소형 열 병합 발전 시스템 개요
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소형 열 병합 발전 시스템 개요. 2004. 7. 한국가스공사 연구개발원 이용기기 연구센터. 보급활성화 필요성 개요. ○ 고효율 에너지 시스템 대형발전소의 발전효율 30∼35% ⇒ 총효율 70 ∼85% 의 열병합발전시스템의 보급활성화 필요 ○ 기존 대형발전소는 석탄 , 원자력의 부산물에 의한 환경공해 발생 ⇒ 천연가스 열병합 보급시 환경공해문제 및 기후변화 협약에 대처 - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
소형 열 병합 발전 시스템 개요
2004. 7.
한국가스공사 연구개발원이용기기 연구센터
○ 고효율 에너지 시스템
대형발전소의 발전효율 30∼35%
⇒ 총효율 70∼85% 의 열병합발전시스템의 보급활성화 필요
○ 기존 대형발전소는 석탄 , 원자력의 부산물에 의한 환경공해 발생
⇒ 천연가스 열병합 보급시 환경공해문제 및 기후변화 협약에 대처
○ 천연가스의 계절별 수요편차 및 하절기 전력난 해소 대안
⇒ 계절별 수요편차 (TDR) 는 약 4.5∼5.0 : 1 로서 부하관리 어려움
⇒ 가스냉방의 보급활성 화 와 병행 필요
보급활성화 필요성 개요
0 2 4 6 8 10 120
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
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가스와 전력의 년간 수요형태
냉방
’03 년도 천연가스 수요TDR=4.0
’02 년도 전력 (kW) 수요TDR=1.2
○ 열병합 시스템 (Cogeneration System)이란
⇒ 하나의 에너지원으로부터 전력과 열을 동시에 발생시키는 종합에너지시스템 (Total Energy System)
○ 열병합 발전시스템
열병합 시스템의 정의
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열병합시스템 효율
○ 효율은 입력과 출력의 비로 표시
⇒ 발전효율 = 발전전력 (B) / 소비연료 (A)
⇒ 열회수효율 = 회수열 (C) / 소비연료 (A)
⇒ 종합효율 = [발전전력 (B) + 회수열 (C)] / 소비연료 (A)
⇒ 이용효율 = [이용전력 (F) + 이용열 (G)] / 소비연료 (A)
¿¬ ·á(A)
¹ßÀü ÀåÄ¡
발전(B) 전력
회수열(C)
배열(D)
보기(E) 전력
이용(F) 전력
이용열(G)
미이용(G) 열
열병합시스템 효율 (개념 )
1 차 에너지 2 차 에너지 용 도
¿£Áø/°¡½ºÅͺó
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¹ßÀü±â Àü ·Â
¿
온수
증기
. ( )업무용 건물. ( )산업용 공장
.급탕. /냉방 난방
. /냉방 난방
.건조.산업체공정용
LNG, °æÀ¯LPG, ÁßÀ¯
열병합시스템 분류 (규모별 )
구 분 주 요 내 용 실 예1. 대 형 가 스 발 전 소 (가 스 복 합 화 력 발전소 )
· 총효율 40∼50%( 전력만 생산 )· 가스터빈 + 스팀터빈· 용량 : 50∼150MW
·서인천화력 , 평 택 복합화 력 발 전소
2. 중형 가스발 전소 ( 가스복
합 열병합 발전소 )
· 총효율 60%이상 ( 전력 및 열생산 )· 가스터빈 + 증기터빈으로 복합· 용량 : 50∼100MW
·분당 , 안양 , 부천등
3. 중소형 가스발전소 ( 산업체
열병합 발전소 )
· 총효율 60% 이상 ( 전력 및 열생산 )· 폐열은 회수 , 공장프로세스용으로 사용· 용량 : 3∼30MW
·KOGAS 인 천 인수기지 ,
포항 제철 , LG정유등
4. 소 형 열 병 합 발 전 시스템
· 총효율 70∼85%이상 ( 전력 및 열생산 )· 가스터빈 및 엔진으로 발전· 용량 : 5MW 이하
·KOGAS 본사 , 롯데월드 , 센터 , 롯데호텔등
열병합시스템 분류 (원동기별 )
항 목 마이크로가스터빈
가스엔진 가스터빈 연료전지
기본 사이클 Brayton Cycle
Otto Cycle Brayton Cycle
-
연소방식 연속연소 Spark 점화 연속 연소 연속반응
발전단 효율 (%) 25∼35 26∼36 15∼25 40~50
출력범위 (kW) 20∼300 10∼1000 500∼100,000
1~200
종합 열효율 (%) 75∼90 80∼90 75∼80 80~90
NOX 50 이하 150 이하 100 이하 50 이하
엔진가격 중 저 고 고
소음 (dBA) 80 이하 95∼105 95∼110 60 이하
열전비 약 2 약 1.5 약 2 약 1.0
○ 국내 (1000kW 이하 )
국내외 보급현황
설치장소 용량(kW)
설치대수 비 고 설치년도
웨스틴 조선호텔 850 1 디젤엔진 (LNG 개조 ) 1986
가든호텔 450 2 디젤엔진 (LNG 개조 ) 1987
한국가스공사 1,000 1 가스터빈 열병합 1997
부천 성가병원 570 2 가스엔진 1999
성빈센트병원 985 1 가스엔진 2000
하나병원 70 2 가스엔진 2000
안양병원 333 1 가스엔진 2001
신병원 235 1 가스엔진 2001
신동아 아파트 279 1 가스엔진 2001
평택 삼성아파트 340 1 가스엔진 2002
마산 중리 현대아파트 340 1 가스엔진 2002
인천 만수 주공 4 단지 APT340 2
가스엔진 2002228 1
○ 국내 (1000kW 이상 )
국내외 보급현황
설치장소 용량(kW)
설치대수 비 고 설치년도
신라호텔 2,500 1 가스엔진 1986
워커힐호텔 2,100 1 가스엔진 1988
잠실 롯데월드 5,900 6 가스엔진 1988
인터콘티넨탈호텔 2,100 2 가스엔진 1988
부산 롯데 2,500 3 가스엔진 1995
삼성 에버랜드 1,500 1 가스터빈 1995
분당 테마폴리스 1,400 3 가스엔진 1998
센트럴 시티 3,000 3 가스엔진 1998
LG 강남타워 1,400 3 가스엔진 1998
수원 민자역사 1,500 3 가스엔진 2003
○ 아파트용 엔진열병합 현황
국내외 보급현황
0 100 200 300 400 5000
2
4
6
8
10
12
대수
(kW)발전용량
• 총 28 개소 39 대 설치
• MDE 사 21 개소 28대
• Lindenberg 사 6 개소 10대
• 기타 1 개소 1대
○ 설치 및 설계 장려금
⇒ 대상설비 : 가스엔진 및 가스터빈 열병합발전 시스템
⇒ 지급대상 :
- 설치지원금 : 열병합설비 신설 또는 증설한자
- 설계장려금 : 열병합설비를 설계한 설계사무소
⇒ 지급금액 : 10,000원 /kWe( 한도 1,000만원 )
⇒ 접수처 : 한국가스공사 관할지사 관리부
⇒ 신청기간 : 연중 ( 회계연도 12.31 기준 20 일전 접수분 )
국내 지원제도
○ 에너지이용 합리화 자금
⇒ 근거 : 에너지이용 합리화법에 의한 에너지절약시설 설치사업
⇒ 지원내용
- 절약시설설치사업 : 소요자금의 100%, 변동금리
(’04 년 ¾ 분기 연리 3.0%, 3 년거치 5 년 분할상환 )
○ 세액공제 ⇒ 조세특례법에 의한 제 25 조 2 에 의거 투자금액의 7% 를
법인세
또는 소득세에서 공제
국내 지원제도
○ 열병합용 가스요금
⇒ 지역별 열병합발전 요금 (’04.1.1기준 , 단위 : 원 /Nm3)
국내 지원제도
도 매 소 매구분 전국 구분 서울 경기 부산 대전 기타
냉방 227 259 270 317 303
주택난방용
424 난방 ( 개별 ) 465 472 518 522
난방 ( 중앙 ) 465 472 507 486
열병 합 및집단에너지용
393 기타 동절기 426 452 416 455
321 하절기 353 363 345 383
350 기타 383 409 374 412
지역난방
동절기 411 413
하절기 339 341
기타 368 370
가스터빈 열병합발전시스템
가스터빈 출력 : 1,100kW회전속도 : 26,600rpm시동 : 전동기
발전장치 형식 : 회전계자형 동기발전기용량 : 1,450kVA, 역률 : 0.8
폐열회수장치
형식 : 관류식 증발량 : 3,070kg/h,
8kg/cm2
제어반 가스터빈 , 발전기 , 보조기기연료공급장치
형식 : 축단구동 스크류식 소요동력 : 55kW 토출압력 : 15kg/cm2
Nox저감장치
연소실 수분사방식
○ 1992 년부터 1995 년 개발 ○ 사무용빌딩 설치 사례
설치사례
Boiler
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18000
11800
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Turbine
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Áõ±â°ø±Þ(8kg/cm2)°¡½º¶óÀÎ(1.5kg/cm2)
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Àü·Â°ø±Þ(380V,1056kW)
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설비 개요 ( 냉난방 계통도 )
Áõ±â Çì´õ
Á÷È ½Ä ³Ãµ¿ ±â320RT X 3±â
¿ ±³È¯±â810Mcal/h X 3±â
Èí¼ö½Ä ³Ãµ¿ ±â320RT X 3±â
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3.07T/h
8kg/cm
8kg/cm2
1.5T/h 1.5T/h
8kg/cm2
¿ º´ÇÕ ½Ã½ºÅÛ ( Àü·Â 1056kW )
FCU
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: ¹°¶óÀÎ
: Áõ±â¶óÀÎ
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설비 개요 ( 전력계통도 )
FROM:KEPCO3P4W22.9KVAC60Hz
M.O.F 32P
Y Y
Y YG
G
cogeneration
emergency
ÀϹݵ¿·Â ÀϹݺñ»óµ¿·Â¹×¼Ò¹æµ¿·Â Àüµî.Àü¿ O.A¹×Àü»ê
1000kVA 1000kVA1056kW
1000kW
500kVA 500kVA
VCB
32Q 51 67N
가스엔진 열병합발전시스템
○ 1992 년부터 1995 년 개발 ○ 가스과학관 설치 가 스 엔 진
형식 I 형 , 6실린더
bore x stroke
137x165
출력 226kW 배기량 14litter
회전수
1800RPM
연료소모량 58.18Nm3/h
과급장치
turbo-charger
연료공급압력
1.5∼5PSIG
압축비
10 : 1 사용연료 천연가스
시동방식
전기식(DC24V)
배기가스온도
561℃
가스엔진 ( 설치사례 )
○ 연간 8000 시간 , 약 10 년 이상의 신뢰성 ○ 산업용 , 정치용 , 미국 Caterpillar 사 3406SITA
시스템 개요도
6CY-14L 33%Generator(380/220V)
Muffler
304BHP*226kW1800RPM
p
p
p
p
p
200kW Gas Engine
Co-generationSystem Heat Balance
Enclosure outside 74dB Exh 2340m3/hc=264Kcal/Kg-Cr=0.42Kg/m3
Elec.
561 C.
Gas Engine
99dB
AL-TRONIC 210kW
93 C..
.
96 C
89 C
180 C
89 C
88 C
80 C
32 C
32.5 C
Fuel supply12-20psi(1.5-5psi)58.2m3/h
99,000Kcal/h242,000Kcal/h
...
.
.
.
20m3/h
5.5kW*2
5.5kW*2
26m3/h3HPCoolingTower
347,000Kcal/h(89 C RT)
MAX TCV-1
HeatBalanceH.E
Max50 C
T>80
Cooling
11kW*248m3/h
CV-3
12 C
CV-1
32 C
80 C
Chiller
37.5 C
CoolingTower7.5HP
547,000Kcal/h(147 C RT)
10 C
TCV-2
Heating
4.8m3/h3.7kW*2
CV-2
93 C
80 C338,000kcal/h
Heatingexchanger
19kw*2105m3/h
.
..
.
.
.
.
.
.7 C 78RT
COP=7
.
.
.
8.6Kcal/h
시장 전망시장 전망
마이크로터빈 시장 전망
050
100150200250300
2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010
년도
kW만
-가스열병합발전 누적 -마이크로터빈 누적-1가스열병합발전 년기준 -1마이크로터빈 년기준
MGT 열병합 소개
Model330Model330 성능사양성능사양
CapstoneModel330
Parameter Description
Power* 28kWNET(±1)
Efficiency(LHV) 25%(±2)
HeatRate(LHV) 14,400kJ/kWh
Emissions(NOX) <9ppmV@15%O2
FuelFlow(NGHHV) 440,000kJ/hr
ExhaustGasTemp. 275℃
MassFlow 0.31kg/s
TotalExhaustEnergy 327,000kJ/hr
Sound 65dBA@10m
※ Fullloadspec.@ISOconditions(15 ,℃5psig)
* LowPressureType:Compressor 동력으로 2kW자체소비됨
DPC
MicroTurbine
공기 흡입구
배기
제어판
유저 커넥션부
고전압 단자
연료 공급부
MicroTurbine™ 시스템 Overview
MGT 열수지 시스템 기술
연소기
터 빈발전기
인버터
재생
열교환기
압 축 기
1600Hz 교류출력
28kW 60Hz
연료
연료가스
컴프레서
배기
공기 15℃
273 ℃
850℃
534℃
205℃
593℃
96000rpm
AirBearingAirBearing
Spring
Foil
Shaft
Spring
Foil
Shaft
•MTG 내 유일한 Movingpart→ 구동부의 수명증가
• 축속도 20,000rpm 이상시 공기막형성되며 Bearing → 을 띄워줌 Max.
96,000rpm
• 윤활부가 필요없으며 그로인한 단순화 , 정기점검생략으로 비용감소효과가 커짐
마이크로터빈 핵심 기술 - Air Bearing
스프링
Foil
샤프트
Air Bearing 단면도30kW 로터 어셈블리
• 신뢰성• 제품의 단순화• 윤활유 및 냉각수의 불필요• 고속 운전 (96,000rpm)• 낮은 운전비용• 주기적 점검의 불필요• 제품 과열에 따른 성능저하를 예방
마이크로터빈 핵심 기술 -레큐퍼레이터
• 가스터빈 소형화에 따른 효율 저하 극복의 핵심 기술
• 100% 기술 보유 및 자체 생산• 생산 자동화로 인한 신뢰도 향상
MGTMGT 및 수소흡장 냉동기 및 수소흡장 냉동기
• 약 275℃ 의 MGT 배가스를 열원으로하여 ,
• 수소가 수소흡장합금 (Metal Hydride) 에 흡수시 발열반응 ,
• 방출시 흡열반응원리를 이용하여 약 -10℃ 의 냉열매체를 생산하여 냉동 , 냉
장에 이용하는 기기임 (일본 , JSW 사 개발 )
MGT
냉각탑
냉동창고
수소흡장냉동기 (MHR)
280 0.99MPa
0.05MPa
수소
수소
Metal
hydride
발열
판영열교환기
hydride
Metal
-15 흡열
흡열
40 발열
냉각탑
MGTMGT 및 수소흡장 냉동기 및 수소흡장 냉동기
Parameter Description
배가스유량 / 입구온도
800Nm3/h / 270℃
냉동출력 2JRT(6,640kcal/h)
Brine 온도 -5℃
Brine45 /min (30% ℓ메탄올수용액 )
냉각수 120 /min ℓ(32℃ 이하 )
배가스 흡수식 냉난방기 개발 배가스 흡수식 냉난방기 개발
배가스를 일중+ 이중효용 사이클• 배가스의 고온부는 이중효용 사이클에서 저온부는 일중효용
사이클에서 회수하는 시스템
• 회수열량 : 48.4kW ( 회수온도 261℃→115℃)
- 이중효용사이클 : 30.3kW × COP(1.0) = 30.3kW
- 일중효용사이클 : 18.4kW × COP(0.6~0.65) = 11~12kW
배가스흡수식 냉난방기 배가스흡수식 냉난방기
배가스입구
보조열교환기
용액펌프
흡수기증발기
저온재생기
용액펌프
저온열교환기
고온열교환기
고온재생기 보조재생기
배가스출구
응축기
hexh1 hexh2 hexh3
7
45
33
9
34
1
8
3
41
6 5
32
31
36
35
1
24
1
4
44
46
9s
422
43
10
MGT출구
보조연소
hexh,in
hc,in
MGTMGT 성능평가장치 성능평가장치
MGTMGT 실험장치 설치 현장실험장치 설치 현장