화력 발전소의 연료비 특성

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개요

화력 계통의 경제 운용 목표는 수·화력 발전기의 조합 및 부하 배분을 적정하게 실시해 연료비를 최소화하는 데 있다. 이를 위해 화력 발전소의 연료비 특성을 파악하는 것이 필요하다.

연료량

화력 발전소에서는 석탄, 중유와 같은 화석연료를 연소해 전기에너지로 변환한다. 연료량과 발전 출력은 다음과 같은 관계로 나타낸다.

[
F = \frac{1}{C} \times \frac{1}{860} \times \eta \times P_H
]

(F): 시간당 연료비(원/h)
(C): 연료 단가(원/kcal)
(B): 사용 연료량(kg/h)
(H): 연료 발열량(kcal/kg)
(\eta): 클랜트 열 효율(%)
(P_H): 발전 출력(kW)

연료비는 발전 출력에 비례하여 증가하며, 효율과 연관된다.

송전 손실

발전소에서 송전계통에 실제로 송전하는 출력 (P_S)는 소비 전력과 송전 손실에 의해 결정된다. 이때 송전 손실은 다음과 같이 표현할 수 있다.

[
P_S = \eta \times (P_G – P_T)
]

(P_G): 발전 출력
(P_T): 송전 손실

송전 손실이 클수록 실제 송전 출력은 감소한다.

소비 전력

화력 발전소는 송수신 펌프, 팬, 미분탄기 등 보조 설비에 전력을 소비한다. 소비 전력은 발전 출력에 거의 비례하며 아래 식으로 나타낸다.

[
P_H = \alpha P_G + \beta
]

(\alpha, \beta): 출력 계수

출력이 증가할수록 소비 전력도 증가한다.

연료비 특성

화력 발전소의 연료비와 발전 출력 관계는 선형이 아니며, 아래와 같이 2차식으로 나타낼 수 있다.

[
F(P_G) = aP_G^2 + bP_G + c
]

이때 계수 (a, b, c)는 설비 특성에 따라 다르며, 출력이 클수록 연료비는 기울기를 가지며 증가한다.

증분 연료비

증분 연료비란 출력 증가에 따른 단위 시간당 연료비 증가량을 의미한다. 출력 (P_G)로 운전 중 발전기의 출력이 (\Delta P_G)만큼 증가했다면 연료비도 (\Delta F)만큼 증가하며, 이때 (\Delta F/\Delta P_G)의 비율이 증분 연료비가 된다.