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020  열병합 발전방식의 종류 및 특징 관리자 05-12-08
 

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1. 개요


(1) 열병합 시스템(co-generation system)은 하나의 에너지원으로부터 2종류(熱과 電氣) 이상의 2차 에너지를 동시에 생산하는 시스템으로 LNG, 석유 등을 연료로 하여, 가스(증기)터어빈, 가스(증기)엔진 등의 원동기를 구동, 전기를 생산하고, 이 때 나오는 배열(排熱)을 난방·급탕 및 흡수식 냉동기의 열원으로 이용한다.

(2) 발전과 배열이용을 합하면, 종합열효율은 70~85% 정도가 된다.(화력발전소 열효율 →35% 정도임)


2. 열병합 시스템의 종류 및 특성


(1) 규모에 따른 종류 및 특성

1) 대형 가스발전소(가스 복합화력발전소)

① 총효율 40~50%(전력만 생산)

② 가스터빈으로 1차 발전을 하고, 이 때 나오는 배열을 회수하여 증기를 만들어, 이 증기로증기터빈을 돌려 2차 발전하는 방식으로(복합은 가스터빈과 증기터빈을 2중으로 채용한다는 의미임)

③ 용량은 50~150MW 정도이다.

④ 서인천 화력, 평택 복합화력 발전소 등이 여기에 해당한다.


2) 중형 가스발전소(가스 복합열병합발전소)

① 총 효율 60%이상(전력 및 열생산)

② 대형에서와 같이, 가스터빈 및 증기터빈으로 복합 발전하고, 배열은 회수하여 지역난방에 이용하는 방식으로(냉방은 건물용으로만 사용)

③ 봄, 여름, 가을에는 열부하가 감소하므로 이용효율은 저조한 편이다.

④ 용량 : 50~100MW

⑤ 분당, 일산, 안양, 부천 등 지역난방 열병합 발전소


3) 중소형 가스 발전소(산업체 열병합 발전소)

① 총효율 60%이상(전력 및 열생산)

② 가스터빈으로 발전하고 배열은 회수하여, 공장 프로세스용으로 사용한다.

③ 기기 이용효율이 높다.

④ 용량 : 3~30MW

⑤ 가스공사 인천인수기지. 포항제철, 광양제철. LG 정유 등에서 자가 발전설비로 이용되고 있다.


4) 소형 열병합 발전시스템

① 총 효율 70~85%이상(전력 및 열생산)

② 가스터빈 및 엔진으로 발전하고, 배열은 회수하여 건물 냉난방에 이용하는 방식으로

③ 기기 이용효율 높다.

④ 용량 : 50MW이하

⑤ 가스공사 본사(분당), 롯데월드, 무역센터. 롯데호텔, 인터콘티넨탈 호텔 등에서 자가발전설비로 이용되고 있으며, 도심 속의 소형 발전소라고도 할 수 있다.


(2) 사용 형태에 따른 분류

① 공장, 빌딩 등에 설치하여 전기, 열, 증기를 발생 냉난방을 겸할 수 있는 시스템

② 화력발전소에서 발생되는 폐열을 이용 온수를 공급하는 경우

③ 온수 및 증기생산을 주목적으로 하고 나머지 전기생산에 이용(신도시 집단 에너지 공급사업)


(3) 원동기의 종류에 따른 분류 및 특성

1) 가스터빈(gas turbine system)

압축공기와 연료(가스)를 혼합, 연소하여 얻어진 팽창력으로 가스터빈을 돌려 그 구동력으로 발전(發電)을 하고, 배(排)가스를 이용하여 폐열 보일러를 가동, 난방·급탕 및 흡수식 냉동기의 열원으로 이용한다.

① 경량, 소형이 가능하여 Space를 적게 차지하나, 초기투자비 다소 높다.

② 급속 시동이 용이하며(20~30초), 한냉지에서도 시동이 확실하다.(비상용의 경우 신뢰성 증대)

③ 기동 정지가 간단하다.

④ 진동, 소음이 적다 → 옥상설치 가능

⑤ 500~3,000kW의 중규모 이상(가스공사 인천인수기지 및 본사, 중대형 가스발전소)


2) 가스엔진 시스템(gas engine system)

공기와 연료(가스)의 혼합기체를 가스엔진의 실린더 내에서 압축·점화하여 발생하는 폭발력(爆發力)으로 구동력을 얻어서 발전하고, 냉각수와 배기로부터 배열을 회수하여 난방·급탕 및 흡수식 냉동기의 열원으로 이용한다.

① 초기투자비 저렴하다.

② 디젤(diesel engine)에 비해, 배기가스 온도가 100℃정도 높아, 열회수율이 좋고, SOx, NOx 등이 거의 없어 환경오염이 적으며, 엔진수명이 길고 유지관리가 용이하다.

③ 소음·진동이 적다(diesel에 비해서는 적지만, 가스터빈보다는 많다)

④ 용량은 3MW 이하이며, 롯데월드, 롯데호텔, 무역센터 등에 설치되어 있다.


3) 연료전지 시스템(fuel cell system)

가) 연료전지란

① 연료전지란, 천연가스 등을 이용하여 수요처(On-site)에서 직접 전기를 만드는 장치로, 여름철 전기-가스 수요의 불균형 해소와 전기수요의 피크-컷 효과가 있으며,

② 전기생산과 동시에 배열을 함께 이용할 수 있어 에너지효율이 높다.(80%정도)

③ 연료전지는 수증기 개질장치, 전지본체, 직류교류 변환장치(inverter)의 3가지 주요부분으로 구성되어 있는데,

④ 일본에서는 이미 개발이 완료되어 실용화 단계에 있으며, 우리나라에서는 가스공사를 중심으로 연구가 진행 중에 있다.


나) 연료전지의 원리

① 물을 전기분해 하면(전해질에 직류를 통하면) 수소와 산소가 발생한다.

② 연료전지란, 전기분해의 역반응, 즉 수소와 산소(공기)를 반응시키면 전기가 얻어진다는 원리를 이용하여 전력을 얻는 장치이다.

- 수소는 천연가스(CH4)를 수증기 개질하여 얻고, 산소는 공기에서 무한정 얻을 수 있음.

 

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