최적 전원구성⁕

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최적 전원구성

전원개발계획의 개요를 설명하고, 원자력발전소, 중유화력발전소, 가스터빈발전소를 이용하여 전원개발계획(Generation Expansion Planning)을 수립하는 방법에 대아여 설명하시오. 단, 정적최적화기법을 사용한다.

전원계획을 할 때 최적전원 구성을 구하기 위하여 사용하는 심사곡선법(Screening Curve method)에 대하여 간단히 설명하시오.

모든 발전기는 각각의 특성에 따라 계통운영상 부하분담 역할이 다르다. 발전기의 부하분담 역할을 3가지로 크게 분류하여 주요 특징 및 구비요건을 간단히 설명하시오.

전원개발의 개요

전력수급 기본계획

전원개발은 미래의 전력수요 증가를 예측하여 안정적, 경제적으로 양질의 전력을 공급하기 위한 것이다. 더불어 친환경적인 전원구성이 크게 대두되면서 신·재생에너지를 적극적으로 전원개발계획에 포함하고 있다.

우리나라에서는 전원개발 계획을 전력수급기본계획을 통해 전원개발 계획을 수립하며 대응하고 있으며, 2013년 2월에 6차 전력수급기본계획(2013년~2027년)을 수립하였다.

전원개발 방향

(1) 신뢰성 있고 안정적인 전력공급
(2) 최적 전원구성(Best Mix) 및 전력설비 구축에 있어서 경제성 확보
(3) 온실가스(CO₂) 감소(2020년 BAU대비 30% 감축) 등 친환경 전원구성

※ BAU(Business As Usual) : 온실가스 배출전망치

기후변화 현상과 관련하여 사용될 경우에는 감축을 위한 인위적인 조치를 취하지 않을 경우 예상되는 온실가스 배출전망치를 의미한다. 즉, 2020년의 BAU란 인위적인 감축 노력을 전혀 하지 않을 경우 현재의 추세로 볼 때 2020년에 배출될 온실가스의 추정치를 의미한다.

※ TOE(Ton Of Equivalent)

국제에너지기구(IEA)에서 정한 단위로 석유환산톤으로, 모든 에너지에 공통적으로 적용될 수 있는 에너지 단위로 석유 1톤을 연소할 때 발생하는 에너지로 석유 1톤의 발열량 10⁷Kcal을 1TOE로 정의한다. → TOE = 연료 발열량[kcal]/[10⁷kcal]

심사곡선법

(Screen Curve Method)

심사곡선법

심사곡선법은 전원개발 계획에 있어서 정태적 접근방법으로 심사곡선은 부하지속곡선과 이용률에 따른 발전기별 연간비용(연간 고정비 및 변동비) 곡선을 작성한 것이며, 발전기별 가장 경제적인 이용률의 범위를 결정한다.

즉, 심사곡선법은 “연간 고정비 및 변동비의 합계가 최소화가 되도록 발전설비를 구성을 결정”하는 최적전원 구성의 방법이다.

하지만 심사곡선법은 예비력을 고려하여 전원구성을 하지 못하는 단점을 지니고 있다.

심사곡선 [예]

심사곡선상 원자력발전과 가스터빈 발전을 비교해 보면 다음과 같다.

(1) 가스터빈 발전

초기설치비가 적게 드는 대신 운전시간이 증가됨에 따라 연료비(기울기) 부분의 증가가 두드러져 보인다. 가스터빈과 같이 연료비 비중이 크더라도 기동/정지시간이 빠르며, 부하 추종성이 좋은, 그리고 설치비가 경제적인 발전방식이 첨두부하 담당에 적합하다고 볼 수 있다. 화력발전과 가스터빈발전 곡선을 비교하여 중간부하의 연 발전시간을 정할 수 있다.

(2) 원자력발전

초기 설치비 및 연경비가 많이 드는 대신 연료비가 차지하는 비중이 상대적으로 매우 적음을 알 수 있다. 원자력 발전과 같이 연료비 비중이 작은 발전방식이 기저부하 담당에 적합하다.

전력계통 운용상 부하분담

기저부하 담당

(1) 매일 매일 일정한 부하에 전력을 공급하는 발전기
(2) 건설비가 다소 증가하더라도 운전에 따르는 통상경비가 작을 것(연료비 저렴)
(3) 전부하 부근에서 효율이 높을 것
(4) 연속운전에 의한 고장이 작을 것
(5) 주로 원자력, 대용량 석탄화력 발전이 담당

중간부하 담당

(1) 1일 중 기동, 정지를 하더라도 한번 기동 후에는 어느 정도 운전을 지속하는 발전기
(2) 매일 기동과 정지가 가능할 것
(3) 기동이 신속하고 정지가 가능할 것
(4) AGC 운전이 가능할 것
(5) 주로 중유, LNG 화력발전이 담당

첨두부하 담당

(1) 매일 매일 발생하는 첨두부하에 전력을 공급하는 발전기
(2) 운전비가 다소 증가하더라도 건설비가 싼쪽이 유리함
(3) 신속한 기동, 정지 및 출력증감이 가능해야 하고 운전시간이 짧으므로 건설비가 저렴해야 한다.
(4) 주로 양수발전, 저수지, 조정지식 수력발전, 가스터빈 발전이 담당

★발전공학
최적 전원구성
수력학의 기본정리
수력발전소의 종류
유량의 변동과 그 표현
낙차(Head)
소수력 발전(Small Hydropower)
수력설비의 구성
비속도
수차의 선정
수차의 종류
캐비테이션(Cavitation)
양수 발전
수력 계산
–문제1
–문제2
–문제3
기력발전의 기본이론
기력발전의 열사이클
기력발전의 효율계산
–문제(X)
기력발전의 열효율 향상대책
–가압유동층연소-복합발전-방식
기력발전소의 구성
보일러의 종류
가스터빈 발전
복합사이클 발전
석탄가스화 복합발전
열병합 발전
기력발전소의 환경대책