KR20190062802A - 해수온도차발전 시운전 및 잉여전력 활용을 위한 해수담수화 겸용 로드 뱅크 시스템 및 이의 제어방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 해수온도차발전 시운전 및 잉여전력 활용을 위한 해수담수화 겸용 로드 뱅크 시스템 및 이의 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 해수온도차 발전 시운전 및 정상운전의 잉여 전력을 로드 뱅크에 연결하여 해수담수화 및 농축시스템에 사용될 수 있도록 한 것으로서, 해수온도차 발전시스템에서 생산된 잉여전력을 해수담수화 시스템에서의 진공펌프 및 전기히터 전력으로 사용되도록 하고, 담수화되는 해수의 경우에도 냉매와의 열교환을 거친 표층수 및 심층수를 이용하도록 하는 시스템으로 운전의 비용 최소화 및 다양한 발전설비에 적용이 가능한 해수온도차발전 시운전 및 잉여전력 활용을 위한 해수담수화 겸용 로드 뱅크 시스템 및 이의 제어방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 해수온도차발전 시운전 및 잉여전력을 활용을 위한 해수담수화 겸용 로드 뱅크 시스템 및 이의 제어방법에 관한 것이다.
기존에는 공기 발열을 부하로 이용하여 전력을 소비시켰지만, 생산적인 활용을 위한 저장 또는 변환 수단의 제공이 필요하다.
① 시운전 테스트중 전기 장비 중 제일 중요한 발전기를 운전하게 되는데, 발전기의 풀 부하(Full Load)로 그리고 부하(Load)의 변화를 주며 발전기의 성능 테스트를 한다. 이때, 사용하는 것이 로드 뱅크(Load Bank)라는 것이고 발전기에서 나오는 전기를 스위치 보드(Switch Board)를 통해 로드 뱅크로 케이블(Cable)을 사용하여 연결하게 된다.
② 분산수요 대응 또는 마이크로 그리드에서 전력수요는 주야별, 계절별 변동하며 해수온도차발전에서 일정전력이 생산될 경우 기저부하 이상의 전력을 전력계통에 부하로 작용하여 그리드의 불안정화 문제를 해결할 수 있다.
③ 잉여전력을 이용하여 담수화 및 농축추출 수소생산에 활용할 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 해수온도차발전 및 발전의 잉여 전력을 로드 뱅크에 연결한 해수담수화 및 농축시스템에 관한 것으로, 해수온도차발전에서 생산되는 전력의 일부분 또는 전부를 로드 뱅크로 공급하여, 진공챔버 내의 전기히터가 발열을 하면서 해수를 가열시키고, 담수를 생산하기 위한 해수는 해수온도차발전플랜트의 증발기에서 열교환 된 표층수의 일부가 진공챔버에 공급되어지도록 하며, 진공챔버는 표층수로 채워진 후 진공펌프에 의하여 저압으로 유지되며, 전기히터의 발열로 증발된 증기는 상부 배관을 통하여 해수담수화 시스템의 열교환기를 통과한 후 응축되어 담수 저장조에 저장되도록 한 해수온도차발전 시운전 및 잉여전력 활용을 위한 해수담수화 겸용 로드 뱅크 시스템 및 이의 제어방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타낸 수단 및 조합에 의해 실현될 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 수단으로서,
냉매가 순환되는 냉매 라인(10)의 증발기(12)와 응축기(11)를 해양의 표층수와 심층수와 각각 열교환시키고, 냉매의 순환을 통해 터빈(14)을 구동시키고 발전기(15)를 통해 전력을 생산하며, 상기 발전기(15)에는 시운전 및 잉여전력 발생시의 전력이, 성능테스트를 위해 연결된 로드 뱅크(60)에 저장되도록 하는 해수온도차 발전시스템(200); 상기 해양 표층수를 가열하여 담수로 저장하되, 해수온도차 발전시스템(200)으로부터 공급받은 잉여 전력으로 해양 표층수의 가열 및 진공챔버(70) 내 진공펌프(110) 구동에 사용되는 해수담수화 시스템(300); 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 해수온도차 발전시스템과 해수담수화 시스템을 상호간 연결하여, 신재생에너지원인 해수온도차 발전시스템에서 생산되는 잉여 전력을 해수담수화 시스템에서 사용하도록 구성함으로써, 시스템 운전에 대한 비용이 최소화 되며, 기존 발전시스템 및 ORC 등의 해수를 열원으로 사용하는 발전설비에 다양한 적용이 가능한 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 해수온도차발전 시운전 및 잉여전력 활용을 위한 해수담수화 겸용 로드 뱅크 시스템을 나타낸 도면.
도 2는 도 1의 제어방법을 나타낸 일실시예의 순서도.
도 2는 도 1의 제어방법을 나타낸 일실시예의 순서도.
본 발명의 여러 실시예들을 상세히 설명하기 전에, 다음의 상세한 설명에 기재되거나 도면에 도시된 구성요소들의 구성 및 배열들의 상세로 그 응용이 제한되는 것이 아니라는 것을 알 수 있을 것이다. 본 발명은 다른 실시예들로 구현되고 실시될 수 있고 다양한 방법으로 수행될 수 있다. 또한, 시스템 또는 요소 방향(예를 들어 "전(front)", "후(back)", "위(up)", "아래(down)", "상(top)", "하(bottom)", "좌(left)", "우(right)", "횡(lateral)")등과 같은 용어들에 관하여 본원에 사용된 표현 및 술어는 단지 본 발명의 설명을 단순화하기 위해 사용되고, 관련된 시스템 또는 요소가 단순히 특정 방향을 가져야 함을 나타내거나 의미하지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다. 또한, "제 1(first)", "제 2(second)"와 같은 용어는 설명을 위해 본원 및 첨부 청구항들에 사용되고 상대적인 중요성 또는 취지를 나타내거나 의미하는 것으로 의도되지 않는다.
본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해 아래의 특징을 갖는다.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하도록 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명에 따른 일실시예를 살펴보면,
냉매가 순환되는 냉매 라인(10)의 증발기(12)와 응축기(11)를 해양의 표층수와 심층수와 각각 열교환시키고, 냉매의 순환을 통해 터빈(14)을 구동시키고 발전기(15)를 통해 전력을 생산하며, 상기 발전기(15)에는 시운전 및 잉여전력 발생시의 전력이, 성능테스트를 위해 연결된 로드 뱅크(60)에 저장되도록 하는 해수온도차 발전시스템(200); 상기 해양 표층수를 가열하여 담수로 저장하되, 해수온도차 발전시스템(200)으로부터 공급받은 잉여 전력으로 해양 표층수의 가열 및 진공챔버(70) 내 진공펌프(110) 구동에 사용되는 해수담수화 시스템(300); 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 해수온도차 발전시스템(200)은 냉매가 순환되며 터빈(14)을 구동시켜 발전기(15)를 통해 전력을 생산하는 냉매 라인(10); 상기 냉매 라인(10) 내 증발기(12)와 열교환되며 표층수의 온도가 상승되며, 온도 상승된 표층수 일부를 해수담수화 시스템(300)의 진공챔버(70) 내에 담수용도로 제공하는 표층수 라인(20); 상기 냉매 라인(10) 내 응축기(11)와 열교환되며 심층수의 온도가 하강되며, 온도 하상된 심층수 일부를 해수담수화 시스템(300)에서 생산된 담수 수증기의 응축용도로 사용되도록 하는 심층수 라인(30); 상기 발전기(15)와 연결되어 발전기(15)의 성능테스트를 위한 부하변화에 사용되되, 해수온도차 발전시스템(200)의 시운전 및 잉여전력 발생시의 전력이, 일부 또는 전부 저공급되어지는 로드 뱅크(60); 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 해수담수화 시스템(300)은 상기 해수온도차 발전시스템(200)의 표층수 라인(20)으로부터 제공된, 담수처리대상의 표층수가 내부에 저장되는 진공챔버(70); 상기 진공챔버(70) 내부에 설치되어, 해수온도차 발전시스템(200)에서 제공된 전력으로 구동되어, 표층수를 가열시켜 수증기로 변화시키는 전기히터(71); 상기 표층수의 고온 수증기를, 해수온도차 발전시스템(200)의 심층수 라인(30)의 심층수와 열교환시켜 응축시키는 열교환기(90); 상기 열교환기(90)를 거친 표층수의 응축 담수를 저장하는 담수 저장조(100); 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전기히터(71)는 상호간 용량이 상이한 다수의 전기히터(71)가 진공챔버(70)에 구비되어, 표층수를 사전설정온도로 가열시키기 위한 발전출력에 대응되는 히터(71) 하나 또는 복수개 이상에 전력이 공급되어 선택구동되어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 담수 저장조(100)는 상기 해수온도차 발전시스템(200)에서 제공된 전력으로 구동되는 진공펌프(110)를 구비하여, 담수 저장조(100) 및 담수 저장조(100)와 연결된 진공챔버(70) 내부를 사전설정 진공상태로 형성시키는 진공펌프(110); 가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 진공챔버(70) 내에 설치되어, 내부의 압력이 사전설정 진공압력으로 유지될 수 있도록, 진공챔버(70) 및 담수 저장조(100)와 연결된 진공펌프(110)의 ON/OFF를 제어부로 제어되도록 하는 압력센서(121); 상기 진공챔버(70) 내에 설치되어, 내부에 공급되어지는 표층수의 수위가 사전설정수위로 유지될 수 있도록, 표층수 라인(20)의 공급 ON/OFF를 제어부로 제어되도록 하는 수위센서(122); 상기 진공챔버(70) 내에 설치되어, 내부의 온도가 사전설정온도로 유지될 수 있도록, 진공챔버(70) 내에 설치된 전기히터(71)의 ON/OFF를 제어부로 제어되도록 하는 온도센서(123); 가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 진공챔버(70)의 상, 하단에 양측이 연결설치되어, 태양열을 집열하는 내부의 온도가 진공챔버(70)보다 상대적으로 높아지는 경우, 보조 순환펌프(131)를 통해 진공챔버(70)의 표층수를 가온시킬 수 있도록 하는 태양열 집열기(130); 가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 해수온도차발전 시운전 및 잉여전력 활용을 위한 해수담수화 겸용 로드 뱅크 시스템의 제어방법에 있어서, 해수온도차 발전시스템(200)과 해수담수화 시스템(300)이 연결되어 사용되되, 시운전시나 정상운전시의 생산전력이 수요전력을 초과하는 경우에 해수담수화 겸용 로드뱅크(60)로 전력이 공급되는 단계(S100); 해수온도차 발전시스템(200)과 해수담수화 시스템(300)이 연결되어 사용되되, 해수담수화 시스템(300) 내 진공챔버(70)와 담수 저장조(100)가 단일의 진공펌프(110)에 의해 사전설정 진공압력이 되도록 하는 단계(S200); 상기 진공챔버(70)의 내부에, 해수온도차 발전시스템(200)에서 냉매와 열교환된 표층수가, 사전설정수위까지 공급되어지는 단계(S300); 상기 진공챔버(70)의 내부의 전기히터(71)를 가동시켜, 표층수를 사전설정온도까지 가열시켜, 표층수의 담수 수증기를 형성시키는 단계(S400); 상기 담수 수증기를, 해수온도차 발전시스템(200)에서 냉매와 열교환된 심층수와 열교환기(90)를 통해 열교환시켜 응축하는 단계(S500); 응축된 담수가 담수 저장조(100)에 저장되어지는 단계(S600);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 S200단계의 진공펌프(110), S400단계의 전기히터(71)는 해수온도차 발전시스템(200) 내 발전기(15)의 부하성능시험시 발생된 전력 및 잉여전력 발생시의 전력이, 발전기(15)의 성능테스트를 위해 연결된 로드 뱅크(60)를 통해 전달되어 구동되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 S500단계에서, 증발로 농축된 표층수는, 소금 제조 및 미네랄 추출에 사용되는 것을 특징으로 한다.
이하, 도 1 내지 도 2를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 해수온도차발전 시운전 및 잉여전력 활용을 위한 해수담수화 겸용 로드 뱅크 시스템 및 이의 제어방법을 상세히 설명하도록 한다.
본 발명에 따른 해수온도차발전 시운전 및 잉여전력 활용을 위한 해수담수화 겸용 로드 뱅크 시스템 및 이의 제어방법은, 발전기(15), 플랜드(해수온도차 발전시스템(200)) 시운전시에는 로드 뱅크(60)로 이용하고, 이러한 해수온도차 발전시스템(200)의 시동 및 발전기(15)의 부하 성능 시험시 잉여 전력이 생산될 경우, 이러한 전력은 로드 탱크를 통해 전량 소비되는 열을 해수 담수화 시스템에 사용될 수 있도록 한 것으로, 상호간 연결된 해수온도차 발전시스템(200), 해수담수화 시스템(300)을 포함한다.
우선적으로, 발전시스템 시운전시 일반적으로 전기부하에 의해 소모되는 전력량은 발전기(15)의 회전 속도에 영향을 미친다. 소모되는 전력량이 큰 경우, 발전기(15)의 회전을 방해하는 반력이 크게 발생하여 발전기(15)의 회전 속도가 크게 느려지게 된다. 그리고, 소모되는 전력량이 작은 경우, 발전기(15)의 회전을 방해하는 반력이 작게 발생하여 발전기(15)의 회전 속도가 비교적 작게 느려지게 된다.
이와 같이, 소모되는 전력량에 따라 달라지는 발전기(15)의 회전 속도를 일정하게 유지하기 위해, 발전기(15)로 구동력을 전달하는 터빈(14)에 걸리는 부하의 크기도 소모되는 전력량에 따라 달라지게 된다.
이와 관련하여, 터빈(14)에 걸리는 부하가 일정하게 유지되면서 동시에 발전기(15)가 일정한 속도로 회전 되도록 하기 위해, 발전시스템의 소모되는 전력량이 일정하게 유지되도록 구성된 가변부하 및 제어부를 포함한다.
가변부하는 소모되는 전력량이 가변적인 일종의 전기부하로서 발전기(15)와 통전되도록 연결된다. 이 때 가변부하는 그 구성 요소인 저항 또는 리액터 등의 크기를 변화시킴으로써 가변부하에서 소모되는 전력의 크기를 변화시킨다.
상기 가변부하는 일반적인 발전시스템에서 부하 테스트를 할 때 사용되는 로드 뱅크(60)일 수 있다. 로드 뱅크(60)는 부하 시험을 수행한 후에는 발전기(15) 등으로부터 제거되지만 본 발명의 일실시예에 따른 해수온도차 발전시스템(200) 및 해수담수화 시스템(300)의 구성요소로서 포함된다.
상기 해수온도차 발전시스템(200)은 냉매가 순환되는 냉매 라인(10)의 증발기(12)는 표층수와 열교환되도록 하고, 응축기(11)는 해양의 심층수와 각각 열교환시키고, 냉매의 순환을 통해 터빈(14)을 구동시키고 발전기(15)를 통해 전력을 생산하는 것이되, 상기 발전기(15)에는 시운전 및 잉여전력 발생시의 전력이, 상기 발전기(15)의 성능테스트를 위해 연결된 로드 뱅크(60)에 저장되도록 한 것이다.
이를 위한 해수온도차 발전시스템(200)은 냉매 라인(10), 표층수 라인(20), 심층수 라인(30), 로드 뱅크(60)를 포함한다.
상기 냉매 라인(10)은 냉매가 순환되어지는 폐회로 사이클을 가지는 것으로, 이러한 냉매의 순환을 위한 작동유체펌프(13)가 구동되어 있도록 하며, 응축기(11)와 증발기(12)가 더 구비되어 있도록 한다.
또한, 상기 냉매 라인(10)의 응축기(11)와 증발기(12) 사이에는 터빈(14)이 설치되고, 터빈(14)은 발전기(15)와 연결되어지며, 이러한 발전기(15)는 전력변환장치(50)를 통해 전력그리드(51)와 연결됨과 동시에, 후술될 로드 뱅크(60)와도 연결되어 있도록 한다.
이로써, 상기 냉매의 순환을 통해 터빈(14)을 구동시켜 발전기(15)를 통해 전력을 생산하는 구조를 가진다.
상기 표층수 라인(20)은 일단이 해양에 연결되어 있고, 타단은 후술될 해수담수화 시스템(300) 내의 진공챔버(70) 내부에 연결되어 있다.
즉, 표층수 라인(20)은 해양의 표층수를 진공챔버(70) 내부에 공급하는 것이되, 이러한 표층수 라인(20)의 중단은 상기 전술된 냉매 라인(10)의 증발기(12)(후술될 심층수 라인(30)과 연결되어 온도가 상승된 냉매)와 열교환되는 구조를 가지도록 하여, 진공챔버(70)에 공급되어져 진공챔버(70) 내에 담수대상으로 사용되어진다.
상기 심층수 라인(30)은 일단이 해양에 연결되어 있고, 타단은 후술될 해수담수화 시스템(300) 내의 열교환기(90)를 거치도록 하고, 열교환기(90)를 거친 후에는 배수라인과 연결되어 배출되어지는 구조를 가진다.
또한, 심층수 라인(30)은 전술된 냉매 라인(10)의 응축기(11)와 연결되어, 열교환기(90)에 공급된다.
즉, 이러한 심층수 라인(30)은 전술된 표층수보다 상대적으로 온도가 낮은 심층수를 해수담수화 시스템(300)에서 생산된 담수 수증기을 응축시키기 위한 응축용도로 사용토록 한 것이다.
상기 로드 뱅크(60)는 전술된 바와 같이 발전기(15)와 연결되어 발전기(15)의 성능테스트를 위한 부하변화에 사용되되, 해수온도차 발전시스템(200)의 시운전 및 잉여전력 발생시의 전력이, 일부 또는 전부 저장되어져, 후술될 해수담수화 시스템(300)의 진공펌프(110) 및 전기히터(71) 구동 전력으로 사용된다.
상기 해수담수화 시스템(300)은 진공챔버(70), 전기히터(71), 열교환기(90), 담수 저장조(100), 진공펌프(110), 태양열 집열기(130)를 포함한다.
상기 진공챔버(70)는 전술된 표층수 라인(20)과 연결되어 표층수가 공급되어져 저장되되, 상기 표층수는 전술된 해수온도차 발전시스템(200)을 거치면서 온도가 상승되어진 상태로 사용되어져, 후술될 전기히터(71)의 전력소비를 줄일 수 있도록 한다.
이러한 진공챔버(70)는 표층수 입구 및 출구가 설치되어 있으며, 상단에는 수증기 배출라인(72)이 별도의 배관으로 열교환기(90)와 연결되어 있도록 하며, 최하단 중앙에는 추출라인(해수가 증발에 의해 농축된 소금, 미네랄 추출을 위함, 71)이 구비되어 있다.
또한, 상기 진공챔버(70)에는 별도의 제어부와 연결된 압력센서(121), 수위센서(122), 온도센서(123)가 더 설치된다.
상기 압력센서(121)는 진공챔버(70) 내에 설치되어, 내부의 압력이 사전설정 진공압력으로 유지될 수 있도록, 진공챔버(70) 및 담수 저장조(100)와 연결된 진공펌프(110)의 ON/OFF를 제어부로 제어되도록 한 것이다.
상기 수위센서(122)는 진공챔버(70) 내에 설치되어, 내부에 공급되어지는 표층수의 수위가 사전설정수위로 유지될 수 있도록, 표층수 라인(20)의 공급 ON/OFF를 제어부로 제어되도록 한 것이다.
상기 온도센서(123)도 진공챔버(70) 내에 설치되어, 내부의 온도가 사전설정온도로 유지될 수 있도록, 진공챔버(70) 내에 설치된 전기히터(71)의 ON/OFF를 제어부로 제어되도록 한 것이다.
상기 전기히터(71)는 전술된 진공챔버(70) 내부에 설치되어, 해수온도차 발전시스템(200)에서 제공된 전력으로 구동되어, 표층수를 가열시켜 수증기로 변화시키는 역할을 하는 것이다.
본 발명에서 상호간 용량이 상이한 다수의 전기히터(71)가 진공챔버(70)에 구비되도록 구성하여, 표층수를 사전설정온도로 가열시키기 위한 발전출력에 대응되는 히터(71) 하나 또는 복수개 이상에 전력이 공급되어 선택구동되어지도록 한다.
더불어, 이러한 전기히터(71)의 구동전력으로는 전술된 해수온도차 발전시스템(200)의 시운전 및 잉여전력 발생시의 전력이 로드 뱅크(60)를 통해 공급되어져 사용된다.
상기 열교환기(90)는 표층수의 고온 수증기를, 해수온도차 발전시스템(200)의 심층수 라인(30)의 심층수와 열교환시켜 응축시킴으로써, 응축 담수가 발생되도록 한 것이다.
즉, 이러한 열교환기(90) 내부는 심층수 라인(30)의 연결입구 및 출구가 형성되어 있고, 진공챔버(70)에서 발생된 수증기가 유입 및 배출구가 형성되어 있도록 한다.
상기 담수 저장조(100)는 열교환기(90)를 거친 표층수의 응축 담수를 저장하는 곳이다.
상기 진공펌프(110)는 전술된 전기히터(71)와 마찬가지로, 해수온도차 발전시스템(200)의 시운전 및 잉여전력 발생시의 전력이 로드 뱅크(60)를 통해 공급되어져 구동되는 것으로, 담수 저장조(100) 및 담수 저장조(100)와 연결된 진공챔버(70) 내부를 사전설정 진공상태로 형성시키는 역할을 한다.
상기 태양열 집열기(130)는 진공챔버(70)의 외측에서, 양측이 진공챔버(70)의 상, 하단에 각각 연결되고, 연결되는 배관에는 보조 순환펌프(131)가 설치되어 있는 것이다.
이러한 태양열 집열기(1300는 태양열을 집열하되, 집열기 내 온도가 진공챔버(70)의 내부온도보다 높아질 경우, 보조 순환펌프(131)를 작동시켜 진공챔버(70) 내 표층수를 가온시켜 사용할 수 있도록 한 구성이다.
물론, 이러한 태양열 집열기(130)의 작동은 전술된 제어부가 온도센서(123)를 통해 진공챔버(70) 내 온도를 체크하고 이를 태양열 집열기(130) 내부의 온도와 비교한 후, 보조 순환펌프(131)의 작동여부 및 작동시간을 제어할 수 있도록 할 수 있음이다.
더불어, 상기 표층수 라인(20), 심층수 라인(30), 수증기 배출라인(72), 담수 저장조(100) 입/출구 부분 등, 사용되어지는 배관에는 모두 별도의 제어부와 연결되어 ON/OFF가 조절되는 밸브가 설치되어 있어야 함은 당연할 것이다.
또한, 본 발명에서 사용되는 잉여전력은 소규모 지역(섬)에서 사용되는 전력이, 해수온도차발전 생산 전력보다 적을때에는, 에너지 저장보다는 담수생산에 이용되는 것이다.
하기에서는 전술된 구성과 구조를 가지는 해수온도차발전 시운전 및 잉여전력 활용을 위한 해수담수화 겸용 로드 뱅크 시스템의 제어방법을 설명하도록 한다.
1. 해수온도차 발전시스템(200)과 해수담수화 시스템(300)이 연결되어 사용되되, 시운전시나 정상운전시의 생산전력이 수요전력을 초과하는 경우에 해수담수화 겸용 로드뱅크(60)로 전력이 공급되는 단계(S100)와,
해수담수화 시스템(300) 내 진공챔버(70)와 담수 저장조(100)가 단일의 진공펌프(110)에 의해 사전설정 진공압력이 되도록 하는 단계(S200): 해수온도차 발전시스템(200)에서는 냉매 라인(10)의 냉매가 순환되면서 열교환을 통해, 심층수 라인(30)의 심층수의 온도는 응축기(11)를 통해 상승(ex: 8~14℃)시키고, 표층수 라인(20)의 표층수는 증발기(12)를 통해 하강(ex: 23~26℃)시킨다.
또한, 이렇게 순환되는 냉매는 터빈(14)을 구동시켜 발전기(15)를 통해 전력을 생산하되, 이러한 전력은 발전기(15)의 성능 테스트를 사용하기 위한 로드 뱅크(60)에 공급되어진다.
즉, 상기와 같이 발전기(15), 플랜트(해수온도차 발전시스템(200)) 시운전시에는 로드 뱅크(60)로 이용하고, 이러한 해수온도차 발전시스템(200)의 시동 및 정상운전시 생산 전력이 전력 수요를 상회하는 경우 잉여 전력이 생산될 경우, 이러한 전력은 로드 탱크를 통해 전량 소비되는 열을 해수 담수화 시스템에 사용될 수 있도록 한 것이다.
이에, 해수 담수화 시스템 내 진공챔버(70) 및 이와 연결되어 있는 담수 저장조(100)는 단일의 진공펌프(110)에 의해 사전설정 진공압력이 되도록 하는데, 이러한 진공펌프(110)의 구동전력을, 전술된 로드 탱크를 통해 전달된, 해수온도차 발전시스템(200)의 시동 및 발전기(15)의 부하 성능 시험시 잉여 전력이 사용되도록 한 것이다.
물론, 이러한 사전설정 진공압력은 진공챔버(70) 내에 설치된 압력센서(121)를 통해 제어부에서 확인하여, 사전설정 진공압력이 되도록, 진공펌프(110)의 구동이 제어되도록 한다.
2. 상기 진공챔버(70)의 내부에, 해수온도차 발전시스템(200)에서 냉매와 열교환된 표층수가, 사전설정수위까지 공급되어지는 단계(S300):
전술된 진공챔버(70) 내부가 사전설정 진공압력으로 설정된 후, 표층수 라인(20)을 통해 표층수가 진공챔버(70) 내부에 사전설정수위까지 공급되어지도록 한 것이다.
물론, 이러한 사전설정수위는 진공챔버(70) 내에 설치된 수위센서(122)를 통해 제어부에서 확인하여, 사전설정수위가 되도록, 표층수 라인(20)의 공급정도 및 공급여부(ON/OFF)가 제어되도록 한다.
3. 상기 진공챔버(70)의 내부의 전기히터(71)를 가동시켜, 표층수를 사전설정온도까지 가열시켜, 표층수의 담수 수증기를 형성시키는 단계(S400):
전술된 S300단계를 통해 진공챔버(70)가 사전설정수위까지 채워지면, 다수의 전기히터(71)를 선택적으로 구동시켜, 표층수가 사전설정온도까지 가열되며 수증기가 발생되도록 하는 것이다.
물론, 이러한 사전설정온도는 진공챔버(70) 내에 설치된 온도센서(123)를 통해 제어부에서 확인하여, 사전설정온도가 되도록, 전기히터(71)의 작동개수, 다수의 전기히터(71) 중 작동되는 대상선택, 작동여부(ON/OFF)가 제어되도록 한다.
여기서 사용되는 전기히터(71)는 모두 동일한 용량의 전기히터(71)가 다수개 설치되거나, 또는 상이한 용량(1kW ~ 100kW)의 저용량, 고용량 전기히터(71) 다수개가 설치될 수 있으며, 이에, 사전설정온도에 대응되는 발전출력에 맞춰 전기히터(71)의 개수나 작동되는 전기히터(71)를 제어부를 통해 선택제어할 수 있음이다.
더불어, 이러한 S400단계에서는 티양열 집열기(130)의 내부 온도가 진공챔버(70)보다 상대적으로 높아지는 경우, 보조 순환펌프(131)를 통해 진공챔버(70)의 표층수를 가온시킬 수 있도록 하는 단계(410);가 더 포함될 수 있고, 이러한 S410단계는 전술된 S400단계의 전기히터(71)와 동시에 구동되어지거나, 개별적으로 전기히터(71)의 구동보다 상대적으로 전 또는 후에 작동되어질 수 있음이다.
4. 상기 담수 수증기를, 해수온도차 발전시스템(200)에서 냉매와 열교환하고도 여전히 차가운 심층수(8~14℃)와 열교환기(90)를 통해 열교환시켜 응축하는 단계(S500): S400단계를 통해 진공챔버(70) 외부로 배출되는 수증기를 심층수 라인(30)의 심층수와 열교환시켜 응축시키는 단계이다.
5. 응축된 담수가 담수 저장조(100)에 저장되어지는 단계(S600): 상기 S500단계를 거치며 응축된 담수가 담수 저장조(100)에 저장되어지는 단계이다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변경이 가능함은 물론이다.
10: 냉매라인
11: 응축기
12: 증발기 13: 작동유체펌프
14: 터빈 15: 발전기
20: 표층수 라인 30: 심층수 라인
50; 전력변환장치 51: 전력 그리드
60: 로드 뱅크 70: 진공챔버
71: 추출라인 72: 수증기 배출라인
80: 전기히터 90: 열교환기
100: 담수 저장조 110: 진공펌프
121: 압력센서 122: 수위센서
123: 온도센서 130: 태양열 집열기
131: 보조 순환펌프
12: 증발기 13: 작동유체펌프
14: 터빈 15: 발전기
20: 표층수 라인 30: 심층수 라인
50; 전력변환장치 51: 전력 그리드
60: 로드 뱅크 70: 진공챔버
71: 추출라인 72: 수증기 배출라인
80: 전기히터 90: 열교환기
100: 담수 저장조 110: 진공펌프
121: 압력센서 122: 수위센서
123: 온도센서 130: 태양열 집열기
131: 보조 순환펌프
Claims (10)
- 냉매가 순환되는 냉매 라인(10)의 증발기(12)와 응축기(11)를 해양의 표층수와 심층수와 각각 열교환시키고, 냉매의 순환을 통해 터빈(14)을 구동시키고 발전기(15)를 통해 전력을 생산하며, 상기 발전기(15)에는 시운전 및 잉여전력 발생시의 전력이, 성능테스트를 위해 연결된 로드 뱅크(60)에 저장되도록 하는 해수온도차 발전시스템(200);
상기 해양 표층수를 가열하여 담수로 저장하되, 해수온도차 발전시스템(200)으로부터 공급받은 시운전 또는 잉여 전력으로 해양 표층수의 가열 및 진공챔버(70) 내 진공펌프(110) 구동에 사용되는 해수담수화 시스템(300);
를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 해수온도차발전 시운전 및 잉여전력 활용을 위한 해수담수화 겸용 로드 뱅크 시스템.
- 제 1항에 있어서,
상기 해수온도차 발전시스템(200)은
냉매가 순환되며 터빈(14)을 구동시켜 발전기(15)를 통해 전력을 생산하는 냉매 라인(10);
상기 냉매 라인(10) 내 증발기(12)와 열교환된 표층수 일부를 해수담수화 시스템(300)의 진공챔버(70) 내에 담수용도로 제공하는 표층수 라인(20);
상기 냉매 라인(10) 내 응축기(11)와 열교환된 심층수 일부를 해수담수화 시스템(300)에서 생산된 담수 수증기의 응축용도로 사용되도록 하는 심층수 라인(30);
상기 발전기(15)와 연결되어 발전기(15)의 성능테스트를 위한 부하변화에 사용되되, 해수온도차 발전시스템(200)의 시운전 및 잉여전력 발생시의 전력이, 일부 또는 전부 공급되어지는 로드 뱅크(60);
를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 해수온도차발전 시운전 및 잉여전력 활용을 위한 해수담수화 겸용 로드 뱅크 시스템.
- 제 1항에 있어서,
상기 해수담수화 시스템(300)은
상기 해수온도차 발전시스템(200)의 표층수 라인(20)으로부터 제공된, 담수처리대상의 표층수가 내부에 저장되는 진공챔버(70);
상기 진공챔버(70) 내부에 설치되어, 해수온도차 발전시스템(200)에서 제공된 전력으로 구동되어, 표층수를 가열시켜 수증기로 변화시키는 전기히터(71);
상기 표층수의 고온 수증기를, 해수온도차 발전시스템(200)의 심층수 라인(30)의 심층수와 열교환시켜 응축시키는 열교환기(90);
상기 열교환기(90)를 거친 표층수의 응축 담수를 저장하는 담수 저장조(100);
를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 해수온도차발전 시운전 및 잉여전력 활용을 위한 해수담수화 겸용 로드 뱅크 시스템.
- 제 3항에 있어서,
상기 전기히터(71)는
상호간 용량이 상이한 다수의 전기히터(71)가 진공챔버(70)에 구비되어,
표층수를 사전설정온도로 가열시키기 위한 발전출력에 대응되는 히터(71) 하나 또는 복수개 이상에 전력이 공급되어 선택구동되어지는 것을 특징으로 하는 해수온도차발전 시운전 및 잉여전력 활용을 위한 해수담수화 겸용 로드 뱅크 시스템.
- 제 3항에 있어서,
상기 담수 저장조(100)는
상기 해수온도차 발전시스템(200)에서 제공된 전력으로 구동되는 진공펌프(110)를 구비하여, 담수 저장조(100) 및 담수 저장조(100)와 연결된 진공챔버(70) 내부를 사전설정 진공상태로 형성시키는 진공펌프(110);
가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 해수온도차발전 시운전 및 잉여전력 활용을 위한 해수담수화 겸용 로드 뱅크 시스템.
- 제 3항에 있어서,
상기 진공챔버(70) 내에 설치되어, 내부의 압력이 사전설정 진공압력으로 유지될 수 있도록, 진공챔버(70) 및 담수 저장조(100)와 연결된 진공펌프(110)의 ON/OFF를 제어부로 제어되도록 하는 압력센서(121);
상기 진공챔버(70) 내에 설치되어, 내부에 공급되어지는 표층수의 수위가 사전설정수위로 유지될 수 있도록, 표층수 라인(20)의 공급 ON/OFF를 제어부로 제어되도록 하는 수위센서(122);
상기 진공챔버(70) 내에 설치되어, 내부의 온도가 사전설정온도로 유지될 수 있도록, 진공챔버(70) 내에 설치된 전기히터(71)의 ON/OFF를 제어부로 제어되도록 하는 온도센서(123);
가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 해수온도차발전 시운전 및 잉여전력 활용을 위한 해수담수화 겸용 로드 뱅크 시스템.
- 제 3항에 있어서,
상기 진공챔버(70)의 상, 하단에 양측이 연결설치되어, 태양열을 집열하는 내부의 온도가 진공챔버(70)보다 상대적으로 높아지는 경우, 보조 순환펌프(131)를 통해 진공챔버(70)의 표층수를 가온시킬 수 있도록 하는 태양열 집열기(130);
가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 해수온도차발전 시운전 및 잉여전력 활용을 위한 해수담수화 겸용 로드 뱅크 시스템.
- 해수온도차발전 시운전 및 잉여전력 활용을 위한 해수담수화 겸용 로드 뱅크 시스템의 제어방법에 있어서,
해수온도차 발전시스템(200)과 해수담수화 시스템(300)이 연결되어 사용되되,
시운전시나 정상운전시의 생산전력이 수요전력을 초과하는 경우에 해수담수화 겸용 로드뱅크(60)로 전력이 공급되는 단계(S100);
해수담수화 시스템(300) 내 진공챔버(70)와 담수 저장조(100)가 단일의 진공펌프(110)에 의해 사전설정 진공압력이 되도록 하는 단계(S200);
상기 진공챔버(70)의 내부에, 해수온도차 발전시스템(200)에서 냉매와 열교환되며 온도가 상승된 표층수가, 사전설정수위까지 공급되어지는 단계(S300);
상기 진공챔버(70)의 내부의 전기히터(71)를 가동시켜, 표층수를 사전설정온도까지 가열시켜, 표층수의 담수 수증기를 형성시키는 단계(S400);
상기 담수 수증기를, 해수온도차 발전시스템(200)에서 냉매와 열교환되고도 차가운 심층수와 열교환기(90)를 통해 열교환시켜 응축하는 단계(S500);
응축된 담수가 담수 저장조(100)에 저장되어지는 단계(S600);
를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 해수온도차발전 시운전 및 잉여전력 활용을 위한 해수담수화 겸용 로드 뱅크 시스템의 제어방법.
- 제 8항에 있어서,
상기 S200단계의 진공펌프(110), S400단계의 전기히터(71)는
해수온도차 발전시스템(200) 내 발전기(15)의 부하성능시험시 발생된 전력 및 잉여전력 발생시의 전력이, 발전기(15)의 성능테스트를 위해 연결된 로드 뱅크(60)를 통해 전달되어 구동되는 것을 특징으로 하는 해수온도차발전 시운전 및 잉여전력 활용을 위한 해수담수화 겸용 로드 뱅크 시스템의 제어방법.
- 제 8항에 있어서,
상기 S500단계에서,
증발로 농축된 표층수는, 소금 제조 및 미네랄 추출에 사용되는 것을 특징으로 하는 해수온도차발전 시운전 및 잉여전력 활용을 위한 해수담수화 겸용 로드 뱅크 시스템의 제어방법.
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