KR102245416B1 - Future Complex Energy Station - Google Patents

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KR102245416B1
KR102245416B1 KR1020190179698A KR20190179698A KR102245416B1 KR 102245416 B1 KR102245416 B1 KR 102245416B1 KR 1020190179698 A KR1020190179698 A KR 1020190179698A KR 20190179698 A KR20190179698 A KR 20190179698A KR 102245416 B1 KR102245416 B1 KR 102245416B1
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문동주
김현동
송현태
노영수
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한국과학기술연구원
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Abstract

The present invention relates to a future hybrid energy station for the supply and storage of clean energy. More particularly, the present invention relates to a future complex energy station, which can operate all selected existing charging/gas stations, hydrogen charging stations, and electric vehicle charging stations among hydrogen stations where existing gas stations, gas filling stations (CNG, LPG), liquid fuels (methanol, ethanol, glycerol, gasoline, diesel, etc.) or gaseous fuels (LNG, LPG, etc.) can be supplied as raw materials for a hydrogen production part from a single raw material supply, and enables the process of supplying surplus hydrogen to the power grid by a fuel cell to be integrated into a process optimized by each control device and operated, and uses its own steam and electricity.

Description

미래 복합 에너지 스테이션{Future Complex Energy Station}Future Complex Energy Station

본 발명은 청정 에너지의 공급 및 저장을 위한 미래 복합 에너지 스테이션에 관한 것으로서, 기존의 주유소(가솔린, 디젤)와 가스 충전소(CNG, LNG, LPG) 중에서 선택된 하나의 시설과 인접 부지를 활용하여 상기의 원료 공급원을 활용하거나 액상연료(메탄올, 에탄올, 글리세롤, 가솔린, 디젤 등) 혹은 기상연료(LNG, LPG, Biogas 등)를 수소 생산부에 원료로 공급하여 생산된 수소를 활용하여 기존의 충전소/주유소와 수소 충전소를 동시에 운영할 수 있고, 잉여의 수소는 연료전지 시스템을 통해 전기차 충전소를 운영하고, 자체적으로 스팀과 전기를 사용하면서, 잉여의 전기는 파워 그리드를 통해 전력사로 공급하는 공정을 각각의 제어장치에 의해 최적화된 공정으로 통합되어 운전될 수 있도록 고안된 미래 복합 에너지 스테이션에 관한 것이다.The present invention relates to a future complex energy station for supply and storage of clean energy, using one facility selected from existing gasoline stations (gasoline, diesel) and gas filling stations (CNG, LNG, LPG) and adjacent sites as described above. Utilizing the raw material source or supplying liquid fuel (methanol, ethanol, glycerol, gasoline, diesel, etc.) or gaseous fuel (LNG, LPG, Biogas, etc.) as raw material to the hydrogen production unit, and using the produced hydrogen, Hydrogen charging stations can be operated at the same time, and surplus hydrogen operates electric vehicle charging stations through the fuel cell system, and controls each process of supplying surplus electricity to electric power companies through the power grid while using steam and electricity by itself. It relates to a future complex energy station designed to be integrated and operated by the device into an optimized process.

최근, 화석연료의 고갈, 환경 문제 등이 대두됨에 따라, 연료전지 자동차, 전기 자동차, CNG(Compressed Natural Gas) 자동차 등 친환경 자동차에 대한 많은 연구 개발이 이루어지고 있다.Recently, as fossil fuel depletion and environmental problems emerge, many researches and developments on eco-friendly vehicles such as fuel cell vehicles, electric vehicles, and compressed natural gas (CNG) vehicles have been conducted.

한편, 정부는 친환경 자동차의 보급을 위해 보조금, 세제 혜택을 제공하고 있지만 CNG 자동차를 제외하고, 연료전지 자동차와 전기 자동차는 현재 도입기 수준을 벗어나지 못하고 있다. 그 큰 이유는 친환경 자동차에 대한 인프라, 구체적으로는 수소 충전소 및 전기차 충전소가 아직 충분히 보급되지 않았기 때문이다.Meanwhile, the government provides subsidies and tax benefits for the supply of eco-friendly vehicles, but fuel cell vehicles and electric vehicles, except for CNG vehicles, are not exceeding the level of their introduction. The big reason is that infrastructure for eco-friendly vehicles, specifically hydrogen charging stations and electric vehicle charging stations, have not yet been sufficiently distributed.

수소 충전소 및 전기차 충전소의 보급이 미진한 이유는 다양하나 그 중에서 수소 스테이션의 사업화 모델의 부재, 용지 확보의 어려움 및 과도한 연간 운영비가 많은 비중을 차지하고 있다. There are various reasons for the lack of supply of hydrogen charging stations and electric vehicle charging stations, but among them, the lack of a commercialization model for hydrogen stations, difficulties in securing land, and excessive annual operating costs account for a large proportion.

대한민국 등록특허 10-2034477(참고문헌 1)에는 가스를 냉각시키는 열교환부; 상기 열교환부에서 냉각된 천연가스를 단열팽창시키는 가스 팽창 밸브; 상기 천연가스가 가스 팽창 밸브를 통과하면서 생성된 기액혼합물을 기액분리하는 홀드-업 드럼; 상기 홀드-업 드럼에서 기액분리된 액체 상태의 액화천연가스(LNG)를 저장하고 저장된 LNG를 LNG 수요처로 공급하는 LNG 저장탱크; 상기 LNG 중 일부를 슬립시켜 냉매로 사용하여, 상기 가스 압축기로 공급되는 천연가스에 포함된 중탄화수소를 액화시키는 전처리 냉각기; 및 상기 전처리 냉각기로부터 이송된 천연가스 스트림을 기액분리하여 액체 상태의 중 탄화수소가 분리된 기체 상태의 천연가스를 상기 가스 압축기로 공급하는 중탄화수소 분리기;를 포함하는 CNG 충전소에 대해 제시하였다.Korean Patent Registration No. 10-2034477 (Reference 1) includes a heat exchanger for cooling a gas; A gas expansion valve for adiabatic expansion of the natural gas cooled in the heat exchange unit; A hold-up drum for gas-liquid separation of the gas-liquid mixture generated while the natural gas passes through the gas expansion valve; An LNG storage tank storing liquid liquefied natural gas (LNG) separated by gas-liquid from the hold-up drum and supplying the stored LNG to an LNG consumer; A pretreatment cooler for liquefying heavy hydrocarbons contained in natural gas supplied to the gas compressor by slipping some of the LNG as a refrigerant; And a heavy hydrocarbon separator for gas-liquid separation of the natural gas stream transferred from the pretreatment cooler to supply gaseous natural gas from which heavy hydrocarbons in a liquid state are separated to the gas compressor.

대한민국 등록특허 10-1373441 (참고문헌 2)에는 수소 충전 시스템 및 이 시스템을 이용한 운전 제어 방법에 관한 것으로서, 수소 충전 시스템에 있어서, 상기 PSA기와 CO분석기 사이 PSA기 후단에 마련되어 시스템 셧다운 이후 재가동시, 임시로 저장된 수소를 개질기로 투입되게 하는 임시저장탱크가 더 구비되되, 상기 임시저장탱크에서 개질기로 수소가 투입될 수 있게 임시저장탱크와 개질기 사이에 마련된 수소공급라인과, 상기 개질기에 투입된 수소가 열에 의해 가열될 수 있도록 개질기에 장착된 연소기를 더 포함하고; 상기 개질기에 장착된 연소기를 통하여 가열된 수소에 의해 수소전환반응기 내부가 예열되고, PSA기에서 분리된 채 CO 분석기를 통과하지 못한 수소 가스와 함께 천연 가스에 잔존하는 가스들이 연소기의 연료로 재사용되는 수소 충전 시스템을 제공하는 수소스테이션에 대하여 제시하였다.Republic of Korea Patent Registration 10-1373441 (Reference 2) relates to a hydrogen charging system and an operation control method using this system, in the hydrogen charging system, provided at the rear end of the PSA unit between the PSA and the CO analyzer, when the system is restarted after shutdown, A temporary storage tank for introducing the temporarily stored hydrogen into the reformer is further provided, a hydrogen supply line provided between the temporary storage tank and the reformer so that hydrogen can be introduced into the reformer from the temporary storage tank, and the hydrogen injected into the reformer Further comprising a combustor mounted in the reformer so that it can be heated by heat; The inside of the hydrogen conversion reactor is preheated by the hydrogen heated through the combustor installed in the reformer, and the gases remaining in the natural gas together with the hydrogen gas that did not pass through the CO analyzer separated from the PSA machine are reused as fuel for the combustor. A hydrogen station that provides a hydrogen filling system is presented.

대한민국 등록특허 10-1336794 (참고문헌 3)에는 전기자동차용 배터리 통합 충전시스템 및 그 운용방법에 관한 것으로, 전력공급부(100)와; 상기 전력공급부(100)에 의해 공급된 전력을 변환시키는 전력변환부(200)와; 상기 전력변환부(200)로부터 공급된 전력을 저장하는 전력저장부(300)와; 전기자동차의 배터리팩의 상태를 검출하여 송출하는 BMS와; 상기 BMS에 의해 송출된 정보를 수신하여 시스템을 통합 관리하는 EMS(400)와; 상기 EMS(400)의 제어신호에 따라 상기 전력저장부(300)로부터 전력을 공급받아 차량에 장착된 1개 이상의 배터리팩에 전기에너지를 충전시키는 동적충전부(500) 및; 상기 EMS(400)의 제어신호에 의해 전기자동차의 배터리팩의 충전상태 출력하는 출력장치(600);로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기 충전소에 대하여 제시하였다.Korean Patent Registration No. 10-1336794 (Reference 3) relates to a battery integrated charging system for an electric vehicle and a method of operating the same, comprising: a power supply unit 100; A power conversion unit 200 for converting the power supplied by the power supply unit 100; A power storage unit 300 for storing power supplied from the power conversion unit 200; A BMS that detects and transmits a state of a battery pack of an electric vehicle; An EMS 400 that receives the information transmitted by the BMS and manages the system in an integrated manner; A dynamic charging unit 500 for receiving electric power from the power storage unit 300 according to the control signal of the EMS 400 and charging electric energy to one or more battery packs mounted on the vehicle; An electric charging station comprising: an output device 600 for outputting the state of charge of the battery pack of the electric vehicle by the control signal of the EMS 400 is presented.

대한민국 등록특허 10-2026404 (참고문헌 4)에는 융복합 충전시스템에 관한 것으로서, 발전부에서 생성된 전력을 저장하는 축전부와, 축전부에 저장된 전력을 전기차에 공급할 수 있도록 된 전기차 충전부와, 수소가 저장된 수소 스테이션과, 수소 스테이션에 저장된 수소를 수소차에 공급할 수 있도록 된 수소차 충전부와, 수소저장량 검출센서에서 검출된 정보와, 충전전력 검출센서에서 검출된 정보를 수신받아 수소스테이션과 축전부의 충전 상태를 파악 및 관리하는 중앙 관리부를 구비한다. 이러한 융복합 충전시스템에 의하면, 전기차 및 수소차의 충전을 지원하면서도 전력분배를 효율적으로 제어할 수 있는 특징을 가지고 있는 융복합 충전 시스템에 대하여 제시하였다.Republic of Korea Patent Registration 10-2026404 (Reference 4) relates to a fusion charging system, a power storage unit that stores power generated by the power generation unit, an electric vehicle charging unit capable of supplying the power stored in the power storage unit to an electric vehicle, and hydrogen. Is stored in the hydrogen station, the hydrogen vehicle charging unit that can supply the hydrogen stored in the hydrogen station to the hydrogen vehicle, and the information detected by the hydrogen storage amount detection sensor and the information detected by the charging power detection sensor are received and the hydrogen station and the power storage unit It has a central management unit that checks and manages the state of charge. According to such a fusion charging system, a fusion charging system having features of efficiently controlling power distribution while supporting charging of electric vehicles and hydrogen vehicles has been proposed.

대한민국 등록특허 10-2034477호Korean Patent Registration No. 10-2034477 대한민국 등록특허 10-1373441호Korean Patent Registration No. 10-1373441 대한민국 등록특허 10-1336794호Korean Patent Registration No. 10-1336794 대한민국 등록특허 10-2026404호Korean Patent Registration No. 10-2026404

본 발명은 종래의 주유소(가솔린, 디젤)와 가스 충전소(CNG, LNG, LPG) 중에서 선택된 하나의 시설과 인접 부지를 활용하여 상기의 원료 공급원을 활용하거나 액상연료(메탄올, 에탄올, 글리세롤, 가솔린, 디젤 등) 혹은 기상연료(LNG, LPG, Biogas 등)를 수소 생산부에 원료로 공급하여 생산된 수소를 활용하여 기존의 충전소/주유소와 수소 충전소를 동시에 운영할 수 있고, 잉여의 수소는 연료전지 시스템을 통해 전기차 충전소를 운영하고, 자체적으로 스팀과 전기를 사용하면서, 잉여의 전기는 파워 그리드를 통해 전력사로 공급하는 공정을 각각의 제어장치에 의해 최적화된 공정으로 통합되어 운전될 수 있도록 고안된 미래 복합 에너지 스테이션에 관한 것이다 The present invention utilizes one facility selected from a conventional gasoline station (gasoline, diesel) and a gas charging station (CNG, LNG, LPG) and an adjacent site to utilize the above raw material source or liquid fuel (methanol, ethanol, glycerol, gasoline, Diesel, etc.) or gaseous fuel (LNG, LPG, Biogas, etc.) can be supplied to the hydrogen production unit as raw materials to operate the existing charging station/gas station and the hydrogen charging station at the same time, and the surplus hydrogen can be used as a fuel cell system. The future complex is designed to operate the electric vehicle charging station through the system and use steam and electricity by itself, and the process of supplying surplus electricity to the electric power company through the power grid is integrated into an optimized process by each control device. About the energy station

본 특허에서는 실시예로서 CNG 충전소 부지에 수소 충전소 및 전기차 충전소를 동시에 운영하면서 잉여의 수소에 의해 생성된 전기는 파워 그리드로 공급하고 자체적으로 전기와 스팀을 활용할 수 있는 미래 복합적인 에너지 스테이션을 제공하는 것을 목적으로 한다.In this patent, as an example, while simultaneously operating a hydrogen charging station and an electric vehicle charging station on the site of a CNG charging station, electricity generated by excess hydrogen is supplied to the power grid and provides a future complex energy station that can utilize electricity and steam on its own. It is aimed at.

본 발명은 하나의 원료 공급으로 CNG 충전소, 수소 충전소 및 전기차 충전소를 모두 운영할 수 있으며 잉여전기는 자체적으로 소비하거나 전력회사의 파워그리드로 공급하는 시스템을 구축하여 용지 확보에 유리한 복합 에너지 스테이션을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention can operate CNG charging stations, hydrogen charging stations, and electric vehicle charging stations with one raw material supply, and provides a complex energy station that is advantageous for securing land by constructing a system that consumes surplus electricity by itself or supplies it to the power grid of a power company. It aims to do.

본 발명은 종래의 주유소 및 가스 충전소에 비해 청정연료인 수소와 전기를 공급해줄 수 있는 수소 스테이션, 전기 충전소 및 연료전지 발전에 의하여 잉여전기를 파워 그리드로 공급할 수 있는 수익성이 높은 사업화 모델을 제시해 주는 미래 복합 에너지 스테이션을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention proposes a high-profit commercialization model capable of supplying surplus electricity to the power grid by generating hydrogen and electricity, which are clean fuels, compared to conventional gas stations and gas stations. It aims to provide future combined energy stations.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않는다. 본 발명의 목적은 이하의 설명으로 보다 분명해 질 것이며, 특허청구범위에 기재된 수단 및 그 조합으로 실현될 것이다.The object of the present invention is not limited to the object mentioned above. Objects of the present invention will become more apparent from the following description, and will be realized by means described in the claims and combinations thereof.

본 발명에 따른 미래 복합 에너지 스테이션은 기존의 주유소(가솔린, 디젤)와 가스 충전소(CNG, LNG, LPG) 중에서 선택된 하나의 시설과 인접 부지를 활용하여 상기의 원료 공급원을 활용하거나 액상연료(메탄올, 에탄올, 글리세롤, 가솔린, 디젤 등) 혹은 기상연료(LNG, LPG, Biogas 등)를 수소 생산부에 원료로 공급하여 생산된 수소를 활용하여 기존의 충전소/주유소와 수소 충전소를 동시에 운영할 수 있고, 잉여의 수소는 연료전지 시스템을 통해 전기차 충전소를 운영하고, 자체적으로 스팀과 전기를 사용하면서, 잉여의 전기는 파워 그리드를 통해 전력사로 공급하는 공정을 각각의 제어장치에 의해 최적화된 공정으로 통합되어 운전될 수 있도록 고안된 미래 복합 에너지 스테이션를 제공하는 것이다. The future complex energy station according to the present invention utilizes the above raw material source or liquid fuel (methanol, LPG) by utilizing one facility selected from the existing gasoline stations (gasoline, diesel) and gas filling stations (CNG, LNG, LPG) and the adjacent site. Ethanol, glycerol, gasoline, diesel, etc.) or gaseous fuel (LNG, LPG, Biogas, etc.) or gaseous fuel (LNG, LPG, Biogas, etc.) are supplied as raw materials to the hydrogen production unit, and the produced hydrogen can be used to operate the existing charging station/gas station and the hydrogen charging station at the same time. The hydrogen is operated by operating the electric vehicle charging station through the fuel cell system, and the process of supplying the excess electricity to the electric power company through the power grid is integrated into an optimized process by each control device while using steam and electricity by itself. It is to provide a future composite energy station designed to be able to be used.

본 발명에 따른 복합 에너지 스테이션은 천연가스를 공급하는 원료 공급부; 상기 원료 공급부로부터 공급된 천연가스를 압축 천연가스로 저장하는 CNG 저장탱크, 및 상기 CNG 저장탱크에 저장된 압축 천연가스를 하나 이상의 CNG 수요처에 제공하는 CNG 단말부를 포함하는 CNG 충전소; 상기 원료 공급부로부터 천연가스를 공급받아 수소를 생산하는 수소 생산부; 상기 수소 생산부에서 생산된 수소를 저장하는 수소 저장탱크, 및 상기 수소 저장탱크에 저장된 수소를 하나 이상의 수소 수요처에 제공하는 수소 단말부를 포함하는 수소 충전소; 상기 수소 충전소에 연결되어 상기 수소 충전소로부터 수소를 공급받아 전기를 생성하고 생성된 전기를 하나 이상의 전기 수요처에 제공하는 연료전지 시스템; 상기 수소 충전소에 연결되어 상기 수소 저장탱크에 저장된 수소의 저장량 및 상기 수소 단말부를 통과하는 수소의 유량을 측정하여 상기 상기 연료전지 시스템에 제공하는 수소의 양을 조절하는 제1 공정 제어부; 상기 연료전지 시스템에 연결되어 상기 연료전지 시스템에서 생성된 전기를 상기 전기 수요처의 신호에 따라 분배하는 제2 공정 제어부; 및 상기 CNG 저장탱크에 저장된 압축 천연가스의 저장량 및 상기 CNG 단말부를 통과하는 압축 천연가스의 유량, 상기 제1 공정 제어부에서 측정된 수소 저장탱크에 저장된 수소의 저장량 및 수소 단말부를 통과하는 수소의 유량, 상기 제2 공정 제어부에서 측정된 상기 연료전지 시스템에서 생산한 전기의 양에 대한 정보를 수신하여 상기 원료 공급부로부터 상기 CNG 충전소 및 상기 수소 생산부에 제공되는 천연가스의 유량을 조절하는 제3 공정 제어부;를 포함할 수 있다.The composite energy station according to the present invention includes a raw material supply unit for supplying natural gas; A CNG charging station including a CNG storage tank for storing the natural gas supplied from the raw material supply unit as compressed natural gas, and a CNG terminal unit for providing compressed natural gas stored in the CNG storage tank to one or more CNG consumers; A hydrogen production unit for producing hydrogen by receiving natural gas from the raw material supply unit; A hydrogen charging station including a hydrogen storage tank for storing hydrogen produced by the hydrogen production unit, and a hydrogen terminal for providing hydrogen stored in the hydrogen storage tank to one or more hydrogen consumers; A fuel cell system connected to the hydrogen charging station, receiving hydrogen from the hydrogen charging station, generating electricity, and providing the generated electricity to one or more electricity consumers; A first process control unit connected to the hydrogen charging station to measure a storage amount of hydrogen stored in the hydrogen storage tank and a flow rate of hydrogen passing through the hydrogen terminal to adjust the amount of hydrogen provided to the fuel cell system; A second process control unit connected to the fuel cell system to distribute electricity generated by the fuel cell system according to a signal of the electricity consumer; And a storage amount of compressed natural gas stored in the CNG storage tank and a flow rate of compressed natural gas passing through the CNG terminal, a storage amount of hydrogen stored in the hydrogen storage tank measured by the first process control unit, and a flow rate of hydrogen passing through the hydrogen terminal. , A third process control unit that receives information on the amount of electricity produced by the fuel cell system measured by the second process control unit and adjusts the flow rate of natural gas provided to the CNG charging station and the hydrogen production unit from the raw material supply unit. May include;

상기 명시된 유량 공급 제어부는 각 충전소에서 요구하는 값에 따라 최적점을 파악하여 각 수요처에 효율적으로 제공되는 것을 포함한다. 또한, 수소스테이션에서 사용하는 수소의 양을 제어하여 잉여 수소는 연료전지 시스템에 의해 전기를 생성하고, 생산된 전기는 전기 자동차와 자체적 전기소비량을 제외하고는 전력회사의 파워그리드 라인에 공급하는 것을 특징으로 한다.The flow rate supply control unit specified above includes that the optimum point is identified according to the value required by each charging station and is efficiently provided to each consumer. In addition, by controlling the amount of hydrogen used in the hydrogen station, excess hydrogen is generated by the fuel cell system, and the generated electricity is supplied to the power grid line of the electric power company except for electric vehicles and their own electricity consumption. It is characterized.

본 발명에 따른 복합 에너지 스테이션은 기존의 주유소, 가스 충전소 그리고 신규의 CNG 충전소 등에서 선택된 하나의 시설을 활용하며, 예를들어 하나의 원료 공급으로 CNG 충전소, 수소 충전소 및 전기차 충전소를 모두 운영할 수 있기 때문에 수소 경제가 100% 확립되기 전까지는 기존의 내연기관의 차는 감소하고, 수소차 및 전기차의 수요는 증가하기 때문에 본 특허는 경쟁력 있는 사업화 모델은 도출하고 물론 복합 에너지 스테이션의 용지 확보에 유리하다.The composite energy station according to the present invention utilizes one facility selected from an existing gas station, a gas station, and a new CNG station, and can operate all of the CNG charging station, the hydrogen charging station, and the electric vehicle charging station with a single raw material supply. Therefore, until 100% of the hydrogen economy is established, the existing internal combustion engine cars decrease, and the demand for hydrogen cars and electric cars increases, so this patent is advantageous for deriving a competitive commercialization model and securing a site for complex energy stations.

본 발명에 따른 복합 에너지 스테이션은 그 운전을 위한 전력을 자체적으로 발생시키므로 운영비가 크게 감소한다.Since the composite energy station according to the present invention generates power for its operation by itself, the operating cost is greatly reduced.

본 발명에 따른 복합 에너지 스테이션은 잉여의 수소를 사용하여 연료전지 발전을 통한 전력을 파워 그리드에 제공하는 등 CNG, 수소, 전기의 충전 그리고 고가의 스팀의 생산은 물론 자체적으로 필요한 전기를 생산 사용함으로서 화석 에너지에서 수소 경제로 전환되는 사회에 있어서 경제성 있는 우수한 수익 구조도 갖기 때문에 수익성이 우수하다.The composite energy station according to the present invention uses surplus hydrogen to provide power through fuel cell power generation to the power grid, charging CNG, hydrogen, electricity, and producing expensive steam, as well as producing and using the electricity required by itself. In a society that converts from fossil energy to a hydrogen economy, it also has an excellent economical profit structure, so it has excellent profitability.

본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 한정되지 않는다. 본 발명의 효과는 이하의 설명에서 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.The effects of the present invention are not limited to the above-mentioned effects. It should be understood that the effects of the present invention include all effects that can be inferred from the following description.

도 1은 본 발명에 따른 복합 에너지 스테이션을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 CNG 충전소를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 수소 생산부를 개략적으로 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 수소 충전소를 개략적으로 도시한 것이다.1 schematically shows a combined energy station according to the invention.
Figure 2 schematically shows a CNG charging station according to the present invention.
3 schematically shows a hydrogen production unit according to the present invention.
4 schematically shows a hydrogen charging station according to the present invention.

이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.The above objects, other objects, features, and advantages of the present invention will be easily understood through the following preferred embodiments related to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosed content may be thorough and complete, and the spirit of the present invention may be sufficiently conveyed to those skilled in the art.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.In describing each drawing, similar reference numerals have been used for similar elements. In the accompanying drawings, the dimensions of the structures are shown to be enlarged than actual for clarity of the present invention. Terms such as first and second may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another component. For example, without departing from the scope of the present invention, a first element may be referred to as a second element, and similarly, a second element may be referred to as a first element. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise.

본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하부에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.In the present specification, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate the presence of features, numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but one or more other features. It is to be understood that the presence or addition of elements or numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof, does not preclude in advance the possibility of the presence or addition. Further, when a part such as a layer, film, region, plate, etc. is said to be "on" another part, this includes not only the case where the other part is "directly above" but also the case where there is another part in the middle. Conversely, when a part such as a layer, a film, a region, or a plate is said to be "under" another part, this includes not only the case where the other part is "directly below", but also the case where there is another part in the middle.

달리 명시되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 성분, 반응 조건, 조성물 및 혼합물의 양을 표현하는 모든 숫자, 값 및/또는 표현은, 이러한 숫자들이 본질적으로 다른 것들 중에서 이러한 값을 얻는 데 발생하는 측정의 다양한 불확실성이 반영된 근사치들이므로, 모든 경우 "약"이라는 용어에 의해 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 기재에서 수치범위가 개시되는 경우, 이러한 범위는 연속적이며, 달리 지적되지 않는 한 이러한 범위의 최소값으로부터 최대값이 포함된 상기 최대값까지의 모든 값을 포함한다. 더 나아가, 이러한 범위가 정수를 지칭하는 경우, 달리 지적되지 않는 한 최소값으로부터 최대값이 포함된 상기 최대값까지를 포함하는 모든 정수가 포함된다.Unless otherwise specified, all numbers, values and/or expressions expressing amounts of ingredients, reaction conditions, compositions and mixtures used herein are measurements that occur in obtaining these values, among other things in nature. Are approximations that reflect the various uncertainties of, and should be understood as being modified in all cases by the term “about”. In addition, when numerical ranges are disclosed herein, such ranges are continuous and, unless otherwise indicated, include all values from the minimum value of such range to the maximum value including the maximum value. Furthermore, where this range refers to an integer, all integers from the minimum to the maximum value including the maximum value are included, unless otherwise indicated.

본 발명에 따른 미래 복합 에너지 스테이션은 기존 또는 신규의 주유소(가솔린, 디젤)와 가스 충전소(CNG, LPG)애서 선택된 1개의 시설과 인접 부지를 활용하여 상기의 원료 공급원을 활용하거나 액상연료(메탄올, 에탄올, 글리세롤, 가솔린, 디젤 등) 혹은 기상연료(LNG, LPG, Biogas 등)를 수소 생산부에 원료로 공급하여 수소를 생산하는 시설을 활용하는 것을 목적으로 한다. The future complex energy station according to the present invention utilizes the above raw material source or liquid fuel (methanol, LPG) by utilizing one facility selected from existing or new gas stations (gasoline, diesel) and gas filling stations (CNG, LPG) and adjacent sites. The purpose is to utilize facilities that produce hydrogen by supplying ethanol, glycerol, gasoline, diesel, etc.) or gaseous fuel (LNG, LPG, Biogas, etc.) as raw materials to the hydrogen production department.

도 1은 본 발명에 따른 CNG 충전소를 기반으로 하는 미래 복합 에너지 스테이션을 개략적으로 도시한 것이다. 이를 참조하면, 상기 복합 에너지 스테이션은 기존의 가스 충전소나 주유소에 원료를 공급하는 제 1원료 공급부(10); 수소 생산부에 액상연료(메탄올, 에탄올, 글리세롤, 가솔린, 디젤 등) 혹은 기상연료(LNG, LPG, Biogas 등)를 공급해 주는 제2원료 공급부(15); 상기 원료 공급부(10)로부터 공급된 천연가스를 압축천연가스로 저장하고, 저장된 압축 천연가스를 하나 이상의 CNG 수요처(23)에 제공하는 CNG 충전소(20); 상기 원료 공급부(10)로부터 천연가스를 공급받아 수소를 생산하는 수소 생산부(30); 상기 수소 생산부(30)에서 생산된 수소를 저장하고, 저장된 수소를 하나 이상의 수소 수요처(43)에 제공하는 수소 충전소(40); 및 상기 수소 충전소(40)에 연결되어 상기 수소 충전소(40)로부터 수소를 공급받아 전기를 생성하고 생성된 전기를 하나 이상의 전기 수요처(62, 62', 62'')에 제공하는 연료전지 시스템(50)을 포함할 수 있다.1 schematically shows a future combined energy station based on a CNG charging station according to the present invention. Referring to this, the composite energy station includes: a first raw material supply unit 10 for supplying raw materials to an existing gas filling station or gas station; A second raw material supply unit 15 for supplying liquid fuel (methanol, ethanol, glycerol, gasoline, diesel, etc.) or gaseous fuel (LNG, LPG, Biogas, etc.) to the hydrogen production unit; A CNG charging station 20 for storing the natural gas supplied from the raw material supply unit 10 as compressed natural gas, and providing the stored compressed natural gas to one or more CNG consumers 23; A hydrogen production unit 30 for producing hydrogen by receiving natural gas from the raw material supply unit 10; A hydrogen charging station 40 that stores the hydrogen produced by the hydrogen production unit 30 and provides the stored hydrogen to one or more hydrogen demanders 43; And a fuel cell system connected to the hydrogen charging station 40, receiving hydrogen from the hydrogen charging station 40, generating electricity, and providing the generated electricity to one or more electricity consumers 62, 62 ′, 62 ″ ( 50).

도 1 및 도 4를 참조하면, 상기 복합 에너지 스테이션은 상기 수소 충전소(40)에 연결되어 수소 저장탱크(41)에 저장된 수소의 저장량 및 수소 단말부(42)를 통과하는 수소의 유량을 측정하여 상기 연료전지 시스템(50)에 제공하는 수소의 양을 조절하는 제1 공정 제어부(61)를 포함할 수 있다.1 and 4, the complex energy station is connected to the hydrogen charging station 40 to measure the storage amount of hydrogen stored in the hydrogen storage tank 41 and the flow rate of hydrogen passing through the hydrogen terminal 42. It may include a first process control unit 61 that controls the amount of hydrogen provided to the fuel cell system 50.

도 1을 참조하면, 상기 복합 에너지 스테이션은 상기 연료전지 시스템(60)에 연결되어 상기 연료전지 시스템(60)에서 생성된 전기를 상기 전기 수요처(62, 62', 62'')의 신호에 따라 분배하는 제2 공정 제어부(63)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, the composite energy station is connected to the fuel cell system 60 to transmit electricity generated by the fuel cell system 60 according to a signal from the electricity consumer 62, 62', 62''. It may include a second process control unit 63 for dispensing.

도 1, 도 2 및 도 4를 참조하면, 상기 복합 에너지 스테이션은 CNG 저장탱크(21)에 저장된 압축 천연가스의 저장량 및 CNG 단말부(22)를 통과하는 압축 천연가스의 유량, 상기 제1 공정 제어부(61)에서 측정된 수소 저장탱크(41)에 저장된 수소의 저장량 및 수소 단말부(42)를 통과하는 수소의 유량, 상기 제2 공정 제어부(63)에서 측정된 상기 연료전지 시스템(60)에서 생산한 전기의 양에 대한 정보를 수신하여 상기 원료 공급부(10)로부터 상기 CNG 충전소(20) 및 상기 수소 생산부(30)에 제공되는 천연가스의 유량을 조절하는 제3 공정 제어부(50)를 포함할 수 있다.1, 2 and 4, the combined energy station is the storage amount of compressed natural gas stored in the CNG storage tank 21 and the flow rate of compressed natural gas passing through the CNG terminal 22, the first process. The storage amount of hydrogen stored in the hydrogen storage tank 41 measured by the controller 61 and the flow rate of hydrogen passing through the hydrogen terminal 42, the fuel cell system 60 measured by the second process controller 63 A third process control unit 50 that receives information on the amount of electricity produced by the raw material supply unit 10 and adjusts the flow rate of natural gas provided to the CNG charging station 20 and the hydrogen production unit 30 from the raw material supply unit 10. Can include.

상기 원료 공급부(10)는 천연가스를 공급하는 구성이다. 상기 원료 공급부(10)는 천연가스를 저장하고 있는 탱크일 수도 있고, 상기 천연가스를 공급하는 공급관일 수도 있다. 또한 상기 원료 공급부(10)는 가솔린, 디젤, 메탄올, 에탄올, 글리세롤 등을 제공하는 기존의 주유소의 액상 연료를 공급할 수도 있다.The raw material supply unit 10 is configured to supply natural gas. The raw material supply unit 10 may be a tank storing natural gas or a supply pipe supplying the natural gas. In addition, the raw material supply unit 10 may supply liquid fuel of an existing gas station that provides gasoline, diesel, methanol, ethanol, glycerol, and the like.

상기 원료 공급부(10)에서 공급되는 상기 천연가스는 액상 천연가스를 포함할 수 있다. 상기 천연가스가 액상 천연가스인 경우에는 상기 원료 공급부의 후단에 기화부(미도시)를 설치하여 상기 액상 천연가스를 기화시킨 뒤, 상기 CNG 충전소(20) 및 수소 생산부(30)에 제공한다.The natural gas supplied from the raw material supply unit 10 may include liquid natural gas. When the natural gas is liquid natural gas, a vaporization unit (not shown) is installed at the rear end of the raw material supply unit to vaporize the liquid natural gas, and then provide it to the CNG charging station 20 and the hydrogen production unit 30.

상기 원료 공급부(10)에서 공급되는 액상연료(메탄올, 에탄올, 가솔린, 디젤, 글리세롤 등)의 경우에는 상기 원료 공급부 후단에 기화부(미도시)를 설치하여 기화 시킨 다음에 개질반응에 의해 수소 풍부 가스를 수소 생산부(30)에서 제공될 수 있다.In the case of liquid fuel (methanol, ethanol, gasoline, diesel, glycerol, etc.) supplied from the raw material supply unit 10, a vaporization unit (not shown) is installed at the rear end of the raw material supply unit to evaporate it, and then hydrogen is enriched by a reforming reaction. Gas may be provided by the hydrogen production unit 30.

상기 원료 공급부(10)에서 공급되는 천연가스의 양은 일정할 수도 있고, 가변적일 수도 있다. 이는 상기 제3 공정 제어부(50)에 의해 조절될 수 있으며, 이에 대한 구체적인 내용은 후술한다. The amount of natural gas supplied from the raw material supply unit 10 may be constant or variable. This can be controlled by the third process control unit 50, and detailed information about this will be described later.

상기 원료 공급부(10), 일 예인 천연가스 파이프 라인에서 공급되는 천연가스는 약 3 내지 4 bar의 압력으로 제공된다. 이에 상기 복합 에너지 스테이션은 상기 원료 공급부(10)와 상기 CNG 충전소(20) 사이에 위치하여 상기 천연가스의 압력을 기 설정된 값으로 조절하는 제1 압력 제어부(11)를 더 포함할 수 있다. 구체적으로 상기 제1 압력 제어부(11)를 통해 상기 천연가스를 200 내지 350 bar의 압력으로 높인 뒤, 이를 상기 CNG 충전소(20)에 제공할 수 있다.Natural gas supplied from the raw material supply unit 10, for example, a natural gas pipeline is provided at a pressure of about 3 to 4 bar. Accordingly, the composite energy station may further include a first pressure control unit 11 positioned between the raw material supply unit 10 and the CNG charging station 20 to adjust the pressure of the natural gas to a preset value. Specifically, after raising the natural gas to a pressure of 200 to 350 bar through the first pressure control unit 11, it may be provided to the CNG charging station 20.

또한 상기 수소 스테이션, 연료전지 시스템, 전기차 충전소, 파워그리드 및 자체적인 전기와 스팀을 소모하는 미래 복합 에너지 스테이션은 상기 원료 공급부(10)와 상기 수소 생산부(30) 사이에 위치하여 상기 천연가스의 압력을 기 설정된 값으로 조절하는 제2 압력 제어부(12)를 더 포함할 수 있다. 구체적으로 상기 제2 압력 제어부(12)를 통해 상기 천연가스의 압력을 3 내지 30 bar로 높인 뒤, 이를 상기 수소 생산부(30)에 제공할 수 있다.In addition, the hydrogen station, the fuel cell system, the electric vehicle charging station, the power grid, and the future complex energy station that consumes its own electricity and steam are located between the raw material supply unit 10 and the hydrogen production unit 30 to reduce the pressure of the natural gas. The second pressure control unit 12 may further include a second pressure control unit 12 that adjusts to a preset value. Specifically, after increasing the pressure of the natural gas to 3 to 30 bar through the second pressure control unit 12, it may be provided to the hydrogen production unit 30.

도 2는 본 발명에 따른 CNG 충전소(20)를 개략적으로 도시한 것이다. 이를 참조하면, 상기 CNG 충전소(20)는 상기 원료 공급부(10)로부터 공급된 천연가스를 압축 천연가스(compressed natural gas, CNG)로 저장하는 CNG 저장탱크(21) 및 상기 CNG 저장탱크(21)에 저장된 압축 천연가스를 CNG 자동차 등의 수요처(23)에 제공하는 CNG 단말부(22)를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 CNG 단말부(22)는 일종의 주유기 및 그 주변 장치들을 총칭하는 것일 수 있다.2 schematically shows a CNG charging station 20 according to the present invention. Referring to this, the CNG charging station 20 is a CNG storage tank 21 and the CNG storage tank 21 for storing natural gas supplied from the raw material supply unit 10 as compressed natural gas (CNG). It may include a CNG terminal unit 22 for providing the compressed natural gas stored in the CNG car to a consumer 23. Here, the CNG terminal unit 22 may collectively refer to a kind of lubricator and its peripheral devices.

도 3은 본 발명에 따른 수소 생산부(30)를 개략적으로 도시한 것이다. 이를 참조하면, 상기 수소 생산부(30)는 상기 천연가스와 스팀의 혼합가스를 개질반응시켜 수소를 비롯하여 일산화탄소 등의 부산물, 미반응 가스 등으로 이루어진 개질가스를 배출하는 개질기(31)를 포함할 수 있다. 상기 개질기(31)로부터 배출되는 개질가스로부터 수소를 분리하여 상기 수소 충전소에 제공할 수 있으나, 도 3과 같은 후속 공정을 통해 상기 수소의 생산 효율을 높이고 수소의 순도를 고순도로 향상시킬 수 있다.3 schematically shows a hydrogen production unit 30 according to the present invention. Referring to this, the hydrogen production unit 30 may include a reformer 31 for discharging a reformed gas consisting of hydrogen, by-products such as carbon monoxide, and unreacted gas by reforming the mixed gas of natural gas and steam. have. Hydrogen may be separated from the reformed gas discharged from the reformer 31 and provided to the hydrogen charging station, but the production efficiency of the hydrogen may be increased and the purity of hydrogen may be improved to high purity through a subsequent process as shown in FIG. 3.

상기 수소 생산부(30)는 상기 개질기(31)로부터 배출되는 개질가스를 공급받아 상기 개질가스에 포함된 일산화탄소의 수성가스전환반응(water gas shift reaction, WGS)을 일으키는 수성가스전환기(32) 및 상기 수성가스전환부로부터 배출되는 생성물로부터 수소를 분리하는 PSA(Pressure Swing Adsorption, PSA) 장치(33)를 더 포함할 수 있다.The hydrogen production unit 30 receives the reformed gas discharged from the reformer 31 and causes a water gas shift reaction (WGS) of carbon monoxide contained in the reformed gas, and the water gas converter 32 and the It may further include a PSA (Pressure Swing Adsorption, PSA) device 33 for separating hydrogen from the product discharged from the water gas conversion unit.

상기 복합 에너지 스테이션은 상기 수소 생산부(30) 이외에 추가적인 수소 생산 장치(미도시)을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 신재생 에너지(태양광, 풍력) 기반의 수전해 장치, 부생수소 분리기 등을 더 포함할 수 있다.The composite energy station may further include an additional hydrogen production device (not shown) in addition to the hydrogen production unit 30. For example, it may further include a water electrolysis device based on renewable energy (solar power, wind power), a by-product hydrogen separator, and the like.

또한 상기 복합 에너지 스테이션은 상기 수소 생산부(30)에 수소 생산의 원료로서 액상연료(메탄올, 에탄올, 글리세롤, 가솔린, 디젤 등) 혹은 기상연료(LNG, LPG, Biogas 등)를 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 원료를 공급하는 제2 원료 공급부(15)을 더 포함할 수 있다. 상기 제2 원료 공급부(15)는 원료 공급원으로 기존의 주유소 또는 가스 충전소일 수 있다.In addition, the complex energy station is composed of liquid fuel (methanol, ethanol, glycerol, gasoline, diesel, etc.) or gaseous fuel (LNG, LPG, Biogas, etc.) as a raw material for hydrogen production to the hydrogen production unit 30, and combinations thereof. It may further include a second raw material supply unit 15 for supplying any one or more raw materials selected from the group. The second raw material supply unit 15 may be an existing gas station or gas filling station as a raw material supply source.

상기 제2 원료 공급부(15)에서 공급되는 전술한 액상연료 혹은 기상연료의 유량은 컨트롤 밸브(54)에 의해 조절될 수 있고, 상기 컨트롤 밸브(54)는 상기 제3 공정 제어부(50)에 의해 제어될 수 있다.The flow rate of the liquid fuel or gaseous fuel supplied from the second raw material supply unit 15 may be controlled by a control valve 54, and the control valve 54 is controlled by the third process control unit 50. Can be controlled.

상기 수소 생산부(30)에 공급되는 원료는 제1 원료 공급부(10)와 제2 원료 공급부(15)에서 선택된 1개 이상의 원료가 공급되는 것일 수 있다. The raw material supplied to the hydrogen production unit 30 may be one or more raw materials selected from the first raw material supply unit 10 and the second raw material supply unit 15 are supplied.

도 4는 본 발명에 따른 수소 충전소(40)를 개략적으로 도시한 것이다. 이를 참조하면, 상기 수소 충전소(40)는 상기 수소 생산부(30)에서 생산된 수소를 저장하는 수소 저장탱크(41) 및 상기 수소 저장탱크(41)에 저장된 수소를 수소 수요처(43)에 제공하는 수소 단말부(42)를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 수소 단말부(42)는 일종의 수소 충전기 및 그 주변 장치들을 총칭하는 것일 수 있다. 4 schematically shows a hydrogen charging station 40 according to the present invention. Referring to this, the hydrogen charging station 40 provides a hydrogen storage tank 41 for storing hydrogen produced in the hydrogen production unit 30 and the hydrogen stored in the hydrogen storage tank 41 to a hydrogen consumer 43 It may include a hydrogen terminal 42. Here, the hydrogen terminal unit 42 may be a generic term for a type of hydrogen charger and peripheral devices thereof.

상기 제3 공정 제어부(50)는 상기 원료 공급부(10)로부터 상기 CNG 충전소(20) 및 상기 수소 충전소(40)로 제공되는 천연가스의 유량을 적절히 조절하는 구성이다. The third process control unit 50 is configured to appropriately adjust the flow rate of natural gas supplied from the raw material supply unit 10 to the CNG charging station 20 and the hydrogen charging station 40.

상기 제3 공정 제어부(50)는 상기 제1 원료 공급부(10)로부터 상기 CNG 충전소(20)로 천연가스를 공급하는 공급관(13)에 설치된 컨트롤 밸브(51) 및 상기 제1 원료 공급부(10)로부터 상기 수소 충전소(40)로 천연가스를 공급하는 공급관(14)에 설치된 컨프롤 밸브(52)의 개폐를 조절하여 상기 천연가스의 유량을 조절할 수 있다.The third process control unit 50 includes a control valve 51 installed in a supply pipe 13 for supplying natural gas from the first raw material supply unit 10 to the CNG charging station 20 and the first raw material supply unit 10 The flow rate of the natural gas may be adjusted by controlling the opening and closing of the control valve 52 installed in the supply pipe 14 for supplying the natural gas to the hydrogen filling station 40.

상기 복합 에너지 스테이션은 상기 수소 충전소(40), 구체적으로는 상기 수소 저장탱크(41)에 연결되고 이로부터 수소를 공급받아 전기를 생성하는 연료전지 시스템(60)을 더 포함할 수 있다.The combined energy station may further include a fuel cell system 60 connected to the hydrogen charging station 40, specifically the hydrogen storage tank 41, and receiving hydrogen therefrom to generate electricity.

상기 연료전지 시스템(60)에서 생산된 전기는 복합 에너지 스테이션을 운전하는 전력으로 사용하거나(62), 판매용으로 파워 그리드에 공급하거나(62'), 전기차 충전소의 전기 저장 장치(62''')에 공급될 수 있다. 또한, 연료전지 시스템(60)에서 생산된 고온의 스팀은 자체적으로 활용하거나 주변의 주거공간 등에 공급할 수 있다.The electricity produced by the fuel cell system 60 is used as power to drive the complex energy station (62), or is supplied to the power grid for sale (62'), or the electric storage device of the electric vehicle charging station (62''') Can be supplied to In addition, the high-temperature steam produced by the fuel cell system 60 may be utilized by itself or may be supplied to a surrounding residential space.

상기 복합 에너지 스테이션은 상기 연료전지 시스템(60)에서 전기를 생산하면서 발생하는 스팀을 스팀 수요처(70)에 공급하는 것일 수 있다. The composite energy station may supply steam generated while generating electricity in the fuel cell system 60 to a steam consumer 70.

이하 제1 원료 공급부(10)에서 공급되는 천연가스의 흐름을 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the flow of natural gas supplied from the first raw material supply unit 10 will be described in detail.

상기 제3 공정 제어부(50)는 상기 원료 공급부(10)로부터 상기 CNG 충전소(20)로 50 내지 1,000 Nm3/h, 구체적으로는 100 내지 300 Nm3/h의 유량으로 상기 천연가스가 공급되도록 하고, 상기 원료 공급부(10)로부터 상기 수소 생산부(30)로 100 내지 1,000 Nm3/h, 구체적으로는 400 내지 600 Nm3/h의 유량으로 상기 천연가스가 공급되도록 할 수 있다.The third process control unit 50 so that the natural gas is supplied from the raw material supply unit 10 to the CNG charging station 20 at a flow rate of 50 to 1,000 Nm 3 /h, specifically 100 to 300 Nm 3 /h. And, the natural gas may be supplied from the raw material supply unit 10 to the hydrogen production unit 30 at a flow rate of 100 to 1,000 Nm 3 /h, specifically 400 to 600 Nm 3 /h.

상기 CNG 충전소(20)는 공급받은 천연가스를 압축천연가스 상태로 상기 CNG 저장탱크(21)에 일정량 저장하고, CNG 수요처(23)의 수요 등에 따라 상기 CNG 단말부(22)를 통해 상기 압축천연가스를 제공한다.The CNG charging station 20 stores a certain amount of the supplied natural gas in the CNG storage tank 21 in the compressed natural gas state, and the compressed natural gas through the CNG terminal unit 22 according to the demand of the CNG consumer 23, etc. Provide gas.

도 3과 같은 수소 생산부(30)에서는 위와 같은 유량으로 천연가스를 공급받아 50 내지 1,000 Nm3/h, 구체적으로는 100 내지 600 Nm3/h의 유량으로 수소를 생산하고, 상기 수소 충전소(40)와 연료전지 시스템(60)에 제공할 수 있다. The hydrogen production unit 30 as shown in FIG. 3 receives natural gas at the flow rate as described above and produces hydrogen at a flow rate of 50 to 1,000 Nm 3 /h, specifically 100 to 600 Nm 3 /h, and the hydrogen charging station 40 ) And the fuel cell system 60.

상기 수소 충전소(40)는 공급받은 수소를 상기 수소 저장탱크(41)에 일정량 저장하고, 수소 수요처(43)의 수요 등에 따라 상기 수소 단말부(42)를 통해 상기 수소를 수소 스테이션에 제공하고, 잉여의 수소는 후술할 연료전지 시스템(60)에 제공한다. 이때, 상기 연료전지 시스템(60)에 제공되는 수소의 유량은 50 내지 950 Nm3/h, 구체적으로 50 내지 750 Nm3/h일 수 있다. 참고로 상기 수소 단말부(42)를 통과하는 수소의 유량은 수소 수요처(43)의 수요에 따라 달라질 수 있다.The hydrogen charging station 40 stores a certain amount of supplied hydrogen in the hydrogen storage tank 41, and provides the hydrogen to the hydrogen station through the hydrogen terminal 42 according to the demand of the hydrogen consumer 43, The excess hydrogen is provided to the fuel cell system 60 to be described later. In this case, the flow rate of hydrogen provided to the fuel cell system 60 may be 50 to 950 Nm 3 /h, specifically 50 to 750 Nm 3 /h. For reference, the flow rate of hydrogen passing through the hydrogen terminal 42 may vary according to the demand of the hydrogen consumer 43.

전술한 천연가스의 유량, 수소의 유량은 제1 공정 제어부(61), 제2 공정 제어부(63) 및 제3 공정 제어부(50)가 적절히 조절할 수 있는바 이하 이에 대해 구체적으로 설명한다.The above-described natural gas flow rate and hydrogen flow rate can be appropriately adjusted by the first process control unit 61, the second process control unit 63, and the third process control unit 50, which will be described in detail below.

상기 제1 공정 제어부(61)는 상기 수소 저장탱크(41)에 저장된 수소의 저장량 및 수소 단말부(42)를 통과하는 수소의 유량을 측정할 수 있다. 상기 제1 공정 제어부(61)는 상기 수소 단말부(42)를 통과하는 유량이 급증하면 수소 수요처(43)에서 요구하는 수소의 양을 충족시키기 위해 상기 연료전지 시스템(60)으로 공급되는 수소의 양을 줄일 수 있다. The first process controller 61 may measure a storage amount of hydrogen stored in the hydrogen storage tank 41 and a flow rate of hydrogen passing through the hydrogen terminal 42. When the flow rate passing through the hydrogen terminal unit 42 increases rapidly, the first process control unit 61 controls the amount of hydrogen supplied to the fuel cell system 60 to meet the amount of hydrogen required by the hydrogen consumer 43. You can reduce the amount.

상기 제2 공정 제어부(63)는 상기 연료전지 시스템(60)에서 생산된 전기를 각 전기 수요처(62, 62', 62'')에 적절하게 분배하여 공급되도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 복합 에너지 스테이션을 운전하는 전력을 5~10%, 파워 그리드에 공급하는 전력을 50~75%, 전기차 충전소에 공급하는 전력을 20~40%로 조절하여 분배할 수 있다. 또한 상기 제2 공정 제어부(63)는 상기 연료전지 시스템(60)에서 생산된 전기의 양(수소의 소모량에 상당함)을 측정하고 이를 후술할 제3 공정 제어부(50)에 제공할 수 있다.The second process controller 63 may control the electricity produced by the fuel cell system 60 to be appropriately distributed and supplied to each electricity consumer 62, 62 ′, 62 ″. For example, it is possible to distribute the power to operate the complex energy station by adjusting it to 5 to 10%, the power supplied to the power grid to 50 to 75%, and the power supplied to the electric vehicle charging station to 20 to 40%. In addition, the second process control unit 63 may measure the amount of electricity produced by the fuel cell system 60 (corresponding to the consumption amount of hydrogen) and provide it to the third process control unit 50 to be described later.

상기 공급 제어부(50)는 상기 CNG 충전소(20), 상기 수소 충전소(40) 및 전기차 충전소(62'') 등의 각 수요처가 요구하는 값, 또는 수요 정도에 따라 상기 원료 공급부(10)가 공급하는 천연가스의 총량을 증감하거나, 상기 원료 공급부(10)에서 상기 CNG 충전소(20) 및 수소 생산부(30)로 분배되는 양을 조절할 수 있다.The supply control unit 50 is supplied by the raw material supply unit 10 according to a value requested by each customer, such as the CNG charging station 20, the hydrogen charging station 40, and the electric vehicle charging station 62'', or the level of demand. The total amount of natural gas may be increased or decreased, or the amount distributed from the raw material supply unit 10 to the CNG charging station 20 and the hydrogen production unit 30 may be adjusted.

먼저 상기 CNG 저장탱크(21)에 저장된 압축천연가스의 저장량 및 상기 CNG 단말부(22)를 통과하여 CNG 수요처(23)에 공급되는 압축천연가스의 유량을 측정하여 상기 제3 공정 제어부(50)에 제공한다. 위 값들은 각 구성에 구비된 유량 센서(미도시)를 이용하여 측정할 수 있다. 상기 제3 공정 제어부(50)는 상기 CNG 저장탱크(21)에 저장된 압축천연가스의 저장량이 기준치에 비해 낮거나, 상기 CNG 단말부(22)를 통과하는 압축천연가스의 유량이 기준치에 비해 많은 경우 상기 CNG 충전소(20)로 공급되는 천연가스의 유량이 증가되도록 컨트롤 밸브(51)를 조절한다.First, the third process control unit 50 by measuring the storage amount of compressed natural gas stored in the CNG storage tank 21 and the flow rate of compressed natural gas supplied to the CNG consumer 23 passing through the CNG terminal unit 22. To provide. The above values can be measured using a flow sensor (not shown) provided in each configuration. The third process control unit 50 is configured that the amount of compressed natural gas stored in the CNG storage tank 21 is lower than the reference value, or the flow rate of the compressed natural gas passing through the CNG terminal unit 22 is higher than the reference value. In this case, the control valve 51 is adjusted to increase the flow rate of natural gas supplied to the CNG charging station 20.

이때, 상기 제3 공정 제어부(50)는 상기 CNG 충전소(20)로 공급되는 천연가스의 유량이 증가한 만큼 상기 수소 생산부(30)로 공급되는 천연가스의 유량을 줄일 수 있다. 다만 수소 충전소(40), 전기차 충전소(62'')에서 요구하는 값에 따라 그 유량을 줄이기 어려운 경우에는 상기 제1 원료 공급부(10)가 공급하는 천연가스의 공급 총량을 증가시켜 상기 CNG 충전소(20)로 공급되는 천연가스의 유량을 늘릴 수도 있다.In this case, the third process control unit 50 may reduce the flow rate of natural gas supplied to the hydrogen production unit 30 as the flow rate of natural gas supplied to the CNG charging station 20 increases. However, if it is difficult to reduce the flow rate according to the values required by the hydrogen charging station 40 and the electric vehicle charging station 62'', the CNG charging station ( It is also possible to increase the flow of natural gas supplied to 20).

한편 상기 수소 충전소(40)가 요구하는 값은 다음과 같이 측정 및 계산될 수 있다. 도 1 및 도 4를 참조하여 설명한다. 먼저 상기 수소 저장탱크(41)에 저장된 수소의 저장량 및 상기 수소 단말부(42)를 통과하여 수소 수요처(43)에 공급되는 수소의 유량을 측정하여 상기 제1 공정 제어부(61)에 제공한다. 위 값들은 각 구성에 구비된 유량 센서(미도시)를 이용하여 측정할 수 있다. 상기 제1 공정 제어부(61)는 상기 수소 저장탱크(41)에 저장된 수소의 저장량이 기준치에 비해 낮거나, 상기 수소 단말부(42)를 통과하는 수소의 유량이 기준치에 비해 많은 경우 상기 연료전지 시스템(60)에 제공되는 수소의 유량을 줄일 수 있다.Meanwhile, the value required by the hydrogen charging station 40 may be measured and calculated as follows. This will be described with reference to FIGS. 1 and 4. First, the storage amount of hydrogen stored in the hydrogen storage tank 41 and the flow rate of hydrogen supplied to the hydrogen consumer 43 through the hydrogen terminal 42 are measured and provided to the first process control unit 61. The above values can be measured using a flow sensor (not shown) provided in each configuration. When the amount of hydrogen stored in the hydrogen storage tank 41 is lower than the reference value or the flow rate of hydrogen passing through the hydrogen terminal unit 42 is higher than the reference value, the first process control unit 61 It is possible to reduce the flow rate of hydrogen provided to the system 60.

이때, 상기 제2 공정 제어부(63)는 전기 수요처(62, 62', 62'')에서 요구하는 전기의 양, 상기 연료전지 시스템(60)에서 생산하는 전기의 양(수소의 소모량에 상당함)을 측정하고 있는데, 이들 또한 그 수요가 많아져 상기 연료전지 시스템(60)으로 공급되는 수소를 줄일 수 없는 경우에는 상기 제3 공정 제어부(50)가 상기 원료 공급부(10)가 공급하는 천연가스의 공급 총량이 증가되도록 제어하여 상기 수소 생산부(30)로 공급되는 천연가스의 유량을 늘려 수소 수요처(43)와 전기 수요처(62, 62', 62'')에서 요구하는 에너지의 양을 충족시킬 수 있도록 할 수 있다. 또한 위와 같은 경우 상기 제3 공정 제어부(50)는 상기 CNG 저장탱크(21)에 저장된 압축 천연가스를 상기 원료 공급부(10)로 회수한 뒤, 이를 상기 수소 생산부(30)로 재분배할 수도 있다.At this time, the second process control unit 63 determines the amount of electricity required by the electricity consumers 62, 62', 62'' and the amount of electricity produced by the fuel cell system 60 (corresponding to the consumption of hydrogen). ) Is being measured, but when the demand for these is also increased and the hydrogen supplied to the fuel cell system 60 cannot be reduced, the third process control unit 50 is used to determine the natural gas supplied by the raw material supply unit 10. The amount of energy required by the hydrogen consumer 43 and the electricity consumer 62, 62 ′, 62 ″ can be satisfied by increasing the flow rate of natural gas supplied to the hydrogen production unit 30 by controlling the total amount of supply to increase. You can do it. In addition, in the above case, the third process control unit 50 may recover the compressed natural gas stored in the CNG storage tank 21 to the raw material supply unit 10 and redistribute it to the hydrogen production unit 30.

이와 같이 본 발명에 따른 복합 에너지 스테이션은 원료 공급부(10)로부터 공급되는 천연가스를 이용하여 CNG 충전소(20), 수소 충전소(40) 및 전기차 충전소(62'')를 운영할 수 있는 시스템이다. 구체적으로 상기 천연가스의 일부를 CNG 충전소(20)를 통해 CNG 수요처(23)에 공급할 수 있고, 나머지 일부를 수소 생산부(30)를 통해 수소로 전환하여 수소 충전소(40)를 운영하거나 전기로 변환하여 전기차 충전소(62'')를 운영할 수 있다.As described above, the composite energy station according to the present invention is a system capable of operating the CNG charging station 20, the hydrogen charging station 40, and the electric vehicle charging station 62'' using natural gas supplied from the raw material supply unit 10. Specifically, a part of the natural gas can be supplied to the CNG consumer 23 through the CNG charging station 20, and the remaining part is converted to hydrogen through the hydrogen production unit 30 to operate the hydrogen charging station 40 or convert it to electricity. Thus, the electric vehicle charging station (62'') can be operated.

이상으로 본 발명에 대해 상세히 설명하였는바, 본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.As the present invention has been described in detail above, the scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and improvements by those skilled in the art using the basic concept of the present invention defined in the following claims are also provided. It is included in the scope of the present invention.

10: 제1원료 공급부 11: 제1 압력 제어부 12: 제2 압력 제어부
13, 14: 천연가스 공급관 15: 제2 원료 공급부
20: CNG 충전소 21: CNG 저장탱크 22: CNG 단말부
23: CNG 수요처
30: 수소 생산부 31: 개질기 32: 수성가스전환기 33: PSA 장치
40: 수소 충전소 41: 수소 저장탱크 42: 수소 단말부
43: 수소 수요처
50: 제3 공정 제어부 51, 52, 54: 컨트롤 밸브
60: 연료전지 시스템 61: 제1 공정 제어부
62: 자체 소비 전력 62': 파워 그리드 62'': 전기차 충전소
63: 제2 공정 제어부 65 : 스팀 단말부
70 : 스팀 수요처10: first raw material supply unit 11: first pressure control unit 12: second pressure control unit
13, 14: natural gas supply pipe 15: second raw material supply unit
20: CNG charging station 21: CNG storage tank 22: CNG terminal
23: CNG demand
30: hydrogen production unit 31: reformer 32: water gas converter 33: PSA device
40: hydrogen charging station 41: hydrogen storage tank 42: hydrogen terminal
43: hydrogen demand
50: third process control unit 51, 52, 54: control valve
60: fuel cell system 61: first process control unit
62: Self-consumption power 62': Power grid 62'': Electric vehicle charging station
63: second process control unit 65: steam terminal
70: Steam customer

Claims (12)

천연가스를 공급하는 제1 원료 공급부;
상기 제1 원료 공급부로부터 공급된 천연가스를 압축 천연가스로 저장하는 CNG 저장탱크, 및 상기 CNG 저장탱크에 저장된 압축 천연가스를 하나 이상의 CNG 수요처에 제공하는 CNG 단말부를 포함하는 CNG 충전소;
상기 제1 원료 공급부로부터 천연가스를 공급받아 수소를 생산하는 수소 생산부;
상기 수소 생산부에서 생산된 수소를 저장하는 수소 저장탱크, 및 상기 수소 저장탱크에 저장된 수소를 하나 이상의 수소 수요처에 제공하는 수소 단말부를 포함하는 수소 충전소;
상기 수소 충전소에 연결되어 상기 수소 충전소로부터 수소를 공급받아 전기를 생성하고 생성된 전기를 하나 이상의 전기 수요처에 제공하는 연료전지 시스템;
상기 수소 충전소에 연결되어 상기 수소 저장탱크에 저장된 수소의 저장량 및 상기 수소 단말부를 통과하는 수소의 유량을 측정하여 상기 연료전지 시스템에 제공하는 수소의 양을 조절하는 제1 공정 제어부;
상기 연료전지 시스템에 연결되어 상기 연료전지 시스템에서 생성된 전기를 상기 전기 수요처의 신호에 따라 분배하는 제2 공정 제어부; 및
상기 CNG 저장탱크에 저장된 압축 천연가스의 저장량 및 상기 CNG 단말부를 통과하는 압축 천연가스의 유량, 상기 제1 공정 제어부에서 측정된 수소 저장탱크에 저장된 수소의 저장량 및 수소 단말부를 통과하는 수소의 유량, 상기 제2 공정 제어부에서 측정된 상기 연료전지 시스템에서 생산한 전기의 양에 대한 정보를 수신하여 상기 원료 공급부로부터 상기 CNG 충전소 및 상기 수소 생산부에 제공되는 천연가스의 유량을 조절하는 제3 공정 제어부;를 포함하고,
상기 제3 공정 제어부는 상기 CNG 저장탱크에 저장된 압축 천연가스를 상기 원료 공급부로 회수하여 상기 CNG 충전소 및 수소 생산부에 천연가스를 재분배하는 것인 복합 에너지 스테이션.A first raw material supply unit for supplying natural gas;
A CNG charging station including a CNG storage tank for storing the natural gas supplied from the first raw material supply unit as compressed natural gas, and a CNG terminal unit for providing compressed natural gas stored in the CNG storage tank to one or more CNG consumers;
A hydrogen production unit for producing hydrogen by receiving natural gas from the first raw material supply unit;
A hydrogen charging station including a hydrogen storage tank for storing hydrogen produced by the hydrogen production unit, and a hydrogen terminal for providing hydrogen stored in the hydrogen storage tank to one or more hydrogen consumers;
A fuel cell system connected to the hydrogen charging station, receiving hydrogen from the hydrogen charging station, generating electricity, and providing the generated electricity to one or more electricity consumers;
A first process control unit connected to the hydrogen charging station to measure a storage amount of hydrogen stored in the hydrogen storage tank and a flow rate of hydrogen passing through the hydrogen terminal to adjust the amount of hydrogen provided to the fuel cell system;
A second process control unit connected to the fuel cell system to distribute electricity generated by the fuel cell system according to a signal of the electricity consumer; And
The storage amount of compressed natural gas stored in the CNG storage tank and the flow rate of compressed natural gas passing through the CNG terminal, the storage amount of hydrogen stored in the hydrogen storage tank measured by the first process control unit and the flow rate of hydrogen passing through the hydrogen terminal, A third process control unit configured to receive information on the amount of electricity produced by the fuel cell system measured by the second process control unit and adjust a flow rate of natural gas supplied to the CNG charging station and the hydrogen production unit from the raw material supply unit; Including,
The third process control unit recovers the compressed natural gas stored in the CNG storage tank to the raw material supply unit and redistributes the natural gas to the CNG charging station and the hydrogen production unit. 제1항에 있어서,
상기 제1 원료 공급부 가 공급하는 천연가스는 액상천연가스(LNG) 또는 액화석유가스(LPG)를 포함하고, 상기 원료 공급부의 후단에 기화부를 더 포함하는 복합 에너지 스테이션.The method of claim 1,
The natural gas supplied by the first raw material supply unit includes liquid natural gas (LNG) or liquefied petroleum gas (LPG), and further includes a vaporization unit at a rear end of the raw material supply unit. 제1항에 있어서,
상기 제1 원료 공급부와 상기 CNG 충전소 사이에 위치하여 상기 제1 원료 공급부로부터 상기 CNG 충전소에 제공되는 천연가스의 압력을 200 내지 350 bar로 조절하는 제1 압력 제어부; 및
상기 원료 공급부와 상기 수소 생산부 사이에 위치하여 상기 제1 원료 공급부로부터 상기 수소 생산부에 제공되는 천연가스의 압력을 3 내지 30 bar로 조절하는 제2 압력 제어부를 더 포함하는 복합 에너지 스테이션.The method of claim 1,
A first pressure control unit positioned between the first raw material supply unit and the CNG charging station to adjust the pressure of natural gas supplied to the CNG charging station from the first raw material supply unit to 200 to 350 bar; And
The complex energy station further comprising a second pressure control unit located between the raw material supply unit and the hydrogen production unit to adjust the pressure of the natural gas supplied to the hydrogen production unit from the first raw material supply unit to 3 to 30 bar. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 수소 생산부는 기존의 주유소나 가스 충전소의 원료 공급원 대신에, 가솔린, 디젤, 메탄올, 에탄올 및 글리세롤 중 적어도 어느 하나의 액상연료; CNG, LNG, LPG 및 Biogas 중 적어도 어느 하나의 기상연료; 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 원료를 공급하는 제2원료 공급부를 더 포함하는 복합 에너지 스테이션. The method of claim 1,
The hydrogen production unit, instead of the raw material source of the conventional gas station or gas filling station, at least one liquid fuel of gasoline, diesel, methanol, ethanol, and glycerol; Gaseous fuel of at least one of CNG, LNG, LPG and Biogas; And a second raw material supply unit for supplying one or more raw materials selected from the group consisting of a combination thereof. 제5항에 있어서,
상기 수소 생산부에 공급되는 원료는 제1 원료 공급부와 제2 원료 공급부에서 선택된 1개 이상의 원료가 공급되는 것을 특징으로 하는 복합 에너지 스테이션.The method of claim 5,
As the raw material supplied to the hydrogen production unit, at least one raw material selected from a first raw material supply unit and a second raw material supply unit is supplied. 제1항에 있어서,
상기 연료전지 시스템에서 생성된 전기를 복합 에너지 스테이션을 운전하는 전력으로 사용하거나; 파워 그리드에 공급하거나; 또는 전기차 충전소에 공급하는 복합 에너지 스테이션.The method of claim 1,
Using the electricity generated by the fuel cell system as power for driving a complex energy station; Supply to the power grid; Or a combined energy station that supplies electric vehicle charging stations. 제1항에 있어서,
상기 제3 공정 제어부는 상기 원료 공급부로부터 상기 CNG 충전소로 50 내지 1,000 Nm3/h의 유량으로 상기 천연가스가 공급되도록 하고, 상기 원료 공급부로부터 상기 수소 생산부로 100 내지 1,000 Nm3/h의 유량으로 상기 천연가스가 공급되도록 하는 것인 복합 에너지 스테이션.The method of claim 1,
The third process control unit allows the natural gas to be supplied from the raw material supply unit to the CNG charging station at a flow rate of 50 to 1,000 Nm 3 /h, and the raw material supply unit to the hydrogen production unit at a flow rate of 100 to 1,000 Nm 3 /h. The combined energy station to allow the natural gas to be supplied. 제8항에 있어서,
상기 수소 생산부는 상기 천연가스를 공급받아 수소를 생산하고, 생산된 상기 수소를 50 내지 1,000 Nm3/h의 유량으로 상기 수소 충전소에 제공하는 것인 복합 에너지 스테이션.The method of claim 8,
The hydrogen production unit receives the natural gas to produce hydrogen, and provides the produced hydrogen to the hydrogen charging station at a flow rate of 50 to 1,000 Nm 3 /h. 제9항에 있어서,
상기 수소 충전소는 저장된 수소를 상기 연료전지 시스템에 50 내지 950 Nm3/h의 유량으로 제공하는 것인 복합 에너지 스테이션. The method of claim 9,
The hydrogen charging station will provide the stored hydrogen to the fuel cell system at a flow rate of 50 to 950 Nm 3 /h. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 연료전지 시스템에서 전기를 생산하면서 발생하는 스팀을 스팀 수요처에 공급하는 것인 복합 에너지 스테이션.The method of claim 1,
The combined energy station to supply steam generated while generating electricity in the fuel cell system to a steam consumer.
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