사업장 배출시설별 적용가능한 온실가스 감축 기술
본 문서는 사업장 배출시설별로 적용가능한 온실가스 감축기술에 관한 내용으로 ‘온실가스 감축기술 1~9’는
<esco>지 81, 82호에서 확인할 수 있다.
글 / 홍성호 (경기도환경보전협회 연구소장)
감축기술10. Roots Blower를 고효율Turbo Blower로 교체
Roots Blower는 수명이 약 7~8년으로 샤프트, 타이밍기어, Rotor등의 마모로 인해 장기사용에 따른 효율 감소가 크게 발생하여 소비전력이 증대된다. 발생되는 폐수는 생산량의 시간에 따라 변화량이 있으나, 폐수 장내 폭기량은 항상 일정량의 폭기를 공급하는 정풍량 운전을 하고 있다.
Blower에 의한 폭기량은 최대 유입 폐수량을 처리하기 위한 기준으로 시설되어 있으므로 기준이하의 폐수 가 유입될때에는 필요이상의 가압공기가 공급되게 된다.
고속 Turbo Blower는 종합효율이 75%로 Rotary Blower에 비해 30%이상 효율이 우수하여 소비전력의 절 감이 가능할 뿐만아니라 유지보수비가 적고 인버터제어로 필요에 따라 풍압과 풍량의 조정이 가능하여 운 전비용을 크게절감할 수 있다.
Turbo Blower 적용 폭기 시스템은 폭기조내에 DO 센서를 설치하여 실시간으로 폭기조내 폐수의 DO(용존 산소)값을 읽어 콘트롤러에 공급하고, 콘트롤러에서 설정값과의 차이에 따라 Turbo Blower 에서 공급하 는 폭기량을 조절한다.
※ 고속 Turbo Blower의 효율(제작자 제공자료)
임펠러 : 82% / 모터(BLDC형 고속전동기) : 96% / 인버터 : 96% / 종합효율 : 75%
※ 고속 Turbo Blower의 특징
- 고효율로 Roots Blower에 비해 30%이상 절전 가능 - 설비가 컴팩트하여 설치면적이 적음(기존 Blower의 1/3이하) - 공기베어링의 적용으로 윤활유시스템이 없고 내구성이 높음 - 유지보수비가 적고 저부하에도 고효율 유지
- 진동과 소음(75dB이하)이 현저하게 낮음
- 인버터제어로 필요에 따라 풍압과 풍량의 조정가능 - 자체 고장진단 및 원격 무인제어 가능
※ 고속 Turbo Blower의 적용 신기술
- 고속 정밀제어용 인버터 - 고속 대용량 고효율 BLDC전동기
- 고속 고하중용 공기베어링 - 소형 고성능 고효율 정밀주조 임펠러
ESCO Issue
가 클수록 많은 유도 전류를 발생할 수 있으며, 나) 조업은 간헐 운전이 가능하며 STARTING BLOCK이나 잔탕이 필요 없고, 다) 설비비는 고주파 전원을 필요로 하므로 도가니 형 저주파 로에 비하여 과거에는 고 가 였으나 현재는 많이 인하 되었으며, 라) 상기의 조건 때문에 BATCH TYPE의 용해로로서는 가장 적합하 며, 저주파 유도 용해로에 비하여 고주파 유도 용해로는 조업시간 단축, 로체 에너지효율 향상 등으로 20%
이상의 에너지 절감을 가져올 수 있는 것으로 알려져 있다(참고자료2 고주파유도용해로 참조).
고주파 유도 용해로 1. 유도 용해로의 분류와 특징
<표> 유도 용해로의 분류와 특징
구 분 도가니형 저주파로 도가니형 중(고)주파로 CHANNEL형 저주파로
용 도 용해, 유지, 승온 용해, 유지(승온) 용해, 유지
용해 재료 다종 또는 정해져 있음(주철, 동) 다종(특수 강) 일정(황동, 아연, AL, 주철)
조업 조건 연속 간헐 또는 연속 연속
용해 온도 중간 높다 낮다
교반력 강 중~강 약
전력 밀도 중 고 저
용해 속도 중간 빠르다 늦다
용해 량 중,대용량 적합 중,소용량 적합 중,대용량 적합
성분 조정 용이 용이 약간 곤란
기 타 STARTING BLOCK이 필요 항시 기동 가능
- 기동시 종탕이 필요 - 항상 잔탕이 필수 - 로를 비우게할 수 없다 - 구조가 약간 복잡
<그림 > 금속의 열용량 그래프
1 ) 도가니형 저주파로
가) 적은 재료에 전력을 투입하기 어렵기 때문에 용해시간이 길고 교반력의 입장에서 전력밀도를 작게 하 지 않으면 않되므로 급속 용해가 불가능하다.
나) STARTING BLOCK 또는 잔탕이 반드시 필요하다.
다) 설비비는 고주파로에 비해서 과거에는 저렴하였으나 현재는 그렇지 않다.
라) 유지용으로도 사용할 수 있으나 에너지 절약 면에서 방열 LOSS가 많다.
400380 360 320300 280 260240 220 200 180160 140 100120 80 6040 20
0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 Wh
kg Al
Ms 70 Ni Cr Cu
Ag
Au Pt Mg
Cast Iron Steel
°C
2 ) 중주파(고주파)로
가) 적은 재료를 단시간에 용해할 수 있다. 주파수가 클수록 많은 유도 전류를발생 할 수 있다.
나) 조업은 간헐 운전이 가능하며 STARTING BLOCK이나 잔탕이 필요 없다.
다) 설비비는 고주파 전원을 필요로 하므로 도가니 형 저주파 로에 비하여 과거에는 고가 였으나 현재는 많이 인하 되었다.
라) 상기의 조건 때문에 BATCH TYPE의 용해로로서는 가장 적합하다.
3 ) CHANNEL형 저주파 로
가) 도가니 형 로처럼 주위를 수냉 동관으로 냉각하지 않기 때문에, 단열 구조로 만들기 쉽고 열 손실이 적어 고효율이다.
나) 발열부(CHANNEL)가 작고 전력의 투입은 적으므로 용해 능력은 작다.
다) CHANNEL부에 용탕이 늘 필요하므로 연속 조업밖에 사용할 수 없다. 즉, 휴일에도 항상 용탕을 넣 어 두어야 한다.
2. 로체(FURNACE)
고주파유도로의 로체의 전력밀도는 통상 저주파로의 약 3배 이상이 되기 때문에 안전하고 견고한 로체 구 조로 되어 있다. 아래 그림은 로체 단면도를 나타낸다. 용탕을 유지하는 도가니상의 내화물은 일반적으로 건식 스탬프제를 붙여 고성형(固成形)하고, 혹은 흑연 도가니 등의 정형도가니를 사용한다. 그 주위에는 수 냉동관의 통전코일, 그 외측에는 계철을 배치하여 자속이 새는 것을 막고 코일 배후에는 강력하게 지탱하 는 역할을 하고 있다. 로틀은 전체를 지지하여 빈번한 경동에 견디도록 강재의 강고한 구조를 하고 있다. 계 철을 사용하지 않은 소 용량에서는 누설 자속에 의한 로틀의 과열을 방지하기 위해, 비 자성재료 또는 절연 물로 로틀을 구성하는 것이 일반적이다. 여기서 중요한 것은 고주파유도로의 용해 전력 효율을 향상시키려 면 이 로본체의 전기효율을 얼마나 향상시킬 수 있는가 하는 것이다.
<그림> Heavy Steel Shell Furnace
1 ) 로체구조
아래 그림에 일반적인 고주파유도로의 주회로를 나타내었다. 용해 중에 있어서 전력에너지수지는 용탕중에
견고한 Eopxv 코일 지지목대
4단 적층의 절연재 자장 차폐용
션트 코아
견고한 스틸 쉘 구조 3층 구조 상하부
절연재
내화재 상부 블록
상부 냉각 턴
효율 높은 사각 코일
리크 검출용 안테나
하부 냉각 턴 하부 블랙 백 푸셔 블록
ESCO Issue
체의 전력손실 즉, 전력손실의 70%이상이 로체의 전력손실인 것에서 얼마나 로체의 구조가 에너지절약의 포인트가 되는지를 알 수 있다.
<그림> 고주파 유도로 주회로 <그림> 전력에너지수지
2 ) 코일
로체 형상은 환형 또는 각형이 사용된다. 고주파 대 전류의 표피효과를 생각하면 그림에 나타나는 이형 동관은 통전단면적이 많아져 환형 파이프 로체의 경우보다 효율이 약 2-3% 향상된다. 또 단면계수가 크게 취해져 코일변형에 비해 튼튼하고 유효한 형상이다. 절연방식은 결로 현상이 발생하기 쉬운 조건과 먼지가 많은 주물공장의 환경조건을 생각하면 코일도체에 절연 테이프를 감아 더욱 와니스 함침하는 방식이 가장 적합하다고 할 수 있다.
3 ) 계철(繼鐵)
계철(CORE)을 사용하지 않은 고주파에서는 누설자속을 피할 수 없어 손실이 크게 불안정해지기 때문에 성능보증이 곤란해 진다. 누설 자속의 영향을 절감하기 위해 앞에서 얘기했듯이 로틀을 비금속재료로 해야 하고 또 작업 데크를 필요로 하는 경우에 철재는 사용할 수 없다는 제한이 나온다. 계철을 가지지 않은 고 주파 로체(BOX TYPE)를 계철부 로체로 변환하여, 전력변환 효율이 약 15%개선된 경우가 있으며 500kg이 상 또는 300kw를 넘는 경우는 계철부 로체 구조가 적합하나 비용적으로 일반(BOX TYPE)타입에 비하여 고가인 관계로 약 2톤 이상 되어야 계철 TYPE을 적용하고 있다.
3. 전원장치
반도체소자를 사용한 고주파인버터는 주 회로 방식에 따라 전압원 직렬공진 방식과 전류원 병렬공진 방 식의 2종류가 있다.
한편 제어장치는 사이리스터 소자보호를 위해 아래 그림에 나타나듯이 출력전압 전류를 자동적으로 제한 하고 있기 때문에 통상의 용해운전으론 용해초기부터 말기까지의 로 입력 부하율이 약 90-92%가 된다. 최 근 대형고주파로는 로내 임피던스의 인버터운전상태에서 최적조건을 마이크로컴퓨터가 연산하여 자동적으 로 부하 정합을 조정하는 기능을 가지고 있는 것도 있다. 이것에 의하면 용해초기부터 완료까지 98% 이상 의 전력을 투입하는 것이 가능하며 통상 계약 전력에 비해 용해능력을 약 10% 올릴 수 있고 역으로 용해능 력을 정격 치 이내에서 억제해 두면 계약전력을 약 8% 내릴 수 있다.
주변압기 사이리스터 인버터식
콘텐서 배선
로로일 동손 철손 수냉 케이블 외류 손(접합용 변압기)
2%
3%
0.8%
0.5%
19-21%
용해에너지 용탕중에 발생하는 전력
72-74%
고압기기 100%
전원변압기
정류기 (주파수변환장치)
인버터
콘덴서
로 코일 정합용 변압기
감축기술12. 유도등을 LED등으로 교체
가. 이론적 배경
소방법에 의한 피난설비에는 유도등과 유도표지가 있고, 유도등은 화재시에 피난을 유도하기 위한 등으로써 상 용전원에 따라 켜지고, 상용전원이 정전된 경우에는 비상전원으로 자동전환 되거나 자체 내장된 축전지에 의하 여 20분 이상 점등을 유지하도록 되어야 하며, 유도등에는 피난구유도등, 통로유도등, 객석유도등으로 구분되 며, 통로유도등에는 계단통로유도등과 복도통로 유도등, 거실통로유도등으로 다시 구분된다.
(1) 3선식 배선에 대한 소방법과 전기소비 및 에너지절약과 모순유도등에는 피난구유도등과 통로유도등이 있는 데, 소방법에는 2선식 배선으로 점멸기를 설치하지 않고 24시간 점등토록 하고 있으며, 점멸기를 설치할 수 있 는 3선식 배선을 할 수 있는 예외 조항의 조건으로는
① 외부광에 따라 피난구 또는 피난방향을 쉽게 식별 할 수 있는 장소
② 공연장, 암실 등으로서 어두워야 할 필요가 있는 장소
③ 특정 소방대상물의 관계인 또는 종사원이 주로 사용하는 장소로 국한함으로써 일반 건축물 신축 후 소방검사시 에 너지절약차원에서 통로유도등이나 계단유도등을 3선식 배선이로 점멸기를 설치하여 유도등 절감 또는 인체 감지센 서를 설치하는 방식에 대하여 일부 소방관서에서 인정하지 않음으로 하여 일반 건축물의 사용 에너지의 대다수는 조 명부하이므로 조명부하에 대한 에너지절감을 해야 하는데, 현재의 소방법과 모순점이 발생되어 설계사무소나 시공사 에서 혼란을 빚고 있으므로 소방법의 에너지절약에 대한 검토가 필요하다.
그 대안으로는
① 화재안전기준 제9조(유도등전원) 3항에 3선식 배선가능조건에 에너지절감을 위하여도 3선식 배선을 할 수 있도 록 해야 하며 ② 설계나 시공시 3선식 배선으로 하여 점멸기를 설치할 시에는 자동화재탐지 수신기에 연동되어 평 상시 점멸기에 의하여 소등되어있더라도 자동화재탐지수신기가 동작시(즉 화재발생시) R/Y에 의하여 자동 점등되도 록 시공하도록 함.
- 3선식 배선으로 점멸기 설치시 소방법상 규정은
· 자동화 탐지 설비의 감지기 또는 발신기가 작동되는 때
· 비상 경보설비의 발신기가 동작되는 때
· 상용 전원이 정전되거나 전원선이 단선되는 때
· 방재 업무를 통제하는 곳 또는 전기 배선반에서 수동으로 점등 한 때
· 자동 설비가 작동되는 때 점등하도록 하여, 3선식중 점멸기가 설치되는 1선은 종합 P형 또는 R형 수신반과 연결되어 동 작 확인과 화재발생시 수신반의 신호에 의하여 릴레이가 작동하여 유도등을 점등하도록 한다. 이 방식은 현재에도 3선 식 배선과 점멸기 설치 방식에 대하여 규정되어 있음에도 불구하고 전기공사와 소방공사의 관련 업체의 이해부족 등으 로 시공되지 않고 있다.
(2) 저전력 유도등에 비하여 수명이 짧고, 전력소비 증가
유도등에 사용되는 램프는 피난구 유도등 소형 10[W], 중형 20[W], 대형40[W]와 복도, 통로유도등 소형 6[W], 중형 10[W], 대형 20[W]인 형광램프를 사용하고 있어 형광램프의 수명은 8000[H]으로 거의 24시간 점등시에는 1년에 1회 램프를 교체를 하여야 하며, 실제로 유도등에 사용되는 안정기는 일반 형광등과 달리 품질관리가 낙후
ESCO Issue
(3) 개정고시 소방방재청고시 제2006-31호 (유도등 및 유도표지의 화재안전기준 (NFSC 303))
제9조(유도등의 전원) : 배선은 전기사업법 제67조에서 정한 것 외에 다음 각호의 기준에 따라야 한다.
1. 유도등의 인입선과 옥내배선은 직접 연결할 것
2. 유도등은 전기회로에 점멸기를 설치하지 아니하고 항상 점등상태를 유지할 것. 다만, 소방대상물 또는 그 부분에 사람 이 없거나 다음 각목의 1에 해당하는 장소로서 3선식 배선에 따라 상시 충전되는 구조인 경우에는 그러하지 아니하다.
가. 외부광(光)에 따라 피난구 또는 피난방향을 쉽게 식별할 수 있는 장소 나. 공연장, 암실(暗室) 등으로서 어두어야 할 필요가 있는 장소 다. 소방대상물의 관계인 또는 종사원이 주로 사용하는 장소
위에 개정고시에 따라 2. 항목 가, 나, 다 목에 해당하지 않는 사업장은 유도등 신규 및 재설치 항상 점등상태를 유지 하도록 해야 한다.
나. 개선 방안
(1) 일반형 유도등을 LED 유도등으로 교체
- 유도등은 소방법에서 피난구 및 통로유도등은 지상노출시 통로유도등의 바닥 밑으로부터 수평으로 0.5[m]
떨어진 지점에서 1[lx] 이상이고, 바닥매설시 통로유도등의 직상부 1[m]의 높이에서 측정하여 1[lx] 이상이며 - 유도표지는 주위 조도 0[lx]에서 20분간 발광 후 직선거리 20[m] 떨어진 위치에서 보통시력으로 표시면 의 문자 또는 화살표등을 쉽게 식별할 수 있어야 하며, 유도표지의 표지면의 위도는 주위 조도 0[lx]에서 20분간 발광 후 24[mcd/㎡] 이상으로 강제 규정되어 있으므로 소방기준으로 형식승인을 받은 LED 부착 소형 유도등으로 교체, 현재 시중에 유통되는 소방검정품 유도등은 CCFL램프형(소비전력 평균 3[W]) 이 며, 수명시간이 100,000[h]인 저전력 소비형(LED) 통로유도등으로 교체함으로써 램프교체 기간이 10배 길어져 유지비용 절감 및 전력소비 저감
피난구 - 단면 피난구 - 양면 통로 - 단면 통로 - 양면
감축기술13. 고효율 조명기구로의 교체
가. 현황
<그림> 32 [W]형광등 설치현황
대기전력 절전기 타이머붙이 콘센트
나. 개선 방안
램프는 LUXXO 29 [W] 램프(○○전기 룩소)로 교체하여 기존 조도를 확보하는 동시에(안정기 32 [W] 등기구 에 사용가능함) 낮은 전력으로 인한 에너지 절약을 기할 수 있다. 차후 수명이 다된 램프교체시에 LUXXO 29 [W] 램프로 교체하면 한 등당 3W 절감을 할수 있다.
연간 전력절감량 = (개선 전 소비전력량 - 개선 후 소비전력량) [kWh/년]
연간 절감금액 = 연간 전력절감량 [kWh/년] × 적용 전력단가 [원/kWh]
= 1,397 [kWh/년] × 73 [원/kWh]
= 101.94 [천원/년]
연간 탄소배출 저감량 = 연간 에너지 절감량(MWh/년) × 탄소배출계수(ton C/MWh)
감축기술14. 사무기기 대기전력 절감
사무기기 콘센트에 플러그 미제거로 인한 전력 소비
가) 복사기에 2구용 타이머 붙이 대기전력 절전기 설치
복사기는 1구 또는 2구 타이머붙이 대기전력 절전기를 설치하여 최종 퇴실자가 OFF하도록 하여 사무기기 전력 절감
나) 시중의 대기전력 절전기 종류
년간 절감량 = 절감전력× 년 근무일수× 일정지 가능시간× 설치대수 년간 절감금액 = (전력절감량)× (단가)
연간 탄소배출 저감량 = 연간 에너지 절감량(MWh/년) × 탄소배출계수(ton C/MWh)
감축기술15. 건물 외부 유리창 유리단열 코팅
가. 현황 및 문제점
공장의 건물 외벽은 유리벽면으로 이루어져 있으며, 건물의 방향 또한 정 남향으로 되어 있어 채광량이 많 은 것으로 보여지고 있다. 특히 2층 작업실의 경우 실내온도를 15℃를 유지해야 하며, 유리벽면으로의 외부 채광으로 인하여 온도상승이 많은 것으로 판단 되고 있다. 실제로 여름철 냉방부하의 상승으로 전기요금의 급격한 증가가 눈에 띤다. 건물 전체가 남향으로 되어 있으며 전면부의 대부분이 유리창으로 되어 있다. 유 리창은 이중창으로 되어 있으며 단열창호가 아닌 일반 코팅 강화 유리로 되어 있다. 단열 처리가 되어 있지 않다 보니 냉,난방부하의 사용이 증가하여 운영상 상당한 부담으로 작용하고 있다. 작업장의 경우 상시 일 정 온도를 유지해야 하므로 특히 단열에 대한 문제해결이 시급해 보여진다.
ESCO Issue
A Coating: 기존 당사의 제품 B Coating : 신규제품 C Coating : 신규제품
3mm Glass A Coating
B Coating C Coating
분광일식 에너지
可視光線透過率(%) 日射透過率(%) 遮蔽係 UV透過率(%)
3mm Glass 90 86 1.0 71.4
A Coating 80 67 0.79 1.5
B Coating 70 38 0.66 0.7
C Coating 64 31 0.58 0.6
