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발전공학

열병합 발전

열병합 발전

개요

열병합 발전시스템은 하나의 에너지원으로부터 전력과 열을 동시에 발생시키는 종합에너지 시스템이다.

열병합 발전시스템은 1차적으로 전기를 생산하고 발전에 수반되는 폐열을 회수하여 냉방, 난방 등에 이용함으로써 에너지 효율을 극대화한 시스템이다.

열병합 발전

열병합 발전의 특징

1) 청정 연료인 천연가스를 이용하여 열과 전기를 동시에 사용하는 시스템으로 고효율 에너지 절약 시스템이다.
2) 에너지 효율은 75~90%정도로 발전 전용(35~42%)보다 월등히 높다.

열병합 발전시스템의 구성 및 종류

열병합 발전시스템의 구성

증기터빈 방식(배압터빈 방식)

증기터빈 방식(배압터빈 방식)

(1) 다양한 연료 사용(석탄, 유류, 가스)이 가능하다.
(2) 유지, 보수가 적다.
(3) 설치면적이 크다.
(4) 기동, 정지가 어렵다.

가스터빈 방식

증기터빈 방식(배압터빈 방식)

(1) 가스터빈 발전효율(20~30%), 열 회수(45~55%): 전력보다 열사용이 많은 곳에 적합
(2) 기동, 정지가 용이, Peak cut에 적합
(3) 환경문제에 거의 없음
(4) 500℃ 이상인 가스터빈의 배기가스를 이용

가스엔진 방식

가스엔진 방식

(1) 소규모 분산전원 시스템에 적합하다.
(2) 기동, 정지가 용이하다.
(3) 청정연료 사용으로 환경문제가 없다.
(4) 디젤엔진에 비해 열 회수율이 높다.

디젤엔진 방식

디젤엔진 방식

(1) 발전효율(35~45%)로 높아서 전력수요가 많은 곳에 적합하다.
(2) 중·소규모 적용 가능하다.
(3) 기기 가격이 낮다.
(4) 기동, 정지가 용이하다.

열병합 발전과 일반 화력발전 비교

 열병합 발전일반 화력발전
용 도전력 + 증기 생산순수 전력 생산
효 율87%(전력 28%, 열 59%)41%(전력)
용 량소용량대용량
건설공기1~3년5~8년

열병합 발전의 효용성

1) 국가 경쟁력 측면 : 연료의 다원화(산업폐열, 쓰레기)로 국가 경쟁력
2) 에너지 효용성 측면 : 발전 효율 75% 이상(일반 기력: 35~40% 정도)
3) 환경 친화성 : 연료사용량 감소로 환경규제 대처 가능

열병합 발전의 장·단점

1) 장점: 에너지 이용 효율 증대, 부하중심지 건설, 친환경성, 발전원자 저렴
2) 단점: NOx 대책, 계통 연계시 제어시스템 개발, 소음ㆍ진동, 기기효율 및 신뢰성 향상

※ 열전비

열전비란 열과 전기를 동시에 생산하는 집단에너지 발전시설(열병합 발전소)에서의 열 생산용량에 대한 전력 생산용량의 비를 말한다.

집단에너지사업법에서는 열과 전기를 동시에 생산하는 시설의 열 생산용량이 전기 생산용량보다 커야만(열전비 1 이상) 집단에너지 발전시설로 규정하고 있다.

\[열전비=\frac{열생산용량[Gcal/h]}{전기생산용량[Gcal/h]}\]

열전비가 부적절한 경우 에너지 절감효과가 낮아 경제성이 악화되어 투자비의 회수가 늦어지는 문제가 발생된다.

가스터빈 방식(2.0)은 가스엔진 방식(1.7)에 비하여 열전비가 크기 때문에 열 에너지의 수요가 상대적으로 큰 수요처에 적합하다.

집단에너지 사업법에서는 “열과 전기를 사용자에게 공급하는 경우에는 열과 전기를 동시에 생산하는 시설의 열 생산용량이 전기 생산용량 보다 커야 한다.”로 규정된 것은 집단에너지사업이 전기위주가 아닌 열위주가 되어야 한다는 관점으로 정해진 것이므로, 집단에너지 사업이 열위주가 아닌 전기 위주인 “구역전기사업”에는 걸림돌이 되므로 구역전기사업의 활성화를 위해서는 “열전비 제한조건이 폐지”되어, 해당구역의 열과 전기수요 특성에 가장 적절한 설비를 갖추는 것이 바람직하다.

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