바이오매스 혼소는 신재생 에너지의 비중을 늘리면서 석탄화력발전에서의 $CO_2$ 배출을 저감할 수 있는 단중기적으로 가장 효과적인 방법이다. 본 논문에서는 이 중 기존 화력발전소에 가장 적은 초기투자비로 적용할 수 있는 직접 혼소법에 대하여 주로 고찰을 수행하고, 국내외 현황 및 전망에 대해 기술하였다. 직접 혼소법은 바이오매스 전용 미분기를 사용하여 혼소율을 늘리는 방법과 저 혼소율에서 초기투자비를 최소화하는 기존 석탄 미분기 사용 바이오매스 혼소법으로 나눌 수 있다. 유럽 및 미국에서는 혼소율을 높이기 위해 많은 상용발전소에서 바이오매스 전용 미분기를 사용하여 10~20% 가량의 혼소율(열량 기준)로 운전을 수행하고 있으나, 국내의 경우에는 RPS 대응을 위해 3~5% 가량의 혼소율에서 기존 석탄 미분기를 그대로 사용하여 바이오매스 혼소를 수행하고 있다. 신기후체제가 시작되고 석탄화력발전에서의 $CO_2$ 저감 요구가 점점 더 증대될 것으로 예상되는 바, 향후 바이오매스 고혼소율이 수행될 수 있는 기술적/저책적 방안이 모색되어야 하며, 이 경우 발생할 수 있는 설비에의 악영향을 면밀히 고려한 연료 표준화 및 전처리 기술이 개발되어야 한다.
바이오매스 혼소는 신재생 에너지의 비중을 늘리면서 석탄화력발전에서의 $CO_2$ 배출을 저감할 수 있는 단중기적으로 가장 효과적인 방법이다. 본 논문에서는 이 중 기존 화력발전소에 가장 적은 초기투자비로 적용할 수 있는 직접 혼소법에 대하여 주로 고찰을 수행하고, 국내외 현황 및 전망에 대해 기술하였다. 직접 혼소법은 바이오매스 전용 미분기를 사용하여 혼소율을 늘리는 방법과 저 혼소율에서 초기투자비를 최소화하는 기존 석탄 미분기 사용 바이오매스 혼소법으로 나눌 수 있다. 유럽 및 미국에서는 혼소율을 높이기 위해 많은 상용발전소에서 바이오매스 전용 미분기를 사용하여 10~20% 가량의 혼소율(열량 기준)로 운전을 수행하고 있으나, 국내의 경우에는 RPS 대응을 위해 3~5% 가량의 혼소율에서 기존 석탄 미분기를 그대로 사용하여 바이오매스 혼소를 수행하고 있다. 신기후체제가 시작되고 석탄화력발전에서의 $CO_2$ 저감 요구가 점점 더 증대될 것으로 예상되는 바, 향후 바이오매스 고혼소율이 수행될 수 있는 기술적/저책적 방안이 모색되어야 하며, 이 경우 발생할 수 있는 설비에의 악영향을 면밀히 고려한 연료 표준화 및 전처리 기술이 개발되어야 한다.
Biomass co-firing to existing thermal power plants is one of the most economical and efficient way to reduce $CO_2$ emission from the plant. There are several methods of co-firing and it can be categorized into (1) Parallel co-firing, (2) Indirect co-firing, and (3) Direct co-firing. Para...
Biomass co-firing to existing thermal power plants is one of the most economical and efficient way to reduce $CO_2$ emission from the plant. There are several methods of co-firing and it can be categorized into (1) Parallel co-firing, (2) Indirect co-firing, and (3) Direct co-firing. Parallel co-firing is the most expensive way to high-ratio co-firing because it requires biomass dedicated boiler. Direct co-firing is widely used because it does not need high capital cost compared with the other two methods. Regarding the direct co-firing, it can be classified into three methods- Method 1 does not need retrofit of the facilities because it uses existing coal mills for pulverizing biomass fuels. In this case high-ratio co-firing cannot be achieved because of poor grindability of biomass fuels. Method 2 needs biomass-dedicated mills and revision of fuel streams for the combustion system, and Method 3 needs additional retrofit of the boiler as well as biomass mills. It can achieve highest share of the biomass co-firing compared with other two methods. In Korea, many coal power plants have been adopting Method 1 for coping with RPS(Renewable portfolio standards). Higher co-firing ratio (> 5% thermal share) has not been considered in Korean power plants due to policy of limitation in biomass co-firing for securing REC(Renewable Energy Certificate). On the other hand, higher-share co-firing of biomass is widely used in Europe and US using biomass dedicated mills, following their policy to enhance utilization of renewable energy in those countries. Technical problems which can be caused by increasing share of the biomass in coal power plants are summarized and discussed in this report. $CO_2$ abatement will become more and more critical issues for coal power plants since Paris agreement(2015) and demand of higher share of biomass in the coal power plants will be rapidly increased in Korea as well. Torrefaction of the biomass can be one of the best options because torrefied biomass has higher heating value and grindability than other biomass fuels. Perspective of the biomass torrefaction for co-firing is discussed, and economic feasibility of biomass torrefaction will be crucial for implementation of this technology.
Biomass co-firing to existing thermal power plants is one of the most economical and efficient way to reduce $CO_2$ emission from the plant. There are several methods of co-firing and it can be categorized into (1) Parallel co-firing, (2) Indirect co-firing, and (3) Direct co-firing. Parallel co-firing is the most expensive way to high-ratio co-firing because it requires biomass dedicated boiler. Direct co-firing is widely used because it does not need high capital cost compared with the other two methods. Regarding the direct co-firing, it can be classified into three methods- Method 1 does not need retrofit of the facilities because it uses existing coal mills for pulverizing biomass fuels. In this case high-ratio co-firing cannot be achieved because of poor grindability of biomass fuels. Method 2 needs biomass-dedicated mills and revision of fuel streams for the combustion system, and Method 3 needs additional retrofit of the boiler as well as biomass mills. It can achieve highest share of the biomass co-firing compared with other two methods. In Korea, many coal power plants have been adopting Method 1 for coping with RPS(Renewable portfolio standards). Higher co-firing ratio (> 5% thermal share) has not been considered in Korean power plants due to policy of limitation in biomass co-firing for securing REC(Renewable Energy Certificate). On the other hand, higher-share co-firing of biomass is widely used in Europe and US using biomass dedicated mills, following their policy to enhance utilization of renewable energy in those countries. Technical problems which can be caused by increasing share of the biomass in coal power plants are summarized and discussed in this report. $CO_2$ abatement will become more and more critical issues for coal power plants since Paris agreement(2015) and demand of higher share of biomass in the coal power plants will be rapidly increased in Korea as well. Torrefaction of the biomass can be one of the best options because torrefied biomass has higher heating value and grindability than other biomass fuels. Perspective of the biomass torrefaction for co-firing is discussed, and economic feasibility of biomass torrefaction will be crucial for implementation of this technology.
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문제 정의
본 논문에서는 미분탄 화력발전에서의 바이오매스 혼소 기술들을 정리하고, 각각이 가지고 있는 특징들을 간략하게 다루었다. 또한 향후 혼소율을 확대하여 적용할 시 예상되는 기술적, 정책적 이슈들도 함께 정리하였다. 바이오매스혼소는 단기간의 기술 개발을 통해 적용할 수 있는 이슈라기보다는 연료 확보, 정책 개발 등 측면에서 장기적인 전략을 가지고 추진되어야 하는 공공적 성격을 가진 기술이다.
배출저감 및 신재생 에너지원 확대 측면에서 바이오매스 혼소는 채택 및 확대 적용이 불가피하다. 본 논문에서는 미분탄 화력발전에서의 바이오매스 혼소 기술들을 정리하고, 각각이 가지고 있는 특징들을 간략하게 다루었다. 또한 향후 혼소율을 확대하여 적용할 시 예상되는 기술적, 정책적 이슈들도 함께 정리하였다.
실제 석탄화력에서 CO2를 의미 있는 수치로 저감할 수 있는 방법은 CCUS(Carbon capture, utilization and sequestration) 와 고효율화 말고는 바이오매스와 같은 저탄소 연료를 혼소하는 방법 밖에 없다. 필요성이 증대되고 있는 현 상황에 따라, 본 논문에서는 저탄소 발전의 핵심인 미분탄 화력발전에서의 바이오매스 혼소 기술 현황에 대해 정리하고, 향후 전망 및 극복해야 할 기술 및 정책 이슈에 대해서 다루도록 한다.
후속연구
현재까지 발전사들에서의 바이오매스 혼소는 신재생 에너지 비중을 늘려 REC를 획득하고자 하는 동인에 의해 주로 진행되었으나, 바이오매스 혼소가 가장 기술적/경제적 risk 가 적다는 것 때문에 정부에서 제한을 둠에 따라 그 비중을 늘릴 수 없다는 문제가 있었다. 그러나, 향후 석탄화력이 당분간 기저부하로서의 한축을 지속적으로 담당할 수밖에 없는 현실을 감안할 때 발전 sector 에서의 CO2 저감을 위해서 바이오매스 혼소 비중을 늘리는 것은 피할 수 없는 선택이 될 것으로 보인다. 정부에서 수립중인 온실가스 저감 계획 중 발전 분야에 할당될 목표가 어느 정도가 되느냐에 따라 적용의 폭이 크게 달라질 것으로 예상된다.
바이오매스혼소는 단기간의 기술 개발을 통해 적용할 수 있는 이슈라기보다는 연료 확보, 정책 개발 등 측면에서 장기적인 전략을 가지고 추진되어야 하는 공공적 성격을 가진 기술이다. 또한 관련 바이오매스 연료를 표준화하고 이를 등급화 할 수 있는 방안, 그리고 반탄화 등을 통한 바이오매스 고혼소율 적용 및 이와 관련한 제도 개선 방안 등도 장기적 관점에서 개발되어야 할 것이다.
바이오매스는 석탄에 비해 휘발분이 많고 탈휘발이 석탄보다 더 낮은 온도에서 시작되므로, 화재 및 폭발 문제 등이 발생할 수 있다. 바이오매스연료 보관소, 연료 이송 라인 등에서의 화재 예방을 위한 안전 기술이 함께 수반되어야만 상용 적용이 가능할 수 있을 것으로 보여진다.
현재 약 3% 가량 혼소율을 유지하는데도 이러한 상황인데, 향후 고혼소율 운전으로 가게 된다면 관련 문제점은 더욱 크게 불거질 수 밖에 없을 것이다. 전략적으로 발전용 바이오매스 연료의 표준화 및 수급 방안에 대하여 장기적인 계획을 수립하고 국내임산 부산물 활용, 에너지 작물 재배, 해외 조림 등의 다양한 전략들이 수립되어야 할 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
직접 혼소법은 어떻게 나눌 수 있는가?
본 논문에서는 이 중 기존 화력발전소에 가장 적은 초기투자비로 적용할 수 있는 직접 혼소법에 대하여 주로 고찰을 수행하고, 국내외 현황 및 전망에 대해 기술하였다. 직접 혼소법은 바이오매스 전용 미분기를 사용하여 혼소율을 늘리는 방법과 저 혼소율에서 초기투자비를 최소화하는 기존 석탄 미분기 사용 바이오매스 혼소법으로 나눌 수 있다. 유럽 및 미국에서는 혼소율을 높이기 위해 많은 상용발전소에서 바이오매스 전용 미분기를 사용하여 10~20% 가량의 혼소율(열량 기준)로 운전을 수행하고 있으나, 국내의 경우에는 RPS 대응을 위해 3~5% 가량의 혼소율에서 기존 석탄 미분기를 그대로 사용하여 바이오매스 혼소를 수행하고 있다.
석탄화력발전에서 가장 쉽게 온실가스 배출을 저감하는 방법은?
바이오매스를 기존 석탄화력발전소에 혼소(co-firing)하는 것은 석탄화력발전에서 가장 쉽게 온실가스 배출을 저감하는 방법이다[1]. 발전 설비의 개조도 최소화할 수 있고, 무엇보다도 발생 비용이 태양광 등 타 신재생 에너지에 비해 가장 낮다.
기존 화력발전에 바이오매스 혼소를 수행하는 방법 3가지는?
기존 화력발전에 바이오매스 혼소를 수행하는 방법은 그림 1에 나타낸 바와 같이 크게 3가지로 나눌 수 있다[2]. 첫 번째는 병행혼소(Parallel co-firing) 방식으로, 바이오매스 전용 보일러를 설치하여 스팀을 만들고, 기존 발전소의 스팀 사이클을 통합하여 발전을 수행하는 방식이다. 두 번째는 간접 혼소(indirect co-firing)방식으로서, 기존 보일러에 바이오매스 연료를 넣되, 열화학적 전환(가스화 또는 열분해) 방법을 통해 연료를 기체상 또는 액체상으로 변환하여 투입하는 방법이다. 세 번째는 직접 혼소(directco-firing) 방식으로, 기존 보일러에 고체상의 바이오매스를 간단한 전처리(펠릿화 등)를 통하여 고형 상태 그대로 넣는 방식이다. 이 경우 병행 혼소 > 간접 혼소 > 직접 혼소의 순서대로 혼소율을 높일 수 있지만, 이를 위해 많은 초기투자비가 같은 순서로 발생하게 된다.
참고문헌 (7)
Fouad Al-Mansoura and Jaroslaw Zuwalab, "An evaluation of biomass co-firing in Europe", Biomass and Bioenergy, Vol. 34, no. 5, pp.620-629, 2010
The International Renewable Energy Agency, "Biomass Cofiring-Technology Brief", IEA-ETSAP and IRENA(c) Technology Brief E21, January 2013
양원, 김태현, 박범성, "신재생연료 혼소를 통한 미분탄 화력발전소의 $CO_2$ 저감 방안 도출", 기술 보고서, 2013
http://www.bbc.com/news/business-34851718
Ian Wright and Robert Ghent, "What we need to know about Coal : the view of a Utility", Presentation to Coal Research Forum, Nottingham, 13th April 2011
양원, 김낙균 외, "미분탄 표준화력에서의 신재생 연료 혼소를 통한 NOx 저감 및 혼소율 극대화기술 개발", 에너지기술평가원 청정화력 분과 2차년도 과제 연차보고서, 2015
Hein, K. R. G. and Scheurer, W. "Co-combustion of biomass, wastes and residues with coal", EU seminar on the use of coal in mixture with wastes and residues II, Cottbus, Germany, 2000
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