열병합발전 & 가정용 연료전지 열병합발전시스템

열병합발전(Combined Heat and Power, CHP)은 전기와 난방을 동시에 생산하는 방식으로 그 효율이 65~85%에 달한다고 한다.

반면 현재 전기는 발전소에서, 난방은 보일러로 하는 방식은 45~55% 정도의 효율을 가진다고 한다.

열병합발전이 효율면에서 더 나아보인다.

미국 에너지부의 2017년 11월 자료를 살펴봤다.

엔진이나 터빈을 돌려 발전을 하고, 나오는 열로 난방을 하는 방식과,

보일러를 가동시켜 스팀터빈을 돌린 후 발전을 하고 나오는 열로는 난방을 하는 방식 둘로 나뉘는 것 같았다.

2016년말 기준 설치 비율과 출력을 비교해보면

엔진을 가동하는 비율은 55%인 반면 실제 출력은 3%에 그치는 것으로 보아, 소규모에 엔진을 사용하는 듯 했다.

가스터빈을 가동하는 비율은 15%인데도 출력이 64%에 달하는 것을 보면 대규모 열병합 발전은 가스터빈을 이용하는 것 같고.

역시 사양을 보니 가스 터빈과 스팀 터빈은 용량이 각각 1~300MW, 100~250MW였던 반면

엔진을 사용할 경우의 용량은 10kW~10MW로 다소 소형이었다.

더군다나 연료전지를 사용하는 경우는 용량이 5kW~2.8MW로 더 작아졌다.

효율은 스팀 터빈과 엔진이 80%로 볼 수 있고

가스터빈은 68%, 연료전지는 68.5% 수준. 암튼 모두 전기 따로 보일러 따로 가동하는 것 보다는 높았다.

열병합 발전이 발전과정에서 나오는 열을 회수해 이용하는 장치인데 이중에서도

통상 5MW급 이하의 열병합 발전 장치를 소형열병합발전이라 칭한단다.

외국에서는 다시 50kW 이상일 경우에는 Small Scale Cogeneration,

50kW 미만일 경우에는 Micro Cogeneration이라 부른다 한다.

마이크로 코제너레이션은 개인주택이나 소규모 건물에 적합한 수준이라고 한다.

참고로 열과 전기를 생산하는 것을 열병합발전 (Combined Heat and Power: CHP)이라 하고

열과 전기, 냉방까지도 생산하는 것은 Combined Cool, Heat and Power; CCHP라 한단다.

소형 열병합발전은 분산전원의 역할을 하는 것 같았다.

그런데, 전기료가 싸고 열병합발전 투자비가 비싸면 사업성이 없게 된다.

우리나라는 산업용, 교육용, 농업용 등의 전기요금이 저렴하여 이쪽은 사업성이 현재 없고

누진제가 적용되는 공동주택에 다소 가능성이 있는 듯 했다.

일본은 에너팜이라고 수소 연료전지를 활용한 가정용 연료전지 보급을 추진해 오고 있다.

당초 에너팜은 가정 내 전기 수요를 모두 감당할 수 있는 규모인 3kW급으로 추진하려 했다고 한다.

하지만 3kW로 만들면 초기 투자 비용이 너무 비싸게 되고

이미 계통전력 인프라가 깔려 있는 상황이라 굳이 100%의 전력을 연료전지로 대응할 필요도 없고 해서

연료전지 열병합발전시스템은 보조전원으로 작동할 수 있도록 0.7kW로 진행하고 있다고 한다.

2009년 300만엔/kW였던 시스템 비용이 2016년에는 145만엔/kW까지 떨어졌다고 한다.

특히 2011년 후쿠시마 원전사고 이후 가정 내 보조전원 개념만 있다가

독립형 전원 개념도 늘어나고 있다고 한다.

국내에 에스퓨얼셀이라는 업체가 검색되던데

700w에서 1kW급이 대부분인 유럽 시장에 5kW급 건물용 연료전지 시스템으로 1200억원 수준의 잠재시장을 공략하겠다는 기사가 있었다.

유럽도 일본처럼 700w 수준으로 실증사업을 진행하고 있는 듯 했다.

제품 라인업을 보니

전기효율 35%, 종합효율 90% 수준의 LPG/LNG를 이용하는

1~5kW급 연료전지시스템과 6~10kW급 연료전지시스템 제품이 있었고

전기효율 50%, 종합효율 90% 수준의 수소 연료전지를 사용하는

1~10kW급 수소발전시스템이 있었다.

국내 보일러 회사들은 초기에 제품들을 들여왔다 대부분 철수한 상황이다.

아무래도 일본과 같은 원전 사고의 경험이 없고,

앞서 언급했듯, 전기료가 싼 반면, 투자비가 크고 이에 따른 투자비 회수 기간도 길어서인 것 같다.