KR102765697B1 - High-efficiency air liquefaction energy storage system and control method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고효율 공기액화 에너지 저장 시스템 및 이의 제어방법에 관한 것이다.
상세하게는, 고효율 공기액화 에너지 저장 시스템에 있어서, 상기 공기액화 에너지 저장 시스템은 대기로부터 유입된 공기를 액화시키기 위하여 예냉 열교환기 및 응축기를 포함하는 액화 공기 형성부, 상기 액화 공기 형성부에서 형성된 액화 공기를 저장하는 액화 공기 저장부 및 상기 액화 공기 저장부에 저장된 액화 공기를 발전 및 냉각하여 수요처로 공급하기 위하여 기화기 및 냉각기를 포함하는 공기 발전 냉방부를 포함하고, 상기 고효율 공기액화 에너지 저장 시스템은 하나의 열전달 매체가 상기 액화 공기 형성부 및 상기 공기 발전 냉방부를 순환하며 공기를 냉각 및 가열하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a high-efficiency air liquefaction energy storage system and a control method thereof.
Specifically, in a high-efficiency air liquefaction energy storage system, the air liquefaction energy storage system includes a liquefied air forming unit including a pre-cooling heat exchanger and a condenser for liquefying air drawn in from the atmosphere, a liquefied air storage unit for storing liquefied air formed in the liquefied air forming unit, and an air power generation and cooling unit including a vaporizer and a cooler for generating and cooling the liquefied air stored in the liquefied air storage unit and supplying it to a demander, and the high-efficiency air liquefaction energy storage system is characterized in that one heat transfer medium circulates through the liquefied air forming unit and the air power generation and cooling unit to cool and heat the air.
Description
본 발명은 고효율 공기액화 에너지 저장 시스템 및 이의 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to a high-efficiency air liquefaction energy storage system and a control method thereof.
상세하게는, 열저장 및 열전달 매체의 기능을 동시에 수행할 수 있는 열전달 매체(액상의 열저장 물질)를 공기액화, 발전 및 청정공기를 통한 냉방 등 전 주기과정에 효율적으로 활용할 수 있는 고효율 공기액화 에너지 저장 시스템 및 이의 제어방법에 관한 것이다.Specifically, the present invention relates to a high-efficiency air liquefaction energy storage system and a control method thereof, which can efficiently utilize a heat transfer medium (a liquid heat storage material) that can simultaneously perform the functions of a heat storage medium and a heat transfer medium in the entire cycle, such as air liquefaction, power generation, and cooling using clean air.
대용량 에너지 저장을 위한 공기액화 에너지 저장 시스템(LAES, Liquid Air Energy Storage)은 공기 액화와 공기 발전으로 구분된다. 공기 액화는 초저온 가스를 액화시키는 것으로 냉동사이클(Claude, Brayton, Linde-Hampson 등)을 적용하여 초저온 가스 액화시키고, 공기 발전은 오픈 랭킹 사이클(open rankine cycle)을 통해 달성된다.Liquid Air Energy Storage (LAES) for large-scale energy storage is divided into air liquefaction and air power generation. Air liquefaction is the liquefaction of ultra-low temperature gas, and the ultra-low temperature gas is liquefied by applying a refrigeration cycle (Claude, Brayton, Linde-Hampson, etc.), and air power generation is achieved through an open rankine cycle.
공기액화 과정에서 압축기 소요에너지를 줄이기 위해서는 저온의 냉열 활용이 필요하며, 이때 필요한 냉열은 공기 발전과정을 위한 액화 공기 재기화시 열교환 방식을 통해 얻을 수 있다. 또한, 공기 발전과정에서 단위 질량당 더 많은 에너지를 생산하기 위해서는 온열의 활용이 필요하며, 이때 필요한 온열은 폐열 또는 공기 액화를 위한 압축과정에서 발생한 열을 회수함으로써 얻을 수 있다.In order to reduce the compressor energy required in the air liquefaction process, low-temperature cold heat utilization is required, and the cold heat required at this time can be obtained through a heat exchange method during the re-gasification of liquefied air for the air power generation process. In addition, in order to produce more energy per unit mass in the air power generation process, heat utilization is required, and the necessary heat at this time can be obtained by recovering waste heat or heat generated during the compression process for air liquefaction.
이때, 극저온의 냉열을 저장한 후 필요할 때 활용하는 것은 매우 어려운 기술이며, 이 과정에서 냉열을 저장한 후 단열과정에서 열 손실이 발생하게 되며, 냉열을 저장하거나 저장 된 냉열을 활용하기 위해 별도의 열전달 매체를 순환시키는 과정에서 에너지 손실이 매우 크게 발생하게 된다.At this time, it is a very difficult technology to store the cryogenic heat and utilize it when needed, and in this process, heat loss occurs during the insulation process after storing the cold heat, and a very large amount of energy loss occurs during the process of circulating a separate heat transfer medium to store the cold heat or utilize the stored cold heat.
종래의 냉열 저장 및 활용하는 과정의 경우 가스 상태의 열전달 매체를 압축하여 순환시키는데 필요한 에너지는 발전 출력의 약 20% 수준이며, 공기액화 에너지 저장 시스템(LAES)의 총괄 효율(RTE, Round Trip Efficiency)이 현실적으로 50% 수준임을 고려할 때 총괄 효율(RTE)에 있어서 약 10%를 감소시키는 영향이 있다. In the case of the conventional cold storage and utilization process, the energy required to compress and circulate the gaseous heat transfer medium is approximately 20% of the power generation output, and considering that the round trip efficiency (RTE) of the liquid air energy storage system (LAES) is realistically around 50%, this has the effect of reducing the round trip efficiency (RTE) by approximately 10%.
따라서 이러한 부정적인 영향을 감소시키기 위해 냉열 저장 매체를 냉열저장 뿐만 아니라 열전달매체로서의 역할을 동시에 수행할 수 있는 액체상태의 물질을 개발해 왔다. 이때, 냉열 저장 매체가 냉열저장 및 열전달매체로서의 역할을 동시에 수행하기 위해서는 첫째 화재, 폭발의 가능성이 낮고 환경적 영향이 적어야 하며, 둘째 냉열저장매체로서 비열이 커야하고, 셋째 열전달매체로서 어는점이 매우 낮고 기화점이 높아야 하며, 넷째 밀도가 높아 저장 부피가 작아져서 부지활용 비용 및 설비 투자비용이 낮아야 한다. Therefore, in order to reduce these negative effects, liquid-state cold storage media have been developed that can simultaneously perform the roles of cold storage and heat transfer media. At this time, in order for the cold storage media to simultaneously perform the roles of cold storage and heat transfer media, first, the possibility of fire and explosion should be low and the environmental impact should be small. Second, as a cold storage media, it should have a high specific heat. Third, as a heat transfer media, it should have a very low freezing point and a high vaporization point. Fourth, the density should be high, so that the storage volume is small, and the land utilization cost and facility investment cost should be low.
그러나 극저온에서 상기 요건을 모두 만족시키는 물질은 존재하지 않으나, 일정부분 만족하는 물질로 프로판, 메탄올 및 HFE(Hydro Fluoro Ether) 계열이 있다.However, there is no material that satisfies all of the above requirements at extremely low temperatures, but there are materials that satisfy them to some extent, such as propane, methanol, and HFE (Hydro Fluoro Ether).
프로판의 경우 어는점이 상압에서 -188℃ 이고, 기화점은 -42℃로서 액상으로 냉열을 저장할 수 있는 온도 구간은 -188℃ 내지 -42℃ 이며, 메탄올은 어는점이 상압에서 -97.6℃ 이고, 기화점은 64.7℃로서 액상으로 냉열을 저장할 수 있는 온도 구간은 -97.6℃ 내지 64.7℃으로 상기 요건의 두 번째 및 세 번째 조건을 일정 부분 만족하는 물질이다. For propane, the freezing point is -188℃ at normal pressure, the vaporization point is -42℃, and the temperature range in which cold heat can be stored in the liquid phase is -188℃ to -42℃. For methanol, the freezing point is -97.6℃ at normal pressure, the vaporization point is 64.7℃, and the temperature range in which cold heat can be stored in the liquid phase is -97.6℃ to 64.7℃, making it a substance that partially satisfies the second and third conditions of the above requirements.
구체적으로, 액화 공기가 재기화 할 때 온도변화는 -192℃ 내지 -188℃에서 상온까지로 프로판과 메탄올을 함께 사용하여 프로판을 이용하여 -188℃ 내지 -50℃ 온도범위에서 냉열을 저장하고, 메탄올을 이용하여 -50℃ 내지 상온의 온도범위에서 냉열을 저장하는 방식으로 활용하고 있다. 그러나 매탄올은 화재, 폭발의 위험성이 있고 액상에서 밀도가 낮아 큰 저장부피를 필요로 하는 단점이 있다. Specifically, when liquefied air is regasified, the temperature changes from -192℃ to -188℃ to room temperature, and propane and methanol are used together to store cold energy in the temperature range of -188℃ to -50℃ using propane, and to store cold energy in the temperature range of -50℃ to room temperature using methanol. However, methanol has the disadvantage of having a risk of fire and explosion and requiring a large storage volume due to its low density in the liquid state.
한편, HFE계열의 물질은 CFC, HCFC 계열의 냉매 대체제로 개발된 인위적 화학물질로, 근래에는 반도체 공정의 초저온 냉각 등 특수냉동 공정에 활용되고 있는 물질이다. 제조사의 분자합성 방법에 따라 다양한 제품이 존재하며 대표적으로 HFE-7200(C4F9OC2H5)을 들 수 있다. HFE-7200의 경우 상압에서 어는점이 -138℃ 미만이고, 기화점은 76℃로서 액상으로 냉열을 저장할 수 있는 온도 구간은 -138℃ 내지 상온이다. Meanwhile, HFE series substances are artificial chemicals developed as substitutes for CFC and HCFC series refrigerants, and are recently being used in special refrigeration processes such as ultra-low temperature cooling in semiconductor processes. Various products exist depending on the manufacturer's molecular synthesis method, and HFE-7200 (C 4 F 9 OC 2 H 5 ) is a representative example. In the case of HFE-7200, the freezing point is below -138℃ at normal pressure, and the vaporization point is 76℃, so the temperature range in which cold energy can be stored in a liquid state is -138℃ to room temperature.
어는점이 비교적 높은 -138℃ 인 것이 큰 단점이 될 수 있으나 화재, 폭발의 가능성이 현저히 낮고 환경규제를 만족하고 있으며, -138℃에서 밀도가 1798.8 kg/m3으로 프로판의 2.63배에 달하는 장점을 지닌다. Although its relatively high freezing point of -138℃ may be a major disadvantage, it has a significantly low risk of fire or explosion, satisfies environmental regulations, and has the advantage of having a density of 1798.8 kg/m3 at -138℃, which is 2.63 times that of propane.
또한, 프로판/메탄올과 달리 HFE는 하나의 물질만 사용하면 되므로 어는점이 비교적 높은 단점만 제외하면 경제적이고 효율적 냉열저장 물질이라고 할 수 있으며, HFE 계열 어는점의 경우 수요에 따른 기술개발을 통해 분자결합 구조 변화 외 어느 과정에서 분자 간 결합을 방해하는 비휘발성 첨가물을 용해하는 방식으로 어는점 내림(Freezing-point Depression)을 통해 미래에 낮아질 가능성도 존재한다.In addition, unlike propane/methanol, HFE can be considered an economical and efficient cold storage material because it only requires one substance, except for its relatively high freezing point. In addition, the freezing point of HFE series can be lowered in the future through freezing point depression by dissolving non-volatile additives that disrupt intermolecular bonding in a process other than changing the molecular bonding structure through technological development according to demand.
대용량 에너지 저장 시스템 중 하나로서 공기액화 에너지 저장 시스템은 공기액화를 통해 에너지를 저장하고, 액체공기 발전을 통해 전력을 생산하는 시스템이다. 상기 공기액화 에너지 저장시스템의 가장 큰 단점은 양수 발전 및 압축공기 에너지 저장에 비해 총괄효율이 낮다는 점이다. As one of the large-capacity energy storage systems, the air liquefaction energy storage system is a system that stores energy through air liquefaction and produces electricity through liquid air power generation. The biggest disadvantage of the air liquefaction energy storage system is that its overall efficiency is lower than that of pumped storage power generation and compressed air energy storage.
총괄효율은 에너지 저장과정에 소모된 전력 대비 발전과정에서 얻을 수 있는 전력의 비로서 정의되는 것으로, 공기액화 에너지 저장시스템은 액화에 필요한 냉동사이클 성적계수의 한계와 냉열 활용등에 의해 효율이 낮다. Overall efficiency is defined as the ratio of the power that can be obtained in the power generation process to the power consumed in the energy storage process. The air liquefaction energy storage system has low efficiency due to limitations in the performance coefficient of the refrigeration cycle required for liquefaction and utilization of cold heat.
즉, 저장된 냉열을 활용하기 위해서는 별도의 작동유체를 순환시켜야 하며, 통상 순환 열매체는 가스 상태로 압축기에 의해 가압되어 냉열을 저장하거나 활용할 때 사용된다. That is, in order to utilize the stored cold heat, a separate working fluid must be circulated, and usually the circulating heat medium is pressurized by a compressor in a gaseous state and used when storing or utilizing the cold heat.
이 과정에서 압축기에 소요되는 에너지 소모가 매우 크므로 약 10% 수준의 RTE를 감소시키는 영향이 있다.Since the energy consumption of the compressor is very large during this process, it has the effect of reducing the RTE by about 10%.
상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 본 발명은 액상의 냉열 저장 물질을 활용한 고효율 공기액화 에너지 저장 시스템 및 이의 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In order to solve the above problems, the present invention aims to provide a high-efficiency air liquefaction energy storage system utilizing a liquid cold storage material and a control method thereof.
상세하게는, 열저장과 열전달 매체의 기능을 동시에 수행할 수 있는 액상의 냉열저장 물질을 하나 혹은 두 개 이상을 사용하여 공기액화, 발전 외 청정공기를 통행 냉방 등 전주기 과정에 효과적으로 활용하기 위한 고효율 공기액화 에너지 저장 시스템 및 이의 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.Specifically, the purpose is to provide a high-efficiency air liquefaction energy storage system and a control method thereof for effectively utilizing one or more liquid refrigeration storage materials capable of simultaneously performing the functions of heat storage and heat transfer medium in the entire cycle process such as air liquefaction, power generation, and air conditioning.
상세하게는, 프로판 및 메탄올을 공기액화 에너지 저장 시스템(LAES)에 적용하여 냉열저장 및 열전달 매체로 사용하고, 지역냉방 및 청정공기로 활용할 수 있는 액상의 냉열 저장 물질을 활용한 고효율 공기액화 에너지 저장 시스템 및 이의 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. Specifically, the purpose is to provide a high-efficiency air liquefaction energy storage system using a liquid liquefaction energy storage material that can be used as a cold storage and heat transfer medium by applying propane and methanol to a liquid air liquefaction energy storage system (LAES), and a control method thereof that can be used as district cooling and clean air.
또한, HFE 계열 물질을 공기액화 에너지 저장 시스템(LAES)에 적용하여 냉열저장 및 열전달 매체로 사용하고, 지역냉방 및 청정공기로 활용할 수 있는 액상의 냉열 저장 물질을 활용한 고효율 공기액화 에너지 저장 시스템 및 이의 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. In addition, the purpose is to provide a high-efficiency air liquefaction energy storage system using liquid cold storage materials that can be used as a cold storage and heat transfer medium by applying HFE series materials to a liquid air liquefaction energy storage system (LAES), and a control method thereof that can be used as district cooling and clean air.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해 될 수 있을 것이다.The technical problems of the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the description below.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 고효율 공기액화 에너지 저장 시스템에 있어서, 상기 공기액화 에너지 저장 시스템은 대기로부터 유입된 공기를 액화시키기 위하여 예냉 열교환기 및 응축기를 포함하는 액화 공기 형성부, 상기 액화 공기 형성부에서 형성된 액화 공기를 저장하는 액화 공기 저장부 및 상기 액화 공기 저장부에 저장된 액화 공기를 발전 및 냉각하여 수요처로 공급하기 위하여 기화기 및 냉각기를 포함하는 공기 발전 냉방부를 포함하고, 상기 고효율 공기액화 에너지 저장 시스템은 하나의 열전달 매체가 상기 액화 공기 형성부 및 상기 공기 발전 냉방부를 순환하며 공기를 냉각 및 가열하는 것인 고효율 공기액화 에너지 저장 시스템을 제공한다.According to one aspect of the present invention for achieving the above object, in a high-efficiency air liquefaction energy storage system, the air liquefaction energy storage system includes a liquefied air forming unit including a pre-cooling heat exchanger and a condenser for liquefying air drawn in from the atmosphere, a liquefied air storage unit for storing the liquefied air formed in the liquefied air forming unit, and an air power generation and cooling unit including a vaporizer and a cooler for generating and cooling the liquefied air stored in the liquefied air storage unit and supplying it to a demander, and the high-efficiency air liquefaction energy storage system provides a high-efficiency air liquefaction energy storage system in which one heat transfer medium circulates through the liquefied air forming unit and the air power generation and cooling unit to cool and heat the air.
바람직하게는, 상기 예냉 열교환기는 대기로부터 유입된 공기를 열전달 매체와 열교환하여 1차 냉각하고, 상기 응축기는 상기 1차 냉각된 공기를 상기 열전달 매체와 열교환하여 액화 공기를 형성할 수 있다.Preferably, the pre-cooling heat exchanger can perform primary cooling by heat-exchanging air taken in from the atmosphere with a heat transfer medium, and the condenser can form liquefied air by heat-exchanging the primary cooled air with the heat transfer medium.
바람직하게는, 상기 액화 공기 형성부는 기액 분리기;를 더 포함하는 것으로, 상기 기액 분리기는 상기 응축기에서 공급된 액화 공기를 액화 공기 및 기체상태의 공기로 분리하고, 상기 기액 분리기에서 분리된 액화 공기는 액화 공기 저장부로 공급하여 저장하며, 기체 상태의 공기는 상기 응축기 및 예냉 열교환기로 재공급하여 가열하고 상기 가열된 공기는 대기로 배출하는 것일 수 있다.Preferably, the liquefied air forming unit further includes a gas-liquid separator; the gas-liquid separator separates the liquefied air supplied from the condenser into liquefied air and gaseous air, the liquefied air separated from the gas-liquid separator is supplied to a liquefied air storage unit and stored, the gaseous air is re-supplied to the condenser and the pre-cooling heat exchanger and heated, and the heated air may be discharged to the atmosphere.
바람직하게는, 상기 공기 발전 냉방부는 다단 팽창부를 더 포함하는 것으로, 상기 기화기에서 기화된 공기를 다단 팽창하고, 다단 팽창된 공기를 상기 냉각기로 공급하는 것일 수 있다.Preferably, the air generation cooling unit may further include a multi-stage expansion unit, which may perform multi-stage expansion of air vaporized in the vaporizer and supply the multi-stage expanded air to the cooler.
바람직하게는, 고효율 공기액화 에너지 저장 시스템은 열전달 매체 저장탱크를 포함하는 것으로, 상기 예냉 열교환기를 통과하며 가열된 열전달 매체를 저장하는 제1 열전달 매체 저장탱크 및 상기 냉각기 및 기화기를 통과하며 냉각된 열전달 매체를 저장하는 제2 열전달 매체 저장탱크를 포함하고, 상기 제2 열전달 매체 저장탱크에 저장된 냉각된 열전달 매체를 응축기로 공급하는 것일 수 있다.Preferably, the high-efficiency air liquefaction energy storage system comprises a heat transfer medium storage tank, a first heat transfer medium storage tank storing a heat transfer medium heated by passing through the pre-cooling heat exchanger, and a second heat transfer medium storage tank storing a heat transfer medium cooled by passing through the cooler and vaporizer, and the cooled heat transfer medium stored in the second heat transfer medium storage tank may be supplied to a condenser.
바람직하게는, 상기 열전달 매체는 하이드로 플루오르 이써(HFE, Hydro fluoro ether), 에틸 퍼플루오르부틸 이써(Ethyl perfluorobutyl ether) 및 탄소 불소 화합물 중 선택되는 하나인 것일 수 있다.Preferably, the heat transfer medium may be one selected from hydrofluoro ether (HFE), ethyl perfluorobutyl ether, and carbon fluorine compounds.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 고효율 공기액화 에너지 저장 시스템에 있어서, 상기 공기액화 에너지 저장 시스템은 대기로부터 유입된 공기를 액화시키기 위하여 예냉 열교환기 및 응축기를 포함하는 액화 공기 형성부, 상기 액화 공기 형성부에서 형성된 액화 공기를 저장하는 액화 공기 저장부 및 상기 액화 공기 저장부에 저장된 액화 공기를 발전 및 냉각하여 수요처로 공급하기 위하여 제1 기화기, 제2 기화기 및 냉각기를 포함하는 공기 발전 냉방부를 포함하고, 상기 고효율 공기액화 에너지 저장 시스템은 제1 열전달 매체 및 제2 열전달 매체가 상기 액화 공기 형성부 및 상기 공기 발전 냉방부를 동시에 순환하며 공기를 냉각 및 가열하는 것인 고효율 공기액화 에너지 저장 시스템을 제공한다.According to another aspect of the present invention for achieving the above-mentioned object, a high-efficiency air liquefaction energy storage system is provided, wherein the air liquefaction energy storage system includes a liquefied air forming unit including a pre-cooling heat exchanger and a condenser to liquefy air drawn in from the atmosphere, a liquefied air storage unit storing the liquefied air formed in the liquefied air forming unit, and an air power generation and cooling unit including a first vaporizer, a second vaporizer, and a cooler to generate and cool the liquefied air stored in the liquefied air storage unit and supply it to a demander, wherein the high-efficiency air liquefaction energy storage system provides a high-efficiency air liquefaction energy storage system in which a first heat transfer medium and a second heat transfer medium simultaneously circulate through the liquefied air forming unit and the air power generation and cooling unit to cool and heat the air.
바람직하게는, 고효율 공기액화 에너지 저장 시스템은 열전달 매체 저장탱크를 포함하는 것으로, 상기 예냉 열교환기를 통과하며 가열된 제1 열전달 매체를 저장하는 제3 열전달 매체 저장탱크, 상기 제3 열전달 매체 저장탱크와 연결되고, 냉각기 및 제2 기화기를 통과하며 냉각된 제1 열전달 매체를 저장하는 제4 열전달 매체 저장탱크, 상기 응축기를 통과하며 가열된 제2 열전달 매체를 저장하는 제5 열전달 매체 저장탱크 및 상기 제4 열전달 매체 저장탱크와 연결되고, 제1 기화기를 통과하며 냉각 된 제2 열전달 매체를 저장하는 제6 열전달 매체 저장탱크를 포함하고, 상기 제4 열전달 매체 저장탱크에 저장된 제1 열전달 매체는 예냉 열교환기로 공급하며, 상기 제6 열전달 매체 저장탱크에 저장된 제2 열전달 매체는 응축기로 공급하는 것일 수 있다.Preferably, the high-efficiency air liquefaction energy storage system includes a heat transfer medium storage tank, a third heat transfer medium storage tank storing a first heat transfer medium that has passed through the pre-cooling heat exchanger and been heated, a fourth heat transfer medium storage tank connected to the third heat transfer medium storage tank and storing a first heat transfer medium that has passed through the cooler and the second vaporizer and been cooled, a fifth heat transfer medium storage tank storing a second heat transfer medium that has passed through the condenser and been heated, and a sixth heat transfer medium storage tank connected to the fourth heat transfer medium storage tank and storing a second heat transfer medium that has passed through the first vaporizer and been cooled, and the first heat transfer medium stored in the fourth heat transfer medium storage tank may be supplied to the pre-cooling heat exchanger, and the second heat transfer medium stored in the sixth heat transfer medium storage tank may be supplied to the condenser.
바람직하게는, 상기 제1 열전달 매체의 냉열을 저장하기 위한 온도 구간은 상기 제2 열전달 매체의 냉열을 저장하기 위한 온도 구간 보다 높은 것으로, 상기 제1 열전달 매체는 알코올 화합물 중 선택되는 하나이고, 상기 제2 열전달 매체는 탄화 수소계 물질 중 선택되는 하나인 것일 수 있다.Preferably, the temperature range for storing the cold heat of the first heat transfer medium is higher than the temperature range for storing the cold heat of the second heat transfer medium, and the first heat transfer medium may be one selected from alcohol compounds, and the second heat transfer medium may be one selected from hydrocarbon-based materials.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 고효율 공기액화 에너지 저장시스템의 제어방법에 있어서, 대기로부터 액화 공기 형성부에 유입된 공기를 예냉 열교환기 및 응축기에 공급하여 액화 공기를 형성하는 액화공기 형성단계, 상기 형성된 액화 공기를 액화 공기 저장부에 저장하는 액화 공기 저장단계 및 상기 액화 공기 저장부에 저장된 액화 공기를 공기 발전 냉방부의 기화기 및 냉각기에 공급하여 냉각하고 발전하여 수요처로 공급하는 공기 발전 냉방단계를 포함하고, 상기 고효율 공기액화 에너지 저장 시스템은 하나의 열전달 매체가 상기 액화 공기 형성부 및 상기 공기 발전 냉방부를 순환하며 공기를 냉각 및 가열하는 열전달 매체 순환 단계를 포함하는, 고효율 공기액화 에너지 저장 시스템의 제어방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention for achieving the above-mentioned object, a method for controlling a high-efficiency air liquefaction energy storage system is provided, including a liquefied air forming step of supplying air introduced into a liquefied air forming unit from the atmosphere to a pre-cooling heat exchanger and a condenser to form liquefied air, a liquefied air storage step of storing the formed liquefied air in a liquefied air storage unit, and an air power generation and cooling step of supplying the liquefied air stored in the liquefied air storage unit to a vaporizer and a cooler of an air power generation and cooling unit to cool and generate power and supply it to a demander, wherein the high-efficiency air liquefied energy storage system includes a heat transfer medium circulation step of cooling and heating the air by circulating a single heat transfer medium through the liquefied air forming unit and the air power generation and cooling unit.
바람직하게는, 상기 액화 공기 형성단계는 대기로부터 유입된 공기를 예냉 열교환기에 공급하여 열전달 매체와 열교환하여 1차 냉각하는 예냉단계,상기 1차 냉각 된 공기를 응축기로 공급하여 열전달 매체와 열교환하여 응축된 액화 공기를 형성하는 응축단계 및 상기 응축된 액화 공기를 기액 분리기로 공급하여 액화 공기 및 기체 상태의 공기를 분리하는 기액분리단계를 포함할 수 있다.Preferably, the liquefied air forming step may include a precooling step of supplying air drawn in from the atmosphere to a precooling heat exchanger and performing heat exchange with a heat transfer medium to perform primary cooling, a condensing step of supplying the primary cooled air to a condenser and performing heat exchange with a heat transfer medium to form condensed liquefied air, and a gas-liquid separation step of supplying the condensed liquefied air to a gas-liquid separator to separate liquefied air and gaseous air.
바람직하게는, 상기 기액분리단계에서 분리된 액화 공기는 공기 발전 냉방부로 공급하여 공기 발전 냉방단계를 수행하고, 상기 기체 상태의 공기는 상기 응축기 및 예냉 열교환기로 재공급하여 가열 후 대기로 방출하는 것일 수 있다.Preferably, the liquefied air separated in the above-described gas-liquid separation step may be supplied to an air power generation and cooling unit to perform an air power generation and cooling step, and the gaseous air may be re-supplied to the condenser and pre-cooling heat exchanger to be heated and then released into the atmosphere.
바람직하게는, 상기 열전달 매체 순환단계는 상기 예냉 열교환기를 통과하며 가열된 열전달 매체를 제1 열전달 매체 저장탱크에 저장하는 제1 열전달 매체 저장단계 및 상기 냉각기 및 기화기를 통과하며 냉각된 열전달 매체를 제2 열전달 매체 저장탱크에 저장하는 제2 열전달 매체 저장단계를 포함하고, 상기 제2 열전달 매체 저장탱크에 저장된 냉각된 열전달 매체는 상기 응축기 및 예냉 열교환기에 순차적으로 공급하는 것일 수 있다.Preferably, the heat transfer medium circulation step includes a first heat transfer medium storage step of storing the heat transfer medium heated by passing through the pre-cooling heat exchanger in a first heat transfer medium storage tank, and a second heat transfer medium storage step of storing the heat transfer medium cooled by passing through the cooler and vaporizer in a second heat transfer medium storage tank, and the cooled heat transfer medium stored in the second heat transfer medium storage tank may be sequentially supplied to the condenser and the pre-cooling heat exchanger.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 고효율 공기액화 에너지 저장시스템의 제어방법에 있어서, 대기로부터 액화 공기 형성부에 유입된 공기를 예냉 열교환기 및 응축기에 공급하여 액화 공기를 형성하는 액화공기 형성단계, 상기 형성된 액화 공기를 액화 공기 저장부에 저장하는 액화 공기 저장단계 및 상기 액화 공기 저장부에 저장된 액화 공기를 공기 발전 냉방부의 제1 기화기, 제2 기화기 및 냉각기에 공급하여 냉각하고 발전하여 수요처로 공급하는 공기 발전 냉방단계를 포함하고, 상기 고효율 공기액화 에너지 저장 시스템은 제1 열전달 매체 및 제2 열전달 매체가 상기 액화 공기 형성부 및 상기 공기 발전 냉방부를 순환하며 공기를 냉각 및 가열하는 열전달 매체 순환 단계를 포함하는, 고효율 공기액화 에너지 저장 시스템의 제어방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention for achieving the above-described object, a method for controlling a high-efficiency air liquefaction energy storage system is provided, including a liquefied air forming step of supplying air introduced into a liquefied air forming unit from the atmosphere to a pre-cooling heat exchanger and a condenser to form liquefied air, a liquefied air storage step of storing the formed liquefied air in a liquefied air storage unit, and an air power generation and cooling step of supplying the liquefied air stored in the liquefied air storage unit to a first vaporizer, a second vaporizer and a cooler of an air power generation and cooling unit to cool and generate power and supply it to a demander, wherein the high-efficiency air liquefied energy storage system includes a heat transfer medium circulation step in which a first heat transfer medium and a second heat transfer medium circulate through the liquefied air forming unit and the air power generation and cooling unit to cool and heat the air.
바람직하게는, 상기 열전달 매체 순환 단계는 상기 예냉 열교환기를 통과하며 가열된 제1 열전달 매체를 제3 열전달 매체 저장탱크에 저장하는 제3 열전달 매체 저장단계, 상기 제3 열전달 매체 저장탱크와 연결되고, 상기 냉각기 및 제2 기화기를 통과하며 냉각된 제1 열전달 매체를 제4 열전달 매체 저장탱크에 저장하는 제4 열전달 매체 저장단계, 상기 응축기를 통과하며 가열된 제2 열전달 매체를 제5 열전달 매체 저장탱크에 저장하는 제5 열전달 매체 저장단계 및 상기 제5 열전달 매체 저장탱크와 연결되고, 제1 기화기를 통과하며 냉각 된 제2 열전달 매체를 제6 열전달 매체 저장탱크에 저장하는 제6 열전달 매체 저장단계를 포함하고, 상기 제4 열전달 매체 저장탱크에 저장된 제1 열전달 매체는 예냉 열교환기로 공급하며, 상기 제6 열전달 매체 저장탱크에 저장된 제2 열전달 매체는 응축기로 공급하는 것일 수 있다.Preferably, the heat transfer medium circulation step includes a third heat transfer medium storage step for storing the first heat transfer medium heated by passing through the pre-cooling heat exchanger in a third heat transfer medium storage tank, a fourth heat transfer medium storage step connected to the third heat transfer medium storage tank and storing the first heat transfer medium cooled by passing through the cooler and the second vaporizer in a fourth heat transfer medium storage tank, a fifth heat transfer medium storage step for storing the second heat transfer medium heated by passing through the condenser in a fifth heat transfer medium storage tank, and a sixth heat transfer medium storage step connected to the fifth heat transfer medium storage tank and storing the second heat transfer medium cooled by passing through the first vaporizer in a sixth heat transfer medium storage tank, and the first heat transfer medium stored in the fourth heat transfer medium storage tank may be supplied to the pre-cooling heat exchanger, and the second heat transfer medium stored in the sixth heat transfer medium storage tank may be supplied to the condenser. there is.
본 발명은 액상의 냉열 저장 물질을 활용한 고효율 공기액화 에너지 저장 시스템 및 이의 제어방법을 제공하는 효과가 있다.The present invention has the effect of providing a high-efficiency air liquefaction energy storage system utilizing a liquid cold storage material and a control method thereof.
상세하게는, 프로판 및 메탄올을 공기액화 에너지 저장 시스템(LAES)에 적용하여 냉열저장 및 열전달 매체로 사용하고, 지역냉방 및 청정공기로 활용할 수 있는 액상의 냉열 저장 물질을 활용한 고효율 공기액화 에너지 저장 시스템 및 이의 제어방법을 제공하는 효과가 있다.Specifically, the present invention provides a high-efficiency air liquefaction energy storage system using a liquid liquefaction energy storage material that can be used as a cold storage and heat transfer medium by applying propane and methanol to a liquid air liquefaction energy storage system (LAES), and a control method thereof that can be used as district cooling and clean air.
또한, 프로판 및 메탄올을 공기액화 에너지 저장 시스템에 적용함에 따라 부가적 전력소비 없이 수요처의 요구조건에 맞는 청정공기를 통한 지역냉방을 수행할 수 있으며 발전공정에서 터빈 운전조건의 자유도를 높이는 효과가 있다.In addition, by applying propane and methanol to the air liquefaction energy storage system, district cooling can be performed using clean air that meets the requirements of the demand site without additional power consumption, and the degree of freedom in turbine operation conditions in the power generation process can be increased.
또한, HFE 계열 물질을 공기액화 에너지 저장 시스템(LAES)에 적용하여 냉열저장 및 열전달 매체로 사용하고, 지역냉방 및 청정공기로 활용할 수 있는 액상의 냉열 저장 물질을 활용한 고효율 공기액화 에너지 저장 시스템 및 이의 제어방법을 제공하는 효과가 있다.In addition, there is an effect of providing a high-efficiency air liquefaction energy storage system using a liquid cold storage material that can be used as a cold storage and heat transfer medium by applying HFE series materials to a liquid air liquefaction energy storage system (LAES), and a control method thereof that can be used as district cooling and clean air.
또한, HFE 계열 물질을 공기액화 에너지 저장 시스템(LAES)에 적용함에 따라 환경적 문제를 해소할 수 있으며, 밀도가 높은 하나의 물질로 냉열저장 및 열전달 매체 역할을 수행함으로서 소요 부지 감소하고 저장부피를 줄여 설비투자비를 감소시키는 효과가 있다.In addition, by applying HFE series materials to liquid air energy storage systems (LAES), environmental issues can be resolved, and by performing the role of cold storage and heat transfer medium with a single high-density material, the required land area can be reduced, storage volume can be reduced, and facility investment costs can be reduced.
또한, HFE는 화학적으로 안정된 상태로 화재나 폭발의 위험성이 낮은 것으로, 운전 중 가스 누수가 발생하더라도 대형사고로 이어지지 않는 효과가 있다.In addition, HFE is chemically stable and has a low risk of fire or explosion, so even if a gas leak occurs during operation, it does not lead to a major accident.
또한, 열전달 매체(냉열 저장 물질)을 시스템에 순환시킴에 따라 냉각수 순환을 위한 냉각탑을 활용하거나 별도의 냉각기를 사용하지 않아 추가적인 설비투자 및 에너지 소비가 필요하지 않아 경제적이다.In addition, since the heat transfer medium (cold storage material) is circulated through the system, it is economical as it does not require additional facility investment or energy consumption as it does not utilize a cooling tower for cooling water circulation or use a separate chiller.
또한, 터빈 출구의 공기온도가 지역냉방을 위한 최종 배출온도와 독립될 수 있어 터빈 운전조건에 자유도를 부여하여 안정적인 발전공정 운전이 가능하다는 효과가 있다.In addition, the air temperature at the turbine outlet can be independent of the final exhaust temperature for district cooling, which provides freedom in turbine operating conditions and enables stable power generation process operation.
또한, 지역냉방을 위한 최종 배출온도를 아주 낮은 온도로 공급가능 하다는 효과가 있다.In addition, it has the effect of being able to supply the final exhaust temperature for district cooling at a very low temperature.
본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해 질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시예와 같은 특정 실시예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.Further scope of the applicability of the present invention will become apparent from the detailed description below. However, since various changes and modifications within the spirit and scope of the present invention will become apparent to those skilled in the art, it should be understood that the detailed description and specific examples, such as preferred embodiments of the present invention, are given by way of example only.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 하나의 열전달 매체를 활용한 고효율 공기액화 에너지 저장시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 두 개의 열전달 매체를 활용한 고효율 공기액화 에너지 저장시스템을 나타낸 도면이다.FIG. 1 is a drawing showing a high-efficiency air liquefaction energy storage system utilizing one heat transfer medium according to one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a drawing showing a high-efficiency air liquefaction energy storage system utilizing two heat transfer media according to one embodiment of the present invention.
본 발명의 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용 및 효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 명세서에 첨부된 도면에 의거한 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다. The purpose and technical configuration of the present invention and the detailed operation and effect thereof will be more clearly understood by the detailed description based on the drawings attached to the specification of the present invention.
본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용되는 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 예컨대, 본 명세서에서 어떤 구성요소를 ‘포함’한다고 하는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. The terms used in this specification are used only to describe specific embodiments and are not intended to limit the invention. For example, when a component is said to "include" in this specification, unless specifically stated otherwise, it does not exclude other components, but rather means that other components may be included.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명한다. 이하에서 설명되는 실시예들은 본 발명의 기술사상을 당업자가 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것으로서, 이에 의하여 본 발명이 한정되는 것으로 해석되어서는 안 되며, 본 발명의 실시예들은 이 분야의 통상의 기술자에게 다양한 응용을 가질 수 있음은 당연하다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by describing preferred embodiments of the present invention with reference to the attached drawings. The embodiments described below are provided so that those skilled in the art can easily understand the technical idea of the present invention, and should not be construed as limiting the present invention thereby, and it is obvious that the embodiments of the present invention can have various applications to those skilled in the art.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 하나의 열전달 매체를 활용한 고효율 공기액화 에너지 저장시스템을 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 두 개의 열전달 매체를 활용한 고효율 공기액화 에너지 저장시스템을 나타낸 도면이다.FIG. 1 is a drawing showing a high-efficiency air liquefaction energy storage system using one heat transfer medium according to one embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a drawing showing a high-efficiency air liquefaction energy storage system using two heat transfer media according to one embodiment of the present invention.
도 1을 참고하면, 고효율 공기액화 에너지 저장시스템은 액화 공기 형성부, 액화 공기 저장부 및 공기 발전 냉방부를 포함하도록 구성될 수 있다. 이때, 상기 고효율 공기액화 에너지 저장시스템은 하나의 열전달 매체가 상기 액화 공기 형성부 및 상기 공기 발전 냉방부를 순환하여 공기를 냉각 및 가열하는 것을 특징으로 한다.Referring to Fig. 1, a high-efficiency air liquefaction energy storage system may be configured to include a liquefied air forming unit, a liquefied air storage unit, and an air power generation cooling unit. At this time, the high-efficiency air liquefaction energy storage system is characterized in that one heat transfer medium circulates through the liquefied air forming unit and the air power generation cooling unit to cool and heat the air.
상기 액화 공기 형성부는 대기로부터 유입된 공기를 액화시키는 것으로, 예냉 열교환기(205) 및 응축기(206)를 포함할 수 있다.The above liquefied air forming unit liquefies air taken in from the atmosphere and may include a pre-cooling heat exchanger (205) and a condenser (206).
상기 예냉 열교환기(205)는 대기로부터 유입된 공기를 열전달 매체와 열교환하여 1차 냉각할 수 있다. 상세하게는, 상기 예냉 열교환기(205)는 한 단의 핫 스트림(hot stream) 및 두 단의 콜드 스트림(cold stream)을 포함하는 것으로, 상기 대기로부터 유입된 공기는 핫 스트림으로 유입되고 콜드 스트림으로 유입되는 열전달 매체와 팽창터빈(207) 및 기액분리기(209)의 후단에서 순환되어 응축기(206)를 통과한 낮은 온도의 공기와 열교환하여 공기를 1차 냉각하는 것이 바람직하다.The above pre-cooling heat exchanger (205) can perform primary cooling by exchanging heat with air drawn in from the atmosphere with a heat transfer medium. Specifically, the pre-cooling heat exchanger (205) includes one stage of a hot stream and two stages of a cold stream, and it is preferable that the air drawn in from the atmosphere is introduced into the hot stream and the heat transfer medium introduced into the cold stream is circulated at the rear end of the expansion turbine (207) and the gas-liquid separator (209) and the low temperature air that has passed through the condenser (206) is first cooled.
이때, 대기로부터 유입된 공기는 제1 공기공급라인을 따라 상기 예냉 열교환기(205)로 공급하는 것으로, 상기 제1 공기공급라인 상에 저압 압축기(201), 중간 냉각기(202), 고압 압축기(203) 및 후단 냉각기(204)가 배치되며, 상기 예냉 열교환기(205)로 공급하기 전 저압 압축기(201), 중간 냉각기(202), 고압 압축기(203) 및 후단 냉각기(204)를 통해 상기 예냉 열교환기(205)에서 요구되는 압력 및 온도로 압축 및 냉각하는 것이 바람직하다.At this time, air drawn in from the atmosphere is supplied to the pre-cooling heat exchanger (205) along the first air supply line, and a low-pressure compressor (201), an intermediate cooler (202), a high-pressure compressor (203), and a post-cooler (204) are arranged on the first air supply line. Before being supplied to the pre-cooling heat exchanger (205), it is preferable to compress and cool the air to the pressure and temperature required by the pre-cooling heat exchanger (205) through the low-pressure compressor (201), the intermediate cooler (202), the high-pressure compressor (203), and the post-cooler (204).
상기 응축기(206)는 상기 예냉 열교환기(205)와 제2 공기 공급라인으로 연결되는 것으로, 상기 예냉 열교환기(205)에서 1차 냉각된 공기를 공급받아 상기 열전달 매체와 열교환하여 응축시킴에 따라 액화 공기를 형성할 수 있다. The above condenser (206) is connected to the pre-cooling heat exchanger (205) through a second air supply line, and can form liquefied air by receiving air that has been primarily cooled from the pre-cooling heat exchanger (205) and condensing it through heat exchange with the heat transfer medium.
상세하게는, 상기 응축기(206)는 한 단의 핫 스트림(hot stream) 및 두 단의 콜드 스트림(cold stream)을 포함하는 것으로, 상기 1차 냉각된 공기는 핫 스트림으로 유입되고 콜드 스트림으로 유입되는 열전달 매체와 팽창터빈(207) 및 기액분리기(209) 후단에서 순환되어 공급되는 낮은 온도의 공기와 열교환하여 1차 냉각된 공기를 응축시키는 것이 바람직하다.In detail, the condenser (206) includes one hot stream and two cold streams, and it is preferable that the primary cooled air is introduced into the hot stream and heat-exchanged with the heat transfer medium introduced into the cold stream and the low temperature air circulated and supplied from the rear end of the expansion turbine (207) and the gas-liquid separator (209) to condense the primary cooled air.
이때, 상기 예냉 열교환기(205) 및 응축기(206)는 하나의 열교환기로 제작될 수도 있다. At this time, the pre-cooling heat exchanger (205) and condenser (206) may be manufactured as one heat exchanger.
한편, 상기 응축기(206)를 통과한 응축된 공기는 고압의 초임계 상태이나 액체상태에 근접하다. 이에, 상기 고압의 초임계 상태의 응축된 공기는 이후 액체상태 및 액화공기로 표기하기로 한다. Meanwhile, the condensed air that has passed through the condenser (206) is in a high-pressure supercritical state but is close to a liquid state. Accordingly, the condensed air in a high-pressure supercritical state will be referred to as a liquid state and liquefied air hereinafter.
상기 응축기(206)는 상기 기액 분리기(209)와 제3 공기 공급라인으로 연결될 수 있다. 또한, 상기 응축기(206)를 통과한 고압의 초입계상태의 응축된 공기를 저압으로 저장하기 위하여, 상기 제3 공기 공급라인 상에 팽창밸브(208)가 배치될 수 있다.The above condenser (206) may be connected to the gas-liquid separator (209) and the third air supply line. In addition, an expansion valve (208) may be arranged on the third air supply line to store the high-pressure supercritical state condensed air that has passed through the condenser (206) at a low pressure.
상세하게는, 상기 응축기(206)를 통과한 상기 고압의 액화공기는 팽창밸브(208)를 통과하며 대용량 저장이 가능한 저압의 액체와 기체가 공존하는 2상(Phase) 상태가 된다. In detail, the high-pressure liquefied air that has passed through the condenser (206) passes through the expansion valve (208) and becomes a two-phase state in which low-pressure liquid and gas that can be stored in large quantities coexist.
이후, 상기 저압의 액체와 기체가 공전하는 2상의공기는 상기 기액 분리기(209)에 공급하여 액체 상태의 공기(액화공기) 및 기체 상태의 공기로 분리하게 되며, 상기 기액 분리기(209)에서 분리된 액화 공기는 액화 공기 저장부로 공급하여 저장하고, 상기 기체 상태의 공기는 상기 응축기(206) 및 예냉 열교환기(205)로 재공급할 수 있다. Thereafter, the two-phase air in which the low-pressure liquid and gas are in rotation is supplied to the gas-liquid separator (209) and separated into liquid air (liquefied air) and gaseous air. The liquefied air separated in the gas-liquid separator (209) is supplied to a liquefied air storage unit and stored, and the gaseous air can be resupplied to the condenser (206) and the pre-cooling heat exchanger (205).
상세하게는, 상기 기액 분리기(209)에서 분리된 기체 상태의 공기는 상기 응축기(206) 및 예냉 열교환기(205)의 콜드 스트림으로 공급하는 것으로 상기 응축기(206) 및 예냉 열교환기(205)의 핫 스트림으로 공급되는 대기중의 공기와 열교환하여 상온에 근접하게 가열되어져 대기로 배출되는 것이 바람직하다.Specifically, it is preferable that the gaseous air separated in the gas-liquid separator (209) is supplied to the cold stream of the condenser (206) and the pre-cooling heat exchanger (205), and is heated to a temperature close to room temperature by heat exchange with the air in the atmosphere supplied to the hot stream of the condenser (206) and the pre-cooling heat exchanger (205) and then discharged to the atmosphere.
이에, 상기 기액 분리기(209)의 하부는 액화 공기 저장부와 제4 공기 공급라인으로 연결되며, 상기 기액 분리기(209)의 상부는 응축기(206)의 콜드 스트림과 제5 공기 공급라인으로 연결되고, 상기 응축기(206)의 콜드 스트림은 예냉 열교환기(205)의 콜드 스트림과 제6 공기 공급라인으로 연결될 수 있다. 또한, 상기 예냉 결교환기(205)의 콜드 스트림을 통과하며 가열된 공기는 제7 공기 공급라인을 통해 대기중으로 배출될 수 있다.Accordingly, the lower part of the gas-liquid separator (209) is connected to the liquefied air storage unit and the fourth air supply line, the upper part of the gas-liquid separator (209) is connected to the cold stream of the condenser (206) and the fifth air supply line, and the cold stream of the condenser (206) can be connected to the cold stream of the pre-cooling heat exchanger (205) and the sixth air supply line. In addition, the air heated while passing through the cold stream of the pre-cooling heat exchanger (205) can be discharged into the atmosphere through the seventh air supply line.
한편, 상기 예냉 열교환기(205)에서 1차 냉각된 공기 중 일부는 응축기(206)로 공급되고 일부는 제2 공기 공급라인에서 분기되어 극저온 팽창기(207)로 공급되며, 극저온 팽창기(207)로 공급된 1차 냉각된 공기는 팽창되어 액화공기 온도보다도 낮아지고, 상기 기액 분리기(209)에서 분리되어져 액화공기 온도와 동일한 기체 상태의 공기와 흐름이 병합되어, 평균 온도가 액화공기 온도보다도 낮은 상태로 응축기(206)에 재공급 되어져 공기를 액화시키는 역할을 하고, 이후 연속적으로 공기는 예냉 열교환기(205)로 재공급되어 후단 냉각기(204) 이후 공기를 예냉시키는 역할을 한다.Meanwhile, some of the air that has been first cooled in the pre-cooling heat exchanger (205) is supplied to the condenser (206), and some of the air is branched off from the second air supply line and supplied to the cryogenic expander (207). The first cooled air supplied to the cryogenic expander (207) is expanded to have a temperature lower than that of the liquefied air, separated in the gas-liquid separator (209), and the flow is merged with air in a gaseous state having the same temperature as that of the liquefied air, and is re-supplied to the condenser (206) in a state where the average temperature is lower than that of the liquefied air, thereby liquefying the air. Thereafter, the air is continuously re-supplied to the pre-cooling heat exchanger (205) to pre-cool the air after the rear cooler (204).
상기 액화 공기 저장부는 액화 공기 형성부에서 형성 된 액화 공기가 저장되어 있는 것으로, 생성된 액화 공기를 액화 공기 저장탱크(101)에 저장하는 것이 바람직하다.The above liquefied air storage unit stores liquefied air formed in the liquefied air forming unit, and it is preferable to store the generated liquefied air in the liquefied air storage tank (101).
상기 공기 발전 냉방부는 상기 액화 공기 저장부에 저장된 액화 공기를 발전 및 냉각하여 수요처로 공급하는 것으로, 상기 공기 발전 냉방부는 기화기(104) 및 냉각기(109)를 포함할 수 있다. The above air power generation and cooling unit generates and cools liquefied air stored in the liquefied air storage unit and supplies it to a demand source. The air power generation and cooling unit may include a vaporizer (104) and a cooler (109).
상기 기화기(104)는 상기 액화 공기 저장탱크(101)에 저장된 액화 공기를 열전달 매체와 열교환하여 가열하는 것으로, 상기 액화 공기를 기화시킬 수 있다.The above vaporizer (104) heats the liquefied air stored in the liquefied air storage tank (101) by exchanging heat with a heat transfer medium, thereby vaporizing the liquefied air.
또한, 상기 기화기(104)는 상기 액화 공기 저장탱크(101)와 제1 액화 공기 공급라인으로 연결되는 것으로, 상기 제1 액화 공기 공급라인 상에 제1 액화 공기펌프(102) 및 제1 유량제어밸브(103)가 배치되는 것이 바람직하다. In addition, the vaporizer (104) is connected to the liquefied air storage tank (101) and the first liquefied air supply line, and it is preferable that the first liquefied air pump (102) and the first flow rate control valve (103) are arranged on the first liquefied air supply line.
상세하게는, 상기 기화기(104)로 공급되는 액화 공기는 상기 제1 액화 공기펌프(103)를 통과하며 가압한 후 기화기(104)의 콜드 스트림으로 공급되는 것으로, 상기 기화기(104)의 출구 콜드 스트림(cold stream)의 공기조건은 발전과정에서 고효율을 위해 초임계 상태(상온에서 약 38 bar 이상)인 것이 바람직하다. Specifically, the liquefied air supplied to the vaporizer (104) passes through the first liquefied air pump (103) and is pressurized and then supplied to the cold stream of the vaporizer (104). It is preferable that the air condition of the cold stream at the outlet of the vaporizer (104) be a supercritical state (about 38 bar or more at room temperature) for high efficiency during the power generation process.
상기 기화기(104)에서 가열된 공기는 냉각기(109)에서 냉각한 후 냉방이 필요한 수요처에 공기를 공급하는 것으로, 상기 기화기(104) 및 냉각기(109)는 제8 공기공급라인으로 연결될 수 있다. 이때, 상기 기화기(104)에서 냉각기(109)로 공급되는 공기는 발전에 이용되는 것으로, 상기 제8 공기공급라인 상에 다단 팽창부를 더 포함할 수 있다.The air heated in the above vaporizer (104) is cooled in the cooler (109) and then supplied to a demand location requiring cooling. The vaporizer (104) and the cooler (109) can be connected to the eighth air supply line. At this time, the air supplied from the vaporizer (104) to the cooler (109) is used for power generation. A multi-stage expansion unit may be further included on the eighth air supply line.
상세하게는, 상기 다단 팽창부는 제1 히터(105), 제1 터빈(106), 제2 히터(107) 및 제2 터빈(108)을 포함할 수 있다. 이때, 상기 다단 팽창부는 제1 터빈(106) 및 제2 터빈(108)을 예시로 작성하였으나, 냉방에 필요한 압력 범위에 따라 터빈의 수가 늘어날 수 있으며, 이에 제한은 없다.In detail, the multi-stage expansion unit may include a first heater (105), a first turbine (106), a second heater (107), and a second turbine (108). At this time, the multi-stage expansion unit is described as an example of the first turbine (106) and the second turbine (108), but the number of turbines may increase depending on the pressure range required for cooling, and there is no limitation thereto.
한편, 상기 공기 발전 냉방부는 전력생산과 터빈 출구 청정공기를 활용한 지역냉방을 목적으로 하는 것으로, 전력생산을 높이기 위해서는 터빈입구온도(TIT, Turbine Inlet Temperature)를 높여야 되나, 터빈 출구 온도는 TIT와 비례관계에 있어 전력생산량과 지역냉방 효과는 반비례 관계에 있게 된다. 이를 위해 터빈 입구 온도를 높이면서도 지역냉방 효과가 감소되지 않게 하기 위하여 냉각기(109)를 사용하며, 상기 냉각기(109)에서 냉각을 위한 수단으로 열전달 매체를 활용하는 것을 특징으로 한다. Meanwhile, the above air power generation cooling unit is intended for power generation and district cooling using clean air at the turbine outlet. In order to increase power generation, the turbine inlet temperature (TIT) must be increased. However, the turbine outlet temperature is proportional to the TIT, so the power generation amount and the district cooling effect are inversely proportional. To this end, a cooler (109) is used to increase the turbine inlet temperature while not reducing the district cooling effect, and a heat transfer medium is utilized as a means for cooling in the cooler (109).
이에, 본 발명의 고효율 공기액화 에너지 저장 시스템은 열전달 매체를 저장하는 열전달 매체 저장탱크를 포함하도록 구성될 수 있다.Accordingly, the high-efficiency air liquefaction energy storage system of the present invention can be configured to include a heat transfer medium storage tank that stores a heat transfer medium.
공기액화 에너지 시스템 내 기화기(104), 냉각기(109), 응축기(206) 및 예냉 열교환기(205)를 순환하며 공기와 열교환을 수행하는 것으로, 상기 열전달 매체의 온도에 따라 상기 열전달 매체를 저장하는 제1 열전달 매체 저장탱크(501) 및 제2 열전달 매체 저장탱크(504)를 포함하는 것을 특징으로 한다.It is characterized by including a first heat transfer medium storage tank (501) and a second heat transfer medium storage tank (504) that circulate through a vaporizer (104), a cooler (109), a condenser (206) and a pre-cooling heat exchanger (205) in an air liquefaction energy system to perform heat exchange with air, and storing the heat transfer medium according to the temperature of the heat transfer medium.
상세하게는, 상기 열전달 매체가 기화기(104), 냉각기(109), 응축기(206) 및 예냉 열교환기(205)를 순환하기 위하여 상기 제1 열전달 매체 저장탱크(501)는 상기 예냉 열교환기(205)의 콜드 스트림과 제1 열전달 매체 공급라인으로 연결되고, 상기 냉각기(109)의 콜드 스트림과 제2 열전달 매체 공급라인으로 연결되며, 상기 냉각기(109)의 콜드 스트림은 기화기(104)의 핫 스트림과 제3 열전달 매체 공급라인으로 연결되고, 상기 기화기(104)의 핫 스트림은 제2 열전달 매체 저장탱크(504)와 제4 열전달 매체 공급라인으로 연결되는 것을 특징으로 한다. Specifically, in order for the heat transfer medium to circulate through the vaporizer (104), the cooler (109), the condenser (206), and the pre-cooling heat exchanger (205), the first heat transfer medium storage tank (501) is connected to the cold stream of the pre-cooling heat exchanger (205) and the first heat transfer medium supply line, the cold stream of the cooler (109) and the second heat transfer medium supply line, the cold stream of the cooler (109) is connected to the hot stream of the vaporizer (104) and the third heat transfer medium supply line, and the hot stream of the vaporizer (104) is connected to the second heat transfer medium storage tank (504) and the fourth heat transfer medium supply line.
이때, 상기 예냉 열교환기(205)에서 열교환을 통해 가열된 열전달 매체는 제1 열전달 매체 저장탱크(501)에 저장되고, 상기 제1 열전달 매체 저장탱크(501)에 저장된 열전달 매체는 상기 냉각기(109)로 공급하여 상기 다단 팽창부를 통과한 공기와 열교환을 수행하는 것이 바람직하다. At this time, the heat transfer medium heated through heat exchange in the pre-cooling heat exchanger (205) is stored in the first heat transfer medium storage tank (501), and it is preferable that the heat transfer medium stored in the first heat transfer medium storage tank (501) is supplied to the cooler (109) to perform heat exchange with the air passing through the multi-stage expansion unit.
또한, 상기 제1 열전달 매체 저장탱크(501)에 저장된 열전달 매체를 상기 냉각기(109)로 공급하기 위하여 제2 열전달 매체 공급라인 상에 제1 열전달 매체 공급 펌프(502) 및 제1 열전달 매체 유량제어밸브(503)가 배치되는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that a first heat transfer medium supply pump (502) and a first heat transfer medium flow rate control valve (503) are arranged on the second heat transfer medium supply line to supply the heat transfer medium stored in the first heat transfer medium storage tank (501) to the cooler (109).
상기 냉각기(109)로 공급 된 열전달매체는 공기와 열교환하여 가열하는 것으로, 가열된 열전달 매체는 제3 열전달 매체 공급라인을 따라 상기 기화기(104)의 핫 스트림으로 공급하는 것이 바람직하다.The heat transfer medium supplied to the above cooler (109) is heated by heat exchange with air, and it is preferable to supply the heated heat transfer medium to the hot stream of the vaporizer (104) along the third heat transfer medium supply line.
상기 기화기(104)의 핫 스트림으로 공급된 열전달 매체는 상기 기화기(104)의 콜드 스트림을 통과하는 저온의 공기와 열교환하는 것으로, 상기 열전달 매체는 냉각되며, 냉각된 열전달 매체는 제2 열전달 매체 저장탱크(504)로 공급하여 저장하는 것이 바람직하다. The heat transfer medium supplied as a hot stream of the vaporizer (104) exchanges heat with the low-temperature air passing through the cold stream of the vaporizer (104), so that the heat transfer medium is cooled, and it is preferable to supply the cooled heat transfer medium to a second heat transfer medium storage tank (504) and store it.
상기 제2 열전달 매체 저장탱크(504)에 저장된 열전달 매체는 상기 응축기(206)의 콜드 스트림으로 공급하여 가열되고, 상기 응축기(206)의 콜드 스트림에서 열교환하여 가열된 열전달 매체는 예냉 열교환기(205)로 공급하여 가열할 수 있다. The heat transfer medium stored in the second heat transfer medium storage tank (504) is heated by being supplied to the cold stream of the condenser (206), and the heat transfer medium heated by heat exchange in the cold stream of the condenser (206) can be heated by being supplied to the pre-cooling heat exchanger (205).
이에, 상기 제2 열전달 매체 저장탱크(504) 및 상기 응축기(206)의 콜드 스트림은 제5 열전달 매체 공급라인으로 연결되고, 상기 응축기(206)의 콜드 스트림 및 예냉 열교환기(205)의 콜드 스트림은 제6 열전달 매체 공급라인으로 연결되며, 상기 제5 열전달 매체 공급라인 상에 제2 열전달 매체 공급 펌프(505) 및 제2 열전달 매체 유량제어밸브(506)가 배치되는 것이 바람직하다.Accordingly, the cold stream of the second heat transfer medium storage tank (504) and the condenser (206) are connected to a fifth heat transfer medium supply line, the cold stream of the condenser (206) and the cold stream of the pre-cooling heat exchanger (205) are connected to a sixth heat transfer medium supply line, and it is preferable that a second heat transfer medium supply pump (505) and a second heat transfer medium flow rate control valve (506) are arranged on the fifth heat transfer medium supply line.
한편, 상기 열전달 매체는 시스템 내를 순환하며 공기를 냉각 및 가열하는 것으로 열저장과 열전달 매체의 기능을 동시에 수행할 수 있는 액상의 냉열저장 물질을 사용하는 것이 바람직하다. Meanwhile, it is preferable to use a liquid-phase cold storage material that can simultaneously perform the functions of heat storage and heat transfer medium by circulating within the system and cooling and heating the air as the heat transfer medium.
상세하게는, 상기 열전달 매체는 열저장 및 열전달 매체의 기능을 동시에 수행하기 위하여, 상기 열전달 매체는 어는점이 낮고 기화점이 높으며, 비열과 밀도가 큰 물질을 사용하는 것이 바람직하다. Specifically, in order for the heat transfer medium to simultaneously perform the functions of heat storage and heat transfer medium, it is preferable to use a material having a low freezing point, a high vaporization point, and a high specific heat and density.
예를 들어, 상기 열전달 매체는 하이드로 플루오르 이써(HFE, Hydro fluoro ether), 에틸 퍼플루오르부틸 이써(Ethyl perfluorobutyl ether) 및 탄소 불소 화합물 중 선택되는 하나인 것으로, 탄소 불소 화합물은 C4F9OC2H5와 유사한 분자식을 갖는 화합물을 사용하는 것이 바람직하다.For example, the heat transfer medium is one selected from hydrofluoro ether (HFE), ethyl perfluorobutyl ether, and a carbon fluorine compound, and it is preferable to use a compound having a molecular formula similar to C 4 F 9 OC 2 H 5 as the carbon fluorine compound.
도 2는 본 발의 또 다른 실시예로 고효율 공기액화 에너지 저장시스템에 대하여 설명하도록 한다. 이때, 앞서 설명한 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하였으며, 동일한 구성요소들에 대한 상세한 설명은 앞서 설명한 것으로 대신한다.Fig. 2 is another embodiment of the present invention to explain a high-efficiency air liquefaction energy storage system. In this case, the same components described above are given the same numbers as much as possible even if they are shown in different drawings, and detailed descriptions of the same components are replaced with those described above.
도2를 참고하면, 고효율 공기액화 에너지 저장시스템은 액화 공기 형성부, 액화 공기 저장부 및 공기 발전 냉방부를 포함하도록 구성되며, 상기 고효율 공기액화 에너지 저장시스템은 두개의 열전달 매체가 상기 액화 공기 형성부 및 상기 공기 발전 냉방부를 순환하여 공기를 냉각 및 가열하는 것을 특징으로 한다. Referring to FIG. 2, a high-efficiency air liquefaction energy storage system is configured to include a liquefied air forming unit, a liquefied air storage unit, and an air power generation cooling unit, and the high-efficiency air liquefaction energy storage system is characterized in that two heat transfer media circulate through the liquefied air forming unit and the air power generation cooling unit to cool and heat the air.
상기 공기 발전 냉방부는 상기 액화 공기 저장부에 저장된 액화 공기를 냉각 및 발전하여 수요처로 공급하기 위하여 제1 기화기(104-1), 제2 기화기(104-2) 및 냉각기(109)를 포함하도록 구성될 수 있다.The above air power generation cooling unit may be configured to include a first vaporizer (104-1), a second vaporizer (104-2), and a cooler (109) to cool and generate liquefied air stored in the liquefied air storage unit and supply it to a demand source.
상세하게는, 상기 제1 기화기(104-1)는 상기 액화 공기 저장탱크(101)에 저장된 액화 공기를 열전달 매체와 열교환하여 가열하는 것으로, 상기 액화 공기를 1차 기화시킬 수 있다.In detail, the first vaporizer (104-1) heats the liquefied air stored in the liquefied air storage tank (101) by exchanging heat with a heat transfer medium, thereby allowing the liquefied air to be primarily vaporized.
상기 제1 기화기(104-1)에서 1차 기화된 공기는 제2 기화기(104-2)로 공급하는 것으로, 열전달 매체와 열교환하여 1차 기화된 공기를 2차 기화시킬 수 있다. The air that has been primarily vaporized in the first vaporizer (104-1) is supplied to the second vaporizer (104-2), and can be secondarily vaporized by exchanging heat with a heat transfer medium.
이때, 상기 제1 기화기(104-1)에서 열교환을 수행하는 열전달 매체와 상기 제2 기화기(104-2)에서 열교환을 수행하는 열전달 매체는 서로 상이한 열전달 매체를 사용하는 것이 바람직하다.At this time, it is preferable that the heat transfer medium performing heat exchange in the first vaporizer (104-1) and the heat transfer medium performing heat exchange in the second vaporizer (104-2) use different heat transfer media.
이에, 본 발명의 고효율 공기액화 에너지 저장 시스템을 서로 상이한 열전달 매체를 저장하기 위하여, 복수의 열전달 매체 저장탱크를 포함하도록 구성될 수 있다.Accordingly, the high-efficiency air liquefaction energy storage system of the present invention may be configured to include a plurality of heat transfer medium storage tanks to store different heat transfer media.
상세하게는, 상기 열전달 매체는 제1 열전달 매체 및 제2 열전달 매체를 포함하는 것으로, 상기 고효율 공기액화 에너지 저장 시스템 내 제1 기화기(104-1), 제2 기화기(104-2), 냉각기(109), 응축기(206) 및 예냉 열교환기(205)를 순환하며 공기와 열교환을 수행하는 것을 특징으로 한다.Specifically, the heat transfer medium includes a first heat transfer medium and a second heat transfer medium, and is characterized in that it circulates through a first vaporizer (104-1), a second vaporizer (104-2), a cooler (109), a condenser (206), and a pre-cooling heat exchanger (205) in the high-efficiency air liquefaction energy storage system and performs heat exchange with air.
이에, 상기 열전달 매체 저장탱크는 열전달 매체의 종류 및 온도에 따라 제3 열전달 매체 저장탱크(301), 제4 열전달 매체 저장탱크(304), 제5 열전달 매체 저장탱크(401), 제6 열전달 매체 저장탱크(404)를 포함하는 것을 특징으로 한다.Accordingly, the heat transfer medium storage tank is characterized by including a third heat transfer medium storage tank (301), a fourth heat transfer medium storage tank (304), a fifth heat transfer medium storage tank (401), and a sixth heat transfer medium storage tank (404) depending on the type and temperature of the heat transfer medium.
상세하게는, 제1 열전달 매체는 상기 제3 열전달 매체 저장탱크(301)에 저장되는 것으로, 상기 제3 열전달 매체 저장탱크(301)는 상기 예냉 열교환기(205)의 콜드 스트림과 제7 열전달 매체 공급라인으로 연결되고, 상기 냉각기(109)의 콜드 스트림과 제8 열전달 매체 공급라인으로 연결되며, 상기 냉각기(109)의 콜드 스트림은 제2 기화기(104-2)의 핫 스트림과 제9 열전달 매체 공급라인으로 연결되고, 상기 기화기(104-2)의 핫 스트림은 제4 열전달 매체 저장탱크(304)와 제 10 열전달 매체 공급라인으로 연결되며, 제4 열전달 매체 저장탱크(304)는 상기 예냉 열교환기(205)의 콜드 스트림과 제11 열전달 매체 공급라인으로 연결되는 것을 특징으로 한다.In detail, the first heat transfer medium is stored in the third heat transfer medium storage tank (301), the third heat transfer medium storage tank (301) is connected to the cold stream of the pre-cooling heat exchanger (205) and the seventh heat transfer medium supply line, and is connected to the cold stream of the cooler (109) and the eighth heat transfer medium supply line, the cold stream of the cooler (109) is connected to the hot stream of the second vaporizer (104-2) and the ninth heat transfer medium supply line, the hot stream of the vaporizer (104-2) is connected to the fourth heat transfer medium storage tank (304) and the tenth heat transfer medium supply line, and the fourth heat transfer medium storage tank (304) is characterized in that it is connected to the cold stream of the pre-cooling heat exchanger (205) and the eleventh heat transfer medium supply line.
이때, 제1 열전달 매체는 상기 예냉 열교환기(205)에서 열교환을 통해 가열되어 제3 열전달 매체 저장탱크(301)에 저장하고, 상기 제3 열전달 매체 저장탱크(301)에 저장된 제1 열전달 매체는 상기 냉각기(109)로 공급하여 상기 다단 팽창부를 통과한 공기와 열교환을 수행하는 것이 바람직하다. At this time, it is preferable that the first heat transfer medium be heated through heat exchange in the pre-cooling heat exchanger (205) and stored in the third heat transfer medium storage tank (301), and the first heat transfer medium stored in the third heat transfer medium storage tank (301) be supplied to the cooler (109) to perform heat exchange with the air passing through the multi-stage expansion unit.
이때, 상기 제3 열전달 매체 저장탱크(301)에 저장된 제1 열전달 매체를 상기 냉각기(109)로 공급하기 위하여 제8 열전달 매체 공급라인 상에 제3 열전달 매체 공급 펌프(302) 및 제3 열전달 매체 유량제어밸브(303)가 배치되는 것이 바람직하다.At this time, it is preferable that a third heat transfer medium supply pump (302) and a third heat transfer medium flow rate control valve (303) be arranged on the eighth heat transfer medium supply line to supply the first heat transfer medium stored in the third heat transfer medium storage tank (301) to the cooler (109).
상기 냉각기(109)로 공급 된 제1 열전달매체는 공기와 열교환하여 가열되는 것으로, 가열된 제1 열전달 매체는 제9 열전달 매체 공급라인을 따라 상기 제2 기화기(104-2)의 핫 스트림으로 공급하는 것이 바람직하다.The first heat transfer medium supplied to the cooler (109) is heated by heat exchange with air, and it is preferable to supply the heated first heat transfer medium to the hot stream of the second vaporizer (104-2) along the ninth heat transfer medium supply line.
상기 기화기(104)의 핫 스트림으로 공급된 제1 열전달 매체는 상기 기화기(104)의 콜드 스트림을 통과하는 저온의 공기와 열교환하는 것으로, 상기 제1 열전달 매체는 냉각되며, 냉각된 제1 열전달 매체는 제4 열전달 매체 저장탱크(304)로 공급하여 저장하는 것이 바람직하다. The first heat transfer medium supplied as a hot stream of the vaporizer (104) exchanges heat with low-temperature air passing through the cold stream of the vaporizer (104), so that the first heat transfer medium is cooled, and it is preferable to supply and store the cooled first heat transfer medium to the fourth heat transfer medium storage tank (304).
상기 제4 열전달 매체 저장탱크(304)에 저장된 열전달 매체는 상기 예냉 열교환기(205)의 콜드 스트림으로 공급하는 것으로, 상기 제11 열전달 매체 공급라인 상에 제4 열전달 매체 공급 펌프(305) 및 제4 열전달 매체 유량제어밸브(306)가 배치되는 것이 바람직하다.The heat transfer medium stored in the fourth heat transfer medium storage tank (304) is supplied to the cold stream of the pre-cooling heat exchanger (205), and it is preferable that a fourth heat transfer medium supply pump (305) and a fourth heat transfer medium flow rate control valve (306) are arranged on the eleventh heat transfer medium supply line.
한편, 제2 열전달 매체는 상기 응축기(206)에서 열교환을 통해 가열되어 상기 제5 열전달 매체 저장탱크(401)에 저장되는 것으로, 상기 제5 열전달 매체 저장탱크(401)는 상기 응축기(206)의 콜드 스트림과 제12 열전달 매체 공급라인으로 연결되고, 상기 제1 기화기(104-1)의 핫 스트림과 제13 열전달 매체 공급라인으로 연결되며, 상기 제1 기화기(104-1)의 핫 스트림은 제6 열전달 매체 저장탱크(404)와 제 15 열전달 매체 공급라인으로 연결되며, 제6 열전달 매체 저장탱크(404)는 상기 응축기(206의 콜드 스트림과 제16 열전달 매체 공급라인으로 연결되는 것을 특징으로 한다.Meanwhile, the second heat transfer medium is heated through heat exchange in the condenser (206) and stored in the fifth heat transfer medium storage tank (401). The fifth heat transfer medium storage tank (401) is connected to the cold stream of the condenser (206) and the 12th heat transfer medium supply line, and is connected to the hot stream of the first vaporizer (104-1) and the 13th heat transfer medium supply line. The hot stream of the first vaporizer (104-1) is connected to the sixth heat transfer medium storage tank (404) and the 15th heat transfer medium supply line, and the sixth heat transfer medium storage tank (404) is connected to the cold stream of the condenser (206) and the 16th heat transfer medium supply line.
이때, 상기 제5 열전달 매체 저장탱크(401)에 저장된 제2 열전달 매체를 상기 제1 기화기(104-1)로 공급하기 위하여 제3 열전달 매체 공급라인 상에 제5 열전달 매체 공급 펌프(402) 및 제5 열전달 매체 유량제어밸브(403)가 배치되는 것이 바람직하다.At this time, it is preferable that a fifth heat transfer medium supply pump (402) and a fifth heat transfer medium flow rate control valve (403) be arranged on the third heat transfer medium supply line to supply the second heat transfer medium stored in the fifth heat transfer medium storage tank (401) to the first vaporizer (104-1).
상기 제1 기화기(104-1)로 공급 된 제2 열전달매체는 공기와 열교환하여 냉각되는 것으로, 냉각된 제2 열전달 매체는 제14 열전달 매체 공급라인을 따라 제6 열전달 매체 저장탱크(404)로 공급하여 저장하는 것이 바람직하다. The second heat transfer medium supplied to the first vaporizer (104-1) is cooled by heat exchange with air, and it is preferable to supply and store the cooled second heat transfer medium to the sixth heat transfer medium storage tank (404) along the 14th heat transfer medium supply line.
상기 제6 열전달 매체 저장탱크(404)에 저장된 제2 열전달 매체는 상기 응축기(206)의 콜드 스트림으로 공급하는 것으로, 상기 제15 열전달 매체 공급라인 상에 제6 열전달 매체 공급 펌프(405) 및 제6 열전달 매체 유량제어밸브(406)가 배치되는 것이 바람직하다.The second heat transfer medium stored in the sixth heat transfer medium storage tank (404) is supplied to the cold stream of the condenser (206), and it is preferable that a sixth heat transfer medium supply pump (405) and a sixth heat transfer medium flow rate control valve (406) are arranged on the 15th heat transfer medium supply line.
한편, 상기 제1 열전달 매체 및 제2 열전달 매체는 액상으로 냉열을 저장할 수 있는 온도 구간을 기준으로 구분하는 것으로, 상기 제1 열전달 매체는 상기 제2 열전달 매체와 대비하여 액상으로 냉열을 저장할 수 있는 온도 구간이 더 높은 물질을 사용하는 것이 바람직하다. Meanwhile, the first heat transfer medium and the second heat transfer medium are distinguished based on the temperature range in which they can store cold heat in a liquid phase, and it is preferable that the first heat transfer medium uses a material having a higher temperature range in which cold heat can be stored in a liquid phase compared to the second heat transfer medium.
상세하게는, 상기 제1 열전달 매체는 액상으로 냉열을 저장할 수 있는 온도 구간이 높은 것으로, 알코올 화합물 중 선택되는 하나 일 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 열전달 매체는 메탄올 및 에탄올 중 선택되는 하나 일 수 있다.Specifically, the first heat transfer medium may be one selected from alcohol compounds, which has a high temperature range in which the liquid can store cold heat. For example, the second heat transfer medium may be one selected from methanol and ethanol.
상기 제2 열전달 매체는 액상으로 냉열을 저장할 수 있는 온도 구간이 상기 제1 열전달 매체의 온도 구간보다 낮은 것으로, 탄화수소계 물질 중 선택되는 하나 일 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 열전달 매체는 프로판 및 에탄 중 선택되는 하나 일 수 있다. The second heat transfer medium may be one selected from hydrocarbon-based materials, having a temperature range in which the second heat transfer medium can store cold heat in a liquid state lower than the temperature range of the first heat transfer medium. For example, the second heat transfer medium may be one selected from propane and ethane.
이하에는 고효율 공기액화 에너지 저장시스템의 제어방법에 대하여 설명하도록 한다.Below, a control method for a high-efficiency air liquefaction energy storage system is described.
본 발명에 일 실시예에 따른, 고효율 공기액화 에너지 저장시스템의 제어방법에 있어서, 대기로부터 액화 공기 형성부에 유입된 공기를 예냉 열교환기(205) 및 응축기(206)에 공급하여 액화 공기를 형성하는 액화공기 형성단계, 상기 형성된 액화 공기를 액화공기 저장부에 저장하는 액화 공기 저장단계 및 상기 액화 공기 저장부에 저장된 액화 공기를 공기 발전 냉방부의 기화기(104) 및 냉각기(109)에 공급하여 발전하고 냉각하여 수요처로 공급하는 공기 발전 냉방단계를 포함할 수 있다. In accordance with one embodiment of the present invention, a method for controlling a high-efficiency air liquefaction energy storage system may include a liquefied air forming step of forming liquefied air by supplying air introduced from the atmosphere into a liquefied air forming unit to a pre-cooling heat exchanger (205) and a condenser (206), a liquefied air storage step of storing the formed liquefied air in a liquefied air storage unit, and an air power generation and cooling step of supplying the liquefied air stored in the liquefied air storage unit to a vaporizer (104) and a cooler (109) of an air power generation and cooling unit to generate power and cool the air, and supply the same to a demand source.
이때, 상기 고효율 공기액화 에너지 저장 시스템은 하나의 열전달 매체가 상기 액화 공기 형성부 및 상기 공기 발전 냉방부를 순환하며 공기를 냉각 및 가열하는 열전달 매체 순환 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.At this time, the high-efficiency air liquefaction energy storage system is characterized by including a heat transfer medium circulation step in which one heat transfer medium circulates through the liquefied air forming unit and the air power generation cooling unit to cool and heat the air.
상기 액화 공기 형성단계는 대기로부터 유입된 공기를 예냉 열교환기(205)에 공급하여 열전달 매체와 열교환하여 1차 냉각하는 예냉단계, 상기 1차 냉각된 공기를 응축기(206)로 공급하여 열전달 매체와 열교환하여 응축된 액화 공기를 형성하는 응축단계 및 상기 응축된 액화 공기를 기액 분리기로 공급하여 액화 공기 및 기체 상태의 공기를 분리하는 기액분리단계를 포함할 수 있다.The above liquefied air forming step may include a precooling step of supplying air drawn in from the atmosphere to a precooling heat exchanger (205) and performing heat exchange with a heat transfer medium to perform primary cooling, a condensing step of supplying the primary cooled air to a condenser (206) and performing heat exchange with a heat transfer medium to form condensed liquefied air, and a gas-liquid separation step of supplying the condensed liquefied air to a gas-liquid separator to separate liquefied air and gaseous air.
이때, 상기 기액분리단계에서 분리된 액화 공기는 공기 발전 냉방부로 공급하여 공기 발전 냉방단계를 수행하고, 상기 기체 상태의 공기는 상기 응축기(206) 및 예냉 열교환기(205)로 재공급하여 가열 후 대기로 방출하는 것이 바람직하다.At this time, it is preferable that the liquefied air separated in the above-mentioned gas-liquid separation step be supplied to an air power generation and cooling unit to perform an air power generation and cooling step, and that the air in a gaseous state be re-supplied to the above-mentioned condenser (206) and pre-cooling heat exchanger (205) to be heated and then released into the atmosphere.
한편, 상기 예냉 열교환기(205)에서 1차 냉각된 공기 중 일부는 응축기(206)로 공급되고 일부는 2 공기 공급라인에서 분기되어 극저온 팽창기(207)로 공급되며, 극저온 팽창기(207)로 공급된 1차 냉각된 공기는 팽창되어 액화공기 온도보다도 낮아지고, 상기 기액 분리기(209)에서 분리되어져 액화공기 온도와 동일한 기체 상태의 공기와 흐름이 병합되어, 평균 온도가 액화공기 온도보다도 낮은 상태로 응축기(206)에 재공급 되어져 공기를 액화시키는 역할을 하고, 이후 연속적으로 공기는 예냉 열교환기(205)로 재공급되어 후단 냉각기(204) 이후 공기를 예냉시키는 역할을 한다.Meanwhile, some of the air that has been first cooled in the pre-cooling heat exchanger (205) is supplied to the condenser (206), and some of the air is branched off from the second air supply line and supplied to the cryogenic expander (207). The first cooled air supplied to the cryogenic expander (207) is expanded to have a temperature lower than that of the liquefied air, separated in the gas-liquid separator (209), and the flow is merged with the air in a gaseous state having the same temperature as that of the liquefied air, and is re-supplied to the condenser (206) in a state where the average temperature is lower than that of the liquefied air, thereby liquefying the air. Thereafter, the air is continuously re-supplied to the pre-cooling heat exchanger (205) to pre-cool the air after the rear cooler (204).
상기 공기 발전 냉방단계는 전력생산과 터빈 출구 청정공기를 활용한 지역냉방을 목적으로 하는 것으로, 기화단계, 발전단계 및 냉각단계를 포함할 수 있다.The above air power generation and cooling stage is intended for power generation and district cooling using clean air exiting the turbine, and may include a vaporization stage, a power generation stage, and a cooling stage.
상기 기화단계는 상기 액화 공기 저장탱크(101)에 저장되어 있는 액화 공기를 기화기(104)에 공급하는 것으로, 상기 제1 액화 공기펌프(102)를 통해 액화 공기를 가압하고, 가압된 액화 공기를 기화기(104)에 공급하여 기화시키는 것이 바람직하다. 이때, 상기 기화기(104)에 공급 된 가압된 액화 공기는 열전달 매체와 열교환을 통해 수행하는 것이 바람직하다.The above vaporization step is to supply the liquefied air stored in the liquefied air storage tank (101) to the vaporizer (104). It is preferable to pressurize the liquefied air through the first liquefied air pump (102) and supply the pressurized liquefied air to the vaporizer (104) to vaporize it. At this time, it is preferable that the pressurized liquefied air supplied to the vaporizer (104) performs heat exchange with a heat transfer medium.
상기 발전단계는 기화 된 기체상태의 공기를 제1 히터(105), 제1 터빈(106), 제2 히터(107) 및 제2 터빈(108)를 통해 공기를 가열 및 팽창을 반복하여 다단 팽창하는 것이 바람직하다. It is preferable that the above-mentioned development stage performs multi-stage expansion by repeatedly heating and expanding the vaporized gaseous air through the first heater (105), the first turbine (106), the second heater (107), and the second turbine (108).
상기 냉각단계는 상기 다단 팽창된 공기를 열전달 매체와 열교환하여 냉각하는 것으로, 상기 냉각된 공기는 수요처로 공급하게 된다.The above cooling step cools the multi-stage expanded air by exchanging heat with a heat transfer medium, and the cooled air is supplied to the demand source.
상기 열전달 매체 순환단계는 상기 고효율 공기액화 에너지 저장 시스템 내 기화기(104), 냉각기(109), 응축기(206) 및 예냉 열교환기(205)를 순환하며 공기와 열교환을 수행하는 것으로, 상기 예냉 열교환기(205)를 통과하며 가열된 열전달 매체를 제1 열전달 매체 저장탱크(501)에 저장하는 제1 열전달 매체 저장단계 및 상기 냉각기(109) 및 기화기(104)를 통과하며 냉각된 열전달 매체를 제2 열전달 매체 저장탱크(504)에 저장하는 제2 열전달 매체 저장단계를 포함하고, 상기 제2 열전달 매체 저장탱크(504)에 저장된 냉각된 열전달 매체는 상기 응축기(206) 및 예냉 열교환기(205)에 순차적으로 공급하는 것을 특징으로 한다. The above heat transfer medium circulation step is characterized in that it circulates through the vaporizer (104), cooler (109), condenser (206) and pre-cooling heat exchanger (205) in the high-efficiency air liquefaction energy storage system to perform heat exchange with air, and includes a first heat transfer medium storage step of storing the heat transfer medium heated while passing through the pre-cooling heat exchanger (205) in a first heat transfer medium storage tank (501), and a second heat transfer medium storage step of storing the heat transfer medium cooled while passing through the cooler (109) and vaporizer (104) in a second heat transfer medium storage tank (504), and the cooled heat transfer medium stored in the second heat transfer medium storage tank (504) is sequentially supplied to the condenser (206) and the pre-cooling heat exchanger (205).
상세하게는, 상기 예냉 열교환기(205)에서 열교환을 통해 가열된 열전달 매체는 제1 열전달 매체 저장탱크(501)에 저장되고, 상기 제1 열전달 매체 저장탱크(501)에 저장된 열전달 매체는 상기 냉각기(109)로 공급하여 상기 다단 팽창부를 통과한 공기와 열교환을 수행하게 된다.Specifically, the heat transfer medium heated through heat exchange in the pre-cooling heat exchanger (205) is stored in the first heat transfer medium storage tank (501), and the heat transfer medium stored in the first heat transfer medium storage tank (501) is supplied to the cooler (109) to perform heat exchange with the air passing through the multi-stage expansion unit.
또한, 상기 냉각기(109)로 공급 된 열전달매체는 공기와 열교환하여 가열하는 것으로, 가열된 열전달 매체는 제3 열전달 매체 공급라인을 따라 상기 기화기(104)의 핫 스트림으로 공급하게 된다.In addition, the heat transfer medium supplied to the cooler (109) is heated by heat exchange with air, and the heated heat transfer medium is supplied to the hot stream of the vaporizer (104) along the third heat transfer medium supply line.
이후, 상기 기화기(104)의 핫 스트림으로 공급된 열전달 매체는 상기 기화기(104)의 콜드 스트림을 통과하는 저온의 공기와 열교환하는 것으로, 상기 열전달 매체는 냉각되며, 냉각된 열전달 매체는 제2 열전달 매체 저장탱크(504)로 공급하여 저장하게 된다.Thereafter, the heat transfer medium supplied to the hot stream of the vaporizer (104) exchanges heat with the low-temperature air passing through the cold stream of the vaporizer (104), thereby cooling the heat transfer medium, and the cooled heat transfer medium is supplied to the second heat transfer medium storage tank (504) and stored.
또한, 상기 제2 열전달 매체 저장탱크(504)에 저장된 열전달 매체는 상기 응축기(206)의 콜드 스트림으로 공급하여 가열되고, 상기 응축기(206)의 콜드 스트림에서 열교환하여 가열된 열전달 매체는 예냉 열교환기(205)로 공급하여 가열하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the heat transfer medium stored in the second heat transfer medium storage tank (504) is heated by supplying it to the cold stream of the condenser (206), and the heat transfer medium heated by heat exchange in the cold stream of the condenser (206) is heated by supplying it to the pre-cooling heat exchanger (205).
예를 들어, 하나의 열전달 매체로 HFE-7200를 적용하는 경우, 기화기(104)는 분할되지 않고 하나로 통합되어 사용된다. 또한, 열전달 매체를 하나만 사용할 때에도 냉각기(109)활용은 필수로 사용하게 된다. HFE-7200은 공기액화 공정에서 예냉 열교환기(205)를 통해 배출되는 공기 온도를 결정하기 위하 가열되어 제1 열전달 매체 저장탱크(501)에 저장된다. For example, when HFE-7200 is applied as a single heat transfer medium, the vaporizer (104) is not divided but is integrated and used as one. In addition, even when only one heat transfer medium is used, the cooler (109) is necessarily used. HFE-7200 is heated and stored in the first heat transfer medium storage tank (501) to determine the temperature of the air discharged through the pre-cooling heat exchanger (205) in the air liquefaction process.
상기 저장된 HFE-7200은 발전공정에서 상기 냉각기(109)에서 가열되면서 청정공기를 통한 냉방 조건을 결정하고, 이후 상기 기화기(104)에 냉각되어 제2 열전달 매체 저장탱크(504)에 극저온의 액체상태롤 저장된다. The above stored HFE-7200 is heated in the cooler (109) during the power generation process to determine cooling conditions using clean air, and then cooled in the vaporizer (104) and stored in a cryogenic liquid state in the second heat transfer medium storage tank (504).
또한, 상기 응축기(206)에 냉열을 공급해 공기 액화에 필요한 총 냉열 중 일부를 담당하는 역할을 하고, 이후 예냉 열교환기(205)에 다시 보내어지는 방식으로 계속 순환된다.In addition, it supplies cold heat to the condenser (206) to play a role in taking charge of a portion of the total cold heat required for air liquefaction, and then continues to circulate by being sent back to the pre-cooling heat exchanger (205).
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 고효율 공기액화 에너지 저장시스템의 제어방법은 대기로부터 액화 공기 형성부에 유입된 공기를 예냉 열교환기(205) 및 응축기(206)에 공급하여 액화 공기를 형성하는 액화공기 형성단계, 상기 형성된 액화 공기를 액화 공기 저장부에 저장하는 액화 공기 저장단계 및 상기 액화 공기 저장부에 저장된 액화 공기를 공기 발전 냉방부의 제1 기화기(104-1), 제2 기화기(104-2) 및 냉각기(109)에 공급하여 냉각하고 발전하여 수요처로 공급하는 공기 발전 냉방단계를 포함할 수 있다. According to another embodiment of the present invention, a control method for a high-efficiency air liquefaction energy storage system may include a liquefied air forming step of forming liquefied air by supplying air introduced from the atmosphere into a liquefied air forming unit to a pre-cooling heat exchanger (205) and a condenser (206), a liquefied air storage step of storing the formed liquefied air in a liquefied air storage unit, and an air power generation and cooling step of supplying the liquefied air stored in the liquefied air storage unit to a first vaporizer (104-1), a second vaporizer (104-2), and a cooler (109) of an air power generation and cooling unit to cool and generate power, and supplying the same to a demand source.
이때, 상기 고효율 공기액화 에너지 저장 시스템은 제1 열전달 매체 및 제2 열전달 매체가 상기 액화 공기 형성부 및 상기 공기 발전 냉방부를 순환하며 공기를 냉각 및 가열하는 열전달 매체 순환 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.At this time, the high-efficiency air liquefaction energy storage system is characterized by including a heat transfer medium circulation step in which the first heat transfer medium and the second heat transfer medium circulate through the liquefied air forming unit and the air power generation cooling unit to cool and heat the air.
상기 열전달 매체 순환 단계는 상기 고효율 공기액화 에너지 저장 시스템 내 제1 기화기(104-1), 제2 기화기(104-2), 냉각기(109), 응축기(206) 및 예냉 열교환기(205)를 순환하며 공기와 열교환을 수행하는 것으로, 상기 열전달 매체 순환 단계는 상기 예냉 열교환기(205)를 통과하며 가열된 제1 열전달 매체를 제3 열전달 매체 저장탱크(301)에 저장하는 제3 열전달 매체 저장단계,상기 제3 열전달 매체 저장탱크(301)와 연결되고, 상기 냉각기(109) 및 제2 기화기(104-2)를 통과하며 냉각된 제1 열전달 매체를 제4 열전달 매체 저장탱크(304)에 저장하는 제4 열전달 매체 저장단계, 상기 응축기(206)를 통과하며 가열된 제2 열전달 매체를 제5 열전달 매체 저장탱크(401)에 저장하는 제5 열전달 매체 저장단계 및 상기 제5 열전달 매체 저장탱크(401)와 연결되고, 제1 기화기(104-1)를 통과하며 냉각 된 제2 열전달 매체를 제6 열전달 매체 저장탱크(404)에 저장하는 제6 열전달 매체 저장단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The heat transfer medium circulation step is to perform heat exchange with air by circulating through the first vaporizer (104-1), the second vaporizer (104-2), the cooler (109), the condenser (206) and the pre-cooling heat exchanger (205) in the high-efficiency air liquefaction energy storage system, and the heat transfer medium circulation step is to store the first heat transfer medium heated by passing through the pre-cooling heat exchanger (205) in a third heat transfer medium storage tank (301), a fourth heat transfer medium storage step connected to the third heat transfer medium storage tank (301) and storing the first heat transfer medium cooled by passing through the cooler (109) and the second vaporizer (104-2) in a fourth heat transfer medium storage tank (304), and a fifth heat transfer medium heated by passing through the condenser (206). It is characterized by including a fifth heat transfer medium storage step for storing in a storage tank (401) and a sixth heat transfer medium storage step for storing a second heat transfer medium that is connected to the fifth heat transfer medium storage tank (401) and cooled by passing through a first vaporizer (104-1) in a sixth heat transfer medium storage tank (404).
이때, 상기 제4 열전달 매체 저장탱크(304)에 저장된 제1 열전달 매체는 예냉 열교환기(205)로 공급하고, 상기 제6 열전달 매체 저장탱크(404)에 저장된 제2 열전달 매체는 응축기(206)로 공급하는 것이 바람직하다.At this time, it is preferable that the first heat transfer medium stored in the fourth heat transfer medium storage tank (304) be supplied to the pre-cooling heat exchanger (205), and the second heat transfer medium stored in the sixth heat transfer medium storage tank (404) be supplied to the condenser (206).
상세하게는, 제1 열전달 매체는 상기 예냉 열교환기(205)에서 열교환을 통해 가열되어 제3 열전달 매체 저장탱크(301)에 저장하고, 상기 제3 열전달 매체 저장탱크(301)에 저장된 제1 열전달 매체는 상기 냉각기(109)로 공급하여 상기 다단 팽창부를 통과한 공기와 열교환을 수행하게 된다. In detail, the first heat transfer medium is heated through heat exchange in the pre-cooling heat exchanger (205) and stored in the third heat transfer medium storage tank (301), and the first heat transfer medium stored in the third heat transfer medium storage tank (301) is supplied to the cooler (109) to perform heat exchange with air passing through the multi-stage expansion unit.
이때, 상기 냉각기(109)로 공급 된 제1 열전달매체는 공기와 열교환하여 가열되는 것으로, 가열된 제1 열전달 매체는 제9 열전달 매체 공급라인을 따라 상기 제2 기화기(104-2)의 핫 스트림으로 공급하게 된다.At this time, the first heat transfer medium supplied to the cooler (109) is heated by heat exchange with air, and the heated first heat transfer medium is supplied to the hot stream of the second vaporizer (104-2) along the ninth heat transfer medium supply line.
또한, 상기 기화기(104)의 핫 스트림으로 공급된 제1 열전달 매체는 상기 기화기(104)의 콜드 스트림을 통과하는 저온의 공기와 열교환하는 것으로, 상기 제1 열전달 매체는 냉각되며, 냉각된 제1 열전달 매체는 제4 열전달 매체 저장탱크(304)로 공급하여 저장하고, 상기 제4 열전달 매체 저장탱크(304)에 저장된 제1 열전달 매체는 상기 예냉 열교환기(205)의 콜드 스트림으로 공급하는 것이 바람직하다.In addition, the first heat transfer medium supplied as a hot stream of the vaporizer (104) exchanges heat with low-temperature air passing through the cold stream of the vaporizer (104), so that the first heat transfer medium is cooled, and the cooled first heat transfer medium is supplied to and stored in a fourth heat transfer medium storage tank (304), and it is preferable that the first heat transfer medium stored in the fourth heat transfer medium storage tank (304) is supplied to the cold stream of the precooling heat exchanger (205).
한편, 제2 열전달 매체는 상기 응축기(206)에서 열교환을 통해 가열되어 상기 제5 열전달 매체 저장탱크(401)에 저장되는 것으로, 상기 제5 열전달 매체 저장탱크(401)에 저장된 제2 열전달 매체를 상기 제1 기화기(104-1)로 공급하게 된다.Meanwhile, the second heat transfer medium is heated through heat exchange in the condenser (206) and stored in the fifth heat transfer medium storage tank (401), and the second heat transfer medium stored in the fifth heat transfer medium storage tank (401) is supplied to the first vaporizer (104-1).
이때, 상기 제1 기화기(104-1)로 공급 된 제2 열전달매체는 공기와 열교환하여 냉각되는 것으로, 냉각된 제2 열전달 매체는 제6 열전달 매체 저장탱크(404)로 공급하여 저장하고, 상기 제6 열전달 매체 저장탱크(404)에 저장된 제2 열전달 매체는 상기 응축기(206)의 콜드 스트림으로 공급하는 것이 바람직하다.At this time, the second heat transfer medium supplied to the first vaporizer (104-1) is cooled by heat exchange with air, and the cooled second heat transfer medium is supplied to the sixth heat transfer medium storage tank (404) and stored, and it is preferable that the second heat transfer medium stored in the sixth heat transfer medium storage tank (404) is supplied to the cold stream of the condenser (206).
예를 들어, 열전달 매체로 메탄올 및 프로판을 적용하는 경우 공기액화 공정의 예냉을 위한 예냉 열교환기(205)에서 메탄올의 출구 온도(S301)를 배출공기 온도보다 낮도록 설정하여 제3 열전달 매체 저장탱크(301)에 액상으로 저장한다.For example, when methanol and propane are used as heat transfer media, the outlet temperature (S301) of methanol in the precooling heat exchanger (205) for precooling the air liquefaction process is set to be lower than the exhaust air temperature, and is stored in a liquid state in the third heat transfer medium storage tank (301).
저장된 액상의 메탄올은 펌프가압하고 제3 유량제어밸브(303)에 의해 유량이 조절되어 냉각기(109)로 흐르며, 간접 열교환 방식에 의해 공기는 배출 온도(S109)가 정해지고, 수요처까지의 이송에 따른 차압을 고려하여 배출공기 압력 제어밸브(110)에 의해 압력을 조절하여 수요처로 공급하게 된다.The stored liquid methanol is pumped and the flow rate is controlled by the third flow control valve (303) and flows to the cooler (109). The air has a discharge temperature (S109) determined by the indirect heat exchange method, and the pressure is controlled by the discharge air pressure control valve (110) in consideration of the differential pressure due to transport to the demand location, and is supplied to the demand location.
또한, 냉각기(109)로 냉열을 주면서 온도가 상승한 메탄올은 제2 기화기(104-2)로 공급하여 냉각되는 것으로, 상기 냉각된 메탄올은 액체 상태로 제4 열전달 매체 저장탱크(304)에 저장된다.In addition, methanol whose temperature has increased while providing cooling heat to the cooler (109) is supplied to the second vaporizer (104-2) and cooled, and the cooled methanol is stored in a liquid state in the fourth heat transfer medium storage tank (304).
상기 제4 열전달 매체 저장탱크(304)에 저장된 메탄올은 공기액화 공정의 예냉을 위한 냉열로 활용되는 것으로 계속 순환하게 된다.The methanol stored in the fourth heat transfer medium storage tank (304) is continuously circulated to be used as cold heat for precooling the air liquefaction process.
이하 본 발명을 실시예 및 실험예를 통하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 단 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명이 하기 실시예 및 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail through examples and experimental examples. However, the following examples and experimental examples are only intended to illustrate the present invention, and the present invention is not limited to the following examples and experimental examples.
표 1 내지 표 5는 고효율 공기액화 에너지 저장 시스템에 적용하는 열전달 매체에 따른 공정 조건 및 결과를 나타낸 것이다. 이때, 공정 결과는 공기 발전 공정을 통해 1MWh 출력에너지 생산에 필요한 공정 조건을 aspen HYSYS에 적용하여 얻은 결과이다.Tables 1 to 5 show the process conditions and results according to the heat transfer medium applied to the high-efficiency air liquefaction energy storage system. In this case, the process results are the results obtained by applying the process conditions required to produce 1MWh output energy through the air power generation process to aspen HYSYS.
표 1은 액체 공기 조성비 및 공기 발전 공정 경계 조건을 나타낸 것이며, 표 2는 aspen HYSYS로 해석한 1MWh급 공기 발전 공정의 열 및 물질 수지를 나타낸 것이고, 표 3은 열교환 과정의 열량을 나타낸 것이다. 또한, 표 4는 1MWe급 공기 발전 공정의 기화과정에서 열전달 매체의 변화이 따른 온도, 유량 및 열에 대하여 나타냈으며, 표 5는 공기 발전 공정을 통한 1MWh 출력에너지 생산에 필요한 냉열저장 물질의 부피 계산 결과를 나타낸 것이다.Table 1 shows the liquid air composition ratio and the air power generation process boundary conditions, Table 2 shows the heat and mass balance of the 1MWh air power generation process analyzed by Aspen HYSYS, and Table 3 shows the heat amount of the heat exchange process. In addition, Table 4 shows the temperature, flow rate, and heat according to the change in the heat transfer medium in the vaporization process of the 1MWe air power generation process, and Table 5 shows the results of calculating the volume of cold storage material required to produce 1MWh output energy through the air power generation process.
(Mole Frac.)Liquid air composition ratio
(Mole Frac.)
경계 조건Air power generation process
Boundary conditions
액
체
공
기
/
공
기
liquid
sifter
ball
energy
/
ball
energy
탄
올mail
burnt
all
로
판print
as
board
/공기liquid air
/air
입구 압력
[bar_Abs.]carburetor
Inlet pressure
[bar_Abs.]
출구 압력
[bar_Abs.]carburetor
outlet pressure
[bar_Abs.]
입구 온도
[℃]carburetor
Inlet temperature
[℃]
출구 온도
[℃]carburetor
outlet temperature
[℃]
[kg/s]flux
[kg/s]
(Heat)
[kWth]heat
(Heat)
[kW th ]
Working FluidFor power generation
Working Fluid
-7200HFE
-7200
입구 압력
[bar_Abs.]Carburetor 1
Inlet pressure
[bar_Abs.]
출구 압력
[bar_Abs.]Carburetor 1
outlet pressure
[bar_Abs.]
입구 온도
[℃]Carburetor 1
Inlet temperature
[℃]
출구 온도
[℃]Carburetor 1
outlet temperature
[℃]
입구 압력
[bar_Abs.]Second carburetor
Inlet pressure
[bar_Abs.]
출구 압력
[bar_Abs.]Second carburetor
outlet pressure
[bar_Abs.]
입구 온도
[℃]Second carburetor
Inlet temperature
[℃]
출구 온도
[℃]Second carburetor
outlet temperature
[℃]
물질Cold storage
substance
종류Storage tank
type
저장량
[kg]necessary
Storage capacity
[kg]
물질 밀도
[kg/m3]At storage tank temperature
Material density
[kg/m 3 ]
저장 부피
[m3]Tank Star
Storage volume
[m 3 ]
[m3]Total storage volume
[m 3 ]
실시예1. 고효율 공기액화 에너지 저장 시스템에 메탄올 및 프로판을 열전달 매체로 적용하는 경우Example 1. Application of methanol and propane as heat transfer media in a high-efficiency air liquefaction energy storage system
공기액화 공정 구성은 기존과 크게 다르지 않아 생산된 액화공기의 조성비를 표 1과 같이 반영하였으며, 발전공정의 경계조건을 표 1에 개시하였다. 이때, 공기 발전공정에 중점을 두었다The composition of the air liquefaction process is not much different from the existing one, so the composition ratio of the produced liquefied air is reflected as shown in Table 1, and the boundary conditions of the power generation process are disclosed in Table 1. At this time, the focus was on the air power generation process.
상기 경계조건에서 청정공기 배출온도는 11℃로 터빈 운전조건과 상관없이 독립적으로 제어되어야 하며, 이를 위한 메탄올의 사용은 가열과 냉각과정을 거치면서 적절한 균형을 유지해야 한다. 이때, 발전용량을 1MWe급으로 고정하여 상용코드 Aspen HYSYS로 해석하였으며, 열 및 물질 수지를 표 2에 제시하였다.Under the above boundary conditions, the clean air exhaust temperature should be controlled independently at 11℃ regardless of the turbine operating conditions, and the use of methanol for this purpose should be properly balanced through the heating and cooling processes. At this time, the power generation capacity was fixed at 1MWe and analyzed using the commercial code Aspen HYSYS, and the heat and material balances are presented in Table 2.
표 2를 참고하면, 터빈 최종출구 온도가 터빈 입구온도 및 팽창비에 따라 25.7℃로 결정되었지만, 이후 냉각기(109)에 의해 출구온도가 11℃로 온도가 낮아졌으며, 이는 터빈 운전조건에 영향을 받지 않고, 액상의 메탄올이 저장된 제1 열전달 매체 저장탱크(301)의 온도에 의해 결정되어짐을 알수 있다.Referring to Table 2, it can be seen that the turbine final outlet temperature was determined to be 25.7°C according to the turbine inlet temperature and expansion ratio, but the outlet temperature was then lowered to 11°C by the cooler (109), and that this was determined by the temperature of the first heat transfer medium storage tank (301) in which liquid methanol was stored, and was not affected by the turbine operating conditions.
메탄올은 공기출구 온도를 위한 냉각기능을 수행함으로서 냉각기(109) 출구 온도가 11.9℃ 상승하여 21.9℃되었지만, 다시 제2 기화기(104-2)에 의해 -48℃로 냉각되어 저장된다. Methanol performs a cooling function for the air outlet temperature, so that the outlet temperature of the cooler (109) rises by 11.9°C to 21.9°C, but is then cooled to -48°C by the second vaporizer (104-2) and stored.
이때, -48℃ 메탄올 온도는 프로판과 메탄올 2개의 열전달 매체(액상 냉열저장물질)를 활용하기 위한 설정온도(set point)이며, 메탄올이 냉각기(109)에 활용된 것에는 크게 영향을 받지 않는다.At this time, the -48℃ methanol temperature is the set point for utilizing two heat transfer media (liquid cold storage material) of propane and methanol, and is not significantly affected by the use of methanol in the cooler (109).
다만, 설정온도를 유지하면서 냉각기(109)에 활용에 따른 메탄올 유량은 변하게 된다.However, while maintaining the set temperature, the methanol flow rate in the cooler (109) changes depending on the use.
메탄올 유량증가에 따른 펌프 출력증가는 아주 미미하며, 액화공정에서 메탄올의 예냉 열교환기(205) 출구온도가 영향을 주는 액화공정의 공기배출온도의 변화 또한 대기로 배출되는 공기 조건이기 때문에 무시할 수 있다. The increase in pump output due to the increase in methanol flow rate is very small, and the change in the air discharge temperature of the liquefaction process, which is affected by the outlet temperature of the methanol pre-cooling heat exchanger (205) in the liquefaction process, can also be ignored because it is a condition of air discharged to the atmosphere.
즉, 발전공정에서 메탄올의 냉각기(109)활용을 통해 청정공기 배출조건을 독립적으로 하기 위하여 메탄올의 유량 변화 및 공기 액화 공정에서의 공기의 배출온도는 우려할 만한 사안은 아니라고 할 수 있다.That is, in order to independently achieve clean air emission conditions through the use of a methanol cooler (109) in the power generation process, it can be said that changes in the flow rate of methanol and the emission temperature of air in the air liquefaction process are not issues of concern.
도 2에 개시한 바와 같이 제1 기화기(104-1), 제2 기화기(104-2), 냉각기(109) 총 3대의 열교환기 활용에 따른 1MWe급 발전공정의 실시예에서 공기와 프로판 및 메탄올의 열교환 과정에서의 열량을 표 3에 나타내었다.As shown in Fig. 2, in an example of a 1 MWe-class power generation process utilizing three heat exchangers, including a first vaporizer (104-1), a second vaporizer (104-2), and a cooler (109), the amount of heat in the heat exchange process between air, propane, and methanol is shown in Table 3.
표 3을 참고하면, 공기액화 공정에서 전처리 과정(공기 중 수분, 이산화탄소, 불순물 및 미세먼지 제거 등)을 통해 정제한 청정공기를 발전 후 냉방에 활용하기 위하여 81.3KWth의 열을 제거하였으며, 열교환 과정의 총열 및 전처리과정에 소요된 전기 에너지를 고려하면 큰 비중을 차지하지 않는다고 할 수 있다.Referring to Table 3, in the air liquefaction process, 81.3 kW th of heat was removed from the purified air through the pretreatment process (removal of moisture, carbon dioxide, impurities, and fine dust in the air, etc.) to be used for cooling after power generation. Considering the total heat of the heat exchange process and the electric energy consumed in the pretreatment process, it can be said that it does not account for a large proportion.
실시예2. 고효율 공기액화 에너지 저장 시스템에 HFE-7200을 열전달 매체로 적용하는 경우Example 2. Application of HFE-7200 as a heat transfer medium in a high-efficiency air liquefaction energy storage system
HFE-7200을 열전달 매체를 사용하는 경우 프로판 및 메탄올을 사용할 때와 동일한 조건에서 단순비교하기 위하여 최종 입구 온도를 -138℃로 가정하고, 최종 출구 온도를 21.9℃로 가정하여 계산하였으며, 그에 대한 결과를 표 4에 개시하였다.When using HFE-7200 as a heat transfer medium, in order to simply compare the results under the same conditions as when using propane and methanol, the final inlet temperature was assumed to be -138℃ and the final outlet temperature was assumed to be 21.9℃, and the calculations were performed, and the results are disclosed in Table 4.
표 4를 참고하면, 하나의 열전달 매체(냉열저장물질)을 사용하는 경우 두 개를 사용하였을 때와 대비하여 유량이 많아지나 저장 부피는 줄어드는 것을 확인 할 수 있다. HFE-7200의 비열이 프로판/메탄올에 비해 비열이 작기 때문이다.Referring to Table 4, it can be seen that when one heat transfer medium (cooling storage material) is used, the flow rate increases but the storage volume decreases compared to when two are used. This is because the specific heat of HFE-7200 is lower than that of propane/methanol.
또한, 1MWe급 발전공정을 1시간 운전하여 1MEh의 출력에너지를 내기 위한 열전달 매체(냉열저장물질)별 필요한 체적을 계산하여 표 5에 대기하였다. In addition, the required volume of each heat transfer medium (cold storage material) to operate a 1 MWe power generation process for 1 hour and generate 1 MEh of output energy was calculated and listed in Table 5.
표 5를 참고하면 프로판/메탄올을 사용할 때 저장부피는 프로판의 밀도에 크게 의존하는데 HFE-7200의 밀도는 프로판의 2.63배로, HFE-7200을 사용하였을 때 저장부피는 프로판/메탄올 사용 대비 이론적 계산으로 42.83%로 나타났다. Referring to Table 5, when using propane/methanol, the storage volume is greatly dependent on the density of propane. The density of HFE-7200 is 2.63 times that of propane, so when HFE-7200 was used, the storage volume was found to be 42.83% of the theoretical calculation compared to when using propane/methanol.
이에, HFE-7200의 사용에 따른 저온 조건에 제약이 있지만 저장탱크 수를 감소시킬 수 있고, 저장부피를 50%이하로 줄일 수 있음을 확인 할 수 있다. Accordingly, it can be confirmed that although there are limitations in low-temperature conditions due to the use of HFE-7200, the number of storage tanks can be reduced and the storage volume can be reduced by less than 50%.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 액상의 냉열 저장 물질을 활용한 고효율 공기액화 에너지 저장 시스템 및 이의 제어방법을 제공하는 효과가 있다.As described above, the present invention has the effect of providing a high-efficiency air liquefaction energy storage system utilizing a liquid cold storage material and a control method thereof.
상세하게는, 프로판 및 메탄올을 공기액화 에너지 저장 시스템(LAES)에 적용하여 냉열저장 및 열전달 매체로 사용하고, 지역냉방 및 청정공기로 활용할 수 있는 액상의 냉열 저장 물질을 활용한 고효율 공기액화 에너지 저장 시스템 및 이의 제어방법을 제공하는 효과가 있다.Specifically, the present invention provides a high-efficiency air liquefaction energy storage system using a liquid liquefaction energy storage material that can be used as a cold storage and heat transfer medium by applying propane and methanol to a liquid air liquefaction energy storage system (LAES), and a control method thereof that can be used as district cooling and clean air.
또한, 프로판 및 메탄올을 공기액화 에너지 저장 시스템에 적용함에 따라 부가적 전력소비 없이 수요처의 요구조건에 맞는 청정공기를 통한 지역냉방을 수행할 수 있으며 발전공정에서 터빈 운전조건의 자유도를 높이는 효과가 있다.In addition, by applying propane and methanol to the air liquefaction energy storage system, district cooling can be performed using clean air that meets the requirements of the demand site without additional power consumption, and the degree of freedom in turbine operation conditions in the power generation process can be increased.
또한, HFE 계열 물질을 공기액화 에너지 저장 시스템(LAES)에 적용하여 냉열저장 및 열전달 매체로 사용하고, 지역냉방 및 청정공기로 활용할 수 있는 액상의 냉열 저장 물질을 활용한 고효율 공기액화 에너지 저장 시스템 및 이의 제어방법을 제공하는 효과가 있다.In addition, there is an effect of providing a high-efficiency air liquefaction energy storage system using a liquid cold storage material that can be used as a cold storage and heat transfer medium by applying HFE series materials to a liquid air liquefaction energy storage system (LAES), and a control method thereof that can be used as district cooling and clean air.
또한, HFE 계열 물질을 공기액화 에너지 저장 시스템(LAES)에 적용함에 따라 환경적 문제를 해소할 수 있으며, 밀도가 높은 하나의 물질로 냉열저장 및 열전달 매체 역할을 수행함으로서 소요 부지를 감소하고 저장부피를 줄여 설비투자비를 감소시키는 효과가 있다.In addition, by applying HFE series materials to liquid air energy storage systems (LAES), environmental issues can be resolved, and by performing the role of cold storage and heat transfer medium with a single high-density material, the required land area can be reduced, storage volume can be reduced, and facility investment costs can be reduced.
또한, HFE는 화학적으로 안정된 상태로 화재나 폭발의 위험성이 낮은 것으로, 운전 중 가스 누수가 발생하더라도 대형사고로 이어지지 않는 효과가 있다.In addition, HFE is chemically stable and has a low risk of fire or explosion, so even if a gas leak occurs during operation, it does not lead to a major accident.
또한, 열전달 매체(냉열 저장 물질)을 시스템에 순환시팀에 따라 냉각수 순환을 위한 냉각탑을 활용하거나 별도의 냉각기를 사용하지 않아 추가적인 설비투자 및 에너지 소비가 필요하지 않아 경제적이다.In addition, it is economical because it does not require additional facility investment or energy consumption as it does not utilize a cooling tower for cooling water circulation or a separate chiller depending on the circulating heat transfer medium (cold storage material) in the system.
또한, 터빈 출구의 공기온도가 지역냉방을 위한 최종 배출온도와 독립될 수 있어 터빈 운전조건에 자유도를 부여하여 안정적인 발전공정 운전이 가능하다는 효과가 있다.In addition, the air temperature at the turbine outlet can be independent of the final exhaust temperature for district cooling, which provides freedom in turbine operating conditions and enables stable power generation process operation.
또한, 지역냉방을 위한 최종 배출온도를 아주 낮은 온도로 공급가능 하다는 효과가 있다.In addition, it has the effect of being able to supply the final exhaust temperature for district cooling at a very low temperature.
본 명세서에서는 본 발명자들이 수행한 다양한 실시예 가운데 몇 개의 예만을 들어 설명하는 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고, 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.Although this specification describes only a few examples among various embodiments performed by the inventors of the present invention, the technical idea of the present invention is not limited or restricted thereto, and can be modified and implemented in various ways by those skilled in the art.
101: 액화 공기 저장탱크, 102: 제1 액화 공기 펌프, 103: 제1 유량제어밸브, 104: 기화기, 104-1: 제1 기화기, 104-2: 제2 기화기, 105: 제1 히터, 106: 제1 터빈, 107: 제2 히터, 108: 제2 터빈, 110: 배출 공기 압력 제어밸브
201: 저압 압축기, 202: 중간 냉각기, 203: 고압 압축기, 204: 후단 냉각기, 205: 예냉 열교환기, 206: 응축기, 207: 극저온 팽창기, 208: 줄-톰슨 밸브, 209: 기액 분리기
301:제3 열전달 매체 저장탱크, 302:제3 열전달 매체 공급펌프, 303: 제3 열전달 매체 유량제어밸브, 304: 제4 열전달 매체 저장탱크, 305: 제4 열전달 매체 공급펌프, 306: 제4 열전달 매체 유량제어밸브
401: 제5 열전달 매체 저장탱크, 402: 제5 열전달 매체 공급펌프, 403: 제5 열전달 매체 유량제어밸브, 404: 제6 열전달 매체 저장탱크, 405: 제6 열전달 매체 공급펌프, 406: 제6 열전달 매체 유량제어밸브
501: 제1 열전달 매체 저장탱크, 502: 제1 열전달 매체 공급펌프, 503: 제1 열전달매체 유량제어밸브, 504: 제2 열전달 매체 저장탱크, 505: 제2 열전달 매체 공급펌프, 506: 제2 열전달매체 유량제어밸브101: liquefied air storage tank, 102: first liquefied air pump, 103: first flow control valve, 104: vaporizer, 104-1: first vaporizer, 104-2: second vaporizer, 105: first heater, 106: first turbine, 107: second heater, 108: second turbine, 110: exhaust air pressure control valve
201: low pressure compressor, 202: intercooler, 203: high pressure compressor, 204: aftercooler, 205: precooling heat exchanger, 206: condenser, 207: cryogenic expander, 208: Joule-Thompson valve, 209: gas-liquid separator
301: Third heat transfer medium storage tank, 302: Third heat transfer medium supply pump, 303: Third heat transfer medium flow rate control valve, 304: Fourth heat transfer medium storage tank, 305: Fourth heat transfer medium supply pump, 306: Fourth heat transfer medium flow rate control valve
401: Fifth heat transfer medium storage tank, 402: Fifth heat transfer medium supply pump, 403: Fifth heat transfer medium flow rate control valve, 404: Sixth heat transfer medium storage tank, 405: Sixth heat transfer medium supply pump, 406: Sixth heat transfer medium flow rate control valve
501: first heat transfer medium storage tank, 502: first heat transfer medium supply pump, 503: first heat transfer medium flow rate control valve, 504: second heat transfer medium storage tank, 505: second heat transfer medium supply pump, 506: second heat transfer medium flow rate control valve
Claims (15)
상기 공기액화 에너지 저장 시스템은 대기로부터 유입된 공기를 액화시키기 위하여 예냉 열교환기 및 응축기를 포함하는 액화 공기 형성부;
상기 액화 공기 형성부에서 형성된 액화 공기를 저장하는 액화 공기 저장부; 및
상기 액화 공기 저장부에 저장된 액화 공기를 발전 및 냉각하여 수요처로 공급하기 위하여 기화기 및 냉각기를 포함하는 공기 발전 냉방부;를 포함하고,
상기 고효율 공기액화 에너지 저장 시스템은 하나의 열전달 매체가 상기 액화 공기 형성부 및 상기 공기 발전 냉방부를 순환하며 공기를 냉각 및 가열하는 것인,
고효율 공기액화 에너지 저장 시스템.In a high-efficiency air liquefaction energy storage system,
The above air liquefaction energy storage system comprises a liquefied air forming unit including a pre-cooling heat exchanger and a condenser to liquefy air taken in from the atmosphere;
A liquefied air storage unit for storing liquefied air formed in the above liquefied air forming unit; and
An air power generation and cooling unit including a vaporizer and a cooler to generate and cool liquefied air stored in the liquefied air storage unit and supply it to a demand source;
The above high-efficiency air liquefaction energy storage system is a system in which one heat transfer medium circulates through the liquefied air forming unit and the air power generation cooling unit to cool and heat the air.
High-efficiency air liquefaction energy storage system.
상기 예냉 열교환기는 대기로부터 유입된 공기를 열전달 매체와 열교환하여 1차 냉각하고,
상기 응축기는 상기 1차 냉각된 공기를 상기 열전달 매체와 열교환하여 액화 공기를 형성하는,
고효율 공기액화 에너지 저장 시스템.In the first paragraph,
The above pre-cooling heat exchanger performs primary cooling by exchanging heat with the air drawn in from the atmosphere and the heat transfer medium.
The above condenser heat-exchanges the first cooled air with the heat transfer medium to form liquefied air.
High-efficiency air liquefaction energy storage system.
상기 액화 공기 형성부는 기액 분리기;를 더 포함하는 것으로,
상기 기액 분리기는 상기 응축기에서 공급된 액화 공기를 액화 공기 및 기체상태의 공기로 분리하고,
상기 기액 분리기에서 분리된 액화 공기는 액화 공기 저장부로 공급하여 저장하며,
기체 상태의 공기는 상기 응축기 및 예냉 열교환기로 재공급하여 가열하고 상기 가열된 공기는 대기로 배출하는 것인,
고효율 공기액화 에너지 저장 시스템.In the second paragraph,
The above liquefied air forming unit further includes a gas-liquid separator;
The above gas-liquid separator separates the liquefied air supplied from the condenser into liquefied air and gaseous air.
The liquefied air separated in the above gas-liquid separator is supplied to the liquefied air storage unit and stored.
The gaseous air is re-supplied to the condenser and pre-cooling heat exchanger to be heated, and the heated air is discharged to the atmosphere.
High-efficiency air liquefaction energy storage system.
상기 공기 발전 냉방부는 다단 팽창부;를 더 포함하는 것으로,
상기 기화기에서 기화된 공기를 다단 팽창하고, 다단 팽창된 공기를 상기 냉각기로 공급하는 것인,
고효율 공기액화 에너지 저장 시스템.In the first paragraph,
The above air power generation cooling unit further includes a multi-stage expansion unit;
The air vaporized in the above carburetor is expanded in multiple stages, and the multi-stage expanded air is supplied to the cooler.
High-efficiency air liquefaction energy storage system.
고효율 공기액화 에너지 저장 시스템은 열전달 매체 저장탱크;를 포함하는 것으로,
상기 예냉 열교환기를 통과하며 가열된 열전달 매체를 저장하는 제1 열전달 매체 저장탱크; 및
상기 냉각기 및 기화기를 통과하며 냉각된 열전달 매체를 저장하는 제2 열전달 매체 저장탱크;를 포함하고,
상기 제2 열전달 매체 저장탱크에 저장된 냉각된 열전달 매체를 응축기로 공급하는 것인,
고효율 공기액화 에너지 저장 시스템.
In the first paragraph,
A high-efficiency air liquefaction energy storage system comprises a heat transfer medium storage tank;
A first heat transfer medium storage tank for storing a heat transfer medium that has been heated while passing through the above-mentioned pre-cooling heat exchanger; and
A second heat transfer medium storage tank for storing the cooled heat transfer medium passing through the cooler and vaporizer;
Supplying the cooled heat transfer medium stored in the second heat transfer medium storage tank to the condenser,
High-efficiency air liquefaction energy storage system.
상기 열전달 매체는 하이드로 플루오르 이써(HFE, Hydro fluoro ether), 에틸 퍼플루오르부틸 이써(Ethyl perfluorobutyl ether) 및 탄소 불소 화합물 중 선택되는 하나인 것인,
고효율 공기액화 에너지 저장 시스템.In the first paragraph,
The above heat transfer medium is one selected from hydrofluoro ether (HFE), ethyl perfluorobutyl ether, and carbon fluorine compounds.
High-efficiency air liquefaction energy storage system.
상기 공기액화 에너지 저장 시스템은 대기로부터 유입된 공기를 액화시키기 위하여 예냉 열교환기 및 응축기를 포함하는 액화 공기 형성부;
상기 액화 공기 형성부에서 형성된 액화 공기를 저장하는 액화 공기 저장부; 및
상기 액화 공기 저장부에 저장된 액화 공기를 발전 및 냉각하여 수요처로 공급하기 위하여 제1 기화기, 제2 기화기 및 냉각기를 포함하는 공기 발전 냉방부;를 포함하고,
상기 고효율 공기액화 에너지 저장 시스템은 제1 열전달 매체 및 제2 열전달 매체가 상기 액화 공기 형성부 및 상기 공기 발전 냉방부를 동시에 순환하며 공기를 냉각 및 가열하는 것인,
고효율 공기액화 에너지 저장 시스템.In a high-efficiency air liquefaction energy storage system,
The above air liquefaction energy storage system comprises a liquefied air forming unit including a pre-cooling heat exchanger and a condenser to liquefy air taken in from the atmosphere;
A liquefied air storage unit for storing liquefied air formed in the above liquefied air forming unit; and
An air power generation and cooling unit including a first vaporizer, a second vaporizer, and a cooler to generate and cool liquefied air stored in the liquefied air storage unit and supply it to a demand source;
The above high-efficiency air liquefaction energy storage system is a system in which the first heat transfer medium and the second heat transfer medium simultaneously circulate through the liquefied air forming unit and the air power generation cooling unit to cool and heat the air.
High-efficiency air liquefaction energy storage system.
고효율 공기액화 에너지 저장 시스템은 열전달 매체 저장탱크;를 포함하는 것으로,
상기 예냉 열교환기를 통과하며 가열된 제1 열전달 매체를 저장하는 제3 열전달 매체 저장탱크;
상기 제3 열전달 매체 저장탱크와 연결되고, 냉각기 및 제2 기화기를 통과하며 냉각된 제1 열전달 매체를 저장하는 제4 열전달 매체 저장탱크;
상기 응축기를 통과하며 가열된 제2 열전달 매체를 저장하는 제5 열전달 매체 저장탱크; 및
상기 제4 열전달 매체 저장탱크와 연결되고, 제1 기화기를 통과하며 냉각 된 제2 열전달 매체를 저장하는 제6 열전달 매체 저장탱크;를 포함하고,
상기 제4 열전달 매체 저장탱크에 저장된 제1 열전달 매체는 예냉 열교환기로 공급하며,
상기 제6 열전달 매체 저장탱크에 저장된 제2 열전달 매체는 응축기로 공급하는 것인,
고효율 공기액화 에너지 저장 시스템.In Article 7,
A high-efficiency air liquefaction energy storage system comprises a heat transfer medium storage tank;
A third heat transfer medium storage tank that stores the first heat transfer medium that has been heated while passing through the above-mentioned pre-cooling heat exchanger;
A fourth heat transfer medium storage tank connected to the third heat transfer medium storage tank and storing the cooled first heat transfer medium passing through the cooler and the second vaporizer;
A fifth heat transfer medium storage tank storing the second heat transfer medium that has passed through the above condenser and has been heated; and
A sixth heat transfer medium storage tank connected to the fourth heat transfer medium storage tank and storing the second heat transfer medium that has passed through the first vaporizer and has been cooled;
The first heat transfer medium stored in the fourth heat transfer medium storage tank is supplied to the pre-cooling heat exchanger.
The second heat transfer medium stored in the above sixth heat transfer medium storage tank is supplied to the condenser.
High-efficiency air liquefaction energy storage system.
상기 제1 열전달 매체의 냉열을 저장하기 위한 온도 구간은 상기 제2 열전달 매체의 냉열을 저장하기 위한 온도 구간 보다 높은 것으로,
상기 제1 열전달 매체는 알코올 화합물 중 선택되는 하나이고,
상기 제2 열전달 매체는 탄화 수소계 물질 중 선택되는 하나인 것인,
고효율 공기액화 에너지 저장 시스템.In Article 8,
The temperature range for storing the cold heat of the first heat transfer medium is higher than the temperature range for storing the cold heat of the second heat transfer medium.
The above first heat transfer medium is one selected from alcohol compounds,
The second heat transfer medium is one selected from hydrocarbon-based materials.
High-efficiency air liquefaction energy storage system.
대기로부터 액화 공기 형성부에 유입된 공기를 예냉 열교환기 및 응축기에 공급하여 액화 공기를 형성하는 액화공기 형성단계;
상기 형성된 액화 공기를 액화 공기 저장부에 저장하는 액화 공기 저장단계; 및
상기 액화 공기 저장부에 저장된 액화 공기를 공기 발전 냉방부의 기화기 및 냉각기에 공급하여 냉각하고 발전하여 수요처로 공급하는 공기 발전 냉방단계;를 포함하고,
상기 고효율 공기액화 에너지 저장 시스템은 하나의 열전달 매체가 상기 액화 공기 형성부 및 상기 공기 발전 냉방부를 순환하며 공기를 냉각 및 가열하는 열전달 매체 순환 단계;를 포함하는,
고효율 공기액화 에너지 저장 시스템의 제어방법.In a control method of a high-efficiency air liquefaction energy storage system,
A liquefied air forming step for forming liquefied air by supplying air introduced from the atmosphere into a liquefied air forming unit to a pre-cooling heat exchanger and a condenser;
A liquefied air storage step for storing the formed liquefied air in a liquefied air storage unit; and
An air power generation and cooling step for supplying liquefied air stored in the liquefied air storage unit to a vaporizer and cooler of an air power generation and cooling unit to cool and generate power and supply it to a demand source;
The above high-efficiency air liquefaction energy storage system includes a heat transfer medium circulation step in which one heat transfer medium circulates through the liquefied air forming unit and the air power generation cooling unit to cool and heat the air;
Control method for a high-efficiency air liquefaction energy storage system.
상기 액화 공기 형성단계는 대기로부터 유입된 공기를 예냉 열교환기에 공급하여 열전달 매체와 열교환하여 1차 냉각하는 예냉단계;
상기 1차 냉각 된 공기를 응축기로 공급하여 열전달 매체와 열교환하여 응축된 액화 공기를 형성하는 응축단계; 및
상기 응축된 액화 공기를 기액 분리기로 공급하여 액화 공기 및 기체 상태의 공기를 분리하는 기액분리단계;를 포함하는,
고효율 공기액화 에너지 저장 시스템의 제어방법.In Article 10,
The above liquefied air forming step is a precooling step in which air taken in from the atmosphere is supplied to a precooling heat exchanger and cooled primarily through heat exchange with a heat transfer medium;
A condensation step for supplying the above-mentioned primary cooled air to a condenser and exchanging heat with a heat transfer medium to form condensed liquefied air; and
A gas-liquid separation step for supplying the condensed liquefied air to a gas-liquid separator to separate liquefied air and gaseous air;
Control method for a high-efficiency air liquefaction energy storage system.
상기 기액분리단계에서 분리된 액화 공기는 공기 발전 냉방부로 공급하여 공기 발전 냉방단계를 수행하고,
상기 기체 상태의 공기는 상기 응축기 및 예냉 열교환기로 재공급하여 가열 후 대기로 방출하는 것인,
고효율 공기액화 에너지 저장 시스템의 제어방법.In Article 11,
The liquefied air separated in the above-mentioned gas-liquid separation step is supplied to the air power generation and cooling unit to perform the air power generation and cooling step.
The above gaseous air is re-supplied to the condenser and pre-cooling heat exchanger, heated, and then released into the atmosphere.
Control method for a high-efficiency air liquefaction energy storage system.
상기 열전달 매체 순환단계는 상기 예냉 열교환기를 통과하며 가열된 열전달 매체를 제1 열전달 매체 저장탱크에 저장하는 제1 열전달 매체 저장단계; 및
상기 냉각기 및 기화기를 통과하며 냉각된 열전달 매체를 제2 열전달 매체 저장탱크에 저장하는 제2 열전달 매체 저장단계;를 포함하고,
상기 제2 열전달 매체 저장탱크에 저장된 냉각된 열전달 매체는 상기 응축기 및 예냉 열교환기에 순차적으로 공급하는 것인,
고효율 공기액화 에너지 저장 시스템의 제어방법.In Article 10,
The above heat transfer medium circulation step is a first heat transfer medium storage step for storing the heated heat transfer medium passing through the pre-cooling heat exchanger in a first heat transfer medium storage tank; and
A second heat transfer medium storage step for storing the cooled heat transfer medium passing through the cooler and vaporizer in a second heat transfer medium storage tank;
The cooled heat transfer medium stored in the second heat transfer medium storage tank is sequentially supplied to the condenser and the precooling heat exchanger.
Control method for a high-efficiency air liquefaction energy storage system.
대기로부터 액화 공기 형성부에 유입된 공기를 예냉 열교환기 및 응축기에 공급하여 액화 공기를 형성하는 액화공기 형성단계;
상기 형성된 액화 공기를 액화 공기 저장부에 저장하는 액화 공기 저장단계; 및
상기 액화 공기 저장부에 저장된 액화 공기를 공기 발전 냉방부의 제1 기화기, 제2 기화기 및 냉각기에 공급하여 냉각하고 발전하여 수요처로 공급하는 공기 발전 냉방단계;를 포함하고,
상기 고효율 공기액화 에너지 저장 시스템은 제1 열전달 매체 및 제2 열전달 매체가 상기 액화 공기 형성부 및 상기 공기 발전 냉방부를 순환하며 공기를 냉각 및 가열하는 열전달 매체 순환 단계;를 포함하는,
고효율 공기액화 에너지 저장 시스템의 제어방법.In a control method of a high-efficiency air liquefaction energy storage system,
A liquefied air forming step for forming liquefied air by supplying air introduced from the atmosphere into a liquefied air forming unit to a pre-cooling heat exchanger and a condenser;
A liquefied air storage step for storing the formed liquefied air in a liquefied air storage unit; and
An air power generation and cooling step for supplying liquefied air stored in the liquefied air storage unit to the first vaporizer, second vaporizer and cooler of the air power generation and cooling unit to cool and generate power and supply it to a demand source;
The high-efficiency air liquefaction energy storage system comprises a heat transfer medium circulation step in which a first heat transfer medium and a second heat transfer medium circulate through the liquefied air forming unit and the air power generation cooling unit to cool and heat the air;
Control method for a high-efficiency air liquefaction energy storage system.
상기 열전달 매체 순환 단계는 상기 예냉 열교환기를 통과하며 가열된 제1 열전달 매체를 제3 열전달 매체 저장탱크에 저장하는 제3 열전달 매체 저장단계;
상기 제3 열전달 매체 저장탱크와 연결되고, 상기 냉각기 및 제2 기화기를 통과하며 냉각된 제1 열전달 매체를 제4 열전달 매체 저장탱크에 저장하는 제4 열전달 매체 저장단계;
상기 응축기를 통과하며 가열된 제2 열전달 매체를 제5 열전달 매체 저장탱크에 저장하는 제5 열전달 매체 저장단계; 및
상기 제5 열전달 매체 저장탱크와 연결되고, 제1 기화기를 통과하며 냉각 된 제2 열전달 매체를 제6 열전달 매체 저장탱크에 저장하는 제6 열전달 매체 저장단계;를 포함하고,
상기 제4 열전달 매체 저장탱크에 저장된 제1 열전달 매체는 예냉 열교환기로 공급하며,
상기 제6 열전달 매체 저장탱크에 저장된 제2 열전달 매체는 응축기로 공급하는 것인,
고효율 공기액화 에너지 저장 시스템의 제어방법.
In Article 14,
The above heat transfer medium circulation step is a third heat transfer medium storage step of storing the first heat transfer medium heated by passing through the pre-cooling heat exchanger in a third heat transfer medium storage tank;
A fourth heat transfer medium storage step connected to the third heat transfer medium storage tank and storing the cooled first heat transfer medium passing through the cooler and the second vaporizer in the fourth heat transfer medium storage tank;
A fifth heat transfer medium storage step for storing the second heat transfer medium heated by passing through the above condenser in a fifth heat transfer medium storage tank; and
A sixth heat transfer medium storage step, which is connected to the fifth heat transfer medium storage tank and stores the second heat transfer medium that has passed through the first vaporizer and has been cooled in the sixth heat transfer medium storage tank;
The first heat transfer medium stored in the fourth heat transfer medium storage tank is supplied to the pre-cooling heat exchanger.
The second heat transfer medium stored in the above sixth heat transfer medium storage tank is supplied to the condenser.
Control method for a high-efficiency air liquefaction energy storage system.
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