KR200451798Y1 - Power generation system - Google Patents
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Abstract
발전 시스템이 개시된다. 본 실시예에 따른 발전 시스템은, 연료의 연소에 의해 구동되는 엔진; 엔진으로부터 구동력을 전달받아 전력을 생산하는 발전기; 및 발전기에서 생산된 전력을 가변적으로 소모하는 가변부하를 포함하고, 엔진이 정부하 상태에서 작동되도록 상기 전기부하 및 가변부하에 의해 소모되는 총 전력이 미리 설정된 값으로 일정하게 유지되는 것을 특징으로 한다.A power generation system is disclosed. The power generation system according to the present embodiment includes an engine driven by combustion of fuel; A generator for generating electric power by receiving driving power from an engine; And a variable load that variably consumes the power produced by the generator, wherein the total power consumed by the electric load and the variable load is maintained at a predetermined value so that the engine is operated under a government load. .
발전기, 로드뱅크, 가변부하 Generator, load bank, variable load
Description
본 고안은 전력을 생산하는 발전 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게, 발전시 엔진의 연료효율을 극대화 시키고, 배기가스의 배출을 최소화 할 수 있도록 구성된 발전 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a power generation system for generating electric power, and more particularly, to a power generation system configured to maximize the fuel efficiency of the engine during power generation and minimize the emission of exhaust gas.
선박, 자동차, 항공기 등에는 각종 전기장치에 전류를 공급하기 위해 배터리와 발전기 등으로 구성되는 발전 시스템이 구비된다. 그리고, 발전기는 디젤엔진, 가스터빈, 스팀터빈 등의 동력원에 의해 회전됨으로써 전력을 생산한다.Ships, automobiles, aircraft, etc. are provided with a power generation system composed of a battery and a generator for supplying current to various electrical devices. The generator generates electric power by being rotated by a power source such as a diesel engine, a gas turbine, a steam turbine, and the like.
이 때, 전기부하로 작용하는 각종 전기장치에 안정적으로 전력을 공급하기 위해 발전기에서 생산되는 전력은 일정한 주파수를 갖는 것이 바람직하고, 이에 따라 발전기는 일정한 주파수의 전력을 생산하기 위해 일정한 속도로 회전하게 된다.In this case, in order to stably supply power to various electric devices acting as electric loads, the power generated by the generator preferably has a constant frequency, and thus the generator rotates at a constant speed to produce a constant frequency of power. do.
종래의 발전 시스템에서는 발전기가 일정하게 회전하도록 하기 위해 조속기(governor)와 같은 장치들이 사용된다.In conventional power generation systems, devices such as a governor are used to allow the generator to rotate constantly.
보다 상세히, 발전기에 의해 생산된 전력이 전기부하에 의해 과도하게 소모되면, 발전기의 회전방향과 반대방향으로 반력이 발생되어 발전기의 회전 속도가 느려지게 된다. 이러한 상황에서, 발전기가 이전과 동일한 속도로 회전하기 위해서는 엔진이 더 큰 구동력으로 발전기를 돌려야 하고, 결과적으로 엔진에 걸리는 부하가 증가하게 된다.In more detail, when the power produced by the generator is excessively consumed by the electric load, reaction force is generated in a direction opposite to the rotation direction of the generator, thereby slowing down the rotation speed of the generator. In this situation, in order for the generator to rotate at the same speed as before, the engine would have to run the generator with greater driving force, resulting in an increased load on the engine.
이 때, 조속기가 엔진의 연료량을 증가시키고, 엔진이 이전 보다 더 큰 구동력으로 발전기를 회전시킴으로써, 발전기는 이전과 동일한 속도로 회전하게 된다.At this time, the governor increases the amount of fuel in the engine and the engine rotates the generator with a greater driving force than before, so that the generator rotates at the same speed as before.
한편, 발전기에 의해 생산된 전력이 전기부하에 의해 거의 소모되지 않으면, 발전기의 회전운동을 방해하는 반력이 거의 발생되지 않아 발전기를 회전 시키기 위해 많은 힘이 요구되지 않는다. 이러한 상황에서, 발전기를 이전과 동일한 속도로 회전시키기 위한 엔진 부하는 이전 보다 더 작아지게 된다.On the other hand, if the power generated by the generator is hardly consumed by the electric load, the reaction force that hinders the rotational movement of the generator is hardly generated and much power is not required to rotate the generator. In this situation, the engine load for rotating the generator at the same speed as before will be smaller than before.
이 때, 조속기는 엔진의 연료량을 감소시키고, 엔진은 이전 보다 작은 구동력으로 발전기를 이전과 동일한 속도로 회전시키게 된다.At this time, the governor reduces the fuel amount of the engine, and the engine rotates the generator at the same speed as before with a smaller driving force than before.
이와 같이, 발전기에서 생산된 전력이 전기부하에서 시간에 따라 가변적으로 소모되는 과정에서 발전기를 일정한 속도로 회전시키기 위해 엔진에 걸리는 부하 역시 시간에 따라 변하게 된다.In this way, the load on the engine to rotate the generator at a constant speed also changes over time in the process that the power produced by the generator is variably consumed with time at the electric load.
일반적으로 연료의 연소에 의해 구동되는 엔진은, 엔진에 걸리는 부하가 일정한 정부하 상태로 운전될 때, 연료 효율이 가장 좋고 배기가스의 배출이 최소화 된다.In general, an engine driven by combustion of fuel has the best fuel efficiency and minimizes the emission of exhaust gas when the load on the engine is operated at a constant stationary state.
종래의 발전 시스템은, 전기부하에서 소모되는 전력량이 시간에 따라 변하는 과정에서 엔진에 걸리는 부하도 시간에 따라 변하게 됨으로써, 연료 효율이 나빠지고 배출되는 배기가스의 양도 많아진다는 문제가 있었다. 특히, 전기부하에서 소모 되는 전력량이 급변하거나 빈번하게 변할수록 엔진 부하도 급변하게 되어, 연료 효율이 급격히 감소되거나, 배기가스의 배출이 급격하게 많아지는 문제가 있었다.The conventional power generation system has a problem in that the load on the engine also changes with time in the process of changing the amount of power consumed by the electric load over time, thereby deteriorating fuel efficiency and increasing the amount of exhaust gas emitted. In particular, as the amount of power consumed by the electric load changes or changes frequently, the engine load also changes rapidly, resulting in a sharp decrease in fuel efficiency or a rapid increase in exhaust gas emissions.
본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 고안의 목적은 연료 효율이 향상된 발전 시스템을 제공하는 것이다. The present invention has been made to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a power generation system with improved fuel efficiency.
본 고안의 다른 목적은 배출되는 배기가스의 양을 최소화하는 발전 시스템을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a power generation system which minimizes the amount of exhaust gas emitted.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 고안에 따르면, 전기부하에 전력을 공급하기 위한 발전 시스템으로서, 연료의 연소에 의해 구동되는 엔진; 상기 엔진으로부터 구동력을 전달받아 전력을 생산하는 발전기; 및 상기 발전기에서 생산된 전력을 가변적으로 소모하는 가변부하를 포함하고, 상기 가변부하는 상기 전기부하 및 가변부하에 의해 소모되는 총 전력이 미리 설정된 값으로 일정하게 유지되도록 전력을 소모하는 발전 시스템이 제공된다.According to the present invention for achieving the above object, a power generation system for supplying power to an electric load, the engine driven by the combustion of fuel; A generator for generating electric power by receiving a driving force from the engine; And a variable load variably consuming the power produced by the generator, wherein the variable load consumes power such that the total power consumed by the electric load and the variable load is kept constant at a preset value. Is provided.
이 때, 상기 가변부하는 로드뱅크일 수 있다.In this case, the variable load may be a load bank.
이 때, 상기 가변부하에서 소모되는 전력량을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.At this time, it may include a control unit for controlling the amount of power consumed by the variable load.
본 고안은 발전기를 회전시키는 엔진이 정부하 상태로 운전되도록 구성됨으로써, 연료 효율이 향상되고, 배기가스의 배출이 최소화 될 수 있다. According to the present invention, the engine for rotating the generator is configured to operate under a state of government, thereby improving fuel efficiency and minimizing emission of exhaust gas.
이하에서는 본 고안의 바람직한 실시 예를 첨부되는 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention will be described in detail.
도 1은 본 고안의 일 실시예에 따른 발전 시스템(1)의 개략도이다. 도 1을 참조하면, 본 고안의 일 실시예에 따른 발전 시스템(1)은 엔진(10), 상기 엔진(10)에 의해 구동되는 발전기(20), 상기 발전기(20)와 연결된 가변부하(30)및 상기 가변부하(30)에서 소모되는 전력량을 제어하기 위한 제어부(40)를 포함한다.1 is a schematic diagram of a power generation system 1 according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, a power generation system 1 according to an embodiment of the present invention includes an
엔진(10)은 바람직하게 디젤 엔진 등의 열기관 또는 내연 기관으로서, 연료를 연소하고 발생되는 구동력을 발전기(20)에 전달한다. 이 때, 구동력을 전달하는 과정에서 엔진(10)에 부하가 걸리게 된다.The
일반적으로 연료의 연소에 의해 구동되는 엔진은, 엔진에 걸리는 부하가 일정한 정부하 상태로 운전될 때, 연료 효율이 가장 좋고 배기가스의 배출이 최소화 된다. 따라서, 본 고안의 일 실시예에서 엔진(10)은 정부하 상태에서 구동되는 것이 연료 효율 및 배기가스 측면에서 바람직하다.In general, an engine driven by combustion of fuel has the best fuel efficiency and minimizes the emission of exhaust gas when the load on the engine is operated at a constant stationary state. Therefore, in one embodiment of the present invention, it is preferable that the
발전기(20)는 전력을 생산하기 위한 구성요소로서, 엔진(10)으로부터 전달 받은 구동력을 이용하여 전력을 생산한다. 이 때, 안정적인 품질의 전력을 생산하기 위해 발전기에서 생산되는 전력은 일정한 주파수를 갖는 것이 바람직하고, 이를 위해 본 고안의 일 실시예에 따른 발전기(20)는 일정한 속도로 회전하는 것이 바람 직하다.The
도 1을 참조하면, 발전기(20)는 각종 전기장치(예를 들면, 전구, 모터, 전열기 등)로 이루어진 전기부하(50)와 전기적으로 연결된다. 상기 전기부하(50)는 발전기(20)에서 생산된 전력을 운동에너지, 열에너지 등으로 전환하여 소모시킨다.이 때, 소모되는 전력량은 전기부하(50)의 사용상태, 목적, 전기장치의 개수 등에 의해 달라진다.Referring to FIG. 1, the
일반적으로 전기부하에 의해 소모되는 전력량은 발전기의 회전 속도에 영향을 미친다. 보다 상세히, 소모되는 전력량의 크기에 따라 발전기의 회전을 방해하는 반력의 크기가 달라지게 되고, 반력의 크기에 따라 회전 속도가 느려지게 된다.In general, the amount of power consumed by the electrical load affects the rotational speed of the generator. In more detail, the magnitude of reaction force that interferes with the rotation of the generator is changed according to the amount of power consumed, and the rotation speed is slowed according to the magnitude of reaction force.
예를 들어, 소모되는 전력량이 큰 경우, 발전기의 회전을 방해하는 반력이 크게 발생하여 발전기의 회전속도가 크게 느려지게 된다. 그리고, 소모되는 전력량이 작은 경우, 발전기의 회전을 방해하는 반력이 작게 발생하여 발전기의 회전속도가 비교적 작게 느려지게 된다.For example, when the amount of power consumed is large, a reaction force that disturbs the rotation of the generator is generated largely, the rotational speed of the generator is significantly lowered. In addition, when the amount of power consumed is small, a reaction force that interferes with the rotation of the generator is generated small and the rotational speed of the generator is relatively small.
이와 같이, 소모되는 전력량에 따라 달라지는 발전기의 회전 속도를 일정하게 유지하기 위해, 발전기로 구동력을 전달하는 엔진에 걸리는 부하의 크기도 소모되는 전력량에 따라 달라지게 된다.As such, in order to maintain a constant rotation speed of the generator, which depends on the amount of power consumed, the magnitude of the load on the engine that transmits driving power to the generator also varies depending on the amount of power consumed.
이와 관련하여, 엔진(10)에 걸리는 부하가 일정하게 유지되면서 동시에 발전기(20)가 일정한 속도로 회전되도록 하기 위해, 본 고안의 일 실시예에 따른 발전 시스템(1)은 소모되는 전력량이 일정하게 유지되도록 구성된 가변부하(30) 및 제어부(40)를 포함한다.In this regard, in order to maintain a constant load on the
가변부하(30)는 소모되는 전력량이 가변적인 일종의 전기부하로서 발전기(20)와 통전되도록 연결된다. 이 때, 상기 가변부하(30)는 그 구성요소인 저항 또는 리액터 등의 크기를 변화시킴으로써 가변부하(30)에서 소모되는 전력의 크기를 변화시킨다.The
본 고안의 일 실시예에 따르면, 상기 가변부하(30)는 일반적인 발전 시스템에서 부하 테스트를 할 때 사용되는 로드뱅크(load bank)일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the
보다 상세히, 로드 뱅크는 발전기나 무정전 전원장치(UPS)와 같은 전력원에 대한 부하 시험을 할 때 전기부하를 제공하기 위해 고안된 장치로서, 저항 부하 및 리액터 부하 등을 조정함으로써 소모되는 전력을 조절하여 부하 시험을 수행한다.More specifically, load banks are devices designed to provide electrical loads when performing load tests on power sources such as generators or uninterruptible power supplies (UPSs). Perform a load test.
일반적으로 로드뱅크는 부하 시험을 수행한 후에는 발전기 등으로부터 제거되지만 본 고안의 일 실시예에 따른 발전 시스템(1)에서는 발전 시스템(1)의 구성요소로서 포함된다.In general, the load bank is removed from the generator after performing the load test, but is included as a component of the power generation system 1 in the power generation system 1 according to an embodiment of the present invention.
또한, 상기 가변부하(30)는 가변부하(30)에서 소모되는 전력량을 제어하기 위한 제어부(40)와 연결된다. 본 고안의 일 실시예에 따르면, 상기 제어부(40)는 상기 가변부하(30)에서 소모되는 전력량과 전기부하(50)에서 소모되는 전력량의 총합이 미리 설정된 값과 일치하도록 상기 가변부하(30)에서 소모되는 전력량을 제어한다.In addition, the
이 때, 미리 설정된 값이란 본 고안의 일 실시예에 따른 발전 시스템(1)이 실제적으로 운용되는 상황이나 목적에 따라 달라진다.At this time, the preset value depends on the situation or purpose in which the power generation system 1 according to the embodiment of the present invention is actually operated.
예를 들어, 발전기(20)에 구동력을 제공하는 엔진(10)에 걸리는 부하가 최대 엔진 부하의 80%가 되도록 발전 시스템(1)을 운용하는 경우, 미리 설정된 값은 최대 엔진 부하의 80%의 부하로 발전기(20)를 회전 시킬 때 발생되는 전력이 된다.For example, when operating the power generation system 1 such that the load on the
이와 같이, 제어부(40)에 의해 가변부하(30) 및 전기부하(50)에서 소모되는 총 전력이 미리 설정된 값과 동일하도록 제어됨으로써, 본 고안의 일 실시예에 따른 엔진(10)은 발전기(20)를 회전시키기 위해 필요한 부하의 크기가 일정한 상태인 정부하 상태로 작동하게 된다.As such, the total power consumed by the
따라서, 본 고안의 일 실시예에 따른 발전 시스템(1)은, 엔진(10)이 정부하 상태로 운전됨으로 인해, 엔진(10)에서 소모되는 연료의 효율이 극대화 되고, 배출되는 배기가스의 양도 효과적으로 감소된다.Therefore, in the power generation system 1 according to the exemplary embodiment of the present invention, since the
이하, 본 고안의 일 실시예에 따른 발전 시스템(1)이 향상된 연료 효율을 가지고 배출되는 배기가스의 양을 감소시키면서 발전을 하는 과정에 대해 설명한다.Hereinafter, a description will be given of a process for generating power while reducing the amount of exhaust gas emitted by the power generation system 1 according to an embodiment of the present invention with improved fuel efficiency.
먼저, 엔진(10)은 연료를 연소시킴으로써 발전기(20)가 회전하기 위해 필요한 구동력을 생성한다. 그리고, 발전기(20)는 엔진(10)에서 생성된 구동력을 이용하여 전력을 생산한다.First, the
이와 같이 발전기(20)로부터 발생된 전력은 각종 전기장치로 이루어진 전기부하(50)에 공급되어 열에너지, 운동에너지 등으로 변환되어 소멸된다. 이 때, 제어부(40)는 전기부하(50) 및 가변부하(30)에서 소모되는 총 전력이 미리 설정된 값과 같아지도록 가변부하(30)에서 소모되는 전력을 제어한다.In this way, the power generated from the
이 때, 전기부하(50)에서 소모되는 전력이 갑자기 증가하는 경우, 제어부(40)는 소모되는 총 전력이 미리 설정된 값과 같아지도록 하기 위해 증가된 전력 의 크기에 해당하는 전력이 가변부하(30)에서 덜 소모되도록 가변부하(30)를 제어한다.At this time, when the power consumed by the
또한, 전기부하(50)에서 소모되는 전력이 갑자기 감소하는 경우, 제어부(40)는 감소된 전력만큼 가변부하(30)에서 더 소모되도록 가변부하(30)를 제어한다.In addition, when the power consumed by the
이와 같이, 발전기(20)에서 발생되어 전기부하(50) 및 가변부하(30)에서 소모되는 총 전력이 일정하게 유지됨으로써, 발전기(20)가 일정한 속도로 회전하게 되고, 동시에 엔진(10)이 정부하 상태로 운전될 수 있다.As such, the total power generated by the
따라서, 본 고안의 일 실시예에 따른 발전 시스템(1)은 엔진(10)이 정부하 상태로 운전됨으로 인해, 연료 효율이 향상되고 배기가스의 배출이 감소된 상태로 전력을 생산하여 전기부하(50)에 전력을 공급하게 된다. Therefore, the power generation system 1 according to the embodiment of the present invention produces an electric load by generating power in a state in which fuel efficiency is improved and emission of exhaust gas is reduced because the
한편, 이와 같은 발전 시스템(1)은 각종 전기장치를 포함하고 있는 선박, 자동차, 항공기 등에서 필요한 전력을 생산하기 위한 발전 시스템으로 사용될 수 있다. On the other hand, such a power generation system 1 may be used as a power generation system for producing power required in ships, automobiles, aircraft, etc., including various electrical devices.
이상에서 본 고안의 일 실시예에 따른 발전 시스템에 대하여 설명하였으나, 본 고안의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 고안의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 고안의 사상범위 내에 든다고 할 것이다. Although the power generation system according to an embodiment of the present invention has been described above, the idea of the present invention is not limited to the embodiments presented herein, and those skilled in the art to understand the idea of the present invention are within the scope of the same idea, Other embodiments may be easily proposed by adding, changing, deleting or adding components, but this will also fall within the spirit of the present invention.
도 1은 본 고안의 일 실시예에 따른 발전 시스템의 개략도이다.1 is a schematic diagram of a power generation system according to an embodiment of the present invention.
-도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명-Explanation of symbols on main parts of drawing
10 : 엔진 20 : 발전기10: engine 20: generator
30 : 가변부하 40 : 제어부30: variable load 40: control unit
50 : 전기부하50: electric load
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