KR20130055238A - 바이오매스 열병합발전기 및 히트펌프를 이용한 요금 정산 시스템 - Google Patents

바이오매스 열병합발전기 및 히트펌프를 이용한 요금 정산 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 바이오매스, 가스화기 및 열병합발전소를 이용하여 전기와 열을 생산하고, 단독으로 또는 기존의 전기 및 열과 함께 수요처에 공급하는 시스템으로서, 특히 전력량 또는 열사용량을 상계 처리하는 요금 정산 시스템을 제공한다.

Description

바이오매스 열병합발전기 및 히트펌프를 이용한 요금 정산 시스템{Cost accounting system using a heat pump and biomass}
본 발명은 바이오매스, 가스화기 및 열병합발전기를 이용하여 전기와 열을 생산하고, 단독으로 또는 기존의 전기 및 열과 함께 수요처에 공급하는 시스템으로서, 특히 전력량 또는 열사용량을 상계 처리하는 요금 정산 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 전기 및/또는 열은 중앙 공급 방식으로, 발전소와 같은 전기공급처 또는 도시가스 공급처에서 생산되어 가정 또는 산업현장 등의 수요처에 공급된다.
따라서, 각각의 수요처 입장에서는 중앙 공급 방식을 이용하기 위해 주된 전기공급처 및/또는 열 공급처와 전력계통 및/또는 열배관 계통으로 연계되어야만 하기에, 기간 시설의 설치 및 이를 위한 투자 자금이 필요하다.
이에 따라 지리적으로 외진 지역 또는 경제성이 부족한 지역은 전력계통/열배관 계통이 설치되지 않아 중앙 공급 방식을 채택하기 어려운 실정이며, 이러한 지역을 일반적으로 에너지 소외 지역이라 지칭할 수 있다.
이와 같은, 에너지 소외 지역에서 전기 및/또는 열을 사용하기 위해서 자체적인 발전기나 가열장치가 필요하다.
그런데, 이러한 자체적 발전기나 가열장치는 대부분 효율이 높지 않아서 유지 관리 비용이 과다하게 소요되고 환경 오염 문제를 야기하기도 한다.
이에, 본 발명은 유지 비용이 비교적 저렴한 바이오매스를 이용하여 전기 및 열을 에너지 소외 지역에 공급하는 시스템을 제공하고자 한다.
특히, 바이오매스를 활용함으로 인하여 합성 가스가 발생하는데, 합성 가스 자체를 이송시키는 것은 관리상 위험하기에 이를 활용하여 전기와 열을 직접 생산할 수 있는 시스템을 제공하고자 한다.
특히, 에너지 효율을 높임으로써 CO2 저감에 기여할 수 있는 시스템을 제공하고자 한다.
또한, 자체적으로 전기 및 열을 생산함과 동시에, 중앙 공급 방식으로 제공되는 전기 및 열과도 함께 사용할 수 있는 시스템을 제공하고자 한다. 이 경우, 합리적이고 효과적으로 요금을 정산할 수 있어서, 중앙 에너지 공급 회사와 수요처 모두 이익을 향유할 수 있는 시스템을 제공하고자 한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 바이오매스가 투입되어 연소되어 합성가스를 생성하는 가스화기(110); 상기 합성가스를 이용하여 열과 전기를 생성하는 열병합발전기(120); 상기 열병합발전기(120)와 열교환하는 히트펌프(130); 상기 열병합발전기(120)에서 생성된 열과 전기를 수요처에 각각 공급하는 열배관 계통(330) 및 전력계통(320); 및 요금 정산 서버(210)를 포함하며, 상기 열배관 계통(330)은 상기 수요처에 기 설치된 기존 열배관 계통(331)과 연결되며, 상기 요금 정산 서버(210)는 상기 기존 열배관 계통(331)을 통해 유입된 열의 사용량(H2)과 상기 열배관 계통(330)을 통해 유입된 열의 사용량(H1)을 상계하여 기 설정된 기준에 따라 요금을 정산하는 것을 특징으로 하는, 바이오매스 및 히트펌프를 이용한 요금 정산 시스템을 제공한다.
또한, 상기 전력계통(320)은 상기 수요처에 기 설치된 기존 전력계통(321)과 연결되며, 상기 요금 정산 서버(210)는 상기 기존 전력계통(321)을 통해 유입된 전기의 사용량(E2)과 상기 전력계통(330)을 통해 유입된 전기의 사용량(E1)을 상계하여 기 설정된 기준에 따라 요금을 정산하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 상기 열배관 계통(330) 및 상기 기존 열배관 계통(331)을 통해 유입되는 열의 사용량을 감지하여 상계할 수 있는 열사용량 연산 서버(230); 상기 전력계통(320) 및 상기 기존 전력계통(321)을 통해 유입되는 전기의 사용량을 감지하여 상계할 수 있는 전력량 연산 서버(220)를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 바이오매스는 목질계 우드칩 또는 우드 펠릿인 것이 보다 바람직하며, 특히 상기 목질계 바이오매스의 원료는 팜스킨 또는 옥수수대인 것이 보다 바람직하다.
또한, 상기 가스화기(110)는 열분해 방식 가스화기 또는 플라스마 가스화기이며, 상기 열병합발전기(120)는 가스엔진, 가스터빈 및 연료전지 중 어느 하나 이상을 포함하는 것이 보다 바람직하다.
상기와 같은 해결 수단에 의하여, 에너지 소외 지역에 전기 및/또는 열을 효과적으로 공급할 수 있다.
특히, 바이오매스를 활용하고, 히트펌프를 이용하여 효율을 높임으로써, 수요처 입장에서 유지 비용을 절약할 수 있으며, 환경적으로도 CO2 저감에 기여할 수 있다.
또한, 상계 방식을 적용한 요금 정산 시스템으로 인하여, 중앙 에너지 공급 회사와 수요처 모두 이익을 향유할 수 있다.
도 1은 본 발명을 설명하기 위한 개념도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 요금 정산 시스템을 설명한다.
이하에서 기술하는 가스화기(gasifier)는 바이오매스를 연소하여 합성 가스(syngas)를 생성하는 어떠한 종류의 기기도 포함하는 개념이다. 열분해 방식 가스화기 또는 플라스마 가스화기를 사용하는 것이 바람직하나, 이에 제한되지 않는다.
이하에서 기술하는 열병합발전기(cogenerator)는 합성 가스를 이용하여 열과 전기를 동시에 생산하는 어떠한 종류의 기기도 포함하는 개념이다. 가스엔진, 가스터빈과 같은 엔진 방식, 터빈 방식일 수 있으며, 및/또는 연료 전지를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 발명에 따른 요금 정산 시스템은 도시가스 또는 전력의 공급이 어려운 에너지 소외 지역에서 보다 효과적이며, 이를 위해 바이오매스를 이용함을 주된 특징으로 한다. 이와 동시에 열효율을 상승시키기 위해 히트펌프를 이용한다.
본 발명에 따른 요금 정산 시스템은, 가스화기(110), 열병합발전기(120), 히트펌프(130)를 포함한다.
가스화기(110)는 바이오매스를 연소하여 가스화한다. 사용되는 가스화기(110)의 종류에 제한이 없음은 물론이다. 다만, 전술한 바와 같은 에너지 소외 지역에서 경제적이고 효과적으로 본 발명에 의한 시스템을 사용할 수 있도록, 에너지 소외 지역에서 흔히 구할 수 있는 우드칩(wood chip) 또는 우드 펠릿(wood pellet) 형태인 것이 바람직하며, 특히 주 원료가 팜스킨 또는 옥수수대인 것이 보다 바람직하다.
바이오매스가 연소됨으로써, 가스화기(110)에서 합성 가스가 생성된다. 합성 가스는 별도의 정화 시스템(gas cleaning system, 미도시)을 거쳐 열발전기(120)에 공급된다.
열병합발전기(120)는 가스화기(110)에서 생성된 합성 가스를 이용하여 열과 전기를 생산한다.
열병합발전기(120)는 히트펌프(130)와 열교환함으로써 그 효율을 상승시킬 수 있다. 이러한 히트펌프(130)는 도 1에 도시된 바와 같이 열병합발전기(120)에 인접하여 하나의 유닛으로서 위치할 수도 있으며, 또는 수요처인 각각의 가정마다 1개씩 또는 복수의 가정마다 1개씩 위치할 수도 있다.
열병합발전기(120)에서 생성된 열과 전기는 각각 열배관 계통(330) 및 전력계통(320)을 통해 수요처에 공급된다.
일 실시예에서 열배관 계통(330)과 전력계통(320)은 열병합발전기(120)와 수요처(300)를 직접 연결할 수도 있다.
다른 실시예에서 도 1에 도시된 바와 같이, 수요처(300)에 이미 설치된 기존 전력계통(321) 및 기존 열배관 계통(331)에 연결될 수 도 있다.
상기의 다른 실시예의 경우를 보다 구체적으로 검토한다.
이 경우, 수요처(300)에 공급되는 열은 본 발명에 따른 요금 정산 시스템의 열병합발전기(120)로부터 공급된 열과 기존의 열공급소(325)로부터 공급될 수 있다.
따라서, 요금 정산을 위해 상기 열배관 계통들(330, 331)에 열사용량 연산 서버(230)가 위치하고, 이는 열병합발전기(120)로부터 공급된 열의 사용량(H1)과 기존의 열공급소(235)로부터 공급된 열의 사용량(H2)을 구분하여 상계함으로써 연산한다.
수요처(300)의 자금에 의하여 열병합발전기(120)가 가동되므로, 수요처(300)는 열배관 계통(330)에 의해 공급된 열에 대한 별도의 요금 지출은 필요하지 않다.
열병합발전기(120)에서 생성된 열의 양이 수요처(300)에서 사용한 열의 사용량보다 많은 경우, 기존 열공급소(235)로부터 열이 공급될 필요 없으며, 이와 동시에 열병합발전기(120)에서 생성된 열 중 남은 열은 별도의 계통을 통하여 기타 수요처(미도시)에 공급될 것이다.
열병합발전기(120)에서 생성된 열의 양이 수요처(300)에서 사용한 열의 사용량보다 적은 경우, 기존 열공급소(235)로부터 열이 공급되어야 한다.
따라서, 열사용량 연산 서버(230)는 상기의 두 가지 경우의 열 사용량을 상계함으로써, 수요처에서 최종 생산 또는 소비한 열 사용량을 연산할 수 있으며, 요금 정산 서버(210)는 이를 기 설정된 기준에 따라 최종 요금을 연산하게 된다. 경우에 따라 수요처에 요금을 돌려줄 수도 있다.
전기의 경우도 마찬가지이다. 요금 정산을 위해 전기계통들(320, 321)에 전력량 연산 서버(220)가 위치하고, 이는 열병합발전기(120)로부터 공급된 전력량(E1)과 기존의 발전소(225)로부터 공급된 전력량(E2)을 구분하여 상계함으로써 연산한다.
수요처(300)의 자금에 의하여 열병합발전기(120)가 가동되므로, 수요처(300)는 전기계통(320)에 의해 공급된 전기에 대한 별도의 요금 지출은 필요하지 않다.
열병합발전기(120)에서 생성된 전기의 양이 수요처(300)에서 사용한 전기의 사용량보다 많은 경우, 기존 발전소(225)로부터 전기가 공급될 필요 없으며, 이와 동시에 열병합발전기(120)에서 생성된 전기 중 남은 전기 기타 수요처(미도시)에 공급될 것이다.
열병합발전기(120)에서 생성된 전기의 양이 수요처(300)에서 사용한 전기의 사용량보다 적은 경우, 기존 발전소(225)로부터 전기가 공급되어야 한다.
따라서, 전력량 연산 서버(220)는 상기의 두 가지 경우의 전력량을 상계함으로써, 수요처에서 최종 생산 또는 소비한 전력량을 연산할 수 있으며, 요금 정산 서버(210)는 이를 기 설정된 기준에 따라 최종 요금을 연산하게 된다. 경우에 따라 수요처에 요금을 돌려줄 수도 있다.
이상의 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여 져야만 할 것이다.
110: 가스화기
120: 열병합발전기
130: 히트펌프
210: 요금 정산 서버
220: 전력량 연산 서버
225: 기존 발전소
230: 열사용량 연산 서버
235: 기존 열공급소
300: 소비자
320: 전력계통
321: 기존 전력계통
330: 열배관 계통
331: 기존 열배관 계통

Claims (7)

  1. 바이오매스가 투입되어 연소되어 합성가스를 생성하는 가스화기(110);
    상기 합성가스를 이용하여 열과 전기를 생성하는 열병합발전기(120);
    상기 열병합발전기(120)와 열교환하는 히트펌프(130);
    상기 열병합발전기(120)에서 생성된 열과 전기를 수요처에 각각 공급하는 열배관 계통(330) 및 전력계통(320); 및
    요금 정산 서버(210)를 포함하며,
    상기 열배관 계통(330)은 상기 수요처에 기 설치된 기존 열배관 계통(331)과 연결되며,
    상기 요금 정산 서버(210)는 상기 기존 열배관 계통(331)을 통해 유입된 열의 사용량(H2)과 상기 열배관 계통(330)을 통해 유입된 열의 사용량(H1)을 상계하여 기 설정된 기준에 따라 요금을 정산하는 것을 특징으로 하는,
    바이오매스 열병합발전기 및 히트펌프를 이용한 요금 정산 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전력계통(320)은 상기 수요처에 기 설치된 기존 전력계통(321)과 연결되며,
    상기 요금 정산 서버(210)는 상기 기존 전력계통(321)을 통해 유입된 전력량(E2)과 상기 전력계통(330)을 통해 유입된 전력량(E1)을 상계하여 기 설정된 기준에 따라 요금을 정산하는 것을 특징으로 하는,
    바이오매스 열병합발전기 및 히트펌프를 이용한 요금 정산 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 열배관 계통(330) 및 상기 기존 열배관 계통(331)을 통해 유입되는 열의 사용량을 감지하여 상계할 수 있는 열사용량 연산 서버(230); 및
    상기 전력계통(320) 및 상기 기존 전력계통(321)을 통해 유입되는 전기의 사용량을 감지하여 상계할 수 있는 전력량 연산 서버(220)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    바이오매스 열병합발전기 및 히트펌프를 이용한 요금 정산 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 바이오매스는 우드칩(wood chip) 또는 우드 펠릿(wood pellet)인 것을 특징으로 하는,
    바이오매스 열병합발전기 및 히트펌프를 이용한 요금 정산 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 바이오매스의 원료는 팜스킨 또는 옥수수대인 것을 특징으로 하는,
    바이오매스 열병합발전기 및 히트펌프를 이용한 요금 정산 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스화기(110)는 열분해 방식 가스화기 또는 플라스마 가스화기인 것을 특징으로 하는,
    바이오매스 열병합발전기 및 히트펌프를 이용한 요금 정산 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 열병합발전기(120)는 가스엔진, 가스터빈 또는 연료전지 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    바이오매스 열병합발전기 및 히트펌프를 이용한 요금 정산 시스템.
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