효율적인 가스 균형 하이브리드 전력 시스템을 위한 상호보완성 제약 예측 제어

Concepts de base

가스 터빈의 반연속적 운전 영역을 고려하여 예측 제어를 통해 가스 터빈의 연료 효율을 최대화하는 방법을 제안한다.

Résumé

이 논문은 가스 터빈(GT)을 효율적으로 제어하는 방법을 다룬다. GT는 변동성 재생 에너지와 에너지 저장 장치가 포함된 육상/해상 하이브리드 전력 시스템에서 전력 균형을 위해 사용된다. 그러나 GT의 반연속적 운전 영역을 고려하여 예측 제어 문제를 수식화하면 비선형 혼합 정수 최적화 문제가 된다.

이 논문에서는 상호보완성 제약을 이용하여 GT의 반연속적 운전 영역을 연속적으로 근사하는 두 가지 경제적 비선형 모델 예측 제어(ENMPC) 방법을 제안한다. 첫 번째 방법은 GT 효율을 직접 최적화하고, 두 번째 방법은 GT를 최대 부하 또는 완전 정지 상태로만 제한하여 간접적으로 최적화한다.

시뮬레이션 결과, 두 가지 제안 방법 모두 기존 연속 최적화 방법보다 GT 효율과 온실가스 배출 측면에서 우수한 성능을 보였다. 특히 두 번째 방법이 가장 우수한 성능을 나타냈는데, 이는 GT를 부분 부하로 운전하지 않고 최대 부하 또는 정지 상태로 제한함으로써 효율을 극대화할 수 있기 때문이다.

Stats

P gtg(t)는 가스 터빈 발전기의 출력 [W]이다.
ηgtg(t)는 가스 터빈 발전기의 연료 효율 [%]이다.
˙
mCO2(t)는 이산화탄소 배출량 [kg/s]이다.

Citations

없음

Idées clés tirées de

Complementarity-constrained predictive control for efficient gas-balanced hybrid power systems

by Kiet Tuan Ho... à arxiv.org 04-11-2024

https://arxiv.org/pdf/2404.06813.pdf

Questions plus approfondies

가스 터빈의 최소 부하 요구사항을 완화하거나 제거할 수 있는 방법은 무엇일까?

가스 터빈의 최소 부하 요구사항을 완화하거나 제거하기 위한 방법 중 하나는 보조 제어 장치를 도입하는 것입니다. 이러한 제어 장치를 통해 가스 터빈을 부분 부하에서도 효율적으로 운전할 수 있게 됩니다. 또한, 가스 터빈의 운전을 최적화하는 데 도움이 되는 보조 장치를 도입하여 최소 부하 요구사항을 완화할 수도 있습니다. 이를 통해 가스 터빈의 운전 범위를 확장하고 효율적인 운전을 가능하게 할 수 있습니다.

제안된 방법들이 실제 운전 환경에서 어떤 문제점이 발생할 수 있을까?

제안된 방법들 중 하나인 직접적인 효율성 최적화 방법은 가스 터빈을 항상 최대 출력 또는 완전히 중지 상태로 유지하는 것을 요구합니다. 이는 운전의 유연성을 제한할 수 있으며, 가스 터빈을 부분 부하에서 운전할 때 발생하는 효율성 문제를 완전히 해결하지 못할 수 있습니다. 또한, 각 가스 터빈을 최대 출력 또는 완전 중지 상태로 유지하는 것은 운전의 유연성을 제한할 수 있습니다. 이러한 제약은 실제 운전 환경에서 운전자들에게 추가적인 어려움을 줄 수 있습니다.

가스 터빈 외에 다른 발전원(예: 연료전지, 디젤 엔진 등)을 고려하면 어떤 새로운 통찰을 얻을 수 있을까?

가스 터빈 외에 다른 발전원을 고려할 때, 연료전지나 디젤 엔진과 같은 대체 발전원을 도입하면 더 많은 운전 유연성과 효율성을 얻을 수 있습니다. 예를 들어, 연료전지는 더 깨끗한 에너지를 공급하고 가스 터빈과 함께 혼합하여 전력을 안정적으로 공급할 수 있습니다. 또한, 디젤 엔진은 가스 터빈과 비교하여 다양한 운전 조건에서 더 효율적으로 운전할 수 있으며, 전력 공급의 안정성을 향상시킬 수 있습니다. 이러한 다양한 발전원을 고려함으로써 전력 시스템의 안정성과 효율성을 향상시킬 수 있습니다.