KR102544816B1 - Hydrogen production system having electrolyzers with different operational characteristics and method of operating the same - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 수소생산시스템은 제1 타입의 수전해 설비, 상기 제1 타입과 다른 제2 타입의 수전해 설비, 상기 제1 타입의 수전해 설비와 상기 제2 타입의 수전해 설비로부터 생산된 수소를 저장하는 수소 저장 탱크의 현재 충전량(SOC)를 추정하는 수소 저장 탱크 SOC 추정부, 상기 수소 저장 탱크에 저장된 수소를 공급받을 수소 수요처의 시간별 수소 수요량을 예측하는 수소 수요 예측부, 전력 공급 회사의 계시별 전기요금(TOU)을 수신하는 TOU 수신부, 현재부터 미리 설정된 시간 동안 총 전력 소비량이 최소화되도록, 상기 제1 타입의 수전해 설비의 운전 특성, 상기 제2 타입의 수전해 설비의 운전 특성, 상기 수소 저장 탱크의 상기 현재 SOC, 상기 수소 수요처의 시간별 수소 수요량, 및 상기 TOU에 기초하여 상기 제1 타입의 수전해 설비와 상기 제2 타입의 수전해 설비 각각의 스케줄을 생성하는 스케줄 생성부, 및 상기 스케줄 생성부에서 생성된 스케줄에 따라 상기 제1 타입의 수전해 설비와 상기 제2 타입의 수전해 설비를 제어하는 수전해 설비 제어부를 포함한다.The hydrogen production system according to the present invention is a water electrolysis facility of a first type, a water electrolysis facility of a second type different from the first type, and a water electrolysis facility of the first type and the water electrolysis facility of the second type. A hydrogen storage tank SOC estimation unit for estimating the current charge amount (SOC) of a hydrogen storage tank storing hydrogen, a hydrogen demand forecasting unit for predicting hourly hydrogen demand of a hydrogen demander to be supplied with hydrogen stored in the hydrogen storage tank, and an electric power supply company TOU receiving unit for receiving the TOU for each time period, operating characteristics of the first type of water electrolysis facility, operation characteristics of the second type of water electrolysis facility so that total power consumption is minimized for a preset time from the present a schedule generator for generating schedules for the first type of water electrolysis facility and the second type of water electrolysis facility, respectively, based on the current SOC of the hydrogen storage tank, the hourly demand for hydrogen of the hydrogen consumer, and the TOU. and a water electrolysis facility controller controlling the first type of water electrolysis facility and the second type of water electrolysis facility according to the schedule generated by the schedule generator.

Figure R1020220184986
Figure R1020220184986

Description

서로 다른 운전 특성의 수전해 설비들을 갖는 수소생산시스템 및 이의 동작 방법{Hydrogen production system having electrolyzers with different operational characteristics and method of operating the same}Hydrogen production system having electrolyzers with different operational characteristics and method of operating the same}

본 발명은 서로 다른 운전 특성의 수전해 설비들을 갖는 수소생산시스템 및 이의 동작 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a hydrogen production system having water electrolysis facilities having different operating characteristics and an operation method thereof.

전세계적으로 이산화탄소 배출 억제를 위한 친환경 에너지 사용을 촉진하는 움직임에 발맞춰, 정부는 온실가스 감축, 미세먼지 저감, 재생에너지 이용 확대 등 친환경 에너지 확산과 에너지원 다각화 등의 이유로 수소 경제 활성화를 추진하고 있다.carbon dioxide worldwide In line with the movement to promote the use of eco-friendly energy to control emissions, the government is promoting the revitalization of the hydrogen economy for reasons such as the spread of eco-friendly energy and the diversification of energy sources, such as reducing greenhouse gas emissions, reducing fine dust, and expanding the use of renewable energy.

기존에는 수소가 주로 우주 로켓의 연료로 사용되었으나, 지속적인 연구 개발을 통해 기존의 화석 연료를 대체할 수 있는 에너지원으로 사용할 수 있게 되었으며, 현재에는 일반 가정용 전기기기를 시작으로 발전용/가정용 연료전지, 자동차, 산업용 기기 및 산업 공정 등 다양한 분야에서 사용되고 있다. 국내에서도 수소 사용량이 지속적으로 증가하고 있다. 맥킨지가 발표한 "Hydrogen meets digital"에 따르면, 대부분 산업용 원료로 소비되던 2015년에는 240만톤의 수소 수요가 있었으나, 2050년에는 1,690만톤까지 증가할 것이라 예상하였고, 산업용 원료뿐만 아니라 발전, 수송, 산업, 건물 분야 등 다양한 분야에서 소비될 것으로 분석했다. 모든 분야에서 수소 수요는 높은 잠재력을 가지고 있지만, 높은 충전 속도와 에너지 저장 밀도 등의 이유로 수소 자동차, 수소 버스 및 트럭 등 수송부문에서 특히 높은 수요가 발생할 것이라고 예상하였다. 실제로 정부에서도 2030년 수소차 10% 시대라는 목표로 국가 차원의 로드맵 설정 및 지원을 계획 및 실시하고 있으며, 환경부에 따르면 2020년에는 국내의 수소 충전소가 80개소, 수소 자동차는 9천대 수준이었으나, 2030년에는 수소 충전소가 520개소로 증가하고, 수소 자동차 역시 63만대 수준으로 지속적으로 확대 보급될 것으로 전망하고 있다.In the past, hydrogen was mainly used as a fuel for space rockets, but through continuous research and development, it has become possible to use it as an energy source that can replace existing fossil fuels. , used in various fields such as automobiles, industrial equipment and industrial processes. Hydrogen consumption is continuously increasing in Korea. According to "Hydrogen meets digital" announced by McKinsey, there was a demand for 2.4 million tons of hydrogen in 2015, when it was mostly consumed as industrial raw materials, but it was expected to increase to 16.9 million tons in 2050. It was analyzed that it would be consumed in various fields, such as the building sector. Although hydrogen demand has high potential in all fields, it is expected that hydrogen demand will be particularly high in the transportation sector, such as hydrogen cars, hydrogen buses and trucks, due to high charging rates and energy storage densities. In fact, the government is also planning and implementing a national roadmap and support with the goal of 10% of hydrogen vehicles by 2030. In 2018, the number of hydrogen charging stations is expected to increase to 520, and the supply of hydrogen vehicles will continue to expand to 630,000 units.

수소 생산 방식에는 현재 부생수소 생산 방식, 추출수소 생산 방식, 그리고 수전해 설비를 이용한 수소 생산 방식이 있다. 도 1은 다양한 수소 생산 방식의 공정 개략도를 도시한다.Hydrogen production methods currently include a by-product hydrogen production method, an extracted hydrogen production method, and a hydrogen production method using water electrolysis facilities. 1 shows process schematics of various hydrogen production modes.

첫 번째로, 부생수소는 납사(Naphtha)의 개질이나 분해, 제철 등의 공정에서 발생하는 부산물 중에 수소가 많이 포함되어 있는 혼합가스를 압력순환 흡착공정 등으로 정제하여 순도를 높임으로써 생산되는 수소이다. 부생수소는 폐가스를 활용하여 생산되므로 수소 생산을 위한 추가설비 투자비용 등이 없기 때문에 수소 생산 방식 중 경제성이 가장 우수하다는 장점을 가지고 있다. 하지만, 부산물을 활용하기 때문에 수소의 생산량에 한계가 존재한다.First, by-product hydrogen is hydrogen produced by purifying a mixed gas containing a large amount of hydrogen among by-products generated in processes such as reforming, decomposition, and steelmaking of naphtha through a pressure swing adsorption process to increase the purity. . Since by-product hydrogen is produced using waste gas, there is no additional facility investment cost for hydrogen production, so it has the advantage of being the most economical among hydrogen production methods. However, there is a limit to the production of hydrogen because by-products are used.

두 번째로, 개질수소는 천연가스, 석탄, 석유 등 탄화수소계 화석연료를 활용하여 촉매 반응으로 생산하는 수소이다. 수소 생산 방식 중 가장 저렴하고 대량으로 수소를 생산할 수 있기 때문에 현재 전세계적으로 천연가스 추출수소가 수소 생산의 가장 큰 비중을 차지하고 있다. 하지만 부생수소 생산 방식과 개질수소 생산 방식 모두 수소 생산 과정에서 이산화탄소를 발생시키기 때문에, 환경오염 논란에서 자유롭지 못하다.Second, reformed hydrogen is hydrogen produced by a catalytic reaction using hydrocarbon-based fossil fuels such as natural gas, coal, and petroleum. Among the hydrogen production methods, natural gas extraction hydrogen accounts for the largest share of hydrogen production worldwide because it is the cheapest and can be produced in large quantities. However, since both the byproduct hydrogen production method and the reformed hydrogen production method generate carbon dioxide in the hydrogen production process, they are not free from controversy over environmental pollution.

마지막으로, 수전해 설비는 2개의 전극에 전기장을 인가하여 물이 수소와 산소로 분리된다는 원리를 이용하여 전기를 통해 수소를 생산하는 설비이다. 다른 수소 생산 방식과 달리 수소 생산 과정에서 이산화탄소를 배출시키지 않는다는 점에서 친환경적인 수소 생산 설비로 주목 받고 있다.Finally, the water electrolysis facility is a facility that produces hydrogen through electricity using the principle that water is separated into hydrogen and oxygen by applying an electric field to two electrodes. Unlike other hydrogen production methods, it is attracting attention as an eco-friendly hydrogen production facility in that it does not emit carbon dioxide during the hydrogen production process.

환경 문제에 관심이 높아지고 수소 생산 기술이 향상됨에 따라 전세계적으로 이산화탄소를 적게 발생시키거나 발생시키지 않는 친환경 수소 생산 방식으로 전환하고 있다. 우리나라 정부도 수소경제 활성화 로드맵을 발표하여 수소경제 활성화를 위한 정책의 방향성과 목표 및 추진전략을 발표하였다. 발표 내용에 따르면, 현재 대부분의 수소 생산은 천연가스에서 수소를 추출하는 천연가스 개질방식을 이용하고 있으나, 수전해 설비를 이용한 수소 생산을 점차적으로 증가시킬 계획이다.As interest in environmental issues increases and hydrogen production technology improves, the world is transitioning to environmentally friendly hydrogen production methods that emit little or no carbon dioxide. The Korean government also announced a roadmap for revitalizing the hydrogen economy, announcing policy direction, goals, and strategies for revitalizing the hydrogen economy. According to the announcement, most hydrogen production currently uses a natural gas reforming method that extracts hydrogen from natural gas, but plans to gradually increase hydrogen production using water electrolysis facilities.

수전해 설비는 수요지 근처에 설치할 수 있어 수소 운송 비용이 발생하지 않는다는 장점이 있다. 그러나, 초기 설치 비용, 높은 생산 단가, 낮은 기술 성숙도, 시장화 초기 단계 등의 이유로 다른 수소 생산 및 공급 방식에 비해 경제성이 부족하여 적극적인 도입이 지체되고 있는 실정이다. 수전해 설비를 이용한 수소 생산 방식에서 가장 큰 비중을 차지하는 생산 원가는 전기요금이다. 참고로, 2018년도 국내 수소 생산 단가는 부생수소가 대략 2,000원/kg, 추출수소가 2,700 ~ 5,100원/kg, 수전해 설비로 생산된 수소가 9,000 ~ 10,000원/kg이었다.The water electrolysis facility has the advantage of not incurring hydrogen transportation costs because it can be installed near the point of demand. However, due to reasons such as initial installation cost, high production cost, low technology maturity, and early stage of marketization, it is not economically feasible compared to other hydrogen production and supply methods, so active introduction is delayed. In the hydrogen production method using water electrolysis equipment, the production cost that accounts for the largest portion is the electricity price. For reference, the domestic hydrogen production cost in 2018 was approximately 2,000 won/kg for by-product hydrogen, 2,700 to 5,100 won/kg for extracted hydrogen, and 9,000 to 10,000 won/kg for hydrogen produced by water electrolysis facilities.

도 2는 수전해 설비에서 생산된 수소가 수소 충전소와 같은 수소 수요처에 공급되는 공정을 도시한다.FIG. 2 shows a process in which hydrogen produced in a water electrolysis facility is supplied to a hydrogen consumer such as a hydrogen charging station.

수전해 설비는 어떤 이온을 이동시키는지와 사용하는 전해질에 따라 AEL(Alkaline Electrolysis), PEMEL(Polymer Electrolyte membrane electrolysis), AEMEL(Anion Exchange Membrane Electrolysis), SOEL(Solid Oxide Electrolysis) 등으로 구분된다. 현재 기준으로 AEMEL과 SOEL은 현재 기술 개발이 진행 중인 연구 단계이고, AEL과 PEMEL은 상업화 단계이다.Water electrolysis facilities are classified into AEL (Alkaline Electrolysis), PEMEL (Polymer Electrolyte membrane electrolysis), AEMEL (Anion Exchange Membrane Electrolysis), and SOEL (Solid Oxide Electrolysis) depending on the type of ion that moves and the electrolyte used. Based on current standards, AEMEL and SOEL are currently in the research stage of technology development, and AEL and PEMEL are in the commercialization stage.

AEL 수전해 기술은 현재 수전해 기술 중 기술적 성숙도가 가장 높은 기술로서, KOH 등과 같은 알칼리 수용액을 전해질로 이용하고, 수소와 산소를 분리하기 위하여 별도의 분리막을 사용하며 100도 이하의 운전조건을 갖는다. AEL 수전해 설비는 안정성이 높고 설비 수명이 길다는 장점이 있으나, 낮은 전류 밀도, 낮은 수소 순도, 긴 시동 소요시간, 부하 조건에 따른 작동불능 상태 발생 등과 같은 단점이 존재한다.AEL water electrolysis technology has the highest technological maturity among current water electrolysis technologies. It uses an aqueous alkali solution such as KOH as an electrolyte, uses a separate membrane to separate hydrogen and oxygen, and has operating conditions of 100 degrees or less. . AEL water electrolysis equipment has the advantage of high stability and long equipment life, but it has disadvantages such as low current density, low hydrogen purity, long start-up time, and inoperability depending on load conditions.

PEMEL 수전해 기술은 고체고분자전해질(PEM) 막을 전해질로 이용하는 기술이다. PEMEL 수전해 설비는 고분자막의 안정성에 따라 200도 이하의 운전조건을 가지며, 상대적으로 높은 전류밀도에서 운전되기 때문에 수소 생산 효율이 높고, 고압 상태에서 운전할 수 있으며, 소형으로 설계할 수 있어 상대적으로 필요한 부지 면적이 적으며, AEL 수전해 설비에 비해 높은 유연성을 가져 부하 변동에 쉽게 대응할 수 있다. 하지만 PEMEL 수전해 설비는 AEL 수전해 설비에 비해 고압 상태를 견디기 위한 내구성, 고분자 전해질막의 높은 단가 등의 이유로 설치 및 유지 비용이 2배에 달하여 대용량으로 사용하기에 한계가 있고, 설비 수명도 상대적으로 낮다.PEMEL water electrolysis technology is a technology that uses a solid polymer electrolyte (PEM) membrane as an electrolyte. PEMEL water electrolysis equipment has an operating condition of 200 degrees or less depending on the stability of the polymer membrane, has high hydrogen production efficiency because it is operated at a relatively high current density, can operate in a high-pressure state, and can be designed in a compact size, so relatively necessary The site area is small, and it has high flexibility compared to AEL water electrolysis equipment, so it can easily respond to load fluctuations. However, compared to AEL water electrolysis facilities, PEMEL water electrolysis facilities require twice as much installation and maintenance costs for reasons such as durability to withstand high-pressure conditions and high unit cost of polymer electrolyte membranes. low.

부생수소와 추출수소 중심의 수소 생산 체계에서 수전해 설비를 이용한 수소 생산 비중을 늘리려 하고 있으나, 다른 수소 생산 방식에 비해 높은 초기 설비 설치 비용과 생산 단가 등의 이유로 경제성이 부족하여 수전해 설비의 도입이 적극적으로 이루어지지 않고 있다. 이러한 배경 하에서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 경제성을 향상시킬 수 있는 수소생산시스템을 제공하는 것이다.In the hydrogen production system centered on by-product hydrogen and extractive hydrogen, the proportion of hydrogen production using water electrolysis facilities is being increased. This is not actively being done. Under this background, the problem to be solved by the present invention is to provide a hydrogen production system capable of improving economic feasibility.

상술한 기술적 과제들을 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 일 측면에 따른 수소생산시스템은 제1 타입의 수전해 설비, 상기 제1 타입과 다른 제2 타입의 수전해 설비, 상기 제1 타입의 수전해 설비와 상기 제2 타입의 수전해 설비로부터 생산된 수소를 저장하는 수소 저장 탱크의 현재 충전량(SOC)를 추정하는 수소 저장 탱크 SOC 추정부, 상기 수소 저장 탱크에 저장된 수소를 공급받을 수소 수요처의 시간별 수소 수요량을 예측하는 수소 수요 예측부, 전력 공급 회사의 계시별 전기요금(TOU)을 수신하는 TOU 수신부, 현재부터 미리 설정된 시간 동안 총 전력 소비량이 최소화되도록, 상기 제1 타입의 수전해 설비의 운전 특성, 상기 제2 타입의 수전해 설비의 운전 특성, 상기 수소 저장 탱크의 상기 현재 SOC, 상기 수소 수요처의 시간별 수소 수요량, 및 상기 TOU에 기초하여 상기 제1 타입의 수전해 설비와 상기 제2 타입의 수전해 설비 각각의 스케줄을 생성하는 스케줄 생성부, 및 상기 스케줄 생성부에서 생성된 스케줄에 따라 상기 제1 타입의 수전해 설비와 상기 제2 타입의 수전해 설비를 제어하는 수전해 설비 제어부를 포함한다.As a technical means for achieving the above-described technical problems, a hydrogen production system according to an aspect of the present invention includes a water electrolysis facility of a first type, a water electrolysis facility of a second type different from the first type, and a water electrolysis facility of the first type. A water electrolysis facility and a hydrogen storage tank SOC estimating unit for estimating the current charge amount (SOC) of a hydrogen storage tank storing hydrogen produced from the second type water electrolysis facility, and a hydrogen demand place to be supplied with the hydrogen stored in the hydrogen storage tank. A hydrogen demand prediction unit for predicting hourly hydrogen demand, a TOU receiver for receiving a time-to-time electricity rate (TOU) of a power supply company, and a first type of water electrolysis facility so that total power consumption is minimized for a preset time from now. based on the operating characteristics of the second type of water electrolysis facility, the current SOC of the hydrogen storage tank, the hourly hydrogen demand of the hydrogen demander, and the TOU. A schedule generating unit for generating schedules for each of the two types of water electrolysis facilities, and a water electrolysis facility for controlling the first type of water electrolysis facility and the second type of water electrolysis facility according to the schedule generated by the schedule generating unit. includes a control unit.

일 예에 따르면 수소생산시스템은 상기 전력 공급 회사가 제공하는 전력 계통의 주파수가 59.85Hz 이하로 하락하면 주파수 하락 감지 신호를 발생하는 저주파수 계전기를 더 포함할 수 있다. 상기 수전해 설비 제어부는 상기 저주파 계전기에 의해 상기 주파수 하락 감지 신호가 발생하면, 상기 제1 타입의 수전해 설비와 상기 제2 타입의 수전해 설비를 각각 미리 설정된 최소 설정치로 동작시킬 수 있다.According to one example, the hydrogen production system may further include a low-frequency relay that generates a frequency drop detection signal when the frequency of the power system provided by the power supply company drops below 59.85 Hz. When the frequency drop detection signal is generated by the low-frequency relay, the water electrolysis facility control unit may operate the first type of water electrolysis facility and the second type of water electrolysis facility at preset minimum settings, respectively.

다른 예에 따르면, 상기 수소 수요 예측부는 인공지능 기반의 머신러닝, 딥러닝, 통계학적인 추론 중 적어도 하나를 이용하여 상기 수소 수요처의 24 시간 동안의 상기 시간별 수소 수요량을 예측할 수 있다.According to another example, the hydrogen demand predictor may predict the hourly hydrogen demand of the hydrogen demander for 24 hours using at least one of artificial intelligence-based machine learning, deep learning, and statistical inference.

또 다른 예에 따르면, 상기 수소 저장 탱크 SOC 추정부는 상기 제1 타입의 수전해 설비와 상기 제2 타입의 수전해 설비에서 생산되어 상기 수소 저장 탱크에 투입되는 수소의 양과 상기 수소 저장 탱크에서 상기 수소 수요처로 방출되는 수소의 양의 차이를 기초로 상기 수소 저장 탱크 내의 상기 현재 충전량을 추정할 수 있다.According to another example, the hydrogen storage tank SOC estimator determines the amount of hydrogen produced in the first type of water electrolysis facility and the second type of water electrolysis facility and input to the hydrogen storage tank and the hydrogen in the hydrogen storage tank. The current charging amount in the hydrogen storage tank may be estimated based on the difference in the amount of hydrogen released to the demand side.

또 다른 예에 따르면, 상기 제1 타입의 수전해 설비는 적어도 하나의 AEL(Alkaline Electrolysis) 수전해 장치를 포함하고, 상기 제2 타입의 수전해 설비는 적어도 하나의 PEMEL(Polymer Electrolyte membrane electrolysis) 수전해 장치를 포함할 수 있다. 상기 제1 타입의 수전해 설비에서 생산되는 수소량은 상기 적어도 하나의 AEL 수전해 장치가 생산하는 총 수소량이고, 상기 제2 타입의 수전해 설비에서 생산되는 수소량은 상기 적어도 하나의 PEMEL 수전해 장치가 생산하는 총 수소량일 수 있다.According to another example, the first type of water electrolysis facility includes at least one AEL (Alkaline Electrolysis) water electrolysis device, and the second type of water electrolysis facility includes at least one PEMEL (Polymer Electrolyte Membrane Electrolysis) faucet. may include a device. The amount of hydrogen produced by the water electrolysis facility of the first type is the total amount of hydrogen produced by the at least one AEL water electrolyzer, and the amount of hydrogen produced by the water electrolysis facility of the second type is the amount of hydrogen produced by the at least one PEMEL water electrolysis device. This may be the total amount of hydrogen produced by the device.

또 다른 예에 따르면, 상기 스케줄 생성부는 상기 적어도 하나의 AEL 수전해 장치 각각의 스케줄 및 상기 적어도 하나의 PEMEL 수전해 장치 각각의 스케줄을 생성할 수 있다. 상기 수전해 설비 제어부는 상기 적어도 하나의 AEL 수전해 장치 각각의 스케줄에 따라 상기 적어도 하나의 AEL 수전해 장치 각각을 독립적으로 제어하고, 상기 적어도 하나의 PEMEL 수전해 장치 각각의 스케줄에 따라 상기 적어도 하나의 PEMEL 수전해 장치 각각을 독립적으로 제어할 수 있다.According to another example, the schedule generating unit may generate a schedule for each of the at least one AEL water electrolysis device and a schedule for each of the at least one PEMEL water electrolysis device. The water electrolysis facility control unit independently controls each of the at least one AEL water electrolysis device according to the schedule of each of the at least one AEL water electrolysis device, and controls the at least one AEL water electrolysis device according to the schedule of each of the at least one PEMEL water electrolysis device. Each of the PEMEL water electrolyzers can be independently controlled.

또 다른 예에 따르면, 상기 스케줄 생성부는 적어도 하나의 제약 조건 하에서 하기의 목적 함수를 풂으로써 현재(t=0)부터 미리 설정된 T 시간까지의 총 전력 소비량이 최소화되도록 상기 제1 타입의 수전해 설비의 스케줄과 상기 제2 타입의 수전해 설비의 스케줄을 생성하도록 구성될 수 있다.According to another example, the first type of water electrolysis equipment such that the total power consumption from the present (t = 0) to a preset time T is minimized by calculating the following objective function under at least one constraint, the schedule generation unit It may be configured to generate a schedule of and a schedule of the second type of water electrolysis equipment.

[목적 함수][objective function]

Figure 112022140119464-pat00001
Figure 112022140119464-pat00001

여기서,

Figure 112022140119464-pat00002
는 상기 적어도 하나의 AEL 수전해 장치가 t 시간과 (t+1) 시간 사이에 소비하도록 스케줄링되는 총 전력량이고,
Figure 112022140119464-pat00003
는 상기 적어도 하나의 PEMEL 수전해 장치가 t 시간과 (t+1) 시간 사이에 소비하도록 스케줄링되는 총 전력량이고,
Figure 112022140119464-pat00004
는 상기 적어도 하나의 AEL 수전해 장치가 t 시간과 (t+1) 시간 사이에 생산하도록 스케줄링되는 총 수소량이고,
Figure 112022140119464-pat00005
는 상기 적어도 하나의 PEMEL 수전해 장치가 t 시간과 (t+1) 시간 사이에 생산하도록 스케줄링되는 총 전력량이고,
Figure 112022140119464-pat00006
는 상기 TOU에 따라서 t 시간과 (t+1) 시간 사이의 단위 전력 당 전기 요금일 수 있다.here,
Figure 112022140119464-pat00002
Is the total amount of power that the at least one AEL water electrolysis device is scheduled to consume between time t and time (t + 1),
Figure 112022140119464-pat00003
is the total amount of power that the at least one PEMEL water electrolysis device is scheduled to consume between time t and time (t+1),
Figure 112022140119464-pat00004
is the total amount of hydrogen that the at least one AEL water electrolyzer is scheduled to produce between time t and time (t+1),
Figure 112022140119464-pat00005
is the total amount of power that the at least one PEMEL water electrolyzer is scheduled to produce between time t and time (t+1),
Figure 112022140119464-pat00006
may be an electricity rate per unit power between time t and time (t+1) according to the TOU.

또 다른 예에 따르면, 상기 적어도 하나의 제약 조건은 상기

Figure 112022140119464-pat00007
와 상기
Figure 112022140119464-pat00008
의 관계 및 상기
Figure 112022140119464-pat00009
과 상기
Figure 112022140119464-pat00010
의 관계를 정의하는 하기의 수학식 1를 포함할 수 있다.According to another example, the at least one constraint is
Figure 112022140119464-pat00007
and above
Figure 112022140119464-pat00008
relationship and recall
Figure 112022140119464-pat00009
and above
Figure 112022140119464-pat00010
It may include Equation 1 below that defines the relationship of

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112022140119464-pat00011
Figure 112022140119464-pat00011

Figure 112022140119464-pat00012
Figure 112022140119464-pat00012

여기서,

Figure 112022140119464-pat00013
는 상기 적어도 하나의 AEL 수전해 장치에 공급되는 총 전력량에 대한 상기 적어도 하나의 AEL 수전해 장치가 생산하는 총 수소량의 비율을 나타내고,
Figure 112022140119464-pat00014
는 상기 적어도 하나의 PEMEL 수전해 장치에 공급되는 총 전력량에 대한 상기 적어도 하나의 PEMEL 수전해 장치가 생산하는 총 수소량의 비율을 나타낼 수 있다.here,
Figure 112022140119464-pat00013
Represents the ratio of the total amount of hydrogen produced by the at least one AEL water electrolysis device to the total amount of power supplied to the at least one AEL water electrolysis device,
Figure 112022140119464-pat00014
May represent the ratio of the total amount of hydrogen produced by the at least one PEMEL water electrolysis device to the total amount of power supplied to the at least one PEMEL water electrolysis device.

또 다른 예에 따르면, 상기 적어도 하나의 제약 조건은 상기 수소 저장 탱크의 충전량(SOC)와 관한 하기 수학식 2를 더 포함할 수 있다.According to another example, the at least one constraint may further include Equation 2 below regarding the SOC of the hydrogen storage tank.

[수학식 2][Equation 2]

Figure 112022140119464-pat00015
Figure 112022140119464-pat00015

여기서,

Figure 112022140119464-pat00016
Figure 112022140119464-pat00017
는 각각 t 시간과 (t+1) 시간의 상기 수소 저장 탱크의 스케줄링된 충전량이고,
Figure 112022140119464-pat00018
는 상기 수소 저장 탱크 SOC 추정부에 의해 추정된 상기 수소 저장 탱크의 상기 현재 충전량이고,
Figure 112022140119464-pat00019
는 상기 수소 저장 탱크의 용량이고,
Figure 112022140119464-pat00020
는 상기 제1 타입의 수전해 설비와 상기 제2 타입의 수전해 설비가 t 시간과 (t+1) 시간 사이에 생산하도록 스케줄링되는 총 수소량으로서,
Figure 112022140119464-pat00021
에 따라 정의되고,
Figure 112022140119464-pat00022
는 상기 수소 수요 예측부에 의해 예측되는, t 시간과 (t+1) 시간 사이의 상기 수소 수요처의 수소 수요량일 수 있다.here,
Figure 112022140119464-pat00016
and
Figure 112022140119464-pat00017
is the scheduled filling amount of the hydrogen storage tank at time t and time (t + 1), respectively,
Figure 112022140119464-pat00018
Is the current filled amount of the hydrogen storage tank estimated by the hydrogen storage tank SOC estimating unit,
Figure 112022140119464-pat00019
is the capacity of the hydrogen storage tank,
Figure 112022140119464-pat00020
Is the total amount of hydrogen that the first type of water electrolysis facility and the second type of water electrolysis facility are scheduled to produce between time t and time (t + 1),
Figure 112022140119464-pat00021
is defined according to
Figure 112022140119464-pat00022
may be the hydrogen demand of the hydrogen demander between time t and time (t+1), predicted by the hydrogen demand prediction unit.

또 다른 예에 따르면, 상기 적어도 하나의 제약 조건은 상기 수소 저장 탱크의 충전량(SOC)와 관한 하기 수학식 3을 더 포함할 수 있다.According to another example, the at least one constraint may further include Equation 3 below regarding the SOC of the hydrogen storage tank.

[수학식 3][Equation 3]

Figure 112022140119464-pat00023
Figure 112022140119464-pat00023

여기서,

Figure 112022140119464-pat00024
는 상기 수소 저장 탱크의 충전량의 상한 설정치이고,
Figure 112022140119464-pat00025
는 상기 수소 저장 탱크의 충전량의 하한 설정치로서,
Figure 112022140119464-pat00026
에 의해 결정되며,
Figure 112022140119464-pat00027
는 상기 수소 수요처의 과거 데이터에서 1시간 동안의 수소 수요 최대값일 수 있다.here,
Figure 112022140119464-pat00024
Is the upper limit set value of the filling amount of the hydrogen storage tank,
Figure 112022140119464-pat00025
Is the lower limit setting value of the filling amount of the hydrogen storage tank,
Figure 112022140119464-pat00026
is determined by
Figure 112022140119464-pat00027
may be the maximum hydrogen demand value for 1 hour in the past data of the hydrogen demand place.

또 다른 예에 따르면, 상기 적어도 하나의 제약 조건은 상기 수소 저장 탱크의 충전량(SOC) 변화량에 관한 하기 수학식 4를 더 포함할 수 있다. According to another example, the at least one constraint condition may further include the following Equation 4 regarding the amount of change in the SOC of the hydrogen storage tank.

[수학식 4][Equation 4]

Figure 112022140119464-pat00028
Figure 112022140119464-pat00028

여기서,

Figure 112022140119464-pat00029
는 압축기의 성능에 따라 상기 수소 저장 탱크로부터 상기 수소 수요처로 방출될 수 있는 최대 순감 수소량이고,
Figure 112022140119464-pat00030
는 상기 수소 저장 탱크의 t 시간의 충전량(
Figure 112022140119464-pat00031
)에 따라 상기 수소 저장 탱크에 유입될 수 있는 최대 순증 수소량일 수 있다.here,
Figure 112022140119464-pat00029
Is the maximum net hydrogen reduction amount that can be released from the hydrogen storage tank to the hydrogen demand place according to the performance of the compressor,
Figure 112022140119464-pat00030
Is the charging amount of the hydrogen storage tank at t time (
Figure 112022140119464-pat00031
), it may be the maximum net hydrogen amount that can flow into the hydrogen storage tank.

또 다른 예에 따르면, 상기 적어도 하나의 제약 조건은 상기

Figure 112022140119464-pat00032
과 상기
Figure 112022140119464-pat00033
에 관한 하기 수학식 5를 더 포함할 수 있다.According to another example, the at least one constraint is
Figure 112022140119464-pat00032
and above
Figure 112022140119464-pat00033
It may further include Equation 5 below for

[수학식 5][Equation 5]

Figure 112022140119464-pat00034
Figure 112022140119464-pat00034

Figure 112022140119464-pat00035
Figure 112022140119464-pat00035

여기서,

Figure 112022140119464-pat00036
Figure 112022140119464-pat00037
는 각각 상기 적어도 하나의 AEL 수전해 장치가 1시간 동안 생산할 수 있는 총 수소량의 최소치와 최대치이고,
Figure 112022140119464-pat00038
Figure 112022140119464-pat00039
는 각각 상기 적어도 하나의 PEMEL 수전해 장치가 1시간 동안 생산할 수 있는 총 수소량의 최소치와 최대치일 수 있다.here,
Figure 112022140119464-pat00036
and
Figure 112022140119464-pat00037
are the minimum and maximum values of the total amount of hydrogen that the at least one AEL water electrolyzer can produce for 1 hour, respectively;
Figure 112022140119464-pat00038
and
Figure 112022140119464-pat00039
May be the minimum and maximum values of the total amount of hydrogen that the at least one PEMEL water electrolyzer can produce for 1 hour, respectively.

또 다른 예에 따르면, 상기 적어도 하나의 제약 조건은 상기

Figure 112022140119464-pat00040
과 상기
Figure 112022140119464-pat00041
각각의 변화량에 관한 하기 수학식 6을 더 포함할 수 있다.According to another example, the at least one constraint is
Figure 112022140119464-pat00040
and above
Figure 112022140119464-pat00041
Equation 6 below for each amount of change may be further included.

[수학식 6][Equation 6]

Figure 112022140119464-pat00042
Figure 112022140119464-pat00042

Figure 112022140119464-pat00043
Figure 112022140119464-pat00043

여기서,

Figure 112022140119464-pat00044
는 상기 적어도 하나의 AEL 수전해 장치의 최대 수소 생산 변동 값이고,
Figure 112022140119464-pat00045
는 상기 적어도 하나의 PEMEL 수전해 장치의 최대 수소 생산 변동 값이고,
Figure 112022140119464-pat00046
는 상기 적어도 하나의 AEL 수전해 장치가 현재 생산하고 있는 시간당 수소 생산량이고,
Figure 112022140119464-pat00047
는 상기 적어도 하나의 AEL 수전해 장치가 현재 생산하고 있는 시간당 수소 생산량일 수 있다.here,
Figure 112022140119464-pat00044
is the maximum hydrogen production fluctuation value of the at least one AEL water electrolyzer,
Figure 112022140119464-pat00045
is the maximum hydrogen production fluctuation value of the at least one PEMEL water electrolyzer,
Figure 112022140119464-pat00046
Is the hydrogen production per hour currently being produced by the at least one AEL water electrolyzer,
Figure 112022140119464-pat00047
may be the hydrogen production per hour that the at least one AEL water electrolyzer is currently producing.

본 발명의 일 측면에 따라서, 제1 타입의 수전해 설비와 상기 제1 타입과 다른 제2 타입의 수전해 설비를 포함하는 수소생산시스템의 동작 방법은 상기 제1 타입의 수전해 설비와 상기 제2 타입의 수전해 설비로부터 생산된 수소를 저장하는 수소 저장 탱크의 현재 충전량(SOC, State of Charge)를 추정하는 단계, 상기 수소 저장 탱크에 저장된 수소를 공급받을 수소 수요처의 시간별 수소 수요량을 예측하는 단계, 전력 공급 회사의 계시별 전기요금(TOU, Time-of-Use)을 수신하는 단계, 현재부터 미리 설정된 시간 동안 총 전력 소비량이 최소화되도록, 상기 제1 타입의 수전해 설비의 운전 특성, 상기 제2 타입의 수전해 설비의 운전 특성, 상기 수소 저장 탱크의 상기 현재 SOC, 상기 수소 수요처의 시간별 수소 수요량, 및 상기 TOU에 기초하여 상기 제1 타입의 수전해 설비와 상기 제2 타입의 수전해 설비 각각의 스케줄을 생성하는 단계, 및 상기 스케줄에 따라 상기 제1 타입의 수전해 설비와 상기 제2 타입의 수전해 설비를 제어하는 단계를 포함한다.According to one aspect of the present invention, a method of operating a hydrogen production system including a first type of water electrolysis facility and a second type of water electrolysis facility different from the first type is provided with the first type of water electrolysis facility and the first type of water electrolysis facility. Estimating the current state of charge (SOC) of a hydrogen storage tank storing hydrogen produced from two types of water electrolysis facilities, predicting the hourly hydrogen demand of a hydrogen consumer to receive the hydrogen stored in the hydrogen storage tank Step, receiving a Time-of-Use (TOU) from a power supply company, operation characteristics of the first type of water electrolysis facility so that total power consumption is minimized for a preset time from now, the The first type of water electrolysis facility and the second type of water electrolysis facility based on the operating characteristics of the second type of water electrolysis facility, the current SOC of the hydrogen storage tank, the hourly hydrogen demand of the hydrogen demander, and the TOU. Generating a schedule for each facility, and controlling the first type of water electrolysis facility and the second type of water electrolysis facility according to the schedule.

본 발명의 일 측면에 따른 컴퓨터 프로그램은 적어도 하나의 컴퓨팅 장치를 이용하여 전술한 수소생산시스템의 동작 방법을 실행시키기 위하여 매체에 저장된다.A computer program according to an aspect of the present invention is stored in a medium to execute the method of operating the above-described hydrogen production system using at least one computing device.

본 발명에 따르면 두 종류 이상의 수전해 설비들로 구성된 수소생산시스템은 각 수전해 설비의 운전 특성, 계시별 요금제(TOU, Time-of-Use)와 수소 충전소의 예측 수요, 계통 보조서비스로 수전해 설비를 활용하는 방안 등을 종합적으로 고려하여 수전해 설비별로 최적의 스케줄링을 수행함으로써 수소 생산의 경제성을 향상시킬 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 수소생산시스템은 전체 전기요금을 절감할 수 있다.According to the present invention, the hydrogen production system composed of two or more types of water electrolysis facilities uses the operation characteristics of each water electrolysis facility, Time-of-Use (TOU), predicted demand for hydrogen charging stations, and water electrolysis by system auxiliary service. It is possible to improve the economic feasibility of hydrogen production by performing optimal scheduling for each water electrolysis facility by comprehensively considering the method of utilizing the facility. That is, the hydrogen production system according to the present invention can reduce the overall electricity cost.

본 발명의 수소생산시스템은 서로 다른 운전 특성을 갖는 수전해 설비들 각각의 최적 운전 스케줄을 제공한다. 각 수전해 설비의 최적 운전 스케줄에 따라 운전 제어 전략을 수립하고 실행하여 전체 수소생산시스템의 경제성을 향상시킬 수 있다.The hydrogen production system of the present invention provides optimal operation schedules for each of the water electrolysis facilities having different operating characteristics. The economic feasibility of the entire hydrogen production system can be improved by establishing and executing an operation control strategy according to the optimal operation schedule of each water electrolysis facility.

본 발명의 수소생산시스템을 통해 수소를 생산하고 판매하여 수익을 얻을 뿐만 아니라 수전해 설비를 계통 보조서비스로 활용함으로써 새로운 경제적 부가가치를 창출할 수 있다. 이를 통해 다른 수소 생산 방식에 비해 부족한 수전해 설비의 경제성을 향상시킬 수 있다.Through the hydrogen production system of the present invention, it is possible not only to generate and sell hydrogen to generate profits, but also to create new economic added value by using the water electrolysis facility as an auxiliary service for the system. Through this, it is possible to improve the economic feasibility of water electrolysis facilities, which are insufficient compared to other hydrogen production methods.

도 1은 다양한 수소 생산 방식의 공정 개략도를 도시한다.
도 2는 수전해 설비에서 생산된 수소가 수소 충전소와 같은 수소 수요처에 공급되는 공정을 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소생산시스템의 블록도를 도시한다.
1 shows process schematics of various hydrogen production modes.
FIG. 2 shows a process in which hydrogen produced in a water electrolysis facility is supplied to a hydrogen consumer such as a hydrogen charging station.
3 shows a block diagram of a hydrogen production system according to an embodiment of the present invention.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 개시의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있도록 다양한 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나 본 개시의 기술적 사상은 다양한 형태로 변형되어 구현될 수 있으므로 본 명세서에서 설명하는 실시예들로 제한되지 않는다. 본 명세서에 개시된 실시예들을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술을 구체적으로 설명하는 것이 본 개시의 기술적 사상의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 공지 기술에 대한 구체적인 설명을 생략한다. 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, various embodiments will be described in detail so that those skilled in the art can easily implement the technical idea of the present disclosure with reference to the accompanying drawings. However, since the technical spirit of the present disclosure may be implemented in various forms, it is not limited to the embodiments described herein. In describing the embodiments disclosed in this specification, if it is determined that a detailed description of a related known technology may obscure the gist of the technical idea of the present disclosure, a detailed description of the known technology will be omitted. The same or similar components are assigned the same reference numerals, and duplicate descriptions thereof will be omitted.

본 명세서에서 사용되는 용어는 오로지 특정 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 해당 용어의 사전적 의미로 한정하려는 의도로 사용한 것이 아니다. 본 명세서에서 어떤 요소가 다른 요소와 "연결"되어 있다고 기술될 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 요소를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 어떤 요소가 다른 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 요소 외에 또 다른 요소를 배제하는 것이 아니라 또 다른 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. Terms used in this specification are only for describing specific embodiments, and are not intended to limit the present invention to the dictionary meaning of the term. In this specification, when an element is described as being “connected” to another element, this includes not only the case of being “directly connected” but also the case of being “indirectly connected” with another element intervening therebetween. When an element "includes" another element, this means that it may further include another element without excluding another element in addition to the other element unless otherwise stated.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 자세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명은 시간에 따라 수요량이 달라지는 수소 수요처에 안정적으로 공급되어야 하는 수소를 서로 다른 타입의 수전해 설비에서 생산하기 위한 수소생산시스템 및 이의 동작 방법에 관한 것이다. 수소 수요처 중에서 가장 강력한 성장 가능성과 잠재력을 가지고 있는 곳은 수소 충전소이다. 아래에서는 수소 수요처로서 수소 충전소에 공급할 수소를 생산하는 것으로 가정하여 설명한다. 또한, 본 명세서는 서로 다른 타입의 수전해 설비가 수소 충전소에 수소를 비용 효율적이고 안정적으로 공급하기 위한 최적의 운전 제어 전략을 제공한다.The present invention relates to a hydrogen production system and a method of operating the same for producing hydrogen in different types of water electrolysis facilities, which must be stably supplied to hydrogen demanders whose demand varies over time. Among hydrogen demand sources, hydrogen charging stations have the strongest growth potential and potential. Below, it is assumed that hydrogen to be supplied to a hydrogen charging station is produced as a hydrogen demand source. In addition, the present specification provides optimal operation control strategies for cost-effective and stable supply of hydrogen to hydrogen refueling stations by different types of water electrolysis plants.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소생산시스템의 블록도를 도시한다.3 shows a block diagram of a hydrogen production system according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 수소생산시스템(100)은 전력 공급 회사(30)의 전력 계통(40)으로부터 공급되는 전력(P)을 이용하여 수소(H2)를 생산하여 수소 저장 탱크(10)에 저장되며, 수소 저장 탱크(10)에 저장된 수소(H2)는 수소 수요처(20)에 공급된다. 전력 공급 회사(30)는 전력 계통(40)을 통해 대한민국에 전력을 공급하는 한국전력공사일 수 있으며, 수소 수요처(20)는 수소차 등에 수소를 충전하기 위한 수소 충전소일 수 있다.Referring to FIG. 3 , the hydrogen production system 100 produces hydrogen (H 2 ) using the power P supplied from the power system 40 of the power supply company 30 and puts it in the hydrogen storage tank 10. Stored, the hydrogen (H 2 ) stored in the hydrogen storage tank 10 is supplied to the hydrogen consumer 20. The power supply company 30 may be Korea Electric Power Corporation, which supplies power to Korea through the power system 40, and the hydrogen consumer 20 may be a hydrogen charging station for charging hydrogen to a hydrogen vehicle or the like.

수소생산시스템(100)은 제1 타입의 수전해 설비(160) 및 제2 타입의 수전해 설비(170)를 포함한다. 제1 타입의 수전해 설비(160)와 제2 타입의 수전해 설비(170)는 서로 다른 타입일 수 있다. The hydrogen production system 100 includes a water electrolysis facility 160 of a first type and a water electrolysis facility 170 of a second type. The first type of water electrolysis facility 160 and the second type of water electrolysis facility 170 may be of different types.

수소생산시스템(100)은 서로 다른 두 종류 이상의 수전해 설비(160, 170)를 포함하며, 각 수전해 설비(160, 170)의 운전 특성, 전력 공급 회사(30)의 계시별 요금제(TOU), 수소 수요처(20)의 예측 수소 수요량 등을 종합적으로 고려하여 수전해 설비(160, 170) 각각에 대하여 최적의 스케줄을 생성하고, 생성된 스케줄에 따라 수전해 설비들(160, 170)을 동작시킴으로써 안정적이고 경제적으로 수소 수요처(20)에 수소(H2)를 공급할 수 있다. 또한, 수소생산시스템(100)은 수전해 설비들(160, 170)을 계통 보조서비스로 활용함으로써 전기 요금을 추가적으로 절약할 수 있다.The hydrogen production system 100 includes two or more different types of water electrolysis facilities 160 and 170, and the operating characteristics of each water electrolysis facility 160 and 170, the time-to-time tariff plan (TOU) of the power supply company 30 , The predicted hydrogen demand of the hydrogen demander 20 is comprehensively considered to generate an optimal schedule for each of the water electrolysis facilities 160 and 170, and the water electrolysis facilities 160 and 170 are operated according to the generated schedule. By doing so, it is possible to supply hydrogen (H 2 ) to the hydrogen demand place 20 stably and economically. In addition, the hydrogen production system 100 can additionally save electricity costs by using the water electrolysis facilities 160 and 170 as a system auxiliary service.

일 실시예에 따르면, 제1 타입의 수전해 설비(160)는 AEL(Alkaline Electrolysis) 수전해 설비로서, 적어도 하나의 AEL 수전해 장치(160a, 160b)를 포함할 수 있다. 제2 타입의 수전해 설비(170)는 PEMEL(Polymer Electrolyte membrane electrolysis) 수전해 설비로서, 적어도 하나의 PEMEL 수전해 장치(170a, 170b)를 포함할 수 있다.According to an embodiment, the first type of water electrolysis facility 160 is an Alkaline Electrolysis (AEL) water electrolysis facility, and may include at least one AEL water electrolysis device 160a or 160b. The second type water electrolysis facility 170 is a PEMEL (Polymer Electrolyte membrane electrolysis) water electrolysis facility, and may include at least one PEMEL water electrolysis device 170a, 170b.

제1 AEL 수전해 장치(160a)와 제2 AEL 수전해 장치(160b)는 동일한 스펙을 가질 수 있다. 다른 예에 따르면, 제1 AEL 수전해 장치(160a)와 제2 AEL 수전해 장치(160b)는 서로 다른 스펙을 가질 수 있다. 예컨대, 제1 AEL 수전해 장치(160a)와 제2 AEL 수전해 장치(160b)는 최대 생산 수소량, 단위 전력량에 대한 생산 수소량의 비율로 결정되는 수소 생산 효율성 등이 서로 다를 수 있다. 제1 PEMEL 수전해 장치(170a)와 제2 PEMEL 수전해 장치(170b)는 동일한 스펙을 가질 수 있다. 다른 예에 따르면, 제1 PEMEL 수전해 장치(170a)와 제2 PEMEL 수전해 장치(170b)는 서로 다른 스펙을 가질 수 있다. 예컨대, 제1 PEMEL 수전해 장치(170a)와 제2 PEMEL 수전해 장치(170b)는 최대 생산 수소량, 수소 생산 효율성 등이 서로 다를 수 있다.The first AEL water electrolysis device 160a and the second AEL water electrolysis device 160b may have the same specifications. According to another example, the first AEL water electrolysis device 160a and the second AEL water electrolysis device 160b may have different specifications. For example, the first AEL water electrolyzer 160a and the second AEL water electrolyzer 160b may have different hydrogen production efficiencies determined by a maximum amount of hydrogen produced and a ratio of hydrogen produced to unit power. The first PEMEL water electrolysis device 170a and the second PEMEL water electrolysis device 170b may have the same specifications. According to another example, the first PEMEL water electrolysis device 170a and the second PEMEL water electrolysis device 170b may have different specifications. For example, the first PEMEL water electrolysis device 170a and the second PEMEL water electrolysis device 170b may have different maximum production hydrogen amounts and hydrogen production efficiencies.

아래에서는 구체적인 설명과 용이한 이해를 위하여 제1 타입의 수전해 설비(160)는 AEL 수전해 설비이고, 제2 타입의 수전해 설비(170)는 PEMEL 수전해 설비인 것으로 예시한다. 제1 타입의 수전해 설비(160)는 AEL 수전해 설비로 지칭되고, 제2 타입의 수전해 설비(170)는 PEMEL 수전해 설비로 지칭될 수 있다. 그러나, 향후 성능이 더 우수한 수전해 기술이 상용화되면, 기술별 비교 분석을 통해 다른 수전해 기술을 적용한 다른 타입의 수전해 설비도 수소생산시스템(100)에 포함될 수 있다. Below, for detailed description and easy understanding, the first type of water electrolysis facility 160 is an AEL water electrolysis facility, and the second type of water electrolysis facility 170 is an example of a PEMEL water electrolysis facility. The first type of water electrolysis facility 160 may be referred to as an AEL water electrolysis facility, and the second type of water electrolysis facility 170 may be referred to as a PEMEL water electrolysis facility. However, if a water electrolysis technology with superior performance is commercialized in the future, other types of water electrolysis facilities to which different water electrolysis technologies are applied may also be included in the hydrogen production system 100 through comparative analysis for each technology.

수전해 설비는 기술별로 상이한 장단점과 운전 특성을 갖는다. AEL 수전해 설비(160)는 상대적으로 낮은 전류 밀도 0.2~0.4[A/cm2]를 가지고 있어 수소 생산의 효율이 상대적으로 낮으며, 고압에서 구동할 수 없어 넓은 부지 면적이 필요하다. 또한, 다른 수전해 설비에 비해 AEL 수전해 설비(160)에서 생산되는 수소의 순도가 낮고, AEL 수전해 설비(160)를 시동하는 데 소요되는 시간이 상대적으로 길고, 부하 조건에 따라 작동불능 상태가 발생하는 단점이 있다. 그러나, 수전해 기술들 중에서 AEL 수전해 설비(160)의 기술적 성숙도가 가장 높으며, 구조가 단순하고, 시스템의 안정성이 높고, 주 촉매 재료의 가격이 낮아 유지 비용이 저렴하고, AEL 수전해 설비(160)의 수명이 길다는 장점이 있다.Water electrolysis facilities have different strengths and weaknesses and operating characteristics for each technology. The AEL water electrolysis facility 160 has a relatively low current density of 0.2 to 0.4 [A/cm 2 ], so the efficiency of hydrogen production is relatively low, and it cannot be driven at high pressure, so a large site area is required. In addition, compared to other water electrolysis facilities, the purity of hydrogen produced by the AEL water electrolysis facility 160 is low, the time required to start the AEL water electrolysis facility 160 is relatively long, and it is inoperable depending on load conditions. There are disadvantages that occur. However, among water electrolysis technologies, the AEL water electrolysis facility 160 has the highest technological maturity, has a simple structure, high system stability, low maintenance cost due to the low price of the main catalyst material, and AEL water electrolysis facility ( 160) has the advantage of a long lifespan.

PEMEL 수전해 설비(170)는 전류 밀도가 0.5~2[A/cm2]으로 상대적으로 높아서 상대적으로 높은 수소 생산 효율을 가지고 있으며, 고압에서 구동이 가능하여 AEL 수전해 설비(160)에 비해 동일한 용량의 수소를 생산하기 위해 필요한 부지 면적이 상대적으로 작다. 또한, PEMEL 수전해 설비(170)에서 생산되는 수소의 순도가 높으며, PEMEL 수전해 설비(170)를 시동하는 데 소요되는 시간이 상대적으로 짧고, 부분 부하 운전 범위가 넓어 유연성 측면에서 AEL 수전해 설비(160)에 비해 강점을 갖는다. 그러나, 고압 구동 조건을 견디기 위한 내구성, 고분자 전해질막의 높은 단가로 인해 초기 비용 및 유지 비용이 AEL 수전해 설비(160)에 비해 대략 2배에 달하여 PEMEL 수전해 설비(170)를 대용량으로 사용하기에는 한계가 있으며, AEL 수전해 설비(160)의 수명이 상대적으로 짧다는 단점이 있다.The PEMEL water electrolysis facility 170 has a relatively high hydrogen production efficiency because the current density is relatively high at 0.5 to 2 [A/cm 2 ], and it can be operated at high pressure, which is equivalent to that of the AEL water electrolysis facility 160. The land area required to produce the required amount of hydrogen is relatively small. In addition, the purity of hydrogen produced by the PEMEL water electrolysis facility 170 is high, the time required to start the PEMEL water electrolysis facility 170 is relatively short, and the partial load operation range is wide, so the AEL water electrolysis facility in terms of flexibility It has strengths compared to (160). However, due to durability for enduring high-pressure driving conditions and high unit cost of the polymer electrolyte membrane, the initial cost and maintenance cost are approximately twice as high as those of the AEL water electrolysis facility 160, limiting the use of the PEMEL water electrolysis facility 170 in large capacity. There is, and there is a disadvantage that the life of the AEL water electrolysis facility 160 is relatively short.

본 발명의 수소생산시스템(100)은 최소 부분 부하 운전 범위와 기동 소요시간, 및 지령에 대한 응답 특성 등과 같은 수전해 설비들(160, 170)의 운전 특성들을 고려하여 수전해 설비들(160, 170) 각각의 스케줄을 생성하고 그에 따라 동작시킬 수 있다. AEL 수전해 설비(160)는 현재 기술 수준에서 최소 부분 부하 운전 범위는 정격 운전의 20~40[%]로 제한되는데, 이는 최소 부분 부하 운전 범위 이하로 운전할 경우 수소가 산소쪽으로 확산되어 인화성 혼합물을 만들기 때문이다. 산소 흐름에 1~2[%] 정도의 수소 농도가 발생하면 안전상의 이유로 시스템이 정지되며, 만약 4~6%까지 도달하면 폭발이 발생할 위험이 있다. 따라서, 안전상의 이유와 고순도의 수소 생성을 위해 최소 부분 부하 운전 범위가 설정되어 있다. PEMEL 수전해 설비(170)는 현재 기술 수준에서 최소 부분 부하 운전 범위가 정격 운전의 0~10[%]로 제한되며, 이렇게 낮은 범위까지 부분 부하 운전이 가능한 이유는 멤브레인이 가스를 차단하고 있기 때문에 수소가 산소쪽으로 확산될 위험이 없기 때문인 것으로 알려져 있다.The hydrogen production system 100 of the present invention considers the operating characteristics of the water electrolysis facilities 160 and 170, such as the minimum partial load operating range, the required start-up time, and response characteristics to commands. 170) create each schedule and operate accordingly. In the AEL water electrolysis facility 160, the minimum partial load operating range is limited to 20 to 40 [%] of the rated operation at the current technical level, which means that when operated below the minimum partial load operating range, hydrogen diffuses toward oxygen to form an inflammable mixture. because it makes If the hydrogen concentration of 1~2[%] occurs in the oxygen flow, the system stops for safety reasons, and if it reaches 4~6%, there is a risk of explosion. Therefore, for safety reasons and to generate high-purity hydrogen, a minimum part-load operating range is set. The PEMEL water electrolysis facility 170 has a minimum partial load operation range limited to 0 to 10 [%] of the rated operation at the current technology level, and the reason why partial load operation is possible up to this low range is because the membrane blocks gas. It is known that this is because there is no risk of hydrogen diffusing into oxygen.

수소생산시스템(100)의 기동은 수 분 이내로, 응답 특성은 수 초 이내로 가능하다. AEL 수전해 설비(160)는 냉간 시동(cold start-up) 소요 시간이 1-2시간이고, 온간 시동(warm start-up) 소요 시간이 1-5분이다. PEMEL 수전해 설비(170)는 냉간 시동 소요 시간이 5-10분이고, 온간 시동 소요 시간은 10초 이내이다. 또한, AEL 수전해 설비(160)와 PEMEL 수전해 설비(170) 모두 공칭 온도에서 동작할 경우, 최대 부하 범위 내에서 수 초 이내에 부하 변경에 응답할 수 있다.The start-up of the hydrogen production system 100 is possible within several minutes and response characteristics within several seconds. The AEL water electrolysis facility 160 takes 1-2 hours for cold start-up and 1-5 minutes for warm start-up. The PEMEL water electrolysis facility 170 takes 5-10 minutes for cold start-up and less than 10 seconds for warm start-up. In addition, when both the AEL water electrolysis plant 160 and the PEMEL water electrolysis plant 170 operate at a nominal temperature, they can respond to load changes within a few seconds within a maximum load range.

수소생산시스템(100)은 운전 요구 수준을 충족할 수 있을 정도로 넓은 부분 부하 운전 범위를 갖고, 기동 및 응답 특성이 우수하여 계통의 상황에 따라 유연하게 동작할 수 있다. 또한, 수소생산시스템(100)은 수소 수요를 충분히 충족시키면서도 각 수전해 설비(160, 170)의 부분 부하 운전 상황에 따라 조정할 수 있으므로 경제성을 향상시킬 수 있다.The hydrogen production system 100 has a part load operating range wide enough to meet the required operating level, and can operate flexibly according to the situation of the system due to its excellent start-up and response characteristics. In addition, the hydrogen production system 100 can be adjusted according to the partial load operation conditions of the respective water electrolysis facilities 160 and 170 while sufficiently satisfying the demand for hydrogen, thereby improving economic feasibility.

본 발명의 수소생산시스템(100)에서 각 수전해 설비(160, 170)는 수소를 최대 생산할 수 있는 최대 부하 운전이 아니라 부분 부하 운전을 수행한다. 이를 통해, 각 수전해 설비(160, 170)는 수소 수요처(20)가 필요로 하는 수소의 양을 추종할 수 있다. 일 예에 따르면, 수소생산시스템(100)은 수소 저장 탱크(10)에 저장된 수소의 양과 각 수전해 설비(160, 170)에서 생산되는 총 수소의 양의 합이 수소 수요처(20)에서 소모될 것이라고 예측되는 시간별로 수소의 양 간의 차이가 최소가 되도록 수전해 설비들(160, 170) 각각의 수소 생산 스케줄을 생성하고, 생성된 스케줄에 따라 수전해 설비들(160, 170) 각각을 운전시킬 수 있다. 스케줄링을 처음 시작할 때, 수전해 설비들(160, 170) 각각의 부분 부하 운전의 초기 설정치는 각 수전해 설비(160, 170)의 최소 부분 부하 운전과 최대 부하 운전 사이의 중간값으로 설정될 수 있으며, 이후 부분 부하 운전은 본 발명에 따라 생성된 스케줄에 따라 변경될 수 있다.In the hydrogen production system 100 of the present invention, each of the water electrolysis facilities 160 and 170 performs partial load operation, not maximum load operation capable of producing hydrogen at maximum. Through this, each of the water electrolysis facilities 160 and 170 can track the amount of hydrogen required by the hydrogen demander 20 . According to an example, the hydrogen production system 100 determines that the sum of the amount of hydrogen stored in the hydrogen storage tank 10 and the total amount of hydrogen produced in each of the water electrolysis facilities 160 and 170 is consumed in the hydrogen demand place 20. Hydrogen production schedules for each of the water electrolysis facilities 160 and 170 are created so that the difference between the amount of hydrogen is minimized for each time predicted to occur, and each of the water electrolysis facilities 160 and 170 is operated according to the generated schedule. can When scheduling is initially started, the initial setting value of the partial load operation of each of the water electrolysis facilities 160 and 170 may be set to an intermediate value between the minimum partial load operation and the maximum load operation of each water electrolysis facility 160 and 170. Thereafter, partial load operation may be changed according to a schedule generated according to the present invention.

수소생산시스템(100)이 수소 수요처(20)가 필요로 하는 수소의 양을 안정적으로 공급하기 위하여, 수소생산시스템(100)은 수전해 설비들(160, 170) 각각의 특성을 고려하여 수소를 생산할 수 있다. 예를 들면, AEL 수전해 설비(160)와 PEMEL 수전해 설비(170) 각각의 운전 특성 및 설치 및 유지 비용을 고려할 때, AEL 수전해 설비(160)는 비교적 많은 용량의 수소를 공급하는 것이 유리하고 PEMEL 수전해 설비(170)는 비교적 높은 효율로 적은 양의 수소를 공급하는 것이 유리할 수 있다. In order for the hydrogen production system 100 to stably supply the amount of hydrogen required by the hydrogen consumer 20, the hydrogen production system 100 considers the characteristics of each of the water electrolysis facilities 160 and 170 to produce hydrogen. can produce For example, considering the operating characteristics and installation and maintenance costs of the AEL water electrolysis facility 160 and the PEMEL water electrolysis facility 170, it is advantageous for the AEL water electrolysis facility 160 to supply a relatively large amount of hydrogen. And the PEMEL water electrolysis facility 170 may be advantageous to supply a small amount of hydrogen with relatively high efficiency.

PEMEL 수전해 설비(170)가 AEL 수전해 설비(160)에 비해 기동 속도와 종료 속도, 및 지령에 따른 응답 속도가 빠르다는 특성을 이용하여, AEL 수전해 설비(160)는 기저 수소를 생산하고, PEMEL 수전해 설비(170)는 첨두 수소를 생산하도록 스케줄링 할 수 있다. 예를 들어, 수소 수요처(20)가 필요로 하는 수소의 양이 급작스럽게 증가할 것으로 예상이 되면, 우선적으로 응답성이 빠른 PEMEL 수전해 설비(170)가 증가분에 해당하는 수소를 생산하도록 스케줄링 할 수 있다. 하지만 PEMEL 수전해 설비(170)가 최대 부하 운전을 하여 최대의 수소를 생산하고 수소 저장 탱크(10)에 기 저장된 수소를 공급하더라도 수소 수요처(20)가 필요로 하는 급격히 증가된 수소의 양을 감당할 수 없다고 예상되는 경우, AEL 수전해 설비(160)에 수소 생산 지령을 송신하여, AEL 수전해 설비(160)가 생산하는 수소의 양을 점진적으로 증가시킴으로써 수소 수요처(20)에서 요구하는 양의 수소를 공급할 수 있도록 스케줄링 할 수 있다. 본 발명에 따른 수소생산시스템(100)은 수소 수요처(20)에서 요구하는 양의 수소를 안정적으로 공급하는 것이 우선이므로, 전기요금이 가장 높은 최대 전기요금 시간대라고 하더라도 수소가 부족할 것으로 예상이 되면 AEL 수전해 설비(160)와 PEMEL 수전해 설비(170)가 최대 부하 운전하도록 스케줄링 할 수 있다.Using the characteristics that the PEMEL water electrolysis facility 170 has a faster startup speed, shutdown speed, and response speed according to commands than the AEL water electrolysis facility 160, the AEL water electrolysis facility 160 produces base hydrogen and , the PEMEL water electrolysis plant 170 can be scheduled to produce peak hydrogen. For example, if it is expected that the amount of hydrogen required by the hydrogen demander 20 will suddenly increase, the PEMEL water electrolysis facility 170, which has a fast response, will first be scheduled to produce hydrogen corresponding to the increase. can However, even if the PEMEL water electrolysis facility 170 operates at maximum load to produce the maximum amount of hydrogen and supplies the hydrogen previously stored in the hydrogen storage tank 10, it cannot handle the rapidly increased amount of hydrogen required by the hydrogen consumer 20. If it is predicted that the amount of hydrogen required by the hydrogen consumer 20 is increased by gradually increasing the amount of hydrogen produced by the AEL water electrolysis facility 160 by sending a hydrogen production command to the AEL water electrolysis facility 160. can be scheduled to supply. Since the hydrogen production system 100 according to the present invention is a priority to stably supply the amount of hydrogen required by the hydrogen demander 20, if it is expected that hydrogen will be insufficient even during the maximum electricity rate time zone with the highest electricity rate, AEL The water electrolysis facility 160 and the PEMEL water electrolysis facility 170 may be scheduled to operate at maximum load.

반대로, 수소 수요처(20)에서 요구하는 수소의 양이 급작스럽게 감소할 것으로 예상이 되면, 우선적으로 응답성이 빠른 PEMEL 수전해 설비(170)가 수소 감소분에 대응하여 수소 생산량을 줄이도록 스케줄링 할 수 있다. 하지만 PEMEL 수전해 설비(170)가 최소 부하 운전을 하여 최소의 수소를 생산하더라도 수소가 과다하게 생산될 것이라고 예상이 되면, AEL 수전해 설비(160)에 수소 생산 감소 지령을 송신하여 AEL 수전해 설비(160)가 생산하는 수소의 양을 점진적으로 감소시킴으로써 수소 수요처(20)의 수소 수요에 대응할 수 있도록 스케줄링 할 수 있다.Conversely, when it is expected that the amount of hydrogen required by the hydrogen demander 20 will suddenly decrease, the PEMEL water electrolysis facility 170, which has a fast response, can be scheduled to reduce hydrogen production in response to the decrease in hydrogen. there is. However, if it is expected that hydrogen will be excessively produced even if the PEMEL water electrolysis facility 170 produces the minimum amount of hydrogen through minimum load operation, a command to reduce hydrogen production is sent to the AEL water electrolysis facility 160 so that the AEL water electrolysis facility By gradually reducing the amount of hydrogen produced by 160, scheduling may be performed to respond to the hydrogen demand of the hydrogen demander 20.

본 발명에 따라서, 수소생산시스템(100)이 생산하는 수소의 양을 증가 또는 감소시킴으로써, 수소 수요처(20)의 수소 수요에 대응하는 양만큼 수소를 생산하게 함으로써 안정적으로 수소를 공급하면서도, 최대 및 중간 전기요금 시간대에는 수소 생산량을 최소화함으로써 수소생산시스템(160)이 수소를 생산하기 위해 사용하는 전력량 및 전기 요금을 최소화할 수 있다.According to the present invention, by increasing or decreasing the amount of hydrogen produced by the hydrogen production system 100, by producing hydrogen in an amount corresponding to the hydrogen demand of the hydrogen demander 20, while stably supplying hydrogen, maximum and By minimizing the production of hydrogen during the middle electricity rate time zone, the amount of electricity used by the hydrogen production system 160 to produce hydrogen and the electricity cost can be minimized.

예를 들면, 수소 수요처(20)의 일 예인 수소 충전소는 전기자동차 충전소와 달리 운영시간(ex. 08:00 ~ 21:00)이 존재할 수 있다. 운영 종료 시간 근처의 계시별 요금제에 따르면, 여름철의 경우 중간 전기요금 시간대는 17:00 ~ 23:00이다. 수소 충전소의 운영시간에 따르면 17:00 ~ 21:00에는 수소 생산이 필요하다. 그러나, 현재 시간으로부터 운영 종료 시간까지 남아 있는 시간 동안 예측되는 수소 수요량보다 현재 수소 저장 탱크(10)에 남아있는 수소양이 많다면, 수소 저장 탱크(10)에 저장된 수소만으로 예측되는 수소 수요량을 모두 충족할 수 있다. 이 경우, 중간 전기요금 시간대에 굳이 수소를 생산할 필요가 없으므로, 수소생산시스템(100)은 중간 전기요금 시간대의 종료 시간인 23:00까지 수소 생산을 하지 않고, 그 이후부터 수소 생산 지령을 내려 수전해 설비들(160, 170)이 수소 생산을 재개하도록 스케줄링할 수 있다. 그에 따라, 수소 생산을 위해 지출하는 전기요금을 최소화할 수 있다. 다른 예에 따르면, 수소생산시스템(100)은 중간 전기요금 시간대의 종료 시간인 23:00까지 수전해 설비들(160, 170) 각각을 미리 설정된 최소 설정치로 동작시켜 최소 수소 생산량만을 생산하도록 제어할 수도 있다.For example, unlike an electric vehicle charging station, a hydrogen charging station, which is an example of the hydrogen demand place 20, may have operating hours (ex. 08:00 to 21:00). According to the time-of-day rate system near the end of operation, the middle electricity rate is between 17:00 and 23:00 in summer. According to the operating hours of hydrogen filling stations, hydrogen production is required between 17:00 and 21:00. However, if the amount of hydrogen currently remaining in the hydrogen storage tank 10 is greater than the predicted hydrogen demand for the remaining time from the current time to the end of operation time, the predicted hydrogen demand is all the hydrogen stored in the hydrogen storage tank 10. can be satisfied In this case, since there is no need to produce hydrogen in the middle electricity rate time zone, the hydrogen production system 100 does not produce hydrogen until 23:00, which is the end time of the middle electricity rate time period, and from thereafter issues a hydrogen production command to generate electricity. The solution facilities 160 and 170 may be scheduled to resume hydrogen production. Accordingly, it is possible to minimize the electricity cost for hydrogen production. According to another example, the hydrogen production system 100 operates each of the water electrolysis facilities 160 and 170 at a preset minimum setting until 23:00, which is the end time of the middle electricity rate period, to control the production of only the minimum amount of hydrogen. may be

본 발명의 수소생산시스템(100)은 수소 생산 원가 중 가장 큰 비중을 차지하는 전기요금 절감을 위하여 DR(Demand Response, 수요반응)을 활용할 수 있다. DR은 가격 기반(price-based)과 인센티브 기반(incentive-based)으로 분류할 수 있다. 가격 기반 DR은 전력 공급 회사(30)의 전기요금제에 대한 수요측 반응을 의미하는 것으로, 계절/시간대별로 부과되는 전기 요금이 상이하여 소비자가 가격이 비쌀 때 수요를 자발적으로 줄이는 것을 의미한다. 인센티브 기반 DR은 전력 사용이 집중되는 피크 시간대 그리고 발전기 예비력이 부족하다고 예상되는 시간대에 미리 소비자에게 알리고, 소비자에게 인센티브를 주면서 부하를 줄이도록 요청하여 수요를 줄이는 것을 의미한다.The hydrogen production system 100 of the present invention can utilize DR (Demand Response) to reduce electricity rates, which account for the largest portion of hydrogen production costs. DR can be classified into price-based and incentive-based. The price-based DR refers to a demand-side response to the electricity rate system of the power supply company 30, and means that consumers voluntarily reduce demand when the price is high due to different electricity rates imposed by season/time. Incentive-based DR means reducing demand by notifying consumers in advance and requesting them to reduce load while providing incentives to consumers during peak hours when power use is concentrated and during times when generator reserve capacity is expected to be insufficient.

본 발명의 수소생산시스템(100)은 다른 수소 생산 및 공급 방식에 비해 부족한 경제성을 향상시키기 위해 가격 기반 DR 중 계시별 요금제를 활용하여 수전해 설비들(160, 170)의 최적 스케줄링을 수행하고, 인센티브 기반 DR 중에는 주파수 DR을 통해 새로운 경제적 부가가치를 창출할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 수소생산시스템(100)은 가격 기반 DR(Demand Response)에 따른 계시별 요금제를 고려하여 스케줄링 할 뿐만 아니라 인센티브 기반 DR의 주파수 DR에 참여할 수 있다. 주파수 DR이란 '주파수연계 수요감축'을 의미하며, 주파수 하락 감지 신호를 응답하여 전력 부하를 감축하는 것을 의미한다. The hydrogen production system 100 of the present invention performs optimal scheduling of water electrolysis facilities 160 and 170 by utilizing a time-based rate system among price-based DR in order to improve economical efficiency, which is insufficient compared to other hydrogen production and supply methods, Among incentive-based DR, new economic added value can be created through frequency DR. According to an embodiment, the hydrogen production system 100 may participate in frequency DR of incentive-based DR as well as scheduling in consideration of a time-based rate system based on price-based DR (Demand Response). Frequency DR means 'frequency-linked demand reduction', and means reducing power load in response to a frequency drop detection signal.

수소생산시스템(100)은 저주파수 계전기(UFR, Under Frequency Relay)(180)를 포함할 수 있다. 저주파수 계전기(180)는 전력 계통(40)의 주파수가 미리 설정된 기준치(예컨대, 59.85Hz) 이하로 하락하면 주파수 하락 감지 신호를 발생시킬 수 있다. 수소생산시스템(100)은 저주파수 계전기(180)에 의해 주파수 하락 감지 신호가 발생하면 수전해 설비들(160, 170) 각각을 미리 설정된 최소 설정치로 동작시킬 수 있다. AEL 수전해 설비(160)의 최소 설정치는 정격 운전의 20~40[%]에서 미리 설정되고, PEMEL 수전해 설비(170)의 최소 설정치는 정격 운전의 0~10[%]에서 미리 설정될 수 있다. 다른 예에 따르면, 수소생산시스템(100)은 저주파수 계전기(180)에 의해 주파수 하락 감지 신호가 발생하면 수전해 설비들(160, 170)의 수소 생산을 모두 중단시킬 수도 있다.The hydrogen production system 100 may include a low frequency relay (UFR, Under Frequency Relay) 180. The low frequency relay 180 may generate a frequency drop detection signal when the frequency of the power system 40 drops below a preset reference value (eg, 59.85 Hz). The hydrogen production system 100 may operate each of the water electrolysis facilities 160 and 170 with a preset minimum set value when a frequency drop detection signal is generated by the low frequency relay 180. The minimum setting value of the AEL water electrolysis facility 160 is preset at 20-40 [%] of rated operation, and the minimum setting value of the PEMEL water electrolysis facility 170 may be preset at 0-10 [%] of rated operation. there is. According to another example, the hydrogen production system 100 may stop all hydrogen production of the water electrolysis facilities 160 and 170 when a frequency drop detection signal is generated by the low frequency relay 180 .

본 발명의 수소생산시스템(100)이 주파수 DR에 참여하여 수소 생산량을 급격하게 감소시키는 것은 수소생산시스템(100)의 정상 운영 중에 발생하는 이벤트라고 할 수 있다. 수소생산시스템(100)이 수소 수급의 안정성을 유지하면서도 계시별 요금제를 고려하여 수소 생산을 위해 지출하는 전기요금을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라, 전력 계통(40)의 주파수 하락을 감지하는 저주파수 계전기(180)로부터 주파수 하락 감지 신호를 통해 수전해 설비들(160, 170)을 응동시킨다. 응동하는 요건은 『전력시장운영규칙』에 의거한다. 이에 따르면, 전력 계통(40)의 주파수가 주파수 기준치(59.85Hz) 이하로 하락하면, 전력거래소와의 계약에 따라 주파수 연계 수요감축 대상 부하가 10초 이내에 소비하고 있는 전력을 감축시킬 수 있어야 한다. 또한, 주파수연계 수요감축은 10분 동안 지속되어야 한다. 여기서, 수요감축 대상 부하는 전력거래소와 계약 시 감축예상용량을 등록하지만 의무감축용량은 없으며, 주파수 DR은 의무 감축 대상이 아니다. 주파수 연계 수요감축의 정산은 주파수 연계 감축량에 대한 정산과 주파수연계 설비 운전유지비용에 대한 정산으로 분류된다. 즉, 주파수 연계 수요감축 지령을 내렸을 때 부하를 감축한 것에 비례하여 정산금이 지급되고, 주파수 연계 감축량 정산금 합계가 0일 경우(주파수 감축 지령이 없는 경우)에는 설비 운전유지비용에 대해 정산금이 지급된다.It can be said that the hydrogen production system 100 of the present invention participates in frequency DR and rapidly reduces hydrogen production, which is an event that occurs during normal operation of the hydrogen production system 100. The hydrogen production system 100 maintains the stability of hydrogen supply and demand, while considering the time-by-time rate system, not only can minimize the electricity fee spent for hydrogen production, but also a low-frequency relay that detects the frequency drop of the power system 40 ( 180) activates the water electrolysis facilities 160 and 170 through the frequency drop detection signal. The requirements to comply with are based on the 『Rules for Electricity Market Operation』. According to this, when the frequency of the power system 40 drops below the frequency reference value (59.85 Hz), the load subject to frequency-linked demand reduction must be able to reduce the power consumed within 10 seconds according to the contract with the power exchange. In addition, frequency-linked demand reduction should last for 10 minutes. Here, the load subject to demand reduction registers the expected reduction capacity when contracting with the Korea Power Exchange, but there is no mandatory reduction capacity, and frequency DR is not subject to mandatory reduction. The settlement of frequency-linked demand reduction is classified into the settlement of frequency-linked reduction and the settlement of operating and maintenance costs of frequency-linked facilities. In other words, when a frequency-linked demand reduction command is issued, the settlement amount is paid in proportion to the load reduction, and when the sum of the frequency-linked reduction amount settlement amount is 0 (when there is no frequency reduction order), the settlement amount is paid for facility operation and maintenance costs. do.

본 발명의 수소생산시스템(100)의 AEL 수전해 설비(160)와 PEMEL 수전해 설비(170)는 전술한 주파수 DR의 성능 조건을 만족한다. 본 발명에 따르면, 수전해 설비들(160, 170)은 수소 수요처(20)의 예측 수요에 대응하여 생성된 최적의 스케줄에 따라 운전하되, 저주파수 계전기(180)가 주파수 하락 감지 신호를 발생시키면 수전해 설비들(160, 170)을 유휴 모드(Idle Mode)로 전환하여 소비 전력을 감축할 수 있다. 여기서 수전해 설비들(160, 170)이 수소 생산을 중지하는 유휴 모드까지 전환함으로써, 주파수 하락에 따른 주파수 연계 감축량을 최대화하여 주파수 연계 감축량에 비례하는 정산금을 최대화할 수 있다.The AEL water electrolysis facility 160 and the PEMEL water electrolysis facility 170 of the hydrogen production system 100 of the present invention satisfy the above-mentioned frequency DR performance conditions. According to the present invention, the water electrolysis facilities 160 and 170 are operated according to the optimal schedule generated in response to the predicted demand of the hydrogen consumer 20, but when the low frequency relay 180 generates a frequency drop detection signal, power is received. It is possible to reduce power consumption by switching the facilities 160 and 170 to an idle mode. Here, by converting the water electrolysis facilities 160 and 170 to an idle mode in which hydrogen production is stopped, it is possible to maximize a settlement amount proportional to the amount of frequency linkage reduction by maximizing the frequency linkage reduction amount according to the frequency drop.

본 발명의 수소생산시스템(100)은 수전해 설비들(160, 170)이 주파수연계 수요감축을 위하여 수소를 생산하지 않을 때에도 수소 수요처(20)에 수소를 안정적으로 공급하기 위하여 수소 저장 탱크(10)에는 과거 수소 수요처(20)의 최대 피크치가 미리 설정된 시간(예컨대, 10분) 동안 지속될 때의 수소 수요를 감당할 수 있을 만큼의 수소를 항상 저장하고 있어야 하며, 이를 수소 저장 탱크(10)의 SOC의 하한치로 설정할 수 있다. SOC 하한치는 수소 저장 탱크(10)가 항상 보유하고 있어야 할 수소의 양을 %로 나타낸 수치를 의미한다.The hydrogen production system (100) of the present invention is a hydrogen storage tank (10 ) must always store enough hydrogen to meet the hydrogen demand when the maximum peak value of the hydrogen demander 20 lasts for a preset time (eg, 10 minutes), and this is the SOC of the hydrogen storage tank 10 can be set as the lower limit of The SOC lower limit means a numerical value expressing the amount of hydrogen that the hydrogen storage tank 10 should always hold in %.

현재 수소 저장 탱크(10)에 SOC 하한치에 근접한 양의 수소가 저장되어 있고, 수소 수요 피크치를 새롭게 갱신할 것으로 예측된다면, 주파수 DR은 의무 감축 대상이 아니기 때문에 감축을 하지 않을 수 있다. 주파수 하락에 따른 수요 감축이 종료된 후에는 AEL 수전해 설비(160)와 PEMEL 수전해 설비(170)가 동시에 기동될 수 있다. PEMEL 수전해 설비(170)는 온간 시동에 소요되는 시간이 10초 이내이고, AEL 수전해 설비(160)는 1~5분이므로 PEMEL 수전해 설비(170)가 우선적으로 동작하여 수소를 생산하여 수소 저장 탱크(10)에 저장된 수소와 함께 수소 수요처(20)의 수소 수요를 충족시킬 수 있다. 그 후에 AEL 수전해 설비(160)도 정상적으로 기동하면, 본 발명에 따라 수소 수요처(20)의 시간별 수소 수요량에 대응하여 생성된 스케줄에 기초하여 AEL 수전해 설비(160)와 PEMEL 수전해 설비(170)를 운전시킬 수 있다.If an amount of hydrogen close to the lower limit of the SOC is currently stored in the hydrogen storage tank 10 and it is predicted that the hydrogen demand peak value will be newly updated, frequency DR may not be reduced because it is not subject to mandatory reduction. After the demand reduction due to the decrease in frequency is finished, the AEL water electrolysis facility 160 and the PEMEL water electrolysis facility 170 may be started simultaneously. The PEMEL water electrolysis facility 170 takes less than 10 seconds to warm up, and the AEL water electrolysis facility 160 takes 1 to 5 minutes, so the PEMEL water electrolysis facility 170 operates preferentially to produce hydrogen and produce hydrogen. The hydrogen demand of the hydrogen demander 20 can be satisfied together with the hydrogen stored in the storage tank 10 . After that, if the AEL water electrolysis facility 160 is also normally started, the AEL water electrolysis facility 160 and the PEMEL water electrolysis facility 170 are based on the schedule generated in response to the hourly hydrogen demand of the hydrogen demander 20 according to the present invention. ) can be driven.

도 3을 참조하면, 수소생산시스템(100)은 수소 저장 탱크 SOC 추정부(110), 수소 수요 예측부(120), TOU 수신부(130), 스케줄 생성부(140) 및 수전해 설비 제어부(150)를 더 포함한다.Referring to FIG. 3, the hydrogen production system 100 includes a hydrogen storage tank SOC estimation unit 110, a hydrogen demand estimation unit 120, a TOU reception unit 130, a schedule generation unit 140, and a water electrolysis facility control unit 150. ) is further included.

수소 저장 탱크 SOC 추정부(110)는 제1 타입의 수전해 설비(160)와 제2 타입의 수전해 설비(170)로부터 생산된 수소를 저장하는 수소 저장 탱크(10)의 현재 충전량(SOC, State of Charge)를 추정한다. 수소 수요 예측부(120)는 수소 저장 탱크(10)에 저장된 수소를 공급받을 수소 수요처(20)의 시간별 수소 수요량을 예측한다. TOU 수신부(130)는 전력 공급 회사(30)의 계시별 전기요금(TOU, Time-of-Use)을 수신한다. 스케줄 생성부(140)는 현재부터 미리 설정된 시간 동안 총 전력 소비량이 최소화되도록, 제1 타입의 수전해 설비(160)의 운전 특성, 제2 타입의 수전해 설비(170)의 운전 특성, 수소 저장 탱크(10)의 현재 SOC, 수소 수요처(20)의 시간별 수소 수요량, 및 TOU에 기초하여 제1 타입의 수전해 설비(160)와 제2 타입의 수전해 설비(170) 각각의 스케줄을 생성한다. 수전해 설비 제어부(150)는 스케줄 생성부(140)에서 생성된 스케줄에 따라 제1 타입의 수전해 설비(160)와 제2 타입의 수전해 설비(170)를 제어한다.The hydrogen storage tank SOC estimator 110 determines the current charge amount (SOC, State of Charge) is estimated. The hydrogen demand prediction unit 120 predicts the hourly hydrogen demand of the hydrogen demander 20 to receive the hydrogen stored in the hydrogen storage tank 10 . The TOU receiving unit 130 receives a Time-of-Use (TOU) of the power supply company 30 . The schedule generation unit 140 controls the operation characteristics of the first type of water electrolysis facility 160, the operation characteristics of the second type of water electrolysis facility 170, and hydrogen storage so that the total power consumption is minimized for a preset time from now. Based on the current SOC of the tank 10, the hourly hydrogen demand amount of the hydrogen demander 20, and the TOU, schedules for the first type water electrolysis facility 160 and the second type water electrolysis facility 170 are generated. . The water electrolysis facility controller 150 controls the first type water electrolysis facility 160 and the second type water electrolysis facility 170 according to the schedule generated by the schedule generator 140 .

제1 타입의 수전해 설비(160)는 AEL 수전해 설비로서, 적어도 하나의 AEL 수전해 장치(160a, 160b)를 포함할 수 있다. 제2 타입의 수전해 설비(170)는 PEMEL 수전해 설비로서, 적어도 하나의 PEMEL 수전해 장치(160a, 160b)를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 수전해 장치는 수전해 설비와 실질적으로 동일한 구성을 가지며, 수전해 설비는 수전해 장치들을 집합적으로 지칭한 것이며, 수전해 장치는 집합적으로 지칭되는 수전해 설비에 포함되는 하위 구성이다. 적어도 하나의 AEL 수전해 장치(160a, 160b)와 적어도 하나의 PEMEL 수전해 장치(170a, 170b)는 수전해 설비 제어부(150)에 의해 직접 독립적으로 제어될 수 있다. 예컨대, 제1 AEL 수전해 장치(160a)는 50%의 부분 부하 운전을 하고, 제2 AEL 수전해 장치(160b)는 80%의 부분 부하 운전을 하도록 제어될 수 있다.The first type of water electrolysis facility 160 is an AEL water electrolysis facility, and may include at least one AEL water electrolysis device 160a or 160b. The second type of water electrolysis facility 170 is a PEMEL water electrolysis facility and may include at least one PEMEL water electrolysis device 160a or 160b. In this specification, the water electrolysis device has substantially the same configuration as the water electrolysis facility, the water electrolysis facility collectively refers to water electrolysis devices, and the water electrolysis device is a sub-component included in the collectively referred to water electrolysis facility. . At least one AEL water electrolysis device 160a, 160b and at least one PEMEL water electrolysis device 170a, 170b may be directly and independently controlled by the water electrolysis facility controller 150. For example, the first AEL water electrolyzer 160a may operate at a partial load of 50%, and the second AEL water electrolyzer 160b may operate at a partial load of 80%.

수소 저장 탱크(10)는 제1 타입의 수전해 설비(160)와 제2 타입의 수전해 설비(170) 각각에서 생산되는 수소를 저장하기 위해 미리 설정된 용량을 갖는다. 수소 수요처(20)는 예컨대 수소 버스/자동차를 충전하기 위한 수소 충전소일 수 있다. 수소 저장 탱크 SOC 추정부(110)는 수소 저장 탱크(10)의 현재 충전량(SOC0)를 추정한다. 수소 수요 예측부(120)는 수소 수요처(20)에서 소비될 수소의 수요를 예측한다. TOU 수신부(130)는 전력 공급 회사(30)에서 책정한 전기요금이 변경되면, 변경된 TOU를 수신한다. 스케줄 생성부(140)는 수전해 설비들(160, 170) 각각의 운전 특성, 수소 저장 탱크(10)의 현재 SOC, 수소 수요처(20)의 시간별 수소 수요량, 및 TOU에 기초하여 수전해 설비들(160, 170) 각각의 스케줄을 생성한다. 수전해 설비 제어부(150)는 스케줄 생성부(140)에서 생성된 스케줄에 따라 수전해 설비들(160, 170)을 직접 독립적으로 제어한다. 제1 타입의 수전해 설비(160)와 제2 타입의 수전해 설비(170) 각각은 수전해 설비 제어부(150)의 명령에 따라 기동/중지/부하증가/부하감소를 수행할 수 있다.The hydrogen storage tank 10 has a preset capacity to store hydrogen produced in each of the first type water electrolysis facility 160 and the second type water electrolysis facility 170 . The hydrogen consumer 20 may be, for example, a hydrogen filling station for charging a hydrogen bus/car. The hydrogen storage tank SOC estimator 110 estimates the current charge amount (SOC 0 ) of the hydrogen storage tank 10 . The hydrogen demand prediction unit 120 predicts the demand for hydrogen to be consumed by the hydrogen demand source 20 . The TOU receiving unit 130 receives the changed TOU when the electricity rate set by the power supply company 30 is changed. The schedule generating unit 140 generates water electrolysis facilities based on the operation characteristics of each of the water electrolysis facilities 160 and 170, the current SOC of the hydrogen storage tank 10, the hourly hydrogen demand of the hydrogen demander 20, and the TOU. (160, 170) Each schedule is created. The water electrolysis facility controller 150 directly and independently controls the water electrolysis facilities 160 and 170 according to the schedule generated by the schedule generator 140 . Each of the first type water electrolysis facility 160 and the second type water electrolysis facility 170 may start/stop/load increase/load decrease according to a command of the water electrolysis facility control unit 150.

수소 수요 예측부(110)는 인공지능 기반의 머신러닝, 딥러닝, 통계학적인 추론 중 적어도 하나를 이용하여 수소 수요처(20)의 24 시간 동안의 상기 시간별 수소 수요량을 예측할 수 있다. 수소 수요 예측부(110)는 현재 시간(t=0)으로부터 T(예컨대, 24)시간의 수소 수요처(20)가 필요로 하는 수소량 예측을 수행할 수 있다. 수소 수요 예측부(110)는 예측의 정확도 향상을 위하여 매시간마다 향후 24시간의 수소 수요량을 예측할 수 있다. 수소 수요처(20)에서 필요로 하는 수소량을 예측하는 데에는 인공지능 기반의 머신러닝, 딥러닝, 통계학적인 추론 등의 예측 기술이 활용될 수 있다. The hydrogen demand prediction unit 110 may predict the hourly hydrogen demand of the hydrogen demander 20 for 24 hours using at least one of artificial intelligence-based machine learning, deep learning, and statistical inference. The hydrogen demand prediction unit 110 may predict the amount of hydrogen required by the hydrogen demand side 20 at time T (eg, 24) from the current time (t = 0). The hydrogen demand prediction unit 110 may predict hydrogen demand for the next 24 hours every hour in order to improve prediction accuracy. Artificial intelligence-based machine learning, deep learning, statistical inference, and the like can be used to predict the amount of hydrogen required by the hydrogen demand side 20 .

과거 수소 수요량, 기상 정보, 대상 수소 수요처(20)의 인근 수소 수요처들과의 거리, 요일 및 공휴일 여부, 수소 수요처(20)가 설치된 지역의 수소 버스/자동차의 보급 현황, 수소 수요처(20) 부근의 통행량 및 교통량, 예컨대, 수소 수요처(20)가 고속도로에 설치된 경우에는 요금소, 나들목, 갈림목의 구간 통행량 등이 입력 데이터로서 수소 수요량 예측에 활용될 수 있다. 수소 수요 예측부(110)는 예측한 시간별 수소량을 스케줄 생성부(140)로 송신할 수 있다.Past hydrogen demand amount, weather information, distance of the target hydrogen demand place 20 to nearby hydrogen demand sources, whether there are days of the week and public holidays, supply status of hydrogen buses/cars in the area where the hydrogen demand place 20 is installed, and the vicinity of the hydrogen demand place 20 Traffic volume and traffic volume, for example, when the hydrogen demand point 20 is installed on a highway, the traffic volume of toll booths, interchanges, and crossroads may be used as input data to predict hydrogen demand. The hydrogen demand predictor 110 may transmit the predicted amount of hydrogen per hour to the schedule generator 140 .

수소 저장 탱크 SOC 추정부(120)는 제1 타입의 수전해 설비(160)와 제2 타입의 수전해 설비(170)에서 생산되어 수소 저장 탱크(10)에 투입되는 수소의 양과 수소 저장 탱크(10)에서 수소 수요처(20)로 방출되는 수소의 양의 차이를 기초로 수소 저장 탱크(20)의 현재 충전량(SOC0)을 추정할 수 있다.The hydrogen storage tank SOC estimation unit 120 determines the amount of hydrogen produced in the first type water electrolysis facility 160 and the second type water electrolysis facility 170 and inputted into the hydrogen storage tank 10 and the hydrogen storage tank ( 10), the current charging amount (SOC 0 ) of the hydrogen storage tank 20 may be estimated based on the difference in the amount of hydrogen released from the hydrogen demand source 20.

수소 저장 탱크 SOC 추정부(120)에서는 수소 저장 탱크에 저장된 수소의 충전량를 현 시점(t=0)에서 추정하여, 현재 수소 저장 탱크(10)에 어느 정도의 수소가 저장되어 있는 지 추정할 수 있다. 수소 저장 탱크(20)에 저장되는 수소는 기체 상태이므로, 수소 저장 탱크(20)의 출구와 입구에 유량계를 설치하여 제1 타입의 수전해 설비(160)와 제2 타입의 수전해 설비(170)로부터 수소 저장 탱크(10)에 투입되는 수소의 양과 수소 저장 탱크(10)에서 수소 수요처(20)로 방출되는 수소의 양을 감지하고, 이들을 통해 수소 저장 탱크(10) 내에 저장된 수소의 현재 충전량(SOC0)을 추정할 수 있다. 수소 저장 탱크 SOC 추정부(120)는 추정한 수소 저장 탱크(20)의 현재 충전량(SOC0)을 스케줄 생성부(140)로 송신할 수 있다.The hydrogen storage tank SOC estimator 120 can estimate the amount of hydrogen stored in the hydrogen storage tank 10 by estimating the charged amount of hydrogen stored in the hydrogen storage tank at the current time point (t = 0). . Since the hydrogen stored in the hydrogen storage tank 20 is in a gaseous state, flowmeters are installed at the outlet and inlet of the hydrogen storage tank 20 to determine the first type of water electrolysis facility 160 and the second type of water electrolysis facility 170. Detects the amount of hydrogen injected into the hydrogen storage tank 10 from the hydrogen storage tank 10 and the amount of hydrogen released from the hydrogen storage tank 10 to the hydrogen demand source 20, and through them, the current charge amount of hydrogen stored in the hydrogen storage tank 10 (SOC 0 ) can be estimated. The hydrogen storage tank SOC estimator 120 may transmit the estimated current charge amount (SOC 0 ) of the hydrogen storage tank 20 to the schedule generator 140 .

TOU 수신부(130)는 전력 공급 회사(30)의 계시별 전기요금(TOU)을 수신한다. TOU 수신부(130)는 전력 공급 회사(30)에서 책정한 전기요금이 변경되면, 변경된 TOU를 수신한다. TOU는 전력 공급 회사(30)에서 책정한 전기요금이 저렴한 시점을 분석하는 데 사용된다. 수소 충전소는 전기요금 구분에서 일반용으로 분류되며, 전력 소비가 급증하는 계절과 시간대에는 높은 요금을 적용하고, 상대적으로 전력 소비가 적은 계절과 시간대에는 낮은 요금을 적용하는 계시별 요금제(TOU)가 적용된다. 제1 타입의 수전해 설비(160)와 제2 타입의 수전해 설비(170)가 전기요금이 저렴한 시간대에 수소를 생산할 수 있도록 TOU 수신부(130)는 계시별 전기요금(TOU)을 스케줄 생성부(140)로 송신할 수 있다.The TOU receiving unit 130 receives the time-to-time electricity price (TOU) of the power supply company 30 . The TOU receiving unit 130 receives the changed TOU when the electricity rate set by the power supply company 30 is changed. The TOU is used to analyze when the electricity rate set by the power supply company 30 is cheap. Hydrogen charging stations are classified as general-purpose in terms of electricity rates, and a time-of-day rate system (TOU) is applied, in which high rates are applied during seasons and times of rapid power consumption, and low rates are applied during seasons and times of relatively low power consumption. do. The TOU receiving unit 130 sets the time-by-time electricity rate (TOU) to the schedule generation unit so that the first type water electrolysis facility 160 and the second type water electrolysis facility 170 can produce hydrogen during a time period when electricity rates are low. It can be sent to (140).

스케줄 생성부(140)는 현재부터 미리 설정된 시간 동안 총 전력 소비량이 최소화되도록, 제1 타입의 수전해 설비(160)의 운전 특성, 제2 타입의 수전해 설비(170)의 운전 특성, 수소 저장 탱크(10)의 현재 SOC, 수소 수요처(20)의 시간별 수소 수요량, 및 TOU에 기초하여 제1 타입의 수전해 설비(160)와 제2 타입의 수전해 설비(170) 각각의 스케줄을 생성한다. 스케줄 생성부(140)는 적어도 하나의 제약 조건 하에서 목적 함수를 풂으로써 현재(t=0)부터 미리 설정된 T(예컨대, 24) 시간까지의 총 전력 소비량이 최소화되도록 제1 타입의 수전해 설비(160)의 스케줄과 제2 타입의 수전해 설비(170)의 스케줄을 생성하도록 구성될 수 있다.The schedule generation unit 140 controls the operation characteristics of the first type of water electrolysis facility 160, the operation characteristics of the second type of water electrolysis facility 170, and hydrogen storage so that the total power consumption is minimized for a preset time from now. Based on the current SOC of the tank 10, the hourly hydrogen demand amount of the hydrogen demander 20, and the TOU, schedules for the first type water electrolysis facility 160 and the second type water electrolysis facility 170 are generated. . The schedule generating unit 140 calculates the objective function under at least one constraint so that the total power consumption from the present (t = 0) to the preset time T (eg, 24) is minimized so that the first type of water and electrolysis facility ( 160) and a schedule of the second type of water electrolysis plant 170.

스케줄 생성부(140)는 i) 수소 수급 상황, ii) 설비별 운전 특성, iii) 전기 요금 체계, iv) 전력 계통 상황을 고려하여 제1 타입의 수전해 설비(160)와 제2 타입의 수전해 설비(170) 각각이 수소를 생산하기 위한 최적의 스케줄을 수립할 수 있다. 이를 위해, 전기 요금의 최소화를 위한 최적화 문제를 해결하기 위하여 목적 함수와 제약 조건들이 설계되며, 제약 조건들 하에서 목적 함수를 풂으로써 최적의 스케줄을 생성할 수 있다.The schedule generating unit 140 generates the first type of water electrolysis facility 160 and the second type of power in consideration of i) hydrogen supply and demand conditions, ii) operation characteristics of each facility, iii) electricity rate system, and iv) power system conditions. It is possible to establish an optimal schedule for each of the facilities 170 to produce hydrogen. To this end, an objective function and constraint conditions are designed to solve the optimization problem for minimizing electricity cost, and an optimal schedule can be generated by solving the objective function under the constraint conditions.

최적화(optimization) 문제란 어떤 목적 함수의 함수값을 최적화(최대화 혹은 최소화)시키는 파라미터의 조합을 찾는 문제를 의미한다. 여기서 파라미터란 정해진 상황에서 우리가 결정할 수 있는 변수를 의미하며, 이를 최적화 문제에서는 결정변수라고 한다. 이러한 결정변수가 목적함수 외에 만족해야 할 별도의 제약 조건이 있는 경우를 제약 함수 최적화(constrained optimization), 제약 조건이 없는 경우를 비제약 함수 최적화(unconstrained optimization)라고 한다. 본 발명에서 수소 저장 탱크(10)는 SOC 제약을 가지고 있고, 각 수전해 설비들(160, 170)은 설비 별 부분 부하 운전 범위 등의 제약 조건이 있으므로, 본 발명의 목적 함수는 제약 조건이 있는 제약 함수 최적화에 해당된다.An optimization problem refers to a problem of finding a parameter combination that optimizes (maximizes or minimizes) a function value of a certain objective function. Here, a parameter means a variable that we can decide in a given situation, and it is called a decision variable in an optimization problem. The case where these decision variables have additional constraints to be satisfied in addition to the objective function is called constrained optimization, and the case where there are no constraints is called unconstrained optimization. In the present invention, since the hydrogen storage tank 10 has SOC constraints and each of the water electrolysis facilities 160 and 170 has constraints such as a partial load operating range for each facility, the objective function of the present invention has constraints Corresponds to constrained function optimization.

일 실시예에 따르면, 혼합정수선형계획법을 이용하여 제약 조건들 하에서 목적 함수를 풀 수 있다 예컨대, MATLAB의 intlinprog, python의 pulp 패키지 등을 이용하여 혼합정수계획법을 적용함으로써, 제약 조건들 하의 목적 함수의 해를 구할 수 있다. 목적 함수와 제약 조건들에 대하여 아래에서 더욱 자세히 설명한다.According to one embodiment, the objective function can be solved under constraints using mixed integer linear programming. For example, by applying mixed integer programming using MATLAB's intlinprog, python's pulp package, etc., the objective function under constraints. can save the year of The objective function and constraints are described in more detail below.

수전해 설비 제어부(150)는 스케줄 생성부(140)에서 생성된 스케줄에 따라 제1 타입의 수전해 설비(160)와 제2 타입의 수전해 설비(170)를 제어한다. 수전해 설비 제어부(150)는 스케줄 생성부(140)에서 생성된 스케줄을 통해 제1 타입의 수전해 설비(160)와 제2 타입의 수전해 설비(170)를 직접적으로 제어할 수 있다.The water electrolysis facility controller 150 controls the first type water electrolysis facility 160 and the second type water electrolysis facility 170 according to the schedule generated by the schedule generator 140 . The water electrolysis facility controller 150 may directly control the first type water electrolysis facility 160 and the second type water electrolysis facility 170 through the schedule generated by the schedule generator 140 .

일 예에 따르면, 스케줄 생성부(140)는 적어도 하나의 AEL 수전해 장치(160a, 160b) 각각의 스케줄 및 적어도 하나의 PEMEL 수전해 장치(170a, 170b) 각각의 스케줄을 생성할 수 있다. 이때, 수전해 설비 제어부(150)는 적어도 하나의 AEL 수전해 장치(160a, 160b) 각각의 스케줄에 따라 상기 적어도 하나의 AEL 수전해 장치(160a, 160b) 각각을 독립적으로 제어하고, 적어도 하나의 PEMEL 수전해 장치(170a, 170b) 각각의 스케줄에 따라 상기 적어도 하나의 PEMEL 수전해 장치(170a, 170b) 각각을 독립적으로 제어할 수 있다.According to an example, the schedule generating unit 140 may generate a schedule for each of the at least one AEL electrolysis device 160a and 160b and a schedule for each of the at least one PEMEL electrolysis device 170a and 170b. At this time, the water electrolysis facility control unit 150 independently controls each of the at least one AEL water electrolysis device 160a, 160b according to the schedule of each of the at least one AEL water electrolysis device 160a, 160b, and Each of the at least one PEMEL water electrolysis device 170a, 170b may be independently controlled according to a schedule of each of the PEMEL water electrolysis devices 170a and 170b.

수소생산시스템(100)은 전력 공급 회사(30)가 제공하는 전력 계통(40)의 주파수가 59.85Hz 이하로 하락하면 주파수 하락 감지 신호를 발생하는 저주파수 계전기(180)를 더 포함할 수 있다. 수전해 설비 제어부(150)는 저주파 계전기(180)에 의해 주파수 하락 감지 신호가 발생하면, 제1 타입의 수전해 설비(160)와 제2 타입의 수전해 설비(170)를 각각 미리 설정된 최소 설정치로 동작시킬 수 있다. 일 예에 따르면, 미리 설정된 최소 설정치는 0으로서, 수전해 설비 제어부(150)는 주파수 하락 감지 신호가 발생하면 제1 타입의 수전해 설비(160)와 제2 타입의 수전해 설비(170)의 운전을 중지시킬 수 있다. 다른 예에 따르면, AEL 수전해 설비(160)의 최소 설정치는 정격 운전의 20~40[%]에서 미리 설정되고, PEMEL 수전해 설비(170)의 최소 설정치는 정격 운전의 0~10[%]에서 미리 설정될 수 있다.The hydrogen production system 100 may further include a low frequency relay 180 generating a frequency drop detection signal when the frequency of the power system 40 provided by the power supply company 30 drops below 59.85 Hz. When the frequency drop detection signal is generated by the low-frequency relay 180, the water electrolysis facility control unit 150 sets the first type of water electrolysis facility 160 and the second type of water electrolysis facility 170 to preset minimum set values, respectively. can be operated with According to an example, the minimum preset value is 0, and the water electrolysis facility controller 150 determines the frequency drop detection signal between the first type of water electrolysis facility 160 and the second type of water electrolysis facility 170. driving can be stopped. According to another example, the minimum setting value of the AEL water electrolysis facility 160 is preset at 20-40 [%] of rated operation, and the minimum setting value of the PEMEL water electrolysis facility 170 is 0-10 [%] of rated operation. can be set in advance.

저주파수 계전기(180)는 전력 계통(40)의 주파수 하락을 감지하는 계전기로서, 제1 타입의 수전해 설비(160)와 제2 타입의 수전해 설비(170)가 주파수 DR에 참여하기 위해 필요하다. 저주파수 계전기(180)는 전력 계통(40)의 주파수 주파수 기준치 이하로 하락하는 상황을 감지하여 주파수 하락 감지 신호를 발생시킬 수 있다. 저주파수 계전기(180)는 전력 계통(40)의 주파수 주파수 기준치 이하로 하락하면 주파수 하락 감지 신호를 수전해 설비 제어부(150)로 송신할 수 있다.The low frequency relay 180 is a relay that detects a drop in the frequency of the power system 40, and is necessary for the first type of water electrolysis facility 160 and the second type of water electrolysis facility 170 to participate in frequency DR. . The low-frequency relay 180 may generate a frequency drop detection signal by detecting a situation in which the frequency of the power system 40 drops below a frequency reference value. The low frequency relay 180 may receive and transmit a frequency drop detection signal to the facility control unit 150 when the frequency of the power system 40 drops below the frequency reference value.

스케줄 생성부(140)는 하기의 수학식들로 표현되는 제약 조건들 하에서 목적 함수를 풂으로써 현재(t=0)부터 미리 설정된 T 시간까지의 총 전력 소비량을 최소화하는 제1 타입의 수전해 설비(160)의 스케줄과 제2 타입(170)의 수전해 설비의 스케줄을 생성하도록 구성될 수 있다.The schedule generating unit 140 is a first type of water electrolysis facility that minimizes the total power consumption from the present (t = 0) to the preset time T by solving the objective function under the constraints expressed by the following equations (160) and the second type (170) of the water electrolysis plant schedule.

[목적 함수] [objective function]

Figure 112022140119464-pat00048
Figure 112022140119464-pat00048

여기서,

Figure 112022140119464-pat00049
는 적어도 하나의 AEL 수전해 장치(160a, 160b)가 t 시간과 (t+1) 시간 사이에 소비하도록 스케줄링되는 총 전력량이고,
Figure 112022140119464-pat00050
는 적어도 하나의 PEMEL 수전해 장치(170a, 170b)가 t 시간과 (t+1) 시간 사이에 소비하도록 스케줄링되는 총 전력량이고,
Figure 112022140119464-pat00051
는 적어도 하나의 AEL 수전해 장치(160a, 160b)가 t 시간과 (t+1) 시간 사이에 생산하도록 스케줄링되는 총 수소량이고,
Figure 112022140119464-pat00052
는 적어도 하나의 PEMEL 수전해 장치(170a, 170b)가 t 시간과 (t+1) 시간 사이에 생산하도록 스케줄링되는 총 전력량이고,
Figure 112022140119464-pat00053
는 TOU에 따라서 t 시간과 (t+1) 시간 사이의 단위 전력 당 전기 요금이다. t 시간과 (t+1) 시간 사이의 시간 간격은 1시간일 수 있다. 그러나, 이로 한정되지 않으며, t 시간과 (t+1) 시간 사이의 시간 간격은 1분, 5분, 10분 등과 같이 1시간보다 작을 수도 있고, 2시간 등과 같이 1시간 보다 클 수도 있다.here,
Figure 112022140119464-pat00049
Is the total amount of power scheduled to be consumed by at least one AEL water electrolysis device 160a, 160b between time t and time (t + 1),
Figure 112022140119464-pat00050
is the total amount of power scheduled for at least one PEMEL water electrolyzer 170a, 170b to consume between time t and time (t+1),
Figure 112022140119464-pat00051
is the total amount of hydrogen that at least one AEL water electrolyzer 160a, 160b is scheduled to produce between time t and time (t+1),
Figure 112022140119464-pat00052
is the total amount of power that at least one PEMEL water electrolyzer 170a, 170b is scheduled to produce between time t and time (t+1),
Figure 112022140119464-pat00053
is the electricity rate per unit power between time t and time (t+1) according to TOU. The time interval between time t and time (t+1) may be 1 hour. However, it is not limited thereto, and the time interval between time t and time (t+1) may be smaller than 1 hour, such as 1 minute, 5 minutes, and 10 minutes, or larger than 1 hour, such as 2 hours.

목적 함수는 주어진 상황(수소 수급 상황, 전력계통 상황) 하에서 최적의 수소 생산량을 산출하기 위한 것이다. 목적 함수는 AEL 수전해 장치(160a, 160b)와 PEMEL 수전해 장치(170a, 170b)를 가동하는데 부과되는 전기요금을 최소화하는 현재(t=0)로부터 T(예컨대 24) 시간동안의 시간별

Figure 112022140119464-pat00054
Figure 112022140119464-pat00055
를 구하기 위한 것이다. The objective function is to calculate the optimal hydrogen production under given circumstances (hydrogen supply and demand conditions, power system conditions). The objective function is hourly from the present (t = 0) to T (e.g., 24) time, which minimizes the electricity charge charged for operating the AEL water electrolyzers 160a and 160b and the PEMEL water electrolyzers 170a and 170b.
Figure 112022140119464-pat00054
and
Figure 112022140119464-pat00055
is to save

AEL 수전해 장치(160a, 160b)와 PEMEL 수전해 장치(170a, 170b)에서 생산된 수소는 수소 저장 탱크(10)에 저장된다. AEL 수전해 장치(160a, 160b)와 PEMEL 수전해 장치(170a, 170b)에서 생산된 수소와 수소 저장 탱크(10)에 저장된 수소는 수소 수요처(20)에 공급된다. 그러므로 수소 생산(AEL 수전해 장치(160a, 160b)와 PEMEL 수전해 장치(170a, 170b))-저장(수소 저장 탱크(10))-사용(수소 수요처(20))를 하나의 수소 계통으로 간주할 수 있다. AEL 수전해 장치(160a, 160b)와 PEMEL 수전해 장치(170a, 170b)가 수소를 최대한으로 생산하고, 수소 저장 탱크(10)에도 최대한의 수소가 저장될 수도 있겠지만, 수전해 설비를 이용한 수소 생산 원가 중 가장 큰 비중을 차지하는 것이 전기요금이므로, 가격 경쟁력 확보를 위하여 수소를 생산하기 위해 부과되는 전기요금을 최소화할 필요가 있다. 본 발명에 따르면, 목적 함수를 통해 전기요금이 가장 비싼 최대부하 시간대가 아닌 전기요금이 비교적 저렴한 경부하/중간부하 시간대에서 수소를 생산하도록 한다.Hydrogen produced by the AEL water electrolyzers 160a and 160b and the PEMEL water electrolyzers 170a and 170b is stored in the hydrogen storage tank 10 . Hydrogen produced by the AEL water electrolyzers 160a and 160b and the PEMEL water electrolyzers 170a and 170b and hydrogen stored in the hydrogen storage tank 10 are supplied to the hydrogen consumer 20 . Therefore, hydrogen production (AEL water electrolyzers 160a and 160b) and PEMEL water electrolyzers 170a and 170b)-storage (hydrogen storage tank 10)-use (hydrogen demand source 20) are regarded as one hydrogen system. can do. Although the AEL water electrolyzers 160a and 160b and the PEMEL water electrolyzers 170a and 170b produce the maximum amount of hydrogen and the maximum amount of hydrogen can be stored in the hydrogen storage tank 10, hydrogen production using the water electrolysis equipment Since electricity rates account for the largest portion of cost, it is necessary to minimize electricity rates imposed for hydrogen production in order to secure price competitiveness. According to the present invention, through the objective function, hydrogen is produced in a light load/medium load time zone where the electricity price is relatively low, rather than a maximum load time zone where the electricity price is the highest.

제약 조건은 하기의 수학식 1 내지 6을 포함할 수 있다.Constraints may include Equations 1 to 6 below.

수학식 1은

Figure 112022140119464-pat00056
Figure 112022140119464-pat00057
의 관계 및
Figure 112022140119464-pat00058
Figure 112022140119464-pat00059
의 관계를 정의한다.Equation 1 is
Figure 112022140119464-pat00056
and
Figure 112022140119464-pat00057
relationship and
Figure 112022140119464-pat00058
class
Figure 112022140119464-pat00059
define the relationship

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112022140119464-pat00060
Figure 112022140119464-pat00060

Figure 112022140119464-pat00061
Figure 112022140119464-pat00061

여기서,

Figure 112022140119464-pat00062
는 AEL 수전해 장치(160a, 160b)에 공급되는 총 전력량에 대한 AEL 수전해 장치(160a, 160b)가 생산하는 총 수소량의 비율을 나타내고,
Figure 112022140119464-pat00063
는 PEMEL 수전해 장치(170a, 170b)에 공급되는 총 전력량에 대한 PEMEL 수전해 장치(170a, 170b)가 생산하는 총 수소량의 비율을 나타낸다.here,
Figure 112022140119464-pat00062
Represents the ratio of the total amount of hydrogen produced by the AEL water electrolyzers 160a and 160b to the total amount of power supplied to the AEL water electrolyzers 160a and 160b,
Figure 112022140119464-pat00063
represents the ratio of the total amount of hydrogen produced by the PEMEL water electrolyzers 170a and 170b to the total amount of power supplied to the PEMEL water electrolyzers 170a and 170b.

AEL 수전해 장치(160a, 160b) 및 PEMEL 수전해 장치(170a, 170b)에서 생산되는 수소량은 소모되는 전력과 선형 관계에 있으므로, 변환 효율 계수(

Figure 112022140119464-pat00064
,
Figure 112022140119464-pat00065
)를 통해 수학식 1과 같이 표현할 수 있다.Since the amount of hydrogen produced in the AEL water electrolyzers 160a and 160b and the PEMEL water electrolyzers 170a and 170b is in a linear relationship with the power consumed, the conversion efficiency coefficient (
Figure 112022140119464-pat00064
,
Figure 112022140119464-pat00065
), it can be expressed as in Equation 1.

수학식 2는 수소 저장 탱크(10)의 충전량(SOC)와 관한 것이다.Equation 2 relates to the charge amount (SOC) of the hydrogen storage tank 10.

[수학식 2][Equation 2]

Figure 112022140119464-pat00066
Figure 112022140119464-pat00066

여기서,

Figure 112022140119464-pat00067
Figure 112022140119464-pat00068
는 각각 t 시간과 (t+1) 시간의 수소 저장 탱크(10)의 스케줄링된 수소 충전량이고,
Figure 112022140119464-pat00069
는 수소 저장 탱크 SOC 추정부(110)에 의해 추정된 수소 저장 탱크(10)의 현재 충전량이고,
Figure 112022140119464-pat00070
는 수소 저장 탱크(10)의 용량이다.here,
Figure 112022140119464-pat00067
and
Figure 112022140119464-pat00068
is the scheduled hydrogen charging amount of the hydrogen storage tank 10 at time t and time (t + 1), respectively,
Figure 112022140119464-pat00069
Is the current filling amount of the hydrogen storage tank 10 estimated by the hydrogen storage tank SOC estimator 110,
Figure 112022140119464-pat00070
Is the capacity of the hydrogen storage tank 10.

Figure 112022140119464-pat00071
는 제1 타입의 수전해 설비(160)와 제2 타입의 수전해 설비(170)가 t 시간과 (t+1) 시간 사이에 생산하도록 스케줄링되는 총 수소량으로서,
Figure 112022140119464-pat00072
에 따라 정의된다. 제1 타입의 수전해 설비(160)에서 생산되는 수소량은 AEL 수전해 장치(160a, 160b)가 생산하는 총 수소량이고, 제2 타입의 수전해 설비(170)에서 생산되는 수소량은 PEMEL 수전해 장치(170a, 170b)가 생산하는 총 수소량이다.
Figure 112022140119464-pat00071
Is the total amount of hydrogen that the first type of water electrolysis facility 160 and the second type of water electrolysis facility 170 are scheduled to produce between time t and time (t + 1),
Figure 112022140119464-pat00072
is defined according to The amount of hydrogen produced by the first-type water electrolysis facility 160 is the total amount of hydrogen produced by the AEL water electrolyzers 160a and 160b, and the amount of hydrogen produced by the second-type water electrolysis facility 170 is PEMEL. This is the total amount of hydrogen produced by the water electrolyzers 170a and 170b.

Figure 112022140119464-pat00073
는 수소 수요 예측부(120))에 의해 예측되는, t 시간과 (t+1) 시간 사이의 수소 수요처(20)의 수소 수요량이다.
Figure 112022140119464-pat00073
is the hydrogen demand of the hydrogen demander 20 between time t and time (t+1), which is predicted by the hydrogen demand prediction unit 120).

수학식 2는

Figure 112022140119464-pat00074
와 같이 표현될 수도 있다.Equation 2 is
Figure 112022140119464-pat00074
It can also be expressed as

수학식 3은 수소 저장 탱크(10)의 충전량(SOC)와 관한 것이다.Equation 3 relates to the charge amount (SOC) of the hydrogen storage tank 10.

[수학식 3][Equation 3]

Figure 112022140119464-pat00075
Figure 112022140119464-pat00075

여기서,

Figure 112022140119464-pat00076
는 수소 저장 탱크(10)의 충전량의 상한 설정치으로서, 예컨대, 1일 수 있다.
Figure 112022140119464-pat00077
는 수소 저장 탱크(10)의 충전량의 하한 설정치로서,
Figure 112022140119464-pat00078
에 의해 결정될 수 있다. 다른 예에 따르면,
Figure 112022140119464-pat00079
Figure 112022140119464-pat00080
에 마진을 더한 값으로 결정될 수 있다.
Figure 112022140119464-pat00081
는 수소 수요처(20)의 과거 데이터에서 미리 설정된 시간 동안의 수소 수요 최대값일 수 있다. 미리 설정된 시간은 주파수 DR에 따라 10분일 수 있다. 다른 예에 따르면, 미리 설정된 시간은 주파수 DR에 따른 10분과 수전해 설비(160, 170)의 시동 소요 시간을 더한 시간일 수 있다.here,
Figure 112022140119464-pat00076
is an upper limit setting value of the filling amount of the hydrogen storage tank 10, and may be, for example, 1.
Figure 112022140119464-pat00077
Is the lower limit setting value of the filling amount of the hydrogen storage tank 10,
Figure 112022140119464-pat00078
can be determined by According to another example,
Figure 112022140119464-pat00079
Is
Figure 112022140119464-pat00080
It can be determined by adding a margin to .
Figure 112022140119464-pat00081
may be the maximum hydrogen demand value for a time preset in the past data of the hydrogen demander 20. The preset time may be 10 minutes according to the frequency DR. According to another example, the preset time may be 10 minutes according to the frequency DR and a time required for start-up of the water electrolysis facilities 160 and 170.

수학식 4는 수소 저장 탱크(10)의 충전량(SOC) 변화량에 관한 것이다.Equation 4 relates to the change in the charge amount (SOC) of the hydrogen storage tank 10.

[수학식 4][Equation 4]

Figure 112022140119464-pat00082
Figure 112022140119464-pat00082

여기서,

Figure 112022140119464-pat00083
는 압축기의 성능에 따라 수소 저장 탱크(10)로부터 수소 수요처(20)로 방출될 수 있는 최대 순감 수소량이고,
Figure 112022140119464-pat00084
는 수소 저장 탱크(10)의 t 시간의 충전량(
Figure 112022140119464-pat00085
)에 따라 수소 저장 탱크(10)에 유입될 수 있는 최대 순증 수소량이다. 압축기는 수소 저장 탱크(10)와 고압 수소 탱크 사이에 배치되며, 고압 수소 탱크에 저장된 수소가 수소 수요처(20)에 공급된다. here,
Figure 112022140119464-pat00083
Is the maximum net hydrogen reduction amount that can be released from the hydrogen storage tank 10 to the hydrogen demand place 20 according to the performance of the compressor,
Figure 112022140119464-pat00084
Is the charging amount of the hydrogen storage tank 10 at t time (
Figure 112022140119464-pat00085
) is the maximum net hydrogen amount that can be introduced into the hydrogen storage tank 10 according to . The compressor is disposed between the hydrogen storage tank 10 and the high-pressure hydrogen tank, and hydrogen stored in the high-pressure hydrogen tank is supplied to the hydrogen consumer 20 .

다른 예에 따르면, 수소 저장 탱크(10)에 저장되거나 방출되는 수소의 양은 수소 저장 탱크(10)에 연결된 압축기의 성능에 의해 제한될 수 있다. 수전해 설비들(160, 170)에서 생산되는 수소와 수소 저장 탱크(20)에서 방출되는 수소는 압축기의 압축 가능한 최소 수소량과 최대 수소량 사이에 있어야 한다는 제약 조건이 부가될 수 있다. 수전해 설비들(160, 170)에서 생산되는 수소와 수소 저장 탱크(20)에서 방출되는 수소는 수소 저장 탱크(10)의 t 시점과 (t+1) 시점 사이의 변화량으로 나타낼 수 있다.According to another example, the amount of hydrogen stored in or released from the hydrogen storage tank 10 may be limited by the performance of a compressor coupled to the hydrogen storage tank 10 . A constraint condition may be added that the hydrogen produced in the water electrolysis facilities 160 and 170 and the hydrogen discharged from the hydrogen storage tank 20 must be between the minimum compressible hydrogen amount and the maximum hydrogen amount of the compressor. Hydrogen produced in the water electrolysis facilities 160 and 170 and hydrogen released from the hydrogen storage tank 20 may be expressed as a change amount between the time t of the hydrogen storage tank 10 and the time (t + 1).

수학식 5는

Figure 112022140119464-pat00086
Figure 112022140119464-pat00087
에 관한 것이다.Equation 5 is
Figure 112022140119464-pat00086
class
Figure 112022140119464-pat00087
It is about.

[수학식 5][Equation 5]

Figure 112022140119464-pat00088
Figure 112022140119464-pat00088

Figure 112022140119464-pat00089
Figure 112022140119464-pat00089

여기서,

Figure 112022140119464-pat00090
Figure 112022140119464-pat00091
는 각각 AEL 수전해 장치(160a, 160b)가 1시간 동안 생산할 수 있는 총 수소량의 최소치와 최대치이고,
Figure 112022140119464-pat00092
Figure 112022140119464-pat00093
는 각각 PEMEL 수전해 장치(170a, 170b)가 1시간 동안 생산할 수 있는 총 수소량의 최소치와 최대치이다.here,
Figure 112022140119464-pat00090
and
Figure 112022140119464-pat00091
are the minimum and maximum values of the total amount of hydrogen that the AEL water electrolyzers 160a and 160b can produce for 1 hour, respectively,
Figure 112022140119464-pat00092
and
Figure 112022140119464-pat00093
Is the minimum and maximum values of the total amount of hydrogen that the PEMEL water electrolyzers 170a and 170b can produce for 1 hour, respectively.

수학식 5는 각 수전해 설비(160, 170)의 부분 부하 운전 범위를 나타낸다. 각 수전해 설비(160, 170)는 수소의 순도 및 안전 상의 이유로 운전 가능한 부분 부하 운전 범위를 가지고 있으며, 각 수전해 설비(160, 170)의 특성에 따라 그 수치가 상이하다. 예를 들어, AEL 수전해 장치(160a, 160b)는 최소 부분 부하 운전 범위가 20~40%인 반면, PEMEL 수전해 장치(170a, 170b)은 0~10%로 부분 부하 운전이 가능한 범위가 상당히 넓다.Equation 5 represents the partial load operating range of each water electrolysis facility (160, 170). Each of the water electrolysis facilities 160 and 170 has an operable partial load operating range for reasons of purity of hydrogen and safety, and the numerical value is different depending on the characteristics of the water electrolysis facilities 160 and 170. For example, the AEL water electrolyzers 160a and 160b have a minimum partial load operation range of 20 to 40%, whereas the PEMEL water electrolyzers 170a and 170b have a very large partial load operation range of 0 to 10%. wide.

수학식 6은

Figure 112022140119464-pat00094
Figure 112022140119464-pat00095
각각의 변화량에 관한 것이다.Equation 6 is
Figure 112022140119464-pat00094
class
Figure 112022140119464-pat00095
for each variation.

[수학식 6][Equation 6]

Figure 112022140119464-pat00096
Figure 112022140119464-pat00096

Figure 112022140119464-pat00097
Figure 112022140119464-pat00097

여기서,

Figure 112022140119464-pat00098
는 AEL 수전해 장치(160a, 160b)의 최대 수소 생산 변동 값이고,
Figure 112022140119464-pat00099
는 PEMEL 수전해 장치(170a, 170b)의 최대 수소 생산 변동 값이다.here,
Figure 112022140119464-pat00098
Is the maximum hydrogen production fluctuation value of the AEL water electrolyzers 160a and 160b,
Figure 112022140119464-pat00099
Is the maximum hydrogen production fluctuation value of the PEMEL water electrolyzers 170a and 170b.

수전해 설비들(160, 170)은 짧은 시간에 무리하게 부하 변동 운전을 지속적으로 하게 되면 스택 열화가 발생하여 수명에 영향을 줄 수 있다. 따라서, 각 수전해 설비(160, 170)의 무리한 부하 변동 운전을 방지하기 위하여 (t-1) 시구간과 t 시구간에 생산되는 수소의 양은 사전에 설정한 최대 부하 변동값(

Figure 112022140119464-pat00100
,
Figure 112022140119464-pat00101
)보다 작아야 한다는 제약 조건이 수학식 6으로서 부가될 수 있다. 예를 들어, t 시구간에 생산되는 수소의 양과 (t+1) 시구간에 생산되는 수소의 양의 차이는 최대 부하 변동값(
Figure 112022140119464-pat00102
,
Figure 112022140119464-pat00103
), 예컨대, 최대 수소 생산량의 10%를 넘어서면 안된다는 제약 조건이 부가될 수 있다. 최대 부하 변동값(
Figure 112022140119464-pat00104
,
Figure 112022140119464-pat00105
)은 AEL 수전해 설비(160)와 PEMEL 수전해 설비(170) 각각의 운전 특성에 의존하므로, 수학식 6과 같이 AEL 수전해 설비(160)와 PEMEL 수전해 설비(170) 각각에 대해 제약 조건이 부가될 수 있다.If the water electrolysis facilities 160 and 170 continue to operate with load fluctuations unreasonably in a short period of time, stack deterioration may occur, which may affect the lifespan. Therefore, in order to prevent unreasonable load fluctuation operation of each water electrolysis facility (160, 170), the amount of hydrogen produced in the (t-1) time period and the t time period is a preset maximum load change value (
Figure 112022140119464-pat00100
,
Figure 112022140119464-pat00101
) may be added as Equation 6. For example, the difference between the amount of hydrogen produced in the time period t and the amount of hydrogen produced in the time period (t + 1) is the maximum load change value (
Figure 112022140119464-pat00102
,
Figure 112022140119464-pat00103
), for example, a constraint condition that should not exceed 10% of the maximum hydrogen production may be added. Maximum load change value (
Figure 112022140119464-pat00104
,
Figure 112022140119464-pat00105
) depends on the operating characteristics of the AEL water electrolysis facility 160 and the PEMEL water electrolysis facility 170, respectively, constraint conditions for the AEL water electrolysis facility 160 and the PEMEL water electrolysis facility 170, respectively, as shown in Equation 6 this can be added.

한편,

Figure 112022140119464-pat00106
에는 AEL 수전해 장치(160a, 160b)가 현재 생산하고 있는 시간당 수소 생산량을 입력하고,
Figure 112022140119464-pat00107
에는 PEMEL 수전해 장치(170a, 170b)가 현재 생산하고 있는 시간당 수소 생산량을 입력할 수 있다.Meanwhile,
Figure 112022140119464-pat00106
Enter the hydrogen production per hour currently produced by the AEL water electrolyzers 160a and 160b,
Figure 112022140119464-pat00107
In , hydrogen production per hour currently being produced by the PEMEL water electrolyzers 170a and 170b may be input.

한편, 본 실시예와 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 방법들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.On the other hand, those skilled in the art related to the present embodiment will be able to understand that it can be implemented in a modified form within a range that does not deviate from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the disclosed methods are to be considered in an illustrative rather than a limiting sense. The scope of the present invention is shown in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the equivalent scope will be construed as being included in the present invention.

이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨팅 장치 또는 특수 목적 컴퓨팅 장치를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 어플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.The devices described above may be implemented as hardware components, software components, and/or a combination of hardware components and software components. For example, devices and components described in the embodiments may include, for example, a processor, a controller, an arithmetic logic unit (ALU), a digital signal processor, a microcomputer, a field programmable gate array (FPGA) , a programmable logic unit (PLU), a microprocessor, or any other device capable of executing and responding to instructions, one or more general purpose computing devices or special purpose computing devices. The processing device may run an operating system (OS) and one or more software applications running on the operating system. A processing device may also access, store, manipulate, process, and generate data in response to execution of software. For convenience of understanding, there are cases in which one processing device is used, but those skilled in the art will understand that the processing device includes a plurality of processing elements and/or a plurality of types of processing elements. It can be seen that it can include. For example, a processing device may include a plurality of processors or a processor and a controller. Other processing configurations are also possible, such as parallel processors.

소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.Software may include a computer program, code, instructions, or a combination of one or more of the foregoing, which configures a processing device to operate as desired or processes independently or collectively. You can command the device. Software and/or data may be any tangible machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage medium or device, intended to be interpreted by or provide instructions or data to a processing device. , or may be permanently or temporarily embodied in a transmitted signal wave. Software may be distributed on networked computer systems and stored or executed in a distributed manner. Software and data may be stored on one or more computer readable media.

실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The method according to the embodiment may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded on a computer readable medium. Computer readable media may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination. Program commands recorded on the medium may be specially designed and configured for the embodiment or may be known and usable to those skilled in computer software. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, and magnetic media such as floptical disks. - includes hardware devices specially configured to store and execute program instructions, such as magneto-optical media, and ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter, as well as machine language codes such as those produced by a compiler. The hardware devices described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.As described above, although the embodiments have been described with limited examples and drawings, those skilled in the art can make various modifications and variations from the above description. For example, the described techniques may be performed in an order different from the method described, and/or components of the described system, structure, device, circuit, etc. may be combined or combined in a different form than the method described, or other components may be used. Or even if it is replaced or substituted by equivalents, appropriate results can be achieved.

본 명세서에서 설명되는 다양한 실시예들은 예시적이며, 서로 구별되어 독립적으로 실시되어야 하는 것은 아니다. 본 명세서에서 설명된 실시예들은 서로 조합된 형태로 실시될 수 있다.The various embodiments described in this specification are illustrative, and are not to be discriminated from and independently implemented. The embodiments described in this specification may be implemented in a combination with each other.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the following claims rather than the detailed description above, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention. do.

Claims (15)

제1 타입의 수전해 설비;
상기 제1 타입과 다른 제2 타입의 수전해 설비;
상기 제1 타입의 수전해 설비와 상기 제2 타입의 수전해 설비로부터 생산된 수소를 저장하는 수소 저장 탱크의 현재 충전량(SOC, State of Charge)를 추정하는 수소 저장 탱크 SOC 추정부;
상기 수소 저장 탱크에 저장된 수소를 공급받을 수소 수요처의 시간별 수소 수요량을 예측하는 수소 수요 예측부;
전력 공급 회사의 계시별 전기요금(TOU, Time-of-Use)을 수신하는 TOU 수신부;
현재부터 미리 설정된 시간 동안 총 전력 소비량이 최소화되도록, 상기 제1 타입의 수전해 설비의 운전 특성, 상기 제2 타입의 수전해 설비의 운전 특성, 상기 수소 저장 탱크의 상기 현재 SOC, 상기 수소 수요처의 시간별 수소 수요량, 및 상기 TOU에 기초하여 상기 제1 타입의 수전해 설비와 상기 제2 타입의 수전해 설비 각각의 스케줄을 생성하는 스케줄 생성부; 및
상기 스케줄 생성부에서 생성된 스케줄에 따라 상기 제1 타입의 수전해 설비와 상기 제2 타입의 수전해 설비를 제어하는 수전해 설비 제어부를 포함하고,
상기 제1 타입의 수전해 설비는 적어도 하나의 AEL(Alkaline Electrolysis) 수전해 장치를 포함하고,
상기 제2 타입의 수전해 설비는 적어도 하나의 PEMEL(Polymer Electrolyte membrane electrolysis) 수전해 장치를 포함하고,
상기 제1 타입의 수전해 설비에서 생산되는 수소량은 상기 적어도 하나의 AEL 수전해 장치가 생산하는 총 수소량이고,
상기 제2 타입의 수전해 설비에서 생산되는 수소량은 상기 적어도 하나의 PEMEL 수전해 장치가 생산하는 총 수소량인 것을 특징으로 하는 수소생산시스템.
water electrolysis plants of the first type;
a water electrolysis facility of a second type different from the first type;
a hydrogen storage tank SOC estimation unit for estimating a state of charge (SOC) of a hydrogen storage tank storing hydrogen produced from the first type of water electrolysis facility and the second type of water electrolysis facility;
a hydrogen demand predicting unit for predicting hourly hydrogen demand of a hydrogen demander receiving the hydrogen stored in the hydrogen storage tank;
TOU receiving unit for receiving time-of-use electricity rates (TOU, Time-of-Use) of a power supply company;
The operation characteristics of the first type of water electrolysis facility, the operation characteristics of the second type of water electrolysis facility, the current SOC of the hydrogen storage tank, and the hydrogen demand source so that total power consumption is minimized for a preset time from now. a schedule generating unit generating schedules for the first type of water electrolysis facility and the second type of water electrolysis facility, respectively, based on hourly hydrogen demand and the TOU; and
A water electrolysis facility control unit controlling the first type of water electrolysis facility and the second type of water electrolysis facility according to the schedule generated by the schedule generating unit;
The first type of water electrolysis facility includes at least one Alkaline Electrolysis (AEL) water electrolysis device,
The second type of water electrolysis facility includes at least one PEMEL (Polymer Electrolyte membrane electrolysis) water electrolysis device,
The amount of hydrogen produced by the first type of water electrolyzer is the total amount of hydrogen produced by the at least one AEL water electrolyzer;
The hydrogen production system, characterized in that the amount of hydrogen produced by the second type of water electrolyzer is the total amount of hydrogen produced by the at least one PEMEL water electrolysis device.
청구항 1에 있어서,
상기 전력 공급 회사가 제공하는 전력 계통의 주파수가 59.85Hz 이하로 하락하면 주파수 하락 감지 신호를 발생하는 저주파수 계전기를 더 포함하고,
상기 수전해 설비 제어부는 상기 저주파수 계전기에 의해 상기 주파수 하락 감지 신호가 발생하면, 상기 제1 타입의 수전해 설비와 상기 제2 타입의 수전해 설비를 각각 미리 설정된 최소 설정치로 동작시키는 것을 특징으로 하는 수소생산시스템.
The method of claim 1,
Further comprising a low-frequency relay for generating a frequency drop detection signal when the frequency of the power system provided by the power supply company drops below 59.85 Hz,
The water electrolysis facility control unit operates the first type of water electrolysis facility and the second type of water electrolysis facility at a predetermined minimum set value when the frequency drop detection signal is generated by the low frequency relay. Characterized in that hydrogen production system.
청구항 1에 있어서,
상기 수소 수요 예측부는 인공지능 기반의 머신러닝, 딥러닝, 통계학적인 추론 중 적어도 하나를 이용하여 상기 수소 수요처의 24 시간 동안의 상기 시간별 수소 수요량을 예측하는 것을 특징으로 하는 수소생산시스템.
The method of claim 1,
The hydrogen production system, characterized in that the hydrogen demand prediction unit predicts the hourly hydrogen demand for 24 hours of the hydrogen demander using at least one of artificial intelligence-based machine learning, deep learning, and statistical inference.
청구항 1에 있어서,
상기 수소 저장 탱크 SOC 추정부는 상기 제1 타입의 수전해 설비와 상기 제2 타입의 수전해 설비에서 생산되어 상기 수소 저장 탱크에 투입되는 수소의 양과 상기 수소 저장 탱크에서 상기 수소 수요처로 방출되는 수소의 양의 차이를 기초로 상기 수소 저장 탱크의 상기 현재 충전량을 추정하는 것을 특징으로 하는 수소생산시스템.
The method of claim 1,
The hydrogen storage tank SOC estimating unit calculates the amount of hydrogen produced in the first type of water electrolysis facility and the second type of water electrolysis facility and inputted into the hydrogen storage tank and the amount of hydrogen released from the hydrogen storage tank to the hydrogen demand place. Estimating the current filling amount of the hydrogen storage tank based on the difference in the amount.
삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 스케줄 생성부는 상기 적어도 하나의 AEL 수전해 장치 각각의 스케줄 및 상기 적어도 하나의 PEMEL 수전해 장치 각각의 스케줄을 생성하고,
상기 수전해 설비 제어부는,
상기 적어도 하나의 AEL 수전해 장치 각각의 스케줄에 따라 상기 적어도 하나의 AEL 수전해 장치 각각을 독립적으로 제어하고,
상기 적어도 하나의 PEMEL 수전해 장치 각각의 스케줄에 따라 상기 적어도 하나의 PEMEL 수전해 장치 각각을 독립적으로 제어하는 것을 특징으로 하는 수소생산시스템.
The method of claim 1,
The schedule generator generates a schedule for each of the at least one AEL water electrolysis device and a schedule for each of the at least one PEMEL water electrolysis device;
The water electrolysis facility control unit,
Independently controlling each of the at least one AEL water electrolysis device according to a schedule of each of the at least one AEL water electrolysis device;
The hydrogen production system, characterized in that independently controlling each of the at least one PEMEL water electrolysis device according to the schedule of each of the at least one PEMEL water electrolysis device.
청구항 6에 있어서,
상기 스케줄 생성부는 적어도 하나의 제약 조건 하에서 하기의 목적 함수를 풂으로써 현재(t=0)부터 미리 설정된 T 시간까지의 총 전력 소비량이 최소화되도록 상기 제1 타입의 수전해 설비의 스케줄과 상기 제2 타입의 수전해 설비의 스케줄을 생성하도록 구성되고,
[목적 함수]
Figure 112022140119464-pat00108

여기서,
Figure 112022140119464-pat00109
는 상기 적어도 하나의 AEL 수전해 장치가 t 시간과 (t+1) 시간 사이에 소비하도록 스케줄링되는 총 전력량이고,
Figure 112022140119464-pat00110
는 상기 적어도 하나의 PEMEL 수전해 장치가 t 시간과 (t+1) 시간 사이에 소비하도록 스케줄링되는 총 전력량이고,
Figure 112022140119464-pat00111
는 상기 적어도 하나의 AEL 수전해 장치가 t 시간과 (t+1) 시간 사이에 생산하도록 스케줄링되는 총 수소량이고,
Figure 112022140119464-pat00112
는 상기 적어도 하나의 PEMEL 수전해 장치가 t 시간과 (t+1) 시간 사이에 생산하도록 스케줄링되는 총 전력량이고,
Figure 112022140119464-pat00113
는 상기 TOU에 따라서 t 시간과 (t+1) 시간 사이의 단위 전력 당 전기 요금인 것을 특징으로 하는 수소생산시스템.
The method of claim 6,
The schedule generating unit calculates the following objective function under at least one constraint condition so that the total power consumption from the present (t = 0) to the preset time T is minimized. It is configured to generate a schedule of a type of water electrolysis facility,
[objective function]
Figure 112022140119464-pat00108

here,
Figure 112022140119464-pat00109
Is the total amount of power that the at least one AEL water electrolysis device is scheduled to consume between time t and time (t + 1),
Figure 112022140119464-pat00110
is the total amount of power that the at least one PEMEL water electrolysis device is scheduled to consume between time t and time (t+1),
Figure 112022140119464-pat00111
is the total amount of hydrogen that the at least one AEL water electrolyzer is scheduled to produce between time t and time (t+1),
Figure 112022140119464-pat00112
is the total amount of power that the at least one PEMEL water electrolyzer is scheduled to produce between time t and time (t+1),
Figure 112022140119464-pat00113
Is the electricity rate per unit power between time t and time (t + 1) according to the TOU.
청구항 7에 있어서,
상기 적어도 하나의 제약 조건은 상기
Figure 112022140119464-pat00114
와 상기
Figure 112022140119464-pat00115
의 관계 및 상기
Figure 112022140119464-pat00116
과 상기
Figure 112022140119464-pat00117
의 관계를 정의하는 하기의 수학식 1를 포함하고,
[수학식 1]
Figure 112022140119464-pat00118

Figure 112022140119464-pat00119

여기서,
Figure 112022140119464-pat00120
는 상기 적어도 하나의 AEL 수전해 장치에 공급되는 총 전력량에 대한 상기 적어도 하나의 AEL 수전해 장치가 생산하는 총 수소량의 비율을 나타내고,
Figure 112022140119464-pat00121
는 상기 적어도 하나의 PEMEL 수전해 장치에 공급되는 총 전력량에 대한 상기 적어도 하나의 PEMEL 수전해 장치가 생산하는 총 수소량의 비율을 나타내는 것을 특징으로 하는 수소생산시스템.
The method of claim 7,
The at least one constraint is the
Figure 112022140119464-pat00114
and above
Figure 112022140119464-pat00115
relationship and recall
Figure 112022140119464-pat00116
and above
Figure 112022140119464-pat00117
Including Equation 1 below that defines the relationship of
[Equation 1]
Figure 112022140119464-pat00118

Figure 112022140119464-pat00119

here,
Figure 112022140119464-pat00120
Represents the ratio of the total amount of hydrogen produced by the at least one AEL water electrolysis device to the total amount of power supplied to the at least one AEL water electrolysis device,
Figure 112022140119464-pat00121
represents a ratio of the total amount of hydrogen produced by the at least one PEMEL water electrolysis device to the total amount of electricity supplied to the at least one PEMEL water electrolysis device.
청구항 8에 있어서,
상기 적어도 하나의 제약 조건은 상기 수소 저장 탱크의 충전량(SOC)와 관한 하기 수학식 2를 더 포함하고,
[수학식 2]
Figure 112022140119464-pat00122

여기서,
Figure 112022140119464-pat00123
Figure 112022140119464-pat00124
는 각각 t 시간과 (t+1) 시간의 상기 수소 저장 탱크의 스케줄링된 충전량이고,
Figure 112022140119464-pat00125
는 상기 수소 저장 탱크 SOC 추정부에 의해 추정된 상기 수소 저장 탱크의 상기 현재 충전량이고,
Figure 112022140119464-pat00126
는 상기 수소 저장 탱크의 용량이고,
Figure 112022140119464-pat00127
는 상기 제1 타입의 수전해 설비와 상기 제2 타입의 수전해 설비가 t 시간과 (t+1) 시간 사이에 생산하도록 스케줄링되는 총 수소량으로서,
Figure 112022140119464-pat00128
에 따라 정의되고,
Figure 112022140119464-pat00129
는 상기 수소 수요 예측부에 의해 예측되는, t 시간과 (t+1) 시간 사이의 상기 수소 수요처의 수소 수요량인 것을 특징으로 하는 수소생산시스템.
The method of claim 8,
The at least one constraint further includes Equation 2 below regarding the SOC of the hydrogen storage tank,
[Equation 2]
Figure 112022140119464-pat00122

here,
Figure 112022140119464-pat00123
and
Figure 112022140119464-pat00124
is the scheduled filling amount of the hydrogen storage tank at time t and time (t + 1), respectively,
Figure 112022140119464-pat00125
Is the current filled amount of the hydrogen storage tank estimated by the hydrogen storage tank SOC estimating unit,
Figure 112022140119464-pat00126
is the capacity of the hydrogen storage tank,
Figure 112022140119464-pat00127
Is the total amount of hydrogen that the first type of water electrolysis facility and the second type of water electrolysis facility are scheduled to produce between time t and time (t + 1),
Figure 112022140119464-pat00128
is defined according to
Figure 112022140119464-pat00129
Is the hydrogen demand of the hydrogen demander between time t and time (t + 1), predicted by the hydrogen demand prediction unit.
청구항 9에 있어서,
상기 적어도 하나의 제약 조건은 상기 수소 저장 탱크의 충전량(SOC)와 관한 하기 수학식 3을 더 포함하고,
[수학식 3]
Figure 112022140119464-pat00130

여기서,
Figure 112022140119464-pat00131
는 상기 수소 저장 탱크의 충전량의 상한 설정치이고,
Figure 112022140119464-pat00132
는 상기 수소 저장 탱크의 충전량의 하한 설정치로서,
Figure 112022140119464-pat00133
에 의해 결정되며,
Figure 112022140119464-pat00134
는 상기 수소 수요처의 과거 데이터에서 미리 설정된 시간 동안의 수소 수요 최대값인 것을 특징으로 하는 수소생산시스템.
The method of claim 9,
The at least one constraint further includes Equation 3 below related to the SOC of the hydrogen storage tank,
[Equation 3]
Figure 112022140119464-pat00130

here,
Figure 112022140119464-pat00131
Is the upper limit set value of the filling amount of the hydrogen storage tank,
Figure 112022140119464-pat00132
Is the lower limit setting value of the filling amount of the hydrogen storage tank,
Figure 112022140119464-pat00133
is determined by
Figure 112022140119464-pat00134
Is the hydrogen demand maximum value for a preset time in the past data of the hydrogen demand source.
청구항 10에 있어서,
상기 적어도 하나의 제약 조건은 상기 수소 저장 탱크의 충전량(SOC) 변화량에 관한 하기 수학식 4를 더 포함하고,
[수학식 4]
Figure 112022140119464-pat00135

여기서,
Figure 112022140119464-pat00136
는 압축기의 성능에 따라 상기 수소 저장 탱크로부터 상기 수소 수요처로 방출될 수 있는 최대 순감 수소량이고,
Figure 112022140119464-pat00137
는 상기 수소 저장 탱크의 t 시간의 충전량(
Figure 112022140119464-pat00138
)에 따라 상기 수소 저장 탱크에 유입될 수 있는 최대 순증 수소량인 것을 특징으로 하는 수소생산시스템.
The method of claim 10,
The at least one constraint further includes the following Equation 4 regarding the change in the charged amount (SOC) of the hydrogen storage tank,
[Equation 4]
Figure 112022140119464-pat00135

here,
Figure 112022140119464-pat00136
Is the maximum net hydrogen reduction amount that can be released from the hydrogen storage tank to the hydrogen demand place according to the performance of the compressor,
Figure 112022140119464-pat00137
Is the charging amount of the hydrogen storage tank at t time (
Figure 112022140119464-pat00138
) According to the hydrogen production system, characterized in that the maximum net hydrogen amount that can flow into the hydrogen storage tank.
청구항 11에 있어서,
상기 적어도 하나의 제약 조건은 상기
Figure 112022140119464-pat00139
과 상기
Figure 112022140119464-pat00140
에 관한 하기 수학식 5를 더 포함하고,
[수학식 5]
Figure 112022140119464-pat00141

Figure 112022140119464-pat00142

여기서,
Figure 112022140119464-pat00143
Figure 112022140119464-pat00144
는 각각 상기 적어도 하나의 AEL 수전해 장치가 1시간 동안 생산할 수 있는 총 수소량의 최소치와 최대치이고,
Figure 112022140119464-pat00145
Figure 112022140119464-pat00146
는 각각 상기 적어도 하나의 PEMEL 수전해 장치가 1시간 동안 생산할 수 있는 총 수소량의 최소치와 최대치인 것을 특징으로 하는 수소생산시스템.
The method of claim 11,
The at least one constraint is the
Figure 112022140119464-pat00139
and above
Figure 112022140119464-pat00140
Further including Equation 5 below,
[Equation 5]
Figure 112022140119464-pat00141

Figure 112022140119464-pat00142

here,
Figure 112022140119464-pat00143
and
Figure 112022140119464-pat00144
are the minimum and maximum values of the total amount of hydrogen that the at least one AEL water electrolyzer can produce for 1 hour, respectively;
Figure 112022140119464-pat00145
and
Figure 112022140119464-pat00146
Is the minimum and maximum values of the total amount of hydrogen that the at least one PEMEL water electrolyzer can produce for 1 hour, respectively.
청구항 12에 있어서,
상기 적어도 하나의 제약 조건은 상기
Figure 112022140119464-pat00147
과 상기
Figure 112022140119464-pat00148
각각의 변화량에 관한 하기 수학식 6을 더 포함하고,
[수학식 6]
Figure 112022140119464-pat00149

Figure 112022140119464-pat00150

여기서,
Figure 112022140119464-pat00151
는 상기 적어도 하나의 AEL 수전해 장치의 최대 수소 생산 변동 값이고,
Figure 112022140119464-pat00152
는 상기 적어도 하나의 PEMEL 수전해 장치의 최대 수소 생산 변동 값이고,
Figure 112022140119464-pat00153
는 상기 적어도 하나의 AEL 수전해 장치가 현재 생산하고 있는 시간당 수소 생산량이고,
Figure 112022140119464-pat00154
는 상기 적어도 하나의 AEL 수전해 장치가 현재 생산하고 있는 시간당 수소 생산량인 것을 특징으로 하는 수소생산시스템.
The method of claim 12,
The at least one constraint is the
Figure 112022140119464-pat00147
and above
Figure 112022140119464-pat00148
Further comprising the following Equation 6 for each amount of change,
[Equation 6]
Figure 112022140119464-pat00149

Figure 112022140119464-pat00150

here,
Figure 112022140119464-pat00151
is the maximum hydrogen production fluctuation value of the at least one AEL water electrolyzer,
Figure 112022140119464-pat00152
is the maximum hydrogen production fluctuation value of the at least one PEMEL water electrolyzer,
Figure 112022140119464-pat00153
Is the hydrogen production per hour currently being produced by the at least one AEL water electrolyzer,
Figure 112022140119464-pat00154
Is the hydrogen production rate per hour currently being produced by the at least one AEL water electrolyzer.
제1 타입의 수전해 설비와 상기 제1 타입과 다른 제2 타입의 수전해 설비를 포함하는 수소생산시스템의 동작 방법에 있어서,
상기 제1 타입의 수전해 설비와 상기 제2 타입의 수전해 설비로부터 생산된 수소를 저장하는 수소 저장 탱크의 현재 충전량(SOC, State of Charge)를 추정하는 단계;
상기 수소 저장 탱크에 저장된 수소를 공급받을 수소 수요처의 시간별 수소 수요량을 예측하는 단계;
전력 공급 회사의 계시별 전기요금(TOU, Time-of-Use)을 수신하는 단계;
현재부터 미리 설정된 시간 동안 총 전력 소비량이 최소화되도록, 상기 제1 타입의 수전해 설비의 운전 특성, 상기 제2 타입의 수전해 설비의 운전 특성, 상기 수소 저장 탱크의 상기 현재 SOC, 상기 수소 수요처의 시간별 수소 수요량, 및 상기 TOU에 기초하여 상기 제1 타입의 수전해 설비와 상기 제2 타입의 수전해 설비 각각의 스케줄을 생성하는 단계; 및
상기 스케줄에 따라 상기 제1 타입의 수전해 설비와 상기 제2 타입의 수전해 설비를 제어하는 단계를 포함하고,
상기 제1 타입의 수전해 설비는 적어도 하나의 AEL(Alkaline Electrolysis) 수전해 장치를 포함하고,
상기 제2 타입의 수전해 설비는 적어도 하나의 PEMEL(Polymer Electrolyte membrane electrolysis) 수전해 장치를 포함하고,
상기 제1 타입의 수전해 설비에서 생산되는 수소량은 상기 적어도 하나의 AEL 수전해 장치가 생산하는 총 수소량이고,
상기 제2 타입의 수전해 설비에서 생산되는 수소량은 상기 적어도 하나의 PEMEL 수전해 장치가 생산하는 총 수소량인 것을 특징으로 하는 수소생산시스템의 동작 방법.
A method of operating a hydrogen production system comprising a first type of water electrolysis facility and a second type of water electrolysis facility different from the first type,
estimating a state of charge (SOC) of a hydrogen storage tank storing hydrogen produced from the first type of water electrolysis facility and the second type of water electrolysis facility;
estimating hourly demand for hydrogen of a hydrogen consumer to receive the hydrogen stored in the hydrogen storage tank;
Receiving a Time-of-Use (TOU) of a power supply company;
The operation characteristics of the first type of water electrolysis facility, the operation characteristics of the second type of water electrolysis facility, the current SOC of the hydrogen storage tank, and the hydrogen demand source so that total power consumption is minimized for a preset time from now. generating schedules for the first type of water electrolysis facility and the second type of water electrolysis facility, respectively, based on hourly demand for hydrogen and the TOU; and
Controlling the first type of water electrolysis facility and the second type of water electrolysis facility according to the schedule,
The first type of water electrolysis facility includes at least one Alkaline Electrolysis (AEL) water electrolysis device,
The second type of water electrolysis facility includes at least one PEMEL (Polymer Electrolyte membrane electrolysis) water electrolysis device,
The amount of hydrogen produced by the first type of water electrolyzer is the total amount of hydrogen produced by the at least one AEL water electrolyzer;
The method of operating a hydrogen production system, characterized in that the amount of hydrogen produced by the second type of water electrolysis facility is the total amount of hydrogen produced by the at least one PEMEL water electrolysis device.
적어도 하나의 컴퓨팅 장치를 이용하여 청구항 14의 수소생산시스템의 동작 방법을 실행시키기 위하여 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
A computer program stored in a medium to execute the operating method of the hydrogen production system of claim 14 using at least one computing device.
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