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한국형 표준화력 발전소는 1990년대 건설한 500MW급 초임계압(SC) 발전소로서 국내에 20기가 건설되어 발전설비의 약 10%를 차지한다 이 후 국내기술로 효율을 개선한 500MW 급 초초임계압(USC) 발전소(신 표준화력) 10기를 건설하였고 국내 발전설비 용량의 약 5%를 차지하고 있다.
안정적 전력공급과 계통 주파수 유지를 위해 발전소는 상시 출력제어를 해야 하는데 이는 증기량을 조절하여 이루어진다. 이 과정에 손실을 최소화 하고자 대형 ...

한국형 표준화력 발전소는 1990년대 건설한 500MW급 초임계압(SC) 발전소로서 국내에 20기가 건설되어 발전설비의 약 10%를 차지한다 이 후 국내기술로 효율을 개선한 500MW 급 초초임계압(USC) 발전소(신 표준화력) 10기를 건설하였고 국내 발전설비 용량의 약 5%를 차지하고 있다.
안정적 전력공급과 계통 주파수 유지를 위해 발전소는 상시 출력제어를 해야 하는데 이는 증기량을 조절하여 이루어진다. 이 과정에 손실을 최소화 하고자 대형 증기 터빈은 부분분사 방식을 적용하고 있는데 운전방법에는 1,2번 밸브를 먼저 열고 3,4번을 순차적으로 전개하는 3 Admission 과 1,2,3번을 먼저 열고 4번을 여는 2 Admission 이 있다. 한국형 표준화력은 3 Admission 방식을 적용하였고, 신 표준화력에는 2 Admission이 적용되었으나 2가지 전개방식이 발전효율에 미치는 영향에 대해서 알려진 바가 없다. 표준화력은 동일기종으로 대수가 많아 운전효율 개선 시 에너지 절감 효과가 크기 때문에 2가지 운전 방식에 대해 검토할 필요가 있다.

대상범위는 표준화력의 주된 운전구간인 450MW 이상의 고 부하 정압운전 구간이며 터빈 주증기 제어밸브 전개 방식에 따른 고압터빈효율 비교하기 위해 밸브 교축손실과 고압터빈에서 제어밸브 조절에 의한 효율변화가 가장 큰 1단 효율을 검토하였다.
연구방법은 터빈밸브에서 고압터빈 1단 까지 모델링을 하고 450MW～VWO 에 해당하는 증기 질량유량 및 밸브개도 등 실제 운전 정보를 취득하여 CFX 로 유동해석을 하였다.
모델 및 해석 검증을 위해 VWO 상태에서 Nozzle Box Bowl 및 1단 노즐 출구 압력을 각각 설계 자료와 비교 후 각 Case 별 해석을 진행하였다.
해석 모델은 발전출력 10MW 간격으로 2 & 3 Admission을 구분하여 총 23개의 Case를 해석하여 결과를 분석하였다

교축손실 분석결과 Admission 방식에 따른 차이는 크지 않았고 4번 제어 밸브의 위치에 따른 교축손실의 변화가 크게 나타났다.
고압터빈 1단 효율은 480～500MW 구간에서 3 Admission이 약 1～3%p 높고, 500～530MW 구간에서는 2 Admission이 약 2～5%p 가량 높게 나타났으며 나머지 구간은 유사하다.
Admission 방식과 무관하게 4번 밸브 열림량과 교축손실, 1단 효율과의 상관관계를 검토한 결과 열림량이 약 4mm 일 때 교축에 의한 온도저하 및 1단 터빈 효율저하가 가장 크고 그 이상에서는 감소하였다. 따라서 주요 운전구간에서 밸브 열림량이 최소 6mm 이상이 되는 제어밸브 전개선도 또는 로직 구성을 할 경우 운전 효율개선 효과가 기대된다.
마지막으로 설비 노후에 의한 유량 및 압력감소로 출력이 저하될 때 밸브를 더 개방하여 출력을 유지할 수 있도록 교축여유를 터빈 제어밸브 설계 시 반영되는 것으로 알려져 있다. 하지만 교축여유가 클 경우 주요운전 구간에서 교축과 1단 터빈효율 저하로 인한 손실이 커질 수 있어 제어밸브 용량 설계 시 합리적인 교축여유가 반영되어야 한다.

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