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KR101638286B1 - Supercritical CO2 generation system and method for controlling output thereof - Google Patents

Supercritical CO2 generation system and method for controlling output thereof Download PDF

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KR101638286B1
KR101638286B1 KR1020150056640A KR20150056640A KR101638286B1 KR 101638286 B1 KR101638286 B1 KR 101638286B1 KR 1020150056640 A KR1020150056640 A KR 1020150056640A KR 20150056640 A KR20150056640 A KR 20150056640A KR 101638286 B1 KR101638286 B1 KR 101638286B1
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turbine
working fluid
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generator
compressor
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KR1020150056640A
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Inventor
이현익
맹좌영
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두산중공업 주식회사
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Abstract

본 발명은 초임계 이산화탄소 발전 시스템 및 그 시스템의 출력 제어 방법 에 관한 것으로, 작동 유체를 냉각시키는 쿨러와, 상기 쿨러의 후단에 연결되어 상기 작동 유체를 압축시키는 압축기와, 상기 압축기를 통과한 상기 작동 유체를 가열하는 히터와, 상기 히터를 통과한 상기 작동 유체에 의해 회전 구동되는 터빈과, 상기 터빈에 연결되어 구동되며 전력을 생산하는 발전기를 포함하며, 상기 터빈은 상기 발전기의 출력 주파수에 대응하는 회전수를 갖도록 제어되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 유량 제어장치 및 출력 제어장치를 사용해 터빈의 회전수를 일정하게 제어함으로써 AC/DC 컨버터의 사용이 불필요해 발전 출력에 제한이 없어지며, 그리드에 직접적인 전력 공급이 가능한 장점이 있다. 또한, 발전기의 특성에 맞게 터빈의 회전수 또는 출력을 제어할 수 있는 특성이 있다.
The present invention relates to a supercritical carbon dioxide power generation system and a method of controlling the output of the system, and more particularly, to a supercritical carbon dioxide power generation system and a method of controlling the output of the system. The system includes a cooler for cooling a working fluid, a compressor connected to a rear end of the cooler for compressing the working fluid, A turbine rotatably driven by the working fluid that has passed through the heater; and a generator connected to the turbine and driven to produce electric power, wherein the turbine has an output frequency corresponding to an output frequency of the generator And is controlled to have a rotation number.
According to the present invention, the use of the AC / DC converter is unnecessary because the number of revolutions of the turbine is constantly controlled by using the flow rate control device and the output control device, so that there is no restriction on the power generation output, and the power can be directly supplied to the grid. Further, there is a characteristic that the number of revolutions or the output of the turbine can be controlled in accordance with the characteristics of the generator.

Description

초임계 이산화탄소 발전 시스템 및 그 시스템의 출력 제어 방법{Supercritical CO2 generation system and method for controlling output thereof}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a supercritical carbon dioxide (CO2) generation system,

본 발명은 초임계 이산화탄소 발전 시스템 및 그 시스템의 출력 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 발전기 특성에 맞게 터빈 회전수 또는 토크를 제어할 수 있는 초임계 이산화탄소 발전 시스템 및 그 시스템의 출력 제어 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a supercritical carbon dioxide power generation system and an output control method thereof, and more particularly, to a supercritical carbon dioxide power generation system capable of controlling a turbine revolution frequency or torque in accordance with a generator characteristic and an output control method thereof .

국제적으로 효율적인 전력 생산에 대한 필요성이 점차 커지고 있고, 공해물질 발생을 줄이기 위한 움직임이 점차 활발해짐에 따라 공해물질의 발생을 줄이면서 전력 생산량을 높이기 위해 여러 가지 노력을 기울이고 있다. 그러한 노력의 하나로 일본특허공개 제2012-145092호에 개시된 바와 같이 초임계 이산화탄소를 작동 유체로 사용하는 초임계 이산화탄소 발전 시스템(Power generation system using Supercritical CO2)에 대한 연구 개발이 활성화되고 있다.Internationally, there is an increasing need for efficient power generation. As the movement to reduce the generation of pollutants becomes more active, various efforts are being made to increase the production of electricity while reducing the generation of pollutants. As one of such efforts, research and development on a supercritical carbon dioxide power generation system using supercritical carbon dioxide as a working fluid has been activated as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 145092/1989.

초임계 상태의 이산화탄소는 액체 상태와 유사한 밀도에 기체와 비슷한 점성을 동시에 가지므로 기기의 소형화와 더불어, 유체의 압축 및 순환에 필요한 전력소모를 최소화할 수 있다. 동시에 임계점이 섭씨 31.4도, 72.8기압으로, 임계점이 섭씨 373.95도, 217.7기압인 물보다 매우 낮아서 다루기가 용이한 장점이 있다. 이러한 초임계 이산화탄소 발전 시스템은 섭씨 550에서 운전할 경우 약 45% 수준의 순발전효율을 보이며, 기존 스팀 사이클의 발전효율 대비 20% 이상의 발전효율 향상과 함께 터보기기를 수십 분의 1 수준으로 축소가 가능한 장점이 있다. Since supercritical carbon dioxide has a gas-like viscosity at a density similar to that of a liquid state, it can minimize the power consumption required for compression and circulation of the fluid as well as miniaturization of the apparatus. At the same time, the critical point is 31.4 degrees Celsius, 72.8 atmospheres, and the critical point is much lower than the water at 373.95 degrees Celsius and 217.7 atmospheres, which is easy to handle. This supercritical carbon dioxide power generation system shows a net generation efficiency of about 45% when operating at 550 ° C. It can improve the power generation efficiency by more than 20% compared to the existing steam cycle power generation efficiency and reduce the turbo device to one tenth There are advantages.

그런데 이러한 종래의 초임계 이산화탄소 발전 시스템은 원심형 변속 터빈을 메인 터빈으로 사용하여 발전단의 출력을 생성하는 구조로, 터빈 입구의 유량 제어를 하지 않아도 AC 출력을 DC로 전환한 후 다시 60Hz의 AC 전력으로 전환해 사용하고 있다.However, in the conventional supercritical carbon dioxide power generation system, the centrifugal type turbine is used as the main turbine to generate the output of the power generation stage. The AC output is converted into DC without the flow control of the turbine inlet, It is used by switching to electric power.

그러나 초임계 이산화탄소 발전 시스템의 생산 전력 용량이 커짐에 따라AC/DC/AC 컨버터가 발전 시스템 전체에서 가장 큰 부분을 차지하게 되어 효율이 저하되는 문제가 있다.
However, as the production capacity of the supercritical carbon dioxide power generation system becomes larger, the AC / DC / AC converter occupies the largest portion of the entire power generation system, resulting in a reduction in efficiency.

일본특허공개 제2012-145092호 (공개일 2012. 08. 02)Japanese Patent Laid-Open Publication No. 2012-145092 (published on Aug. 02, 2012)

본 발명의 목적은 발전기 특성에 맞게 터빈 회전수 또는 토크를 제어할 수 있는 초임계 이산화탄소 발전 시스템 및 그 시스템의 출력 제어 방법을 제공하는 것이다.
It is an object of the present invention to provide a supercritical carbon dioxide power generation system capable of controlling the turbine revolution number or torque in accordance with generator characteristics and a method of controlling the output of the system.

본 발명의 초임계 이산화탄소 발전 시스템은, 작동 유체를 냉각시키는 쿨러와, 상기 쿨러의 후단에 연결되어 상기 작동 유체를 압축시키는 압축기와, 상기 압축기를 통과한 상기 작동 유체를 가열하는 히터와, 상기 히터를 통과한 상기 작동 유체에 의해 회전 구동되는 터빈과, 상기 터빈에 연결되어 구동되며 전력을 생산하는 발전기를 포함하며, 상기 터빈은 상기 발전기의 출력 주파수에 대응하는 회전수를 갖도록 제어되는 것을 특징으로 하며, 상기 히터의 전단에 개폐 가능하게 구비되는 압축기 순환 밸브와, 상기 압축기의 후단과 전단을 연결하는 압축기 우회 유로를 더 포함한다.The supercritical carbon dioxide power generation system of the present invention comprises a cooler for cooling a working fluid, a compressor connected to a rear end of the cooler for compressing the working fluid, a heater for heating the working fluid passed through the compressor, A turbine rotatably driven by the working fluid passing through the turbine, and a generator connected to the turbine and generating electric power, wherein the turbine is controlled to have a rotation speed corresponding to an output frequency of the generator A compressor circulation valve provided at the front end of the heater to be openable and closable, and a compressor bypass flow passage connecting the rear end and the front end of the compressor.

상기 터빈의 전단에 설치되며, 상기 터빈으로 공급되는 상기 작동 유체의 유량을 제어하는 유량 제어장치를 더 포함할 수 있다.And a flow rate control device installed at a front end of the turbine and controlling a flow rate of the working fluid supplied to the turbine.

상기 유량 제어장치는 상기 터빈의 회전수가 상기 발전기의 출력 주파수에 대응하는 회전수보다 증가 또는 감소됨에 따라 상기 작동 유체가 상기 터빈을 우회하도록 제어하거나 상기 터빈으로 가는 상기 작동 유체의 유량을 증가시키는 것이 특징이다.The flow rate control device controls the working fluid to bypass the turbine or increases the flow rate of the working fluid to the turbine as the number of rotations of the turbine increases or decreases from the number of rotations corresponding to the output frequency of the generator Feature.

상기 히터는 상기 압축기의 후단에 연결되는 제1 히터와, 상기 제1 히터의 후단에 연결되는 제2 히터를 포함할 수 있다.The heater may include a first heater connected to a rear end of the compressor, and a second heater connected to a rear end of the first heater.

상기 압축기의 후단에서 분기되며(분기점 A), 상기 제1 히터 및 제2 히터의 사이(분기점 B)로 연결되는 리큐퍼레이터를 더 포함할 수 있다.And a recuperator that is branched at a downstream end of the compressor (branch point A) and connected between the first heater and the second heater (branch point B).

상기 리큐퍼레이터는 상기 터빈의 후단 및 상기 쿨러의 전단에 연결되며, 상기 터빈을 거친 작동 유체로부터 열을 회수하여 상기 압축기를 거친 작동 유체를 복열하는 것을 특징으로 한다.The recuperator is connected to a rear end of the turbine and a front end of the cooler. The recuperator recovers heat from the working fluid passing through the turbine and recovers the working fluid passing through the compressor.

상기 유량 제어장치의 전단과 상기 터빈의 후단을 연결하며, 상기 터빈으로 유입되는 상기 작동 유체의 일부 또는 전부를 우회시키는 터빈 우회 유로와, 상기 터빈 우회 유로 상에 설치되어 상기 터빈 우회 유로를 개폐하는 터빈 우회 밸브를 더 포함할 수 있다.A turbine bypass flow path connecting the front end of the flow rate control device and the rear end of the turbine and bypassing a part or all of the working fluid flowing into the turbine and a turbine bypass flow path provided on the turbine bypass flow path, And may further include a turbine bypass valve.

상기 터빈과 상기 발전기의 사이에 구비되며, 상기 발전기의 출력 주파수에따라 상기 터빈의 출력을 제어하는 출력 제어장치를 더 포함할 수 있다.And an output control unit provided between the turbine and the generator for controlling an output of the turbine according to an output frequency of the generator.

상기 출력 제어장치는 상기 발전기의 출력 주파수에 따라 상기 터빈의 회전수(rpm)를 감소시키는 것을 특징으로 한다.And the output control device reduces the rotational speed (rpm) of the turbine according to the output frequency of the generator.

상기 출력 제어장치는 상기 터빈의 회전수가 상기 발전기의 출력 주파수에 대응하는 회전수 보다 높으면 상기 터빈의 출력을 낮추어 상기 발전기로 전달하는 것을 특징으로 한다.The output control device lowers the output of the turbine and transfers the output to the generator when the rotational speed of the turbine is higher than the rotational speed corresponding to the output frequency of the generator.

상기 출력 제어장치는 토크 컨버터(torque converter)인 것을 특징으로 한다.The output control device is a torque converter.

또한, 본 발명의 초임계 이산화탄소 발전 시스템의 출력 제어 방법은, 초임계 이산화탄소 발전 시스템 내로 작동 유체를 공급하는 작동유체공급 단계(S100)와, 상기 작동 유체가 쿨러를 거쳐 냉각된 후 압축기로 공급되어 압축되는 압축 단계(S200) 와, 상기 압축 단계(S200)에서 압축된 상기 작동 유체가 히터에서 가열되는 가열 단계(S300)와, 상기 가열 단계(S300)를 거친 상기 작동 유체가 터빈으로 공급되어 터빈을 구동시키는 터빈구동 단계(S400)와, 상기 터빈에 연결된 발전기에서 전력을 생산하는 전력생산 단계(S500)를 포함하며, 상기 터빈구동 단계(S400)에서 상기 터빈은 상기 발전기의 출력 주파수에 대응하는 회전수를 갖도록 제어되는 것을 특징으로 한다.Also, a method of controlling an output of a supercritical carbon dioxide power generation system of the present invention includes a working fluid supply step (S100) of supplying a working fluid into a supercritical carbon dioxide power generation system, (S300) in which the working fluid compressed in the compressing step (S200) is heated in a heater, and the working fluid passing through the heating step (S300) is supplied to the turbine (S400) for driving the turbine (S400), and a power generation step (S500) for generating power in the generator connected to the turbine. In the turbine driving step (S400), the turbine And is controlled to have a rotation number.

상기 터빈구동 단계(S400) 이후에 상기 터빈의 출력을 상기 발전기의 출력 주파수에 맞게 조정하여 상기 발전기에 전달하는 출력제어 단계(S450)를 더 포함할 수 있다.And an output control step (S450) of adjusting the output of the turbine to the output frequency of the generator after the driving the turbine (S400) and transmitting the adjusted output to the generator.

상기 터빈구동 단계(S400) 이전에 상기 압축기의 초기 구동 중인지를 판단하는 1차 판단 단계(S330)와, 상기 압축기의 초기 구동이 아니면 상기 터빈의 회전수 증가 여부를 판단하는 2차 판단 단계(S350)를 더 포함할 수 있다.A first determining step S330 of determining whether the compressor is being driven before the turbine driving step S400 and a second determining step S350 of determining whether the turbine rotation speed is increased if the compressor is not initially driven ).

상기 1차 판단 단계(S330)에서 상기 압축기의 초기 구동 중임이 판단되거나, 상기 2차 판단 단계(S350)에서 상기 터빈의 회전수가 증가된 것으로 판단되는 경우 상기 터빈을 우회하여 상기 작동 유체가 순환되도록 하는 터빈우회 단계(S370)를 더 포함할 수 있다.If it is determined that the compressor is initially being operated in the first determining step S330 or that the operating fluid is circulated by bypassing the turbine when it is determined that the number of rotations of the turbine is increased in the secondary determining step S350 And a turbine bypassing step (S370).

상기 2차 판단 단계(S350)에서 상기 터빈의 회전수가 증가되지 않은 것으로 판단되는 경우 상기 터빈 구동 단계(S400)를 진행하는 것을 특징으로 한다.
If it is determined that the number of revolutions of the turbine is not increased in the secondary determination step (S350), the turbine driving step (S400) is performed.

본 발명의 일 실시 예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템 및 그 시스템의 출력 제어 방법은 유량 제어장치 및 출력 제어장치를 사용해 터빈의 회전수를 일정하게 제어함으로써 AC/DC 컨버터의 사용이 불필요해 발전 출력에 제한이 없어지며, 그리드에 직접적인 전력 공급이 가능한 장점이 있다. 또한, 발전기의 특성에 맞게 터빈의 회전수 또는 출력을 제어할 수 있는 특성이 있다.
A supercritical carbon dioxide power generation system and an output control method thereof according to an embodiment of the present invention use a flow control device and an output control device to constantly control the number of revolutions of the turbine so that the use of an AC / And there is an advantage in that power can be directly supplied to the grid. Further, there is a characteristic that the number of revolutions or the output of the turbine can be controlled in accordance with the characteristics of the generator.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 출력 제어 장치가 구비된 초임계 이산화탄소 발전 시스템을 도시한 블록도,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템의 출력 제어 방법을 도시한 순서도이다.
1 is a block diagram of a supercritical carbon dioxide power generation system having an output control apparatus according to an embodiment of the present invention;
2 is a flowchart illustrating an output control method of a supercritical carbon dioxide power generation system according to an embodiment of the present invention.

이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템 및 그 시스템의 출력 제어 방법에 대해 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a supercritical carbon dioxide power generation system and an output control method of the system according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

먼저 도 1을 참조하여 초임계 이산화탄소 발전 시스템의 출력 제어 장치에 대해 설명하기로 한다.First, the output control apparatus of the supercritical carbon dioxide power generation system will be described with reference to FIG.

일반적인 초임계 이산화탄소 발전 시스템은 발전에 사용된 이산화탄소를 외부로 배출하지 않는 폐사이클(close cycle)을 이루며, 작동 유체로 초임계 상태의 이산화탄소를 이용한다.
A typical supercritical carbon dioxide power generation system uses a supercritical carbon dioxide as a working fluid, forming a closed cycle in which carbon dioxide used for power generation is not discharged to the outside.

사이클 내의 초임계 이산화탄소 작동 유체(이하 작동 유체)는 압축기를 통과한 후 히터 등과 같은 열원을 통과하면서 가열되며, 충분히 가열된 작동 유체가 터빈을 구동시킨다. 터빈은 작동 유체 의 유량 변화에 따라 회전수가 변하는 변속 터빈이며, 터빈에는 발전기 및 전압 컨버터가 연결되며, 터빈에 의해 구동되어 전력을 생산한다. 초임계 이산화탄소 발전 시스템에 사용되는 터빈은 사이즈가 작기 때문에 정속으로 설계하기 어려우므로 변속 터빈을 사용한다.Supercritical carbon dioxide working fluid (hereinafter referred to as working fluid) in the cycle is heated while passing through a compressor and then through a heat source such as a heater, and a sufficiently heated working fluid drives the turbine. The turbine is a variable-speed turbine in which the number of revolutions changes with the flow rate of the working fluid. The turbine is connected to the generator and the voltage converter, and is driven by the turbine to produce electric power. Turbines used in supercritical carbon dioxide power generation systems are variable turbines because they are difficult to design at constant speed due to their small size.

전력의 생산에 이용된 작동 유체는 열교환기를 거치면서 냉각되며, 냉각된 작동 유체는 다시 압축기로 공급되어 사이클 내를 순환한다. 터빈이나 열교환기는 복수 개가 구비될 수 있다. The working fluid used for the production of electric power is cooled through the heat exchanger, and the cooled working fluid is supplied to the compressor again to circulate in the cycle. A plurality of turbines or heat exchangers may be provided.

본 발명에서는 이러한 기본적인 초임계 이산화탄소 발전 시스템의 변속 터빈을 정속 터빈 처럼 동작시키도록 하고, 터빈 전단의 유량이 달라져 터빈의 회전수가 달라지더라도 발전기 특성에 맞게 출력을 제어할 수 있는 출력 제어 장치 및 방법을 제안한다.In the present invention, an output control device and method capable of controlling the output in accordance with the characteristics of the generator even when the turbine of the basic supercritical carbon dioxide power generation system operates as a constant speed turbine and the flow rate of the turbine front end is varied, .

시스템 내에서 작동 유체가 흐르는 유로를 이송관이라고 정의하며, 이송관에서 별도로 분기되는 유로에 대해서는 별도의 명칭으로 정의하기로 한다.A flow path through which a working fluid flows in the system is defined as a transport pipe, and a flow path separately branched from the transport pipe is defined as a separate name.

또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 “초임계 이산화탄소 발전 시스템”이란 싸이클 내에서 유동하는 작동 유체 모두가 초임계 상태인 시스템뿐만 아니라, 작동 유체의 대부분이 초임계 상태이고 나머지는 아임계 상태인 시스템도 포함하는 의미로 사용된다.The term " supercritical carbon dioxide power generation system " according to various embodiments of the present invention is intended to encompass not only the system in which all of the working fluid flowing in the cycle is a supercritical state but also the supercritical state, System.

또한, 본 발명의 다양한 실시예에서 작동 유체로 이산화탄소가 사용되는데, 여기서 “이산화탄소”란, 화학적인 의미에서 순수한 이산화탄소, 일반적인 관점에서 불순물이 다소 포함되어 있는 상태의 이산화탄소 및 이산화탄소에 한가지 이상의 유체가 첨가물로서 혼합되어 있는 상태의 유체까지도 포함하는 의미로 사용된다.
Also, in various embodiments of the present invention, carbon dioxide is used as the working fluid, wherein the term " carbon dioxide " refers to pure carbon dioxide in a chemical sense, carbon dioxide in a state of being somewhat impure and carbon dioxide in a general sense, As well as fluids in a mixed state.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 출력 제어 장치가 구비된 초임계 이산화탄소 발전 시스템을 도시한 블록도이다.1 is a block diagram illustrating a supercritical carbon dioxide power generation system having an output control apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템은 초임계 이산화탄소를 작동 유체로 사용하며, 작동 유체를 공급하는 작동유체 공급장치(100)가 구비된다. 또한, 작동 유체를 냉각시키는 쿨러(200)와, 냉각된 작동 유체를 압축시키는 압축기(300)와, 압축기(300)를 통과한 작동 유체를 가열하는 복수의 히터(400, 500)와, 히터(400, 500)를 통과한 고온 고압의 작동 유체에 의해 구동되는 터빈(600)을 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 1, the supercritical carbon dioxide power generation system according to an embodiment of the present invention includes supercritical carbon dioxide as a working fluid and a working fluid supply device 100 for supplying a working fluid. A plurality of heaters 400 and 500 for heating a working fluid that has passed through the compressor 300 and a heater 300 for heating the working fluid, 400, and 500, and a turbine 600 driven by a high-temperature, high-pressure working fluid.

또한, 초임계 이산화탄소 발전 시스템에는 작동 유체를 추가로 복열하는 리큐퍼레이터 및, 터빈(600)에 결합되는 발전기(610), 터빈(600)과 발전기(610)의 사이에 설치되어 터빈(600)의 회전수에 따라 토크를 바꾸어 발전기에 전달하는 출력 제어장치(630)가 구비된다. 각 구성들은 작동 유체가 흐르는 이송관(800)에 의해 연결된다.
The supercritical carbon dioxide power generation system further includes a recuperator that further recovers the working fluid and a generator 610 coupled to the turbine 600 and a turbine 600 installed between the turbine 600 and the generator 610, And an output control device 630 for changing the torque according to the number of revolutions of the engine and transmitting the torque to the generator. Each of the components is connected by a transfer pipe 800 through which a working fluid flows.

작동유체 공급장치(100)는 사이클 내로 시스템의 구동을 위한 작동 유체를 공급하는 역할을 하며, 사이클 내에서 작동 유체의 누설이 발생하는 경우 손실된 작동 유체의 양을 보존해주기 위해서도 작동 유체를 공급할 수 있다. The working fluid supply device 100 serves to supply the working fluid for driving the system into the cycle and can supply the working fluid in order to preserve the amount of the working fluid lost when the working fluid leaks in the cycle have.

작동유체 공급장치(100)에 의해 주입된 작동 유체는 공급 밸브(110)를 통해 쿨러(200)로 유입된다.The working fluid injected by the working fluid supply device 100 flows into the cooler 200 through the supply valve 110.

쿨러(200)는 작동 유체를 냉각시키며, 쿨러(200)에서 충분히 냉각된 작동 유체는 주입 밸브(210)를 거쳐 압축기(300)로 공급된다. The cooler 200 cools the working fluid and the working fluid sufficiently cooled in the cooler 200 is supplied to the compressor 300 via the injection valve 210.

압축기(300)는 작동 유체를 고압으로 압축하며, 압축기(300)에서 압축된 작동 유체는 제1 히터(400)로 전달되고, 일부는 리큐퍼레이터(700)로 전달된다. 이를 위해, 분기 유로(810)가 구비되며, 분기 유로(810) 상에 조절 밸브(812)가 설치되어 분기 유로(810)를 개폐한다.The compressor 300 compresses the working fluid to a high pressure. The working fluid compressed in the compressor 300 is transferred to the first heater 400, and a part of the working fluid is transferred to the recuperator 700. To this end, a branch passage 810 is provided, and a control valve 812 is provided on the branch passage 810 to open and close the branch passage 810.

압축기(300)를 구동하는 동력원으로 별도의 압축기 터빈이나 모터 등이 구비될 수 있다.A separate compressor turbine, a motor, or the like may be provided as a power source for driving the compressor 300.

압축기(300)를 통과한 고압의 작동 유체는 제1 히터(400)로 유입되어 1차로 가열되고, 이후 제2 히터(500)를 거치면서 다시 한번 가열되어 터빈(600)을 구동시킬 수 있을 정도의 고온 상태가 된다.
The high-pressure working fluid that has passed through the compressor 300 flows into the first heater 400 and is heated first, then heated again through the second heater 500 to drive the turbine 600 Lt; / RTI >

터빈(600)은 고온 고압의 작동 유체에 의해 구동되어 터빈(600)에 결합된 발전기(610)를 구동시킴으로써 전력을 생산하는 역할을 한다. 터빈(600)을 통과하면서 작동 유체가 팽창되므로 터빈(600)은 팽창기(expander)의 역할도 하게 된다. 작동 유체는 터빈(600)을 구동시키고 저압의 상태로 배출되어 리큐퍼레이터(700)로 보내진다.The turbine 600 is driven by a high-temperature, high-pressure working fluid to generate electric power by driving a generator 610 coupled to the turbine 600. As the working fluid is expanded while passing through the turbine 600, the turbine 600 also functions as an expander. The working fluid drives the turbine 600 and is discharged in a low pressure state and sent to the recuperator 700.

또한, 터빈(600)은 원심형 또는 축류형의 변속 터빈이며, 터빈(600)의 전단에는 유량 제어장치(650)가 설치되고, 터빈(600)에는 출력 제어장치(630)가 연결된다. 터빈(600) 입구단의 유량이 증가 또는 감소되면 터빈(600)이 발전기(610)의 출력 주파수에 대응하는 회전수로 구동될 수 없으므로 유량 제어장치(650)를 구비해 터빈(600)으로 유입되는 작동 유체의 유량을 제어해준다.The turbine 600 is a centrifugal type or an axial flow type turbine. A flow rate control device 650 is installed at a front end of the turbine 600 and an output control device 630 is connected to the turbine 600. Since the turbine 600 can not be driven at a rotational speed corresponding to the output frequency of the generator 610 when the flow rate at the inlet end of the turbine 600 is increased or decreased, Thereby controlling the flow rate of the working fluid.

터빈(600)의 회전수는 부하의 증감, 작동 유체의 온도 및 압력 조건의 변동, 터빈(600)의 추기량 또는 배기량의 변화에 따라 달라질 수 있다. 이러한 터빈(600)의 회전수 변화에 대응하여 유량 제어장치(650)가 터빈(600)으로 유입되는 유량을 제어하게 된다.The number of revolutions of the turbine 600 may vary depending on the increase / decrease of the load, the variation of the temperature and the pressure condition of the working fluid, the amount of churning of the turbine 600, or the amount of exhaust. The flow rate control device 650 controls the flow rate of the flow of the refrigerant into the turbine 600 corresponding to the change in the number of revolutions of the turbine 600.

터빈(600)이 발전기(610)의 출력 주파수에 대응되는 회전수를 갖도록 운전되는 정상 운전 중에는 터빈(600)의 회전수가 발전기(610)의 주파수에 좌우된다. 따라서 유량 제어장치(650)는 터빈(600)의 회전수가 발전기(610)의 주파수에 대응할 수 있도록 작동 유체의 유량을 제어한다.During normal operation in which the turbine 600 is operated to have a speed corresponding to the output frequency of the generator 610, the number of revolutions of the turbine 600 depends on the frequency of the generator 610. Accordingly, the flow rate control device 650 controls the flow rate of the working fluid so that the rotational speed of the turbine 600 corresponds to the frequency of the generator 610.

즉, 터빈(600)의 회전수가 발전기(610)의 출력 주파수에 대응되는 회전수 보다 증가하는 경우 유량 제어장치(650)가 터빈(600)으로 가는 작동 유체를 일부 차단하여 터빈(600)의 회전수가 다시 감소될 수 있도록 한다. 터빈(600)으로 유입되지 못한 일부의 작동 유체는 터빈(600) 후단으로 바로 보내짐으로써 터빈(600)을 거치지 않고 리큐퍼레이터(700)로 전달되도록 한다. 이를 위해, 유량 제어장치(650)의 전단과 터빈(600)의 후단을 연결하는 터빈 우회 유로(850) 상에는 터빈 우회 밸브(852)가 구비되는 것이 바람직하다(이에 관해서는 후술하기로 함).That is, when the rotational speed of the turbine 600 increases more than the rotational frequency corresponding to the output frequency of the generator 610, the flow control device 650 partially blocks the working fluid flowing to the turbine 600, So that the number can be reduced again. A part of the working fluid which has not flowed into the turbine 600 is directly sent to the rear end of the turbine 600 so that it is transmitted to the recuperator 700 without going through the turbine 600. For this purpose, it is preferable that a turbine bypass valve 852 is provided on the turbine bypass flow passage 850 connecting the front end of the flow control device 650 and the rear end of the turbine 600 (this will be described later).

터빈(600)으로 가는 작동 유체의 유량이 감소되면 터빈(600)의 속도가 감소하므로 터빈(600)의 회전수가 발전기(610)의 출력 주파수에 대응하는 회전수 이상으로 증가하지 않도록 제어할 수 있다.As the flow rate of the working fluid to the turbine 600 decreases, the speed of the turbine 600 decreases, so that the number of revolutions of the turbine 600 can be controlled not to exceed the number of revolutions corresponding to the output frequency of the generator 610 .

터빈(600)의 회전수가 발전기(610)의 출력 주파수에 대응되는 회전수 보다 감소하는 경우, 유량 제어장치(650)는 터빈(600)으로 가는 작동 유체의 유량을 증가시킴으로써 터빈(600)의 회전수가 유지될 수 있도록 한다. 이를 위해, 압축기(300)를 거쳐 리큐퍼레이터(700)로 보내지는 작동 유체가 터빈(600)으로 추가로 유입될 수 있도록 해야 한다. 따라서 리큐퍼레이터(700)에서 추가로 복열된 작동 유체가 추가로 유입되는 것이 바람직하며, 압축기(300) 및 리큐퍼레이터(700)를 거친 작동 유체는 제1 히터(400)와 제2 히터(500)의 사이로 유입되어 제1 히터(400)를 통과한 작동 유체와 혼합된다.  The flow rate control device 650 controls the rotation of the turbine 600 by increasing the flow rate of the working fluid flowing to the turbine 600 when the number of rotations of the turbine 600 decreases from the number of rotations corresponding to the output frequency of the generator 610. [ So that the number can be maintained. To this end, the working fluid sent to the recuperator 700 through the compressor 300 must be introduced into the turbine 600. It is preferable that the working fluid further recuperated by the recuperator 700 is further introduced and the working fluid passing through the compressor 300 and the recuperator 700 is supplied to the first heater 400 and the second heater 500 and is mixed with the working fluid that has passed through the first heater 400.

터빈(600)으로 가는 작동 유체의 유량이 증가되면 터빈(600)의 속도가 증가하므로 터빈(600)의 회전수가 발전기(610)의 출력 주파수에 대응하는 회전수 이하로 감소하지 않도록 제어할 수 있다.
As the flow rate of the working fluid to the turbine 600 increases, the speed of the turbine 600 increases, so that the number of rotations of the turbine 600 can be controlled not to decrease below the number of rotations corresponding to the output frequency of the generator 610 .

60Hz의 출력 주파수를 갖는 발전기(610)를 예로 들면, 발전기(610)는 항상 일정하게 60Hz의 출력 주파수의 AC 전압을 발생시켜야 한다. 이를 위해, 터빈(600)은 해당 주파수에 대응되는 회전수로 정속 회전해야 하며, 발전기(610)의 출력 주파수인 60Hz에 대응하는 터빈(600)의 속도는 3600rpm에 해당될 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에서는 유량 제어장치(650)가 터빈(600)의 회전수를 전술한 바와 같이 일정하게 제어하여 발전기(610)에 동력을 전달하므로 60Hz의 AC 전압을 생산할 수 있다. 이에 따라 큰 면적을 차지하는 AC/DC 컨버터를 사용하지 않아도 되고, 발전 출력에 제한이 없어지는 장점이 있다. 또한, 발전기(610)에서 AC 전압을 생산하므로 그리드(grid, 전력망)에 직접적으로 연결해 전력을 공급할 수 있다.
Taking the generator 610 having an output frequency of 60 Hz as an example, the generator 610 should always generate an AC voltage with an output frequency of 60 Hz constantly. For this purpose, the turbine 600 should be rotated at a constant rotation speed corresponding to the frequency, and the speed of the turbine 600 corresponding to 60 Hz, which is the output frequency of the generator 610, may correspond to 3600 rpm. In an embodiment of the present invention, the flow controller 650 controls the rotational speed of the turbine 600 to be constant as described above, and transmits the power to the generator 610, so that an AC voltage of 60 Hz can be produced. Accordingly, there is no need to use an AC / DC converter that occupies a large area, and there is an advantage that there is no restriction on the output of the power generation. In addition, since the generator 610 produces an AC voltage, it can directly supply power to the grid.

출력 제어장치(630)는 초임계 이산화탄소 발전 시스템 상에서 불가피하게 고속 rpm을 갖는 터빈(600)을 사용해야 하는 경우 적용될 수 있다. 출력 제어장치(630)는 터빈(600)의 rpm을 변경함으로써 터빈(600)이 발전기(610)의 특성에 맞는 특정 rpm을 갖도록 한다. 즉, 발전기(610)의 출력 주파수에 맞게 터빈(600)의 속도를 조절함으로써 발전기(610)가 일정한 주파수의 AC 전압을 생성할 수 있도록 한다.The output control device 630 can be applied when it is necessary to use the turbine 600 having a high-speed rpm inevitably on the supercritical carbon dioxide power generation system. The output control device 630 changes the rpm of the turbine 600 so that the turbine 600 has a specific rpm that matches the characteristics of the generator 610. [ That is, by adjusting the speed of the turbine 600 in accordance with the output frequency of the generator 610, the generator 610 can generate an AC voltage of a constant frequency.

예를 들어, 터빈(600)의 회전수가 수만 rpm이고 발전기(610)의 출력 주파수가 60Hz라고 한다면, 발전기(610)의 출력 주파수에 대응하는 터빈(600)의 회전수는 3600rpm이 되어야 한다.For example, if the number of revolutions of the turbine 600 is tens of thousands of rpm and the output frequency of the generator 610 is 60 Hz, the number of revolutions of the turbine 600 corresponding to the output frequency of the generator 610 should be 3600 rpm.

그러나 터빈(600)의 회전수가 너무 높아 발전기(610)의 출력 주파수를 맞추기 어려우므로 출력 제어장치(630)를 사용해 터빈(600)의 회전수를 감속해 발전기(610)로 전달하는 효과를 낼 수 있다.However, since the number of revolutions of the turbine 600 is too high to match the output frequency of the generator 610, the output control device 630 can be used to reduce the number of revolutions of the turbine 600 and to deliver it to the generator 610 have.

출력 제어장치(630)는 유압 조정이 가능한 일종의 토크 컨버터(torque converter)로 구현될 수 있다. 이 경우, 출력 제어장치(630)는 터빈(600)의 회전수에 따라 유압을 조정하여 터빈(600)의 회전수를 감속시킴으로써 발전기(610)의 출력 주파수에 대응하는 회전수로 발전기(610)를 구동하게 된다. 따라서 출력 제어장치(630)를 이용하면 고 회전수를 갖는 변속 터빈을 사용하더라도 발전기(610)의 출력 주파수에 대응하는 회전수를 제공할 수 있다.
The output control device 630 may be implemented as a kind of torque converter capable of adjusting the oil pressure. In this case, the output control device 630 adjusts the hydraulic pressure according to the number of revolutions of the turbine 600 to decelerate the number of revolutions of the turbine 600, so that the number of revolutions of the generator 610 is reduced to a value corresponding to the output frequency of the generator 610, . Therefore, the output control device 630 can provide the rotation speed corresponding to the output frequency of the generator 610 even if the transmission turbine having the high rotation speed is used.

한편, 본 발명의 초임계 이산화탄소 발전 시스템에는 압축기(300)와 터빈(600)을 우회하는 바이패스 유로가 추가로 구비된다.Meanwhile, the supercritical carbon dioxide power generation system of the present invention further includes a bypass flow path bypassing the compressor 300 and the turbine 600.

일반적인 구동 상황에서 쿨러(200)를 거쳐 압축기(300)로 보내진 작동 유체는 제1 히터(400)로 보내지고, 이를 위해 제1 히터(400)의 전단에는 압축기 순환 밸브(310)가 설치된다. 그러나 압축기 순환 밸브(310)가 폐쇄 상태를 유지하고 작동 유체를 압축기(300)의 전단으로 다시 우회(bypass) 시킬 수 있다.The working fluid sent to the compressor 300 through the cooler 200 is sent to the first heater 400 and the compressor circulation valve 310 is installed at the front end of the first heater 400 for this purpose. However, the compressor circulation valve 310 may remain closed and bypass the working fluid back to the front end of the compressor 300.

압축기(300)의 초기 기동 시 작동 유체가 터빈(600)을 구동시킬 수 있을 정도로 웜 업(warm up)되기 전까지 작동 유체를 순환시키기 위해 압축기(300)를 통과한 작동 유체를 압축기(300)의 전단으로 바이패스 시킬 수 있다. 이를 위해, 압축기(300)의 후단과 전단을 연결하는 압축기 우회 유로(830)가 구비되며, 압축기 우회 유로(830) 상에 압축기 우회 밸브(832)가 설치되어 압축기 우회 유로(830)를 개폐한다. 압축기(300)를 복수 회 거친 작동 유체는 제1 히터(400) 및 제2 히터(500)를 거치며, 작동 유체가 충분히 웜 업 될 때까지 터빈(600)을 거치지 않고 시스템 내를 순환하도록 할 수 있다.
The working fluid that has passed through the compressor 300 to circulate the working fluid until the working fluid warms up enough to drive the turbine 600 during the initial startup of the compressor 300, It can be bypassed to the front end. To this end, a compressor bypass flow passage 830 for connecting the rear end and the front end of the compressor 300 is provided and a compressor bypass flow passage 832 is provided on the compressor bypass flow passage 830 to open and close the compressor bypass flow passage 830 . The working fluid that has been passed through the compressor 300 a plurality of times can pass through the first heater 400 and the second heater 500 and circulate in the system without going through the turbine 600 until the working fluid is sufficiently warmed up have.

또한, 터빈(600)의 전단과 후단을 연결하는 터빈 우회 유로(850)가 구비되어 압축기(300)의 초기 구동 시 작동 유체가 시스템 내를 순환하더라도 터빈(600)을 거치지 않고 순환되도록 할 수 있다. 이를 위해, 터빈 우회 유로(850) 상에는 터빈 우회 밸브(852)가 설치되어 터빈 우회 유로(850)를 개폐한다.In addition, a turbine bypass flow path 850 for connecting the front end and the rear end of the turbine 600 may be provided to circulate the working fluid during the initial operation of the compressor 300 without passing through the turbine 600, even if the working fluid circulates in the system . To this end, a turbine bypass valve 852 is provided on the turbine bypass flow passage 850 to open and close the turbine bypass flow passage 850.

터빈(600)을 거치지 않고 터빈 우회 유로를 통해 빠져 나온 작동 유체는 리큐퍼레이터로 보내지고, 압축기(300)를 거쳐 리큐퍼레이터(700)로 유입된 일부의 작동 유체를 복열시킨 후 쿨러(200)로 유입된다. 리큐퍼레이터(700)에서 열교환을 통해 복열된 작동 유체는 제1 히터(400)와 제2 히터(500)의 사이 분기점(A)으로 유입되어 제2 히터(500)로 공급될 수 있다.The working fluid that has escaped through the turbine bypass flow path without passing through the turbine 600 is sent to the recuperator to recover a part of the working fluid flowing into the recuperator 700 through the compressor 300, ). The working fluid recovered through the heat exchange in the recuperator 700 may flow into the branch point A between the first heater 400 and the second heater 500 and may be supplied to the second heater 500.

초기 웜 업이 끝난 후 정상적으로 터빈(600)을 통과한 작동 유체 역시 리큐퍼레이터로 보내진다. 이는 아직 고온인 작동 유체를 바로 쿨러(200)로 유입시켜 냉각하는 것보다 작동 유체가 가진 열을 압축기(300)를 거친 작동 유체를 복열하는데 사용한 후 쿨러(200)로 유입시켜 냉각시키는 것이 더 효율적이기 때문이다.
After the initial warm-up, the working fluid that has normally passed through the turbine 600 is also sent to the recuperator. It is more efficient to cool the working fluid flowing into the cooler 200 after the heat of the working fluid is used for the recovery of the working fluid passing through the compressor 300 than to cool the working fluid that is still hot, .

전술한 실시 예에서 별도로 도면 부호를 부여하여 설명하지는 않았으나, 각종 제어 밸브들은 밸브의 개도 및 개폐 여부를 제어하는 별도의 컨트롤러를 통해 그 신호를 전달 받아 제어될 수 있다. 초임계 이산화탄소 발전 시스템의 출력 제어 장치는 컨트롤러를 포함해 전술한 제어 밸브들과 유량 제어장치, 출력 제어장치를 모두 포함하는 개념으로 이해되어야 할 것이다.Although not described in the above-described embodiments, various control valves can be controlled by receiving signals through a separate controller for controlling opening and closing of the valves. The output control device of the supercritical carbon dioxide power generation system should be understood as a concept including both the above-described control valves, the flow control device, and the output control device including the controller.

이하에서 설명할 초임계 이산화탄소 발전 시스템의 출력 제어 방법 역시 별도의 제어 주체를 설명하지 않더라도 컨트롤러가 제어 주체이며, 컨트롤러에 의해 각종 제어 밸브 및 유량 제어장치, 출력 제어장치가 제어될 수 있다. 또한, 컨트롤러는 발전 시스템 내의 일부 구성과 일체로 또는 별도로 구비될 수 있으며, 시스템 외부에 구비되어 무선 통신을 통해 제어 신호를 주고 받을 수도 있다.
The output control method of the supercritical carbon dioxide power generation system, which will be described below, will not be described as a separate control subject, but the controller is the control subject, and various control valves, flow control devices, and output control devices can be controlled by the controller. In addition, the controller may be provided integrally or separately with a part of the configuration in the power generation system, or may be provided outside the system to exchange control signals through wireless communication.

다음으로 도 2를 참조하여 초임계 이산화탄소 발전 시스템의 출력 제어 방법을 간단하게 설명하면 다음과 같다.Next, the output control method of the supercritical carbon dioxide power generation system will be briefly described with reference to FIG.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템의 출력 제어 방법을 도시한 순서도이다.2 is a flowchart illustrating an output control method of a supercritical carbon dioxide power generation system according to an embodiment of the present invention.

도 2에 도시된 바와 같이, 먼저 초임계 이산화탄소 발전 시스템 내로 작동 유체를 공급한다(작동유체공급단계, S100). 작동 유체는 쿨러(200)를 거쳐 냉각되어 압축기(300)로 공급되어 압축되며(압축 단계, S200), 압축된 작동 유체는 제1 히터(400) 및 제2 히터(500)를 거쳐 충분히 가열된 후(가열 단계, S300), 터빈(600)으로 공급되어 터빈(600)을 구동시킨다(터빈구동단계, S400). 발전기(610)에서는 최종적으로 미리 설정된 출력 주파수를 갖는 AC 전압이 출력된다(전력생산 단계, S500).As shown in FIG. 2, first, the working fluid is supplied into the supercritical carbon dioxide power generation system (operating fluid supply step, S100). The working fluid is cooled through the cooler 200 and supplied to the compressor 300 to be compressed (compression step S200). The compressed working fluid is sufficiently heated through the first heater 400 and the second heater 500 (Heating step S300), and supplied to the turbine 600 to drive the turbine 600 (turbine driving step, S400). The generator 610 finally outputs an AC voltage having a preset output frequency (power generation step, S500).

터빈 구동 단계(S400)에서 터빈(600)은 발전기(610)의 출력 주파수에 대응하는 회전수로 회전하도록 제어되며, 시스템 상 고속 터빈을 사용해야 하는 경우에는 출력 제어장치(630)를 사용해 터빈(600)의 출력을 발전기(610)의 출력 주파수에 맞게 조정한 후 발전기(610)에 전달되도록 한다(출력제어 단계, S450). 또는, 출력제어 단계(S450)에서 발전기(610)의 출력 주파수에 맞게 터빈(600)의 회전수를 조절할 수도 있다.The turbine 600 is controlled to rotate at a rotation number corresponding to the output frequency of the generator 610 in the turbine drive step S400 and the turbine 600 is controlled using the output control device 630 when the high- To be output to the generator 610 after the output of the generator 610 is adjusted according to the output frequency of the generator 610 (output control step S450). Alternatively, in the output control step S450, the rotational frequency of the turbine 600 may be adjusted according to the output frequency of the generator 610.

한편, 압축기(300)의 초기 구동 시 또는 터빈(600) 구동 중 터빈(600)의 회전수가 증가되는 경우에는 작동 유체를 터빈(600)으로 보내지 않고 터빈(600)을 우회하여 순환되도록 할 수 있다. 이를 위해, 터빈구동 단계(S400) 이전에 압축기(300)의 초기 구동 중인지를 판단하는 1차 판단 단계(S330)와, 압축기(300)의 초기 구동이 아니면 터빈(600)의 회전수 증가 여부를 판단하는 2차 판단 단계(S350)를 더 포함할 수 있다.When the compressor 300 is initially driven or when the number of revolutions of the turbine 600 is increased during operation of the turbine 600, the working fluid may be circulated by bypassing the turbine 600 without being sent to the turbine 600 . To this end, a primary determination step (S330) of determining whether the compressor (300) is being driven before the turbine driving step (S400) and a first determining step (S330) of determining whether the number of rotations of the turbine (600) (Step S350).

1차 판단 단계(S330)에서 압축기(300)의 초기 구동 중임이 판단되면 터빈(600)을 우회하여 작동 유체가 순환되도록 하고(터빈우회 단계, S370), 2차 판단 단계(S350)에서 터빈(600)의 회전수가 증가된 것으로 판단되는 경우에도 터빈우회 단계(S370)로 진행한다. 2차 판단 단계(S350)에서 터빈(600)의 회전수가 증가되지 않은 것으로 판단되면 터빈 구동 단계(S400)를 진행한다.
If it is determined in the first determination step S330 that the compressor 300 is initially driven, the working fluid is circulated by bypassing the turbine 600 (bypassing the turbine, step S370), and in the secondary determination step S350, 600) is increased, the flow proceeds to the turbine bypass step S370. If it is determined that the number of revolutions of the turbine 600 is not increased in the secondary determination step S350, the turbine driving step S400 is performed.

전술한 바와 같이, 본 발명의 초임계 이산화탄소 발전 시스템의 출력 제어 장치 및 방법은 유량 제어장치 및 출력 제어장치를 사용해 터빈의 회전수를 일정하게 제어함으로써 AC/DC 컨버터의 사용이 불필요해 발전 출력에 제한이 없어지며, 그리드에 직접적인 전력 공급이 가능한 장점이 있다. 또한, 발전기의 특성에 맞게 터빈의 회전수 또는 출력을 제어할 수 있는 특성이 있다.
As described above, the apparatus and method for controlling the output of the supercritical carbon dioxide power generation system of the present invention are characterized in that the use of the AC / DC converter is unnecessary by controlling the number of revolutions of the turbine by using the flow rate control device and the output control device, There is no restriction, and there is an advantage that power can be supplied directly to the grid. Further, there is a characteristic that the number of revolutions or the output of the turbine can be controlled in accordance with the characteristics of the generator.

앞에서 설명되고 도면에 도시된 본 발명의 일 실시 예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 권리범위는 청구범위에 기재된 사항에 의해서만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 및 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경이 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한, 본 발명의 권리범위에 속하게 될 것이다.One embodiment of the present invention described above and shown in the drawings should not be construed as limiting the technical spirit of the present invention. The scope of the present invention is limited only by the matters described in the claims, and those skilled in the art can improve and modify the technical spirit of the present invention in various forms. Accordingly, it is intended that the present invention cover the modifications and variations of this invention provided they come within the scope of the appended claims and their equivalents.

100: 작동유체 공급장치 200: 쿨러
300: 압축기 400: 제1 히터
500: 제2 히터 600: 터빈
610: 발전기 630: 출력 제어장치
650: 유량 제어 장치 700: 리큐퍼레이터
800: 이송관 810: 분기 유로
830: 압축기 우회 유로 850: 터빈 우회 유로
100: working fluid supply device 200: cooler
300: compressor 400: first heater
500: second heater 600: turbine
610: Generator 630: Output control device
650: Flow control device 700: Recuperator
800: Feed pipe 810:
830: Compressor bypass flow 850: Turbine bypass flow

Claims (16)

작동 유체를 냉각시키는 쿨러와,
상기 쿨러의 후단에 연결되어 상기 작동 유체를 압축시키는 압축기와,
상기 압축기를 통과한 상기 작동 유체를 가열하는 히터와,
상기 히터를 통과한 상기 작동 유체에 의해 회전 구동되는 터빈과,
상기 터빈에 연결되어 구동되며 전력을 생산하는 발전기를 포함하며,
상기 터빈은 상기 발전기의 출력 주파수에 대응하는 회전수를 갖도록 제어되는 것을 특징으로 하며,
상기 히터의 전단에 개폐 가능하게 구비되는 압축기 순환 밸브와,
상기 압축기의 후단과 전단을 연결하는 압축기 우회 유로를 더 포함하는 초임계 이산화탄소 발전 시스템.
A cooler for cooling the working fluid,
A compressor connected to a rear end of the cooler for compressing the working fluid,
A heater for heating the working fluid passed through the compressor,
A turbine rotatably driven by the working fluid that has passed through the heater;
And a generator connected to the turbine and generating electric power,
Wherein the turbine is controlled to have a revolution number corresponding to an output frequency of the generator,
A compressor circulation valve provided at the front end of the heater so as to be openable and closable,
Further comprising a compressor bypass channel connecting the rear end and the front end of the compressor.
제1항에 있어서,
상기 터빈의 전단에 설치되며, 상기 터빈으로 공급되는 상기 작동 유체의 유량을 제어하는 유량 제어장치를 더 포함하는 초임계 이산화탄소 발전 시스템.
The method according to claim 1,
Further comprising a flow rate control device installed at a front end of the turbine to control a flow rate of the working fluid supplied to the turbine.
제2항에 있어서,
상기 유량 제어장치는 상기 터빈의 회전수가 상기 발전기의 출력 주파수에 대응하는 회전수보다 증가 또는 감소됨에 따라 상기 작동 유체가 상기 터빈을 우회하도록 제어하거나 상기 터빈으로 가는 상기 작동 유체의 유량을 증가시키는 것을 특징으로 하는 초임계 이산화탄소 발전 시스템.
3. The method of claim 2,
The flow control device controls the working fluid to bypass the turbine or increases the flow rate of the working fluid to the turbine as the turbine rotation speed increases or decreases from the rotation frequency corresponding to the output frequency of the generator A supercritical carbon dioxide power generation system characterized by.
제3항에 있어서,
상기 히터는 상기 압축기의 후단에 연결되는 제1 히터와, 상기 제1 히터의 후단에 연결되는 제2 히터를 포함하는 초임계 이산화탄소 발전 시스템.
The method of claim 3,
Wherein the heater includes a first heater connected to a rear end of the compressor, and a second heater connected to a rear end of the first heater.
제4항에 있어서,
상기 압축기의 후단에서 분기되며(분기점 A), 상기 제1 히터 및 제2 히터의 사이(분기점 B)로 연결되는 리큐퍼레이터를 더 포함하는 초임계 이산화탄소 발전 시스템.
5. The method of claim 4,
Further comprising a recuperator branching at a downstream end of the compressor (branch point A) and connected between the first heater and the second heater (branch point B).
제5항에 있어서,
상기 리큐퍼레이터는 상기 터빈의 후단 및 상기 쿨러의 전단에 연결되며, 상기 터빈을 거친 작동 유체로부터 열을 회수하여 상기 압축기를 거친 작동 유체를 복열하는 것을 특징으로 하는 초임계 이산화탄소 발전 시스템.
6. The method of claim 5,
Wherein the recuperator is connected to a rear end of the turbine and a front end of the cooler, and recovers heat from the working fluid passing through the turbine and recovers the working fluid passing through the compressor.
제3항에 있어서,
상기 유량 제어장치의 전단과 상기 터빈의 후단을 연결하며, 상기 터빈으로 유입되는 상기 작동 유체의 일부 또는 전부를 우회시키는 터빈 우회 유로와, 상기 터빈 우회 유로 상에 설치되어 상기 터빈 우회 유로를 개폐하는 터빈 우회 밸브를 더 포함하는 초임계 이산화탄소 발전 시스템.
The method of claim 3,
A turbine bypass flow path connecting the front end of the flow rate control device and the rear end of the turbine and bypassing a part or all of the working fluid flowing into the turbine and a turbine bypass flow path provided on the turbine bypass flow path, A turbine bypass valve, further comprising a supercritical carbon dioxide power generation system.
제1항에 있어서,
상기 터빈과 상기 발전기의 사이에 구비되며, 상기 발전기의 출력 주파수에따라 상기 터빈의 출력을 제어하는 출력 제어장치를 더 포함하는 초임계 이산화탄소 발전 시스템.
The method according to claim 1,
Further comprising an output controller disposed between the turbine and the generator for controlling an output of the turbine according to an output frequency of the generator.
제8항에 있어서,
상기 출력 제어장치는 상기 발전기의 출력 주파수에 따라 상기 터빈의 회전수(rpm)를 감소시키는 것을 특징으로 하는 초임계 이산화탄소 발전 시스템.
9. The method of claim 8,
Wherein the output control device reduces the rotational speed (rpm) of the turbine according to an output frequency of the generator.
제8항에 있어서,
상기 출력 제어장치는 상기 터빈의 회전수가 상기 발전기의 출력 주파수에 대응하는 회전수 보다 높으면 상기 터빈의 출력을 낮추어 상기 발전기로 전달하는 것을 특징으로 하는 초임계 이산화탄소 발전 시스템.
9. The method of claim 8,
Wherein the output control device lowers the output of the turbine and transfers the output of the turbine to the generator when the rotational speed of the turbine is higher than the rotational speed corresponding to the output frequency of the generator.
제10항에 있어서,
상기 출력 제어장치는 토크 컨버터(torque converter)인 것을 특징으로 하는 초임계 이산화탄소 발전 시스템.
11. The method of claim 10,
Wherein the output control device is a torque converter.
제1항 내지 제11항의 구성을 갖는 초임계 이산화탄소 발전 시스템의 출력 제어 방법에 있어서,
초임계 이산화탄소 발전 시스템 내로 작동 유체를 공급하는 작동유체공급 단계(S100)와,
상기 작동 유체가 쿨러를 거쳐 냉각된 후 압축기로 공급되어 압축되는 압축 단계(S200) 와,
상기 압축 단계(S200)에서 압축된 상기 작동 유체가 히터에서 가열되는 가열 단계(S300)와,
상기 가열 단계(S300)를 거친 상기 작동 유체가 터빈으로 공급되어 터빈을 구동시키는 터빈구동 단계(S400)와,
상기 터빈에 연결된 발전기에서 전력을 생산하는 전력생산 단계(S500)를 포함하며,
상기 터빈구동 단계(S400)에서 상기 터빈은 상기 발전기의 출력 주파수에 대응하는 회전수를 갖도록 제어되는 것을 특징으로 하는 초임계 이산화탄소 발전 시스템의 출력 제어 방법.
11. A method of controlling an output of a supercritical carbon dioxide power generation system having the configuration of any one of claims 1 to 11,
A working fluid supply step (SlOO) for supplying a working fluid into the supercritical carbon dioxide power generation system,
A compressing step (S200) in which the working fluid is cooled through a cooler and then supplied to a compressor and compressed;
A heating step (S300) in which the working fluid compressed in the compression step (S200) is heated in the heater,
A turbine driving step (S400) of supplying the working fluid through the heating step (S300) to the turbine to drive the turbine,
And a power generation step (S500) of generating power at a generator connected to the turbine,
Wherein the turbine is controlled to have a rotation speed corresponding to an output frequency of the generator in the driving the turbine (S400).
제12항에 있어서,
상기 터빈구동 단계(S400) 이후에 상기 터빈의 출력을 상기 발전기의 출력 주파수에 맞게 조정하여 상기 발전기에 전달하는 출력제어 단계(S450)를 더 포함하는 초임계 이산화탄소 발전 시스템의 출력 제어 방법.
13. The method of claim 12,
Further comprising an output control step (S450) of adjusting the output of the turbine to an output frequency of the generator after the driving the turbine (S400) and transmitting the adjusted output to the generator (S450).
제12항에 있어서,
상기 터빈구동 단계(S400) 이전에 상기 압축기의 초기 구동 중인지를 판단하는 1차 판단 단계(S330)와, 상기 압축기의 초기 구동이 아니면 상기 터빈의 회전수 증가 여부를 판단하는 2차 판단 단계(S350)를 더 포함하는 초임계 이산화탄소 발전 시스템의 출력 제어 방법.
13. The method of claim 12,
A first determining step S330 of determining whether the compressor is being driven before the turbine driving step S400 and a second determining step S350 of determining whether the turbine rotation speed is increased if the compressor is not initially driven Further comprising the step of controlling the power of the supercritical carbon dioxide power generation system.
제14항에 있어서,
상기 1차 판단 단계(S330)에서 상기 압축기의 초기 구동 중임이 판단되거나, 상기 2차 판단 단계(S350)에서 상기 터빈의 회전수가 증가된 것으로 판단되는 경우 상기 터빈을 우회하여 상기 작동 유체가 순환되도록 하는 터빈우회 단계(S370)를 더 포함하는 초임계 이산화탄소 발전 시스템의 출력 제어 방법.
15. The method of claim 14,
If it is determined that the compressor is initially being operated in the first determining step S330 or that the operating fluid is circulated by bypassing the turbine when it is determined that the number of rotations of the turbine is increased in the secondary determining step S350 Further comprising a turbine bypass step (S370) for controlling the output of the supercritical carbon dioxide power generation system.
제15항에 있어서,
상기 2차 판단 단계(S350)에서 상기 터빈의 회전수가 증가되지 않은 것으로 판단되는 경우 상기 터빈 구동 단계(S400)를 진행하는 것을 특징으로 하는 초임계 이산화탄소 발전 시스템의 출력 제어 방법.
16. The method of claim 15,
Wherein the turbine driving step (S400) is performed when it is determined that the number of rotations of the turbine is not increased in the second determining step (S350).
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