수도권 미이용 열원을 활용한 집단에너지사업의 경제적 타당성 분석 = A Economic Feasibility Analysis of an Integrated Energy Business Project Utilizing the Unused Heat Sources in the Metropolitan Area

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

There exist the energy cooled from condensers following electricity generation in liquefied natural gas-based combined cycle power plants, heat of exhaust gas emitted from stack, wasted heat from electric furnace and heating furnace at steel mills, and heat energy arising from the process of incineration of waste and detritus in western boundary parts of the Metropolitan area (e.g., Incheon, Ansan, etc). Because these energies decentralized and independently operated in each area, currently they are not efficiently utilized. Therefore, this paper attempts to present the measures to utilize the unused heat sources in the Metropolitan area for the integrated energy businesses (IEB) and report the results from the feasibility analysis of the utilization in terms of nation and society. This study has been conducted based on the following methodologies and procedures.
First, the types and scales of the unused heat sources scattered in western boundary parts of the Metropolitan area are investigated through visits to relevant companies and interviewing them with a survey instrument.
Second, the methods of collecting the unused heat sources that are suitable for the characteristics of facilities of those who produce the unused heat sources are proposed and the amount of the collectable unused heat sources are computed considering the characteristics of facilities of heat sources and rates of operation.
Third, the demand and demander for the unused heat sources are identified. The definite demand for the unused heat sources is estimated using visits to relevant IEB operators and interviews of them with a survey instrument since the unused heat sources will be used in current IEBs. In addition, the potential demand for the district heating system switching from current individual gas heating system or central heating system is calculated based on the principles of estimating heat demand in multi-unit dwelling area.
Fourth, the author addresses the methods of utilizing the unused heat energy for IEB through establishing the wide heat network by examining the locations of the generators of unused heat energy and existing IEB operators.
Fifth, the economic feasibility analysis of the utilization of the unused heat energy for IEB is performed using the Korea Development Institute’s guidelines for ex-ante evaluation of feasibility of the projects conducted by public utilities or enterprises from the standpoint of network business or wholesaler. Moreover, the methods of utilizing the unused heat sources for IEBs are analyzed and looked into.
The results of the feasibility analysis of an integrated energy business project utilizing the unused heat sources in the Metropolitan area show that the benefit/cost ratio and internal rate of return are computed to be 1.72 and 24.26%, which are greater than 1.0 and 5.5%, social discount rate, respectively, and thus the project is socially profitable.
Some important judgments can emerge from the results. The measures of utilizing waste heat energy emitted from factories of industry and/or incineration plants in western boundary parts of the Metropolitan area should be pro-actively taken. Making the loop of wide heatpipe network through heat networking linking GS Power Corporation and Ansan City Development Corporation located in Inchoen-Mokdong-Sadang block proposed in this paper should be also considered for implementation. Moreover, taking the actions to uncover and utilize unused heat energy in other areas of the nation as well as the Metropolitan area should be needed.

국문 초록 (Abstract)

수도권의 서부 외곽지역(인천, 안산 등)에는 발전 전용 LNG 복합화력발전소에서 전기를 생산한 후 복수기(復水器)에서 냉각되는 에너지, 연돌(Stack)에서 대기로 배출되는 배기가스열과 제철소에서의 전기로 및 가열로에서의 폐열, 폐기물을 소각하는 과정에서 발생하는 열에너지가 존재한다. 이들은 각 지역별로 분산되어 각각 독립적으로 운영되고 있어, 발생하는 열에너지가 효율적으로 활용되고 있지 못하고 있다. 따라서, 본 논문에서는 재활용되지 못하는 열에너지를 집단에너지사업에 활용할 수 있는 방안을 제시하고 국가ㆍ사회적 관점에서의 경제적 사업 타당성 분석을 통해 실현 가능성을 제시하였다. 본 연구는 다음과 같은 연구방법 및 절차에 의해 수행되었다.
첫째, 수도권 서부 외곽 지역에 산재된 활용 가능한 미이용 열에너지의 종류와 규모 파악은 관련 업체의 방문 조사 및 서면 조사를 통해 시행하였다.
둘째, 미이용 열에너지 발생처의 설비특성에 적합한 미이용 열에너지 회수방안을 제시하고 열원의 설비특성 및 가동률을 고려하여 회수 가능한 미이용 열에너지의 규모를 산정하였다.
셋째, 미이용 열에너지를 재활용하기 위한 열수요처와 열수요량에 대한 조사를 시행하였다. 미이용 열에너지를 집단에너지사업에 활용할 계획이므로 열수요처는 기존에 집단에너지사업을 시행하는 업체를 대상으로 방문 조사 및 서면조사를 시행하여 “유력수요량”을 산정하고, 추가로 공동주택 밀집지역을 대상으로 열수요 선정기준을 제시하여 향후 개별난방이나 중앙난방을 지역난방 방식으로 바꿀 가능성이 있는 공동주택을 대상으로 “잠재수요량”을 산정하였다.
넷째, 미이용 열에너지 발생처와 기존 집단에너지사업자의 위치에 대한 현장 답사를 통해 “광역 열네트워크” 구축을 통한 미이용 열에너지를 집단에너지사업에 활용하는 방안을 제시한다.
다섯째, 미이용 열에너지를 집단에너지사업에 활용하는 것에 대한 국가ㆍ사회적 경제적 사업타당성 여부를 확인하기 위해 광역 열네트워크를 건설ㆍ운영하는 “망사업자”를 기준으로 하여 한국개발연구원의「공기업ㆍ준정부기관 사업 예비타당성조사 수행을 위한 일반지침 연구」를 기준으로 적용하고, 미이용 열에너지의 집단에너지사업 활용 방안에 대하여 분석 검토하였다.
수도권 미이용 열원을 활용한 집단에너지사업에 대한 비용-편익 분석을 수행한 결과, 편익/비용 비율은 1.72로 1.0을 상회하며 내부수익률은 24.26%으로 사회적 할인율인 5.5%를 훨씬 넘어 상기 사업은 경제적 타당성을 확보하고 있음을 알 수 있다.
연구 결과를 바탕으로 수도권 서남부 외곽 지역의 산업체 폐열과 소각장 폐열을 활용하는 방안을 적극적으로 모색하고 더불어 본 연구에서 제안한 인천~목동~사당구간 남쪽에 위치한 GS파워와 안산도시개발과의 열연계를 통한 광역 열배관 네트워크의 환산망의 구성 또한 검토할 필요가 있다. 또한, 수도권 뿐만 아니라 전국적으로 미이용 열에너지를 발굴하여 활용하는 방안을 강구할 필요가 충분히 있다고 판단된다.

목차 (Table of Contents)

• I. 서 론 1
• 1. 연구배경 및 목적 1
• 2. 연구의 내용과 구성 4
• II. 이론적 고찰 6
• 1. 이론적 고찰 6
• 2. 미이용 열에너지의 정의 27
• 3. 미이용 열에너지의 종류 28
• 4. 사업자간 미이용 열에너지 활용 사례 검토 36
• III. 연구방법 38
• 1. 연구과제 및 연구방법 38
• 2. 미이용 열에너지의 종류와 규모 조사 및 회수 가능량 산정 40
• 3. 미이용 열에너지를 활용하는 열수요자의 선정 73
• 4. 미이용 열에너지의 활용방안 92
• 5. 미이용 열에너지 수요 분석 102
• 6. 미이용 열에너지의 열생산자의 열생산량 산정 123
• IV. 편익추정 및 경제성 분석 133
• 1. 편익 추정 133
• 2. 경제성 분석 145
• 3. 추가적 효과 152
• V. 연구결과 및 고찰 161
• 1. 연구결과 161
• 2. 고찰 165
• Ⅵ. 결 론 166
• 참고문헌 168
• 영문초록(Abstract) 170