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표제지
목차
요약 4
기호설명 9
I. 서론 10
1. 연구의 배경 및 목적 10
2. 연구의 범위 및 방법 12
3. 용어의 정의 13
II. 이론적 고찰 15
1. 열병합발전 설비(Cogeneration System) 15
2. 열병합발전설비의 종류와 특성 15
1) 발전장치에 의한 분류 15
2) 배열의 회수와 회수폐열의 이용 15
3. 열병합발전설비의 기본구성 16
4. 열병합발전설비의 운전방식 17
III. 분석대상설비 및 분석 방법 18
1. 전제조건 18
1) 가스요금 및 사용량 18
2) 전기요금 및 사용량 20
3) 관련 장비의 성능 21
4) 기타사항 23
2. 열병합발전설비의 운전 24
3. 분석방법 25
1) 전기요금 절감액 산출 방법 25
2) 연료 절감액 산출 방법 28
3) 총 에너지비용 절감액 산출방법 29
4) 총 열부하 산출 30
5) 최적용량 분석방법 32
IV. 분석결과 및 고찰 51
1. 기준 Case(Case0, 240 kW)의 분석결과 및 고찰 51
1) 전력량 및 열사용량 구분 51
2) 공급처 및 생산장비별 전력량과 열량 52
3) MGT의 효율 53
4) 열병합설비 설치 전후의 에너지비용 54
5) 에너지비용 절감액 55
6) 부하 비율 57
7) 월별 발전단가 58
2. 비교 Case의 분석결과 및 고찰 58
1) Case별 발전량 비교 58
2) Case별 폐열량 비교 59
3) MGT의 효율 60
4) Case별 전기요금 절감액 60
5) Case별 연료 절감액 61
6) Case별 총 에너지비용 절감액 62
V. 결론 65
참고문헌 67
부록 68
1. 1월 발전량 및 폐열회수량 69
2. 2월 발전량 및 폐열회수량 70
3. 3월 발전량 및 폐열회수량 71
4. 4월 발전량 및 폐열회수량 72
5. 5월 발전량 및 폐열회수량 73
6. 6월 발전량 및 폐열회수량 74
7. 7월 발전량 및 폐열회수량 75
8. 8월 발전량 및 폐열회수량 76
9. 9월 발전량 및 폐열회수량 77
10. 10월 발전량 및 폐열회수량 78
11. 11월 발전량 및 폐열회수량 79
12. 12월 발전량 및 폐열회수량 80
13. 120 kW의 발전량 81
14. 120 kW의 폐열량 82
15. 180 kW의 발전량 83
16. 180 kW의 폐열량 84
17. 300 kW의 발전량 85
18. 300 kW의 폐열량 86
19. 360 kW의 발전량 87
20. 360 kW의 폐열량 88
21. 220 kW의 발전량 89
22. 220 kW의 폐열량 90
23. 260 kW의 발전량 91
24. 260 kW의 폐열량 92
Abstract 93
Table 2.1. 발전장치의 종류별 특성 16
Table 3.1. 용도별 가스요금 18
Table 3.2. MGT 월별 가스사용량 및 단가 19
Table 3.3. 보일러 월별 가스사용량 및 단가 19
Table 3.4. 전기요금 단가(주택용 고압) 20
Table 3.5. 전력사용량 및 사용요금 20
Table 3.6. 시간별 발전량 및 온수 입출구 온도(2009.1.18.) 26
Table 3.7. MGT 관련 장비별 소모동력 27
Table 3.8. MGT관련 장비의 월별 소모동력 27
Table 3.9. 한전 전력량요금 산출식 28
Table 3.10. Case0(240㎾) 연간 절감액 산출 31
Table 3.11. 240 kW의 월별 최대폐열회수비율 35
Table 3.12. 용량별 월 최대폐열량(q(X)E)(이미지참조) 36
Table 3.13. 용량별 최대회수가능 폐열량(q(X)M)(이미지참조) 37
Table 3.14. Case1(120㎾) 연간 절감액 산출 39
Table 3.15. Case2(180㎾) 연간 절감액 산출 40
Table 3.16. Case3(300㎾) 연간 절감액 산출 41
Table 3.17. Case4(360㎾) 연간 절감액 산출 42
Table 3.18. Case5(220㎾) 연간 절감액 산출 49
Table 3.19. Case6(260㎾) 연간 절감액 산출 50
Table 4.1. 세대당 월 사용량 51
Table 4.2. Case별 연간 총 에너지비용 절감 63
Table 5.1. 용량별 세대당 월 절감액 66
Fig. 1.1. 단지조감도 12
Fig. 1.2. 열원배관 계통도 13
Fig. 2.1. 열병합발전설비의 효율 15
Fig. 2.2. 공동주택 열병합발전설비의 기본구성 16
Fig. 3.1. 중온수보일러 효율 21
Fig. 3.2. MGT 시스템 계통도 22
Fig. 3.3. 발전기의 주변온도와 출력 22
Fig. 3.4. 폐열회수순환펌프 성능곡선 23
Fig. 3.5. 유량측정위치(Q₁) 24
Fig. 3.6. 기관일지(2009년 3월 9일) 32
Fig. 4.1. 세대당 월 사용량 51
Fig. 4.2. 월별 사용 전력량 및 열량 52
Fig. 4.3. 공급처 및 장비별 비율 52
Fig. 4.4. MGT 입출력 에너지와 효율 53
Fig. 4.5. 폐열회수비율 54
Fig. 4.6. MGT 설치 전후 에너지비용 54
Fig. 4.7. 한전전기 시용요금단가 55
Fig. 4.8. 에너지비용 절감액 55
Fig. 4.9. 전기요금 및 연료절감액 비율 56
Fig. 4.10. 절감분석 항목별 금액 56
Fig. 4.11. 세대당 사용전력량과 절감액 57
Fig. 4.12. 연간 열량(Gcal) 및 전력량(MWh) 57
Fig. 4.13. 전기요금 단가 비교 58
Fig. 4.14. Case별 발전량 비교 59
Fig. 4.15. Case별 폐열량 비교 59
Fig. 4.16. Case별 MGT효율 비교 60
Fig. 4.17. Case별 전기요금 절감액(1) 61
Fig. 4.18. Case별 전기요금 절감액(2) 61
Fig. 4.19. Case별 연료절감액 62
Fig. 4.20. Case별 총 에너지비용 절감액 62
Fig. 4.21. Case별 연간 총 에너지비용 절감액 63
Fig. 4.22. MGT의 Case별 연간 효율 64
Photo 3.1. 초음파유량계 24
Photo 3.2. 측정유량 24
초록보기 더보기
본 연구는 공동주택에 설치하여 운전 중인 소형열병합발전설비의 운전 자료를 분석하여 에너지비용에 의한 최적용량을 확인하고자 하였다.
신규 공동주택단지는 시행자가 분양성 제고를 위하여 소형열병합발전설비를 설치하게 되지만 분양가에는 영향을 끼치지 않으므로 초기투자비를 회수하는 경제성 검토는 의미가 없고 입주자가 매월 부담하는 전기요금, 가스요금 등 에너지비용을 얼마나 절감할 수 있는가가 중요하다. 따라서 본 연구에서는 매 5분 간격으로 기록되는 발전량, 온수 입출구온도, 보일러 가동일지, 전기요금 고지서, 용도별 가스사용량, 가스요금고지서 등의 운전 자료를 검토 분석하여 발전량, 폐열회수량, 효율, 에너지비용을 확인하고 일반적인 중앙난방과 비교한 에너지비용 절감액을 산출하여 최적용량을 확인하고자 하였고 다음과 같은 결론을 얻었다.
1. 1년간의 총 전력사용량은 4,523,189 kWh였고, 이 중 40.9%인 1,851,821 kWh를 열병합발전기로 발전하여 사용하였으며, 한전 전력의 사용량은 59.1%인 2,671,368 kWh였다.
2. 1년간의 총 열사용량은 6,375,938 Mcal였으며, 이 중 발전폐열량은 39.9%인 2,543,917 Mcal 이었으며, 보일러에 의한 생산열량은 3,832,021 Mcal로 60.1%였다.
3. 열병합발전설비의 효율은 240 kW의 경우 연평균 발전효율은 25.8%였고, 폐열효율은 41.3%였으며 종합효율은 67.1%였다. 연중 최고효율은 발전효율이 1월로 26.9%, 폐열효율은 10월이 48.5%, 종합이 10월로 74.6%였으며, 최저는 발전효율이 7월로 23.9%, 폐열효율도 7월이 26.4%, 종합은 7월로 50.3%였다.
4. 1년간의 에너지비용 절감액은 전기요금 절감액과 연료 절감액 그리고 유지보수비용 적립금으로 나눌 수 있는데, 전기요금 절감액은 총 전기요금 952,332,127원의 14.5%인 138,444,568 원이고, 연료 절감액은 총 가스요금 606,617,502 원의 40.0%인 242,811,881 원으로 유지보수비용 적립금은 37,036,412 원을 고려하면 연간 총 에너지비용 절감액은 344,220,037 원이었고, 이는 세대당 연간 479,415원, 월 평균 39,951 원에 해당하는 금액으로 절감율은 22.1%였다.
5. 최적용량은 120 kW부터 360 kW까지 검토한 결과 연간절감액 기준으로 240kW이었다. 그러나 월별로 최대절감액을 보면 용량별로 다른데 동절기는 큰 용량이 하절기는 상대적으로 작은 용량이 절감액이 컸다. 이는 전기요금 절감액에 비하여 폐열회수에 의한 연료비 절감액의 비중이 크고 전력사용량도 동절기가 더 많기 때문이다. 따라서 하절기에는 용량을 줄여서 운전하면 절감액이 많아지는데 6월~9월에 180 kW로 가동량을 줄이면 세대당 연간 에너지비용 절감액은 10,432 원이 늘어난 489,847 원이 된다.
6. 초기투자비를 고려하지 않으면 300 kW를 설치하여 열부하가 큰 1월, 11월, 12월에는 300 kW를, 2월 ~ 5월, 10월에는 240 kW를 열부하가 적은 6월~9월에는 180kW를 가동하면 240 kW를 년 중 가동하는 것보다 세대당 연간 19,379 원이 늘어난 498,794 원을 절감할 수 있을 것으로 검토되었다.
원문구축 및 2018년 이후 자료는 524호에서 직접 열람하십시요.
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