KR102043209B1 - Energy system capable of storing unused power operation method thereof - Google Patents

Energy system capable of storing unused power operation method thereof Download PDF

Info

Publication number
KR102043209B1
KR102043209B1 KR1020180039831A KR20180039831A KR102043209B1 KR 102043209 B1 KR102043209 B1 KR 102043209B1 KR 1020180039831 A KR1020180039831 A KR 1020180039831A KR 20180039831 A KR20180039831 A KR 20180039831A KR 102043209 B1 KR102043209 B1 KR 102043209B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
energy
switch
generator
power frequency
delete delete
Prior art date
Application number
KR1020180039831A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20190116796A (en
Inventor
윤주영
이영훈
박성구
Original Assignee
두산중공업 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 두산중공업 주식회사 filed Critical 두산중공업 주식회사
Priority to KR1020180039831A priority Critical patent/KR102043209B1/en
Publication of KR20190116796A publication Critical patent/KR20190116796A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102043209B1 publication Critical patent/KR102043209B1/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K7/00Steam 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steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating
    • F01K7/16Steam 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steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating the engines being only of turbine type
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D15/00Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of engines with devices driven thereby
    • F01D15/10Adaptations for driving, or combinations with, electric generators
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/14Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from dynamo-electric generators driven at varying speed, e.g. on vehicle
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00Application
    • F05D2220/30Application in turbines
    • F05D2220/31Application in turbines in steam turbines
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00Application
    • F05D2220/30Application in turbines
    • F05D2220/32Application in turbines in gas turbines
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00Batteries for particular applications
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

Abstract

본 발명은 미활용 전력을 저장할 수 있는 에너지 시스템 및 그 운영방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 그리드와 연결되기 전까지 터보 머신에 의해 생산된 저품질의 에너지를 에너지 저장부에 저장 및 활용할 수 있는 미활용 전력을 저장할 수 있는 에너지 시스템 및 그 운영방법에 관한 것이다. 이를 위해 미활용 전력을 저장할 수 있는 에너지 시스템은 역학적 에너지를 생산하는 터보 머신; 터보 머신 후단에 위치하고, 터보 머신이 생산한 역학적 에너지를 전기 에너지로 변환하는 발전기; 발전기와 연결된 그리드; 발전기와 연결된 에너지 저장부(Energy storage system); 발전기와 그리드 간의 연결을 단속하는 제1스위치; 발전기와 에너지 저장부 간의 연결을 단속하는 제2스위치; 및 제1스위치와 제2스위치의 개폐를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to an energy system capable of storing unused electric power and a method of operating the same, and more particularly, an unused electric power capable of storing and utilizing low quality energy produced by a turbo machine before being connected to a grid. It relates to an energy system capable of storing and an operation method thereof. An energy system capable of storing unused power for this purpose includes a turbo machine for producing mechanical energy; A generator positioned at the rear of the turbo machine and converting the mechanical energy produced by the turbo machine into electrical energy; A grid connected to the generator; An energy storage system connected to the generator; A first switch for controlling a connection between the generator and the grid; A second switch for regulating a connection between the generator and the energy storage unit; And a control unit controlling opening and closing of the first switch and the second switch.

Description

미활용 전력을 저장할 수 있는 에너지 시스템 및 그 운영방법{ENERGY SYSTEM CAPABLE OF STORING UNUSED POWER OPERATION METHOD THEREOF}Energy system capable of storing unused power and its operation method {ENERGY SYSTEM CAPABLE OF STORING UNUSED POWER OPERATION METHOD THEREOF}

본 발명은 미활용 전력을 저장할 수 있는 에너지 시스템 및 그 운영방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 그리드와 연결되기 전까지 터보 머신에 의해 생산된 저품질의 에너지를 에너지 저장부에 저장 및 활용할 수 있는 미활용 전력을 저장할 수 있는 에너지 시스템 및 그 운영방법에 관한 것이다.The present invention relates to an energy system capable of storing unused electric power and a method of operating the same, and more particularly, an unused electric power capable of storing and utilizing low quality energy produced by a turbo machine before being connected to a grid. It relates to an energy system capable of storing and an operation method thereof.

터보 머신은 증기, 가스와 같은 압축성 유체의 흐름을 이용하여 충동력 또는 반동력으로 회전력을 얻는 기계장치로, 고온의 연소가스를 이용하는 가스터빈 등이 있다.A turbo machine is a mechanical device that obtains rotational force by impulse or reaction force by using a flow of a compressive fluid such as steam or gas, and includes a gas turbine using a hot combustion gas.

가스 터빈은 압축기에서 압축된 압축 공기와 연료를 혼합하여 연소시키고, 연소로 발생된 고온의 가스로 터빈을 회전시키는 동력 기관이다. 가스 터빈은 발전기, 항공기, 선박, 기차 등을 구동하는데 사용된다. The gas turbine is a power engine that mixes and burns compressed air and fuel compressed in a compressor, and rotates the turbine with hot gas generated by combustion. Gas turbines are used to drive generators, aircraft, ships and trains.

일반적으로 가스 터빈은 압축기, 연소기 및 터빈을 포함한다. 압축기는 외부 공기를 흡입하여 압축한 후 연소기로 전달한다. 압축기에서 압축된 공기는 고압 및 고온의 상태가 된다. 연소기는 압축기로부터 유입된 압축 공기와 연료를 혼합해서 연소시킨다. 연소로 인해 발생된 연소 가스는 터빈으로 배출된다. 연소 가스에 의해 터빈은 회전을 하게 되며, 이를 통해 동력이 발생된다. 발생된 동력은 발전, 기계 장치의 구동 등 다양한 분야에 사용된다.Gas turbines generally include compressors, combustors, and turbines. The compressor sucks and compresses the outside air and delivers it to the combustor. The compressed air in the compressor is at high pressure and high temperature. The combustor mixes and combusts compressed air and fuel introduced from the compressor. The combustion gases generated by the combustion are discharged to the turbine. The combustion gas causes the turbine to rotate, which generates power. The generated power is used in various fields such as power generation and driving of mechanical devices.

한편, 가스 터빈과 같은 터보 머신에 의해 생산된 에너지는 일정 전력 주파수 이하에서는 발전기가 그리드에 연결되지 않은데, 이때, 생산되는 에너지는 사용되지 못하는 문제점이 있었다.On the other hand, the energy produced by a turbomachine, such as a gas turbine, the generator is not connected to the grid below a certain power frequency, at this time, there is a problem that the energy produced is not used.

또한, 반대로, 발전기가 그리드와 연결되어 에너지가 사용되고, 이 후 터보 머신이 중단되어 발전기와 그리드의 연결이 해제된 상태에서 발생하는 에너지는 사용되지 못하는 문제점도 있었다.In addition, on the contrary, the generator is connected to the grid to use energy, and after that, the turbo machine is stopped so that the energy generated when the generator is disconnected from the grid is not used.

이에, 이러한 문제점을 개선하여 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 에너지 시스템 및 운영방법에 대한 개발이 요구되고 있다.Accordingly, there is a demand for development of an energy system and an operation method capable of improving energy efficiency by improving these problems.

대한민국 등록특허공보 제10-179560호Republic of Korea Patent Publication No. 10-179560

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 터보 머신에 의해 생산된 저품질의 에너지를 저장하고 이를 활용할 수 있는 에너지 시스템 및 그 운영방법을 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide an energy system and an operation method capable of storing and utilizing low quality energy produced by a turbomachine.

구체적으로, 발전기와 그리드의 연결이 해제된 상태, 즉, 터보 머신이 가동되어 기 설정된 전력 주파수에 도달하기 전까지 또는 가동되던 터보 머신이 중단되어 기 설정된 전력 주파수보다 낮아지는 경우 발생하는 에너지를 저장할 수 있는 에너지 시스템 및 그 운영방법을 제공하는 데 있다.Specifically, energy generated when the generator is disconnected from the grid, that is, until the turbo machine is started and reaches a preset power frequency or when the turbo machine is stopped and becomes lower than the preset power frequency may be stored. To provide an energy system and a method of operation thereof.

본 발명의 상기 및 다른 목적과 이점은 바람직한 실시예를 설명한 하기의 설명으로부터 분명해질 것이다.These and other objects and advantages of the present invention will become apparent from the following description of preferred embodiments.

상기 목적은, 역학적 에너지를 생산하는 터보 머신; 터보 머신 후단에 위치하고, 터보 머신이 생산한 역학적 에너지를 전기 에너지로 변환하는 발전기; 발전기와 연결된 그리드; 발전기와 연결된 에너지 저장부(Energy storage system); 발전기와 그리드 간의 연결을 단속하는 제1스위치; 발전기와 에너지 저장부 간의 연결을 단속하는 제2스위치; 및 제1스위치와 제2스위치의 개폐를 제어하는 제어부;를 포함하는 미활용 전력을 저장할 수 있는 에너지 시스템에 의해 달성될 수 있다.The object is a turbo machine for producing mechanical energy; A generator positioned at the rear of the turbo machine and converting the mechanical energy produced by the turbo machine into electrical energy; A grid connected to the generator; An energy storage system connected to the generator; A first switch for controlling a connection between the generator and the grid; A second switch for regulating a connection between the generator and the energy storage unit; And a control unit for controlling the opening and closing of the first switch and the second switch; can be achieved by an energy system capable of storing unused power.

터보 머신은, 가스터빈 또는 스팀터빈을 포함할 수 있다.The turbo machine may include a gas turbine or a steam turbine.

에너지 저장부는, 배터리일 수 있고, 구체적으로, 2차 전지일 수 있으며, 보다 구체적으로, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 납 축전지, 리튬 이온 전지 및 리튬 폴리머 전지로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나일 수 있다.The energy storage unit may be a battery, and specifically, may be a secondary battery, and more specifically, at least one selected from the group consisting of nickel cadmium batteries, nickel hydrogen batteries, lead storage batteries, lithium ion batteries, and lithium polymer batteries. Can be.

제어부는, 기 설정된 전력 주파수 미만에서는 제1스위치를 열고, 제2스위치를 닫도록 제어하며, 기 설정된 전력 주파수가 되면 제1스위치를 닫고, 제2스위치를 열도록 제어할 수 있으며, 이때, 기 설정된 전력 주파수는 50~60Hz 범위 내의 값일 수 있다.The controller may control to open the first switch and close the second switch below the preset power frequency, and close the first switch and open the second switch when the preset power frequency is reached. The set power frequency may be a value in the range of 50 to 60 Hz.

또한, 제어부는, 기 설정된 전력 주파수가 되면, 10초간 전력 주파수의 변동여부를 판단하고, 전력 주파수가 기 설정된 전력 주파수를 유지하면, 제1스위치를 닫고, 제2스위치를 열도록 제어하는 것이 바람직하다.The controller may determine whether the power frequency fluctuates for 10 seconds when the preset power frequency is reached, and if the power frequency maintains the preset power frequency, closes the first switch and controls the second switch to be opened. Do.

또한, 에너지 저장부 전단에 위치하고, 발전기로부터 입력받은 전력의 전기적 특성을 변화하는 PCS(Power Conditioning System)를 포함할 수 있다.In addition, the energy storage unit may include a power conditioning system (PCS) that changes the electrical characteristics of the power received from the generator.

또한, 상기 목적은, 터보 머신을 통해 역학적 에너지를 생산하는 제1단계; 생산된 역학적 에너지를 전기 에너지로 변환하는 제2단계; 및 변환된 전기 에너지를 그리드 또는 에너지 저장부로 전달하기 위하여 제어부를 통해 제1스위치 및 제2스위치의 개폐를 제어하는 제3단계;를 포함하는 에너지 시스템 운영방법에 의해 달성될 수 있다.In addition, the object is a first step of producing mechanical energy through a turbo machine; A second step of converting the produced mechanical energy into electrical energy; And a third step of controlling opening and closing of the first switch and the second switch through the control unit to transfer the converted electric energy to the grid or the energy storage unit.

제1단계의 터보 머신은, 가스터빈 또는 스팀터빈을 포함할 수 있다.The turbomachine of the first stage may include a gas turbine or a steam turbine.

제3단계의 에너지 저장부는, 배터리일 수 있고, 구체적으로, 2차 전지일 수 있으며, 보다 구체적으로, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 납 축전지, 리튬 이온 전지 및 리튬 폴리머 전지로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나일 수 있다.The energy storage unit of the third step may be a battery, specifically, may be a secondary battery, and more specifically, selected from the group consisting of nickel cadmium batteries, nickel hydrogen batteries, lead storage batteries, lithium ion batteries, and lithium polymer batteries. It may be at least one.

제3단계의 제어부는, 기 설정된 전력 주파수 미만에서는 제1스위치를 열고, 제2스위치를 닫도록 제어하며, 기 설정된 전력 주파수가 되면 제1스위치를 닫고, 제2스위치를 열도록 제어할 수 있으며, 이때, 기 설정된 전력 주파수는 50~60Hz 범위 내의 값일 수 있다.The controller of the third step may control to open the first switch and close the second switch when the preset power frequency is lower, and close the first switch and open the second switch when the preset power frequency is reached. In this case, the preset power frequency may be a value within a range of 50 to 60 Hz.

또한, 제어부는, 기 설정된 전력 주파수가 되면, 10초간 전력 주파수의 변동여부를 판단하고, 전력 주파수가 기 설정된 전력 주파수를 유지하면, 제1스위치를 닫고, 제2스위치를 열도록 제어하는 것이 바람직하다.The controller may determine whether the power frequency fluctuates for 10 seconds when the preset power frequency is reached, and if the power frequency maintains the preset power frequency, closes the first switch and controls the second switch to be opened. Do.

또한, 에너지 저장부 전단에 위치하고, 발전기로부터 입력받은 전력의 전기적 특성을 변화하는 PCS(Power Conditioning System)를 포함할 수 있다.In addition, the energy storage unit may include a power conditioning system (PCS) that changes the electrical characteristics of the power received from the generator.

또한, 제3단계는, 변환된 전기 에너지를 에너지 저장부로 전달하기 전에 전기적 특성을 변화시키는 단계;를 포함할 수 있다.In addition, the third step may include changing an electrical property before transferring the converted electrical energy to the energy storage.

또한, 상기 목적은, 터보 머신을 통해 역학적 에너지를 생산하는 A단계; 생산된 역학적 에너지를 전기 에너지로 변환하는 B단계; 및 변환된 전기 에너지를 그리드 또는 에너지 저장부로 전달하기 위하여 제어부를 통해 제1스위치 및 제2스위치의 개폐를 제어하는 C단계;를 포함하는 에너지 시스템 운영방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 의해 달성될 수 있다.In addition, the object is a step of producing mechanical energy through a turbo machine; Converting the produced mechanical energy into electrical energy; And a step (C) of controlling opening and closing of the first switch and the second switch through the control unit to transfer the converted electric energy to the grid or the energy storage unit. It can be achieved by a readable recording medium.

A단계의 터보 머신은, 가스터빈 또는 스팀터빈을 포함할 수 있다.The turbo machine of step A may include a gas turbine or a steam turbine.

C단계의 에너지 저장부는, 배터리일 수 있고, 구체적으로, 2차 전지일 수 있으며, 보다 구체적으로, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 납 축전지, 리튬 이온 전지 및 리튬 폴리머 전지로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나일 수 있다.The energy storage unit of step C may be a battery, and specifically, may be a secondary battery, and more specifically, at least one selected from the group consisting of nickel cadmium batteries, nickel hydrogen batteries, lead storage batteries, lithium ion batteries, and lithium polymer batteries. It can be either.

C단계의 제어부는, 기 설정된 전력 주파수 미만에서는 제1스위치를 열고, 제2스위치를 닫도록 제어하며, 기 설정된 전력 주파수가 되면 제1스위치를 닫고, 제2스위치를 열도록 제어할 수 있으며, 이때, 기 설정된 전력 주파수는 50~60Hz 범위 내의 값일 수 있다.The control unit of step C may control to open the first switch and close the second switch below the preset power frequency, close the first switch and open the second switch when the preset power frequency is reached. In this case, the preset power frequency may be a value within a range of 50 to 60 Hz.

또한, 제어부는, 기 설정된 전력 주파수가 되면, 10초간 전력 주파수의 변동여부를 판단하고, 전력 주파수가 기 설정된 전력 주파수를 유지하면, 제1스위치를 닫고, 제2스위치를 열도록 제어하는 것이 바람직하다.The controller may determine whether the power frequency fluctuates for 10 seconds when the preset power frequency is reached, and if the power frequency maintains the preset power frequency, closes the first switch and controls the second switch to be opened. Do.

또한, 에너지 저장부 전단에 위치하고, 발전기로부터 입력받은 전력의 전기적 특성을 변화하는 PCS(Power Conditioning System)를 포함할 수 있다.In addition, the energy storage unit may include a power conditioning system (PCS) that changes the electrical characteristics of the power received from the generator.

또한, C단계는, 변환된 전기 에너지를 에너지 저장부로 전달하기 전에 전기적 특성을 변화시키는 단계;를 포함할 수 있다.Also, the step C may include changing electrical characteristics before transferring the converted electrical energy to the energy storage unit.

본 발명에 따르면, 터보 머신에 의해 생산된 저품질의 에너지를 저장하고 이를 활용할 수 있어 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 효과를 가진다.According to the present invention, it is possible to store and utilize the energy of the low quality produced by the turbo machine has the effect of improving the energy efficiency.

구체적으로, 가스터빈 또는 스팀터빈을 포함하는 터보 머신의 기동 중 아이들 조건(idle condition, 터빈의 출력만으로 압축기의 구동이 가능한 상태)부터 정속 상태(그리드와 연결되는 상태)에 도달하는 가속 구간에서 발생하는 저품질의 전력을 에너지 저장부에 저장하고 이를 활용할 수 있는 효과를 가진다.Specifically, it occurs in an acceleration section that reaches a constant speed state (connected to the grid) from an idle condition (a state in which the compressor can be driven only by the output of the turbine) during startup of a turbomachine including a gas turbine or a steam turbine. The low-quality power is stored in the energy storage and has the effect to utilize it.

또한, 터보 머신이 정지하고, 그리드와의 연결이 탈락된 상태에서 발생하는 에너지 또한 저장할 수 있는 효과를 가진다.In addition, the energy generated when the turbo machine stops and the connection with the grid is lost can also be stored.

다만, 본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the effects of the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

도 1은 종래의 에너지 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 가스 터빈의 기동 순서를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 도 2의 에너지 시스템의 일 작동 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 도 2의 에너지 시스템의 일 작동 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
1 is a view schematically showing a conventional energy system.
2 is a view schematically showing an energy system according to an embodiment of the present invention.
3 is a view schematically showing a startup sequence of a gas turbine.
4 is a view schematically showing an operating state of the energy system of FIG. 2.
5 is a view schematically showing an operating state of the energy system of FIG. 2.

이하, 본 발명의 실시예와 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위해 예시적으로 제시한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가지는 자에 있어서 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments and drawings of the present invention. These examples are only presented by way of example only to more specifically describe the present invention, it will be apparent to those skilled in the art that the scope of the present invention is not limited by these examples. .

또한, 달리 정의하지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 기술적 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야의 숙련자에 의해 통상적으로 이해되는 바와 동일한 의미를 가지며, 상충되는 경우에는, 정의를 포함하는 본 명세서의 기재가 우선할 것이다.Also, unless defined otherwise, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs, and in the case of conflict, the specification including definitions The description of will prevail.

도면에서 제안된 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. 그리고, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에서 기술한 "부"란, 특정 기능을 수행하는 하나의 단위 또는 블록을 의미한다.In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted to clearly describe the proposed invention, and like reference numerals designate like parts throughout the specification. In addition, when a part "contains" a certain component, this means that the component may further include other components, without excluding other components, unless specifically stated otherwise. In addition, the "unit" described in the specification means one unit or block that performs a specific function.

각 단계들에 있어 식별부호(제1, 제2, 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 실시될 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 실시될 수도 있고 실질적으로 동시에 실시될 수도 있으며 반대의 순서대로 실시될 수도 있다.In each step, an identification code (first, second, etc.) is used for convenience of description, and the identification code does not describe the order of each step, and each step does not explicitly describe a specific order in context. It may be carried out in a different order than described above. That is, each step may be performed in the same order as specified, may be performed substantially simultaneously, or may be performed in the reverse order.

도 1은 종래의 가스 터빈을 포함하는 에너지 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈을 포함하는 에너지 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 미활용 전력을 저장할 수 있는 에너지 시스템은 역학적 에너지를 생산하는 터보 머신(10); 터보 머신(10) 후단에 위치하고, 터보 머신(10)이 생산한 역학적 에너지를 전기 에너지로 변환하는 발전기(20); 발전기(20)와 연결된 그리드(30); 발전기(20)와 연결된 에너지 저장부(Energy storage system)(40); 발전기(20)와 그리드(30) 간의 연결을 단속하는 제1스위치(50); 발전기(20)와 에너지 저장부(40) 간의 연결을 단속하는 제2스위치(60); 및 제1스위치(50)와 제2스위치(60)의 개폐를 제어하는 제어부(70);를 포함한다. 1 is a schematic view of an energy system including a conventional gas turbine, and FIG. 2 is a schematic view of an energy system including a gas turbine according to an embodiment of the present invention. Referring to FIGS. 1 and 2, an energy system capable of storing unused power according to an embodiment of the present invention includes a turbo machine 10 for producing mechanical energy; A generator 20 located at the rear end of the turbo machine 10 and converting the mechanical energy produced by the turbo machine 10 into electrical energy; A grid 30 connected with the generator 20; An energy storage system 40 connected to the generator 20; A first switch 50 for regulating the connection between the generator 20 and the grid 30; A second switch 60 which regulates a connection between the generator 20 and the energy storage unit 40; And a controller 70 that controls opening and closing of the first switch 50 and the second switch 60.

본 발명은 발전기(20)와 그리드(30)가 연결되기 전, 터보 머신(10)에 의해 생산된 저품질의 에너지를 저장하고 이를 활용할 수 있어 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 효과를 가진다. 구체적으로, 가스 터빈 또는 스팀 터빈을 포함하는 터보 머신(10)의 기동 중 아이들 조건(idle condition, 터빈의 출력만으로 압축기의 구동이 가능한 상태)부터 정속 상태(그리드(30)와 연결되는 상태)에 도달하는 가속 구간에서 발생하는 저품질의 전력을 에너지 저장부(40)에 저장하고 이를 활용할 수 있는 효과를 가진다. 또한, 터보 머신(10)이 정지하고, 그리드(30)와의 연결이 탈락된 상태에서 발생하는 에너지 또한 저장할 수 있는 효과를 가진다. 즉, 본 발명은 터보 머신(10)이 가동 후 또는 중단 후에 발전기(20)와 그리드(30)가 연결되지 않은 상태에서 발생하는 에너지를 저장 및 활용할 수 있다.According to the present invention, before the generator 20 and the grid 30 are connected, the low quality energy produced by the turbo machine 10 may be stored and utilized, thereby improving energy efficiency. Specifically, during start-up of the turbomachine 10 including the gas turbine or the steam turbine, the idle condition (the state in which the compressor can be driven only by the output of the turbine) to the constant speed state (the state connected with the grid 30) The low-quality power generated in the acceleration period to reach has an effect that can be stored and utilized in the energy storage unit 40. In addition, the turbo machine 10 is stopped, and the energy generated when the connection with the grid 30 is dropped has an effect that can also be stored. That is, the present invention may store and utilize the energy generated when the generator 20 and the grid 30 are not connected after the turbo machine 10 is started or stopped.

터보 머신(10)은 역학적 에너지를 생산하는 장치로서, 가스 터빈 또는 스팀 터빈을 포함할 수 있다. 도 2는 가스 터빈을 포함하는 터보 머신(10)을 예로 들어 도시한 것이고, 이를 중심으로 설명한다. 가스 터빈은 압축기(11)에서 압축된 압축 공기와 연료를 혼합하여 연소시키고, 연소로 발생된 고온의 가스로 터빈(13)을 회전시키는 동력 기관으로, 일반적으로 가스 터빈은 압축기(11), 연소기(12) 및 터빈(13)을 포함한다. 압축기(11)는 외부 공기를 흡입 및 압축하여 고압 및 고온의 상태로 만들고, 이를 연소기(12)로 전달한다. 연소기(12)는 압축기(11)로부터 유입된 압축 공기와 연료를 혼합해서 연소시키고, 연소로 인해 발생된 연소 가스는 터빈(13)으로 배출된다. 연소 가스에 의해 터빈(13)은 회전을 하게 되며, 이를 통해 동력이 발생된다. The turbo machine 10 is a device for producing mechanical energy and may include a gas turbine or a steam turbine. 2 illustrates an example of a turbo machine 10 including a gas turbine, and will be described with reference to the drawing. The gas turbine is a power engine that mixes and burns compressed air and fuel compressed in the compressor 11, and rotates the turbine 13 with a high temperature gas generated by combustion. In general, the gas turbine is a compressor 11, a combustor. 12 and the turbine 13. The compressor 11 inhales and compresses the outside air to bring it into a state of high pressure and high temperature, and delivers it to the combustor 12. The combustor 12 mixes and combusts compressed air and fuel introduced from the compressor 11, and the combustion gas generated by the combustion is discharged to the turbine 13. The turbine 13 is rotated by the combustion gas, through which power is generated.

발전기(20)는 터보 머신(10)과 연결되어 터보 머신에 의해 발생된 역학적 에너지를 전기 에너지로 변환한다. 발전기(20)는 변환된 전기 에너지를 그리드(30) 또는 에너지 저장부(40)로 보내기 위하여 그리드(30) 및 에너지 저장부(40)와 전기적으로 연결된다. 이때, 분기점(A) 후단에 제1스위치(50) 및 제2스위치(60)가 설치되고, 제1스위치(50)는 발전기(20)와 그리드(30) 간의 연결을 단속(斷續)하며, 제2스위치(60)는 발전기(20)와 에너지 저장부(40) 간의 연결을 단속한다.The generator 20 is connected to the turbo machine 10 to convert the mechanical energy generated by the turbo machine into electrical energy. The generator 20 is electrically connected to the grid 30 and the energy storage 40 to direct the converted electrical energy to the grid 30 or the energy storage 40. At this time, the first switch 50 and the second switch 60 are installed at the rear end of the branch point A, and the first switch 50 interrupts the connection between the generator 20 and the grid 30. The second switch 60 interrupts the connection between the generator 20 and the energy storage unit 40.

에너지 저장부(Energy storage system, ESS)(40)는 발전기(20)에 의해 변환된 전기 에너지를 저장하는 것으로서, 배터리를 사용할 수 있고, 배터리는 2차 전지일 수 있다. 2차 전지는 특별히 제한되는 것은 아니고, 공지의 다양한 것을 사용할 수 있으며, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 납 축전지, 리튬 이온 전지 및 리튬 폴리머 전지로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나인 것이 바람직하다.The energy storage system (ESS) 40 stores electrical energy converted by the generator 20, and may use a battery, and the battery may be a secondary battery. The secondary battery is not particularly limited, and various known ones can be used, and the secondary battery is preferably at least one selected from the group consisting of nickel cadmium batteries, nickel hydrogen batteries, lead storage batteries, lithium ion batteries, and lithium polymer batteries.

제어부(70)는 제1스위치(50)와 제2스위치(60)의 개폐를 제어한다. 도 3은 가스 터빈의 기동 순서를 개략적으로 나타낸 도면(전력 주파수가 60Hz인 경우)으로, 도 3을 참조하여 제어부(70)에 대해 구체적으로 살펴본다. 도 3과 같이, 가스 터빈의 기동은 7단계로 구분될 수 있다. 즉, 1) turning, 2) GT start, 3) Purge, 4) Ignition, 5) Acceleration, 6) Synchronization, 7) Load up 단계로 구분할 수 있다. 이때, 5) 단계에서 외부동력 공급장치는 차단하고, 연료량 증가를 통해 증속 과정을 거치며, 6) 단계에서 발전기(20)와 그리드(30) 사이에 스위치가 닫히게 된다. 따라서, 종래에는 발전기(20)와 그리드(30)가 연결되기 전까지 발생하는 전력은 활용되지 못하고 버려지게 되었다. 본 발명은 이렇게 낭비되는 전력을 활용하기 위하여 에너지 저장부(40)를 구비하고, 제어부(70)를 통해 저품질의 에너지를 에너지 저장부(40)에 저장한다. 저장된 에너지는 추후 여러 방법으로 재활용될 수 있다.The controller 70 controls the opening and closing of the first switch 50 and the second switch 60. FIG. 3 is a diagram schematically illustrating a start sequence of a gas turbine (when the power frequency is 60 Hz). The controller 70 will be described in detail with reference to FIG. 3. As shown in FIG. 3, the starting of the gas turbine may be divided into seven stages. That is, 1) turning, 2) GT start, 3) Purge, 4) Ignition, 5) Acceleration, 6) Synchronization, and 7) Load up. At this time, in step 5) the external power supply is cut off, the fuel is increased by increasing the amount of fuel, and in step 6) the switch is closed between the generator 20 and the grid 30. Therefore, in the related art, power generated until the generator 20 and the grid 30 are connected is not utilized and is discarded. The present invention includes an energy storage unit 40 in order to utilize the wasted power, and stores the low-quality energy in the energy storage unit 40 through the control unit 70. The stored energy can later be recycled in several ways.

구체적으로, 제어부(70)는 기 설정된 전력 주파수 미만에서는 제1스위치(50)를 열고, 제2스위치(60)를 닫도록 제어하며, 기 설정된 전력 주파수가 되면 제1스위치(50)를 닫고, 제2스위치(60)를 열도록 제어한다. 기 설정된 전력 주파수는 국가 별로 지정되는데, 50~60Hz 범위 내의 값일 수 있고, 우리나라의 경우 통상적으로 60Hz이다. 참고로, 전력 주파수는 하기 수학식 1로 정의되고, 가스 터빈 또는 스팀 터빈의 경우 일반적으로 극수가 2극인 것을 사용하므로, 주파수가 60Hz인 경우, 발전기(20) 회전수는 3600 Rpm이 된다.Specifically, the control unit 70 controls to open the first switch 50 and close the second switch 60 below the preset power frequency, and closes the first switch 50 when the preset power frequency is reached. The control to open the second switch 60. The preset power frequency is specified for each country, and may be a value within a range of 50 to 60 Hz, and in Korea, 60 Hz. For reference, the power frequency is defined by Equation 1 below, and since the number of poles is generally used in the case of a gas turbine or a steam turbine, when the frequency is 60 Hz, the rotation speed of the generator 20 is 3600 Rpm.

[수학식 1][Equation 1]

주파수(Hz) = 발전기 회전수(Rpm) X 발전기 극수(p) / 120Frequency (Hz) = Generator Speed (Rpm) X Generator Poles (p) / 120

즉, 도 4와 같이, 기 설정된 전력 주파수 미만에서는 제2스위치(60)만 닫도록 제어함으로써 종래에 버려지던 전력이 에너지 저장부(40)로 저장될 수 있고, 도 5와 같이, 기 설정된 전력 주파수에 도달하면 제2스위치(60)를 열고 제1스위치(50)만 닫도록 제어함으로써 생산되는 전력이 그리드(30)로 전달되도록 한다.That is, as shown in FIG. 4, by controlling only the second switch 60 to be closed below the preset power frequency, the conventionally discarded power may be stored in the energy storage unit 40. When the frequency is reached, the second switch 60 is opened and only the first switch 50 is closed so that the generated power is transferred to the grid 30.

이때, 제어부(70)는 소정의 시간을 두고, 기 설정된 전력 주파수에 도달했는지를 판단하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 제어부(70)는, 기 설정된 전력 주파수가 되면, 10초간 전력 주파수의 변동여부를 판단하고, 전력 주파수가 기 설정된 전력 주파수를 10초간 유지(synchronization)하면, 제1스위치를 닫고, 제2스위치를 열도록 제어함으로써, 에너지 저장 작업을 중단한다.At this time, the controller 70 preferably determines whether the predetermined power frequency has been reached for a predetermined time. For example, when the preset power frequency is reached, the controller 70 determines whether the power frequency is changed for 10 seconds, and when the power frequency is synchronized with the preset power frequency for 10 seconds, closes the first switch. By controlling to open the second switch, the energy storage operation is interrupted.

한편, 에너지 저장부(40)의 전단에는 발전기(20)로부터 입력받은 전력의 전기적 특성(AC/DC, 전압, 주파수)을 변화시키기 위하여 컨버터와 같은 PCS(Power Conditioning System)(80)가 포함될 수 있다. On the other hand, the front end of the energy storage unit 40 may include a PCS (Power Conditioning System) 80, such as a converter to change the electrical characteristics (AC / DC, voltage, frequency) of the power received from the generator 20. have.

다음으로, 미활용 전력을 저장할 수 있는 에너지 시스템 운영방법에 대해 설명한다. 이를 설명하는데 있어 상술한 에너지 시스템을 예로 들어 설명하나, 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 이에 국한되는 것은 아니다. 또한, 상술하여 중복된 부분에 있어서는 그 설명을 생략하도록 한다.Next, a method of operating an energy system capable of storing unused power will be described. In the description, the above-described energy system will be described as an example, but is not limited thereto. In addition, in the overlapping part mentioned above, the description is abbreviate | omitted.

본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 시스템 운영방법은 터보 머신(10)을 통해 역학적 에너지를 생산하는 제1단계; 생산된 역학적 에너지를 전기 에너지로 변환하는 제2단계; 및 변환된 전기 에너지를 그리드(30) 또는 에너지 저장부(40)로 전달하기 위하여 제어부(70)를 통해 제1스위치(50) 및 제2스위치(60)의 개폐를 제어하는 제3단계;를 포함한다. 본 발명은 발전기(20)와 그리드(30)가 연결되기 전, 터보 머신(10)에 의해 생산된 저품질의 에너지를 저장하고 이를 활용할 수 있어 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 효과를 가진다. 구체적으로, 본 발명은 터보 머신(10)이 가동 후 또는 중단 후에 발전기(20)와 그리드(30)가 연결되지 않은 상태에서 발생하는 에너지를 저장 및 활용할 수 있는 효과를 가진다.An energy system operating method according to an embodiment of the present invention includes a first step of producing mechanical energy through a turbo machine (10); A second step of converting the produced mechanical energy into electrical energy; And a third step of controlling opening and closing of the first switch 50 and the second switch 60 through the control unit 70 to transfer the converted electric energy to the grid 30 or the energy storage unit 40. Include. According to the present invention, before the generator 20 and the grid 30 are connected, the low quality energy produced by the turbo machine 10 may be stored and utilized, thereby improving energy efficiency. Specifically, the present invention has the effect of storing and utilizing the energy generated in the state where the generator 20 and the grid 30 are not connected after the turbo machine 10 is started or stopped.

제1단계는, 터보 머신(10)을 통해 역학적 에너지를 생산하는 단계로서, 터보 머신(10)은 가스 터빈 또는 스팀 터빈을 포함할 수 있다. 가스 터빈은 압축기(11)에서 압축된 압축 공기와 연료를 혼합하여 연소시키고, 연소로 발생된 고온의 가스로 터빈(13)을 회전시키는 동력 기관으로, 일반적으로 가스 터빈은 압축기(11), 연소기(12) 및 터빈(13)을 포함한다. 압축기(11)는 외부 공기를 흡입 및 압축하여 고압 및 고온의 상태로 만들고, 이를 연소기(12)로 전달한다. 연소기(12)는 압축기(11)로부터 유입된 압축 공기와 연료를 혼합해서 연소시키고, 연소로 인해 발생된 연소 가스는 터빈(13)으로 배출된다. 연소 가스에 의해 터빈(13)은 회전을 하게 되며, 이를 통해 동력이 발생된다.The first step is to produce mechanical energy through the turbo machine 10, where the turbo machine 10 may comprise a gas turbine or a steam turbine. The gas turbine is a power engine that mixes and burns compressed air and fuel compressed in the compressor 11, and rotates the turbine 13 with a high temperature gas generated by combustion. In general, the gas turbine is a compressor 11, a combustor. 12 and the turbine 13. The compressor 11 inhales and compresses the outside air to bring it into a state of high pressure and high temperature, and delivers it to the combustor 12. The combustor 12 mixes and combusts compressed air and fuel introduced from the compressor 11, and the combustion gas generated by the combustion is discharged to the turbine 13. The turbine 13 is rotated by the combustion gas, through which power is generated.

제2단계는, 생산된 역학적 에너지를 전기 에너지로 변환하는 단계로서, 터보 머신(10)에 의해 생산된 역학적 에너지는 터보 머신(10)과 연결된 발전기(20)에 의해 전기 에너지로 변환된다.The second step is to convert the produced mechanical energy into electrical energy, where the mechanical energy produced by the turbo machine 10 is converted into electrical energy by a generator 20 connected to the turbo machine 10.

제3단계는, 변환된 전기 에너지를 그리드(30) 또는 에너지 저장부(40)로 전달하기 위하여 제어부(70)를 통해 제1스위치(50) 및 제2스위치(60)의 개폐를 제어하는 단계이다. 즉, 발전기(20)는 변환된 전기 에너지를 그리드(30) 또는 에너지 저장부(40)로 보낼 수 있고, 제1스위치(50) 및 제2스위치(60)에 의해 각각 그리드(30) 및 에너지 저장부(40)와 전기적으로 연결 또는 차단될 수 있으며, 제어부(70)는 제1스위치(50)와 제2스위치(60)의 개폐를 제어함으로써 생산된 에너지를 저장 또는 활용할 수 있다. 이때, 에너지 저장부(Energy storage system, ESS)(40)는 발전기(20)에 의해 변환된 전기 에너지를 저장하는 것으로서, 배터리를 사용할 수 있고, 배터리는 2차 전지일 수 있다. 2차 전지는 특별히 제한되는 것은 아니고, 공지의 다양한 것을 사용할 수 있으며, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 납 축전지, 리튬 이온 전지 및 리튬 폴리머 전지로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나인 것이 바람직하다.In a third step, controlling opening and closing of the first switch 50 and the second switch 60 through the control unit 70 to transfer the converted electric energy to the grid 30 or the energy storage unit 40. to be. That is, the generator 20 may send the converted electric energy to the grid 30 or the energy storage unit 40, and the grid 30 and the energy by the first switch 50 and the second switch 60, respectively. The storage unit 40 may be electrically connected or disconnected, and the controller 70 may store or utilize the energy produced by controlling the opening and closing of the first switch 50 and the second switch 60. In this case, the energy storage system (ESS) 40 stores electrical energy converted by the generator 20, and may use a battery, and the battery may be a secondary battery. The secondary battery is not particularly limited, and various known ones can be used, and the secondary battery is preferably at least one selected from the group consisting of nickel cadmium batteries, nickel hydrogen batteries, lead storage batteries, lithium ion batteries, and lithium polymer batteries.

구체적으로, 제3단계에서 제어부(70)는 기 설정된 전력 주파수 미만에서는 제1스위치(50)를 열고, 제2스위치(60)를 닫도록 제어(도 4 참조)하며, 기 설정된 전력 주파수가 되면 제1스위치(50)를 닫고, 제2스위치(60)를 열도록 제어(도 5 참조)하며, 이를 통해 터보 머신(10)의 가속(Acceleration) 단계에서 생산되지만, 그리드(30)와 연결되지 않아 그리드(30)로는 전달되지 않는 저품질의 에너지를 에너지 저장부(40)에 저장할 수 있다. 또한, 터보 머신(10)이 중단되어 그리드(30)와 연결이 해제된 후에 생산되는 에너지 또한 에너지 저장부(40)에 저장할 수 있다. 기 설정된 전력 주파수는 국가 별로 지정되는데, 50~60Hz 범위 내의 값일 수 있다.Specifically, in the third step, the control unit 70 controls to open the first switch 50 and close the second switch 60 below the preset power frequency (see FIG. 4). The first switch 50 is closed, the second switch 60 is controlled to be opened (see FIG. 5), which is produced in the acceleration phase of the turbo machine 10, but not connected to the grid 30. Therefore, energy of low quality that is not transmitted to the grid 30 may be stored in the energy storage unit 40. In addition, the energy produced after the turbo machine 10 is stopped and disconnected from the grid 30 may also be stored in the energy storage 40. The preset power frequency is specified for each country, and may be a value within a range of 50 to 60 Hz.

이때, 제어부(70)는 소정의 시간을 두고, 기 설정된 전력 주파수에 도달했는지를 판단하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 제어부(70)는, 기 설정된 전력 주파수가 되면, 10초간 전력 주파수의 변동여부를 판단하고, 전력 주파수가 기 설정된 전력 주파수를 10초간 유지(synchronization)하면, 제1스위치를 닫고, 제2스위치를 열도록 제어함으로써, 에너지 저장 작업을 중단한다.At this time, the controller 70 preferably determines whether the predetermined power frequency has been reached for a predetermined time. For example, when the preset power frequency is reached, the controller 70 determines whether the power frequency is changed for 10 seconds, and when the power frequency is synchronized with the preset power frequency for 10 seconds, closes the first switch. By controlling to open the second switch, the energy storage operation is interrupted.

한편, 제3단계는 변환된 전기 에너지가 에너지 저장부(40)로 전달되기 전에 전기적 특성(AC/DC, 전압, 주파수)을 변화시키는 단계를 포함할 수 있으며, 이는 컨버터와 같은 PCS(Power Conditioning System)(80)에 의해 구현된다.Meanwhile, the third step may include changing electrical characteristics (AC / DC, voltage, frequency) before the converted electrical energy is transferred to the energy storage unit 40, which may be a PCS (Power Conditioning) such as a converter. System 80 is implemented.

다음으로, 미활용 전력을 저장할 수 있는 에너지 시스템 운영방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 대해 설명한다. 이를 설명하는데 있어 상술한 에너지 시스템을 예로 들어 설명하나, 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 이에 국한되는 것은 아니다. 또한, 상술하여 중복된 부분에 있어서는 그 설명을 생략하도록 한다.Next, a computer-readable recording medium that records a program for executing an energy system operating method capable of storing unused power in a computer will be described. In the description, the above-described energy system will be described as an example, but is not limited thereto. In addition, in the overlapping part mentioned above, the description is abbreviate | omitted.

컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는, 범용 디지털 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램이 기록되는 것으로서, 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등)와 같은 저장매체를 포함한다.The computer-readable recording medium includes a program that can be executed in a general-purpose digital computer, and includes a magnetic storage medium (for example, a ROM, a floppy disk, a hard disk, etc.), an optical reading medium (for example, a CD-ROM, Storage media such as DVD, etc.).

본 발명의 일 실시예에 따른 기록매체는, 미활용 에너지를 저장할 수 있는 에너지 시스템 운영방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체로서, 상기 에너지 시스템 운영방법은, 터보 머신(10)을 통해 역학적 에너지를 생산하는 A단계; 생산된 역학적 에너지를 전기 에너지로 변환하는 B단계; 및 변환된 전기 에너지를 그리드(30) 또는 에너지 저장부(40)로 전달하기 위하여 제어부(70)를 통해 제1스위치(50) 및 제2스위치(60)의 개폐를 제어하는 C단계;를 포함한다. 본 발명은 발전기(20)와 그리드(30)가 연결되기 전, 터보 머신(10)에 의해 생산된 저품질의 에너지를 저장하고 이를 활용할 수 있어 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 효과를 가진다. 구체적으로, 본 발명은 터보 머신(10)이 가동 후 또는 중단 후에 발전기(20)와 그리드(30)가 연결되지 않은 상태에서 발생하는 에너지를 저장 및 활용할 수 있는 효과를 가진다.The recording medium according to an embodiment of the present invention is a computer-readable recording medium that records a program for executing an energy system operating method capable of storing unused energy in a computer, and the energy system operating method includes a turbo machine ( A) producing mechanical energy through 10); Converting the produced mechanical energy into electrical energy; And controlling the opening and closing of the first switch 50 and the second switch 60 through the control unit 70 to transfer the converted electric energy to the grid 30 or the energy storage unit 40. do. According to the present invention, before the generator 20 and the grid 30 are connected, the low quality energy produced by the turbo machine 10 may be stored and utilized, thereby improving energy efficiency. Specifically, the present invention has the effect of storing and utilizing the energy generated in the state where the generator 20 and the grid 30 are not connected after the turbo machine 10 is started or stopped.

A단계는, 터보 머신(10)을 통해 역학적 에너지를 생산하는 단계로서, 터보 머신(10)은 가스 터빈 또는 스팀 터빈을 포함할 수 있다. 가스 터빈은 압축기(11)에서 압축된 압축 공기와 연료를 혼합하여 연소시키고, 연소로 발생된 고온의 가스로 터빈(13)을 회전시키는 동력 기관으로, 일반적으로 가스 터빈은 압축기(11), 연소기(12) 및 터빈(13)을 포함한다. 압축기(11)는 외부 공기를 흡입 및 압축하여 고압 및 고온의 상태로 만들고, 이를 연소기(12)로 전달한다. 연소기(12)는 압축기(11)로부터 유입된 압축 공기와 연료를 혼합해서 연소시키고, 연소로 인해 발생된 연소 가스는 터빈(13)으로 배출된다. 연소 가스에 의해 터빈(13)은 회전을 하게 되며, 이를 통해 동력이 발생된다.Step A is a step of producing mechanical energy through the turbo machine 10, where the turbo machine 10 may comprise a gas turbine or a steam turbine. The gas turbine is a power engine that mixes and burns compressed air and fuel compressed in the compressor 11, and rotates the turbine 13 with a high temperature gas generated by combustion. In general, the gas turbine is a compressor 11, a combustor. 12 and the turbine 13. The compressor 11 inhales and compresses the outside air to bring it into a state of high pressure and high temperature, and delivers it to the combustor 12. The combustor 12 mixes and combusts compressed air and fuel introduced from the compressor 11, and the combustion gas generated by the combustion is discharged to the turbine 13. The turbine 13 is rotated by the combustion gas, through which power is generated.

B단계는, 생산된 역학적 에너지를 전기 에너지로 변환하는 단계로서, 터보 머신(10)에 의해 생산된 역학적 에너지는 터보 머신(10)과 연결된 발전기(20)에 의해 전기 에너지로 변환된다.Step B is a step of converting the produced mechanical energy into electrical energy, wherein the mechanical energy produced by the turbo machine 10 is converted into electrical energy by a generator 20 connected to the turbo machine 10.

C단계는, 변환된 전기 에너지를 그리드(30) 또는 에너지 저장부(40)로 전달하기 위하여 제어부(70)를 통해 제1스위치(50) 및 제2스위치(60)의 개폐를 제어하는 단계이다. 즉, 발전기(20)는 변환된 전기 에너지를 그리드(30) 또는 에너지 저장부(40)로 보낼 수 있고, 제1스위치(50) 및 제2스위치(60)에 의해 각각 그리드(30) 및 에너지 저장부(40)와 전기적으로 연결 또는 차단될 수 있으며, 제어부(70)는 제1스위치(50)와 제2스위치(60)의 개폐를 제어함으로써 생산된 에너지를 저장 또는 활용할 수 있다. 이때, 에너지 저장부(Energy storage system, ESS)(40)는 발전기(20)에 의해 변환된 전기 에너지를 저장하는 것으로서, 배터리를 사용할 수 있고, 배터리는 2차 전지일 수 있다. 2차 전지는 특별히 제한되는 것은 아니고, 공지의 다양한 것을 사용할 수 있으며, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 납 축전지, 리튬 이온 전지 및 리튬 폴리머 전지로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나인 것이 바람직하다.Step C is controlling opening and closing of the first switch 50 and the second switch 60 through the control unit 70 to transfer the converted electric energy to the grid 30 or the energy storage unit 40. . That is, the generator 20 may send the converted electric energy to the grid 30 or the energy storage unit 40, and the grid 30 and the energy by the first switch 50 and the second switch 60, respectively. The storage unit 40 may be electrically connected or disconnected, and the controller 70 may store or utilize the energy produced by controlling the opening and closing of the first switch 50 and the second switch 60. In this case, the energy storage system (ESS) 40 stores electrical energy converted by the generator 20, and may use a battery, and the battery may be a secondary battery. The secondary battery is not particularly limited, and various known ones can be used, and the secondary battery is preferably at least one selected from the group consisting of nickel cadmium batteries, nickel hydrogen batteries, lead storage batteries, lithium ion batteries, and lithium polymer batteries.

구체적으로, C단계에서 제어부(70)는 기 설정된 전력 주파수 미만에서는 제1스위치(50)를 열고, 제2스위치(60)를 닫도록 제어(도 4 참조)하며, 기 설정된 전력 주파수가 되면 제1스위치(50)를 닫고, 제2스위치(60)를 열도록 제어(도 5 참조)하며, 이를 통해 터보 머신(10)의 가속(Acceleration) 단계에서 생산되지만, 그리드(30)와 연결되지 않아 그리드(30)로는 전달되지 않는 저품질의 에너지를 에너지 저장부(40)에 저장할 수 있다. 또한, 터보 머신(10)이 중단되어 그리드(30)와 연결이 해제된 후에 생산되는 에너지 또한 에너지 저장부(40)에 저장할 수 있다. 기 설정된 전력 주파수는 국가 별로 지정되는데, 50~60Hz 범위 내의 값일 수 있다.Specifically, in step C, the controller 70 controls to open the first switch 50 and close the second switch 60 below the preset power frequency (see FIG. 4). The first switch 50 is closed, the second switch 60 is controlled to be opened (see FIG. 5), which is produced in the acceleration stage of the turbomachine 10, but is not connected to the grid 30. Energy of low quality that is not transmitted to the grid 30 may be stored in the energy storage unit 40. In addition, the energy produced after the turbo machine 10 is stopped and disconnected from the grid 30 may also be stored in the energy storage 40. The preset power frequency is specified for each country and may be a value within a range of 50 to 60 Hz.

이때, 제어부(70)는 소정의 시간을 두고, 기 설정된 전력 주파수에 도달했는지를 판단하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 제어부(70)는, 기 설정된 전력 주파수가 되면, 10초간 전력 주파수의 변동여부를 판단하고, 전력 주파수가 기 설정된 전력 주파수를 10초간 유지(synchronization)하면, 제1스위치를 닫고, 제2스위치를 열도록 제어함으로써, 에너지 저장 작업을 중단한다.At this time, the controller 70 preferably determines whether the predetermined power frequency has been reached for a predetermined time. For example, when the preset power frequency is reached, the controller 70 determines whether the power frequency is changed for 10 seconds, and when the power frequency is synchronized with the preset power frequency for 10 seconds, closes the first switch. By controlling to open the second switch, the energy storage operation is interrupted.

한편, C단계는 변환된 전기 에너지가 에너지 저장부(40)로 전달되기 전에 전기적 특성(AC/DC, 전압, 주파수)을 변화시키는 단계를 포함할 수 있으며, 이는 컨버터와 같은 PCS(Power Conditioning System)(80)에 의해 구현된다.Meanwhile, step C may include changing electrical characteristics (AC / DC, voltage, frequency) before the converted electrical energy is transferred to the energy storage unit 40, which may be a power conditioning system such as a converter. 80).

본 명세서에서는 본 발명자들이 수행한 다양한 실시예 가운데 몇 개의 예만을 들어 설명하는 것이나 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고, 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.In the present specification, only a few examples of various embodiments performed by the present inventors are described, but the technical idea of the present invention is not limited thereto, but may be variously modified and implemented by those skilled in the art.

10 : 터보 머신
11 : 압축기
12 : 연소기
13 : 터빈
20 : 발전기
30 : 그리드
40 : 에너지 저장부
50 : 제1스위치
60 : 제2스위치
70 : 제어부
80 : PCS
10: turbo machine
11: compressor
12: combustor
13: turbine
20: generator
30: grid
40: energy storage
50: first switch
60: second switch
70: control unit
80: PCS

Claims (27)

역학적 에너지를 생산하는 터보 머신;
터보 머신 후단에 위치하고, 터보 머신이 생산한 역학적 에너지를 전기 에너지로 변환하는 발전기;
발전기와 연결된 그리드;
발전기와 연결된 에너지 저장부(Energy storage system);
발전기와 그리드 간의 연결을 단속하는 제1스위치;
발전기와 에너지 저장부 간의 연결을 단속하는 제2스위치; 및
제1스위치와 제2스위치의 개폐를 제어하는 제어부;를 포함하고,
상기 제어부는, 기 설정된 전력 주파수 미만에서는 제1스위치를 열고, 제2스위치를 닫아, 발전기에서 변환된 전기에너지를 에너지 저장부에 저장하고, 기 설정된 전력 주파수가 되면 10초간 전력 주파수의 변동여부를 판단하여, 전력 주파수가 기 설정된 전력 주파수를 10초간 유지하면, 제1스위치를 닫고, 제2스위치를 열어, 발전기에서 변환된 전기에너지를 그리드로 공급하며,
상기 기 설정된 전력 주파수는 50~60Hz 범위 내의 값이고,
상기 에너지 저장부 전단에 위치하여, 발전기로부터 입력받은 전력의 전기적 특성인 전압 혹은 주파수를 변화시키는 PCS(Power Conditioning System)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 미활용 전력을 저장할 수 있는 에너지 시스템.
A turbo machine that produces mechanical energy;
A generator positioned at the rear of the turbo machine and converting the mechanical energy produced by the turbo machine into electrical energy;
A grid connected to the generator;
An energy storage system connected to the generator;
A first switch for controlling a connection between the generator and the grid;
A second switch for regulating a connection between the generator and the energy storage unit; And
And a controller configured to control opening and closing of the first switch and the second switch.
The control unit opens the first switch below the preset power frequency, closes the second switch, stores the electrical energy converted from the generator in the energy storage unit, and changes the power frequency for 10 seconds when the preset power frequency is reached. If it is determined that the power frequency maintains the preset power frequency for 10 seconds, the first switch is closed, the second switch is opened, and the electrical energy converted from the generator is supplied to the grid.
The preset power frequency is a value in the range of 50 to 60 Hz,
Located in front of the energy storage unit, further comprising a PCS (Power Conditioning System) for changing the voltage or frequency, which is an electrical characteristic of the power received from the generator, the energy system capable of storing unused power.
제1항에 있어서, 터보 머신은,
가스터빈 또는 스팀터빈을 포함하는 것을 특징으로 하는, 미활용 전력을 저장할 수 있는 에너지 시스템.
The turbo machine of claim 1, wherein
An energy system capable of storing unused power, characterized in that it comprises a gas turbine or a steam turbine.
제1항에 있어서, 에너지 저장부는,
배터리인 것을 특징으로 하는, 미활용 전력을 저장할 수 있는 에너지 시스템.
The method of claim 1, wherein the energy storage unit,
An energy system capable of storing unutilized power, characterized in that it is a battery.
제3항에 있어서, 배터리는,
2차 전지인 것을 특징으로 하는, 미활용 전력을 저장할 수 있는 에너지 시스템.
The battery of claim 3, wherein the battery is
An energy system capable of storing unused electric power, characterized in that it is a secondary battery.
제4항에 있어서, 2차 전지는,
니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 납 축전지, 리튬 이온 전지 및 리튬 폴리머 전지로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는, 미활용 전력을 저장할 수 있는 에너지 시스템.
The method of claim 4, wherein the secondary battery,
At least one selected from the group consisting of nickel cadmium battery, nickel hydrogen battery, lead storage battery, lithium ion battery and lithium polymer battery, energy system capable of storing unused power.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 에너지 시스템을 운영하는 에너지 시스템 운영방법에 있어서,
터보 머신을 통해 역학적 에너지를 생산하는 제1단계;
생산된 역학적 에너지를 전기 에너지로 변환하는 제2단계; 및
변환된 전기 에너지를 그리드 또는 에너지 저장부로 전달하기 위하여 제어부를 통해 제1스위치 및 제2스위치의 개폐를 제어하는 제3단계;를 포함하고,
상기 제3단계에서 제어부는, 기 설정된 전력 주파수 미만에서는 제1스위치를 열고, 제2스위치를 닫아, 발전기에서 변환된 전기에너지를 에너지 저장부에 저장하고, 기 설정된 전력 주파수가 되면 10초간 전력 주파수의 변동여부를 판단하여, 전력 주파수가 기 설정된 전력 주파수를 10초간 유지하면, 제1스위치를 닫고, 제2스위치를 열어, 발전기에서 변환된 전기에너지를 그리드로 공급하며,
상기 기 설정된 전력 주파수는 50~60Hz 범위 내의 값이고,
상기 제3단계는, 변환된 전기 에너지를 에너지 저장부로 전달하기 전에 전기적 특성인 전압 혹은 주파수를 변화시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 에너지 시스템 운영방법.
In the energy system operating method for operating the energy system according to any one of claims 1 to 5,
A first step of producing mechanical energy via a turbo machine;
A second step of converting the produced mechanical energy into electrical energy; And
And a third step of controlling opening and closing of the first switch and the second switch through the control unit to transfer the converted electric energy to the grid or the energy storage unit.
In the third step, the controller opens the first switch below the preset power frequency, closes the second switch, stores the electrical energy converted by the generator in the energy storage unit, and when the preset power frequency is reached, the power frequency for 10 seconds. If the power frequency maintains the preset power frequency for 10 seconds, the first switch is closed, the second switch is opened, and the electrical energy converted from the generator is supplied to the grid.
The preset power frequency is a value in the range of 50 to 60 Hz,
The third step may further include changing a voltage or frequency, which is an electrical characteristic, before transferring the converted electrical energy to the energy storage unit.
제10항에 있어서, 제1단계의 터보 머신은,
가스터빈 또는 스팀터빈을 포함하는 것을 특징으로 하는, 에너지 시스템 운영방법.
The turbo machine of claim 10, wherein
Method for operating an energy system, characterized in that it comprises a gas turbine or steam turbine.
제10항에 있어서, 제3단계의 에너지 저장부는,
배터리인 것을 특징으로 하는, 에너지 시스템 운영방법.
The method of claim 10, wherein the energy storage of the third step,
An energy system operating method, characterized in that the battery.
제10항에 있어서, 배터리는,
2차 전지인 것을 특징으로 하는, 에너지 시스템 운영방법.
The method of claim 10, wherein the battery,
An energy system operating method, characterized in that the secondary battery.
제13항에 있어서, 2차 전지는,
니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 납 축전지, 리튬 이온 전지 및 리튬 폴리머 전지로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는, 에너지 시스템 운영방법.
The method of claim 13, wherein the secondary battery,
And at least one selected from the group consisting of nickel cadmium batteries, nickel hydrogen batteries, lead storage batteries, lithium ion batteries and lithium polymer batteries.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
KR1020180039831A 2018-04-05 2018-04-05 Energy system capable of storing unused power operation method thereof KR102043209B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180039831A KR102043209B1 (en) 2018-04-05 2018-04-05 Energy system capable of storing unused power operation method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180039831A KR102043209B1 (en) 2018-04-05 2018-04-05 Energy system capable of storing unused power operation method thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190116796A KR20190116796A (en) 2019-10-15
KR102043209B1 true KR102043209B1 (en) 2019-11-11

Family

ID=68209531

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180039831A KR102043209B1 (en) 2018-04-05 2018-04-05 Energy system capable of storing unused power operation method thereof

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102043209B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102637098B1 (en) 2022-10-06 2024-02-27 주식회사 넘버제로 Energy storage device using mechanical energy

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004147445A (en) * 2002-10-25 2004-05-20 Hitachi Ltd Distributed power supply system and its control method
JP2014204465A (en) * 2013-04-01 2014-10-27 新日鐵住金株式会社 Power supply system and balancing method for power supply demand

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07274595A (en) * 1994-03-24 1995-10-20 Osaka Gas Co Ltd Power plant system
KR0179560B1 (en) 1995-12-22 1999-04-15 김주용 Method of forming metal interconnector in semiconductor device
JPH10108305A (en) * 1996-09-26 1998-04-24 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd Hybrid type electric vehicle

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004147445A (en) * 2002-10-25 2004-05-20 Hitachi Ltd Distributed power supply system and its control method
JP2014204465A (en) * 2013-04-01 2014-10-27 新日鐵住金株式会社 Power supply system and balancing method for power supply demand

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102637098B1 (en) 2022-10-06 2024-02-27 주식회사 넘버제로 Energy storage device using mechanical energy

Also Published As

Publication number Publication date
KR20190116796A (en) 2019-10-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8245517B2 (en) Gas turbine starting with stepping speed control
CN102110992B (en) Method of synchronizing turbomachine generator to electric grid
US9847640B2 (en) Synchronous condenser
KR101813430B1 (en) Combined cycle plant, control method for same, and control device for same
US10072532B2 (en) Method for starting-up and operating a combined-cycle power plant
US10196942B2 (en) Multi-shaft combined cycle plant, and control device and operation method thereof
EP2644837A2 (en) Variable frequency transformer power systems and methods for a gas turbine
US6834226B2 (en) Multiple control loop acceleration of turboalternator after reaching self-sustaining speed previous to reaching synchronous speed
KR20160003850A (en) Method for operating a combined cycle power plant
JP2007016721A (en) Motor driven supercharging device
KR102043209B1 (en) Energy system capable of storing unused power operation method thereof
US20130082467A1 (en) Method for operating a power plant
US6978620B2 (en) Start-up method for power plant
EP2339127A2 (en) Method for starting a turbomachine
US20100275608A1 (en) Systems and Methods for Rapid Turbine Deceleration
PL170640B1 (en) Set of gas turbines and method of increasing their rpm
US20140298820A1 (en) Gas turbine engine and method for starting same
JP2015095976A (en) System stabilization power generation system
JP2003322028A (en) Gas turbine power generating device
WO2002044555A1 (en) Flywheel based ups apparatus and method for using same
EP4050749A1 (en) System and method for black starting power plant
US10100661B2 (en) Method for operating a gas turbine arrangement
JPH108999A (en) Control device for gas turbine power plant
JP2022030038A (en) Gas turbine start method
US11171589B2 (en) Systems and methods for starting steam turbines

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant