KR101588929B1 - 랭킨 사이클 장치 및 이를 포함하는 발전시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 랭킨 사이클 장치는 작동유체를 냉열원과 열교환시켜 상기 작동유체를 액화시키는 응축기, 상기 응축기로부터 배출된 상기 작동유체를 압축시키는 압축펌프, 상기 펌프로부터 유입된 상기 작동유체를 고열원과 열교환시켜 기화시키는 증발기, 상기 증발기로부터 유입된 상기 작동유체를 응축수 및 저압 증기를 이용하여 과열증기 상태로 만드는 과열증기생성부, 및 상기 과열증기생성부로부터 배출된 상기 작동유체를 회전 동력으로 이용하여 에너지를 발생시키는 터빈을 포함하는 것을 특징으로 하여, 전력 발전량을 증가시킬 수 있다.

Description

랭킨 사이클 장치 및 이를 포함하는 발전시스템{Rankine cycle apparatus and Power generating system comprising the same}
본 발명은 랭킨 사이클 장치 및 이를 포함하는 발전시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 연소 후 포집된 이산화탄소를 이용한 랭킨 사이클 장치 및 이를 포함하는 발전시스템에 관한 것이다.
이산화탄소(CO2)는 암모니아를 생산하거나, 석탄 또는 가스 발전 플랜트에 의한 에너지 생성 등 산업공정에서 대량의 부산물로 생산되는 기체이다. 이러한 이산화탄소는 온실 기체이므로, 이러한 부산물을 대기 중으로 방출하는 것은 환경적으로 바람직하지 않다. 따라서 이산화탄소를 대기 중으로 방출하지 않고, 처리하기 위한 기술 개발이 시도되고 있고, 그 중 대표적인 것이 이산화탄소의 포집 및 저장 기술이라 할 수 있다.
이산화탄소의 포집 및 저장 기술은, 각종 산업현장에서 발생되는 이산화탄소를 회수하여 별도의 장소에 격리 저장함으로써 대기 중에 방출되는 이산화탄소의 량을 저감시키는 이산화탄소 처리 기술이 중 하나이다.
이러한 이산화탄소의 포집 및 저장은 크게 이산화탄소의 포집, 수송, 저장과 같은 단계를 거쳐 이루어진다. 특히, 이산화탄소의 포집 공정에서 이산화탄소를 포집하기 위해 필요한 에너지를 최소화하기 위한 연구가 진행되고 있다.
일례로, 대한민국 특허공개 제2013-0076564에서는 이산화탄소가 흡수된 흡수용액으로부터 이산화탄소를 분리하기 위해서 필요한 열을 연소가스 또는 공정가스로부터 제공받을 수 있으며, 이산화탄소가 흡수된 흡수용액으로부터 이산화탄소를 분리하기 위해 필요한 에너지를 최소화할 수 있는 이산화탄소 회수장치를 제공한다.
또한, 대한민국 특허공개 제2013-0047820에서는 이산화탄소 흡수용액 내의 물 농도를 낮춰서 흡수용액의 재생에 소비되는 에너지의 양을 크게 절감시킬 수 있는 탈수장치를 갖춘 이산화탄소 포집 설비를 제공한다.
그러나 상기 선행기술들의 경우, 이산화탄소 포집 공정에 있어서 필요한 에너지를 절감하기 위한 장치를 제시하였으나, 이산화탄소 포집을 위해 소모되는 에너지를 절감하는 것에 그치고 있기 때문에 이산화탄소 포집을 위해 여전히 에너지 소모가 발생할 수 밖에 없다는 한계가 있다.
본 발명은 전술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로서, 이산화탄소 포집을 위한 에너지 소모를 차단할 수 있는 랭킨 사이클 장치 및 이를 포함하는 발전 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 포집된 이산화탄소를 작동유체로 이용하여 전체적인 발전량을 증가 시킬 수 있는 랭킨 사이클 장치 및 이를 포함하는 발전시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해서, 작동유체를 냉열원과 열교환시켜 상기 작동유체를 액화시키는 응축기, 상기 응축기로부터 배출된 상기 작동유체를 압축시키는 압축펌프, 상기 펌프로부터 유입된 상기 작동유체를 고열원과 열교환시켜 기화시키는 증발기, 상기 증발기로부터 유입된 상기 작동유체를 응축수 및 저압 증기를 이용하여 과열증기 상태로 만드는 과열증기생성부, 및 상기 과열증기생성부로부터 배출된 상기 작동유체를 회전 동력으로 이용하여 에너지를 발생시키는 터빈을 포함하는 랭킨 사이클 장치를 제공한다.
본 발명은 또한, 작동유체를 이용하여 에너지를 발생시키는 랭킨 사이클 장치, 상기 랭킨 사이클 장치에 상기 작동유체를 공급하는 작동유체공급부, 및 복수개의 증기터빈을 이용하여 에너지를 생산하고, 상기 작동유체를 과열증기 상태로 만들기 위해 상기 에너지 생산 과정에서 발생되는 응축수 및 저압 증기를 상기 랭킨 사이클 장치에 공급하는 증기 터빈 장치를 포함하고, 상기 랭킨 사이클 장치는, 상기 작동유체를 상기 응축수를 이용하여 제1 온도가 되도록 예열하고, 상기 예열된 작동유체를 상기 저압 증기를 이용하여 상기 제1 온도보다 높은 제2 온도가 되는 과열증기 상태로 만드는 과열증기 생성부, 및 상기 과열증기생성부로부터 배출된 상기 작동유체를 회전 동력으로 이용하여 에너지를 발생시키는 터빈을 포함하는 것을 특징으로 하는 랭킨 사이클 장치을 제공한다.
이상과 같은 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명은 포집된 이산화탄소를 이용하여 랭킨 사이클을 운영함으로써 에너지를 새롭게 생산할 수 있어 이산화탄소 포집으로 인해 소모되는 에너지를 상쇄시킴으로써 이산화탄소 포집을 위해 발생되는 에너지 소모를 차단할 수 있다는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 랭킨 사이클 장치에 증기 터빈 장치에서 발생된 일부 증기를 이용하여 포집된 이산화탄소를 과열증기 상태로 만드는 과열증기생성부를 포함함으로써 랭킨 사이클 장치의 운영을 보다 효과적으로 하여 전체적인 발전량을 증가 시킬 수 있다는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 랭킨 사이클 장치에서 작동유체를 액화시키기 위한 냉열원으로 LNG 냉열을 이용함으로써 냉열원(QL)으로 이용되는 추가적인 동력원이 필요하지 않다는 효과가 있다.
도 1는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 발전 시스템의 구성을 개략적으로 보여주는 단면이다.
도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 랭킨 사이클 장치의 구성을 개략적으로 보여주는 블록도이다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 랭킨 사이클 장치의 세부구성에 대한 일 예를 보여주는 도면이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 랭킨 사이클 장치의 온도-엔트로피 선도이다.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 증기 터빈 장치의 온도-엔트로피 선도이다
도 5은 본 발명의 일 실시예에 따른 작동유체 공급부의 구성을 개략적으로 보여주는 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 작동 유체 공급부의 세부구성에 대한 일 예를 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 증기 터빈 장치의 구성을 개략적으로 보여주는 블록도이다.
도 8는 본 발명의 일 실시예에 따른 증기 터빈 장치의 세부구성에 대한 일 예를 보여주는 도면이다.
도 9은 저압 증기 터빈의 개수에 따른 에너지 효율을 나타내는 도표이다.
도 10은 종래의 전력 발전 시스템과 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 발전 시스템의 전력 생산량을 비교하기 위한 도표이다.
이하, 첨부되는 도면을 참고하여 상기 문제점을 해결하기 위해 고안된 본 발명의 바람직한 실시예들에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 발전 시스템의 구성을 개략적으로 보여주는 단면이다
도 1에서 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전력 발전 시스템(100)은 랭킨 사이클 장치(110), 작동유체 공급부(120), 및 증기 터빈 장치(130)를 포함한다.
상기 증기 터빈 장치(130)에서 연소 후 발생된 작동유체(40)를 상기 작동유체 공급부(120)에서 포집하고 압축한 후, 압축된 작동유체(10)를 상기 랭킨 사이클 장치(110)에 공급한다. 일 실시예에 있어서, 상기 작동유체(10, 40)는 이산화탄소 또는 이산화탄소가 포함된 혼합기체일 수 있다.
상기 랭킨 사이클 장치(110)는 상기 작동유체(10)를 이용하여 에너지를 생산하는데, 이때 상기 증기 터빈 장치(130)에서 발생된 응축수(20) 및 저압 증기(30)를 이용하게 된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 랭킨 사이클 장치(110)의 구성을 개략적으로 보여주는 블록도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 랭킨 사이클 장치(110)의 세부구성에 대한 일 예를 보여주는 도면이다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 랭킨 사이클 장치(110)는 크게 응축기(210), 압축펌프(220), 증발기(230), 과열 증기부(240), 및 터빈(250)을 포함한다.
응축기(210)는 상기 작동유체 공급부(120) 및 터빈(250)으로부터 분리기(281)를 거쳐 유입된 상기 기상의 작동유체(10, 17)를 LNG 기화공정에서의 냉열을 이용하여 상기 기상의 작동유체(10, 17)를 액화시킨다.
일 실시예에 있어서, 상기 작동유체(10, 17)는 이산화탄소 또는 이산화탄소가 포함된 혼합기체일 수 있다.
LNG 냉열(261)은 펌프(270)를 통하여 상기 응축기(210)로 유입되고 상기 응축기(210)는 상기 작동유체(10, 17)를 LNG 냉열(261)과 열교환시켜 상기 작동유체(10, 17)를 액화시킨다.
이때, 상기 LNG 냉열(261)은 기존의 LNG 기지의 재기화 과정에서 버려지고 있던 냉열을 회수하여 이용하게 됨으로써, 냉열원(QL)으로 이용되는 추가적인 동력원이 필요하지 않게 된다.
분리기(283)를 통하여 기상의 작동유체(11)는 랭킨 사이클(110)을 빠져 나가고, 액상의 작동유체(12)는 상기 랭킨 사이클(110)을 순환하게 된다.
상기 압축펌프(220)는 상기 액상의 작동유체(12)를 50.3bar에 해당하는 고압영역까지 압축시킨다.
상기 증발기(230)는 가압된 작동유체(13)를 고열원(QH)과 열교환시켜 기화시킨다.
상기 증발기(230)에서 상기 가압된 작동유체(13)를 기화시키기 위한 고열원은 상온 상압의 해수가 이용될 수 있다.
상기 과열증기생성부(240)는 상기 증발기(230)로부터 유입된 기화된 작동유체(14)를 응축수(20) 및 저압 증기(30)를 이용하여 과열증기 상태로 만든다.
상기 과열증기생성부(240)는 예열기(241) 및 과열기(243)를 포함한다.
상기 예열기(241)는 상기 증발기(230)로부터 유입된 상기 기화된 작동유체(14)를 상기 응축수(20)를 이용하여 제1 온도가 되도록 예열하고, 상기 과열기(243)는 상기 예열기(241)로부터 유입된 작동유체(15)를 상기 저압 증기(30)를 이용하여 상기 제1 온도보다 높은 제2 온도가 되는 과열증기 상태로 만든다.
이때, 상기 응축수(20) 및 저압 증기(30)는 상기 증기 터빈 장치(130)에서 발생되어 상기 예열기(241) 및 상기 과열기(243)에 각각 공급된다.
상기 기화된 작동유체(14)는 상기 과열증기생성부(240)를 통하여 60℃ 내지 65℃, 50bar 내지 51bar의 과열상태가 된다.
상기 터빈(250)은 상기 과열증기생성부(240)로부터 배출된 과열상태의 작동유체(15)를 회전 동력으로 이용하여 에너지를 발생시킨다. 상기 터빈(250)을 통하여 발생된 작동유체는 -50℃, 7bar인 상태가 된다.
이때, 상기 랭킨 사이클 장치(110)을 순환하는 작동유체의 양은 상기 증발기(230)에서 접촉최소온도(minimum temperature approach)를 5℃가 되도록 결정된다. 이는 작동유체를 액화하는데 이용 가능한 LNG 양이 1620ton/hr으로 가정하여 얻어지게 된다.
또한, 상기 과열기(243)에서의 접촉최소온도(minimum temperature approach)를 5℃가 되도록 선택되는데, 이는 저압 증기(30)의 양을 조절하여 가능하게 된다. 이때, 작동유체의 순환량은 3097ton/hr이고, 저압 증기(30)의 양은 75ton/hr가 된다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 랭킨 사이클 장치의 온도-엔트로피 선도를 도시한 것이고, 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 증기 터빈 장치의 온도-엔트로피 선도를 도시한 것이다.
도 4a를 참조하면, 실선은 R-1 → R-2 → R-6 → R-7 → R-8 → R-1의 본 발명의 일 실시예에 따른 랭킨 사이클 전과정을 나타내고, 점선은 과열증기생성부가 포함되지 않은 종래의 랭킨 사이클 과정을 나타낸다.
도 4a에서 알 수 있듯이, 실선은 50.3bar까지 가압시켜 주는데, 이는 상기 증기 터빈 장치(130)에서 공급된 상기 응축수(20) 및 저압 증기(30)를 상기 작동유체(14)보다 과열시키는데 이용 가능하게 하기 위함이다.
또한, 상기 과열증기생성부(240)가 포함되지 않은 종래의 랭킨 사이클 과정보다 본 발명의 일 실시예에 따른 랭킨 사이클 과정에서의 작동유체가 고온, 고압의 과열증기 상태가 되므로, 종래의 랭킨 사이클 장치보다 본 발명의 일 실시예에 따른 랭킨 사이클 장치를 이용하는 경우 A부분만큼의 일이 증가한다.
도 4b를 참조하면, 실선은 본 발명의 일 실시예에 따른 증기 터빈 장치의 증기 사이클 과정을 나타내고, 점선은 과열증기생성부가 포함되지 않은 종래의 증기 터빈 장치의 증기 사이클 과정을 나타낸다.
도 4b에서 알 수 있듯이, 종래의 증기 터빈 장치보다 본 발명의 일 실시예에 따른 증기 터빈 장치를 이용하는 경우 B부분만큼의 일이 감소한다.
이와 같이, 종래의 증기 터빈 장치와 랭킨 사이클 장치의 총 전력량 보다 본 발명의 일 실시예에 따른 증기 터빈 장치와 랭킨 사이클 장치의 총 전력량은 A-B만큼 일이 증가하게 되어, 생산되는 총 전력량이 증가하게 된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 작동유체 공급부(120)의 구성을 개략적으로 보여주는 블록도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 작동 유체 공급부(120)의 세부구성에 대한 일 예를 보여주는 도면이다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 작동유체 공급부(120)는 크게 작동유체 포집부(310) 및 작동유체 압축부(320)를 포함한다.
상기 작동유체 포집부(310)는 흡수기(311), 열교환기(312), 탈거기(313), 및 냉각기(314)를 포함한다.
상기 작동유체 포집부(310)는 흡수법(absorption)에 의해 상기 작동유체(40)를 포집한다.
흡수기(311)는 상기 증기 터빈 장치(130)에서 연소 후 배출된 가스, 특히 이산화 탄소를 용해시킨다.
구체적으로, 상기 증기 터빈 정치(130)에서 연소 후 배출된 후, 전처리 공정을 거친 배가스(40, Flue gas)와 냉각된 아민 용액(47, Lean Amine)이 각각 상기 흡수기(311)의 하단과 상단으로 유입되며 상기 흡수기(311)에서 아민의 화학적 흡수 반응에 의해 이산화탄소가 용해된다.
상기 배가스(40) 중 질소, 산소 및 포집되지 못한 잔여 이산화탄소(41)는 상기 흡수기(311) 상단으로 배출되고, 이산화탄소를 포집한 아민 용액(42, Rich Amine)은 상기 흡수기(311) 하단으로 배출된다.
열교환기(312)는 이산화탄소를 포집한 아민 용액(42)을 예열한 후 예열된 아민 용액(43)을 상기 탈거기(313)로 전송한다.
탈거기(313)는 역반응에 의해 포집된 이산화탄소(44)를 상기 탈거기(313)의 상단으로 배출하고, 아민 용액(45)을 상기 탈거기(313)의 하단으로 배출한다.
상기 포집된 이산화탄소(44)는 상기 작동유체 압축부(330)로 유입되고, 상기 배출된 아민 용액(45)은 상기 열교환기(312)로 유입된다.
냉각기(314)는 상기 열교환기(312)로부터 배출된 아민 용액(46)을 냉각시킨다.
상기 냉각기(314)에서 냉각된 아민 용액(47)은 다시 상기 흡수기(311)로 유입된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 작동유체 공급부(310)는 흡수법(absorption)에 따라 기재하였지만, 이는 하나의 예일뿐 본 발명의 작동유체 공급부는 흡착법(adsorption), 막분리법(membrane), 심냉법(cryogenics) 등에 의해 작동유체를 포집할 수 있다.
작동유체 압축부(320)는 제1 압축기(315), 제2 압축기(316), 제1 플래쉬 드럼(317), 및 제2 플래쉬 드럼(318)을 포함한다.
상기 작동유체 압축부(320)는 포집된 이산화탄소 또는 이산화탄소가 포함된 혼합기체(44)를 다단 압축한다.
제1 압축기는 상기 포집된 이산화탄소 또는 이산화탄소가 포함된 혼합기체(44)를 제1 압력이 되도록 압축한다.
제1 플래쉬 드럼(317)은 상기 포집된 이산화탄소 또는 이산화탄소가 포함된 혼합기체(44)의 압력을 감소시켜 물과 이산화탄소를 분리해낸다.
상기 기상의 이산화탄소는 제2 압축기(316)으로 유입되고, 제1 플래쉬 드럼(317)의 하부에서는 물과 함께 소량의 이산화탄소가 배출된다.
상기 제2 압축기(316)는 기상의 이산화탄소를 상기 제1 압력보다 높은 제2 압력이 되도록 압축한다.
상기 압축된 기상의 이산화탄소는 상기 제2 플래쉬 드럼(318)으로 유입되고, 상기 제2 플래쉬 드럼(318)은 다시 물과 이산화탄소를 분리한다.
상기 제2 플래쉬 드럼(318)에서 배출된 기상의 이산화탄소(10)는 상기 랭킨 사이클 장치(110)로 유입된다.
상기 작동유체 압축부(320)는 포집된 이산화탄소(44)를 2단 압축하는 것으로 기재하였지만, 이는 하나의 예일뿐 복수의 압축기를 포함하여 다단 압축할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 증기 터빈 장치의 구성을 개략적으로 보여주는 블록도이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 증기 터빈 장치의 세부구성에 대한 일 예를 보여주는 도면이다.
도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 증기 터빈 장치(130)는 보일러(410) 및 증기 사이클 장치(430)를 포함한다.
보일러(410)는 석탄, 석유 등과 같은 유기물 연료를 연소시켜 발생된 열을 물에 전달하여 고온, 고압의 열에너지를 갖는 수증기(51) 및 중온, 중압의 열에너지를 갖는 수증기(52)를 발생시킨다.
이때, 상기 보일러(410)에서 유기물 연료가 연소된 후 발생된 작동유체(40)는 상기 작동유체 공급부(120)로 유입되고, 상기 고온, 고압의 열에너지를 갖는 수증기(51) 또는 중온, 중압의 열에너지를 갖는 수증기(52)는 상기 증기 사이클 장치(430)로 유입된다.
상기 증기 사이클 장치(430)는 상기 고온, 고압의 열에너지를 갖는 수증기(51) 및 중온, 중압의 열에너지를 갖는 수증기(52)를 이용하여 터빈을 회전시키고, 상기 터빈의 회전 동력으로 발전기를 통해 전력을 생산한다.
또한, 상기 증기 사이클 장치(430)는 응축수(20) 및 저압 증기(30)을 발생시켜 상기 랭킨 사이클 장치(110)로 공급한다.
보다 구체적으로, 상기 증기 사이클 장치(430)는 발전기(510), 고압 증기 터빈(520), 중압 증기 터빈(530), 저압 증기 터빈(540), 복수기(550), 공급수 과열기(561 내지 563, 590), 복수기 펌프(570), 및 공급수 펌프(580)를 포함한다.
고압 증기 터빈(520)은 상기 보일러(410)로부터 유입된 고압의 수증기(51)을 이용하여 터빈을 회전시킨다.
중압 증기 터빈(530)은 상기 보일러(410)로부터 유입된 중압의 수증기로부터 유입된 중압의 수증기(52)를 이용하여 터빈을 회전시킨다.
저압 증기 터빈(540)은 상기 중압 증기 터빈(530)에서 발생된 저압의 수증기(53)를 이용하여 터빈을 회전시킨다.
상기 고압 증기 터빈(520), 중압 증기 터빈(530), 및 저압 증기 터빈(540)은 하나의 회전축으로 연결되어 구동하고, 이 회전축에는 발전기(510)이 연결되어, 상기 발전기(510)에서 상기 고압 증기 터빈(520), 중압 증기 터빈(530), 및 저압 증기 터빈(540)의 회전 동력으로 전력을 생산한다.
상기 고압 증기 터빈(520) 및 중압 증기 터빈(530)는 1단으로 구성되어 있고, 상기 저압 증기 터빈(540)은 4단으로 구성되도록 도시 되어 있지만, 이는 하나의 예일뿐 증기 터빈의 개수는 복수 단으로 구성될 수 있다.
상기 저압 증기 터빈(540)은 4단의 제1 증기 터빈(541), 제2 증기 터빈(542), 제3 증기 터빈(543), 및 제4 증기 터빈(544)을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 제3 증기 터빈(543)은 응축수(20)을 발생시키고, 상기 제4 증기 터빈(544)은 저압 증기(30)를 발생시킨다. 상기 응축수(20) 및 저압 증기(30)는 상기 랭킨 사이클 장치(110)에 유입되어 상기 작동유체(14)를 과열증기 상태로 만드는데 이용된다.
도 9는 저압 증기 터빈의 개수에 따른 에너지 효율을 나타내는 도표이다.
도 9를 참조하면, 가로 축은 저압 증기 터빈의 압력을 나타내고, 세로 축은 엑서지 효율 및 엑서지 효율 차이를 나타낸다. 또한, *는 종래의 전력 발전 시스템을 나타내고, X는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 발전 시스템을 나타내고, ●는 종래의 전력 발전 시스템과 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 발전 시스템의 차이를 나타낸다.
1 내지 5는 저압 증기 터빈이 1단에서 5단까지의 저압 증기 터빈에서 발생되는 응축수 및 저압증기를 종래의 전력 발전 시스템 및 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 발전 시스템에 사용하였을 때의 효율을 나타낸다.
도 9에서 알 수 있듯이, X가 *보다 위에 존재하므로 종래의 전력 발전 시스템에서의 엑서지 효율보다는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 발전 시스템의 엑서지 효율이 높다는 것을 알 수 있다. 또한, 1단부터 5단까지 중 4단에서 종래의 전력 발전 시스템과 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 발전 시스템의 차이를 나타내는 ●이 가장 높게 존재하므로, 저압 증기 터빈을 4단으로 형성하는 것이 가장 효율이 높음을 알 수 있다.
이와 같이, 상기 저압 증기 터빈(540)은 4개의 제1 증기 터빈(541), 제2 증기 터빈(542), 제3 증기 터빈(543), 및 제4 증기 터빈(544)을 포함하여 형성하는 것이 엑서지 효율 면에서 가장 바람직하다.
다시 도 7 및 도 8을 참조하면, 복수기(550)는 상기 중압 증기 터빈(530)에서 유입된 증기 및 저압 증기 터빈(540)에서 배출되어 공급수 과열기(561 내지 563)를 통과하여 유입된 증기를 응축하여 상기 공급수 펌프(580)로 전송한다.
복수기 펌프(570)는 상기 랭킨 사이클 장치(110)의 과열 증기부(240)에서 사용되고 배출된 수증기를 상기 공급수 과열기(561 내지 563)으로 전송한다.
상기 공급수 과열기(561 내지 563)는 상기 저압 증기 터빈(540) 및 상기 복수기 펌프(570)에서 유입된 저온, 저압의 수증기를 상기 복수기(550)로 전송한다.
상기 공급수 펌프(580)는 상기 복수기(550)로부터 유입된 수증기의 압력을 높인 후 공급수 과열기(590)로 전송한다.
공급수 과열기(590)는 상기 고압 증기 터빈(520) 및 상기 공급수 펌프(580)에서 방출된 수증기의 온도를 높인 후 상기 보일러(410)에 전송한다.
도 10은 종래의 전력 발전 시스템과 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 발전 시스템의 전력 생산량을 비교하기 위한 도표이다.
도 10을 참조하면, 세로로 빗금친 부분은 이산화탄소 포집공정이 설치되지 않은 경우이고, 가로로 빗금친 부분은 이산화탄소 포집공정이 설치된 경우이다.
도 10에서 알 수 있듯이, 종래의 전력 발전 시스템에 비하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 발전 시스템의 전력 생산량이 약 2배 이상 증가함을 알 수 있다. 또한, 이산화탄소 포집공정의 설치로 인한 전력 생산 감소량도 종래의 전력 발전 시스템에 비하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 생산 감소량이 36%에서 18%로 감소함을 알 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 발전 시스템은 증기 터빈 장치, 작동유체 포집부를 포함한 작동유체 공급부, 및 랭킨 사이클 장치를 연계함으로써 포집된 이산화탄소를 이용하여 종래의 전략 발전 시스템에 비하여 총 전력 생산량을 증가시킬 수 있다.
210: 응축기 220: 압축펌프
230: 증발기 240: 과열증기생성부
241: 예열기 243: 과열기
250: 터빈 261: LNG 냉열
270: 펌프 281, 283: 분리기

Claims (11)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 작동유체를 이용하여 에너지를 발생시키는 랭킨 사이클 장치;
    상기 랭킨 사이클 장치에 상기 작동유체를 공급하는 작동유체공급부; 및
    복수개의 증기터빈을 이용하여 에너지를 생산하고, 상기 작동유체를 과열증기 상태로 만들기 위해 상기 에너지 생산 과정에서 발생되는 응축수 및 저압 증기를 상기 랭킨 사이클 장치에 공급하는 증기 터빈 장치를 포함하고,
    상기 랭킨 사이클 장치는,
    상기 작동유체를 냉열원과 열교환시켜 상기 작동유체를 액화시키는 응축기;
    상기 응축기로부터 배출된 상기 작동유체를 압축시키는 압축펌프;
    상기 압축펌프로부터 유입된 상기 작동유체를 고열원과 열교환시켜 기화시키는 증발기;
    상기 작동유체를 상기 응축수를 이용하여 제1 온도가 되도록 예열하고, 상기 예열된 작동유체를 상기 저압 증기를 이용하여 상기 제1 온도보다 높은 제2 온도가 되는 과열증기 상태로 만드는 과열증기 생성부; 및
    상기 과열증기생성부로부터 배출된 상기 작동유체를 회전 동력으로 이용하여 에너지를 발생시키는 터빈을 포함하고,
    상기 작동유체공급부는,
    흡수법(absorption)에 의해 상기 증기 터빈 장치의 동작시 발생되는 이산화탄소 또는 이산화탄소가 포함된 혼합기체를 상기 작동유체로써 포집하는 작동유체 포집부; 및
    상기 작동유체를 다단 압축하는 작동유체 압축부를 포함하고,
    상기 작동유체의 양은 상기 작동유체를 액화하는데 이용 가능한 상기 냉열원 양에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 전력 발전 시스템.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제6항에 있어서,
    상기 작동유체 압축부는 상기 이산화탄소 또는 이산화탄소가 포함된 혼합기체를 제1 압력이 되도록 압축하는 제1 압축기 및 상기 이산화탄소 또는 이산화탄소가 포함된 혼합기체를 제1 압력보다 높은 제2 압력이 되도록 압축하는 제2 압축기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 발전 시스템.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 증기 터빈 장치는 유기물 연료를 연소시켜 수증기를 발생시키는 보일러; 및
    상기 보일러로부터 발생한 수증기를 이용하여 복수개의 증기 터빈을 회전시켜 발전기를 통해 전력을 생산하는 증기 사이클 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 발전 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 복수개의 증기 터빈은 상기 응축수 및 저압 증기를 발생시키는 4개의 저압 증기 터빈을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 발전 시스템.
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