KR20230117538A - 그리드 지원 전해조 - Google Patents
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Abstract
전해조를 동작시키기 위한 시스템, 장치, 방법 및 명령들은, 연결된 전력 시스템의 공칭 주파수 또는 공칭 전압을 설정하고 - 전해조는 공칭 주파수 또는 공칭 전압에서 정격 생산 수준을 제공하도록 구성됨 -, 공칭 주파수 또는 공칭 전압에서 또는 그 근처에서 조정 가능한 데드 밴드를 설정하고, 주파수가 공칭 주파수 이하로 떨어지거나 전압이 공칭 전압 이하로 떨어지면 수소 발생을 감소시키고 전력 소비를 감소시키는 것을 포함한다.
Description
본 발명의 실시 예들은 일반적으로 그리드 지원 전해조 및 이의 작동 방법에 관한 것이다.
전해조는 물 분자 또는 기타의 탄화수소 연료 분자를 쪼개어 수소를 생산하기 위해 전기를 소비하는 장치이다. 전해조에 대한 입력 전력원은 메인 그리드(main grid)(즉, 유틸리티 그리드(utility grid)), 마이크로 그리드(microgrid), 또는 이들의 조합일 수 있다. 일반적으로, 마이크로 그리드는 태양광, 풍력, 지열, 수력, 저장, 재래식 등과 같은 하나 이상의 분산형 전기 자원(distributed electrical resource; DER)을 포함한다. 메인 그리드는 또한 여러 분산형 전력 자원들을 포함할 수 있다.
전력 시스템(electrical power system; EPS)은, 메인 그리드이든 또는 마이크로 그리드이든, EPS 네트워크 상에서 총 발전 전력과 총 부하 전력 간의 균형이 깨지면서 발생하는 다양한 변동을 겪는다. 이러한 변동은 DER에 연결된 재생 가능한 에너지원에 의해 발생되는 전력의 간헐적인 특성으로 인해 점차 증가하고 있다. 네트워크 상의 발전량이 총 부하 전력보다 큰 경우, 전력 시스템의 전압 및/또는 주파수가 증가한다. 유사하게, 부하 전력의 총량이 발전량보다 큰 경우, 전력 시스템의 전압 및/또는 주파수가 감소된다.
이러한 전압 및 주파수 변동에 대응하는 조치가 취해지지 않는다면, 그리드가 중단될 수 있다. 예를 들어, 변동으로 인해 그리드가 완전히 붕괴될 수 있으며, 이는 마이크로 그리드 및 유틸리티 그리드의 운영 모두에 있어서 그렇다. 이상적으로는, 발전 자원이 네트워크 상의 총 부하 수요를 충족시키기 위해 즉각적으로 반응할 것으로 기대되지만, 실제 세계에서는 많은 기존의 발전 시스템들이 부하의 변화에 비해 응답이 훨씬 느리기 때문에 즉각적인 응답이 불가능하다. 따라서, 발전량의 부족은 EPS 네트워크에 지속적으로 실질적인 위협이 되고 있다.
현재까지, 네트워크 운영자가 이용할 수 있는 다양한 옵션들은 부하 차단(load shedding) 또는 저장 모듈의 사용이다. 그러나, 저장 모듈을 추가하면 추가 비용, 설치 공간 및 더 높은 제어 복잡성이 발생한다. 유틸리티 그리드 네트워크의 경우, 이상적이지는 않지만, 부하 차단은 네트워크 상의 총 발전량과 네트워크 상의 총 부하 간의 균형을 제어하는 한 가지 옵션이다. 저장 솔루션을 메인 그리드로 확장하는 것도 고려할 수 있지만, 이는 훨씬 더 높은 비용을 유발한다.
따라서, 본 발명의 실시 예들은 관련 기술의 한계 및 단점으로 인한 하나 이상의 문제점을 실질적으로 제거하는 그리드 지원 전해조에 관한 것이다.
본 발명의 추가적인 특징들 및 이점들은 이하의 설명에 기재될 것이고, 부분적으로는 이하의 설명으로부터 명백해지거나, 본 발명의 실시에 의해 학습될 수 있다. 본 발명의 목적들 및 기타의 이점들은 첨부된 도면들뿐만 아니라 본 명세서의 기재된 설명 및 청구범위에서 상세히 언급된 구조에 의해 실현되고 달성될 것이다.
이러한 이점들 및 기타의 이점들을 달성하기 위해, 그리고 본 발명의 목적에 따라, 구체화되고 광범위하게 기술되는 바와 같이, 그리드 지원 전해조는 연결된 전력 시스템의 공칭 주파수로서 f0를 설정하고 - 전해조는 f0에서 정격 생산 레벨 P0를 제공하도록 구성됨 -, 공칭 주파수 f0에서 또는 그 근처에서 조절 가능한 불감대(f1-f0)를 설정하며, 주파수가 f1 레벨 아래로 떨어지면 수소 발생을 줄이기 시작하여 주파수 f2에서 수소 생산량이 0이 될 때까지 전력 소비를 감소시키는 것을 포함하는, 전해조를 작동시키기 위한 시스템, 장치, 방법 및 명령어들을 포함한다.
전술한 일반적인 설명 및 이하의 상세한 설명은 모두 예시적이고 설명적인 것이며, 청구된 본 발명에 대한 추가 설명을 제공하기 위한 것임을 이해하여야 한다.
본 발명의 추가 이해를 제공하기 위해 포함되고 본 명세서에 포함되어 본 명세서의 일부를 구성하는 첨부 도면들은 본 발명의 실시 예들을 도시하고 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다.
도 1은 본 발명의 예시적인 일 실시 예에 따른 전해조 시스템의 주파수 드룹 제어를 그래프로 도시한다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 다른 예시적인 실시 예들에 따른 전해조 시스템의 주파수 드룹 제어를 그래프로 도시한다.
도 3은 본 발명의 예시적인 일 실시 예에 따른 일시적 과부하가 있는 전해조 시스템의 주파수 드룹 특성을 그래프로 도시한다.
도 4는 본 발명의 예시적인 일 실시 예에 따른 전해조 시스템의 전압 드룹 제어를 그래프로 도시한다.
도 5a 내지 5d는 본 발명의 다른 예시적인 실시 예들에 따른 전해조 시스템의 전압 드룹 제어를 그래프로 도시한다.
도 6은 본 발명의 예시적인 일 실시 예에 따른 일시적 과부하가 있는 전해조 시스템의 전압 드룹 특성을 그래프로 도시한다.
도 1은 본 발명의 예시적인 일 실시 예에 따른 전해조 시스템의 주파수 드룹 제어를 그래프로 도시한다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 다른 예시적인 실시 예들에 따른 전해조 시스템의 주파수 드룹 제어를 그래프로 도시한다.
도 3은 본 발명의 예시적인 일 실시 예에 따른 일시적 과부하가 있는 전해조 시스템의 주파수 드룹 특성을 그래프로 도시한다.
도 4는 본 발명의 예시적인 일 실시 예에 따른 전해조 시스템의 전압 드룹 제어를 그래프로 도시한다.
도 5a 내지 5d는 본 발명의 다른 예시적인 실시 예들에 따른 전해조 시스템의 전압 드룹 제어를 그래프로 도시한다.
도 6은 본 발명의 예시적인 일 실시 예에 따른 일시적 과부하가 있는 전해조 시스템의 전압 드룹 특성을 그래프로 도시한다.
첨부된 도면을 참조하여 다양한 실시 예들이 상세히 설명될 것이다. 가능한 한, 동일한 또는 유사한 부분들을 지칭하기 위해서, 도면 전체에 걸쳐 동일한 참조 번호가 이용될 것이다. 특정 예들 및 구현들에 대한 언급은 예시를 위한 것이고, 본 발명의 실시 예들 또는 청구범위의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다.
본 명세서에서 범위(range)는 "약(about)" 하나의 특정 값 및/또는 "약" 다른 특정 값으로 표현될 수 있다. 이러한 범위가 표현되는 경우, 예들은 하나의 특정 값으로부터 및/또는 다른 특정 값까지를 포함한다. 마찬가지로, 값들이 근사치로 표현되는 경우, 선행사 "약" 또는 "실질적으로"의 사용에 의해 특정 값이 다른 양상을 형성한다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 일부 실시 예들에서, "약 X"의 값은 +/- 1% X의 값들 또는 +/- 5% X의 값들을 포함할 수 있다. 범위들 각각의 종점은 다른 종점과 관련하여 그리고 다른 종점과는 독립적으로 중요하다는 것이 더 이해될 것이다. 값들 및 범위들은 예들을 제공하지만, 본 발명의 실시 예들은 이에 제한되지 않는다.
본 개시 내용의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양한 수정 및 변형이 본 개시 내용에 대해 이루어질 수 있음이 당업자에게 명백할 것이다. 본 개시 내용의 사상 및 실체를 포함하는 개시된 실시 예들의 수정된 조합들, 서브 조합들 및 변형들이 당업자들에게 이루어질 수 있기 때문에, 본 개시 내용은 첨부된 청구범위 및 이의 등가물의 범위 내의 모든 것을 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명의 실시 예들은 일반적으로 입력 네트워크의 안정성을 지원하기 위해 입력 전력원의 조건을 기반으로 전해조 플랜트(electrolyzer plant)에서 수소 생산 속도를 조절하고 제어하는 것에 관한 것이다. 입력 네트워크는 메인 그리드(즉, 유틸리티 그리드), 마이크로 그리드, 또는 이들의 조합일 수 있다.
본 실시 예들은 전압 및 주파수 드룹(droop) 기반 제어를 이용하여 EPS 네트워크 조건을 기반으로 수소 생산 속도를 조절하는 것을 제안한다. 이러한 제어 기술은 분산형 발전에 이용되며 종종 연결된 그리드를 지원하기 위해 통합해야 하는 필수 기능이다. 그러나, 이러한 기능은 일반적으로 에너지 발생 제품 및 배터리 충전기에서 사용될 수 있다. 본 실시 예들은 연결된 EPS 네트워크를 지원하기 위해 이러한 기능을 전해조에 도입한다. 전압 및 주파수 드룹 기반 제어, 및 이를 위한 시스템, 장치, 방법 및 명령어들은 전해조 시스템의 하나 이상의 제어기를 이용한다. 제어 알고리즘은 일반적으로 마이크로 컨트롤러, 디지털 신호 프로세서(digital signal processor; DSP), 필드 프로그래머블 게이트 어레이(field programmable gate array; FPGA) 및/또는 산업용 컴퓨터와 같은 디지털 컨트롤러에서 구현된다.
발전량이 전력 시스템 네트워크 상의 부하량을 초과하게 되는 경우, 전력 시스템의 주파수 및/또는 전압이 공칭 주파수 및/또는 공칭 전압 레벨을 초과하게 된다. 유사하게, 네트워크 상의 전력 소비가 발전량을 초과하는 경우 전력 시스템의 주파수 및/또는 전압은 공칭 값 미만으로 떨어진다. 일반적으로, 전력 시스템의 공칭 주파수는 지리적 위치에 따라 60Hz 또는 50Hz이다. 공칭 전압은 수백 볼트에서 수천 볼트 사이에 있을 수 있기 때문에, 전압을 공칭 전압의 백분율로 칭하는 것이 일반적이다.
도 1은 본 발명의 예시적인 일 실시 예에 따른 전해조 시스템의 주파수 드룹 제어를 그래프로 도시한다. 도 1의 그래프(100)는 공칭 주파수(f0)에서 또는 그 근처에서 불감대(dead band)(f1-f0)를 갖는 전해조 시스템의 드룹 곡선을 나타낸다.
도 1에 도시된 바와 같이, f0는 연결된 전력 시스템의 공칭 주파수이다(즉, 통상적으로 60Hz, 50Hz에 또는 그 근처에 있음). 공칭 주파수(f0)에서, 전해조 시스템은 정격 생산 레벨(P0)을 제공하도록 구성된다. 공칭 주파수(f0)에서의 또는 그 근처에서의 조절 가능한 불감대(f1-f0)는 전해조가 주파수의 작은 변동에 반응하는 것을 방지하여 네트워크의 안정성을 개선시키는 데 이용된다.
주파수가 f1 레벨 아래로 떨어지면 전해조는 수소 발생을 줄이기 시작하여 주파수(f2)에서 수소 생산이 0이 될 때까지 네트워크로부터의 전력 소비를 감소시킨다. 주파수가 증가하는 경우, 전해조는 드룹 곡선(예를 들어, 선형 또는 비-선형)에 따라 생산량을 경사 증가(ramp up)시킨다.
쉽게 이해될 수 있듯이, 현장에서 유지되어야 하는 주변 보조 기기(balance of plant; BOP) 부하가 있기 때문에, 수소 생산이 0 레벨로 떨어지는 경우 전해조 플랜트의 전력 인출(draw)이 최소화(정확히 0 kW는 아님)될 수 있다. 전해조 시스템은 선택적 특징으로서 f2 미만의 일부 주파수에서 완전히 턴-오프(turn off)되도록 구성될 수 있다.
불감대는 0(f1 = f0 이 되게 함)까지 낮게 설정될 수 있다. 대안적으로, 불감대(f1-f0)는 i) 미리 설정된 고정 값으로; ii) 수동으로 조절되도록; iii) 일정, 환경 조건을 기반으로 자동으로 조절되도록; 및/또는 iv) 하나 이상의 알고리즘, 인공 지능(artificial intelligence; AI) 및/또는 기계 학습(machine learning; ML)을 이용하여 그리드 조건을 기반으로 주기적으로 또는 반복적으로 조절되도록; 구성될 수 있다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 다른 예시적인 실시 예들에 따른 전해조 시스템의 주파수 드룹 제어를 그래프로 도시한다. 그래프들(200A, 200B, 200C, 200D)은 다양한 실시 예들에 따른 상이한 기울기 곡선들을 예시한다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 불감대는 0 Hz까지 낮게 설정될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이 f1과 f2 사이(또는 도 2a의 f0와 f2 사이)의 드룹 곡선의 기울기는 선형이거나, 도 2b에 도시된 바와 같이 f1과 f2 사이의 드룹 곡선의 기울기는 비-선형일 수 있다. 대안적으로, 또는 추가적으로, f1과 f2 사이의 드룹 곡선의 기울기는 도 2c에 도시된 바와 같이 복수의 기울기들(예를 들어, 선형 및/또는 비-선형)을 가질 수 있다. 또 다른 대안에서, f1과 f2 사이의 드룹 곡선의 기울기는 도 2d에 도시된 바와 같이 히스테리시스(hysteresis)를 가질 수 있다. 히스테리시스(f1-f1' 및 f2-f2')의 폭 및 f1과 f2 사이의 기울기뿐만 아니라 f1'과 f2' 사이의 기울기도 조절할 수 있다.
일부 구성들에서, 전해조는 기대 수명 최적화, 신뢰성 증가 등과 같은 다양한 이유들로 가능한 최대 생산 레벨 미만으로 작동한다. 추가적으로, 또는 대안적으로, 전해조는 짧은 시간 동안 과생산(과부하)을 지원하도록 구성될 수 있다. 이러한 경우, 추가 생산은 과주파수(over frequency) 그리드 시나리오 동안 달성될 수 있다. 전력 시스템 네트워크 상의 과주파수는 발전기가 반응하여 발전 레벨을 낮추기 이전에 소비될 수 있는 이용 가능한 초과 발전이 있음을 나타낸다. 전해조들은 발전기들이 전력 감소 과정을 시작하는 동안 짧은 시간 동안 그들의 수소 생산 레벨을 공칭 정격 초과로 증가시킴으로써 초과 전력을 소비하도록 구성될 수 있다. 초과 전력의 소비는 네트워크 상에서 이용 가능한 초과 발전을 감소시켜 과주파수 레벨을 완화시킨다.
도 3은 본 발명의 예시적인 일 실시 예에 따른 일시적 과부하가 있는 전해조 시스템의 주파수 드룹 특성을 그래프로 도시한다. 그래프(300)는 일시적 과부하 동안의 과생산 레벨(P4)을 나타낸다.
공칭 주파수(f0)에서, 전해조 시스템은 정격 생산 레벨(P0)을 제공하도록 구성된다. 공칭 주파수(f0)에서의 또는 그 근처에서의 조절 가능한 불감대 다운(dead band down)(f1-f0)은 전해조가 주파수의 작은 하향 변동에 반응하는 것을 방지하여 네트워크의 안정성을 개선시키는 데 이용된다. 공칭 주파수(f0)에서의 또는 그 근처에서의 조절 가능한 불감대 업(dead band up)(f0-f3)은 전해조가 주파수의 작은 상향 변동에 반응하는 것을 방지하여 네트워크의 안정성을 개선시키는 데 이용된다.
주파수가 f1 레벨 아래로 떨어지면 전해조는 수소 발생을 줄이기 시작하여 주파수(f2)에서 수소 생산이 0이 될 때까지 네트워크로부터의 전력 소비를 감소시킨다. 주파수가 증가하는 경우, 전해조는 드룹 곡선에 따라 생산량을 경사 증가시킨다. 주파수가 f3 레벨을 초과하면 전해조는 수소 발생을 증가시키기 시작하여 주파수(f4)에서 과부하 수소 생산에 도달할 때까지 네트워크로부터의 전력 소비를 증가시킨다.
도 4는 본 발명의 예시적인 일 실시 예에 따른 유효 전력이 있는 전해조 시스템의 전압 드룹 제어를 그래프로 도시한다. 도 4의 그래프(400)는 공칭 전압(V0)에서 또는 그 근처에서 불감대(V1-V0)를 갖는 전해조 시스템의 드룹 곡선을 나타낸다.
도 4에 도시된 바와 같이, V0는 연결된 전력 시스템의 공칭 전압이다. 공칭 전압(V0)에서, 전해조 시스템은 정격 생산 레벨(P0)을 제공하도록 구성된다. 공칭 전압(V0)에서의 또는 그 근처에서의 조절 가능한 불감대(V1-V0)는 전해조가 전압의 작은 변동에 반응하는 것을 방지하여 네트워크의 안정성을 개선시키는 데 이용된다.
전압이 V1 레벨 아래로 떨어지면 전해조는 수소 발생을 줄이기 시작하여 전압(V2)에서 수소 생산이 0이 될 때까지 네트워크로부터의 전력 소비를 감소시킨다. 전압이 증가하는 경우, 전해조는 드룹 곡선에 따라 생산량을 경사 증가시킨다.
쉽게 이해될 수 있듯이, 현장에서 유지되어야 하는 주변 보조 기기(BOP) 부하가 있기 때문에, 수소 생산이 0 레벨로 떨어지는 경우 전해조 플랜트의 전력 인출이 최소화(정확히 0 kW는 아님)될 수 있다. 전해조 시스템은 선택적 특징으로서 V2 미만의 일부 전압에서 완전히 턴-오프되도록 구성될 수 있다.
불감대는 0(V1 = V0이 되게 함)까지 낮게 설정될 수 있다. 대안적으로, 불감대(V1-V0)는 i) 미리 설정된 고정 값으로; ii) 수동으로 조절되도록; iii) 일정, 환경 조건을 기반으로 자동으로 조절되도록; 및/또는 iv) 하나 이상의 알고리즘, 인공 지능(AI) 및/또는 기계 학습(ML)을 이용하여 그리드 조건을 기반으로 주기적으로 또는 반복적으로 조절되도록; 구성될 수 있다.
작동 원리는 영향을 미치는 파라미터가 전압이라는 점을 제외하고는 주파수 드룹과 유사하다. 전력 시스템의 주파수가 유효 전력 불균형과 직접적으로 관련이 있는 과/부족 주파수(over/under frequency)와 달리, 전력 시스템 상의 과/부족 전압 조건은 무효 전력 불균형, 유효 전력 불균형, 또는 무효 전력 불균형이 주요 원인인 이들의 조합의 결과일 수 있다. 그러나, 수소 생산 속도가 유효 전력에만 영향을 미칠 수 있으므로 전해조는 유효 전력을 조절할 수 있다.
일반적으로, 과전압이 무효 전력 불균형에 의한 것인지 또는 유효 전력 불균형에 의한 것인지 판단하기 어렵다. 따라서, 가능한 경우, 부하를 조절하여 무효 전력이 조절되도록 한 이후 유효 전력 제어를 활성화하는 것이 일반적이다. 따라서, 유효 전력 드룹 곡선은 무효 전력 제어에서의 불감대에 비해 훨씬 넓은 불감대(즉, V1-V0 또는 V2-V0)를 갖는다. 무효 전력 제어가 가능하지 않은 경우, 전압 레벨이 불감대를 초과하는 경우에만 유효 전력이 조절된다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 다른 예시적인 실시 예들에 따른 전해조 시스템의 전압 드룹 제어를 그래프로 도시한다. 그래프들(500A, 500B, 500C, 500D)은 다양한 실시 예들에 따른 상이한 기울기 곡선들을 예시한다.
도 5a에 도시된 바와 같이, 불감대는 0 볼트까지 낮게 설정될 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이 V1과 V2 사이(또는 도 5a의 V0와 V2 사이)의 드룹 곡선의 기울기는 선형이거나, 도 5b에 도시된 바와 같이 V1과 V2 사이의 드룹 곡선의 기울기는 비-선형일 수 있다. 대안적으로, 또는 추가적으로, V1과 V2 사이의 드룹 곡선의 기울기는 도 5c에 도시된 바와 같이 복수의 기울기들(예를 들어, 선형 및/또는 비-선형)을 가질 수 있다. 또 다른 대안에서, V1과 V2 사이의 드룹 곡선의 기울기는 도 5d에 도시된 바와 같이 히스테리시스를 가질 수 있다. 히스테리시스(V1-V1' 및 V2-V2')의 폭 및 V1과 V2 사이의 기울기뿐만 아니라 V1'과 V2' 사이의 기울기도 조절할 수 있다.
일부 구성들에서, 전해조는 기대 수명 최적화, 신뢰성 증가 등과 같은 다양한 이유들로 가능한 최대 생산 레벨 미만으로 작동한다. 추가적으로, 또는 대안적으로, 전해조는 짧은 시간 동안 과생산(과부하)을 지원하도록 구성될 수 있다. 이러한 경우, 추가 생산은 과전압(over voltage) 그리드 시나리오 동안 달성될 수 있다. 전력 시스템 네트워크 상의 과전압은 발전기가 반응하여 발전 레벨을 낮추기 이전에 소비될 수 있는 이용 가능한 초과 발전이 있음을 나타낸다. 전해조들은 발전기들이 전력 감소 과정을 시작하는 동안 짧은 시간 동안 그들의 수소 생산 레벨을 공칭 정격 초과로 증가시킴으로써 이러한 초과 전력을 소비하도록 구성될 수 있다. 초과 전력의 소비는 네트워크 상에서 이용 가능한 초과 발전을 감소시켜 전압 레벨을 완화시킨다.
도 6은 본 발명의 예시적인 일 실시 예에 따른 일시적 과부하가 있는 전해조 시스템의 전압 드룹 특성을 그래프로 도시한다. 그래프(600)는 일시적 과부하 동안의 과생산 레벨(P4)을 나타낸다.
공칭 전압(V0)에서, 전해조 시스템은 정격 생산 레벨(P0)을 제공하도록 구성된다. 공칭 전압(V0)에서의 또는 그 근처에서의 조절 가능한 불감대 다운(V1-V0)은 전해조가 전압의 작은 하향 변동에 반응하는 것을 방지하여 네트워크의 안정성을 개선시키는 데 이용된다. 공칭 전압(V0)에서의 또는 그 근처에서의 조절 가능한 불감대 업(V0-V3)은 전해조가 전압의 작은 상향 변동에 반응하는 것을 방지하여 네트워크의 안정성을 개선시키는 데 이용된다.
전압이 V1 레벨 아래로 떨어지면 전해조는 수소 발생을 줄이기 시작하여 전압(V2)에서 수소 생산이 0이 될 때까지 네트워크로부터의 전력 소비를 감소시킨다. 전압이 증가하는 경우, 전해조는 드룹 곡선에 따라 생산량을 경사 증가시킨다. 전압이 V3 레벨을 초과하면 전해조는 수소 발생을 증가시키기 시작하여 전압(V4)에서 과부하 수소 생산에 도달할 때까지 네트워크로부터의 전력 소비를 증가시킨다.
일부 실시 예들에서, EPS 네트워크의 전압 및 주파수는 독립적으로 그리고 상이한 방향들 및 상이한 크기들로 변하는 분리된(decoupled) 변수이다. 예를 들어, 과주파수 및 과전압을 동시에 가질 수 있으며, 그 반대의 경우도 가능하다. 이러한 상황에서, 유효 전력 제어는 전압 드룹 곡선에 비해 주파수 드룹을 선호할 수 있다. 즉, 전해조는, 주파수가 주파수 드룹 불감대 내에 있는 경우에만 전압 드룹을 가능하게 하도록 구성될 수 있다. 대안적으로, 전해조는, 전압이 전압 드룹 불감대 내에 있는 경우에만 주파수 드룹을 가능하게 하도록 구성될 수 있다.
본 명세서에 기술된 실시 예들은 다양한 전해조들, 예를 들어 단일 전해조, 전해조들의 그룹, 또는 전체 전해조 플랜트; 물 전기 분해 또는 탄화수소 분자 쪼개기; 저온 전해조(예를 들어, 중합체 전해질 막(polymer electrolyte membrane; PEM) 기반 또는 알칼리 기반) 또는 고온 전해조(예를 들어, 고체 산화물 전해조 전지(solid oxide electrolyzer cell; SOEC)들)에 용이하게 적용될 수 있다. 본 실시 예들은 임의의 전해조 기술 또는 임의의 중요하지 않은 선형적으로 조절 가능한 부하들과 조합하여 이용될 수 있다.
본 발명의 사상 또는 범위를 벗어나지 않고 본 발명의 그리드 지원 전해조에 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있다는 것이 당업자에게 자명할 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구범위 및 이의 등가물들의 범주에 속하는 본 발명의 수정 및 변형을 포함하도록 의도된다.
Claims (16)
- 전해조 작동 방법으로서,
연결된 전력 시스템의 공칭 주파수 또는 공칭 전압을 설정하는 단계 - 상기 전해조는 상기 공칭 주파수 또는 상기 공칭 전압에서 정격 생산 레벨을 제공하도록 구성됨 -;
상기 공칭 주파수 또는 상기 공칭 전압을 포함하는 조절 가능한 불감대(dead band)를 설정하는 단계; 및
상기 전력 시스템의 주파수가 상기 공칭 주파수 아래로 떨어지거나 상기 전력 시스템의 전압이 상기 공칭 전압 아래로 떨어지는 경우, 수소 발생을 감소시키고 전력 소비를 감소시키는 단계;
를 포함하는, 전해조 작동 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 불감대는 0 헤르츠 또는 0 볼트이거나, 또는
상기 불감대는 고정된 주파수 범위 또는 고정된 전압 범위를 갖는,
전해조 작동 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 불감대는 일정, 환경 조건 또는 그리드 조건 중 하나 이상을 기반으로 조절되는,
전해조 작동 방법.
- 제 1 항에 있어서,
수소 발생 또는 소비 전력은 드룹(droop) 곡선의 기울기에 따라 조절되는,
전해조 작동 방법.
- 제 4 항에 있어서,
상기 드룹 곡선은 선형 또는 비-선형인,
전해조 작동 방법.
- 제 4 항에 있어서,
상기 드룹 곡선은 복수의 기울기들을 가지며, 상기 복수의 기울기들 각각은 선형 또는 비-선형인,
전해조 작동 방법.
- 제 1 항에 있어서,
주파수가 증가하는 경우, 수소 발생을 증가시키고 전력 소비를 증가시키는 단계;
를 더 포함하는, 전해조 작동 방법.
- 제 1 항에 있어서,
전압이 증가하는 경우, 수소 발생을 증가시키고 전력 소비를 증가시키는 단계;
를 더 포함하는, 전해조 작동 방법.
- 전해조를 작동시키기 위한 제어기로서,
상기 제어기는:
연결된 전력 시스템의 공칭 주파수 또는 공칭 전압을 설정하는 단계 - 상기 전해조는 상기 공칭 주파수 또는 상기 공칭 전압에서 정격 생산 레벨을 제공하도록 구성됨 -;
상기 공칭 주파수 또는 상기 공칭 전압을 포함하는 조절 가능한 불감대(dead band)를 설정하는 단계; 및
상기 전력 시스템의 주파수가 상기 공칭 주파수 아래로 떨어지거나 상기 전력 시스템의 전압이 상기 공칭 전압 아래로 떨어지는 경우, 수소 발생을 감소시키고 전력 소비를 감소시키는 단계;
를 위한 명령어들을 실행시키도록 구성되는,
제어기.
- 제 9 항에 있어서,
상기 불감대는 0 헤르츠 또는 0 볼트이거나, 또는
상기 불감대는 고정된 주파수 범위 또는 고정된 전압 범위를 갖는,
제어기.
- 제 9 항에 있어서,
상기 불감대는 일정, 환경 조건 또는 그리드 조건 중 하나 이상을 기반으로 조절되는,
제어기.
- 제 9 항에 있어서,
수소 발생 또는 소비 전력은 드룹(droop) 곡선의 기울기에 따라 조절되는,
제어기.
- 제 12 항에 있어서,
상기 드룹 곡선은 선형 또는 비-선형인,
제어기.
- 제 12 항에 있어서,
상기 드룹 곡선은 복수의 기울기들을 가지며, 상기 복수의 기울기들 각각은 선형 또는 비-선형인,
제어기.
- 제 9 항에 있어서,
주파수가 증가하는 경우, 수소 발생을 증가시키고 전력 소비를 증가시키는 단계; 를 더 포함하는,
제어기.
- 제 9 항에 있어서,
전압이 증가하는 경우, 수소 발생을 증가시키고 전력 소비를 증가시키는 단계; 를 더 포함하는,
제어기.
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