KR20170086408A - 파워 플랜트의 작동 방법 및 파워 플랜트 - Google Patents

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멩빈 장
크리스티안 스토크만
케빈 코크 펀 찬
마르셀 마이에르
페테르-파울 물러
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제네럴 일렉트릭 테크놀러지 게엠베하
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Abstract

파워 플랜트(1)를 작동시키는 방법을 개시한다. 이 방법은, 적어도 하나의 샤프트 파워(Psh,GT, Psh,ST)를 제공하고, 이에 의해 총 샤프트 파워를 제공하고 적어도 하나의 제너레이터를 구동하여 총 전력 출력을 제공하는 것; 상기 총 전력 출력 중의 제1 할당량을 전력망(grid)에 송전 전력 출력으로서 제공하는 것; 및 총 전력 출력 중의 제2 할당량(Pel,2)을 적어도 하나의 전력 소비처(11, 13)에 제공하는 것을 포함한다. 송전 전력 출력은 총 전력 출력의 상기 제2 할당량(Pel,2)을 조정함으로써, 총 전력 출력과 총 샤프트 파워 출력에 대해 독립적으로 조정된다.

Description

파워 플랜트의 작동 방법 및 파워 플랜트{METHOD FOR OPERATING A POWER PLANT, AND POWER PLANT}
본 개시는 청구항 1에 기재된 바와 같은 파워 플랜트를 작동시키는 방법에 관한 것이다. 또한, 본 개시는 파워 플랜트, 특히 개시하는 방법에 따라 작동되기에 적합한 파워 플랜트에 관한 것이다.
전력망(grid)에서 작동하는 파워 플랜트는 전력망에 급전 전력(dispatched power)을 제공할 필요가 있을 뿐만 아니라, 상당히 일정한 송전 주파수를 지원하도록 신속한 전력 조절을 제공할 필요가 있다. 송전 주파수는 예를 들면 전력망 내의 단일 파워 플랜트의 정전 또는 갑작스런 미급전 전력에 대한 수요(undispatched power demand)에 응답하여 갑작스런 강하를 경험할 수 있다. 전력망은, 총 송전 전력(grid power)이 작을수록, 그리고 그 전력망에 전력을 공급하는 개별 파워 플랜트가 클수록 결정적인 주파수 강하에 보다 취약하다. 게다가, 장거리 송전선 설비는 전체 전력망의 안정성을 제한할 수 있다.
결정적인 저주파수 상황의 발생에 응답하여, 하나의 파워 플랜트는 적어도 부분적으로 다른 파워 플랜트의 정전 또는 전력 수요의 갑작스런 증가를 보상하기 위해 추가적 전력을 전력망에 공급할 수 있다. 송전 주파수의 안정성을 유지하기 위해, 그러한 응답은 기술적으로 가능한 한 신속하게 그리고 전력 공급 기울기(power supply gradient)가 높게 제공될 필요가 있다. 갑작스런 전력 부족 또는 갑작스런 전력 수요 증가의 맨 처음의 상황에서, 파워 플랜트의 회전하는 플랜트 엔진의 관성이 주파수 강하를 지연시키는 기능을 할 수 있다. 하지만, 그 송전 주파수가 추가적 파워 플랜트들의 의도치 않은 저주파수로 인한 정지(underfrequency shutdown)를 야기하고 궁극적으로는 전력망의 정전을 야기할 수 있는 임계 수준에 도달하기 전에 전력 공급과 전력 수요 간의 불일치를 보상하는 것이 중요하다.
예를 들면, 소위 주파수 응답 능력을 위한 전력 예비량을 제공하기 위해, 파워 플랜트를 그 정격 최대 전력 아래로 작동시키는 것이 공지되어 있다. 예를 들면, 증기 파워 플랜트 또는 복합 사이클 파워 플랜트에서의 증기 터빈 엔진은 증기 터빈 입구 제어 밸브를 스로틀링(throttling)함으로써 고정된 압력 모드로 작동될 수 있다. 그러면, 보일러에 저장된 열에너지는 증기 터빈 입구 증기 제어 밸브를 개방함으로써 방출될 수 있다. 마찬가지로, 가스 터빈 파워 플랜트도 최대 전력 출력 아래로 작동되어, 주파수 응답 작동을 위한 예비 전력량을 제공할 수 있다. US 2014/0239638은 주파수 응답 능력을 제공하도록 복합 파워 플랜트를 작동시키는 방법을 개시하고 있다. US 7,784,286은 플랜트의 전력 출력을 증대시키기 위해 탈염수(demineralized water)를 가스 터빈 엔진의 압축기에 주입하는 방법을 개시하고 있다. 통상, 파워 플랜트 운용자는 주파수 응답 능력을 제공하는 것에 대해 전력망 운용자에 의해 보상되는데, 통상은 정격 전력 아래에서의 파워 플랜트의 작동으로 인한 전력 생산 및 효율의 손실에 대해 보상한다. 하지만, 준비한 채로 유지된 추가적 전력의 제공을 위한 응답 시간은 예를 들면 파워 플랜트의 제어, 엔진의 출력부에서의 파워의 변환을 일으키기 위한 프로세스에 필요한 시간, 예를 들면 유체가 흐르게 하는 데에 드는 시간, 및 허용 가능한 온도 기울기에 의해 제한된다.
한편, 그러한 지연 시간은 제너레이터를 구동하는 매우 많은 수의 열 파워 엔진이 작동하고 있는 대형 전력망에서는 완전히 허용할 수 있는데, 그 대형 전력망에서는 회전 질량 관성으로 인해 본질적으로 송전 주파수를 초기에 안정시키거나 송전 주파수의 강하를 지연시키는 기능을 한다. 전력 예비량에 연결하기 위한 송전선 설비가 없거나 기껏해야 제한적인 소형의 전력망에서는 그러한 저주파수는 장애(disturbance)의 시작 후에 수초 내에 임계값에 도달하여, 응급 상황을 야기할 수 있다. 그러한 전력망은 통상 섬 지역에서 볼 수 있지만, 동일한 상황은 단지 기타 지역에 대해 제한적인 송전선 설비를 갖는 대형 전력망의 지역에도 적용될 수 있다. 재생 가능 파워의 보급이 증가함에 따라, 그러한 문제는, 재생 가능 파워 플랜트들이 태양광 파워 플랜트 등에서와 같이 회전 질량 관성이 없거나, 풍력 파워 플랜트 등에서와 같이 단지 제한적인 회전 질량 관성을 갖기 때문에 더욱 명확해졌고, 게다가, 전력 생산에서의 급전 불가능한 변화(non-dispatchable change)는 전력망 운용에 대해 중요성이 증가하고 있다. 이는 거의 즉각적이고 지연이 없는 주파수 응답 능력을 요구한다. WO 2009/050205에서는 CO2 포획 시스템을 포함하고 전력망에 즉각적인 추가적 전력을 제공하기 위해 그 CO2 포획 시스템을 정지시키는 파워 플랜트를 작동시키는 것에 대해 제안하고 있다. 하지만, 그 문헌에서 제안된 작동 방안은 파워 플랜트에 CO2 포획 시스템이 구비될 것을 요구하고 있다. WO 2009/087210에서 제안된 작동 모드는 주파수 응답 전력 출력을 제공하는 동안 CO2 포획 시스템이 작동하지 않기 때문에 파워 플랜트 작동에 중요한 영향을 미친다. 이는 파워 플랜트 운용자에게 재정적 손실을 야기할 수 있다. 게다가, CO2 포획 시스템은 주파수 응답 시간이 경과한 후에 재시동할 필요가 있다. 다른 양태에서, 태양광 또는 풍력 전력 공급원의 전력망에 대한 큰 할당량(share)은 예정에 없던 갑작스런 전력 부족을 야기할 수 있을 뿐만 아니라, 예정에 없던 갑작스런 과잉의 전력도 야기할 수 있다. 신속한 송전 전력 출력 증가에 대한 요구가 종래 기술에서 해결되었지만, 주파수 응답 모드로 파워 플랜트를 작동시키는 제안된 방법에서는 초당 높은 메가와트의 비율로 파워 플랜트의 송전 출력의 증가 및 감소를 모두 행할 수 있는 능력을 제공하는 문제는 해결하지 못했다.
본 개시의 주제는, 송전 주파수 및/또는 송전 전력 수요에서의 변화에 즉각적으로 응답할 수 있는, 파워 플랜트의 작동 방법 및 그 파워 플랜트를 제공하는 것을 목적으로 한다. 다른 양태에서, 본 개시의 주제는, 파워 플랜트의 총 전력 출력 및/또는 샤프트 파워 출력에 대해 독립적으로 적어도 일시적으로 전력망의 송전 전력 출력을 조정할 수 있는, 파워 플랜트의 작동 방법 및 그 파워 플랜트를 제공하는 것을 목적으로 한다. 이러한 점에서, 조정(modulating)은 송전 전력 출력을 증가시킬 뿐만 아니라 송전 전력 출력을 감소시키는 능력을 의미한다. 따라서, 또 다른 양태에서, 본 개시의 주제는, 전력망의 전력 수요의 증가는 물론 전력망의 전력 수요의 감소에 대한 즉각적인 응답을 충분히 높은 초당 메가와트 비율로 가능하게 하는, 파워 플랜트의 작동 방법 및 그 파워 플랜트를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또 다른 양태에서, 송전 출력을 조정하는 것은 예를 들면 CO2 포획 시스템을 정지시키는 경우와 같이 전체 플랜트 작동에 영향을 미치는 일 없이 달성할 수 있다. 본 개시의 주제의 또 다른 목적은, 파워 플랜트의 구성 요소들에 대한 과도한 열 기울기 및 이와 관련한 과도한 수명 소모를 피하면서 즉각적 조정을 제공하는 데에 있다. 또 다른 양태에서, 실제 송전 전력 출력이, 샤프트 파워 출력 및 이에 따른 총 전력 생산이 조정될 수 있는 것보다 신속한 응답으로 및/또는 그 보다 높은 속도로, 송전 전력 출력 설정값에서의 변화를 따를 수 있게 하는, 파워 플랜트의 작동 방법 및 그 파워 플랜트를 개시할 것이다.
이는 청구항 1에 기재한 주제에 의해 달성된다.
개시하는 주제의 추가적 효과 및 이점들은 명시적으로 언급하는 지의 여부에 관계없이 아래에서 제공하는 개시 내용을 고려하여 명백해질 것이다.
따라서, 파워 플랜트를 작동시키는 방법을 개시하며, 이 방법은 적어도 하나의 샤프트 파워 출력을 제공하여 총 샤프트 파워를 제공하며, 이에 의해 적어도 하나의 제너레이터를 구동하고 총 전력 출력을 제공하는 것을 포함한다. 총 샤프트 파워는 하나의 단일 구동 샤프트 또는 구동 샤프트 트레인에 의해 제공되는 샤프트 파워일 수도 있지만, 다른 예에서는 복수의 구동 샤프트 또는 구동 샤프트 트레인에 의해 제공되는 샤프트 파워의 합이 일수도 있다는 점을 이해할 것이다. 마찬가지로, 총 전력 출력은 하나의 단일 제너레이터로부터의 전력 출력일 수도 있지만, 다른 예에서는 복수의 제너레이터로부터의 전력 출력의 합일 수도 있다. 그 방법은 또한 총 전력 출력 중의 제1 할당량(share)을 전력망에 송전 전력 출력으로서 제공하며, 총 전력 출력 중의 제2 할당량을 적어도 하나의 전력 소비처에 제공하며, 총 전력 출력의 제2 할당량을 조정함으로써 총 전력 출력 및 샤프트 파워 출력에 대해 독립적으로 송전 전력 출력을 조정하는 것을 포함한다.
총 전력 출력의 제2 할당량 또는 전력 소비처의 전력 소모를 감소시킴으로써, 가상의 추가적 전력(virtual additional electric power)이 전력망에 제공된다는 점을 이해할 것이다.
하나의 예에 있어서, 송전 전력 출력을 총 전력 출력 및/또는 샤프트 파워 출력에 대해 독립적으로 조정하는 것은, 적어도 하나의 전력 소비처에 의해 소비되는 총 전력 출력의 제2 할당량을 조정함으로써 송전 전력 출력이 조정되고 있는 동안, 총 전력 출력 및/또는 샤프트 파워 출력을 적어도 제한된 시간 동안 유지하는 것을 포함한다. 이러한 점에서, 그 방법은, 특히 송전 주파수 편차가 작은 경우에 및/또는 샤프트 출력 및 총 전력 출력에서의 시작된 변화가 유효해질 때까지의 시간 동안에, 총 샤프트 파워 및 총 전력 출력이 일정한 동안, 총 전력 출력의 제2 할당량을 조정함으로써 송전 전력 출력을 조정하는 것을 포함할 수 있다. 총 샤프트 파워나 총 전력 출력은 의도적으로 일정하게 유지되거나, 해당 파워 설정값의 변화에 대한 지연된 응답으로 인해 일정할 수 있는데, 다시 말해 처음에는 일정하고, 지연된 변화로 응답할 수 있다. 다른 예에 있어서, 송전 전력 출력을 총 전력 출력 및/또는 샤프트 파워 출력에 대해 독립적으로 조정하는 것은, 송전 전력 수요의 변화에 대한 즉각적인 응답을 달성하도록 총 전력 출력의 제2 할당량을 조정함으로써 송전 출력을 조정하며, 이어서 지연된 및/또는 느린 응답으로 총 전력 출력 및/또는 샤프트 파워 출력을 조정하는 것을 포함할 수 있다.
총 전력 출력의 제2 할당량을 조정하는 것은 적어도 하나의 전력 소비처의 전력 소비량을 증가시키는 것은 물론 그 전력 소비량을 감소시키는 것을 포함할 수 있다. 따라서, 그 방법은 송전 전력 수요의 과도기적 증가(transient increase)는 물론 송전 전력 수요의 과도기적 감소에 응답하도록 적용될 수 있다.
그 방법은 송전 전력 출력 설정값 또는 플랜트 부하 설정값에 각각 상응하도록 송전 전력 출력을 조정하는 것을 포함할 수 있다. 즉, 전력 출력의 제2 할당량을 조정하는 것은, 송전 출력 설정값보다 작은 기울기를 갖는 총 전력 출력에 의한 총 전력 출력의 지연된 응답 또는 느린 응답을 보상하도록 적용된다.
다른 양태에서, 그 방법은 총 전력 출력의 제2 할당량을 그 파워 플랜트의 작동과는 독립적으로 작동되는 전력 소비처에 제공하는 것을 포함할 수 있다. 즉, 그 전력 소비처는 예를 들면, CO2 포획 시스템, 보일러 펌프, 연도 가스 스크러빙 시스템 등의 경우와 같이 파워 플랜트의 작동 사이클에 수반되지 않는다.
앞서 암시한 바와 같이, 그 방법은 특정 예에서, 후속하여 총 샤프트 파워 및 이에 따른 총 전력 출력을 조정하는 것을 포함할 수 있다. 후속하여 조정하는 것은, 송전 전력 출력 설정값의 변화보다 지연되거나 느린 총 전력 출력의 응답을 개시하고, 또한 그 변경을 즉각적으로 개시하는 것을 포함할 수 있지만, 총 전력 출력은 예를 들면 시스템상 제약으로 인해, 지연되거나 제한된 응답 속도로 응답한다.
그 방법은 총 전력 출력과 송전 전력 출력 간의 설정 제어된 차이를 달성하도록 총 샤프트 파워 출력 및 이에 따른 총 전력 출력을 조정하는 것을 포함할 수 있다. 즉, 총 전력 출력의 제2 할당량이 송전 전력 출력 설정값에서의 과도기적 변화에 대한 신속한 응답을 위해 적용되고 있는 동안에, 샤프트 파워 출력 및 이에 따른 총 전력 출력이 고유의 지연된 또는 느린 응답으로 후속적으로 송전 전력 출력 설정값의 변화를 따르도록 제어되고 또한 총 전력 출력의 제2 할당량을 설정값으로 조절하도록 제어된다.
총 전력 출력을 조정하는 것은 송전 전력 출력보다 큰 값으로 또는 그 보다 작지 않은 값으로 총 전력 출력을 유지하는 것을 포함할 수 있다. 이는 적어도 주파수 응답 능력이 제공된 작동 모드에서 전력 소비처가 전력을 소비하도록 작동됨을 의미한다.
그 작동 방법의 특정 예에서, 캐스케이드식 제어 개념(cascaded control concept)을 포함할 수 있는데, 그 제어 개념에서는 송전 전력 요건에 부합하기 위한 기본 제어는 총 샤프트 파워 출력을 제어함으로써 수행되는 한편, 총 전력 출력의 제2 할당량의 조정이 송전 전력 설정값에서의 과도기적 변화 시에 샤프트 파워 출력 및 이에 따른 총 전력 출력의 느린 응답을 보상하도록 적용된다. 예를 들면, 복합 사이클 파워 플랜트에서, 부하 설정점의 변화에 대한 가스 터빈 엔진의 응답이 가장 느린 한편, 증기 터빈 엔진의 응답은 특히 증기 터빈 엔진이 스로틀링된 증기 터빈 입구 제어 밸브에 의해 고정된 압력 모드로 작동되는 경우에 그 보다 빠르다. 예를 들면, 해당 부하 설정값의 변화 시에, 가스 터빈 엔진은 2.5초의 지연을 갖고 응답하여 해당 샤프트 파워 출력을 상승시킬 수 있다. 증기 터빈 엔진은 1초의 지연을 갖고 응답하여 해당 샤프트 파워 출력을 상승시킬 수 있다. 따라서, 총 전력 출력의 제2 할당량의 조정은, 파워 플랜트의 송전 전력 출력 설정값, 즉 전력망에 공급될 전력과, 부하 설정값의 변화에 대한 파워 엔진의 지연된 응답 간의 차이를 보상하여 즉각적으로 응답하도록 이용될 수 있다.
따라서, 특정 예에서, 그 방법은, 송전 전력 출력 설정값의 변화에 응답하여, 송전 전력 출력을 조정하는 것을 포함하고, 또한 총 전력 출력의 변경을 개시하는 것을 더 포함할 수 있으며, 총 전력 출력의 느린 응답을 보상하기 위한 송전 전력 출력 설정값의 변화에 대한 초기 응답으로서, 총 전력 출력의 제2 할당량을 조정하는 것이 이용된다.
전술한 바와 같이, 그 파워 플랜트는, 총 전력 출력의 제2 할당량을 조정하는 것이 송전 전력 출력 설정값의 변화에 의존 또는 응답하여, 총 전력 출력의 제2 할당량을 감소시키는 것뿐만 아니라, 총 전력 출력의 제2 할당량를 증가시키는 것을 포함할 수 있도록, 제어될 수 있다.
또 다른 예에서, 그 방법은 총 전력 출력의 제2 할당량을 이용하여 적어도 1종의 저장 가능 에너지를 생성하는 것을 포함할 수 있다. 실제 전력 수요에 의존하여, 상기한 적어도 1종의 저장 가능 에너지는 즉시 이용될 수 있거나, 예를 들면 추후의 피크 부하/파워 증대 작동을 위해 적절한 저장 장치에 저장될 수도 있다. 이러한 점에서, 총 전력 출력의 제2 할당량은 예를 들면 수소 발생 플랜트 및/또는 전기 작동식 증기 발생기 중 적어도 하나에 제공될 수 있다. 수소 발생 플랜트로부터의 수소는 예를 들면 파워 플랜트의 가스 터빈 엔진에서의 연료로서 즉시 이용될 수 있다. 다른 예에서, 수소 발생 플랜트로부터의 수소는 저장 용기에 저장하여 추후에 사용할 수도 있다. 또 다른 예에서, 소수 발생기로부터의 수소는 즉시 또는 중간 저장 후에 연료 전지에서 전기를 생성하는 데에 이용될 수도 있다. 전기 작동식 증기 발생기로부터의 증기는 파워 플랜트의 증기 터빈 엔진에서 즉시 사용할 수 있지만, 다른 예에서는 증기로부터의 열에너지를 열에너지 저장 장치에 저장할 수도 있다. 그 증기로부터의 열에너지는 추후에 증기 터빈 엔진을 위한 증기를 생성하는 데에 이용될 수도 있다. 마찬가지로, 증기 및/또는 저장된 열에너지는 난방용으로 또는 기타 산업적 용도로 이용될 수도 있다. 증기는 가스 터빈 엔진의 연소기 또는 팽창 터빈에 공급하여 팽창 터빈에서의 팽창 시에 유용한 파워를 제공하도록 될 수도 있다. 앞서 열거한 저장 가능 에너지 및 그 저장 가능 에너지의 이용은 비한정적인 것으로, 당업자라면 다른 예를 용이하게 생각할 수 있다는 점을 이해할 것이다.
본 개시의 다른 양태에서는 파워 플랜트를 개시한다. 특히, 전술한 방법에 따라 작동되기에 적합한 파워 플랜트를 개시한다.
따라서, 본 명세서에서 개시하는 파워 플랜트는, 파워 엔진 샤프트 파워 출력을 생성하는 적어도 하나의 파워 엔진, 및 총 제너레이터 전력 출력을 생성하도록 파워 엔진에 의해 구동되는 적어도 하나의 제너레이터를 포함한다. 상기한 적어도 하나의 파워 엔진은 통상 적어도 하나의 가스 터빈 엔진, 적어도 하나의 증기 터빈 엔진, 또는 이들 둘 모두를 복합 사이클 파워 플랜트로 포함할 수 있으며, 이에 한정되진 않는다. 파워 플랜트는 송전 전력 출력을 전력망에 제공하기 위한 전력망 연결부를 더 포함한다. 그 파워 플랜트는 또한 제너레이터에 연결 가능한 적어도 하나의 전력 소비처를 더 포함한다. 전력 소비처는 독립된 전력 소비처이다. 상기한 바와 같이, 독립된 전력 소비처는, 생성된 총 전력 출력의 일부를 소비하는 능력과는 별도로 파워 플랜트 작동의 일부가 아닌 전력 소비처이다. 그 파워 플랜트는, 파워 플랜트의 송전 전력 출력이 총 제너레이터 전력 출력 또는 파워 엔진 샤프트 파워 출력 각각에 대해 독립적으로 제어될 수 있도록 독립된 전력 소비처의 전력 소비량을 조정하는 장치를 더 포함한다.
독립된 전력 소비처는 전기 에너지를 저장 가능 에너지 형태로 전환하는 장치일 수 있다. 상기한 바와 같이, 그 장치는 예를 들면 수소를 생성하기 위한 전기 분해 플랜트를 포함할 수 있거나, 다른 예에서는 전기 작동식 증기 발생기를 포함할 수도 있다. 게다가, 파워 플랜트는 저장 가능 에너지를 위한 저장 장치를 포함할 수 있다. 예를 들면, 열에너지 저장 장치가 전기 작동식 증기 발생기에서 생성된 증기로부터의 열을 저장하도록 마련될 수 있다.
상기한 특징 및 실시예들은 서로 조합될 수 있다는 점을 이해할 것이다. 또한, 본 개시 및 청구하는 주제의 범위 내에서 추가적인 실시예를 생각할 수 있고, 이는 당업자에게 있어서 자명하다는 점을 이해할 것이다.
이하, 본 개시의 주제를 첨부 도면에 도시한 선택된 바람직한 실시예를 참조하여 보다 상세하게 설명할 것이다.
도 1은 독립된 전력 소비처를 포함하는 파워 플랜트의 제1 바람직한 실시예이며,
도 2는 증가된 송전 전력 수요에 응답하여 파워 플랜트를 작동시키는 예시적인 모드를 도시하는 도표이며,
도 3은 독립된 전력 소비처를 포함하는 파워 플랜트의 제2 바람직한 실시예이다.
도면은 상당히 개략적인 것으로서, 교시를 위해 필요치 않은 세부 사항들은 이해와 설명의 용이를 위해 생략될 수 있음을 알아야 할 것이다. 또한, 도면은 단지 선택된 예시적인 실시예를 도시하는 것으로, 도시 생략한 실시예도 본 명세서에서 개시하거나 및/또는 청구하는 주제의 범위 내에 분명히 포함된다는 점을 알아야 할 것이다.
도 1은 전술한 작동 방법에 따라 작동되기에 적합한 파워 플랜트(1)의 제1 바람직한 실시예를 도시한다. 파워 플랜트(1)는 복합 사이클 파워 플랜트로서, 당업자에게 공지된 방식으로 가스 터빈 엔진(100) 및 증기 터빈 엔진(200)을 포함한다. 파워 플랜트는 복수의 가스 터빈 엔진 및/또는 증기 터빈 엔진을 포함할 수 있다는 점을 이해할 것이다. 가스 터빈 엔진(100)은 압축기(101), 고압 팽창 터빈(102) 및 저압 팽창 터빈(103)을 포함한다. 압축기(101)로부터의 압축된 작동 유체, 예를 들면 공기가 고압 연소기(106)에 제공되며, 여기서 그 공기는 연료 공급 라인(108)에 의해 제공되는 연료의 연소에 의해 가열되고, 고압 팽창 터빈(102)에서 부분적으로 팽창된다. 고압 팽창 터빈(102)에서 팽창 후, 여전히 산소가 풍부하고 부분적으로 팽창된 연도 가스는 저압 연소기(107)에 제공되며, 여기서 그 연도 가스는 연료 공급 라인(109)을 통해 제공되는 연료의 연소에 의해 더 가열된다. 저압 연소기(107)로부터의 연소 생성물은 저압 팽창 터빈(103)에서 더욱 팽창된다. 그 연도 가스는 열회수식 증기 발생기(10)에 제공되며, 여기서 증기 터빈 엔진(200)을 위한 증기를 생성하는 데에 이용된다. 가스 터빈 엔진은 단지 예로서 재열 가스 터빈 엔진으로서 나타내고 있음을 알아야 할 것이다. 이 점은, 당업자에게는 자명한 바와 같이 본 명세서에서 개시하는 주제에 있어서 중요한 사항이 아니며, 재열식 가스 터빈 엔진을 제공할 것을 강요하는 것은 아니다. 팽창 터빈(102, 103)에서의 작동 유체의 팽창 시에, 유용한 파워가 샤프트 트레인(105)에서 생성된다. 그 유용 파워는 압축기(101)를 구동하는 데에 이용된다. 여분의 유용 파워는 가스 터빈 샤프트 파워 출력(Psh,GT)으로서 제너레이터(104)를 구동하는 데에 이용될 수 있고, 이에 의해 전력(Pel,GT)을 제공한다. 열회수식 증기 발생기(10)에서 생성된 증기는 증기 터빈 엔진(200)의 고압 터빈(201), 중간압 터빈(202), 및 저압 터빈(203)에서 팽창된다. 또한, 그 증기 터빈 엔진은 달리 구성될 수도 있다. 팽창된 증기는 응축기(208)에서 응축되고 급수 펌프(208)에서 압축되어, 급수로서 열회수식 증기 발생기(10)에 공급되어, 다시 증발 및 과열되어 증기 터빈 엔진(200)에 공급된다. 증기 터빈 엔진(201, 202, 203)에서의 증기의 팽창을 통해, 유용 파워가 샤프트 트레인(205)에서 생성되며, 그 증기 터빈 샤프트 파워(Psh,ST)를 이용하여 증기 터빈 제너레이터(204)를 구동하고, 이에 의해 증기 터빈 전력 출력(Pel,ST)을 생성한다. 당업자라면 복합 사이클 파워 플랜트(10)가 그들에게는 아주 친숙한 각종 제어 밸브를 포함할 수 있다는 점을 이해할 것이다. 또한, 예를 들면, 복수의 가스 터빈 엔진이 하나의 증기 터빈 엔진을 위한 증기를 생성하는 데에 이용될 수 있다는 점도 이해할 것이다. 게다가, 증기 터빈 엔진과 가스 터빈 엔진이 공통의 샤프트 트레인 및 공통의 제너레이터를 구동할 수도 있다는 점도 당업계에 공지되어 있다. 복합 사이클 파워 플랜트의 그러한 모든 실시예는 물론 기타 실시예도 당업자에게 공지되어 있다. 파워 플랜트에서의 모든 샤프트 파워 출력의 합, 본 예에서는 가스 터빈 샤프트 파워(Psh,GT)와 증기 터빈 샤프트 파워(Psh,ST)의 합이 그 파워 플랜트의 총 샤프트 파워에 해당한다는 점을 이해할 것이다. 또한, 파워 플랜트에서의 모든 전력 출력의 합, 본 예에서는 가스 터빈 전력 출력(Pel,GT)과 증기 터빈 전력 출력(Pel,ST)의 합이 총 전력 출력에 해당한다는 점을 이해할 것이다. 가스 터빈 엔진은 전력망에 가스 터빈 송전 전력 출력(PG,GT)을 제공한다. 증기 터빈 엔진은 전력망에 증기 터빈 송전 전력 출력(PG,ST)을 제공한다. 그 플랜트는 전력망에 총 송전 전력 출력(PG = PG,GT + PG,ST)을 제공한다. 보다 일반적으로 말해, 플랜트의 총 송전 전력 출력은 플랜트 내의 모든 제너레이터의 송전 전력 출력 전부의 합과 같다.
당업자라면, 파워 플랜트의 전체적인 설정은 달라질 수 있고, 파워 플랜트는 본 바람직한 실시예에서는 도시 생략하였지만 그들에게는 아주 친숙한 다수의 추가적인 구성 요소들을 포함할 수 있다는 점을 용이하게 이해할 것이다.
독립된 전력 소비처(11)가 제공된다. 도시한 예에서, 독립된 전력 소비처(11)는 전기 작동식 증기 발생기이다. 전기 작동식 증기 발생기(11)는 당업자들에게 대체로 친숙한 종류의 열에너지 저장 유닛(12)에, 예를 들면 용융염 열에너지 저장 장치에 증기를 제공할 수 있다. 전기 작동식 증기 발생기(11)로부터의 증기는 열에너지 저장 유닛(12)에 수용된 염을 가열 및/또는 용융시키면서 그 열에너지 저장 유닛(12)과 열 교환할 수 있다. 그러한 열에너지 저장 유닛은 700℃에 이르는 온도로 작동할 수 있는 것으로 알려져 있다. 열에너지 저장 유닛(12)에 저장된 열은 나중에 열회수식 증기 발생기(10)에서 생성된 증기에 추가하여 추가적인 증기를 생성하는 데에 이용될 수 있어, 추가적인 증기 터빈 샤프트 파워를 생성하도록 증기 터빈 엔진(200)에 증기를 공급할 수 있다. 증기의 압력에 의존하여, 또한 열에너지 저장 유닛(12)에서 생성된 증기를 가스 터빈 엔진(100)의 연소기 또는 팽창 터빈에 공급하는 데에 적합하다는 것을 알 수 있다. 마찬가지로, 전기 작동식 증기 발생기(11)에서 생성된 증기를, 가스 터빈 엔진이나 증기 터빈 엔진의 팽창 터빈에 또는 가스 터빈 엔진의 연소기에 바로 공급할 수 있게 하는 바이패스 라인이 마련될 수 있다. 증기는 또한 가스 터빈 엔진(100)에서의 냉각제로서 이용될 수도 있다. 전력(Pel,2)의 소모로 독립된 전력 소비처를 작동시킬 때, 가스 터빈 엔진의 송전 전력 출력은 PG,GT = Pel,GT - Pel,2로 감소한다. 마찬가지로, 플랜트의 총 송전 전력 출력이 PG = Pel,GT + Pel,ST - Pel,2로 감소한다. 다시 말해, 독립된 전력 소비처가 소정의 전력 소비량을 소비함으로써 작동되는 경우, 그 플랜트는 총 송전 전력 출력보다 높은 총 전력 출력 또는 총 샤프트 파워로 작동할 것이다. 따라서, 독립된 전력 소비처의 전력 소비량을 감소시키면 플랜트의 총 송전 전력 출력이 상승할 것이다. 독립된 전력 소비처의 전력 소비량의 감소시에 가상의 추가적 송전 전력 출력이 제공된다고 말할 수 있을 것이다. 마찬가지로, 플랜트의 총 송전 전력 출력은 독립된 전력 소비처의 전력 소비량을 조정함으로써 파워 플랜트를 정상 상태(steady state)로 작동시키면서 조정될 수 있다. 이는 플랜트의 총 송전 전력 출력을 증가시키는 것은 물론 감소시키는 것도 포함할 수 있다. 따라서, 플랜트의 총 송전 전력 출력은 제너레이터를 구동하는 엔진이 부하를 변경할 수 있는 것보다 빠르게 조정될 수 있다. 독립된 전력 소비처의 작동은, 예를 들면 CO2 포획 시스템 또는 파워 플랜트의 작동에 바로 통합된 연도 가스 스크러빙 시스템 등의 임의의 기타 장치의 전력 소비량이 감소되는 경우와 같이 파워 플랜트의 작동에 즉각적인 영향을 갖지 않는다는 점을 유념해야 할 것이다. 상기한 예시적인 실시예에서, 증기가 생성되며, 그 증기로부터의 열이 즉시 이용될 수 있거나 열에너지 저장 유닛에 저장될 수 있는 저장 가능 에너지이다.
도 2를 참조하면, 도 1에 도시한 실시예의 경우에 전기 작동식 증기 발생기로서의 독립된 전력 소비처를 포함하는 파워 플랜트의 작동에 대한 일례가 도시되어 있다. 도시한 예에서, 파워 플랜트는 주파수 응답 능력을 제공하도록 작동된다. 예를 들면, 파워 플랜트는 초당 10MW의 응답 능력으로 적어도 50MW의 예비 전력량을 제공하도록 작동된다. 그 요건은 초당 소정 메가와트의 비율로 즉각적으로 주파수 응답 전력 출력(ΔPG)을 제공하는 것으로, 다시 말해 전력망에 대한 전력 출력이 어떠한 지연도 없이 증가될 것이다. 그 도표에서 알 수 있는 바와 같이, 가스 터빈 엔진으로부터의 추가적 전력 출력(ΔPel,GT)은 약 2.5초의 지연을 갖고 상승하기 시작한다. 이는 가스 터빈 엔진의 제어에 의해 요구되는 응답 시간 때문으로, 예를 들면 가변 입구 가이드 베인의 조절 시에 추가적인 작동 유체가 연소기에 도달하는 데에 필요한 시간, 연료 공급 제어가 연료 흐름을 추가적인 작동 유체 흐름으로 조절하는 데에 필요한 시간, 및 가열된 유체가 팽창 터빈에 도달하여 유용 파워를 제공하는 데에 필요한 시간 때문이다. 게다가, 예를 들면 가변 입구 가이드 베인의 위치를 조절하는 초기 단계는 한번의 갑작스런 조작에 의해 수행될 수 있은 것이 아니라, 가스 터빈 엔진 제어를 손상시키지 않도록 시간에 걸쳐 제한된 기울기를 갖고 수행될 필요가 있다. 증기 터빈 엔진으로부터의 추가적 전력 출력(ΔPel,ST)은 예를 들면 1초의 보다 짧은 지연 시간을 갖고 제공될 수 있다. 이러한 지연 시간은, 예를 들면 추가적인 증기가 증기 라인을 통해 팽창 터빈으로 흐르는 데에 필요한 시간에 의해 야기되는 것으로, 증기의 압축성으로 인해 추가적인 질량 유량이 저압 터빈(203)을 비롯한 모든 팽창 터빈 스테이지에서 유효하게 될 때까지 시간이 더 걸리게 된다. 따라서, 플랜트의 송전 전력 출력 설정값의 변화시에 전력망에 추가적 전력(ΔPG)을 즉각적으로 제공하기 위해, 독립된 전력 소비처인 전기 작동식 증기 발생기(11)의 전력 소비량이 초당 10MW의 비율로 감소되며, 이에 의해 가상의 송전 전력 출력(ΔPel,2')을 제공하고 또한 초당 필요로 하는 메가와트의 비율로 추가적 송전 전력 출력(ΔPG)을 전력망에 즉각적으로 제공한다. 증기 터빈이 추가적 전력 출력을 제공하기 시작한 후, 전기 작동식 증기 발생기의 전력 소비량은 일정하게 유지되며, 이에 따라 가상의 추가적 전력 생산(ΔPel,2 ')이 일정하게 유지된다. 후속하여, 가스 터빈 엔진으로부터의 추가적 전력 출력(ΔPel,GT)이 유효해질 때까지 증기 터빈 엔진으로부터의 전력 출력(Pel,ST)이 초당 10MW의 비율로 증가된다. 가스 터빈 엔진으로부터의 추가적 전력 출력(ΔPel,GT)이 유효해진 후, 증기 터빈 엔진의 전력 출력은 일정하게 유지된다. 따라서, 파워 플랜트의 총 추가적 전력 출력(ΔPG)이 어떠한 지연도 없이 초당 필요로 하는 메가와트의 비율로 즉각적으로 제공된다. 추가적 송전 전력 출력이 예를 들면 50MW의 설정값에 도달하고 나면, 가스 터빈 엔진으로부터의 전력 출력(ΔPel,GT)을 더욱 상승시키면서 전기 작동식 증기 발생기의 전력 소비량을 상승시키고, 이에 의해 가상의 전력 출력(ΔPel,2')를 감소시킨다. 전기 작동식 증기 발생기로부터의 가상의 전력 출력(ΔPel,2 ')이 제로로 감소되고 나면, 가스 터빈 엔진으로부터의 전력 출력(ΔPel,GT)을 더욱 상승시키면서 증기 터빈 엔진으로부터의 추가적 전력 출력(ΔPel,ST)을 감소시킨다.
ΔPel,ST가 다시 제로로 되자마자, 전체 플랜트는 다음의 주파수 강하 상황에 대해 준비를 갖추게 된다.
이러한 점에서, 추가적 송전 전력 출력을 즉각적으로 제공하는 초기 단계에서, 송전 전력 출력은, 전기 작동식 증기 발생기에, 보다 포괄적으로 말해 플랜트에 마련된 전력 소비처에 제공되는 총 전력 출력 중의 그 할당량을 조정함으로써 플랜트의 총 전력 출력에 대해 독립적으로 조정된다.
전술한 점을 고려할 때, 가스 터빈 엔진 및 증기 터빈 엔진으로부터의 전력 출력은 적어도 정성적 고찰(qualitative consideration)에서 각각의 유용 샤프트 파워 출력으로 등가적으로 대체될 수 있다는 점을 이해할 것이다. 또한, 전기 작동식 증기 발생기로부터의 가상의 전력 출력(ΔPel,2 ')과 증기 터빈 엔진으로부터의 추가적 전력 출력(ΔPel,ST)이 감소되는 순서가 변경될 수 있거나, 보다 낮은 개개의 초당 메가와트의 비율로 동시에 감소될 수도 있다는 점을 이해할 것이다. 또한, 상기한 예는 복합 사이클 파워 플랜트에서 일반적으로 가스 터빈 엔진의 정상 상태 작동점이 보다 높은 값으로 변위되면 증기 터빈 엔진도 보다 높은 파워 출력으로 작동할 것이기 때문에 매우 단순화되었다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 증기 터빈 엔진으로부터의 추가적 전력 출력(ΔPel,ST)이 제로로 감소할 수 없고, 또한 가스 터빈 엔진으로부터의 추가적 전력 출력(ΔPel,GT)도 궁극적으로 플랜트의 추가적 송전 전력 출력(ΔPG)보다 낮을 수 있다.
상기한 방법은 갑작스런 전력 부족에 응답하도록 적용될 수 있을 뿐 만 아니라, 독립된 전력 소비처의 전력 소비량을 증가시킴으로써 갑작스런 과잉의 송전 전력에 응답하도록 적용될 수도 있다는 점을 이해할 것이다. 이는, 전력 예비량이 파워 플랜트의 작동에 직접적으로 결부된 전력 소비처, 예를 들면 CO2 포획 시스템 또는 연도 가스 스크러빙 시스템 등에 의해 제공되는 경우는 아니다.
당업자라면 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 전기 작동식 증기 발생기 외의 기타 전력 소비처가 즉각적인 주파수 응답 능력을 위해 가상의 플랜트 전력 출력을 즉각적으로 제공하는 능력을 제공하도록 이용될 수도 있다. 도 3을 참조하면, 전기 분해 플랜트(13)가 독립된 전력 소비처로서 마련되어 있는 파워 플랜트의 실시예를 도시하고 있다. 전기 분해 플랜트(13)는 물의 전기 분해를 통해 수소를 생성할 수 있고, 이에 의해 플랜트 총 전력 출력 중의 그 할당량(Pel,2)을 소비할 수 있다. 상기한 예에서와 같이, 전기 분해 플랜트(13)의 전력 소비는 전력망에 가상의 전력 출력을 제공하도록 감소될 수 있다. 전기 분해 플랜트(13)에서 생성된 수소는 저장되거나 연소기(106)에 바로 공급될 수도 있다. 전기 분해 플랜트(13)의 전력 소비량의 감소시에, 수소는 저장 장치로부터 연소기(106)에 공급되거나, 연료 공급 라인(108)을 통해 제공되는 연료로 대체될 수도 있다.
본 개시의 주제를 예시적인 실시예에 의해 설명하였지만, 청구하는 발명의 범위를 제한하고자 하는 의도는 조금도 없다는 점을 이해할 것이다. 청구 범위는 본 명세서에서 도시하거나 개시하지 않은 실시예를 커버하고, 또한 본 개시의 교시를 실행하는 예시적인 모드에서 개시한 바로부터 벗어난 실시예들도 여전히 청구 범위에 의해 커버될 것이라는 점을 이해할 것이다.
1: 파워 플랜트, 복합 사이클 파워 플랜트
10: 열회수식 증기 발생기
11: 독립된 전력 소비처, 전기 작동식 증기 발생기
12: 열에너지 저장 유닛
13: 독립된 전력 소비처, 전기 분해 플랜트
100: 가스 터빈 엔진
101: 압축기
102: 가스 터빈 엔진의 고압 팽창 터빈
103: 가스 터빈 엔진의 저압 팽창 터빈
104: 제너레이터
105: 가스 터빈 엔진의 샤프트 트레인
106: 고압 연소기
107: 저압 연소기
108: 연료 공급 라인
109: 연료 공급 라인
200: 증기 터빈 엔진
201: 증기 터빈 엔진의 고압 터빈
202: 증기 터빈 엔진의 중간압 터빈
203: 증기 터빈 엔진의 저압 터빈
204: 제너레이터
205: 증기 터빈 엔진의 샤프트 트레인
208: 응축기
209: 급수 펌프
Psh,GT: 가스 터빈 엔진의 샤프트 파워 출력
Psh,GT: 가스 터빈 엔진의 제너레이터로부터의 전력 출력
PG,GT: 가스 터빈의 송전 전력 출력
Psh,ST: 증기 터빈 엔진의 샤프트 파워 출력
Psh,ST: 증기 터빈 엔진의 제너레이터로부터의 전력 출력
PG,ST: 증기 터빈의 송전 전력 출력
Pel,2: 전력 소비처의 전력 소비량
ΔPG: 주파수 응답용의 송전 전력 출력
ΔPel,GT: 가스 터빈 엔진으로부터의 주파수 응답용의 추가적 전력 출력
ΔPel,ST: 증기 터빈 엔진으로부터의 주파수 응답용의 추가적 전력 출력
ΔPel,2 ': 전력 소비처의 전력 소비량의 감소, 즉 가상의 전력 출력으로 인한 주파수 응답용의 추가적 송전 전력 출력

Claims (15)

  1. 파워 플랜트(1)를 작동시키는 방법으로서:
    적어도 하나의 샤프트 파워(Psh,GT, Psh,ST)를 제공하고, 이에 의해 총 샤프트 파워를 제공하고 적어도 하나의 제너레이터를 구동하여 총 전력 출력을 제공하는 것;
    상기 총 전력 출력 중의 제1 할당량을 전력망(grid)에 송전 전력 출력(grid power output)으로서 제공하는 것; 및
    상기 총 전력 출력 중의 제2 할당량(Pel,2)을 적어도 하나의 전력 소비처(11, 13)에 제공하는 것
    을 포함하는 파워 플랜트의 작동 방법에 있어서,
    상기 총 전력 출력의 상기 제2 할당량(Pel,2)을 조정함으로써, 상기 송전 전력 출력을 상기 총 전력 출력과 총 샤프트 파워 출력에 대해 독립적으로 조정하는 것을 특징으로 하는 파워 플랜트의 작동 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 총 샤프트 파워 및 총 전력 출력이 일정한 동안, 상기 총 전력 출력의 상기 제2 할당량(Pel,2)을 조정함으로써 상기 송전 전력 출력을 조정하는 것을 특징으로 하는 파워 플랜트의 작동 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 송전 전력 출력 설정값에 상응하도록 상기 송전 전력 출력을 조정하는 것을 특징으로 하는 파워 플랜트의 작동 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 총 전력 출력의 상기 제2 할당량(Pel,2)을 상기 파워 플랜트의 작동에 대해 독립적으로 작동되는 전력 소비처(11, 13)에 제공하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 파워 플랜트의 작동 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 후속하여 상기 총 샤프트 파워 및 이에 따른 총 전력 출력을 조정하는 것을 특징으로 하는 파워 플랜트의 작동 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 총 전력 출력과 상기 송전 전력 출력 간의 설정 제어된 차이를 달성하도록 상기 총 샤프트 파워 출력 및 이에 따른 총 전력 출력을 조정하는 것을 특징으로 하는 파워 플랜트의 작동 방법.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 총 전력 출력을 조정하는 것은 상기 송전 전력 출력보다 큰 값으로 상기 총 전력 출력을 유지하는 것을 포함하는 것인 파워 플랜트의 작동 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 송전 전력 출력 설정값의 변화에 응답하여 상기 송전 전력 출력이 조정되되, 상기 총 전력 출력의 변경을 개시하는 것을 포함하며, 상기 총 전력 출력의 느린 응답을 보상하기 위한 송전 전력 출력 설정값의 변화(ΔPG)에 대한 초기 응답으로서, 상기 총 전력 출력의 상기 제2 할당량(Pel,2)을 조정하는 것이 이용되는 것을 특징으로 하는 파워 플랜트의 작동 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 총 전력 출력의 상기 제2 할당량(Pel,2)을 조정하는 것이 상기 송전 전력 출력 설정값의 변화에 의존하여 상기 총 전력 출력의 상기 제2 할당량(Pel,2)을 감소시키는 것뿐만 아니라, 상기 총 전력 출력의 상기 제2 할당량(Pel,2)을 증가시키는 것을 포함할 수 있도록, 상기 파워 플랜트(1)를 제어하는 것을 특징으로 하는 파워 플랜트의 작동 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 총 전력 출력의 상기 제2 할당량(Pel,2)을 이용하여 적어도 1종의 저장 가능 에너지를 생성하는 것을 특징으로 하는 파워 플랜트의 작동 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 총 전력 출력의 상기 제2 할당량(Pel,2)을 수소 발생 플랜트 및/또는 전기 작동식 증기 발생기 중 적어도 하나에 제공하는 것을 특징으로 하는 파워 플랜트의 작동 방법.
  12. 파워 엔진 샤프트 파워 출력(Psh,GT, Psh,ST)을 생성하는 적어도 하나의 파워 엔진(100, 200) 및 총 제너레이터 전력 출력을 생성하도록 상기 파워 엔진(100, 200)에 의해 구동되는 적어도 하나의 제너레이터(104, 204)를 포함하는 파워 플랜트(1)로서:
    전력망에 송전 전력 출력(PG,GT, PG,ST)을 제공하기 위한 전력망 연결부를 더 포함하고, 또한 상기 제너레이터(104, 204)에 연결 가능한 적어도 하나의 전력 소비처(11, 13)를 더 포함하는 것인 파워 플랜트(1)에 있어서,
    상기 전력 소비처(11, 13)는 독립된 전력 소비처이며, 상기 파워 플랜트는, 그 파워 플랜트의 송전 전력 출력이 상기 총 제너레이터 전력 출력 또는 상기 파워 엔진 샤프트 파워 출력 각각에 대해 독립적으로 제어될 수 있도록 상기 독립된 전력 소비처(11, 13)의 전력 소비량(Pel,2)을 조정하는 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파워 플랜트.
  13. 제12항에 있어서, 상기 독립된 전력 소비처(11, 13)는 전기 에너지를 저장 가능 에너지 형태로 전환하는 장치이며, 특히 상기 파워 플랜트는 저장 가능 에너지를 위한 저장 장치(12)를 포함하는 것을 특징으로 하는 파워 플랜트.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 독립된 전력 소비처는 전기 가열식 증기 발생기(11) 및 전기 분해 플랜트(13) 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 파워 플랜트.
  15. 제14항에 있어서, 상기 파워 플랜트는 증기 발생기에서 제공되는 열에너지를 저장하는 TES 장치(12)를 포함하는 것을 특징으로 하는 파워 플랜트.
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10823054B2 (en) * 2012-11-06 2020-11-03 Fuad AL MAHMOOD Reducing the load consumed by gas turbine compressor and maximizing turbine mass flow
CN108448654A (zh) * 2018-04-09 2018-08-24 华北理工大学 一种火电机组调峰低负荷运行第二高效区的调整方法
NL2022045B1 (en) * 2018-11-21 2020-06-03 Green Vision Holding Bv Method for generating heat from water electrolysis
US20220090539A1 (en) * 2020-09-24 2022-03-24 Ramachandran Krishnamurthy Flexible carbon capture and storage system for producing a low carbon source of electricity
KR20240042681A (ko) * 2021-08-24 2024-04-02 볼트 파워 그룹 리미티드 수소를 생산하기 위한 방법 및 시스템

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2382847A (en) 2001-12-06 2003-06-11 Alstom Gas turbine wet compression
EP1861586A2 (de) * 2005-03-18 2007-12-05 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren und vorrichtung zum bereitstellen einer regelleistung durch eine kombinierte gas- und dampfturbinenanlage
EP2051454A1 (en) 2007-10-17 2009-04-22 Nokia Siemens Networks Oy Method and device for data communication and communication system comprising such device
EP2078828A1 (en) 2008-01-11 2009-07-15 ALSTOM Technology Ltd Power plant with CO2 capture and compression
EP2200144A1 (en) * 2008-12-19 2010-06-23 Siemens Aktiengesellschaft Arrangement to stabilise an electric power grid
DE102010005452A1 (de) * 2010-01-22 2011-07-28 Siemens Aktiengesellschaft, 80333 Verfahren zur Nutzung von bezogen auf die momentane Stromauslastung temporär in einem Stromnetz vorhandener überschüssiger Energie
GB201018227D0 (en) * 2010-10-28 2010-12-15 Doosan Power Systems Ltd Control system and method for power plant
US8694172B2 (en) * 2011-07-12 2014-04-08 General Electric Company Systems and devices for controlling power generation
DE102011110853A1 (de) * 2011-08-23 2013-02-28 Rwe Power Ag Kraftwerk mit einem Speicher für die zur Energieerzeugung genutzten Materie
US20130099508A1 (en) * 2011-10-19 2013-04-25 Alstom Technology Ltd. Methods for using a carbon dioxide capture system as an operating reserve
EP2703607A1 (en) * 2012-09-04 2014-03-05 Alstom Technology Ltd A method of increasing electricity output during high demand
EP2770171A1 (en) 2013-02-22 2014-08-27 Alstom Technology Ltd Method for providing a frequency response for a combined cycle power plant
EP2818649B1 (de) * 2013-06-27 2017-09-06 Enrichment Technology Company Ltd. Kombinationskraftwerk
US9985437B2 (en) * 2014-09-26 2018-05-29 Enrichment Technology Company Ltd., Zweigniederlassung Deutschland Combined electrical power plant

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