발전소 운전모드의 이해_Power Plant Operating Mode

우리나라의 경우 특히 4계절이 뚜렷하고 온도차도 크기 때문에 발전소를 운전하는 데 있어 여러 가지 운전 모드가 필요하게 됩니다. 또한 복합화력발전소나 열병합발전소의 경우 터빈 한 개를 이용하여 발전소를 운영하거나 전기만을 생산하는 것이 아닌 두 가지 아상의 터빈을 이용하여 전기를 생산하고 전기뿐만 아니라 지역난방에 공급되는 열도 생산하기 때문에 운전 모드의 이해를 필수 적입니다.

발전소 운전 모드

• ModeⅠ : Max DH Heater Supply Operation

Mode I은 말 그대로 최대 지역난방을 공급하는 운전 모드입니다. 이것은 이론적으로 가능한 모든 에너지를 지역난방으로 열을 공급하는 모드이기 때문에 발전소마다 Mode I운전에 필요한 기기나 구성이 다릅니다. 일반적으로 Mode I 운전이라고 하면 steam turbine이 고장 나지 않고 운전할 수 있는 최소한의 steam을 제외하고는 모드 DH heater로 열을 공급해주는 경우를 말하며, DH heater와 더불어 peak DH heater가 있는 경우도 있습니다. ST를 최소한으로 운전하기 위해서는 HP와 IP turbine으로 공급되는 steam을 모두 peak DH heater로 공급하여 열을 생산하고 LP turbine으로 공급되는 steam 또한 최소한으로 유지하고 모두 DH heater로 열을 공급해야 합니다. 이 경우 HP+IP turbine와 LP turbine의 회전수는 다르게 되기 때문에 IP turbine와 LP turbine 사이에는 clutch가 필수적으로 필요합니다. 일반적인 운전 중에 Clutch가 있다면 ST의 효율을 잡아먹는 요소가 되기 때문에 운영사에서는 의도적으로 Clutch를 선호하지 않는 경우도 있습니다. 이럴 경우 이론적인 Mode I운전은 불가능하게 됩니다. DH로 공급되는 열생산을 최우선으로 하는 운전 모드이기 때문에 전기 생산보다는 온수의 수요가 급증하는 겨울철에 많이 운전하는 모드입니다.

• Mode Ⅱ : Simple Cycle Operation (Not applicable)

말 그대로 Mode II는 GT와 ST를 동시에 운전하는 Combine cycle이 아닌 simple cycle로 GT만 운전하는 경우를 말합니다. ST는 GT가 없다면 steam을 생산할 수 없기 때문에 가스복합화력에서는 ST만 단독운전은 불가능합니다. GT만 단독 운전하려면 GT에서 생산된 배기가스를 HRSG로 보내지 않고 Bypass stack을 통해 대기 중으로 배출해야 합니다. 이때 배출규제치를 맞추기 위해 bypass stack에는 HRSG의 SCR과 같은 NOx 저감설비가 구비되어 있어야 합니다. 이러한 운전은 배출규제가 상대적으로 적은 해외 프로젝트에서 많이 사용합니다. 전기와 열의 수요가 적다면 굳이 GT와 ST를 모두 운전할 필요가 없기 때문에 Mode II운전으로 연료를 아끼는 것입니다.

• Mode Ⅲ : Full Condensing Operation

Mode III는 단순히 전기만을 생산하기 위해 운전하는 모드입니다. DH로 공급되는 모든 열을 차단하고 전기를 생산을 위해서만 모든 에너지를 사용하는 모드로서 열의 수요는 없고 전기의 수요가 높은 여름철에 가장 많이 운전되는 모드입니다. 모든 복합화력발전소나 열병합발전소에서 가장 많이 운전되는 모드이며, 모든 발전소에서 운전 가능한 모드입니다.  

• Mode Ⅳ : Steam Turbine Bypass Operation

Mode IV는 ST에 steam을 공급하지 않고 생산된 steam을 condenser로 버려버리는 운전 모드입니다. 이러한 운전 모드는 발전소를 기동 하거나 중단할 때 거쳐가는 모드로서 기준시간 이상 발전소를 정지했다가 운전할 경우 ST는 예열이 필요하기 때문에 ST 본체가 원하는 온도만큼 예열될 때까지 Mode IV운전을 하게 됩니다.

• Mode Ⅴ : Partial Condensing Operation (부분 응축)

Mode III에 이어 가장 많이 사용되는 운전 모드로서 전기와 열을 동시에 생산하는 운전 모드입니다. Mode I은 열을 최대로 생산하지만 Mode V는 열과 전기의 생산을 일정 비율로 조절할 수 있습니다. 100이라는 에너지는 필요에 따라 80은 전기, 20은 열을 생산할 수도 있고 20은 전기, 80은 열을 생산할 수도 있습니다. 열수요가 적은 여름철을 제외하고 봄, 가을, 겨울철에 가장 많이 운전되는 모드입니다.

 

Bypass stack이 없다면 발전소는 Mode IV로 기동하여 Mode III로 운전되고 Mode V를 거쳐야지만 Mode I 운전이 가능해집니다. 이처럼 운영사가 원하는 운전 모드에 따라 갖춰야 하는 기계의 구성품이 달라지며, 기계의 구성품에 따라 불가능한 운전 모드가 존재하게 됩니다. 예를 들어 Mode I운전을 하려면 반듯이 Clutch가 있어야 하고 Peak DH heater를 고려해야 하며, Bypass stack을 설치해야 한다면 Mode II 운전이 가능하도록 구성해야 합니다.