KR20230031647A - 해수 양수 발전 시스템 및 방법 - Google Patents
해수 양수 발전 시스템 및 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20230031647A KR20230031647A KR1020210114105A KR20210114105A KR20230031647A KR 20230031647 A KR20230031647 A KR 20230031647A KR 1020210114105 A KR1020210114105 A KR 1020210114105A KR 20210114105 A KR20210114105 A KR 20210114105A KR 20230031647 A KR20230031647 A KR 20230031647A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- seawater
- water
- controller
- power
- power generation
- Prior art date
Links
- 239000013535 sea water Substances 0.000 title claims abstract description 75
- 238000005086 pumping Methods 0.000 title claims description 23
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 15
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 33
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims abstract description 8
- 238000010248 power generation Methods 0.000 claims description 39
- 238000001363 water suppression through gradient tailored excitation Methods 0.000 claims description 35
- 230000004075 alteration Effects 0.000 claims description 25
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims description 16
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 claims description 15
- 239000013505 freshwater Substances 0.000 claims description 6
- 238000010612 desalination reaction Methods 0.000 claims description 4
- 230000006870 function Effects 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 230000004044 response Effects 0.000 description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 238000005381 potential energy Methods 0.000 description 2
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 2
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000010485 coping Effects 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
- F03B13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
- F03B13/06—Stations or aggregates of water-storage type, e.g. comprising a turbine and a pump
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
- F03B13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
- F03B13/08—Machine or engine aggregates in dams or the like; Conduits therefor, e.g. diffusors
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
- F03B15/00—Controlling
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
- F03B7/00—Water wheels
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2220/00—Application
- F05B2220/30—Application in turbines
- F05B2220/32—Application in turbines in water turbines
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2220/00—Application
- F05B2220/70—Application in combination with
- F05B2220/706—Application in combination with an electrical generator
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/20—Hydro energy
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/16—Mechanical energy storage, e.g. flywheels or pressurised fluids
Abstract
여러 호기로 구성하여, 필요에 따라 전 호기 동시 운전 및 호기별 순차 운전 방식으로 운전되는 상시 계통 출력 및 관성 제공이 가능한 해수 양수 발전 시스템이 개시된다. 상기 해수 양수 발전 시스템은, 하부 해수를 양수하여 상부 저수지에 담수하는 하부 펌프, 개방을 통해 상부 해수를 아래로 흐르게 하는 수문, 상기 수문이 개방됨에 따라 상기 상부 해수의 유동으로 인해 발전하여 전력을 생산하는 수차 발전기, 생산된 상기 전력을 계통에 송전하는 스위치 야드, 및 상기 계통에 연결되어 상기 계통으로부터 출력 요청의 여부에 따라 상기 수문을 개방하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 양수 발전 기술에 관한 것으로서, 더 상세하게는 필요에 따라 전 호기 동시 운전 및 호기별 순차 운전 방식으로 운전되는 상시 계통 출력 및 관성 제공이 가능한 해수 양수 발전 시스템 및 방법에 대한 것이다.
에너지 전환 정책에 따라 태양광, 풍력 등 신재생 발전원이 확대되면서, 신재생 발전원의 변동성에 대응하기 위한 안정화 자원으로 에너지 저장장치, 동기 조상기 등이 도입되고 있다. 출력 변동성 대응을 위한 설비인 에너지 저장장치는 전력계통에서 수요에 비해 공급이 부족할 때 순간적인 출력을 제공하여 수요-공급 균형을 맞추어 출력 변동성에 대응한다.
수 초~분 이내에 출력을 제공하기 때문에 계통관성 및 주파수 조정 측면에서도 활용성이 큰 설비로 배터리, 양수발전 등 다양한 방식이 있다. 계통 관성 대응을 위한 설비인 동기 조상기는 전력계통의 역률 개선이나 전압조정을 위해 동기 전동기를 무부하 운전시켜 무효전력을 조정하는 설비이다.
에너지 저장 장치(ESS: Energy Storage System) 및 동기 조상기의 장단점을 비교하면 다음 표와 같다.
| 설비 | 장점 | 단점 |
| ESS | 관성 및 출력 제공 가능 | ‘감시→제어→동작’절차로 인한 빠른 응답에 제한 (수 초) |
| 동기 조상기 | 빠른 관성 제공(연계 운전) | 관성 제공 기능만 제공 |
에너지 저장장치 중 해수 양수 발전은 심야시간 등 전력수요가 낮을 때 하부 지역의 물을 높은 고도의 상부 저수지로 끌어올려 저장한 후 전력수요가 높을 때 물을 하부 지역으로 흐르게 하여 이때 낙차에 의해 흐르는 물의 힘을 이용하여 발전하는 방식이다.
상용화된 에너지 저장 장치 중 가장 경제적이며 대용량 저장이 가능하다는 장점이 있다. 에너지 저장 장치는 출력을 내는 시간이 제한되어 있다. 또한, 계통 주파수를 감시하여 주파수가 변동량의 기준치를 초과했을 때 출력을 내는 방식으로 계통에 직접 연계되어 운전되는 동기 조상기에 비해 응답(배터리 방식은 수 초, 해수 양수 발전은 수 분 등)이 늦기 때문에 계통 관성자원으로 활용하는데 한계가 있다.
동기 조상기는 전력계통의 주파수를 안정적으로 유지하기 위해 순간적으로 계통에 무효전력을 공급하는 설비로 전력계통에 직접 연계되어 운전된다. 따라서, 계통 내 이벤트 발생 등으로 주파수가 저하될 때 별도의 주파수 감시 및 제어 과정 없이 순시응답에 의한 관성을 제공하기 때문에 계통에 가장 빠른 관성을 제공할 수 있다.
그러나, 에너지 저장장치와 비교했을 때 더 빠른 관성 제공 역할을 하지만, 관성 제공만을 위한 설비이므로 상대적으로 비용 측면에서는 비효율적이다,
또한, 전력 공급을 위한 에너지 저장 설비로만 운용되는 경우, 타전력 공급원(가스터빈, 대용량 화력 유연운전 등)에 비해 에너지 이용 효율이 떨어져 활용도에 한계가 있다. 또한, 설비 구축 및 운용에 소요되는 투자비가 적지 않고, 인력투입도 필요하기 때문에 효율적인 설비 활용이 필요하다.
본 발명은 위 배경기술에 따른 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로서, 여러 호기로 구성하여, 필요에 따라 전 호기 동시 운전 및 호기별 순차 운전 방식으로 운전되는 상시 계통 출력 및 관성 제공이 가능한 해수 양수 발전 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 전호기 동시 운전시 해수의 위치 에너지 저장을 통해 전력계통에 출력을 제공하고 호기별 순차 운전시 동기 발전기의 상시 운전으로 전력계통에 관성을 공급할 수 있는 해수 양수 발전 시스템 및 방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.
본 발명은 위에서 제시된 과제를 달성하기 위해, 여러 호기로 구성하여, 필요에 따라 전 호기 동시 운전 및 호기별 순차 운전 방식으로 운전되는 상시 계통 출력 및 관성 제공이 가능한 해수 양수 발전 시스템을 제공한다.
상기 해수 양수 발전 시스템은,
하부 해수를 양수하여 상부 저수지에 담수하는 하부 펌프;
개방을 통해 상부 해수를 아래로 흐르게 하는 수문;
상기 수문이 개방됨에 따라 상기 상부 해수의 유동으로 인해 발전하여 전력을 생산하는 수차 발전기;
생산된 상기 전력을 계통에 송전하는 스위치 야드; 및
상기 계통에 연결되어 상기 계통으로부터 출력 요청의 여부에 따라 상기 수문을 개방하는 제어기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어기는 상기 수차 발전기가 에너지 저장 목적으로 운전되는 경우, 상기 수문을 폐쇄하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어기는 전력 수요가 낮은 시간대 동안 상기 수문을 개방하고, 상기 하부 펌프를 가동시켜 상기 상부 저수지에 상기 하부 해수를 양수 유입시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 해수 양수 발전 시스템은, 상기 수차 발전기의 회전 속도를 미리 설정되는 동기속도와 맞게 조절하는 속도 변환기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
다른 한편으로, 본 발명의 다른 일실시예는, 개방을 통해 상부 해수를 아래로 흐르게 하는 다수의 수문; 다수의 상기 수문이 순차적으로 또는 동시에 개방됨에 따라 다수의 상기 수문에 일대일로 대응하며, 상기 상부 해수의 유동으로 인해 순차적으로 또는 동시에 발전하여 전력을 생산하는 다수의 수차 발전 호기; 생산된 상기 전력을 계통에 송전하는 스위치 야드; 및 상기 계통의 관성 또는 상시 계통 출력을 유지시키기 위해 다수의 하부 펌프를 순차적으로 또는 동시에 이용하여 하부 해수를 양수하여 상부 저수지에 담수하는 제어기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 해수 양수 발전 시스템을 제공한다.
이때, 다수의 상기 수차 발전 호기 중 어느 하나의 정격 운전이 종료되는 선행 수차 발전 호기는 다수의 상기 하부 펌프 중 대응하는 하나의 하부 펌프로 상기 하부 해수를 상기 상부 저수지로 끌어올려 양수한 다음 운전 순서까지 대기하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 해수 양수 발전 시스템은, 다수의 상기 수차 발전 호기의 수차 발전기의 회전 속도를 미리 설정되는 동기속도와 맞게 조절하는 속도 변환기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어기는 상기 수차 발전기가 에너지 저장 목적으로 운전되는 경우, 다수의 상기 수문을 폐쇄하는 것을 특징으로 한다.
또 다른 한편으로, 본 발명의 또 다른 일실시예는, (a)
제어기가 수문을 개방을 하고, 하부 펌프를 이용하여 하부 해수를 양수하여 상부 저수지에 담수하고 상기 담수후 상기 수문을 폐쇄하는 단계; (b)
상기 제어기가 상기 담수후 계통으로부터 출력 요청의 여부에 따라 상기 수문의 개방을 통해 상부 해수를 아래로 흐르게 하는 단계; (c)
상기 제어기가 상기 수문을 개방함에 따라 수차 발전기가 상기 상부 해수의 유동으로 인해 발전하여 전력을 생산하는 단계; 및 (d)
상기 제어기가 생산된 상기 전력을 스위치 야드를 통해 계통에 송전하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 해수 양수 발전 방법을 제공한다.
또 다른 한편으로, 본 발명의 또 다른 일실시예는, (a)
제어기가 계통의 관성 또는 상기 계통 출력을 유지시키기 위해 다수의 수문을 순차적으로 또는 동시에 개방하고, 다수의 하부 펌프를 순차적으로 또는 동시에 이용하여 하부 해수를 양수하여 상부 저수지에 담수하고, 상기 담수후 다수의 상기 수문을 순차적으로 또는 동시에 개방하는 단계; (b)
상기 제어기가 상기 담수후 계통으로부터 출력 요청의 여부에 따라 다수의 상기 수문의 순차적 또는 동시 개방을 통해 상부 해수(22)를 아래로 흐르게 하는 단계; (c) 다수의 상기 수문이 순차적으로 또는 동시에 개방됨에 따라 다수의 상기 수문에 일대일로 대응하는 다수의 수차 발전 호기가 상기 상부 해수의 유동으로 인해 순차적으로 또는 동시에 발전하여 전력을 생산하는 단계; 및 (d)
상기 제어기가 스위치 야드를 통해 생산된 상기 전력을 상기 계통에 송전하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 해수 양수 발전 방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 전력 공급을 위한 에너지 저장 설비와 계통 관성 기여를 위한 관성 자원으로의 2가지 기능을 하는 전력설비로, 신재생 발전원 증가에 따른 전력계통 안정화 자원으로서 요구되는 출력 및 관성(주파수) 안정화 기능을 모두 충족하는 설비로 활용성이 매우 높다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 1개 호기를 갖는 해수 양수 발전 시스템의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 해수 양수 발전 과정을 보여주는 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 다수의 호기를 연계 운전하는 해수 양수 발전 시스템의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 해수 양수 발전 과정을 보여주는 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 다수의 호기를 연계 운전하는 해수 양수 발전 시스템의 개념도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다.
제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 해수 양수 발전 시스템 및 방법을 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 1개 호기를 갖는 해수 양수 발전 시스템(100)의 개념도이다. 도 1을 참조하면, 해수 양수 발전 시스템(100)은 하부 해수(21)를 양수하여 상부 저수지(20)에 담수하는 하부 펌프(120), 개방을 통해 상부 해수(22)를 아래로 흐르게 하는 수문(130), 수문(130)이 개방됨에 따라 상부 해수(22)의 유동으로 인해 발전하여 전력을 생산하는 수차 발전기(140), 수차 발전기(140)의 속도를 변환하는 속도 변환기(150), 생산된 전력을 계통(10)에 송전하는 스위치 야드(160), 계통(10)에 연결되어 동기 운전이 필요한 시간대에 수문(130)을 개방하는 제어기(110) 등을 포함하여 구성될 수 있다.
제어기(110)는 전력수요가 낮을 시간에 하부 펌프(120)를 이용하여 상부 저수지까지 해수를 끌어올린다. 에너지 저장 목적으로 운전될 경우 평소에는 수문(130)이 닫혀있고, 계통에서 출력이 요구될 때 해당 호기들의 수문(130)을 동시에 개방하여 물을 하부로 흐르게 한다. 이때 물의 유동이 수차 발전기(140)를 회전시켜 전력을 생산하고, 생산된 전력은 스위치 야드(160)를 거쳐 계통으로 송전된다.
수차 발전기(140)에는 속도 변환기(150)가 설치될 수 있다. 속도 변환기(150)는 수차 발전기(140)의 회전 속도를 미리 설정되는 동기속도와 맞게 조절하는 기능을 수행한다. 부연하면, 수차 발전기(140)가 동기속도로 운전되어야 하기 때문에 수차 발전기의 회전속도를 동기 속도와 맞게 조절해야할 필요가 있다. 물론, 이러한 속도 변환기(150)의 기능이 수차 발전기(140)에 포함될 수도 있다.
제어기(110)는 마이크로프로세서, 전력 통신 모뎀, 전자 회로, 프로그램 및 데이터 등을 저장하는 메모리 등을 포함하여 구성될 수 있다. 메모리는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD(Secure Digital) 또는 XD(eXtreme Digital) 메모리 등), 램(Random Access Memory, RAM), SRAM(Static Random Access Memory), 롬(Read Only Memory, ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory), PROM(Programmable Read Only Memory), 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다. 또한, 인터넷(internet)상에서 저장 기능을 수행하는 웹 스토리지(web storage), 클라우드 서버와 관련되어 동작할 수도 있다.
계통(10)은 전력 생산자로부터 전력 소비자에게 전기를 공급하기 위해 상호간에 연결된 상호 네트워크로서 전력망을 포함할 수 있다. 따라서, 전력 설비, 기구 등이 포함되는 개념이며, 제어기(110)는 전력 통신 모뎀을 통해 계통(10)과 연결되어 전력 설비와 통신을 수행할 수 있다.
발전기(140)는 양수된 해수의 위치 에너지를 전기 에너지로 변환하는 기능을 수행한다. 이를 위해, 발전기(140)에는 고정자와 이 고정자에 의해 회전하는 회전자 등으로 구성될 수 있다.
스위치 야드(160)는 발전기(140)에서 생산된 전력을 송전하기 위한 설비이다. 이를 위해, 스위치 야드(160)는 변압기, 모선, 차단기, 단로기, 접지 단로기, 변류기, 계기용변압기, 피뢰기, 기타 부대설비로 구성될 수 있다.
상부 저수지(20)는 성토(30)상에 형성된다. 물론, 일반적인 토양상에 형성될 수도 있다.
수문(130)은 개폐되는 구조로서, 이를 위해 모터, 피스톤, 기어 등이 구성된다. 수문 구조에 대해서는 널리 공지되어 있음으로 더 이상의 설명은 생략하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 해수 양수 발전 과정을 보여주는 흐름도이다. 도 2를 참조하면, 전력수요가 낮을 시간에 제어기(110)가 수문(130)을 개방하고, 하부 펌프(120)를 가동시켜 상부 저수지(20)에 하부 해수(21)를 양수 유입시킨다(단계 S210).
이후, 제어기(110)가 수문(130)을 폐쇄한다(단계 S220). 에너지 저장 목적으로 운전될 경우 평소에는 수문(130)이 닫혀있다.
이후, 제어기(110)는 계통(10)으로부터 출력이 요구되는지를 확인한다(단계 S230).
확인 결과, 단계 S230에서 계통(10)으로부터 출력 요청이 없으면, 수문(130)의 폐쇄 상태가 유지되어 단계 S220 내지 단계 S230이 다시 진행된다.
이와 달리, 확인 결과, 단계 S230에서 계통(10)으로부터 출력 요청이 있으면, 제어기(110)는 수문(130)을 개방하여 발전을 수행한다(단계 S240). 즉, 수문(130)이 개방됨에 따라 상부 저수지(20)에 담수된 상부 해수(22)가 하부로 흐르게 되어 수차 발전기(140)가 회전된다. 이러한 회전에 따라 전력이 생산된다.
제어기(110)는 스위치 야드(160)를 온시켜 생산된 전력(즉, 전기)을 전기선(101)을 통해 계통(10)으로 송전한다(단계 S250).
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 다수의 호기를 연계 운전하는 해수 양수 발전 시스템의 개념도이다. 특히, 도 3은 계통 관성 안정화를 위해 제 1 내지 제 5 수차 발전 호기(310-1 내지 310-5)가 순차 운전되는 구조를 나타낸 것이다. 제 1 내지 제 5 호기(310-1 내지 310-5)는 하부 펌프(320-1,320-2,320-3,320-4,320-5), 발전기(340-1,340-2,340-3,340-4,340-5), 속도 변환기(350-1,350-2,350-3,350-4,350-5)로 구성된다. 부연하면, 제 1 수차 발전 블럭(310-1)은 제 1 하부 펌프(320-1), 제 1 발전기(340-1), 및 제 1 속도 변환기(350-1)로 구성된다. 제 2 수차 발전 블럭(310-2)은 제 2 하부 펌프(320-2), 제 2 발전기(340-2), 및 제 2 속도 변환기(350-2)로 구성된다. 제 3 수차 발전 블럭(310-3)은 제 3 하부 펌프(320-3), 제 3 발전기(340-3), 및 제 3 속도 변환기(350-3)로 구성된다. 제 4 수차 발전 블럭(310-4)은 제 4 하부 펌프(320-4), 제 4 발전기(340-4), 및 제 4 속도 변환기(350-4)로 구성된다. 제 5 수차 발전 블럭(310-5)은 제 5 하부 펌프(320-5), 제 5 발전기(340-5), 및 제 5 속도 변환기(350-5)로 구성된다.
이들 발전기(340-1,340-2,340-3,340-4,340-5)의 출력단은 스위치 야드(160)와 연결된다. 물론, 하부 펌프(320-1,320-2,320-3,320-4,320-5), 발전기(340-1,340-2,340-3,340-4,340-5), 속도 변환기(350-1,350-2,350-3,350-4,350-5)는 제어기(110)와 연결되어 제어 명령을 받는다.
동기운전이 필요한 시간대에 먼저 제 1 수차 발전 호기(310-1)의 수문이 개방되어 물을 하부로 흘려보내고 이때 물의 유동이 제 1 수차 발전기(340-1)를 회전시켜 전력을 생산한다. 제 1 수차 발전 호기(310-1)의 정격 운전이 종료되는 시간에 맞추어 제 2 수차 발전 호기(310-2)의 수문이 개방되면서 제 2 수차 발전 호기(310-2)가 정격 운전되며, 이때 제 1 수차 발전 호기(310-1)는 제 1 펌프(320-1)를 구동시켜 해수를 상부 저수지로 끌어올린다. 제 2 수차 발전 호기(310-2)가 정격 운전되면서 생산되는 전력이 제 1 수차 발전 호기(310-1)의 해수를 상부 저수지(20)로 끌어올리는 제 1 펌프(320-1)의 동력보다 적어 에너지 이용은 비효율적이지만 제 2 수차 발전 호기(310-2)가 정격 운전되고 있기 때문에 계통에 관성을 기여하고 있다. 따라서, 관성 안정화 목적으로 운전되는 것이다.
이후, 제 3, 제 4, 제 5 수차 발전 호기(310-3 내지 310-5)가 순차적으로 운전되고, 정격 운전이 종료된 선행 호기는 펌프로 해수를 상부 저수지로 끌어올려 다음 운전 순서까지 대기한다. 이렇게 제 1 내지 제 5 수차 발전 호기(310-1 내지 310-5)가 순차적으로 연속 운전되어 끊임없이 계통에 관성을 제공한다.
전력수요가 낮은 시간에 하부 펌프를 이용하여 상부 저수지까지 해수를 끌어올린 후 계통 관성이 취약할 것으로 예상되는 시간대에 호기별로 순차적으로 동기운전시켜 전력계통에 상시 관성을 제공한다.
또한, 여기에 개시된 실시형태들과 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계들은, 마이크로프로세서, 프로세서, CPU(Central Processing Unit) 등과 같은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 (명령) 코드, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.
상기 매체에 기록되는 프로그램 (명령) 코드는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프 등과 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD, 블루레이 등과 같은 광기록 매체(optical media) 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 (명령) 코드를 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 반도체 기억 소자가 포함될 수 있다.
여기서, 프로그램 (명령) 코드의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
10: 계통
20: 상부 저수지
21: 하부 해수
22: 상부 해수
100: 해수 양수 발전 시스템
101: 전기선
110: 제어기
120: 하부 펌프
130: 수문
140: 수차 발전기
150: 속도 변환기
160: 스위치 야드
310-1 내지 310-5: 제 1 내지 제 5 수차 발전 호기
320-1 내지 320-5: 제 1 내지 제 5 하부 펌프
340-1 내지 340-5: 제 1 내지 제 5 수차 발전기
350-1 내지 350-5: 제 1 내지 5 속도 변환기
20: 상부 저수지
21: 하부 해수
22: 상부 해수
100: 해수 양수 발전 시스템
101: 전기선
110: 제어기
120: 하부 펌프
130: 수문
140: 수차 발전기
150: 속도 변환기
160: 스위치 야드
310-1 내지 310-5: 제 1 내지 제 5 수차 발전 호기
320-1 내지 320-5: 제 1 내지 제 5 하부 펌프
340-1 내지 340-5: 제 1 내지 제 5 수차 발전기
350-1 내지 350-5: 제 1 내지 5 속도 변환기
Claims (10)
- 하부 해수(21)를 양수하여 상부 저수지(20)에 담수하는 하부 펌프(120);
개방을 통해 상부 해수(22)를 아래로 흐르게 하는 수문(130);
상기 수문(130)이 개방됨에 따라 상기 상부 해수(22)의 유동으로 인해 발전하여 전력을 생산하는 수차 발전기(140);
생산된 상기 전력을 계통(10)에 송전하는 스위치 야드(160); 및
상기 계통(10)에 연결되어 상기 계통(10)으로부터 출력 요청의 여부에 따라 상기 수문(130)을 개방하는 제어기(110);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 해수 양수 발전 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제어기(110)는 상기 수차 발전기(140)가 에너지 저장 목적으로 운전되는 경우, 상기 수문(130)을 폐쇄하는 것을 특징으로 하는 해수 양수 발전 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제어기(110)는 전력 수요가 낮은 시간대 동안 상기 수문(130)을 개방하고, 상기 하부 펌프(120)를 가동시켜 상기 상부 저수지(20)에 상기 하부 해수(21)를 양수 유입시키는 것을 특징으로 하는 해수 양수 발전 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 수차 발전기(140)의 회전 속도를 미리 설정되는 동기속도와 맞게 조절하는 속도 변환기(150);를 포함하는 것을 특징으로 하는 해수 양수 발전 시스템.
- 개방을 통해 상부 해수(22)를 아래로 흐르게 하는 다수의 수문(130);
다수의 상기 수문(130)이 순차적으로 또는 동시에 개방됨에 따라 다수의 상기 수문(130)에 일대일로 대응하며, 상기 상부 해수(22)의 유동으로 인해 순차적으로 또는 동시에 발전하여 전력을 생산하는 다수의 수차 발전 호기(310-1 내지 310-5);
생산된 상기 전력을 계통(10)에 송전하는 스위치 야드(160); 및
상기 계통(10)의 관성 또는 상시 계통 출력을 유지시키기 위해 다수의 하부 펌프(320-1,320-2,320-3,320-4,320-5)를 순차적으로 또는 동시에 이용하여 하부 해수(21)를 양수하여 상부 저수지(20)에 담수하는 제어기(110);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 해수 양수 발전 시스템.
- 제 5 항에 있어서,
다수의 상기 수차 발전 호기(310-1 내지 310-5) 중 어느 하나의 정격 운전이 종료되는 선행 수차 발전 호기는 다수의 상기 하부 펌프(320-1,320-2,320-3,320-4,320-5) 중 대응하는 하나의 하부 펌프로 상기 하부 해수(21)를 상기 상부 저수지(20)로 끌어올려 양수한 다음 운전 순서까지 대기하는 것을 특징으로 하는 해수 양수 발전 시스템.
- 제 5 항에 있어서,
다수의 상기 수차 발전 호기(310-1 내지 310-5)의 수차 발전기(340-1,340-2,340-3,340-4,340-5)의 회전 속도를 미리 설정되는 동기속도와 맞게 조절하는 속도 변환기(350-1,350-2,350-3,350-4,350-5);를 포함하는 것을 특징으로 하는 해수 양수 발전 시스템.
- 제 7 항에 있어서,
상기 제어기(110)는 상기 수차 발전기(340-1,340-2,340-3,340-4,340-5)가 에너지 저장 목적으로 운전되는 경우, 다수의 상기 수문(130)을 폐쇄하는 것을 특징으로 하는 해수 양수 발전 시스템.
- (a) 제어기(110)가 수문(130)을 개방을 하고, 하부 펌프(120)를 이용하여 하부 해수(21)를 양수하여 상부 저수지(20)에 담수하고 상기 담수후 상기 수문(130)을 폐쇄하는 단계;
(b) 상기 제어기(110)가 상기 담수후 계통(10)으로부터 출력 요청의 여부에 따라 상기 수문(130)의 개방을 통해 상부 해수(22)를 아래로 흐르게 하는 단계;
(c) 상기 제어기(110)가 상기 수문(130)의 개방함에 따라 수차 발전기(140)가 상기 상부 해수(22)의 유동으로 인해 발전하여 전력을 생산하는 단계; 및
(d) 상기 제어기(110)가 생산된 상기 전력을 스위치 야드(160)를 통해 계통(10)에 송전하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 해수 양수 발전 방법.
- (a) 제어기(110)가 계통(10)의 관성 또는 상시 계통 출력을 유지시키기 위해 다수의 수문(130)을 순차적으로 또는 동시에 개방하고, 다수의 하부 펌프(320-1,320-2,320-3,320-4,320-5)를 순차적으로 또는 동시에 이용하여 하부 해수(21)를 양수하여 상부 저수지(20)에 담수하고, 상기 담수후 다수의 상기 수문(130)을 순차적으로 또는 동시에 개방는 단계;
(b) 상기 제어기(110)가 상기 담수후 계통(10)으로부터 출력 요청의 여부에 따라 다수의 상기 수문(130)의 순차적 또는 동시 개방을 통해 상부 해수(22)를 아래로 흐르게 하는 단계;
(c) 다수의 상기 수문(130)이 순차적으로 또는 동시에 개방됨에 따라 다수의 상기 수문(130)에 일대일로 대응하는 다수의 수차 발전 호기(310-1 내지 310-5)가 상기 상부 해수(22)의 유동으로 인해 순차적으로 또는 동시에 발전하여 전력을 생산하는 단계; 및
(d) 상기 제어기(110)가 스위치 야드(160)를 통해 생산된 상기 전력을 상기 계통(10)에 송전하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 해수 양수 발전 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210114105A KR20230031647A (ko) | 2021-08-27 | 2021-08-27 | 해수 양수 발전 시스템 및 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210114105A KR20230031647A (ko) | 2021-08-27 | 2021-08-27 | 해수 양수 발전 시스템 및 방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230031647A true KR20230031647A (ko) | 2023-03-07 |
Family
ID=85513142
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020210114105A KR20230031647A (ko) | 2021-08-27 | 2021-08-27 | 해수 양수 발전 시스템 및 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20230031647A (ko) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101734076B1 (ko) | 2016-04-20 | 2017-05-12 | 한국해양과학기술원 | 조류에너지를 이용한 양수 발전 융합시스템 |
-
2021
- 2021-08-27 KR KR1020210114105A patent/KR20230031647A/ko active Search and Examination
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101734076B1 (ko) | 2016-04-20 | 2017-05-12 | 한국해양과학기술원 | 조류에너지를 이용한 양수 발전 융합시스템 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Sangwongwanich et al. | Benchmarking of constant power generation strategies for single-phase grid-connected photovoltaic systems | |
| Sedaghat et al. | Design of a multilevel control strategy for integration of stand-alone wind/diesel system | |
| US9203242B2 (en) | System and method of integrating wind power and tidal energy | |
| Tiwari et al. | Control of wind–diesel hybrid system with BESS for optimal operation | |
| Fekry et al. | Power management strategy based on adaptive neuro fuzzy inference system for AC microgrid | |
| CN107959309B (zh) | 控制新能源电站有功功率的方法、装置及设备 | |
| CN103138259A (zh) | 一种间歇性大规模风电接入电网安全稳定性分析方法 | |
| Jena et al. | Setting a fostered energy network by decarbonizing the grid: H ybridization, control, and future solutions upon storage | |
| US11114963B2 (en) | Method and system for enhancing electrical power production by a power generation system by controlling switches to place a rotor-side converter in parallel with a line-side converter | |
| US9537420B2 (en) | Method and apparatus for power module output power regulation | |
| Sarasua et al. | Hybrid frequency control strategies based on hydro‐power, wind, and energy storage systems: Application to 100% renewable scenarios | |
| Rouabhi et al. | Power quality enhancement of grid connected doubly-fed induction generator using sliding mode control | |
| Song et al. | Stability and control of a grid integrated DFIM based variable speed pumped storage system | |
| Flicker et al. | Grid forming inverters for spinning reserve in hybrid diesel microgrids | |
| Krismanto et al. | Impact of large-scale wind power penetration on dynamic voltage stability of interconnected power system: An Indonesia case study | |
| Bitew et al. | Pumped energy storage system technology and its AC–DC interface topology, modelling and control analysis: a review | |
| Ramasubramanian | Impact of converter interfaced generation and load on grid performance | |
| Ye et al. | Black start scheme formation considering dynamic wind power penetration limit | |
| KR20230031647A (ko) | 해수 양수 발전 시스템 및 방법 | |
| Wang et al. | Real‐time optimisation of short‐term frequency stability controls for a power system with renewables and multi‐infeed HVDCs | |
| Kim et al. | Hardware-in-the-loop simulation method for a wind farm controller using real time digital simulator | |
| Yuan et al. | Novel cascading scheme of VSC‐HVDC with DC voltage synchronisation control for system frequency support | |
| Sharma et al. | New maximum power extraction algorithm for single stage solar water pump system working effectively for dynamically changing conditions | |
| Vanitha et al. | Control of microgrid with enhancement of wind power evacuation | |
| Dey | Hybrid hydro renewable energy storage model |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination |