KR102326658B1 - 부하 추종 운전이 가능한 원전 열병합발전시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 부하 추종 운전이 가능한 원전 열병합발전시스템에 관한 것으로, 원자로 및 증기발생기; 상기 증기발생기에서 발생한 증기를 받아 전기를 생산하는 터빈; 상기 터빈에서 추기한 증기를 이용해 열교환을 통해 온수를 생산하는 지역난방 열교환기; 및 상기 터빈에서 추기한 증기를 이용해 열에너지를 저장하는 열저장탱크를 포함한다.

Description

부하 추종 운전이 가능한 원전 열병합발전시스템{Combined heat and power system with load following operation}

본 발명은 부하 추종 운전이 가능한 열병합발전시스템에 관한 것이다.

발전소에서는 고온 고압의 증기를 이용하여 터빈을 회전시켜 발전한다.

터빈을 회전시킨 증기는 응축되어 다시 증기를 생성하는데 사용되는데, 응축과정에서 에너지가 복수기를 통해 외부로 배출되어 버려진다.

에너지 효율을 높이기 위해 터빈을 회전시킨 증기 또는 터빈에서 추기한 증기를 이용하여 지역난방에 활용하는 열병합발전 시스템이 개발되었다.

지역난방에서 요구되는 열부하 및 전력계통에서 요구하는 전기부하는 계절이나 주야간에 따라 변동되는데, 기존의 열병합발전 시스템은 이러한 부하에 대한 추종 운전이 용이하지 않았다.

미국특허등록 제4,753,770호(1988년 7월 28일 등록)

따라서 본 발명의 목적은 부하 추종 운전이 가능한 열병합발전시스템을 제공하는 것이다.

상기 본 발명의 목적은 부하 추종 운전이 가능한 원전 열병합발전시스템에 있어서, 원자로 및 증기발생기; 상기 증기발생기에서 발생한 증기를 받아 전기를 생산하는 터빈; 상기 터빈에서 추기한 증기를 이용해 열교환을 통해 온수를 생산하는 지역난방 열교환기; 및 상기 터빈에서 추기한 증기를 이용해 열에너지를 저장하는 열저장탱크를 포함하는 것에 의해 달성된다.

상기 원자로의 출력을 조정하는 출력조절부; 상기 지역난방 열교환기로 공급되는 추기 증기의 양을 조절하는 추기증기 조절부; 상기 열저장탱크로 공급되는 추기 증기의 양을 조절하는 열저장 조절부; 및 상기 터빈으로 공급되는 증기의 양을 조절하는 주증기 조절부를 더 포함하며, 상기 출력조절부는 상기 추기 증기 조절부, 상기 열저장 조절부 및 상기 주증기 조절부의 운전에 기초하여 운전될 수 있다.

상기 열저장탱크는 열저장매체를 포함하며, 상기 열저장매체는 열교환을 통해 상기 추기 증기의 열에너지를 저장할 수 있다.

상기 지역난방 열교환기로 공급되는 추기 증기는, 상기 터빈의 적어도 2곳 이상에서 추기될 수 있다.

상기 추기증기 조절부는, 상기 2곳 이상에서 추기된 증기를 합쳐서 상기 지역난방 열교환기로 공급하며, 상기 터빈의 트립 시 역류를 방지하는 체크밸브; 상기 지역난방 열교환기의 압력신호를 받아 상기 지역난방 열교환기의 압력을 일정하게 유지시키는 증기압력 조절밸브; 상기 지역난방 교환기의 난방용 출구급수온도신호를 받아 온도를 일정하게 유지시키는 온도 조절밸브를 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면 부하 추종 운전이 가능한 열병합발전시스템이 제공된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열병합발전 시스템의 구성도를 나타낸 것이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열병합발전 시스템에서 추기증기 조절부의 구성을 나타낸 것이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 열병합발전 시스템에서 부하 추종 운전을 위한 구성도를 나타낸 것이다.

이하 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일 예에 불과하므로 본 발명의 사상이 첨부된 도면에 한정되는 것은 아니다. 또한 첨부된 도면은 각 구성요소 간의 관계를 설명하기 위해 크기와 간격 등이 실제와 달리 과장되어 있을 수 있다.

도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 열병합발전 시스템을 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열병합발전 시스템의 구성도를 나타낸 것이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열병합발전 시스템에서 추기증기 조절부의 구성을 나타낸 것이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 열병합발전 시스템에서 부하 추종 운전을 위한 구성도를 나타낸 것이다.

본 발명에 따른 열병합발전 시스템(1)은 원자로(10), 증기발생기(20), 터빈(30), 복수기(40), 열저장탱크(50) 및 지역난방 열교환기(60)를 포함한다. 이외에 열병합발전 시스템(1)은 운전을 조절하기 위한 주증기 조절부(100), 추기증기 조절부(200), 열저장 조절부(300) 및 출력조절부(400)를 더 포함한다.

원자로(10)에서 발생한 열을 이용하여 증기발생기(20)에서 증기가 생성된다. 생성된 증기는 터빈(30)에 공급되어 전기를 생산한다. 터빈(30)을 거친 증기는 복수기(40)에서 응축된 후 다시 증기발생기(20)로 공급된다.

터빈(30)에서 일부 증기가 추기되어 지역난방에 사용된다. 더 자세하게는 일부 추기 증기는 추기증기 조절부(200)를 거쳐 지역난방 열교환기(60)로 공급되어 온수를 생성하는데 사용된 후 복수기(40)로 회수된다. 다른 일부 추기 증기는 열저장 조절부(300)를 거쳐 열저장탱크(50)로 공급된 후 열저장매체에 열을 전달한 후 복수기(40)로 회수된다.

열저장탱크(50)는 평소에 남는 터빈증기의 고온 열을 저장한다. 열저장탱크(50)에 저장된 대량의 고온열은 필요시 배관을 통해 공장이나 지역난방 등의 열교환기로 공급될 수 있다. 또한 열저장탱크(50)에 저장된 대량의 고온열은 전기생산을 위해 소형터빈 발전시스템이나 열엔진 등에 공급될 수도 있다. 이는 여름철 전력피크시 첨두부하용 전기생산에 유용하게 활용될 수 있다.

추기 증기는 열저장탱크(50) 내부를 통과하면서 열저장탱크(50) 내의 열흡수매체에 열을 전달한다. 도시하지는 않았지만, 열저장탱크(50)의 내부에는 열전달 효율을 높이기 위한 다수의 미세튜브가 마련되어 있을 수 있다. 열흡수매체는 물을 사용하거나, 물보다 비열이 큰 오일 종류를 사용할 수도 있다. 물을 사용하는 경우 가압하여 열용량을 높일 수 있다.

지역난방 열교환기(60)로 공급되는 증기는 터빈(30)의 서로 다른 2곳 이상에서 추기된다. 추기된 증기는 추기증기 조절부(200)를 거쳐 합쳐져서 지역난방 열교환기(60)로 공급된다. 터빈(30)의 추기 지점에 따라 증기 온도가 다르므로 2곳 이상에서 추기함으로써 필요에 따라 공급하는 추기증기 온도를 적절히 조절할 수 있다.

추기증기 조절부(200)는 터빈(30)의 트립 시 역류를 방지하는 체크밸브(201), 지역난방 열교환기(60)의 압력신호를 받아 지역난방 열교환기(60)의 압력을 일정하게 유지시키는 증기압력 조절밸브(202) 및 지역난방 교환기(60)의 난방용 출구급수온도신호를 받아 온도를 일정하게 유지시키는 온도 조절밸브(203)를 포함한다. 지역난방 열교환기(60)의 온도와 압력을 측정하고 측정값을 추기증기 조절부(200)에 전달하는 구성의 도시는 생략하였다.

추기증기 조절부(200)에 의해 지역난방 열교환기(60)의 온도와 압력이 일정하게 유지된다.

도 3을 참조하여 열병합발전 시스템(1)의 작동을 설명한다.

지역난방의 열부하수요를 기초로 추기증기 조절부(200) 및 열저장 조절부(300)가 추기 증기량 등을 조절한다. 전기수요를 기초로 주증기 조절부(100)가 주증기 공급량을 조절한다. 출력조절부(400)는 주증기 조절부(100, 추기증기 조절부(200) 및 열저장 조절부(300)의 운전에 기초하여 원자로(10)의 출력을 조절한다.

생산된 온수는 열공급 네트워크를 통해 가정, 사무실 및 공장 등에 공급된다. 경우에 따라 생산된 온수를 다시 한 번 열교환을 거친 후 가정 등으로 공급될 수 있다.

이에 의해 변동하는 열부하 및 전력 수요에 동시에 대응할 수 있는 원자력 열병합 발전시스템이 공급된다. 본 발명에 따르면 전력계통 안정화와 계통 투자비를 절감시킬 수 있다.

전술한 실시예들은 본 발명을 설명하기 위한 예시로서, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양하게 변형하여 본 발명을 실시하는 것이 가능할 것이므로, 본 발명의 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (5)

1. 부하 추종 운전이 가능한 원전 열병합발전시스템에 있어서,
   원자로 및 증기발생기;
   상기 증기발생기에서 발생한 증기를 받아 전기를 생산하는 터빈;
   상기 터빈에서 추기한 증기를 이용해 열교환을 통해 온수를 생산하는 지역난방 열교환기; 및
   상기 터빈에서 추기한 증기를 이용해 열에너지를 저장하는 열저장탱크를 포함하며,
   상기 원자로의 출력을 조정하는 출력조절부;
   상기 지역난방 열교환기로 공급되는 추기 증기의 양을 조절하는 추기증기 조절부;
   상기 열저장탱크로 공급되는 추기 증기의 양을 조절하는 열저장 조절부; 및
   상기 터빈으로 공급되는 증기의 양을 조절하는 주증기 조절부를 더 포함하며,
   상기 출력조절부는 상기 추기 증기 조절부, 상기 열저장 조절부 및 상기 주증기 조절부의 운전에 기초하여 운전되며,
   상기 열저장탱크는 열저장매체를 포함하며,
   상기 열저장매체는 열교환을 통해 상기 추기 증기의 열에너지를 저장하며,
   상기 지역난방 열교환기로 공급되는 추기 증기는,
   상기 터빈의 적어도 2곳 이상에서 추기되며,
   상기 추기증기 조절부는,
   상기 2곳 이상에서 추기된 증기를 합쳐서 상기 지역난방 열교환기로 공급하며,
   상기 터빈의 트립 시 역류를 방지하는 체크밸브;
   상기 지역난방 열교환기의 압력신호를 받아 상기 지역난방 열교환기의 압력을 일정하게 유지시키는 증기압력 조절밸브; 및
   상기 지역난방 열교환기의 난방용 출구급수온도신호를 받아 온도를 일정하게 유지시키는 온도 조절밸브를 포함하는 열병합발전 시스템.
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