KR20210021550A - 발전소 운전 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가스 터빈(2), 가스 터빈(2)의 하류에 연결된 열회수 증기 발생기(3), 열회수 증기 발생기(3)에 연결된 증기 터빈(4) 및 부가 열원(5)을 구비한 발전소(1)를 운전하는 방법에 관한 것으로, 미리 규정된 발전소 출력을 달성하기 위해 증기 터빈(4)의 바로 상류에서 압력 설정값이 설정된다.

Description

발전소 운전 방법

본 발명은 발전소를 운전하는 방법에 관한 것이다.

미래에는, 규제가 완화된 전력 시장에서 에너지를 발생시키기 위한 발전소를 가능한 최대의 효율로 매우 유연하게 운전해야 하는 필요성이 점차 더 커질 것으로 예상된다.

가스 및 증기 터빈 발전소의 유연성은, 예를 들어 냉각기와 같은 성능 향상 조치(performance-enhancing measures)에 의해 그리고/또는 예를 들어 보조 버너 및/또는 축열기와 같은 부가 열원의 이용에 의해 증대될 수 있다.

지금까지 이러한 조치는 작업 인력의 지식과 경험을 최대한 활용하여 수작업으로 수행되어 왔거나, 전체 발전소에 대한 복잡한 (잠재적으로 공정 증기 추출 또는 지역 난방을 포함하는) 열 균형 계산에 기초하여, 보조 버너에 대한 파일럿 제어된 설정값(예를 들어, 버너 출력 설정값) 및/또는 축열기의 방출을 계산하는 자동 운전 모드가 구현되는 한편, 저속 교정 제어기(slow correction controller)를 사용하여 잔류 제어 편차(예를 들어, 압력 제어 편차)가 교정되어야 했다.

전술한 조치는 일반적으로 효율을 악화시키기 때문에, 본 발명의 과제는 상기 조치가 실제로 필요한 정도로만 사용되도록 상기 조치의 사용을 자동화하는 방법을 제공하는 것이다. 이는 가능한 최대의 발전소 효율을 달성하는 유일한 방법이다. 단독 운전(isolated operation)에 사용되는 발전소의 경우, 추가적으로 1차 제어 요소(예를 들어, 주파수 제어를 위한 가스 터빈)가 항시 제어 범위 내에서 유지되게 하는 성능 향상 조치가 사용되어야 한다.

본 발명의 방법 지향적 과제는, 가스 터빈, 가스 터빈의 하류에 연결된 열회수 증기 발생기, 열회수 증기 발생기에 연결된 증기 터빈 및 부가 열원을 구비한 발전소를 운전하는, 전술한 유형의 방법에서, 미리 규정된 발전소 출력을 달성하기 위해, 압력 설정값이 증기 터빈의 바로 상류에서 설정됨으로써 해결된다.

본 발명에 따른 방법은 바람직하게 1차 제어 요소의 상태를 이용하여, 이로부터 유도되는 상응하는 설정값(압력 설정값)을, 발전소가 자동으로 항상 최대 효율로 운전하도록, 계산한다.

이 경우, 1차 제어 요소는 가스 터빈 출력인 것이 바람직하다.

또한, 압력 설정값은 부가 열원의 설정값인 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 방법의 한 바람직한 실시예에서, 열회수 증기 발생기 내에 배치된 보조 버너가 부가 열원으로 사용된다. 이로써, 증기 터빈의 증기력 및 그와 더불어 전력이 신뢰성 있게 증대될 수 있다.

본 발명에 따른 방법의 한 대안적인 구성에서, 축열기가 부가 열원으로서 사용된다. 필요 시, 열이 상기 축열기로부터 방출됨에 따라 증기 터빈 상류에서의 증기 압력이 더 상승한다. 축열기는 열회수 증기 발생기 내에도, 그리고 증기의 유동 방향으로 열회수 증기 발생기의 하류에도 배치될 수 있다. 또한, 이러한 축열기는 보조 버너에 부가하여 사용될 수 있다.

바람직하게, 1차 제어 요소의 상태의 변화가 증폭을 통해 현재 실제 압력에 가산되는 압력 설정값 변화로 변환된다.

마지막으로, 부가 열원은, 발전소 출력 설정값이 제어 범위 내에서 가스 터빈 및 증기 터빈만으로는 달성되거나 유지될 수 없는 경우에만 운전되는 것이 바람직하다.

본 발명은 1차 압력과 증기 터빈 출력 사이의 선형 관계를 이용한다. 예를 들어, 더 많은 출력이 요구되고, 가스 터빈이 이미 그 최대 출력에서 또는 그 규정된 제어 범위의 상단에서 운전하고 있다면, 보조 버너 및/또는 축열기로부터의 방출에 의한 신선 증기 압력의 상승이 그에 상응하게 증기 터빈을 위한 더 많은 증기를 생성한다. 이는, 현재 압력 실제값을 초과하는 값으로 부가 열원의 압력 설정값을 높임으로써 달성된다. 증기 터빈 출력의 증가에 따라, 원하는 부가 출력이 효율 최적화 방식으로 가용해지거나; 원하는 부가 출력이 효율 최적화 방식으로 가용해질 뿐만 아니라 가스 터빈이 그 제어 범위 내에서 유지된다.

소개한 새로운 유형의 제어 개념에 따르면, 1차 제어 요소의 상태의 변화가 증폭을 통해 압력 설정값 상승으로 (파일럿 제어에 상응하게) 변환된다. 이는 현재 실제 압력에 가산된다. 증폭은 포지티브일 수도 있고 네거티브일 수도 있으며, 이는 성능 향상 조치가 더는 요구되지 않게 되는 즉시, 자동으로 효율 최적화 방식으로 중단되기도 한다는 점을 의미한다.

이 경우, 실제 압력은 시스템에 내재된 통합 피드백으로서 작용하는데, 그 이유는 실제 압력이 전적으로 증기 질량 유동에 좌우되고, 증기 질량 유동은 다시 보조 버너에서의 그리고/또는 축열기로부터의 방출의 변화뿐만 아니라 가스 터빈 출력의 변화에 의해서도 영향을 받기 때문이다.

본 발명의 또 다른 특징은, 기술한 회로에 의해, 증폭의 정확한 매개변수화(즉, 증기 터빈의 필수 부가 출력을 위해 필요한 압력 상승)에 따라 올바른 목표 설정값(예를 들어, 압력)이 미리 정밀하게 계산될 수 있다는 것이다. 여기서 특별한 점은, 매개변수화의 편차 시에도 전술한 피드백으로 인해 결국 항시 자동으로 정확하게 올바른 목표 설정값에 도달하게 되며, 이 경우 물론 설정값 및 그와 더불어 성능 향상 조치의 단기 오버세팅(oversetting) 또는 언더세팅(undersetting)도 수반된다. 그럼에도, 본질적인 제어 변수(이 경우: 출력)는 시작부터 목표 설정값에서 유지되며, 이는 매개변수화의 부정확성에 응답하여 매우 높은 고유 안정성 또는 오류 허용오차를 시스템에 제공한다.

이처럼 더 높거나 더 낮은 증폭의 효과는 그 밖에도 가스 터빈을 다시 제어 범위 내로 더 신속하게 또는 더 느리게 복귀시키는 데 사용될 수 있는데, 이는 예를 들어 더 높은 증폭 시에는 주파수 변동의 전체 범위에서 더 빠르게 반응할 수 있도록 하고, 더 낮은 증폭 시에는 전체적으로 효율 최적화 방식으로 가동되게 하기 위함이다.

이처럼 신규한 자동화 개념은 복잡한 열 균형 및 추가적인 교정 제어기도 필요로 하지 않는다. 신선 증기 압력을 통한 시스템 내재적 피드백에 의해, 복잡한 현장 최적화가 더 이상 불필요하다.

이로써 엔지니어링 및 차후의 현장 시운전(in-situ commissioning)의 복잡성이 훨씬 더 감소한다.

소개된 신규 개념에 의해서는, 열 균형 및 교정 제어기 또는 수동 운전을 수반하는 개념과 대조적으로, 변경된 목표값에 즉각 정확하게 도달한다.

이전 개념에서는, 먼저 열 균형에 기반하여 파일럿 제어 방식으로 상응하는 추정값에 도달한 다음에, 저속 보정 제어기를 통해 예를 들어 압력이 조정된다. 그로 인해, 소개한 신규 개념의 경우에 비해, 변경된 목표 설정값에 항상 더 느리게 도달한다.

본 발명에 따른 방법은 전기 에너지의 발생에만 한정되지 않는다. 예를 들어, 공정 증기 추출과 같은 다른 용례들도 포함한다.

본 발명은 도면을 참조하여 실시예로서 더 상세히 설명된다. 도면들은 개략적이며, 정확한 비율로 도시되지 않았다.

도 1은 발전소의 개략도이다.
도 2는 발전소를 운전하기 위한 본 발명에 따른 제어 시스템의 개략도이다.

도 1은 가스 터빈(2), 열회수 증기 발생기(3), 증기 터빈(4) 및 부가 열원(5)으로서의 보조 버너(15)를 구비한 발전소(1)를 도시하고 있다. 가스 터빈(2) 및 보조 버너(15)는, 증기 터빈(4)을 위한 신선 증기가 생성되는, 가스 터빈(2)의 하류에 연결된 열회수 증기 발생기(3)를 위한 열원으로서 기능한다. 보조 버너(15)의 대안으로 또는 추가로, 축열기(14)로부터의 방출에 의해 열이 도입될 수 있다. 이때, 축열기(14)는 도시된 바와 같이 열회수 증기 발생기(3) 내부에 배치될 수 있으며, 또는 외부에도 배치될 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 발전소(1) 제어 시스템을 도시하고 있다. 발전소(1)의 운전 중에 열회수 증기 발생기(3)는 가스 터빈(2)으로부터의 열 도입(6) 및 선택적으로 부가 열원(5)으로부터의 열 도입(7)을 거친다. 이로부터 실제 압력값(8)이 도출된다.

가스 터빈(2)과 관련하여 실제 출력(9) 및 최대 출력(10)은 기지값이다. 이들 값 간의 차이가 결정된다. 선택적으로, 특히 자립형 네트워크에서, 네트워크 주파수 안정화 조치를 위해 예비분(reserve)이 유지되어야 하며, 그 결과 운전 중인 가스 터빈(2)이 기술적으로 실현 가능한 최대 출력(10)까지 가동되는 것이 아니라 최대 출력(10) 미만인 제어 범위 한계(11)까지만 가동된다.

증기 흐름(및 증기 터빈 출력)이 1차 압력에만 선형 의존성을 가짐으로써, 가스 터빈에 대한 값들에 기초하여 증폭(12)을 통해 증기 터빈(4)의 바로 상류의 증기 압력에 대한 압력 설정값(13)이 결정된다. 이 압력 설정값은 이어서, 발전소(1)의 출력 수요에 따라 가스 터빈(2)을 위한 목표 설정값으로서, 또는 가스 터빈(2)이 이미 상위 제어 범위에서 가동되는 경우에는 부가 열원(5)을 위한 목표 설정값으로서 사용된다.

Claims (8)

1. 가스 터빈(2), 가스 터빈(2)의 하류에 연결된 열회수 증기 발생기(3), 열회수 증기 발생기(3)에 연결된 증기 터빈(4) 및 부가 열원(5)을 구비한 발전소(1)를 운전하는 방법에 있어서,
   미리 규정된 발전소 출력을 달성하기 위해, 압력 설정값이 증기 터빈(4)의 바로 상류에서 설정되는 것을 특징으로 하는, 발전소 운전 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 압력 설정값은 상기 1차 제어 요소의 상태로부터 도출되는, 발전소 운전 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 1차 제어 요소는 가스 터빈 출력인, 발전소 운전 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압력 설정값은 부가 열원(5)에 대한 설정값인, 발전소 운전 방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 열회수 증기 발생기에 배치된 보조 버너(15)가 부가 열원으로서 사용되는, 발전소 운전 방법.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 축열기(14)가 부가 열원으로서 사용되고, 필요 시 열이 축열기(14)로부터 방출되는, 발전소 운전 방법.
7. 제2항에 있어서, 1차 제어 요소의 상태의 변화가 증폭을 통해, 현재 실제 압력에 가산되는 압력 설정값 변화로 변환되는, 발전소 운전 방법.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 부가 열원(5)은, 제어 범위 내에서 가스 터빈(2) 및 증기 터빈(4)만으로는 발전소 출력 설정값이 달성되거나 유지될 수 없는 경우에만 운전되는, 발전소 운전 방법.

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