소형열병합발전 도입 추진 사례 Ⅰ( 수원역사 )

소형열병합발전 도입 추진 사례 Ⅰ( 수원역사 )

- 2 -

Ⅰ. 서 론

Ⅱ. 열병합발전 시스템 구성

Ⅲ. 도입 효과

Ⅳ. 문제점 및 건의사항

Ⅴ. 결 론

Contents

- 3 -

1. 수원역사 건물 개요

Ⅰ. 서 론

소 재 지

- 수원시 권선구 매산로 1 가 18

번지

건축규모 - 지상 6 층 , 지하 3 층 - 연면적 129,933 m2 (39,357

평 )

용 도 - 백화점 , 수원역사 ,

극장

구 분 수원역사 애경백화점 CGV 주차장 등

면 적 13,818 ㎡ 76,014 ㎡ 8,595 ㎡ 31,507 ㎡

면적율 10.6% 58.5 % 6.6 % 24.3 %

- 4 -

2. 수원역사 건축 이력

· 1993.12 : 수원민자역사 사업주관자 모집 ( 철도청 )

· 1995. 3 : 애경유지공업㈜ 사업주관자 선정

· 1995. 5 : 수원역사 주식회사 법인 설립 )

· 1995. 10 ~ 1998. 8 : 건물 기본설계 및 상세 설계

· 1997. 5 ~ 1998. 8 : 열병합발전 설비 설계 반영

· 1998. 6 : 건축허가 취득

· 1999. 7 : 시공업자 선정 ( 한진중공업 )

· 1999. 8 : 건축 공사 착공

· 2000. 4 : 열병합발전 설비 입찰 (4 개사 참가 , ㈜삼천리 선정 )

· 2000. 6 : 열병합발전 설비 공사 계약 체결

· 2001.12 : 열병합발전 공사 착공

· 2003. 2 : 열병합발전 공사 준공

· 2003. 2. 13 : 수원역사 / 애경백화점 준공

Ⅰ. 서 론

- 5 -

3. 설비 현황

Ⅰ. 서 론

구 분 용 량 용 도

냉온수기

흡수식냉동기 870RT×3 백화점 냉방

터보냉동기 870RT×3 백화점 냉방 ( 비상용 )

흡수식냉온수기 400 RT 극장 냉 · 난방

중온수흡수식 327RT×2 열병합 배열 활용 / 역사 냉방

보일러

등

증기보일러 6 Ton/h×2 백화점 난방 · 급탕

증기보일러 4 Ton/h×1 백화점 난방 · 급탕

중온수보일러 2Gcal/h×2 역사 냉 · 난방 ( 열병합 설비 예비 열원 )

전기보일러 2.7 Ton/h×1 가습용

열병합 배열 2,800 Mcal/h 역사 난방 · 급탕 및 백화점 급탕

1) 냉 · 난방 설비

- 6 -

Ⅰ. 서 론

2) 수전 설비

구 분 설 비 비 고

수전전압 22.9 kV

설비용량 14,000 kVA 백화점 11,000kVA, 역사 : 3,000kVA ( 총 사용량 )

수전방식 전용 2 회선 수전 수원 율전변전소에서 전용 2 회선 수전 (ALTS 자동 절체 )

3) 열병합 설비

구 분 설 비 비 고

열병합설비4,314 ㎾

( 열 : 4,356 ㎾ )

시공사 : ㈜ 삼천리

전력 : 1,438 kWe×3 (39.8%), 열 : 1,452 kWt×3 (40.2%)

- 7 -

4. 도입 배경

1) 특고전압 (154kV) 수전 회피 - 154kV 수전에 따른 막대한 공사비용 소요 예상 - 열병합 발전설비 도입에 따른 수전설비 축소 (154kV → 22.9kV) 로 지상공간의 타 용도 활용으로 공간 활용도 상승 및 전기공사비 대폭 절감

2) 운영비용 절감 - 면적당 에너지소비량이 많은 백화점의 특성 상 운영비용 절감 필요 - 백화점 업무시간의 전력 Peak-Cut 으로 전기 기본요금 절감 - 열병합 발전설비 도입에 따라 전력 및 열 부문 사용요금 절감

3) 안정적인 전원공급설비 확보 - 비상발전기 겸용의 열병합발전 설비 도입으로 안정적 전원공급 도모 - 발전과정에서 발생하는 배열을 활용하여 열원설비 다원화

4) 국가 에너지산업에 기여 - 열병합 도입으로 전력과 가스의 수급불균형을 개선하여 국가 에너지산업에 이바지

Ⅰ. 서 론

- 8 -

1. 시스템 구성1) 설비 개요

LNG 공급

LNG 공급

LNG 공급

배기가스 열교환기

한전

중온수흡수식냉동기

흡수식냉동기

저탕조

보일러

구 분 방 식 사 양 용 량 비 고

발전설비 한전 계통연계 380V, 60Hz1,438 ㎾ ×3( 열 :1,452 ㎾

×3)

상용 및 비상 겸용

배열활용

난방중온수 95℃/80℃

역사 난방 · 급탕 및 백화점 급탕

냉방 중온수흡수식냉동기로 역사 냉방

Ⅱ. 열병합발전 시스템 구성

- 9 -

2) 가스엔진 발전기 사양

Ⅱ. 열병합발전 시스템 구성

구 분 용 량 사 양 비 고Input Energy 3,614 ㎾ / 대 LNG GE Jenbacher JMS 612 GS-N.L

Output전력 1,438 ㎾ 380V, 60Hz η=39.8%

열 1,452 ㎾ 95℃/80℃ η =40.2%

가스엔진 가스엔진 12 기통 / 74,852cc

-

연소방식 린번 방식 λ=1.68 터보차저 장착

발전기 1,438 ㎾ 380V, 60Hz 제조사 : STAMFORD

- 10 -

3) 전력설비 구성

구 분 내 역 비 고

상용운전 ① 380V 발전 → ② 전용변압기로 승압 → ⑤ 일반부하에 공급

비상운전 ④ 작동 제한 → ③ 분리 → ⑥ 비상전력 공급 순차적 투입

③

①

⑥

④

②⑤

No 설 비 역 할

① 열병합발전 전력 공급

② 전용변압기 22.9kV/380V

③ 계통연결부 계통연계 및 단독운전

④ ALTS 수전라인 #1/ 2 절체

⑤ 일반부하 백화점 / 역사 일반부하

⑥ 비상부하 백화점 / 역사 비상부하

Ⅱ. 열병합발전 시스템 구성

- 11 -

4) 배열이용설비 구성

구 분 내 역 비 고

난방 및 급탕 역사 난방 및 급탕 우선 충당 후 백화점 급탕 보조열원으로 활용

냉 방 ③ 중온수흡수식 냉동기 가동 (95℃/80℃), 역무시설 냉방

예비 열원 가스엔진 정지시 ② 중온수보일러로 냉방 및 난 · 급탕 가동 2.0G×2

① ②

역사 급탕백화점 급탕

2 차측 공조장비에 연결 ( 역사 난방 )

③ ④⑤

No 설 비 역 할

① 가스엔진 열원 설비

② 예비보일러 가스엔진 미가동시 기동

③ 흡수식냉동기 배열 이용 역사 냉방

④ 열교환기 역사 난 · 급탕 / 백화점 급탕

⑤ 냉각탑 가스엔진 방열용

Ⅱ. 열병합발전 시스템 구성

- 12 -

Ⅲ. 도입 효과

1. 도입 효과1) 예상 효과

① 특고압 (154kV) 수전 회피로 초기투자비 절감

- 특고압 수전설비 도입 회피로 공사비용 절감 및 수전시설 설치공간 축소로 공간활용도

상승 ( 수전설비 설치비용 절감액 : 약 71 억원 )

구 분 수전설비 공사비 공간활용 이익

수전설비 설치비용 절감액 3,000,000 4,100,000

② 저금리의 에너지이용합리화자금 도입으로 현금흐름 개선 및 경영안정화 기여

③ 전력 및 열원설비 다원화로 에너지 공급 설비 신뢰도 제고

④ 운영비용 절감 예상액 ( 연간 약 5.4 억원 )

구 분 기존방식 열병합발전 도입 후 운영비 절감액

금 액 4,096,129 3,558,346 537,783

(VAT 별도 , 단위 : 천원 )

(VAT 별도 , 단위 : 천원 )

※ 열병합발전 설비 등 추가비용 감안시 약 40 억원 절감 효과 발생

- 13 -

2. 실제 운영비 절감

구 분 기 준 비 고

산출 기간 2003 년 6 월 ~ 2004 년 5 월 1 년간

산출기준

사용에너지 전력 , LNG

요금체계

전력 일반용 ( 을 ) 선택Ⅱ 고압 A

LNG 업무난방 / 냉방

적용요금

전력요금 변동 시 변동요금 반영

LNG 경기도 요금

가동시간 1,300 hr/ 대 · 년

자가발전량 4,568,286 ㎾

평균 가동율 14.8 %

1) 산출 기준(VAT 별도 )

※ 수원역사 준공 당시 열병합발전 소매요금 부재로 업무난방 / 냉방 요금 적용

Ⅲ. 도입 효과

- 14 -

2) 실제 운영비용 절감 내역

구 분 단위 기존 시스템 열병합발전 도입 도입 효과

에너지사용량

전력

수전 kWh 31,012,186 26,443,900 ▼ 4,568,286 (14.7%)발전 kWh - 4,568,286

Peak kW 7,900 5,382 ▼ 2,518

(31.9%)

LNG

냉난방 Nm3 2,043,379 1,814,807▼ 228,572

(11.2%)

열병합 Nm3 - 1,072,705 ▲ 1,072,705 (-%)

소계 Nm3 2,043,379 2,887,512 ▲ 844,133 (41.3%)

에너지비 용

전력

기본요금 천원 689,265 469,611▼ 219,654

(31.9%)

사용요금 천원 2,339,308 1,888,356▼ 450,953

(19.3%)

소계 천원 3,028,573 2,357,967▼ 670,617

(22.1%)

LNG

냉난방 천원 790,617 632,645▼ ※157,972

(15.1%)

열병합 천원 - 384,489 ▲ 384,489 (-%)

소계 천원 790,617 1,017,134 ▲ 226,527 (28.7%)

계 천원 3,819,190 3,375,101▼ 444,089

(11.6%)

Ⅲ. 도입 효과

(VAT 포함 , 단위 : 천원 )

※ 배열 판매 이익금 포함

- 15 -

3. 제안 대비 실제 절감액 비교

Ⅲ. 도입 효과

■ 운영비 비교(VAT 포함 , 단위 : 천원 )

구 분 단위 제안 내역 실제 절감량 차 이

열병합가동시간 Hr/

대 2,000 1.300 ▼ 700

발전량 kW 7,075,000 4,568,286 ▼ 2,506,714

절감액

전력기본요금 천원 275,874 219,654 ▼ 56,220

사용요금 천원 740,602 450,953 ▼ 289,649

LNG

배열회수 천원 179,088 157,972 ▼ 21,116

열병합 천원 ▲ 657,781 ▲ 384,489 ▲ 273,292

계 천원 537,783 444,089 ▼ 93,694

- 16 -

1) 에너지 요금 변동

4. 절감액 감소 원인 분석

① 가스요금 인상 및 전력요금 인하로 열병합발전 경제성 저하

- 설치제안 시기인 2000 년 대비

전력요금 : 평균 5.4 원 /kW (7%) 인하 ( 일반용 선택Ⅱ 고압 A)

도시가스 요금 : 평균 80.6 원 / Nm3 (25.7%) 인상 ( 업무난방 / 냉방용 )

(※ 동기간 물가상승률 = 17.0 %)

(2005 년 현재 업무난방 32.9%, 냉방용 36.5% 인상 )

- 에너지요금 변동에 따라 45,421 천원 절감액 차이 ( 절감액 차이의 47.6%) 발생

물가상승률

17.0 %

전력요금대비29.7 % ( 업무난방 )41.3 % ( 냉방 ) 인상

전력요금

-7.0 %

22.7 % 34.3 %

도시가스( 업무난방 )

도시가스( 냉방 )

절감액

47.6%

Ⅲ. 도입 효과

- 17 -

2) 열병합발전 가동시간 감소

Ⅲ. 도입 효과

① 도시가스 요금 인상 및 전력요금 인하에 따른 열병합발전 가동시간 감소로 절감금액 감소

- 예상 : 2,000 시간 / 년 → 실제 : 1,300 시간 / 년

- 예상 절감액 대비 45,000 천원 절감액 감소

② 하절기 최대부하 및 중부하시간 , 동절기 최대부하시간을 제외한 타 시간대에는 수전단가

대비

열병합발전 경제성 부족

- 춘추절기 전체 시간대 열병합발전 경제성 부족 ( 배열이용효율 저하 및 저렴한 전력요금 )

- 신설된 열병합 전용 요금으로도 경제성 미흡

③ 중부하 시간대에도 경제성을 확보할 수 있는 가스요금 제도 도입 필요

- 18 -

3) 기타 요인

① 백화점 및 수원역사 이용인구 감소로 에너지사용량 감소

- 장기 내수침체 및 개점초기 영업부진에 따른 백화점 이용인구 부족

- 1 호선 병점역 , 세류역 개통에 따른 수원역사 이용인구 분산

Ⅲ. 도입 효과

23.8℃

24.2℃

25.6℃ 25.7

℃

< 수원시 월평균온도 비교 >

② 하절기 평균온도 저하로 냉방부하 축소

- 비교기간인 2003 년 6 월 ~ 2004 년 5 월 기간동안 10 년 평균 온도 대비

7 월 평균온도 : 1.8℃ / 8 월 평균온도 : 1.5℃ 저하

- 19 -

소형열병합발전 도입 추진 사례 Ⅱ( 연수주공 3 차 아파트 )

소형열병합발전 도입 추진 사례 Ⅱ( 연수주공 3 차 아파트 )

- 20 -

Ⅰ. 서 론

Ⅱ. 열병합발전 시스템 구성

Ⅲ. 도입 효과

Ⅳ. 결 론

CContentsontents

- 21 -

1. 연수주공 3 단지 APT 개요

Ⅰ. 서 론

소 재 지 - 인천시 연수구 연수 3 동 578-2

건축 규모 - 지상 15 층 / 지하 1 층 (8 개동 )

- 연면적 70,021 ㎡ (21,181 평 )

준 공 일- 1993 년 10 월 28 일

11

22

33

구 분구 분 평 형평 형 세대수세대수 난방면적난방면적 난방방식난방방식

11 19 평형 120 세대 5,554 ㎡중앙난방

22 18 평형 1,050 세대 46,863 ㎡

소 계소 계 18.1 평 ( 평균 ) 1,170 세대 52,417 ㎡

- 22 -

2. 기존설비 현황

Ⅰ. 서 론

구 분 용 량 사용연료 준공일 용 도

노통연관식 중온수보일러

4.5 Gcal ×2BC 유 1993 년 10 월

난방 및 급탕

3.5 Gcal ×1 여름철 급탕 및 예비

1) 난방 설비

2) 주요 수전설비 및 비상 발전기

구분 변압기 용량 용도 비고

1변압기

400 kVA × 2 전등 , 전열

2 600 kVA × 1 동력부하 예비용 포함

3 비상 발전기 500 kW × 1 정전 시 비상운전

- 23 -

3. 도입 배경

1) 기존 중앙난방 시스템의 난방 및 급탕 공급 불편해소

Ⅰ. 서 론

2) 고효율 에너지 절약시스템 도입을 통한 에너지 절감

3) ESCO 사업을 통한 투자비 부담 해소

• 중앙난방 사용시 동절기 세대별 난방온도 불균형으로 주민불편 발생

• 온수공급 불안정으로 인한 급탕 사용 불편

• 열병합발전 배열로 24 시간 난방 및 온수를 공급하여 주민불편 해소

• 열병합발전으로 자가발전하여 비싼 주택용 누진제 전기요금을 대폭절감

• 배열회수를 통한 보일러 연료요금을 대폭절감

• 고효율 기기에 대한 정부 무상 지원금 혜택으로 투자부담 해소

• 절감금액으로 초기투자비 무상상환

- 24 -

구 분 방 식 사 양 용 량 비 고

발전설비 한전 계통연계 380V, 60Hz356 ㎾ ×1

( 열 : 585 ㎾ ×1)

상용 및 비상 겸용

배열활용 중온수 90 / 70℃ ℃ 난방 · 급탕

Ⅱ. 열병합발전 시스템 구성

전력공급전력공급70%70%

배열공급배열공급35%35%

열교환기

급탕탱크

한국전력한국전력

수전 30%

열병합발전열병합발전

보조보일러

65%

난방난방

급탕급탕

1) 시스템 개요

- 25 -

2) 가스엔진 발전기 사양

Ⅱ. 열병합발전 시스템 구성

구 분 용 량 사 양 비 고입력 에너지 1,048 ㎾ LNG MDE 社 ( 독일 ) ME3042 L1

출 력전력 356 ㎾ 380V, 60Hz η= 34%

열 585 ㎾ 90 / 70℃ ℃ η = 56%

가스엔진 가스엔진 12 기통 NOx < 150 ppm

연소방식 린번 방식 λ= 1.7 터보차저 장착

발 전 기 356 ㎾ 380V, 60Hz 제조사 : MDE 社 ( 독일 )

터보챠져터보챠져

연소공기 연소공기 Out Out

연소공기 연소공기 InIn모듈 컨트롤 판넬모듈 컨트롤 판넬

발전기발전기

- 26 -

Ⅱ. 열병합발전 시스템 구성

한국전력한국전력한국전력한국전력

G

세대부하세대부하 세대부하세대부하 바상부하바상부하 일반부하일반부하

TR1TR1TR2TR2TR3TR3

발전기용 변압기승압용 (380V→ 22.9kV)

디젤발전기디젤발전기

보호계전기보호계전기

한전 역송방지 및 발전기 보호한전 역송방지 및 발전기 보호

열병합발전기열병합발전기

3) 전력설비 구성

- 27 -

연수주공 3 단지

4) 배열이용설비 구성

④ ④ 열교환기열교환기각 동별 설치각 동별 설치

① ① 열병합발전기열병합발전기

난방공급난방공급

급탕공급급탕공급급수

Ⅱ. 열병합발전 시스템 구성

공공급급헤헤더더

환환수수헤헤더더

② ② 중온수보일러중온수보일러

③ ③ 급탕탱크급탕탱크

구 분 역할 비 고

열병합발전 ▷▷ 세대별 난방 및 급탕용 열공급 배열활용

중온수보일러 ▷▷ 배열활용 후 부족분을 보조보일러로 공급 ▷▷ 열병합발전 정지 시 가동하여 열공급

4.5 Gcal×2

3.5 Gcal×1

- 28 -

Ⅲ. 운영 효과

고효율의 열병합발전 설치를 통한 관리비 절약고효율의 열병합발전 설치를 통한 관리비 절약

구 분 단위 기존 시스템 열병합발전 도입 도입 효과 INDEX

에너지사용량

전력수전 kWh 3,555,418 1,041,123 ▼ ▼ 2,514,295 ▼▼ 70.7%

발전 kWh - 2,514,295 - -

LNG 열병합 Nm3 - 667,233 ▲▲ 667,233 -

BC ℓ 1,144,773 647,661 ▼ ▼ 497,112 ▼▼ 40.4%

보일러등유 ℓ 11,661 7,217 ▼ ▼ 4,444 ▼▼ 38.1%

총 계 TOE 1,9711,971 1,5101,510 ▼▼ 461461 ▼▼ 23.4%23.4%

에너지비 용

전력요금 ( 소계 ) 천원 377,783 96,440 ▼▼ 281,343 ▼▼ 74.5%

열병합 (LNG) 천원 - 268,158 ▲▲ 268,158 -

BC 천원 382,678 213,174 ▼ ▼ 169,504 ▼▼ 70.4%

보일러등유 천원 6,067 3,911 ▼ ▼ 2,156 ▼▼ 35.5%

총 계 천원 766,528 581,683 ▼▼ 184,845 ▼▼ 24.1%

세대당 운영비용 천원 655 497 ▼ ▼ 158 ▼▼ 24.1%

- - 기존 보일러가 기존 보일러가 B.CB.C 임에도 불구하고 년간 임에도 불구하고 년간 11 억 억 88 천만원의 관리비 절감천만원의 관리비 절감 (24.1%)(24.1%)

- 29 -

Ⅲ. 도입 효과

실제 운영 효과실제 운영 효과

0

20,000

40,000

60,000

80,000

100,000

120,000

'04.01 '04.02 '04.03 '04.04

기존개선절감

04.01. 04.02. 04.03 04.04

BC유 70,097 60,417 63,177 34,312

전기 41,583 42,141 35,200 37,002

계 111,680 102,558 98,377 71,314

BC유 52,586 45,808 44,765 18,026

전기 11,111 11,328 10,808 11,757

도시가스 29,581 27,921 24,843 22,587

계 93,278 85,057 80,416 52,370

18,402 17,501 17,961 18,944절감금액

구분

열병합전

열병합후