KR102634854B1 - Hybrid compressed air energy system and Method for controlling the same - Google Patents

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Abstract

압축공기 발전(고압)과 양수발전(고에너지)을 결합하여 고압의 압축공기로 물에 압력을 가하여 높은 수두 에너지로 고효율의 양수발전을 할 수 있도록 하는 하이브리드 압축 공기 발전 시스템을 제공한다. 상기 하이브리드 압축 공기 발전 시스템은, 야간에 전력 에너지가 여유가 있을 때 압축 공기를 생성하는 공기 압축기, 상기 압축 공기를 저장하는 공기 저류조, 주간에 상기 전력 에너지가 부족하면, 상기 압축 공기를 이용하여 수두 에너지를 얻은 물을 분출하는 저수부, 및 상기 물을 이용하여 1차 발전을 실행하는 발전기를 포함하는 것을 특징으로 한다.We provide a hybrid compressed air power generation system that combines compressed air power generation (high pressure) and pumped storage power generation (high energy) to produce highly efficient pumped storage power with high head energy by applying pressure to water with high pressure compressed air. The hybrid compressed air power generation system includes an air compressor that generates compressed air when there is sufficient power energy at night, an air storage tank that stores the compressed air, and a head of water using the compressed air when the power energy is insufficient during the day. It is characterized by comprising a water reservoir that ejects energy-derived water, and a generator that generates primary power using the water.

Description

하이브리드 압축 공기 발전 시스템 및 이의 제어 방법{Hybrid compressed air energy system and Method for controlling the same}Hybrid compressed air power generation system and method for controlling the same {Hybrid compressed air energy system and Method for controlling the same}

본 발명은 발전 기술에 관한 것으로서, 더 상세하게는 압축공기 발전(고압)과 양수발전(고에너지)을 결합하는 하이브리드 압축 공기 발전 시스템 및 이의 제어 방법에 대한 것이다.The present invention relates to power generation technology, and more specifically, to a hybrid compressed air power generation system that combines compressed air power generation (high pressure) and pumped storage power generation (high energy) and a control method thereof.

또한, 본 발명은 순환정전이 발생할 때 기존 양수발전과 같이 매우 짧은 기동시간으로 긴급대응이 가능한 하이브리드 압축 공기 발전 시스템 및 이의 제어 방법에 대한 것이다.In addition, the present invention relates to a hybrid compressed air power generation system and a control method thereof that enable emergency response with a very short start-up time, like existing pumped storage power generation, when a circular power outage occurs.

일반적으로 양수 발전과 압축 공기 발전(Compressed Air Energy Storage, CAES))이 알려져 있다.Pumped storage power generation and compressed air power generation (Compressed Air Energy Storage, CAES) are generally known.

양수발전은 높은 낙차를 이용하여야 하며 상부와 하부에 저수지를 조성하여야 하므로 일반적인 수력발전에 비하여 부지 선정이 매우 어렵다. 국내의 경우 1980년부터 양수 발전소가 설치되기 시작하여 현재 7기가 운영중이며 3기가 추가 건설중이나 대규모 양수 발전소를 건설할 수 있는 부지는 더 이상 찾기 어려운 것으로 알려져 있다. Pumped storage power generation requires the use of a high drop of water and the creation of reservoirs at the top and bottom, making site selection very difficult compared to general hydroelectric power generation. In Korea, pumped storage power plants began to be installed in 1980, and currently 7 units are in operation and 3 more units are under construction. However, it is known that it is difficult to find a site where large-scale pumped storage power plants can be built.

또한, 양수 발전소는 상부 저수지와 하부 저수지의 시공, 장거리 도수터널 굴착, 대규모 발전실 터널 굴착 등 순수 건설 기간만 60개월이 걸리고, 인·허가나 나머지 공정을 포함하면 최소 10년 이상이 소요되는 문제가 있다.In addition, a pumped-storage power plant takes 60 months for the pure construction period, including the construction of the upper and lower reservoirs, excavation of a long-distance water tunnel, and excavation of a large-scale power plant tunnel, and if permits and other processes are included, it will take at least 10 years or more. There is.

또한, 양수발전은 큰 낙차를 이용하므로 동일한 에너지를 얻기 위해 사용되는 물의 양은 수력 발전에 비하여 상대적으로 매우 적다. 그리고, 국내 수자원공사 관할 댐의 경우 발전용량은 14 ~ 400(충주댐) MW, 한수원 관할 댐의 경우 082 ~ 120 MW 정도이나 양수발전은 양수발전 400 ~ 1,000 MW 용량으로 양수발전이 상대적으로 크다. 또한, 100 MW 급 합천댐의 발전수량은 초당 54 ㎥씩 8시간 가동시 1556만 ㎥ 용량(수두 95 m)이 필요하나, 1,000 MW 급 양수 발전소인 양양 양수발전의 경우 8시간 가동시 약 453만 ㎥ 용적이 필요하므로 100MW급으로 개략 환산시 453만 ㎥(수두 819 m)가 필요하다.In addition, pumped hydro power generation uses a large drop of water, so the amount of water used to obtain the same energy is relatively very small compared to hydroelectric power generation. In addition, in the case of dams under the jurisdiction of the Korea Water Resources Corporation, the power generation capacity is 14 ~ 400 MW (Chungju Dam), and in the case of dams under the Korea Hydro & Nuclear Power Corporation, the power generation capacity is about 082 ~ 120 MW, but pumped storage power generation is relatively large, with a capacity of 400 ~ 1,000 MW. In addition, the 100 MW class Hapcheon Dam requires a power generation capacity of 15.56 million ㎥ (water head 95 m) when operated for 8 hours at 54 ㎥ per second, but the Yangyang pumped storage power plant, a 1,000 MW class pumped storage power plant, requires approximately 4.53 million ㎥ when operated for 8 hours. Since volume is required, roughly converted to 100MW class, 4.53 million ㎥ (head of water 819 m) is required.

한편, 압축공기 발전(CAES)은 압력을 유지하기 위하여 추가로 공기를 팽창시키기 위해 열을 가해야 하므로 CAES의 효율은 25~45%로 낮은 문제가 있어서(Elmegaard, 2011) 일반화하지 못하였다. Meanwhile, compressed air power generation (CAES) requires additional heat to expand the air to maintain pressure, so the efficiency of CAES is low at 25-45% (Elmegaard, 2011), so it has not been generalized.

또한, 막대한 양의 공기를 고압으로(70 기압) 저장하여야 하므로 저장 탱크를 건설하려면 많은 비용이 필요하다는 문제점이 있다. 또한, CAES는 기동시간이 약 20분이며 최대 출력 도달시간은 60분 정도로 부하 변동에 대한 긴급대응에 상대적으로 불리한 측면이 있다.In addition, since a huge amount of air must be stored at high pressure (70 atm), there is a problem that a large amount of cost is required to build a storage tank. In addition, CAES has a startup time of about 20 minutes and a maximum output reaching time of about 60 minutes, so it is relatively disadvantageous in emergency response to load changes.

또한, CAES의 경우 국내 사례는 없으나 미국, 독일 등에서 운용되는 발전소는 100 ~ 300 MW용량인 것으로 알려져 있으며, 110 MW 용량인 미국 Mcintosh CAES 의 경우 공기 저장동굴의 용량은 623만 ㎥ 이며, 96 기압(수두 960 m)으로 운용된다. In addition, in the case of CAES, there are no domestic cases, but power plants operated in the United States and Germany are known to have a capacity of 100 to 300 MW. In the case of Mcintosh CAES in the United States, which has a capacity of 110 MW, the capacity of the air storage cave is 6.23 million ㎥ and 96 atm (96 atm). It is operated with a head of 960 m).

일반적으로 공기는 질량이 물보다 작으므로 같은 속도로 움직이는 경우 동일한 에너지를 가지려면 물보다 상대적으로 많은 양의 공기가 필요하다. 그러나, 공기는 압축성이 있으므로 용적이 같은 저장용기의 경우 물보다 많은 양의 공기를 저장하는 것이 가능한 이점이 있다.In general, air has a smaller mass than water, so a relatively larger amount of air is needed than water to have the same energy when moving at the same speed. However, because air is compressible, a storage container with the same volume has the advantage of being able to store a larger amount of air than water.

일반적으로 100 MW 급의 발전소에 필요한 물이나 공기의 용적은 수력 발전소, 양수 발전소, CAES를 비교할 때 각각 1556만 ㎥(343), 453만 ㎥(100), 623만 ㎥(138)로 높은 압력(낙차)를 이용하는 양수 발전소의 저장용량이 가장 작은 것을 알 수 있다. In general, when comparing hydroelectric power plants, pumped storage power plants, and CAES, the volume of water or air required for a 100 MW power plant is 15.56 million ㎥ (343), 4.53 million ㎥ (100), and 6.23 million ㎥ (138), respectively, which results in high pressure ( It can be seen that the storage capacity of the pumped storage power plant using free fall is the smallest.

이에 비하여 동일한 에너지를 얻기 위한 저장 용기의 용량은 양수발전 대비 수력발전의 경우 약 340 %, CAES의 경우 약 40 % 정도 더 필요하다. 또한, 동일한 저수용량을 사용하며 양수발전낙차를 훨씬 더 증가시킬 수 있다면, 적은 용적의 물을 가지고 매우 많은 에너지를 생산하는 것이 가능함으로 이에 대한 해소방안이 요구되고 있다.In comparison, the capacity of the storage vessel to obtain the same energy is required to be about 340% more for hydroelectric power generation and about 40% more for CAES compared to pumped storage power generation. In addition, if the pumped storage capacity can be significantly increased while using the same storage capacity, it is possible to produce a large amount of energy with a small volume of water, so a solution to this problem is required.

1. 한국공개특허번호 제10-2005-0037007호1. Korean Patent Publication No. 10-2005-0037007

본 발명은 위 배경기술에 따른 문제점을 해소하고 위해 제안된 것으로서, 압축공기 발전(고압)과 양수발전(고에너지)을 결합하여 고압(약 100 ~ 200 기압)의 압축공기로 물에 압력을 가하여 높은 수두 에너지(약 1,000 ~ 2,000 m)로 고효율의 양수발전을 할 수 있도록 하는 하이브리드 압축 공기 발전 시스템 및 이의 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention was proposed to solve the problems caused by the above background technology, and combines compressed air power generation (high pressure) and pumped storage power generation (high energy) to pressurize water with high pressure (about 100 to 200 atm) compressed air. The purpose is to provide a hybrid compressed air power generation system and its control method that enables highly efficient pumped storage power generation with high head energy (approximately 1,000 to 2,000 m).

또한, 본 발명은 순환정전이 발생할 때 기존 양수발전과 같이 매우 짧은 기동시간으로 긴급대응이 가능한 하이브리드 압축 공기 발전 시스템 및 이의 제어 방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.Another purpose of the present invention is to provide a hybrid compressed air power generation system and a control method thereof that enable emergency response with a very short start-up time like existing pumped storage power generation when a circular power outage occurs.

또한, 본 발명은 적은 용적의 물을 가지고 기존 양수발전에서 얻기 어려운 1,000 ~ 2,000m 정도의 수두 에너지를 사용함으로 매우 많은 에너지를 생산할 수 있는 하이브리드 압축 공기 발전 시스템 및 이의 제어 방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.In addition, the present invention provides a hybrid compressed air power generation system and a control method thereof that can produce a large amount of energy by using a small volume of water and using head energy of about 1,000 to 2,000 m, which is difficult to obtain in existing pumped storage power generation, and another purpose is to provide a hybrid compressed air power generation system and a control method thereof. There is.

또한, 본 발명은 높은 낙차 에너지를 구현할 필요가 없어 양수발전 건설의 문제점인 입지선정 문제를 해결하는 것이 가능하며, 도심지 인근에서도 설치가 가능한 하이브리드 압축 공기 발전 시스템 및 이의 제어 방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.In addition, the present invention does not need to implement high drop energy, so it is possible to solve the location selection problem, which is a problem in the construction of pumped storage power generation, and another purpose is to provide a hybrid compressed air power generation system and a control method thereof that can be installed even near urban areas. There is.

본 발명은 위에서 제시된 과제를 달성하기 위해, 압축공기 발전(고압)과 양수발전(고에너지)을 결합하여 고압(약 100 ~ 200 기압)의 압축공기로 물에 압력을 가하여 높은 수두 에너지(약 1,000 ~ 2,000 m)로 고효율의 양수발전을 할 수 있도록 하는 하이브리드 압축 공기 발전 시스템을 제공한다.In order to achieve the problem presented above, the present invention combines compressed air power generation (high pressure) and pumped storage power generation (high energy) to pressurize water with high pressure (about 100 to 200 atm) compressed air to produce high head energy (about 1,000 atm). ~ 2,000 m) provides a hybrid compressed air power generation system that enables highly efficient pumped storage power generation.

상기 하이브리드 압축 공기 발전 시스템은,The hybrid compressed air power generation system,

야간에 전력 에너지가 여유가 있을 때 압축 공기를 생성하는 공기 압축기;An air compressor that generates compressed air at night when power energy is available;

상기 압축 공기를 저장하는 공기 저류조;an air storage tank storing the compressed air;

주간에 상기 전력 에너지가 부족하면, 상기 압축 공기를 이용하여 수두 에너지를 얻은 물을 분출하는 저수부; 및a water reservoir that ejects water obtained with head energy using the compressed air when the electric power energy is insufficient during the day; and

상기 물을 이용하여 1차 발전을 실행하는 발전기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.It is characterized in that it includes a generator that performs primary power generation using the water.

또한, 상기 하이브리드 압축 공기 발전 시스템은, 상기 1 차 발전이후 2차 발전에 재사용되도록 상기 물을 저장하는 회수조;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the hybrid compressed air power generation system is characterized by including a recovery tank for storing the water so that it can be reused for secondary power generation after the primary power generation.

또한, 상기 공기 압축기와 상기 공기 저류조 사이의 제 1 연결관에는 상기 압축 공기의 폐쇄 또는 개방을 위한 제 1 공기 개폐 밸브가 설치되는 것을 특징으로 한다.In addition, a first air opening/closing valve for closing or opening the compressed air is installed in the first connection pipe between the air compressor and the air storage tank.

또한, 상기 저수부는, 상기 압축 공기를 교대로 받아 상기 수두 에너지를 얻은 물을 생성하는 제 1 물탱크 및 제 2 물탱크를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the water storage unit is characterized in that it includes a first water tank and a second water tank that alternately receives the compressed air and generates water obtained by the head energy.

또한, 상기 공기 저류조와 상기 제 1 물탱크 사이의 제 2 연결관에는 상기 압축 공기의 폐쇄 또는 개방을 위한 제 2 공기 개폐 밸브가 상기 저수부의 상부에 설치되는 것을 특징으로 한다.In addition, the second connection pipe between the air storage tank and the first water tank is characterized in that a second air opening/closing valve for closing or opening the compressed air is installed at the upper part of the water storage unit.

또한, 상기 공기 저류조와 상기 제 2 물탱크 사이의 제 2 연결관에는 상기 압축 공기의 폐쇄 또는 개방을 위한 제 3 공기 개폐 밸브가 상기 저수부의 상부에 설치되는 것을 특징으로 한다.In addition, the second connection pipe between the air storage tank and the second water tank is characterized in that a third air opening/closing valve for closing or opening the compressed air is installed at the upper part of the water storage unit.

또한, 상기 제 1 공기 개폐 밸브를 폐쇄하고, 상기 제 2 공기 개폐 밸브 및 상기 제 3 공기 개폐 밸브를 모두 개방한 상태에서 상기 압축 공기가 상기 공기 저류조에 저장되는 것을 특징으로 한다.In addition, the compressed air is stored in the air storage tank while the first air on-off valve is closed and both the second air on-off valve and the third air on-off valve are open.

또한, 상기 제 1 물탱크와 상기 공기 압축기 사이의 제 3 연결관에는 상기 제 1 물탱크의 내부 공기를 배출하기 위한 제 4 공기 개폐 밸브가 상기 제 1 물탱크의 측부에 설치되는 것을 특징으로 한다.In addition, the third connection pipe between the first water tank and the air compressor is characterized in that a fourth air opening/closing valve for discharging the internal air of the first water tank is installed on the side of the first water tank. .

또한, 상기 제 2 물탱크와 상기 공기 압축기 사이의 제 3 연결관에는 상기 제 2 물탱크의 내부 공기를 배출하기 위한 제 5 공기 개폐 밸브가 상기 제 2 물탱크의 측부에 설치되는 것을 특징으로 한다.In addition, the third connection pipe between the second water tank and the air compressor is characterized in that a fifth air opening/closing valve for discharging the internal air of the second water tank is installed on the side of the second water tank. .

또한, 상기 회수조와 제 1 물탱크 사이의 제 4 연결관에는 상기 재사용되도록 상기 물을 폐쇄 또는 개폐하는 제 1 유체 개폐 밸브가 상기 제 1 물탱크의 상부에 설치되는 것을 특징으로 한다.In addition, the fourth connection pipe between the recovery tank and the first water tank is characterized in that a first fluid open/close valve is installed on the upper part of the first water tank to close or open the water for reuse.

또한, 상기 회수조와 제 2 물탱크 사이의 제 4 연결관에는 상기 재사용되도록 상기 물을 폐쇄 또는 개폐하는 제 2 유체 개폐 밸브가 상기 제 2 물탱크의 상부에 설치되는 것을 특징으로 한다.In addition, the fourth connection pipe between the recovery tank and the second water tank is characterized in that a second fluid open/close valve is installed on the upper part of the second water tank to close or open the water for reuse.

또한, 상기 제 1 물탱크와 상기 발전기 사이의 제 5 연결관에는 상기 수두 에너지를 얻은 물을 폐쇄 또는 개폐하는 제 3 유체 개폐 밸브가 상기 제 1 물탱크의 하부에 설치되는 것을 특징으로 한다.In addition, the fifth connection pipe between the first water tank and the generator is characterized in that a third fluid opening and closing valve is installed at the lower part of the first water tank to close or open the water from which the head energy is obtained.

또한, 상기 제 2 물탱크와 상기 발전기 사이의 제 5 연결관에는 상기 수두 에너지를 얻은 물을 폐쇄 또는 개폐하는 제 4 유체 개폐 밸브가 상기 제 2 물탱크의 하부에 설치되는 것을 특징으로 한다.In addition, the fifth connection pipe between the second water tank and the generator is characterized in that a fourth fluid opening/closing valve is installed at the lower part of the second water tank to close or open the water from which the head energy is obtained.

또한, 상기 제 1 유체 개폐 밸브 및 상기 제 2 유체 개폐 밸브는 개방되고, 상기 제 3 유체 개폐 밸브 및 상기 제 4 유체 개폐 밸브는 폐쇄되어, 상기 회수조로부터 중력에 의해 상기 재사용되도록 상기 물이 상기 제 1 물탱크 및 상기 제 2 물탱크에 채워지는 것을 특징으로 한다.In addition, the first fluid on-off valve and the second fluid on-off valve are open, and the third fluid on-off valve and the fourth fluid on-off valve are closed, so that the water is reused by gravity from the recovery tank. It is characterized in that the first water tank and the second water tank are filled.

이때, 상기 교대는 상기 제 1 물탱크 및 상기 제 2 물탱크 중 어느 하나에서 내부 물이 90%이상 사용되면 이루어지는 것을 특징으로 한다.At this time, the shift is characterized in that it is performed when more than 90% of the internal water is used in any one of the first water tank and the second water tank.

또한, 상기 제 1 물탱크 및 상기 제 2 물탱크 중 어느 하나와 상기 발전기 사이에는 일시적인 압력변도 및 유량 변동을 방지하기 위해 압력 조절기가 배치되는 것을 특징으로 한다.In addition, a pressure regulator is disposed between any one of the first water tank and the second water tank and the generator to prevent temporary pressure fluctuations and flow rate fluctuations.

또한, 상기 제 1 물탱크와 상기 제 2 물탱크에서 상기 압력 조절기까지의 연결관의 단면적은 상기 압력 조절기로부터 상기 발전기에 이르는 연결관의 단면적보다 10 % 이상 큰 것을 특징으로 한다.In addition, the cross-sectional area of the connection pipe from the first water tank and the second water tank to the pressure regulator is 10% or more larger than the cross-sectional area of the connection pipe from the pressure regulator to the generator.

다른 한편으로, 본 발명의 다른 일실시예는, 화력 발전소; 야간에 전력 에너지가 여유가 있을 때 압축 공기를 생성하는 공기 압축기; 상기 압축 공기를 저장하는 공기 저류조; 주간에 상기 전력 에너지가 부족하면, 상기 압축 공기를 이용하여 수두 에너지를 얻은 물을 분출하는 저수부; 및 상기 물을 이용하여 1차 발전을 실행하는 발전기;를 포함하며, 상기 공기 저류조는 상기 화력 발전소의 잔열을 이용하여 내부의 공기를 가열하는 열교환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 압축 공기 발전 시스템을 제공한다.On the other hand, another embodiment of the present invention is a thermal power plant; An air compressor that generates compressed air at night when power energy is available; an air storage tank storing the compressed air; a water reservoir that ejects water obtained with head energy using the compressed air when the electric power energy is insufficient during the day; and a generator that performs primary power generation using the water, wherein the air storage tank includes a heat exchanger that heats internal air using residual heat from the thermal power plant. to provide.

또 다른 한편으로, 본 발명의 또 다른 일실시예는, 야간에 전력 에너지가 여유가 있을 때 압축 공기를 생성하는 공기 압축기; 상기 압축 공기를 저장하는 공기 저류조; 주간에 상기 전력 에너지가 부족하면, 상기 압축 공기를 이용하여 수두 에너지를 얻은 물을 분출하는 저수부; 및 상기 물을 이용하여 1차 발전을 실행하는 발전기;를 포함하며, 고지역의 용수와 저지역 용수의 낙차를 이용하여 상기 압축 공기의 과반이 생성되고, 상기 공기 압축기를 이용하여 상기 압축 공기의 일부를 생성하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 압축 공기 발전 시스템을 제공한다.On the other hand, another embodiment of the present invention includes an air compressor that generates compressed air at night when there is sufficient power energy; an air storage tank storing the compressed air; a water reservoir that ejects water obtained with head energy using the compressed air when the electric power energy is insufficient during the day; and a generator that performs primary power generation using the water, wherein the majority of the compressed air is generated using the difference between water in a high area and water in a low area, and the compressed air is generated using the air compressor. A hybrid compressed air power generation system is provided, characterized in that it generates a portion of the compressed air.

또 다른 한편으로, 본 발명의 또 다른 일실시예는, (a) 공기 압축기가 야간에 전력 에너지가 여유가 있을 때 압축 공기를 생성하는 단계; (b) 상기 압축 공기가 공기 저류조에 저장되는 단계; (c) 저수부가 주간에 상기 전력 에너지가 부족하면, 상기 압축 공기를 이용하여 수두 에너지를 얻은 물을 분출하는 단계; 및 (d) 발전기가 상기 물을 이용하여 1차 발전을 실행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 압축 공기 발전 시스템의 제어 방법을 제공한다.On the other hand, another embodiment of the present invention includes the steps of: (a) an air compressor generating compressed air at night when power energy is available; (b) storing the compressed air in an air storage tank; (c) when the water storage unit lacks the electric power energy during the day, spouting water obtained with head energy using the compressed air; and (d) a step of the generator performing primary power generation using the water.

본 발명에 따르면, 양수발전의 문제점인 낙차가 크고 상하부 저수지가 설치되어야 하며, 지반이 비교적 양호하여 대규모 지하공간 건설에 대한 제약을 최소화해야 하는 입지선정 제한 문제를 해결하고, 건설과 인허가에 소요되는 시간을 최소화할 수 있다.According to the present invention, the problem of pumped storage power generation is that the drop is large, upper and lower reservoirs must be installed, the ground is relatively good, so the site selection limitation problem of minimizing restrictions on large-scale underground space construction is solved, and the time required for construction and licensing is solved. can be minimized.

또한, 본 발명의 다른 효과로서는 CAES의 단점인 기동시간과 최대 출력 도달시간을 양수발전 시스템 수준으로 단축하고 발전 효율을 70%이상의 고효율로 증대시키는 것이 가능하다는 점을 들 수 있다.In addition, another effect of the present invention is that it is possible to shorten the start-up time and maximum output time, which are disadvantages of CAES, to the level of a pumped-storage power generation system, and to increase power generation efficiency to a high efficiency of 70% or more.

또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 도심지 인근 부지의 지하공간, 기존 화력발전소 하부의 지하공간, 기존 수력 발전소 부지 등 양수발전을 위한 낙차가 작거나 충분한 저수용량을 확보하지 못하는 지역에서 모두 활용이 가능하다는 점을 들 수 있다.In addition, another effect of the present invention is that it can be used in all areas where the drop for pumped-storage power generation is small or where sufficient water storage capacity is not secured, such as underground space near urban areas, underground space under existing thermal power plants, and existing hydroelectric power plant sites. It can be said that

또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 기존 화력 발전소 부지에 적용하는 경우 화력 발전소의 잔열을 활용하여 고압의 공기압을 지속적으로 공급할 수 있어 공사비와 유지비의 절감이 가능하며, 발전효율이 증가할 수 있다는 점을 들 수 있다.In addition, another effect of the present invention is that when applied to an existing thermal power plant site, high-pressure air pressure can be continuously supplied by utilizing the residual heat of the thermal power plant, thereby reducing construction and maintenance costs and increasing power generation efficiency. can be mentioned.

또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 수력 발전소에 적용하는 경우 발전효율을 크게 증가시킬 수 있으며, 기존의 양수 발전소 리모델링시 적용하는 경우 작용 수압을 높여 발전효율 향상을 꾀할 수 있는 장점이 있다는 점을 들 수 있다.In addition, another effect of the present invention is that when applied to a hydroelectric power plant, power generation efficiency can be significantly increased, and when applied when remodeling an existing pumped storage power plant, there is an advantage of improving power generation efficiency by increasing the operating water pressure. You can.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 압축 공기 발전 시스템의 개념도이다.
도 2는 도 1에 도시된 제어 단말 장치(180)의 구성 블럭도이다.
도 3은 도 1에 따른 1차 발전후 2차 발전을 수행하는 하이브리드 압축 공기 발전 시스템의 개념도이다.
도 4는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 하이브리드 압축 공기 발전 시스템의 개념도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 하이브리드 압축 공기 발전 시스템의 개념도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 하이브리드 압축 공기 발전 시스템의 개념도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 압축 공기 발전 과정을 보여주는 흐름도이다.1 is a conceptual diagram of a hybrid compressed air power generation system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a structural block diagram of the control terminal device 180 shown in FIG. 1.
FIG. 3 is a conceptual diagram of a hybrid compressed air power generation system that performs secondary power generation after primary power generation according to FIG. 1.
Figure 4 is a conceptual diagram of a hybrid compressed air power generation system according to another embodiment of the present invention.
Figure 5 is a conceptual diagram of a hybrid compressed air power generation system according to another embodiment of the present invention.
Figure 6 is a conceptual diagram of a hybrid compressed air power generation system according to another embodiment of the present invention.
Figure 7 is a flow chart showing the hybrid compressed air power generation process according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Since the present invention can be modified in various ways and can have various embodiments, specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다. 제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. When describing each drawing, similar reference numerals are used for similar components. Terms such as first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.For example, a first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may be referred to as a first component without departing from the scope of the present invention. The term “and/or” includes any of a plurality of related stated items or a combination of a plurality of related stated items.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as generally understood by a person of ordinary skill in the technical field to which the present invention pertains.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.Terms defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related technology, and unless clearly defined in the present application, should not be interpreted in an ideal or excessively formal sense. It shouldn't be.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 압축 공기 발전 시스템 및 이의 제어 방법을 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, a hybrid compressed air power generation system and a control method thereof according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.

일반적으로, 양수발전은 수력발전 방식의 일종으로 발전소보다 충분히 높은 위치에 많은 양의 물을 저장할 수 있는 상부 저수지를 조성하고 낙차를 이용하여 고속으로 물을 흘려 발전을 하는 발전 방식이다. 따라서, 일반적인 수력 발전소의 발전 전력량에 비해 양수방식을 사용하면 더 많은 전력을 생산할 수 있는 것으로 알려져 있다. 또한, 수력 발전소와 달리 연간 강수량과 자연유량확보에 대한 제약이 없다. In general, pumped storage power generation is a type of hydroelectric power generation method that creates an upper reservoir that can store a large amount of water at a sufficiently high location above the power plant and generates power by flowing water at high speed using falling water. Therefore, it is known that more power can be produced using the pumped-storage method compared to the amount of power generated by a typical hydroelectric power plant. Additionally, unlike hydroelectric power plants, there are no restrictions on securing annual rainfall and natural flow.

양수 발전기는 전력수요가 낮은 경부하 시간에 하부댐 물을 상부댐으로 펌핑해 저장했다가 전력수요가 높은 첨두부하 시간에 전력을 생산하는 설비이다. 대용량 전력저장이 가능할 뿐만 아니라 피크부하 감당, 전력계통 안정화, 광역정전시 다른 발전기에 기동전력을 공급하는 역할 등을 맡아 '원조 ESS(Energy Storage System)'로 칭한다. A pumped storage generator is a facility that pumps water from the lower dam to the upper dam and stores it during off-load times when power demand is low, and then produces power during peak load times when power demand is high. Not only is it capable of storing large amounts of power, it is also called the 'original ESS (Energy Storage System)' as it handles peak loads, stabilizes the power system, and supplies starting power to other generators in the event of a wide-area power outage.

특히, 양수발전은 효율이 매우 높아 일부 양수 발전소의 경우 효율이 84%에 달하며, 순환정전이 발생하여도 타 발전소에 비하여 기동시간(hot start)이 약 3분 이내로 매우 짧고, 동시에 최대 출력에 도달하는 특성이 있어 유사시 그리드 안정화에 매우 유리하다.In particular, pumped storage power generation is very efficient, with some pumped storage power plants reaching an efficiency of 84%. Even if a rolling power outage occurs, the hot start time is very short (less than 3 minutes) compared to other power plants, and the maximum output is reached at the same time. It is very advantageous for grid stabilization in case of emergency.

한편, 압축공기 발전(Compressed Air Energy Storage, CAES)은 1970년대 독일과 미국에서 시작되었다. CAES는 양수 발전과 개념이 비슷한데, 먼저 잉여전력으로 공기를 대기압의 공기보다 73배 이상으로 압축하고 전기 사용이 많은 낮에 빼내면서 소량의 천연가스로 가열하면 가열된 공기가 터빈을 돌리면서 전기를 생산하게 된다. 압축공기 발전은 저장시설 규모가 작아 부지 선정이 비교적 자유롭고, 발전단가가 낮은 장점이 있다.Meanwhile, Compressed Air Energy Storage (CAES) began in Germany and the United States in the 1970s. CAES is similar in concept to pumped storage power generation. First, the air is compressed to 73 times more than atmospheric pressure with surplus power, and then it is extracted during the day when electricity use is high and heated with a small amount of natural gas. Then, the heated air turns a turbine and generates electricity. produces. Compressed air power generation has the advantage of relatively free site selection due to small storage facilities and low power generation costs.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 압축 공기 발전 시스템(100)의 개념도이다. 도 1을 참조하면, 하이브리드 압축 공기 발전 시스템(100)은, 야간에 전력 에너지가 여유가 있을 때 압축 공기를 생성하는 공기 압축기(110), 상기 압축 공기를 저장하는 공기 저류조(130), 주간에 상기 전력 에너지가 부족하면, 상기 압축 공기를 이용하여 수두 에너지를 생성하는 저수부(140), 및 상기 수두 에너지를 이용하여 발전하는 발전기(160), 구성요소들을 제어하는 제어 단말 장치(180) 등을 포함하여 구성될 수 있다.Figure 1 is a conceptual diagram of a hybrid compressed air power generation system 100 according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, the hybrid compressed air power generation system 100 includes an air compressor 110 that generates compressed air at night when power energy is available, an air storage tank 130 that stores the compressed air, and an air storage tank 130 that stores the compressed air during the day. When the power energy is insufficient, a water storage unit 140 that generates head energy using the compressed air, a generator 160 that generates power using the head energy, and a control terminal device 180 that controls the components, etc. It may be configured to include.

부연하면, 야간에 전력 에너지가 여유가 있을 때, ① 공기 압축기(air compressor)(110)에서 공기를 압축시켜, ② 공기 저류조(air storage)(130)에 공기를 압축하여 저장한 후, 주간에 전력 에너지가 부족한 경우 공기압력을 물이 저장되어 있는 ③ 저수부(water tank)(140)의 제 1 탱크 TA(140a)와 제 2 탱크 TB(140b)에 교대로 압력을 가하고 고압의 수두 에너지(즉 압력 에너지)를 얻은 저수부(140)의 물을 지상에 있는 ④ 발전기(generator)(160)에 보내 1차 발전을 수행한다. 이때, 발전을 하는 데 사용된 물은 회수조(recycle tank)(170)에 저장된 후, 다시 물탱크(water tank) TA와 TB(140a 및 140b)에 보내져 2차 발전에 재사용된다.To elaborate, when there is sufficient power energy at night, ① air is compressed in the air compressor (110), ② the air is compressed and stored in the air storage tank (130), and then during the day. When power energy is insufficient, air pressure is alternately applied to the first tank TA (140a) and the second tank TB (140b) of the ③ water tank (140) where water is stored, and high-pressure head energy ( In other words, the water in the reservoir 140, which has obtained pressure energy, is sent to the ④ generator 160 on the ground to perform primary power generation. At this time, the water used for power generation is stored in the recycling tank 170 and then sent back to the water tanks TA and TB (140a and 140b) to be reused for secondary power generation.

공기 압축기(110)는 환기구/인입구에 연통되어 일반 공기를 받아 압축 공기를 생성하는 기능을 수행한다. 즉, 공기 압축기(110)는 제어 단말 장치(180)의 제어에 따라 야간에 전력 에너지에 여유가 있으면 제 1 전력 그리드(120-1)로부터 전력을 공급받아 동작된다. 제 1 전력 그리드(120-1)는 전력망으로서 발전소에서 배전소를 거쳐 여러 수요자에게 전력을 공급하는 그물처럼 얽힌 체계를 말한다. The air compressor 110 is connected to the ventilation/inlet and performs the function of receiving general air and generating compressed air. That is, the air compressor 110 is operated by receiving power from the first power grid 120-1 at night under the control of the control terminal device 180 when there is sufficient power energy. The first power grid 120-1 is a power grid and refers to a network-like system that supplies power to various consumers through power plants and distribution stations.

공기 압축기(110)와 공기 저류조(130)에는 연결관(11)이 설치되며, 이 연결과의 중간에 제 1 공기 개폐 밸브(a1)가 설치된다. 이 제 1 공기 개폐 밸브(a1)는 공기 압축기(110)로부터 공기 저류조(130)로 유입되는 압축 공기를 차단하거나 개방하는 기능을 수행한다.A connection pipe 11 is installed in the air compressor 110 and the air storage tank 130, and a first air opening/closing valve (a1) is installed in the middle of this connection. The first air opening/closing valve a1 functions to block or open compressed air flowing into the air storage tank 130 from the air compressor 110.

저수부(140)는 제 1 물탱크(140a), 제 2 물탱크(140b), 제 2 내지 제 5 공기 개폐 밸브(a2~a5), 제1 내지 제 4 유체 개폐 밸브(w1~w4)로 구성된다. 물론, 저수부(140)는 단순하게 제 1 물탱크(140a), 제 2 물탱크(140b)만을 한정할 수도 있다. 이러한 제 1 및 제 2 물탱크(140a,140b)와 공기 저류조(130)에도 연결관이 설치되며, 연결관(12)의 중간에 제 2 공기 개폐 밸브(a2) 및 제 3 공기 개폐 밸브(a3)가 설치된다. 부연하면, 제 1 물탱크(140a)의 앞단에 제 2 공기 개폐 밸브(a2)가 설치되고, 제 2 물탱크(140b)의 앞단에 제 3 공기 개폐 밸브(a3)가 설치된다.The water reservoir 140 includes a first water tank (140a), a second water tank (140b), second to fifth air on/off valves (a2 to a5), and first to fourth fluid on/off valves (w1 to w4). It is composed. Of course, the water storage unit 140 may simply be limited to only the first water tank 140a and the second water tank 140b. Connecting pipes are also installed in the first and second water tanks (140a, 140b) and the air storage tank (130), and a second air opening/closing valve (a2) and a third air opening/closing valve (a3) are installed in the middle of the connecting pipe (12). ) is installed. To elaborate, the second air on-off valve (a2) is installed at the front of the first water tank (140a), and the third air on-off valve (a3) is installed at the front of the second water tank (140b).

제 2 공기 개폐 밸브(a2) 및 제 3 공기 개폐 밸브(a3)는 각각의 제 1 물탱크(140a) 및 제 2 물탱크(140)b)의 상부에 설치된다. 공기 압축은 제 1 공기 개폐 밸브(a1)을 열고 제 2 및 제 3 공기 개폐 밸브(a2, a3)를 닫은 상태에서 공기 압축기(110)를 이용하여 생성된 압축 공기를 공기 저류조(130)에 저장한다. 일반적으로 고압의 압축 공기를 얻으려는 경우 한번에 고압을 얻는 것보다 여러 단계에 걸쳐서 단계적으로 압축을 하여야 하며, 이때 시간이 소요되므로 야간 8시간 이상을 압축하여야 한다.The second air on-off valve (a2) and the third air on-off valve (a3) are installed on top of each of the first water tank (140a) and the second water tank (140)b. Air compression is performed by opening the first air on-off valve (a1) and closing the second and third air on-off valves (a2, a3) and storing the generated compressed air in the air storage tank (130) using the air compressor (110). do. In general, when trying to obtain high-pressure compressed air, compression must be done in several stages rather than obtaining high pressure all at once. This takes time, so compression must be performed at least 8 hours at night.

한편, 제 1 물탱크(140a) 및 제 2 물탱크(140b)는 공기 압축기(110)에 연결관(101)으로 연결되며, 각각 제 4 공기 개폐 밸브(a4) 및 제 5 공기 개폐 밸브(a5)가 물탱크의 측면에 설치된다. 보다 정확하게는 제 1 물탱크(140a) 및 제 2 물탱크(140)b)의 측부에 설치된다. 제 4 및 제 5 공기 개폐 밸브(a4, a5)는 각각 제 1 물탱크(140a) 및 제 2 물탱크(140b)의 내부 공기를 배출하여 물이 용이하게 채워질 수 있도록 하는 기능을 한다.Meanwhile, the first water tank 140a and the second water tank 140b are connected to the air compressor 110 through a connection pipe 101, and are respectively connected to the fourth air on-off valve (a4) and the fifth air on-off valve (a5). ) is installed on the side of the water tank. More precisely, it is installed on the sides of the first water tank 140a and the second water tank 140b. The fourth and fifth air opening/closing valves a4 and a5 function to discharge the internal air of the first water tank 140a and the second water tank 140b, respectively, so that they can be easily filled with water.

회수조(170)와 제 1 물탱크(140a) 사이의 연결관(14)에는 상기 재사용되도록 상기 물을 차단 또는 개폐하는 제 1 유체 개폐 밸브(w1)가 상기 제 1 물탱크(140a)의 상부에 설치되고, 상기 회수조(170)와 제 2 물탱크(140b) 사이의 연결관(14)에는 상기 재사용되도록 상기 물을 차단 또는 개폐하는 제 2 유체 개폐 밸브(w2)가 상기 제 2 물탱크(140b)의 상부에 설치된다.In the connection pipe 14 between the recovery tank 170 and the first water tank 140a, a first fluid open/close valve (w1) for blocking or opening and closing the water to be reused is installed at the upper part of the first water tank 140a. It is installed in the connection pipe 14 between the recovery tank 170 and the second water tank 140b, and a second fluid open/close valve (w2) for blocking or opening and closing the water to be reused is provided in the second water tank. It is installed at the top of (140b).

또한, 제 1 물탱크(140a)와 발전기(160) 사이의 연결관에는 수두 에너지를 얻은 물을 차단 또는 개폐하는 제 3 유체 개폐 밸브(w3)가 제 1 물탱크(140a)의 하부에 설치되고, 제 2 물탱크(140b)와 상기 발전기(160) 사이의 연결관(15)에는 상기 수두 에너지를 얻은 물을 차단 또는 개폐하는 제 4 유체 개폐 밸브(w4)가 상기 제 2 물탱크(140b)의 하부에 설치된다.In addition, in the connection pipe between the first water tank (140a) and the generator 160, a third fluid open/close valve (w3) is installed at the lower part of the first water tank (140a) to block or open or close the water from which the head energy is obtained. , the connection pipe 15 between the second water tank 140b and the generator 160 is provided with a fourth fluid opening/closing valve w4 that blocks or opens and closes the water obtained from the head energy. It is installed at the bottom of.

따라서, 상부의 제 1 및 제 2 유체 개폐 밸브(w1과 w2)를 개방하고 하부의 제 3 및 제 4 유체 개폐 밸브(w3, w4)를 폐쇄하여 물탱크(140a,140b)의 기밀을 유지한다. 이후 회수조(170)로부터 중력에 의하여 물을 물탱크(140a,140b)에 채운다. 이때 제 4 및 제 5 공기 개폐 밸브(a4, a5)를 개방하여 탱크 내부 공기를 배출하여 물이 용이하게 채워질 수 있도록 한다. 또한, 회수조(170)와 물탱크(140a,140b) 사이에 도 4에 제시된 펌프(420)을 설치하여 고압으로 주입하여 물탱크 내부에 압력을 형성하도록 할 수도 있다.Therefore, the upper first and second fluid open/close valves (w1 and w2) are opened and the lower third and fourth fluid open/close valves (w3, w4) are closed to maintain the airtightness of the water tanks (140a, 140b). . Thereafter, water is filled into the water tanks 140a and 140b from the recovery tank 170 by gravity. At this time, the fourth and fifth air opening/closing valves (a4, a5) are opened to discharge the air inside the tank so that water can be easily filled. Additionally, the pump 420 shown in FIG. 4 may be installed between the recovery tank 170 and the water tanks 140a and 140b to inject the water at high pressure to create pressure inside the water tank.

물탱크에 자연 유하식 저수가 가능하나 발전기가 지상에 위치함으로 수두차(Ha)가 발생한다. 또한, 물탱크(140a,140b), 엄밀하게는 제 3 및 제 4 유체 개폐 밸브(w3, w4)와 발전기(160) 사이에는 압력 조절기(150)가 구성될 수 있다. 또한, 이 압력 조절기(150)는 조절 밸브(151)를 포함하여 구성될 수 있다. 압력 조절기(150)는 매우 고압의 제 1 물탱크(140a)의 물과 제 2 물탱크(140b)의 물이 발전에 사용되는 과정에서 밸브(w3, w4)의 개폐는 일시적인 압력변동 및 유량 변동을 초래할 수 있다. 따라서, 압력을 일정하게 조정하기 위한 서지탱크(surge tank)로 구성될 수 있다. 제 1 물탱크(140a)와 제 2 물탱크(140b)에서 압력 조절기(150)까지의 연결관(15)의 단면적은 압력 조절기로부터 발전기(160)에 이르는 연결관(15)의 단면적보다 10 % 이상 크게 하는 것이 바람직하다.Natural flowing storage is possible in the water tank, but since the generator is located on the ground, a head difference (Ha) occurs. Additionally, a pressure regulator 150 may be configured between the water tanks 140a and 140b, strictly speaking, the third and fourth fluid open/close valves w3 and w4, and the generator 160. Additionally, this pressure regulator 150 may be configured to include a control valve 151. The pressure regulator 150 operates in the process in which very high-pressure water from the first water tank 140a and water from the second water tank 140b are used for power generation, and the opening and closing of the valves w3 and w4 causes temporary pressure fluctuations and flow rate fluctuations. may result in Therefore, it may be configured as a surge tank to constantly adjust the pressure. The cross-sectional area of the connection pipe 15 from the first water tank 140a and the second water tank 140b to the pressure regulator 150 is 10% larger than the cross-sectional area of the connection pipe 15 from the pressure regulator to the generator 160. It is desirable to make it larger.

발전기(160)에서 생산된 전력은 제 2 전력 그리드(120-2)에 전달된다. 도 1에서는 이해를 위해, 제 1 전력 그리드(120-1)와 제 2 전력 그리드(120-2)로 별도로 구분하여 도시하였으나, 제 1 전력 그리드(120-1)와 제 2 전력 그리드(120-2)는 하나의 전력 그리드가 될 수도 있다.Power produced by the generator 160 is transmitted to the second power grid 120-2. In FIG. 1 , for understanding purposes, the first power grid 120-1 and the second power grid 120-2 are shown separately, but the first power grid 120-1 and the second power grid 120-2 are shown separately. 2) can also be a power grid.

도 1을 참조하면, 1차 발전을 하는 경우 고압의 공기압을 활용하기 위하여 제 1 및 제 2 물탱크(140a,140b)의 물을 순차적으로 사용한다. 이를 위해, 먼저 제 1 공기 개폐 밸브(a1)를 폐쇄하여 공기의 기밀을 유지한 상태에서 제 2 공기 개폐 밸브(a2)를 개방하여 제 1 물탱크(140a)에 고압의 공기압(즉 압축 공기)을 가한다. 동시에 제 3 유체 개폐 밸브(w3)를 개방하여 고압의 물이 발전기(160)로 보내져 발전을 수행한다. 발전에 사용된 물은 회수조(170)에 보내 저장된다.Referring to FIG. 1, in the case of primary power generation, water from the first and second water tanks 140a and 140b is used sequentially to utilize high pressure air pressure. To this end, first close the first air on-off valve (a1) to maintain air tightness, and then open the second air on-off valve (a2) to apply high-pressure air pressure (i.e. compressed air) to the first water tank (140a). apply. At the same time, the third fluid opening/closing valve (w3) is opened to send high-pressure water to the generator 160 to generate power. The water used for power generation is sent to the recovery tank 170 and stored.

제어 단말 장치(180)는 구성요소들인 공기 압축기(110), 압력 조절기(150), 발전기(160), 밸브(a1~a5,w1~w4,151) 등과 유선 통신으로 연결되어 이들 구성요소들을 제어하는 기능을 수행한다. 물론, 유선이외에도 무선 통신으로 연결될 수 있다. 이를 위해서는 각 구성요소들에 무선 모뎀 등과 같은 무선 통신 회로가 설치된다. 제어 단말 장치(180)는 서버, 개인용 컴퓨터, 노트북, 노트 패드 등이 될 수 있다.The control terminal device 180 is connected to the components such as the air compressor 110, pressure regulator 150, generator 160, and valves (a1 to a5, w1 to w4, 151) through wired communication to control these components. performs the function of Of course, it can be connected through wireless communication in addition to wired communication. For this purpose, a wireless communication circuit such as a wireless modem is installed in each component. The control terminal device 180 may be a server, personal computer, laptop, note pad, etc.

도 2는 도 1에 도시된 제어 단말 장치(180)의 구성 블럭도이다. 도 2를 참조하면, 제어 단말 장치(180)는, 획득부(210), 계산부(220), 제어부(230), 출력부(240) 등을 포함하여 구성될 수 있다. FIG. 2 is a structural block diagram of the control terminal device 180 shown in FIG. 1. Referring to FIG. 2, the control terminal device 180 may be configured to include an acquisition unit 210, a calculation unit 220, a control unit 230, an output unit 240, etc.

획득부(210)는 전력망에 연결되어 전력 에너지 정보, 시간 정보 등을 획득하는 기능을 수행한다. 따라서, 획득부(210)에는 DSP(Digital signal processor), 통신 회로, 메모리 등이 구성될 수 있다. The acquisition unit 210 is connected to the power grid and performs a function of acquiring power energy information, time information, etc. Accordingly, the acquisition unit 210 may be configured with a digital signal processor (DSP), communication circuit, memory, etc.

계산부(220)는 획득부(210)을 통해 획득된 전력 에너지 정보를 미리 설정되는 기준값과 비교하여 전력 에너지에 여유가 있는지를 확인한다. 물론, 전력망에 있는 관리 서버에서 직접 전력 에너지가 여유로운지를 통보하는 것도 가능하다.The calculation unit 220 compares the power energy information obtained through the acquisition unit 210 with a preset reference value to determine whether there is sufficient power energy. Of course, it is also possible to notify whether power energy is available directly from the management server in the power grid.

제어부(230)는 계산부(220)에서 생성되는 결과에 따라 제어 명령을 생성하여, 구성요소들에 제어 명령을 전달하는 기능을 수행한다.The control unit 230 generates a control command according to the result generated by the calculation unit 220 and performs the function of transmitting the control command to the components.

출력부(240)는 계산부(22), 분석부(230) 등에서 처리하는 정보를 표시하는 기능을 수행한다. 따라서, 출력부(240)는 문자, 음성, 및 그래픽의 조합으로 정보를 생성할 수 있다. 이를 위해 출력부(240)는 디스플레이, 사운드 시스템 등을 포함하여 구성될 수 있다.The output unit 240 functions to display information processed by the calculation unit 22, analysis unit 230, etc. Accordingly, the output unit 240 can generate information through a combination of text, voice, and graphics. To this end, the output unit 240 may be configured to include a display, a sound system, etc.

디스플레이는 LCD(Liquid Crystal Display), LED(Light Emitting Diode) 디스플레이, PDP(Plasma Display Panel), OLED(Organic LED) 디스플레이, 터치 스크린, CRT(Cathode Ray Tube), 플렉시블 디스플레이 등이 될 수 있다. 터치 스크린의 경우, 입력 수단으로 기능할 수 있다.The display may be a Liquid Crystal Display (LCD), Light Emitting Diode (LED) display, Plasma Display Panel (PDP), Organic LED (OLED) display, touch screen, Cathode Ray Tube (CRT), or flexible display. In the case of a touch screen, it can function as an input means.

도 2에 도시된 계산부(220), 분석부(230)는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 소프트웨어 및/또는 하드웨어로 구현될 수 있다. 하드웨어 구현에 있어, 상술한 기능을 수행하기 위해 디자인된 ASIC(application specific integrated circuit), DSP(digital signal processing), PLD(programmable logic device), FPGA(field programmable gate array), 프로세서, 마이크로프로세서, 다른 전자 유닛 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 소프트웨어 구현에 있어, 소프트웨어 구성 컴포넌트(요소), 객체 지향 소프트웨어 구성 컴포넌트, 클래스 구성 컴포넌트 및 작업 구성 컴포넌트, 프로세스, 기능, 속성, 절차, 서브 루틴, 프로그램 코드의 세그먼트, 드라이버, 펌웨어, 마이크로 코드, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조, 테이블, 배열 및 변수를 포함할 수 있다. 소프트웨어, 데이터 등은 메모리에 저장될 수 있고, 프로세서에 의해 실행된다. 메모리나 프로세서는 당업자에게 잘 알려진 다양한 수단을 채용할 수 있다.The calculation unit 220 and analysis unit 230 shown in FIG. 2 refer to units that process at least one function or operation, and may be implemented with software and/or hardware. In hardware implementation, an application specific integrated circuit (ASIC), digital signal processing (DSP), programmable logic device (PLD), field programmable gate array (FPGA), processor, microprocessor, and other devices designed to perform the above-described functions. It may be implemented as an electronic unit or a combination thereof. In software implementation, software composition components (elements), object-oriented software composition components, class composition components and task composition components, processes, functions, properties, procedures, subroutines, segments of program code, drivers, firmware, microcode, data. , databases, data structures, tables, arrays, and variables. Software, data, etc. can be stored in memory and executed by a processor. The memory or processor may employ various means well known to those skilled in the art.

도 3은 도 1에 따른 1차 발전후 2차 발전을 수행하는 하이브리드 압축 공기 발전 시스템의 개념도이다. 도 2를 참조하면, 제 1 물탱크(140a) 내부 물이 90 % 이상 사용된 경우, 제 3 공기 개폐 밸브(a3)를 개방하고, 제 2 유체 개폐 밸브(w2)가 폐쇄된 상태에서 제 4 유체 개폐 밸브(w4)를 개방하여 제 2 물탱크(140b)의 물이 발전에 사용할 수 있도록 한다. 제 1 물탱크(140a) 내부의 물이 95 % 이상 소진된 경우 제 3 유체 개폐 밸브(w3)를 폐쇄하여 제 2 물탱크(140b)의 물만 발전에 활용할 수 있도록 한다.FIG. 3 is a conceptual diagram of a hybrid compressed air power generation system that performs secondary power generation after primary power generation according to FIG. 1. Referring to FIG. 2, when more than 90% of the water inside the first water tank 140a is used, the third air on-off valve (a3) is opened, and the fourth fluid on-off valve (w2) is closed. The fluid opening/closing valve (w4) is opened so that the water in the second water tank (140b) can be used for power generation. When more than 95% of the water inside the first water tank (140a) is consumed, the third fluid open/close valve (w3) is closed so that only the water in the second water tank (140b) can be used for power generation.

이후 제 2 공기 개폐 밸브(a2)를 폐쇄하여 고압의 공기압이 작용하지 못하게 한 후 제 4 공기 개폐 밸브(a4)를 열어 배기를 하여 압력을 낮추어 대기압 상태를 만든 다음 제 3 유체 개폐 밸브(w3)가 폐쇄된 상태에서 제 1 유체 개폐 밸브(w1)를 열어 상부의 물이 제 1 물탱크(140a)에 저수될 수 있도록 한다(310).Afterwards, the second air on-off valve (a2) is closed to prevent high air pressure from acting, and then the fourth air on-off valve (a4) is opened to exhaust the air to lower the pressure to create an atmospheric pressure state, and then the third fluid on-off valve (w3) is opened. In the closed state, the first fluid opening/closing valve (w1) is opened so that the upper water can be stored in the first water tank (140a) (310).

제 2 물탱크(140b)의 물이 90 % 이상 소진되고 제 1 물탱크(140a) 내부에 95 % 이상 물이 채워진 경우, 다시 공기 개폐 밸브(a5)와 유체 개폐 밸브(w1)를 폐쇄하고 공기 개폐 밸브(a2), 유체 개폐 밸브(w3)를 개방하여 제 2 물탱크(140b)와 더불어 발전을 할 수 있도록 한다. 또한, 제 2 물탱크(140b)의 물이 95 % 이상 소진되면 밸브(a3, w4)를 폐쇄하고 밸브(w2,a5)를 개방하여 저수를 시작한다. 제 1 및 제 2 물탱크(140a,140b)를 이용한 발전 과정은 공기 저류조(130)내부의 공기가 일정량 이하로 소진될 때 까지 지속할 수 있다.When more than 90% of the water in the second water tank (140b) is exhausted and more than 95% of the water inside the first water tank (140a) is filled, the air on-off valve (a5) and the fluid on-off valve (w1) are closed again and the air Open the on-off valve (a2) and the fluid on-off valve (w3) to enable power generation together with the second water tank (140b). Additionally, when more than 95% of the water in the second water tank 140b is consumed, the valves a3 and w4 are closed and the valves w2 and a5 are opened to start storing water. The power generation process using the first and second water tanks 140a and 140b can be continued until the air inside the air storage tank 130 is exhausted below a certain amount.

발전에 필요한 용수의 용량은 초당 50 ㎥ 이상이 소요된다. 따라서, 물탱크(140a,140b)의 용적이 90,000 ㎥로 하는 경우 약 30 분 동안 발전이 가능하며, 각각의 물탱크는 발전시간 보다 빠른 시간 안에 물을 저수할 수 있도록 하여야 한다. 회수조(170)는 2개의 물탱크(140a,140b)의 용적을 합한 것 보다 20 % 이상 크도록 하여 물의 순환에 문제가 없도록 한다. 공기 저류조(130)의 용량은 8시간 발전을 기준으로 60만 ㎥ 이상을 확보하며, 내부 공기압도 약 200 기압 이상을 적용하여 공기압 유지를 위한 가열 작업 등 추가적인 에너지 투입을 최소화한다. The water capacity required for power generation is more than 50 m3 per second. Therefore, when the volume of the water tanks 140a and 140b is 90,000 ㎥, power generation is possible for about 30 minutes, and each water tank must be able to store water within a faster time than the power generation time. The recovery tank 170 is made to be at least 20% larger than the combined volume of the two water tanks 140a and 140b to avoid problems with water circulation. The capacity of the air storage tank 130 is more than 600,000 ㎥ based on 8 hours of power generation, and the internal air pressure is also applied at about 200 atmospheres or more to minimize additional energy input, such as heating work to maintain air pressure.

또한, 공기 압축기(110), 발전기(160), 회수조(170)는 지상에 설치하는 것이 유리하며 공기 저류조(130), 물탱크(140a,140b)는 높은 압력이 작용하므로 지하 암반 지반에 설치하는 것이 안전하며 경제적으로 유리하나, 고압용기를 사용하여 지상에 설치하는 것도 가능하다.In addition, it is advantageous to install the air compressor 110, generator 160, and recovery tank 170 on the ground, and the air storage tank 130 and water tanks 140a and 140b are installed on underground rock ground because high pressure is applied. It is safe and economically advantageous to do so, but it is also possible to install it on the ground using a high-pressure vessel.

공기를 압축하는 과정에서 열이 발생하므로 냉각을 하여야 하며, 공기 압축기(110)를 지하에 설치하는 경우 지반을 열교환기로 이용하여 냉각 효과를 용이하게 얻을 수 있다. 지하 공기 저류조 역시 지반에 열을 발산하여 내부의 온도가 급격하게 증가하지 않을 수 있는 장점이 있다.Since heat is generated in the process of compressing air, it must be cooled. When the air compressor 110 is installed underground, the cooling effect can be easily achieved by using the ground as a heat exchanger. Underground air storage tanks also have the advantage of dissipating heat into the ground and preventing the internal temperature from rapidly increasing.

물탱크에 자연 유하식 저수가 가능하나 발전기가 지상에 위치함으로 수두차(Ha)가 발생하므로 발전에 소요되는 전체 수두 가운데 30m 전 후 수두 손실이 발생할 수 있다. 그러나, 공기 압축기(110), 발전기(160), 회수조(170) 등 주요 시설이 지상부에 위치하면 관리가 매우 용이할 수 있다.Natural flowing water storage is possible in a water tank, but since the generator is located on the ground, a head difference (Ha) occurs, so a head loss may occur around 30m out of the total head required for power generation. However, if major facilities such as the air compressor 110, generator 160, and recovery tank 170 are located on the ground, management can be very easy.

또한, 물탱크(140a,140b)로부터 발전기(160)에 이르는 연결관(15)인 도수관 내부는 고속, 고압의 유체가 통과하여야 하므로 급격한 도수관의 꺽임 등은 도수관의 수명 저하, 에너지 손실 등으로 바람직하지 않아 도수관은 매우 완만한 선형으로 발전기에 연결이 되도록 꺽임부의 처리가 필요하다.In addition, the inside of the water pipe, which is the connection pipe 15 from the water tanks 140a and 140b to the generator 160, must pass high-speed, high-pressure fluid, so sudden bending of the water pipe is undesirable due to reduced lifespan of the water pipe and energy loss. Therefore, the water pipe needs to be processed at the bend so that it can be connected to the generator in a very gentle line.

또한, 지반에 위치하는 공기 저류조(130), 물탱크(140a,140b)는 암반지반에 위치하여 가장 경제적으로 막대한 압력을 지탱할 수 있는 구조물을 구축할 수 있도록 할 수 있다. 구조물 형태는 사일로형,In addition, the air storage tank 130 and the water tanks 140a and 140b located on the ground are located on rocky ground, allowing the most economical construction of a structure capable of supporting enormous pressure. The structure shape is silo type,

돔형, 터널형 등이 가능하다. 사일로형의 경우, 상부의 형태는 압력을 적절하게 분산시키기 위하여 평면형태 보다는 콘 형태 또는 돔 형태가 유리하다. 직경 20m, 높이 50m 이상인 사일로형의 경우 개당 용적이 크므로 좁은 부지내에서 적용이 가능하나, 연직방향으로 대규모 공동을 굴착하여야 하므로 지반조건이 나쁜 지역에서 적용이 어렵고, 대규모 보강이 필요하다. 또한,공사가 어려워 공사비가 증가하는 문제가 있다.Dome type, tunnel type, etc. are possible. In the case of a silo type, it is advantageous to have a cone or dome shape at the top rather than a flat shape in order to properly distribute pressure. In the case of silo types over 20m in diameter and 50m in height, each unit has a large volume, so it can be applied within a narrow site. However, since a large cavity must be excavated in the vertical direction, it is difficult to apply in areas with poor ground conditions and requires large-scale reinforcement. In addition, there is a problem of increased construction costs due to difficulty in construction.

터널형은 압력분산이 용이하고 단면이 작아 보강이 적으며 시공에 유리하므로 경제적이나 충분한 용적을 확보하기 위한 연장이 길어야 하므로 매우 좁은 부지에서는 적용성에 한계가 있을 수 있다. 공기 저류조(130)와 물탱크(140a,140b)의 위치와 간격, 형태는 사례별로 수치해석 등 안정성 검토를 통하여 안정성과 경제성이 확보되도록 할 수 있다. The tunnel type is economical because it is easy to distribute pressure, has a small cross-section, requires little reinforcement, and is advantageous for construction, but its applicability may be limited in very narrow sites because the extension must be long to secure sufficient volume. The location, spacing, and shape of the air storage tank 130 and the water tanks 140a and 140b can be ensured through stability review such as numerical analysis on a case-by-case basis to ensure stability and economic feasibility.

공기 저류조(130)와 물탱크(140a,140b)는 반복적인 고압이 작용하는 환경에 저항하여야 하며 특히 공기 저류조(130)는 반복적인 열하중까지 부담하여야 한다. 따라서 공기 저류조(130)와 물탱크 구조물(라이닝)과 주변 지반은 이러한 반복하중에 대한 안정성을 유지할 수 있도록 충분히 보강이 필요하다. 또한, 발전소 부지가 확보되는 도심지 지역에서 가장 유용하게 적용할 수 있다.The air storage tank 130 and the water tanks 140a and 140b must resist an environment in which repetitive high pressure is applied, and in particular, the air storage tank 130 must bear repetitive thermal loads. Therefore, the air storage tank 130, the water tank structure (lining), and the surrounding ground need to be sufficiently reinforced to maintain stability against such repeated loads. In addition, it can be most usefully applied in urban areas where power plant sites are secured.

도 4는 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 하이브리드 압축 공기 발전 시스템의 개념도이다. 도 4는 기존 화력 발전소(400)의 부지를 사용하는 경우이다. 도 4를 참조하면, 압축공기 저장 후 일정 압력을 유지하기 위하여 화력 발전소(400)의 잔열 이용이 가능하다. 도 4에 도시된 바와 같이, 화력 발전소(400)의 잔열을 공기 저류조(130) 내부에 설치된 열교환기 He(heat exchanger)를 통하여 저류조 내부의 공기를 가열하는 경우 고압의 공기압을 지속적으로 공급하기 위하여 저류조 용적을 증가시키거나 사용하는 압력보다 훨씬 큰 압력으로 저장할 필요가 없어져 공사비와 유지비의 절감이 가능하며, 발전효율이 증가할 수 있다.Figure 4 is a conceptual diagram of a hybrid compressed air power generation system according to another embodiment of the present invention. Figure 4 shows a case where the site of an existing thermal power plant 400 is used. Referring to FIG. 4, it is possible to use the residual heat of the thermal power plant 400 to maintain a constant pressure after storing compressed air. As shown in FIG. 4, when the residual heat of the thermal power plant 400 is used to heat the air inside the storage tank through a heat exchanger (He) installed inside the air storage tank 130, in order to continuously supply high pressure air pressure There is no need to increase the storage tank volume or store it at a pressure much higher than the pressure used, thereby reducing construction and maintenance costs and increasing power generation efficiency.

화력 발전소(400)와 회수조(170)가 지하에 위치하도록 하면 발전시 물탱크(140a,140b)에서 발전기(160)로 보내는 수두 손실이 없어져 발전효율이 상승할 수 있다. 그러나, 회수조(170)와 물탱크(140a,140b)의 고저차가 비슷 하여 경우에 따라서 워터 펌프(420)를 사용하여 물탱크에 물을 저류(410)하여야 할 수도 있다.If the thermal power plant 400 and the recovery tank 170 are located underground, the loss of head sent from the water tanks 140a and 140b to the generator 160 during power generation can be eliminated, thereby increasing power generation efficiency. However, since the height difference between the recovery tank 170 and the water tanks 140a and 140b is similar, in some cases, it may be necessary to store water 410 in the water tank using the water pump 420.

도 5는 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 하이브리드 압축 공기 발전 시스템의 개념도이다. 도 5는 기존 수력발전소 부지를 사용하는 경우이다. 도 5를 참조하면, 상부댐의 용수(501)를 중력에 의하여 물탱크에 채우고(510), 발전 후 물은 하부의 강(502)으로 유입되므로 물을 재활용하지 않으므로 펌핑을 위한 에너지 소모가 발생하지 않으며, 발전소는 지하 또는 지상에 위치할 수 있다.Figure 5 is a conceptual diagram of a hybrid compressed air power generation system according to another embodiment of the present invention. Figure 5 shows a case of using an existing hydroelectric power plant site. Referring to FIG. 5, water 501 from the upper dam is filled into the water tank by gravity (510), and after power generation, the water flows into the lower river 502, so water is not recycled, resulting in energy consumption for pumping. No, the power plant may be located underground or above ground.

낙차가 크지 않지만 물탱크(140a,140b)의 물이 95 % 이상 저수가 되고 5 % 정도 공기가 차므로 서지 역할을 수행하여 통상 낙차고 Hb 가 100 m 가까이 된다면 압축공기로 가압하기 전 물탱크 충진시 100 m 수두를 먼저 얻을 수 있는 장점이 있다. 압축공기를 사용하지 않고 밸브(w1, w2, w3, w4)를 개방하는 경우 주간에도 일반 수력발전과 같이 발전기를 돌려 발전하는 것이 가능하다. 이때 낙차는 Hb 이다.Although the drop is not large, more than 95% of the water in the water tanks (140a, 140b) is stored and about 5% of the air is filled, so it acts as a surge, so if the drop height Hb is close to 100 m, the water tank is filled before pressurizing with compressed air. There is an advantage in being able to obtain 100 m head first. If the valves (w1, w2, w3, w4) are opened without using compressed air, it is possible to generate power by turning the generator like general hydroelectric power generation even during the day. At this time, the drop is Hb.

도 6은 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 하이브리드 압축 공기 발전 시스템의 개념도이다. 도 6은 기존 양수발전소 부지에 적용하는 경우이다. 도 6을 참조하면, 주간에 상부 저류조의 물(601)을 사용하여 발전하고 야간에 펌핑하여(610), 상부 저류조에 물을 양수하는 일반 양수 발전과 같은 시스템이다. 이때 밸브(w5)는 양수시만 개방하고 이외의 경우 폐쇄하며, 발전소는 지하에 위치할 수 있다.Figure 6 is a conceptual diagram of a hybrid compressed air power generation system according to another embodiment of the present invention. Figure 6 shows a case of application to an existing pumped storage power plant site. Referring to FIG. 6, it is the same system as general pumped storage power generation in which power is generated using water 601 in the upper storage tank during the day and pumped at night (610) to pump water to the upper storage tank. At this time, the valve (w5) is opened only when pumping water and closed in other cases, and the power plant can be located underground.

물탱크(140a,140b)의 물이 95 % 이상 저수가 되고 5 % 정도 공기가 차므로 서지 역할을 수행하여 낙차고(Hb)가 수백미터이므로 압축공기로 가압하기전 물탱크 충진시 수백미터 수두를 먼저 얻을 수 있는 장점이 있어 공기 저류조의 소요 용량이 상대적으로 작아질 수 있다. 유사시 압축공기를 사용하지 않고 밸브(w1, w2, w3, w4)를 개방하는 경우, 일반 양수 발전과 같이 발전하는 것이 가능하며. 이때 낙차는 Hc이다.Since more than 95% of the water in the water tanks (140a, 140b) is stored and about 5% filled with air, it acts as a surge and the drop height (Hb) is several hundred meters, so when filling the water tank before pressurizing with compressed air, the water head is several hundred meters. There is an advantage of being able to obtain it first, so the required capacity of the air storage tank can be relatively small. In an emergency, if you open the valves (w1, w2, w3, w4) without using compressed air, it is possible to generate power like general pumped storage power. At this time, the drop is Hc.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 압축 공기 발전 과정을 보여주는 흐름도이다. 도 7을 참조하면, 먼저 제어 단말 장치(180)는 전력 에너지 및 주야를 모니터링한다(단계 S710). Figure 7 is a flow chart showing the hybrid compressed air power generation process according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 7, first, the control terminal device 180 monitors power energy and day and night (step S710).

이후, 야간이고 전력 에너지에 여유가 있는지를 확인한다(단계 S720). 확인 결과, 단계 S720에서, 야간이 아니거나 전력 에너지에 여유가 없으면, 단계 S710으로 진행된다.Afterwards, it is checked whether it is nighttime and there is sufficient power energy (step S720). As a result of confirmation, in step S720, if it is not night or there is no power energy available, the process proceeds to step S710.

이와 달리, 단계 S720에서, 야간이고 전력 에너지에 여유가 있으면, 공기 압축기(110)에서 공기를 압축하여 압축 공기를 생성한다(단계 S730).On the other hand, in step S720, if it is night and there is sufficient power energy, air is compressed in the air compressor 110 to generate compressed air (step S730).

이후, 생성된 압축 공기는 공기 저류조(130)에 저장된다(단계 S740).Thereafter, the generated compressed air is stored in the air storage tank 130 (step S740).

이후, 2개의 물탱크(140a,140b)에 교대로 압력이 인가되며, 고압의 수두 에너지를 얻은 물탱크의 물이 발전기(160)에 유입되어 1차 발전이 수행된다(단계 S750,S760,S770).Afterwards, pressure is applied alternately to the two water tanks (140a, 140b), and water from the water tank that has obtained high-pressure head energy flows into the generator 160 to perform primary power generation (steps S750, S760, and S770). ).

이후, 발전에 사용된 물이 회수조(170)에 저장되며, 이를 통해 2차 발전이 수행된다(단계 S780).Thereafter, the water used for power generation is stored in the recovery tank 170, and secondary power generation is performed through this (step S780).

또한, 여기에 개시된 실시형태들과 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계들은, 마이크로프로세서, 프로세서, CPU(Central Processing Unit) 등과 같은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 (명령) 코드, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. Additionally, the steps of the method or algorithm described in relation to the embodiments disclosed herein are implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means such as a microprocessor, processor, CPU (Central Processing Unit), etc., and are computer readable. Can be recorded on any available medium. The computer-readable medium may include program (instruction) codes, data files, data structures, etc., singly or in combination.

상기 매체에 기록되는 프로그램 (명령) 코드는 본 발명을 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 테이프 등과 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD, 블루레이 등과 같은 광기록 매체(optical media) 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 (명령) 코드를 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 반도체 기억 소자가 포함될 수 있다. The program (instruction) code recorded on the medium may be specially designed and constructed for the present invention, or may be known and usable by those skilled in the art of 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-ROM, DVD, and Blu-ray, and ROM and RAM. Semiconductor memory elements specially configured to store and execute program (instruction) code, such as RAM), flash memory, etc., may be included.

여기서, 프로그램 (명령) 코드의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.Here, examples of program (instruction) code include not only machine language code such as that created by a compiler, but also high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware devices described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the present invention, and vice versa.

100: 하이브리드 압축 공기 발전 시스템
110: 공기 압축기
120-1,120-2: 제 1 및 제 2 전력 그리드
130: 공기 저류조
140: 저수부
140a,140b: 제 1 및 제 2 물탱크
150: 압력 조절기
160: 발전기
170: 회수조
180: 제어 단말 장치100: Hybrid compressed air power generation system
110: air compressor
120-1,120-2: first and second power grids
130: Air retention tank
140: reservoir
140a, 140b: first and second water tanks
150: pressure regulator
160: generator
170: recovery tank
180: Control terminal device

Claims (20)

야간에 전력 에너지가 여유가 있을 때 압축 공기를 생성하는 공기 압축기(110);
상기 압축 공기를 저장하는 공기 저류조(130);
주간에 상기 전력 에너지가 부족하면, 상기 압축 공기를 이용하여 수두 에너지를 얻은 물을 분출하는 저수부(140); 및
상기 물을 이용하여 1차 발전을 실행하는 발전기(160);를 포함하며,
상기 저수부(140)는
상기 압축 공기를 교대로 받아 상기 수두 에너지를 얻은 물을 생성하는 제 1 물탱크(140a) 및 제 2 물탱크(140b)를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 압축 공기 발전 시스템.
An air compressor (110) that generates compressed air at night when power energy is available;
an air storage tank 130 that stores the compressed air;
When the power energy is insufficient during the day, a water storage unit 140 that ejects water obtained with head energy using the compressed air; and
It includes a generator 160 that performs primary power generation using the water,
The reservoir 140 is
A hybrid compressed air power generation system comprising a first water tank (140a) and a second water tank (140b) that alternately receive the compressed air and generate water with the head energy.
 제 1 항에 있어서,
상기 1 차 발전이후 2차 발전에 재사용되도록 상기 물을 저장하는 회수조(170);를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 압축 공기 발전 시스템.
According to claim 1,
A hybrid compressed air power generation system comprising a recovery tank (170) that stores the water to be reused for secondary power generation after the primary power generation.
 제 2 항에 있어서,
상기 공기 압축기(110)와 상기 공기 저류조(130) 사이의 제 1 연결관(11)에는 상기 압축 공기의 폐쇄 또는 개방을 위한 제 1 공기 개폐 밸브(a1)가 설치되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 압축 공기 발전 시스템.
According to claim 2,
Hybrid compressed air, characterized in that a first air opening/closing valve (a1) is installed in the first connection pipe (11) between the air compressor (110) and the air storage tank (130) to close or open the compressed air. power generation system.
 삭제delete 제 3 항에 있어서,
상기 공기 저류조(130)와 상기 제 1 물탱크(140a) 사이의 제 2 연결관(12)에는 상기 압축 공기의 폐쇄 또는 개방을 위한 제 2 공기 개폐 밸브(a2)가 상기 저수부(140)의 상부에 설치되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 압축 공기 발전 시스템.
According to claim 3,
The second connection pipe 12 between the air storage tank 130 and the first water tank 140a has a second air opening/closing valve a2 for closing or opening the compressed air of the water reservoir 140. A hybrid compressed air power generation system characterized by being installed at the top.
 제 5 항에 있어서,
상기 공기 저류조(130)와 상기 제 2 물탱크(140b) 사이의 제 2 연결관(12)에는 상기 압축 공기의 폐쇄 또는 개방을 위한 제 3 공기 개폐 밸브(a3)가 상기 저수부(140)의 상부에 설치되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 압축 공기 발전 시스템.
According to claim 5,
A third air opening/closing valve (a3) for closing or opening the compressed air is installed in the second connection pipe (12) between the air storage tank (130) and the second water tank (140b) of the water reservoir (140). A hybrid compressed air power generation system characterized by being installed at the top.
 제 6 항에 있어서,
상기 제 1 공기 개폐 밸브(a1)를 폐쇄하고, 상기 제 2 공기 개폐 밸브(a2) 및 상기 제 3 공기 개폐 밸브(a3)를 모두 개방한 상태에서 상기 압축 공기가 상기 공기 저류조(130)에 저장되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 압축 공기 발전 시스템.
According to claim 6,
The compressed air is stored in the air storage tank 130 with the first air on-off valve (a1) closed and both the second air on-off valve (a2) and the third air on-off valve (a3) open. A hybrid compressed air power generation system characterized by being.
 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 물탱크(140a)와 상기 공기 압축기(110) 사이의 제 3 연결관(101)에는 상기 제 1 물탱크(140a)의 내부 공기를 배출하기 위한 제 4 공기 개폐 밸브(a4)가 상기 제 1 물탱크(140a)의 측부에 설치되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 압축 공기 발전 시스템.
According to claim 2,
The third connection pipe 101 between the first water tank 140a and the air compressor 110 is provided with a fourth air opening/closing valve a4 for discharging the internal air of the first water tank 140a. A hybrid compressed air power generation system installed on the side of the first water tank (140a).
 제 8 항에 있어서,
상기 제 2 물탱크(140b)와 상기 공기 압축기(110) 사이의 제 3 연결관(101)에는 상기 제 2 물탱크(140b)의 내부 공기를 배출하기 위한 제 5 공기 개폐 밸브(a5)가 상기 제 2 물탱크(140b)의 측부에 설치되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 압축 공기 발전 시스템.
According to claim 8,
The third connection pipe 101 between the second water tank 140b and the air compressor 110 is provided with a fifth air opening/closing valve a5 for discharging the internal air of the second water tank 140b. A hybrid compressed air power generation system installed on the side of the second water tank (140b).
 제 9 항에 있어서,
상기 회수조(170)와 제 1 물탱크(140a) 사이의 제 4 연결관(14)에는 상기 재사용되도록 상기 물을 폐쇄 또는 개폐하는 제 1 유체 개폐 밸브(w1)가 상기 제 1 물탱크(140a)의 상부에 설치되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 압축 공기 발전 시스템.
According to clause 9,
The fourth connection pipe 14 between the recovery tank 170 and the first water tank 140a is provided with a first fluid opening/closing valve w1 that closes or opens the water for reuse. ) A hybrid compressed air power generation system, characterized in that installed on the upper part of the.
 제 10 항에 있어서,
상기 회수조(170)와 제 2 물탱크(140b) 사이의 제 4 연결관(14)에는 상기 재사용되도록 상기 물을 폐쇄 또는 개폐하는 제 2 유체 개폐 밸브(w2)가 상기 제 2 물탱크(140b)의 상부에 설치되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 압축 공기 발전 시스템.
According to claim 10,
The fourth connection pipe 14 between the recovery tank 170 and the second water tank 140b is provided with a second fluid open/close valve (w2) that closes or opens the water so that it can be reused. ) A hybrid compressed air power generation system, characterized in that installed on the upper part of the.
 제 11 항에 있어서,
상기 제 1 물탱크(140a)와 상기 발전기(160) 사이의 제 5 연결관(15)에는 상기 수두 에너지를 얻은 물을 폐쇄 또는 개폐하는 제 3 유체 개폐 밸브(w3)가 상기 제 1 물탱크(140a)의 하부에 설치되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 압축 공기 발전 시스템.
According to claim 11,
In the fifth connection pipe 15 between the first water tank 140a and the generator 160, a third fluid open/close valve (w3) for closing or opening the water obtained from the head energy is installed in the first water tank ( Hybrid compressed air power generation system, characterized in that installed at the lower part of 140a).
 제 12 항에 있어서,
상기 제 2 물탱크(140b)와 상기 발전기(160) 사이의 제 5 연결관(15)에는 상기 수두 에너지를 얻은 물을 폐쇄 또는 개폐하는 제 4 유체 개폐 밸브(w4)가 상기 제 2 물탱크(140b)의 하부에 설치되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 압축 공기 발전 시스템.
According to claim 12,
In the fifth connection pipe 15 between the second water tank 140b and the generator 160, a fourth fluid open/close valve (w4) for closing or opening the water obtained from the head energy is installed in the second water tank ( Hybrid compressed air power generation system, characterized in that installed at the lower part of 140b).
 제 13 항에 있어서,
상기 제 1 유체 개폐 밸브(w1) 및 상기 제 2 유체 개폐 밸브(w2)는 개방하고, 상기 제 3 유체 개폐 밸브(w3) 및 상기 제 4 유체 개폐 밸브(w5)는 폐쇄되어, 상기 회수조(170)로부터 중력에 의해 상기 재사용되도록 상기 물이 상기 제 1 물탱크(140a) 및 상기 제 2 물탱크(140b)에 채워지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 압축 공기 발전 시스템.
According to claim 13,
The first fluid on-off valve (w1) and the second fluid on-off valve (w2) are open, the third fluid on-off valve (w3) and the fourth fluid on-off valve (w5) are closed, and the recovery tank ( A hybrid compressed air power generation system, characterized in that the water is filled into the first water tank (140a) and the second water tank (140b) for reuse by gravity from 170).
 제 3 항에 있어서,
상기 교대는 상기 제 1 물탱크(140a) 및 상기 제 2 물탱크(140b) 중 어느 하나에서 내부 물이 90%이상 사용되면 이루어지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 압축 공기 발전 시스템.
According to claim 3,
A hybrid compressed air power generation system, characterized in that the shift is performed when more than 90% of the internal water in either the first water tank (140a) or the second water tank (140b) is used.
 제 3 항에 있어서,
상기 제 1 물탱크(140a) 및 상기 제 2 물탱크(140b) 중 어느 하나와 상기 발전기(160) 사이에는 일시적인 압력변도 및 유량 변동을 방지하기 위해 압력 조절기(150)가 배치되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 압축 공기 발전 시스템.
According to claim 3,
A pressure regulator 150 is disposed between one of the first water tank 140a and the second water tank 140b and the generator 160 to prevent temporary pressure fluctuations and flow rate fluctuations. Hybrid compressed air power generation system.
 제 16 항에 있어서,
상기 제 1 물탱크(140a)와 상기 제 2 물탱크(140b)에서 상기 압력 조절기(150)까지의 연결관(15)의 단면적은 상기 압력 조절기(150)로부터 상기 발전기(160)에 이르는 연결관(15)의 단면적보다 10 %이상 큰 것을 특징으로 하는 하이브리드 압축 공기 발전 시스템.
According to claim 16,
The cross-sectional area of the connection pipe 15 from the first water tank 140a and the second water tank 140b to the pressure regulator 150 is the connection pipe from the pressure regulator 150 to the generator 160. A hybrid compressed air power generation system characterized by a cross-sectional area of 10% or more than that of (15).
 화력 발전소(400);
야간에 전력 에너지가 여유가 있을 때 압축 공기를 생성하는 공기 압축기(110);
상기 압축 공기를 저장하는 공기 저류조(130);
주간에 상기 전력 에너지가 부족하면, 상기 압축 공기를 이용하여 수두 에너지를 얻은 물을 분출하는 저수부(140); 및
상기 물을 이용하여 1차 발전을 실행하는 발전기(160);를 포함하며,
상기 공기 저류조(130)는 상기 화력 발전소(400)의 잔열을 이용하여 내부의 공기를 가열하는 열교환기를 포함하며,
상기 저수부(140)는
상기 압축 공기를 교대로 받아 상기 수두 에너지를 얻은 물을 생성하는 제 1 물탱크(140a) 및 제 2 물탱크(140b)를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 압축 공기 발전 시스템.
thermal power plant (400);
An air compressor (110) that generates compressed air at night when power energy is available;
an air storage tank 130 that stores the compressed air;
When the power energy is insufficient during the day, a water storage unit 140 that ejects water obtained with head energy using the compressed air; and
It includes a generator 160 that performs primary power generation using the water,
The air storage tank 130 includes a heat exchanger that heats the air inside using the residual heat of the thermal power plant 400,
The reservoir 140 is
A hybrid compressed air power generation system comprising a first water tank (140a) and a second water tank (140b) that alternately receive the compressed air and generate water with the head energy.
 야간에 전력 에너지가 여유가 있을 때 압축 공기를 생성하는 공기 압축기(110);
상기 압축 공기를 저장하는 공기 저류조(130);
주간에 상기 전력 에너지가 부족하면, 상기 압축 공기를 이용하여 수두 에너지를 얻은 물을 분출하는 저수부(140); 및
상기 물을 이용하여 1차 발전을 실행하는 발전기(160);를 포함하며,
고지역의 용수(501,601))와 저지역 용수(502,602)의 낙차를 이용하여 상기 압축 공기의 과반이 생성되고, 상기 공기 압축기(110)를 이용하여 상기 압축 공기의 일부를 생성하며,
상기 저수부(140)는
상기 압축 공기를 교대로 받아 상기 수두 에너지를 얻은 물을 생성하는 제 1 물탱크(140a) 및 제 2 물탱크(140b)를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 압축 공기 발전 시스템.
An air compressor (110) that generates compressed air at night when power energy is available;
an air storage tank 130 that stores the compressed air;
When the power energy is insufficient during the day, a water storage unit 140 that ejects water obtained with head energy using the compressed air; and
It includes a generator 160 that performs primary power generation using the water,
The majority of the compressed air is generated using the difference between high area water (501, 601) and low area water (502, 602), and a portion of the compressed air is generated using the air compressor (110),
The reservoir 140 is
A hybrid compressed air power generation system comprising a first water tank (140a) and a second water tank (140b) that alternately receive the compressed air and generate water with the head energy.
 (a) 공기 압축기(110)가 야간에 전력 에너지가 여유가 있을 때 압축 공기를 생성하는 단계;
(b) 상기 압축 공기가 공기 저류조(130)에 저장되는 단계;
(c) 저수부(140)가 주간에 상기 전력 에너지가 부족하면, 상기 압축 공기를 이용하여 수두 에너지를 얻은 물을 분출하는 단계; 및
(d) 발전기(160)가 상기 물을 이용하여 1차 발전을 실행하는 단계;를 포함하며, 상기 저수부(140)는
상기 압축 공기를 교대로 받아 상기 수두 에너지를 얻은 물을 생성하는 제 1 물탱크(140a) 및 제 2 물탱크(140b)를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 압축 공기 발전 시스템의 제어 방법.(a) the air compressor 110 generating compressed air at night when power energy is available;
(b) storing the compressed air in the air storage tank 130;
(c) when the water storage unit 140 lacks the electric power energy during the day, spouting water obtained with head energy using the compressed air; and
(d) a step of the generator 160 performing primary power generation using the water, wherein the water reservoir 140
A control method of a hybrid compressed air power generation system, comprising a first water tank (140a) and a second water tank (140b) that alternately receive the compressed air and generate water with the head energy.
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KR20210152800A (en) 2021-12-16

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