축산분뇨를 이용한 열병합발전 시스템의 동적설계 기법 제시 = Design of a Cogeneration Plant utilizing Livestock Manure Model using BES
저자
발행기관
학술지명
한국농공학회 학술대회초록집(Proceedings of the Korean Society of Agricultural Engineers Conference)
권호사항
발행연도
2014
작성언어
Korean
주제어
자료형태
학술저널
수록면
111-111(1쪽)
제공처
기존의 주된 에너지 자원인 화석 연료의 한정된 양이 점점 고갈되고 있으며 온실가스로 인한 환경문제가 수면위로 부각 되면서 대체에너지 개발의 중요성이 높아지고 있다. 이에 따라 화석 연료의 대체에너지가 개발되고 있으며, 에너지 소비의 많은 부분을 차지하고 있는 난방 및 운송 분야에서 다양하게 적용되고 있다. 특히 다양한 대체 에너지원 중 열병합발전 시스템의 경우, 기존 발전시스템과 비교하여 전력생산 뿐만 아니라 생산 과정 중 버려지는 폐열 에너지를 이용 가능한 열에너지로 회수하기 때문에 최대 두 배 가량의 높은 에너지 생산 효율을 나타낸다. 또한 단위 생산에너지 당 온실가스 배출량이 적기 때문에 친환경적 대체 에너지로 평가받고 있으며 최근 열병합발전 시스템에 대한 관심이 높아지고 있는 추세이다. 한편 축산업 분야의 경우 사육 가축의 수가 증가함에 따라 축산분뇨 발생량 또한 증가하는 추세이며 우리나라의 경우 2012년부터 축산분뇨의 해양투기가 금지되어 이의 처리 비용 및 환경오염이 증가되고 있다. 따라서 최근 축산업 분야에서도 폐자원인 축산분뇨를 연료화 하여 열병합발전시스템에 이용, 전력생산과 난방에너지를 생산하는 시도들을 통하여 에너지 수급 및 축산분뇨 처리에 대한 노력들이 이루어지고 있다. 그러나 기존의 축산분뇨를 연료로 하는 열병합발전시스템의 설계 기법의 경우, 시스템을 구성하는 많은 시설들의 설계가 독립적으로 이루어지기 때문에, 시설들 간의 유기적 관계를 반영하지 못하며, 기상데이터와 같은 실시간으로 변하는 자료들을 반영하지 못한다는 단점을 나타낸다. 이러한 이유로 현재까지 열병합발전시스템의 설계 단계에서의 설계 에너지 생산량과 실제 시스템 운영시의 에너지 생산량의 큰 차이가 발생하는 등 한계점이 존재하며 널리 보급되지 못하고 있다. 따라서 이를 보완할 수 있는 열병합발전 시스템의 설계 기법에 대한 개발이 필히 수반되어야 한다.
따라서 본 연구는 열병합발전 시스템의 과도 혹은 과소 설계를 방지하기 위한 대안으로 Building Energy Simulation (BES) 기법을 통해 열병합발전 시스템의 에너지 분석을 수행하여 전기 에너지 및 난방 에너지 생산량을 예측하였다. BES 기법은 기상자료를 비롯한 입력 자료들을 실시간 형태로 이용하며 시스템을 구성하는 각 시설의 입력 값과 출력 값을 실시간으로 교환하는 동적 해석을 수행하기 때문에 실제에 가까운 시스템 설계가 가능한 기법이다. 본 연구에서의 열병합발전 시스템은 각각 발전, 폐열 회수, 폐열 이용 시스템으로 나누어 설계되었으며, 특히 회수된 폐열 이용의 경우 혐기 소화조의 최적 온도유지에 우선적으로 이용되고, 남은 열량은 대상 농가의 기숙사 난방에 이용되었다. 시스템 설계에 필요한 물성치 및 초기 입력조건은 실제 시스템을 가동하고 있는 농가에서의 실측값을 반영하였다. 또한 시뮬레이션 모델의 정확도 향상을 위하여 BES를 이용한 연구들에서 널리 이용되고 있는 모듈 단위의 검증을 수행하였으며 본 시뮬레이션 모델에서 열병합발전 시스템 중 축열조 내부 온도에 대하여 시뮬레이션 결과 값과 실측값을 비교·검증하였다.
본 연구에서 수행한 BES 시뮬레이션을 이용한 열병합발전 시스템 설계 기법은 시스템의 적정 설치 용량을 결정하는데 기여할 수 있을 것으로 판단되며, 열병합발전 시스템의 시공을 위한 기초설계자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
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