열 에너지 그리드 연계운전의 운전 거동 특성 분석을 위한 방법론에 관한 연구
A Study for the Methodology of Analyzing the Operation Behavior of Thermal Energy Grids with Connecting Operation
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초록
본 연구에서는 스마트 열 그리드의 운영 특성 분석을 위한 기초적인 방법론과 해당 방법론에 근거한 열 그리드 연계운전 분석 시뮬레이션 프로그램에 대해 소개하고자 하며, 특히 기존의 광역 열에너지네트워크에 해당하는 집단에너지 시스템 인근에 소규모 열 그리드가 신규로 연계되어 운전될 경우에 대한 각 시스템별 운영특성 및 주요 운전 변수에 대한 상호 영향에 대해 면밀히 살펴볼 수 있는 시뮬레이션 방법론에 대해 고찰해보고자 한다. 본 연구에서 열 그리드 간 연계운전에 따른 기존의 규모가 큰 열 그리드에 대한 영향은 해당 그리드의 연간 시각별 운영 실적 데이터를 바탕으로 한 경험적 상관관계식을 도출하여 간략히 모델링하고자 하였으며, 신규 그리드에 설치, 운영되는 열원 설비들에 대한 운전 특성은 실제제품의 운전부하별 운전효율 자료에 대한 DB를 구축, 사용함으로서 시뮬레이션 분석 결과의 신뢰도를 제고하고자 하였다. 또한 본 시뮬레이션 프로그램에서는 해당 수요처의 에너지부하 예측에 있어 건물 유형별로 연간, 시각별로 실측한 데이터를 기반으로 수립된 단위 에너지부하 모델을 이용, 예측함으로써 운전시뮬레이션을 통한 최적화 분석 결과의 신뢰성을 확보하고자 하였다. 본 연구에서 기 제안된 방법론 및 이에 근거한 시뮬레이션 분석 결과로부터 그리드 상호간 열 거래에 기반한 복수의 열 그리드 운전 특성 분석 방법의 효용성을 확인할 수 있었으며, 향후 수요자 및 열 에너지 공급자간 다양한 정보의 공유를 근간으로 하는 IT 기반 스마트 열 그리드 최적화 분석으로의 확장을 위한 기초 자료를 확보할 수 있었다.
Abstract
A simulation methodology and corresponding program based on it is to be discussed for analyzing the effects of the networking operation of existing DHC system in connection with CHP system on-site. The practical simulation for arbitrary areas with various building compositions is carried out for the analysis of operational features in both systems, and the various aspects of thermal energy grids with connecting operation are highlighted through the detailed assessment of predicted results. The intrinsic operational features of CHP prime movers, gas engine, gas turbine etc., are effectively implemented by realizing the performance data, i.e. actual operation efficiency in the full and part loads range. For the sake of simplicity, a simple mathematical correlation model is proposed for simulating various aspects of change effectively on the existing DHC system side due to the connecting operation, instead of performing cycle simulations separately. The empirical correlations are developed using the hourly based annual operation data for a branch of the Korean District Heating Corporation (KDHC) and are implicit in relation between main operation parameters such as fuel consumption by use, heat and power production. In the simulation, a variety of system configurations are able to be considered according to any combination of the probable CHP prime-movers, absorption or turbo type cooling chillers of every kind and capacity. From the analysis of the thermal network operation simulations, it is found that the newly proposed methodology of mathematical correlation for modelling of the existing DHC system functions effectively in reflecting the operational variations due to thermal energy grids with connecting operation. The effects of intrinsic features of CHP prime-movers, e.g. the different ratio of heat and power production, various combinations of different types of chillers (i.e. absorption and turbo types) on the overall system operation are discussed in detail with the consideration of operation schemes and corresponding simulation algorithms.
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