냉각수 활용 히트펌프 설치 위치에 따른 열병합발전소의 성능 특성 예측

Abstract

히트펌프는 연소를 동반하지 않기 때문에 화석연료의 연소과정에서 발생하는 이산화탄소(CO2)의 배출을 억제함과 동시에 산업체 폐수, 배증기, 냉각수, 지하수, 하수 등 이미 존재하는 다양한 열을 회수할 수 있다는 장점이 있다. 열병합발전소에 히트펌프를 설치할 경우 사용 가능한 열원으로 증기터빈의 응축기 냉각수 폐열과 기기 냉각수 폐열을 고려할 수 있는데, 한국지역난방공사에는 파주, 고양삼송, 광교 열병합발전소에 폐열회수 조건 및 경제성 등을 고려하여 기기 냉각수 폐열을 열원으로 활용하는 히트펌프를 설치하여 운영하고 있다. 본 논문은 최근 건설된 150MW급 광교 열병합발전소를 대상으로 상용 프로그램인 THERMOFLEX를 활용하여 기기 냉각수 폐열을 이용한 5Gcal/h 용량의 히트펌프 설치 위치가 발전소 성능에 미치는 영향에 대해 연구하였다. 분석에 앞서 실제 운영 데이터를 이용한 해석을 수행하여 실측값과 2% 이내의 오차를 확인함으로써 시뮬레이션의 타당성을 검증하였다. 타당성 검증 후 총 3가지 경우에 대해 히트펌프의 위치에 따른 성능의 영향을 살펴보았는데, 그 결과 지역난방수 가열기 전단에 히트펌프를 설치한 경우가 전기출력 감소에도 불구하고 열출력 증가량이 커서 발전소 총 효율에서 가장 유리한 것으로 확인되었다.