KR20190052295A - 터빈 발전기 전용 컨트롤러 시스템이 구비된 orc 발전시스템 - Google Patents

터빈 발전기 전용 컨트롤러 시스템이 구비된 orc 발전시스템 Download PDF

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KR20190052295A
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박형준
권종서
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Abstract

본 발명은 터빈 발전기 전용 컨트롤러 시스템이 구비된 ORC 발전시스템에 관한 것으로, 예열기(104), 증발기(103)를 포함하는 ORC 열회수 시스템(100)과, 터빈 발전기 시스템(200)으로 이루어지는 ORC 발전시스템에 있어서, 상기 터빈 발전기 시스템(200)의 터빈 발전기에 자기 베어링(Magnetic Bearing)을 사용하고, 상기 자기 베어링(Magnetic Bearing)을 정밀한 전기의 세기로 제어하는 터빈 발전기 전용 컨트롤러 시스템(400)을 추가로 포함하여 이루어진다.
본 발명은 터빈 발전기에 자기 베어링(Magnetic Bearing)을 사용하고 상기 자기 베어링(Magnetic Bearing)을 정밀한 전기의 세기에 의해서 제어하는 터빈 발전기 전용 컨트롤러 시스템을 구비함으로써 고속회전을 하는 ORC 터빈 발전기의 제어효율을 높이고, 회수열원의 열량변동 등 시스템의 변동에 따른 영향을 최소화하는 효과를 가진다.

Description

터빈 발전기 전용 컨트롤러 시스템이 구비된 ORC 발전시스템{ORC power generation system with dedicated turbine generator control system}
본 발명은 터빈 발전기 전용 컨트롤러 시스템이 구비된 ORC 발전시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 회수열원의 열량변동이 심한 ORC 발전시스템의 효율적인 운전제어를 위한 터빈 발전기 전용 컨트롤러 시스템이 구비된 ORC 발전시스템에 관한 것이다.
ORC(Organic Rankine Cycle: 유기랭킨사이클) 발전시스템은 유기물 매체를 작동유체로 사용하는 랭킨사이클(Rankine Cycle)로서 100~300℃ 수준의 중·저온 폐열을 회수하여 전기를 생산하는 시스템이다.
ORC 발전시스템은 제철소, 소각로 등의 각종 산업공정 폐열 및 지열, 태양열, 바이오메스 등의 신재생 에너지가 열원으로 활용이 가능하다.
ORC 발전시스템은 산업공정 폐열 등의 열원을 회수하여 이용할 경우 열원의 열량변동에 따른 시스템의 운전제어가 필요하며, 시스템 운전제어는 열원의 열량변동에 따라 수시로 이루어져야 하고 이에 따라 발전의 주요장치인 터빈 발전기의 제어도 민감하게 이루어져야 한다.
그러나 기존의 ORC 발전시스템은 이러한 회수열원의 열량변동에도 불구하고, 터빈 발전기를 전체 시스템을 구성하는 하나의 장치로만 인식하여 운전하고 있는바, PLC(Programable Logic Control)를 통해서 ORC 발전시스템의 운전제어를 하게 되면 터빈 발전기의 상태파악이 느릴 뿐만 아니라 터빈 발전기를 민감하게 조절하지 못하여 터빈 발전기의 손상이 초래되고 수명이 단축되는 경우가 빈번하게 일어나고 있다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 인출된 것으로, 회수열원의 열량변동이 수반되는 ORC 발전시스템에 터빈 발전기 전용 컨트롤러 시스템을 구축함으로써 주요장비인 터빈 발전기의 손상을 보호하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 터빈 발전기에 축 베어링(Shaft Bearing)을 사용하지 않고 자기의 흡인력·반발력을 이용하여 회전축을 일정한 위치에 지지하는 자기 베어링(Magnetic Bearing)을 사용함으로써 터빈 발전기의 고속회전에 따른 ORC 발전시스템의 안정화 및 제어성능 향상에 그 다른 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 예열기, 증발기를 포함하는 ORC 열회수 시스템과, 터빈 발전기 시스템으로 이루어지는 ORC 발전시스템에 있어서, 상기 터빈 발전기 시스템의 터빈 발전기에 자기 베어링(Magnetic Bearing)을 사용하고, 상기 자기 베어링(Magnetic Bearing)을 정밀한 전기의 세기로 제어하는 터빈 발전기 전용 컨트롤러 시스템을 추가로 포함하여 이루어지는 터빈 발전기 전용 컨트롤러 시스템이 구비된 ORC 발전시스템을 제공한다.
또한, 본 발명은 예열기, 증발기를 포함하는 ORC 열회수 시스템과 터빈 발전기 시스템으로 이루어지는 ORC 발전시스템에 있어서, 상기 ORC 열회수 시스템의 구동을 위해 펌프나 밸브를 조절하는 PLC와, 터빈의 고속회전(RPM) 등을 조절하는 터빈 발전기 전용 컨트롤러 시스템을 더 구비하며, 상기 PLC와 터빈 발전기 전용 컨트롤러 시스템의 유기적인 제어동작에 의해 ORC 열회수 시스템에서 터빈으로 유입되는 작동유체가 안정적으로 제어되는 터빈 발전기 전용 컨트롤러 시스템이 구비된 ORC 발전시스템을 제공한다.
여기서 터빈 발전기에 자기 베어링(Magnetic Bearing)을 사용하고, 상기 자기 베어링(Magnetic Bearing)은 상기 터빈 발전기 전용 컨트롤러 시스템을 통해서 정밀한 전기의 세기에 의해서 제어된다.
또한, 여기서 상기 터빈 발전기 전용 컨트롤러 시스템은 터빈의 고속회전(RPM)조절, 자기 베어링(Magnetic Bearing) 제어, 발전 발생, 발전 연결, 터빈 발전기 냉각, 운전중단(Shutdown) 등을 자동적으로 컨트롤할 수 있도록 설계된다.
또한, 여기서 본 발명에 따른 ORC 발전시스템은 상기 터빈 발전기 시스템에 문제가 발생할 시, 터빈 발전기 전용 컨트롤러 시스템을 통해 PLC로 정보를 보내어 ORC 열회수 시스템의 작동을 중지시키거나(Shut down), 터빈 발전기 시스템의 발전량 조절이 필요할 시, 열 회수 시스템의 열원 감소, 작동유체의 우회(By pass), 펌프제어를 통한 작동유체의 감소가 이루어지도록 운전된다.
본 발명은 터빈 발전기에 자기 베어링(Magnetic Bearing)을 사용함으로써 축 베어링(Shaft Bearing)을 사용할 때보다 터빈 발전기의 수명이 2배 정도 연장되고 관련부속품들이 현저하게 줄게 되어 ORC 발전시스템의 전력 생산비용을 크게 낮추는 효과를 가진다.
본 발명은 터빈 발전기에 자기 베어링(Magnetic Bearing)을 사용하고 상기 자기 베어링(Magnetic Bearing)을 정밀한 전기의 세기에 의해서 제어하는 터빈 발전기 전용 컨트롤러 시스템을 구비함으로써 고속회전을 하는 ORC 터빈 발전기의 제어효율을 높이고, 회수열원의 열량변동 등 시스템의 변동에 따른 영향을 최소화하는 효과를 가진다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터빈 발전기 전용 컨트롤러 시스템을 구비한 ORC 발전시스템의 블록도이다.
이하 본 발명의 일 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참고하여 그 구성 및 작용을 설명하기로 한다.
본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함'한다고 할 때 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터빈 발전기 전용 컨트롤러 시스템을 구비한 ORC 발전시스템의 블록도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 의한 ORC 발전시스템은 열원으로 지열수를 사용하고 ORC 열회수 시스템(100)과 터빈 발전기 시스템(200)으로 구분하여 이루어진다.
ORC 열회수 시스템(100)의 구동은 펌프(105)나 밸브(106)를 PLC(Programable Logic Control: 300)로 조절하여 이루어진다.
지열수 생산정(101)으로부터 열원이 공급되면 순환되는 작동유체가 예열기(104)와 증발기(103)를 거쳐서 포화증기로 되어 터빈(201)으로 유입된다.
이때 터빈(201)에 유입되는 작동유체 포화증기의 온도 및 압력조건은 정해져 있으므로, 이 조건에 도달할 때까지 1차적으로 PLC(300)에서 터빈(201) 입구 배관의 온도와 압력에 대한 정보를 수집 및 확인하게 된다.
터빈(201) 입구의 온도 및 압력이 정해진 조건에 도달하게 되면 터빈 발전기 전용 컨트롤러 시스템(400)에 정보가 전송된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 ORC 발전시스템은 터빈 발전기가 고속회전을 하여 발전하는 시스템이므로 고속에 따른 시스템의 안정화 및 제어성능 향상을 위해 터빈 발전기에 축 베어링(Shaft Bearing)을 사용하지 않고 자기의 흡인력·반발력을 이용하여 회전축을 일정한 위치에 지지하는 자기 베어링(Magnetic Bearing)을 사용한다.
자기 베어링(Magnetic Bearing)은 전자석의 자력으로 제어되며, 전자석의 자력은 터빈 발전기 전용 컨트롤러 시스템(400)을 통해서 정밀한 전기의 세기에 의해서 제어된다.
터빈 발전기 전용 컨트롤러 시스템(400)은 터빈(201)의 고속회전(RPM) 조절, 자기 베어링(Magnetic Bearing) 제어, 발전 발생, 발전 연결, 터빈 발전기 냉각, 작동중지(Shutdown) 등을 자동적으로 컨트롤할 수 있도록 설계된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 ORC 발전시스템은 PLC(300)와 터빈 발전기 전용 컨트롤러 시스템(400)의 유기적인 제어동작에 의해 회수열원의 열량변동이 큰 ORC 열회수 시스템(100)에서 터빈(201)으로 유입되는 작동유체가 안정적으로 제어된다.
즉 터빈 발전기 시스템(200)에 문제가 발생할 시, 터빈 발전기 전용 컨트롤러 시스템(400)을 통해 PLC(300)로 정보를 보내어 ORC 열회수 시스템(100)의 작동을 중지시키거나(Shut down), 터빈 발전기 시스템(200)의 발전량 조절이 필요할 시, 열 회수 시스템(100)의 열원 감소, 작동유체의 우회(By pass), 펌프제어를 통한 작동유체의 감소가 이루어지도록 작동된다.
앞에서 본 발명의 일실시예와 관련하여 도면을 참조하면서 상세히 설명하였지만 본 발명은 이와 같은 특정구조에 한정하는 것은 아니다. 또한, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 아래의 특허청구범위에 기재된 권리범위를 넘지않는 한도 내에서 다양하게 변경, 또는 수정할 수 있을 것이다.
따라서, 이러한 변경 또는 수정사항들도 모두 본 발명의 권리범위에 속함을 미리 밝혀둔다.
100: ORC 열회수 시스템
101: 지열수 생산정
102: 분리기
103: 중발기
104: 예열기
105: 펌프
106: 밸브
107: 탱크
108: 응축기
109: 냉각탑
110: 지열수 유입정
200: 터빈 발전기 시스템
201: 터빈
300: PLC
400: 터빈 발전기 전용 컨트롤러 시스템

Claims (6)

  1. 예열기(104), 증발기(103)를 포함하는 ORC 열회수 시스템(100)과, 터빈 발전기 시스템(200)으로 이루어지는 ORC 발전시스템에 있어서,
    상기 터빈 발전기 시스템(200)의 터빈 발전기에 자기 베어링(Magnetic Bearing)을 사용하고, 상기 자기 베어링(Magnetic Bearing)을 정밀한 전기의 세기로 제어하는 터빈 발전기 전용 컨트롤러 시스템(400)을 추가로 포함하여 이루어지는 터빈 발전기 전용 컨트롤러 시스템이 구비된 ORC 발전시스템.
  2. 예열기(104), 증발기(103)를 포함하는 ORC 열회수 시스템(100)과 터빈 발전기 시스템(200)으로 이루어지는 ORC 발전시스템에 있어서,
    상기 ORC 열회수 시스템(100)의 구동을 위해 펌프(105)나 밸브(106)를 조절하는 PLC(300)와, 터빈(201)의 고속회전(RPM) 등을 조절하는 터빈 발전기 전용 컨트롤러 시스템(400)을 더 구비하며,
    상기 PLC(300)와 터빈 발전기 전용 컨트롤러 시스템(400)의 유기적인 제어동작에 의해 ORC 열회수 시스템(100)에서 터빈(201)으로 유입되는 작동유체가 안정적으로 제어되는 터빈 발전기 전용 컨트롤러 시스템이 구비된 ORC 발전시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    터빈 발전기에 자기 베어링(Magnetic Bearing)을 사용하는 터빈 발전기 전용 컨트롤러 시스템이 구비된 ORC 발전시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 자기 베어링(Magnetic Bearing)은 상기 터빈 발전기 전용 컨트롤러 시스템(400)을 통해서 정밀한 전기의 세기에 의해서 제어되는 터빈 발전기 전용 컨트롤러 시스템이 구비된 ORC 발전시스템.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 터빈 발전기 전용 컨트롤러 시스템(400)은 터빈(201)의 고속회전(RPM)조절, 자기 베어링(Magnetic Bearing) 제어, 발전 발생, 발전 연결, 터빈 발전기 냉각, 운전중단(Shutdown) 등을 자동적으로 컨트롤할 수 있도록 설계되는 터빈 발전기 전용 컨트롤러 시스템이 구비된 ORC 발전시스템.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 터빈 발전기 시스템(200)에 문제가 발생할 시, 터빈 발전기 전용 컨트롤러 시스템(400)을 통해 PLC(300)로 정보를 보내어 ORC 열회수 시스템(100)의 작동을 중지시키거나(Shut down), 터빈 발전기 시스템(200)의 발전량 조절이 필요할 시, 열 회수 시스템(100)의 열원 감소, 작동유체의 우회(By pass), 펌프제어를 통한 작동유체의 감소가 이루어지도록 운전되는 터빈 발전기 전용 컨트롤러 시스템이 구비된 ORC 발전시스템.
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