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스웨덴 지역난방 시스템의 대형 히트펌프 ②

관리자
2019-02-08 14:32
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스웨덴이미지 (3).jpg

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

 

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

 

 

3.3. 용량 활용
식별된 각 설비에 대한 연간 용량 계수가 그림 2에 제시되어 있다. 집계 및 산술 평균도 모두 그림에 나와 있다. 최근 몇 년 동안 산술 평균은 집계된 평균보다 낮아서 소형 히트펌프는 용량이 큰 것보다 용량 인자가 더 낮다는 것을 알 수 있다.

 

이 그림에서 세 가지 다른 경향을 확인할 수 있다. 1981년과 1985년 사이에 처음 몇 년 동안 능력 요소가 평균적으로 낮았는데, 그 이유는 이 기간 동안 새로운 학습 단위가 일부 학습 과정을 거쳐 위임된 것이기 때문이다. 총 용량 계수는 1986년과 2001년 사이의 두 번째 기간 동안 56%의 평균 수준에서 거의 일정했다. 

 

이 수준은 히트펌프가 기저 부하 단위로 작동하고 있음을 나타내는 전체 부하시간 4,950시간과 같다. 분석된 8개의 가장 큰 설비의 시스템 피크 용량과 히트펌프 용량의 비율은 2013년에 평균 22%로 8~48%로 다양하다. 세 번째 기간은 2002년에 시작되어 매년 감소하는 용량 계수를 보여준다.

 

세 번째 기간 동안의 개발을 위한 예상되는 원인은 새로운 경쟁 정책 수단의 도입과 전기 가격 및 세금 인상이다. 열병합 발전소에서 전기를 생산하고 판매하는 경제적 가치가 히트펌프의 전기 사용 가치보다 커지기 때문에 결과는 혼합 열공급에서 히트펌프와 열병합 플랜트 간의 장점 순서가 변경되었다. 2013년의 총 용량 계수는 겨우 37%로 3,220시간이었다.

 

스웨덴 지역난방 시스템의 평균 공급 및 회수 온도는 각각 86°C 및 47°C이다. 상당히 높은 온도가 요구되는 응축기와 관련하여, 2단계 터보 압축기의 사용이 가장 두드러졌다. 1981~2013년 기간 동안 성과 계수는 평균
3.3이었다. 해당 카르노 사이클 효율은 60~65%이다. 또한 이 히트펌프는 현재 최대 용량으로 약 400MW의 최대 수요를 가지고 있다.

 

반면 스웨덴의 최대 전기 수요는 2001년 2월과 마찬가지로 27GW에 달할 수 있다. 전기 수요가 피크 상황에서전기 가격이 높을 것으로 예상되므로 대형 히트펌프의 사용은 낮을 것으로 예상되므로 이러한 설비는 국가 최대 전력 부하에 기여한다.


3.4. 사용된 열원
사용된 열원은 네 가지 범주로 구분된다. 이들은 산업계 과열, 주변수, 하수 및 기타 열원이다. 산업 과열은15~40°C 범위의 산업 공정에서 발생하는 저온 열회수를 나타낸다. 주위의 물은 염분의 바닷물, 호수와 강물 그리고 지하수로 주로 표현된다.

 

주변 수온은 계절에 따라 2~14°C의 범위에서 다르다. 하수는 인간 활동의 폐수를 나타낸다. 이 분석에서는 하수 처리된 물이 주로 사용되고 있으며 하수의 온도 범위는 12~20°C이다.


이 하수의 총 평균 17%는 지구 냉각 시스템과 결합된다. 다른 열원의 범주는 개별적으로 제시하는 것이 실용적인 가치가 거의 없는 정도로 사용되는 열원을 나타낸다. 이들은 연도 가스의 응축으로 연도 가스의 응축에 의해 잠열이 회수되는 스웨덴의 남부 한 곳에서 사용되는 지열수와 냉각이 고객에게 공급될 때 증가된 반환 온도를 제공하는 지역 냉각이다.


첫 번째 대형 히트펌프는 1981년 스웨덴의 지역난방 시스템에 설치되었다. 다음 몇 년 동안, 용량은 연간 기준으로 대략 최대 크기로 확장되었으며, 1997년에는 1439MW에 달했다. 하수로부터 발생하는 열이 설치 용량의가장 큰 비중을 차지하고 2위는 주변수, 3위는 산업 과열로 나타났으며 그림 3에서 확인할 수 있다. 

 

총 설치된 1527MW는 산업계 과열 13%, 주변수 27%, 하수 47%, 기타 열원은 13%이다. 분석된 기간 동안 산업 과열에 대한 설치 용량의 총합은 196MW였고, 2013년에는 이 용량에서 56MW 감소한 86MW로 나타났다. 상수도, 하수도 등의 상대값은 각각 19, 15, 6%였다.


따라서 설치 용량의 폐로율은 산업 과열을 사용했을 때 가장 높았다. 폐기된 303MW 용량의 경우 열원에 따른 분배는 산업 과열 36%, 주변수 26%, 하수 34% 및 기타 열원 4%이다. 열원에 대한 이러한 감소는 용량의 감소가 세 개의 가장 큰 열원 사이에 다소 균등하게 분배되기때문이라는 사실을 그림 3에서 확인할 수 있다.


예상대로, 발생된 열은 설치된 용량과 비슷한 발달을 보인다. 그러나 2000년 이후로 열발생의 보다 큰 감소를관찰할 수 있다(그림 4 참조). 이는 특히 산업의 초과 열사용에 유효하다. 산업 과열에 대한 열 발생량의 가장큰값은 1990년에 발생하여 984GWh에 도달했다. 2013년에도 같은 값이 59GWh에 불과했다.

 

중략....

 

 

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<그림 4> 사용된 열원에 따라 대규모 히트펌프에서 발생한 연간 열(1980~2015)

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