KR102158356B1 - Power plant load-following operation system based on hydrogen production - Google Patents

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KR102158356B1
KR102158356B1 KR1020190042190A KR20190042190A KR102158356B1 KR 102158356 B1 KR102158356 B1 KR 102158356B1 KR 1020190042190 A KR1020190042190 A KR 1020190042190A KR 20190042190 A KR20190042190 A KR 20190042190A KR 102158356 B1 KR102158356 B1 KR 102158356B1
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김용훈
홍형표
김우군
윤재희
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한국전력기술 주식회사
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Abstract

The present invention relates to a power plant load-following operation system through hydrogen production which can increase electricity output of a turbine. The power plant load-following operation system comprises: a steam generator capable of generating steam through a boiler; a first flow path connected to the steam generator and having the steam generated from the steam generator moving therein; a first turbine connected to the first flow path and having the steam flowing therein from the first flow path; a hydrogen generator producing hydrogen by an electrolysis device; a second flow path branched from the first flow path, connected to the hydrogen generator, and having the steam moving therein; a turbine bypass valve provided on the second flow path and capable of opening and closing the second flow path to control an amount of the steam moving to the second flow path; and a condenser connected to the first turbine and capable of cooling the steam discharged from the first turbine. The hydrogen generator includes: a first heat exchanger having the steam of the second flow path flowing therein, and performing heat exchange between the steam and a heat transfer medium; a circulation flow path circulating the heat transfer medium; and an adiabatic compression device provided on the circulation flow path and capable of adiabatic compression of the heat transfer medium.

Description

수소 생산을 통한 발전소 부하추종운전 시스템{Power plant　load-following operation system　based on hydrogen production}Power plant 　 load-following operation system 　 based on hydrogen production

본 발명은 수소 생산을 통한 발전소 부하추종운전 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 터빈우회밸브를 통해 수소 발생부에 잉여 에너지를 공급하여 고온의 수증기를 만들어 수소를 생산함에 따라 터빈의 전기 출력 감발시 원자로 출력이나 보일러 출력을 감발하지 않고 정격 출력을 유지한 상태에서 잉여 증기 에너지를 통해 경제적으로 수소를 대량 생산하는 수소 생산을 통한　발전소 부하추종운전 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a power plant load following operation system through hydrogen production, and more particularly, to produce hydrogen by supplying excess energy to the hydrogen generator through a turbine bypass valve to produce hydrogen at a high temperature, thereby reducing the electricity output of the turbine. It relates to a power plant load following operation system through hydrogen production that economically mass-produces hydrogen through surplus steam energy while maintaining the rated power without derating the power of the reactor or boiler.

원자력발전소는 원자로에서 발생된 열에너지가 냉각재를 통해 증기발생기에 전달되고, 증기발생기에서 생성된 증기는 터빈을 회전시켜 전기를 생산하는데 사용되고 복수기를 통해 냉각된다. 복수기는 순환수 펌프를 통해 해수를 공급받아 저온 및 진공을 유지시켜 터빈을 통해 배출되는 증기를 냉각시킨다. 복수기로 유입된 해수는 터빈에서 배출된 증기에서 에너지를 흡수하여 바다로 배출됨으로써, 원자로에서 생성된 열에너지가 최종 소모된다.In a nuclear power plant, heat energy generated by a nuclear reactor is transferred to a steam generator through a coolant, and the steam generated by the steam generator is used to generate electricity by rotating a turbine and cooled through a condenser. The condenser receives seawater through a circulating water pump and maintains a low temperature and vacuum to cool the steam discharged through the turbine. The seawater introduced into the condenser absorbs energy from the steam discharged from the turbine and is discharged to the sea, so that the thermal energy generated by the reactor is finally consumed.

원자력발전소는 전기 사용량에 따라 터빈의 전기 출력을 감발시켜 부하추종운전을 할 수 있는데, 심야와 같이 전기 사용량이 감소하는 경우에 전기 사용량에 따라 터빈의 출력을 감발시키게 된다. 원자력발전소는 터빈 출력을 감발시키기 위해 1차계통 출력, 즉 원자로 보일러 출력을 감발시키게 되는데, 이와 같이 원자로 보일러 출력을 감발시키는 것은 다음과 같은 문제가 있다. Nuclear power plants can perform load-following operation by reducing the electricity output of the turbine according to the amount of electricity used. When the electricity consumption decreases, such as at night, the output of the turbine is reduced according to the electricity consumption. Nuclear power plants reduce the primary system output, that is, the output of the reactor boiler, in order to reduce the output of the turbine. However, reducing the output of the reactor boiler has the following problems.

원자력발전소에서 원자로 보일러 출력을 감발하는 방법은, 원자로 출력제어계통을 통해 중성자를 흡수하여 핵분열을 감소시키는 역할을 하는 제어봉을 삽입하는 방법과 중성자를 흡수하는 붕산수를 1차측 냉각재에 주입하는 방법이 있다. There are two methods of reducing the output of a reactor boiler in a nuclear power plant: inserting a control rod that absorbs neutrons through the reactor output control system to reduce nuclear fission, and injecting boric acid water that absorbs neutrons into the primary coolant. .

제어봉을 삽입하는 방법에서 원자로 보일러 출력을 제어하는 제어봉은, 핵연료 사이에 제한된 수량이 위치하므로 원자로 출력을 급격히 감발하는 데 효과적이지만, 핵연료의 균일한 연소를 충분히 달성할 수 없는 문제점이 있다. 또한, 붕산수를 1차측 냉각재에 주입하는 방법은, 1차측 출력을 상승시킬 경우 다시 붕산 농도를 낮추기 위해 냉각재의 화학적 처리가 요구되고, 이에 따라 방사성 오염물질의 배출 및 처리가 요구되는 문제점이 있다. In the method of inserting the control rod, the control rod for controlling the output of the reactor boiler is effective in rapidly reducing the output of the reactor because a limited quantity is located between the nuclear fuels, but there is a problem that it cannot sufficiently achieve uniform combustion of the nuclear fuel. In addition, in the method of injecting boric acid water into the primary side coolant, when the primary side output is increased, chemical treatment of the coolant is required to lower the boric acid concentration again, and accordingly, there is a problem that radioactive pollutants are discharged and treated.

따라서 원자로 보일러 출력을 감발시키지 않으면서 터빈의 전기 출력을 감발시키는 것이 바람직하지만, 종래의 원자력발전소에는 이를 위한 구성이 마련되어 있지 않은 문제점이 있다. Therefore, it is desirable to reduce the electricity output of the turbine without reducing the output of the reactor boiler, but there is a problem that a conventional nuclear power plant does not have a configuration for this.

종래의 화력 발전소도 터빈의 전기 출력을 감발할 때, 열제거 능력의 제한에 따라 보일러 출력을 함께 감발하여야 한다. 그러나 화력 발전소에서 보일러 출력을 변경하는 것은 발전소의 효율 저하를 야기하고, 이와 같은 효율저하로 인해 이산화탄소 발생량이 증가되는 문제점이 있고, 다시 터빈의 전기 출력을 상승시키기 위해서는 보일러 출력을 먼저 올려야 하기 때문에, 터빈의 전기 출력 상승 속도가 보일러 출력 상승 속도에 제한되는 문제점이 있다. When a conventional thermal power plant also reduces the electricity output of a turbine, the boiler output must be reduced according to the limit of the heat removal capability. However, changing the boiler output in a thermal power plant causes a decrease in the efficiency of the power plant, and there is a problem in that the amount of carbon dioxide is increased due to such a decrease in efficiency, and the boiler output must be increased first in order to increase the electricity output of the turbine again. There is a problem in that the rate of increase of electric power of the turbine is limited to the rate of increase of the boiler output.

따라서, 주간에 급격한 피크 전력이 발생할 경우에 대비하기 위해서는 감발된 터빈의 전기 출력을 별다른 제약사항 없이 신속하게 재상승 시키는 것이 바람직하나, 종래의 발전소는 이를 위한 구성이 마련되어 있지 않은 문제점이 있다.Therefore, in order to prepare for the occurrence of sudden peak power during the day, it is desirable to quickly increase the electric output of the deduced turbine without any restrictions, but there is a problem in that the conventional power plant does not have a configuration for this.

한편, 경제적인 대용량 수소 생산을 위해 섭씨 800도 이상의 고온수증기의 열화학적 열분해 또는 고온수증기전기분해 공정이 알려져 있으나, 종래의 원자력발전소에서 생성되는 증기의 온도는 280도 정도로, 고온수증기를 이용한 경제적인 수소 생산을 위한 구성이 마련되어 있지 않은 문제점이 있다.On the other hand, thermochemical pyrolysis or high-temperature steam electrolysis of high-temperature steam of 800 degrees Celsius or higher is known for the production of economical large-capacity hydrogen, but the temperature of steam generated in a conventional nuclear power plant is about 280 degrees, which is economical using high-temperature steam. There is a problem that the configuration for hydrogen production is not prepared.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 더욱 상세하게는 터빈우회밸브를 통해 수소 발생부에 잉여 에너지를 공급하여 수소를 생산함에 따라 터빈의 전기 출력 감발시 보일러 출력을 감발하지 않고 정격 출력을 유지하고, 잉여 증기 에너지를 통해 경제적으로 수소를 대량 생산하며, 피크 전력발생 시 즉시 터빈의 전기 출력을 상승시킬 수 있는 수소 생산을 통한　발전소 부하추종운전 시스템에 관한 것이다. The present invention is to solve the above-described problem, and in more detail, by supplying excess energy to the hydrogen generator through a turbine bypass valve to produce hydrogen, the rated output is not reduced when the electricity output of the turbine is reduced. It relates to a power plant load following operation system through hydrogen production that can maintain, economically mass-produce hydrogen through excess steam energy, and immediately increase the electricity output of a turbine when peak power is generated.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 수소 생산을 통한 발전소 부하추종운전 시스템은 보일러를 통해 증기를 발생시킬 수 있는 증기발생기; 상기 증기발생기와 연결되며, 상기 증기발생기에서 발생한 증기가 이동되는 제1유로; 상기 제1유로와 연결되며, 상기 제1유로에서 증기가 유입되는 제1터빈; 전기분해장치로 수소를 생산하는 수소 발생부; 상기 제1유로에서부터 분기되어 상기 수소 발생부와 연결되며, 증기가 이동되는 제2유로; 상기 제2유로 상에 구비되며, 상기 제2유로를 개폐하여 상기 제2유로로 이동되는 증기의 양을 조절할 수 있는 터빈우회밸브; 상기 제1터빈과 연결되며, 상기 제1터빈에서 배출되는 증기를 냉각시킬 수 있는 복수기;를 포함하며, 상기 수소 발생부는, 상기 제2유로의 증기가 유입되며, 증기와 열전달 매체를 열교환시키는 제1열교환기와, 상기 열전달 매체를 순환시키는 순환유로와, 상기 순환유로에 구비되며, 상기 열전달 매체를 단열 압축할 수 있는 단열압축장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다. A power plant load following operation system through hydrogen production according to the present invention for solving the above-described problems includes: a steam generator capable of generating steam through a boiler; A first flow path connected to the steam generator and through which steam generated from the steam generator moves; A first turbine connected to the first flow passage and through which steam flows in from the first flow passage; A hydrogen generator for producing hydrogen with an electrolysis device; A second passage branched from the first passage and connected to the hydrogen generator, and through which steam moves; A turbine bypass valve provided on the second flow path and capable of opening and closing the second flow path to control the amount of steam transferred to the second flow path; A condenser connected to the first turbine and configured to cool the steam discharged from the first turbine, wherein the hydrogen generator is configured to allow steam from the second flow channel to flow into and exchange heat between the steam and the heat transfer medium. It characterized in that it comprises a heat exchanger, a circulation passage for circulating the heat transfer medium, and an adiabatic compression device provided in the circulation passage and capable of adiabatic compression of the heat transfer medium.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 수소 생산을 통한 발전소 부하추종운전 시스템은 상기 제1유로 상에서 상기 제1터빈으로 이동되는 증기의 양을 조절할 수 있는 터빈제어밸브와, 상기 터빈제어밸브를 통해 상기 제1터빈의 전기 출력을 제어하는 터빈제어계통과 상기 터빈우회밸브를 통해 상기 제2유로로 이동되는 증기의 양을 조절할 수 있는 증기우회제어계통을 더 포함하며, 상기 터빈제어계통을 통해 상기 제1터빈의 전기 출력을 감발할 때, 상기 증기우회제어계통을 통해 상기 제2유로로 이동되는 증기의 양을 조절하여 상기 보일러 출력을 일정하게 유지시킬 수 있다. The power plant load following operation system through hydrogen production of the present invention for solving the above-described problem includes a turbine control valve capable of adjusting the amount of steam transferred to the first turbine on the first flow path, and through the turbine control valve. A turbine control system for controlling the electrical output of the first turbine and a steam bypass control system for controlling an amount of steam transferred to the second flow path through the turbine bypass valve, wherein the turbine control system When reducing the electric output of the first turbine, the boiler output can be kept constant by adjusting the amount of steam transferred to the second flow path through the steam bypass control system.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 수소 생산을 통한 발전소 부하추종운전 시스템은 상기 보일러의 출력을 제어할 수 있는 보일러 출력제어계통을 더 포함하며, 상기 보일러 출력제어계통은 상기 제1터빈의 전기 출력과 상기 터빈우회밸브를 통해 상기 제2유로로 이동되는 증기의 양을 추종하도록 상기 보일러의 출력을 제어할 수 있다. The power plant load following operation system through hydrogen production of the present invention for solving the above-described problem further includes a boiler output control system capable of controlling the output of the boiler, and the boiler output control system comprises electricity of the first turbine. The output of the boiler may be controlled to follow the output and the amount of steam moved to the second flow path through the turbine bypass valve.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 수소 생산을 통한 발전소 부하추종운전 시스템의 상기 보일러는 원자로발전소의 원자로 출력제어계통에 의해 제어되며, 상기 원자로 출력제어계통은 제어봉을 원자로에 인출 및 삽입하여 상기 보일러의 출력을 제어할 수 있다. The boiler of the power plant load following operation system through hydrogen production of the present invention for solving the above-described problem is controlled by the reactor output control system of the nuclear power plant, and the reactor output control system is the power plant by drawing and inserting a control rod into the reactor. The output of the boiler can be controlled.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 수소 생산을 통한 발전소 부하추종운전 시스템은 상기 제1열교환기와 상기 단열압축장치 사이에 구비되어, 상기 단열압축장치에 공급되는 상기 열전달 매체의 유량을 조절할 수 있는 제1유량조절밸브와, 상기 제1열교환기로 공급되는 상기 열전달 매체의 유량을 조절할 수 있는 순환유로 펌프와, 상기 단열압축장치에 유입되는 상기 열전달 매체의 온도에 따라 상기 제1유량조절밸브와 상기 순환유로 펌프의 속도를 제어할 수 있는 제1제어부를 포함할 수 있다. The power plant load following operation system through hydrogen production of the present invention for solving the above-described problems is provided between the first heat exchanger and the adiabatic compression device, and is capable of adjusting the flow rate of the heat transfer medium supplied to the adiabatic compression device. A first flow rate control valve, a circulation flow channel pump capable of adjusting the flow rate of the heat transfer medium supplied to the first heat exchanger, and the first flow rate control valve and the first flow rate control valve according to the temperature of the heat transfer medium introduced into the adiabatic compression device. It may include a first control unit capable of controlling the speed of the circulation channel pump.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 수소 생산을 통한 발전소 부하추종운전 시스템의 상기 제1열교환기에서 열교환된 증기는 상기 복수기와 연결되는 제3유로를 통해 상기 복수기로 이동되며, 상기 제2유로와 상기 제3유로에는, 상기 제2유로 및 상기 제3유로로 이동되는 증기를 우회할 수 있는 유지보수용 우회밸브가 구비될 수 있다. The steam heat-exchanged in the first heat exchanger of the power plant load following operation system through hydrogen production of the present invention for solving the above-described problem is moved to the condenser through a third channel connected to the condenser, and the second channel And a maintenance bypass valve capable of bypassing the steam moving to the second flow path and the third flow path may be provided in the third flow path.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 수소 생산을 통한 발전소 부하추종운전 시스템의 상기 제1열교환기는 복수 개가 구비되며, 상기 제2유로를 통해 유입되는 증기는 복수 개의 상기 제1열교환기에서 열교환된 이후에, 상기 제3유로를 통해 상기 복수기로 이동될 수 있다. In order to solve the above-described problem, a plurality of the first heat exchangers of the power plant load following operation system through hydrogen production of the present invention are provided, and the steam introduced through the second flow path is heat-exchanged in the plurality of first heat exchangers. Thereafter, it may be moved to the condenser through the third passage.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 수소 생산을 통한 발전소 부하추종운전 시스템의 상기 순환유로에는, 상기 단열압축장치를 통해 단열 압축된 상기 열전달 매체와 물을 열교환시키는 제2열교환기가 구비되며, 상기 제2열교환기에서 열교환된 물은 상기 전기분해장치로 이동할 수 있다. In the circulation passage of the power plant load following operation system through the hydrogen production of the present invention for solving the above-described problem, a second heat exchanger for heat exchange between the heat transfer medium and water adiabatic compressed through the adiabatic compression device is provided, and the The water heat-exchanged in the second heat exchanger may move to the electrolysis device.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 수소 생산을 통한 발전소 부하추종운전 시스템의 상기 제2열교환기는 복수 개가 구비되며, 상기 순환유로에는, 상기 열전달 매체를 팽창시켜 온도를 낮출 수 있는 팽창밸브가 구비되며, 상기 팽창밸브는, 상기 제2열교환기에서 열교환된 상기 열전달 매체의 온도를 낮출 수 있다. A plurality of the second heat exchangers of the power plant load following operation system through hydrogen production of the present invention for solving the above-described problems are provided, and in the circulation passage, an expansion valve capable of reducing the temperature by expanding the heat transfer medium is provided. In addition, the expansion valve may lower the temperature of the heat transfer medium heat-exchanged in the second heat exchanger.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 수소 생산을 통한 발전소 부하추종운전 시스템은 상기 제2열교환기에 공급되는 물의 유량을 조절할 수 있는 제2유량조절밸브와, 상기 제2열교환기에서 상기 전기분해장치로 이동되는 물의 온도에 따라 상기 제2유량조절밸브를 제어할 수 있는 제2제어부를 포함할 수 있다. The power plant load following operation system through hydrogen production of the present invention for solving the above-described problems includes a second flow rate control valve capable of adjusting the flow rate of water supplied to the second heat exchanger, and the electrolysis device in the second heat exchanger. It may include a second controller capable of controlling the second flow rate control valve according to the temperature of the water moved to.

본 발명은 터빈우회밸브를 통해 수소 발생부에 잉여 에너지를 공급하여 수소를 생산함에 따라 터빈 출력 감발시 보일러 출력을 감발하지 않고 정격 출력을 유지할 수 있는 것으로, 본 발명은 보일러의 출력을 정격출력으로 일정하게 유지하여 발전효율을 상시 높게 유지하면서도 전력수요에 맞춰 부하추종을 원활하고 신속하게 수행할 수 있고, 수소 발생부에서 잉여 에너지를 이용함에 따라 경제적으로 수소의 대량 생산이 가능한 장점이 있다. The present invention is to supply excess energy to the hydrogen generator through the turbine bypass valve to produce hydrogen, thereby maintaining the rated output without derating the boiler output when the turbine output is depleted. It has the advantage of being able to perform load tracking smoothly and quickly in accordance with power demand while maintaining a constant power generation efficiency at all times, and economically mass-producing hydrogen by using excess energy in the hydrogen generator.

도 1은 고압터빈과 터빈우회밸브를 사용하는 발전소 시스템을 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 수소 생산을 통한 발전소 부하추종운전 시스템을 도시하는 도면이다.
도 3은 도 2의 부분 확대도이다.1 is a diagram showing a power plant system using a high-pressure turbine and a turbine bypass valve.
2 is a diagram showing a power plant load following operation system through hydrogen production according to an embodiment of the present invention.
3 is a partially enlarged view of FIG. 2.

본 발명은 수소 생산을 통한 발전소 부하추종운전 시스템에 관한 것으로, 터빈우회밸브를 통해 수소 발생부에 잉여 에너지를 공급하여 수소를 생산함에 따라 터빈의 전기 출력 감발시 보일러 출력을 감발하지 않고 정격 출력을 유지한 상태에서 잉여 증기 에너지를 통해 경제적으로 수소를 대량 생산하는 수소 생산을 통한 발전소 부하추종운전 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a power plant load-following operation system through hydrogen production, wherein surplus energy is supplied to the hydrogen generator through a turbine bypass valve to produce hydrogen, thereby reducing the boiler output without derating the boiler output when reducing the electricity output of the turbine. It relates to a power plant load following operation system through hydrogen production that economically mass-produces hydrogen through surplus steam energy while maintaining it.

본 발명의 발전소 부하추종운전 시스템은 원자력 발전소 이외에도 화력 발전소에도 적용될 수 있는 것으로, 본 발명의 실시 예에 따른 증기발생기는 원자로 및 냉각재를 통해 전달된 열에 의해 증기를 생성하여 터빈에 공급하는 증기발생기일 수도 있으며, 보일러에서 생산된 증기를 터빈에 직접 공급하는 화력발전소의 보일러일 수도 있다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명하기로 한다. The power plant load following operation system of the present invention can be applied to thermal power plants as well as nuclear power plants, and the steam generator according to an embodiment of the present invention is a steam generator that generates steam by heat transferred through a nuclear reactor and coolant and supplies it to a turbine. Alternatively, it may be a boiler of a thermal power plant that directly supplies steam produced by the boiler to the turbine. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 증기발생기(10), 고압 터빈(20), 터빈우회밸브(40), 복수기(50), 해수공급순환수펌프(60), 보조설비(70)를 포함하는 발전소 시스템에 관한 것으로, 도 1은 증기발생기(10)에서 발생한 증기를 통해 고압 터빈(20) 및 저압 터빈(30)을 회전시켜 발전하는 발전소 시스템을 도시한다. 1 is a power plant system including a steam generator 10, a high pressure turbine 20, a turbine bypass valve 40, a condenser 50, a seawater supply circulating water pump 60, and an auxiliary equipment 70, 1 shows a power plant system for generating power by rotating the high-pressure turbine 20 and the low-pressure turbine 30 through steam generated from the steam generator 10.

도 1의 발전소 시스템은 터빈 정지 시 터빈우회밸브(40)를 개방하여 증기발생기(10)에서 생성된 증기를 복수기(50)로 우회시키면서 열제거 능력을 유지한다. 도 1의 발전소 시스템에는 터빈제어밸브(21)가 구비되어 있으며, 심야와 같이 전기 사용량이 감소하는 경우 전기 사용량에 따라 터빈제어밸브(21)를 조절하여 터빈의 전기 출력을 감발하게 된다. In the power plant system of FIG. 1, when the turbine is stopped, the turbine bypass valve 40 is opened to divert the steam generated from the steam generator 10 to the condenser 50 while maintaining the heat removal capability. In the power plant system of FIG. 1, a turbine control valve 21 is provided, and when electricity usage decreases, such as at night, the turbine control valve 21 is adjusted according to the electricity usage to reduce the electric output of the turbine.

그러나 도 1의 발전소 시스템은 터빈의 전기 출력을 감발시킬 때 터빈우회밸브(40)를 통해 복수기(50)로 우회되는 증기의 잉여 에너지를 효율적으로 사용하지 못하는 문제가 있다. 한편, 도 1의 원자력 발전소 시스템의 경우 터빈우회밸브(40)를 통해 전부하 증기 유량의 55%를 복수기로 우회시킬 수 있다.However, the power plant system of FIG. 1 has a problem in that the excess energy of steam bypassed to the condenser 50 through the turbine bypass valve 40 cannot be efficiently used when reducing the electric output of the turbine. Meanwhile, in the case of the nuclear power plant system of FIG. 1, 55% of the full-load steam flow rate may be bypassed to the condenser through the turbine bypass valve 40.

본 발명은 이와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 실시 예에 따른 수소 생산을 통한 발전소 부하추종운전 시스템은 터빈우회밸브를 통해 우회되는 증기를 수소 발생부에 공급함에 따라 증기의 잉여 에너지를 활용할 수 있으며, 이를 통해 터빈의 전기 출력 감발시 보일러 출력을 감소시키지 않고 일정하게 유지하면서 부하추종운전을 원활하게 수행할 수 있는 것이다. The present invention is to solve such a problem, and the power plant load following operation system through hydrogen production according to an embodiment of the present invention supplies the steam bypassed through the turbine bypass valve to the hydrogen generator, thereby reducing the excess energy of the steam. It can be utilized, and through this, it is possible to smoothly perform the load following operation while maintaining constant without reducing the boiler output when reducing the electricity output of the turbine.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 수소 생산을 통한 발전소 부하추종운전 시스템은 증기발생기(110), 제1유로(111), 제1터빈(120), 제2유로(131), 터빈우회밸브(130), 복수기(140), 수소 발생부(200)를 포함할 수 있는 것이다. 2, a power plant load following operation system through hydrogen production according to an embodiment of the present invention includes a steam generator 110, a first passage 111, a first turbine 120, a second passage 131, It may include a turbine bypass valve 130, a condenser 140, and a hydrogen generator 200.

상기 증기발생기(110)는 보일러를 통해 증기를 발생시킬 수 있는 것이다. 상기 증기발생기(110)는 원자로 보일러 및 냉각재를 통해 전달된 열에 의해 증기를 발생시켜 터빈에 공급한다. 상기 증기발생기(110)는 원자로 보일러의 출력에 따라 발생하는 증기의 양이 변경될 수 있는 것으로, 상기 증기발생기(110)는 증기를 가열하여 직접 터빈에 공급하는 화력 발전소의 보일러에 해당될 수도 있다. 즉, 상기 증기발생기(110)의 출력 증기는 원자력 발전소의 원자로 보일러 출력 및 냉각재를 통해 전달된 열에 의해 발생되는 출력 증기일 수 일 수 있으며, 화력 발전소의 보일러 출력 증기일 수도 있다. The steam generator 110 is capable of generating steam through a boiler. The steam generator 110 generates steam by heat transferred through a reactor boiler and a coolant and supplies it to a turbine. The steam generator 110 may change the amount of steam generated according to the output of the reactor boiler, and the steam generator 110 may correspond to a boiler of a thermal power plant that heats steam and directly supplies it to a turbine. . That is, the output steam of the steam generator 110 may be output steam generated by the output of the reactor boiler of the nuclear power plant and heat transferred through the coolant, or may be the output steam of the boiler of the thermal power plant.

도 2를 참조하면, 상기 제1유로(111)는 상기 증기발생기(110)와 연결되며, 상기 증기발생기(110)에서 발생한 증기가 이동되는 유로이다. 상기 제1유로(111)는 상기 증기발생기(110)와 상기 제1터빈(120)을 연결하는 유로로, 상기 제1유로(111)를 통해 상기 증기발생기(110)에서 발생한 증기가 상기 제1터빈(120)으로 유입된다. Referring to FIG. 2, the first flow path 111 is connected to the steam generator 110 and is a flow path through which steam generated from the steam generator 110 moves. The first flow path 111 is a flow path connecting the steam generator 110 and the first turbine 120, and the steam generated by the steam generator 110 through the first flow path 111 It is introduced into the turbine 120.

상기 제1터빈(120)은 상기 제1유로(111)를 통해 유입되는 증기를 통해 터빈을 돌려 발전할 수 있는 곳으로, 터빈제어계통(122)을 통해 상기 제1터빈(120)의 출력이 제어될 수 있다. 구체적으로, 상기 제1유로(111) 상에는 상기 제1터빈(120)으로 이동되는 증기의 양을 조절할 수 있는 터빈제어밸브(121)가 구비되어 있으며, 상기 터빈제어계통(122)은 상기 터빈제어밸브(121)를 통해 상기 제1터빈(120)의 출력을 제어한다. The first turbine 120 is a place in which a turbine can be rotated to generate electricity through steam introduced through the first flow path 111, and the output of the first turbine 120 is output through the turbine control system 122. Can be controlled. Specifically, a turbine control valve 121 capable of adjusting the amount of steam transferred to the first turbine 120 is provided on the first flow path 111, and the turbine control system 122 controls the turbine The output of the first turbine 120 is controlled through the valve 121.

상기 터빈제어계통(122)은 부하추종운전을 위한 터빈의 전기 출력 요구 신호를 전달하는 전력통제시스템(전력거래소)(160)과 연결될 수 있으며, 상기 전력통제시스템(160)은 필요한 전기 사용량에 따라 상기 터빈제어계통(122)에 터빈의 전기 출력 요구 신호를 전달하게 된다. The turbine control system 122 may be connected to a power control system (power exchange) 160 that transmits an electric output request signal of the turbine for load following operation, and the power control system 160 is The turbine control system 122 transmits an electric output request signal of the turbine.

상기 터빈제어계통(122)은 상기 전력통제시스템(160)에서 전달된 터빈의 전기 출력 요구 신호를 통해 부하추종운전을 위한 상기 제1터빈(120)의 전기 출력을 제어할 수 있으며, 상기 터빈제어밸브(121)를 통해 상기 제1터빈(120)에 유입되는 증기의 양을 조절하여 터빈의 전기 출력을 제어하게 된다. The turbine control system 122 may control the electric output of the first turbine 120 for load following operation through the electric output request signal of the turbine transmitted from the power control system 160, and control the turbine. The electric output of the turbine is controlled by adjusting the amount of steam flowing into the first turbine 120 through the valve 121.

상기 제2유로(131)는 상기 제1유로(111)에서부터 분기되어 상기 수소 발생부(200)와 연결되는 것으로, 상기 제2유로(131)를 통해 상기 증기발생기(110)에서 발생한 증기가 상기 수소 발생부(200)로 이동하게 된다. The second flow path 131 is branched from the first flow path 111 and connected to the hydrogen generator 200, and the steam generated in the steam generator 110 through the second flow path 131 is It is moved to the hydrogen generator 200.

상기 터빈우회밸브(130)는 상기 제2유로(131) 상에 구비되는 것으로, 상기 제2유로(131)를 개폐하여 상기 제2유로(131)로 이동되는 증기의 양을 조절할 수 있는 것이다. 즉, 상기 터빈우회밸브(130)를 통해 상기 수소 발생부(200)로 이동되는 증기의 양을 조절할 수 있게 된다. The turbine bypass valve 130 is provided on the second flow path 131, and opens and closes the second flow path 131 to control the amount of steam moved to the second flow path 131. That is, it is possible to adjust the amount of steam transferred to the hydrogen generator 200 through the turbine bypass valve 130.

상기 터빈우회밸브(130)는 증기우회제어계통(132)을 통해 제어될 수 있는 것으로, 상기 증기우회제어계통(132)은 상기 터빈우회밸브(130)의 개폐를 조절하여 상기 제2유로(131)로 이동되는 증기의 양을 조절할 수 있게 된다. The turbine bypass valve 130 may be controlled through a steam bypass control system 132, and the steam bypass control system 132 controls opening and closing of the turbine bypass valve 130 to control the second flow path 131 ), it is possible to control the amount of steam that is transferred to it.

구체적으로, 상기 증기우회제어계통(132)은 상기 터빈제어계통(122) 및 상기 전력통제시스템(160)과 연결될 수 있는 것으로, 상기 전력통제시스템(160)에서 부하추종운전을 위해 상기 터빈제어계통(122)에 상기 제1터빈(120)의 전기 출력을 감발하라는 신호를 전달하면, 상기 증기우회제어계통(132)은 상기 터빈우회밸브(130)에 개방 신호를 전달하게 된다. Specifically, the steam bypass control system 132 may be connected to the turbine control system 122 and the power control system 160, and the turbine control system for load following operation in the power control system 160 When a signal to reduce the electrical output of the first turbine 120 is transmitted to 122, the steam bypass control system 132 transmits an open signal to the turbine bypass valve 130.

즉, 상기 증기우회제어계통(132)은 터빈의 전기 출력 요구 신호를 받아 감발된 터빈의 전기 출력에 상응하는 증기 유량을 상기 터빈우회밸브(130)를 통해 상기 수소 발생부(200)로 우회시킬 수 있으며, 이를 통해 상기 터빈제어계통(122)에서 상기 제1터빈(120)의 전기 출력을 감발할 때 상기 보일러의 출력을 일정하게 유지시킬 수 있게 된다. (감발된 제1터빈(120)의 전기 출력에 상응하는 증기 유량이 상기 터빈우회밸브(130)를 통해 상기 수소 발생부(200)로 우회되었기 때문에, 상기 보일러의 출력을 감발하지 않고 일정하게 유지할 수 있게 된다.)That is, the steam bypass control system 132 is to bypass the steam flow rate corresponding to the electric output of the turbine reduced by receiving the electric output request signal of the turbine to the hydrogen generator 200 through the turbine bypass valve 130. Through this, when the turbine control system 122 reduces the electric output of the first turbine 120, the output of the boiler can be kept constant. (Since the steam flow rate corresponding to the reduced electric output of the first turbine 120 has been bypassed to the hydrogen generating unit 200 through the turbine bypass valve 130, the output of the boiler is not deduced and is kept constant. It will be possible.)

즉, 본 발명의 실시 예에 따른 발전소 시스템은 상기 터빈우회밸브(130)를 통해 상기 수소 발생부(200)로 증기를 우회시킴에 따라 보일러의 출력을 정격 출력으로 일정하게 유지할 수 있게 된다. That is, the power plant system according to the embodiment of the present invention can maintain the output of the boiler constant at the rated power by bypassing the steam to the hydrogen generator 200 through the turbine bypass valve 130.

상기 보일러의 출력은 정격 출력으로 유지될 수 있으나, 필요에 따라서는 상기 보일러의 출력이 변경될 수도 있다. 여기서, 상기 보일러 출력은 보일러 출력제어계통(150)을 통해 제어될 수 있으며, 상기 보일러 출력제어계통(150)은 상기 제1터빈(120)의 전기 출력과 상기 터빈우회밸브(130)를 통해 상기 제2유로(131)로 이동되는 증기의 양에 따라 상기 보일러의 출력을 제어한다.The output of the boiler may be maintained at the rated output, but the output of the boiler may be changed if necessary. Here, the boiler output may be controlled through the boiler output control system 150, the boiler output control system 150 is the electric output of the first turbine 120 and the turbine bypass valve 130 The output of the boiler is controlled according to the amount of steam moved to the second flow path 131.

구체적으로, 상기 보일러 출력제어계통(150)은 상기 보일러 출력이, 제1터빈(120)의 전기 출력과 터빈우회밸브(130)를 통해 우회되는 증기 유량의 합으로 정의되는 2차 계통 열제거 능력(2차 계통 열제거 능력 = 제1터빈(120) 출력 + 터빈우회밸브(130)를 통해 우회되는 증기 유량)을 추종하도록 상기 보일러 출력을 제어하게 된다. Specifically, the boiler output control system 150 is a secondary system heat removal ability, defined as the sum of the boiler output, the electrical output of the first turbine 120 and the steam flow rate bypassed through the turbine bypass valve 130 The boiler output is controlled to follow (second system heat removal capability = first turbine 120 output + steam flow rate bypassed through turbine bypass valve 130).

즉, 상기 보일러의 출력은 본 발명의 실시 예에 따른 수소 생산을 통한 발전소 부하추종운전 시스템의 전체 에너지를 변화시킬 때 변경되거나, 발전소 시스템의 에너지 전달 과정에서 공정의 응답특성에 따라 발생할 수 있는 과도상태에서 일시적으로 변경될 수 있는 것으로, 발전소 시스템의 전체 에너지의 변경이 없거나 발전소 시스템에서 과도상태가 없다면, 터빈의 전기 출력을 감발하여도 보일러 출력은 변경되지 않고 일정하게 유지된다. That is, the output of the boiler is changed when the total energy of the power plant load tracking operation system through hydrogen production according to the embodiment of the present invention is changed, or the transient that may occur according to the response characteristics of the process in the energy transfer process of the power plant system. It can be changed temporarily from the state. If there is no change in the total energy of the power plant system or there is no transient state in the power plant system, the boiler output remains constant even if the electric power of the turbine is reduced.

본 발명의 실시 예에 따르면, 원자력발전소에서 상기 보일러는 원자로 출력제어계통에 의해 제어될 수 있다. 상기 보일러가 원자로 출력제어계통에 의해 제어될 때, 상기 원자로 출력제어계통(150)은 제어봉을 원자로에 인출 및 삽입하여 상기 보일러의 출력을 제어하게 된다. 또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 제어봉의 인출 및 삽입을 제어하기 위해 제어봉제어계통(151)이 구비될 수도 있다.According to an embodiment of the present invention, in a nuclear power plant, the boiler may be controlled by a reactor output control system. When the boiler is controlled by the reactor output control system, the reactor output control system 150 controls the output of the boiler by drawing and inserting a control rod into the reactor. Further, according to an embodiment of the present invention, a control rod control system 151 may be provided to control the withdrawal and insertion of the control rod.

상기 복수기(140)는 상기 제1터빈(120)에서 배출되는 증기를 냉각시킬 수 있는 것이다. 상기 제1터빈(120)에서 배출되는 증기는 제2터빈(123)을 거친 이후 상기 복수기(140)로 이동될 수 있다. 상기 제2터빈(123)은 필요에 따라 복수 개가 구비될 수 있으며, 필요에 따라서는 사용되지 않을 수도 있다. 이하에서는, 상기 제1터빈(120)과 상기 제2터빈(123)을 통칭하여 제1터빈(120)이라 한다. The condenser 140 is capable of cooling steam discharged from the first turbine 120. The steam discharged from the first turbine 120 may be moved to the condenser 140 after passing through the second turbine 123. A plurality of second turbines 123 may be provided as needed, and may not be used if necessary. Hereinafter, the first turbine 120 and the second turbine 123 are collectively referred to as a first turbine 120.

상기 복수기(140)에는 순환수 펌프(161a)를 통해 해수(142)가 유입되며, 상기 복수기(140)로 유입된 해수(142)는 증기에서 에너지를 흡수하여 바다로 배출된다. 상기 복수기(140)에서 냉각된 증기(물)는 주급수 펌프(161b)를 통해 상기 증기발생기(110)로 다시 유입되며, 상기 복수기(140)에서 상기 증기발생기(110)로 증기(물)를 유입시키기 위해 보조설비(162)들이 사용될 수도 있다. Seawater 142 is introduced into the condenser 140 through a circulating water pump 161a, and the seawater 142 introduced into the condenser 140 absorbs energy from the steam and is discharged to the sea. The steam (water) cooled in the condenser 140 is introduced back into the steam generator 110 through the main feed water pump 161b, and the steam (water) is transferred from the condenser 140 to the steam generator 110. Auxiliary facilities 162 may be used to inflow.

도 3을 참조하면, 상기 수소 발생부(200)는 전기분해장치(260)를 통해 수소를 생산하는 곳으로, 상기 수소 발생부(200)는 상기 제2유로(131)를 통해 유입되는 증기의 잉여 에너지를 이용하여 수소를 생산하는 곳이다. Referring to FIG. 3, the hydrogen generator 200 is a place where hydrogen is produced through the electrolysis device 260, and the hydrogen generator 200 is a source of steam introduced through the second flow path 131. It is a place where hydrogen is produced using excess energy.

상기 수소 발생부(200)는 제1열교환기(210), 순환유로(220), 단열압축장치(230), 제2열교환기(250), 전기분해장치(260)를 포함한다. 상기 제1열교환기(210)는 상기 제2유로(131)로부터 증기가 유입되는 곳으로, 상기 제1열교환기(210)에서 증기와 열전달 매체가 열교환된다. The hydrogen generator 200 includes a first heat exchanger 210, a circulation passage 220, an adiabatic compression device 230, a second heat exchanger 250, and an electrolysis device 260. The first heat exchanger 210 is a place where steam flows from the second flow path 131, and heat exchange between steam and a heat transfer medium is performed in the first heat exchanger 210.

상기 순환유로(220)는 상기 수소 발생부(200)를 순환하는 유로로, 상기 열전달 매체는 상기 순환유로(220)를 따라서 순환되면서 상기 제1열교환기(210)에서는 증기로부터 열을 전달받고, 상기 제2열교환기(250)에서는 물에 열을 전달하게 된다. The circulation passage 220 is a passage that circulates the hydrogen generator 200, and the heat transfer medium is circulated along the circulation passage 220 to receive heat from the steam in the first heat exchanger 210, The second heat exchanger 250 transfers heat to water.

상기 제2유로(131)에서 유입된 증기는 상기 제1열교환기(210)에서 상기 열전달 매체에 열을 전달하게 되고, 상기 제1열교환기(210)에서 가열된 상기 열전달 매체는 상기 단열압축장치(230)로 이동된다. The steam introduced from the second flow path 131 transfers heat from the first heat exchanger 210 to the heat transfer medium, and the heat transfer medium heated in the first heat exchanger 210 is the adiabatic compression device. Go to 230.

일반적으로, 대용량의 수소를 경제적으로 생산하기 위해서는 고체 산화물 전해요소를 이용해 800도 이상의 고온 수증기의 열화학적 열분해 또는 고온 수증기의 전기분해 공정이 필요하다. 그러나 종래의 원자력 발전소나 화력 발전소에서 사용되는 고온의 증기는 섭씨 200도 내지 400도 정도로 이루어져 800도에 미치지 못하기 때문에 이와 같은 증기를 통해 수소를 생산하기 어려운 문제점이 있다. In general, in order to economically produce large-capacity hydrogen, a process of thermal chemical pyrolysis of high temperature steam of 800 degrees or higher or electrolysis of high temperature steam is required using a solid oxide electrolytic element. However, since the high-temperature steam used in conventional nuclear power plants or thermal power plants consists of about 200 to 400 degrees Celsius and does not reach 800 degrees, it is difficult to produce hydrogen through such steam.

따라서 상기 제1열교환기(210)에서 증기와 상기 열전달 매체가 열교환되어도, 상기 열전달 매체의 온도가 경제적으로 수소를 생산하기에 적합한 온도가 되지 못하는 문제가 있다. 상기 단열압축장치(230)는 이를 해결하기 위해 구비된 것으로, 상기 단열압축장치(230)는 단열 압축을 통해 상기 열전달 매체의 온도를 상승시킬 수 있는 것이다. 상기 단열압축장치(230)는 상기 열전달 매체를 단열 압축할 수 있다면 다양한 단열압축장치가 사용될 수 있다. Accordingly, even when steam and the heat transfer medium are heat-exchanged in the first heat exchanger 210, there is a problem that the temperature of the heat transfer medium does not become an economically suitable temperature for producing hydrogen. The adiabatic compression device 230 is provided to solve this problem, and the adiabatic compression device 230 is capable of increasing the temperature of the heat transfer medium through adiabatic compression. The adiabatic compression device 230 may use various adiabatic compression devices as long as the heat transfer medium can be adiabaticly compressed.

상기 단열압축장치(230)를 통해 상기 열전달 매체의 온도를 상승시킬 수 있으며, 상기 단열압축장치(230)에서 온도가 상승된 상기 열전달 매체는 상기 제2열교환기(250)로 유입된다. 상기 제2열교환기(250)는 상기 순환유로(220)에 구비되는 것으로, 상기 제2열교환기(250)에서 상기 단열압축장치(230)를 통해 단열 압축된 상기 열전달 매체와 물이 열교환된다. The temperature of the heat transfer medium may be increased through the adiabatic compression device 230, and the heat transfer medium whose temperature is increased in the adiabatic compression device 230 flows into the second heat exchanger 250. The second heat exchanger 250 is provided in the circulation passage 220, and heat exchange between the heat transfer medium and water adiabatically compressed through the adiabatic compression device 230 in the second heat exchanger 250.

여기서, 상기 제2열교환기(250)는 복수 개가 구비될 수 있으며, 복수 개의 상기 제2열교환기(250)를 통해 상기 열전달 매체와 물의 열교환 효율을 높일 수 있다. 도 3에서는 상기 제2열교환기(250)의 개수는 2개로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 열교환 효율을 높이기 위해 2개 이상이 구비될 수도 있다.Here, a plurality of second heat exchangers 250 may be provided, and heat exchange efficiency between the heat transfer medium and water may be improved through the plurality of second heat exchangers 250. In FIG. 3, the number of the second heat exchangers 250 is shown as two, but the number of the second heat exchangers 250 is not limited thereto, and two or more may be provided to increase heat exchange efficiency.

상기 제2열교환기(250)에서 상기 열전달 매체와 열교환하여 온도가 상승된 고온의 물(증기)은 상기 전기분해장치(260)로 이동되며, 상기 전기분해장치(260)에서 고온 수증기 전기분해 공정 또는 열화학적 열분해 공정을 통해 수소가 생산된다. High-temperature water (steam) whose temperature is increased by exchanging heat with the heat transfer medium in the second heat exchanger 250 is moved to the electrolysis device 260, and a high-temperature steam electrolysis process in the electrolysis device 260 Alternatively, hydrogen is produced through a thermochemical pyrolysis process.

상기 순환유로(220)에는 상기 열전달 매체를 팽창시켜 온도를 낮출 수 있는 팽창밸브(270)가 구비될 수도 있다. 상기 팽창밸브(270)는 상기 제2열교환기(250)에서 물과 열교환된 상기 열전달 매체가 유입되도록 상기 순환유로(220)에 구비되는 것으로, 상기 팽창밸브(270)를 통해 상기 열전달 매체를 팽창시켜 온도를 낮출 수 있게 된다. An expansion valve 270 capable of lowering the temperature by expanding the heat transfer medium may be provided in the circulation passage 220. The expansion valve 270 is provided in the circulation passage 220 so that the heat transfer medium heat-exchanged with water in the second heat exchanger 250 is introduced, and expands the heat transfer medium through the expansion valve 270 So that the temperature can be lowered.

상기 팽창밸브(270)를 통해 상기 열전달 매체의 온도를 낮추면, 상기 열전달 매체는 저온(상온)으로 변환되면서 재가열이 가능해지고, 이를 다시 상기 순환유로(220)를 통해 상기 제1열교환기(210)에 공급함에 따라 열교환 효율을 높일 수 있게 된다. When the temperature of the heat transfer medium is lowered through the expansion valve 270, the heat transfer medium is converted to a low temperature (room temperature) and can be reheated, and the first heat exchanger 210 can be reheated through the circulation passage 220. As it is supplied to, the heat exchange efficiency can be improved.

도 3을 참조하면, 상기 제1열교환기(210)는 복수 개가 구비될 수 있으며, 상기 제2유로(131)를 통해 유입되는 증기는 복수 개의 상기 제1열교환기(210a, 210b)에서 열교환될 수 있다. 구체적으로, 상기 제2유로(131)를 통해 유입된 증기는 첫 번째 제1열교환기(210a)에서 열교환된 이후에, 다시 두 번째 제1열교환기(210b)로 유입되어 한 번 더 열교환될 수 있다. 3, the first heat exchanger 210 may be provided with a plurality, and the steam introduced through the second flow path 131 is heat-exchanged in the plurality of first heat exchangers (210a, 210b). I can. Specifically, after the steam introduced through the second flow path 131 is heat-exchanged in the first first heat exchanger 210a, it may be introduced into the second first heat exchanger 210b again to be heat-exchanged once more. have.

상기 제1열교환기(210)의 개수는 2개로 한정되는 것은 아니며, 열교환 효율을 높이기 위해 2개 이상이 구비될 수도 있다. 상기 제2유로(131)를 통해 유입되고, 상기 제1열교환기(210)에서 열교환된 증기는 제3유로(141)를 통해 상기 복수기(140)로 유입될 수 있다. The number of the first heat exchangers 210 is not limited to two, and two or more may be provided to increase heat exchange efficiency. Steam introduced through the second flow path 131 and heat-exchanged in the first heat exchanger 210 may flow into the condenser 140 through the third flow path 141.

상기 제3유로(141)는 상기 제1열교환기(210)와 상기 복수기(140)를 연결하는 것으로, 상기 제1열교환기(210)에서 열교환된 증기는 상기 제3유로(141)를 통해 상기 복수기(140)로 이동되어 냉각될 수 있다. The third flow path 141 connects the first heat exchanger 210 and the condenser 140, and the steam heat exchanged in the first heat exchanger 210 is transferred to the third flow path 141. It may be moved to the condenser 140 and cooled.

본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 제2유로(131)와 상기 제3유로(141)에는 상기 제2유로(131) 및 상기 제3유로(141)로 증기를 우회시킬 수 있는 유지보수용 우회밸브(133)가 구비될 수도 있다. 상기 유지보수용 우회밸브(133)는 상기 수소 발생부(200)의 열교환기의 유지보수 및 다른 구성의 유지보수를 위해 사용되는 것으로, 필요에 따라 상기 유지보수용 우회밸브(133)를 개폐하여 상기 수소 발생부(200)를 유지보수 할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the second flow passage 131 and the third flow passage 141 have a maintenance bypass capable of bypassing steam to the second passage 131 and the third passage 141 A valve 133 may be provided. The maintenance bypass valve 133 is used for maintenance of the heat exchanger of the hydrogen generating unit 200 and maintenance of other configurations, by opening and closing the maintenance bypass valve 133 as necessary. The hydrogen generator 200 may be maintained.

본 발명의 실시 예에 따른 상기 수소 발생부(200)는, 상기 제1열교환기(210)와 상기 단열압축장치(230) 사이에 구비되며, 상기 단열압축장치(230)에 공급되는 상기 열전달 매체의 유량을 조절할 수 있는 제1유량조절밸브(240)와, 상기 제1열교환기(210)로 공급되는 상기 열전달 매체의 유량을 조절할 수 있는 순환유로 펌프(221)와, 상기 단열압축장치(230)에 유입되는 상기 열전달 매체의 온도에 따라 상기 제1유량조절밸브(240) 및 순환유로 펌프(221)의 속도를 제어할 수 있는 제1제어부(241)를 포함할 수 있다. The hydrogen generator 200 according to an embodiment of the present invention is provided between the first heat exchanger 210 and the adiabatic compression device 230, and the heat transfer medium supplied to the adiabatic compression device 230 A first flow rate control valve 240 capable of adjusting the flow rate of, a circulation channel pump 221 capable of adjusting the flow rate of the heat transfer medium supplied to the first heat exchanger 210, and the adiabatic compression device 230 ) May include a first control unit 241 capable of controlling the speeds of the first flow rate control valve 240 and the circulation channel pump 221 according to the temperature of the heat transfer medium introduced into ).

상기 단열압축장치(230)로 유입되는 상기 열전달 매체의 온도는 부하추종 신호에 따른 증기 유량에 의해 가변될 수 있다. 상기 제1제어부(241)는 상기 제1유량조절밸브(240) 및 상기 순환유로 펌프(221)를 통해 상기 열전달 매체의 유량을 조절하여 증기 유량에 따라 가변되는 상기 열전달 매체의 온도를 일정하게 유지할 수 있는 것이다. The temperature of the heat transfer medium introduced into the adiabatic compression device 230 may be varied by a vapor flow rate according to a load following signal. The first control unit 241 regulates the flow rate of the heat transfer medium through the first flow rate control valve 240 and the circulation flow pump 221 to maintain a constant temperature of the heat transfer medium that is varied according to the steam flow rate. It can be.

구체적으로, 상기 제1제어부(241)는 상기 단열압축장치(230)로 유입되는 상기 열전달 매체의 온도를 측정하며, 상기 단열압축장치(230)로 유입되는 상기 열전달 매체의 온도가 낮을 때에는 상기 제1제어부(241)와 상기 제1유량조절밸브(240)의 개도 및 상기 순환유로 펌프(221)의 속도 조절을 통해 유량을 감소시켜 목표하는 온도로 가열한다. Specifically, the first control unit 241 measures the temperature of the heat transfer medium flowing into the adiabatic compression device 230, and when the temperature of the heat transfer medium flowing into the adiabatic compression device 230 is low, 1 The flow rate is reduced by adjusting the opening degree of the control unit 241 and the first flow rate control valve 240 and the speed of the circulation channel pump 221 to heat to a target temperature.

(여기서, 상기 단열압축장치(230)는 한정된 압축 능력이 있으므로 작은 수준의 온도변화에 대한 제어는 가능하나, 큰 온도 감소 시에는 상기 열전달 매체의 유량을 감소시켜 단열압축장치에 요구되는 전력(전기)이 일정 수준 이상 증가하지 않고 목표 온도를 제어할 수 있도록 한다.)(Here, since the adiabatic compression device 230 has a limited compression capability, it is possible to control a small level of temperature change, but when a large temperature decreases, the flow rate of the heat transfer medium is reduced to reduce the power required for the adiabatic compression device (electricity). ) To control the target temperature without increasing more than a certain level.)

본 발명의 실시 예에 따른 상기 수소 발생부(200)는 상기 제2열교환기(250)에 공급되는 물의 유량을 조절할 수 있는 제2유량조절밸브(280)와, 상기 제2열교환기(250)에서 상기 전기분해장치(260)로 이동되는 물의 온도에 따라 상기 제2유량조절밸브(280)를 제어할 수 있는 제2제어부(281)를 포함할 수 있다. The hydrogen generator 200 according to an embodiment of the present invention includes a second flow rate control valve 280 capable of adjusting the flow rate of water supplied to the second heat exchanger 250, and the second heat exchanger 250 In may include a second control unit 281 that can control the second flow rate control valve 280 according to the temperature of the water moved to the electrolysis device 260.

상기 단열압축장치(230)로부터 상기 제2열교환기(250)로 공급되는 상기 열전달 매체의 유량이 감소할 경우, 물을 가열하는 상기 제2열교환기(250) 출구 온도가 감소될 수 있다. 이 경우 상기 전기분해장치(260)로 공급되는 물의 유량을 조절하여 목표하는 온도를 유지할 수 있게 된다. When the flow rate of the heat transfer medium supplied from the adiabatic compression device 230 to the second heat exchanger 250 decreases, the outlet temperature of the second heat exchanger 250 for heating water may decrease. In this case, it is possible to maintain a target temperature by adjusting the flow rate of water supplied to the electrolysis device 260.

상기 제2유량조절밸브(280)와 상기 제2제어부(281)를 이를 위해 구비된 것으로, 상기 제2제어부(281)는 상기 제2열교환기(250)의 출구(상기 제2열교환기(250)에서 상기 전해분해 장치(260)로 이동되는 유로)에서 물의 온도를 측정할 수 있다. 상기 제2제어부(281)에서 측정된 물의 온도가 낮은 경우 상기 제2유량조절밸브(280)를 통해 공급되는 물의 유량을 감소시킬 수 있고, 이를 통해 목표하는 온도로 물을 공급할 수 있게 된다.The second flow rate control valve 280 and the second control unit 281 are provided for this purpose, and the second control unit 281 is an outlet of the second heat exchanger 250 (the second heat exchanger 250 ), the temperature of water may be measured in a flow path that moves to the electrolytic decomposition device 260. When the temperature of water measured by the second control unit 281 is low, the flow rate of water supplied through the second flow rate control valve 280 may be reduced, and water can be supplied at a target temperature through this.

본 발명의 실시 예에 따른 상기 수소 발생부(200)는 상기 순환유로(220)를 순환하는 열전달 매체를 사용하여 수소를 생산하는 것으로, 상기 열전달 매체는 이산화탄소일 수 있다.The hydrogen generator 200 according to an exemplary embodiment of the present invention produces hydrogen by using a heat transfer medium circulating through the circulation passage 220, and the heat transfer medium may be carbon dioxide.

원자력발전소의 증기발생기를 통해 가열된 증기를 직접 전기분해하여 수소를 생산하는 방법이 있으나, 노후된 증기발생기의 세관에서 미세 균열이 발생할 경우 증기발생기에서 발생하는 방사능이 증기로 유입될 위험성이 있다. 이를 방지하기 위해 본 발명의 실시 예에 따른 발전소 시스템은 열전달 매체를 통해 증기의 열을 이용한다. 상기 열전달 매체는 열전달 효율 측면에서 이산화탄소인 것이 바람직하다. There is a method of producing hydrogen by directly electrolyzing heated steam through a steam generator of a nuclear power plant, but there is a risk that radioactivity generated from the steam generator will flow into the steam if microcracks occur in the customs pipe of the old steam generator. To prevent this, the power plant system according to an embodiment of the present invention uses the heat of steam through a heat transfer medium. The heat transfer medium is preferably carbon dioxide in terms of heat transfer efficiency.

상술한 본 발명의 실시 예에 따른 수소 생산을 통한 발전소 부하추종운전 시스템은 원자력 발전소 및 화력 발전소 모두에 적용될 수 있는 것으로 다음과 같이 작동될 수 있다. The power plant load following operation system through hydrogen production according to an embodiment of the present invention described above can be applied to both a nuclear power plant and a thermal power plant, and can be operated as follows.

본 발명의 실시 예에 따른 수소 생산을 통한 발전소 부하추종운전 시스템은 심야와 같이 전기 사용량이 감소하는 경우 부하추종을 위해 터빈의 전기 출력을 감발한다. 구체적으로, 터빈제어계통(122)은 부하추종을 위한 터빈의 전기 출력 요구 신호를 전달받고, 이를 통해 터빈제어밸브(121)를 제어하여 제1터빈(120)의 전기 출력을 감발시킨다. The power plant load following operation system through hydrogen production according to an embodiment of the present invention reduces the electric output of the turbine to follow the load when electricity usage decreases, such as at night. Specifically, the turbine control system 122 receives the electric output request signal of the turbine for load tracking, and controls the turbine control valve 121 through this, thereby reducing the electric output of the first turbine 120.

이때, 증기우회제어계통(132)은 부하추종을 위한 터빈 출력 신호를 전달받고, 이를 통해 감발된 터빈의 전기 출력에 상응하는 증기 유량이 터빈우회밸브(130)를 통해 수소 발생부(200)의 제1열교환기(210)로 우회할 수 있도록 터빈우회밸브(130)를 개방한다. At this time, the steam bypass control system 132 receives a turbine output signal for load following, and a steam flow rate corresponding to the electric output of the turbine deduced through this is transmitted to the hydrogen generator 200 through the turbine bypass valve 130. The turbine bypass valve 130 is opened to bypass the first heat exchanger 210.

여기서, 보일러를 통해 발생된 열에너지(증기, 보일러의 출력)는 터빈에서 소모되고, 남은 잉여 에너지(증기)는 터빈우회밸브(130)를 통해 수소 발생부(200)의 제1열교환기(210)에서 소모됨에 따라, 터빈의 전기 출력이 감발되더라도 보일러 출력을 감발하지 않고 정격출력을 유지할 수 있게 된다. Here, the heat energy (steam, output of the boiler) generated through the boiler is consumed by the turbine, and the remaining excess energy (steam) is the first heat exchanger 210 of the hydrogen generator 200 through the turbine bypass valve 130 As consumed in, even if the electric output of the turbine is degraded, it is possible to maintain the rated output without derating the boiler output.

또한, 보일러 출력을 정격출력으로 일정하게 유지시키다가, 보일러 출력이 2차 열제거 능력(2차 계통 열제거 능력 = 제1터빈(120)의 전기 출력 + 터빈우회밸브(130)를 통해 우회되는 증기 유량)을 추종하도록 보일러 출력제어계통(150)을 통해 보일러 출력을 제어할 수도 있다. In addition, while maintaining the boiler output constant at the rated output, the boiler output is bypassed through the secondary heat removal capability (secondary system heat removal capability = electricity output of the first turbine 120 + turbine bypass valve 130). The boiler output may be controlled through the boiler output control system 150 to follow the steam flow rate).

이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 수소 생산을 통한 발전소 부하추종운전 시스템은 터빈우회밸브를 통해 수소 발생부에 잉여 에너지를 공급하여 수소를 생산함에 따라 터빈의 전기 출력 감발시 보일러 출력을 감발하지 않고 정격 출력을 유지할 수 있다. 이를 통해 보일러의 출력을 정격출력으로 일정하게 유지하면서도 전력수요에 맞춰 부하추종을 원활하게 수행할 수 있으며, 잉여 에너지를 이용하고 열전달 매체의 가열을 통해 고온의 수증기를 이용하여 수소를 생산하므로 경제적으로 수소의 대량 생산이 가능한 장점이 있다. As described above, the power plant load following operation system through hydrogen production according to an embodiment of the present invention does not reduce the boiler output when reducing the electricity output of the turbine by supplying excess energy to the hydrogen generator through the turbine bypass valve. It can maintain the rated output without. Through this, it is possible to smoothly follow the load in accordance with the power demand while maintaining the boiler output at a constant rated output. It is economical because it uses excess energy and generates hydrogen using high-temperature water vapor through heating of the heat transfer medium. There is an advantage that mass production of hydrogen is possible.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 수소 생산을 통한 발전소 부하추종운전 시스템은 전력예비율이 증가하는 심야에는 잉여 증기 에너지를 통해 경제적인 대량 수소 생산이 가능하여 주간과 심야의 전력예비율 편차를 최소화할 수 있으며, 24시간 발전설비 이용률을 높일 수 있고, 원자로나 보일러 출력을 감발하지 않으므로, 피크 전력 발생 시 용이하고 신속하게 터빈의 전기 출력을 증가시킬 수 있어 안정적으로 전력망을 제어할 수 있는 장점이 있다. In addition, the power plant load following operation system through hydrogen production according to an embodiment of the present invention enables economical mass production of hydrogen through surplus steam energy at late nights when the power reserve ratio increases, thereby minimizing the deviation of the power reserve ratio between daytime and late night. In addition, since it is possible to increase the utilization rate of power generation facilities for 24 hours and do not reduce the output of the reactor or boiler, it is possible to increase the electric output of the turbine easily and quickly when peak power is generated, thereby stably controlling the power grid.

이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 않으며, 본 발명의 범주를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 많은 변형이 제공될 수 있다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위를 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.In the above, the present invention has been described in detail with reference to a preferred embodiment, but the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications may be provided within the scope not departing from the scope of the present invention. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.

110…증기발생기 111…제1유로
120…제1터빈 121…터빈제어밸브
122…터빈제어계통 123…제2터빈
130…터빈우회밸브 131…제2유로
132…증기우회제어계통 133…유지보수용 우회밸브
140…복수기 141…제3유로
142…해수 150…보일러 출력제어계통
151…제어봉제어계통 160…전력통제시스템
161a…순환수 펌프 161b….주급수 펌프
162…보조설비 200…수소 발생부
210…제1열교환기 220…순환유로
221…순환유로 펌프 230…단열압축장치
240…제1유량조절밸브 241…제1제어부
250…제2열교환기 260…전기분해장치
270…팽창밸브 280…제2유량조절밸브
281…제2제어부110... Steam generator 111... 1 euro
120... First turbine 121... Turbine control valve
122... Turbine control system 123... Second turbine
130... Turbine bypass valve 131... 2nd euro
132... Vapor bypass control system 133... Bypass valve for maintenance
140... Condenser 141... 3 euros
142... Sea water 150... Boiler output control system
151... Control rod control system 160... Power control system
161a... Circulating water pump 161b... .Main water pump
162... Auxiliary equipment 200… Hydrogen generator
210... First heat exchanger 220... Circulation flow
221... Circulation flow pump 230... Adiabatic compression device
240... First flow rate control valve 241... First control unit
250… 2nd heat exchanger 260... Electrolysis device
270... Expansion valve 280... 2nd flow control valve
281... 2nd control unit

Claims (10)

부하추종운전 발전소 시스템에 있어서,
보일러를 통해 증기를 발생시킬 수 있는 증기발생기;
상기 증기발생기와 연결되며, 상기 증기발생기에서 발생한 증기가 이동되는 제1유로;
상기 제1유로와 연결되며, 상기 제1유로에서 증기가 유입되는 제1터빈;
전기분해장치로 수소를 생산하는 수소 발생부;
상기 제1유로에서부터 분기되어 상기 수소 발생부와 연결되며, 증기가 이동되는 제2유로;
상기 제2유로 상에 구비되며, 상기 제2유로를 개폐하여 상기 제2유로로 이동되는 증기의 양을 조절할 수 있는 터빈우회밸브;
상기 제1터빈과 연결되며, 상기 제1터빈에서 배출되는 증기를 냉각시킬 수 있는 복수기;를 포함하며,
상기 수소 발생부는,
상기 제2유로의 증기가 유입되며, 증기와 열전달 매체를 열교환시키는 제1열교환기와,
상기 열전달 매체를 순환시키는 순환유로와,
상기 순환유로에 구비되며, 상기 열전달 매체를 단열 압축할 수 있는 단열압축장치와,
상기 제1열교환기와 상기 단열압축장치 사이에 구비되어, 상기 단열압축장치에 공급되는 상기 열전달 매체의 유량을 조절할 수 있는 제1유량조절밸브와,
상기 제1열교환기로 공급되는 상기 열전달 매체의 유량을 조절할 수 있는 순환유로 펌프와,
상기 단열압축장치에 유입되는 상기 열전달 매체의 온도에 따라 상기 제1유량조절밸브와 상기 순환유로 펌프의 속도를 제어할 수 있는 제1제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소 생산을 통한 발전소 부하추종운전 시스템.In the load following operation power plant system,
A steam generator capable of generating steam through a boiler;
A first flow path connected to the steam generator and through which steam generated from the steam generator moves;
A first turbine connected to the first flow passage and through which steam flows in from the first flow passage;
A hydrogen generator for producing hydrogen with an electrolysis device;
A second passage branched from the first passage and connected to the hydrogen generator, and through which steam moves;
A turbine bypass valve provided on the second flow path and capable of opening and closing the second flow path to control the amount of steam transferred to the second flow path;
Includes; a condenser connected to the first turbine and capable of cooling steam discharged from the first turbine,
The hydrogen generator,
A first heat exchanger through which steam from the second flow path flows in and exchanges heat between the steam and a heat transfer medium;
A circulation passage for circulating the heat transfer medium,
An adiabatic compression device provided in the circulation passage and capable of adiabatic compression of the heat transfer medium;
A first flow rate control valve provided between the first heat exchanger and the adiabatic compression device and capable of adjusting the flow rate of the heat transfer medium supplied to the adiabatic compression device,
A circulation flow channel pump capable of adjusting a flow rate of the heat transfer medium supplied to the first heat exchanger,
Power plant load following operation through hydrogen production, characterized in that it comprises a first control unit for controlling the speed of the first flow rate control valve and the circulation channel pump according to the temperature of the heat transfer medium introduced into the adiabatic compression device system. 제1항에 있어서,
상기 제1유로 상에서 상기 제1터빈으로 이동되는 증기의 양을 조절할 수 있는 터빈제어밸브와, 상기 터빈제어밸브를 통해 상기 제1터빈의 전기 출력을 제어하는 터빈제어계통과 상기 터빈우회밸브를 통해 상기 제2유로로 이동되는 증기의 양을 조절할 수 있는 증기우회제어계통을 더 포함하며,
상기 터빈제어계통을 통해 상기 제1터빈의 전기 출력을 감발할 때, 상기 증기우회제어계통을 통해 상기 제2유로로 이동되는 증기의 양을 조절하여 상기 보일러 출력을 일정하게 유지시키는 것을 특징으로 하는 수소 생산을 통한 발전소 부하추종운전 시스템.The method of claim 1,
Through a turbine control valve capable of controlling the amount of steam moved to the first turbine on the first flow path, a turbine control system controlling the electric output of the first turbine through the turbine control valve, and the turbine bypass valve. Further comprising a steam bypass control system capable of adjusting the amount of steam moved to the second flow path,
When reducing the electric output of the first turbine through the turbine control system, the boiler output is maintained constant by adjusting the amount of steam transferred to the second flow path through the steam bypass control system. Power plant load following operation system through hydrogen production. 제1항에 있어서,
상기 보일러의 출력을 제어할 수 있는 보일러 출력제어계통을 더 포함하며,
상기 보일러 출력제어계통은 상기 제1터빈의 전기 출력과 상기 터빈우회밸브를 통해 상기 제2유로로 이동되는 증기의 양을 추종하도록 상기 보일러의 출력을 제어하는 것을 특징으로 하는 수소 생산을 통한 발전소 부하추종운전 시스템.The method of claim 1,
Further comprising a boiler output control system capable of controlling the output of the boiler,
The boiler output control system controls the output of the boiler to follow the electric output of the first turbine and the amount of steam transferred to the second flow path through the turbine bypass valve. Following driving system. 제3항에 있어서,
상기 보일러는 원자로발전소의 원자로 출력제어계통에 의해 제어되며,
상기 원자로 출력제어계통은 제어봉을 원자로에 인출 및 삽입하여 상기 보일러의 출력을 제어하는 것을 특징으로 하는 수소 생산을 통한 발전소 부하추종운전 시스템.The method of claim 3,
The boiler is controlled by the reactor power control system of the nuclear power plant,
The reactor output control system is a power plant load following operation system through hydrogen production, characterized in that for controlling the output of the boiler by drawing and inserting a control rod into the reactor. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제1열교환기에서 열교환된 증기는 상기 복수기와 연결되는 제3유로를 통해 상기 복수기로 이동되며,
상기 제2유로와 상기 제3유로에는, 상기 제2유로 및 상기 제3유로로 이동되는 증기를 우회할 수 있는 유지보수용 우회밸브가 구비되는 것을 특징으로 하는 수소 생산을 통한 발전소 부하추종운전 시스템.The method of claim 1,
The steam heat-exchanged in the first heat exchanger is moved to the condenser through a third flow path connected to the condenser,
Power plant load following operation system through hydrogen production, characterized in that the second flow path and the third flow path are provided with a maintenance bypass valve capable of bypassing the steam moving to the second flow path and the third flow path. . 제6항에 있어서,
상기 제1열교환기는 복수 개가 구비되며,
상기 제2유로를 통해 유입되는 증기는 복수 개의 상기 제1열교환기에서 열교환된 이후에, 상기 제3유로를 통해 상기 복수기로 이동되는 것을 특징으로 하는 수소 생산을 통한 발전소 부하추종운전 시스템.The method of claim 6,
The first heat exchanger is provided with a plurality,
The power plant load following operation system through hydrogen production, characterized in that the steam introduced through the second flow passage is transferred to the condenser through the third flow passage after being heat-exchanged in a plurality of the first heat exchangers. 제1항에 있어서,
상기 순환유로에는, 상기 단열압축장치를 통해 단열 압축된 상기 열전달 매체와 물을 열교환시키는 제2열교환기가 구비되며,
상기 제2열교환기에서 열교환된 물은 상기 전기분해장치로 이동하는 것을 특징으로 하는 수소 생산을 통한 발전소 부하추종운전 시스템.The method of claim 1,
The circulation passage is provided with a second heat exchanger for exchanging heat with water with the heat transfer medium adiabatically compressed through the adiabatic compression device,
A power plant load following operation system through hydrogen production, characterized in that the water heat-exchanged in the second heat exchanger moves to the electrolysis device. 제8항에 있어서,
상기 제2열교환기는 복수 개가 구비되며,
상기 순환유로에는, 상기 열전달 매체를 팽창시켜 온도를 낮출 수 있는 팽창밸브가 구비되며,
상기 팽창밸브는, 상기 제2열교환기에서 열교환된 상기 열전달 매체의 온도를 낮추는 것을 특징으로 하는 수소 생산을 통한 발전소 부하추종운전 시스템.The method of claim 8,
The second heat exchanger is provided with a plurality,
In the circulation passage, an expansion valve capable of lowering a temperature by expanding the heat transfer medium is provided,
The expansion valve is a power plant load following operation system through hydrogen production, characterized in that lowering the temperature of the heat transfer medium heat-exchanged in the second heat exchanger. 제8항에 있어서,
상기 제2열교환기에 공급되는 물의 유량을 조절할 수 있는 제2유량조절밸브와,
상기 제2열교환기에서 상기 전기분해장치로 이동되는 물의 온도에 따라 상기 제2유량조절밸브를 제어할 수 있는 제2제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소 생산을 통한 발전소 부하추종운전 시스템.
The method of claim 8,
A second flow rate control valve capable of adjusting the flow rate of water supplied to the second heat exchanger,
And a second control unit capable of controlling the second flow rate control valve according to the temperature of the water transferred from the second heat exchanger to the electrolysis device.
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