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집단E 연계 전기보일러 구동 P2H 기술개발

에기평, E기술개발사업 신규연구개발과제 발주

변동성재생에너지(VRE) 출력제한(curtailment) 및 과전압 해소 등 전력계통 유연성 제고로 공급의 신뢰성, 안정성 제고, 전기 품질을 유지할 수 있는 연구개발이 진행된다. 특히 열에너지 중심의 전환-저장-활용 시스템구축 및 주-보조시스템 연계운영 기술, 전압급변동에 따른 계통보호 및 협조, 전기품질유지를 위한 신속 대응형 대형수요자원개발이 진행된다. 

한국에너지기술평가원은 최근 ‘2022년도 에너지기술개발사업 신규연구개발과제’로 ‘집단에너지 연계 전기보일러 구동 전력-열 변환 및 저장 기술개발’ 과제를 발주했다. 

이번 연구의 최종목표는 5MW 이상 전기보일러와 집단에너지 시스템을 연계하는 전력-열부문간 에너지변환 및 저장, 활용기술을 개발하는 것이다. 이를 위해 전력계통 유연성 확보용 대형(MW급)전기보일러 Pilot Plant를 구축하기위한 5MW 이상 전기보일러 집단에너지 열원 내 설계 및 구축기술을 개발하게 된다. 이를 통해 에너지변환(전기→열) 목표효율 98% 이상, 생산열 100% 저장·사용을 목표로 하고 있다. 

또한 재생에너지 대응 전기보일러를 개발하고 집단에너지 연계 P2eB(boiler) 실증 운영 및 운전데이터를 확보해야 한다. 현장건설 및 시운전 등을 통한 설비 안정화와 보일러정격의 0∼100% 구간 운전, 초기기동 냉간 5분, 열간 20∼100% 30초 이내 운전도 이뤄내야 한다. 

특히 출력 5분이내 응동, 30분 이상 출력유지 등 전력계통 운영기준에 따른 발전기 자동발전제어(AGC) 운전과 동일한 효과의 Sector Coupling이 연동돼야 한다. 이를 위해 △지역난방 공급온도 기준(75∼115℃)에 적합한 열생산 공급기반 구축 △P2eB 전력계통 주파수추종 실증운전 및 운전데이터 취득 △P2eB 및 전력계통, 배전계통 운영데이터를 포함하는 빅데이터 구축 △전력시장 참여를 위한 시스템(중앙급전 또는 비중앙급전 발전기)연계기술 등을
개발해야 한다. 

P2eB 진입 시 전력계통 안정화 및 경제적 편익 산출을 위해 △P2eB 진입에 따른 전력계통 편익 분석 및 정량화 △P2eB 진입 시 전력시장 경제적 편익 분석 △P2eB 설비 및 운영자료 정보 제공, 효과분석, P2Heat 확대방안 수립△P2eB 반영한 전력시장 운영기술 △P2eB 전력시장 진입을 위한 전력시장 현황조사 등도 이뤄져야 한다. 또한 △전력시장 개편을 고려한 P2eB 진입에 따른 전력시장 영향분석 △에너지시스템 최적화를 위한 P2eB 운영기술 △집단에너지 축열조 포화율, 열수송관 운영분석 등을 반영한 P2eB 최적제어 등도 기술개발 대상에 포함됐다.

이번 기술개발의 핵심은 P2H 열에너지 고효율 저장기술 개발이다. 이를 위해 △중앙열원을 적용하는 집단에너지 열저장시스템 고효율 기술개발 및 운영 실증 △분산형 집단에너지 적용을 위한 상변화물질(PCM: Phase Change Material) 등을 이용한 분산형 P2H 열저장(제4세대 지역난방 적용)기술 개발 및 실증 △지역에너지 자립을 위한 열·전기 통합관리 플랫폼 개발 및 실증 △전기보일러-열병합발전(CHP) 연계 운전기술 개발 및 실증, 사업화모델 △전기보일러 검사 및 검사기준 제·개정(안)마련, 운전관리 매뉴얼(표준화 연계) 등을 개발해야 한다. 

이밖에도 △VPP-DSO 협조운영 기술개발 및 에너지 통합관리시스템 구축 △VPP-P2Heat 결합 및 운영 기술 개발, 실증 △실증계획, 전력시장 참여방안, 최적시나리오 등 연차별 실증방안 상세 설계 △전기보일러 제조, 설치검사 및 그 밖의 안전확보를 위한 검사절차 이행 방안 등도 이번 연구에 포함됐다.