 염도차 발전시스템의 발전효율이 경제성을 가질 수 있도록 한 것이며, 이하 본 발명의 제 1 실시예에서와 동일부분에 대하여는 동일부호로서 표시하여 둔 것이다.
[제 3 실시예]
첨부된 도 3은 본 발명의 제 3 실시예로, 이는 기수(Brackish water)를 공급받은 후 기수에서 입자성물질을 제거하고, 반투막(31)에서의 농도분극현상(Concentration Polarization)이 발생하는 것을 방지시키도록 전처리공정을 수행한 후 제 1 담수화 처리부(10)에 배출하도록 구성하여둔 것이다.
이때, 상기 제 1 담수화 처리부(10)는 상기 전처리부(20)로부터 배출되는 전처리수를 역삼투(RO; Reverse Osmosis) 또는 정삼투(FO; Forward Osmosis)의 공정으로 담수화 처리하여 담수(Freshwater)를 배출함은 물론, 삼투압 발전 성능을 향상시키기 위한 유도용액(Draw Solution)인 농축수(Brine)를 상기 압력지연삼투 처리모듈(30)에 배출하도록 구성하여 두는 것이다.
그러면, 상기 압력지연삼투 처리모듈(30)은 상기 전처리부(20)의 전처리수와 상기 제 1 담수화처리부(10)로부터 발생하는 유도용액인 농축수(Brine)를 각각 유입받아 높은 삼투압 차이를 유지시키게 되는 것이다.
즉, 상기 전처리부(20)의 전처리수가 상기 압력지연삼투 처리모듈(30)내의 반투막(31)을 통과하여 이동시, 상기 전처리수와 높은 삼투압 차이를 보이는 상기 농축수(Brine)의 유량은 증가되고, 이에따라 터빈(100)에서의 전력생산이 손실없이 이루어질 수 있게 되는 것이다.
이때, 상기 압력지연삼투 처리모듈(30)에 설치되는 온도조절기(40)는 상기 압력지연삼투 처리모듈(30)의 내부를 일정온도(예; 35℃ 전후)로 유지시키게 되므로, 상기 압력지연삼투 처리모듈(30)의 삼투압 성능은 높아지고, 이에따라 첨부된 도 5에서와 같이 압력지연삼투 처리모듈(30)에서의 삼투압 공정에서 전력밀도가 통상적으로 요구되는 4∼6W/m2의 범위내에 위치하게 되면서, 본 발명의 실시예에 따른 해수를 이용한 염도차 발전시스템의 발전효율이 경제성을 가질 수 있도록 한 것이며, 이하 본 발명의 제 1,2 실시예에서와 동일부분에 대하여는 동일부호로서 표시하여 둔 것이다.
[제 4 실시예]
첨부된 도 4는 본 발명의 제 4 실시예로, 이는 해수(Seawater) 또는 기수(Brackish water)를 공급받은 후 해수 또는 기수에서 입자성물질을 제거하고, 반투막(31)에서의 농도분극현상(Concentration Polarization)이 발생하는 것을 방지시키도록 전처리공정을 수행한 후 상기 제 1 담수화 처리부(10)에 배출하도록 구성하여둔 것이다.
이때, 상기 제 1 담수화 처리부(10)는 상기 전처리부(20)로부터 배출되는 전처리수를 역삼투(RO; Reverse Osmosis) 또는 정삼투(FO; Forward Osmosis)의 공정으로 담수화 처리하여 담수(Freshwater)를 배출함은 물론, 삼투압 발전 성능을 향상시키기 위한 유도용액(Draw Solution)인 농축수(Brine)를 상기 압력지연삼투 처리모듈(30)에 배출하도록 구성하여 두는 것이다.
그러면, 상기 압력지연삼투 처리모듈(30)은 상기 전처리부(20)의 전처리수와 상기 제 1 담수화처리부(10)로부터 발생하는 유도용액인 농축수(Brine)를 각각 유입받아 높은 삼투압 차이를 유지시키게 되는 것이다.
이때, 본 발명의 제 4 실시예는, 상기 압력지연삼투 처리모듈(30)로부터 배수되는 해수 또는 기수의 전처리 방류수는 제 2 담수화 처리부(10A)에 배출되도록 구성한 것이며, 이에따라 상기 제 2 담수화 처리부(10A)에서는 상기 해수 또는 기수의 전처리 방류수를 역삼투(RO; Reverse Osmosis) 또는 정삼투(FO; Forward Osmosis)의 공정으로 2차 담수화 처리하여 식수원 사용이 가능한 정화수를 방출시킴은 물론, 상기 압력지연삼투 처리모듈(30)의 삼투압 발전 성능을 향상시키기 위한 유도용액(Draw solution)인 추가적인 농축수(Brine)를 발생시킨 후 이를 상기 제 1 담수화처리부(10)에서 발생하는 농축수와 함께 상기 압력지연삼투 처리모듈(30)에 유입시키도록 구성하여둔 것이다.
그러면, 상기 압력지연삼투 처리모듈(30)에서는 상기 전처리부(20)의 전처리수가 상기 압력지연삼투 처리모듈(30)내의 반투막(31)을 통과하여 이동시, 상기 전처리수와 높은 삼투압 차이를 보이는 상기 제 1,2 담수화 처리부(10)(10A)로부터 발생하는 혼합 농축수(Brine)의 유량은 더욱 증가되면서, 터빈(100)에서의 전력생산 효율은 더욱 높아질 수 있게 되는 것이다.
이때, 상기 압력지연삼투 처리모듈(30)에 설치되는 온도조절기(40)는 상기 압력지연삼투 처리모듈(30)의 내부를 일정온도(예; 35℃ 전후)로 유지시키게 되므로, 상기 압력지연삼투 처리모듈(30)의 삼투압 성능은 높아지고, 이에따라 첨부된 도 5에서와 같이 압력지연삼투 처리모듈(30)에서의 삼투압 공정에서 전력밀도가 통상적으로 요구되는 4∼6W/m2의 범위내에 위치하게 되면서, 본 발명의 실시예에 따른 해수를 이용한 염도차 발전시스템의 발전효율이 경제성을 가질 수 있도록 한 것이며, 이하 본 발명의 제 1 내지 제 3 실시예에서와 동일부분에 대하여는 동일부호로서 표시하여 둔 것이다.
이상에서 본 발명의 해수를 이용한 염도차 발전시스템에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
따라서, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와같은 변경은 청구범위 기재의 범위내에 있게 된다.
10; 제 1 담수화 처리부 20; 전처리부
30; 압력지연삼투 처리모듈 31; 반투막
40; 온도조절기 100; 터빈
30; 압력지연삼투 처리모듈 31; 반투막
40; 온도조절기 100; 터빈
Claims (8)
- 해수를 공급받은 후 해수를 역삼투 또는 정삼투의 공정으로 담수화 처리하여, 담수와 삼투압 발전 성능을 향상시키기 위한 유도용액인 농축수를 배출하는 제 1 담수화처리부;
유입용액을 공급받은 후 유입용액에서 입자성물질을 제거하고, 반투막에서의 농도분극현상이 발생하는 것을 방지시키는 전처리수를 배출하기 위한 전처리 공정을 수행하는 전처리부; 및,
상기 전처리부로부터 배출되는 전처리수와 상기 제 1 담수화처리부로부터 발생하는 농축수를 각각 유입받아 높은 삼투압 차이를 유지시키고, 상기 전처리부의 전처리수가 반투막을 통과하여 이동시, 상기 전처리수와 높은 삼투압 차이를 보이는 상기 농축수의 유량을 증가시켜 터빈에서의 전력생산을 가능하게 하는 양수에너지를 발생시키는 압력지연삼투 처리모듈; 을 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 해수를 이용한 염도차 발전시스템. - 해수를 공급받은 후 해수에서 입자성물질을 제거하고, 반투막에서의 농도분극현상이 발생하는 것을 방지시키는 전처리수를 배출하기 위한 전처리 공정을 수행하는 전처리부;
상기 전처리부로부터 배출되는 전처리수를 역삼투 또는 정삼투의 공정으로 담수화 처리하여, 담수와 삼투압 발전 성능을 향상시키기 위한 유도용액인 농축수를 배출하는 제 1 담수화처리부; 및,
상기 전처리부의 전처리수와 상기 제 1 담수화처리부로부터 발생하는 유도용액인 농축수를 각각 유입받아 높은 삼투압 차이를 유지시키고, 상기 전처리부의 전처리수가 반투막을 통과하여 이동시, 상기 전처리수와 높은 삼투압 차이를 보이는 상기 농축수의 유량을 증가시켜 터빈에서의 전력생산을 가능하게 하는 양수에너지를 발생시키는 압력지연삼투 처리모듈; 을 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 해수를 이용한 염도차 발전시스템. - 기수를 공급받은 후 기수에서 입자성물질을 제거하고, 반투막에서의 농도분극현상이 발생하는 것을 방지시키는 전처리수를 배출하기 위한 전처리 공정을 수행하는 전처리부;
상기 전처리부로부터 배출되는 전처리수를 역삼투 또는 정삼투의 공정으로 담수화 처리하여, 담수와 삼투압 발전 성능을 향상시키기 위한 유도용액인 농축수를 배출하는 제 1 담수화처리부; 및,
상기 전처리부의 전처리수와 상기 제 1 담수화처리부로부터 발생하는 유도용액인 농축수를 각각 유입받아 높은 삼투압 차이를 유지시키고, 상기 전처리부의 전처리 용액이 반투막을 통과하여 이동시, 상기 전처리수와 높은 삼투압 차이를 보이는 상기 유도용액인 농축수의 유량을 증가시켜 터빈에서의 전력생산을 가능하게 하는 양수에너지를 발생시키는 압력지연삼투 처리모듈; 을 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 해수를 이용한 염도차 발전시스템. - 해수 또는 기수를 공급받은 후 해수 또는 기수에서 입자성물질을 제거하고, 반투막에서의 농도분극현상이 발생하는 것을 방지시키는 전처리수를 배출하기 위한 전처리 공정을 수행하는 전처리부;
상기 전처리부로부터 배출되는 전처리수를 역삼투 또는 정삼투의 공정으로 담수화 처리하여, 담수와 삼투압 발전 성능을 향상시키기 위한 유도용액인 농축수를 배출하는 제 1 담수화처리부;
상기 전처리부의 전처리수와 상기 제 1 담수화처리부로부터 발생하는 유도용액인 농축수를 각각 유입받아 높은 삼투압 차이를 유지시키고, 상기 전처리부의 전처리수가 반투막을 통과하여 이동시, 상기 전처리수와 높은 삼투압 차이를 보이는 상기 유도용액인 농축수의 유량을 증가시켜 터빈에서의 전력생산을 가능하게 하는 양수에너지를 발생시키는 압력지연삼투 처리모듈; 및,
상기 압력지연삼투 처리모듈로부터 배수되는 해수 또는 기수의 전처리 방류수를 역삼투또는 정삼투의 공정으로 2차 담수화 처리하여, 식수원 사용이 가능한 정화수와 상기 압력지연삼투 처리모듈의 삼투압 발전 성능을 향상시키기 위한 유도용액인 농축수를 발생시킨 후 이를 상기 제 1 담수화처리부에서 발생하는 농축수와 함께 상기 압력지연삼투 처리모듈에 유입시키는 제 2 담수화처리부; 를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 해수를 이용한 염도차 발전시스템. - 제 1 항에 있어서, 상기 유입용액은 하천수(River water), 하수처리장 방류수(Sewage Treatment Plant Effluent), 기수(Brackish water), 지하수(Groundwater) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 해수를 이용한 염도차 발전시스템.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전처리부에는 입자성물질 제거와 상기 압력지연삼투 처리모듈의 반투막에서 농도분극현상이 발생하는 것을 방지시키도록, 전처리필터(Pre-Filter)와 정밀여과 멤브레인(Micro Filtration Membrane), 그리고 입상활성탄(Granular Activated Carbon) 공정을 설치 구성하는 것을 특징으로 하는 해수를 이용한 염도차 발전시스템. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전처리부에는 입자성물질 제거와 상기 압력지연삼투 처리모듈의 반투막에서 농도분극현상이 발생하는 것을 방지시키도록, 전처리필터(Pre-Filter)와 셀롤로오스 아세테이트(Cellulose Acetate) 한외여과 멤브레인(Ultra Filtration Membrane)을 설치 구성하는 것을 특징으로 하는 해수를 이용한 염도차 발전시스템. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압력지연삼투 처리모듈에는 삼투압 성능이 높아지도록 처리모듈의 내부를 일정온도로 유지시키기 위한 온도조절기를 설치 구성하는 것을 특징으로 하는 해수를 이용한 염도차 발전시스템.
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