발전소 폐열을 이용한 농업시설용 히트펌프시스템의 난방 성능 분석 Heating Performance Analysis of the Heat Pump System for Agricultural Facilities using the Waste Heat of the Thermal Power Plant as Heat Source원문보기
쓰레기 소각장이나 산업체의 폐열을 농업에 활용한 사례는 몇몇 있었다. 그러나 온배수를 농업에 활용한 사례는 전무하였으며, 치어, 종패 등을 양식하는 수산업이 대부분이었다. 본 연구에서는 화력발전소의 온배수(폐열)를 열원으로 이용하는 120 RT 규모의 냉난방시스템을 제주특별자치도 서귀포시 안덕면 소재의 $5,280m^2$ 아열대 작물(망고) 재배온실에 설치, 10월에서 다음해 2월까지 약 5개월 동안 난방을 실시하여 난방에너지 비용 절감 효과 등 분석하였다. 난방에너지 비용 절감효과는 면세경유에 대하여 87%이였으며, 또한 발전소의 온배수를 에너지원으로 재활용함으로서 62%의 이산화탄소 배출 저감 효과를 얻었다. 본 연구를 계기로 2015년에 해수가 수열에너지 분야로 재생에너지에 포함되었다. 해수의 표층의 열을 히트펌프를 사용하여 변환시켜 얻은 에너지라는 수열에너지 분야의 기준과 범위를 볼 때, 이는 온배수가 재생에너지에 포함되었다고 말해도 과언이 아닐 것으로 사료된다. 그 이유는 온배수도 해수임에도 불구하고 온도가 일반 해수보다 $7{\sim}8^{\circ}C$ 높아, 일반 해수를 히트펌프의 열원으로 이용하는 것보다 온배수를 열원으로 이용했을 때 히트펌프의 성능이 높기 때문이다. 또한 같은 해 농식품부의 폐열 재이용 시설 지원 사업이 발표되어, 발전소 온배수뿐만 아니라 산업체와 소각장의 폐열을 농업에 활용하면 지원을 받을 수 있게 되었다. 이 사업에 의하여 2015년 당진시, 하동군, 제주시, 곡성군이 선정되었으며, 2016년 태안군, 서귀포시 등이 선정되어, 2016년 말 곡성군과 제주시가 공사를 완료, 농업에 폐열을 활용하고 있으며(제주시는 발전소, 곡성군은 산업체 폐열을 이용하고 있음), 기타 지역은 추진 중이다.
쓰레기 소각장이나 산업체의 폐열을 농업에 활용한 사례는 몇몇 있었다. 그러나 온배수를 농업에 활용한 사례는 전무하였으며, 치어, 종패 등을 양식하는 수산업이 대부분이었다. 본 연구에서는 화력발전소의 온배수(폐열)를 열원으로 이용하는 120 RT 규모의 냉난방시스템을 제주특별자치도 서귀포시 안덕면 소재의 $5,280m^2$ 아열대 작물(망고) 재배온실에 설치, 10월에서 다음해 2월까지 약 5개월 동안 난방을 실시하여 난방에너지 비용 절감 효과 등 분석하였다. 난방에너지 비용 절감효과는 면세경유에 대하여 87%이였으며, 또한 발전소의 온배수를 에너지원으로 재활용함으로서 62%의 이산화탄소 배출 저감 효과를 얻었다. 본 연구를 계기로 2015년에 해수가 수열에너지 분야로 재생에너지에 포함되었다. 해수의 표층의 열을 히트펌프를 사용하여 변환시켜 얻은 에너지라는 수열에너지 분야의 기준과 범위를 볼 때, 이는 온배수가 재생에너지에 포함되었다고 말해도 과언이 아닐 것으로 사료된다. 그 이유는 온배수도 해수임에도 불구하고 온도가 일반 해수보다 $7{\sim}8^{\circ}C$ 높아, 일반 해수를 히트펌프의 열원으로 이용하는 것보다 온배수를 열원으로 이용했을 때 히트펌프의 성능이 높기 때문이다. 또한 같은 해 농식품부의 폐열 재이용 시설 지원 사업이 발표되어, 발전소 온배수뿐만 아니라 산업체와 소각장의 폐열을 농업에 활용하면 지원을 받을 수 있게 되었다. 이 사업에 의하여 2015년 당진시, 하동군, 제주시, 곡성군이 선정되었으며, 2016년 태안군, 서귀포시 등이 선정되어, 2016년 말 곡성군과 제주시가 공사를 완료, 농업에 폐열을 활용하고 있으며(제주시는 발전소, 곡성군은 산업체 폐열을 이용하고 있음), 기타 지역은 추진 중이다.
In this study, the heating performance and the energy saving effect of the heat pump system using hot waste water(waste heat) of the thermal power plant discharged from a thermal power plant to the sea were analyzed. The greenhouse area was $5,280m^2$ and scale of the heat pump system was...
In this study, the heating performance and the energy saving effect of the heat pump system using hot waste water(waste heat) of the thermal power plant discharged from a thermal power plant to the sea were analyzed. The greenhouse area was $5,280m^2$ and scale of the heat pump system was 120 RT(Refrigeration Ton), which was divided into 30 RT, 40 RT and 50 RT. The heat pump system consisted of the roll type heat exchangers, hot waste water transfer pipes, heat pumps(30, 40, 50 RT), a heat storage tank and fan coil units. The roll type heat exchangers was made of PE(Poly Ethylene) pipes in consideration of low cost and durability against corrosion, because hot waste water(sea water) is highly corrosive. And the heating period was 5 months from October to February. During the heating performance test(12 hours), the inlet water temperature of evaporator was changed from $32^{\circ}C$ to $26^{\circ}C$, and heat absorption of he evaporator was changed from 175 kW to 120 kW. The inlet water temperature of the condenser rose linearly from $15^{\circ}C$ to $50^{\circ}C$, and the heat release of condenser was reduced by 40 kW from 200 kW to 160 kW. And the power consumption of the heat pump system increased from 30 kW to 42 kW. When the inlet water temperature of condenser was $15^{\circ}C$, the heating COP(Coefficient Of Performance) was over 7.0. When it was $30^{\circ}C$, it dropped to 5.0, and when it was above $40^{\circ}C$, it decreased to less than 4.0. It was analyzed that the reduction of heating energy cost was 87% when compared to the duty free diesel that the carbon dioxide emission reduction effect was 62% by recycling the waste heat of the thermal power plant as a heat source of the heat pump system.
In this study, the heating performance and the energy saving effect of the heat pump system using hot waste water(waste heat) of the thermal power plant discharged from a thermal power plant to the sea were analyzed. The greenhouse area was $5,280m^2$ and scale of the heat pump system was 120 RT(Refrigeration Ton), which was divided into 30 RT, 40 RT and 50 RT. The heat pump system consisted of the roll type heat exchangers, hot waste water transfer pipes, heat pumps(30, 40, 50 RT), a heat storage tank and fan coil units. The roll type heat exchangers was made of PE(Poly Ethylene) pipes in consideration of low cost and durability against corrosion, because hot waste water(sea water) is highly corrosive. And the heating period was 5 months from October to February. During the heating performance test(12 hours), the inlet water temperature of evaporator was changed from $32^{\circ}C$ to $26^{\circ}C$, and heat absorption of he evaporator was changed from 175 kW to 120 kW. The inlet water temperature of the condenser rose linearly from $15^{\circ}C$ to $50^{\circ}C$, and the heat release of condenser was reduced by 40 kW from 200 kW to 160 kW. And the power consumption of the heat pump system increased from 30 kW to 42 kW. When the inlet water temperature of condenser was $15^{\circ}C$, the heating COP(Coefficient Of Performance) was over 7.0. When it was $30^{\circ}C$, it dropped to 5.0, and when it was above $40^{\circ}C$, it decreased to less than 4.0. It was analyzed that the reduction of heating energy cost was 87% when compared to the duty free diesel that the carbon dioxide emission reduction effect was 62% by recycling the waste heat of the thermal power plant as a heat source of the heat pump system.
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제안 방법
Fig. 8에서 보는 바와 같이 그림 내 T.C.(Thermocouples)로 표현된 온도센서(T type, Daehyeon Tech, Korea)를 증발기(Evaporator)와 응축기(Condenser)의 입출구에 설치하여 물 온도를 측정하였으며, 온도값은 데이터로거(MV200, Yokogawa, Japan)로 수집하였다. 또한 증발기 입구와 응축기 출구에 유량계(PT 860, Panametrics, USA & EF-501, Seoyong Engineering Co.
또한 2010년 10월에서 다음 해 2월까지 약 5개월간 난방을 실시하여 화력발전소 폐열 이용 히트펌프 시스템의 난방에너지 비용절감효과를 분석하였다.
또한 증발기 입구와 응축기 출구에 유량계(PT 860, Panametrics, USA & EF-501, Seoyong Engineering Co., Korea)를 설치하였으며, 전력량계(CW240, Yokogawa, Japan)를 이용하여 히트펌프의 소비전력을 측정하였다.
본 연구에서는 전체 0.35%만 활용되고 바다로 배출되는 화력발전소의 온배수(폐열)를 열원으로 이용하여 온실을 난방하는 히트펌프 시스템의 난방 성능과 유류 난방 대비 난방에너지 비용 절감 효과 등을 분석하였다.
본 연구에서는 화력발전소의 온배수(폐열)를 열원으로 이용하는 120 RT 규모의 냉난방시스템을 제주특별자치도 서귀포시 안덕면 소재의 5,280m2 아열대 작물(망고) 재배 온실에 설치, 10월에서 다음해 2월까지 약 5개월 동안 난방을 실시하여 난방에너지 비용 절감 효과 등 분석하였다. 난방에너지 비용 절감효과는 면세경유에 대하여 87%이였으며, 또한 발전소의 온배수를 에너지원으로 재활용함으로서 62%의 이산화탄소 배출 저감 효과를 얻었다.
화력발전소 폐열 이용 히트펌프 시스템의 난방에너지 비용절감효과를 분석하기 위하여 약 5개월간 제주특별자치도 서귀포시 안덕면 소재의 온실에서 현장실증시험을 실시하였다. 시험 기간 동안 면세경유가격은 평균 1,000원/L이였고, 히트펌프 시스템은 농업용 전기(병)를 사용하였다.
대상 데이터
본 연구를 계기로 2015년에 해수가 수열에너지 분야로 재생에너지에 포함되었다. 해수의 표층의 열을 히트펌프를 사용하여 변환시켜 얻은 에너지라는 수열에너지 분야의 기준과 범위를 볼 때, 이는 온배수가 재생에너지에 포함되었다고 말해도 과언이 아닐 것으로 사료된다.
화력발전소 폐열 이용 히트펌프 시스템의 난방에너지 비용절감효과를 분석하기 위하여 약 5개월간 제주특별자치도 서귀포시 안덕면 소재의 온실에서 현장실증시험을 실시하였다. 시험 기간 동안 면세경유가격은 평균 1,000원/L이였고, 히트펌프 시스템은 농업용 전기(병)를 사용하였다. Table 1에서 보는 바와 같이 5개월의 난방기간 동안 히트펌프 시스템이 사용한 전력량은 총 226,641kWh이였으며, 같은 기간 동안에 납부한 전력요금 총액은 9,975천 원이었다.
화력 발전소 폐열 이용 농업시설용 히트펌프시스템의 설계는 Ryou 등(2012)의 보고와 같으며, 제주특별자치도에서 서귀포 소재의 남제주 화력 발전소 인근에 조성한 아열대작물(망고) 재배온실을 활용하였다. 실험 온실의 면적은 5,280m2이었으며, 120 RT(Refrigeration ton, 냉동톤)를 30, 40, 50 RT의 3대로 제작하였다. Fig.
폐열 회수용 열교환기는 히트펌프 용량을 30 RT로 하여 Roll 타입으로 제작하였고, 열교환기의 소재는 저렴한 비용과 함께 온배수가 바닷물이기 때문에 부식을 방지함으로써 내구성을 확보하기 위하기 PE 소재로 하였다. 파이프 내경은 20mm, 두께는 2mm, Roll 당 직경과 길이는 각각 1m, 100m로 하였다. 총 30개의 Roll을 온배수가 흐르는 지하 피트(Fig.
7)로 구성하였다. 폐열 회수용 열교환기는 히트펌프 용량을 30 RT로 하여 Roll 타입으로 제작하였고, 열교환기의 소재는 저렴한 비용과 함께 온배수가 바닷물이기 때문에 부식을 방지함으로써 내구성을 확보하기 위하기 PE 소재로 하였다. 파이프 내경은 20mm, 두께는 2mm, Roll 당 직경과 길이는 각각 1m, 100m로 하였다.
화력 발전소 폐열 이용 농업시설용 히트펌프시스템의 설계는 Ryou 등(2012)의 보고와 같으며, 제주특별자치도에서 서귀포 소재의 남제주 화력 발전소 인근에 조성한 아열대작물(망고) 재배온실을 활용하였다. 실험 온실의 면적은 5,280m2이었으며, 120 RT(Refrigeration ton, 냉동톤)를 30, 40, 50 RT의 3대로 제작하였다.
성능/효과
난방성능시험을 수행하는 동안 증발기 입구 즉, 온배수와 열교환한 열매체(물)의 온도는 32oC에서 26oC까지 변화하였고, 증발기 출구의 온도는 19.5oC에서 15oC까지 변화하여 평균 17oC의 온도차를 보였다. 축열탱크의 온도인 응축기 입구 온도는 실험초기 15oC에서 직선적으로 상승하여 12시간이 경과한 후에는 50oC까지 높아졌다.
아열대 작물(망고) 재배 온실에 설치, 10월에서 다음해 2월까지 약 5개월 동안 난방을 실시하여 난방에너지 비용 절감 효과 등 분석하였다. 난방에너지 비용 절감효과는 면세경유에 대하여 87%이였으며, 또한 발전소의 온배수를 에너지원으로 재활용함으로서 62%의 이산화탄소 배출 저감 효과를 얻었다.
52kWh/L로 계산). 따라서 면세경유 대비 난방에너지 비용 절감효과는 87%이였다. 또한 발전소의 폐열을 난방에너지원으로 재활용함으로서 62%의 이산화탄소 배출 저감 효과가 있는 것으로 분석되었다(http://co2.
따라서 면세경유 대비 난방에너지 비용 절감효과는 87%이였다. 또한 발전소의 폐열을 난방에너지원으로 재활용함으로서 62%의 이산화탄소 배출 저감 효과가 있는 것으로 분석되었다(http://co2.kemco.or.kr/directory/toe.asp).
10에서 보는 바와 같이 축열탱크 내 열매체 온도가 낮은 실험 초기에는 증발기의 흡수열량이 175kW이였으나, 시간이 경과할수록 흡수열량은 점점 감소하여 12시간 경과 후에는 120kW까지 약 55kW 감소하였다. 또한 응축기 토출열량은 실험초기 200kW에서 160kW까지 약 40kW 감소하는 것으로 나타났다. 이때 히트펌프 시스템의 전력소모량 30kW에서 42kW까지 증가하였다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
우리나라의 시설원예 면적 증가추이는?
우리나라의 시설원예 면적은 2000년 이후부터 경영여건의 어려움으로 정체 상태에 있으나, 1980년에는 7,141ha, 1990년에는 23,698ha, 2000년에는 52,189ha이던 것이 2015년에는 54,804ha로 1990년대 후반까지 국가의 경제성장과 더불어 급신장 하였다. 또한 2015년 현재 가온방법을 보면, 시설원예 난방 재배면적의 약 80%가 유류난방을 채택하고 있다(MAFRA, 2016).
우리나라 시설원예의 가장 큰 문제점으로 제시된 점은?
즉, 우리나라 시설원예의 가장 큰 문제점은 겨울철 난방연료의 대부분을 석유에너지에 의존한다는 것이며, 국제원유가격의 상승으로 인하여 겨울철 난방비용이 증가하여 재배작물의 가격경쟁력이 떨어지고 있다는 것이다(Ryou 등, 2012). 이와 같이 난방비 절감은 시설원예 경영에서 매우 절실하다.
온배수가 재생에너지에 포함되었다고 하는 이유는?
해수의 표층의 열을 히트펌프를 사용하여 변환시켜 얻은 에너지라는 수열에너지 분야의 기준과 범위를 볼 때, 이는 온배수가 재생에너지에 포함되었다고 말해도 과언이 아닐 것으로 사료된다. 그 이유는 온배수도 해수임에도 불구하고 온도가 일반 해수보다 7~8oC 높아, 일반 해수를 히트펌프의 열원으로 이용하는 것보다 온배수를 열원으로 이용했을 때 히트펌프의 성능이 높기 때문이다. 또한 같은 해 농식품부의 폐열 재이용 시설 지원 사업이 발표되어, 발전소 온배수뿐만 아니라 산업체와 소각장의 폐열을 농업에 활용하면 지원을 받을 수 있게 되었다.
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