KR101882874B1 - 대기환경을 고려한 발전기 운영 계획 수립 방법 및 그 장치 - Google Patents

대기환경을 고려한 발전기 운영 계획 수립 방법 및 그 장치 Download PDF

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Abstract

발전기 운영 스케줄링 방법 및 그 장치가 개시된다. 발전기 운용 스케줄링 장치는 각 발전기별 일정 범위 내 오염물질의 평균농도를 산출하고, 기 설정된 대기환경기준과 평균농도의 차이를 기초로 각 발전기별 환경여유값을 산출하고, 전체대기오염에 대한 각 발전기의 기여농도를 기초로 환경기여값을 산출한 후 환경여유값과 환경기여값을 기초로 각 발전기의 우선순위를 산정하고, 기준발전량 또는 대기환경기준을 만족하도록 우선순위에 따라 각 발전기의 운영 여부를 결정한다.

Description

대기환경을 고려한 발전기 운영 계획 수립 방법 및 그 장치{Method and apparatus for scheduling power plant considering atmospheric environmental conditions}
본 발명은 발전기 운영 계획 수립 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 대기환경을 고려하여 각 발전기의 운영 계획을 수립할 수 있는 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
최근 대기환경에 대한 관심이 높아지고 있어 국가나 각 도시는 대기환경기준을 마련하고 있다. 대기환경기준은 대기에 영향을 미치는 주요 오염물질(아황산가스(SO2), 일산화탄소(CO), 이산화질소(NO2), 미세먼지(PM-10), 초미세먼지(PM-2.5), 오존(03), 납(Pb), 벤젠 등)의 법적 기준을 제시한다.
오염물질은 공장이나 자동차, 발전기 등 다양한 오염원으로부터 발생한다. 이 중에서 단일 오염원으로 큰 비중으로 차지하는 것이 발전기이다. 석탄이나 석유 등을 사용하는 화력 발전기가 액화천연가스(LNG)를 사용하는 발전기보다 오염물질을 더 많이 배출하는 등 사용 원료에 따라 오염물질의 배출정도가 다르다.
대기 오염을 줄이기 위해서는 오염물질을 많이 배출하는 화력 발전기보다는 신재생에너지 발전기를 운영하는 것이 낫다. 그러나 신재생에너지의 발전단가와 에너지 수요 등을 고려할 때 오염물질의 배출이 많은 기존의 발전기를 당장 운영 중단하는 것은 불가능하다.
또한, 단순히 발전기의 오염물질 배출량이 많다고 하여 특정 지역의 대기오염에 더 많이 기여하는 것은 아니다. 예를 들어, 편서풍이 부는 계절에 동쪽에 위치한 발전기의 오염물질은 발전기 서쪽 지역의 대기오염에 별다른 기여를 하지 않는다. 따라서 단순히 오염물질 배출량이 많은 발전기의 운영을 중단하는 것이 아니라, 전력 수요나 발전 단가 등을 고려하되 각 도시의 대기환경기준을 만족하도록 각 발전기의 운영 계획을 설립하는 것이 중요하다.
공개특허공보 제2002-0009912호 "발전소 성능 개선과 대기오염 감소 시스템"
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 대기환경기준을 만족하도록 각 발전기의 운영을 스케줄링하는 방법 및 그 장치를 제공하는 데 있다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 발전기 운영 스케줄링 방법의 일 예는, 각 발전기별 일정 범위 내 오염물질의 평균농도를 산출하는 단계; 기 설정된 대기환경기준과 상기 평균농도의 차이를 기초로 각 발전기별 환경여유값을 산출하는 단계; 전체대기오염에 대한 각 발전기의 기여농도를 기초로 환경기여값을 산출하는 단계; 상기 환경여유값과 상기 환경기여값을 기초로 각 발전기의 우선순위를 산정하는 단계; 및 기준발전량 또는 대기환경기준을 만족하도록 상기 우선순위에 따라 각 발전기의 운영 여부를 결정하는 단계;를 포함한다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 발전기 운영 스케줄링 장치의 일 예는, 각 발전기별 일정 범위 내 오염물질의 평균농도를 산출하는 농도산출부; 기 설정된 대기환경기준과 상기 평균농도의 차이를 기초로 각 발전기별 환경여유값을 산출하는 여유값산출부; 전체대기오염에 대한 각 발전기의 기여농도를 나타내는 환경기여값을 산출하는 기여값산출부; 상기 환경여유값과 상기 환경기여값을 기초로 각 발전기의 우선순위를 산정하는 우선순위산정부; 및 기준발전량 또는 대기환경기준을 만족하도록 상기 우선순위에 따라 각 발전기의 운영 여부를 결정하는 운영결정부;를 포함한다.
본 발명에 따르면, 대기환경기준을 만족하도록 각 발전기의 운영 계획을 설립할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 발전기 운영 스케줄링 장치의 구성을 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 각 발전기별 오염물질의 평균농도를 산출하는 방법의 일 예를 도시한 도면이,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 대기오염예측 방법의 개념을 도시한 도면,
도 4는 본 발명에 따른 발전기 운영 스케줄링 방법의 일 실시 예를 도시한 흐름도, 그리고,
도 5는 본 발명에 따른 발전기 운영 일정의 조정 방법의 일 예를 도시한 도면이다.
이하에서, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 발전기 운영 스케줄링 방법 및 그 장치에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 발전기 운영 스케줄링 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 발전기 운영 스케줄링 장치는 평균농도산출부(100), 여유값산출부(110), 기여값산출부(150), 우선순위산정부(160) 및 운영결정부(170)를 포함하고, 기여값산출부(150)는 기상모델링부(120), 배출량모델링부(130), 대기오염예측부(140)로 구성될 수 있다. 실시 예에 따라, 도 1의 구성 중 일부를 누락하여 실시하거나 다른 구성을 더 포함하여 실시할 수 있다.
평균농도산출부(100)는 각 발전기의 위치를 기준으로 일정 범위 내 오염물질의 거리가중평균농도를 구한다. 여기서, 일정 범위는 실시 예에 따라 다양하게 설정 가능하며, 일 예로 발전기를 중심으로 반경 20Km로 설정할 수 있다. 또한 거리가중평균농도를 구할 오염물질의 종류는 아황산가스(SO2), 일산화탄소(CO), 이산화질소(NO2), 미세먼지(PM-10), 초미세먼지(PM-2.5), 오존(03), 납(Pb), 벤젠 등 실시 예에 따라 다양할 수 있다. 평균농도산출부(100)가 발전기 주변 일정 범위 내에서 각 오염물질별 평균농도를 산출하는 방법의 일 예는 도 2에 도시되어 있다.
여유값산출부(110)는 평균농도산출부(100)에서 구한 각 발전기별 오염물질의 평균농도와 오염물질에 대한 대기환경기준의 차이를 기초로 각 발전기별 환경여유값을 산출한다. 예를 들어, 어떤 발전기가 위치한 지역의 아황산가스의 24시간 대기환경기준이 0.02PPM이고, 해당 발전기 주변에서 실제 측정한 아황산가스의 24시간 평균농도가 0.01PPM이면, 여유값산출부(110)는 대기환경기준 대비 0.01PPM의 여유가 있음을 파악한다. 여유값산출부(110)는 대기환경기준과 평균농도 사이의 차이값 또는 대기환경기준 대비 비율값 등으로 환경여유값을 표현할 수 있다. 일 예로, 각 발전기별 환경여유값은 다음 수학식으로 표현될 수 있다.
Figure 112017086179227-pat00001
기여값산출부(150)는 각 발전기가 대기환경에 미칠 영향을 예측한다. 즉, 기여값산출부(150)는 전체대기오염에 대한 각 발전기의 기여농도를 예측하여 환경기여값을 산출한다. 앞서 살핀 여유값산출부(110)는 발전기 주변의 실제 오염물질의 측정값을 기초로 파악되는 값이다. 그러나 현재 오염물질의 농도가 높다고 하여 바로 발전기 운영을 중단할 수 없고 반대로 오염물질의 농도가 낮다고 하여 발전기를 바로 운영할 수 있는 것이 아니므로 발전기가 미치는 대기환경의 영향을 미리 예측하여 발전기의 운영 여부를 사전에 계획할 필요가 있다.
또한, 발전기로부터 배출되는 오염물질에 대한 대기환경의 영향은 기상이나 계절 요인, 다른 오염원이나 대기중 광화학반응 등에 따라 달라지므로 단순히 발전기로부터 배출되는 오염물질의 양만으로 발전기가 대기환경에 미치는 영향을 정확하게 예측할 수는 없다.
이에 따라, 기여값산출부(150)는 기상정보와 지형정보 등을 기초로 예측한 각 기간별(시간별, 일별, 주별, 월별, 계절별, 년별 등) 기상예보정보를 이용하여 전체 오염원으로부터 배출되는 오염물질의 이동과 확산, 광화학반응 등을 시뮬레이션하여 제1 대기오염농도를 예측하고, 전체 오염원에서 기여농도를 구하고자 하는 발전기를 제외한 채 위 시뮬레이션을 다시 수행하여 제2 대기오염농도를 예측한 후 제1 대기오염농도와 제2 대기오염농도의 차이를 이용하여 해당 발전기가 대기환경에 미치는 기여농도를 산출할 수 있다. 기여값산출부(150)가 기여농도를 기초로 산출한 환경기여값은 다음 수학식으로 표현될 수 있다.
Figure 112017086179227-pat00002
여기서, 제1 대기오염농도 및 제2 대기오염농도는 전제 영역에 대한 대기오염농도이거나 도 3과 같이 전체 영역을 단위 영역으로 분할한 경우에 농도 기준으로 상위 지정된 개수의 단위 영역에 대한 평균농도일 수 있다. 예를 들어, 전체 단위 영역의 개수 중 오염물질의 농도가 높은 상위 0.01% 개의 단위 영역의 농도를 평균하여 제1 대기오염농도 및 제2 대기오염농도를 구할 수 있다.
각 발전기의 기여정도를 좀 더 정확하게 얻기 위하여 실시 예에 따라 대기오염농도 예측을 수행하는 시뮬레이션의 오염원 입력값으로 발전기뿐만 아니라 다양한 종류의 오염원(자동차, 공장, 소각장 등)을 함께 고려할 수 있다. 다양한 오염원을 시뮬레이션의 입력값으로 입력하기 위한 방법의 일 예는 도 3에 도시되어 있다.
기여값산출부(150)를 보다 구체적으로 살펴보면, 기상예보정보를 생성하기 위한 시뮬레이션을 수행하는 기상모델링부(120), 다양한 오염원의 과거 통계자료를 기초로 미래의 각 기간별 배출량을 시뮬레이션하는 배출량모델링부(130) 및 기상예보정보와 발전기 등의 오염원의 배출량을 기초로 각 지역별, 기간별 대기오염을 시뮬레이션하는 대기오염예측부(140)를 포함한다.
기상모델링부(120)는 각종 기상정보와 지형정보를 이용하여 바람의 방향, 온도, 비/구름 등 각종 기상예보정보를 원하는 기간별로 시뮬레이션한다. 기상 뉴스와 같이 현재 기상예보정보를 제공하는 다양한 업체나 서비스가 존재한다. 외부로부터 기상예보정보를 제공받는 경우 기상모델링부(120)는 생략될 수 있다. 또한 기상예보정보를 생성하는 종래의 다양한 시뮬레이션 방법이나 시스템 등이 존재하므로, 기상모델링부(120)는 종래의 다양한 방법이나 시스템 등으로 구현될 수도 있다.
일 예로, 기상모델링부(120)는 기상물리모델(WRF, Weather Research and Forecasting model)을 이용하여 원하는 기간에 대한 기상예보정보를 생성할 수 있다. 기상물리모델(WRF)은 각종 기상정보와 지형정보를 기초로 기간별 기상예보정보를 시뮬레이션하는 모델이다. 기상물리모델(WRF)의 입력 값인 기상 통계정보는 UM(Unified Model) 예보장과 기상관측망 정보를 포함할 수 있다. UM 예보장은 기상청이 일정시간 간격(예를 들어, 6시간 간격)으로 제공하는 지역예보시스템(RDAPS) 자료로 구축될 수 있다. 예를 들어, 지역예보시스템은 수평해상도 12km, 수직으로 약 80km까지 70층으로 구성되고, 1000hPa~50hPa까지의 등압면에서 7개의 변수를 제공하며, 단일면/토양면에서 총 101개의 변수를 제공한다. 기상관측망 자료는 지상기상자료와 고층기상자료가 존재하면, 지상기상자료는 종관기상관측장비(ASOS, Automated Synoptic Observing System)에 의해 생성되는 지상 부군의 대기상태의 실시간 자동관측자료이고, 고층기상자료는 고도별 기압, 기온, 이슬점온도, 풍향, 풍속을 일 2회(00, 12UTC) 이상 관측한 자료일 수 있다.
기상물리모델(WRF)의 또 다른 입력 값인 지형정보는 실제 대기상태에 가까운 기상장 예측을 유도하기 위한 지형고도나 토지피복 등에 관한 자료로서, 환경부 지리정보시스템의 해상도 90m(3-seconds)인 지형고도자료 및 30m(1-seconds) 지표면자료를 이용할 수 있다.
기상모델링부(120)는 외부로부터 제공받은 기상정보 및 지형정보를 기초로 시뮬레이션하여 1시간 단위의 기상관측자료를 자료 동화함으로써 예측의 정확도를 향상시킬 수 있다. 여기서 자료 동화라 함은 기상모델 수행시 실 관측자료를 이용함으로써 최적의 기상예측 초기자료를 생성하는 과정을 의미한다. 기상모델링부(120)는 광역 영역에서부터 국지 영역의 순으로 기상예보정보를 생성할 수 있으며, 이와 같이 영역을 좁혀가는 방법을 네스팅 기법이라고 한다.
배출량모델링부(130)는 각 발전기를 포함한 오염원의 배출량에 대한 과거 자료 및 기상예보정보를 기초로 원하는 각 기간별(예를 들어, 시간별, 일별, 월별, 계절별, 연별 등) 배출량을 시뮬레이션한다. 기상예보정보와 배출량 통계자료를 기초로 향후 원하는 기간에 대한 배출량을 시뮬레이션하기 위한 방법으로 배출량모델링부(130)는 SMOKE(Sparse Matrix Operator Kernel Emissions) 모델링 시스템을 이용할 수 있다. 배출량 시뮬레이션을 위한 이 외의 다양한 종래의 방법이 적용될 수도 있다.
배출량모델링부(130)는 발전기만을 대상으로 원하는 기간별 배출량을 시뮬레이션할 수도 있으나, 보다 정확한 환경기여값의 산출을 위하여 다양한 오염원을 함께 고려하는 것이 바람직하다. 다양한 오염원을 함께 고려할 경우 매우 많은 오염원이 전국에 걸쳐 존재하므로, 이들 각 오염원을 그대로 시뮬레이션의 입력 값으로 이용하는데 계산량 등의 한계가 있으므로, 전국을 일정 면적의 단위 영역으로 분할하고 각 단위 영역별로 배출량을 시뮬레이션할 수 있다. 이와 관련하여 도 3에서 다시 살펴본다.
대기오염예측부(140)는 기상모델링부(120)의 기상예보정보과 배출량모델링부(140)의 배출량 시뮬레이션 정보를 이용하여 각 기간별(예를 들어, 시간별, 일별, 월별, 계절별, 연별 등)로 각 지역에서 배출이 예상되는 오염물질의 광화학반응 등 각종 화학반응을 시뮬레이션하여 원하는 기간의 각 지역별 오염물질의 농도를 예측한다. 배출량모델링부(130)가 도 3과 같이 격자단위의 배출량 시뮬레이션 정보를 생성하는 경우에, 대기오염예측부(140)는 대기환경예보모델(CMAQ, Community Multi-scale Air Quality Model)을 이용하여 격자단위에 대한 기간별 오염물질의 농도를 예측할 수 있다. 대기오염예측부(140)는 CMAQ 이외의 종래의 다양한 모델을 화학반응을 고려한 오염물질 농도를 예측할 수 있다.
우선순위산정부(160)는 환경여유값과 환경기여율을 기초로 각 발전기의 우선순위를 산정한다. 환경여유값이 높고 환경기여율이 낮을수록 발전기가 대기오염에 미치는 영향이 적으므로, 우선순위산정부(160)는 두 값의 크기를 기초로 우선순위를 산정할 수 있다. 환경여유값과 환경기여율을 반영하여 우선순위를 산정하는 여러 방법이 존재할 수 있으며, 일 예로 다음 수학식을 통해 우선순위를 산정할 수 있다.
Figure 112017086179227-pat00003
여기서, 초과농도는 각 오염물질별 대기환경기준과 평균농도의 차이를 나타내고, 기여농도는 대기오염예측부(1400에서 예측한 각 발전기별 오염물질의 예측 농도이다.
우선순위산정부(160)는 수학식 3의 환경영향도가 낮은 순으로 각 발전기에 우선순위를 부여할 수 있다.
운영결정부(170)는 전력 수요를 고려하여 기 설정된 기준발전량 및/또는 대기환경기준을 만족하도록 우선순위에 따라 각 발전기의 운영 여부를 결정한다. 예를 들어, 운영결정부(170)는 총 발전용량이 기준발전량을 만족할 수 있도록 우선순위가 높은 발전기부터 현재 운영 가능한 발전기를 순차적으로 선택하여 운영 결정할 수 있다. 그러나 우선순위를 기준으로 선택한 발전기들로 인해 대기환경기준을 만족하지 않을 수 있다. 예를 들어, 도 5와 같이 우선순위1의 발전기가 정비에 들어가고 우선순위2,3의 발전기가 운영되는 경우에 대기오염농도가 대기환경기준을 초과할 수가 있다. 이 경우 각 발전기의 운영 일정을 재조정할 필요가 있다. 이에 대해 도 5에서 다시 살펴본다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 각 발전기별 오염물질의 평균농도를 산출하는 방법의 일 예를 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2를 함께 참조하면, 각 측정소(210)는 기 설정된 시간 단위로 측정한 각 오염물질의 농도를 유무선 통신망을 통해 별도의 관측시스템 또는 발전기 운영 스케줄링 장치에 제공할 수 있다. 관측시스템이 존재하는 경우, 관측시스템은 측정소의 측정 결과를 발전기 운영 스케줄링 장치에 제공할 수 있다. 각 측정소의 식별정보와 위치정보(예를 들어, 지리 좌표, 주소 또는 행정구역 ID 등)는 미리 맵핑되어 저장되어 있으며, 따라서 관측시스템 또는 발전기 운영 스케줄링 장치는 각 측정소에서 수신한 오염물질의 농도를 기초로 전국단위의 오염물질 맵을 생성할 수 있다. 오염물질 맵은 통계분석을 통해 시간별, 월별, 계절별, 연별 등 원하는 기간별로 작성될 수 있다.
평균농도산출부(100)는 각 발전기(200,202,204,206)를 중심으로 일정 범위(220)(예를 들어, 반경(R) 20Km)에 위치한 적어도 하나 이상의 측정소(210)에서 측정한 각 오염물질의 측정결과를 기초로 각 발전기별(200,202,204,206)로 각 오염물질의 거리가중평균농도를 산출할 수 있다.
평균농도산출부(100)는 측정소(210)에서 측정한 오염물질의 농도를 발전기와 측정소 사이의 거리(L)를 기준으로 가중 평균하여 각 발전기별 오염물질 평균농도를 구할 수 있다. 예를 들어, 평균농도산출부(100)는 각 측정소(210)의 오염물질 농도에 발전소와 측정소 사이의 거리(L)에 따른 가중치를 부여하여 평균농도를 구한다. 거리에 따른 가중치는 실시 예에 따라 다양한 값으로 미리 설정될 수 있다.
만약 발전기 주변의 일정 범위(220) 내 측정소가 없다면, 평균농도산출부(100)는 일정 범위 밖에 위치한 측정소의 측정 결과에 공간보간법(IDW, Inverse Distance Weighted)을 적용하여 해당 발전기 주변의 오염물질 평균농도를 추정할 수 있다. 여기서 공간보간법이란, 주변의 가까운 점으로부터 선형으로 결합된 가중치를 사용하여 새로운 셀의 값을 결정하는 방법으로 종래에 널리 알려진 방법이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
바람 등의 영향으로 발전기 주변의 일정 범위(220) 밖의 측정소에서 고농도의 오염물질이 검출될 수 있다. 실시 예에 따라 발전기로 인한 대기오염을 측정할 때 이러한 특수상황도 함께 고려될 수 있다. 이 경우 평균농도산출부(100)는 고농도의 오염물질이 검출된 주변에 대한 과거 일정 시간 동안의 기상 자료를 토대로 고농도의 오염물질의 검출 지점의 공기가 지나온 경로를 시간을 거슬러 가면서 역추적하여 고농도의 오염물질의 배출위치를 파악한다. 역추적 결과에 따라 고농도의 오염물질은 어느 하나의 발전기로부터 배출되었거나 두 곳의 발전기로부터 배출되거나 발전기와 전혀 관련이 없을 수 있다. 평균농도산출부(100)는 어떤 발전기가 고농도의 오염물질 발생에 영향을 미친 경우에 이를 함께 고려하여 오염물질의 평균농도를 산출할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 대기오염예측 방법의 개념을 도시한 도면이다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 배출량모델링부(130)는 SMOKE 등과 같은 종래의 다양한 모델링 시스템을 통해 기상예보정보와 각종 오염원의 통계자료를 기초로 원하는 기간별 배출량을 시뮬레이션한다. 각 발전기에서 배출되는 오염물질과 다른 오염원으로부터 배출되는 오염물질 사이의 화학반응, 또는 광화학반응 등을 고려하여좀 더 정확하게 대기오염농도를 예측될 수 있다. 그러나 자동차나 공장, 소각장, 각종 자연상태의 동식물에서 배출되는 오염물질 등의 위치와 수 등이 매우 방대하므로 이들 값을 일일이 배출량모델링부(130)의 시뮬레이션 입력 값으로 입력하는 것은 계산량 등을 고려할 때 바람직하지 않을 수 있다.
이에 본 실시 예는, 전체 영역(300)을 단위 영역(310)으로 분할하고, 배출량모델링부(130)는 각 단위 영역별 배출량 대표값을 산출한 후 그 대표값을 배출량 시뮬레이션의 입력 값으로 사용한다. 본 실시 예는 단위 영역(310)을 격자 형태(예를 들어, 1km*1km의 사각형)로 도시하고 있으나, 단위영역(310)은 일정 면적을 가진 다양한 형태(예를 들어, 삼각형, 오각형, 원형 등)일 수 있다.
오염원은 단위 영역으로 분할되는 영역에 점(320), 선(330), 면(340) 등으로 표현될 수 있다. 예를 들어, 발전기나 소각장 등 고정된 특정 위치로부터 오염물질을 배출하는 오염원은 해당 위치에서 점(320)으로 표현되고, 자동차 등과 같이 움직이면서 매연 등의 오염물질을 배출하는 오염원은 선(330)으로 표현되고, 산업단지 등 일정 면적에서 오염물질을 배출하는 오염원은 면(340)으로 표현될 수 있다.
각종 오염원에 대한 정보는 대기정책지원시스템(CAPSS), 발전기별 원격감시체계(TMS) 정보, 국외로부터 국내로 유입되는 각종 오염원에 대한 INTEX-B(International Chemical Transport Experiment-Phase B) 자료 등이 존재한다. 먼저, CAPSS는 산업별, 지역별, 기간별 각종 오염원의 배출량 통계 자료를 포함한다. CAPSS는 국내 배출되는 오염물질을 유사한 속성을 가지는 배출원별로 분류한 것으로, CO, NOx, SOx, TSP, PM10, PM2.5, VOCs, NH3 등을 대상으로 산정한 배출량 자료를 포함한다. TMS는 발전기 굴뚝에서 배출되는 대기오염물질을 24시간 실시간 원격으로 관리하는 감시시스템으로 굴뚝에 설치된 측정기에서 먼지, SO2, NOx, HCL, HF, NH3, CO, 산소농도, 유량, 온도 등의 자료를 측정하여 관제시스템으로 전송한다.
본 실시 예는 각종 오염원에 대한 자료를 기초로 각 오염원이 점(320), 선(330), 면(340) 등의 형태로 미리 가공되었다고 가정한다. 배출량모델링부(130)는 점(320), 선(330), 면(340) 등으로 표현된 각종 오염원의 배출량을 이용하여 각 단위영역(310)의 대표값을 산정한다. 예를 들어, 배출량모델링부(130)는 각 단위영역 내 포함된 각종 오염원의 각 오염물질의 배출량을 각각 합산하여 각 단위영역의 각 오염물질의 대표값을 산출할 수 있다. 이때 배출량모델링부(130)는 NOx, VOCs, PM 등을 개별물질(예를 들어, NOx는 NO와 NO2로 나누어지고, VOCs는 포름알데히드, 이소프렌, 스티렌 등으로 나누어짐)로 분류하여 배출량을 산정할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 발전기 운영 스케줄링 방법의 일 실시 예를 도시한 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 발전기 운영 스케줄링 장치(이하, '장치'라 함)는 각 발전기 주변의 오염물질의 평균농도를 구한다(S400). 장치는 발전기 주변에 위치한 각 측정소에서 측정한 오염물질의 농도를 거리가중평균하여 평균농도를 산출할 수 있다. 장치는 각 오염물질의 평균농도와 대기환경기준을 기초로 각 발전기의 환경여유값을 산출한다. 환경여유값이 클수록 해당 발전기에 대한 대기오염의 영향이 적다고 할 수 있다.
장치는 발전기가 대기오염에 미치는 영향을 예측한 환경기여값을 산출한다(S420). 장치는 각 발전기가 대기오염에 미치는 영향을 예측하기 위하여 우선 전체 오염원의 배출량을 기초로 시뮬레이션한 대기오염농도와 해당 발전기를 제외한 채 시뮬레이션한 대기오염농도의 차이를 기초로 각 발전기의 기여농도를 구할 수 있다. 장치는 기여농도와 대기환경기준을 고려하여 환경기여값을 구할 수 있다. 환경기여값이 낮을수록 발전기가 향후 대기오염에 미치는 영향이 적다고 할 수 있다.
장치는 환경여유값과 환경기여값을 고려하여 대기오염에 미치는 영향이 적은 순으로 각 발전기에 우선순위를 부여한다(S430). 장치는 환경기여율과 환경기여값의 비율을 기초로 각 발전기에 우선순위를 부여할 수 있는 등 환경여유값과 환경기여값을 고려하여 우선순위를 부여하는 다양한 방법이 존재할 수 있다.
장치는 대기환경기준 및/또는 기준발전량 등을 고려하여 우선순위에 따라 각 발전기의 운영 여부를 결정한다(S440). 우선순위가 높은 발전기가 정비 또는 장애 등으로 운영을 중단하고 이 보다 낮은 발전기가 기준발전량을 맞추기 위하여 운영되는 경우 오염물질의 농도가 대기환경기준을 초과할 수 있다. 따라서 대기환경기준을 맞추기 위하여 우선순위가 높은 순으로 발전기를 운영하되, 대기환경기준을 맞추기 위하여 각 발전기의 정비 일정 등을 조정하기 위한 운영 일정 조정이 필요할 수 있다. 이에 대해 도 5에서 살펴본다.
도 5는 본 발명에 따른 발전기 운영 일정의 조정 방법의 일 예를 도시한 도면이다.
도 1 및 도 5를 함께 참조하면, 관리자는 기준 발전량을 충족시키는 선에서 정비 일정을 포함한 각 발전기의 운영 계획을 미리 수립한다. 발전기 운영 스케줄링 장치의 운영결정부(170)는 도 1의 대기환경예측부(140)를 통해 각 발전기의 운영 계획에 따라 발전기를 운영할 경우 각 기간별 대기오염농도를 예측한다.
만약 각 기간별 대기오염농도의 예측에서 일부 구간(510)이 대기환경기준을 초과한다면, 운영결정부(170)는 총 발전량이 기준 발전량을 만족하고 대기오염농도가 대기환경기준을 만족하도록 각 발전기의 우선순위를 고려하여 각 발전기의 정비 등의 운영 일정을 조정한다. 예를 들어, 우선순위1인 발전기B의 정비 기간(502) 동안 오염농도가 대기환경기준을 초과하므로, 운영결정부(170)는 우선순위가 상대적으로 높은 발전기B의 정비 일정(502 -> 552))과 우선순위가 상대적으로 낮은 발전기 A의 정비 일정(500 -> 550))을 바꾼다.
본 실시 예는 설명의 편의를 위하여 세 개의 발전기만을 도시하여 설명하고 있으나, 실제 수십, 수백 개의 발전기가 존재할 경우에 한 번의 조정만으로 오염농도가 대기환경기준을 만족하지 않을 수 있다. 따라서 운영결정부(170)는 운영 일정이 조정되면 조정된 운영 일정에 따른 대기오염농도를 다시 구한 후 오염농도가 대기환경기준을 초과하는 구간이 다시 발생하면, 해당 구간에서 우선순위가 높은 발전기의 정비일정과 우선순위가 낮은 발전기의 운영 일정을 바꾸는 과정을 대기환경기준을 만족할 때까지 반복 수행한다.
본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광데이터 저장장치 등이 있다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (13)

  1. 발전기 운영 스케줄링 장치가 수행하는 발전기 운영 스케줄링 방법에 있어서,
    각 발전기별 일정 범위 내 오염물질의 평균농도를 산출하는 단계;
    기 설정된 대기환경기준과 상기 평균농도의 차이를 기초로 각 발전기별 환경여유값을 산출하는 단계;
    전체대기오염에 대한 각 발전기의 기여농도를 기초로 환경기여값을 산출하는 단계;
    상기 환경여유값과 상기 환경기여값을 기초로 각 발전기의 우선순위를 산정하는 단계; 및
    기준발전량 또는 대기환경기준을 만족하도록 상기 우선순위에 따라 각 발전기의 운영 여부를 결정하는 단계;를 포함하고,
    상기 환경기여값을 산출하는 단계는,
    전체 발전기를 포함하는 전체영역에 대한 기상정보 및 지형정보에 따라 전체 오염원으로부터 유출되는 오염물질의 이동과 농도를 시뮬레이션하여 상기 전체영역의 제1 대기오염농도를 예측하는 단계;
    상기 전체 발전기를 포함하는 오염원에서 환경기여값을 산출하고자 하는 제1 발전기를 제외한 수정 오염원으로부터 유출되는 오염물질의 이동과 농도를 시뮬레이션하여 상기 전체영역의 제2 대기오염농도를 예측하는 단계; 및
    상기 제1 대기오염농도와 상기 제2 대기오염농도의 차이를 기초로 상기 제1 발전기의 환경기여값을 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전기 운영 스케줄링 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 평균농도를 산출하는 단계는,
    각 발전기로부터 기 설정된 일정 범위 내에 위치한 적어도 하나 이상의 측정소에서 측정한 오염물질 농도를 발전기와 측정소 사이의 거리를 기준으로 가중평균하여 오염물질의 평균농도를 구하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전기 운영 스케줄링 방법.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 대기오염농도 및 상기 제2 대기오염농도는, 단위영역으로 구분되는 상기 전체영역에서 오염물질의 농도를 기준으로 소정 개수 선택한 단위영역의 평균 농도인 것을 특징으로 하는 발전기 운영 스케줄링 방법.
  5. 발전기 운영 스케줄링 장치가 수행하는 발전기 운영 스케줄링 방법에 있어서,
    각 발전기별 일정 범위 내 오염물질의 평균농도를 산출하는 단계;
    기 설정된 대기환경기준과 상기 평균농도의 차이를 기초로 각 발전기별 환경여유값을 산출하는 단계;
    전체대기오염에 대한 각 발전기의 기여농도를 기초로 환경기여값을 산출하는 단계;
    상기 환경여유값과 상기 환경기여값을 기초로 각 발전기의 우선순위를 산정하는 단계; 및
    기준발전량 또는 대기환경기준을 만족하도록 상기 우선순위에 따라 각 발전기의 운영 여부를 결정하는 단계;를 포함하고,
    상기 우선순위를 산정하는 단계는,
    상기 평균농도가 대기환경기준 이하이면, 환경기여값을 환경여유값으로 나누어 각 발전기의 환경영향도로 산출하는 단계;
    상기 평균농도가 대기환경기준을 초과하면, 초과농도와 기여농도의 합을 대기환경기준으로 나누어 각 발전기의 환경영향도로 산출하는 단계; 및
    상기 환경영향도가 작은 순위로 각 발전기의 우선순위를 부여하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전기 운영 스케줄링 방법.
  6. 제 1항 또는 제 5항에 있어서, 상기 발전기의 운영 여부를 결정하는 단계는,
    각 발전기의 운영 일정을 기초로 전체대기오염을 예측하는 단계; 및
    상기 전체대기오염이 대기환경기준보다 높으면, 총 발전량이 기준발전량을 만족하면서 상기 전체대기오염이 대기환경기준보다 낮아지도록 우선순위를 기초로 각 발전기의 운영 일정을 조정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전기 운영 스케줄링 방법.
  7. 각 발전기별 일정 범위 내 오염물질의 평균농도를 산출하는 농도산출부;
    기 설정된 대기환경기준과 상기 평균농도의 차이를 기초로 각 발전기별 환경여유값을 산출하는 여유값산출부;
    전체대기오염에 대한 각 발전기의 기여농도를 나타내는 환경기여값을 산출하는 기여값산출부;
    상기 환경여유값과 상기 환경기여값을 기초로 각 발전기의 우선순위를 산정하는 우선순위산정부; 및
    기준발전량 또는 대기환경기준을 만족하도록 상기 우선순위에 따라 각 발전기의 운영 여부를 결정하는 운영결정부;를 포함하고,
    상기 기여값산출부는,
    전체 발전기를 포함하는 전체영역에 대한 기상정보 및 지형정보에 따라 전체 발전기를 포함하는 오염원으로부터 유출되는 오염물질의 이동과 농도를 시뮬레이션하여 상기 전체영역의 제1 대기오염농도를 예측하고, 상기 전체 발전기를 포함하는 오염원에서 환경기여값을 산출하고자 하는 제1 발전기를 제외한 수정 오염원으로부터 유출되는 오염물질의 이동과 농도를 시뮬레이션하여 상기 전체영역의 제2 대기오염농도를 예측하고, 상기 제1 대기오염농도와 상기 제2 대기오염농도의 차이를 기초로 상기 제1 발전기의 환경기여값을 산출하는 것을 특징으로 하는 발전기 운영 스케줄링 장치.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 농도산출부는,
    각 발전기로부터 기 설정된 일정 범위 내에 위치한 적어도 하나 이상의 측정소에서 측정한 오염물질 농도를 발전기와 측정소 사이의 거리를 기준으로 가중평균하여 오염물질의 평균농도를 구하는 것을 특징으로 하는 발전기 운영 스케줄링 장치.
  9. 삭제
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 제1 대기오염농도 및 상기 제2 대기오염농도는, 단위영역으로 구분되는 상기 전체영역에서 오염물질의 농도를 기준으로 소정 개수 선택한 단위영역의 평균 농도인 것을 특징으로 하는 발전기 운영 스케줄링 장치.
  11. 각 발전기별 일정 범위 내 오염물질의 평균농도를 산출하는 농도산출부;
    기 설정된 대기환경기준과 상기 평균농도의 차이를 기초로 각 발전기별 환경여유값을 산출하는 여유값산출부;
    전체대기오염에 대한 각 발전기의 기여농도를 나타내는 환경기여값을 산출하는 기여값산출부;
    상기 환경여유값과 상기 환경기여값을 기초로 각 발전기의 우선순위를 산정하는 우선순위산정부; 및
    기준발전량 또는 대기환경기준을 만족하도록 상기 우선순위에 따라 각 발전기의 운영 여부를 결정하는 운영결정부;를 포함하고,
    상기 우선순위산정부는,
    상기 평균농도가 대기환경기준 이하이면, 환경기여값을 환경여유값으로 나누어 각 발전기의 환경영향도로 산출하고, 상기 평균농도가 대기환경기준을 초과하면, 초과농도와 기여농도의 합을 대기환경기준으로 나누어 각 발전기의 환경영향도로 산출하고, 상기 환경영향도가 작은 순위로 각 발전기의 우선순위를 부여하는 것을 특징으로 하는 발전기 운영 스케줄링 장치.
  12. 제 7항 또는 제 11항에 있어서, 상기 운영결정부는,
    각 발전기의 운영 일정을 기초로 예측된 전체대기오염 전체대기오염이 대기환경기준보다 높으면, 총 발전량이 기준발전량을 만족하면서 상기 전체대기오염이 대기환경기준보다 낮아지도록 우선순위를 기초로 각 발전기의 운영 일정을 조정하는 것을 특징으로 하는 발전기 운영 스케줄링 장치.
  13. 제1항 또는 제5항에 기재된 발전기 운영 스케줄링 방법을 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
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