발전소 취업준비생들의 기본 상식, 터빈 출력 제어의 비밀

 

오늘은 발전소 터빈의

출력 제어에 대하여 얘기하겠습니다.

발전소 터빈 제어는

발전소의 핵심 기술 중 하나로,

터빈의 안정적이고 효율적인 운전을

보장하기 위해

다양한 제어 방식을 사용합니다.

터빈 제어는 주로 속도, 출력,

압력 등의 변수로 조절하고,

터빈 제어 방식은 크게 전기적,

기계적 제어, 그리고 디지털 제어로

구분합니다.

​

전기적 제어는 터빈의 회전 속도와

출력을 조절하는 데 주로 사용됩니다.

이는 발전기의 전기적 특성을

모니터링하고 조절함으로써

이루어집니다.

예를 들어, 발전기의 출력 전압과

주파수를 감지하여

터빈의 회전 속도를 조절하는

방식입니다.

이 방식은 주로 발전소의

부하 변화에 따른 터빈의 응답성을

높이는 데 유용합니다.

​

기계적 제어는 터빈의 물리적 요소를

직접 조작하는 방식입니다.

주로 사용되는 기계적 제어 장치로는

조속기(governor)가 있습니다.

조속기는 터빈의 회전 속도를

일정하게 유지하기 위해 사용되며,

터빈의 회전 속도가 설정값에서

벗어날 경우, 밸브를 조작하여

증기 또는 가스의 유입량을

조절합니다.

이는 특히 터빈이 부하 변동에

빠르게 대응하도록 돕습니다.

​

최근에는 디지털 제어 방식이

널리 사용되고 있습니다.

DCS(Distributed Control

System)는 여러 개의 분산된

제어 장치가 네트워크로 연결되어

중앙에서 통합적으로 제어 및

모니터링할 수 있는 시스템을

말하는데 터빈의 운전 상태를

실시간으로 모니터링하고

제어합니다.

이는 고도의 정밀성과 신뢰성을

제공하며, 다양한 센서로부터

수집된 데이터를 분석하여

최적의 제어 신호를 생성합니다.

디지털 제어 시스템은

또한 원격 모니터링과

제어가 가능하여, 발전소의

운영 효율성을 크게

향상시킵니다.

 

발전소 터빈 제어는 앞서

언급 드렸듯이 기계적, 전기적,

디지털 제어 방식을 바탕으로

스피드 제어, 출력 제어,

압력 제어로 운전하며,

각각의 방식은 터빈의

특정 운영 조건을

최적화하는 데 중요합니다.

​

스피드 제어 (Speed Control)

스피드 제어는 터빈의

회전 속도를 일정하게

유지하는 데 중점을 둡니다.

이는 주로 조속기(governor)를

통해 이루어집니다.

조속기는 터빈의 회전 속도를

감지하고, 설정된 기준 속도와

비교하여 차이가 발생할 경우

밸브를 조절합니다.

발전소의 터빈은 일반적으로

전력망 주파수(60Hz)를

맞추기 위해 특정한 속도로

회전해야 합니다.

스피드 제어는 터빈이 이 속도를

유지하도록 보장합니다.

예를 들어, 부하가 증가하여

터빈 속도가 감소하면, 조속기는

밸브를 더 열어 증기 또는

가스의 유입량을 증가시켜

속도를 회복시킵니다.

반대로 부하가 감소하면

밸브를 닫아 속도 과잉을

방지합니다.

스피드 제어는 전력망의

주파수 안정성을

유지하는 데 필수적입니다.

​

출력 제어 (Output Control)

출력 제어는 발전기의

전기 출력량을 조절하는

방식입니다.

이는 터빈의 기계적 에너지를

발전기의 전기적 에너지로

변환하는 과정에서 발생하는

전력 출력을 조절하는 것입니다.

출력 제어는 주로 자동

전압 조정기(AVR)를 통해

이루어집니다.

AVR은 발전기의 출력 전압을

모니터링하고, 전압이 설정된

기준값을 벗어날 경우 자극 전류를

조절하여 출력을 조정합니다.

이를 통해 전력 수요에 따라

발전소가 생성하는

전력량을 조절합니다.

모든 유형의 발전소에서

사용되며, 특히 부하 변화에

신속하게 대응하여

안정적인 전력 공급을 보장합니다.

​

압력 제어 (Pressure Control)

압력 제어는 터빈 내부의 증기

또는 가스 압력을 적절히

유지하는 방식입니다.

터빈의 효율적인 운전을

위해서는 적절한 압력이

필요하며, 이를 위해

압력 조절 밸브가 사용됩니다.

압력 조절 밸브는 증기 발생기

(화력발전소의 보일러 또는

원자력발전소의 증기 발생기)에서

생성된 증기의 압력을

일정하게 유지합니다.

압력이 너무 높으면

터빈 손상이 발생할 수 있고,

너무 낮으면 효율이 떨어지므로,

적절한 압력 유지가 중요합니다.

화력발전소와 원자력발전소 등

모든 발전소에 중요한

제어 방식입니다.

 

이와 같이 발전소 터빈 제어는

스피드 제어, 출력 제어,

압력 제어와 같은

다양한 방식으로 이루어집니다.

각 제어 방식은 터빈의

안정적이고 효율적인 운전을 위해

중요한 역할을 합니다.

스피드 제어는 전력망의

주파수 안정성을,

출력 제어는 전기 출력의 적정성을,

압력 제어는 터빈의 안전성과

효율성을 보장합니다.

그렇다면 이러한 제어 방식은

언제 사용될까요?

각 제어 방식은 터빈의

특정 운영 조건을 최적화하며,

필요에 따라 적절한 순서와

방식으로 적용됩니다.

​

스피드 제어는 주로 발전소

가동 시, 부하 변화가 있을 때,

그리고 발전소의 시작 및

정지 과정에서 사용됩니다.

터빈의 회전 속도를

일정하게 유지하는 것이

목적입니다.

우리나라는 일반적으로

원자력발전소 터빈 속도는

1,800rpm으로 운전하고,

화력이나 복합화력발전소

터빈 속도는 3,600rpm으로

운전합니다.

계획예방정비가 끝난 이후

또는 터빈 트립 이후

터빈이 처음 가동될 때,

조속기(governor)는

터빈의 회전 속도를 서서히

증가시켜 목표 속도에

도달하게 합니다.

발전소 운전 중에는 부하가

증가하거나 감소할 때 조속기는

터빈 속도의 변화를 감지하고,

증기 밸브를 조절하여

속도를 일정하게 유지합니다.

계획적인 터빈 정지나 설비의

오동작으로 터빈을

정지할 때도 조속기가 속도를

점진적으로 감소시켜

안전하게 정지합니다.

​

출력 제어는 주로 터빈이

정상 운전 상태에 도달한 후

전기 출력을 조절할 때

사용됩니다.

발전소의 전력 생산을 전력망의

수요에 맞게 조정하는 것이

목적입니다.

부하 대응 목적인데

전력 수요가 변할 때,

자동 전압 조정기(AVR)는

발전기의 출력 전압을

모니터링하고, 전력 출력을

적절하게 조절합니다.

정상 운전 중에는

일정한 전력 출력을

유지하기 위해

AVR은 자극 전류를 조절하여

출력 전압을 안정화합니다.

출력 증가나 감소 시에는

수요 변화에 따라

발전기의 출력을 증가시키거나

감소시키는 과정에서

AVR이 지속적으로

출력을 조정합니다.

​

압력 제어는 터빈이 적절한 증기

또는 가스 압력을 유지해야 할 때

사용됩니다.

이는 터빈의 효율적이고

안전한 운전을 위해

필수적입니다.

처음 터빈 기동 시,

보일러에서 발생하는

증기 압력을 조절하여

터빈으로 유입되는 압력을

적절히 맞춥니다.

정상 운전 중에는

터빈 운전 중 압력 변화가

발생하면 압력 조절 밸브가

이를 감지하고, 증기 유입량을

조절하여 일정한

압력을 유지합니다.

계획적인 터빈 정지나

설비의 오동작으로 터빈을

정지할 때도 압력 조절 밸브는

증기 유입을 차단하여

안전하게 압력을 낮춥니다.

 

발전소 터빈의 제어 모드는

다음과 같이

요약할 수 있겠습니다.

​

초기 가동 및 속도 증가

(스피드 제어)는 터빈이

가동될 때 조속기를 통해

속도를 서서히 증가시킵니다.

정상 운전 상태 도달 후

(압력 제어) 터빈이 정상 속도에

도달하면 압력 조절

밸브를 통해 적절한

압력을 유지합니다.

전력 출력 조절 (출력 제어)은

정상 운전 상태에서

AVR을 통해 전력 출력을

조절합니다.

부하 변화 대응

(스피드 제어 및 출력 제어)은

부하 변화 시 조속기와

AVR이 함께 작동하여

속도와 출력을 조절합니다.

터빈 정지 (스피드 제어 및

압력 제어) 시에는 조속기를 통해

속도를 감소시키고,

압력 조절 밸브를 통해

증기 유입을 차단합니다.

이와 같이, 발전소 터빈 제어는

스피드 제어, 출력 제어,

압력 제어를 상황에 맞게

순차적으로 적용하여

터빈의 안전하고 효율적인

운전을 보장합니다.

​

여러분들의 발전소 취업을 응원합니다.

감사합니다.

May the Force be with you