중국 연구진, 마이너스 전기요금 하에서 축열이 산업용 히트펌프보다 유리
pv magazine · · EnergyNews 요약
중국전력과학연구원, 베이징건축대학, 상하이교통대학, 화북전력대학 연구진이 마이너스 전기요금 조건에서 산업용 열공급을 위한 열에너지저장(TES)과 히트펌프(HP)의 전 생애주기 경제성을 비교했다. 연구팀은 설비 용량 산정과 시간별 운전을 함께 다루는 2단계 공동 최적화 모델을 구축하고, 마이너스 가격의 깊이와 발생 확률을 반영했다.
중국 산둥성 산업용 요금을 기준으로 60°C 온수, 130°C 저압 증기, 180°C 고압 증기 세 가지 시나리오를 20년 수명 기준으로 분석했으며, 미래 시나리오로 −0.05위안/kWh·5%, −0.10위안/kWh·10%, −0.15위안/kWh·15%, −0.20위안/kWh·25% 조합을 검토했다. 그 결과 히트펌프 초기 투자비가 축열 설비 자본비의 30% 아래로 떨어지지 않는 한 축열이 경제적으로 유리했고, 고온 운전 시 히트펌프 COP 저하가 주요 요인으로 지목됐다.
히트펌프와 축열을 결합한 하이브리드 구성은 온수 용도에서 평가 사례의 96%에서 단독 시스템보다 우수했으나 고압 증기에서는 이점이 거의 없었다. 논문은 Sustainable Energy Technologies and Assessments에 게재됐다.
이 글에 나온 용어
히트펌프COP
heat pump
히트펌프는 전기로 냉매를 압축·팽창시켜 낮은 온도의 열을 끌어올려 높은 온도의 공간으로 옮기는 장치다. 열을 만들어내는 것이 아니라 옮기는 것이므로, 투입한 전력량보다 더 많은 열을 공급할 수 있다. 이 성능을 나타내는 지표가 COP(성적계수)로, COP = 공급한 열에너지 / 투입한 전기에너지 로 정의되는 무차원 값이다. 전기 저항식 히터의 COP 가 1 인 데 비해 히트펌프는 조건에 따라 1 보다 크며, 바깥 공기가 차가울수록 끌어올려야 할 온도차가 커져 COP 는 낮아진다. 실무에서는 정격 조건의 COP 뿐 아니라 한 계절 전체 평균 성능을 나타내는 SCOP 나 냉방 기준 지표도 함께 본다. 건물 난방을 전기로 전환하는 수단으로 다뤄져 제로에너지건축물 설계에서 자주 등장한다.
마이크로그리드
microgrid
마이크로그리드는 일정한 구역 안에서 발전 설비, 저장장치, 부하를 함께 갖추고 자체적으로 전력 수급을 관리할 수 있는 소규모 전력망이다. 평소에는 기존 계통과 연결(계통연계)되어 부족분을 받아오거나 남는 전기를 내보내지만, 계통에 사고가 나면 연결을 끊고 독립적으로 전기를 공급하는 독립운전(islanding)으로 전환할 수 있다는 점이 일반 수용가와 다르다. 대상 구역은 섬, 대학 캠퍼스, 산업단지, 군 시설, 병원 단지처럼 경계가 뚜렷한 곳이 많다. 구성 요소는 태양광·풍력·열병합 같은 발전원, 변동성을 흡수하는 ESS, 그리고 이들을 조율하는 에너지관리시스템(EMS)이다. 독립운전 중에는 주파수와 전압을 스스로 유지해야 하므로, 출력을 즉시 조절할 수 있는 자원과 제어 설계가 필수적이다.
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