KR20190122050A - System and Method for Electric Power Generation with Liquid Air Energy Storage Unit - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 상용 발전 플랜트에 액체공기 저장 장치를 연계하여, 상용 발전 플랜트로부터 얻은 전력으로 공기를 액화시켜 액체 상태로 저장하고, 첨두부하 시에는 액체공기를 재기화시켜 추가 전력을 생산하며, 특히, 석탄화력 발전 플랜트와 액체공기 저장 장치를 연계하더라도, 석탄화력 발전 플랜트의 출력 저하 없이 석탄화력 발전 플랜트로부터 액체공기 재기화 열원을 얻을 수 있는, 액체공기 저장 장치와 연계한 발전 시스템 및 발전 방법에 관한 것이다The present invention is connected to a liquid air storage device in a commercial power plant, liquefied air with the power obtained from the commercial power plant to store in a liquid state, and during peak load to regenerate the liquid air to produce additional power, in particular, The present invention relates to a power generation system and a power generation system in connection with a liquid air storage device that can obtain a liquid air reheating heat source from a coal-fired power plant without degrading the output of the coal-fired power plant.
현재의 전력 시스템은, 실시간으로 공급과 수요가 일치하는 중앙 집중형 시스템이다. 원자력 발전 플랜트, 석탄화력 발전 플랜트 등 대단위의 기저부하용 발전 플랜트에서 기저부하(base load)의 전력을 공급하고, 생산된 전력을 송·배전망을 통하여 각 전력 수요처에 공급하는 방식이다. 기저부하용 발전 플랜트는 24시간 동안 계속 운전되고, 또한, 설정된 일정수준의 출력으로 계속 운전된다.Current power systems are centralized systems that match supply and demand in real time. It is a method of supplying base load power in large-scale base load power generation plants such as nuclear power plants and coal-fired power plants, and supplying the generated power to each power demand source through a transmission and distribution network. The base load generation plant continues to run for 24 hours, and also continues to run at a set level of output.
국내 석탄화력 발전의 경우 원자력 발전과 함께 기저부하를 담당하고 있으며, 한국전력 통계 기준, 2016년 석탄화력 단독 전력생산 비중이 전체의 약 38%를 차지할 정도로 그 비중이 높다. Domestic coal-fired power plants are in charge of base loads along with nuclear power generation, and the proportion is high, accounting for 38% of total coal-fired power generation in 2016.
한편, 전력 수요처의 에너지 수요 패턴은 계절이나 시간대에 따라 매우 다양하다. 예를 들어, 여름철에는 냉방 수요가 급격하게 상승하여 첨두부하(peak load)가 발생하게 된다.On the other hand, energy demand patterns of power demand sources vary greatly depending on the season or time of day. For example, during summer, the demand for cooling increases rapidly, resulting in a peak load.
일반적으로, 기저부하용 발전 플랜트는 최대부하로 설계되어 꾸준히 일정한 전력을 생산하고 있으며, 출력을 증가시키기 위해 기기를 새로 가동하기 위한 시간이 많이 필요하다. 예를 들어, 석탄화력 발전 플랜트의 경우에는 하루 정도의 예열 시간이 필요하다. 즉, 기저부하용 발전 플랜트는 전력생산까지의 응답 시간이 늦기 때문에 기저부하의 역할만 수행할 수 있으며, 비교적 짧은 시간 동안 요구되는 첨두부하에 대응하기에는 출력 조정이 어려운 등 여러가지 한계점이 있다.In general, base load power plants are designed for maximum load, producing consistently constant power, and require a lot of time to start up the equipment to increase output. For example, coal-fired power plants require about one day warm up time. That is, the base load power generation plant can only play the role of the base load because the response time to power generation is late, and there are various limitations such as difficult to adjust the output to cope with the peak load required for a relatively short time.
종래에는, LNG(Liquefied Natural Gas)나 중유를 연료로하는 발전 플랜트나 양수 발전 플랜트를 이용해 전력 수급의 변화에 따라 부하를 조정함으로써 즉시 추가 전력을 생산하는 추종 운전(load follow operation) 방식으로 첨두부하에 대응하고 있다.Conventionally, the peak load in a load follow operation method that generates additional power immediately by adjusting the load according to the change in the power supply using a LNG (Liquefied Natural Gas) or heavy oil-based power plant or a pumped power plant. It corresponds to.
그러나, LNG나 중유 발전 플랜트의 경우, 전기 생산 단가가 매우 비싸고, 발전소를 추가로 설립해야 하는 등 초기 설치 비용과 운전 비용이 많이 들며, 전력 생산에 최소 1시간 이상이 필요하다는 단점이 있다. However, in the case of LNG or heavy fuel oil power plant, the cost of producing electricity is very high, the initial installation cost and operation cost are high, such as additional power plant, and at least one hour is required for power generation.
또한, 양수 발전 플랜트의 경우, LNG나 중유 발전 플랜트보다 전력생산 시간이 짧아 추종 운전에 가장 적합하나, 물의 위치 에너지를 이용하므로 설치에 있어 지리적인 제한이 있다. In addition, in the case of pumped power generation plant, the power generation time is shorter than LNG or heavy oil power generation plant, which is most suitable for following operation, but there is geographical limitation in installation because it uses potential energy of water.
전력 수급 불균형에 따른 문제를 해결하기 위한 방안으로, 전기 수요량이 적은 시간에는 폐기되는 잉여 전력을 저장하였다가, 전기 수요량이 급증하는 첨두 부하 시에 사용하는 방법을 고려해볼 수 있다.As a solution to the problem of power supply and demand imbalance, it is possible to consider a method of storing surplus power that is discarded at a time when the demand for electricity is low, and then using the peak load when the demand for electricity is rapidly increasing.
전력을 저장하는 방법으로는, 리튬이온 전지(Li-ion battery), 나트륨-황 전지(NaS battery), 레독스 흐름 전지(redox flow battery), 수퍼 캐퍼시터(super capacitor), 플라이 휠(flywheel), 압축공기 저장(CAES; Compressed Air Energy Storage), 양정 수력 저장(PHS; Pumped Hydro Storage), 액체공기 저장(LAES; Liquid Air Energy Storage) 등이 대두되고 있다.As a method of storing power, a Li-ion battery, a sodium-sulfur battery, a NaS battery, a redox flow battery, a super capacitor, a flywheel, Compressed air energy storage (CAES), pumped hydro storage (PHS), and liquid air energy storage (LAES) are emerging.
에너지 저장 시스템은, 지리적 특성이나 에너지 밀도, 수명, 설치 및 운영 비용, 안정성 등을 기준으로 평가되고 적용된다. 각 에너지 저장 시스템 별로 장단점이 있으나 그 중 양정 수력 저장 방법은 가장 대표적인 에너지 저장방법이다. 액체공기 저장 방법은 지리적 제약이 적고, 수명이 길며, 운영 비용이 적고, 공기를 이용한 안전한 저장 방식을 이용한다는 점에서 상용화 가능성이 높다.Energy storage systems are evaluated and applied based on geographic characteristics, energy density, lifetime, installation and operating costs, and stability. Pros and cons of each energy storage system, but the hydrostatic storage method is the most representative energy storage method. Liquid air storage methods are highly commercialized in that they have low geographic constraints, long lifespans, low operating costs and a safe storage method using air.
액체공기 저장(LAES) 장치의 기본 원리는 다음과 같다. 기체 상태의 공기를 압축시키고, 압축 공기를 약 -196℃ 이하로 냉각시켜, 에너지 밀도가 높은 액체 상태로 저장한다. 액체 상태로 저장된 액화 공기를 가열하여 고압의 기체 상태로 만들고, 이 고압의 공기로 터빈을 구동시켜 전력을 생산한다.The basic principle of a liquid air storage (LAES) device is: The gaseous air is compressed and the compressed air is cooled to about −196 ° C. or lower and stored in a liquid state with high energy density. The liquefied air stored in the liquid state is heated to a gaseous state of high pressure, and the turbine is driven by this high-pressure air to produce electric power.
이러한 액체공기 저장 장치는, 전력수요가 적을 때 잉여의 에너지를 액체공기 형태로 저장하고, 전력수요가 많은 첨두부하 시에는 액체공기를 기화시켜 추가 전력을 생산함으로써, 계통 전력망의 전력 수급 불균형을 해소할 수 있다.The liquid air storage device stores surplus energy in the form of liquid air when power demand is low, and generates extra power by vaporizing liquid air during peak load with high power demand, thereby eliminating power supply imbalance in the grid. can do.
그러나, 전력을 생산하기 위해 액체공기를 기화시키기 위해서는 별도의 외부 열원이 필요하고, 외부의 별도 열원없이 공기 자체만의 팽창열 및 압축열을 이용하는 경우에는 사이클 내 온도 구배가 크지 않고 에너지 손실이 많아 효율이 낮다는 문제점이 있다. 실증 플랜트의 공정 효율은 약 8% 내외인 것으로 알려져 있다. However, in order to vaporize liquid air to generate electric power, a separate external heat source is required, and in case of using the expansion heat and compressed heat of the air itself without an external heat source, the temperature gradient in the cycle is not large and energy loss is large. There is a problem that the efficiency is low. The process efficiency of the demonstration plant is known to be around 8%.
따라서, 본 발명은, 석탄화력 발전 플랜트와 액체공기 저장 장치를 연계하여 추종운전이 가능하게 함으로써, 석탄화력 발전 플랜트의 폐열을 액체공기 저장 장치에서 활용하여 추가 전력을 생산하며, 석탄화력 발전 플랜트를 기저부하만이 아니라 첨두부하 시에도 활용하도록 하는, 액체공기 저장 장치와 연계한 발전 시스템 및 방법을 제공하고자 하는 것을 목적으로 한다. Therefore, the present invention, by connecting the coal-fired power plant and the liquid air storage device to enable the following operation, by utilizing the waste heat of the coal-fired power plant in the liquid air storage device to produce additional power, the coal-fired power plant It is an object of the present invention to provide a power generation system and method in connection with a liquid air storage device that can be utilized not only at base load but also at peak load.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 액체공기를 재기화시켜 전력을 생산하는 액체공기 재기화 장치; 연소열로 스팀을 생성하여 기저부하 전력을 생산하는 발전 플랜트; 및 상기 액체공기 재기화 장치와 발전 플랜트를 연결하고, 상기 발전 플랜트로부터 폐열을 회수하여 상기 액체공기 재기화 장치로 공급하며, 상기 액체공기 재기화 장치로부터 냉열을 회수하여 상기 발전 플랜트로 공급하는 열원 회수 시스템;을 포함하고, 상기 열원 회수 시스템은, 상기 발전 플랜트로부터 배출되는 냉각이 필요한 연소 폐기물, 추기된 스팀, 또는 냉각이 필요한 배기가스 중 어느 하나로부터 폐열을 회수하며, 상기 액체공기는 상기 발전 플랜트의 잉여 전력을 이용하여 생성 및 저장되고, 상기 기저부하 이상의 부하 전력은 상기 액체공기 재기화 장치에서 생산되는, 액체공기 저장 장치와 연계한 발전 시스템이 제공된다. According to an aspect of the present invention for achieving the above object, a liquid air regasification apparatus for producing power by regasifying liquid air; A power plant for generating steam from combustion heat to produce base load power; And a heat source connecting the liquid air regasification device and the power plant, recovering waste heat from the power plant, and supplying the waste air to the liquid air regasification device, recovering cold heat from the liquid air regasification device, and supplying the power to the power plant. And a recovery system, wherein the heat source recovery system recovers waste heat from any one of combustion waste, cooling steam, or exhaust gas requiring cooling, and the liquid air is discharged from the power plant. There is provided a power generation system in conjunction with a liquid air storage device, which is generated and stored using the surplus power of the plant, and the load power above the base load is produced in the liquid air regasification device.
바람직하게는, 상기 열원 회수 시스템은, 열교환에 의해 상기 폐열을 회수하는 열교환 수단; 및 상기 열교환 수단과 상기 액체공기 재기화 장치를 순환하는 열매체가 유동하는 열매체 라인;을 포함할 수 있다. Preferably, the heat source recovery system, heat exchange means for recovering the waste heat by heat exchange; And a heat medium line through which the heat medium circulating through the heat exchange means and the liquid air regasification device flows.
바람직하게는, 상기 액체공기 재기화 장치는, 액체공기를 재기화시키는 재기화기; 재기화 공기를 가열하는 가열기; 및 상기 가열기에서 가열된 재기화 공기를 작동유체로 하여 전력을 생산하는 터빈-발전기;를 포함하고, 상기 가열기는 상기 열매체 라인이 연결되어, 상기 재기화 공기를 가열시키는 열에너지는 상기 발전 플랜트로부터 얻을 수 있다.Preferably, the liquid air regasification apparatus comprises: a regasifier for regasifying liquid air; A heater for heating regasification air; And a turbine-generator for producing electric power using the regasified air heated in the heater as a working fluid, wherein the heater is connected to the heat medium line, and thermal energy for heating the regasified air is obtained from the power plant. Can be.
바람직하게는, 상기 발전 플랜트는, 석탄을 연료로 하는 석탄화력 발전 플랜트이고, 석탄을 연소시켜 스팀을 생성하는 보일러; 상기 생성된 스팀을 작동유체로 하여 전력을 생산하는 고압 증기터빈; 상기 고압 증기터빈을 구동시킨 후 보일러로 재순환된 후 재가열된 스팀을 작동유체로 하여 전력을 생산하는 중저압 증기터빈; 및 상기 중저압 증기터빈을 구동시킨 후 배출되는 스팀을 응축시키는 복수기;를 포함할 수 있다.Preferably, the power plant is a coal-fired power plant that uses coal as fuel, and a boiler for generating steam by burning coal; A high pressure steam turbine for producing electric power using the generated steam as a working fluid; A medium and low pressure steam turbine configured to generate electric power by using the reheated steam as a working fluid after being recycled to the boiler after driving the high pressure steam turbine; And a condenser for condensing the steam discharged after driving the medium and low pressure steam turbine.
바람직하게는, 상기 냉각이 필요한 배기가스는, 상기 스팀을 생성한 후 배출되는 배기가스이며, 상기 열교환 수단은, 상기 보일러에 설치되는 열교환 배관으로서, 상기 열교환 배관을 통해 상기 열매체가 유동하여 배기가스와 열교환하며, 열교환에 의해 배기가스는 냉각되고 열매체는 가열될 수 있다.Preferably, the exhaust gas that requires cooling is exhaust gas that is discharged after generating the steam, and the heat exchange means is a heat exchange pipe installed in the boiler, and the heat medium flows through the heat exchange pipe to exhaust gas. Heat exchange with the exhaust gas can be cooled and the heat medium can be heated by the heat exchange.
바람직하게는, 상기 열원 회수 시스템은, 상기 열교환 수단에서 가열된 열매체를 저장하는 온열 저장탱크; 상기 온열 저장탱크에 저장된, 가열된 열매체를 순환시키는 온열 순환펌프; 상기 온열 순환펌프에 의해 가압된, 가열된 열매체가 상기 액체공기 재기화 장치로 공급되거나 상기 온열 저장탱크로 재순환되도록 열매체 라인의 연통을 제어하는 3방향 밸브; 및 상기 온열 저장탱크에 저장된 열매체의 온도가 설정값보다 낮으면 상기 열매체가 상기 온열 저장탱크로 재순환되도록 상기 3방향 밸브를 제어하는 제어부;를 포함할 수 있다.Preferably, the heat source recovery system, the heat storage tank for storing the heat medium heated by the heat exchange means; A thermal circulation pump circulating the heated heating medium stored in the thermal storage tank; A three-way valve controlling communication of a heat medium line such that a heated heat medium pressurized by the heat circulation pump is supplied to the liquid air regasification apparatus or recycled to the heat storage tank; And a controller configured to control the three-way valve to recirculate the heat medium to the heat storage tank when the temperature of the heat medium stored in the heat storage tank is lower than a set value.
바람직하게는, 상기 냉각이 필요한 연소 폐기물은, 상기 보일러로부터 배출되는 바닥재(bottom ash)이며, 상기 열교환 수단은, 상기 바닥재와 열매체가 열교환하여 바닥재는 냉각되고 열매체는 가열되는 바닥재 냉각기;를 포함할 수 있다.Preferably, the combustion waste requiring cooling is a bottom ash discharged from the boiler, and the heat exchange means includes a bottom ash cooler in which the bottom ash and the heat medium exchange heat so that the bottom ash is cooled and the heat medium is heated. Can be.
바람직하게는, 상기 추기된 스팀은, 상기 중저압 증기터빈으로부터 추기된 스팀이며, 상기 열교환 수단은, 상기 온열 저장탱크 내부에 설치되는 열교환 배관으로서, 상기 열교환 배관을 통해 상기 추기된 스팀이 유동하여, 상기 온열 저장탱크 내부에 저장된 열매체와 열교환하며, 열교환에 의해 추기된 스팀은 냉각되고 열매체는 가열될 수 있다. Preferably, the additional steam is steam extracted from the medium-low pressure steam turbine, and the heat exchange means is a heat exchange pipe installed in the thermal storage tank, and the additional steam flows through the heat exchange pipe. Heat exchange with the heat medium stored in the thermal storage tank, the steam added by the heat exchange is cooled and the heat medium can be heated.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 발전 플랜트에서 생산된 잉여 전력을 이용하여 공기를 액화시켜 저장하고, 전력 수요처에서 상기 발전 플랜트에서 생산하는 전력보다 많은 양의 전력을 요구할 때에는, 상기 발전 플랜트의 폐열을 이용하여 상기 저장된 액체공기를 기화시키고, 기화된 재기화 공기를 작동유체로 하여 추가 전력을 생산하며, 상기 액체공기는 가열된 열매체와의 열교환에 의해 재기화시키고, 상기 열매체는, 상기 발전 플랜트로부터 배출되는 냉각이 필요한 연소 폐기물, 추기된 스팀, 또는 냉각이 필요한 배기가스 중 어느 하나로부터 폐열을 회수하여 가열하는, 액체공기 저장 장치와 연계한 발전 방법이 제공된다. According to another aspect of the present invention for achieving the above object, by liquefying and storing the air by using the surplus power produced in the power generation plant, and demands more power than the power produced by the power plant in the power demand The waste heat of the power plant is used to vaporize the stored liquid air, produce additional power by using the vaporized regasified air as a working fluid, and the liquid air is regasified by heat exchange with a heated heating medium, The heating medium is provided with a power generation method in connection with a liquid air storage device for recovering and heating waste heat from any one of combustion waste, additional steam, or exhaust gas requiring cooling discharged from the power plant.
바람직하게는, 상기 발전 플랜트는 석탄화력 발전 플랜트로서, 상기 열매체는, 상기 석탄화력 발전 플랜트의 보일러로부터 배출되는 바닥재와 열교환시켜 가열하되, 상기 열매체의 온도가 설정값보다 낮으면, 설정값에 도달할 때 까지 상기 가열된 열매체를 상기 바닥재와의 열교환이 일어나는 수단으로 순환시킬 수 있다.Preferably, the power plant is a coal-fired power plant, the heat medium is heated by heat exchange with the bottom ash discharged from the boiler of the coal-fired power plant, if the temperature of the heat medium is lower than the set value, the set value is reached. The heated heating medium can be circulated by means of exchanging heat with the flooring material.
바람직하게는, 상기 발전 플랜트는 스팀을 작동유체로 하여 터빈을 구동시킴으로써 전력을 생산하고, 상기 열매체는, 상기 스팀을 작동유체로 하는 터빈으로부터 추기한 스팀과 열교환시켜 가열하고, 상기 열매체의 온도는, 상기 액체공기를 이용하여 생산할 전력의 부하에 따라 추기하는 스팀의 온도 및 압력을 조절함으로써 조절하며, 상기 열매체를 가열시키면서 냉각된 스팀은 상기 발전 플랜트로 재순환시킬 수 있다.Preferably, the power plant generates electric power by driving a turbine using steam as a working fluid, and the heat medium heats by heat exchange with steam extracted from a turbine using the steam as a working fluid, and the temperature of the heat medium is By controlling the temperature and pressure of the steam to be added according to the load of the power to be produced using the liquid air, the steam cooled while heating the heat medium can be recycled to the power plant.
바람직하게는, 상기 발전 플랜트는 연료를 연소시키고, 상기 연료를 연소시킴으로써 생산되는 배기가스의 폐열을 회수하여 전력을 생산하며, 상기 열매체는, 상기 전력을 생산하는데 사용하고 남은 배기가스와 열교환시켜 가열하되, 상기 열매체의 온도가 설정값보다 낮으면, 설정값에 도달할 때 까지 상기 가열된 열매체를 상기 배기가스와의 열교환이 일어나는 수단으로 순환시킬 수 있다.Preferably, the power plant burns fuel, recovers waste heat of the exhaust gas produced by burning the fuel, and generates power, and the heat medium is heated by heat exchange with the remaining exhaust gas used to produce the power. When the temperature of the heat medium is lower than the set value, the heated heat medium may be circulated by means of heat exchange with the exhaust gas until the set value is reached.
바람직하게는, 상기 가열된 열매체는 온열 저장장치에 저장하였다가, 상기 액체공기를 기화시킬 때 저장된 열매체를 공급할 수 있다.Preferably, the heated heating medium may be stored in a thermal storage device, and the stored heating medium may be supplied when the liquid air is vaporized.
본 발명의 액체공기 저장 장치와 연계한 발전 시스템 및 방법은, 액체공기 저장 장치와 석탄화력 발전 플랜트를 연계하여, 첨두부하 시점에 액체공기를 재기화시켜 추가 전력을 공급함으로써, 전력 공급에 유연성을 가지며, 전력 수급 불균형을 해소할 수 있다. The power generation system and method in connection with the liquid air storage device of the present invention, by linking the liquid air storage device and the coal-fired power plant, by regasifying the liquid air at the peak load to supply additional power, has flexibility in power supply Therefore, power supply and demand imbalance can be solved.
따라서, 기존에 기저부하용으로만 활용할 수 있었던 석탄화력 발전 플랜트를 첨두부하 시에도 활용할 수 있다. Therefore, coal-fired power plants, which were previously only available for base loads, can be used for peak loads.
또한, 기존의 첨두부하 전력에 사용되던 복합화력 발전소 등을 추가로 건설하지 않아도 되므로, 그에 따른 건설 및 운영비용을 절감함으로써, 발전단가의 상승을 막을 수 있다.In addition, since there is no need to additionally build a combined cycle power plant used for the conventional peak load power, by reducing the construction and operation costs accordingly, it is possible to prevent the increase in power generation cost.
또한, 액체공기 저장 장치와 석탄화력 발전 플랜트를 연계하고, 석탄화력 발전 플랜트로부터 열원을 회수하여 액체공기를 이용한 추가 전력을 생산할 수 있으면서도, 석탄화력 발전 플랜트의 출력 저하를 최소화할 수 있다.In addition, it is possible to connect the liquid air storage device and the coal-fired power plant, and recover the heat source from the coal-fired power plant to produce additional power using liquid air, while minimizing the output reduction of the coal-fired power plant.
또한, 석탄화력 발전 플랜트로부터 적정 온도의 열원을 회수함으로써, 열교환기 등의 재질 선정 등에 따른 어려움을 해결하고, 실제 연계 가능한 구체적 연계 시스템 및 방법을 제공할 수 있다. In addition, by recovering a heat source of a suitable temperature from the coal-fired power plant, it is possible to solve the difficulties caused by the selection of materials, such as heat exchangers, and to provide a specific linking system and method that can be actually connected.
또한, 풍력 발전 등 재생 에너지와 추가로 연계하면, 재생 에너지의 간헐적인 전력 생산에 따른 문제를 보완할 수도 있다. In addition, by further linking with renewable energy such as wind power generation, it may be possible to compensate for the problems caused by the intermittent generation of renewable energy.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액체공기 저장 장치와 연계한 발전 시스템을 간략하게 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액체공기 저장 장치와 연계한 발전 시스템을 간략하게 도시한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 액체공기 저장 장치와 연계한 발전 시스템을 간략하게 도시한 구성도이다. 1 is a configuration diagram schematically showing a power generation system associated with a liquid air storage device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram schematically illustrating a power generation system associated with a liquid air storage device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a block diagram schematically illustrating a power generation system associated with a liquid air storage device according to a third embodiment of the present invention.
본 발명의 동작상 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부도면 및 첨부도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.In order to fully understand the operational advantages of the present invention and the objects achieved by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings which illustrate preferred embodiments of the present invention and the contents described in the accompanying drawings.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서 각 도면의 구성요소들에 대해 참조 부호를 부가함에 있어 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다. 또한, 하기 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예들에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the configuration and operation of the preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Here, in adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same reference numerals are denoted by the same reference numerals as much as possible even if displayed on different drawings. In addition, the following examples may be modified in many different forms, and the scope of the present invention is not limited to the following examples.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액체공기 저장 장치와 연계한 발전 시스템을 간략하게 도시한 구성도이고, 도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액체공기 저장 장치와 연계한 발전 시스템을 간략하게 도시한 구성도이며, 도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 액체공기 저장 장치와 연계한 발전 시스템을 간략하게 도시한 구성도이다. 이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예들에 따른 액화 공기를 이용한 발전 시스템 및 방법을 설명하기로 한다. 1 is a configuration diagram briefly showing a power generation system associated with a liquid air storage device according to a first embodiment of the present invention, Figure 2 is a power generation system associated with a liquid air storage device according to a second embodiment of the present invention 3 is a configuration diagram briefly shown, and FIG. 3 is a configuration diagram schematically illustrating a power generation system associated with a liquid air storage device according to a third embodiment of the present invention. Hereinafter, a power generation system and method using liquefied air according to embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3.
먼저, 도 1을 참조하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 액체공기 저장 장치와 연계한 발전 시스템 및 방법을 설명하기로 한다.First, with reference to FIG. 1, a power generation system and method in connection with a liquid air storage device according to a first embodiment of the present invention will be described.
본 발명의 제1 실시예에 따른 액체공기 저장 장치와 연계한 발전 시스템은, 액체공기 저장 장치; 석탄화력 발전 플랜트(200); 및 열원 회수 시스템(300);을 포함한다.A power generation system associated with a liquid air storage device according to a first embodiment of the present invention, the liquid air storage device; Coal-fired
본 실시예의 액체공기 저장 장치는, 공기를 액화시켜 액체 상태로 저장하는 공기 액화 장치(미도시); 및 액체 공기를 재기화시키고, 재기화된 기체 공기를 이용하여 전력을 생산하는 재기화 장치(100);를 포함한다.The liquid air storage device of this embodiment includes an air liquefaction device (not shown) for liquefying air and storing it in a liquid state; And a
도면에 도시하지는 않았지만, 공기 액화 장치는, 외부로부터 유입된 공기를 압축시키는 공기 압축기(미도시); 압축된 공기를 열교환에 의해 냉각(액화)시키는 주 열교환기(미도시); 주 열교환기에서 액화된 공기를 감압시키는 감압밸브(미도시); 및 액화된 공기를 저장하는 액체공기 저장탱크(101);를 포함한다.Although not shown in the drawings, the air liquefaction apparatus includes an air compressor (not shown) for compressing air introduced from the outside; A main heat exchanger (not shown) for cooling (liquefying) the compressed air by heat exchange; A pressure reducing valve (not shown) for reducing the air liquefied in the main heat exchanger; And a liquid
공기 압축기는, 상온 및 상압 조건으로 공급되는 공기를 다단계에 걸쳐 목표 압력, 예를 들어 약 100 bar 이상으로 압축시킬 수 있도록 일련의 다수개의 압축기를 포함하는 다단 압축기로 구성될 수 있다. 본 실시예에서 공기 압축기는, 3개의 압축기를 포함하여 3단계에 걸쳐 기체 공기를 압축시키는 3단 압축기일 수 있다. The air compressor may be configured as a multistage compressor including a series of compressors so as to compress air supplied at room temperature and atmospheric pressure to a target pressure, for example, about 100 bar or more in multiple stages. In the present embodiment, the air compressor may be a three stage compressor including three compressors to compress gas air in three stages.
또한, 각 압축기 후단에는, 압축 과정에서 온도가 상승한 기체 공기를 중간 냉각시키는 인터쿨러(미도시)가 각각 설치될 수 있다. In addition, an intercooler (not shown) for intermediately cooling the gas air whose temperature has risen in the compression process may be installed at the rear of each compressor.
공기 압축기에서 압축된 압축 공기는 주 열교환기로 도입되어, 열교환에 의해 액화되며, 예를 들어, 압축 공기는 열교환에 의해 약 -184℃까지 냉각되면서 적어도 일부는 액체 상태가 될 수 있다. Compressed air compressed in the air compressor is introduced into the main heat exchanger and liquefied by heat exchange, for example, the compressed air may be cooled to about −184 ° C. by heat exchange and at least in part become liquid.
감압밸브는, 주 열교환기에서 적어도 일부가 액화된 압축 공기를 액체공기 저장탱크(101)의 저장 압력까지 감압시킬 수 있다. 본 실시예에서 감압밸브는, 팽창밸브 또는 줄-톰슨 밸브 또는 팽창기 등 팽창수단일 수 있으며, 적어도 일부가 액화된 압축 공기를 단열팽창시킴으로써, 줄-톰슨 효과에 의해 공기의 온도는 더 낮아질 수 있다. 따라서, 공기의 액화 수율 및 저장성을 높일 수 있다. 예를 들어, 주 열교환기에서 약 -184℃까지 온도가 낮아진 압축 공기는 감압밸브를 통과하면서 -190℃ 이하로 온도가 낮아질 수 있다.The pressure reducing valve may reduce the compressed air at least partially liquefied in the main heat exchanger to the storage pressure of the liquid
액체공기 저장탱크(101)는, 공기 액화 장치를 통과하면서 액화된 액체공기를 저장하고, 액체공기가 극저온(예를 들어 약 -190℃ 이하)을 유지하면서 액체 상태로 저장되어 있을 수 있도록 단열처리된 것일 수 있다.The liquid
예를 들어, 액체공기 저장탱크(101)는, 약 1 bar 내지 1.5 bar, 약 -190℃ 내지 -185℃의 조건 하에서 액체공기를 저장하도록 운용될 수 있다. For example, the liquid
본 실시예에서 액체공기 재기화 장치(100)는, 액체공기 저장탱크(101)에 저장된 액체공기를 가압하는 극저온 펌프(102); 가압된 액체공기를 열교환에 의해 가열(기화)시키는 재기화기(103); 재기화기(103)에서 기화된 공기를 열교환에 의해 가열하는 열교환기(104); 및 기화된 기체 공기를 이용하여 터빈을 구동시키고, 터빈의 구동력을 전력으로 전환하여 전력을 생산하는 터빈-발전기(106, 108)를 포함한다. Liquid
또한, 본 실시예에서 액체공기 재기화 장치(100)를 구성하는 액체공기 저장탱크(101), 극저온 펌프(102), 재기화기(103), 열교환기(104) 및 터빈-발전기(106, 108) 등은 공기라인(AL)에 의해 연결될 수 있으며, 액체공기 저장탱크(101)로부터 액체공기는 공기라인(AL)을 따라 유동하며 재기화되고, 터빈을 구동시키며 전력을 생산하는 작동유체로서 활용된다. Further, in the present embodiment, the liquid
터빈-발전기(106, 108)의 전력 생산 효율은, 터빈 입구 압력을 높여 터빈 출구 압력과의 차압을 최대화함으로써 향상될 수 있다. 즉, 본 실시예에 따르면, 극저온 펌프(102)는, 터빈으로 도입되는 액체공기의 압력을 높여 터빈 입구 압력을 높임으로써, 터빈-발전기(106, 108)의 입·출구 차압을 최대화시켜 전력 생산량을 증가시킬 수 있다.The power production efficiency of the turbine-
본 실시예의 극저온 펌프(102)는, 액체공기 저장탱크(101)에 약 1.5 bar의 압력으로 저장되어 있는 액체공기를 약 22 bar의 압력으로 가압할 수 있고, 약 22 bar의 압력으로 터빈-발전기(106, 108)로 도입된 재기화 공기는, 터빈을 구동시키면서 약 1 bar로 팽창될 수 있다. 즉, 본 실시예에 따르면, 터빈 입구 측과 터빈 출구 측의 압력비는 약 22:1에 달한다.The
액체공기가 극저온 펌프(102)에 의해 승압된 후, 터빈-발전기(106, 108)에 도달하기까지 각종 장치 및 배관등을 통과하면서 압력 손실이 발생하여 압력이 약 약 21 bar까지 낮아지는 것을 감안하더라도, 터빈 입구 측과 터빈 출구 측의 압력비는 약 21:1에 달하는 것이다. 마찬가지로, 터빈 입·출구 차압비가 이에 한정되는 것은 아니고, 공정 규모 등 변수에 따라 달라질 수는 있으나, 극저온 펌프(102)에 의해 재기화시킬 액체 공기를 가압함으로써, 터빈 입·출구 차압이 커지고 그에 따라 발전량은 증대되는 효과를 기대할 수 있다. After the liquid air is boosted by the
본 실시예의 재기화기(103) 및 열교환기(104)에서는, 공기라인(AL)을 따라 유동하는 액체공기와 냉매라인(ML)을 따라 유동하는 냉매와의 열교환에 의해 액체공기의 냉열이 회수되고, 냉열이 회수된 액체공기는 전량이 기화될 수 있다.In the regasifier 103 and the
도면에 도시되어 있지는 않지만, 냉매라인(ML)은 상술한 공기 액화 장치에서 압축 공기를 액화시키는 주 열교환기와 연결되는 사이클을 형성할 수 있다. 즉, 냉매라인(ML)을 따라 유동하는 냉매는, 재기화기(103) 및 열교환기(104)에서 액체공기로부터 회수한 냉열로 공기 액화 장치의 주 열교환기에서 압축공기를 냉각시킬 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다. Although not shown in the drawings, the refrigerant line ML may form a cycle connected to a main heat exchanger for liquefying compressed air in the above-described air liquefaction apparatus. That is, the refrigerant flowing along the refrigerant line ML may cool the compressed air in the main heat exchanger of the air liquefaction apparatus with the cold heat recovered from the liquid air in the
본 실시예의 터빈-발전기(106, 108)는, 1차 터빈-발전기(106); 및 2차 터빈-발전기(108);를 포함하는 2단 터빈-발전기(106, 108)일 수 있다.The turbine-
즉, 재기화기(103) 및 열교환기(104)를 통과하면서 기화된 재기화 공기는, 먼저 1차 터빈-발전기(106)의 작동유체로서 공급되어 전력을 생산한 후 배출되고, 2차 터빈-발전기(108)의 작동유체로서 공급되어 전력을 생산한 후 배출될 수 있다.That is, the regasification air vaporized while passing through the
본 실시예에 따르면, 1차 터빈-발전기(106)의 전단에 설치되며, 1차 터빈-발전기(106)로 공급되는 재기화 공기를 더 가열하는 1차 가열기(105); 2차 터빈-발전기(108)의 전단에 설치되며, 1차 터빈-발전기(106)로부터 배출되어 2차 터빈-발전기(108)로 공급되는 재기화 공기를 더 가열하는 2차 가열기(107);를 더 포함한다.According to this embodiment, the
본 실시예에서는 2개의 터빈-발전기(106, 108)가 시리즈(직렬)로 연결되는 것을 예로 들어 설명하지만, 터빈-발전기(106, 108)의 개수는 이에 한정되는 것은 아니며, 하나 이상 구비될 수 있다. 단, 터빈-발전기(106, 108)의 전단에는 가열기(105, 107)가 각각 하나 또는 그 이상이 구비되며, 터빈-발전기(106, 108)로 공급되는 재기화 공기는 가열기(105, 107)에서 가열된 후 공급될 수 있다. 또한, 터빈-발전기(106, 108)는 2개 이상이 병렬로 설치되어 각각 전력을 생산할 수도 있을 것이다. 또한, 1차 터빈-발전기(106) 및 2차 터빈-발전기(108)는 동시에 가동될 수도 있고, 어느 하나만 가동될 수도 있으며 시간차를 두고 가동될 수도 있을 것이다. In this embodiment, the two turbine-
본 실시예에 따르면, 발전 터빈의 전력 생산 효율을 향상시키 위하여, 상술한 바와 같이 터빈의 입구측 압력과 출구측 압력의 차압을 최대화하는 방법과 함께, 터빈으로 도입되는 유체의 온도를 높이도록 한다. 즉, 본 실시예에 따르면, 1차 가열기(105) 및 2차 가열기(107)를 구비하여, 터빈-발전기(106, 108)로 도입되는 재기화 공기를 더 가열시킴으로써, 터빈 입구 온도를 높여 터빈-발전기(106, 108)의 발전 효율을 향상시킬 수 있다.According to the present embodiment, in order to improve the power production efficiency of the power generation turbine, the temperature of the fluid introduced into the turbine is increased together with the method of maximizing the differential pressure between the inlet pressure and the outlet pressure of the turbine as described above. . That is, according to this embodiment, the turbine inlet temperature is raised by further heating the regasification air introduced into the turbine-
석탄화력 발전 플랜트(200)는, 물을 끓인 스팀을 이용하여 터빈을 구동시킴으로써 전력을 생산하며, 본 실시예의 석탄화력 발전 플랜트(200)는 스팀을 생성하기 위한 열을, 석탄을 연소시킴으로써 얻는다. The coal-fired
본 실시예의 석탄화력 발전 플랜트(200)는, 석탄을 연소시켜 연소열을 발생시키고 연소열로 스팀을 생산하는 보일러(201); 연소열에 의해 생성된 스팀을 작동유체로 하여 터빈을 구동시키고, 터빈의 운동에너지로 전력을 생산하는 고압 증기터빈(202); 고압 증기터빈(202)을 구동시킨 후 보일러(201) 내 재열기(reheater)(미도시)를 거쳐 온도가 상승한 스팀을 작동유체로 하여 터빈을 구동시키고, 터빈의 운동에너지로 전력을 생산하는 중저압 증기터빈(203); 중저압 증기터빈(203)을 구동시키면서 압력이 낮아진 스팀을 냉각시켜 물로 응축시키는 복수기(condensor)(204); 및 응축된 물을 보일러(201)로 재순환시키는 급수펌프(205);를 포함한다.Coal-fired
도 1 내지 도 3에는 고압 증기터빈(202) 및 중저압 증기터빈(203)이 각각 하나씩 구비되는 것을 예로 들어 도시하였다. 그러나 이에 한정하는 것은 아니고, 고압 증기터빈(202) 및 중저압 증기터빈(203)은 석탄화력 발전 플랜트(200)의 용량에 따라 각각 하나 이상씩 구비될 수 있다. 1 to 3 illustrate an example in which a high
본 실시예의 고압 증기터빈(202) 및 중저압 증기터빈(203)을 통과하면서 스팀은 압력 또는 압력 및 온도가 낮아질 수 있고, 일부는 응축될 수 있다. While passing through the high
본 실시예의 보일러(201)는 순환 유동층 보일러일 수 있다. The
또한, 도면에 구체적으로 도시되어 있지는 않지만, 보일러(201) 내부를 통과하면서 스팀 또는 물이 유동하는 관(pipe 또는 tube)으로 구성되며, 연소열에 의해 관 내부를 유동하는 스팀 또는 물이 가열 또는 기화되도록 하는 과열기 및 재열기를 포함하는 열교환 구역이 마련될 수 있다. In addition, although not specifically shown in the drawings, it consists of a pipe (pipe or tube) in which steam or water flows while passing through the inside of the
예를 들어, 고압 증기터빈(202)은, 보일러(201) 내 과열기(superheater)(미도시)와, 제1 스팀라인(SL1)에 의해 연결되어, 과열기에서 과열된 스팀을 작동유체로서 공급받는다.For example, the high
또한, 중저압 증기터빈(203)은, 보일러(201) 내 재열기와, 제2 스팀라인(SL2)에 의해 연결되어, 재열기에서 가열된 스팀을 작동유체로서 공급받는다. In addition, the medium and low
과열기에서 과열된 스팀은 고온·고압 스팀으로, 제1 스팀라인(SL1)을 통해 고압 증기터빈(202)으로 공급되고, 고압 증기터빈(202)을 구동시키면서 온도 및 압력이 낮아진 스팀은 제1 스팀라인(SL1)을 따라 다시 보일러(201)로 순환된다. Steam superheated in the superheater is high temperature and high pressure steam, and is supplied to the high
고압 증기터빈(202)을 구동시킨 후 제1 스팀라인(SL1)을 따라 보일러(201)로 재순환되는 스팀은, 재열기에서 연소열에 의해 다시 가열되며, 재열기에서 재가열된 스팀은 과열기에서 과열된 스팀보다는 중온 내지 저온, 중압 내지 저압이며, 제2 스팀라인(SL2)을 통해 중저압 증기터빈(203)으로 공급된다. After driving the high-
중저압 증기터빈(203)을 구동시키면서 온도 및 압력이 낮아지고, 일부가 응축된 스팀은 복수기(204)에서 완전히 응축시켜 보일러(201)로 재순환시킬 수 있다. 따라서, 중저압 증기터빈(203)으로부터 배출되는, 냉각(응축)이 필요한 스팀은, 제2 스팀라인(SL2)을 따라 복수기(204)로 공급된다. 복수기(204)에서는 중저압 증기터빈(203)을 구동시킨 후 제2 스팀라인(SL2)을 따라 복수기(204)로 공급된 스팀을 냉각시켜 전부 응축시킨다.The temperature and pressure are lowered while driving the medium and low
복수기(204)에서 응축된 스팀은 급수펌프(205)에 의해 가압되어 보일러(201) 내 과열기로 재순환된다.The steam condensed in the
본 실시예의 열원 회수 시스템(300)은, 석탄화력 발전 플랜트(200)로부터 열에너지를 회수하여, 액체공기 재기화 장치(100)로 공급하며, 또한 액체공기 재기화 장치(100)에서 냉열을 회수하여, 석탄화력 발전 플랜트(200)로 공급할 수도 있다.The heat
본 실시예의 열원 회수 시스템(300)은, 열매체가 순환하면서, 석탄화력 발전 플랜트(200)로부터 열을 얻고, 액체공기 재기화 장치(100)로 열을 공급하도록 사이클을 형성하는 열매체 라인(OL, OL1, OL2, OL3); 석탄화력 발전 플랜트(200)로부터 배출되는 열원과의 열교환에 의해 열매체를 가열시키는 열교환 수단; 열교환 수단에서 열교환에 의해 가열된 열매체를 저장하는 온열 저장탱크(301); 가열된 열매체를 가압하여 액체공기 재기화 장치(100)로 공급하는 온열 순환펌프(302); 열매체의 유로를 전환시켜주는 3방향 밸브(303); 액체공기 재기화 장치(100)로 열을 공급해주면서 냉열을 회수하여 냉각된 열매체를 저장하는 냉열 저장탱크(304); 및 냉각된 열매체를 가압하여 열교환 수단으로 순환시키는 냉열 순환펌프(305);을 포함한다.The heat
본 실시예의 열매체는 오일(oil)일 수 있다.The heat medium of the present embodiment may be oil.
본 실시예의 열교환 수단에서 열교환에 의해 가열된 열매체는 온열 저장탱크(301)에 저장되었다가, 1차 터빈-발전기(106) 및/또는 2차 터빈-발전기(108)를 가동시킬 때, 재기화 공기를 가열시키기 위해 1차 가열기(105) 및/또는 2차 가열기(107)로 공급될 수도 있고, 온열 저장탱크(301)로의 저장을 생략하고, 열교환 수단으로부터 1차 가열기(105) 및/또는 2차 가열기(107)로 직접 공급될 수도 있을 것이다. The heat medium heated by the heat exchange in the heat exchange means of this embodiment is stored in the
마찬가지로, 1차 가열기(105) 및/또는 2차 가열기(107)에서 재기화 공기를 가열시키면서 냉각된 열매체는, 냉열 저장탱크(304)에 저장되었다가 필요에 따라 열교환 수단으로 공급될 수도 있고, 냉열 저장탱크(304)로의 저장을 생략하고, 1차 가열기(105) 및/또는 2차 가열기(107)로부터 열교환 수단으로 직접 공급될 수도 있을 것이다.Similarly, the heat medium cooled while heating the regasification air in the
이하, 본 실시예에서는 가열된 열매체가 온열 저장탱크(301)에 저장되었다가 필요한 시점에, 필요한 유량만큼 1차 가열기(105) 및/또는 2차 가열기(107)로 공급되고, 냉각된 열매체가 냉열 저장탱크(304)에 저장되었다가 필요한 시점에, 필요한 유량만큼 열교환 수단으로 공급되는 것을 예로 들어 설명하기로 한다. Hereinafter, in the present embodiment, the heated heat medium is stored in the
한편, 3방향 밸브(303)는 도시하지 않은 제어부(미도시)에 의해 제어되거나, 제어 알고리즘에 의해 자동제어될 수 있다. On the other hand, the three-
본 실시예의 3방향 밸브(303)의 제어 논리는 다음과 같다. 열교환 수단에서 열교환에 의해 가열된 열매체는, 열매체 공급라인(OL)을 따라 온열 저장탱크(301)에 저장되고, 온열 순환펌프(302)에 의해 가압된 가열된 열매체는, 1차 가열기(105) 및/또는 2차 가열기(107) 측으로 공급된다. 이때, 3방향 밸브(303)는 온열 순환펌프(302)와 1차 가열기(105)를 연결하는 제1 열매체 공급라인(OL2) 및/또는 온열 순환펌프(302)와 2차 가열기(107)를 연결하는 제2 열매체 공급라인(OL3)과 연통하도록 개폐가 제어된다. The control logic of the three-
단, 3방향 밸브(303)는 가열된 열매체의 온도가 설정값보다 낮은 경우, 온열 순환펌프(302)의 후단에서 열매체 공급라인(OL)으로부터 분기되어 열교환 수단으로 열매체가 공급되는 흐름으로 합류되는 열매체 순환라인(OL1)과 연통되도록 개폐가 제어될 수 있다. However, the three-
즉, 가열된 열매체의 온도가 설정값 미만이면, 열매체의 온도가 설정값이 될 때까지, 열교환 수단으로 되돌려 보내질 수 있다. 열매체의 온도는, 예를 들어 온열 저장탱크(301)의 내부 온도를 측정함으로써 판단할 수 있다. That is, if the temperature of the heated heat medium is less than the set value, it can be returned to the heat exchange means until the temperature of the heat medium becomes the set value. The temperature of the heat medium can be determined, for example, by measuring the internal temperature of the
본 실시예의 열교환 수단은, 보일러(201)에서 연료가 연소되면서 생성되는 연소 폐기물, 예를 들어, 바닥재(bottom ash)(BAH)의 폐열과 열매체가 열교환하여 열매체는 가열되고 바닥재는 냉각되는, 바닥재 냉각기(206);일 수 있다.In the heat exchange means of the present embodiment, the combustion waste produced by burning fuel in the
보일러(201)의 하부로 배출되는 바닥재는 약 600~800℃의 고온이므로, 폐기하거나 또는 회수하여 재활용하기 위해서는 반드시 냉각할 필요가 있다. The bottom ash discharged to the bottom of the
본 실시예에 따르면, 보일러(201)로부터 배출되는 바닥재의 열에너지를 회수하여 1차 가열기(105) 및 2차 가열기(107)로 공급함으로써, 전력을 생산하기 위한 작동유체인 재기화 공기를 가열시키는 열원으로 활용하고, 1차 가열기(105) 및 2차 가열기(107)에서 재기화 공기를 가열시키면서 재기화 공기의 냉열을 회수하여, 바닥재를 냉각시키기 위한 냉열로 활용한다. According to the present embodiment, by recovering the heat energy of the bottom ash discharged from the
보일러(201)에서는 바닥재와 열매체가 직접 열교환할 수도 있고, 바닥재와 열매체 사이의 또 다른 열교환 매체에 의해 간접 열교환할 수도 있다.In the
이와 같이 본 실시예에 따르면, 석탄화력 발전 플랜트(200)와 액체공기 재기화 장치(100)를 연계하고, 버려지는 바닥재의 폐열을 회수하여, 상호 필요한 열원 및 냉열을 서로 공급해줌으로써, 석탄화력 발전 플랜트(200)에 필요한 별도의 냉열 공급원이나, 액체공기 재기화 장치(100)에 필요한 별도의 열원 공급원을 필요로 하지 않으며, 석탄화력 발전 플랜트(200)의 출력을 저하시키지 않고도 전력을 추가로 생산할 수 있다. As described above, according to the present embodiment, the coal-fired
또한, 석탄화력 발전 플랜트(200)에서는 기저부하의 출력으로 전력을 생산하다가, 첨두부하 시에는 액체공기 저장탱크(101)에 저장된 액체공기를 석탄화력 발전 플랜트(200)의 폐열로 기화시켜, 1차 터빈-발전기(106) 및 2차 터빈-발전기(108)의 작동유체로 활용하여 전력을 추가로 생산할 수 있다. In addition, the coal-fired
다음으로, 도 2를 참조하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 액체공기 저장 장치와 연계한 발전 시스템을 설명하기로 한다. 본 실시예에 따른 액체공기 저장 장치와 연계한 발전 시스템은, 상술한 제1 실시예와 비교하여, 열원 회수 시스템(300)의 열교환 수단, 즉, 열원을 회수하는 장치 또는 그 방법에 있어서 차이가 있고, 나머지 구성 요소 및 그들간의 상호 작용 및 작동은 동일한 범위 내에서 이루어진다. 따라서, 동일한 구성 요소 및 그 작용에 대해서는 설명을 생략하기로 한다. Next, with reference to FIG. 2, a power generation system associated with a liquid air storage device according to a second embodiment of the present invention will be described. The power generation system associated with the liquid air storage device according to the present embodiment is different from the first embodiment described above in terms of heat exchange means of the heat
제1 실시예에서는 열교환 수단으로서, 보일러(201)로부터 배출되는 바닥재의 열원을 회수하는 바닥재 냉각기(206)가 구비되는 반면, 본 실시예의 열교환 수단은, 도 2에 도시된 바와 같이, 열원 저장탱크(301) 내에 설치되는 열교환 배관(또는 튜브)이라는 점에서 차이가 있다. In the first embodiment, as the heat exchange means, a floor cooler 206 for recovering the heat source of the floor ash discharged from the
또한, 제1 실시예에서는 열매체를 가열시키는 열원으로서, 보일러(201)로부터 배출되는 바닥재의 폐열을 활용하는 반면, 본 실시예에서는, 도 2에 도시된 바와 같이, 중저압 증기터빈(203)으로부터 추기(extraction)한 폐스팀을 활용한다는 점에서 차이가 있다.In addition, in the first embodiment, the waste heat of the bottom ash discharged from the
즉, 본 실시예에 따르면, 중저압 증기터빈(203)과 열원 저장탱크(301) 내부에 설치되는 열교환 배관을 연결하는 추기 공급라인(EL)을 통해 중저압 증기터빈(203)으로부터 일부 스팀을 열교환 배관으로 공급하여 열원 저장탱크(301)에 저장되어 있는 열매체를 가열시킨다. 열교환 배관은, 온열 저장탱크(301)에 저장된 열매체에 잠겨있도록 설치될 수 있다.That is, according to this embodiment, some steam from the low-low
본 실시예와 같이, 추기 스팀을 통해 열원을 공급할 경우, 액체공기 재기화 장치(100)의 1차 터빈-발전기(106) 및/또는 2차 터빈-발전기(108)의 전력 부하에 따라, 온열 저장탱크(301)로 공급하는 추기 스팀의 온도 및 압력을 조절함으로써, 1차 가열기(105) 및 2차 가열기(107)로 공급하는 열매체의 온도를 제어할 수 있다.As in the present embodiment, when supplying a heat source through the additional steam, depending on the power load of the primary turbine-
따라서, 본 실시예에 따르면, 제1 실시예에서와 같이 가열된 열매체를 온열 저장탱크(301)에 저장하는 과정을 생략할 수는 없지만, 제1 실시예와는 달리 온열 순환펌프(302) 및 3방향 밸브(303)의 제어할 필요 없이, 액체공기 재기화 장치(100)로 공급되는 열매체의 온도를 제어할 수 있다.Therefore, according to the present embodiment, the process of storing the heated heat medium in the
온열 저장탱크(301)에 저장된 열매체를 가열시키면서 온도가 낮아진 스팀은, 복수기(204)로 공급되어 응축된 후, 보일러(201)로 재순환될 수 있다. The steam whose temperature is lowered while heating the heat medium stored in the
이와 같이 본 실시예에 따르면, 석탄화력 발전 플랜트(200)와 액체공기 재기화 장치(100)를 연계하고, 터빈을 구동시킨 후 온도가 낮아진 스팀 또는 터빈으로 공급되고 남은 스팀 등 중저압 증기터빈(203)으로부터 추기한 스팀의 폐열을 회수하여, 상호 필요한 열원 및 냉열을 서로 공급해줌으로써, 석탄화력 발전 플랜트(200)에 필요한 별도의 냉열 공급원이나, 액체공기 재기화 장치(100)에 필요한 별도의 열원 공급원을 필요로 하지 않으며, 석탄화력 발전 플랜트(200)의 출력을 저하시키지 않고도 전력을 추가로 생산할 수 있다. As described above, according to the present embodiment, the coal-fired
또한, 석탄화력 발전 플랜트(200)에서는 기저부하의 출력으로 전력을 생산하다가, 첨두부하 시에는 액체공기 저장탱크(101)에 저장된 액체공기를 석탄화력 발전 플랜트(200)의 폐열로 기화시켜, 1차 터빈-발전기(106) 및 2차 터빈-발전기(108)의 작동유체로 활용하여 전력을 추가로 생산할 수 있다. In addition, the coal-fired
다음으로, 도 3을 참조하여, 본 발명의 제3 실시예에 따른 액체공기 저장 장치와 연계한 발전 시스템을 설명하기로 한다. 본 실시예에 따른 액체공기 저장 장치와 연계한 발전 시스템은, 상술한 제1 실시예와 비교하여, 열원 회수 시스템(300)의 열교환 수단, 즉, 열원을 회수하는 장치 또는 그 방법에 있어서 차이가 있고, 나머지 구성 요소 및 그들간의 상호 작용 및 작동은 동일한 범위 내에서 이루어진다. 따라서, 동일한 구성 요소 및 그 작용에 대해서는 설명을 생략하기로 한다. Next, with reference to FIG. 3, a power generation system associated with a liquid air storage device according to a third embodiment of the present invention will be described. The power generation system associated with the liquid air storage device according to the present embodiment is different from the first embodiment described above in terms of heat exchange means of the heat
제1 실시예에서는 열교환 수단으로서, 보일러(201)로부터 배출되는 바닥재의 열원을 회수하는 바닥재 냉각기(206)가 구비되는 반면, 본 실시예의 열교환 수단은, 도 3에 도시된 바와 같이, 보일러(201) 내에 추가로 설치되는 열교환 배관(또는 튜브)이라는 점에서 차이가 있다. In the first embodiment, as the heat exchange means, a floor cooler 206 for recovering the heat source of the floor ash discharged from the
또한, 제1 실시예에서는 열매체를 가열시키는 열원으로서, 보일러(201)로부터 배출되는 바닥재의 폐열을 활용하는 반면, 본 실시예에서는, 도 3에 도시된 바와 같이, 보일러(201) 배기가스의 폐열을 활용한다는 점에서 차이가 있다.In addition, in the first embodiment, the waste heat of the bottom ash discharged from the
도 3에서는, 배기가스의 폐열을 회수하여 열매체를 가열하는 열교환 수단이 보일러(201) 내에 추가로 설치되는 열교환 배관인 것을 예로 들어 도시하였다. 그러나 이에 한정하는 것은 아니고, 본 실시예의 열교환 수단은, 1차 가열기(105) 및 2차 가열기(107)의 전단에 추가로 설치되는 열교환기의 형태로서 구성될 수도 있을 것이다. In FIG. 3, the heat exchange means which collect | recovers waste heat of exhaust gas and heats a heat medium is shown as an example which is a heat exchange piping further installed in the
즉, 본 실시예에 따르면, 보일러(201)로부터 배출되는 배기가스와 열매체를 열교환시켜, 열매체는 가열되고, 배기가스는 냉각되며, 가열된 열매체가 온열 저장탱크(301)에 저장된다. That is, according to the present embodiment, the exhaust gas discharged from the
배기가스는 환경오염 등의 문제로, 충분히 냉각시킨 후 배출시킬 필요가 있으며, 본 실시예에서, 열매체와 열교환하는 배기가스는, 상술한 과열기 및/또는 재열기를 통해 스팀을 생성시킨 후 온도가 낮아진 배기가스일 수도 있고, 보일러(201)에서 생성된 배기가스 중 일부를 분배하여 할당되는 배기가스일 수도 있다. The exhaust gas needs to be sufficiently cooled and discharged due to problems such as environmental pollution. In the present embodiment, the exhaust gas heat-exchanging with the heat medium has a temperature after generating steam through the above-described superheater and / or reheater. The exhaust gas may be lowered or exhaust gas allocated by distributing a part of the exhaust gas generated by the
즉, 본 실시예에서 배기가스의 폐열을 열매체가 회수하더라도, 보일러(201)에서 생산되는 스팀의 양은 줄어들지 않는다.That is, even if the heat medium recovers the waste heat of the exhaust gas in this embodiment, the amount of steam produced in the
본 실시예에 따르면, 열매체는, 배기가스와의 열교환에 의해 가열되고, 온열 순환펌프(302) 및 3방향 밸브(303)의 제어에 의해 설정온도에 도달할 때까지 열매체 순환라인(OL1)을 통해 순환될 수 있다. According to the present embodiment, the heat medium is heated by heat exchange with the exhaust gas, and the heat medium circulation line OL1 is heated until the set temperature is reached by the control of the
또한, 본 실시예에서 열매체의 가열은 보일러(201)가 가동되는 동안 지속적으로 이루어질 수 있다.In addition, the heating of the heat medium in the present embodiment can be made continuously while the
이와 같이 본 실시예에 따르면, 석탄화력 발전 플랜트(200)와 액체공기 재기화 장치(100)를 연계하고, 보일러(201)의 배기가스 폐열을 회수하여, 상호 필요한 열원 및 냉열을 서로 공급해줌으로써, 석탄화력 발전 플랜트(200)에 필요한 별도의 냉열 공급원이나, 액체공기 재기화 장치(100)에 필요한 별도의 열원 공급원을 필요로 하지 않으며, 석탄화력 발전 플랜트(200)의 출력을 저하시키지 않고도 전력을 추가로 생산할 수 있다.Thus, according to this embodiment, by linking the coal-fired
또한, 석탄화력 발전 플랜트(200)에서는 기저부하의 출력으로 전력을 생산하다가, 첨두부하 시에는 액체공기 저장탱크(101)에 저장된 액체공기를 석탄화력 발전 플랜트(200)의 폐열로 기화시켜, 1차 터빈-발전기(106) 및 2차 터빈-발전기(108)의 작동유체로 활용하여 전력을 추가로 생산할 수 있다. In addition, the coal-fired
상술한 제1 실시예, 제2 실시예 및 제3 실시예에서는, 열매체가 바닥재, 추기 스팀 및 배기가스 중 어느 하나와의 열교환에 의해 가열되는 실시예만을 설명하고 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명에 따르면, 열매체는 상기 바닥재, 추기 스팀 및 배기가스 중 어느 하나 이상을 열원으로 하여 가열할 수 있다. 즉, 열교환 수단은, 열매체가 바닥재와 열교환하는 바닥재 냉각기(206), 열매체가 추기 스팀과 열교환하도록 온열 저장탱크(301) 내에 설치되는 열교환 배관, 및 열매체가 배기가스와 열교환하도록 보일러(201) 내에 설치되는 열교환 배관 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있는 것이다. In the above-described first, second and third embodiments, only the embodiment in which the heat medium is heated by heat exchange with any one of the flooring material, the additional steam, and the exhaust gas is described. However, the present invention is not limited thereto, and according to the present invention, the heat medium may be heated using any one or more of the bottom ash, additional steam, and exhaust gas as a heat source. That is, the heat exchange means includes a bottom material cooler 206 in which the heat medium exchanges heat with the bottom ash, a heat exchange pipe installed in the
상술한 본 실시예들에 따르면, 액체공기 저장 장치를 석탄화력 발전 플랜트(200) 즉, 상용 발전 플랜트와 연계하여, 액체공기의 재기화에 필요한 열원을 발전 플랜트의 폐열, 예를 들어 연소에 의한 부산물, 추기 스팀 또는 배기가스의 폐열을 사용할 수 있다. According to the above-described embodiments, the liquid air storage device is linked to the coal-fired
만약 보일러(201)에서 생성된 스팀을 직접 액체공기의 재기화에 필요한 열원으로 사용할 경우, 보일러(201)에서 생성된 스팀은 고온 및 고압의 상태이므로, 스팀의 열을 회수하는 열교환 수단의 재질과 두께에 영향을 주므로, 열교환 수단을 설계하는데 있어 제한적이며, 고압 증기터빈(202)으로 공급될 스팀의 일부를 활용하는 것이므로 발전 플랜트의 출력을 크게 저하시키는 등의 문제가 발생한다. If the steam generated in the
또한, 배기가스를 작동유체로 하여 전력을 생산하는 가스터빈 후단의 배기가스를 액체공기의 재기화에 필요한 열원으로 직접 사용할 경우에는, 약 600℃ 이상의 배기가스를 열교환 수단으로 공급하기 위한 팬(fan) 등 공급 수단을 제작하는 것은 실제적으로 거의 불가능하며, 따라서 간접 열교환에 의해서만 열원을 확보할 수 있다는 점에서 효율이 낮다는 단점이 있다. In addition, when the exhaust gas at the rear of the gas turbine, which generates electricity by using the exhaust gas as a working fluid, is directly used as a heat source for regasification of the liquid air, a fan for supplying the exhaust gas of about 600 ° C. or more to the heat exchange means is provided. It is practically impossible to manufacture a supply means such as), and therefore, there is a disadvantage in that efficiency is low in that a heat source can be secured only by indirect heat exchange.
그러나, 본 발명에 따르면, 상술한 바와 같이, 보일러(201)로부터 버려지는 바닥재의 폐열이나, 중저압 증기터빈(203)의 추기, 보일러(201) 내에서 스팀을 생성한 후의 배기가스 폐열을 회수하는 등, 적정 온도 및 압력의 열원을 회수함으로써, 재질 선정의 어려움이나 발전 플랜트로부터 지속적으로 열원을 확보하여 축적함으로써 발전 플랜트의 출력이 크게 저하되는 문제, 효율 저하의 문제를 개선할 수 잇다. However, according to the present invention, as described above, the waste heat of the bottom ash discarded from the
특히, 심야시간 등 출력이 높지 않은 시간 대에 상용 발전 플랜트가 운전되는 동안 열원을 저장해두었다가, 액체공기의 재기화 공정이 진행될 때 활용할 수 있으므로, 상용 발전 플랜트로부터 추가 열원을 공급받는 일 없이 저장된 열원만으로 전력을 생산할 수 있으므로, 첨두부하 시 상용 발전 플랜트의 출력 저하 없이 추가 전력을 생산하여 전력의 수요와 공급 균형을 맞출 수 있다.In particular, the heat source can be stored while the commercial power plant is in operation at low power, such as late-night hours, and used during the regasification process of liquid air, thus saving the heat source without receiving additional heat source from the commercial power plant. The power can be generated by itself, so that at peak loads, additional power can be produced without compromising the output of a commercial power plant, balancing power supply and demand.
또한, 기저부하용으로서 지속적으로 운전되는 발전 플랜트에서 생성되는 잉여의 전기, 예를 들어 심야시간에 생산되는 잉여 전력을 이용하여, 액체공기 저장 장치의 액체공기를 생성하는 공기 압축기를 가동시켜 공기를 액체 상태로 저장하였다가, 첨두부하 시, 예를 들어 낮 시간에는 저장된 액체공기를 발전 플랜트의 폐열을 이용하여 재기화시켜 추가 전력을 생산할 수 있다. In addition, by using surplus electricity generated in a power plant that is continuously operated as a base load, for example, surplus power produced at night time, the air compressor to generate the liquid air of the liquid air storage device is operated to turn the air into liquid Stored in state and then at peak load, for example during the day time, the stored liquid air can be regasified using waste heat from the power plant to produce additional power.
따라서, 본 발명에 따르면, 발전 플랜트와 액체공기 저장 장치를 연계하여 첨두부하 시 필요한 전력을 공급해줄 수 있을 뿐 아니라, 기존의 복합화력 발전소 등 초기 비용과 운영 비용이 높은 첨두부하용 발전 플랜트를 추가로 건설하거나 운영할 필요가 없으므로, 발전 단가가 상승하는 것을 막는 효과가 있다. Therefore, according to the present invention, by connecting the power plant and the liquid air storage device can not only supply the power required for peak load, but also add a peak load power plant with high initial cost and operation cost, such as the existing combined cycle power plant As it does not need to be constructed or operated, the cost of power generation is prevented from rising.
또한, 풍력, 태양열 등 재생 에너지와 추가로 연계하면, 재생 에너지의 전력 공급의 간헐성에 따른 문제도 해결할 수 있을 것이다.In addition, if additionally connected to renewable energy, such as wind and solar, it will be able to solve the problem of the intermittent supply of renewable energy.
또한, 본 발명에 따르면, 상용 발전 플랜트와 액체공기 저장 장치를 연계함으로써, 액체공기 저장 장치는 유기 랭킨 사이클 등 압축/응축 공정을 포함하지 않으므로, 상용 발전 플랜트로부터 얻은 열원이나 액체공기 저장 장치의 냉열이 압축/응축 공정에 의해 엑서지 파괴가 진행되어 실질적인 효율 개선이 일어나지 않는 문제를 해결할 수 있고, 시스템 구성 및 운영이 간단하므로 활용이 용이하다. Further, according to the present invention, by linking a commercial power plant and a liquid air storage device, since the liquid air storage device does not include a compression / condensation process such as an organic Rankine cycle, cooling heat of a heat source or a liquid air storage device obtained from a commercial power plant. This compression / condensation process can solve the problem that exergy destruction is not progressed and the actual efficiency improvement does not occur, and it is easy to use because the system configuration and operation are simple.
한편, 액체공기 재기화 장치(100)에서 재기화된 공기는, 터빈-발전기(106, 108)를 구동시켜 전력을 생산하는데 활용할 수도 있고, 질소 및 산소로 분리하여 순산소 연소 및 질소 발전 공정에 이용하여 발전 효율 및 출력을 향상시킬 수도 있다.Meanwhile, the air regasified in the liquid
이상과 같이 본 발명에 따른 실시 예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로 상술한 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고, 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.As described above, the embodiments of the present invention have been described, and the fact that the present invention can be embodied in other specific forms without departing from the spirit or scope of the present invention can be embodied by those skilled in the art. It is self-evident to. The foregoing embodiments are, therefore, to be regarded in an illustrative rather than a restrictive sense, and thus, the invention is not limited to the above description, and may vary within the scope of the appended claims and their equivalents.
100 : 액체공기 재기화 장치
101 : 액체공기 저장탱크
103 : 재기화기
104 : 열교환기
105 : 1차 가열기
106 : 1차 터빈-발전기
107 : 2차 가열기
108 : 2차 터빈-발전기
200 : 석탄화력 발전 플랜트
201 : 보일러
202 : 고압 증기터빈
203 : 중저압 증기터빈
204 : 복수기
205 : 급수펌프
206 : 바닥재 냉각기
300 : 열원 회수 시스템
301 : 온열 저장탱크
302 : 온열 순환펌프
303 : 3방향 밸브
304 : 냉열 저장탱크
305 : 냉열 순환펌프
AL : 공기 유동라인
ML : 냉매 유동라인
OL : 열매체 유동라인
SL : 스팀 유동라인
EL : 추기 유동라인100: liquid air regasification device
101: liquid air storage tank
103: regasifier
104: heat exchanger
105: primary heater
106: primary turbine-generator
107: secondary heater
108: secondary turbine-generator
200: coal-fired power plant
201: boiler
202: high pressure steam turbine
203: medium and low pressure steam turbine
204: Avenger
205: water feed pump
206: Flooring Cooler
300: heat source recovery system
301: thermal storage tank
302: thermal circulation pump
303: 3-way valve
304: cold heat storage tank
305: cold heat circulation pump
AL: Air Flow Line
ML: Refrigerant Flow Line
OL: Heating fluid line
SL: Steam Flow Line
EL: additional flow line
Claims (13)
연소열로 스팀을 생성하여 기저부하 전력을 생산하는 발전 플랜트; 및
상기 액체공기 재기화 장치와 발전 플랜트를 연결하고, 상기 발전 플랜트로부터 폐열을 회수하여 상기 액체공기 재기화 장치로 공급하며, 상기 액체공기 재기화 장치로부터 냉열을 회수하여 상기 발전 플랜트로 공급하는 열원 회수 시스템;을 포함하고,
상기 열원 회수 시스템은, 상기 발전 플랜트로부터 배출되는 냉각이 필요한 연소 폐기물, 추기된 스팀, 또는 냉각이 필요한 배기가스 중 어느 하나로부터 폐열을 회수하며,
상기 액체공기는 상기 발전 플랜트의 잉여 전력을 이용하여 생성 및 저장되고, 상기 기저부하 이상의 부하 전력은 상기 액체공기 재기화 장치에서 생산되는, 액체공기 저장 장치와 연계한 발전 시스템.A liquid air regasification device for regenerating liquid air to produce electric power;
A power plant for generating steam from combustion heat to produce base load power; And
Connect the liquid air regasification device and the power generation plant, recover waste heat from the power generation plant, supply the waste air to the liquid air regasification device, recover the heat source from the liquid air regasification device, and recover the heat source. System;
The heat source recovery system recovers waste heat from any one of combustion waste, cooling steam, or exhaust gas requiring cooling, which is discharged from the power plant,
Wherein the liquid air is generated and stored using surplus power of the power plant, and the load power above the base load is produced in the liquid air regasification device.
상기 열원 회수 시스템은,
열교환에 의해 상기 폐열을 회수하는 열교환 수단; 및
상기 열교환 수단과 상기 액체공기 재기화 장치를 순환하는 열매체가 유동하는 열매체 라인;을 포함하는, 액체공기 저장 장치와 연계한 발전 시스템.The method according to claim 1
The heat source recovery system,
Heat exchange means for recovering the waste heat by heat exchange; And
And a heat medium line through which the heat medium flowing through the heat exchange means and the liquid air regasification device flows.
상기 액체공기 재기화 장치는,
액체공기를 재기화시키는 재기화기;
재기화 공기를 가열하는 가열기; 및
상기 가열기에서 가열된 재기화 공기를 작동유체로 하여 전력을 생산하는 터빈-발전기;를 포함하고,
상기 가열기는 상기 열매체 라인이 연결되어, 상기 재기화 공기를 가열시키는 열에너지를 상기 발전 플랜트로부터 얻는, 액체공기 저장 장치와 연계한 발전 시스템. The method according to claim 2,
The liquid air regasification device,
A regasifier for regasifying liquid air;
A heater for heating regasification air; And
And a turbine-generator configured to generate electric power using the regasified air heated in the heater as a working fluid.
And said heater is connected to said liquid medium line to obtain thermal energy from said power plant to heat said regasification air.
상기 발전 플랜트는, 석탄을 연료로 하는 석탄화력 발전 플랜트이고,
석탄을 연소시켜 스팀을 생성하는 보일러;
상기 생성된 스팀을 작동유체로 하여 전력을 생산하는 고압 증기터빈;
상기 고압 증기터빈을 구동시킨 후 보일러로 재순환된 후 재가열된 스팀을 작동유체로 하여 전력을 생산하는 중저압 증기터빈; 및
상기 중저압 증기터빈을 구동시킨 후 배출되는 스팀을 응축시키는 복수기;를 포함하는, 액체공기 저장 장치와 연계한 발전 시스템.The method according to claim 2,
The power plant is a coal-fired power plant using coal as fuel,
A boiler that burns coal to produce steam;
A high pressure steam turbine for producing electric power using the generated steam as a working fluid;
A medium and low pressure steam turbine configured to generate electric power by using the reheated steam as a working fluid after being recycled to the boiler after driving the high pressure steam turbine; And
And a condenser for condensing the steam discharged after driving the medium and low pressure steam turbine.
상기 냉각이 필요한 배기가스는, 상기 스팀을 생성한 후 배출되는 배기가스이며,
상기 열교환 수단은, 상기 보일러에 설치되는 열교환 배관으로서, 상기 열교환 배관을 통해 상기 열매체가 유동하여 배기가스와 열교환하며, 열교환에 의해 배기가스는 냉각되고 열매체는 가열되는, 액체공기 저장 장치와 연계한 발전 시스템.The method according to claim 4,
The exhaust gas that needs cooling is exhaust gas that is discharged after generating the steam,
The heat exchange means is a heat exchange pipe installed in the boiler, wherein the heat medium flows through the heat exchange pipe to exchange heat with the exhaust gas, the exhaust gas is cooled by the heat exchange, and the heat medium is heated. system.
상기 열원 회수 시스템은,
상기 열교환 수단에서 가열된 열매체를 저장하는 온열 저장탱크;
상기 온열 저장탱크에 저장된, 가열된 열매체를 순환시키는 온열 순환펌프;
상기 온열 순환펌프에 의해 가압된, 가열된 열매체가 상기 액체공기 재기화 장치로 공급되거나 상기 온열 저장탱크로 재순환되도록 열매체 라인의 연통을 제어하는 3방향 밸브; 및
상기 온열 저장탱크에 저장된 열매체의 온도가 설정값보다 낮으면 상기 열매체가 상기 온열 저장탱크로 재순환되도록 상기 3방향 밸브를 제어하는 제어부;를 포함하는, 액체공기 저장 장치와 연계한 발전 시스템. The method according to claim 4,
The heat source recovery system,
A thermal storage tank storing heat medium heated by the heat exchange means;
A thermal circulation pump circulating the heated heating medium stored in the thermal storage tank;
A three-way valve controlling communication of a heat medium line such that a heated heat medium pressurized by the heat circulation pump is supplied to the liquid air regasification apparatus or recycled to the heat storage tank; And
And a controller configured to control the three-way valve to recirculate the heat medium to the heat storage tank when the temperature of the heat medium stored in the heat storage tank is lower than a set value.
상기 냉각이 필요한 연소 폐기물은, 상기 보일러로부터 배출되는 바닥재(bottom ash)이며,
상기 열교환 수단은, 상기 바닥재와 열매체가 열교환하여 바닥재는 냉각되고 열매체는 가열되는 바닥재 냉각기;인, 액체공기 저장 장치와 연계한 발전 시스템.The method according to claim 4 or 6,
The combustion waste requiring cooling is bottom ash discharged from the boiler,
And the heat exchange means is a floor cooler in which the flooring material and the heat medium exchange heat so that the floor material is cooled and the heat medium is heated.
상기 추기된 스팀은, 상기 중저압 증기터빈으로부터 추기된 스팀이며,
상기 열교환 수단은, 상기 온열 저장탱크 내부에 설치되는 열교환 배관으로서, 상기 열교환 배관을 통해 상기 추기된 스팀이 유동하여, 상기 온열 저장탱크 내부에 저장된 열매체와 열교환하며, 열교환에 의해 추기된 스팀은 냉각되고 열매체는 가열되는, 액체공기 저장 장치와 연계한 발전 시스템. The method according to claim 6,
The additional steam is steam extracted from the medium and low pressure steam turbine,
The heat exchange means is a heat exchange pipe installed inside the thermal storage tank, wherein the additional steam flows through the heat exchange pipe to exchange heat with the heat medium stored in the thermal storage tank, and the steam extracted by the heat exchange is cooled. Power system in conjunction with a liquid air storage device, the heating medium being heated.
전력 수요처에서 상기 발전 플랜트에서 생산하는 전력보다 많은 양의 전력을 요구할 때에는, 상기 발전 플랜트의 폐열을 이용하여 상기 저장된 액체공기를 기화시키고, 기화된 재기화 공기를 작동유체로 하여 추가 전력을 생산하며,
상기 액체공기는 가열된 열매체와의 열교환에 의해 재기화시키고,
상기 열매체는, 상기 발전 플랜트로부터 배출되는 냉각이 필요한 연소 폐기물, 추기된 스팀, 또는 냉각이 필요한 배기가스 중 어느 하나로부터 폐열을 회수하여 가열하는, 액체공기 저장 장치와 연계한 발전 방법. Liquefied and stored air using surplus power produced in the power plant,
When the demand for power demands more power than the power generated by the power plant, the waste heat of the power plant is used to vaporize the stored liquid air and produce additional power by using the vaporized regasification air as a working fluid. ,
The liquid air is regasified by heat exchange with the heated heating medium,
And the heat medium recovers and heats the waste heat from any one of combustion waste which needs cooling discharged from the power plant, additional steam, or exhaust gas which needs cooling, and is connected with a liquid air storage device.
상기 발전 플랜트는 석탄화력 발전 플랜트로서,
상기 열매체는, 상기 석탄화력 발전 플랜트의 보일러로부터 배출되는 바닥재와 열교환시켜 가열하되,
상기 열매체의 온도가 설정값보다 낮으면, 설정값에 도달할 때까지 상기 가열된 열매체를 상기 바닥재와의 열교환이 일어나는 수단으로 순환시키는, 액체공기 저장 장치와 연계한 발전 방법. The method according to claim 9,
The power plant is a coal-fired power plant,
The heat medium is heated by heat exchange with the flooring material discharged from the boiler of the coal-fired power plant,
And when the temperature of the heat medium is lower than a set value, circulating the heated heat medium by means of heat exchange with the bottom ash until the set value is reached.
상기 발전 플랜트는 스팀을 작동유체로 하여 터빈을 구동시킴으로써 전력을 생산하고,
상기 열매체는, 상기 스팀을 작동유체로 하는 터빈으로부터 추기한 스팀과 열교환시켜 가열하고,
상기 열매체의 온도는, 상기 액체공기를 이용하여 생산할 전력의 부하에 따라 추기하는 스팀의 온도 및 압력을 조절함으로써 조절하며,
상기 열매체를 가열시키면서 냉각된 스팀은 상기 발전 플랜트로 재순환시키는, 액체공기 저장 장치와 연계한 발전 방법.The method according to claim 9,
The power plant generates power by driving a turbine with steam as a working fluid,
The heat medium is heated by heat exchange with steam extracted from a turbine using the steam as a working fluid,
The temperature of the heat medium is controlled by adjusting the temperature and pressure of steam to be added according to the load of electric power to be produced using the liquid air,
And the cooled steam while heating the heat medium is recycled to the power plant.
상기 발전 플랜트는 연료를 연소시키고, 상기 연료를 연소시킴으로써 생산되는 배기가스의 폐열을 회수하여 전력을 생산하며,
상기 열매체는, 상기 전력을 생산하는데 사용하고 남은 배기가스와 열교환시켜 가열하되,
상기 열매체의 온도가 설정값보다 낮으면, 설정값에 도달할 때까지 상기 가열된 열매체를 상기 배기가스와의 열교환이 일어나는 수단으로 순환시키는, 액체공기 저장 장치와 연계한 발전 방법. The method according to claim 9,
The power plant burns fuel, recovers waste heat of the exhaust gas produced by burning the fuel, and generates power.
The heat medium is heated by heat exchange with the remaining exhaust gas used to produce the electric power,
And when the temperature of the heat medium is lower than a set value, circulating the heated heat medium by means of heat exchange with the exhaust gas until the set value is reached.
상기 가열된 열매체는 온열 저장장치에 저장하였다가, 상기 액체공기를 기화시킬 때 저장된 열매체를 공급하는, 액체공기 저장 장치와 연계한 발전 방법. The method according to claim 10 or 12,
The heated heating medium is stored in a heat storage device, and supplies the stored heating medium when vaporizing the liquid air.
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