특별기고 〈1회>발전플랜트의 성능 관리 시스템(PMS, Performance Monitoring System)
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작성자 최고관리자 댓글 0건 조회 1,040회 작성일 22-01-13 14:24본문
1. PMS의 개요
발전플랜트는 인허가, 설계, 건설, 시운전, 운전뿐 아니라 생애 주기 동안 정비, 유지보수를 하며, 경제성 평가를 통하여 추가 운전 또는 폐기를 결정한다.
발전플랜트 열효율은 발전소 운영비용의 80~85%를 차지하는 연료비에 절대적인 영향을 미친다. 천연가스를 사용하는 541MW 복합화력(발전효율 52.22%)에서 열효율 0.3% 저하될 경우, 연간 연료비가 약 10억 2천만 원(2011년 기준) 상승하여 발전소 경제적 운영을 저해하는 요소로 작용한다.
따라서, 성능관리시스템(Performance Management System : PMS)을 통하여 석탄, 가스, 원자력 등 모든 발전소의 열성능을 실시간으로 측정하여 원가 절감뿐만 아니라 설비의 전체 또는 일부 성능이 저하될 경우, 노후 설비 교체 또는 수명 연장을 위한 종합적인 성능 개선 계획을 수립할 필요가 있다.
운전 데이터를 실시간으로 수집 및 저장하는 RTDB (Realtime Database)와 연결하여 입출력법 또는 열손실법으로 보일러의 열효율 분석, 제어 가능한 미연탄소분 및 CO 농도에 따른 손실 평가와 성능에 미치는 영향, 온도와 열 분포에 대한 연소열 성능을 모니터링함으로써 O2 조정, 미분도 관리, Burner Tilt 운전 변화, 미분기별 부하 관리 등을 할 수 있다.
복합화력의 경우 PMS를 통해 가스터빈, 배열회수보일러, 증기터빈 사이클 등의 손실 발생 원인을 규명할 수도 있다. 또한 성능 최적화로 연료 비용 절감, 탄소 배출량 감소, 설비 신뢰도 향상, 조기 이상 감지, 자동 진단, 설비 상태 감시, 운전 비용 감소 등의 효과를 볼 수 있다.
일반적으로 PMS를 통한 정량적인 효과는 다음과 같다.
•운전 비용 절감 : $600,000/plant×5 plants = $3.0M/Year
•열 소비율 개선 : 3.8 %(CCGT : 0.7%)
•생산성 향상 : $460,000/Year
•Feedwater Bypass 감지로 인한 절감 : $150,000/Year
PMS를 통한 정성적인 효과는 다음과 같다.
•이상 징후 감지에 대한 신뢰성 향상
•열 소비율 감소, 비용 회피 및 I&C 절감
ASME의 Power 2011 자료에 따르면, 30개월 동안 $ 1, 500,000의 비용 절감 효과가 있으며, 발전소 성능의 모니터링 및 진단에는 관련 성능 메커니즘, 관련 공정 데이터, 데이터들의 상호 관계, 장비 및 시스템에 대한 심층적인 이해가 필요하다.
PMS는 플랜트 효율 향상을 위하여 검증된 데이터를 제공하여 측정 가능한 비즈니스 결과로 변환하고, 공정 데이터의 해석을 위한 적절한 분석 도구를 제공한다.
•목표값, 목표 편차 및 이러한 편차에 대한 손실 전력 효과를 그래픽으로 표시
•운영자가 플랜트 운영을 평가하여 문제를 감지/수정할 수 있도록 플랜트 성능의 상태 제공
•응축기 오염 감지 및 플랜트 운영자에게 응축기 성능 최적화에 필요한 정보 제공
•플랜트 장비 공급업체의 성능을 검증하는 수단 제공
•입력 검증을 사용하여 기기 오류 및 교정 오류 감지
•중요한 플랜트 구성요소 성능 추세를 통해 성능저하를 모니터링하고, 유지관리 노력을 최적화하여 예정에 없던 가동 중지 시간을 최소화
•수집/저장된 데이터를 사용하여 플랜트 이벤트를 재생하고, 관심 기간 동안 활동을 재구성
•그래픽 표시 및 추가 분석을 위해 계산한 정보를 플랜트 및 유틸리티 전체에 배포
전 세계의 전력 관리 시스템 시장은 2016년에 $3,503, 000,000 달러로 평가되었으며, 예측 기간 동안 CAGR (연평균 성장률) 6.88%로 성장하여 2022년에는 $5,260, 000,000에 이를 것으로 예상되며, 제조 부문의 에너지 효율성에 대한 수요 증가, IoT 및 클라우드 기반 플랫폼의 증가로 PMS 활용도는 더욱 증가할 것으로 사료된다.
화석 연료, 복합 사이클로 운영되는 가스터빈, 원자력 발전소의 증기 공급 시스템과의 인터페이스 및 발전플랜트 열평형 부분을 다룬 ASME의 가이드라인은 성능 모니터링 개념, 사용이 가능한 다양한 방법에 대한 설명과 특정 응용 프로그램을 평가하기 위한 수단을 열거하고 있다.
1993년 지침이 처음 발행된 이후(당시 증기 발전소로 제한됨) 플랜트 장비의 수명이 향상되었으며, 플랜트의 가동 연장을 위한 경제성 평가에 대한 수요가 증가함으로써 PMS 분야는 상당한 중요성을 갖게 되었다. 또한 RTDB의 기능이 개선됨으로써 PMS 기술 자체도 많이 발전하였다.
ASME 코드 및 표준 ASME : 미국 기계 엔지니어 협회(American Society of Mechanical Engineers)는 “전문 교육, 훈련 및 전문 개발, 코드 및 표준을 통해 전 세계의 다 분야 공학 및 연합 과학의 예술, 과학 및 실천을 장려하는 미국 전문 협회”이다.
