KR20210147500A - 연료전지 발전량 모니터링 및 제어 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 연료전지 발전량 모니터링 시스템 및 방법에 관한 것으로, 전력통계정보시스템에서 TCP/IP를 통해 전력거래정보를 수집하고 모니터링 하는 모니터링 시스템과, 상기 모니터링 시스템과 연결된 연료전지를 포함하는 연료전지 발전량 모니터링 시스템에 있어서, 상기 모니터링 시스템은 연료전지 모니터링 프로그램모듈을 포함하되, 연료전지로부터 연료전지 정보를 수집하는 연료전지 정보 수집모듈, 연료전지의 SMP/REC 가격을 포함한 전력거래소정보를 전력거래소 홈페이지 서버로부터 수집하는 전력가격 수집모듈, 상기 수집된 전력거래소 정보를 통해 연료전지의 발전을 On/Off의 부하 차단이 아닌 100%/75%/50%/Off 전력 등급별 4단계의 전력 공급을 통해 연료전지의 발전량을 조절하는 정보처리 제어모듈, 처리된 데이터를 저장하는 데이터 저장모듈, 및 처리된 데이터를 통계/그래프로 표시하는 통계/그래프 응용모듈을 포함하며, 상기 모니터링 시스템은 전력거래소 홈페이지 서버에 클라이언트로 접속하여 전력수급현황 및 계통한계가격(SMP)을 실시간 수집하는 전력가격 수집 기능으로 전력거래소 웹사이트에서 제공하는 API를 이용하여 기본 데이터를 수집하며, 필요시 크롤링(crawling)을 통해 추가적인 데이터를 수집하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 연료전지 발전량 모니터링 및 제어 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 전력 수용가에 모니터링 시스템을 구축하여, 전력거래소의 전력통계시스템에 접속해서 전력수급현황 및 계통한계가격(SMP)을 실시간으로 모니터링하고 동시에 연료전지 발전량 정보 및 열량 정보 등의 각종 운용정보 데이터를 모니터링 하여 이를 근거로 연료전지 발전량을 제어하는 연료전지 발전량 모니터링 및 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.
도 1은 연료전지 시스템의 개념도로서, 도 1을 참조하면, 구성장치로서, 연료(도시가스, LNG 등)를 수소로 변환하는 장치인 연료처리장치(개질기), 수소와 (공기 중) 산소를 이용하여 전기 및 열을 발생시키는 장치인 스택, 스택에서 발생되는 직류전력을 교류전력으로 변환하는 장치인 전력변환기(인버터)가 구비된다. 이를 통해, 전기가 공급되거나 혹은 열교환기를 거쳐 열 혹은 온수가 온수저장탱크를 거쳐 온수가 공급될 수 있다.
도 2는 연료전지의 전력 및 통신계통 배선 계통도의 일예로서, 도 2를 참조하면, 연료전지는 웹에 연결가능하며(옵션), 전력량계(발전)를 통해 발전하거나 또 다른 전력량계(수전)를 통해 수전 기능을 수행하며, 각각 중앙차단기와 연결된 차단기가 개재되어있다. 중앙차단기를 통해 외부에서 AC Grid 전력, 단상 220V, 60Hz 전력이 공급된다.
연료전지 모니터링 시스템의 개요를 설명한다.
연료전지 모니터링 설비는 주로 연료전지 운전에 필요한 펌프 및 밸브 등의 유틸리티 설비를 가동/조작하고, 연료전지의 운전상태를 감시하는 역할을 한다.
모니터링 설비는 연료전지 통신시스템으로부터 운전상태 감시데이터를 받아 연료전지 상태값을 모니터링용 HMI에 표시하며 상위의 BMS(BUILDING MANAGE- MENT SYSTEM)으로 감시 데이터를 전달한다. 천연가스(LNG) 소비 유량계, 열교환기 열량계의 신호를 기록 및 적산하여 관리하고, 수배전반과 통신하여 전력 상태를 감시한다.
연료전지 모니터링시스템 기능을 살펴본다.
연료전지 모니터링 시스템은 연료전지를 모니터링 할 수 있는 시스템이어야 한다.
연료전지 모니터링 시스템은 수신서버를 통하여 받은 데이터를 모니터링 페이지를 통해서 실시간으로 변화되는 데이터를 확인할 수 있어야 한다.
연료전지 모니터링 시스템은 연료전지의 실시간 생산량과 누적 생산량을 확인할 수 있어야 한다.
연료전지 모니터링 시스템은 가동중, 정지중, 연결이상의 상태를 통하여 실시간으로 장비에 대한 모니터링을 할 수 있어야 하며 연료전지의 각각의 실시간 생산량 및 누적 생산량의 합계률 확인이 가능하여야 한다.
연료전지 모니터링 시스템은 연료전지의 각 호마다의 상태를 상세하게 확인할 수 있어야 한다.
연료전지 모니터링 시스템은 실적을 조회할 수 있어야 한다. 구체적으로는,
- 조회기간을 통해서 각 호기의 생산량을 확인할 수 있어야 한다.
- 년/월/일로 구분해서 데이터를 조회하고 확인할 수 있어야 한다.
연료전지 모니터링 시스템은 보고서로 사용이 가능하며 일반정보 및 전체생산내역 호기 별 생산 내역을 화면으로 확인할 수 있어야 하며 인쇄 가능하여야 한다.
연료전지 모니터링 시스템 장치
-Data 수집 및 통합 관리 시스템 구축
-시스템의 data 항목
--시스템의 연료 유량/압력/온도
--보조보일러 연료 유량/압력/온도
--급수 온도
--배열회수 유량/온도
--온수 유량/온도
--개질기 온도
--전력분석/측정
--기타 data 항목 추가 가능
연료전지시스템 제어 및 웹 모니터링
연료전지시스템의 발전상황과 이상 동작을 인터넷을 통하여 연료전지시스템의 제어 및 모니터링이 가능하도록 하여야 한다.
도 3은 연료전지 모니터링 시스템의 계측점을 나타낸 도면으로서, 도 3을 참조하면,
-계측점 : 인버터(입출력단), 축열조(입출력단)
-계측요소
--인버터 : (전)전압, 전류, 출력, (후)전압, 전류, 출력, 역률, 주파수, 누적발전량, 고장여부
--축열조 : 열생산열량, 누적생산열량, 누적열량사용열량, 전일누적사용열량, 급수온도, 온수출구온도.
한편, 연료전지 모니터링 시스템의 모니터링설비로서, 수소가스 안전 모니터링 시스템이 설치될 수 있고, 누설 검지센서와 모니터링 관제시스템으로 구성되며, 수소 누출이 우려되는 장소에 센서를 설치한 후 유무선으로 전송되는 누설량과 농도 신호를 모니터링 할 수 있다.
또한, 연료전지 모니터링 시스템의 모니터링 설비로서, 데이터 취득장치(RTU)가 구비된다. 한편, 데이터 수집장치의 기능요구사항을 예시적으로 살펴본다. 항목과 요구사항을 살펴보면, OS는 Windows, Linux이고, Client 프로그램은 공단배포용 OPC-UL Client를 설치할 경우, OPC-UA Client를 통해 에너지설비 및 한국에너지 공단 수집서버와 연결 가능하다(미설치시 통신불가능). 네트워크 인터페이스(에너지원설비<-->RTU)는 에너지설비 연결용 시리얼 통신(RS485/422/232)포트( 전기에너지-2포트 이상, 열에너지지-4포트 이상), 네트워크 인터페이스(RTU<-->통합서버)는 TCP/IP 통신 가능하고, 양방향 통신가능하다(데이터수집주기, 수집항목, 재수집컨트롤 기능). 보안기능은 OPC-UA 사용시 국정원 8대 취약점 준수한다(SHA256,SSL, TLS, 기타 보안가능). 데이터 저장기능은 통신오류시 90일 이상 수집데이터 저장(백업)가능하다.
한편 RTU는 TCP/IP 방식과 IoT 방식이 있고 각각의 모델들이 공단표준포맷을 가지며 연동가능하게 되어있다.
한편, 현재의 연료전지는 제품에 따라 발전 효율이 대략 30% 넘는 수준이며 그 이외는 열효율로 이용되는데, 모든 제품이 내재된 프로그램에 의해 가동하여 전기발전 및 열 발생을 지속함으로써, 전기 사용 및 열 이용을 효율적으로 사용하지 못하고, 이로 인하여 가스요금이 불필요하게 상승한다.
만일 발전이 필요 없을 경우 연료전지의 전원을 Off 했다가 필요시 다시 켜서 사용 할 수 있지만 매우 번거롭고, 연료전지의 초기화 시간이 많이 소요되기 때문에 발전 효율이 저하된다. 또한, 모니터링 프로그램은 연료전지 발전량을 제어하지 못하고, 단순히 연료전지에서 제공하는 데이터만 표시하는 일반적인 모니터링프로그램이다.
기존 방식은 획일적인 방식으로 무조건 연료전지를 가동하여 발전 및 열 발생을 지속함으로써, 전기 사용 및 열 이용을 효율적으로 하지 못하는 문제점이 있다.
따라서, 연료전지 모니터링 시스템에서 지능형으로 효율을 높이는 방안에 대한 연구가 필요한 실정이다.
[선행기술문헌]
대한민국 특허공개번호 제10-2006-0106284호(2006년10월12일 공개)(발명의 명칭: 연료전지 시스템의 구동모니터링장치)
이에, 본 발명은 상기한 사정을 감안하여 창출된 것으로서, 전력 수용가에 모니터링 시스템을 구축하여, 전력거래소의 전력통계시스템에 접속해서 전력수급현황 및 계통한계가격(SMP)을 실시간으로 모니터링하고 동시에 연료전지 발전량 정보 및 열량 정보 등의 각종 운용정보 데이터를 모니터링 하여 이를 근거로 연료전지 발전량을 제어하는 연료전지 발전량 모니터링 및 제어 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 해당 연료전지의 실시간 금일발전량/누적발전량을 금액으로 환산하여 보여주며, 한전에서 사용하고 있는 요금체계와 전력사용 예측 데이터를 활용하여 전력거래소의 전력시장 가격에 따라서 연료전지를 단계별로 가동시켜 연료전지 발전 이익 창출과 효율적으로 연료전지 시스템을 운영함으로서 전기요금 및 가스요금을 최대한 절약하기 위한 새로운 형태의 연료전지 발전량 모니터링 및 제어 시스템을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 전력시장 가격에 따라 연료전지 발전시스템을 On/Off의 부하 차단이 아닌 100%/75%/50%/Off 전력 등급별 4단계의 전력 공급을 통해 발전량을 조절함으로서 계절 및 시간대별 실내 온도 변화에 따른 냉난방 장치를 전기요금에 신경 쓰지 않고 효율적으로 사용할 수 있어서 최대 전력의 감소로 인한 전기 요금이 인하되고, 그로인해 최적 전력 운용에 의해 궁극적으로는 에너지 절감에 기여하게 되는 새로운 형태의 연료전지 발전량 모니터링 및 제어 시스템을 제공함에 있다.
연료전지 발전 설비에서 발전한 발전량, 한전 전력 사용량을 표시하여 주고 시간별/일별/월별 적산량을 표시하여 사용자가 발전량이 얼마인지, 연료전지 발전량을 얼마만큼 사용하였는지를 표시하여 사용자가 한 달에 납부해야 하는 전기요금을 전량 절약하는 방법을 제시한다.
연료전지 발전 설비는 발전에 필요한 가스요금의 단가와 발전 생산단가를 비교하여 발전량의 단가가 더 높은 시간대에 가동시키며, 발전 생산량이 많아 다 사용하지 않고 한전 측에 공급하였을 경우에 한전 전기 사용량에서 그만큼 보존하여 줌으로써 한전에 납부하는 전기 비용을 줄일 수 있다.
상기 목적을 실현하기 위한 본 발명의 제1측면에 따르면, 연료전지 발전량 모니터링 및 제어 시스템은 전력거래소 연계한 연료전지 모니터링 장치에 관한 것으로 전력거래소 홈페이지 서버에 클라이언트로 접속하여 전력수급현황 및 계통한계가격(SMP)을 실시간 수집하는 전력가격 수집모듈, 연료전지로부터 모니터링 정보를 수집하는 연료전지 정보 수집모듈, 수신한 모니터링 발전 정보와 전력시장 가격 정보 등을 기 설정된 기준에 따라 정보 처리하는 제어모듈, 모든 데이터를 기록장치에 저장하는 저장모듈, 이 저장된 데이터를 통계 및 그래프로 처리하여 보여주는 응용 모듈로 이루어진다.
본 발명의 제2 측면에 따르면, 전력통계정보시스템에서 TCP/IP를 통해 전력거래정보를 수집하고 모니터링 하는 모니터링 시스템과, 상기 모니터링 시스템과 연결된 연료전지를 포함하는 연료전지 발전량 모니터링 시스템에 있어서,
상기 모니터링 시스템은
연료전지 모니터링 프로그램모듈을 포함하되,
연료전지로부터 연료전지 정보를 수집하는 연료전지 정보 수집모듈,
연료전지의 SMP/REC 가격을 포함한 전력거래소정보를 전력거래소 홈페이지 서버로부터 수집하는 전력가격 수집모듈,
상기 수집된 전력거래소 정보를 통해 연료전지의 발전을 On/Off의 부하 차단이 아닌 100%/75%/50%/Off 전력 등급별 4단계의 전력 공급을 통해 연료전지의 발전량을 조절하는 정보처리 제어모듈,
처리된 데이터를 저장하는 데이터 저장모듈, 및
처리된 데이터를 통계/그래프로 표시하는 통계/그래프 응용모듈을 포함하며,
상기 모니터링 시스템은 전력거래소 홈페이지 서버에 클라이언트로 접속하여 전력수급현황 및 계통한계가격(SMP)을 실시간으로 수집하되, 전력거래소 웹사이트에서 제공하는 API를 이용하여 기본 데이터를 수집하며, 크롤링(crawling)을 통해 추가적인 데이터를 수집하는 것을 특징으로 하는 연료전지 발전량 모니터링 시스템이 제공된다.
또한, 전력시장 가격에 따라 연료전지 발전시스템을 On/Off의 부하 차단이 아닌 100%/75%/50%/Off 전력 등급별 4단계의 전력 공급을 통해 발전량을 조절함으로서 계절 및 시간대별 실내 온도 변화에 따른 냉난방 장치를 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 초기에 연료전지 데이터를 모니터링하며 데이터를 저장하는 과정이 수행되며,
이후 전력거래소를 통해 주기적 정보를 수집하고 저장하는 과정이 수행되며,
이후, 연료전지 발전량 전력수급 및 SMP 종합 연산 및 통계를 처리하는 과정이 수행되며,
이후, 4 단계의 판단과정이 진행되는데, 먼저, 연료전지 발전량의 100% 제어가 필요한지를 판단하고,
이후, 연료전지 발전량의 75% 제어가 필요한지를 판단하고,
이후, 연료전지 발전량의 50% 제어가 필요한지를 판단하고,
이후, 연료전지 전원 OFF 제어가 필요한지를 판단하고,
이후, 장해발생이 감지되었는지를 판단하고,
이와 같은 과정을 통해 각각의 단계에서 판단하여 필요하다고 판단되는 경우에는 연료전지 발전량을 필요에 따라 100%, 75%, 50% 제어하거나, OFF 시키도록 제어명령을 전송하는 과정이 수행되고,
만약, 장애발생이 감지된 경우에는 단말장치에 메시지를 전송하는 것을 특징으로 하는 연료전지 발전량 모니터링 시스템을 이용한 연료전지 발전량 모니터링 방법이 제공된다.
또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 초기에 발전량 제어과정이 수행되고,
자동의 경우에는 전력수급 및 SMP 종합연산 과정이 수행되며,
이후 SMP가 발전단가 보다 큰지를 판단하고,
만약 SMP가 발전단가보다 크면, 이하 3 단계의 판단과정이 진행되는데, 먼저, 연료전지 발전량의 100% 제어가 필요한지를 판단하고,
이후, 연료전지 발전량의 75% 제어가 필요한지를 판단하고,
이후, 연료전지 발전량의 50% 제어가 필요한지를 판단하고,.
이와 같은 과정을 통해 각각의 단계에서 판단하여 필요하다고 판단되는 경우에는 연료전지 발전량을 필요에 따라 100%, 75%, 50% 제어하도록 제어명령을 전송하는 과정이 수행되며,
상기 단계에서 SMP가 발전단가보다 크지 않은 경우에는 연료전지 전원을 오프시키는 과정이 수행되는 것을 특징으로 하는 연료전지 발전량 모니터링 시스템을 이용한 연료전지 발전량 제어 방법이 제공된다.
상기한 구성으로 된 본 발명에 따른 연료전지 발전량 모니터링 및 제어 시스템 및 방법에 의하면, 전력 수용가에 모니터링 시스템을 구축하여, 전력거래소의 전력통계시스템에 접속해서 전력수급현황 및 계통한계가격(SMP)을 실시간으로 모니터링하고 동시에 연료전지 발전량 정보 및 열량 정보 등의 각종 운용정보 데이터를 모니터링 하여 이를 근거로 연료전지 발전량을 제어하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 연료전지 발전량 모니터링 및 제어 시스템 및 방법에 의하면, 해당 연료전지의 실시간 금일발전량/누적발전량을 금액으로 환산하여 보여주며, 한전에서 사용하고 있는 요금체계와 전력사용 예측 데이터를 활용하여 전력거래소의 전력시장 가격에 따라서 연료전지를 단계별로 가동시켜 연료전지 발전 이익 창출과 효율적으로 연료전지 시스템을 운영함으로서 전기요금 및 가스요금을 최대한 절약하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에서는 전력시장 가격에 따라 연료전지 발전시스템을 On/Off의 부하 차단이 아닌 100%/75%/50%/Off 전력 등급별 4단계의 전력 공급을 통해 발전량을 조절함으로서 계절 및 시간대별 실내 온도 변화에 따른 냉난방 장치를 전기요금에 신경 쓰지 않고 효율적으로 사용할 수 있어서 최대 전력의 감소로 인한 전기 요금이 인하되는 효과가 있으므로 최적 전력 운용에 의해 궁극적으로는 에너지 절감에 기여하게 되는 효과가 있다.
도 1은 연료전지 제어 시스템의 개략적인 설명도이다.
도 2는 연료전지의 전력 및 통신계통 배선 계통도의 일예를 나타낸 도면이다.
도 3은 연료전지 모니터링 시스템의 계측점을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 연료전지 발전량 모니터링 및 제어 시스템의 개략적인 설명도이다.
도 5는 본 발명에 따른 연료전지 발전량 모니터링 및 제어 시스템의 구체적인 블록도이다.
도 6은 본 발명에 따른 연료전지 발전량 모니터링 및 제어 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 7은 본 발명에 따른 연료전지 발전량 모니터링 및 제어 시스템에서 연료전지와 모니터링 시스템간의 구체적인 구성도이다.
도 8은 발전수익을 계산하기 위한 예시적인 설명도이다.
도 9는 본 발명에 따른 연료전지 발전량 모니터링 및 제어 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 10은 도 9에 따른 연료전지 발전량 모니터링 및 제어시스템의 연료 모니터링과정의 개략적인 일예를 나타낸 흐름도이다.
도 11은 도 9에 따른 연료전지 발전량 모니터링 및 제어시스템의 발전량 제어과정의 개략적인 일예를 나타낸 흐름도이다.
도 2는 연료전지의 전력 및 통신계통 배선 계통도의 일예를 나타낸 도면이다.
도 3은 연료전지 모니터링 시스템의 계측점을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 연료전지 발전량 모니터링 및 제어 시스템의 개략적인 설명도이다.
도 5는 본 발명에 따른 연료전지 발전량 모니터링 및 제어 시스템의 구체적인 블록도이다.
도 6은 본 발명에 따른 연료전지 발전량 모니터링 및 제어 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 7은 본 발명에 따른 연료전지 발전량 모니터링 및 제어 시스템에서 연료전지와 모니터링 시스템간의 구체적인 구성도이다.
도 8은 발전수익을 계산하기 위한 예시적인 설명도이다.
도 9는 본 발명에 따른 연료전지 발전량 모니터링 및 제어 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 10은 도 9에 따른 연료전지 발전량 모니터링 및 제어시스템의 연료 모니터링과정의 개략적인 일예를 나타낸 흐름도이다.
도 11은 도 9에 따른 연료전지 발전량 모니터링 및 제어시스템의 발전량 제어과정의 개략적인 일예를 나타낸 흐름도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예를 설명한다. 단, 이하에 설명하는 실시 예는 본 발명의 하나의 바람직한 구현 예를 예시적으로 나타낸 것으로서, 이러한 실시 예의 예시는 본 발명의 권리범위를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 발명은 그 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형시켜 실시할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 연료전지 발전량 모니터링 및 제어 시스템의 개략적인 설명도이고, 도 5는 본 발명에 따른 연료전지 발전량 모니터링 및 제어 시스템의 구체적인 블록도이고, 도 6은 본 발명에 따른 연료전지 발전량 모니터링 및 제어 시스템의 개략적인 구성도이고, 도 7은 본 발명에 따른 연료전지 발전량 모니터링 및 제어 시스템에서 연료전지와 모니터링 시스템간의 구체적인 구성도이고, 도 8은 발전수익을 계산하기 위한 예시적인 설명도이다.
본 발명에 따른 연료전지 발전량 모니터링 및 제어 시스템은 연료전지 발전설비에서의 일일, 누적 발전량 등을 실시간으로 모니터링하여 계통한계가격(SMP)과 신재생에너지 공급인증서(REC) 가격을 토대로 일일 발전량 및 누적발전량을 금액으로 환산하여 일일 발전량금액 및 누적 발전량금액을 원격 모니터링으로 표시한다.
또한, 상기 연료전지 발전량 모니터링 및 제어 시스템은 전력거래소와 연계하여 전력시장 가격에 따라 계통한계가격(SMP)을 토대로 연료전지 전력 가동을 단계별(100%/75%/50%/Off)로 운용한다.
기존 방식은 획일적인 방식으로 무조건 연료전지를 가동하여 발전 및 열 발생을 지속함으로써, 전기 사용 및 열 이용을 효율적으로 하지 못한다.
그러나, 본 발명에서는 전력시장 가격에 따라 연료전지 발전시스템을 On/Off의 부하 차단이 아닌 100%/75%/50%/Off 전력 등급별 4단계의 전력 공급을 통해 발전량을 조절함으로서 계절 및 시간대별 실내 온도 변화에 따른 냉난방 장치를 전기요금에 신경 쓰지 않고 효율적으로 사용할 수 있어서 최대 전력의 감소로 인한 전기 요금이 인하되는 효과가 있으므로 최적 전력 운용에 의해 궁극적으로는 에너지 절감에 기여하게 된다.
전력거래소와 연료전지 모니터링 시스템 연계 방법
도 4는 본 발명에 따른 연료전지 모니터링 시스템의 개략적인 개념도이다. 도 4를 참조하면, 전력거래소 홈페이지 서버(10)에 클라이언트로 접속하여 전력수급현황 및 계통한계가격(SMP)을 실시간 수집하는 전력가격 수집 기능으로 전력거래소 웹사이트에서 제공하는 API를 이용하여 기본 데이터를 수집하며, 필요시 크롤링(crawling)을 통해 추가적인 데이터를 수집할 수 있다. 동일한 IP로 쉬지 않고 크롤링을 할 경우 접속을 막아버리는 경우도 있으므로 하나의 페이지를 크롤링(crawling)한 후 1~2초 가량 정지하고, 다시 다음 페이지를 크롤링(crawling) 하는 기법을 사용한다.
전력거래소는 일 간격으로 기존 통계자료와 기상상태 등을 종합적으로 고려해서 내일의 시간대별 전력수요를 예측하고, 이를 홈페이지에 공개한다.
연료전지 모니터링 시스템 운영 방법
연료전지(30)와 원격 모니터링장비(PC)와의 통신프로토콜은 RS-232, RS-485, RS-422, TCP-Modbus 등 모두를 포함할 수 있으며, 이 중에서 하나를 선택하여 사용한다.
수집하려는 기본정보는 설치용량, 현재발전량, 누적발전량, 현재열회수량, 누적열회수량, 이상유무, 가스유량, 출력 주파수 및 에러 정보 등이다.
연료전지(30)로부터 수집된 일일 발전량 및 누적 발전량에 대해서는 전력거래소의 계통한계가격(SMP)과 신재생에너지 공급인증서(REC) 가격을 근거로 그에 상응하는 일일 발전 금액 및 일일 발전량을 누적하여 누적발전량을 계산하여 누적발전량 금액을 GUI로 보여주며, 필요에 따라서 스마트폰 등으로 전송하여 보여준다.
연료전지 발전 설비에서 발전한 발전량, 한전 전력 사용량을 표시하여 주고 시간별/일별/월별 적산량을 표시하여 사용자가 발전량이 얼마인지, 연료전지 발전량을 얼마만큼 사용하였는지를 표시하여 사용자가 한 달에 납부해야 하는 전기요금을 전량 절약하는 방법을 제시한다.
연료전지 발전 설비는 발전에 필요한 가스요금의 단가와 발전 생산단가를 비교하여 발전량의 단가가 더 높은 시간대에 가동시키며, 발전 생산량이 많아 다 사용하지 않고 한전 측에 공급하였을 경우에 한전 전기 사용량에서 그만큼 보존하여 줌으로써 한전에 납부하는 전기 비용을 줄일 수 있다.
연료전지의 발전에 필요한 가스요금과 전력시장 가격에 따라 연료전지 발전시스템을 On/Off의 부하 차단이 아닌 100%/75%/50%/Off 전력 등급별 4단계의 전력 공급을 통해 발전량을 조절한다.
전력거래소는 일 간격으로 기존 통계자료와 기상 상태 등을 종합적으로 고려해서 내일의 시간대별 전력수요를 예측하고, 이를 홈페이지에 공개한다.
전력수요는 오전 6시부터 서서히 증가하여 오전 10시를 정점으로 다시 감소하는 형태를 보여주게 된다. 위 시간대별 발전량이 설정된 패턴에 의해 연료전지 장치가 운전되도록 모니터링 시스템에서 제어하게 된다.
데이터 분석기에서는 목표부하 예측 서비스, 실시간 에너지 예측서비스, 통합제어 서비스, 최적 상태 및 운영 서비스 등을 수행하게 된다.
사용자가 외출이나 온수 사용 유무, 발전 유무 등을 스마트폰이나, 원격 PC에서 설정하면 연료전지 발전량을 미리 설계된 알고리즘에 의하여 자동으로 조절 할 수 있다.
고장/불량 등의 에러 정보는 연료전지 발전 설비의 인버터, 센서류의 정상작동 및 고장 상태를 파악할 수 있는 것으로 연료전지 모니터링 시스템은 각 데이터를 취합, 저장장치 프로그램을 통하여 저장하며, 그래프, 표 등으로 수용가가 원하는 시간별, 일별, 월별 통계 데이터를 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 연료전지 발전량 모니터링 및 제어 시스템에 따르면, 전력수요가 많이 되는 시간대에 발전가동을 충분하게 가동되도록(full)로 제어한다. 이를테면, 연료전지가 24시간 운용된다고 가정하고, SMP 가격이 낮은 시간대인, 밤 12시 -4시에는 파워를 오프시킨다. 또한, 발전가동 제어를 위하여 전날 혹은 예측 그래프를 사용하며, 예를 들면, 시간대별로도 차등적으로 가동되도록 제어하는데, 5-7시 50% 가동, 7-10시 75%, 또는 10-13시 100% 가동되도록 시간대별로 가동 제어할 수 있다. 또한, 온수가 필요할 때, 가동되도록 제어할 수 있는데 이때도 계절 및 온도를 체크해서 가동제어할 수 있다.
본 발명에 따른 연료전지 발전량 모니터링 및 제어 시스템에서는, 연료전지를 단계별로 가동시키며, 또한, 전력거래소와 연계하여 가동시키되, 특히 SMP가격대를 고려하여 연료전지 모니터링 제어를 수행하고, 연료전지 전기생산시 단가를 표시한다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 연료전지 발전량 모니터링 및 제어 시스템에는 제어모듈, 단가 환산모듈이 구비되며, 모니터링 프로그램은 단계별 가동프로그램, 단가 비교프로그램, 가동 시기판단 프로그램, 및 가동전원 판단프로그램이 구비될 수 있다.
연료전지 발전량 모니터링 시스템은 전력통계정보시스템에서 TCP/IP를 통해 전력거래정보를 수집하고 모니터링 하는 모니터링 시스템과, 상기 모니터링 시스템과 연결된 연료전지를 포함한다.
상기 로컬 연료전지 모니터링 시스템은
연료전지 모니터링 프로그램모듈(210)을 포함하되,
연료전지(30)로부터 연료전지 정보를 수집하는 연료전지 정보 수집모듈(212),
연료전지(30)의 SMP/REC 가격을 포함한 전력거래소정보를 전력거래소 홈페이지 서버(110)로부터 수집하는 전력가격 수집모듈(214),
상기 수집된 전력거래소 정보를 통해 연료전지의 발전을 On/Off의 부하 차단이 아닌 100%/75%/50%/Off 전력 등급별 4단계의 전력 공급을 통해 연료전지의 발전량을 조절하는 정보처리 제어모듈(216),
처리된 데이터를 저장하는 데이터 저장모듈(218), 및
처리된 데이터를 통계/그래프로 표시하는 통계/그래프 응용모듈(219)을 포함하며,
상기 모니터링 시스템(10)은 전력거래소 홈페이지 서버(110)에 클라이언트로 접속하여 전력수급현황 및 계통한계가격(SMP)을 실시간으로 수집하되, 전력거래소 웹사이트에서 제공하는 API를 이용하여 기본 데이터를 수집하며, 크롤링(crawling)을 통해 추가적인 데이터를 수집하는 것을 특징으로 한다.
상기 상기 로컬 연료전지 모니터링 시스템(20)은 전력시장 가격에 따라 연료전지 발전시스템을 On/Off의 부하 차단이 아닌 100%/75%/50%/Off 전력 등급별 4단계의 전력 공급을 통해 발전량을 조절함으로서 계절 및 시간대별 실내 온도 변화에 따른 냉난방 장치를 제어하는 것을 특징으로 한다.
한편, 연료전지의 모니터링 과정에서 피크치 관리가 중요한데, 예를 들면, 공장용의 경우 15분 동안 가장 많은 요금이 발생되는 피크치의 관리가 엄청 중요하다. 이 부분을 모니터링하여 연료전지 사용을 억제하거나 줄이도록 제어한다.
한편, 연료전지의 역할은 전기 발생이 약 30% 정도이고, 나머지는 온수발생에 사용되는데, 본 발명에 따르면, 환경에 구애없이 24시간 가동되도록 제어할 수 있다. 전력이 최고 비싼 시간대에 생산을 해서 자가 소비하도록 제어할 수도 있다.
본 발명에 따르면, 연료전지 모니터링을 계절별, 시간대별 제어가 가능하며, 기타 연료전지 사업소별로도 조절이 가능할 것이다.
도 8을 참조하면, 발전수익을 나타내는 식이 아래 수학식 1과 같이 제시되었다.
[수학식 1]
SMP+[REC x 가중치]= 매매단가
여기서, SMP는 계통판매가격이고, 계약대상은 한국전력이다.
REC는 공급인증서를 나타내며, 발급기관은 에너지관리공단 신재생 에너지 센터이고, 계약대상은 13개 공급의무자이다.
가중치는 REC 가중치를 나타내며 공급인증서와 관계가 있고, 가중치는 0.7~1.5의 범위이다.
이와 같이 전기생산과정에서 연료전지 혹은 태양광을 통해 생산된 전기는 공급의무 발전사 혹은 한국전력공사로 전송되며 생산자는 발전수익(REC 혹은 SMP)을 얻게 되는 구조이다.
도 9는 본 발명에 따른 연료전지 발전량 모니터링 및 제어 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 9를 참조하면, 개략적인 구성은 도 4 및 도 5에 표시된 구성도 동일 유사하며, 동일한 부분에는 동일한 부호를 부여하였다.
연료전지(30)와 원격 모니터링장비(PC)와의 통신프로토콜은 RS-232, RS-485, RS-422, TCP-Modbus 등 모두를 포함할 수 있으며, 이 중에서 하나를 선택하여 사용한다.
수집하려는 기본정보는 설치용량, 현재발전량, 누적발전량, 현재열회수량, 누적열회수량, 이상유무, 가스유량, 출력 주파수 및 에러 정보 등이다.
연료전지(30)로부터 수집된 일일 발전량 및 누적 발전량에 대해서는 전력거래소의 계통한계가격(SMP)과 신재생에너지 공급인증서(REC) 가격을 근거로 그에 상응하는 일일 발전 금액 및 일일 발전량을 누적하여 누적발전량을 계산하여 누적발전량 금액을 GUI로 보여주며, 필요에 따라서 스마트폰(50) 또는 태블릿PC(60) 등으로 전송하여 보여준다.
도 10은 도 9에 따른 연료전지 발전량 모니터링 및 제어시스템의 연료 모니터링과정의 개략적인 일예를 나타낸 흐름도이다.
연료전지 발전량의 제어방법의 일예를 아래 표1과 같이 나타내었다. 아래 사항은 예시적인 것이다.
| 내용 | 연료전지 발전량 제어 |
| 난방 또는 냉방 필요시 | 100% |
| 전기 소모 많을 때(10~15시) | 75% |
| 온수 필요시 또는 그 외 | 50% |
| 외출 또는 난방/냉방 불필요시 | 0% |
위 4 단계는 연료전지 연료전지 모니터링 프로그램 수동 모드 시 계절별, 시간 별, 사전 설정된 스케쥴에 의해 운영되며, 자동 모드 시 전력거래소에서 실시간으로 정보를 수집하여 전력수급 및 SMP 값과 수용가의 전기 사용량과 종합 연산한 다음 SMP와 수용가의 발전단가를 비교하여 연료전지 발전량을 자동으로 제어한다.
도 10을 참조하면, 초기에 연료전지 데이터를 모니터링하며 데이터를 저장하는 과정이 수행된다(S2).
이후 전력거래소를 통해 주기적 정보를 수집하고 저장하는 과정이 수행된다(S4).
이후, 연료전지 발전량 전력수급 및 SMP 종합 연산 및 통계를 처리하는 과정이 수행된다(S6).
이후, 4 단계의 판단과정이 진행되는데, 먼저, 연료전지 발전량의 100% 제어가 필요한지를 판단한다(S8).
이후, 연료전지 발전량의 75% 제어가 필요한지를 판단한다(S10).
이후, 연료전지 발전량의 50% 제어가 필요한지를 판단한다(S12).
이후, 연료전지 전원 OFF 제어가 필요한지를 판단한다(S14).
이후, 장해발생이 감지되었는지를 판단한다(S16).
이와 같은 과정을 통해 판단하여 필요한 경우에는 연료전지 발전량을 필요에 따라 100%, 75%, 50% 제어하거나, OFF 시키도록 제어명령을 전송하는 과정이 수행된다(S9). 한편 단계 S16에서 장애발생이 감지된 경우에는 단말장치(스마트폰(50) 혹은 태블릿 PC(60))에 메시지를 전송하게 된다(S17).
도 11은 도 9에 따른 연료전지 발전량 모니터링 및 제어시스템의 발전량 제어과정의 개략적인 일예를 나타낸 흐름도이다.
도 11을 참조하면, 발전량 제어과정이 수행되고, 제어모드를 판단하여(S20), 수동의 경우에는, 수동제어 스케줄러가 작동되게된다(S21).
자동의 경우에는 전력수급 및 SMP 종합연산 과정이 수행되며(S22),
이후 SMP가 발전단가 보다 큰지를 판단하게 된다(S24).
만약 SMP가 발전단가보다 크면, 이하 3 단계의 판단과정이 진행되는데, 먼저, 연료전지 발전량의 100% 제어가 필요한지를 판단한다(S8).
이후, 연료전지 발전량의 75% 제어가 필요한지를 판단한다(S10).
이후, 연료전지 발전량의 50% 제어가 필요한지를 판단한다(S12).
이와 같은 과정을 통해 판단하여 필요한 경우에는 연료전지 발전량을 필요에 따라 100%, 75%, 50% 제어하도록 제어명령을 전송하는 과정이 수행된다(S9).
상기 단계 S24에서 SMP가 발전단가보다 크지 않은 경우에는 연료전지 전원을 오프시키는 과정이 수행되게 된다(S25).
상기한 구성으로 된 본 발명에 따른 연료전지 발전량 모니터링 및 제어 시스템에 의하면, 전력 수용가에 모니터링 시스템을 구축하여, 전력거래소의 전력통계시스템에 접속해서 전력수급현황 및 계통한계가격(SMP)을 실시간으로 모니터링하고 동시에 연료전지 발전량 정보 및 열량 정보 등의 각종 운용정보 데이터를 모니터링 하여 이를 근거로 연료전지 발전량을 제어하게된다.
또한, 본 발명에 따른 연료전지 발전량 모니터링 및 제어 시스템에 의하면, 해당 연료전지의 실시간 금일발전량/누적발전량을 금액으로 환산하여 보여주며, 한전에서 사용하고 있는 요금체계와 전력사용 예측 데이터를 활용하여 전력거래소의 전력시장 가격에 따라서 연료전지를 단계별로 가동시켜 연료전지 발전 이익 창출과 효율적으로 연료전지 시스템을 운영함으로서 전기요금 및 가스요금을 최대한 절약하게된다.
또한, 본 발명에서는 전력시장 가격에 따라 연료전지 발전시스템을 On/Off의 부하 차단이 아닌 100%/75%/50%/Off 전력 등급별 4단계의 전력 공급을 통해 발전량을 조절함으로서 계절 및 시간대별 실내 온도 변화에 따른 냉난방 장치를 전기요금에 신경 쓰지 않고 효율적으로 사용할 수 있어서 최대 전력의 감소로 인한 전기 요금이 인하되는 효과가 있으므로 최적 전력 운용에 의해 궁극적으로는 에너지 절감에 기여하게 된다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해돼서는 안 될 것이다.
10: 전력통계정보시스템
20: 연료전지 모니터링 시스템
30: 연료전지
40: 사용자 단말기
20: 연료전지 모니터링 시스템
30: 연료전지
40: 사용자 단말기
Claims (4)
- 전력통계정보시스템에서 TCP/IP를 통해 전력거래정보를 수집하고 모니터링 하는 연료전지 모니터링 시스템과, 상기 모니터링 시스템과 연결된 연료전지를 포함하는 연료전지 발전량 모니터링 시스템에 있어서,
상기 연료전지 모니터링 시스템은
연료전지 모니터링 프로그램모듈을 포함하되,
연료전지로부터 연료전지 정보를 수집하는 연료전지 정보 수집모듈,
연료전지의 SMP/REC 가격을 포함한 전력거래소정보를 전력거래소 홈페이지 서버로부터 수집하는 전력가격 수집모듈,
상기 수집된 전력거래소 정보를 통해 연료전지의 발전을 On/Off의 부하 차단이 아닌 100%/75%/50%/Off 전력 등급별 4단계의 전력 공급을 통해 연료전지의 발전량을 조절하는 정보처리 제어모듈,
처리된 데이터를 저장하는 데이터 저장모듈, 및
처리된 데이터를 통계/그래프로 표시하는 통계/그래프 응용모듈을 포함하며,
상기 모니터링 시스템은 전력거래소 홈페이지 서버에 클라이언트로 접속하여 전력수급현황 및 계통한계가격(SMP)을 실시간으로 수집하되, 전력거래소 웹사이트에서 제공하는 API를 이용하여 기본 데이터를 수집하며, 크롤링(crawling)을 통해 추가적인 데이터를 수집하는 것을 특징으로 하는 연료전지 발전량 모니터링 시스템. - 제1항에 있어서, 상기 연료전지 모니터링 시스템은 전력시장 가격에 따라 연료전지 발전시스템을 On/Off의 부하 차단이 아닌 100%/75%/50%/Off 전력 등급별 4단계의 전력 공급을 통해 발전량을 조절함으로서 계절 및 시간대별 실내 온도 변화에 따른 냉난방 장치를 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지 발전량 모니터링 시스템.
- 초기에 연료전지 데이터를 모니터링하며 데이터를 저장하는 과정이 수행되며,
이후 전력거래소를 통해 주기적 정보를 수집하고 저장하는 과정이 수행되며,
이후, 연료전지 발전량 전력수급 및 SMP 종합 연산 및 통계를 처리하는 과정이 수행되며,
이후, 4 단계의 판단과정이 진행되는데, 먼저, 연료전지 발전량의 100% 제어가 필요한지를 판단하고,
이후, 연료전지 발전량의 75% 제어가 필요한지를 판단하고,
이후, 연료전지 발전량의 50% 제어가 필요한지를 판단하고,
이후, 연료전지 전원 OFF 제어가 필요한지를 판단하고,
이후, 장해발생이 감지되었는지를 판단하고,
이와 같은 과정을 통해 각각의 단계에서 판단하여 필요하다고 판단되는 경우에는 연료전지 발전량을 필요에 따라 100%, 75%, 50% 제어하거나, OFF 시키도록 제어명령을 전송하는 과정이 수행되고,
만약, 장애발생이 감지된 경우에는 단말장치에 메시지를 전송하는 것을 특징으로 하는 제 1 항 또는 제2항의 연료전지 발전량 모니터링 시스템을 이용한 연료전지 발전량 모니터링 방법. - 초기에 발전량 제어과정이 수행되고,
자동의 경우에는 전력수급 및 SMP 종합연산 과정이 수행되며,
이후 SMP가 발전단가 보다 큰지를 판단하고,
만약 SMP가 발전단가보다 크면, 이하 3 단계의 판단과정이 진행되는데, 먼저, 연료전지 발전량의 100% 제어가 필요한지를 판단하고,
이후, 연료전지 발전량의 75% 제어가 필요한지를 판단하고,
이후, 연료전지 발전량의 50% 제어가 필요한지를 판단하고,.
이와 같은 과정을 통해 각각의 단계에서 판단하여 필요하다고 판단되는 경우에는 연료전지 발전량을 필요에 따라 100%, 75%, 50% 제어하도록 제어명령을 전송하는 과정이 수행되며,
상기 단계에서 SMP가 발전단가보다 크지 않은 경우에는 연료전지 전원을 오프시키는 과정이 수행되는 것을 특징으로 하는 제 1 항 또는 제2항의 연료전지 발전량 모니터링 시스템을 이용한 연료전지 발전량 제어 방법.
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| KR1020200064837A KR102399413B1 (ko) | 2020-05-29 | 2020-05-29 | 연료전지 발전량 모니터링 및 제어 시스템 및 방법 |
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|---|---|---|---|---|
| DE102022125408A1 (de) | 2021-10-30 | 2023-05-04 | Seoyon America Corporation | Bedienvorrichtung für fahrzeuge |
| KR102536441B1 (ko) * | 2022-11-04 | 2023-05-26 | 주식회사 커넥티드 | 전력거래 시스템의 전력거래 운영장치 |
| KR102575542B1 (ko) | 2023-03-24 | 2023-09-07 | 케이파워에너지 주식회사 | 바이오매스 축분 고체연료 활용 열에너지 및 전기 공급 관리 시스템 |
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2020
- 2020-05-29 KR KR1020200064837A patent/KR102399413B1/ko active IP Right Grant
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| Publication number | Publication date |
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