지역난방의 계통 구성요소와 열병합 발전 방식

지역난방

열병합 발전은 열이 공급되는 용도에 따라 생산공정용, 지역난방용, 급탕용 등으로 나눌 수 있으며, 발전회사에서는 수도권 신도시 대규모 아파트 단지에 집단 에너지 공급을 위한 열병합 발전사업에 참여하고 있다. 지역난방은 열 수용가의 개별적인 열원에 의한 소규모 난방 실시를 지양하고, 집중화된 대규모 열원 플랜트를 통해 생산된 증기나 온수를 각 수용가에 공급함으로써 효율적인 에너지 사용을 도모하는 난방방식을 말한다.

 

지역난방 계통

○ 지역난방 계통의 주요 구성요소는 다음과 같다.

- 지역난방 열교환기(District Heater, DH)

- 지역난방수 순환펌프

- 열교환기 드레인 펌프

- 비상용 보조보일러

- 축열조

 

지역난방 열교환기(District Heater, DH)

- 지역난방수는 65℃ 정도의 온도로 연교환기 튜브 측(Tube Side)으로 들어와 열 교환을 통해 보통 75~120℃ 정도의 고온수로 열 수용가에 공급된다. 

- 가열증기는 열교환기 쉘 측(Shell Side)으로 공급되어 지역난방수를 가열시킨 후 응축되어 열교환기 복수 저장조에 모아져 드레인 펌프에 의해 탈기기로 회수된다.

- 열교환기 수위를 일정한 범위 내에서 유지시키기 위해 자동수위조절 설비가 설치되어 있으며, 수위가 일정범위를 벗어나면 Heater 효율이 저하되는 등의 문제가 발생한다. 튜브가 파열되어 수위가 비정상적으로 상승하는 경우에는 Heater를 정지하여 원인을 규명한 후 튜브를 플러깅하거나 상황에 따라 처리한다.

 

지역난방수 순환펌프

- 지역난방 대상지역에 난방열을 공급하기 위하여 지역난방수 공급 및 회수배관상에 병렬로 2~3대 씩의 지역난방수 공급 및 회수펌프를 설치하며, 보통 1대는 예비용으로 사용한다.

- 각 펌프는 Hydraulic Coupling에 의해 속도제어가 되도록 하며, 회수배관에서 추출한 지역난방수(65℃)를 유체 커플링용 냉각수로 사용한다.

 

열교환기 드레인 펌프(응축수 펌프)

- 열교환기에서 열교환을 한 후의 응축수를 탈기기 전의 주응축수 배관으로 회수하기 위한 것이다.

 

축열조

- 열병합 정상운전 중 잉여열을 저장하였다가 부족한 열원보충

- 비상 시 보조 보일러를 기동 하는 동안 열 공급담당

- 헤더 압력을 통해 배관망에서의 온수비등 방지

- 온도 변화에 다른 지역난방수 체적 변화흡수

- 축열조 온도는 보통 비듬점 이하인 95~98℃ 정도로 유지된다.

 

열병합 발전 방식

국내 발전회사에서 운용되고 잇는 열병합발전 방식은 증기터빈 방식과 복합 사이클 방식이 있다.

증기터빈 방식

○ 증기터빈 방식은 보일러에서 생산된 고온고압의 증기로 터빈을 돌린 후 그 추기(Extraction Steam) 또는 배기(Exhaust Steam)를 이용하여 열에너지로 공급하는 방식으로 배압터빈, 추기배압터빈, 추기복수터빈, 배압터빈과 복수터빈조합방식이 있으며, 서울화력 등에서는 발전전용설비를 열병합 설비로 개조하여 추기복수터빈 방식으로 운용하고 있다.

 

○ 연료 연소로 생산된 증기 열량 중 열 에너지로 이용된 열량과 전력 생산에 이용된 열량과의 비를 열전비라 한다. 즉, 열과 전기 사용량에 따라 열전비가 결정되며, 각각의 사용량 변화에 다라 열전비도 변한다. 열전비는 열병합발전 터빈 형식을 결정하는 중요한 요소이다.

 

복합사이클 방식

○ 복합 사이클 방식은 가스터빈과 증기터빈을 결합하여 운용하는 방식으로 증기터빈은 필요에 따라 배압터빈, 추기배압터빈, 추기복수터빈, 배압터빈과 복수터빈 조합방식 중 하나를 선택할 수 있다. 분당, 안양, 부천, 일산복합발전소의 경우 증기터빈은 동기클러치가 설치된 배압터빈과 복수터빈의 조합 방식을 채택하고 있다.

 

○ 배압터빈과 복수터빈 조합방식은 배압터빈(고압터빈)과 복수터빈(저압터빈) 사이에 클러치를 설치하여 두 터빈이 갖는 특징을 적절히 이용하는 방식이다. 즉, 열부하가 적고 전력부하가 큰 여름철에는 복수터빈까지 운전하여 전력생산을 최대로 하고, 열부하가 큰 겨울철에는 복수터빈은 정지하고 배압터빈만 운전하여 열공급을 많이 한다.