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대한설비공학회|설비공학논문집 2024년 4월

논문명 70 kW급 바이오매스 열병합 설비 소개-가스피케이션 엔진 / Introduction of 70kW Biomass Combined Heat and Power Plant - Gasification Engine
저자명 강새별 ; 최재준 ; 이현희 ; 이승재
발행사 대한설비공학회
수록사항 설비공학논문집, Vol.36 No.04 (2024-04)
페이지 시작페이지(208) 총페이지(12)
ISSN 1229-6422
주제분류 환경및설비
주제어 열병합 발전; 엔진; 가스화; 재생에너지; 목재칩 ; Combined Heat and Power; Engine; Gasification; Renewable Energy; Wood chip
요약1 이 논문에서 목재칩을 사용하여 전기 및 열을 동시에 생산할 수 있는 소규모 열병합 설비에 대해 특징을 조사하였다. 특히 목재칩을 이용한 유기냉매사이클 열병합 발전 설비(ORC CHP)와 목재칩 가스화 열병합 발전 설비에 대해 비교 분석 및 상세 내용을 분석하였다. 목재칩을 이용한 소규모 열병합 설비에 대한 내용을 정리하면 다음과 같다.
(1) 유럽 등에서는 목재연료(목재칩, 목재펠릿)를 재생에너지 이용 확대를 통해 보일러, 열병합설비 등 다양하게 이용하고 있으며, 특히 독일의 경우 목재를 이용한 발전소가 약 14,922개소가 설치되어 있다.
(2) 목재를 이용한 대표적인 소규모 열병합 설비는 유기냉매사이클 열병합 발전 설비와 가스화 엔진 열병합 설비가 있다. 유기냉매사이클 열병합 설비는 가스화 엔진 열병합 설비에 비해 열전비가 높으며(전기 출력에 비해 열 출력이 높음) 전기 효율은 7 ~ 14% 정도이다. 목재칩 가스화 엔진 열병합 설비의 경우 상대적으로 전기 생산 효율이 높으며 약 10 ~ 36% 정도인 것으로 조사되었다.
(3) 목재칩 가스화 열병합 설비에 대해서는 독일의 Spanner사 제품에 대해 상세 분석하였다. 이 열병합 설비에 대한 특징을 보면 다음과 같다.
- Spanner사에는 목재칩을 이용한 35 ~ 700 kWe 엔진 열병합 설비를 제작, 판매하고 있으며 이 설비들의 열전비는 1.7 ~ 2.3 정도이다.
- 2020년까지 목재칩 열병합 설비를 약 900기 설치하였으며 2011년부터 현장에 설치되어 운전되고 있는 설비 12기에 대해 가동률을 조사해 보니 평균 가동률은 약 91.3%이다- HKA 70 모델에 대한 운전데이터를 확보하여 운전특성을 간단히 분석하였다. 열병합 엔진은 1,500 rpm으로 구동되며, 평균 전기 출력은 약 66 kWe이다. 특이사항으로는 1시간당 약 3회 정도 전기출력이 약 45 kWe 정도로 순간적으로 떨어지는 현상이 있었다. 이는 목재칩을 가스화한 후 필터를 통해 이물질을 걸러내게 되는데 이 필터를 주기적으로 청소하는 로직이 있기 때문이라 판단된다.
요약2 In Korea, electricity is mostly generated by large-scale power plants such as coal, nuclear and LNG power plants. Small-scale power generation using renewable energy such as solar and wind power is also increasing recently. Biomass energy utilizing wood fuel (wood chips or wood pellets) is a typical renewable energy source along with solar, wind, and geothermal power. Power generation using bioenergy, especially woody biomass, can be accomplished by chemical conversion of woody biomass into bioethanol or other biofuels, combustion of wood fuel in a power plant to generate electricity using a steam turbine or organic refrigerant cycle (ORC), or gasification of wood fuel to drive an internal combustion engine. This paper characterizes small-scale cogeneration systems that can generate electricity and heat using wood chips. In particular, an organic refrigerant cycle cogeneration plant using wood chips and a wood chip gasification cogeneration plant were compared and analyzed in detail. Compared to gasification engine cogeneration plants, organic refrigerant cycle cogeneration plants have a high heat to power ratio (high heat output compared to electricity output) with an electricity efficiency of about 7% to 14%. In the case of wood chip gasification engine cogeneration plants, the electricity production efficiency is relatively high, ranging from about 10% to 36%.
소장처 대한설비공학회
언어 한국어
DOI https://doi.org/10.6110/KJACR.2024.36.4.208