소형열병합발전 및 ces 추진방안

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소형열병합발전 및 CES 추진방안

박 화 춘한국에너지기술연구원

대전광역시 유성구 장동 71-2www.kier.re.kr

소형열병합발전 실무 교육2004. 11. 18~19

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구역형집단에너지공급 (CES) 개요

1. CES 의 개요 - 가스 ( 디젤 ) 엔진 또는 가스터빈 등의

열병합발전설비 가동시 전력생산과정에서 발생하는 고온 배기가스 열을 폐열회수장치를 통해 증기 또는 온수 형태로 회수하여 다른 수 개 ( 약 2 ～ 5 개 ) 의 인근빌딩에 냉난방 열과 전력을 공급하거나 , 기존의 에너지 (냉난방 ) 관 련 설비를 한 곳으로 집중화 , 대형화시켜 인근에 냉난방열을 공급하는 일종의 소규모 지역냉난방시스템을 말한다 .

그림 1: CES 의 개요

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CES 의 장점 및 기대효과 (1/3)

1. 에너지소비자 측면 연간 냉난방비 절감

쾌적한 실내환경 유지 용이

냉난방 비용의 정확한 집계

편리한 에너지 이용

구분 CES 사용자 개별건물 절감율

난방비용 90% 이하 100% 10% 이상

냉방비용 90% 이하 100% 10% 이상

< 표 1> 연간 에너지비용 절감액 (추정 )

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2. 건물주 측면 초기투자비 절감 - 개별방식의 30% 이상 ( 추정 )

개별 건물의 공간활용 극대화

건물 냉난방 부분에 대한 아웃소싱

부대 운영비용 감소

3. 개발주체측면 용지분양 촉진

지구 미관 향상

환경친화 이미지 제고

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4. 국가 경제적 측면 국가 에너지 절약

하절기 전력 피크부하 감소

도시미관 향상

자연친화 환경보전에 기여

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CES 시스템 개요 (1/5)

CES 시스템의 종류

- 최적의 CES 시스템을 선정하기 위한 대상으로서는 CGS(Co-Generation System) 을 위주로 하여 아래와 같이 분류 할 수 있다 .

CGS 증기 시스템 CGS 온수 시스템 CGS 증기 - 온수 겸용 시스템

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CGS 원동기 (Prime Mover)

- 건물용 소형 열병합발전 시스템에 적합한 대표적인 원동기는 가스엔진 , 디젤엔진 , 가스터빈의 3 종류가 있으며 CES 시스템 연계성은 다음표와 같다 .

< 표 2> CES 시스템 연계성

시스템방 식

증기 시스템 온수 시스템 증기 - 온수 시스템 비 고

가스엔진 - ● ●

디젤엔진 - ● ●

가스터빈 ● ● ●

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CES 시스템과 열원장치 구성

-CES 시스템 종류별 열원장치의 구성은 다음 표와 같다

시스템열원기기

①증 기

시스템

②온 수

시스템

③증기 -온수

시스템

④종 래

증기시스템

⑤종 래온수

시스템

⑥종 래 전기

시스템

일중효용 흡수식냉동기 ● ●

이중효용 흡수식냉동기 ● ● ●

흡수식 냉동기 ●

흡수식 냉온수기 ●

터보 냉동기 ●

증기 / 온수 보일러 ● ● ● ● ● -

< 표 3> CES 시스템 종류별 열원장치의 구성

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CGS 엔진특성< 표 4> 엔진의 일반적인 특성

방 식

항 목가스터빈 가스엔진 디젤엔진

용 량 (KW) 1,000 이상 30~5,000 이상 30~10,000 이상

효율

발전효율(%) 23~30 30~40 35~45

회수효율(%) 40~45 40~45 25~40

Total(%)

63~75 60~85 60~85

배열회수형태 배기가스 : 증기 배가가스 : 온수 , 증기J.W: 온수

배가가스 : 온수 , 증기J.W: 온수

사용연료천연가스 , LPG,A 중유 , 경유 ,대용량은 C 중유

천연가스 , LPG C 중유 , 경유

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CGS 엔진특성 (< 표 4> 계속 )

소 음 고주파역이 높다105~110db(A)

디젤보다 적다95~97db(A)

102~105db(A)

진 동 방진대책 불필요 방진대책 필요 방진대책 필요

가 격 비교적 높다 G/T 보다 저렴 G/T 보다 저렴

장 점

∙ 소형 , 경량에 적합∙ 폐열전량 증기회수∙ 환 경 , 공 해 대 책 불필요∙ 가동 / 정지가 용이

∙ 소규모 분산형이 적합∙ 청정연료의 사용으로공해제약 없음∙ 가동 / 정지가 용이

∙ 발전효율이 높다∙ 중소규모 실적이 많다∙ 기동 / 정지가 용이∙ 가격이 저가

단 점 ∙ 가격이 고가∙ 발전 효율이 낮다

∙ 전량 증기회수가 어렵다 ∙ 유지 / 보수비가 많이 든다

∙ 전량 증기회수가 어렵다

용 도

∙ 산업체∙ 건물용( 호텔 , 병원 , 백화점)

∙ 건물용∙ 건물용∙ 소규모 산업체∙ 리조트 설비

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CES 시스템 개발 (1/8)

1. CGS 증기 시스템1) 시스템개요

- 가스터빈으로 발전을 한 후의 약 500℃ 부근의 고온 배기가스를 이용한 폐열회수보일러 ( 배기가스보일러 ) 에서 통상 8~9kg/cm2 의 고압증기를 생산한다 . 이것을 이중효용흡수식냉동기 , 열교환기 , 프로세스용 증기에 이용하는 시스템이다 .

- 배열보일러의 후단부에 온수헤더를 설치하여 배기가스 열회수를 함으로써 급탕용 온수도 생산할 수 있으며 동시에 종합열효율을 향상시킬 수 있는 시스템이다 .

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2) CGS 증기 시스템 열원 흐름도

그림 2: CGS 증기 시스템 열원 흐름도

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3) CGS 증기 시스템의 시공사례 : 한국가스공사 분당사옥

항 목 형 식 용 량 기 타

가스터빈발전설비

가스터빈 원심 2 단 /축류 4 단

26,600/1800rpm

정격출력 :1100kw흡입공기온도 :15℃

발전기 회전계자형동기식

1320kVA(40℃)

역률 : 0.8

폐열회수보일러

증발부 관류식 증발량 3.070 ㎘/ h

8kg/ ㎠ G전열면적 :78/147 ㎡ ( 관내/외 )

Economizer 이회류 직교형 20㎡

냉동기

냉온수기 직화흡수식냉온수기 320RT×2 대 천연가스 연료

냉동기 증기흡수식냉동기 320RT×2 대

보일러 증 기 노통연관식 1.5Ton/hr×2대 8Kg/ ㎠증기 , 보조 / 비상용

열교환기 Shell&Tubetype

870Mcal/hr×3대 난방용

< 표 5> CGS 증기시스템의 시공사례 ( 한국가스공사 분당사옥 )

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2. CGS 온수 시스템1) 시스템개요

- 가스엔진이나 디젤엔진시스템 CGS 에서 엔진 냉각수를 열교환하여 온수를 얻고 이것을 난방 , 급탕 및 일중효용 온수냉동기의 열원수로써 이용하는 것이다.

- 냉방이용을 위해서 가능한한 고온으로의 열회수가 바람직하다 . 그래서 일반적으로 냉각수를 Jacket 과 배가스용 열교환기에 Series 로 통하는 방식이 많이 이용되는데 이에 의해 온수온도를 높이고 단효용 온수냉동기의 COP 를 높이고 있다 . 한편으로는 냉각수 입구온도를 항상 일정온도이하로 제한할 필요가 있기 때문에 제어를 안정시키고자 온수조를 설치하는 경우가 많다 .

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2) CGS 온수 시스템 열원 흐름도

그림 3: CGS 온수 시스템 열원 흐름도

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3) CGS 온수 시스템의 시공사례 : 일본치과의사회관 빌딩

< 표 6> CGS 온수시스템의 시공사례 ( 일본치과의사회관 빌딩 )

주요장비 용량 및 대수 비 고

가스엔진발전기 200Kw×2 대 자가발전기 250KVA×1대

열회수장치 온수흡수식냉동기 : 100RT×1 대 온수이용

보조열원시스템 공기열원 Heat Pump: 50RT×1대 잠열축열조 : 30㎥ ×2 기

공기조화방식 Zone Unit+ 개 별 식 PAC: 134RT

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3. CGS 온수 - 증기겸용 시스템1) 시스템개요

- 가스엔진이나 디젤엔진의 자켓 냉각수에서의 회수열을 난방 및 급탕에 이용하고 배기가스보일러에 의한 고압증기에 의해 이중효용 흡수냉동기를 운전하여 냉방을 한다 . 그러나 배기가스열량은 시스템 전출력의 27%정도이므로 여기서 얻어지는 증기량은 크지 않다 .

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2) CGS 온수 - 증기 겸용 시스템 열원 흐름도

그림 4: CGS 온수 - 증기 겸용 시스템 열원 흐름도

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CES 시스템 설계 / 시공 사례 (1/12)

1. 국내외 도입현황 및 환경1) 국내 CES 현황

설치대상 특 성 설치사용 사례

병원 , 호텔 ,리조트 열전비가 높아 스팀발생이 많은 가스터빈이 유리함 강남 삼성의료원 (2,400kw), 서울경찰병원 (40

0kw), 월드컵 경기장 (1,000kw)

인 텔 리 전트 빌딩 , 전산센터 , 연구소

부하변동에 대한 대처가 용이함 (Peak 부하조절용 )안정적인 전기공급으로 업무능률이 향상

삼성 생명 과 천 전 산센터 (2,000kw), 동 양 증권 여의도사옥 (1,400kw), 한국통신 (3,000kw), PSI NET(3,000kw)

산업체열전비가 높은 산업체 ( 화학 , 섬유 , 반도체 , 전관, 유리 등 ) 에 설치시 높은 열회수 효율 (75% 이상 )을 얻고 있음

ATK(1,200kw), LG 전자 (1,200kw)

< 표 7> CES 설치대상 및 사례

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지 역 사업주체개발면

적( 천 m3)

공급건물( 개 )

최대열부하

(Gcal/hr)비 고

롯데월드 (잠실 ) 롯데월드 ( 주 ) 564 6 44 ‘88 가동

롯데월드 ( 소공동 ) 호텔롯데 ( 주 ) - 3 31 ‘87 가동

롯데월드 ( 부산 ) 호텔롯데부산 ( 주) - 2 - ‘95 가동

반포종합터미널지역

서울종합터미날 ( 주) 59 3 15 ‘99

가동예정

청진동 재개발지구 종로구청 78 17 20 타당성검토중

광주상무대지역 광주광역시 254 21 30 집단에너지사업허가획득

< 표 8> 국 내 CES 현황

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그 림 5: 국 내 CES 형 열 병 합 발 전 시 스 템 의 표준모델

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2) 국내 CES 적용환경

내 용CES 적합성

평가 해 외 국내적용

난방만 가능한 지역 부적격 북유럽 부적격

냉난방 모두 가능지역 최적 일 본 , 미 국 ,중부유럽 ○

5,000 USD 이하 부적격 동 유 럽 , 소 련 ,중국등

5,000 ～ 15,000 USD 보통 한국등 ○

15,000 USD 이상 최적

주거지역 중심 부적격 대규모 형태

상업용빌딩 중심+ 인근주거지역 보통 소규모 가능 ○호텔 , 백화점을 포함한중심상업지역 빌딩군 최적 소규모 최적 ○

난방급탕 부적격

난방급탕 +냉방 보통 ○난 방 급 탕 + 냉 방 +전기직판 최적 1999 년 도

적용가능 ○

구 분

기후적조건

경제적생활수준(GNP 기준 )

공급지역의특징

에너지 공급형태

폐 열 , 지 열 및 미활용에너지적용

열펌프 적용 최적 가능 ○

비 고

국내냉방수요 급증 추세

한국 (1996년기준 ): 약10,000 USD

서울 , 수도권지역 상업용 건물군 지역 적격

1999년 [지점 ]전기직판허용 예정

현재 국내 적용 초기단계열펌프 미적용 보통 ○

< 표 9> 국 내 CES 적용환경

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3) 국외 CES 현황

미국 지역에 따라 연료비 , 열요금 및 전기요금의 차이가 심하므로 전기요금이

비싼 서부 캘리포니아 지역의 경우 가스엔진 또는 가스 ( 증기 ) 터빈을 이용한 CHP 를 , 벌티모아 지역의 경우 심야전력을 이용한 빙축열시스템을 중심으로 열원시스템을 구성 , 운영하고 있다 .

일본동경의 CES 열원형식을 보면 CHP 보다는 심야전기를 이용한 빙축열 시스템 , 공기열펌프가 주류를 이루고 주변 미활용 에너지 ( 지하수 , 하수 처리수 , 소각열 등 ) 를 최대로 활용하고 있다 .

특히 , 냉 온열을 동시에 사용하는 개방식 축열조가 많은데 동절기에는 온열 ․축 열 조 로 , 하 절 기 에 는 냉 열 축 열 조 로 사 용 함 으 로 써 설 비 이 용 율 을 극대화하고 있다 .

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지 역 사업주체 공급열원 주열원 형식 공 급 대 상

미국벌티모어 컴포트링크 냉 방 빙축열 벌티모어 컨벤션센타 및 주변건물

미국디즈니랜드 CPI 사

냉 방난 방전 기

흡수식냉동기온수보일러CHP

디즈니랜드 호텔단지

미국센튜리시 CPI 사

냉 방난 방전 기

흡수식냉동기증기보일러CHP

로스엔젤레스 서부호텔 , 아파트 , 병원 등

일본동경 동경전력 냉 방

난 방하수처리열히트펌프 동경상업 및 업무용 지구

일본요코하마

MINATOMIRAI 21

냉 방난 방

심야전력이용잠열 , 축열

빌딩 , 스타디엄 , 병원 등

< 표 10> 해 외 CES 운영현황

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용 도 건물규모 연면적(m2)

준공년도 구 조 소재지

사무용 건물 지하 2층 , 지상8층

35,194

1997년 6월

철근콘크리트구조 성남시 분당구

< 표 11> 한국가스공사 분당사옥 건물시설 개요

2. 국내 CES 시스템 시공사례1) 한국가스공사 분당 사옥

I. 건물시설 개요

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II. 설비개요 열병합발전 시스템

열병합 발전시스템은 다른 공조설비와 함께 지하 2층에 설치되었고 , 지하 1층 방제센타에서 감시토록 구성되어 있다 .

전력계통은 한전으로부터 22.9KVA 의 전력을 수전하여 100KVA 2 대 , 500KVA 2 대의 변압기를 통하여 380V 의 전압을 생산하여 최종부하에 전력을 공급하도록 구성되었다 .

기계설비

분당사옥의 중요성을 고려하여 열병합발전시스템이 정지시에도 전력 및 냉난방 원원을 100% 공급할 수 있도록 2 중 시스템으로 구성하였다 . 열병합발전 설비에서 생산되는 증기는 1.8Gcal/h 인 3Ton/h로서 약 640RT 의 냉방용 냉수 및 난방용 온수공급이 가능하므로 건물 필요열원의 약 60% 를 분담할 수 있는 용량이다 .

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III. 시스템 운전 및 에너지 절감효과 분석 전력 및 냉난방 부하패턴 추정

오전 6:00 시부터 전력 및 냉난방 부하가 발생하기 시작하여 오전 7:00 시 정도면 거의 정상적인 부하에 도달하며 18:00 시부터 감소하기 시작하여 20 시 정도에 대부분의 부하는 차단된다 .

( 출근 7:30, 퇴근 :16 시 30 분 )

전력 부하의 경우 , 춘 추절기에는 최대 약 ․ 600~800KW, 동 하절기는 ․1,300~1,400KW 정도 발생한다 . 냉난방 부하는 춘 추절기는 약 ․500Mcal/h 정도 , 동 하절기는 ․ 2,100Mca/h 정도 발생한다 .

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운전모드 분석

국내 에너지 요금체계상 전력요금이 상대적으로 높으므로 전기추종형 운전모드를 전제로 하여 건물 부하중 200KW 는 항시 수전하는 매전력 방식으로 최대 1,000KW까지 발전하는 시스템으로 이 때 발생되는 증기열원은 동 하절기의 경우 전량 소비가 가능하나 춘 추절기의 경우 ․ ․잉여증기는 대기 중에 버려지는 방식이다 .

이를 바탕으로 분석한 결과 최적운전모드는 12월 ~3월은 1,000KW, 5월은 600KW, 6/9/10월은 700KW 발전이 가능하며 이때 폐열이용은 동 하절기의 경우 건물필요량의 약 ․ 90% 정도로써 전량 이용가능하나 춘․추절기의 경우 최대 45% 정도는 이용되고 나머지는 버려지는 패턴이다 .

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에너지 절감효과 분석

열병합시스템 연간운전시간 : 일일 13 시간 , 월 25 일 운전을 기초로 , 종래방식 ( 전력 100% 수전 , 냉난방은 지역난방공사 수열 ) 과 열병합발전방식 ( 주요전력 발전 / 부족전력 수전 , 주열원 열병합 생산 /부족열원 보조기 생산 ) 을 대상으로 에너지 절감효과를 나타내었다 .

절감효과

구 분

요 금 ( 백만원 /년 )

전 력 온 수 합 계 ( 백만원 /년 )

종래시스템 377.4 202.2 579.7

열병합발전시스템 95.8 303.1 399.0 ▾180.7

< 표 12> 에너지 절감효과 분석

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그 림 6: 한국 가스공 사 분당 사옥 열 원 계통도

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CES 도입 타당성 분석 사례 (1/25)

1. 사업개요1) 사업목적

여수시의 새로운 중심부로 떠오르는 웅천지구를 환경친화적 복합주거기능의 신시가지로 개발

여수시의 주택난 해소 및 생활편익 , 관광휴양 , 산업 ·연구 등의 시설 확충을 통한 자족도시 건설

시가지 확산에 질서를 부여하여 도시전체의 균형발전을 도모

2) 사업기간 기준연도 :2001 목표연도 :2010

3) 사업위치 및 면적 위치 : 전라남도 여수시 웅천동 일원 전체면적 : 2,817,795m

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2. 시설계획1) 인구 및 주택건설 계획

공 동 주 택

아 파 트

단 독 주 택

구 분 면 적(m)

세대수( 호 )

인구수( 인 )

평 형(평형 / 세대 )

용적율(%)

합 계 906,332 11,222 33,666 - -

573,311 10,362 31,086 - -

489,743 9,008 27,024 - -

85m 이하 314,211 6,543 19,629 32 180

85m 초과 175,532 2,465 7,395 42 220

테라스하우스 45,406 686 2,058 30 150

주상복합주택 38,162 668 2,004 38 220

333,021 860 2,580 - -

단독주택 237,480 727 2,181 74 100

구릉지주택 95,541 133 399 213 100

< 표 13> 인 구 및 주택건 설 계획

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2) 기타시설 계획

구 분 개 소 면 적(m)

비 고

학 교 6 90,479 초 3, 중 2, 고 1

근린 생활 시설 6 5,108

상 업 시 설 7 157,525

업 무 시 설 4 52,004 지역정보센터 포함

산업 · 연구시설 3 42,679

종 합 병 원 1 10,860

종 교 시 설 2 3,449

어 항 1 1,507

수 도 용 지 2 11,860

소 계 375,471

구 분 개 소 면 적(m)

비 고

도로 184 526,696

주차장 16 28,826

공원 12 524,827

녹지 71 387,658

광장 2 3,533

기타시설용지 - 51,901

소 계 1,523,441

< 표 14> 부 대 시 설 계획

< 표 15> 공원 / 녹지 계획

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3. 추진개요 및 대안 설정1) 추진개요검토의 편리를 위해 지역을 용도별 , 위치별로 구분하였다 .

•A 지구 ( 공동주택 ): 단지의 북서부에 위치한 1, 2, 3, 4 단지 ( 아파트 )•B1 지구 ( 공동주택 ): 단지의 중심에 위치한 5 단지 ( 아파트 ) 와 복합 1, 2단지•B2( 상 업 지 구 ): 중 심 상 업 지 구 와 공공업무 3 단지 및 의료시설•C 지구 ( 상업지구 ): 남서부에 위치한 관 광 휴 양 산 업 , 해 변 상 업 , 수산전문판매단지 , 업무시설 12 단지•D 지구 ( 공동주택 ): 학교 , 산업단지 A 단지의 동쪽에 위치한 6, 7, 8, 9, 10 단지 및 테라스하우스 그림 7: 토지이용 계획도

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2) 대안설정- 전기공급은 경제적인 CHP 용량을 산정하고 부족분은 한전으로부터 수전하여 공급한다 .

- 열공급은 경제적인 CHP 용량과 부족분은 열전용보일러 (HOB) 로 공급한다 .

대 안 플랜트 전기공급대상 열공급대상 비 고

대안 1 1 플랜트 A+B1+D A+B1+B2+C+DA, B1, D : 공동주택

B2, C : 상업지구

대안 22-1 플랜트 A A+C

2 개의 플랜트 운용2-2 플랜트 D+B1 B1+B2+D

대안 33-1 플랜트 A+B1+D A+B1+D

2 개의 플랜트 운용3-2 플랜트 B2+C B2+C

< 표 16> 대안설정

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4. 대안별 에너지 ( 열 및 전기 ) 부하 분석 1) 장치부하분석

구분 대안 1

대안 2 대안 3

2-1 플랜트 2-2 플랜트 3-1 플랜트 3-2 플랜트

전기 22.35(26.00MW)

10.73(12.48MW)

11.62(13.52MW)

22.35(26.00MW)

133.42(155.14MW)

난방 128.37 85.87 42.50 34.71 93.66

급탕 21.91 12.87 9.04 10.52 11.39

냉방 124.19 91.94 32.24 - 124.19

합계 296.82 201.41 95.4 67.58 362.66

< 표 17> 대 안 및 플 랜 트 별 장치부하

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2) 운전부하분석

그 림 8: 대 안 1 의 운전부하

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(b) 대안 2-1 의 운전부하 (c) 대안 2-2 의 운전부하

(d) 대안 3-1 의 운전부하 (d) 대안 3-2 의 운전부하

그림 9: 대안별 운전부하

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구분 대안 1대안 2 대안 3

2-1 2-2 3-1 3-2

열부하( 난방 +급탕+냉방 )

최대 ( 시간 )(Gcal/h)

109.57 73.56 39.46 56.30 97.78

연간합계(Tcal)

349.58 215.79 133.79 118.20 231.37

연간(Tcal)

난방 184.44 101.82 82.62 118.20 66.24

급탕 43.07 23.70 19.37 0.00 43.07

냉방 122.07 90.27 31.80 0.00 122.07

전기부하

최대 ( 시간 )(MW)

8.49 4.72 5.11 9.82 52.34

연간(GWh)

48.02 23.06 24.96 48.02 205.06

< 표 18> 대 안 별 운 전 부 하 분석결과

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4. 플랜트 설계

그림 10: 플랜트의 계통도

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1) 주요장치 용량 - 각각의 대안에 대하여 시나리오 ( 구성 ) 별 주요 장치의 용량은 다음과 같다 .

- 각각의 표에서 “기준안”은 전기공급은 한전전기에 의하고 열공급은 보일러를 이용하고 냉방은 고온흡수식냉동기를 사용하는 경우를 말하며 , 기타 “구성 (시 나 리오 ) 들”은 열 병 합 발 전 기 , 보 일 러 및 냉 동 기 의 용 량 을 전 체 에너지공급을 충족시키면서 다양하게 구성해 검토한 결과이다 .

- 표에서 유의해 볼 것은 기준안과 비교하여 CGS 용량이 증가하도록 구 성 할 수록 보 일 러 용 량 과 고 온 흡 수 식 냉 동 기 의 요 량 이 줄고 대신 저 온 흡 수 식 냉 동 기 의 용 량 이 증 가 하게 됨을 알 수 있 다 . 이 는 열병합발전기에서 나오는 배열을 이용하여 난방과 냉방을 우선하고 부족분을 나머지 보일러와 고온흡수식냉동기로 해결하게 되는 현상을 의미한다 .

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시나리오( 전기장치용량

대비 )

CGS 용량보일러 용량

(Gcal/h)

냉동기 용량 (USRT)

전기(kW)

열(Gcal/

h)저온흡수식 고온흡수식

기준안 - 143 - 45,700

구성 1 (12.4%) 3,221 4.10 139 12,600 37,500

구성 2 (13.9%) 3,613 4.60 139 12,600 37,500

구성 3 (16.3%) 4,231 5.39 138 12,600 37,500

구성 4 (18.6%) 4,840 6.16 138 12,600 37,500

구성 5 (20.1%) 5,232 6.66 137 12,600 37,500

구성 6 (21.7%) 5,641 7.18 136 12,600 37,500

구성 7 (24.8%) 6,442 8.20 135 12,600 37,500

구성 8 (27.9%) 7,243 9.22 134 12,600 37,500

구성 50 (50.5%) 13,120 16.70 127 12,600 37,500

구성 60 (59.8%) 15,540 19.78 123 12,600 37,500

구성 70 (69.2%) 17,977 22.88 120 12,600 37,500

< 표 19> 대안 1 의 구성별 주요장치 용량

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대비 )

CGS 용량 보일러 용량 (Gcal/h)

냉동기 용량 (USRT)전기(kW)

열(Gcal/h)

저온흡수식 고온흡수식

기준안 - 94 - 33,800

구성 1 (14.5%) 1,811 2.31 92 12,600 25,400

구성 2 (16.1%) 2,011 2.56 92 12,600 25,400

구성 3 (19.4%) 2,420 3.08 91 12,600 25,400

구성 4 (22.5%) 2,812 3.58 91 12,600 25,400

구성 5 (25.7%) 3,204 4.08 90 12,600 25,400

구성 6 (29.1%) 3,630 4.62 90 12,600 25,400

< 표 20> 대안 2-1 의 구성별 주요장치 용량


대비 )

CGS 용량 보일러 용량 (Gcal/h)

냉동기 용량 (USRT)전기(kW)

열(Gcal/

h)저온흡수식 고온흡수식

기준안 - 100 - 45,700

구성 1 (12.8%) 19,936 25.37 75 12,600 37,500

구성 2 (14.9%) 23,132 29.44 71 12,600 37,500

구성 3 (16.8%) 26,004 33.10 67 12,600 37,500

< 표 21> 대안 3-2 의 구성별 주요장치 용량

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5. 대안별 구성별 비교 ·검토 및 최적안 도출 1) 대안별 최적안 검토 - 플랜트의 최적용량을 결정하기 위한 과정으로서 최적안 선정과정에서

하나의 고려요소로 활용한 단순 투자회수기간은 공사비부담금을 제외한 실투자비에 대한 회수기간으로 하였으며 , 이와 함께 초기투자비 , 운전비 및 연간 CGS 가동율 등을 참고하여 최적안을 선정하였다 .

I. 제 1 안의 구성별 비교

시나리오 CGS 용량(kW)

보일러 용량(Gcal/h)

냉동기 용량(USRT)

연간 공급규모

구성 5 5,232 137 50,100 전기 : 48.02 GWh열 : 349.58 Tcal

< 표 22> 대 안 1 의 최 적 구 성 시설용량

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그림 11: 제 1 안의 비교 검토

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II. 제 2 안의 구성별 비교

시나리오CGS용량(kW)



연간 공급규모

제 3-1 안 ( 구성2) 4,110 38 0 전기 : 48.02 GWh

열 : 118.20 Tcal

제 3-2 안 ( 구성1) 19,936 75 50,100

전기 : 205.06 GWh

열 : 231.37 Tcal


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그 림 12: 제 2 안 의 비 교 검토

(a) 제 2-1 안 (b) 제 2-2안

48


III. 제 3 안의 구성별 비교

시나리오CGS용량(kW)



연간 공급규모

제 2-1 안 ( 구성4) 2,812 91 38,000

전기 : 23.06 GWh

열 : 215.79 Tcal

제 2-2 안 ( 구성3) 2,812 46 17,800

전기 : 24.96 GWh

열 : 133.79 Tcal


49


그 림 13: 제 3 안 의 비 교 검토

(a) 제 3-1안

(b) 제 3-2안

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2) 대안별 최적안의 공사비

구분대안 1

대안 2 대안 3최적구성 구성 50 구성 60 구성 70

설비비 13,410 17,287 17,675 18,865 13,527 23,816

공사비 1,985 4,691 5,521 6,358 2,310 9,726

간접비 5,143 6,558 6,822 7,257 5,478 9,301

옥외 배관 / 배선비 8,081 8,081 8,081 8,081 6,465 8,081

부지매입비 1,500 2,000 2,000 2,000 2,000 2,000

총 투자비 30,119 38,617 40,099 42,561 29,780 52,924

공사비 부담금 26,077 26,077 26,077 26,077 26,077 26,077

< 표 25> 대 안 별 최 적 안 의 세 부 공사비

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3) 대안별 시스템 평가 및 민감도 분석 I. 대안별 시스템 평가 검토기준 - 열병합발전기의 내구수명인 15년을 내용연수기간으로 하여 LCC 분석을 수행하였음 - 공사비부담금으로 충당되지 못하는 부분에 대한 차입금에 대해 내용연수기간 동안의 차입 , 상환 , 이자 등을 검토하였음 - 수입 , 지출에 따른 손익계산을 내용연수기간 동안에 대해 검토하였음 - 내용연수기간을 대상으로 현금유입 , 현금지출 등에 대해 현금유동을 분석하였음

이상의 검토기준을 바탕으로 검토한 결과를 정리하면 다음 표와 같으며 , 분석결과 대안 1 즉 , 전기장치부하 (순간 피크부하 , 25,988kW) 의 20.1%(5,232kW) 에 해당하는 안이 가장 경제성이 우수한 것으로 평가되었다 .

52


구분

대안 1( 최적구성 ) 대안 2 대안 3

기업차원 국가차원 기업차원 국가차원 기업차원 국가차원

총 투자비( 백만원 ) 30,119 29,780 52,924

실 투자비( 백만원 ) 4,042 3,703 26,847

판매이익( 백만원 ) 3,891 3,073 5,714

내부수익률(%) 5.79 9.37 4.21 6.74 6.08 8.28

단순투자회수기간(총투자비기준 ,

년 )11.36 9.06 12.73 10.69 10.94 9.66

누적순현금가( 백만원 ) 22,123 29,087 19,313 23,916 22,031 29,957

< 표 26> 경 제 성 분석 결과

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II. 최적대안의 운전결과검토결과 최적안인 대안 1 의 구체적인 운전결과는 다음과 같다 . 즉 전기는 연간사용량의 83.7% 를 열은 연간사용량의 30.8% 를 열병합발전에 의해 공급할 수 있다 .

구 분최적구성

구성 50 구성 60 구성 70(MWh) 비율 (%)

전기

연간 전기사용량(MWh)

52,480 100.0 52,429 52,453 52,447

연간 CHP 발전량(MWh)

43,912 83.7 46,254 45,590 48,458

연간 수전량(MWh)

8,568 16.3 6,175 6,863 3,989

열

연간 열사용량(Gcal)

341,819 100.0 341,81

9341,81

9341,81

9연간 CHP 회수열량(Gcal)

105,335 30.8 110,80

2111,73

8111,07

6연간 보조보일러 발생열량 (Gcal)

236,484 69.2 231,01

7230,08

1230,74

3

< 표 27> 대 안 1( 최 적 ) 에 대 한 연 간 운전결과

54

III. 최적안의 민감도 분석-각 안별 , 투자비 , 연료단가 , 전기판매 단가 , 열판매단가의 변화에 따른 내부수익률과 투자회수기간의 변화를 살펴보았으며 , 변화의 폭은 각각에 대하여 +20% 에서부터 -20% 까지 10% 의 변화폭을 가지고 분석하였다 .

- 대안 1 이 가장 경제적인 대안으로 판단되며 , 대안 2 에 대한 민감도 분석결과는 다음과 같다 . 투자비나 전기요금에 대한 민감도는 비교적 둔하나 , 연료단가나 열판매단가에 대한 민감도는 상당히 민감한 것으로 분석되었다 . 즉 , 연료비가 20% 이상 인상될 때에는 수익성에 문제가 있으며 , 열판매가를 현재보다 20% 이상 낮출 경우 경제성이 없을 것으로 판단된다 .


55


검토인자 변화율 (%)국가 차원 기업 차원

IRR(%) 민감도 IRR(%) 민감도

투자비

20100

-10-20

6.878.039.37

10.9412.83

0.130.13

-0.160.17

3.974.825.796.938.27

0.090.10

-0.110.12

연료비단가

20100

-10-20

-3.189.37

14.5919.32

-0.62

-0.520.50

-1.935.799.15

12.21

-0.39

-0.340.32

전기요금

20100

-10-20

11.4310.439.378.216.93

0.100.11

-0.120.12

7.246.545.794.994.14

0.070.08

-0.080.08

열판매단가

20100

-10-20

19.4214.599.373.34

-

0.500.52

-0.60

-

12.189.115.792.03

-

0.320.33

-0.38

-

< 표 28> 민감도 분석 결과

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CES 보급 장애요인 및 개선책 (1/5)

1. 전기 직판 제도 장애요인

- CES 사업자가 난방을 공급받는 수용가에 전기를 판매하는 행위는 현행법에 따라 금지되어 있음 - 전기사업법에 따라 전력을 생산하는 자는 전력거래소를 통해서만 판매하도록 규정되어 있어 타수요처에 전기직판이 불가하여 전기판매를 통한 수익창출이 불가능함

개선책- 지역난방사업자 및 CES 사업자가 생산한 전기를 「직판」또는 「전력거래소에 판매」할 수 있는 선택권을 부여 - CES 사업자가 냉․난방용 열과 전기를 동시에 생산․공급할 경우 전기를

판할 수 있도록 제도개선 : 전기사업법 개정 공포 (2003.12.30) - 구역전기사업 : 일정규모 이하의 발전설비로 전기를 생산하여 공급구역

내의 전기사용자에게 직접 공급하는 사업 실질적으로발전․배전 및 전기 판매사업을 겸업

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2. 수전 요금 체계 장애요인

- CES 사업자가 일시적으로 전기생산에 문제가 발생하여 한전에서 수전을 받아 전기를 보완 공급하는 경우 , 전기요금약관에 따라 수전계약 직전 12 개월 중 최대수요전력요금을 기본요금으로 책정하도록 규정되어 있음

- 비정상적으로 계상된 최대 소비치 요금을 기본요금으로 납부하도록 하고 있어 수전에 따른 전기요금이 경영부담으로 작용됨

개선책- CES 사업자가 비상시 수전할 경우 사용량에 따라 요금이 책정되어야

함에도 불구하고 , 계약용량 초과분에 대한 높은 벌칙요금 부담방식을 개선

- 한전에서도 CES 사업자가 늘어날 경우 예비전력 확보뿐만 아니라 하절기 최대부하감소에도 기여하므로 CES 사업자와 공동으로 전력공급을 책임진다는 개념에서 수전에 따른 벌칙요금요율의 하향조정 필요

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3. 도시가스 요금 체계 장애요인

- 지역난방용 도시가스요금은 현재 서울 , 경기 , 부산 , 광주 , 김해지역만 있을뿐 인천 , 대구 , 청주에는 지역난방요금체계가 없어 추진상

어려움이 있음 - CES 사업의 경우 도시가스 수요패턴이 주택난방용 수요패턴과 유사한

난방용 요금을 적용받고 있어 사업의 경제성이 떨어짐 - 열병합발전용 요금 적용이 미흡함

개선책- 지역난방용 도시가스 요금체계가 없는 지역 ( 인천 , 대구 , 청주 ) 에

대해서는 CES 사업이 활발히 이루어 질 수 있도록 지역난방용 요금체계를 신설

- 향후 원가보상주의에 의거 대수용가인 CES 사업자에게 요금을 차등 적용하는 방식을 검토

- 모든 지자체의 가스요금에 열병합발전용 요금적용 확대

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4. 공공부문의 사업 참여 유도 및 시범사업 추진 장애요인

- CES 사업은 대규모 사업으로 초기투자비부담이 높아 일반사업자의 접근이 어렵고 , CES 사업에 대한 경제성 확보 등 제도적 뒷받침이 미흡하여 현 단계에서는 보급 활성화 기대가 어려움

개선책- 지자체 , 전력회사 , 도시가스사 , 지역난방공사 등 공공기관의 참여를

유도하기 위해 지역에너지사업과 연계 추진하여 지방자치단체의 적극적 참여를 유도

- 배관망 투자 등에 대한 보조금 및 보상비 지원제도 마련하여 소규모 집단에너지사업의 손실보상장치 마련

- CES 사업 참여시 인센티브 부여방안 강구 - CES 사업 지원 전담기관 설치

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5. CES 국산화 기술 개발 장애요인

- CES 의 핵심장비인 소형열병합발전 관련 엔진 , 발전기 , 배열회수장치 , 시스템제어기 및 방음방진 설계기술 등 핵심 기술의 국산화 미비

- CES 관련 핵심장비의 고가 - 외국산 활용에 따른 A/S 망의 미비로 유지보수비용 증대 - CES 사업 타당성 정밀 분석 기술의 고도화 미비

개선책- 소형 열병합발전시스템의 고효율화 , 저가화 , 편리성확대 및 고신뢰도

확보를 위한 국산화 개발 - A/S망의 확보로 유지보수비용 저감 - CES 사업 타당성 평가 기술 확보

소형열병합발전 및 ces 추진방안

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