열병합발전소, 토탈 계측기술 패키지의 필요성 증대 / 비카코리아

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열병합 발전소에서의 측정 기술은 여러 사양들이 한꺼번에 필요한 경우가 많다.

열병합 발전소의 효율성은 어떤 측정 기술을 선택하는지에 따라 큰 영향을 받는다. 계측장비는 타입별로 다양하며 제조업체는 고객의 다양한 요구사항을 한꺼번에 충족시키기 위해 계속해서 하나의 제품으로 여러 솔루션이 가능한 기술을 개발하고 있다.

열병합 발전소(이하 CHP)는 이미 오늘날 대중적인 에너지원으로 사용되고 있으며 앞으로도 열병합 발전소의 역할은 계속 확장될 것이다. 그 예로 독일 정부는 2050년까지 국가 전체 전기의 80%를 재생에너지로 만들겠다는 야심찬 목표를 세웠다. CHP는 이러한 목표를 달성하는 데 주요한 기여를 할 수 있다.

축열 시스템을 갖춘 열병합 발전소 개략도

더욱 매력적인 부분은 열과 전력의 결합 원리에 있다. 열과 온수에 의해 만들어진 에너지는 전기를 만드는데 적용하기 때문에 한 장소에서 모두 해결할 수 있다. 이는 효율적인 면에서 실제 수요 이상을 충족하는 이점이 있다. CHP는 광범위한 도달 범위를 갖고 있으며 출력에 따라 민간 가정과 상업 및 공공 부문에서 공급 기능을 수행할 수 있다.

열병합 발전소는 전기 출력에 따라 분류된다.

나노 타입은 2.5kW 미만의 출력을 말하며 마이크로 타입의 경우 10kW 미만의 출력 그리고 50kW 미만 출력의 미니타입이 있다. 대형 발전소는 100kW에서 4000kW 사이의 값을 생성한다. 나노 타입은 주로 단독주택 또는 연립주택에 설치된다. 마이크로 및 미니 버전은 다가구 주택, 공공기관 및 기업체 또는 산업체에 더 적합하다.

대규모 CHP는 분산형 공급 개념의 근간으로 예를 들어 바이오 가스 플랜트와 결합하여 적용된다. 전체 CHP 원료의 80%는 가스로 운영되고 나머지는 목재팰릿 또는 오일을 사용하고 있다.

가동 최적화를 위하여 열병합 발전소에는 특정 측정 기술이 요구된다. 이 기술은 발전의 성능보다는 상당히 높은 효율을 보장하며 친환경적이다. 계측장비는 온도, 압력 및 레벨의 측정량(measurand)에 초점을 맞추고 있다. 발전소의 유형마다 요구사항이 다르기 때문에 패키지 제조업체는 다양한 측정장비 조달을 위하여 WIKA와 같은 공급업체를 선택하고 있다. WIKA는 완벽한 솔루션을 제공할 수 있으며 관련된 모든 측정이 가능한 제품군의 포트폴리오를 보유하고 있다.

CHP 건설 시, 다양한 컨셉 및 타입의 CHP가 존재하므로 일련의 표준 제품 외에도 각 용도별로 특별 제작된 개별 솔루션이 필요하다. 필수 제어 및 모니터링 업무를 고려한다면 전자식 계측기가 선호된다.

전자식 계측기는 원격으로 고정된 위치의 특정 시퀀스 모니터링을 할 수 있고 또한 스마트폰 애플리케이션을 사용하여 모니터링 할 수도 있다.

스크류 – 인 (screw-in), 플러그 인 (plug-in) 및 접촉식 온도 센서는 온도 측정을 위하여 건설 유형과 이용 공간에 따라 일반적으로 발전소에 더 많이 설치된다. 특히 Pt100, Pt1000, KTY 및 NTC 측정 소자가 일반적으로 사용되며 이들은 열교환기와 가열 및 냉각 회로의 온도를 기록 또는 제어하는 역할을 한다. 이와 같은 장비들은 엔진 오일의 온도를 측정하는 데에도 사용된다.

냉각 회로의 유압과 압력은 압력 스위치를 사용하여 점검하고 압력 스위치는 안전 기능을 동시에 수행한다. 측정된 값이 사전에 정의된 포인트 위 또는 아래를 통과하면 장치는 경고 신호를 출력하거나 엔진을 끄는 동작을 한다.

압력 센서는 냉각 회로뿐만 아니라 엔진의 상류측 압력도 모니터링하고 제어 장치에 연속적인 신호를 공급한다.

플로트 스위치(Float switches)는 플랜트의 크기에 따라 1 ~ 3개의 오일 레벨을 측정하는 데 좋은 장점을 가지고 있다.

바이오 가스 플랜트와 같은 대형 CHP의 계측 장비에 대한 요구사항은 훨씬 다양하며 높은 수준의 내구성, 기능성, 견고성 및 정밀성이 필수적이다. 그 이유는 엔진의 어마어마한 규모 때문이다.

더 작은 발전소의 경우, Sachs 또는 Stirling 단일 실린더 엔진에 의해 구동되는 반면 대형 “발전소”는 최대 12개의 실린더가 있는 경우도 있다. 그리고 엔진과 난방 회로뿐만 아니라 실린더 헤드와 배기 파이프에서도 온도를 반드시 측정해야한다. 그런 다음 엔진 효율과 모든 실린더의 동시성(synchronism)에 대한 결론이 도출될 수 있다.

실린더 헤드의 고온 (최대 700°C), 배기 파이프, 미네랄 절연 케이블이 있는 내열 써모커플을 사용하여 측정을 수행해야 한다.

이 엔진에 의해 전달되는 진동은 측정 기술에 있어 또 다른 도전 과제이다. 그러므로 광학식 레벨 스위치(optoelectronic level switch)는 엔진 오일 수준을 점검 할 때 권장되고 있다. 이 견고한 장치는 엔진 블록의 진동에 강하며 높은 온도에서도 사용할 수 있다.

기록할 뿐만 아니라 현장에서 볼 수 있기를 요구한다. 예를 들어 플랜트 검사 중에도 이런 사항이 필요할 수 있다. 이러한 요구는  디지털 압력, 온도 및 레벨 스위치를 사용하여 충족시킬 수 있다. 설정 가능한 스위치 포인트, 아날로그 출력 신호 (4~20mA 또는 0~10VDC)뿐만 아니라 디지털 타입으로 현장 디스플레이가 가능하다.

결론

열병합 발전소의 규모가 클수록 계측기가 갖춰야 되는 조건은 더욱 까다롭고 엄격해진다. 그러나 그렇게 하더라도 작은 타입의 계측기는 연관된 다양한 작업으로 인해 많은 측정 지점을 통합해야하는 문제가 있다. 그러므로 전통적인 공급 업체 전략과 반대될지라도 기술적 및 경제적 관점에서 CHP 제조업체 또는 운영자 그리고 모든 서비스 제공자 간의 협력은 흥미로운 옵션이라 볼 수 있다.