바이오 가스를 연료로 사용하는 가스터빈 열병합 시스템의 성능 및 경제성 분석 :Performance and economic analysis of gas turbine combined heat and power system using biogas as fuel

강준영

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자료유형: 학위논문

저자정보: 강준영 (인하대학교, 인하대학교 대학원)

지도교수: 김동섭

발행연도: 2014

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이용수4

이 논문의 연구 히스토리 (3)

2014

바이오 가스를 연료로 사용하는 가스터빈 열병합 시스템의 성능 및 경제성 분석

강준영 일반 2014.01 학위논문

2013

바이오 가스 연소 가스터빈 열병합 발전시스템의 발전원가 산정 및 경제성 분석

강준영 , 김동섭 대한기계학회 춘추학술대회 2013.12 학술대회자료

바이오가스와 천연가스를 혼소하는 가스터빈 열병합 시스템의 성능 및 경제성 분석

강준영 , 김동섭 대한기계학회 춘추학술대회 2013.05 학술대회자료

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바이오 가스를 연료로 사용한 5 MW 급 가스 터빈 소형 열병합 발전 시스템(CHP system) 과 복합 화력 발전 시스템 (CC system)의 경제성을 평가 하였다.전력 및 열 공급량은 가스 터빈 열병합 시스템과 복합 화력 시스템의 외기온도의 실제 시간별 및 계절별 변동을 고려하여 상세하게 분석된 성능 데이터를 이용하여 예측되었다. 전체 시설의 초기투자비 및 운영비용과 전기 및 열 가격을 사용하여 연간 수익, 현금 흐름의 순 현재 가치 및 회수 기간 등 의 경제성 지표를 예측하였다. 두 종류의 열 수요 패턴이 열병합 시스템에서 비교되었다. 경제성 분석 결과는 열 판매가 프로젝트에 경제성에 매우 의존적임을 보여준다. 두 가지 열수요 패턴이 적용된 열병합 시스템은 모두 복합화력 시스템과 가스터빈만 사용된 시스템 보다 경제적 우위에 있다. 열병합 시스템은 연간 열수요가 연간 전력 공급량의 30% 이상일 경우 20년 후 총 순현재가치가 복합화력 시스템 보다 경제성이 있다. 또한 가격 및 비용의 상승효과가 시뮬레이션 되었고 이에 따른 프로젝트의 경제성 개선이 예측 되었다. 또한 바이오 가스 및 천연 가스를 혼소할 경우 가스터빈 열병합 발전 시스템의 성능이 예측되었고 경제성 분석이 도출 되었다. 혼소율에 따른 전기 출력, 연료 소비량, 소비전력 등이 도출되었다. 이러한 성능요소를 고려하여 혼소율 변화가 발전원가 및 열원가에 미치는 영향을 조사하였다. 천연 가스를 연소하는 대용량 복합 화력 발전 시스템의 발전원가와 비교하여 경제적인 혼소율의 범위를 얻었다. 열판매에 따른 발전원가 및 열원가의 변화를 예측 하였다. 또한 전력 및 열의 시장 가격을 기반으로 경제적으로 타당한 혼소율의 범위가 예측 되었다.

We evaluated the economic feasibility of small combined heat and power (CHP) and combined cycle (CC) systems using a 5 MW-class gas turbine fuelled with biogas. The electric power and heat supply capacity were estimated using performance data provided by a detailed analysis of the gas turbine CHP and CC systems considering actual hourly and seasonal variations in ambient temperature. Using the investment and running costs of the entire facilities and the prices of electricity and heat, economic indices such as the annual gross margin, the net present value of the cash flow and the payback period were estimated. Two kinds of heat demand patterns were compared in the CHP system. Our economic analysis results showed a strong dependence of the project economics on heat sales. Both of the CHP cases showed an economic benefit over both the CC system and the gas turbine-only system. The CHP system would be more beneficial than the CC system in terms of the total net present value after twenty years as long as the annual heat demand is over thirty percent of the annual electricity supply. The effect of increasing prices and costs were also simulated, and improvements in project economics were estimated. In case of co-firing biogas and natural gas, Performance of a gas turbine cogeneration system is predicted and an economic analysis is carried out. The effect of mixed firing ratio on performance factors such as power output, fuel consumption and power consumption is obtained and its influence on costs of electricity and heat is investigated. Economically feasible mixing ratio range in comparison to the cost of electricity of natural gas fired standard combined cycle power plants is obtained. The variations in costs of electricity and heat depending on heat sales are estimated. Economically feasible mixing ratio range based on the market prices of electricity and heat is estimated.

제 1 장 서론 1
1.1 연구배경 및 동향 1
1.2 연구 목적 및 내용 3
제 2 장 성능 분석 4
2.1 시스템 모델링 4
2.1.1 열병합 시스템 개략도 4
2.1.2 가스터빈 설계 모사 6
2.1.3 가스터빈 탈 설계 모사 8
2.1.4 하부사이클 설계 모사 10
2.1.5 전처리 시스템 설계 모사 12
2.2 시뮬레이션 검증 및 해석 결과 14
2.2.1 시스템 모델링 및 외기온에 따른 시스템 탈설계 해석 결과 검증 14
2.2.2 열병합 시스템과 전력만 생산하는 발전 시스템과 성능 비교 분석 16
2.2.3 바이오 가스와 천연가스를 혼소할 경우 열병합 시스템의 성능 변화 18
제 3 장 바이오 가스를 연소하는 시스템의 경제성 분석 20
3.1 경제성 분석 방법 및 조건 21
3.1.1 수요 및 지역 조건 21
3.1.2 경제성 분석 방법 25
3.1.3 가격 및 비용 데이터 27
3.2 경제성 분석 결과 31
3.2.1 열병합 시스템과 전력만 생산하는 시스템의 경제성 비교 분석 31
3.2.2 가격 및 비용 변화에 따른 열병합 시스템과 전력만 생산 하는 시스템의 경제성 비교분석 35
제 4 장 바이오 가스와 천연가스를 혼소하는 시스템의 경제성 분석 38
4.1 경제성 분석 방법 39
4.2 예측된 발전원가 및 열원가 검증 41
4.3 경제성 분석 결과 43
4.3.1 혼소율 및 열수요 변화에 따른 열병합 시스템의 발전원가 산정 및 대용량 복합 화력 시스템과 비교분석 43
4.3.2 혼소율 변화에 따른 열병합 시스템의 경제성 분석 45
제 5 장 결론 47
참고문헌 49

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