[논문]증기터빈 열병합발전에서 열과 전기의 비용배분

김덕진

증기터빈 열병합발전에서 열과 전기의 비용배분
Cost Allocation of Heat and Electricity on a Steam-Turbine Cogeneration 원문보기

설비공학논문집 = Korean journal of air-conditioning and refrigeration engineering, v.20 no.9, 2008년, pp.624 - 630

김덕진 (에너코스)

Abstract ▼ AI-Helper

When various kinds of outputs are produced from a single energy system, the methodology which allocates the common cost to each output cost is very important because it is directly related with the profit and loss of producers and purchasers. In the cost allocation methodology of the heat and the electricity on a cogeneration, there are energy method, work method, proportional method, benefit distribution method, exergetic methods, and so on. On the other hand, we have proposed a worth method which can be applied to any system. The definition of this methodology is that the unit cost of a product is proportion to the worth. Where, worth is a certain evaluating basis that can equalize the worth of products. In this study, we applied worth method to a steam-turbine cogeneration which produces 22.2 MW of electricity and 44.4 Gcal/h of heat, and then we allocated 2,578 $/h of common cost to electricity cost and heat cost. Also, we compared with various cost allocation methods. As the result, we conclude that exergy of various kinds of worth basis evaluates the worth of heat and electricity most reasonably on this system.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 가치방법™의 적용 예로써, 현재 가동 중인 증기터빈 열병합발전에서 생산된열과 전기를 가치평가 하고 원가산정 및 비용배분을 수행하고자 한다.

가설 설정

여기서 고정비용흐름은 정액법, 정율법 등과 같이 경제학적 방법으로부터 사전에 주어지는 값들이다. 본 해석에서는 시스템 외부로부터 1, 418$/h의 간접비가 투입되고, 각 구성기기의 직접비로써 147$가!의 공통기기비용, 221$/h 의전 기전용 기기비용, 그리고 55$/h의 열전용 기기비용이 투입된다고 가정하였다. 여기서 l, 418$/h의 간접비와 i47$/h의 공통기기비용을 전기 비용 과열비용으로 배분시켜야 하며, 그 기준은 수식에서 이해할 수 있듯이 연료에 대한 비용 배분율과 같다.

제안 방법

그적용은 1단계 시스템 해석, 2단계 각 제품의 가치평가, 3단계 원가산정, 그리고 4단계 공통비배분으로 이루어지며, 열병합발전에서 엔탈피, 대체열, 대체전기, 동일연료절약링:, 대체연료, 그리고 엑서지가 열과 전기의 가치평가 기준으로써 제시되었다.
1% 의 시스템이다. 주어진 상태에서의 엔탈피와 엑서지(환경상태 15 ℃, 10L325kPa)를 계산하기 위해본 연구그룹에서 개발된 SteamPlan 1.0 소프트웨어를 이용하였으며, Fig. 1의 T-s 선도 상에 각상태값 및 과정값이 출력되어 있다.

성능/효과

Energy 방법에서는 전기와 열의 원가비를 50% : 50%로, Proportional 방법에서는 48.9% : 51.1% 또는 60.4% : 39.6%로, Work 방법에서는 85.7% : 143%로, Equal distribution 방법에서는 70.4% : 29.6% 또는 746% : 25.4%로, Benefit dise tribution 방법에서는 70.2% : 29.8% 또는 73.5% : 26.5%로, 그리고 엑서지를 적용한 계산에서는 81.6% : 18.4%로 산정되었다. 이 결과로부터 전기와 열의 원가 산출 방법론 중, Energy 방법과 Proportional 방법은 전기와 열의 원가가 서로 비슷하게 산정되므로 본 시스템의 원가산정에 그 타당성이 낮다고 판단한다.
0%을 적용하나, 대체열효율은 어떤 기준이 없다. 따라서 대체열효율 값으로 임의 보일러에서의 85%를 적용하고자 하며, 더불어 구성기기 [20, 21]에서의 열교환효율 99.9%을 대체열효율 값으로 새롭게 제안하고자 한다.
위의 세 가지 방안 중에서, 구성기기 [4, 5, 7, 8, 19]를 전기전용기기로 구분할 경우 전기가치는 최대로 열가치는 최소로 평가되고, 열전용기기로 구분할 경우 전기가치는 최소로 열가치는 최대로 평가된다. 따라서 엑서지를 가치평가 기준으로 할 경우 그 가치는 위의 값들사이에 존재한다는 결론이 도출된다. 한편, 열병합발전에서의 작동유체는 열과 전기를 동시에 생산하는데 공헌하는 것이므로 구성기기 [4, 5, 7, 8, 19]를 공통기기 로 구분하는 것이 타당할 것으로판단한다.
있다. 만약 가치에 너지로써 엔탈피를 적용한다면 위 식의 결과는 기존의 Energy 방법과, 대체열로 대입한다면 기존의 Proportional 방법과, 대체전기로대입한다면 기존의 Work 방법과, 대체연료로 대입한다면 기존의 Benefit distribution 방법과 각각 같게 되고, 엑서지로 대입한다면 기존에 없었던 새로운 원가산정 결과를 얻을 수 있다.
본 연구에서는 제안된 방법을 22.2 MW의 전기와 51.6MW(444Gcal/h)의 열을 생산하는 증기터빈 열병합발전에 적용하였으며, 해석결과 전기와 열의 원가비는 엔탈피 기준일 경우 50% : 50%로, 대체열 기준일 경우 48.9% : 51.1% 또는 60.4% : 39.6%로, 대체전기 기준일 경우 85.7% : 143%로, 동일연료절약량 기준일 경우 70.4% : 29.6% 또는 74.6% : 25.4%로, 대체연료 기준일 경우 70.2% : 29.8% 또는 73.5% : 26.5%로, 그리고 엑서지 기준일 경우 81.6% : 18.4%로 산정되었다.
9%로 평가된다. 위의 세 가지 방안 중에서, 구성기기 [4, 5, 7, 8, 19]를 전기전용기기로 구분할 경우 전기가치는 최대로 열가치는 최소로 평가되고, 열전용기기로 구분할 경우 전기가치는 최소로 열가치는 최대로 평가된다. 따라서 엑서지를 가치평가 기준으로 할 경우 그 가치는 위의 값들사이에 존재한다는 결론이 도출된다.

후속연구

하지만, 엑서지적 기준은 열역학 제 1법칙과 제 2법칙을 기반으로 해석대상의 시스템을 실시간 그리고 직접적으로 가치평가하므로 합리성과 객관성을 충분히 갖추고 있다고 판단하며, 향후 다양한 복합 에너지 시스템을 대상으로 각 방법론을 보다 세부적으로 비교 검토할 예정이다.

참고문헌 (10)

Carolyn, G., 2003, Regulation of heat and electricity produced in combined-heat-andpower plants, The world bank, Washington, D. C.
Lozano, M. A. and Valero, A., 1993, Theory of the exergetic cost, Energy, Vol. 18, No. 9, pp. 939-960

상세보기
Valero, A., Lozano, M. A., Serra, L. and Torres, C., 1994, Application of the exerge- tic cost theory to the CGAM problem, Energy, Vol. 19, No. 3, pp. 365-381

상세보기
Bejan, A., Tsatsaronis, G. and Moran, M. J., 1996, Thermal design and optimization, Wiley, New York
Tsatsaronis, G. and Pisa, J., 1994, Exergoeconomic evaluation and optimization of energy systems-application to the CGAM problem, Energy, Vol. 19, No. 3, pp. 287-321

상세보기
Lazzaretto, A. and Tsatsaronis, G., 2006, SPECO : a systematic and general methodology for calculating efficiencies and costs in thermal systems, Energy, Vol. 31, No. 5, pp. 1257-1289

상세보기
Oh, S. D., Pang, H. S., Kim, S. M. and Kwak, H. Y., 1996, Exergy analysis for a gas turbine cogeneration system, Journal of Engineering for Gas Turbine and Power, Vol. 118, pp. 781-791
Kim, S. M., Oh, S. D., Kwon, Y. H. and Kwak, H. Y., 1998, Exergoeconomic analysis of thermal systems, Energy, Vol. 23, No. 5, pp. 393-406.

상세보기
Kim, D. J., 2003, Suggestion of Power and Heat Costing for an Energy System, Korean journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering, Vol. 15, No. 5, p. 360-371
Kim, D. J., 2008, A new cost allocation method on the multi-products of energy systems, Report of Enecos Inc. Available on : www.enecos.com

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