열병합발전소 열생산량 예측을 통한 효율적인 축열조 축 · 방열 운영 방안 = Study on Efficient Thermal Storage Charging and Discharging Operation Method through Heat Production Prediction of Combined Heat and Power Generation(CHP) Plants

국문 초록 (Abstract)

본 연구의 목적은 분산에너지 활성화 정책에 따라 최근 주목받고 있는 열병합발전(CHP) 설비를 대상으로, A 지역의 실제 운영 데이터를 활용하여 현장 적용이 가능한 결과를 제시하고, 이를 통해 실제 시스템의 성능을 검증하는 데 있다.
특히 본 논문은 열병합발전소의 핵심 설비 중 하나인 축열조의 운전 효율화에 초점을 두고 있으며, 기존의 단순한 압력·온도 기반 제어 방식에서 벗어나 일일 적정 보유열량을 예측하고, 최적의 축열 및 방열 주기를 제어하는 새로운 운전 방법을 제안하였다.
또한, 축열조 내부 압력이 온도 변화 및 다양한 운전 요인에 따라 변동함으로써 발생하는 열손실 문제를 최소화하여, 열소비량 감소와 종합 운전비용 절감을 동시에 달성할 수 있음을 확인하였다. 본 연구에서 제시한 방법은 이러한 열손실 저감을 통해 설비 효율 향상뿐 아니라 경제적 측면에서도 높은 실용적 가치를 가진다.
실제 적용 결과, 연간 약 475 Gcal의 열생산량 절감이 가능하였으며, 이는 천연가스 사용량 감소로 이어져 수억 원 규모의 비용 절감 효과를 기대할 수 있다. 또한 제한된 방법은 에너지 효율 향상과 함께 탄소 배출 저감에도 기여할 수 있어 환경적 측면에서도 의미가 크다.
결론적으로, 본 연구는 축열조 제어기술의 새로운 방향을 제시함으로써 열병합발전소의 효율적 운영과 비용 절감에 기여할 수 있는 높은 잠재력을 가지며, 향후 관련 분야 연구자와 산업계에서 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

□ 핵심주제어 : 열병합발전(CHP), 축열조, 난방도일, 일일적정보유열량

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The purpose of this study is to present results applicable to field implementation by utilizing actual operational data from region A for a combined heat and power (CHP) system, which has recently attracted attention in accordance with distributed energy activation policies, and to verify the performance of the actual system through this analysis.
In particular, this study focuses on improving the operational efficiency of the Accumulator, which is one of the key components of a combined heat and power (CHP) plant, and proposes a new operation method that predicts the appropriate daily stored heat and controls the optimal charging and discharging cycles, departing from the conventional pressure- and temperature-based control methods.
Furthermore, by minimizing heat loss caused by pressure fluctuations inside the storage tank—resulting from temperature changes and various operating conditions—the proposed method effectively reduces thermal consumption and overall operating costs. This improvement not only enhances system efficiency but also demonstrates significant economic feasibility.
The field application results show that approximately 475 Gcal of heat production can be reduced annually, leading to decreased natural gas consumption and cost savings of several hundred million KRW. In addition, the proposed method contributes to higher energy efficiency and lower carbon emissions, indicating substantial environmental benefits.
In conclusion, this study proposes a new direction for Accumulator control technology that has great potential to improve the operational efficiency and cost-effectiveness of CHP plants. It is expected that the findings of this research will be beneficial for both academic researchers and industrial practitioners in related fields.


□ keywords : Combined heat and power Generation(CHP), Accumulator, Heating Degree Days, HDD Daily Heat Retention Capacity,

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서 론 1
• 1. 연구의 배경 1
• 2. 연구의 필요성 3
• Ⅱ. 열병합발전시스템의 개요 및 운전특성 분석 4
• 1. 열병합발전시스템 4
• 1) 열병합발전 개념 4
• 2) 열병합발전 장단점 6
• (1) 장점 6
• (2) 단점 7
• 2. 열병합발전소 분류 8
• 1) 열병합발전소 구성 8
• (1) 일축형 방식 8
• (2) 다축형 방식 10
• 2) 일축형과 다축형의 운용상 특성 비교 11
• 3. 열병합발전소 운전 방식 13
• 1) 열부하 추종 운전방식 14
• (1) 모드 Ⅰ (Normal Operation Mode) 14
• (2) 모드 Ⅳ (Steam Turbine By-pass Operation Mode) 15
• (3) 모드 Ⅴ (Steam Turbine Coordination Operation Mode) 15
• 2) 전기부하 추종 운전방식 16
• (1) 모드 Ⅱ (Simple Cycle Operation Mode) 16
• (2) 모드 Ⅲ (Condensing Mode) 16
• 4. A지역 열병합발전소의 주요 설비 특성 17
• 1) 가스터빈 17
• 2) 증기터빈 18
• 3) 축열조 18
• Ⅲ. 기존 A지역 열병합발전소 축열조 운전 모델 19
• 1. 기존의 축열조 운전 방식 19
• 1) 열병합발전(CHP) 운전 및 축열조 축열 19
• 2) 축열조 단독 운전 20
• 3) 축열조 및 첨두부하보일러(PLB) 운전 20
• 2. 2023년 A지역 월별 난방도일에 따른 열병합발전(CHP) 운전 분석 20
• 1) 외기온도와 난방도일 분석 20
• 2) A지역 열병합발전(CHP) 열생산량과 난방도일 분석 21
• 3) 수용가 열사용량과 난방도일 분석 22
• 4) A지역 열병합발전소 축열조 축열량과 난방도일 분석 23
• Ⅳ. 효율적인 열병합발전(CHP)을 위한 축열조 운전 모델 제안 25
• 1. 제안된 열생산량 예측 방법 25
• 1) 지역난방 사용자 분류 25
• 2) 연도별 동절기 평균 부하율 선정 25
• 3) 2024년 1월 열소비량 예측 26
• 4) 열손실량 추정 27
• 5) 2024년도 1월 열생산량 예측 28
• 2. 예측 기반의 축열조 축방열 운전 방법 28
• 1) 열생산량 예측을 통한 축열조 축방열 운전 28
• 2) 제안된 모델을 이용한 운전 모의결과 29
• Ⅴ. 제안된 운전 모델 적용시 효과 분석 34
• 1. 열생산량 절감 효과 분석 34
• 2. 비용절감 효과 분석 34
• Ⅵ. 결론 36
• 참고문헌