KR20140138914A - 태양열 증기 발전소의 출력 조정 및/또는 주파수 조정 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 자유롭게 조정될 수 없는 1차 열원 및 추가 열원을 구비한 태양열 증기 발전소(1)에서, 특히 자동 출력 조정 및/또는 주파수 조정, 또는 1차 주파수 조정 및/또는 2차 주파수 조정을 위해 목표값을 조정하는 방법 및 태양열 증기 발전소에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 태양열 증기 발전소(1)의 작동 중 하나 이상의 사전 설정된 시점에, 상기 태양열 증기 발전소(1)에 대한 현재 출력 범위(80)가 검출된다. 태양열 증기 발전소(1)의 상기 현재 출력 범위(80)는 조정 범위 하한(91) 및 조정 범위 상한(92)에 의해 제한된다. 또한, 현재 출력 범위(80)는 1차 열원(10)(81)의 현재 출력을 사용하여, 그리고 추가 열원(20)(82, 83)의 출력 범위를 사용하여 결정된다. 조정 범위 하한(91)에서는, 출력 조정 및/또는 주파수 조정, 또는 1차 및/또는 2차 주파수 조정을 위한 하나 이상의 예비분을 갖는 하위 예비 출력(84)이 고려된다. 조정 범위 상한(92)에서는, 출력 조정 및/또는 주파수 조정, 또는 1차 및/또는 2차 주파수 조정을 위한 하나 이상의 예비분을 갖는 상위 예비 출력(85)이 고려된다. 목표값 조정 시, 태양열 증기 발전소(1)의 현재 사전 설정된 목표값(70)이 현재 출력 범위(80) 밖에 놓이는 경우, 상기 사전 설정된 목표값(70)은 현재 출력 범위 내에서 설정된다(71).

Description

태양열 증기 발전소의 출력 조정 및/또는 주파수 조정{POWER REGULATION AND/OR FREQUENCY REGULATION IN A SOLAR THERMAL STEAM POWER PLANT}

본 발명은, 조정 불가능한 1차 열원 및 추가 열원을 갖는 태양열 증기 발전소에서, 특히 자동 출력 조정 및/또는 주파수 조정, 또는 1차 주파수 조정 및/또는 2차 주파수 조정을 위한 목표값 조정 방법, 그리고 태양열 발전소에 관한 것이다.

통상적인 형태의 증기 발전소는 예를 들어, http://de.wikipedia.org/wiki/Dampfkraftwerk (2012년 3월 14일 현재 입수 가능)로부터 널리 공지되어 있다.

증기 발전소는, 증기 터빈 내 수증기의 열 에너지가 운동 에너지로 변환되고, 이어서 발전기에서 전기 에너지로 변환되는 발전소의 한 유형이다.

이러한 유형의 증기 발전소에서는, 증기 터빈의 작동을 위해 필요한 수증기가 먼저 증기 보일러 내에서, 통상 사전에 세정 및 처리된 물(공급수)로부터 생성된다. 이 증기가 과열기 내에서 추가 가열됨으로써, 증기의 온도 및 비부피(specific volume)가 증가한다.

증기 보일러로부터 나온 증기는 파이프 라인을 통해 증기 터빈으로 흘러가고, 증기 터빈에서 증기는 이전에 흡수된 에너지의 일부를 운동 에너지로서 터빈에 공급한다. 터빈에는 기계적 출력을 전기적 출력으로 변환하는 발전기가 연결되어 있다.

그 다음, 팽창되고 냉각된 증기는 응축기 내로 유동하고, 응축기에서 증기는 주변으로의 열 전달을 통해 응축되어 액체 상태의 물로서 수집된다.

물은 응축 펌프 및 예열기를 통과하여 공급수 탱크 내에 중간 저장된 다음, 공급 펌프 및 예열기를 통과하여 다시 증기 보일러로 공급됨으로써 하나의 폐쇄 회로가 형성된다.

예를 들어 석탄 화력 발전소, 기름 연소식 발전소, 가스/ 증기 복합 발전소및 태양열 증기 발전소(이하, 줄여서 태양열 발전소)와 다양한 증기 발전소 유형으로 구별된다.

태양열 발전소도 마찬가지로 예를 들어, http://de.wikipedia.org/wiki/ Sonnenwaermekraftwerk (2012년 3월 14일 현재 입수 가능)로부터 공지되어 있다.

태양열 발전소는, 증기 발생을 위해 1차 에너지원 또는 열원으로서 태양 에너지가 사용되는 증기 발전소의 특수한 형태이다.

이를 위해, 상기 유형의 태양열 발전소는 -열 교환기를 통해 (열적으로) 연결되는- 2개의 순환 회로, 즉, 1차 순환 회로(태양열 순환 회로) 및 2차 순환 회로(물/증기 순환 회로)를 포함하며, 다시 말해, 발전소는 이중 회로 원리에 따라 작동한다.

1차 순환 회로 또는 태양열 순환 회로는 -대부분 태양열 집열기 어레이 내에 배치된 복수의 태양열 집열기를 관류하는 열 전달 매체, 예를 들어 (열전달) 오일이 태양 복사를 통해 가열된다(1차 열원/에너지원 또는 1차 에너지 공급/열공급).

가열된 열 전달 매체는 열 교환기를 계속 관류하며, 상기 열 교환기 내에서 열 전달 매체는 2차 순환 회로, 물/증기 순환 회로, 또는 그곳에 있는 공정 매체, 즉, 물(공급수)에 흡수된 열 에너지를 전달한다.

그 다음, -현재 냉각된- 열 전달 매체가 태양열 집열기로 역류함으로써, 1차 순환 회로 또는 태양열 순환 회로가 닫힌다.

1차 순환 회로로부터 2차 순환 회로 또는 물/증기 순환 회로로 열이 전달됨으로써, 그곳에서 물(공급수)이 수증기로 변환되어, 즉 가열되고, 증발되고, 과열되어, 파이프 라인을 통해 증기 터빈으로 흐르며, 상기 증기 터빈 내에서 수증기는 그 에너지의 일부를 팽창시켜서 운동 에너지로서 터빈에 제공한다.

그러면 터빈에 연결된 발전기를 통해 기계적 출력이 전기적 출력으로 변환되어 전류로서 전력 그리드에 공급된다.

통상 터빈의 하부에는 응축기가 배치되고, 응축기 내에서 증기가 -터빈 내에서 팽창된 후에- 그 열의 대부분을 냉각수로 전달한다. 이러한 과정 중에 증기가 응축을 통해 액화된다.

공급수 펌프는 생성된 물을 공급수로서 다시 교환기로 공급하고, 이를 통해 2차 순환 회로도 닫힌다.

예를 들어, 측정값, 공정 데이터 또는 상태 데이터와 같은 태양열 증기 발전소에서 형성되는 모든 정보는 제어 스테이션에 표시되고, 그곳에서, 대개는 중앙 연산 유닛에서, 분석되며, 이때 개별 발전소 부품의 작동 상태들이 표시되고, 분석되고, 통제되고, 개회로 제어되고, 그리고/또는 폐회로 제어된다.

제어 요소들을 이용하여 발전소 직원이 예를 들어 개폐 장치 또는 밸브를 개방 또는 폐쇄하는 방식 또는 공급 연료량을 변경시키는 방식으로 발전소 작동 시퀀스에 개입할 수 있다.

이러한 제어 스테이션의 중심 구성 요소는 -예를 들어 자동화 시스템/자동화 소프트웨어로서- 블록 통제 시스템, 중앙 통제 유닛, 또는 개회로 제어 유닛 및/또는 폐회로 제어 유닛이 구현되어 있는 주 컴퓨터(master computer)이며, 상기 주 컴퓨터를 이용하여 태양열 발전소의 통제, 개회로 제어 및/또는 폐회로 제어가 수행될 수 있다.

규제 철폐된 전력 시장에서는 발전소 작동에 있어 발전소의 탄력적인 부하 작동과, 전력 그리드에서의 주파수 조정을 위한 설비들의 중요성이 점차 더 증대되고 있다.

전력 그리드에서의 주파수 조정과 관련하여, 주파수 조정의 다양한 유형은 예를 들어 이른바 불감대를 포함하거나 불포함하는 1차 제어 및 2차 제어로 구분된다.

전기 에너지는 생산자로부터 소비자에게 공급되는 도중에 저장될 수 없기 때문에, 전력 생산과 전력 소비는 매 순간 전력 그리드에서 균형을 이루어야 하는데, 즉, 전기 에너지는 정확히 필요한 만큼 생산되어야 한다. 전기 에너지의 주파수는 통합 제어 변수이며, 전력 생산과 전력 소비가 균형을 이룰 경우 전력 그리드 주파수의 공칭값을 취한다. 전력 그리드에 연결된 발전소 발전기의 회전수는 상기 전력 그리드 주파수와 동기화된다.

특정 시점에 전력 그리드에서 생산 결손이 발생한다면, 이 결손은 먼저 회전 기계(터빈, 발전기)의 원심 질량을 통해 얻어지는 에너지에 의해 충당된다. 이에 의해 기계들이 정지되고, 그 결과 이들 기계의 회전수 및 (전력 그리드) 주파수가 더욱 하강한다.

전력 그리드 주파수의 하강이 전력 그리드 내의 적합한 출력 조정 또는 주파수 조정을 통해 저지되지 않을 경우, 전력 그리드의 고장이 야기될 수도 있다.

+/- 0.07 내지 0.1Hz 까지의 작은 주파수 편차의 범위 내 이른바 불감대에서는 보통 폐회로 제어 개입이 전혀 이루어지지 않는다. 상기 범위에서는 생산과 소비 간에 잔존하는 편차의 보상을 위한 지연된 저속 개회로 제어만이 가능하다.

예를 들어 발전소 정전 및 전력 소비의 변동을 통해 야기되는 0.1 내지 3.0Hz 범위 내의 더 큰 주파수 편차는 1차 조정을 통해, 전체 전력 그리드에서 1차 조정에 관여한 발전소에 분배된다. 이를 위해, 발전소는 이른바 1차 조정 예비분, 즉, 출력 예비분을 제공하며, 이 출력 예비분은, 생산과 소비 사이의 불균형이 생산의 조절을 통해 수 초 내에 보상되도록, 관여한 발전소에 의해 자동으로 전력 그리드에 제공된다.

1차 조정은 가능한 한 작은 편차로, 그러나 사전 설정된 전력 그리드 주파수 공칭값과는 차이가 있는 수준으로 전력 그리드 주파수의 안정화에 사용된다.

1차 조정에 이어지는 2차 조정의 목적은, 전력 그리드 내의 전력 생산자와 전력 소비자 사이의 균형을 다시 회복시킴으로써, 전력 그리드 주파수를 사전 설정된 전력 그리드 주파수 공칭값, 예를 들어 50Hz로 다시 복원하는 것이다.

이를 위해, 2차 조정에 관여한 발전소는, 전력 그리드 주파수를 다시 전력 그리드 주파수 공칭값으로 복원하고 전력 그리드에서 균형을 다시 회복하기 위해 2차 조정 예비분을 제공한다.

1차 조정 예비분의 요구 및 전력 그리드에 대한 1차 조정 예비분의 공급은 1차 조정에 관여한 발전소의 조절 장치를 통해 자동으로 수행되나, (이러한 전력 그리드 또는 전력 그리드 내의 주파수 변경은 1차 조정 예비분을 요구한다) 2차 조정은, 2차 조정에 관여한 발전소의 전력 그리드에서 상위 네트워크 제어기에 의해 요구되며, 이러한 요구에 따라 발전소로부터 전력 그리드로 공급된다.

부분적으로, 발전소에 대한 주파수 조정 예비분, 또는 1차 및/또는 2차 조정 예비분의 제공은 -국가 규정에 따라- 어느 정도까지는 의무적이다. 발전소에 의해 제공된 조정 예비분에 대해서는 통상 특수 전력 그리드 서비스로서 발전소에 보수를 지불한다.

이렇게, 태양열 증기 발전소에서도 주파수 조정 또는 출력 조정 작동에 대한 관여는 경제적으로 매력적일 수 있다. 또한, 재생 에너지(예를 들어, 풍력 에너지)의 확대로, 상이한 발전소 유형의 조정 능력에 대한 요구가 엄격해질 것이다. 따라서, 앞으로 태양열 발전소에 대해서도 주파수 조정에 대한 요구가 시행될 것이다.

그러나, 태양열 발전소의 작동은, 자유롭게 조정 불가능한 1차 열원으로 인해, 그리고 태양열 처리의 타성으로 인해 출력 조정 능력 및/또는 주파수 조정 능력이 없다는 단점을 가진다.

자유롭게 조정 불가능한 1차 열원이란, 1차 열원이 발전소 측 영향 밖에 놓이는 조건과 관련되어 있고, 이에 의해 1차 열원이 -발전소의 관점에서- 자유롭게 조정될 수 없다는 의미이다. 예를 들어 태양 복사, 또는 열 전달 매체에 대한 태양 복사의 1차 열공급이 예를 들어 변화하는 태양 복사 또는 운량(cloud cover)에 의해 다소 우연적이고 예측 불가능한 변화의 영향을 받음으로써, 이러한 열원이 발전소 측에서 자유롭게 조정될 수 없다.

또한, 통상 태양열 수집기 어레이의 큰 면적의 확장은 태양열 수집기 어레이 내에서의 시간적으로 상당히 지연된 변동을 야기한다. 따라서, 태양열 수집기의 포커싱 변동에 의해서는 발전기 출력의 정밀한 변화가 영향을 받을 수 없는데, 이는 마찬가지로 태양열 발전소에서 출력 조정 및/또는 주파수 조정 능력을 상당히 제한한다.

상기 유형의 태양열 발전소에서는 -원하는 만큼의 또는 요구된 만큼의- 출력 조정 및/또는 주파수 조정, 또는 1차 및/또는 2차 조정, 또는 주파수 조정 예비분, 또는 1차 및/또는 2차 조정 예비분의 제공이 불가능하다.

그럼에도, 태양열 발전소에서 임의의 출력 조정이 가능하도록, -(태양열 순환 회로에서) 1차 열원에 대해- 추가 열원, 예를 들어 특수 천연 가스 보일러를 이용하는 추가의 천연 가스 점화 시스템이 1차 순환 회로에 제공될 수 있다.

상기 추가 열원 또는 특히 상기 추가의 천연 가스 점화 시스템이 구체적으로 태양열 순환 회로 내에서 열 전달기 또는 열 교환기 직전에 배열되어, 필요에 따라 1차 순환 회로 내의 열 전달 매체의 온도가 조정될 수 있음으로써, 어느 정도의 전기 출력이 2차 순환 회로 내에 형성될 수 있다.

여기서, 예를 들어 천연 가스 점화 시스템의 추가 열원을 통해 필요에 따라 열이 공급 또는 감소될 경우, 자유롭게 조정 가능한 1차 열원/열공급 그리고 추가 열원/열공급을 갖는 상기 태양열 발전소에서 공급된 전기적 발전소 출력이 안정화될 수 있거나, 또는 소정의 범위 내에서 전기 출력 급상승 및 주파수 조정, 또는 1차 및/또는 2차 조정이 실행될 수 있다.

또한, 여기서, 즉, -자유롭게 조정 불가능한- 1차 열원 및 추가 열원을 갖는 상기 유형의 태양열 발전소에서, -또한 통상의 태양열 발전소에서도 마찬가지로 -달성 가능한 출력이 단지 검출된 출력 역량(power capability), 즉, 발전소의 최대 실행 가능한 출력이 출력 제한된 개별 유닛의 상태(예를 들어, 작동 중인 공급 펌프)에 따라서만 제한된다

또한, 1차 순환 회로 내의 추가 열원은 열 전달 매체가 액체 상태로 유지되도록 하는데 사용될 수 있다("결빙 방지, anti freeze protection").

예를 들어 추가의 천연 가스 점화 시스템과 같은 추가 열원의 사용 정도는 단지 경제적인 생각을 근거로 할 뿐, 이러한 추가의 연소 또는 열공급은 추가의/증가된 연료 비용 및/또는 발전소 비용을 필요로 한다.

이러한 추가의 열공급에 의해 상기 태양열 발전소에서 임의의 출력 조정이 원칙에 따라 가능하게 된다면, 어떠한 영역 또는 범위에서 출력 조정이 가능한지 또는 이에 의해 출력 조정이 가능한지 예측할 수 없다는 단점이 남아 있는데, 그 이유는, -조정 불가능한- 1차 열원, 즉, 태양 에너지에서의 변동이 발전소에 의해 영향을 받을 수 없고 어느 정도 우연히 발생하기 때문이다.

그러나, 자유롭게 조정 불가능한 1차 열원 및 추가 열원을 갖는 이러한 태양열 발전소는 1차 열공급 시에 우연히 발생하는 변동으로 인해 출력 조정 및/또는 주파수 조정, 또는 1차 및/또는 2차 조정 능력이 없으며, 이는 -적어도 부정적인 영향으로서- 발전소 작업자에게 상응하는 수입 결손을 유발한다.

증기 발전소의 주파수 조정 또는 1차 조정 및/또는 2차 조정의 범주 내에서 출력 변경을 가속하기 위해, 빠르게 작용하는 추가 조치를 사용하는 것이 알려져 있는데[증기 터빈 발전소를 위한 신축성 있는 부하 운전 및 주파수 지원(Flexible Load Operation and Frequency Support for Steam Turbine Power Plants), 비히트만 등, VGB PowerTech 7/2007, 49 내지 55면], 상기 추가 조치는 증기 발전소의 공정 매체, 즉, 공급수 또는 수증기 내에 포함된 에너지의 사용을 기초로 한다(물/증기 순환 회로 내의 열 저장부).

이에 대한 공지된 예는, 고압 터빈 제어 밸브의 스로틀링, 고압 터빈 섹션 을 위한 과부하 도입, 응축물 축적, 고압 예열기의 공급수 측 우회 및 고압 예열기로 이어지는 추출 증기 라인들의 스로틀링이다.

물론, 공정 매체 내에 내재된 이러한 에너지 저장부 또는 물/증기 순환 회로 내의 열 저장부가 제한됨으로써, 이를 통해 제공될 수 있는 조정 예비분도 제한된다.

또한, 물/증기 순환 회로 내의 에너지 저장부 또는 열 저장부가 한번 사용되거나/비워진다면, 물/증기 순환 회로 내의 이러한 열 저장부를 다시 충전할 필요가 있는데, 이는 조정 예비분을 더욱 제한한다.

본 발명의 과제는, 조정 불가능한 1차 열원 및 추가 열원을 구비한 태양열 발전소에서, 특히 자동식의 또는 자동화된 출력 조정 및/또는 주파수 조정, 또는 1차 및/또는 2차 조정을 가능케 하는 방법을 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 과제는, 자동식의 또는 자동화된 출력 조정 및/또는 주파수 조정, 또는 1차 및/또는 2차 조정에 적합한 태양열 발전소를 제공하는 것이다.

상기 과제는, 조정 불가능한 1차 열원 및 추가 열원을 구비한 태양열 발전소에서, 특히 자동 출력 조정 및/또는 주파수 조정을 위한 목표값 조정 방법에 의해, 그리고 각각의 독립 청구항에 따른 특징을 갖는 태양열 발전소에 의해 해결된다.

본 발명의 바람직한 개선예들은 종속 청구항들에도 기술되어 있다. 이들 개선예는 본 발명에 따른 방법뿐만 아니라 본 발명에 따른 태양열 발전소와도 관련된다. 본 발명에 따른 태양열 발전소는 특히 본 발명에 따른 방법 또는 이하 기술되는 개선예들의 수행을 위해 적합하다.

본 발명 및 기술되는 개선예들은 소프트웨어뿐만 아니라 하드웨어 내에도, 예를 들어 특수 전기 회로를 사용하여 구현될 수 있다.

또한, 본 발명 또는 기술되는 개선예의 구현은, 본 발명 또는 개선예를 수행하는 컴퓨터 프로그램이 저장된 컴퓨터 판독 가능 저장 매체를 통해 가능하다.

또한, 본 발명 및/또는 각각 기술된 개선예는 본 발명 및/또는 개선예를 수행하는 컴퓨터 프로그램이 저장된 저장 매체를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품을 통해 구현될 수 있다.

본 발명은, 1차 순환 회로 및, 특히 열 전달기를 통해 (열적으로) 상기 1차 순환 회로와 연결된 제2 순환 회로를 갖는 태양열 발전소에 관한 것이다.

1차 순환 회로 내에서, -1차 열공급을 위한 조정 불가능한 1차 열원에 대해- 1차 순환 회로 내에서 순환하는 열 전달 매체, 예를 들어 (열전달) 오일에 (추가로) 열공급을 증가시키거나 감소시키기 위한 추가 열원이 제공된다.

본 발명에 따르면, 목표값 조정 방법에 따라, 태양열 발전소의 작동 중에 하나 이상의 사전 설정된 시점에서, 태양열 발전소에 대한 현재 출력 조정 범위 및/또는 주파수 조정 범위, 즉, 현재 출력 범위[(출력-)윈도우]가 검출된다.

태양열 증기 발전소의 현재 출력 범위 또는 현재 출력 조정 범위 및/또는 주파수 조정 범위는 조정 범위 하한 및 조정 범위 상한에 의해 제한된다.

또한, 현재 출력 범위는 현재 출력을 사용하여 현재 1차 열공급으로부터, 1차 열원에 의해 그리고 출력 범위를 사용하여 추가 열원으로부터 결정된다.

다르게 표현하자면, 현재 출력 범위는 1차 열원에 의한 현재 1차 열공급의 현재 출력과, 또는 이에 추가로 추가 열원 또는 복수의 추가 열원의 출력 범위를 더하여 형성된다.

조정 범위 하한에서는, 출력 조정 및/또는 주파수 조정, 또는 1차 및/또는 2차 주파수 조정을 위한 하나 이상의 예비분을 갖는 하위 예비 출력이 고려된다. 조정 범위 상한에서는, 마찬가지로 출력 조정 및/또는 주파수 조정, 또는 1차 및/또는 2차 주파수 조정을 위한 하나 이상의 예비분을 갖는 상위 예비 출력이 고려된다.

목표값 조정 시에, 현재 사전 설정된 목표값이 현재 출력 범위 외부에 있다면, 예를 들어 급전 센터(load dispatching center)에 의해 사전 설정된 태양열 발전소의 현재 목표값이 현재 출력 범위 내에서 설정된다.

이 경우, 현재 출력 범위의 한계가 현재 출력 범위에 속해야 한다.

다르게 또는 간략하게 표현하자면, 본 발명에 따라, 자유롭게 조정 불가능한 1차 열원 및 추가 열원을 갖는 태양열 발전소의 작동 시점에서 발전소에 대한 현재 출력 범위[(출력-)윈도우]가 검출된다.

이러한 현재 출력 범위는, 1차 열원/열공급, 즉, 태양 에너지를 통해 달성가능한 출력에 의해 결정되고, -이를 통해 윈도우로서 출력 범위가 확장되고- 한편으로는, 최소 가능한 추가의 열공급을 통해 달성 가능한 출력에 의해 (최소 추가 열공급 또는 가열), 그리고 다른 한편으로는, 최대 가능한 추가의 열공급을 통해 달성 가능한 출력에 의해 (최대 추가 열공급 또는 가열) 결정된다.

상기 최소 및 최대 가능한 추가의 열공급에 의해 -상부 및 하부로의- 최대 가능한 추가 열원의 기술적 경계 조건이 고려되어야 한다.

추가 열원이 안정되게 작동되도록, 최소 추가의 열공급은 추가의 열공급에 대한 특정 (최소)양이 필요하기 때문에 형성된다. 이에 상응하여, 최대 추가의 열공급은 추가 열원의 안정된 작동이 "상부로" 제한되기 때문에 형성될 수 있다.

또한, 열 전달 매체에 대한 빠른 열 투입을 가능케 하며, 그리고/또는 -넓은 범위 내에서- 조정 가능한 추가 열원, 예를 들어 천연 가스 점화 시스템이 제공되는 것은 바람직하다. 여기서 특히, 추가의 큰 열원 대신에 추가의 복수의 작은 열원("소분할")이 바람직할 수 있다.

예를 들어, 열 전달 매체를 위한 추가의 열공급 또는 열 전달 매체 상으로의 열공급은, 상응하는 특수 천연 가스 버너 또는 천연 가스 보일러를 갖는 천연 가스 점화 시스템 -또는 소분할 시스템에서- 복수의 천연 가스 버너들 또는 천연 가스 보일러들일 수 있고, 이들에 의해 수행될 수 있다. 예를 들어 석탄 연소 또는 오일 연소 시스템과 같은 다른 추가의 연소 시스템도 가능하다.

상기 현재 출력 범위의 한계에서, 현재 1차 열공급 및 추가 열공급 (최소 및 최대 추가 열공급)으로부터 출력 조정 및/또는 주파수 조정, 또는 1차 및/또는 2차 주파수 조정을 위한 하나 이상의 출력 예비분을 갖는 각각 하나의 출력 예비분이 "형성"되거나 고려된다.

즉, 현재 출력 범위의 한계는 각각, 형성되거나 고려되는 출력 예비분만큼 이동됨으로써, 현재 출력 범위가 상부 한계 및 하부 한계에서 상기 두 개의 출력 예비분 만큼 증가 또는 감소하고, 이를 통해 상기 현재 출력 범위에 있어서 출력 조정 및/또는 주파수 조정, 또는 1차 및/또는 2차 주파수 조정을 위한 예비분이 제공되거나 또는 보장된다.

이 경우에, 현재 출력 범위의 한계가 상기 범위에 속한 것으로 간주되어야 한다.

제한 사항들로서의 상기 한계들 또는 상기 현재 출력 범위/(출력-) 윈도우는 태양열 발전소의 목표값 설정기로 스위칭될 수 있고, 목표값 설정기는 현재 사전 설정된 목표값이 현재 출력 윈도우 밖에 놓이면, 상기 목표값을 현재 출력 윈도우 내로 설정하거나, 현재 출력 윈도우 내로 유도한다(목표값 조정).

구체적으로, 조정 가능한 현재 목표값은 윈도우의 상응하는 관련 상한 또는 하한까지 변위될 수 있다.

현재 출력 윈도우 내에서 목표값의 폭 넓은 이동은, 예를 들어 출력 윈도우의 중간까지 가능하나, 시설의 불필요한 큰 변동을 방지하기 위해, 목표값을 출력 윈도우 한계까지"만" 이동시키는 것이 바람직하다.

태양열 발전소의 사전 설정된 또는 조정된 목표값이 출력 윈도우 내에 있을 경우, 태양열 발전소의 1차 조정 또는 2차 조정, 전기적 출력 급상승과 같은 출력 조정이 항상 가능하거나 보장된다.

이와는 상관없이, 태양열 발전소의 달성 가능한 출력은 단지 검출된 출력 역량에 의해, 즉, 출력 제한된 개별 유닛의 상태(예를 들어, 작동 중인 공급 펌프)에 따라, 태양열 발전소의 최대 달성 가능한 출력에 의해서만 제한된다.

현재 출력 윈도우 및/또는 현재 출력 윈도우 한계는 -정보를 위해- 급전 센터로 전달될 수 있다.

본 발명 또는 본 발명에 따른 방법이 시간 흐름에 따라, 예를 들어 증기 발전소/태양열 발전소의 작동 기간 또는 작동 단계의 시간 간격, 즉, 이어지는 시점들에서 실행되는 경우, 현재 제공된 각각의 1차 열량, 특히 태양 복사의 변경에 따라, 목표값이 -증기 발전소에서 출력 조정 및/또는 주파수 조정, 또는 1차 및 2차 출력 조정의 보장을 위해- 출력 윈도우 내에 있을 수 있도록, (시간에 걸쳐) 출력 윈도우는 단지 자동으로 상부 또는 하부로 이동된다.

목표값 설정기의 가능한 설정 범위의 자동 조정이 이와 관련된다.

특히, 예를 들어 운량 및/또는 추가 열량의 발생 시 1차 열량의 감소로 인해, 갑자기 현재 목표값이 출력 윈도우의 상부 한계를 초과한다면, 이에 상응하여 현재 목표값이 목표값 설정기에 의해 조정되는데, 즉, 현재 목표값이 하강하는 상부 설정 경계와 함께 자동으로 하부로 안내된다.

1차 열량의 변경 또는 상승으로 인해, 특히, 예를 들어 구름이 없는 태양 복사 및/또는 추가의 열용량이 상부 설정 경계를 다시 상부로 이동시키는 즉시, 그리고 이에 의해 상부 출력 윈도우 한계와 함께 하부로 동반 안내된 목표값이 "상향 유격"을 획득하는 즉시, 목표값은 가능한 한 다시 상부로 조정될 수 있다.

즉, 목표값은, 상부 출력 윈도우 한계의 이동을 통해 상부로 제공된 (출력) 공간을 이용할 수 있고, 가능한 한, 즉, 상부로 이동된 출력 윈도우 한계를 통해 다시 제한되고, 이전의 출력 윈도우 외부에 놓인 원래의 사전 설정된 목표값의 방향으로 상부로 이동한다.

이는, 목표값이 이전의 출력 윈도우 외부에 있는 원래 사전 설정된 수준에 도달할 때까지 또는 현재 출력 윈도우 내에 있는 새로운 목표값이 사전 설정될 때까지 수행될 수 있다.

그러나, 대안적으로, 목표값은 우선, 새로운 현재 목표값이 사전 설정될 때까지, 상향 이동된 상부 출력 윈도우 한계의 수준에 머물러 있을 수도 있다.

이에 상응하여, 이는, 갑자기 출력 윈도우의 하부 한계 미만에 놓인 현재 목표값에도 유효하다.

이로써, 1차 열공급이 자유롭게 조정 불가능한 태양열 발전소는, 어떠한 경우에도 -지금까지의 해결책과는 달리- 출력 조정 작동에 있어서 출력 조정 및/또는 주파수 조정 능력, 그리고 이에 따라 1차- 및 2차 조정 능력을 가지면서 유지된다.

따라서, 작업자는 지속적으로 상응하는 보상을 얻게 된다. 또한, 정보를 위해, 출력 윈도우의 한계 또는 현재 출력 범위의 한계가 급전 센터로 전달될 수 있다.

이에 상응하는 본 발명에 따른 태양열 발전소는 데이터 처리 수단, 특히 블록 통제 시스템 내에 구현된, 특히 프로그래밍된 연산 유닛을 포함하며, 데이터 처리 수단은, 목표값의 목표값 조정을 위한 본 발명에 따른 방법이 실행되도록 구성된다.

이로써, 목표값의 목표값 조정을 위한 본 발명에 따른 방법 및 상응하는 본 발명에 따른 태양열 발전소는 자동화 출력 조정 및/또는 주파수 조정, 또는 1차- 및/또는 2차 주파수 조정을 가능케 하는데, 그 이유는 태양열 발전소의 사전 설정된 또는 조정된 목표값이 (항상) 상기 출력 윈도우 내에 있기 때문이며, 출력 윈도우에서는 태양열 발전소의 1차 조정 또는 2차 조정, 전기적 출력 급상승과 같은 출력 조정이 항상 가능하거나 또는 보장된다.

본 발명은 여러 관점에서 상당히 바람직하다는 것이 입증되었다.

이렇게, 본 발명은 태양열 발전소의 자동 또는 자동화 출력 조정 작동을 가능케 한다. 특히, 본 발명은 태양열 발전소의 주파수 조정, 또는 1차 및/또는 2차 조정 능력을 가능케 한다.

이로써, 요구된 그리드 연결 조건이 본 발명에 따라 작동하는 태양열 발전소 측에서 충족될 수 있다. 또한, 시설 작업자는 1차 조정 및/또는 2차 조정에 대한 상응하는 보상을 얻는다.

본 발명의 바람직한 개선예는 종속 청구항에 기재된다. 설명된 개선예는 본 발명에 따른 방법 및 본 발명에 따른 발전소와 관련된다.

본 발명에 따른 방법 또는 개선예는 태양열 발전소의 블록 통제 시스템 내에 구현되는 것은 특히 바람직하며, 블록 통제 시스템은 본 발명에 따른 방법 및/또는 개선예를 실행하며, 그리고 이에 상응하게 태양열 발전소를 개회로 제어 및/또는 폐회로 제어 또는 작동할 수 있다.

목표값이 -조정 시에- 출력 윈도우의 경계에/경계 상에 놓이도록, 태양열 발전소를 작동하거나 또는 목표값을 설정하는 것은 더 바람직하다. 즉, 출력 윈도우 외부에 있는 현재 목표값의 조정은 목표값이 상응하는 각각의 현재 출력 범위의 한계의 값으로 각각 설정되도록 수행될 수 있다.

또한, 현재 출력 범위 외부에 있는 목표값이 각각의 현재 출력 범위 내로, 예를 들어 출력 범위의 중간까지 더 이동하는 것도 가능하다.

예를 들어, 출력이 1차 열공급으로 인해 이미 최대 시설 출력 또는 출력 역량에 근접함으로써, 출력 윈도우 또는 검출된 윈도우 크기가 사전 설정된 최소 범위에 미달될 경우, 시설은 살제값으로 보정되고 급전 센터의 영향 또는 1차 및/또는 2차 조정 영향은 차단된다.

추가로, 태양열 발전소는, 출력 결정 부품을 통한 한계 설정 시에 태양열 발전소의 정지를 방지하기 위해, 마찬가지로 출력 역량에 상응하여 제한될 수 있다.

바람직한 다른 개선예에 따르면, 특히 태양열 발전소의 자동화 작동 중에, 현재 사전 설정된 목표값이 현재 출력 범위보다 클 경우, 발전소의 현재 사전 설정된 목표값이 특히 목표값 설정기를 통해 자동으로 적어도 조정 범위 상한까지 하부로 안내된다. 특히 바람직하게는, 현재 사전 설정된 목표값이 정확히 현재 출력 범위의 상부 한계까지 보정될 수 있다.

이에 상응하여, 현재 사전 설정된 목표값이 현재 출력 범위 미만에 있을 경우, 발전소의 현재 사전 설정된 목표값이 특히 목표값 설정기를 통해 자동으로 적어도 조정 범위 하한까지 상부로 안내될 수 있다. 특히 바람직하게는, 현재 사전 설정된 목표값이 정확히 현재 출력 범위의 하부 한계까지 보정될 수 있다.

특히 바람직하게는, 개선예에 따라, 하나 이상의 상응하는 천연 가스 버너 또는 천연 가스 보일러를 이용하는 천연 가스 점화를 통한 추가의 열공급이 이루어지며, 이에 의해 출력 범위가 최소 천연 가스 점화로부터 그리고 최대 천연 가스 점화로부터 형성된다.

그에 따라, 현재 출력 범위는, 현재 1차 열공급의 현재 출력을 사용하여, 추가의 열공급으로부터의 최소 가능한 출력을 더하여(최소 열공급), 그리고 현재 1차 열공급의 현재 출력을 사용하여, 추가의 열공급으로부터의 최대 가능한 출력을 더하여(최대 열공급) 결정될 수 있다.

또한, 조정 범위 하한에서 추가 열원의 경제적 기여분이 고려될 수 있다. 따라서, 이는 경계적인 이유에서, -경제적인 관점 하에 결정될- 추가 열원의 출력 기여를 고려하는 것은 바람직할 수 있다. 조정 범위 하한은 추가 열원의 경제적인 출력 기여만큼 상승하고, 이는 출력 범위 윈도우가 상기 경제적인 출력 범위만큼 감소되도록 한다.

바람직한 개선예에 따르면, -출력 조정을 위한 예비분에 더하여- 하위 예비 출력에서, 출력 급상승에서 하부 점화(underfiring)에 대한 추가 예비분 및/또는 증기 어큐뮬레이터의 배출에 대한 추가 예비분 및/또는 "댐핑"에 대한 추가 예비분이 고려될 수 있다.

또한, -출력 조정을 위한 예비분에 더하여- 상위 예비 출력에서, 출력 급상승에서 상부 점화(overfiring)에 대한 추가 예비분 및/또는 증기 어큐뮬레이터의 충전에 대한 추가 예비분 및/또는 "댐핑"에 대한 추가 예비분이 고려될 수 있다.

바람직한 개선예에서, 조정 범위 하한은, 현재 1차 열공급의 현재 출력에 추가 열공급의 최소 가능 출력과, 추가 열원의 경제적 출력 기여분과, 하위 예비 출력을 더하여 결정된다.

상기 조정 범위 하한은 예를 들어 산술적으로 하기와 같이 풀어쓰거나 표현 할 수 있다: 현재 1차 열공급 + 최소 추가 열공급, 예를 들어 최소 천연 가스 점화 + 추가 열원의 경제적 출력 기여분 + 하위 예비 출력, 예를 들어 출력 급상승 시 하부 점화를 위한 예비분, 출력 조정 예비분, "댐핑" 예비분, 그리고 1차 조정 과정 중에 경우에 따른 조치에 대한 예비분.

다른 바람직한 구성에 따르면, 조정 범위 상한은 현재 1차 열공급의 현재 출력에 추가 열공급의 최대 가능 출력을 더하고 상위 예비 출력을 제하여 결정된다.

상기 조정 범위 상한은 예를 들어 산술적으로 아래와 같이 풀어쓰거나 표현할 수 있다: 현재 1차 열공급 + 최대 추가 열공급, 예를 들어 추가의 천연 가스 점화 - 상위 예비 출력, 예를 들어 출력 급상승 시 상부 점화를 위한 예비분, 출력 조정 예비분, "댐핑" 예비분, 그리고 1차 조정 과정 중에 경우에 따른 조치에 대한 예비분.

다른 바람직한 개선예에서, 태양열 발전소의 현재 출력 범위는 증기 발전소의 목표값 설정기에 통지되고, 목표값 설정기는, 상기 발전소의 현재 사전 설정된 목표값이 현재 출력 범위 밖에 놓이면, 상기 현재 목표값을 조정하며, 즉, 현재 출력 범위로 이동시킨다.

또한, 태양열 발전소의 조정 범위 하한 및/또는 조정 범위 상한 및/또는 현재 출력 범위는, 태양열 발전소가 연결된 전력 분배 그리드의 급전 센터에 전달된다.

또한, 바람직하게는, 태양열 발전소의 검출된 현재 출력 범위가 사전 설정된 최소 범위에 미달할 경우, 현재 사전 설정된 목표값이 살제값으로 보정되고, 그리고/또는 급전 센터의 영향, 및/또는 1차 및/또는 2차 조정 영향이 차단된다.

특히 바람직하게는, 본 발명 또는 본 발명에 따른 목표값 조정은 각각, 태양열 발전소의 작동 중에 복수의 시점, 특히 사전 설정된 시간 간격의 여러 시점에서 실행된다.

시간 간격은 증기 발전소의 사전 설정된 작동 기간일 수 있다. 시점은 시간 간격 내 시계열을 형성할 수 있다.

본 발명은, 태양열 발전소의 작동 중에 사전 설정 가능한 시점에서 그리고 사전 설정 가능한 기간 중에 연결 또는 스위치-온될 수 있다.

이전에, 즉, 연결 시점 이전에, 현재 제공된 1차 열량에 따라 작동하는 태양열 발전소는, 본 발명의 연결 또는 스위치-온 시에 (자동) 출력 시퀀스 작동에서 사전 설정된 기간 동안 작동된다.

또한, 바람직하게는, 본 발명 또는 본 발명에 따른 목표값 조정은 태양열 발전소의 자동 출력 조정에 사용된다. 이때, 발전소의 사전 설정 가능한 작동 기간 간격으로부터 시계열의 여러 시점에서 각각 본 발명 또는 본 발명에 따른 방법이 실행될 수 있다.

즉, 태양열 발전소의 사전 설정 가능한 현재 목표값 중 하나가 각각의 본 발명에 따른 현재 출력 범위 밖에 놓일 때마다, 이 현재 목표값은 자동으로, 특히 태양열 발전소의 목표값 설정기에 의해 현재 출력 범위에 맞추어 조정된다. 현재 출력 범위 외부에 있는 현재 목표값은 현재 출력 범위 내로, 바람직하게는 그 한계 이내로 설정된다.

태양열 발전소의 출력은 현재 사전 설정된, 경우에 따라 조정된 목표값을 사용하여 작동되거나 조정된다.

목표값의 사전 설정은 시설의 작업자를 통해, 예를 들어 발전소 작업자를 통해 또는 전력 그리드의 급전 센터를 통해 수행될 수 있다. 목표값은, 태양열 발전소의 현재 출력을 상응하게 개회로 제어/폐회로 제어하는 목표값 설정기로 연결된다.

또한, 본 발명에 따른 데이터 처리 수단은 태양열 발전소의 블록 통제 시스템의 구성 부품이다.

특히 바람직한 개선예에 따르면, 태양열 발전소는, 본 발명의 실행을 위해 구성된 블록 통제 시스템을 포함한다.

2차 순환 회로가, 주파수 조정 범위 내에서 출력 변경에 사용되는 하나 이상의 열 에너지 저장부를 포함할 경우, 주파수 조정 능력은 더 개선될 수 있다.

상기 유형의 (2차 순환 회로 내) 열 에너지 저장부는 물/증기 순환 회로의 공급수 또는 수증기와 같은, 2차 순환 회로의 공정 매체 내에 내재된 에너지 저장부를 기초로 한다.

예를 들어, 고압 터빈 제어 밸브의 스로틀링, 고압 터빈 섹션을 위한 과부하 도입, 응축물 축적, 고압 예열기의 공급수 측 우회 및 고압 예열기로 이어지는 추출 증기 라인들의 스로틀링은 공지된 열 에너지 저장부를 나타낸다[증기 터빈 발전소를 위한 신축성 있는 부하 운전 및 주파수 지원(Flexible Load Operation and Frequency Support for Steam Turbine Power Plants), 비히트만 등, VGB PowerTech 7/2007, 49 내지 55면].

이러한 열 저장부는 -저장된 에너지의 "인출" 시, 예를 들어 응축물 축적의 스로틀링 또는 구성의 변경을 통해- 2차 순환 회로 내의 출력 변동을 어느 정도 허용한다. 그러나, 이 경우 열 저장부는 비워지는데, 즉, "인출" 시 그곳에 저장된 에너지가 비워진다.

특히 바람직하게는, 2차 순환 회로 내의 하나 이상의 열 에너지 저장부를 충전하기 위해, 추가 열원이 사용될 수 있다.

즉, 바람직하게는 태양열 발전소의 출력 조정의 개선 및 가속화가 가능하도록, 상기 유형의 복수의 열 에너지 저장부가 2차 순환 회로 내에서 사용될 수 있고, 열 에너지 저장부는 각각 추가 열원을 사용하여 다시 충전될 수 있다.

편의상 또는 간략하게 표현하자면, 더 이상 충전되지 않는 2차 순환 회로 내의 열 에너지 저장부는 1차 순환 회로 내의 추가 열원을 사용하여 충전된다.

이를 위해, 열 전달 매체에 대한 추가의 열공급은, 추가 열원, 예를 들어 천연 가스 버너를 통해 1차 순환 회로 내에서 활성화되거나 또는 증가할 수 있고, 이는 -1차 순환 회로와 2차 순환 회로의 (열적인) 연결을 통해- 2차 순환 회로의 공정 매체 내로의 추가의 에너지 투입을 유도한다. 2차 순환 회로의 공정 매체 내의 추가의 에너지 투입은, 이에 의해 태양열 발전소의 출력이 변동하거나 감소하지 않으면서, 2차 순환 회로 내의 열 에너지 저장부(들)의 (재)충전을 위해 사용될 수 있다.

이로써, 열 에너지 저장부의 재충전을 위해 1차 순환 회로 내에서 추가 열원을 사용하는 것은, 태양열 발전소에서 더 효과 있는 출력 조정 및/또는 주파수 조정, 또는 1차- 및/또는 2차 주파수 조정을 가능케 하는데, 그 이유는 2차 순환 회로 내의 열 에너지 저장부의 (재)충전을 통해 -제공된 발전소 출력과는 무관하게- "항상 다시 충전되는" 열 에너지 저장부가 태양열 발전소에서 주파수 조정 또는 2차- 및/또는 1차 조정의 범주 내에서 출력 변경에 대해 거의 영구적으로 제공되기 때문이다.

또한, 특히 바람직하게는, 열 에너지 저장부의 충전은, 열 에너지 저장부의 충전 정도와는 무관하게, 추가 열원을 이용하여 실행될 수 있다.

열 에너지 저장부의 충전 정도가 특정 레벨에 미달되면, 열 에너지 저장부가 충전된다. 이로써, 열 에너지 저장부는 사전 설된 충전 정도로 또는 이상으로 유지될 수 있다. 특히, 열 에너지 저장부는 항상 완전히 충전될 수 있다.

본 발명의 바람직한 구성의 상기 설명은 각각의 종속 청구항에서 부분적으로 여러 조합으로 설명된 많은 특징들을 포함한다. 그러나, 전문가는 유리하게는 이러한 특징들을 개별적으로 고찰하고 바람직한 여러 조합으로 통합한다.

특히 이러한 특징들은 각각의 종속 청구항에 따라 각각 개별적으로 그리고 임의의 적절한 조합으로, 본 발명에 따른 방법 및/또는 장치와 조합될 수 있다.

이하 상세히 설명될 본 발명의 실시예가 도면에 도시된다.

도 1은 일 실시예에 따른 출력 조정 가능한 태양열 발전소의 조절-/제어-/시설 배치도이다.
도 2는 도 1에 따른 출력 조정 가능한 태양열 발전소의 출력 윈도우의 개략도이다.
도 3은 상기 실시예에 따른 현재 작동 및 출력 시퀀스 작동에서 태양열 발전소의 출력 범위 및 출력 거동의 그래프이다.

실시예: 자동으로 출력 조정 가능한 태양열 발전소

도 1은 출력 조정 가능한("부하 셋팅 모드") 태양열 발전소(1)의 조절-/제어-/시설 배치도(60)를 도시한다.

지금까지의 통상의 태양열 발전소와는 달리, 여기서 설명되는 발전소(1)는 -시설(a, c 또는 72)의 통상의 공지된 현재 작동에 추가로- 자동으로 출력 조정 가능하게 작동 가능하다("부하 셋팅 모드"/출력 시퀀스 작동)(b 또는 71).

이 태양열 발전소(1)의 출력 조정 능력은 2차 조정 능력("2차 그리드 주파수 통제")을 포함한다.

예를 들어, 측정값, 공정 데이터 또는 상태 데이터와 같은 태양열 발전소(1)에서 형성되는 모든 정보는 제어 스테이션에 표시되고, 그곳에서 태양열 발전소(1)의 중앙 통제- 또는 제어- 및/또즌 조절 요소로서의 중앙 연산 유닛(64) 및 블록 통제 시스템(61)에서 분석되고, 개별 발전소 부품의 작동 상태가 표시되고, 분석되고, 통제되고, 제어되고 그리고/또는 조절된다.

제어 요소를 이용하여, -마스터 컴퓨터의 중앙 구성 부품으로서- 제어 스테이션 조작자(작업자)에 의해 블록 통제 시스템을 통해, 또는 태양열 발전소(1)의 작동 시퀀스 중에 자동으로 간섭될 수 있고, -이를 통해- 예를 들어 부속품 또는 밸브의 개방 또는 폐쇄를 통해, 또는 공급된 연료량의 변경을 통해 시설이 작동된다.

또한, 출력 조정 및/또는 주파수 조정, 또는 1차 및/또는 2차 주파수 조정 및 태양열 발전소(1)의 자동 부하 시퀀스 작동(71)은 블록 통제 시스템(61)에 의해 제어된다.

이하 간단히 발전소(1)로 표시되는 태양열 발전소(1)는 -다단계식 열 교환기(40)를 통해 (열적으로) 연결되는- 두 개의 순환 회로(2, 3), 즉, 하나의 1차 순환 회로(태양열 순환 회로)(2) 및 하나의 2차 순환 회로(물/증기 순환 회로)(3)를 포함하며, 다시 말해, 발전소는 이중 회로 원리에 따라 작동한다.

1차 순환 회로 또는 태양열 순환 회로(2)는 대부분 태양열 집열기 어레이(11) 내에 배치된 복수의 태양열 집열기(12)를 관류하는 열 전달 매체(13), 여기서는 (열전달) 오일(13)이 태양 복사(10)를 통해 가열된다(1차 열원/에너지원 또는 1차 에너지 공급/열공급 또는 열 투입, 1차 에너지/1차 에너지원(10)).

가열된 열 전달 매체(13)는 계속해서 천연 가스 보일러(21)를 관류하며, 상기 천연 가스 보일러 내에서는 "1차 가열된" 열전달 오일(13)이 더 가열되거나 가열될 수 있다(20)[추가 열원/열공급, 추가 에너지/에너지원(20)].

추가 열원(20)은, 한편으로는, 시설(1)이 경제적으로 최적으로 작동되고, -영향을 미칠 수 없는 변동에 있는- 1차 에너지원(10)으로부터의 출력을 안정시키고, 그리고 -이하 상세히 설명되는- 발전소(1)의 주파수 조정 능력 및 자동 부하 시퀀스 작동(71)을 가능케 하도록, 사용된다. 다른 한편으로는, 추가 열원(20)은 열전달 오일(13)이 액체로 유지되도록 하는데 사용된다("결빙 방지").

열전달 오일(13)이 추가 열원(20)에 이어 열 교환기(40)를 관류하는데, 열교환기에서 열전달 오일은 -적어도 부분적으로- 1차 열원, 경우에 따라서 추가의 열공급(10, 20)으로부터 흡수된 열 에너지를 2차 순환 회로(3), 물/증기 순환 회로(3) 또는 그곳에 있는 공정 매체(41), 즉, 물(공급수)(41)에 전달한다.

그 다음, -냉각된- 열 전달 매체(13) 또는 열전달 오일(13)이 태양열 집열기(12) 또는 태양열 어레이(11)로 -공급 펌프(23)를 통해 공급- 역류함으로써, 1차 순환 회로(2) 또는 태양열 순환 회로(2)가 폐쇄된다.

1차 순환 회로(2)로부터 2차 순환 회로(3) 또는 물/증기 순환 회로(3)로의 열 전달을 통해, 물(공급수)(41)가 수증기(41)로 변환되고, 즉, 가열되고, 증발되고, 과열되어 파이프 라인(43)을 통해 증기 터빈(42)으로 유동하는데, 증기 터빈 내에서 수증기(41)는 그 에너지의 일부를 팽창시켜서 운동 에너지로서 터빈(42)으로 제공한다.

터빈(42)에 연결된 발전기(44)를 통해 기계적 출력이 전기적 출력으로 변환되어 전류로서 전력 그리드(33)에 공급된다(45).

터빈의 하부에는 응축기(46)가 배치되고, 응축기 내에서 증기(41)가 -터빈(42) 내에서 팽창된 후에- 그 열의 대부분을 냉각수로 전달한다. 이러한 과정 중에 증기(41)가 응축을 통해 액화된다.

공급수 펌프(48)는 공급수(41)로서, 생성된 물(41)을 다시 다단계식 열 교환기(40)로 공급하고, 이를 통해 2차 순환 회로(3)가 폐쇄된다.

공급수(41) 또는 수증기(41)에 내재된 에너지 저장부를 기초로 하는 다양한 열 저장부(63)가 2차 순환 회로(3) 내에, 즉, 물/증기 순환 회로(3) 내에 구현된다.

도 1은 예를 들어, 고압 터빈 제어 밸브(47) 또는 고압 터빈 제어 밸브 스로틀(47)의 스로틀링 형태의 열 저장부(63)를 나타낸다.

-상세히 설명되지 않은- 다른 열 저장부(63)는 고압 터빈 섹션에 대한 과부하 도입, 응축물 축적, 고압 예열기의 공급수 측 우회 및 고압 예열기로 이어지는 추출 증기 라인들의 스로틀링이다.

이 경우, -블록 통제 시스템(61)을 통해 개회로 제어/폐회로 제어된- 고압 터빈 제어 밸브(63)의 스로틀링은 공급수(41) 또는 수증기(41)에 내재된 에너지의 목표한 "인출"을 허용하고, 이를 통해 -주파수 조정의 범주 내에서- 2차 순환 회로(3) 내의 목표한 출력 변경이 가능하다.

여기서 -예시적으로 설명된- 열 저장부(63)로부터, 즉, 고압 터빈 제어 밸브(47)의 스로틀링으로부터, 주파수 조정 시에 요구된 출력 변경을 위해 에너지/출력이 인출되는 경우, 이 열 저장부(63, 47)가 다시 충전되어야 한다.

이는, -마찬가지로 블록 통제 시스템(61)을 통해 제어되고- 태양열 순환 회로(2) 내의 추가의 또는 증가된 천연 가스 점화(20)에 의해 수행됨으로써, 추가의 열 에너지가 열전달 오일(13)에 제공된다.

이러한 추가의 에너지 투입은 열 교환기(40)를 통해 2차 순환 회로(3)로 전달되어, 사용된 열 저장부(63, 47)의 재충전을 위해 제공된다. 스로틀링(47)은 블록 통제 시스템(61)을 통해 다시 최초 상태로 작동되고, 열 저장부(63, 47)는 다시 충전된다.

추가로, 도 1에 도시된 바와 같이, 상응하는 결선들(62)을 통해 블록 통제 시스템(61)으로, 특히 태양 전지판(30)의 출력, 천연 가스 점화 정차(34)의 작동 상태, 스로틀링 장치(35)의 상태, 그리고 발전소(1)에 의해 발생한 출력(31)과 전력 그리드(33)의 그리드 주파수(32)도 전송된다.

도 1에 추가로 도시된 바와 같이, 천연 가스 점화(20)의 제어는 천연 가스 유동(22, 73)의 개회로 제어/폐회로 제어를 통해 -그리고 고압 터빈 제어 밸브(47)의 스로틀링은 고압 터빈 제어 밸브 스로틀(47, 72)의 개회로 제어/폐회로 제어에 의해 마찬가지로 블록 통제 시스템(61)을 통해 수행된다.

즉, 시설(1)은 주파수 조정, 또는 1차 및/또는 2차 조정 가능한 부하 시퀀스 작동(71)에서 -전력 급전 센터(14)의 자동 사전 설정에 따라- 작동될 수 있다. 이를 위해 시설(1) 또는 터빈(42)은 출력 조정으로, 즉, 스로틀링된 밸브에 의한 변형된 가변 압력으로 작동된다.

태양열 발전소(1)에서, 달성 가능한 출력이 단지 검출된 출력 역량(96)에 의해서만, 즉, 발전소(1)의 최대 작동 가능한 출력이 출력 제한된 개별 유닛의 상태(예를 들어, 작동 중인 공급 펌프)에 따라 제한된다.

"부하 셋팅 모드 "(71)에서 발전소(1)의 작동

도 2는 출력 시퀀스 작동/"부하 셋팅 모드"(71) 또는 출력 시퀀스 작동(b 또는 71)을 위한 발전소(1)의 상응하는 출력 범위(80)를 개략 도시한다.

시설(1)을 통해 가능한 출력 시퀀스 작동(b 또는 71)에서, 시설은 스로틀링된 밸브에 의해 변형된 가변 압력으로 작동된다. 상응하는 출력 곡선(들)은 또는 작동 거동은 도 3에 상세히 도시된다.

먼저 도 2에 도시된 바와 같이, 그 범위 내에서 발전소(1)가 자동으로 출력 조정 가능한, 즉"부하 셋팅 모드"(71)로 작동될 수 있는 출력 범위(출력 윈도우)/"조정성 범위(range of adaptability")(80)가 특정 제한 조건으로부터 영향으로 받는다.

자동으로 출력 조정이 가능하기 위해서는, 시설(1)의 출력 목표값(목표값)(70)이 출력 윈도우(80) 내에 있어야 한다. 이를 위해, 출력 윈도우(80)의 한계 (90)가 설정 한계로서 (도시되지 않은) 출력 목표값 설정기로 연결된다.

출력 윈도우(80)가 연소 가능한 최소 가능 천연 가스량(82)으로부터의 출력을 더하여 현재 제공된 1차 에너지(81)로부터의 출력에 의해 우선 하향 제한되고;출력 윈도우(80)가 연소 가능한 최대 가능 천연 가스량(83)으로부터의 출력을 더하여 현재 제공된 1차 에너지(81)로부터의 출력에 의해 우선 상향 제한된다.

또한, 경제적인 최적화(86)를 달성하기 위한 천연 가스 점화량이 출력 윈도우(80)의 하부 한계(90)에 제공된다. 즉, 출력 윈도우(80)의 하부 한계(90)는 -경제적인 경계 조건이 고려되는 양만큼- 상향 이동한다.

자동으로 출력 조정 가능하도록, 하위 예비 출력(84) 및 상위 예비 출력 (85)에는 출력 윈도우(80)의 한계(90)가 형성된다. 즉, 출력 윈도우(80)가 각각 하부 또는 상부 예비분(84, 85)로 (더) 감소된다.

출력 예비분(84, 85)는, 발전소(1)가 예비분 한계(91)("부하 셋팅 모드"에서출력 범위/출력 윈도우의 하부 한계), 예비분 한계(92)("부하 셋팅 모드"에서 출력범위/출력 윈도우의 상부 한계) 내에서 작동되는 경우, 즉, 목표값이 상기 한계 (91, 92) 내에 설정되는 경우, 발전소(1)의 출력 조정 가능성을 보장한다.

하위 예비 출력(84)는, 출력 급상승에서의 하부 점화를 위한 예비분, "댐핑"예비분, 증기 어큐뮬레이터의 배출에 대한 예비분, 출력 조정을 위한 예비분("부하 통제") 및 1차 조정을 위한 예비분로부터 이루어지고; 상위 예비 출력(85)는, 출력 급상승에서의 상부 점화를 위한 예비분 "댐핑" 예비분, 증기 어큐뮬레이터의 충전에 대한 예비분, 출력 조정을 위한 예비분 및 1차 조정을 위한 예비분로 이루어진다.

"부하 셋팅 모드"에서 설비의 출력 상승 또는 출력 감소에 상응하여, 증기압이 상승 또는 감소되어야 한다. 이를 위해, 예비분 출력에 대한 상응하는 충분한양이 각각 작동될 출력 급상승을 위해 제공되어야 한다.

또한, 터빈(42)의 출력 조정 및 2차 조정로부터의 요구에 따라 형성된 특정출력 예비분이 출력 조정에 대해서도 유지되어야 한다.

시설(1)의 목표값(70)이 있을 수 있는 출력 윈도우(80)는 동적인데, 즉, 목표값은 발전소(1)의 작동 중에 -변동 또는 변경되면서- 제공되는 1차 에너지(10, 93)에 따라 이동된다. 더 많은 1차 에너지(10)가 제공되면(증가한 태양 복사), 출력 윈도우(80)는 상부(94)로 이동하고; 더 적은 1차 에너지(구름)가 제공되면, 출력 윈도우는 하부(95)로 이동한다.

발전소(1)의 달성 가능한 출력인 "작동 범위(range of operation)"(100)가 단지 검출된 출력 역량(96)에 의해만 상부로 제한되는데, 즉, 발전소(1)의 최대 작동 가능한 출력은, 출력 제한되는 개별 유닛(예를 들어, 작동 중인 공급 펌프)의 상태에 따라 제한된다. 시설(1)의 작동 가능한 출력은, 오직 시설(1)의 안정적인 작동을 위해 최소 필요한 최대 (최소)부하/출력(97)에 의해서만 하부로 제한된다.

예를 들어, 출력이 1차 열공급(10)으로 인해 이미 최대 시설 출력 또는 출력 역량(96)에 근접함으로써, 출력 윈도우(80) 또는 검출된 윈도우 크기가 사전 설정된 최소 범위에 미달할 경우에 비로소, 시설(1)이 살제값으로 보정되고 급전 센터의 영향 또는 1차 및/또는 2차 조정 영향이 차단된다(현재 작동 (74)).

도 1에 도시된 바와 같이, 발전소(1)는 급전 센터(14) 측에서- (출력) 목표값 (MWel)(70)의 사전 설정에 의해 작동된다. 이러한 사전 설정된 목표값(70)으로부터 천연 가스 점화 제어(73) 및 터빈 제어(72)를 위한 상응하는 목표값이 검출되고 이에 상응하여 시설(1)이 조절 또는 작동된다.

정보를 위해, 현재 출력 윈도우(80)의 한계(90)가 급전 센터(14)에 전달된다.

도 3은 현재 작동(a, c 또는 74) 및 출력 시퀀스 작동(b 또는 71)("부하 셋팅 모드")에서 태양열 발전소(1)의 출력 범위 및 작동-/출력 거동을 그래프로 도시한다.

도시된 그래프는 각각 정규화된 그래프로 시간(t)(축 106)에 대한 [%](축 105)로 표시되다.

그래프(101)는 1차 열원/열공급(10)을 통해 제공된 출력의 흐름을 도시한다. 그래프(104)는 시설(1)의 (출력) 목표값의 진행을 도시한다; 그래프(107)는 시설(1)의 작동된 현재 출력을 나타낸다.

시설(1)의 작동 단계 (a, c) 중에, 태양열 발전소(1)는 작업자에 의해 수동으로- 통상적으로 현재 작동(74)으로 작동된다. 1차 열원/열공급(10)으로부터 제공된 출력에 상응하여, 시설(1)의 목표값(70)이 설정되고, 즉, 목표값(70)이 1차 에너지(10, 101)의 진행(1)을 따른다.

시점(A)에서 발전소(1)는, 시설이 시점(B)까지 작동되는 출력 시퀀스 작동 (b 또는 71)으로 전환된다.

출력 시퀀스 작동(71)이 개시되는 시점(A)에서 도 3에 도시된 하부 출력 윈도우 한계(102 또는 91) 및 도시된 상부 출력 윈도우 한계(103 또는 92)를 갖는 출력 윈도우(80)가 "개방"된다. 목표값이 시점(A)에서 출력 윈도우(80)의 대략 중간으로 작동된다.

도 3에 추가로 도시된 바와 같이, 현재 제공된 각각의 "1차 에너지"(10, 101)의 변경에 따라, 태양열 발전소(1)에서 출력 조정(71)의 보장을 위한 목표값(70)이 있을 수 있는 (그래프 C) 출력 윈도우(80)가 상향 또는 하향 이동된다.

이는 목표값 설정기의 가능한 설정 범위의 자동 조정과 관련된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 1차 에너지(10)의 감소로 인해, 갑자기 출력 윈도우(80)의 상부 한계(103, 92)를 초과할 수도 있는 현재 목표값(70)(지점 G)이 상응하게 목표값 설정기에 의해 조정되는데, 즉, 현재 목표값이 하강하는 상부 설정 경계(103)로부터 자동으로 함께 하부로 안내된다(그래프/단계 e).

1차 에너지(10)의 변경 또는 증가로 인해, 상부 설정 경계(103)가 다시 상부로 이동되는 (지점 H) 즉시, 새로운 현재 목표값(70)이 사전 설정될 때까지 우선 목표값이 지점 H의 레벨에 그대로 남아 있다(지점 D).

이는, 갑자기 출력 윈도우(80)의 하부 한계(102) 미만에 놓이게 되는 현재 목표값(70)에 대해서도 상응하게 적용된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 1차 에너지(10)의 증가로 인해, 갑자기 출력 윈도우(80)의 하부 한계(102, 91) 미만에 놓일 수도 있는 현재 목표값(70)(지점 E)이 상응하게 목표값 설정기에 의해 조정되는데, 즉, 현재 목표값이 상승하는 하부 설정 경계(102)로부터 자동으로 함께 상부로 안내된다(그래프/단계 d).

1차 에너지(10)의 변경 또는 감소로 인해, 하부 설정 경계(102)가 다시 하부로 이동되는(지점 F) 즉시, 새로운 현재 목표값(70)이 사전 설정될 때까지, 우선 목표값이 지점 F의 수준에 그대로 남아 있다(지점 D).

시점(B)에서, 시설(1)은 출력 시퀀스 작동(b)을 떠나서 다시 현재 작동(c 또는 74)으로 전환된다. 출력 윈도우(80)는 "폐쇄"된다. 목표값(70)은 다시 1차 에너지(10)에 직접 따른다.

본 발명이 바람직한 실시예에 따라 상세히 도시되고 설명됨에도 불구하고, 본 발명은 공개된 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 보호 범위를 벗어나지 않으면서 다른 변형예가 전문가에 의해 도출될 수 있다.

Claims (15)

1. 조정 불가능한 1차 열원(10) 및 추가 열원(20)을 구비한 태양열 증기 발전소(1)에서, 특히 자동 출력 조정을 위해 목표값을 조정하는 방법에 있어서,
   태양열 증기 발전소(1)의 작동 중 하나 이상의 사전 설정된 시점에, 태양열 증기 발전소(1)에 대한 현재 출력 범위(80)가 검출되며,
   태양열 증기 발전소(1)의 현재 출력 범위(80)는 조정 범위 하한(91) 및 조정 범위 상한(92)에 의해 제한되며,
   현재 출력 범위(80)는 1차 열원(81)(10)의 현재 출력을 사용하여, 그리고 추가 열원(20)(82)(83)의 출력 범위를 사용하여 결정되며,
   조정 범위 하한(91)에서는, 출력 조정 및/또는 주파수 조정, 또는 1차 및/또는 2차 주파수 조정을 위한 하나 이상의 예비분을 갖는 하위 예비 출력(84)이 고려되며,
   조정 범위 상한(92)에서는, 출력 조정 및/또는 주파수 조정, 또는 1차 및/또는 2차 주파수 조정을 위한 하나 이상의 예비분을 갖는 상위 예비 출력(85)이 고려되며,
   목표값 조정 시, 태양열 증기 발전소(1)의 현재 사전 설정된 목표값(70)이 현재 출력 범위(80) 밖에 놓이는 경우, 상기 현재 사전 설정된 목표값(70)은 현재 출력 범위 내에서 설정되는(71) 것을 특징으로 하는, 목표값 조정 방법.
2. 제1항에 있어서, 태양열 증기 발전소(1)의 현재 사전 설정된 목표값(70)이 현재 출력 범위(80)보다 클 경우, 현재 사전 설정된 목표값(70)은 하향으로 적어도 조정 범위 상한(92)까지 안내되고, 그리고/또는 현재 사전 설정된 목표값(70)이 현재 출력 범위(80)보다 작을 경우, 상향으로 적어도 조정 범위 하한(91)까지 안내되는 것을 특징으로 하는, 목표값 조정 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 추가 열원(20), 특히 천연 가스 점화 시스템(20)의 현재 출력 범위는, 추가 열원(20)(82)의 최소 가능 출력 및 추가 열원(20)(83)의 최대 가능 출력에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는, 목표값 조정 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 적어도 어느 한 항에 있어서, 현재 출력 범위(80)는, 1차 열원(10)(81), 특히 태양 에너지(10)의 현재 출력에 추가 열원(20)(82)의 최소 가능 출력을 더하여, 그리고 1차 열원(10)(81), 특히 태양 에너지(10)의 현재 출력에 추가 열원(20)(83)의 최대 가능 출력을 더하여 결정되는 것을 특징으로 하는, 목표값 조정 방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 적어도 어느 한 항에 있어서, 조정 범위 하한(91)에서는, 태양열 발전소(1)의 경제적인 작동을 달성하기 위해, 특히 경제적인 최적화를 달성하기 위해, 추가 열원(20)의 경제적 기여분(86)이 고려되는 것을 특징으로 하는, 목표값 조정 방법.
6. 제1항 내지 제5항 중 적어도 어느 한 항에 있어서, 하위 예비 출력(84)에서는, 출력 조정 및/또는 주파수 조정, 또는 1차 및/또는 2차 주파수 조정을 위한 예비분에 더하여, 하부 점화를 위한 추가 예비분 및/또는 증기 어큐뮬레이터의 배출을 위한 추가 예비분 및/또는 "댐핑"을 위한 추가 예비분이 고려되는 것을 특징으로 하는, 목표값 조정 방법.
7. 제1항 내지 제6항 중 적어도 어느 한 항에 있어서, 상위 예비 출력(85)에서는, 출력 조정 및/또는 주파수 조정, 또는 1차 및/또는 2차 주파수 조정을 위한 예비분에 더하여, 상부 점화를 위한 추가 예비분 및/또는 증기 어큐뮬레이터의 충전을 위한 추가 예비분 및/또는 "댐핑"을 위한 추가 예비분이 고려되는 것을 특징으로 하는, 목표값 조정 방법.
8. 제1항 내지 제7항 중 적어도 어느 한 항에 있어서,
   조정 범위 하한(91)은, 1차 열원(10)(81)의 현재 출력에 추가 열원(20)(82)의 최소 가능 출력과, 태양열 발전소(1)의 경제적인 작동의 달성을 위한, 특히 경제적인 최적화의 달성을 위한 추가 열원(20)의 경제적 기여분(86)과, 하위 예비 출력(84)을 더하여 결정되고, 그리고/또는 조정 범위 상한(92)은, 1차 열원(10)(81)의 현재 출력에 추가 연료(83)에 의한 점화의 최대 가능 출력을 더하고 상위 예비 출력(85)을 제하여 결정되는 것을 특징으로 하는, 목표값 조정 방법.
9. 제1항 내지 제8항 중 적어도 어느 한 항에 있어서, 태양열 증기 발전소(1)의 현재 출력 범위(80)는 상기 증기 발전소(1)의 목표값 설정기에 통지되고, 목표값 설정기는, 태양열 증기 발전소(1)의 현재 사전 설정된 목표값(70)이 현재 출력 범위(80) 밖에 놓이면 상기 목표값을 조정하는(71) 것을 특징으로 하는, 목표값 조정 방법.
10. 제1항 내지 제9항 중 적어도 어느 한 항에 있어서, 태양열 증기 발전소(1)의 결정된 현재 출력 범위(80)가 사전 설정된 최소 범위에 미달할 경우, 현재 사전 설정된 목표값(70)이 실제값으로 보정되고, 그리고/또는 급전 센터의 영향, 및/또는 1차 및/또는 2차 조정 영향이 차단되는 것을 특징으로 하는, 목표값 조정 방법.
11. 제1항 내지 제10항 중 적어도 어느 한 항에 있어서, 태양열 증기 발전소(1)의 작동 중 사전 설정된 시간 간격의 복수의 시점, 특히 다수의 시점에서 각각 실행되는 것을 특징으로 하는, 목표값 조정 방법.
12. 적어도 제11항에 있어서, 상기 시간 간격은 태양열 증기 발전소(1)의 사전 설정된 일 작동 기간이며, 그리고/또는 상기 시점들은 시간 간격 내 시계열을 형성하는 것을 특징으로 하는, 목표값 조정 방법.
13. 제1항 내지 제12항 중 적어도 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은 태양열 증기 발전소(1)의 자동 출력 조정(71)에 사용되며,
    상기 태양열 증기 발전소(1)의 사전 설정 가능한 작동 기간 간격의 시계열의 여러 시점에서, 전술한 항들 중 적어도 어느 한 항에 따른 방법이 각각 수행되며,
    태양열 증기 발전소(1)의 현재 사전 설정된 목표값들(70) 중 하나가 각각의 현재 출력 범위(80) 밖에 놓일 때마다, 상기 현재 목표값(70)은 자동으로, 특히 상기 태양열 증기 발전소(1)의 목표값 설정기에 의해 현재 출력 범위(80)에 맞추어 조정되며, 특히 각각의 관련 조정 범위 한계(91, 92)로 설정되며,
    상기 태양열 증기 발전소의 출력은 현재 사전 설정된, 경우에 따라 조정된 목표값(70)을 사용하여 조절되는 것을 특징으로 하는, 목표값 조정 방법.
14. 자유롭게 조정될 수 없는 1차 열원(10) 및 추가 열원(20)을 구비한 태양열 증기 발전소(1)에 있어서,
    데이터 처리 수단(64), 특히, 전술한 방법 청구항들 중 적어도 어느 한 항이 수행될 수 있게 구축되고 프로그래밍된 연산 유닛(64)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 태양열 증기 발전소(1).
15. 적어도 제14항에 있어서, 데이터 처리 수단(64)은 태양열 증기 발전소(1)의 블록 통제 시스템(61)의 구성 부품인, 태양열 증기 발전소(1).

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