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WO2015080454A1 - 부유 저장식 가스 발전플랜트의 출력 증대 시스템 - Google Patents

부유 저장식 가스 발전플랜트의 출력 증대 시스템 Download PDF

Info

Publication number
WO2015080454A1
WO2015080454A1 PCT/KR2014/011396 KR2014011396W WO2015080454A1 WO 2015080454 A1 WO2015080454 A1 WO 2015080454A1 KR 2014011396 W KR2014011396 W KR 2014011396W WO 2015080454 A1 WO2015080454 A1 WO 2015080454A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
gas
glycol water
heat exchange
air
turbine
Prior art date
Application number
PCT/KR2014/011396
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
장윤아
최동규
최정호
유창열
김원석
Original Assignee
대우조선해양 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from KR1020130145077A external-priority patent/KR101537274B1/ko
Priority claimed from KR1020130145076A external-priority patent/KR101537275B1/ko
Application filed by 대우조선해양 주식회사 filed Critical 대우조선해양 주식회사
Publication of WO2015080454A1 publication Critical patent/WO2015080454A1/ko
Priority to PH12016500982A priority Critical patent/PH12016500982A1/en

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C3/00—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
    • F02C3/20—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid using a special fuel, oxidant, or dilution fluid to generate the combustion products
    • F02C3/22—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid using a special fuel, oxidant, or dilution fluid to generate the combustion products the fuel or oxidant being gaseous at standard temperature and pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/22—Fuel supply systems
    • F02C7/224—Heating fuel before feeding to the burner

Definitions

  • the present invention relates to a method of increasing the output of a floating storage gas power plant that can store liquefied natural gas in a fuel tank of a floating structure at sea and produce electric power using the liquefied gas. More specifically, a gas turbine The present invention relates to a system for increasing the output of a suspended storage gas power plant that can increase the power efficiency by cooling the air supplied to the air.
  • gas power generation is limited because development is possible only when gas infrastructure such as gas storage is installed on land.
  • Onshore thermal power plant has a problem that the initial installation cost of the facility increases because the volume is too large, there is a problem that the consumption of buildings, piping, materials increases as the facilities and systems are independently located in a separate building.
  • FSRU Floating Storage Re-gasfication Unit
  • the present invention provides an indirect heat exchange system of liquefied gas and glycol water introduced into a vaporizer, or a direct heat exchange system of liquefied gas and atmospheric air introduced into a vaporizer in supplying air to a compressor of a gas turbine. Or by using a mixed system of the above two heat exchange systems, it is possible to supply the air flowing into the compressor of the gas turbine at low temperature and high density to increase the output efficiency of the gas storage plant.
  • the purpose is to provide.
  • the present invention provides an electric power using a fuel tank installed in a floating structure for storing and supplying liquefied gas, a vaporizer for vaporizing the liquefied gas of the fuel tank, and a fuel gas supplied from the vaporizer.
  • the gas power plant having a gas turbine for producing a gas
  • the air flowing into the gas turbine is heat-exchanged with the liquefied gas by a heat exchange means to provide a system for increasing the output of the floating storage gas power plant is supplied in a low temperature and high density state.
  • the heat exchange means may include an indirect heat exchange system using glycol water, or a direct heat exchange system of liquefied gas and atmospheric air introduced into the vaporizer, or a mixed system using the indirect heat exchange system and the direct heat exchange system.
  • the indirect heat exchange system using glycol water includes: a glycol water circulation line through which glycol water circulates; A glycol water tank to which the glycol water circulation line is connected and storing glycol water; A circulation pump for circulating by pumping glycol water through the glycol water circulation line; A heat exchanger installed in the glycol water circulation line to heat exchange with liquefied gas using glycol water; And a cooler for converting the low temperature glycol water passing through the heat exchanger into the gas turbine into low temperature high density air.
  • the direct heat exchange system of the liquefied gas and air the air supply line for introducing air to the compressor of the gas turbine; And a heat exchanger connected to the vaporizer to heat exchange the air introduced into the air supply line with the liquefied gas.
  • the mixing system includes an air supply line for introducing air into the compressor of the gas turbine; A first heat exchanger connected to the vaporizer to heat exchange the air introduced into the air supply line with the liquefied gas; Glycol water circulation line through which glycol water circulates; A glycol water tank to which the glycol water circulation line is connected and storing glycol water; A circulation pump for circulating by pumping glycol water through the glycol water circulation line; A second heat exchanger installed in the glycol water circulation line to heat exchange with liquefied gas using glycol water; And a cooler for converting the low temperature glycol water passing through the second heat exchanger into the gas turbine to a low temperature high density.
  • the gas turbine includes a combustor for combusting the fuel gas provided by the vaporizer; A compressor providing the combustor with low temperature and high density compressed air for combustion of fuel gas; A turbine generating power while rotating by using a force generated by fuel gas combustion in the combustor; And a generator for producing electric power using the rotational force of the turbine.
  • the gas turbine may be connected to a waste heat recovery steam generator that generates steam by recovering waste heat of the hot gas discharged from the gas turbine, and the waste heat recovery steam generator uses power supplied from the waste heat recovery steam generator to supply the steam.
  • the steam turbine to be produced is connected, the generator may be connected to the steam turbine.
  • the present invention can produce electric power by using the liquefied gas stored in the floating structure of the sea, indirect heat exchange system of the liquefied gas and glycol water introduced into the vaporizer in supplying air to the compressor of the gas turbine , Or by using a heat exchange system of the liquefied gas flowing into the vaporizer and the atmospheric air, or a mixed system of the two heat exchange systems, supplying the gas to the compressor of the gas turbine at a low temperature and high density. Output efficiency can be increased.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a floating storage gas power plant of the present invention
  • FIG. 2 is a block diagram of an output increase system according to a first embodiment of the present invention, which is used to supply an air to a compressor of a gas turbine, using an indirect heat exchange system of liquefied gas and glycol water introduced into a vaporizer.
  • FIG. 2 is a block diagram of an output increase system according to a first embodiment of the present invention, which is used to supply an air to a compressor of a gas turbine, using an indirect heat exchange system of liquefied gas and glycol water introduced into a vaporizer.
  • FIG. 3 is a side configuration diagram showing an output increasing system according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a configuration diagram of an output increase system according to a second embodiment of the present invention, in which an output increase system using a direct heat exchange system between liquefied gas and atmospheric air introduced into a vaporizer in supplying air to a compressor of a gas turbine is shown.
  • an output increase system using a direct heat exchange system between liquefied gas and atmospheric air introduced into a vaporizer in supplying air to a compressor of a gas turbine is shown.
  • Figure 5 is a side configuration view showing an output increase system according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a configuration diagram of a power increase system according to a third embodiment of the present invention, indirectly exchanging a liquefied gas and glycol water with a liquefied gas introduced into a vaporizer to supply air to a gas turbine, and a liquefied gas with air directly Drawing of the power increase system using the mixed system which mixed the heat exchange system
  • FIG. 7 is a block diagram showing an output increase system according to a fourth embodiment of the present invention.
  • the present invention uses a fuel tank installed in a floating structure for storing and supplying liquefied gas, a vaporizer for vaporizing the liquefied gas of the fuel tank, and a fuel gas supplied from the vaporizer
  • the air flowing into the gas turbine is configured to be heat-exchanged with the liquefied gas by a heat exchange means to be supplied at a low temperature and high density, whereby the air flows into the compressor of the gas turbine. It is configured to increase the output efficiency of the gas turbine by supplying at a low temperature and high density.
  • the heat exchange means may include an indirect heat exchange system using glycol water, or a direct heat exchange system of liquefied gas and atmospheric air introduced into the vaporizer, or a mixed system using the indirect heat exchange system and the direct heat exchange system.
  • glycol water circulation line through which glycol water circulates;
  • a glycol water tank to which the glycol water circulation line is connected and storing glycol water;
  • a circulation pump for circulating by pumping glycol water through the glycol water circulation line;
  • a heat exchanger installed in the glycol water circulation line to heat exchange with liquefied gas using glycol water;
  • a cooler for converting the low temperature glycol water passing through the heat exchanger into the gas turbine into low temperature high density air.
  • the direct heat exchange system of the liquefied gas and air the air supply line for introducing air to the compressor of the gas turbine; And a heat exchanger connected to the vaporizer to heat exchange the air introduced into the air supply line with the liquefied gas.
  • the mixing system includes an air supply line for introducing air into the compressor of the gas turbine; A first heat exchanger connected to the vaporizer to heat exchange the air introduced into the air supply line with the liquefied gas; Glycol water circulation line through which glycol water circulates; A glycol water tank to which the glycol water circulation line is connected and storing glycol water; A circulation pump for circulating by pumping glycol water through the glycol water circulation line; A second heat exchanger installed in the glycol water circulation line to heat exchange with liquefied gas using glycol water; And a cooler for converting the low temperature glycol water passing through the second heat exchanger into the gas turbine to a low temperature high density.
  • the gas turbine includes a combustor for combusting the fuel gas provided by the vaporizer; A compressor providing the combustor with low temperature and high density compressed air for combustion of fuel gas; A turbine generating power while rotating by using a force generated by fuel gas combustion in the combustor; And a generator for producing electric power using the rotational force of the turbine.
  • the gas turbine may be connected to a waste heat recovery steam generator that generates steam by recovering waste heat of the hot gas discharged from the gas turbine, and the waste heat recovery steam generator uses power supplied from the waste heat recovery steam generator to supply the steam.
  • the steam turbine to be produced is connected, the generator may be connected to the steam turbine.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a floating storage gas power plant of the present invention.
  • the floating storage gas power plant of the present invention vaporizes a fuel tank 10 installed in a floating structure 1 and a liquefied gas of the fuel tank 10 to store and supply liquefied gas.
  • the vaporizer 20 and the gas turbine 30 which produces electric power using the fuel gas supplied from the said vaporizer 20 are provided.
  • the gas turbine 30 includes a combustor 31 for combusting the fuel gas provided by the vaporizer 20, a compressor 32 for providing the combustor 31 with compressed air of low temperature and high density for combustion of the fuel gas; And a turbine 33 that generates power while rotating by using a force generated by fuel gas combustion in the combustor 31, and a generator 34 that generates power by using the rotational force of the turbine 33.
  • the compressor 32 may be composed of a compressor of a single type composed of one compressor, as well as a compressor of a multistage type composed of a plurality of low pressure compressors and a high pressure compressor.
  • the gas turbine 30 may be connected to a waste heat recovery steam generator 40 that generates steam by recovering waste heat of the hot gas discharged from the gas turbine 30, and the waste heat recovery steam generator 40 is connected to the waste heat recovery steam generator 40.
  • a steam turbine 51 for producing electric power using steam supplied from the recovered steam generator 40 may be connected, and a generator 52 may be connected to the steam turbine 51.
  • the condenser 70 is configured to cool the steam using sea water to convert the water into water, and the converted water is stored in the water storage tank 80 to replenish water required by the waste heat recovery steam generator 40.
  • the air flowing into the compressor 32 of the gas turbine 30 is configured to be heat-exchanged with the liquefied gas by heat exchange means and supplied at a low temperature and high density to the compressor 32 of the gas turbine 30. It is configured to increase the output efficiency of the gas turbine 30 by supplying the incoming air at a low temperature and high density.
  • the heat exchange means includes an indirect heat exchange system using glycol water, or a direct heat exchange system of liquefied gas and atmospheric air introduced into the vaporizer 20, or a mixed system in which the indirect heat exchange system and the direct heat exchange system are mixed. do.
  • the power increase system using an indirect heat exchange system of liquefied gas and glycol water in the first embodiment of the present invention, the power increase system using a direct heat exchange system with liquefied gas and atmospheric air, in the third embodiment, an output increase system using a mixed system of the above two systems and a fourth embodiment will be described and described.
  • FIG. 2 is a block diagram of an output increase system according to a first embodiment of the present invention, which is used to supply an air to a compressor of a gas turbine, using an indirect heat exchange system of liquefied gas and glycol water introduced into a vaporizer.
  • 3 is a side configuration diagram showing an output increasing system according to a first embodiment of the present invention.
  • the power increase system 100 the glycol water circulation line 110 through which glycol water (Glycol water) circulates;
  • a glycol water tank 120 connected to the glycol water circulation line 110 and storing glycol water;
  • a circulation pump 130 for circulating by pumping glycol water through the glycol water circulation line 110;
  • a heat exchanger 140 installed in the glycol water circulation line 110 to exchange heat with liquefied gas using glycol water;
  • a cooler 150 for converting the low temperature glycol water passing through the heat exchanger 140 into the low temperature high density air into the gas turbine 30.
  • the glycol water circulation line 110 is a pipeline through which glycol water circulates, and is connected to the glycol water tank 120.
  • the evaporator 20 and the inlet of the compressor 32 are arranged long.
  • the circulation pump 130 is installed in the middle of the glycol water circulation line 110 to pump and circulate glycol water.
  • the heat exchanger 120 serves to cool down the glycol water circulated in the vaporizer 20 to a low temperature by heat exchange with the liquefied gas, the cooler 150 is a low temperature glycol through the heat exchanger 140 Through the heat exchange between the water and the atmospheric air introduced into the compressor 32 of the gas turbine 30, the atmospheric air is converted into a low temperature and high density to supply the gas turbine 30.
  • the gas turbine 30 provides a combustor 31 for combusting the fuel gas provided by the vaporizer 20, and provides the combustor 31 with low temperature and high density compressed air for combustion of fuel gas.
  • the generator 32 generates power while rotating by using the force generated by the combustion of fuel gas in the compressor 32, the combustor 31, and the generator that generates electric power by using the rotational force of the turbine 33. (34).
  • the compressor 32 may be composed of a compressor of one type composed of one compressor as well as a compressor of a multistage type composed of a plurality of low pressure and high pressure compressors.
  • the gas turbine 30 may be connected to a waste heat recovery steam generator 40 that generates steam by recovering waste heat of the hot gas discharged from the gas turbine 30, and the waste heat recovery steam generator 40 is connected to the waste heat recovery steam generator 40.
  • a steam turbine 51 for producing electric power using steam supplied from the recovered steam generator 40 may be connected, and a generator 52 may be connected to the steam turbine 51.
  • the condenser 70 is configured to cool the steam using sea water to convert the water into water, and the converted water is stored in the water storage tank 80 to replenish water required by the waste heat recovery steam generator 40.
  • the liquefied gas of the fuel tank 10 is vaporized by the vaporizer 20 and then supplied to the combustor 31 of the gas turbine 30, and atmospheric air is compressed by the compressor 32 and then supplied to the combustor 30. do.
  • the fuel gas and the compressed air introduced into the combustor 31 are mixed and combusted, and the turbine 33 is rotated by using the explosive force of the gas generated during combustion, and the generator (using the rotational force of the turbine 33) is used. 34) to produce electricity.
  • the circulation pump 130 is driven to convert the atmospheric air flowing into the compressor 32 into a low temperature high density to increase the output efficiency.
  • the glycol water circulation line (110) By circulating the glycol water of the glycol water tank 120 through the glycol water circulation line (110).
  • the glycol water is cooled while passing through the heat exchanger 140 installed on the vaporizer side, the cooled glycol water is passed through the cooler 150, the atmospheric air is introduced into the cooler 150, the cooler 150 Atmospheric air is cooled by heat exchange at, whereby low temperature and high density air is supplied to the compressor 32 of the gas turbine 30.
  • the power generation efficiency of the gas turbine 30 may be increased to increase output.
  • the waste heat recovery steam generator 40 generates steam by using a heat source of hot gas generated from the gas turbine 30, that is, waste heat, and drives the steam turbine 51 by using the steam to operate the steam turbine 51.
  • the rotation force is used to produce electricity in the generator 52.
  • the condenser 70 cools steam using sea water to convert the water into water, and the converted water is stored in the water storage tank 80 to replenish water needed in the waste heat recovery steam generator 40.
  • Figure 4 is a configuration diagram of the power increase system according to a second embodiment of the present invention, the power increase using a direct heat exchange system of the liquefied gas flowing into the vaporizer and the atmospheric air in supplying air to the compressor of the gas turbine 5 is a diagram illustrating a system
  • FIG. 5 is a side view illustrating an output increasing system according to a second exemplary embodiment of the present invention.
  • the power increase system 200 includes an air supply line 210 for introducing air into the compressor 32 of the gas turbine 30. And a heat exchanger 220 connected to the vaporizer 20 to heat exchange the air introduced into the air supply line 210 with the liquefied gas.
  • atmospheric air is introduced into the air supply line 210, and the heat exchanger 220 is introduced into the air supply line 210 through heat exchange with the liquefied gas introduced into the vaporizer 20. Cool down. The cooled air is converted to low temperature and high density and then supplied to the compressor 32 of the gas turbine 30.
  • the gas turbine 30 includes a combustor 31 for combusting the fuel gas provided by the vaporizer 20, a compressor 32 for providing the combustor 31 with compressed air of low temperature and high density for combustion of the fuel gas; A turbine 33 generating power while rotating by using a force generated by fuel gas combustion in the combustor 31, and a generator 34 generating electric power by using the rotational force of the turbine 33.
  • the compressor 32 may be composed of a compressor of one type composed of one compressor, as well as a compressor of a multistage type composed of a low pressure compressor and a high pressure compressor.
  • the gas turbine 30 may be connected to a waste heat recovery steam generator 40 that generates steam by recovering waste heat of the hot gas discharged from the gas turbine 30, and the waste heat recovery steam generator 40 is connected to the waste heat recovery steam generator 40.
  • a steam turbine 51 for producing electric power using steam supplied from the recovered steam generator 40 may be connected, and a generator 52 may be connected to the steam turbine 51.
  • the condenser 70 is configured to cool the steam using sea water to convert the water into water, and the converted water is stored in the water storage tank 80 to replenish water required by the waste heat recovery steam generator 40.
  • the liquefied gas of the fuel tank 10 is vaporized by the vaporizer 20 and then supplied to the combustor 31 of the gas turbine 30, and atmospheric air is compressed by the compressor 32 and then supplied to the combustor 30. do.
  • the fuel gas and the compressed air introduced into the combustor 31 are mixed and combusted, and the turbine 33 is rotated by using the explosive force of the gas generated during combustion, and the generator (using the rotational force of the turbine 33) is used. 34) to produce electricity.
  • the air supply line 210 inside the air supply line 210 to increase the output efficiency by converting the atmospheric air flowing into the compressor 32 to a low temperature high density
  • the atmospheric air introduced into is cooled through heat exchange with the liquefied gas introduced into the vaporizer 20 while passing through the heat exchanger 220, converted to low temperature and high density, and then supplied to the compressor 32 of the gas turbine 30. .
  • the power generation efficiency of the gas turbine 30 may be increased to increase output.
  • the waste heat recovery steam generator 40 generates steam by using a heat source of hot gas generated from the gas turbine 30, that is, waste heat, and drives the steam turbine 51 by using the steam to operate the steam turbine 51.
  • the rotation force is used to produce electricity in the generator 52.
  • the condenser 70 cools steam using sea water to convert the water into water, and the converted water is stored in the water storage tank 80 to replenish water needed in the waste heat recovery steam generator 40.
  • FIG. 6 is a configuration diagram of a power increase system according to a third embodiment of the present invention, in which a direct heat exchange system of liquefied gas and glycol water introduced into a vaporizer in supplying air to a gas turbine, liquefied gas and atmospheric air, and A diagram of a power increase system using a hybrid system in which an indirect heat exchange system is used.
  • the power increasing system 300 includes an air supply line 310 flowing into the compressor 32 of the gas turbine 30, and the air supply line ( A first heat exchanger 320 for heat-exchanging air introduced into 310 with liquefied gas, and a glycol water circulation line 330 through which glycol water is circulated; A glycol water tank 340 to which the glycol water circulation line 330 is connected and in which glycol water is stored; A circulation pump 350 which pumps and circulates glycol water through the glycol water circulation line 330; A second heat exchanger 360 installed in the glycol water circulation line 330 to exchange heat with liquefied gas using glycol water; And a cooler 370 for converting the low temperature glycol water passing through the second heat exchanger 360 into the gas turbine 30 to a low temperature high density.
  • atmospheric air is introduced into the air supply line 310, and the first heat exchanger 320 is the liquefied gas introduced into the vaporizer 20.
  • the air introduced into the air supply line 310 is primarily cooled through heat exchange with the heat exchanger.
  • the cooled air is converted to low temperature and then flows into the gas turbine 30.
  • the glycol water stored in the glycol water tank 340 circulates the glycol water circulation line 330 by pumping the circulation pump 350, heat exchanges with the second heat exchanger 360, and the cooler 370 is the air.
  • the low temperature air flowing from the supply line 310 is converted into low temperature high density air again and configured to supply the compressor 32 of the gas turbine 30.
  • the liquefied gas of the fuel tank 10 is vaporized by the vaporizer 20 and then supplied to the combustor 31 of the gas turbine 30, and atmospheric air is compressed by the compressor 32 and then supplied to the combustor 30. do.
  • the fuel gas and the compressed air introduced into the combustor 31 are mixed and combusted, and the turbine 33 is rotated by using the explosive force of the gas generated during combustion, and the generator (using the rotational force of the turbine 33) is used. 34) to produce electricity.
  • the air supply line 310 inside the air supply line 310 to increase the output efficiency by converting the atmospheric air flowing into the compressor 32 to a low temperature high density
  • the atmospheric air is introduced into the furnace, and the first heat exchanger 320 primarily cools the air introduced into the air supply line 310 through heat exchange with the liquefied gas introduced into the vaporizer 20.
  • the cooled air is introduced into the gas turbine 30 after being converted to low temperature.
  • the glycol water stored in the glycol water tank 340 circulates the glycol water circulation line 330 and heat exchanges with the second heat exchanger 360 by pumping the circulation pump 350, and the cooler 370 supplies the air.
  • the low temperature air introduced from the line 310 is converted into low temperature high density air and supplied to the compressor 32 of the gas turbine 30.
  • the power generation efficiency of the gas turbine 30 may be further increased to increase the output.
  • the waste heat recovery steam generator 40 generates steam by using a heat source of hot gas generated from the gas turbine 30, that is, waste heat, and drives the steam turbine 51 by using the steam to operate the steam turbine 51.
  • the rotation force is used to produce electricity in the generator 52.
  • the condenser 70 cools steam using sea water to convert the water into water, and the converted water is stored in the water storage tank 80 to replenish water needed in the waste heat recovery steam generator 40.
  • FIG. 7 is a configuration diagram showing an output increase system according to a fourth embodiment of the present invention, in which a main air supply duct 410 is installed at the inlet side of the compressor 32 (see FIG. 1) of the gas turbine 30.
  • the outer circumferential surface of the main air supply duct 410 is wound around the liquefied gas transport pipe 420 to cool the air introduced into the supply duct 410 through heat exchange with the liquefied gas flowing through the liquefied gas transport pipe 420.
  • Sub air supply duct 411 may also be installed in parallel for maintenance of the main air supply duct 410.
  • the waste heat recovery steam generator 40 generates steam by using a heat source of hot gas generated from the gas turbine 30, that is, waste heat, and drives the steam turbine 51 by using the steam to operate the steam turbine 51.
  • the rotation force may be used to produce electricity in the generator 52.
  • the present invention can produce power by using the liquefied gas stored in the floating structure of the sea, and indirect heat exchange system of liquefied gas and glycol water introduced into the vaporizer in the supply of air to the compressor of the gas turbine, or is introduced into the vaporizer
  • indirect heat exchange system of liquefied gas and glycol water introduced into the vaporizer in the supply of air to the compressor of the gas turbine, or is introduced into the vaporizer

Landscapes

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Abstract

본 발명은 해상의 부유 구조물의 연료 탱크에 액화천연가스를 저장하고 그 액화가스를 이용하여 전력(電力)을 생산할 수 있는 부유 저장식 가스 발전플랜트 의 출력 증대 방법에 관한 것으로, 해상의 부유 구조물에 저장된 액화가스를 이용하여 전력을 생산할 수 있으며, 가스터빈의 압축기로 공기를 공급함에 있어서 기화기로 유입되는 액화가스와 글리콜 워터와의 간접적 열교환 시스템, 또는 기화기로 유입되는 액화가스와 대기공기와의 직접적 열교환 시스템, 또는 위 2가지의 열교환 시스템을 혼용한 혼용 시스템을 이용하여, 가스터빈의 압축기에 유입되는 공기를 저온 고밀도로 공급하여 가스터빈의 출력 효율성을 더욱 높일 수 있다.

Description

부유 저장식 가스 발전플랜트의 출력 증대 시스템
본 발명은 해상의 부유 구조물의 연료 탱크에 액화천연가스를 저장하고 그 액화가스를 이용하여 전력(電力)을 생산할 수 있는 부유 저장식 가스 발전플랜트 의 출력 증대 방법에 관한 것으로, 좀더 구체적으로는 가스터빈에 공급되는 공기를 냉각시켜 공기의 밀도를 높임으로써 출력 효율성을 높일 수 있는 부유 저장식 가스 발전플랜트의 출력 증대 시스템에 관한 것이다.
최근에는 친환경적인 발전에 대한 요구로 천연가스를 이용한 발전(發電)에 대한 관심이 증가하고 있다.
전력공급이 원활하지 않은 신흥개발국 등에서 가스 발전에 대한 관심이 높아지고 있는데, 가스 발전은 그 특성상 육지에 가스 저장소 등과 같은 가스 인프라가 갖추어져야만 발전(發電)이 가능하기 때문에 개발에 제한이 많다.
육상의 화력발전 플랜트는 용적이 너무 커서 설비 초기 설치비용이 상승하는 문제점이 있고, 설비 및 시스템이 별도의 건물에 독립적으로 위치함에 따라서 건물 및 배관, 자재의 소모량이 증가하는 문제점이 있다.
또한, 종래 육상의 화력발전 플랜트에서는 설비 설치 및 탱크 배치, 그리고 테스트가 현장(site)에서 수행됨에 따라 리스크(risk)가 항상 존재하며, 오랜 공사기간이 필요한 문제점이 있다.
특히, 여러 개의 섬들로 이루어진 동남아시아 국가의 경우에는 대용량의 가스 발전을 하는 데 어려움이 많았다.
즉, 육상의 화력발전소 건설에 따른 장소 확보와 건설비 소요를 가져오는 단점이 있으며, 육상의 화력발전소 건설에 많은 시간이 소요되므로 전력 공급을 단시간 내에 수행하는 것이 어렵다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, FSRU(Floating Storage Re-gasfication Unit)라는 부유식 해상 가스저장 재 기화설비 선이 등장하게 되었으며, 이러한 해상 가스저장 재 기화설비 선을 이용하여 육지의 발전소에 가스를 공급하게 되었다.
그러나, 이와 같은 FSRU를 이용한 육지에서의 발전은, 해상에서의 FSRU 설치와 육지에 발전소를 건설해야 하는 이중적인 부담을 초래한다.
즉, FSRU 뿐만 아니라, 육상 발전소 건설에 따른 장소 확보와 건설비 소요를 가져오는 단점이 있다.
따라서 전술한 방법 이외에 해상에서 액화천연가스를 저장하면서 그 액화천연가스 및 가스 터빈/엔진의 폐열을 이용하여 전력을 생산할 수 있는 새롭고 진보된 타입의 부유 저장식 가스 발전플랜트(Floating and Storage Gas Power Plant, FSPP)의 개발이 절실히 요구되고 있다.
전술한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 가스터빈의 압축기로 공기를 공급함에 있어서 기화기로 유입되는 액화가스와 글리콜 워터와의 간접적 열교환 시스템, 또는 기화기로 유입되는 액화가스와 대기 공기와의 직접적 열교환 시스템, 또는 위 2가지의 열교환 시스템을 혼용한 혼용 시스템을 이용하여, 가스터빈의 압축기에 유입되는 공기를 저온 고밀도로 공급하여 가스터빈의 출력 효율성을 높일 수 있는 부유 저장식 가스 발전플랜트의 출력 증대 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 액화가스를 저장하고 공급하기 위하여 부유 구조물에 설치되는 연료 탱크와, 상기 연료 탱크의 액화가스를 기화시키는 기화기와, 상기 기화기에서 공급하는 연료 가스를 이용하여 전력을 생산하는 가스터빈을 구비하는 가스 발전플랜트에서, 상기 가스터빈으로 유입되는 공기는 열교환수단에 의해 상기 액화가스와 열교환되어 저온 고밀도 상태로 공급되는 부유 저장식 가스 발전플랜트의 출력 증대 시스템을 제공한다.
상기 열교환수단은, 글리콜 워터에 의한 간접적 열교환 시스템, 또는 상기 기화기로 유입되는 액화가스와 대기 공기와의 직접적 열교환 시스템, 또는 상기 간접적 열교환 시스템과 상기 직접적 열교환 시스템을 혼용한 혼용 시스템을 포함한다.
상기 글리콜 워터에 의한 간접적 열교환 시스템은, 글리콜 워터가 순환하는 글리콜 워터 순환라인; 상기 글리콜 워터 순환라인이 연결되며 글리콜 워터가 저장되는 글리콜 워터 탱크; 상기 글리콜 워터 순환라인을 통해서 글리콜 워터를 펌핑하여 순환시키는 순환펌프; 글리콜 워터를 이용하여 액화가스와 열 교환하도록 상기 글리콜 워터 순환라인에 설치되는 열 교환기; 및 상기 열 교환기를 거친 저온의 글리콜 워터가 상기 가스터빈으로 유입되는 공기를 저온 고밀도 공기로 변환시키는 냉각기를 포함한다.
상기 액화가스와 공기와의 직접적 열교환 시스템은, 상기 가스터빈의 압축기로 공기를 유입하기 위한 공기 공급라인; 및 상기 기화기와 연결되어 상기 공기 공급라인으로 유입된 공기를 액화가스와의 열교환시키는 열교환기를 포함한다.
상기 혼용 시스템은, 상기 가스터빈의 압축기로 공기를 유입하기 위한 공기 공급라인; 상기 기화기와 연결되어 상기 공기 공급라인으로 유입된 공기를 액화가스와의 열교환시키는 제 1 열교환기; 글리콜 워터가 순환하는 글리콜 워터 순환라인; 상기 글리콜 워터 순환라인이 연결되며 글리콜 워터가 저장되는 글리콜 워터 탱크; 상기 글리콜 워터 순환라인을 통해서 글리콜 워터를 펌핑하여 순환시키는 순환펌프; 글리콜 워터를 이용하여 액화가스와 열 교환하도록 상기 글리콜 워터 순환라인에 설치되는 제 2 열교환기; 및 상기 제 2 열교환기를 거친 저온의 글리콜 워터가 상기 가스터빈으로 유입되는 공기를 저온 고밀도로 변환시키는 냉각기를 포함한다.
상기 가스터빈은 상기 기화기에서 제공된 연료 가스를 연소시키는 연소기; 연료 가스의 연소를 위해서 저온 고밀도의 압축공기를 상기 연소기에 제공하는 압축기; 상기 연소기에서의 연료 가스 연소에 의해 발생하는 힘을 이용하여 회전하면서 동력을 발생하는 터빈; 및 상기 터빈의 회전력을 이용하여 전력을 생산하는 발전기를 포함한다.
상기 가스터빈에는 상기 가스터빈에서 배출되는 고온 가스의 폐열을 회수하여 스팀을 생성하는 폐열회수 스팀발생기가 연결될 수 있고, 상기 폐열회수 스팀발생기에는 상기 폐열회수 스팀발생기에서 공급하는 스팀을 이용하여 전력을 생산하는 스팀 터빈이 연결되며, 상기 스팀터빈에는 발전기가 연결될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 해상의 부유 구조물에 저장된 액화가스를 이용하여 전력을 생산할 수 있으며, 가스터빈의 압축기로 공기를 공급함에 있어서 기화기로 유입되는 액화가스와 글리콜 워터와의 간접적 열교환 시스템, 또는 기화기로 유입되는 액화가스와 대기공기와의 직접적 열교환 시스템, 또는 위 2가지의 열교환 시스템을 혼용한 혼용 시스템을 이용하여, 가스터빈의 압축기에 유입되는 공기를 저온 고밀도로 공급하여 가스터빈의 출력 효율성을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 부유 저장식 가스 발전플랜트를 보인 구성도
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 출력 증대 시스템의 구성도로서, 가스터빈의 압축기로 공기를 공급함에 있어서 기화기로 유입되는 액화가스와 글리콜 워터와의 간접적 열교환 시스템을 이용한 출력 증대 시스템에 대한 도면
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 출력 증대 시스템을 보인 측면 구성도
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 출력 증대 시스템의 구성도로서, 가스터빈의 압축기에 공기를 공급함에 있어서 기화기로 유입되는 액화가스와 대기 공기와의 직접적 열교환 시스템을 이용한 출력 증대 시스템에 대한 도면
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 출력 증대 시스템을 보인 측면 구성도
도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 출력 증대 시스템의 구성도로서, 가스터빈으로 공기를 공급함에 있어서 기화기로 유입되는 액화가스와 글리콜 워터와의 간접적 열교환 시스템과 액화가스와 공기와의 직접적 열교환 시스템을 혼용한 혼용 시스템을 이용한 출력 증대 시스템에 대한 도면
도 7은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 출력 증대 시스템을 보인 구성도
전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 액화가스를 저장하고 공급하기 위하여 부유 구조물에 설치되는 연료 탱크와, 상기 연료 탱크의 액화가스를 기화시키는 기화기와, 상기 기화기에서 공급하는 연료 가스를 이용하여 전력을 생산하는 가스터빈을 구비하는 가스 발전플랜트에서, 상기 가스터빈으로 유입되는 공기는 열교환수단에 의해 상기 액화가스와 열교환되어 저온 고밀도 상태로 공급되도록 구성됨으로써, 상기 가스터빈의 압축기로 유입되는 공기를 저온 고밀도로 공급하여 상기 가스터빈의 출력 효율성을 높일 수 있도록 구성된다.
상기 열교환수단은, 글리콜 워터에 의한 간접적 열교환 시스템, 또는 상기 기화기로 유입되는 액화가스와 대기공기와의 직접적 열교환 시스템, 또는 상기 간접적 열교환 시스템과 상기 직접적 열교환 시스템을 혼용한 혼용 시스템을 포함한다.
상기 간접적 열교환 시스템에서는, 글리콜 워터가 순환하는 글리콜 워터 순환라인; 상기 글리콜 워터 순환라인이 연결되며 글리콜 워터가 저장되는 글리콜 워터 탱크; 상기 글리콜 워터 순환라인을 통해서 글리콜 워터를 펌핑하여 순환시키는 순환펌프; 글리콜 워터를 이용하여 액화가스와 열 교환하도록 상기 글리콜 워터 순환라인에 설치되는 열 교환기; 및 상기 열 교환기를 거친 저온의 글리콜 워터가 상기 가스터빈으로 유입되는 공기를 저온 고밀도 공기로 변환시키는 냉각기를 포함한다.
상기 액화가스와 공기와의 직접적 열교환 시스템은, 상기 가스터빈의 압축기로 공기를 유입하기 위한 공기 공급라인; 및 상기 기화기와 연결되어 상기 공기 공급라인으로 유입된 공기를 액화가스와의 열교환시키는 열교환기를 포함한다.
상기 혼용 시스템은, 상기 가스터빈의 압축기로 공기를 유입하기 위한 공기 공급라인; 상기 기화기와 연결되어 상기 공기 공급라인으로 유입된 공기를 액화가스와의 열교환시키는 제 1 열교환기; 글리콜 워터가 순환하는 글리콜 워터 순환라인; 상기 글리콜 워터 순환라인이 연결되며 글리콜 워터가 저장되는 글리콜 워터 탱크; 상기 글리콜 워터 순환라인을 통해서 글리콜 워터를 펌핑하여 순환시키는 순환펌프; 글리콜 워터를 이용하여 액화가스와 열 교환하도록 상기 글리콜 워터 순환라인에 설치되는 제 2 열교환기; 및 상기 제 2 열교환기를 거친 저온의 글리콜 워터가 상기 가스터빈으로 유입되는 공기를 저온 고밀도로 변환시키는 냉각기를 포함한다.
상기 가스터빈은 상기 기화기에서 제공된 연료 가스를 연소시키는 연소기; 연료 가스의 연소를 위해서 저온 고밀도의 압축공기를 상기 연소기에 제공하는 압축기; 상기 연소기에서의 연료 가스 연소에 의해 발생하는 힘을 이용하여 회전하면서 동력을 발생하는 터빈; 및 상기 터빈의 회전력을 이용하여 전력을 생산하는 발전기를 포함한다.
상기 가스터빈에는 상기 가스터빈에서 배출되는 고온 가스의 폐열을 회수하여 스팀을 생성하는 폐열회수 스팀발생기가 연결될 수 있고, 상기 폐열회수 스팀발생기에는 상기 폐열회수 스팀발생기에서 공급하는 스팀을 이용하여 전력을 생산하는 스팀 터빈이 연결되며, 상기 스팀터빈에는 발전기가 연결될 수 있다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 부유 저장식 가스 발전플랜트의 출력 증대 시스템에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 부유 저장식 가스 발전플랜트를 보인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 부유 저장식 가스 발전플랜트는 액화가스를 저장하고 공급하기 위하여 부유 구조물(1)에 설치되는 연료 탱크(10)와, 상기 연료 탱크(10)의 액화가스를 기화시키는 기화기(20)와, 상기 기화기(20)에서 공급하는 연료 가스를 이용하여 전력을 생산하는 가스터빈(30)을 구비한다.
상기 가스터빈(30)은 기화기(20)에서 제공된 연료 가스를 연소시키는 연소기(31)와, 연료 가스의 연소를 위해서 저온 고밀도의 압축 공기를 상기 연소기(31)에 제공하는 압축기(32)와, 상기 연소기(31)에서의 연료 가스 연소에 의해 발생하는 힘을 이용하여 회전하면서 동력을 발생하는 터빈(33)과, 상기 터빈(33)의 회전력을 이용하여 전력을 생산하는 발전기(34)를 포함한다. 압축기(32)는 1개의 압축기로 구성된 일단 타입의 압축기(32)는 물론 다수개의 저압 압축기 및 고압 압축기로 구성된 다단 타입의 압축기로 구성될 수 있다.
상기 가스터빈(30)에는 상기 가스터빈(30)에서 배출되는 고온 가스의 폐열을 회수하여 스팀을 생성하는 폐열회수 스팀발생기(40)가 연결될 수 있고, 상기 폐열회수 스팀발생기(40)에는 상기 폐열회수 스팀발생기(40)에서 공급하는 스팀을 이용하여 전력을 생산하는 스팀터빈(51)이 연결될 수 있으며, 상기 스팀터빈(51)에는 발전기(52)가 연결될 수 있다. 그리고 복수기(70)는 해수를 이용하여 스팀을 냉각시켜서 물로 변환시키고 변환된 물은 물 저장탱크(80)에 저장된 후에 상기 폐열회수 스팀발생기(40)에서 필요로 하는 물을 보충하도록 구성된다.
본 발명은, 가스터빈(30)의 압축기(32)으로 유입되는 공기는 열교환수단에 의해 상기 액화가스와 열교환되어 저온 고밀도 상태로 공급되도록 구성됨으로써, 상기 가스터빈(30)의 압축기(32)로 유입되는 공기를 저온 고밀도로 공급하여 상기 가스터빈(30)의 출력 효율성을 높일 수 있도록 구성된다.
상기 열교환수단은, 글리콜 워터에 의한 간접적 열교환 시스템, 또는 상기 기화기(20)로 유입되는 액화가스와 대기공기와의 직접적 열교환 시스템, 또는 상기 간접적 열교환 시스템과 상기 직접적 열교환 시스템을 혼용한 혼용 시스템을 포함한다.
이하, 본 발명의 제 1 실시예에서는 액화가스와 글리콜 워터와의 간접적 열교환 시스템을 이용한 출력 증대 시스템, 본 발명의 제 2 실시예에서는 액화가스와 대기 공기와 직접적 열교환 시스템을 이용한 출력 증대 시스템, 제 3 실시예에서는 위 2가지 시스템을 혼용한 혼용 시스템을 이용한 출력 증대 시스템, 그리고 제 4 실시 예에서는 변형 실시예를 개시하고 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 출력 증대 시스템의 구성도로서, 가스터빈의 압축기로 공기를 공급함에 있어서 기화기로 유입되는 액화가스와 글리콜 워터와의 간접적 열교환 시스템을 이용한 출력 증대 시스템에 대한 도면이며, 도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 출력 증대 시스템을 보인 측면 구성도이다.
도 2 및 도 3을 참조하여, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 출력 증대 시스템(100)은, 글리콜 워터(Glycol water)가 순환하는 글리콜 워터 순환라인(110); 상기 글리콜 워터 순환라인(110)이 연결되며 글리콜 워터가 저장되는 글리콜 워터 탱크(120); 상기 글리콜 워터 순환라인(110)을 통해서 글리콜 워터를 펌핑하여 순환시키는 순환펌프(130); 글리콜 워터를 이용하여 액화가스와 열 교환하도록 상기 글리콜 워터 순환라인(110)에 설치되는 열 교환기(140); 및 상기 열 교환기(140)를 거친 저온의 글리콜 워터가 상기 가스터빈(30)으로 유입되는 공기를 저온 고밀도 공기로 변환시키는 냉각기(150)를 포함한다.
좀더 구체적으로 살펴보면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 출력 증대 시스템(100)에서, 상기 글리콜 워터 순환라인(110)은 글리콜 워터가 순환하는 파이프 라인으로서, 상기 글리콜 워터 탱크(120)와 연결되며, 상기 기화기(20)와 상기 압축기(32)의 입구쪽으로 길게 배치된다.
상기 순환펌프(130)는 상기 글리콜 워터 순환라인(110)의 중간에 설치되어, 글리콜 워터를 펌핑하여 순환시키는 역할을 한다.
상기 열 교환기(120)는 상기 기화기(20) 내에서 순환하는 글리콜 워터를 액화가스와 열 교환하여 저온으로 냉각시키는 역할을 하며, 상기 냉각기(150)는 상기 열교환기(140)를 거친 저온의 글리콜 워터와 상기 가스터빈(30)의 상기 압축기(32)로 유입되는 대기 공기와의 열교환을 통해서 대기 공기를 저온 고밀도로 변환하여 상기 가스터빈(30)에 공급하도록 한다.
전술한 바와같이, 상기 가스터빈(30)은 상기 기화기(20)에서 제공된 연료 가스를 연소시키는 연소기(31)와, 연료 가스의 연소를 위해서 저온 고밀도의 압축 공기를 상기 연소기(31)에 제공하는 압축기(32)와, 상기 연소기(31)에서의 연료 가스 연소에 의해 발생하는 힘을 이용하여 회전하면서 동력을 발생하는 터빈(33)과, 터빈(33)의 회전력을 이용하여 전력을 생산하는 발전기(34)를 포함한다.
상기 압축기(32)는 1개의 압축기로 구성된 일단 타입의 압축기는 물론 다수의 저압 압축기와 고압 압축기로 구성된 다단 타입의 압축기로 구성될 수 있다.
상기 가스터빈(30)에는 상기 가스터빈(30)에서 배출되는 고온 가스의 폐열을 회수하여 스팀을 생성하는 폐열회수 스팀발생기(40)가 연결될 수 있고, 상기 폐열회수 스팀발생기(40)에는 상기 폐열회수 스팀발생기(40)에서 공급하는 스팀을 이용하여 전력을 생산하는 스팀터빈(51)이 연결될 수 있으며, 상기 스팀터빈(51)에는 발전기(52)가 연결될 수 있다.
그리고 복수기(70)는 해수를 이용하여 스팀을 냉각시켜서 물로 변환시고 변환된 물은 물 저장탱크(80)에 저장된 후에 상기 폐열회수 스팀발생기(40)에서 필요로 하는 물을 보충하도록 구성된다.
이와 같이 구성된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 출력 증대 시스템의 작용 효과를 설명한다.
연료 탱크(10)의 액화가스는 기화기(20)에 의해서 기화된 후에 가스터빈(30)의 연소기(31)로 공급되며, 대기 공기가 압축기(32)에 의해서 압축된 후 연소기(30)로 공급된다. 상기 연소기(31)로 유입된 연료 가스와 압축 공기가 혼합되어 연소하며, 연소시 발생하는 가스의 폭발력을 이용하여 상기 터빈(33)을 회전시키고, 상기 터빈(33)의 회전력을 이용하여 발전기(34)에서 전기를 생산한다. 이때, 상기 압축기(32)에서 상기 연소기(31)에 압축 공기를 제공하기 전에, 상기 압축기(32)로 유입되는 대기 공기를 저온 고밀도로 변환시켜서 출력 효율성을 증대시키기 위하여 순환펌프(130)가 구동하여 글리콜 워터 탱크(120)의 글리콜 워터를 글리콜 워터 순환라인(110)을 통해서 순환시킨다. 글리콜 워터는 기화기측에 설치된 열 교환기(140)를 거치면서 냉각되고, 냉각된 글리콜 워터는 상기 냉각기(150)를 거치게 되는데, 상기 냉각기(150)에는 대기 공기가 유입되며, 이때 상기 냉각기(150)에서의 열 교환에 의하여 대기 공기가 냉각됨으로써, 저온 고밀도의 공기가 가스터빈(30)의 압축기(32)로 공급된다. 저온 고밀도의 공기가 압축기(32)에 공급됨에 따라, 가스터빈(30)의 발전 효율성을 높여 출력을 증대시킬 수 있다.
폐열회수 스팀발생기(40)는 가스터빈(30)에서 발생하는 고온 가스의 열원, 즉 폐열을 이용하여 스팀을 발생하고, 그 스팀을 이용하여 스팀터빈(51)을 구동하며 스팀터빈(51)의 회전력을 이용하여 발전기(52)에서 전기를 생산한다. 그리고 복수기(70)는 해수를 이용하여 스팀을 냉각시켜서 물로 변환시키고, 변환된 물은 물 저장탱크(80)에 저장된 후에 상기 폐열회수 스팀발생기(40)에서 필요로 하는 물을 보충하도록 한다.
한편, 도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 출력 증대 시스템의 구성도로서, 가스터빈의 압축기에 공기를 공급함에 있어서 기화기로 유입되는 액화가스와 대기 공기와의 직접적 열교환 시스템을 이용한 출력 증대 시스템에 대한 도면이며, 도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 출력 증대 시스템을 보인 측면 구성도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 출력 증대 시스템(200)은, 상기 가스터빈(30)의 압축기(32)로 공기를 유입하기 위한 공기 공급라인(210)과, 상기 기화기(20)와 연결되어 상기 공기 공급라인(210)으로 유입된 공기를 액화가스와 열교환시키는 열교환기(220)를 포함한다.
좀더 구체적으로 살펴보면, 공기 공급라인(210) 내부로 대기 공기가 유입되며, 열교환기(220)는 기화기(20)로 유입된 액화가스와의 열교환을 통해서 공기 공급라인(210) 내부로 유입된 공기를 냉각시킨다. 냉각한 공기는 저온 고밀도로 변환된 후 상기 가스터빈(30)의 압축기(32)에 공급된다.
상기 가스터빈(30)은, 기화기(20)에서 제공된 연료 가스를 연소시키는 연소기(31)와, 연료 가스의 연소를 위해서 저온 고밀도의 압축 공기를 상기 연소기(31)에 제공하는 압축기(32)와, 상기 연소기(31)에서의 연료 가스 연소에 의해 발생하는 힘을 이용하여 회전하면서 동력을 발생하는 터빈(33)과, 상기 터빈(33)의 회전력을 이용하여 전력을 생산하는 발전기(34)를 포함한다. 압축기(32)는 1개의 압축기로 구성된 일단 타입의 압축기(32)는 물론 저압 압축기와 고압 압축기로 구성된 다단 타입의 압축기로 구성될 수 있다.
상기 가스터빈(30)에는 상기 가스터빈(30)에서 배출되는 고온 가스의 폐열을 회수하여 스팀을 생성하는 폐열회수 스팀발생기(40)가 연결될 수 있고, 상기 폐열회수 스팀발생기(40)에는 상기 폐열회수 스팀발생기(40)에서 공급하는 스팀을 이용하여 전력을 생산하는 스팀터빈(51)이 연결될 수 있으며, 상기 스팀터빈(51)에는 발전기(52)가 연결될 수 있다.
그리고 복수기(70)는 해수를 이용하여 스팀을 냉각시켜서 물로 변환시고 변환된 물은 물 저장탱크(80)에 저장된 후에 상기 폐열회수 스팀발생기(40)에서 필요로 하는 물을 보충하도록 구성된다.
이와 같이 구성된 본 발명의 제 2 실시예에 따른 출력 증대 시스템의 작용 효과를 설명한다.
연료 탱크(10)의 액화가스는 기화기(20)에 의해서 기화된 후에 가스터빈(30)의 연소기(31)로 공급되며, 대기 공기가 압축기(32)에 의해서 압축된 후 연소기(30)로 공급된다. 상기 연소기(31)로 유입된 연료 가스와 압축 공기가 혼합되어 연소하며, 연소시 발생하는 가스의 폭발력을 이용하여 상기 터빈(33)을 회전시키고, 상기 터빈(33)의 회전력을 이용하여 발전기(34)에서 전기를 생산한다. 이때, 상기 압축기(32)에서 상기 연소기(31)에 압축 공기를 제공하기 전에, 상기 압축기(32)로 유입되는 대기 공기를 저온 고밀도로 변환시켜서 출력 효율성을 증대시키기 위하여 공기 공급라인(210) 내부로 유입된 대기 공기는 열교환기(220)를 거치면서 기화기(20)로 유입된 액화가스와의 열교환을 통해서 냉각되어 저온 고밀도로 변환된 후 상기 가스터빈(30)의 압축기(32)로 공급된다.
저온 고밀도의 공기가 압축기(32)에 공급됨에 따라, 가스터빈(30)의 발전 효율성을 높여 출력을 증대시킬 수 있다.
폐열회수 스팀발생기(40)는 가스터빈(30)에서 발생하는 고온 가스의 열원, 즉 폐열을 이용하여 스팀을 발생하고, 그 스팀을 이용하여 스팀터빈(51)을 구동하며 스팀터빈(51)의 회전력을 이용하여 발전기(52)에서 전기를 생산한다. 그리고 복수기(70)는 해수를 이용하여 스팀을 냉각시켜서 물로 변환시키고, 변환된 물은 물 저장탱크(80)에 저장된 후에 상기 폐열회수 스팀발생기(40)에서 필요로 하는 물을 보충하도록 한다.
도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 출력 증대 시스템의 구성도로서, 가스터빈으로 공기를 공급함에 있어서 기화기로 유입되는 액화가스와 글리콜 워터와의 직접적 열교환 시스템과, 액화가스와 대기 공기와의 간접적 열교환 시스템을 혼용한 혼용 시스템을 이용한 출력 증대 시스템에 대한 도면이다.
도 6을 참조하여, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 출력 증대 시스템(300)은, 상기 가스터빈(30)의 압축기(32)로 유입되는 공기 공급라인(310)과, 상기 공기 공급라인(310)으로 유입된 공기를 액화가스와의 열교환시키는 제 1 열교환기(320)와, 글리콜 워터가 순환하는 글리콜 워터 순환라인(330); 상기 글리콜 워터 순환라인(330)이 연결되며 글리콜 워터가 저장되는 글리콜 워터 탱크(340); 상기 글리콜 워터 순환라인(330)을 통해서 글리콜 워터를 펌핑하여 순환시키는 순환펌프(350); 글리콜 워터를 이용하여 액화가스와 열 교환하도록 상기 글리콜 워터 순환라인(330)에 설치되는 제 2 열 교환기(360); 및 상기 제 2 열교환기(360)를 거친 저온의 글리콜 워터가 상기 가스터빈(30)으로 유입되는 공기를 저온 고밀도로 변환시키는 냉각기(370)를 포함한다.
좀더 구체적으로 살펴보면, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 출력 증대 시스템에서, 공기 공급라인(310) 내부로 대기 공기가 유입되며, 제 1 열교환기(320)는 기화기(20)로 유입된 액화가스와의 열교환을 통해서 공기 공급라인(310) 내부로 유입된 공기를 일차로 냉각시킨다. 냉각한 공기는 저온으로 변환된 후 상기 가스터빈(30)쪽으로 유입된다. 글리콜 워터 탱크(340)에 저장된 글리콜 워터는 순환펌프(350)의 펌핑에 의해서 글리콜 워터 순환라인(330)을 순환하고, 제 2 열교환기(360)와 열 교환하며, 냉각기(370)는 상기 공기 공급라인(310)으로부터 유입되는 저온 공기를 저온 고밀도 공기로 재차 변환하여 상기 가스터빈(30)의 압축기(32)에 공급하도록 구성된다.
이와 같이 구성된 본 발명의 제 3 실시예에 따른 출력 증대 시스템의 작용 효과를 설명한다.
연료 탱크(10)의 액화가스는 기화기(20)에 의해서 기화된 후에 가스터빈(30)의 연소기(31)로 공급되며, 대기 공기가 압축기(32)에 의해서 압축된 후 연소기(30)로 공급된다. 상기 연소기(31)로 유입된 연료 가스와 압축 공기가 혼합되어 연소하며, 연소시 발생하는 가스의 폭발력을 이용하여 상기 터빈(33)을 회전시키고, 상기 터빈(33)의 회전력을 이용하여 발전기(34)에서 전기를 생산한다. 이때, 상기 압축기(32)에서 상기 연소기(31)에 압축 공기를 제공하기 전에, 상기 압축기(32)로 유입되는 대기 공기를 저온 고밀도로 변환시켜서 출력 효율성을 증대시키기 위하여 공기 공급라인(310) 내부로 대기 공기가 유입되며, 제 1 열교환기(320)는 기화기(20)로 유입된 액화가스와의 열교환을 통해서 공기 공급라인(310) 내부로 유입된 공기를 일차로 냉각시킨다. 냉각된 공기는 저온으로 변환된 후 상기 가스터빈(30) 쪽으로 유입된다. 글리콜 워터 탱크(340)에 저장된 글리콜 워터는 순환펌프(350)의 펌핑에 의해서 글리콜 워터 순환라인(330)을 순환하고 제 2 열교환기(360)와 열 교환하며, 냉각기(370)는 상기 공기 공급라인(310)으로부터 유입되는 저온 공기를 저온 고밀도 공기로 재차 변환하여 상기 가스터빈(30)의 압축기(32)에 공급한다.
이와 같이 일차로 냉각된 공기가 재차 극저온 고밀도 공기로 변환된 후에 압축기(32)로 공급됨에 따라, 가스터빈(30)의 발전 효율성을 좀더 높여 출력을 증대시킬 수 있다.
폐열회수 스팀발생기(40)는 가스터빈(30)에서 발생하는 고온 가스의 열원, 즉 폐열을 이용하여 스팀을 발생하고, 그 스팀을 이용하여 스팀터빈(51)을 구동하며 스팀터빈(51)의 회전력을 이용하여 발전기(52)에서 전기를 생산한다. 그리고 복수기(70)는 해수를 이용하여 스팀을 냉각시켜서 물로 변환시키고, 변환된 물은 물 저장탱크(80)에 저장된 후에 상기 폐열회수 스팀발생기(40)에서 필요로 하는 물을 보충하도록 한다.
그리고, 도 7은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 출력 증대 시스템을 보인 구성도로서, 가스터빈(30)의 압축기(32:도 1 참조) 입구측에 메인 공기 공급 덕트(410)가 설치되고, 메인 공기 공급 덕트(410)의 외주면에는 액화가스 이송관(420)이 권취되어 상기 액화가스 이송관(420)을 흐르는 액화가스와의 열교환을 통해서 상기 공급 덕트(410)로 유입되는 공기를 저온 고밀도로 변화시켜서 상기 가스터빈(30)의 출력 효율성을 높일 수 있도록 구성된다. 상기 메인 공기 공급 덕트(410)의 유지보수(Maintenance)를 위해서 서브 공기 공급 덕트(411)도 병렬로 설치될 수 있다.
폐열회수 스팀발생기(40)는 가스터빈(30)에서 발생하는 고온 가스의 열원, 즉 폐열을 이용하여 스팀을 발생하고, 그 스팀을 이용하여 스팀터빈(51)을 구동하며 스팀터빈(51)의 회전력을 이용하여 발전기(52)에서 전기를 생산할 수 있다.
본 발명은 해상의 부유 구조물에 저장된 액화가스를 이용하여 전력을 생산할 수 있으며, 가스터빈의 압축기로 공기를 공급함에 있어서 기화기로 유입되는 액화가스와 글리콜 워터와의 간접적 열교환 시스템, 또는 기화기로 유입되는 액화가스와 대기공기와의 직접적 열교환 시스템, 또는 위 2가지의 열교환 시스템을 혼용한 혼용 시스템을 이용하여, 가스터빈의 압축기에 유입되는 공기를 저온 고밀도로 공급하여 가스터빈의 출력 효율성을 더욱 높일 수 있다.

Claims (7)

  1. 액화가스를 저장하고 공급하기 위하여 부유 구조물에 설치되는 연료 탱크와, 상기 연료 탱크의 액화가스를 기화시키는 기화기와, 상기 기화기에서 공급하는 연료 가스를 이용하여 전력을 생산하는 가스터빈을 구비하는 가스 발전플랜트에서,
    상기 가스터빈으로 유입되는 공기는 열교환수단에 의해 상기 액화가스와 열교환되어 저온 고밀도 상태로 공급되는 것을 특징으로 하는 부유 저장식 가스 발전플랜트의 출력 증대 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 열교환수단은,
    글리콜 워터에 의한 간접적 열교환 시스템, 또는 상기 기화기로 유입되는 액화가스와 대기공기와의 직접적 열교환 시스템, 또는 상기 간접적 열교환 시스템과 상기 직접적 열교환 시스템을 혼용한 혼용한 혼용 시스템중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 부유 저장식 가스 발전플랜트의 출력 증대 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 글리콜 워터에 의한 간접적 열교환 시스템은,
    글리콜 워터가 순환하는 글리콜 워터 순환라인;
    상기 글리콜 워터 순환라인이 연결되며 글리콜 워터가 저장되는 글리콜 워터 탱크;
    상기 글리콜 워터 순환라인을 통해서 글리콜 워터를 펌핑하여 순환시키는 순환펌프;
    글리콜 워터를 이용하여 액화가스와 열 교환하도록 상기 글리콜 워터 순환라인에 설치되는 열 교환기; 및
    상기 열 교환기를 거친 저온의 글리콜 워터가 상기 가스터빈으로 유입되는 공기를 저온 고밀도 공기로 변환시키는 냉각기;를 포함하는 부유 저장식 가스 발전플랜트의 출력 증대 시스템.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 액화가스와 공기와의 직접적 열교환 시스템은,
    상기 가스터빈의 압축기로 공기를 유입하기 위한 공기 공급라인; 및
    상기 기화기와 연결되어 상기 공기 공급라인으로 유입된 공기를 액화가스와의 열교환시키는 열교환기를 포함하는 부유 저장식 가스 발전플랜트의 출력 증대 시스템.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 혼용 시스템은,
    상기 가스터빈의 압축기로 공기를 유입하기 위한 공기 공급라인;
    상기 기화기와 연결되어 상기 공기 공급라인으로 유입된 공기를 액화가스와의 열교환시키는 제 1 열교환기;
    글리콜 워터가 순환하는 글리콜 워터 순환라인;
    상기 글리콜 워터 순환라인이 연결되며 글리콜 워터가 저장되는 글리콜 워터 탱크;
    상기 글리콜 워터 순환라인을 통해서 글리콜 워터를 펌핑하여 순환시키는 순환펌프;
    글리콜 워터를 이용하여 액화가스와 열 교환하도록 상기 글리콜 워터 순환라인에 설치되는 제 2 열교환기; 및
    상기 제 2 열교환기를 거친 저온의 글리콜 워터가 상기 가스터빈으로 유입되는 공기를 저온 고밀도로 변환시키는 냉각기를 포함하는 부유 저장식 가스 발전플랜트의 출력 증대 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 가스터빈은
    상기 기화기에서 제공된 연료 가스를 연소시키는 연소기;
    연료 가스의 연소를 위해서 저온 고밀도의 압축공기를 상기 연소기에 제공하는 압축기;
    상기 연소기에서의 연료 가스 연소에 의해 발생하는 힘을 이용하여 회전하면서 동력을 발생하는 터빈; 및
    상기 터빈의 회전력을 이용하여 전력을 생산하는 발전기;를 포함하는 부유 저장식 가스 발전플랜트의 출력 증대 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 가스터빈에는 상기 가스터빈에서 배출되는 고온 가스의 폐열을 회수하여 스팀을 생성하는 폐열회수 스팀발생기가 연결되고, 상기 폐열회수 스팀발생기에는 상기 폐열회수 스팀발생기에서 공급하는 스팀을 이용하여 전력을 생산하는 스팀 터빈이 연결되며, 상기 스팀터빈에는 발전기가 연결되는 것을 특징으로 하는 부유 저장식 가스 발전플랜트의 출력 증대 시스템.
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