냉각수 활용 히트펌프 설치 위치에 따른 광교 열병합발전소의 성능 특성 예측

Prediction of Performance Characteristics with Various Location of Waste Heat Recovery Heat Pump in a Gwang-gyo Cogeneration Plant

히트펌프는 연소를 동반하지 않기 때문에 화석연료의 연소과정에서 발생하는 이산화탄소($CO_2$)의 배출을 억제함과 동시에 산업체 폐수, 배증기, 냉각수, 지하수, 하수 등 이미 존재하는 다양한 열을 회수할 수 있다는 장점이 있다. 한국지역 난방공사에는 파주, 고양삼송, 광교 열병합발전소에 폐열회수 조건 및 경제성 등을 고려하여 기기 냉각수 폐열을 열원으로 활용하는 히트펌프를 설치하여 운영하고 있다. 본 논문은 최근 건설된 150 MW급 광교 열병합발전소를 대상으로 상용 프로그램인 THERMOFLEX를 활용하여 기기 냉각수 폐열을 이용한 5 Gcal/h 용량의 히트펌프 설치 위치가 발전소 성능에 미치는 영향에 대해 연구하였다. 총 3가지 경우에 대해 히트펌프의 위치에 따른 성능의 영향을 살펴보았는데, 그 결과 지역 난방수 가열기 전단에 히트펌프를 설치한 경우가 전기출력 감소에도 불구하고 열출력 증가량이 커서 발전소 총효율에서 가장 유리한 것으로 확인되었다.

Recently, it is considered that environment and energy are critical issues all over the world. In power generation sector in Korea, almost power stations are constructed and operated as cogeneration plants in conformity with this trend. KDHC(Korea District Heating Corporation) goes one step further adopting renewable energy technology like heat pump using wasted heat for energy-saving and environment improvement. This study investigates the performance characteristics by the location of waste heat recovery heat pumps of 5 Gcal/h capacity in 150 MW-class Gwang-gyo cogeneration plant using commercial software 'THERMOFLEX'. Prior to analysis, the simulations are performed with actual operation data, and then the validation of simulations is verified by checking the error within 2%. After verification, the simulations are carried out with 3 locations and the effect on electrical power output and heat output is analyzed. As a result, overall efficiency of cogeneration plant is the highest in the case of heat pump located before DH(District Heating) Heater because of the largest increase of heat output despite of decrease of electrical power output.