This article reports current status of micro fuel cell-combined heat and power (${\mu}FC$-CHP) systems which utilize both power and heat generated by fuel cells. There are several options for constructing CHP systems and among them, fuel cells are the most useful and their total energy efficiency combining heat and power can reach up to about 90%. Fuel cells are classified as five types based on the electrolyte, but the most suitable fuel cell types for the ${\mu}FC$-CHP system are proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) and solid oxide fuel cells (SOFCs). ${\mu}FC$-CHP systems have several advantages such as decrease of the transmission-distribution loss, reduced costs of electricity due to distributed power generation, and environmental-friendliness owing to zero emission. The main drawback of the ${\mu}FC$-CHP systems is the high initial investment, however, it keeps decreasing as the technology development reduces production costs. Currently, Japan is the most leading country of the ${\mu}FC$-CHP market, however, Korea tries to expand the market by planning the deployment of 1 million units of ${\mu}FC$-CHP systems and governmental subsidiary supporting of half of the install price. In this report, integration technologies for connecting FC and CHP, and technology trends of leading countries are presented as well.
To respond effectively to climate change following the launch of the new climate system, the government is seeking to expand the use of distributed power resources. Among them, the district heating system centered on Combined Heat and Power (CHP) is accepted as the most realistic alternative. On the other hand, the government recently announced the change of energy paradigm focusing on eco-friendly power generation from the base power generation through $8^{th}$ Basic Plan for Long-term Electricity Supply and Demand(BPE). In this study, we analyzed the quantitative effects of profit and loss on the CHP operating business by changing patterns of the heat production, caused by the change of energy paradigm. To do this, the power market long-term simulation was carried out according to the $7^{th}$ and $8^{th}$ BPE respectively, using the commercialized power market integrated analysis program. In addition, the CHP operating model is organized to calculate the power and heat production level for each CHP operation mode by utilizing the operating performance of 830MW class CHP in Seoul metropolitan area. Based on this, the operation optimization is performed for realizing the maximum operating profit and loss during the life-cycle of CHP through the commercialized integrated energy optimization program. As a result, it can be seen that the change of the energy paradigm of the government increased the level of the ordered power supply by Korean Power Exchange(KPX), decreased the cost of the heat production, and increased the operating contribution margin by 90.9 billion won for the 30 years.
Kim, Yong-Ha;Lee, Buhm;Choi, Sang-Kyu;Kim, Mi-Ye;Cho, Sung-Rin;Jung, Hyun-Sung;Yun, Jong-Hae
Proceedings of the KIEE Conference
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2005.07a
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pp.828-830
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2005
A index using generation cost for planning' for representing economical efficiency of generator, However in case of Combined heat and power(CHP) the product is divided in electrical power and steam, so there are no unconditional comparison between general generator and CHP. To calculating the generation cost for planning of CHP, this study using the method that change electrical power and steam into same unit and suggest the comparing system that can compare economical efficiency with other generators.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.28
no.6
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pp.248-255
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2016
In this study, the degree of performance changes between the guaranteed performance and the performance after a certain operating start time is calculated by using the performance test of gas turbine CHP. The reason of the performance degradation will then be analysed. For some results of the CHP plant performance tests the comprehensive electric power output was 8,380 kW lower than the guaranteed performance, and the gas turbine's output was reduced to about 250 kW whenever ambient temperatures rose to $1^{\circ}C$. Also, causes of the performance degradation of gas turbines are ambient temperature rise, temperature aging and air compressor's efficiency drop.
Im, Shin Young;Lee, Jong Jun;Jeon, Young-Shin;Kim, Hyung-Taek
The KSFM Journal of Fluid Machinery
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v.19
no.6
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pp.26-33
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2016
Combined heat and power (CHP) system is one of the power generation system which can generate both electricity and heat. Generally, mid-size and big-size CHP plant in Korea generate electricity from gas turbine and steam turbine, then supply heat from exhaust gas. Actually, CHP can supply heat using district heater which is located at low pressure turbine exit or inlet. When the district heater locates after low pressure turbine, which called back pressure type turbine, there need neither condenser nor mode change operating control logic. When the district heater locates in front of low pressure turbine or uses low pressure turbine extraction steam flow, which calls condensing type turbine, which kind of turbine requires condenser. In this case, mode change operation methods are used for generating maximum electricity or maximum heat according to demanding the seasonal electricity and heat.
We developed a program, "CogenSim-$\mu$," to simulate the operation of micro-combined heat and power (${\mu}CHP$) system. The CogenSim-$\mu$ can reflect the variation of energy efficiency by handling the real-time loads (heat and power) fluctuation. The result obtained using this program was compared with the real operation of 30 kWe gas engine driven ${\mu}CHP$. It was found that the CogenSim-$\mu$ could predict the amount of generated-power, recovered-heat and consumed-fuel with the error less than 3%, and heat and power efficiency with the error less than 4%. The CogenSim-$\mu$ reconstructed the profile of on-off cycle, which represented the operation of a facility, with more than 93% accuracy. The CogenSim-$\mu$ can reflect the effects of various factors such as size of thermal storage tank, desired temperature of reservoir water, natural frequency of generator, etc. As a result, the CogenSim-$\mu$ can be used to optimize the ${\mu}CHP$ operation.
In SS branch of Korea District Heating Corporation, Combined Heat & Power power plant with 99MW capacity and 98Gcal / h capacity is operated as a district electricity business. In this region, it is difficult to operate the generator due to the problem of surplus heat treatment between June and September due to the economic recession and the decrease in demand, so it is urgent to develop an economical energy new business model. In this study, we will develop an optimized operation model by introducing a renewable energy hybrid system based on actual operation data of this site. In particular, among renewable energy sources, fuel cell (Fuel Cell) power generation which can generate heat and electricity at the same time with limited location constraints, photovoltaic power generation which is representative renewable energy, ESS (Energy Storage System). HOMER (Hybrid Optimization of Multiple Energy Resources) program was used to select the optimal model. As a result of the economic analysis, 99MW CHP combined cycle power generation is the most economical in terms of net present cost (NPC), but 99MW CHP in terms of carbon emission trading and renewable energy certificate And 5MW fuel cells, and 521kW of solar power to supply electricity and heat than the supply of electricity and heat by 99MW CHP cogeneration power, it was shown that it is economically up to 247.5 billion won. we confirmed the results of the improvement of the zone electricity business condition by introducing the fuel cell and the renewable energy hybrid system as the optimization process model.
This paper presents the optimization of CHP (Combined heat and power) plant under deregulated market. In this case, a boiler is added as different source for heat providing, that gives flexible and efficient operation for the plant. The purpose of optimization is to maximize the profit in period of 24 hours by making unit commitment decision, called "optimal policy". In this paper, Dynamic Programming method is introduced as the effective and efficient method. Finally, an example is solved to illustrate the optimal Policy of such a CHP and boiler.
MW-class gas turbines are suitable for distributed generation systems such as community energy systems(CES). Recently, biogas is acknowledged as an alternative energy source, and its use in gas turbines is expected to increase. Steam injection is an effective way to improve performance of gas turbines. This study intended to examine the influence of injecting steam and using biogas as the fuel on the operation and performance a gas turbine combined heat and power (CHP) system. A commercial gas turbine of 6 MW class was used for this study. The primary concern of this study is a comparative analysis of system performance in a wide biogas composition range. In addition, the effect of steam temperature and injected steam rate on gas turbine and CHP performance was investigated.
Kang, Ho;Lee, Hye Mi;Cho, Sang Sun;Park, Sun Uk;Jeong, Ji Hyun
Journal of Korean Society on Water Environment
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v.26
no.5
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pp.754-760
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2010
This study was carried out not only to evaluate optimal operating condition to increase biogas production, but also to estimate feasibility of renewable energy from anaerobic digester of sewage sludge. Semi- continuous Fed and Mixed Reactors (SCFMRs) were operated in various condition to quantify the reactor variables. The result of SCFMR operation showed that the biogas productivity and total volatile solids (TVS) removal of total solids (TS) 4% reactor at hydraulic retention time (HRT) 20 days with Organic Loading Rate (OLR) of $1.45kg/m^3-d$ were $0.39m^3/m^3-d$ and 26.7%, respectively which was two times higher than that of TS 2.5% reactor. Consequently the daily biogas production of $20,000m^3$ would be possible from the total volume of $52,000m^3$ of anaerobic digesters of the municipal wastewater treatment plant in D city. In feasibility study for the Biogas utilization, combined heat and power system (CHP) and CNG gasification were examined. In case of CHP, the withdrawal period of capital cost for gas-engine (GE) and micro gas-turbine (MGT) were 7.7 years and 9.1 years respectively. biogas utilization as Clean Natural Gas (CNG) shows lower capital cost and higher profit than that of CHP system. CNG gasificaion after biogas purification is likely the best alternative for Biogas utilization which have more economic potential than CHP system. The withdrawal period of capital cost appeared to be 2.3 years.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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