KR102231347B1 - Apparatus and method for controlling power generation output based on prediction of supply of by-product gas - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 부생가스 수급예측에 기초한 발전출력 제어방법은 부생가스의 발생량과 조업 사용량을 예측하는 단계; 예측한 발생량과 조업 사용량에 기초하여 발전용 가스공급량을 예측하는 단계; 발전기의 효율을 추정하는 단계; 발전 제약조건을 설정하는 단계; 및 예측한 발전용 가스공급량, 발전기 효율 및 발전 제약조건을 반영하여 발전기에 부생가스를 공급하는 단계;를 포함한다.Power generation output control method based on the by-product gas supply and demand prediction according to an embodiment of the present invention comprises the steps of predicting the amount of by-product gas generation and operation usage; Predicting the amount of gas supply for power generation based on the predicted generation amount and the amount of operation used; Estimating the efficiency of the generator; Setting power generation constraints; And supplying by-product gas to the generator by reflecting the predicted power generation gas supply amount, generator efficiency, and power generation constraint conditions.

Description

부생가스 수급예측에 기초한 발전출력 제어장치 및 제어방법 {APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING POWER GENERATION OUTPUT BASED ON PREDICTION OF SUPPLY OF BY-PRODUCT GAS}Power generation output control device and control method based on by-product gas supply and demand forecast {APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING POWER GENERATION OUTPUT BASED ON PREDICTION OF SUPPLY OF BY-PRODUCT GAS}

본 발명은 부생가스의 수급 예측에 기초하여 발전소의 발전출력을 제어하는 장치 및 방법에 대한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for controlling the power generation output of a power plant based on the prediction of supply and demand of by-product gas.

제철공정 또는 석유화학공정 등에서는 다량의 부생가스가 발생한다. 예를 들면, 제철공정의 고로에서 발생하는 고로 가스(Blast Furnace Gas, BFG), 코크스 제조과정에서 발생하는 코크스로 가스(Cokes Oven Gas, COG), 제강공정의 전로에서 발생하는 전로 가스(Linz-Donawitz Gas, LDG) 및 파이넥스(Finex) 공정에서 발생하는 파이넥스 가스(Finex Off Gas, FOG) 등의 부생가스가 있다. 제철소에서 발생한 부생가스를 회수하여 제철공정의 에너지원으로 재사용함으로써 전력 사용량을 줄여 원가를 절감할 수 있으며, 부생가스를 발전소의 에너지원으로 사용하여 전력을 생산할 수 있다. A large amount of by-product gas is generated in the steel making process or the petrochemical process. For example, blast furnace gas (BFG) generated in the blast furnace of the steelmaking process, Coke oven gas (COG) generated in the coke manufacturing process, and the converter gas generated in the converter of the steelmaking process (Linz- There are by-product gases such as Donawitz Gas, LDG) and Finex Off Gas (FOG) generated in the Finex process. By recovering the by-product gas generated in the steel mill and reusing it as an energy source for the steel-making process, it is possible to reduce the power consumption and reduce the cost, and the by-product gas can be used as the energy source of the power plant to generate power.

부생가스의 수급 상황은 실시간으로 변동될 수 있는데 종래에는 고로, 코크스로 및 전로 등의 조업에서 발생되는 각종 부생가스들에 대해 가스 발생과 연관되는 일부 변수들과 열풍로 및 각종 압연공정의 가열로 등에서의 가스 사용과 연관되는 일부 변수들을 수신하여 발생량 및 사용량을 경험적으로 예측하였다. 즉, 종래에는 운전원들의 경험적 예측에 의해 부생가스 종류 별 홀더 레벨을 관리하며 홀더 레벨이 중간 부근에서 운전될 수 있도록 부생가스의 밸런스 상태 예측에 따라 운전원들이 개입하여 발전소에 연료 사용 증가 또는 감소를 유선상으로 요청하였다. 종래의 발전소에서는 시스템화된 부생가스의 수급 예측 및 발전기 별 효율에 기반한 발전 가스 분배 방법이 적용되지 않았다. 따라서 발전소의 효율을 증대시키기 위해서는 부생가스의 발생 및 사용 예측 정보를 이용해 실시간으로 발전기에 발전가스를 분배하는 방법을 적용할 필요가 있다.The supply and demand situation of by-product gas can fluctuate in real time, but in the past, some variables related to gas generation for various by-product gases generated in operations such as blast furnaces, coke furnaces and converters, and heating furnaces of hot stoves and various rolling processes, etc. Some variables related to gas use were received and empirically predicted the amount of generation and consumption. In other words, conventionally, the holder level for each type of by-product gas is managed according to the empirical prediction of the operators, and the operator intervenes according to the prediction of the balance state of the by-product gas so that the holder level can be operated near the middle, and the increase or decrease of fuel use at the power plant is monitored on a wired basis. Requested. In a conventional power plant, a method of distributing power generation gas based on the systemized by-product gas supply and demand prediction and the efficiency of each generator was not applied. Therefore, in order to increase the efficiency of a power plant, it is necessary to apply a method of distributing power generation gas to a generator in real time using information about generation and use of by-product gas.

하기의 선행기술문헌 중에서 특허문헌 1은 제철소 내에 있어서의 가스, 증기 및, 전력의 수급 운용 작업을 지원하는 에너지 수급 운용 가이던스 장치 및 제철소 내의 에너지 수급 운용 방법에 관하여 기재하고 있고, 특허문헌 2는 부생가스, 증기, 전력 등의 에너지 유틸리티 수급 운용 작업을 지원하는 에너지 수급 운용 가이던스 장치 및 제철소내의 에너지 수급 운용 방법에 대하여 기재하고 있다. 그러나 부생가스 수급예측을 기반으로 발전소의 전력 생산이 최대로 되도록 발전가스를 발전기에 분배하는 장치 및 방법에 대해서는 선행기술문헌에 개시되어 있지 않다.Among the following prior art documents, Patent Document 1 describes an energy supply and demand operation guidance device that supports the supply and demand operation of gas, steam, and power in a steel mill, and a method of supplying and demanding energy in a steel mill, and Patent Document 2 is a by-product. It describes the energy supply and demand operation guidance system that supports the supply and demand operation of energy utilities such as gas, steam, and electric power, and the energy supply and demand operation method in the steel mill. However, a device and method for distributing power generation gas to a generator so that power generation of a power plant is maximized based on the by-product gas supply and demand prediction is not disclosed in the prior art literature.

한국 공개특허공보 제10-2016-0086913호Korean Patent Application Publication No. 10-2016-0086913 한국 공개특허공보 제10-2012-0057981호Korean Patent Application Publication No. 10-2012-0057981

본 발명의 과제는 부생가스의 수급 예측에 기초하여 발전소의 발전출력이 최대가 되도록 발전가스를 분배하는 제어장치 및 방법을 제공하는 것이다. 특히, 복수 개로 운용되는 발전기들에 공급되는 부생가스에 따른 발전기의 효율 및 각 발전기 별 설비 제약조건 등을 고려하여 실시간으로 발전기 별로 공급되는 발전 가스의 양을 최적으로 분배하는 장치 및 방법을 제공한다.An object of the present invention is to provide a control device and method for distributing power generation gas so that the power generation output of a power plant is maximized based on the supply and demand prediction of by-product gas. In particular, it provides an apparatus and method for optimally distributing the amount of power generation gas supplied for each generator in real time in consideration of the efficiency of the generator according to the by-product gas supplied to the plurality of generators and the facility constraints for each generator. .

본 발명의 일 실시예에 따른 부생가스 수급예측에 기초한 발전출력 제어방법은 부생가스의 발생량과 조업 사용량을 예측하는 단계; 예측한 발생량과 조업 사용량에 기초하여 발전용 가스공급량을 예측하는 단계; 발전기의 효율을 추정하는 단계; 발전 제약조건을 설정하는 단계; 및 예측한 발전용 가스공급량, 발전기 효율 및 발전 제약조건을 반영하여 발전기에 부생가스를 공급하는 단계;를 포함한다.Power generation output control method based on the by-product gas supply and demand prediction according to an embodiment of the present invention comprises the steps of predicting the amount of by-product gas generation and operation usage; Predicting the amount of gas supply for power generation based on the predicted generation amount and the amount of operation used; Estimating the efficiency of the generator; Setting power generation constraints; And supplying by-product gas to the generator by reflecting the predicted power generation gas supply amount, generator efficiency, and power generation constraint conditions.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 부생가스 수급예측에 기초한 발전출력 제어장치는 응용프로그램을 저장한 저장장치; 및 저장장치에 저장된 응용프로그램을 실행하는 중앙처리장치;를 포함한다. 상기 응용프로그램은, 부생가스의 발생량과 조업 사용량을 예측하는 단계; 예측한 발생량과 조업 사용량에 기초하여 발전용 가스공급량을 예측하는 단계; 발전기의 효율을 추정하는 단계; 발전 제약조건을 설정하는 단계; 및 예측한 발전용 가스공급량, 발전기 효율 및 발전 제약조건을 반영하여 발전기에 부생가스를 공급하는 단계;를 포함한다.In addition, the power generation output control device based on the by-product gas supply and demand prediction according to an embodiment of the present invention includes a storage device storing an application program; And a central processing unit that executes an application program stored in the storage device. The application program includes: predicting the generation amount of by-product gas and the amount of operation used; Predicting the amount of gas supply for power generation based on the predicted generation amount and the amount of operation used; Estimating the efficiency of the generator; Setting power generation constraints; And supplying by-product gas to the generator by reflecting the predicted power generation gas supply amount, generator efficiency, and power generation constraint conditions.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 부생가스의 수급 예측에 따라 각 발전기에 공급되는 부생가스의 양을 조절함으로써 각 발전기에서 생산되는 전력의 양이 최대로 되도록 할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에서는 실시간으로 변동되는 부생가스의 수급상태 및 발전설비들의 운영 제약조건을 고려하여 발전기 별 실시간 가스 분배를 수행함으로써 발전기의 발전출력을 최대로 할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the amount of power produced by each generator can be maximized by adjusting the amount of by-product gas supplied to each generator according to the supply and demand prediction of the by-product gas. That is, in an embodiment of the present invention, the power generation output of the generator can be maximized by performing real-time gas distribution for each generator in consideration of the supply and demand status of by-product gas fluctuating in real time and the operating constraints of power generation facilities.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발전출력 제어장치 및 방법이 적용될 수 있는 제철공정에서의 부생가스 수배급에 대한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발전출력 제어장치의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 발전출력 제어방법의 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 발전출력 제어방법에서 부생가스 수급예측 단계를 상세하게 보여준다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 발전출력 제어방법에서 발전용 가스 공급량을 예측하는 단계를 상세하게 보여준다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 발전출력 제어방법에서 발전기 효율을 추정하는 단계를 상세하게 보여준다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 발전출력 제어방법에서 제약조건을 설정하는 단계를 상세하게 보여준다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 발전출력 제어방법에서 홀더 레벨 및 발전출력을 제어하는 단계를 상세하게 보여준다.1 is a conceptual diagram for the supply and distribution of by-product gas in a steel making process to which an apparatus and method for controlling power generation output according to an embodiment of the present invention can be applied.
2 is a block diagram of a power generation output control device according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart of a power generation output control method according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 shows in detail the by-product gas supply and demand prediction step in the power generation output control method according to an embodiment of the present invention.
5 shows in detail a step of predicting a gas supply amount for power generation in a method for controlling power generation output according to an embodiment of the present invention.
6 shows in detail the steps of estimating generator efficiency in the method for controlling power generation output according to an embodiment of the present invention.
7 is a detailed view showing a step of setting a constraint condition in the method for controlling power generation output according to an embodiment of the present invention.
8 shows in detail the steps of controlling the holder level and the power generation in the power generation output control method according to an embodiment of the present invention.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The detailed description of the present invention described below refers to the accompanying drawings, which illustrate specific embodiments in which the present invention may be practiced. These embodiments are described in detail sufficient to enable a person skilled in the art to practice the present invention. It should be understood that the various embodiments of the present invention are different from each other, but need not be mutually exclusive. Accordingly, the detailed description to be described below is not intended to be taken in a limiting sense, and the scope of the present invention, if appropriately described, is limited only by the appended claims, along with all ranges equivalent to those claimed by the claims. Like reference numerals in the drawings refer to the same or similar functions over several aspects.

본 발명의 일 실시예는 실시간으로 변동되는 부생가스의 수급상태를 예측하고 발전기 별 효율 모델을 기반으로 발전설비의 운전 제한조건들을 감안하여 발전출력이 최대가 될 수 있도록 발전기 별 실시간 가스 분배를 수행하도록 제어하는 장치 및 방법을 제공한다. 이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.An embodiment of the present invention predicts the supply and demand status of by-product gas that fluctuates in real time, and performs real-time gas distribution for each generator so that the power generation output can be maximized in consideration of the operating constraints of the power generation facility based on the efficiency model for each generator. It provides an apparatus and method for controlling to be performed. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings in order to enable those of ordinary skill in the art to easily implement the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발전출력 제어장치 및 방법이 적용될 수 있는 제철공정에서의 부생가스 수배급에 대한 개념도이다. 제철공정 시스템은 부생가스가 발생되는 고로(121), 코크스로(122), 파이넥스 설비(123), 전로(124)를 포함할 수 있다. 고로 (121)에 철광석과 코크스를 장입해 선철을 제조하는 과정에서 고로 가스(BFG)가 발생되고, 코크스로(122)에서 유연탄을 건류하는 과정에서 코크스로 가스(COG)가 발생된다. 파이넥스(123) 설비에서 파이넥스 가스(FOG)가 발생되며, 제강공장의 전로(124)에 용선을 장입하고 산소를 취입하는 과정에서 전로 가스(LDG)가 발생된다. 각 발생되는 부생가스는 종류에 따라 서로 다른 열량을 가진다. 　1 is a conceptual diagram for the supply and distribution of by-product gas in an iron making process to which an apparatus and method for controlling power generation output according to an embodiment of the present invention can be applied. The steelmaking process system may include a blast furnace 121, a coke furnace 122, a Finex facility 123, and a converter 124 in which by-product gas is generated. Blast furnace gas (BFG) is generated in the process of manufacturing pig iron by charging iron ore and coke in the blast furnace 121, and coke furnace gas (COG) is generated in the process of carbonizing bituminous coal in the coke furnace 122. FINEX gas (FOG) is generated in the FINEX 123 facility, and LDG is generated in the process of charging molten iron to the converter 124 of the steel mill and injecting oxygen. Each generated by-product gas has a different amount of heat depending on the type.

제철공정에서 발생된 부생가스는 제철공정의 조업에 다시 사용될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 제철공정에서 발생된 부생가스는 회수되어 제선(131)공정, 화성(132)공정, 제강(133)공정, 압연(134)공정의 에너지원으로 사용될 수 있다. 제선(131)공정은 철광석과 유연탄을 고로에 넣은 뒤 뜨거운 바람을 불어 넣어 쇳물을 만드는 과정으로서, 부생가스를 고로의 열원으로 사용할 수 있다. 화성(132)공정은 석탄을 건류하여 코크스를 제조하는 공정이며, 제강(133)공정은 쇳물에서 불순물을 제거하여 강철을 만드는 공정이며, 압연(134)공정은 철을 강판이나 선재로 만드는 공정으로서, 부생가스를 이들 공정의 에너지원으로 사용할 수 있다. The by-product gas generated in the steel making process can be used again for the operation of the steel making process. As shown in FIG. 1, the by-product gas generated in the iron making process can be recovered and used as an energy source for the iron making 131 process, the chemical conversion 132 process, the steel making 133 process, and the rolling 134 process. The iron making 131 process is a process of making molten iron by blowing hot air after putting iron ore and bituminous coal into the blast furnace, and by-product gas can be used as a heat source for the blast furnace. The chemical conversion (132) process is a process of distilling coal to produce coke, the steelmaking (133) process is a process of removing impurities from the iron to make steel, and the rolling (134) process is a process of making iron into a steel plate or wire rod. In addition, by-product gas can be used as an energy source for these processes.

발생된 부생가스 중 조업에 사용되지 않은 부생가스는 부생가스 홀더(140)에 저장된다. 도 1에서는 설명을 위하여 하나의 부생가스 홀더를 도시하였으나 부생가스의 종류에 따라 각각의 부생가스 홀더를 구비할 수 있다. 예를 들면, 고로 가스(BFG)를 저장하기 위한 고로 가스 홀더, 코크스로 가스(COG)를 저장하기 위한 코크스로 가스 홀더, 파이넥스 가스(FOG)를 저장하기 위한 파이넥스 가스 홀더, 전로 가스(LDG)를 저장하기 위한 전로 가스 홀더를 각각 별도로 구비할 수 있다. 부생가스 홀더(140)는 유틸리티 제어센터(Utility Control Center, UCC)(110)에 연결되어 유틸리티 제어센터(110)로부터 홀더레벨 제어신호를 수신할 수 있다. 부생가스 홀더(140)는 홀더레벨 제어신호에 따라 부생가스 홀더(140)에 저장되는 부생가스의 양을 제어할 수 있다.Among the generated by-product gases, the by-product gas not used for operation is stored in the by-product gas holder 140. In FIG. 1, one by-product gas holder is shown for explanation, but each by-product gas holder may be provided according to the type of by-product gas. For example, a blast furnace gas holder for storing blast furnace gas (BFG), a coke furnace gas holder for storing coke furnace gas (COG), a Finex gas holder for storing Finex gas (FOG), and a converter gas (LDG). Each of the converter gas holders for storing them may be separately provided. The by-product gas holder 140 may be connected to a utility control center (UCC) 110 to receive a holder level control signal from the utility control center 110. The by-product gas holder 140 may control the amount of by-product gas stored in the by-product gas holder 140 according to the holder level control signal.

발전소(150)는 부생가스 홀더(140)에 연결되어 발전에 필요한 부생가스를 공급받는다. 발전소(150)에 공급되는 부생가스의 양은 부생가스 홀더(140)의 레벨을 조절함으로써 조정할 수 있다. 발전소(150)는 공급받은 부생가스를 혼합하여 사용할 수 있으며, 혼합된 부생가스를 연소하여 가스터빈에서 전력을 생산할 수 있고, 또한 가스터빈에서 발생된 폐열을 회수보일러로 회수하여 증기를 생산하고, 증기로 스팀터빈을 가동하여 전력을 생산할 수 있다. 발전소(150)는 유틸리티 제어센터(110)에 연결되어 유틸리티 제어센터(110)로부터 발전출력 제어신호를 수신할 수 있다. 발전소(150)는 발전출력 제어신호에 따라 발전소의 출력을 제어한다.The power plant 150 is connected to the by-product gas holder 140 to receive by-product gas required for power generation. The amount of by-product gas supplied to the power plant 150 can be adjusted by adjusting the level of the by-product gas holder 140. The power plant 150 may mix and use the supplied by-product gas, and generate power from the gas turbine by burning the mixed by-product gas, and also recover the waste heat generated from the gas turbine with a recovery boiler to produce steam, Steam can be used to generate electricity by running a steam turbine. The power plant 150 may be connected to the utility control center 110 to receive a power generation output control signal from the utility control center 110. The power plant 150 controls the output of the power plant according to the power generation output control signal.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발전출력 제어장치의 블록도이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 발전출력 제어장치는 도 1에서 도시한 유틸리티 제어센터(110)로 구현될 수 있으며, 유틸리티 제어센터(110)는 중앙처리장치(111), 디스플레이(112), 입력장치(113), 기억장치(114)를 포함할 수 있다. 중앙처리장치(111)는 프로세서를 포함하고 있어 연산처리 능력을 가지며, 기억장치(114)에 저장된 프로그램을 실행할 수 있다. 디스플레이(112)는 도 1에 도시된 제철공정 시스템을 표시할 수 있으며, 입력장치(113)는 본 발명의 일 실시예에 따른 발전출력 제어장치의 동작과 발전출력 제어방법의 수행을 위해 필요한 데이터를 입력할 수 있다. 기억장치(114)는 본 발명의 일 실시예에 따른 발전출력 제어방법을 수행하기 위한 응용 프로그램(115)을 포함할 수 있다. 응용 프로그램(115)은 부생가스 발생예측 및 부생가스 사용예측을 위한 알고리즘을 포함하여 부생가스 발생예측과 부생가스 사용예측의 차이에 의해 발전소 및 홀더에서 운용할 수 있는 가스량을 결정할 수 있다. 운용 가스량을 기반으로 발전기 별 효율과 홀더/발전설비 제약조건을 만족하도록 홀더 레벨 제어 및 발전소 출력제어를 수행한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 발전출력 제어방법은 도 3 내지 도 8을 참조하여 아래에서 상세하게 설명한다.2 is a block diagram of a power generation output control device according to an embodiment of the present invention. The power generation output control device according to an embodiment of the present invention may be implemented as the utility control center 110 shown in FIG. 1, and the utility control center 110 includes a central processing unit 111, a display 112, and an input. It may include a device 113 and a storage device 114. The central processing unit 111 includes a processor, has arithmetic processing capability, and can execute a program stored in the memory unit 114. The display 112 may display the iron making process system shown in FIG. 1, and the input device 113 is used to perform the operation of the power generation output control device and the power generation output control method according to an embodiment of the present invention. You can enter. The memory device 114 may include an application program 115 for performing a method for controlling power generation output according to an embodiment of the present invention. The application program 115 may determine the amount of gas that can be operated in the power plant and the holder by the difference between the by-product gas generation prediction and the by-product gas use prediction, including an algorithm for by-product gas generation prediction and by-product gas use prediction. Based on the amount of operating gas, holder level control and power plant output control are performed to satisfy the efficiency of each generator and the holder/generation facility constraints. A method for controlling power generation output according to an embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to FIGS. 3 to 8.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 발전출력 제어방법의 흐름도이다. 첫 번째 단계(310)는 부생가스 수급예측 단계로서 실시간으로 발생량 및 사용량을 예측하는 단계이다. 두 번째 단계(320)는 발전 가능한 가스량을 추정하는 단계로서 유량계 오차를 보정하여 실제 발전에 사용되는 가스량을 산출하는 단계이다. 세 번째 단계(330)는 발전기 별 효율을 계산하는 단계로서 발전기 별 입력되는 부생가스의 종류 및 유량에 따라 효율을 계산하는 단계이다. 네 번째 단계(340)는 발전설비 및 홀더설비의 운전 제약조건을 분석하여 제약조건식으로 변환하는 단계이다. 다섯 번째 단계(350)는 홀더 및 발전기로 분배되는 가스의 양을 결정하고 시간 구간 별로 나누어 최종 분배되는 가스량을 제어하는 단계이다. 각각의 단계는 도 4 내지 도 8을 참조하여 아래에서 상세하게 설명한다.3 is a flowchart of a power generation output control method according to an embodiment of the present invention. The first step 310 is a step of predicting the supply and demand of by-product gas, and is a step of predicting the amount of generation and usage in real time. The second step 320 is a step of estimating the amount of gas that can be generated, and is a step of calculating the amount of gas actually used for power generation by correcting the flow meter error. The third step 330 is a step of calculating the efficiency of each generator, and is a step of calculating the efficiency according to the type and flow rate of by-product gas input for each generator. The fourth step 340 is a step of analyzing the operating constraints of the power generation facility and the holder facility and converting them into a constraint conditional expression. The fifth step 350 is a step of determining the amount of gas distributed to the holder and the generator, and controlling the amount of gas that is finally distributed by dividing it by time interval. Each step will be described in detail below with reference to FIGS. 4 to 8.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 발전출력 제어방법에서 부생가스 수급예측 단계(310)를 상세하게 보여준다. 부생가스 수급예측 단계(310)는 부생가스 발생예측 단계(311)와 부생가스의 조업 사용예측 단계(312)를 포함한다. 부생가스 발생예측 단계(311)는 부생가스 종류에 따라 각각 다른 발생예측 알고리즘을 사용할 수 있다. 예를 들면, 전로 가스 발생 예측을 위하여 한국 특허번호 10-1819389 (전로부생가스 회수 예측 장치 및 방법)에 개시되어 있는 알고리즘을 사용할 수 있다. 부생가스의 조업 사용예측 단계(312)는 조업 공정에 따라 각각 다른 사용예측 알고리즘을 사용할 수 있다. 부생가스 수급예측 단계(310)는 부생가스 발생 공정 및 부생가스 사용 공정에서 실시간으로 부생가스의 발생량 및 사용량을 예측한다. 부생가스의 발생공정 및 사용공정의 에너지 발생/사용 특성에 따라 데이터 기반의 인공지능 방법 및 공정진행에서 발생되는 이벤트 신호를 수신 받아 로직화 하는 방법 등으로 알고리즘을 구성할 수 있다. Figure 4 shows in detail the by-product gas supply and demand prediction step 310 in the power generation output control method according to an embodiment of the present invention. The by-product gas supply and demand prediction step 310 includes a by-product gas generation prediction step 311 and an operation use prediction step 312 of the by-product gas. In the by-product gas generation prediction step 311, different generation prediction algorithms may be used depending on the type of by-product gas. For example, the algorithm disclosed in Korean Patent No. 10-1819389 (Converter by-product gas recovery prediction apparatus and method) can be used to predict the generation of converter gas. The operation use prediction step 312 of by-product gas may use different use prediction algorithms according to the operation process. The by-product gas supply and demand prediction step 310 predicts the generation amount and amount of by-product gas in real time in the by-product gas generation process and the by-product gas use process. Algorithms can be configured by a data-based artificial intelligence method according to the generation process of by-product gas and the energy generation/use characteristics of the process being used, and a method of receiving and logicizing event signals generated in the process.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 발전출력 제어방법에서 발전용 가스 공급량을 예측하는 단계(320)를 상세하게 보여준다. 발전용 가스 공급량을 예측하는 단계(320)는 발전 가능한 가스량을 추정하는 단계로서, 가스별 발전 가능량을 계산하는 단계(321), 발전 가능량을 예측하는 단계(323), 가스별 발전용 가스 공급량을 예측하는 단계(324)를 포함한다. 가스별 발전 가능량을 계산하는 단계(321)는 가스의 발생예측량과 사용예측양의 차이를 계산하여 가스별 발전 가능량을 구할 수 있다. 발전 가능량을 예측하는 단계(323)는 실시간 유량보정 모델(322)을 사용하여 예측된 발생량과 사용량의 유량계 오차를 보정하여 실제 발전에 사용되는 가스량을 예측한다. 실제 유량계는 정확하지 않으므로 발생량 및 사용량과 홀더 레벨 변화율을 함께 이용하여 실시간으로 발생량 또는 사용량 보정계수를 찾거나 공정 별 에너지 발생량 대비 공정 별 에너지 사용량을 입력으로 하여 홀더 레벨을 모델링 하는 방법으로 발전 가능한 가스량을 구할 수 있다. 가스별 발전용 가스 공급량을 예측하는 단계(324)는 계산된 가스별 발전 가능량과 보정된 발전 가능량을 기초로 가스별 발전용 가스 공급량을 예측한다.5 is a detailed view of a step 320 of predicting a supply amount of gas for power generation in the method for controlling power generation output according to an embodiment of the present invention. The step of estimating the amount of gas supply for power generation 320 is a step of estimating the amount of gas that can be generated, the step of calculating the amount of power available for each gas (321), the step of estimating the amount of power generation 323, and the amount of gas supplied for power generation for each gas. And predicting (324). In the step 321 of calculating the possible amount of power generation for each gas, the difference between the estimated amount of gas generation and the amount of use predicted may be calculated to obtain the possible amount of power generation for each gas. In the step 323 of predicting the amount of power generation, the amount of gas actually used for power generation is predicted by correcting the flow meter error of the predicted generation amount and usage using the real-time flow rate correction model 322. Since the actual flow meter is not accurate, the amount of gas that can be generated is modeled by modeling the holder level by finding the generation amount or consumption correction coefficient in real time by using the generation amount and amount of use and the holder level change rate together, or by inputting the energy consumption amount by process versus the energy generation amount by process. Can be saved. In the step 324 of estimating the amount of gas for power generation for each gas, the amount of gas for power generation for each gas is predicted based on the calculated amount of power available for each gas and the corrected amount for power generation.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 발전출력 제어방법에서 발전기 효율을 추정하는 단계(330)를 상세하게 보여준다. 발전기 효율을 추정하는 단계(330)는 발전기 별 입출력 인자를 분석(331)하고 발전 운전효율 추정 모델(332)를 사용하여 입력되는 부생가스의 종류 및 유량에 따라 발전기의 효율을 계산한다. 부생가스 별 정해진 열량계수를 이용해서 발전기 별 효율을 구하는 방법과 입력되는 부생가스 조건 별로 데이터 기반의 학습알고리즘 등을 이용하여 효율을 계산하는 방법이 있다. 6 shows in detail a step 330 of estimating generator efficiency in a method for controlling power generation output according to an embodiment of the present invention. In the step 330 of estimating the generator efficiency, the input/output factor for each generator is analyzed 331 and the efficiency of the generator is calculated according to the type and flow rate of the input by-product gas using the power generation operation efficiency estimation model 332. There are a method of calculating the efficiency of each generator by using the calorie coefficient determined for each by-product gas and a method of calculating the efficiency by using a data-based learning algorithm for each input by-product gas condition.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 발전출력 제어방법에서 제약조건을 설정하는 단계(340)를 상세하게 보여준다. 제약조건을 설정하는 단계(340)는 발전기 가동정보(341)와 홀더 가동정보(342)로 부터 발전설비 및 홀더설비의 운전 제약조건을 분석하여 제약 조건식으로 변환하는 단계(343)을 포함한다. 발전일 실시예에서 발전기 가동정보(341)는 발전 출력에 관한 정보일수 있다. 발전 출력은 여러 가지 변수들 (예를 들면, 버너의 최소 연소량, 질소산화물 배출량, 발전기의 안정성 등)을 고려하여 설정할 수 있다. 홀더 가동정보(342)는 홀더 레벨에 관한 정보일 수 있다. 홀더 레벨의 제어 범위를 설정할 수 있으며, 예를 들면 홀더의 안정성을 고려하여 홀더 레벨을 20%-90%의 범위로 제어하도록 설정할 수 있다. 7 shows in detail step 340 of setting a constraint condition in the method for controlling power generation output according to an embodiment of the present invention. The step 340 of setting the constraint condition includes a step 343 of analyzing the operation constraint conditions of the power generation facility and the holder facility from the generator operation information 341 and the holder operation information 342 and converting it into a constraint condition expression (343). In the embodiment of the power generation date, the generator operation information 341 may be information on power generation output. The power generation output can be set in consideration of a number of variables (eg, the minimum combustion amount of the burner, the amount of nitrogen oxides emitted, the stability of the generator, etc.). The holder operation information 342 may be information on a holder level. The control range of the holder level can be set. For example, the holder level can be set to be controlled in the range of 20%-90% in consideration of the stability of the holder.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 발전출력 제어방법에서 홀더 레벨 및 발전출력을 제어하는 단계(350)를 상세하게 보여준다. 홀더 레벨 및 발전출력을 제어하는 단계(350)에서는 먼저 발전용 가스 공급량을 예측하는 단계(320), 발전기 효율을 추정하는 단계(330), 제약조건을 설정하는 단계(340)로부터 발전용 가스 공급량, 발전기 효율, 제약조건에 관한 정보를 받아 부생가스 수배급 시스템의 운용전략을 수립한다(351). 홀더 별, 발전 호기 별로 운전 특성이 다르므로 실제 설비 사양 및 운전원들의 의견을 충분히 반영하여 설비의 운전 범위를 설정한다. 운용 전략에 따라 홀더 및 발전기로 분배되는 부생가스의 양을 결정(352, 353)하고 시간 구간 별로 나누어 최종 홀더 레벨 변화량과 발전기로 분배되는 가스량을 제어하는 단계(354, 355)로 구성된다. 홀더/발전설비의 안정성, 운전의 편이성 및 발전효율에 따른 경제성을 모두 고려한 목적함수 및 제약조건들을 반영하여 홀더레벨/발전출력을 제어한다(356).FIG. 8 shows in detail a step 350 of controlling the holder level and the power generation output in the power generation output control method according to an embodiment of the present invention. In the step 350 of controlling the holder level and the power generation output, the amount of gas supply for power generation from the step of estimating the amount of gas supply for power generation (320), the step of estimating the generator efficiency (330), and the step of setting the constraint condition (340). , Receive information on generator efficiency and constraints and establish an operation strategy for the by-product gas supply and distribution system (351). Since operation characteristics are different for each holder and for each power generation unit, the operating range of the facility is set by sufficiently reflecting the actual facility specifications and the opinions of operators. It consists of steps (354, 355) of determining the amount of by-product gas distributed to the holder and the generator according to the operation strategy (352, 353), and dividing it by time interval to control the final holder level change amount and the amount of gas distributed to the generator (354, 355). The holder level/generation output is controlled by reflecting the objective function and constraints that consider all of the stability of the holder/power generation facility, convenience of operation, and economical efficiency according to power generation efficiency (356).

상기한 바와 같이 작용하는 본 발명에 의하면, 실시간으로 변동되는 부생가스의 수급상태 예측 및 실시간 발전기 별 효율 모델을 기반으로 발전설비의 운전 제한조건들을 감안하여 발전출력이 최대가 될 수 있는 발전기 별 실시간 가스 분배를 수행함으로써 부생가스 수배급 운전을 최적화할 수 있다. 이를 통해 부생가스 별 수급 불균형에 따른 방산을 저감하는 효과와 경제적인 발전 분배를 함으로써 동일한 입력 가스량 대비 발전출력을 증대할 수 있으므로 수전 비용을 절감하는 데 크게 기여할 수 있다.According to the present invention, which operates as described above, the real-time power generation output can be maximized by taking into account the operating constraints of the power generation facility based on the real-time fluctuation of the supply and demand status of by-product gas and the real-time efficiency model for each generator. By performing gas distribution, it is possible to optimize the operation of receiving and distributing by-product gas. Through this, it is possible to reduce the dissipation due to the imbalance of supply and demand for each by-product gas and to increase the power generation output compared to the same amount of input gas by economic power distribution, which can greatly contribute to reducing the power reception cost.

이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다. 즉, 상기의 일 실시예는 본 발명의 개념이 제철공정에서 발생되는 부생가스를 사용하여 발전하는 시스템에 적용되는 사례에 한정하여 설명하였으나 본 발명의 적용범위는 이에 한정되지 않으며 부생가스가 발생되는 다른 시스템에도 적용될 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 개념은 부생가스가 발생하는 석유화학공정 등에도 적용될 수 있다.In the above, the present invention has been described by specific matters such as specific elements and limited embodiments and drawings, but this is provided only to help a more general understanding of the present invention, and the present invention is not limited to the above embodiments. , Anyone having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention pertains can make various modifications and variations from these descriptions. That is, the above-described embodiment has been described only as an example in which the concept of the present invention is applied to a system that generates power using by-product gas generated in the steelmaking process, but the scope of the present invention is not limited thereto, and the by-product gas is generated. It can also be applied to other systems. For example, the concept of the present invention can be applied to a petrochemical process in which by-product gas is generated.

110: UCC
121: 고로
122: 코크스로
123: 파이넥스
124: 전로
131: 제선
132: 화성
133: 제강
134: 압연
140: 부생가스 홀더
150: 발전소110: UCC
121: blast furnace
122: coke oven
123: Finex
124: converter
131: festival
132: Mars
133: steel making
134: rolling
140: by-product gas holder
150: power plant

Claims (10)

생산 공정 설비들 각각으로부터의 복수 종류의 부생가스를 사용한 전력 생산을 제어하는 방법에 있어서,
상기 복수 종류의 부생가스 각각의 발생량과 조업 사용량을 예측하는 단계;
예측한 발생량과 조업 사용량에 기초하여 발전용 가스공급량을 예측하는 단계;
발전기의 효율을 추정하는 단계;
발전 제약조건을 설정하는 단계; 및
예측한 발전용 가스공급량, 발전기 효율 및 발전 제약조건을 반영하여 발전기에 부생가스를 공급하는 단계를 포함하고,
상기 발전용 가스공급량을 예측하는 단계는
상기 복수 종류의 부생가스 각각의 발생량과 상기 복수 종류의 부생가스 각각의 조업 사용양 간의 차이인 상기 복수 종류의 부생가스 각각의 가스별 발전 가능량을 계산하는 단계;
실시간 유량 보정 모델을 이용하여 예측된 발생량과 조업 사용량의 유량계 오차를 보정하여 실제 발전에 사용되는 부생가스량을 예측하는 발전 가능량을 예측하는 단계;
계산된 가스별 발전 가능량과 예측된 발전 가능량을 기초로 가스별 발전용 가스 공급량을 예측하는 가스별 발전용 가스 공급량을 예측하는 단계를 포함하며,
상기 부생가스의 발생량과 조업 사용량을 예측하는 단계, 발전용 가스공급량을 예측하는 단계, 발전기의 효율을 추정하는 단계, 발전 제약조건을 설정하는 단계 및 발전기에 부생가스를 공급하는 단계는 유틸리티 제어센터의 중앙처리장치가 기억장치에 저장된 프로그램을 실행하여 수행되는 부생가스 수급예측에 기초한 발전출력 제어방법.
In a method for controlling power generation using a plurality of types of by-product gas from each of the production process equipment,
Estimating the generation amount and the amount of operation used of each of the plurality of types of by-product gas;
Predicting the amount of gas supply for power generation based on the predicted generation amount and the amount of operation used;
Estimating the efficiency of the generator;
Setting power generation constraints; And
Including the step of supplying by-product gas to the generator by reflecting the predicted power generation gas supply amount, generator efficiency, and power generation constraints,
The step of predicting the amount of gas supply for power generation is
Calculating an available amount of power generation for each gas of the plurality of types of by-product gas, which is a difference between the amount of each of the plurality of types of by-product gas and the amount of operation used for each of the plurality of types of by-product gas;
Estimating a possible power generation amount for predicting the amount of by-product gas used in actual power generation by correcting the flow meter error of the predicted generation amount and the operating consumption using a real-time flow rate correction model;
Predicting a gas supply amount for power generation for each gas, which predicts a power generation gas supply amount for each gas based on the calculated power generation available amount for each gas and the predicted power generation available amount,
The step of estimating the generation amount of the by-product gas and the amount of operation used, the step of estimating the amount of gas supply for power generation, the step of estimating the efficiency of the generator, the step of setting a power generation constraint condition, and the step of supplying the by-product gas to the generator are performed by a utility control center. Power generation output control method based on by-product gas supply and demand prediction, which is performed by the central processing unit of the unit running a program stored in the storage unit.
 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 발전기의 효율을 추정하는 단계는 발전 효율 추정 모델을 이용하여 발전기의 효율을 추정하는 부생가스 수급예측에 기초한 발전출력 제어방법.
The method of claim 1, wherein the estimating the efficiency of the generator comprises estimating the efficiency of the generator using a power generation efficiency estimation model.
 제1항에 있어서, 상기 발전 제약조건을 설정하는 단계는 발전기의 가동 정보와 부생가스를 저장하는 홀더의 가동정보를 설정하는 단계를 포함하는 부생가스 수급예측에 기초한 발전출력 제어방법.
The method of claim 1, wherein the setting of the power generation constraint comprises setting operation information of a generator and operation information of a holder storing by-product gas.
 제4항에 있어서, 상기 발전기의 가동 정보와 상기 홀더 가동정보는 발전 출력 정보와 홀더 레벨 정보를 각각 포함하는 부생가스 수급예측에 기초한 발전출력 제어방법.
5. The method of claim 4, wherein the operation information of the generator and the holder operation information each include power generation output information and holder level information.
 생산 공정 설비들 각각으로부터의 복수 종류의 부생가스를 사용한 전력생산을 제어하는 장치에 있어서,
응용프로그램을 저장한 저장장치; 와
저장장치에 저장된 응용프로그램을 실행하는 중앙처리장치;를 포함하고, 상기 응용프로그램은,
상기 복수 종류의 부생가스 각각의 발생량과 조업 사용량을 예측하는 단계;
예측한 발생량과 조업 사용량에 기초하여 발전용 가스공급량을 예측하는 단계;
발전기의 효율을 추정하는 단계;
발전 제약조건을 설정하는 단계; 및
예측한 발전용 가스공급량, 발전기 효율 및 발전 제약조건을 반영하여 발전기에 부생가스를 공급하는 단계를 포함하고,
상기 발전용 가스공급량을 예측하는 단계는
상기 복수 종류의 부생가스 각각의 발생량과 상기 복수 종류의 부생가스 각각의 조업사용양 간의 차이인 상기 복수 종류의 부생가스 각각의 가스별 발전 가능량을 계산하는 단계;
실시간 유량 보정 모델을 이용하여 예측된 발생량과 조업 사용량의 유량계 오차를 보정하여 실제 발전에 사용되는 부생가스량을 예측하는 발전 가능량을 예측하는 단계;
계산된 가스별 발전 가능량과 예측된 발전 가능량을 기초로 가스별 발전용 가스 공급량을 예측하는 가스별 발전용 가스 공급량을 예측하는 단계를 포함하며,
상기 부생가스의 발생량과 조업 사용량을 예측하는 단계, 발전용 가스공급량을 예측하는 단계, 발전기의 효율을 추정하는 단계, 발전 제약조건을 설정하는 단계 및 발전기에 부생가스를 공급하는 단계는 유틸리티 제어센터의 상기 중앙처리장치가 상기 저장장치에 저장된 프로그램을 실행하여 수행되는 부생가스 수급예측에 기초한 발전출력 제어장치.
In the device for controlling power generation using a plurality of types of by-product gas from each of the production process equipment,
A storage device storing an application program; Wow
A central processing unit that executes an application program stored in the storage device, wherein the application program,
Estimating the generation amount and the amount of operation used of each of the plurality of types of by-product gas;
Predicting the amount of gas supply for power generation based on the predicted generation amount and the amount of operation used;
Estimating the efficiency of the generator;
Setting power generation constraints; And
Including the step of supplying by-product gas to the generator by reflecting the predicted power generation gas supply amount, generator efficiency, and power generation constraints,
The step of predicting the amount of gas supply for power generation is
Calculating an available amount of power generation for each gas of the plurality of types of by-product gas, which is a difference between the amount of each of the plurality of types of by-product gas and the amount used for operation of each of the plurality of types of by-product gas;
Estimating a possible power generation amount for predicting the amount of by-product gas used in actual power generation by correcting the flow meter error of the predicted generation amount and the operating consumption using a real-time flow rate correction model;
Predicting a gas supply amount for power generation for each gas, which predicts a gas supply amount for power generation for each gas based on the calculated power generation possible amount and the predicted power generation capacity,
The step of estimating the generation amount of the by-product gas and the amount of operation used, the step of estimating the amount of gas supply for power generation, the step of estimating the efficiency of the generator, the step of setting a power generation constraint condition, and the step of supplying the by-product gas to the generator are performed by a utility control center The power generation output control device based on the by-product gas supply and demand prediction that is performed by the central processing unit of the unit executing a program stored in the storage unit.
 삭제delete 제6항에 있어서, 상기 발전기의 효율을 추정하는 단계는 발전 효율 추정 모델을 이용하여 발전기의 효율을 추정하는 부생가스 수급예측에 기초한 발전출력 제어장치.
The apparatus of claim 6, wherein the estimating the efficiency of the generator comprises estimating the efficiency of the generator using a power generation efficiency estimation model.
 제6항에 있어서, 상기 발전 제약조건을 설정하는 단계는 발전기의 가동 정보와 부생가스를 저장하는 홀더의 가동정보를 설정하는 단계를 포함하는 부생가스 수급예측에 기초한 발전출력 제어장치.
The apparatus of claim 6, wherein the setting of the power generation constraint includes setting operation information of a generator and operation information of a holder storing by-product gas.
 제9항에 있어서, 상기 발전기의 가동 정보와 상기 홀더 가동정보는 발전 출력 정보와 홀더 레벨 정보를 각각 포함하는 부생가스 수급예측에 기초한 발전출력 제어장치.10. The power generation output control apparatus according to claim 9, wherein the operation information of the generator and the holder operation information each include power generation output information and holder level information.
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