열병합 발전의 개요 및 특성

1. 복합화력발전

1) 개요

천연가스나 경유 등의 연료를 사용하여 1차 가스터빈으로 발전하고, 가스터빈에서 나오는 배기가스 열을 회수하여

보일러에 통과시켜 생산한 증기로 2차 증기터빈에 의한 발전을 하는 발전방식이다.

 

- 사이클

  가스터빈 기동 -> 가스터빈 배기열 -> 배열회수 보일러(HRSG) -> 증기생산 -> 증기터빈기동

  ※ 버려지는 열을 회수하여 두번 발전을 하므로 약 60%의 에너지효율을 확보할 수 있다.

 

2) 원리

• 가스터빈 효율은 현재의 30%이며, 가스터빈의 열 사이클은 브레이튼 사이클로 압축기, 연소기, 터빈을 통해 이뤄진다.
• 터빈으로 공급되는 연소가스 온도가 1000도 이상이고, 대기 중으로 배출되는 가스온도는 500도 이상으로 배기가스 온도가 높기 때문에 배기가스에 남아있는 많은 열량이 대기 중으로 버려지므로 열효율이 낮다.
• 가스터빈으로부터 버려지는 열량의 일부를 회수하기 위해 배기가스를 열회수 보일러(HRSG)로 보내 증기를 생산하여 증기터빈을 가동시킨다.
• 고온 가스를 이용하여 가스 사이클에서 한번 발전한 후 증기 사이클에서 다시 이용하여 총 2번에 걸쳐 전력을 생산하므로 열효율이 우수해진다.

3) 특징

(1) 장점

• 기동 정지 시간과 재기동 시간이 짧다.
• 기존 화력발전대비 열효율이 우수하다.
• 천연가스를 사용하므로 공해가 적다.
• 석탄화력에 비해 1/3정도로 공기단축이 가능하다.

(2) 단점

• 연료비가 비교적 비싸다.
• 연료를 수입에 의존
• 충분한 연료를 확보해야한다.

 

2. 열병합 발전

1) 개요

열병합 발전 : 하나의 에너지원으로부터 전력과 열을 동시에 생산하는 종합에너지 시스템

• 자체 발전을 통하여 일시적으로 전력 생산 후, 발전시 부수적으로 발생하는 배열을 회수하여 이용하므로 기존방식보다 30~40%의 에너지 절약 효과
• 에너지의 종합 열이용 효율을 높이는 것이 가능하므로 산업체, 주거용 건축물 등의 전력 및 열원으로 주목받고 있다.
• 배열 회수 후 폐열은 지역이나 부수산업체에 열배관 등을 통하여 열원으로 공급(지역난방)
• 화력, 원자력을 제외한 발전 방법 중 전력 생산량, 환경문제, 에너지 효율 등을 전반적으로 고려했을때 가장 적합한 발전 방식이다.

2) 원리

3) 열병합 발전의 분류

(1) 원동기의 종류에 따른 구분

• 증기터빈 방식
• 가스터빈 방식
• 디젤엔진 방식
• 가스엔진 방식

(2) 적용대상에 따른 구분

• 산업체 : 증기와 전기를 많이 쓰는 염색, 피혁, 화공, 식품, 제지, 목재업종에 주로 적용
• 건물 : 열을 많이 쓰는 호텔, 병원, 백화점, 스포츠 시설 등에 주로 적용

(3) 적용형태에 따른 구분

가. 자가발전 방식

• 산업체 자가용 열병합 발전
• 건물 자가용 열병합 발전

나. 집단 에너지 공급방식

• 산업단지 열병합 발전
• 지역 냉난방

4) 구성

원동기, 감속기어장치, 발전장치, 폐열회수장치, 가스압축기, 순수장치, 제어장치 등

 

(1) 원동기 및 발전장치

• 가스터빈의 회전력으로 발전
• 동기발전기를 사용하여 효율성 향상

(2) 폐열 회수장치 : 폐열회수 보일러는 터빈에서 발생하는 약 500도의 배기가스 폐열을 회수하여 증기를 생산하는 시스템으로 생산된 증기는 온수, 난방, 공정용으로 이용

(3) 주변장치

• 순수 장치 : NOx 등 배기가스 배출량 감소를 목적으로 설치
• 방음, 방진장치 : 가스터빈 본체 및 가스압축기에 방음장치를 부착하여, 생활환경소음 규제 만족

(4) 제어장치 : 발전설비의 제어, 매전, 비상시 정지 등을 컨트롤 및 중앙운영실에서 모니터링

 

5) 특성

(1) 장점

• 전력과 열에너지를 동시에 생산하는 시스템이다.
• 배열을 효과적으로 이용하여 종합에너지 이용효율이 높다.(75~90%)
• 분산형 전원으로 하절기 전력 Peak-Cut용으로 이용이 가능하여 안정된 전력 수급에 기여한다.
• 자제 생산 전력으로 계약전력 감소에 의한 전력요금 저감 및 전력회사로 역판매가 가능하다.
• 민간의 열병합 발전 참여에 의한 전력회사 자체의 신규발전 설비소요 감소가 가능하다.
• 청정연료인 도시가스 이용시 공해물질 배출이 억제되어 친환경적이다.

(2) 단점

• 투자비가 높고, 기존 발전설비에 비해 소용량이며 규모가 비경제적이다.
• 화석연료사용에 따른 연료비의 불확실성이 상존한다.