파파테크

리튬 인산철 배터리(LiFePO₄ battery, LFP battery, lithium iron phosphate battery, 磷酸铁锂电池)

리튬인산철을 사용하는 리튬이온 배터리의 일종

 전체 용량의 90%까지 방전 후에도 1,000회 이상 재충전이 가능하고, 보편화되어 사용되고 있는 삼원계 배터리에 비교해서 가격이 저렴하다.

기존 리튬 이온계열의 배터리가 가지고 있는 결함중 하나인 발화성 및 폭발성의 위험을 대폭 줄인 배터리로 최근 대중화 되어 가고 있다. 현재는 CATL, BYD같은 중국업체가 시장을 주도하고 있고 테슬라 모델3에 채용되면서 더욱 유명해졌다.

이미지 출처 - https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/Lithium-iron-phosphate

장점

가벼운 무게 - 납산 베터리(SLA)에 비해 60% 이상 가벼움

긴 수명 - 일반적인 베터리의 재충전 반복 횟수 4~500회에 비해 1500회 이상(1500회 이후에도 최초 성능용량의 80% 이상 유지)

안정성 : 납산 베터리(SLA)는 수소가스의 유출 위험성과 온도에 따른 성능저하가 및 과충전 과방전시의 화재위험 이 있으나, 인산철 배터리는 폭발의 위험성이 낮고(폭발 대신 내부손상) 유독가스 유출이 없다.

에너지 밀도 : 납산 베터리 기준 1.5배(거기다 수명이 3배 이상)

낮은 자가방전율 : 월 1%의 자가방전(1년 동안 자연방전율 12~15%) - 납산 배터리는 월 5~20% 자가 방전된다.

안정적인 작동전압

친환경 : 납, 황산, 니켈, 카드뮴 등의 유해 독성물질이 전혀 없다.

사용 온도 범위 : (-20℃ ~ 75℃ )

단점

비싼 가격  - 용량과 수명을 생각하면 단점이라기엔 애매하다.

에너지 밀도 

영하의 날씨에서 충전문제

충전 속도

자동차 시동배터리로서의 문제 - 회로 문제로 배터리가 사망하는 사례가 제법 있다. 일반 납산배터리는 방전이 되어도 충전해서 사용이 가능한데 인산철 시동배터리의 경우는 방전 및 회로이상이 생겨버리면 충전자체가 불가능한 경우가 있다.

그리고 과충전으로 인한 문제와 영하에서 충전자체가 되지 않는 등 아직 불안전한 단계

• 유해 중금속(Pb, Cd, Hg 등)을 함유하지 않은 친환경 제품
• 부풀거나 변형이 쉽게 되지 않음
• 열정적으로도 안정적인 구조라 2차 가공에도 용이.
• 온도 특성이 좋아 자체 발열이 거의 없다.(냉각으로부터의 자유)
• 과열, 과충전 상황에서의 폭발가능성 낮음.(하지만 고속충전 시 배터리 표면온도가 100℃ 이상으로 상승하면서 열폭주 및 화재발생 가능성에 대한 연구결과과 있음

과충전에 의한 파우치형 리튬이온전지의 열폭주 발생 특성에 관한 실험연구

Characteristics of Thermal Runaway Generation of Pouch-type Lithium-ion Batteries by Overcharging (kifsejournal.or.kr))

내용 출처

리튬 인산철 배터리 - 해시넷 (hash.kr)

Lithium iron phosphate battery - Wikipedia

LNG-Carrier

LNG는 천연가스를 부피를 줄여 운송하기 위해서 액화시킨 것으로 Liquefied natural gas 즉 액화 천연가스이다.

기체 상태일 때와 액체 상태일 때의 부피는 무려 600배나 차이가 있으므로 운송을 위해서는 액화를 해야 한다.

하지만 LNG탱크 내에 액화 상태를 유지하기 위해서는 열 차단 단열장치를 이용하고 극저온 상태를 유지한다.

그럼에도 불구하고 열 유입을 완벽하게 차단할 수 없어 자연기화하며 BOG(Boil Off-Gas)를 발생시킨다.

GCU(Gas Combustion Unit)

이때 생기는 BOG를 사용해서 연료로 소모하기도 하지만 속도감소나 정박 중인 경우에는 지속적으로 발생하는 BOG를 처리하기 위해서 GCU란 시스템으로 완전연소를 시킨다.

GCU(Gas Combustion Unit) - 가스 연소 장치 :: 파파테크 (tistory.com)

BOG 재액화 시스템

이렇게 GAS에너지를 낭비하지 않기위해 재액화시켜 다시 LNG(액화천연가스) 재액화 시스템을 만들게 되었다.

국내조선소들 역시 독자 시스템을 개발하여 LNG선에 시스템을 탑재하고 있다.

• 부분재액화 시스템의 경우 열교환기 및 압축기로 구성되어 있고
• 완전재액화 시스템의 경우 별도의 냉매시스템이 추가되어 있다.

현대重, 세계 최초 LNG선 완전재액화 실증 성공 - 월간 플랜트기술 (planttech.co.kr)

삼성重, 독자개발 LNG 재액화시스템 실증 성공 - 매일경제 (mk.co.kr)

“역시 대우조선”…LNG재액화 기술 세계 최고 입증 - 경남일보 - 우리나라 최초의 지역신문 (gnnews.co.kr)

각 제조사별로 시스템별 특징이 있다.

LNG Reliquefaction System - We are Valmax Technology Corporation

LNG Reliquefaction System (wartsila.com)

ecoSMRT.pdf (babcockinternational.com)

Deaerator tank - 탈기조란?

탈기조는 물에서 용존 가스를 제거하는 데 사용되는 장치이다. 일반적으로 증기 보일러에서 급수 시 용존 산소와 이산화탄소를 제거하기 위해 사용된다. 용존 산소와 이산화 탄소는 증기 보일러의 부식을 유발할 수 있기 때문에 이를 제거하면 보일러의 수명을 연장하는 데 도움이 된다.

탈기조의 용도

열 전달을 위한 매체로 사용되는 물 또는 유체에는 일반적으로 산소 및 기타 비응축성 가스가 포함되어 있다. 유체에 용해된 이러한 가스는 열전달을 위한 단열재 역할을 한다. 유체에 이러한 가스가 존재하기 때문에 일반적으로 연료에서 유체로의 열전달 속도가 감소하여 난방에 필요한 연료가 증가하여 효율이 감소한다.

탈기탱크(급수탱크)에서는 이산화탄소(CO2), 비용존 가스, 산소(O2)가 가스로 방출되고 물(H2O)과 결합하여 탄산(H2CO3)을 형성한다.

탈기조의 작동원리

유체 내 기체의 용해도는 유체의 온도가 증가함에 따라 감소하고 유체 내 기체의 압력은 그 위에 있는 기체의 분압에 정비례하므로 유체 위의 기체를 제거하면 유체 위의 압력이 감소하고 압력의 균형을 맞추기 위해 유체 내에 용해되어 있는 기체가 유체 밖으로 빠져나오게 된다.

공정에서 회수되는 응측수 또는 공정 유체는 일반적으로 주변 온도보다 고온이며 공급해야 하는 유체는 주변보다 낮은 온도에 있다. 공급 유체와 공정 유체는 모두 공정 유체에서 열을 받아 공급 유체의 온도를 높이기 위해 탱크에 함께 보관된다.

열 유체 히터

때로는 급수를 가열하고 작동온도를 유지하기 위해 천공된 증기 파이프를 통해 일부 또는 일부 증기를 탱크에 주입하기도 한다. 탱크의 유체 레벨은 공기가 유체에서 빠져나갈 수 있도록 유체 위의 일부 공간을 자유롭게 유지한다. 탱크 상단에 공기 배출구가 제공되어 모든 공기가 형성된 증기를 남기고 탱크에서 빠져나갈 수 있다.

탈기조는 증기 보일러의 필수 부품이며 보일러의 수명을 연장하고 부식을 방지하는데 도움을 준다.

탈기조의 이점

증기보일러의 

• 부식 감소
• 효율 향상
• 수명 연장
• 운영비용 절감

출처 - Deaerator Tank in Boiler: Working & Advantages | Thermodyne Boilers

LNG - 액화 천연가스

장거리 운송의 경우 천연가스 파이프라인을 사용할 수 없을 때 가스를 액화 천연가스로 운송할 수 있다.

액화를 시키는 이유는 가스상태에 비해 부피가 600배 적어지기 때문에 많은 양을 운송하는 데에 필수적이라 할 수 있다.

가스를 약 -162°C까지 냉각시키면 가스가 응축되어 액체가 된다. 이것을 가열하여 가스를 다시 기체 상태로 되돌리는 것을 재가스화 라고 한다.

재가스화시스템은 어디에서?

LNG를 연료, 발전, 난방, 조리 등으로 사용하려면 LNG를 기체 상태로 다시 전환해야 한다. 보통 LNG운반선이 LNG화물을 배출하는 대형 수입 터미널에서 재가스화시스템을 이용한다.

가스를 탱크에 액체 상태로 저장되고 파이프라인 가스 네트워크를 통해 천연 가스로 최종 사용자에게 전달되기 전에 다시 가스화된다.

육상 재가스화 기능이 있는 수입 터미널에서는 LNG 운반선으로부터 LNG를 공급받아 대형 육상 탱크에 저장되고 수입 터미널에서 재가스화된다. 또는 부유식 저장 장치(FSU)를 사용하여 육상에서 재생산하기 전에 LNG를 저장할 수 있다.

재생산과정

재가스화는 천연 가스의 열을 증가시켜 액체 상태에서 기체 상태로 바꾸기 위해 바닷물을 포함하는 열 교환기를 통해 공기를 밀어 넣어 LNG를 기화시키는 몇 개의 대형 팬에도 사용될 수 있다. 수요가 많은 시기에는 천연가스로 작동하는 수중 버너를 사용하여 재가스화를 가속하기도 한다.

Onshore regasification 육상 재가스화

육상 재가스화 기능이 있는 수입 터미널에서는 LNG 운반선으로부터 LNG를 공급받아 대형 육상 탱크에 저장되고 수입 터미널에서 재가스화 된다. 또는 FSU(부유식 저장 장치)를 사용하여 육상에서 재생산하기 전에 LNG를 저장 할 수 있다.

부유식저장 및 재가스화 

부유식 저장 및 재가스화 장치(FSRU)는 저장 및 재가스화 기능이 있는 부유식 터미널이다. 이러한 장치는 LNG를 저장 및 재가스화하기 위한 목적으로 특별히 설계되거나 수정된 LNG운반선으로 제작된다.

LNG 저장 및 재가스화를 위해 하나의 부유식 설비인 FSRU를 사용하는 대신, 이러한 조치를 분리하여 두 개의 별도 장치로 수행할 수 있다. 두 구성 요소는 FSU(부유식 저장 장치)와 FRU(부유식 재순환 장치)로, FRU와 동일한 작업을 수행한다. LNG와 과도한 BOG를 전달하는 파이프라인 또는 호스는 두 장치 사이의 접점을 형성한다. 물이 잔잔한 지역에서는 FSRU를 사용하는 것보다 저렴하기 때문에 이러한 장치를 사용하기도 한다.

How Does Regasification of LNG Work? (econnectenergy.com)