• 제목/요약/키워드: Combined heat and power system (CHP)

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소형 가스엔진 열병합발전의 운전거동 예측을 위한 컴퓨터 시뮬레이션 (Computer Simulation to Predict Operating Behavior of a Gas Engine Driven Micro Combined Heat and Power System)

  • 조우진;이관수;김인규
    • 설비공학논문집
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    • 제22권12호
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    • pp.873-880
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    • 2010
  • The present study developed a computer simulation program to determine the optimum strategy and capacity of a micro combined heat and power(CHP) system. This simulation program considered a part-load electrical/thermal efficiency and transient response characteristics of CHP unit. The result obtained from the simulation was compared with the actual operation of 30 kW gas engine driven micro CHP system. It was found that the simulation could reproduce the daily operation behavior, such as operating hours and mean load factor, closely to the actual behavior of the system and could predict the amount of electrical/thermal output and fuel consumption with the error of less than 12%.

Multi-objective optimization application for a coupled light water small modular reactor-combined heat and power cycle (cogeneration) systems

  • Seong Woo Kang;Man-Sung Yim
    • Nuclear Engineering and Technology
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    • 제56권5호
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    • pp.1654-1666
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    • 2024
  • The goal of this research is to propose a way to maximize small modular reactor (SMR) utilization to gain better market feasibility in support of carbon neutrality. For that purpose, a comprehensive tool was developed, combining off-design thermohydraulic models, economic objective models (levelized cost of electricity, annual profit), non-economic models (saved CO2), a parameter input sampling method (Latin hypercube sampling, LHS), and a multi-objective evolutionary algorithm (Non-dominated Sorting Algorithm-2, NSGA2 method) for optimizing a SMR-combined heat and power cycle (CHP) system design. Considering multiple objectives, it was shown that NSGA2+LHS method can find better optimal solution sets with similar computational costs compared to a conventional weighted sum (WS) method. Out of multiple multi-objective optimal design configurations for a 105 MWe design generation rating, a chosen reference SMR-CHP system resulted in its levelized cost of electricity (LCOE) below $60/MWh for various heat prices, showing economic competitiveness for energy market conditions similar to South Korea. Examined economic feasibility may vary significantly based on CHP heat prices, and extensive consideration of the regional heat market may be required for SMR-CHP regional optimization. Nonetheless, with reasonable heat market prices (e.g. district heating prices comparable to those in Europe and Korea), SMR can still become highly competitive in the energy market if coupled with a CHP system.

열병합발전과 스마트 그리드 기술과의 연계성 검토 (An Investigation of the Connectivity between Combined Heat and Power and Smart Grid Technologies)

  • 김원기;서훈철;이제원;김철환;김용하;김의경;손학식;김길환
    • 전기의세계
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    • 제60권11호
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    • pp.56-63
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    • 2011
  • In the face of global warming and resource depletion, a smart grid has been suggested as one way of contributing to abating the environment problems and increasing energy efficiency. Smart grids utilize renewable energy which has intermittent and irregular output power depending on weather conditions. In order to maintain stability and reliability of the power system, smart grids need to have complementary measures for the possible unstable system conditions. Cogenerating systems such as Combined Heat and Power(CHP) can be one good solution as it has capability of instantly increasing or decreasing output power. Therefore, this paper investigates the connectivity between Combined Heat and Power systems and smart grid technologies. The smart grid national roadmap formulated by South Korea Ministry of Knowledge and Economy and 'IEC Smart Grid Standardization Roadmap' are analyzed to extract related components of the smart grid for the CHP connection. Also, case studies on demonstration projects for smart grids with CHP systems completed or currently being implementing in the world are presented.

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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.

CES 발전소의 최적운용 알고리즘 개발 (Development of Optimal Operation Algorithm about CES Power Plant)

  • 김용하;박화용;김의경;우성민;이원구
    • 조명전기설비학회논문지
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    • 제26권2호
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    • pp.61-70
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    • 2012
  • Recently due to the increasing of the importance on the green energy is getting higher by implementing EERS(Energy Efficiency Resource Standards) and NA(Negotiated Agreement) such as lacks of natural resources and The United Nations Framework Convention on Climate Change. And the most practical solution is CHP(Combined Heat and Power) which performs the best energy efficiency. This paper developed optimal operation mechanism of CES(Community Energy System) for enhancement of energy efficiency using CHP(Combined Heat and Power), PLB(Peak Load Boiler) and ACC(ACCumulator) capacities. This method optimally operated these capacities calculated the maximum profits by Dynamic Programing. Through the case studies, it is verified that the proposed algorithm of can evaluate availability.

배압터빈을 사용하는 열병합발전소의 열 회수 온도에 따른 성능특성 분석 (Performance Analysis on CHP Plant using Back Pressure Turbine according to Return Temperature Variation)

  • 임신영;이종준;전영신;김형택
    • 한국유체기계학회 논문집
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    • 제19권6호
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    • pp.26-33
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    • 2016
  • Combined heat and power (CHP) system is one of the power generation system which can generate both electricity and heat. Generally, mid-size and big-size CHP plant in Korea generate electricity from gas turbine and steam turbine, then supply heat from exhaust gas. Actually, CHP can supply heat using district heater which is located at low pressure turbine exit or inlet. When the district heater locates after low pressure turbine, which called back pressure type turbine, there need neither condenser nor mode change operating control logic. When the district heater locates in front of low pressure turbine or uses low pressure turbine extraction steam flow, which calls condensing type turbine, which kind of turbine requires condenser. In this case, mode change operation methods are used for generating maximum electricity or maximum heat according to demanding the seasonal electricity and heat.

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.

가스 열병합발전 최적 시뮬레이션 분석을 통한 집단에너지 사업자에 미치는 8차 전력 수급계획의 영향 분석 (Analysis of the Impact of the 8th Basic Plan for Long-term Electricity Supply and Demand on the District Heating Business Through Optimal Simulation of Gas CHP)

  • 김영국;오광민;김래현
    • Korean Chemical Engineering Research
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    • 제56권5호
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    • pp.655-662
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    • 2018
  • 신 기후체제 출범에 따른 기후변화의 효율적 대응을 위해 정부는 분산형 전원의 확대를 모색하고 있다. 이 중 가스열병합발전(CHP)을 중심으로 하는 집단에너지 시스템이 가장 현실적인 대안으로써 받아들여지고 있다. 한편 최근 발표된 8차 전력수급 기본계획을 통해 정부는 기저 발전 중심에서 친환경 발전 위주로 에너지 패러다임의 변화를 공표하였다. 본 연구에서는 이러한 에너지 패러다임의 변화가 CHP의 열 생산 패턴을 변화시켜 집단에너지 공헌이익에 미칠 수 있는 정량적인 손익 효과를 분석하는 연구를 수행하였다. 이를 위해 먼저 상용화된 전력시장 종합분석 프로그램을 활용하여 7,8차 수급계획별 전력시장 장기 시뮬레이션을 수행하였다. 또한 현재 수도권에서 830 MW급 CHP를 운영 중인 사업자의 실적을 활용하여 CHP 운전 Mode별로 전력생산량과 열 생산량을 산정할 수 있는 CHP 운영모델을 구성하였다. 이를 바탕으로 상용화된 집단에너지 최적운영 프로그램을 통해 CHP의 Life-Cycle 동안의 최대의 운영수익을 실현할 수 있는 운전 최적화를 수행하였다. 그 결과 정부의 에너지 패러다임의 변화는 CHP의 급전지시량을 증가시키고 이로 인해 열 생산원가가 하락하여 사업자의 공헌이익이 30년 동안 909억 증가함을 확인할 수 있었다.

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.

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.