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탄소중립 사회를 위해 정부가 발표한 ‘그린뉴딜 정책과 더불어 우리는 앞으로의 환경에 대해서 지켜야 할 의무를 가지고 살아가고 있습니다. 그래서 사회는 환경에 대해 관심을 가지고 태양열에너지, 풍력에너지, 바이오에너지 등 다양한 신재생에너지 사업에 뛰어들고 있습니다. 이렇듯 지속적으로 발전해나가고 있는 신재생에너지 중에 버려지는 에너지를 다시 전력으로 만들 수 있는 폐열발전에 대해서 여러분들은 알고 계시나요?

 

실제로 화력발전을 할 때, 석유를 태워 에너지로 전환하면서 실질적으로 사용되는 에너지는 50% 이하이고 나머지 50% 이상의 열에너지가 버려진다고 합니다. 이렇게 버려지는 열에너지를 전력으로 바꾸는 친환경에너지가 바로 폐열발전이라고 하는데요. 앞으로 무궁무진하게 발전될 가능성을 가진 폐열에 대해서 저와 함께 알아볼까요?

 


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신재생에너지로 주목받고 있는 폐열

현재 국내 신재생에너지 시장은 에너지발전과 전력생산에 있어서 발생하는 열에너지를 회수하여 전력을 생산해 에너지 소비효율을 높이는 폐열발전에 주목하고 있습니다. 폐열발전은 태양열과 지열, 도시배열과 해양온도차 등 자연에너지원으로 전기를 얻을 수 있으며, 다른 태양열과 같은 신재생에너지와는 달리 24시간 발전시킬 수 있어 출력지속성이 좋다는 장점을 가지고 있습니다. 또한 발전량이 예측가능하고 무소음/무진동/무탄소 배출과 더불어 유지보수가 거의 필요하지 않아 지속가능한 친환경 에너지기술로 적합하다는 평가가 나오고 있습니다.

 

지난해 폐열회수를 통해 에너지절감은 물론 지역경제 활성화 계획이 나왔었는데요, 평소 혐오시설로 분류되었던 소각장에서의 폐열을 활용한 사례입니다. 충청남도는 소각장 시설에 500KW급 증기 터빈발전기를 설치하여 연간 최대 3960MW 전기를 생산하는 폐열발전 계획을 밝혔었습니다. 발전 후 남게 되는 하루 8t정도의 저압증기는 세탁공장으로 전달되고, 이는 연간 6,000만원이라는 운영비 절감효과를 얻을 수 있다고 합니다.

 

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또한 공장의 배기 폐열을 회수하여 지역난방 공급 네트워크를 구축할 수도 있는데요. 산업통상자원부에 따르면 서울권지역에서 활용 가능한 산업폐열과 발전폐열 등 폐기물 에너지만 해도 약 1,400만Gcal로 추정된다고 합니다. 폐열발전이 상용화가 된다면 가구당 연간사용량이 10.4Gcal임을 생각해보았을 때, 138만 호에 전력을 공급할 수 있는 양이됩니다..

 

그리고 보일러 부분에서도 폐열획득도 주목할 수 있습니다. 한국에너지공단에서 일반적으로 보일러열은 보일러 굴뚝으로 배출되는 배기가스에 의한 열손실이 가장 크다고 하는데요, 보일러 열효율을 증가시키기 위해서 발생되는 폐열을 회수하여 이를 다시 전력으로 사용한다면 앞으로 가장 효율적인 보충전력 자원이 될 수 있다고 합니다.

 


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해외에서 바라본 폐열에너지

1) 미국

미국 국립재생에너지 연구소(NREL)는 건물 내의 데이터센터에서 발생하는 폐열을 회수하여 실험실과 사무실 등의 난방열로 공급하고 있습니다. 데이터센터의 폐열은 평균 35로 난방 온수시스템으로 사용하고 있습니다. 또한 초대형 유통기업인 아마존은 데이터센터에서 발생하는 폐열을 시애틀 시의 중심가의 캠퍼스 건물에 난방에너지로 활용하는 사업을 추진 중이라고 합니다. 폐열을 회수하는 방식은 비교적 간단하다고 하는데요, 건물의 PVC 배관에 순환하는 물에서 발생하는 폐열을 회수하여 여러 개의 열 교환기들과 열회수 냉각장치를 통해 캠퍼스의 난방시스템으로 활용한다고 합니다.

 

2) 중국

중국의 후허하오터에 위치한 데이터센터는 폐열을 데이터센터 내 사무실의 냉난방 시스템으로 활용하는 중이라고 합니다. ·난방 시 발생하는 1·2차 폐열을 저온수로 회수되어 히트펌프로 다시 가열해 54의 온수로 전환하여 지역난방 시스템에 공급하게 됩니다. 이를 통해 중국 데이터센터는 난방 연료소비를 절약할 수 있으며, 지속적으로 전력소비를 절감하고 있다고 합니다.

 

3) 덴마크

전 세계에서 주목받고 있는 글로벌 IT기업인 애플, 페이스북, 구글 등은 최근 들어 데이터센터 건설을 추진하고 있습니다. 이 가운데 페이스북은 덴마크의 오덴세 시에서 2020년에 53,000m^2 규모의 데이터센터 건설 사업을 계획 중에 있습니다. 여기서 발생하는 연간 100,000Mwh의 폐열은 지역난방 네트워크를 통해 6,900가구에 공급할 것으로 예상하고 있습니다.

이밖에도 핀란드, 노르웨이, 독일, 영국 등 다양한 해외 국가에서도 데이터센터에서 발생하는 폐열을 회수하여 지역냉난방 시설을 구축하는 계획을 하고 있다고 합니다.

 

ⓒ이현탁 제작

 

한전에서 바라본 폐열사례

한전에서도 폐열을 이용한 차세대 폐열발전 설비기술을 개발 중인데요, 현대일렉트릭에너지와 한전은 2016년에 대형선박의 엔진 배기가스 등의 폐열을 이용한 차세대 발전설비의 원천기술을 개발했습니다. 이 기술은 위 낮은 온도에도 초임계에 달하는 장점이 있는 이산화탄소를 이용하여 위 사진에서 보시는 바와 같이 증기 대신 이산화탄소를 가열하여 터빈을 돌리고 여기에서 발생되는 폐열을 회수하여 에너지자원으로 재활용한다고 합니다. 이러한 기술은 기존 증기발전보다 최대 30%이상 효율성이 확대되고, 크기는 1/3로 소형화가 가능하여 경제성이 뛰어나다는 장점을 가지고 있습니다. 그래서 현재 이러한 기술은 GW급 대형발전소 및 원자력발전에도 활용할 수 있어 차세대 발전기술로 평가받고 있다고 합니다.

※ 초임계 – 액체와 기체의 성질을 동시에 가지는 상태

 

ⓒ한국전력 연구원

 

또한 한전은 화력발전소에서 배출되는 배기가스 폐열을 활용하여 전력을 생산하는 ‘스털링 엔진(Stirling Engine)’ 발전시스템을 세계 최초로 개발했다고 하는데요. 스털링 엔진은 실린더에 수소 혹은 헬륨을 채워 밀봉 후 실린더 외부에서 가열과 냉각을 반복해 작동하는 외연기관입니다. 이는 높은 온도에서 작동하는 기존의 발전소와 달리 500의 상대적으로 낮은 온도에서 동작하는 효율성을 높이기 위해 부품 간의 간격을 10만 분의1까지 정밀 가공할 수 있는 시스템까지 도입되었다고 합니다. 그래서 이러한 스털링 엔진은 기존 내연발전소 효율을 증가시켜 전력을 가구에 보급될 수 있도록 지금 현재에도 지속적으로 발전되고 있다고 합니다.

 


ⓒunsplash

 

지속적으로 발전해오고 있는 다양한 폐열의 모습들에 대해서 잘 알게 되셨나요?

이렇듯 우리에게 아직까지 낯선 폐열은 우리들에게 전력으로 다가오기 위해 다양한 발전을 하고 있습니다. 저는 폐열발전이 현재 신재생에너지 산업을 이끌어갈 주 에너지원이 될 수 있을 거라고 생각이 되는데요, 친환경 전력으로써 주목받고 있는 폐열이 앞으로도 꾸준히 발전되어서 우리들의 가까운 미래에 친숙하게 다가오는 날이 왔으면 좋겠습니다!

 

앞으로의 국내 전력공급 산업에 큰 도움이 될 폐열발전에 대해서 여러분들의 많은 관심 부탁드릴게요!

 

 

 


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