Transcript III. 열병합발전설비를 활용한 집단에너지 및 소형열병합

에너지관리공단 에너지효율관리실
공학박사/ 기술사 손 학 식
☎ 031)260-4240 E-mail : [email protected]
열병합발전시스템 정의
열병합 발전은 동일한 연료를 사용하여 두가지 유
형이 다른 에너지(열, 전기)를 동시에 생산하는 종
합에너지시스템(Total Energy System)
일반적으로 고온부는 전기 생산에 사용
- 저온부는 공정열(산업단지는 스팀, 지역난방열 등)로 사용하는
에너지 시스템임
일반적으로 CHP(Combined Heat and Power
Generation) 및 Cogeneration 으로 불려짐
4
열병합발전의 필요성(1)
• 에너지 이용효율 증대 및 수요관리에 크게 기여
 열과 전기를 동시에 생산·이용하므로 발전전용에 비해 약
30~40%의 에너지절감 효과
 하절기 피크부하 감소로 발전소 건설비용 저감과 하절기 가스냉
방수요 창출로 계절별 에너지 수급불균형 개선
《가스 및 전력 수요패턴(2003년도)》
3,000
48
夏高冬低
GAS
46
44
가스(천t)
2,000
42
1,500
전환
40
전력
1,000
38
夏低冬高
500
최대전력(백만k W)
2,500
36
-
34
1월
2월
3월
4월
5월
6월
7월
8월
9월
10월 11월 12월
5
열병합발전의 필요성(2)
•
분산형전원으로 안정적 전력수급 기여
 대규모 발전소 투자부담 경감 및 수요에 즉각적 대응
※ 에너지사용처 근접지역에 소규모 발전소 설치로 수요에 대한 즉각적
대응, 부지난 해소, 송전손실 감소
•
국제적 환경규제에 효과적으로 대응
 에너지 이용효율향상 및 주 연료로 청정연료인 LNG 사용으로
기존방식 대비 CO2 30~40 % 배출 감소
< 에너지원별 대기오염물질 배출 비교 >
6
열병합발전시스템 구성(1)
가스엔진 열병합발전시스템(Gas Engine Cogeneration)
- 15kW~2,000kW 수요대처에 적합
- 전기생산에 따른 배가스로부터 열회수 시스템
가스터빈 열병합발전시스템(Gas Turbine Cogeneration)
- 500kW급 이상 큰 수요처에 적합
- 가스터빈 발전기와 배열회수보일러(Heat Recovery
Steam Generator)
8
열병합발전시스템 구성(2)
증기터빈 열병합발전시스템(Steam Turbine Cogeneration)
- 제철소, 석유화학플랜트 등 대규모 발전플랜트
- 터빈 배기에 따른 공정용 증기 활용 장점
복합열병합발전시스템(Combined Cycle Cogeneration)
- 가스터빈 열병합발전의 폐열회수보일러에서 생산되는 증기를
전기생산 및
- 증기터빈의 배기증기를 공정용 및 냉난방에 이용
9
1. 집단에너지사업 개요 및 현황
2. 소형열병합 개요 및 현황
10
1. 집단에너지 사업개요 및 현황(1)
집단에너지사업의 개념
정의 : 1∼2개소의 집중된 에너지 생산시설에서 생산
된 에너지(열 또는 열과 전기)를 주거, 상업지역
또는 산업단지내의 다수 사용자에게 일괄적으로
공급하는 사업
사업구분 : 지역냉난방사업, 산업단지집단에너지사업,
구역형 집단에너지(CES)사업으로 구분
- 지역난방 : 5Gcal/h이상(대규모로 5Gcal/h이상)
- 산업단지 : 30Gcal/h이상
- CES : 건물밀집지역의 5∼30Gcal/h(개념 정립 중)
11
집단에너지 사업개념도
열병합발전소
열수송배관
아파트 자체시설
12
집단에너지 사업 의의
집단에너지사업의 의의
최적의 환경 친화적 에너지공급시스템
-집중된 열생산 시설에서 열 또는 열과 전기 생산
에너지이용효율 뿐만 아니라 환경개선효과 큼
- 기후변화협약 등 에너지사용여건 변화에 능동적으로
대처
- 비교적 청정에너지로서 국민생활 개선여건에 따라
지속적인 확대가 예상
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집단에너지 사업허가관련 추진절차
구
분
세부내용
 관련근거 : 집단에너지사업법 제9조(사업의 허가)
집단에너지사업
허가신청서 접수
 사업허가신청자가 단독일 경우 : 에관공, 전기위원회, 환경부
검토 후 산자부 최종 결정
 사업허가신청자가 다수인 경우 : 집단에너지사업허가대상자
선정기준(산자부 고시 제2004-129호)에 근거한 사업자 선정
 에너지관리공단 검토의뢰
검토
 집단에너지사업법 제9조(사업의 허가)에 부합여부 검토
- 단, 다수사업자인 경우 집단에너지사업허가대상자 선정기준(산자
부 고시 제2004-129호)에 근거하여 비교검토
결정
집단에너지
사업허가증 교부
 집단에너지사업법 제9조(사업의 허가)에 근거한 최종결정
 에관공, 전기위원회, 환경부 의견 참고
 사업계획에 따른 개시 등 사후관리
- 단, 집단에너지사업법 제15조(사업허가 취소등) 여부 등 지속점검
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집단에너지 도입 및 공급현황(1)
연도별 지역난방 도입실적
구분
95
96
97
98
99
지역
난방
525
620
740
839
912
00
01
02
03
04
980 1,083 1,177 1,251 1,337
천세대수
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
96년
98년
00년
02년
04년
15
집단에너지 도입 및 공급현황(2)
지역별 지역난방 도입현황
구 분
지
계
역
세대수
1,337,238세대
수도권
산업단지
서울, 강남,
상암,강서, 노원
분당, 안양
고양, 부천
용인, 수원
14,579세대
1,137,684세대
지 방
대전,광주,청주
부산해운대,
대구 등
184,975세대
16
집단에너지 도입 및 공급현황(3)
구 분
폴란드
러시아
덴마크
핀란드
스웨덴
독일
한국
보급율
(%)
52%
70%
51%
48%
42%
12%
10%
 2004년 말 현재 지역난방 보급율은 총주택호수(건교부자료:12,988천 세대) 대비 10.3%
의 보급율을 기록하고 있음(산업자원부 2005년3월 에너지 주요 통계 근거)
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집단에너지 도입 및 공급현황(4)
연도별 산업단지 도입실적
단위: 개소
구분
94
95
96
97
98
99
00
01
02년
03년, 04년
지역
난방
9
13
14
16
16
17
18
20
20
1,400
21
25
20
15
10
5
0
95년
97년
99년
01년
03년
18
집단에너지 사업효과
열병합발전 가동으로 에너지절감, 환경개선
- 절감율 20~30%
도심지 인근의 하수폐열 등 미활용 에너지이용
분산전원효과 및 전력부하 평준화
- 발전소 부지난 해소/ 송전비용감소 / 비상전원/
하절기 첨두부하 완화
중앙공급식으로 수용가 에너지사용 편리성
소형열병합/히트펌프/폐열이용설비 기술향상
19
일반방식 대비 기대효과(2003년 실적 기준)
구 분
연료절감효과
대기오염물질
감소효과
온실가스 배출
감소효과
지역난방
39.8%
(1,200천toe)
42.3%
(6,615ton)
29.3%
(521,458tC)
산업단지
18.6%
(1,187천toe)
27.5%
24.7%
(22,526ton) (1,480,952tC)
계
25.4%
(2,387천toe)
29.8%
25.8%
(29,141ton) (2,002,410tC)
※ 일반방식이란 열은 열전용보일러에서 생산하여 사용하고
전력은 한전으로부터 수전받는 형태를 말함
20
2. 소형열병합발전 개요와 현황
소형열병합발전이란
 주로 천연가스(LNG)를 연료로 발전용량이 1만kW 이하인 가스
엔진 또는 가스터빈을 이용하여 열과 전기를 동시에 생산·이용
하는 고효율 종합에너지시스템을 말함
에너지이용효율 비교
구 분
발전전용
기존방식
열병합
절감효과
효율(%)
38
55~65
75~90
10~35
※ 기존방식이란 전기는 한전으로부터 수전하여 사용하고 열은 중앙난방
보일러에서 생산하여 이용하는 방식을 말함
21
기존시스템과 비교
기존시스템(수전+보일러)
CO2 배출량
131.9 (g-C)
CO2 배출량
111.7 (g-C)
LNG
0.237N㎥
열병합발전시스템
국내발전
에너지절감율
종합 : 32%
CO2 배출량
182.6 (g-C)
발전효율
38%
1
kWh
CO2배출
감소율 : 25%
발전효율
33%
열병합
효율
90%
LNG
0.167N㎥
1.43
Mcal
보일러
LNG
0.273N㎥
폐열이용
효율55%
에너지
이산화탄소(CO2)
구분
필요에너지
(kcal)
사용량(N㎥)
종합효율(%)
배출량(g-C)
비율(%)
기존
2.292
0.404
60
243.6
100
열병합
2.292
0.273
88
182.6
75
22
시스템 구성도
도시가스↓
한국전력
수전
보일러
도시가스↓
전
력
공
급
배
열
공
급
흡수식 냉동기
흡수식 냉온수기
도시가스↓
급탕탱크
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시스템 장단점
소형열병합발전의 장단점
단 점
장 점
고효율에너지시스템
초기 투자비 과다
종합효율75~90%
(화력발전 40%이하)
설비 수입으로 설치비용
과대
환경친화적인 시스템
CO2, NOX, SOX감소
(CO220~50%감소)
분산형전원, 비상발전
발전소 및 가스저장시설
비용 회피
송전손실 감소
투자비 회수 위험
소형열병합발
전
열전비 부적절시
유지비용 크고 보수곤란
국내기술부족
외산 자재 확보 어려움
비용 크고 장기간소요
24
소형열병합발전 보급현황(1)
국내 보급현황(연도별)
 2005년도 9월말 현재 83개소 124기(128MW)가 설치되어, 국
내 총 발전용량의 약 0.2%를 차지함
25
소형열병합발전 보급현황(2)
국내 보급현황(용도별)
 2005년도 9월말 현재 총 83개소 중 59개소 아파트에 보급되
었고 산업체 소형열병합발전 보급은 미흡한 실정임
26
소형열병합발전 지원제도(1)
에너지이용합리화 자금 지원
 소요자금의 100%이내 지원(동일 투자지당 200억원)
 ’05년 4분기 : 변동금리 3.75% (고정:3.0%)
 5년 거치 5년 분할 상환
※ 금리는 기준금리(국고채 3년 수익률)에 연동하여 분기별로 조정됨
성 과 배분계약
① 추천신청
ESCO
② 추천통보
에너지 사용자
② 추천통보
공 단
③ 대출신청
⑥대
④ 대여신청
⑤대
여
금 융
기 관
출
27
소형열병합발전 지원제도(2)
설치 및 설계 장려금 지원
 설치지원금 : 3만원/kWe(3,000만원 한도)
 설계지원금 : 5천원/kWe(500만원 한도)
※ 해당지역 한국가스공사 관할지사에서 신청
도시가스요금 우대적용
 주택난방용 요금보다 약 15% 저렴한 열병합발전용 도시가스 요
금 적용
※ 현재 13개 지역 (서울, 경기, 인천, 부산, 대구, 대전, 울산, 천안,
전주, 익산, 군산, 포항, 마산)에 한정
※ 현재 소형열병합발전이 도입된 지역은 모두 열병합발전 요금이
적용되고 있음
28
보급기본방향(1)
보급활성화
기본계획 수립
기술개발 및
인적자원 육성,
홍보강화
2017년까지 총 발전용량의
3.5% 수준인 270만kW
보급
보조금 등
정책·제도 개선
및 체제정비
29
30
배 경 - 분산형전원개발
• 대부분의 발전소는 해안에 위치한 반면, 전력수요는
수도권에 편중되어 있으며, 해당지역 주민들의 반발
등으로 인하여 발전소 및 송전선로 건설의 입지난은
날로 심화
• 그 결과 발전소∙송전선로 건설비용 및 송전손실과 혼
잡비용이 증대
31
구역전기사업
전기를 생산하여 이를 전력시장을 통하지 아니하고 특정한 공급구역내
의 전기사용자에게 직접 공급(전기사업법 제 2조)
빌딩, 호텔, 병원 및 재개발지구와 같은 밀집된 수요처 인근에 열병합발
전설비를 건설하여 전기와 열(냉·난방, 급탕)을 공급하며 실질적으로 발
전·배전 및 전기판매를 겸업
사업구분(전기사업법 시행령 제 1,4,59조의 2)
사업구분
구역전기사업
지역냉난방사업
산업단지 집단에너지사업
하한
특정 공급구역
의 전력수요의
70%이상
상한
3만 5천kW이하
15만kW이하
25만kW이하
32
구역전기사업의 의의(1)
• 전기를 생산하여 이를 전력시장을 통하지 아니하고
특정한 공급구역내의 전기사용자에게 직접 공급(개
정 전기사업법 제2조)
• 빌딩, 호텔, 병원 및 재개발지구와 같은 밀집된 수요
처 인근에 열병합발전설비를 건설하여 전기와 냉·난
방을 공급
• 실질적으로 발전·배전 및 전기판매를 겸업
33
구역전기사업의 의의(2)
• 종래 전기사업의 종류는 발전사업, 배전사업, 송전사
업 및 전기판매사업의 4종이었으나, 이에 구역전기사
업이 새로이 추가됨
• 구역전기사업은 전력시장을 통하지 아니하고 전기를
공급함으로써 현행 전기사업법이 채택한 강제풀
(Gross Pool)의 예외가 됨
• 자가열병합이나 한시적으로 전기를 직판하던 집단에
너지사업이 활성화되는 계기
34
구역전기사업의 허가(1)
• 다른 전기사업과 마찬가지로 구역전기사업을 하고자
하는 자는 산업자원부장관의 허가를 얻어야 함
• 산업자원부장관이 위 허가를 함에 있어 전기위원회의
심의를 거쳐야 하고
• 허가 신청시 사업허가신청서에 사업계획서, 공급구역
의 지형도, 송전관계일람도, 발전원가명세서 등 관
련 서류를 첨부함
35
구역전기사업의 허가(2)
• 집단에너지사업법 제9조의 규정에 의하여 사업허가
를 받은 집단에너지사업자 중 일정한 자는 집단에너
지사업법 제9조의 규정에 의하여 허가 받은 공급구역
안에서 전기 공급 가능(법 제92조의2)
• 이 경우 당해 집단에너지사업자는 구역전기사업자로
의제됨
• 한편, 종래의 직판 집단에너지사업자는 계속적 직판
가능(법 부칙 제2조)
36
구역전기사업자의 업무(1)
• 구역전기사업자는 발전·배전 및 전기판매사업을 겸업하
는 것이므로 전기사업법 제2장 제2절의 해당 규정은 구
역전기사업자에게 각 준용됨(법 제24조의2)
• 구역전기사업자는 부족한 전력이나 남는 전력을 전력시
장에서 또는 전기판매사업자와 거래 가능(법 제16조의2,
제31조제3항)
37
구역전기사업자의 업무(2)
•
구역전기사업자가 부족한 전력 또는 잉여전력을 거
래할 수 있는 경우 ⇒
1.
발전기 불시정지 · 정기점검 및 보수 등으로 인하여
공급능력을 상실한 경우
2.
구역전기사업자의 공급능력이 당해 특정한 공급구
역 전력수요에 비하여 부족한 경우
3.
구역전기사업자가 당해 특정한 공급구역의 수요를
충당하고 남는 전력이 발생한 경우
38
구역전기사업자의 업무(3)
• 구역전기사업자가 부족한 전력 또는 잉여전력을 전력
시장에서 거래하는 경우 전력거래소에 회원으로 가입
하고, 전력량계를 설치하여야 함
• 전기판매사업자는 정당한 사유 없이 구역전기사업자
와의 부족한 전력 또는 잉여전력의 거래를 거부할 수
없으며
• 이러한 거래에 따른 전기요금 그 밖의 거래조건에 관
한 사항을 내용으로 하는 보완공급약관을 작성하여
산업자원부장관의 인가를 받아야 함
39
구역전기사업자의 업무(4)
• 그 밖에 구역전기사업자도 전력시장에서 거래하는 경
우에 따른 위험을 헷징하기 위하여 차액계약(cfd)을
체결할 수 있으며(법 제29조)
• 전기판매사업자와 마찬가지로 일반용전기설비에 대
한 안전점검업무를 담당하고(법 제66조)
• 천재·지변 등 비상사태에 있어 전기의 수급조절을 위
한 산업자원부장관의 명령에 따를 의무가 있음(법 제
29조)
40
구역전기사업의 효과
• 수도권전원 개발 및 발전소 입지난의 해소와 안정적 전
력수급 확보
• 송전선로 건설비용 및 송전손실 저감과 전력계통의 안정
성 제고
• 에너지 이용효율의 향상 및 환경개선과 관련산업의 발달
촉진
41
구역전기사업 국내 현황
사업자
지역명
용량(kW)
예정일
케너텍㈜
사당지구
2,000
’05. 9
대한도시가스
강일1지구
10,500
’07. 1
대구도시가스
대구죽곡지구
9,000
’07. 1
대한주택공사
아산배방지구
103,000
’07. 12
대림산업 외 2개사
양주고읍지구
24,600
’08. 12
중부도시가스
천안청수지구
21,100
’08. 3
42
일본의 사례
◈ 열병합발전,배압터빈냉동기-동경가스
ㅇ 지구명 : 동경 신쥬꾸 신도심지구
ㅇ 공급건물 : 동경도청사, 호텔, 오피스필딩등
ㅇ 목 적 : 국제 신도시의 환경개선, 에너지절약, 최신기술
43
44