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068  소형 열병합발전 시스템(분산형, On-site type)에 대해서  관리자 06-02-20
 

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1. 개요


(1) 소형 열병합시스템(Co-Generation System ; CGS)은, 대형빌딩, 호텔 등에 설치되어, 하나의 에너지원으로부터 2종류(열과 전기) 이상의 2차 에너지를 동시에 생산하는 시스템으로, 도심 속의 발전소라고도 할 수 있다.

(2) 소형 열병합발전은 엔진 또는 터빈을 구동, 제너레이터(generator)를 돌려 발전(發電)하고, 이때 발생되는 배기가스 또는 냉각수의 배열을 회수하여, 냉·난방 및 급탕에 이용하는 시스템으로, 발전과 배열이용을 합하면, 종합열효율은 70~85% 정도가 된다.(화력발전소 열효율 →35% 정도임)


2. 분산형의 필요성(소규모 : 1MW급)


(1) 목동, 분당, 일산 등과 같은 대규모 열병합발전 시스템(집중형)은 주민의 반대 등으로 입지선정이 어렵고, 설비투자비가 많이 들며, 환경적으로도 불리한 점이 많다.

(2) 소형 열병합발전 시스템(분산형)은, 자체 건물의 건물 내에서 필요로 하는 열과 전기를 생산, 공급함으로서 이러한 문제들을 해결할 수 있고, 에너지 이용효율도 향상시킬 수 있다.

- 집중형은 에너지 이용 효율이 76%(목동, 분당, 일산 등 지역 열병합과 반월 열병합 등 산업체 열병합)

- 분산형은 에너지 이용 효율이 84%(잠실, 소공동 롯데호텔, 롯데월드, 인터콘티넨탈 호텔 등)

- 하절기는 흡수식 냉방기에 연결 → 냉방으로 이용(on-site type)


3. 열병합시스템의 도입 효과


(1) 에너지 총 효율의 증가로 인하여 총 에너지 비용이 저감되며, 상용전력(한국전력)과 CGS를 조합하여 공급함으로써, 에너지를 안정적으로 공급을 할 수 있고, 상용전력 수요의 피크-컷(peak-cut)을 할 수 있어, 계약전력을 저감되고, 수변전설비의 용량을 저하시킬 수 있다.(계약전력이 10,000KW 이상이면 → 고압변전소를 설치해야 하는데 이를 회피할 수 있다.)

(2) 비상발전기와 겸함으로써, 설치면적의 증가를 최대한 억제하고, 설비비의 저감효과를 가져 올 수 있다.


4. 소형 열병합 시스템의 종류 및 특징


(1) 가스터빈 시스템(gas turbine system)

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

① 경량, 소형이 가능하여 공간을 적게 차지하나, 초기투자비가 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(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 초기투자비가 저렴하다.

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

③ 소음·진동이 적다(디젤에 비해서는 적지만, 가스터빈보다는 많다)

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


(3) 연료전지 시스템(fuel cell system)

연료전지는 물을 전기분해하면 H2와 O2가 나온다는 원리를 역이용한 것으로 도시가스로부터 H2를 만들어 공기중의 O2와 반응시키면 전기가 만들어진다.


5. 우리나라 실태


(1) 우리나라의 경우 열병합발전은 철강회사나 지역난방을 중심으로 어느 정도 보급이 되어 있지만, 건물용 소형 열병합발전이 도입된 곳은 그다지 많지 않다.

(2) 현재 설치되어 있는 곳은 한국가스공사 분당사옥 등 7개소 60MW 정도로 총 발전량의 0.2% 수준에 불과한 실정이다.

(3) 건물용 소형 열병합 발전설비가 처음 도입된 것은 1982년 조선호텔이며, 그후 상공회의소(1985년), 잠실롯데호텔(1988년), 명동롯데호텔(1987년), 잠실롯데호텔(1988년), 인터콘티넨탈호텔(1988년) 등에 설치되었다.

(4) 설치 당시는 주로 경유 등 액체연료를 사용하다가, 1990년 이후부터는 대도시 내에서의 액체연료 사용을 규제함에 따라, 일부 폐기되거나 경유 및 LNG겸용으로 개조해 사용되고 있다.

(5) 1990년대 들어서는 신규설치 건물이 없다가, 96년 6월 한국가스공사 분당사옥에 효성중공업과 한국가스공사 연구개발원이 공동으로 개발한 1000kW급 가스터빈 패키지 열병합시스템이 설치, 운전 중이다.


6. 소형 열병합 시스템의  문제점 및 보급촉진 대책


(1) 소형 열병합기기의 국산화

가스터빈, 가스엔진 등의 원동기 국산화 및 부대설비의 국산화와 신뢰성 제고에 주력할 필요가 있다.

(2) 적정 가스요금

- 현재 가스요금은 기존의 소형 열병합발전에 사용하던 연료인 디젤유보다 매우 고가인 실정으로, 소형 열병합발전 도입의 커다란 장애요인이 되고 있는데,

- 열병합발전용 가스요금은 최소한 하계 냉방용 가스요금 수준에서 결정되어야 하며, 최대한 LNG도입가격에 운송비용만을 부가한 비용으로 인하되어야 한다.

(3) 금융지원

- 우리나라의 경우 연리 5%로 3년 거치 5년 분할 상환조건으로, 소요비용의 90%나 30억원 이내로 융자지원하고 있다.

- 소형 열병합발전이 활성화되지 못하고 있는 우리나라의 실정을 감안할 때, 이 재원은 앞으로 대폭 증액되어야 하고, 융자상환은 현행 3년 거치 5년 분할상환에서 5년 거치 10년 분할상환정도로 완화되어야 한다.

(4) 세제 지원

법인세와 소득세를 공제해 주는 것은 물론 국산기자재의 경우 투자금액의 50%까지 세액공제가 필요하며, 일시 상각의 경우 국산 기자재의 경우 당해 자산 취득 가격의 100%로 해주어야 한다.

(5) 비상용 발전기의 대체

우리나라의 경우 소방법상 열병합발전기가 설치되어 있음에도 불구하고 비상용 발전기를 별도로 설치하도록 규정하고 있어 중복 투자가 되고 있다. 일본의 경우 이를 해제하고 있으므로 윌도 이를 참조하여 해제하도록 하여야 한다.

(6) 계통 연계시 계약전력의 저감

현재 우리나라의 경우 열병합 설치자는 비상용전력까지 수급계약을 맺도록 되어 있다. 이는 열병합 사업자의 입장으로 볼 때 막대한 부담이 되며 열병합이 활성화되지 못하는 커다란 장애요인이 되고 있다. 확률적으로 볼 때 5%에 해당하는 비상용전력에 해당하는 기본요금만 추가되도록 특례규정을 둘 필요가 있다.

(7) 구입전력의 적정조정

- 현재로서는, 열병합발전설비의 설치는, 시범적 효과와 한국전력의 공급 신뢰도를 보완하기 위한 효과만 있을 뿐이다.

- 운전시간을 늘리기 위해서는 잉여전력의 판매가 이루어져야하는데, 소형 열병합발전의 경우 잉여전력 판매는 1건도 없다.

- 이는 계통 연계 가이드 라인이 없기도 하지만 한전의 잉여전력 구입단가가 회피비용을 적용하고 있어 비싼 천연가스를 연료로 하는 소형 열병합발전의 경우 잉여전력을 파는 만큼 손해이기 때문이다.

- 소형 열병합발전을 활성화하기 위해서는 국가적 정책으로 잉여전력의 구입단가를 적정화할 필요가 있다.

 

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