• 제목/요약/키워드: Combined Heat & Power(CHP)

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산업단지 내 CHP Hybrid System 최적화 모델에 관한 연구 (Optimization Process Models of Gas Combined Cycle CHP Using Renewable Energy Hybrid System in Industrial Complex)

  • 오광민;김래현
    • 에너지공학
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    • 제28권3호
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    • pp.65-79
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    • 2019
  • 본 연구는 산업단지 내 Gas Combined Cycle CHP와 연계 가능한 신재생에너지원을 조합하여 최적의 설비용량을 산정하고자 하였다. 특히 2013~2016년도 에너지사용계획 협의 대상 산업단지 중 집단에너지 공급대상 지역지정 연료사용량 요건은 연간 3.8만 TOE로 미달되지만, 열밀도가 $92.6Gcal/km^2{\cdot}h$로 높은 세종첨단일반산업단지를 연구 대상으로 하였다. 그리고 신재생에너지 Hybrid System 경제성 분석 프로그램인 HOMER Pro를 이용하여 연료전지와 태양광발전을 연계한 FC-PV Hybrid CHP System의 최적화 운영 모델에 대해 분석하였다. 또 CHP의 주 공급 에너지원인 열에너지에 있어, 열수요량 뿐만 아니라 우점 업종에 대한 열수요 패턴을 분석하여 연구의 신뢰도를 높이고자 하였으며, 경제성 분석을 추가하여 상대적 편익을 비교하고자 하였다. 연구 결과, 신규 조성 중인 세종첨단일반산업단지의 전체 간접열 수요는 연간 378,282 Gcal이며, 이중 제지업종이 연간 293,754 Gcal인 약 77.7%를 우점하고 있었다. 산업단지 전체 간접열 수요에 대해 단일 Combined Cycle CHP의 최적 설비용량은 30,000 kW로, 이때 열생산은 CHP가 275,707 Gcal, 72.8 %를 분담하고, 첨두부하보일러 PLB가 103,240 Gcal, 27.2 %를 분담하는 것으로 분석되었다. 그리고 CHP와 연료전지, 태양광 조합에서는 최적 설비용량이 각 30,000 kW, 5,000 kW, 1,980 kW이며, 이때 열생산은 Combined Cycle CHP가 275,940 Gcal, 72.8%, 연료전지가 12,390 Gcal, 3.3%, PLB가 90,620 Gcal, 23.9%를 분담하였다. 여기서 CHP 용량이 감소하지 않은 것은, CHP 용량 감소에 따른 부족한 열 생산량에 대해 PLB의 과다한 운전이 요구되는 경제적이지 못한 대안이 도출되었기 때문이었다. 한편 우점 업종인 제지업종의 간접열 수요에 대해서는 Combined Cycle CHP, 연료전지, 태양광 조합의 최적 설비용량은 25,000 kW, 5,000 kW, 2,000 kW로, 이때 열생산은 CHP 225,053 Gcal, 76.5%, 연료전지 11,215 Gcal, 3.8%, PLB가 58,012 Gcal, 19.7%를 분담하는 것으로 분석되었다. 그러나, 현행 전력시장 및 가스시장에서의 경제성 분석결과는 모두 투자비 회수가 불가능한 것으로 확인 되었다. 다만, 우점 업종인 제지 업종만을 대상으로 CHP와 연료전지, 태양광을 조합한 CHP Hybrid System이 단일 CHP System에 대해 연간 약 93억원의 경영여건을 개선시킬 수 있음을 확인하였다.

LEAP 모형을 이용한 연료전지 열병합발전설비 도입에 따른 온실가스배출저감 잠재량 분석 (Study of fuel cell CHP-technology on electricity generation sector using LEAP-model)

  • 신승복;전수영;송호준;박종진;;박진원
    • 에너지공학
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    • 제18권4호
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    • pp.230-238
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    • 2009
  • 우리나라는 에너지 절약 및 온실가스 배출저감 기술 중 하나로써 소형 열병합 발전과 소형 연료전지 열병합 발전을 연구해 왔으며 정책적으로 이를 보급하려고 한다. 기존의 석탄화력발전설비, 복합화력발전설비, 석유 화력발전설비를 열병합 발전설비로 대체하는 시나리오를 작성하여 에너지소비량과 온실가스 배출량의 변화추이를 에너지 경제 모델인 LEAP (Long-range Energy Alternative Planning system)을 이용하여 정량적으로 분석하였다. 2019년을 기준으로 열병합 발전설비를 석탄화력발전설비와 교체하였을 경우, 온실가스 배출량이 약 6.34%가 감소하였고 복합화력발전설비와 교체하였을 경우, 온실가스 배출량이 약 0.8%가 증가하였으나 열병합발전설비의 열생산량을 고려해주면 배출량이 감소하는 경향을 보일 것으로 사료된다. 석유화력발전설비를 열병합발전설비로 대체할 경우, 온실가스 배출량이 약 0.8% 감소할 것으로 예상된다.

초소형 열병합발전시스템(${\mu}CHP$) 운전거동 시뮬레이션 프로그램 개발 (Heat Transfer in a Duct with Various Cross Section of Ribs)

  • 조우진;이관수;김인규
    • 대한설비공학회:학술대회논문집
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    • 대한설비공학회 2009년도 하계학술발표대회 논문집
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    • pp.172-176
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    • 2009
  • We developed a program, "CogenSim-$\mu$," to simulate the operation of micro-combined heat and power (${\mu}CHP$) system. The CogenSim-$\mu$ can reflect the variation of energy efficiency by handling the real-time loads (heat and power) fluctuation. The result obtained using this program was compared with the real operation of 30 kWe gas engine driven ${\mu}CHP$. It was found that the CogenSim-$\mu$ could predict the amount of generated-power, recovered-heat and consumed-fuel with the error less than 3%, and heat and power efficiency with the error less than 4%. The CogenSim-$\mu$ reconstructed the profile of on-off cycle, which represented the operation of a facility, with more than 93% accuracy. The CogenSim-$\mu$ can reflect the effects of various factors such as size of thermal storage tank, desired temperature of reservoir water, natural frequency of generator, etc. As a result, the CogenSim-$\mu$ can be used to optimize the ${\mu}CHP$ operation.

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구역전기 사업시 CHP와 신재생에너지 하이브리드 시스템의 최적공정 모델 (Optimization Process Models of CHP and Renewable Energy Hybrid Systems in CES)

  • 이승준;김래현
    • 에너지공학
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    • 제26권2호
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    • pp.99-120
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    • 2017
  • 한국지역난방공사 SS지사에서는 시설용량 전기 99MW, 열 98Gcal/h 규모의 열병합(Combined Heat & Power) 발전소를 구역전기사업으로 운영하고 있다. 이 지역은 경기불황과 수요감소로 하절기 6~9월 사이에 잉여열 처리문제가 발생하여 발전기를 가동하기 곤란한 상황이므로 경제성 있는 에너지 신사업모델 개발이 절실하다. 본 연구에서는 이곳의 실제 운영자료를 기반으로 신재생 에너지 하이브리드 시스템을 도입하여 최적화 운영모델을 개발하고자 한다. 특히 신재생에너지 중에서도 입지제약이 작고 열과 전기를 동시에 생산할 수 있는 연료전지(Fuel Cell)발전과 대표적인 신재생에너지인 태양광(Photovoltaic)발전과 심야발전시 전력을 저장하여 주간에 전력을 방출 할 수 있는 ESS(Energy Storage System)의 조합을 검토하였다. 이에 따른 최적화 모델 선정은 HOMER(Hybrid Optimization of Multiple Energy Resources) 프로그램을 활용하였다. 경제성 분석을 수행한 결과, 순 현재비용(NPC) 측면에서는 기존의 99MW 열병합발전이 가장 경제적이지만 신재생에너지를 사용하여 발생되는 탄소배출권 거래와 REC(Renewable Energy Certificate) 거래를 포함한 측면에서는 99MW의 CHP와 5MW의 연료전지, 521kW의 태양광을 하이브리드 시켜서 전력과 열을 공급하는 것이 99MW의 CHP 열병합발전만으로 전력과 열을 공급하는 것보다 최대 2,475억원 경제적인 것으로 나타났다. 구역전기사업에서 최적화 공정모델로 연료전지와 신재생에너지 하이브리드 시스템을 도입함으로써 경제성을 개선시킬 수 있는 결과를 확인하였다.

열병합발전의 계획발전원가 산정방법에 관한 연구 (A study on Estimation Method of Generation Cost for Planning for Combined Heat and Power)

  • 김용하;이범;최상규;김미예;조성린;정현성;윤종해
    • 대한전기학회:학술대회논문집
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    • 대한전기학회 2005년도 제36회 하계학술대회 논문집 A
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    • pp.828-830
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    • 2005
  • A index using generation cost for planning' for representing economical efficiency of generator, However in case of Combined heat and power(CHP) the product is divided in electrical power and steam, so there are no unconditional comparison between general generator and CHP. To calculating the generation cost for planning of CHP, this study using the method that change electrical power and steam into same unit and suggest the comparing system that can compare economical efficiency with other generators.

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Development of kW Class SOFC Systems for Combined Heat and Power Units at KEPRI

  • Lee, Tae-Hee;Choi, Jin-Hyeok;Park, Tae-Sung;Yoo, Keun-Bae;Yoo, Young-Sung
    • 한국세라믹학회지
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    • 제45권12호
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    • pp.772-776
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    • 2008
  • The Korea Electric Power Research Institute (KEPRI) has been developing planar solid oxide fuel cells (SOFCs) and power systems for combined heat and power (CHP) units. The R&D work includes solid oxide fuel cell (SOFC) materials investigation, design and fabrication of single cells and stacks, and kW class SOFC CHP system development. Anode supported cells composed of Ni-YSZ/FL/YSZ/LSCF were enlarged up to $15{\times}15\;cm^2$ and stacks were manufactured using $10{\times}10\;cm^2$ cells and metallic interconnects such as ferritic stainless steel. The first-generation system had a 37-cell stack and an autothermal reformer for use with city gas. The system showed maximum stack power of about $1.3\;kW_{e,DC}$ and was able to recover heat of $0.57{\sim}1.2\;kW_{th}$ depending on loaded current by making hot water. The second-generation system was composed of an improved 48-cell stack and a prereformer (or steam reformer). The thermal management subsystem design including heat exchangers and insulators was also improved. The second-generation system was successfully operated without any external heat source. Under self-sustainable operation conditions, the stack power was about $1.3\;kW_{e,DC}$ with hydrogen and $1.2\;kW_{e,DC}$ with city. The system also recuperated heat of about $1.1\;kW_{th}$ by making hot water. Recently KEPRI manufactured a 2kW class SOFC stack and a system by scaling up the second-generation 1kW system and will develop a 5kW class CHP system by 2010.

연료전지와 마이크로 열병합 발전기술 (Fuel cell based CHP technologies for residential sector)

  • 손영목
    • 에너지공학
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    • 제25권4호
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    • pp.251-258
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    • 2016
  • 연료전지는 전기를 발전하면서 동시에 열도 생산하며, 본 고는 이 두 가지를 함께 이용하는 가정용의 마이크로 연료전지-열병합발전(${\mu}FC$-CHP) 시스템에 관한 조사보고서이다. 열병합발전 시스템을 구성하는 몇 가지 방안 중에서 연료전지는 전기와 열 효율을 합쳐 90%가 넘는 가장 높은 에너지 효율을 갖는 시스템을 구현할 수 있어 유용성이 높다. 연료전지에는 크게 다섯 가지 종류가 있으며, 이 중 가정용 ${\mu}FC$-CHP로 적합한 것은 프로톤교환 막연료전지(PEMFC)와 고체산화물연료전지(SOFC)이다. ${\mu}FC$-CHP시스템은 독립전원으로서 송배전 손실을 줄일 수 있고 전기생산단가를 낮출 수 있으며, 오염물질을 배출하지 않는 친환경 기술이란 점 등의 장점이 많다. 단점은 초기 투자비용이 높다는 점인데, 기술의 발달로 제작 단가를 줄여 이를 해결해나가고 있다. 현재는 일본이 시장을 선점하고 있으나 우리나라도 100만대 보급 계획을 가지고 있고, 정부가 반 정도의 설치보조금을 제공하여 시장을 견인하고 있다. 본 고에서는 이와 함께 연료전지와 열병합발전을 연결하는 기술적 내용 및 각국의 동향을 기술한다.

가스터빈 열병합발전소 성능저하 분석에 관한 연구 (A Study on Performance Degradation Analysis of Gas Turbine Combined Heat and Power Plant)

  • 김홍주;김병헌;오병수
    • 설비공학논문집
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    • 제28권6호
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    • pp.248-255
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    • 2016
  • In this study, the degree of performance changes between the guaranteed performance and the performance after a certain operating start time is calculated by using the performance test of gas turbine CHP. The reason of the performance degradation will then be analysed. For some results of the CHP plant performance tests the comprehensive electric power output was 8,380 kW lower than the guaranteed performance, and the gas turbine's output was reduced to about 250 kW whenever ambient temperatures rose to $1^{\circ}C$. Also, causes of the performance degradation of gas turbines are ambient temperature rise, temperature aging and air compressor's efficiency drop.

국가 및 전력회사의 관점에서 열병합발전의 편익산정에 관한 연구 (A Study on Calculation of Combined Heat and Power on Standpoint of Nation and Independent Power Producers)

  • 김용하;이평호;김영길;조현미;우성민
    • 전기학회논문지
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    • 제60권5호
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    • pp.905-912
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    • 2011
  • In this paper, the method on calculating benefits of combined heat and power is introduced for standard evaluation in electrical power system. This paper calculates benefits about new national viewpoint and viewpoint of independent power producers and assesses benefits of combined heat and power in Korea and In Seoul national capital area. Benefit costs are composed of avoid cost of centralized generation, line upgrading adjustment, loss adjustment and electrical power trade cost per year in earlier study, in addition trade cost of $CO_2$, construction cost of combined heat and power for accurate calculation. Benefit of combined heat and power is calculated by simulation results of real electrical power system.

운용상태를 고려한 집단에너지설비의 최적용량 산정 알고리즘의 개발에 관한 연구 (A Study on the Development of the Optimal Capacity Estimation Algorithm of Intergrated Energy Facilities Based on Operating Conditions)

  • 김창식;송명호;염지훈;신정열
    • 에너지공학
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    • 제28권4호
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    • pp.94-102
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    • 2019
  • 본 연구는 집단에너지 사업자들의 최대 열수요가 발생할 때의 열원설비 운영현황을 분석하여, 이를 수익 최대화 관점에서 현재 설치되어 있는 설비의 운영 최적화 방안을 도출하여 제시하고, 도출된 결과를 토대로 해당 열부하에 대한 CHP(Combined Heat and Power), PLB(Peak Load Boiler) 등의 최적 설비용량 구성방안을 제시함으로서 사업자들이 운용상태까지 고려해서 보다 경제적으로 설비투자를 할 수 있는 가이드라인을 제공하고자 하였다.