KR20240017219A - 열 및 전력 네트워크 운영시스템 및 운영방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 시설 운영비용 감소 또는 온실가스 발생량 감소를 위한 열 및 전력 네트워크 운영방법 및 운영시스템에 관한 것으로, 계통전력 및 발전전력 사용에 따른 경우의 수를 생성하며, 경우의 수에 따라 시간별 발생되는 최소비용 또는 최소온실가스발생량을 합을 목표값으로 설정한다. 목표 운영요금 또는 목표 온실가스 배출량을 프로그램에 입력함에 따라 최적의 시간별 각 히트펌프의 운전스케줄이 생성되는 장점이 있다.

Description

열 및 전력 네트워크 운영시스템 및 운영방법 {Thermal and Power Network Operating Systems and Operating Methods}
본 발명은 열 및 전력 네트워크 운영방법 및 운영시스템에 관한 것으로, 더 자세하게는 시설 운영비용 감소 또는 온실가스 발생량 감소를 위한 열 및 전력 네트워크 운영방법 및 운영시스템에 관한 것이다.
고유가 시대 및 온실가스 감축의 필요성 등의 요구에 따라 에너지의 효율적인 사용은 중요한 과제가 되고 있다. 일반적으로 효율적인 에너지 사용 및 시설 운영비용을 줄이기 위해 공장, 발전소 등에서 발생된 폐열을 이용하여 온수를 생산하거나 태양열, 수열, 지열 등의 신재생에너지를 이용하여 전력을 확보하는 방식이 채택된다. 이를 통해 시설에서 사용되는 열과 전력은 상용전력과 재생에너지로부터 발생되는 열과 전력으로 운용된다.
일본공개특허 제2013-245839호를 참고하면, 자가 발전에 의한 전력과 심야 전력 중 온수 저장 운전에 이용하는 전력을 자동으로 선택해 사용전력의 비용 절감을 촉진하는 점이 기재되어 있다.
그러나 선행기술문헌은 전력요금이 저가 되는 심야 전력 시간대에 한정되어 있으며, 심야시간에 생산된 온열의 양은 24시간동안 사용되어지는 양을 충분히 생산할 수 없으며, 24시간동안 사용할 온열이 생산되더라도 전체 온열을 담을 수 있는 축열조를 구비되어야 하며, 온열을 유지하기 위해 지속적으로 전력이 소모되는 단점이 있다. 선행기술문헌은 가정 또는 소규모 시설에 적용이 가능하나 24시간 운영되는 대규모 시설 또는 다세대 시설에 적합하지 않아 다수의 히트펌프를 사용하는 시설은 효율적인 히트펌프 운영방식이 요구된다.
일본공개특허 제2013-245839호(2013-245839, 전기 급탕 장치)
따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 시설에서 발생되는 운영비용 절감 또는 온실가스 발생량을 최소화하기 위한 것으로 효율적인 히트펌프 운전스케줄을 작성가능한 열 및 전력 네트워크 운영방법 및 운영시스템을 제안한다.
본원 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들도 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
본 발명은 하나 이상의 히트펌프 및 하나 이상의 축열조를 포함하고 사용처로 열을 공급하는 설비부, 계통전력부 및 발전전력부를 포함하고, 상기 설비부와 상기 사용처에 전력을 공급하는 전력공급부, 운영비용을 목표값으로 입력받아 상기 설비부 및 상기 사용처의 예상 소비전력량 및 예상 소비열량을 만족하는 각 히트펌프의 시간별 운전스케줄을 출력하는 제어부를 포함한다.
또한, 상기 제어부는 축열조의 직전시간 잔열량, 히트펌프 생산량, 및 열 소비량을 입력받아 시간에 따른 축열조의 잔열을 예측하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부는 시간별 각 모델신호값을 제한조건으로 입력받고, 목표 운영요금 또는 온실가스 발생량을 입력받아, 시간에 따른 각 히트펌프의 작동여부를 결정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부는 입력되는 모델신호값이 축열조의 잔열량이 양수이고, 유효축열량 이하이며, 가용가능 전력 이하인 조건이 만족하는 경우 참값을 출력하는 제한조건을 포함한다.
또한, 상기 제어부에 입력되는 모델신호값은 냉방기간일 때, 24시간에 대한 참값의 합이 120인 제한조건과 난방기간일 때, 24시간에 대한 참값의 합이 72인 제한조건을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 열 및 전력 네트워크 운영시스템을 포함하는 열 및 전력 네트워크 운영방법에 있어서, 제어부가 설비부 및 사용처의 전력 소비에 따른 운영비용을 목표값으로 입력받는 목표값 입력단계; 제어부는 측정장비를 통해 측정된 축열조의 초기 잔열량과 일정기간 수집된 축열조 사용량 데이터를 입력받고 시간별 잔열량을 예측하며, 예측된 시간별 잔열량을 종속변수로 입력하는 종속변수 입력단계; 및 제어부는 입력된 목표값 및 종속변수를 입력받아 히트펌프의 시간별 운전스케줄이 출력되는 운전스케줄 출력단계를 포함한다.
또한, 상기 목표값 입력단계는 제어부가 시간별 발전전력 수익값과 시간별 계통전력 요금값을 고정변수로 입력받고, 사용처와 설비부에 공급되는 전력의 종류 및 발전전력 판매에 따라 발생되는 하나 이상의 경우의 수 중 최저비용이 발생되는 경우의 수를 선택하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 종속변수 입력단계는 상기 축열조의 초기 잔열량을 고정변수로 입력받고, 직전시간 잔열량, 히트펌프 생산량, 부하열소비량, 시스템 열손실값, 및 축열 열손실값을 종속변수로 입력받아 시간별 잔열량을 예측하는 시간별 잔열량 예측단계를 특징으로 한다.
또한, 상기 시간별 잔열량 예측단계에서 부하열소비량은 제어부가 사용처의 시간별 냉난방부하 및 급탕부하를 일정기간 동안 측정장치를 통해 측정데이터를 저장하고, 측정데이터를 전달받아 시간에 따라 부하열소비량을 산출하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 시간별 잔열량 예측단계에서 초기 잔열량은 제어부가 축열조의 최저온도 또는 최대온도와 축열조의 용량, 및 평균온도를 입력받아 산출되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 운전스케줄 출력단계는 히트펌프의 모델신호값이 입력되되, 상기 모델신호값은 축열조의 잔열량측정값이 양수이고, 최대축열량의 이하이며, 히트펌프 가동전력이 사용가능 전력값의 이하인 경우 참값을 출력하는 제한조건을 포함한다.
또한, 상기 운전스케줄 출력단계는 히트펌프의 모델신호값이 24시간 참값인 제한조건을 포함한다.
또한, 열 및 전력 네트워크 운영시스템을 포함하는 열 및 전력 네트워크 운영방법에 있어서, 제어부가 설비부의 전력 소비에 따른 온실가스 발생량을 목표값으로 입력받는 목표값 입력단계; 시간별 축열조의 초기잔열량을 측정하고, 시간별 잔열량을 예측한 시간별 예측 잔열량을 종속변수로 입력하는 종속변수 입력단계; 및 목표값 및 종속변수를 만족하는 각 히트펌프의 시간별 운전스케줄이 출력되는 운전스케줄 출력단계를 포함한다.
또한, 상기 종속변수 입력단계는 상기 축열조의 초기 잔열량을 고정변수로 입력받고, 직전시간 잔열량, 히트펌프 생산량, 부하열소비량, 시스템 열손실값, 및 축열 열손실값을 종속변수로 입력받아 시간별 잔열량을 예측하는 시간별 잔열량 예측단계를 특징으로 한다.
본 발명은 목표 운영요금 또는 목표 온실가스 배출량을 입력함에 따라 최적의 시간별 각 히트펌프의 운전스케줄이 생성되는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 설비부 및 사용처에 공급되는 전력의 종류를 다수의 경우의 수에 고려하여 공급함으로써 운영요금 또는 온실가스 배출량을 줄일 수 있는 장점이 있다.
또한, 축열조의 잔열량을 측정 및 예측을 통해 각 히트펌프의 운전스케줄을 생성하여 에너지를 효율적으로 사용할 수 있다.
또한, 에너지 사용량을 토대로 에너지 사용현황을 수행하여 설비 단위별 에너지 사용량 관리 체계를 효율적으로 관리 할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 운영시스템 구성도이다.
도 2는 겨울철 운영시스템 구성도이다.
도 3은 전력운영에 대한 경우의 수 예시도이다.
도 4와 도 5는 시간별 경우의 수에 대한 예시도이다.
도 6과 도 7은 입력된 고정변수에 대한 예시도이다.
도 8은 시간별 축열조 잔열량에 대한 예시도이다.
도 9는 각 히트펌프 별 운전신호 예시도이다.
도 10은 시간별 운전 스케줄 예시도이다.
도 11은 각 히트펌프 별 운전여부 계산 예시도이다.
도 12는 시간별 운전 스케줄 예시도이다.
도 13은 본 발명의 운영방법에 대한 순서도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명을 하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 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 실시예에 따른 열 및 전력 네트워크 운영방법 및 운영시스템에 대해 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명의 열 및 전력 네트워크 운영시스템은 시설에서 발생되는 운영요금 및 온실가스 배출량을 최소화하기 위한 것으로, 사용처에서 사용되는 전력량과 사용처에서 요구되는 열 사용량을 만족하기 위해 설비부에 투입되는 전력량을 파악하고, 전력공급방식 및 냉열, 온열 생산 스케줄을 설계하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명의 운영시스템 구성도이다. 도 1을 참고하면, 사용처에 전력을 공급하는 전력공급부, 상기 전력공급부로부터 전력을 공급받아 온열을 생산하는 하나 이상의 히트펌프와 하나 이상의 축열조를 포함하는 설비부, 및 상기 설비부와 연결되고, 사용처의 요구에 따라 각각의 히트펌프를 제어하는 제어부를 포함한다.
사용처는 일반 가정 또는 오피스텔 등을 포함하고 있으며, 전력공급부로부터 전력을 공급받으며, 설비부의 축열조로부터 냉온열을 공급받는다. 사용처는 하나 이상으로 이루어져 있으며, 본 발명은 복수의 사용처를 통합하여 운영할 수 있다.
전력공급부는 일반 가정 또는 산업체에 공급되는 계통전력부 및 시설자체에서 전력을 생산하는 발전전력부를 포함한다. 발전전력부는 태양광발전 등과 같이 해당 시설과 연결되어 발전되는 전력원을 포함한다.
설비부는 일반적으로 시설 내부에 배치되는 기계장치, 공조장치 등을 포함하고 있다. 설비부는 수열과 지열을 이용하여 냉열 또는 온열을 생산하는 하나 이상의 히트펌프를 포함하며, 생산된 냉열 또는 온열은 축열조에 저장된다. 히트펌프는 발전전력부로부터 전력을 공급받아 작동된다. 본 발명은 냉온열을 생산하는 히트펌프 및 축열조로 구성된 설비부를 통해 운영시스템 및 운영방법을 설명하도록 한다.
축열조는 냉난방축열조와 급탕축열조를 포함한다. 여름철과 같이 냉열 저장이 필요한 경우, 냉난방축열조에 냉열을 저장하고, 급탕축열조에 온열을 저장한다. 겨울철과 같이 냉열이 필요하지 않은 경우 냉난방축열조에 온열이 저장된다. 급탕축열조, 급탕축열조와 연결된 히트펌프는 운전대기 상태를 유지한다.
히트펌프는 지열히트펌프, 수열히트펌프, 및 지열/수열 히트펌프로 구성되며, 각 히트펌프는 축열조와 연결된다. 각각의 히트펌프는 시간당 일정 냉온열을 생산하는 능력을 가지고 있으며, 제어부는 필요에 따라 각 히트펌프는 가동 및 중지할 수 있다.
제어부는 계통전력부와 발전전력부 중 선택적으로 설비부, 사용처에 공급되도록 제어한다. 또한, 사용처에서 요구하는 전력 및 열량을 파악하고, 일정기간 파악된 데이터를 통해 전력 및 열량을 예상하는 연산부를 포함한다. 시간별 사용되는 열량 및 전력량을 파악하여 설비부 내의 각 히트펌프의 작동여부를 제어한다.
도 2는 겨울철 운영시스템 구성도이다. 도 2를 참고하면, 겨울철 사용처에서 냉방을 사용하는 경우를 제외한 운영시스템 구성도이다. 냉난방축열조는 온열이 저장되는 난방축열조로 이용되며, 급탕축열조 및 급탕축열조와 연결된 히트펌프는 운전하지 않는다.
본 발명은 발전전력부에서 생산된 전력을 판매할 수 있다. 사용처소비전력, 설비부소비전력 및 발전량 판매 유무에 따라 여러 경우의 수를 고려하여 운영비용 또는 온실가스 저감을 위한 운영방법을 결정한다.
도 3은 전력운영에 대한 경우의 수 예시표이다. 도 3을 참고하면, 각 경우의 수를 고려하여 운영비용이 최소인 경우에 해당하는 전력공급원을 선택한다. 이 때, 사용처소비전력 비용과 설비부소비전력 비용은 고정변수이며, 같거나 서로 다를 수 있다. 또한, 발전전력의 판매요금은 고정변수이며, 사용처소비전력 비용 및 설비부소비전력 비용과 같거나 서로 다를 수 있고, 시간에 따라 판매요금이 변경되는 점을 고려할 수 있다.
경우1은 사용처소비전력 및 설비부소비전력을 계통전력으로 이용하고, 발전전력부에서 생산된 전력을 전량 판매한다. 발전전력 판매를 통해 발생되는 비용이 큰 경우에 해당되며, 발전에 의한 생산량이 많거나, 판매단가가 높은 경우에 해당된다.
경우2는 사용처에 계통전력으로 공급하고 설비부에 발전전력을 공급한다. 이때, 설비부소비전력량이 발전전력보다 클 경우, 설비부소비전력량에서 발전전력을 제외한 소비전력량은 설비부요금제로 계산한다. 설비부소비전력량이 발전량보다 작을 경우, 발전량에서 설비부소비전력량을 제외한 발전량을 판매하여 계산한다.
경우3은 사용처에 발전전력을 공급하고 설비부에 계통전력을 공급한다. 이때, 사용처소비전력량이 발전량보다 클 경우, 사용처소비전력량에서 발전량을 제외한 소비전력량을 사용처소비전력 비용으로 계산한다. 사용처소비전력량이 발전량보다 작을 경우 발전량에서 사용처소비전력량을 제외한 발전량을 판매하여 계산한다.
경우4는 발전량을 최대한 사용하는 경우에 해당한다. 경우 4(4-1, 4-2)는 사용처소비전력과 설비부소비전력량의 합산이 발전량이 클 경우 발전량에서 합산된 소비전력량을 제외한 발전량을 판매하여 계산한다.
경우4-1은 사용처소비전력량과 설비부소비전력량의 합산이 발전량보다 작을 경우, 사용처에 발전전력을 우선적으로 공급한다. 이때, 사용처소비전력량이 발전량보다 클 경우, 설비부에 계통전력을 공급하고, 사용처소비전력량에서 발전량을 제외한 소비전력량을 사용처소비전력 비용으로 계산한다. 사용처소비전력량이 발전량보다 작을 경우, 발전전력을 사용처에 우선 공급하고, 설비부소비전력량에서 남은 발전전력을 제외한 소비전력량을 설비부소비전력 비용으로 계산한다.
경우 4-2는 사용처소비전력량과 설비부소비전력량의 합산이 발전량보다 작을 경우, 설비부에 발전전력을 우선적으로 공급한다. 이때, 설비부소비전력량이 발전량보다 클 경우, 사용처에 계통전력을 공급하고, 설비부소비전력량에서 발전량을 제외한 소비전력량을 설비부소비전력 비용으로 계산한다. 설비부소비전력량이 발전량보다 작을 경우, 발전전력을 설비부에 우선 공급하고, 사용처소비전력량에서 남은 발전전력을 제외한 소비전력량을 사용처소비전력 비용으로 계산한다.
각 경우에 따른 계산식은 아래와 같다.
경우1 = 사용처소비전력량 * 사용처요금제 + 설비부소비전력량 * 설비부요금제 - 발전량 * 판매단가
경우2 = 사용처소비전력량 * 사용처요금제 + 설비부소비전력량이 발전량보다 클 경우 → (설비부소비전력량 - 발전량) * 설비부요금제
설비부소비전력량이 발전량보다 작을 경우 → (설비부소비전력량 - 발전량) * 판매단가
경우3 = 설비부소비전력량 * 설비부요금제 + 사용처소비전력량이 발전량보다 클 경우 → (사용처소비전력량 - 발전량) * 사용처요금제
사용처소비전력량이 발전량보다 작을 경우 → (사용처소비전력량 - 발전량) * 판매단가
경우4-1 = (사용처소비전력량 + 설비부소비전력량) 보다 발전량이 클 경우 → [(사용처소비전력량 + 설비부소비전력량) - 발전량] * 판매단가
(사용처소비전력량 + 설비부소비전력량) 보다 발전량이 작을 경우 → 사용처소비전력량이 발전량보다 클 경우 (사용처소비전력량 - 발전량) * 사용처요금제 + 설비부소비전력량 * 설비부요금제
사용처소비전력량이 발전량보다 작을 경우 (사용처소비전력량 + 설비부소비전력량-발전량) * 설비부요금제
경우4-2 = (사용처소비전력량 + 설비부소비전력량) 보다 발전량이 클 경우 → [(사용처소비전력량 + 설비부소비전력량) - 발전량] * 판매단가
(사용처소비전력량 + 설비부소비전력량) 보다 발전량이 작을 경우 →
설비부소비전력량이 발전량보다 클 경우, (설비부소비전력량 - 발전량) * 설비부요금제 + 사용처소비전력량 * 사용처요금제
설비부소비전력량이 발전량보다 작을 경우, (설비부소비전력량 + 사용처소비전력량 - 발전량) * 사용처요금제
도 4와 도 5는 시간별 경우의 수에 대한 예시도이다. 도 4와 도 5를 참고하면, 시간별 설비부 및 사용처에서 요구되는 냉온열 및 전력량을 파악하고, 시간별 경우의 수에 따른 운영요금 및 온실가스발생량을 산출한다. 산출된 시간별 각 경우의 수 중 최솟값을 선택하여 목표값이 결정된다.
이때, 소비되는 냉온열 사용량은 축열조를 통해 파악할 수 있으며, 소비되는 전력량은 전력 계량기를 통해 파악할 수 있다. 경우의 수는 난방기간 및 냉방기간에 따라 각각 산출되며, 시간에 따른 소비전력 비용 변화를 적용하여 산출할 수 있다. 즉, 밤 또는 새벽시간 등에 소비전력비용이 저렴해진 경우를 포함하여 산출이 가능하다.
도 6과 도 7은 입력된 고정변수에 대한 예시도이다. 도 6을 참고하면, 축열조의 특징, 각각의 히트펌프의 COP, 히트펌프의 소비전력, 설비부 요금, 사용처 요금, 판매 요금 및 전력량에 따른 온실가스 배출계수 등을 고정변수로 한다.
도 7은 시간별 사용처에서 발생되는 냉난방 부하, 급탕부하, 전력부하, 및 발전량을 예측한 데이터이다. 데이터는 일정기간 수집된 빅데이터를 바탕으로 예측한 것이다. 계절 및 날씨 등의 외부환경에 따라 수집된 데이터를 분류하여 예측할 수 있으며, 일정 기간 수집된 데이터를 통해 예측할 수 있다.
도 8은 시간별 축열조 잔열량에 대한 예시도이다. 본 발명은 초기 축열조의 잔열량을 측정하여 축열조의 잔열량을 예측한다. 잔열량측정을 통해 요구되는 냉온열량을 만족할 수 있으며, 불필요한 히트펌프 운전을 줄여 운영비용 또는 온실가스 발생량을 줄일 수 있다. A는 초기 잔열량을 측정하여 입력한 예시도이다.
축열조 잔열량 실측값 계산식은 아래와 같다.
냉방기간 냉난방축열조 잔열량
난방기간 냉난방축열조 잔열량
냉방기간 급탕축열조 잔열량
여기서, 고정변수는 : 냉방축열조용량, : 난방축열조용량, : 급탕축열조용량, : 냉방축열최저온도, : 난방축열최대온도, : 급탕축열최대온도이다.
독립변수는 : 냉방축열조 평균온도, : 난방축열조 평균온도, : 급탕축열조 평균온도이다.
축열조 잔열량 중 초기값을 제외한 나머지 잔열량 값은 종속변수이다. 축열조 잔열량 계산식은 직전시간 잔열량, 히트펌프 생산열량(독립변수에 따른 값), 부하열소비량(예측값, 고정변수), 시스템 열손실(고정변수), 축열조 열손실(고정변수)을 활용하여 아래와 같이 계산된다.
축열조 잔열량 예측값 = 직전시간 잔열량 + 히트펌프생산량 * (1 - 열손실계수) - 열소비량 * (1 + 열손실계수)
시간에 따른 축열조 잔열량을 예측하여, 운전 시 열 공급에 이상이 있는 지 예상할 수 있는 장점이 있다.
도 9는 각 히트펌프 별 운전신호 예시도이다. 목표 값에 대한 시간별 히트펌프 운전시점(독립변수)를 찾기 위해 제한조건을 설정한다. 각 히트펌프와 전기적으로 연결이 되어있는 지 확인하고, 매 시간마다 확인되며, 참일 경우 1, 거짓일 경우 0으로 표기된다. 이때, 냉난방축열조와 연결된 히트펌프(GSHP 37-1, WSHP 19-1)는 보조히트펌프이므로, 평소에는 신호를 발생하지 않으며, 다른 히트펌프에 이상이 발생할 경우 또는 필요에 의해 가동된다.
냉방기간에는 히트펌프 5대(GSHP 19-1, GSHP 37-1, WGSHP 37-2, GSHP 37-2, 및 GSHP 19-2)와 24시간동안 연결되어 일일 합산 값이 120이 만족하여야 한다.
난방기간에는 히트펌프 3대(GSHP 19-1, GSHP 37-1, 및 WGSHP 37-2)로부터 24시간동안 신호를 전달받으며, 일일 합산 값과 48을 더하여 120인 조건을 만족하여야 한다. 이때 48은 급탕과 연결된 히트펌프가 운전하지 않으므로 더해준 것이다.
참, 거짓 판정기준은 축열조의 잔열량이 양수이고, 유효축열량 이하이며, 가용가능 전력 이하인 조건을 모두 만족할 경우 참으로 판정한다.
도 10은 시간별 히트펌프 운전 신호 데이터 값이다. 각각의 히트펌프를 독립변수로 하여 해를 찾은 경우, 히트펌프 운전신호를 1과 0으로 표기된다. 1은 운전 상태이며, 0은 정지 상태이다.
냉방모드인 경우 GSHP19-1, WSHP37-1, GWSHP37-2, GSHP37-2, 및 GSHP19-2 5개 히트펌프 신호가 독립변수이며, 난방모드인 경우 GSHP19-1, WSHP37-1, 및 GWSHP37-2 3개 히트펌프 신호가 독립변수이다.
매 시간마다 요구되는 열량이 다르기에 매 시간 가동되는 히트펌프의 수 및 종류가 변경되도록 설정된다.
도 11은 각 히트펌프 별 운전여부 계산 예시도이다. 도 11을 참고하면, 엑셀 프로그램의 해찾기 기능을 이용하여 변수들을 입력한다. 목표 설정 값에는 경우의 수에 따라 결정된 순 운영요금 또는 순 온실가스 발생량을 삽입하며, 독립변수로 각 히트펌프의 운전신호를 삽입한다. 각 히트펌프는 시간당 소비전력을 가지며, 제한 조건으로는 히트펌프의 신호 값은 1,0이며, 시간별 모델 신호의 합산은 120인 조건을 지정한다.
위 해찾기 기능에 통해 예측 또는 목표로 하는 순 운영요금 또는 순 온실가스 발생량과 제한조건을 입력하여 시간별 히트펌프 운전 스케줄이 출력된다. 운전 스케줄을 제어부에 입력하여 전력공급 방식 및 각 히트펌프의 가동여부를 제어한다. 운영시스템을 통해 발생될 운영요금 또는 온실가스 발생량을 줄일 수 있는 효과가 있다.
도 12는 시간별 운전 스케줄 예시도이다. 도 12를 참고하면, 도 11에 대한 결과 값이다. 운영비용 또는 온실가스 발생량에 대한 목표 값을 입력하면, 경우의 수 중 최솟값을 갖는 운영방식을 선택하고, 시간별 요구되는 열량을 만족하기 위해 시간별 각 히트펌프의 작동여부를 결정한다. WSHP37-1, WSHP19-1 은 예비용 히트펌프로 대기상태이며, 일반적인 상황에서 스케줄러에 고려되지 않는다.
시간별 각 히트펌프의 작동여부를 종합 스케줄러에 적용하여 운영비용 또는 온실가스 발생을 저감하는 효과가 있다.
본 발명은 위 설명한 구성을 포함하는 열 및 전력 네트워크 운영방법을 포함한다. 도 13은 본 발명의 운영방법에 대한 순서도이다. 도 13을 참고하면, 하나 이상의 히트펌프 및 축열조를 포함하고 사용처로 열을 공급하는 설비부, 상기 설비부와 사용처에 전력을 공급하는 전력공급부를 포함하는 열 및 전력 네트워크 운전방법에 있어서, 제어부가 설비부 및 사용처의 전력 소비에 따른 운영비용을 목표값으로 입력받는 목표값 입력단계, 제어부는 측정장비를 통해 측정된 축열조의 초기 잔열량과 일정기간 수집된 축열조 사용량 데이터를 입력받고 시간별 잔열량을 예측하며, 예측된 시간별 잔열량을 종속변수로 입력하는 종속변수 입력단계, 및 제어부는 입력된 목표값 및 종속변수를 통해 히트펌프의 시간별 운전스케줄이 출력되는 운전스케줄 출력단계를 포함한다.
목표값 입력단계에서 제어부는 시간별 발전전력 수익값과 시간별 계통전력 요금값을 고정변수로 입력받고, 사용처와 설비부에 공급되는 전력의 종류 및 발전전력 판매에 따라 발생되는 하나 이상의 경우의 수 중 최저비용이 발생되는 경우의 수를 선택한다. 시간별 경우의 수에 따른 총합이 목표값으로 결정된다. 도 3 및 도 4를 참고하면, 난방기간 및 냉방기간에 대해 운영요금 또는 온실가스발생량을 줄이기 위한 최소값을 구하며, 시간별 최소값의 합값을 목표값으로 입력한다.
종속변수 입력단계는 상기 축열조의 초기 잔열량을 고정변수로 입력받고, 직전시간 잔열량, 히트펌프 생산량, 부하열소비량, 시스템 열손실값, 및 축열 열손실값을 종속변수로 입력받아 시간별 잔열량을 예측하는 시간별 잔열량 예측단계를 포함한다.
시간별 잔열량 예측단계에서 부하열소비량은 제어부가 사용처의 시간별 냉난방부하 및 급탕부하를 일정기간 동안 측정장치를 통해 측정데이터를 저장하고, 측정데이터를 전달받아 시간에 따라 부하열소비량을 산출하는 것을 특징으로 한다.
또한, 초기 잔열량은 제어부가 축열조의 최저온도 또는 최대온도와 축열조의 용량, 및 평균온도를 입력받아 산출되는 것을 특징으로 한다.
운전스케줄 출력단계는 히트펌프의 모델신호값이 입력되되, 상기 모델신호값은 축열조의 잔열량측정값이 양수이고, 최대축열량의 이하이며, 히트펌프 가동전력이 사용가능 전력값의 이하인 경우 참값을 출력하는 제한조건을 포함하며, 모델신호값이 24시간 참값인 제한조건을 포함한다.
본 발명은 온실가스 발생량을 줄이기 위한 운영방법을 포함한다. 하나 이상의 히트펌프 및 축열조를 포함하고 사용처로 열을 공급하는 설비부, 상기 설비부와 사용처에 전력을 공급하는 전력공급부를 포함하는 열 및 전력 네트워크 운전방법에 있어서, 제어부가 설비부의 전력 소비에 따른 온실가스 발생량을 목표값으로 입력받는 목표값 입력단계; 시간별 축열조의 초기잔열량을 측정하고, 시간별 잔열량을 예측한 시간별 예측 잔열량을 종속변수로 입력하는 종속변수 입력단계; 및 목표값 및 종속변수를 만족하는 각 히트펌프의 시간별 운전스케줄이 출력되는 운전스케줄 출력단계를 포함한다.
종속변수 입력단계는 상기 축열조의 초기 잔열량을 고정변수로 입력받고, 직전시간 잔열량, 히트펌프 생산량, 부하열소비량, 시스템 열손실값, 및 축열 열손실값을 종속변수로 입력받아 시간별 잔열량을 예측하는 시간별 잔열량 예측단계를 포함한다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
A : 초기 잔열량

Claims (14)

  1. 하나 이상의 히트펌프 및 하나 이상의 축열조를 포함하고 사용처로 열을 공급하는 설비부,
    계통전력부 및 발전전력부를 포함하고, 상기 설비부와 상기 사용처에 전력을 공급하는 전력공급부,
    운영비용을 목표값으로 입력받아 상기 설비부 및 상기 사용처의 예상 소비전력량 및 예상 소비열량을 만족하는 각 히트펌프의 시간별 운전스케줄을 출력하는 제어부를 포함하는 열 및 전력 네트워크 운영시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 축열조의 직전시간 잔열량, 히트펌프 생산량, 및 열 소비량을 입력받아 시간에 따른 축열조의 잔열을 예측하는 것을 특징으로 하는 열 및 전력 네트워크 운영시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는
    시간별 각 모델신호값을 제한조건으로 입력받고, 목표 운영요금 또는 온실가스 발생량을 입력받아, 시간에 따른 각 히트펌프의 작동여부를 결정하는 것을 특징으로 하는 열 및 전력 네트워크 운영시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는 입력되는 모델신호값이 축열조의 잔열량이 양수이고, 유효축열량 이하이며, 가용가능 전력 이하인 조건이 만족하는 경우 참값을 출력하는 제한조건을 포함하는 열 및 전력 네트워크 운영시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부에 입력되는 모델신호값은 냉방기간일 때, 24시간에 대한 참값의 합이 120인 제한조건과 난방기간일 때, 24시간에 대한 참값의 합이 72인 제한조건을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열 및 전력 네트워크 운영시스템.
  6. 제1항의 열 및 전력 네트워크 운영시스템을 포함하는 열 및 전력 네트워크 운영방법에 있어서,
    제어부가 설비부 및 사용처의 전력 소비에 따른 운영비용을 목표값으로 입력받는 목표값 입력단계;
    제어부는 측정장비를 통해 측정된 축열조의 초기 잔열량과 일정기간 수집된 축열조 사용량 데이터를 입력받고 시간별 잔열량을 예측하며, 예측된 시간별 잔열량을 종속변수로 입력하는 종속변수 입력단계; 및
    제어부는 입력된 목표값 및 종속변수를 입력받아 히트펌프의 시간별 운전스케줄이 출력되는 운전스케줄 출력단계를 포함하는 열 및 전력 네트워크 운전방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 목표값 입력단계는
    제어부가 시간별 발전전력 수익값과 시간별 계통전력 요금값을 고정변수로 입력받고, 사용처와 설비부에 공급되는 전력의 종류 및 발전전력 판매에 따라 발생되는 하나 이상의 경우의 수 중 최저비용이 발생되는 경우의 수를 선택하는 것을 특징으로 하는 열 및 전력 네트워크 운전방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 종속변수 입력단계는
    상기 축열조의 초기 잔열량을 고정변수로 입력받고, 직전시간 잔열량, 히트펌프 생산량, 부하열소비량, 시스템 열손실값, 및 축열 열손실값을 종속변수로 입력받아 시간별 잔열량을 예측하는 시간별 잔열량 예측단계를 특징으로 하는 열 및 전력 네트워크 운전방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 시간별 잔열량 예측단계에서 부하열소비량은
    제어부가 사용처의 시간별 냉난방부하 및 급탕부하를 일정기간 동안 측정장치를 통해 측정데이터를 저장하고, 측정데이터를 전달받아 시간에 따라 부하열소비량을 산출하는 것을 특징으로 하는 열 및 전력 네트워크 운전방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 시간별 잔열량 예측단계에서 초기 잔열량은
    제어부가 축열조의 최저온도 또는 최대온도와 축열조의 용량, 및 평균온도를 입력받아 산출되는 것을 특징으로 하는 열 및 전력 네트워크 운전방법.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 운전스케줄 출력단계는 히트펌프의 모델신호값이 입력되되,
    상기 모델신호값은 축열조의 잔열량측정값이 양수이고, 최대축열량의 이하이며, 히트펌프 가동전력이 사용가능 전력값의 이하인 경우 참값을 출력하는 제한조건을 포함하는 열 및 전력 네트워크 운전방법.
  12. 제6항에 있어서,
    상기 운전스케줄 출력단계는
    히트펌프의 모델신호값이 24시간 참값인 제한조건을 포함하는 열 및 전력 네트워크 운전방법.
  13. 제1항의 열 및 전력 네트워크 운영시스템을 포함하는 열 및 전력 네트워크 운영방법에 있어서,
    제어부가 설비부의 전력 소비에 따른 온실가스 발생량을 목표값으로 입력받는 목표값 입력단계;
    시간별 축열조의 초기잔열량을 측정하고, 시간별 잔열량을 예측한 시간별 예측 잔열량을 종속변수로 입력하는 종속변수 입력단계; 및
    목표값 및 종속변수를 만족하는 각 히트펌프의 시간별 운전스케줄이 출력되는 운전스케줄 출력단계를 포함하는 열 및 전력 네트워크 운전방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 종속변수 입력단계는
    상기 축열조의 초기 잔열량을 고정변수로 입력받고, 직전시간 잔열량, 히트펌프 생산량, 부하열소비량, 시스템 열손실값, 및 축열 열손실값을 종속변수로 입력받아 시간별 잔열량을 예측하는 시간별 잔열량 예측단계를 특징으로 하는 열 및 전력 네트워크 운전방법.
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