고효율·친환경 소형열병합 '뜬다'
고효율·친환경 소형열병합 '뜬다'
  • 김봉준 기자
  • rock@energydaily.co.kr
  • 승인 2004.09.20 00:00
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하절기 가스로 전환, 계절별 수요관리 가능해

▲ 소형열병합이 인기를 끌고 있다. 사진은 서울 청량리 현대아파트 전경
최근 지속되고 있는 고유가 상황으로 인해 에너지절약이 그 어느 때보다 절실한 시기다.

에너지절약이 가능한 모든 것을 실천해야 할 요즘 산자부는 원천적인 에너지 절약을 위해 에너지 저소비형 산업구조를 주창하는 한편 에너지 절약 시설 설치에 대해 다양한 지원책을 내놓고 에너지 절약 시설 설치의 활성화를 도모하고 있다.

대표적인 에너지 절약 시설은 최근 주목받고 있는 소형열병합발전.

고효율과 에너지 절약, 환경친화 등 다양한 효과로 소형열병합발전은 시장이 생겨난 지 불과 5년 만에 산업체, 아파트 등 다양한 사용처에 대규모 시장이 조성돼 있다.

소형열병합발전은 청정연료인 천연가스(LNG)를 이용해 전기와 열을 동시에 생산·이용하는 종합에너지시스템으로 에너지 효율을 극대화시킨 고효율 에너지 절약 시스템이다.

기존방식보다 20~25% 가량의 에너지 이용 효율을 높인 한편 전기는 한전의 최소 수전량을 유지하면서 한전 전력계통과 병렬운전을 하고 냉·난방은 발전폐열을 이용하며 부족열량에 대해서는 보조보일러, 직화식 또는 흡수식 냉동기를 이용하는 시스템으로 구성된다.

통상 천연가스를 이용해 가스터빈, 가스엔진, 연료전지가 이용되고 있다.

주로 온수를 이용하는 가스엔진은 30~38%의 발전효율(저위발열량 기준), 8kW~5000kW 용량으로 호텔, 병원 등 건물과 산업체에 증기를 이용하는 가스터빈은 24%~33%의 발전효율(저위발열량 기준), 30~1만kW 용량으로 산업체 및 건물 등에 이용하고 있으나 연료전지는 40~42%의 발전효율과 50~1만kW 용량으로 호텔, 병원, 복합빌딩 등에 사용되나 현재 경제성 부족으로 인해 보급실적이 미흡한 실정이다.

한국에너지기술연구원의 국내 기술개발 및 산업 현황에 따르면 가스엔진의 경우 200kW급 가스엔진 시제품 개발 및 100kW급 디젤엔진을 개조한 가스엔진 개발 실적이 있으나 상품화를 위한 기술개발이 필요하며 고효율화를 통해 배기가스 규제에 대응이 필요하다.

폐열회수기기는 대형의 경우 기술도입, 중소형의 경우 국내기술로 개발한 적이 있으나 대형 고압 및 프로세스용 폐열회수기 부문은 취약하고 특히 열병합용에 대해서는 컴팩트화 및 고효율화를 위한 기술개발이 필요한 수준이다.

발전기의 경우 여자기 제어계통을 제외한 전 분야의 국산화를 이뤘으나 제품의 표준화, 시리즈화 등 상품연구가 필요하며 회전자의 동특성, 열해석 및 절연수명 평가, 소재 개발이 필요한 실정이다.

소형열병합 시스템에 대해서는 30kW, 200kW급 가스엔진 열병합 시스템 개발 실적이 있고 1000kW급 가스터빈 열병합 시스템 개발 실적이 있으나 패키지화, 표준화 개발이 필요하다.

또한 수요처의 특성에 적합한 시스템화와 관련한 엔지니어링 기술은 아직 초기단계다.

특히 1000kW급 가스터빈 시스템의 실용화가 연구 진행 중이지만 기술개발 정도가 극히 미약해 적극적인 연구가 필요한 것으로 알려졌다.

가스엔진 열병합발전은 기존 자동차용 엔진의 기반기술 및 인프라를 응용해 개발할 수 있기 때문에 타 분산전원용 소형 에너지소스에 비해 경쟁력에서 비교우위를 확보하고 있다.

세계수준의 경쟁력 확보를 위해서는 기존 자동차용 엔진의 소폭개조가 아닌 소형에너지소스에 적합한 개념의 새로운 베이스엔진의 개발이 필요하며 베이스엔진 및 제반 부품의 신규 최적설계, 고효율, 고성능, 저배기, 저NVH, 고내구화 등이 요구되고 있다.

국내에서는 고효율 저공해 소형 엔진 열병합발전 시스템의 상용화가 개발됐다.

국내 보급용 300kW급 고효율 열병합발전 시스템은 종합효율이 85%이상, NOx 배출도 50ppm이하면서도 부분부하율이 60% 이상 시에도 정격효율이 80%이상을 유지하는 특징이 있다.

소형 가스터빈 열병합발전은 주거 단지 혹은 산업단지의 비상용, 첨두 부하용 및 기저 부하용, 전력 생산용으로 사용되는 소형 발전용 가스터빈으로 ▲단순 사이클 소형 가스터빈 ▲열전 가변형 소형 가스터빈 ▲재생 사이클 소형 가스터빈 ▲가스터빈-연료전지 혼합형 소형 가스터빈 등이 있으며 사용 연료의 다양성, 저공해 배기가스, 고출력 밀도, 높은 배기온도 등의 특성을 가지고 있다.

에너지관리공단의 집계에 따르면 소형 열병합발전은 우리나라에 2004년6월말 기준으로 53개소에 11만kW가 보급돼 있으며 국내 총 발전용량의 0.2%수준에 불과하다.

그러나 EU의 경우에는 2001년 총 발전용량의 9%가 보급돼 있으며 2010년까지 18%를 목표로 하고 있고 미국의 경우에도 2000년 총 발전용량의 7%가 보급돼 2010년까지 20%를 목표로 하고 있으며 일본에서는 가스 열병합발전이 244만kW가 보급돼 있으며 2010년까지 464만kW를 목표로 하고 있는 등 전 세계적으로 열병합발전은 주목받고 있다.

소형열병합발전이 이러한 주목을 받는 데는 열과 전기를 동시에 생산·이용할 수 있어 에너지 이용효율을 증대시킨다는데 큰 이유가 있다.

특히 우리나라는 에너지 해외의존도가 97%로 고효율에너지 시스템 보급의 필요성은 두말할 나위가 없다.

또한 계절별 에너지원의 수급 조절, 발전소 건설 입지여건 악화 및 가스저장시설 확충 등의 문제 해결을 위한 중·소규모의 분산형 발전설비 보급, 확대가 필요하다.

하절기 피크부하 감소로 신규발전소 건설비용을 저감할 수 있을 뿐만 아니라 하절기 전력수요를 가스수요로 전환해 계절별 수요관리를 개선할 수 있다.

분산형 전원으로 대규모 발전소 건설의 부담이 경감될 뿐만 아니라 에너지 사용처 근접지역에 소규모발전소를 설치해 에너지 수요에 즉각적인 대응을 할 수 있으며 송전·열수송 간에 발생하는 손실을 감소할 수 있다.

이와 함께 최근 기후변화협약 등 국제적 환경규제에 효과적인 대응이 가능하게 된다.

2013년까지 총발전용량 3.5%, 270만kW 보급
에특회계 예산 별도편성, 융자지원 확대 계획

기후변화협약, CO₂ 배출권거래제 등 국제환경규제가 경제문제로 대두되고 있는 가운데 에너지 이용효율향상 및 주 연료로 청정연료인 LNG를 사용해 기존방식에 비해 30~40% 가량의 CO₂의 배출 감소효과가 있다.

최근에는 LNG를 대체해 바이오 에너지를 연료로 사용하는 바이오 열병합발전을 (주)케너텍이 오스트리아 Polytechnik社와의 제휴를 통해 국내 보급과 함께 중국 진출을 추진 중에 있다.

LNG를 톱밥 등 바이오 에너지로 대체하는 것에 대해 화석연료 대체효과뿐만 아니라 환경친화적인 점에 대해서도 주목을 받고 있다.

이러한 소형 열병합발전의 활성화를 위해 정부에서는 다양한 지원제도를 마련하고 있다.

우선 소형 열병합발전 설치를 ESCO투자사업으로 활용하고 있다.

ESCO투자사업으로 활용할 경우 초기 투자비 부담이 없이 에너지절약 시설 설치가 가능하게 되며 경제적․기술적 부담을 해소할 뿐만 아니라 전문기술을 제공받을 수 있다.

또한 장기저리의 에너지이용합리화 자금을 고정금리 3%, 5년거치 5년 분할 상환의 방식으로 이용할 수 있다.

ESCO 설비별 지원실적의 최근 집계에 따르면 공동주택을 대상으로 활발하게 보급되고 있는 소형열병합발전의 경우 2001년 88억원에서 지난해 250억원으로 3배 수준의 괄목할 만한 성장세를 나타냈다.

또한 한국가스공사로부터 kW당 2만원, 최고 2000만원까지 설치지원금 및 kW당 1만원 최고 1000만원까지 설계장려금을 지원받을 수 있다.

열병합발전의 연료로 사용하는 도시가스에 대해 서울, 부산, 광주, 대전, 경기, 인천, 전주에 한정돼 요금의 약 14%를 할인 받을 수 있으며 조세특례제한법에 의거해 투자금액의 7%를 법인세 또는 소득세에서 설치자금의 세액을 공제받을 수도 있다.

산자부는 소형열병합발전에 대해 2013년까지 총 발전용량의 3.5% 수준인 270만kW를 보급한다는 계획이다.

소형열병합발전의 지속·발전 가능한 기반을 구축하기 위해 보급활성화 기본계획을 수립하고 보조금 등 정책·제도 개선 및 체제를 정비해 나가는 한편 기술개발 및 인적자원 육성 및 홍보에 주력해 나갈 방침이다.

2013년까지 총 발전용량의 3.5%수준인 270만kW는 원자력 발전 3기에 해당하는 수준으로 보급시 연간 약 8000억원의 에너지비용이 절감되며 총 투자비는 약 8조7000억원이 소요될 것으로 전망되고 있다.

산자부의 세부 추진방안을 보면 소형열병합발전 보급 기본방향 설정 및 제시를 목표로 ▲에너지 수요 및 소비구조 분석 ▲기본방향, 목표, 공급기준, 중장기 계획 등 수립 ▲보급활성화 관련 정책·제도 개선 방안 모색 등을 국가 정책과제로 수행해 나갈 예정이다.

자금지원 등 재정적인 지원은 에특회계(ESCO자금)에서 예산을 별도 반영해 설치자금 융자지원을 확대해 나갈 계획이다.

아울러 초기투자비 과다로 인한 경제성 취약을 보조하기 위해 소형 열병합발전에서 생산하는 발전량에 대해 전력산업기반기금을 통해 차액지원 검토와 함께 하절기에 한해 소형 열병합발전용 가스요금을 냉방용 요금수준으로 인하하는 한편 현재 7개 지역에 적용하고 있는 열병합발전용 요금 적용지역도 전국으로 확대할 계획이다.

이와 함께 소형열병합발전에 대해서도 톤당 9750원의 석유수입부과금 환급을 검토할 예정이다.

법령 및 제도 등에 대해서도 개선해 나갈 방침이다.

소형열병합발전을 설치할 경우 허가 또는 신고토록 하는 기준을 마련하고 소규모택지개발지구에 소형열병합발전 도입을 검토할 계획이다.

아울러 2005년부터 질소산화물 배출허용이 500ppm에서 50ppm으로 강화되는 것이 보급 활성화에 장애 요인으로 작용할 것이라는 지적에 따라 청정연료사용과 에너지 이용효율을 감안해 질소산화물 배출 허용기준 완화를 추진할 예정이다.

소형열병합발전의 표준화 및 제도 운영을 강화해 나갈 방침이다.

대부분 ESCO로 추진 중이나 설계 및 설치 기준, 절감량 산출 기준 등이 시공사 별로 상이해 소비자의 혼란 및 과당경쟁을 초래한다는 것을 감안해 표준화된 모델, 적용범위, 설계지침, 절감량 산출기준 등을 정립해 ESCO 투자사업 추진체제를 정립해 나갈 계획이다.

홍보 기능도 강화된다.

소형열병합발전에 대한 인지도 부족 및 낮은 신뢰도로 도입에 소극적인 것에 대해 경제성, 환경친화성, 효율성 등 대국민 홍보 강화로 에너지 사용자의 인식변화를 유도해 나갈 방침이다.

소형열병합발전이 국내에 도입된 지 약 5년이 됐고 고효율, 친환경 등 다양하고 큰 효과가 있음에도 불구하고 고유가 상황으로 에너지 절약이 강조되고 있는 현 상황이 돼서야 적극적인 지원이 검토되고 있는 것에 대한 지적도 많다.

그러나 향후 정부지원과 업계의 노력이 맞물려 소형 열병합발전 시장의 활성화를 기대해 볼만 하다.


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