효율적인 가스 균형 하이브리드 전력 시스템을 위한 상호보완성 제약 예측 제어

Core Concepts

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

Abstract

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.

Quotes

없음

Key Insights Distilled From

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

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

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

Deeper Inquiries

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.