KR102253055B1 - 순환수펌프의 잉여순환수를 이용한 수력발전설비 - Google Patents

순환수펌프의 잉여순환수를 이용한 수력발전설비 Download PDF

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Abstract

본 발명은 순환수펌프의 잉여순환수를 이용한 수력발전설비에 관한 것이다. 이러한 수력발전설비는, 복수기로 공급하는 냉각용 순환수를 펌핑하는 순환수펌프; 상기 순환수가 상기 복수기로 제공되도록, 상기 순환수펌프와 상기 복수기를 연결하는 공급배관; 상기 공급배관으로부터 상기 순환수를 분기시키는 이송배관; 상기 이송배관의 단부에 연결되어, 상기 순환수를 저장하는 저수조; 상기 저수조로 유입되는 순환수의 유량을 조절하도록, 상기 이송배관 상에 마련되는 유량조절밸브; 상기 유량조절밸브를 제어하는 제어부; 및 상기 저수조로부터 방류되는 순환수를 이용하여 전력을 생산하는 발전설비;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

순환수펌프의 잉여순환수를 이용한 수력발전설비{Hydro Power Generation using surplus water of circulation water pump}
본 발명은 순환수펌프의 잉여순환수를 이용한 수력발전설비에 관한 것으로, 특히 발전소의 복수기에 냉각용 순환수를 순환수펌프에 의해 공급할 때, 상기 순환수펌프에 의한 잉여 순환수를 고도에 설치된 저수조로 이송하고 낙차를 이용하여 전력을 생산할 수 있도록 한 수력발전설비에 관한 것이다.
보일러에서 생성된 고온, 고압의 스팀은 터빈을 통과하며 전기를 생산하고 대부분의 에너지를 잃는다. 에너지를 잃은 스팀은 해수가 흐르는 복수기로 유입되고, 복수되어 발전소 복수 계통으로 재공급된다.
순환수펌프는 상기 스팀을 냉각시키는 냉각용 해수를 상기 복수기로 공급하는 기능을 한다. 차가운 해수는 복수기 내부의 튜브다발을 통해 흐르고, 상기 복수기로 유입된 스팀은 상기 튜브다발을 흐르는 해수와의 열교환을 통해 복수된다. 상기 복수기는 체적이 큰 기체 상태의 스팀이 체적이 작은 액체 상태의 물로 복수되는 과정을 통해 복수기 내부의 진공도가 유지된다.
복수기의 진공도가 낮아지면 발전효율이 감소하고, 너무 과도한 진공도는 터빈 및 복수기의 고장을 발생시킬 수 있으므로, 상기 복수기 내부의 진공도는 항상 적정 수준으로 유지되어야 한다. 발전소 운전기간 동안 복수기의 진공도는 복수기로 유입되는 해수의 유량 및 온도에 따라 변화된다.
통상 발전소 한 호기당 순환수펌프가 4대가 설치된다. 상기 각 순환수펌프는 공급되는 순환수의 25% 용량을 충당한다. 순환수펌프 4대가 설치된 발전소의 경우, 해수 온도가 낮은 동절기에는 2대의 순환수펌프가 운전하고, 해수 온도가 높은 하절기에는 4대의 순환수펌프가 운전하는 등, 운전하는 펌프의 운전 대수를 제어하여 복수기의 진공도를 제어할 수 있다.
그러나 순환수펌프의 유량여유분과 정속형 순환수펌프의 운전 특성을 고려했을 때, 순환수펌프의 에너지 손실이 발생되고 있다. 구체적으로, 정속형 순환수펌프의 운전 특성상 복수기의 진공도를 유지하기 위해서, 복수기의 요구 유량이 적을 때에는 적은 요구유량을 공급하기 위해서 소비전력이 큰 대용량 순환수펌프를 운전하는 것이므로, 상당한 에너지 손실을 발생시킨다. 예컨대, 국내 발전대단지의 경우, 동일 부지 내에 다수의 호기들이 존재하고 각 호기의 운전을 위해서 다수의 순환수펌프가 상시 운전되고 있다. 10호기까지 운전 중인 단지의 경우, 각 호기 별로 4개의 순환수펌프가 설치되고, 10대 이상의 순환수펌프가 상시 운전되고 있는 것이다. 따라서, 순환수펌프에 의해 공급되는 공급유량은 복수기의 요구유량보다 상당히 커지게 되어 에너지 낭비를 초래한다.
또한, 복수기의 진공도를 조절하기 위해서, 복수기 후단밸브의 부분 개도 운전을 통해 적정 진공도를 유지할 수 있다. 그러나 복수기 후단밸브의 부분 개도 운전은 배관 진동 및 밸브 파손의 원인이 된다.
따라서, 본 발명은 복수기의 진공도에 영향을 주지 않고, 순환수펌프의 소비전력을 증가시키지 않으면서 잉여 유량을 이용하여 발전할 수 있는 수력발전설비를 제안하고자 한다.
본 발명은 상술한 바와 같은 요구를 해결하기 위해 안출된 것으로, 발전소의 복수기에 냉각용 순환수를 순환수펌프에 의해 공급할 때, 상기 순환수펌프에 의한 잉여 순환수를 고도에 설치된 저수조로 이송하고 낙차를 이용하여 전력을 생산할 수 있도록 한 수력발전설비를 제공함을 그 목적으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 순환수펌프의 잉여순환수를 이용한 수력발전설비는, 복수기로 공급하는 냉각용 순환수를 펌핑하는 순환수펌프; 상기 순환수가 상기 복수기로 제공되도록, 상기 순환수펌프와 상기 복수기를 연결하는 공급배관; 상기 공급배관으로부터 상기 순환수를 분기시키는 이송배관; 상기 이송배관의 단부에 연결되어, 상기 순환수를 저장하는 저수조; 상기 저수조로 유입되는 순환수의 유량을 조절하도록, 상기 이송배관 상에 마련되는 유량조절밸브; 상기 유량조절밸브를 제어하는 제어부; 및 상기 저수조로부터 방류되는 순환수를 이용하여 전력을 생산하는 발전설비;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 복수기의 입구 측에서 상기 공급배관에 마련되어 상기 순환수의 압력을 측정하는 제1 압력측정기를 포함하고, 상기 제어부는 상기 제1 압력측정기에 의해 측정된 측정값에 따라 상기 유량조절밸브를 제어하는 제1 제어부를 포함하고, 상기 제1 제어부는, 상기 제1 압력측정기에 의해 측정된 측정값이 소정의 설정값 보다 증가하면, 상기 유량조절밸브를 열리는 방향으로 제어하여 상기 저수조로 유입되는 순환수의 유량은 증가시키고 상기 복수기로 유입되는 유량은 감소시키고, 상기 제1 압력측정기에 의해 측정된 측정값이 상기 설정값 보다 감소하면, 상기 유량조절밸브를 닫히는 방향으로 제어하여 상기 저수조로 유입되는 순환수의 유량은 감소시키고 복수기로 유입되는 유량은 증가시키는 것이 바람직하다.
또한, 상기 복수기의 입구 측에서 상기 공급배관에 마련되어 상기 순환수의 온도를 측정하는 온도측정기를 포함하고, 상기 제어부는 상기 온도측정기에 의해 측정된 측정값에 따라 상기 유량조절밸브를 제어하는 제2 제어부를 포함하고, 상기 제2 제어부는, 상기 온도측정기에 의해 측정된 측정값이 소정의 설정값 보다 감소하면, 상기 유량조절밸브를 열리는 방향으로 제어하여 상기 저수조로 유입되는 순환수의 유량을 증가시키고 상기 복수기로 유입되는 순환수의 유량은 감소시키고, 상기 온도측정기에 의해 측정된 측정값이 상기 설정값 보다 증가하면, 상기 유량조절밸브를 닫히는 방향으로 제어하여 상기 저수조로 유입되는 순환수의 유량을 감소시키고 상기 복수기로 유입되는 순환수의 유량은 증가시키는 것이 바람직하다.
또한, 상기 복수기의 진공도를 측정하는 진공도측정기를 포함하고, 상기 제어부는 상기 진공도측정기에 의해 측정된 측정값에 따라 상기 유량조절밸브를 제어하는 제3 제어부를 포함하고, 상기 제3 제어부는, 상기 진공도측정기에 의해 측정된 측정값이 소정의 설정값 보다 감소하면, 상기 유량조절밸브를 닫히는 방향으로 제어하여 상기 저수조로 유입되는 순환수의 유량을 감소시키고 상기 복수기로 유입되는 순환수의 유량은 증가시키고, 상기 진공도측정기에 의해 측정된 측정값이 상기 설정값 보다 증가하면, 상기 유량조절밸브를 열리는 방향으로 제어하여 상기 저수조로 유입되는 순환수의 유량을 증기시키고 상기 복수기로 유입되는 순환수의 유량은 감소시키는 것이 바람직하다.
또한, 상기 순환수펌프의 출구 측 압력을 측정하는 제2 압력측정기를 포함하고, 상기 제어부는 상기 제2 압력측정기에 의해 측정된 측정값에 따라 상기 유량조절밸브를 제어하는 제4 제어부를 포함하고, 상기 제4 제어부는, 상기 제2 압력측정기에 의해 측정된 측정값이 소정의 설정값 보다 감소하면, 상기 유량조절밸브를 닫히는 방향으로 제어하여 상기 저수조로 유입되는 순환수의 유량을 감소시켜서 상기 순환수펌프의 출구 측 압력을 증가시키고, 상기 제2 압력측정기에 의해 측정된 측정값이 상기 설정값 보다 증가하면, 상기 유량조절밸브를 열리는 방향으로 제어하여 상기 저수조로 유입되는 순환수의 유량을 증기시켜서 상기 순환수펌프의 출구 측 압력을 감소시키는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제어부는, 상기 복수기의 진공도가 소정의 최저값 보다 작은 경우, 상기 순환수펌프의 출구 측 압력이 소정의 최저값 보다 작은 경우, 상기 저수조의 수위가 소정의 최고값 보다 큰 경우, 또는 상기 순환수펌프가 정지하는 경우 중 어느 하나에 해당하는 경우에 상기 유량조절밸브를 폐쇄하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 이송배관에는, 상기 순환수가 상기 순환수펌프의 출구 측으로 역류하는 것을 방지하는 체크밸브가 마련된 것이 바람직하다.
또한, 상기 저수조에서 방류되는 순환수는 순환수취수장치에 회수되어 재사용되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 순환수펌프의 잉여순환수를 이용한 수력발전설비는, 발전소의 복수기에 냉각용 순환수를 순환수펌프에 의해 공급할 때, 상기 순환수펌프에 의한 잉여 순환수를 고도에 설치된 저수조로 이송하고 낙차를 이용하여 전력을 생산하여 에너지절감 및 추가적 전기 생산의 효과를 제공한다.
본 발명에 따른 수력발전설비는, 기존 발전소를 대규모로 개조하지 않고 기존 발전소에 설치된 설비를 이용하여 수력발전설비를 건설할 수 있으므로, 건설비를 절감하는 효과를 제공한다.
본 발명에 따른 수력발전설비는, 기존 발전소의 효율 저하 내지 운전 개념의 변경을 수반하지 않고 설치될 수 있다.
본 발명에 따른 수력발전설비는, 최근 미세먼지 문제로 인하여 부분 부하 운전이 강제되는 발전소들에 작용할 경우 더 많은 추가 전기를 생산할 수 있을 것으로 기대된다.
도1은 본 발명에 따른 수력발전장치의 개략도,
도2는 본 발명에 따른 수력발전장치의 블럭도이다.
본 개시의 실시예들은 본 개시의 기술적 사상을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것이다. 본 개시에 따른 권리범위가 이하에 제시되는 실시예들이나 이들 실시예들에 대한 구체적 설명으로 한정되는 것은 아니다.
본 개시에 사용되는 모든 기술적 용어들 및 과학적 용어들은, 달리 정의되지 않는 한, 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해되는 의미를 갖는다. 본 개시에 사용되는 모든 용어들은 본 개시를 더욱 명확히 설명하기 위한 목적으로 선택된 것이며 본 개시에 따른 권리범위를 제한하기 위해 선택된 것이 아니다.
본 개시에서 사용되는 "포함하는", "구비하는", "갖는" 등과 같은 표현은, 해당 표현이 포함되는 어구 또는 문장에서 달리 언급되지 않는 한, 다른 실시예를 포함할 가능성을 내포하는 개방형 용어(open-ended terms)로 이해되어야 한다.
본 개시에서 기술된 단수형의 표현은 달리 언급하지 않는 한 복수형의 의미를 포함할 수 있으며, 이는 청구범위에 기재된 단수형의 표현에도 마찬가지로 적용된다.
본 개시에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "결합되어" 있다고 언급된 경우, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수 있거나 접속될 수 있는 것으로, 또는 새로운 다른 구성요소를 매개로 하여 연결될 수 있거나 접속될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도1은 본 발명에 따른 수력발전장치의 개략도이고, 도2는 본 발명에 따른 수력발전장치의 블럭도이다.
본 발명 실시예에 따른 순환수펌프의 잉여순환수를 이용한 수력발전설비는, 순환수펌프(10), 공급배관(20), 이송배관(30), 저수조(40), 유량조절밸브(50), 제어부(60), 및 발전설비(70)를 포함한다.
상기 순환수펌프(10)는 발전소의 복수기(140)로 공급하는 냉각용 순환수를 펌핑하기 위해서 마련된다. 복수기(140)에는 복수의 순환수펌프(10)가 연결될 수 있다. 도1에 도시된 바와 같이, 하나의 복수기(140)에 2개의 순환수펌프(10)가 연결될 수 있다. 물론, 복수기(140) 및 순환수펌프(10)의 개수는 발전소의 환경에 따라 달라지는 것으로 특정하게 한정되지 않는다.
상기 공급배관(20)은 상기 순환수가 상기 복수기(140)로 제공되도록, 상기 순환수펌프(10)와 상기 복수기(140)를 연결한다. 상기 이송배관(30)은 상기 공급배관(20)으로부터 상기 순환수를 분기시키기 위해서 마련된다. 상기 저수조(40)는 상기 이송배관(30)의 단부에 연결되어 상기 이송배관(30)을 통해 분기되어 유동한 순환수를 저장하기 위해서 마련된다. 상기 저수조(40)에 저장된 순환수는 방류될 때 낙차를 이용하여 전력을 생산하기 위한 것이므로, 상기 저수조(40)는 고도에 설치된다.
상기 유량조절밸브(50)는, 상기 저수조(40)에 유입되는 순환수의 유량을 조절하기 위해서 마련된다. 상기 유량조절밸브(50)는 상기 이송배관(30) 상에 마련된다. 도1에 도시된 바와 같이, 각 순환수펌프(10)와 복수기(140)는 공급배관(20)으로 연결되고, 상기 공급배관(20)으로부터 분기한 이송배관(30) 각각에 유량조절밸브(50)가 마련된다.
상기 제어부(60)는, 상기 유량조절밸브(50)를 제어하기 위해서 마련된다. 상기 제어부(60)가 유량조절밸브(50)의 개도를 조절하여 상기 이송배관(30)을 통해 상기 저수조(40)로 유입되는 순환수의 유량이 제어된다. 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제어부(60)는, 제1 제어부(61), 제2 제어부(62), 제3 제어부(63), 및 제4 제어부(64)를 포함한다. 상기 제1 내지 4 제어부에 대하여는 후술하기로 한다.
상기 발전설비(70)는, 상기 저수조(40)로부터 방류되는 순환수를 이용하여 전력을 생산하기 위해서 마련된다. 상기 발전설비(70)는 상기 저수조(40)로부터 상기 순환수가 방류되어 낙하할 때의 에너지를 이용하여 터빈을 회전시켜 발전하는 형태를 사용할 수 있으며, 상기 발전설비(70) 자체는 공지된 구성에 의하므로, 그 구체적인 설명은 생략한다.
본 발명 실시예에 따르면, 제1 압력측정기(80), 온도측정기(90), 진공도측정기(100), 및 제2 압력측정기(110)를 포함한다.
상기 제1 압력측정기(80)는 상기 복수기(140)의 입구 측에서 상기 공급배관(20)에 마련되어 상기 순환수의 압력을 측정하기 위해서 마련된다. 상기 제1 압력측정기(80)는 상기 복수기(140)와 상기 순환수펌프(10)를 연결하는 각각의 공급배관(20)에 설치된다.
상기 제어부(60)는 상기 제1 압력측정기(80)에 의해 측정된 측정값에 따라 상기 유량조절밸브(50)를 제어하는 제1 제어부(61)를 포함한다. 구체적으로, 상기 제1 제어부(61)는, 상기 제1 압력측정기(80)에 의해 측정된 측정값이 소정의 설정값 보다 증가하면, 상기 유량조절밸브(50)를 열리는 방향으로 제어하여 상기 저수조(40)로 유입되는 순환수의 유량은 증가시키고 상기 복수기(140)로 유입되는 유량을 감소시킨다. 또한, 상기 제1 제어부(61)는, 상기 제1 압력측정기(80)에 의해 측정된 측정값이 상기 설정값보다 감소하면, 상기 유량조절밸브(50)를 닫히는 방향으로 제어하여 상기 저수조(40)로 유입되는 순환수의 유량은 감소시키고 복수기(140)로 유입되는 유량은 증가시킨다.
상기 소정의 설정치는, 발전량에 따른 복수기(140)의 소요 순환수유량과 기기냉각수계통의 소요 순환수유량을 확보하기 위한 적정한 복수기(140) 입구측 압력에 대응하는 값으로 설정되며, 상기 제1 제어부(61)는 주제어부로서 상기 유량제어밸브(50)의 개도율을 0% ~ 100% 범위 내에서 조절하여 상기 저수조(40)로 공급되는 순환수 유량을 조절할 수 있다.
상기 온도측정기(90)는 상기 복수기(140)의 입구 측에서 상기 공급배관(20)에 마련되어 상기 순환수의 온도를 측정하기 위해서 마련된다. 상기 온도측정기(90)는 상기 복수기(140)와 상기 순환수펌프(10)를 연결하는 각각의 공급배관(20)에 설치된다.
본 실시예에 따르면, 상기 제어부(60)는, 상기 온도측정기(90)에 의해 측정된 측정값에 따라 상기 유량조절밸브(50)를 제어하는 제2 제어부(62)를 포함한다. 구체적으로, 상기 제2 제어부(62)는, 상기 온도측정기(90)에 의해 측정된 측정값이 소정의 설정값보다 감소하면, 상기 유량조절밸브(50)를 열리는 방향으로 제어하여 상기 저수조(40)로 유입되는 순환수의 유량을 증가시키고 상기 복수기(140)로 유입되는 순환수의 유량을 감소시킨다. 또한, 상기 제2 제어부(62)는 상기 온도측정기(90)에 의해 측정된 측정값이 상기 설정값보다 증가하면, 상기 유량조절밸브(50)를 닫히는 방향으로 제어하여 상기 저수조(40)로 유입되는 순환수의 유량을 감소시키고 상기 복수기(140)로 유입되는 순환수의 유량을 증가시킨다.
상기 제2 제어부(62)는, 상기 제1 제어부(61)에 의해 조절되는 순환수의 유량을 보정하기 위해서 마련된 것으로, 상기 제1 제어부(61)에 의해 제어된 상기 유량조절밸브(50)의 개도율을 -5% ~ 5% 범위 내에서 보정함으로써 상기 유량제어밸브(50)의 정확한 순환수 유량 제어를 가능하게 한다.
상기 진공도측정기(100)는 상기 복수기(140)의 진공도를 측정하기 위해서 마련된다. 본 실시예에 따르면, 상기 복수기(140)는 여러 개 마련될 수 있으며, 상기 진공도측정기(100)는 각 복수기(140)에 마련된다.
본 실시예에 따르면, 상기 제어부(60)는, 상기 진공도측정기(100)에 의해 측정된 측정값에 따라 유량조절밸브(50)를 제어하는 제3 제어부(63)를 포함한다. 구체적으로, 상기 제3 제어부(63)는 상기 진공도측정기(100)에 의해 측정된 측정값이 소정의 설정값보다 감소하면, 상기 유량조절밸브(50)를 닫히는 방향으로 제어하여 상기 저수조(40)로 유입되는 순환수의 유량을 감소시키고 상기 복수기(140)로 유입되는 순환수의 유량을 증가시킨다. 또한, 상기 제3 제어부(63)는 상기 진공도측정기(100)에 의해 측정된 측정값이 상기 설정값보다 증가하면, 상기 유량조절밸브(50)를 열리는 방향으로 제어하여 상기 저수조(40)로 유입되는 순환수의 유량을 증기시키고 상기 복수기(140)로 유입되는 순환수의 유량을 감소시킨다.
상기 제3 제어부(63)는, 상기 제2 제어부(62)와 마찬가지로, 상기 제1 제어부(61)에 의해 조절되는 순환수의 유량을 보정하기 위해서 마련된 것으로, 상기 제1 제어부(61)에 의해 제어된 상기 유량조절밸브(50)의 개도율을 -5% ~ 5% 범위 내에서 보정함으로써 상기 유량제어밸브(50)의 정확한 순환수 유량 제어를 가능하게 한다.
상기 제2 압력측정기(110)는, 상기 순환수펌프(10)의 출구 측 압력을 측정하기 위해서 마련된다. 상기 제2 압력측정기(110)는, 상기 순환수펌프(10)의 출구측에 근접하여 상기 순환수펌프(10)와 상기 복수기(140)를 연결하는 공급배관(20)에 마련된다. 상기 제2 압력측정기(110)는, 복수개 마련되는 상기 순환수펌프(10)의 출구측에 각각 마련된다.
본 실시예에 따르면, 상기 제어부(60)는, 상기 제2 압력측정기(110)에 의해 측정된 측정값에 따라 상기 유량조절밸브(50)를 제어하는 제4 제어부(64)를 포함한다. 구체적으로, 상기 제4 제어부(64)는, 상기 제2 압력측정기(110)에 의해 측정된 측정값이 소정의 설정값 보다 감소하면, 상기 유량조절밸브(50)를 닫히는 방향으로 제어하여 상기 저수조(40)로 유입되는 순환수의 유량은 감소시켜서 상기 순환수펌프(10)의 출구 측 압력을 증가시킨다. 또한, 상기 제4 제어부(64)는, 상기 제2 압력측정기(110)에 의해 측정된 측정값이 상기 설정값보다 증가하면, 상기 유량조절밸브(50)를 열리는 방향으로 제어하여 상기 저수조(40)로 유입되는 순환수의 유량은 증가시켜서 상기 순환수펌프(10)의 출구 측 압력을 감소시킨다.
상기 제4 제어부(64)는, 상기 제2 제어부(62)와 마찬가지로, 상기 제1 제어부(61)에 의해 조절되는 순환수의 유량을 보정하기 위해서 마련된 것으로, 상기 제1 제어부(61)에 의해 제어된 상기 유량조절밸브(50)의 개도율을 -5% ~ 5% 범위 내에서 보정함으로써 상기 유량제어밸브(50)의 정확한 순환수 유량 제어를 가능하게 한다.
한편, 본 발명 실시예에 따르면, 상기 유량조절밸브(50)는 소정의 경우에 상기 제어부(60)에 의해 폐쇄된다. 상기 제어부(60)는, 상기 복수기(140)의 진공도가 소정의 최저값 보다 작은 경우이거나, 상기 순환수펌프(10)의 출구 측 압력이 소정의 최저값보다 작은 경우이거나, 상기 저수조(40)의 수위가 소정의 최고값 보다 큰 경우이거나, 또는 상기 순환수펌프(10)가 정지하는 경우 중 어느 하나에 해당하는 경우에는 상기 유량조절밸브(50)를 폐쇄하여, 상기 순환수가 상기 저수조(40) 측으로 유동하지 않도록 한다. 상기 복수기(140)의 진공도는 상기 진공도측정기(100)에 의해 측정되어 상기 제어부(60)로 전달되고, 상기 순환수펌프(10)의 출구측 압력은 제2 압력측정기(120)에 의해 측정되어 상기 제어부(60)에 전달되며, 상기 저수조(40)의 수위는 수위측정기(150)에 의해 측정되어 상기 제어부(60)에 전달된다.
또한, 본 발명 실시예에 따르면, 체크밸브(120)와 순환수취수장치(130)를 포함한다.
상기 체크밸브(120)는, 상기 이송배관(30)에 설치되어 상기 순환수가 상기 순환수펌프(10) 측으로 역류하는 것을 방지하기 위해서 마련된다. 상기 체크밸브(120)는, 순환수가 저수조(40)로 이송되는 상황에서 역류를 방지할 뿐만 아니라, 상기 순환수가 저수조(40)로 이송되던 중 순환수펌프(10)가 비상 정지되었을 때 이송배관(30)에 존재하는 순환수가 순환수펌프(10)의 출구 측으로 역류하는 것을 방지한다.
상기 순환수취수장치(130)는, 상기 저수조(40)에서 방류되는 순환수를 회수하여 재사용하기 위해 마련된다. 상기 순환수가 상기 발전설비(70)를 경유한 후 낙수되면, 상기 순환수는 상기 순환수취수장치(130)에 의해 전량 회수된다.
이하, 상기 구성에 따른 순환수펌프의 잉여순환수를 이용한 수력발전설비의 작용 내지 효과를 구체적으로 설명한다.
발전소가 가동 중에, 순환수펌프(10)에 의해 순환수는 공급배관(20)을 통해 복수기(140)로 제공되며, 이때 순환수펌프(10)에 의해 펌핑된 순환수의 일부는 이송배관(30)을 통해 저수조(40)로 이송된다. 상기 이송배관(30)을 통해 이송되는 순환수는 상기 복수기(140)로 공급되어야할 순환수의 적정 유량을 배제한 잉여 순환수이다.
예들 들어 설명하면, 아래 표1는 1000MW 급 석탁화력발전소에 설치되는 순환수펌프(10)(필요 순환수의 약 25%의 용량 공급 가능)를 나타낸 것이다. 순환수펌프(10)의 운전 가능한 유량 범위는 30,600 ~ 57,120 m3/h 이고, 순환수펌프(10) 4대의 최대 토출 유량은 228,480 m3/h (57,120 m3/h ×4)이다. 순환수펌프(10) 모터의 소비전력은 유량 38,400 m3/h 까지는 4,611 kw로 증가하다가, 이후 유량이 증가할수록 감소해서 57,120 m3/h에서 2,500 kw 이하로 떨어짐을 알 수 있다. 표1에서 유량 0 m3/h에서 모터의 소비전력이 3500 kw인 것은 상기 순환수펌프(10)가 가동되었지만 출구단 밸브가 열리지 않아 유량이 형성되지 않은 순환수펌프(10)의 최초 기동 상태를 나타낸다.
순환수펌프 최소 설계 최대
유량 30,600 m3/h 40,800 m3/h 57,120 m3/h
압력 4.3 bar.g 3.6 bar.g 1.0 bar.g
수두 43m 36m 10m
순환수펌프 모터 유량
0 m3/h 38,400 m3/h 57,120 m3/h
모터소비전력 3500 kw 4,611 kw 2,500 kw
본 실시예에 따른, 순환수펌프의 잉여순환수를 이용한 수력발전설비는, 순환수펌프(10)의 운전 특성을 이용해서 발전소운전기간 동안 복수기(140) 진공도에 영향을 주지않고, 펌프 소비전력을 증가시키지 않는 범위에 내에서 순환수펌프(10)의 잉여 유량을 고도에 설치된 저수조(40)로 이송하고 낙차를 이용하여 소수력발전설비를 통해 전력을 생산한다. 아래 표2는 1000MW 급 석탁화력발전소에 설치되는 복수기(140)의 사양서를 나타낸 표이다. 사양서 상으로 발전소 최대출력상태에서 요구되는 복수기(140)의 순환수유량은 153,040 m3/h (온도: 22.5 ℃ 기준)임을 확인할 수 있다.
항목 쉘측(shell side) 튜브측(tube side)
유체(fluid circulated) 스팀(steam) 순환수(circulating water)
유량(flow rate) 2,103,343 kg/h 153,040 m3/h
온도 In 33.16 ℃ 22.5 ℃
Out 33.16 ℃ 29.3 ℃
한호기에 설치된 순환수펌프(10) 4대가 최대유량으로 모두 운전되고 있고, 모든 순환수펌프(10)의 출구측 유량이 복수기(140)로 유입되는 상황을 고려했을 때, 상기 순환수펌프(10)의 잉여유량은 75,440 m3/h (순환수펌프(10) 4대의 최대토출유량 228,480 m3/h - 정격부하상태에서 복수기(140)의 요구유량 153,040 m3/h)이다. 순환수펌프(10)의 성능에 대한 상기 표1을 참조하면, 순환수펌프(10)의 최대유량 운전상태에서 출구 수두가 10m임을 고려했을 때, 75,440 m3/h (유속 = 20.95 m3/sec (75,440 m3/h ÷ 3600))의 유량을 약 10m 높이에 설치된 저수조(40)로 이송시킬 수 있음을 확인할 수 있다. 통상 1000MW 급 석탄화력발전소에 설치된 소수력발전설비는 유효낙차가 10.08m를 기준으로 유량이 28 m3/sec (1,680 m3/min)에서 약 2,500 kw의 전기를 생산한다. 본 발명을 동일 소수력발전설비에 적용하면, 상기 순환수펌프(10)의 잉여 토출유량 (75,440 m3/h = 20.95 m3/sec) 및 수두(10m)를 적용하였을 때, 약 1,872 kw의 전기를 생산할 수 있다.
이처럼, 본 발명에 따른 순환수펌프의 잉여순환수를 이용한 수력발전설비는, 발전소의 복수기(140)에 냉각용 순환수를 순환수펌프(10)에 의해 공급할 때, 상기 순환수펌프(10)에 의한 잉여 순환수를 고도에 설치된 저수조(40)로 이송하고 낙차를 이용하여 전력을 생산하여 에너지절감 및 추가적 전기 생산의 효과를 제공한다.
또한, 해수의 온도가 해수설계 온도 22.5 ℃ 보다 낮을수록, 또는 발전소 발전량이 작아질수록 복수기(140)에서 요구되는 순환수 유량이 153,040 m3/h 보다 감소하므로, 더 많은 순환수를 소수력발전을 위한 저수조(40)로 이송할 수 있다.
또한, 소수력발전량은 유효수두 및 유량에 비례해서 증가하므로, 다수의 순환수펌프(10)가 운전되는 발전대단지에서는 잉여 순환수가 다량으로 발생하고, 본 발명에 따른 수력발전설비를 적용하면 다량의 전기를 추가 생산할 수 있는 효과를 제공한다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 범주를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 많은 변형이 제공될 수 있다.
10... 순환수펌프 20... 공급배관
30... 이송배관 40... 저수조
50... 유량조절밸브 60... 제어부
61... 제1 제어부 62... 제2 제어부
63... 제3 제어부 64... 제4 제어부
70... 발전설비 80... 제1 압력측정기
90... 온도측정기 100... 진공도측정기
110... 제2 압력측정기 120... 체크밸브
130... 순환수취수장치 140... 복수기
150... 수위전송기

Claims (8)

  1. 복수기로 공급하는 냉각용 순환수를 펌핑하는 순환수펌프;
    상기 순환수가 상기 복수기로 제공되도록, 상기 순환수펌프와 상기 복수기를 연결하는 공급배관;
    상기 공급배관으로부터 상기 순환수를 분기시키는 이송배관;
    상기 이송배관의 단부에 연결되어, 상기 순환수를 저장하는 저수조;
    상기 저수조로 유입되는 순환수의 유량을 조절하도록, 상기 이송배관 상에 마련되는 유량조절밸브;
    상기 유량조절밸브를 제어하는 제어부;
    상기 저수조로부터 방류되는 순환수를 이용하여 전력을 생산하는 발전설비; 및
    상기 복수기의 입구 측에서 상기 공급배관에 마련되어 상기 순환수의 압력을 측정하는 제1 압력측정기를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 제1 압력측정기에 의해 측정된 측정값에 따라 상기 유량조절밸브를 제어하는 제1 제어부를 포함하고,
    상기 제1 제어부는,
    상기 제1 압력측정기에 의해 측정된 측정값이 소정의 설정값 보다 증가하면, 상기 유량조절밸브를 열리는 방향으로 제어하여 상기 저수조로 유입되는 순환수의 유량은 증가시키고 상기 복수기로 유입되는 유량은 감소시키고,
    상기 제1 압력측정기에 의해 측정된 측정값이 상기 설정값 보다 감소하면, 상기 유량조절밸브를 닫히는 방향으로 제어하여 상기 저수조로 유입되는 순환수의 유량은 감소시키고 복수기로 유입되는 유량은 증가시키는 것을 특징으로 하는 순환수펌프의 잉여순환수를 이용한 수력발전설비.
  2. 삭제
  3. 복수기로 공급하는 냉각용 순환수를 펌핑하는 순환수펌프;
    상기 순환수가 상기 복수기로 제공되도록, 상기 순환수펌프와 상기 복수기를 연결하는 공급배관;
    상기 공급배관으로부터 상기 순환수를 분기시키는 이송배관;
    상기 이송배관의 단부에 연결되어, 상기 순환수를 저장하는 저수조;
    상기 저수조로 유입되는 순환수의 유량을 조절하도록, 상기 이송배관 상에 마련되는 유량조절밸브;
    상기 유량조절밸브를 제어하는 제어부;
    상기 저수조로부터 방류되는 순환수를 이용하여 전력을 생산하는 발전설비; 및
    상기 복수기의 입구 측에서 상기 공급배관에 마련되어 상기 순환수의 온도를 측정하는 온도측정기를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 온도측정기에 의해 측정된 측정값에 따라 상기 유량조절밸브를 제어하는 제2 제어부를 포함하고,
    상기 제2 제어부는,
    상기 온도측정기에 의해 측정된 측정값이 소정의 설정값 보다 감소하면, 상기 유량조절밸브를 열리는 방향으로 제어하여 상기 저수조로 유입되는 순환수의 유량을 증가시키고 상기 복수기로 유입되는 순환수의 유량은 감소시키고,
    상기 온도측정기에 의해 측정된 측정값이 상기 설정값 보다 증가하면, 상기 유량조절밸브를 닫히는 방향으로 제어하여 상기 저수조로 유입되는 순환수의 유량을 감소시키고 상기 복수기로 유입되는 순환수의 유량은 증가시키는 것을 특징으로 하는 순환수펌프의 잉여순환수를 이용한 수력발전설비.
  4. 복수기로 공급하는 냉각용 순환수를 펌핑하는 순환수펌프;
    상기 순환수가 상기 복수기로 제공되도록, 상기 순환수펌프와 상기 복수기를 연결하는 공급배관;
    상기 공급배관으로부터 상기 순환수를 분기시키는 이송배관;
    상기 이송배관의 단부에 연결되어, 상기 순환수를 저장하는 저수조;
    상기 저수조로 유입되는 순환수의 유량을 조절하도록, 상기 이송배관 상에 마련되는 유량조절밸브;
    상기 유량조절밸브를 제어하는 제어부;
    상기 저수조로부터 방류되는 순환수를 이용하여 전력을 생산하는 발전설비; 및
    상기 복수기의 진공도를 측정하는 진공도측정기를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 진공도측정기에 의해 측정된 측정값에 따라 상기 유량조절밸브를 제어하는 제3 제어부를 포함하고,
    상기 제3 제어부는,
    상기 진공도측정기에 의해 측정된 측정값이 소정의 설정값 보다 감소하면, 상기 유량조절밸브를 닫히는 방향으로 제어하여 상기 저수조로 유입되는 순환수의 유량을 감소시키고 상기 복수기로 유입되는 순환수의 유량은 증가시키고,
    상기 진공도측정기에 의해 측정된 측정값이 상기 설정값 보다 증가하면, 상기 유량조절밸브를 열리는 방향으로 제어하여 상기 저수조로 유입되는 순환수의 유량을 증기시키고 상기 복수기로 유입되는 순환수의 유량은 감소시키는 것을 특징으로 하는 순환수펌프의 잉여순환수를 이용한 수력발전설비.
  5. 복수기로 공급하는 냉각용 순환수를 펌핑하는 순환수펌프;
    상기 순환수가 상기 복수기로 제공되도록, 상기 순환수펌프와 상기 복수기를 연결하는 공급배관;
    상기 공급배관으로부터 상기 순환수를 분기시키는 이송배관;
    상기 이송배관의 단부에 연결되어, 상기 순환수를 저장하는 저수조;
    상기 저수조로 유입되는 순환수의 유량을 조절하도록, 상기 이송배관 상에 마련되는 유량조절밸브;
    상기 유량조절밸브를 제어하는 제어부;
    상기 저수조로부터 방류되는 순환수를 이용하여 전력을 생산하는 발전설비; 및
    상기 순환수펌프의 출구 측 압력을 측정하는 제2 압력측정기를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 제2 압력측정기에 의해 측정된 측정값에 따라 상기 유량조절밸브를 제어하는 제4 제어부를 포함하고,
    상기 제4 제어부는,
    상기 제2 압력측정기에 의해 측정된 측정값이 소정의 설정값 보다 감소하면, 상기 유량조절밸브를 닫히는 방향으로 제어하여 상기 저수조로 유입되는 순환수의 유량을 감소시켜서 상기 순환수펌프의 출구 측 압력을 증가시키고,
    상기 제2 압력측정기에 의해 측정된 측정값이 상기 설정값 보다 증가하면, 상기 유량조절밸브를 열리는 방향으로 제어하여 상기 저수조로 유입되는 순환수의 유량을 증기시켜서 상기 순환수펌프의 출구 측 압력을 감소시키는 것을 특징으로 하는 순환수펌프의 잉여순환수를 이용한 수력발전설비.
  6. 제1항, 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 복수기의 진공도가 소정의 최저값 보다 작은 경우,
    상기 순환수펌프의 출구 측 압력이 소정의 최저값 보다 작은 경우,
    상기 저수조의 수위가 소정의 최고값 보다 큰 경우, 또는
    상기 순환수펌프가 정지하는 경우 중 어느 하나에 해당하는 경우에 상기 유량조절밸브를 폐쇄하는 것을 특징으로 하는 순환수펌프의 잉여순환수를 이용한 수력발전설비.
  7. 제1항, 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이송배관에는, 상기 순환수가 상기 순환수펌프의 출구 측으로 역류하는 것을 방지하는 체크밸브가 마련된 것을 특징으로 하는 순환수펌프의 잉여순환수를 이용한 수력발전설비.
  8. 제1항, 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 저수조에서 방류되는 순환수는 순환수취수장치에 회수되어 재사용되는 것을 특징으로 하는 순환수펌프의 잉여순환수를 이용한 수력발전설비.



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