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나무에너지연구소 - 바이오에너지마을을 위한 기술파트너 - 바오이매스에너지 + 중앙집중형 에너지공급 시스템의 구성요소

이번에는 로컬에너지 + 중앙집중형 에너지 공급 시스템 글에 이어 바이오매스를 에너지원으로 하는 중앙집중형 에너지 공급 시스템을 구성하는 요소에 대해 더 자세히 알아보도록 하겠습니다.


열공급센터

해당 마을에 필요한 열을 생산하는 바이오매스 설비들이 위치하고 있는 곳이다. 최근 몇년 사이 목질계 바이오매스를 에너지원으로하는 소규모 열병합설비들이 설치되어 전기를 공급하는 곳이기도 하다. 개념도에서 언급된 바이오에너지마을 공동체 프랑켄 국립공원에서는 열공급자가 우드칩보일러, 바이오가스시설, 공장에서 나온 폐열과 소규모 열병합발전시설로 4곳으로, 모두 분산되어 있어 열공급원이 있을뿐 개념적인 열공급센터는 존재하지 않는다. 바이오에너지 쌍트 페터 마을의 경우(사례참조) 가장 기본적인 형태의 열공급센터가 설치되어 있다. 센터에서 보유한 바이오매스 설비들을 통해 마을에 필요한 전력과 열에너지가 모두 생산되며, 열공급망을 통해 열사용자에게 공급되는 것이다. 

독일에 위치한 바이오에너지 마을에서 열공급센터는 단순히 바이오매스 설비들이 집합한 열공급소의 의미를 넘어, 산지에서 수급된 바이오매스를 보관하고, 연소가 가능한 바이오에너지원의 형태로 생산하는 산림 바이오센터(Biomassezentrum)로 불린다. 또, 지역내 산림 바이오에너지 수급과 생산의 중심점에 서서 마을의 신재생사업에 있어 민과 관을 연결하는 중요한 역할을 담당하며, 신재생에너지 종합홍보관의 기능도 담당한다. 독일 남동부의 바이에른(Bayern)주에 위치한 아헨탈(Achental) 바이오매스 센터의 규모와 구성 인원을 통해 그 역할을 가늠해 볼 수 있다. 아헨탈 센터의 운영팀은 총 6명으로 목재펠릿, 장작, 브리켓 판매 및 시설을 담당자와 근거리 열공급사업 담당자, 고객상담 및 접수 담당자, 목재펠릿 배달 담당자, 우드칩 배달 담당자, 회계업무 담당자로 총 6명으로 구성되어 있다. 마을의 열공급사업에서 핵심적인 역할을 하며, 바이오매스를 가공 생산해 수익을 남기고, 동시에 홍보관으로 쓰이는 멀티 신재생에너지 센터인 것이다. 


바이오가스 시설

바이오가스 시설은 최초의 바이오에너지 윤데마을에서 처음 도입된 시설로, 에너지원으로 인근 축산 농가에서 발생한 축산분뇨와 농장에서 재배된 밀, 옥수수 등의 에너지 작물을 사용한다. 축산분뇨와 작물을 바이오가스 설비 안에서 혼합 및 발효시켜 메탄가스를(CH4) 얻고, 열병합발전기를 사용해 전기와 열에너지를 동시에 얻는 방식이다. 경제적이며 효율이 높아 독일내 바이오에너지 마을에서 가장 많이 보급된(81%, 이중 40%는 우드칩과 함께 가동) 형태의 바이오매스 시설이다. 작은 마을의 경우 일년내내 하나의 바이오가스 시설을 통해 충분한 열에너지를 공급할 수 있지만, 대부분의 마을은 두개 이상의 바이오가스 시설을 필요로 한다. 하지만 바이오가스 시설만을 통해 에너지를 공급하는 경우 여름철 열에너지 공급관리에 어려움이 발생할 여지가 있다. 겨울철에 비해 상대적으로 여름철 난방사용량은 없고, 온수사용량이 적은 반면, 용량이 큰 바이오가스 시설의 열에너지 생산량을 이에 맞춰 조절하는것이 어렵기 때문이다. 바이오가스 시설을 통해 열공급을 하는 바이오에너지 마을을 조사한 결과 연평균 60%까지 열에너지가 초과 생산되는 것으로 나타났다. 


우드칩 시설

우드칩과 목재펠릿 시설을 통해 마을단위에서 열공급을 할 경우, 열공급망 설치를 기본으로 한다. 또, 최대전력수요와 바이오매스 시설 고장시 예비수요 확보를 위해 화석연료를 기본으로하는 기름 혹은 가스 보일러의 추가 설치가 필요하다. 기본적으로 주변에 풍부한 산지를 가지고 있어 원료지와 소비지의 거리가 짧고, 원료수급이 용이한 지역에 설치하는 것이 유리하다. 목재펠릿과 우드칩를 에너지원으로 소규모 열병합발전기를 통해 전력과 열에너지를 생산하는 혁신적인 시스템이 개발되어 앞으로의 활용도가 주목되고 있으며(바이오에너지 쌍트 페터 마을 사례 참조), 전체 바이오에너지 마을 중 3% 정도가 현재 이 시스템을 갖춘것으로 알려져 있다.


콤비혼용보일러

한가지 연료만으로 가동되는 일반보일러와 달리 콤비보일러는 두가지 연료 조합(목재펠릿과 장작, 기름과 장작, 기름과 목재펠릿 등)을 통해 에너지를 얻는 설비이다. 하나의 보일러 몸체에 각 연료를 연소시키기 위한 소각로가 통합되어 있는 형태와, 독자적인 두 보일러를 한 공간안에 설치하여 하나의 굴뚝으로 운영하는 형태로 시스템이 구성될 수 있다. 사용자는 에너지원의 가격변동에 대응해 적합한 에너지원을 확보하여 필요한 2차에너지를 얻을 수 있으며, 계절에 따라 손쉽게 얻을 수 있는 장작을 이용할 수도 있다. 또, 두 대의 보일러가 설치된 콤비보일러의 경우, 한대의 보일러가 고장 혹은 청소를 위해 가동이 어려울 경우 다른 한대의 보일러를 통해 난방 및 온수를 제공받을 수 있다는 장점이 있다.


가정용열교환설비

열공급망을 통해 가정에 공급되는 열에너지를 사용하기 위해 필요한 열교환설비이다. 열사용자의 수에 따라 각각의 건물에 설치되어야 하며 (열사용자가 100가구일 경우, 가정용 열교환설비 100개소 필요), 약 30kW의 출력에 크기는 작은 냉장도 정도이다. 열교환설비는 기존에 소비되던 급탕 및 난방에너지 전체를 담당하며, 기름보일러를 포함해 환기구, 기름저장탱크 등이 더이상 필요하지 않다.


축열조

바이오매스 보일러 설비를 통해 생산된 열에너지를 효과적으로 저장하기 위해 설치하는 설비로, 보통 물을 열매로서 이용한다. 바이오매스 보일러설비가 위치한 열공급센터에 필요한 대형축열조와 각 가정별로 열교환기를 거쳐 배달된 온수를 보관하기 위해 필요한 가정용 축열조가 있다. 축열조를 설치하지 않을 경우, 생산된 열에너지를 효과적으로 보관할 수 없기 때문에 (바이오매스 설비는 기본적으로 필요할때마다 열을 생산하는 시스템이 아니기 때문이다), 불필요한 에너지소비가 늘어나게 된다.