WO2017138719A1 - 복수의 열원을 활용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템 - Google Patents

복수의 열원을 활용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템 Download PDF

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WO2017138719A1
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heat exchanger
working fluid
heat
limiting
pressure turbine
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김학수
차송훈
김상현
장준태
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Doosan Heavy Industries and Construction Co Ltd
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    • F01K7/16—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating the engines being only of turbine type

Definitions

  • the present invention relates to a supercritical carbon dioxide power generation system utilizing a plurality of heat sources, and more particularly, to a supercritical carbon dioxide power generation system using a plurality of heat sources capable of efficiently arranging and operating a heat exchanger according to a condition of a heat source.
  • Supercritical carbon dioxide has a gas-like viscosity at a density similar to that of a liquid state, which can minimize the size of the device and minimize the power consumption required for fluid compression and circulation.
  • the critical point is 31.4 degrees Celsius, 72.8 atm, the critical point is 373.95 degrees Celsius, it is much lower than the water of 217.7 atmospheres has the advantage of easy handling.
  • This supercritical carbon dioxide power generation system shows a net power generation efficiency of about 45% when operated at 550 degrees Celsius, and has the advantage of reducing the turbomachinery with an improvement in power generation efficiency of more than 20% compared to the power generation efficiency of the existing steam cycle.
  • the supercritical carbon dioxide power generation system has only one heater as a heat source because a system configuration is complicated and effective heat utilization is difficult when applying a plurality of heat sources with constraints on the heat source. Therefore, there is a problem in that the system configuration is limited and the use of an effective heat source is difficult.
  • the supercritical carbon dioxide power generation system utilizing a plurality of heat sources of the present invention includes a pump for circulating a working fluid and a heating of the working fluid through an external heat source, and the heat exchanger has a plurality of limitations having discharge restriction conditions at the discharge stage.
  • a plurality of heat exchangers having a heat source, a plurality of general heat sources without the discharge restriction condition, a plurality of turbines driven by the working fluid heated through the heat exchanger, the working fluid passed through the turbine and the And a plurality of recuperators for exchanging the working fluid passing through the pump to cool the working fluid passing through the turbine, wherein the working fluid passing through the turbine is branched to each of the recuperators.
  • the emission control condition is characterized in that the temperature conditions.
  • recuperators are provided with a number equal to or less than the number of the heat exchangers to direct the working fluid to the heat exchanger, and at least one of the recirculators passes the working fluid and the pump through the turbine. Heat-exchanging the working fluid that has passed.
  • the turbine includes a low pressure turbine for driving the pump and a high pressure turbine for driving a generator, and branching an integrated flow rate (mt0) of the working fluid passed through the low pressure turbine and the high pressure turbine to the plurality of recuperators. It is characterized by the supply.
  • the recuperator includes first to third recuperators, a branch point branched from the rear ends of the low pressure turbine and the high pressure turbine to the third recuperator, and a branch point rear end branched to the third recuperator. It further includes a three-way valve is provided at each branching point which is provided at each branched to the first and second recuperators.
  • the heat exchanger includes a first limiting heat exchanger and a second limiting heat exchanger, and when either one of the first limiting heat exchanger and the second limiting heat exchanger has the emission limiting condition at a temperature higher than the other one, Characterized in that the integrated flow rate mt0 of the working fluid in which the discharge restriction condition is sent toward the higher temperature in the second limiting heat exchanger is less than the integrated flow rate mt0 of the working fluid in which the discharge restriction condition is sent toward the lower temperature do.
  • the heat exchanger includes a first limiting heat exchanger and a second limiting heat exchanger, and when the first limiting heat exchanger and the second limiting heat exchanger have the discharge restriction condition of the same temperature, the integrated flow rate mt0 of the working fluid And distribute equally to the limiting heat exchanger and the second limiting heat exchanger.
  • the heat exchanger further includes a first heat exchanger and a second heat exchanger
  • a front side of the pump further includes a cooler for cooling the working fluid passed through the recuperator, and a portion of the working fluid passed through the pump is Branching at the front end of the second recuperator is fed to the first heat exchanger and the second heat exchanger, respectively, characterized in that it is heated and sent to the low pressure turbine and high pressure turbine.
  • the working fluid passing through the first limiting heat exchanger and the second limiting heat exchanger is introduced into the turbine.
  • the present invention heats the working fluid through a pump for circulating the working fluid, an external heat source
  • the heat exchanger includes a plurality of limiting heat sources having discharge restriction conditions of the discharge stage, and a plurality of non-emission restrictions.
  • the emission control condition is characterized in that the temperature conditions.
  • recuperators are provided with a number equal to or less than the number of the heat exchangers to direct the working fluid to the heat exchanger, and at least one of the recirculators passes the working fluid and the pump through the turbine. Heat-exchanging the working fluid that has passed.
  • the turbine includes a low pressure turbine for driving the pump and a high pressure turbine for driving a generator, and a separate transfer for supplying the working fluids respectively passed through the low pressure turbine and the high pressure turbine to the plurality of recuperators. It characterized in that it comprises a tube.
  • the recuperator includes first to third recuperators, and the working fluid mt2 passing through the high pressure turbine is sent to the third recuperator.
  • the heat exchanger includes a first limiting heat exchanger and a second limiting heat exchanger, and when either one of the first limiting heat exchanger and the second limiting heat exchanger has the emission limiting condition at a temperature higher than the other one, Characterized in that the integrated flow rate mt0 of the working fluid in which the discharge restriction condition is sent toward the higher temperature in the second limiting heat exchanger is less than the integrated flow rate mt0 of the working fluid in which the discharge restriction condition is sent toward the lower temperature do.
  • the heat exchanger includes a first limiting heat exchanger and a second limiting heat exchanger, and when the first limiting heat exchanger and the second limiting heat exchanger have the discharge restriction condition of the same temperature, the integrated flow rate mt0 of the working fluid And distribute equally to the limiting heat exchanger and the second limiting heat exchanger.
  • the heat exchanger further includes a first heat exchanger and a second heat exchanger
  • a front side of the pump further includes a cooler for cooling the working fluid passed through the recuperator, and a portion of the working fluid passed through the pump is Branching at the front end of the second recuperator is fed to the first heat exchanger and the second heat exchanger, respectively, characterized in that it is heated and sent to the low pressure turbine and high pressure turbine.
  • the working fluid passing through the first limiting heat exchanger and the second limiting heat exchanger is introduced into the turbine.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a supercritical carbon dioxide power generation system according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a schematic diagram showing a supercritical carbon dioxide power generation system according to another embodiment of the present invention.
  • the supercritical carbon dioxide generation system forms a close cycle that does not discharge carbon dioxide used for power generation to the outside, and uses supercritical carbon dioxide as a working fluid.
  • the supercritical carbon dioxide power generation system is a carbon dioxide in a supercritical state
  • the exhaust gas discharged from a thermal power plant can be used, and thus it can be used not only for a single power generation system but also for a hybrid power generation system with a thermal power generation system.
  • the working fluid of the supercritical carbon dioxide power generation system may separate carbon dioxide from the exhaust gas and supply a separate carbon dioxide.
  • the supercritical carbon dioxide (hereinafter referred to as working fluid) in the cycle is heated through a heat source such as a heater after passing through the compressor to become a high temperature and high pressure working fluid to drive the turbine.
  • the turbine is connected to a generator or pump, which generates power by the turbine connected to the generator and drives the pump using the turbine connected to the pump.
  • the working fluid passing through the turbine is cooled by passing through a heat exchanger, and the cooled working fluid is fed back to the compressor and circulated in the cycle.
  • a plurality of turbines or heat exchangers may be provided.
  • each heat exchanger is effectively arranged according to conditions such as the inlet / outlet temperature, capacity, and number of the heat source to operate the same or less number of recuperators than the number of heat sources.
  • the supercritical carbon dioxide power generation system includes not only a system in which all of the working fluid flowing in a cycle is in a supercritical state, but also a system in which most of the working fluid is in a supercritical state and the rest is in a subcritical state. Used in the sense.
  • carbon dioxide is used as a working fluid, where carbon dioxide is, in a chemical sense, pure carbon dioxide, and in general, one or more fluids are mixed as additives in carbon dioxide and carbon dioxide in which impurities are somewhat contained. It is also used to include the fluid in its state.
  • low temperature and high temperature in the present invention is a term having a relative meaning, it should be understood that it is not to be understood that the higher the temperature and the lower the temperature if a specific temperature as a reference value.
  • low pressure and high pressure should also be understood in a relative sense.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a supercritical carbon dioxide power generation system according to an embodiment of the present invention.
  • a supercritical carbon dioxide power generation system uses supercritical carbon dioxide as a working fluid, and passes through a pump 100 and a pump 100 for circulating the working fluid.
  • a plurality of recuperators and heat sources that exchange heat with the working fluid, a plurality of turbines 410, 430 driven by the heated working fluid through the recuperators and heat sources, and driven by the turbines 410, 430 It may be configured to include a generator 450, and a cooler 500 for cooling the working fluid flowing into the pump 100.
  • Each of the components of the present invention is connected by a delivery tube 10 through which the working fluid flows, and unless specifically mentioned, it should be understood that the working fluid flows along the delivery tube 10.
  • the working fluid flows along the transfer pipe 10.
  • the pump 100 is driven by the low pressure turbine 410 to be described later, and serves to send the cooled low temperature working fluid to the recuperator via the cooler 500.
  • the recuperators 210, 230, and 250 may be configured of the first recuperator 210, the second recuperator 230, and the third recuperator 250.
  • This embodiment is a power generation system configuration for the case where the heat capacity required by the recuperator at the heat source inlet is small, and a part of the working fluid passing through the pump 100 is primarily heated through the first recuperator 210. And the remaining working fluid may be configured to be primarily heated via a second recuperator 230 and then sent to the heat source.
  • a portion of the working fluid that has passed through the pump 100 may be configured to be primarily heated via the third recuperator 250 and then sent directly to the turbines 410 and 430 (with regard to the heat capacity of the recuperator). To be described later).
  • the working fluid cooled through the turbines 410 and 430 and cooled from the high temperature to the medium temperature may be introduced into any one of the first and second recuperators 210 and 230.
  • the cooling fluid introduced into the first recuperator 210 and the second recuperator 230 heats the working fluid passed through the pump 100 to heat the working fluid passed through the pump 100 primarily.
  • the cooled working fluid is sent to the cooler 500 while heating the working fluid passed through the pump 100.
  • control valves v1 and v2 may be provided at the inlet end of the first and second recuperators 210 and 230 through which the cooling fluid passing through the turbines 410 and 430 flows. .
  • the cooled working fluid is sent to the cooler 500 to be secondarily cooled and then sent to the pump 100.
  • the working fluid sent to the first and second recuperators 210 and 230 through the pump 100 is first heated by heat exchange with the working fluids passing through the turbines 410 and 430, and a heat source to be described later. Is supplied.
  • control valves v3 and v4 may be provided at the inlet end of the transfer pipe 10 through which the working fluid flows from the pump 100 to the first and second recuperators 210 and 230. have.
  • the recuperators 210, 230, 250 may be provided with the same or less number of heat sources, and in this embodiment, the recuperators 210, 230, 250 are provided with three. Explain.
  • the first recuperator 210 is provided before the inlet end through which the working fluid flows into the first limit heat exchanger 310, which will be described later, and the second recuperator 230 is the second limit heat exchanger 330, which will be described later. ) May be provided before the inlet end to which the working fluid is introduced.
  • the third recuperator 250 is installed on the transfer pipe 10 branched at the front end of the three-way valve 600.
  • the first and second recuperators 210 and 230 have a flow rate in which the flow rate mt1 of the fluid passing through the high pressure turbine 430 and the flow rate mt2 of the fluid passing through the low pressure turbine 410 are combined.
  • a part of (mt0, hereinafter referred to as integrated flow rate) is branched and introduced.
  • a part of the integrated flow rate mt0 of the working fluid branches to the third recuperator 250 and flows in.
  • a control valve v1 is installed at the inlet end of the first recuperator 210, and a second liqueur is placed on another transfer pipe 10 branched from the transfer pipe 10 connected to the first recuperator 210.
  • the perlator 230 is provided.
  • the control valve v2 is also installed at the inlet end of the second recuperator 230.
  • the three-way valve 600 may be provided.
  • the three-way valve 700 may be provided at a branch point branched toward the third recuperator 250 in front of the three-way valve 600.
  • the heat source may be composed of a plurality of constrained heat sources in which the discharge condition of the discharged gas is determined, and a plurality of general heat sources in which the discharge condition is not determined.
  • the above-mentioned emission control condition is a temperature condition, and the emission control condition may be the same for all heat sources or different heat sources.
  • first heat exchanger 310 and the second heat exchanger 330 are provided as limited heat sources, and the first heat exchanger 350 and the second heat exchanger 370 are provided as general heat sources. It demonstrates as an example.
  • the flow rate of the working fluid flowing into the first limit heat exchanger 310 is defined as m1
  • the flow rate of the working fluid flowing into the second limited heat exchanger 330 is m2 and flows into the first heat exchanger 350.
  • the flow rate of the working fluid is m3
  • the flow rate of the working fluid flowing into the n-th heat exchanger is defined as mN.
  • the first restriction heat exchanger 310 and the second restriction heat exchanger 330 use a gas having waste heat (hereinafter, waste heat gas) as a heat source, such as exhaust gas, and are heat sources having a discharge restriction condition when discharging waste heat gas.
  • waste heat gas a gas having waste heat
  • the temperature of the waste heat gas flowing into the first restriction heat exchanger 310 may be relatively lower than the temperature of the waste heat gas flowing into the first heat exchanger 350 which will be described later.
  • the first restriction heat exchanger 310 heats the working fluid that has passed through the first recuperator 210 with the heat of the waste heat gas.
  • the waste heat gas deprived of heat from the first limit heat exchanger 310 is cooled to a temperature that meets the discharge regulation condition and exits the first limit heat exchanger 310.
  • the second limited heat exchanger 330 is also the same heat source as the first limited heat exchanger 310, and the temperature of the waste heat gas flowing into the second limited heat exchanger 330 is introduced into the first heat exchanger 350 which will be described later. It may be relatively lower than the temperature of the waste heat gas.
  • the second restriction heat exchanger 330 may have different emission restriction conditions from the first restriction heat exchanger 310 or may have the same emission restriction condition.
  • the second limit heat exchanger 330 heats the working fluid passed through the second recuperator 230 with the heat of the waste heat gas.
  • the waste heat gas deprived of heat from the second restriction heat exchanger 330 is cooled to a temperature that meets the discharge regulation condition and exits the second restriction heat exchanger 330.
  • the temperature of the waste heat gas used in the first limit heat exchanger 310 and the second limit heat exchanger 330 is lower than the temperature of the waste heat gas used in the first heat exchanger 350 and the second heat exchanger 370, or The heat amount of the waste heat gas used in the first limit heat exchanger 310 and the second limit heat exchanger 330 may be lower than that of the waste heat gas used in the first heat exchanger 350 and the second heat exchanger 370.
  • the reason is that since the first restriction heat exchanger 310 and the second restriction heat exchanger 330 are heat sources in which emission restriction conditions are defined, there is a limit in the amount of heat that can be used to meet the emission restriction temperature.
  • first heat exchanger 350 and the second heat exchanger 370 are heat sources for which discharge regulation conditions are not determined, there is no limit in the amount of heat available, so the first heat exchanger 350 and the second heat exchanger 370 In this case, the working fluid can be heated to a high temperature by sufficiently absorbing heat.
  • the working fluid heated while passing through the first limit heat exchanger 310 and the second limit heat exchanger 330 is supplied to the low pressure turbine 410 and the high pressure turbine 430 to drive the turbines 410 and 430.
  • the control valve (not shown) is provided at the front end of the turbine (410, 430).
  • the first heat exchanger 350 and the second heat exchanger 370 serve to heat the working fluid by heat-exchanging the waste heat gas and the working fluid, and are heat sources without discharge restriction conditions. Heat sources without emission control conditions may correspond, for example, to AQC waste heat conditions in cement processes.
  • a portion of the working fluid that has passed through the pump 100 first branches to the second recuperator 230, and a portion of the flow rate of the working fluid branches at the front end of the second recuperator 230 so as to branch the first heat exchanger 350. ) And the second heat exchanger 370. That is, the working fluid sent to the first heat exchanger 350 and the second heat exchanger 370 is supplied with a working fluid that does not go through the recuperator.
  • Control valves v5 and v6 are respectively provided at the front end of the first heat exchanger 350 and the second heat exchanger 370.
  • the working fluid sent to the first heat exchanger 350 and the second heat exchanger 370 is heated to a high temperature by heat exchange with the waste heat gas.
  • the working fluid heated while passing through the first heat exchanger 350 and the second heat exchanger 370 is supplied to the high pressure turbine 430 and the low pressure turbine 410 which will be described later.
  • the working fluid that has passed through the pump 100 passes through the first recuperator 210 and the second recuperator 230 and then the first limit heat exchanger 310 and the second limit heat exchanger 330. It may be heated through.
  • the turbines 410 and 430 consist of a low pressure turbine 410 and a high pressure turbine 430, which are driven by a working fluid to generate power by driving a generator 450 connected to at least one of these turbines. Play a role. Since the working fluid is expanded while passing through the high pressure turbine 430 and the low pressure turbine 410, the turbines 410 and 430 also serve as expanders. In this embodiment, the generator 450 is connected to the high pressure turbine 430 to produce electric power, and the low pressure turbine 410 serves to drive the pump 100.
  • high-pressure turbine 430 and low-pressure turbine 410 is a term having a relative meaning, it is to be understood that a specific temperature as a reference value should not be understood as a higher temperature and a lower temperature.
  • the heat capacity required at 330 is also small.
  • the inlet end side of the cooling fluid flowing into the first restriction heat exchanger 310 and the second restriction heat exchanger 330 is provided.
  • the heat capacity required by the first and second recuperators 210 and 230 is small.
  • the flow rate of the working fluid sent to the first and second recuperators 210 and 230 (m1) , m2) can be reduced.
  • the flow rate (mRC) of the working fluid sent to the third recuperator 250 is increased to transfer the medium temperature working fluid passing through the low pressure turbine 410 and the high pressure turbine 430 to the third recuperator 250. Transfer and heat exchange with the working fluid passed through the pump (100).
  • the working fluid passing through the pump 100 may be supplied to the low pressure turbine 410 and the high pressure turbine 430 immediately after being heated in the third recuperator 250.
  • the heat capacity required by the first and second recuperators 210 and 230 is small, so that the flow rate is small, and the large flow fluid is sent to the third recuperator 250 to integrate the working fluid.
  • the amount of heat of the flow rate mt0 is fully used.
  • the first and second recuperators 210 and 230 may use a plurality of small capacity recuperators, and the third recuperator 250 may use a small number of large capacity recuperators.
  • the small capacity recuperator may be equal to the number of the first limited heat exchanger 310 and the second limited heat exchanger 330.
  • a part of the integrated flow rate mt0 of the working fluid is equally distributed and sent to the first and second recuperators 210 and 230 to heat the working fluid while satisfying the discharge regulation condition of the waste heat gas. can do.
  • the working fluid cooled via the cooler 500 is circulated by the pump 100 and branched to the first recuperator 210 and the second recuperator 230 through the control valves v3 and v4, respectively. Lose.
  • the flow rate (m2) of working fluid sent to the can vary.
  • the working fluid passing through the first recuperator 210 is sent to the first limiting heat exchanger 310, heat-exchanged with the waste heat gas, and secondarily heated, and then supplied to the low pressure turbine 410 and the high pressure turbine 430. .
  • the working fluid sent to the second recuperator 230 branches again at the front end of the second recuperator 230 to allow the second recuperator 230, the first heat exchanger 350, and the second heat exchanger 370. Is sent).
  • the working fluid sent to the second limiting heat exchanger 330 is heat-exchanged with the waste heat gas and is subsequently heated to the low pressure turbine 410 and the high pressure turbine 430.
  • the working fluid sent to the first heat exchanger 350 and the second heat exchanger 370 branches at the front end of the first heat exchanger 350 and is sent to the first heat exchanger 350 and the second heat exchanger 370, respectively. Lose.
  • the working fluid heated in the first heat exchanger 350 and the second heat exchanger 370 is sent to the low pressure turbine 410 and the high pressure turbine 430.
  • the waste heat gas discharge restriction conditions of the first restriction heat exchanger 310 and the second restriction heat exchanger 330 may be similar to about 200 degrees Celsius. Since the cabbage regulation conditions are similar, the integrated flow rate mt0 of the working fluid can be equally divided and sent to the first restriction heat exchanger 310 and the second restriction heat exchanger 330. If the discharge restricting conditions of the first limiting heat exchanger 310 and the second limiting heat exchanger 330 are different, the discharge limiting conditions may reduce the integrated flow rate mt0 of the working fluid to the limiting heat source toward the higher temperature. can send. That is, by heat exchange with a low flow of working fluid it is possible to make less heat exchange in the limited heat source to discharge the waste heat gas at a higher temperature.
  • waste heat gas flowing into the first limit heat exchanger 310 and the second limit heat exchanger 330 may be compared with the temperature of the waste heat gas flowing into the first heat exchanger 350 and the second heat exchanger 370. It may be a low middle temperature waste heat gas.
  • the working fluid may be directly transferred to the third recuperator 250 through the pump 100 without passing through the first recuperator 210 and the second recuperator 230.
  • the low pressure turbine 410 after the low temperature working fluid is heated through a high capacity third recuperator 250 capable of supplying more heat than the first and second recuperators 210 and 230. Or to the high pressure turbine 430 to drive them.
  • the medium temperature working fluid mt0 which is expanded through the low pressure turbine 410 and the high pressure turbine 430, is branched and supplied to the first and third recuperators 250 and the pump 100. Heat exchanged with the low temperature working fluid passed through) and cooled to flow into the cooler 500.
  • the meanings of low temperature, middle temperature, and high temperature have a relative meaning, and it should be understood that the specific temperature is a reference value, and if it is higher than that, it should not be understood as meaning a high temperature and if it is lower than that.
  • the output of the high pressure turbine 430 driving the generator 450 must be greater than the low pressure turbine 410 driving the pump 100, the first limit heat exchanger 310 and the second limit heat exchanger 330. It is preferable to pass the working fluid in the medium temperature state through the low pressure turbine 410 through. Accordingly, the high pressure turbine transfers the working fluid passing through the first heat exchanger 350 and the second heat exchanger 370, which are relatively hot, to the first limited heat exchanger 310 and the second limited heat exchanger 330. Sending to 430 is preferred.
  • the determination of which turbines 410 and 430 to send the medium or high temperature working fluid to may vary depending on the operating conditions and the emission control conditions of the waste heat gas.
  • Figure 2 is a schematic diagram showing a supercritical carbon dioxide power generation system according to another embodiment of the present invention.
  • the supercritical carbon dioxide power generation system includes the first and second recuperators 210 and 230 for the working fluid mt1 passed through the low pressure turbine 410 '. And the working fluid mt2 passed through the high pressure turbine 430 'to the third recuperator 250', respectively.
  • a control valve is provided at an output end of the low pressure turbine 410 and an output end of the high pressure turbine 430, respectively, and a transfer pipe connecting the output end of the low pressure turbine 410 and the rear end of the control valve may be provided in the first high pressure turbine 430. It is connected to the transfer pipe connected to each of the recuperator 210 to the third recuperator 250.
  • valve V1 is installed at the output end of the low pressure turbine 410
  • control valve V1 ′ is installed at the output end of the high pressure turbine 430
  • the transfer pipe 30 ′ is the control valve V1 at the high pressure turbine 430 side.
  • first recuperator 210' are connected.
  • the rear end of the control valve V1 ' is connected to the feed pipe 30'.
  • the control valve V2 is installed at the output end of the low pressure turbine 410
  • the control valve V2 ′ is installed at the output end of the high pressure turbine 430
  • the transfer pipe 50 ′ is a control valve (side) of the high pressure turbine 430.
  • V2 ') and the second recuperator 210' are connected to each other.
  • the rear end of the control valve V2 ' is connected to the transfer pipe 50'.
  • the control valve V7 is installed at the output end of the low pressure turbine 410
  • the control valve V7 ′ is installed at the output end of the high pressure turbine 430
  • the transfer pipe 70 ′ is a control valve (side) of the high pressure turbine 430.
  • V7 ') and the second recuperator 210' are connected to each other.
  • the rear end of the control valve V7 ' is connected to the feed pipe 70'.
  • the emission restriction condition of the first restriction heat exchanger 310 ′ is 220 degrees Celsius
  • the emission restriction condition of the second restriction heat exchanger 330 ′ is 200 degrees Celsius.
  • the discharge regulation condition may be satisfied through the branching amount of the integrated flow rate mt0 as in the above-described embodiment.
  • the flow rate of the working fluid discharged from the high pressure turbine 430 'to which the working fluid of a relatively higher temperature is supplied than the low pressure turbine 410' to operate the generator 450 ' is the working fluid of the low pressure turbine 410 side.
  • the flow of the working fluid discharged from the low pressure turbine 410 'to which the working fluid of a relatively lower temperature than the high pressure turbine 430' is supplied is operated by the high pressure turbine 430 side through a separate transfer pipe 30 '.
  • Each waste heat gas emission regulation can be satisfied.
  • the working fluid discharged from the low pressure turbine 410 ' is also supplied to the first heat exchanger 350' and the second heat exchanger 370 ', which are not limited in calorie absorption, so that heat exchange with the waste heat gas is performed first and second. 2 may occur more than in a limiting heat exchanger (310 ', 330').
  • the supply method may satisfy the emission control requirements of the heat source.
  • each heat exchanger by effectively disposing each heat exchanger according to the conditions of the heat source inlet and outlet temperature, capacity, number, etc., it is possible to use the same or less number of recuperators compared to the number of heat sources, thereby simplifying the system configuration and effective operation. There is this.
  • the present invention can be applied to a supercritical carbon dioxide power generation system utilizing a plurality of heat sources capable of efficiently arranging and operating a heat exchanger according to a condition of a heat source.

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Abstract

본 발명은 복수의 열원을 활용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템에 관한 것으로, 작동 유체를 순환시키는 펌프와, 외부의 열원을 통해 상기 작동 유체를 가열하며, 상기 열교환기는 배출단의 배출 규제 조건을 갖는 복수의 제한 열원과, 상기 배출 규제 조건이 없는 복수의 일반 열원을 구비한 복수의 열교환기와, 상기 열교환기를 통과해 가열된 상기 작동 유체에 의해 구동되는 복수의 터빈과, 상기 터빈을 통과한 상기 작동 유체와 상기 펌프를 통과한 상기 OP작동 유체를 열교환하여 상기 터빈을 통과한 상기 작동 유체를 냉각시키는 복수의 리큐퍼레이터를 포함하며, 상기 터빈을 통과한 작동 유체는 상기 리큐퍼레이터 각각으로 분기되는 것을 특징으로 한다.

Description

복수의 열원을 활용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템
본 발명은 복수의 열원을 활용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 열원의 조건에 따라 열교환기를 효율적으로 배치해 운영할 수 있는 복수의 열원을 활용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템에 관한 것이다.
국제적으로 효율적인 전력 생산에 대한 필요성이 점차 커지고 있고, 공해물질 발생을 줄이기 위한 움직임이 점차 활발해짐에 따라 공해물질의 발생을 줄이면서 전력 생산량을 높이기 위해 여러 가지 노력을 기울이고 있다. 그러한 노력의 하나로 일본특허공개 제2012-145092호에 개시된 바와 같이 초임계 이산화탄소를 작동 유체로 사용하는 초임계 이산화탄소 발전 시스템(Power generation system using Supercritical CO2)에 대한 연구 개발이 활성화되고 있다.
초임계 상태의 이산화탄소는 액체 상태와 유사한 밀도에 기체와 비슷한 점성을 동시에 가지므로 기기의 소형화와 더불어, 유체의 압축 및 순환에 필요한 전력소모를 최소화할 수 있다. 동시에 임계점이 섭씨 31.4도, 72.8기압으로, 임계점이 섭씨 373.95도, 217.7기압인 물보다 매우 낮아서 다루기가 용이한 장점이 있다. 이러한 초임계 이산화탄소 발전 시스템은 섭씨 550도에서 운전할 경우 약 45% 수준의 순발전효율을 보이며, 기존 스팀 사이클의 발전효율 대비 20% 이상의 발전효율 향상과 함께 터보기기를 축소할 수 있는 장점이 있다.
열원에 제약 조건이 있는 복수의 열원을 적용할 경우 시스템 구성이 복잡해지고 효과적인 열 이용이 어렵기 때문에 일반적으로 초임계 이산화탄소 발전 시스템은 열원인 히터가 1개인 경우가 대부분이다. 따라서 시스템 구성이 한정적이고 효과적인 열원의 이용이 어려운 문제가 있다.
본 발명의 목적은 열원의 조건에 따라 열교환기를 효율적으로 배치해 운영할 수 있는 복수의 열원을 활용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 복수의 열원을 활용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템은, 작동 유체를 순환시키는 펌프와, 외부의 열원을 통해 상기 작동 유체를 가열하며, 상기 열교환기는 배출단의 배출 규제 조건을 갖는 복수의 제한 열원과, 상기 배출 규제 조건이 없는 복수의 일반 열원을 구비한 복수의 열교환기와, 상기 열교환기를 통과해 가열된 상기 작동 유체에 의해 구동되는 복수의 터빈과, 상기 터빈을 통과한 상기 작동 유체와 상기 펌프를 통과한 상기 작동 유체를 열교환하여 상기 터빈을 통과한 상기 작동 유체를 냉각시키는 복수의 리큐퍼레이터를 포함하며, 상기 터빈을 통과한 작동 유체는 상기 리큐퍼레이터 각각으로 분기되는 것을 특징으로 한다.
상기 배출 규제 조건은 온도 조건인 것을 특징으로 한다.
상기 리큐퍼레이터 중 일부는 상기 열교환기의 개수와 동일하거나 상기 열교환기의 개수보다 적은 개수로 구비되어 상기 열교환기로 상기 작동 유체를 보내며, 적어도 하나는 상기 터빈을 통과한 상기 작동 유체와 상기 펌프를 통과한 상기 작동 유체를 열교환하는 것을 특징으로 한다.
상기 터빈은 상기 펌프를 구동시키는 저압 터빈과, 발전기를 구동시키는 고압 터빈을 포함하며, 상기 저압 터빈 및 고압 터빈을 통과한 상기 작동 유체의 통합 유량(mt0)을 분기하여 상기 복수의 리큐퍼레이터로 공급하는 것을 특징으로 한다.
상기 리큐퍼레이터는 제1 내지 제3 리큐퍼레이터를 포함하고, 상기 저압 터빈 및 고압 터빈의 후단으로부터 상기 제3 리큐퍼레이터로 분기되는 분기점과, 상기 제3 리큐퍼레이터로 분기되는 상기 분기점 후단에 구비되어 상기 제1 리큐퍼레이터 및 제2 리큐퍼레이터로 각각 분기되는 분기점에 각각 설치되는 3방향 밸브를 더 포함 한다.
상기 열교환기는 제1 제한 열교환기와 제2 제한 열교환기를 포함하고, 상기 제1 제한 열교환기와 제2 제한 열교환기 중 어느 하나가 다른 하나보다 높은 온도의 상기 배출 규제 조건을 갖는 경우, 제1 제한 열교환기와 제2 제한 열교환기 중 상기 배출 규제 조건이 높은 온도 쪽으로 보내지는 상기 작동 유체의 통합 유량(mt0)이 상기 배출 규제 조건이 낮은 온도 쪽으로 보내지는 상기 작동 유체의 통합 유량(mt0) 보다 적은 것을 특징으로 한다.
상기 열교환기는 제1 제한 열교환기와 제2 제한 열교환기를 포함하고, 상기 제1 제한 열교환기와 제2 제한 열교환기가 동일한 온도의 상기 배출 규제 조건을 갖는 경우, 상기 작동 유체의 통합 유량(mt0)을 제1 제한 열교환기와 제2 제한 열교환기로 동일하게 분배하는 것을 특징으로 한다.
상기 열교환기는 제1 열교환기와 제2 열교환기를 더 포함하고, 상기 펌프의 전단에는 상기 리큐퍼레이터를 통과한 상기 작동 유체를 냉각시키는 쿨러를 더 포함하며, 상기 펌프를 통과한 상기 작동 유체의 일부는 상기 제2 리큐퍼레이터의 전단에서 분기되어 상기 제1 열교환기 및 제2 열교환기로 각각 공급된 뒤 가열되어 상기 저압 터빈 및 고압 터빈으로 보내지는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 제한 열교환기 및 제2 제한 열교환기를 통과한 상기 작동 유체는 상기 터빈으로 유입되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 작동 유체를 순환시키는 펌프와, 외부의 열원을 통해 상기 작동 유체를 가열하며, 상기 열교환기는 배출단의 배출 규제 조건을 갖는 복수의 제한 열원과, 상기 배출 규제 조건이 없는 복수의 일반 열원을 구비한 복수의 열교환기와, 상기 열교환기를 통과해 가열된 상기 작동 유체에 의해 구동되는 복수의 터빈과, 복수 개로 구비되어 상기 터빈을 통과한 상기 작동 유체가 각각 유입되며, 상기 터빈을 통과한 상기 작동 유체와 상기 펌프를 통과한 상기 작동 유체를 열교환하여 상기 터빈을 통과한 상기 작동 유체를 냉각시키는 리큐퍼레이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 복수의 열원을 활용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템을 제공할 수 있다.
상기 배출 규제 조건은 온도 조건인 것을 특징으로 한다.
상기 리큐퍼레이터 중 일부는 상기 열교환기의 개수와 동일하거나 상기 열교환기의 개수보다 적은 개수로 구비되어 상기 열교환기로 상기 작동 유체를 보내며, 적어도 하나는 상기 터빈을 통과한 상기 작동 유체와 상기 펌프를 통과한 상기 작동 유체를 열교환하는 것을 특징으로 한다.
상기 터빈은 상기 펌프를 구동시키는 저압 터빈과, 발전기를 구동시키는 고압 터빈을 포함하고, 상기 저압 터빈과 상기 고압 터빈을 각각 통과한 상기 작동 유체를 상기 복수의 리큐퍼레이터로 각각 공급하는 별도의 이송관을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 리큐퍼레이터는 제1 내지 제3 리큐퍼레이터를 포함하고, 상기 고압 터빈을 통과한 상기 작동 유체(mt2)를 상기 제3 리큐퍼레이터로 보내는 것을 특징으로 한다.
상기 열교환기는 제1 제한 열교환기와 제2 제한 열교환기를 포함하고, 상기 제1 제한 열교환기와 제2 제한 열교환기 중 어느 하나가 다른 하나보다 높은 온도의 상기 배출 규제 조건을 갖는 경우, 제1 제한 열교환기와 제2 제한 열교환기 중 상기 배출 규제 조건이 높은 온도 쪽으로 보내지는 상기 작동 유체의 통합 유량(mt0)이 상기 배출 규제 조건이 낮은 온도 쪽으로 보내지는 상기 작동 유체의 통합 유량(mt0) 보다 적은 것을 특징으로 한다.
상기 열교환기는 제1 제한 열교환기와 제2 제한 열교환기를 포함하고, 상기 제1 제한 열교환기와 제2 제한 열교환기가 동일한 온도의 상기 배출 규제 조건을 갖는 경우, 상기 작동 유체의 통합 유량(mt0)을 제1 제한 열교환기와 제2 제한 열교환기로 동일하게 분배하는 것을 특징으로 한다.
상기 열교환기는 제1 열교환기와 제2 열교환기를 더 포함하고, 상기 펌프의 전단에는 상기 리큐퍼레이터를 통과한 상기 작동 유체를 냉각시키는 쿨러를 더 포함하며, 상기 펌프를 통과한 상기 작동 유체의 일부는 상기 제2 리큐퍼레이터의 전단에서 분기되어 상기 제1 열교환기 및 제2 열교환기로 각각 공급된 뒤 가열되어 상기 저압 터빈 및 고압 터빈으로 보내지는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 제한 열교환기 및 제2 제한 열교환기를 통과한 상기 작동 유체는 상기 터빈으로 유입되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 복수의 열원을 활용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템은 열원의 입출구 온도, 용량, 개수 등의 조건에 따라 각 열교환기를 효과적으로 배치함으로써 열원의 개수 대비 동일하거나 적은 수의 리큐퍼레이터를 이용할 수 있어 시스템 구성이 간소화되고 효과적인 운영이 가능한 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템을 도시한 모식도,
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템을 도시한 모식도이다.
이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 복수의 열원을 활용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템에 대해 상세히 설명하기로 한다.
일반적으로 초임계 이산화탄소 발전 시스템은 발전에 사용된 이산화탄소를 외부로 배출하지 않는 폐사이클(close cycle)을 이루며, 작동 유체로 초임계 상태의 이산화탄소를 이용한다.
초임계 이산화탄소 발전 시스템은 작동 유체가 초임계 상태의 이산화탄소이므로 화력 발전소 등에서 배출되는 배기 가스를 이용할 수 있어 단독 발전 시스템뿐만 아니라 화력 발전 시스템과의 하이브리드 발전 시스템에도 사용될 수 있다. 초임계 이산화탄소 발전 시스템의 작동 유체는 배기 가스로부터 이산화탄소를 분리하여 공급할 수도 있고, 별도의 이산화탄소를 공급할 수도 있다.
사이클 내의 초임계 이산화탄소(이하 작동 유체)는 압축기를 통과한 후, 히터 등과 같은 열원을 통과하면서 가열되어 고온고압의 작동 유체가 되어 터빈을 구동시킨다. 터빈에는 발전기 또는 펌프가 연결되며, 발전기에 연결된 터빈에 의해 전력을 생산하고 펌프에 연결된 터빈을 이용해 펌프를 구동한다. 터빈을 통과한 작동 유체는 열교환기를 거치면서 냉각되며, 냉각된 작동 유체는 다시 압축기로 공급되어 사이클 내를 순환한다. 터빈이나 열교환기는 복수 개가 구비될 수 있다.
본 발명에서는 열원으로 폐열 기체를 이용하는 복수의 히터가 구비되고, 열원의 입출구 온도, 용량, 개수 등의 조건에 따라 각 열교환기를 효과적으로 배치함으로써 열원의 개수 대비 동일하거나 적은 수의 리큐퍼레이터를 운용하는 초임계 이산화탄소 발전 시스템을 제안한다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템이란 사이클 내에서 유동하는 작동 유체 모두가 초임계 상태인 시스템뿐만 아니라, 작동 유체의 대부분이 초임계 상태이고 나머지는 아임계 상태인 시스템도 포함하는 의미로 사용된다.
또한, 본 발명의 다양한 실시 예에서 작동 유체로 이산화탄소가 사용되는데, 여기서 이산화탄소란, 화학적인 의미에서 순수한 이산화탄소, 일반적인 관점에서 불순물이 다소 포함되어 있는 상태의 이산화탄소 및 이산화탄소에 한가지 이상의 유체가 첨가물로서 혼합되어 있는 상태의 유체까지도 포함하는 의미로 사용된다.
본 발명에서 저온 및 고온이라는 용어는 상대적인 의미를 갖는 용어로서, 특정 온도를 기준값으로 하여 그보다 높으면 고온이고 그보다 낮으면 저온이라는 의미로 이해되지 않아야 함을 밝혀둔다. 저압 및 고압이라는 용어 역시 상대적인 의미로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템을 도시한 모식도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템은 초임계 이산화탄소를 작동 유체로 사용하며, 작동 유체를 순환시키는 펌프(100)와, 펌프(100)를 통과한 작동 유체와 열교환하는 복수의 리큐퍼레이터 및 열원과, 리큐퍼레이터 및 열원을 통과하며 가열된 작동 유체에 의해 구동되는 복수의 터빈(410, 430)과, 터빈(410, 430)에 의해 구동되는 발전기(450), 그리고 펌프(100)로 유입되는 작동 유체를 냉각시키는 쿨러(500)를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 각 구성들은 작동 유체가 흐르는 이송관(10)에 의해 연결되며, 특별히 언급하지 않더라도 작동 유체는 이송관(10)을 따라 유동하는 것으로 이해되어야 한다. 다만, 복수 개의 구성들이 일체화 되어 있는 경우, 일체화된 구성 내에 사실상 이송관(10)의 역할을 하는 부품 내지 영역이 있을 것이므로, 이 경우에도 당연히 작동 유체는 이송관(10)을 따라 유동하는 것으로 이해되어야 한다. 별도의 기능을 하는 유로의 경우 추가로 설명하기로 한다.
펌프(100)는 후술할 저압 터빈(410)에 의해 구동되며, 쿨러(500)를 거쳐 냉각된 저온의 작동 유체를 리큐퍼레이터로 보내는 역할을 한다.
리큐퍼레이터(210, 230, 250)는 제1 리큐퍼레이터(210) 및 제2 리큐퍼레이터(230), 제3 리큐퍼레이터(250)로 구성될 수 있다. 본 실시 예는 열원 입구의 리큐퍼레이터에서 요구되는 열용량이 작은 경우에 대한 발전 시스템 구성으로, 펌프(100)를 통과한 작동 유체의 일부는 제1 리큐퍼레이터(210)를 거쳐 1차로 가열된 뒤 열원으로 보내지고, 나머지 작동 유체는 제2 리큐퍼레이터(230)를 거쳐 1차로 가열된 뒤 열원으로 보내지도록 구성될 수 있다. 또한, 펌프(100)를 통과한 작동 유체의 일부는 제3 리큐퍼레이터(250) 거쳐 1차로 가열된 뒤 바로 터빈(410, 430)으로 보내지도록 구성될 수 있다(리큐퍼레이터의 열용량에 대해서는 후술하기로 함).
터빈(410, 430)을 통과해 팽창되면서 고온에서 중온으로 냉각된 작동 유체는 제1 리큐퍼레이터(210) 및 제2 리큐퍼레이터(230) 중 어느 하나로 유입될 수 있다. 제1 리큐퍼레이터(210) 및 제2 리큐퍼레이터(230)로 유입된 냉각 유체는 펌프(100)를 통과한 작동 유체와 열교환하여 펌프(100)를 통과한 작동 유체를 1차로 가열시킨다. 펌프(100)를 통과한 작동 유체를 가열시키면서 냉각된 작동 유체는 쿨러(500)로 보내진다.
이를 위해, 터빈(410, 430)을 통과한 냉각 유체가 유입되는 제1 리큐퍼레이터(210) 및 제2 리큐퍼레이터(230)의 유입단에는 제어 밸브(v1, v2)가 구비될 수 있다. 냉각된 작동 유체는 쿨러(500)로 보내져 2차로 냉각된 후 펌프(100)로 보내진다.
펌프(100)를 통해 제1 리큐퍼레이터(210) 및 제2 리큐퍼레이터(230)로 보내진 작동 유체는 터빈(410, 430)을 통과한 작동 유체와 열교환하여 1차로 가열되고, 후술할 열원으로 공급된다. 이를 위해 펌프(100)에서 제1 리큐퍼레이터(210) 및 제2 리큐퍼레이터(230)로 작동 유체가 유입되는 이송관(10)의 유입단에는 제어밸브(v3, v4)가 구비될 수 있다. 본 발명에서 리큐퍼레이터(210, 230, 250)는 열원의 개수와 동일하거나 적은 개수로 구비될 수 있으며, 본 실시 예에서 리큐퍼레이터(210, 230, 250)는 3개로 구비되는 것을 예로 하여 설명한다.
제1 리큐퍼레이터(210)는 후술할 제1 제한 열교환기(310)로 작동 유체가 유입되는 유입단 이전에 구비되며, 제2 리큐퍼레이터(230)는 후술할 제2 제한 열교환기(330)로 작동 유체가 유입되는 유입단 이전에 구비될 수 있다. 제3 리큐퍼레이터(250)는 3방향 밸브(600)의 전단에서 분기된 이송관(10) 상에 설치된다.
제1 리큐퍼레이터(210) 및 제2 리큐퍼레이터(230)로는 고압 터빈(430)을 통과한 유체의 유량(mt1) 및 저압 터빈(410)을 통과한 유체의 유량(mt2)이 합쳐진 유량(mt0, 이하 통합 유량이라고 정의함)의 일부가 분기되어 유입된다. 또한, 작동 유체의 통합 유량(mt0) 중 일부는 제3 리큐퍼레이터(250)로 분기되어 유입된다. 제1 리큐퍼레이터(210)의 유입단에는 제어 밸브(v1)가 설치되고, 제1 리큐퍼레이터(210)에 연결된 이송관(10)으로부터 분기된 다른 이송관(10) 상에 제2 리큐퍼레이터(230)가 구비된다. 제2 리큐퍼레이터(230)의 유입단에도 제어밸브(v2)가 설치된다.
작동 유체의 통합 유량(mt0)을 복수의 리큐퍼레이터(210, 230, 250)로 얼만큼씩 나누어 분기할지는 별도의 컨트롤러(미도시)에 의해 제어되며, 분기를 위해 이송관(10)의 분기점에 3방향 밸브(600)가 구비될 수 있다. 또한, 3방향 밸브(600) 전단의 제3 리큐퍼레이터(250) 쪽으로 분기되는 분기점에도 3방향 밸브(700)가 구비될 수 있다.
열원은 배출되는 기체의 배출 조건이 정해져 있는 복수의 제한 열원(constrained heat source)과, 배출 조건이 정해져 있지 않은 복수의 일반 열원으로 구성될 수 있다. 전술한 배출 규제 조건은 온도 조건이며, 배출 규제 조건은 모든 열원이 동일할 수도 있고, 모든 열원이 다를 수도 있다.
본 명세서에서는 편의상 제한 열원으로 제1 제한 열교환기(310) 및 제2 제한 열교환기(330)가 구비되고, 일반 열원으로 제1 열교환기(350) 및 제2 열교환기(370)가 구비된 것을 예로 하여 설명한다.
또한, 제1 제한 열교환기(310)로 유입되는 작동 유체의 유량을 m1 이라고 정의하며, 제2 제한 열교환기(330)로 유입되는 작동 유체의 유량을 m2, 제1 열교환기(350)로 유입되는 작동 유체의 유량을 m3, 제n 열교환기로 유입되는 작동 유체의 유량을 mN으로 정의한다.
제1 제한 열교환기(310) 및 제2 제한 열교환기(330)는 배기 가스와 같이 폐열을 갖는 기체(이하 폐열 기체)를 열원으로 사용하되, 폐열 기체의 배출 시 배출 규제 조건을 갖는 열원이다.
제1 제한 열교환기(310)로 유입되는 폐열 기체의 온도는 후술할 제1 열교환기(350)로 유입되는 폐열 기체의 온도보다 상대적으로 낮을 수 있다. 제1 제한 열교환기(310)는 폐열 기체의 열로 제1 리큐퍼레이터(210)를 통과한 작동 유체를 가열한다. 제1 제한 열교환기(310)에서 열을 빼앗긴 폐열 기체는 배출 규제 조건에 맞는 온도로 냉각되어 제1 제한 열교환기(310)를 빠져나간다.
제2 제한 열교환기(330) 역시 제1 제한 열교환기(310)와 동일한 열원으로, 제2 제한 열교환기(330)로 유입되는 폐열 기체의 온도는 후술할 제1 열교환기(350)로 유입되는 폐열 기체의 온도보다 상대적으로 낮을 수 있다. 제2 제한 열교환기(330)는 제1 제한 열교환기(310)와 다른 배출 규제 조건을 가질 수도 있고, 동일한 배출 규제 조건을 가질 수도 있다. 제2 제한 열교환기(330)는 폐열 기체의 열로 제2 리큐퍼레이터(230)를 통과한 작동 유체를 가열한다. 제2 제한 열교환기(330)에서 열을 빼앗긴 폐열 기체는 배출 규제 조건에 맞는 온도로 냉각되어 제2 제한 열교환기(330)를 빠져나간다.
제1 제한 열교환기(310) 및 제2 제한 열교환기(330)에서 이용하는 폐열 기체의 온도가 제1 열교환기(350) 및 제2 열교환기(370)에서 이용하는 폐열 기체의 온도보다 낮거나, 제1 제한 열교환기(310) 및 제2 제한 열교환기(330)에서 이용하는 폐열 기체의 열량은 제1 열교환기(350) 및 제2 열교환기(370)에서 이용하는 폐열 기체의 열량보다 낮을 수 있다. 그 이유는 제1 제한 열교환기(310) 및 제2 제한 열교환기(330)는 배출 규제 조건이 정해져 있는 열원이기 때문에 배출 규제 온도를 맞추기 위해 이용할 수 있는 열량에 한계가 있기 때문이다. 그러나 제1 열교환기(350) 및 제2 열교환기(370)는 배출 규제 조건이 정해져 있지 않은 열원이기 때문에 이용할 수 있는 열량에 한계가 없으므로 제1 열교환기(350) 및 제2 열교환기(370)에서 충분히 열을 흡수하여 작동 유체가 고온으로 가열될 수 있다.
제1 제한 열교환기(310) 및 제2 제한 열교환기(330)를 통과하며 가열된 작동 유체는 저압 터빈(410) 및 고압 터빈(430)으로 공급되어 터빈(410, 430)을 구동시키며, 이를 위해 터빈(410, 430)의 전단에는 제어 밸브(번호 미표기)가 구비된다.
제1 열교환기(350) 및 제2 열교환기(370)는 폐열 기체와 작동 유체를 열교환하여 작동 유체를 가열하는 역할을 하며, 배출 규제 조건이 없는 열원이다. 배출 규제 조건이 없는 열원은 예를 들어, 시멘트 공정에서의 AQC 폐열 조건 에 해당될 수 있다. 펌프(100)를 통과한 작동 유체의 일부는 먼저 제2 리큐퍼레이터(230)로 분기되고, 제2 리큐퍼레이터(230)의 전단에서 작동 유체의 유량 일부가 분기되어 제1 열교환기(350) 및 제2 열교환기(370)로 보내진다. 즉, 제1 열교환기(350) 및 제2 열교환기(370)로 보내지는 작동 유체는 리큐퍼레이터를 거치지 않은 작동 유체가 공급된다. 제1 열교환기(350) 및 제2 열교환기(370)의 전단에는 제어 밸브(v5, v6)가 각각 구비된다. 제1 열교환기(350) 및 제2 열교환기(370)로 보내진 작동 유체는 폐열 기체와 열교환해 고온으로 가열된다. 제1 열교환기(350) 및 제2 열교환기(370)를 통과하며 가열된 작동 유체는 후술할 고압 터빈(430) 및 저압 터빈(410)으로 공급된다. 또는, 펌프(100)를 통과한 작동 유체는 제1 리큐퍼레이터(210) 및 제2 리큐퍼레이터(230)를 통과한 뒤 제1 제한 열교환기(310) 및 제2 제한 열교환기(330)를 통해 가열될 수도 있다.
터빈(410, 430)은 저압 터빈(410) 및 고압 터빈(430)으로 구성되며, 작동 유체에 의해 구동되어 이 터빈들 중 적어도 어느 하나의 터빈에 연결된 발전기(450)를 구동시킴으로써 전력을 생산하는 역할을 한다. 고압 터빈(430) 및 저압 터빈(410)을 통과하면서 작동 유체가 팽창되므로 터빈(410, 430)은 팽창기(expander)의 역할도 하게 된다. 본 실시 예에서는 고압 터빈(430)에 발전기(450)가 연결되어 전력을 생산하며, 저압 터빈(410)은 펌프(100)를 구동시키는 역할을 한다.
여기서 고압 터빈(430)과 저압 터빈(410)이라는 용어는 상대적인 의미를 갖는 용어로서, 특정 온도를 기준값으로 하여 그보다 높으면 고온이고 그보다 낮으면 저온이라는 의미로 이해되지 않아야 함을 밝혀둔다.
*제1 제한 열교환기(310) 및 제2 제한 열교환기(330)의 배출 규제 온도 조건이 높거나, 유입되는 폐열 기체의 유량이 적으면 제1 제한 열교환기(310) 및 제2 제한 열교환기(330)에서 요구되는 열용량 또한 작다.
여기서 제1 제한 열교환기(310) 및 제2 제한 열교환기(330)의 열용량이 작은 경우는 제1 제한 열교환기(310) 및 제2 제한 열교환기(330)로 유입되는 냉각 유체의 입구단 쪽 제1 리큐퍼레이터(210) 및 제2 리큐퍼레이터(230)에서 요구되는 열용량이 작은 경우를 의미한다. 제1 리큐퍼레이터(210) 및 제2 리큐퍼레이터(230)에서 요구되는 열용량이 작으면 제1 리큐퍼레이터(210) 및 제2 리큐퍼레이터(230)로 보내지는 작동 유체의 유량(m1, m2)을 감소시킬 수 있다. 동시에 제3 리큐퍼레이터(250)로 보내지는 작동 유체의 유량(mRC)을 증가시켜 저압 터빈(410) 및 고압 터빈(430)을 통과한 중온의 작동 유체를 제3 리큐퍼레이터(250)로 이송해 펌프(100)를 통과한 작동 유체와 열교환시킨다. 펌프(100)를 통과한 작동 유체는 제3 리큐퍼레이터(250)에서 가열된 뒤 바로 저압 터빈(410) 및 고압 터빈(430)으로 공급될 수 있다.
즉, 제1 리큐퍼레이터(210) 및 제2 리큐퍼레이터(230)에서 요구되는 열용량이 작아 적은 유량을 보내고, 많은 유량의 작동 유체는 제3 리큐퍼레이터(250)로 보내 작동 유체의 통합 유량(mt0)의 열량을 충분히 사용하는 것이다.
따라서 제1 리큐퍼레이터(210) 및 제2 리큐퍼레이터(230)는 복수의 소용량 리큐퍼레이터를 사용할 수 있으며, 제3 리큐퍼레이터(250)는 소수의 대용량 리큐퍼레이터를 사용할 수 있다. 소용량 리큐퍼레이터는 제1 제한 열교환기(310) 및 제2 제한 열교환기(330)의 개수와 동일할 수 있다.
이 때, 작동 유체의 통합 유량(mt0) 중 일부를 동일하게 분배하여 제1 리큐퍼레이터(210) 및 제2 리큐퍼레이터(230)로 보내 폐열 기체의 배출 규제 조건을 충족시키면서 작동 유체를 가열할 수 있다.
이러한 구성을 갖는 본 발명의 일 실시 예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템에 있어서, 구체적인 예를 들어 작동 유체의 흐름을 설명하면 다음과 같다.
쿨러(500)를 거쳐 냉각된 작동 유체는 펌프(100)에 의해 순환되어 제어 밸브(v3, v4)를 통해 제1 리큐퍼레이터(210) 및 제2 리큐퍼레이터(230)로 각각 분기되어 보내진다. 제1 제한 열교환기(310) 및 제2 제한 열교환기(330)의 배출 규제 조건에 따라 제1 리큐퍼레이터(210)로 보내지는 작동 유체의 유량(m1)과 제2 리큐퍼레이터(230)로 보내지는 작동 유체의 유량(m2)이 달라질 수 있다.
펌프(100) 통과 후 제1 리큐퍼레이터(210) 및 제2 리큐퍼레이터(230)로 각각 분기된 작동 유체는, 저압 터빈(410) 및 고압 터빈(430)을 통과한 작동 유체의 통합 유량(mt0)으로부터 분기되어 제1 리큐퍼레이터(210) 및 제2 리큐퍼레이터(230)를 각각 통과하는 작동 유체와 열교환하여 1차로 가열된다.
그 후 제1 리큐퍼레이터(210)를 통과한 작동 유체는 제1 제한 열교환기(310)로 보내져 폐열 기체와 열교환해 2차로 가열된 뒤 저압 터빈(410) 및 고압 터빈(430)으로 공급된다.
제2 리큐퍼레이터(230)로 보내진 작동 유체는 제2 리큐퍼레이터(230)의 전단에서 다시 분기되어 제2 리큐퍼레이터(230)와 제1 열교환기(350) 및 제2 열교환기(370)로 보내진다.
제2 제한 열교환기(330)로 보내진 작동 유체는 폐열 기체와 열교환해 2차로 가열된 후 저압 터빈(410) 및 고압 터빈(430)으로 보내진다. 제1 열교환기(350) 및 제2 열교환기(370)로 보내진 작동 유체는 제1 열교환기(350)의 전단에서 분기되어 제1 열교환기(350) 및 제2 열교환기(370)로 각각 보내진다. 제1 열교환기(350) 및 제2 열교환기(370)에서 가열된 작동 유체는 저압 터빈(410) 및 고압 터빈(430)으로 보내진다.
이때 제1 제한 열교환기(310) 및 제2 제한 열교환기(330)의 폐열 기체 배출 규제 조건은 섭씨 200도 정도로 유사할 수 있다. 배추 규제 조건이 유사하므로 작동 유체의 통합 유량(mt0)을 동일하게 나누어 제1 제한 열교환기(310) 및 제2 제한 열교환기(330)로 보낼 수 있다. 만약, 제1 제한 열교환기(310) 및 제2 제한 열교환기(330)의 배출 규제 조건이 상이한 경우, 배출 규제 조건이 더 높은 온도 쪽의 제한 열원으로 작동 유체의 통합 유량(mt0)을 좀더 적게 보낼 수 있다. 즉, 적은 유량의 작동 유체와 열교환 함으로써 좀더 고온으로 폐열 기체를 배출해야 하는 제한 열원에서 열교환이 적게 일어나도록 할 수 있다.
또한, 제1 제한 열교환기(310) 및 제2 제한 열교환기(330)로 유입되는 폐열 기체는 제1 열교환기(350) 및 제2 열교환기(370)로 유입되는 폐열 기체의 온도에 비해 상대적으로 낮은 중온의 폐열 기체일 수 있다.
제1 제한 열교환기(310) 및 제2 제한 열교환기(330)에서 가열된 중온의 작동 유체와, 제1 열교환기(350) 및 제2 열교환기(370)를 통과한 고온의 작동 유체(m2) 역시 저압 터빈(410) 또는 고압 터빈(430)으로 이송되어 이들을 구동시킨다. 중온 또는 고온의 작동 유체가 어떤 터빈(410, 430)을 구동시킬 지의 여부는 운전 조건에 따라 전술한 컨트롤러에 의해 결정된다.
또는, 작동 유체가 제1 리큐퍼레이터(210) 및 제2 리큐퍼레이터(230)를 거치지 않고 펌프(100)를 통해 제3 리큐퍼레이터(250)로 바로 이송될 수도 있다. 저온의 작동 유체가 제1 리큐퍼레이터(210) 및 제2 리큐퍼레이터(230)에 비해 많은 열량을 공급할 수 있는 고용량의 제3 리큐퍼레이터(250)를 통과하여 가열된 후 저압 터빈(410) 또는 고압 터빈(430)으로 보내져 이들을 구동시킬 수 있다.
저압 터빈(410) 및 고압 터빈(430)을 통과하며 팽창된 중온의 작동 유체(mt0)는 제1 리큐퍼레이터(210) 내지 제3 리큐퍼레이터(250)로 분기되어 공급되며, 펌프(100)를 통과한 저온의 작동 유체와 열교환해 냉각된 후 쿨러(500)로 유입된다.
여기서 저온, 중온, 고온의 의미는 상대적인 의미를 갖는 것으로서, 특정 온도를 기준값으로 하여 그보다 높으면 고온이고 그보다 낮으면 저온이라는 의미로 이해되지 않아야 함을 밝혀둔다.
일반적으로 펌프(100)를 구동시키는 저압 터빈(410)보다 발전기(450)를 구동시키는 고압 터빈(430)의 출력이 커야하므로, 제1 제한 열교환기(310) 및 제2 제한 열교환기(330)를 통과해 중온 상태인 작동 유체를 저압 터빈(410)으로 보내는 것이 바람직하다. 이에 따라, 제1 제한 열교환기(310) 및 제2 제한 열교환기(330)에 비해 상대적으로 고온 상태인 제1 열교환기(350) 및 제2 열교환기(370)를 통과한 작동 유체를 고압 터빈(430)으로 보내는 것이 바람직하다.
그러나 중온의 작동 유체 또는 고온의 작동 유체를 어느 터빈(410, 430)으로 보낼 것인지에 대한 결정은 운전 조건 및 폐열 기체의 배출 규제 조건에 따라 달라질 수 있다.
이상에서는 저압 터빈 및 고압 터빈을 통과한 작동 유체의 통합 유량을 분기하여 제1 리큐퍼레이터 및 제2 리큐퍼레이터로 보내는 실시 예에 대해 설명하였으나, 저압 터빈 및 고압 터빈 각각의 유량을 제1 리큐퍼레이터 및 제2 리큐퍼레이터로 보낼 수도 있다(전술한 실시 예와 동일한 구성에 대해서는 동이한 참조 부호를 참조하여 설명하기로 하며, 상세한 설명을 생략하기로 함).
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템을 도시한 모식도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템은 저압 터빈(410')을 통과한 작동 유체(mt1)를 제1 및 제2 리큐퍼레이터(210, 230)로 보내고, 고압 터빈(430')을 통과한 작동 유체(mt2)를 제3 리큐퍼레이터(250')로 각각 보낼 수 있다. 이때, 저압 터빈(410)의 출력단과 고압 터빈(430)의 출력단에는 각각 제어 밸브가 구비되며, 저압 터빈(410)의 출력단 및 제어 밸브 후단을 연결하는 이송관은 고압 터빈(430)에서 제1 리큐퍼레이터(210) 내지 제3 리큐퍼레이터(250) 각각으로 연결된 이송관에 연결된다.
즉, 저압 터빈(410)의 출력단에 밸브 V1이 설치되고 고압 터빈(430)의 출력단에 제어 밸브(V1')가 설치되며, 이송관(30')은 고압 터빈(430)측 제어 밸브(V1')와 제1 리큐퍼레이터(210')를 연결한다. 제어 밸브(V1')의 후단은 이송관(30')에 연결된다. 저압 터빈(410)의 출력단에 제어 밸브(V2)가 설치되고 고압 터빈(430)의 출력단에 제어 밸브(V2')가 설치되며, 이송관(50')은 고압 터빈(430)측 제어 밸브(V2')와 제2 리큐퍼레이터(210')를 연결한다. 제어 밸브(V2')의 후단은 이송관(50')에 연결된다. 저압 터빈(410)의 출력단에 제어 밸브(V7)가 설치되고 고압 터빈(430)의 출력단에 제어 밸브(V7')가 설치되며, 이송관(70')은 고압 터빈(430)측 제어 밸브(V7')와 제2 리큐퍼레이터(210')를 연결한다. 제어 밸브(V7')의 후단은 이송관(70')에 연결된다.
예를 들어, 제1 제한 열교환기(310')의 배출 규제 조건이 섭씨 220도이고, 제2 제한 열교환기(330')의 배출 규제 조건이 섭씨 200도인 경우를 가정할 수 있다. 이 경우, 전술한 실시 예에서와 같이 통합 유량(mt0)의 분기량을 통해 배출 규제 조건을 만족시킬 수 있다.
즉, 발전기(450')를 가동시키기 위해 저압 터빈(410')보다 상대적으로 높은 온도의 작동 유체가 공급되는 고압 터빈(430') 쪽에서 배출되는 작동 유체의 유량을 저압 터빈(410)측 작동 유체의 유량보다 증가시켜 이송관(70')을 통해 고용량의 제3 리큐퍼레이터(250') 쪽으로 공급함으로써 큰 온도 차이에 의해 제1 및 제2 리큐퍼레이터(210', 230')에서보다 열교환이 더 크게 일어나게 할 수 있다.
또한, 고압 터빈(430')보다 상대적으로 낮은 온도의 작동 유체가 공급되는 저압 터빈(410') 쪽에서 배출되는 작동 유체의 유량을 별도의 이송관(30')을 통해 고압 터빈(430) 측 작동 유체의 유량보다 증가시켜 이송관(30', 50')을 통해 제1 및 제2 리큐퍼레이터(210, 230)로 보내 제1 제한 열교환기(310') 및 제2 제한 열교환기(330') 각각의 폐열 기체 배출 규제 조건을 만족시킬 수 있다. 저압 터빈(410') 쪽에서 배출되는 작동 유체는 열량 흡수에 제한이 없는 제1 열교환기(350') 및 제2 열교환기(370') 쪽으로도 공급되므로, 폐열 기체와의 열교환이 제1 및 제2 제한 열교환기(310', 330')에서보다 더 일어나게 할 수 있다.
또는, 제3 리큐퍼레이터(250') 쪽으로는 고압 터빈(430) 측의 작동 유체만을 이송하고, 제1 및 제2 리큐퍼레이터(210, 230) 쪽으로는 저압 터빈(410) 측 작동 유체만 공급하는 방법으로 열원의 배출 규제 조건을 만족시킬 수도 있다.
본 발명에 따르면, 열원의 입출구 온도, 용량, 개수 등의 조건에 따라 각 열교환기를 효과적으로 배치함으로써 열원의 개수 대비 동일하거나 적은 수의 리큐퍼레이터를 이용할 수 있어 시스템 구성이 간소화되고 효과적인 운영이 가능한 장점이 있다.
본 발명은 열원의 조건에 따라 열교환기를 효율적으로 배치해 운영할 수 있는 복수의 열원을 활용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템에 적용할 수 있다.

Claims (18)

  1. 작동 유체를 순환시키는 펌프와,
    외부의 열원을 통해 상기 작동 유체를 가열하며, 상기 열교환기는 배출단의 배출 규제 조건을 갖는 복수의 제한 열원과, 상기 배출 규제 조건이 없는 복수의 일반 열원을 구비한 복수의 열교환기와,
    상기 열교환기를 통과해 가열된 상기 작동 유체에 의해 구동되는 복수의 터빈과,
    상기 터빈을 통과한 상기 작동 유체와 상기 펌프를 통과한 상기 작동 유체를 열교환하여 상기 터빈을 통과한 상기 작동 유체를 냉각시키는 복수의 리큐퍼레이터를 포함하며,
    상기 터빈을 통과한 작동 유체는 상기 리큐퍼레이터 각각으로 분기되는 것을 특징으로 하는 복수의 열원을 활용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배출 규제 조건은 온도 조건인 것을 특징으로 하는 복수의 열원을 활용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 리큐퍼레이터 중 일부는 상기 열교환기의 개수와 동일하거나 상기 열교환기의 개수보다 적은 개수로 구비되어 상기 열교환기로 상기 작동 유체를 보내며, 적어도 하나는 상기 터빈을 통과한 상기 작동 유체와 상기 펌프를 통과한 상기 작동 유체를 열교환하는 것을 특징으로 하는 복수의 열원을 활용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 터빈은 상기 펌프를 구동시키는 저압 터빈과, 발전기를 구동시키는 고압 터빈을 포함하며, 상기 저압 터빈 및 고압 터빈을 통과한 상기 작동 유체의 통합 유량(mt0)을 분기하여 상기 복수의 리큐퍼레이터로 공급하는 것을 특징으로 하는 복수의 열원을 활용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 리큐퍼레이터는 제1 내지 제3 리큐퍼레이터를 포함하고, 상기 저압 터빈 및 고압 터빈의 후단으로부터 상기 제3 리큐퍼레이터로 분기되는 분기점과, 상기 제3 리큐퍼레이터로 분기되는 상기 분기점 후단에 구비되어 상기 제1 리큐퍼레이터 및 제2 리큐퍼레이터로 각각 분기되는 분기점에 각각 설치되는 3방향 밸브를 더 포함하는 복수의 열원을 활용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 열교환기는 제1 제한 열교환기와 제2 제한 열교환기를 포함하고, 상기 제1 제한 열교환기와 제2 제한 열교환기 중 어느 하나가 다른 하나보다 높은 온도의 상기 배출 규제 조건을 갖는 경우, 제1 제한 열교환기와 제2 제한 열교환기 중 상기 배출 규제 조건이 높은 온도 쪽으로 보내지는 상기 작동 유체의 통합 유량(mt0)이 상기 배출 규제 조건이 낮은 온도 쪽으로 보내지는 상기 작동 유체의 통합 유량(mt0) 보다 적은 것을 특징으로 하는 복수의 열원을 활용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 열교환기는 제1 제한 열교환기와 제2 제한 열교환기를 포함하고, 상기 제1 제한 열교환기와 제2 제한 열교환기가 동일한 온도의 상기 배출 규제 조건을 갖는 경우, 상기 작동 유체의 통합 유량(mt0)을 제1 제한 열교환기와 제2 제한 열교환기로 동일하게 분배하는 것을 특징으로 하는 복수의 열원을 활용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 열교환기는 제1 열교환기와 제2 열교환기를 더 포함하고, 상기 펌프의 전단에는 상기 리큐퍼레이터를 통과한 상기 작동 유체를 냉각시키는 쿨러를 더 포함하며, 상기 펌프를 통과한 상기 작동 유체의 일부는 상기 제2 리큐퍼레이터의 전단에서 분기되어 상기 제1 열교환기 및 제2 열교환기로 각각 공급된 뒤 가열되어 상기 저압 터빈 및 고압 터빈으로 보내지는 것을 특징으로 하는 복수의 열원을 활용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 제한 열교환기 및 제2 제한 열교환기를 통과한 상기 작동 유체는 상기 터빈으로 유입되는 것을 특징으로 하는 복수의 열원을 활용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템.
  10. 작동 유체를 순환시키는 펌프와,
    외부의 열원을 통해 상기 작동 유체를 가열하며, 상기 열교환기는 배출단의 배출 규제 조건을 갖는 복수의 제한 열원과, 상기 배출 규제 조건이 없는 복수의 일반 열원을 구비한 복수의 열교환기와,
    상기 열교환기를 통과해 가열된 상기 작동 유체에 의해 구동되는 복수의 터빈과,
    복수 개로 구비되어 상기 터빈을 통과한 상기 작동 유체가 각각 유입되며, 상기 터빈을 통과한 상기 작동 유체와 상기 펌프를 통과한 상기 작동 유체를 열교환하여 상기 터빈을 통과한 상기 작동 유체를 냉각시키는 리큐퍼레이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 복수의 열원을 활용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 배출 규제 조건은 온도 조건인 것을 특징으로 하는 복수의 열원을 활용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 리큐퍼레이터 중 일부는 상기 열교환기의 개수와 동일하거나 상기 열교환기의 개수보다 적은 개수로 구비되어 상기 열교환기로 상기 작동 유체를 보내며, 적어도 하나는 상기 터빈을 통과한 상기 작동 유체와 상기 펌프를 통과한 상기 작동 유체를 열교환하는 것을 특징으로 하는 복수의 열원을 활용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 터빈은 상기 펌프를 구동시키는 저압 터빈과, 발전기를 구동시키는 고압 터빈을 포함하고, 상기 저압 터빈과 상기 고압 터빈을 각각 통과한 상기 작동 유체를 상기 복수의 리큐퍼레이터로 각각 공급하는 별도의 이송관을 포함하는 것을 특징으로 하는 복수의 열원을 활용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 리큐퍼레이터는 제1 내지 제3 리큐퍼레이터를 포함하고, 상기 고압 터빈을 통과한 상기 작동 유체(mt2)를 상기 제3 리큐퍼레이터로 보내는 것을 특징으로 하는 복수의 열원을 활용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 열교환기는 제1 제한 열교환기와 제2 제한 열교환기를 포함하고, 상기 제1 제한 열교환기와 제2 제한 열교환기 중 어느 하나가 다른 하나보다 높은 온도의 상기 배출 규제 조건을 갖는 경우, 제1 제한 열교환기와 제2 제한 열교환기 중 상기 배출 규제 조건이 높은 온도 쪽으로 보내지는 상기 작동 유체의 통합 유량(mt0)이 상기 배출 규제 조건이 낮은 온도 쪽으로 보내지는 상기 작동 유체의 통합 유량(mt0) 보다 적은 것을 특징으로 하는 복수의 열원을 활용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 열교환기는 제1 제한 열교환기와 제2 제한 열교환기를 포함하고, 상기 제1 제한 열교환기와 제2 제한 열교환기가 동일한 온도의 상기 배출 규제 조건을 갖는 경우, 상기 작동 유체의 통합 유량(mt0)을 제1 제한 열교환기와 제2 제한 열교환기로 동일하게 분배하는 것을 특징으로 하는 복수의 열원을 활용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템.
  17. 제15항 또는 제16항에 있어서,
    상기 열교환기는 제1 열교환기와 제2 열교환기를 더 포함하고, 상기 펌프의 전단에는 상기 리큐퍼레이터를 통과한 상기 작동 유체를 냉각시키는 쿨러를 더 포함하며, 상기 펌프를 통과한 상기 작동 유체의 일부는 상기 제2 리큐퍼레이터의 전단에서 분기되어 상기 제1 열교환기 및 제2 열교환기로 각각 공급된 뒤 가열되어 상기 저압 터빈 및 고압 터빈으로 보내지는 것을 특징으로 하는 복수의 열원을 활용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제1 제한 열교환기 및 제2 제한 열교환기를 통과한 상기 작동 유체는 상기 터빈으로 유입되는 것을 특징으로 하는 복수의 열원을 활용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템.
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