WO2020071580A1 - Cogeneration thermoelectric power generation system using solar collector - Google Patents
Cogeneration thermoelectric power generation system using solar collectorInfo
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Definitions
- the following embodiment relates to a cogeneration thermoelectric power generation system using a solar heat collector.
- Cogeneration is a power generation method that produces electricity using heat and produces hot water using the remaining heat.
- thermal energy can be efficiently utilized because power and hot water can be simultaneously produced using solar heat. Since the heat energy that can be obtained from solar heat is limited, it is important to properly distribute heat energy to electric power production and hot water production.
- interest in an energy prosumer that uses and produces power or hot water in a private household and sells the remaining power or hot water to surrounding areas is increasing. From a prosumer's point of view, it is important to produce electricity and hot water in appropriate proportions in order to make the most profit by selling electric power or hot water to surrounding areas. Accordingly, there is a need for a cogeneration system that has an efficient structure capable of producing electric power or hot water by making maximum use of solar heat, and can appropriately adjust the ratio of electric power or hot water produced by cogeneration.
- An object of one embodiment is to provide a combined heat and power thermoelectric power generation system for generating electric power and hot water using a solar heat collector.
- the purpose of one embodiment is to provide a combined heat and power thermoelectric power generation system that calculates the power required index and the hot water required index and selects an appropriate control plan to efficiently control the production rate of power and hot water.
- the purpose of one embodiment is to provide a cogeneration thermoelectric power generation system capable of selling the generated power and hot water to a buyer.
- a combined heat and power thermoelectric power generation system includes a solar heat collector for condensing solar radiation radiated from the sun and heating a heat circulation medium; It includes a thermoelectric element, a hot water tank in contact with the high temperature surface of the thermoelectric element to accommodate the thermocirculating medium and a low temperature water tank in contact with the low temperature surface of the thermoelectric element to receive cold water, the temperature of the thermocycling medium and the temperature of the cold water A thermoelectric power generation unit that produces electric power by a difference; A power storage unit that stores power generated by the thermoelectric power generation unit; A cold water line supplying the cold water to the low temperature water tank; A hot water line connected to the low temperature water tank and discharging hot water generated from the low temperature water tank; A hot water storage unit receiving and storing the hot water from the hot water line, and having a heat exchanger disposed therein; A first circulation line for supplying the heat circulation medium heated from the solar heat collector to the hot water tank, a second circulation line for supplying the heat circulation medium discharged from the high temperature water
- a three-way valve part including a third three-way valve and a fourth three-way valve, which are respectively provided at a branch point connected to the three-way valve;
- the remaining amount of power stored in the power storage unit, power consumption, power demand, and the unit price of the power are multiplied and summed to calculate the power required index, and the remaining amount and temperature of hot water stored in the hot water storage unit, temperature, hot water usage, hot water
- An exponential calculating unit for multiplying and summing the demand amount and the unit price of the hot water to calculate the required hot water index;
- a plan selector for selecting a control plan according to the values of the power required index and the hot water required index; And a control unit controlling the three-way valve unit according to the control plan to adjust the circulation path and flow rate of the thermal circulation medium.
- the plan selector selects a hot water intensive production plan when the power required index is less than a first set value and the hot water required index is greater than or equal to a second set value, and the power required index is greater than or equal to the first set value and the hot water If the required index is less than the second set value, a power intensive production plan is selected, and if the required power index is greater than or equal to the first set value and the hot water required index is greater than or equal to the second set value, a mixed production plan can be selected. have.
- the control unit blocks the inflow of the heat circulation medium into the hot water tank and opens the fifth circulation line, and when the power concentration production plan is selected, the heat exchanger When the heat circulation medium is blocked, the fourth circulation line is opened, and the mixed production plan is selected, the flow rate of the heat circulation medium flowing into each of the hot water tank and the heat exchanger can be adjusted.
- the control unit when the mixed production plan is selected, the flow rate of the heat-circulating medium flowing into the hot water tank and the heat exchanger, respectively, is proportional to the size of the power required index and the hot water required index, the opening degree of the three-way valve unit Can be adjusted.
- the plan selector selects a power saving plan when the power required index is less than the first set value and the hot water required index is less than the second set value, and the control unit selects the power save plan when the power save plan is selected, and the hot water tank and heat exchange. It is possible to block the inflow of the heat circulation medium into the air passage and open the fourth circulation line and the fifth circulation line.
- the index calculation unit calculates the power consumption in consideration of at least one of the previous year's power consumption, the previous day's power consumption, season, time, weather, temperature, and day of the week, and the previous year's hot water usage, the previous day's hot water usage, season, time, weather, temperature , It is possible to calculate the usage of hot water in consideration of at least one of the days of the week.
- the power stored in the power storage unit and the hot water stored in the hot water storage unit may be sold to a buyer.
- Cogeneration thermoelectric power generation system includes a solar heat collector for condensing solar radiation radiated from the sun to heat a thermal circulation medium; It includes a thermoelectric element, a hot water tank in contact with the high temperature surface of the thermoelectric element to accommodate the thermocirculating medium and a low temperature water tank in contact with the low temperature surface of the thermoelectric element to receive cold water, the temperature of the thermocycling medium and the temperature of the cold water A thermoelectric power generation unit that produces electric power by a difference; A power storage unit that stores power generated by the thermoelectric power generation unit; An auxiliary hot water storage unit receiving water from a water supply; A hot water circulation line that supplies water stored in the auxiliary hot water storage unit to the low temperature water tank and supplies hot water generated from the low temperature water tank to the auxiliary hot water storage unit; A hot water storage unit receiving and storing hot water from the auxiliary hot water storage unit, and a heat exchanger disposed therein; A first circulation line for supplying the heat circulation medium heated from the solar heat collector to the hot water tank, a second circulation
- a three-way valve part including a third three-way valve and a fourth three-way valve, which are respectively provided at a branch point connected to the third branch valve;
- a prosumer hot water storage unit that receives hot water from the hot water storage unit and stores hot water for sale to a buyer;
- the heating water circulates, and the heating water is supplied with heat through a heating heat exchanger disposed inside the hot water storage unit.
- the remaining amount of power stored in the power storage unit, power consumption, power demand, and the unit price of the power are multiplied and summed to calculate the power required index, and the remaining amount and temperature of hot water stored in the hot water storage unit, temperature, hot water usage, hot water
- An exponential calculating unit for multiplying and summing the demand amount and the unit price of the hot water to calculate the required hot water index;
- a plan selector for selecting a control plan according to the values of the power required index and the hot water required index;
- a control unit controlling the three-way valve unit according to the control plan to adjust the circulation path and flow rate of the thermal circulation medium.
- the cogeneration thermoelectric power generation system may generate power and hot water using solar heat.
- the cogeneration thermoelectric power generation system may calculate the power required index and the hot water required index, and select an appropriate control plan to efficiently control the power and hot water production ratio.
- the cogeneration thermoelectric power generation system may make profits by selling the generated power and hot water to a buyer.
- FIG. 1 is a schematic diagram schematically showing a cogeneration thermoelectric power generation system according to an embodiment.
- FIG. 2 is a block diagram of an index calculation unit, a plan selection unit, a control unit, and a three-way valve unit according to an embodiment.
- FIG 3 is a graph showing a control plan according to a numerical section of the power required index and the hot water required index.
- thermoelectric power generation system 4 is a schematic diagram schematically showing a cogeneration thermoelectric power generation system according to an embodiment.
- first, second, A, B, (a), and (b) may be used. These terms are only for distinguishing the component from other components, and the nature, order, or order of the component is not limited by the term.
- 1 is a schematic diagram schematically showing a cogeneration thermoelectric power generation system according to an embodiment.
- 2 is a block diagram of an index calculation unit, a plan selection unit, a control unit, and a three-way valve unit according to an embodiment.
- the cogeneration thermoelectric power generation system 1 may produce power and hot water using solar heat. Electric power and hot water produced through the cogeneration thermoelectric power generation system 1 may be stored in the power storage unit 300 and the hot water storage unit 500, respectively. The user can use the stored power and hot water. In addition, the user can sell the stored power and hot water to the buyer. That is, the cogeneration thermoelectric power generation system 1 may be a prosumer type system. Electric power and hot water may be sold through a power sales line and a hot water sales line (not shown), respectively.
- the cogeneration thermoelectric power generation system 1 includes a solar heat collector 100, a thermoelectric power generation unit 200, a power storage unit 300, a cold water line 410, a hot water line 420, a hot water storage unit 500, and a circulation line unit. (600), three-way valve unit 700, an index calculation unit 810, a plan selection unit 820 and a control unit 830 may be included.
- the solar heat collector 100 may collect heat rays radiated from the sun to heat the heat circulation medium accommodated therein.
- the heated thermal circulation medium may be transferred to the high temperature water tank 220 and / or the heat exchanger 510 of the thermoelectric power generation unit 200.
- the thermoelectric power generation unit 200 is in contact with the heat circulation medium and cold water, and may generate electric power by the difference between the temperature of the heat circulation medium and the temperature of the cold water.
- the thermoelectric power generation unit 200 may include a thermoelectric element 210, a high temperature water tank 220 and a low temperature water tank 230.
- the thermoelectric element 210 is a device that generates electric power through the Seebeck effect.
- a plurality of thermoelectric elements 210 may be provided.
- the thermoelectric element 210 may include a high temperature surface and a low temperature surface.
- the thermoelectric element 210 may generate electric power according to a temperature difference between a high temperature surface and a low temperature surface.
- the high temperature water tank 220 may contact the high temperature surface of the thermoelectric element 210.
- the high temperature water tank 220 may receive and receive a high temperature thermal circulation medium through the first circulation line 610 to maintain a high temperature surface of the thermoelectric element 210 in a high temperature state.
- the low temperature water tank 230 may contact the low temperature surface of the thermoelectric element 210.
- the low temperature water tank 230 may receive and receive cold water through the cold water line 410 to maintain the low temperature surface of the thermoelectric element 210 in a low temperature state.
- the cold water accommodated in the low temperature water tank 230 may receive the heat discharged from the low temperature surface to increase the temperature. In this process, hot water may be generated in the low temperature water tank 230.
- the power storage unit 300 may store power generated by the thermoelectric power generation unit 200.
- the power storage unit 300 may be, for example, a battery or an Energy Storage System (ESS).
- ESS Energy Storage System
- the cold water line 410 may be connected to the low temperature water tank 230 and supply cold water to the low temperature water tank 230.
- the hot water line 420 may be connected to the low temperature water tank 230 and discharge hot water generated from the low temperature water tank 230.
- the hot water storage unit 500 may receive and store hot water from the hot water line 420.
- the hot water storage unit 500 may be a hot water tank.
- a heat exchanger 510 may be disposed inside the hot water storage unit 500.
- a heat circulation medium may be supplied to the heat exchanger 510.
- the thermal circulation medium may transfer heat to the hot water stored in the hot water storage unit 500 while passing through the heat exchanger 510. Accordingly, the hot water stored in the hot water storage unit 500 may be heated.
- the user may use hot water stored in the hot water storage unit 500.
- the thermal circulation medium may be transferred through the circulation line part 600.
- the circulation line part 600 may include a first circulation line 610, a second circulation line 620, a third circulation line 630, a fourth circulation line 640 and a fifth circulation line 650. have.
- the first circulation line 610 may supply the heat circulation medium heated from the solar collector 100 to the hot water tank 220.
- the second circulation line 620 may supply the heat circulation medium discharged from the hot water tank 220 to the heat exchanger 510.
- the third circulation line 630 may supply the heat circulation medium discharged from the heat exchanger 510 to the solar heat collector 100.
- the fourth circulation line 640 may connect the second circulation line 620 and the third circulation line 630.
- the fifth circulation line 650 may connect the first circulation line 610 and the second circulation line 620.
- a three-way valve unit 700 may be provided at a point where the circulation line unit 600 is branched. Through the opening and closing direction control of the three-way valve unit 700, it is possible to adjust the circulation path of the thermal circulation medium. Through the control of the opening degree of the three-way valve unit 700, it is possible to control the flow rate of the thermal circulation medium.
- the three-way valve unit 700 may include a first three-way valve 710, a second three-way valve 720, a third three-way valve 730, and a fourth three-way valve 740.
- the first three-way valve 710 and the second three-way valve 720 may be respectively provided at a branch point where the fourth circulation line 640 is connected to the second circulation line 620 and the third circulation line 630.
- the third three-way valve 730 and the fourth three-way valve 740 may be provided at branch points where the fifth circulation line 650 is connected to the first circulation line 610 and the second circulation line 620, respectively.
- the thermal circulation medium may circulate along the circulation line part 600 and perform heat exchange in the high temperature water tank 220 or the heat exchanger 510.
- the thermal circulation medium may circulate in various circulation paths.
- the heat circulation medium includes a solar heat collector 100-a first circulation line 610-a hot water tank 220-a second circulation line 620-a heat exchanger 510-a third circulation line 630 -It can circulate in the order of the solar collector 100.
- the path is referred to as a first circular path.
- the thermal cycling medium When the thermal cycling medium circulates in the first circulation path, the thermal cycling medium supplies heat to the hot surface of the thermoelectric element 210 while passing through the high temperature water tank 220 and the remaining heat while passing through the heat exchanger 510.
- the hot water stored in the hot water storage unit 500 may be heated. Therefore, when the thermal circulation medium circulates in the first circulation path, power and hot water can be simultaneously produced.
- the thermal circulation medium includes a solar heat collector 100-a first circulation line 610-a hot water tank 220-a second circulation line 620-a fourth circulation line 640-a third circulation line 630 -It can circulate in the order of the solar collector 100.
- the path is referred to as a second circulation path.
- the heat circulation medium When the heat circulation medium circulates in the second circulation path, since the heat circulation medium passes only the high-temperature water tank 220 and does not pass through the heat exchanger 510, heat energy can be intensively used for power generation.
- the heat circulation medium includes a solar heat collector 100-a first circulation line 610-a fifth circulation line 650-a second circulation line 620-a heat exchanger 510-a third circulation line 630 -It can circulate in the order of the solar collector 100.
- the path is referred to as a third circular path.
- the optimal production ratio of power and hot water is calculated to obtain the optimal ratio. It can be important to produce power and hot water.
- the index calculation unit 810 may calculate the power required index and the hot water required index.
- the power requirement index can be a measure of the need for power generation.
- the index calculation unit 810 may calculate a power required index by multiplying and adding weights to the remaining amount of power stored in the power storage unit 300, power consumption, power demand, and unit price of power, respectively.
- the power consumption means the power consumption of the user, and the power consumption of the previous day can be used as a value.
- the index calculation unit 810 may calculate a power usage value in consideration of at least one of a user's previous year's power usage, a previous day's power usage, season, time, weather, temperature, and day of the week.
- the electric power demand amount means the electric power demand amount of the buyer in the surrounding area
- the unit price of electric power may mean the selling price of electric power.
- the weight multiplied by each element may be set differently according to the specific gravity of each element. Also, the weight may be a variable weight that changes in real time in consideration of at least one of season, time, weather, temperature, and day of the week. The weight may be negative. For example, as the remaining amount of power stored in the power storage unit 300 increases, the need for power generation decreases, so the weight multiplied by the remaining amount of power may be negative. The greater the user's power usage, the higher the need for power generation, so the weight multiplied by the power usage may be positive. In addition, the more the power demand of the buyer, the higher the unit cost of power, the higher the need for power generation, so the weight multiplied by the power demand and the unit cost of power may be positive.
- the hot water need index may be a number indicating the need for hot water production.
- the hot water required index can also be calculated in the same way as the power required index.
- the exponent calculating unit 810 may calculate a power required index by multiplying and summing the residual amount and temperature of the hot water stored in the hot water storage unit 500, the amount of hot water used, the amount of hot water demand, and the unit price of the hot water, respectively.
- the amount of hot water used means the amount of hot water used by the user, and the amount of hot water used the day before can be used as a value.
- the index calculation unit 810 may calculate the hot water usage value in consideration of at least one of the user's previous year's hot water usage, the previous day's hot water usage, season, time, weather, temperature, and day of the week.
- the demand for hot water means the amount of hot water demand of the buyer in the surrounding area
- the unit price of hot water may mean the selling price of hot water.
- the weight multiplied by each element may be set differently according to the specific gravity of each element. Also, the weight may be a variable weight that changes in real time in consideration of at least one of season, time, weather, temperature, and day of the week. The weight may be negative.
- the weight multiplied by the residual amount and temperature of the hot water may be negative.
- the amount of hot water used, the amount of hot water demand, and the unit price of hot water may be multiplied by a positive weight as in the case of electric power.
- the plan selector 820 may select a suitable control plan according to the values of the power required index and the hot water required index calculated by the index calculating unit 810.
- the plan selector 820 may compare the values of the power required index and the hot water required index with the first set value and the second set value, respectively.
- the plan selector 820 may select a corresponding control plan according to whether the values of the power required index and the hot water required index are greater than or less than the first set value and the second set value, respectively.
- the first set value and the second set value may be preset values. Alternatively, the first set value and the second set value may be changed in real time in consideration of at least one of season, time, weather, temperature, and day of the week. Details will be described later.
- the control unit 830 may control the three-way valve unit 700 according to the selected control plan.
- the control unit 830 controls the opening / closing direction of the three-way valve unit 700 to adjust the circulation path such that the thermal circulation medium is circulated along any one of the first circulation path, the second circulation path, or the third circulation path. You can.
- the control unit 830 may control the opening degree of the three-way valve unit 700 to control the flow rate of the thermal circulation medium circulating along the circulation line unit 600.
- FIG. 3 is a graph showing a control plan according to a numerical section of a power required index and a hot water required index.
- the horizontal axis is the power required index and the vertical axis is the hot water required index.
- the plan selector 820 may select different control plans according to areas where coordinates according to values of the power required index and the hot water required index are located.
- the plan selector 820 may select a hot water intensive production plan when the power required index is less than the first set value and the hot water required index is greater than or equal to the second set value.
- the hot water intensive production plan may mean a plan that intensively uses thermal energy for hot water production.
- the control unit 830 controls the opening and closing directions of the third three-way valve 730 and the fourth three-way valve 740 to block the inflow of heat circulation medium into the high temperature water tank 220 and remove 5
- the circulation line 650 may be opened. That is, the control unit 830 may control the thermal circulation medium to circulate only along the third circulation path. Therefore, in the hot water intensive production plan, heat energy can be used only for hot water production.
- the plan selector 820 may select a power intensive production plan when the power required index is greater than or equal to the first set value and the hot water required index is less than the second set value.
- the power intensive production plan may mean a plan that intensively uses thermal energy for power generation.
- the control unit 830 controls the opening and closing directions of the first three-way valve 710 and the second three-way valve 720 to block the inflow of heat circulation medium into the heat exchanger 510 and to 4
- the circulation line 640 may be opened. That is, the control unit 830 may control the thermal circulation medium to circulate only along the second circulation path.
- the main purpose is to generate power, but cold water passing through the low temperature water tank 230 may acquire heat in the power production process using thermoelectric power generation and flow into the hot water storage unit 500. That is, in the electric power intensive production plan, in addition to the intensive electric power production, hot water production may be additionally possible.
- the plan selector 820 may select a mixed production plan when the power required index is greater than or equal to the first set value and the hot water required index is greater than or equal to the second set value.
- the mixed production plan may mean a plan that simultaneously produces electric power and hot water for thermal energy, and controls the production rate of electric power and hot water.
- the control unit 830 may control the opening degree of the three-way valve unit 700 to control the flow rate of the heat circulation medium flowing into the hot water tank 220 and the heat exchanger 510, respectively.
- control unit 830 is a three-way valve unit 700, so that the flow rate of the heat circulation medium flowing into the hot water tank 220 and the heat exchanger 510 is proportional to the size of the power required index and the hot water required index, respectively. ) Can be adjusted. According to such a control, in a mixed production plan, heat energy can be appropriately distributed in proportion to the need for electric power production and hot water production.
- the plan selector 820 may select a power saving plan when the power required index is less than the first set value and the hot water required index is less than the second set value.
- a power saving plan may mean a plan that stores thermal energy.
- the control unit 830 controls the opening and closing direction of the three-way valve unit 700 to block the inflow of heat circulating medium into the high temperature water tank 220 and the heat exchanger 510 and the fourth circulation line 640 ) And the fifth circulation line 650 may be opened.
- the control unit 830 may close all three-way valve units 700 to stop the circulation of the thermal circulation medium. According to such a control, since heat energy can be stored in a heat circulation medium, a large amount of heat energy can be used when the control plan is changed and heat energy is needed.
- the predicted power production and hot water production can be displayed on the display. The user may check the predicted power production amount and the hot water production amount, adjust the power consumption or hot water usage, or adjust the power sales amount or the hot water sales amount.
- thermoelectric power generation system 4 is a schematic diagram schematically showing a cogeneration thermoelectric power generation system according to an embodiment.
- the combined heat and power thermoelectric power generation system 2 includes a solar heat collector 100, a thermoelectric power generation unit 200, a power storage unit 300, an auxiliary hot water storage unit 430, and a hot water circulation line.
- a hot water storage unit 500, circulation line unit 600, three-way valve unit 700, index calculation unit, plan selection unit, control unit, auxiliary heat storage unit 910, prosumer hot water storage unit 920 and A heating water circulation unit 930 may be included.
- Solar collector 100, thermoelectric power generation unit 200, power storage unit 300, hot water storage unit 500, circulation line unit 600, three-way valve unit 700, index calculation unit, plan selection unit and control unit May be the same configuration as described above. Therefore, redundant description of the above structures will be omitted.
- the auxiliary hot water storage unit 430 may receive water from the water supply and store water.
- the water stored in the auxiliary hot water storage unit 430 may be circulated through the hot water circulation line 440.
- the hot water circulation line 440 may supply water stored in the auxiliary hot water storage unit 430 to the low temperature water tank 230.
- the hot water circulation line 440 may supply hot water generated from the low temperature water tank 230 to the auxiliary hot water storage unit 430 again.
- the water stored in the auxiliary hot water storage unit 430 is supplied with heat while passing through the low temperature water tank 230 when circulating the hot water circulation line 440, and accordingly the temperature may be increased. . Therefore, the water stored in the auxiliary hot water storage unit 430 may gradually increase in temperature and become hot water.
- the hot water stored in the auxiliary hot water storage unit 430 may be supplied to the hot water storage unit 500.
- the auxiliary hot water storage unit 430 by supplying cold water from the water supply to the auxiliary hot water storage unit 430, it is possible to control the temperature of the water stored in the auxiliary hot water storage unit 430. Therefore, the temperature of the water supplied to the low-temperature water tank 230 can be adjusted within a certain range, and accordingly, electric power can be produced in the thermoelectric power generation unit 200.
- the auxiliary heat storage unit 910 may be disposed on the first circulation line 610.
- the heat circulation medium flowing through the first circulation line 610 may supply heat to the auxiliary heat storage unit 910 while passing through the auxiliary heat storage unit 910.
- the auxiliary heat storage unit 910 may receive heat from a heat circulation medium and store heat.
- the prosumer hot water storage unit 920 may receive hot water from the hot water storage unit 500.
- the prosumer hot water storage unit 920 may store hot water for sale to a buyer.
- the hot water stored in the prosumer hot water storage unit 920 may be supplied to a buyer.
- the heating water circulation unit 930 may be a line through which heating water circulates.
- the heating water circulating through the heating water circulation unit 930 may be supplied with heat through a heating heat exchanger disposed inside the hot water storage unit 500.
- the heating water circulation unit 930 may be connected to the heating medium (H).
- the heating medium H may include a fan coil unit (FCU) or an ondol.
- the heating water circulation unit 930 may perform heating using the heat of the hot water stored in the hot water storage unit 500.
- a boiler B may be connected to the hot water storage unit 500 and the heating water circulation unit 930.
- the hot water generated in the boiler B may be supplied to the hot water storage unit 500 and the heating water circulation unit 930.
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Abstract
Description
아래의 실시 예는 태양열 집열기를 이용한 열병합 열전 발전 시스템에 관한 것이다.The following embodiment relates to a cogeneration thermoelectric power generation system using a solar heat collector.
최근 신재생 에너지의 필요성이 대두됨에 따라 태양열을 이용한 열병합 발전에 대한 관심도가 높아지고 있다. 열병합 발전이란 열을 이용하여 전력을 생산하고, 남은 열을 이용해 온수 등을 생산하는 발전 방식을 의미한다. 이러한 열병합 발전을 이용하면, 태양열을 이용하여 전력과 온수를 동시에 생산할 수 있기 때문에 열에너지를 효율적으로 활용할 수 있다. 태양열로부터 얻을 수 있는 열에너지는 한정되어 있으므로, 열에너지를 전력 생산 및 온수 생산에 적절히 분배하는 것이 중요하다. 한편, 개인 가구에서 전력 또는 온수 생산하여 사용하고, 남은 전력 또는 온수를 주변 지역에 판매하는 에너지 프로슈머(prosumer)에 대한 관심이 높아지고 있다. 프로슈머의 관점에서도, 전력 또는 온수를 주변 지역에 판매하여 최대의 이익을 남기기 위해서 전력 및 온수를 적절한 비율로 생산하는 것이 중요하다. 따라서, 태양열을 최대한으로 활용하여 전력 또는 온수를 생산할 수 있는 효율적인 구조를 가지면서, 열병합 발전으로 생산되는 전력 또는 온수의 비율을 적절하게 조절할 수 있는 열병합 발전 시스템이 요구된다.Recently, as the necessity of renewable energy has emerged, interest in cogeneration using solar heat has increased. Cogeneration is a power generation method that produces electricity using heat and produces hot water using the remaining heat. When using this combined heat and power generation, thermal energy can be efficiently utilized because power and hot water can be simultaneously produced using solar heat. Since the heat energy that can be obtained from solar heat is limited, it is important to properly distribute heat energy to electric power production and hot water production. Meanwhile, interest in an energy prosumer that uses and produces power or hot water in a private household and sells the remaining power or hot water to surrounding areas is increasing. From a prosumer's point of view, it is important to produce electricity and hot water in appropriate proportions in order to make the most profit by selling electric power or hot water to surrounding areas. Accordingly, there is a need for a cogeneration system that has an efficient structure capable of producing electric power or hot water by making maximum use of solar heat, and can appropriately adjust the ratio of electric power or hot water produced by cogeneration.
전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출과정에서 보유하거나 습득한 것으로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에 공개된 공지기술이라고 할 수는 없다.The above-described background art is possessed or acquired by the inventor during the derivation process of the present invention, and is not necessarily a known technology disclosed to the general public prior to the filing of the present invention.
일 실시 예의 목적은, 태양열 집열기를 이용하여 전력 및 온수 생성하는 열병합 열전발전 시스템을 제공하는 것이다.An object of one embodiment is to provide a combined heat and power thermoelectric power generation system for generating electric power and hot water using a solar heat collector.
일 실시 예의 목적은, 전력필요지수 및 온수필요지수를 산출하고, 적합한 제어 플랜을 선택하여 전력 및 온수의 생산 비율을 효율적으로 제어하는 열병합 열전발전 시스템을 제공하는 것이다.The purpose of one embodiment is to provide a combined heat and power thermoelectric power generation system that calculates the power required index and the hot water required index and selects an appropriate control plan to efficiently control the production rate of power and hot water.
일 실시 예의 목적은, 생산된 전력 및 온수를 구매자에게 판매할 수 있는 열병합 열전발전 시스템을 제공하는 것이다.The purpose of one embodiment is to provide a cogeneration thermoelectric power generation system capable of selling the generated power and hot water to a buyer.
일 실시 예에 따른 열병합 열전발전 시스템은, 태양으로부터 복사되는 일사광선을 집광하여 열순환 매체를 가열하는 태양열 집열기; 열전 소자, 상기 열전 소자의 고온면과 접하며 상기 열순환 매체를 수용하는 고온 수조 및 상기 열전 소자의 저온면과 접하며 냉수를 수용하는 저온 수조를 포함하며, 상기 열순환 매체의 온도와 상기 냉수의 온도 차이에 의해 전력을 생산하는 열전 발전부; 상기 열전 발전부에서 생성된 전력을 저장하는 전력 저장부; 상기 저온 수조에 상기 냉수를 공급하는 냉수 라인; 상기 저온 수조에 연결되고, 상기 저온 수조로부터 생성되는 온수를 배출하는 온수 라인; 상기 온수 라인으로부터 상기 온수를 공급받아 저장하고, 내부에 열교환기가 배치되는 온수 저장부; 상기 태양열 집열기로부터 가열된 상기 열순환 매체를 상기 고온 수조로 공급하는 제1 순환 라인, 상기 고온 수조로부터 배출되는 상기 열순환 매체를 상기 열교환기에 공급하는 제2 순환 라인, 상기 열교환기로부터 배출되는 상기 열순환 매체를 상기 태양열 집열기로 공급하는 제3 순환 라인, 상기 제2 순환 라인 및 상기 제3 순환 라인을 연결하는 제4 순환 라인 및 상기 제1 순환 라인 및 상기 제2 순환 라인을 연결하는 제5 순환 라인을 포함하는 순환 라인부; 상기 제4 순환 라인이 상기 제2 순환 라인 및 제3 순환 라인과 연결되는 분기점에 각각 구비되는 제1 삼방 밸브 및 제2 삼방 밸브, 상기 제5 순환 라인이 상기 제1 순환 라인 및 제2 순환 라인과 연결되는 분기점에 각각 구비되는 제3 삼방 밸브 및 제4 삼방 밸브를 포함하는 삼방 밸브부; 상기 전력 저장부에 저장된 전력의 잔여량, 전력 사용량, 전력 수요량 및 상기 전력의 단가에 각각 가중치를 곱하고 합산하여 전력필요지수를 산출하고, 상기 온수 저장부에 저장된 온수의 잔여량 및 온도, 온수 사용량, 온수 수요량 및 상기 온수의 단가에 각각 가중치를 곱하고 합산하여 온수필요지수를 산출하는 지수산출부; 상기 전력필요지수 및 온수필요지수의 수치에 따라 제어 플랜을 선택하는 플랜선택부; 및 상기 제어 플랜에 따라 상기 삼방 밸브부를 제어하여 상기 열순환 매체의 순환 경로 및 유량을 조절하는 제어부를 포함할 수 있다.A combined heat and power thermoelectric power generation system according to an embodiment includes a solar heat collector for condensing solar radiation radiated from the sun and heating a heat circulation medium; It includes a thermoelectric element, a hot water tank in contact with the high temperature surface of the thermoelectric element to accommodate the thermocirculating medium and a low temperature water tank in contact with the low temperature surface of the thermoelectric element to receive cold water, the temperature of the thermocycling medium and the temperature of the cold water A thermoelectric power generation unit that produces electric power by a difference; A power storage unit that stores power generated by the thermoelectric power generation unit; A cold water line supplying the cold water to the low temperature water tank; A hot water line connected to the low temperature water tank and discharging hot water generated from the low temperature water tank; A hot water storage unit receiving and storing the hot water from the hot water line, and having a heat exchanger disposed therein; A first circulation line for supplying the heat circulation medium heated from the solar heat collector to the hot water tank, a second circulation line for supplying the heat circulation medium discharged from the high temperature water tank to the heat exchanger, and the discharge from the heat exchanger A third circulation line for supplying a thermal circulation medium to the solar heat collector, a fourth circulation line connecting the second circulation line and the third circulation line, and a fifth connecting the first circulation line and the second circulation line A circulation line portion including a circulation line; The first three-way valve and the second three-way valve, each of which is provided at a branch point where the fourth circulation line is connected to the second circulation line and the third circulation line, and the fifth circulation line are the first circulation line and the second circulation line. A three-way valve part including a third three-way valve and a fourth three-way valve, which are respectively provided at a branch point connected to the three-way valve; The remaining amount of power stored in the power storage unit, power consumption, power demand, and the unit price of the power are multiplied and summed to calculate the power required index, and the remaining amount and temperature of hot water stored in the hot water storage unit, temperature, hot water usage, hot water An exponential calculating unit for multiplying and summing the demand amount and the unit price of the hot water to calculate the required hot water index; A plan selector for selecting a control plan according to the values of the power required index and the hot water required index; And a control unit controlling the three-way valve unit according to the control plan to adjust the circulation path and flow rate of the thermal circulation medium.
상기 플랜선택부는, 상기 전력필요지수가 제1 설정값 미만이고 상기 온수필요지수가 제2 설정값 이상인 경우, 온수 집중 생산 플랜을 선택하고, 상기 전력필요지수가 상기 제1 설정값 이상이고 상기 온수필요지수가 상기 제2 설정값 미만인 경우, 전력 집중 생산 플랜을 선택하고, 상기 전력필요지수가 상기 제1 설정값 이상이고 상기 온수필요지수가 상기 제2 설정값 이상인 경우, 혼합 생산 플랜을 선택할 수 있다.The plan selector selects a hot water intensive production plan when the power required index is less than a first set value and the hot water required index is greater than or equal to a second set value, and the power required index is greater than or equal to the first set value and the hot water If the required index is less than the second set value, a power intensive production plan is selected, and if the required power index is greater than or equal to the first set value and the hot water required index is greater than or equal to the second set value, a mixed production plan can be selected. have.
상기 제어부는, 상기 온수 집중 생산 플랜이 선택된 경우, 상기 고온 수조로의 상기 열순환 매체의 유입을 차단하고 상기 제5 순환 라인을 개방하고, 상기 전력 집중 생산 플랜이 선택된 경우, 상기 열교환기로의 상기 열순환 매체의 유입을 차단하고 상기 제4 순환 라인을 개방하고, 상기 혼합 생산 플랜이 선택된 경우, 상기 고온 수조 및 열교환기로 각각 유입되는 상기 열순환 매체의 유량을 조절할 수 있다.When the hot water concentration production plan is selected, the control unit blocks the inflow of the heat circulation medium into the hot water tank and opens the fifth circulation line, and when the power concentration production plan is selected, the heat exchanger When the heat circulation medium is blocked, the fourth circulation line is opened, and the mixed production plan is selected, the flow rate of the heat circulation medium flowing into each of the hot water tank and the heat exchanger can be adjusted.
상기 제어부는, 상기 혼합 생산 플랜이 선택된 경우, 상기 고온 수조 및 열교환기로 각각 유입되는 상기 열순환 매체의 유량이, 각각 상기 전력필요지수 및 온수필요지수의 크기와 비례하도록, 상기 삼방 밸브부의 개방 정도를 조절할 수 있다.The control unit, when the mixed production plan is selected, the flow rate of the heat-circulating medium flowing into the hot water tank and the heat exchanger, respectively, is proportional to the size of the power required index and the hot water required index, the opening degree of the three-way valve unit Can be adjusted.
상기 플랜선택부는 상기 전력필요지수가 상기 제1 설정값 미만이고 상기 온수필요지수가 상기 제2 설정값 미만인 경우, 절전 플랜을 선택하고, 상기 제어부는 상기 절전 플랜이 선택된 경우, 상기 고온 수조 및 열교환기로의 열순환 매체의 유입을 차단하고 상기 제4 순환 라인 및 제5 순환 라인을 개방할 수 있다.The plan selector selects a power saving plan when the power required index is less than the first set value and the hot water required index is less than the second set value, and the control unit selects the power save plan when the power save plan is selected, and the hot water tank and heat exchange. It is possible to block the inflow of the heat circulation medium into the air passage and open the fourth circulation line and the fifth circulation line.
상기 지수산출부는, 전년 전력 사용량, 전일 전력 사용량, 계절, 시간, 날씨, 기온, 요일 중 적어도 하나 이상을 고려하여 전력 사용량을 계산하고, 전년 온수 사용량, 전일 온수 사용량, 계절, 시간, 날씨, 기온, 요일 중 적어도 하나 이상을 고려하여 온수 사용량을 계산할 수 있다.The index calculation unit calculates the power consumption in consideration of at least one of the previous year's power consumption, the previous day's power consumption, season, time, weather, temperature, and day of the week, and the previous year's hot water usage, the previous day's hot water usage, season, time, weather, temperature , It is possible to calculate the usage of hot water in consideration of at least one of the days of the week.
상기 전력 저장부에 저장된 전력 및 상기 온수 저장부에 저장된 온수를 구매자에게 판매 가능할 수 있다.The power stored in the power storage unit and the hot water stored in the hot water storage unit may be sold to a buyer.
일 실시 예에 따른 열병합 열전 발전 시스템은, 태양으로부터 복사되는 일사광선을 집광하여 열순환 매체를 가열하는 태양열 집열기; 열전 소자, 상기 열전 소자의 고온면과 접하며 상기 열순환 매체를 수용하는 고온 수조 및 상기 열전 소자의 저온면과 접하며 냉수를 수용하는 저온 수조를 포함하며, 상기 열순환 매체의 온도와 상기 냉수의 온도 차이에 의해 전력을 생산하는 열전 발전부; 상기 열전 발전부에서 생성된 전력을 저장하는 전력 저장부; 상수도로부터 물을 공급받는 보조 온수 저장부; 상기 보조 온수 저장부에 저장된 물을 상기 저온 수조에 공급하고, 상기 저온 수조로부터 생성되는 온수를 상기 보조 온수 저장부에 공급하는 온수 순환 라인; 상기 보조 온수 저장부로부터 온수를 공급받아 저장하고, 내부에 열교환기가 배치되는 온수 저장부; 상기 태양열 집열기로부터 가열된 상기 열순환 매체를 상기 고온 수조로 공급하는 제1 순환 라인, 상기 고온 수조로부터 배출되는 상기 열순환 매체를 상기 열교환기에 공급하는 제2 순환 라인, 상기 열교환기로부터 배출되는 상기 열순환 매체를 상기 태양열 집열기로 공급하는 제3 순환 라인, 상기 제2 순환 라인 및 상기 제3 순환 라인을 연결하는 제4 순환 라인 및 상기 제1 순환 라인 및 상기 제2 순환 라인을 연결하는 제5 순환 라인을 포함하는 순환 라인부; 상기 제4 순환 라인이 상기 제2 순환 라인 및 제3 순환 라인과 연결되는 분기점에 각각 구비되는 제1 삼방 밸브 및 제2 삼방 밸브, 상기 제5 순환 라인이 상기 제1 순환 라인 및 제2 순환 라인과 연결되는 분기점에 각각 구비되는 제3 삼방 밸브 및 제4 삼방 밸브를 포함하는 삼방 밸브부; 상기 온수 저장부로부터 온수를 공급받고, 구매자에게 판매하기 위한 온수를 저장하는 프로슈머 온수 저장부; 난방수가 순환하고, 상기 난방수는 상기 온수 저장부 내부에 배치되는 난방 열교환기를 통해 열을 공급받는, 난방수 순환부; 상기 전력 저장부에 저장된 전력의 잔여량, 전력 사용량, 전력 수요량 및 상기 전력의 단가에 각각 가중치를 곱하고 합산하여 전력필요지수를 산출하고, 상기 온수 저장부에 저장된 온수의 잔여량 및 온도, 온수 사용량, 온수 수요량 및 상기 온수의 단가에 각각 가중치를 곱하고 합산하여 온수필요지수를 산출하는 지수산출부; 상기 전력필요지수 및 온수필요지수의 수치에 따라 제어 플랜을 선택하는 플랜선택부; 및 상기 제어 플랜에 따라 상기 삼방 밸브부를 제어하여 상기 열순환 매체의 순환 경로 및 유량을 조절하는 제어부를 포함할 수 있다.Cogeneration thermoelectric power generation system according to an embodiment includes a solar heat collector for condensing solar radiation radiated from the sun to heat a thermal circulation medium; It includes a thermoelectric element, a hot water tank in contact with the high temperature surface of the thermoelectric element to accommodate the thermocirculating medium and a low temperature water tank in contact with the low temperature surface of the thermoelectric element to receive cold water, the temperature of the thermocycling medium and the temperature of the cold water A thermoelectric power generation unit that produces electric power by a difference; A power storage unit that stores power generated by the thermoelectric power generation unit; An auxiliary hot water storage unit receiving water from a water supply; A hot water circulation line that supplies water stored in the auxiliary hot water storage unit to the low temperature water tank and supplies hot water generated from the low temperature water tank to the auxiliary hot water storage unit; A hot water storage unit receiving and storing hot water from the auxiliary hot water storage unit, and a heat exchanger disposed therein; A first circulation line for supplying the heat circulation medium heated from the solar heat collector to the hot water tank, a second circulation line for supplying the heat circulation medium discharged from the high temperature water tank to the heat exchanger, and the discharge from the heat exchanger A third circulation line for supplying a thermal circulation medium to the solar heat collector, a fourth circulation line connecting the second circulation line and the third circulation line, and a fifth connecting the first circulation line and the second circulation line A circulation line portion including a circulation line; The first three-way valve and the second three-way valve, each of which is provided at a branch point where the fourth circulation line is connected to the second circulation line and the third circulation line, and the fifth circulation line are the first circulation line and the second circulation line. A three-way valve part including a third three-way valve and a fourth three-way valve, which are respectively provided at a branch point connected to the third branch valve; A prosumer hot water storage unit that receives hot water from the hot water storage unit and stores hot water for sale to a buyer; The heating water circulates, and the heating water is supplied with heat through a heating heat exchanger disposed inside the hot water storage unit. The remaining amount of power stored in the power storage unit, power consumption, power demand, and the unit price of the power are multiplied and summed to calculate the power required index, and the remaining amount and temperature of hot water stored in the hot water storage unit, temperature, hot water usage, hot water An exponential calculating unit for multiplying and summing the demand amount and the unit price of the hot water to calculate the required hot water index; A plan selector for selecting a control plan according to the values of the power required index and the hot water required index; And a control unit controlling the three-way valve unit according to the control plan to adjust the circulation path and flow rate of the thermal circulation medium.
일 실시 예에 따른 열병합 열전발전 시스템은, 태양열을 이용하여 전력 및 온수를 생산할 수 있다.The cogeneration thermoelectric power generation system according to an embodiment may generate power and hot water using solar heat.
일 실시 예에 따른 열병합 열전발전 시스템은, 전력필요지수 및 온수필요지수를 산출하고, 적합한 제어 플랜을 선택하여 전력 및 온수의 생산 비율을 효율적으로 제어할 수 있다.The cogeneration thermoelectric power generation system according to an embodiment may calculate the power required index and the hot water required index, and select an appropriate control plan to efficiently control the power and hot water production ratio.
일 실시 예에 따른 열병합 열전발전 시스템은, 생산된 전력 및 온수를 구매자에게 판매하여 이윤을 남길 수 있다.The cogeneration thermoelectric power generation system according to an embodiment may make profits by selling the generated power and hot water to a buyer.
일 실시 예에 따른 열병합 열전발전 시스템의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the cogeneration thermoelectric power generation system according to an embodiment are not limited to those mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일 실시 예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.The following drawings attached to this specification are intended to illustrate one preferred embodiment of the present invention and serve to further understand the technical spirit of the present invention together with the detailed description of the present invention, so the present invention is limited to those described in those drawings. It should not be interpreted as limited.
도 1은 일 실시 예에 따른 열병합 열전 발전 시스템을 개략적으로 도시한 개략도이다.1 is a schematic diagram schematically showing a cogeneration thermoelectric power generation system according to an embodiment.
도 2는 일 실시 예에 따른 지수산출부, 플랜선택부, 제어부 및 삼방밸브부의 블록도이다.2 is a block diagram of an index calculation unit, a plan selection unit, a control unit, and a three-way valve unit according to an embodiment.
도 3는 전력필요지수 및 온수필요지수의 수치 구간에 따른 제어 플랜을 도시하는 그래프이다.3 is a graph showing a control plan according to a numerical section of the power required index and the hot water required index.
도 4는 일 실시 예에 따른 열병합 열전 발전 시스템을 개략적으로 도시한 개략도이다.4 is a schematic diagram schematically showing a cogeneration thermoelectric power generation system according to an embodiment.
이하, 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, embodiments will be described in detail through exemplary drawings. It should be noted that in adding reference numerals to the components of each drawing, the same components have the same reference numerals as possible even though they are displayed on different drawings. In addition, in describing the embodiments, when it is determined that detailed descriptions of related well-known configurations or functions interfere with understanding of the embodiments, detailed descriptions thereof will be omitted.
또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.In addition, in describing the components of the embodiment, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used. These terms are only for distinguishing the component from other components, and the nature, order, or order of the component is not limited by the term. When a component is described as being "connected", "coupled" or "connected" to another component, that component may be directly connected to or connected to the other component, but another component between each component It should be understood that may be "connected", "coupled" or "connected".
어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.Components included in any one embodiment and components including a common function will be described using the same name in other embodiments. Unless there is an objection to the contrary, the description described in any one embodiment may be applied to other embodiments, and a detailed description will be omitted in the overlapped range.
도 1은 일 실시 예에 따른 열병합 열전 발전 시스템을 개략적으로 도시한 개략도이다. 도 2는 일 실시 예에 따른 지수산출부, 플랜선택부, 제어부 및 삼방밸브부의 블록도이다.1 is a schematic diagram schematically showing a cogeneration thermoelectric power generation system according to an embodiment. 2 is a block diagram of an index calculation unit, a plan selection unit, a control unit, and a three-way valve unit according to an embodiment.
도 1 및 도 2를 참조하면, 일 실시 예에 따른 열병합 열전 발전 시스템(1)은 태양열을 이용하여 전력 및 온수를 생산할 수 있다. 열병합 열전 발전 시스템(1)을 통해 생산된 전력 및 온수는, 각각 전력 저장부(300) 및 온수 저장부(500)에 저장될 수 있다. 사용자는 저장된 전력 및 온수를 사용할 수 있다. 또한, 사용자는 저장된 전력 및 온수를 구매자에게 판매할 수 있다. 즉, 열병합 열전 발전 시스템(1)은 프로슈머(prosumer)형 시스템일 수 있다. 전력 및 온수는 각각 전력 판매 라인 및 온수 판매 라인(미도시)을 통해 판매될 수 있다.1 and 2, the cogeneration thermoelectric
열병합 열전 발전 시스템(1)은 태양열 집열기(100), 열전 발전부(200), 전력 저장부(300), 냉수 라인(410), 온수 라인(420), 온수 저장부(500), 순환 라인부(600), 삼방 밸브부(700), 지수산출부(810), 플랜선택부(820) 및 제어부(830)를 포함할 수 있다.The cogeneration thermoelectric
태양열 집열기(100)는 태양으로부터 복사되는 일사광선을 집광하여 내부에 수용된 열순환 매체를 가열할 수 있다. 가열된 열순환 매체는 열전 발전부(200)의 고온 수조(220) 및/또는 열교환기(510)로 이송될 수 있다.The
열전 발전부(200)는 열순환 매체 및 냉수와 접하며, 열순환 매체의 온도와 냉수의 온도 차이에 의해 전력을 생성할 수 있다. 열전 발전부(200)는 열전 소자(210), 고온 수조(220) 및 저온 수조(230)를 포함할 수 있다.The thermoelectric
열전 소자(210)는 제에벡 효과(Seebeck effect)를 통해 전력을 생성하는 소자이다. 열전 소자(210)는 복수 개 구비될 수 있다. 열전 소자(210)는 고온면과 저온면을 포함할 수 있다. 열전 소자(210)는 고온면과 저온면의 온도 차이에 의하여 전력을 생성할 수 있다.The
고온 수조(220)는 열전 소자(210)의 고온면에 접할 수 있다. 고온 수조(220)는 제1 순환 라인(610)을 통해 고온 상태의 열순환 매체를 공급받아 수용하여, 열전 소자(210)의 고온면을 고온 상태로 유지시킬 수 있다.The high
저온 수조(230)는 열전 소자(210)의 저온면에 접할 수 있다. 저온 수조(230)는 냉수 라인(410)을 통해 냉수를 공급받아 수용하여, 열전 소자(210)의 저온면을 저온 상태로 유지시킬 수 있다. 저온 수조(230)에 수용된 냉수는 저온면으로부터 방출된 열을 전달받아 온도가 상승할 수 있다. 이러한 과정에서 저온 수조(230) 안에서는 온수가 생성될 수 있다.The low
전력 저장부(300)는 열전 발전부(200)에서 생성된 전력을 저장할 수 있다. 전력 저장부(300)는 예를 들어, 배터리 또는 ESS(Energy Storage System)일 수 있다.The
냉수 라인(410)은 저온 수조(230)에 연결되고, 저온 수조(230)에 냉수를 공급할 수 있다. 온수 라인(420)은 저온 수조(230)에 연결되고, 저온 수조(230)로부터 생성되는 온수를 배출할 수 있다.The
온수 저장부(500)는 온수 라인(420)으로부터 온수를 공급받아 저장할 수 있다. 예를 들어, 온수 저장부(500)는 온수 탱크일 수 있다. 온수 저장부(500)의 내부에는 열교환기(510)가 배치될 수 있다. 열교환기(510)에는 열순환 매체가 공급될 수 있다. 열순환 매체는 열교환기(510)를 통과하면서, 온수 저장부(500)에 저장된 온수에 열을 전달할 수 있다. 그에 따라 온수 저장부(500)에 저장된 온수는 가열될 수 있다. 사용자는 온수 저장부(500)에 저장된 온수를 사용할 수 있다.The hot
열순환 매체는 순환 라인부(600)를 통해 이송될 수 있다. 순환 라인부(600)는 제1 순환 라인(610), 제2 순환 라인(620), 제3 순환 라인(630), 제4 순환 라인(640) 및 제5 순환 라인(650)을 포함할 수 있다.The thermal circulation medium may be transferred through the
제1 순환 라인(610)은 태양열 집열기(100)로부터 가열된 열순환 매체를 고온 수조(220)로 공급할 수 있다. 제2 순환 라인(620)은 고온 수조(220)로부터 배출되는 열순환 매체를 열교환기(510)에 공급할 수 있다. 제3 순환 라인(630)은 열교환기(510)로부터 배출되는 열순환 매체를 태양열 집열기(100)로 공급할 수 있다. 제4 순환 라인(640)은 제2 순환 라인(620) 및 제3 순환 라인(630)을 연결할 수 있다. 제5 순환 라인(650)은 제1 순환 라인(610) 및 제2 순환 라인(620)을 연결할 수 있다.The
순환 라인부(600)가 분기되는 지점에는 삼방 밸브부(700)가 구비될 수 있다. 삼방 밸브부(700)의 개폐 방향 제어를 통해, 열순환 매체의 순환 경로를 조절할 수 있다. 삼방 밸브부(700)의 개방 정도 제어를 통해, 열순환 매체의 유량을 조절할 수 있다. 삼방 밸브부(700)는 제1 삼방 밸브(710), 제2 삼방 밸브(720), 제3 삼방 밸브(730) 및 제4 삼방 밸브(740)를 포함할 수 있다.A three-
제1 삼방 밸브(710) 및 제2 삼방 밸브(720)는 제4 순환 라인(640)이 제2 순환 라인(620) 및 제3 순환 라인(630)과 연결되는 분기점에 각각 구비될 수 있다. 제3 삼방 밸브(730) 및 제4 삼방 밸브(740)는 제5 순환 라인(650)이 제1 순환 라인(610) 및 제2 순환 라인(620)과 연결되는 분기점에 각각 구비될 수 있다.The first three-
열순환 매체는 순환 라인부(600)를 따라 순환하면서, 고온 수조(220) 또는 열교환기(510)에서 열교환을 수행할 수 있다. 삼방 밸브부(700)의 개폐 방향에 따라 열순환 매체는 다양한 순환 경로로 순환할 수 있다. 예를 들어, 열순환 매체는, 태양열 집열기(100) - 제1 순환 라인(610) - 고온 수조(220) - 제2 순환 라인(620) - 열교환기(510) - 제3 순환 라인(630) - 태양열 집열기(100) 순으로 순환할 수 있다. 설명의 편의를 위하여, 상기 경로를 제1 순환 경로라고 부르도록 한다. 열순환 매체가 제1 순환 경로로 순환하는 경우, 열순환 매체는 고온 수조(220)를 지나면서 열전 소자(210)의 고온면에 열을 공급하고, 열교환기(510)를 지나면서 남은 열을 온수 저장부(500)에 공급하여 저장된 온수를 가열할 수 있다. 따라서, 열순환 매체가 제1 순환 경로로 순환하는 경우에는 전력 및 온수를 동시에 생산할 수 있다. 한편, 열순환 매체는, 태양열 집열기(100) - 제1 순환 라인(610) - 고온 수조(220) - 제2 순환 라인(620) - 제4 순환 라인(640) - 제3 순환 라인(630) - 태양열 집열기(100) 순으로 순환할 수 있다. 설명의 편의를 위하여, 상기 경로를 제2 순환 경로라고 부르도록 한다. 열순환 매체가 제2 순환 경로로 순환하는 경우, 열순환 매체가 고온 수조(220)만 지나고 열교환기(510)를 지나지 않으므로, 열에너지를 전력 생산에 집중적으로 사용할 수 있다. 또한, 열순환 매체는, 태양열 집열기(100) - 제1 순환 라인(610) - 제5 순환 라인(650) - 제2 순환 라인(620) - 열교환기(510) - 제3 순환 라인(630) - 태양열 집열기(100) 순으로 순환할 수 있다. 설명의 편의를 위하여, 상기 경로를 제3 순환 경로라고 부르도록 한다. 열순환 매체가 제3 순환 경로로 순환하는 경우, 열순환 매체가 열교환기(510)만 지나고 고온 수조(220)를 지나지 않으므로, 열에너지를 온수 생산에 집중적으로 사용할 수 있다.The thermal circulation medium may circulate along the
태양열 집열기(100)를 통해 얻을 수 있는 열에너지는 한정적이기 때문에, 한정된 열에너지를 적절하게 분배하여 전력 및 온수를 생산해야 한다. 또한, 계절, 시간, 날씨, 기온 및 요일 등에 따라 사용자의 사용량, 구매자의 수요량 및 단가가 달라지기 때문에, 한정된 열에너지로 최대 효율을 발휘하기 위해서는 전력 및 온수의 최적 생산 비율을 계산하여 최적의 비율로 전력 및 온수를 생산하는 것이 중요할 수 있다.Since the heat energy that can be obtained through the
지수산출부(810)는 전력필요지수 및 온수필요지수를 산출할 수 있다. 전력필요지수는 전력 생산의 필요성을 나타내는 수치일 수 있다. 지수산출부(810)는 전력 저장부(300)에 저장된 전력의 잔여량, 전력 사용량, 전력 수요량 및 전력의 단가에 각각 가중치를 곱하고 합산하여 전력필요지수를 산출할 수 있다. 전력 사용량은 사용자의 전력 사용량을 의미하며, 전일 전력 사용량을 값으로 사용할 수 있다. 또는, 지수산출부(810)는 사용자의 전년 전력 사용량, 전일 전력 사용량, 계절, 시간, 날씨, 기온, 요일 중 적어도 하나 이상을 고려하여 전력 사용량 값을 계산할 수도 있다. 전력 수요량은 주변 지역 구매자의 전력 수요량을 의미하며, 전력의 단가는 전력의 판매 가격을 의미할 수 있다. 각 요소에 곱해지는 가중치는 각 요소들의 비중에 따라 서로 다르게 설정될 수 있다. 또한, 가중치는 계절, 시간, 날씨, 기온 및 요일 중 적어도 하나 이상을 고려하여 실시간으로 변하는 가변 가중치일 수 있다. 가중치는 음수일 수도 있다. 예를 들어, 전력 저장부(300)에 저장된 전력의 잔여량이 많을수록 전력 생산의 필요성은 낮아지므로, 전력의 잔여량에 곱해지는 가중치는 음수일 수 있다. 사용자의 전력 사용량이 클수록 전력 생산의 필요성은 높아지므로, 전력 사용량에 곱해지는 가중치는 양수일 수 있다. 또한, 구매자의 전력 수요량이 많고, 전력의 단가가 높을수록 전력 생산의 필요성은 높아지므로, 전력 수요량 및 전력의 단가에 곱해지는 가중치는 양수일 수 있다.The
온수필요지수는 온수 생산의 필요성을 나타내는 수치일 수 있다. 온수필요지수도 전력필요지수와 마찬가지 방법으로 산출될 수 있다. 지수산출부(810)는 온수 저장부(500)에 저장된 온수의 잔여량 및 온도, 온수 사용량, 온수 수요량 및 온수의 단가에 각각 가중치를 곱하고 합산하여 전력필요지수를 산출할 수 있다. 온수 사용량은 사용자의 온수 사용량을 의미하며, 전일 온수 사용량을 값으로 사용할 수 있다. 또는, 지수산출부(810)는 사용자의 전년 온수 사용량, 전일 온수 사용량, 계절, 시간, 날씨, 기온, 요일 중 적어도 하나 이상을 고려하여 온수 사용량 값을 계산할 수도 있다. 온수 수요량은 주변 지역 구매자의 온수 수요량을 의미하며, 온수의 단가는 온수의 판매 가격을 의미할 수 있다. 각 요소에 곱해지는 가중치는 각 요소들의 비중에 따라 서로 다르게 설정될 수 있다. 또한, 가중치는 계절, 시간, 날씨, 기온 및 요일 중 적어도 하나 이상을 고려하여 실시간으로 변하는 가변 가중치일 수 있다. 가중치는 음수일 수도 있다. 예를 들어, 온수 저장부(500)에 저장된 온수의 잔여량이 많을수록 그리고 저장된 온수의 온도가 높을수록, 온수 생산의 필요성은 낮아지므로, 온수의 잔여량 및 온도에 곱해지는 가중치는 음수일 수 있다. 온수 사용량, 온수 수요량 및 온수의 단가는, 전력의 경우와 마찬가지로 양의 가중치가 곱해질 수 있다.The hot water need index may be a number indicating the need for hot water production. The hot water required index can also be calculated in the same way as the power required index. The
플랜선택부(820)는 지수산출부(810)에서 산출된 전력필요지수 및 온수필요지수의 수치에 따라 적합한 제어 플랜을 선택할 수 있다. 플랜선택부(820)는 전력필요지수 및 온수필요지수의 수치를 각각 제1 설정값 및 제2 설정값과 비교할 수 있다. 플랜선택부(820)는 전력필요지수 및 온수필요지수의 수치가 각각 제1 설정값 및 제2 설정값보다 큰지 작은지 여부에 따라, 대응하는 제어 플랜을 선택할 수 있다. 제1 설정값 및 제2 설정값은 미리 설정된 값일 수 있다. 또는 제1 설정값 및 제2 설정값은 계절, 시간, 날씨, 기온 및 요일 중 적어도 하나 이상을 고려하여 실시간으로 변할 수도 있다. 자세한 내용은 후술하도록 한다.The
제어부(830)는 선택된 제어 플랜에 따라 삼방 밸브부(700)를 제어할 수 있다. 제어부(830)는 삼방 밸브부(700)의 개폐 방향을 제어하여, 열순환 매체가 제1 순환 경로, 제2 순환 경로 또는 제3 순환 경로 중 어느 하나의 순환 경로를 따라 순환되도록 순환 경로를 조절할 수 있다. 또한, 제어부(830)는 삼방 밸브부(700)의 개방 정도를 제어하여, 순환 라인부(600)를 따라 순환하는 열순환 매체의 유량을 조절할 수 있다.The
도 3은 전력필요지수 및 온수필요지수의 수치 구간에 따른 제어 플랜을 도시하는 그래프이다.3 is a graph showing a control plan according to a numerical section of a power required index and a hot water required index.
도 3의 가로축은 전력필요지수이고 세로축은 온수필요지수이다. 플랜선택부(820)는 전력필요지수 및 온수필요지수의 수치에 따른 좌표가 위치하는 구역에 따라 서로 다른 제어 플랜을 선택할 수 있다.3, the horizontal axis is the power required index and the vertical axis is the hot water required index. The
도 3을 참조하면, 플랜선택부(820)는 전력필요지수가 제1 설정값 미만이고 온수필요지수가 제2 설정값 이상인 경우, 온수 집중 생산 플랜을 선택할 수 있다. 온수 집중 생산 플랜은 열에너지를 온수 생산에 집중적으로 사용하는 플랜을 의미할 수 있다. 온수 집중 생산 플랜이 선택된 경우, 제어부(830)는 제3 삼방 밸브(730) 및 제4 삼방 밸브(740)의 개폐 방향을 제어하여, 고온 수조(220)로의 열순환 매체의 유입을 차단하고 제5 순환 라인(650)을 개방할 수 있다. 즉, 제어부(830)는 열순환 매체가 제3 순환 경로를 따라서만 순환하도록 제어할 수 있다. 따라서, 온수 집중 생산 플랜에서는 열에너지가 온수 생산에만 사용될 수 있다.Referring to FIG. 3, the
플랜선택부(820)는 전력필요지수가 제1 설정값 이상이고 온수필요지수가 제2 설정값 미만인 경우, 전력 집중 생산 플랜을 선택할 수 있다. 전력 집중 생산 플랜은 열에너지를 전력 생산에 집중적으로 사용하는 플랜을 의미할 수 있다. 전력 집중 생산 플랜이 선택된 경우, 제어부(830)는 제1 삼방 밸브(710) 및 제2 삼방 밸브(720)의 개폐 방향을 제어하여, 열교환기(510)로의 열순환 매체의 유입을 차단하고 제4 순환 라인(640)을 개방할 수 있다. 즉, 제어부(830)는 열순환 매체가 제2 순환 경로를 따라서만 순환하도록 제어할 수 있다. 전력 집중 생산 플랜에서는 전력을 생산하는 것이 주된 목적이나, 열전 발전을 이용한 전력 생산 과정에서 저온 수조(230)를 통과하는 냉수가 열을 획득하여 온수 저장부(500)로 유입될 수 있다. 즉, 전력 집중 생산 플랜에서는 전력의 집중 생산과 더불어, 부가적으로 온수 생산이 가능할 수 있다.The
플랜선택부(820)는 전력필요지수가 제1 설정값 이상이고 온수필요지수가 제2 설정값 이상인 경우, 혼합 생산 플랜을 선택할 수 있다. 혼합 생산 플랜은 열에너지를 전력 및 온수를 동시에 생산하되, 전력 및 온수의 생산 비율을 조절하는 플랜을 의미할 수 있다. 혼합 생산 플랜이 선택된 경우, 제어부(830)는 삼방 밸브부(700)의 개방 정도를 제어하여, 고온 수조(220) 및 열교환기(510)로 각각 유입되는 열순환 매체의 유량을 조절할 수 있다. 예를 들어, 제어부(830)는 고온 수조(220) 및 열교환기(510)로 각각 유입되는 열순환 매체의 유량이, 각각 전력필요지수 및 온수필요지수의 크기와 비례하도록, 삼방 밸브부(700)의 개방 정도를 조절할 수 있다. 이와 같은 제어에 의하면, 혼합 생산 플랜에서는 전력 생산 및 온수 생산의 필요성에 비례하도록, 열에너지를 적절하게 분배할 수 있다.The
플랜선택부(820)는 전력필요지수가 제1 설정값 미만이고 온수필요지수가 제2 설정값 미만인 경우, 절전 플랜을 선택할 수 있다. 절전 플랜은 열에너지를 저장해놓는 플랜을 의미할 수 있다. 절전 플랜이 선택된 경우, 제어부(830)는 삼방 밸브부(700)의 개폐 방향을 제어하여, 고온 수조(220) 및 열교환기(510)로의 열순환 매체의 유입을 차단하고 제4 순환 라인(640) 및 제5 순환 라인(650)을 개방할 수 있다. 또는, 제어부(830)는 모든 삼방 밸브부(700)를 폐쇄시켜서 열순환 매체의 순환을 정지시킬 수도 있다. 이와 같은 제어에 의하면, 열에너지를 열순환 매체 내에 저장해놓을 수 있으므로, 제어 플랜이 변경되어 열에너지가 필요하게 되었을 때 많은 양의 열에너지를 사용할 수 있다.The
한편, 계절, 시간, 날씨, 기온, 요일, 태양열 집열기(100)의 설치 위도, 설치 각도 및 설치 방향 중 적어도 하나 이상과, 플랜선택부(820)에서 선택된 제어 플랜을 고려하여 전력 생산량 및 온수 생산량을 예측하는 생산량 예측부(미도시)를 더 포함할 수도 있다. 예측된 전력 생산량 및 온수 생산량은 디스플레이를 통해 표시될 수 있다. 사용자는 예측된 전력 생산량 및 온수 생산량을 확인하고, 전력 사용량 또는 온수 사용량을 조절하거나, 전력 판매량 또는 온수 판매량을 조절할 수 있다.On the other hand, season, time, weather, temperature, day, at least one of the installation latitude, installation angle and installation direction of the
도 4는 일 실시 예에 따른 열병합 열전 발전 시스템을 개략적으로 도시한 개략도이다.4 is a schematic diagram schematically showing a cogeneration thermoelectric power generation system according to an embodiment.
도 4를 참조하면, 일 실시 예에 따른 열병합 열전 발전 시스템(2)은 태양열 집열기(100), 열전 발전부(200), 전력 저장부(300), 보조 온수 저장부(430), 온수 순환 라인(440), 온수 저장부(500), 순환 라인부(600), 삼방 밸브부(700), 지수산출부, 플랜선택부, 제어부, 보조 축열부(910), 프로슈머 온수 저장부(920) 및 난방수 순환부(930)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4, the combined heat and power thermoelectric power generation system 2 according to an embodiment includes a
태양열 집열기(100), 열전 발전부(200), 전력 저장부(300), 온수 저장부(500), 순환 라인부(600), 삼방 밸브부(700), 지수산출부, 플랜선택부 및 제어부는 상술한 구성과 동일한 구성일 수 있다. 따라서, 상기 구성들에 대한 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
보조 온수 저장부(430)는 상수도로부터 물을 공급받고, 물을 저장할 수 있다. 보조 온수 저장부(430)에 저장된 물은, 온수 순환 라인(440)을 통해 순환될 수 있다. 온수 순환 라인(440)은 보조 온수 저장부(430)에 저장된 물을 저온 수조(230)에 공급할 수 있다. 온수 순환 라인(440)은 저온 수조(230)로부터 생성되는 온수를 다시 보조 온수 저장부(430)에 공급할 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 보조 온수 저장부(430)에 저장된 물은, 온수 순환 라인(440)을 순환할 때 저온 수조(230)를 통과하면서 열을 공급받게 되고, 그에 따라 온도가 상승될 수 있다. 따라서, 보조 온수 저장부(430)에 저장된 물은 점차 온도가 상승되어 온수가 될 수 있다. 보조 온수 저장부(430)에 저장된 온수는 온수 저장부(500)로 공급될 수 있다. 한편, 상수도로부터 보조 온수 저장부(430)에 차가운 물을 공급함으로써, 보조 온수 저장부(430)에 저장된 물의 온도를 조절할 수 있다. 따라서, 저온 수조(230)로 공급되는 물의 온도를 일정 범위 내로 조절할 수 있고, 그에 따라 열전 발전부(200)에서 전력이 생산되도록 할 수 있다.The auxiliary hot
보조 축열부(910)는 제1 순환 라인(610)에 배치될 수 있다. 제1 순환 라인(610)을 통해 흐르는 열순환 매체는 보조 축열부(910)를 통과하면서, 보조 축열부(910)에 열을 공급할 수 있다. 보조 축열부(910)는 열순환 매체로부터 열을 공급받고, 열을 저장할 수 있다.The auxiliary
프로슈머 온수 저장부(920)는 온수 저장부(500)로부터 온수를 공급받을 수 있다. 프로슈머 온수 저장부(920)는 구매자에게 판매하기 위한 온수를 저장할 수 있다. 프로슈머 온수 저장부(920)에 저장된 온수는, 구매자에게 공급될 수 있다.The prosumer hot
난방수 순환부(930)는 난방수가 순환하는 라인일 수 있다. 난방수 순환부(930)를 통해 순환하는 난방수는, 온수 저장부(500) 내부에 배치되는 난방 열교환기를 통해 열을 공급받을 수 있다. 난방수 순환부(930)는 난방 매체(H)와 연결될 수 있다. 난방 매체(H)는 팬 코일 유닛(FCU, fan coil unit) 또는 온돌 등을 포함할 수 있다. 난방수 순환부(930)는 온수 저장부(500)에 저장된 온수의 열을 이용하여, 난방을 수행할 수 있다.The heating
한편, 온수 저장부(500) 및 난방수 순환부(930)에는 보일러(B)가 연결될 수 있다. 보일러(B)에서 생성되는 온수는, 온수 저장부(500) 및 난방수 순환부(930)으로 공급될 수 있다.Meanwhile, a boiler B may be connected to the hot
이상과 같이 비록 한정된 도면에 의해 실시 예들이 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구조, 장치 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.As described above, although the embodiments have been described by the limited drawings, those skilled in the art can make various modifications and variations from the above description. For example, the described techniques may be performed in a different order than the described method, and / or components such as the structure, device, etc. described may be combined or combined in a different form from the described method, or may be applied to other components or equivalents. Even if replaced or substituted by, appropriate results can be achieved.
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 18936186 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
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| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
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| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 18936186 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |