열병합발전설비 CO - GENERATION 시스템 일반사항

CO - GENERATION 시스템 일반사항

가. 개요

일명 TOTAL ENERGY SYSTEM 이라고도 하며, 에너지 원으로부터 열병합발전, 폐열회수로 전기에너지와 발전을 의미한다.
화력 발전소에서 증기터빈을 가동후 남은 폐열을 성에너지 측면에서 회수하는 방안을 강구하면서 처음 시도된 후 에너지 이용효율이 다른 발전기 시스템 보다 상대적으로 높아 일반건축물의 난방발전에 도입 적용하게 되었다.

1. 열병합 발전 적용에 따른 각 기관별 열효율 비교

구분	에너지 효율분포(%)
구분	발전	회수가능	회수불가능
디젤기관	35	45	20
가스터빈기관	30	45	25

나. 목적

1. 성에너지

폐열을 회수하여 효율을 개선하는 에너지 절약의 가장 적극적인 방법으로 폐열의 이용율을 높이고 발전단가가 낮아야 한다.

2. 전원대책

비상전원뿐만 아니라 상용전원측의 공급신뢰도 향상

3. 에너지원 분리

발전 및 열원용 에너지를 다각적으로 분류하여 하나에 의존되는 불합리함을 개선

4. 전력개선

하절기 첨두부하에 따른 설비투자 이용율 개선

5. 전력요금의 절감

계약전력 및 동력용량의 축소로 전력요금 절감.

다. 구성

1. 대표적 구성요소

Co- Generation의 구성

1-1. 원동기 구동시스템

디젤 : 단위 출력당 건설비가 저렴하고 소규모에 적합하다.
가스터빈 : 전력수요 변동이 많은 건축설비의 열병합에 적합하며 중,대규모의 설비(산업용)에 적합.
가스엔진 : 공해가 없어 도심의 건축물에 적합하다.
연료전지

1-2. 전력계통 기기

발전기, 동기발전기, 유도발전기가 있으며 비상 발전기와 겸용된다.
보호장치 및 배전반으로 구성

1-3. 열계통 기기

1-3-1. 배기가스

각종 터빈구동후의 배기가스로 이 부분의 열 회수 이용이 시스템의 주요 항목이 된다.

1-3-2. 열교환기

고온, 고압의 배기가스를 증기 및 온수로 교환하는 장치

1-3-3. 복수기

폐열의 환수 목적을 다한 증기를 다시 급수로 환원하는 장치.

1-3-4. 쿨링타워, 예열기, 보충수 급수가열기, 급수 순환펌프, 축열조.

1-4. 연료계통 기기

2. 종래의 방식과 Co-Generation방식의 비교

구분	특징
종래의 방식	전력회사☞수,변전설비☞상용부하(냉방부하포함) 연료☞비상용 발전장치☞비상용 전력부하 연료☞보일러☞난방,급탕
Co - Generation 방식	전력회사☞수,변전설비☞상용 및 비상전력부하 연료☞ 상용,비상용 발전장치 ☞폐열 보일러 ☞냉방(흡수식 냉동기) 및 난방 연료☞보일러☞급탕

라. 시스템의 종류

시스템구분	특징	기타
Co - Generation	현재까지의 건축물의 열병합에 가장 적합. 열회수장치의 손실이 적다. 전력출력의 60%이상을 발전기가 담당시 경제적이다.	구성도
Disel	초기투자비가 저렴하다. 발전효율이 높다. 발전,정지시간이 짧고 비상발전기 겸용이 용이하다. 소용량의 열병합 발전에 적당하다.
증기터빈	출력당 건설비가 많다. 발전효율이 낮다. 발전,정지시간이 길다. 대용량의 열병합 발전에 적합(플랜트용)
연료전지	잡음,진동 최소화. 발전효율이 가장 높다. 소형,고효율 유지, 공해가 없다. 기동시간이 소요된다.
★ 각종 발전방법의 열효율 비교 증기 및 가스터빈 : 대용량일 때 효율이 높다. 디젤 : 소용량일 때 효율이 높다. 연료전지 : 현재는 실효성이 없다.

마. 계통의 연계

1. 시스템 운전방식의 채택

정출력 운전형, 열 중심형, 전기중심형

2. 전기운전방식 채택

단독운전, 병렬운전방식 채택.

3. 운전시간계획의 수립

4. 전압계통

순시 전압강하
- 발전기 병렬운전시 : 10% 이내 유지
- 발전기 단독운전시 : 25% 이내 유지

순시전압강하 대책 장치

그림에 표시하는 것과 같이 사이리스터에 의한 반도체 개폐기와 고속의 전압강하 검출기를 갖춘 제어장치로 구성되어 무선연락차단기와 직렬로 삽입된다.
기존의 모선차단기에 의한 방식으로는 계통에 전압강하가 발생하는 경우 보호릴레이의 동작시간을 포함하여 약 0.3 초 정도의 차단시간이 소요되었으나, 이 장치를 적용하면 차단시간을 1㎐ 이내로 단축하여 고속으로 발전기설비를 계통에서 분리할 수 있게 된다.
최근에는 기존의 장치에서 사이리스터소자 대신 GTO 방식의 적용으로 1/2㎐ 이내의 차단과 발전기전류의 한류로 자가용발전설비에 미치는 영향을 억제하여 신뢰성을 개선한다. 또한 유효전력을 감시함으로써 발전기의 과부하를 방지하여 계속운전의 신뢰성을 개선한다.

바. 시스템 적용시 고려사항

전력의 부하특성이 거의 일정한 특성 유지.(병원)
발전전력이 현저하게 유리한 경우에 적용.
발전기의 전력부하 분담율이 60% 이상되어야 경제적이다.
장치 시스템 및 구성요소의 신뢰도가 높아야 한다.
전기사업법 및 전력공급측과의 사전협의가 이루어져야 한다.(한전과의 병렬운전문제 등)
연료의 공급이 항상 원활하여야 한다.
초기 투자비를 3년 이내에 회수할 수 있어야 한다.