소형 열병합발전

개념 정의

소형 열병합발전은 하나의 연료로 전기와 열을 동시에 생산하는 설비다.

수요처 가까이 설치하는 분산형 전원이며, 발전하면서 버려지는 배열을 회수해 쓴다.

난방·급탕·냉방까지 잇는 종합에너지시스템 개념으로 이해한다.

구성과 열 흐름

연료가 원동기에 투입되어 원동기를 구동한다.

구동된 원동기가 발전기를 돌려 전기를 만들고, 그 전기는 계통과 연계해 부하에 공급된다.

원동기에서 버려지는 배열은 열교환기로 회수해 온수나 증기로 쓴다.

회수한 열은 난방·급탕과 흡수식 냉동기 열원으로 공급된다.

총 효율 계산

총 효율은 전기 출력과 회수열을 더한 값을 연료 투입열로 나눈 값이다.

가정한 값으로 계산한다. 연료 투입열 500kW, 전기 출력 200kW, 회수율 0.6이다.

전기 효율은 200을 500으로 나눈 0.40, 즉 40%이다.

회수 열량은 연료에서 전기를 뺀 300kW에 회수율 0.6을 곱한 180kW이다.

종합 효율은 (200+180)/500, 즉 76%가 된다.

방식 비교

건축물에 설치하는 소형 열병합에는 가스엔진과 마이크로터빈이 주로 쓰인다.

두 방식은 원동기 구조가 달라 적정 규모와 냉각 방식, 부하 추종성이 다르다.

마이크로터빈은 공냉식이라 냉각수와 윤활유, 냉각탑이 필요 없다.

가스엔진은 최고출력의 50% 이상에서 추종하며 정속 운전에 유리하다.

마이크로터빈은 로터 회전수 조절로 빠르게 응답하고 부하 범위가 넓다.

한계와 개선

앞 문제의 답은 공냉식 구조라서 냉각수 계통이 필요 없다는 점이다.

소형 열병합의 한계는 열 수요와 전력 수요가 맞아야 효율이 나온다는 점이다.

가스엔진은 부하 추종 범위가 좁아 정속 운전이 유리하고, 진동과 정비 비용이 든다.

마이크로터빈은 초기 설치 비용이 높고, 효율이 재생기 성능에 크게 좌우된다.

정리

정리하면 소형 열병합은 전기와 열을 한 연료로 함께 얻는 분산형 시스템이다.

가스엔진과 마이크로터빈은 냉각 방식과 부하 추종성에서 차이가 난다.

답안에는 열 회수 경로와 방식별 특징, 부하 추종성 비교를 빠뜨리지 않고 쓴다.