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KR20180059939A - 가스-및-스팀 복합 사이클 전력 스테이션을 동작시키기 위한 방법 그리고 가스-및-스팀 복합 사이클 전력 스테이션 - Google Patents

가스-및-스팀 복합 사이클 전력 스테이션을 동작시키기 위한 방법 그리고 가스-및-스팀 복합 사이클 전력 스테이션 Download PDF

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KR20180059939A
KR20180059939A KR1020187012978A KR20187012978A KR20180059939A KR 20180059939 A KR20180059939 A KR 20180059939A KR 1020187012978 A KR1020187012978 A KR 1020187012978A KR 20187012978 A KR20187012978 A KR 20187012978A KR 20180059939 A KR20180059939 A KR 20180059939A
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KR
South Korea
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power plant
heat
steam combined
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KR1020187012978A
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슈테판 베커
브라디미르 다노브
우베 렌크
플로리안 라이쓰너
에리히 슈미트
요헨 샤퍼
Original Assignee
지멘스 악티엔게젤샤프트
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Publication date
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Abstract

가스-및-스팀 복합 사이클 전력 스테이션을 동작시키기 위한 방법, 그리고 가스-및-스팀 복합 사이클 전력 스테이션이 개시된다. 본 발명은, 가스-및-스팀 복합 사이클 전력 스테이션(10)을 동작시키기 위한 방법에 관한 것이며, 이러한 가스-및-스팀 복합 사이클 전력 스테이션(10)에서, 가스 터빈(12)의 배기 가스를 사용하여 뜨거운 스팀이 생산되며, 이 뜨거운 스팀은, 전류를 제공하기 위하여, 적어도 하나의 터빈 디바이스(22)를 사용하여 적어도 하나의 발전기(30)를 구동시키는 역할을 하며, 스팀에 포함된 열의 적어도 일 부분은 흡열 화학 반응을 개시하기 위해 사용된다.

Description

가스-및-스팀 복합 사이클 전력 스테이션을 동작시키기 위한 방법 그리고 가스-및-스팀 복합 사이클 전력 스테이션
본 발명은, 특허 청구항 제1 항의 전제부에 따른 가스-및-스팀 복합 전력 플랜트(combined gas-and-steam power plant)를 동작시키기 위한 방법, 그리고 특허 청구항 제8 항의 전제부에 따른 가스-및-스팀 복합 전력 플랜트에 관한 것이다.
그러한 가스-및-스팀 복합 전력 플랜트를 동작시키기 위한 방법, 그리고 가스-및-스팀 복합 전력 플랜트는, 일반적인 선행 기술로부터 이미 잘 알려져 있다. 가스-및-스팀 전력 플랜트는 또한, 복합-사이클(combined-cycle) 전력 플랜트로 지칭되며, 적어도 하나의 터빈 디바이스(turbine device), 전류를 제공하기 위해 터빈 디바이스에 의해 구동될 수 있는 적어도 하나의 발전기, 및 적어도 하나의 가스 터빈을 포함한다. 발전기가 터빈 디바이스에 의해 구동될 때, 발전기는 기계 에너지(energy)를 전기 에너지 또는 전력으로 변환하고, 이 전기 에너지 또는 전력을 제공할 수 있다. 이후, 전력은 예컨대 전력 그리드(grid)에 피딩될(fed) 수 있다.
여기서, 가스 터빈은 폐가스(waste gas)를 제공하며, 이 폐가스에 의하여, 뜨거운 스팀이 생성된다. 예컨대, 연료, 특히 기체 연료, 이를테면, 예컨대 천연 가스가 가스 터빈에 공급되며, 여기서, 연료는 가스 터빈에 의하여 연소된다. 특히, 연료 외에도, 산소 또는 공기가 가스 터빈에 공급되어서, 공기 및 연료로부터 연료/공기 혼합물이 형성된다. 이 연료/공기 혼합물이 연소되며, 그 결과, 가스 터빈으로부터 폐가스가 생긴다. 예컨대, 유체, 특히 물이 폐가스에 의하여 가열되고 결과적으로 증발되며, 그 결과, 뜨거운 스팀이 생긴다. 이는, 유체, 이를테면, 예컨대 물이 가스 터빈으로부터의 뜨거운 폐가스에 의하여 증발되는 방식으로, 뜨거운 스팀이 가스 터빈으로부터의 폐가스에 의하여 생성된다는 것을 의미한다.
스팀이 터빈 디바이스에 공급되어서, 터빈 디바이스는 스팀에 의하여 구동된다. 이미 설명된 바와 같이, 발전기는 터빈 디바이스를 통해 또는 터빈 디바이스에 의하여 구동된다. 가스-및-스팀 복합 전력 플랜트는, 가스 터빈 전력 플랜트의 원리와 스팀 전력 플랜트의 원리가 결합되는 전력 플랜트이다. 여기서, 가스 터빈 또는 이 가스 터빈의 폐가스는 하류의 스팀 생성기에 대한 열원으로서의 역할을 하며, 이 스팀 생성기에 의하여, 터빈 디바이스에 대해 또는 터빈 디바이스를 구동하기 위해 스팀이 생성된다. 따라서, 터빈 디바이스는 스팀 터빈으로서 설계된다.
그러한 가스-및-스팀 복합 전력 플랜트가 특히 전력 수요에 따라 셧 다운(shut down)되어서, 발전기가 어떤 전력도 제공하지 않고, 예컨대 구동되지 않으며, 가스-및-스팀 전력 플랜트에 의하여 어떤 전력도 전력 그리드에 피딩되지 않을 필요가 있다는 것이 밝혀졌다. 셧다운(shutdown)의 결과로, 가스-및-스팀 복합 전력 플랜트는 냉각될 수 있으며, 그 때문에, 가스-및-스팀 복합 전력 플랜트를 다시 스위칭 온(switch on)하거나 또는 가스-및-스팀 복합 전력 플랜트에 전원을 넣기 위해서는, 특히 긴 시간 기간 및 특히 높은 에너지 수요가 요구된다. 그러므로, 가스-및-스팀 복합 전력 플랜트가 셧 다운되는 시간 기간 동안 가스-및-스팀 복합 전력 플랜트를 따뜻하게 유지하는 것이 보통 제공된다. 따라서, 가스-및-스팀 복합 전력 플랜트는 스팀에 의하여 따뜻하게 유지된다. 플랜트를 따뜻하게 유지하기 위한 이러한 스팀은 보일러(boiler), 특히 가스 보일러에 의하여 보통 생성된다. 보일러에 의하여 유체, 이를테면, 예컨대 물이 증발되며, 여기서, 이 목적을 위해 연료가 사용된다. 보일러에 의하여 생성된 스팀은, 가스-및-스팀 복합 전력 플랜트를 따뜻하게 유지하거나 또는 가스-및-스팀 복합 전력 플랜트를 가열하기 위하여, 적어도 가스-및-스팀 복합 전력 플랜트의 일부를 통해 전달된다. 이후, 가스-및-스팀 복합 전력 플랜트가 셧 다운된 후에, 이 가스-및-스팀 복합 전력 플랜트는 웜 스타트(warm start)의 일부로서 시작될 수 있는데, 그 이유는 가스-및-스팀 복합 전력 플랜트가 이때, 이미 충분히 높으며, 이 가스-및-스팀 복합 전력 플랜트가 시동될 수 있는 온도를 갖기 때문이다.
그러나, 가스-및-스팀 복합 전력 플랜트가 셧 다운된 상태가 길수록, 가스-및-스팀 복합 전력 플랜트를 따뜻하게 유지하거나 또는 가스-및-스팀 복합 전력 플랜트를 가열하기 위해 요구되는 스팀의 양(amount)은 더 많은데, 그 이유는 플랜트가 점진적으로 냉각되기 때문이다. 보통, 셧 다운된 가스-및-스팀 복합 전력 플랜트를 따뜻하게 유지하거나 또는 셧 다운된 가스-및-스팀 복합 전력 플랜트를 가열하기 위한 스팀을 생성하거나 또는 제공하기 위해서는, 매우 많은 양의 에너지가 요구된다.
그러므로, 본 발명의 목적은, 가스-및-스팀 복합 전력 플랜트가 특히 효율적인 방식으로 가열되거나 또는 따뜻하게 유지될 수 있는 방식으로, 처음에 언급된 유형의 가스-및-스팀 복합 전력 플랜트 및 방법을 추가로 개발하는 것이다.
이 목적은 특허 청구항 제1 항의 특징들을 갖는 방법에 의해 그리고 특허 청구항 제8 항의 특징들을 갖는 가스-및-스팀 복합 전력 플랜트에 의해 달성된다. 본 발명의 적당한 개발들을 갖는 유리한 실시예들은 나머지 청구항들에서 제공된다.
가스-및-스팀 복합 전력 플랜트가 특히 효율적인 방식으로 따뜻하게 유지되거나 또는 가열될 수 있는 방식으로, 특허 청구항 제1 항의 전제부에서 제공된 유형의 방법을 추가로 개발하기 위하여, 본 발명에 따라, 가스 터빈에 의하여 생성되는, 스팀에 포함된 열의 적어도 일부가 흡열 화학 반응, 즉, 열이 흡수되는 화학 반응을 수행하기 위하여 사용되는 것이 제공된다. 단순성을 위해서 그리고 텍스트(text)를 더욱 읽기 쉽게 하기 위해, 가스-및-스팀 복합 전력 플랜트는 COGAS 전력 플랜트로 또는 단순히 전력 플랜트로 아래에서 지칭된다.
흡열 화학 반응을 수행하기 위해 스팀에 포함된 열을 사용함으로써, 흡열 화학 반응을 수행하기 위해 사용되는 열의 적어도 일부를 흡열 화학 반응의 생성물들에 저장하는 것이 가능하며, 여기서, 이러한 저장된 열은, 예컨대, 전력 플랜트의 일부 또는 서브섹션(subsection)을 가열하거나 또는 따뜻하게 유지하기 위하여 추후 시점에 사용될 수 있다. 따라서, 흡열 화학 반응을 사용함으로써, 열의 변환과 함께 또는 열의 변환 없이, 효과적으로 그리고 효율적으로 열이 저장될 수 있어서, 전력 플랜트는 예컨대, 특히 전력 플랜트가 셧 다운되는 동안, 따뜻하게 유지될 수 있다. 특히, 심지어 전력 플랜트가 비교적 긴 시간 기간 동안 셧 다운된 후에도, 상이한 컴포넌트(component)들이 가열되거나 또는 따뜻하게 유지되어서, 이로써 전력 플랜트의 셧다운 뒤에 전력 플랜트의 웜 스타트가 수행될 수 있다. 그 결과, 전력 플랜트는 특히 신속하며 에너지-효율적인 방식으로 활성화 및 시작될 수 있다.
전력 플랜트를 따뜻하게 유지하기 위한 스팀이 보일러, 특히 가스 보일러에 의하여 생성되어야 하는 경우보다 훨씬 더 효율적으로, 흡열 화학 반응을 사용함으로써, 전력 플랜트가 따뜻하게 유지되거나 또는 가열될 수 있다는 것이 발견되었다. 그러한 가스 보일러는, 연료, 특히 기체 연료를 사용하여, 전력 플랜트를 따뜻하게 유지하거나 또는 전력 플랜트를 가열하기 위한 스팀이 생성되도록 하는 가스 연소기이다.
이제, 본 발명은, 전력 플랜트의 동작 동안, 즉, 전력 플랜트가 셧 다운되는 시간 기간 동안, 가스 터빈으로부터의 폐가스에 의하여 어쨌든 생성된 스팀에 포함된 에너지의 적어도 일부가, 흡열 반응의 생성물들에 에너지 또는 열을 저장하기 위하여 흡열 반응을 수행하기 위해 우회(divert) 및 사용되며, 이후, 이러한 에너지 또는 열은, 전력 플랜트가 셧 다운될 때, 전력 플랜트를 따뜻하게 유지하기 위해 추후에 사용될 수 있다는 개념에 기반한다.
따라서, 예컨대 흡열 반응이 이루어지는 열화학 열 저장부(thermochemical heat store)가 사용된다. 흡열 반응의 생성물들에 저장된 열은, 추후의 목적들을 위해 효과적으로 그리고 효율적으로 열 저장부에 저장되어 사용될 수 있다.
유리한 실시예에서, 흡열 화학 반응의 생성물들에 의하여 발열 화학 반응이 수행되고, 발열 화학 반응에서, 열이 방출되며, 이 열에 의하여, 가스-및-스팀 복합 전력 플랜트의 적어도 일부가 가열되거나 또는 따뜻하게 유지되는 것이 제공된다. 흡열 반응은 예컨대, 흡열 반응기에서 수행된다. 발열 반응은 예컨대 발열 반응기에서 수행되며, 발열 반응기에 의하여, 발열 반응에서 방출된 열은, 전력 플랜트가 셧 다운되는 동안 전력 플랜트를 따뜻하게 유지하기 위하여, 적어도 간접적으로 사용된다.
유리한 실시예에서, 발열 화학 반응에서 방출된 열에 의하여 스팀이 생성되고, 스팀에 의하여, 가스-및-스팀 복합 전력 플랜트의 적어도 일부가 가열되거나 또는 따뜻하게 유지되는 것이 제공된다.
유리한 실시예에서, 적어도 하나의 열 교환기가 제공되며, 이 열 교환기를 통해, 발열 반응에서 방출된 열의 적어도 일부가 가스-및-스팀 복합 전력 플랜트의 일부에, 또는 매질, 특히 유체 또는 가스, 또는 가스-및-스팀 복합 전력 플랜트의 컴포넌트에 전달되는 것이 제공된다.
매질은 예컨대, 전력 플랜트를 따뜻하게 유지하기 위하여 사용된다. 매질은 예컨대, 방출되는 열에 의하여 증발될 수 있는 물이다. 매질을 가열하기 위하여, 그리고 결과적으로, 예컨대 매질을 증발시키기 위해, 매질은 예컨대 발열 반응의 추출물들 및/또는 생성물들에 접촉할 수 있으며, 특히, 이러한 발열 반응의 추출물들 및/또는 생성물들 상으로 또는 그 주위에서 유동할 수 있다. 컴포넌트는 열 교환기일 수 있으며, 방출된 열은, 이 열 교환기를 통해, 예컨대, 매질을 가열하기 위하여, 특히, 매질을 증발시키기 위해, 매질로 전달된다. 열 교환기의 사용 때문에, 발열 반응의 추출물들 및/또는 생성물들로부터 매질의 공간적 분리가 가능하여서, 매질은 발열 반응의 생성물들 및/또는 추출물들에 직접적으로 접촉하지 않는다.
유리한 실시예에서, 가스 터빈으로부터의 폐가스에 의하여 생성되는 스팀에 포함된 열의 적어도 일부가, 흡열 화학 반응을 수행하기 위하여 가스-및-스팀 복합 전력 플랜트의 정상 동작 동안 사용되고, 정상 동작 동안, 발전기가 구동되며, 발전기에 의하여 전력이 제공되는 것이 제공된다.
유리한 실시예에서, 정상 동작 후에, 전력 플랜트를 따뜻하게 유지하기 위한 동작이 수행되며, 여기서, 발전기, 특히, 터빈 디바이스에 의해 수행되는 발전기의 구동에 의해 수행되는 전력의 제공이 중단되는 동안, 방출된 에너지에 의하여, 가스-및-스팀 복합 전력 플랜트가 가열되거나 또는 따뜻하게 유지되는 것이 제공된다. 따라서, 전력 플랜트를 따뜻하게 유지하기 위한 동작 동안, 전력 플랜트는 셧 다운된다.
유리한 실시예에서, 적어도 하나의 열 교환기가 제공되며, 이 열 교환기에 의하여, 가스 터빈으로부터의 폐가스에 의하여 생성되는 스팀에 포함된 열의 적어도 일부가 흡열 화학 반응의 추출물들에 전달되는 것이 제공된다.
우회된 스팀은, 예컨대, 스팀으로부터 흡열 반응의 추출물들로 열의 전달을 수행하기 위하여, 흡열 반응의 추출물들에 직접적으로 접촉하거나 또는 이러한 흡열 반응의 추출물들 상으로 또는 그 주위에서 유동할 수 있다. 열 교환기를 사용함으로써, 흡열 반응의 추출물들로부터, 생성된 스팀의 공간적 분리가 달성되어서, 생성된 스팀은 흡열 반응의 추출물들에 직접적으로 접촉하지 않을 수 있다.
가스-및-스팀 복합 전력 플랜트가 특히 효율적으로, 즉, 에너지-효율적인 방식으로 따뜻하게 유지되거나 또는 가열될 수 있는 방식으로, 특허 청구항 제8 항의 전제부에서 제공된 유형의 가스-및-스팀 복합 전력 플랜트를 추가로 개발하기 위하여, 본 발명에 따라, 적어도 하나의 반응기가 제공되며, 가스 터빈에 의하여 생성되는, 스팀에 포함된 열의 적어도 일부는, 스팀으로부터 공급되는 열에 의하여 반응기에서 흡열 화학 반응을 수행하기 위하여, 이 반응기에 공급될 수 있다. 본 발명에 따른 방법의 유리한 실시예들은 본 발명에 따른 가스-및-스팀 복합 전력 플랜트의 유리한 실시예들로서 간주되어야 하며, 그 반대로도 마찬가지이다.
본 발명의 다른 장점들, 특징들, 및 세부사항들은 바람직한 예시적인 실시예의 다음의 설명으로부터 그리고 도면의 보조로 도출된다. 설명에서 위에서 언급된 특징들 및 특징들의 결합, 뿐만 아니라 도면의 설명에서 아래에서 언급되며 그리고/또는 도 1에서 개별적으로 도시되는 특징들 및 특징들의 결합은, 본 발명의 범위를 넘지 않으면서, 개개의 주어진 결합에서 뿐만 아니라 다른 결합들에서도 또는 개별적으로도 사용될 수 있다.
도 1에서, 도면은, 흡열 화학 반응을 사용함으로써, 특히 에너지-효율적인 방식으로 따뜻하게 유지될 수 있는 가스-및-스팀 복합 전력 플랜트의 개략도를 도시한다.
도 1은, 텍스트를 더욱 읽기 쉽게 하기 위하여, 전체로서 10으로 라벨링되며(labeled) COGAS 전력 플랜트 또는 전력 플랜트로 또한 지칭되는 가스-및-스팀 복합 전력 플랜트를 개략도로 도시한다. 전력 플랜트는 적어도 하나의 가스 터빈(12)을 포함하며, 예컨대, 전력 플랜트를 동작시키기 위한 방법의 일부로서, 연료가 가스 터빈(12)에 공급된다. 가스 터빈(12)으로의 연료의 이러한 공급은 방향 화살표(14)에 의해 도면에서 예시된다. 연료는 특히 기체 연료, 이를테면, 예컨대 천연 가스이다. 게다가, 방향 화살표(16)에 의해 도면에서 예시된 바와 같이, 공기가 가스 터빈(12)에 공급된다. 연료는 가스 터빈(12)에 의하여 연소되며, 이는 가스 터빈(12)으로부터 폐가스를 야기한다. 따라서, 방향 화살표(18)에 의해 도면에서 예시된 바와 같이, 가스 터빈(12)은 폐가스를 제공한다. 연료와 공기의 혼합물이 예컨대 가스 터빈(12)에서 형성되며, 이 혼합물이 연소된다. 그로부터, 가스 터빈(12)으로부터의 폐가스가 생긴다.
방향 화살표(18)로부터, 폐가스가 전력 플랜트의 스팀 생성기(20)에 공급되는 것을 알 수 있다. 스팀 생성기(20)는 또한, 보일러 또는 증발기로 지칭된다. 게다가, 특히 물 형태의 유체가 스팀 생성기(20)에 공급된다. 따라서, 가스 터빈(12)의 폐가스로부터 물로 열이 전달되며, 그 결과, 물은 가열 및 증발된다. 그 결과, 물로부터 스팀이 생성된다. 이는, 가스 터빈(12)으로부터의 폐가스에 의하여 그리고 스팀 생성기(20)에 의하여, 스팀 생성기(20)에 공급된 물(유체)로부터 스팀이 생성된다는 것을 의미한다. 폐가스로부터 물로의 열의 이러한 전달 뒤에, 폐가스가 냉각되어서, 이 폐가스는 스팀 생성기(20)로부터 예컨대 제1 온도(T1)에서 배출된다(discharged). 제1 온도(T1)는 예컨대 적어도 대부분 90 ℃(섭씨 온도)이다.
게다가, 전력 플랜트는, 전체로서 22로 라벨링된 터빈 디바이스를 포함하며, 이 터빈 디바이스는, 본 경우, 제1 터빈(24) 및 제2 터빈(26)을 포함한다. 예컨대, 터빈(24)은 고압 터빈으로서 설계되며, 터빈(26)은 중압 및 저압 터빈으로서 설계된다. 가스 터빈(12)으로부터의 폐가스에 의하여 그리고 스팀 생성기(20)의 보조로 생성된 스팀이 터빈 디바이스(22)에 공급되어서, 생성되는 뜨거운 스팀에 의하여, 터빈 디바이스(22), 특히 터빈들(24 및 26)이 구동된다. 뜨거운 스팀에 포함된 에너지는 터빈 디바이스(22)에 의하여 기계 에너지로 변환되며, 이 기계 에너지는 샤프트(shaft)(28)를 통해 제공된다. 터빈 디바이스(22)는 예컨대, 도면에서 상세히 도시되지 않는 터빈 휠(wheel)들을 포함하며, 이 터빈 휠들에 스팀이 공급된다. 그 결과, 터빈 휠들은 스팀에 의하여 구동된다. 터빈 휠들이 예컨대, 비-회전식으로(non-rotationally) 샤프트(28)에 연결되어서, 스팀에 의하여 터빈 휠들이 구동될 때, 터빈 휠들에 의해 샤프트(28)가 구동된다.
게다가, 전력 플랜트는 적어도 하나의 발전기(30)를 포함하며, 이 발전기(30)는 터빈 디바이스(22)의 샤프트(28)를 통해 구동되거나 또는 구동될 수 있다. 따라서, 샤프트(28)를 통해 제공된 기계 에너지는 발전기(30)에 공급되며, 공급되는 기계 에너지의 적어도 일부가 발전기(30)에 의하여 전기 에너지 또는 전력으로 변환된다. 발전기(30)는 이 전력을 제공할 수 있으며, 이 전력은 예컨대 전력 그리드에 피딩될 수 있다.
스팀은 터빈 디바이스(22)로부터 배출되어 열 교환기(32)에 공급되며, 열 교환기(32)는 응축기로서 기능하거나 또는 설계된다. 스팀은 열 교환기(32)에 의하여 냉각되며, 그 결과, 스팀은 응축된다. 결과적으로, 스팀은 다시, 전술된 물이 되며, 이 물은 스팀 생성기(20)에 재공급될 수 있다.
열 교환기(32)에 의하여 스팀을 냉각시키기 위하여, 예컨대 냉각 매질, 특히 냉각 유체가 열 교환기(32)에 공급된다. 따라서, 열이 스팀으로부터 냉각 유체로 전달될 수 있으며, 그 결과, 스팀은 냉각되고, 이후, 응축된다.
전력 플랜트는 다수의 관들(도면에서 상세히 도시되지 않음)을 가지며, 가스 터빈(12)으로부터의 폐가스에 의하여 생성된 스팀의 개개의 유동들은 이 관들을 통해 유동한다. 이들 유동들은 상이한 온도들을 가질 수 있다. 가스 터빈(12)으로부터의 폐가스에 의하여 생성된 스팀의 상이한 온도들(T2, T3 및 T4)이 도면에서 도시되며, 예컨대, 온도(T2)는 595 ℃이고, 온도(T3)는 360 ℃이며, 온도(T4)는 240 ℃이다. 물은 예컨대 온도(T5)에서 응축기를 떠나며, 온도(T5)는 예컨대 40 ℃이다.
전력 수요에 따라, 즉, 전력 그리드에 의해 제공될 필요가 있는 전력의 양에 따라, 전력 플랜트는 활성화, 즉 시작되고, 비활성화, 즉 셧 다운된다. 예컨대, 전력 수요가 단지 낮으면, 전력 플랜트는 셧 다운된다. 전력 수요가 증가하면, 셧 다운된 후의 전력 플랜트는 다시 시작된다. 전력 플랜트의 셧다운 뒤에 이루어지는 이러한 스타트-업(start-up)은 바람직하게는, 신속하게 그리고 에너지-효율적인 방식으로 전력 플랜트를 스위칭 온할 수 있기 위하여, 웜 스타트의 형태를 취한다. 이러한 웜 스타트를 수행하기 위하여, 특히, 특히 에너지-효율적인 웜 스타트를 수행하기 위해, 셧다운 후의, 그리고 전력 플랜트가 셧 다운되는 시간 기간 동안의 전력 플랜트는, 전력 플랜트의 과도한 식음 또는 냉각을 방지하기 위하여 따뜻하게 유지되거나 또는 가열된다.
이제, 특히 에너지-효율적인 방식으로 전력 플랜트를 따뜻하게 유지하거나 또는 전력 플랜트를 가열하기 위하여, 가스 터빈(12)에 의하여 생성되는, 스팀에 포함된 열의 적어도 일부는, 흡열 화학 반응을 수행하기 위하여 사용된다. 이 목적을 위해, 전력 플랜트는 적어도 하나의 반응기(34)를 포함하며, 이 반응기(34)에서, 흡열 화학 반응이 이루어질 수 있다.
예컨대, 가스 터빈(12)으로부터의 폐가스에 의하여 생성된 스팀, 또는 가스 터빈(12)으로부터의 폐가스에 의하여 생성된 스팀의 전술된 유동들 중 하나의 유동 또는 이러한 전술된 유동들 중 하나의 유동의 적어도 일부가 전술된 관들 중 적어도 하나로부터 우회된다. 가스 터빈(12)으로부터의 폐가스에 의하여 생성된, 이러한 우회된 스팀은 예컨대, 전력 플랜트의 관(36)을 통해 유동할 수 있으며, 관(36)에 의하여 반응기(34)에 공급된다. 관(36)을 통해 유동하는 스팀에 포함된 열의 적어도 일부는, 반응기(34)에서 흡열 화학 반응을 수행하기 위하여 사용된다.
이 목적을 위해, 관(36)을 통해 유동하는 스팀의 열은 흡열 화학 반응의 추출물들에 공급된다. 흡열 화학 반응은 에너지 또는 열을 흡수하는 반응이다. 따라서, 이 열은 관(36)을 통해 유동하는 스팀으로부터 나온다. 특히, 반응기(34)에 공급되는 스팀은 예컨대 열 교환기(38)를 통해 유동하며, 열 교환기(38)에 의하여, 열 교환기(38)를 통해 유동하는 스팀에 포함된 열의 적어도 일부가 흡열 화학 반응의 추출물들에 전달된다. 흡열 화학 반응 때문에, 흡열 화학 반응의 생성물들이 추출물들로부터 도출된다. 흡열 화학 반응을 수행하기 위해 사용되는 열의 적어도 일부는 이들 생성물들에 저장된다.
흡열 화학 반응은 예컨대, 화학 평형 반응의 정반응(forward reaction)이다. 이 화학 평형 반응은 예컨대, 발열 화학 반응인 역반응(backward reaction)을 포함한다. 역반응의 일부로서, 흡열 화학 반응(정반응)의 생성물들은 역반응의 추출물들이며, 정반응의 추출물들은 역반응의 생성물들이다.
역반응(발열 화학 반응)의 일부로서, 열이 방출된다. 이러한 방출된 열은, 특히 전력 플랜트가 셧 다운될 때, 전력 플랜트를 따뜻하게 유지하기 위해 적어도 부분적으로 사용될 수 있다. 이는, 흡열 화학 반응의 생성물들에 의하여 발열 화학 반응(역반응)이 수행되며, 이 발열 화학 반응에서, 열이 방출된다는 것을 의미한다. 방출된 열에 의하여, 전력 플랜트의 적어도 일부가 가열되거나 또는 따뜻하게 유지된다. 따라서, 열화학 열 저장부가 생성되며, 열은 전력 플랜트의 동작 동안 이 열화학 열 저장부에 저장된다. 전력 플랜트가 셧 다운된 동안, 전력 플랜트를 가열하거나 또는 전력 플랜트를 따뜻하게 유지하기 위하여, 이 저장된 열이 사용된다. 이는, 열화학 열 저장부가 전력 플랜트의 동작 동안 충전되고(charged), 전력 플랜트가 셧 다운되는 동안 배출된다는(discharged) 것을 의미한다.
특히, 발열 화학 반응에서 방출된 열에 의하여 스팀이 생성되는 것이 제공될 수 있다. 이 목적을 위해, 스팀 생성기(20)와 상이하며 부가적으로 제공되는 스팀 생성기(40)는, 예컨대, 역반응에서 방출된 열의 적어도 일부를 공급받도록 제공된다. 스팀 생성기(40)에 공급된 열에 의하여 유체, 특히 물이 가열되고 결과적으로 증발되며, 그 결과, 스팀 생성기(40)에 의하여 스팀이 생성된다. 따라서, 유체, 특히 물이 스팀 생성기(40)에 공급된다. 방향 화살표(42)에 의해 도면에서 예시된 바와 같이, 방출된 열의 보조로 스팀 생성기(40)에 의하여 생성된 스팀은 스팀 생성기(40)로부터 배출된다. 스팀 생성기(40)로부터 배출된 스팀은, 예컨대, 역반응에서 방출된 열의 보조로 생성된 스팀에 의하여 전력 플랜트의 적어도 일부를 따뜻하게 유지하거나 또는 가열하기 위하여, 전력 플랜트의 이러한 적어도 일부에 공급된다.
여기서, 전력 플랜트는 예컨대 추가적인 열 교환기(44)를 포함하며, 열 교환기(44)를 통해, 발열 화학 반응에서 방출된 열의 적어도 일부가, 따뜻하게 유지되어야 하는 전력 플랜트의 그 일부에, 또는 전력 플랜트를 따뜻하게 유지하기 위한 매질에, 또는 대안적으로 전력 플랜트의 컴포넌트에 전달된다. 매질은 예컨대, 스팀 생성기(40)에 공급되는 물이다.
본 경우, 이 컴포넌트가 스팀 생성기(40)여서, 발열 화학 반응에서 방출된 열은 열 교환기(44)를 통해 스팀 생성기(40)에 공급된다. 이는 방향 화살표(46)에 의해 도면에서 예시된다. 후속하여, 발열 화학 반응의 일부로서 방출된 열의 보조로, 스팀 생성기(40)에 의하여, 설명된 방식으로 스팀이 생성될 수 있으며, 최종적으로, 이 스팀에 의하여, 전력 플랜트의 적어도 일부가 따뜻하게 유지될 수 있다. 열 교환기(44)가 예컨대 스팀 생성기(40)에 배열되어서, 역반응에서 방출된 열이 스팀 생성기(40)에 공급된 물에 공급될 수 있으며, 그 결과, 스팀 생성기(40)에 공급된 물은 증발된다.
특히, 전력 플랜트가 셧 다운되는 동안, 가스-및-스팀 복합 전력 플랜트(10)의 컴포넌트들을 따뜻하게 유지하거나 또는 가열하는 것이 고려가능하다. 그 결과, 그것을 스위칭 오프(switch off)하는 것이 원해질 때, 전력 플랜트는, 웜 스타트에 의하여 전력 플랜트를 재활성화하거나 또는 스위칭 온할 수 있는 충분히 높고 유리한 온도를 갖는다.
전력 플랜트는, 전력 플랜트의 동작 동안, 열원들, 특히, 어쨌든 이용가능한 열원들, 이를테면, 예컨대 가스 터빈(12)의 폐가스에 의하여 생성된 스팀을, 흡열 화학 반응의 보조로 저장될 수 있는 열을 그로부터 획득하기 위하여 사용한 아이디어(idea)에 기반한다.
여기서, 흡열 화학 반응을 수행하기 위하여, 전력 플랜트의 정상 동작 동안, 가스 터빈(12)에 의하여 생성되는, 스팀에 포함된 열의 적어도 일부가 사용되며, 여기서, 발전기(30)가 정상 동작 동안 구동되어서, 정상 동작 동안 발전기(30)에 의하여 전력이 제공되는 것이 제공된다.
정상 동작은, 전력 플랜트를 스위칭 오프함으로써 종료된다. 전력 플랜트의 과도한 냉각을 방지하기 위하여, 정상 동작 후에 그리고 전력 플랜트의 셧다운 뒤에, 전력 플랜트를 따뜻하게 유지하기 위한 동작이 수행되며, 여기서, 특히 터빈 디바이스(22)에 의해 수행되는 발전기(30)의 구동 동안, 전력 플랜트는, 발전기(30)에 의해 수행되는 전력의 제공이 중단되는 동안, 방출된 에너지에 의하여 가열되거나 또는 따뜻하게 유지된다.
가스 터빈(12)으로부터의 폐가스에 의하여 생성되는 우회된 스팀 ―이 스팀의 열은, 정반응을 수행하기 위해 사용되고, 특히, 정반응의 생성물들에 저장됨― 은 예컨대 14.4 kg/s의 질량 유동(mass flow) 및 152 ℃의 온도를 갖는다. 스팀으로부터의 열을 열 교환기(38)를 통해 정반응의 추출물들로 전달함으로써, 스팀은 예컨대 152 ℃로부터 105 ℃로 냉각된다. 게다가, 스팀은 예컨대 5 바아(bar)의 압력을 가질 수 있다.
대안적으로, 정반응을 수행하기 위해 사용되는, 가스 터빈(12)으로부터의 폐가스에 의하여 생성된 스팀이 38 바아의 압력, 및 21.4 kg/s 미만의 질량 유동을 갖는 것이 고려가능하다. 관(36) 또는 열 교환기(38)를 통해 유동하는 스팀으로부터 열 교환기(38)를 통한 정반응의 추출물들로의 열의 전달 뒤에, 스팀은 예컨대 334 ℃로부터 대략 247 ℃로 냉각된다. 이는, 정반응이 예컨대 152 ℃ 또는 334 ℃에서 이루어진다는 것을 의미한다. 역반응이 예컨대 250 ℃에서 이루어져서, 예컨대, 역반응에서 방출된 열에 의하여 생성되는 스팀은 250 ℃의 온도를 갖는다.
방출된 열에 의하여 스팀을 생성하는 것 외에도 또는 대안적으로, 스팀을 제공하며, 그리고 발열 화학 반응에서 방출된 열에 의하여, 이러한 제공된 스팀을 가열하는 것, 특히 과열하는 것이 고려가능하다. 따라서, 전력 플랜트를 따뜻하게 유지하기 위한 스팀은 250 ℃의 온도를 가지며, 따라서, 예컨대, 일정 온도로부터 250 ℃로 또는 250 ℃로부터 심지어 더 높은 온도로, 설명된 방식으로 가열될 수 있다. 전력 플랜트를 따뜻하게 유지하기 위한 스팀은 예컨대 1.4 kg/s 내지 5 kg/s의 질량 유동, 및 5 바아의 압력을 갖는다. 전력 플랜트를 따뜻하게 유지하는 것의 일부로서, 역반응에서 방출된 열에 의하여 생성된 스팀으로부터 전력 플랜트로 또는 전력 플랜트의 컴포넌트들로 열이 전달되어서, 스팀은 예컨대 250 ℃로부터 비교적 더 낮은 온도, 특히 150 ℃로 냉각된다.
특히, 전력 플랜트의 적어도 일부가 따뜻하게 유지되거나 또는 가열되게 하는 스팀이 250 ℃의 온도를 갖는 것이 고려가능하다. 따뜻하게 유지되어야 하는 전력 플랜트의 일부에, 전력 플랜트를 따뜻하게 유지하기 위한 스팀이 공급되어서, 전력 플랜트를 따뜻하게 유지하기 위한 스팀으로부터, 따뜻하게 유지되어야 하는 전력 플랜트의 일부로 또는 전력 플랜트로 열이 전달될 수 있다. 그 결과, 전력 플랜트의 일부를 따뜻하게 유지하기 위한 스팀이 냉각되어서, 스팀의 온도는 예컨대 250 ℃로부터 150 ℃로 떨어진다. 이후, 스팀이 매우 높은 온도를 가져서, 전력 플랜트의 적어도 일부를 따뜻하게 유지하기 위한 스팀에 포함되는 열은 다른 목적들을 위해 사용될 수 있다.
열 교환기(38)의 사용 때문에, 우회된 스팀으로부터 정반응의 추출물들의 공간적 분리가 달성되어서, 우회된 스팀은 정반응의 추출물들에 직접적으로 접촉하지 않을 수 있다. 대안적으로, 우회된 스팀이 정반응의 추출물들에 직접적으로 접촉하며, 따라서 이러한 정반응의 추출물들 상으로 또는 그 주위에서 유동하는 것이 고려가능하다. 이후, 예컨대, 열 교환기(38)에 대한 어떤 필요도 없다. 이는 또한, 역반응에서 반복될 수 있다: 열 교환기(44)의 사용 때문에, 방출된 스팀에 의하여 가열되며 전력 플랜트를 따뜻하게 유지하기 위해 사용되는 매질로부터 역반응의 추출물들 및/또는 생성물들의 공간적 분리가 달성되어서, 매질은 역반응의 추출물들 및/또는 생성물들에 직접적으로 접촉하지 않을 수 있다. 대안적으로, 매질이 역반응의 추출물들 및/또는 생성물들에 직접적으로 접촉하며, 따라서 이러한 역반응의 추출물들 및/또는 생성물들 상으로 또는 그 주위에서 유동하는 것이 고려가능하다. 이후, 예컨대, 열 교환기(44)에 대한 어떤 필요도 없다.
흡열 반응을 사용함으로써, 이미 이용가능한 열이 효율적으로 그리고 효과적으로 저장될 수 있다는 것을 도면으로부터 전체로서 알 수 있다. 저장된 스팀은, 전력 플랜트의 일부를 가열하거나 또는 따뜻하게 유지하기 위하여, 특히 추후 시점에, 효과적으로 그리고 효율적으로 사용될 수 있다.

Claims (8)

  1. 가스-및-스팀 복합 전력 플랜트(combined gas-and-steam power plant)(10)를 동작시키기 위한 방법으로서,
    상기 가스-및-스팀 복합 전력 플랜트(10)에서, 가스 터빈(turbine)(12)으로부터의 폐가스(waste gas)에 의하여 뜨거운 스팀이 생성되고, 상기 뜨거운 스팀에 의하여, 전류를 제공하기 위한 적어도 하나의 발전기(30)가 적어도 하나의 터빈 디바이스(device)(22)를 통해 구동되며, 상기 스팀에 포함된 열의 적어도 일부는, 흡열 화학 반응을 수행하기 위하여 사용되는,
    가스-및-스팀 복합 전력 플랜트(10)를 동작시키기 위한 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 흡열 화학 반응의 생성물들에 의하여 발열 화학 반응이 수행되고, 상기 발열 화학 반응에서, 열이 방출되며, 상기 열에 의하여, 상기 가스-및-스팀 복합 전력 플랜트(10)의 적어도 일부가 가열되거나 또는 따뜻하게 유지되는,
    가스-및-스팀 복합 전력 플랜트(10)를 동작시키기 위한 방법.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 발열 화학 반응에서 방출된 열에 의하여 스팀이 생성되고, 상기 스팀에 의하여, 상기 가스-및-스팀 복합 전력 플랜트(10)의 적어도 일부가 가열되거나 또는 따뜻하게 유지되는,
    가스-및-스팀 복합 전력 플랜트(10)를 동작시키기 위한 방법.
  4. 제2 항 또는 제3 항에 있어서,
    적어도 하나의 열 교환기(44)가 제공되며, 상기 열 교환기(44)를 통해, 방출된 열의 적어도 일부가 상기 가스-및-스팀 복합 전력 플랜트(10)의 일부에, 또는 매질, 특히 유체 또는 가스, 또는 상기 가스-및-스팀 복합 전력 플랜트(10)의 컴포넌트(component)(40)에 전달되는,
    가스-및-스팀 복합 전력 플랜트(10)를 동작시키기 위한 방법.
  5. 제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스팀에 포함된 열의 적어도 일부가, 상기 흡열 화학 반응을 수행하기 위하여 상기 가스-및-스팀 복합 전력 플랜트(10)의 정상 동작 동안 사용되고, 정상 동작 동안, 상기 발전기(30)가 구동되며, 상기 발전기(30)에 의하여 전력이 제공되는,
    가스-및-스팀 복합 전력 플랜트(10)를 동작시키기 위한 방법.
  6. 제5 항에 있어서, 제2 항 내지 제4 항 중 어느 한 항 다시 참조로,
    정상 동작 후에, 상기 전력 플랜트를 따뜻하게 유지하기 위한 동작이 수행되며, 여기서, 상기 발전기(30), 특히, 상기 터빈 디바이스(22)에 의해 수행되는 상기 발전기(30)의 구동에 의해 수행되는 전력의 제공이 중단되는 동안, 방출된 에너지(energy)에 의하여, 상기 가스-및-스팀 복합 전력 플랜트(10)가 가열되거나 또는 따뜻하게 유지되는,
    가스-및-스팀 복합 전력 플랜트(10)를 동작시키기 위한 방법.
  7. 제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 열 교환기(38)가 제공되며, 상기 열 교환기(38)에 의하여, 상기 스팀에 포함된 열의 적어도 일부가 상기 흡열 화학 반응의 추출물(educt)들에 전달되는,
    가스-및-스팀 복합 전력 플랜트(10)를 동작시키기 위한 방법.
  8. 가스-및-스팀 복합 전력 플랜트(10)로서,
    적어도 하나의 터빈 디바이스(22), 전력을 제공하기 위해 상기 터빈 디바이스(22)에 의해 구동될 수 있는 적어도 하나의 발전기(30), 및 적어도 하나의 가스 터빈(12)을 가지며, 상기 가스 터빈(12)에 의하여, 뜨거운 스팀을 생성하기 위한 폐가스가 제공될 수 있으며, 상기 스팀에 의하여, 상기 터빈 디바이스(22)가 구동될 수 있고, 그리고 상기 발전기(30)가 상기 터빈 디바이스(22)를 통해 구동될 수 있으며, 적어도 하나의 반응기(34)가 제공되고, 상기 스팀으로부터 공급되는 열에 의하여 상기 반응기(34)에서 흡열 화학 반응을 수행하기 위하여, 상기 스팀에 포함된 열의 적어도 일부가 상기 반응기(34)에 공급될 수 있는,
    가스-및-스팀 복합 전력 플랜트(10).
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