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EnergySoft's소형열병합발전 도입 타당성 검토 기법

( 개요 및 부하패턴 분석방법 중심으로 )

EnergySoft Co., Ltd.

2004년 11월 19일 (금 )

609-735 부산시 금정구 산 30 번지 부산대학교 산학협동관 903호

( 주 )에너지소프트 ☎ : 051-3310,3349 FAX : 051-587-5411

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박 석 호

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열병합 도입 타당성 검토 개요

열병합시스템 도입계획 흐름도

도입타당성 검토 주요 용어 및 지표

열병합 타당성 분석 PROCESS

컴퓨터를 이용한 타당성 분석 실제

타당성 분석기법 사용 예상처

발 표 내 용

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열병합 도입 타당성 검토 개요

전력과 열에너지를 많이 사용하는 신축 또는 기존 대상 건물군에 대해 기존의 전력 -열공급 시스템에 비해 열병합시스템 도입시 예상되는 총비용 (고정비 +가벼변비용 )과 운영시 예상되는 총수익을 산출하여 프로젝트 추진여부를 결정하는데 필요한수치적인 경제성 지표를 제공해 주는 해석방법

열병합 도입타당성 분석기법이란 ?

수용가적 관점 종전의 시스템과 비교히여 도입시 경제적 효과를 수치적으로 평가 ( 투자예상 수익에 주안점 )

사회적 (정부기관 ) 관점 에너지 절감성 및 환경성 ( 사회의 공익성에 주안점 )

설비공급업체 관점 대상 운영업체 발굴 및 영업매출 증대 (영업확대 ,매출확대 )

열병합 도입타당성 분석의 필요성

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외부환경

환경보전대책계통연계 채택여부역조류,특정공급방재전원

입 지 대상건물

부하가상

전력냉열온열(난방,급탕,증기)

운전형태.운전시간 설정

시스템

발전관계-규모/원동기.대수배열관계-배열이용 방법,회수방법

종전시스템 에너지회수 종전시스템 환경평가열병합 환경평가열병합 에너지회수

환경성 검토에너지절감성/경제성 검토

환경성 검토

열병합 시스템 채택종전시스템 채택

종료

열병합시스템 도입계획 흐름도

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도입타당성 검토 주요용어 (I)

초기투자비 (Initial cost)전체건축 ,전기 ,위생설비

2 차배관 ,폄프 ,공조기 , 환기팬 , 닥트 ,자동제어장치

열병합기계실 ,냉방장치 ,위생소화설비

보조열원 ,배관 ,1 차펌프 ,전력제어장치배열회수 ,펌프 ,전력제어설비원동기 +발전기

초기투자비 감액 요소•특별 고압 수전회비•사용방재겸용 발전설비로 비상발전기 비용 저감•배열이용에 따른 보조열원기의 용량 감소•세액공제 또는 특별상각에 따른 비용저감

운영비 (Running cost)

열병합시스템을 도입하여 운영할 경우년간 소요되는 예상 가변 총경비

운영비 증액 요인•계절별 열병합용 가스요금체계•급탕 . 난방 .냉방 연료비 절감•전력 Peak cut 에 의한 전기료 절감•탄력적 수전 ,발전 단가차에 의한 수급운영 •판매전력 수익•환경물질 저감 ( 미래 )

운영비 증액 요인•상하수도 요금•유지보수비 ,인건비 ,설치공간비

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도입타당성 검토 주요용어 (II)

에너지 절감률

CO2 감소효과

종래시스템의 에너지소비량 -열병합시스템 에너지소비량종전시스템의 에너지소비량

종래시스템의 CO2 배출량 /kWh - 열병합시스템 CO2 배출량 /kWh 종래시스템의 CO2배출량 /kWh

발전효율 발전량 (kWh) x 860(kcal/kWh)연료소비량 (nm3/h) x 연료열량 (kcal/nm3)

배열회수효율 배열회수량 (kcal/h)

연료소비량 (nm3/h) x 연료열량 (kcal/nm3)

시스템 종합효율

배열이용효율발전기부하율

배열이용량 (kcal/h)

배열회수량 (kcal/h)

발전량 (kWh)발전기용량 (kW) X 발전기 총운전시간 (h)

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단순 투자회수년수 (Payback period)

도입타당성 분석 주요지표

열병합시스템 Initial cost- 종전 시스템 Initial cost종전시스템 Running cost- 열병합 시스템 Running cost

열병합시스템 Initial cost

종전시스템 Running cost- 열병합 시스템 Running cost

신규 건물인 경우 :

기존 건물인 경우 :

내부수익률법 (Internal rate of return)

여기서 V : 투자비용 Rn : n 연도에 기대되는 투자로부터의 예상수익 (원 ) A : 설비의 잔존가 (원 ) i : 내부수익율 수입현가와 투잡비용을 같게 하는 이자율

V Ri

Ri

Ri

Ann

1 221 1 1( ) ( )......

( )

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열병합 타당성 분석 PROCESS

대상건물 종류 ,규모

원동기 종류(발전 규모 ,발전배열효율

)

열병합시스템 및 운전형태

발전 /배열 /연료소비량

종합효율

환경성

종합 경제성(단순회수연수 ,연간경상비 )

에너지절감성

전력 및 열부하 계산

배열이용량 ,이용효율

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열병합에 적합한 대상 건물•연중 안정된 전력 .열부하 (휴일이 적은 건물 )•전력 및 열부하 패턴이 유사한 건물•건물의 열전비가 높은 건물•병원이나 컴퓨터센터 전기 . 열원 복수화를 통한 신뢰성 제고 건물•특별 고압수전 설비 및 peak 부하를 피하고자 하는 건물

대상 건물

건물종류급탕부하

증기사용 냉난방 부하

변동특고압수전

비상발전

호텔 ◎ ◎ ◎ ○ ○병원 ◎ ◎ ◎ ○ ○

백화점 ○ ◎ ◎ ○ ○할인마트 ○ ○

대형오피스 ◎ ◎ ○ ◎온수풀장 ◎

아파트 ◎복합건물 ○ ◎ ◎ ○

열병합 도입 대상건물 분석

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열병합 도입 대상건물 부하분석 (I)

열병합 도입 대상건물의 부하예측

•대상 건물별 전력 및 열부하 패턴 Database 화

- 월별 ,일별 ,시간대별 전력부하 Pattren

- 월별 ,일별 ,시간대별 열원부하 Pattern

•아파트 ,호텔 , 병원 ,스포츠센터 ,대형수퍼 , 스포츠센터 ,복합건물 등

신규 건물

도입검토 대상건물에 대한 전력 및 열원사용 실적•검토 시점기준 수년간 전력사용량 및 전기료 •검토 시점기준 수년간 열원사용량 및 연료요금

기존 건물

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건물별 최대전력 및 열부하 예 건물별 연간전력 및 열부하 예

열병합도입 대상건물 부하분석 (II)

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표준 사무실 전력 .열부하 Pattern( 예 )

전력 (kW/h) 열량 (Mcal/h)

시각 시각

열병합도입 대상건물 부하분석 (III)

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열병합 적정 원동기 선정

•사용연료의 제약 고려한 기종 선정 (가스 또는 oil)•가격 , 열전비 고려한 기종 선정 - 설비가격 : 디젤엔진 ->가스엔진 ->가스터빈 - 발전효율 : 가스터빈 ->가스엔진 -> 디젤엔진 - 종합효율 : 디젤엔진 ->가스엔진 ,가스터빈 - 환경성 : 디젤엔진 ->가스엔진 ->가스터빈 - 열전비 : 디젤엔진 (약 1.0)->가스엔진 (약 1,5)->가스터빈 (약 2~3) ( 공급가능열원 /(860 kcal/h*발전전력 kWh/h)

Keypoints

가스엔진 디젤엔진 가스터빈 증기터빈운전시간 단속운전이 가능 연속운전보수요구 높음 낮음

연료 LNG 경유 , 중유LNG,

경유 , 중유 ,재생가스 등

( 수증기 )

배기가스 NOX NOX, SOX 매우적음 -발전용량 (kW) 40~3,000 500~30,000 1,000~발전효율 (%) 28~33 32~37 20~25 압력 ,

온도에따라

열에너지 수증기 : 적음 , 온수 : 많음 고압 수증기 저압 수증기

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열병합시스템 사양 및 운전형태 (I)

•발전기 용량 및 대수 - 종합효율이 높은 시스템 - 충분한 운전시간 - 메이커 기종 시리즈 파악 - 특별 고압 수전 회피 용량 - Peak cut 고려 용량 - 정기점검기간 확보 - 방재겸용 필요여부 - 예비공급 시스템 구축 - 경부하 운전회피 ( 일반적으로 전력피크부하의 25~40%가 적정 ) •운전형태 - 전기추종 방식 ( 전주열종 ) 또는 열추종 방식 ( 열주전종 ) - 발전기 최저부하율 (발전기 모델에 따라 차이 ) - 발전기 운전시간 - 운전비 조건 ( 연료요금체계 ,전력요금체계 ,운영비용 ) - 구입 전력 제어량 (최소매전량 ) - 배열이용 형태 ( 급탕 ,난방 ,냉방 )

Keypoints

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발전기 대수 제어 개념최소 매전량 제어 개념

열병합시스템 사양 및 운전형태 (II)

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전력부하 추종운전(전주열종 )

열부하 추종운전(열주전종 )

열병합시스템 사양 및 운전형태 (III)

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컴퓨터를 이용한 타당성 분석 실제

열병합시스템 조건 입력화면 예

컴퓨터에 의한 대상건물 테이터 입력화면과 출력 예

많은 분량의 Database 와 복잡한 반복 계산과정을 요할 뿐만아니라 전문적인업부수준을 필요로 하는 경제성분석 업무를 누구나 신속하고 객관적으로 해석하기 위해서는 정교한 컴퓨터운용 기술이 필요함 .

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열병합 설비 업체 대상 고객 ( 건물 ) 사전영업

- 설비사양 , 경제성 , 견적업무 최적 열병합 시스템 설계

H/B, 기본설계 등 최신기술 활용한 납기 . 설계비 절감 등

가스회사 및 공공기관 ( 지자체 )목적 : 가스 수요처 확대를 위한 영업활동 및 에너지절감 정책입안을 위한 합리적 가스요금 체계 , 각종 인허가 기준

대상 건물에너지 요금 체계를 고려한 적정 연병합 가스요금 산정

에너지절감정책 도입을 위한 가스요금체계 연구

적정 가스요금 인허가 기준산출 ( 관공서 )

최적 열병합 경제성 평가

SW 응용

열병합 운영업체목적 : 도입된 열병합 설비의 최적경제성 도출을 위 한 운영기법 개발

도입시 예상된 경제성은 운영시점의 에너지요금 에 따라 가변적 ( 전력비 , 가스비 , 수요 pattern 변화 )

운전 knowhow 의 철저한 반영을 통한 적정 운전 mode 선정

실제 운영 data 적용을 통한 정확한 절감계산

타당성 분석기법 사용 예상처