KR101531931B1 - 복합 화력 발전 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 복합 화력 발전 시스템에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 태양열을 집열하여 스팀을 생성시키는 태양열 스팀 발생 유닛, 상기 태양열 스팀 발생 유닛에서 생성된 스팀을 공급받아서 외기를 냉각하는 흡수식 냉동기, 연료를 연소시켜서 발생되는 연소 가스를 이용해서 터빈을 회전시키는 하나 이상의 가스터빈과, 상기 가스터빈과 연결되어 전력을 생산하는 가스터빈 발전기를 포함하는 가스터빈유닛, 상기 가스터빈에서 배출되는 연소 가스의 열로 물을 가열하여 스팀을 생성시키는 HRSG 유닛, 및 상기 HRSG 유닛에서 생성된 스팀을 공급받아서 터빈을 회전시키는 하나 이상의 스팀터빈과, 상기 스팀터빈과 연결되어 전력을 생산하는 스팀터빈 발전기를 포함하는 스팀터빈유닛을 포함하고, 상기 흡수식 냉동기는 상기 스팀터빈유닛으로부터 선택적으로 스팀을 공급받는 복합 화력 발전 시스템이 제공될 수 있다.
Description
본 발명은 복합 화력 발전 시스템에 관한 것이다.
에너지 변환 장치의 대표적인 예로 연료 등의 에너지를 이용하여 전기를 생산하는 가스 터빈 시스템 또는 스팀 터빈 시스템을 들 수 있다. 구체적으로, 가스 터빈은 연료 및 공기를 공급하여 연료를 연소시키고, 이로써 발생되는 고온, 고압의 연소 가스를 이용해서 터빈을 구동시키는 것이고, 스팀 터빈은 스팀 발생기를 이용해서 급수(Feed water)를 가열하여 스팀을 생성한 후, 생성된 스팀을 터빈에 공급하여 구동시키는 것이다. 이러한 가스 터빈 또는 스팀 터빈과 연결된 발전기를 통해 전력을 생산하는 가스 터빈 발전 시스템 또는 스팀 터빈 발전 시스템이 개발된 이래로, 시스템의 에너지 효율을 개선하려는 노력은 계속 이어져 왔다. 참고로, 시스템을 순환하는 액체는 흐르는 위치에 따라 구별해서 정의될 수 있는데, 스팀이 응축기에 의해 응축된 후 스팀 발생 수단에 공급되기 전까지의 액체를 복수(Condensated water), 스팀 발생 수단에 공급되어 스팀으로 변환되는 액체를 급수(Feed water)라고 정의할 수 있다.
특히, 가스 터빈에서 에너지를 생산한 후 배출되는 배기가스의 열을 HRSG(Heat Recovery Steam Generator)를 이용하여 스팀 터빈 사이클의 급수를 가열하는 데 사용하는 복합화력발전 방식은 스팀 터빈만을 사용하거나 가스 터빈만을 사용하는 발전 시스템에 비해 효율이 획기적으로 개선된 시스템이다.
한편, 가스터빈의 공기압축부로 유입되는 공기의 온도가 높으면 공기의 비체적이 증가하면서 가스터빈의 연소실로 유입되는 공기의 절대량이 줄어드는 동시에 공기를 압축하기 위한 에너지가 과도하게 소모되어 가스터빈의 효율 및 출력이 감소하게 된다. 따라서, 상기 가스터빈으로 흡입되는 공기를 냉각시키기 위한 흡기 냉각장치를 상기 공기압축부의 상류측에 설치하여 가스터빈의 효율 및 출력 저하를 방지할 수 있다. 이러한 공기 냉각 수단으로 기존에는 공급되는 공기에 물을 분사하는 증발식 냉동기나, EHP(Electric engine-driven Heat Pump)가 사용되었다.
그러나 물을 분사하는 방식은 액적으로 인해 가스터빈의 압축기 내 블레이드가 부식되는 문제가 있고, EHP를 사용하는 방식은 발전소 내 전력 사용으로 인해 발전소 전체의 송전 가능 전력량이 감소하는 문제가 있다. 이에, 외기 냉각 수단으로서 흡수식 냉동기를 적용하는 것을 생각해볼 수 있다.
그러나 흡수식 냉동기를 사용하는 경우에도 냉동기의 가동을 위해 추가적인 열원의 확보가 필요하며, 이로 인해 추가적인 에너지 공급 비용이 발생한다는 문제가 있다.
본 발명의 실시예는 가스터빈과 스팀터빈을 포함하는 복합 화력 발전 시스템에 있어서, 가스터빈에 공급되는 외기를 냉각하는데 필요한 에너지 공급 비용을 최소화할 수 있는 복합 화력 발전 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 태양열을 집열하여 스팀을 생성시키는 태양열 스팀 발생 유닛; 상기 태양열 스팀 발생 유닛에서 생성된 스팀을 공급받아서 외기를 냉각하는 흡수식 냉동기; 연료를 연소시켜서 발생되는 연소 가스를 이용해서 터빈을 회전시키는 하나 이상의 가스터빈과, 상기 가스터빈과 연결되어 전력을 생산하는 가스터빈 발전기를 포함하는 가스터빈유닛; 상기 가스터빈에서 배출되는 연소 가스의 열로 물을 가열하여 스팀을 생성시키는 HRSG 유닛; 및 상기 HRSG 유닛에서 생성된 스팀을 공급받아서 터빈을 회전시키는 하나 이상의 스팀터빈과, 상기 스팀터빈과 연결되어 전력을 생산하는 스팀터빈 발전기를 포함하는 스팀터빈유닛을 포함하고, 상기 흡수식 냉동기는 상기 스팀터빈유닛으로부터 선택적으로 스팀을 공급받는 복합 화력 발전 시스템이 제공될 수 있다.
또한, 상기 태양열 스팀 발생 유닛은, 태양열을 집열하는 태양열 집열기; 열전달유체를 저장하는 열전달유체 탱크; 상기 열전달유체 탱크로부터 상기 열전달유체를 상기 태양열 집열기로 펌핑하는 제 1 펌프; 상기 태양열 집열기에서 가열된 상기 열전달유체를 공급받아서 물과 열교환시키는 하나 이상의 열교환기를 포함하고, 상기 열전달유체와 물의 열교환에 의해 스팀을 생성시키는 태양열 교환부; 상기 태양열 교환부로 공급되는 물을 일시적으로 저장하는 물탱크; 및 상기 물탱크로부터 상기 태양열 교환부로 물을 펌핑하는 제 2 펌프를 포함하는 복합 화력 발전 시스템 이 제공될 수 있다.
또한, 상기 태양열 스팀 발생 유닛에서 상기 흡수식 냉동기로 공급된 스팀이 상기 흡수식 냉동기 내에서 열교환되면서 물로 변환되고, 변환된 물의 적어도 일부가 상기 물탱크로 이송되는 복합 화력 발전 시스템이 제공될 수 있다.
또한, 상기 흡수식 냉동기는 상기 HRSG 유닛으로부터 선택적으로 스팀을 공급받는 복합 화력 발전 시스템이 제공될 수 있다.
또한, 상기 스팀터빈에서 터빈을 회전시키고 배출되는 스팀을 응축시키는 응축기; 및 상기 응축기에 스팀을 응축시키기 위한 냉각수를 공급하는 냉각타워를 더 포함하고, 상기 흡수식 냉동기는 상기 냉각타워와 연결되어 흡수 과정에서 발생하는 흡수열을 냉각시키기 위한 냉각수를 공급받는 복합 화력 발전 시스템이 제공될 수 있다.
또한, 상기 스팀터빈으로부터 상기 흡수식 냉동기로 공급되는 스팀의 유량을 조절하는 스팀제어밸브를 더 포함하고, 상기 스팀제어밸브의 개도량은 상기 흡수식 냉동기 내의 용액의 온도 및 농도 중 어느 하나 이상을 모니터링하여 결정되는 복합 화력 발전 시스템이 제공될 수 있다.
또한, 상기 스팀터빈으로부터 상기 흡수식 냉동기로 공급되는 스팀의 유량을 조절하는 스팀제어밸브를 더 포함하고, 상기 스팀제어밸브는, 상기 태양열 집열기에 집열되는 태양열의 열량이 줄어들면 개도량을 늘리고, 상기 태양열 집열기에 집열되는 태양열의 열량이 늘어나면 개도량을 줄이도록 제어되는 복합 화력 발전 시스템이 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 태양열을 이용하여 발생한 스팀을 흡수식 냉동기에 필요한 열원으로 사용함으로써, 흡수식 냉동기를 구동하는데 필요한 에너지 공급 비용이 절감된다는 효과가 있다.
또한, 날씨, 시간 등의 영향으로 인해 태양열 에너지의 공급이 원활하지 못한 경우에도 냉각을 위한 에너지를 지속적으로 공급할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 기온과 일사량이 일반적으로 비례하는 경향을 보이므로, 외기의 온도가 높으면 일사량도 높아져서 공급되는 태양열 에너지도 많아지므로, 기온 변화에 따라 태양열을 흡수식 냉동기의 구동 열원으로 사용함에 따른 냉각 효과가 극대화될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 화력 발전 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 태양열 스팀 발생 유닛에서 생성된 고온의 스팀이 흡수식 냉동기로 공급되는 상태를 도시하는 복합 화력 발전 시스템의 블록도이다.
도 3은 도 1의 태양열 스팀 발생 유닛에서 생성된 고온의 스팀과 스팀터빈유닛으로부터 추기한 스팀이 흡수식 냉동기로 공급되는 상태를 도시하는 복합 화력 발전 시스템의 블록도이다.
도 4는 도 1의 가스터빈의 기온에 따른 출력 변화를 보여주는 그래프이다.
도 2는 도 1의 태양열 스팀 발생 유닛에서 생성된 고온의 스팀이 흡수식 냉동기로 공급되는 상태를 도시하는 복합 화력 발전 시스템의 블록도이다.
도 3은 도 1의 태양열 스팀 발생 유닛에서 생성된 고온의 스팀과 스팀터빈유닛으로부터 추기한 스팀이 흡수식 냉동기로 공급되는 상태를 도시하는 복합 화력 발전 시스템의 블록도이다.
도 4는 도 1의 가스터빈의 기온에 따른 출력 변화를 보여주는 그래프이다.
이하에서는 본 발명의 사상을 구현하기 위한 구체적인 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 화력 발전 시스템을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 화력 발전 시스템(10)은 태양열을 집열하여 스팀을 생성시키는 태양열 스팀 발생 유닛(100), 태양열 스팀 발생 유닛(100)에서 생성된 스팀을 공급받고, 외기를 공급받아서 냉각하는 흡수식 냉동기(200), 연료를 연소시켜서 발생되는 연소 가스를 이용해서 터빈을 회전시키는 가스터빈(302)을 포함하는 가스터빈유닛(300), 스팀을 공급받아서 터빈을 회전시키는 스팀터빈(402)을 포함하는 스팀터빈유닛(400), 가스터빈(302)에서 배출되는 연소 가스의 열을 물에 전달하여 스팀을 발생시키고, 발생된 스팀을 스팀터빈(402)으로 공급하는 HRSG(Heat Recovery Steam Generator) 유닛(500), 스팀 터빈(402)에서 배출되는 스팀을 응축시키는 응축기(600) 및 응축기(600)에 냉각수를 공급하는 냉각타워(700)를 포함할 수 있다.
가스터빈유닛(300)은 한 개 이상의 가스터빈(302)을 포함할 수 있고, 가스터빈(302)은 공기압축기와 터빈 그리고 연소실로 이루어져 상기 공기압축기에서 압축된 공기가 연료와 혼합되어 연소실에서 연소됨으로써 고온 고압의 기체가 팽창되고 이 힘을 이용하여 터빈을 구동시킨다. 상기 터빈의 구동에 의해 발생되는 에너지는 터빈축을 통해 가스터빈 발전기(310)로 전달되어 가스터빈 발전기(310)의 로터를 회전시킴으로써 전기을 생산할 수 있다.
이를 위해 가스터빈(302)은 연료공급기(320)로부터 천연가스 등의 연료를 공급받고, 외기공급기(16)로부터 외기를 공급받을 수 있다. 이때, 외기공급기(16)를 통해 공급되는 외기는 흡수식 냉동기(200)에 의해 냉각된 후에 가스터빈(302)으로 공급될 수 있다. 이는 가스터빈(302)으로 유입되는 공기의 온도가 높으면 공기의 부피가 증가하면서 유입되는 공기의 절대량이 줄어드는 동시에 공기를 압축하기 위한 에너지가 과도하게 소모되어 가스터빈의 효율 및 출력이 감소하는 것을 방지하기 위함이다. 또한, 냉각된 외기가 수분분리기(18)를 통과하면서 외기에 포함되어 있던 수분이 제거될 수 있다.
가스터빈(302)에서 배출되는 높은 온도의 연소 가스는 스팀터빈(402)에 공급되는 스팀을 발생시키기 위한 열원으로서 HRSG 유닛(500)으로 공급될 수 있다.
HRSG 유닛(500)은 과열기(502), 증발기(504) 및 절탄기(506)를 포함할 수 있고, 과열기(502)는 응축기(600)로부터 물을 공급받아서 가스터빈(302)으로부터 배출된 연소 가스의 열로 공급받은 물을 가열하고, 증발기(504)는 과열기(502)에서 가열된 물을 가스터빈(302)으로부터 배출된 연소 가스의 열로 재가열하여 스팀을 생성시키며, 절탄기(506)는 증발기(504)에서 생성된 스팀을 전달받아서 가스터빈(302)에서 배출된 연소 가스의 열로 적정 온도로 가열할 수 있다. 이때, HRSG 유닛(500)으로 공급되는 물의 양이 부족할 경우에는 보충기(19)를 통해 공급되는 물이 보충될 수 있다. HRSG 유닛(500)에서 생성된 스팀은 스팀터빈유닛(400)으로 공급될 수 있다.
HRSG 유닛(500)은 과열기(502)와 증발기(504)와 절탄기(506)을 복수 개 포함할 수 있고, 가스터빈(302)으로부터 이송되는 가스의 흐름을 기준으로 상류측에는 고압용 스팀 생산을 위한 과열기(502)와 증발기(504)와 절탄기(506)가 배치될 수 있고, 하류측에는 중, 저압용 스팀 생산을 위한 과열기(502)와 증발기(504)와 절탄기(506)가 배치될 수 있다.
스팀터빈유닛(400)은 한 개 이상의 스팀터빈(402)을 포함할 수 있고, HRSG 유닛(500)으로부터 고온의 스팀을 공급받아서 노즐을 통해 날개 바퀴에 뿜어냄으로써 회전력을 얻는 장치로서, 스팀터빈 발전기(410)의 로터를 회전시킴으로써 전기를 생산하는 것일 수 있다.
이를 위해 스팀터빈(402)은 고온, 고압의 스팀을 HRSG 유닛(500)으로부터 공급받고, 날개 바퀴를 회전시킨 후 배출되는 스팀은 응축기(600)로 공급되어 물로 응축될 수 있으며, 응축된 물은 HRSG 유닛(500)으로 공급되어 스팀으로 변환된다. 이를 위해 응축기(600)는 냉각타워(700)와 연결되어 스팀 응축을 위한 냉각수를 공급받고, 스팀과 열교환 후 온도가 높아진 냉각수는 다시 냉각타워(700)로 전달되어 냉각될 수 있다
한편, 스팀터빈(402)에 공급된 스팀 중 일부는 흡수식 냉동기(200)에 열원으로서 추기될 수 있다. 또한, HRSG 유닛(500)에서 생성된 스팀 중 일부도 흡수식 냉동기(200)에 열원으로서 추기될 수 있다. 이때, 스팀터빈(402)과 HRSG 유닛(500)으로부터 추기되는 스팀은 스팀제어밸브(12)가 개방되는 경우에만 흡수식 냉동기(200)에 공급될 수 있고, 폐쇄되는 경우에는 스팀터빈(402)로부터 흡수식 냉동기(200)로의 스팀의 공급이 차단된다. 스팀제어밸브(12)의 개폐 제어에 관해서는 후술하겠다.
태양열 스팀 발생 유닛(100)은 태양열을 집열하는 태양열 집열기(120), 열전달유체를 저장하는 열전달유체 탱크(130), 열전달유체를 열전달유체 탱크(130)로부터 태양열 집열기(120)로 펌핑하는 제 1 펌프(140), 태양열 집열기(120)에서 가열된 열전달유체를 공급받아서 물과 열교환시켜서 스팀을 발생시키는 태양열 교환부(110), 태양열 교환부(110)로 공급되는 물을 일시적으로 저장하는 물탱크(160) 및 물탱크(160)로부터 태양열 교환부(110)로 물을 펌핑하는 제 2 펌프(150)를 포함할 수 있다.
태양열 교환부(110)는 한 개 이상의 열교환기(112)를 포함할 수 있고, 열교환기(112)는 유동하는 두 유체가 간접적으로 접촉하면서 열을 교환하도록 구성되는 일반적인 열교환기일 수 있다. 열교환기(112)는 태양열에 의해 가열된 열전달유체와 물을 열교환시킬 수 있고, 열교환의 결과로 스팀이 발생될 수 있다.
태양열 집열기(120)는 태양광을 집광하고, 태양열 집열기(120)를 통과하는 열전달유체가 태양광에 의해 가열되도록 구성될 수 있으며, 흡열판, 투명덮개, 단열재 등으로 구성된 일반적인 태양광 집열기일 수 있다. 또한, 태양열 집열기(120)는 일 예로, 약 200℃ 정도의 온도로 열전달유체를 가열할 수 있는 진공관형 집열기, CPC(Compound Parabolic Collector), LFR(Linear Fresnel Reflector), PTC(Parabolic Trough Collector) 등일 수 있다.
열전달유체 탱크(130)는 열전달유체를 저장하는 일반적인 저장고일 수 있고, 열전달유체는 열전달율이 높은 유체가 사용될 수 있으며, 일 예로 Thermal Oil일 수 있다.
물탱크(160)는 물을 저장하는 일반적인 저장고일 수 있고, 태양열 교환부(110)의 열교환 용량에 따라 공급하는 물의 양을 제어할 수 있도록 제어밸브(미도시)를 더 포함할 수 있다.
태양열 교환부(110)는 흡수식 냉동기(200)가 정상적으로 작동하는데 필요한 온도의 스팀을 생산할 필요가 있고, 이는 태양열 집열기(120)로부터 공급받은 열전달유체의 온도 및 유량과 물탱크(160)로부터 공급받는 물의 온도에 따라 공급받는 물의 유량을 제어함으로써 요구되는 온도의 스팀을 생성시킬 수 있다. 이를 위해 태양열 교환부(110)는 공급받은 열전달유체의 온도와 유량 및 공급받은 물의 온도를 센싱하고, 센싱값에 따라 요구되는 온도의 스팀 생성을 위해 물탱크(160)의 제어밸브의 개도량을 제어하는 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
흡수식 냉동기(200)는 증발기, 흡수기, 재생기(또는, 발생기라고도 함) 및 응축기를 포함할 수 있고, 상기 재생기의 개수에 따라 1중효용형(단효용형이라고도 함), 2중효용형, 3중효용형 및 다중효용형으로 구분될 수 있다.
흡수식 냉동기(200)가 상기 1중효용형 흡수식 냉동기인 경우를 예로 들어 흡수식 냉동기(200)의 동작을 살펴보면 다음과 같다. 흡수식 냉동기(200)의 증발기에서 발생한 증기가 흡수식 냉동기(200)의 흡수기에서 흡수제인 리튬브로마이드수용액에 흡수되어, 리튬브로마이드수용액이 고농도 용액(농용액)에서 저농도 용액(희용액)으로 변하고, 이 고농도 용액은 용액펌프(Solution Pump)를 통해 용액 열교환기(SolutionHeat Exchanger)에서 온도가 상승한 후 흡수식 냉동기(200)의 재생기로 흘러간다. 이때, 흡수과정에서 발생하는 흡수열은 냉각타워(700)로부터 냉각수를 공급받아서 냉각할 수 있다. 이를 위해 흡수식 냉동기(200)는 냉각타워(700)와 연결되어 냉각수를 공급받고, 열교환된 냉각수를 다시 냉각타워(700)로 되돌리도록 구성될 수 있다.
그리고 흡수식 냉동기(200)의 재생기는 열원을 이용하여 고농도의 용액을 가열하고, 흡수제와 냉매의 비등점 차이를 이용하여 냉매증기를 발생시킨 후 리튬브로마이드용액을 고농도 용액으로 만들고, 이 고온 고농도의 리튬브로마이드용액은 흡수식 냉동기(200)의 용액 열교환기에서 냉각된 후 흡수식 냉동기(200)의 흡수기로 되돌아온다. 흡수식 냉동기(200)의 재생기에서 발생한 냉매증기는 흡수식 냉동기(200)의 응축기로 이동하고, 흡수식 냉동기(200)의 응축기에서 냉매증기가 열을 방출하면서 액체가 된 후 흡수식 냉동기(200)의 증발기에서 증발하면서 외기공급기(16)로부터 공급되는 외기를 냉각시킬 수 있다.
한편, 2중효용 흡수식 냉동기는, 재생기가 고온재생기와 저온재생기로 구분되고, 상기 고온재생기에서는 중압증기에 의하여 흡수액을 가열함으로써 냉매증기를 발생시키게 된다. 그리고, 상기 냉매증기가 저온재생기에서 응축할 때 방출하는 열을 이용하여 다시 한번 흡수액을 가열하면서 냉매증기를 발생시킴에 따라 냉동기 효율이 더욱 향상될 수 있는 방식이다.
한편, 흡수식 냉동기(200)로 공급된 스팀은 흡수식 냉동기(200)의 내부에서 열을 빼앗긴 후에 물로서 배출될 수 있고, 배출된 물은 물탱크(160)로 이송되거나, HRSG 유닛(500)으로 공급될 수 있다. 이때 HRSG 유닛(500)으로 공급되는 물의 유량은 유량제어밸브(14)에 의해 제어될 수 있다.
이하에서는 상술한 바와 같은 구성을 갖는 복합 화력 발전 시스템의 구체적인 작용 및 효과에 대하여 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명하겠다. 도 2는 도 1의 태양열 스팀 발생 유닛에서 생성된 고온의 스팀이 흡수식 냉동기로 공급되는 상태를 도시하는 복합 화력 발전 시스템의 블록도이고, 도 3은 도 1의 태양열 스팀 발생 유닛에서 생성된 고온의 스팀과 스팀터빈유닛으로부터 추기한 스팀이 흡수식 냉동기로 공급되는 상태를 도시하는 복합 화력 발전 시스템의 블록도이며, 도 4는 도 1의 가스터빈의 기온에 따른 출력 변화를 보여주는 그래프이다.
먼저, 도 2에 도시된 바와 같이, 태양열 스팀 발생 유닛(100)에서 태양광을 집광함으로써 스팀을 발생시키고, 발생된 스팀을 흡수식 냉동기(200)로 공급할 수 있다. 흡수식 냉동기(200)는 태양열 스팀 발생 유닛(100)으로부터 스팀을 공급받아서 외기공급기(16)로부터 공급된 외기를 냉각할 수 있다.
한편, 집광되는 태양광은 날씨가 흐리거나, 저녁 시간인 경우에는 필요한 열량을 충족시킬 정도로 충분히 집광되지 못할 수 있으며, 이와 같이 태양열은 간헐적이고, 태양이 떠있는 시간에만 집광이 가능하다는 점에서 주기성을 갖는다. 반면에 복합 화력 발전 시스템(10)은 날씨, 시간 등의 조건에 상관없이 항시적으로 운전이 가능할 필요가 있으므로, 태양열이 필요한 만큼 집열되지 못하여 원하는 온도 및 유량의 스팀을 생성시키는 것이 어려운 경우에는 평소에는 폐쇄되어 있는 스팀제어밸브(12)를 개방하여 도 3에 도시된 바와 같이 스팀터빈(402)으로부터 스팀을 추기할 수 있다. 또한, 스팀터빈(402) 이외에 HRSG 유닛(500)로부터도 스팀을 추기하는 것이 가능하다. 이렇게 흡수식 냉동기(200)에 공급되는 스팀의 부족분이 보충될 수 있으므로, 태양열의 간헐성 및 주기성으로 인해 흡수식 냉동기(200)의 냉각 효과가 저하되는 것을 방지할 수 있다.
이를 위해 스팀제어밸브(12)의 개도량은 흡수식 냉동기(200) 내의 용액의 온도 및 농도를 모니터링하여 결정될 수 있다. 또한, 흡수식 냉동기(200)의 모니터링 이외에도 태양열 집열기(120)에 집열되는 태양열의 열량을 모니터링하여 기설정된 알고리즘에 의해 추기되어야 하는 스팀의 유량이 계산되어 이를 토대로 스팀제어밸브(12)의 개도량이 결정될 수 있다. 또한, 스팀제어밸브(12)는 태양열 집열기(120)에 집열되는 태양열의 열량이 줄어들면 개도량을 늘리고, 태양열 집열기(120)에 집열되는 태양열의 열량이 늘어나면 개도량을 줄이도록 제어될 수 있다.
상술한 바와 같은 복합 화력 발전 시스템(10)에 따르면, 태양열을 이용하여 발생한 스팀을 흡수식 냉동기(200)에 필요한 열원으로 사용함으로써, 흡수식 냉동기(200)를 구동하는데 필요한 에너지 공급 비용이 절감된다는 효과가 있다.
또한, 날씨, 시간 등의 영향으로 인해 태양열 에너지의 공급이 원활하지 못한 경우에도 냉각을 위한 에너지를 지속적으로 공급할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 기온과 일사량이 일반적으로 비례하는 경향을 보이므로, 외기의 온도가 높으면 일사량도 높아져서 공급되는 태양열 에너지도 많아지므로, 기온 변화에 따라 태양열을 흡수식 냉동기의 구동 열원으로 사용함에 따른 냉각 효과가 극대화될 수 있다.
구체적으로, 도 4를 참조하면, 기온이 높아질수록 가스터빈(302)의 출력과 에너지 효율이 모두 감소함을 알 수 있는데, 이는 외기공급기(16)를 통해 공급되는 외기의 온도가 상승하기 때문이다. 따라서 기온이 높아지더라도 가스터빈(302)의 출력과 에너지 효율이 일정 수준으로 유지되도록 하기 위해서는 흡수식 냉동기(200)에서 외기를 더 많이 냉각시킬 필요가 있다.
한편, 상술한 바와 같이 기온과 일사량은 일반적으로 비례하는 경향을 보이므로, 공급되는 태양열 에너지도 많아지므로, 태양열을 이용해서 생성시킬 수 있는 스팀의 온도와 유량이 증가되어 흡수식 냉동기(200)의 냉각 효과도 더 높아질 수 있다. 따라서 기온 변화에 대해서도 에너지 효율이 낮아지지 않도록 하는 것이 가능하다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어 당업자는 각 구성요소의 재질, 크기 등을 적용 분야에 따라 변경하거나, 실시형태들을 조합 또는 치환하여 본 발명의 실시예에 명확하게 개시되지 않은 형태로 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것으로 한정적인 것으로 이해해서는 안되며, 이러한 변형된 실시예는 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술사상에 포함된다고 하여야 할 것이다.
10: 복합 화력 발전 시스템 12: 스팀제어밸브
14: 유량제어밸브 16: 외기공급기
18: 수분분리기 19: 보충기
100: 태양열 스팀 발생 유닛 110: 태양열 교환부
112: 열교환기 120: 태양열 집열기
130: 열전달유체 탱크 140: 제 1 펌프
150: 제 2 펌프 160: 물탱크
200: 흡수식 냉동기 300: 가스터빈유닛
302: 가스터빈 310: 가스터빈 발전기
320: 연료공급기 400: 스팀터빈유닛
402: 스팀터빈 410: 스팀터빈 발전기
500: HRSG 유닛 502: 과열기
504: 증발기 506: 절탄기
600: 응축기 700: 냉각타워
14: 유량제어밸브 16: 외기공급기
18: 수분분리기 19: 보충기
100: 태양열 스팀 발생 유닛 110: 태양열 교환부
112: 열교환기 120: 태양열 집열기
130: 열전달유체 탱크 140: 제 1 펌프
150: 제 2 펌프 160: 물탱크
200: 흡수식 냉동기 300: 가스터빈유닛
302: 가스터빈 310: 가스터빈 발전기
320: 연료공급기 400: 스팀터빈유닛
402: 스팀터빈 410: 스팀터빈 발전기
500: HRSG 유닛 502: 과열기
504: 증발기 506: 절탄기
600: 응축기 700: 냉각타워
Claims (7)
- 태양열을 집열하여 스팀을 생성시키는 태양열 스팀 발생 유닛;
상기 태양열 스팀 발생 유닛에서 생성된 스팀을 공급받아서 외기를 냉각하는 흡수식 냉동기;
연료를 연소시켜서 발생되는 연소 가스를 이용해서 터빈을 회전시키는 하나 이상의 가스터빈과, 상기 가스터빈과 연결되어 전력을 생산하는 가스터빈 발전기를 포함하는 가스터빈유닛;
상기 가스터빈에서 배출되는 연소 가스의 열로 물을 가열하여 스팀을 생성시키는 HRSG 유닛; 및
상기 HRSG 유닛에서 생성된 스팀을 공급받아서 터빈을 회전시키는 하나 이상의 스팀터빈과, 상기 스팀터빈과 연결되어 전력을 생산하는 스팀터빈 발전기를 포함하는 스팀터빈유닛을 포함하고,
상기 흡수식 냉동기는 상기 스팀터빈유닛으로부터 선택적으로 스팀을 공급받는 복합 화력 발전 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 태양열 스팀 발생 유닛은,
태양열을 집열하는 태양열 집열기;
열전달유체를 저장하는 열전달유체 탱크;
상기 열전달유체 탱크로부터 상기 열전달유체를 상기 태양열 집열기로 펌핑하는 제 1 펌프;
상기 태양열 집열기에서 가열된 상기 열전달유체를 공급받아서 물과 열교환시키는 하나 이상의 열교환기를 포함하고, 상기 열전달유체와 물의 열교환에 의해 스팀을 생성시키는 태양열 교환부;
상기 태양열 교환부로 공급되는 물을 일시적으로 저장하는 물탱크; 및
상기 물탱크로부터 상기 태양열 교환부로 물을 펌핑하는 제 2 펌프를 포함하는 복합 화력 발전 시스템. - 제 2 항에 있어서,
상기 태양열 스팀 발생 유닛에서 상기 흡수식 냉동기로 공급된 스팀이 상기 흡수식 냉동기 내에서 열교환되면서 물로 변환되고, 변환된 물의 적어도 일부가 상기 물탱크로 이송되는 복합 화력 발전 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 흡수식 냉동기는 상기 HRSG 유닛으로부터 선택적으로 스팀을 공급받는 복합 화력 발전 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 스팀터빈에서 터빈을 회전시키고 배출되는 스팀을 응축시키는 응축기; 및
상기 응축기에 스팀을 응축시키기 위한 냉각수를 공급하는 냉각타워를 더 포함하고,
상기 흡수식 냉동기는 상기 냉각타워와 연결되어 흡수 과정에서 발생하는 흡수열을 냉각시키기 위한 냉각수를 공급받는 복합 화력 발전 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 스팀터빈으로부터 상기 흡수식 냉동기로 공급되는 스팀의 유량을 조절하는 스팀제어밸브를 더 포함하고,
상기 스팀제어밸브의 개도량은 상기 흡수식 냉동기 내의 용액의 온도 및 농도 중 어느 하나 이상을 모니터링하여 결정되는 복합 화력 발전 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 스팀터빈으로부터 상기 흡수식 냉동기로 공급되는 스팀의 유량을 조절하는 스팀제어밸브를 더 포함하고,
상기 스팀제어밸브는, 상기 태양열 집열기에 집열되는 태양열의 열량이 줄어들면 개도량을 늘리고, 상기 태양열 집열기에 집열되는 태양열의 열량이 늘어나면 개도량을 줄이도록 제어되는 복합 화력 발전 시스템.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020140057073A KR101531931B1 (ko) | 2014-05-13 | 2014-05-13 | 복합 화력 발전 시스템 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020140057073A KR101531931B1 (ko) | 2014-05-13 | 2014-05-13 | 복합 화력 발전 시스템 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR101531931B1 true KR101531931B1 (ko) | 2015-06-26 |
Family
ID=53519916
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020140057073A KR101531931B1 (ko) | 2014-05-13 | 2014-05-13 | 복합 화력 발전 시스템 |
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| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101531931B1 (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102329750B1 (ko) | 2020-06-16 | 2021-11-23 | 지에스건설 주식회사 | 계간 축열을 이용한 복합화력 발전 시스템 |
| CN114413515A (zh) * | 2021-12-28 | 2022-04-29 | 宁波大学 | 一种高效光伏/热电组合*** |
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| JP2001055906A (ja) * | 1999-08-18 | 2001-02-27 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 複合発電方法及びその装置 |
| KR20120037224A (ko) * | 2010-10-11 | 2012-04-19 | 현대중공업 주식회사 | 하이브리드형 태양열 화력발전 시스템 |
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2014
- 2014-05-13 KR KR1020140057073A patent/KR101531931B1/ko active IP Right Grant
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