KR20190016734A - 발전 플랜트 및 그 제어방법 - Google Patents

발전 플랜트 및 그 제어방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20190016734A
KR20190016734A KR1020170101038A KR20170101038A KR20190016734A KR 20190016734 A KR20190016734 A KR 20190016734A KR 1020170101038 A KR1020170101038 A KR 1020170101038A KR 20170101038 A KR20170101038 A KR 20170101038A KR 20190016734 A KR20190016734 A KR 20190016734A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
working fluid
line
heat exchanger
control valve
pump
Prior art date
Application number
KR1020170101038A
Other languages
English (en)
Inventor
성화창
김상현
차송훈
Original Assignee
두산중공업 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 두산중공업 주식회사 filed Critical 두산중공업 주식회사
Priority to KR1020170101038A priority Critical patent/KR20190016734A/ko
Priority to US16/013,941 priority patent/US10648370B2/en
Priority to CN201810686075.8A priority patent/CN109386324B/zh
Publication of KR20190016734A publication Critical patent/KR20190016734A/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K13/00—General layout or general methods of operation of complete plants
    • F01K13/02—Controlling, e.g. stopping or starting
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K7/00—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating
    • F01K7/32—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating the engines using steam of critical or overcritical pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K13/00—General layout or general methods of operation of complete plants
    • F01K13/003—Arrangements for measuring or testing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K25/00—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
    • F01K25/08—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours
    • F01K25/10—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours the vapours being cold, e.g. ammonia, carbon dioxide, ether
    • F01K25/103—Carbon dioxide
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K27/00—Plants for converting heat or fluid energy into mechanical energy, not otherwise provided for
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K7/00—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating
    • F01K7/16—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating the engines being only of turbine type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K9/00—Plants characterised by condensers arranged or modified to co-operate with the engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K9/00—Plants characterised by condensers arranged or modified to co-operate with the engines
    • F01K9/003—Plants characterised by condensers arranged or modified to co-operate with the engines condenser cooling circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J15/00—Systems for storing electric energy
    • H02J15/003—Systems for storing electric energy in the form of hydraulic energy
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D25/00—Pumping installations or systems
    • F04D25/02—Units comprising pumps and their driving means
    • F04D25/04—Units comprising pumps and their driving means the pump being fluid-driven

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Control Of Turbines (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

본 발명은 작동유체를 이용하여 전기를 생성하는 발전플랜트를 동기발전기로 사용하는 경우, 동기화시 발전플랜트의 손상을 발생하는 것을 방지하는 발전플랜트 및 그 제어방법을 제공하기 위한 것으로, 작동유체를 압축시키는 펌프; 상기 펌프로부터 공급된 작동유체를 외부 열원과 열교환시키는 열교환장치; 상기 열교환장치를 통하여 가열된 작동유체를 이용하여 회전력을 발생시키고 이를 이용하여 전기를 생성하여 인접한 전기그리드로 공급하는 동력터빈장치; 상기 동력터빈장치로부터 배출된 작동유체를 액상형태로 응축하는 응축기; 일단이 상기 열교환장치와 연결되고, 타단이 상기 동력터빈장치와 연결되어 상기 열교환장치에서 배출된 작동유체를 상기 동력터빈장치로 이송시키는 작동유체공급라인; 상기 작동유체라인에 설치되어 상기 동력터빈장치로 공급되는 작동유체의 압력을 측정하는 압력센서; 일단이 상기 동력터빈장치와 연결되고, 타단이 상기 응축기와 연결되어 상기 동력터빈장치로부터 배출된 작동유체를 상기 응축기로 이송시키는 작동유체회수라인; 일단이 상기 작동유체공급라인과 연결되고, 타단이 상기 작동유체회수라인과 연결되어 상기 작동유체공급라인의 작동유체 일부를 상기 작동유체회수라인으로 이송시키는 바이패스라인; 상기 작동유체공급라인에 설치되어, 상기 작동유체공급라인을 통하여 유동하는 작동유체의 유량을 제어하는 제1컨트롤밸브; 상기 바이패스라인에 설치되어, 상기 바이패스라인을 통하여 유동하는 작동유체의 유량을 제어하는 제2컨트롤밸브; 및 상기 동력터빈장치 상태 및 상기 압력센서의 감지치에 따라 상기 제1컨트롤밸브 및 제2컨트롤밸브를 제어하는 제어부를 포함하는 발전플랜트을 제공한다.

Description

발전 플랜트 및 그 제어방법{Power generation plant and control method thereof}
본 발명은 발전플랜트에 관한 것으로, 더 상세하게는 초임계 상태의 작동유체를 이용하여 전기를 발생시키는 발전플랜트에 관한 것이다.
일반적으로 동기발전기는 상업용 및 비상업용으로 메가와트 급의 대규모 전기를 공급하는 터빈 발전기이다. 동기 발전기는 시간경과에 따른 가변 부하 또는 수요를 가지는 전기 그리드 등에 전기를 공급한다. 상기 전기 그리드에 전기를 원활하게 공급하기 위하여는 동기발전기의 주파수는 전기 그리드의 주파수에 일치되도록 조절되어야 한다. 동기발전기의 주파수와 전기그리드의 주파수가 일치하지 않는 경우 동기발전기의 고장을 유발시킬 수 있다는 문제점이 있다.
그리고 전기 그리드의 전기 사용량이 급속하게 증가하는 경우, 상기 동기발전기는 발전 중에 과속조건으로 운영될 수 있다. 이 경우 동기발전기는 터빈, 발전기, 샤프트 등의 이동부품의 증가하는 회전속도에 의하여 고장이 발생할 수 있다.
특히 초임계 상태의 작동유체를 이용하여 발전하는 동기발전기의 경우, 과속조건에서 작동유체의 온도 및 압력이 지나치게 증가하여 시스템이 가열됨으로써 시스템의 파손이 발생할 수 있다는 문제점을 가진다.
이러한 이유로, 작동유체를 이용하여 발전을 하는 발전플랜트를 동기 발전기로 사용하는 경우, 동기화 시 과속조건이 발생하는 것을 방지하도록 발전플랜트를 제어함으로써 발전플랜트의 손상을 방지하는 기술이 지속적으로 요구되어 왔다.
본 발명은, 작동유체를 이용하여 전기를 생성하는 발전플랜트를 동기발전기로 사용하는 경우, 동기화시 발전플랜트의 손상을 발생하는 것을 방지하는 발전플랜트 및 그 제어방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명은, 작동유체를 압축시키는 펌프; 상기 펌프로부터 공급된 작동유체를 외부 열원과 열교환시키는 열교환장치; 상기 열교환장치를 통하여 가열된 작동유체를 이용하여 회전력을 발생시키고 이를 이용하여 전기를 생성하여 인접한 전기그리드로 공급하는 동력터빈장치; 상기 동력터빈장치로부터 배출된 작동유체를 액상형태로 응축하는 응축기; 일단이 상기 열교환장치와 연결되고, 타단이 상기 동력터빈장치와 연결되어 상기 열교환장치에서 배출된 작동유체를 상기 동력터빈장치로 이송시키는 작동유체공급라인; 상기 작동유체라인에 설치되어 상기 동력터빈장치로 공급되는 작동유체의 압력을 측정하는 압력센서; 일단이 상기 동력터빈장치와 연결되고, 타단이 상기 응축기와 연결되어 상기 동력터빈장치로부터 배출된 작동유체를 상기 응축기로 이송시키는 작동유체회수라인; 일단이 상기 작동유체공급라인과 연결되고, 타단이 상기 작동유체회수라인과 연결되어 상기 작동유체공급라인의 작동유체 일부를 상기 작동유체회수라인으로 이송시키는 바이패스라인; 상기 작동유체공급라인에 설치되어, 상기 작동유체공급라인을 통하여 유동하는 작동유체의 유량을 제어하는 제1컨트롤밸브; 상기 바이패스라인에 설치되어, 상기 바이패스라인을 통하여 유동하는 작동유체의 유량을 제어하는 제2컨트롤밸브; 및 상기 동력터빈장치 상태 및 상기 압력센서의 감지치에 따라 상기 제1컨트롤밸브 및 제2컨트롤밸브를 제어하는 제어부를 포함하는 발전플랜트를 제공한다.
상기 제어부는, 상기 전기그리드와 동기화 운전 시 상기 동력터빈장치의 터빈회전수에 따라 상기 제1컨트롤밸브를 제어하는 제1제어부와, 상기 압력센서의 감지치에 따라 상기 제2컨트롤밸브를 제어하는 제2제어부를 포함하고, 상기 제1제어부는, 상기 전기그리드와 동기화 이후 운전 시, 상기 압력센서의 감지치에 따라 상기 제1컨트롤 밸브를 제어할 수 있으며, 동기화 이후 운전시, 상기 제1제어부는 상기 압력센서의 감지치가 정상범위의 하한에 이르렀을 때 제1컨트롤밸브의 개도를 증가시키고, 상기 제2제어부는 상기 압력센서의 감지치가 정상범위의 상한에 이르렀을 때 상기 제2컨트롤밸브의 개도를 증가시키며, 셧다운(shut-down) 운전 시, 상기 제1제어부는 상기 제1컨트롤밸브의 개도를 폐쇄하고, 상기 제2제어부는 상기 제2컨트롤밸브의 개도를 증가시킬 수 있다.
바람직하게는, 상기 작동유체회수라인에 설치되며, 상기 작동유체회수라인을 통하여 이송되는 작동유체와 상기 펌프로부터 공급된 작동유체를 열교환시켜 상기 작동유체회수라인을 통하여 이송되는 작동유체를 냉각시키는 복열기를 더 포함하고, 상기 열교환장치는, 상기 펌프로부터 공급되는 작동유체를 외부열원과 열교환하여 가열시키는 제1열교환기와, 상기 펌프로부터 공급되는 작동유체 중 상기 복열기를 통하여 이송되는 작동유체를 외부열원과 열교환하여 가열시키는 제2열교환기를 포함할 수 있으며, 상기 외부열원은 고온의 배기가스이며, 상기 제1열교환기와 상기 제2열교환기는 서로 이격되어 순차적으로 배치되어, 상기 배기가스가 상기 제1열교환기와 상기 제2열교환기를 순차적으로 통과하며 작동유체와 열교환하며, 상기 펌프는, 상기 응축기로부터 이송되는 작동유체를 가압하여 이송시키는 원심형 펌프와, 상기 원심형펌프의 회전축과 동축 연결되며 상기 제2열교환기로부터 공급된 작동가스를 이용하여 회전동력을 발생시켜 상기 회전축을 회전시키는 터보터빈을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은, 일단이 상기 터보터빈의 배출구와 연결되고, 타단이 상기 작동유체회수라인과 연결되어, 상기 터보터빈에서 배출된 작동유체를 상기 작동유체회수라인으로 공급하는 제1이송라인을 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 열교환장치는, 상기 펌프로부터 공급되는 작동유체 중 상기 복열기를 통하여 이송되는 작동유체를 외부열원과 열교환하여 가열시키는 제1열교환기와, 상기 펌프로부터 공급되는 작동유체를 외부열원과 열교환하여 가열시키는 제2열교환기와, 일단이 상기 제1열교환기와 연결되고, 타단이 제2열교환기와 연결되어 상기 제2열교환기를 통과한 작동유체가 상기 제1열교환기로 이송되도록 하는 제2이송라인 및, 일단이 상기 펌프와 연결되고, 타단이 상기 제2이송라인과 연결되며, 상기 펌프에서 토출된 작동유체를 상기 복열기를 경유하여 상기 제2이송라인으로 공급하는 제3이송라인을 포함하고, 일단이 상기 제2이송라인과 연결되고, 타단이 상기 복열기 후단의 작동유체회수라인과 연결되는 제4이송라인과, 상기 제4이송라인에 설치되어, 상기 제4이송라인을 통하여 이송되는 작동유체와 상기 작동유체회수라인을 통하여 이송되는 작동유체를 열교환시키는 제2복열기 및 상기 제4이송라인에 설치되어 상기 제4이송라인을 통하여 이송되는 작동유체를 이용하여 동력을 발생시키는 보조터빈을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은, 일단이 상기 제2이송라인과 연결되고, 타단이 상기 복열기 후단의 작동유체회수라인과 연결되는 제4이송라인과, 상기 제4이송라인에 설치되어, 상기 제4이송라인을 통하여 이송되는 작동유체와 상기 작동유체회수라인을 통하여 이송되는 작동유체를 열교환시키는 제2복열기 및 상기 제4이송라인에 설치되어 상기 제4이송라인을 통하여 이송되는 작동유체를 가압하여 이송시키는 보조펌프를 더 포함하고, 상기 제2이송라인에 설치되어, 상기 제2이송라인을 통하여 이송되는 작동유체를 외부열원과 열교환시켜 가열시키는 제3열교환기 및 일단이 상기 제3열교환기 후측의 제2이송라인과 연결되고, 타단이 상기 제4이송라인과 연결되는 제5이송라인을 더 포함할 수 있다.
그리고, 본 발명은, 상기 펌프로부터 토출된 후, 상기 복열기를 통하여 이송되는 작동유체를 외부열원과 열교환하여 가열시키는 제1열교환기와, 상기 제1열교환기의 일측에 배치되어, 상기 제1열교환기를 통과한 외부열원을 이용하여 열매체를 가열시키는 제2열교환기를 포함할 수 있고, 상기 작동유체는 초임계이산화탄소일 수 있다.
다른 한편으로는, 본 발명은 전기그리드와 동기화 운전 전 또는 동기화 운전 시, 상기 동력터빈장치의 터빈회전수에 따라 상기 제1컨트롤밸브를 제어하여 작동유체의 상기 동력터빈장치에 공급되는 작동유체의 유량을 조절하고, 상기 전기그리드와 동기화 이후 운전 시, 상기 압력센서의 감지치에 따라 상기 제1컨트롤 밸브를 제어하여 작동유체의 상기 동력터빈장치에 공급되는 작동유체의 유량을 조절하며, 상기 전기그리드와 동기화 이후 운전시, 상기 압력센서의 감지치가 정상범위의 하한에 이르렀을 때 제1컨트롤밸브의 개도를 감소시키고, 상기 압력센서의 감지치가 정상범위의 상한에 이르렀을 때 상기 제2컨트롤밸브의 개도를 증가시키고, 셧다운(shut-down) 운전 시, 상기 제1제어부는 상기 제1컨트롤밸브의 개도를 폐쇄하고, 상기 제2제어부는 상기 제2컨트롤밸브의 개도를 증가시킬 수 있다.
본 발명의 발전플랜트에 따르면, 작동유체를 이용하여 전기를 생성하는 발전플랜트를 전기그리드에 동기화하는 경우, 발전플랜트의 손상을 발생하는 것을 방지할 수 있다는 장점을 가진다.
도 1는 본 발명의 제1실시예에 따른 발전플랜트를 도시한 개념도이다.
도 2는 동기화 시, 동력터빈 입력압력과 발전기 로드 그래프이다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 발전플랜트를 도시한 개념도이다.
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 발전플랜트를 도시한 개념도이다.
도 5는 본 발명의 제4실시예에 따른 발전플랜트를 도시한 개념도이다.
도 6은 본 발명의 제5실시예에 따른 발전플랜트를 도시한 개념도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
초임계 작동유체를 이용하는 발전 시스템은 발전에 사용된 작동유체를 외부로 배출하지 않는 폐사이클(close cycle)을 이룬다. 상기 작동유체로서 초임계 이산탄소를 사용하는 경우, 화력 발전소 등에서 배출되는 배기 가스를 이용할 수 있어 단독 발전 시스템뿐만 아니라 화력 발전 시스템과의 복합 발전 시스템에도 사용될 수 있다.
사이클 내의 작동유체는 펌프를 통과한 후, 열교환기 등을 통과하면서 가열되어 고온고압의 초임계 상태가 되며, 초임계 작동유체는 터빈을 구동시킨다. 상기 터빈에는 발전기가 연결되며, 발전기에 연결된 터빈에 의해 생산된 전력은 인접한 전기그리드와 동기화 작업 후 전기그리드로 공급된다.
터빈을 통과한 이산화탄소는 열교환기를 거치면서 냉각되며, 냉각된 작동 유체는 다시 펌프로 공급되어 사이클 내를 순환한다. 터빈이나 열교환기는 복수 개가 구비될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따른 초임계 작동유체 발전 시스템이란 사이클 내에서 유동하는 작동 유체 모두가 초임계 상태인 시스템뿐만 아니라, 작동 유체의 대부분이 초임계 상태이고 나머지는 아임계 상태인 시스템도 포함하는 의미로 사용된다.
본 발명의 발전플랜트에서 사용되는 작동유체는 이산화탄소 또는 이산화탄소를 포함하는 혼합물을 포함할 수 있으며, 발전플랜트 내부에서 상기 작동유체는 초임계상태로 이용될 수 있다. 또한 작동 유체는, 이산화탄소와 프로판, 또는 이산화탄소와 암모니아, 또는 다른 유사한 기체들의 조합일 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 발전플랜트(100)는 작동유체를 이용하여 전기를 발생시키는 것으로서, 작동유체를 가압하여 토출하는 펌프(110), 외부열원을 이용하여 작동유체를 가열하는 열교환장치(120), 작동유체를 이용하여 동력을 발생시키는 동력터빈장치(130), 작동유체를 냉각시켜 응축시키는 응축기(140), 작동유체를 상기 동력터빈장치(130)로 이송시키는 작동유체공급라인(150), 작동유체의 압력을 측정하는 압력센서(151), 작동유체를 상기 펌프로 이송시키는 작동유체회수라인(152), 상기 동력터빈장치(130)로 공급되는 작동유체의 일부를 바이패스 시키는 바이패스라인(153), 작동유체의 유량을 조절하는 제1,2컨트롤밸브(160)(170) 및 상기 제1,2컨트롤밸브를 제어하는 제어부(180)로 이루어진다.
상기 펌프(110)는, 작동유체를 압축시킨 후 상기 열교환장치(120)로 공급한다.
상기 펌프(110)는 원심형 펌프(111) 및 터보터빈(112)으로 이루어진다. 상기 원심형 펌프(111)는 상기 응축기(140)로부터 이송되는 작동유체를 가압하여 상기 열교환장치(120)으로 공급한다. 상기 터보터빈(112)은 상기 원심형펌프(111)의 회전축과 동축 연결되며, 상기 제2열교환기(122)로부터 공급되는 작동유체를 이용하여 회전동력을 발생시키며, 이를 이용하여 상기 원심형펌프의 회전축을 회전시켜 상기 원심형 펌프(111)를 구동시킨다.
상기 터보터빈(131)의 작동유체 배출구에는, 일단이 상기 터보터빈의 배출구와 연결되고, 타단이 작동유체회수라인과 연결되는 제1이송라인이 설치된다.
상기 제1이송라인은 상기 터보터빈에서 배출되는 작동유체를 상기 작동유체 회수라인으로 이송시킨다.
상기 열교환장치(120)는, 상기 펌프(110)로부터 공급된 작동유체와 외부열원과 열교환시켜 상기 작동유체를 가열한다. 상기 외부열원은 고온의 배기가스와 같이 폐열을 갖는 기체가 사용될 수 있다.
상기 열교환장치(120)는 제1열교환기(121) 및 제2열교환기(122)로 이루어진다. 상기 제1열교환기(121)는 상기 펌프(110)로부터 공급되는 작동유체를 외부열원과 열교환하여 가열시킨다. 상기 제2열교환기(122)는 상기 제1열교환기(121)와 이격되며, 상기 배기가스의 유동로에 순차적으로 배치된다. 이에 따라 상기 배기가스는 상기 제1,2열교환기(121)(122)를 순차적으로 통과하며, 상기 제1,2열교환기(121)(122)를 통과하는 작동유체를 순차적으로 가열한다.
상기 제2열교환기(122)는 상기 복열기(190)를 통하여 이송된 작동유체를 상기 배기가스를 이용하여 가열시킨다.
상기 동력터빈장치(130)는, 상기 열교환장치(120)를 통과하여 공급되는 작동유체를 이용하여 회전동력을 발생시키고, 이를 이용하여 전기를 생성한다.
상기 동력터빈장치(130)는, 상기 작동유체에 의하여 회전하는 터보터빈(131)과 상기 터보터빈(131)의 회전력을 이용하여 전기를 생성시키는 발전부(132)로 이루어진다. 상기 발전부(132)는 인접하는 전기그리드(G)에 전기를 선택적으로 공급한다. 상기 터보터빈과 상기 발전부의 사이에는 상기 터보터빈에서 생성된 회전동력을 상기 발전부로 전달시키는 기어박스(133)가 설치된다.
상기 동력터빈장치(130)와 상기 열교환장치(120)의 사이에는 작동유체공급라인(150)이 설치된다. 상기 작동유체공급라인(150)은 일단이 상기 열교환장치(120)와 연결되고, 타단이 상기 동력터빈장치(130)와 연결되어 상기 열교환장치(120)에서 배출된 작동유체를 상기 동력터빈장치(130)로 이송시킨다.
상기 동력터빈장치(130)의 전측의 작동유체공급라인(150)에는 압력센서(151)가 설치된다. 상기 압력센서(151)는 상기 동력터빈장치(130)로 공급되는 작동유체의 압력을 측정하여 제어부(180)로 송신한다.
상기 동력터빈장치(130)를 통과한 작동유체는 작동유체회수라인(152)을 통하여 응축기(140)로 이송된다.
상기 응축기(140)는 상기 동력터빈장치(130)의 후측에 배치되며, 작동유체회수라인을 통하여 상기 동력터빈장치(130)와 연결된다. 상기 응축기(140)는 상기 동력터빈장치(130)를 통과한 작동유체를 냉각시킨다.
상기 동력터빈장치(130)와 상기 응축기(140) 사이에는 작동유체회수라인(152)이 설치된다. 상기 작동유체회수라인(152)은 일단이 상기 동력터빈장치(130)와 연결되고, 타단이 상기 응축기(140)와 연결되어 상기 동력터빈장치(130)로부터 배출된 작동유체를 상기 응축기(140)로 이송시킨다.
상기 응축기(140) 일측의 작동유체회수라인(152)에는 복열기(190)가 설치된다. 상기 복열기(190)는 상기 작동유체회수라인(152)을 통하여 이송되는 작동유체와 상기 펌프(110)로부터 공급되는 작동유체를 상호 열교환시켜 상기 작동유체회수라인(152)을 통하여 이송되는 작동유체를 냉각시킨 후 상기 펌프로 공급한다.
그리고, 상기 동력터빈장치(130)의 입구로 유입되는 작동유체공급라인(150)에는 상기 바이패스라인(153)의 일단이 연결된다. 상기 바이패스라인(153)은 일단이 상기 작동유체공급라인(150)에 연결되고, 타단은 상기 작동유체회수라인(152)에 연결되어, 상기 동력터빈장치(130)로 공급되는 작동유체의 일부를 선택적으로 바이패스 시킨다.
상기 작동유체공급라인(150)과 상기 바이패스라인(153)이 접속되는 지점과 상기 동력터빈장치(130) 사이의 작동유체공급라인(150)에는 제1컨트롤밸브(160)가 장착된다. 상기 제1컨트롤밸브(160)는 상기 작동유체공급라인(150)를 통하여 이송되는 작동유체의 유량을 조절하여 상기 동력터빈장치(130)에 공급되는 작동유체의 유량 및 압력을 제어한다.
그리고 상기 바이패스라인(153)에는 상기 바이패스라인(153)을 통하여 이송되는 작동유체의 유량을 제어하는 제2컨트롤밸브(170)가 장착된다.
상기 제1,2컨트롤밸브(160)(170)는 제어부(180)에 의하여 제어된다.
상기 제어부(180)는, 상기 동력터빈장치 상태 및 상기 압력센서(151)의 감지치에 기초하여 상기 제1,2컨트롤밸브(160)(170)를 제어하며, 제1제어부 및 제2제어부로 이루어진다.
상기 제어부(180)는 전기그리드와 동기화 운전 상태에 따라 상기 제1,2컨트롤밸브(160)(170)를 상이하게 제어한다.
상기 전기그리드와 동기화 전 또는 동기화 운전 시, 상기 제1제어부는 상기 동력터빈장치의 터빈회전수에 따라 상기 제1컨트롤밸브(170)를 제어한다. 즉, 상기 제1제어부(170)는 동력터빈장치(130)의 회전속도를 추종하며 정격속도에 도달할 때 까지 유량을 증가시켜 동력터빈장치(130)의 속도를 제어한다.
또한, 상기 제1제어부는 상기 동력터빈장치(130)의 속도가 과속속도에 도달하는 경우 상기 제1컨트롤밸브(160)를 폐쇄하여 동력터빈장치(130)에 유입되는 작동유체를 차단한다.
한편, 전기그리드(G)와 동기화 전 또는 동기화 운전 시, 상기 제2제어부는 상기 압력센서(151)의 감지치에 따라 상기 제2컨트롤밸브(170)를 제어한다. 상기 제2제어부는 상기 압력센서(151)의 감지치, 즉 상기 동력터빈장치의 입구 압력이 상승하면, 상기 제2컨트롤밸브(170)의 개도를 증가시켜 바이패스되는 작동유체의 양을 증가시킨다.
또한, 동력터빈장치(130)의 속도가 과속속도에 도달하는 경우에는, 상기 제2제어부는 상기 제2컨트롤밸브(170)를 완전히 개방하여 동력터빈장치(130)로 유입되는 작동유체를 상기 복열기로 전부 바이패스 시킨다.
상기 전기그리드와 동기화 이후 운전 시에는, 상기 제1제어부는 상기 압력센서(151)의 감지치에 따라 상기 제1컨트롤 밸브(160)를 제어한다. 즉, 동기화가 성공적으로 수행되어 전력이 전기그리드에 정상적으로 송출되면 상기 제1제어부는 상기 동력터빈장치(130)의 회전속도에 기초하여 제1컨트롤밸브(160)를 제어하는 모드에서 상기 압력센서(151)가 측정하는 동력터빈장치(130)의 입구압력에 기초하여 제1컨트롤밸브(160)를 제어하는 모드로 변환된다. 이러한 양 모드의 변환은, 본실시예에서는 상기 제1제어부에서 자동으로 실행되는 것으로 설명되었으나, 사용자가 스위치조작으로 수동으로 변환하는 것도 물론 가능하다.
상기 전기그리드(G))와 동기화 이후 운전 시, 상기 제1제어부는 상기 압력센서(151)가 측정하는 동력터빈장치(130)의 입구압력이 정상범위의 하한에 이르렀을 때 상기 제1컨트롤밸브(160)의 개도를 증가시켜 상기 동력터빈장치(130)에 공급되는 작동유체의 유량을 증가시킴으로써 상기 동력터빈장치(130)의 입구압력을 증가시킨다.
한편, 상기 제2제어부는 상기 압력센서(151)가 측정하는 동력터빈장치(130)의 입구압력이 정상범위의 상한에 이르렀을 때 상기 제2컨트롤밸브(170)의 개도를 증가시켜 바이패스유로를 통하여 바이패스되는 작동유체의 양을 증가시킴으로써 상기 동력터빈장치(130)의 입구압력을 감소시킨다.
본 실시예와 같이 외부 열원이 폐열을 활용하여 얻어지는 경우, 열원이 갑작기 변동하는 경우 동력터빈장치의 안정적인 운전에 악영향을 미칠 수 있으므로, 보다 안정적인 발전플랜트의 운전을 위하여 본 실시예의 제1,2컨트롤밸브(160)(170)는 각각 다른 압력값을 추종하는 것이다.
갑자기 외부열원이 감소하는 경우, 동력터빈장치(130)의 입구압력은 급격하게 감소하게 된다. 상기 동력터빈장치(130)의 입구압력이 정상범위의 하한에 도달하는 경우 상기 제1제어부는 상기 제1컨트롤밸브(160)의 개도를 증가시켜 상기 동력터빈장치(130)의 입구압력이 정상범위의 하한보다 높게 유지되도록 한다. 즉, 갑작스럽게 상기 동력터빈장치(130)의 입구압력이 낮아지는 경우, 상기 제1제어부는 상기 제1컨트롤밸브(160)의 개도를 증가시켜 급격한 압력강하를 막는다. 본 실시예에서 상기 제1제어부는 동력터빈장치(130)의 입구압력이 정상범위의 하한에 도달하는 경우에 제1컨트롤밸브(160)의 개도를 증가시키는 것으로 설명되었으나, 동력터빈장치의 정상범위의 하한보다 약간 큰 수치를 기준으로 하여 상기 제1제어부가 상기 제1컨트롤밸브를 제어할 수 있음은 물론이다.
한편, 갑작스럽게 외부열원이 증가하는 경우, 동력터빈장치(130)의 입구압력은 급격하게 증가하게 된다. 상기 동력터빈장치(130)의 입구압력이 정상범위의 상한에 도달하는 경우 상기 제2제어부는 제2컨트롤밸브(170)의 개도를 증가시켜 상기 동력터빈장치(130)의 입구압력이 정상범위의 상한보다 낮게 유지되도록 한다. 본 실시예에서 상기 제2제어부는 동력터빈장치(130)의 입구압력이 정상범위의 상한에 도달하는 경우에 제2컨트롤밸브(170)의 개도를 증가시키는 것으로 설명되었으나, 상기 동력터빈장치(130)의 정상범위의 상한보다 약간 작은 수치를 기준으로 하여 상기 제2제어부가 상기 제2컨트롤밸브(170)를 제어할 수 있음은 물론이다.
상기 발전플랜트(100)을 셧다운(shut-down) 하는 경우, 셧 다운 명령이 내려지면, 상기 제1제어부는 상기 제1컨트롤밸브(160)의 개도를 완전폐쇄시킨다. 이 때 상기 제2제어부는 상기 압력센서(151)가 측정하는 동력터빈장치(130)의 입구압력을 참고로 하여 상기 제2컨트롤밸브(170)의 개도를 점차적으로 증가시킨다.
외부의 긴급 상황에 의한 비상 셧다운 상황이 발생하면, 상기 제1제어부는 제1컨트롤밸브(160)의 개도를 완전폐쇄시키고, 상기 제2제어부는 상기 제2컨트롤 밸브(170)의 개도를 완전 개방하여 동력터빈장치의 파손을 방지한다.
본 발명의 제1실시예에서, 상기 제어부가 제1,2제어부를 포함하고, 상기 제1,2제어부가 상기 제1,2컨트롤밸브(160)(170)를 각각 제어하는 것으로 설명되었으나, 하나의 제어부를 이용하여 상기 제1,2컨트롤 밸브(160)(170)를 제어하는 것도 또한 가능하다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 발전플랜트를 도시한 개념도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 발전플랜트는, 펌프(2110), 열교환장치(2120), 동력터빈장치(2130), 응축기(2140), 작동유체공급라인(2150), 압력센서(2151), 작동유체회수라인(2152), 상기 동력터빈장치로 공급되는 작동유체의 일부를 바이패스 시키는 바이패스라인, 작동유체의 유량을 조절하는 제1,2컨트롤밸브(2160)(2170) 및 컨트롤밸브를 제어하는 제어부(2180)로 이루어진다.
본 발명의 제2실시예에 따른 발전플랜트는, 상술한 본 발명의 제1실시예에 따른 발전플랜트의 열교환장치 관련 구성을 변형한 것이다.
본 발명의 제2실시예에 따른 발전플랜트의 구성 중 상술한 제1실시예와 동일한 구성에 대한 설명은 생략하기로 하며, 제1실시예와 상이한 구성인 열교환장치(2120)와 관련된 구성에 대하여 설명하기로 한다.
상기 열교환장치(2120)는, 제1열교환기(2121), 제2열교환기(2122), 제2이송라인(2155) 및 제3이송라인(2156)을 포함한다.
상기 제2열교환기(2122)는 상기 펌프(2110)로부터 공급되는 작동유체의 일부를 외부열원과 열교환하여 가열한다. 상기 제2열교환기(2122)에서 가열된 작동유체는 상기 제2이송라인(2155)을 통하여 상기 제1열교환기(2121)로 이송된다.
상기 제1열교환기(2121)는 상기 제2열교환기(2122)의 일측에 배치되어, 상기 제2열교환기(2122)를 통과한 외부열원(고온의 배기가스)을 이용하여 내부를 통과하는 작동유체를 가열시킨다.
상기 제2이송라인(2155)은 일단이 상기 제1열교환기(2121)와 연결되고, 타단이 제2열교환기(2122)와 연결되어 상기 제2열교환기(2122)를 통과한 작동유체가 상기 제1열교환기(2121)로 이송되도록 한다.
상기 펌프(2110)에서 토출된 작동유체 중 일부는 상기 제2열교환기(2122)로 직접공급되고, 나머지는 복열기(2190)를 경유하여 상기 제2이송라인(2155)으로 이송된 후, 상기 제2열교환기(2122)를 통과한 작동유체와 혼합되어 상기 제1열교환기(2121)로 이송된다.
상기 제3이송라인(2156)은, 일단이 상기 펌프(2110)와 연결되고, 타단이 상기 제2이송라인(2155)과 연결되어 상기 펌프(2110)에서 토출된 작동유체의 일부를 상기 복열기(2190)에서 승온시킨 후 상기 제2이송라인(2155)으로 이송시킨다.
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 발전플랜트를 도시한 개념도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 발전플랜트는, 펌프(3110), 열교환장치(3120), 동력터빈장치(3130), 응축기(3140), 작동유체공급라인(3150), 압력센서(3151), 작동유체회수라인(3152), 상기 동력터빈장치(3130)로 공급되는 작동유체의 일부를 바이패스 시키는 바이패스라인(3153), 작동유체의 유량을 조절하는 제1,2컨트롤밸브(3160)(3170) 및 컨트롤밸브를 제어하는 제어부(3180)로 이루어진다.
본 발명의 제3실시예에 따른 발전플랜트의 구성 중 상술한 제2실시예와 동일한 구성에 대한 설명은 생략하기로 하며, 제2실시예와 상이한 구성에 대하여 설명하기로 한다.
본 발명의 제3실시예에 따른 발전플랜트는 캐스케이드 사이클을 활용한 것으로, 제4이송라인(3157), 제2복열기(3191) 및 보조터빈(3193) 등의 관련 구성을 포함한다.
상기 제4이송라인(3157)은 일단이 상기 제2이송라인(3155)과 연결되고, 타단이 복열기(3190) 후측의 작동유체회수라인(3152)과 연결된다. 그리고 상기 제4이송라인(3157)에는 제2복열기(3191) 및 보조터빈(3193)이 설치된다.
상기 제2복열기(3191)는 상기 제4이송라인(3157)을 통과하는 작동유체와 상기 작동유체회수라인(3152)을 통하여 이송되는 작동유체를 열교환시켜, 상기 제4이송라인(3157)을 통과하는 작동유체를 승온시키고, 상기 작동유체회수라인(3152)을 통하여 이송되는 작동유체는 냉각시킨다.
상기 보조터빈(3193)은, 상기 제2복열기(3191)를 경유하여 상기 제4이송라인(3157)으로 이송된 작동유체를 이용하여 동력을 발생시킨다.
도 5는 본 발명의 제4실시예에 따른 발전플랜트를 도시한 개념도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제4실시예에 따른 발전플랜트는, 펌프(4110), 열교환장치(4120), 동력터빈장치(4130), 응축기(4140), 작동유체공급라인(4150), 압력센서(4151), 작동유체회수라인(4152), 상기 동력터빈장치(4130)로 공급되는 작동유체의 일부를 바이패스 시키는 바이패스라인(4153), 작동유체의 유량을 조절하는 제1,2컨트롤밸브(4160)(4170) 및 컨트롤밸브를 제어하는 제어부(4180)로 이루어진다.
본 발명의 제4실시예에 따른 발전플랜트의 구성 중 상술한 제3실시예와 동일한 구성에 대한 설명은 생략하기로 하며, 제3실시예와 상이한 구성에 대하여 설명하기로 한다.
본 발명의 제4실시예에 따른 발전플랜트는 캐스케이드 사이클을 활용한 것으로, 제4이송라인(4157), 제2복열기(4191), 보조펌프(4195) 및 제5이송라인(4158) 등의 관련 구성을 포함한다.
상기 제4이송라인(4157)은 일단이 상기 제2이송라인(4155)과 연결되고, 타단이 복열기(4190) 후측의 작동유체회수라인(4152)과 연결된다. 그리고 상기 제4이송라인(4157)에는 제2복열기(4191) 및 보조펌프(4195)가 설치된다.
상기 제2복열기(4191)는 상기 제4이송라인(4157)을 통과하는 작동유체와 상기 작동유체회수라인(4152)을 통하여 이송되는 작동유체를 열교환시켜, 상기 제4이송라인(4157)을 통과하는 작동유체를 승온시키고, 상기 작동유체회수라인(4152)을 통하여 이송되는 작동유체는 냉각시킨다.
상기 보조펌프(4195)는, 상기 제2이송라인(4155)에서 분기되어 공급된 작동유체를 가압하여 상기 작동유체회수라인(4152)으로 이송시킨다.
한편, 상기 제2이송라인(4155)에는 제3열교환기(4123)가 설치된다. 상기 제3열교환기(4123)는 상기 제1열교환기(4121)와 상기 제2열교환기(4122) 사이에 배치되며, 상기 제2이송라인(4155)을 통하여 이송되는 작동유체를 외부열원과 열교환시켜 가열시킨다.
상기 제5이송라인(4158)은 상기 제2복열기(4191) 후측에서 제4이송라인(4157)을 통과하는 작동유체의 일부를 상기 제2이송라인(4155)으로 이송시킨다. 상기 제5이송라인(4158)의 일단은 상기 제3열교환기(4123) 후측의 제2이송라인(4155)과 연결되고, 타단은 상기 제4이송라인(4157)과 연결된다.
도 6은, 본 발명의 제5실시예에 따른 발전플랜트를 도시한 개념도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 제5실시예에 따른 발전플랜트는, 펌프(5110), 열교환장치(5120), 동력터빈장치(5130), 응축기(5140), 작동유체공급라인(5150), 압력센서(5151), 작동유체회수라인(5152), 상기 동력터빈장치(5130)로 공급되는 작동유체의 일부를 바이패스 시키는 바이패스라인(5153), 작동유체의 유량을 조절하는 제1,2컨트롤밸브(5160)(5170) 및 컨트롤밸브를 제어하는 제어부(5180)로 이루어진다.
본 발명의 제5실시예에 따른 발전플랜트는, 심플 복열 사이클(simple recuperation cycle)을 이용한 것으로, 열매체를 이용하여 외부로 열을 공급할 수 있는 특징을 가진다.
본 발명의 제5실시예에 따른 발전플랜트의 구성 중 상술한 제1실시예와 동일한 구성에 대한 설명은 생략하기로 하며, 제1실시예와 상이한 구성인 제1,2열교환기에 대하여 설명하기로 한다.
상기 제1열교환기(5121)는 상기 펌프로부터 토출된 후, 상기 복열기(5190)를 통하여 이송되는 작동유체를 외부열원과 열교환하여 가열시킨다.
상기 복열기(5190)는 상기 펌프(5110)로부터 이송된 작동유체와 동력터빈장치(5130)로부터 배출된 작동유체를 열교환시켜, 상기 펌프(5110)로부터 이송된 작동유체를 승온시킨 후, 상기 제1열교환기(5121)로 공급한다.
상기 제2열교환기(5122)는 상기 제2열교환기(5122)의 일측에 이격되어 배치되며, 내부에 열매체를 유동하는 유로가 형성되어, 상기 열매체를 외부열원을 이용하여 가열시킨다. 가열된 상기 열매체는 외부로 공급되어 외부시스템에 열에너지를 공급할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100 : 발전플랜트 110 : 펌프
120 : 열교환장치 130 : 동력터빈장치
140 : 응축기 150 : 작동유체공급라인
160 : 제1컨트롤밸브 170 : 제2컨트롤밸브
180 : 제어부 190 : 복열기

Claims (21)

  1. 작동유체를 압축시키는 펌프;
    상기 펌프로부터 공급된 작동유체를 외부 열원과 열교환시키는 열교환장치;
    상기 열교환장치를 통하여 가열된 작동유체를 이용하여 회전력을 발생시키고 이를 이용하여 전기를 생성하여 인접한 전기그리드로 공급하는 동력터빈장치;
    상기 동력터빈장치로부터 배출된 작동유체를 냉각시키는 응축기;
    일단이 상기 열교환장치와 연결되고, 타단이 상기 동력터빈장치와 연결되어 상기 열교환장치에서 배출된 작동유체를 상기 동력터빈장치로 이송시키는 작동유체공급라인;
    상기 작동유체라인에 설치되어 상기 동력터빈장치로 공급되는 작동유체의 압력을 측정하는 압력센서;
    일단이 상기 동력터빈장치와 연결되고, 타단이 상기 응축기와 연결되어 상기 동력터빈장치로부터 배출된 작동유체를 상기 응축기로 이송시키는 작동유체회수라인;
    일단이 상기 작동유체공급라인과 연결되고, 타단이 상기 작동유체회수라인과 연결되어 상기 작동유체공급라인의 작동유체 일부를 상기 작동유체회수라인으로 이송시키는 바이패스라인;
    상기 작동유체공급라인에 설치되어, 상기 작동유체공급라인을 통하여 유동하는 작동유체의 유량을 제어하는 제1컨트롤밸브;
    상기 바이패스라인에 설치되어, 상기 바이패스라인을 통하여 유동하는 작동유체의 유량을 제어하는 제2컨트롤밸브; 및
    상기 동력터빈장치 상태 및 상기 압력센서의 감지치에 따라 상기 제1컨트롤밸브 및 제2컨트롤밸브를 제어하는 제어부를 포함하는 발전플랜트.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 전기그리드와 동기화 운전 시 상기 동력터빈장치의 터빈회전수에 따라 상기 제1컨트롤밸브를 제어하는 제1제어부와,
    상기 압력센서의 감지치에 따라 상기 제2컨트롤밸브를 제어하는 제2제어부를 포함하는 발전플랜트
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1제어부는, 상기 전기그리드와 동기화 이후 운전 시, 상기 압력센서의 감지치에 따라 상기 제1컨트롤 밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 발전플랜트
  4. 청구항 3에 있어서,
    동기화 이후 운전시, 상기 제1제어부는 상기 압력센서의 감지치가 정상범위의 하한에 이르렀을 때 제1컨트롤밸브의 개도를 증가시키고,
    상기 제2제어부는 상기 압력센서의 감지치가 정상범위의 상한에 이르렀을 때 상기 제2컨트롤밸브의 개도를 증가시키는 것을 특징으로 하는 발전플랜트.
  5. 청구항 3에 있어서,
    셧다운(shut-down) 운전 시, 상기 제1제어부는 상기 제1컨트롤밸브의 개도를 폐쇄하고, 상기 제2제어부는 상기 제2컨트롤밸브의 개도를 증가시키는 것을 특징으로 하는 발전플랜트.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 작동유체회수라인에 설치되며, 상기 작동유체회수라인을 통하여 이송되는 작동유체와 상기 펌프로부터 공급된 작동유체를 열교환시켜 상기 작동유체회수라인을 통하여 이송되는 작동유체를 냉각시키는 복열기를 더 포함하는 발전플랜트.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 열교환장치는, 상기 펌프로부터 공급되는 작동유체를 외부열원과 열교환하여 가열시키는 제1열교환기와,
    상기 펌프로부터 공급되는 작동유체 중 상기 복열기를 통하여 이송되는 작동유체를 외부열원과 열교환하여 가열시키는 제2열교환기를 포함하는 발전플랜트.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 외부열원은 고온의 배기가스이며, 상기 제1열교환기와 상기 제2열교환기는 서로 이격되어 순차적으로 배치되어, 상기 배기가스가 상기 제1열교환기와 상기 제2열교환기를 순차적으로 통과하며 작동유체와 열교환하는 것을 특징으로 하는 발전플랜트.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 펌프는, 상기 응축기로부터 이송되는 작동유체를 가압하여 이송시키는 원심형 펌프와, 상기 원심형펌프의 회전축과 동축 연결되며 상기 제2열교환기로부터 공급된 작동가스를 이용하여 회전동력을 발생시켜 상기 회전축을 회전시키는 터보터빈을 포함하는 발전플랜트.
  10. 청구항 9에 있어서,
    일단이 상기 터보터빈의 배출구와 연결되고, 타단이 상기 작동유체회수라인과 연결되어, 상기 터보터빈에서 배출된 작동유체를 상기 작동유체회수라인으로 공급하는 제1이송라인을 더 포함하는 발전플랜트.
  11. 청구항 6에 있어서,
    상기 열교환장치는, 상기 펌프로부터 공급되는 작동유체 중 상기 복열기를 통하여 이송되는 작동유체를 외부열원과 열교환하여 가열시키는 제1열교환기와,
    상기 펌프로부터 공급되는 작동유체를 외부열원과 열교환하여 가열시키는 제2열교환기와,
    일단이 상기 제1열교환기와 연결되고, 타단이 제2열교환기와 연결되어 상기 제2열교환기를 통과한 작동유체가 상기 제1열교환기로 이송되도록 하는 제2이송라인 및,
    일단이 상기 펌프와 연결되고, 타단이 상기 제2이송라인과 연결되며, 상기 펌프에서 토출된 작동유체를 상기 복열기를 경유하여 상기 제2이송라인으로 공급하는 제3이송라인을 포함하는 발전플랜트.
  12. 청구항 11에 있어서,
    일단이 상기 제2이송라인과 연결되고, 타단이 상기 복열기 후단의 작동유체회수라인과 연결되는 제4이송라인과,
    상기 제4이송라인에 설치되어, 상기 제4이송라인을 통하여 이송되는 작동유체와 상기 작동유체회수라인을 통하여 이송되는 작동유체를 열교환시키는 제2복열기 및
    상기 제4이송라인에 설치되어 상기 제4이송라인을 통하여 이송되는 작동유체를 이용하여 동력을 발생시키는 보조터빈을 더 포함하는 발전플랜트.
  13. 청구항 11에 있어서,
    일단이 상기 제2이송라인과 연결되고, 타단이 상기 복열기 후단의 작동유체회수라인과 연결되는 제4이송라인과,
    상기 제4이송라인에 설치되어, 상기 제4이송라인을 통하여 이송되는 작동유체와 상기 작동유체회수라인을 통하여 이송되는 작동유체를 열교환시키는 제2복열기 및
    상기 제4이송라인에 설치되어 상기 제4이송라인을 통하여 이송되는 작동유체를 가압하여 이송시키는 보조펌프를 더 포함하는 발전플랜트.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 제2이송라인에 설치되어, 상기 제2이송라인을 통하여 이송되는 작동유체를 외부열원과 열교환시켜 가열시키는 제3열교환기를 더 포함하는 발전플랜트
  15. 청구항 14에 있어서,
    일단이 상기 제3열교환기 후측의 제2이송라인과 연결되고, 타단이 상기 제4이송라인과 연결되는 제5이송라인을 더 포함하는 발전플랜트.
  16. 청구항 6에 있어서,
    상기 펌프로부터 토출된 후, 상기 복열기를 통하여 이송되는 작동유체를 외부열원과 열교환하여 가열시키는 제1열교환기와,
    상기 제1열교환기의 일측에 배치되어, 상기 제1열교환기를 통과한 외부열원을 이용하여 열매체를 가열시키는 제2열교환기를 포함하는 발전플랜트.
  17. 청구항 11 내지 청구항 16 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 작동유체는 초임계이산화탄소인 것을 특징으로 하는 발전플랜트.
  18. 청구항 11 내지 청구항 16 중 어느 하나의 발전플랜트의 제어방법에 있어서,
    상기 전기그리드와 동기화 운전 전 또는 동기화 운전 시, 상기 동력터빈장치의 터빈회전수에 따라 상기 제1컨트롤밸브를 제어하여 작동유체의 상기 동력터빈장치에 공급되는 작동유체의 유량을 조절하는 발전플랜트의 제어방법.
  19. 청구항 11 내지 청구항 16 중 어느 하나의 발전플랜트의 제어방법에 있어서,
    상기 전기그리드와 동기화 이후 운전 시, 상기 압력센서의 감지치에 따라 상기 제1컨트롤 밸브를 제어하여 작동유체의 상기 동력터빈장치에 공급되는 작동유체의 유량을 조절하는 발전플랜트의 제어방법.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 전기그리드와 동기화 이후 운전시, 상기 압력센서의 감지치가 정상범위의 하한에 이르렀을 때 제1컨트롤밸브의 개도를 감소시키고, 상기 압력센서의 감지치가 정상범위의 상한에 이르렀을 때 상기 제2컨트롤밸브의 개도를 증가시키는 발전플랜트의 제어방법.
  21. 청구항 11 내지 청구항 16 중 어느 하나의 발전플랜트의 제어방법에 있어서,
    셧다운(shut-down) 운전 시, 상기 제1제어부는 상기 제1컨트롤밸브의 개도를 폐쇄하고, 상기 제2제어부는 상기 제2컨트롤밸브의 개도를 증가시키는 발전플랜트의 제어방법.
KR1020170101038A 2017-08-09 2017-08-09 발전 플랜트 및 그 제어방법 KR20190016734A (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170101038A KR20190016734A (ko) 2017-08-09 2017-08-09 발전 플랜트 및 그 제어방법
US16/013,941 US10648370B2 (en) 2017-08-09 2018-06-21 Power plant and method of controlling same
CN201810686075.8A CN109386324B (zh) 2017-08-09 2018-06-28 发电设备及其控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170101038A KR20190016734A (ko) 2017-08-09 2017-08-09 발전 플랜트 및 그 제어방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20190016734A true KR20190016734A (ko) 2019-02-19

Family

ID=65274952

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170101038A KR20190016734A (ko) 2017-08-09 2017-08-09 발전 플랜트 및 그 제어방법

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10648370B2 (ko)
KR (1) KR20190016734A (ko)
CN (1) CN109386324B (ko)

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3971211A (en) * 1974-04-02 1976-07-27 Mcdonnell Douglas Corporation Thermodynamic cycles with supercritical CO2 cycle topping
CN101638998B (zh) * 2009-09-07 2012-12-26 上海电力学院 一种前置火电机组双压吸热回热循环热力***
US8613195B2 (en) * 2009-09-17 2013-12-24 Echogen Power Systems, Llc Heat engine and heat to electricity systems and methods with working fluid mass management control
JP5460663B2 (ja) 2011-09-07 2014-04-02 株式会社神戸製鋼所 発電装置
US9638065B2 (en) * 2013-01-28 2017-05-02 Echogen Power Systems, Llc Methods for reducing wear on components of a heat engine system at startup
CA2899163C (en) * 2013-01-28 2021-08-10 Echogen Power Systems, L.L.C. Process for controlling a power turbine throttle valve during a supercritical carbon dioxide rankine cycle
KR20160028999A (ko) * 2013-03-04 2016-03-14 에코진 파워 시스템스, 엘엘씨 큰 네트 파워 초임계 이산화탄소 회로를 구비한 열 엔진 시스템
JP2015050778A (ja) 2013-08-29 2015-03-16 ヤンマー株式会社 発電装置の運転方法
US9874112B2 (en) 2013-09-05 2018-01-23 Echogen Power Systems, Llc Heat engine system having a selectively configurable working fluid circuit
JP6264128B2 (ja) * 2014-03-20 2018-01-24 三菱日立パワーシステムズ株式会社 コンバインドサイクルプラント、その制御方法、及びその制御装置
CN103925021B (zh) * 2014-04-15 2016-02-17 上海平安高压调节阀门有限公司 高低压旁路***
JP6198673B2 (ja) * 2014-05-15 2017-09-20 株式会社神戸製鋼所 熱エネルギー回収装置および制御方法
CN106285800A (zh) * 2016-09-20 2017-01-04 上海理工大学 一种低温余热朗肯循环动力***和发电***

Also Published As

Publication number Publication date
CN109386324B (zh) 2022-01-18
US10648370B2 (en) 2020-05-12
US20190048746A1 (en) 2019-02-14
CN109386324A (zh) 2019-02-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6877323B2 (en) Microturbine exhaust heat augmentation system
US20140102098A1 (en) Bypass and throttle valves for a supercritical working fluid circuit
US20110259007A1 (en) Concentrated solar power gas turbine and concentrated-solar-power-gas turbine power generation equipment
US10767513B2 (en) Thermal electric power generator
US10526923B2 (en) Combined cycle plant, control method of same, and control device of same
EP1293655A1 (en) Gas turbine, driving method thereof and gas turbine combined electric power generation plant
JP2012167571A (ja) 一軸型複合サイクル発電プラントおよびその運転方法
EP2980383A1 (en) Solar/air turbine generator system
WO1997049903A1 (en) Single shaft combined cycle plant and method for operating the same
EP3306043B1 (en) Combined cycle plant, device for controlling said plant and method for starting up said plant
KR20190057918A (ko) 작동유체 발전플랜트 및 그 제어방법
EP2623751B1 (en) Method and apparatus to control part-load performance of a turbine
US20100192572A1 (en) Closed-cycle plant
JP2023160930A (ja) ガスタービンおよびその制御方法並びにコンバインドサイクルプラント
US9540961B2 (en) Heat sources for thermal cycles
KR20190016734A (ko) 발전 플랜트 및 그 제어방법
US20150121871A1 (en) Forced cooling in steam turbine plants
US11927116B2 (en) Methods and systems for starting and stopping a closed-cycle turbomachine
US20220275755A1 (en) Gas turbine comprising thermal energy store, method for operating same, and method for modifying same
JPS5847105A (ja) コンバインドプラントの起動装置
KR20170094580A (ko) 폐열 회수 발전 시스템
JPH03908A (ja) コンバインドサイクルプラントの起動方法
JPH04246244A (ja) 加圧流動床コンバインドプラントとその部分負荷運転制御方法及びその制御装置
CN221169750U (zh) 废热空气综合利用***
RU2494312C1 (ru) Агрегатированная горелка

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment