KR101515374B1 - 열병합발전 시스템으로 구축된 개별 열/전기 에너지 및 중앙 열/전기 에너지 공급 연계 시스템, 및 이를 운용하는 방법 - Google Patents
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Abstract
열병합발전 시스템으로 구축된 개별 열/전기 에너지 및 중앙 열/전기 에너지 공급 연계 시스템, 및 이를 운용하는 방법이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 열병합발전 시스템으로 구축된 개별 열/전기 에너지 및 중앙 열/전기 에너지 공급 연계 시스템은, 열에너지 및 전기에너지를 생산할 수 있는 개별 열/전기 에너지 발생기기(110)를 구비한 하나 이상의 개별 세대 혹은 건물(100); 중앙 배관(300)에 의해 상기 개별 세대 혹은 건물(100)과 연결되고, 열에너지 및 전기에너지를 생산할 수 있는 중앙 열/전기 에너지 공급기기(210)를 하나 이상 구비한 중앙 열/전기 공급부(200); 상기 개별 세대 혹은 건물(100)과 중앙 열/전기 공급부(200)를 연결하는 중앙 배관(300)에 하나 이상 장착되고, 중앙 배관(300) 내부에서 일방향 및 타방향으로 이동하는 열에너지의 유량을 측정하는 양방향 열량계(400a, 400b); 및 상기 개별 열/전기 에너지 발생기기(110)로부터 외부 상용계통(700)으로 이동하는 전기에너지의 전력량을 측정하거나, 외부 상용계통(700)으로부터 개별 세대 혹은 건물(100)의 전기부하부(520)로 이동하는 전기에너지의 전력량을 측정할 수 있도록, 상기 개별 열/전기 에너지 발생기기(110)와 외부 상용계통(700) 사이 및 전기부하부(520)와 외부 상용계통(700) 사이에 장착되는 양방향 전력량계(510);를 포함하되, 상기 중앙 배관(300)은, 열에너지 전달매체가 이동할 수 있는 공급 배관(310) 및 환수 배관(320)으로 구성된다.
Description
본 발명은 열병합발전 시스템으로 구축된 개별 열/전기 에너지 및 중앙 열/전기 에너지 공급 연계 시스템, 및 이를 운용하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 열병합발전 시스템 또는 열병합발전시스템(Co-Generation System)은 하나의 에너지원으로부터 2종류(열과 전기) 이상의 에너지를 동시에 생산해 낼 수 있는 시스템으로서, 엔진 또는 터빈을 구동, 발전기를 회전시켜 전력을 생산하고, 이때 발생되는 배기가스 또는 냉각수의 배열을 회수하여 급탕이나 공기조화기 등의 열수요처로 공급하는 장치이다.
발전과 배열의 이용을 통해 에너지를 활용하므로 종래 화력발전소의 효율이 35 % 내외인데 반하여, 열병합발전 시스템의 효율은 70 내지 85 % 수준으로 매우 높아, 목동, 분당, 일산 등의 신도시 계획 및 건설시 대형의 집중형 열병합발전시스템이 주요 인프라로 구축된 바 있지만, 최근에는 주민들의 반대 등으로 입지 선정이 여의치 않고 설비 투자비가 많이 드는 집중형 열병합 설비보다는 1 MW 급 이하의 분산형 열병합시스템에 대한 관심이 증대되고 있다. 열병합 시스템은 발전용량에 따라 수십 ~ 수백 kW는 소형 열병합, 수 kW는 초소형 열병합발전 시스템으로 불리며 실제로 전력 열수요가 많은 호텔 등의 대형 빌딩에 분산형 소형 열병합발전시스템이 설치되고 있다. 또한 최근 많은 연구를 통해 전세계적으로 각 세대에서 사용이 가능한 초소형 열병합발전 시스템의 시제품 및 초기 보급사업이 이루어지고 있는 상태이다.
이와 같이 높은 열효율을 갖는 소형 열병합시스템이 많이 보급된다면 에너지 효율 측면에서 많은 잇점을 누릴 수 있으나, 아직까지는 해당 시스템의 구축을 위해서 많은 비용이 소요되고, 운영 비용이 높아 회수기간이 길어지는 문제로 인해 보급이 촉진되기에는 어려운 실정이다.
그러나 태양광에너지나 풍력에너지 등을 이용한 발전설비를 갖춘 가정에서 생산한 전기를 구매해주는 사업과 마찬가지로, 소형 열병합발전시스템에 의해 생산된 열과 전기를 구매해주는 방식으로 인프라가 구축될 수 있다면, 스털링 엔진(Stirling engine), 랭킨 엔진(Rankine engine), 연료전지(Fuel cell), 왕복동식 엔진(Reciprocating Engine), 터빈(Turbine), PVT(photovoltaic thermal) 시스템 등의 기술을 채택한 소형 또는 초소형의 열병합발전 시스템을 건물 또는 공동주택의 각 단지별, 동별, 또는 세대별로 설치하는 것이 좀더 실현 가능해질 것이다.
이와 같이 열병합발전 시스템을 수요측 자체 내부에 설치하여 운용하기 위해서는, 열에너지 및 전기에너지 네크워크는 필연적으로 필요하며, 열에너지 및 전기에너지 네트워크는 열에너지 및 전기에너지 공급측이 수요측과 열매체를 수송하는 배관 및 전력을 공급하는 전기 케이블로 연결되어 열에너지 및 전기에너지를 공급하는 시스템이다.
종래의 열에너지 네트워크 시스템 또는 전기에너지 네크워크 시스템은 공급측에서 수요측으로 열에너지 또는 전기에너지를 공급하는 단방향 열/전기 공급 방식이었다.
구체적으로, 공급측에서 고온의 열매체를 수요측으로 공급하면, 수요측에서는 고온의 열매체로부터 열에너지를 획득하게 된다. 열에너지를 수요측으로 제공하여 저온화된 열매체는 다시 공급측으로 환수되게 된다. 또한, 공급측은 전기 케이블을 통해 전기에너지를 수요측으로 공급한다.
그러나 앞서 언급된 바와 같이 수요측에 설치되어 있는 소형 열병합발전 시스템에서 생산된 열과 전기를 외부의 다른 수요측으로 공급하기 위해서는 종래와는 전혀 다른 방식의 네트워크 시스템이 갖춰져야만 한다. 즉, 종래의 일방향 거래 시스템을 탈피하여 양방향 거래 시스템이 필요한 것이다.
양방향 열/전기 거래 시스템은 공급측이 수요측으로 열에너지 및 전기에너지를 공급하는 것은 물론, 수요측에서 자체의 열에너지 및 전기에너지 발생기기를 통해 잉여 열/전기 에너지를 발생시킨 경우, 수요측에서 공급측으로 열 및 전기에너지를 공급 및 판매하는 방식이다. 이러한 방식을 통해 수요측은 각 수요자가 보유한 열병합발전 시스템의 유휴시 또는 잉여열/잉여전기 발생시 열/전기를 생산/공급하여 급변하는 인근의 열/전기 수요에 원거리 공급자에 비해 신속하게 대응이 가능하여 열/전기 공급 만족도를 높일 수 있는 것과 동시에, 열/전기 생산을 통해 이득을 취하여 기기 설치 및 운영비의 회수기간 단축을 기대할 수 있게 된다. 또한 공급자측은 급변하는 수요자측 열/전기 수요를 보다 일정하게 관리할 수 있게 되어 잦은 부하변동을 줄여 안정적인 운전이 가능하게 되며, 또한 열병합발전 설비를 운영하는 경우 최근 동절기에도 급증하고 있는 전기수요에 탄력적으로 대응할 수 있는 운영효과를 겸비하는 장점을 가지게 된다. 이에 따라 이러한 양방향 열/전기 거래 시스템이 구축되는 경우 기존의 수요자-공급자의 관계로 고정되어 있는 관계를 벗어나 수요자측도 필요에 따라 공급자가 될 수 있는 중앙공급 - 분산열원 결합 기반의 열/전기 에너지 네트워크 시스템을 구현할 수 있다.
이러한 양방향 열/전기 거래는 공급측과 수요측 간에도 이루어질 수 있을 뿐만 아니라, 서로 다른 수요측 간에도 이루어질 수 있다.
따라서, 열병합발전 시스템 운전에 따른 잉여열 발생 또는 열판매수요에 따른 열생산시에 따른 열거래 시 공급측과 수요측의 관계가 상황에 따라 가변 될 수 있으므로 이를 조절할 수 있는 구조 및 이때 발생하는 구매 혹은 판매 시 발생하는 열에너지의 유량을 정확히 측정할 필요가 있다.
그러나 종래 기술에 있어서, 전기의 경우 현재에도 전세계적으로 신재생 발전원 또는 열병합발전 시스템을 보유한 세대 또는 건물의 경우 양방향으로 계측이 가능한 양방향 전력계를 이용하여 전력회사에 판매하는 것이 가능하다. 하지만 열에너지의 경우는 수요처에서 발생한 열을 양방향으로 제어, 판매할 수 있는 네트워크 배관구조, 측정방법 및 제어방법이 전무하여 열병합발전 시스템이 전기 수요에 대응하기 위해 발전하는 경우 같이 발생하는 열은 버려질 수 밖에 없도록 구성되어 있다. 더욱이 종래 기술에 따른 열에너지 네트워크 시스템은 열거래 시 발생하는 열에너지의 유량을 일방향 흐름에 관해서만 측정할 수 있을 뿐, 양방향 모두에 관해서 측정할 수 없는 문제점이 있다.
따라서, 열에너지 공급측, 수요측 및 또 다른 수요측 간의 열에너지 네크워크 시스템에 대한 구체적인 해결방안이 필요한 실정이다.
본 발명의 목적은, 열병합발전 시스템으로 구축된 개별 열/전기 에너지 및 중앙 열/전기 에너지 공급 연계 시스템에 있어서, 각 수요측, 공급측 및 또 다른 수요측 간의 열에너지 및 전기에너지 네트워크 시스템을 구축하여, 상호 열에너지 및 전기에너지의 구매 및 판매가 가능한 열/전기에너지 네크워크 시스템 및 이를 운용하는 방법을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 개별 열/전기 에너지 및 중앙 열/전기 에너지 공급 연계 시스템(600)은,
열에너지 및 전기에너지를 생산할 수 있는 개별 열/전기 에너지 발생기기(110)를 구비한 하나 이상의 개별 세대 혹은 건물(100);
중앙 배관(300)에 의해 상기 개별 세대 혹은 건물(100)과 연결되고, 열에너지 및 전기에너지를 생산할 수 있는 중앙 열/전기 에너지 공급기기(210)를 하나 이상 구비한 중앙 열/전기 공급부(200);
상기 개별 세대 혹은 건물(100)과 중앙 열/전기 공급부(200)를 연결하는 중앙 배관(300)에 하나 이상 장착되고, 중앙 배관(300) 내부에서 일방향 및 타방향으로 이동하는 열에너지의 유량을 측정하는 양방향 열량계(400a, 400b); 및
상기 개별 열/전기 에너지 발생기기(110)로부터 외부 상용계통(700)으로 이동하는 전기에너지의 전력량을 측정하거나, 외부 상용계통(700)으로부터 개별 세대 혹은 건물(100)의 전기부하부(520)로 이동하는 전기에너지의 전력량을 측정할 수 있도록, 상기 개별 열/전기 에너지 발생기기(110)와 외부 상용계통(700) 사이 및 전기부하부(520)와 외부 상용계통(700) 사이에 장착되는 양방향 전력량계(510);
를 포함하되,
상기 중앙 배관(300)은, 열에너지 전달매체가 이동할 수 있는 공급 배관(310) 및 환수 배관(320)으로 구성될 수 있다.
이 경우, 상기 개별 열/전기 에너지 발생기기(110)는, 스털링 엔진(Stirling engine), 랭킨 엔진(Rankine engine), 연료전지(Fuel cell), 왕복동식 엔진(Reciprocating Engine), 터빈(Turbine), PVT(photovoltaic thermal) 시스템 및 신재생 에너지를 활용하는 에너지 발생기기로 이루어진 군에서 하나 이상 선택되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 개별 세대 혹은 건물(100)과 중앙 열/전기 공급부(200)는, 중앙 배관의 공급배관(310) 및 중앙배관의 환수배관(320)으로부터 각각 연통되어 연장된 연결배관(311, 312, 321)에 의해 서로 연결되고, 상기 연결배관(311, 312, 321)에는 삼방밸브(3-way valve, 131) 및 체크밸브(check valve, 132)가 장착될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 공급 배관(310)은, 개별 열/전기 에너지 발생기기(110)로부터 발생된 열에너지를 공급받거나, 중앙 열/전기 에너지 공급기기(210)로부터 발생한 열에너지를 개별 세대 혹은 건물(100)로 공급할 수 있도록 개별 세대 혹은 건물(100)과 연결되고,
상기 환수 배관(320)은, 개별 열/전기 에너지 발생기기(110)에 열에너지 전달매체를 공급하거나, 공급 배관(310)으로 유동하는 열에너지 전달매체를 회수할 수 있도록, 상기 공급 배관(310) 및 개별 세대 혹은 건물(100)과 연결될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 환수 배관(320)과 개별 열/전기 에너지 발생기기(110)는 열에너지 전달매체가 이동할 수 있는 연결 배관(321)에 의해 상호 연결되어 있고,
상기 환수 배관(320)으로부터 개별 열/전기 에너지 발생기기(110)로 유동하는 열에너지 전달매체의 유량을 측정할 수 있도록, 연결 배관(321)에 양방향 열량계(400a, 400b)가 장착될 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예로서, 상기 양방향 열량계는 도 1에 도시된 바와 같이 분기관에 서로 다른 방향으로 배치된 체크밸브와 각 분기 라인에 설치된 각각의 유량계(도시 생략)를 포함하는 구성일 수 있다.
본 발명은 또한 상기 개별 열/전기 에너지 및 중앙 열/전기 에너지 공급 연계 시스템(600)을 운용하는 방법을 제공하는 바, 본 발명의 일 측면에 따른 개별 열/전기 에너지 및 중앙 열/전기 에너지 공급 연계 시스템 운용방법(S100)은,
(a) 개별 세대 혹은 건물(100)의 열에너지 및 전기에너지 수요가 있고 열에너지 및 전기에너지 판매 의사가 없는 경우, 개별 열/전기 에너지 발생기기(110)의 운용을 중지하는 과정;
(b) 개별 세대 혹은 건물(100)의 열에너지 및 전기에너지 수요가 없고 열에너지 및 전기에너지 판매 의사가 있는 경우, 개별 열/전기 에너지 발생기기(110)를 이용해 열에너지 및 전기에너지를 생산하고, 열에너지 및 전기에너지를 판매하는 과정; 및
(c) 개별 세대 혹은 건물(100)의 열에너지 및 전기에너지 수요가 있고 열에너지 및 전기에너지 판매 의사가 없는 경우, 개별 열/전기 에너지 발생기기(110)를 이용해 열에너지 및 전기에너지를 생산하여 개별 세대 혹은 건물(100)의 개별 열사용부(120) 및 전기부하부(520)에 열에너지 및 전기에너지를 공급하는 과정;
(d) 개별 세대 혹은 건물(100)의 전기에너지 수요만 있고 열에너지 및 전기에너지 판매 의사가 있는 경우, 개별 열/전기 에너지 발생기기(110)를 이용해 열에너지 및 전기에너지를 생산하고, 개별 세대 혹은 건물(100)의 전기부하부(520)에 전기에너지를 공급하고 잉여 전기에너지 및 열에너지를 판매하는 과정; 및
(e) 개별 세대 혹은 건물(100)의 열에너지 수요만 있고 열에너지 및 전기에너지 판매 의사가 있는 경우, 개별 열/전기 에너지 발생기기(110)를 이용해 열에너지 및 전기에너지를 생산하고, 개별 세대 혹은 건물(100)의 개별 열사용부(120)에 열에너지를 공급하고 잉여 열에너지 및 전기에너지를 판매하는 과정;
을 포함하는 구성일 수 있다.
삭제
삭제
또한, 상기 개별 열/전기 에너지 및 중앙 열/전기 에너지 공급 연계 시스템 운용방법은,
(f) 개별 열/전기 에너지 발생기기(110)에 의해 생산된 열에너지가 개별 열사용부의 열에너지 수요에 미치지 못하고 부족할 경우, 공급 배관(310) 및 연결 배관(312)을 통해 열에너지를 공급 받아 개별 세대 혹은 건물(100)의 개별 열사용부(120)에 공급하는 과정;
을 더 포함하는 구성일 수 있다.
상기 운용방법에 의해 시스템이 운영되는 경우 개별 열에너지 발생기기(110)가 한대 이상 중앙 열/전기에너지 공급기기(210)와 연계되어 운영되는 경우 다수의 열에너지 판매 의사가 열수요를 초과하면서 공급온도가 과도하게 상승하는 경우에는 중앙 열/전기공급부(200)내의 열에너지 저장부(220)를 이용하여 잉여열을 저장할 수 있도록 하고, 반대로 열수요가 많은데도 불구하고 열에너지 판매 의사가 없고 중앙 열/전기공급부(200)의 공급능력을 초과하는 경우에는 중앙 열/전기공급부(200)내의 열에너지 저장부(220)에 저장된 열을 활용할 수 있는 방법을 더 포함하는 구성일 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 개별 열/전기 에너지 및 중앙 열/전기 에너지 공급 연계 시스템에 따르면, 열병합발전 시스템을 각 개별 세대 혹은 건물에 설치하고, 개별 열사용부와 중앙 열/전기 공급부를 연결하는 중앙 배관에 양방향 열량계를 설치함으로써, 각 열/전기 에너지 수요측, 공급측 및 또 다른 수요측 간의 열/전기 에너지 네트워크 시스템을 구축할 수 있고, 열/전기 에너지의 정확한 유량을 측정할 수 있으며, 이를 바탕으로 열/전기 에너지 구매 및 판매가 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 개별 열/전기 에너지 및 중앙 열/전기 에너지 공급 연계 시스템을 운용하는 방법에 의하면, 열/전기 에너지 구매 및 판매가 가능한 열에너지 네트워크 시스템을 효율적으로 운용할 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 개별 열/전기 에너지 및 중앙 열/전기 에너지 공급 연계 시스템의 모식도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 양방향 열량계의 개념도이다.
도 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 개별 열/전기 에너지 및 중앙 열/전기 에너지 공급 연계 시스템을 운용하는 방법을 나타내는 순서도이다.
도 6 내지 도 11은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 개별 열/전기 에너지 및 중앙 열/전기 에너지 공급 연계 시스템의 운용방법을 나타내는 모식도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 양방향 열량계의 개념도이다.
도 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 개별 열/전기 에너지 및 중앙 열/전기 에너지 공급 연계 시스템을 운용하는 방법을 나타내는 순서도이다.
도 6 내지 도 11은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 개별 열/전기 에너지 및 중앙 열/전기 에너지 공급 연계 시스템의 운용방법을 나타내는 모식도이다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하지만 본 발명의 범주가 그것에 한정되는 것은 아니다. 본 발명을 설명함에 있어 공지된 구성에 대해서는 그 상세한 설명을 생략하며, 또한 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 소지가 있는 구성에 대해서도 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 1 및 도 2에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 개별 열/전기 에너지 및 중앙 열/전기 에너지 공급 연계 시스템의 모식도가 도시되어 있다.
우선 도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 개별 열/전기 에너지 및 중앙 열/전기 에너지 공급 연계 시스템(600)은, 개별 세대 혹은 건물(100), 중앙 열/전기 공급부(200), 개별 세대 혹은 건물(100)과 중앙 열/전기 공급부(200)를 연결하는 중앙 배관(300), 개별 세대 혹은 건물(100)과 중앙 배관(300) 사이에 장착되는 양방향 열량계(400a, 400b) 및 외부 상용계통(700)과 개별 세대 혹은 건물(100) 사이에 장착되는 양방향 양방향 전력량계(510)를 포함하는 구성일 수 있다.
구체적으로, 개별 열/전기 에너지 발생기기(110)는 열에너지 및 전기에너지를 생산할 수 있는 발전기기라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어 스털링 엔진(Stirling engine), 랭킨 엔진(Rankine engine), 연료전지(Fuel cell), 왕복동식 엔진(Reciprocating Engine), 터빈(Turbine), PVT(photovoltaic thermal) 시스템으로 이루어진 군에서 하나 이상 선택되는 발전기기일 수 있다. 여기서 PVT 란, 태양광과 태양열을 동시에 생산하는 신재생 전원/열원 생산 시스템의 일종을 말한다. 또한, 개별 열/전기 에너지 발생기기(110)는 태양열, 지열 등의 신재생 에너지를 활용하는 에너지 발생기기일 수도 있다.
개별 열/전기 에너지 발생기기(110)로부터 생산된 열에너지는 난방분배기(121) 및 급탕수전(122) 등으로 구성되는 개별 열사용부(120)에 공급될 수 있다. 또한, 개별 열/전기 에너지 발생기기(110)로부터 생산된 전기에너지는 전기부하부(520) 또는 외부 상용계통(700)으로 공급될 수 있다.
더욱 구체적으로, 개별 열사용부(120)는 도 1에 도시된 바와 같이, 세대 급탕 유닛(123)을 포함할 수 있으며, 세대 급탕 유닛(123)은 외부 시수 공급원(124)으로부터 공급된 시수를 공급된 열에너지로 가열시키며, 가열된 급탕은 급탕수전(122)을 통해 이용할 수 있다.
개별 세대 혹은 건물(100)은 개별 열/전기 에너지 발생기기(110)로부터 생산된 잉여 열에너지를 연결 배관(311) 및 공급 배관(310)을 통해 중앙 열/전기 공급부(200)에 공급할 수 있다. 이때, 중앙 열/전기 공급부(200)에 공급되는 열에너지의 유량은 양방향 열량계(400a, 400b)를 통해 측정될 수 있다.
따라서, 이러한 구성을 포함하는 본 발명에 따른 개별 열/전기 에너지 및 중앙 열/전기 에너지 공급 연계 시스템(600)은, 각 개별 세대 혹은 건물(100), 중앙 열/전기 공급부(200) 및 또 다른 개별 세대 혹은 건물(도시하지 않음) 간의 열에너지 및 전기에너지 네트워크 시스템을 구축할 수 있고, 열에너지의 정확한 유량 및 전기에너지의 용량을 측정할 수 있으며, 이를 바탕으로 열에너지 및 전기에너지 구매 및 판매가 가능하다.
한편, 도 1에 도시된 바와 같이, 개별 세대 혹은 건물(100)과 중앙 열/전기 공급부(200)는, 중앙 배관의 공급배관(310) 및 중앙배관의 환수배관(320)으로부터 각각 연통되어 연장된 연결배관(311, 312, 321)에 의해 서로 연결될 수 있다. 이 경우, 연결배관(311, 312, 321)에는 삼방밸브(3-way valve, 131) 및 체크밸브(check valve, 132)가 장착될 수 있으며, 열에너지의 흐름 방향을 조절할 수 있는 장치라면 이에 한정되지 않음은 물론이다.
또한, 공급 배관(310)은, 개별 열/전기 에너지 발생기기(110)로부터 발생된 열에너지를 공급받거나, 중앙 열/전기 에너지 공급기기(210)로부터 발생한 열에너지를 개별 세대 혹은 건물(100)로 공급할 수 있도록 개별 세대 혹은 건물(100)과 연결된 구성일 수 있다. 환수 배관(320)은, 개별 열/전기 에너지 발생기기(110)에 열에너지 전달매체를 공급하거나, 공급 배관(310)으로 유동하는 열에너지 전달매체를 회수할 수 있도록, 공급 배관(310) 및 개별 세대 혹은 건물(100)과 연결된 구성일 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 환수 배관(320)과 개별 열/전기 에너지 발생기기(110)는 열에너지 전달매체가 이동할 수 있는 연결 배관(321)에 의해 상호 연결되어 있는 구성일 수 있다. 이때, 환수 배관(320)으로부터 개별 열/전기 에너지 발생기기(110)로 유동하는 열에너지 전달매체의 유량을 측정할 수 있도록, 연결 배관(321)에 양방향 열량계(400a, 400b)가 장착될 수 있다.
또한, 개별 세대 혹은 건물(100)은 개별 열/전기 에너지 발생기기(110) 및 개별 열사용부(120)로 구성될 수 있고, 양방향 열량계(400a, 400b) 및 삼방밸브(131)에 의해 특정 결합관계를 이룰 수 있다. 구체적으로, 삼방밸브(131)의 일측은 양방향 열량계(400a, 400b)와 연결되고, 타측은 개별 열/전기 에너지 발생기기(110)와 연결되며, 나머지 한 측은 개별 열사용부(120)와 연결될 수 있다. 또한, 개별 열/전기 에너지 발생기기(110)는 내부에 또 다른 삼방밸브(131a)를 구비하고 있어, 중앙 배관(300)의 공급 배관(310)과 개별 열사용부(120)와 연결될 수 있다. 또한, 중앙 배관(300)의 공급 배관(310)은 연결 배관(312)에 의해 개별 열사용부(120)와 연결될 수 있으며, 이때 공급 배관(310)과 개별 열사용부(120) 사이의 연결 배관(312)에는 공급 배관(310)으로부터 개별 열사용부(120)로 향하는 열에너지의 흐름만을 허용하는 체크밸브(132)가 개별 열/전기 에너지 발생기기(110) 내부의 또 다른 삼방밸브(131a)와 개별 열사용부(120)가 연결되는 지점보다 공급배관측 즉 상류측에 장착될 수 있다.
도 1에서는 간략한 도시를 위해 개별 세대 혹은 건물을 하나만 나타내었으나, 아파트 등과 같은 공동 주책의 경우, 도 2와 같이 다수의 세대를 위한 개별 세대 혹은 건물이 다수 개 마련됨은 물론이다.
도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 개별 열/전기 에너지 및 중앙 열/전기 에너지 공급 연계 시스템(600)은, 개별 세대 혹은 건물(100)을 둘 이상 포함하는 구성일 수 있다.
구체적으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 개별 열/전기 에너지 및 중앙 열/전기 에너지 공급 연계 시스템(500)은 둘 이상의 개별 세대 혹은 건물(100)로 구성되는 공동주택(100')과 중앙 배관(300)에 의해 서로 연결되어 열에너지의 구매 및 판매를 구현할 수 있다. 또한, 개별 세대 혹은 건물(100)은 전기 판매/구매 케이블(512)를 통해 외부 상용계통과 연결되어 전기의 구매 및 판매를 구현할 수 있다. 또한, 도 2에 도시된 공동주택(100')은 또 다른 대단위 주택 단지, 아파트 단지, 산업 단지 또는 도시 등으로 대체될 수 있음은 물론이다.
따라서, 이러한 구성을 포함하는 본 발명에 따른 개별 열/전기 에너지 및 중앙 열/전기 에너지 공급 연계 시스템(600)은, 더욱 더 안정적으로 열에너지 구매 및 판매 관리가 가능할 수 있다. 본 발명에 따른 개별 열/전기 에너지 및 중앙 열/전기 에너지 공급 연계 시스템(600)을 이용하여 열에너지 및 전기에너지 구매 및 판매 관리하는 방법에 대한 더욱 구체적인 설명은 후술하기로 한다.
도 3 및 도 4에는 본 발명에 따른 양방향 열량계의 개념도가 도시되어 있다.
우선 도 3을 참조하면, 본 발명의 하나의 실시예에 따른 양방향 열량계(400a)는, 관로(410a, 420a) 상에 분기된 제 1 분기배관부(411a, 421a) 및 제 2 분기배관부(412a, 422a), 제 1 유량계(441a), 제 2 유량계(442a), 및 제어부(450a)를 포함하는 구성일 수 있다.
이러한 구성은 본 출원인이 출원한 출원번호 10-2012-0126295호에 개시된 발명의 구성과 동일한 것으로서, 본 발명은 출원번호 10-2012-0126295호에 개시된 양방향 열량계를 채택하여 적용할 수 있다.
구체적으로, 제 1 분기배관부(411a, 421a) 및 제 2 분기배관부(412a, 422a)는 관로(410a, 420a) 상에 장착된 제 1 삼방밸브(431a) 및 제 2 삼방밸브(432a)에 의해 분기된 구조일 수 있다.
제 1 유량계(441a)는 제 1 분기배관부(411a, 421a)에 장착되어 제 1 분기배관부(411a, 421a)를 통해 유동하는 유체의 유량을 측정할 수 있고, 제 2 유량계(442a)는 제 2 분기배관부(412a, 422a)에 장착되어 제 2 분기배관부(412a, 422a)를 통해 유동하는 유체의 유량을 측정할 수 있다. 더욱 구체적으로, 제 1 유량계(441a) 및 제 2 유량계(442a)는 내부 유체의 유량을 측정할 수 있는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 임펠러 유량계(impeller flow meter)일 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 양방향 열량계는 제 1 분기배관부(411a, 421a) 또는 제 2 분기배관부(412a, 422a) 내 열에너지의 온도를 측정하는 온도 측정부; 및 제 1 유량계(441a) 또는 제 2 유량계(442a)에 의해 측정되는 유량과 온도 측정부에서 측정되는 온도를 기초로 열량을 산출하는 연산부;를 포함하는 구성일 수 있다. 더욱 구체적으로, 열량은 양방향 열량계 내부에서 측정되는 온도(환수 온도)와 연산부(도시하지 않음)로 연결되는 별도의 온도센서를 공급측에 설치하여 두 개의 온도 차이를 이용하여 열량을 산출할 수 있다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 제어부(450a)는 제 1 삼방밸브(431a) 및 제 2 삼방밸브(432a)의 상태를 변경하여 유체의 흐름 방향을 제어할 수 있다.
한편 도 4를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 양방향 열량계(400b)는, 관로(410b, 420b) 상에 양방향으로 분기된 제 1 분기배관부(411b, 422b) 및 제 2 분기배관부(412b, 421b), 네 개의 체크밸브(431b, 432b, 433b, 434b) 및 유량계(440b)를 포함하는 구성일 수 있다.
구체적으로, 제 1 체크밸브(431b) 및 제 4 체크밸브(434b)는, 제 1 분기배관부(411b, 422b)에 장착되어 내부 유체의 흐름 방향을 제어할 수 있다. 또한, 제 2 체크밸브(432b) 및 제 3 체크밸브(433b)는 제 2 분기배관부(412b, 421b)에 장착되어 내부 유체의 흐름 방향을 제어할 수 있다.
또한, 유량계(440b)는 제 1 분기배관부(411b, 422b) 및 제 2 분기배관부(412b, 421b)에 장착되어 내부 유체의 유량을 측정할 수 있다. 더욱 구체적으로, 유량계(440b)는 내부 유체의 유량을 측정할 수 있는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 임펠러 유량계(impeller flow meter)일 수 있다.
상기 언급한 바와 같이, 본 발명에 따른 양방향 열량계(400a, 400b)는, 유체의 흐름을 삼방밸브(431a, 432a) 또는 체크밸브(431b, 432b, 433b, 434b)를 활용하여 제어할 수 있고, 삼방밸브(431a, 432a) 또는 체크밸브(431b, 432b, 433b, 434b)에 의해 제어된 유체의 흐름을 유량계(441a, 442a, 440b)를 통해 정확히 측정할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예로서, 상기 양방향 열량계는 도 1에 도시된 바와 같이 분기관에 서로 다른 방향으로 배치된 체크밸브와 각 분기 라인에 설치된 각각의 유량계(도시 생략)를 포함하는 구성일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 양방향 열량계는 도 3 및 도 4에 도시된 바에 한정되는 것은 아니며, 관로 상에 위치하여 관로 내부를 통해 유동하는 유체의 흐름을 제어할 수 있도록, 삼방밸브 또는 체크밸브를 구비하여 유체의 유량을 측정할 수 있는 구성이라면 특별히 제한되는 것은 아니다.
따라서, 이러한 구조의 양방향 열량계(400a, 400b)를 포함하는 본 발명에 따른 개별 열/전기 에너지 및 중앙 열/전기 에너지 공급 연계 시스템(500)은, 개별 세대 혹은 건물(100)과 중앙 열/전기 공급부(200) 간의 열에너지 구매 및 판매량을 정확하게 측정할 수 있다.
도 5에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 개별 열/전기 에너지 및 중앙 열/전기 에너지 공급 연계 시스템을 운용하는 방법을 나타내는 순서도가 도시되어 있고, 도 6 내지 도 10에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 개별 열/전기 에너지 및 중앙 열/전기 에너지 공급 연계 시스템의 운용방법을 나타내는 모식도가 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 개별 열/전기 에너지 및 중앙 열/전기 에너지 공급 연계 시스템 운용방법(S100)은,
(a) 개별 세대 혹은 건물(100)의 열에너지 및 전기에너지 수요가 있고 열에너지 및 전기에너지 판매 의사가 없는 경우(S110)에는 도 6에 도시된 바와 같이, 개별 열/전기 에너지 발생기기(110)의 운용을 중지하는 과정(S115);
(b) 개별 세대 혹은 건물(100)의 열에너지 및 전기에너지 수요가 없고 열에너지 및 전기에너지 판매 의사가 있는 경우(S120)에는 도 7에 도시된 바와 같이, 개별 열/전기 에너지 발생기기(110)를 이용해 열에너지 및 전기에너지를 생산하고, 열에너지 및 전기에너지를 판매하는 과정(S125)으로 운용될 수 있고,
(c) 개별 세대 혹은 건물(100)의 열에너지 및 전기에너지 수요가 있고 열에너지 및 전기에너지 판매 의사가 없는 경우(S130)에는 도 8에 도시된 바와 같이, 개별 열/전기 에너지 발생기기(110)를 이용해 열에너지 및 전기에너지를 생산하여 개별 세대 혹은 건물(100)의 개별 열사용부(120) 및 전기부하부(520)에 열에너지 및 전기에너지를 공급하는 과정(S135);
(d) 개별 세대 혹은 건물(100)의 전기에너지의 수요만 있고 열에너지 및 전기에너지 판매 의사가 있는 경우(S140)에는 도 9에 도시된 바와 같이, 개별 열/전기 에너지 발생기기(110)를 이용해 열에너지 및 전기에너지를 생산하고, 개별 세대 혹은 건물(100)의 전기부하부(520)에 전기에너지를 공급하고 잉여 전기에너지 및 열에너지를 판매하는 과정(S145)으로 운용될 수 있으며,
(e) 개별 세대 혹은 건물(100)의 열에너지의 수요만 있고 전기에너지 판매 의사가 있는 경우(S150)에는 도 10에 도시된 바와 같이, 개별 열/전기 에너지 발생기기(110)를 이용해 열에너지 및 전기에너지를 생산하고, 개별 세대 혹은 건물(100)의 개별 열사용부(120)에 열에너지를 공급하고 전기에너지를 판매하는 과정(S155)으로 운용될 수 있다.
또한, 개별 열/전기 에너지 및 중앙 열/전기 에너지 공급 연계 시스템 운용방법(S100)은, 도 5의 순서도에 도시된 바와 같이,
(f) 개별 세대 혹은 건물(100)의 열에너지의 수요만 있고 개별 열/전기 에너지 발생기기(110)에 의해 생산된 열에너지가 개별 열사용부의 열에너지 수요에 미치지 못하고 부족할 경우(S160)에는 도 11에 도시된 바와 같이, 공급 배관(310) 및 연결 배관(312)을 통해 열에너지를 공급 받아 개별 세대 혹은 건물(100)의 개별 열사용부(120)에 공급하는 과정(S165)으로 운용될 수 있다.
한편, 환수 배관(320)과 개별 열/전기 에너지 발생기기(110)는 열에너지 전달매체가 이동할 수 있는 연결 배관(321)에 의해 상호 연결될 수 있다. 이때, 환수 배관(320)으로부터 개별 열/전기 에너지 발생기기(110)로 유동하는 열에너지 전달매체의 유량을 측정할 수 있도록, 연결 배관(321)에 양방향 열량계(400a, 400b)가 장착될 수 있다.
따라서, 본 실시예에 따른 개별 열/전기 에너지 및 중앙 열/전기 에너지 공급 연계 시스템에 따르면, 열병합 발전기기를 각 개별 세대 혹은 건물에 설치하고, 개별 세대 혹은 건물과 중앙 열/전기 공급부를 연결하는 중앙 배관에 양방향 열량계를 설치하고, 외부 상용계통과 개별 세대 혹은 건물 사이에 양방향 전력량계를 설치함으로써, 각 열/전기 에너지 수요측, 공급측 및 또 다른 수요측 간의 열/전기 에너지 네트워크 시스템을 구축할 수 있고, 열에너지의 정확한 유량 및 전기에너지의 정확한 용량을 측정할 수 있으며, 이를 바탕으로 열/전기 에너지 구매 및 판매가 가능하다. 또한, 본 발명에 따른 개별 열/전기 에너지 및 중앙 열/전기 에너지 공급 연계 시스템을 운용하는 방법에 의하면, 열/전기 에너지 구매 및 판매가 가능한 열에너지 및 전기에너지 네트워크 시스템을 효율적으로 운용할 수 있는 기술적 이점을 가지게 된다.
이상의 본 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
100: 개별 세대 혹은 건물 100': 공동 주택
110: 개별 열/전기 에너지 발생기기
120: 개별 열사용부 121: 난방분배기
122: 급탕수전 123: 세대 급탕 유닛
124: 외부 시수 공급원
131, 131a: 삼방밸브(3-way valve)
132, 132a: 체크밸브(check valve)
200: 중앙 열/전기 공급부
210: 중앙 열/전기 에너지 공급기기
220: 열에너지 저장부 230: 열교환기
300: 중앙 배관 310: 공급 배관
311: 연결 배관 312: 연결 배관
320: 환수 배관 321: 연결 배관
400, 400a, 400b: 양방향 열량계
410a, 410b: 관로 411a, 411b: 제 1 분기배관부
412a, 412b: 제 1 분기배관부 421a, 421b: 제 2 분기배관부
422a, 422b: 제 2 분기배관부 431a: 제 1 삼방밸브
431b: 제 1 체크밸브 432a: 제 2 삼방밸브
432b: 제 2 체크밸브 433b: 제 3 체크밸브
434b: 제 4 체크밸브 440b, 441a, 442a: 유량계
510: 양방향 전력량계 511: 연결 케이블
512: 전기 판매/구매 케이블 520: 전기부하부
600: 개별 열/전기 에너지 및 중앙 열/전기 에너지 공급 연계 시스템
700: 상용계통
110: 개별 열/전기 에너지 발생기기
120: 개별 열사용부 121: 난방분배기
122: 급탕수전 123: 세대 급탕 유닛
124: 외부 시수 공급원
131, 131a: 삼방밸브(3-way valve)
132, 132a: 체크밸브(check valve)
200: 중앙 열/전기 공급부
210: 중앙 열/전기 에너지 공급기기
220: 열에너지 저장부 230: 열교환기
300: 중앙 배관 310: 공급 배관
311: 연결 배관 312: 연결 배관
320: 환수 배관 321: 연결 배관
400, 400a, 400b: 양방향 열량계
410a, 410b: 관로 411a, 411b: 제 1 분기배관부
412a, 412b: 제 1 분기배관부 421a, 421b: 제 2 분기배관부
422a, 422b: 제 2 분기배관부 431a: 제 1 삼방밸브
431b: 제 1 체크밸브 432a: 제 2 삼방밸브
432b: 제 2 체크밸브 433b: 제 3 체크밸브
434b: 제 4 체크밸브 440b, 441a, 442a: 유량계
510: 양방향 전력량계 511: 연결 케이블
512: 전기 판매/구매 케이블 520: 전기부하부
600: 개별 열/전기 에너지 및 중앙 열/전기 에너지 공급 연계 시스템
700: 상용계통
Claims (8)
- 열에너지 및 전기에너지를 생산할 수 있는 개별 열/전기 에너지 발생기기(110)를 구비한 하나 이상의 개별 세대 혹은 건물(100);
중앙 배관(300)에 의해 상기 개별 세대 혹은 건물(100)과 연결되고, 열에너지 및 전기에너지를 생산할 수 있는 중앙 열/전기 에너지 공급기기(210)를 하나 이상 구비한 중앙 열/전기 공급부(200);
상기 개별 세대 혹은 건물(100)과 중앙 열/전기 공급부(200)를 연결하는 중앙 배관(300)에 하나 이상 장착되고, 중앙 배관(300) 내부에서 일방향 및 타방향으로 이동하는 열에너지의 유량을 측정하는 양방향 열량계(400a, 400b); 및
상기 개별 열/전기 에너지 발생기기(110)로부터 외부 상용계통(700)으로 이동하는 전기에너지의 전력량을 측정하거나, 외부 상용계통(700)으로부터 개별 세대 혹은 건물(100)의 전기부하부(520)로 이동하는 전기에너지의 전력량을 측정할 수 있도록, 상기 개별 열/전기 에너지 발생기기(110)와 외부 상용계통(700) 사이 및 전기부하부(520)와 외부 상용계통(700) 사이에 장착되는 양방향 전력량계(510);
를 포함하되,
상기 중앙 배관(300)은, 열에너지 전달매체가 이동할 수 있는 공급 배관(310) 및 환수 배관(320)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 개별 열/전기 에너지 및 중앙 열/전기 에너지 공급 연계 시스템(600).
- 제 1 항에 있어서,
상기 개별 열/전기 에너지 발생기기(110)는, 스털링 엔진(Stirling engine), 랭킨 엔진(Rankine engine), 연료전지(Fuel cell), 왕복동식 엔진(Reciprocating Engine), 터빈(Turbine), PVT(photovoltaic thermal) 시스템 및 신재생 에너지를 활용하는 에너지 발생기기로 이루어진 군에서 하나 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 개별 열/전기 에너지 및 중앙 열/전기 에너지 공급 연계 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 개별 세대 혹은 건물(100)과 중앙 열/전기 공급부(200)는, 중앙 배관의 공급배관(310) 및 중앙배관의 환수배관(320)으로부터 각각 연통되어 연장된 연결배관(311, 312, 321)에 의해 서로 연결되고,
상기 연결배관(311, 312, 321)에는 삼방밸브(3-way valve, 131) 및 체크밸브(check valve, 132)가 장착되는 것을 특징으로 하는 개별 열/전기 에너지 및 중앙 열/전기 에너지 공급 연계 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 공급 배관(310)은, 개별 열/전기 에너지 발생기기(110)로부터 발생된 열에너지를 공급받거나, 중앙 열/전기 에너지 공급기기(210)로부터 발생한 열에너지를 개별 세대 혹은 건물(100)로 공급할 수 있도록 개별 세대 혹은 건물(100)과 연결되고,
상기 환수 배관(320)은, 개별 열/전기 에너지 발생기기(110)에 열에너지 전달매체를 공급하거나, 공급 배관(310)으로 유동하는 열에너지 전달매체를 회수할 수 있도록, 상기 공급 배관(310) 및 개별 세대 혹은 건물(100)과 연결된 것을 특징으로 하는 개별 열/전기 에너지 및 중앙 열/전기 에너지 공급 연계 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 환수 배관(320)과 개별 열/전기 에너지 발생기기(110)는 열에너지 전달매체가 이동할 수 있는 연결 배관(321)에 의해 상호 연결되어 있고,
상기 환수 배관(320)으로부터 개별 열/전기 에너지 발생기기(110)로 유동하는 열에너지 전달매체의 유량을 측정할 수 있도록, 연결 배관(321)에 양방향 열량계(400)가 장착되는 것을 특징으로 하는 개별 열/전기 에너지 및 중앙 열/전기 에너지 공급 연계 시스템.
- 상기 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 따른 개별 열/전기 에너지 및 중앙 열/전기 에너지 공급 연계 시스템(600)을 운용하는 방법으로서,
(a) 개별 세대 혹은 건물(100)의 열에너지 및 전기에너지 수요가 있고 열에너지 및 전기에너지 판매 의사가 없는 경우, 개별 열/전기 에너지 발생기기(110)의 운용을 중지하는 과정;
(b) 개별 세대 혹은 건물(100)의 열에너지 및 전기에너지 수요가 없고 열에너지 및 전기에너지 판매 의사가 있는 경우, 개별 열/전기 에너지 발생기기(110)를 이용해 열에너지 및 전기에너지를 생산하고, 열에너지 및 전기에너지를 판매하는 과정; 및
(c) 개별 세대 혹은 건물(100)의 열에너지 및 전기에너지 수요가 있고 열에너지 및 전기에너지 판매 의사가 없는 경우, 개별 열/전기 에너지 발생기기(110)를 이용해 열에너지 및 전기에너지를 생산하여 개별 세대 혹은 건물(100)의 개별 열사용부(120) 및 전기부하부(520)에 열에너지 및 전기에너지를 공급하는 과정;
(d) 개별 세대 혹은 건물(100)의 전기에너지의 수요만 있고 열에너지 및 전기에너지 판매 의사가 있는 경우, 개별 열/전기 에너지 발생기기(110)를 이용해 열에너지 및 전기에너지를 생산하고, 개별 세대 혹은 건물(100)의 전기부하부(520)에 전기에너지를 공급하고 잉여 전기에너지 및 열에너지를 판매하는 과정; 및
(e) 개별 세대 혹은 건물(100)의 열에너지의 수요만 있고 열에너지 및 전기에너지 판매 의사가 있는 경우, 개별 열/전기 에너지 발생기기(110)를 이용해 열에너지 및 전기에너지를 생산하고, 개별 세대 혹은 건물(100)의 개별 열사용부(120)에 열에너지를 공급하고 잉여 열에너지 및 전기에너지를 판매하는 과정;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 개별 열/전기 에너지 및 중앙 열/전기 에너지 공급 연계 시스템 운용방법.
- 삭제
- 제 6 항에 있어서, 상기 개별 열/전기 에너지 및 중앙 열/전기 에너지 공급 연계 시스템 운용방법은,
(f) 개별 열/전기 에너지 발생기기(110)에 의해 생산된 열에너지가 개별 열사용부의 열에너지 수요에 미치지 못하고 부족할 경우, 공급 배관(310) 및 연결 배관(312)을 통해 열에너지를 공급 받아 개별 세대 혹은 건물(100)의 개별 열사용부(120)에 공급하는 과정;
을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 개별 열/전기 에너지 및 중앙 열/전기 에너지 공급 연계 시스템 운용방법.
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