고압으로 수송되는 천연가스를 수요처에 공급하는 정압기지에서는 강제로 감압하여 보내준다. 이 때, 버려지는 압력에너지를 회수하는 방법으로 터보팽창기를 이용한 전력생산이 가능하며, 터보팽창기는 정압과 전력생산의 두 가지 기능을 동시에 수행하게 된다. 터보팽창기에서 생산되는 전력의 양은 유동전후의 엔탈피 차이며, 경제성에 영향을 미치는 주요인자로는 설비비, 전력생산량, 예열량, 전력가격, 가스가격의 5가지이다. 입구와 출구의 압력과 온도 조건이 고정되므로, 전력생산량은 결국 유량에 좌우된다. 따라서, 천연가스 수요의 계절별 수급변화 패턴에 따른 터보팽창기 적정용량을 결정하는 것이 경제성확보의 핵심기술이다. 유동량변화가 심한 경우의 전력생산량 산정법의 algorithm을 제시하였으며 이를 사용한 case study를 수행하였다.
고압으로 수송되는 천연가스를 수요처에 공급하는 정압기지에서는 강제로 감압하여 보내준다. 이 때, 버려지는 압력에너지를 회수하는 방법으로 터보팽창기를 이용한 전력생산이 가능하며, 터보팽창기는 정압과 전력생산의 두 가지 기능을 동시에 수행하게 된다. 터보팽창기에서 생산되는 전력의 양은 유동전후의 엔탈피 차이며, 경제성에 영향을 미치는 주요인자로는 설비비, 전력생산량, 예열량, 전력가격, 가스가격의 5가지이다. 입구와 출구의 압력과 온도 조건이 고정되므로, 전력생산량은 결국 유량에 좌우된다. 따라서, 천연가스 수요의 계절별 수급변화 패턴에 따른 터보팽창기 적정용량을 결정하는 것이 경제성확보의 핵심기술이다. 유동량변화가 심한 경우의 전력생산량 산정법의 algorithm을 제시하였으며 이를 사용한 case study를 수행하였다.
Natural gas through pipeline is supplied to consumers after its pressure gets down compulsorily. The waste pressure energy of this process can be restored by use of turbo expander which can produce electricity. So, turbo expander conducts two functions - pressure reduction and power generation. The ...
Natural gas through pipeline is supplied to consumers after its pressure gets down compulsorily. The waste pressure energy of this process can be restored by use of turbo expander which can produce electricity. So, turbo expander conducts two functions - pressure reduction and power generation. The power amount is the enthalpy difference between the inlet and outlet states. The five main factors which affect economic profit are facility price, produced power amount, pre-heating amount, electricity cost, and fuel gas cost. Power generation depends mainly on flow amount because inlet and outlet states are fixed. A methodology to estimate economy in irregular flow pattern is proposed and using this way, a case study was carried out.
Natural gas through pipeline is supplied to consumers after its pressure gets down compulsorily. The waste pressure energy of this process can be restored by use of turbo expander which can produce electricity. So, turbo expander conducts two functions - pressure reduction and power generation. The power amount is the enthalpy difference between the inlet and outlet states. The five main factors which affect economic profit are facility price, produced power amount, pre-heating amount, electricity cost, and fuel gas cost. Power generation depends mainly on flow amount because inlet and outlet states are fixed. A methodology to estimate economy in irregular flow pattern is proposed and using this way, a case study was carried out.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
상기 3가지 조건을 다 만족하는 공급관리소는 흔치 않다. 본 논문에서는 조건 2와 조건 3을 만족하는 Fig. 6의 공급패턴을 보여주는 어느 사례를 대상으로 하여 경제성 평가를 수행하였다.
이에 따라 가스공사에서는 배관망 공급계통에서 터보팽창기를 이용한 전력생산의 가능성에 대하여 타당성연구[1]를 수행하였고, 그 결과의 일부를 본 논문에서 발표하고자 한다. 시간별 유동량변화가 심한 수급유량패턴에서 전력생산량을 계산하는 algorithm을 제시하고, 사례분석을 통하여 폐압이용 전력생산의 규모와 경제성을 고찰하고자 한다.
이에 따라 가스공사에서는 배관망 공급계통에서 터보팽창기를 이용한 전력생산의 가능성에 대하여 타당성연구[1]를 수행하였고, 그 결과의 일부를 본 논문에서 발표하고자 한다. 시간별 유동량변화가 심한 수급유량패턴에서 전력생산량을 계산하는 algorithm을 제시하고, 사례분석을 통하여 폐압이용 전력생산의 규모와 경제성을 고찰하고자 한다.
가설 설정
유량패턴이 일정할 것 2. 유량이 많을것 3. 설치공간의 조건이 좋을 것 등이다. 조건 1과 조건 2는 전력생산량을 많이 확보하기 위한 것이고, 조건 3은 여유 있는 설치공간 확보를 위한 현장 입지여건을 고려하는 것이다.
터보팽창기 전력생산에 있어서 설치 운영하기에 좋은 site를 찾는 것이 중요한 관건인데, 전력생산의 호조건은 1. 유량패턴이 일정할 것 2. 유량이 많을것 3. 설치공간의 조건이 좋을 것 등이다.
6 의 연간 전력생산량, 연간 예열량은 Table 1을 이용하고, 설비가격은 터보팽창기 제작사로부터의 견적가를 사용하였다. 또한, 설비 가동기간은 20년으로 가정하였는데, 이는 현재 폐압발전에 가동되고 있는 터보팽창기의 역사가 20년을 조금 넘었으므로 설정된 최소의 값으로 실지 가동기간은 30년 이상으로 잡아도 무방하다. 한편 운전유지보수비는 거의 들지 않으므로 타 금액에 비하여 무시할 수 있으며, 할인율은 9.
제안 방법
80원 / kWh el (전력거래소 계통한계 2007년 평균가격)을 적용하였다. 또한 예열 시 들어가는 천연가스의 비용은 총 필요 예열량 38,694 MWh th을 천연가스의 발열량으로 나눈 값에 가스단가를 곱하여 계산하였다.
천연가스 정압기지에서 강제로 감압됨으로써 버려지는 압력에너지를 터보팽창기를 이용하여 전력으로 회수하는 공정을 소개하였다.
이론/모형
투자안 가치평가에는 크게 현금흐름 할인법, 회수기간법과 회계적 이익률법등이 있는 데, 현금흐름 할인법은 자금의 시간가치를 고려한 방법으로 보통 많이 사용되는 방법이다.[6] 본 분석에서는 현금흐름 할인법의 순현재가치법 (NPV, net present value)과 내부수익율법 (IRR, internal rate of return)을 사용하였다. 순현재가치 및 내부수익율을 구하는 식은 다음과 같다.
성능/효과
유량변화가 심하게 보여지는 일반적 경우에 대한 전력생산량 산정법이 제시 되었으며, 여기에는 운전 영역범위, 시간구간의 분할적산과 탈정격운전의 터보팽창기 효율 개념이 적용되었다. 개발된 algorithm을 사용하여 case study를 수행하였고, 이 case는 경제성이 충분함을 보여주었다.
더욱이 전력가격, 천연가스 가격의 각각의 변화에 따른 순현재가치와 내부수익율에 대하여 민감도 분석을 수행한 결과 전력가격에 훨씬 민감함을 보여주었다. 2010년 SMP 평균단가는 1 kWh el 당 115원 정도이며 점차 가격현실화를 위한 상승추세이다.
이상을 정리하면 가스의 감압과정은 천연가스 saturation line 외부의 super heated 영역에서 이루어지며, 정압기 유동은 등엔탈피과정이고 (점A-점B), 터보팽창기 유동은 등엔트로피과정 (점A-점C)이다. 터보 팽창기 실제유동에서는 비가역성이 고려되어 점C에서 약간 벗어난 지점인 점D에 이르는 과정이 되며 효율개념 η가 도입된다.
후속연구
또한 가스소비가 더욱 증대함으로 유량이 증가함으로써 전력회수는 더욱 많아질 것이므로, 본 case study 의 경우는 향후 더 큰 경제성을 보여주게 될 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
가스공사는 어떤 기업인가?
가스공사는 액화천연가스(LNG)를 LNG 인수기지에서 초저온으로 저장하였다가 배관망을 통하여 기체상태의 NG로 수요자에게 공급하는 공기업으로써, 안전하고도 안정적인 운영에 만전을 기하고 있는데, 더불어 환경 및 녹색사업에도 여러 가지로 노력하고 있다. LNG를 기화하여 전국 주배관망에 공급할 시, 장거리 수송이 가능하도록 고압인 70 bar에서 송출시킨다.
천연가스 공급에 있어 경제성확보의 핵심기술은 무엇인가?
입구와 출구의 압력과 온도 조건이 고정되므로, 전력생산량은 결국 유량에 좌우된다. 따라서, 천연가스 수요의 계절별 수급변화 패턴에 따른 터보팽창기 적정용량을 결정하는 것이 경제성확보의 핵심기술이다. 유동량변화가 심한 경우의 전력생산량 산정법의 algorithm을 제시하였으며 이를 사용한 case study를 수행하였다.
버려지는 압력에너지를 회수하거나 재생하려면 어떻게 해야하는가?
이러한 폐압 에너지를 활용할 수 있다면, 미활용 에너지의 효율적 회수, 또는 재생에너지로의 환원이라는 측면에서 매우 바람직하다. 그런데, 버려지는 폐압 에너지는 정압기 대신 터보 팽창기 (turbo-expander)를 사용함으로써 회수나 재생이 가능하다.
참고문헌 (6)
한국가스공사, "정압기지 압력강하를 이용한 터빈팽창기 전력생산시스템 구축의 타당성연구", (2008)
Frank Davis, et al., Full Load, Full Speed Test of Turbo Expander - Compressor with Active Magnetic Bearings, Proceedings of 35 th turbomachinery Symposium, 2006
Turboexpander - Generators for Natural Gas Appplications, GE Energy Oil & Gas (2008)
Low Carbon Technology for a Cleaner World, CryoStar (2007)
G.J. Wylen and R.E. Sonntag, "Fundamentals of Classical Thermodynamics", Mcgraw-Hill (1976)
W. F. Stoecker, "Design of Thermal Systems", 3rd ed., McGraw-Hill (1989)
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.