[go: up one dir, main page]

KR102719799B1 - 재생 가능한 파워 생성 시스템 및 방법 - Google Patents

재생 가능한 파워 생성 시스템 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102719799B1
KR102719799B1 KR1020227034831A KR20227034831A KR102719799B1 KR 102719799 B1 KR102719799 B1 KR 102719799B1 KR 1020227034831 A KR1020227034831 A KR 1020227034831A KR 20227034831 A KR20227034831 A KR 20227034831A KR 102719799 B1 KR102719799 B1 KR 102719799B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
temperature
steam
renewable energy
high temperature
low
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
KR1020227034831A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20220148907A (ko
Inventor
피에로 스카피니
숀 피. 헤네시
Original Assignee
누터/에릭슨 인코퍼레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 누터/에릭슨 인코퍼레이티드 filed Critical 누터/에릭슨 인코퍼레이티드
Publication of KR20220148907A publication Critical patent/KR20220148907A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102719799B1 publication Critical patent/KR102719799B1/ko
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G6/00—Devices for producing mechanical power from solar energy
    • F03G6/06—Devices for producing mechanical power from solar energy with solar energy concentrating means
    • F03G6/065—Devices for producing mechanical power from solar energy with solar energy concentrating means having a Rankine cycle
    • F03G6/066—Devices for producing mechanical power from solar energy with solar energy concentrating means having a Rankine cycle of the Organic Rankine Cycle [ORC] type or the Kalina Cycle type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D15/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of engines with devices driven thereby
    • F01D15/10—Adaptations for driving, or combinations with, electric generators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K13/00—General layout or general methods of operation of complete plants
    • F01K13/02—Controlling, e.g. stopping or starting
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K3/00—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein
    • F01K3/12—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein having two or more accumulators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K3/00—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein
    • F01K3/18—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein having heaters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G6/00—Devices for producing mechanical power from solar energy
    • F03G6/06—Devices for producing mechanical power from solar energy with solar energy concentrating means
    • F03G6/063—Tower concentrators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G6/00—Devices for producing mechanical power from solar energy
    • F03G6/06—Devices for producing mechanical power from solar energy with solar energy concentrating means
    • F03G6/065—Devices for producing mechanical power from solar energy with solar energy concentrating means having a Rankine cycle
    • F03G6/067—Binary cycle plants where the fluid from the solar collector heats the working fluid via a heat exchanger
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G6/00—Devices for producing mechanical power from solar energy
    • F03G6/06—Devices for producing mechanical power from solar energy with solar energy concentrating means
    • F03G6/068—Devices for producing mechanical power from solar energy with solar energy concentrating means having other power cycles, e.g. Stirling or transcritical, supercritical cycles; combined with other power sources, e.g. wind, gas or nuclear
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G6/00—Devices for producing mechanical power from solar energy
    • F03G6/071—Devices for producing mechanical power from solar energy with energy storage devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B1/00—Methods of steam generation characterised by form of heating method
    • F22B1/006—Methods of steam generation characterised by form of heating method using solar heat
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S20/00—Solar heat collectors specially adapted for particular uses or environments
    • F24S20/20—Solar heat collectors for receiving concentrated solar energy, e.g. receivers for solar power plants
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S60/00—Arrangements for storing heat collected by solar heat collectors
    • F24S60/30—Arrangements for storing heat collected by solar heat collectors storing heat in liquids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S80/00—Details, accessories or component parts of solar heat collectors not provided for in groups F24S10/00-F24S70/00
    • F24S80/20—Working fluids specially adapted for solar heat collectors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2220/00—Application
    • F05B2220/70—Application in combination with
    • F05B2220/702—Application in combination with the other apparatus being a steam turbine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/30—Application in turbines
    • F05D2220/31—Application in turbines in steam turbines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/70—Application in combination with
    • F05D2220/76—Application in combination with an electrical generator
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/46—Conversion of thermal power into mechanical power, e.g. Rankine, Stirling or solar thermal engines
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
  • Diaphragms For Electromechanical Transducers (AREA)
  • Wind Motors (AREA)

Abstract

발전기에 연결된 증기 터빈과 같은 원동기를 작동시키기 위한 고온의 과열된 증기를 생성하고, 및/또는 고온의 과열된 증기를 생성하는데 필요한 고온 작동 유체를 견딜 필요가 있는 재생 가능한 에너지 시스템의 일부에만 열을 전달하기 위해 재생 가능한 에너지를 이용하는 시스템이 개시된다.

Description

재생 가능한 파워 생성 시스템 및 방법
본 출원은 2020년 3월 9일자로 출원된 미국 임시 특허출원 제62/987135에 대한 우선권을 주장하며, 해당 출원은 그 전체가 여기에 통합된다.
본 개시는 증기 터빈과 같은, 원동기(prime mover)를 구동하기 위한 고온 과열 증기를 생성하고 및/또는 열, 즉 고온 열을 전달하기 위한 재생 에너지를 이용하는 시스템에 관한 것으로, 여기서 재생 가능한 에너지 시스템의 일부만이 고온 과열 증기를 생성하는데 필요한 고온 작동 유체를 견딜 수 있도록 설계, 엔지니어링(engineered) 및 제작(fabricated)될 필요가 있다.
증기 터빈을 작동시키기(power) 위한 과열된 증기를 생성하기 위해, CO2를 가열하기 위해, 또는 발전기를 구동하기 위해 다른 작동 유체들을 가열하기 위해, 및/또는 고온 열을 제공하기 위해 재생 가능한 에너지 시스템이 설명된다. 이러한 유형의 시스템들은 특정 문제들, 즉, 어떻게 증기 터빈에 고온 과열된 증기를 공급하여(또는 이러한 다른 작동 유체 매체들을 고온으로 가열하기 위해) 전체 재생 가능한 시스템이 고온에서 동작하는 것을 요구하지 않고 터빈이 가장 효율적으로 작동하게 할 것인지에 대해 직면하였다. 앞서 언급한 바와 같이, 본 개시는 임의의 작동 유체 또는 매체를 고온으로 가열하는 것에 관한 것이지만, 본 개시에서 초점(focus)은 주로 재생 가능한 에너지를 사용하여 발전기를 구동하는 증기 터빈을 구동하기 위한 과열된 증기를 생성하는 것에 있고, 여기서 시스템의 일부만이 과열 증기를 생성하는데 필요한 고온을 견디도록 설계 및 엔지니어링 되어야 한다. 그러나, 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 개시가 열 전달 유체 또는 열 저장 매체를 고온으로 가열하는데 적용된다는 것을 이해해야 한다.
증기의 과열은 일반적으로 전체 재생 가능한 에너지 시스템이 그러한 고온에서 작동하는 것을 요구하고, 이는 차례로 재생 가능한 시스템에 이러한 고온을 견디도록 설계되어, 예를 들어, 재생 가능한 시스템에 의해 공급되는 에너지가 많은 양의 증기를 과열할 수 있게 한다. 따라서, 이는 재생 가능한 에너지 시스템, 그 구성요소들(예: 펌프들, 밸브들, 파이프 등)이 매우 비싼 고온 재료(Inconel® 합금들 또는 다른 고온 합금들 또는 재료들)로 만들어질 것을 요구했다. 타워에서 작동 유체를 가열하는 미러 리플렉터들(예: 헬리오스탯(heliostat))이 있는 집중 태양열 파워(CSP, concentrated solar power) 시스템의 경우, 헬리오스탯 필드가 상당히 클 것을 요구하고, 과열된 증기를 터빈으로 공급하기 위해 작동 유체가 반드시 타워 내에서 가열되고, 예를 들어, 630°C(1166°F) 또는 그 이상의 고온에서 시스템에 파이프 연결될 것을 요구한다. 그러한 고온에서 과열된 증기를 생성하기 위해, 작동 유체는 생성될 과열된 증기의 온도보다 실질적으로 높은 온도로 가열되어야 하며, 충분한 양의 뜨거운(hot) 작동 유체가, 재생 가능한 시스템이 태양열 발전 시스템(solar powered electrical generating system)이라면 밤이나 또는 흐린 날 또는 재생 가능한 시스템에 전기를 생성하기 위해 윈드 파워를 사용하는 경우라면 바람이 불지 않는 경우와 같은, 장 기간 동안 이용 가능해야 한다. 예를 들어, 증기를 과열하는데 사용되는 작동 유체는 과열된 증기의 원하는 온도보다 훨씬 더 높은 매우 높은 온도 범위에서 가열되고 저장되는 것이 바람직할 수 있다. 그러나, CSP 시스템이 적절한 작동 유체를 그러한 고온으로 가열하는데 사용되는 경우, 이는 전체 시스템이 고온 과열된 증기를 생성하는데 필요한 고온을 견딜수 있도록 설계되고 제작되어야 하기 때문에 시스템에 상당한 엔지니어링 설계 문제 및 비용 발생을 제기하여, 상당한 엔지니어링 및 비용 이슈를 부과한다.
CPS 시스템에 의해 생성된 저/중 열이 저온/중온 증기를 생성하는데 사용되고, 이후 다른 구획화된(compartmentalized) 재생 가능한 에너지 시스템이 저온/중온 증기를 원하는 과열된 조건으로 가열하는데 사용되는, 증기 터빈을 작동시키기 위해 재생 가능한 에너지를 사용하는 시스템을 가지는 것은 유리한 것으로 인식되었다. 예를 들어, 이 제2 재생 가능한 에너지 시스템은 광전지(PV, photovoltaic) 시스템(또는, 전기를 생성하는 다른 재생 가능한 에너지 시스템)일 수 있고, PV 시스템에 의해 생성된 전기의 전부 또는 일부는 작동 유체를, 온(hot) 작동 유체가 저온/중온 증기를 과열하여 과열된 증기를 증기 터빈으로 보내기 위해 사용되는 원하는 고온으로 국부적으로 가열하기 위해 사용된다. 본 개시에 따르면, 이 고온 작동 유체는 제2 재생 가능한 에너지 시스템에 의해 생성되는 전기에 의해 작동되는 전기 히터에 의해 전기적으로 가열되는 고온 저장 매체에 의해 가열되는 열 전달 가스일 수 있다. 이러한 방식으로 전체 시스템의 일부만 앞서 언급한 고온에서 동작하도록 설계되면 된다. 이는 고온을 처리하기 위한 고온 재료의 필요성을 최소화하고, 고온 열 손실을 최소화한다.
본 개시는, 가장 간단한 용어로, 집중 태양열 발전과 같이, 저온/중온 증기를 생성하는, 저온/중온 재생 가능한 에너지 시스템일 수 있는 제1구 획(compartment) 또는 블록으로부터 열을 이용하는 구획화된 재생 가능한 파워 생성 시스템이다. 본 개시에 따르면, 제2 구획 또는 블록은 전기 에너지를 생산하는 또 다른 재생 가능한 에너지 시스템이다. 이러한 제2 구획 또는 블록은 광전지(PV) 시스템, 윈드 터빈 시스템, 수력 발전(hydroelectric) 시스템, 또는 저장 배터리 뱅크 시스템(storage battery bank system)과 같은 임의의 재생 가능한 전기 생성 시스템일 수 있다. 이러한 제2 재생 가능한 에너지 시스템에 의해 생성된 전기 에너지(또는 그러한 전기 에너지의 일부분)는, 저온/중온 시스템에 의해 생성되는 증기를 과열하는데 사용됨으로써 전체 시스템의 일부 부분만 고온으로 가열하게 하는 고온 작동 유체의 온도를 부스트 또는 향상(즉, 가열)하는데 사용된다. 보다 구체적으로, 2차(secondary) 재생 가능한 시스템으로부터의 열은 열 저장 매체를 가열하는데 사용되며, 열 저장 매체는 차례로 증기 터빈을 효율적으로 작동하는데 필요한 충분한 양의 과열된 증기를 생성하기 위해 충분히 높은 온도로 제2 작동 유체를 가열하는데 사용된다. 열 저장 매체의 양은, 밤 또는 바람이 불지 않는 때와 같이, 제2 재생 가능한 소스(source)로부터의 에너지가 이용 가능하지 않을 때 과열된 증기를 생성하기 위해 고온 작동 유체를 연속적으로 가열할 정도이다. 본 개시의 이러한 구획화 된 시스템에서, 두 재생 가능한 에너지 시스템들은 제3 구획 또는 블록으로 지칭되는, 증기 터빈을 포함하는 공유된 또는 메인 파워 사이클 시스템에 열을 제공하여, 두 재생 가능한 에너지 시스템 모두 증기 터빈을 작동시키게 한다. 이러한 방식으로, 제1 재생 가능한 에너지 시스템은 저/중의 열을 공급하여 저온/중온의 증기를 만들고, 제2 재생 가능한 에너지 시스템(예: PV 시스템)은 충분히 높은 온도에서 작동 유체를 공급하여 저온/중온 증기를 과열하고 증기 터빈이 효율적으로 작동하는데 요구되는 과열된 증기를 공급한다.
또한 본 개시에 따르면, 제2 재생 가능한 에너지 시스템의 일부만이 증기 터빈에 공급되는 저온/중온 증기를 과열하는데 필요한 고온 작동 유체를 공급하는데 요구되는 고온을 견디도록 엔지니어링(engineered) 될 필요가 있다. 따라서, 이 구획화된 시스템은 다른 시스템들보다 장비 및 건설 비용이 훨씬 낮다. 제1 및 제2 재생 가능한 에너지 시스템 모두는 밤이나, 흐린 날이나, 또는 바람이 불지 않을 때와 같이 재생 가능한 에너지 시스템이 이용 가능하지 않을 때 장 기간에 걸쳐(예: 8-12 시간 이상), 파워 생성 시스템의 증기 터빈에 공급할 수 있는 충분한 열 저장 용량을 가져야 한다.
보다 구체적으로, 본 개시의 바람직한 실시 예는 제3 블록, 즉 발전기를 구동하는 증기 터빈과 같은 파워 시스템을 작동시키는 구획화 된 재생 가능한 파워 생성 시스템을 설명한다. 이 바람직한 실시 예에서, 저온/중온 집중 태양열 발전(CSP) 시스템과 같은 제1 재생 가능한 에너지 시스템에 의해 또는 이에 의해 수집된 열은, 용융 염과 같은 제1 또는 저온/중온 작동 유체를 가열하고, 여기서 CSP 시스템으로부터 열은 용융 염 작동 유체를 통한 에너지 저장을 통합한다(incorporates). 저장된 제1 또는 저온/중온 작동 유체의 양은 태양이 비치지 않는 악천후 또는 밤과 같이 제1 재생 가능한 에너지 시스템이 효과적으로 작동하지 않는 장 기간동안 저온/중온 증기를 생성하기에 충분하다. 이 저온/중온 재생 가능한 시스템으로부터의 열은 제2 또는 고온 작동 유체(예: 열 전달 가스)를 가열하는 제2 또는 고온 재생 가능한 에너지 시스템에 의해 부스터 또는 향상되어서, 제2 재생 가능한 에너지 시스템의 일부만이 증기 터빈에 과열된 증기를 공급하는데 필요할 수 있는 고온을 견딜 수 있도록 설계 및 구성되게 한다. 제2 또는 고온 재생 가능한 에너지 시스템은, 바람직하게는, PV(photovoltaic) 발전 시스템, 풍력 발전 시스템, 수력 발전 시스템, 배터리 백업 전기 파워 저장 시스템 등과 같이 전기를 생성하는 시스템이다. 제2 재생 가능한 에너지 시스템으로부터의 전기는 전기 저항 히터 등의 열 저장 매체(medium)를 통해 매우 높은 온도로 가열된다. 열 저장 매체는 바람직하게는, 고온 열을 저장하기 위한 열 저장 매체, 바람직하게는 용융 금속 또는 준금속(metalloid)의 상 변화를 이용하는 융해 잠열 저장(latent heat of fusion storage) 시스템이지만, 필수적인 것은 아니다. 그러나, 본 개시의 보다 넓은 측면 내에서, 콘크리트, 모래, 암석(rock) 또는 세라믹 재료 덩어리와 같이 상을 변화시키지 않는 열 저장 매체가 사용될 수 있다. 열 전달 가스는 저온/중온 증기를 과열하기에 충분히 높은 온도로 가열되도록 열 저장 매체와 열 교환 관계로 순환된다. 가열된 열 저장 매체의 열 용량은, 악천후 및/또는 태양이 비치지 않거나, 밤이거나, 또는 바람이 불지 않을 때와 같이 제2 재생 가능한 에너지 시스템이 이용가능하지 않을 때, 그러한 과열된 증기를 생성하기 위한 시스템을 작동시키기에 충분하다. 따라서, 두 재생 가능한 에너지 시스템들 모두 증기 터빈에 과열된 증기를 공급하기 위해 열을 제공한다. 중요하게도, 본 개시에 따르면, 열 저장 매체를 가열하고 저장하는 제2 재생 가능한 에너지 시스템의 일부와 뜨거운(hot) 열 전달 가스를 과열기(superheater)로 전달하는 제2 시스템의 일부만이 고온 열 저장 매체 및 열 전달 가스의 고온을 견딜 수 있도록 엔지니어링 되고, 구성될(constructed) 필요가 있다.
언급한 바와 같이, 본 개시는 그의 바람직한 실시 예에서, 집중 태양열 파워(CSP) 시스템과 같이 제1 또는 저온/중온 재생 가능한 에너지 시스템으로부터의 열을 이용하는 방법 및 구획화(compartmentalized) 또는 세그먼트화(segmented) 되는 재생 가능한 파워 및/또는 열 생성 시스템이다. 이 제1 재생 가능한 에너지 시스템으로부터의 에너지는, 용융 염과 같은 제1 작동 유체에 의해 적절한 저장 탱크 등에 저장된다. 이 상대적으로 저온/중온인 열은 저온/중온 증기를 생성하는데 사용된다. 광전지(PV) 발전 시스템과 같은 제2 재생 가능한 에너지 시스템으로부터의 고온은 저온/중온 증기를 설정된 공통 파워 사이클로 증기 터빈/발전기에 공급되는 과열된 증기로 부스터 하는데 사용된다. 따라서, 제2 재생 가능한 에너지 시스템의 일부만이 고온 재료들 및 구성요소를 가지도록 엔지니어링 되어야 하므로, 전체 시스템의 비용을 크게 절감할 수 있다. 본 개시의 시스템의 바람직한 실시 예에서, 제2 재생 가능한 에너지 시스템(예: 광전지(PV) 시스템)에 의해 생성되는 전기의 일부 또는 전부는 전기를 생성하는데 사용될 수 있고, 이 에너지의 일부는 금속 또는 준금속을 용융하는 것과 같이 열 저장 매체를 가열하는데 사용되어서, 고온 에너지(용융 금속 또는 용융 준금속으로부터의 융해 잠열의 형태로)가 저장 탱크 또는 용기에 적절한 온도로 저장될 수 있게 한다. 열 저장 매체로부터의 열은 열 전달 가스를 고온으로 가열하는데 사용되며, 이는 차례로 과열기 등에 공급되어 제1 재생 가능한 에너지 시스템에 의해 생성된 저온/중온 증기를 과열한다. 따라서, 이 두 재생 가능한 에너지 시스템은 공통 증기 파워 사이클에서 증기를 형성하고 과열하기 위해 열을 제공하는데 사용되며, 여기서 두 재생 가능한 시스템들의 에너지 저장 용량은 밤이나 바람이 불지 않는 것과 같이 재생 가능한 에너지 시스템 또는 소스(source)으로부터 에너지를 직접 이용할 수 없는 것과 같은 장 기간 동안에 걸쳐 공통 증기 파워 사이클에 예상되는 전력을 제공하기에 충분하다. 본 개시의 재생 가능한 에너지 플랜트의 신규한 구획화는 중온/저온 증기를 독립적으로 생성하고 이를 공통 증기 파워 사이클 또는 시스템에서 증기 터빈을 구동하기 위해 원하는 고온으로 과열하기 위한 적절한 재생 공정의 조합을 사용한다.
예를 들어, 설명의 목적으로, CSP 시스템과 같은 제1 또는 저온/중온 재생 가능한 에너지 시스템은 예를 들어, 최대 약 470°C (878°F)의 저온/중온 증기를 생성하는데 사용될 수 있다. 고온 과열된 증기를 만들기 위해 요구되는 열의 나머지는, PV 시스템 또는 전기를 생성하는 다른 재생 가능한 시스템과 같은 제2 또는 고온 재생 가능한 에너지 시스템으로부터 나온다. 제2 재생 가능한 에너지 시스템에 의해 생성되는 전기의 전부 또는 일부는 제2 또는 고온 작동 유체(예: 고온 열 전달 가스)를 가열하는데 사용되고, 여기서 제2 재생 가능한 에너지 시스템의 일부만이 매우 높은 온도(예: 최대 약 1,500°C (약 2,732°F))에서 작동하도록 설계되고 구성되어(constructed), 파워 생성의 전체 비용을 최소화하는 동시에 최대 효율성 및 유연성을 제공한다.
본 개시의 다른 측면들, 목적들 및 특징들은 아래에서 부분적으로 개시될 것이고, 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.
도 1은 본 개시의 구획화 된 재생 가능한 파워 시스템의 개략도로써, 블록 C에 개략적으로 도시된 바와 같이 메인 파워 사이클 시스템을 포함하고, 블록 A에 개략적으로 도시된 바와 같이 저/중 집중 태양광 파워(또는 다른 재생 가능한 에너지) 시스템으로부터의 열을 이용하는 증기 터빈 발전기 세트를 포함하고, 블록 B에 도시된 바와 같이 리히터(reheater)/과열기로 저온/중온 증기를 공급하는 이코노마이저/증발기를 가열하기에 충분한 에너지 저장 능력을 가지고, 여기서 저온/중온 증기는 제2 재생 가능한 에너지 시스템에 의해 가열되는 고온 작동 유체(예: 열 전달 가스)에 의해 과열되며, 여기서 제1 및 제2 재생 가능한 에너지 시스템은 모두 재생 가능한 에너지 시스템이 장기간 작동할 수 없는 동안 시스템을 가동하기에 충분한 열 저장 용량을 가진다.
도 2는 재생 가능한 파워 시스템의 종래 기술의 개략도로서, 여기서 집중 태양광 파워(CSP) 시스템으로부터의 열은 적절한 용융 염과 같은 적절한 작동 유체를 가열하고, 온 저장 탱크에 저장되며, 뜨거운(hot) 작동 유체는 탱크로부터 회수되어(withdrawn) 리히터/과열기의 저온/중온 증기를 가열하고 증기 터빈에 과열된 증기를 공급하고, 여기서 리히터/과열기로부터 빠져나오는 용융 염은 과열기에 공급되기 전에 증기 터빈으로부터의 응축액을 가열하는 이코노마이저/증발기로 공급되고, 여기서 이코노마이저/증발기로부터의 상대적으로 차가운 용융 염은 CSP 시스템이 작동할 때 CSP 시스템을 통해 재순활 될 냉 탱크(cold tank)로 보내진다. 온 탱크는 재생 가능한 파워 시스템의 열이 이용 가능하지 않을 때 시스템을 작동시키기에 충분한 용융 염을 저장한다.
도 3은 도 1과 유사하게 도 1에 도시된 바와 같이 본 개시의 파워 시스템을 추가로 도시한다.
도 3a는 도 3의 라인 3A-3A를 따라 취해진 일 부분을 도시하며, 101에 개략적으로 지시된 것과 같이, 파워 시스템에 통합되는 열 회수 증기 생성형(HRSG-like, heat recovery steam generator-like) 배열을 포함하고, HRSG형 배열은 기밀(gas-tight) 케이싱 또는 하우징 내에 있는 하나 이상의 코일들을 포함하고 HRSG형 배열 내에 있는 코일들은 고온 열 저장 탱크(29)에 저장된 용융 금속 열 저장 매체에 의해 가열되고, 차례로 제2 재생 가능한 에너지 회수 시스템(11)에 의해 가열된다.
도 4는 도 1과 유사하게 도 1에 도시된 파워 시스템을 도시한다.
도 4a는 도 4의 라인 4A-4A에 따라 일 부분을 도시하며, 온 탱크(23)로부터의 용융 염이 리히터/과열기(19)로 증기를 공급하는 것을 돕도록 구성되는 증발기(15) 및 고압 응축액 펌프(17)로부터의 배출물(discharge) 사이에 개재된(interposed) 열 교환기를 더 포함하는 제1 재생 가능한 에너지 시스템(9)에 의해 가열되는 특정 구성요소들을 도시한다.
도 4b는 도 4a의 이코노마이저/증발기를 도시하며, 증발기 및 이코노마이저는 다수의 병렬 쉘들 및 튜브 열 교환기들(HXs)을 가진다.
도 5는 도 1과 유사하게 도 1에 도시된 파워 시스템을 도시한다.
도 5a는 도 5의 라인 5A-5A에 따라 취해진 도면으로, 도 1의 제1 및 제2 재생 가능한 에너지 시스템들의 특정 구성요소들을 도시하고, 제1 HRSG형 시스템 및 제2 HRSG형 시스템의 특정 구성요소들은 함께 통합되고, 용융 금속 저장 탱크(29)의 가열된 작동 유체는 제2 HRSG형 시스템의 입구로 공급되어 그 안에 코일들을 가열하고, 증기 터빈(5)의 고압 추출물(extraction)로부터 증기를 전달받고, 증기 터빈(5)에 중압 및 고압을 공급한다.
도 6은 도 1과 유사하게 도 1에 도시된 파워 시스템을 도시한다.
도 6a는 도 5의 6A-6A 라인에 따라 취해진 도면으로, 도 5a의 배열과 유사하고(그러나 상이함), 증기 터빈(5)에 고압 및 중압을 공급하기 위한 HRSG형 시스템으로부터의 특정 구성요소와 조합되는 제1 및 제2 재생 가능한 에너지 시스템들 모두의 특정 구성요소들을 도시한다.
도 7은 도 1에 도시된 파워 시스템의 일 부분을 도시하며, 작동 유체가 과열기/리히터로 열을 공급하는 고온 탱크(29) 내의 용융 금속 열 저장 매체에 의해 가열되는지에 대한 방법과 과열기/리히터가 증발기 및 고압 증기 터빈 가스로부터 증기를 받는 방법과 과열기/리히터가 증기 터빈의 입구에 중온 및 고압으로 고온 과열된 증기를 공급하는 방법을 도시한다.
상응하는 참조 부호는 도면 전체에 걸쳐 상응하는 부분을 표시한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 개시의 구획화 또는 세그먼트화 된 시스템은 전체가 1로 표시된다. 이 구획화 된 시스템은 블록 C에 도시되고 대체로 3으로 표시되어 있듯이, 메인(또는 1차(primary)) 증기 작동 전기 생성 시스템을 포함한다. 고온의, 과열된(superheated) 증기(steam)는 증기 터빈(5)(원동기(prime mover)에 공급되고, 차례로 발전기(electrical generator)(7)를 구동한다. 과열된 증기는, 부분적으로는, 대체로 9로 표시(블록 A에 도시됨)되어 있는 제1 또는 저온/중온 재생 가능한 에너지 시스템에 의해 생성되고, 부분적으로는, 대체로 11로 표시(블록 B에 도시됨)되어 있는 제2 또는 고온 재생 가능한 에너지 시스템에 의해 생성된다. 제1 또는 저온/중온 재생 가능한 에너지 시스템(9)는, 증기 터빈(5)에 전달되는 고온의 과열된 증기를 형성하기 위해 제2 또는 고온 재생 가능한 에너지 시스템(11)에 의해 가열되는 저온/중온 증기를 생성한다.
보다 구체적으로, 증기 터빈(5) 및 발전기(7)에 더하여, 메인 또는 1차(primary) 증기 작동 전기 생성 시스템(3)은 증기 터빈(5)으로부터 응축액(condensate) 및/또는 저온 증기를 전달받는 응축기(condenser)(13)를 포함한다. 응축기(13)를 빠져나가는 액체 급수(feedwater)는 펌프(17)를 통해 저온/중온 이코노마이저/증발기(15)로 공급된다. 이하에서 상세하게 설명하는 바와 같이, 제1 또는 저온/중온 재생 가능한 에너지 시스템(9)으로부터의 비교적 저온/중온 열은 이코노마이저/증발기(15)의 급수를 가열하여 저온/중온 증기(예: 약 60°C or 860°F)를 형성하고, 이는 이후 리히터/과열기(19)에 공급되어 제2 또는 고온 재생 가능한 에너지 시스템(11)의 고온 부분(20)(이하에서 설명됨)에 의해 비교적 고온(예: 약 630°C or 1166°F)로 재 가열 및 과열된다. 과열기에 공급되는 열 전달 가스는, 예를 들어, 충분히 높은 온도(예: 약 800°C - 1100°C (1472°F - 2012°F))로 가열되어 이코노마이저/증발기(15)로부터의 저온/중온 증기를 과열하고 과열된 증기를 터빈(5)에 공급하여, 터빈이 가장 효율적으로 가동(operates)하도록 한다. 제1 재생 가능한 에너지 시스템(9) 전체가 저온/중온에서 가동(operate)하여 전체 구성요소 및 파이프가 저온/중온 재료들로 제조될 수 있다는 점에 특히 유의해야 한다. 중요한 것은, 제2 재생 가능한 에너지 시스템(11)의 고온 부분(20)만이 고온에서 가동(operates)한다는 것이다. 이는 고온 부분(20)의 구성요소들만이 제2 재생 가능한 에너지 시스템의 구성(construction) 및 운영 비용을 감소시키는 고온 재료로 설계, 엔지니어링 및 구성(constructed) 될 필요가 있음을 의미한다. 이는 제1 재생 가능한 에너지 시스템 및 제2 재생 가능한 에너지 시스템 모두의 비용을 억제한다. 본 문서에 사용된 용어 “파이프(piping)”은 파이프들(pipe)에 제한되지 않고, 덕트들(ducts), 라인들(lines), 도관들(conduits), 채널들(channels), 튜브들(tubes), 및 작동 유체를 수송(transporting)할 수 있는 다른 구조들을 포함하며, 이는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 이해될 수 있다. 또한, 저온/중온 증기가 리히터/과열기(19)에서 재 가열 및 과열되는 동안, 본 개시의 보다 넓은 측면들 내에서, 증기 터빈에 따라 저온/중온 증기를 재 가열할 필요가 없어서, 과열기만 필요할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 제1 또는 저온/중온 재생 가능한 에너지 시스템(9)은 바람직하게는 예를 들어, 제1작동 유체를 약 470°C 또는 878°F와 같은 저온/중온으로 가열하기 위해 타워의 상단(top)에 있는 리비서(21) 위로 햇빛을 반사하도록 제어되는 다수의 헬리오스탯들(미 도시되었으나, 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 잘 알려짐)을 사용하는 감소된 온도 집중 태양광 파워(CSP) 시스템이다. 이 제1작동 유체는, 예를 들어, 리시버를 통해 순환되고 가열되는 CSP 시스템에서 널리 알려져 있고 널리 사용되는 용융 염(molten salt)일 수 있다. 태양이 비치는 낮 동안에 걸쳐, 리시버에 의해 저온/중온(예: 470°C 또는 878°F)으로 가열된 용융 염은 온 탱크(23)(또는 다른 적합한 저장 용기 또는 저수조)에 저장된다. 태양이 비치거나 비치지 않는 낮 또는 밤 동안에 걸쳐, 이러한 저온/중온(예: 470°C)에서 저장된 용융 염은, 펌프(17)에 의해 공급된 급수를 가열 및 증발시켜 저온/중온 증기(예: 약 460°C 또는 860°F)를 형성하기 위해 온 탱크(23)로부터 회수되고(withdrawn) 이코노마이저/증발기(15)로 공급될 수 있다. 이코노마이저/증발기(15)를 통과한 용융 염은 냉 탱크(25)에 저온(예: 약 290°C 또는 554°F)으로 저장되고, 여기서 상기 저온은 염을 용융 상태로 유지하기에 충분하다. 온 탱크(23)에 저장된 용융 염의 양은 예를 들어, 태양이 저온/중온 에너지를 이코노마이저/증발기(15)로 직접 공급할 수 있는 낮 동안 및 밤이나 악천후와 같이 장 기간 동안 태양이 비치지 않는 때 모두에서 이코노마이저/증발기(15)로 저온/중온 에너지를 공급하기에 충분하다. 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는, 시스템이 태양이 비치지 않거나 및/또는 밤에 작동하도록 설계된 시간의 길이에 따라, 온 탱크(23)가 그러한 저온/중온 용융 염의 더 많거나 적은 양을 유지하도록 사이즈가 정해질 수 있음을 인식할 것이다. 저온/중온 용융 염이 이코노마이저/증발기(15)에서 증기를 생성한 후, 예를 들어 약 290°C (554°F)일 수 있는 더 낮은 온도의 용융 염이 냉 탱크(25)에 저장된다. 태양이 비칠 때, 상대적으로 차갑지만 여전히 용융 된, 냉 탱크(25)의 염은 리시버(21)에 공급되어, 원하는 뜨거운 온도(예: 약 470°C, 878°F)로 재 가열되고, 온 탱크(23)에 저장될 수 있다. 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 제1 재생 가능한 에너지 시스템(9)이 상술한 헬리오스탯 시스템일 수 있거나, 또는 트로프 리플렉터(trough reflector) 태양광 시스템일 수 있거나, 다른 유형의 태양광 열 수집 시스템일 수도 있고, 또는 지열 작동 유체 가열 시스템이 사용될 수 있고, 또는 임의의 다른 재생 가능한 열 소스가 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 물론, 탱크(23, 25)들은 적절한 단열재(insulation)로 단열되는 것이 바람직하다.
블록 B에 도시된 바와 같이, 제2 또는 고온 재생 가능한 에너지 시스템(11)은 바람직하게는 광전지(PV, photovoltaic) 시스템과 같은 재생 가능한 에너지 전기 생성 시스템을 포함한다. 그러나, 풍력 터빈 발전기들, 수력 발전 시스템들 또는 배터리 저장 시스템들과 같은 다른 유형의 재생 가능한 에너지 전기 생성 시스템들이 광전지 시스템 대신 사용될 수 있다. 도 1에 도시된 광전지(PV) 시스템(11)의 경우, 다수의 적합한 PV 태양광 패널(도 1에 도시되지는 않았으나 기술분야에 잘 알려짐)이 태양광(sunlight)을 전달받고 태양광을 전기로 변환하도록 위치된다. 물론, 이러한 시스템의 문제는 흐린날이나 밤과 같이, 태양이 비치지 않을 때 작동을 위해 전기를 대량으로 쉽게 저장할 수 없다는 것이다. 제2 재생 가능한 에너지 시스템(11)에서, PV 재생 가능한 에너지 전기 시스템에 의해 생성된 전기의 전부 또는 일부만이 에너지 그리드(27)에 직접 공급될 수 있거나 또는 생성된 전기의 일부가, 30으로 표시된 것처럼 대량의 적절한 고온 열 저장 매체를 포함하는 열 저장 탱크(29)(또는 다른 적합한 저장 용기 또는 저수조) 내에 위치되는 파워 전기 히터들(28)에 사용될 수 있다. 바람직한 실시 예에서, 이 고온 열 저장 매체(30)는, 히터에 의해 용융되고 열 저장 탱크 내에서 용융 상태로 유지되는 금속 또는 준금속이다. 그러나, 본 개시의 보다 넓은 측면들 내에서, 열 저장 매체는 용융 금속 또는 준금속일 필요는 없고, 오히려 모래, 암석, 콘크리트 또는 세라믹 재료와 같은 고체 열 저장 재료들의 고체 덩어리(mass of solid)일 수 있다. 이러한 고체 열 저장 재료들은 용융 실리콘과 같이 준금속의 상대적으로 높은 온도가 아닐 수 있지만, 여전히 작동 유체를 증기 터빈(5)에 공급되는 증기를 과열하기에 충분한 온도로 가열하기에 충분한 열 용량을 가진다. 더 높은 온도에 있기 위해, 용융 실리콘 저장 재료는 판매되는 저장 재료들보다 더 작은 질량과 더 작은 차지공간(footprint)을 요구할 수 있다.
제2 재생 가능한 에너지 시스템(11)에서, 예를 들어, 생성된 전기의 약 75%는 에너지 그리드(27)에 직접 공급될 수 있고 나머지 25%는 히터들(28)을 작동하는데 사용될 수 있어서, 열 저장 매체가 용융 금속 또는 용융 준금속이든, 또는 모래, 암석, 콘크리트 또는 세라믹과 같은 고체 열 저장 재료이든, 원하는 레벨에서 탱크 또는 저수조(29) 내의 열 저장 재료(30)의 온도를 가열하고 유지할 수 있게 한다. 물론, 이러한 백분율은 에너지 그리드에 100% 공급되는 것과 전기 히터들을 작동하는데 100% 사용되는 것 사이에서 다양할 수 있다. 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 전기 히터들(28)이 전기 저항 히터들, 유도 코일들, 전기 아크 가열로들(furnaces)에 사용되는 전기 아크 히터들, 마이크로웨이브 히터들, 또는 기술분야에 잘 알려진 다른 적절한 전기 히터들일 수 있음을 이해할 것이다.
본 개시에 따르면, 탱크(29) 내의 고온 열 저장 재료(30)는 온 탱크(23) 내의 용융 염의 온도보다 더 높은 온도로 가열되어, 고온 열 저장 재료가 제2작동 유체(고온 열 전달 가스)를 증기 터빈(5)에 공급되는 저온/중온 증기를 과열하기에 충분한 충분히 높은 온도(예: 약 800°C - 1100°C (1472°F - 2012°F))로 가열하게 한다. 예를 들어, 탱크(29) 내의 고온 열 저장 재료는 약 1,000°C (1832°F) 내지 약 1,500°C (2,732°F)의 범위로 가열될 수 있다. 따라서, 열 전달 가스는 원하는 온도에서 과열된 증기가 증기 터빈(5)에 공급될 수 있도록 재 가열기/과열기(19) 내의 저온/중온 증기를 과열하기에 충분한 온도로 열 저장 탱크(29) 내의 열 저장 매체에 의해 가열된다. 이 고온 열 전달 가스는 공급 라인(31)을 통해 재 가열기/과열기(19)로 공급되어 증발기(15)로부터의 저온/중온 증기를 과열하고, 과열된 증기를 증기 터빈(50)에 충분한 양으로 원하는 고온으로 공급하여 증기 터빈이 효율적으로 가동(operates)하도록 한다. 탱크(29) 내의 열 저장 매체는 충분히 높은 열 용량 및 부피를 가지고, 태양이 비치지 않거나 밤과 같은, 장 기간 동안 이러한 과열된 증기를 증기 터빈(5)에 공급하기에 충분히 높은 온도에 있다. 본 개시에서, 용어 “준금속(metalloid)”은 일부 금속 및 일부 비금속 특성들을 나타내는 화학 원소(chemical element) 또는 다른 물질을 의미하는 것으로 정의된다.
언급된 바와 같이, 바람직한 고온 열 저장 재료는 바람직하게는 용융 금속 또는 준금속일 수 있다. 본 개시의 보다 넓은 측면들 내에서, 용융 금속들 또는 준금속들의 일부 보통의 예들은, 소듐(sodium), 주석(tin), 납(lead)과 같은 금속들 또는 준금속들, 또는 납 비스무트 공융물(lead bismuth eutectic) 또는 LBE와 같은 이들의 합금 또는, 붕소(boron), 실리콘(silicon), 게르마늄(germanium), 비소(arsenic), 안티몬(antimony), 텔루륨(tellurium), 밀 폴로늄(polonium)과 같은 준금속들일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 특히, 바람직한 고온 열 저장 재료는 용융 실리콘이다. 앞서 언급한 바와 같이, 본 개시의 보다 넓은 측면들 내에서, 열 전달 매체는 용융 금속 또는 준금속일 필요는 없고, 오히려 전기 히터들(28)에 의해 고온으로 가열되고 탱크 또는 저수조(29)에 저장되는 모래, 암석, 콘크리트 또는 세라믹 재료의 덩어리 일 수 있다.
본 개시에 따르면, 고온 열 전달 작동 유체는 바람직하게는, 공기, 질소, CO2, 또는 불활성 가스(inert gas)와 같은 열 전달 가스이며, 내부에 있는 열 저장 재료에 의해 가열되는 저장 탱크(29) 내의 열 저장 재료와 열 전달 관계에 있기 위해 순환된다. 가열된 열 전달 가스는 이후 이코노마이저/증발기(15)로부터의 저온/중온 증기를 과열하기 위해 리히터/과열기(19)를 통해 흐른다. 열 전달 가스는 필수는 아니나, 바람직하게는 비교적 낮은 압력으로, 예를 들어, 약 20 - 40 인치의 물기둥(water column)에 의해 가압되지만, 기술분야의 통상이 지식을 가진 자는 이 가스가, 양압 또는 진공인 임의의 원하는 압력으로 가압될 수 있음을 이해할 것이다. 적절한 고온 블로어(blower) 또는 펌프(도 1에 미도시)는 열 저장 탱크(29) 내의 고온 열 저장 매체(30)와 열 전달 관계가 되도록 열 전달 가스를 순환시키는데 사용된다. 열 전달 가스는 리히터/과열기(19)에 충분히 높은 온도 및 충분한 양으로 공급되어서, 증기 터빈(50)으로 공급되는 이코노마이저/증발기(15)로부터의 저온/중온 증기를 과열하게 한다. 열 전달 가스는 탱크(29)의 열 저장 재료에 의해 다시 가열되기 위해 리턴 라인(33)을 통해 탱크(29)로 돌려보내진다. 이러한 방식에서, 제2 재생 가능한 에너지 시스템(11)의 고온 부분(20)만이 탱크(29)의 고온 열 저장 재료의 높은 온도를 견딜수 있도록 고온 재료들로 엔지니어링되고 구성(constructed)될 필요가 있음이 이해될 것이다. 구체적으로, 고온 부분(20)은 탱크(29), 탱크(29) 내의 히터들(28), 및 탱크(29)로부터 리히터/과열기(19)로 고온 열 전달 가스를 순환시키는 공급 파이프(31)을 포함한다. 리히터/과열기(19)의 건설(construction) 및 가동(operation)에 따라, 후자는 사실상 이코노마이저/증발기(15)로부터 유입되는 저온/중온 증기에 의해 냉각되므로, 이러한 고온 재료로 구성될(constructed) 필요가 없을 수 있다. 마찬가지로, 리턴 라인(33)은 고온 재료들로 구성될 필요가 없다. 또한, 이러한 열 전달 가스를 이용함으로써, 연장된 셧 다운(shut down) 상황(event)에서 제2 재생 가능한 에너지 시스템의 고온 부분(20)에서 열 전달 가스의 “동결(freezing)”의 위험이 없다는 것이 이해될 것이다.
바람직하게, 필수적이지는 않지만, 열 저장 매체는 용융 실리콘(Si)이다. 실리콘의 융점(melting point)는 1,414°C (2,577°F)이고, 끓는 점은 2,355°C (4,270°F)이므로, 용융 상태에서 넓은 온도 범위를 나타낸다. 본 개시의 따르면, 용융 실리콘의 융 점 이상으로 약간의 현열가열(sensible heating)이 있을 수 있지만, 이러한 가능한 현열가열로 인한 추가적인 열 저장은 일반적으로, 후술하는 바와 같이 금속의 또는 준금속의 융해 잠열(latent heat of fusion)로 인한 열 저장과 비교할 때 비교적 작을 것이다. 열 전달 가스가 장 기간동안, 탱크(29) 내의 용융된 실리콘에 의해 가열될 때, 실리콘의 온도는 실리콘의 응고(solidification)을 야기하지 않고 그 빙점(freezing point)까지 떨어질 수 있다는 것이 이해될 것이다. 이는 실리콘의 큰 잠열 용량 때문이다. 또한, 용융 실리콘은 산소 및 다른 재료들과 화학적으로 반응할 것으로 인식된다. 이러한 이유로, 탱크(29)는 바람직하게는 밀봉 및/또는 질소와 같은 비산화성(non-oxidizing) 가스, 또는 헬륨 또는 아르곤과 같은 불활성(inert) 가스로 채워져서, 내부의 용융 금속 또는 준금속이 대기에 노출되지 않게 한다. 또한, 열 전달 가스는 용융 열 저장 매체의 산화 또는 기타 화학적 열화를 감소시키도록 탱크(29) 내의 용융 금속 또는 준금속 열 저장 매체와 직접 접촉하지 않는 것이 바람직하다. 물론, 암석, 모래, 콘크리트 또는 세라믹 재료와 같은 고체 열 저장 매체가 사용된다면, 산화는 문제가 되지 않을 수 있다.
“융해 잠열(latent heat of fusion”은 고체에서 액체로 변화시키기 위해 그 융점으로 가열된 재료의 고체 바디에 공급되어야 하는 열의 양이다. 재료의 비잠열(L)은 상변화 동안 방출되거나 흡수된 단위 질량(m) 당 열 에너지(Q)를 측정한 것으로, 재료의 융해 잠열이라고 지칭되며, 일반적으로 몰 당 줄[J/mol]로 SI단위로 표현된다. 실리콘의 용융 온도는 약 1414°C (2577°F)이고, 실리콘의 융해 잠열은 50.55 kJ/mol이고 실리콘의 기화 잠열은 384.22 kJ/mol이다. 중요한 것은, 실리콘의 융해 열(50.55 kJ/mol)이 액체 상태로 저장될 수 있는 다른 금속들에 비해 상당히 크다는 것이다. 예를 들어, 납(pb)의 융해열은 4.799 kJ/mol이고, 주석(Sn)의 융해 잠열은 7.322 kJ/mol이다. 물질의 주어진 질량에 대한 잠열은 Q = m x L 로 표시된다. 여기서:
* Q는 물질의 상 변화 동안 방출되거나 흡수된 에너지의 양(KJ 또는 BTU),
* M은 물질의 질량(kg 또는 lb),
* L은 특정 물질에 대한 융해 잠열이다.
실리콘의 높은 융해 잠열은 상대적으로 작은 질량의 재료가 다른 준금속들 또는 금속들의 동등한 질량에 비해 더 많은 에너지를 저장할 수 있기 때문에 유리하다. 이는 더 적은 질량이 고온 열 저장 매체를 요구함으로써 탱크(29)의 크기를 감소시킨다. 용융 실리콘 등의 사용을 통해 달성될 수 있는 더 작은 질량의 열 저장 매체로도, 리히터/과열기(19)에 공급되는 열 전달 가스의 유량 및 온도가, 제2 재생 가능한 에너지 시스템(11)으로부터의 에너지를 이용할 수 없을 때와 같이 장 기간에 걸쳐 증기 터빈(50)에 공급되는 원하는 양의 과열된 증기를 과열하기 위해, 열 저장 매체의 온도에 따라 조정된다. 용융 실리콘 대신에 암석, 콘크리트, 세라믹 또는 모래와 같은 고체 열 저장 매체가 사용되는 경우, 열 저장 매체의 온도는 용융 실리콘보다 낮아서 저온의 열 전달 가스의 유량이 증가되어야 한다. 또한, 고체 열 저장 재료에 의해 가열된 열 전달 가스의 온도는 그럼에도 불구하고, 리히터/과열기(19)에 의해 생성될 과열된 증기의 온도보다 훨씬 높아야 한다는 것이 이해될 것이다.
도 1을 참조하면, 제2 재생 가능한 에너지 시스템에서, 블록 B에 도시된 바와 같이, 열 저장 매체는 바람직하게는 용융 금속 또는 준금속이고, 보다 바람직하게는 고온 탱크(29)에 저장되는 용융 실리콘이다. 열은 금속 또는 준금속 열 저장 매체를 용융 상태로 용융하고 그 용융 상태를 유지하기 위해 전기 저항 히터들(28)에 의해 탱크(290)에서 생성된다. 적절한 열 전달 작동 매체, 바람직하게는 저압 열 전달 가스(공기, CO2, 질소(N2), 또는 다른 불활성 가스)가 탱크(29) 내의 고온 용융 금속 또는 준금속 열 저장 매체와 열 전달 관계에 있기 위해 순환된다. 이러한 방식으로, 열 전달 가스는 충분히 높은 온도(예: 1000°C or 1832°F)로 가열되어서, 탱크(29)에서 리히터/과열기(19)로 공급 라인(31)을 통해 순환될 때 뜨거운 가스가 이코노마이저/증발기(150)에 의해 리히터/과열기(19)로 공급되는 저온/중온 증기를 과열시킬 수 있게 한다. 열 전달 가스는 리히터/과열기(19)를 통해 흐르는 경우, 바람직하게는 저온/중온 증기를 재 가열 및 과열하고 과열된 증기를, 터빈의 효율적인 가동에 필요한 양, 온도 및 압력으로 터빈에 공급한다. 그러나, 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 개시에 따라 저온/중온 증기가 재 가열되지 않고 과열될 필요가 있을 때만 필요하다는 것을 인식할 것이다. 열 전달 가스는 과열기를 빠져나가고 탱크 내의 용융 금속 또는 준금속 열 저장 매체에 의해 재 가열되도록 리턴 라인(33)을 통해 탱크(29)로 재순환되거나 돌려보내진다. 이러한 방식으로 열은 탱크(29)의 뜨거운 열 저장 매체에서 리히터/과열기(19)로 전달된다. 열 저장 매체, 특히 용융 실리콘의 높은 융해 잠열로 인해, 액체에서 고체로의 상태 변화 없이 많은 양의 열이 열 저장 매체로부터 제거될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
언급한 바와 같이, 탱크(29) 및 공급 파이프(31)는 제2 재생 가능한 에너지 시스템(11)의 고온 부분(20)을 이룬다(constitute). 그러나, 적용 및 가동 조건에 따라, 고온 부분은 리히터/과열기(19) 및 리턴 파이프(33)를 더 포함할 수 있다. 본 개시에 따르면, 고온 부분(20)만이 고온 재료들로 설계 및 제조(fabricated)될 필요가 있다. 앞서 언급한 바와 같이, 열 전달 가스는 바람직하게는 비교적 낮은 압력에 있기 때문에, 고온 부분(20) 및 그 구성요소들(파이프, 블로워들, 밸브들 등을 포함)은 낮은 압력에서 가동되어서, 이러한 고온 구성요소들은 과도하게 높은 내부 압력을 견뎌야 한다. 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 제2 재생 가능한 에너지 시스템(11)의 고온 부분(20)만이 Inconel® 합금 등의 고온 재료들(따라서, 고가인)로 설계 및 제조될 필요가 있음을 이해할 것이다. 또한, 용융 금속 또는 준금속 열 저장 매체가 실리콘인 경우, 질소, 불활성 가스, 또는 이들의 혼합물은 바람직한 열 전달 가스일 수 있어서, 이러한 혼합물 내 임의의 반응성 가스들의 해리 및/또는 실리콘의 산화를 최소화할 수 있다는 것이 이해될 수 있을 것이다. 그러나, 다른 용융 금속들 또는 준금속들 또는 용융 실리콘보다 차갑고 및/또는 산화 경향이 없는 고체 열 저장 재료들(예: 모래, 암석, 콘크리트 또는 세라믹 재료들 등)의 경우, 공기가 적절한 열 전달 가스일 수 있다. 예를 들어, 용융 실리콘의 용융 온도보다 낮은 온도에서 열을 저장하는 더 낮은 온도의 열 저장 매체가 사용되는 경우, 리히터/과열기(19)로 전달되는 열 전달 가스의 온도가 용융 실리콘에 의해 가열되는 경우보다 더 낮을 수 있음이 이해될 수 있을 것이다. 그러한 경우에, 열 전달 가스의 온도는 증기 터빈으로 전달되는 증기의 원하는 과열된 온도보다 훨씬 더 높아야 하고, 그러한 저온 열 저장 매체에 의해 가열되는 낮은 온도의 열 전달 가스의 질량 유량(mass flow)은, 리히터/과열기(19)에서 원하는 양의 증기를 과열하기 위해 증가되어야 한다.
기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 도 1에 도시된 단일 재 가열 증기/물 전기 파워 생성 시스템(3)이, 복수의 재 가열 초임계 증기/물 파워 사이클들 또는, 복수의 재 가열 극-아임계(ultra-subcritical) 증기/물 파워 사이클들에 의해, 복수의 재 가열 아임계 증기/물 파워 사이클들로 대체될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
가동 시, 본 개시의 구획화 시스템(1)의 저온/중온 재생 가능한 에너지 시스템(9)은 이코노마이저/증발기(15) 내에서 저온/중온 증기를 생성하고, 이후 리히터/과열기(19)로 공급되어 고온 열 전달 가스에 의해 재 가열 및 과열되고(또는, 단지 과열됨), 탱크(29) 내의 열 저장 매체에 의해 가열되고, 저온/중온 증기를 과열하기 위해 공급 파이프(31)를 통해 가열기/과열기(19)로 전달된다. 앞서 언급한 바와 같이, 열 저장 매체는 바람직하게는 실리콘이고, 이는 제2 재생 가능한 에너지 시스템(11)에 의해 생성된 전기 에너지에 의해 용융 상태로 가열된다. 그러나, 본 개시의 보다 넓은 측면들 내에서, 열 저장 매체는 모래, 콘크리트, 또는 세라믹 재료와 같은 더 낮은 온도의 고체 재료일 수 있다. 이러한 더 낮은 온도의 열 저장 매체가 사용되는 경우, 고온 재료들로부터 탱크(29) 및 공급 파이프(31)가 구성될 필요가 없다. 그러나, 본 개시의 시스템 및 방법은 그럼에도 불구하고 터빈(5)에 과열된 증기를 공급하는데 필요한 열의 상당 부분이 더 낮은 온도의 재생 가능한 에너지 시스템에 의해 제공되고, 제2 재생 가능한 에너지 시스템(11)이 오직 제1 재생 가능한 에너지 시스템에 의해 생성된 저온/중온 증기를 재 가열/과열하는데 요구되는 고온 열을 공급하면 된다는 점에서 다른 시스템들에 비해 분명한(distinct) 장점을 가진다.
열 전달 가스는 탱크(29) 내의 열 저장 매체에 의해 충분히 높은 온도로 가열되어서 열 전달 가스가 공급 라인(31)을 통해 리히터/과열기(19)로 전달되게 하고, 여기서 열 전달 가스는 터빈(5)에 원하는 온도(예: 약 about 630°C 또는 1166°F에서)에서 과열된 증기를 공급하기 위해 리히터/과열기(19)로 공급되는 저온/중온 증기를 재 가열 및 과열(또는 단지 과열함)한다. 과열기에서 나가는 열 전달 가스는 리턴 파이프(33)의 수단을 통해 탱크(29) 내의 열 저장 매체에 의해 재 가열되도록 돌려 보내진다. 제2 재생 가능한 에너지 시스템(11)의 뜨거운(hot) 부분(20)만이 고온 재료들로 설계 및 구성될 필요가 있을 수 있고, 열 저장 탱크(29) 및 그에 관련된 파이프 및 구성요소들(예: 밸브들 및 펌프들)이 낮은 압력에서 가동하기 때문에, 시스템(11)의 전체 비용이 감소될 수 있고, 서비스 수명이 개선될 수 있고, 전체 구획화 된 시스템(1)에 대한 유지보수 및 운영 비용이 크게 감소될 수 있다. 언급된 바와 같이, 본 개시에 따르면, 증기 사이클 및 선택된 터빈에 따라 저온/중온 증기를 재 가열할 필요가 없을 수 있다.
예를 들어, 파워 생성 사이클의 저온 부분(들), 주로, 예를 들어 증기/물 사이클에서의 고압(HP, high pressure) 급수 가열에 열을 제공하고, 예를 들어 낮은 온도의 CO2 사이클, 또는 유기 랭킨 사이클 시스템에서 직접 파워 생성을 위한 “리쿠퍼레이션(recuperation)” 또는 CO2 사이클의 다른 부분들을 위한 열 소스로서 전체 효율을 높이는 것이 실용적일 때 증기/물 사이클의 일부 경우에 추가되는 증기 생성의 중간 및/또는 낮은 압력 레벨에 열을 제공하는 HRSG와 같은 임의의 상기 에너지 소스의 저온 서브-시스템이 있을 수 있다.
본 개시의 구획화 된 시스템(1)의 다른 유용한 장점은, 메인 파워 사이클 시스템(3)(블록 C에 표시됨)에서 유용한 파워를 생성하는 것 외에도, 재생 가능한 에너지 시스템들 중 하나에서 생성된 열을 물 담수화(water desalination), 화학 및/또는 석유화학(petrochemical) 공정들, 정유(refinery) 공정들, 또는 지역 난방(district heating) 등과 같은 다른 공정들에서 사용하는 것이다. 열 전달 유체, 증기/물 등과 같은 원하는 임의의 작동 유체를 이용하여 유용한 열이 내보내질 수 있다.
또한, 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 개시의 구획화 된 시스템(1)이 제2 재생 가능한 에너지 시스템(11)의 고온 부분(20)만이 제1 재생 가능한 에너지 시스템에 의해 생성되는 저온/중온 증기를 재 가열/과열하는데 필요한 고온으로 가열될 필요가 있기 때문에 저온/중온으로 가동될 수 있어서 제1 또는 CSP 재생 가능한 에너지 시스템의 비용을 최소화할 수 있다는 것을 인식할 것이다. 이는 본 개시의 제1 재생 가능한 에너지 시스템(9) 전체가 그 구성요소들을 저 비용의 카본 스틸(carbon steels) 및 저 비용의 스틸(steels) 또는 스테인리스 스틸(stainless steels)을 사용하여, 제1 재생 가능한 에너지 시스템의 비용을 낮출 수 있게 한다. Inconel® 합금 및 고온 스테인리스 스틸 재료들과 같은 현재 기술의 고온 재료들은 비싸고, 때때로는 제조하기 더 여럽다. 본 개시에 따르면, 이러한 값비싼 재료들은 제2 재생 가능한 에너지 시스템(11)의 고온 부분(20), 즉, 온 탱크(29) 및, 공급 배관(31) 및, 열 전달 가스를 탱크(29) 내의 열 저장 매체 및 리히터/과열기(19)와 연결하는 그 안에 포함된 다른 구성요소들 에만 필요하다. 열 저장 매체로써 용융 실리콘을 사용하는 본 개시의 바람직한 실시 예에서, 리히터/과열기(19)는 과열되는 저온/중온 증기에 의해 냉각되기 때문에 고온 재료들로 만들어질 필요가 없을 수 있음이 이해될 것이다. 이는 시스템(1)의 전체 비용을 최소화한다. 그러나, 재생 가능한 시스템(11)에 의해 생성되는 전기 에너지의 일부(심지어 많은 부분)은 상용 그리드에 판매될 수 있기 때문에, 이 시스템은 최소화될 필요는 없다. 시스템(11)의 고온 부분(20)의 고온 열은 앞서 개시된 전기 히터들(28)에 의해 생성되고, Inconel과 같은 고온 재료가 제2 재생 가능한 에너지 시스템의 고온 부분(20)에만 필요하기 때문에, 따라서 제2 재생 가능한 에너지 시스템(11)의 사이즈 및 비용이 최소화된다. 이는 플랜트의 전체 비용을 최소화한다. 고온 열 저장 미디어(media), 방법들, 및 비용들, 전체 전력 및/또는 열 출력(export), 저장 용량들도 최적화될 수 있다.
또한, 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 제1 재생 가능한 에너지 시스템(9)의 가동 온도가 증기 터빈(5)에 공급된 증기를 과열할 수 있을 정도로 높을 필요는 없다는 것을 인식할 것이다. 이러한 방식에 따르면, 시스템(9)의 모든 구성요소들 및 파이프는 더 낮은 온도의 재료들로 만들어질 수 있고, 이는 전체 구성(construction) 및 가동(operation) 비용을 감소시킨다.
블록 C에 도시된 바와 같이, 파워 시스템(3)의 효율을 추가로 증가시키기 위해, 증기 터빈(5)으로 고온의 과열된 증기를 공급할 필요(또는 매우 바람직하게)가 있다는 것이 이해될 것이다. 그러나, 증기 터빈을 효율적으로 가동시키기 위해 요구되는 증기를 과열하기에 충분한 온도 및 열 용량을 가지는 선행 기술의 재생 가능한 에너지 시스템은, 도 2에서와 같이, 소스로부터(예: 리시버로부터) 저장 탱크 및 과열기를 향하는 고온 작동 유체를 처리하기 위해 설계되었다. 이는 시스템에서 고온 작동 유체를 견디기 위해 훨씬 더 값비싼 고온 금속들의 사용을 요구하고, 더 큰 헬리오스탯 필드들의 요구하는 결과를 초래했다. 이러한 고온 및 파워 생성에 요구되는 규모에서 사용되기 위한 장비의 일부(예: 고온 작동 유체 펌프들)은 아직 이용될 수 없으며 개발이 필요할 수 있다. 이러한 고온 장비의 비용은 매우 높고, 엄두도 내지 못할 정도(prohibitive)로 높은 비용일 수 있다.
대조적으로, 본 개시의 구획화 된 재생 가능한 에너지 시스템(1)의 이용과 함께, 제2 재생 가능한 에너지 시스템(11)의 고온 부분(20)만이 증기 터빈에 공급되는 증기를 과열하는데 필요한 고온 작동 유체를 처리하도록 설계 및 엔지니어링 될 필요가 있다. 이는 본 개시의 전체 시스템(1)에서 큰 비용의 절감, 효율 개선 및 운영 및 유지 비용을 최소화하는 결과를 가져올 수 있다.
또한, 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게, 현재의 재생 가능한 파워 생성 시장에서, PV 재생 에너지 시스템들이 전기를 생성하기 위해 비교적 저렴한 방법을 이루는 것이 일반적으로 받아들여진다는 점이 인식될 것이다. 또한, 방법들, 재료들, 에너지를 전기로 변화하는 효율성 등의 발전에 따라, PV 생성과 관련한 비용이 계속적으로 감소할 것이라는 점이 일반적으로 받아들여지고 있다. 이러한 이유로, 본 문서에 개시된 바와 같이, PV(또는 다른 전기 생성) 재생 가능한 에너지 시스템으로부터의 열에 의한 고온 열 생성을 갖는 표준(standard) CSP 플랜트(예: 도 2와 같이)의 최고 온도 부분을 교체하는 것이 바람직하다. 또한, 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 용융 금속 또는 준금속 열 저장 매체들 또는 작동 유체의 융해 잠열과 같은, 고온 열 저장 시스템들이 비교적 저렴하고 현재 이용 가능하다는 점을 인식할 수 있을 것이다. 온 탱크(29)와 같은 고온 열 저장 시스템에서 작동 유체를 가열하기 위해 비용이 낮은 PV 전기를 이용하는 것은 CSP 재생 가능한 에너지 시스템(9)(도 2 참조)에서 고온 작동 유체의 생성의 필요가 없이도 파워 생성 사이클에 고온 열을 제공하기 위한 비교적 저렴한 경로를 제공한다. 이는 시스템의 CSP 부분으로부터의 열을 위한 비용을 크게 감소시킬 수 있고, 따라서 저/중 또는 제1 재생 가능한 에너지 시스템(9)에서 더 낮은 등급(grade)의 작동 유체들(예: 용융 염)의 사용을 허용하고, 구성요소들 및 파이프들을 더 낮은 온도, 더 낮은 비용의 재료로 제작할 수 있게 한다.
또한, 본 개시에 따르면, CSP 시스템의 헬리오스탯 필드의 크기가 감소될 가능성이 있고, 이는 헬리오스탯 시스템의 크기 및 비용을 감소시킬 것이다. 이는 저온/중온 증기를 생성하기 위한 제1 또는 저온/중온 시스템(9)을 포함하는 구획화 된 재생 가능한 에너지 시스템을 이용하고, 이후 열 저장 매체(예: 용융 실리콘 등)을 고온으로 가열하고 고온 열 저장 매체를 온 탱크(29)에 저장하는 광전지(PV) 및/또는 다른 재생 가능한 에너지 전기 생성 시스템과 같은 제2 재생 가능한 에너지 시스템(11)을 이용함으로써 CSP 사이클의 상당한 비용 절감을 가져온다. 제2 재생 가능한 에너지 시스템이 가동되고 있는 동안만이 아니라, 밤이나 또는 태양이 비치지 않는 경우와 같이 제2 재생 가능한 에너지 시스템이 가동될 수 없는 장 기간 동안에 제1 또는 더 낮은 온도의 재생 가능한 에너지 시스템에 의해 생성되는 저온/중온 증기를 과열하기에 충분히 높은 온도로 열 전달 가스를 가열할 수 있는 충분한 양의 열 저장 매체가 탱크(29)에 있을 수 있음이 이해될 수 있을 것이다.
기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 이해되는 바와 같이, 선행 기술의 CSP 시스템들은 시스템 전반에 걸쳐 진입하는 온도를 상승시킴으로써 파워 생성 사이클의 전체 효율을 높이려고 시도한다. 언급된 바와 같이, 이는 이러한 고온을 처리하기 위해 고온 및 고 비용 재료들의 사용을 요구하고, 따라서 더 효율적으로 파워 생성 사이클을 가열하기 위해 고온에서 충분한 리시버 작동 유체 질량 흐름을 생성하기 위한 큰 헬리오스텟 필드를 요구한다.
파워 생성 사이클: 도 1은 이 경우에 태양 열 발전(solar heat generation), CSP, 및 PV의 2개의 구획들 또는 세그먼트들을 결합하고, 공통 파워 사이클의 분리된 부분들에 열을 함께 제공하는 예시적인 증기/물 파워 생성 사이클을 제시한다. 도 2에는, 비교/대조를 위한 표준(선행 기술) CSP 증기/물 사이클이 도시된다. 도 2에서, 온 탱크를 통한 태양광(solar) 리시버(reciver)로부터의 작동 유체는 증기/물 파워 사이클의 증기/물 히팅 섹션들을 통해 연속(series) 배열(arrangement)로 처리되고, 냉 탱크로 돌려 보내져 가열을 위해 태양광 리시버로 되돌려 전달한다(delivery back). 이는 CSP 시스템이 요구되는 양의 과열된 증기를 공급하고 증기 터빈에 과열된 증기를 전달하기에 충분한 온도 및 압력으로 증기를 가열하는 것을 요구한다. 이는 CSP 리시버의 부분, CSP 리시버를 온 탱크에 연결하는 파이프, 및 온 탱크로부터 리히터/과열기까지의 파이프가 고온 재료돌르 설계 및 구성되는 것을 요구한다. 리시버로부터 온 탱크까지 및, 온 탱크로부터 리히터/과열기까지의 거리가 있을 수 있으므로, 시스템의 상당 부분은 Inconel® 합금 등과 같은 고온 재료들로 구성되어야 한다.
파워 생성 사이클은 또한, 아임계(sub-critical), 트랜스임계(trans-critical), 및/또는 초임계(cuper-critical) CO2 파워 사이클, ORC, 또는 제2 파워 사이클 작동 유체가 열 및/또는 파워의 생성에 유리한 방식으로 기존의 태양광 리시버 작동 유체로부터 열을 받는 다양한 옵션들 중 하나일 수 있다.
설명된 메인 파워 시스템(3) 및 두 구획화 된 재생 가능한 에너지 시스템(9, 11)을 가지는 앞서 설명된 구획화 된 시스템(1)이 바람직할 수 있지만, “파워 타워”CSP가 “트로프-유형”CSP 시스템으로 대체될 수 있음을 알 수 있다. 또한, 제2 재생 가능한 에너지 시스템(11)과 관련하여 설명된 PV 시스템은 풍력, 수력, 또는 지열 전기 생성 시스템으로 대체될 수 있으며, 여기서 풍력 시스템에 의해 생성된 전기의 일부는 예를 들어, 도 1에 도시된 PV 시스템 대신에 탱크(29) 내의 고온 용융 금속 작동 유체를 가열하는데 사용된다. 바람을 사용하는 이러한 시스템에서, 온 탱크(29)는 충분한 양의 뜨거운 열 저장 매체(예: 용융 금속 또는 용융 준금속)을 저장하여 바람을 충분히 이용할 수 없는 기간 동안 리히터/과열기(19)의 고온의 과열된 증기를 생성하는데 사용될 수 있게 한다. 물론, 적절한 배터리 전기 저장 시스템이 탱크(29) 및 용융 열 저장 매체 대신에 사용될 수 있거나, 또는 그러한 배터리 저장 시스템이 추가적인 열 저장 또는 백업 목적들을 위해 사용될 수 있다. 물론, 제2 재생 가능한 시스템(11)이 수력 또는 지열 전기 생성 시스템인 경우, 열 저장 매체의 크기 또는 심지어 필요성이 감소되거나 제거될 수 있고 열 전달 가스는 전기 히터들에 의해 직접 가열될 수 있다. PV, 풍력 및 배터리 백업의 다양한 조합들이 사용될 수 있다. 또한, 수력발전(hydroelectric), 지열(geothermal), 연료 전지(fuel cells), 양수 저장(pumped storage) 및 다양한 형태의 열 저장과 같은 다양한 형태의 재생 가능한 에너지 시스템들이 사용될 수 있다.
또한, 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 도 1에 도시된 단일 재 가열 증기/물 전기 파워 생성 시스템(3)이 예를 들어, 복수의 재 가열 아임계 증기/물 파워 사이클들, 복수의 재 가열 초임계 증기/물 파워 사이클들, 또는 복수의 재 가열 초-아임계 증기/물 파워 사이클, 및/또는:
a. 논의된 고압(HP. High pressure) 및 재 가열(RH, reheat) 증기 시스템들과 함께, 중압(IP, intermediate pressure) 및/또는 저압(LP) 시스템들이 추가될 수 있음.
b. 파워에 추가로 유용한 열을 내보내도록 공정을 위한 다른 시스템 히터들을 추가함.
c. 예를 들어, 리쿠퍼레이션(recuperation), 인터쿨링(intercooling), 수퍼차징(supercharging), 기타 모든 사이클 구성들을 가지거나 및/또는 가지지 않는 아임계, 초임계, 혼합 압력 CO2 사이클들.
d. 예를 들어, 리쿠퍼레이션, 인터쿨링, 수퍼차징, 기타 모든 사이클 구성들, 조합 및 위의 순열을 가지거나 및/또는 가지지 않는 ORC 사이클들에 의해 대체될 수 있음을 인식할 것이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 CSP 파워 및/또는 열 생성 및 저장 시설들은 일반적으로 헬리오스탯 필드가 수신기의 흡수된 에너지로 가열되는 CSP 작동 유체를 포함하는 수신기에 태양 복사선을 집중시키는 형태이다. 현재 플랜트들은 증기/물의 파워 사이클 작동 유체를 이용하여 온 탱크로부터의 뜨거운 작동 유체에서 열을 흡수하고 리시버에서 CSP 작동 유체의 재 가열을 위해 냉 탱크로 유체를 되돌려 전달한다. 파워 사이클의 효율을 높이기 위해, 파어ㅜ 사이클 작동 유체의 압력 및 온도는 이용 가능한 장비의 설계 능력들 내에서 최대화된다. 파워 사이클 작동 유체 온도를 최대화하기 위해 CSP 작동 유체도 매우 높은 온도, 실제로는 파워 사이클 작동 유체에 대해 원하는 온도보다 더 높은 온도에 있어야 한다.
특히, 태양과 구름이 번갈아 가며 발생하는 상대적으로 큰(적어도 기존의 화학 연료 플랜트들에 비해) 부하 변화들은 짧은 시간내에 상당한 라이프-사이클의 활용을 야기할 수 있다. 이는 특히 용융 염에서 증기/물 열 교환기들에 대한 CSP 적용에서 일반적으로 사용되는 두꺼운 튜브/시트 쉘-앤-튜브(shell-and-tube) 열 교환기들(HXs)에서 빠른 피로 손상(fatigue failure)을 야기할 수 있다.
구름들이 태양 위치 및 헬리오스탯 필드 위치 사이를 지나갈 때, 실질적으로 '순간적(instantly)'으로 사라질 수 있는 태양 열 이용 가능성의 특성은 복합적이다. 이는 CSP 작동 유체 및 파워 사이클 작동 유체 모두의 질량 흐름들 및 온도들을 빠르게 변화시킨다. 현재 열이 일반적으로 쉘-앤-튜브 열 교환기들을 사용하여 두 작동 유체들 사이로 전달된다는 점을 고려할 때, 이러한 가동 온도 차이 구배들의 라이프 사이클 영향은 고려되어야 한다. 파워 사이클 작동 유체의 일반적으로 높은 가동 압력들 및 온도들로 인해, 이러한 쉘-앤-튜브 열 교환기들은 매우 전문화된 디자인들을 가지거나 및/또는 낮은-사이클(low-cycle)의 피로 손상을 겪어야 한다. CSP 리시버들의 현재 상태는 쉘-앤-튜브 열 교환기들이 성공적으로 견딜 수 있는 피크 온도에 거의 도달한 상태이다. 유사하게, CSP 작동 유체 및 파워 사이클 작동 유체 온도와 함께, 파워 사이클 작동 유체(PCWF, power cycle working fluid)의 압력도 기본적으로 CSP 플랜트의 현재 스타일에 대해 최대값에 도달했다. 최악의 이슈는 온도가 그들의 최고점에 있고 파워 사이클 작동 유체 압력이 매우 높게 유지되는 HPSHTR 번들에 있다. 특히 온 탱크에 저장되는데 이슈들이 있다. 염 온도의 증가 및 이러한 높은 온도를 유지할 수 있는 염들의 사용은 재료 및 용융 염의 비용을 상승시키고, 추가로 쉘-앤-튜브 열 교환기의 복합적인 이슈들을 가질 수 있게 한다.
현재 기술은 파워 사이클의 효율성을 위해 CSP 용융 염 출구/뜨거운 온도에 의존한다. 이 뜨거운 용융 염 온도를 높이는 것은 두가지 주 요인들로 인해 매우 비용이 높다: 1. 리시버 재료 및 용융 염의 종(species)은 더 높은 온도들에서 가동될 수 있는 재료들 및 염들로 승격되어야 함; 2. 헬리오스탯 필드에 중요한 활성 영역의 추가. 앞선 요인들 모두 전체 CSP 파워 생성 시설에 상당한 비용을 추가한다. 추가 비용의 증가는 파이프, 용융 염 탱크들, 및 다른 주변장치들(peripherals)에서 더 높은 합금 재료들의 증가와 관련된 것이다. 파워 생성 랭킨 사이클을 위한 증기를 높이는데 사용되는 현재의 용융 염 대 증기/물 쉘-앤-튜브 열 교환기 배열에는 상당한 기술적 난관이 존재한다. 사용될 수 있는 다른 유형들의 열 과환기가 있지만, 비용이 크게 증가한다.
저렴한 고온 용융 염 또는 준금속 잠열 에너지 저장과 결합된 저렴한 PV를 이용하면, 염 온도를 추가로 증가시킬 필요를 회피함으로써, 수반되는 모든 문제를 피할 수 있다.
이제 도 3a를 참조하면, 개략적으로 101로 표시된, 열 회수 증기 생성형(HRSG, heat recovery steam generator-like) 어셈블리가 도 1에 도시된 바와 같이 리히터/과열기(19)의 대안 또는 확장된 실시 예로 도시되어 있다. 보다 구체적으로, 어셈블리(101)는 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 예를 들어, HRSG형 장치의 밀폐된 하우징(105) 내에 위치한, 103a, 103b, 103c 및 103d로 표시된 하나 이상의 코일을 가열하기 위해 제2 재생 가능한 에너지 시스템(11)으로부터 열을 공급받는다. 본 설명에 따르면, 하우징(105)에 동일하거나 또는 상이한 목적을 위해 더 적거나 또는 더 많은 코일들이 제공될 수 있음이 이해될 것이다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 질소 가스와 같은 작동 유체는, 앞서 설명한 바와 같이, 전기 히터들(28)을 통해 제2 재생 가능한 에너지 시스템(11)에 의해 가열되는 고온 저장 탱크(29) 내 고온 열 저장 재료(30)(예: 용융 금속 또는 준금속)에 의해 가열된다. 작동 유체는 라인(31)을 통해 충분히 높은 온도 및 충분히 높은 질량 유량으로 탱크(29)를 빠져나가서, 설명될 목적을 위해 앞서 언급된 코일들(103a, 103b, 103c, 103d) 및 내부의 유체들을 가열하도록 한다. 물론, 작동 유체가 하우징(105)을 통해 흐름에 따라, 작동 유체의 열 에너지는 작동 유체가 각각의 코일들을 흐를 때 냉각하는 코일들로 전달된다. 작동 유체는 하우징(105)을 나오고 고온 블로어(107)는 작동 유체를 탱크(29) 내 열 저장 매체(30)에 의해 재 가열되도록 라인(33)을 통해 탱크(29)로 돌려보낸다. 도시된 바와 같이, 탱크(29)를 떠나는 작동 유체의 온도는, 예를 들어, 약 1100°C 일 수 있고, 블로어(107)를 나가는 작동 유체의 온도는 약 500°C일 수 있지만, 이러한 온도들은 예시일 뿐이며, 상황에 따라 상당히 달라질 수 있다.
도 3a에 추가로 도시된 바와 같이, 코일(103d)은 약 370°C의 온도에서 라인(109)를 통해 터빈(5)의 고압 스테이지로부터 증기를 전달받고, 코일(103d)을 지나 열 회수 증기 발생기 형(HRSG) 어셈블리(101)를 통해 흐르는 작동 유체에 의해 재 가열된다. 코일(103d)에 의해 재 가열된 증기는 코일(103d)의 업스트림(upstream)에서 코일(103b)의 입구로 공급되어 약 630°C로 과열되고, 이후 라인(111)을 통해 증기 터빈(5)의 중압(intermediate pressure) 스테이지로 공급된다. 대안적으로, 코일(103b)를 나오는 증기는 증기 터빈(5)의 고압 스테이지로 공급될 수 있다. 또한, 증발기(15)로부터의 증기는 라인(113)을 통해, 제1 고압 과열기로서 기능하는 코일(103c)의 입구로 공급된다. 코일(103c)을 나오는 과열된 증기는, 코일(103a)과 만남으로써 유입되는 뜨거운 작동 유체(최고 온도에 있음)에 의해 추가로 과열되기 위해 코일(103a)의 입구에 공급된다. 코일(103a)의 출구로부터의 과열된 증기는 라인(113)에 의해 터빈(5)의 고압 스테이지로 전달된다.
도 4, 4a, 및 4b에서, 도 1 내지 3의 이코노마이저/증발기(15)는 증발기(201) 및 이코노마이저(203)을 포함하기 위해 더 상세하게 도시되어 있다. 온 탱크(23)로부터의 용융 염은 약 470°C에서 증발기(201)로 들어가고, 증발기로부터 배출되고, 더 낮은 온도에서 라인(205)을 통해 이코노마이저(203)로 전달되지만, 여전히 펌프(17)에 의해 이코노마이저(203)로 공급되는 급수 및 응축액의 온도보다 훨씬 더 높다. 펌프(17)에 의해 응축기(13)로부터 이코노마이저(203)로 공급되는 급수 및/또는 응축액은 라인(205)을 통해 이코노마이저(203)로 흐르는 증발기(201)에서 나오는 용융 염보다 낮은 온도에 있다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 급수 및/또는 응축액은 이코노마이저(203)의 용융 염에 의해 가열된다. 용융 염은 라인(207)을 통해 약 290°C의 온도에서 냉 탱크(205)로 돌려 보내진다. 이코노마이저(203)에서 가열된 급수는 라인(209)을 통해 증발기(201)로 공급된다. 증발기(201)로부터의 증기는 도 3a에 도시된 바와 같이, 라인(211)을 통해 약 460°C의 온도에서 고압 과열기(103a)로 공급된다. 증발기(201) 및 이코노마이저(203)은 도 4b에 도시된 바와 같이, 복수의 병렬 쉘 앤 튜브 열 교환기들을 포함할 수 있음이 이해될 것이다.
도 4b에서, 개략적으로 203a, 203b로 표시된 한 쌍의 이코노마이저/증발기가 도시된다. 각각은 증발기(217a, 217b) 및 이코노마이저(219a, 219b)를 포함한다. 각각의 이코노마이저(217a, 217b)는 각각의 라인들(221a, 221b)을 통해 펌프(17)에 의해(도 1에 도시된 바와 같음) 응축기(13)로부터 고압 보일러 급수 및/또는 응축액을 전달받아서, 급수가 각각의 이코노마이저(219a, 219b)에서 가열되게 한다. 가열된 물은 각각의 라인들(223a, 223b)에 의해 각각의 증발기들(217a, 217b)의 입구로 공급된다. 용융 염은 각각의 라인들(225a, 225b)을 통해 증발기들(217a, 217b)로부터 배출되고, 응축기(13)로부터 전달받은 급수를 처음에(initially) 가열하기 위해 이코노마이저들(219a, 219b)의 입구들로 공급된다. 여전히 용융 염은 약 290°C의 온도에서 라인(227)을 통해 이코노마이저들(219a, 219b)로부터 냉 탱크(25)로 돌려보내진다. 증발기들(217a, 217b)로부터의 증기는 라인(229)을 통해 도 3a의 고압 과열기 코일(103a)로 공급된다.
이제 도 5 및 도 5a를 참조하면, 도 1의 이코노마이저/증발기(15) 및 리히터/과열기(19)는 각각 개략적으로 301, 303로 표시된 것과 같이, 두개의 분리된 HRSG형 어셈블리들의 부분들인 것으로 도시된다. 먼저, HRSG형 어셈블리(301)을 참조하면, 온 탱크(23)로부터의 뜨거운 용융 염은 입구 단부(inlet end)(309) 및 출구 단부(outlet end)(311)를 가지는 하우징(307)에 위치된 제1코일(305a) 및 마지막 또는 제4코일(305d)에 공급된다. 코일들(305a, 305d)은 재순환(recirculation) 덕트 또는 통로(passage)(313)에 의해 출구(311)로부터 입구(309)로 재순환되는 약 470°C보다 다소 낮은 온도로 공기(또는 다른 적절한 작동 유체)를 가열하기 위한 용융 염 히터들의 역할을 한다. 물론, 적절한 고온 팬 또는 블로어(미도시)가 가열된 공기를 입구로부터 출구로 하우징(307)을 통해 그리고 재순환 덕트를 통해 이동시키기 위해 재순환 덕트에 통합된다. 급수/응축액 펌프(17)로부터의 응축액 및/또는 급수는, 급수/응축액을 가열하고 가열된 급수/응축액을 제2코일(305b)의 입구(317)로 공급하는 이코노마이저 역할을 하는 제3코일(305c)의 입구(315)로 공급된다. 이 마지막으로 언급된 코일은 분리기(separator)(319)로 공급되는 약 460°C보다 다소 낮은 온도에서 증기를 생성하는 증발기로의 역할을 한다. HRSG 어셈블리(301)를 위한 모든 열은 제1 재생 가능한 에너지 시스템(9)에 의해 공급된다는 점이 주목될 것이다.
HRSG형 어셈블리(303)은, 323a, 323b, 323c, 323d로 표시되는, 복수의 코일들을 수용하는 하우징(321)을 포함한다. 하우징(321)은 입구 단부(325) 및 출구 단부(327)를 가진다. 질소와 같은 작동 유체는 탱크(29)에 저장된 고온 작동 유체에 의해 고온(예: 약 1100°C)으로 가열되고 하우징(321)의 입구 단부(325)로 공급된다. 이 뜨거운 작동 유체는 하우징을 통해 먼저 코일(323a)을 통과하거나 또는 지나도록 연속적으로 흐른 후, 순차적으로 다른 코일들(323b, 323c, 323d)을 통과하거나 또는 지난다. 작동 유체는 더 낮은 온도(예: 약 500°C)에서 출구(327)를 통해 하우징을 나오고, 탱크(29)의 고온 열 저장 매체(30)에 의해 재 가열되기 위한 재순환 덕트 또는 통로(329)에 의해 탱크(29)로 다시 재순환된다. 물론, 고온 블로어 또는 팬(330)은 작동 유체를 재순환시키기 위해 재순환 덕트에 통합된다.
증기 터빈(5)의 고압 스테이지로부터의 증기는, 리히터로서 기능하는 제4코일(323d)의 입구 단부로 공급된다. 재 가열 코일(323d)를 나오면, 재 가열된 증기는 제2 리히터로서 기능하는 제2코일(323b)의 입구로 흐른다. 제2 리히터 코일(323b)을 나오는 증기는 터빈(5)의 중간 스테이지, 또는 대안적으로, 고압 증기 터빈의 스테이지로 공급된다. 분리기(318)로부터의 증기는, 제1 고압 과열기로의 역할을 하는 제3코일(323c)의 입구로 공급된다. 과열된 증기는 코일(323c)을 나와, 제2 고압 과열기로의 역할을 하는 제1코일(323a)의 입구로 공급된다. 과열된 고압 증기는 약 630°C의 온도에서 코일(323a)을 나와 터빈(5)의 고압 스테이지로 공급된다. 물론, 고온 작동 유체가 입구(325)로부터 출구(327)로 흐르고 코일들(323a-323d) 위를 지나가거나 지남에 따라, 작동 유체의 온도는 감소한다.
이제 도 6, 도 6a를 참조하면, 도 1의 이코노마이저/증발기(15) 및 리히터/과열기(19)를 이루는 본 개시의 시스템의 다소 다른 실시 예가 도시된다. 도 5a에 도시된 실시 예와 유사하게, 도 6a은 도 1의 이코노마이저/증발기(15) 및 리히터/과열기(19)가, 각각 개략적으로 401 및 403으로 표시된 바와 같이, 이코노마이저/증발기(15)의 균등물(equivalent)을 이루는 어셈블리(401) 및 리히터/과열기(19)의 균등물을 이루는 어셈블리(403)를 가지는 두개의 분리된 HRSG형 어셈블리들의 부분들로 이루어질 수 있다.
입구(407) 및 출구(409)를 가지는 하우징(405) 및, 하우징(405) 내에 위치되는, 411a, 411b, 411c, 및 411d로 표시된 복수의 코일들을 가지는 어셈블리(403)가 도 6a에 도시되어 있다. 입구(407)는, 탱크(29)에 저장된 고온 열 저장 매체(30)에 의해 고온(예: 약 1100°C)으로 가열되는 질소와 같은 뜨거운 작동 유체를 전달받는다. 뜨거운 작동 유체가 하우징(405)을 통해 그 입구(407)로부터 그 출구(409)로 흐름에 따라, 하우징 내의 코일들은 앞서 설명한 목적을 위해 하우징(405)을 통해 흐르는 작동 유체에 의해 연속적으로(serially) 가열된다. 따라서, 어셈블리(403)에 위치된 코일들은 제2 재생 가능한 에너지 시스템(11)에 의해 가열된다.
어셈블리(401)은 입구 단부(413) 및 출구 단부(415)을 가지는 하우징(411)을 가진다. 417a, 417b, 417c 및 417d로 표시되는 복수의 코일들은 하우징(411) 내에 장착된다. 출구(409)를 통해 하우징(405)으로부터 배출되는 작동 유체는 하우징(411)의 입구(413)로 들어갈 때 약 500°C의 온도를 가진다. 작동 유체가 하우징(411)으로 흐름에 따라, 작동 유체는 코일들(417a-417d)을 연속적으로 가열한다. 출구(415)로부터 배출되는 작동 유체는 재순환 시스템(416)으로 들어간다. 보다 구체적으로, 재순환 시스템은 작동 유체를, 고온 열 저장 매체(30)에 의해 재 가열되는 탱크(29)로 다시 재순환시키는 고온 팬(421)을 가진다.
도 6a에 추가로 도시된 바와 같이, 예를 들어 약 565°C의 온도에서 온 탱크(23)로부터의 용융 염이 제1 및 제4코일(417a, 417d)의 입구들로 도입되어서 마지막으로 언급된 코일들이 하우징(411)을 통해 흐르는 HRSG형 어셈블리(403)으로부터 흐르는 작동 유체를 가열(보다 정확하게는 재 가열)하게 한다. 어셈블리(403)의 작동 유체의 이러한 재 가열은 제1 재생 가능한 에너지 시스템(9)에 의해 수행된다. 응축기(13)으로부터의 급수/응축액은 펌프(17)에 의해, 하우징(411)을 통해 흐르는 작동 유체에 의해 가열되는 이코노마이저로의 역할을 하는 제3코일(417c)의 입구로 도입된다. 제3코일(417c)을 나오는 가열된 급수는 제1코일(417b)의 입구로 도입되고, 여기서 중압 증기를 형성하도록 하우징(411)을 통해 흐르는 작동 유체에 의해 증발된다. 증발기 코일(417b)에서 증발된 증기는, 증기를 임의의 액체 물로부터 분리하는 분리기(419)로 흘러서, 액체 물은 응축기(13)로 돌려보내지고 증기는 어셈블리(403)의 코일(411c)의 입구로 공급되게 하고, 여기서 증기는 과열되어 코일(411c)이 제1 고압 과열기로의 역할을 하게 한다. 코일(411c)의 출구로부터의 과열된 증기는 제2 고압 과열기 코일(411a)에 공급되고, 후속적으로 증기 터빈(5)의 고압 스테이지로 공급된다.
또한, 도 6a에 도시된 바와 같이, 터빈(5)의 고압 스테이지로부터의 증기는 코일(411d)의 입구로 공급되고, 여기서 하우징(405)을 통해 흐르는 작동 유체에 의해 재 가열된다. 과열된 증기는 코일(411d)를 나오고 코일(411b)의 입구로 공급되고, 여기서 코일(411b)이 제2 리히터로의 역할을 하도록 재 가열된다. 코일(411b)의 출구로부터의 재 가열된 증기는 터빈(5)의 중간 스테이지로 공급된다.
이제 도 7을 참조하면, 도 1과 관련하여 설명된 바와 같이, 리히터/과열기(19)의 보다 상세한 도시가 도시되어 있다. 도 7에서, 리히터/과열기(19)는 두개의 섹션들, 즉, 고압 과열기(501) 및 리히터(503)를 포함하도록 도시되어 있다. 과열기(501)은 라인(505)을 통해 약 460°C의 온도에서 증발기(15)로부터 중압 증기를 전달받는다. 도 1에 도시된 바와 같이, 리히터/과열기(19)는, 바람직하게는 질소인 고온 작동 유체를 라인(31)을 통해 고온 탱크(29)로부터 전달받으며, 여기서 라인(31)은 도 7에도 도시되어 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 탱크(29)로부터 공급되는 작동 유체는 예를 들어, 약 1100°C인 고온에 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 유입되는 중압 증기는 고온 작동 유체에 의해 과열기(501)에서 과열되고, 예를 들어 약 630°C의 고온에 있는 과열된 증기는 라인(507)에 의해 증기 터빈(5)의 고압 스테이지로 공급된다.
고온 작동 유체가 과열기(501) 및 리히터(503)을 통해 또는 그 주위로 흐름에 따라, 그 온도는 고온 작동 유체가 먼저 과열기 주위로 흐른 다음 리히터 주위로 흐름에 따라 감소할 것이라는 점이 이해될 것이다. 리히터(503)는 예를 들어, 약 460°C의 온도에서 라인(509)를 통해 터빈(5)의 고압 스테이지로부터 배기가스(exhaust)를 전달받는다. 이 증기는 약 630°C로 재 가열되고, 라인(511)을 통해 터빈(5)의 중압 스테이지로 공급된다. 작동 유체가 리히터(509)로부터 배출되면, 라인(33)을 통해 온 탱크(29)로 다시 재순환된다.
본 개시의 넓은 범위를 벗어나지 않고 상술한 구성들 방법들에서 다양한 변경이 이루어질 수 있으므로, 상술한 설명에 포함되거나 첨부된 도면들에 도시된 모든 사항은 예시적인 것으로 해석되어야 하며, 제한하는 것으로 해석되는 것은 아니다.

Claims (56)

  1. 재생 가능한(renewable) 파워 생성 시스템에 있어서,
    발전기를 구동(drive)하도록 구성된 증기 터빈을 가지는 증기 작동(steam powered) 전기 생성 시스템,
    저온/중온 증기를 생성하도록 구성된 제1 재생 가능한 에너지 시스템 또는 저온/중온 재생 가능한 에너지 시스템, 및
    상기 제1 재생 가능한 에너지 시스템에 의해 생성된 저온/중온 증기를 과열(superheat)하고 상기 증기 터빈에 과열된 증기를 공급하도록 구성되는 제2 재생 가능한 에너지 시스템 또는 고온 재생 가능한 에너지 시스템을 포함하고;
    상기 제1 재생 가능한 에너지 시스템 또는 또는 저온/중온 재생 가능한 에너지 시스템은 제1 작동 유체를 저온/중온으로 가열하도록 태양열 에너지를 이용하고 상기 제1 재생 가능한 에너지 시스템이 태양열 에너지를 받을 때 및 장기간 동안 태양으로부터 에너지를 직접 이용할 수 없을 때 모두에서 저온/중온 증기를 생성하기에 충분한 상기 저온/중온으로 가열된 상기 제1 작동 유체를 저장하도록 구성되고; 및
    상기 제2 재생 가능한 에너지 시스템 또는 고온 재생 가능한 에너지 시스템은 고온 열 저장 매체를 높은 온도로 가열하도록 제2 재생 가능한 에너지 소스를 이용하고, 과열된 증기가 상기 증기 터빈에 공급될 수 있도록 상기 제1재생 가능한 시스템에 의해 생성된 상기 저온/중온 증기를 과열하기 위해 고온 열 전달 작동 매체를 충분히 높은 온도로 가열하도록 상기 고온 열 저장 매체를 이용하도록 구성되는, 재생 가능한 파워 생성 시스템.
  2. 재생 가능한 파워 생성 시스템에 있어서,
    발전기를 구동하도록 구성되는 증기 터빈을 가지는 증기 작동 전기 생성 시스템,
    저온/중온 증기를 생성하도록 구성된 제1 재생 가능한 에너지 시스템 또는 저온/중온 재생 가능한 에너지 시스템, 및
    상기 제1 재생 가능한 에너지 시스템에 의해 생성된 저온/중온 증기를 과열하고 상기 증기 터빈에 과열된 증기를 공급하도록 구성되는 제2 재생 가능한 에너지 시스템 또는 고온 재생 가능한 에너지 시스템을 포함하고;
    상기 제1 재생 가능한 에너지 시스템 또는 저온/중온 재생 가능한 에너지 시스템은 제1 작동 유체를 저온/중온으로 가열하도록 태양열 에너지를 이용하고 상기 제1 재생 가능한 에너지 시스템이 태양열 에너지를 받을 때 및 장기간 동안 태양으로부터 에너지를 직접 이용할 수 없을 때 모두에서 상기 저온/중온 증기를 생성하기에 충분한 상기 저온/중온으로 가열된 상기 제1작동 유체를 저장하도록 구성되고; 및
    상기 제2 재생 가능한 에너지 시스템 또는 고온 재생 가능한 에너지 시스템은 고온 열 저장 매체를 높은 온도로 가열할 수 있도록 제2 재생 가능한 에너지 소스를 이용하고, 가스(gaseous) 고온 열 전달 작동 매체를 충분히 높은 온도로 가열하도록 상기 고온 열 저장 매체를 이용하여 가열된 상기 가스가 상기 제1 재생 가능한 시스템에 의해 생성된 상기 저온/중온 증기를 가열할 수 있게 구성되어 과열된 증기가 상기 증기 터빈에 공급되게 하고;
    상기 제2 재생 가능한 에너지 시스템은 전기를 생성하도록 구성되고, 여기서 상기 제2 재생 가능한 에너지 시스템에 의해 생성된 전기의 적어도 일부는 상기 열 전달 가스가 열 저장 매체와 열 전달 관계에 이르렀을 때 상기 열 전달 가스를 가열하기에 충분한 온도로 상기 고온 열 저장 매체를 전기적으로 가열하도록 구성되어서, 상기 열 전달 가스가 상기 저온/중온 증기, 상기 고온으로 가열된 상기 열 저장 매체의 공급을 유지하기 위한 탱크, 및 상기 제1 재생 가능한 에너지에 의해 생성된 저온/중온 증기를 과열하기 위한 상기 열 전달 가스에 의해 가열되고 상기 증기 터빈에 과열된 증기를 공급하도록 구성되는 과열기를 과열할 수 있는, 재생 가능한 파워 생성 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 작동 유체의 상기 공급은 온 탱크(hot tank)에 저장되고,
    상기 재생 가능한 파워 생성 시스템은 상기 제1 작동 유체를 상기 온 탱크로부터 상기 저온/중온 증기를 생성하기 위한 증발기로 전달(deliver)하도록 구성되는, 재생 가능한 파워 생성 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 재생 가능한 파워 생성 시스템은 상기 제1 작동 유체가 상기 증발기를 나간 후 태양열 에너지가 이용 가능할 때 상기 제1 재생 가능한 에너지 시스템에 의해 상기 저온/중온으로 재 가열될 수 있도록 냉 탱크(cold tank)에 저장되도록 구성되는, 재생 가능한 파워 생성 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 열 저장 매체는 전기 히터에 의해 원하는(desired) 온도로 가열되고,
    상기 전기 히터는 상기 제2 재생 가능한 에너지 시스템에 의해 작동되도록(powered) 구성되는, 재생 가능한 파워 생성 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2 재생 가능한 에너지 시스템은 상기 제2재생 가능한 에너지 시스템이 사용 가능하지 않을 때, 장기간 동안 상기 저온/중온 증기의 과열을 가능하게 하기 위해 상기 열 저장 매체의 충분한 양을 유지하기 위한 열 저장 매체 저장 탱크를 포함하는, 재생 가능한 파워 생성 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 재생 가능한 파워 생성 시스템은 상기 열 저장 가스를 상기 열 저장 매체와 열 전달 관계에 있게 되도록 낮은 압력에서 순환시키도록 구성되고,
    상기 재생 가능한 파워 생성 시스템은 상기 증기 터빈에 과열된 증기를 공급하기 위해 상기 저온/중온 증기를 과열하기에 충분한 유량 및 온도에서 상기 과열기에 상기 가열된 열 전달 가스를 공급하도록 구성되는, 재생 가능한 파워 생성 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 열 전달 가스가 상기 저온/중온 증기를 과열한 후, 상기 재생 가능한 파워 생성 시스템은 상기 열 전달 가스를 상기 고온 열 저장 매체에 의해 재 가열되도록 돌려보내도록(return) 구성된, 재생 가능한 파워 생성 시스템.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 열 저장 재료는 용융 금속 또는 준금속(metalloid)인, 재생 가능한 파워 생성 시스템.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 열 저장 재료는 모래, 암석(rock), 콘크리트, 또는 세라믹 재료와 같은, 적절한(suitable) 고온 고체 재료인, 재생 가능한 파워 생성 시스템
  11. 제1항에 있어서,
    상기 재생 가능한 파워 생성 시스템은 상기 과열된 증기가 상기 증기 터빈을 구동한(powers) 후, 저온 증기 또는 응축액(condensate)이 상기 증기 터빈으로부터 응축기(condenser)로 흐르도록 구성되고,
    상기 응축기로부터 응축액은 상기 저온/중온 증기를 생성하기 위해 증발기(evaporator)로 공급되는, 재생 가능한 파워 생성 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1 재생 가능한 에너지 시스템 또는 저온/중온 재생 가능한 에너지 시스템은 집중(concentrated) 태양열 에너지 시스템이고,
    상기 제1 작동 유체는 용융 염(molten salt) 작동 유체인, 재생 가능한 파워 생성 시스템.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제1 재생 가능한 에너지 시스템 또는 저온/중온 재생 가능한 에너지 시스템은 트로프 리플렉터(trough reflector) 시스템이고,
    상기 제1 작동 유체는 용융 염 작동 유체인, 재생 가능한 파워 생성 시스템.
  14. 제6항에 있어서,
    상기 제2 재생 가능한 에너지 시스템은 용융 열 저장 매체를 포함하도록 구성된 상기 고온 열 저장 매체 저장 탱크를 포함하는 고온 부분을 가지도록 구성되어서,
    상기 용융 열 저장 매체,
    공급된 저온/중온 증기를 과열하도록 구성된 과열기, 및
    상기 용융 열 저장 매체에 의해 상기 열 전달 가스가 과열된 후에, 상기 저온/중온 증기를 과열하도록 상기 과열기에 상기 열 전달 가스를 공급하도록 구성된 파이프(piping)의
    과도한(undue) 산화 또는 다른 분해(degradation)를 방지하고,
    상기 고온 열 저장 탱크 및 상기 파이프는 상기 제2 재생 가능한 에너지 시스템의 고온 부분을 이루고(constitute),
    상기 고온 부분만이 특수한 고온 재료들로 구성될 필요가 있는, 재생 가능한 파워 생성 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 용융 열 저장 매체는 충분한 양이고 충분한 온도에 있어서
    상기 용융 열 저장 매체가 상기 열 전달 가스를 장기간 동안 상기 저온/중온 증기를 과열하기에 충분한 온도로 가열할 수 있게 하는, 재생 가능한 파워 생성 시스템.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 용융 열 저장 매체는 준금속(metalloid)인, 재생 가능한 파워 생성 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 용융 열 저장 매체는 실리콘인, 재생 가능한 파워 생성 시스템.
  18. 제3항에 있어서,
    상기 제1 재생 가능한 에너지 시스템은 이코노마이저(economizer)/증발기를 포함하고,
    상기 제1 재생 가능한 에너지 시스템은 저온/중온 증기를 생성하도록 상기 저온/중온 작동 유체를 상기 온 저장 탱크로부터 상기 이코노마이저/증발기로 공급하도록 구성되는, 재생 가능한 파워 생성 시스템.
  19. 제14항에 있어서,
    상기 용융 열 전달 매체는
    붕소(boron), 실리콘(silicon), 게르마늄(germanium), 비소(arsenic), 안티몬(antimony), 텔루륨(tellurium), 폴로늄(polonium), 납 비스무트 공융물(lead bismuth eutectic), 소듐(sodium), 주석(tin), 또는 납(lead) 중 하나 이상으로 필수적으로(essentially) 구성된 그룹으로부터 선택되는, 재생 가능한 파워 생성 시스템.
  20. 제14항에 있어서,
    상기 용융 열 전달 매체는
    붕소(boron), 실리콘(silicon), 게르마늄(germanium), 비소(arsenic), 안티몬(antimony), 텔루륨(tellurium), 폴로늄(polonium), 납 비스무트 공융물(lead bismuth eutectic), 소듐(sodium), 주석(tin), 또는 납(lead) 중 하나를 포함하는, 재생 가능한 파워 생성 시스템.
  21. 제3항에 있어서,
    상기 과열기는, 고온 열 저장 탱크(29)에서 상기 열 저장 재료(30)에 의해 고온으로 가열된 상기 열 전달 가스에 의해 가열되도록 구성되고, 상기 증발기로부터 저온/중온 증기를 공급받음으로써 상기 증기 터빈의 고압 스테이지로 전달되는 과열된 증기를 생성하도록 구성되고, 그리고
    상기 과열기는, 상기 증기 터빈으로부터 고압 증기 터빈 배기가스(exhaust)를 받도록 구성되고, 상기 과열기 내의 상기 열 전달 가스에 의해 가열됨으로써 상기 증기 터빈의 중압(intermediate pressure) 스테이지로 전달되는 중압 증기를 생성하도록 구성되는, 재생 가능한 파워 생성 시스템.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 열 전달 가스가 상기 과열기 및 상기 리히터를 통과한 후, 상기 고온 열 저장 재료에 의해 재 가열되도록 돌려 보내지도록(returned) 더 구성되는, 재생 가능한 파워 생성 시스템.
  23. 제2항에 있어서,
    상기 제1 작동 유체의 상기 공급은 온 탱크(23)에 저장되고,
    상기 재생 가능한 파워 생성 시스템은 상기 저온/중온 증기를 생성하기 위해 상기 제1 작동 유체를 상기 온 탱크(23)로부터 증발기(15, 201)로 전달하도록 구성되는, 재생 가능한 파워 생성 시스템.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 증발기(15, 201)는 상기 터빈으로부터 응축액을 공급받도록 구성된 이코노마이저(203)를 포함하고, 상기 증발기(15, 201)는 상기 증발기로부터 상기 이코너마이저(203)로 상기 제1 작동 유체를 전달하도록 구성되고, 상기 이코노마이저는 상기 응축액을 가열하고 상기 증발기로 상기 가열된 응축액을 전달하도록 구성되고,
    상기 이코노마이저는 상기 과열기로 전달된 상기 저온/중온 증기를 생성하기 위한 상기 제1 작동 유체를 사용하도록 구성되는, 재생 가능한 파워 생성 시스템.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 제1 작동 유체는, 상기 이코노마이저로부터 배출된(discharged) 후, 냉 저장 탱크로 전달되는, 재생 가능한 파워 생성 시스템.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 증발기 및 상기 이코노마이저는 증발기 및 이코노마이저의 제1쌍을 이루도록 구성되고,
    상기 재생 가능한 에너지 시스템은 증발기 및 이코노마이저의 제2쌍을 더 포함하고, 여기서 상기 쌍들은 상기 온 탱크(23)으로부터 상기 제1 작동 유체를 공급받도록 구성된 각 쌍의 증발기 및 상기 터빈으로부터 응축액을 공급받도록 구성된 각 쌍의 이코노마이저와 함께 서로 병렬로 연결되고,
    각각의 상기 쌍의 상기 증발기들 각각은 상기 제1 작동 유체가 상기 증발기를 통과한 후 상기 각자의(respective) 이코노마이저 각각으로 상기 제1 작동 유체를 공급하도록 구성되고,
    상기 이코노마이저들 각각은 상기 이코노마이저 각각을 통해 흐르는 상기 제1 작동 유체에 의해 상기 응축액을 가열하고 상기 가열된 응축액을 각자의 상기 증발기로 전달하도록 구성되고,
    상기 이코노마이저들 각각은 상기 이코노마이저들로부터 배출되는(exiting) 상기 작동 유체를 냉 저장 탱크로 전달하도록 구성되는, 재생 가능한 파워 생성 시스템.
  27. 재생 가능한(renewable) 파워 생성 시스템에 있어서,
    발전기를 구동하도록 구성된 증기 터빈을 가지는 증기 작동 전기 생성 시스템, 저온/중온 증기를 생성하도록 구성된 제1 재생 가능한 에너지 시스템 또는 저온/중온 재생 가능한 에너지 시스템, 제1 재생 가능한 에너지 시스템에 의해 생성된 저온/중온 증기를 과열하고 과열된 증기를 상기 증기 터빈에 공급하도록 구성되는 제2 재생 가능한 에너지 시스템 또는 고온 재생 가능한 에너지 시스템을 포함하고,
    상기 제1 재생 가능한 에너지 시스템 또는 저온/중온 재생 가능한 에너지 시스템은 제1 작동 유체를 저온/중온으로 가열하도록 태양열 에너지를 이용하고, 상기 제1 재생 가능한 에너지 시스템이 태양열 에너지를 받을 때 및 장시간 동안 태양으로부터 에너지를 이용할 수 없을 때 모두에서 상기 저온/중온 증기를 생성하기에 충분한 상기 저온/중온으로 가열된 충분한 양의 상기 제1 작동 유체를 저장하도록 구성되고,
    상기 저온/중온 재생 가능한 에너지 시스템은 상기 저온/중온 증기를 생성하기 위해 증발기로 열을 공급하도록 구성되고,
    제2 재생 가능한 에너지 시스템 또는 고온 재생 가능한 에너지 시스템은 상기 제1재생 가능한 시스템에 의해 생성된 상기 저온/중온 증기를 과열하도록 충분히 높은 온도로 고온 열 전달 작동 유체를 가열하기 위해 재생 가능한 에너지 소스를 이용하도록 구성되어서, 과열된 증기가 상기 증기 터빈에 공급되도록 하고,
    상기 제2 재생가능한 에너지 시스템 또는 고온 재생 가능한 에너지 시스템은,
    과열된 증기를 생성하도록 상기 고온 열 전달 작동 유체에 의해 가열되도록 구성되는 과열기를 포함하고, 상기 제2 재생 가능한 에너지 시스템은 전기를 생성하도록 구성되고, 여기서 상기 제2 재생 가능한 에너지 시스템에 의해 생성된 전기의 적어도 일부는 상기 고온 열 전달 작동 유체가 고온 열 저장 매체와 열 전달 관계에 이르렀을 때 상기 상기 고온 열 전달 작동 유체를 원하는 온도로 가열하기 위해 상기 고온 열 저장 매체를 충분히 높은 온도로 전기적으로 가열하도록 구성되어서, 상기 고온 열 전달 작동 유체가 상기 과열기와 작동 관계에 있을 때 상기 저온/중온 증기를 과열하고 상기 증기 터빈에 과열된 증기를 공급하게 하고, 상기 고온으로 가열된 상기 고온 열 저장 매체의 공급을 유지하기 위한 탱크를 포함하고,
    상기 파워 생성 시스템은,
    입구(inlet) 및 출구(outlet)을 가지는 하우징을 포함하는 HRSG형 어셈블리, 여기서 상기 입구는 상기 상기 고온 열 전달 작동 유체와 같이 상기 하우징으로부터 배출되고 상기 하우징을 흐르는 상기 고온 열 저장 매체에 의해 가열된 상기 고온 열 전달 작동 유체를 전달받도록 구성되고,
    상기 출구(outlet)로부터 상기 고온 열 전달 작동 유체를 전달받고 상기 고온 열 저장 매체에 의해 재 가열되기 위한 상기 고온 열 전달 작동 유체를 돌려보내도록 구성되는 재순환 시스템을 더 포함하고,
    상기 하우징은 상기 입구로부터 상기 출구를 통해 흐르는 상기 고온 열 전달 작동 유체에 의해 순차적으로 가열되도록 상기 하우징 내에 배열된 복수의 코일들을 포함하고,
    상기 복수의 코일들은,
    상기 상기 고온 열 전달 작동 유체가 상기 하우징에 들어갈 때 상기 고온 열 전달 작동 유체에 의해 가열되는 상기 복수의 코일들 중 첫번째 코일이 되도록 상기 하우징 내에 위치하는 제1코일, 상기 제1코일의 하류의 상기 하우징에 배열되는(arranged) 제2코일, 상기 제2코일의 하류의 상기 하우징에 배열되는 제3코일, 상기 제3코일로부터 하류의 상기 하우징에 배열되는 제4코일을 포함하고, 상기 복수의 코일들은 상기 작동 유체의 온도가 상기 복수의 코일들 각각을 통과함에 따라 감소하도록 구성되고,
    상기 제4코일은 상대적으로 낮은 온도에서 상기 터빈으로부터 증기를 전달받고, 상기 증기를 재 가열하고, 상기 재 가열된 증기를 상기 제2코일의 입구에 공급하도록 구성되고,
    상기 제2코일은 상기 재 가열된 증기를 재 가열하고 상기 재 가열된 증기를 상기 증기 터빈의 적절한 스테이지에 공급하도록 구성되고,
    상기 제3코일은 상기 제1 재생 가능한 에너지 시스템에 의해 가열되는 상기 증발기로부터 증기를 전달받도록 구성된 입구를 가지고, 상기 제3코일은 상기 증발기를 나가는 증기의 온도보다 다소 높은 온도로 내부의 상기 증기를 과열하는 과열기가 되고 상기 증기를 추가로 과열하도록 구성된 제2과열기를 이루는(constitute) 상기 제1코일의 입구에 상기 과열된 증기를 공급하도록 구성되고, 상기 제1코일은 상기 과열된 증기를 상기 터빈에 공급하는, 재생 가능한 파워 생성 시스템.
  28. 재생 가능한 파워 생성 시스템에 있어서,
    발전기(7)를 구동하도록 구성된 증기 터빈(5)을 가지는 증기 작동 전기 생성 시스템(7), 저온/중온 증기를 생성하도록 구성되는 제1 재생 가능한 에너지 시스템(7) 또는 저온/중온 재생 가능한 에너지 시스템(7), 상기 제1 재생 가능한 에너지 시스템에 의해 생성된 저온/중온 증기를 과열하고 과열된 증기를 상기 증기 터빈(5)에 공급하도록 구성되는 제2 재생 가능한 에너지 시스템(11) 또는 고온 재생 가능한 에너지 시스템(11)을 포함하고,
    상기 제1 재생 가능한 에너지 시스템(9) 또는 저온/중온 재생 가능한 에너지 시스템(9)은 제1작동 유체를 저온/중온으로 가열하도록 태양열 에너지를 이용하고, 상기 제1재생 가능한 에너지 시스템(9)이 태양열 에너지를 받을 때 및 장시간 동안 태양으로부터 에너지를 이용할 수 없을 때 모두에서 상기 저온/중온 증기를 생성하기에 충분한 상기 저온/중온으로 가열된 상기 제1작동 유체의 충분한 양을 저장하도록 구성되고,
    상기 저온/중온 재생 가능한 에너지 시스템(9)은 상기 저온/중온 증기를 생성하도록 증발기(15)로 열을 공급하도록 구성되고, 상기 제2재생 가능한 에너지 시스템(11) 또는 고온 재생 가능한 에너지 시스템(9)은 상기 제1재생 가능한 에너지 시스템에 의해 생성된 상기 저온/중온 증기를 과열하기 위해 고온 열 전달 작동 유체를 충분히 높은 온도로 가열하도록 재생 가능한 에너지 소스를 이용하도록 구성되어서, 과열된 증기가 상기 증기 터빈에 공급되도록 하고,
    상기 제2 재생 가능한 에너지 시스템(11) 또는 고온 재생 가능한 에너지 시스템(11)은, 과열된 증기를 생성하기 위해 상기 고온 열 전달 작동 유체에 의해 가열되도록 구성되는 과열기를 포함하고, 상기 제2 재생 가능한 에너지 시스템(11)은 전기를 생성하도록 구성되고, 여기서 상기 제2재생 가능한 에너지 시스템에 의해 생성된 전기의 적어도 일부는 상기 고온 열 전달 작동 유체가 고온 열 저장 매체와 열 전달 관계에 이르렀을 때 상기 고온 열 전달 작동 유체를 원하는 고온으로 가열하기 위해 상기 고온 열 저장 매체(30)의 충분한 양을 충분히 높은 온도로 전기적으로 가열하도록 구성되어서 상기 고온 열 전달 작동 유체가 상기 과열기(19)와 작동 관계에 있을 때 상기 저온/중온 증기를 과열할 수 있고 과열된 증기를 상기 증기 터빈으로 공급하게 하고, 상기 제2 재생 가능한 에너지 시스템(11)이 이용 가능할 때와 장 기간동안 이용 가능하지 않을 때 모두에서 상기 터빈에 공급되는 상기 과열된 증기를 생성하기 위해 상기 고온으로 가열된 상기 고온 열 저장 매체(30)의 충분한 양을 유지하기 위한 탱크(29)를 포함하고,
    상기 파워 생성 시스템(1)은,
    입구(309, 325) 및 출구(outlet)(311, 327)를 가지는 하우징(307, 321)을 각각 포함하는 제1 및 제2 HRSG형 어셈블리(301, 303)를 포함하고, 여기서 상기 제1 HRSG형 어셈블리(303)를 위한 입구(325)는 제2하우징(321)을 흐르고 상기 출구(327)를 통해 배출되는 상기 고온 열 전달 작동 유체와 같이 상기 고온 열 저장 매체에 의해 가열된 상기 고온 열 전달 작동 유체를 전달받도록 구성되고,
    상기 제2하우징(321)의 출구(327)로부터 상기 고온 열 전달 작동 유체를 전달받고, 상기 고온 열 저장 매체(30)에 의해 재 가열되기 위한 상기 고온 열 전달 작동 유체를 돌려보내도록 구성되는 재순환 시스템(329)을 포함하고,
    상기 제2하우징(321)은 상기 입구(325)로부터 상기 출구(327)를 통해 흐르는 상기 고온 열 전달 작동 유체에 의해 순차적으로 가열되도록 구성된 상기 제2하우징(321) 내에 배열된 복수의 코일들(323d, 323c, 323b, 323a)을 포함하고,
    상기 복수의 코일들은 상기 고온 열 전달 작동 유체가 상기 하우징(321)에 들어갈 때 상기 고온 작동 유체에 의해 가열되는 상기 복수의 코일들 중 첫번째가 되도록 상기 하우징(321) 내에 위치된 제1코일(323a), 상기 제1코일(323a)의 하류의 상기 하우징에 배열되는 제2코일(323b), 상기 제2코일(323b)의 하류의 상기 하우징에 배열되는 제3코일(323c) 및, 상기 제3코일(323c)로부터 하류의 상기 하우징에 배열되는 제4코일(323d)을 포함하고, 상기 작동 유체의 온도는 상기 복수의 코일들 각각을 통과함에 따라 감소하고,
    상기 제4코일(323d)은 상대적으로 낮은 온도에서 상기 상기 터빈으로부터 증기를 전달받고, 상기 증기를 재 가열하고, 상기 재 가열된 증기를 상기 제2코일(323b)의 입구로 공급하도록 구성되고,
    상기 제2코일(323b)은 상기 재 가열된 증기를 재가열 및 상기 재 가열된 증기를 상기 증기 터빈(5)의 적절한 스테이지로 공급하도록 구성되고,
    상기 제3코일(323c)은 상기 제1 재생 가능한 에너지 시스템(9)에 의해 가열된 증기를 전달받도록 구성되는 입구를 가지고, 상기 제3코일(323c)은 상기 증발기(15)를 나가는 증기의 온도보다 다소 높은 온도로 내부에 있는 상기 증기를 과열하고 상기 증기를 추가로 재 가열하도록 구성되는 제2과열기를 이루는(constitutes) 상기 제1코일(323a)의 입구로 상기 과열된 증기를 공급하도록 구성되고, 상기 제1코일은 상기 터빈으로 상기 과열된 증기를 공급하고,
    상기 제1 HRSG형 어셈블리(301)의 상기 하우징(307)은 내부에 위치되는 복수의 코일들(305a, 305b, 305c, 305d)을 가지고, 재순환시스템(313)은 상기 하우징(307)을 통해 상기 입구(309)로부터 상기 복수의 코일들을 지나 상기 출구(311)로부터 나오는 열 전달 가스를 순환시키도록 구성되고,
    상기 하우징(307)의 상기 제1 및 마지막 코일들(305a, 305d)은 상기 하우징(307)을 통해 흐르는 상기 열 전달 가수를 가열하기 위해 온 탱크(23)로부터 용융 염을 전달받고(receiving), 상기 제3코일(305c)은 급수 펌프(feed pump)(17)로부터 급수를 전달받고, 상기 급수를 상승된 온도로 가열하고, 상기 가열된 급수를 상기 제2코일(305b)의 입구로 공급하도록 구성되고, 상기 제3코일은 저온/중온에서 증기를 형성하고, 상기 설명된 목적을 위해 상기 제2 HRSG형 어셈블리 내에 상기 제2코일(323b)의 입구로 상기 저온/중온 증기를 공급하도록 구성되는, 재생 가능한 파워 생성 시스템.
  29. 재생 가능한 파워 생성 시스템에 있어서,
    발전기(7)를 구동하도록 구성된 증기 터빈(5)을 가지는 증기 작동 전기 생성 시스템(7), 저온/중온 증기를 생성하도록 구성된 제1 재생 가능한 에너지 시스템(7) 또는 저온/중온 재생 가능한 에너지 시스템(7), 상기 제1 재생 가능한 에너지 시스템에 의해 생성된 저온/중온 증기를 과열하고 과열된 증기를 상기 증기 터빈(5)에 공급하도록 구성되는 제2 재생 가능한 에너지 시스템(11) 또는 고온 재생 가능한 에너지 시스템(11)을 포함하고,
    상기 제1 재생 가능한 에너지 시스템(9) 또는 저온/중온 재생 가능한 에너지 시스템(9)은 제1작동 유체를 가열하도록 태양열 에너지를 이용하고, 상기 제1재생 가능한 에너지 시스템(9)이 태양열 에너지를 받을 때 및 장시간 동안 태양으로부터 에너지를 이용할 수 없을 때 모두에서 상기 저온/중온 증기를 생성하기에 충분한 상기 저온/중온으로 가열된 상기 제1작동 유체의 충분한 양을 저장하도록 구성되고,
    상기 저온/중온 재생 가능한 에너지 시스템(9)은 상기 저온/중온 증기를 생성하도록 증발기(15)로 열을 공급하도록 구성되고, 상기 제2 재생 가능한 에너지 시스템(11) 또는 고온 재생 가능한 에너지 시스템(11)은 상기 제1 재생 가능한 에너지 시스템에 의해 생성된 상기 저온/중온 증기를 과열하기 위해 고온 열 전달 유체를 충분히 고온으로 가열하도록 재생 가능한 에너지 소스를 이용하도록 구성되어서 과열된 증기가 상기 증기 터빈에 공급되도록 하고,
    상기 제2 재생 가능한 에너지 시스템(11) 또는 고온 재생 가능한 에너지 시스템(11)은 과열된 증기를 생성하기 위해 상기 고온 열 전달 작동 유체에 의해 가열되도록 구성되는 과열기(19)를 포함하고, 상기 제2재생 가능한 에너지 시스템(11)은 전기를 생성하도록 구성되고, 여기서 상기 제2재생 가능한 에너지 시스템에 의해 생성된 전기의 적어도 일부는 상기 고온 열 전달 작동 유체가 고온 열 저장 매체와 열 전달 관계에 이르렀을 때 상기 고온 열 전달 작동 유체를 원하는 고온으로 가열하기 위해 상기 고온 열 저장 매체(30)의 충분한 양을 충분한 고온으로 전기적으로 가열하도록 구성되어서 상기 고온 열 전달 작동 유체가 상기 과열기(19)와 작동 관계에 있을 때 상기 저온/중온 증기를 과열하고 과열된 증기를 상기 증기 터빈으로 공급하게 하고, 상기 제2 재생 가능한 에너지 시스템(11)이 이용 가능할 때와 장 기간동안 이용 가능하지 않을 때 모두에서 상기 터빈에 공급되는 상기 과열된 증기를 생성하기 위해 상기 고온으로 가열된 상기 고온 열 저장 매체의 충분한 양을 유지하기 위한 탱크(29)를 포함하고,
    상기 파워 생성 시스템(1)은,
    각각의 입구(413, 407) 및 출구(415, 409)를 가지는 각각의 하우징(411, 405)을 각각 포함하는 제1 및 제2 HRSG형 어셈블리(401, 403)를 포함하고, 여기서 상기 제2 HRSG형 어셈블리(403)를 위한 입구(407)는 제2하우징(405)을 흐르고 상기 출구(409)를 통해 배출되는 상기 고온 열 전달 작동 유체와 같이 상기 고온 열 저장 매체(30)에 의해 가열되는 상기 고온 열 전달 작동 유체를 전달받도록 구성되고,
    상기 제1HRSG형 어셈블리(401)의 상기 하우징(411)의 출구(exit)(415)로부터 상기 고온 열 전달 작동 유체를 전달받고, 상기 고온 열 저장 매체(30)에 의해 재 가열되기 위한 상기 고온 열 전달 작동 유체를 돌려보내도록 구성되는 재순환 시스템(416)을 포함하고,
    상기 제1 HRSG형 어셈블리(401)의 상기 하우징(411)은 상기 제1 HRSG형 어셈블리(401)를 통해 흐르는 상기 고온 열 전달 작동 유체에 의해 순차적으로 가열되도록 배열되는 복수의 코일들(417a, 417b, 417c, 417d)을 포함하고,
    상기 복수의 코일들(417a, 417b, 417c, 417d)은 상기 고온 열 전달 작동 유체가 상기 입구(413)을 통해 상기 하우징(411)에 들어갈 때 상기 고온 열 전달 작동 유체에 의해 가열된 상기 하우징(411) 내의 위치한 상기 복수의 코일들 중 첫번째 코일이 되도록 상기 하우징(411) 내에 위치되는 제1코일(417a), 상기 제1코일(417a)의 하류의 상기 하우징(411)에 배열되는 제2코일(417b), 상기 제2코일(417b)의 하류의 상기 하우징(411)에 배열되는 제3코일(417c), 및 상기 제3코일(417c)로부터 하류의 상기 하우징(411)에 배열되는 제4코일(417d)을 포함하고, 상기 작동 유체의 온도는 상기 복수의 코일들 각각을 통과함에 따라 감소하고,
    상기 제3코일(417c)은 상대적으로 낮은 온도에서 응축기(13)로부터 응축액을 전달받고, 상기 응축액을 재 가열하고, 상기 재 가열된 응축액을 상기 제2코일(417b)의 입구로 전달하도록 구성되고,
    상기 제2코일(417b)은 상기 재 가열된 응축수를 증발시키고, 상기 증기를 상기 제2 HRSG형 어셈블리(403)에 공급하도록 구성되고,
    상기 제1 및 제4코일들(417a, 417d)은 상기 제1 HRSG형 어셈블리(401)를 통해 흐르는 상기 고온 열 전달 작동 유체를 가열하기 위해 상기 제1작동 유체를 상기 제1 재생 가능한 에너지 시스템(9)에 의해 가열되는 온 탱크(23)로부터 전달받도록 구성되고,
    상기 제2 HRSG형 어셈블리(403)의 상기 하우징(405)는 내부에 위치되는 복수의 코일들(411a, 411b, 411c, 411d)을 포함하고, 상기 재순환시스템(416)은 상기 하우징(407)을 통해 상기 입구(407)로부터 상기 복수의 코일들(411a, 411b, 411c, 411d)을 지나 상기 출구(409)로 나오고 상기 제1 HRSG형 어셈블리(401)의 입구(413)으로 들어가는 상기 고온 열 전달 가스의 흐름을 순환시키도록 구성되고,
    상기 하우징(411)의 상기 제1 및 마지막 코일(411a, 411d)은 상기 하우징(411)을 통해 흐르는 상기 열 전달 가스를 가열하기 위해 온 탱크(23)로부터 용융 염을 전달받고 상기 용융 염이 상기 제1 및 마지막 코일로부터 배출된 후 상기 용융 염을 냉 탱크(25)로 돌려보내도록 구성되고, 상기 제3코일(417c)은 급수 펌프(17)로부터 급수를 전달받고, 상기 급수를 상승된 온도로 가열하고, 상기 가열된 급수를 상기 제3코일(417c)의 입구로 공급하도록 구성되고, 상기 제3코일(417c)은 저온/중온 증기를 형성하기 위해 상기 가열된 급수를 증발시키고, 상기 저온/중온 증기를 과열하고 상기 증기 터빈(5)으로 고압 과열된 증기를 공급하기 위한 상기 제2 HRSG형 어셈블리(403) 내의 제3코일(411c)의 입구로 상기 저온/중온 증기를 공급하도록 구성되는, 재생 가능한 파워 생성 시스템.
  30. 발전기를 구동하는 증기 터빈을 가지는 증기 작동 전기 생성 시스템과, 저온/중온 증기를 생성하는 제1 또는 저온/중온 재생 가능한 에너지 시스템, 및 상기 저온/중온 증기를 과열하고 과열된 증기를 증기 터빈으로 공급하는 제2 고온 재생 가능한 에너지 시스템을 이용하고, 상기 고온 재생 가능한 에너지 시스템은 전기를 생성하는 재생 가능한 에너지 시스템인, 재생 가능한 에너지 파워 생성의 방법으로서,
    a. 원하는 저온/중온으로 제1작동 유체를 가열하기 위해 상기 저온/중온 재생 가능한 에너지 시스템에서 태양열 에너지를 이용하는 단계;
    b. 태양열 에너지가 이용 가능한 동안 및 장기간동안 태양열 에너지를 이용할 수 없을 때 모두에서 상기 저온/중온 증기를 생성하기에 충분한 상기 저온/중온으로 가열된 상기 제1작동 유체의 양을 저장하는 단계;
    c. 제2 재생 가능한 에너지 시스템에서 전기를 생성하기 위해 재생 가능한 에너지를 이용하는 단계;
    d. 열 전달 가스를 고온으로 가열하기 위해 상기 제2 재생 가능한 에너지 시스템에 의해 생성된 전기의 적어도 일부를 이용하는 단계; 및
    e. 상기 저온/중온 증기를 과열하고 상기 증기 터빈에 과열된 증기를 공급하기에 충분한 양으로 상기 고온 열 전달 가스를 과열기로 공급하는 단계를 포함하는, 방법.
  31. 제30항에 있어서,
    상기 제1작동 유체는 상기 제1재생 가능한 에너지 시스템에 의해 상기 원하는 저온/중온으로 가열된 용융 염이고,
    상기 방법은 상기 원하는 저온/중온으로 가열된 상기 용융 염의 양을 저장하는 단계, 및 상기 용융 염을 상기 원하는 저온/중온에서 상기 저온/중온 증기를 생성하도록 구성된 증발기에 공급하는 단계를 더 포함하고,
    상기 저장된 용융 염의 양은 태양열 에너지가 이용가능한 동안 및 태양열 에너지를 잠시 또는 장기간동안 이용할 수 없을 때 모두에서 상기 저온/중온 증기를 생성하기에 충분한, 방법.
  32. 제30항에 있어서,
    상기 저온/중온 증기를 과열기로 공급하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  33. 제32항에 있어서,
    상기 전달 가스를 고온으로 가열하는 단계는,
    열 저장 매체를 고온으로 가열하는 단계 및
    상기 과열기에서 상기 저온/중온 증기를 과열할 수 있기에 충분한 온도로 상기 열 전달 가스를 가열하도록 상기 열 저장 매체를 이용하는 단계를 포함하는, 방법.
  34. 제32항에 있어서,
    상기 고온으로 가열된 상기 열 전달 매체의 양은
    잠시 또는 장기간 동안 상기 제2 재생 가능한 에너지 시스템으로부터의 에너지가 이용 가능하지 않을 때 상기 열 전달 가스를 가열하기에 충분함으로써, 상기 열 저장 매체가 상기 열 전달 가스를 계속 가열할 수 있고 상기 잠시 또는 장기간 동안 상기 저온/중온 증기를 계속 과열할 수 있는, 방법.
  35. 제30항에 있어서,
    상기 고온 열 저장 매체를 수용하기 위한 저장 탱크 및 상기 열 전달 가스를 상기 열 저장 매체에 의해 가열된 후 상기 과열기로 전달하기 위한 파이프를 포함하는 고온 부분을 가지도록, 상기 고온 재생 가능한 에너지 시스템을 구성하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  36. 제35항에 있어서,
    상기 열 저장 매체에 의해 재 가열되기 위한 상기 과열기로부터 상기 열 전달 가스를 돌려보내기 위한 리턴 파이프를 포함하도록, 상기 고온 부분을 더 구성하는 단계를 포함하는, 방법.
  37. 제35항에 있어서,
    고온 재료들의 상기 고온 부분을 제조하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  38. 제35항에 있어서,
    상기 고온 열 저장 매체는 금속 또는 준금속이고,
    상기 방법은 상기 금속 또는 준금속을 용융 상태로 가열하기 위해 상기 제2 재생 가능한 에너지 시스템에 의해 생성된 전기 에너지를 이용하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  39. 제38항에 있어서,
    상기 열 전달 가스를 저압 레벨로 가압하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  40. 제38항에 있어서,
    임의의 반응성(reactive) 가스들의 해리(dissocation)를 방지 또는 상기 용융 금속 또는 준금속의 과도한 산화를 방지하는 방식으로 상기 저장 탱크 내의 상기 용융 금속 또는 준금속을 저장하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  41. 제38항에 있어서,
    상기 용융 금속 또는 준금속을 저장하는 단계는 상기 탱크 내에 상기 용융 열 저장 매체를 상기 용융 열 저장 매체의 산화를 방지할 수 있는 가스로 덮는 단계를 포함하는(involve), 방법.
  42. 제41항에 있어서,
    상기 열 전달 가스는 불활성(inert) 가스인, 방법.
  43. 제41항에 있어서,
    상기 열 전달 가스는 질소(nitrogen)인, 방법.
  44. 제41항에 있어서,
    상기 열 전달 가스는 공기(air)인, 방법.
  45. 제30항에 있어서,
    상기 제1작동 유체는 파워 사이클 유체가 아임계(subcritical), 초임계(supercritical), 또는 혼합 위상(mixed-phases)인 이산화탄소이고,
    상기 제1작동 유체는 리쿠퍼레이션(recuperation), 더블 리쿠퍼레이션 (double recuperation), 인터쿨링(intercooling), 또는 수퍼차징(supercharging)이 있거나 또는 없는 것인, 방법.
  46. 제30항에 있어서,
    상기 제1작동 유체는 오가닉 랭킨 사이클(ORC)의 파워 사이클이고,
    상기 제1작동 유체는 리쿠퍼레이션, 더블 리쿠퍼레이션, 인터쿨링 또는 수퍼차징이 있거나 없는 것인, 방법.
  47. 제30항에 있어서,
    상기 증기 터빈은 생성된 중간 또는 저압 증기를 포함하는(contains) 증기 파워 사이클을 가지는, 방법.
  48. 제30항에 있어서,
    일부의 열이 저/중 사이클, 또는 고온 사이클, 또는 둘 모두로부터 파워에 더해져 내보내지는(exported), 방법.
  49. 제30항에 있어서,
    적어도 일부의 열이 저/중 사이클, 또는 고온 사이클, 또는 둘 모두로부터 파워에 추가하여 또는 파워에 대신하여(in lieu of) 내보내지는, 방법.
  50. 제30항에 있어서,
    두개 이상의 재생 가능한 열 소스가 있는 방법.
  51. 제30항에 있어서,
    상기 재생 가능한 에너지 시스템 중 하나 이상은 배터리 백업 시스템을 포함하는, 방법.
  52. 제30항에 있어서,
    상기 제1 재생 가능한 에너지 소스는 태양열, 풍력, 수력발전(hydroelectric), 지열(geothermal), 또는 다른 재생 가능한 에너지 시스템이고,
    상기 작동 유체는 전기적으로 가열되는, 방법.
  53. 제30항에 있어서,
    상기 제2 고온 저장 매체는 세라믹, 석재(stone), 또는 콘크리트로 구성되는 군에서 선택되는 고체 재료인, 방법.
  54. 삭제
  55. 삭제
  56. 삭제
KR1020227034831A 2020-03-09 2021-03-08 재생 가능한 파워 생성 시스템 및 방법 Active KR102719799B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US202062987135P 2020-03-09 2020-03-09
US62/987,135 2020-03-09
PCT/US2021/021332 WO2021183424A1 (en) 2020-03-09 2021-03-08 Renewable power generation system and method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220148907A KR20220148907A (ko) 2022-11-07
KR102719799B1 true KR102719799B1 (ko) 2024-10-22

Family

ID=77672116

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020227034831A Active KR102719799B1 (ko) 2020-03-09 2021-03-08 재생 가능한 파워 생성 시스템 및 방법

Country Status (12)

Country Link
US (1) US11619213B1 (ko)
EP (1) EP4118305A4 (ko)
JP (1) JP7593671B2 (ko)
KR (1) KR102719799B1 (ko)
CN (1) CN115279994A (ko)
AU (1) AU2021234263B2 (ko)
BR (1) BR112022017503A2 (ko)
CL (1) CL2022002426A1 (ko)
IL (1) IL296131A (ko)
JO (1) JOP20220208A1 (ko)
MX (1) MX2022010769A (ko)
WO (1) WO2021183424A1 (ko)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN118829778A (zh) * 2022-03-03 2024-10-22 努特埃里克森公司 具有热回收蒸汽发生器的热能存储系统和方法
CN114776396B (zh) * 2022-05-27 2023-05-05 华能国际电力股份有限公司 一种燃煤电厂快速启动系统及运行方法
CN115288954B (zh) * 2022-08-17 2024-09-03 西安热工研究院有限公司 能量梯级利用的光煤互补汽轮机系统及发电系统
CN117128494B (zh) * 2023-07-07 2024-08-02 华北电力大学 熔盐储热-燃油锅炉联合启动燃煤机组的装置和方法
CN117366545B (zh) * 2023-11-21 2024-08-06 李纳军 一种基于煤气自备电厂的储能方法及系统

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170002799A1 (en) * 2015-06-30 2017-01-05 Mitsubishi Hitachi Power Systems, Ltd. Solar Thermal Power Generation System and Solar Thermal Power Generation Method

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3950949A (en) * 1974-03-26 1976-04-20 Energy Technology Incorporated Method of converting low-grade heat energy to useful mechanical power
CN101023314B (zh) 2004-03-12 2012-08-22 拉科登集团有限公司 用于储存热能的方法和设备
US20060260314A1 (en) 2005-03-25 2006-11-23 Kincaid Ronald F Method and system integrating combined cycle power plant with a solar rankine power plant
CN101539123B (zh) * 2008-03-19 2011-06-29 中国科学院工程热物理研究所 槽塔结合的双级蓄热太阳能热发电系统
US8341960B2 (en) * 2008-06-30 2013-01-01 Ormat Technologies, Inc. Multi-heat source power plant
US9074585B2 (en) * 2008-08-19 2015-07-07 TAS Energy, Inc. Solar thermal power generation using multiple working fluids in a rankine cycle
JP2011047364A (ja) * 2009-08-28 2011-03-10 Toshiba Corp 蒸気タービン発電設備およびその運転方法
US8327641B2 (en) 2009-12-01 2012-12-11 General Electric Company System for generation of power using solar energy
WO2013082481A1 (en) * 2011-11-30 2013-06-06 Gossamer Space Frames Hybrid solar power plant
WO2013131142A1 (en) * 2012-03-08 2013-09-12 Graphite Energy N.V. Solar and renewable/waste energy powered turbine with two stage heating and graphite body heat exchanger
US20140223906A1 (en) * 2013-02-08 2014-08-14 Skyfuel, Inc. Solar/gas hybrid power system configurations and methods of use
EP3152412B1 (en) 2014-06-04 2022-07-27 William M. Conlon Dispatchable solar hybrid power plant
EP3371421B1 (en) * 2015-11-05 2023-02-15 Pintail Power LLC Dispatchable storage combined cycle power plants
CN108561282B (zh) * 2018-03-20 2024-01-09 中国科学技术大学 一种槽式直接蒸汽与熔融盐联合热发电系统
CN109900001A (zh) * 2019-04-11 2019-06-18 南瑞集团有限公司 一种风光发电联合电蓄热综合能源供应系统

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170002799A1 (en) * 2015-06-30 2017-01-05 Mitsubishi Hitachi Power Systems, Ltd. Solar Thermal Power Generation System and Solar Thermal Power Generation Method

Also Published As

Publication number Publication date
IL296131A (en) 2022-11-01
AU2021234263A1 (en) 2022-11-03
CN115279994A (zh) 2022-11-01
JOP20220208A1 (ar) 2023-01-30
BR112022017503A2 (pt) 2022-12-20
WO2021183424A1 (en) 2021-09-16
JP2023527260A (ja) 2023-06-28
KR20220148907A (ko) 2022-11-07
CL2022002426A1 (es) 2023-04-28
AU2021234263B2 (en) 2024-04-18
MX2022010769A (es) 2022-09-26
JP7593671B2 (ja) 2024-12-03
US20230115349A1 (en) 2023-04-13
EP4118305A4 (en) 2024-10-23
US11619213B1 (en) 2023-04-04
EP4118305A1 (en) 2023-01-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102719799B1 (ko) 재생 가능한 파워 생성 시스템 및 방법
CN104603570B (zh) 用于能量生产的装置
US7640746B2 (en) Method and system integrating solar heat into a regenerative rankine steam cycle
US8544273B2 (en) Solar thermal power plant
US4438630A (en) Method and system for maintaining operating temperatures in a molten salt co-generating unit
US20140352304A1 (en) Hybrid solar field
EP2647841B1 (en) Solar thermal power system
US20140223906A1 (en) Solar/gas hybrid power system configurations and methods of use
US20140366536A1 (en) High temperature thermal energy for grid storage and concentrated solar plant enhancement
US20120274069A1 (en) Dual fluid circuit system for generating a vaporous working fluid using solar energy
EP2834476B1 (en) A solar thermal power plant and a method for operating a solar thermal power plant
WO2013018014A2 (en) Solar energy thermal storage systems, devices, and methods
EP2765357B1 (en) Steam power plant with an additional flexible solar system for the flexible integration of solar energy
CN105247208B (zh) 具有蓄热器的太阳能集热器厂
EP3093488A1 (en) Thermal solar power plant comprising a heat storage assembly and corresponding method
WO2010043236A2 (en) Method and device for collecting solar energy
CN114382564A (zh) 一种新型超临界二氧化碳涡轮机及向其提供热能的方法

Legal Events

Date Code Title Description
PA0105 International application

Patent event date: 20221006

Patent event code: PA01051R01D

Comment text: International Patent Application

A201 Request for examination
PA0201 Request for examination

Patent event code: PA02012R01D

Patent event date: 20221011

Comment text: Request for Examination of Application

PG1501 Laying open of application
PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event date: 20240702

Patent event code: PE09021S01D

E701 Decision to grant or registration of patent right
PE0701 Decision of registration

Patent event code: PE07011S01D

Comment text: Decision to Grant Registration

Patent event date: 20241002

GRNT Written decision to grant
PR0701 Registration of establishment

Comment text: Registration of Establishment

Patent event date: 20241016

Patent event code: PR07011E01D

PR1002 Payment of registration fee

Payment date: 20241017

End annual number: 3

Start annual number: 1

PG1601 Publication of registration