폐자원에너지시설 지원 방법론에 관한 연구

이유민(Youmin Lee),박세인(Sein Park),문회성(Heesung Moon),손준익(Junik Son),강준구(Jungu Kang),전태완(Taewan Jeon) 한국환경에너지공학회 2022 한국열환경공학회 학술대회지 Vol.2022 No.1

에너지 생산 및 사용에 따른 환경문제로 인해 신재생에너지의 중요성이 대두되고 있다. 이에 따라 신재생에너지에 대한 지원제도 등에 의하여 여러 신재생에너지가 지원받고 있다. 하지만 「신에너지 및 재생에너지 개발 · 이용 · 보급 촉진법」이 개정됨에 따라서 폐자원에너지에 대한 지원이 축소되었으며 비재생폐기물은 신재생에너지에서 제외되었다. 이에 따라 폐기물의 재활용이 필수적인 상황에서 폐자원에너지 관련 분야의 경쟁력 감소가 우려되고 있다. 이에 본 연구는 관련 시설의 활성화 및 촉진을 위해서 폐자원에너지시설에 대한 지원을 위한 방법론을 제시하고자 하였다. 폐자원에너지는 고체, 액체, 기체 둥 종류가 다양하며 그에 따른 시설의 공정이 다르기 때문에 시설을 비교 · 평가하기 위한 공통적인 인자가 필요하다. 따라서 폐자원에너지시설의 환경성 및 경제성을 인자를 설정하여 환경성 및 경제성을 지표로 하였다. 환경성지표는 시설의 주민수용성, 환경정의, 주민환경권, 지역사회 기여도와 같은 환경성을 기준으로 하였고 경제성지표는 폐자원에너지시설의 에너지생산량을 조사하여 생산된 에너지에 대한 판매수익 및 폐기물처리비용을 적용하여 산정하였다. 산정된 결과값은 수치를 간소화하여 상대적으로 비교할 수 있게 하고자 정규화를 진행하였고 점수화하여 각 지표의 점수를 산정하였다. 또한, 환경성 및 경제성지표의 점수를 반영비율에 따라 시설의 종합평가점수를 산정하였다.

환경규제 강화가 석탄화력발전 경제성에 미치는 영향 분석

남인영(Inyoung Nam) 한국환경에너지공학회 2022 한국열환경공학회 학술대회지 Vol.2022 No.1

기후변화에 관한 정부간 협의체는 최소한 세계 석탄화력발전소의 59%가 2030 년까지 문을 닫아야 지구 온난화 1.5 도씨 상승을 막을 수 있을 것으로 보고 있으며, 각 정부기관들은 온실가스 감축 목표 달성을 위해 에너지 정책을 과감히 수정하거나, 법제를 개정하는 둥 탄소집약적 에너지원인 석탄발전 퇴출 정책을 가속화 하는 추세이다. 탈석탄을 적극적으로 추진 중인 유럽지역은 2008년 이후부터 IED, LCP BREFs 등 비시장적 환경규제를 강화하였고, EU 국가에서 석탄의 전원 내 비중은 급감하였다. 강화되는 환경규제에 대웅하기 위해 탄소포집저장기술개발, 석탄가스화 복합발전 도입, 발전소 대형화 · 고효율화 등 석탄화력발전소 자체적으로 온실가스 감축이 가능한 다양한 방안을 시도하고 있다. 하지만 이를 위해 높은 건설비용, 운영비용, 각종 환경비용을 부담하게 되면서 발전원가 측면에서의 가격경쟁력이 하락하게 된다. 새로운 환경규제 대응을 위해 추가적으로 지출해야 하는 자본적비용은 기술 고도화를 통해 절감을 기대할 수 있으나, 환경 외부비용, 금융비용, 세금 등은 지속적인 증가가 불가피할 것이다. 사업비 일부 요소의 경제성 개선을 통해 발전원가 경쟁력 하락의 속도는 늦출 수 있겠지만, 전 세계적 탈탄소화 추세와 환경규제 강화 기조가 유지된다면 완전한 탈석탄 시점까지 석탄화력발전의 원가경쟁력은 지속적으로 하락할 것이라 예측할 수 있다.

고형연료제품 제조 • 사용시설 에너지회수효율 산정방법 마련 연구

박세인(Sein Park),이유민(Youmin Lee),문회성(HeeSeung Moon),손준익(Junik Son),강준구(Jungu Kang),전태완(Taewan Jeon) 한국환경에너지공학회 2022 한국열환경공학회 학술대회지 Vol.2022 No.1

에너지 소비 및 온실가스 배출량 증가 둥의 문제로 화석연료를 대체할 수 있는 신재생에너지의 필요성이 높아지고 있다. 하지만 2019 년 「신재생에너지법」이 개정됨에 따라 폐자원에너지 관련 공급인증서 가중치가 감소하였다. 폐자원에너지란 '고형연료제품, 폐기물합성가스 등 폐기물로부터 회수된 에너지 또는 에너지를 회수할 수 있도록 전환된 물질' 을 의미하며, 향후 폐자원에너지 활성화를 위해 폐자원에너지 생산 및 사용시설의 에너지 회수효율을 산정할 필요가 있다. 국내 에너지회수효율 산정은 「에너지 회수효율 측정 · 산정 방법 및 절차 둥에 관한 고시(환경부고시 제 2021-146 호)」 에 따라 에너지회수효율 산정 인자(Ep, 타, Ei, Ew)를 적용한다. 고시에서 규정하는 에너지회수효율 산정 방법은 생산된 에너지 중 유효하게 이용된 에너지를 투입에너지로 나누어 산정한다. 산정인자 중 均는 생산된 에너지 중 유효하게 이용한 에너지, 巳는 에너지 생산에 기여하며 외부에서 공급받은 에너지, E는 에너지 생산에 기여하지 않으나 외부에서 공급받은 에너지, Ew는 처리되는 모든 폐기물이 보유한 에너지를 의미한다. 고형연료제품 제조 · 사용시설은 일반 고형연료제품과 바이오 고형연료제품 시설로 나뉘고, 투입되는 폐기물의 원료, 생산 형태, 사용 형태 둥에 따라 구분된다. 현행 에너지회수효율 산정식을 적용하기 위해 시설별 공정도 분석을 통한 에너지회수효율 산정 범위를 검토할 필요가 있으며, 이에 따른 산정 인자를 마련해야 한다. 또한 고형연료제품의 품질 기준에 따른 분기별 저위발열량 결과와 에너지 회수효율 산정 (NCV) 에 따른 저위발열량 결과를 비교 검토하여 투입되는 고형연료제품의 열량을 산정할 필요가 있다.

에너지 절감을 포함한 에너지 관리 및 정보 연계 시스템에 관한 연구

임채영(Chae-Young Lim),여채은(Chae-Eun Yeo),조우진(Woojin Cho),구재희(Jae-Hoi Gu) 한국환경에너지공학회 2023 한국열환경공학회 학술대회지 Vol.2023 No.1

지난해 총 에너지 수요는 3 억 500 만 TOE( 석유환산톤)이고, 올해 국내 총 에너지 수요 3 억 900 만 TOE로 에너지 수요는 지속적으로 증가하고 있으며, 산업부문에서는 제조업의 에너지 소비가 약 90% 에 이른다. 이에, 공장에너지관리시스템 (FEMS, Factory Energy management System) 대한 관심은 높아지고 있다. FEMS는 생산시설에서 사용하는 에너지 성능의 최적화를 위한 관리시스템으로, 효율적인 에너지 사용을 위해 EOS(Energy Optimization System) 라는 최적의 방식으로 생산시설을 운영하고 관리하는 기술이 필요하다. 본 논문에서는 이와 같은 최적 운영을 위해 필요한 정보 연계 시스템에 대하여 고찰한다. 제안하고자 하는 시스템은 다양한 서비스 형태 중에 IaaS (Infrastructure as a Service ) 형태의 오픈소스 형태인 오픈스택 (OpenStack) 을 활용하여 소규모 공장에도 적용가능한 정보연계 시스템을 제시하였다. 제안된 에너지 관리 및 정보 연계 시스템과 연계된 데이터는 에너지 절감을 포함한 생산 공정의 에너지 소비를 모니터링하고, 분석하여 효율적인 운영 방식을 제공한다. 이러한 연구를 통해 FEMS 의 최적 운영을 위한 기술적인 기반을 마련하고자 한다.

한국형 식품 FEMS 실증을 통한 식품공정 에너지 절감율 평가

김동주(Dongju Kim),임채영(ChaeYoung Lim),여채은(ChaeEun Yeo),이형아(Hyungah Lee),조우진(Woojin Cho),구재희(Jae-hoi Gu) 한국환경에너지공학회 2023 한국열환경공학회 학술대회지 Vol.2023 No.1

본 연구는 대상 식품공장에 한국형 식품 FEMS을 구축하고 이를 기반으로 식품 생산 핵심 공정(열에너지 공급공정, 살균공정)의 에너지원 공급 제어를 통한 에너지 절감율을 실증하였다. 식품공장에서 식품생산을 위해 요구되는 열에너지(스팀)을 생산, 공급하기 위한 열에너지 공급공정에 적용한 1 차 에너지 공급 미세비례제어 시스템을 통해 식품공장의 열에너지(스팀) 수요에 맞춰 1 차 에너지의 공급량을 제어하는 기술을 적용하였다. 또한, 살균공정에 공급되는 스팀의 공급량을 제어할 수 있는 PID 컨트롤 시스템을 통해 살균공정의 요구온도예 따라 열에너지 공급량을 최적화하는 기술을 적용하여 각 공정별 에너지 절감율을 도출하였다. 에너지 절감율 평가를 위한 기준 에너지 소비량을 산출하기 위해 IPMVP M&V 프로토콜에 따라 수집된 데이터 기반 에너지 소비 Baseline 모델을 도출하였으며, 이를 바탕으로 에너지 절감율을 평가하였다. 각 공정별 에너지 소비 Baseline 모델을 통해 산출된 에너지 소비 예측값 대비 에너지 절감기술 적용 후 수집된 에너지 소비 데이터를 기반으로 평가된 에너지 절감율은 열에너지 공급공정 6.81 % 및 살균공정 4.71 %로 확인되어 FEMS 실증을 통한 식품공정에서의 유의미한 에너지 절감 효과를 도출하였다. 추후 지속적인 공정데이터 모니터링을 통해 에너지 절감율의 평가를 진행 예정이며, 추가적으로 공정배출 에너지(응축수)의 회수를 통한 공정 에너지절감 연구를 수행하고 있어 이를 통한 에너지 절감율 증대효과를 기대한다.

공장 에너지 관리 시스템 운용을 위한 데이터 수집 시스템 백업 스토리지 엔진 평가

조우진(Woojin Cho),임채영(Chae-young Lim),김동주(Dongju Kim),여채은(Chae-eun Yeo),이형아(Hyungah Lee),구재희(Jae-hoi Gu) 한국환경에너지공학회 2023 한국열환경공학회 학술대회지 Vol.2023 No.1

지구 온난화와 지속적 난개발로 인한 이상 기후 현상은 심각한 미래 위기로 다가오고 있다. 또한 에너지 비용의 지속적 상승으로 인해 에너지 절감과 에너지 효율 향상에 대한 관심이 증대되고 있다. 이러한 추세에 의해 에너지 절감을 위한 에너지 관리 시스템의 관심 또한 증대되고 있다. 적용되는 곳에 따라 빌딩에너지 관리 시스템 (BEMS), 주택 에너지 관리 시스템 (HEMS), 공장 에너지 관리 시스템 (FEMS) 등으로 분류한다. 이 중, 가장 큰 비중을 차지하는 공장에너지 관리 시스템의 경우 제 3 차 에너지 기본 계획을 통해 2025 년부터 10 만 TOE 이상의 에너지 다소비 사업장을 대상으로 의무화가 된다. 에너지 관리 시스템의 경우 데이터 기반으로 동작하므로 에너지 효율 향상 및 절감을 위해서 데이터 수집이 무엇보다 중요하다. 에너지 관리 시스템의 데이터 수집 시스템에서 수집되는 데이터의 대부분인 시계열 데이터의 특성상 일정 기간 이전의 데이터의 접근 확률이 떨어진다. 따라서 이러한 데이터들을 주기적으로 백업하는 백업 스토리지가 존재하여 주 데이터베이스의 용량 및 성능, 사용성 등을 개선하여야 한다. 본 연구에서는 시계열 데이터를 저장하는 공장 에너지 관리 시스템의 데이터베이스를 이원화 하여 주 스토리지 엔진이 아닌 백업 스토리지 엔진을 사용할 때 보다 효율이 높은 스토리지 엔진에 대해 연구하여 공장 에너지 관리 시스템의 데이터 수집 시스템의 발전에 기여할 것으로 기대한다.

식품가공공장의 열에너지 소비 모니터링을 위한 플랫폼 설계 연구

여채은(Chae-Eun Yeo),임채영(Chae-Young Lim),구재희(Jae-Hoi Gu) 한국환경에너지공학회 2022 한국열환경공학회 학술대회지 Vol.2022 No.2

제조 공장은 높은 화석연료 소비로 인한 기후 변화와 에너지 비 용에 대한 우려로 인하여 탄소 발자국을 줄여야 하는 문제에 직면해 있다. 에너지 소비를 감소시키는 것은 생산 효율성 개선 및 생산 비 용 절감과 더불어 작업장에서 가장 중요한 생산 문제 중 하나로 볼 수 있다. 또한 에너지 소비 철감과 효율적인 관리를 위한 맞춤형 공장 에너지 관리 시스템 (FEMS, Factory Energy Management System)의 도입 이 증가하고 있다. 식품가공공장에서의 FEMS에서는 열을 공급하는 가열공정의 효율적 운영을 위해 열에너지 소비에 대한 수요를 보다 정확하게 예 측하고 이룰 효율적으로 생산 및 공급하는 것이 매우 중요하다. 따라서 본 연구에서는 각 공정별 이론에너지 분석(TCA, Theoretical Energy analysis)을 기반으로 식 품가공공장의 공정 특성에 따른 가이던스 제공을 위한 풀랫폼 설계를 진행하였다. 효율적인 에너지 소비 모니터링을 위한 공정 별 특성 에 따른 본 연구에서의 열에너지 소비 모니터링 플랫폼 설계 연구결과는 향후 열 에너지 소비 예측을 통한 에너지 효율 향상과 에너지 수요의 효과적 관리에 있어 도움이 될 것으로 기대 된다.

에너지 다소비 공정에 적합한 에너지 사용 분석 시스템 설계 및 구현

여채은(Chae-Eun Yeo),조우진(Woojin Cho),임채영(Chae-Young Lim),김동주(Dongju Kim),이형아(Hyung-Ah Lee),구재희(Jae-Hoi Gu) 한국환경에너지공학회 2023 한국열환경공학회 학술대회지 Vol.2023 No.1

국내 경제 성장은 상당한 에너지 사용이 필수적인 제조업 기반 수출을 중심으로 이루어지고 있다. 대부분의 중소기업형 에너지 다소비 업종은 에너지를 많이 사용하는 공정과 설비를 갖고 있으나, 에너지 관리 및 절감 기술 도입 측면에서 상당히 낙후되어 있다. 이에 제조 공장의 효율적인 관리를 위한 맞춤형 공장에너지관리시스템 (FEMS) 도입이 늘고 있다. 따라서 본 논문에서는 에너지 사용량을 실시간으로 수집하고 단위 공정별 에너지 사용 분석 결과를 적용함으로써 에너지 사용 분석 결과를 제공하는 식품공장 맞춤형 FEMS를 개발하고자 한다. 이에 식품가공공장 S 기업에서의 주요 에너지 사용 공정 별 에너지 절감을 위한 energy balance flow를 구축하고, 이를 기반으로 과다 에너지 사용량, 배출 에너지 회수량, 그리고 에너지 절감량의 임계치를 분석할 수 있는 에너지 사용 분석 시스템을 구축하였다. 실시간 데이터 수집 및 본 연구에서 적용된 에너지 사용 분석 방법은 공정 단위에서의 에너지 사용 현황 파악과 에너지 절감을 위한 가이드라인을 제시해준다.

탄소중립도시 전환을 위한 미활용 자원 및 에너지 지능형 순환 시스템 기술개발 기획사업

박영수,성호진,박성호,안성율,유영돈 한국환경에너지공학회 2023 한국열환경공학회 학술대회지 Vol.2023 No.2

인간이 생활을 영위하거나 산업체의 생산활동을 위해 사용한 에너지 및 자원 중 경제적 가치 , 이용 방법의 한계 등의 이유로 더 이상 사용하지 못하고 자연계로 최종 배출되는 미활용 에너지 및 자원의 활용은 2050 탄소중립을 위해 재생에너지 사용 확대, 화석에너지 사용축소, 에너지 효율 향상, 에너 지 수요 공급의 관리와 더불어 필수적인 요소이다. 우리나라는 1차 에너지 중 97%를 수입에 의존하고 있고, 1차 에너지 활용에 있어 전환 손실 둥을 고려 시 1차 에너지의 30~40%만 실제 활용되고 나머지는 활용되지 못하고 버려지고 있다. 도시는 전 세계 지표 면적의 2%에 불과하지만 에너지 사용량의 66%, 온실가스 배출량의 75%를 차지하지만, 지리적 · 사회적 여건으로 풍력발전, 태양광발전, 연료전지 발전 동 신재생에너지 적용에 한계를 가진다. 본 기획사업은 국토교통부에서 추진하는 탄소중립도시 전환을 위한 미활용 자원 및 에너지 지능형 순환 시스템 기술개발 기획사업으로, 2050 탄소중립 정책에 대응하여 도시 단위에서의 미활용 자원 및 에너지 대상 저탄소 · 고효율 순환 시스템 기술개발 및 실중을 목적으로 한다. 본 기획을 통해서 미활용 에너지 및 자원 활용을 위한 총 4개의 중점분야가 도출 되었다. ① 지하 미활용에너지의 복합 활용을 위한 저장 및 이송 인프라 간설 기술 개발 ②자원순환형 스마트그린산업단지 인프라 건설 및 운영 기술개발 ③ 탄소중립도시 도로발전 인프라 건설 기술개발 ④ 탄소중립도시 내 공간 활용 건물 온실가스 저감 기술개발

의료폐기물의 수분과 발열체를 적용한 에너지 소비 평가

주유진(Yujin Ju),우선영(Sunyoung Woo),류도윤(Do-yoon Ryu),김대기(Deagi Kim) 한국환경에너지공학회 2023 한국열환경공학회 학술대회지 Vol.2023 No.1

최근 저출산 및 고령화로 인한 인구구조의 급격한 변화 및 빈번히 발생하고 있는 대규모 감염병 (SARS, MERS, COVID-19 등)의 위협에 따른 여러 의료 활동이 활발하게 이루어지고 있으며, 그에 따라 의료폐기물의 발생량이 중가하고 었다. 의료폐기물은 일반적으로 소각, 매립에 의해 처리되고 있으며 폐기물 관리법상 다른 폐기물과 혼합하여 처리할 수 없어 전용 처리시설이 필요하다. 법적으로 마이크로웨이브 멸균 파쇄의 경우 높은 수분함량을 갖고 있으며 폐기물 처리 용량이 작은 경우 에너지가 과하게 소비되는 문제점이 발생한다. 본 연구에서는 실제 반웅기에 적용하기 전에 에너지 사용량의 비교를 위해 실험하였다. 의료폐기물 중 가장 많이 발생하는 섬유(솜, 거즈)와 플라스틱류(주사기, 링거줄)를 대상으로 실험을 진행하였다. 5%, 10%, 20%, 30%씩 각각 수분, 탄화규소(SIC), 활성탄(A.C) 함량을 넣으면서 에너지 소비량을 비교하였고 물과 다른 발열체를 같이 투입하는 경우를 비교해보았다. 솜과 거즈는 수분함량이 높을수록 에너지 소비량이 높은 결과를 보였고 SIC도 함량을 증가시킴에 따라 에너지 소비량이 많았지만 수분에 비해서 낮은 결과를 나타내었다. A.C를 사용하였을 때 다른 발열체에 비해 낮은 에너지 소비량을 나타내었다. 플라스틱류인 주사기와 링거줄도 솜과 거즈와 마찬가지로 물, SIC 에서 비율이 많을수록 에너지 소비량이 높은 결과를 나타내었다. 물과 다른 발열체를 같이 투입하는 경우에는 물 단독으로 실험 진행했을 때보다 낮은 에너지 소비량을 가지고 있어 에너지 유지에 더욱 효과적으로 판단된다.