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Together

Respect

SocialResponsibility

Future

Innovation

해외 ROMM 사업지원성능평가 모델 개발사례

KEPCO 전력연구원발전기술지원센터

Smart Energy Partner

발표자 : 선임 김시문

2 / 25

개발 방향 및 체계

모델 시연 결과

22

44

배경 및 필요성11

개발 내용33

결론55

3 / 25

(단위:조원)

* 비례연결지분기준

B/GS/G

3.14.5 4.5

8.08.7 10.5 12.3

‘13 ‘15 ‘18 ‘20

‘20 누적수주12.6GW

기수주5.3신규7.3GW

(ROMM : 0.7GW)

4.7조원

4.0조원IPP

0.4조원M&A

0.3조원ROMM

화력발전 M/S 확대를 위한 Value Add Up 추진 : 해외 ROMM 사업ROMM사업 신규개척 : IPP 전략거점 활용 및 제안형 ROMM사업 추진사업개발 역량 제고 및 사업구조 최적화 추진

회사 사업전략I

4 / 25

§ 세계 성능개선 및 유지보수 시장- OECD 노후 발전설비 교체증가

→ 2,000GW 중 700GW (2030년)

- ‘20년 성능개선/유지보수 시장

→ 250.6억불 예상 (2020년)

§ 세계 성능개선 및 유지보수 시장- OECD 노후 발전설비 교체증가

→ 2,000GW 중 700GW (2030년)

- ‘20년 성능개선/유지보수 시장

→ 250.6억불 예상 (2020년)

Ë

§ ROMM 시장진출선점- KEPCO ROMM 표준모델 개발

→ R&D를통한사업화기술확보

- 해외ROMM시장경쟁력우위확보

- 사업Risk 최소화, 수익최대화

§ ROMM 시장진출선점- KEPCO ROMM 표준모델 개발

→ R&D를통한사업화기술확보

- 해외ROMM시장경쟁력우위확보

- 사업Risk 최소화, 수익최대화

• 국가별 20년 이상 발전소 비율→ 中(12%), 印(37%), 美(90%), 日(25%)

• 인도 정부는 ’20년까지 R&M 중심

•亞太 지역 유지보수 시장 연평균7.9% ↑→ 2020년 130억불 시장 예상

§ 개도국의 지속적인 성장- 전력수요의 급증

- 신규 건설보다는 노후 발전소의

rehabilitation으로 대체

§ 세계 화력발전소 60%가 20년↑

§ 개도국의 지속적인 성장- 전력수요의 급증

- 신규 건설보다는 노후 발전소의

rehabilitation으로 대체

§ 세계 화력발전소 60%가 20년↑

• ROMM사업 수행 현황→ Utility사 및 제작사 중심으로 시행→ 경쟁력있고독자적인진단시스템필요

v 사업 환경

v 시장 현황

사업환경/시장현황Ⅱ

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사업영역확장필요 사업화기술확보 독자적경쟁력확보 수익창출극대화 해외매출의 6%

설비진단+성능복구+운영정확한 상태평가와 복구범위 설정이 중요

- Risk↓, 입찰 경쟁력↑막대한 수익 창출 가능

사업특성

ROMM사업 진단한계 극복- 짧은 진단기간(4~7일)- 진단조건 한계(운전중, 내부점검 불가)

설비진단 경쟁우위 확보- 진단시스템 + 비용산출

개발전략

사업 구조 및 특성III

6 / 25

■ 최종 목표 : 노후설비진단 및 비용평가 시스템 구축

설비별 상태진단 시스템설비별 상태진단 시스템 수명 및 성능평가 프로그램수명 및 성능평가 프로그램 복구비용 산출 프로그램복구비용 산출 프로그램

상태평가 및복구범위 선정

진단시스템(sheet +Tool)

상태진단 Tool진단Check Sheet

복구 전후성능 수명

간이성능진단모듈 개발

간이수명계산성능 수명평가DB 구축

성능복구비용산출

형식/용량 별함수 추출

O&M 비용DB

기자재 가격DB

■ 개발방향 : 정량적 평가기술 확보 ⇨ 경험, 직관, 정성적 평가방식 탈피

수명/성능평가프로그램

수명/성능평가프로그램

복구비용산출프로그램

복구비용산출프로그램

• 건설, O&M, 고장복구,성능개조 비용자료 DB

• 선행 사례, 사내외 전문가 및 전문업체 자문• 성능복구 및 O&M 비용산출 프로그램 개발

설비진단시스템설비진단시스템 • 진단 Check Sheet 개발• 진단 Tool 개발

• 설비별 진단시스템(Check Sheet + Tool)자체 설계 및 개발→ 화면구성 외주용역

• 수명평가결과 DB 구축• 성능평가결과 DB 구축

• 간이 수명계산 프로그램 자체 개발• 성능분석 모듈/프로그램 개발

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교체/정비범위선정

성능복구목표선정

성능복구비용산출

8 / 25

q 해외 ROMM 사업 수행시 신속하고 정확한 성능평가 필요

q 성능복구를 위한 노후설비 교체에 따른 정량적 성능개선 평가 Tool 부재

q 설비교체 범위에 따른 성능복구 비용산출 Input 자료 제공

제한된 운전 Data 활용 정밀 성능계산

운전조건 변화 및 설비교체에 따른 성능평가

현재 운전성능 파악/과거 성능시험 결과로 진단

제한된 운전 Data 활용 간략 성능계산

설비교체 등 다양한 운전조건 성능평가 불가10

247. 1P

565. 6C 810. 7H

1491426.000M

20 810. 7H1491426.000M

0. 000M40

237. 6P 810. 7H

562. 3C50 810. 7H1491147.000M

279.000M

60 810. 7H1490506.000M

641.000M

70 810. 7H1490196.000M

310.300M

80 193. 6P 797. 8H

1490196.000M

90 797. 8H1466419.000M

23777.000M

100 79.11P 744. 3H

1372912.000M

93506.227M

110 54.66P 724. 9H

1210689.000M

162223. 594M

120 724. 9H1203912.000M

6777. 000M

130 724. 9H1201432.000M

2480. 000M140

49. 7P

595. 0C 872. 7H

1201432.000M

150 872. 7H

1201742.000M 49. 7P

595. 0C

160 871. 3H

1225519.000M 49. 7P

592. 3C

170 20.84P 802. 8H

1144405.000M

81114.391M

180 7. 49P 734. 8H

1102420.000M

41985.012M

190 734. 8H1100975.000M

1445. 000M

200 734. 8H1010939.000M

90036.133M

210 3. 82P 700. 3H

933427. 688M

77510.930M

51

5 1

2

2

40

4 0

1 13 35

5

7

7

220 1. 01P 642. 4H

896815. 688M

36612.078M

230 0. 47P 614. 7H

862462. 500M

34353.121M

240 0. 20P 586. 8H

825244. 313M

37218.211M

250 0. 05P 551. 3H

825244. 313M

260

80

2.9H

817

55.3

91M

2

0.8P

45

1.9C

270

73

3.4H

487

62.0

12M

7.5P

30

5.6C

8

8

280

308. 9P 177. 7H

0. 1P 5 7 2 .4 H

8 6

8 6

300 26. 7P 167. 9H

166. 1Cdp=19.4

310

0. 05P

33.1C1105179.000M 33. 1H

320 4. 0P

20. 0C 20. 1H

1000000000. 000M

330

4. 0P 20. 5C

20. 6H1000000000. 000M

340

1. 7 TD

56. 8C

39. 8C 0. 2P

350

1. 7 TD

76. 0C

62. 4C 0. 4P

360

1. 7 TD

96. 0C

81. 6C 0. 9P

370

1. 7 TD

137. 5C

101. 6C 3. 6P

380 70. 7H

150321. 094M 0. 4P

70. 7C

410 734. 0H

4204. 000M 17. 5P

317. 8C

5 2

52

390

73

4.0H

108

9.00

0M

127

0.00

0M

5 4

54

420 734. 8H

1445. 000M 7. 5P

308. 3C

430 734. 0H1845. 000M

2359. 000M

440 26. 0P 33. 9H

33. 4Cdp=26.0

460 40. 2H

188810. 500M 0. 2P

40. 2C

470

4

4.1H

189

899.

500M

0.2P

4

4.2C

4 8 0

7. 27P

165. 7C 167. 3H1491424.000M

490

- 1. 7 TD

212. 1C

177. 5C 19. 6P

500

0. 0 TD

266. 0C

217. 7C 52. 7P

510

- 1. 7 TD

291. 0C

271. 6C 75. 2P

520

308. 9P 291. 0C

306. 6H1491424.000M

30

21

4.0H

279

936.

813M

0.2P

5

8.5C

400 728. 6H

3925. 000M 16. 1P

306. 1C

550

26. 0P 34. 7H

17. 5P 100. 4H

290 28. 1P 34. 7H

34. 2Cdp= 2.1

9 / 25

q 성능모드(Performance Mode)와 설계모드(Design Mode) 2가지 개발

q 싱글트레이과 멀티트레인 모드중 싱글트레인 모드만 개발(전체 플랜트관점 성능 파악)

q 성능모드 모델링후 이를 기반으로 설계모드로 변환

설비교체 등 설비사양 변경에 따른 성능분석성능모드 모델에 급수가열기, 복수기 상세 설계자료 입력후 튜닝과정 통해 설계모드 완성

대기조건, 주증기조건 등 운전상태변화 성능분석

제작사 열평형도 기반 구성기기, 스트림구조, 입출구 물성치, 터빈 단수 등 필요

운전조건에 따른 플랜트 성능(출력, 열소비율 등) 민감도 분석에 사용

▶ 주증기 조건(유량,온도,압력)

항목 값 비고압력 247.11 HBD유량 1491426 HBD온도 565.6 HBD

▶ 복수기

항목 값 비고복수기 압력 0.05166138 HBD(복수기압력)

▶ 해수유입온도

항목 값 비고유량 1.00E+09 HBD온도 20.00 HBD

항목 값컴포넌트 번호 340

타입 14 1번 급수가열기Mean free length of tubing [mm] - 전력연구원자료

Drain cooling section overall HTC(UALLDC) - 설계모드튜닝Tubing inside diameter [mm] 14.102 전력연구원자료Tubing outside diameter [mm] 15.88 전력연구원자료Tubing mean free length [mm] 20932.08 전력연구원자료

Number of tubes in condensing section 663 전력연구원자료Tubing material thermal conductivity or select material A688-TP304L 전력연구원자료

Tubing pitch measured parallel to flow [mm] 20.64 전력연구원자료Feedwater inlet nozzle inside diameter [mm] 250 전력연구원자료Feedwater outlet nozzle inside diameter [mm] 250 전력연구원자료

Shell inlet nozzle equivalent inside diameter [mm] 1209.34 전력연구원자료Drain outlet nozzle equivalent inside diameter [mm] 300 전력연구원자료

Condensing section overall HTC(UALLC) 2670.877 설계모드튜닝

Drain Cooler Zone

급수가열기

Condensing Zone

비고

10 / 25

ü 성능모사 Tool 도입- PEPSE(기력용)- GateCycle(복합용)

ü 기력/복합 열성능 DB 구축(기존 성능시험 결과 이용)

- 형식별/용량별 출력, 효율등

ü 성능평가 기본 모델 구축/검증- 기력 : 9개 플랜트- 복합 : 7개 플랜트- 인수 및 주기성능시험 결과자료이용 모델 결과 검증

ü 성능진단 Check Sheet 개발- 성능이력 / 설비개선 파악- 열성능 진단 점검항목 개발

ü ROMM용 성능평가 프로그램개발

- 현재성능/ 교체범위에 따른예측성능 평가

해외 ROMM 대상발전소 시범적용

(2015. 9월)

해외 ROMM 대상발전소 시범적용

(2015. 9월)

11 / 25

Ø 발전소 형식별/용량별/연료별 구분하여 총 16개 기본 모델 개발

§ 기력 9개, 복합 7개(전기출력모드 5개 + 열출력모드 2개)

Ø 성능 예측 모델은 기력/복합 각 1개 모델 개발

남동 중부 서부 남부 동서

기

본

모

델

기력

(석탄,유류)

삼천포6

500 MW

보령8

500 MW

태안7

500 MW

하동6

500 MW

당진8

500 MW

영흥4/영동1

870 MW/125MW

평택5

350 MW

동해2

200 MW

복합

(복합, 열병합)

분당열병합

GT 77.75 MW * 3

ST 115 MW * 1

인천 CC

GT/ST

450 MW

서인천 CC

GT/ST

150 MW

부산 CC

GT 150 MW * 2

ST 150 MW * 1

일산열병합

GT 100 MW * 3

ST 100 MW * 1

예측모델 서인천1 하동6

12 / 25

자료수집열평형도

작성

성능모드모델링

(데이터입력/튜닝)

성능모드분석/검증

설계모드분석/검증

완료

성계모드모델링

(급수가열기/복수기)

1. 설계 자료 분석

2. PEPSE 열평형도 작성

3. 자료 입력 및 실행

4. 결과 검증

13 / 25

q 모델링(PEPSE)에 들어가는 모든 자료에 대한 출처, 입력값, 계산과정, 추정값 등

엑셀로 정리

q 추후 모델 유지보수를 위해 활용

14 / 25

[ 기력 모델링 예제(보령 8호기]

[ 복합 모델링 예제(서인천 복합)]

15 / 25

[복수기 설계입력 데이터 창] [급수가열기 설계입력 데이터 창]

16 / 25

10 247. 1P

565. 6C 810. 7H

1491426. 000M

20 810. 7H1491426.000M

0. 000M40

237. 6P 810. 7H

562. 3C50 810. 7H1491147.000M

279.000M

60 810. 7H1490506.000M

641.000M

70 810. 7H1490196.000M

310. 300M

80 193. 6P 797. 8H

1490196.000M

90 797. 8H1466419.000M

23777.000M

100 79. 11P 744. 3H

1372912.000M

93506.227M

110 54. 66P 724. 9H

1210689.000M

162223. 594M

120 724. 9H1203912.000M

6777. 000M

130 724. 9H1201432.000M

2480. 000M140

49. 7P

595. 0C 872. 7H

1201432.000M

150 872. 7H

1201742.000M 49. 7P

595. 0C

160 871. 3H

1225519.000M 49. 7P

592. 3C

170 20. 84P 802. 8H

1144405.000M

81114.391M

180 7. 49P 734. 8H

1102420.000M

41985.012M

190 734. 8H1100975.000M

1445. 000M

200 734. 8H1010939.000M

90036. 133M

210 3. 82P 700. 3H

933427. 688M

77510.930M

51

5 1

2

2

40

4 0

1 13 35

5

7

7

220 1. 01P 642. 4H

896815. 688M

36612.078M

230 0. 47P 614. 7H

862462. 500M

34353.121M

240 0. 20P 586. 8H

825244. 313M

37218.211M

250 0. 05P 551. 3H

825244. 313M

260

802.9H

81755.391M

20.8P

451.9C

270

733.4H

48762.012M

7.5P

305.6C

8

8

280

308. 9P 177. 7H

0. 1P 5 7 2 .4 H

8 6

8 6

300 26. 7P 167. 9H

166. 1Cdp=19.4

310

0. 05P

33.1C1105179.000M 33. 1H

320 4. 0P

20. 0C 20. 1H

1000000000. 000M

330

4. 0P 20. 5C

20. 6H1000000000. 000M

340

1. 7 TD

56. 8C

39. 8C 0. 2P

350

1. 7 TD

76. 0C

62. 4C 0. 4P

360

1. 7 TD

96. 0C

81. 6C 0. 9P

370

1. 7 TD

137. 5C

101. 6C 3. 6P

380 70. 7H

150321. 094M 0. 4P

70. 7C

410 734. 0H

4204. 000M 17. 5P

317. 8C

5 2

52

390

734.0H

1089.000M

1270.000M

5 4

54

420 734. 8H

1445. 000M 7. 5P

308. 3C

430 734. 0H1845. 000M

2359. 000M

440 26. 0P 33. 9H

33. 4Cdp=26.0

460 40. 2H

188810. 500M 0. 2P

40. 2C

470

44.1H

189899.500M

0.2P

44.2C

4 8 0

7. 27P

165. 7C 167. 3H1491424.000M

490

- 1. 7 TD

212. 1C

177. 5C 19. 6P

500

0. 0 TD

266. 0C

217. 7C 52. 7P

510

- 1. 7 TD

291. 0C

271. 6C 75. 2P

520

308. 9P 291. 0C

306. 6H1491424.000M

30

214.0H

279936.813M

0.2P

58.5C

400 728. 6H

3925. 000M 16. 1P

306. 1C

550

26. 0P 34. 7H

17. 5P 100. 4H

290 28. 1P 34. 7H

34. 2Cdp= 2.1

발전소 명전기출력(MW) 열소비율(KC/KWH)

HBD PEPSE 오차(%) HBD PEPSE 오차(%)

당진#8 520.754 520.761 0.001 1784 1785 0.084

동해#2 200 199.992 0.004 1880 1880 0

보령#8 550 550.479 0.087 1789 1788 0.055

삼천포#6 500 500.005 0.001 1868 1868 0

영흥#4 886.800 886.354 0.029 1800 1800 0

태안#7 550 550.303 0.055 1789 1789 0

평택#4 360 360.028 0.007 1957 1956 0.051

하동#6 500 499.980 0.004 1868 1867 0.053

출력 및 열소비율 0.1% 이내 오차

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Ø 모든 단위기기의 입/출구에서의 열역학 물성치 비교

Ø 설계모드 검증시는 급수가열기/복수기 TTD/DCA, 복수기 압력 비교

데이터 값 HBD PEPSE 오차(%)

고압터빈

증기발생기 출구유량 1491426 1491426 0.00

거버닝단 압력 237.6 237.6 0.00

고압터빈1단 압력 79.147 79.11 0.05

고압터빈1단 엔탈피 744.4 744.3 0.01

…

저압 터빈

저압터빈 입구유량 1010939 1011883 0.09

저압터빈1단 압력 3.82 3.82 0.00

저압터빈1단 엔탈피 700 700.3 0.04

저압터빈1단 추기유량 77112 77511 0.52

저압터빈2단 압력 1.01 1.01 0.00

…

급수가열기

급수가열기1단 TTD/DCA 1.7 5.6 1.7 5.6 0.00 0.00

급수가열기2단 TTD/DCA 1.7 5.6 1.7 5.6 0.00 0.00

…

데이터 값 HBD PEPSE 오차(%)

급수가열기

급수가열기1단 TTD/DCA 1.7 5.6 1.7 5.6 0.00 0.00

급수가열기2단 TTD/DCA 1.7 5.6 1.7 5.6 0.00 0.00

급수가열기3단 TTD/DCA 1.7 5.6 1.7 5.6 0.00 0.00

…

데이터 값 HBD PEPSE 오차(%)

복수기

출구온도(쉘측) 33.2 33.2 0.00

출구압력(쉘측) 0.05 0.05 0.00

출구엔탈피(쉘측) 33.2 33.2 0.00

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Ø 복합사이클 주요 성능지표(출력, 열소비율) 비교

발전소 명가스터빈 출력(MW) 스팀터빈 출력(MW)

HBD PEPSE 오차(%) HBD PEPSE 오차(%)

인천 323500 323548 -0.015 181750 181703 0.026

서인천복합 152.909 152.910 0 80.783 84.00 0.032

부산복합 344.610 344.610 0 196.180 196.174 0.003

일산복합모드 1 214.900 214.895 0.002 53.090 53.070 0.037

모드 3 215.775 215.775 0 105.275 105.238 0.035

분당복합모드 1 234.750 234.750 0 85.850 85.850 0

모드 3 234.750 234.750 0 135.400 135.400 0

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Ø 모든 단위기기의 입/출구에서의 열역학 물성치 비교

설명 구분 HBD PEPSE Error

1. 대기 조건

압력 1.033 1.033 0.000%

온도 15 15 0.000%

습도 0.6 0.6 0.000%

2. 연료 유량 30800 30800 0.000%

3. 가스터빈 출구

온도 617 617 0.000%

유량 1344000 1344000 0.000%

4. 가스터빈 발전기출력 323500 323548 -0.015%

효율 - -

5. LNG 예열기 입구

압력 30.4 30.4

온도 175 175 0.000%

유량 9900 9900 0.000%

엔탈피 177 177.3 -0.169%

6. LNG 예열기 출구 온도 - -

…

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Ø 설비 성능저하 및 설비 고장에 따른 성능예측 가능 모델

§ 최종 급수가열기 고장(Out-of-service) 및 복수기 Plugging 에 대한 예측 모델 개발

발전소 명전기출력(MW) 효율(%)

고장전 고장후 증감 고장전 고장후 증감

영동#1 125.3 130.7 4.3% 42.1 41.8 0.34%P

최종 급수가열기 운전시 최종 급수가열기 정지시

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발전소 명전기출력(MW) 효율(%)

플러깅 전 플러깅 후 증감 플러깅 전 플러깅 후 증감

영동#1 125.3 124.9 0.32% 42.1 42.0 0.1%P

복수기 No Plugging 복수기 20% Plugging

Ø 복수기 Plugging 율 증가시(No Plugging, 20% Plugging)

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Ø 복수기 청결도(Cleanliness) 변화 (100% → 82%)

발전소 명전기출력(MW) 효율(%)

변화전 변화후 증감 변화전 변화후 증감

영동#1 125.3 124.6 0.56% 42.1 41.9 0.2%P

청결도 변화 전 청결도 변화 후

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Ø 주증기 초온/초압 영향

전기출력(MW) 효율(%)

125.3 42.1

Base Base

전기출력(MW) 효율(%)

121.0 41.4

3.4% 1.67

전기출력(MW) 효율(%)

124.1 41.86

1.0% 0.6

주증기 온도/압력(℃/kg/cm2) : 538/128

주증기 온도/압력 : 485/128 (온도 10%감소)

주증기 온도/압력 : 538/115 (압력 10%감소)

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q 해외 ROMM 사업용 성능평가 모델 개발

q 기력(9개) 및 복합(7개) 발전소에 대한 기본 모델 개발

q 운전조건 변화 설비상태 변화에 따른 성능변화 예측 모델 개발

q 예측모델을 이용 설비교체 전후의 성능평가 가능

해외사업 타당성 분석시 비용평가 산출 기초자료 제공 가능

q 최적 설비진단 및 비용산출로 사업 리스크 최소화 및

사업수주 가능성 증대

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