[에너지] 열병합발전 알아보기

열병합발전이란

열병합발전이란 하나의 에너지원으로부터 열과 전기 등 두가지 이상의
유효한 에너지를 얻어서 이용하는 시스템입니다.
가령 석유나 천연가스 등의 연료를 연소시켜서 얻은 열을 피스톤 엔진이나 가스 터빈 등을 사용해서 동력이나 전력으로 변환하고 그 배열을 프로세스 증기 등의 열원으로 이용하는 것입니다.

1. 열병합발전의 개요

열병합발전 개요

 
열병합발전은 중앙발전소와 달리 소비지점이나 그 근처에 위치하는 분산발전의 일종입니다.  다양한 연료를 사용하여 사용 시점에 전기나 전력을 생산할 수 있는 일련의 기술로, 일반적으로 발전 과정에서 손실되는 열을 회수하여 필요한 난방 및 또는 냉방을 제공할 수 있습니다. CHP 기술은 지리적 제한이 거의 없이 신속하고 비용 효율적으로 배4관 응용 분야에서 수년 동안 사용되었습니다. 열병합발전은 일반적으로 65%~75% 효율로 작동할 수 있습니다.

 

2. 열병합발전의 방식

 

열병합 발전 시스템에는 여러가지 방식이 있으며 그 분류 방법도 주요 구성기기의 기종, 플랜트 기기의 구성법, 용도, 연료 등에 따라서 여러가지로 분류 될 수 있습니다. 

 

•  가스엔진 열병합발전시스템 (Gas Engine Cogeneration System) 가스엔진 열병합발전시스템은 열효율이 높고 안전성이 뛰어나며 가스연료(예 : LNG)를 사용하기 때문에 엔진의 수명이 길고, 유지관리가 쉽다는 장점 이 외에도 발전규모가 15 ㎾에서 2,000 ㎾이상의 수요에도 대처가 가능하다는 특징이 있습니다. 열은 냉각수로부터 온수를 회수하고, 배가스로부터 증기 또는 온수를 회수하며, 또한 최 근에 배가스열은 냉방용으로 많이 채용되고 있는 2중 효용 흡수식 냉동기의 열원으 로 사용이 가능합니다.
• 가스터빈: 가스터빈은 비교적 대규모의 열병합발전 시스템에서의 주요기기로서 사용실적이 지속적으로 늘고 있습니다. 가스터빈 열병합발전시스템은 주로 공랭식이며 운전소음이 적고 고온의 배가스를 이 용하여 증기를 생산할 수 있으며 생산된 증기를 공정용 증기 또는 냉동기의 열원으로 사용이 가능합니다. 발전규모는 500 ㎾급 이상의 수요에 대응이 가능합니다. 가스터빈 열병합발전시스템은 가스엔진방식에 비하여 열전비가 크기 때문에 열에너지의 수요가 상대적으로 큰 수요처에 적합합니다. 가스터빈 발전기와 배열회수보일러(HRSG : Heat Recovery Steam Generator)로 구성되며 증기압력은 통상 8~15 kgf/㎠이며 증기의 용도에 따라서 고압증기의 공급도 가능하합니다. 폐열보일러의 후단에 급수가열기 또는 온수 히터를 설치하면 배열회수 효율을 향상시킬 수 있습니다.
• 증기터빈 열병합발전시스템 (Steam Turbine Cogeneration System) 보일러․증기터빈을 이용한 열병합발전은 이전부터 자가발전 설비를 가진 제철소, 화학 공장 등에서 많이 채용되어 왔습니다. 또한 발전기 대신에 압축기 또는 펌프를 구동하는 시스템도 석유화학플랜트 등에서 채용되고 있습니다. 근래에는 도시소각장에서 소각로에서 발생한 증기를 이용하여 터빈발전기를 이용하여 소내전력을 공급하고 잉여열을 온수의 가열이나 소내의 급탕이나 공조 등에 이용하고 있습니다. 증기터빈은 물을 작동유체로 하는 외연기관이므로 연료의 선택이 자유로워서 유류, 가스, 석탄 외에 바이오가스의 이용도 가능하다는 장점이 있습니다. 그러나 열기관의 작동온도를 한없이 높이기는 어렵기 때문에 작동유체인 증기는 온도에 비하여 압력을 높일 수밖에 없습니다. 따라서 열효율을 높이기 위해서는 고압보일러를 필요로 하게 되어 가격이 상승한다는 문제와 소출력에서는 터빈내부의 유동손실이 증가하여 효율이 낮다는 문제가 있습니다. 그러나 증기터빈 열병합발전시스템은 작동유체가 증기뿐이므로 터빈의 배기를 그대로 공정용 증기로 활용이 가능하고 시스템의 중간에 터빈을 설치하여 보조시스템을 만들 수 있다는 많은 장점을 가지고 있기 때문에 대규모 발전플랜트에 많이 채용되어 왔습니다.
  
  
•  가스 및 증기터빈 복합발전시스템 (Combined Cycle Cogeneration System) 복합발전시스템이란 가스터빈 열병합발전시스템의 폐열회수보일러에서 생산되는 증 기를 증기터빈에 흘려서 전기를 생산하고 증기터빈의 배기증기를 공정용 증기, 급 탕 및 난방, 또는 냉방용열원으로 사용하는 열병합발전시스템을 말합니다. 효율이 매우 높으며 환경에 미치는 영향이 적고, 가동 및 부하추종성이 우수하다는 등 많은 장점을 가지고 있습니다

3. 열병합발전의 이점

 
열병합발전은 에너지 효율 증대 외에도 다양한 이점을 가지고 있습니다.
 

• 배기가스 배출 감소. 열병합 발전은 매우 효율적이기 때문에 유럽에서 매년 200백만 톤의 CO2를 절약합니다. 이는 승용차 4,250만 대 또는 트럭 260만 대의 총 배출량과 같습니다.
• 에너지 비용 절감. 열병합 발전 사용자는 더 높은 효율성의 이점을 누릴 수 있으므로 난방 및 전기 수요를 충당하기 위해 더 적은 연료가 필요합니다.
• 재생 에너지 지원. 열병합 발전은 모든 재생 가능 연료로 작동할 수 있으며 재생 가능 연료를 사용하는 가장 비용 효율적인 방법입니다. 현재 유럽에서 열병합 발전에 사용되는 연료의 27%는 주로 바이오매스와 바이오가스로 재생 가능합니다.
• 기업과 시민의 역량 강화. 열병합 발전은 1kW에서 거의 1GW에 이르기까지 모든 크기로 제공됩니다. 단일 가정에서 대규모 산업 단지 또는 도시 전체에 이르기까지 모든 유형의 사용자에게 열과 전기를 공급하는 데 적합합니다.
• 향상된 에너지 시스템 복원력. 열병합 발전은 특정 장소에서 특정 시간에 필요한 정확한 양의 전기와 열을 생산할 수 있습니다. 이는 태양광 및 풍력과 같은 점점 더 많은 간헐적 재생 에너지에 대처해야 하는 에너지 시스템에 유연성과 탄력성을 제공합니다.
• 전송 및 유통 비용 절감. 열병합 발전은 현장에서 전기와 열을 생산합니다. 열병합 발전 사용자는 그리드의 전기에 덜 의존하여 최종 사용자 및 시스템 수준 모두에서 그리드 비용을 피할 수 있습니다.

*같이가치업의 생각*
열병합발전의 장점이 기후변화시대에 더 눈에 띄는데요. 열병합발전의 보급이 정말 중요해 보입니다.