글로벌리포트


스웨덴 지역난방 시스템의 대형 히트펌프 ①

관리자
2019-02-08 14:32
조회수 52

 

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Helge Averfalka, Paul Ingvarssonb, Urban Perssona, Mei Gonga Sven Wernera


▶키워드 : 파워to열, 히트펌프, 지역난방, 지구 냉각, 통합 에너지 시스템

 

히트펌프 및 전기보일러와 같은 열병합 발전 솔루션은 가변 전원 공급 장치의 비율이 높은 국제 전력 시장을 안정화 할 수 있는 미래의 도구가 될 것으로 예상된다. 일시적인 저비용의 전기는 일반 열원 대체를 통해 풍력및 태양열 이용 가능성이 높은 시기의 열 발생에 사용할 수 있으므로 에너지 시스템의 지속 가능성을 높이는 데 기여한다.
지역난방 시스템의 전력-열 설치는 대형 전기보일러, 히트펌프 및 열저장 장치에 대한 투자 및 설치비용이 낮기 때문에 경쟁력이 있다. 지난 1980년 스웨덴의 지역난방 시스템에 몇 개의 대규모 히트펌프가 설치되었다. 몇 년 동안 새로운 원자력에서 국가의 전기 잉여가 존재했기 때문이었다. 이 보고서는 이러한 대형 스웨덴 히트펌프의 누적 운전 경험을 요약 정리해 지역난방 시스템에서 히트펌프를 사용해 향후 열병합 발전 솔루션을 계획하고 지원하기 위해 작성되었다. 또한 보고서의 주요 결론은 설치된 지 30년이 넘은 많은 대형 히트펌프 설비가 아직 가동 중이지만, 지역난방 시스템의 폐기물 및 바이오매스 열병합 발전소와의 내부 경쟁으로 인해 용량 가동률이 낮아진다는 것이다.

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1. 소개
미래의 에너지 수요는 가변적이고 재생 가능한 전기 에너지원의 증가로부터 전기 공급의 균형을 맞추기 위해나타날 것이다. 덴마크에서는 풍력의 비율이 이미 너무 높아서 풍력 발전 용량을 수용하기 위한 전략이 필요하다[1]. 이 전략은 덴마크의 지역난방 시스템[2-4]과 관련하여 전력 공급과 수요 부분을 모두 포함하도록 제안되었다. 지역난방 시스템과의 연결은 열병합 발전소가 포함되어 있고 전기보일러와 히트펌프를 사용하여 전기 수요를 증가시킬 수 있기 때문에 필수적이다[5]. 전기를 사용하는 이 두 가지 유형의 열공급 장치는 전력 대 열 장치로 정의된다.


전략의 공급 부분은 전력 수요와 풍력 공급 변동 모두를 충족시키기 위해 운영되는 CHP 발전소가 될 수 있다[6,7]. 그러나 바람이 부는 날에도 CHP 발전량이 감소하면 CHP 발열량은 더 비싸다. 따라서, 저비용을 유지하기 위해서는 다른 열공급이 필요하다. 전략의 요구되는 부분은 전력 가격이 낮아 전기의 일시적 잉여에 대응하기 위해 전력 대열 설비를 사용할수 있다는 것이다.

 

히트펌프 및 전기보일러는 CHP 설비가 비싸면 저렴한 비용의 열을 공급할수 있다[8-10]. 나중에 사용하기 위
해 이 저비용의 열을 저장하기 위해 열저장 장치를 사용할수 있다. 지역난방 시스템의 전력-열 시설은 전기 요금이 낮을 때 운영되고 가격이 높을 때 폐쇄될 수 있기 때문에 전기 시스템에 유연성을 제공하므로 유리하다.

 

이것은 지역난방 시스템에서 열공급을 위한 대안 옵션을 사용할 수 있기 때문에 가능하다. 이러한 전력 대열설비는 대형 전기보일러, 히트펌프 및 열저장 장치에 대한 특정 투자 및 설치비용이 낮기 때문에 경쟁력이 있다.지역난방 시스템 내의 열에너지 저장 시스템은 전력 시스템의 유연성을 도입하기 위한 비용 효율적인 대안을제공할 수 있는 견고하고 전통적인 기술이라고 [11,12]에서 세부화되어 있다. 또한 CHP와 열저장 장치와 함께히트펌프를 사용하면 시스템 비용 효율성과 관련하여 유망한 가능성이 있음을 알 수 있다.


따라서 잉여 전기는 열 발생을 위한 난방 시스템으로서의 수출에 의해 전력 시스템 외부로 유리하게 흡수될 수있다. 이로써 지역난방 시스템은 열과 전력 시장 간의 통합으로 향후 전력 시스템의 균형을 유지하는 데 기여할 수 있다.


지역난방 시스템의 대형 증기 압축 히트펌프에 대한 과학 저널 기사는 이전에 드물었다. 초기 엔지니어링 요약이 [14]에 제시되었다. 하지만 최근 몇 년 동안 중국[15-19], 일본[20], 한국[21], 캐나다[22], 발틱 국가[23],덴마크[24] 등의 지역난방 리뷰에서 대형 히트펌프의 사용법은 간단히 언급되어 있다[25,26]. 이 최근 기사의 대표적인 공통분모는 기존의 지역난방 시스템의 주요 설비에 대한 언급과 그에 상응하는 운영 경험이 거의 없다는 것이다.


지역난방 시스템에서 히트펌프의 또 다른 변형은 일부 중국 CHP 발전소 및 지역난방 시스템에서 흡수 히트펌프의 새로운 운영 사례이다[27-31]. 콜드 지역난방 시스템은 베르겐 대학교 (University of Bergen)[32]나Heerlen 광산 시스템(Heerlen mine water system)[33]에서 수행되는 고객에게 적절한 온도를 제공하기 위해지역 히트펌프를 사용할 수도 있다. 1980MW 이후 스웨덴의 지역난방 시스템에 1,500MW 이상의 열용량을 합친 대형 히트펌프가 설치되었다. 이 대형 히트펌프 설비는 국제 문헌에서 거의 언급, 토론 또는 평가되지 않았다. 

 

이러한 설비의 미래 경쟁력 또한 [36]에 의해 분석되었다. 이 소급 검토의 범위는 스웨덴 지역난방 시스템의 대형 히트펌프 설치에 대한 중요한 운영 경험을 수집하고 보급하는 것이다. 이 정보는 다른 지역난방 시스템에서 더 큰 히트펌프의 계획, 모델링, 평가 및 시행을 용이하도록 해야 한다. 따라서 이 논문은 대형 히트펌프 미래 가능성을 평가하지 않는다. 이 목적은 다음 다섯 가지 연구 질문에 대한 답을 제공함으로써 달성된다.

 

중략...

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