KR20200076097A - Apparatus and method for controlling power generation output based on prediction of supply of by-product gas - Google Patents

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Abstract

A method for controlling power generation output based on prediction of supply of by-product gas according to an embodiment of the present invention includes the steps of: predicting the generation amount of by-product gas and the amount of operation used; predicting the amount of gas supply for power generation based on the predicted generation amount and the amount of operation used; estimating the efficiency of a generator; setting power constraints; and supplying the by-product gas to the generator by reflecting the predicted power generation gas supply amount, generator efficiency, and power generation constraints.

Description

부생가스 수급예측에 기초한 발전출력 제어장치 및 제어방법 {APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING POWER GENERATION OUTPUT BASED ON PREDICTION OF SUPPLY OF BY-PRODUCT GAS}Power generation output control device and control method based on by-product gas supply and demand forecasting {APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING POWER GENERATION OUTPUT BASED ON PREDICTION OF SUPPLY OF BY-PRODUCT GAS}

본 발명은 부생가스의 수급 예측에 기초하여 발전소의 발전출력을 제어하는 장치 및 방법에 대한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for controlling power generation output of a power plant based on prediction of supply and demand of by-product gas.

제철공정 또는 석유화학공정 등에서는 다량의 부생가스가 발생한다. 예를 들면, 제철공정의 고로에서 발생하는 고로 가스(Blast Furnace Gas, BFG), 코크스 제조과정에서 발생하는 코크스로 가스(Cokes Oven Gas, COG), 제강공정의 전로에서 발생하는 전로 가스(Linz-Donawitz Gas, LDG) 및 파이넥스(Finex) 공정에서 발생하는 파이넥스 가스(Finex Off Gas, FOG) 등의 부생가스가 있다. 제철소에서 발생한 부생가스를 회수하여 제철공정의 에너지원으로 재사용함으로써 전력 사용량을 줄여 원가를 절감할 수 있으며, 부생가스를 발전소의 에너지원으로 사용하여 전력을 생산할 수 있다. In the steelmaking process or petrochemical process, a large amount of by-product gas is generated. For example, blast furnace gas (BFG) generated in the blast furnace of the steelmaking process, coke oven gas (COG) generated in the coke manufacturing process, and converter gas generated in the converter of the steelmaking process (Linz- There are by-product gases such as Donawitz Gas (LDG) and Finex Off Gas (FOG) generated in the Finex process. By recovering by-product gas from the steelworks and reusing it as an energy source for the steelmaking process, it is possible to reduce the cost by reducing the amount of electricity used, and to produce electricity by using the by-product gas as an energy source for the power plant.

부생가스의 수급 상황은 실시간으로 변동될 수 있는데 종래에는 고로, 코크스로 및 전로 등의 조업에서 발생되는 각종 부생가스들에 대해 가스 발생과 연관되는 일부 변수들과 열풍로 및 각종 압연공정의 가열로 등에서의 가스 사용과 연관되는 일부 변수들을 수신하여 발생량 및 사용량을 경험적으로 예측하였다. 즉, 종래에는 운전원들의 경험적 예측에 의해 부생가스 종류 별 홀더 레벨을 관리하며 홀더 레벨이 중간 부근에서 운전될 수 있도록 부생가스의 밸런스 상태 예측에 따라 운전원들이 개입하여 발전소에 연료 사용 증가 또는 감소를 유선상으로 요청하였다. 종래의 발전소에서는 시스템화된 부생가스의 수급 예측 및 발전기 별 효율에 기반한 발전 가스 분배 방법이 적용되지 않았다. 따라서 발전소의 효율을 증대시키기 위해서는 부생가스의 발생 및 사용 예측 정보를 이용해 실시간으로 발전기에 발전가스를 분배하는 방법을 적용할 필요가 있다.The supply and demand situation of by-product gas can fluctuate in real time. Conventionally, some variables related to gas generation for various by-product gases generated in operations such as blast furnaces, coke ovens and converters, and in hot furnaces and heating furnaces of various rolling processes, etc. By receiving some variables related to the gas use of, we have empirically predicted the amount and usage. That is, conventionally, the holder level for each by-product gas type is managed by the empirical prediction of the operators, and the operator intervenes according to the prediction of the balance state of the by-product gas so that the holder level can be operated in the middle. As requested. In a conventional power plant, a system for predicting supply and demand of by-product gas and power generation gas distribution method based on efficiency per generator are not applied. Therefore, in order to increase the efficiency of the power plant, it is necessary to apply a method of distributing the generated gas to the generator in real time using the generation and use prediction information of by-product gas.

하기의 선행기술문헌 중에서 특허문헌 1은 제철소 내에 있어서의 가스, 증기 및, 전력의 수급 운용 작업을 지원하는 에너지 수급 운용 가이던스 장치 및 제철소 내의 에너지 수급 운용 방법에 관하여 기재하고 있고, 특허문헌 2는 부생가스, 증기, 전력 등의 에너지 유틸리티 수급 운용 작업을 지원하는 에너지 수급 운용 가이던스 장치 및 제철소내의 에너지 수급 운용 방법에 대하여 기재하고 있다. 그러나 부생가스 수급예측을 기반으로 발전소의 전력 생산이 최대로 되도록 발전가스를 발전기에 분배하는 장치 및 방법에 대해서는 선행기술문헌에 개시되어 있지 않다.Among the following prior art documents, Patent Document 1 describes an energy supply and demand operation guidance device supporting a supply and demand operation operation of gas, steam, and electric power in a steel mill and an energy supply and demand management method in a steel mill, and Patent Document 2 is a by-product It describes the energy supply and demand operation guidance device and the energy supply and demand operation method in the steel mill to support energy utility supply and demand operations such as gas, steam, and electricity. However, the apparatus and method for distributing the generated gas to the generator so that the power generation of the power plant is maximized based on the forecast of supply and demand of by-product gas is not disclosed in the prior art literature.

한국 공개특허공보 제10-2016-0086913호Korean Patent Publication No. 10-2016-0086913 한국 공개특허공보 제10-2012-0057981호Korean Patent Publication No. 10-2012-0057981

본 발명의 과제는 부생가스의 수급 예측에 기초하여 발전소의 발전출력이 최대가 되도록 발전가스를 분배하는 제어장치 및 방법을 제공하는 것이다. 특히, 복수 개로 운용되는 발전기들에 공급되는 부생가스에 따른 발전기의 효율 및 각 발전기 별 설비 제약조건 등을 고려하여 실시간으로 발전기 별로 공급되는 발전 가스의 양을 최적으로 분배하는 장치 및 방법을 제공한다.An object of the present invention is to provide a control device and method for distributing power generation gas to maximize power generation output of a power plant based on prediction of supply and demand of by-product gas. In particular, it provides an apparatus and method for optimally distributing the amount of power generated for each generator in real time in consideration of the efficiency of the generator according to the by-product gas supplied to the generators operated in plural and the facility constraints for each generator. .

본 발명의 일 실시예에 따른 부생가스 수급예측에 기초한 발전출력 제어방법은 부생가스의 발생량과 조업 사용량을 예측하는 단계; 예측한 발생량과 조업 사용량에 기초하여 발전용 가스공급량을 예측하는 단계; 발전기의 효율을 추정하는 단계; 발전 제약조건을 설정하는 단계; 및 예측한 발전용 가스공급량, 발전기 효율 및 발전 제약조건을 반영하여 발전기에 부생가스를 공급하는 단계;를 포함한다.The power generation output control method based on the by-product gas supply and demand prediction according to an embodiment of the present invention comprises the steps of predicting the amount of by-product gas and the amount of operation used; Predicting a gas supply for power generation based on the predicted generation amount and the operation amount; Estimating the efficiency of the generator; Setting power generation constraints; And supplying by-product gas to the generator by reflecting the predicted gas supply for power generation, generator efficiency, and power generation constraints.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 부생가스 수급예측에 기초한 발전출력 제어장치는 응용프로그램을 저장한 저장장치; 및 저장장치에 저장된 응용프로그램을 실행하는 중앙처리장치;를 포함한다. 상기 응용프로그램은, 부생가스의 발생량과 조업 사용량을 예측하는 단계; 예측한 발생량과 조업 사용량에 기초하여 발전용 가스공급량을 예측하는 단계; 발전기의 효율을 추정하는 단계; 발전 제약조건을 설정하는 단계; 및 예측한 발전용 가스공급량, 발전기 효율 및 발전 제약조건을 반영하여 발전기에 부생가스를 공급하는 단계;를 포함한다.In addition, the power generation output control device based on the by-product gas supply and demand prediction according to an embodiment of the present invention includes a storage device for storing an application program; And a central processing unit that executes an application program stored in the storage device. The application program, predicting the amount of by-products generated and the amount of operation used; Predicting a gas supply for power generation based on the predicted generation amount and the operation amount; Estimating the efficiency of the generator; Setting power generation constraints; And supplying by-product gas to the generator by reflecting the predicted gas supply for power generation, generator efficiency, and power generation constraints.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 부생가스의 수급 예측에 따라 각 발전기에 공급되는 부생가스의 양을 조절함으로써 각 발전기에서 생산되는 전력의 양이 최대로 되도록 할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에서는 실시간으로 변동되는 부생가스의 수급상태 및 발전설비들의 운영 제약조건을 고려하여 발전기 별 실시간 가스 분배를 수행함으로써 발전기의 발전출력을 최대로 할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, by controlling the amount of by-product gas supplied to each generator according to the forecast of the supply and demand of by-product gas, it is possible to maximize the amount of power produced by each generator. That is, in one embodiment of the present invention, the power generation output of the generator can be maximized by performing real-time gas distribution for each generator in consideration of the supply and demand condition of by-product gas fluctuating in real time and operating constraints of power generation facilities.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발전출력 제어장치 및 방법이 적용될 수 있는 제철공정에서의 부생가스 수배급에 대한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발전출력 제어장치의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 발전출력 제어방법의 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 발전출력 제어방법에서 부생가스 수급예측 단계를 상세하게 보여준다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 발전출력 제어방법에서 발전용 가스 공급량을 예측하는 단계를 상세하게 보여준다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 발전출력 제어방법에서 발전기 효율을 추정하는 단계를 상세하게 보여준다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 발전출력 제어방법에서 제약조건을 설정하는 단계를 상세하게 보여준다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 발전출력 제어방법에서 홀더 레벨 및 발전출력을 제어하는 단계를 상세하게 보여준다.1 is a conceptual diagram for supply and distribution of by-product gas in a steelmaking process to which a power generation output control device and method according to an embodiment of the present invention can be applied.
2 is a block diagram of a power generation output control device according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart of a power generation output control method according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 shows in detail the steps for predicting the supply and demand of by-product gas in the power generation output control method according to an embodiment of the present invention.
5 shows in detail the steps of predicting the gas supply for power generation in the power generation output control method according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 shows in detail the steps of estimating the generator efficiency in the power generation output control method according to an embodiment of the present invention.
7 shows in detail the steps of setting constraints in the power generation output control method according to an embodiment of the present invention.
8 shows in detail the steps of controlling the holder level and the power generation in the power generation output control method according to an embodiment of the present invention.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.For a detailed description of the present invention, which will be described later, reference is made to the accompanying drawings that illustrate, by way of example, specific embodiments in which the present invention may be practiced. These examples are described in detail enough to enable those skilled in the art to practice the present invention. It should be understood that the various embodiments of the invention are different, but need not be mutually exclusive. Therefore, the following detailed description is not intended to be taken in a limiting sense, and the scope of the present invention, if appropriately described, is limited only by the appended claims, along with all ranges equivalent to those claimed. In the drawings, similar reference numerals refer to the same or similar functions across various aspects.

본 발명의 일 실시예는 실시간으로 변동되는 부생가스의 수급상태를 예측하고 발전기 별 효율 모델을 기반으로 발전설비의 운전 제한조건들을 감안하여 발전출력이 최대가 될 수 있도록 발전기 별 실시간 가스 분배를 수행하도록 제어하는 장치 및 방법을 제공한다. 이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.One embodiment of the present invention predicts the supply and demand status of by-product gas fluctuating in real time, and performs real-time gas distribution for each generator so that power generation output can be maximized in consideration of operating limitations of the power generation facility based on the efficiency model for each generator. It provides a device and method for controlling the. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings in order to enable those skilled in the art to easily implement the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발전출력 제어장치 및 방법이 적용될 수 있는 제철공정에서의 부생가스 수배급에 대한 개념도이다. 제철공정 시스템은 부생가스가 발생되는 고로(121), 코크스로(122), 파이넥스 설비(123), 전로(124)를 포함할 수 있다. 고로 (121)에 철광석과 코크스를 장입해 선철을 제조하는 과정에서 고로 가스(BFG)가 발생되고, 코크스로(122)에서 유연탄을 건류하는 과정에서 코크스로 가스(COG)가 발생된다. 파이넥스(123) 설비에서 파이넥스 가스(FOG)가 발생되며, 제강공장의 전로(124)에 용선을 장입하고 산소를 취입하는 과정에서 전로 가스(LDG)가 발생된다. 각 발생되는 부생가스는 종류에 따라 서로 다른 열량을 가진다. 　1 is a conceptual diagram for supply and distribution of by-product gas in a steelmaking process to which a power generation output control device and method according to an embodiment of the present invention can be applied. The steelmaking process system may include a blast furnace 121 for generating by-product gas, a coke oven 122, a FINEX facility 123, and a converter 124. In the process of manufacturing pig iron by charging iron ore and coke in the blast furnace 121, blast furnace gas (BFG) is generated, and in the process of distilling bituminous coal in the coke oven 122, coke oven gas (COG) is generated. FINEX gas (FOG) is generated in the FINEX 123 facility, and a converter gas (LDG) is generated in the process of charging molten iron and injecting oxygen into the converter 124 of the steel mill. Each generated by-product gas has a different amount of heat depending on the type.

제철공정에서 발생된 부생가스는 제철공정의 조업에 다시 사용될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 제철공정에서 발생된 부생가스는 회수되어 제선(131)공정, 화성(132)공정, 제강(133)공정, 압연(134)공정의 에너지원으로 사용될 수 있다. 제선(131)공정은 철광석과 유연탄을 고로에 넣은 뒤 뜨거운 바람을 불어 넣어 쇳물을 만드는 과정으로서, 부생가스를 고로의 열원으로 사용할 수 있다. 화성(132)공정은 석탄을 건류하여 코크스를 제조하는 공정이며, 제강(133)공정은 쇳물에서 불순물을 제거하여 강철을 만드는 공정이며, 압연(134)공정은 철을 강판이나 선재로 만드는 공정으로서, 부생가스를 이들 공정의 에너지원으로 사용할 수 있다. The by-product gas generated in the steelmaking process can be used again for the operation of the steelmaking process. As shown in FIG. 1, by-product gas generated in the steelmaking process is recovered and can be used as an energy source for the steelmaking 131 process, the chemical conversion 132 process, the steelmaking 133 process, and the rolling 134 process. The steelmaking process 131 is a process in which iron ore and bituminous coal are put in a blast furnace and then blown with hot air to make molten water. By-product gas can be used as a heat source for the blast furnace. The Hwaseong (132) process is a process for producing coke by distilling coal, the steelmaking (133) process is a process for making steel by removing impurities from molten metal, and the rolling (134) process is a process for making iron into a steel sheet or wire. , By-product gas can be used as an energy source for these processes.

발생된 부생가스 중 조업에 사용되지 않은 부생가스는 부생가스 홀더(140)에 저장된다. 도 1에서는 설명을 위하여 하나의 부생가스 홀더를 도시하였으나 부생가스의 종류에 따라 각각의 부생가스 홀더를 구비할 수 있다. 예를 들면, 고로 가스(BFG)를 저장하기 위한 고로 가스 홀더, 코크스로 가스(COG)를 저장하기 위한 코크스로 가스 홀더, 파이넥스 가스(FOG)를 저장하기 위한 파이넥스 가스 홀더, 전로 가스(LDG)를 저장하기 위한 전로 가스 홀더를 각각 별도로 구비할 수 있다. 부생가스 홀더(140)는 유틸리티 제어센터(Utility Control Center, UCC)(110)에 연결되어 유틸리티 제어센터(110)로부터 홀더레벨 제어신호를 수신할 수 있다. 부생가스 홀더(140)는 홀더레벨 제어신호에 따라 부생가스 홀더(140)에 저장되는 부생가스의 양을 제어할 수 있다.Among the generated by-product gases, by-product gas that is not used for operation is stored in the by-product gas holder 140. In FIG. 1, one by-product gas holder is illustrated for explanation, but each by-product gas holder may be provided according to the type of by-product gas. For example, a blast furnace gas holder for storing blast furnace gas (BFG), a coke oven gas holder for storing coke oven gas (COG), a FINEX gas holder for storing FINEX gas (FOG), converter gas (LDG) A converter gas holder for storing may be separately provided. The by-product holder 140 may be connected to a utility control center (UCC) 110 to receive a holder level control signal from the utility control center 110. The by-product gas holder 140 may control the amount of by-product gas stored in the by-product gas holder 140 according to the holder level control signal.

발전소(150)는 부생가스 홀더(140)에 연결되어 발전에 필요한 부생가스를 공급받는다. 발전소(150)에 공급되는 부생가스의 양은 부생가스 홀더(140)의 레벨을 조절함으로써 조정할 수 있다. 발전소(150)는 공급받은 부생가스를 혼합하여 사용할 수 있으며, 혼합된 부생가스를 연소하여 가스터빈에서 전력을 생산할 수 있고, 또한 가스터빈에서 발생된 폐열을 회수보일러로 회수하여 증기를 생산하고, 증기로 스팀터빈을 가동하여 전력을 생산할 수 있다. 발전소(150)는 유틸리티 제어센터(110)에 연결되어 유틸리티 제어센터(110)로부터 발전출력 제어신호를 수신할 수 있다. 발전소(150)는 발전출력 제어신호에 따라 발전소의 출력을 제어한다.The power plant 150 is connected to the by-product gas holder 140 to receive the by-product gas required for power generation. The amount of by-product gas supplied to the power plant 150 can be adjusted by adjusting the level of the by-product gas holder 140. The power plant 150 can use the supplied by-product gas by mixing, can produce power from the gas turbine by burning the mixed by-product gas, and also recovers waste heat generated from the gas turbine by using a recovery boiler to produce steam, Steam turbines can be used to generate electricity. The power plant 150 is connected to the utility control center 110 to receive a power generation output control signal from the utility control center 110. The power plant 150 controls the power of the power plant according to the power generation output control signal.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발전출력 제어장치의 블록도이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 발전출력 제어장치는 도 1에서 도시한 유틸리티 제어센터(110)로 구현될 수 있으며, 유틸리티 제어센터(110)는 중앙처리장치(111), 디스플레이(112), 입력장치(113), 기억장치(114)를 포함할 수 있다. 중앙처리장치(111)는 프로세서를 포함하고 있어 연산처리 능력을 가지며, 기억장치(114)에 저장된 프로그램을 실행할 수 있다. 디스플레이(112)는 도 1에 도시된 제철공정 시스템을 표시할 수 있으며, 입력장치(113)는 본 발명의 일 실시예에 따른 발전출력 제어장치의 동작과 발전출력 제어방법의 수행을 위해 필요한 데이터를 입력할 수 있다. 기억장치(114)는 본 발명의 일 실시예에 따른 발전출력 제어방법을 수행하기 위한 응용 프로그램(115)을 포함할 수 있다. 응용 프로그램(115)은 부생가스 발생예측 및 부생가스 사용예측을 위한 알고리즘을 포함하여 부생가스 발생예측과 부생가스 사용예측의 차이에 의해 발전소 및 홀더에서 운용할 수 있는 가스량을 결정할 수 있다. 운용 가스량을 기반으로 발전기 별 효율과 홀더/발전설비 제약조건을 만족하도록 홀더 레벨 제어 및 발전소 출력제어를 수행한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 발전출력 제어방법은 도 3 내지 도 8을 참조하여 아래에서 상세하게 설명한다.2 is a block diagram of a power generation output control device according to an embodiment of the present invention. The power generation output control device according to an embodiment of the present invention may be implemented as the utility control center 110 shown in FIG. 1, and the utility control center 110 includes a central processing unit 111, a display 112, and an input. It may include a device 113, a storage device 114. The central processing unit 111 includes a processor, and thus has arithmetic processing capability, and can execute a program stored in the storage unit 114. The display 112 can display the steel processing system shown in FIG. 1, and the input device 113 is data required for the operation of the power generation output control device and the power generation control method according to an embodiment of the present invention. You can enter The memory device 114 may include an application program 115 for performing a power generation output control method according to an embodiment of the present invention. The application program 115 may determine the amount of gas that can be operated in the power plant and the holder by the difference between the by-product gas generation prediction and the by-product gas usage prediction, including algorithms for by-product gas generation prediction and by-product gas usage prediction. Holder level control and power plant output control are performed to satisfy the efficiency of each generator and the constraints of the holder/power generation facility based on the amount of operating gas. The power generation output control method according to an embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to FIGS. 3 to 8.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 발전출력 제어방법의 흐름도이다. 첫 번째 단계(310)는 부생가스 수급예측 단계로서 실시간으로 발생량 및 사용량을 예측하는 단계이다. 두 번째 단계(320)는 발전 가능한 가스량을 추정하는 단계로서 유량계 오차를 보정하여 실제 발전에 사용되는 가스량을 산출하는 단계이다. 세 번째 단계(330)는 발전기 별 효율을 계산하는 단계로서 발전기 별 입력되는 부생가스의 종류 및 유량에 따라 효율을 계산하는 단계이다. 네 번째 단계(340)는 발전설비 및 홀더설비의 운전 제약조건을 분석하여 제약조건식으로 변환하는 단계이다. 다섯 번째 단계(350)는 홀더 및 발전기로 분배되는 가스의 양을 결정하고 시간 구간 별로 나누어 최종 분배되는 가스량을 제어하는 단계이다. 각각의 단계는 도 4 내지 도 8을 참조하여 아래에서 상세하게 설명한다.3 is a flowchart of a power generation output control method according to an embodiment of the present invention. The first step 310 is a by-product gas supply and demand forecasting step, which is a step of predicting the amount and usage in real time. The second step 320 is a step of estimating the amount of gas that can be generated, and calculating a gas amount that is actually used for power generation by correcting a flow meter error. The third step 330 is a step of calculating the efficiency for each generator, and is a step for calculating the efficiency according to the type and flow rate of by-product gas input for each generator. The fourth step 340 is a step of analyzing the operating constraints of the power generation facility and the holder facility and converting it into a constraint expression. The fifth step 350 is a step of determining the amount of gas to be distributed to the holder and the generator and controlling the amount of gas to be finally distributed by dividing each time interval. Each step is described in detail below with reference to FIGS. 4 to 8.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 발전출력 제어방법에서 부생가스 수급예측 단계(310)를 상세하게 보여준다. 부생가스 수급예측 단계(310)는 부생가스 발생예측 단계(311)와 부생가스의 조업 사용예측 단계(312)를 포함한다. 부생가스 발생예측 단계(311)는 부생가스 종류에 따라 각각 다른 발생예측 알고리즘을 사용할 수 있다. 예를 들면, 전로 가스 발생 예측을 위하여 한국 특허번호 10-1819389 (전로부생가스 회수 예측 장치 및 방법)에 개시되어 있는 알고리즘을 사용할 수 있다. 부생가스의 조업 사용예측 단계(312)는 조업 공정에 따라 각각 다른 사용예측 알고리즘을 사용할 수 있다. 부생가스 수급예측 단계(310)는 부생가스 발생 공정 및 부생가스 사용 공정에서 실시간으로 부생가스의 발생량 및 사용량을 예측한다. 부생가스의 발생공정 및 사용공정의 에너지 발생/사용 특성에 따라 데이터 기반의 인공지능 방법 및 공정진행에서 발생되는 이벤트 신호를 수신 받아 로직화 하는 방법 등으로 알고리즘을 구성할 수 있다. Figure 4 shows in detail the by-product gas supply and demand prediction step 310 in the power generation output control method according to an embodiment of the present invention. The by-product gas supply and demand prediction step 310 includes a by-product gas generation prediction step 311 and a by-product operation use prediction step 312. The by-product gas generation prediction step 311 may use different generation prediction algorithms according to types of by-product gas. For example, an algorithm disclosed in Korean Patent No. 10-1819389 (Converter By-product Gas Recovery Prediction Device and Method) can be used for predicting the generation of converter gas. The operation use prediction step 312 of the by-product gas may use different usage prediction algorithms according to the operation process. The by-product gas supply and demand prediction step 310 estimates the amount and amount of by-product gas generated in real time in the by-product gas generation process and by-product gas use process. Depending on the generation and use characteristics of the by-product gas and the energy generation/use characteristics of the using process, the algorithm can be constructed by using data-based artificial intelligence methods and logic to receive and signal event signals generated by process progress.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 발전출력 제어방법에서 발전용 가스 공급량을 예측하는 단계(320)를 상세하게 보여준다. 발전용 가스 공급량을 예측하는 단계(320)는 발전 가능한 가스량을 추정하는 단계로서, 가스별 발전 가능량을 계산하는 단계(321), 발전 가능량을 예측하는 단계(323), 가스별 발전용 가스 공급량을 예측하는 단계(324)를 포함한다. 가스별 발전 가능량을 계산하는 단계(321)는 가스의 발생예측량과 사용예측양의 차이를 계산하여 가스별 발전 가능량을 구할 수 있다. 발전 가능량을 예측하는 단계(323)는 실시간 유량보정 모델(322)을 사용하여 예측된 발생량과 사용량의 유량계 오차를 보정하여 실제 발전에 사용되는 가스량을 예측한다. 실제 유량계는 정확하지 않으므로 발생량 및 사용량과 홀더 레벨 변화율을 함께 이용하여 실시간으로 발생량 또는 사용량 보정계수를 찾거나 공정 별 에너지 발생량 대비 공정 별 에너지 사용량을 입력으로 하여 홀더 레벨을 모델링 하는 방법으로 발전 가능한 가스량을 구할 수 있다. 가스별 발전용 가스 공급량을 예측하는 단계(324)는 계산된 가스별 발전 가능량과 보정된 발전 가능량을 기초로 가스별 발전용 가스 공급량을 예측한다.5 shows in detail the step 320 of estimating the gas supply for power generation in the power generation output control method according to an embodiment of the present invention. Prediction of the gas supply amount for power generation (320) is a step of estimating the amount of gas that can be generated, calculating a power generation amount for each gas (321), predicting a power generation amount (323), and generating gas supply amount for each gas. And predicting (324). The step 321 of calculating the amount of power generation for each gas may calculate the difference between the amount of gas generated and the amount of usage predicted to obtain the amount of power available for each gas. The step 323 of predicting the amount of power generation is possible by using the real-time flow rate correction model 322 to correct the estimated flow rate error of the generated amount and the amount of usage to predict the amount of gas used for actual power generation. Since the actual flow meter is not accurate, it is possible to generate the amount of gas generated by using the generated amount and the amount of use and the holder level change rate to find the amount of generated or used correction in real time, or modeling the holder level by inputting the amount of energy used per process compared to the amount of generated energy per process. Can be obtained. The step 324 of estimating the gas supply amount for each power generation for each gas predicts the gas supply amount for each gas generation based on the calculated power generation capacity for each gas and the corrected generation capacity.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 발전출력 제어방법에서 발전기 효율을 추정하는 단계(330)를 상세하게 보여준다. 발전기 효율을 추정하는 단계(330)는 발전기 별 입출력 인자를 분석(331)하고 발전 운전효율 추정 모델(332)를 사용하여 입력되는 부생가스의 종류 및 유량에 따라 발전기의 효율을 계산한다. 부생가스 별 정해진 열량계수를 이용해서 발전기 별 효율을 구하는 방법과 입력되는 부생가스 조건 별로 데이터 기반의 학습알고리즘 등을 이용하여 효율을 계산하는 방법이 있다. Figure 6 shows in detail the step 330 of estimating the generator efficiency in the power generation output control method according to an embodiment of the present invention. The step 330 of estimating the generator efficiency analyzes the input/output factors for each generator (331) and calculates the efficiency of the generator according to the type and flow rate of by-product gas input using the power generation operation efficiency estimation model 332. There are methods for calculating the efficiency for each generator by using a specific heat coefficient for each by-product gas, and a method for calculating the efficiency by using a data-based learning algorithm for each input by-product gas condition.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 발전출력 제어방법에서 제약조건을 설정하는 단계(340)를 상세하게 보여준다. 제약조건을 설정하는 단계(340)는 발전기 가동정보(341)와 홀더 가동정보(342)로 부터 발전설비 및 홀더설비의 운전 제약조건을 분석하여 제약 조건식으로 변환하는 단계(343)을 포함한다. 발전일 실시예에서 발전기 가동정보(341)는 발전 출력에 관한 정보일수 있다. 발전 출력은 여러 가지 변수들 (예를 들면, 버너의 최소 연소량, 질소산화물 배출량, 발전기의 안정성 등)을 고려하여 설정할 수 있다. 홀더 가동정보(342)는 홀더 레벨에 관한 정보일 수 있다. 홀더 레벨의 제어 범위를 설정할 수 있으며, 예를 들면 홀더의 안정성을 고려하여 홀더 레벨을 20%-90%의 범위로 제어하도록 설정할 수 있다. 7 shows in detail the step 340 of setting constraints in the power generation output control method according to an embodiment of the present invention. The step of setting constraints 340 includes the step 343 of analyzing the operating constraints of the power generation equipment and the holder equipment from the generator operation information 341 and the holder operation information 342 and converting them into a constraint expression. In the power generation day embodiment, the generator operation information 341 may be information regarding power generation output. The power generation power can be set in consideration of various parameters (for example, the minimum amount of combustion of the burner, the amount of nitrogen oxide emissions, the stability of the generator, etc.). The holder operation information 342 may be information regarding the holder level. The control range of the holder level can be set, and for example, it can be set to control the holder level in the range of 20%-90% in consideration of the stability of the holder.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 발전출력 제어방법에서 홀더 레벨 및 발전출력을 제어하는 단계(350)를 상세하게 보여준다. 홀더 레벨 및 발전출력을 제어하는 단계(350)에서는 먼저 발전용 가스 공급량을 예측하는 단계(320), 발전기 효율을 추정하는 단계(330), 제약조건을 설정하는 단계(340)로부터 발전용 가스 공급량, 발전기 효율, 제약조건에 관한 정보를 받아 부생가스 수배급 시스템의 운용전략을 수립한다(351). 홀더 별, 발전 호기 별로 운전 특성이 다르므로 실제 설비 사양 및 운전원들의 의견을 충분히 반영하여 설비의 운전 범위를 설정한다. 운용 전략에 따라 홀더 및 발전기로 분배되는 부생가스의 양을 결정(352, 353)하고 시간 구간 별로 나누어 최종 홀더 레벨 변화량과 발전기로 분배되는 가스량을 제어하는 단계(354, 355)로 구성된다. 홀더/발전설비의 안정성, 운전의 편이성 및 발전효율에 따른 경제성을 모두 고려한 목적함수 및 제약조건들을 반영하여 홀더레벨/발전출력을 제어한다(356).8 shows in detail the step 350 of controlling the holder level and the power generation in the power generation output control method according to an embodiment of the present invention. In the step 350 of controlling the holder level and the power generation power, the gas supply quantity for power generation is first calculated from the step of predicting the gas supply quantity for power generation (320), the step of estimating the generator efficiency (330), and the step of setting constraints (340). , Receive information on generator efficiency and constraints, and establish an operational strategy for the by-product gas distribution system (351). Since the operation characteristics are different for each holder and power generation unit, the operation range of the equipment is set by sufficiently reflecting the actual equipment specifications and the opinions of the operators. It consists of determining the amount of by-product gas distributed to the holder and the generator according to the operation strategy (352, 353) and dividing each time period to control the final holder level change amount and the amount of gas distributed to the generator (354, 355). The holder level/power output is controlled by reflecting the objective function and constraints considering both the stability of the holder/power generation facility, ease of operation, and economic efficiency according to power generation efficiency (356).

상기한 바와 같이 작용하는 본 발명에 의하면, 실시간으로 변동되는 부생가스의 수급상태 예측 및 실시간 발전기 별 효율 모델을 기반으로 발전설비의 운전 제한조건들을 감안하여 발전출력이 최대가 될 수 있는 발전기 별 실시간 가스 분배를 수행함으로써 부생가스 수배급 운전을 최적화할 수 있다. 이를 통해 부생가스 별 수급 불균형에 따른 방산을 저감하는 효과와 경제적인 발전 분배를 함으로써 동일한 입력 가스량 대비 발전출력을 증대할 수 있으므로 수전 비용을 절감하는 데 크게 기여할 수 있다.According to the present invention acting as described above, real-time per generator that can generate maximum power in consideration of operating limitations of the power generation facility based on real-time fluctuation of supply and demand of by-product gas and real-time efficiency model for each generator. By performing gas distribution, it is possible to optimize by-product supply and distribution operations. Through this, the effect of reducing dissipation due to supply and demand imbalance by by-product gas and economical power distribution can be increased to increase the power output compared to the same input gas amount, which can greatly contribute to reducing the cost of receiving power.

이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다. 즉, 상기의 일 실시예는 본 발명의 개념이 제철공정에서 발생되는 부생가스를 사용하여 발전하는 시스템에 적용되는 사례에 한정하여 설명하였으나 본 발명의 적용범위는 이에 한정되지 않으며 부생가스가 발생되는 다른 시스템에도 적용될 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 개념은 부생가스가 발생하는 석유화학공정 등에도 적용될 수 있다.In the above, the present invention has been described by specific matters such as specific components, etc. and limited embodiments and drawings, which are provided to help the overall understanding of the present invention, but the present invention is not limited to the above embodiments , Those skilled in the art to which the present invention pertains can make various modifications and variations from these descriptions. In other words, the above-described embodiment is limited to the case where the concept of the present invention is applied to a system that generates power using by-product gas generated in a steelmaking process, but the scope of application of the present invention is not limited to this, and by-product gas is generated. It can be applied to other systems. For example, the concept of the present invention can be applied to a petrochemical process in which by-product gas is generated.

110: UCC
121: 고로
122: 코크스로
123: 파이넥스
124: 전로
131: 제선
132: 화성
133: 제강
134: 압연
140: 부생가스 홀더
150: 발전소110: UCC
121: blast furnace
122: coke oven
123: Finex
124: converter
131: wire
132: Mars
133: steelmaking
134: rolling
140: by-product gas holder
150: power plant

Claims (10)

부생가스를 사용한 전력 생산을 제어하는 방법에 있어서,
부생가스의 발생량과 조업 사용량을 예측하는 단계;
예측한 발생량과 조업 사용량에 기초하여 발전용 가스공급량을 예측하는 단계;
발전기의 효율을 추정하는 단계;
발전 제약조건을 설정하는 단계; 및
예측한 발전용 가스공급량, 발전기 효율 및 발전 제약조건을 반영하여 발전기에 부생가스를 공급하는 단계;
를 포함하는 부생가스 수급예측에 기초한 발전출력 제어방법.
In the method of controlling the power generation using by-product gas,
Estimating the amount of by-product gas and the amount of operation used;
Predicting a gas supply amount for power generation based on the predicted generation amount and the operation amount;
Estimating the efficiency of the generator;
Setting power generation constraints; And
Supplying by-product gas to the generator by reflecting the predicted gas supply for power generation, generator efficiency, and power generation constraints;
Power generation output control method based on the by-product gas supply and demand forecast comprising a.
제1항에 있어서, 상기 발전용 가스공급량을 예측하는 단계는 실시간 유량 보정 모델을 이용하여 예측한 발생량과 조업 사용량을 보정하는 단계를 포함하는 부생가스 수급예측에 기초한 발전출력 제어방법.
The method of claim 1, wherein the estimating the gas supply amount for power generation comprises correcting the predicted generation amount and operation amount using a real-time flow rate correction model.
제1항에 있어서, 상기 발전기의 효율을 추정하는 단계는 발전 효율 추정 모델을 이용하여 발전기의 효율을 추정하는 부생가스 수급예측에 기초한 발전출력 제어방법.
The method of claim 1, wherein estimating the efficiency of the generator is a power generation output control method based on a by-product gas supply and demand forecasting method that estimates the efficiency of the generator using a power generation efficiency estimation model.
제1항에 있어서, 상기 발전 제약조건을 설정하는 단계는 발전기의 가동 정보와 부생가스를 저장하는 홀더의 가동정보를 설정하는 단계를 포함하는 부생가스 수급예측에 기초한 발전출력 제어방법.
The method according to claim 1, wherein the setting of the power generation constraint comprises setting operation information of a generator and operation information of a holder for storing by-product gas.
제4항에 있어서, 상기 발전기의 가동 정보와 상기 홀더 가동정보는 발전 출력 정보와 홀더 레벨 정보를 각각 포함하는 부생가스 수급예측에 기초한 발전출력 제어방법.
The method according to claim 4, wherein the operation information of the generator and the operation information of the holder include power generation output information and holder level information, respectively.
부생가스를 사용한 전력생산을 제어하는 장치에 있어서,
응용프로그램을 저장한 저장장치; 와
저장장치에 저장된 응용프로그램을 실행하는 중앙처리장치;를 포함하고, 상기 응용프로그램은,
부생가스의 발생량과 조업 사용량을 예측하는 단계;
예측한 발생량과 조업 사용량에 기초하여 발전용 가스공급량을 예측하는 단계;
발전기의 효율을 추정하는 단계;
발전 제약조건을 설정하는 단계; 및
예측한 발전용 가스공급량, 발전기 효율 및 발전 제약조건을 반영하여 발전기에 부생가스를 공급하는 단계;
를 포함하는 부생가스 수급예측에 기초한 발전출력 제어장치.
In the apparatus for controlling the power generation using by-product gas,
A storage device storing an application program; Wow
Includes; a central processing unit for executing an application program stored in the storage device, the application program,
Estimating the amount of by-product gas and the amount of operation used;
Predicting a gas supply for power generation based on the predicted generation amount and the operation amount;
Estimating the efficiency of the generator;
Setting power generation constraints; And
Supplying by-product gas to the generator by reflecting the predicted gas supply for power generation, generator efficiency, and power generation constraints;
Power generation output control device based on the supply and demand forecast of by-product gas.
제6항에 있어서, 상기 발전용 가스공급량을 예측하는 단계는 실시간 유량 보정 모델을 이용하여 예측한 발생량과 조업 사용량을 보정하는 단계를 포함하는 부생가스 수급예측에 기초한 발전출력 제어장치.
The power generation output control device based on the by-product gas supply and demand forecasting according to claim 6, wherein the step of predicting the gas supply for power generation comprises correcting the predicted generation amount and operation amount using a real-time flow rate correction model.
제6항에 있어서, 상기 발전기의 효율을 추정하는 단계는 발전 효율 추정 모델을 이용하여 발전기의 효율을 추정하는 부생가스 수급예측에 기초한 발전출력 제어장치.
The method of claim 6, wherein the step of estimating the efficiency of the generator is a power generation output control device based on forecasting by-product gas supply and demand to estimate the efficiency of the generator using a power generation efficiency estimation model.
제6항에 있어서, 상기 발전 제약조건을 설정하는 단계는 발전기의 가동 정보와 부생가스를 저장하는 홀더의 가동정보를 설정하는 단계를 포함하는 부생가스 수급예측에 기초한 발전출력 제어장치.
The power generation output control device according to claim 6, wherein the setting of the power generation constraint includes setting operation information of a generator and operation information of a holder for storing by-product gas.
제9항에 있어서, 상기 발전기의 가동 정보와 상기 홀더 가동정보는 발전 출력 정보와 홀더 레벨 정보를 각각 포함하는 부생가스 수급예측에 기초한 발전출력 제어장치.The power generation output control device according to claim 9, wherein the operation information of the generator and the operation information of the holder include power generation output information and holder level information, respectively.
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