부하 추종 발전소

Load-following power plant

중가 또는 중가의 전기를 생산하는 것으로 여겨지는 부하 추종 발전소는 하루 [1]종일 전력 수요가 변동함에 따라 출력을 조절하는 발전소를 말한다.부하 추종 발전소는 일반적으로 효율, 시동 및 정지 속도, 건설 비용, 전기 비용 및 용량 요소에서 기본 부하와 피크 발전소 사이에 있다.

베이스 로드 및 피크 발전소

베이스 로드 발전소는 최대 [citation needed]출력으로 가동되는 경향이 있는 디스패치 가능한 발전소입니다.일반적으로 유지관리 또는 수리를 수행하거나 그리드 [2]제약으로 인해 전원을 차단하거나 줄입니다.이러한 방식으로 운영되는 발전소는 주로 석탄, 연료유, 원자력, 지열, 하천 수력 발전, 바이오매스 및 복합 순환 천연 가스 [citation needed]발전소를 포함한다.

피크 발전소는 수요가 가장 많은 시간에만 가동됩니다.에어컨이 널리 보급된 국가에서는 수요가 오후 한낮에 최고조에 달하기 때문에 일반적인 피크 발전소는 이 시점보다 몇 시간 전에 가동되어 몇 시간 [citation needed]후에 정지될 수 있습니다.그러나 피크 발전소의 가동 시간은 깨어 있는 시간의 상당 부분부터 연간 몇 십 시간까지 다양하다.피크 발전소는 수력 발전소와 가스터빈 발전소를 포함한다.많은 가스터빈 발전소는 천연가스, 연료유 및/또는 디젤로 연료를 공급할 수 있어 운영 선택의 유연성을 높일 수 있습니다. 예를 들어, 대부분의 가스터빈 발전소는 주로 천연가스를 연소하며, 연료유 및/또는 디젤의 공급은 [citation needed]가스 공급이 중단될 경우에 대비하여 수중에 유지되기도 합니다.다른 가스 터빈은 단 하나의 연료만 태울 수 있다.

부하 추종 발전소

이와는 대조적으로 부하 추종 발전소는 보통 낮과 초저녁에 가동되며 전력 공급 수요 변화에 따라 직접 가동된다.그들은 전력 수요가 가장 적은 밤과 이른 아침에 생산을 중단하거나 크게 줄인다.정확한 운영 시간은 수많은 요인에 따라 달라집니다.특정 발전소에서 가장 중요한 요소 중 하나는 얼마나 효율적으로 연료를 전기로 변환할 수 있는가이다.생산되는 킬로와트 시간당 가동 비용이 거의 항상 가장 적게 드는 가장 효율적인 발전소가 먼저 온라인 상태가 된다.수요가 증가함에 따라 다음으로 효율적인 플랜트가 가동됩니다.해당 지역의 전기 그리드의 상태, 특히 얼마나 많은 기본 부하 생성 용량을 보유하고 있는지와 수요의 변동도 매우 중요합니다.운영상의 변동성에 대한 또 다른 요인은 수요가 야간과 주간에만 변동하는 것이 아니라는 것입니다.시간과 요일에도 상당한 차이가 있습니다.수요의 변동이 큰 지역은 수요가 가장 적은 시간에만 기본 부하 발전소가 필요한 용량과 동일한 용량만을 커버할 수 있기 때문에 발전소 용량에 따라 또는 최대 부하를 많이 필요로 한다.

부하 추종 발전소는 수력 발전소, 디젤 및 가스 엔진 발전소, 복합 사이클 가스터빈 발전소 및 천연 가스 또는 중유로 작동하는 증기 터빈 발전소가 될 수 있지만, 중유 발전소는 에너지 혼합의 매우 작은 부분을 차지한다.천연 가스로 작동하는 가스터빈의 비교적 효율적인 모델도 상당한 부하 추종 플랜트를 만들 수 있습니다.

가스터빈 발전소

가스터빈 발전소는 전력 수준 조정 측면에서 가장 유연하지만, 운영 비용이 가장 많이 드는 발전소 중 하나입니다.따라서, 이들은 일반적으로 최대 전력 수요 시 또는 터빈 배기열을 프로세스 또는 공간 난방을 위한 추가 전력 및 열에너지를 생성하기 위해 경제적으로 사용할 수 있는 복합 사이클 또는 열병합 발전소의 "피킹" 장치로 사용됩니다.

디젤 및 가스 엔진 발전소

디젤 및 가스 엔진 발전소는 전체적인 유연성이 높기 때문에 대기 전력 생산에 기본 부하를 사용할 수 있습니다.이러한 발전소는 그리드 수요를 충족시키기 위해 신속하게 가동될 수 있다.이러한 엔진은 다양한 연료로 효율적으로 작동할 수 있어 유연성을 더합니다.

일부 애플리케이션은 기본 부하 발전, 풍력 디젤, 부하 추종, 열병합 발전 및 트리거링입니다.

수력 발전소

수력 발전소는 기본 부하, 부하 추종 또는 피크 발전소로 작동할 수 있습니다.몇 분 안에, 경우에 따라서는 몇 초 안에 시작할 수 있습니다.많은 발전소가 지속적으로 [citation needed]최대 용량에 근접하여 가동할 수 있는 충분한 물을 가지고 있지 않기 때문에 발전소의 운영 방법은 급수 공급에 크게 의존한다.

수력 발전 댐이나 관련 저수지가 존재하는 경우, 이러한 저수지는 종종 백업될 수 있으며, 피크 시간을 위해 수력 공급을 예약할 수 있다.이것은 생태학적, 기계적 스트레스를 유발하기 때문에, 이전보다 오늘날 덜 실천된다.수력 발전에 사용되는 호수와 인공 저수지는 모든 크기로 제공되며, 하루 공급량(일요일 피크 변동) 또는 1년 공급량(계절 피크 변동 허용)에 충분한 물을 저장한다.연간 하천 유량보다 적은 저수지를 갖춘 발전소는 계절에 따라 운전 스타일을 변경할 수 있다.예를 들어, 발전소는 건기에는 피크 플랜트로, 우기에는 베이스 부하 플랜트로, 그리고 계절 간에는 부하 추종 플랜트로 작동할 수 있다.대규모 저장소가 있는 발전소는 난방 또는 냉방 [citation needed]성수기에 최대 용량으로 가동되는 등 우기와 건기에 독립적으로 가동될 수 있다.

그리드를 공급하는 전기 발생과 전기 그리드의 소비 또는 부하가 균형을 이루면 교류 주파수는 정상 속도(50 또는 60Hz)가 됩니다.수력발전소는 그리드 주파수가 불규칙한 전력망에서 추가 수익을 창출하기 위해 이용할 수 있다.그리드 주파수가 정상 이상일 경우(예: 인도 그리드 주파수가 한달/일[3] 중 대부분의 기간 동안 정격 50Hz를 초과), 추가 부하(예: 농업용 물 펌프)를 그리드에 추가하여 사용 가능한 추가 전력을 소비할 수 있으며, 이 새로운 에너지 소비량은 명목 가격 또는 무가격으로 이용할 수 있다.그러나 그리드 주파수가 정상 이하로 떨어지면 그 가격에서 지속적인 공급이 보장되지 않을 수 있으며, 이는 더 높은 [citation needed][clarification needed]가격을 요구할 것이다.

정상보다 낮은 주파수 하강을 방지하기 위해 사용 가능한 수력발전소는 무부하/공칭 부하 운전 상태로 유지되며, 그리드 주파수에 따라 부하가 자동으로 상승 또는 하강한다(즉,주파수가 50Hz 이상일 경우 무부하 조건에서 작동하며 그리드 주파수가 50Hz 미만일 경우 최대 부하까지 전력을 생성합니다.)따라서 전력회사는 지속시간의 50% 미만인 수력 장치를 부하함으로써 그리드에서 2배 이상의 에너지를 끌어낼 수 있으며, 가용 물의 효과적인 사용은 기존의 피크 부하 [4][clarification needed]작동보다 2배 이상 향상된다.

BPA Daily Peak Load with large Hydro, base load Thermal generation and intermittent Wind power. Hydro is load-following and managing the peaks, with some response from base load thermal.[5]

대규모 수력, 기저부하 열발전 및 간헐적 풍력을 사용하는 일일 피크 부하(본네빌 전력 관리국용)의 예.히드로란 부하가 피크를 추종하고 관리하는 것으로, 베이스 부하 열로부터의 응답도 있습니다.대부분의 경우 BPA가 에너지 순수출국이기 때문에 총생산은 항상 총 BPA 부하보다 큽니다.BPA 부하에는 다른 균형 조정 권한 [6]영역에 대한 스케줄된 에너지는 포함되지 않습니다.

석탄 화력 발전소

대형 석탄 연소 화력발전소는 다양한 범위에 대한 부하 추종/가변 부하 발전소로 사용될 수 있으며, 경탄 연료 발전소는 일반적으로 갈탄 연료 석탄 발전소보다 훨씬 유연하다.부하에 최적화된 석탄 발전소에서 찾을 수 있는 기능 중 일부는 다음과 같다.

  • 슬라이딩 압력 작동:증기발생기의 슬라이드식 압력운전에 의해 명판용량의 75%까지 부분부하 운전시 연비가 크게 저하되지 않고 발전한다.
  • 오버로드 기능:발전소는 일반적으로 명판 정격보다 5~7% 높은 속도로 1년 동안 가동되도록 설계되어 있습니다.
  • 주파수는 가바나 컨트롤을 따릅니다.그리드 주파수 요구에 맞게 부하 생성을 자동으로 변경할 수 있습니다.
  • 일주일에 5일 동안 매일 2교대 운영:이러한 발전소의 필요한 웜 및 핫 시동은 풀 로드 동작을 실현하는 데 걸리는 시간을 단축하도록 설계되어 있습니다.따라서 이러한 발전소는 엄밀하게는 베이스 부하 발전 장치가 아니다.
  • HP/LP 증기 바이패스 시스템:이 기능을 통해 증기 터보 발생기는 부하를 빠르게 줄일 수 있으며 증기 발생기는 부하 요구 사항에 맞춰 지연을 발생시킬 수증기 발생기는 부하 요구 사항을 조정할 수 있습니다.

원자력 발전소

역사적으로, 원자력 발전소는 설계를 단순하게 유지하기 위한 부하를 수반하지 않고 기준부하 발전소로 건설되었다.최대 출력으로 작동하도록 설계되어 있어 기동이나 셧다운에는 몇 시간이 걸렸고 증기 발생기를 원하는 온도로 가열하는 [2]데에도 시간이 걸렸다.원자력 발전은 또한 반핵 운동가들과 독일 연방 환경부에 의해 융통성이 없는 것으로 묘사되어 왔고, 다른 사람들은 "발전소가 전력망을 [7]막히게 할 수도 있다"고 주장했다.

경수로가 있는 최신 원자력 발전소는 분당 5%의 경사,[7] 최대 140 MW/분 경사로 30-100% 범위의 기동 능력을 갖도록 설계되었다.프랑스와 독일의 원자력 발전소는 부하 추종 모드로 작동하기 때문에 1차 및 2차 주파수 제어에 참여한다.일부 장치는 가변 부하 프로그램을 따르며 하루에 1~2회 큰 전력 변화를 일으킵니다.일부 설계에서는 주파수 [8]조절에 사용할 수 있는 기능인 정격 전력 주변의 전력 레벨을 빠르게 변경할 수 있습니다.보다 효율적인 해결책은 프라이머리 회로를 최대 출력으로 유지하고 여분의 전력을 열병합 [9]발전용으로 사용하는 것입니다.

2000년대 초 현재 가동 중인 대부분의 원자력 발전소는 이미 강력한 부하 추종 능력을 갖추고 설계되었지만 순수하게 경제적인 이유로 사용되지 않았을 수 있다. 원자력 발전소는 거의 전적으로 고정 및 침하 비용으로 구성되므로 전력 출력을 낮추더라도 발전 비용이 크게 절감되지 않는다.따라서 대부분의 경우 [10][11]최대 출력으로 실행하는 것이 더 효과적입니다.베이스라인이 주로 원자력이었던 국가(예: 프랑스)에서는 전체적인 전력 수요가 하루 종일 변동하기 때문에 부하 추종 모드가 경제적이 되었다.

비등수형 원자로

비등수형 원자로(BWR)는 정격 전력의 60%(최대 10%/분)까지 전력 수준을 빠르게 낮추기 위해 재순환 물 흐름 속도를 변경할 수 있어 야간 부하 추종에 유용하다.또한 제어봉 조작을 사용하여 전력을 더욱 줄일 수 있습니다.일부 BWR 설계에는 재순환 펌프가 없으며, 이러한 설계는 부하를 따르기 위해 제어봉 조작에만 의존해야 하며,[12] 이는 덜 이상적일 수 있습니다.일리노이주 시카고와 같은 시장에서는 지역 유틸리티의 절반이 BWR로 되어 있어 로드 팔로잉(load-follow)하는 것이 일반적이다.

가압수형 원자로

가압수형 원자로(PWR)는 감속재/냉각재 내 화학심(일반적으로 붕소), 제어봉 조작 및 터빈 속도 제어(원자로 기술 참조)의 조합을 사용하여 출력 수준을 변경한다.부하 추종에 유의하여 명시적으로 설계되지 않은 PWR의 경우 부하 추종 동작은 BWR에서처럼 일반적이지 않습니다.그러나 현대의 PWR은 일반적으로 광범위한 정규 부하를 처리하도록 설계되었으며, 특히 프랑스와 독일 PWR은 역사적으로 다양한 수준의 향상된 [12]부하를 추적하여 설계되었다.

특히 프랑스는 부하 추종뿐만 아니라 1차 및 2차 주파수 제어가 가능한 PWR과 함께 공격적인 부하 추종 기능을 오랫동안 사용해 왔다.프랑스의 PWR은 화학적 심 제어나 기존 [2]제어봉보다 더 빠르게 전력을 조작하기 위해 "검은색" 제어봉과 달리 중성자 흡수 능력이 낮고 원자로 출력을 미세 조정하는 데 사용되는 소위 "회색" 제어봉을 사용한다.이들 원자로는 정격전력의 30-100% 사이에서 출력을 정기적으로 변화시키고, 부하 후 활동 중 분당 2–5%의 출력을 기동하며, ±2–3%(1차 주파수 제어) 및 ±3–5%(2차 주파수 제어, 모드 X의 N4 원자로의 경우 ≤5%)에서 1차 및 2차 주파수 제어에 참여할 수 있다.정확한 설계 및 작동 모드에 따라 [12]연료 사이클의 매우 늦은 단계에서 저출력 작동 또는 고속 램프링을 처리하는 기능이 부분적으로 제한될 수 있습니다.

가압 중수로

최신 CANDU 설계에는 원자로 출력의 변화를 반드시 수반하지 않는 다른 부하 방법을 허용하는 광범위한 증기 우회 기능이 있다.Bruce Nuclear Generating Station은 CANDU 가압 중수형 원자로로 터빈이 가동되는 동안 응축기로의 증기를 부분적으로 우회하는 능력을 정기적으로 활용하여 단위당 300MW(8기 발전소의 경우 총 2400MW)의 유연한(부하 추종) 운전 능력을 제공한다.증기 바이패스 운전 중에는 원자로 출력이 동일한 수준으로 유지되므로 크세논 중독 및 기동 원자로 [13][14][15]출력과 관련된 기타 우려를 완전히 회피할 수 있다.

태양광 발전소

부하를 추종하는 [16][17]발전소의 선택사항으로 열 저장 장치가 있는 집중형 태양광 발전소가 부상하고 있다.그것들은 [18]부하 수요를 충족시킬 수 있고 하루에 추출된 태양 에너지가 초과로 발견되면 베이스 부하 발전소로 작동할 수 있다.태양열 스토리지와 태양열 PV를 적절히 조합하면 값비싼 배터리 [19][20]저장 없이 부하 변동에 완벽하게 대응할 수 있습니다.

연료전지 발전소

수소 기반 연료 전지 발전소는 비상용 DG 세트나 배터리 저장 시스템과 같은 완벽한 부하 추종 발전소이다.0에서 최대 부하까지 몇 분 안에 실행할 수 있습니다.먼 곳의 산업용 소비자에게 수소를 수송하는 것은 비용이 많이 들기 때문에, 다양한 화학 공장에서 부산물로 생산되는 잉여 수소는 연료 전지 [21]발전소에서 발전하는 데 사용된다.또한 그들은 공기와 수질오염을 일으키지 않는다.실제로 PM2.5 미립자를 추출하여 주변 공기를 정화하며, 음용수 및 산업용 순수를 생성합니다.

태양광 발전 및 풍력 발전소

다음 항목도 참조하십시오.가용성 기준 요금

태양광 발전소와 풍력 발전소와 같은 재생 에너지에서 발생하는 가변 전력을 다양한 저장 수단의 도움을 받아 부하를 추적하거나 그리드 주파수를 안정화하는 데 사용할 수 있다.석탄 화력 베이스라드 플랜트에서 벗어나 풍력이나 태양광 등 간헐적인 에너지원으로 향하는 경향이 있는 국가에서는 수요측 관리 등 스마트 그리드 대책을 충분히 실시하지 않고 있으며, 이러한 공급의 변화에 신속하게 대응하고 있다.적어도 피크 블링 및 부하 이동 메커니즘이 공급과 일치할 정도로 광범위하게 구현될 때까지 전용 피킹 또는 부하 분산 발전소와 그리드 인터타이 사용이 필요할 수 있다.아래 스마트 그리드 대안을 참조하십시오.

2018년 현재, 전기차 배터리를 재사용하지 않고 이를 위해 맞춤형으로 새로 제작될 경우,[22] 미국에서 평균 kWh당 209달러의 비용이 듭니다.그리드 주파수가 원하는 값 또는 정격 값보다 낮은 경우, 생성되는 전력(있는 경우)과 저장된 배터리 전원이 그리드에 공급되어 그리드 주파수를 높입니다.그리드 주파수가 원하는 값 또는 정격 값보다 높을 경우, 생성되는 전력이 공급되거나 여분의 그리드 전력이 에너지 저장을 위해 배터리 장치에 공급됩니다(저렴하게 사용 가능한 경우).그리드 주파수는 발생하는 부하 유형 및 [23]전기 그리드의 발전 플랜트 유형에 따라 정격 값보다 크고 작은 50~100회 변동한다.최근에는 전력망 안정화를 위한 2차 전력을 온라인 [24][25]방적예비용으로 활용하기 위해 배터리 유닛, 태양광 발전소 등의 원가를 대폭 낮추고 있다.

새로운 연구들은 또한 풍력 발전소와 태양열 발전소가 빠른 부하 변화를 따라가는 것을 평가했다.Gevorgian 등의 연구에 따르면, 푸에르토리코와[26] [27]캘리포니아의 대형 전력 시스템과 같은 섬 전력 시스템 모두에서 태양 발전소가 부하를 따라 빠르게 예비할 수 있는 능력을 보여주었다.

태양광 및 풍력 집약형 스마트 그리드

태양열과 풍력 발전의 분산적이고 간헐적인 특성으로 인해 광대한 지역에 신호망을 구축해야 합니다.여기에는 임의로 사용하는 대규모 소비자가 포함되며, 점점 더 적은 사용자가 포함됩니다.이러한 신호 및 통신 기술을 총칭하여 "스마트 그리드"라고 한다.이러한 테크놀로지가 대부분의 그리드 접속 디바이스에 보급되어 있는 경우, 에너지 인터넷이라는 용어가 사용되는 경우가 있습니다.다만, 이것은 사물 인터넷의 한 측면이라고 하는 것이 일반적입니다.

2010년, 미국 FERC 의장 Jon Wellinghof는 부하 추종 전용 발전소보다 스마트 그리드 신호를 강하게 선호한다는 오바마 행정부의 견해를 개략적으로 설명하면서, 다음을 본질적으로 비효율적이라고 설명했다.Scientific American에서 그는 다음과 같은 척도를 열거했다.

  • "냉장고의 성에 제거 사이클을 일정 시간마다 해제...그리드가 신호를 보낼 수도 있고...결국 냉장고가 해동되는 한 소비자라면 신경 쓰지 않을 것입니다. 하지만 궁극적으로 그리드는 더 효율적으로 작동할 수 있습니다.
  • "...냉장고를 사용하지 않았다면 석탄 플랜트나 연소 터빈이 오르내릴 때 그렇게 했을 것입니다. 그렇게 하면 장치가 훨씬 비효율적으로 작동하게 됩니다."

당시 전기 자동차 배터리는 그리드에 통합되기 시작했습니다.웰링호프는 "이 차들은 현재 델라웨어에서 돈을 받고 있다: 차 한 대당 하루에 7달러에서 10달러이다.이들은 충전 시 그리드 상의 규제 서비스를 제어하기 위해 이 차를 사용하는 데 연간 3,000달러 이상을 받고 있습니다."

전기차 배터리(분산 부하 추종 또는 보관)

전용 배터리 저장 비용이 매우 높기 때문에, 차량(스마트 그리드 참조)에서 충전하는 동안과 도로 사용에 충분한 충전을 보유하지 못하게 되면 수명이 다한 고정 그리드 에너지 저장 어레이에서 모두 전기 자동차 배터리를 사용하는 것이 전용 발전소보다 선호하는 부하 방법이 되었다.이러한 고정식 어레이는 진정한 부하 추종 발전소의 역할을 하며, 이러한 배치는 "이런 차량 구매의 경제성을 향상시킬 수 있습니다...자동차 업계에서 수명이 다한 배터리는 원래 용량의 70-80%가 [28]남아 있기 때문에 다른 용도로도 고려해 볼 수 있습니다."이러한 배터리는 주로 백업 역할을 하는 가정용 어레이에서도 종종 용도 변경되므로 그리드 안정화에 훨씬 더 쉽게 참여할 수 있습니다.호주에서는 테슬라 파워월 수요가 대규모 정전 [29]후 30배나 증가하는 등 아무런 효과가 없는 배터리의 수가 급증하고 있습니다.

가정용 및 차량용 배터리는 공급 가능한 경우 항상 즉응적으로 충전됩니다.즉, 스마트 그리드에 모두 참여합니다.고부하(칸토 [citation needed]지역의 자동차 절반에 대해 1개의 일본 추정치가 7GW 이상)는 아날로그 그리드로 관리할 수 없기 때문입니다."조정되지 않은 과금으로 인해 새로운 피크 부하가 생성될 수 있습니다"(ibid).

충전을 관리해야 하기 때문에 부하에 따라 이러한 배터리의 충전을 지연하거나 방전하는 데 필요한 추가 비용은 발생하지 않습니다. 소프트웨어 변경일 뿐이며, 경우에 따라서는 충전이 완료되지 않은 불편함 또는 배터리 마모에 대한 비용(예: 델라웨어에서 "1대당 하루에 7~10달러")이 발생합니다.

2015년 Rocky Mountain Institute는 "에너지 저장소가 도매 전기 시장에 입찰할 수 있다" 또는 다음과 같은 공공 서비스를 포함한 배터리 분산[30] 네트워크의 적용을 열거했다.

RMI는 "현재 대부분의 화력발전소(위의 석탄과 가스 참조)를 제공하는 기술보다 더 안정적이고 저렴한 비용으로 이러한 서비스를 제공할 수 있다"며 "또한 다음과 같이 고객 미터 뒤에 설치된 저장 시스템을 파견하여 유틸리티에 지연 또는 적정 서비스를 제공할 수 있다"고 주장했다.

  • 「송신 및 디스트리뷰션의 업그레이드가 연기됩니다.부하 예측에서 전송 노드 또는 배전 노드가 정격 부하 전달 용량을 초과할 경우 에너지 스토리지에 대한 증분 투자를 통해 노드의 용량을 효과적으로 늘리고 노드 자체의 대규모, 과도하게 구축된 고가의 업그레이드를 방지할 수 있습니다."
  • 「송신 혼잡 해소.하루 중 특정 시간대에 ISO는 폭주 전송로를 사용하기 위해 유틸리티에 요금을 부과합니다.혼잡한 회선의 하류에 있는 에너지 스토리지 시스템을 방전하면 이러한 비용을 피할 수 있습니다."
  • 자원의 적절성.전력회사는 최대 발전 요구사항을 충족하기 위해 연소 터빈을 사용하거나 투자하는 대신 에너지 스토리지와 같은 다른 자산을 이용할 수 있습니다."

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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