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1 행 정 간 행 물 등 록 번 호 EU 통합오염예방 및 제어(IPPC) BAT 지침서 에너지 효율화 기술 Integrated Pollution Prevention and Control Reference Document on Best Available Techniques for Energy Efficiency 국 립 환 경 과 학 원

2 EU 통합오염예방 및 제어(IPPC) BAT 지침서 에너지 효율화 기술 Integrated Pollution Prevention and Control Reference Document on Best Available Techniques for Energy Efficiency 국 립 환 경 과 학 원

3 본 문서는 유럽 IPPC지침에 근거하여 작성된 Reference Document on the Best Available Techniques for Energy Efficiency ( , European Commission)" 의 전문을 한글로 번역한 자료입니다. 최적실용가능기술(Best Available Techniques) 지침서 Energy Efficiency 변형 손실 사용 손실 공정열 1차 에너지 변 형 공 정 2차 에너지 최 종 에 너 지 최 종 사 용 단 계 의 에 너 지 직열 원동력 조명 기타

4 이 문서는 최적실용가능기술에 관한 참고 문헌 시리즈 중의 하나로서 시리즈 목록은 아래 와 같다. 최적실용가능기술에 관한 참고 문헌 대규모 연소 설비 광유(Mineral Oil) 및 가스 정제공장(refinery) 철강 생산 제철 제강 산업 비철금속 산업 금속 세공 및 주물 산업 금속 및 플라스틱의 표면 처리 시멘트, 석회, 산화마그네슘 제조 산업 유리 제조 산업 도자기 제조 산업 대규모 유기화학 산업 유기 정밀화학물질의 제조 폴리머 생산 염소 알칼리 제조 산업 대규모 무기 화학물질 - 암모니아, 산 및 비료 산업 대규모 무기 화학물질 - 고체 및 기타 제품 산업 특수 무기 화학물질 생산 화학산업공정의 폐수 및 폐가스 처리/관리 시스템 폐기물처리 산업 폐기물 소각 광산업에서 발생하는 선광 잔재 및 폐석 관리 펄프 및 종이 산업 섬유 산업 제혁 작업 도축장 및 도축 부산물 산업 식품, 음료 및 우유 산업 가금 및 돼지 축산업 유기용제를 이용한 표면 처리 산업용 냉각 장치 저장 시설의 누 배출 에너지 효율 참고 문헌: 모니터링의 일반 원리 매체통합적 환경성 및 경제성 평가 코드 LCP REF I&S FMP NFM SF STM CLM GLS CER LVOC OFC POL CAK LVIC-AAF LVIC-S SIC CWW WT WI MTWR PP TXT TAN SA FDM IRPP STS ICS EFS ENE MON ECM 이 문서의 초안 및 최종본은 무료로 다운로드 받을 수 있 습니다.

5 보고서 요약 요약 이 최적실용가능기술(BAT) 참고 문헌(이하 BREF)은 지침 2008/1/EC(IPPC 지침) 17(2)조의 규정에 따라 시행되는 최적실용가능기술에 관한 정보 교환과 해당 기술의 검토 및 발전에 관한 내용을 반영하고 있다. 이 요약은 주요 연구 결과와 BAT의 중요한 결론 부분을 제 공한다. 이 요약은 이 BREF의 발간 목적인 BAT 사용방법 및 법률적 배경을 설명한 머리 글(preface)과 함께 읽으면 도움이 될 것이다. 요약문이지만 일관된 문서 체계를 이루고 있 어서 별도로 사용할 경우에도 독립적인 문서로서 손색이 없다. 그러나 모든 상세 내용을 포함하지는 않기 때문에 BAT에 관한 결정을 내릴 경우 BREF의 대체 문서가 될 수 없다. 에너지 효율(ENE) 에너지는 다음과 같은 세 가지 이유 때문에 유럽연합(EU)에서 우선적인 문제가 되고 있 다. 기후 변화: 에너지를 생산하기 위한 화석 연료의 연소는 온실가스의 주요 발생원이다. 대체 불가능한 화석 연료의 계속되는 대량 소비와 지속 가능 필요성 공급원의 안정적 확보: EU는 에너지 연료 공급원의 50% 이상을 수입에 의존하고 있 으며, 향후 20~30년 내에 수입 의존도는 70% 이상으로 증가할 것으로 예상된다. 따라서 다음과 같이 이 문제를 다룬 중요한 정책 선언문이 다수 발표되고 있다. '우리는 에너지 정책 및 기후 보호 방안을 공동으로 수립하며 기후 변화의 세계적 위협을 막는 데 기여하고자 한다.' 베를린 선언 ( 로마조약 50주년 기념, 각료회의). 에너지 사용 효율을 높이면 이러한 문제는 빠르게, 효과적으로 해결되며 또한 가장 비용 효율적인 방안이다. 에너지 효율을 높이는 방안에는 법률적 수단 및 기타 방안이 있는데 이 문서는 기타 방안을 염두에 두고 작성된 것이다. 문서 작성 위임 이 문서는 산업 시설의 에너지 효율에 관한 유럽기후프로그램(European Climate Change Program, ECCP)의 이행을 위한 유럽연합의 위원회의 특별 요청으로 위임되었다. ECCP는 IPPC 지침에서 정한 에너지 효율 규정의 효과적인 이행과 함께 포괄적 에너지 효율 기술 을 다루는 공통 BREF(BAT 참고 문헌)의 발간을 요구하고 있다. 문서 범위 IPPC 지침에서는 모든 설비가 에너지 효율적으로 가동되고, 공정에서의 BAT를 결정할 때 는 이러한 에너지 효율 문제를 고려할 것을 명시하고 있다. 배출권 거래제 지침(이사회 지 침 2003/87/EC)에 명시되어 있는 활동의 경우, 회원국은 현장에서 이산화탄소를 배출하는 연소장치 및 기타 장치의 에너지 효율과 관련한 요건을 부과하지 않아도 된다. 그러나 이 경우에도 현장에서 발생하는 기타의 관련 활동에 대해서는 에너지 효율 요건이 적용된다. 에너지 효율 i

6 보고서 요약 따라서 이 문서는 IPPC 지침이 적용되는 모든 설비에 대해, 포괄적 의미에서 BAT와 일치 한다고 판단되는 에너지 효율 기술에 관한 지침과 결론을 포함하고 있다. 또한 에너지 효율을 상세하게 다룬 다른 BREF의 참고자료로도 사용될 수 있으며, 다른 부문에서도 유용하게 사용될 수 있다. 그 예는 다음과 같다. LCP BREF에서는 연소와 관련된 에너지 효율에 대해 논의하고 있으며 이러한 기술은 50MW 이하의 연소 설비에 적용할 수도 있다는 점을 언급하고 있다. ICS BREF 는 산업용 냉각 시스템에 관한 내용을 논의하고 있다. 이 문서에는 다른 BREF에서 취급한 부문의 공정이나 활동은 포함하지 않았으며 분야별 BAT를 도출하지 않았다. 그러나 에너지 효율을 위한 분야별 BAT에 대한 다른 BREF의 요약문은 EIPPCB 작업 공 간[283, EIPCB]에서 정보용으로 확인할 수 있다. 이 문서는 IPPC 지침의 에너지 효율 조항을 추진하자는 요청에 대한 대응으로 작성되었 다. 이를 위해서는 에너지의 효율적 사용이 가장 중요하므로 재생 가능하거나 지속 가능 한 에너지 자원은 다루지 않았다. 이들 에너지 자원에 대해서는 다른 문서에서 검토하고 있다. 그러나 지속 가능한 에너지 자원의 사용 및 폐열 또는 잉여열의 사용은 비록 에너 지 효율은 떨어지더라도 일차 연료를 사용하는 것보다 자원의 지속 가능성에 보다 크게 기여할 수 있을 것으로 사료된다. 문서의 구조 및 내용 에너지 효율은 IPPC 허용 기준에서 공통 문제다. BREF의 개요 및 가이드에서 살펴 본 바 와 같이 이 문서는 일반적인 구조 형식을 따르지 않고 있다. 취급해야 할 산업 및 산업 활동의 광범위한 다양성 때문에 소비와 배출을 다루지 않았다. 특정 기술의 경우 BAT 개 발에 활용할 수 있도록 잠재적 에너지 절약의 지침이 되는 값을 제공했으며, 부록에 다수 의 예시가 수록되어 있다. 이를 활용하면 특정 조건에서 에너지 효율을 달성할 수 있는 가장 효과적인 기술을 발견하는 데 도움이 될 것이다. 1장은 먼저 산업용 에너지 소비 및 IPPC의 에너지 효율 문제에 배경이 되는 정보를 제공 한다. 그리고 나서 경제적 측면과 매체통합적 영향의 문제, 에너지 효율에서 사용되는 용 어(예: 에너지, 열, 일, 동력), 열역학의 주요 법칙 등과 같은 핵심 문제를 비전문가를 위한 방식으로 소개한다. 예를 들어, 열역학 제1법칙에 따르면 에너지는 생성되지도 파괴되지도 않는다(한 가지 형태에서 다른 형태로 변형되는 것이다). 이는 공정이나 설비에서 에너지 를 고려하면 효율성을 계산할 수 있다는 것을 의미한다. 제2법칙에 의하면 에너지는 100% 일로 변환될 수 없으며, 항상 약간의 에너지 손실이 발생한다. 이러한 손실은 저급열 또는 저급에너지 형태로 나타난다. 따라서 어떠한 공정이나 기계도 100%의 효율성을 달성할 수 없다. 1장은 에너지 효율성 지표, 에너지 효율의 중요성과 이를 정의하는 데 따르는 문제 점, 시스템 및 장치(unit)의 경계 등에 대해 설명한다. 또한 구성 요소의 차원이 아닌 전반 적인 시스템이나 설비 차원의 에너지 효율 최적화의 필요를 설명한다. 2장은 설비에 적용될 수 있는 ENE를 획득하기 위한 기술에 대해 고찰한다. 먼저 에너지 효율 관리 시스템(ENEMS)을 논의하고 이어 ENEMS의 실행을 지원하는 기술을 다룬다. 설비가 환경에 미치는 영향을 지속적으로 최소화하기 위한 실천 계획 및 투자를 통합적으 로 수립하는 일, 설비와 그 시스템을 하나로 묶어 전체를 살펴보는 일, 새롭게 설치되는 최신 설비에 에너지 효율이 높은 설계 및 공정 기술을 활용하는 일, 공정 통합의 강화를 통한 ENE의 증대, ENEMS의 주기적인 활성화 등이 여기에 포함된다. EMEMS 을 지원하 는 기타 기술로는 직원의 충분한 전문 기술 보유, ENE 문제에 대한 전달, 효과적인 에너 ii 에너지 효율

7 보고서 요약 지 관리 및 유지, 에너지 사용의 모니터링 및 측정, 에너지 검사, 핀치, 엑서지, 엔탈피 분 석, 열경제학 등과 같은 분석 도구, 설비의 ENE 수준에 대한 모니터링 및 벤치마킹 등이 있다. 3장은 연소, 증기, 열회수, 열병합 발전, 전력 공급, 전동식 하위 시스템, 펌프 시스템, 난 방, 공기 조절 및 환기, 조명, 건조 및 분리 등에서의 에너지 효율 기술을 고찰한다. IPPC 공정에서 연소가 중요한 부분인 경우(예: 용해로의 경우), 관련 기술은 부문별 BREF인 수 직적 BREF에서 다루고 있다. 최적실용가능기술(BAT) BAT장(4장)은 2장 및 3장의 내용에 근거하여 유럽에서 최적실용가능기술로 인정되는 기술 을 언급한다. 아래에 그 내용을 요약해 놓았으며, BAT의 명확한 상세 내용을 확인하려면 BAT 장 전체를 참조한다. 이 공통 문서에서 관련 에너지의 절감 또는 효율 값을 추출하거나 합의된 값을 도출할 수 는 없다. 에너지 효율 및 소비 수준 관련 공정별 BAT는 적절한 산업분야별 BREF에서 다 루고 있다. 따라서 특정 설비에 대한 BAT는 관련 부문 BREF의 BAT와 다른 산업분야별 BREF(예: 연소 및 증기에 관한 것인 경우 LCP BREF)에서 다루고 있는 관련 활동에 관한 BAT, 마지막으로 이 문서에서 다루는 포괄적인 BAT를 결합한 것이 된다. IPPC 지침의 목적은 통합오염예방 및 제어를 통해 높은 수준의 환경 보호를 달성하고 이 를 통해 에너지 효율 및 천연 자원의 신중한 이용을 가능하게 하는 데 있다. 이 지침은 특정 산업 설비에 대한 허용 기준을 체계화해 이를 운영하는 측이나 규제하는 측 모두가 설비의 가동 및 그에 따른 공해 배출 문제를 전체적으로 이해하고 이를 통합적으로 다룰 것을 요구하고 있다. 이러한 통합 접근법의 총괄적인 목표는 반드시 산업 공정의 설계, 구 축, 관리 및 통제 기능을 개선해 환경이라는 하나의 큰 틀에서 보았을 때 높은 수준의 환 경 보호를 달성하는 것이다. 이러한 접근 방법의 핵심은 3조에 명시되어 있는 일반 원칙 이다. 즉 운영자는 오염에 대한 모든 적절한 예방 조치를 강구해야 하며 특히 최적실용가 능기술(BAT)을 적절히 활용해 에너지 효율을 포함하는 환경성과 능력을 개선할 것을 요구 하고 있다. IPPC 지침 부록 IV 는 최적실용가능기술을 결정할 때 고려해야 할 사항을 목록으로 나타 내는데 이러한 기술의 결정에 따르는 예상 비용, 혜택, 주의 및 예방 원칙 등을 감안해 포 괄적 적용 또는 특정 부문에 한정해서 적용할 것을 요구하고 있다. 이 목록은 17(2)조의 준수를 돕기 위해 유럽연합 위원회(이하 위원회)에서 발간한 정보를 포함하고 있다(BAT 참고 문헌, BREF). 허가를 관장하는 관련 당국은 허가 조건을 심사할 때 3조에 명시되어 있는 일반 원칙을 고려해야 한다. 허가 조건은 배출 한계값을 포함해야 하며 필요한 경우 이와 동등한 매개 변수 또는 기술적 측정값으로 이 값을 보충 또는 대치한다. 지침 9(4)조는 다음과 같이 규 정하고 있다. (최적실용가능기술 및 환경품질 기준, 환경 품질기준의 준수에 관한 10조 규정에 피해를 가하지 않는 범위 내에서) 배출 한계값, 이와 동등한 매개변수 및 기술측정값은 최적실용 가능기술에 기초한 것이어야 하며, 특정 기술이나 기술을 규정하지 않더라도 해당 설비의 기술적 특성, 지리적 위치, 현지 환경조건 등을 감안해야 한다. 어떠한 경우에도 허가 조 건에는 장거리 또는 경계를 넘는 오염(transboundary pollution)의 최소화에 관한 규정이 포 함되어야 하며, 높은 수준의 환경 보호를 담보하는 것이어야 한다.) 회원국은 지침 11조에 따라 관계 당국이 최적실용가능기술을 채택하거나 이러한 기술의 진전에 대해 최신 정보를 보유하도록 조치해야 한다. 에너지 효율 iii

8 보고서 요약 이 문서에 포함되어 있는 정보는 구체적 사례에서 에너지 효율에 대한 BAT를 확정하는 데 필요한 데이터를 제공하기 위한 것이다. BAT를 결정하고 BAT기반 허가 조건을 수립 할 때는, 에너지 효율 문제를 포함하는 높은 수준의 환경 보호라는 총괄적 목표를 염두에 두어야 한다. BAT장인 4장은 일반적 의미에서 BAT와 함께 사용될 수 있다고 판단되는 기술을 보여주 고 있다. 이는 BAT기반 허가 조건을 결정하거나 9(8)조에 따라 포괄적으로 적용되는 규칙 을 제정하는 데 도움이 되는 적절한 참조 사항인 에너지 효율에 관한 일반적인 안내를 제 공하기 위한 것이다. 그러나 이 문서에서는 허가 조건에 포함될 에너지 효율 값을 제시하 지는 않는다. 신규 설비의 설계는 여기서 제시하는 포괄적인 BAT 수준 또는 그 보다 나 은 성능을 실현할 수 있을 것으로 예상된다. 또한 기존 설비도 각각의 기술적 및 경제적 여건에 따른 적용의 제한이 있겠지만 이러한 포괄적 BAT 수준 이상으로 개선해 나갈 수 있을 것으로 생각된다. 기존 설비의 경우, 업그레이드의 경제적 및 기술적 실행 가능성도 함께 고려해야 한다. BAT장에서 제시하는 기술이 반드시 모든 설비에 공통적으로 적합한 것은 아니다. 한편 장거리 또는 경계를 넘는 오염의 최소화를 포함하는 높은 수준의 환경 보호를 달성해야 한다는 점에서 볼 때 허가 조건은 단순히 현지 여건만을 고려해서는 안 된다는 것을 알 수 있다. 따라서 이 문서에 포함되어 있는 정보를 충분히 고려해야 하며 허가 당국은 이 점에 유념해야 할 것이다. 에너지 효율의 중요성을 염두에 두고 있는 일은 매우 중요하다. 그러나 높은 수준의 환경 보호라는 단일 목표를 달성하는 데도 종종 다양한 유형의 환경 영향 사이의 균형적인 판 단이 필요하며 이러한 판단은 현지 여건의 영향을 받는 경우가 많다. 따라서 다음과 같은 결론에 도달하게 된다. 설비의 모든 활동 및 시스템의 에너지 효율을 동시에 극대화할 수 없다. 전체 에너지 효율의 극대화하는 동시에 소비 및 배출을 극소화할 수 없다. (예를 들 어, 에너지를 소비하지 않고 대기 배출 같은 배출을 줄일 수 없다.) 설비의 전체적인 효율을 극대화하기 위해 단일 시스템 또는 여러 시스템이 탈최적화 (de-optimized)될 수 있다. 에너지 효율 극대화와 제품 품질, 공정의 안정성 등과 같은 기타 요인 사이의 균형 유지는 반드시 필요하다. 지속 가능한 에너지 공급원 및 폐열 또는 잉여열의 사용은 에너지 효율이 다소 떨어 지더라도 1차 연료를 사용하는 경우보다 지속 가능성이 뛰어나다. '에너지 효율 최적화' 방안으로서의 에너지 효율화 기술 모든 IPPC 분야에서 에너지 효율에 대한 공통 접근 방법은 에너지는 모든 설비에서 사용 된다는 것과 다수의 IPPC 분야에서 공통 시스템 및 장비가 사용된다는 전제에 근거한다. 따라서 에너지 효율에 대한 포괄적 선택은 특정 활동과는 무관한 독립적인 것이 된다. 이 를 기초로 전체적인 에너지 고효율을 달성할 수 있는 가장 효과적인 방안을 담고 있는 BAT 도출이 가능해진다. 그러나 이는 공통적인 BREF이므로 산업분야별 BREF보다는 광 범위해야 하며 현장의 공정, 장치 및 시스템 사이의 상호 작용 등을 감안해야 한다. 에너지 효율 및 에너지 소비 수준에 대한 공정별 BAT는 해당 문 산업분야별 BREF에서 다루고 있다. BREF 최초 시리즈가 완성되었으며 [283, EIPPCB]에 내용을 요약해 놓았다. BAT장이나 2장 및 3장 어느 곳에도 검토해 볼만한 완벽한 기술 목록을 제시하지 않기 때 문에 여기에 수록된 기술 외의 다른 기술이 실재하거나 개발될 수 있으며, 이러한 기술 또한 IPPC 및 BAT의 틀 안에서 동일한 효력을 갖게 된다. iv 에너지 효율

9 보고서 요약 신규 또는 현저히 업그레이드된 설비나 공정에서 BAT를 이행하는 일은 대체로 어려운 일 이 아니다. 대부분의 경우 에너지 효율의 최적화는 경제적 타당성이 있다. 기존 설비 내에 서의 BAT 이행은 기존 인프라 및 현지 여건 때문에 그다지 용이한 일은 아니다. 기존 설 비의 경제적, 기술적 업그레이드 실행 가능성을 감안해야 하기 때문이다. 2장 및 3장에서 이러한 기술의 적용 부문을 고찰하고 그 내용을 BAT별로 4장에 요약해 놓았다. 그렇지만 이 문서에서 신규 설비와 기존 설비를 전체적으로 구분해 놓지는 않았다. 그러 한 구분이 산업 현장의 책임자로 하여금 BAT를 보다 적극적으로 채택하는 원인으로 작용 하지는 않을 것으로 생각된다. 에너지 효율을 제고하기 위한 조치는 일반적으로 투입 비 용을 회수할 수 있고 또 에너지 효율이 갖는 매우 높은 중요성 때문에 재정적 인센티브를 포함하는 다수의 정책 방안이 알려져 있다. 이중 일부가 부록에 수록되어 있다. 기술 중 일부는 유용성이 뛰어나 자주 채택되지만 다수의 기술은 제3자의 협력이 있어야 이행 가능하다(예: 열병합 발전). 이점은 IPPC 지침에서 다루지 않고 있다. 제3자의 협조 및 동의가 설비 운영자 임의로 획득할 수 있는 것이 아니기 때문에 IPPC 허가 범위에서 이를 제외시킬 필요가 있다. 설비 차원에서 에너지 효율을 달성하기 위한 일반 BAT 단일 설비 차원에서 에너지 효율을 가져오는 핵심 요소는 공식 관리를 통한 접근 방법이 다. 현장에서 적용되는 다른 BAT도 에너지 효율 관리를 지원하며 이를 달성하는 데 필요 한 보다 상세한 기술을 제공한다. 이러한 기술은 모든 설비에 적용 가능하다. 범위(예: 상 세한 정도, 최적화 빈도, 검토 대상 시스템) 및 적용 기술은 설비의 규모, 복잡성 및 구성 시스템의 에너지 요건에 따라 다르다. 에너지 효율 관리 BAT는 현지 사정에 맞게 아래에서 열거하는 특징이 포함된 에너지 효율 관리 시스템 (ENEMS)을 이행하고 유지하는 기술이여야 한다. 최고 경영층의 확약(commitment) 설비의 에너지 효율 방침에 대한 최고 경영층의 정의 목적과 목표의 계획 및 수립 아래의 사항에 특별히 중점을 둔 절차의 시행 및 운영 직원 인적 구조 및 책임, 훈련, 자각 및 능력, 의사소통, 직원 참여, 문서화, 효 율적 공정 관리, 유지보수 프로그램, 응급 사태 대비 및 대응, 에너지 효율 관 련 법규 및 협약(협약이 있는 경우)의 준수 벤치마킹 아래의 사항에 중점을 둔 성과 점검 및 시정 조치 모니터링 및 측정, 시정 및 예방 조치, 기록 보관, ENEMS가 계획안과 일치하 는지, 적절히 시행되고 유지되는지 등을 판단하는 독립적인 (적용되는 경우) 내 부 감사 최고 경영층의 ENEMS 및 ENEMS의 지속적인 적합성, 타당성, 효과 등에 대한 검토 신규 장치를 설계할 때 장치의 궁극적 폐기로 인한 환경 영향의 고려 에너지 효율 기술의 개발 및 발달의 추적 및 수용 에너지 효율 v

10 보고서 요약 ENEMS는 다음과 같은 조치를 포함할 수 있다 연도별 목표 대비 비교가 가능한 정기적인 에너지 효율 선언문(외부 인증 여부 상관 없음)의 작성 및 공표 외부 감사 및 인증을 획득한 관리 시스템 및 감사 절차 국내 또는 국제적으로 용인된 에너지 효율에 관한 자발적 관리 시스템의 이행 및 지 원 지속적 환경 개선 BAT는 실행 방안 및 투자를 통합적으로 계획함으로써 비용에 따른 편익과 매체통합 적(cross-media effects) 영향을 감안해 단기, 중기, 장기에 걸친 설비의 환경 영향을 지 속적으로 최소화한다. 이는 모든 설비에 적용 가능하다. '지속적'이란 실행 방안이 시간을 두고 반복됨을 의미한 다. 예를 들어, 모든 계획 및 투자 결정은 운영에 따른 환경 영향을 줄이기 위해 전체적인 장기 목표를 고려한다. 개선은 선형( 線 形 )이 아니고 단계적이며 공기 오염을 줄이기 위한 에너지 사용의 증가와 같은 매체통합적 영향을 고려할 필요가 있다. 환경 영향을 0으로 줄일 방법은 존재하지 않으며 비용 대 편익비가 0이거나 아주 조금 밖에 없는 시점이 있 을 수 있다. 그렇지만 시간이 경과하면서 실현 가능성도 변하게 마련이다. 설비의 에너지 효율 측면 및 절감 기회 확인 BAT는 감사를 통해 에너지 효율에 영향을 미치는 설비의 측면을 확인하기 위한 것이 다. 이때 감사는 시스템 접근 방법과 통일성을 유지해야 하는데 이러한 통일성 유지 는 매우 중요하다. 이는 업그레이드 또는 재건축 계획 전에 모든 기존 설비에 적용된다. 감사는 외부 감사 또는 내부 감사 중 어느 것이든 무방하다. 감사를 실시할 때 BAT로 감사에서 다음 사항을 확인할 수 있다. 설비, 구성 시스템 및 공정에서의 에너지 사용 에너지 사용 장치 및 설비에서 사용되는 에너지 유형 및 소비량 아래의 경우와 같은 에너지 사용의 최소화 가능성 가동 시간의 조절/감축(예: 사용하지 않을 때 스위치 끄기) 단열 수준의 최적화 유틸리티, 관련 시스템 및 공정의 최적화(에너지 사용 시스템은 BAT 참조) 대체 공급원 또는 효율성이 보다 높은 에너지 사용 가능성 특히 다른 공정 및 시 스템의 잉여 에너지 사용 가능성 잉여 에너지를 다른 공정 및 시스템에서 사용할 수 있는 가능성 열 품질의 업그레이드 가능성 BAT는 에너지 최적화를 확인하고 이를 계량화하는 데 도움이 되는 다음과 같은 적절 한 도구 또는 방법론을 사용한다. 에너지 모델, 데이터베이스 및 균형점 핀치 방법, 엑서지 또는 엔탈피 분석 또는 열경제학 등과 같은 기술 추정치 및 계산치 적절한 도구의 선택은 분야 및 현장의 복잡성에 따라 다르며 관련 절에서 상세히 다루고 있다. BAT는 설비 안에서, 설비 안의 시스템 및 제3자와의 사이에서 에너지를 재생하는 최적화 방안을 모색한다. vi 에너지 효율

11 보고서 요약 이 BAT는 회수 가능한 열 및 잉여 열을 적절히 사용할 수 있을 경우에 유용하다. 에너지 관리에 대한 시스템 접근법 BAT는 설비의 에너지 관리에 대해 시스템 접근법을 통한 에너지 효율의 최적화를 도 모한다. 예를 들어, 다음과 같은 시스템이 최적화 대상이 된다. 프로세스 장치 (부문별 BREF 참조) 다음과 같은 가열 시스템 증기 온수 냉각 및 진공 ( ICS BREF 참조) 다음과 같은 모터 구동 시스템 압축 공기 펌프 조명 건조, 분리 및 농축 에너지 효율 목표 및 지표의 수립 및 검토 BAT는 다음과 같은 작업을 통해 에너지 효율 지표를 수립한다. 설비 및 필요한 경우 개별 공정, 시스템 및 장치 등의 에너지 효율 지표를 확인하 고 시간 경과 또는 에너지 효율 방안 시행 후 이들의 변화를 측정한다. 지표와 연관된 적정 경계를 확인하고 이를 기록한다. 관련 공정, 시스템 및 장치의 에너지 효율의 변동을 야기하는 요소를 확인하고 이 를 기록한다. 일반적으로 2차 에너지 또는 최종 에너지가 현재 진행되는 상황을 모니터링하는 데 사용 된다. 일부의 경우 단일 또는 여러 개의 2차 에너지 또는 최종 에너지 지표가 사용된다 (예: 증기 및 전기). 에너지 벡터 및 유틸리티에서 사용 (또는 변경)을 결정할 때 지표는 2 차 또는 최종 에너지가 될 수 있다. 그러나 현장 여건에 따라서는 2차 에너지 벡터 및 매 체통합적 영향의 생성 효율을 감안할 때 1차 에너지 또는 탄소 균형과 같은 기타 지표를 사용할 수 있다. 벤치마킹 BAT는 유효한 데이터가 있는 경우 분야, 국가 또는 지역 평가기준과의 체계적, 조직 적 비교 결과를 보여준다. 벤치마킹 간격은 분야별로 다르며 대체로 수년 동안 이어진다. 이는 평가기준 데이터가 단기간에 급속히 또는 유의하게 변경되는 경우가 드물기 때문이다. 에너지 효율적 설계 (EED) BAT는 신규 설비, 장치 또는 시스템의 계획 또는 중요한 업그레이드를 계획할 때 에 너지 효율을 최적화하며, 다음과 같은 사항을 모두 고려한다. EED는 투자 계획이 확정되지 않은 상태라 하더라도 개념 설계/기본 설계 단계 초 기에 실시해야 하며 입찰 참여 과정에서 이를 감안해야 한다. 에너지 효율 기술의 개발 및 선택 기존 데이터 또는 지식의 보완을 위한 데이터를 수집하되 수집 작업은 설계 프로 젝트의 일환으로 또는 별도로 실시한다. EED 작업은 반드시 전문가가 수행한다. 에너지 소비의 최초 맵핑은 프로젝트 조직 내에서, 향후 에너지 소비에 영향을 미 치는 당사자를 정의하고 이들과 향후 설비의 FED 최적화를 도모한다. 예를 들어, 운영 매개변수를 지정하는 기존 설비의 직원이 여기에 해당된다. 에너지 효율 vii

12 보고서 요약 해당 조직 내에 에너지 효율에 관한 관련 전문 지식이 없는 경우 (예: 에너지 집약 산업이 아닌 경우) 필요한 ENE 전문 지식은 외부의 도움을 얻어 해결해야 한다. 공정 통합의 확대 BAT는 설비 안에서 또는 제3자와 함께 여러 공정 또는 시스템 사이의 에너지 사용의 최적화를 시도한다. 에너지 효율 이니셔티브의 추진력 유지 BAT는 다음과 같은 기술을 사용해 에너지 효율 프로그램의 추진력을 유지한다. 구체적인 에너지 관리 시스템을 구현한다. 실측 값을 근거로 에너지를 설명하므로 사용자/비용 지불인에게 책임감을 부여하 고, 성취에 따른 공로를 인정받을 수 있게 한다. 에너지 효율을 위한 이익 창출 센터의 마련 벤치마킹 새로운 각도에서 기존 관리 시스템의 재검토 조직의 변화를 관리하는 기술의 사용 처음 3개의 기술은 해당 절의 데이터에 따라 적용된다. 나머지 3개의 기술은 평가 대상 ENE 프로그램의 진전을 보면서 충분한 시간 간격을 두고, 수년간의 간격을 두고 적용해 야 한다. 전문 인력 보유 BAT는 다음과 같은 기술을 사용해 에너지 효율 및 에너지 사용 시스템에 관한 전문 지식을 보유한다. 유능한 직원의 신규 채용 및 직원 훈련. 훈련은 사내 직원, 외부 전문가가 담당하 며 정식 훈련 과정을 이수하거나 자율학습/자기계발 등의 방식을 활용한다. 직원을 생산 라인에서 주기적으로 제외시켜 고정 기간 또는 특정 기간 동안 연구 활동에 종사하게 한다(근무 중인 시설 안 또는 기타 장소에서 실시) 현장 간 사내 자원의 공유 고정 기간 동안 연구 활동을 위한 전문 컨설턴트 기용 전문 시스템 및 기능의 아웃소싱 효과적인 공정 관리 BAT는 다음과 같은 기술을 통해 효과적 공정 관리를 확실히 실현한다. 절차를 숙지하고, 이해하며, 준수할 수 있도록 시스템을 확립한다 에너지 효율을 위해 핵심 성능 매개변수를 파악해 확실하게 최적화하고 이를 모 니터링 한다. 해당 매개변수를 문서화 또는 기록한다. 유지보수 BAT는 다음 사항을 적용해 에너지 효율 최적화를 위한 유지보수에 사용된다. 유지보수의 계획 및 실행 책임의 명확한 배정 장비, 기준 등의 기술 명세와 장비 고장 및 처리 결과 등에 기초한 조직화된 유지 보수 프로그램의 마련. 유지보수 작업 중 일부는 설비 조업 중지 기간을 택해 실 시 계획을 잡는 다면 이상적이다. 적절한 기록 보관 시스템 및 진단 검사를 통한 유지보수 프로그램의 지원 정기 유지보수 활동을 통한 고장 및 이상, 에너지 효율의 손실, 또는 에너지 효율 개선 가능 부분 등의 확인 에너지 사용에 영향을 미치는 누출, 고장 장비, 노후 베어링 등의 확인 및 신속한 보수 viii 에너지 효율

13 보고서 요약 신속한 보수 작업은 제품 품질, 공정의 안정성, 건강 및 안전 문제 등과 균형을 맞춰야 한다. 모니터링 및 측정 BAT는 문서화된 절차를 수립해 에너지 효율에 중요한 영향을 미치는 운영 및 작업의 핵심적 특징을 정기적으로 모니터링하고 이를 측정한다. 이 문서에 적절한 해결 방안 이 제시되어 있다. 에너지 사용 시스템, 공정, 활동 또는 장비에서 에너지 효율을 달성하기 위한 최적실용가 능기술 (BAT) 일반적 BAT는 위에서 보는 바와 같이 설비 전체를 이해하는 일이 얼마나 중요한지를 보 여준다. 그리고 여러 시스템의 필요 및 목적, 그와 연관된 에너지 및 상호 작용의 평가에 대한 중요성을 보여준다. 다음과 같은 사항이 포함된다. 시스템 및 시스템 성능의 분석 및 벤치마킹 비용 대 편익 및 매체통합적 영향을 감안한 에너지 효율 최적화를 위한 실천 방안 및 투자 계획의 수립 신규 시스템 설치의 경우, 장치 또는 시스템의 설계 및 프로세스의 선택에서 에너지 효율의 최적화 기존 시스템을 대상으로 정기 모니터링 및 유지보수를 포함하는 시스템의 운영 및 관 리에서 시스템 에너지 효율의 최적화 따라서 아래의 BAT는 이와 같은 보편적 BAT도 아래 목록의 시스템을 대상으로 한 최적화 노력의 일환으로 적용될 수 있음을 가정한다. IPPC 설비에서 자주 목격되는 연관 작업, 시스템, 프로세스는 다음과 같이 요약할 수 있다. BAT를 이용한 최적화 대상은 다음과 같다. 연소 증기 시스템 이러한 최적화 작업에는 다음과 같은 기술이 사용된다. 산업분야별 BREF의 분야별 기술 LCP BREF 및 이 문서(ENE)에 제시되어 있는 기술 BAT는 이 문서에 제시되어 있는 기술을 사용해 아래 목록의 구성 요소를 최적화 한다. 압축 공기 시스템 펌프 시스템 HVAC 시스템 조명 건조, 농축 및 분리 공정. 이러한 공정을 대상으로 BAT는 열 공정과 관련한 기계 적 분리를 실현할 기회를 제시한다. 시스템, 공정 또는 작업을 대상으로 하는 기타의 BAT로는 다음과 같은 것들이 있다. 열회수 BAT는 다음과 같은 두 가지 작업을 모두 수행함으로써 열 교환기의 효율을 유지 한다. 정기적인 효율 모니터링 고장의 예방 또는 수리 냉각 기술 및 관련 BAT는 ICS BREF를 참조한다. BAT는 냉각 과정에서 열을 흩어지게 하는 대신 폐열을 사용하는 방법을 제시한다. 냉각이 필요한 부분에서 자유냉각(주위 공기 이용)의 이점을 고려해봐야 한다. 에너지 효율 ix

14 보고서 요약 열병합발전 BAT는 설비 내부 및 외부에서 (제3자의 시설과 함께) 열병합발전의 가능성을 모색한 다. 많은 경우에 있어서 공공기관(지방, 지역 또는 전국 차원)이 이러한 합의 도출을 추진해 왔으며 이러한 계획의 제3자가 되기도 한다. 전력 공급 BAT는 현지 공급 회사의 요건에 맞추어, 이 문서에 제시되어 있는 기술을 이용해 적 용 가능성에 따라 역률(power factor)을 증가시킨다. BAT는 전력 공급의 배음(harmonics)을 점검하고 필요한 경우 필터를 적용한다. BAT는 이 문서에 제시되어 있는 전력 공급 효율을 적용 가능성에 따라 최적화한다. 전동기 구동 하위 시스템 전기 효율이 높은 모터(EEM) 및 가변 속도 드라이브(VSD)로 교체하는 방식은 에너지 효 율을 고려할 때 가장 손쉬운 방법 중의 하나다. 그러나 이 방법도 모터가 장착된 시스템 의 전체적인 틀 안에서 사용해야 하며 그렇지 않은 경우에는 다음과 같은 위험이 따른다. 시스템 용도 및 크기의 최적화 및 차후의 모터 드라이브 요건의 최적화에서 오는 잠 재적 편익의 상실 VSD를 잘못 적용할 때 발생하는 에너지 손실 BAT는 다음과 같은 순서로 전동기를 최적화한다. 모터가 장착되어 있는 시스템 전체(예: 냉각 시스템)를 최적화한다. 이어 적용 가능성에 따라 제시된 기술을 적용해 새로 설정된 부하 요건에 맞게 시스템 내의 모터를 최적화한다. 에너지 사용 시스템의 최적화가 완료되면 제시된 기술 및 아래 기준에 맞게 나머 지(최적화되지 않은) 모터를 최적화한다. i) 연간 가동 시간이 2,000시간인 나머지 모터를 우선 EEM으로 대체한다. ii) 연간 가동 시간이 2,000시간이 되고, 가동 시간의 20% 이상을 용량의 50% 미 만으로 가변 하중에 따라 가동하는 모터는 가변 속도 드라이브 설치 대상에 포함시켜야 한다. 합의 정도 높은 합의가 성취되었으며, 상반된 의견은 기록되지 않았다. 연구 및 기술 개발 EC는 자체 RTD 프로그램을 통해 청정 기술, 신규 폐기물 처리, 재생기술 및 관리 전략에 관한 일련의 프로젝트를 시작 및 지원하고 있다. 이러한 프로젝트는 미래의 BREF 구축에 기여할 것으로 생각된다. 따라서 독자들은 이 문서의 주제 범위와 연관되는 연구 결과를 EIPPCB에 보내주기 바란다 (서문 참조). x 에너지 효율

15 서문 서문 1. 본 문서의 간행 동기 다르게 명시되어 있지 않은 한 이 문서에서 사용되는 용어 "지침"은 통합오염예방 및 제 어(IPPC)에 관한 이사회 지침 2008/1/EC를 의미한다. 이 지침이 유럽공동체의 보건 및 작 업장 안전에 관한 규정과는 별도로 적용되는 것처럼 이 문서 또한 그와 별도로 적용된다. 이 문서는 EU 회원국과 관련 업계 사이에 최적실용가능기술(BAT), 관련된 모니터링 활동, 진전 사항 등에 관한 정보 교환 결과를 발간한 간행물 시리즈 중 하나다. 이는 IPPC 지침 제17(2)조에 따라 위원회에서 발간한 것이기 때문에 BAT를 결정할 때 반드시 지침 부록 IV에 따라 이 문서를 함께 고려해야 한다. 2. 문서 작업의 위임 이 문서는 산업 설비의 에너지 효율과 관련해서 유럽기후변화프로그램(ECCP)의 이행을 위 해 위원회의 특별한 요청에 따라 구체적으로 그 권한이 위임된 것이다. ECCP는 IPPC 지 침의 에너지 효율 규정이 효과적으로 이행될 수 있도록 장려하고, 포괄적 에너지 효율 기 술을 다룬 수평적 BREF(BAT 참고 문헌)를 작성할 것을 요구했다. 3. IPPC 지침의 관련 법적 의무 및 BAT의 정의 본 문서의 초안이 작성된 법률적 맥락에 대한 독자의 이해를 돕기 위해, "최적실용가능기 술"이란 용어에 대한 정의를 포함해 IPPC 지침 중에서 가장 관련이 많은 조항들 중의 일 부에 대한 설명이 본 서문에 제시되어 있다. 이러한 설명은 필연적으로 불완전하며, 정보 제시용으로만 사용된다. 이 설명은 법률적 효력이 없으며, 지침의 실제 조항을 변경하거나 훼손하지 않는다. 이 지침의 목적은 부록 I에 수록된 활동들로 인해 발생하는 오염에 대한 통합예방 및 제 어를 달성함으로써 전반적인 환경 보호 수준을 높이는 것이다. 지침의 법률적 토대는 환 경 보호와 관련이 있다. 지침의 실행은 또한 EC의 산업 경쟁력을 통한 지속 가능한 발전 같은 집행위원회의 다른 목적도 고려하고 있다. 보다 구체적으로 말하면, 지침은 운영자와 규제 기관 모두가 시설의 오염 및 소비 잠재력 을 통합적으로 주목해야 하는 산업 분야 시설에 대한 허가 시스템을 지원한다. 이런 통합 접근법의 전반적인 목적은 환경 전반에 대한 보호 수준을 높일 수 있도록 산업 공정의 관 리 및 통제 방법을 개선하는 것이 되어야 한다. 이러한 접근법의 중심에는 3조에 제시된 바와 같이 운영자들이 환경성과를 개선할 수 있도록 하는 최적실용가능기술을 적용해 오 염 방지를 위해 필요한 모든 적절한 예방 조치를 취한다는 일반 원칙이 있다. 에너지 효율 xi

16 서문 "최적실용가능기술"이란 용어는 지침의2(12)조에 "활동의 발전 및 기술의 운영 방법에서 배출 및 환경 전반에 대한 영향을 예방하고 예방이 어려운 경우에는 일반적으로 그러한 배출 및 환경에 미치는 영향을 줄일 수 있도록 설계된 배출 한계값에 대한 원칙적인 기준 을 제시하기 위해 특정 기술들의 실제적인 적절성을 나타내는 가장 효과적인 첨단의 단계 "라고 정의되어 있다 2(12)는 계속해서 이러한 정의를 다음과 같이 더욱 분명하게 설명하 고 있다. "기술"에는 사용된 기술과 시설이 설계, 건설, 유지, 운영 및 중단될 때 사용되는 방법이 모두 포함된다. "실용가능" 기술은 관련 산업 부문에서 경제 및 기술적으로 실행 가능한 조건에서 개발된 것들이며, 운영자가 합리적으로 접근할 수 있는 범위 내에 있다면, 해당 기술이 관련 회원 국 내부에서 생산 또는 사용되었는가의 여부에 관계없이 비용 및 이점을 고려한다. "최적"이라 함은 환경 전체를 놓고 볼 때 환경 보호를 높은 수준으로 달성하는 데 가장 효과적이라는 의미다. 이외에 지침 부록IV는 예상되는 비용, 편익, 경계 및 예방의 원리를 염두에 두고 최적실용 가능기술을 결정할 때 전체적으로 또는 특별한 경우에 고려해야 할 항목을 수록하고 있 다. 이러한 고려 대상에는 제17(2)조에 따라 위원회에서 발표한 정보가 포함된다. 허가를 관장하는 관할 당국은 허가 조건을 심사할 때 3조에 기술된 일반 원칙을 고려해야 한다. 허가 조건에는 배출 한계값이 포함되며, 필요한 경우 동등한 매개변수 또는 기술 측 정값을 이용해 이러한 한계값을 보충 또는 대치할 수 있다. 지침 제9(4)조는 다음과 같이 규정하고 있다. (환경 품질 기준의 준수 외에), 배출 한계값, 이와 동등한 매개변수 및 기술 측정값은 특정 기술 사용을 지정하지는 않지만, 최적실용가능기술에 근거한 것이어야 하며 해당 설비의 기술적 특성, 지리적 위치 및 현지 환경 조건 등을 감안해야 한다. 어떠한 경우에도 허가 조건은 장거리 또는 경계를 넘는 오염(의 최소화 요건을 포함한 것이어야 하며 이를 통해 전체 환경에 대해 높은 환경 보호 수준을 확보할 수 있어야 한다.) 회원국은 지침의 11조에 따라 관련 기관이 최적실용가능기술을 따르거나 기술발전에 대해 알 수 있도록 해야 한다. 4. 문서의 목적 이 문서는 위 (3)항에서 다룬 지침의 요건을 실행하는 데 도움이 되는 방안을 권고하기 위 해 작성했다. 지침 제17(2)조는 위원회에서 최적실용가능기술, 관련 모니터링 및 진전사항을 회원국 및 관련 산업계 사이에 상호 교환할 수 있도록 조직하고, 교환 활동의 결과를 발표할 것을 요구하고 있다. 정보 교환의 목적은 지침의 설명부 27에서 제시하고 있는데 그에 따르면 유럽공동체 내에 서의 최적실용가능기술에 관한 정보 개발 및 교환은 공동체 내의 기술 불균형을 해소하 고, 공동체 내에서 사용하는 한계값 및 관련 기술을 전세계에 배포하며 나아가서는 회원 국의 효율적 지침 이행에 도움이 된다고 밝히고 있다. xii 에너지 효율

17 서문 위원회는 정보 교환 포럼(IEF)을 구성해17(2)조에 명시되어 있는 작업을 지원했으며, 다수 의 기술 실무 그룹이 IEF 산하에 개설되었다. IEF 및 기술 실무 그룹 모두 17(2)에서 정한 바에 따라 회원국에서 파견한 대표들로 구성했다. 이 문서 시리즈의 목표는 17(2)에 따라서 정보 교환이 정확히 수행되고, 허가 기관에서 조 건을 심사할 때 참고할 수 있도록 참조 정보를 제공하는 데 있다. 최적실용가능기술에 관 한 정보를 제공함으로써 이 문서는 에너지 효율을 포함하는 환경 성과를 추진하는 데 중 요한 도구로 사용될 수 있다. 5. 정보의 출처 이 문서는 다양한 출처에서 입수한 정보를 요약해 놓았으며, 특히 위원회를 지원하기 위 해 설립된 단체들의 전문 지식을 활용했고 그 효용은 위원회의 업무를 통해 입증된 것이 다. 기고자 및 전문가 그룹의 노고에 대해 깊은 감사를 표한다. 6. 문서의 이해 및 사용 방법 이 문서에 수록된 정보는 특정 사례에서 에너지 효율에 대한 BAT를 결정하는 데이터로 사용하기 위한 것이다. BAT를 결정하고 BAT에 근거한 허가 조건을 설정할 때 에너지 효 율을 포함하는 환경 전체를 대상으로 높은 수준의 환경 보호를 달성하고자 하는 목표를 항상 염두에 두어야 한다. 이 절의 나머지는 이 문서의 각 장에 제시되어 있는 정보의 유형을 설명하는 데 할애 했다. 1장은 에너지 및 열역학의 용어 및 개념의 기초를 제공한다. 또한 산업 현장에서의 에너 지 효율의 정의, 에너지 효율의 모니터링 지표의 정의 및 개발, 설비의 경계 정의의 중요 성, 구성 시스템 및 장치 등을 설명한다. 2장 및 3장에서는 2개 이상의 산업에서 발견되는 에너지 효율 기술 및 BAT를 정의하는 데 가장 적합한 것으로 간주되는 에너지 효율 기술, BAT 기반의 허가 조건과 연관성이 가장 큰 기술을 보다 상세하게 다룬다. 2장은 설비 전체 수준에서 고려되는 기술을 설명한다. 3장은 에너지 소비량이 많고 설비 내에서 흔히 볼 수 있는 특정 시스템, 공정, 작업 활동 및 장비 등을 설명한다. 여기에는 달성 가능한 에너지 효율 방안, 기술과 관련된 비용 및 매체통합적 영향 문제, 기술이 IPPC 허가를 요하는 설비 범위 예를 들어, 신규, 기존, 대규모 또는 소규모 설비 등에 적용될 수 있는 범위 등이 포함된다. 4장은 일반적 의미에서 BAT와 호환가능한 다양한 기술을 제시한다. 이는 BAT 기반의 허 가 조건을 결정할 때, 사용된 에너지 효율 기술의 평가 지표로서 활용되거나 9(8)에 따르 는 포괄적 규칙을 설정하기 위한 것이다. 그러나 강조하고 싶은 점은 이 문서가 허가에 필요한 에너지 효율 가치 자체를 제시하는 것은 아니라는 점이다. 적정 허가 조건을 결정 할 때 현지의 요인, 즉 해당 설비의 기술적 특성, 지리적 위치, 업그레이드의 경제적, 기술 적 실행 가능성 등을 함께 고려해야 한다. 에너지 효율 xiii

18 서문 환경 전체를 대상으로 높은 수준의 환경 보호를 달성하는 단일 목표의 경우에도 다양한 유형의 환경 영향 사이에서 절충적인 판단을 해야 하는 경우가 종종 있으며, 이러한 판단 은 현지 여건의 영향을 받게 되는 경우가 많다. 이러한 문제 중 일부나마 여기서 다루고자 했으나 이들을 충분히 고찰하는 일은 불가능했 다. 따라서 4장에 제시되어 있는 기술이 반드시 모든 설비에 적절한 것이라고 할 수 없다. 한편 장거리 또는 경계를 넘는 오염의 최소화를 포함하는 높은 수준의 환경 보호를 반드 시 달성해야 하는 관점에서 볼 때 허가 조건은 단순히 현지 여건만을 기초로 설정해서는 안 된다는 점을 알 수 있다. 따라서 허가 당국에서 이 문서의 정보를 충분히 고려하는 것 은 극히 중요한 일이라 하겠다. 최적실용가능기술은 시간 경과에 따라 변화할 수밖에 없기 때문에 이 문서는 적정 시기마 다 재검토되고 업데이트 되어야 한다. 의견이나 제안은 아래 주소의 Institute for Prospective Technological Studies의 European IPPC Bureau로 보내주기 바란다. Edificio Expo, c/inca Garcilaso 3, E Sevilla, Spain 전화: 팩스: 이메일: 인터넷: xiv 에너지 효율

19 에너지 효율에 관한 최적실용가능기술 지침서 요약 ⅰ 서문 ⅺ 적용 범위 ⅹⅹⅴ 1 서론 및 용어 정의 서론 EU 산업 분야의 에너지 에너지 사용의 영향 지구 온난화 영향의 감소 및 지속 가능성 향상에 미치는 에너지 효율의 기여도 에너지 효율 및 IPPC 지침 통합오염예방 및 제어에서 에너지 효율 매체통합적 환경성 및 경제성 평가 문제 에너지와 열역학 법칙 에너지, 열, 동력 및 일 열역학 법칙 열역학 제1법칙: 에너지의 전환 열역학 제2법칙: 엔트로피의 증가 엑서지 균형: 제1법칙과 제2법칙의 결합 특성 다이어그램 추가 정보 비가역성의 확인 에너지 효율 및 에너지 효율 개선 지표의 정의 IPPC 지침에 따른 에너지 효율 및 측정 에너지의 효율적 사용 및 비효율적 사용 에너지 효율 지표 지표 이용의 기초 시스템 및 시스템 경계의 중요성 기타 중요한 관련 용어 차 에너지, 2차 에너지, 최종 에너지 연료의 발열량 및 효율 공급 및 수요 측면 관리 산업에서 에너지 효율 지표 기본 개념: 지표 및 기타 매개변수의 정의 생산 장치의 에너지 효율 예시1. 단순 사례 예시2. 전형적인 사례 현장에서의 에너지 효율 에너지 효율 지표를 정의할 때 고려할 점 시스템 경계의 정의 시스템 및 시스템 경계의 결론 설비 차원에서 고려해야 할 기타 중요 문제 보고 관행의 기록 에너지의 내부 생산 및 사용 폐기물 및 플레어 재생 부하인자(생산 증가에 따른 특정 에너지 소비(SEC) 감소) 생산기술과 제품 개발에서의 변화 에너지 통합 지속가능성 및 전반적 효율에 영향을 미치는 비효율적인 에너지 사용 관내 냉난방 지역적 요인 현열 기타 사례 46 2 설비단계에서 고려되어야 할 에너지 효율 기술 47 에너지 효율 xv

20 2.1 에너지 효율 관리 시스템 (ENEMS) 목적과 목표의 계획 및 수립 지속적인 환경 개선 및 매체통합적 영향 에너지 관리에 대한 시스템적 접근 에너지 효율적 설계 (EED) 공정 기술의 선택 공정 통합의 확대 에너지 효율 방안 추진력의 유지 전문 인력(인적 자원) 보유 의사소통 Sankey 다이어그램 효과적인 공정 관리 공정 관리 시스템 품질관리 (제어, 검증) 시스템 유지 보수 모니터링 및 측정 간접 측정 기술 추정 및 계산 계량 및 첨단 계량 시스템 파이프 내의 낮은 압력하강 유량측정 에너지 감사 및 에너지 진단 핀치 방식 엔탈피 및 엑서지 분석 열경제학 에너지 모델 에너지 모델, 데이터베이스 및 균형 모델을 이용한 유틸리티의 최적화 및 관리 벤치마킹 기타 툴 에너지를 사용하는 시스템, 공정, 활동에서 에너지 효율을 달성하기 위해 고려되는 기술들 연소 배기가스 온도의 감소 공기 또는 물 예열기의 설치 열회수방식 및 축열식 버너 잉여공기의 감소를 통한 배기가스 유량의 감소 버너 조절 및 제어 연료 선택 산소-점화 (산소연료) 단열에 의한 열손실 감소 노 개방을 통한 손실의 감소 증기 시스템 증기의 일반적인 기능 증기 시스템 성능을 향상시키기 위한 수단의 개요 교축장치(throttling device) 및 배압터빈의 이용 운영 및 제어 기술 공급수 예열(이코노마이저 이용 포함) 열 이동면에서의 스케일(scale) 방지 및 제거 보일러에서의 파열 최소화 탈기기 배출율의 최적화 보일러 단순환(short cycle) 손실의 최소화 증기 분배 시스템의 최적화 증기 파이프 및 응축물 반환 파이프에서의 단열 제거 가능한 단열 패드 또는 밸브 및 부속품의 설치 증기트랩의 제어 및 수리 프로그램의 구현 응축액의 재사용을 위한 수집 및 보일러로의 반환 강제증발 증기(flash steam)의 재사용 보일러 파열을 통한 에너지 회수 열회수 및 냉각 열교환기 열교환기의 모니터링 및 유지보수 열펌프(기계식 증기 재압축(MVR)을 포함) 167 xvi 에너지 효율

21 3.3.3 냉각장치 및 냉각시스템 열병합발전 다양한 열병합발전의 유형 삼중열병합발전 지역 냉방 전력 공급 역률 수정 고조파(harmonics) 공급의 최적화 변압기의 에너지 효율적 관리 전기모터 구동 서브 시스템 에너지 효율적인 모터 (EEMs) 적정 모터 크기 가변 속도 드라이브 전동 손실 모터 수리 리와인딩 전기 모터 ENE 기술의 달성된 환경 편익, 매체통합적 영향, 적용 분야 및 기타 고려 사항 압축공기시스템(CAS) 시스템 설계 가변 속도 드라이브 (VSD) 고효율 모터(HEM) CAS 마스터 제어 시스템 열회수 압축공기시스템 누출 감소 필터 관리 압축기로의 외부 찬 공기 공급 압력 수준의 최적화 사용 변동폭이 큰 곳 가까이에 저장하는 압축 공기 펌프 시스템 펌프 시스템의 목록 및 평가 펌프 선택 파이프워크 시스템 유지 보수 펌프 시스템의 제어 및 조절 모터 및 전동 장치 펌프 시스템의 ENE 기술을 위한 달성된 환경 편익, 매체통합적 영향, 적용 분야 및 기타 고려 사항 난방, 환기 및 공기조절(HVAC) 시스템 난방 및 냉방 환기 신규 또는 업그레이드한 시스템의 설계 최적화 설비의 기존 환기 시스템 개선 외기냉수냉방(Free cooling) 조명 건조, 분리, 농축 공정 최적기술 또는 기술결합의 선택 기계적 공정 열 건조 기술 에너지 소요량 및 효율 계산 직접 가열 간접 가열 과열 증기(Superheated steam) 건조 공정의 열회수 증발을 이용한 기계식 증기 재압축 방식 또는 열펌프 건조 시스템 단열의 최적화 복사에너지 컴퓨터를 이용한 공정 제어/열 건조 공정의 자동화 최적실용가능기술 머리말 설비 수준에서 에너지 효율을 달성하기 위한 최적실용가능기술 273 에너지 효율 xvii

22 4.2.1 에너지 효율 관리 목적과 목표의 계획 및 수립 지속적인 환경 개선 에너지 효율적 설비 측면 및 에너지 절감 기회 확인 에너지 관리에 대한 시스템적 접근 에너지 효율 목적 및 지표의 확립 및 검토 벤치마킹 에너지 효율적 설계(EED) 공정 통합강화 에너지 효율 제안의 추진력 유지 전문 인력 보유 효율적 공정 제어 유지보수 모니터링 및 조치 시스템, 공정, 활동 또는 장비의 에너지 효율 달성을 위한 최적실용가능기술 연소 증기 시스템 열회수 열병합발전 전력 공급 전기 모터 구동 서브시스템 압축공기시스템(CAS) 펌프 시스템 난방, 환기 및 공기조절 (HVAC) 시스템 조명 건조, 분리 및 농축 공정 에너지 효율의 유망기술 무화염 산화(무화염 연소) 압축 공기 에너지 저장 끝맺는 말 작업의 시기 및 진전 정보의 출처 합의의 정도 향후 정보 수집 및 조사를 위한 지식 및 권장사항 사이의 격차 및 중복 데이터 사이의 격차 및 중복 구체적인 운영 데이터 연구 과제 및 추가 작업 이 문서의 재검토 308 참고 문헌 309 용어 부록 에너지와 열역학 법칙 일반 원리 시스템과 과정의 특징 에너지 저장과 전달의 형태 에너지 저장 에너지 전달 열역학 제1법칙 및 제2법칙 열역학 제1법칙: 에너지 균형 고립계의 에너지 균형 개방 시스템의 에너지 균형 제1법칙: 열효율 및 실행계수 열역학 제2법칙: 엔트로피 엔트로피 고립 시스템의 엔트로피 균형 개방 시스템의 엔트로피 균형 334 xviii 에너지 효율

23 엑서지 분석 엑서지 엑서지 균형 제2법칙 효율: 엑서지 효율 특성 다이어그램, 표, 데이터뱅크 및 컴퓨터 프로그램 특성 다이어그램 특성 표, 데이터뱅크 및 시뮬레이션 프로그램 비효율의 확인 명명법 참고 문헌 열역학적 비가역성에 대한 사례연구 사례 1. 교축장치 사례 2. 열교환기 사례 3. 혼합 과정 에너지 효율 적용의 예 에틸렌 분해장치(ethylene cracker) 비닐 아세테이트 단량체(VAM) 생산 강철 설비 안의 열간압연기 에너지 효율 관리 시스템 실행의 예시 에너지 효율적 핵심 공정의 예 에너지 효율 방안의 추진력 유지의 예: 운영 우수성 모니터링과 계측 정량적 측정 계측 모델 기반 시설 - 최적화 및 관리 에너지 모델, 데이터베이스, 균형 감사도구와 현장에서 사용되는 기타 지원 기술을 위한 기타 도구 감사 및 에너지 관리 도구 측정 및 검증 프로토콜 벤치마킹 광유정제소 오스트리아 에너지청 노르웨이의 중소기업을 위한 체계 네덜란드의 벤치마킹 서약 유리 산업 벤치마킹 연속 단계의 복잡한 공정에서 제품에 대한 에너지 및 CO 2 배출 할당 장. 예시 증기 폐열회수 열병합발전 삼중열병합발전 수요 관리 에너지서비스 회사 (ESCO) 기술적 시설 관리 최종 에너지 공급 서비스 (설치 계약이라고도 불림) 유럽 연합 위원회 웹사이트 및 회원국 에너지 효율 실행계획(NEEAPs) EU 배출권 거래 제도(ETS) 운송 시스템의 최적화 운송망에 대한 에너지 감사 도로 운송 에너지 관리 운송의 최적화를 위한 포장의 향상 유럽 에너지 구성 전기 역률 수정 398 에너지 효율 xix

24 그림목차 그림 1.1: 공정산업별로 사용되는 EU 1차 에너지 수요 비율 1 그림 1.2: 1750년 이후의 증가하는 대기 GHG 농도(ppm CO 2 환산량으로 표시)의 여러 시나리오 2 그림 1.3: 화학 산업의 에너지 사용 그림 1.4: 열역학 시스템 10 그림 1.5: 압력-온도(상) 다이어그램 15 그림 1.6: 1차, 2차, 최종 에너지의 정의 23 그림 1.7: 단순 생산 장치의 에너지벡터 28 그림 1.8: 생산 장치에서의 에너지 벡터 30 그림 1.9: 현장의 투입물 및 산출물 33 그림 1.10: 기존 전동기의 시스템 경계 35 그림 1.11: 시스템 경계, 신규 전동기 36 그림 1.12: 시스템 경계, 신규 전동기 및 기존 펌프 36 그림 1.13: 시스템 경계, 신규 전동기 및 신규 펌프 37 그림 1.14: 신규 전동기와 출력 값이 일정한 신규 펌프 37 그림 1.15: 신규 전동 모터, 신규 펌프, 기존 열교환기 38 그림 1.16: 신규 전동 모터, 신규 펌프, 열교환기 2대 39 그림 1.17: 외부 온도에 따라 달라지는 에너지소비 45 그림 2.1: 에너지 효율 관리 시스템의 지속적인 개선 48 그림 2.2: 시간의 흐름에 따라 가능한 에너지 사용 변화에 대한 사례 57 그림 2.3: 전형적인 산업장비에 대한 총소유비용 사례 (10년 이상의 수명기간) 60 그림 2.4: 가동 단계 대비 설계 단계에서의 투자액과 절감 가능성 60 그림 2.5: 가동 단계 대비 설계 단계에서 다루어져야 할 영역 61 그림 2.6: 신규 시설의 계획 및 설계 과정에 에너지 전문가를 포함시킨 기업 64 그림 2.7: Sankey 다이어그램: 일반 공장에서의 연료 및 손실 75 그림 2.8: 첨단 계량 시스템의 구조 87 그림 2.9: 에너지 감사 모델의 특성 89 그림 2.10: 전반적 에너지 감사 도해 94 그림 2.11: 두개의 뜨거운 흐름 95 그림 2.12: 뜨거운 종합 곡선 95 그림 2.13: 핀치와 에너지 목표를 보여주고 있는 종합곡선 96 그림 2.14: 핀치 위와 아래의 시스템에 대한 도식적 표현 96 그림 2.15: 열흡수원에서 열원으로의 핀치 간 열전달 97 그림 2.16: 핀치 방식에 의해 확인된 에너지 절감 99 그림 2.17: 부하율에 따라 다른 기기의 역률 105 그림 3.1: 연소설비의 에너지 평형 120 그림 3.2.: 공기 예열기가 장착된 연소 시스템의 개요 124 그림 3.3. 축열식 버너의 작동 원리 127 그림 3.4: 각기 다른 연소 영역 127 그림 3.5: 전형적인 증기 발생 및 분배 시스템 136 그림 3.6: 보일러 사용을 최적화한 신규 제어 시스템 142 그림 3.7: 공급수 예열 143 그림 3.8: 압축 열펌프의 다이어그램 168 그림 3.9: 흡수식 열펌프의 다이어그램 170 그림 3.10: 단순 MVR 설비 171 그림 3.11: 온도변화 대 MVR 설비에의 일반적인 COP 값 171 그림 3.12: 배압 설비 177 그림 3.13: 추기복수형 설비 178 그림 3.14: 가스 터빈 열회수 보일러 178 그림 3.15: 복합화력발전소 179 그림 3.16: 내연기관 또는 왕복엔진 180 그림 3.17: 응축발전과 열병합발전의 효율 비교 182 그림 3.18: 대규모 공항의 에너지 분리 생산과 비교한 삼중열병합발전 185 그림 3.19: 삼중열병합발전, 연중 지속적인 최적 설비 가동 실현 186 그림 3.20: 외기냉방 기술을 사용한 겨울철의 지역 냉방 188 그림 3.21: 여름철의 흡수기술을 이용한 지역 냉방 188 xx 에너지 효율

25 그림 3.22: 무효전력 및 피상전력 191 그림 3.23: 변압기 다이어그램 194 그림 3.24: 철, 구리, 효율 및 부하율 손실의 관계 195 그림 3.25: 에너지 효율이 높은 재래식 펌프 시스템 설계 197 그림 3.26: 정격 출력 24MW의 압축 모터 199 그림 3.27: 3상 AC 유도전동기의 에너지 효율 201 그림 3.28: 전기모터의 효율과 부하 202 그림 3.29: 리와인딩 대비 신규 모터의 비용 204 그림 3.30: 내구연한 동안의 전기 모터의 소요 비용 205 그림 3.31: 압축공기시스템(CAS)의 전형적인 구성 부분 209 그림 3.32: 압축기 유형 210 그림 3.33: 서로 다른 수요 프로파일 211 그림 3.34: 여러 종류의 압축기 제어 226 그림 3.35: 피크 효율 흐름 대 수두, 전력 및 효율 230 그림 3.36: 펌프 용량 대 헤드 231 그림 3.37: 펌프 헤드 대 유량 232 그림 3.38: 터보형 펌프에서 두 가지 펌프 제어 시스템의 에너지 소비 예시 234 그림 3.39: 중간 크기 산업용 펌프의 전형적 수명 주기 비용 235 그림 3.40: HVAC 시스템 개략도 236 그림 3.41: 환기 시스템 238 그림 3.42: 환기 시스템의 에너지 사용 최적화를 위한 흐름도 239 그림 3.43: 외기냉수냉방 실시 개념도 244 그림 3.44: 분리 공정의 에너지 소비 253 그림 3.45: 수분 증발 시 여러 유형의 건조기의 특정 2차 에너지 소비량 대역폭 256 그림 4.1: 에너지 효율과 BAT 사이의 관계 272 그림 5.1: 축열식 버너의 작동 원리 297 그림 5.2: 재래식 버너와 HiTAC 버너의 시험 노 순열산출량 298 그림 5.3: 무화염 연소 조건 299 그림 7.1: 온도-엔트로피 다이어그램 336 그림 7.2: 증기 교축 과정 339 그림 7.3: 예제의 증기 교축 과정에 대한 T-S 및 h-s 다이어그램 340 그림 7.4: 역류 열교환기 341 그림 7.5: 증기 흐름의 재가열 과정 342 그림 7.6: 예제의 증기 재가열 과정에 대한 T-s 및 h-s의 다이어그램 342 그림 7.7: I i/rt 0 대 혼합체 내 성분의 몰분율 344 그림 7.8: 두 개의 흐름의 혼합 챔버 345 그림 7.9: 예제에 대한 혼합 과정의 T-s 다이어그램 346 그림 7.10: 비닐 아세테이트 단량체(VAM) 설비를 위한 투입과 산출 348 그림 7.11: 압연기의 흐름도 349 그림 7.12: 압연기 내의 특정 에너지 소비 350 그림 7.13: 압연 설비 내의 특정 에너지 소비의 변화 351 그림 7.14: Eurallumina 알루미나 정제소의 공정 체계 376 그림 7.15: 히터의 운영 사이클 377 그림 7.16: 지역난방 시스템에 연결된 열회수 시스템 379 그림 7.17: 무효전력 및 피상전력 398 에너지 효율 xxi

26 표 목차 표 1.1: 다양한 연료의 저위 및 고위발열량 27 표 2.1: 2장과 3장에 설명되어 있는 시스템과 기술에 대한 항목별 정보 분류 47 표 2.2: 신규 산업 현장의 에너지 효율적 설계 기간 중의 제반 활동 사례 62 표 2.3: EED를 적용한 5개 시범 프로젝트에서 달성된 절감액 및 투자액 63 표 2.4: EUREM 시범 프로젝트: 참가인 당 절감액 73 표 2.5: 계량 시스템별 압력하강 사례 88 표 2.6: 핀치방식: 적용과 절감 사례 99 표 2.7: 유틸리티 최적화 시스템을 사용하기 위한 비즈니스 프로세스 동인 109 표 3.1: 2장과 3장에 설명되어 있는 시스템 및 기술에 대한 항목별 정보 분류 115 표 3.2: LCP 및 ENE BREF에 제시되어 있는 연소기술의 개관 119 표 3.3: 다른 연료유형에서의 Siegert 계수의 계산 125 표 3.4: 연소공기 예열에서 가능한 절감 126 표 3.5: 여러 산업에서 증기를 생성하기 위해 사용되는 에너지 134 표 3.6: 산업증기 시스템에 적용되는 일반적인 에너지 효율 기술 139 표 3.7: 천연 가스 연료를 기준으로, 15% 잉여공기 및 120 C의 최종 굴뚝 온도 145 표 3.8: 열전달에서의 차이 146 표 3.9: 파열의 에너지 용량 148 표 3.10: 단열되지 않은 증기 라인 30m 당 열손실 153 표 3.11: Watts 법칙에서, 제거 가능한 단열 밸브 커버의 설치로 가능한 에너지절약 근사치 154 표 3.12: 증기트랩 누출율 155 표 3.13: 증기 트랩의 다양한 운영 상태 156 표 3.14: 증기 트랩에서의 증기손실과 관련된 운영인자 156 표 3.15: 증기손실의 하중인자 157 표 3.16: 대기압 조건에서의 응축액 내부 및 강제증발 증기 내부에 나타나는 총에너지의 비율 160 표 3.17: 파열 손실로부터 회수된 에너지 162 표 3.18: 공정 요구사항 및 ICS BREF 내의 BAT에 대한 사례 175 표 3.19: 현장 특성 및 ICS BREF 내의 BAT 에 대한 사례 175 표 3.20: 열병합발전 기술 및 전력 대비 열비율 기본값 목록 176 표 3.21: 2002년 EU 25개국의 산업용 전력 소비량 추산 191 표 3.22: 모터 구동 서브 시스템 동력에너지 절감 방안 204 표 3.23: CAS 에너지 절감 조치 208 표 3.24: CAS의 전형적인 구성 부분 209 표 3.25: 비용 절감 예시 221 표 3.26: 외부 찬 공기를 압축기에 공급해서 획득한 절감 내용 225 표 3.27: 여러 유형의 램프의 특성 및 효율 248 표 3.28: 조명 시스템에서 실현 가능한 절감액 249 표 3.29: 증발기 유형 및 비소비량 261 표 4.1: 에너지 효율을 향상시키기 위한 연소 시스템 기술 285 표 4.2: 에너지 효율을 개선하기 위한 증기 시스템 기술 287 표 4.3: 에너지 효율을 개선하기 위한 역률 시정 기술 289 표 4.4: 에너지 효율을 개선하기 위한 전력 요인 기술 289 표 4.5: 에너지 효율 개선을 위한 전기 모터 기술 290 표 4.6: 에너지 효율 개선을 위한 압축공기시스템 기술 291 표 4.7: 에너지 효율을 개선하기 위한 펌프 시스템 기술 292 표 4.8: 에너지 효율을 개선하기 위한 난방, 환기 및 공기조절 시스템 기술 294 표 4.9: 에너지 효율을 개선하기 위한 조명 시스템 기술 295 표 4.10: 에너지 효율을 개선을 위한 건조, 분리 및 농축 시스템 기술 296 표 7.1: 미분계수의 일부 값 344 표 7.2: 혼합체에 대한 최대값 344 표 7.3: 세계 아크릴아마이드 생산능력 355 표 7.4: 아크릴아마이드의 공정 비교 355 표 7.5: 아크릴아마이드의 에너지 소비 비교 355 표 7.6: CO 2 생산 비교 355 표 7.7: 전자빔 잉크 시스템에 의한 에너지 절감 356 표 7.8: 간단한 전기 모델 359 표 7.9: 열에너지 모델의 데이터(generator 측면) 361 xxii 에너지 효율

27 표 7.10: 열에너지 모델의 데이터 (사용자 측면) 362 표 7.11: 증기 트랩 내의 증기 손실에 대한 운영 요소 373 표 7.12: 증기 손실에 대한 부하 요소 373 표 7.13: 몇몇 증기 속도와 파이프 직경을 위한 배출 응축기의 에너지 회수 잠재력 374 표 7.14: 응축물과 증기압력의 함수로서, 응축물 질량 당 획득된 증기의 비율 375 표 7.15: Barajas 공항의 삼중열병합발전 설비에 대한 기술 데이터 381 표 7.16: CAS 장비 임대의 장점과 단점 385 표 7.17: ESCO를 통한 CAS공급의 장점과 단점 386 표 7.18: ESCO를 통한 에너지의 장점과 단점 387 표 7.19: 전력 생산과 연관된 평균 배출 396 표 7.20: 증기 생산의 평균 배출 397 에너지 효율 xxiii

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29 범위 범위 이 문서는 다른 BREF와 함께(표지의 뒷면 목록 참조) IPPC 지침에 제시되어 있는 에너지 효율 문제를 다루기 위해 시리즈로 작성되었다. 에너지 효율(ENE)은 지침의 부록1에 제시 되어 있는 특정 산업에 한정된 것이 아니고 모든 경우를 포함하는 공통의 문제다. 지침에 는 아래의 설명부 및 조항에 설명되어 있는 에너지 및 에너지 효율에 대해 언급하고 있다 (지침에 제시되어 있는 순서대로). (설명부) 2. 유럽공동체의 환경 정책의 목적 및 원칙은 조약 130r에 명시되어 있는 바 와 같이 오염자 부담 원칙 및 오염) 예방 원칙을 준수해 오염원 단계에서의 개입에 우선순위를 두어 천연자원의 신중한 관리를 구현함으로써 오염의 예방 및 감소를 실 현하고 가능한 한 최대한 오염을 제거하는 데 있다(유럽의 대다수 에너지는 재생 불 가능한 천연자원으로부터 생산됨). (설명부) 3. 환경 및 지속 가능 개발에 관한 유럽공동체의 정책 프로그램 및 실행 계 획의 1993년 2월 1일 결의안에서 제5차 환경실행 계획(Fifth Environmental Action Programme)은 통합 오염 관리에 우선권을 부여하면서 이러한 우선권 부여를 한편으론 인간 활동과 사회경제적 개발 사이에, 다른 한편으론 자원과 자연의 재생 능력 사이 에 보다 지속 가능한 균형으로 나아가는 중요한 진전으로 보았다. 2(2)조: 오염이라 함은 인체의 건강 또는 환경에 유해한 진동, 열 또는 소음의 직접적 또는 간접적 영향을 말한다(진동, 열 및 소음은 모두 에너지로부터 발현된 현상). 3조: 회원국은 모든 설비가 관계 당국의 관장 하에 다음과 같은 방식으로 운영될 수 있도록 필요한 조치를 취해야 한다. (d) 에너지를 효율적으로 사용한다. 6.1조: 회원국은 관계 당국에 제출하는 허가 신청서가 다음 사항을 포함하도록 필요한 조치를 취해야 한다. 설비 안에서 사용되거나 설비에서 생성되는 원 부자재, 기타 물질 및 에너지에 관 한 설명 9.1조: 회원국은 3조 및 10조(에너지 효율을 포함, 위 3조 참조)의 요건 준수에 필요한 모든 조치가 허가에 포함될 수 있게 해야 한다. 부록 IV (9항). 일반적 또는 특정 부문을 위한 BAT를 결정할 때 고려해야 하는 문제 중의 하나는 공정에서 사용되는 원자재(물 포함)의 소비, 종류 및 에너지 효율이다. IPPC 지침은 2003년 10월 13일자의 이사회 지침 2003/87/EC에 따라 개정되었는데 이를 통 해 유럽공동체 안에서의 온실가스 배출 허용 한도 거래를 제도화했다(ETS 지침). 9(3)조: 지침 2003/87/EC 의 부록 1에 수록된 작업 활동과 관련하여, 회원국은 연소장 치 또는 이산화탄소를 배출하는 기타 장치에 대해서는 에너지 효율에 관한 요건을 부 과하지 않아도 된다. 에너지 효율 xxv

30 범위 에너지 효율은 우선적으로 처리해야 할 EU의 중요한 문제이며 에너지 효율에 관한 이 문 서는 유럽연합 위원회의 다른 정책 및 법률 문서와 연계되어 있다. 중요한 예시는 다음과 같다. 정책 문서: 베를린 선언 2007년 3월 에너지 효율 실행 계획 2007 년 10월 COM(2006)545 최종 환경 효율 녹서 2005년 6월 22일 COM(2005)265 최종 유럽기후변화프로그램(ECCP)의 이행에 관한 유럽연합 위원회 커뮤니케이션 (COM(2001)580 최종), 산업 시설의 에너지 효율에 관한 ECCP (이 문서의 작성 권한 을 위임했음. 서문 참조) 에너지 공급 안전을 위한 유럽의 전략에 관한 녹서 (2000년 11월 29일 COM(2000) 769) 법률 문서: 내부에너지 시장의 가용 열 수요에 근거한 열병합발전 촉진에 과한 이사회 지침 2004/8/EC 2004년 2월 11일 및 개정 지침 92/42/EEC 에너지 최종 소비효율 및 에너지 서비스에 관한 이사회 지침 2006/32/EC 2006년 4월 5일 및 동 이사회의 폐지 지침 93/76/EEC 에너지 사용 제품의 환경친화디자인 요건 수립을 위한 기본 지침 EuP (2005/32/EC) 기타의 정책 이행 도구: 지속 가능한 산업 정책의 실행 계획 EMAS 규정의 틀 안에서 개발된 SME를 위한 에너지 효율 도구 모음 건축물 및 산업 현장의 에너지 효율을 다루는 인텔리전트 에너지 유럽(IEU) 및 SAVE 산하의 연구 및 프로젝트 이 문서는 특정 산업 분야의 BREF (산업분야별 BREF), 특히 에너지 효율이 중요한 문제 로 대두되는 대규모 연소 설비(LCP)와 연결된다. 또한 BREF의 산업 냉각 시스템(ICS), 화 학 산업 분야의 폐수 및 폐기가스 공동 처리/관리 시스템(CWW) (이는 공통 BREF로서 여 러 부문에 적용됨)과도 연결된다. 이 문서에서 다루는 에너지 효율 정책 성명은 에너지 정책(사용 저감 포함) 및 기후 보호(특히 연소 가스의 영향 감소)를 EU의 최우선 과제로 표방하고 있다. IPPC 지침은 가스 배출권 거래제(ETS) 지침 1) 을 수용하기 위해 개정되었다(이 개정으로 Aarhus 협약도 수용하게 됨). 그러나 에너지의 효율적 사용은 여전히 이 지침의 일반 원칙 중의 하나로 자리매김하고 있다. 요약하면 회원국은 지침 2003/87/EC 부록1에 제시되어 있 는 산업활동(activity)에 대해서는, 연소 장치 또는 이산화탄소를 직접 배출하는 기타 장치 의 에너지 효율 요구사항을 적용하지 않아도 된다는 것이다. 이와 같은 융통성은 동일 설 비 내에서 이산화탄소를 직접 배출하지 않는 장치에는 적용되지 않는다. 이 문서는 모든 IPPC 설비(및 그 구성 장치)의 에너지 효율에 관한 지침(guidance)을 포함 하고 있다. 1) 유럽공동체 안의 온실가스 배출권 거래제를 수립한 유럽의회 지침 2003/87/EC및 2003년 11월 23일자 이사회 지침 그리고 유럽이사회 개정 지침 2008/EC. 부록7.14 참조 xxvi 에너지 효율

31 범위 이 문서의 지침은 IPPC의 범위 외의 설비 운영자 및 산업에도 유용할 것으로 생각된다. IPPC 지침은 동 지침의 부록1에 명시되어 있는 활동과 또 그것에 기술적 연관이 있는 활 동을 규제하지만 제품을 다루지는 않는다. 이러한 맥락에서 에너지 효율에서 제품의 에너 지 효율은 제외되며, 설비에서 에너지를 많이 사용하여 에너지 효율이 보다 높은 제품을 생산하는 경우도 배제 된다 (예: 고강도 철강의 제조에는 여분의 에너지가 필요하지만 고 강도 철강은 차량 제작에 소요되는 철강의 양을 줄여주며, 그 결과 연료 절감이 가능). 설 비 운영자가 적용할 수 있는 모범사례는 IPPC 허용 범위를 벗어난 것이라 하더라도 부록 에서 이를 취급하고 있다(예: 운송에 관한 부록 7.15 참조). 에너지를 효율적으로 사용하는 일과 에너지 사용을 성장에서 분리하는 일은 지속 가능한 정책의 핵심 목표다. IPPC 지침은 에너지를 자원으로 보고 있으며, 에너지의 원천을 상술 하지 않은 상태에서 이를 효율적으로 사용할 것을 요구하고 있다. 따라서 이 문서는 모든 에너지원, 그리고 제품 또는 서비스 공급을 위한 설비 안에서의 에너지 사용에 대한 에너 지 효율을 다루고 있다. 그리고 1차 연료를 2차 연료 또는 재생 가능한 에너지원으로 대 치하는 것을 에너지 효율의 개선으로 보지 않는다. 화석 연료를 다른 대체 연료로 대치하 는 문제는 CO2 및 기타 온실가스 배출의 순 감소, 에너지 공급 안전 및 지속 가능성의 개 선 등을 가져오기 때문에 대단히 중요하다. 그러나 이 문서에서는 취급하고 있지 않다. 일 부 분야별 BREF에서 에너지원으로서의 2차 연료 및 폐기물의 사용 문제를 다루고 있다. 일부 참고 문헌에서는 '에너지 효율 관리' 또는 '에너지 관리'라는 용어를 사용하고 있다. 이 문서에서는 달리 명시되어 있는 경우를 제외하고 물리적 에너지의 효율적 사용을 의미 하는 용어로서 둘 다 사용하고자 한다. 또한 두 용어 모두 에너지 비용의 관리를 의미하 기도 한다. 일반적으로 에너지의 물리적 사용량을 줄이면 비용도 줄어든다. 전체 에너지 소비량을 줄이지 않으면서, 에너지 공급자 요금 구조의 낮은 요금 대역에 머물러 있는 방 식으로(특히 피크 수요를 줄여서) 에너지 사용을 관리하는 기술도 있다. 이러한 절감 기술 은 IPPC 지침에 명시되어 있는 에너지 효율 제고 방안이라고 볼 수 없다. 이 문서는 다른 모든 BREF의 제1판 발간 후 작성되었다. 따라서 BREF 개정 작업에서 에 너지 효율에 관한 참고 문헌으로서의 역할을 충분히 해낼 수 있을 것으로 생각된다. 이 문서에서 다루고 있는 에너지 효율 문제 장 문제 1 서론 및 용어 정의 1.1 EU와 이 문서에서의 에너지 효율 소개 매체통합적 환경성 및 경제성 평가 문제(ECM BREF에서 보다 상세히 다루고 있음) 1.2 에너지 효율에 사용되는 용어(예: 에너지, 일, 동력) 및 열역학법칙 소개. 1.3 에너지 효율 지표 및 그 용도 장치, 시스템, 경계 정의의 중요성 기타 관련 용어(예: 1차 에너지, 2차 에너지, 발열량 1.4 하향식 전체 현장 접근 방법과 직면한 문제에서 에너지 효율의 이용 상향식 접근 방법과 직면한 문제에서의 에너지 효율 에너지효율 개선을 위한 시스템 접근 방법의 중요성 에너지 효율의 정의와 관련된 중요 문제 설비 차원의 에너지 효율성 달성에서 고려해야 할 기술 에너지 절약 활동에 자원을 투입하기 전 설비 전체의 전략적 관찰, 목표 설정 및 실행 계획 수립의 중요성. 2.1 특정 또는 기존 관리 시스템을 통한 에너지 효율 관리 2.2 다음 방식에 따른 목적 및 목표의 계획 및 수립 지속적인 환경 영향 개선(environmental improvement) 설비 전체를 고려한 후, 구성시스템 고려. 에너지 효율 xxvii

32 범위 장 문제 설계 단계에서의 신규 또는 업그레이드 설비의 에너지 효율 고려 2.3 에너지 효율 공정 기술의 선택 2.4 에너지 및 원자재의 효율적 사용의 증대를 위한 공정, 시스템, 설비 사이의 공정 통합의 증대 2.5 장기간 동안 지속적 에너지 효율의 추구 2.6 에너지 관리 뿐만 아니라 모든 공정 및 시스템의 전문 기술에서 충분한 수준의 에너지 효율 시스템 유지 에너지 효율 이니셔티브 및 결과의 교환 2.7 Shankey 다이어그램 포함 아래 시스템을 활용한 효과적 공정 관리: 공정 운영 효율의 극대화 및 이를 통한 에너지 효 율 제고 및 사양 외 제품의 최소화 2.8 공정 관리 시스템 품질 (통계적) 관리 시스템 계획적 유지 관리 및 우발적 보수 작업의 신속한 처리의 중요성 우발적 보수는 증기 및 압축 2.9 공기 누출 같은 에너지 낭비를 초래한다. 다음 사항을 포함하는 감시 및 측정은 가장 중요한 문제다. 정성적 기술 2.10 직접 계량 및 첨단 계량 시스템을 이용한 정량적 측정값 신세대 유량 측정 기기 적용 에너지 모델, 데이터베이스 및 균형(balances) 사용 첨단 계량 및 소프트에어 제어장치를 이용한 유틸리티의 최적화 2.11 에너지 감사는 에너지 사용 분야, 에너지 절감 가능성, 실행 결과를 확인하는 필요불가결한 기술 2.12 핀치 기술은 가열 및 냉각 흐름이 있는 현장에서 에너지 통합 가능성을 수립하는 데 유용한 도구 엑서지 및 엔탈피 분석은 에너지 절감 가능성 및 잉여 에너지를 활용할 수 있는지를 평가하 2.13 는 데 유용한 도구 열경제학은 열역학 및 경제학적 분석을 결합해서 에너지 및 원자재를 절감할 수 있는 부분을 2.14 찾을 수 있도록 지원 2.15 에너지 모델은 다음 내용을 포함 모델, 데이터베이스 및 에너지 밸런스의 사용 에너지 등 유틸리티 관리의 최적화를 위한 정교한 모델링의 사용 벤치마킹은 외부 또는 내부 에너지 사용 수준 또는 에너지 효율적 방법과 비교해 설비, 공정 2.16 또는 시스템을 평가하는 중요한 도구 시스템 수준 또는 구성 부분 수준에서 에너지 효율을 달성할 때 고려하는 기술. 여기서는 시 3 스템을 최적화할 때 고려하는 기술 및 시스템 검토의 일환으로 최적화 하지 못한 장비를 위 한 기술을 논의 주요 연소 기술은 LCP BREF에서 논의한다. 연소가 IPPC 공정의 주요 부분인 경우(예: 제련 3.1 용광로)에 적용되는 기술은 산업분야별 BREF에서 다루고 있음. 이 문서에서 핵심 기술을 강 조하고 부가 기술 및 상세 내용을 다루고 있음 3.2 증기 시스템 열교환기 및 열펌프를 이용한 열회수 주: 냉각 시스템은 ICS BREF참조 3.4 열병합발전의 주된 유형 및 3중 열병합발전, 지역 냉난방에서의 3중 열병합발전의 용도 등을 설명 3.5 설비의 전력사용 방식은 내부 및 외부 공급 시스템에서 에너지 비효율을 초래할 수 있음 특정 부문의 시스템을 상세히 다루면서 전동기 구동 하위 시스템을 개략적으로 살펴본다( 및 3.8 참조) 3.7 압축공기시스템(CAS)의 이용 및 최적화 3.8 펌프 시스템 및 펌프 시스템 최적화 3.9 난방, 환기 및 공기 조절 (HVAC) 3.10 조명 및 조명 최적화 3.11 건조분리, 농축공정 및 이들의 최적화 4 에너지 효율 기술 BAT 결론 부록 추가 데이터 및 상세한 예시 xxviii 에너지 효율

33 범위 이 문서와 타 BREF 문서와의 경계 이 문서는 다음과 같은 내용을 포함하고 있다. IPPC 지침 부록1에 수록된 모든 활동을 대상으로 일반적 의미에서의 에너지 효율 BAT라고 판단되는 것에 대한 공통 지침 및 결론의 제공. 특정 부문의 에너지 효율 기술이지만 타 부문에도 적용할 수 있는 에너지 효율의 특 정 기술을 상세히 다루고 있는 BREF에 대한 참고자료. LCP BREF. 연소와 관련된 에너지 효율을 다루면서, 용량이 50MW 미만인 연소 설비에 적용할 수 있다고 제시한다. ICS BREF 도움이 될 만 한 타 BREF 수록 기술에 관한 추가 정보(예: OFC BREF 및 SIC BREF 에 포함된 핀치 방법론) 다음과 같은 정보는 이 문서에서 제외했다. BREF에서 이미 취급한 부문에 관한 정보. 예시는 다음과 같다. 특정 대규모 무기 화학 공정의 에너지 효율은 LVIC-S BREF및 LVIC-AAF BREF에 서 취급되고 있다. 전기도금 용액의 에너지 효율은 STM BREF에서 취급하고 있다. 분야별 BAT의 도출 그러나 타 BREF에서 추출한 분야별 BAT[283, EIPPCB]에 요약되어 있다. 이 문서는 일반 지침을 제공하기 위한 것이기 때문에 IPPC에서 취급하지 않은 기타 산업 분야에 대해서도 유용한 정보를 제공한다. 산업분야별 BREF와 함께 사용하는 이 문서의 활용 방법 수직적 BREF 및 공통 BREF 둘 다 취급하고 있는 문제(표1 참조)에 관한 최적실용가능기 술을 최대한 활용하기 위해서는 다음과 같은 절차를 따라야 한다. ENE 관련 예시가 제공 된다. 1단계: 관련 산업분야별 BREF의 정보를 참고한다 산업분야별 BREF에서 에너지 효율 기술 등 적절한 기술을 확인한다. 데이터가 충분하다 고 판단되면 BAT 및 근거 데이터를 활용해 허가 서류를 준비한다. 2단계: 여타 관련 산업분야별 BREF에서 현장의 관련 활동에 관한 정보를 확인, 참조 및 추가한다. 여타 산업분야별 BREF에서 도움이 되는 기술이나 산업분야별 BREF에서 다루고 있지 않 은 설비 내의 활동에 관한 BAT를 포함할 수도 있다. 특히 에너지 효율 분야에서 LCP(대규모 연소 설비) BREF는 연소 그리고 증기 생성과 사 용에 관한 정보를 BAT와 함께 제공한다. 산업분야별 BREF의 특정 부문기술에 관한 전문 정보는 타 부문에도 적용할 수 있는데 예 를 들어, 하나의 특정 부문을 여러 BREF에서 취급하고 있는 경우나 운영자가 추가 정보 및 기술을 얻고자 할 경우다. 에너지 효율 xxix

34 범위 3단계: 관련 공통 BREF에서 정보를 확인, 참조 및 추가한다. 특정 수직 분야에서 BAT의 이행에 도움이 되는 전문적인 포괄 데이터를 충분히 이용하려 면 공통 BREF 2) 도 함께 참조한다. 해당 설비에 산업분야별 BREF에서는 취급하지 않고 있 는 시스템이나 활동이 있을 수 있다. 예를 들어, 에너지 효율 BREF에는 다음 목적의 BAT 및 기술이 포함되어 있다. 관리 시스템, 감사, 훈련, 모니터링, 통제 및 유지 등과 같은 에너지 관리 증기, 열회수, 열병합발전, 전력 공급, 전동기 구동 하위 시스템, 압축공기시스템(CAS), 펌프 시스템, HVAC(난방, 환기 및 공기 조절), 조명, 건조, 분리 및 농축 시스템 등과 같 은 다수의 설비에서의 주요 에너지 사용 시스템 데이터: 특정 부문 데이터 공통 BREF 데이터 기타 산업분야별 BREF 데이터의 결합 산출물: 예: 허가 또는 신청, 설계, 공정의 문서화 1단계: 산업분야별 BREF부문의 활동을 위한 특정 기술로서제한 및 분야 특유 BAT 포함 특정 적용 분야(예: ENE)를 갖는다 2단계: 기타의 관련 산업분야별 BREF기타 활동을 위한 기술 및 BAT에 관한 특수한 전문 정보, LCP BREF 참조 3단계: 공통 BREF 산업분야별 BREF에서 부분적으로 다루거나 전혀 다루지 않은 시스템 및 활동에 관한 기술 및 BAT(예: ENe)에 관한 추가적인 전문 데이터 2 단계에 따라 순서를 진행한다. BREF 사용자: 예를 들면 허가서 작성자, 신청서 작성자, 공정 설계자 그림 1: 산업분야별 BREF와 공통 BREF의 결합 사용 2) 공통 BREF는 다음과 같다. 에너지 효율, 냉각(ICS) 공통 폐수/폐기가스 처리/관리(CWW), 매체통합적 환경성 및 경제성 평가(ECM), 모니터링(MON), 저장 시설에서 발생하는 배출물(EFS) xxx 에너지 효율

35 1 장 1 서론 및 용어 정의 [3, FEAD and Industry, 2005] [97, Kreith, 1997] [127, TWG,, 145, EC, 2000] 1.1 서론 EU 산업 분야에서의 에너지 '우리는 에너지 정책 및 기후 보호 방안을 공동으로 수립하며 세계적 기후 변화의 위협을 막는 데 기여하고자 한다.' 베를린 선언 ( ) EU 25개 회원국에서의 2004년 산업 에너지 사용은 319Mtoe(원유 100만 톤에 해당됨, PJ)로, 이는 연간 EU 최종에너지 사용량의 약 28%, 1차 에너지 수요의 30%에 해당 한다. 3 1차 연료의 27%는 공공 화력 발전소에서 사용된다. 그 다음 순위를 차지하는 에너지 집약 적 사용 분야는 철강 산업 및 화학 산업인데 각각 산업 에너지의 19%와 18%를 소비한다. 그 다음으로는 13%를 차지하는 유리, 도자기, 건축 자재 산업이고, 종이 및 인쇄 산업은 11%를 소비한다. 산업용 전력의 25% 정도는 자체 생산된다. 최근 통계를 보면 연도별 변 동이 거의 없다(예: 2000년에서 2004년 사이). IPPC산업의 여타 수치는 표1.1을 참조한다. EPER에 따르면 IPPC의 주요 공해 물질 배출 분야가 유럽 전체 CO 2 배출의 약 40%, SO x 의 70%, NO x의 25%를 차지한다. [145, EC, 2000, 152, EC, 2003] [251, Eurostat]. 산업계는 EU 1차 에너지 수요의 30%를 차지 EU의 에너지를 대량으로 소비하는 산업 생 산 공 정 / 1차 에너지 수요 (EU 전체에 대한 % 비율) 섬유/가죽 설탕 철강 석유화학/플라스틱 종이 석유 제품 비철 금속 유리 낙농 시멘트 벌크케미컬 건축용 벽돌 그림 1.1: 공정산업별로 사용되는 EU 1차 에너지 수요 비율[145, EC, 2000] 3 1차 에너지, 2차 에너지 및 3차 에너지에 관한 설명은 을 참조한다. 에너지 효율 1

36 1 장 에너지 사용의 영향 지구 온난화 특정 가스는 지표의 복사열을 흡수하고 보다 긴 파장으로 복사열을 재방출함으로써 대기 의 온난화를 발생시킨다. 이와 같이 대기 및 지표로 재방출된 복사열은 온난화 효과를 가 져오기 때문에 '온실효과'라고 불린다. 주요 온실가스(GHG)로는 수증기, 이산화탄소(CO 2), 메탄(CH 4), 오존(O 3), 일산화이질소(N 2O) 등이 있다. 이와 같은 온난화 과정은 자연적이며 지구의 생태계 유지에 매우 중요하다. 그러나 주요 온실가스인 이산화탄소의 대기 농도는 인간 활동의 결과로 산업화 이전에 비 해 34%나 증가했으며 증가 속도는 1950년 이후 더욱 가속화되었다. 인간 활동으로 인해 다른 온실가스 농도도 증가했다. 산업(전력 생산 포함), 가정 및 수송 분야의 화석 연료 연 소에서 발생하는 CO 2, 질소산화물이 주요 원인이다(다른 원인으로는 토지 이용 및 농업 방식의 변경으로 인한 CO 2 및 CH 4 배출과 제조 공정 및 이용에 따른 인위적인 온실가스 배출을 꼽을 수 있음). 현재 CO 2 및 CH 4의 농도는 과거 420,000년 이래 최고이며, N 2O의 현재 농도 또한 최소한 과거 1,000년 이래 최고치이다. IPCC(2001) 기본 예측을 보면 온실가스 농도가 향후 수십 년 내에 (2050년 이전) 550ppm 이산화탄소 환산량을 초과하게 될 것으로 내다보고 있다. 표1.2[252, EEA, 2005]를 참조. 2006년 기본 시나리오에서는 CO 2 배출이 2050년에는 현재 수준의 약 2.5배에 달할 것으로 예상하고 있다[259, IEA, 2006]. 그림 1.2: 1750년 이후의 증가하는 대기 GHG 농도(ppm CO 2 환산량으로 표시)의 여러 시 나리오[252, EEA, 2005] 온실가스 농도의 증가 효과 및 그에 따른 지구 온난화는 광범위하게 확인되고 있다. EU의 경우 상세 정보는 아직까지 충분하지 않지만 기후의 예측된 변화는 광범위한 영향과 경제 적 결과를 초래할 것으로 예상된다. 전반적인 순경제 효과는 아직 알 수 없지만 강력한 분포 패턴이 존재하며 지중해 및 남동 유럽에서 보다 강한 역효과가 감지되고 있다 [252, EEA, 2005]. 화석 연료에 대한 의존도 및 공급 안정 2 에너지 효율

37 1 장 2001년의 EU 에너지 구조는 상당 부분을 차지하는 수입 원유 및 가스를 포함해 화석 연 료에 크게 의존하고 있다(국내 총소비의 79%). EU는 에너지 공급의 50% 이상을 수입에 의존하고 있으며 향후 20-30년 내에 70%를 상회할 것으로 예상된다[145, EC, 2000] 에너지 효율이 지구 온난화 영향의 감소 및 지속 가능성 향상에 미 치는 기여도 2000년에 발표된 다수의 연구 보고에 따르면[145, EC, 2000], EU는 비용 효율적인 방식으 로 현재의 에너지 소비를 최소 20% 절감할 수 있으며, 이는 화폐로 환산하면 연간 600억 유로에 해당하며 독일과 핀란드의 2000년 에너지 소비량을 합친 것과 같다[140, EC, 2005]. 이 문서는 또한 에너지 절감이야말로 의심할 여지없이 가장 빠르고 효과적이며, 최 대의 비용 효과를 얻을 수 있는 온실가스 저감 및 대기 품질 개선 대책이라고 언급하고 있다. 에너지 효율은 천연자원의 관리와 (여기서는 에너지원) 지속 가능한 발전에서도 중 요한 요인으로 작용하며 자원에 대한 유럽의 의존도를 줄이는 중요한 역할을 한다. 이러 한 효율 이니셔티브는 상당한 투자가 필요하긴 하지만 백만 개나 되는 새로운 일자리의 창출 및 경쟁력 제고를 통해 리스본 목표에 크게 기여할 수 있다[145, EC, 2000, 152, EC, 2003]. 이를 위해 EU는 에너지 효율 실행 계획을 공표했으며 이를 통해 EU 에너지 소비 를 최대 20%(약 39Mtoe)까지 절감하고, 2020년까지는 제조업 에너지 소비의 27%를 줄여 나갈 계획이다. 이러한 목표가 달성되면 2020년까지 EU의 직접 비용을 연간 1,000 억 유 로를 줄이고 연간 약 7.8억 톤의 CO 2를 절감할 수 있을 것으로 보인다[142, EC, 2007]. 과거 20년 동안 많은 부문에서 에너지 효율이 개선되었다. 주도적인 시장 동인은 생산성, 제품 품질 및 신규 시장이다. EU의 에너지 효율 법률 제정은 최근의 일이며 (서문 참조) 회원국 중 일부는 이보다 조금 앞서 법률을 시행했다. 산업계에서 취한 조치는 대부분 자 발적인 것이었으며 주로 비용 때문이었으나 EU나 MS 이니셔티브(서언 및 부록7.13 참조) 와 관련해 실시한 경우도 있었다. 예를 들어, EU의 화학 산업은 EU 제조업 부문에서 가 스 소비가 가장 많은 산업이며 에너지 비용이 생산비의 최대 60%까지 차지한다. 그러나 화학 산업의 에너지 소비는 1975년부터 2003년까지 55% 감소했다. 생 산 지단 수위 당 ( 1980 = 100) 에 너 지 소 비 량 출처: Cefic, IEA 및 UN 주: 에너지 효율은 화학제품 생산 단위당 에너지 투입으로 측정됐다. 그림 1.3: 화학 산업의 에너지 사용 에너지 효율 3

38 1 장 그러나 에너지 효율을 지속적으로 유지하는 일이 매우 중요하다. 계획대로 이행된다면 에 너지 관련 CO 2 배출은 2050년까지 2006년 수준으로 되돌릴 수 있으며, 원유 수요의 증가 도 기존의 기술, 주로 에너지 효율 개선만 가지고도 완화할 수 있다 (다른 완화 요인으로 는 전기 공급 및 수송 산업에서 화석 연료로부터의 전환이 포함됨). 에너지 효율의 증대는 보다 지속 가능한 에너지의 미래를 위한 최우선 과제이며, 배출물을 줄이고 증가세에 있 는 에너지 수요에 변화를 줄 수 있는 가장 값싸고, 빠르며, 환경 친화적인 방법이라 할 수 있다. 2006년에 계획된 시나리오를 보면 건축물, 산업 및 수송 부문의 에너지 효율 개선은 2050년까지 기본 시나리오 대비 17%-33%의 에너지 절감을 가져온다. 2050년까지 기본 대 비 전체 CO 2 배출 감소에서 에너지 효율이 차지하는 비중이 시나리오에 따라 다르긴 하 지만 45%에서 53%나 된다. 2050년까지 기본 대비 전세계 효율 증대가 20%에 불과한 시 나리오에서는 세계 CO 2배출은 타 시나리오 대비 20% 이상 증가하는 것으로 나타났다[259, IEA, 2006] 에너지 효율 및 IPPC 지침 에너지 효율 및 이 문서의 법률적 배경은 서문과 범위에서 충분히 설명했다. 허가 담당자 와 운영자는 에너지의 효율적 사용의 의미를 파악하고 에너지의 효율적 사용의 달성 측 정, 평가 방안을 강구한 후 이를 허가 절차에서 어떻게 적용할 것인지를 숙고해야 한다. IPPC가 적용되는 산업 활동은 IPPC 지침의 부록1을 참조한다. IPPC 생산 공정/장치/현장 등을 예시하면 다음과 같다. 가스로 동력을 공급하는 발전소에서 가스를 연료로 사용하고, 생산 공정에서 나오는 제품은 전기다. 사용된 에너지는 가스 내에 저장된 에너지이다. 저급 열에너지도 함께 생산되지만 대개는 냉각 과정에서 상실된다. 이러한 열에너지를 사용할 수 있다면 (예: 지역난방) 에너지 효율은 개선된다. 정유공장에서 원유를 들여와 이를 가솔린, 디젤, 연료유 및 다수의 기타 제품으로 변 형한다. 공장에서 가공된 탄화수소 중 일부는 변형공정에 필요한 에너지 공급용으로 내부에서 사용한다. 대개의 경우 공장 안에 열병합발전소를 설치하지 않으면 전기를 일부 수입해야 하나 발전소를 설치하게 되면 전기 순 생산자가 된다. 스팀 분해장치(cracker)는 액체 및 기체상 원료를 정유공장으로부터 받아 이것을 에틸 렌, 프로필렌, 기타 여러 부산물로 전환한다. 소비 에너지 중 일부는 자체 공정에서 생산되며 증기, 전기 및 연료의 수입으로 보충한다. 제철소에서 압연기(rolling mill)을 통과한 약 2데시미터 두께의 철판이 수 밀리미터 두 께의 코일의 형태로 압연된다. 압연기는 노, 냉각 장치 및 지지 시스템으로 구성된다. 폐기물 소각로(북유럽 소재)는 500,000명의 인구가 사용하고 버린 폐기물 중 재생처리 및 생물학적 회수 후에 남은 150,00톤을 처리한다. 소각로는 연간 60,000MWh의 전기 를 생산하며 이중 15,000MWh는 내부에서 사용하고 45000MWh는 송전선망으로 내보 내어 60,000명 주민의 전기 수요를 충당하게 된다. 난방 수요가 있는 경우 소각로는 열병합발전 방식(즉, CHP 열병합발전소 combined heat and power plant)으로 운영할 수 도 있다. 고압 증기는 전기 생산에 사용하고 나머지 중저압 증기는 지역난방 또는 냉 방에 충당하거나 산업 시설에서 사용한다. 열 생산이 보다 효율적이며 이 열을 설비 밖 외부에서 사용하게 되면 전력 생산은 감소한다. 충분한 열 수요가 있으면 설비를 구축해 열 생산에 전념할 수 있을 것이다. 생산된 전기와 열의 공급 및 이 둘 사이의 균형은 열에 대한 수요 및 기타 계약 조건에 따라 다르다. 40,000마리를 수용할 수 있는 집중 양계 시설에서는 도축에 필요한 체중에 도달할 때 까지 사육한다(5-8주). 이 시설은 사료 및 물 공급 시스템, 조명, 배설물 및 바닥 처리, 환기/난방/냉방 등을 위해 에너지를 사용한다. 배설물은 대개는 땅 위에 뿌려 처리하 며 시설 내 또는 밖에서 바이오가스 생산원료로 사용되기도 한다. 출판물 그라비어 인쇄(gravure printing) 시설에서는 인쇄기 5대와 40개의 잉크대를 갖 추고 고급 잡지 및 카다로그를 생산한다. 인쇄기 구동 모터, 인쇄 공정의 압축 공기 4 에너지 효율

39 1 장 및 유압 시스템은 전기 에너지를 사용하며, 건조에는 천연 가스, 톨루엔 회수 시스템 (폐기물 처리 시스템의 용제흡착 이용)의 재생은 스팀을 사용한다. IPPC의 모든 설비에는 유압 시스템, 급유 시스템, 윤활 시스템, 압축공기시스템, 환기 시스 템, 난방 시스템, 냉각 시스템, 펌프 시스템, 팬 및 모터 시스템 등 에너지를 사용하는 관 련 활동 및 지원 시설이 포함되어 있다. 이외에 유지보수 작업장, 직원 구역, 사무실, 탈의 실, 창고 등도 난방 또는 냉방, 온수, 조명 등이 필요하다 통합오염예방 및 제어에서 에너지 효율 에너지 효율 기술은 그 출처와 사용된 언어가 다양하다. 이 문서는 설비 전체의 통합오염 예방이라는 관점에서 핵심 개념을 고찰하고자 한다. 개별 기술을 적용해서 에너지를 절감 할 수 있지만 큰 폭의 에너지 효율 개선은 현장 전체와 그 구성 시스템을 전략적으로 고 려했을 때 달성될 수 있음을 정보 교환을 통해 알 수 있었다. 예를 들어, 압축공기시스템 에서 전동기를 교체하면 에너지 유입을 약 2% 줄일 수 있는 반면 전체 시스템의 완벽한 재검토는 최대 37%의 절감을 가져 올 수 있다(3.7 참조). 사실 구성 부분에 치우친 기술에 집중하는 일은 지나치게 규범적이 될 수 있다. 경우에 따라서는 이것이 에너지 효율 최적 화와 무관한 투자에 재정적 및 기타 자원을 사용함으로써 환경적 혜택이 보다 큰 결정을 가로 막거나 지연시킬 수 있다. 또 어떤 경우에는 에너지 효율 기술을 구성 부분 또는 구성 시스템 수준에서 적용함으로 써 매체통합적 영향(환경적 불이익)을 유지 또는 증가시킨다. 예를 들어, 표면 처리(코팅) 에 유기용제를 사용하는 설비가 여기에 해당된다. 개별 구성 요소(예: 모터)는 에너지 효 율이 보다 높은 것으로 교체할 수 있다. 용제 추출 및 폐기가스 처리(WGT) 시스템도 최 적화를 통해 에너지 사용을 최소화할 수 있다. 그러나 보다 중요한 환경적 이득은 공정의 전체적 또는 부분적 변경을 통해 적은 양의 용제를 사용하거나 용제를 전혀 사용하지 않 게 될 때 획득할 수 있다 (이것이 기술적으로 가능한 경우). 이 경우 실질 공정은 건조 및 경화 과정에서 원래의 코팅 공정보다 많은 에너지를 사용하지만 추출 및 WGT시스템이 필요하지 않게 되면서 에너지를 보다 큰 폭으로 절감할 수 있다. 이외에도 현장에서의 전 체적인 용제 배출을 줄일 수 있다 (2.2.1 및 STS BREF 참조). 문서 레이아웃 상세 내용 이 문서의 레이아웃 상세 내용은 범위를 참조한다. 이 장 및 여타 장에 제시되어 있는 설명 및 용어는 문제의 기본 사항에 대한 이해를 돕고 IPPC 및 기타 산업을 비전문가 수준 개괄적으로 설명한다. 보다 광범위한 과학 정보 및 설명은 (수학 공식 및 도출 내용 포함) 부록 7.1 및 교과서 또는 열역학 참고서를 참조한 다. 에너지 효율 5

40 1 장 매체통합적 환경성 및 경제성 평가 문제 에너지는 사업 운영에 필요한 여타 소중한 원자재와 동일하며 사업 유지의 단순한 간접비 항목이 아니다. 에너지는 비용이 소요되며 환경에 영향을 미치므로 사업 이윤과 경쟁력을 높이고 환경에 대한 영향을 완화하기 위해서는 이를 잘 관리해 나가야 한다. EU의 정책에서(베를린 선언의 경우와 같이) 에너지 효율은 그 중요성을 크게 인정받고 있 다. 설비를 대상으로 한 BAT 실행의 매체통합적 환경성 및 경제성 평가의 고찰에서 에너 지 효율의 중요성은 허용 ELV 및 이와 동등한 매개변수와 같은 9(4)의 요건을 고려할 때 반드시 고려해야 한다. 유럽연합 위원회는 공정 통합 조치가 일반적으로 기업의 수익성 4 에 긍정적 또는 다소 중 립적 영향을 갖게 된다는 점을 지적했다. BAT 중 일부에서 투자금 회수가 되지 않은 것 은 어쩔 수 없는데 이는 '오염자 부담' 원칙을 따르기 때문이며, 사회적 이익은 비용을 능 가할 것이다. BAT는 달성된 환경 편익 대비 기술 실행의 순 비용을 평가해서 결정한다. 두 번째 기준 은 경제적으로 실행 가능한 조건에서 이 기술을 관련 부문에 도입할 수 있는지를 따져 본 다. 이러한 경제적 타당성 검사는 유럽의 분야별 5 수준에 한해서 적절하게 적용할 수 있다 [152, EC, 2003]. 환경적 영향을 줄일 수 있는 에너지 효율은 대체로 비용 회수가 가능하다. 정보 교환에 데이터가 포함된 경우 다음의 각 장에서 (또는 관련 산업분야별 BREF에서) 개별 기술의 비용이 제시된다. 비용 대 편익의 문제가 종종 발생하며, 모든 기술의 경제적 효율성은 비 용 대 편익을 비교 평가할 수 있는 정보를 제공한다. 기존 설비의 경우 업그레이드의 경 제적, 기술적 실행 가능성을 고려해야 한다. 환경 전체를 대상으로 높은 수준의 환경 보호 를 달성하는 단일 목표라 하더라도 각기 다른 유형의 환경적 영향 사이에서의 절충적 판 단이 불가피한 경우가 많으며, 이러한 판단은 현지 여건의 영향을 자주 받게 된다(서문 참 조). 예를 들어, IPPC 요건을 이행한 결과 다른 환경 영향을 줄이기 위해 에너지 소비가 오히려 증가되기도 한다(예: 대기배출가스 저감을 위한 폐기가스의 처리). 매체통합적 영향 및 비용 대비 편익을 계산하는 옵션을 포함하는 매체통합적 환경성 및 경제성 평가 문제는 ECM BREF에서 상세히 다루고 있다. 다음의 실제적인 예는 정보 교 환에서 확인된 것이며 도움이 될 것으로 생각된다. 여러 회원국에서 5-7년의 투자금회수(ROI) 또는 약 15%의 투자수익률 ROI(return on investment)가 있으면 (회원국 또는 지역에 따라 각기 다른 수치가 사용됨) 실행 가능 한 비용 대비 편익이 발생하는 것으로 간주한다[249, TWG, 2007]. 에너지 효율에 대해 다수의 기술이 수명 기간 동안의 비용에 대한 경제적 편익으로 평가된다. 예를 들어, 전동기의 수명 기간 비용 중에서 2.5%는 구매 비용, 1.5%는 유 지보수 비용, 96%는 사용된 에너지 비용이다. 기후 변화 완화의 경제적 중요성에 관한 보고서가 한 회원국에서 발간되었는데 이 보 고서는 국제적인 찬사를 받았다. 기후 변화로 인한 잠재적 피해 비용을 평가하기 위 해 이 회원국은 "2000년 탄소 GBP 70/t (EUR 100/t), GBP 1/t/yr (EUR 1.436/t/yr) 연간 인플레 (GBP 19/t (EUR 27.28/t) CO 2, GBP 0.27/t (EUR 0.39/t) 연간 인플레)"와 같은 값을 사용했다. (적용 환율 1GBP = EUR, 2006년 4월 1일). 이 값은 매체통합적 영향의 외부성 4 COM(2003) 354 최종 선언문: 배출구정책(end-of-pipe measures)은 단기적으로 수익성에 악영향을 미치는 경우 가 많다. 그러나 에너지효율에서 배출구정책이란 것은 존재하지 않으면, 가장 유사한 예로는 모터와 같은 볼 트인 대체물이다. 이러한 것들은 최고의 환경적 및 경제적 이익을 달성하지 못할 수 있다 을 참조한다. 5 여기서 분야 는 상대적으로 세부적인 분야를 의미한다. 예로 전체 화학산업분야가 아니라 염소나 가성소다 (caustic soda)만을 생산하는 분야를 의미한다. 6 에너지 효율

41 1 장 (externalities) 또는 사회적 비용을 비교할 때에도 사용할 수 있다[262, UKTreasury, 2006]. work and welfare/taxation and the environment /tax env GESWP 140.cfm 최근에 발표된 국제 보고서에 따르면 에너지 효율 개선 같은 기존 기술만으로도 CO 2 를 현 수준으로 회복/유지할 수 있다고 한다. 이 목표에 적용된 가격은 CO 2 1톤 당 미화 25달러와 석탄 화력 발전에 의한 전기 비용에 kwh당 약 0.02달러(EUR ) 를, 가솔린 비용에 리터당 약 0.07달러(EUR 0.058/litre, USD 0.28/gallon)를 각각 가산 한다. 전체 기술 포트폴리오의 톤당 CO 2 배출 감축 평균 비용은 모든 기술이 모두 상업화에 성공했을 경우 25달러 (EUR 20.68) 미만이다. 이는 EU의 가스 배출권 거래 제 초기의 CO 2 거래 수준보다 낮다(적용 환율 1USD = EUR, 2006년 4월) [259, IEA, 2006]. 비용 절감계산에 사용되는 계산기 다양한 소프트웨어 계산기가 개발되었다. 이들 계산기는 계산하는 데 도움을 주지만 사용 시 고려해야 할 불리한 점도 있다. 전체 시스템을 고려하지 않고 모터, 펌프, 조명 등 종종 변경되는 개별 장치를 기준으 로 한다. 이로 인해 시스템 및 설비의 최대 효율을 얻지 못 한다(1.3.5 및 참 조). 정부 기관과 같은 독립 기관에서 제작하기도 하지만 민간에서 판매 목적으로 제작하 는 것은 완전히 독립적이라고 볼 수 없다. 계산 도구의 예시는 2.17항 및 아래 웹사이트를 참조한다 에너지와 열역학 법칙 [2, Valero-Capilla, 2005, 3, FEAD and Industry, 2005, 97, Kreith, 1997, 154, Columbia_Encyclopedia,, 227, TWG] 에너지는 근본적인 실재물이며 쉽게 정의하기 매우 어렵다. 그렇지만 수학적 용어를 사용 하면 가장 정확하게 정의할 수 있다. 구어체로 표현하면 일을 할 수 있는 능력을 말한다 (이를 변화의 생성 또는 사용 가능한 에너지라고도 함). 열역학은 에너지 및 그 변형을 연 구하는 학문이며 열역학 핵심 개념 및 법칙으로 구성된다. 열역학 원리에 관한 어느 정도 의 지식이 있어야 에너지 및 에너지 효율을 이해할 수 있다. 여기서는 수학 관련 지식의 참조를 최소화하면서 비교적 쉽게 설명하고자 노력할 것이다. 따라서 과학적으로는 부정 확하다고 할 수 있으나 부록 7.1[269, Valero, 2007]에 보다 상세하고 정확하게 설명해 놓았 다. 상세한 정보는 표준 교과서를 참고하는 것이 좋다(부록 예시 참조). 에너지 효율 7

42 1 장 에너지, 열, 동력 및 일 에너지는 시스템이 한 상태에서 다른 상태로 변환될 때 차이의 형태로 측정되며, SI 단위 계에서는 줄(joul)로 표시된다. 에너지는 다양한 형태를 띠며 작용(또는 특정한 힘이 하는 일)의 이름을 따서 명명된다. 산업계에서 사용되는 에너지는 대체로 다음과 같은 6개의 형 태가 있다 (i) 화학 에너지는 원자 또는 이온을 결합해주는 에너지다. 산업 활동에서 탄소 기반 연 료에 저장되어 있으며 화학 반응에 의해 방출된다(이 경우 대개는 이산화탄소를 방출하는 연소에 의한 산화). 방출되는 에너지는 대체로 유용성이 보다 큰 형태인 역학적에너지 (예: 연소 기관) 또는 열에너지(예: 직접 가열 공정)로 전환된다 (ii) 역학적 에너지는 운동과 관련이 있으며 (예: 내연기관 실린더 내부의 팽창) 전기 발전 기, 자동차, 트럭 등과 같은 기계류를 구동하는 데 직접 사용되며 전기 에너지 생산을 위 한 발전기에도 널리 사용된다. 기계적 에너지에는 파도 및 조수에너지가 포함된다. (iii) 열에너지는 물질 분자의 내부 운동을 말한다. 이는 열역학에너지 (또는 내부에너지) 또는 열의 동의어로 사용된다. 그러나 현실에서 열은 열에너지를 한 시스템 (또는 물체)에 서 다른 시스템으로 전달하는 작용이라 할 수 있다. 열에너지는 연소 같은 화학 반응, 핵 반응, 전기저항 (전기 스토브의 경우), 또는 기계적 소산(마찰의 경우)으로 방출될 수 있다 (iv) 전기에너지는 전하의 위치 재배열 동안 발생하는 (예: 회로에서의 전하 흐름) 전기력 의 일을 할 수 있는 능력을 말한다. 모든 전기장 또는 자기장에 존재하는 자기 에너지와 밀접하게 관련되어 있으며 종종 전하의 운동과 연관되어 있다. 전자기복사에는 빛에너지 가 포함된다. (v) 중력에너지는 중력에 의한 일을 말한다. 이는 자재를 밑으로 내려 보내는 활송 장치 에서 목격할 수 있듯이 산업 현장에서 경험할 수 있지만 에너지 효율에서의 역할은 일부 에너지 계산으로 제한되어 있다. 인양 및 펌프 작업 등은 전기에너지를 사용하는 기계가 하는 일이다. (vi) 핵에너지는 원자핵에 있는 에너지인데 핵분열 또는 핵융합에 의해 방출된다. 핵에너 지를 이용해 전기를 생산하는 발전소는 IPPC의 적용 범위 밖에 있으며 따라서 핵에너지는 이 문서에서 다루고 있지 않다. 그러나 원자력 발전에 의한 전기는 유럽의 에너지 구성의 일부를 구성하고 있다(부록7.16 참조). 위치에너지 및 운동에너지 상기한 에너지는 모두 위치 에너지이며 안정된 물질의 화학적 결합 내, 방사선 물질 내 등과 같이 에너지가 특정한 방식으로 저장되어 있다. 중력 위치에너지는 댐에 갇혀 있는 물처럼 에너지가 다른 물체에 대한 특정 물체의 상대적 위치 때문에 저장된 에너지다. 운 동에너지는 물체 또는 분자의 운동 때문에 발생한다. 전형적 예는 진자에서 찾아볼 수 있 는데 진자가 아크의 최상부에 올 때 최대 위치에너지가 저장된다. 최대 운동 에너지는 아 크의 최하부에서 움직일 때 발생한다. 기본 예시에서 보는 바와 같이 에너지는 한 가지 형태에서 다른 형태로 변한다. 대다수 자연의 기본적 상호작용은 위치에너지와 결부되어 있다. 그러나 빛의 예에서 볼 수 있듯이 모든 에너지를 이러한 근거로 분류할 수 있는 것 은 아니다. 열, 열전달 및 일 열(Q)은 두 물체 사이의 온도 차이 때문에 이동하는 에너지로 정의할 수 있다. 이는 공정 에서 작업 외의 다른 수단에 의해 폐쇄 시스템으로 이동하는 에너지의 양을 말한다. 에너 지 이동은 온도를 낮추는 방향으로만 일어난다. 열은 다음과 같이 세 가지 각기 다른 방 법으로 이동할 수 있다. 8 에너지 효율

43 1 장 (i) 전도는 분자 사이의 상호작용 때문에 보다 활동적인 물질 분자에서 덜 활동적인 인접 분자로 에너지가 이동하는 것을 말한다. (ii) 대류는 특정 온도의 단단한 표면과 이와는 다른 온도에서 움직이는 인접 가스 또는 액체 사이의 에너지 이동을 말한다. (iii) 열복사는 물체 안의 원자 또는 분자의 전자적 배열의 변화에 따라 물체에서 방출하는 전자기파가 에너지를 운반하며, 전파를 위한 별도의 매개체가 필요하지 않고 진공 상태에 서도 가능하다. 열역학에서 일(W)은 주변으로부터 특정 시스템으로(또는 특정 시스템으로부터 주변으로) 전달되는 에너지의 양으로 정의한다. 힘에 의해 전달되는 에너지인 역학적 일은 통상적으 로 무게와 높이변화의 곱으로 표시된다. 에너지와 동력(일률) 영어 문헌에서(미국 및 영국) '에너지'와 '동력'은 종종 혼동되며 서로 바꿔서 사용할 수 있 다. 물리학 및 공학에서는 이 둘 사이를 구분해 사용한다. 동력은 단위 시간당 에너지이 다. 동력(및 복사속)의 SI 단위는 와트(W)이며, 에너지, 일 및 열량의 SI 단위는 줄(J)이다. 따라서 1와트는 초당 1 줄이 된다. '동력의 흐름' 및 '일정량의 전기 동력 소비'라는 표현은 둘 다 부정확하며, '에너지의 흐름' 및 '일정량의 전기 에너지 소비'라고 고쳐 사용해야 한다. 줄은 실생활에서 사용하기에는 너무나 작은 단위이기 때문에 장치, 시스템, 설비 전체의 에너지 생산 또는 소비를 말할 때 (즉 산업 에너지 효율을 논할 때)는 킬로줄(KJ), 메가줄 (MJ) 또는 기가줄(GJ)을 사용한다 동력 소비 및 출력은 와트로 표현하나 와트 또한 산업 현장에서 사용하기에는 너무 작은 단위이므로 킬로와트(KW), 메가와트(MW), 기가와트(GW) 등으로 표시한다 6. 일반적으로 특정 장치의 정격 출력을 '시간당 100와트'라고 사용하는 것은 바르지 않다. 왜 냐하면 와트에는 작용하는 일의 비율 또는 에너지 사용이 초당 1줄이라는 의미가 들어있 기 때문이다. 와트에 (시간 경과를 두고 동력의 변화를 다루는 경우가 아니라면 시간 표시 를 따로 할 필요가 없다. SI 단위인 와트시(와트 x 시간) 또한 에너지양을 표현하는 데 사 용된다. 와트와 줄 둘 다 산업 에너지 분야에서 사용하기에는 단위가 작기 때문에 킬로와 트시(kWh), 메가와트시(MWh) 및 기가와트시(GWh) 7 가 에너지 공급 회사 및 사용자가 자주 사용하는 에너지 단위다. 1kWh는 1시간 동안 사용되는 1킬로와트 동력과 같은 에너지양 이며 1kWh 는 3.6 MJ에 해당된다. 특히 특정 부문이나 응용 분야에서 MJ 대신 kwh를 사 용하는 것은 아마도 역사적 전통 때문인 것으로 생각된다. 8 6 펜티엄4 CPU 는 약 82W를 소비한다. 육체노동에 종사하는 자는 약 500W를 생산한다. 승용차는 40~200kW의 역학적 동력을 생산한다. 현대식 디젤 기관차는 약 3MW의 기계적 동력을 생산한다. 7 킬로와트시보다 10 6 배 큰 기가와트시(GWh)는 대규모 발전 장치의 에너지 출력 또는 대규모 설비의 에너지 소비를 측정하는 데 사용 된다 (이 경우MWh는 측정 단위로 사용하기에는 너무 작음). 8 1킬로와트시는 1시간 동안 작용하는 1킬로와트의 동력과 같은 에너지 양이다. 1 kwh = 1000 W * 3600 seconds = W-seconds = J = 3.6 MJ 통상적인 전기에너지 측정 단위는 와트시로, 이는 1와트 부하가(소형 전구 1개) 1시간 동안 사용하는 에너지 양이다. 와트시의 1,000배인 킬로와트시는 가정 및 소규모 기업의 에너지 사용량 측정 및 소규모 발전 장치 의 에너지 생산량 측정에 유용하다. 일반적으로 가정에서는 한 달에 수백 킬로와트시를 사용한다. 대규모 발 전 장치나 설비의 에너지 출력 및 소비량의 측정은 킬로와트시보다 1,000배나 큰 메가와트시(MWh)를 사용한 다. 에너지 효율 9

44 1 장 기타 용어로는 전력을 의미하는 MW e와 화력을 의미하는 MW t이 있는데 이 둘 사이의 차 이를 구별하여 사용된다. 이는 비표준 SI 용어이며 이론적으로는 불필요한 용어지만 (국제 도량형국에서는 이 두 용어의 정확성을 인정하지 않음) 실제로는 전력 생산 및 화학 생산 의 경우에서처럼, 특히 이 두 가지 유형의 에너지가 사용되거나 생산되는 현장에서 사용 되고 있다 열역학 법칙 1.2.1에서 살펴본 바와 같이 기계 또는 장치의 도움을 받으면 에너지는 다른 형태로 변형 될 수 있으며 기계가 작업을 할 수 있게 해준다(부록7.1.1 참조). 이와 같은 다양한 에너지의 관계성 및 개념은 그것이 '폐쇄' 또는 '개방' 시스템인지의 여 부에 따라 수학적으로 정의된다. '폐쇄' 시스템은 주변과의 분자 교환을 허용하지 않은 상 태에서 접촉을 유지한다. 열과 일은 경계선을 넘어 교환될 수 있다 (그림1.4 참조). 현실에서 산업 시스템은 '개방적'이다. 온도, 압력, 화학적 성분의 농도, 이들의 변화 및 변 화율 등과 같은 시스템의 특성 또한 반드시 정의되어야 한다. 경계 시스템 주위 그림 1.4: 열역학 시스템 열역학 제1법칙: 에너지의 전환 이 법칙은 에너지는 생성되지도 파괴되지도 않는다는 점을 골자로 한다. 에너지는 다만 변형될 뿐이다. 이는 한 시스템의 정상상태(steady state) 프로세스 9 에서 에너지의 전체 흐 름은 반드시 해당 시스템에서 밖으로 향하는 에너지 흐름과 같아야 한다는 것을 의미한 다. 애석하게도 에너지 생산 또는 에너지 생성과 같은 용어가(기술적으로는 부정확한 용어) 널 리 사용되고 있으며 이 문서에서도 사용되고 있다('에너지 변환'이라는 용어는 산업계에서 널리 사용되지 않고 있으며 이를 생소하게 느끼는 독자도 있기 때문). 에너지 사용이란 용 어는 널리 사용되고 있다. 이러한 용어들은 일반적으로 특정 형태의 에너지에서 다른 형 태의 에너지로의 변환을 의미하는 것으로 수용되고 있다. 9 정상상태(steady state)의 프로세서는 최근 관찰된 시스템행동에 변동이 없을 때 예를 들어, 네트워크에서의 전 기 또는 물질의 흐름이 일정할 때를 말한다(전압, 압력 등 동일한 물리적 매개변수 ). 10 에너지 효율

45 1 장 닫힌 계(closed system)에서 제1법칙은 시스템 에너지의 변동은 열과 일의 작용으로 인한 시스템으로의 순 에너지 전달과 동일하다는 것을 의미한다. 즉 여기에서 U = U 2 -U 1 = Q-W (SI 단위에서는 줄로 표시)이며 U 1 = 변동 전의 내부 에너지 U 2 = 변동 후의 내부 에너지 Q = 열: 시스템에서 받았을 때 Q>0 W = 일: 시스템이 일을 했을 때 W>0이다. 상대성이론은 에너지와 질량을 결합한다. 따라서 에너지와 질량은 보존되며 한정된 시스 템의 에너지 및 물질의 안팎으로의 흐름은 반드시 균형을 이루어야 한다. 핵융합에서 질 량은 단지 에너지로 변하기 때문에, 이로써 반응 및 과정의 에너지(및 질량) 균형을 계산 할 수 있다. 이는 에너지 감사 및 균형의 근거가 된다(2.11 참조). 제1법칙에 따른 순 에너지 효율은 변환된 일의 순 산출에 대한 투입된 열의 비율로 나타 낸다. 즉 순, 산출 투입 이며, 여기서 = 효율 W = 일 Q = 열을 가리킨다. 이를 다음과 같이 나타낼 수 도 있다. 효율 = 에너지 산출 = 일 (W) 에너지 투입 에너지 (E) SI 단위에서 공정에 의한 유용한 일(W) 및 에너지(E)는 줄로 표시한다. 따라서 0과 1 사이 의 무차원 또는 퍼센트로 나타낸다(주: 단, 흐름, 열 및 전기동력을 등가로 나타냈을 때는 적용되지 않는다. WI BREF(또는 WFD 수정안))[254, EIPPCB, 2005, 255, EC, et al., 2005] 열역학 제2법칙: 엔트로피의 증가 제2법칙에 따르면 열역학적 고립계(isolated system)의 엔트로피는 시간 경과에 따라 증가한 다. 폐쇄 시스템의 가역 과정에 대해 엔트로피는 다음과 같이 정의할 수 있다. 엔트로피 변화 엔트로피 이동 가역 반응 (SI 단위 = J/K) 여기서 에너지 효율 11

46 1 장 S = 엔트로피 Q = 열 T = 온도를 가리킨다. 이 법칙은 특정량의 에너지 품질과 우주의 방향 및 모든 과정을 설명한다. 수학 용어로 엔트로피는 각기 다른 방식으로 설명할 수 있는데 이러한 설명 방식을 통해 이 개념을 이 해하는 데 도움이 된다. '쓸모 없고', '돌이킬 수 없는' 상태로 분해된 열 ( 분자 운동 또는 진동 상태로 분산 됨) 같은 분산된 에너지. 비가역 효과로 인한 시스템의 일 능력의 부분적 손실량 시스템의 최초 상태와 최종 상태 사이의 무질서(무작위성) 정도(예: 분자가 배열된 방 식)를 계량화 한다. 이것은 시간이 경과하면 증가한다. 그 결과 압력 및 화학적 농도 는 시스템이 평형(equilibrium)에 도달할 때가지 높은 압력 또는 농도에서 보다 낮은 압력 또는 농도로 흐른다. 이 법칙의 결과는 다양하게 나타난다. 그 중 일부는 이 개념을 이해하는 데 도움이 된 다 10. 모든 과정 및 활동에는 유용한 에너지 또는 일의 손실(분산) 의 내재적 경향이 있다 (예: 마찰을 통해서). 열의 이동은 예측 가능하다. 예를 들어, 더운 물질은 찬 물질 쪽으로 이동한다. 일정량의 에너지를 동시에 열로 전환하지 않고서는 차가운 시스템에서 뜨거운 시스템 으로 열을 이동시킬 수 없다 일 전체를 열로 전환할 수 있다. 그러나 그 반대의 경우는 불가능하다. 순환 장치에서 저장체(reservoir)로부터(고립된 공급원), 분리된 열을 공급 받아 일의 순량을 생산할 수 없다. 열도 동시에 뜨거운 탱크에서 차가운 탱크로 이동할 때에만 열을 통해 유용한 일을 얻을 수 있다(시스템으로부터 공짜로 무엇을 얻는다는 것은 불가능하다). 이로써 영구기관은 존재하지 않는다는 것을 알 수 있다. 이는 실용적 측면에서 보면 어떤 에너지 변환도 100% 효율적일 수 없다는 것을 의미한다 (아래의 낮은 열값에 대한 설명을 주목하고 를 참조한다). 그러나 화학 반응과 같은 특정 과정에서 엔트로피 증가가 감소하는 현상은 효율성이 더욱 활발해졌음을 의미한다 그러므로 시스템 에너지는 유용한 에너지와 무익한 에너지를 합쳐 놓은 것이라 할 수 있 다. 엔탈피(H)는 시스템에 들어 있는 유용한 열(열에너지)을 말하며 내부에너지(U), 압력(P), 부 피(V) 등과 연관되어 있다. H = U + PV (SI 단위에서는 줄로 표시) U 는 원자 및 분자로 된 미시적 형태의 에너지와 관련이 있다. 시스템의 상태가 변동하면 엔탈피 변동 ΔH는 제품의 엔탈피에서 반응 물질의 엔탈피를 차감한 것과 같다. ΔH = H 최종 - H 최초 (SI 단위에서는 줄로 표시) 최종 ΔH는 열이 방출되면(발열) 음이 되며, 주위로부터 열이 반입되면 (흡열) 양이 된다. 구성 성분으로부터 화합물이 형성되는 반응에서 엔탈피 변동은 화합물의 생성열 (또는 특 수 엔탈피 변동)이라 부른다. 연소, 수소화, 형성 등에서 특수 엔탈피 변동이 있다. 10 우주는 시간이 경과함에 따라 지속적으로 더욱 무질서해진다 등의 이 법칙에 대한 다른 추론이 있다. 12 에너지 효율

47 1 장 물질의 상태 또는 상의 물리적 변화는 엔탈피 변동을 수반하며 이를 잠열(latent heat) 또는 변환열이라 부른다. 고체에서 액체로의 변환은 융해열이라 하고, 액체에서 기체로의 변환 과 관련된 변화를 증발열이라 한다. 따라서 시스템의 에너지 변화는 '유용한' 에너지와 '무익한' 에너지를 합쳐 놓은 것으로 볼 수 있다. 일을 생성하려면 두 시스템 사이의 상호 작용이 반드시 필요하다. 엑서지(B)는 시스템이 환경과 균형을 맞출 때 생성되는 유용한 일의 최대값이다 (예: 동일한 온도, 압 력, 화학적 성분 참조). 물질에서 에너지에 대한 엑서지의 비율은 일정 수준의 에너지 품질이라 할 수 있다. 운동 에너지, 전기에너지, 깁스자유에너지(G) 등의 에너지 유형은 일의 양으로 100% 회수되므 로 에너지와 동일한 엑서지를 갖는다. 그러나 복사에너지 및 열에너지와 같은 유형의 에 너지는 완벽하게 일의 양으로 전환되지 않으며, 엑서지 함유량은 에너지 함유량보다 적다. 물질의 정확한 엑서지 비율은 주변 환경에 대한 엔트로피의 양에 따라 다르며 열역학 제2 법칙에 따라 결정된다. 엑서지를 정의하기 위해서는 시스템 매개변수를 필요로 하며 (온도, 압력, 화학적 성분, 엔 트로피, 엔탈피) 불변으로 둔 매개변수에 따라 표현된다. 주어진 흐름의 특정 흐름 엑서지 는 다음과 같이 계산한다. E = H - H 0 - T 0 (s-s 0), 여기서 아래 첨자 0은 기준 조건을 의미한다. '유용한 에너지'의 실례로서 40bar에서400 C 증기 300kg 및 40 C 의 물 6톤이 동일한 에너 지 양을 갖는다고 가정하는 경우(동일한 참조 온도), 40bar에서의 증기는 유용한 일(발전, 기계 장비의 운전, 가열 등)을 확보할 수 있지만 40 C의 물은 그 사용이 제한적이다. 낮은 온도 흐름의 엑서지는 올릴 수 있지만 이를 위해서는 에너지 비용이 소요된다. 예를 들어, 열 펌프는 엑서지를 올리는 데 사용될 수 있지만 일의 양으로서의 에너지를 소비한다 엑서지 균형: 제1법칙과 제2법칙의 결합 제1법칙 및 제2법칙을 결합하면 엑서지, 일의 위치에너지 및 제2법칙의 효율 등을 분석하 는 데 유용하게 사용할 수 있다. 이러한 결합 형태는 시스템, 시스템 운용 및 최적화에 대 한 특별한 통찰을 제공한다 (2.13 참조). 개방 시스템(열린계)의 엑서지 균형 정적(constant volume)에서의 엑서지 비율 균형에 대한 방정식은 다음과 같다. 엑서지 변화율 엑서지 이동율 엑서지 파괴율 여기서 E cv = 불변 체적에서의 엑서지 T = 온도 t = 시간 에너지 효율 13

48 1 장 m ie i 및 m ee e = 질량 흐름 m (m i to m e)에 수반되는 시스템 안으로 및 밖으로의 엑서지 이 동율 Q j I P V W cv = 순간 온도가 T j 인 경계에서의 열 이동의 시간변화율 = 엑서지의 파괴율 또는 비가역성 = 압력 = 부피 = 정적에서의 일의 양 불변 흐름 시스템의 균형은 다음 방정식과 같다. 산업현장에서의 적용 화학 설비의 장치 가동에 엑서지를 적용하게 된 것은 부분적으로 20세기에 눈부시게 발전 한 화학 산업의 덕이다. 이 시기에는 이를 '이용 가능한 일'의 양이라고 불렀다. 공학에서 에너지 및 엑서지 방법의 목표 중 하나는 장치 또는 공정을 구축하기 전에 여러 설계 옵션을 놓고 투입과 산출의 균형을 계산하는 데 있다. 균형 계산을 마친 후 엔지니 어는 가장 효율적인 공정을 선택하게 된다. 그러나 이 일이 그리 간단하지 않다 (2.13 참 조). 에너지 효율 또는 제1법칙 효율은 투입된 에너지에 비해 손실된 에너지가 가장 적은 경우를 기준으로 가장 효율적인 공정을 결정한다. 에너지 효율 또는 제2법칙 효율은 주어진 일의 양으로부터 손실 또는 파괴된 일의 양 이 가장 적은 경우를 기준으로 가장 효율적인 프로세스를 결정한다. 보다 높은 에너지 효율의 추구는 보다 비싼 설비 구축으로 이어지므로 자본 투자와 가동 효율 사이의 균형점을 반드시 찾아내야 한다 특성 다이어그램 시스템의 특성을 측정하고(예: 온도T, 압력 P, 농도), 시스템이 시간 경과에 따른 특성 변 화 경향을 보이지 않을 경우, 이 시스템은 평형상태(state of equilibrium)에 도달했다고 할 수 있다. 평형상태의 시스템 조건은 다른 (유사한) 시스템에서 재현할 수 있으며, 상태함수 (functions of state)라는 일련의 특성으로 정의할 수 있다. 이 원리는 상태의 원리(state postulate)로 알려져 있다. 이는 하나의 순수한 물질의 시스템 상태는 두 개의 독립된 특성 을 가지고 그림으로 표현할 수 있다는 점을 나타낸다. 물질의 5 가지 기본 특성으로서 특 성 다이어그램에서 볼 수 있는 것에는 압력(P), 온도 (T), 비체적(V), 비엔탈피(H), 비엔트 로피(S) 가 포함된다. 품질 (X)은 2개 이상의 물질 혼합물이 관련될 때 나타난다. 가장 흔 한 특성 다이어그램으로는 압력-온도 (P-T), 압력-비체적 (P-V), 온도-비체적 (T-V), 온도-엔 트로피 (T-S), 엔탈피-엔트로피 (H-S), 핀치 방법론에서 사용하는 온도-엔탈피 플롯(T-H) 등 이 있다(2.12 참조). 이러한 다이어그램은 공정 도면을 작성하는 데 매우 유용하며 처음 3 개의 표는 물질의 세 가지 상 사이의 관계를 설명하는 데 유용하게 사용된다. 14 에너지 효율

49 1 장 압력-온도 (상) 다이어그램 상 다이어그램은 열역학적으로 뚜렷하게 구분되는 상 사이의 평형 조건을 보여 준다. 순수 물질의 P-T 다이어그램(그림1.5)은 단상 영역 (고체상, 액체상, 기체상)을 표시하는 구 역을 보여주며 여기서는 물질의 상이 온도 및 압력 조건 두 가지 모두에 의해 결정된다. 선(상 경계라고 부름)은 두 개의 상이 평형 상태에서 존재하는 영역 (또는 조건, 이 경우 에는 P및 T)을 나타낸다. 이 영역에서 압력 및 온도는 독립적이 아니며 물질의 상태를 결 정하는 데는 단지 독립된 특성 한 개가 (P 또는 T) 필요할 뿐이다. 승화선은 고체와 기체 영역을, 기화선은 액체와 기체 영역을, 융해선은 고체와 액체 영역을 각각 분리한다. 3개의 선이 모든 상이 평형 상태에서 동시에 공존하는 3중점에서 모두 만난다. 이 경우 독립적 특성은 존재하지 않으며 3중점에 물질의 압력 및 온도가 각각 1개씩 있을 뿐이다. 임계점은 기화선 끝에서 찾을 수 있다. 임계점보다 큰 압력 및 온도에서 물질은 초임계 상태에 있게 되며 이때 액체상과 기체상의 뚜렷한 구분을 할 수 없게 된다. 이로써 대단 히 높은 압력 및 온도에서 기체상과 액체상은 서로 구분되지 않는다는 것을 알 수 있다. 물의 경우 647K(374 C) 및 MPa에서 이 상태에 도달한다. 이때는 기화선 왼편에 있 는 물질은 과냉각 액체 또는 압축 액체 상태에 있게 되며 오른 편에 있는 물질은 과열 기 체 상태에 있게 된다. 압 력 고체상 압축 가능 액체 초임계 유체 임계 압력 액체상 임계점 3중점 과열 기체 가스상 임계 온도 온도 그림 1.5: 압력-온도(상) 다이어그램[153, Wikipedia] 에너지 효율 15

50 1 장 추가 정보 추가 정보는 열역학 및 물리화학의 표준 교과서를 참조한다. 광범위한 문헌 및 데이터베이스에서 다양한 물질의 열역학적 특성값 및 상호 관계성 다이 어그램이 포함된 정보 및 표를 이용할 수 있다. 이러한 정보는 모두 실험 데이터에서 추 출한 것이다. 표에 수록된 특성 중 빈도수가 가장 높은 것으로는 비체적, 내부에너지, 비 엔탈피, 비엔트로피, 비열 등이 있다. 특성표는 열역학 서적, 인터넷 등에서 확인할 수 있 다. 단상 영역에서 상태를 결정하기 위해서는 두 개의 독립된 특성을 알고 있어야 하므로 V, U, H 및 S와 같은 특성은 과열 기체 및 압축 액체의 선택된 압력에서의 온도와 대비해 수록했다. 압축 액체에 관한 데이터가 없는 경우, 근사치로서 압축 액체를 특정 온도에서 의 포화 액체로 처리한다. 이는 압축 액체 특성은 압력보다는 온도에 따라 더욱 크게 다 르기 때문이다. 포화액체 및 포화증기 상태는 '포화'표를 이용한다. 2상 영역에서 압력 및 온도는 독립적이 아니며, 상태를 결정하는 데는 둘 중 하나만 있어도 충분하다. 따라서 포화액체 및 포화증 기의 V, U, H 및 S 와 같은 특성을 온도 또는 압력과 대비해 포화표에 수록하고 있다. 포 화 액체-기체 혼합물의 경우, 또 다른 특성인 품질을 정의해야 한다. 품질은 포화 액체-기 체 혼합물에서의 기체 질량 비율로 정의한다. 데이터뱅크 및 열역학 시뮬레이션 프로그램의 상세 내용은 부록 를 참조한다 비가역성의 확인 열역학에서 가역 공정은 이론적 (개념 추출을 위한)이며 실제로는 모든 실존 시스템은 비 가역적이다. 이는 자연적으로는 안 되고 에너지를 적용했을 경우에만 되돌릴 수 있다는 뜻이다(제2법칙의 결과). 열역학 시스템의 역학적, 열, 화학적 균형 조건 또한 불균형 또는 비가역성의 세 가지 원인을 나타낸다(실제로는 열역학적 비효율성으로 나타날 수 있음). 변화는 열역학 제2법칙에 따른 온도, 압력, 농도 등과 같은 추진력 때문에 발생한다. 추진 력이 적을수록 필요한 장비의 크기는 더 커야 한다. 예를 들어, 열 교환 표면은 LMTD (대수 평균 온도차)가 감소하면 증가한다. 열이 동력으로 전환되는 최대 효율성인 카르노 사이클은 추진력이 제로일 때를 기준으로 하나 실제 가동에서 카르노 사이클의 효율에 도 달하는 것은 불가능하다. 추가 정보가 필요하면 LCP BREF [125, EIPPCB] 또는 표준 교과 서를 참조한다. 비가역성은 마찰을 동반하고 압력 변화를 초래하는 공정에서 나타난다. 열적 비가역성은 모든 열교환기에서처럼 시스템 내부에서 한정된 온도 변화가 있을 때 나 타난다. 열은 자연적으로 더운 물질에서 차가운 물질로 이동한다. 이 과정에서 엑서지를 손실한다. 온도 변화가 클수록 엑서지 손실은 더욱 커지고 공정은 더욱 더 비가역적이 된 다. 화학적 비가역성은 혼합물, 용액, 화학 반응에서 일어나는 화학적 불균형 때문에 발생한 다. 예를 들어, 물과 소금이 섞이면 시스템의 엑서지는 감소한다. 이러한 엑서지 손실은 이전에 증류, 이온 교환, 여과막 또는 건조 등의 방법으로 소금을 얻기 위해 물을 정제할 때 필요했던 일의 양으로 구체화할 수 있다. 모든 유형의 대기 및 물 오염은 화학적 비가 역성을 필연적으로 가져온다. 오염시키는 일(혼합)은 쉽지만 이를 깨끗이 하는 데는 많은 엑서지가 소요된다. 16 에너지 효율

51 1 장 비가역 공정의 열역학적 분석 결과에 따르면 높은 효율성 및 에너지 절감을 달성하려면 설비 안에 나타나는 모든 기계적, 열역학적 및 화학적 비가역성을 관리하고 최소화해야 한다. 이러한 비가역성의 각각의 경우에 관한 예시는 부록 7.2를 참조한다. 비가역성이 클수록 에너지 시스템의 효율을 개선할 수 있는 범위는 더욱 커진다. 열악한 에너지 설계의 원인은 한정된 압력, 온도 및 화학포텐셜(chemical potential)의 차이 및 수요 와 공급의 분리로부터 발생한다. 시간 또한 에너지 시스템에서 중요한 역할을 한다. 에너 지 시스템은 자발적으로 압력, 온도 및 화학포텐셜의 차이를 줄여 주변과 균형을 유지하 려 한다. 이를 피하는 데 두 개의 전략을 사용할 수 있다. 하나는 에너지 공여체를 에너지 수용체와 즉시 결합하는 방법이다(3.3의 예시참조). 다른 하나는 저장하는 방법이다. 이를 위해 시스템을 압력은 단단한 벽 안에, 온도는 단열 벽으로 둘러싸고 화학 시스템을 준안 정 상태로 제한한다. 다시 말하면, 시스템의 독립 특성들이 시간이 경과해도 불변하도록 시스템을 저장소 안에 가두어 놓는다. 열역학은 최고의 달성 가능 에너지 효율을 얻는 데 도움을 주며, 다음과 같은 분야에서 실제로 적용되고 있다. 에너지 효율 설계, 2.3 참조 핀치, 엑서지, 엔탈피 분석과 같은 분석 도구, 2.12 및 2.13 참조 열역학적 분석을 경제학에 접목시킨 열경제학, 2.14 참조 1.3 에너지 효율 및 에너지 효율 개선 지표의 정의 IPPC 지침에 따른 에너지 효율 및 측정 [4, Cefic, 2005, 92, Motiva Oy, 2005] [5, Hardell and Fors, 2005] '에너지 효율'은 국가 또는 국제 수준의 정책과 주로 사업 목표 (서문에서 본 바와 같은)와 같은 다양한 목표를 해결하기 위한 방편으로 광범위하게 정성적으로 사용되는 용어다 11. 탄소 배출 저감 (기후 보호) 에너지 공급량의 안전성 개선 (지속 가능한 생산을 통한) 비용의 절감 (기업의 생산성 개선을 통한) 처음에는 '에너지 효율'이 이해하기 쉬운 것으로 생각되었다. 그러나 이 용어는 명확한 정 의 없이 사용하고 있기 때문에 '에너지 효율이란 용어가 사용되는 시기, 장소, 상황 등에 따라 각기 다른 의미'를 갖게 되었다. 이와 같은 명확성 결여는 '파악하기 어렵고 가변적' 이라는 평판을 얻었고, '불일치와 혼란'을 초래했다. 특히 에너지 절감을 정량적 용어로 표 현해야 하는 경우, 적절한 용어 정의의 결여는 '당혹스럽고, 특히 주요산업간 또는 산업 분야사이에 비교가 필요한 경우에 더욱 심했다'. IPPC 지침에는 에너지 효율에 대한 용어 정의가 없으며, 여기서도 설비나 허가와 관련해서 그 의미를 다루고 있을 뿐이다[62, UK_House_of_Lords, 2005, 63, UK_House_of_Lords, 2005]. 11 다른 주요 에너지 효율 정책으로는 연료 빈곤 감소(예: 겨울철에 난방을 할 수 없는 가구) 정책이 있다. 이는 사회 정책으로서 산업 에너지 효율 및 IPPC와는 직접 연관이 없다. 에너지 효율 17

52 1 장 IPPC 지침이 설비 내의 생산 공정을 다루므로 이 문서는 설비 차원에서의 물리적 에너지 효율에 집중하고 있다. 이런 이유 때문에, 자원을 놓고 볼 때 연관성은 있지만, 제품 또는 원재료의 수명은 고려하지 않았다(이 문제는 제품 정책에서 다룬다. 범위 참조). 경제적 효율도 데이터가 있거나 관련성이 있을 경우 이 문서에서 취급한다 (예: 개별 기 술, 1.51 참조). 열역학적 효율은 위에서 설명했으며, 개별 기술과 관련성이 있다. 제품 또는 그 부산물이 환경에 미치는 영향을 개선하기 위한 조치로 인해 에너지 효율이 떨어질 수 있다( 참조). 이는 이 문서의 범위 밖의 문제다 에너지의 효율적 사용 및 비효율적 사용 [227, TWG] 설비의 에너지 효율 (또는 비효율)은 다음과 같은 두 가지 방식으로 논의할 수 있다 에너지 투입에 대한 산출. 이는 열역학 법칙 때문에 절대로 100%가 될 수 없다 ( 참조). 열역학적 비가역성( 참조)은 비효율의 근거가 되며, 전도, 대류 또는 복사에 의한 에너지 이동을 포함한다(열역학적 비가역성). 예를 들어, 열 이동은 원하는 방향으로 (예: 공정)만 이동하는 것은 아니며 반응로 또는 노의 벽을 통해 밖으로 이동한다. 그러나 이러한 손실의 저감 기술은 다양하며 이 문서 후반부에서 이 기술을 다루고 있다(예: 연소 공정으로부터 복사열 손실의 감소). 2. 적정량의 사용을 통한 신중한 (또는 효과적인) 에너지의 사용. 비효율 (또는 비효율적 사용)은 에너지 공급과 수요를 맞추지 못한 데서 기인한다. 이 외에 설계 불량, 가동 및 유지보수 불량, 조명 장치의 예에서처럼 불필요 할 때 장치를 켜두는 경우, 필요 이상으로 높은 온도에서의 공정 가동, 에너지의 적절한 저장 수단 결여 등이 원인으로 작용한다 에너지 효율 지표 [5, Hardell and Fors, 2005] EuP 지침 13 [148, EC, 2005]은 에너지 효율을 '성능, 서비스, 제품 또는 에너지의 산출과 에 너지 투입 사이의 비율'이라고 정의하고 있다. 이는 제품/산출 단위 당 에너지 소비량으로, '특정 에너지 소비'(specific energy consumption SEC)라고 부르며 산업계에서 가장 많이 사용되는 용어 정의다. (아래의 용어 정의는 석유 화학 및 화학 산업에서 널리 사용되며 '에너지원단위 요소'(Enery Intensity Factor EIF) 또는 '에너지 효율 지표'(Energy Efficiency Indicator EEI)라고 부른다(아래 내용 및 부록7.9.1 참 조). SEC는 간략하게 아래 방정식과 같이 정의한다. SEC = 사용된 에너지 = (유입에너지 유출에너지) 생산된 제품 생산된 제품 또는 산출물 식 영어에서는 에너지 효율과 그 반대어인 비효율처럼 단 하나의 용어만 사용되며 이점은 혼동을 일으킬 수 있 다. 다른 언어에서는 두 개의 독립된 용어를 사용하며, 프랑스어의 예를 보면 효율/손실에 대해서는 'rendements/pertes énergétiques'를, 신중한/부주의한 사용에 대해서는 'efficacités/inefficacités énergétiques'를 각각 사용한다. 13 EuP 지침은 에너지 사용 제품 지침 2005/32/EC로 알려져 있으며, 동일한 것이다. 18 에너지 효율

53 1 장 SEC는 차원이 있는 수이며 (GJ/톤), 질량 단위로 측정되는 제품을 생산하는 장치에 사용된 다. 에너지 생산 산업에서 (전력 생산, 폐기물 소각) 에너지 효율 인자를 생산된 에너지 (GJ)를 유입된 에너지(GJ)로 나눈 값으로 정의한다면 보다 합리적이다. SEC는 energy/m 2 (예: 코일 코팅, 차량 생산), 에너지/직원 등과 같은 다른 비율로도 표시할 수 있다. 에너지원단위 요소'(EIF)이란 용어도 사용된다(석유화학산업에서 사용되는 경우는 위 각주 참조). 경제학자들은 아래 예시의 방정식에서와 같이 EIF를 사용된 에너지의 경제적 가치 즉 매출액, 부가가치, GDP 등에 대한 비율이라고 이해한다. EIF = 사용 에너지양/설비의 매출액 = GJ/EUR 매출액 식 1.2 그러나 시간의 경과에 따라 산출물의 비용은 증가하기 때문에 EIF는 물리적 에너지 효율 의 증가 없이도 감소할 수 있다. 따라서 이 용어는 설비의 물리적 에너지 효율 평가 목적 으로는 사용하지 않는 것이 좋다. EIF는 거시적으로도 사용되며 (예: 유럽 및 국가 전체) GDP (국내총생산)의 단위 당 GJ로 표시되는데, 국가 경제의 에너지 효율을 측정하는 데 사용된다(위 경제학자들의 용어 사용 예시 참조). 따라서 단위는 특히 산업 간 또는 분야 간 비교를 실시할 때 명확히 해 둘 필요가 있다 [158, Szabo, 2007]. 1차 에너지(예: 화석 연료)와 전기 및 증기와 같은 2차 에너지(또는 최종 에너지)의 차이를 주목할 필요가 있다( 참조). 2차 에너지를 1차 에너지 산출량으로 전환하면 아주 이 상적인데 그렇게 되면 이 용어는 1차 에너지의 특정 소비량이 된다. 이것을 MJ/톤으로 표 시한 제품 1톤당 1차 에너지로 표현할 수 있다[91, CEFIC, 2005]. 그러나 여기에는 장점과 단점이 있으며 자세한 내용은 을 참조한다. 특정 에너지 소비에서의 분모와 에너지 효율 지수 가장 단순한 예를 들어보면, 생산 단위에서 하나의 주 제품을 생산하고 이것을 SEC 공식 에서 분모로 사용한다 (식 1.1). 다른 많은 경우에 있어서는 상황이 보다 복잡할 것이다. 예를 들어, 정제소 또는 대규모 화학 설비에서 여러 제품을 생산하거나, 시간의 경과에 따 라서 제품 구성이 달라지는 곳 또는 뚜렷한 제품은 없지만 산출물이 서비스인 폐기물 처 리 시설 등이 여기에 해당된다. 다음의 1.4에서 다루고 있는 것은 아래와 같은 경우에 다 른 생산 기준이 적용될 수 있다. 1. 중요도에서 같은 제품 또는 다수의 부산물이 생산되는 경우에 이들 제품의 총계를 분 모로 사용할 수 있다. 그렇지 않으면 에너지 균형과 제품 균형 사이의 유의한 공정 경계 를 결정해 해야 한다. 2. 다수의 제품 흐름이 있고 원재료 (공급 원료) 흐름의 총수가 낮을 때는 원재료가 분모 가 된다. 이 방식은 에너지 소비가 제품보다는 주로 원재료의 양에 의해 결정될 때 (제품 품질이 공급 원료에 의존할 때 이런 현상이 발생) 권장된다. 그러나 원재료를 분모로 사용 한다고 해서 이것이, 원재료 및 에너지 소비는 불변이지만 생산량은 감소할 때에, 에너지 효율의 상실 (에너지 효율의 감소)을 반영하지 않는다. 에너지 효율 19

54 1 장 3. 여러 제품(또는 한 종류이지만 사양이 각기 다른 제품)을 한 번에 한 묶음씩 생산하는 배치 생산의 경우로 폴리머 설비를 예로 들어보기로 한다. 이 설비에서 각기 다른 등급의 폴리머를 생산한다. 시장 수요를 보고 각 등급별로 순번에 따라 각기 다른 생산 기간 동 안 생산한다. 각 등급에 따라 에너지 소비량이 다르며 등급이 높을수록 더 많은 에너지 투입이 필요하다. 각 등급별로 (주어진 등급의 평균 에너지 소비량에 기초한) 참조 에너지 효율을 정하면 유용하게 사용할 수 있다. 이렇게 해서 특정 기간 동안의 특정 에너지 소 비량을 다음과 같이 정의한다. 생산 장치에서 해당 기간에 사용된 에너지 해당 기간에 생산된 제품 A, B 및 C의 총합 여기서 Xi = 특정 기간 동안 생산된 제품 총계에 대한 I 등급의 비율 SEC ref,i = 등급 i의 기준 에너지 효율 인자 (등급 i만 생산했을 때 기준 기간 동안의 에너 지 효율 지표를 평균해서 계산). 4. 명백한 제품이 없고, 폐기물 관리 시설 등 산출물이 서비스인 경우, 사용된 에너지와 관련된 생산 기준은 폐기물 투입이다. SEC = (소각 공정을 지원하는 에너지 유입 에너지 유출) (처리된 폐기물 톤 수) 폐기물 대다수가 가연물인 경우(예: 생활(municial/urban/household)고형폐기물, MSW) 에너 지가 유출되면서 소각되는 폐기물의 저위발열량(LHV)이 부분적으로 회수되기 때문에 이 지표는 음이 되며, 유출 에너지는 대개 유입 에너지보다 크다. 5. 인쇄 설비 등 최종 제품에 대한 에너지 비율이 지나치게 가변적이어서 사용할 수 없을 경우, 이러한 인쇄 설비에서 인쇄된 종이의 투입/산출량이 항상 에너지 사용과 연계되는 것은 아니다. 이는 인쇄량 및 건조량이 인쇄 잉크의 사용 범위와 사용된 공정에 따라 변 동하기 때문이다. STS BREF를 참조한다. 에너지 효율 개선의 정의 EuP 지침[147, EC, 2006] 은 에너지 효율을 기술적, 행동적(behavioral) 및 경제적 변화의 결과로 얻어지는 에너지 최종 사용 효율의 증대로 정의한다. 이 기준에 맞는 유형의 변화 는 1.5장을, 일반적인 기술에 관해서는 2장/ 3장을 각각 참조한다. 효율 개선을 다음과 같이 표시할 수 있다[5, Hardell and Fors]. 감소된 에너지 소비 단계에서 불변의 산출값을 얻는다. 불변의 에너지 소비 단계에서 증가된 산출값을 얻는다. 에너지 소비의 증가를 능가하는 산출값을 얻는다. 20 에너지 효율

55 1 장 에너지효율 지표의 주목적은 특정 생산 단위 및 생산률을 시간을 두고 모니터링하고, 에 너지 효율 개선 조치의 영향을 관찰하며, 생산 공정/장치의 에너지 성능을 설계하는 데 있 다. SEC 는 특정 산출에 사용되는 에너지양을 보여 주지만 이것 하나만 가지고는 다른 참 조 데이터가 없다면 그 유용성은 제한적일 수밖에 없다. 에너지 효율 지표(EEI)는 특정 시 간 기간 동안의 변화를 보여주며, 시스템, 공정 또는 설비의 에너지 효율을 모니터링하는 데 보다 더 유용하게 사용된다. 이는 참조 SEC(SEC ref )를 해당 장치 또는 공정의 SEC로 나 눈 것으로 정의할 수 있다. SEC ref는 생산 공정이 소속된 산업 분야에서 일반적으로 용인 된 참조값이거나 주어진 연도의 생산 공정 SEC일 수 있다. 식 1.3 에너지 효율 지수는 무차원수다. 다음 사항에 유념한다. SEC 는 에너지 효율이 증가하면 감소하는데 반해 EEI는 증가한다. 따라서 에너지 관 리는 가장 낮은 SEC, 가장 높은 EEI를 각각 목표로 한다. 지표로부터 실질 에너지 효율을 확인하려면 에너지 인자를 수정해야 한다. 기간 적절한 기간을 선택해야 한다(2.16 및 MON REF 참조). 한 시간 단위로 측정하면 에너지 효율 지표는 연속공정에서 큰 변동을 보이며 회분식공정에는 적절하지 않다. 이러한 변동 은 몇 년 또는 몇 개월 등 보다 긴 시간 단위로 측정하면 안정세를 보인다. 그러나 단시 간의 변동도 에너지 절감의 기회를 확인하는 데 유용하므로 이를 반드시 고려해야 한다. 여기서 다루는 2개의 주 지표 외에 다른 지표 및 하위 지표도 있다 및 2.16을 참조 한다 지표 이용의 기초 주어진 산출량에 대한 특정 에너지 소비(SEC)는 산업에서 가장 널리 사용되는 지표이며 이 문서에서도 폭넓게 사용하고자 한다. 설명은 거짓말처럼 간단해 보인다. 그러나 공정을 모니터링하기 위한 개념을 계량화하는 경우 에너지 효율을 보다 효과적으로 설명하고 측 정하는 데는 먼저 기본구성이 필요하다는 것을 알 수 있다. 다음과 같이 상황을 복잡하 게 만드는 요인이 있다. 모든 운영자 또는 직원이 매번 동일한 방식 또는 매개변수를 사용해 에너지를 계산하 는 것은 아니다. 여러 생산 공정을 거치는 경우, 전체 생산 현장의 에너지 효율 을 고려할 필요가 종 종 있다. 정의는 에너지의 효율적 이용이나 효율적 생산에 관한 정보를 제공하지 않는다. 정보 유용성을 높이려면 에너지 효율은 반드시 비교가능한 것이어야 한다. 예를 들어, 다 른 장치 또는 설비, 또는 시간을 두고 비교할 수 있어야 한다. 또한 비교를 위한 규칙을 설정해야 한다. 에너지 효율 비교에서 모든 사용자를 동등하게 고려하기 위해 시스템 경 계를 명확히 정의해야 한다. 에너지 효율 21

56 1 장 간략한 형태의 이 정의는 에너지의 효율적 생산 방법이나 시스템 경계 밖에서의 '폐' 에너 지 사용에 대해 아무런 정보도 제공하지 않는다. 이것뿐만 아니라 다른 문제도 알 수 있 어야 하는데 그래야만 에너지 효율 개선을 평가할 수 있다. 이 문제는 1.4 및 1.5에서 다 루기로 한다. IPPC는 에너지 효율을 다음과 같은 관점에서 고찰한다. 아래의 에너지를 고려할 때의 설비 허가와 관련된 설비 차원에서 전체 설비 개별 생산 공정/장치 및 시스템 산업분야 또는 산업활동의 BAT(평가기준)와 관련된 ENE 값을 설정할 때, 유럽 전체 차원에서 고려.(예: 분야별 BREF) 특정 에너지 소비 및 에너지 효율 지수(1.33 참조)는 에너지 효율 지표의 예시다. 각기 다 른 에너지 효율 방법 및 지표의 적합성은 분야 및 공정뿐만 아니라 현장별 기준으로 고려 해야 할 것이다(2.16 벤치마킹 참조). 모든 산업 설비는 개별적 특징을 가지고 있다. 원재 료, 공정 기술, 제품 품질, 제품 구성, 감사 방법 등에서 차이가 발생한다. 장치의 사용기 간 또한 에너지 효율에 막대한 영향을 미친다. 신규 설비는 대체로 에너지 효율이 기존 설비보다 높다[156, Beerkens, 2004, 157, Beerkens R.G.C., 2006]. 에너지 효율에 영향을 미 치는 변수의 범위를 감안할 때 에너지 효율 지표를 이용한 각기 다른 설비 간의 비교는 잘못된 결론에 도달할 수 있다. 특히 모든 변수를 적절히 고려하지 못할 때 그러하다 [127, TWG]. 에너지 효율을 평가할 때 다음 사항을 실천하면 도움이 된다[4, Cefic, 2005]. 현장 전반에 대한 특정 에너지 지표(SEI) 설정이 가능한지를 평가한다. 현장 SEI를 설정할 수 없거나 에너지 효율 분석에 도움이 된다면 현장을 생산/유틸리 티 단위로 분리한다. 각 생산 공정 및 현장 또는 현장의 일부에 대한 지표를 정의한다. 특정 에너지 지표를 계량화하고, 이를 명확히 하기 위한 방법을 기록하고 시간 경과 에 따른 변화에 주목하고, 기록을 유지한다 시스템 및 시스템 경계의 중요성 현장에서 최고의 에너지 효율은 그 구성 부분을 개별적으로 최적화 했을 때 나타나는 것 은 아니다. 예를 들어 모든 공정이 현장의 다른 공정과 독립해서 최적화된다면 현장에서 여분의 증기가 발생했을 때 이를 배출하지 않으면 안 된다. 장치의 통합을 전체로서 볼 때 증기는 재사용되어 질 수 있고 한 공정의 열원을 다른 공정에서 사용할 수 있는 기회 가 생긴다. 이는 현장 전체의 에너지 소비를 낮추는 결과를 가져온다. 따라서 다음 사항을 (기재된 순서에 따라) 고려할 때 시너지 효과를 얻을 수 있다. 1. 현장 전체 및 여러 장치, 시스템의 상호 연계(예: 압축기와 가열); 이는 전체 현장의 최적 에너지 효율을 달성하기 위한 1개 이상의 생산 공정/장치의 탈최적화 (de-optimizing)를 포함할 수 있다. 공정, 장치, 유틸리티(부대시설) 또는 관련 활동의 효율적 사용은 현재 적절하게 사용하고 있더라도 점검 후 다시 평가한다. 2. 이어 여러 장치 및 시스템의 최적화(예: CAS, 냉각 시스템, 증기 시스템) 3. 마지막으로, 남은 구성 부분의 최적화(예: 전동기, 펌프, 밸브 등) 에너지 효율에서 시스템의 역할을 고려하는 일이 중요하다는 것을 이해하기 위해서는 시 스템 및 그 경계에 대한 정의가 에너지 효율의 달성에 어떤 영향을 미칠 것인가를 이해할 수 있어야 한다. 이 문제는 및 2.3.2를 참조한다. 22 에너지 효율

57 1 장 이외에 회사의 활동 경계를 확장하고 산업 에너지 생산 및 소비를 현장 밖의 지역사회의 필요와 통합함으로써 전체 에너지 효율은 더욱 증가할 수 있다. 예를 들어, 열병합발전과 같이 이웃 주민이 난방 목적으로 사용할 수 있도록 저가의 에너지를 공급하는 경우가 있 다. 이는 3.4를 참조한다 기타 중요한 관련 용어 다른 용어들은 부록 7.1 또는 표준 교과서의 용어풀이를 참조한다 차 에너지, 2차 에너지, 최종 에너지 1차 에너지는 원연료에 함유된 에너지를 말하며 (예: 가공 전의 천연자원) 연소 가능 폐기 물 및 시스템에 투입되는 기타 형태의 에너지를 포함한다. 이 개념은 에너지통계에서 에 너지 균형의 계산(compilation of energy balance)에 사용된다 1차 에너지는 에너지 변환 과정을 거쳐 보다 편리한 형태의 에너지 즉 전기에너지, 증기 및 청정 연료 등으로 변모한다. 에너지 통계에서 이러한 2차적 형태의 에너지를 2차 에너 지라고 부른다. 최종 에너지는 사용자가 사용하는 에너지를 말하며 1차 에너지와 2차 에 너지 모두를 포함할 수도 있다(예: 설비에서 1차 에너지인 천연 가스와 2차 에너지인 전기 를 사용하는 경우). 이들 사이의 관계성은 그림1.6에서 묘사된 바와 같다. 변형 손실 사용 손실 공정열 1차 에너지 변 형 공 정 2차 에너지 최 종 에 너 지 최 종 에 사 너 용 지 단 계 의 직열 원동력 조명 기타 그림 1.6: 1차, 2차, 최종 에너지의 정의[260, TWG, 2008] 에너지 효율 23

58 1 장 1차 에너지 및 2차 에너지의 용도는 의 설명을 참조한다. 각기 다른 에너지 벡터를 비교할 때 (예: 외부에서 생산되어 국가 송전선망을 통해 공급되는 전기와, 설비에서 원연 료부터 생산되는 증기 또는 열을 비교할 때) 외부 에너지 벡터의 비효율성을 감안하는 일 은 매우 중요하다. 이를 감안하지 않으면 의 보기에서와 같이 외부 벡터는 효율성이 현저히 높은 것처럼 보이게 된다. 장치 또는 설비 밖에서 공급되는 에너지 벡터의 예시로는 다음과 같은 것이 있다. 전기: 전기는 연료 및 기술에 따라 다르다. [125, EIPPCB]를 참조한다. 전통적인 증기 설비 에서 1차 연료로 부터의 전기 생산 효율은 36%-45%로 가변적이다. 복합발전 기술 (combined cycle technology)의 경우, 55%-58%의 효율을 갖는다. 열병합발전의 경우(열과 전 력의 결합, CHP, 3.4 참조), 전기와 열의 전체 효율은 85% 이상이다. 핵전기 및 재생에너 지의 효율 계산은 다른 기준을 사용한다. 증기: 증기의 에너지 값은 으로 정의할 수 있다. 여기서: h s = 증기의 엔탈피 h w = 보일러 공급수(feed water)의 엔탈피 (공기제거 후) l b = 보일러의 열효율 그러나 이러한 평가는 지나치게 제한적이다. 원칙적으로 증기의 에너지 값을 정의할 때는 다음과 같은 에너지 입력을 포함시켜야 한다. 증기 시스템 급수를 공기제거장치의 온도에 맞추기 위해 가해진 열 보일러 급수에서 산소를 제거하기 위해 살포된 증기 보조 장치 보일러 급수를 보일러의 가동 압력으로 주입하는 데 필요한 에너지 보일러의 강제통풍용 에어 팬이 소비하는 에너지 고려해야 할 다른 인자들이 있는데 예를 들어, 상품이 여기에 포함된다. 증기 1차 에너지 를 정의하는 방식은 에너지 효율 지표 계산 과정 및 에너지 평가기준에서 명백하게 나타 내야 한다. 관련자 모두가 동일한 근거를 가지고 증기 1차 에너지 계산에 임해야 한다. 보 일러 효율 계산의 표준이 제시된 3.2.1을 참조한다[249, TWG, 2007, 260, TWG, 2008]. 다음과 같은 다른 유틸리티도 마찬가지로 고려해야 한다. 압축공기: 3.7 참조 온수 냉각수: 참조 24 에너지 효율

59 1 장 통상적으로 부대시설로 간주되어 지지 않는 인자들도 있는데, 하지만 이런 인자들이 에너 지 사용에 상당한 영향을 미칠 수도 있다. 예로: 질소: 압축공기와 낮은 질의 N 2 생산에 대해서는 3.7 참조. 산소: 산화연소(oxy-firing)는 연소효율을 증가시키며 NO x를 감소시키는 이점이 있다고 알려져 있지만, 산소를 생산하는데 들어간 에너지까지 고려한다면 산화연소는 화로에 따라 일반연소와 같거나 더 많은 에너지를 사용할 수도 있다. [156, Beerkens, 2004, 157, Beerkens R.G.C., 2006]. 그러나 에너지를 1차 에너지로 환산하는 작업에는 시간을 필요로 하며(한정된 상황에서의 반복 계산이 들어 있는 이러한 계산은 스프레드시트를 이용하여 쉽게 자동화할 수 있음), 해석상의 문제가 발생하기도 한다. 예를 들어, 에너지 효율이 가장 높은 기술이 적용되는 신규 설비를 전력 생산 및 송배전 시스템이 낙후된 국가에서 운영하는 경우다. 전력 생산 및 송배전 시스템의 낮은 효율성을 고려하면 이 설비의 에너지 효율 지표는 다른 나라의 유사 설비에 비해 열등한 것으로 나타날 것이다[127, TWG]. 또한 전기의 생산 원천이 다 르면 생산 효율도 그 원천에 따라 달라지며 이러한 생산 원천 구성은 국가마다 차이가 있 다. 이러한 문제는 유럽 에너지 구성과 같은 표준 값을 사용하면 해결할 수 있다(부록7.16 참조). 현지 사정에 따라 차이가 있지만 2차 에너지 벡터 및 매체통합적 영향을 고려하기 위해 탄소 균형과 같은 타 지표를 사용하는 경우도 있다. 2004년 7월 1일부터 지침 2003/54/EC 14 는 전기 공급업체의 연료 구성에 관한 정보 공개를 허용하고 있다. 이러한 정보 공개의 내용 및 공개 방식에 대해서는 EU 회원국 각국의 재 량에 맡기고 있다( 176/l en pdf). 유럽연합 위원회의 이행 문서는 for implementation 2004/labelling en.pdf에서 확인할 수 있다. 열병합발전에 관한 지침[146, EC, 2004] 및 관련 가이드라인은 지리적 위치에 따른 보정 계수를 포함하는 전기 및 증기 생산의 참고값을 제시하고 있다. 이 지침에서 열병합발전 공정의 효율을 결정하는 방법론에 관해서도 설명하고 있다. 기타 데이터 소스로서 국가의 연료 구성에 관한 정보는 참고한다. 모든 에너지를 1차 에너지로 돌리는 것에 대한 대안으로서 SEC를 핵심 에너지 벡터로 계 산하는 방법이 있다. 예를 들어, 338페이지 의 펄프 및 종이 BREF[125, EIPPCB]는 인쇄용지 공장의 열(증기) 및 전기 형태의 에너지 수요(소비)에 관해 다음과 같이 보고하 고 있다. 소비량은 아래와 같다. 공정열: 8GJ/t ( 2222 kwh/t) 전기: 674kWh/t 이는 약 3MWh의 전기 및 증기/톤이 소비되고 있음을 의미한다. 화석 연료를 동력으로 전 환하기 위한 1차 에너지 수요를 고려할 때 모두 4MWh/t의 에너지가 필요하다. 이는 발전 기의 1차 에너지 출력을 36.75%로 추정한 것이다. 이 경우 674 KWH/t의 전기 소비는 1852 kwh/t 의 1차 에너지(예: 석탄)에 해당한다. 14 전기의 내부 시장 일반 규칙에 관한 지침 2003/54/EC, 2003년 6월 26일 의 발효와 함께 지침96/92/EC는 폐지 되었다. 에너지 효율 25

60 1 장 1차 에너지는 대체로 다음과 같은 목적에 사용된다. 분야 내에서 장치, 시스템, 현장 등의 비교 에너지 효율 최적화를 위한 감사 및 특별한 장치, 설비의 에니지 벡터 비교시. (1.4.1 및1.4.2 참조) 한정된 지역(또는 국가) 특성을 고려해 계산된 1차 에너지는 현장간의 비교를 위해 사용된 다. 이를 예시하면 다음과 같다. 국지적(또는 국가적)영향을 알고자 할 때, 예를 들어, 동분야 또는 한 회사 내의 여러 장소에 배치된 설비의 비교. 에너지 효율 최적화를 위한 감사 및 각기 다른 특정 장치 또는 설비의 에너지 벡터의 비교 (1.4.1 및1.4.2 참조). 예를 들어, 증기 터빈을 전기 모터로 교환하는 문제를 고려 할 때 당해 국가의 실제 전기 효율 생산 인자를 사용하는 것이 가장 좋다. 지역을 기준으로 계산된 1차 에너지(예: EU의 에너지 구성)는 다음 목적에 사용된다. 지역 단위(예: 산업 부문)의 활동, 장치 또는 설비의 모니터링 2차 에너지 또는 최종 에너지는 다음 목적에 사용된다. 진행 중인 특정 상황의 모니터링 에너지 벡터를 기준으로 계산, 현장 및 산업 부문 효율 모니터링 1.4.1에서 최종(또는 2차) 에너지는 다른 국가 설비와의 비교에 사용되며 이는 산업분야별 BREF 일부에 제시되어 있는 특정 에너지 요건의 근거다(예: PP BREF 참조). 이에 비해 1 차 에너지는 국가 차원의 전체 효율을 표시하는 데 사용될 수 있다(예: 여러 국가에서 산 업 부문의 각기 다른 효율을 평가할 때). 유럽연합 위원회(DG-JRC IPTS Energy에서) 및 기후 변화에 관한 정부간 패널(IPCC)은 각 각 보고서에서 혼선을 피하기 위해 1차 값과 2차 값 둘 다 인용하고 있음에 주목할 필요 가 있다[158, Szabo, 2007] 연료의 발열량 및 효율 유럽에서 연료의 사용 가능한 에너지 함유량은 일반적으로 그 연료의 저위발열량(Lower Heating Value, LHV), 저발열량(Lower Calorific Value, LCV) 또는 순발열량(Net Calorific Value, NCV)을 이용해서 계산한다. 이러한 발열량은 연료의 연소(산화)에서 얻어지는 열을 측정한 것으로서 이때 생성된 수증기가 기체 상태로 남아 액체인 물로 액화되지 않는다. 이는 보일러 안의 수증기가 이슬점 아래로 냉각되지 않아서 증기를 만드는데 잠열을 이용 할 수 없는 보일러 같은 경우 적당한 계산 방법이다. 미국을 비롯한 여타 국가에서 고위발열량(Higher Heating Value, HHV), 고발열량(Higher Calorific Value, HCV) 또는 총발열량(Gross Calorific Value, GCV)이 사용되며, 여기에는 수 증기를 액화하는 잠열이 포함되므로 HCV를 사용할 때 열역학적 최대치 100%를 초과하는 경우는 발생하지 않는다. HCVdry은 물 또는 수증기를 함유하지 않는 연료의 HCV이며,. HCVwet은 연료에 수분이 함유된 경우다. 그러나 참조값을 HCV대신 LCV(NCV)를 사용하면 컨덴싱 보일러는 열역학 제1법칙을 깨 고 100%를 상회하는 열효율을 달성할 수 있는 것처럼 보일 수 있다. 26 에너지 효율

61 1 장 미국 및 유럽의 발열량을 이용한 데이터 비교에서는 이런 점을 감안해야 한다. 그러나 이 값들이 EEI에서 같이 비율로 쓰인 경우 분자 분모에서 약분된다. 표 1.1은 지표로서의 HCV 및 LCV를 보여 주며 HCV wet 에 대한 LCV wet 의 비율이 0.968에서 사이에서 변동 되는 것을 알 수 있다. HCV/LCV는 공급원, 시간 등에 따라 변동한다. 연료 수분 함량 (% 습식 기준) 수소 함량 (kg H/kg fuel) HCV dry (MJ/kg) HCV wet (MJ/kg) LCV dry (MJ/kg) LCV wet (MJ/kg) HCV dry/lcv wet (무차원) 역청탄(Bituminous coal) 천연 가스 1 (Uregnoi, Russia) 천연 가스 2 (Kansas, US) 중연료유 경연료유 소나무 껍질, 비건조 소나무 껍질, 건조 천연 가스 1: CH 4 (97.1vol- %), C 2H 6 (0.8 %), C 3H 8 (0.2 %), C 4H 10 (0.1 %), N 2 (0.9 %), CO 2 (0.1 %) 천연 가스 2: CH 4 (84.1vol- %), C 2H 6 (6.7 %), C 3H 8 (0.3 %), C 4H 10 (0.0 %), N 2 (8.3 %), CO 2 (0.7 %) 표 1.1: 다양한 연료의 저위 및 고위발열량 [153, Wikipedia] 공급 및 수요 측면 관리 공급 측면은 에너지의 공급, 운반 및 배분을 말한다. 설비 밖에서의 에너지 공급의 전략 및 관리는 IPPC 지침의 적용 범위 밖의 문제다(그러나 지침 부록 1(1.1)에서 한정한 범위 내에서 전력 생산 활동을 다루고 있음). 유틸리티 또는 관련 공정에서 전기 또는 열을 생 산하는 설비에서 설비 내 다른 장치 또는 공정으로 이 에너지를 공급하는 것도 공급 측면 에 속한다. 수요 측면 관리는 현장의 에너지 수요를 관리하는 것을 의미하며, 에너지 효율 기술과 관 련된 다수의 문헌에서 이 문제를 다루고 있다. 그러나 중요한 점은 여기에 단위당 에너지 비용과 사용된 에너지의 양이라는 두 개의 구성 요소가 있다는 사실이다. 경제적 관점과 물리적 관점에서의 에너지 효율 개선의 차이를 구분할 수 있어야 한다(이 문제는 부록 7.11에서 보다 상세히 설명하고 있음). 1.4 산업 에너지 효율 지표 기본 개념: 지표 및 기타 매개변수의 정의 지표의 주된 목적은 자체 분석 및 모니터링을 지원하고, 장치, 활동, 또는 설비의 에너지 효율의 비교를 지원하는 데 있다. 식 1.1 및 식 1.5는 간단해 보이지만 지표를 사용하기 전에 반드시 한계를 정의하고 결정해야 하는 관련 문제들이 있으며, 하나의 생산 공정을 다른 공정과 비교할 경우에 특히 그렇다. 한계를 정의해야 하는 문제 중에는 공정 경계, 에너지 효율 27

62 1 장 시스템 경계, 에너지 벡터, 각기 다른 연료 및 연료 공급원의 비교 방법 (연료 공급원 내 부 또는 외부 모두) 등이 있다. 특정 설비 또는 현장 간 측정 기준을 위해 이러한 요인들 을 정의한 후에는 반드시 이를 준수해야 한다. 여기서는 산업 생산의 개별 공정/장치/현장의 에너지 효율 및 지표를 정의하는 방법을 설 명하고자 한다. 관련된 문제는 무엇인가, 에너지 효율의 변동을 측정, 평가하기 위해 이러 한 문제들을 어떻게 고찰할 것인가 등을 설명할 것이다. 분리된 별도의 장치 또는 현장에서 획득한 데이터가 진정으로 비교할 만한 것이 되도록 만드는 문제가 남아 있다. 해당 데이터를 확보하더라도 이로부터 기밀성과 경쟁에 영향을 미치는 경제적 측면에 대한 결론을 추출할 수 있는지를 따져봐야 한다. 2.16의 벤치마킹에 서는 이러한 문제와 지표에 대해 논의한다 은에서와 본 같이 지표는 공정에 가장 적합한 비율로, 예를 들어, GJ/톤, GJ/생산된 단위, 생산된 에너지/투입된 에너지 (에너지 생산 산업의 경우), 에너지/m 2 (예: 코일 코팅, 차량 생산), 에너지/직원수 등으로 표현된다 생산 장치의 에너지 효율 다음 2개의 보기는 SEC 및 EEI 개념을 구체적으로 설명하고 핵심 내용을 강조하고 있다 예시1. 단순 사례 그림 1.7은 단순한 생산 장치의 예를 보여 준다 15. 단순화를 위해 공정은 에너지 산출이 없 고 단지 한 가지의 공급 원료 및 제품을 생산하는 것으로 가정했다. 생산 공정은 증기 및 연료를 사용한다. 공급 원료 생산 장치 주 제품 증기 전기 유입 연로 그림 1.7: 단순 생산 장치의 에너지벡터 이 공정의 SEC는 다음과 같다. 식 1.4 여기서: E s,in = 일정량의 제품 P를 생산하기 위해 증기를 통해 공정에 공급되는 에너지 28 에너지 효율

63 1 장 E e,in = 일정량의 제품 P를 생산하기 위해 전기를 통해 공정에 공급되는 에너지 E f,in = 일정량의 제품 P를 생산하기 위해 연료를 통해 공정에 공급되는 에너지 P = 제품 P의 양 식 1.5에서 여러 에너지 벡터(에너지 흐름)는 반드시 1차 에너지로 표시하고 또 동일한 근 거를 가질 것을 요구한다( 참조). 예를 들어, 1MWh의 전기는 1MWh의 증기를 생산 할 때보다 더 많은 에너지를 필요로 한다. 이는 전기가 대체로 35%~58%의 효율로 생산되 며, 증기의 생산 효율은 85%~90%나 되기 때문이다. 식 1.5의 각기 다른 에너지 벡터는 이 런 이유 때문에 1차 에너지로 표시해야 한다. 여기에는 해당 에너지 벡터를 생산하는 효 율이 포함된다. 에너지 효율 계산의 예: 1톤의 제품 P1을 생산하는 데 다음과 같은 에너지 벡터 사용이 가정된다. 연료 0.01 톤 전기 10 kwh 증기 0.1톤 다음과 같이 추정한다. 15 저위발열량 = 50 GJ/톤 전기생산 효율 = 40 % 25 C의 물에서 증기를 생산한다. 증기 엔탈피와 25 C 물의 엔탈피 차이 = 2.8 GJ/톤 이다. 증기는 85%의 효율로 생산된다. 제품 P1을 1톤 생산하기 위한 에너지 소비량은 다음과 같다 (GJ로 전환하면). Ef,in = 0.01톤의 연료x 50 GJ/톤= 0.50 GJ Ee,in = 10kWh x GJ/kWh x 100/40 = 0.09 GJ (여기서1kWh = GJ) Es,in = 증기 0.1 톤 x 2.8 GJ/톤 x 1/0.85 = 0.33GJ 이 공정의 SEC 는 다음과 같다. SEC = ( ) GJ/톤 = 0.92 GJ/톤 EEI를 결정하기 위해 이를 참조 SEC로 가정한다. 이제 설비에서 여러 건의 에너지 효율 개선 프로젝트를 실시한다고 가정하면 1년 후 생산 공정의 에너지 소비는 다음과 같다. 연료 0.01톤 전기 15kWh 스팀 0.05톤 이와 같은 에너지 효율 개선 프로젝트 실시 결과, 공정의 새로운 SEC는 다음과 같다. SEC = ( )GJ/톤= 0.8. 이제 이 공정의 EEI는 다음과 같다. EEI = 0.92/0.8 = 이로써 생산 공정의 에너지 효율이 15% 증가했음을 알 수 있다. 15 위 수치들은 구체적 설명을 위한 것으로서 정확성은 염두에 두지 않았다. 증기의 압력을 표시하지 않았으며 이는 예시 두 개 부분 모두 동일하다. 엑서지 분석이 보다 유용하겠지만 위와 같은 단순한 보기에서 다룰 수 는 없다. 에너지 효율 29

64 1 장 이 사례에서 전기 생산의 비효율이 포함되었다는 사실에 주목할 필요가 있다 (1차 에너지 를 사용함으로써, 이러한 비효율은 사실상 현장의 외부에서 기인한 것). 이를 감안하지 않 는다면 전기 에너지 투입은 지금보다 50% 이상 효율적인 것처럼 보일 것이다. 1차 에너지를 사용하지 않으면 다른 에너지 투입을 전기로 전환하는 결정을 도출한다. 그 러나 원천의 적용에서 사용 가능한 유용한 에너지양을 결정하는 일은 엑서지 분석과 같은 이 예시의 범위를 벗어난 보다 복잡한 분석이 필요할 것이다. 그러므로 이 예시는 SEC및 EEI의 계산 근거를 아는 일이 중요하다는 것을 보여 준다. 증기, 압축 공기, N 2 등 경계 밖으로부터 (경계 안에서 생산된 것 말고) 장치/공정/설비에 유입되는 다른 유틸리티에 동일한 논리를 적용할 수 있다는 점에 주목할 필요가 있다 ( 의 1차 에너지 참조) 예시2. 전형적인 사례 그림 1.8은 외부로의 에너지 산출 및 내부에서의 연료 및 에너지의 재이용이 적용되는 보 다 복잡한 사례를 보여 준다. 이 사례는 적절한 조정을 거치면 다수의 산업에 적용할 수 있는 원리를 구체적으로 보여 준다. 증기 전기 기타 공급 원료 공급 원료 생산 장치 재생 연료 Pf 공급 원료 F1 기타 제품 P2 폐기물/손실 W (소각/플레어/환경으로 출되는 배출물) 증기 전기 기타 연료 유입 재생 연료 Ef.rec 그림 1.8: 생산 장치에서의 에너지 벡터 식 1.5 이 일반 공식은 각 생산 공정/장치/설비에 적용될 수 있으나 여러 구성부분을 각각의 생산 공정/장치/현장에 맞게 조정해야 한다. 이 지표의 단위는 (에너지 단위)/(질량 단위) 대개는 GJ/t제품 또는 MWh/t제품이다. 그러나 다수의 제품, 또는 단일 주 제품 및 중요한 부산물 이 있을 수 있다. 30 에너지 효율

65 1 장 식 1.5를 적용할 때 고려해야 할 점을 다음 여섯 개 항목에서 설명하고자 한다(이중 몇 가 지는 식 1.5에서도 적용할 수 있음). 1. 공급 원료/제품 흐름 (F 1-n, P 1 ) 그림 1.8에서 원자재 및 제품의 질량 흐름은 수평 방향이다. 공급 원료 F 1 에서 Fn (F 1-n) 은 주 제품 P 1 및 부산물 생산에 사용되는 서로 다른 원자재다. 이 부산물은 두 부분으로 분류되는데 하나는 연료(P f )로서 재생되고 나머지는 부산물(P 2 )로 남는다. 이를 예시하면 다음과 같다. 석유화학 산업의 에틸렌 스팀 크래커: 에너지 소비량을 에틸렌 톤당 GJ로, 올레핀(에 틸렌 + 프로필렌) 톤당 GJ로 또는 고가의 화학 물질 (올레핀 + 부타디엔 + 벤젠 + 순 수 수소) 톤당 GJ 등으로 표시한다. 염소-알칼리 분야, 에너지 소비량을 생산된 Cl 2 톤수(주 제품)와 결부시켜 파악하며 부 산물로는 H 2 및 NaOH가 있다. 2. 에너지 벡터 (에너지 흐름) (E in) 에너지 벡터는 장비 안팎으로 투입, 산출되는 서로 다른 유형의 에너지 흐름을 나타낸다. 투입된 에너지와 다른 곳에서 사용하기 위해 산출되는 에너지는 그림 2.2의 수직면에 표 시했다. 다음과 같은 에너지 벡터를 감안했다. E s = 증기 및 온수 E e = 공정에 투입되는 전기 E f = 연료 (가스, 액체, 고체). 외부에서 구입하는 연료 E f 와 내부 공정에서 재생 이 용되는 연료 E frec를 분리했다. 연료를 현장 밖에서 사용할 목적으로 생산하는 경우, P 1 또는 P 2 로 간주된다(E f, out 이 아님). 아래 5항을 참조한다. E o = 기타: 에너지를 투입해서 생산되는 모든 유틸리티가 여기에 속한다. 예를 들어, 핫오일, 냉각수, 압축 공기, N 2 (현장에서 생산된 경우) 등이 있다. 냉각수를 생산하려 면 에너지가 소요된다(에너지는 냉각수를 순환시키는 펌프 및 냉각탑의 팬을 가동시 키는 데 필요). 산출 측면에서 공정 또는 다른 공정의 장치에 유익하게 사용되는 에너지 벡터만을 계산에 넣고 있다. 특히 냉각수 또는 공기로 공정을 식히는 작업과 관련된 에너지는 절대로 식 1.5에서 산출 에너지로 포함되어서는 안 된다. 여러 유틸리티 및 기타 연관 시스템의 공 급에 사용되는 에너지 또한 반드시 감안해야 한다. 예를 들어, 냉각수 (펌프 및 팬 가동), 압축 공기, N 2 생산, 증기 트레이스, 터빈에 유입되는 증기 등이 있다. 기타 공기 중에 손 실되는 에너지 또한 절대로 유용한 에너지 산출물로 간주해서는 안 된다. 이러한 보조 시 스템의 효율 및 손실에 관해서는 보다 상세한 데이터를 제공하고 있는 3장을 참조한다. 3. 여러 시스템 수준 (E s ) (및 핫워터 수준) 생산 설비에서 여러 유형의 증기(서로 다른 압력 및 온도)를 사용하는 경우가 있다. 증기 또는 물의 각 수준은 고유의 효율 인자를 갖는다. 이러한 증기의 각 수준은 이들의 엑서 지를 합산하여 E s 에 포함시켜야 한다. [127, TWG]. 3.2의 증기를 참조한다. 온수를 사용하는 경우 (또는 생산되거나 타 생산 설비에서 사용하는 경우)도 유사하게 취 급해야 한다. 에너지 효율 31

66 1 장 4. 폐기물 흐름(W) 및 에너지 손실 각 공정은 생산 과정에서 폐기물 생성과 에너지 손실을 가져 온다. 이러한 폐기물은 고체, 액체 또는 기체로서 다음과 같이 처리한다. 쓰레기 매립 방식에 의한 처리 (고체의 경우만) 소각 처리 (에너지 회수 또는 비회수를 불문하고) 연료로 사용 (P f ) 재활용 이러한 폐기물 흐름의 적절성에 대해서는 에서 보다 상세하게 다루고자 한다. 연소 설비에서의 에너지 손실 예로는 다음과 같은 것이 있다. 굴뚝 연소 가스 설비의 벽을 통한 복사열 손실 슬래그 및 비산회의 열 비연소 물질의 열 및 비산화 탄소 5. 연료, 제품 또는 폐기물 (E 0, P f) 그림 1.8에서 연료는 산출 에너지 벡터로 나타나지 않는다. 연료(P 1,P 2, 또는 E f 로 간주됨) 를 에너지 운반체가 아닌 제품으로 간주하고 있으며, 이러한 연료에 귀속되는 에너지는 생산 장치에 공급되는 원료의 계산에 포함되어 있기 때문이다. 이러한 관례는 제련소 및 화학 산업에서 표준 방법으로 인식되고 있다. 타 산업에서는 이 방식을 그대로 적용하지 않는다. 예를 들어, 염소-알칼리 산업에서 일부 는 H 2(생산된 Cl 2 및 NaOH의 부산물)를 나중에 화학 물질 또는 연료 (H 2 플레어는 제외 됨)로서의 사용 여부에 상관없이 에너지벡터로 간주한다. 따라서 에너지 효율을 정의할 때 공급 원료, 제품, 투입 에너지 운반체, 산출 에너지 운반 체 등 특정 산업 부문에 특유한 규칙을 수립하는 일이 매우 중요하다 의 폐기물 및 플레어 재생을 참조한다. 6. 측정 또는 추산 식 1.5는 생산 공정의 여러 에너지 벡터가 알려져 있다고 가정한다. 그러나 전형적인 생산 공정에서 서로 다른 유틸리티 소모량 (예: 냉각수, 질소, 증기 트레이스, 터빈에 공급되는 스팀, 전기) 등의 일부 매개변수가 항상 측정되는 것은 아니다. 생산 공정의 주요 유틸리 티의 소모분만 측정하여 공정 관리에 이용하는 경우가 많다(예: 재비기로 공급되는 증기, 노로 공급되는 연료). 따라서 총에너지 소비량은 많은 개별 유인을 합계해서 산출하는데 이들 유인 중 일부는 실제 측정하고 나머지는 '추산'하게 된다. 추산 방식에 대한 규칙을 명확하게 정의해야 하며 그 타당성 또한 명백하게 입증해야 한다( 1.5 및 2.10 참조). 32 에너지 효율

67 1 장 현장에서의 에너지 효율 복잡한 생산 현장은 다수의 생산 공정/장치를 운영한다. 전체 현장의 에너지 효율을 정의 하기 위해서는 공정 및 유틸리티 단위(unit)로 구성된 여러 개의 소규모 단위(unit)로 분리 되어야 한다. 생산 현장의 에너지 벡터를 도시하면 그림 1.9와 같다. 유출 에너지 공급 원료 투입 생산 단위 생산 단위 제품 완성 생산 단위 유틸리티 유입 에너지 그림 1.9: 현장의 투입물 및 산출물 생산 현장은 서로 다른 유형의 제품을 생산하기도 한다. 이때 각각의 제품은 고유의 에너 지원단위인자를 갖는다. 따라서 현장의 유의한 에너지 효율 지표를 정의하기가 용이하지 않다. 지표는 다음과 같이 표시할 수 있다. 여기서 P i,j = 생산 단위에서 나온 제품의 합계 SEC refj = j제품의 참조 SECj 이 공식은 (3)항의 공식과 동일한 것이다. 한 가지 차이는 1.3.2의 공식은 한 생산라 인에서 만든 여러 제품에 관한 것이지만 여기(1.4.3)의 공식은 여러 생산라인에서 만든 서 로 다른 제품을 다룬다는 점이다. 유틸리티 생산 현장을 생산 단위로 분리할 때 (2.2.2 참조) 유틸리티 센터를 설명 가능한 방식으로 고려해야 한다. 유틸리티 센터에서 다수의 생산 단위에 쓰이는 유틸리티를 생산하면 이 유틸리티 센터는 별도의 독립된 생산 단위로 간주된다. 마찬가지로 유틸리티는 다른 운영 자가 공급할 수도 있다(7.12의 ESCO 참조). 유틸리티 구간을 여러 구간으로 분리할 수 있다. 예를 들어, 한 구간은 적재 및 하역 장소 로, 다른 구간은 핫 유틸리티(예: 증기, 온수)용으로, 또 다른 구간은 콜드 유틸리티(냉각 수, N 2, 압축 공기)의 용도에 할당할 수 있을 것이다. 1.5의 1차 에너지 및 2차 에너지 설 명에서 유틸리티의 에너지 벡터 계산을 다루고 있다. 에너지 효율 33

68 1 장 다음 식은 항상 테스트해야 한다. 현장별 에너지 사용 = + 유틸리티 구간에서 사용된 에너지 여기서 = 장치 i의 SEC 총계 여러 현장의 여러 생산 단위(unit) 집단 스팀 분해장치의 경유(가솔린) 전자장 수처리기를 예로 들어 설명하고자 한다. 경유는 스 팀 분해장치의 부산물이다 (따라서 그림1.8의 P1이 아닌 P2가 된다). 경유 제품 목록에 추 가되기 전에 먼저 올레핀 및 디올레핀을 포화시키고 유황 성분을 제거해야 한다. 대다수 운영자들이 경유 전자장 수처리기를 스팀 크래커의 별도 단위로 간주한다. 그러나 일부 현장에서는 경유 전자장 수처리기를 크래커에 병합시켜 시스템 단순화를 위해 크레커 시 스템의 경계 안에 포함시킨다. 이처럼 시스템의 경계 안으로 전자장 수처리기를 포함시킨 크래커의 경우 그렇지 않은 경우보다 에너지 소비량이 많은 것은 당연하다. 그렇다고 에 너지 효율이 낮은 것은 결코 아니다. 따라서 현장 내부의 에너지 관리를 이행하는 데는 반드시 다음과 같이 처리해야 한다. 현장을 생산 단위별로 분리한다. 이때 이러한 생산 단위의 정확한 시스템 경계의 분 리가 포함되어야 한다(아래 1.5 참조). 현장 단위의 분리는 생산 현장의 복잡성에 의 존하지만 운영자 책임하에 분리할 수 있어야 한다. 현장 안팎 및 생산 단위 사이의 에너지 흐름을 명확하게 정의해야 한다(그림 1.9 참 조) 이와 같이 정의된 경계를 유지한다. 그러나 생산 및 유틸리티의 변동, 또는 설비, 회 사 또는 당해 산업 부문 차원에서 합의된 다른 정의를 사용해야 하는 경우는 예외로 한다. 이렇게 함으로써 주어진 생산 공정의 에너지 효율을 명백하게 정의할 수 있다. 1.5 에너지 효율 지표를 정의할 때 고려할 점 1.3에서 에너지 효율을 정의하는 방법과 1차 에너지 및 2차 에너지와 같은 관련 중요 문 제를 강조하는 방법을 다룬 바 있다. 또한 유틸리티 및 시스템의 에너지 효율 개념도 소 개했다 및 1.4.3에서는 생산 단위 및 현장의 에너지 효율 지표 개발과 관련, 전체적 구성에서 출발하여 세부에 도달하는 관점에서 개발 방법을 설명하며 그에 따른 문제점을 논의했다. 34 에너지 효율

69 1 장 여기서는 다음 내용에 집중하고자 한다 은 에너지 효율을 최적화할 때 적절한 시스템 경계 설정의 중요성을 검토한다. 기초 원리에서 출발하여 전체를 구성하는 방식으로 구성부분 및 시스템의 에너지 효 율의 영향을 고찰한다 는 운영자가 고려해야 하고, 또 에너지 효율 및 지표를 정의할 때 반드시 참작되 어야 하는 기타의 주요 문제를 검토한다 시스템 경계의 정의 [5, Hardell and Fors, 2005] 다음의 보기에서 단일 구성부분, 하위 시스템 및 시스템을 고찰하고, 에너지 효율을 개선 하는 방안을 검토한다. 예시는 전형적인 회사 에너지 효율 평가에 근거한 것이며, 요구되 는 유틸리티의 시스템을 지나치게 낮은 수준(구성부분 또는 하위 시스템)에서 고찰했을 때 의 영향을 보여 준다. 물리적 에너지 효율 16 은 및 부록 7.1.1을 참조한다. 에너지 효율η = 에너지산출(output) (일반적으로 %로 표시) 에너지 투입(input) 여기서 일(W) = 구성부분, 공정 또는 시스템이 한 일 ( 줄 로 표시) 에너지 (E) = 구성부분, 시스템, 공정 또는 장치에서 사용하는 에너지 양( 줄 로 표시) 에너지 효율의 개선(변동) = 예: 시스템1. 전동기 사용 에너지 변동 최초 사용 에너지 기존 전동기 회사에서 기존 모터 드라이브에 대한 조사를 실시했다. 조사 결과 기존 모터의 입력 전력 은 100kW이고, 모터의 효율은 90%였으며 따라서 이 모터의 역학적 출력은 90kW이다(그 림 1.10 참조). 기존 전동기 전기적 동력 100kW 역학적 동력 90kW 시스템 경계 입력 전력 (100kW) 출력 (90kW) 효율 (90%) 그림 1.10: 기존 전동기의 시스템 경계 16 영어에서 에너지 효율은 장비 또는 공정의 에너지 효율을 뜻한다(부주의한 사용 상태에서의 효율이 아님). 프 랑스어에서는 'rendements énergétiques' 라 한다. 에너지 효율 35

70 1 장 신규 전동기 효율을 개선하고자 고효율 모터로 교체했다. 이러한 교체의 효과는 그림1.11에 잘 나타나 있다. 동일한 동력 90kW를 내기 위해 필요한 전력은 신규 모터의 높은 효율 때문에 이제 는 96kW이다. 에너지 효율 개선은 4kW 또는 에너지 효율 개선 = 4/100 = 4%가 된다. 신규 전동기 전기 동력 96kW 역학적 동력 90kW 시스템 경계 입력 전력 (96kW) 출력 (90kW) 효율 개선 (4kW) 그림 1.11: 시스템 경계, 신규 전동기 예: 시스템2: 전동기 및 펌프 그림1.12에서처럼 이 전동기는 냉각 시스템의 냉각수를 공급하기 위해 전동기를 가동하고 있다. 모터와 펌프의 결합을 여기서는 하나의 하위 시스템으로 간주한다. 신규 전동기 및 기존 펌프 이 하위 시스템의 출력값은 냉각수 흐름 및 압력으로 표현된 수력이다. 펌프의 저효율 때 문에 출력값은 45kW에 불과하다. 신규 전동기 및 기존 펌프 전기적 동력 96kW 수력 (45kW) 시스템 경계 입력 전력 (96kW) 냉각수 출력 값 (45kW) 효율 (47%) 그림 1.12: 시스템 경계, 신규 전동기 및 기존 펌프 36 에너지 효율

71 1 장 신규 전동기 및 신규 펌프 기존 펌프를 새것으로 교체했다. 교체 후 펌프 효율은 50%에서 80%로 증가했다. 그림 1.13은 펌프 교체 결과를 보여 준다. 신규 전동기 및 신규 펌프 전기 동력 90kW 수력 67kW 시스템 경계 입력 전력 (90kW) 출력 값 (67kW) 효율 (75%) 그림 1.13: 시스템 경계, 신규 전동기 및 신규 펌프 신규 하위 시스템의 효율은 기존 효율보다 훨씬 높다. 수력은 45KW에서 67kW로 증가했 다. 에너지 효율의 증가는 다음과 같이 나타낼 수 있다(1.3.1 참조). EEF = 효율 = 75 = 1.60 (즉, 에너지 효율이 60 % 증가) 기준 효율 47 예: 시스템3. 신규 전동기와 출력값이 일정한 신규 펌프 그림 1.12에서처럼 냉각 시스템은 45kW의 수력으로도 만족스러운 가동 상태를 보였다. 수 력이 50%나 증가하여 67kW가 되었는데 이러한 증가로 인한 혜택은 뚜렷하지 않으나 펌 핑 손실은 이제 조절 밸브와 배관 시스템으로 전가되었다. 이점은 구성부분을 보다 에너 지 효율이 높은 것으로 교체할 때 예상하지 않았던 결과다. 냉각 시스템에 대한 포괄적 조사를 실시했다면 아마 그 결과는 45kW의 수력이면 충분하 다는 점과 이 경우 축동력(shaft power) 추산치는 45/0.8 = 56kW라는 점을 보여주었을 것이 다. 모터 구동에 필요한 전력은 약 56/0.937 = 60 kw였을 것이다. 신규 전동기와 출력 값이 일정한 신규 펌프 전기 동력 60kW 수력 45kW 입력 전력 (60kW) 출력 값 (45kW) 효율 (75%) 그림 1.14: 신규 전동기와 출력 값이 일정한 신규 펌프 에너지 효율 37

72 1 장 이 경우 입력 동력은 이전보다 40kW 낮다(그림 1.10 참조). 효율은 75%로 그대로이나 동 력 사용은 시스템 1 (기존 모터와 기존 펌프)보다 40% 감소하고 시스템 2(신규 모터와 신 규 펌프)보다는 33% 감소했다. 이러한 평가를 통해 냉각 작용에 악영향을 미치지 않고서도 모터와 펌프의 크기를 줄이거 나 또는 필요한 수력을 20kW 등으로 줄일 수 있는지를 알아내 수 있을 것으로 생각된다. 그렇게 된다면 장비에 투입된 자본비용을 줄일 수 있고 에너지 효율 증가를 증명해 보일 수 있을 것이다. 예: 시스템4. 열교환기가 연결된 시스템3 그림 1.15에서 시스템 경계가 확장되고 이제 하위 시스템에는 신규 모터, 신규 펌프 그리 고 냉각 공정을 위한 낡은 열교환기가 포함된다. 공정의 냉각 능력은 13,000kW th (th = 열) 이다. 신규 전동기, 신규 펌프, 기존 열교환기 전기 동력 90kW 조절 밸브 공정열 시스템 경계 냉각수 수력 (67kW) 동력 입력 (90kW) 출력 값 1: 냉각공정 13,000kWth 출력 값 2: 수력 67k 그림 1.15: 신규 전동 모터, 신규 펌프, 기존 열교환기 출력값은 증가한 물 흐름과 압력으로 인한 공정열 및 수력의 제거로 보면 된다. 그러나 이 유틸리티 시스템을 정의하는 측면에서 볼 때(1.3.1 및 참조) 제공되는 유 틸리티 서비스는 냉각 작용이다. 시스템의 설계 냉각 능력은 13,000 kwth를 단일 공정(또 는 여러 개의 공정)에 공급하는 것이다. 이 시스템의 공정열은 아무런 역할이 없고 출력 열은 사용되지 않고 사라진다. 효율은 입력/출력에 근거해서 측정했을 때 시스템3에서와 같이 75%로 그대로이다. 그러나 SEC 및 공급되는 특정 양의 냉각 작용에 근거해서 측정 할 수도 있다 (1.3.1항 참조). SEC = 사용된 에너지 냉각시스템에서 (투입된 에너지 산출된 에너지) = = 사용된 에너지 생산된 제품 제품/생산된 산출물 공급된 서비스 = kw = kWth냉각 = 1.77kW th냉각 13000kW th 냉각 필요한 냉각량이 감소하는 경우, 예를 들어 생산량을 8,000kW 냉각으로 축소할 때 SEC는 2.88 W/kW th이 된다. 따라서 에너지 효율의 손실은 다음과 같다. 38 에너지 효율

73 1 장 ( ) 1.77 = 62 % 주: 이것은 공정의 냉각 효율이 아니고 냉각 시스템의 에너지 효율과 관련이 있다. 예: 시스템5: 열회수가 있는 시스템 4 환경에 대한 우려 때문에 회사는 냉각수의 열을 회수함으로써 가열 설비의 오일 사용을 줄여 이산화탄소 및 이산화질소 배출량을 감축하기로 결정했다(그림 1.16 참조). 신규 전동 모터, 신규 펌프, 열교환기 2대 전력 90kW 조절 밸브 공정열 시스템 경계 냉각수 회수된 열, 구내 건물 난방용 연료유 대체 4,000kWth 입력 동력 90kW 출력 값 1: 공정 냉각 8,000kWth 출력 값 2: 회수된 열 4,000kWth 출력 값 3: 수력 67kWth 수력 67kW, 미사용 열 4,000kWth 그림 1.16: 신규 전동 모터, 신규 펌프, 열교환기 2대 냉각 시스템의 투입 및 산출 계산 결과는 다음과 같다. 냉각 시스템에서 사용하는 에너지 9067k = 공급 서비스 4000kW냉각 = kW/kW th 냉각 = 5.75 W/kW th냉각 시스템 4의 계산과 비교했을 때 효율성이 감소된 것을 알 수 있다. 한편 오일을 태우는 가열 설비의 효율성은 증가할 것이다. 열회수 조치가 에너지 효율의 증대를 가져온 것은 분명하다. 보다 상세하게 열회수 값을 산정하기 위해서는 오일을 태우는 가열 설비도 계산에 넣어야 한다. 오일 소모량 감소분 과 가열 설비의 뜨거운 연소가스로부터의 감소된 열회수를 모두 감안해야 한다. 이 경우 다른 모든 경우와 마찬가지로 하위 시스템은 서로 연결되어 있으며, 따라서 하나 의 하위 시스템의 에너지 효율은 다른 하위 시스템에 영향을 미친다 시스템 및 시스템 경계의 결론 설비를 그 구성 부분인 장치/시스템의 측면에서 고찰할 필요가 있다. 최대 투자수익률은 현장 전체와 상호 연결된 장치/시스템을 고려하여 얻을 수 있다(예: STS BREF에서 포괄적 BAT 13 및 14, 자동차 코팅 BAT 81 참조). 그렇지 않은 경우, (위 시스템1 및 시스템2에 서 살펴 본 바와 같이) 개별 구성부분을 변경하면 부정확한 크기의 장비에 투자하게 되며 에너지 효율 39

74 1 장 가장 효과적인 효율성이 가져오는 절감 효과를 놓치게 된다. 기존 시스템 또는 하위 시스템에 요구되는 서비스(예: 냉각, 가열)를 기존 방식을 변경하 거나 또는 전혀 다른 방식으로도 달성할 수 있는지, 에너지 효율성을 개선할 수 있는지 등을 조사해봐야 한다. 장치/시스템은 경계 및 적절한 수준에서의 상호 작용을 감안하여 명확히 정의해야 한다. 확인 가능하고 필요한 서비스 또는 제품을 공급할 수 있어야 한다. 해당 제품 또는 서비스의 현행 또는 계획된 필요성을 염두에 두고 평가되어야 한다 (과거의 지난 계획에 근거하면 안 됨). 설비의 최대 에너지 효율이란 시스템 하나 또는 다수의 에너지 효율을 탈최적화하여 전체 적인 최대 효율을 달성했다는 의미다. (이는 수학적 용어로 표현할 수 있다. 효율은 다른 부분에서 얻을 수 있거나 다른 변경이 개별 시스템의 효율성 계산 인자에 변화를 줄 수도 있다. 그렇다고 이런 변경이 전체적인 에너지 사용량의 증가를 초래하지는 않는다) 설비 차원에서 고려해야 할 기타 중요 문제 보고 관행의 기록 설비 차원에서 하나의 보고 관행 (또는 여러 개의 보고 관행)을 수립하고 이를 유지해야 한다. 에너지 효율 계산의 경계, 경계의 변경, 가동 관행 등은 내부 및 외부 이력 데이터 베이스에서 이를 확인할 수 있어야 한다. 이로써 수년간의 기록을 해석하고 서로 비교할 수 있는 것이다 에너지의 내부 생산 및 사용 여러 공정에서 (예: 제련소, 펄프 및 제지 설비의 흑액) 공정 안에서 생산되는 연료는 내 부에서 사용된다. 공정의 에너지 효율을 계산할 때 이러한 연료에 들어있는 에너지를 반 드시 계산에 넣어야 한다. 사실 2.2.2에서 살펴본 바와 같이 정유공장은 에너지 소비량이 매우 적으며 원유 투입의 약 4~8%를 내부에서 액체 및 가스상 연료로서 사용하고 있다. 이외에 정유공장은 전기, 증기 및 (가끔) 천연 가스 등의 에너지 자원을 외부에서 들여와 사용한다. 정유공장에서 열병합발전 시설을 갖추고 생산된 전기 일부를 외부에 판매하고, 내부 연료 소비를 늘리기도 한다. 식 1.1및 식 1.3에 따르면 열병합발전 시설이 있는 정유 공장은 순 전기 생산자가 됨으로써 순 에너지생산자가 될 수 있다. 분명한 점은 현실이 반드시 그렇지는 않다는 것이다. 실제로 정유공장은 상당량의 에너지 를 소비하고 있다. 시스템 경계 및 에너지 벡터를 임의로 선택해서 설비의 상황을 반영할 수 있지만 일단 특정 설비에 대해 정의하고 나면 반드시 이를 준수해야 한다 폐기물 및 플레어 재생 모든 공정은 일정량의 고체, 액체 및 기체상 폐기물을 배출한다. 이러한 폐기물은 에너지 값을 가지며 이는 내부 또는 외부에서 재생할 수 있다. 고체 및 액체 폐기물은 외부소각 회사로 내보내고 폐기가스는 태워 없앨 수 있다(3.1.5 참조). 40 에너지 효율

75 1 장 폐기물 사례: 과거에는 폐기물을 외부 소각회사에서 처리했다. 생산 현장에서는 이러한 폐기물을 자체 보일러나 화로에 연료로 사용하는 등 내부 처리 방안을 모색했는데, 이로 인해 생산 단위/현장의 에너지 효율이 개선되었는지 여부를 다음 사항을 기초로 하여 확인할 필요가 있다. 폐기물을 내부적으로 사용함으로써 외부 연료를 사용할 필요가 줄어들었으나, 전체 에너지 소비에는 변함이 없다. 반면 소각회사에는 해당 폐기물의 연료가치를 증기 생산을 통해 회수하는 시설이 갖 춰져 있을 수 있다. 이런 경우, 폐기물의 소각회사로 보내는 대신 내부 연료로 사용하 는 폐기물 흐름의 변경은 생산자와 소각회사 전체를 살펴볼 때 에너지 효율의 전반적 인 개선이이 없을 수도 있다. 주: 외부 소각으로부터 내부사용으로 전환하는 것은 에너지 효율이 아니라 상업적 조건에 따라 추진될 수 있다. 결론에 대해서는 아래 총괄 부분을 참조한다. 플레어 플레어는 주로 산업용 안전장치로 사용되며, 광유정제소, 석유탱크 밀집지역, 화학설비, 쓰 레기 매립지 같은 설비의 폐기가스를 안전하게 배출시키는 데 사용되고 있다. 폐기가스의 처분 경로로 플레어를 사용하는 것은 보통 2차 기능에 불과하다. 17 관리상태와 운영 및 설 계가 우수한 현장은 정상적 가동 조건에서는 무시할 수 있을 정도의 미량의 양만 플레어 에 보낸다. 그러나 대부분의 현장에서는 저장 탱크의 적재, 하역 작업으로 인한 천공 및 안전판 누수 등으로 인해 플레어로 소량의 흐름이 지속적으로 배출되게 된다. 플레어로 배출된 가스는 플레어 가스에 포함된 에너지가 회수되지 않고 소각된다. 플레어 가스 회수 시스템의 설치를 통해 이러한 소량의 흐름을 회수하여 현장 내 연료 가스 시스 템에 재활용하는 것이 가능하다. 사례: 플레어 가스 회수 시스템을 보유하지 않은 생산 공정의 운영자가 이를 설치할 것을 결정한다. 이로써 외부 연료 가스의 외부 소비를 줄일 수 있는 반면, 해당 공정의 전체 연 료 가스 소비는 기존과 동일하다. 운영자는 이러한 연료 가스 회수 시스템이 에너지 효율 측면에서 고려될 수 있도록 하는 방안을 결정할 필요가 있다. 플레어는 한 개의 생산공정 이 자체 플레어 손실 뿐 아니라 해당 현장의 다른 생산공정의 플레어 손실도 함께 회수하 는 경우에 더욱 중요하다. 결론에 대해서는 아래 총괄 부분을 참조한다. 총괄 의 식 1.5에서는 직접적으로는 연료로서의 폐기물 회수가 나타나 있지 않다. 그러나 폐기물이 내부적으로 재활용되면 연료 매입비용(Ef, in)을 줄이는 데 이용될 수 있다. 에너 지가 외부 소각로에서 회수되는 경우에는 1차 에너지(1.3.1 참조) 계산과 유사하고, 같은 방식으로 허용될 수 있다. 또 다른 하나의 방법은 주어진 공정에 대해 생성된 폐기물의 양과 그것이 어느 정도 재활용되는지에 대한 기준이 되는 관행을 마련하고, 해당 기준보 다 더욱 효율적으로 폐기물을 사용하는 운영자에 에너지 거래권을 제공하는 것이다. 그러 나 에너지를 포함하고 있는 폐기물이 상당량 설비 내에서 생산되지 않는 경우에는(설비의 에너지 투입에 비례하여) 이는 너무나 복잡해 실현 불가능할 수 있다. 17 하나의 예외는 석유채굴(oil drilling)작업으로, 이 경우 플레어는 펌프되는 기름에 수반되어 나오는 가스를 처 리하는 데에 결정적인 역할을 한다. 기타 산업의 경우, 특히 유독 가스가 배출되는 경우에는 소각로가 플레 어보다 가스 처리에 더 적합한 것으로 보인다. 그러나 플레어의 주요 장점은 소각로보다는 부하조정비 (turndown ratio)(최소열량 대비 최대열량 비율)이 매우 높다는 것이다. 에너지 효율 41

76 1 장 이상의 점을 고려할 때 어느 한 공정/장치의 SEC/EEI를 정의하는 틀을 마련할 때 폐기물 처리 규칙에 대해 합의하는 것이 중요하다는 점을 명백히 해야 한다. 각 산업 부문마다 각기 다른 관행이 있을 수 있고 에너지 효율 면에서 폐기물의 내부사용 관행이 있을 수 있다. 각 산업 부문 및 기업이 적용 가능한 표준 관행을 명확하게 정의하는 것이 중요하 다. 각 산업은 폐기물 처리 방법을 명확하게 정의해 경쟁하는 생산공정 간에 공정한 비교가 가능하게 해야 한다. 각 설비 차원에서 보고에 관한 단일 관행이 채택되고 유지되어야 한 다. 변경 사항은 시간 순서대로 내 외부 데이터베이스에 기록되어 연도별 비교가 가능하도 록 보관되어야 한다 부하인자(생산 증가에 따른 특정 에너지 소비(SEC) 감소) 생산률이 증가함에 따라 특정 에너지 소비가 감소하는 것은 매우 정상적인 현상인데, 이 는 다음 두 가지 요인에 기인한다. 생산 장비는 생산률이 높을 때에는 비교적 장기간 가동된다. 이는 곧 유휴기간이 짧 아짐을 의미한다. 어떤 장비는 생산이 없을 때에도 계속 가동된다. 이런 기간은 생산 정지 시간이 짧을수록 짧아진다. 생산 장비의 가동률과는 무관한 기초 에너지 소비가 있다. 이는 장비의 작동과 온도 유지(생산이 없을 때 의 현열 참조), 조명과 환기팬, 오피스 기계 등의 사용과 관련된 소비다. 관내의 난방은 그림 1.17에서와 같이 생산률 보다는 외부 온도와 관계 가 있다. 생산률이 높을수록 이러한 소비는 더 많은 (수 톤의) 생산품에 걸쳐 이뤄진 다. 부하 인자이 각 현장/장치의 실제 에너지 효율에 미치는 영향을 제거하기 위해 운영자는 분야/현장/장치별 수정 요소를 사용할 수 있다. 동시에 각 현장/단위의 기초부하를 측정하 거나 계산 또는 추정할 수 있다(예: 각기 다른 생산률로부터 추정함으로써). 이는 재무회 계와 비슷한 것으로 에너지 효율 수지가 각 사안별로 정해질 수 있다[127, TWG]. 운영자는 시간순서대로 내 외부 데이터베이스를 업데이트하여 연도별 비교가 가능하도록 유지해야 한다 생산기술과 제품 개발에서의 변화 기술 발전의 결과 또는 시장에서 새로운 구성요소나 기술 시스템이 사용됨으로써 생산 기 술에 변화가 있을 수 있다. 생산 효율을 개선하기 위해 기존 기술 시스템을 대체하는 새 로운 제어 시스템이 도입될 필요가 있을 수 있다. 그러한 생산 기술상의 변화를 도입하는 것 또한 에너지 효율 제고로 이어질 수 있다. 효율적인 에너지 이용을 발생시키는 생산 기술상의 변화는 에너지 효율 제고를 위한 조치로 간주될 것이다. 2.3과 2.3.1을 참조한다. 일부 경우, 시장 수요를 충족하고 신제품 사양에 부응하며 환경 요건을 준수하기 위해, 어 느 한 생산 공정에 새로운 장치가 추가될 필요가 있을 수 있다. 이러한 경우, 신규 장치가 가동된 이후에 SEC가 악화될 가능성이 있는데, 신규 장치로 인해 추가 에너지가 필요하기 때문이다. 그러나 이러한 현상이 해당 현장이 에너지 관리에 실패하고 있음을 의미하지는 않는다. 운영자는 시간 순서대로 내 외부 데이터베이스를 업데이트하여 연도별 비교가 가능하도록 보관해야 한다. 42 에너지 효율

77 1 장 사례: 새로운 연료 규격(EURO IV 규정이 정한 저유황경유 및 경유에 대한)은 년 기간 중 광유정제소의 조정을 명시하고 있다. 그 결과 정제소의 에너지 소비가 증 가된 바 있다. 펄프와 제지 산업에서는 공정에 사용되는 섬유가 개량되어 에너지 사용이 절감됐다. 그 후 완성품의 질이 개선됨으로써 분쇄가 더 많이 필요하게 되었다. 이들 두개의 단 계에서 기술발전은 전체 에너지 사용의 증가를 가져왔다. 철강회사는 철강 제품의 강도를 향상시킬 수 있지만, 해당 신규 공정은 에너지 소비 를 증가시킨다. 고객들은 자신들의 제품 두께를 수십 퍼센트 포인트 줄일 수 있다. 예 들 들어, 자동차에 사용되는 제품의 무게를 줄임으로써 에너지 이득이 생길 수 있다. 에너지 절감은 제품의 주기 평가의 일부이고, 설비의 에너지 효율 계산에는 고려되지 않는다(IPPC지침이 제품의 전과정평가(LCA)를 포함하고 있지 않은 것과 같음). 생산배치의 변화 생산배치의 변화라는 것은 예를 들어 수익성이 없는 생산 라인이 폐쇄된다거나 유틸리티 지원 시스템이 변경된다거나 유사한 사업 라인이 통합된다는 것을 의미한다. 생산배치의 변화는 에너지 효율 제고를 위해서도 시도될 수 있다. 이는 SEC의 분모에 영향을 줄 수 있고, 운영자는 시간 순서대로 내 외부 데이터베이스를 업데이트하여 연도별 비교가 가능하도록 유지해야 한다. 에너지 투입이 많은 제품의 생산 중지 기업은 에너지 투입이 많은 제품의 생산을 중지할 수 있다. 총에너지 소비와 개별에너지 소비가 모두 감소된다. 다른 수단이 없을 때 이러한 조치는 에너지 효율 제고 방안의 하 나로 고려될 수 있다. 운영자는 시간 순서대로 내 외부 데이터베이스를 업데이트하여 연도별 비교가 가능하도록 유지해야 한다. 아웃소싱 압축공기의 생산 및 공급(3.7 참조)과 같은 유틸리티의 공급은 설비의 외부로부터 아웃소 싱한다. 외부에서 압축공기를 매입함으로써 에너지 소비가 줄어들 것이며, 압축공기 공급 자의 에너지 사용은 증가될 것이다. 이러한 변화는 의 1차 에너지에 설명되어 있는 바와 같이 처리되어야 한다. 공정 단계의 위탁 운영자는 금속부품의 열처리와 같은 에너지 집약적인 공정을 위탁할 것을 고려할 수 있 다. 공정은 계속되기 때문에 에너지 효율 제고 조치로 간주될 수 없으며, 해당 변화가 기 록되고 SEC와 EEI가 그에 따라 수정되지 않는 한 계산에 포함되어야 한다. 주: 해당 공정 을 담당하는 위탁업체의 에너지 효율성이 더 높을 수 있다. 해당 공정에 대한 전문지식이 더 풍부할 수 있고(그로 인해 더 나은 공정 최적화가 가능), 부하인자을 줄임으로써 단위 시간당 처리량을 높일 수 있기 때문이다. 사례: 자동차의 연속생산(serial construction) 설비의 운영자는 부품을 자체 생산하는 대신 구매비율을 증가시킬 수 있다. 그 결과 총에너지 소비와 개별에너지 소비는 모두 감소한 다. 에너지 효율 지표와 기록을 업데이트할 때 이런 점들이 고려되어야 한다. 에너지 효율 43

78 1 장 에너지 통합 동력의 내부 생산 동력(전기나 증기)의 내부 생산은 에너지 효율 증가 방안의 하나로 인정되고 있으며, 인근 장치 또는 설비(혹은 비산업체 사용자)와 에너지를 교환함으로써 최적화될 수 있다. 2.4, 2.12, 2.13 및 3.3을 참조한다. 경계가 정의되어야 하며 모호한 상황이 제거되어야 한다. 경 계의 설정은 위의 1.4 및 1.5와 1차 에너지 계산에 대한 에서 다루었다. 연소설비의 산소 사용 연소설비에서 연소 효율을 높이고 연료 투입을 줄이기 위해 산소를 사용할 수 있다. 이는 또한 배출가스에 포함된 공기 흐름과 NO X 배출을 줄임으로써 에너지 효율을 높이게 된다. 그러나 현장 또는 현장 외에서 산소를 생산하는 데에도 역시 에너지가 사용된다는 점도 고려해야 한다. 이는 1차 에너지( )와 및 부록 7.9.5에서 다룬다. 공정 통합 및 기업 분산 지난 수십 년간 두 경향이 관측된 바 있다. 공정 통합 기업 분산(특히 화학산업 부문). 통합 수준이 높은 현장 개발은 상당한 경제적 장점이 있다. 다른 경우, 시장 전략상 기업 들은 구성요소 생산 단위로 기업을 분할해 왔다. 이 두 가지 경우에 수많은 운영자가 상 주하고 이들 운영자 중에 하나나 제3자에 의해 유틸리티가 생성되는 복합 현장이 조성되 는 결과를 낳았다. 그 결과 서로 다른 운영자들 간에 복잡한 에너지 흐름이 있게 된다. 일반적으로 대규모 단지(complexes)는 통합을 통해 에너지의 효율적 사용가능성이 매우 높 아진다 지속가능성 및 전반적 효율에 영향을 미치는 비효율적인 에너지 사용 1.4와1.5에서 언급한 바와 같이 에 언급되어 있는 설비단지(complex site)의 에너지 효율 제고를 위해 시스템 경계를 정의할 때에는 특별한 주의가 요구된다. 여기서 강조해 야 할 점은 개별 생산 공정을 구체적으로 검사해보면 어떤 에너지 사용은 현장의 통합된 시스템 차원에서는 매우 효율적인 접근방식으로 보이지만 그 자체적으로 보면 비효율적일 수 있다는 점이다. 통합된 현장 전체의 경쟁력을 달성하기 위해 최고의 효율을 달성하지 못한 채 개별 장치, 공정 또는 시스템 운영자들은 상업적으로 보상 받을 수 있다. 사례: 건조 공정에서 증기를 사용하는 것은 천연가스를 직접 사용하는 것 보다 에너지 효율 이 떨어지는 것으로 보여 진다. 그러나 저압 증기는 매우 효율이 높은 전기발전과 결 합된 CHP 공정에서 발생한다(3.4 및 참조). 생산 현장에 위치한 열병합발전소의 소유주가 언제나 생산 현장의 소유자는 아니며, 현지의 전기 발전 회사와의 공동 투자일 수 있다. 증기는 현장 운영자가 소유하며 전 기는 전기회사가 소유한다. 그러므로 이러한 시설을 고려할 때에는 주의가 필요하다. 생산된 전기는 동일 현장에서 소비된다. 그러나 고도로 통합된 시스템에서는 전송 손 실이 그만큼 줄어들 수 있고, 생산 공정으로부터 얻은 에너지를 포함하는 잔여물이 에너지 사이클에 되돌려지게 된다. 사례: 폐열 증기를 증기 네트워크에 재활용하는 것과 전기분해 공정으로부터 얻어진 수소를 열 및 전기 발전 공정에서의 연료 대체 가스로 또는 화학물질(예: 과산화수소 생산의 원료)로 사용하는 것이다. 다른 사례들 은 생산 잔여물을 설비의 보일러에서 소각하는 것과 폐가스를 연료로 태우는 것에 관 44 에너지 효율

79 1 장 한 것이다. 이들은 천연가스(정유소에서 탄화수소 가스 또는 비철 금속 공정에서의 일산화탄소)를 사용하는 것 보다 효율이 떨어진다 을 참조한다. 이 문서의 범위에는 속해있지 않지만(범위 참조), 재생/지속가능한 에너지원 및 연료는 이 산화탄소의 대기 중 배출을 줄일 수 있다. 이를 탄소대조표(carbon balance)를 통해 알 수 있다 및 부록 7.9.6을 참조한다 관내 냉난방 관내의 냉난방의 경우 그림 1.17에서와 같이 에너지 사용이 외부 온도에 크게 좌우된다. 난방용 에너지 소비, MWh/주 에너지 절감 조치에 따른 에너지 소비 감소 주간 평균 외부 온도 ( C) 그림 1.17: 외부 온도에 따라 달라지는 에너지소비 통풍구로부터의 열 회수 또는 건물 절연 개선의 조치가 있으면 그림 1.17의 직선이 하향 이동한다. 그러므로 냉난방 요건은 단위 시간당 생산량과는 무관하고 부하인자의 일부를 구성한다 를 참조한다 지역적 요인 (위의 )의 냉난방 요건의 경우 일반적으로 난방 요건은 북유럽에서 더 크고, 냉방 요건은 남유럽에서 더 큰 지역적 요인이다. 이러한 사항은 생산 공정에 영향을 미칠 수 있는데, 예들 들어, 핀란드의 겨울에는 폐기물을 폐기물 처리 설비에서 처리 가능 온도에 보관해야 할 필요가 크고, 남유럽에서는 식품을 신선하게 보관해야 할 필요가 더 큰 것이 다. 지역 및 현지 기후 변수는 에너지 효율에 대한 기타 제약요건이 되고 있다. 북유럽의 석 탄 보일러의 에너지 효율은 일반적으로 38%인데 남유럽의 경우 35%다. 습식 냉방 시스템 의 에너지 효율은 대기온도와 노점 등에 영향을 받는다. 에너지 효율 45

80 1 장 현열(sensible heat) 온도 변화를 일으킬 수 있는 열을 현열 (명백하거나 지각 될 수 있는 열)이라고 한다. 3.1 을 참조한다. 예를 들어 정유소에서 모든 설비 투입물을 대기 온도로부터 C로 올릴 수 있는 열을 현열이라 한다 기타 사례 부록 7.3에 공정에 대한 기타 사례 목록이 있다. 사례 1: 에틸렌 분해장치 사례 2: 비닐 아세테이트 단량체(VAM) 생산 사례 3: 철강설비에 사용되는 열간압연기 이들 공정들은 다음 문제를 설명한다. 다양하고 복합적인 현장 복합적인 에너지 흐름 연료가치가 있는 다양한 제품 생산에 따라 달라지는 전기 에너지 효율 정유소 같은 특정 산업 전반의 EEI (에너지 효율 지표), 부록 솔로몬 에너지 벤 치마크 46 에너지 효율

81 2 장 2 설비단계에서 고려되어야 할 에너지 효율 기술 [9, Bolder, 2003, 89, European Commission, 2004, 91, CEFIC, 2005, 92, Motiva Oy, 2005, 96, Honskus, 2006, 108, Intelligent Energy-Europe, 2005, 127, TWG] 2장과 3장에서는 계층적인 접근방법이 사용된다. 2장은 단일 설비 전반에서 최적의 에너지 효율 기술에 관한 것이다. 3장은 설비 하부의 수준에서의 기술에 관한 것이다. 여기서는 주로 에너지 사용 시스 템(예: 압축공기, 증기) 또는 과정(예: 연소) 수준을 다루고, 부차적으로는 에너지 사용 부품 또는 장비(예: 모터)에 관한 것을 다루고 있다. 이들 두개의 장에는 관리 시스템, 공정 통합 기술, 특정한 기술적 조치들이 포함된다. 그 러나 이들은 최적의 결과를 모색할 때에 완전하게 서로 겹치게 된다. 통합 접근방법을 사 용한 많은 사례들이 이들 3가지 유형의 조치를 증명한다. 이로써 이들 기술을 분리하여 설명하는 것이 어렵고 자의적으로 된다. 2장과 3장이 모든 기술과 툴을 총망라하는 것은 아니고, IPPC와 BAT의 틀 내에서 똑같이 유효한 기타 기술들이 있을 수 있고 개발될 수도 있다. 2장과 3장의 기술들은 단독으로 또는 복합적으로 사용될 수 있고, IPPC의 목적 달성을 위해 1장에 있는 정보와 함께 사용 될 수 있다. 가능한 경우 2장과 3장의 각각의 기술에 대한 개요를 설명하기 위해 표2.1에서와 같은 표 준 구조가 사용된다. 이 표준 구조는 (설비 수준에서의) 에너지 관리와 (하위 수준에서의) 압축공기, 연소 등과 같은 시스템을 설명하는 데에서도 사용된다. 고려되는 항목 설명 얻어지는 환경 이익 매체통합적 영향 운영 데이터 항목의 정보 수치, 그림, 작업 공정도 등을 사용하여 에너지 효율 기술에 대해 간단하게 설명 적절하게 측정된 배출 및 소비 데이터를 통해 주요한 환경 이익을 증명. 이 문서에서는 특별히 에너지 효율성을 다루지만, 기타 오염 원 및 소비 수준의 감소에 대한 정보도 포함한다. 기술 시행으로 인해 환경에 미치는 부정적 작용 및 손실. 다른 환 경 매체에 미치는 기술의 영향 에너지와 기타 소모품(원료 및 물)의 소비 및 배출물/폐기물에 대 한 수행 데이터. 기술의 안전 측면, 운영상의 제약요건, 생산물의 품질 등을 포함하여 기술에 대한 운영, 유지, 제어 등에 관한 기타 유용한 정보 적용 분야 경제적 측면 시행의 동인 사례 참조 정보 기술의 적용 및 개선에 관련된 요소에 대한 설명(예: 공간확보, 특 정 공정에의 적용 가능성, 기타 제약 요건 또는 불리한 점) 비용(투자 및 운영) 및 관련된 에너지 절감, EUR kwh(열 및 전 기), 기술과 관련된 기타 가능한 절감(예: 원료 소비 절감, 폐기물 처리 비용 절감)에 대한 정보 법령, 자발적 시행, 경제적 이유 등 기술의 시행을 정당화하는 요 인(IPPC 지침은 제외) 기술적용의 보고가 있는 최소 1개 이상의 상황에 대한 사례 장을 기술하는 데 사용되었고 상세정보를 더 많이 포함한 정보 표 2.1: 2장과 3장에 설명되어 있는 시스템과 기술에 대한 항목별 정보 분류 에너지 효율 47

82 2 장 2.1 에너지 효율 관리 시스템 (ENEMS) 설명 모든 산업의 기업은 환경, 건강, 안전뿐만 아리라 자금, 원자재, 인력 같은 핵심 자원에 대 해 다른 업무에서 사용하는 것과 같은 안전한 관리원칙과 기술을 적용함으로써 에너지를 절감할 수 있다. 이러한 관리 관행에는 에너지 사용에 대한 경영층의 전적인 책임이 포함 된다. 에너지 소비와 비용 관리는 폐기물을 제거하고 시간에 따라 누적되는 비용 절감을 가져온다. 어떤 에너지 관리 기술은 경제적인 절감은 가능하나 에너지 사용을 절감하지 않는 것도 있음을 주의해야 한다(7.11참조). 보통 최고의 환경 친화적 결과는 최고의 기술을 채택한 설비와 그것을 가장 효율적인 방 식으로 운영함으로써 성취된다. 이는 IPPC 지침이 사용된 기술과 설비의 설계, 건축, 유 지, 운영, 폐쇄의 방식 이 두 가지 모두를 기술로 정의한 데서도 나타나있다. IPPC 설비에 관한한, 환경관리시스템(EMS)은 운영자들이 설계, 건축, 유지, 운영, 폐쇄의 문제들을 체계적이고 타당한 방식으로 다루기 위해 사용하는 하나의 툴이다. EMS에는 환 경정책의 개발, 집행, 유지, 검토, 모니터링 등을 위한 조직구조, 책임, 관행, 절차, 공정, 자원 등이 포함된다. 환경관리시스템은 그것이 설비의 전반적인 관리 및 운영의 본질적인 부분을 구성할 때 가장 효과적이고 효율적인 것이 된다. 마찬가지로 에너지 효율 달성을 위한 관리에도 에너지 소비의 지속적 감축과 생산 및 유 틸리티 부문에서의 지속적인 효율성 향상 및 회사와 현장 양 차원에서 달성된 개선사항을 지속적으로 유지하는 것 등을 목적으로 하는 에너지에 대한 구조적인 관심이 요구된다. 이는 현재의 에너지 효율성 수준을 진단하는 구조와 기초를 제공함으로써 에너지 효율 개 선 가능성을 규정하고 지속적인 개선을 보장한다. 모든 효과적인 에너지 효율(및 환경) 관 리 기준, 프로그램 및 지침은 에너지 관리가 언젠가는 종료되는 프로젝트가 아니라 하나 의 과정임을 의미하는 지속적인 개선 개념을 포함한다. 수많은 공정 설계가 있지만 대부분의 관리시스템은 계획-시행-점검-조치 접근방법(기업 관 리 부분에서 광범위하게 사용되고 있음)에 기초하고 있다. 사이클은 반복적인 동적 모델인 데, 한 사이클이 종료되면 다음 사이클의 시작으로 이어진다. 그림 2.1.을 참조한다. 5. 경영층 검토 (개선 =조치) 1. 에너지 정책 (이행) 경영층의 보고 입법 편차 보고 목표, CO 2 또는 에너지 효율성 목표 검토 2. 계획 목표 및 행동 계획. 4. 제어 및 교정 조치 (모니터링 = ENEMS, 기준, 설계 점검) 편차 제어 + 시정 조치 내 외부 시스템 감사, 벤치마킹 3. 시행 및 운영 (= DO) 조직 및 책임 동기부여, 상훈, 교육훈련 계획 > 시행 > 점검> 조치 접근방법 에너지 모니터링과 보고 에너지 구매, 보고 그림 2.1: 에너지 효율 관리 시스템의 지속적인 개선[92, Motiva Oy, 2005] 48 에너지 효율

83 2 장 다음 사항을 보여주는 에너지 관리 시스템과 연계될 때 최선의 결과가 발생했다. (출처: 에너지 관리 매트릭스, [107, Good Practice Guide, 2004]) 에너지 정책. 에너지 정책, 행동 계획 및 정기적인 검토 등은 환경 전략의 일부로서 최고 경영층의 확약 조직. 관리구조에 완벽하게 통합된 에너지 관리. 에너지 소비에 대한 명백한 책임 위임 동기부여. 모든 수준의 에너지 관리자 및 직원이 정규적으로 이용하는 공식, 비공식 의사소통 통로 정보시스템. 목표를 설정하고 소비를 모니터링하고 오류를 확인하고 절감을 정량화하 고 예산추적을 가능하게 하는 전반적 시스템 마케팅. 에너지 효율성 가치와 에너지 관리의 실적에 대한 조직 내 외부 차원의 마케팅 투자. 신축 및 리모델링에 필요한 세부적인 투자 평가를 수반한 환경 친화적인 시류 에 부응하는 긍정적인 차별화 이들 출처로부터 IPPC 설비를 위한 에너지 효율 관리 시스템(ENEMS)은 다음 요소를 포함 해야 함을 알 수 있다. a. 최고 경영층의 확약 b. 에너지 효율 정책의 정의 c. 목적과 목표의 계획 및 수립 d. 절차의 시행과 운영 e. 벤치마킹 f. 점검 및 시정 조치 g. 경영층의 검토 h. 에너지 효율에 대한 정기 보고서 작성 i. 인증기구 또는 외부 ENEMS 검증 기관에서의 인준 j. 수명을 다한 설비의 폐쇄를 염두에 둔 설계 k. 에너지 효율적인 기술 개발 이들 사항에 대한 세부 내용은 아래와 같다. (a)부터 (k)까지의 요건에 대한 상세 정보는 아래에서 설명한다. 사례들은 부록 7.4에 제시되어 있다. a. 최고 경영층의 확약 최고 경영층의 확약은 성공적인 에너지 효율 관리를 위한 선결조건이다. 최고 경영층은 다음 같은 역할을 해야 한다. 에너지 효율을 회사의 의제 중에서 최우선으로 고려하며, 그것이 명백하게 인지될 수 있도록 하며, 신뢰성을 부여한다. 1명의 최고 관리자에게 에너지 효율에 관한 책임을 지도록 한다(품질관리시스템처럼 에너지에 대한 책임자가 될 필요는 없음). 에너지 효율 중시 문화를 만들고 그 시행의 동인을 창출하는 데 조력한다. 통합된 오염 방지 및 통제 목적 내에서 에너지 효율을 달성하기 위한 (장기 비전의) 전략을 수립한다. IPPC 목적에 부응하는 에너지 효율 목표를 달성하기 위한 회사의 구체적 목표를 설 정한다. 장기 비전을 달성하기 위한 중, 단기의 구체적 행동 계획을 수립한다. 에너지 절감을 포함해서 통합오염예방를 달성하기 위한 의사결정을 통합하는 기준을 제시한다. 특히 신규 설비나 중요한 업그레이드를 계획할 때는 더욱 그러하다. 회사가 지속적 에너지 절감과 연계되어 있는 통합오염예방를 달성하는 투자 및 구매 결정을 하도록 유도한다. 통합오염예방 및 제어는 환경관리는 물론 통합된 의사결정 및 유틸리티와 자본설비의 구매, 계획, 생산, 유지 등의 조치를 통해 가능하다. 에너지 효율 49

84 2 장 에너지 효율 정책을 정의한다. 아래 (b)를 참조한다. b. 에너지 효율 정책의 정의 최고 경영층은 다음 요건을 충족하는 설비의 에너지 효율 정책을 정의할 책임이 있다. 자연조건(기후와 같은 현지 조건), 설비에서 수행되는 활동의 범위와 에너지 소비에 적합할 것 에너지 효율에 대한 의지가 포함될 것 에너지 효율에 적용되는 모든 관련 법령과 조직이 동의하는 기타 요건(에너지 계약 포함)을 준수할 의지가 포함될 것 에너지 효율 목적을 설정하고 검토하는 데 필요한 틀을 제공하고, 그 구체적 목표를 문서화하고 전 직원에게 공지할 것 대중과 기타 모든 관련 당사자가 이용할 수 있을 것 c. 목적과 목표의 계획 및 수립(2.2 참조) 설비의 에너지 효율 현황을 명확히 하고 이 최신정보를 확보하는 절차 에너지 효율 현황을 명확히 하기 위한 새로운 공정, 장치 및 장비, 업그레이드, 재건 축 및 시설교체를 위한 제안을 평가하고, 에너지 효율과 IPPC를 최적화하기 위한 계 획과 구매에 영향을 주는 절차 조직이 행하는 에너지 효율 활동에 적용될 수 있고 조직이 동의하는 법령 및 기타 요 건을 명확히 하고 이에 대해 접근하는 절차 법령 및 기타 요건과 이해 당사자들의 의견을 고려하는 가운데 문서화된 에너지 효율 목적과 목표를 설정하고 이를 검토 각 관련 기능 및 수준에서 목적과 목표 달성 책임의 배정과 그러한 목적과 목표의 달 성 수단 및 시한 등을 포함한 에너지 효율 관리 프로그램의 수립 및 그에 대한 정기 적인 업데이트 d. 절차의 시행 및 운영 절차가 알려지고 이해되며 준수될 수 있도록 하는 시스템을 갖추는 것이 중요하다. 그러 므로 효과적인 에너지 관리에는 다음 사항이 포함된다. (i) 구조와 책임 특정 경영자 1인에게로의 책임 위임을 (최고 경영자 1인에 더하여(위의 (a)참조)) 포함 하여 역할, 책임, 권한에 대한 정의, 문서화, 보고, 의사소통 인적자원, 전문기술, 기술, 자금 등을 포함하여 에너지 관리 시스템의 시행 및 통제에 필수적인 자원 제공 (ii) 훈련, 상훈, 역량 제공 조직 활동의 에너지 효율에 중대한 영향을 줄 수 있는 모든 직원이 적절한 훈련을 받 을 수 있도록 하는 훈련 수요를 명확히 한다(2.6참조). 50 에너지 효율

85 2 장 (iii) 의사소통 설비의 각 수준 및 기능 간에 내부 의사소통을 위한 절차를 수립하고 유지한다. 에너 지 효율에 있어서 역할을 갖고 있는 모든 개인과 팀, 특히 생산, 유지, 계획 담당자들 과 에너지 사용 유틸리티와 자본시설 구매 담당자 상호 간 접촉을 유지하는 절차를 수립하는 것은 매우 중요하다. 외부 이해당사자로부터 의사표시를 수령 및 문서화하고, 일부 경우 그에 응답하고 그 들과의 대화를 촉진하는 절차를 확립한다(2.7참조). (iv) 직원 참여 제안제도, 프로젝트 기반 그룹작업, 환경위원회 등과 같은 적절한 참여제도를 활용하 여 높은 수준의 에너지 효율 달성을 목표로 한 절차에 직원을 참여시킨다(2.7참조). (v) 문서화 관리시스템의 핵심 요소 및 그 상호작용을 기술하고 관련 참고문서를 제공하는 종이 또는 전자 형태의 최신 정보를 마련하고 이를 보관한다. (vi) 효과적인 공정 관리 (2.8 참조) 준비, 가동, 일상적 운영, 중단, 비정상적 상황 등 모든 운영 모드의 공정에 대한 적절 한 제어 에너지 효율 핵심 성과 지표와 이들 매개변수(예: 흐름, 압력, 온도, 구성성분, 수량)에 대한 측정 및 제어 방법을 명확히 한다. 에너지 효율적인 운영을 위해 이들 매개변수를 최적화한다. 비정상적 운영 조건의 근본 원인을 밝히기 위해 그것을 문서화해서 분석하고 재발방 지를 위해 조치를 취한다(이는 개인에게 책임을 묻기보다는 원인을 밝히는 것이 더 중요한 조직문화에서 용이함). (vii) 유지보수 (2.9참조) 장비의 고장 및 그 결과 등에 대한 기술적 분석을 기초로 한 구조화된 유지보수 프로 그램을 마련한다. 적절한 기록 유지 시스템과 진단 검사를 통해 유지보수 프로그램을 지원한다. 일상적인 유지보수 활동을 통해 고장이나 비정상적 상황, 에너지 효율 손실 여부, 에 너지 효율이 개선될 수 있는 분야를 확인한다. 유지보수에 대한 계획 및 집행 책임을 명확하게 할당한다. (viii) 긴급상황에 대한 준비 및 대처 긴급상황의 발생으로 원자재나 상품을 회수하거나 재작업할 경우의 에너지 사용을 고 려한다. e. 벤치마킹 국가 또는 지역 차원의 각 부문에 대한 체계적이고 정기적인 비교를 위한 벤치마킹을 실시한다(세부 사항은 2.16 참조). f. 점검 및 시정 조치 (위의 (e) 벤치마킹 참조) (i) 모니터링 및 측정 (2.10참조) 실적 추적에 필요한 정보의 기록, 관련된 운영상의 제어, 설비의 에너지 효율 목적과 목표에 관한 준수 등을 포함하여 에너지 효율에 중대한 영향을 줄 수 있는 운영과 활 동의 핵심적 특징을 정기적으로 모니터링하고 측정하는 문서화된 절차를 수립하고 이 를 보관한다. 에너지 효율 51

86 2 장 에너지 효율 관련 법령 및 기타 계약(해당 계약이 있는 경우)에 대한 준수 여부를 정 기적으로 평가하기 위한 문서화된 절차를 수립하고 이를 보관한다. (ii) 시정 및 예방 조치 목적 및 목표뿐만 아니라 허용조건 및 기타 법적 요건 및 약속 등에 대한 위반을 조 사 및 처리하고 그 결과 초래된 영향을 완화시키기 위한 조치를 취하는 가운데, 에너 지 효율에 미치는 영향과 사안의 중대성에 비례하는 시정적이고 예방적인 조치를 시 행하고 완수하는 데에 필요한 책임과 권한을 정의하는 절차를 수립하고 이를 보관한 다. (iii) 기록 및 보고 교육 기록과 감사 및 검토 결과를 포함하여 가시적이고 확인 가능하며 추적 가능한 에너지 효율 기록을 확인, 보관, 처분함에 필요한 조치를 수립하고 이를 보관한다. 에너지 효율 목표를 향한 진행 정도에 관하여 확인된 직원에게 정기적으로 보고한다. (iv) 에너지 감사 및 에너지 진단 (2.11참조) 담당자와의 논의, 운영 조건과 장비에 대한 검사, 기록 및 문서와 문서형식의 보고서 로 된 결과물에 대한 검토 등을 포함하고 있고, 에너지 효율 관리 시스템이 계획대로 준수되고 있는지 그리고 적절하게 시행, 유지되고 있는지 등을 판단하기 위해 감사의 시행과 보고 결과에 대한 책임과 요건뿐 아니라 감사의 범위, 빈도, 방법 등을 정한 에너지 효율 관리 시스템에 대한 정기적인 감사가 공정하고 객관적으로 직원(내부감 사) 또는 외부 전문가(외부감사)에 의해 실시되기 위한 프로그램과 절차를 수립하고 유지한다. 활동 및 감사의 본질, 범위, 복잡도, 에너지 사용의 중요성, 관련된 환경 영향, 이전의 감사에서 나타난 문제의 중요성 및 긴급성, 과거의 에너지 비효율성 기타 문제점 등 에 따라 감사를 실시한다. 환경에 미치는 영향이 큰 복잡한 활동은 더 빈번하게 감사 를 실시한다. 감사 결과에 대한 후속조치가 취해질 수 있도록 적절한 메커니즘을 도 입한다. (v) 법령 및 계약 등 준수 여부에 대한 정기적인 평가 에너지 효율 관련 법령, 환경허가, 기타 에너지 효율 계약에 대한 준수 여부를 검토한 다. 이들 평가를 문서화한다. g. 경영층의 검토 최고 경영층은 에너지 효율 관리 시스템의 지속성, 적절성, 효과성 등을 보장하기 위 해 시스템에 대해 수시로 검토한다(2.5참조). 이러한 경영층의 평가에 필요한 정보가 수집될 수 있도록 한다. 이들 검토를 문서화한다. 52 에너지 효율

87 2 장 h. 에너지 효율에 대한 정기 보고서 작성 설비의 에너지 효율 목적 및 목표 달성 결과에 특히 중점을 둔 에너지 효율성 보고서 를 작성한다. 이는 정기적으로 작성하고 에너지 사용의 중요성 등에 따라 년 1회 또 는 그 이하로 주기로 한다. 보고서에서는 관련 이해 당사자들의 정보 요건을 고려하 고, (아래의) 적용 분야에 따라 일반에 공개된다(예: 전자출판, 도서). 보고서 작성 시 운영자는 관련된 기존의 에너지 효율 실적 지표를 사용할 수 있는데, 이 들 선정된 지표는 다음 요건을 구비해야 한다. 설비의 실적에 대해 정확하게 평가한다. 이해할 수 있고 모호하지 않다. 연도별 비교가 가능하여 설비의 에너지 효율 실적의 발전 사항을 평가할 수 있다. 필요한 경우, 국가 또는 지역 수준에서 각 부문별 벤치마킹이 가능하다. 관련 법령상의 요건과의 비교가 가능하다. I. 인증기구 또는 외부 ENEMS 검증 기관에서의 인준 에너지 효율 관리 시스템, 감사절차, 정책보고서 등에 대한 신뢰성 있는 인증기구 또 는 외부 검증 기관에서의 검사와 인준이 적절하게 이뤄지는 경우 시스템의 신뢰성을 높일 수 있다(아래 적용 분야 참조 ). j. 수명을 다한 설비의 폐쇄를 염두에 둔 설계 신규 설비는 설계 단계에서부터 폐쇄 시 발생하는 환경 영향을 고려한다. 이러한 사 전적 고려로 폐쇄를 용이하고 청결하고 저렴하게 할 수 있다. 폐쇄는 땅(및 지하수)의 오염 같은 환경 위해를 가하고 때로는 대량의 고형 폐기물을 배출한다. 예방 기술은 특정 공정마다 다르지만, 에너지 효율 기술을 선별할 때에는 다음 사항을 일반적으로 고려한다. 지하 구조물 축조는 가급적 피함 철거가 용이한 물질 사용 쉽게 오염이 제거되는 표면 마감재 선택 화학약품의 고임을 최소화하고 배수 또는 세척을 용이하게 하는 장비구성 선택 단계적인 폐쇄를 가능하게 하는 유연성 있고 독립적인 설비 설계 가능한 한 생물 분해성이 있으면서 재사용 가능한 물질 사용 유해물질을 사용하지 않음. 예를 들어 대체물질이 있는 경우(열교환 또는 단열 유 체에서와 같은), 유해물질이 사용된 경우에는 그 사용, 유지, 폐쇄에 있어서의 위 험을 적절하게 관리 k. 에너지 효율 기술의 개발 에너지 효율은 운영자가 수행하는 공정 설계 활동의 본질적인 요소가 되어야 한다. 가능한 한 초기의 설계 단계에서 적용된 기술은 더욱 효과적일 뿐만 아니라 저렴하기 때문이다(2.3참조). 에너지 효율 기술의 개발에 대한 고려는 R&D활동 또는 연구 등을 통해 일어날 수 있다. 내부 활동에 대한 대안으로서, 가능한 경우, 관련분야에서 활동 중인 다른 운영자 또는 연구기관에 계약을 통해 위임할 수 있다. 에너지 효율 53

88 2 장 달성된 환경 편익 하나의 ENEMS의 시행 및 그에 대한 준수에 있어서 중심이 되는 것은 운영자가 설비의 에너지 효율 실적에 얼마나 주의를 기울이는지의 여부다. 특히, 정상적 및 비정상적 상황 에서의 명확한 운영절차의 유지와 그에 대한 준수 및 관련 책임 계통을 통해 설비의 허가 조건 및 기타 에너지 효율 목표와 목적이 항시 준수되도록 해야 한다. 에너지 효율 관리 시스템은 일반적으로 설비의 에너지 효율 실적의 지속적인 개선을 보장 한다. 초기조건이 더 열악할수록, 더 많은 단기적인 개선 효과가 기대된다. 설비가 기존에 전반적으로 우수한 에너지 효율 실적을 유지하고 있다면 에너지 효율 관리 시스템을 통해 운영자는 매우 높은 수준의 실적을 유지할 수 있을 것이다. 매체통합적 영향 에너지 효율 관리 기술은 다른 환경 목적과 통합되어 IPPC지침의 통합적 접근방법과 양립 하는 전반적인 환경 영향을 고려하도록 설계되어야 한다. 그러나 에너지 효율성은 충족되 어야 할 여러 다른 목적(원자재 절감, 품질개선, 환경으로의 배출물 감소. 이들은 에너지 소비를 증가시킬 가능성이 있음) 중 하나가 될 가능성이 크다. 이에 대한 자세한 내용은 ECM REF(매체통합적 환경성 및 경제성 평가에 대한 참고 문헌)에서 논의된다. 운영 데이터 보고된 자료 없음. 아래 사례 참조 적용 분야 1. 구성요소 위에 언급되어 있는 구성요소는 일반적으로 모든 IPPC 설비에 적용될 수 있다. ENEMS (예: 표준화된 또는 비표준화된 ENEMS)의 범위(예: 상세 정도), 성질 등은 일반적으로 설 비의 성질, 규모, 복잡도, 에너지 사용 및 기타 있을 수 있는 환경 영향의 범위 등과 관련 된다. 사례는 다음과 같다. 소규모 설비에서는 2.1(a)와2. 1(d)(i)의 최고 경영자가 동일인일 수 있다. 2.1(b)의 에너지 정책은 환경 정책 보고서의 일부로 또는 기업의 사회적 책임 보고서 를 통해 공개될 수 있다. 경쟁과 기밀유지에 관련된 법령 같은 기타 요소를 고려해야 한다(2.1(h) 참조). 에너지 효율은 동일한 현장 또는 동일한 회사 내의 설비들의 수치를 총합하는 지표(예: X년 도의 에너지 사용이 100%인 경우 Y% 감축)를 사용함으로써 공개될 수 있다(1.3 및 부록 7.4 사례 참조). 2. 표준화된 또는 비표준화된 EMS 및 ENEMS 유럽 연합 내에서는 많은 조직들이 자발적 선택에 따라 에너지 관리 시스템을 시행하기로 했다. 사례는 다음과 같다. 기존의 관리 시스템, 보통은 (이에 국한되지 않음) EMS에 특정한 에너지 효율성 요건 을 추가한다(아래에 설명되어 있는 ENEMS는 기존의 EMS와 양립할 수 있도록 설계 됨을 주의). EMS는 EN ISO 14001:1996 또는 EU 환경 관리 및 감사 제도인 EMAS에 기반을 둔다. EMAS에는 EN ISO 14001의 관리 시스템 요건이 포함되나, 법령준수, 환 경실적, 직원 참여 등을 추가적으로 강조할 뿐만 아니라 관리 시스템에 대한 외부검 증과 환경보고서에 대한 인증을 요구한다. IEN ISO 14001에서는 외부 검증에 대한 대 체 제도로서 신고제도가 있다. 비표준화된 EMS를 채택한 조직도 다수다. 54 에너지 효율

89 2 장 별도의 에너지 효율 관리 시스템(ENEMS)을 사용하는 경우 국가표준에 기반을 둔 에너지 관리(덴마크의 DS 2403, 아일랜드의 IS 393, 스웨덴 의 SS627750, 독일의 VDI 표준 No. 46 에너지 관리, 핀란드의 지침, 기타 지침 (에 너지 관리에 대한 국제 표준 또는 지침). 유럽(CEN) 표준은 준비 중에 있다. 조직 고유의 필요성과 관리구조에 맞게 변경된 비표준화된 방식으로 된 에너지 관리 시스템 벤치마킹과 에너지 관리 제도에 대한 연구자료를 확인할 수 있다[165, BESS_EIS]. 표준화된 시스템의 장점 (예: 덴마크의 DS 2403) ISO 또는 다른 관리 시스템이 이미 있는 경우, 구조화된 접근방법과 에너지에 대 한 집중이 용이 ISO 와 ISO 9001에 부합하는 구조와 용어 덴마크에서 10%-15%의 에너지 절감이 증명됨 에너지 효율은 최고 경영층의 조직적 요건이 됨 승인 후 인증 대기업은 인증 및 구조화된 관리 시스템을 선호 인증절차는 중요하고 도전적이며 세부적 에너지 공급, 전환, 사용, 행동, 기술, 인력 등 모든 주제를 포괄 문서화 정도가 높음 (ISO 9001 기초) 에너지 계약에 사용될 수 있음 단점 자체만으로는 최소한의 에너지 관리 수준만 보장 기업들의 시행 정도가 상이함(예: DS 2403) 기업이 주안점을 두는 것은 시스템을 만족시키는 것이지 에너지 관리에서 모범 사례를 시행하는 것이 아님 문서화된 공식 관리 시스템이 없는 경우에는 추가 자원과 전문 기술이 소요됨 EN ISO 14001:199와 같이 국제적으로 공인된 표준화된 시스템을 시행하고 이를 준수함으 로써 EMS에 높은 신뢰성이 부여된다. 특히, 적절하게 이행되는 외부 검증을 받는 경우에 는 더욱 그러하다. EMAS는 관련 환경 법령을 준수하기 위한 제도 및 환경보고서를 통해 대중과 상호작용함으로써 그 신뢰도를 더하고 있다. 그러나 비표준화된 시스템도 적절하 게 설계, 시행되는 경우에는 원칙적으로 동일한 효과를 갖는다. 3. 외부 검증 선택된 시스템의 유형에 따라 운영자는 외부 검증 및 공적인 에너지보고서를 채택할(또는 채택하지 않을) 수 있다. 4. 에너지 효율 정책을 일반에 공개(위의 (h) 참조)하는 것은 기밀유지 및 경쟁을 이유로 제한될 수 있다. 비록 시행의 동인으로 기능을 할 수 있지만 본질적으로 에너지 효율성을 증가시키지는 않는다. 에너지 효율에 대한 일반 정책은 기업의 사회적 책임 보고서 형태 로 일반에 공개될 수 있고, 해당 데이터는 지표 등으로 보고될 수 있다. 사례와 부록 7.4 를 참조한다. 경제적 측면 우수한 ENEMS를 도입 및 유지함으로써 얻을 수 있는 비용과 경제적 이익을 정확하게 산 정하는 것은 어렵다. 그러나 (순)절감액은 총 수익을 직접적으로 증가시킨다는 것을 염두 에 두어야 한다. 아래 사례를 참조한다. 에너지 효율 55

90 2 장 시행의 동인 에너지 효율 관리 시스템은 다음과 같이 수많은 이점을 제공한다. 기업의 에너지 효율 측면에 대한 통찰력을 높인다. 에너지 효율 실적을 개선하고 에너지 효율성 조치(자발적 또는 규제적)에 대한 높은 준수를 이끌어낸다. 경쟁력을 제고한다(특히, 에너지 비용 인상 추세에 대응한 경쟁력). 운영 경비를 절감하고 제품의 품질 향상 기회를 높인다. 의사결정의 기반을 향상시킨다. 직원에게 동기를 부여한다. 기업 이미지를 개선한다. 직원, 고객, 투자자들로부터의 호감을 증가시킨다. 규제 기관의 신뢰도가 상승함으로써 규제가 완화된다. 자율화된 에너지 시장, 신규 에너지 서비스, 에너지 계약, 에너지 효율성 인센티브 등 의 사용을 촉진한다(예: 부록7.4, 7.11, 7.12, 7.13, 7.14참조). 사례 (부록 7.4 참조) Outokumpu, Tornio works, Finland [160, Aguado, 2007] Aughinish Alumina (AAL), Ireland [161, SEI, 2006] Dow Chemical Company [163, Dow, 2005]. Dow는 총 Dow 제품군에 대한 kg 단위를 기준으로 kj/kg에서 kj/kg으로 20%의 에너지 감축 목표 달성 덴마크에서 증명된 에너지 절감 [165, BESS_EIS] 참조 정보 [160, Aguado, 2007, 161, SEI, 2006, 163, Dow, 2005] 1. 핵심 환경 표준 (조직들의 공동체 환경관리 및 감사제도(EMAS)에의 자발적 참여를 허용하는 유럽의회 및 이사회의 규칙 Regulation of the European parliament and of the council allowing voluntary participation by organisations in a Community eco-management and audit scheme (EC) No 761/2001, OJ L 114, 24/4/2001, eu. int/comm/environment/emas/index_en.htm) (EN ISO 14001:1996, iso. ch/iso/en/iso /iso14000/iso14000index. html, 2. 에너지 효율 표준 IS 393:2005 에너지 관리 시스템(아일랜드) DS2403 에너지 관리 시스템 (덴마크) SS 에너지 관리 시스템 (스웨덴) 2.2 목적과 목표의 계획 및 수립 지속적인 환경 개선 및 매체통합적 영향 설명 환경 관리 시스템(EMS는 모든 IPPC 부문에서 BAT이다.)의 한 가지 중요한 요소는 전반적 인 환경개선을 유지하는 것이다. 에너지를 포함하여 투입이 무엇인지 이해하는 것(공정에 대한 이해)과 그러한 소비가 어떻게 배출물로 이어지는지를 운영자가 이해하는 것이 중요 하다. 중요한 투입과 산출을 제어할 때에 에너지, 물, 원자재 등의 소비와 같은 매체통합 56 에너지 효율

91 2 장 적 영향과 배출물 감소 사이의 정확한 균형을 유지하는 것도 이에 못지않게 중요하다. 이 는 설비의 전반적인 환경 영향을 감소시킨다. 오염 통제에 대한 통합된 접근방법을 취하기 위해서는 설비의 사업 계획에 지속적인 환경 개선을 주요 사항으로 포함시키는 것이 중요하다. 여기에는 설비의 단기, 중기, 장기 계획 과 모든 구성요소가 되는 공정 및 시스템이 포함된다. 여기서 지속적 이라 함은 환경 개 선이라는 목적이 지속적이라는 것과 이를 달성하기 위한 계획 및 그 후속 조치들이 시간 을 두고 반복적으로 이뤄져야 한다는 것을 의미한다. 모든 중요한 소비(에너지를 포함)와 배출은 재정계획과 투자주기와 관련하여 단기, 중기, 장기별로 조정되어 관리되어야 한다. 다시 말하면 단기적인 사후처리 해결책을 배출물에 적용시키는 것은 장기적인 측면으로 봐서는 더 높은 에너지 소비로 이어질 수 있기 때문 에 운영자를 제약할 수 있고 더 우수한 환경 친화적 해결책에 대한 투자를 연기시킬 수 도 있는 것이다(아래 사례 참조). 이는 매체통합적 영향 문제에 대한 고려를 필요로 하게 하고, 이에 대한 내용과 비용 및 비용 편익 문제에 대한 지침은 1.1.6에 제시되어 있다. 더 자세한 내용은 ECM REF [167, EIPPCB, 2006]과 에너지 효율적 설계 및 기타에서 확인할 수 있다(2.2.5 등 참조). 환경 편익은 선형적인 것이 아닐 수 있다. 즉, 10년간 매년 2%의 에너지 절감을 달성하는 것은 불가능 할 수도 있는 것이다. 편익은 에너지 효율성 프로젝트 상의 투자 등에 따라 불규칙하고 계단식으로 나타날 가능성이 있다. 이와 마찬가지로, 다른 환경 개선으로부터 매체통합적 영향이 있을 수 있다. 예를 들어, 대기 오염을 줄이기 위해 에너지 소비를 늘 일 필요가 있을 수 있다. 그림 2.2 는 다음과 같은 에너지 사용 양태를 보여주고 있다. 첫 번째 에너지 감사 및 후속 조치 이후에 감소된다. 배출 저감 장치가 추가로 설치됐을 때 증가한다. 추후의 조치와 투자가 있은 후 다시 감소한다. 장기 계획 및 투자의 결과로 에너지 사용의 전반적 추세가 시간이 지남에 따라 감소 한다. 오염 저감 장치의 추가에 따라 증가 첫 번째 에너지 감사의 결과 X 년도 계획의 결과 다 배 른 출 소 비 / X 년도 계획 그림 2.2: 시간의 흐름에 따라 가능한 에너지 사용 변화에 대한 사례[256, Tempany, 2007] 에너지 효율은 EU 정책에 있어서 높은 중요도가 부여되어 있다(에너지 효율성만 환경 이 슈로 제기되었던 베를린선언과 같은 성명에서[141, EU, 2007]). 한 설비 내에 BAT 이행의 에너지 효율 57

92 2 장 경제적 측면과 매체통합적 영향을 고려할 때에는 9 (4)의 요건 즉, ELV 허가한도 및 이에 상응하는 매개변수 등에 대한 고려를 통해 에너지 효율성의 중요성이 고려되어야 한다. 달성된 환경 편익 에너지, 물, 원자재의 소비와 그 배출물 등의 장기적인 감축을 달성할 수 있다. 환경 영향 을 0으로 줄일 수는 없지만, 후속조치에 대한 비용 편익이 적거나 없을 수 있는 시점이 있을 수 있다. 그러나 장기간에 걸쳐 기술과 비용(예: 에너지 가격)의 변화와 함께 그 실 행 가능성은 변화할 수 있다. 매체통합적 영향 일부 작업의 소비 또는 배출은 장기 투자가 실현될 때까지 일정 기간 동안 상대적으로 높 은 수치를 보일 수 있다. 운영 데이터 1990년대의 한 연구는 많은 기업이 에너지 투자로 높은 수익률을 달성할 수 있다는 사실 을 명백히 무시하고 있음을 보여주고 있다. 결론은 대부분의 기업들이 핵심 사업과 18-24개월의 회수 기간 같은 높은 장벽을 넘지 못하면 관리 노력을 거의 보이지 않는 비 핵심 사업을 명확하게 구분한다는 것이었다. 에너지 비집약적인 기업들은 에너지 비용을 고정 비용 으로 취급하거나 비용 부담의 한계 이하로 취급하여 이를 무시한다. 또한 에 너지 소비가 상당히 많은 기업들도 후회하지 않을 투자인 기회를 이용하지 않는 것으로 나타났다[166, DEFRA, 2003]. 적용 분야 IPPC 설비에 적용 가능하다. 이 과업이 이용될 수 있는 정도는 설비의 규모, 변수의 수 등 에 따라 다르다(위의 달성된 환경 편익 참조). 완벽한 매체통합적 영향 관련 연구는 드물 다. 경제적 측면 전반적인 환경 이익의 증가와 최고의 투자 수익을 위해 자본 투자가 가능하다. 시행의 동인 단기, 중기, 장기적인 비용절감 사례 매체통합적 영향을 고려한 사례가 ECM REF에 제시되어 있다[167, EIPPCB, 2006]. 사례는 용제 배출을 줄이려는 자동차 생산업체에 관한 것이다. 획기적인 변화가 있을 수 있으나, 이는 수명주기가 25년이고 자본 비용이 5억 EUR에 달하는 전체 페인트 작업장의 교체를 필요로 하는 것이다. 페인트 작업장의 에너지 소비는 설비의 전체 에너지 소비의 약 3%-52%를 차지하는 160, ,000MWh(그 중 60%가 가스)에 달한다. 사용된 원자재 의 양, 도포 효율성, 유실된 용제의 양 등은 자동화 정도에 영향을 받을 수 있다. 다음 사 항은 투자 회수 기간에 걸쳐 소비와 배출뿐만 아니라 운영비용과 자본비용에 대한 고려를 요한다. 페인트 유형과 도포 시스템의 선택 자동화의 정도 시스템이 요구하는 폐기가스 처리량 및 페인트의 양 기존의 페인트 작업장의 수명 58 에너지 효율

93 2 장 참조 정보 [127, TWG,, 141, EU, 2007, 152, EC, 2003, 159, EIPPCB, 2006, 166, DEFRA, 2003, 167, EIPPCB, 2006, 256, Tempany, 에너지 관리에 대한 시스템적 접근 설명 SAVE 18 프로그램의 작업에 의하면 개별 구성요소(예: 모터, 펌프, 열교환 장치)의 최적화 를 통해 얻어지는 절감도 있지만, 가장 큰 에너지 효율은 설비 차원에서 시작하여 구성 장치와 시스템을 고려하면서 (a) 이들의 상호작용 방식과 (b) 시스템의 최적화를 통한 시 스템 접근방법을 취함으로써 얻어진다는 것이 밝혀졌다. 나머지 장비의 최적화는 그 이후 에만 가능하다. 이는 유틸리티 시스템에 있어서 중요하다. 과거에 운영자들은 에너지 사용 공정 및 기타 장비의 개선에 초점을 맞춰왔다. 즉, 수요측면의 에너지 관리였다. 그러나 현장에서 사용 되는 에너지의 양도 에너지 공급원 및 공급 방식에 따라 감축될 수 있다. 즉, 공급 측면의 에너지 관리(또는 유틸리티 관리)다. 이들에 대한 선택 상황에 대해서는 를 참조한 다 와 1.5.1은 전체 시스템의 에너지 효율의 중요성에 대해 논의하고 있고 이 시스템 접 근방법이 높은 에너지 효율을 달성할 수 있는지를 설명하고 있다(하향식 접근방법으로 볼 수 있음). 달성된 환경 편익 높은 에너지 절감이 구성요소 수준에서 얻어질 수 있다(상향식 접근방법). 아래 사례를 참 조한다. 시스템 접근방법은 또한 폐기물, 폐수, 기타 배출물 및 공정손실 등을 감소시킬 수 있다. 매체통합적 영향 없음 운영 데이터 세부사항은 다음과 같은 관련 장에서 볼 수 있다 : 모델 기반의 유틸리티 최적화 및 관리 3장은 대부분 개별 시스템에 대한 처리를 다루고 있음 적용 분야 모든 설비 경제적 측면 관련 장 참조 시행의 동인 비용 효율성 증가 자본 투자 감소 사례 관련 장을 참조한다. 예를 들어, CAS 또는 펌프 시스템에 신규 모터를 도입하면 에너지 투입의 2%를 절감할 수 있다. 전체 시스템을 최적화하면 30% 또는 그 이상을 절감할 수 18 SAVE는 EC 에너지 효율 프로그램이다. 에너지 효율 59

94 2 장 있다(시스템의 조건에 따라 다름). 3.6 및 3.7을 참조한다. 참조 정보 [168, PNEUROP, 2007, 169, EC, 1993, 170, EC, 2003, 171, de Smedt P. Petela E, 2006] 2.3 에너지 효율적 설계 (EED) 설명 신규 (또는 중요한 개보수 공사 중인) 설비 또는 설비의 계획 단계에서, 공정, 장비, 유틸 리티 시스템의 수명기간 동안 에너지 비용이 산정되어야 한다. 에너지 비용은 아래 그림 2.3의 전형적인 산업장비에 대한 설명에서와 같이 설비나 설비의 총소유비용 total cost of ownership(tco) 또는 수명기간 비용의 주요 부분으로 볼 수 있다. 건조 캐빈 냉각 설비 펌프 투자 25% 유지보수 10% 투자 30% 유지보수 15% 투자 17% 유지보수 3% 에너지 65% 에너지 55% 에너지 80% 그림 2.3: 전형적인 산업장비에 대한 총소유비용 사례 (10년 이상의 수명기간) 경험상 신규 설비의 계획 및 설계 단계에서 에너지 효율을 고려하면 상업적으로 가동 중 인 설비를 최적화하는 것에 비해 절감 가능성은 높아지고 그 절감 달성을 위해 필요한 투 자액이 적어진다. 아래 그림 2.4에서 이를 확인할 수 있다. 절감 가능성/투자 투자 절감 가능성 시간 설계 가동 그림 2.4: 가동 단계 대비 설계 단계에서의 투자액과 절감 가능성 60 에너지 효율

95 2 장 에너지 효율적 설계는 기존 현장에서 수행되는 에너지 감사와 동일한 기술적 지식, 활동, 방법을 사용한다. 주요한 차이는 기본 설계 매개변수와 사용할 공정의 선택(2.3.1 참조) 및 주요 공정 장비 등이 그림 2.5에서와 같이 설계 단계에서 다루어질 수 있다는 이유에서 발생한다. 이로 인해 에너지 효율이 가장 높은 기술이 선택될 수 있게 된다. 이들 영역들 은 상업적으로 설비가 가동될 때에는 다루기가 때로는 불가능 하거나 적어도 매우 비싼 가격을 부담하게 된다. 행동유형 유지보수 제어 및 가동 가동 단계에서 다루어야 할 영역 설비 설계 공정 유형 설계 단계에서 다루어야 할 영역 에너지 서비스 그림 2.5: 가동 단계 대비 설계 단계에서 다루어져야 할 영역 에너지 서비스와 에너지에 대한 실수요가 다뤄지고 분석될 수 있는 전형적인 영역은 다음 사항에 대한 결정이다. 계획된 HVAC 설비(난방, 통풍, 냉방)에서의 공기 흐름 요건: 중앙 HVAC 시스템에서 공기 흐름을 줄이기 위해 무엇을 할 수 있을까? (3.9 참조) 냉방 시스템에서 염수의 저온 요건: 냉방부하를 줄이고 염수의 온도를 올리기 위해 어떤 공정이 변경 또는 최적화되어야 하는가? 건조 공정에서의 열부하: 열부하를 최소화하기 위해 어떤 공정 매개변수와 설비 원칙 이 변경되어야 하는가?(3.11 참조) 공정 설비에서의 증기 수요. 뜨거운 물을 사용함으로써 폐열이 난방에 이용될 수 있 는가? (3.5 참조) 압축 공기의 압력: 압력을 줄일 수 있는가 또는 시스템을 고압과 중압 시스템으로 분 리할 수 있는가? (3.7 참조). 이러한 질문들에 대한 대답은 쉬워 보이지만, 절감 가능성을 명백하게 하기 위해 많은 문 제가 다뤄져야 한다. 경험상 가장 큰 절감은 건물 신축과 대대적인 개량이 있을 때 달성된다. 그러나 그로 인 해 개조, 개량 또는 주요 개보수의 계획 및 설계에 기술이 적용되지 않는 것은 아니다. 핀 치 방식이 이들 문제들 중 일부에 대한 답을 제공해줄 수 있다. 한 개의 장치 또는 설비 에 냉온의 두 가지 흐름이 들어 있는 경우가 그 예다(2.12 참조). 에너지 효율 61

96 2 장 계획 및 설계 공정은 힘든 일정이며 촉박한 일정에 시달리는 경우가 많아서 때로는 절감 가능성에 대한 심도 있는 분석을 하기에는 시간(또는 자원)이 부족한 경우가 있다. 그 결 과 에너지 효율적 설계 (EED)의 작업 공정은 아래 표 2.2 의 전형적 건축 공정에 설명되 어 있는 계획 및 설계 활동 직후에 이뤄져야 한다. 건축 단계 기본설계/ 개념설계 세부설계 입찰 절차 구축 위임 운영 단계 EED 활동 신규 설비에 필요한 에너지 사용에 관한 강제적인 데이터 수집 실제 에너지 수요 평가 수명기간 에너지 비용 평가 에너지 소비에 영향을 미치는 기본 설계에 관계된 변수 검토 에너지에 영향을 미치는 핵심 인물과 당사자 확인 신규 설비에 요구되는 효율성 에너지 서비스의 최소화 최적실용가능기술(BAT) 채택 최적의 공정 설비 및 유틸리티 시스템의 설계 제어 및 기계설치 수요 평가 공정 통합/열회수 시스템 (핀치 방식) 압력손실, 온도손실 등의 최소화 효율적인 모터, 구동장치, 펌프 등의 선별 에너지 효율 관리에 관련된 입찰을 위한 보충 명세서 (specification) 입찰자 및 제조업체에게 에너지 효율적인 해결책 요구 설비 설계 및 명세서에 대한 관리 입찰 시 명시된 장비와 비교하여 설치된 장비의 품질관리 명세서에 따른 공정 및 유틸리티 최적화 에너지 감사 에너지 관리 표 2.2: 신규 산업 현장의 에너지 효율적 설계 기간 중의 제반 활동 사례 '실제 에너지 수요에 대한 평가'는 EED 작업의 기초로서 계획 및 설계 공정의 후반 단계 중 다뤄져야 할 가장 중요한 영역을 찾는 데 있어서 중심적인 역할을 한다. 이론적으로는 이러한 일련의 활동은 복합적인 공정 설비의 설계와 간단한 기계 및 설비들의 구매 모두 에 사용될 수 있다. 예를 들어, 계획되고 예산이 배정된 주요 투자는 연례적으로 경영층의 검토를 통해서 확인되어야 하고 확인된 에너지 효율에 대한 특별한 주의가 필요하다. 달성된 환경 편익 EED 방식은 산업에서 최대의 에너지 절감 가능성을 목표로 하고, 개조 단계에서는 실현 불가능할 수 있는 에너지 효율적 해결책의 적용을 가능하게 한다. 수많은 프로젝트에서 총에너지 소비를 20%-30% 절감했다. 해당 절감액은 가동 중인 설비에 대한 에너지 절감 에서 달성한 것보다 상당히 높은 것이다. 매체통합적 영향 통합적 설계 접근법으로부터 예상되는 것은 없다. 운영 데이터 다른 산업 부문에서 EED로부터 얻은 결과에 대한 몇 가지 사례를 표 2.3에서 확인할 수 있다. 62 에너지 효율

97 2 장 회사 식품 성분 새로운 냉각 개념 발효공정의 변경 포장분야의 HVAC 감축 발효기로부터 열회수 새로운 조명 원칙 당류 건조공정 관리 개선 냉각 체인 최적화 제품의 적외선 건조 감축 압축공기의 압력 감축 저렴한 열원 (구분 난방) 인스턴트 식품 오븐용 열원 변경 새로운 냉동 기술 새로운 열회수 개념 최적화된 암모니아 냉각 설비 최적화된 열교환기 플라스틱 새로운 냉각 개념 (자연 냉각) 건물 난방을 위한 열회수 압축공기 의 압력 감소 감축된 HVAC 시스템 도축 전반적 열회수 최적화된 세척 공정 냉동 및 냉각 부하 감소 냉각 공정에 대한 제어 개선 관내 난방에 수지 사용 절감액 (EUR/연) 절감률 (%) 투자액(EUR) 회수기간 (연) 표 2.3: EED를 적용한 5개 시범 프로젝트에서 달성된 절감액 및 투자액 전통적인 에너지 감사와 비교하여 EED를 사용함으로써 절감된 액수의 사회적, 경제적인 총비용/편익 비율은 3-4배가 높다. EED 작업을 다음과 같이 프로젝트의 여러 단계에서 수행할 것을 권장한다. 에너지 소비 데이터와 중점 영역의 평가 에너지 서비스의 최소화와 BAT 적용 설비 설계와 제어 및 기계 설치를 위한 투입 제공 입찰자의 품질 검증 후속조치 각 프로젝트 단계는 운영자가 추가 조사의 지속 여부를 결정할 수 있도록 구체적인 산출 물을 도출해야 한다. 에너지 효율 63

98 2 장 EDD 작업이 최고의 성과를 거두기 위해서는 아래의 기준이 중요하다. 개념설계/기본설계 단계의 초기 단계에서 투자 계획이 잘 정의되지 않더라도 EED는 최대한의 절감을 달성하고 설계공정의 지연을 막기 위해 이 단계에서 시작되어야 한 다. 모든 에너지 소비 데이터와 수명기간 비용은 개념설계/기본설계 단계의 초기 단계에 계산되거나 이용될 수 있어야 한다. 모든 에너지 소비 데이터를 EED 책임자가 평가 하는 것이 매우 중요하다. 때로는 공급자와 제조업체들이 이 단계에서 데이터를 제공 하지 못할(또는 제공을 거부하거나) 수 있다. 따라서 이들 데이터를 이용할 수 없을 경우에는 평가작업은 다른 수단을 통해서 실행되어야 한다. 데이터 수집은 설계 프로 젝트의 일부로서 또는 독자적으로 수행될 필요가 있을 수 있다. EED 작업은 아래 그림 2.6에서와 같이 설계 기업과는 독립적인 에너지 전문가가 수 행해야 한다. 특히 비에너지 집약적 산업의 경우는 더욱 그러하다(적용 분야 참조) 제조업체 하청업체 설비 컨설팅 엔지니어 건축가 등 에너지 전문가 그림 2.6: 신규 시설의 계획 및 설계 과정에 에너지 전문가를 포함시킨 기업(권장) 에너지 소비에 대한 최초의 측정은 최종 소비뿐만 아니라 프로젝트 기업의 어떤 당사 자가 미래의 에너지 소비에 영향을 줄 것인가를 다루어야 한다. 예를 들어, (기존) 설 비의 직원(예: 운영 및 기술직원)은 때때로 미래 설비의 에너지 효율을 최적화하기 위 해 가장 중요한 설계 매개변수에 대한 명세 작성 책임이 있다. 입찰자 및 기타 데이터에 대한 위험 분석은 어떤 제조업체가 프로젝트에 대한 자신의 납품 제품의 에너지 효율성 최적화로부터 이득을 보지 못할 것인가를 명백히 해야 한 다. 예를 들어, 설비 제조업체는 가격 경쟁력을 갖추기 위해 때로는 값싼 구성요소를 사용하거나 열교환 장치를 최소화할 필요가 있는 것이다. 이는 결국 설비의 수명기간 운영비용의 증가로 나타날 것이다. 반면에 신규 설비 및 설비 또는 개축을 위한 입찰 과정에서 에너지 효율을 핵심 요인 으로 명백히 하면(그리고 이에 따라 에너지 효율을 중시하는 것은) 최고의 에너지 효 율을 발생시키는 옵션을 선택할 수 있다. EED 작업은 때때로 다학제간 성격을 띄며 에너지 전문가(독립적 또는 내부의)는 기술적으 로 능력이 있을 뿐 아니라 복잡한 조직에서 복잡한 기술적 문제를 다뤄온 경험이 있어야 한다는 것은 매우 중요하다. 64 에너지 효율

99 2 장 적용 분야 에너지 효율적 설계(EED)의 적용은 산업뿐만 아니라 기타 주요 에너지 소비 부문에서도 에너지 효율을 높이는 가장 비용 효율적이고 매력적인 수단의 하나임이 증명되었다. EED 는 대부분의 산업 부문에 성공적으로 적용되었고, 그 절감액은 설비 차원에서 공정 단위 및 유틸리티 시스템에 도입되었다. 성공을 방해하는 주요 요인은 제조업체(특히 비에너지 집약적 산업에 속하는)들이 기존의 표준 설계를 변경하거나 제품 보증을 업데이트하는 데 있어 종종 보수적이거나 저항적이 라는 사실이다. 반면에 품질과 일정 시간당 처리량의 변화와 같이 변화의 모든 결과를 측 정하는 것은 때로 불가능에 가깝다. 총체적품질관리(TQM) 같은 관리 시스템은 제조업체가 제품의 품질에 영향을 미치는 변경을 금지하고 있다. EED 작업이 개념설계 작업의 초반 단계에 시작된다는 것과 계획 및 설계 공정에서 시간 지연을 피하기 위해 정교하게 구성된다는 것이 중요하다. EED가 기본적으로 잘 알려진 기술과 원칙에 초점을 두고 있지만 신기술 또는 더 복잡한 해결책이 채택되는 경우도 있다. 이는 고객 입장에서 보면 하나의 위험으로 간주되어야 한다. 설계 기업에서 독립적인 에너지 효율 설계 전문가의 기용과 관련하여 에너지 집약적 산업 (예: 화학, 정유, 폐기물 소각, 철강)에서 발생하는 문제는 다음과 같다. 에너지 집약적 산업은 에너지 효율적 설계에 있어서 내부 전문가를 기용한다. 경쟁과 설계에 대한 기밀 유지가 그 주된 이유이며 그로 인해 외부 전문가의 기용이 제한된 다. 에너지 효율은 장비 제조업체 및 공급업체의 입찰명세서의 일부를 구성할 수 있다 (ENE는 입찰명세서의 일부를 구성해야 함. 위의 운영 데이터의 입찰자 리스크 평가 참조). 따라서 제조업체들이 에너지 효율성에 민감하게 되고 자신의 제품에 대해 정 기적인 벤치마킹을 하게 된다. 에너지 사용 또는 생산이 주요 요소가 되는 복잡한 설비 및 시스템에 대한 입찰 과정 에서 입찰자들은 보통 고객 입장에 있는 에너지 전문가의 평가를 받는다. 경제적 측면 독립적인 에너지 전문가의 보수는 에너지 소비의 규모와 성질에 따라 다르지만, 보통 계 획된 투자 금액의 0.2%-1%를 차지한다. 공정 설비의 제조업체 또는 내부 팀에 의해 수행 되는 EED의 비용을 평가하는 것은 어렵다. 많은 경우에 있어, EED 공정은 에너지 절감을 가져올 뿐만 아니라 기초 에너지 서비스 최소화로 인해(예: 냉난방, CAS) 낮은 투자를 가져온다. 잘 설계된 공정 설비는 에너지 손실을 최소화하기 위해 열교환기 등과 같은 핵심 장비의 용량이 크기 때문에 전통적으로 설계된 설비보다 그 용량이 더 크다는 것이 증명되었다. 시행의 동인 EED의 주요 동인은 다음과 같다. 낮은 운영비 신기술의 적용 (BAT를 시행할 기회) 우수한 설계 관행 및 데이터로 인해 양호하게 설계된 설비 일정시간당 처리량, 폐기물 감소, 제품의 품질 향상 등의 편익도 발생한다(2.3.1 참조). 에너지 효율 65

100 2 장 사례 10개의 덴마크의 공식 시범 프로젝트 사례가 보고되었다. 덴마크 Horsens 지역 Danish Crown의 신규 도축장 ( 이 도축장 은 EU-25 중 최대 규모의 도축장으로서 그 운영자는 에너지 관리가 운영비에서 차지 하는 비중이 크므로 그에 대한 광범위한 전문지식을 가지고 있다. 그러나 초기의 프 로젝트 설계를 외부의 에너지 효율적 설계 공정에 위임함으로써 30%의 수명기간 에 너지 절감을 달성할 수 있었다. 덴마크 Farre 지역 Danpo의 신규 인스턴트 식품 설비( 덴마크 Avedøre Holme 지역 Chr.Hansen의 신규 식품 성분 설비( 이들 프로젝트에 대한 공식 보고서(덴마크어로 구성)는 덴마크 에너지부에서 확인할 수 있 다( 축사 설계는 IRPP BREF의 에너지 효율 부분 BAT에 포함되어 있다[173, EIPPCB, 2003]. 덴마크의 신규 전분 설비 Karup Kartoffelmelfabrik(EU LIFE 프로젝트). 아일랜드의 제약회사에서는 외부 전문가에 의해 EED 프로젝트가 수행된 결과 수명기간 에너지가 64% 절감되었다. EED 공정이 너무 늦게 시작되어 모든 조치를 포함시킬 수는 없었다는 점이 안타깝지만 그럼에도 전체 절감 가능성의 절반 정도가 실현되었다. 참조 정보 컨설팅 엔지니어 조직(FRI)은 에너지 효율적 설계 영역에 있어서 방법론과 지침을 개발하 기 위한 광범위한 연구를 수행했다. 이들 자료(덴마크어로 구성)는 주문 할 수 있다. 덴마크 협약 계획(Danish Agreements Scheme)은 주요 에너지 소비 산업이 따라야 할 수 많 은 사례와 방법론을 설명하고 있다(덴마크어로 구성). 참조한다. [172, Maagøe Petersen, 2006] IRPP BREF, s 와 전분 프로젝트 참고: LIFE04ENV/DK/67 [174, EC, 2007] europa. eu/environment/life/project/projects/ 공정 기술의 선택 설명 에너지 효율적인 공정 기술의 선택은 에너지 효율적 설계의 핵심 부분을 차지한다. 공정 기술의 선택은 신축 또는 주요 업그레이드가 있을 때만 고려되기 때문에 매우 중요하며 많은 경우, 이는 가장 효과적인 에너지 절감 옵션을 시행할 수 있는 유일한 기회가 된다. 관련 공정에서의 기술 발전을 고려하는 것도 좋은 방안이다(2.1(k) 참조). IPPC 분야 전반에서의 공정 기술 선택에 관한 일반화는 어려운 문제이므로 4개의 사업만 아래 사례에서 설명한다. 광범위한 측면에서 공정 기술을 변경하는 데에는 다양한 방법이 있다. 공정 기술(science)의 변경 공정 장비의 변경 기술과 장비 모두의 변경 66 에너지 효율

101 2 장 다양한 기술을 사용하는 둘 이상의 공정 단계가 있을 수 있다. 하나 이상의 이들 단계는 신규 설비를 건설하거나 주요 업그레이드가 이뤄질 때 변경될 수 있다. 보통 전체 공정이 대체되어 최종 제품에 대한 새로운 경로가 고려될 수 있을 때에 최선의 결과가 나온다. 달성된 환경 편익 공정에 따라 다르다. 공정을 변경하는 것은 현저한 에너지 절감을 가져올 수 있을 뿐만 아니라 폐기물 감소, 유해물질 감소, 용제 등과 같은 기타 배출물을 줄일 수 있다. 사례를 참조한다. 매체통합적 영향 공정에 따라 다르다. 사례를 참조한다. 운영 데이터 공정에 따라 다르다. 사례를 참조한다. 적용 분야 설비에 따라 다르다. 사례를 참조한다. 경제적 측면 공정에 따라 다르다. 사례를 참조한다. 시행의 동인 공정에 따라 다르다. 여기에는 비용 절감, 산출 증대, 제품 품질 향상(예: 입체 특이성 stereospecificity), 부산물 감소, 폐기물의 독성 감소 등이 포함될 수 있다. 촉매의 경우 일부 경우에 제품에 대한 선택성에 대한 필요 비록 반응이 열역학적으로는 가능하더라도 실제 일부 반응은 촉매가 없으면 발생할 수 없다. 사례 부록 7.5의 사례 1. 화학 반응에 촉매 현상의 이용. 촉매는 활성화 에너지를 낮추며, 반응에 따라 다 르지만, 필요로 하는 열에너지 투입을 감소시킬 수 있다. 촉매의 사용 역사는 길 지만 모든 영역에 있어서의 연구가 아직도 활발하다. 현재 생물공학적 접근방법 (생물 촉매현상)과 유기화학물, 제약, 생물연료 등의 제조에 있어서의 촉매의 역할 이 주요 관심사다. 부록 7.5, 사례1: 아크릴아미드의 효소공학적 제조(Mitsubishi Rayon, 일본). 2. 전통적인 용제 기반의 시스템 대신 방사선 가공 잉크 또는 페인트 시스템의 사용 부록7.5, 사례 2 3. 축산업을 위한 하부 난방 시스템을 사용한 열회수 사용 부록7.5, 사례 3 기타 사례는 덴마크의 새 감자 전분 설비 Karup Kartoffelmelfabrik에 관한 것이다(EU LIFE 프로젝트). 참조 정보 [164, OECD, 2001, 173, EIPPCB, 2003, 175, Saunders_R., 2006] 감자 전분 프로젝트 참고: LIFE04ENV/DK/67 [174, EC, 2007], [257, Clark, 2006] 에너지 효율 67

102 2 장 2.4 공정 통합의 확대 설명 둘 이상의 공정이나 시스템 간에 사용되는 에너지와 원자재의 사용을 최적화함으로써 그 사용을 집약화하는 것이다. 현장과 공정에 따라 다르지만 아래 사례에서 설명한다. 달성된 환경 편익 다음 중 하나 이상이 여기에 포함된다. 에너지 효율 증대 원자재, 물(예: 냉각수 및 탈이온수) 및 기타 유틸리티를 포함한 재료 효율성 증대 공기, 흙(예: 매립지), 물 등에 대한 배출물 감소 다른 편익은 현장에 따라 다르다. 매체통합적 영향 알려진 영향 없음 운영 데이터 제출된 정보 없음 적용 분야 일반적으로 적용 가능하나, 각 공정들이 이미 상호 의존적일 때 특히 적용할 수 있다. 그 러나 개선 방안은 사안에 따라 다르다. 통합된 현장에서는 단일 설비에서의 변화는 다른 설비의 운영 매개변수에 영향을 줄 수 있다는 사실이 고려되어야 한다. 환경 동인이 변화할 때도 마찬가지다. 시행의 동인 비용 편익 기타 편익은 현장에 따라 다름 경제적 측면 에너지 및 기타 원자재 절감으로 인한 비용 편익은 사안마다 다르다. 사례 1. 프랑스 Rouen의 Grande Paroisse는 연간 1백만 EUR이상의 운영비를 절감했다. 사례 설 비(LVIC-AAF BREF, 참조)에서, 질산 설비와 AN(질산암모늄) 설비의 통합이 확대되 었다. 다음의 조치들이 이루어졌다. 기체상(과열상태) NH 3는 일반적인 원료 물질이다. 두 설비는 한 개의 NH 3 증발기를 공유할 수 있다. AN 설비의 공정 증기를 사용하여 가동한다. AN 설비에서 사용 가능한 저압 증기는 2개의 열교환기를 통해 보일러 용수(BFW)를 43ºC에서 100ºC까지 가열하는 데 사용될 수 있다. 뜨거운 BFW는 질산 설비의 잔류가스(tail gas)를 예열하는 데에도 사용할 수 있다. AN 설비에서 발생하는 공정 응축물은 질산 설비의 흡수탑으로 재활용된다. 68 에너지 효율

103 2 장 그 결과 에너지 효율이 증대된다. 탈이온수의 소비가 감소한다. 공동의 암모니아 증발기 사용으로 투자가 절감된다. 2. 덴마크의 감자 전분 설비 Karup Kartoffelmelfabrik(EU LIFE 프로젝트) 참조 정보 [154, ColumbiaEncyclopedia] [221, Yang W., 25 May 2005, ] 감자 전분 프로젝트 참고: LIFE04ENV/DK/67 [174, EC, 2007], 에너지 효율 방안 추진력의 유지 설명 에너지 효율 프로그램의 결과와 추진력을 유지하는 데 있어 몇 가지 문제가 발견되었다. 신기술의 채택으로 인한 에너지 효율 증가로 발생한 절감이 시간이 지남에 따라 지속되고 있는지 확인할 필요가 있는 것이다. 또한 비효율적인 운영 또는 장비 관리 등으로 인한 목표와 실제와의 차이 현상에 관심을 기울이고 있지 않다. 발견된 문제점은 다음과 같다(이들 문제 극복을 위한 일부 기술이 아래의 다른 장에 설명 되어 있음). 성숙하는 수명 주기라는 의미에서 전략의 진화가 나타날 수 있다. 이들 전략은 대상 및 간섭 방식이라는 의미에서 계속해서 그 적절성이 유지되고 있는지를 확인하기 위 해(전략의 유효성이 평가될 수 있을 만큼 충분한 시간이 흐른 뒤에: 대략 7년 정도) 검토될 필요가 있다. 일부 영역에서는 에너지 효율 지표가 아직 개발 중에 있다(세부 난제에 대해서는 참조). 에너지 효율성 관리와 촉진은 적절한 계측 도구가 없으면 어려운 작업이다. 장비와 장치의 에너지 효율은 어느 정도 모니터링될 수 있으나, 통합 시스템의 정확 한 에너지 효율 지표가 문제다. 동시에 많은 요인이 측정에 영향을 주고 측정을 위한 경계 설정도 어렵다(1.4 및 1.5 참조). 에너지 효율은 고정비용 또는 간접비용으로 취급되는 경우가 많고, 종종 생산에 대한 예산선(또는 예산 중심)이 다르다. 정보의 업데이트와 영향의 모니터링을 통해 의사소통의 적합성 및 내용을 보장하기 위해 전략에 유지보수 활동을 포함시킬 필요가 있다. 여기에는 양방향식 의사소통 방 법의 사용이 포함된다(2.7 참조). 에너지 효율로 인한 절감과 모범 사례 유지가 (하나 의 설비의) 문화에 내재될 수 있을 정도로 지속한다. 경영층의 의욕 부진 은 보급에 필요한 열의에 영향을 미친다(2.6 및2.7 참조). 전 직원에 대한 교육 및 지속적 개발 (2.6 참조) 기술 개발 (2.2.1, 2.2.2, 2.3 등 참조) 에너지 효율 프로그램에 추진력을 더해주는 기술은 다음과 같다. 특정 에너지 효율 관리 시스템을 시행한다(2.1 참조). 에너지 사용을 전체 현장의 사용에 대한 추정치 또는 고정 부분이 아닌 실제(측정된) 값을 기반으로 하여 고려한다. 이는 사용자/요금 지불인에게 에너지 효율 면에서 유리 할 수도 불리할 수도 있다( 및 참조). 에너지 효율 69

104 2 장 회사에서 에너지 효율을 위한 이윤 창출 센터(팀 또는 예산 센터)를 만들어서 투자와 에너지 절감(또는 에너지 비용 절감)의 예산이 동일하고, 에너지 효율에 대한 책임자 가 자신들이 회사에 이윤을 창출했음을 최고 경영층에게 보여줄 수 있도록 한다. 에 너지 효율을 위한 투자는 생산된 제품의 판매 증가와 동일한 것으로 볼 수 있다(아래 사례 참조). '운영 효율성'을 사용하는 것과 같이 기존 시스템을 새롭게 바라본다(아래 사례 참조). 모범 사례 또는 최적실용가능기술(BAT)을 적용한 결과에 대해 보상을 제공한다. 변화관리기법(또는 운영 효율성 의 기법)을 사용한다. 변화를 실현하는 자에게 이익이 없으면 그 변화에 저항하는 것은 인간적인 속성이다. 선택할 수 있는 방안이 주는 편익을 신뢰할 수 있는 방법으로 계산하여(온라인이나 오프라인에서 가상(what-if) 방식 등을 사용) 이를 효과적으로 전달함으로써 필요한 변 화가 나타날 수 있도록 동기 부여될 수 있다. 데이터 제공 사례는 를 참조한다. 달성된 환경 편익 운영 효율성: 에너지 효율 프로그램에 대한 추진력을 유지 또는 개선한다. 전체적으로 효 력이 있으므로 기타 환경 조치의 적용도 개선하는 효과가 있다. 매체통합적 영향 영향 없음 운영 데이터 설명과 사례 참조 적용 분야 고려되는 기술은 다음과 같이 설비의 유형과 규모에 따라 다르다. 비록 현장의 규모와 유형에 비례해서 복잡성이 증가하지만 ENEMS는 모든 사안에 적 합하다(2.1 참조). 적절한 훈련은 모든 유형의 설비에서 실시될 수 있다(2.6 참조). 환경 효율 프로그램에 대한 외부 자문 비용, 특히 중소기업에 대한 비용은 회원국 내 의 공공기관에서 보조를 받을 수 있다(2.6 참조). 운영 효율성은 다수의 현장을 보유하고 있는 대기업에서 성공적으로 사용된다. ENEMS의 원칙과 운영효율성은 광범위하게 적용할 수 있다. 지나치게 협소한 범주에서 에너지 효율을 추진하면 현장 효율성과 충돌을 일으킬 수 있으 며 그 결과 최적화에 이르지 못할 수 있다(예: 위에서 나열한 기술에서 사용자의 직접 계 량). 경제적 측면 사례 참조. ENEMS의 경우 2.1 참조 운영효율성의 경우, 자본 투자 절감과 주요 성과 실현. 시행의 동인 비용 절감. 전체적으로 효력이 있으므로, 폐기물 감축, 주기 시간 감축 등을 가져오는 기 타 생산 제어 조치의 적용을 개선하는 효과도 있다. 70 에너지 효율

105 2 장 사례 운영효율성 운영효율성(OpX로 알려짐)은 안전, 상태, 환경, 신뢰성, 효율성 등에 대한 체계적인 관리에 대한 전체론적 접근법이다. 이는 사람, 장비, 공정이 함께 기능을 하는 방식을 최적화하기 위해 린생산(lean production), 6 시그마 같은 운영관리 방법론을 변화관리에 통합한다. 또한 운영과 사업 공정의 시행에 있어서 최고의 상태 또는 조건, 세계 수준의 실적 달성 등 과 같은 표현과 관련되어 있다. 운영 효율성은 핵심 운영 공정의 지속적인 정교화로서 그 중점은 5-S 방법론, 오류 방지 (Error-proofing), QFD, SPD등과 같은 기술의 혼합을 통해 폐기물 감축, 주기 시간 단축 등 에 있다. 취해지는 조치는 ENEMS에 명시된 것으로서 다음 사항을 특히 강조한다(2.1 참조). 모범 사례(운영팀이 특정 공정을 수행함에 있어서 효율성 측면에서 달성하고자 하는 목표) 결정 각 운영 단계별 모범 사례에 대한 세부 기술 (변화와 개선 포함) 운영 실적 수준을 측정하는 데 요구되는 측정규준의 명확화 운영 직원이 공정을 수행함에 있어서 갖추어야 할 핵심 기술 핵심 기법들은 내부의 전문지식뿐만 아니라 다른 단위 (또는 관련기업)의 전문 지식을 이 용하여, 최상의 작업 관행을 명확히 하고 여타의 비최적화된 단위의 직원들과 협력하기 위해 임시 팀을 조직한다. ENEMS의 사례는 부록7.4에 제시되어 있다. 에너지 효율을 위한 예산 또는 이윤 창출 센터 창조 회사에서 이윤 창출 센터로서 에너지 효율을 증명하는 사례에서는 가변속도드라이버(VSD) 를 대형 펌프에 추가하는 것은 매출을 11% 늘리는 것과 같음을 보여주고 있다. 참조 정보 [176, Boden_M., 2007, 177, Beacock, 2007, 227, TWG] 2.6 전문 인력(인적 자원) 보유 설명 이 요인은2. 1(d)(i)와 (ii)에 명시되어있다. 사실상 유럽의 모든 설비의 숙련된 직원의 수준 은 최근 수십년 간 감소되었다. 기존 직원은 여러 개의 업무를 수행해야 하고 각종 과업 과 장비를 다룰 수 있을 것이 요구될 수 있다. 따라서 일상적인 운영을 감당하고 일부 영 역에서 전문지식을 보유할 수는 있지만, 시간이 지남에 따라 개별 시스템(예: CAS) 또는 에너지 관리 같은 전문지식은 감소하고 에너지 감사 및 후속 조사 같은 비일상적인 작업 을 수행하는 직원이 감소할 수 있다. 교육훈련 활동은 에너지 효율 프로그램의 시행과 에너지 효율의 기업 문화 내 정착에 있 어서 중요한 요인이 되는 것으로 나타났다. 여기에는 다음과 같은 것이 포함된다. 고도의 전문적 교육 커리큘럼 특정 기술 및 직업 그리고 임시 교육과 관련된 기회 전문영역, 관리영역, 행정영역, 기술영역 등에 걸친 훈련 기회 에너지 관리 영역에서의 지속적 개발: 모든 관리 직원은 현장에 동화된 에너지 관리 자 정도가 아니라 에너지 효율에 대한 인식을 가져야 한다. 에너지 효율 71

106 2 장 경영층의 의욕 부진 은 에너지 효율을 보급시킬 수 있고 인적자원에 긍정적인 변화를 일 으킬 수 있는 열정에 영향을 준다. 여기에는 로테이션, 파견, 심화 교육 등이 있다. 에너지 절감을 위해 운영자는 직원 수 및 기술의 양 측면에서 추가적인 자원이 필요하게 될 수 있다. 이는 다음 방안 중 하나 이상을 통해 달성될 수 있다. 정규 직원의 채용 및 훈련 고정 기간/특정 조사 활동을 수행하기 위해 정기적으로 직원을 차출(원래의 설비 또 는 다른 설비에서. 2.5 사례 참조) 현장 간에 내부 자원 공유(아래 사례와 2.5 참조) 고정 기간 동안의 조사 활동을 위해 해당 전문기술을 지닌 컨설턴트 기용 전문가 시스템 및 기능을 아웃소싱(7.12 참조) 교육훈련은 내부직원, 외부전문가, 공식 과정이나 자율학습 또는 자기개발(자신의 전문 기 술을 유지, 개발하는 개인) 등에 의해 이뤄진다. 수많은 정보를 회원국가의 국가 및 지방 차원에서 뿐만 아니라 인터넷을 통해서도 이용할 수 있다(예: 본 문서의 링크와 참고 그리 고 아래의 전자 학습 참조). 데이터는 다양한 부문 및 관련 무역 조직, 전문조직 기타 회 원국가 조직에 제공된다. 예를 들어, 집약적인 축산 농가의 에너지 효율성에 대한 정보는 농업부에서 확인할 수 있다. 산업 부문에서의 에너지 관리 및 에너지 효율 문제에 대한 전자 학습은 아직 개발 중에 있다. 에너지 관리, 에너지 효율, 모범 사례, 에너지 감사, 에너지 벤치마킹과 점검 리스트 와 같은 문제에 대한 전반적인 지침을 제공하는 사이트가 전세계적으로 상당히 많이 운영 중에 있다. 이 사이트들은 보통 이들 주제 중 하나 이상과 관련된 교육, 훈련을 제공하고 있는데, 비산업 사용자를 대상으로 하고 있기도 하다(예: 상업, 중소기업, 주택 소유주). 때 로는 에너지 절감이나 효율에 대한 일반적인 지침이나 학습자료 보다는 특정 주제 영역 (예: 증기, LVAC, 대규모 돼지 사육)에 대한 데이터를 확인할 수도 있다. EUREM (유럽 에너지 관리자, 생산) 자격을 취득할 수 있는 교육과정은 SAVE 프로그램의 틀에서 실현되는 프로젝트다. 시범 프로젝트가 성공을 거둔 후 이 프로젝트가 확대되었다. 달성된 환경 편익 에너지 효율적 성과를 달성할 수 있게 한다. 매체통합적 영향 확인된 바 없음 운영 데이터 제출된 데이터 없음 적용 분야 모든 현장에 적용 가능하다. 교육, 훈련의 정도와 유형은 산업의 유형과 설비의 규모, 복 잡도에 따라 다르고, 소규모 설비에 적합한 방안도 있다. 높은 에너지 효율을 달성하고 있 는 현장조차도 추가 자원으로부터 이득을 취하고 있다는 것을 밝힐 필요가 있다(2.5 참조). 경제적 측면 추가 직원이나 컨설턴트에 소요되는 비용. 일부 회원국가는 중소기업에게 독립적인 에너 지 효율 자문 및 조사활동을 보조하는 에너지 절감 제도를 가지고 있다(부록 7.13 참조). 아래 사례의 EUREM 을 참조한다. 72 에너지 효율

107 2 장 시행의 동인 효율적인 조직에서조차도 경비 절감이 실현되어 있지 않다. 사례 내부 자원을 보충하기 위해 외부 전문가가 도입된 사례가 많이 있다. Atrium Hospital. Heerleen, NL, Honeywell 등 참조 정보를 참조한다(부록 참조). EUREM 시범 프로젝트는 4개 국가 (독일, 오스트리아, 영국, 포르투갈) 54명 참가자를 훈 련시켰다. 과정은 140 시간의 강의와 인터넷을 통한 60시간의 자율학습 그리고 타당성 조 사로 구성되었다. 독일(뉴렘버그)에서의 과정은 6개월 강의(매 2-3주 금, 토)와 3-4개월의 프로젝트 작업으로 이루어졌다. 비용은 국가와 시설에 따라 다른데, 독일은 2100 EUR, 오 스트리아는 2300EUR다( 년 자료). 이 프로젝트로 인한 환경 효율성과는 표 2.4 에 제시되어 있다. 성과 계획 달성 참가인 당 에너지 절감 400 MWh/년 1280 MWh/년 참가인 당 비용 절감 EUR 16000/년 EUR 73286/년 평균회수 기간(투자금액에 대한) 년 평균회수 (과정에 소요된 직접경비와 230 작업일/연 기준) 표 2.4: EUREM 시범 프로젝트: 참가인 당 절감액 전자 학습 무료 제공 사례 US EPA 와 DOE의 공동 프로그램 영국 다른 곳에서는 유료이고 부분적으로 국가기관의 보조 받음 훈련비용의 33배 (7 영업일) 참조 정보 [161, SEI, 2006, 176, Boden_M., 2007, 179, Stijns, 2005, 180, Ankirchner, 2007, 188, Carbon_Trust_(UK), 2005, 227, TWG] [261, Carbon_Trust_UK, 2005], at com/articles/5/housing-and-environment/1408/energy-use-in-pig-farming 2.7 의사소통 설명 의사소통은 현대의 기업이 수많은 유형의 문제를 수행하는 데 있어 지원을 해주는 동기부 여의 중요한 도구다. 직원에게 에너지 효율에 대해 알리고 그들로 하여금 에너지를 보존 하고 불필요한 소비를 막고 효율적으로 작업하도록 하게 함으로써 에너지 효율 제고에 기 여할 수 있도록 체계적으로 지원, 격려, 동기 부여하는 것이 중요하다(2.5 및 2.6 참조). 모 범 사례는 에너지 효율을 달성하기 위한 노력에 대해 효과적인 두 가지 방식의 내부 의사 소통을 보장하고 직원으로 하여금 에너지 효율 달성을 위한 권고와 관찰을 할 수 있도록 해야 한다. 에너지 효율 73

108 2 장 의사소통을 통해 회사(및 그들의 개별 단위)의 실적에 대해 직원에게 피드백이 제공되어야 하며, 실적 달성자들을 인정해주어야 한다. 구조화된 의사소통은 달성된 결과뿐만 아니라 목표/약속에 관한 정보의 흐름도 보여준다. 의사소통에는 뉴스레터, 신문, 게시판, 포스터, 팀 브리핑, 에너지 회의 등 다양한 수단이 있다. 에너지 효율성 데이터가 전달되는 기존 의사소통 채널을 사용할 수도 있다. 데이터 에는 시계열적 또는 관련된 중요 매개변수(예: 생산률, 기후조건)와 연계된 특정 에너지 소비 수치(예: 일, 주, 월, 년)가 포함된다(1.4 와1.51 참조). 이는 정기 간행된 보고서의 성 공 사례와 결합될 수도 있다. 에너지 효율 성취에 대한 시계열적인 정보를 주는 다양한 차트와 그래픽은 회사 내부의 다양한 단위 간 또는 현장 간의 비교를 통해 정보를 제공하 는 훌륭한 수단이 된다(2.2.1 참조). 의사소통은 경영층(목표 달성을 추구하는)과 이를 달성하려고 실제 작업하는 직원들 간 뿐 만 아니라, 수평적으로 회사 내의 서로 다른 전문가 그룹, 예를 들어 에너지 관리 책임자, 설계 책임자, 운영자, 계획 및 재정 책임자들 간의 관계에서도 중요하다(2.2.1 참조) 은 에너지 흐름을 보여주는 유용한 기법에 대한 사례를 보여주고 있다. 의사소통은 정보를 타 회사와 교환하도록 고무하고 모범 사례 아이디어를 교환하고 성공 사례를 한 회사에서 다른 회사로 전달하는 목적에도 사용된다. 의사소통과 동기부여에는 다음 사항이 관련된다. 회사의 모든 직원을 포함한다. 경험의 교환을 위해 동일 부문의 일부 회사를 1개의 활동 그룹에(에너지 네트워킹) 포함하는 것은 매우 유용하다(또는 동일 회사 내에 있는 다른 단위 사이에서도). 참여 회사들은 에너지 관리 시행에 있어서 같은 수준에 있어야 한다. 네트워킹은 에너지 효율 지표의 정의 또는 에너지 모니터링 시스템의 구축과 같은 전형적인 난제 해결에 특히 유용하다. 네트워킹은 또한 에너지 효율에 경쟁 요소를 도입하고 에너지 효율 장비 또는 서비스의 잠재적 공급자와의 협상을 위한 기반을 제공한다. 모범 사례, 혁신, 최고의 성과 등에 대한 상훈 등을 통해 긍정적인 효과들을 명확하게 가시적으로 만든다. 달성된 환경 편익 에너지 효율에 기여한다. 매체통합적 영향 확인된 바 없음 운영 데이터 많은 조직에는 건강과 안전, 생산 효율성, 운영 관행, 재정 성과 등 다른 영역으로부터 대 량의 정보의 흐름이 있다. 많은 직원이 정보 과부하 에 대해 불평한다. 따라서 의사소통은 효과적이고 신선할 필요가 있다. 의사소통 기법에는 정기적 변경이 필요하고 (포스터와 같 은) 데이터는 최신의 것으로 유지되어야 한다. 적용 분야 의사소통은 모든 설비에 적용 가능하다. 유형과 복잡성은 현장에 따라 달라진다. 예를 들 어, 소규모 설비에는 데이터에 대한 프레젠테이션을 수행하는 브리핑이 적절할 수 있다. 대규모 조직은 종종 내부 신문을 발간하고 있다. 74 에너지 효율

109 2 장 경제적 측면 접근방법의 정교성 및 기존 채널에 따라 다르다. 에너지 효율을 시행하는 직원을 지원하 는 것은 나중에 상당한 보상을 얻을 수 있다. 시행의 동인 에너지 효율 데이터를 상호전달하며 비용절감을 확보하는 데 도움을 준다. 사례 광범위하게 사용됨. 참조 정보 [249, TWG, 2007] Sankey 다이어그램 설명 Sankey 다이어그램은 화살표의 폭이 흐름의 양에 비례하는 특정한 유형의 흐름도다. 이는 공정 시스템 내부 또는 공정 간의 에너지 또는 물질의 전이와 같은 흐름을 그래픽으로 표 현하는 것이다. 또한 에너지와 질량 흐름에 대한 데이터를 시각적으로 표현하고 (재무 흐름을 표현하는 데에도 사용), 데이터를 신속하게 (특히 서로 다른 전문적인 배경을 가진 직원 간에) 전달 하는 데 특히 유용하다. Sankey 다이어그램은 직원 간의 의사소통과 동기부여를 지원하고(2.1 참조) 에너지효율 방 안의 추진력을 유지시킨다(2.5 참조). 저렴한 소프트웨어를 통해 스프레드시트와 같은 소스로부터 다이어그램 포맷으로 데이터 를 전환하는 것이 가능하다. 연료 전류 (GWh) 증기 (GWh) (GWh) 손실 (GWh) 그림 2.7: Sankey 다이어그램: 일반 공장에서의 연료 및 손실[186, UBA_AT] 달성된 환경 편익 에너지 효율 75

110 2 장 에너지 효율성 문제에 대한 의사소통을 개선한다. 매체통합적 영향 확인된 바 없음 운영 데이터 설명 참조 적용 분야 에너지 흐름을 나타낼 필요가 있는 모든 설비 경제적 측면 저렴한 비용 시행의 동인 에너지 효율 데이터의 상호 전달 지원 사례 광범위하게 사용됨 참조 정보 MS엑셀에서 Sankey다이어그램을 만들 수 있는 툴을 무료로 이용할 수 있다. [127, TWG,, 153, Wikipedia,, 186, UBA_AT] 2.8 효과적인 공정 관리 공정 관리 시스템 설명 우수한 에너지 관리를 위해서는 적절한 공정 관리와 유틸리티 제어 시스템이 필수적이다. 제어 시스템은 전반적인 모니터링의 일부다(2.10 과2.15참조). 생산 시설의 자동화에는 센서, 장비, 컴퓨터, 데이터 처리 응용 프로그램 등이 필요한 제 어 시스템의 설계 및 구축이 포함된다. 제조공정의 자동화는 품질 개선 및 작업장 안전뿐 만 아니라 공정 자체의 효율성을 증가시키고 에너지 효율에 기여한다는 것이 널리 인정되 고 있다. 효율적인 공정 관리에는 다음이 포함된다. 준비, 가동, 일상적 운영, 중지, 비상 조건 등 모든 운영 모드의 공정에 대한 적절한 제어 수단이다. 이들 변수(예: 흐름, 압력, 온도, 구성요소, 양)에 대한 측정 및 제어를 위한 핵심 성과 지표 및 방법을 명확히 한다. 비상 운영 조건을 문서화하고 분석함으로써 그 근본 원인을 밝힌 후 이에 대해 대처 함으로써 재발을 방지한다(책임 소재를 밝히는 것보다 원인규명을 더 중요하게 여기 는 조직문화에서 더 촉진될 수 있음). 계획 제어 시스템의 설계에 있어서 고려해야 할 몇 가지 요소가 있다. 특정 제어 시스템에 대 한 최초 분석을 통해 비슷하거나 그 이상의 결과를 달성할 수 있는 대안적인 접근방법 뿐 76 에너지 효율

111 2 장 만 아니라 공정의 효과에 대한 기존의 제약 요건을 밝힐 수 있다. 또한 품질, 규제요건, 작업장 안전의 측면에서 그 수준을 확인할 필요가 있다. 제어 시스 템은 신뢰할 수 있어야 하고 사용자 친화적이어야 한다. 즉, 운영 및 유지가 쉬워야 한다. 데이터 관리와 데이터 처리도 제어 시스템의 설계에서 고려되어야 한다. 제어 시스템은 제조공정의 전반적인 효율성 제고에 필요한 정확성, 일관성, 유연성을 높이 려는 필요성과 생산비용을 억제하려는 필요성과의 균형을 유지해야 한다. 제어 시스템이 적당하면 생산라인이 원활하게 작동될 것이다. 지나치게 세부적이거나 지 나치게 개괄적인 시스템은 필연적으로 높은 운영비 및 생산 지연을 발생시킨다. 제어 시스템을 최적화하기 위해서는 공정의 각 단계별 제어 시스템에 필요한 명세서는 현실적인 투입 공차를 감안한 상태 에서 정확하고 완벽해야 한다. 제어 시스템의 설계를 담당하는 엔지니어는 전체 공정에 대해 이해하고 있어야 하며 장비 제조업체에게 해당 내용을 전달할 수 있어야 한다. 균형이 필요하다. 즉, 정교한 공정 관리 기술이 시행될 필요가 있는지 또는 간단한 해 결책으로 충분한지 판단해야 한다. 현대의 공정 관리 시스템은 에너지 효율을 포함하여 공정의 성과를 향상시키는 데 사용될 수 있는 일련의 기술 집합을 의미한다. 이러한 기술에는 다음과 같은 것들이 포함된다. 전통적 제어와 첨단 제어 최적화와 스케줄링 및 실적관리 기술 전통적 제어에 해당되는 것 비례-적분-미분 (PID) 제어 휴지시간 보상 종속제어 첨단 제어에 해당되는 것 모델기반예측제어 (MBPC) 적응제어 퍼지제어 성과관리기술에 해당하는 것 (2.8 참조) 모니터링과 표적화(targeting) 통계적 공정제어 전문 시스템 성과 모니터링 기술은 성과 향상, 목표 달성, IPPC 허가를 포함한 환경 법령의 준수 등을 증명하는 데 사용될 수 있다. 프로그램가능 논리 제어기(PLC)는 제어 시스템의 두뇌 부분이다. 이는 제조설비 환경에서 신뢰성 있게 작동하는 산업용 소형 컴퓨터다. 제어 시스템은 수많은 종류의 센서, 지능형 밸브, 프로그램 가능 논리 제어기, 중앙 감독 제어 및 데이터 획득 시스템(SCADA)으로 구 성된다. 에너지 효율 77

112 2 장 이들 구성요소는 그 후 제조 공정 시스템에 연계되어서 각 기능이 정확하게 작동될 수 있 도록 한다. 공정 시스템과 제어 시스템의 통합에 있어서 자동화는 이 복잡한 장비를 운영 하는 데 소요되는 노동력을 효과적으로 감소시키고 신뢰할 만하고 일관성 있는 작업을 가 능하게 한다. PLC는 디지털 및 아날로그로 된 센서와 스위치(투입)를 제어하고 제어 프로그램을 판독하 고 산술 계산을 하며 그 결과 밸브, 광계전기(light relay), 세르보 모터와 같은 다양한 하드 웨어(산출)를 100만분의 1초 단위로 제어한다. PLC는 인간, 기계 인터페이스 (HMI)와 설비 작업장에서의 SCADA 시스템과 같은 운영자 인터페이스와 정보를 교환할 능력이 있다. 시설의 사무 차원(정보 서비스, 회계, 일정관리) 에서의 데이터 교환은 보통 별도의 SCADA 패키지와 상호작용을 필요로 한다. 데이터 처리 운영 데이터는 밸브와 같은 최종 제어 요소를 포함하여 설비의 센서와 기계류를 통합할 뿐만 아니라 프로그램가능 논리 제어기, SCADA, 분산제어 시스템 등을 포함하는 인프라 를 통해 수집되고 처리된다. 이들 모든 시스템은 기타 컴퓨터 시스템과 운영자/엔지니어 등에게 시의적절하고 유용한 데이터를 제공한다. 감독 제어 및 데이터 획득 시스템은 설계 엔지니어로 하여금 특정 제어 시스템에서 데이 터 수집과 파일 보관 작업을 할 수 있게 해준다. 또한 SCADA 시스템은 통계처리(2.8.5 참 조) 같은 더 복잡한 형태의 제어활동의 도입을 가능하게 한다. SCADA는 해당 사용자에게 공정에 대해 '실시간 창'을 제공하는 제어 시스템의 설계에 있 어서 없어서는 안 되는 부분이다. 또한 SCADA 시스템은 특정 공정에 대해 장비 앞에 서 있는 운영자와 똑 같은 접근권을 원격 지점에 있는 사용자에게 제공할 수 있도록 설계될 수 있다. 달성된 환경 편익 에너지 비용 및 환경 영향 감소 매체통합적 영향 세척 작업에 소량의 화학약품 사용, 측정기기에 압력 손실이 있을 수 있다(2.10.4참조). 운영 데이터 위의 설명 참조 측정기의 세척 공정 산업에서 광범위하게 사용되고 있고 공정 시스템에 통합되어 있는 제어기(및 그 정 확성)의 중요성은 여러 번 강조해도 지나치지 않다. 기온의 영향을 받는 저항기, ph 탐침, 전도율 측정기, 유량계, 타이머, 수위 감지 센서, 경보기와 같은 수많은 장치, 계측기기, 센 서 등은 공정에 사용되는 유체(기체, 액체)와 접촉하고 있기 때문에 효과적이고 정확한 작 동을 위해서는 정기적인 세척이 필요하다. 이는 유지보수 일정에 따라 수동으로 하거나 자동화 세척 시스템 (CIP)을 통해 수행할 수 있다. 완전 자동화된 제어 시스템은 세척 및 배수 주기에 필요한 가변시간과 다른 세척 해결책 의 재순환을 위한 가변시간을 제공해야 한다. 시스템은 또한 세척 해결책의 온도, 유량, 구성요소, 집중도 등을 변경할 수 있어야 한다. 78 에너지 효율

113 2 장 주제어 장치는 보통 PLC 장비를 기반으로 하는데, 서비스 운영자 부서에의 복수 패널로서 밸브와 온/오프 종료용으로 구성되는 경우가 많다. 공정 관리 시스템은 CIP 장치의 공통된 문제로서 해당 장치의 수명을 단축시킬 수 있는 수압 충격을 제어하고 최소화하는 데 있 어 매우 중요하다. 공정장비의 밸브, 립실(lip seal), 오-링(o-ring)과 밸브시트를 세척하기 위해서는 정확한 순 서 지정 및 펄스발생(pulsing) 이 요구된다. 적용 분야 공정 관리 시스템은 모든 IPPC 산업에 적용 가능하다. 이 시스템은 타이머, 템퍼레이터 제 어실, 원자재 투입 제어실(예: 소규모의 집약적 밀집 지역에 있는)에서부터 복잡한 시스템 즉, 식품, 화학, 광산, 제지 등에 걸쳐 이용된다. 경제적 측면 사례 연구에 의하면 편익은 비용효율적으로 달성되었다. 1년 또는 그 이하의 회수 기간이 보통이지만 특히 분산제어 시스템(DCS)이나 SCADA 시스템 같은 현대의 제어 및 모니터 링 인프라가 이미 있는 경우에는 더욱 그러하다. 어떤 경우에는 회수 기간이 수개월이나 수주인 경우도 있었다. 시행의 동인 일정시간당 처리량 증대, 안전성 증대, 유지보수 감소/설비수명 연장, 품질과 일관성 향상, 필요 인력 감소 일부 설비에서 달성한 공정 비용 감축과 빠른 투자 회수(위에 언급)는 다른 설비에서의 이 들 공정의 시행에 중요한 기여를 했다. 사례 설비 아래 목록에 있는 것같이 광범위하게 적용되었다. 식품, 음료, 우유: British Sugar, Joshua Tetley, Ipswich, UK 화학: BP Chemicals, Hull, UK, ICI Chemicals and Polymers, Middlesborough, UK ferrous 철금속: Corus, Port Talbot, UK 시멘트와 석회: Blue Circle, Westbury, UK 제지산업: Stora Enso Langerbrugge N. V., Gent, BE, SCA Hygiene Products GmbH, Mannheim, DE, SCA Hygiene Products GmbH, Pernitz, AT 유동층 연소: Rovaniemi Energy, Rovaniemi and Alholmens Kraft, Pietarsaari, Finland, E. ON Kemsley, UK. 참조 정보 [36, ADENE, 2005] [261, Carbon_Trust_UK, 2005] 품질관리 (제어, 검증) 시스템 설명 제품이 폐기되거나 재가공될 때에는 원래의 생산 공정에서 사용된 에너지는 폐기된다(원 자재, 노동력, 생산능력 기타 자원과 함께). 재가공에서는 원래의 생산 공정보다 훨씬 많은 에너지(및 기타 자원)를 사용할 수도 있다. 효과적인 공정 관리는 생산/고객의 사양을 충 족하는 제품의 양을 증가시키고 폐기 에너지의 양을 줄인다. IPPC 설비에는 보통 대량생산하거나 일정시간당 처리량이 많은 설비가 포함된다. 제품은 보통 2차 사용을 위한 사양을 준수해야 한다. 품질검증시스템(QA)은 이를 보장하기 위해 개발되었고 보통 PDCS (계획-시행-점검-조치) 접근방법에 기초한다(2.1 참조). 에너지 효율 79

114 2 장 원래 이 시스템은 전 생산 공정을 끝낸 제품의 테스트, 합격, 불합격, 재가공, 폐기 등에 기반을 둔 것이다. 6시그마의 백만 건당 3.4개의 에러, 95% 등과 같은 기준에 부합하기 위 해 통계적 방식으로 샘플링과 테스팅을 하는 통계 방법이 개발되었다(1940대 이후). 생산된 제품에는 편차가 있으며 이런 편차는 다양한 공정 매개변수의 영향을 받는다는 것 은 알려진 사실이다. 통계적 공정 관리(SPC)가 개발되어 각 매개변수를 제어하는 데 적용 되었고 그 최종결과로 제어률이 높은 제품이 생산될 가능성이 높다. SPC는 비용효율적이 다. SPC가 보통 이미 이용 가능한 데이터의 수집 및 도표화하는 것이고, 공정의 편차를 평가하는 것이며, 미리 결정된 제어 매개변수(예: 온도, 압력, 화학농도, 색) 내에서 공정을 유지시키기 위한 교정적 조치를 적용하는 것이기 때문이다. 이와 동시에 전사적(company-wide) 품질관리 접근방법이 개발되었다(품질관리시스템, QMS). 이 방법은 어떤 조직의 핵심 사업 영역에서의 계획 및 집행(생산/개발/서비스)에 요 구되는 일련의 정책, 공정, 절차를 말한다. QMS는 여러 내부 공정을 조직 내부에서 통합 하고, 프로젝트 집행을 위한 공정 접근방식을 제공하는 경향이 있다. QMS는 조직이 다양 한 핵심 사업 공정을 명확히 하고, 측정, 제어, 개선할 수 있게 하며, 이는 곧 궁극적으로 사업성과 향상으로 나타나게 된다. 품질 보증 모델은 현재 ISO 9000 시리즈에 포함된 국 제표준 및 품질시스템을 위해 규정된 명세서 등에 따라 명시되어 있다. 환경관리 및 에너 지 관리 시스템은 동일한 시스템 접근방법을 통해 개발되었다(2.1 참조). 달성된 환경 편익 원래의 에너지 투입이 낭비되고 재가공시 더 많은 에너지 투입이 요구되는(또는 배치로부 터의 산출량이 감소되는) 불합격 및 재가공의 감소 매체통합적 영향 알려진 바 없음 운영 데이터 위의 설명 참조 일부 경우에 관련 기술 집합으로서 새로운 품질관행과 방법론이 도입될 때 컨설턴트 또는 하청업체가 기용되는 경우가 많으며 이때 조직 내의 경험이 사장될 수 있다. 또한 현재의 품질 시스템을 지원하거나 현재의 생산 시스템을 개선하기 위해 새로운 방안 및 개선안이 요구될 때 임시적인 컨설턴트의 기용은 자원 배분 시 하나의 선택 사항이 된다. 관리시스템에 대한 다음과 같은 찬반논의가 있어왔다. 측정되는 매개변수는 변수 그 자체로서 쉽게 측정될 수 있는 것보다는 요구되는 공정 이나 제품의 품질의 달성과 관련되어야 한다. 6시그마 같은 통계적 방법은 소기의 분야에서는 효과적이지만, 협소하게 설계되어 기 존의 공정을 변경시키지 못하고 신제품이나 혁신적인 기술 개발에 도움이 안 된다. 6 시그마에 대한 정의는 자의적인 표준에 기초하고 있으며(백만 품목당 대략 3.4개의 결함), 이는 특정 제품/공정에는 잘 작동하나 기타 제품/공정에는 부적합할 수 있다. 이러한 접근방식의 적용은 관리분야에서 인기를 얻었으나 수명주기가 가우스 분포 형 태였기 때문에 더 이상 적용되지 않는다(예: 아래 사례에서 논의되는 품질 분야 참 조). 총체적 품질관리(TQM)라는 용어는 관리자들의 의도와는 다르게 유용하게 사용되었 다. 그러나 이러한 유용성을 상실하고 때로는 부정적인 반응을 일으키기도 했다. 그럼 에도 불구하고 TQM과 리엔지니어링과 같은 관리 개념은 그 핵심 아이디어가 뛰어나 기 때문에 그 자취가 남아있다. 80 에너지 효율

115 2 장 해당 시스템에 대한 관심의 소멸이나 시스템의 실패의 이유는 ISO 9000같은 시스템 이 이해와 개선보다는 규격, 제어, 절차를 홍보하고, 그 결과 인증이 품질을 보증하는 것이라고 기업을 오도할 수 있기 때문이다. 이는 조직이 그 자체의 품질표준을 설정 할 필요를 훼손시킬 수 있다. ISO 9000의 규격에 완전하고 맹목적으로 의존하면 성공 적인 품질시스템을 보장하지 못한다. 기업이 품질보다 인증에 관심을 두면 표준이 실 패할 가능성이 높다. 따라서 조직의 개선을 위해 영향을 주지 못하는 서류 시스템으 로 전락할 위험이 있다. 독립적인 감사인에 의한 인증은 때로는 문제가 있는 것으로 보여지고, 컨설팅 서비스 를 증가시키는 수단이라는 비판을 받고 있다. ISO 자체는 ISO 9000이 달성 가능한 품 질 편익만을 위한 것이고, 인증 없이 시행될 수 있다고 말하고 있다. 적용 분야 품질관리는 모든 IPPC 공정 산업에 적용 가능하다. 적용된 품질관리 시스템의 수준과 복 잡성 및 유형은 개별 운영에 따라 다르고, 고객 요구사항일 수도 있다. 경제적 측면 ISO 9000 같은 공식 시스템에 대한 공통적인 불만은 등록에 요구되는 돈, 시간, 서류작업 이 많다는 것이다. 반대자들은 이 모든 것이 문서화만을 위한 것이라고 주장한다. 찬성자 들은 기업이 해당 품질 시스템을 문서화해 놓은 경우라면 대부분의 서류작업은 끝난 것이 라고 말한다. 시행동인 적절한 품질관리는 종종 투자, 시장점유, 매출상승, 판매수익, 경쟁력 제고, 소송방지 등에 긍정적인 효과를 가져오며, 사업을 개선시키는 것으로 널리 인정되고 있다. 사례 부록 7.4를 참조한다. 측정, 제어, 전기엔지니어링 그룹을 다루는 작업으로 개발된 공정제어 엔지니어링 (Prozessleittechnik, Bayer AG, 독일, 1980)은 특정한 공정의 산출을 제어하기 위한 체계, 메 커니즘, 연산 등을 다루는 통계학 및 엔지니어링 원칙이다. 최근 개발된 것으로 다음과 같은 것들이 있다. 처음 시도에서 소기의 작업 달성 6 시그마: 예상치 못한 오류가 발생할 가능성을 6개의 표준편차에 한정(시그마는 표 준편차로서 100만개 중 3.4개의 결함이 있음) 측정 시스템 분석 (MSA) 고장형태영향분석 (FMEA) 사전제품품질계획 (APQP) 총체적품질관리 (TQM) SPC에 사용된 다른 툴들은 원인, 효과 다이어그램, 체크시트, 제어차트, 히스토그램, 파레 토차트, 채터다이어그램, 층별화 등이 있다. 또 다른 접근방법은 (위의 것과 결합될 수도 있음) 품질 관리 서클(quality circle)이다. 이는 작업 관련 문제들을 확인, 분석, 해결하기 위해 정기적, 자발적으로 모이는 동일 작업장 내의 직원들의 소규모 모임이다. 품질관리서클의 장점은 지속성에 있다. 이 서클은 프로젝 트가 변경되는 것과 무관하게 존속한다. 일본과 스칸디나비아 국가의 혁신 기업들에서 사 용된 바 있으나, 현재 이것이 남아 있다고 알려진 것은 없다. 에너지 효율 81

116 2 장 참조 정보 [163, Dow, 2005, 181, Wikipedia,, 182, Wikipedia,, 227, TWG,, 249, TWG, 2007] Wikipedia에는 QA 시스템의 긍정적 및 부정적인 측면을 다루는 많은 내용이 있다. 자세한 정보는 American Society for Quality( 등에서 확인할 수 있다. 2.9 유지보수 설명 모든 설비와 장비의 유지보수는 매우 중요하며, ENEMS의 일부를 구성한다(2.1(d) (vii)참 조). 유지보수 일정을 준수하고 모든 검사와 유지보수 활동의 기록을 보관하는 것이 중요하다. 유지보수 활동은 각 분야별로 이뤄진다. 현대의 예방적 유지보수는 생산 및 그 관련 공정을 전체 운영 수명 기간 동안 사용할 수 있도록 유지하는 것을 목표로 하고 있다. 예방적 유지보수 상황을 예전에는 카드나 계획 판에 기록했으나, 현재는 컴퓨터 소프트웨어를 사용하여 즉시 관리하고 있다. 예방적 유지 보수 소프트웨어는 계획된 유지보수를 그것이 완결될 때까지 매일매일 알림으로써 유지보 수 작업이 생략되는 것을 방지한다. 기술 데이터가 있는 소프트웨어 데이터베이스와 장비 파일 카드가 다른 유지보수(및 제어) 프로그램과 쉽게 호환될 수 있도록 하는 것이 중요하다. 공정산업에서의 유지보수 표준 과 같은 지표들은 종종 분류 및 보고 작업과 보조 보고서 작성에 사용된다. 유지보수에 관한 ISO 9000 인증요건은 소프트웨어를 명시하는 데 유용하다. 소프트웨어를 사용하면 기록의 문제, 고장과 그 발생 빈도에 대한 통계 데이터 작성이 용 이하다. 시뮬레이션 툴은 고장 예측과 장비 설계에 도움이 된다. 공정 운영자들은 현지의 우수 시설관리 조치를 수행하고 다음과 같은 예정에 없는 유지보 수 활동에 중점을 두는 데에 협조해야 한다. 더러워진 표면과 파이프 세척 조정가능 장비의 최적화(예: 인쇄기 ) 사용하지 않거나 불필요한 장비의 스위치 끄기 새는 곳(예: 압축공기, 증기), 파손장비, 균열 파이프 등의 확인 및 보고 닳은 베어링의 적시 교체 요청 달성된 환경 편익 에너지 절감, 소음감소(예: 닳은 베어링, 새는 증기) 매체통합적 영향 예상되는 것 없음 운영 데이터 예방적 유지보수 프로그램은 설비에 따라 다르다. 에너지 사용에 영향을 주는 새는 곳, 파 손된 장비, 닳은 베어링 등은 빠른 시일 내에 발견 및 수리되어야 한다. 적용 분야 일반적으로 적용된다. 82 에너지 효율

117 2 장 적절한 수리는 제품의 품질과 공정의 안전성을 유지하고 운영 중인 설비에서의 수리 작업 이 발생시키는 건강과 안전 문제(예: 장비이동, 뜨거움) 등과 균형을 이뤄야 한다(가능한 경우). 경제적 측면 설비에 따라 다르다. 우수한 시설관리 조치는 관리자의 연간 수입 예산으로 충당되는 전형적인 저비용 활동이 고 자본 투자가 요구되지 않는다. 시행의 동인 설비 신뢰성 증가, 고장 시간 단축, 시간당 처리량 증가, 고품질 지원 등이 일반적으로 인 정된다. 사례 모든 부문에서 광범위하게 적용된다. 참조 정보 다수의 BREF, [125, EIPPCB, 159, EIPPCB, 2006, 254, EIPPCB, 2005, 267, EIPPCB, 2006] 2.10 모니터링 및 측정 모니터링 및 측정은 모든 계획-시행-점검-조치 관리시스템에 속해 있는 것이므로 ENEMS 점검의 주요 부분이다(2.1(f)(i) 참조). 이 장은 에너지 효율에 중대한 영향을 줄 수 있는 운 영 및 활동의 중요 특징에 대한 측정, 계산, 모니터링을 하기 위한 가능한 일부 기법들에 대한 것이다 은 에너지 사용을 최적화하기 위해 데이터의 수집, 데이터베이스, 제어 시스템과 장비의 자동화(특히 서로 연결된 일부 시스템의)를 다룬다. 측정과 모니터링은 감사(2.11 참조)뿐만 아니라 공정 관리(2.8 참조)의 일부를 구성하는 것 이다. 에너지 효율에 영향을 주는 문제와 관련한 벡터(증기, 온수, 냉각 등)에 따른 양적인 면(예: MWh, kg steam)뿐만 아니라 질적인 면(예: 온도, 압력)에서의 신뢰할 수 있고 추적 가능한 정보를 획득하기 위해서는 측정이 중요하다. 일부 벡터의 경우, 연관회로 및 폐기 물 배출(예: 폐기가스, 냉각수 배출)에 있어서의 에너지 벡터의 매개변수를 아는 것도 에 너지 분석을 가능하게 하고 균형을 맞추기 위해 똑같이 중요하다(2.12의 사례 참조). 측정 및 모니터링의 핵심 측면은 자의적 값 또는 추정치를 기준으로 하지 않고(이는 구시 대적임) 실제 에너지 소비를 기준으로 하는 경비 산정을 가능하게 하는 것이다. 이로써 에 너지 효율 개선을 위한 변화에 추진력이 제공된다. 그러나 기존 설비에서 새 모니터링 기 기를 작동시키는 것은 어려울 수 있다. 예를 들어, 유량 측정을 위한 낮은 비교란 (non-turbulence) 영역을 제공할 수 있을 만큼 긴 파이프 흐름을 확보하기는 어려울 수가 있는 것이다. 그런 경우, 또는 장비나 활동의 에너지 소비가 상대적으로 적을 때(그것들이 속해 있는 보다 큰 시스템이나 설비에 비하여), 추정이나 산술적 계산이 사용될 수 있다. 이 장은 에너지 효율 관리 시스템에서 요구하는 문서화나 기타 절차를 다루지 않는다. 또한 공정 관리를 위해 물질의 흐름이 측정되는 경우가 많고, 이들 데이터는 에너지 효율 성 지표 등을 수집하는 데에 사용될 수 있다(1.4 참조). 에너지 효율 83

118 2 장 간접 측정 기법 설명 중장비에 대한 적외선 스캐닝은 에너지 누수와 구동 부품에 대한 불필요한 스트레스를 초 래하는 위험지점을 사진으로 보여준다. 이것은 감사의 일부에 속할 수도 있다. 베어링, 축전기 같은 에너지 사용에 영향을 주는 주요 장비(3.5.1 참조) 및 기타 장비의 가 동 온도는 지속적으로 또는 일정 간격으로 모니터링 되어야 한다. 베어링이나 축전기가 고장이 나기 시작하면 그 외부 온도가 상승하기 때문이다. 소음 증가 등과 같은 에너지 손실에 있어서의 변화 등에도 측정이 이뤄질 수 있다. 달성된 환경 편익 에너지 절감 매체통합적 영향 알려진 바 없음 운영 데이터 위의 설명 참조 적용 분야 광범위하게 사용 경제적 측면 사안에 따라 다름 시행의 동인 예방적 유지보수의 일부는 다음과 같다. 예상치 않은 설비 조업 중단 방지 계획적인 교체를 가능하게 함 장비의 수명 연장 사례 아일랜드의 Aughinish Alumina(AAL)에서와 같이 광범위하게 사용됨 3.2, 3.7 등 참조 참조 정보 [161, SEI, 2006, 183, Bovankovich, 2007] [55, Best practice programme, 1998, 56, Best practice programme, 1996, 98, Sitny, 2006] 84 에너지 효율

119 2 장 추정 및 계산 설명 보통 제조업체 또는 설계자의 명세서에 기초하여 장비와 시스템의 에너지 소비가 추정되 고 계산된다. 종종 계산은 모터와 펌프의 계측기와 같이 측정이 쉬운 매개변수를 기준으 로 해서 이뤄진다. 그러나 그런 경우 부하 또는 헤드(head) 와 회전속도(rpm) 같은 다른 변 수들도 에너지 소비에 직접적 효력을 미치므로 이들을 알아야 필요가 있다(또는 계산될 필요가 있음). 장비 제조업체는 보통 이들 정보를 제공한다. 다양한 계산기를 인터넷에서 구할 수 있다(아래 참조 정보와 본 문서의 특정 참조). 이들 은 보통 다양한 장비의 에너지 절감을 평가하는 목적으로 사용된다. 달성된 환경 편익 에너지 절감 인지 및 달성하는 데에 도움을 준다. 매체통합적 영향 알려진 바 없음 운영 데이터 위의 설명 참조 적용 분야 광범위하게 사용된다. 비록 일시적으로 사용할지라도 계산기의 사용은 좀 더 정확한 측정 또는 계량을 통한 비용 절감 가능성이 없는 경우에 고려되어야 한다. 온라인 계산기에는 다음의 주의가 요구된다. 사용목적이 다양한 공급자가 제공하는 유틸리티의 비용을 비교하는 것일 수 있다 의 조언은 중요하다. 개별 장비보다는 장비가 사용된 전체 시스템이 먼저 고려되 어야 한다. 온라인 계산기는 너무 단순해서 부하, 헤드(head) 등은 고려하지 않을 수 있다(위의 설명 참조). 추정과 계산의 문제점은 그것이 해마다 반복적으로 사용되어서, 원래의 계산 근거가 상실 되어서 없어지거나 알 수 없어질 수 있다는 것이다. 이는 오류로 이어져 비싼 대가를 치 루게 될 수도 있다(부록7.7.1 사례 참조). 계산 근거는 정기적으로 검토되어야 한다. 경제적 측면 장비에 투자비용이 소요될 필요는 없다. 그러나 오류로 인한 비용 손실 위험과 정확한 계 산을 위한 직원들의 시간 투입이 고려되어야 한다. 시행 동인 비용 절감 사례 광범위하게 사용됨. 예를 들어, 온라인 계산기는 아래 참조 정보 참조 참조 정보 [270, Tempany, 2008] 다음은 산업 에너지 효율성, 계산기 에 대한 인터넷 검색 결과이고, 검증된 것은 아니다 (주: 이들 사이트는 변경 되거가 없어졌을 수도 있음). 온라인 계산기 센터. 에너지 계산기에 대한 다수의 목록 에너지 효율 85

120 2 장 4 Util. html 다음 사이트는 에너지 보존 조치를 위한 에너지 및 금전적 절감 가능성을 평가하기 위해 중소기업의 설비 관리자를 위한 지참으로 설계되었다. html 에너지 계산기 및 벤치마킹 툴: html 사무일반, 조명, 장비, 오피스 장비: eccalculators. html VSD 계산기: 팬, 펌프, 온수/냉수, 냉각탑 팬: hcsp 조명기기: hid lumen. html 보일러, HVAC, 조명, VSD: hcsp 기가줄(gigajoule) 및 에너지 집약도 계산기: cfm?attr=20 보일러 효율성: cfm?attr=24 열손실, 산업용 건물: cfm?o=h, g, ds&c=z, z, 계량 및 첨단 계량 시스템 설명 전통적인 유틸리티 계량기는 설비, 활동, 시스템에 사용된 에너지 벡터의 양을 단순히 측 정한다. 또한 산업 설비에 대한 에너지 청구서 작성 목적으로 사용되고 보통은 수동으로 계량되었다. 그러나 현대의 기술 발전은 에너지 공급을 중단함 없이 설치할 수 있는 저렴 한 계량기를 탄생시켰고(분할형 전류 센서가 설치된 경우), 기존의 계량기보다 훨씬 적은 공간을 차지한다. 첨단 계량 인프라(AMI) 및 첨단 계량 관리(AMM)는 전기 계량기, 가스 계량기 및 수도 계 량기로부터의 에너지 사용을 취합, 분석, 계측하는 것을 말한다. 이는 요청별 의사소통 매 체 또는 사전 정의된 일정을 통해 가능하다. 이 인프라에는 의사소통, 고객 관련 시스템, 계량 데이터 관리를 위한 하드웨어와 소프트웨어가 포함된다. 에너지 정산 센터는 에너지 사용이 처리량 같은 생산 변수와 연결될 수 있는 곳에 위치한 단위다(1,4 참조). 첨단 계량 시스템의 구조의 예는 그림 2.8에 제시되어 있다. 첨단 계량 시스템은 자동화된 에너지 관리 시스템에 필수적이다. 2.15와 를 참조한 다. 86 에너지 효율

121 2 장 현장레벨1 단위레벨 2 단위레벨 2 공정/시스템 레벨 3 공정/시스템 레벨 3 공정/시스템 레벨 3 공정/시스템 레벨 3 계량기 그림 2.8: 첨단 계량 시스템의 구조 [98, Sitny, 2006] 달성된 환경 편익 에너지 사용의 제어 개선 매체통합적 영향 없음 영향 없음 운영 데이터 특정한 단위 및 시스템을 갖춘 한 설비 내의 에너지 계산 센터에서 정확한 에너지 측정에 사용된다. 적용 분야 에너지를 사용하는 하나 이상의 장치를 갖는 시스템에 적용 일부 연구는 에너지 효율 기술이 시행되지 못하는 주된 이유가 개별적인 단위 관리자들이 자체 에너지 비용을 확인해서 제어할 수 없기 때문이라는 것을 밝혀냈다. 그러므로 그들 은 자신들이 시행하는 어떤 조치로부터도 이득을 보지 못한다. 경제적 측면 사용량에 따라 비용 할당 시행의 동인 경제적 측면 참조 사례 부록 참조 참조 정보 [183, Bovankovich, 2007] Schott glass: [127, TWG] Atrium Hospital, Heerleen, NL [179, Stijns, 2005] 파이프 내의 낮은 압력하강 유량측정 설명 유량 측정은 액체 및 기체 상태의 원자재 및 제품, 물(예: 생수, 보일러 용수, 공정수), 증 기 등의 유체에 사용된다. 유량은 보통 오리피스판(orifice plate), 벤추리관 또는 피토관에 인공적으로 유도한 압력강하를 이용하거나, 유도식 유량계에 의해 측정된다. 전통적으로 이는 특히 오리피스판과 벤추리관에 있어서 영구적인 압력하강을 초래한다. 즉, 시스템의 에너지 효율 87

122 2 장 에너지가 손실되는 것이다. 그러나 차세대 유량계는 압력 손실을 크게 줄이고 정확성을 더하고 있다. 초음파 유량계는 초음파적으로 전도되고 상당히 안정(비교란)적인 흐름을 갖는 액체에 사 용되며, 파이프에 영구적으로 설치되거나 클램프 방식으로 설치된다. 후자의 기능은 기존 의 유량계 점검 및 펌프 시스템의 점검과 교정에 유용하다. 또한 비관입적이기 때문에 압 력하강이 없다. 초음파 유량계는 어디에 적용하느냐에 따라 다르지만 공정 교정에 있어서 측정값 0.5%에 1-3%의 정확도를 갖는다. 달성된 환경 편익 차세대 유량계와 피토관은 그 정확성이 매우 높으며, 전통적인 오리피스판의 에너지 손실 보다 1 +/- 2%의 압력 손실이 감소하고, 전통적인 피토관보다 약 8%의 압력손실이 감소한 다. 매체통합적 영향 없음 운영 데이터 기초 데이터 고압증기를 사용하는 초고온증기를 사용하는 발전소 발전소 Qmax (t/h) T ( C) P (bar abs) Pipe ID (mm) 차등압(mbar) (근사값) 오리피스판 기존의 피토관 차세대 피토관 시스템 측정 시 발생하는 영구적 압력 강하 (mbar) (근사값) 오리피스판 기존의 피토관 차세대 피토관 시스템 측정 시 발생하는 운동 에너지 손실 (kwh/h) (100 mbar 67.8kWh/h) (근사값) 오리피스판 기존의 피토관 차세대 피토관 13 5 표 2.5: 계량 시스템별 압력하강 사례 적용 분야 신규 설비 또는 주요 업그레이드 초음파 측정을 할 때에는 측정되는 액체에 교란 및 기타 효과를 최소화하기 위해 주의가 필요하다(부유하는 미립자의 방해와 같은). 경제적 측면 차세대 측정기는 설치비를 포함해 약 10,000EUR이다. 금액은 설치 수량에 따라 다르다. 투자회수 기간은 보통 일 년 이내다. 시행의 동인 비용절감. 공정제어에 있어서 데이터의 정확성 및 최적화(2.6 참조) 88 에너지 효율

123 2 장 사례 위 운영 데이터 참조 모든 부문에서 광범위하게 사용 기타 사례는 초음파 유량계(제출된 운영 데이터 없음)와 Poetter 센서에 대한 것 참조 정보 에너지 감사 및 에너지 진단 설명 일반적으로 감사는 인력, 조직, 시스템, 공정, 프로젝트, 제품에 대한 평가를 말한다. 감사 는 정보의 타당성 및 신뢰성을 확인하고 시스템의 내부 통제를 평가하기 위해 실시된다. 전통적으로 감사는 재무 시스템과 기록에 대한 평가와 주로 관련되어 왔다. 그러나 현재 감사는 환경 감사와 같이 시스템에 대한 기타 정보를 얻기 위해 사용되고 있다[182, Wikipedia]. 감사는 표본추출에 기초하고 있으며 감사 의견서에도 오류가 있을 수 있다. 그 러나 오류를 최소화하여 정보를 타당성 있고 신뢰성 있게 만드는 것이 목표다. 에너지 감사 라는 용어는 일반적으로 조사 대상인 시스템의 에너지 역학을 규명하는 것을 목적으로, 건물, 공정 또는 시스템의 에너지 흐름을 체계적으로 검사, 조사, 분석하는 것을 지칭하는 의미로 사용된다. 전형적으로 에너지 감사는 산출에 부정적인 영향을 주지 않고 시스템에 투입되는 에너지 투입량을 줄일 수 있는 가능성을 모색하기 위해 실시된다. 에너지 진단은 철저한 최초 감사로 끝날 수 있고, 아니면 그 범위가 확대될 수도 있다. 감 사의 방법론, 독립성, 투명성 및 감사의 질, 전문성 등 감사에 필요한 참조 프레임이 마련 되어 있다. 아래를 참조한다[250, ADEME, 2006]. 사실 에너지 감사의 유형과 복잡도는 다양하다. 에너지 관리의 단계에 따라 그리고 상황 이 처한 복잡성에 따라 상이한 유형의 감사가 실시된다. 상이한 범위, 완전성, 목표 등이 그림 2.9에 나타나있다. 범위 특정시스템/영역 협소함 광범위함 모든 시스템/모든 현장 완전성 일반 가능성평가 대략 정교 세부 가능성평가 일반 에너지절감 영역 목표 파악 제안 구체적인 에너지 절감 조치 그림 2.9: 에너지 감사 모델의 특성 [7, Lytras, 2005] 에너지 감사를 보조하거나 표준화하는 데 사용되는 몇 가지 툴의 목록이 부록 7.8에 제시 되어 있다. 에너지 감사 모델은 그 범위에 따라 두 가지 주요 유형으로 나뉜다. 1. 개괄적 감사(scanning audit) 모델 2. 분석적 모델 에너지 효율 89

124 2 장 이들 두 가지 유형 안에는 그 범위와 완전성에 따라 특징지어질 수 있는 여러 다른 모델 이 있다. 실제로, 상황에 맞는 감사가 실시될 수 있다. 감사기관 또는 에너지절감기구 내에는 보통 몇 가지 표준이 있다. 첫 번째 국가에너지 감 사표준이 마련되었다. 이 표준은 에너지 진단 참조 프레임으로서 다음의 역할을 한다. 에너지 진단을 실현하기 위한 방법의 제안 객관성, 독립성, 투명성 등의 일반 원칙과 목적의 설정 일류 서비스를 달성하는 데 필요한 권고 제시 참조 프레임이 운영자에게 주는 이점은 합의에 의한 방법, 기본을 촉진시키는 대화, 시간 절감 툴, 산출 사례(장비 목록, 균형, 모니터링의 전개) 등에 대한 설명을 제공한다는 것이 다. 감사 유형 중 하나로 투자 등급 감사가 있는데, 이는 에너지 효율에 있어서 투자 옵션을 평가하는 데 맞춰져 있다. 투자등급감사에서 핵심적인 특징 중 하나는 에너지 절감 예상 에 있어서 오류를 평가하는 것이다. 어떤 회사가 에너지 효율에 100만 EUR를 투자하는 경우에, 예상되는 절감에 연계된 리스크와 이 리스크(예: 계산에 있어서의 오류 가능성, 투 자 불확실성)를 최소화하는 방안에 대해 알아야 한다. 재무감사와 유사하게 에너지 감사는 감사 목적, 현장 복잡도, 가용자원에 따라서 내부 또 는 외부 직원에 의해서 수행될 수 있다. 일부 중소기업은 내부 경험과 직원이 충분하지 않을 수 있으므로 외부 전문가를 기용할 수 있다(특히, 이것이 방안의 일부로 사용되는 경 우에는 부록 7.12 참조). 에너지 대량 소비자들은 이 작업에 할당된 직원을 보유할 수 있 지만, 그들도 또한 추가적 또는 일회성 감사를 위해 외부 컨설턴트를 기용하거나, 다른 부 서 또는 현장으로부터 일시적인 팀을 만들 수도 있다(2.5 와 2.6 참조). 1. 개괄적 모델(scanning model) 개괄적 에너지 모델의 주요 목표는 에너지 절감 가능성이 있는(또는 있을 수 있는) 영역과 가장 명확한 절감조치를 파악하는 것이다. 개괄적 감사는 파악된 영역의 수익성 또는 제 안된 조치의 세부사항까지 다루지는 않는다. 파악된 영역은 특정 조치가 취해지기 전에 더 심층적인 분석이 필요하다. 개괄적 감사 모델은 짧은 기간에 많은 감사 분량이 있을 때 선택할 수 있다. 이런 유형의 감사는 보통 저렴하고 신속하다. 개괄적 감사는 운영자에게 예상된 결과를 가져다주지 못 할 수도 있다. 바로 시행할 수 있는 실제적인 절감조치를 반드시 가져다주지는 않고 대신 핵심 영역에 대한 추후 분석을 제안하는 것이기 때문이다. 개괄적 모델에는 아래와 같이 두 가지 주요 유형이 있다. 예행적(walk-through) 에너지 감사 예비적 에너지 감사 예행적(walk-through) 에너지 감사 예행적 에너지 감사는 1차, 2차 에너지 흐름, 상호 연계된 공정, 낮은 수준의 열 재사용 등에서 복잡성이 그다지 크지 않은 제조 공정을 갖는 중소 규모의 산업 현장에 적합하다. 예행적 에너지 감사는 현장의 에너지 사용에 대한 전체적인 상을 제공하고, 가장 확실한 절감을 파악하고 다음 단계의 필요성을 파악한다(보충적인 2단계 감사). 90 에너지 효율

125 2 장 예비적(preliminary) 에너지 감사 대규모 현장의 개괄적 에너지 감사 모델은 예비적 에너지 감사로 불리는 경우가 많다. 이 유형의 감사는 전형적으로 공정 산업에 사용된다. 예비적 에너지 감사의 주요 목표가 예 행적 에너지 감사와 일맥상통하는 것이지만, 현장의 규모와 유형이 다르므로 다른 접근방 법이 요구된다. 예비적 에너지 감사에 있어서 대부분의 작업은 현재의 총에너지 소비의 정확한 정보, 그 리고 대량 에너지 소비 영역과 가능한 에너지 절감 조치를 규정하는 것이다. 감사 보고서 는 보충적인 2단계 감사가 필요한 영역과 목표 달성을 위한 방법을 명확히 한다. 예비적 에너지 감사는 일반적으로는 전문가 집단이 수행한다. 감사 절차 자체에 대한 것뿐만 아니라 생산 공정에 대한 전문 지식이 필요하다. 예비적 에너지 감사에는 언제나 현장 내의 기술 인력의 헌신적인 참여가 요구된다. 2. 분석적 모델 분석적 에너지 감사 모델은 에너지 절감 조치에 필요한 세부적인 명세사항을 만들어 감사 대상 고객에게 의사결정에 필요한 충분한 정보를 제공한다. 이런 유형의 감사는 비용이 비싸며 더 많은 작업과 시간이 요구되지만 에너지 절감 방안에 대한 구체적인 제안을 제 시한다. 운영자는 절감 가능성을 확인할 수 있으며 추가 조사가 필요하지도 않다. 분석적 모델은 두개의 주요 유형으로 나뉜다. 선택적 감사로서 감사인이 주요 영역을 선택할 수 있다. 대상별 에너지 감사로서 운영자가 주요 영역을 지정하며, 여기에는 보통 다음 같은 것이 있다. 특정 시스템 에너지 감사 전반적 에너지 감사 선택적(selective) 에너지 감사 선택적 에너지 감사는 대규모 절감에 주안을 두며 사소한 절감 조치는 무시한다. 이 감사 모델은 숙련된 감사인이 사용하면 매우 비용 효과적이나 최악의 경우 수박 겉핥기 식 이 될 수도 있다. 상당히 중요한 절감조치가 발견되면 그 나머지는 무시될 위험이 상존한다. 대상별(targeted) 에너지 감사 대상별 에너지 감사의 작업 내용은 운영자가 내린 세부지침에 따라 명시되고 이는 곧 대 상별 에너지 감사의 대상인 시스템의 대부분이 사전에 알려져 있음을 의미한다. 운영자가 내린 지침은 일부 영역을 의도적으로 배제할 수 있다. 그 이유는 배제되는 영역이 정상적 인 경우 비용과 무관한 것이기 때문이다(또는 다루기 쉬운 문제이기 때문). 대상별 에너지 감사의 경우 일반적으로 소비에 대한 분류 자료를 작성하며, 여기에는 에 너지 절감과 투자에 대한 상세한 계산이 포함된다. 지침이 적절한 것이면 감사에서는 표 준 보고서를 작성하게 된다. 운영자의 시각에서 보면 대상별 에너지 감사의 품질통제가 무시될 위험이 상존한다. 감사 인은 선택적 에너지 감사에 투입되는 작업이 상대적으로 적기 때문에 이 감사 모델로 바 꾸려는 유혹을 받을 수 있기 때문이다. 시스템별 에너지 감사 가장 간편하고 가장 소규모인 대상별 에너지 감사의 하나가 시스템별 에너지 감사다. 이 유형의 감사의 대상은 매우 제한적이며(1개 시스템, 기기 또는 공정), 작업의 완전성이 일 반적으로 매우 높다. 이 모델의 장점은 작업과 관련하여 일반적인 감사인이 제공할 수 있 는 것보다 더 우수한 전문지식을 명시하는 것이 가능하다는 것이다. 에너지 효율 91

126 2 장 시스템별 에너지 감사는 시스템에 대해 세부적으로 설명하고 모든 절감 조치를 특정 시스 템 관련 옵션과 함께 명확히 하며 이렇게 확인된 옵션들의 비용편익을 제공한다. 이 유형의 감사를 좀더 일반적인 감사 모델과 결합시키는 것도 좋은 방안이다. 예를 들어, 예비적 에너지 감사를 수행하고 그 후 중요한 에너지 절감 가능성이 확인된 특정 시스템 에너지 감사를 행하는 것이다. 시스템별 에너지 감사는 시스템의 현재 에너지 사용과 비교해서 매우 높은 절감 가능성을 제시한다. 문제는 현장의 부분만 보면 더 큰 결과를 놓치고 부분적인 최적화만 달성될 위 험이 있다는 것이다. 예를 들어, 압축공기나 냉각 시스템의 에너지 효율만 연구하면 열회 수 기회는 평가될 수 없다. 열이 가장 효율적으로 사용될 수 있는 분야에 대한 지식이 없 기 때문이다. 에너지 시스템은 일반적으로 서로 관련되어 있고, 독립적인 경우는 거의 없 다. 전반적 에너지 감사 전반적 에너지 감사는 가장 광범위하게 시행되는 대상별 에너지 감사다(그림 2.10참조). 이 감사는 기계적, 전기적 시스템, 공정 공급 시스템, 모든 에너지 사용 공정 등 현장의 모든 에너지 사용을 다룬다. 총에너지 소비와 비교해서 상대적으로 미미한 일부 소규모 시스템 은 제외될 수 있다(예: 전기모터를 사용하는 문). 전반적 에너지 감사와 대상별 에너지 감사의 차이점은 대상별 에너지 감사는 사전에 알려 지고 명시된 일부 분야를 고의적으로 제외하는 반면, 전반적 에너지 감사는 실질적으로 거의 모든 중요한 에너지 소비를 다룬다는 점이다. 전반적 에너지 감사는 언제나 총소비에 대한 세부적 분류 자료에 대한 분석을 시발점으로 한다. 이 유형의 감사는 절감 방안의 발견과 관계없이 처음에 명시된 에너지를 사용하는 모든 시스템을 파악한다. 여기에는 모든 가능한 절감안의 파악 및 에너지 절감과 투자 비 용에 대한 세부적 계산이 포함된다. 이 모델은 특히 품질 통제와 모니터링 부분의 운영자에게 도움을 주는 매우 표준화되고 상세한 보고를 위한 기초를 만들어 낸다. 달성된 환경 편익 에너지 감사는 하나의 장치, 공정, 현장에서 사용하는 에너지의 유형, 운영, 주요 영역 등 을 확인해주고, 감사 보고서의 내용은 비용 효율적인 에너지 절감방안을 명확하게 해주며 그 우선 순위를 정하는 데 사용될 수 있다. 매체통합적 영향 없음 운영데이터 위의 설명 참조 적용 분야 위의 설명 참조 에너지 감사의 유형과 그 빈도는 특정 설비에 따라 다르다. 예행적 에너지 감사는 보통 소규모 설비에 적합하다. 92 에너지 효율

127 2 장 에너지 감사는 한 설비나 시스템의 에너지 효율 현황을 최초로 평가하기 위해 실시될 수 있다. 그 후 에너지 생산 및 소비를 수정하고, 운영 매개변수에 중대한 변화를 가하는 변 경이 설비에 있은 후 감사가 실시될 수 있다. 이러한 접근방법은 모든 에너지 감사가 전 반적인 것임을 가정한다. 그러나 중대한 변경이 명백하게 나타나지 않았어도, 에너지의 효 율적 운영에 영향을 미치지 않도록 수시로 감사가 실시되어야 한다. 더욱 집중적인 감사가 필요한 영역을 확인하기 위해 예비적 감사가, 에너지 효율 기술의 적용 완화, 자본요건 등과 같은 요인을 고려해서 실시될 수 있다(2.2.1 참조). 그러므로 개 별 시스템은 가끔가다가 완벽하게 감사될 수 있을 뿐이지만, 설비내의 감사는 대해 정기 적으로 실시될 수 있는 것이다. 경제적 측면 위의 설명 참조 시행의 동인 비용 절감 에너지 절감 계약 등의 준수 사례 광범위하게 사용된다. 주어진 조직에 대한 전반적 에너지 감사는 그림2.10에 따라 실시될 수 있다. 프랑스 국가 표준: 산업에 대한 에너지 진단 참조 프레임. AFNOR BP X 참조 정보 [7, Lytras, 2005, 31, Despretz,, 40, ADENE, 2005, 92, Motiva Oy, 2005, 165, BESS_EIS,, 227, TWG,, 250, ADEME, 2006] 에너지 효율 93

128 2 장 1) 공정 분석 4) 에너지 송장 취합 5) 생산 데이터 취합 2) 에너지 모델의 설정 3) 이론적인 에너지 지표 6) 에너지 효율 지표 아니요 7) 지표가 비교가능한 가? 8) 참조 에너지 지표 예 10) 에너지 절감 조치 발견 아니요 9) 지표가 비교 가능한가? 11) 비용 편익 분석 예 12) 경제적으로 가능한 조치만을 우선 순위에 13) 감사 종료 그림 2.10: 전반적 에너지 감사 도해 [11, Franco, 2005] 2.12 핀치 방식 설명 핀치방식은 핀치기술을 적용하는 것으로, 열역학적으로 실현 가능한 에너지 목표를 계산 하고, 열회수 시스템과 에너지 공급 방식 및 공정운영 조건을 최적화함으로써 공정 내의 에너지 소모를 최소화하는 방법이다. 공정 통합이나 에너지 통합으로도 알려져 있지만, 이 들은 핀치 방식의 결과를 적용한 산물이다(예: 2.4 참조). 모든 공정은 냉온의 두 가지 흐름을 가지고 있다. 뜨거운 흐름은 냉각이 필요한 것으로, 차가운 흐름은 가열이 필요한 것으로 규정된다. 모든 공정은 모든 뜨거운 흐름과 모든 차 가운 흐름 중 하나를 표현하는 하나의 라인이 온도 엔탈피 구성에 그려질 수 있다. 모든 뜨거운 흐름이나 모든 차가운 흐름을 표현하는 하나의 라인을 각각 뜨거운 종합곡선(cold composite curve) 또는 차가운 종합곡선(hot composit curve)이라고 한다. 종합곡선의 작성은 그림 2.11에 설명되어 있으며, 두개의 뜨거운 흐름을 온도-엔탈피 다이어그램을 통해 보여 준다. 94 에너지 효율

129 2 장 온 도 ( ) 열함량(kW) 그림 2.11: 두개의 뜨거운 흐름 흐름 1은 200 C에서100 C로 냉각된다. 이 흐름의 CP(질량유량 x 특정 열용량)는 1이다. 그 러므로 100kW의 열이 손실된다. 흐름5는 150 C에서 50 C로 냉각된다. 이 흐름의 CP는 2 이다. 그러므로 200kW의 열이 손실된다. 뜨거운 종합 곡선은 온도 범위에 있는 열함량을 추가하여 만들어진다. 200 C-150 C 사이에서는 1개의 흐름만 있고 이 흐름의 CP는 1이다. 그러므로 그 온도 범위의 열손실은 50kW다. 150 C-100 C사이에는 두개의 흐름이 있고 이 흐름의 총 CP는 3이다. 150 C-100 C의 총열손실은 150kW다. 150 C-100 C의 총 CP는 200 C-150 C의 CP보다 크므로, 두 번째 온도 범위 150 C-100 C의 뜨거운 종합곡선은 좀 더 평평해진다. 100 C-50 C사이에서는 1개의 흐름이 있고 이 흐름의 CP는 5다. 그러므로 총열손실은 100kW다. 그림 2.12는 뜨거운 종합 곡선을 나타내고 있다. 온 도 ( ) 열함량(kW) 그림 2.12: 뜨거운 종합 곡선 차가운 종합곡선은 똑같은 방식으로 만들어진다. 실제 적용에 있어서는 흐름의 수는 일반 적으로 훨씬 더 많지만, 해당 흐름도 똑 같은 방식으로 만들어진다. 에너지 효율 95

130 2 장 그림 2.13은 동일한 온도-엔탈피 다이어그램에 나타난 뜨거운 종합곡선과 차가운 종합곡선 을 보여주고 있다. 다이어그램은 공정의 총 난방요건과 냉방요건을 보여주고 있다. 온 도 ( ) 엔탈피 그림 2.13: 핀치와 에너지 목표를 보여주고 있는 종합곡선 엔탈피 축을 따라 곡선은 서로 겹친다. 뜨거운 종합곡선은 공정 대 공정 열교환에 의해 차가운 종합곡선을 가열하는 데 사용될 수 있다. 그러나 양쪽 끝에는 돌출 부위가 있는데 차가운 종합곡선의 꼭대기가 외부열원 (Q H,min)을 요구하고, 뜨거운 종합곡선의 밑바닥이 외부 냉각 (Q C,min )을 요구하게 된다. 이는 냉온 유틸리티 목표로 알려져 있다. 곡선이 닿을 정도로 가장 가깝게 접근하는 지점이 핀치다. 핀치에서 곡선들은 최소 접근 온도 ΔTmin 에 의해 분리된다. ΔTmin의 값만큼 서로 겹치는 부분은 공정 대 공정 열교환 최대 가능 양을 보여준다. 이에 더하여 Q H,min 과 Q C,min 는 최소 유틸리티 요구치이다. 1개 공정의 핀치와 유틸리티 목표가 확인되면 핀치 방식의 3개 황금률 이 적용될 수 있 다. 공정은 핀치 위의 시스템과 핀치 아래의 시스템의 두개의 서로 분리된 시스템으로 볼 수 있다(그림 2.14 참조). 핀치 위의 시스템은 외부 열원으로부터 열을 필요로 하므로 열흡 수원(heat sink)이고, 핀치 아래의 시스템은 외부 흡수원로 열을 내보내므로 열원이다. 열흡수원 (heat sink) 열 흐름 : 0 온 도 열원(heat source) 엔탈피 그림 2.14: 핀치 위와 아래의 시스템에 대한 도식적 표현 96 에너지 효율

131 2 장 3개의 규칙은 다음과 같다. 열은 핀치 간에 흐를 수 없다. 핀치 위에는 외부 냉각이 없어야 한다. 핀치 아래는 외부 가열이 없어야 한다. 핀치 간에 전해지는 열의 양이 α라면 온(hot)유틸리티 초과량 (α)가 공급되어야 하고, 냉 유틸리티 초과량 α가 필요하다(그림 2.15참조). 이와 유사하게, 열흡수원의 외부냉각과 열 원의 외부가열은 에너지 필요치를 증가시킨다. 온 도 열흡수원 열원 엔탈피 그림 2.15: 열흡수원에서 열원으로의 핀치 간 열전달 이에 따라 다음 식이 도출된다. 조건: T = 목표 에너지 소비 A = 실제 에너지 소비 α = 핀치간 열흐름 T = A - α 식 2.1 에너지 목표를 달성하기 위해 핀치간 열흐름은 제거되어야 한다. 달성된 환경 편익 생산 현장에서의 에너지 수지 최적화 매체통합적 영향 알려진 바 없음 운영 데이터 비연속적 공정에 핀치 방식을 적용하는 데 있어서의 핵심은 데이터를 얻는 것이다. 손쉬 운 방법은 없다. 비용절감(=에너지 절감)을 달성하려면 모든 공정 흐름에 대한 세부적 측 정과 타이밍이 중요하다. 에너지 효율 97

132 2 장 적용 분야 핀치방식은 온도가 다양한 공정 흐름이 있는 산업에 광범위하게 적용될 수 있다. 신규 설 비나 단위의 설계, 주요 업그레이드, 설비의 실적에 대한 세부적 조사 등에 사용된다. 여 기에는 다음과 같은 것들이 있다. 공정 단위의 에너지 분석 유틸리티 초과 열 및 전기발전 시스템 분석 열교환 네트워크 설계 및 분석 공정과 유틸리티 통합의 최적화를 위해 총체적 현장 분석 수소 및 물 시스템 분석 핀치방식은 처음에 정유설비, 석유화학 및 소재형 화학제품 설비에 적용되어 에너지와 자 본 절감을 달성했다. 그러나 최근에는 열병합발전, 제약, 펄프와 제지, 시멘트, 음식, 음료 및 우유(양조, 커피 제조, 아이스크림과 낙농제품) 등 광범위한 공정과 산업에서 이 방식의 유효성이 입증되었다. 아래 사례를 참조한다. 핀치방식은 또한 상이한 공급원료, 계절적 수요 변동, 복합 유틸리티, 품질제약조건, 환경 제약조건 등 다양한 운영 매개변수가 통합되어있는 배치, 반연속, 연속 운영 등 다양한 공 정에서 사용되고 있다. 경제적 측면 표 2.6에 제시되어 있는 투자금 회수 기간을 참조한다. 핀치방식은 비싸고 어려운 것이라고 알려져 있는 경우가 많다. 그러나 간단한 문제의 경 우 수동으로 계산할 수 있고 또는 소프트웨어 툴을 사용할 수도 있다(일부는 무료로 이용 가능). 이 방식은 약 5000EUR부터 시작한다. 분석에 필요한 데이터는 매우 적고 핀치 분 석은 산업 엔지니어링 교육에서 기본 요소다. 좀 더 복잡한 상황에서 핀치분석, 공정 시뮬레이션, 비용 추정 및 설비가동을 다루기 위해 서는 숙련된 팀이 필요하다. 시행의 동인 운영비 및 자본비용 절감 기존에 운영되는 곳에 사용되는 경우, 설비 유연성 개선, 병목현상 해소, 용량 증가, 오염 효과 감소 등 공정 편익이 빈번하게 발생한다. 98 에너지 효율

133 2 장 사례 핀치방식 적용으로 인한 절감 1 (비용: USD 2, Ullman's, 2000) 공정의 설명 절감 원유설비 비용절감 USD (1.6년의 회수 기간) 에틸렌, 부타디엔, HDPE, LDPE, 비용절감 USD 이상(12-20월의 회수 폴리프로필렌을 생산하는 대규모 기간) 화학설비 현장 맞춤형 화학제품, 30개의 반응기와 300개 이상의 제품이 있는 배치공정 비용절감 USD (3월- 3년의 회수 기간) 유황을 사용하는 특별 화학제품, 총 현장 에너지 청구액의30% 비용절감 USD 0.18 배치와 연속형 10 6 (9-16월의 회수 기간) USD 에 해당하는 공정에너지의 70% 식용유 생산설비, 배치가동, 광범위한 절감(12-18 월의 투자회수 기간) 및 15%의 공급원료 용량증가에 해당하는 병목현상 해소 낙농제품 및 건조 음료의 배치 가공 30% 비용절감 (USD ) (1년 이하의 회수 기간) 양조 에너지비용의 12-25%에 해당하는 비용절감 (9월-2년의 회수 기간) 최신 위스키 증류수 제조소 병목현상해소 및 비용절감 USD (18월- 2년의 회수 기간) 제지설비 에너지 청구액의 8-20%의 비용절감 (1-3년의 회수 기간) 연속적 셀룰로스 아세테이트 가공 비용절감 USD (1년의 회수 기간) 연속적 건조 시멘트 공정 대규모 에너지 절감 주: 1 위에 언급되어 있는 절감액은 주로 에너지 비용과 관련된다. 대다수의 기업은 시간당 처리량 증 가, 공정유연성과 가동성 개선 등을 통해 혜택을 보았다. 이러한 편익의 경제적 가치는 위 표에 반 영되지 않았다. 2 환율은 자료와 그 적용의 정확한 일자가 없어서 밝히지 않았다. 표 2.6: 핀치방식: 적용과 절감 사례 [266, Ullmann's, 2000] 온 유틸리티절감 냉 유틸리티절감 그림 2.16: 핀치 방식에 의해 확인된 에너지 절감 주: 약자는 폴리머와 유기화학 공정 단계를 말한다[51, Pini, 2005] 에너지 효율 99

134 2 장 참조 정보 [117, Linnhoff March], [118, KBC], [12, Pini, 2005, 51, Pini, 2005, 67, Marttila, 2005, 119, Neste Jacobs Oy] 무료 소프트웨어: Fraunhofer ISI/Peter Radgen의 Pinch2.0 다른 BREF에서도 고려된 기술이다. OFC, SIC, LVIC-S, REF 등 2.13 엔탈피 및 엑서지 분석 설명 에너지(또는 엔탈피) 분석과 엑서지 분석은 연구 대상인 열시스템 전체적 흐름의 에너지 또는 엑서지의 결정 및 동 흐름에 의해 연결된 구성요소 간의 에너지 또는 엑서지의 결정 을 기반으로 한 기술이다. 이들 분석을 하기 위해서는 다음 조치가 선행되어야 한다. 1. 분석되는 시스템의 경계(전체 설비 또는 그 일부)가 정확하게 명시되어야 한다. 2. 전체 시스템은 물질과 에너지 흐름에 의해 연결되는 몇 개의 부분으로 분리되어 야 한다. 이러한 분리의 세부사항은 요구되는 분석의 깊이나 사용 정보에 따라 다르다. 3. 질량유량, 압력, 온도, 구성성분, 축동력, 열흐름 등 흐름을 규정하는 열역학적 특 징들이 결정되어야 한다. 가동 중인 시스템을 분석할 경우 정보는 측정을 통해 획득된다. 그러나 앞으로 건조될 설비를 분석할 때에는 시뮬레이션을 사용한다. 4. 정의된 모든 흐름에 대한 특징이 완전히 파악되면 해당 엔탈피와 엑서지를 결정 하는 것이 가능하다(1.2.2 과 부록 7.1 참조). 5. 엔탈피와 엑서지는 구성요소상의 에너지손실, 불가역성, 효율성 등 기타 매개변수 를 결정하는 데 사용될 수 있고, Sankey(에너지) 또는 Grassmann(엑서지) 다이어그 램을 사용해서 이를 나타낼 수 있다. 6. 이러한 균형과 분석들은 다양한 시간차를 두고 실시간으로 할 수 있으며, 특정 흐름을 생산하는 데 필요한 엑서지 자원량과 같은 엑서지 비용 에 대한 정보를 설비 실적이 합의된 기준 상태에서 벗어난 편차를 진단하는 데 사용할 수 있다. 7. 마지막으로 열역학과 경제학 간의 관계가 쉽게 결정될 수 있다. 설비 내 하위 시 스템의 작동 이상 또는 비효율성의 비용이 자원의 양과 보상비용이라는 두 개의 요소로 구성되어 있기 때문이다. 해당 기술의 기본 사항을 설명하는 이론이 열경 제학이다(2.14 참조). 보는 바와 같이, 에너지와 엑서지 분석은 같은 단위에서 병렬적으로 실시 및 측정될 수 있다. 그러나 엑서지 분석은 그 사용빈도가 조금 적고 복잡하지만 더 유용하다. 에너지 절 감 영역과 직접적으로 연결되기 때문이다. 에너지는 보존되는 있는 성질을 가지고 있다. 에너지는 만들어지지도 파괴되지도 않는다. 따라서 에너지 분석은 시스템 경계를 통해 손실되는 에너지만을 고려한다(예: 열손실, 굴 뚝으로 보내지는 가스). 그러나 모든 에너지 변환은 에너지 품질의 저하를 가져온다. 즉, 에너지는 보존되지만 그 유효성은 항상 감소한다. 이러한 틀에서 엑서지는 에너지의 품질 을 고려하기 위해 정의된 수단이다. 전기 또는 기계작업은 최고 품질의 에너지 형태이므 로 그 에너지와 엑서지는 정확하게 동일하다. 반면 대기 온도보다 20도 높게 가열된 물은 에너지를 갖지만 그 엑서지 양은 미미하다. 엑서지 양은 주어진 흐름의 다른 에너지 형태 로의 최대 전환 가능성(에너지 단위 내에서)을 정확히 측정한다. 그러므로 엑서지는 보존 가능한 것이 아니다. 모든 정상상태의 공정에서는 유입 흐름의 엑서지는 배출 흐름의 엑 100 에너지 효율

135 2 장 서지보다 항상 크다. 이러한 차이를 불가역성이라고 하고 엑서지 분석을 통한 수량화는 에너지 품질이 손실된 곳을 발견할 수 있게 해준다(즉 에너지 절감 가능 지점). (이들 문 제는 부록 7.1에서 상세히 다룸). 특정 공정에 필요한 저압증기를 생산하는 보일러를 예로 들어보기로 한다. 에너지 분석을 실시하는 경우, 이 보일러는 85%의 에너지 효율을 가질 수 있고, 효율성 있는 장치로 볼 수 있다. 그러나 보일러의 엑서지 효율성은 25% 정도로 증기의 에너지 품질은 낮다. 이렇 게 낮은 수치는 이 보일러를 높은 품질의 에너지를 포착하는 터빈을 가동시키는 데 사용 되는 뜨거운 가스를 투입하는 열병합발전 시스템의 열회수 증기 발생기와 같은 것으로 교 체하면 훨씬 더 큰 에너지를 절감할 수 있음을 보여준다. 인식되어 있는 것과는 반대로, 산출의 품질이 낮을수록 산업적으로 달성할 수 있는 보일러의 에너지 효율성은 높아진다. 그러나 엑서지 지표는 상식적인 방향에서 벗어나지 않는다. 달성된 환경 편익 이들 분석으로 에너지와 엑서지가 손실되는 지점과 에너지 절감을 극대화하는 지점을 결 정할 수 있다. 엑서지는 주어진 흐름을 규정하는 모든 특징에 따라 다르기 때문에 설비 내에서 오염물질의 발생 지점과 그 양을 추적하는 데에 사용할 수 있다. 매체통합적 영향 알려진 것 없음 운영데이터 이들 기술의 적용에 있어서 핵심은 에너지 시스템의 흐름에 대한 정보를 이용할 수 있는 지의 여부다. 이 정보는 가동 중인 설비에서는 측정을 통해, 그리고 설계 단계의 설비에서 는 시뮬레이션을 통해 획득할 수 있다. 분석의 깊이는 이런 환경적 제약을 받는다. 적용 분야 엑서지의 개념은 천연자원이 손실되는 지점을 발견하는 많은 상황에서 사용된다(아래 참 조 정보 참조). 이 기술들은 모든 열 시스템에 적용될 수 있다. 주요 장점은 이 기술들로 상이한 설비 간 에 직접적인 비교가 가능하다는 것이다. 더 나아가 엑서지 분석은 절대적인 기준점을 제 공한다. 불가역성이 없는 이상적인 시스템인 것이다. 이 분석은 이용 가능한 측정을 통해 가동 중인 설비의 상태를 판단하고 이를 설계 값과 비교하는 데에 사용할 수 있다. 그밖에 설계 단계에서 개선 가능성과 대안을 분석하는 데 에 유용하다. 그러나 엑서지를 사용하는 기업은 아직도 한정되어 있다. 예를 들어, 네덜란드에서 엑서지 개념은 Shell, Dow Chemical, Unilever, DSM, AKZO NOBEL 등과 같은 대기업의 엔지니어 링 부서와 여러 대규모 엔지니어링 기업에서 사용되고 있다. 일부 연구가 진행되었다. 이 러한 연구결과 엑서지 분석은 유용한 정보지만 시간이 너무 많이 소요되고 결과와 비교할 데이터가 충분하지 못하다는 결론이 도출되었다. 예를 들어, 비교를 위한 데이터 부족으로 인해 엑서지 효율성을 기반으로 한 벤치마킹은 쉽지 않게 된다. 엑서지 분석을 용이하게 하기 위해 엑서지 계산용 상업 프로그램이 개발되었다. 이 프로그램을 사용하면 작업공정 도 상에서 흐름의 엑서지를 계산할 수 있게 되고 이를 통해 엑서지 분석에 필요한 시간을 대폭 줄일 수 있게 된다. 그러나 작업 공정도는 비싸며 제한된 수의 회사만이 그 비용을 감당할 수 있다. 대부분의 중소기업은 이 소프트웨어를 사용하지 않는다. 가격이 비싸고 이들 프로그램에 대한 데이터 입력에 필요한 정확도와 숙련된 직원이 부족하기 때문이다. 이들 회사들을 위한 새로운 방식이 고안되어 그 개발이 진행 중에 있다. 에너지 효율 101

136 2 장 경제적 측면 엑서지 분석은 어렵고 비싸다고 알려져 있다. 그러나 흐름 특성에 대한 정보를 알 수 있 으면(이는 일반적으로 가능), 엔탈피와 엑서지 분석을 저렴하게 수행할 수 있다. 제한된 수 의 툴이 작업공정도 패키지와 연계하여 분석을 하는 데에 이용될 수 있다. 이런 식으로 하여 분석을 빠르고 효율적으로 실행할 수 있다. 엑서지 손실로 가장 큰 절감(자재, 에너 지, 돈)이 달성될 수 있는 지점을 찾아낼 수 있다. 엑서지 분석의 비용은 5000EUR에서 시 작한다. 또한 소규모 프로젝트에서의 분석은 수동으로 가능하다. 여기서의 엑서지 분석의 사용은 매우 제한적이다. 유용한 툴을 제공하기 위해 엑서지 스캔이라 불리는 새로운 방식이 개 발 중에 있다. 시행의 동인 설비 측정에 가치를 더해주는 것은 기술이 저렴하다는 사실이다. 이는 또한 에너지 절감 가능성이 큰 구성요소를 명확하게 나타낸다. 이 분석에서 획득한 정보는 Sankey 다이어그 램 같은 다른 툴에서 사용될 수 있다(2.7.1 참조). 사례 에너지 (또는 엔탈피) 분석은 열시스템의 분석에서 설계와 운영 단계에서 광범위하게 이용 되고 있다. 엑서지의 사용에 드는 비용은 증가 추세이기는 하지만 비싸지는 않다. 위에 언 급한 바와 같이 Shell, Dow Chemical, Unilever, DSM, AKZO NOBEL 등의 대기업과 대형 엔지니어링 회사에서 사용하고 있다. 참조 정보 [227, TWG] 엔탈피 분석과 엑서지 분석에 대한 정보와 사례는 대학원 수준의 열역학 도서에서 확인할 수 있다. 엑서지 분석에 대한 자세한 사항은 아래를 참조한다. T. J. KOTAS. Krieger, The Exergy Method of Thermal Plant Analysis, Florida, 1996 Kotas, T. J., The Exergy Method of thermal and chemical processes, Krieger Publishing Company, Melbourne, USA, 1999 Szargut J., Morris D. R., Steward F. R., Exergy Analysis of Thermal, Chemical and Metallurgical Processes, Hemisphere, New York, 1988 Cornelissen, R. L., 1997, Thermodynamics and sustainable development, The use of exergy analysis and the reduction of irreversibility, Ph. D. thesis, University of Twente, ub. utwente. nl/webdocs/wb/1/t pdf Cornelissen, R. L., and Boerema C. 2001, Exergy Scan-the new method for cost effective fuel saving, Proceedings of ECOS 2001, p. p , Istanbul. 툴: 엑서지 계산기: exercom 과 exergy scan: 이 둘에 대한 상세 정보는 참조 2.14 열경제학 설명 열경제학적 분석 기법은 열역학 제1, 제2법칙을 시스템 수준에서 비용 정보와 결합한다. 이 기술은 비용 형성 과정의 이해를 돕고 전반적인 제품 비용을 최소화하며 동일 공정에 서 생산된 두 개 이상의 제품에 비용을 할당한다. 102 에너지 효율

137 2 장 1.2에 명시되어 있는 것처럼 에너지는 공정 과정에서 소비되지 않지만 유효한 에너지가 덜 유효한 에너지 형태로 열등해진다. 연소, 열전이, throttling 등과 같이 매우 불가역적인 공정은 엑서지 분석에 의해서만 분석될 수 있다(2.13 참조). 엑서지는 변화에 대한 객관적 이고 보편적인 척도이며, 압력, 온도, 에너지 등과 같은 측정가능한 세기 성질(intensive property)과 관련되기 때문에 열역학과 비용회계 방법론 사이의 가교 역할을 할 수 있다. 경제적 분석은 설비의 연료, 투자, 운영 및 유지보수 등의 제반 비용을 계산한다. 그러므로 열경제학은 전반적인 생산 공정 차원에서 소모된 자원, 자금, 시스템 불가역성 등의 비용을 평가한다. 열경제학은 자원 절감을 위해 좀 더 효율적인 자원 사용 방법을 찾아내는 데 도움을 준다. 투자비용은 비효율성의 경제적 효과를 표명하고 생산 공정의 비용 효과성을 개선하는 데 이용된다. 설비의 공정 흐름과 제반 공정의 비용을 평가함으 로써 투입 자원에서 최종 생산품까지 비용 형성 절차를 이해할 수 있게 된다. 달성된 환경 편익 기본적으로 에너지 절감. 그러나 재료 사용의 감소와 폐기 또는 배출된 물질의 감소도 포 함 매체통합적 영향 계산 기술에서는 예상되는 바 없음 운영 데이터 이 분석은 전통적인 에너지 분석으로는 해결될 수 없는 복잡한 에너지 시스템 관련 문제 를 해결할 수 있다. 기타 응용 분야 중 열경제학이 사용되는 분야는 다음과 같다. 물리적 기준에 기초한 설비 생산품의 합리적 가격 산정 최종 생산품의 비용을 최소화하기 위한 특정 공정단위 변수의 최적화. 즉, 글로벌 및 지역 수준의 최적화 가동 중인 설비의 비효율성 발견과 그 경제적 효과 계산. 즉, 설비 가동에 대한 열경 제학적 진단 다양한 설계 대안 또는 운영 방법 결정 및 수익성 극대화에 대한 평가 에너지 감사 적용 분야 제출된 데이터 없음 경제적 측면 사안에 따라 다름 시행의 동인 비용절감과 재료 절감 사례 다양한 발전소 (가스화 복합 사이클 gasification-combined cycle 포함), 정유설비, 화학설비, 설탕가공설비, 전력발전 및 담수화 복합설비, 지역난방 시스템 등 참조 정보 [258, Tsatsaronis and Valero, 1989] [284, Valero,, 285, Valero, 1989] More information on sites such as: [286, Frangopoulos] 에너지 효율 103

138 2 장 2.15 에너지 모델 에너지 모델, 데이터베이스 및 균형 설명 에너지 모델, 데이터베이스와 균형은 완전하고 심층적인 에너지 분석을 수행하는 데 유용 한 툴로서, 분석적 또는 전반적인 에너지 감사의 일부가 될 가능성이 높다(2.11참조). 이 모델은 설비, 단위 또는 시스템(예: 데이터베이스)의 어느 곳에 어떻게 에너지가 사용되는 지를 보여줄 수 있도록 설계된 계획 또는 설명이다. 따라서 설비, 단위, 시스템의 기술정 보를 기록하고자 하며 장비의 유형, 에너지 소비, 러닝타임 같은 운영 데이터를 기록한다. 또한 작업에 필요한 만큼 완벽해야 하며(과도하면 안 됨), 운영, 에너지관리, 유지보수, 구 매, 회계 등 다양한 부서의 사용자가 쉽게 접근할 수 있어야 한다. 이 모델은 모터 되감 기, 교정 일자 등과 같은 기록에 대한 업데이트를 용이하게 하기 위해 유지보수 시스템의 일부 또는 그에 연계되어 유용하게 사용될 수 있다(2.9참조). 에너지 모델, 데이터베이스 또는 균형이 사용되는 경우 이는 시스템 경계를 기반으로 만 들어질 수 있다(1.5.1 참조). 예를 들어, 단위 (부서, 생산라인 등) 시스템 개별 장비 (펌프, 모터 등) 유틸리티 시스템 (예: 압축공기, 펌프, 진공, 외부조명 등) 개별장비 (펌프, 모터 등) 감사인 (또는 데이터 수집인 )은 기록된 효율이 실제 효율과 일치하도록 주의를 기울여야 한다(1.5.1에 기술한 바와 같이). 에너지 모델 또는 데이터베이스는 에너지 감사를 수행하기 위한 전략적 툴이기 때문에 사 용하기 전에 균형을 맞춤으로써 확인하는 것이 좋다. 1단계는 계산으로 도출해낸 총에너 지 소비량과 측정된 에너지 소비량을 비교하는 것이다. 설비가 복잡하면 하나의 단위 또 는 시스템 레벨에서 수행한다(1.5.1의 시스템 경계와 의 계량 참조). 계산된 소비량과 측정된 소비량의 균형이 이뤄지지 않는다면, 모델상의 데이터는 다시 점검되어야 한다. 특 히, 부하율, 작동 시간 등의 추정치는 더욱 그러하다. 이런 경우, 작업은 상당한 정확도를 가지고 수행되어야 한다. 또 다른 오류의 원인은 에너지를 사용하는 장비 모두를 확인하 지 못한다는 점이다. 달성된 환경 편익 에너지가 소비된 곳을 파악하는 것을 기반으로 하는 계획에 사용된다. 매체통합적 영향 알려진 것 없음 운영 데이터 전기에너지 전기 모델, 데이터베이스 또는 균형에는, 모터, 구동장치, 펌프, 압축기, 전기로(electric furnaces) 등 전력을 사용하는 기기에 대한 다음과 같은 데이터가 취합될 수 있다. 정격전력 정격효율 부하율 연간 작동 시간 104 에너지 효율

139 2 장 전력과 효율은 일반적으로 기기에 표시되어 있기 때문에 파악하기 쉽지만, 부하율과 연간 작동시간은 추정으로 알 수 있다. 간단한 전기에너지 모델을 위해 수집된 데이터 사례가 부록 7.7.3에 제시되어 있다. 부하율이 50%이상으로 추정될 때 부하율은 대략 다음과 같다. 여기서 LF는 부하율이다. P (eff)는 작동 시간 중 기기가 효과적으로 소비한 것으로 추정된 평균 전력 (kw) P (rated) 은 정격전력이다(kW). e는 기기의 정격효율이다(최고 부하의). 필요한 경우, P eff은 전력계를 사용해서 측정할 수 있다. 기기의 효율과 역률은 그림 2.17에서처럼(일반적 모터의 경우) 부하율에 따라 다르다는 것 을 파악할 필요가 있다. 효율 전력 요소 부하율 (%) 그림 2.17: 부하율에 따라 다른 기기의 역률(power factor) [11, Franco, 2005] 열에너지 열에너지 모델, 데이터베이스, 균형을 설정하는 것은 전기 모델보다 복잡하다. 열소비를 완벽하게 이해하기 위해 1차 수준과 2차 수준이라는 두 종류의 모델(또는 데이터베이스 또는 균형)이 사용되었다. 1차 수준의 에너지 모델을 사용하기 위해서는 모든 종류의 연료에 대한 사용자 모두에 대 한 통계조사를 해야 할 필요가 있다. 연료 소비자(예: 보일러 또는 화로)에 대한 다음의 데이터가 기록되어야 한다. 일정 기간 중 (보통 1년) 공급된 연료의 유형 보일러에 진입하는 열운반체의 종류(예: 가압수): 유량, 온도, 압력 응축물: 회수율, 온도, 압력 에너지 효율 105

140 2 장 보일러 본체: 제조업체, 모델, 설치년도, 화력, 정격효율, 교환표면적, 연간가동시간, 본 체온도, 평균부하율 버너: 제조업체, 모델, 설치년도, 화력 배기관: 유량, 온도, 평균 이산화탄소량 보일러에서 나가는 열운반체 유형(예: 증기): 온도, 압력. 위의 모든 데이터가 수집되어야 하지만, 1차 수준의 열모델(발생자 generator 측면)에서는 주요 에너지의 사용자만 고려된다(표 7.9참조). 모든 에너지를 1차 에너지 또는 산업에 사 용하는 특정 에너지 유형으로 전환하는 것이 향후 비교를 위해 일반적으로 유용하다 ( 참조). 2차 수준 모델(사용자 측면)은 연료(1차 수준 모델에서 고려)를 제외한 모든 형태(뜨거운 물, 증기, 뜨거운 공기 등)의 열에너지를 필요로 하는 모든 기계류에 대한 통계 조사를 통 해 만들어진다. 열에너지를 사용하는 모든 장비에 대해 아래 데이터가 수집되어야 한다. 사용된 열운반체의 유형 열 수요 (시간/년) 열에너지가 사용된 부하율 정격화력 데이터가 준비되는 방식에 대한 사례가 부록 표 7.9에 제시되어 있다. 2차 수준 모델(사용자 측면)은 유틸리티(예: 보일러, 열발생기)가 공급하는 열과 사용자가 요청하는 열 사이의 조화를 검증하는 데 유용하다. 이 차이가 용인 가능할 정도라면 두 개의 모델은 타당한 것으로 볼 수 있다. 그렇지 않은 경우 재계산 또는 추가조사가 필요하다. 두 가지 양 사이에 차이가 크다면 생산-분배-사용 과정에서 서로 다른 운반체(예: 증기, 뜨 거운 물)로 인한 높은 손실 때문일 가능성이 있다. 이런 경우 에너지 효율 개선을 위한 조 치가 필요하다. 적용 분야 모델의 유형과 수집된 정보의 상세 정도는 설비에 따라 다르다. 모든 에너지 소비 장비에 대한 분석은 실행 불가능하거나 불필요한 경우가 많다. 전기 에 너지 모델은 소규모 설비에 적합하다. 상세한 전력 및 화력 소비를 포함한 공정분석은 대 규모 설비에 더 적합하다. 예를 들어, 일정한 전력 소비를 초과하는 장비에 대한 데이터 수집 지침 또는 에너지(예: 증기, 전기)의 80%를 사용하는 장비의 20%에 대한 최초 수집 데이터 지침 같이, 데이터 수집의 비용 편익을 극대화하기 위해서 우선순위가 정해질 수 있다. 모델이 사용되고 에 너지 효율이 획득되면 나머지 장비는 다시 계획에 따라 추가될 수 있다. 경제적 측면 현장에 따라 다름 시행의 동인 비용절감 사례 에너지 데이터 시트와 균형 계산 사례는 부록 참조 106 에너지 효율

141 2 장 참조 정보 [127, TWG] [11, Franco, 2005] 모델을 이용한 유틸리티의 최적화 및 관리 설명 유틸리티 최적화 및 관리에서는 에서 2.15까지 설명된 기술들을 결합하고 소프트웨 어 모델링 및 제어 시스템을 추가한다. 간단한 설비의 경우, 더 저렴하고 사용이 편리한 모니터링을 이용하고 전자적 데이터 획 득과 제어를 통해 운영자들이 데이터 수집과 공정에너지 수요 평가 및 공정제어를 더욱 쉽게 할 수 있다. 이는 간단한 타이밍, 온-오프 스위칭, 온도 및 압력제어, 데이터이력기록 등을 통해 시작할 수 있으며, 좀 더 정교한 제어는 소프트웨어 모델을 사용함으로써 용이 해진다. 좀 더 복잡한 수준의 대규모 설비는 모든 공정 조건에 대한 기록 및 제어를 하는 정보 관 리 시스템(제조 및 집행시스템)을 갖추고 있다. 에너지원이 개발되고 공급되는 방식을 관리하는 데에(공급 측면의 에너지 관리, 분배관리, 유틸리티 관리) 특별히 적용된다. 아래 적용 분야를 참조한다. 이는 또한 에너지 유틸리티 (예: 전기, 증기, 냉방)를 최적화하고 관리하기 위해 제어 시스템에 연계된 소프트웨어 모 델을 사용한다. 달성된 환경 편익 에너지 사용 및 관련된 배출물 감소. 아래 사례 참조 매체통합적 영향 효율성은 보통 부가적이지만, 일부 경우에 공급/유틸리티분배 측면이 고려되지 않으면, 수 요를 감소시키는 데 있어서 편익이 실현되지 않는다. 예를 들어, 증기 시스템이 재조정되 지 않으면 한 개의 공정 단위에서의 증기 절감이 다른 곳에서는 증기가 새는 결과를 발생 시키는 경우가 있는 것이다. 운영 데이터 복잡성이 증가함에 따라, 간단한 스프레드시트 기반의 시뮬레이션 툴이나 분산된 제어 시 스템(DCS) 프로그래밍에서부터 현장의 다른 제조 및 집행 시스템과 통합될 수 있는 좀더 강력한 모델 기반의 유틸리티 관리 및 최적화 시스템(유틸리티 최적화 시스템)까지 적절한 툴을 사용하여 최적의 에너지 효율적인 운영을 달성할 수 있다. 유틸리티 최적화 시스템은 다양한 배경과 목적을 지닌 직원(예: 엔지니어, 운영자, 설비매 니저, 구매자, 회계직원)이 접근할 수 있다. 다음 사항이 일반적으로 중요한 요건이다. 사용 편리성: 다양한 사용자가 시스템을 사용할 수 있어야 하고, 시스템은 전사적 자 원 관리(ERP), 생산관리, 데이터 이력 등의 데이터를 재입력하는 것을 피하기 위해 다 른 정보 시스템과의 데이터 통합으로서의 다양한 사용자 인터페이스를 구비할 필요가 있다. 견고성: 사용자가 용인할 수 있을 만큼 일관성 있고 신뢰할 수 있는 자문을 사용자에 게 제공해야 한다. 현실 유사성: 관리가 불가능할 정도로 세부적인 것을 포함하지 않고 설비 현실(비용, 장비, 조업개시시간)을 반영할 필요가 있음 유연성: 별다른 노력 없이 변화하는 설비 환경(일시적 제약, 업그레이드 비용)에 적응 할 수 있도록 유연해야 한다. 유틸리티 최적화 시스템은 옵션들의 편익을 (온라인이나 오프라인으로 이뤄지는 가상 시 나리오) 신뢰성 있게 계산할 수 있어야 하고, 필요한 변화에 대한 동기를 부여해야 한다 (2.5 참조). 에너지 효율 107

142 2 장 모델 기반의 유틸리티 최적화 시스템이 갖춰야 할 핵심 사항은 다음과 같다. 연료, 증기, 전기발전 공정 및 분배시스템 모델. 모델은 최소한 다음 사항을 정확하게 반영해야 한다. 저위발열량 (lower heating value)과 구성성분을 포함한 모든 연료의 특성 시설내의 물과 증기의 모든 흐름에 대한 열역학적 특성 정상적인 가동 범위를 넘어 작동되는 모든 유틸리티 장비의 성능 유틸리티 시스템에 적용되는 모든 매수-매도 계약 모델 계약모델에서의 및 유틸리티 공정 모델에서의 불연속뿐만 아니라 유틸리티 장비의 온 /오프 결정을 가능하게 해주는 혼합 정수 최적화 mixed integer optimization 기능 온라인 자료검증 및 총괄 오차 gross error 감지 오픈 루프 온라인 최적화 오프라인 연구를 위한 '가상' 연구 수행 가능성 (프로젝트 영향 연구, 전기 및 연료에 대한 여러 유형의 계약 영향 연구) 적용 분야 간단한 제어 시스템은 소규모 설비에서도 적용 가능하다. 시스템의 복잡도는 현장과 공정 의 복잡성에 비례하여 커진다. 유틸리티 최적화와 관리는 여러 용도로 에너지가 사용 되고(예: 증기, 냉방), 내부 발전(열 병합발전과 3중 발전 시스템 포함. 3.4 참조)과 다양한 에너지 운반체를 사용할 수 있는 현장에 적용 가능하다. 모델기반 유틸리티 최적화 시스템에 갖춰야 할 핵심 사항은 연료, 증기, 전기발전 공정과 배분 시스템 모델이다. 모델은 최소한 저위발열량과 구성성분을 포함한 모든 연료의 특성 을 정확하게 반영해야 한다. 이는 에너지 판매 최적화 가능성을 줄이는 내부 폐기물과 같 은 다양하고 복잡한 연료로 인해 어려울 수 있다. 경제적 측면 사례 참조. 시행의 동인 비용이 주요 동인이다. 에너지 사용 감축으로 인한 비용 절감은 규제가 완화로 인한 유틸 리티 시장의 요금복잡성, 전기와 연료 거래, 배출물 감시, 관리 및 거래 등으로 인해 알기 어렵다(7.11 참조). 표 2.7은 주요 사업 공정 동인을 설명하고 있다. 108 에너지 효율

143 2 장 주요 동인(+표시된 곳) 비즈니스 프로세스 에너지효율성 에너지비용/ 계약 수요예측: 주어진 기간(일, 주, 월, 년. 공정과 시장 변수에 따라 다름) 동안 현재와 미래의 유틸리티 수요에 대한 지식. 다음의 최소화를 지원한다. 상시대기 사용 (예: 보일러) 초과 증기의 배출 불충분한 대기 또는 제어로 인한 공급 손실 유틸리티 생산 계획: 수요측면을 고려하여 유틸리티 이용 가능성에 기반을 둔 최적 화된 생산 계획 수립. 전술(24시간) 또는 전략적(유지보수를 위한 장비를 가동 또는 중단 할 때) 최적의 설비 운영 (온라인 최적화): 계획이 사전에(예: 24시간) 수립될 수 있는 반면 운영은 다를 수 있으며 계획을 무효화시킬 수 있다. 유틸리티 최적화 시스템은 현 재의 수요에 기반 하여 최저 비용으로 시스템을 운영하는 방안을 운영 직원에게 실시간으로 제공할 수 있다. 작업감시 (유틸리티 장비): 유틸리티 최적화 시스템은 개별 아이템과 시스템의 작업 을 추적할 수 있다. 또한 유지보수, 일정 정리, 운영상의 문제를 최적화하는 데 사 용될 수 있다. 투자 계획: 유틸리티 최적화 시스템은 새 장비의 설계 옵션과 기존 장비의 공정 시 스템 및 유틸리티 시스템 양 측면에서의 변경을 평가하는 데 사용될 수 있다. 공정열을 사용하여 탈기 급수 가열 구동장치(모터 또는 증기 터빈) 또는 증기 시스템의 균형을 잡기 위해 유연성 이 큰 듀얼 프로세스 구동장치의 선택 응축물 회수 증가 에너지 공급 변경 (예: 중압 증기 사용을 줄이기 위해 저압 증기 사용) 화로에 들어가는 연소공기를 예열하기 위해 증기 사용 현장 내에 신규 장치가 건설 중이거나 기존의 망이 수정되어 단위가 폐쇄되 는 경우에 기존 증기 망과의 통합 배출물감시 및 관리와 거래: 어떤 기체 형태의 배출물 (SO X와 CO 2)은 연소된 연료 에 직접적으로 관련된다(연료 구성성분과 그 변동이 정확하게 알려져 있는 것). NO X는 그 형성이 연료, 불꽃 온도, 장비 등에 따라 다르기 때문에 예측 모델이 필 요하다. 유틸리티 최적화 시스템에는 배출물 예측과 보고가 포함된다. 허가는 이를 요건으로 하고 있다(예: ELV 준수). 최적화기는 수요와 그에 상응하는 배출물을 예 측함으로써 배출물 관리와 거래를 위한 의사결정을 지원할 수 있다. 계약 관리: (7.11 참조): 최적화기는 피크 수요를 최소화하고 이를 이동시키기 위해 운영자에게 데이터를 제공한다. 요금 평가: 유틸리티 규제 완화는 수 많은 요금 옵션을 존재하게 했다. 수동 계산 과 선택은 정확하지도 빠르지도 않다. 대용량 사용자를 위해 자동화되었다. 전기와 연료 거래: 공정 산업은 열병합발전과 3중발전 시스템에 투자를 늘리고 있 다. 이는 에너지를 수출할 수 있는 능력을 갖게 한다. 이는 요금 평가를 복잡하게 하고, 최적화기는 효율적인 에너지 거래를 지원한다. 비용 회계: 유틸리티 최적화 시스템은 정확한 비용 할당을 실시간으로 제공하며, 실제 한계비용을 제공한다. 이는 여러 에너지원에 있어서 의사결정을 지원할 수 있 다. + + (+) 표 2.7: 유틸리티 최적화 시스템을 사용하기 위한 비즈니스 프로세스 동인 사례 1. Schott AG, 독일. 부록 참조 비용: 소프트웨어: 약 EUR 하드웨어: 약 EUR 500/측정 지점 에너지 효율 109

144 2 장 연간 절감액: 전기 전송 시 최고부하 저하: 약 3-5% 회수 기간: 0.9-2년(프로젝트에 따라 다름) 2. Atrium Hospital, Heerleen, 네덜란드. 부록 참조 실시간 유틸리티 관리 시스템을 설치했다. 투자 수익률은 49% (년간 EUR) 가변 에너지 비용에 기초하여 약 120만 EUR Valero Energy Corporation, 정유설비, Houston, Texas, 미국 2002년에 석유 시스템에 대한 유틸리티 최적화 시스템을 설치했다. 첫 1년의 편익은 NG 와 전기 수입 감소를 포함하여 300만 6천 EUR DSM, 화학설비, Geleen, 네덜란드 에너지 절감과 공급자와의 유리한 계약 조건으로 인해 발생한 편익은 25% 이상의 투자 수익률로서 총 현장 에너지 비용의 3-4% 절감 참조 정보 일반적 정보, Valero와 DSM 사례: [171, de Smedt P. Petela E., 2006] Schott glass:[127, TWG] Atrium hospital [179, Stijns, 2005] 벤치마킹 설명 벤치마크란 가장 간단하게 말하면 하나의 기준점이다. 비즈니스에서 벤치마킹은 조직이 보통은 자신이 속한 부문의 모범 사례와 관련하여 공정의 여러 측면을 평가하는 데 사용 하는 기준공정이다. 이 공정은 다음과 같이 기술된다. 벤치마킹은 다른 회사와 비교한 후 그 다른 회사로부터 교훈을 배우는 것에 관한 것 이다. (유럽 벤치마킹 행동강령) 벤치마킹은 다른 누군가가 어떤 점에서 자신보다 우수함을 인정할 정도로 겸손해지 고, 다른 사람과 비슷해지거나 더 나아지는 방법을 배울 정도로 현명해지는 경험이다 (미국생산성품질협회). 벤치마킹은 우리는 우리가 늘 해왔기 때문에 우리가 하는 방식이 최고다. 라는 패러다임 맹목성 을 극복하도록 해주는 강력한 수단이다. 그러므로 이는 지속적인 개선을 지원하고 추진력을 유지하는 데 사용될 수 있다(2.2.1 와 2.5 참조). 에너지 벤치마킹은 수집, 분석된 데이터를 다룬다(2.10과 2.11의 측정과 모니터링 및 에너 지 감사 참조). 그 후 에너지 효율지표를 설정하고 이를 통해 운영자가 설비의 실적을 시 계열적으로 평가하거나 해당 부문의 다른 조직과 비교하게 된다. 1.3, 1.4, 1.5는 이들 지표 를 설정하고 사용하는 것에 관한 것이다. 데이터 수집에 사용된 기준은 추적가능하고 그 최신성이 유지되어야 한다. 데이터의 기밀성은 어떤 사안에서는 중요할 수 있다(예: 에너지가 생산비의 중요한 부분을 차지하고 있는 경우). 그러므로 회사 데이터의 기밀성을 유지하고 사용자 친화성을 보장하 기 위해서는 참여 회사들 및 부문 연합의 견해를 고려하는 것이 중요하다. 기밀유지는 다 음에 의해서 가능하다. 110 에너지 효율

145 2 장 동의 기밀 데이터를 보호하는 방식으로 데이터를 제출 (예: 일부 설비 또는 제품에 대해 수집한 데이터와 목표를 제출) 신뢰할 만한 제3자가 데이터를 대조하게 함 (예: 무역 조직, 정부 기관) 벤치마킹은 또한 공정과 작업 방식에도 적용될 수 있다(2.5, 운영효율성 및 아래 사례 참 조). 에너지 데이터 수집은 신중하게 해야 하며, 데이터는 비교할 수 있어야 한다. 일부 경우에 서는 데이터는 교정이 필요할 수 있다(표준화). 예를 들어, 공급원료, 장비의 사용기간 등 에 관해서는(아래 유리 산업 벤치마킹 참조) 적정한 수준에서 합의되어야 한다(국가적으 로, 국제적으로). 핵심 사례들은 1차 에너지, 저발열량과 같은 적당한 방식으로 에너지 비 교되어야 한다는 것을 확인하는 것이다. 1.3, 1.4 및 1.5를 참조한다. 평가는 시계열적(time-series basis)으로 할 수 있다. 평가는 전반적인 에너지 소비를 위한 조치(또는 일련의 조치)가 가져오는 편익을 설명한다(내 부에서 또는 속해 있는 부문이나 지역 등에서) 필요한 참고 데이터를 이용할 수 있고 외부에서 벤치마킹 대상을 찾기 어려울 때에 내부적으로 할 수 있는 간단한 방식이다. 시계열 비교가 갖는 주요 단점은 에너지 효율 평가를 위해 기초가 되는 조건은 변하지 말 아야 한다는 점이다. 평가는 또한 이론적인 에너지 또는 엔탈피 수요에 대해 수행할 수도 있다(유리 산업 벤치 마킹은 아래 사례 참조). 이들은 공정에 있어서 열에너지, 융해에너지, 운동 또는 위치에너 지로부터 계산된다. 이들은 최초 평가를 위한 우수한 접근 방법이다. 관련된 경험이 있고 상대적으로 사용하기 쉬어야 한다. 실제 에너지 사용과 이론적인 수요와의 차이를 보여야 한다(이는 추후 조치의 비용 편익을 확정하기 위한 시계열 비교와 연결될 수 있음). 주요한 단점은 이 계산이 운영의 구체적 특징을 모두 포함할 수 없다는 점이다. 달성된 환경 편익 에너지 효율 조치를 지속적인 시행을 지원할 수 있는 강력한 수단이다. 매체통합적 영향 알려진 바 없음 운영 데이터 설명 참조 적용 분야 벤치마킹은 모든 설비, 회사, 무역협회 등에 의해 쉽게 사용될 수 있다. 3장에서 논의된 것과 같은 개별적인 단위, 공정 또는 유틸리티를 벤치마킹하는 것도 유용하거나 필요할 수가 있다(1.3, 1.4와 1.5참조). 검증된 데이터에는 산업분야별 BREF에 속해 있는 것과 또는 제3자의 검증을 거친 것이 속한다. 벤치마킹 주기는 부문별로 다르지만 보통은 장기간 지속된다(수 년). 벤치마크 데이터는 짧은 시간에 급격하게 변하거나 크게 변하는 경우가 드물기 때문이다. 에너지 효율 111

146 2 장 경쟁력 문제가 다루어져야 하므로 데이터의 기밀유지도 다뤄야 할 필요가 있다. 예를 들 어, 벤치마킹의 결과는 기밀로 남아 있을 수가 있으며 또는 벤치마킹하는 것이 가능하지 않을 수도 있다. 예를 들어, 동일한 제품을 EU 또는 전 세계에 하나 또는 소수의 설비만 이 생산하는 경우이다. 경제적 측면 주요 비용은 데이터 수집에서 발생한다. 그러나 데이터를 더 광범위하게 찾는 가운데서 그리고 데이터 표준화를 위한 모델링을 수집하는 데서 추가비용이 발생한다. 시행 추진 용인 비용절감 사례 벤치마킹에 대한 상세한 정보는 부록 7.9 참조 오스트리아 에너지국 오스트리아 에너지국(AEA)의 보고서 회사 차원에서의 에너지 벤치마킹, 회사 보고서 일 지 는 구체적 에너지소비보다는 벤치마킹에 관한 것이다. 노르웨이 중소기업을 위한 제도 노르웨이는 중소기업을 위한 웹기반 벤치마킹 제도를 실시하고 있다. 벤치마킹 규약 네덜란드의 정부와 대기업 (연간 0.5PJ 이상 소비) 간에 맺어진 장기 협약은 벤치마킹에 기반하고 있다. 비슷한 제도가 벨기에의 플랑드르 지방에서도 실시되고 있다. 유리 산업 벤치마킹 유리 산업은 최고 에너지 효율적인 유리 용융 작업을 밝혀내기 위해 몇 가지 방법을 연구 하고 있으며 아래와 같이 몇 가지 결과가 발간되었다. 모범 사례 방식 및 에너지 균형의 적용 이론적인 에너지 또는 엔탈피 수요 및 최소한의 실제 에너지 소비 수준 결정 산업용 유리 화로의 구체적인 소비 벤치마킹 새로운 용융 및 마감 기술 개발 프랑스의 복합 공정 내에 있는 다른 제품 간에 에너지/CO 2 배출의 할당. 성공적인 진행. 프랑스 전분 산업은 컨설턴트의 도움을 받아 전분과 그 파생물 생산 공정에서의 에너지 평가/할당 방법을 개발했다. 이 방법이 사용되는 분야는 다음과 같다. 공정 단계별 및 제품 종류별 에너지 사용 할당 공정 단계별 및 제품 종류별 CO 2 배출 할당 에너지 사용의 개선을 위한 조치 그러므로 이는 벤치마킹 툴로 사용할 수 있다. 참조 정보 [10, Layer, 1999, 13, Dijkstra,, 108, Intelligent Energy-Europe, 2005, 127, TWG,, 156, Beerkens, 2004, 157, Beerkens R. G. C., 2006, 163, Dow, 2005, 227, TWG] 112 에너지 효율

147 3 장 2.17 기타 툴 감사 및 에너지 관리에 이용될 수 있는 현장 수준의 기타 툴이 부록 7.8에 제시되어 있다. 에너지 효율 113

148

149 3 장 3 에너지를 사용하는 시스템, 공정, 또는 활동에서의 에너지 효율을 달성하기 위해 고려되는 기술들 2장과 3장에서 이용된 계통적 접근법은 다음과 같다. 2장은 최적의 에너지 효율을 달성하기 위한 잠재성을 지니며 전체 설비의 수준에서 고려되는 기술을 설명하고 있다. 3장은 설비보다 하위의 수준에서 고려되는 기술을 설명하고 있다. 우선적으로는 에너 지를 사용하는 시스템(예: 압축공기, 증기) 또는 활동(예: 연소)의 수준을, 그리고 이후 로는 에너지를 사용하는 일부 부품 또는 장비(예: 모터) 등의 더 낮은 수준을 설명하 고 있다. 관리 시스템, 공정 통합 기술 및 특정 기술적 수단이 2장과 3장에 포함되어 있으나, 이 세 가지 수단은 최적의 결과를 모색하고자 할 때에는 완벽하게 중복된다. 많은 통합접근법 사례들이 이 세가지 수단을 함께 사용한다. 이로써 설명된 기술들의 구분이 더 어렵고 임 의적이 된다. 이 장(3장) 또는 2장 어디에도 기술 및 수단에 대한 포괄적인 목록은 없으며, 다른 기술들 이 존재할 수 있고 IPPC 및 BAT의 프레임워크 내에서 유효한 다른 기술들이 개발될 수도 있다. 기술들은 단독으로 또는 결합 형태로 이용될 수도 있으며(이 장 및 2장 모두에 나와 있음) IPPC의 목적을 달성하기 위해 1장에 제시되어 있는 정보를 통해 동등한 기술로 지 원 받을 수도 있다. 가능한 경우, 표 3.1에서와 같이 이 장 및 2장에 설명되어 있는 개별 기술의 개요를 설명 하기 위해 표준구조가 사용되었다. 이 구조는 시스템 및 (더 낮은 수준에서의) 압축공기, 연소 등과 같은 (설비 수준에서의) 에너지 관리를 설명하는 데에도 이용된다는 것을 염두 에 둔다. 고려되는 항목 설명 달성된 환경 편익 매체통합적 영향 운영 데이터 적용 분야 경제적 측면 시행의 동인 사례 참조 정보 항목의 내용 수치, 그림, 작업 공정도 등을 사용해 에너지 효율 기술에 대해 간단 하게 설명 적절하게 측정된 배출 및 소비 데이터를 통해 주요한 환경 편익을 증 명. 이 문서에서는 특별히 에너지 효율성 제고를 다루지만, 기타 오염 원 및 소비 수준의 감축에 대한 정보도 포함한다. 기술 시행으로 인해 환경에 미치는 부작용 및 손실. 다른 환경 매체에 미치는 기술의 영향 에너지와 기타 소모품(원료 및 물)의 소비 및 배출물/폐기물에 대한 이행 데이터. 기술의 안전 측면, 운영상의 제약요건, 산출물의 품질 등 을 포함해 기술에 대한 운영, 유지, 제어 등의 방식에 관한 기타 유용 한 정보 기술의 적용 및 수정에 관련된 요소에 대한 설명(예: 공간확보, 특정 공정에의 적용 분야, 기타 제약 요건 또는 불리한 점) 비용(투자 및 운영) 및 관련된 에너지 절감, EURkWh(열 및 전기), 기 술의 용량과 관련된 기타 가능한 절감(예: 원료 소비 절감, 폐기물 처 리 비용 절감)에 대한 정보 입법, 자발적 시행, 경제적 이유 등 기술의 시행을 정당화하는 요인 (IPPC 지침은 제외) 기술 사용의 보고가 있는 최소 1개 이상의 상황에 대한 사례 장을 기술하는 데 사용되고 상세정보를 더 많이 포함한 정보 표 3.1: 2장과 3장에 설명되어 있는 시스템 및 기술에 대한 항목별 정보 분류 에너지 효율 115

150 3 장 3.1 연소 개요 연소 또는 소각은 연료 및 산화제 사이에서 발생하는 일련의 발열성 화학 반응으로, 백열 또는 플레어 형태의 열과 빛의 생성을 수반한다. 완전 연소 반응에서, 화합물은 산화 성분과 반응하며, 생성물질은 산화성분이 포함된 연료 내의 개별 물질의 화합물이다. 실제로는, 연소 공정은 완전하거나 완벽하지 않다. 탄소(석 탄 연소) 또는 탄소 화합물(예: 탄화수소, 나무) 연소에서 발생하는 배기가스 내에는, 미연 탄소(매연) 및 탄소 화합물 (CO 및 기타) 모두가 나타나게 된다. 또한, 산소가 산화제로 작용할 때, 질소의 일부는 환경의 영향에 의해 다양한 질소 산화물 (NOx)로 산화된다[122, Wikipeida_Combustion, 2007]. 연소설비 이 장에서 논의되는 연소설비는 가열장치 또는 특정 공정 내에서 열을 발생시키고 이동시 키는 연료의 연소(폐기물 포함)에 이용되는 설비를 말한다. 다음과 같은 분야의 설비가 적 용된다. 증기나 뜨거운 물을 생성하는 보일러(3.2 참조) 증류장치에서의 원유 가열 등에 이용되는 공정 가열기 또는 석유화학 공장에서의 증 기 열분해 화학적 변형을 위해 높은 온도로 원료를 가열하는 로나 장치. 예로, 시멘트가마 및 금 속 생성을 위한 노 이 모든 응용 분야에 있어, 에너지는 공정 매개변수의 제어 및 연소측면의 제어로 관리될 수 있다. 공정과 관련된 에너지 관리 전략은 공정 그 자체에 따라 다르며, 관련 분야 BREF 내에서 고려된다. 연소 공정에서의 손실 연료의 연소에서 발생하는 열에너지는 활동성 매개로 전환된다. 열손실은 다음과 같이 분 류될 수 있다[125, EIPPCB]. 배출가스를 통한 손실. 배기가스 온도, 공기 혼합, 연료 구성성분 및 보일러의 불순 정도에 따라 달라진다. 미연 연료, 즉, 전환되지 않은 화학적에너지에 의한 손실. 불완전연소는 일산화탄소 및 배기가스 내에서의 탄화수소를 발생시킨다. 전도 및 방사에 의한 손실. 증기 발생에서, 주로 증기 발생기와 증기 파이프의 단열 정도에 따라 달라진다. 잔류물 내의 미연물질에 의한 손실. 바닥을 통해 올라오는 미연탄소 및 건식기저보일 러(DBB)에서의 비산회(fly ash)와 습식기저보일러(WBB)에서의 슬래그 및 비산회에 의 한 손실을 포함 증기 발생을 위한 보일러 내의 파열로 인한 손실 열손실 이외에도, 보조기계장치(예: 연료 수송 장비, 석탄 분쇄기, 펌프 및 팬, 재 제거시스 템, 가열면 세척)의 운영에 필요한 에너지 소비도 고려되어야 한다. 연소기술의 선택 (화력이 50MW 이상인) 대형 연소 설비에서 및 여러 다른 연료(예: 바이오매스 및 토탄, 액체 또는 기체 연료)를 이용해 에너지를 발생시키는 일반 기술은 LCP BREF에서 상세하 게 다루고 있다. 제공되는 정보가 소규모의 설비(하나 이상의 소규모 단위 설비로 구성되 어 있는 50MW 이상의 화력을 지닌 설비)에도 유용하다고 LCP BREF에서 설명하고 있다. 116 에너지 효율

151 3 장 독자의 이해를 돕기 위해, 이 문서 및 LCP BREF 19 에 설명되어 있는 연소 시 에너지 효 율을 위한 기술의 개요 모두가 표 3.2에 제시되어 있다. 중복 정보를 피하기 위해 LCP BREF에 기 포함된 연소 기술은 이 문서에서는 다루고 있지 않다. 따라서 독자는 이러한 기술들의 상세 내용을 확인하려면 LCP BREF를 참조해야 한다. 그러나 일부 경우에, LCP BREF에 기 포함된 기술에 대한 추가 정보가 이 문서에 포함되어 있기도 하다. LCP BREF 가 사용되는 연료의 유형에 따라 BAT를 결정하기 위해 연소 기술을 분류하고 있다는 것 을 염두에 둔다. 현장에 따라 기술의 적용 분야가 다양할 수 있다. 연소가 (용해로 같은) IPPC공정의 중요한 부분이 될 때, 사용되는 기술은 적절한 산업분야 별 BREF에 논의되어 있다. 석탄 및 갈탄 갈탄 예비건조 석탄 가스화 연료 건조 바이오매스 가스화 바크 플레싱 bark pressing 가압가스의 에너지 회복을 위한 팽창 터빈 열병합발전 배출 감소 및 보일러 성능을 위한 연소 환경의 첨단 전산제어 배기가스 열의 지역적 이용 낮은 잉여공기 , 및 , , , 4.4.3, , 연소가 산업분야별 BREF에 포함되지 않는 경우의 영역 및 관련 활동에 관한 기술 2006년 7월 LCP BREF 기술의 연료 유형과 거론된 장 바이오매스 및 토탄 5.1.2, 5.4.2, , , , 액체연료 기체연료 4.5.5, , , 6.4.2, , , 7.1.2, 7.4.1, , , 이 문서 각 장에 설명된 기술 3.4 열병합발전 잉여공기의 감 소를 통한 배기가스 유량의 감소 년 7월판 LCP BREF 참조 에너지 효율 117

152 3 장 연소가 산업분야별 BREF에 포함되지 않는 경우의 영역 및 관련 활동에 관한 기술 2006년 7월 LCP BREF 기술의 이 문서 각 장에 설명된 기술 연료 유형과 거론된 장 석탄 및 갈탄 바이오매스 및 토탄 액체연료 기체연료 배출가스 온도의 저하 배기가스에 서의 낮은 CO 농도 : 다음을 이용한 배기가스 온 도의 감소 최대 성과를 위한 수치화 외 에 추징금 부과를 위한 계획 적 안전 요인의 추가 열전달 비율의 증가, 열전달 표면의 증가 또는 개선을 이 용한 공정에서의 열전달 증가 공기 또는 물 예열기를 설치 하거나 배기가스와의 열교환 으로 연료를 가열해 배기가스 내의 폐열을 회수하고자 하는 (이코노마이저를 이용한 증기 발생 같은) 추가 공정을 결합 한 열회수(예: 유리, 시멘트). 높은 화염온도가 필요할 때 이 공정은 공기 예열이 필요 할 수 있다는 것을 염두에 둔 다. 높은 열이동율을 유지하기 위 해 재 또는 탄소 분진으로 덮 인 열이동 표면의 세척. 주기적으로 작동하는 매연 송 풍기가 청결하게 유지되어야 함. 연소영역에서의 열이동 표면의 세척은 일반적으로 검 사기간 및 유지보수를 위한 운영 중지 기간에 이루어지 나, (정련가열기 같은) 일부 경우에는 운영 중에 세척작업 을 할 수 있다 열축적 냉각탑 배출 냉각시스템 의 다양한 기술 (ICS BREF 참조) 에너지 효율

153 3 장 폐열을 이용한 연료가스의 예열 연소공기의 예열 열회수방식 및 축열식 버너 석탄 및 갈탄 연소가 산업분야별 BREF에 포함되지 않는 경우의 영역 및 관련 활동에 관한 기술 2006년 7월 LCP BREF 기술의 이 문서 각 장에 설명된 기술 연료 유형과 거론된 장 바이오매스 및 토탄 액체연료 기체연료 배기가스 온도의 감소, 배기가스의 열교환을 이용 한 연료의 예열 (3.1.1 참 조) (예: 유리, 시멘트). 높 은 화염온도가 필요할 때 에는 이 공정은 공기 예열 이 필요할 수 있다는 것을 염두에 둔다 배기가스 온도의 감소 배기가스의 열교환을 이용 한 공기예열기의 설치 배 기가스 ( 참조). (예: 유리, 시멘트 ) 높은 화염온도가 필요할 때에는 이 공정은 공기 예열이 필 요할 수 있다는 것을 염두 에 둔다 버너조절 및 제어 연료 선택 산소점화 (산소연료) 단열을 통한 열손실 감소 노 입구를 통한 손실의 감소 유동층 연소 표 3.2: LCP 및 ENE BREF에 제시되어 있는 연소기술의 개관 [236, Fernández-Ramos, 2007] 증기 측면의 문제는 3.2에 전체적으로 제시되어 있으며, 이 장에서도 부분적으로 다루어 진다. 일반적 에너지 평형 다음에 설명하고 있는 정보는 (버너를 이용한) 화염연소 및 유동층에서의 연소 모두와 관 련되어 있다. 연료 및 공기 유입구에서 굴뚝에서 배기가스 배출에 이르기까지의 연소 측 면에서의 에너지 관리만을 역점을 두어 다루고 있다. 공정 온도가 낮을 때의 연소설비의 일반적인 에너지 평형은 그림 1.1에 제시되어 있다. 에너지 효율 119

154 3 장 벽을 통한 열 흐름, H w 공정으로 전달되는 열 흐름, H p 연료 내에 나타나는 잠열, H f 예열공기 형태로 사용 가능한 열, H a 연소설비 배기가스의 민감한 열흐름, H g 기타 열손실, SH l (외부공정에서 유입) (열회수) 그림 3.1: 연소설비의 에너지 평형 [91, CEFIC, 2005] 여러 다른 에너지 흐름의 설명 연료 H f 에 나타나는 잠열은 연료의 유량 및 연료의 발열량(연료의 연소에 의해 발산되는 에너지의 양)을 기준으로 한다. 발열량은 MJ/kg로 표시된다. 연료의 고위발열량(HHV, 또는 HCV)은 연소생성물이 원래의 연료 온도로 냉각된 이후에 나타나는 전체 열이다. 저위발 열량(LHV)는 연소될 때 발산되는 총발열량에 총 농축되지 않은 수증기와 냉각되지 않은 연소생성물의 에너지를 뺀 것이다. 연료의 LCV는 일반적으로 HCV보다 5%-10% 낮다(세 부 설명 및 일부 표본값을 확인하려면 참조) 공정 H p로 전달되는 열은 연소 시스템의 연소 공정에서 배출된 에너지다. 현열(온도의 증 가), 기화 잠열(가열된 액체의 일부 또는 전체가 증발되었을 경우) 및 화학적 열(흡열성 화 학반응이 발생하는 경우)에 의해 생성된다. 배기가스 H g의 폐열 흐름은 공기와 연관되어 있으며 소멸된다. 배기가스의 유량, 배기가스 의 열 수용능력, 연소에 의해 생성된 물의 잠열에 기반하고 있으며 배기가스와 배기가스 의 온도에서 나타난다. 배기가스의 유량은 다음 두 가지 부분으로 분류될 수 있다. 연소반응 및 (화학양론 흐름이 H f 와 비례하는) 관련 질소에서 발생하는 CO 2 및 H 2O 의 화학양론 흐름 잉여공기의 흐름. 이는 완전연소를 이루기 위한 화학양론적 공기량을 초과해 투입된 공기의 양을 말한다. 공기 과잉과 배기가스 내의 산소 농도 사이에는 직접적 연관이 있다. 벽을 통한 열 흐름 H W 는 로/보일러의 외부 표면에서 대기로의 열 이동에 의해 주변 공기 로 손실되는 에너지다. 다른 열손실은 일괄적으로 ΣH l으로 부르며 다음을 포함한다. 탄소, CO 같은 산화되지 않거나 또는 부분적으로 산화된 잔류물 고형 잔류물(재)의 열 성분 기본적으로, 에너지 보존은 다음과 같이 산출된다. 식 에너지 효율

155 3 장 이는 포괄적 평형인데, H a 및 ΣH l로 경우에 따라 각각 적용될 수 있다. 구성에 따라, 다른 에너지 흐름도 평형에 포함될 수 있다. 소각로에서 다른 물질이 추 가되거나 손실되는 경우로 예를 들어 다음과 같다. 석탄 연소에서의 뜨거운 재 연소실에서 제어 배출물로 분사되는 물 연소공기의 에너지 크기 이 평형은 완전연소인 경우를 가정한다. 일산화탄소나 탄소질 분진 같은 미연 성분이 배기가스 내에 적은 양만 포함되어 있고 설비가 배출한계와 맞아떨어지는 경우에 한 해 합리적이다 20. 연소설비의 에너지 효율 기본적으로, 연소설비의 에너지 효율은 투입된 에너지에 대한 연소 공정에서 방출되는 에 너지 비율이다. 식 3.2 또는 식 3.1과 결합해 다음이 도출된다. 식 3.3 두 공식 모두 이용할 수 있으나, 절감될 수 있는 손실 에너지의 양을 보여주는 식 3.3을 이용하는 것이 일반적으로 더 효율적이다. 에너지 효율을 위한 전략은 벽을 통한 또는 배 기가스 내에서의 열흐름 손실을 줄이는 것에 기반한다 연소설비의 에너지 효율의 향상은, 연료소비의 감소를 가져올 수 있는 경우, CO 2 배출의 이득을 가져온다. 이런 경우에, CO 2는 절감된 연료의 탄소 성분과 비례해 줄어든다. 그러 나 효율의 향상은 동일한 연료 유량을 유지하면서 연소 공정에서 방출되는 에너지를 늘이 기 위해 이용될 수도 있다(식 3.2에서처럼 동일한 H f 에서 더 높은 H p ). 이는 에너지 효율 을 향상시키면서 생산 장치의 수용능력을 높일 수 있는 것으로 보인다. 이 경우에, (생산 수준과 관련된) CO 2 단위량의 배출 감소가 있을 수 있으나 절대값에서의 CO 2 배출감소는 발생하지 않는다(1.4.1 참조). 에너지 효율 가치 및 다양한 연소 공정에 대한 계산은 해당 분야의 BREF와 다른 출처들 에서 확인할 수 있다. 예를 들어, EN 는 수관 증기보일러 및 보조설비에 대한 에 너지 효율을, EN 는 원통형 보일러에 대한 에너지 효율을 계산한 것이다. 20 가루석탄을 이용하는 발전 설비에서 비산회 내의 미연탄소는 일반적인 현행 조건에서는 5% 이하다. 에너지 효율 121

156 3 장 배기가스 온도의 감소 설명 연소 공정에서 발생할 수 있는 열손실을 줄이기 위한 옵션 중 하나는 굴뚝으로 배출되는 배기가스의 온도를 줄이는 것이다. 이는 다음과 같은 방법으로 달성될 수 있다. 최대 성과를 위한 수치화 외에 추징금부과를 위한 안전요인의 추가 열전달 비율의 증가(터뷰레이터 또는 열을 교환하는 액체의 교류를 촉진할 수 있는 기타 장치의 설치) 또는 열전달 표면의 증가 또는 개선을 이용한 공정에서의 열전달 증가 배기가스 내의 폐열을 회수하기 위해 추가적인 공정(예: 이코노마이저를 이용한 증기 발생, 참조)과 결합되는 열회수 공기(또는 물) 예열기의 설치 또는 배기가스와의 열 교환을 이용한 연료의 예열 ( 참조). 생산 공정(예: 유리, 시멘트)에서 높은 화염온도가 필요한 경우 이 공정 은 공기 예열이 필요할 수 있다는 것을 염두에 둔다. 예열된 물은 보일러 급수 또는 온수 시스템(지역 시스템 같은)에서 사용될 수 있다. 높은 열전달 효율을 유지하기 위해, 재 또는 탄소질 분진으로 점진적으로 덮이게 되 는 열전달 표면의 세척. 주기적으로 작동하는 매연 송풍기의 대류 지역은 청결하게 유지되어야 한다. 연소지역에서의 열전달 표면의 세척은 일반적으로 검사기간 및 유 지보수를 위한 가동 중지 기간에 이루어지나, (정련가열기 같은) 일부 경우에는 운영 중에 세척작업을 할 수 있다. 연소출력을 열 수요에 부합하도록 (또한 과잉되지 않도록) 보장. 예를 들어, 액화 연 료에 덜 강력한 노즐을 설치하거나 기체 연료의 공급 압력을 감소시키는 등의 방법을 통해 연료의 유량을 줄여 버너의 화력을 저하시키는 방법으로 제어될 수 있다. 달성된 환경 편익 에너지 절감 매체통합적 영향 배기가스 온도의 감소는 다음과 같은 경우에는 대기의 질과 상충될 수 있다. 연소공기의 예열은 더 높은 화염온도를 야기해 그 결과 배출 한계값보다 더 높은 수 준에 이를 수 있는 NOx 생성의 증가를 가져오게 된다. 기존 연소설비를 공기 예열설 비로 개조하는 것은 공간확보, 추가 팬의 설치 및, NOx 배출이 배출 한계값을 넘어서 는 경우라면 NOx 제거공정의 추가로 인해 어려울 수 있다. 암모니아 또는 요소 주입 에 기반한 NOx 제거 공정은 배기가스 내의 암모니아 손실을 잠재적으로 가져올 수 있다는 것을 유념해야 하는데, 이는 비싼 암모니아 센서 및 제어 루프, 부하 변동이 큰 경우에는 적절한 온도 영역에서 NOx 감소제를 주입할 수 있는 복잡한 주입 시스 템(예: 다른 수준의 주입 램프 장착)을 추가하는 방법으로만 제어할 수 있다. NOx 또는 SOx 제거 시스템 같은 가스 세척 시스템은 특정 온도범위 내에서만 작동 한다. 배출 한계값을 충족시키기 위해 설치되어야 하는 경우, 가스 세척 및 열회수 시 스템의 배치는 더 복잡하고 경제적 관점에서 정의하기 어려울 수 있다. 일부 경우에, 지방 당국은 굴뚝에서 배기가스의 적정한 분산을 보장하고 연기기둥의 형성을 막기 위한 최저 온도를 요구한다. 이 관행은 대중에 대한 이미지를 좋게 유지 하기 위해 시행되는 경우가 많다. 설비의 굴뚝에서 생성되는 연기기둥은 대중에게 설 비가 오염물질을 생성하고 있는 것으로 인식시킬 수 있기 때문이다. 연기기둥이 없는 것은 깨끗한 운영을 암시하며, 특정 기후조건에서는 일부 설비(예: 폐기물 소각로) 굴 뚝에서 배출되기 전에 배기가스를 천연가스로 재가열한다. 이는 에너지 낭비이다. 122 에너지 효율

157 3 장 운영 데이터 배기가스 온도가 낮아지면 에너지 효율도 높아진다. 그럼에도, 배기가스 온도가 일정 수준 이하로 낮아지면 장애가 발생할 수 있다. 특히, 산노점(물과 황산의 응축이 일어나는 온도. 일반적으로 110ºC에서 170ºC 사이이며, 본질적으로 연료의 황 성분 포함 정도에 따라 다 름) 이하에서 운영될 때 금속 표면의 손상이 발생할 수 있다. 응축된 산의 처리를 필요로 하지만, 기름, 폐기물 및 가스연료를 사용하는 장치의 경우에는 내부식성 재료가 사용될 수 있다. 적용 분야 위에서 언급한 주기적 세척과는 별도의 전략으로 추가 투자가 필요하며, 설비의 설계 및 건축 단계에 적용되어야 한다. 그러나 (공간이 충분한 경우에는) 기존 설비의 개조도 가능 하다. 일부 적용 분야는 공정 투입구 온도와 배기가스 배출 온도 사이의 차이에 의해 제한될 수 있다. 이 차이의 정량적 가치는 에너지 회수와 장비 가격 사이의 절충의 결과다. 열회수는 적정한 이용이 있는 경우에 따라 항상 다르다(3.3 참조). 오염물질 형성의 가능성은 위에 언급된 매체통합적 영향을 참조한다. 경제적 측면 원금회수 기간은 5년 이하에서 최대 50년까지인데, 설비의 크기, 배기가스의 온도 같은 다 양한 변수에 따라 달라진다. 시행의 동인 (유리, 시멘트 같은) 직접 가열이 있을 경우에 공정 효율이 증가함 사례 광범위하게 사용됨 참조 정보 [17, Åsbland, 2005, 26, Neisecke, 2003, 122, Wikipeida_Combustion, 2007, 125, EIPPCB] 공기 또는 물 예열기의 설치 설명 이코노마이저(3.2.5) 이외에도, 공기 예열기(기체-기체 열 교환기)가 설치될 수 있다. 공기 예열기, 즉 APH는 버너로 유입되는 공기를 가열한다. 이는 공기가 종종 주변온도 수준으 로 되는 것과 마찬가지로 배기가스가 더 낮은 온도로 냉각될 수 있다는 것을 의미한다. 더 높은 공기 온도에서는 연소가 더 잘 되며, 보일러의 일반적인 효율도 증가될 것이다. 일반적으로, 배기가스 온도가 20 C 떨어질 때 마다 1%의 효율 증가를 달성할 수 있다. 공 기 예열기가 있는 연소 시스템의 개요는 그림 3.2에 제시되어 있다. 에너지 효율 123

158 3 장 보일러실 천장에서 내려오는 공기 보일러 배기가스 공기 예열기 에너지 그림 3.2. 공기 예열기가 장착된 연소 시스템의 개요 [28, Berger, 2005] 보일러실 천장에 버너의 공기주입구를 설치하는 방법이 덜 효율적이나 더 간단한 예열방 법일 수 있다. 일반적으로, 보일러실 천장의 공기는 외부 온도에 비해 10 C에서 20 C 정도 더 높다. 이는 효율의 손실과 상쇄가 될 수 있다. 또 다른 해결책은 이중벽으로 된 배출 파이프를 통해 공기를 버너로 보내는 방법이다. 배 기가스는 내부 파이프를 통해 보일러실로 전달되고, 버너의 공기는 두 번째 층을 통해 하 부로 이동하는 것이다. 이 방법으로 배기가스의 손실을 이용해 공기를 예열할 수 있다. 또 다른 방법으로 공기-물 열 교환기를 설치할 수도 있다. 달성된 환경 편익 실제적으로, APH로 효율을 3%에서 5% 정도 향상시킬 수 있다. APH의 또 다른 혜택은 다음과 같다. 뜨거운 공기를 연료 건조에 이용할 수 있다. 특히 석탄이나 유기연료에 적합하다. 원료 예열에 이용되는 APH를 설계단계에서 고려할 때 소규모의 보일러를 이용할 수 있다. 매체통합적 영향 그러나 APH와 연관된 일부 실질적인 단점이 존재하는데, 이러한 단점이 설비의 설치를 방해하는 경우가 많다. APH는 기체-기체 열 교환기이므로 넓은 공간을 필요로 한다. 열교환 또한 기체-물 교 환만큼 효율적이지 않다. 배기가스의 높은 하강 압력 때문에 버너 통풍기가 더 높은 압력을 제공해야 한다. 버너는 시스템에 예열공기를 공급해야 한다. 가열된 공기는 더 많은 공간을 사용하며, 이 또한 화염 안정성에 큰 문제를 제기한다. 더 높은 화염온도로 인해 더 많은 양의 NOx 배출이 있을 수 있다. 운영 데이터 가열된 공기를 버너에 공급하면 보일러 내의 배기가스 양에 영향을 미친다. 124 에너지 효율

159 3 장 일반적으로 배기가스 손실의 비율은 Siegert 공식을 이용해 결정된다. 식 3.4 여기서 W L = 배기가스 손실(소각값의 % 로 표시) c = Siegert 계수 T gas = 측정된 배기가스의 온도( C) T air = 공급 공기의 온도( C) % CO 2 = 배출가스 내에서 측정된 CO 2 농도(백분율로 표시) Siegert 계수는 배기가스의 온도, CO 2 농도 및 연료의 유형에 따라 달라진다. 아래 표 3.3 에 다양한 계수값들이 제시되어 있다. 연료의 종류 Siegert 계수 무연탄 x t gas x CO 2 중유 x t gas x CO 2 경유 x t gas x CO 2 천연 가스 (LCV) x CO 2 천연 가스 (HCV) x CO 2 표 3.3: 다른 연료유형에서의 Siegert 계수의 계산 [29, Maes, 2005] 예시: 고품질 천연가스를 연료로 하는 증기 보일러는 다음과 같은 배기가스 데이터를 갖 는다. t gas = 240 C 및 CO2 = 9.8%. 공기 공급은 변경되며 보일러실 천장 근처의 더 뜨거 운 공기가 유입된다. 공기는 실외온도 수준으로 미리 유입되어 있다. 평균적인 실외 온도는 10 C인 반면에 보일러실 천장의 연평균 온도는 30 C 다. 이 경우의 Siegert 계수는 x 9.8 = 이다. 조정 전의 배기가스 손실은 다음과 같다. 조정후의 배기가스 손실은 다음과 같이 바뀐다. 예를 들어, 단순히 공기투입구 위치를 재조정하는 것으로도 0.9%의 효율 증가가 이루어진 다. 적용 분야 공기 예열기의 설치는 신규 보일러에는 비용 효율적이다. 공기공급의 변경 또는 APH의 설치는 기술적 이유 또는 화재 안전으로 인해 제한되는 경우가 많다. 기존 보일러에 APH 를 맞추는 것은 매우 복잡한 경우가 많으며 그 효율이 제한적이다. 에너지 효율 125

160 3 장 공기예열기는 기체-기체 열교환기로, 온도 범위에 따라 설계가 달라지게 된다. 공기 예열 은 지연통풍버너에는 적용이 불가능하다. 예열된 물은 보일러 공급 또는 (지역 시스템 같은) 온수 시스템에서 이용될 수 있다. 경제적 측면 실제로, 연소공기예열에서 가능한 절감분은, 표 3.4에서와 같이, 발생된 증기 규모에 따라 개별적인 비율을 나타낸다. 따라서, 소규모 보일러에서의 에너지 절감분도 연간 GWh의 여러 범위에 속할 수 있다. 예를 들어, 15MW의 보일러에서 대략적인 절감 규모는 연간 2GWh인데, 일부 보일러는 연간 30,000유로이며 대략 연간 400톤 규모의 CO2를 얻을 수 있다. 단위 값 에너지 절감분 MWh/yr 수천 CO 2 감소 t/yr 수백 EUR의 절약 EUR/yr 수만 연간 운영시간 h/yr 8700 표 3.4: 연소공기 예열에서 가능한 절감 [28, Berger, 2005] 시행의 동인 공정의 에너지 효율이 증가함 사례 광범위하게 사용됨 참조 정보 [29, Maes, 2005], [16, CIPEC, 2002] 열회수방식 및 축열식 버너 공업용 노의 가열공정의 주요 문제 중 하나는 에너지 손실이다. 전통적인 기술을 이용하 는 경우 1300 C 정도의 온도에서 배기가스를 통해서 약 70%의 투입열이 손실된다. 따라서 에너지 절감 수단은 특히 고온 (400 C에서 1600 C 사이의 온도) 공정에서 중요한 역할을 수행하고 있다. 설명 열회수방식 및 축열식 버너는 연소공기 예열을 통한 직접적인 폐열회수를 위해 고안되었 다. 열회수방식 버너는 소각로 폐기가스에서부터 유입되는 연소공기의 예열까지 발생하는 다양한 열을 추출하는 열교환기다. 냉각 공기 연소 시스템과 비교해 볼 때, 열회수기는 30% 내외의 에너지 절감의 달성을 예상할 수 있다. 그러나 일반적으로 최대 550 C-600 C 까지 공기를 예열할 수 있다. 열회수방식 버너는 고온공정에서 이용된다(700 C-1100 C 사 이의 온도). 그림 3.3에서처럼, 축열식 버너는 한 쌍으로 작동하며 세라믹 축열기를 이용한 단기간 열 보관의 원리로 작동한다. 노 폐기가스에서 발생하는 열의 85%-90%를 회수할 수 있다. 따 라서 유입되는 연소공기는 노 운영 온도보다 100 C-150 C 낮은 수준의 매우 높은 온도로 예열될 수 있다. 적용 온도는 800 C-1500 C 범위 사이다. 연료소모는 60% 가량 줄어들 수 있다. 126 에너지 효율

161 3 장 4방향 전환 밸브 축열기 축열식 버너 매 30초-60초마다 전환 그림 3.3. 축열식 버너의 작동 원리 [17, Åsbland, 2005] 열회수방식 및 축열식 버너(HiTAC 기술)는 동종의 화염 온도(무염연소, 5.1 참조)를 이용 하며, 전통적인 화염의 온도 최고점을 이용하지 않는, 사실상 확장된 연소지역 내에서 이 루어지는 기발한 연소방식으로 실행된다. 그림 3.4는 다양한 산소 농도 및 공기 온도에서 의 다른 연소 영역을 보여주고 있다. 고온 화염 구역(고온 연소) 신규 연소 구역 (고온 공기 연소) 공 기 온 도 ( ) 비 연소 구역 일반적인 화염 구역(일반적 연소) 산소 농도(%) 그림 3.4: 각기 다른 연소 영역[17, Åsbland, 2005] 에너지 효율 127

162 3 장 달성된 환경 편익 에너지 절감 매체통합적 영향 최신식 열회수방식/축열식 버너 기술의 중요한 제한 요소는 배출감소를 위해 설계된 기술 과 에너지 효율에 초점을 맞춰 설계된 기술 사이의 충돌이다. 질소를 포함하지 않은 연료 에서의 NOx 생성은 기본적으로 온도, 산소농도 및 체류시간의 작용의 결과다. 예열된 공 기의 높은 온도 및 체류시간 때문에, 전통적인 화염은 NOx 배출을 증대시킬 수 있는 높 은 최고 온도점을 지닌다. 운영 데이터 공업용 노 내에서, 연소공기는 높은 성과도를 지닌 열교환기를 이용해 800ºC-1350ºC 사이 의 온도에 이를 수 있다. 예를 들어, 높은 순환주기로 전환되는 현대의 축열식 열교환기는 폐열의 90% 수준까지를 회수할 수 있다. 따라서 대량의 에너지 절감이 가능하다. 적용 분야 광범위하게 사용됨 경제적 측면 이 버너들의 단점은 투자비용이다. 에너지를 위한 절감된 비용만으로는 더 높은 투자비용 을 보상할 수 없다. 따라서, 비용효과 분석에 있어서는 노에서의 더 높은 생산성 및 질소 산화물의 더 낮은 배출이 중요한 동인으로 포함된다. 시행의 동인 노에서의 더 높은 생산성 및 질소 산화물의 더 낮은 배출이 중요한 요인이다. 설비 예시 광범위하게 사용됨 참조 정보 [220, Blasiak W., 2004, 221, Yang W., 25 May 2005, 222, Yang W., 2005, 223, Rafidi N., 2005, 224, Mörtberg M., 2005, 225, Rafidi N., June 2005, 226, CADDET, 2003, March] 잉여공기의 감소를 통한 배기가스 유량의 감소 설명 잉여공기는 연료 유량에 비례해 공기 유량을 조정하는 방식으로 최소화될 수 있다. 이는 대체로 배기가스 내 산소량의 자동화된 측정을 통해 지원될 수 있다. 공정에서 요구하는 열이 얼마나 빨리 변동될 수 있느냐에 따라, 잉여공기는 수동으로 설정되거나 자동으로 제어될 수 있다. 공기 수준이 너무 낮으면 화염이 소멸될 수 있으며, 이로 인한 재점화 및 역화는 설비에 손상을 입힐 수 있다. 안전상의 이유로 일부 잉여공기는 (일반적으로 가스 연료의 12%이며 액체 연료의 10% 수준으로) 항상 남아있어야 한다. 달성된 환경 편익 에너지 절감 매체통합적 영향 잉여공기가 감소함에 따라, 탄소질 분진, 일산화탄소 및 탄화수소 같은 미연 성분이 생성 되며 배출 한계값을 초과할 수도 있다. 이는 잉여공기 감소를 통해 달성되는 에너지 효율 증대의 가능성을 제한한다. 실제로, 배출이 한계값 이하인 경우에서 잉여공기는 값에 맞게 조정된다. 128 에너지 효율

163 3 장 운영 데이터 잉여공기의 감소는 미처리 가스 온도의 증가와 관련하여 제한되는데, 특히 극고온에서는 전체 시스템을 손상시킬 수 있다. 적용 분야 제한범위 내에서 배출이 유지되기 위해 도달할 수 있는 최소 잉여공기는 버너 및 공정에 따라 달라진다. 고형 폐기물을 연소시킬 때 잉여공기가 증가하는 것을 염두에 둔다. 그러나 폐기물 소각 로는 폐기물 연소 서비스를 제공하기 위해 건설되었으며 폐기물을 연료로 하는 것에 최적 화되어 있다. 경제적 측면 연료의 선택은 비용에 근거하고 있는 경우가 많으며 법률 및 규칙에 의해 영향을 받기도 한다. 시행의 동인 특히 직접 점화 시에 더 높은 공정온도를 달성할 수 있다. 사례 일부 시멘트 및 생석회 및 폐기물-에너지화 설비 참조 정보 [91, CEFIC, 2005, 125, EIPPCB]][126, EIPPCB] 버너 조절 및 제어 설명 자동화된 버너 조절 및 제어는 연료 흐름, 공기 흐름, 배기가스 내의 산소흐름 및 열 요구 량을 모니터링하고 제어하는 방식을 이용해 연소를 제어하는 데 이용될 수 있다. 2.10, 및3.1을 참조한다. 달성된 환경 편익 잉여공기 흐름을 감소시키고 최적으로 연소를 완료하며 공정에서 요구되는 열만을 공급할 수 있도록 연료 이용을 최적화함으로써 에너지 절감을 달성할 수 있다. 연소 공정에서의 NOx 형성을 최소화하는 데 이용될 수 있다. 매체통합적 영향 예측되는 바 없음 운영 데이터 자동 제어의 주기적 재조정이 있는 형태로, 초기 설정 단계가 있을 것임 적용 분야 광범위하게 사용됨 경제적 측면 비용 효율적임. 원금회수 기간은 현장의 특성에 따라 다름 시행의 동인 연료이용에 있어 비용 절감 사례 제출된 데이터 없음 에너지 효율 129

164 3 장 참조 정보 [227, TWG] 연료 선택 설명 연소 공정에 선택된 연료의 종류는 연료가 이용된 개별 장치에 공급되는 열에너지의 양에 영향을 미친다(3.1의 개요 및 참조). 요구되는 잉여공기 비율(3.1.3 참조)은 이용된 연료에 따라 달라지며, 이는 고체일 때 증가한다. 따라서 연료의 선택은 연소 공정에서 잉 여공기를 제거하고 에너지 효율을 높이기 위한 옵션이다. 일반적으로, 연료의 발열량이 높 을수록 연소 공정은 더 효과적이다. 달성된 환경 편익 이 방법은 잉여공기 흐름을 제거하고 연료 이용을 최적화함으로써 에너지 절감을 달성한 다. 일부 연료는 연소 중 오염물질을 덜 생산하는데, 이는 공급원에 따라 다르다(예: 천연 가스에는 SOx로 산화되는 황이 거의 함유되어 있지 않으며, 금속은 포함되어 있지 않음). 연료선택이 배출에 있어 상당한 영향을 미치는 것으로 알려진 다양한 산업분야별 BREF 내에 이러한 배출 및 이익에 대한 정보들이 있다. 다음과 같은 다른 환경적 요인에 의해 발열량이 더 낮은 연료를 선택하기도 한다(1.1.3 참 조). 고갈되지 않는 공급원에서 나오는 연료 연료로 이용된 폐기가스, 폐액 또는 폐고형물에서 발생하는 열에너지의 회수 수송 등 다른 환경적 영향의 최소화 매체통합적 영향 다양한 배기가스는 특정 연료와 연관되어 있다.(예로, 분진, SOx, 금속은 석탄과 연관되어 있다.) 연료 선택이 배출에 있어 중대한 영향을 미치는 것으로 알려진 다양한 산업분야별 BREF 내에 이러한 영향에 대한 정보들이 제시되어 있다. 운영 데이터 제시된 바 없음 적용 분야 신규설비 또는 설비 개선을 위한 설계에 있어 광범위 하게 적용된다. 기존 설비의 경우, 연료의 선택은 연소설비 설계에 따라 제한될 수 있다(즉, 석탄 점화 설 비를 천연가스를 연소할 수 있도록 바로 개조할 수 없을 수도 있음). 예를 들어, 폐기물 소각로 같이 설비의 핵심 업무에 따라 제한될 수도 있다. 연료 선택은 법률 및 규정에 의해 영향을 받을 수도 있는데, 여기에는 지역(한정) 및 경계 를 넘는 환경 요구사항이 포함된다. 경제적 측면 연료 선택은 전적으로 비용기반적이다. 시행의 동인 연소 공정효율 배출되는 여타 오염물질의 감소 130 에너지 효율

165 3 장 사례 폐기물-에너지화 설비 (열회수 기능을 지닌 폐기물 소각로) 내에서의 폐기물 소각 시멘트로 내에서의 폐기물 소각 폐기가스 소각, 예를 들어, 정제 과정에서의 탄화수소 가스 또는 비철금속 공정에서의 일산화탄소 바이오매스 열 및 전력 설비 참조 정보 [227, TWG] 산소-점화 (산소연료) 설명 산소는 주변 공기 대신에 이용되며, 현장의 공기에서 추출하거나, 더 일반적으로는 대량으 로 매입한다. 달성된 환경 편익 산소점화는 다음과 같은 다양한 이점을 지니고 있다. 증가된 산소성분은 연소온도의 상승을 가져와 미연 연료의 양을 줄여줌. 이로써 공정 으로의 에너지 전환을 높여 NOx 배출을 줄이면서 동시에 에너지 효율이 증가하게 됨 공기의 80%가 질소이므로 가스의 유량은 이에 따라 감소하게 되며, 이로써 배기가스 유량의 감소가 일어나게 됨 버너의 질소 함량이 지속적으로 감소됨에 따라, NOx 배출의 결과를 가져옴 배기가스 유량에서의 감소로 소규모의 폐기가스 처리 시스템이 가능하며 결과적으로 NOx(여전히 필요하기는 하나), 분진 등의 감소로 에너지 요구량이 더 적어짐 산소가 현장에서 생산되는 경우, 분리된 질소는 (비철금속 산업에서의 자연성 반응 같은) 산화조건에서 반응이 일어나는 노 내의 비활성대기를 활성화 시키는 등에 이용 가능함 향후 이익으로 CO 2의 포집 및 분리를 더 쉽게 만들고 에너지가 덜 필요하게 되는 감 소된 가스 (및 고농도 CO 2)의 양을 기대할 수 있음 매체통합적 영향 공기로부터 산소를 농축시키는 데 필요한 에너지 요구사항은 상당하며, 또한 이는 에너지 계획에서 항상 고려되어야 한다( 참조). 유리 산업 내에서, 유리 용해생산 최대량, 유리 유형 및 적용된 유리 노 유형은 다양하다. 여러 경우에, (예: 열회수 방식 노와 비교해, 상대적으로 소규모의 노 및 특정 유리에 있어 서) 산소점화로의 전환은 (산소 생성에 필요한 기초 에너지 당량을 고려할 때) 전반적인 에너지 효율을 향상시킬 수 있다. 그러나 다른 경우에는, 산소 발생에 필요한 에너지 소모 는 절감된 에너지와 같거나 그보다 더 높다. 대규모 용기 유리생산에 이용되는, 엔드포트 점화 방식의 축열식 유리 노와 산소점화 유리 노의 전체적인 에너지 효율을 비교했을 때 특히 그러하다. 그러나 산소점화 유리 노 분야에서 가까운 미래에 에너지 효율을 향상시 킬 수 있는 발전이 있을 것으로 기대된다. 에너지 절감은 산소 구매 비용을 항상 상쇄시 키지는 않는다. 에너지 효율 131

166 3 장 운영 데이터 공기 흐름보다 산소 흐름에서 폭발 위험이 더 높기 때문에 산소를 다루는 데 있어서 특별 한 안전이 고려되어야 한다 산소 파이프라인은 매우 낮은 온도에서 운영되어야 하기 때문에, 산소를 다루는 데 있어 서 특별한 안전 예방이 필요할 수 있다. 적용 분야 전 분야에서 광범위하게 이용되지는 않는다. 유리 분야에서, 생산자는 유리 노 연소공간의 온도를 적용되는 내화성 물질에 적정하며 필요량의 유리를 녹이는 데 필요한 수준으로 제 어하도록 노력해야 한다. 산소점화로의 이용으로 보통 노온도(내화성 또는 유리 온도)가 증가하지는 않으나 열전달을 향상시킬 수 있다. 산소점화의 경우, 노 온도는 철저하게 제 어되어야 하지만 공기 이용 점화로의 온도보다 높지는 않다(화염의 중심 온도는 더 높을 수도 있음). 경제적 측면 산소 구입 가격은 높으며 자체생산은 전력 요구가 높다. 공기 격리 설비에 대한 투자는 실속 있으며, 산소점화의 비용효율을 강력하게 좌우할 수 있다. 시행의 동인 감소된 폐기가스 흐름으로 비 질소산화 같은 소규모의 폐기가스 처리 시스템이 요구될 수 있으나, 이는 신규 건립 또는 폐기물 처리 설비가 설치되거나 대체되는 곳에만 제한적으 로 적용된다. 사례 유리 및 금속 정련 산업에서 이용됨(폴란드의 경우 질소와 함께 사용) 참조 정보 [157, Beerkens R.G.C., 2006] 단열에 의한 열손실 감소 설명 연소 시스템의 벽을 통한 열손실은 파이프의 직경 및 단열체의 두께에 따라 결정된다. 경 제적 측면에서 에너지 소모와 연관되는 최적의 단열두께는 각각의 경우에 따라 다르다. 벽을 통한 열손실을 최소한으로 유지할 수 있는 효과적인 단열은 보통 설비의 주문 단계 에서 이루어진다. 그러나 단열재료는 지속적으로 성능이 감소하며, 따라서 유지보수 프로 그램에 따른 조사 후에 대체되어야 한다. 운영 중지 기간의 수리를 계획하기 위해 연소설 비가 운영 중일 때 외부에서부터 손상된 단열 지역을 확인하는 데에 적외선 영상을 이용 하는 일부 기술이 유용하다. 달성된 환경 편익 에너지 절감 매체통합적 영향 단열 물질의 이용 운영 데이터 (단열 시스템 하부의) 시스템에서 숨어있는 손실이 있는지의 여부를 점검하는 데에 규칙적 인 유지보수 및 주기적인 제어가 중요하다. 부압 시스템에서, 누출은 시스템 내의 가스량 의 증가와 이에 따른 팬의 전력 요구량 증가를 야기할 수 있다. 132 에너지 효율

167 3 장 또한, 시스템의 단열되지 않은 부분들은 다음과 같은 조건에서는 운영자에게 상해를 입힐 수도 있다 접촉의 위험 50 C를 초과하는 온도 적용 분야 모든 경우에 적용 경제적 측면 특히 운영 중지 기간에 실행될 경우 낮은 비용. 하지만 단열 시스템 수리는 운영 중에 실 행될 수도 있음 시행의 동인 공정 온도의 유지 사례 강철 및 유리 산업에서 단열재 수리가 운영 중에 이루어지기도 함. 참조 정보 [91, CEFIC, 2005] 노 개방을 통한 손실의 감소 설명 복사에 의한 열손실은 하역을 위한 노 개방에 의해 발생할 수 있다. 이는 특히 500 C 이 상의 온도에서의 노 운영에 있어 중요하다. 개방은 노 연도 및 굴뚝, 공정을 눈으로 점검 하기 위해 이용되는 구멍, 과도한 작업량, 하역, 물질 및 연료 등을 수용하기 위해 부분적 으로 개방된 채로 있는 문을 포함한다. 달성된 환경 편익 제출된 데이터 없음 매체통합적 영향 제출된 데이터 없음 운영 데이터 손실은 적외선 카메라를 통해 스캔을 하면 매우 잘 나타난다. 설계를 개선함으로써 문 및 구멍을 통한 손실은 최소화될 수 있다. 적용 분야 제출된 데이터 없음 경제적 측면 제출된 데이터 없음 시행의 동인 제출된 데이터 없음 사례 제출된 데이터 없음 참조 정보 [127, TWG, 271, US_DOE, 2004] 에너지 효율 133

168 3 장 3.2 증기 시스템 증기의 일반적인 기능 설명 증기는 액체 기반 가열 시스템에서 사용 가능한 에너지 운반체의 하나다. 다른 일반적인 에너지 운반체는 물 및 열매체유다. 물은 요구 온도가 100 C를 넘지 않을 때 사용할 수 있으며, (가열이 필요 없는) 가압수는 100 C 이상의 온도에서 사용 가능한데 일부 경우에 는 180 C 이상에서도 가능하다. 열매체유의 가열점은 더 높다(또한 더 긴 유효기간의 열매 체유가 개발됨). 그러나 일반적으로 열매체유의 열 최대수용능력 및 열전달계수는 증기보 다 더 낮다. 증기는, 많은 직접접촉식 적용에서의 이용을 포함해, 아래에 언급된 것과 같 은 다양한 이점을 지니고 있다. 이러한 이점에는 가연성 또는 폭발성 물질의 이용에 있어서의 낮은 독성 및 안전, 수송 용이성, 고효율, 높은 열수용능력 및 열매체유에 비교해 낮은 비용 등이 포함된다. 증기는 단위질량당 상당량의 에너지( kj/kg)를 포함하고 있는데 이는 터빈을 통한 기계적 작업이나 공정에서 열과 같은 형태로 추출될 수 있다. 증기 열성분의 대부분은 잠열 형태 로 저장되기 때문에, 대량의 열이 정온상태에서 효과적으로 이송될 수 있는데, 이는 대부 분의 공정 가열 적용에서 유용한 속성이 된다 ( 참조). 증기는 또한 LCP BREF에 상 세하게 논의되어 있다. 물이 증기 상태로 전환되는 과정에서 대량의 에너지가 필요한데, 이는 잠열 형태로 저장 된다. 이로써 다른 가열 용액과 비교해 증기를 이용할 때에는 작은 표면지역에서 상당히 큰 규모의 열전달이 있을 수 있다. 물 4000 W/m 2 C 기름 1500 W/m 2 C 증기 >10000 W/m 2 C 물의 액체-기체 시스템의 경우, 상다이어그램에서 직선으로 나타나는 상의 경계에서(그림 1.5 참조)는 압력이 온도와 직접적으로 연관이 있다. 온도는 압력의 조정으로 쉽게 변화될 수 있다. 고압 또는 저압에서의 운영은 설비에 따라 그 영향이 다르다(아래 운영 데이터 참조). 따라서 설비의 증기 압력은 신뢰도와 에너지 효율 사이의 최적화를 달성하기 위해 주의 깊게 고려되어야 한다. 증기에서 얻을 수 있는 많은 이점은, 산업에서 증기를 생산하기 위해 상대적으로 많은 양 의 에너지를 사용하고 있다는 점에서도 알 수 있다. 예를 들어, 1994년에 EU-15 회원국 내의 산업에서 약 5988 PJ 의 증기 에너지를 사용했는데, 이는 제품 산출을 위한 산업용 으로 이용된 전체 에너지의 약 34%에 해당한다. 다양한 산업에서 증기 발생을 위해 이용 된 에너지의 사례가 표 3.5에 제시되어 있다. 산업 증기를 생산을 위한 에너지 이 산업에서 사용되는 총 (PJ) 에너지에서 차지하는 비율 펄프 및 제지 % 화학제품산업 % 정유산업 % 표 3.5: 여러 산업에서 증기를 생성하기 위해 사용되는 에너지 달성된 환경 편익 증기 그 자체는 무독성임 134 에너지 효율

169 3 장 매체통합적 영향 증기의 생산은 연소에서의 배출을 일으킴. 보일러 용수가 처리될 때, 처리 또는 탈이온화에서 화학약품의 배출이 있음 폐기물 흐름 또는 뜨거운 응축액은 하수구 또는 물의 온도를 높일 수 있음 운영 데이터 증기 시스템은 발생 설비 (보일러), 분배 시스템 (증기 네트워크, 즉, 증기 및 응축액의 반 환), 소비자 또는 최종 사용자(즉, 증기/열을 이용하는 설비/공정) 및 응축액 회수 시스템의 4가지 별개의 부문으로 구성되어 있다. 효과적인 열 생산, 분배, 운영 및 유지보수는 다음 에 설명하고 있는 것과 같이 열손실의 감소에 크게 기여한다. 발생(3.1 연소 참조): 증기는 보일러 또는 열회수 시스템 발생기 내에서 연소가스의 열을 물로 이동시키는 과정에서 생겨난다. 물이 충분한 열을 흡수하면 액체상태에서 증기 상태로 상이 변화한다. 일부 보일러에서, 과열기는 증기의 에너지 성분을 더 증 가시킨다. 압력으로 인해 증기는 보일러 또는 증기발생기에서 분배시스템으로 흐르게 된다. 분배: 분배 시스템은 증기를 보일러 또는 최종사용 지점으로 운반한다. 많은 분배 시 스템은 다른 압력조건에서 운영되는 여러 개의 라인으로 구성되어 있다. 이러한 분배 라인들은 다양한 유형의 격리 밸브, 압력-조절 밸브, 및 때때로는 배압 터빈으로 분리 된다. 효율적인 분배 시스템 성능은 적당한 증기 압력 평형, 뛰어난 응축액 배수, 적 당한 단열 및 효과적인 압력 조절을 필요로 한다. 높은 압력 증기는 다음과 같은 이점을 지닌다. 포화된 증기의 온도는 더 높음 규모가 더 작음, 즉 더 작은 분배 파이프를 필요로 함 고압에서 증기를 분배하고 적용에 앞서 압력을 줄이는 것이 가능함. 따라서 증기는 더 건조해지고 안정성은 더 높아짐 더 높은 압력은 보일러 내의 가열공정을 더 안정적이게 함 낮은 압력 시스템은 다음과 같은 이점을 지닌다. 보일러 및 분배시스템에서 에너지 손실이 더 적음 응축액 내의 잔존 에너지양이 상대적으로 더 적음( 및 참조) 파이프 시스템에서의 누손 손실이 더 적음 관석 생성의 감소 증기 시스템에서의 높은 운영 압력 밸브 때문에, 안전은 증기 공정에서 극도로 중요한 측 면이다. 또한, 증기 시스템은 수격작용 또는 다양한 침식이 일어나기 쉽다. 그 결과, 다른 부품의 신뢰성 및 수명은 설계, 설정 및 설비의 유지보수에 따라 상당히 다르다. 최종용도: 증기의 최종 용도는 매우 다양하다. 다음과 같은 사례가 있다. 기계적 운영: 터빈, 펌프, 압축기 등. 발전기, 대형압축기 등의 대규모 장비에 일반 적임 가열: 공정 가열, 모든 유형의 제지 생산품의 건조 화학 반응에서 이용: 화학 반응의 감속, 탄화수소 성분의 분리 및 증기 메탄 개질 에서의 수소 원천으로의 이용 에너지 효율 135

170 3 장 일반적인 증기 시스템의 최종용도 장비에는 열교환기, 터빈, 분류탑, 탈기설비 및 화학 반 응 용기가 포함된다. 전력 발전은 LCP BREF에 설명되어 있으며, 열병합발전 및 삼중열병합발전은 이 문서의 3.4 및 3.4.2에 각각 설명되어 있다. 공정 가열에서, 증기는 내부의 잠열을 열교환기 내에서 공정유체로 이동시킨다. 증기는 농 축되기 전까지는 스팀트랩을 이용해 열교환기 내에 보관되는데, 각각의 지점에서 트랩은 응축액을 응축액 반환 시스템으로 흘려보낸다. 터빈 내에서, 증기의 내부에너지는 펌프, 압축기 또는 전기발생기 같은 회전식 또는 왕복식 기계장치를 구동하기 위한 역학적 일로 전환된다. 분류탑 내에서, 증기는 공정유체의 다양한 성분의 분류를 촉진한다. 탈기장치 내에서, 증기는 공정유체에서 오염물질을 추출하는 데 이용된다. 또한 증기는 다음 특정 화학반응을 위한 물의 공급원으로 이용된다. 응축액의 회수: 증기가 잠열을 설비 내로 이동시킬 때, 물은 증기 시스템 내에서 응축 되고 응축액 반환 시스템을 통해 보일러로 반환된다. 첫번째로 수집탱크로 응축액이 반환되는데, 여기서 응축액은 탈기기로 펌핑된다. 탈기기에서는 산소와 비응축 가스들 이 탈기된다. 보충수 및 화학약품은 수집 탱크나 탈기기 안에서 추가될 수 있다. 보일 러 공급펌프는 공급수 압력을 보일러 압력 이상으로 증가시키고 순환을 완결하기 위 해 공급수를 보일러 내로 주입한다. 효율적인 증기 보일러의 산정: 특정보일러의 효율의 산정을 위한 전 유럽 협의 내용 은 CEN EN :2003(수관 보일러 및 보조 설비: 인수 검사) 및 CEN EN :2003(원통형 보일러: 인수 검사)에서 확인할 수 있다. 그림 3.5: 전형적인 증기 발생 및 분배 시스템 [123, US_DOE] 적용 분야 광범위하게 사용됨 136 에너지 효율

171 3 장 경제적 측면 증기 생산의 비용은 이용되는 연료의 가격에 직접적으로 영향을 받는다. 즉, 특정 연료에 대한 가격 이점이 연료와 연관된 열효율 불이익보다 더 클 수 있다. 하지만 특정 연료에 있어서는 열효율을 향상시킴으로서 큰 절감분을 획득할 수 있다 (연소, 3.1 참조). (응축액의 반환을 포함해) 증기발생 및 분배와 연관되어 있는, 피할 수 있는 에너지 손실 을 제거함으로써 이용 측면에서의 증기 비용을 현저하게 줄일 수 있다. 개별 현장에서의 잠재적인 에너지 절감은 1%~35% 사이이며, 평균적으로는 7%가 절감된 다. 시행의 동인 에너지 비용, 배출의 감소 및 투자의 빠른 회수 증기의 이용: 이용 용이성 및 융통성, 낮은 독성, 시스템 크기 대비 높은 열 운반 사례 발전, 모든 화학제품 분야, 펄프 및 제지, 식품, 음료 및 유업 같은 많은 IPPC 분야에서 광 범위하게 사용됨 참조 정보 [32, ADENE, 2005, 33, ADENE, 2005, 123, US_DOE, 125, EIPPCB, 236, FernándezRamos, 2007] 증기 시스템 성능을 향상시키기 위한 수단의 개요 증기 시스템은 LCP BREF에 상세하게 설명되어 있다. 독자의 이해를 돕기 위해, 이 문서 에는, 이 문서에서 설명하고 있는 기술 이외에도 LCP BREF 21 에서 설명하고 있는 기술의 참조목록도 제시되어 있다. 시스템의 발생, 분배 및 회수 영역에 대한 일반적인 실행 기회 들이 표 3.6에 제시되어 있다 년판 LCP BREF와 관련된 참조 에너지 효율 137

172 3 장 증기 시스템이 수직적 BREF에 포함되지 않는 경우의 영역 및 관련 활동에 관한 기술 ENE BREF의 장별 기술 혜택 장 설계 에너지 효율적인 설계 및 증기 분배 배관 에너지 절감을 최적화함 구조의 설비 2.3 감속 장치 및 배압 터빈의 이용(PRV 대 저압 서비스 상태에서 증기 압력을 제거하 신에 배압 터빈을 활용 는 데 더 효과적인 방법을 제공 운영 및 제어 운영 절차 및 보일러 제어를 개선 에너지 절감을 최적화함 순차적인 보일러 제어의 이용 (1개 이상 에너지 절감을 최적화함 의 보일러가 있는 현장에만 적용) 배기가스 격리 댐퍼의 설치 (1개 이상의 보일러가 있는 현장에만 적 에너지 절감을 최적화함 용 가능) 발생 다음을 이용한 공급수의 예열 예를 들어, 공정에서의 폐열 연소공기를 이용하는 이코노마이저 배출가스에서 유효열을 회수하며 예열공급 응축액 가열을 위한 탈기 공급수 수를 이용해 유효열을 시스템으로 다시 이 공급수를 탈기, 가열해 열교환기를 동시킴 통해 탈기기로 보내는 데 이용되는 증기의 응축 열 이동면 상의 물때 관석의 예방 및 제 연소가스에서 증기로의 효과적인 열전달 거(보일러 열 이동면의 세척) 수처리 향상으로 보일러 파열을 최소화 함 총 용존 고형물 자동 제어설비의 설치 파열과 에너지 손실을 줄일 수 있도록 보일 러 용수 내의 총 용존 고형물의 양을 줄임 보일러 내화성의 추가/복원 보일러에서의 열손실을 줄이고 보일러 효율 을 복원함 2.9 탈기기 유출율을 최적화함 증기의 회피 가능한 손실을 최소화 보일러 단순환에서의 손실을 최소화 에너지 절감을 최적화함 보일러 유지보수를 시행 2.9 분배 증기 분배 시스템을 최적화함 (특히 아래에 나오는 문제들을 포함) 증기의 회피 가능한 손실을 최소화하며 배 사용하지 않는 라인으로부터 증기를 격리 관 및 장비 표면에서의 에너지 손실을 감소 시킴 증기 파이프 및 응축액 반환 파이프에서 배관 및 장비 표면에서의 에너지 손실을 감 의 단열(증기 시스템 배관, 밸브, 부속품 소시킴 및 용기가 단열이 잘된다는 가정 하에) 응축액 시스템으로 유입되는 활성증기 통과 정도를 줄이고 최종 이용단계의 열전달의 증기 트랩 제어 및 수선 프로그램의 구현 효과적인 운영을 조장함 증기의 회피 가능 한 손실을 최소화함 회수 재사용을 위해 보일러로 이동하는 응축액 의 수집 및 반환(응축액 회수의 최적화) 플래시 증기의 재사용(저압 증기를 만들 기 위한 고압 응축액의 사용) 보일러 파열에서 에너지를 회수함 응축액 내의 열에너지를 회수하며, 에너지 및 화학약품 처리를 줄여 시스템에 추가되 는 보충수의 양을 감소시킴 2.9, 반환되는 응축액 내의 유효에너지를 사용함 파열흐름 내의 유효에너지를 시스템으로 재 이동(회수)시켜 에너지 손실을 줄임 에너지 효율

173 3 장 증기 시스템이 수직적BREF에 포함되지 않는 경우의 영역 및 관련 활동에 관한 기술 ENE BREF의 장별 기술 장점 장 2006년 7월판 LCP BREF에 포함되어 있는 연료 유형별 및 장별 기술 석탄 및 갈탄 바이오매스 및 토탄 액체연료 기체연료 가압가스의 에너지 용량을 회수하기 위한 확장 터빈 7.4.1,7.5.1 터빈 날의 교체 높은 증기 매개변수로의 도달을 위한 진보된 물질의 이용 초임계 증기 매개변수 4.4.3, 단 재가열 4.4.3, , 6.4.2, 7.4.2, 축열식 공급수 4.2.3, 지역난방을 위한 배기가스 내의 열 성분의 이용 열축적 가스터빈 및 회수 보일러의 전산화된 첨단 통제 표 3.6: 산업증기 시스템에 적용되는 일반적인 에너지 효율 기술 [123, US_DOE]에서 채택되고 취합되었음 대부분의 경우에, 증기는 연소반응을 통해 산업설비 내에서 생산되며, 따라서 연소와 증기 장 모두에 적용 가능한 수단들을 포괄하는 에너지 효율의 일부 중복을 피할 수 없었다. 이는 표 3.6에 제시되어 있다. 증기에 특화되는 기술은 이 장에 논의되어 있다 이러한 수단의 어느 것을 구현하더라도 연료이용, 증기발생 및 증기 네트워크에 대한 적 절하고 정량화된 정보와 지식을 확보하는 것이 매우 중요하다. 운영 매개변수가 얼마나 수정될 수 있는가에 대한 지식과 함께, 공정 운영의 이해를 돕는 증기에 대한 측정 및 모 니터링이 공정으로의 열회수 같은 성공적인 통합에 필수적이다(2.10 참조) 교축장치(throttling device) 및 배압터빈의 이용 설명 교축장치는 산업 영역에서 매우 일반적이며 밸브를 주로 통과하는 압력을 통제하고 제어 하기 위해 이용된다. (엔탈피의 상승 및 하강 흐름이 일정하다는 조건에서) 교축 공정에서 엔탈피가 일정하기 때문에 에너지의 손실이 일어나지 않으며, 열역학 제1법칙에 따라 에 너지 효율은 최적화된 상태다. 그러나 교축 공정은 추가 이점을 제공하지 않으면서 압력 을 줄이고 용액의 엔트로피를 증가시키는 전형적인 역학적 비가역성을 본질적으로 지니고 있다. 따라서, 엑서지는 손실되고 (압력하강 이후에) 용액은 차후의 터빈확장 공정 등에서 에너지 생성에 있어 덜 유용하게 된다. 따라서, 용액의 압력을 줄이는 것이 목적이라면 등엔트로피 방식의 확장을 이용하고 유용 한 작업을 터빈에서 추가적으로 준비하는 것이 바람직하다. 이것이 불가능하다면, 광범위 한 압력변화를 막기 위해 밸브, 측정장치를 통해 엑서지 손실과 연관되게 하거나, 또는 추 가적인 에너지를 투입하기 위해 압축기 또는 펌프를 사용해 작동 압력을 항상 최대한 낮 은 수준으로 유지해야 한다( 참조). 산업설비에서의 정기적인 실습은 설계단계에서 터빈의 유입구의 압력을 유지할 수 있도록 하는 것이다. 이는 일반적으로 터빈을 제어하는 유입구 밸브의 이용 (및 오용)을 수반한다. 에너지 효율 139

174 3 장 열역학 제2법칙에 따르면, 투입 밸브를 완전히 열어놓고 압력이 변화(변압)되게 두는 것이 더 좋다. 일반적 권장사항으로, 밸브의 크기는 최대한 커야 한다. 만족스러운 교축공정은, 이전 실 험에서 행해진 것과 같이 밸브의 크기가 지나치게 작아 25%-50%의 압력하강을 주는 것보 다 최대유입 상태에서 5%-10%의 압력하강을 줄 때 달성 가능하다. 용액을 운반하는 펌프 는 다양한 조건을 고려해 크기가 결정되어야 한다. 그러나 더 나은 대안은 배압터빈을 이용하는 것인데, 이는 등엔트로피의 조건을 거의 유 지시킬 수 있으며 (열역학적 용어로 말하면) 완전히 가역 가능하다. 터빈은 전기를 발생시 키는 데 이용된다. 달성된 환경 편익 엑서지 손실의 감소 매체통합적 영향 연료 소모가 늘어남 운영 데이터 부록 7.2의 사례 참조 적용 분야 경제적 측면 및 다음 요인에 따라 신규 또는 상당 수준 개조된 시스템에 적용 가능하다. 터빈은 전기를 발생시키거나 압축기 또는 팬의 모터에 기계적 동력을 제공하는 데 이 용된다. 배압터빈이 에너지 효율의 측면에서 가장 매력적인 반면에, 배압터빈을 통과 하는 증기의 양은 현장 전체의 증기 밸런스와 맞아야 한다. 배압터빈을 과도하게 사 용하면 설비/현장에서 소모되는 것보다 더 많은 증기가 저압상태에서 생성되게 된다. 따라서 이 잉여 증기는 배출되어야 하는데, 이는 에너지 효율적이지 않다. 배압터빈에 서 발생하는 증기 또한 대부분의 시간에, 예측 가능한 방식으로, 유용해야 한다. 예측 불가능하거나 불연속적인 공급원은 (거의 그런 경우는 없지만 공급 및 수요가 만나는 정점이 아닌 이상) 안정적으로 이용될 수 없다. 배압터빈은 두 개의 압력이 서로 유사할 경우에는 유용하지 않은데, 이는 터빈이 높 은 흐름과 압력 차이를 필요로 하기 때문이다. 강철 산업의 용광로 공정에서는 용광 로 전체에서 흐르는 가스의 엄청난 양 때문에 거대한 압력하강 터빈이 이용된다. 경제적 측면 터빈은 제어 밸브보다 수십 배 더 비싸다. 따라서 대체를 생각하기 이전에 고려되어야 하 는 최소 크기는 증기밸런스를 고려해서 결정해야 한다. 적은 유량의 경우에, 터빈은 경제 적 관점에서 볼 때 적당하지 않다. 경제성 측면에서, 회수되는 에너지는 충분히 생산시간 의 대부분에서 유효하고 유용해야 하며 요구사항에 부합해야 한다. 시행의 동인 이용 가능할 경우, 증기 공급에서의 비용 절감 사례 부록 7.2 참조 참조 정보 [6, Cefic, 2005, 123, US_DOE] 140 에너지 효율

175 3 장 운영 및 제어 기술 설명 운영 과정 및 보일러 제어의 향상 보일러 사용을 최적화하는 신규 제어 시스템은 아래 그림 3.6에 제시되어 있다. 이러한 제 어 유형은 에 좀 더 자세히 제시되어 있다. 순차적인 보일러 제어의 이용 1개 이상의 보일러가 있는 현장인 경우, 증기 요구사항이 분석되어야 하며 단순환을 줄이 는 등의 방법을 이용해 보일러는 에너지 사용을 최적화하는 데 사용되어야 한다. 배기가스 격리 댐퍼 설치 (일반적인 굴뚝이 있는 두 개 또는 그 이상의 보일러를 장착한 시스템에만 적용됨) 달성된 환경 편익 에너지 절감 매체통합적 영향 제출된 데이터 없음 운영 데이터 제출된 데이터 없음 적용 분야 2개 이상의 보일러가 장착된 설비는 작업 주기에서의 다양한 요구사항을 맞출 수 있게끔 고찰되어야 한다. 수요곡선, 주기 시간 등에 따라 보일러의 종류는 달라질 수 있다. 순차적인 보일러의 사용은 증기 공급이 확실하게 보장되어야 하는 경우에는 때 제한될 수 있다. 경제적 측면 제출된 데이터 없음 시행의 동인 제출된 데이터 없음 사례 제출된 데이터 없음 참조 정보 [123, US_DOE, 134, Amalfi, 2006, 179, Stijns, 2005] 에너지 효율 141

176 3 장 평균 이용 수준 단열 수처리 파열 복구 탱크 타입 이코노마이저 물 변조 팬 스피드 변화 산소 보정 버너 변조 : 없음 : 연화제 : 없음 : 단순형 : 없음 : 없음 : 없음 : 없음 : 있음 TH : 30 물 TAS : 20 물 온도 15 수처리 보충수 : 9734 m 3 /h 연간 비용 : 9734 EUR/m 3 물 탱크 탈기기 수지 규모 : 100 리터 염 소비 : 7488kg/연 염 비용 : 1872 HCI 소비 : 0kg/연 HCI 비용 : 0유로/연 조절 비용 : 유로/연 파열 속도 : 179 kh/h 파열 레벨 : 7% 응축액 응축액 회수 정도 : 60% 응축액 속도 : 1607 kg/h 탱크 온도 : 32 공급수 Tas : 20 공급수 TH : 0 팬 전력 소비 : 8.8 물 펌프 전력 소비 : 2.5 전체 전력 비용 : 5221 가스 파열 증기보일러 배기가스 이코노마이저 가스 이코노마이저 전력 교환 0kw 배기가스 유입온도 : 240 배기가스 유출온도 : 240 물 유입 온도 : 32 물 유출 온도 : 32 증기 생성 작동 압력 증발 : t/year : 10 bars : 5 t/h 운영시간 : 8736 hours 평균 연료 공급률 : 207 Nm 3 /h 연료 소모 : Nm 3 /year 연간 연료비용 : EUR/year 전력 산출 : 3250 KW 효율 : % 증기 1톤당 추정 비용 / 증기 1톤당 그림 3.6: 보일러 사용을 최적화한 신규 제어 시스템 142 에너지 효율

177 3 장 공급수 예열(이코노마이저의 이용을 포함) 설명 탈기기에서 보일러로 반환된 물의 온도는 일반적으로 105 C 정도다. 압력이 더 높은 보일 러 안의 물은 더 높은 온도를 나타낸다. 증기 보일러는 시스템 손실을 대체하고 응축액을 재순환하기 위해 물이 공급된다. 열회수는 공급수 예열에 의해, 즉, 증기 보일러 연료 요 구사항을 줄임으로써 가능하다. 예열은 다음 네 가지 방식으로 발생할 수 있다. 폐열의 이용 (예: 공정에서 발생하는 폐열): 물/물 열교환기를 이용하는 것 같은, 유효 폐열을 이용해 공급수를 예열할 수 있음 이코노마이저의 이용: 이코노마이저(그림 3.7의 (1))는 배기가스에서 유입 공급수로 열 을 이동시킴으로써 증기 보일러 연료 요구사항을 줄이는 열교환기 탈기 공급수의 이용: 또한, 응축액은 공급수 컨테이너(그림 3.7의 (2))에 도달하기 전 에 탈기 공급수를 이용해 예열될 수 있음. 응축액 탱크(그림 3.7의 (3))로부터의 공급 수의 온도는 공급수 컨테이너(그림 3.7의 (2))에서의 탈기된 공급수보다 더 낮음. 열교 환기를 통해, 탈기된 공급수는 더 낮은 온도로 냉각됨(열은 응축액 탱크에서 공급수 로 전달됨). 그 결과, 공급수 펌프를 따라 이동한 탈기된 공급수는 이코노마이저(그림 3.7의 (1))을 통과할 때 더 차갑게 냉각됨. 따라서 더 큰 온도 차이를 이용해 효율을 높이고 배기가스 온도 및 배기가스 손실을 줄임. 종합적으로 이로써 공급수 컨테이너 내의 공급수가 더 따뜻해 더 적은 활성증기가 탈기에 필요하게 되므로 활성 증기를 절약할 수 있음 배기기스 보일러 이코노마이저(1) 탈기된 공급수 터빈 열 소비기 활성 증기 공급수 컨테이너(2) 응축액 탱크(3) 냉각기 탈기된 공급수 폐열을 이용한공급수 예열 그림 3.7: 공급수 예열 [28, Berger, 2005] 탈기기로 유입되는 공급수 흐름 내의 열교환기 설치 및 탈기에 사용되는 증기 응축을 이용한 이 공급수의 예열 (3.2.8의 탈기에 대한 상세내용 참조) 에너지 효율 143

178 3 장 전체적인 효율은 이러한 수단을 통해서 증가될 수 있다. 즉, 더 적은 연료 에너지 투입이 증기 산출에 필요하다. 달성된 환경 편익 배기가스의 온도 (또는 주요 공정의 온도), 표면의 선택 및 증기 압력에 따라 크게 좌우되 는 달성 가능한 에너지 회수 이코노마이저가 증기 생산 효율을 4%까지 증가시킬 수 있다는 것은 널리 인정되고 있다. 물 공급은 이코노마이저의 지속적인 이용을 가능하게 하기 위해 통제되어야 한다. 매체통합적 영향 이 네 가지 가능성의 단점은 많은 공간이 필요하다는 것이며, 복잡성이 발달함에 따라 산 업 시설에서의 유효성이 감소하고 있다는 것이다. 운영 데이터 생산자의 명세서에 따르면, 이코노마이저는 일반적으로 0.5MW의 정격 출력을 내는 데 유 효하다. 가는 골이 진 튜브 형태로 만들어진 이코노마이저는 최대 2MW의 출력을 낼 수 있으며, 지느러미 형태의 튜브로 만들어진 이코노마이저는 2MW이상의 출력을 낼 수 있 다. 2MW 이상의 출력을 내는 경우에 있어, (60% - 70%의 시스템 하중에서) 단일 교대 형 태로 운영되는 경우에는 경제적이기까지 하므로, 시중에 나온 대형 수관 보일러의 80% 정 도에 이코노마이저가 설치되어 있다. 배출가스 온도는 포화 증기 온도를 일반적으로 70ºC 정도 초과한다. 표준 산업 증기발생 기의 배출가스 온도는 대략 180 C 정도다. 배기가스 온도의 더 낮은 한계점은 배기가스 산노점이다. 이용 연료 및 연료의 황 함유에 따라 온도는 달라진다(중유의 경유 대략 60 C 내외, 경유의 경우 130 C, 천연가스의 경우 100 C, 고형 폐기물의 경우 110 C). 난방유 (heating oil)를 이용하는 보일러에서, 부식이 좀 더 쉽게 일어날 수 있으며 이코노마이저의 부품은 대체 가능하도록 설계되어야 한다. 배출가스의 온도가 노점 이하로 현저하게 내려 가는 경우, 이코노마이저는 부식되며, 이는 연료 내의 황 함유량이 많을 때 일반적으로 발 생한다. 추가 단계가 적용되지 않는다면, 이 온도 아래에서는 그을음이 굴뚝에 생긴다. 그 결과, 이코노마이저에는 종종 우회 제어기가 설치되어야 한다. 굴뚝 내의 가스 온도가 지나치게 낮게 떨어지는 경우에, 이 제어기는 이코노마이저 주변의 배출가스의 비율을 변환한다. 배출가스의 온도가 20ºC 감소할 때 효율이 1% 정도 증가한다는 원칙을 적용하면, 즉 증기 온도 및 열교환기에 의해서 일어나는 온도의 하강에 따라, 효율은 최대 6%-7%까지 증가 할 수 있다. 이코노마이저 내에서 가열된 공급수의 온도는 보통 103ºC에서 140ºC 정도까 지 증가한다. 적용 분야 일부 기존 설비에서, 공급수 예열 시스템을 통합하는 것은 어려울 수 있다. 실제로, 탈기 공급수를 이용한 공급수 예열은 매우 드물게 적용된다. 높은 출력의 설비는 이코노마이저를 이용한 공급수 예열이 표준이며, 온도 차이를 높이는 것으로 이코노마이저의 효율을 1% 향상시키는 것이 가능하다. 다른 공정에서의 폐열 이용 역시 대부분의 설비에서 적당하다. 폐열을 더 낮은 출력의 설비에 이용하는 것도 잠재적 으로 가능하다. 경제적 측면 이코노마이저 공급수 예열의 실행을 통한 잠재적인 에너지 절감의 양은 하위 시스템 요구 사항, 굴뚝 상태 또는 배기가스의 질 같은 여러 조건들에 따라 달라진다. 특정 증기 분배 시스템의 원금회수 기간은 운영시간, 실제 연료가격 및 소재지에 따라 달라진다. 144 에너지 효율

179 3 장 실제로, 공급수 예열에서 가능한 절감은 생성된 증기 규모의 몇 퍼센트에 이른다. 그러므 로, 소규모 보일러에서라도 에너지 절감은 매년 몇 GWh의 범위일 수 있다. 예를 들어, 15MW의 보일러에서, 연간 대략 5GWh, 연간 60,000유로 및 연간 1,000톤의 CO 2 가 절감될 수 있다. 절감은 설비의 크기에 비례하는데, 이는 설비의 규모가 크면 더 높은 절감 결과 가 나타날 수 있다는 것을 의미한다. 보일러 배기가스는 생성된 증기의 온도보다 100ºC-150ºC 이상 높은 온도에서는 굴뚝으로 반출된다. 대체로, 보일러 효율은 배기가스 온도가 매 40ºC 감소할 때마다 1%씩 증가한다. 폐열을 회수하는 방식으로, 이코노마이저는 연료사용을 5%-50%까지 줄이고 2년 내에 수 지를 맞출 수 있게 된다. 표 3.7은 열회수의 가능성에 대한 사례를 보여준다. 보일러 배기가스에서 회수 가능한 열의 근사치 회복가능한 열, (kw) 초기 굴뚝가스 보일러 열 출력(kW) 온도,ºC 표 3.7: 천연 가스 연료를 기준으로, 15% 잉여공기 및 120 C의 최종 굴뚝 온도 [123, US_DOE]에서 채택 시행의 동인 에너지 비용의 감소 및 CO 2 배출의 최소화 사례 광범위하게 사용됨 참조 정보 [16, CIPEC, 2002, 26, Neisecke, 2003, 28, Berger, 2005, 29, Maes, 2005, 123, US_DOE] 열 이동면에서의 스케일(scale)의 방지 및 제거 설명 열교환 튜브 내에서와 마찬가지로 보일러를 구동하는 경우에도 관석이 열 이동면에 생길 수 있다. 보일러수 내의 수용성 물질이 보일러 교환튜브의 주변에 있는 물질과 반응할 때 관석이 생긴다. 스케일은 대체로 철강보다 열 배 이하의 열전도율을 지니기 때문에 문제를 야기할 수 있 다. 일정한 두께와 특정 구성성분이 포함된 스케일이 열교환 표면에 생성되면 표면을 통 한 열전달은 스케일 두께의 비율로 감소한다. 심지어 작은 스케일도 단열재로서 효과적으 로 작용할 수 있어 열전달을 감소시키게 된다. 그 결과 보일러 튜브 금속의 과열, 튜브 고 장 및 에너지 효율의 손실이 발생한다. 스케일을 제거함으로써 운영자는 에너지 사용 및 연간 운영비용을 쉽게 절약할 수 있다. 보일러 스케일로 인한 연료 폐기물은 수관 보일러에서 2%, 점화 튜브 보일러에서 5%에 이른다. 보일러 수준에서, 이러한 스케일의 규칙적인 제거로 실제적인 에너지 절감이 발생할 수 있다. 달성된 환경 편익 감소된 에너지 손실 에너지 효율 145

180 3 장 표 3.8은 스케일이 열전달 표면에 형성되었을 때 손실을 보여준다. 물때의 두께 (mm) 열전달에서의 차이 22 (%) 표 3.8: 열전달에서의 차이 [29, Maes, 2005] 매체통합적 영향 스케일을 방지하기 위해 공급수를 처리하는 데 있어 화학약품의 이용이 늘어날 수 있다. 운영 데이터 스케일 제거 시 보일러가 가동되고 있지 않은 상태여야 한다. 스케일을 제거하고 형성을 막기 위해 다음과 같은 여러 방법이 사용된다. 압력이 감소한다면, 온도 역시 줄어드는데, 이로써 스케일이 감소한다. 이것이 증기압 력이 가능한 한 낮게 유지되는 유일한 이유이다(3.2.1 참조). 기계적인 방법과 동시에 산을 이용한 세척으로 유지보수 중에 스케일이 제거될 수 있 다. 스케일이 지나치게 빨리 다시 형성된다면, 공급수의 처리가 재검토되어야 한다. 더 나 은 세정방식 또는 특정 혼합제가 필요할 수도 있다. 스케일 형성의 간접 지표는 배기가스 온도다. (보일러 하중 및 잉여공기 함유량이 일정한 상태에서) 배기가스 온도가 상승하면, 스케일의 존재로 인한 영향일 가능성이 있다. 적용 분야 스케일이 제거되는지의 여부는 유지보수 중의 단순하고 가시적인 조사에 의해 확인될 수 있다. (50 바 수준의) 고압 상태 설비에는 연간 여러 차례의 유지보수가 효과적일 수 있으 며, (2바의) 저압 상태의 설비에는 연 단위의 유지보수가 권장된다. 수질을 개선해 스케일을 피하는 것도 가능하다(예: 연수 또는 탈염수로 바꾸는 방식). 특 히 고압증기 보일러의 경우, 스케일 제거를 위한 산처리가 주의 깊게 산정되어야 한다. 경제적 측면 이용되는 방식에 따라, 그리고 공급수의 화학적 성질, 보일러 유형 등과 같은 다른 요인에 따라 달라짐. 연료 절감을 통한 원금회수, 증기 시스템의 증가된 신뢰성 및 보일러 시스템 의 증가된 운영수명이 모두 달성 가능함(소실 운영 시간 및 자본비용의 절약을 통해 가능) 부록 의 사례 참조 시행의 동인 증기 시스템의 신뢰성 및 보일러 시스템의 운영수명 증가 사례 광범위하게 사용됨 22 이러한 값들은 강철튜브를 지닌 보일러에서의 열전달에 대한 값이다. 열전달은 배기가스에서 시작해 공급수에 이르기까지 검토되었다. 계산 시 스케일의 구성성분이 항상 동일한 것으로 가정했다. 146 에너지 효율

181 3 장 참조 정보 [16, CIPEC, 2002, 29, Maes, 2005, 123, US_DOE] 보일러에서의 파열(블로우다운 blowdown) 최소화 설명 파열 온도는 직접적으로 보일러 내에서 생성되는 증기의 온도와 연관이 있기 때문에 파열 율을 최소화함으로써 사실상 에너지 손실을 줄일 수 있다. 증기 발생 동안 물이 보일러 내에서 증발하면, 용존 고형물들이 물 안에 남게 되는데, 결 과적으로 보일러 내의 용존 고형물의 농도가 높아지게 된다. 부유 고형물은 침전물을 형 성하게 되는데, 이로써 열 이동이 감소된다(3.2.6 참조). 용존 고형물은 기포형성과 보일러 수의 증기로의 잔존을 조장한다. 부유 고형물 및 총 용존 고형물(TDS)의 수준을 수용 가능한 한계 수준으로 줄이기 위해 다음 각각의 경우에 자동화 또는 수동화 두 절차가 이용된다. 기저 파열은 보일러 내의 뛰어난 열 교환을 허용하기 위해 시행된다. 일반적으로 몇 시간 마다 몇 분간의 수동절차가 시행되는 방식이다. 표면 또는 스키밍 파열은 액체 표면 근처에 모여 있는 용존고형물을 제거하기 위해 설계된 방식으로 종종 지속적인 공정형태로 되어 있다. 배수를 위한 염잔류물의 파열은 적용된 증기의 1%-3% 사이의 추가 손실을 발생시킨다. 또한, 규제당국이 요구하는 온도까지 파열 잔류물을 냉각하기 위한 추가 비용이 발생할 수 있다. 파열 요구량을 줄이기 위한 다음과 같은 몇 가지 가능성이 존재한다. 응축액의 회수( 및 참조). 이 응축액은 이미 정화되었으며 따라서 다른 불 순물을 포함하고 있지 않아, 보일러 내부에서 응집될 수 있다. 응축액의 반이 회수될 수 있다면 파열은 공급수의 품질에 따라 50%까지 줄일 수 있으며, 유화제, 탈탄산반 응 및 탈염화가 필요할 수 있다. 추가적으로, 물의 탈기 및 조절 물질의 추가가 필요 할 수 있다. 파열의 수준은 공급수에 있는 응집성분의 양과 연관되어 있다. 직접공급 방식의 보일러의 경우, 7%-8%의 파열율이 가능한데, 이는 물이 전처리될 경우 3% 또 는 그 이하로 낮아질 수 있다. 자동화된 파열 제어 시스템의 설치 또한 고려될 수 있는데, 이는 주로 전도율을 모니 터링 하는 방식으로 이루어진다. 이로써 신뢰성 및 에너지 손실 사이의 최적화를 이 끌어낼 수 있다. 파열율은 보일러 내에서 가능한 최대농도를 알 수 있는 최대 응집 성분에 의해 좌우된다(최대 TAC. 38ºC의 보일러에서, 130mg/l의 규소 함유, 600mg/l이 하의 염화물 함유). 더 상세한 내용을 확인하려면 EN 을 참조한다. 중위 또는 저압 상태에서 파열을 일으키는 것은 파열에서 에너지를 안정시키는 또 다 른 방법이다. 이 기술은 증기가 생성되는 압력보다 낮은 압력의 증기네트워크를 지닌 현장에 적용된다. 이 해결방법은 열교환기를 통한 파열 내에서 열을 교환하는 것보다 엑서지적으로 더 유리할 수 있다( 및 참조). 증발에 의한 압력 탈기 또한 1%-3% 사이의 추가 손실을 가져올 수 있다(103 C의 온도에 서 근소한 잉여압력을 적용함으로써 CO 2 및 산소는 공정과정에서 담수로부터 제거된다. 이는 탈기장치의 배출율을 최적화함으로써 최소화될 수 있다(3.2.8 참조). 에너지 효율 147

182 3 장 달성된 환경 편익 에너지양은 보일러 내의 압력에 따라 달라진다. 파열의 에너지 용량이 아래 표 3.9에 제시 되어 있다. 파열율은 전체 필요 공급수의 비율로 나타난다. 따라서 5%의 파열은 보일러 공급수의 5%가 파열을 통해 사라졌고 잔존 95%가 증기로 치환되었음을 의미한다. 이는 파열 빈도를 줄임으로써 절감을 이룰 수 있다는 것을 나타낸다. 증기 생성에 있어서의 파열 에너지 용량(kJ/kg) 파열율 보일러 운영 압력 (보일러 출력%) 2 barg 5 barg 10 barg 20 barg 50 barg 표 3.9: 파열의 에너지 용량[29, Maes, 2005] 파열 빈도가 줄어들면 오수의 양도 줄어든다. 이 오수의 냉각에 이용되는 에너지 또는 냉 각수 역시 절감될 수 있다. 매체통합적 영향 처리 화학약품 유출, 탈이온화 재생에서 이용되는 화학약품 등 운영 데이터 최적의 파열율은 공급수의 품질 및 연관 수처리, 재사용되는 응축액의 비율, 보일러의 유 형 및 (유동속도, 작업압력, 연료 유형 등의) 운영조건 등을 포함하는 다양한 요인에 의해 결정된다. 파열율은 보통 담수량의 4%-8% 사이의 범위이나, 보충수에 높은 고형 성분 함 유율을 지니는 경우에는 10%까지 높아질 수도 있다. 최적화된 보일러실의 파열은 4%보다 낮아야 한다. 파열율은 용존염보다는 항기포 및 산소 포집제에 의해 결정되어야 한다. 적용 분야 파열이 위험 수준 이하로 감소하면, 기포형성 및 물 때 침전의 문제가 재발할 수 있다. 이 설명에서의 다른 수단(응축액의 회수, 물의 전처리) 또한 이 중대한 값을 낮추는 데 이용 될 수 있다. 불충분한 파열은 설비의 퇴화를 야기할 수 있으며, 과도한 파열은 에너지의 낭비를 가져 온다. 응축액 반환은 일반적으로, 증기가 공정 내로 주입되는 경우를 제외하고는 모든 경우의 표준이 된다. 이 경우에 응축액 반환에 의한 파열의 감소는 적절하지 않다. 경제적 측면 에너지, 화학약품, 공급수 및 냉각에서의 상당한 절감을 달성할 수 있으며, 모든 경우에서 이를 실행할 수 있게 하기 위해서는 부록 에 상세히 제시되어 있는 사례를 참조한 다. 시행의 동인 경제적 측면 설비 신뢰성 사례 광범위하게 사용됨 148 에너지 효율

183 3 장 참조 정보 [29, Maes, 2005], [16, CIPEC, 2002] [123, US_DOE, 133, AENOR, 2004] 탈기기 배출율의 최적화 설명 탈기기는 보일러 공급수에서 용존가스를 제거하는 기계적 장치다. 탈기는 부식성 가스의 영향으로부터 증기 시스템을 보호한다. 용존산소 및 이산화탄소의 농도를 부식이 최소화 되는 수준까지 줄임으로써 탈기를 수행한다. 5ppb 또는 그 이하의 용존산소 수준이 대부 분의 고압(13.79barg 이상) 보일러에서 부식을 막기 위해 요구된다. 저압 보일러에서는 43ppb까지 산소농도가 올라갈 수 있는 반면에, 5ppb로 산소농도를 제한하는 것으로 장비 수명은 거의 늘어나지 않거나 또는 비용이 전혀 들지 않는다. 용존 이산화탄소는 본질적 으로 탈기기를 이용해 완전히 제거된다. 효과적인 탈기 시스템의 설계는 제거되어야 하는 가스양 및 최종가스(O 2 ) 농도 요구사항 에 따라 달라지며, 결과적으로는 반환되는 응축액으로의 보일러 공급수 보충 비율 및 탈 기기의 운영압력에 따라 달라진다. 탈기기는 증기압력에 상응하는 탈기기 내에서 완전 포화 온도로 물을 가열하고 용존가스 를 제거하기 위해 증기를 사용한다. 증기 흐름은 평행, 교차 또는 물 흐름을 거스를 수도 있다. 탈기기는 탈기장, 저장 탱크 및 배출구로 구성되어 있다. 탈기장 내에서, 물을 가열 하고 휘저음으로써 물에서 증기기포가 형성된다. 증기는 물의 유입을 통해 냉각되고 배기 응축기에서 응축된다. 압축이 되지 않는 가스 및 일부 증기는 배출구를 통해 방출된다. 그 러나 이는 최소화된 증기 손실로 만족스러운 탈기를 제공하기 위해 최적화 되어야 한다 (아래 운영 데이터, 참조). 자유로운 또는 강제증발 증기(flash water)의 급작스런 증가는 탈기기 용기 압력 내에서 스 파이크를 발생시킬 수 있는데 이는 공급수의 재산소화를 가져온다. 정압 상태에서 탈기기 를 유지하기 위해 전용 압력 조절 밸브가 갖춰져야 한다. 달성된 환경 편익 증기 유출에 있어 불필요한 에너지 손실의 감소 매체통합적 영향 보고된 바 없음 운영 데이터 탈기기로 공급된 증기는 물리적인 탈기 활동을 제공하고 반환되는 응축액의 혼합액과 보 일러 공급수 보충수를 포화 온도까지 가열한다. 대부분의 증기는 응축되나, (일반적으로 5%-14%의) 소량은 탈기 요구사항을 조절하기 위해 배출된다. 일반적인 설계 실행은 가열 에 필요한 증기를 산정해, 흐름이 탈기작업에도 충분하게 하는 것이다. 응축액 반환율이 (80% 이상으로) 높고 탈기기 압력과 비교해 응축액 압력이 높다면, 가열에 증기가 거의 필요하지 않으며 잉여 강제증발 증기를 응축하기 위한 준비가 갖추어져야 할 것이다. 탈기에 사용되는 증기 내의 에너지는 이 증기를 응축하고 탈기기로 들어가는 공급수 흐름 내에서 열교환기를 이용해 이를 공급하는 방법으로 회수될 수 있다(3.2.5 참조). 탈기기 증기 요구사항은 다음과 같은 증기 분배 시스템, 응축액 반환 또는 열회수 에너지 보호수단의 개조를 통해 재검토되어야 한다. 에너지 효율 149

184 3 장 불충분한 산소제거의 원인을 인지하도록 하기 위해 지속적인 용존산소 모니터링 장치가 설치될 수 있다. 탈기기는 유입되는 공기가 아닌, 유입되는 물에 녹아있는 산소를 제거하기 위해 설계되었 다. 자유 공기 의 원인은 펌프의 흡입 측면에 있는 느슨한 배관 연결 및 부적절한 펌프 패킹을 포함한다. 적용 분야 증기 시스템에 탈기기가 있는 모든 현장에서 적용 가능함. 최적화는 계속되는 유지보수 수단임 경제적 측면 제출된 데이터 없음 시행의 동인 불필요한 증기유출에서의 비용 절감 사례 광범위하게 사용됨 참조 정보 [123, US_DOE] 보일러 단순환(short cycle) 손실의 최소화 설명 단순환 동안의 손실은 보일러가 짧은 기간 동안 꺼져있을 때마다 발생한다. 보일러 순환 과정은 정화 기간, 포스트 퍼지(후 정화), 유휴기간, 프리 퍼지(전 정화) 및 점화로의 반환 으로 구성된다. 정화기간 및 유휴기간 동안의 손실 부분은, 잘 격리된 신규 보일러에서 낮 아질 수 있으나 단열이 잘되지 않는 기존 보일러에서는 빠르게 증가할 수 있다. 보일러가 짧은 기간 동안에 필요한 최대수용능력을 발생시킬 수 있는 경우 증기 보일러에 서의 단순환에 따른 손실이 확대될 수 있다. 이는 보일러의 설치 최대수용능력이 일반적 으로 요구하는 것보다 매우 클 때의 경우에 발생한다. 공정에서 필요로 하는 증기는 시간 이 지남에 따라 변화할 수 있으며 주기적으로 재산정되어야 한다(2.2.2 참조). 총 증기 요 구량은 에너지 절감 수단을 통해 감소될 수 있다. 대신에, 보일러는 추후의 확장의 관점에 서 설치되어야 하는데, 설치 시점에서는 절대로 실현되지 않는다. 주의해야 하는 첫 번째 사항은 보일러 설비의 설계단계에서의 보일러 유형이다. 점화 튜 브 보일러의 경우 열 관성과 물 용적이 상당이 크며, 지속적인 증기 요구사항을 처리하고 광범위한 최대부하에 대응하기 위해 설치된다. 증기 발생기 또는 대조적으로는 수관 보일 러 역시 상당한 최대 수용능력으로 증기를 운반할 수 있다. 이들의 상대적으로 더 낮은 물 용적으로 강력하게 변화하는 하중을 지닌 설비에 물 파이프 보일러가 더 적합하게 된 다. 대용량 보일러 하나로 구성된 것보다 다수의 소용량 복합식 보일러의 설치를 통해 단순환 을 피할 수 있다. 그 결과로, 유연성 및 신뢰성 모두가 증가한다. 발생 효율 및 개별 보일 러에서의 증기발생에 필요한 한계비용의 자동 제어는 보일러 관리 시스템을 가리키는 것 일 수 있다. 따라서, 최저한계비용을 지닌 보일러에 의해 추가 증기 요구사항이 제공된다. 대기중인 보일러가 있는 경우 다른 옵션이 가능하다. 이 경우에, 보일러는 대기 보일러를 바로 통과하는 다른 보일러에서부터 나오는 물을 순환함으로써 온도를 유지할 수 있다. 이는 대기 중으로의 배기가스 손실을 최소화한다. 대기중인 보일러는 잘 격리되어야 하며 버너에 정밀한 공기 밸브가 달려 있어야 한다. 150 에너지 효율

185 3 장 보일러 격리 또는 보일러 교체를 통해 에너지 절감이 가능하다. 달성된 환경 편익 제출된 데이터 없음 매체통합적 영향 알려진 바 없음 운영 데이터 대기 내에서 보일러를 적정 온도로 유지하려면 1년 내내 지속적으로 에너지가 공급되어야 하는데, 이는 보일러의 전체 수용능력의 대략 8% 정도에 상응한다. 신뢰성 및 에너지 절 감 수단의 이득이 결정되어야 한다. 적용 분야 단순환 방식의 부정적 효과는 사용 가능한 보일러 최대수용능력의 낮은 이용, 예를 들어 25% 이하 수준의 낮은 이용이 있을 때 명확해진다. 이런 경우의 모범 사례는 보일러 시스 템을 대체할 것인가를 살펴보는 것이다. 경제적 측면 부록 내의 사례 참조 시행의 동인 비용 절감 시스템 성능 향상 사례 제출된 데이터 없음 참조 정보 [29, Maes, 2005], [123, US_DOE] 증기 분배 시스템의 최적화 설명 분배 시스템은 보일러에서 다양한 최종 사용지점으로 증기를 수송한다. 분배 시스템이 수 동적인 것처럼 보여도 실제로는 이 시스템들은 증기의 운반을 조절하며 온도와 압력 요구 사항의 변화에 대응한다. 따라서, 분배 시스템의 적절한 성능은 세심한 설계 실례와 효과 적인 유지보수를 필요로 한다. 배관은 적당한 크기여야 하며, 격리되고 적정 유연성에 따 라 구성되어야 한다. 압력감소 밸브 및 배압 터빈 같은 압력조절장치는 여러 증기 헤더들 사이에서 적당한 증기 평형을 제공할 수 있도록 구성되어야 한다. 추가적으로, 분배 시스 템은 적당한 응축액 배수가 가능하도록 구성되어야 하는데, 이는 적정한 드립레그 수용능 력 및 적당한 증기트랩 선택을 필요로 한다. 시스템의 유지보수는 다음과 같은 측면에서 특히 중요하다. 트랩의 올바른 작동 보장( 참조) 단열체가 설치되고 유지보수 되는지의 여부 ( 참조) 유지보수 계획에 따라 누출이 시스템적으로 차단 및 처리되고 있는지의 여부. 누출이 운영자에게 보고되고 즉시 처리되는지의 여부. 여기서의 누출은 펌프의 흡입 측면에 서의 공기 누출을 포함한다. 사용하고 있지 않는 증기라인의 확인 및 제거 달성된 환경 편익 에너지 효율 151

186 3 장 불필요한 손실로부터 에너지를 절약함 매체통합적 영향 제출된 데이터 없음 운영 데이터 증기 배관은 증기를 보일러에서 최종사용 지점까지 수송한다. 잘 설계된 증기 시스템 배 관의 중요한 특성은 적당하게 크기가 맞춰지고 구성되어 있는가 하는 것이다. 파이프 직 경이 더 큰 설비는 더 비싸지만 주어진 유량에서는 더 적은 압력하강을 일으키게 된다. 추가적으로, 더 큰 파이프 직경은 증기 흐름과 연관된 소음을 줄이는 데 유용하다. 따라 서, 파이프 직경을 선택할 때 증기 배관이 설치되는 환경의 유형에 대한 고려가 필요하다. 중요한 구성 문제는 유연성 및 배수다. 유연성 측면에서, (특히 장비 연결에 있어서의) 배 관은 시스템 운영 시작 및 운영 중지 동안의 열반응을 조절하는 데 필요하다. 추가적으로, 효과적인 응축액 배수를 조장하기 위해 적합한 크기로 만들어진 충분한 수량의 드립레그 를 이용해 배관이 설치되어야 한다. 또한, 응축액의 배수를 이 드립라인으로 전달하기 위 해 배관은 적당히 경사져야 한다. 일반적으로, 이러한 배수점에는 일반적인 운영 및 시작 이라는 두 개의 개별적인 운영조건이 있는데, 두 하중 조건 모두 초기 설계단계에서 고려 되어야 한다. 적용 분야 모든 증기 시스템. 파이프 구조의 적절한 크기 설정, 새지 않는 굴곡부위의 숫자를 최소화 하는 것 등은 설계 및 설비단계에서 (중요한 수리, 변화 및 업그레이드를 포함해) 최대한 다루어져야 한다. 경제적 측면 설계 단계에서 적당한 크기를 설정하면 시스템 수명주기 내에 원금회수가 달성됨 (누출을 최소화하는 것 같은) 유지보수 수단으로도 빠른 원금회수가 가능함 시행의 동인 비용 절감 보건 및 안전 사례 광범위하게 사용됨 참조 정보 [123, US_DOE] 증기 파이프 및 응축액 반환 파이프에서의 단열 설명 격리되지 않은 증기 파이프 및 응축액 반환 파이프는 쉽게 고칠 수 있으며, 지속적으로 열손실의 근원이 된다. 대부분의 경우, 모든 열 표면의 격리는 구현하기 쉬운 방법이다. 또한, 단열재의 국소적인 손상의 경우 즉시 수선이 가능하다. 단열재는 제거될 수 있으며 운영 유지보수 또는 수선작업 중에 대체되지 않을 수도 있다. 밸브에 제거 가능한 단열재 커버 또는 다른 설비가 없을 수도 있다. 젖거나 또는 경화된 단열재는 대체되어야 한다. 젖은 단열재의 원인은 종종 누출이 일어 나는 파이프 또는 튜브에서 찾을 수 있으며, 누출은 단열재가 대체되기 전에 수선되어야 한다. 152 에너지 효율

187 3 장 달성된 환경 편익 표 3.10은 다른 증기압력 하에서 단열되지 않은 증기 라인에서의 열손실을 나타낸다. 격리되지 않은 증기 라인 30m 당 분배 라인직경 (mm) 열손실 근사치(GJ/yr) 증기 압력 (barg) 표 3.10: 단열되지 않은 증기 라인 30m 당 열손실 [123, US_DOE]에서 채택됨 더 나은 단열재를 통한 에너지 손실의 감소는 물의 이용 및 수처리에 있어서 절약을 가져 올 수 있다. 매체통합적 영향 단열재의 사용 증가 운영 데이터 제출된 데이터 없음 적용 분야 기본적으로 200 C이상의 온도와 200mm이상의 직경 조건에서의 모든 배관운영은 격리되어 야 하며 이러한 단열재의 바람직한 조건이 주기적으로 점검되어야 한다(예: 분해검사에 앞 서 배관 시스템의 IR 스캔을 통해). 또한, 50ºC 이상으로 온도가 올라갈 수 있으며 직원의 접촉 위험이 있는 표면은 모두 단열되어야 한다. 경제적 측면 신속한 원금회수가 가능하나, 회수기간은 에너지 가격, 에너지 손실 및 단열체 비용에 따 라 달라진다. 시행의 동인 다른 기술과 비교했을 때 달성하기 쉬움 보건 및 안전 사례 광범위하게 사용됨 참조 정보 [29, Maes, 2005], [16, CIPEC, 2002] 제거 가능한 단열 패드 또는 밸브 및 부속품의 설치 설명 유지보수 작업 동안에, 파이프, 밸브, 및 부속품을 감싸는 단열재는 손상되거나 제거된 후 대체되지 않는 경우가 많다. 설비 내 여러 성분의 단열재는 자주 바뀐다. 신규 보일러의 경우, 보일러 그 자체는 보통 잘 격리되어 있다. 반면에, 부속품, 밸브 및 기타 연결부품들은 보통 제대로 격리되어 있 지 않다. 재사용가능하며 제거 가능한 단열 패드가 열을 발산하는 표면에서 사용될 수 있 다. 에너지 효율 153

188 3 장 달성된 환경 편익 이 기술의 효율은 특정 적용방법에 따라 달라지나, 단열재 내의 잦은 파열의 결과로서의 열손실은 종종 과소평가 된다. 표 3.11은 밸브 크기 및 운영온도 범위에 따른 격리밸브 커버의 이용으로 인한 에너지 절 감을 요약해서 보여주고 있다. 이 값들은 ASTM C 1680 열손실 및 표면 온도 측정의 요 구사항을 충족시킬 수 있는 컴퓨터 프로그램을 통해 계산되었다. 에너지 절감은 동일 온 도 조건에서 격리되지 않은 밸브와 격리된 밸브 운영 사이에서의 에너지 손실로 정의되었 다. Watts 법칙에서, 제거 가능한 단열 밸브 커버의 설치로 가능한 에너지절약* 근사치 (W) 운영 온도ºC 밸브 크기 (mm) * 20 C 의 주변 온도 조건에서, 25 mm 두께의 격리 패드형태의 단열재를 ANSI 150-파운드등급플랜지 형태 밸브에 씌웠을 때 표 3.11: Watts 법칙에서, 제거 가능한 단열 밸브 커버의 설치로 가능한 에너지절약 근사치 [123, US_DOE] 단열커버의 적절한 설치로 소음을 줄일 수 있다. 매체통합적 영향 알려진 바 없음 운영 데이터 단열 플랜지, 밸브, 확장 조인트, 열교환기, 펌프, 터빈, 탱크 및 다른 불규칙적인 표면의 산업시설에서 재활용 가능한 단열패드가 일반적으로 이용된다. 패드는 유연성과 진동 내 성이 있으며 수평적으로 또는 수직적으로 설치되는 장비 또는 접근하기 어려운 장비에 이 용될 수 있다. 적용 분야 열 손실 감소, 배출감소 및 안전 향상을 위해 격리되어야 하는 모든 고온 배관 또는 장비 에 적용 가능함. 일반적으로 50 C 이상의 온도로, 사람의 접촉 위험이 있는 표면은 인력 보호를 위해 모두 격리되어야 한다(단열, 참조). 단열패드는 주기적 검사 또는 유지 보수를 위해 쉽게 제거될 수 있어야 하며 필요할 때는 언제든지 대체될 수 있어야 한다. 또한 격리 패드는 소음을 제어하는 데 도움이 되는 방음장벽으로서 작용하는 물질을 포함 할 수 있다. 증기 트랩을 격리할 때에는 특별한 주의가 요구된다. 다양한 증기트랩 유형(예: 특정 자동 온도조절 및 열역학적 증기 트랩)은 제한된 증기량이 응축되거나 정의된 열의 양이 방출 되는 경우에 맞추어 정확하게 운영되어야 한다. 이러한 증기 트랩이 과도하게 격리되는 경우에는 작동을 방해할 수 있다. 따라서 격리작 업 이전에 제조업자 또는 다른 전문가의 상담을 받는 것이 필수적이다. 경제적 측면 빠른 원금회수가 가능하나 에너지, 가격 및 격리된 구역에 따라 원금회수 기간이 달라질 수 있다. 시행의 동인 비용 절감 보건 및 안전 154 에너지 효율

189 3 장 사례 광범위하게 사용됨 참조 정보 [29, Maes, 2005], [16, CIPEC, 2002, 123, US_DOE] 증기트랩의 제어 및 수리 프로그램의 구현 설명 증기 트랩의 누출로 증기의 상당량이 손실되는데, 이는 대규모의 에너지 손실 결과를 가 져온다. 적당한 유지보수가 이러한 손실을 효과적인 방법으로 줄여줄 수 있다. 지난 3-5년 간 증기트랩이 검사되지 않은 증기 시스템의 경우, 대략 30%에 이르는 증기가 새면서 작 동이 제대로 되지 않았다. 규칙적으로 예정된 유지보수 프로그램을 이용하는 시스템에서 는, 전체 트랩의 5% 이하에서만 누출이 발생했다. 증기 트랩에는 매우 다양한 유형이 있으며, 각각의 유형에는 개별적인 특징과 예비조건이 있다. 증기가 새는지에 대한 점검은 청각, 시각, 전기적 전도율 또는 열 점검 방식을 기준 으로 한다. 증기 트랩을 대체하는 경우, 오리피스 벤추리 증기 트랩으로 교체하는 것이 고려될 수 있 다. 일부 연구는 특정 조건에서 이 트랩들이 더 낮은 증기손실 및 더 긴 수명을 나타낸다 는 점을 밝혔다. 그러나 오리피스 벤추리 증기 트랩의 이용에 대한 전문가들 사이의 의견 은 분분하다. 어떤 경우에는, 이 유형의 증기트랩이 지속적인 누출이 발생하여, (설계 효율 의 최소 50%-70% 수준으로 항상 운영되는 리보일러에서와 같은) 매우 특별한 서비스에만 이용할 수 있다. 달성된 환경 편익 표 3.12에 증기 손실 근사치가 직경에 따라 다르다는 것이 나타나 있다. 트랩오리피스 직경 근사치(mm) 표 3.12: 증기트랩 누출율 [123, US_DOE] 증기손실 근사치(kg/h) 증기압력 근사치 (barg) 에너지 효율 155

190 3 장 운영 데이터 연간 조사에서 모든 증기 트랩을 점검했다. 각각의 기능범주가 표 3.13에 제시되어 있다. 약어 설명 정의 OK 양호함 정석대로 작동되고 있음 BT 바람이 통함 증기가 이 증기트랩을 통해 달아나고 있어, 최대 증기 손 실 상태임. 대체되어야 함 LK 누출됨 이 증기트랩에서 증기가 누출되고 있음. 수선되거나 대체 되어야 함 RC 빠른 순환 이 열역학적 증기트랩의 순환주기는 너무 빠름. 수선되거 나 대체되어야 함 PL 막힘 증기트랩이 막혔음. 응축액이 증기트랩을 따라 흐르지 못 함. 대체되어야 함 FL 범람함 이 증기트랩은 더 이상 응축액의 흐름을 처리할 수 없음 정확한 크기의 트랩으로 대체되어야 함 OS 고장남 이 라인은 고장났음 NT 미검사 증기트랩에 접근할 수 없어서 검사되지 않았음 표 3.13: 증기 트랩의 다양한 운영 상태 [29, Maes, 2005] 손실되는 증기의 양은 다음과 같은 증기트랩을 이용해 추정할 수 있다 여기서 L t,y = y 기간 내에 증기트랩에서 손실된 증기의 합 (톤 단위) FT t,y = y 기간 동안의 증기트랩 t의 운영인자 FS t,y = y 기간 동안의 증기트랩 t의 하중인자 CV t,y = y 기간 동안의 증기트랩 t의 유동계수 h t,y = y 기간 동안의 증기트랩 t의 운영 시간의 합 P in,t = 증기트랩 t로 들어오는 압력 (atm) P out,t = 증기트랩 t에서 나가는 압력 (atm) 운영인자 FT t,y은 표 3.14에 제시되어 있다. 유형 FT BT 바람이 통함 1 LK 누출됨 0.25 RC 빠른 순환 0.20 표 3.14: 증기 트랩에서의 증기손실과 관련된 운영인자 [29, Maes, 2005] 식 3.5 하중인자는 증기와 응축액사이의 상호작용을 고려해야 한다. 증기트랩을 따라 흐르는 응 축액이 많을수록 증기가 흘러갈 수 있는 공간은 적어진다. 응축액의 양은 아래 표 3.15에 서처럼 적용 분야에 따라 달라진다. 156 에너지 효율

191 3 장 적용 하중인자 표준 공정 적용 0.9 드립 및 트레이서 증기 트랩 1.4 증기 유동(응축액 없음) 2.1 표 3.15: 증기손실의 하중인자[29, Maes, 2005] 최종적으로 파이프의 크기 역시 유동계수를 결정한다. CV = 3.43 D 2 여기서 D = 구멍의 반지름(cm) 계산 예시는 다음과 같다. FT t,yr = 0.25 FS t,yr = 0.9 트랩을 통과하는 증기량이 응축되기 때문이나, 증기트랩의 최대수용능력 과 비교해 교정되었음 (위의 표 3.15 참조) CV t,yr = 7.72 D= 1.5cm h t,yr = 연간 6000 시간 P in,t = 16 atm P out,t = 1 atm. 따라서 증기트랩은 매년 1,110톤에 이르는 증기를 손실한다. 이러한 현상이 증기 비용이 톤당 15 EUR인 설비에서 일어나게 된다면, 최종 손실은 매년 16,650 유로에 이르게 된다. 누출에 의해서가 아니라 증기가 완전히 달아나는 경우라면, 연간 비용은 66,570 유로에 이 르게 된다. 이러한 손실로 인해 설비 내의 증기트랩에 대한 효과적인 관리 및 제어시스템의 설치가 즉시 정당화될 수 있다. 적용 분야 누출 증기 트랩을 추적하고 증기트랩이 대체되어야 하는가의 여부를 결정할 수 있는 프로 그램이 모든 증기 시스템에 필요하다. 증기 트랩의 수명은 상대적으로 짧은 경우가 많다. 증기 트랩이 점검되는 빈도는 기존의 유지보수 계획 이외에도, 현장의 크기, 증기흐름의 정도, 운영압력, 트랩의 개수 및 크기 및 시스템과 트랩의 사용 연수 및 조건에 따라 달라 진다. 주요 검사의 책임 및 프로그램 변경의 비용 이득은 이러한 요인들에 의해 상쇄되어 야 한다(어떤 현장에서는 쉽게 접근할 수 있는 트랩이 50개 또는 그보다 적을 수 있으며 다른 현장에서는 10,000개일 수도 있음). 일부 정보출처에서는 대규모 증기 트랩을 지닌 장비(예: 시간당 1톤의 증기 또는 그 이상 의 흐름을 지닌 장비)는, 특히 고압조건에서 운영되는 장비의 경우, 연단위로 점검되어야 하며 덜 중요한 장비는 매년 25%의 순환 프로그램에 따라서 점검(즉, 모든 트랩은 최소 매 4년마다 1회씩 점검)되어야 한다고 언급한다. 이는 많은 국가가 이러한 설비에 요구하 고 있는 LDAR(누출 추적 및 유지보수) 프로그램과 비교된다. 한 예로, 트랩 유지보수가 계획 없이 이루어지고 있는 경우에 20% 가까이 되는 트랩에 결함이 있는 반면, 연간 사후 점검이 이루어지는 경우에 트랩의 45% 수준까지 누출이 줄어들 수 있다. 모든 트랩이 연 단위로 점검된다면 (구형 트랩은 신규 모델로 대체되기 때문에) 누출은 5년 후에는 약 3% 로 천천히 줄어들 수 있다. 에너지 효율 157

192 3 장 모든 경우에 있어 모범 사례는 증기 트랩을 점검할 때, 바이패스 밸브를 점검하는 것이다. 라인에서의 과도한 압력 및 손실 (특히 트레이서 라인에서의 압력 및 손실)을 피하기 위해 증기트랩이 모든 응축액을 제거할 수 없는 조건에서, 그리고 운영상의 이유로, 바이패스 밸브는 때때로 개방된다. 일반적으로 시스템을 낮은 에너지 효율로 운영하는 것보다, (자 본지출을 수반할 수 있는) 적당한 보수를 하면서 근본적인 문제점을 고쳐가는 것이 더 효 과적이다. 자동 제어가 개별 증기트랩의 유형에 따라 설치 가능하다. 자동 증기트랩 제어는 특히 다 음과 같은 경우에 유용하다. 트랩의 작동이 전체 운영과정에서 중요하며 트랩의 봉쇄가 손상 또는 생산 손실을 일 으킬 수 있는 트랩 높은 운영압력으로 작동되어 작은 누출도 큰 에너지 손실을 일으키수 있는 트랩 경제적 측면 교체비용은 일반적으로 불완전 운영의 결과로 나타나는 손실보다 상당히 적다. 빠른 원금 회수가 가능하나 누손의 규모에 따라 기간이 달라진다. 상기 예시를 참조한다. 시행의 동인 비용 개선된 증기 시스템 효율 사례 광범위하게 사용됨 참조 정보 [29, Maes, 2005], [16, CIPEC, 2002] 응축액의 재사용을 위한 수집 및 보일러로의 반환 설명 열이 열교환기를 통해 공정에 전달되는 경우에, 증기는 물이 액화되면서 잠열 형태로 에 너지를 전달한다. 이 물은 손실되거나 또는 (일반적으로) 수집되어 보일러로 회수된다. 응 축액의 재사용은 다음 네 가지 목적을 지닌다. 뜨거운 응축액 내에 포함된 에너지의 재사용 (원) 보급수의 비용 절감 보일러 용수처리 비용절감 (응축액은 처리되어야 함) 폐수 배출 비용의 절감(적용 가능한 조건에서) 응축액은 대기 및 부압 상태에서 수집된다. 응축액은 더 높은 압력 조건에서 장치 내의 증기에서 생성될 수도 있다. 달성된 환경 편익 이 응축액이 대기압으로 반환될 때, 강제증발 증기가 자연적으로 생겨나며, 이것 역시 회 수가 가능하다( 참조). 응축액의 재사용은 수처리에 필요한 화학약품의 감소를 가져온다. 이용되고 배출되는 물 의 양 역시 감소한다. 매체통합적 영향 제출된 데이터 없음 운영 데이터 부압(negative pressure) 시스템의 경우 탈기가 필수적임 158 에너지 효율

193 3 장 적용 분야 회수된 응축액이 오염되었거나 증기가 공정으로 주입되어 응축액의 회수가 불가능한 경우 에 이 기술은 적합하지 않다. 신규 설계의 경우 모범 사례는 응축액을 잠재적으로 오염된 응축액 흐름과 깨끗한 응축액 흐름으로 분리하는 것이다. 깨끗한 응축액은 이론적으로는 절대로 오염되지 않는 공급원 에서 배출되는 것이다(예: 증기압력이 공정압력보다 높은 리보일러에서 오는 것으로, 누출 튜브의 경우, 증기는 증기측면 내의 공정 구성성분보다는 공정 내로 들어가게 됨). 잠재적 으로 오염된 응축액은 예를 들어, 공정측면의 압력이 증기측면의 압력보다 높은 리보일러 상에서의 튜브 파열 같은 부수적인 사고로 오염될 수 있는 응축액이다. 깨끗한 응축액은 추가 예방 없이는 회수될 수 없다. 잠재적으로 오염된 응축액은 TOC 미터 같은 운영 중 모니터링에 의해 탐지가 가능한 오염의 경우를 제외하고는 (예: 리보일러로부터의 누출) 회수될 수 있다. 경제적 측면 응축액의 회수는 중요한 이점을 지니며, 응축액의 양이 적은 경우(예: 증기가 공정에 추가 된 조건)를 제외하고는, 모든 적용 가능한 경우에서 고려되어야 한다(위의 적용 분야 참 조). 시행의 동인 제출된 데이터 없음 사례 전반적으로 적용됨 참조 정보 [29, Maes, 2005], [16, CIPEC, 2002] 강제증발 증기(flash steam)의 재사용 설명 강제증발 증기는 고압에서 응축액이 확장될 때에 생겨난다. 응축액이 더 낮은 압력 하에 있게 되면, 응축액의 일부가 다시 증발해 강제증발 증기를 형성하게 된다. 강제증발 증기 는 정화된 물 및 유효 에너지의 대부분을 포함하고 있는데, 이는 여전히 응축액 내부에 남아있다. 에너지 회수는 보충수를 이용한 열교환을 통해 얻을 수 있다. 만일 파열수가 사전에 강제 증발 탱크 내에서 더 낮은 압력으로 유도된다면, 증기는 더 낮은 압력에서 생성될 것이다. 이 강제증발 증기는 탈가스 장치로 바로 이동해 신선한 보충수와 혼합될 수 있다. 강제증 발 증기는 용존 염을 포함하고 있지 않으며 증기는 파열에서의 대량의 에너지를 나타낸 다. 그러나 강제증발 증기는 응축액보다 더 큰 양을 차지한다. 이를 처리하기 위한 반환 파이 프는 압력 증가 없이 강제증발 증기를 처리할 수 있어야 한다. 반면에, 결과적으로 나타나 는 배압은 증기트랩의 적당한 작용 및 기타 성분의 상류로의 이동을 방해할 수 있다. 보일러실 내부에서, 응축액과 마찬가지로 강제증발 증기는 탈가스장치 내의 신선한 공급 수를 가열하는 데 사용될 수 있다. 강제증발 증기를 공기 가열에 사용하는 것은 또 다른 가능성에 포함된다. 보일러실 외부에서, 강제증발 증기는 100 C 이하에서 다른 성분들을 가열하는 데 사용될 수 있다. 실제로, 1barg의 압력 상태에서 증기 사용이 이루어진다. 따라서 강제증발 증기는 이러한 파이프 내로 주입이 가능하다. 또한 공기 예열 등에도 강제증발 증기를 사용할 수 에너지 효율 159

194 3 장 있다. 저압 공정 증기 요구사항은 일반적으로 고압증기의 흐름을 막음으로써 가능하나, 공정 요구사항의 일정부분은 낮은 비용으로 고압 응축액을 강제증발하는 것으로 달성 가능 하다. 강제증발은 고압응축액을 보일러로의 반환이 경제적 측면에서 적합하지 않을 때 에 특히 매력적이다. 달성된 환경 편익 편익은 경우에 따라 달라진다. 1bar의 압력에서 응축액의 온도는 100 C이고 엔탈피는 419kJ/kg이다. 강제증발 증기 또는 증발 후 증기가 회수되는 경우, 전체 에너지 함유량은 설비의 표준노동량에 따라 달라진 다. 응축액을 통해 증기 시스템에 남은 에너지 성분은 표 3.16에 제시되어 있는데, 이 역 시 응축액 및 강제증발 증기 내의 상대적인 에너지량을 보여주고 있다. 높은 압력에서는 강제증발 증기가 에너지의 대부분을 포함하고 있다 절대압력(b ar) 대기압 상태에서의 응축액 내부(%) 보일러 압력 상태에서의 응축액 +증발 후 증기(%) 강제증발 증기 내에서 회수 가능한 에너지의 상대적인 비율 (%) 주: 설비로 유입되는 공급수의 연평균 온도는 약 15 C 정도다. 이 숫자는 15 C, 또는 63kJ/kg의 엔탈피에서 물이 설비에 공급되는 상황을 바탕으로 해 산정되었다. 표 3.16: 대기압 조건에서의 응축액 내부 및 강제증발 증기 내부에 나타나는 총에너지의 비율[29, Maes, 2005] 매체통합적 영향 강제증발 증기가 가압 응축액에서 생성되는 조건에서, 보일러로 반환되는 응축액의 온도 (및 에너지 함유량)는 더 낮다. 이코노마이저가 설치되는 조건에서, 강제증발은 이코노마이 저가 반환수/공급수 흐름으로의 배출 굴뚝에서 더 많은 에너지를 회수할 수 있다는 잠재 적 이점을 지니며 보일러 효율은 증가할 것이다. 이는 가장 에너지 효율적인 조합이다. 그 러나 (모든 공급원으로부터의) 저압증기가 제한된 거리만을 이동할 수 있다는 것을 고려해 강제증발로부터 발생하는 저압(LP) 증기를 이용해야 한다. (정제공장 및 화학 설비 같은) 대부분의 경우에 있어 LP 증기의 잉여가 있으며, 따라서 강제증발에서 발생하는 증기는 전혀 이용되지 못하는 경우가 많다. 이런 경우에 증기를 대기로 강제증발시키는 것이 에 너지의 낭비이기 때문에, 최상의 옵션은 응축액을 탈기기로 반환하는 것이다. 응축액 문제 를 피하기 위해, 응축액은 지역적으로 특정 설비 또는 활동범위 내에 수집될 수 있으며 탈기기로 도로 펌핑될 수 있다. 각각의 옵션의 설비는 필수적인 파이프 구조 및 기타 장비의 설치에 있어 얼마나 비용 대 비 편익적인가에 따라 달라진다(1.1.6 참조). 160 에너지 효율

195 3 장 운영 데이터 강제증발 증기의 재사용은 많은 경우에 적용 가능한데, 종종 100 C이하로 가열되는 경우 에 가능하다. 많은 가능성이 존재한다. 응축액 파이프 내에서의 강제증발 증기의 수집 설비의 수명주기 동안, 다양한 성분이 같은 라인에 추가될 수 있으며, 응축액 반환 파이프 는 회수되어야 하는 응축액의 양에 비해 매우 작아질 수도 있다. 대부분의 경우에, 이 응 축액은 대기압 상태에서 회수되는데, 따라서 파이프의 주요 부분들이 플래시 증기로 채워 지게 된다. 만일 응축액 배출의 증가가 있다면, 이 파이프들 내의 압력은 1barg 이상으로 상승하게 될 것이다. 이것은 입구부문에서 문제를 야기할 수 있으며 증기 트랩 등의 적당 한 작용을 방해할 수도 있다. 강제증발 증기는 반환 파이프 구동에서의 적정한 지점에 설치된 플래시 탱크로 배출될 수 있다. 플래시 증기는 100 C 이하의 국지적 예열 또는 가열에 이용될 수 있다. 동시에, 응 축액 반환 파이프 내부의 압력은, 응축액 반환 네트워크의 역전을 피하면서 정상 수준으 로 줄어들게 된다. 기존 네트워크를 검토할 때 고려되어야 하는 옵션의 하나가 더 낮은 압력에서의 응축액의 반환이다. 이로써 더 많은 플래시 증기를 생성할 수 있으며 온도 역시 100 C 아래로 내려 가게 된다. 증기를 이용할 때에는, 예를 들어 100 C보다 낮은 수준의 가열에 있어서는, 가열 코일 내 의 실제 압력이 조정에 따라, 1 bar 아래로 내려가는 것이 가능하다. 이로써 응축액을 코 일 내부로 흡수하고 흐르게 하는 결과가 나타날 수 있다. 또한 저압에서 응축액을 회수시 키는 방법으로 이를 피할 수도 있다. 더 많은 플래시 증기가 저압 상태에서의 결과로 생 성되고 더 많은 에너지가 응축액에서 회수된다. 더 낮은 온도에서 작동하는 구성성분은 개별적 네트워크로 전환될 수 있다. 그러나 이 저압 상태를 유지하고 외부에서부터 파이 프로 새어 들어오는 공기를 제거하기 위한 추가적인 펌프가 설치되어야 한다. 적용 분야 이 기술은 현장에서 증기가 생성되는 압력보다 더 낮은 압력에서 증기 네트워크가 운영될 때 적용된다. 그 밖에, 재사용된 플래시 증기는 열교환기를 통한 파열 내부에서 열을 교환 하는 것보다 엑서지적으로 더 유리하다. 이론적으로, 더 낮은 온도에서의 에너지 사용은 신선한 증기보다는 플래시 증기에 있어 가능한 이용이며, 구현이 항상 쉽지만은 않더라도, 투자에 있어 기회가 될 수 있다. 이것 은 석유화학 산업에서 광범위하게 적용 가능하다. 경제적 측면 플래시 증기의 회수는, 비록 주요 비용절감이 에너지에서 달성되기는 하지만, 신선한 보급 수 및 보급수의 처리를 줄인다. 플래시 증기의 회수는 액상응축액의 단순한 수집보다 더 큰 에너지 절감을 이끌어 낼 수 있다. 부록 의 사례를 참조한다. 시행의 동인 비용 절감 저압 증기의 이용 사례 제출된 데이터 없음 참조 정보 [29, Maes, 2005, 123, US_DOE] 에너지 효율 161

196 3 장 보일러 파열을 통한 에너지 회수 설명 열교환기를 통해 보일러 파열에서 예열된 보일러 보충수로 에너지가 회수될 수 있다. 증 기의 4%를 초과하는 연속 파열이 일어나는 보일러는 파열 폐열회수의 도입에 상당히 적 합할 수 있다. 더 큰 규모의 에너지 절감이 고압보일러에서 발생한다. 다른 방법으로, 중간압 또는 저압에서 파열하는 것이 유효 에너지를 안정시키는 다른 방 법이 된다( 참조). 달성된 환경 편익 파열에서 발생하는 열회수를 통한 잠재적 에너지 수익이 표 3.17에 제시되어 있다. 파열 손실로부터 회수된 에너지, MJ/h 23 보일러 출력의 보일러의 가동 압력 파열율% 2 barg 5 barg 10 barg 20 barg 50 barg 표 3.17: 파열 손실로부터 회수된 에너지 [29, Maes, 2005] 파열 온도를 낮춤으로써, 특정 온도에서의 폐수 배출을 요구하는 환경 규제를 준수하는 것이 용이해진다. 매체통합적 영향 알려진 바 없음 운영 데이터 부록 의 사례 참조 적용 분야 아래 경제적 측면 참조 경제적 측면 이러한 기술은 보통 몇 년 내에 비용 회복의 결과를 가져옴 시행의 동인 비용 절감 사례 부록 의 사례 참조 참조 정보 [29, Maes, 2005], [16, CIPEC, 2002] [123, US_DOE] CEN EN :2003 and CEN EN : 이 양들은 10t/h의 보일러 산출량, 20 C의 보일러수의 평균온도 및 파열로부터 88%의 회수 효율을 갖는 것을 기준으로 결정되었다. 162 에너지 효율

197 3 장 3.3 열회수 및 냉각 [16, CIPEC, 2002, 26, Neisecke, 2003, 34, ADENE, 2005, 97, Kreith, 1997] 열은 자연적으로 높은 온도(열원)에서 낮은 온도(열흡수원)로 흐른다( , 열역학 제2법 칙 참조). 활동범위, 공정 또는 시스템으로부터의 열 흐름은 환경으로 배출되는 다른 형태 와 유사하게 다음 두 가지 유형으로 나타난다. 1. 노 개방을 통한 복사, 단열이 거의 또는 전혀 되지 않은 뜨거운 영역, 베어링에서부터 소산되는 열 등의 탈루성 공급원 2. 다음과 같은 특정 흐름 뜨거운 배기가스 배출 공기 냉각 시스템에서 발생하는 냉각용액 (예: 가스, 냉각수, 열매체유) 뜨거운 또는 차가운 생산물 또는 폐기물 하수도를 통해서 배출되는 뜨거운 또는 차가운 물 냉각에서 방출된 과열 및 응축기 열 이러한 열손실은, 잉여열 의 개념임에도 불구하고, 열이 다른 공정이나 시스템에서 이용되 기 위해 특정 열 흐름으로부터 회수되기 때문에, 종종 '폐열'이라고 불린다. 독자의 이해를 돕기 위해, '폐열/잉여열'이라는 용어가 이 장에서 사용된다. 다음과 같은 두 가지 수준의 열 흐름이 있다(열 '품질', 참조). 1. 뜨거운 배기가스 같은, 뜨거운 흐름에서 발생하는 열 2. (80 C 이하 같은) 상대적으로 차가운 흐름에서 발생하는 열. 이들은 열회수가 더 어려 우며, 열의 엑서지가 더 향상되어야 함 간단한 경우를 살펴보면, 이 장에 언급된 기술들을 이용해 이러한 열은 바로 처리될 수 있다. 열원 및 열 흡수원이 하나 이상인 좀 더 복잡한 설비에서 열회수는 현장 또는 공정 수준에 따라 핀치 방법론 같은 수단을 이용하거나 공정-공정 열교환 또는 공정 통합을 최 대한 적용해 조사해야 한다(2.3, 2.4 및 2.12 참조). 열회수 기술 가장 일반적으로 이용되는 열회수 기술은 다음과 같다. 직접 이용: 열교환기는 잉여흐름 내에서 열 그 자체를 이용한다(예: 뜨거운 배기가스, 3.2.5참조). 열펌프는 상대적으로 차가운 흐름에서 잉여열의 질을 향상시켜 현재온도에서 얻을 수 있는 것보다 더 유용한 작업을 수행할 수 있도록 한다(즉, 높은 품질의 에너지 투입 은 폐열/잉여열의 에너지 품질을 향상시킴). 다중 효과 증발, 강제증발 증기 및 기 언급된 접근방법의 조합 같은 다단계 작동 ( 참조) 열회수의 가능성을 조사하기 전에, 관련 공정을 최적화하는 것이 중요하다. 열회수를 도입 한 이후의 최적화는 열회수에 부정적으로 영향을 주게 되고 회수 시스템이 너무 큰 것으 로 판단될 수도 있으며, 따라서 비용 대비 편익에 악영향을 미치게 된다. 따라서, 폐열/잉여열의 품질과 양을 측정하고 이에 따라서 가능한 사용방법을 확인해야 하 는 것이 필수적이다. 열회수는 종종 폐열의 품질과 가용성에 따라 제한된다. 에너지 효율 163

198 3 장 열이 발생하고 열회수가 합병되는 공정에 대해 관련하여, 정량화된 정보 및 지식을 확보 하는 것이 중요하다. 폐열회수의 오류 및 실패의 근본 원인은 이해의 부족이다. 예를 들 어, 열교환기의 유형을 잘못 판단하고 선택하는 것과 같은 것보다 실수와 누락이 더 심각 한 영향을 미치기 쉽다. 열역학적 오류를 떠나서, 만일 착수 시점에서 완전히 투자가 된 것이 아니라고 한다면, 열교환기를 선택할 때마다 문제를 야기할 수 있는 것은 폐열원의 물리적 특성이다. 공정 내에서의 열회수의 성공적인 통합을 위해서는, 운영 매개변수가 얼마까지 수정될 수 있는가에 대한 지식과 더불어 공정 운영의 면밀한 이해가 필수적이다. 운영 데이터의 상 세한 측정 및 기록을 통해 계획 단계에서부터 뛰어난 시작을 할 수 있다. 이로써 또한 공 정 엔지니어가 적은 비용 수단을 통해 가능한 절약 수준이 정의된다. 옵션은 다음과 같다. 공정내에서 발생하는 열을 이용 (즉, 재순환, 예를 들어 이코노마이저 같은 열교환기 의 잦은 이용, 참조) 다른 시스템 또는 설비에서의 열을 이용 (폐열의 온도가 충분히 높지 않기 때문에 이 옵션이 발생할 수 있음). 다음과 같은 두 가지 유형이 있음 같은 설비 내에서 다른 생산단위나 공정에서 나오는 열 (통합적인 화학제품 시설 내 같은) 다른 설비, 또는 지역난방 같은 더 넓은 공동체 내의 열을 이용, 발생, 3.4의 열병합발전 참조 폐열이 충분한 엑서지를 포함하고 있지 않은 경우, 열펌프를 사용해 일으키거나 또는 HVAC에서의 뜨거운 물 또는 공간의 가열 같은 낮은 에너지 사용을 모색하는 것이 가능 하다. 따라서 이 장은 (열회수의 중요한 기회로서의) 냉각 및 언급된 두 가지 주요 기술, 열교환 기 및 열펌프에 대해 다루고 있다 열교환기 설명 직접 열회수는 열교환기를 통해 실행된다. 열교환기는 내부에서 에너지가 하나의 용액 또 는 가스에서 고형물의 표면을 통해 다른 물질로 전달되는 장비다. 가열 또는 냉각 공정이 나 시스템을 이용한다. 열 이동은 대류와 전도에 의해 발생한다. 70 C 정도의 상대적으로 낮은 온도에서 열을 방출하나, 다음과 같은 다양한 산업분야에서 는 500 C까지 온도를 올리고 있다. 중합체를 포함하는 화학산업 식품 및 음료 제지 및 판지 섬유 및 직물 이 온도 범위에서는, 포함되어 있는 용액의 유형 (즉, 기-기, 기-액, 액-액) 및 특정한 응용 방법에 따라 다음의 열회수 장비 (열교환기)가 이용될 수 있다. 회전식 축열기(단열 휠) 코일 열파이프/열사이폰 열교환기 관상 폐열회수기 이코노마이저 164 에너지 효율

199 3 장 응축 이코노마이저 분무 응축기 (액상 열교환기) 원통 다관식 열교환기 평판식 열교환기 평판 다관식 열교환기 (400ºC이상의) 높은 온도에서 철, 철강, 구리, 알루미늄, 유리 및 세라믹 같은 가공산업은 가스로부터 폐열을 회수하기 위해 다음과 같은 방법들을 적용할 수 있다. 평판식 열교환기 원통 다관식 열교환기 폐열회수장치의 방사 튜브 폐열회수장치의 대류 튜브 열회수 버너 시스템 및 자열회수 버너 정적 축열기 회전식 축열기 콤팩트 세라믹 축열기 충격 점화 축열식 버너 방사평판식 열회수기 일체형축열식 버너. 유동층은 펄프 및 제지 분쇄기 내의 더러움 같은 다양한 작동조 건에 이용됨 에너지 최적화로 동적 또는 표면 긁기 열교환기(SSHE)는 점성이 높은 생성물, 결정화 공정, 증발 및 매우 심하게 오염된 적용방식의 가열 또는 냉각에 주로 이용된다. 열교환기의 가장 현명한 사용법 중 하나는 공기건조인데, 이는 3.9를 참조한다. 이러한 시 스템에서는 코일을 이용한다(꾸불꾸불한 내부 관에 이용됨). 효율 열교환기는 에너지에 최적화된 설비에 맞게 설계되었다. 다른 또는 다양한 운영 조건에서 의 열교환기의 이차적 운영은 특정 제한조건 내에서만 가능하다. 이로써 이송된 에너지의 변화, 열전달계수(U-밸브) 및 매개체의 압력하강이 발생한다. 열전달계수 및 전달된 동력은 표면 조건 및 열전달 물질의 두께뿐 아니라 열전도율에 의 해서도 영향을 받는다. 적당한 기계적 설계 및 물질의 선택으로 열교환기의 효율을 향상 시킬 수 있다. 비용 및 기계적 압력은 물질의 선택 및 구조적 설계에 있어 주요한 역할을 수행한다. 열교환기를 통해 전달된 동력은 열교환기 표면에 따라 상당히 다르다. 열교환기 표면은 가는 골를 이용해 향상될 수도 있다(예: 가는 골이 진 튜브 열교환기, 박막 열교환기). 이 는 특히 낮은 열전달계수에서 유용하다(예: 가스 열교환기). 열교환기 표면의 먼지의 누적은 열전달을 감소시킬 수 있다. 오염 수준은 적절한 물질(매 우 부드러운 표면), 구조(예: 나선형 열교환기), 또는 운영조건의 변경(높은 용액 속도 같 은)을 이용해 감소될 수 있다. 더구나, 열교환기는 세척이 가능하며 자동 세척 시스템을 적용할 수도 있다(동적 또는 표면 긁기 열교환기). 에너지 효율 165

200 3 장 더 높은 유량은 열전달계수를 향상시킬 수 있다. 그러나 향상된 유량은 더 높은 압력하강 의 결과를 가져온다. 높은 수준의 흐름 교란은 열전달을 개선하지만 압력하강이 증가된다. 교란은 스템핑된 열교환기 판을 이용하거나 분류가감기(diverter 디버터)를 적용함으로써 발생할 수 있다 전달된 동력은 또한 용액의 물리적 상태(예: 온도 및 압력)에 따라 다르게 나타난다. 공기 가 주요 매개체로 이용된다면 열교환기에 주입되기 전에 가습되어야 한다. 이로써 열전달 이 향상된다. 달성된 환경 편익 2차 에너지 흐름을 이용한 에너지 절감 매체통합적 영향 제출된 데이터 없음 적용 분야 열회수 시스템은 많은 산업분야 및 시스템에서 그 결과가 좋기 때문에 광범위하게 이용된 다. 상기의 설명 및 3.2를 참조한다. 이 방법은 점점 더 많은 경우에 적용되며, 대부분이 설비의 외부에서 발견될 수 있다. 3.4 의 열병합발전, 및 부록 및 참조. 열회수는 수요가 생산곡선과 만나지 않는 경우에는 유용하지 않다. 경제적 측면 원금회수 기간은 최소 6개월에서 최대 50년 또는 그 이상이다. 오스트리아의 펄프 및 제 지 산업에서 복잡하고 다양한 시스템의 원금회수 기간은 1년에서 대략 3년 사이였다. 비용 대비 편익 및 원금회수(분할상환) 기간은 ECM REF에서처럼 계산 가능하다. 일부 경우에, 특히 열이 설비 외부에서 사용되는 조건에서, 정책 보조금을 이용하는 것이 가능하다. 부록 7.13을 참조한다. 시행의 동인 에너지 비용의 감소, 배출의 감소 및 (종종 일어나는) 투자금액의 빠른 회수 표면 긁기 시스템에서의 표면오염의 감소, 기존 장비/흐름의 개선, (잠재적인 설비 최 대처리량을 늘일 수 있게 하는) 시스템 압력하강에서의 감소 등 개선된 공정 운영 배출부담금의 절약 사례 위 설명에서 인용된 산업군: 화학산업, 식품 및 음료, 종이 및 보드, 섬유 및 직물 오스트리아 내의 펄프 및 제지 산업 Tait Paper at Inverure, Aberdeenshire, 영국 참조 정보 [16, CIPEC, 2002], [26, Neisecke, 2003], [34, ADENE, 2005] [97, Kreith, 1997] [127, TWG] 166 에너지 효율

201 3 장 열교환기의 모니터링 및 유지보수 설명 열교환기 튜브의 모니터링은 와전류검사를 이용해 수행된다. 이는 때때로 전산유체역학 (CFD)을 이용해 시뮬레이션된다. 암시적인 온도 변화 또는 과열점을 찾아내기 위해 적외 선 사진촬영술( 참조) 또한 열교환의 외부에서 이용될 수 있다. 오염은 심각한 문제가 될 수 있다. 강물, 강어귀 또는 바다에서 채취된 냉각수가 이용되는 경우가 많은데, 이로 인해 생물학적 물질이 유입되어 층을 형성할 수 있다. 또 다른 문제 는, 탄산칼슘 또는 탄산마그네슘 같은 화학적 석출물층으로 형성된 스케일이다(3.2.6 참 조). 산화 알루미늄 정제장치 내의 규토 석출물은 냉각 공정으로 생성될 수 있다(아래 사 례 참조). 달성된 환경 편익 열회수를 위한 향상된 열교환 매체통합적 영향 스케일 제거를 위한 화학약품의 이용 운영 데이터 평판식 열교환기는 분해, 세척 및 재조립을 통해 주기적으로 세척되어야 한다. 튜브 열교환기는 산세척, 불릿 세척 또는 하이드로 드릴링에 의해 세척될 수 있다(마 지막 두 가지는 독점기술일 수 있음). 냉각 시스템의 운영 및 냉각은 ICS BREF에서 논의된다. 적용 분야 모든 열교환에 적용 가능함 상황별 근거에 따라 특정 기술이 선택됨 경제적 측면 열교환기를 설계 명세서대로 유지하는 것으로 원금회수를 최적화함 시행의 동인 최대생산능력 유지 사례 산세척: Eurallumina, Portovecompany, 이탈리아. 부록 참조 참조 정보 적외선: [162, SEI, 2006] 열펌프(기계적 증기 재압축(MVR)을 포함) 설명 열펌프의 주요 목적은 국내, 상업용 또는 산업용으로 이용하기 위해 더 낮은 온도(낮은 엑 서지)에서 더 높은 온도로 에너지를 전달하는 것이다. 열펌프로 산업공정 같은 인간이 만 든 열원, 또는 공기, 지면 또는 물 같은 환경 내의 자연적인 또는 인공적인 열원에서부터 열을 전달(생성은 아님)할 수 있다. 그러나 열펌프는 냉각 시스템, 냉장고 등에서 가장 일반적으로 이용된다. 열은 냉각된 적 용면에서 외부 환경으로, 반대 방향으로 전달된다. 때때로 냉각에서 초과된 열은 다른 곳 에서 동시에 일어나는 열요구 사항을 준수하기 위해 사용된다. 열펌프는 열병합발전 및 삼중 열병합발전에도 이용되는데, 이는 냉각과 가열을 동시에 실시해 주기적으로 요구사 에너지 효율 167

202 3 장 항을 변화시키는 시스템이다(3.4 및 참조). 열원에서부터 열이 필요한 지역으로 열을 수송하기 위해 열펌프를 가동해야 하는데 이때 외부 에너지가 필요하다. 전기모터, 연소 엔진, 터빈 또는 흡수 열펌프의 열원 등 동력전 동(동력원)은 어떤 것이든 가능하다. 압축 열펌프 (폐쇄형) 가장 광범위하게 이용되는 열펌프는 압축기 구동형 펌프이다. 이 펌프는 냉장고, 에어컨, 냉각장치, 냉각장치, 제습기, 바위, 토양, 물 및 공기 등에서의 에너지를 사용한 가열 열 펌프다. 또한 일반적으로 전기모터로 구동되는데, 대형 설비에서는 증기 터빈 구동형 압축 기가 이용될 수 있다. 압축 열펌프는 폐쇄 주기에서의 증발, 압축, 응축 및 확장 단계로 구성된 반시계방향의 카 르노 공정(차가운 증기 공정)을 이용한다. 그림 3.8은 압축 열펌프의 원리를 나타내고 있다. 증발기 내에서, 순환하는 작업용액은 폐 열 같은 요인 때문에 저압 및 저온 상태에서 증발한다. 이후로, 압축기는 압력과 온도가 증가한다. 작업용액은 응축기 내에서 액화되며 이 공정 안에서 사용 가능한 열을 방출한 다. 작업용액은 이후 저압으로 팽창되는데, 증발할 때와 마찬가지로 열원에서부터 열을 흡 수한다. 따라서 열원(예: 오수, 배기가스) 내의 낮은 온도상태에서의 에너지는 다른 공정이 나 시스템에서 이용 가능하도록 더 높은 온도 수준으로 변형된다. 그림 3.8: 압축 열펌프의 다이어그램 [28, Berger, 2005] 압축 열펌프에서 효율등급은 실행계수(COP)로 표시되는데, 이는 압축기 모터에서의 전기 같은 에너지 투입 대비 열산출 비율을 나타낸다. 필요한 에너지 투입은 압축모터로의 전 기 에너지 투입의 형태로 영향을 받는다. 168 에너지 효율

203 3 장 압축 열펌프의 COP는 다음과 같이 표현될 수 있다. 식 3.6 식 3.7 여기서 COP r 및 COP hp는 냉각 시스템 및 열펌프에서의 실행계수이며, Q c 및 Q h는 차가운 시스템 과 뜨거운 시스템 사이에서 교환되는 열이다. 카르노 효율은 온도의 적당한 변화량에 대한 상수로서 취급될 수 있다. 압축 열펌프는 COP가 최대 6까지 이를 수 있는데, 이는 압축기 내에서 전기에너지 1kWh 를 투입해 6kWh의 열산출을 발생시킬 수 있다는 것을 의미한다. 폐기물-에너지화(W-t-E) 설비에서, 산출열 및 압축기 동력 사이의 (열이 동력으로 전환되는) 비율은 5 정도다. 그러나 COP는 단일 정상상태 조건에서만 유효하다. 따라서, 이 계수는 정상상태 조건이 장기간에 걸쳐 지속되는 경우가 아니라면 열펌프의 효율을 계산하는 데 있어 정확하지 않 다. 실제로, 단지 주기적 전반 효율(SOE)만이 열펌프의 효율을 적절하게 설명할 수 있다. 또한, 열원에서 에너지를 얻기 위해 적용되는 보조 에너지가 열펌프의 에너지 효율을 설 명할 때 고려되어야 한다. 주기적인 전반적 효율을 향상시키기 위해 다음의 요구사항이 충족되어야 한다. 열펌프 그 자체의 우수한 품질 높고 일정한 열원 온도 (잉여열이 주변 공기보다 더 높음) 낮은 열흡수원(출력) 온도 모든 성분(즉, 열펌프, 열원, 열흡수원, 제어, 열분배)의 전체적이고 최적화된 시스템으 로의 집적 흡수식 열펌프 흡수식 열펌프는 광범위하게 이용되지는 않으나, 특히 산업용으로는 이용되고 있다. 압축 기 유형과 마찬가지로 이 펌프는 원래 냉각을 위해 개발되었다. 상업용 열펌프는 발생기, 응축기, 증발기 및 흡수기를 따라 폐쇄 루프 내에서 물을 사용해 운영된다. 압축 대신에, 일반적으로 리튬브로마이드 또는 암모니아 같은 염용액이 흡수기 내에서 물을 흡수하는 방식으로 순환이 유지된다. 그림 3.9는 흡수식 열펌프의 원리를 보여준다. 흡수식 열펌프 내에서 증발기에서 발생한 기체화된 작동유체(냉각체)은 액체 용매에 의해 흡수되며, 따라서 열은 이 공정에서 발생 한다. 작동유체(냉각제)이 외부열 공급(예: 천연가스버너, 액화석유가스(LPG), 또는 폐열)을 이용해 두 물질의 혼합물에서 추출된 후에, 이 풍부해진 용액은 압력이 증가된 상태로 펌 프를 따라 방출기로 전달된다. 흡수기/방출기 조합은 압력을 증가시키는 효과가 있다(열 압축기). 기체 작업물질은 더 높 은 압력에서 방출기에서 유출되어 응축기 안으로 유입되는데, 여기에서 액화되어 사용 가 능한 열을 공정으로 배출한다. 용매 펌프를 운영하는 데 필요한 에너지 투입은 압축열펌프의 압축기를 운영하는 데 필요 한 에너지에 비하면 적은 편이다(용액을 펌핑하는 데에 필요한 에너지는 가스를 압축하고 수송하는 데 필요한 에너지보다 더 적음). 에너지 효율 169

204 3 장 응축액 배출기 냉동 공정 냉각제 밸브 용액 밸브 용액펌프 열/동력 공정 증발기 흡수기 운반된 열 산출량 초기에너지 투입량 폐열 투입량 운반된 열 산출량 그림 3.9: 흡수식 열펌프의 다이어그램 [28, Berger, 2005] 흡수 펌프에서 효율등급은 열효율 계수로 표시된다. 이는 연료 에너지 투입 대비 열 산출 비율로 정의된다. 폐열이 방출기에서 열원으로 이용된다면, 열효율 대신 열계수가 이용된 다. 열계수는 폐열 투입량 대비 열 산출량의 비율로 정의된다. 신규 흡수식 열펌프는 열 효율 계수가 최대 1.5까지 이를 수 있다. 산출열과 흡수기 동력 사이의 비율은 보통 1.6이 다. 물/리튬 브로마이드 용액을 작업물질 혼합액으로 이용하는 현행 시스템은 100 C의 산 출 온도와 65 C의 온도 향상을 이룰 수 있다. 시스템의 신규 발생은 (최대 260 C의) 높은 산출온도와 더 높은 온도 향상을 이룰 수 있다. 기계적 증기 재압축(MVR) MVR은 (열펌프 시스템과 관련되는) 개방형 또는 부분개방형 열펌프다. 보일러, 증발기 또 는 조리기 같은 산업 공정에서의 저압 증기 배출은 압축되고 순차적으로 더 높은 온도에 서의 열 방출을 응축한다. 압축기를 구동하기 위한 에너지는 전형적으로 운반되는 열의 5%-10% 수준이다. MVR 설비의 간략화된 흐름도가 그림 3.10에 제시되어 있다. 만일 증기가 깨끗하다면 바로 이용될 수 있으나, 오염된 증기에서는 중간 열교환기(리보일 러)가 필요하다. 이는 부분개방 시스템이다. 170 에너지 효율

205 3 장 열흡수원 응축기 응축액 압축기 열원(증기) 그림 3.10: 단순 MVR 설비 [18, Åsbland, 2005] MVR에서, 하나 또는 두 개의 열교환기(열펌프를 가열하기 위한 증발기 및 응축기)가 배 출하는 경우 효율은 일반적으로 높은 편이다. 효율은 또 다시 실행계수(COP)로 표시된다. 이는 운반되는 열과 압축기로의 축일의 비율로 정의된다. 그림 3.11에서, MVR 설비의 일 반적인 COP 값이 온도 변화와 대비해 구성되어 있다. MVR 설비의 일반적인 COP 값은 사이의 범위다. 그림 3.11: 온도변화 대 MVR 설비에의 일반적인 COP 값[18, Åsbland, 2005] MVR 설비에 적용되는 COP는 식 3.8에 제시되어 있다. 식 3.8 식 3.8에서 boiler는 설비/산업 내의 보일러 효율임 power plant는 전기를 생산하는 발전소의 효율임 distribution은 전기 네트워크에서의 분배 손실의 평가임 따라서, 전기가 응축 발전소에서 생산되는 경우라면 COP가 3 이상이 되어야 에너지 효율 적이라고 말할 수 있다. 실제로, 모든 MVR 설비의 COP값은 위의 COP 값보다 더 낫다. 에너지 효율 171

206 3 장 달성된 환경 편익 열펌프에서는 기본적인 에너지 소모가 (COP에 따른, 그리고 뛰어난 주기적인 전반 효율이 충족된다는 조건에서는) 에너지 산출보다 낮은 상태로 요구사항이 낮은 등급의 열회수가 가능하다. 따라서 설비 내부 가열 같은, 낮은 등급의 열을 이용해 유용하게 적용할 수 있 다. 이는 특정 적용에 있어서는, 기초 에너지의 사용과 관련된 이산화탄소, 이산화황, 질소 산화물 같은 가스배출을 낮추는 결과를 가져온다. 어떤 열펌프 시스템이든 그 효율은 열원에서 열흡수원까지에서 요구되는 온도 상승에 따 라 매우 다르게 나타난다. 매체통합적 영향 누설 또는 압축식 또는 흡수식 열펌프의 운영 중단의 환경적 영향을 고려한 냉각제의 사 용 (특히 온실가스 효과) 운영 데이터 위에 제시되어 있는 열펌프에 관한 설명 참조 적용 분야 압축기 시스템: 120 C의 산출온도의 제한을 두고 작동유체를 이용함 흡수 시스템: 물/리튬 브로마이드 작동유체 쌍으로 100 C의 산출온도와 65 C의 온도 상승 을 달성할 수 있다. 신규 발전 시스템은 (260 C 에 이르는) 높은 산출온도와 높은 온도 상 승을 지닌다. 현행 MVR 시스템은 70 C-80 C의 열원 온도와 110 C-150 C 사이의 운반열에서 구동된다. 비록 다른 공정 증기가 이용되고 있으나, 가장 일반적인 압축 증발기체는 수증기인데 특 히 석유화학 산업 분야에서 두드러진다. 열 및 동력의 병합 생산이 있는 산업의 상황은 더 복잡하다. 예를 들어, 배압 터빈이 있는 경우에는 터빈으로부터 생기는 손실 작업이 고려되어야 한다. 적용 분야 열펌프는 (제거된 열이 종종 분산되는) 냉각 장비 및 시스템에서 이용된다(3.9 참조). 그러 나 이는 기술이 확고하고 잘 발전되었다는 것을 증명하는 것이다. 이 기술은 열회수의 더 넓은 적용에 가능하다. 공간 가열 공정 흐름의 가열 및 냉각 세탁, 위생 및 세척에 이용되는 물의 가열 증기 생산 건조/제습 증발 증류 농축(탈수) 이들은 열병합발전 시스템 및 삼중 열병합발전 시스템에서도 이용된다. 산업에서 가장 일반적인 폐열 흐름은 냉각용액, 하수, 습기 및 냉각 설비에서 발생하는 응 축기 열이다. 폐열 공급의 변동 때문에, 열펌프의 안정적인 운영을 보장하기 위해 큰 (격 리된) 저장탱크의 이용이 필요하다. 흡수 열펌프는 대량의 폐열이 있는 현장 내의 냉각 시스템에 적용이 가능하다. 172 에너지 효율

207 3 장 대부분의 MVR 설비는 증류, 증발 및 건조 같은 단위 설비 운영 내에 포함되어 있으나, 증기분배 네트워크로의 증기 생산 역시 일반적이다. 상대적으로 적은 열펌프가 열회수를 위한 산업에 설치되며 일반적으로 신규 또는 상당히 업그레이드 된 시설 및 설비를 설계하는 과정에서 인지된다(2.3 참조). 연료 가격이 비쌀 때에 열펌프는 더 비용 효율적이다. 비록 기술은 더 탄탄하나 시스템은 화석 연료 점화 방식의 시스템보다 훨씬 복잡해지기 쉽다. 경제적 측면 경제적 측면은 지역 상황에 따라 상당히 다르다. 산업 내에서의 분할상환 기간은 기껏해 야 2년이다. 이는 한편으로는 열펌프의 이용에서의 절약을 최소화 하는 낮은 에너지 비용 에 의해 설명이 되며 다른 한편으로는 수반된 높은 투자비용으로 설명이 된다. 연료와 전기 가격 이외에도, MVR 설비의 이익은 설비비용에 따라 다르다. 스웨덴의 Nymölla에 설치된 설비비용은 대략 450만 유로였다(아래 사례 참조). 스웨덴 에너지 관리 국은 100만 유로에 가까운 원조를 제공했으며, 설비 설치 기간에 연간절감액은 매년 100 만 유로에 달했다. 시행의 동인 운영 에너지 비용의 절약 보일러 수용능력이 제한적이라면 설비는 신규 보일러에 대한 투자 없이 생산을 증대 시킬 수단을 갖출 수 있어야 한다. 사례 Dåvamyren, Umeå, 스웨덴: 폐기물-에너지화 설비에서의 압축기 구동형 열펌프 Renova Göteborg, 스웨덴: 흡수 구동형 열펌프 Borlänge, Halmstad 및 Tekniska Verken, Linköping, 스웨덴: 폐기물-에너지화 설비, 및 바이오연료 버너, 스웨덴: MVR 열펌프 Nymölla, 스웨덴의 StoraEnso 황산 공장에서, 기계적인 재압축 시스템이 1999년에 설 치되었다. 열원은 흑액의 사전증발에서 발생한 배출증기다. 84 C의 이 오염된 증기가 깨끗한 증기를 생산하기 위해, 대략 5 C정도 더 낮은 기온과 0.45의 barg 압력 조건에 서, 우선 증기/증기 열교환기(리보일러) 내에서 응축되었다. 2단계 압축기는 압력을 1.7barg 수준으로 끌어올리며, 물 주입에 있어 과열억제를 거친 후에 압축기에서 나오 는 증기 흐름은 21t/h에 이른다. 증기는 저압 증기 시스템 내에서 분배되며 전 증발, 공급수 가열 및 지역난방에 이용된다. 기계적 압축기는 배압터빈에 의해 구동된다. 축 동력은 대략 2MW다. 일부 초기 문제를 거친 후에, 운영 경험 내용은 매우 뛰어난 수 준이다. MVR은 보일러 내의 연료 오일 소모를 연간 톤 수준으로 감소시켰 다. MVR은 소규모 설비에 적용 가능한데, 압축기가 단순 전기모터에 의해 구동될 수 있 는 경우에 한한다 참조 정보 [21, RVF, 2002], [26, Neisecke, 2003], [28, Berger, 2005] [18, Åsblad, 2005], [114, Caddet Analysis Series No. 28, 2001], [115, Caddet Analysis Series No. 23], [116, IEA 열펌프 센터] 에너지 효율 173

208 3 장 냉각장치 및 냉각시스템 냉각장치 또는 냉각시스템은 ICS BREF 내에 광범위하게 설명되어 있다. 이 용어들은 해 당 매개체의 온도를 대기수준에 가까운 정도로 내리기 위해 물 및 공기를 이용하는 열교 환 방식을 이용해, 어떤 매체로부터든 폐열을 제거할 수 있는 시스템에 제한된다. 일부 냉 각장치는 얼음 또는 눈을 냉각제로 이용하기도 한다. ICS BREF는 냉각시스템의 일부만을 다루고 있으며, 암모니아, CO 2, F-가스, CFCs 및 HCFCs 24 등과 같은 냉각제에 대한 문제는 다루고 있지 않다. 또한 직접 접촉 냉각 및 기압 응축기도 지나치게 공정에 특화되어 있 는 것으로 판단해 다루고 있지 않다. 다음의 산업 냉각시스템 또는 구성이 ICS BREF의 내용에 포함되어 있다. 관류형 냉각시스템 (냉각탑의 장착 유무와 상관없이) 개방형 순환식 냉각시스템 (습식 냉각탑) 폐쇄형 순환 냉각시스템 공냉식 냉각시스템 습식/건식 (하이브리드) 냉각시스템과 결합된 개방형 하이브리드 냉각탑 폐쇄형 순환 하이브리드 냉각탑 개별 공정의 각기 다른 열역학적 특성뿐만 아니라, 냉각 시스템의 적용의 다양성, 기술 및 운영 경험은 막대하다. 그러나 ICS BREF는 다음과 같이 결론내리고 있다. "첫째, 기초적인 BAT 접근 법이 냉각이 필요한 공정에 제시되어 있다. 산업 공정의 냉각 은 열관리로 생각되며 이는 설비 내에서의 전체 에너지 관리의 한 부분이다. 열소산이 필 요한 산업공정에서 열방출의 요구를 제거하는 것이 우선적인 목적이라는 것을 고려해 예 방적 차원의 접근법이 시작되어야 한다. 사실, 열방출은 에너지를 낭비하는 것이며 BAT에 서는 이러한 것을 언급하고 있 지 않다. 공정내에서의 열의 재사용은 항상 냉각 필요성 의 평가에 있어 첫 번째 단계가 되어야 한다. 둘째, 냉각시스템의 설계 및 건축은 필수적인 두 번째 단계인데, 특히 신규설비에서는 더 욱 더 그러하다. 따라서, 공정에서 발생한 폐열의 수준 및 양이 수립되면 추가 폐열의 감 소는 일어나지 않기 때문에, 냉각시스템의 초기 선택이 공정 요구사항의 관점에서 이루어 져야 한다." ICS BREF에서 발췌한 표 3.18은 공정 특성 및 그에 상응하는 기초적인 BAT 접근의 일부 사례들을 보여준다. 24 HCFC는 CFC와 더불어 오존을 감소시키는 물질이다. 둘 다 단계적으로 제거되며, 이에 대한 대안으로 암모니 아, CO2, F- 가스 등이 있다. 174 에너지 효율

209 3 장 공정특성 낭비된 열 수준이 높 음 (>60 C) 기준 물 및 화학약품의 사용 감소 및 전반 적인 에너지 효율 향상 기초적인 BAT접근 비고 에너지 효율 및 냉 건조공기를 사용 각시스템의 크기가 한 (사전)냉각 제한 요인임 ICS BREF내의 참조 1.1/1.3 낭비된 열 수준이 보 전반적인 에너지 효 분명하지 않음 통임 (25-60 C) 율 향상 현장별로 다름 1.1/1.3 낭비된 열 수준이 낮 전반적인 에너지 효 물냉각 음 (<25 C) 율 향상 현장선택 1.1/1.3 물 절약을 통한 전 요구 공간과 전반적 낮은 열 수준 및 최 반적인 최적 에너지 습식 및 하이브리 인 에너지 효율손실 대 수용능력이 낮거 효율 및 가시적인 드냉각시스템 로 인해 건조 냉각 나 중간 수준임 연기구름 제거 에 덜 적합함 1.4 높은 환경적 리스크 를 수반하는 임의적 누출 리스크 감소 간접 냉각시스템 인 물질의 냉각 표 3.18: 공정 요구사항 및 ICS BREF 내의 BAT에 대한 사례 접근에 있어서 증가 를 수용함 1.4 및 부록 VI 표 3.19에서 처럼, 공정 특성 이외에도 현장 그 자체가 특히 신규 설비를 적용하는 데 있 어 일부 제한을 두기도 한다. 기후 공간 현장 특성 기준 기초적인 BAT접근 비고 필요한 설계 온도 현장에서의 제한적인 표면 습구 및 건구 온도에서 변화 정도의 평가 (사전에 조립된) 지붕 유형 건조 표면수 유효성 제한된 유효성 재순환 시스템 열 하중에 대한 유입수 본체의 민감도 지하수의 제한된 유효성 해안 지역 특정 현장 요구사항 열 하중을 조정해 최대수용능력을 충족시킴 지하수 이용의 최소화 10MW th 이상의 대규모 수용능력 연기구름의 감소와 낮아진 탑높이에 대한 책임의 경우 열의 재사용 수준을 최적화 재순환시스템의 이용 현장 선택(신규 냉각 시스템) 높은 건구 온도에서 건조 공기의 냉각은 일반적으로 더 낮은 에너지 효율을 지님 냉각시스템의 크기 무게를 제한 습식, 건식 또는 혼식도 가능함 물 공급의 적절한 대안이 에너지 부과금의 없을 경우에는 공기 냉각 수용 관류형 시스템 혼성 25 냉각 시스템의 적용 유입점 근처의 국부적인 열 연기 구름의 혼합을 피함. 예를 들어, 온도 단층을 이용해 혼합지역 아래의 심층수 추출을 이용 에너지 과태료의 수용 ICS BREF내의 참조 및 및 3.2, 부록 XI.3 2장 표 3.19: 현장 특성 및 ICS BREF 내의 BAT 에 대한 사례 25 하이브리드 냉각시스템은 가시적인 연기구름의 형성을 줄이는 데 습식 및 건식 운영방법을 모두 이용할 수 있도록 하는 특별한 기계적 탑의 설계다. 시스템의 운영 시 옵션 내에서 (특히 소규모 셀유형의 설비에 있어 서) 건식시스템이 낮은 대기 온도기간 동안에 운영되기 때문에, 연간 물 소모의 감소 및 가시적인 연기구름 형성의 감소가 달성될 수 있다. 에너지 효율 175

210 3 장 환경적 영향을 줄일 수 있는 냉각 시스템의 최적화는 복잡한 과제이며 정확하게 수학적인 비교가 되지 않는다. 다시 말해서, BAT표에서 선택된 병합 기술이 BAT 냉각 시스템으로 되는 것은 아니다. 최종 BAT 솔루션은 현장에 특화된 솔루션이 될 것이다. 그러나 산업에 서의 경험을 바탕으로 할 때, 가능한 한 경우 정량화된 용어로 BAT의 결과가 도출될 것 이라고 사료된다. 참조 정보 [237, Fernández-Ramos, 2007] 3.4 열병합발전 [65, Nuutila, 2005], [97, Kreith, 1997]. 열병합발전을 장려하는 2004/8/EC 지침은 열병합발전을 열에너지와 전기적 및 역학적에너 지를 사용하는 공정 내에서의 동시 발전으로 정의하고 있다. 이는 열 및 동력의 결합 즉, 열병합(CHP)으로 알려져 있다. 유럽 연합 차원에서 지원되는 에너지 과세에 대한 2003/96/EC 지침의 수용을 통해 열병합발전에 대한 상당한 관심이 있는데, 이로써 열병합 발전(CHP)은 유리한 입지에 놓여 있다. 에너지 효율에 대한 녹서는 발전 및 송전에서의 손실을 강조하고 있으며, 이를 극복할 수 있는 수단으로서 열회수 및 국지적인 열병합발 전을 언급하고 있다. 이 장은 각각 다른 경우에 있어 열병합발전의 적합성을 설명하고 있는 효율적인 열병합발 전 적용방법을 다루고 있다. 적용방법은 소규모에서 비용효율적인 형태로 현재 적용이 가 능하다 다양한 열병합발전의 유형 설명 열병합발전 설비는 열 및 동력을 함께 생산하는 것이다. 표 3.20은 각기 다른 열병합발전 기술 및 이들의 전력 대비 열의 비율 기본값을 나타내고 있다. 동력 대비 열 비율 열병합발전 기술 기본값,ºC 복합화력 가스 터빈 (폐열 회수 보일러와 아래에 언급된 증기 터빈 0.95 중 하나가 결합된 형태의 가스 터빈) 증기 터빈 설비(배압) 0.45 증기 응축 추출터빈(배압, 제어되지 않은 추기복수형 터빈 및 추기 0.45 복수형 터빈) 열회수 보일러가 있는 가스 터빈 0.55 내부 연소 엔진(열 사용이 있는 장미유 또는 디젤 (왕복운동을 하 0.75 는) 엔진) 마이크로 터빈 스털링 엔진 (열 이용이 있는) 연료 셀 증기 엔진 유기 랜킨 사이클 기타 유형 표 3.20: 열병합발전 기술 및 전력 대비 열비율 기본값 목록 [146, EC, 2004] 생성된 전기의 양은 생성된 열의 양과 상응하며 보통 열 대비 전력 비율로 표시된다. 생 성되는 전기의 양이 생성되는 열의 양보다 적은 경우라면 이 비율은 1이하다. 열 대비 동 력의 비율은 실제 데이터를 기준으로 해야 한다. 연간 하중 대 시간 곡선이 CHP의 선택과 크기를 결정하는 데 이용될 수 있다. 176 에너지 효율

211 3 장 폐기물-에너지화 설비 (W-t-E) 폐기물-에너지화 설비에서, WI BREF 및 WFD 26 는 모두 상응하는 인자 및 값을 포함하고 있으며 이는 다음과 같이 이용될 수 있다. 에너지 회수 효율(이용)계수 및 설비 효율 인자의 계산 에너지량이 다르게 요약되어야 하는 경우 벤치마킹 등을 통해 이런 방식으로, 다른 종류의 에너지가 평가되고 열, 증기 및 전기 같은 에너지 혼합산출 형태로 요약된다. 따라서 이러한 변환 요인으로 자가 생산된 에너지와 폐기물-에너지화 설 비의 외부에서 생성된 에너지를 비교할 수 있게 된다. 이로써 전반적인 유럽 평균 발전소 에서의 외부 전기에너지 발전에서 대략적인 유럽 평균의 전환효율이 38%라는 것과(부록 참조) 외부 가열 설비에서의 전환효율이 91%라는 것이 추정된다. 연료 내에 또는 증기 상태로 있는 에너지의 사용에 있어서, 가능한 이용율은 100%다. 다른 에너지 측정 설비, 즉, MWh, MWhe, MWhh의 비교가 고려되어야 한다. 배압 가장 단순한 형태의 열병합발전 발전소는 소위 '배압 발전소'라 불리는데, CHP 전기와 열 이 증기터빈 내에서 발생하는 형태다(그림 3.12 참조). 배압공정에서 작동하는 증기 터빈 설비의 전기적 수용능력은 일반적으로 수십 메가와트다. 열 대비 전력 비율은 일반적으로 대략 정도이며, 가스 터빈 설비의 전력 수용능력은 일반적으로 증기 터빈 설비의 전력 수용능력보다 약간 작지만, 열 대비 전력 비율은 0.5에 가깝다. 산업 배압 전력의 양은 공정의 열소모 및 고압, 중간 정도 압력 및 배압 증기의 특성에 따라 달라진다. 배압증기 생산의 주요 결정요인은 열 대비 전력 비율이 다. 지역난방 발전소에서, 증기는 증기터빈 아래의 열교환기 내에서 응축되어 뜨거운 물 형태 로 소비자에게 유통된다. 산업 설비에서는, 배압발전소에서 발생한 증기는 증기가 열을 제 공하는 공장으로 다시 공급된다. 배압은 산업용 배압설비에서보다 지역난방 발전소에서 더 낮다. 이는 산업용 배압발전소의 열 대비 전력 비율이 지역난방 발전소의 것보다 낮은 가를 설명한다. 그림 3.12: 배압 설비 [65, Nuutila, 2005] 26 폐기물 지침(Waste Frame Direcitve) 에너지 효율 177

212 3 장 추기복수형 추기복수형 발전소에서 일부 증기가 열을 발생시키기 위해 터빈에서 추출되는 것과 달리 (그림 3.13 참조) 응축 발전소는 전기를 생산하기만 한다. 증기 공급은 3.2에 설명되어 있 다. 그림 3.13: 추기복수형 설비 [65, Nuutila, 2005] 가스 터빈 열회수 보일러 가스 터빈 열회수 보일러 발전소에서, 열은 터빈의 뜨거운 배기가스로 발생한다(그림 3.14 참조). 대부분의 경우에 이용되는 연료는 천연 가스, 석유 또는 이들의 결합물이다. 가스 터빈은 기체화된 고체 또는 액체 연료를 이용해 점화된다. 그림 3.14: 가스 터빈 열회수 보일러 [65, Nuutila, 2005] 178 에너지 효율

213 3 장 복합화력발전소 복합화력발전소는 하나 이상의 가스 터빈이 하나 이상의 증기 터빈과 결합된 형태로 구성 되어 있다(그림 3.15 참조). 복합화력발전소는 열병합발전에서 주로 이용된다. 가스터빈 공 정의 배출가스에서 발생하는 열은 증기터빈 공정에서 회수된다. 회수된 열은, 가열 목적으 로 이용되는 대신에 전기로 더 많이 전환된다. 복합화력발전 시스템의 이점은 높은 동력 대비 열 비율 및 고효율이다. 연소기술에 있어서 가장 최근의 개발, 고체 연료의 기화는 복합화력발전소 및 열병합발전과 연관되어 있다. 기화기술은, 기화의 하류부문 및 가스 터 빈 복합화력의 상류부문의 가스처리 운영을 통해 황과 산화질소의 배출을 일반적인 연소 기술에서보다 상당히 낮은 수준으로 감소시킨다. 연 그림 3.15: 복합화력발전소 [65, Nuutila, 2005] 내연기관(왕복엔진) 내연기관 또는 왕복엔진 내에서, 열은 그림 3.16과 같이 배출가스에서 뿐만 아니라 윤활유 와 엔진 냉각수로부터 회수된다. 내연기관은 연소를 이용해 화학적으로 연료 내의 화학에너지를 열에너지로 전환한다. 배 기가스의 열팽창이 실린더 내부에서 일어나 피스톤 운동을 일으킨다. 피스톤 운동에서 발 생하는 역학적에너지는 크랭크축을 통해 플라이휠로 이송되며, 플라이휠과 연결된 교류기 를 통해 추가적으로 전기로 전환된다. 고온 열팽창의 역학적에너지로의 이러한 직접 전환 및 전기 에너지로의 추가 전환은 내연기관에 단일 순환 기초 발동기들 중에서 최대의 열 효율(사용되는 단위 연료에 따라 생성되는 전기 에너지), 즉 특정 CO 2 배출이 최소화된 상 태를 제공한다. (300rpm 이하의) 저속 2행정엔진은 80MW e의 설비 규모까지 가능하다. (300 < n <1500 rpm 사이의) 중속 4행정엔진은 20MW e 설비 규모까지 가능하며, 보통 지속 발전을 위해 선택된다. 3MW e 정도까지 가능한 (1500rpm 이상의) 고속 4행정엔진은 최고부하 적용에 대 부분 사용된다. 에너지 효율 179

214 3 장 가장 많이 사용되는 엔진 유형은 디젤, 스파크/마이크로 파일럿 점화 및 이중 연료엔진이 다. 자연연료, 혼합연료, 쓰레기 매립지, 광산(석탄층), 바이오 및 심지어는 열분해가스 및 액화 바이오연료, 디젤유, 원유, 중유, 정유 잔여물에서 생기는 연료 유탁액까지 연료 대안 은 광범위하다. 그림 3.16: 내연기관 또는 왕복엔진 [65, Nuutila, 2005] 고정형 엔진 설비(즉, 이동성이 없는 발전기)는 일반적으로 병렬로 움직이는 여러 개의 엔 진 구동 발전기 세트로 되어 있다. 부분하중 상태에서 운영될 때 고효율을 유지할 수 있 는 엔진의 능력과 연관되는 복합식 엔진 설비는 다양한 하중요구 요구에서의 운영 유연성 과 유효성을 제공한다. 차가운 상태에서 운영 시작 시간은 석탄, 오일 또는 가스를 이용하 는 점화보일러 증기 터빈 설비 또는 복합화력 가스 터빈 설비에 비해서 짧다. 가동 중인 엔진은 네트워크에 대해 더 빠른 반응 능력을 지니고 있으며 따라서 네트워크를 빠르게 안정화하는 데 이용된다. 폐쇄형 라디에이터 냉각 시스템은 고정형 엔진 설비의 물 소모를 매우 적게 유지할 수 있 어 이 기술에 적합하다. 이러한 간결한 설계는 도시 및 산업 지역과 전력 및 열 소비자를 가깝게 만드는, 분배된 열병합발전의 엔진 설비에 적당하다 즉, 변압기, 전송선, 열전달 파이프에서의 에너지 손 실이 줄어든다. 전형적인 전달 손실은 중앙 전기 생산에서 생기는 것인데, 평균적으로 생 성된 전기의 5%-8%가 손실되며, 국지적 지역난방네트워크 내에서의 열에너지 손실은 10% 이하다. 가장 높은 전달 손실은 낮은 전압 네트워크 및 조직 내 공급 관계에서 발생한다 는 점을 유념한다. 더 큰 규모의 설비에서의 전기 생산이 더 효과적이다. 180 에너지 효율

215 3 장 고정형 엔진 설비의 상대적으로 높은 배출가스 및 냉각수 온도와 내연기관의 높은 단순환 효율은 CHP에 이상적이다. 일반적으로, 연료의 연소에서 발생하는 30% 가량의 에너지를 배출가스에서 찾을 수 있으며, 냉각수 흐름에서는 20% 정도를 찾을 수 있다. 배출가스 에 너지는 엔진의 보일러 하류를 연결하고, 증기와 뜨거운 물과 뜨거운 오일을 생산해냄으로 써 회수할 수 있다. 뜨거운 배출가스는 건조 공정 등에서 열교환기를 통해서 직접적으로 또는 간접적으로 이용된다. 냉각수 흐름은 저온 및 고온 회로로 나뉘며 잠재적인 회수 수 준은 열 소비자가 이용하는 가장 낮은 수준의 온도와 연관되어 있다. 전체 냉각수의 잠재 에너지는 낮은 반환온도를 이용하는 지역난방 네트워크 내에서 회수될 수 있다. 배출가스 보일러 및 이코노마이저와 연관되어 있는 엔진 냉각 열원은 액체 연료일 때는 약 85%의 연료(전기+열회수) 이용이, 가스 연료가 적용될 때에는 90% 수준까지의 연료 사용이 가능 하다. 열에너지는 최종 사용자의 요구사항에 따라 (일반적으로 20bar 정도까지 과열된 상태의) 증기, 뜨거운 물 또는 뜨거운 석유의 형태로 최종 사용자에게 전해질 수 있다. 열은 또한 냉수를 생성하기 위한 흡수 냉각장치 공정에도 사용될 수 있다. 엔진의 저온 냉각 회로에서 높은 반환온도를 이용하는 지역 난방 네트워크에서 사용 가능 한 더 높은 온도로 에너지를 이송하는 흡수식 열펌프를 이용하는 것이 가능하다 을 참조한다. 온수 및 냉수 축열기는 전기와 가열/냉각 요구사항 사이의 불균형을 더 짧은 기간에 안정 화하는 데 이용될 수 있다. 내연기관 또는 왕복엔진은 전기를 생산할 때 일반적으로 40%-48%의 범위에서의 연료 효 율을 지니며 연료효율은 열이 효과적으로 이용될 수 있는 열병합 사이클에서는 85%-90% 까지 이를 수 있다. 삼중 열병합발전에서의 유연성은 온수와 냉수 저장을 이용함으로써, 그리고 압축기 냉각장치 또는 직접 연소된 보조 보일러에 의해 제공되는 충전 제어 능력 을 이용함으로써 향상될 수 있다. 달성된 환경 편익 CHP 생산에서 획득할 수 있는 중요한 경제적 환경적 이점들이 있다. 복합화력발전소는 최소 에너지 소모의 전기 및 열 생산을 이용해 연료의 에너지 사용을 최대화한다. 전통적 인 증기응축 설비에서 효율이 35%-45% 수준이며 심지어 복합화력발전소에서도 58%가 되 지 않는 반면에 내연기관 설비는 80%-90%의 연료효율을 달성한다. CHP 공정의 고효율은 실질적인 에너지와 배출의 절감을 가져온다. 그림 3.17은 개별적인 열만을 이용하는 보일러와 석탄이용 점화방식의 전기 설비와 비교해 석탄이용 점화방식의 CHP 설비의 전형적인 값을 보여주는데, 다른 연료를 이용하는 경우에도 유사한 결과가 도출될 수 있다. 그림 3.17의 숫자들은 무차원 에너지 단위로 표시되어 있다. 이 예시에서, 분리된 설비 및 CHP 단위설비는 같은 양의 유효 산출을 생산한다. 그러나 CHP의 33에너 지 단위와 비교해 보면, 분리생산은 98에너지 단위를 전반적으로 손실한다. 분리생산에서 의 연료효율은 55%인데, 이는 열병합 생산의 경우에 있어 78%의 연료효율이 달성되는 것 과는 대조적이다. 따라서 CHP 생산은 동일한 양의 유효 에너지를 생산하기 위해 30% 정 도 더 적은 연료의 투입이 필요하게 된다. 따라서, CHP는 상응량을 이용해 대기 배출을 줄일 수 있다. 그러나 이는 지역의 전기 및 열(증기생산)의 에너지 혼합비에 따라 달라진 다. 에너지 효율 181

216 3 장 그림 3.17: 응축발전과 열병합발전의 효율 비교 [65, Nuutila, 2005] 전기 발생이 있기 때문에 폐기물, 바이오매스 같은 반복적으로 사용 가능한 공급원 및 석 유와 가스 같은 연료의 광범위한 유형이 열병합발전에서 이용 가능하다. 매체통합적 영향 전기 생산은 설비가 열회수에 최적화되었을 때(즉, 폐기물-에너지화 설비에서 같은 경우 에) 감소할 수 있다(WI BREF참조). 예를 들어, (WI BREF 및 WFD에 따라 동등한 요인을 이용해) 이는 즉, (WFD에서는 0.468에 상응하는) 18% 전기 생산을 이용하는 폐기물-에너 지화 설비가 (WFD에서는 0.468에 상응하는) 42.5%의 지역난방을 이용하는 폐기물-에너지 화 설비 또는 (WFD에서는 0.468에 상응하는) 42.5% 의 증기를 상업적으로 이용하는 설비 에 상응한다는 것을 보여준다. 운영 데이터 위에 제시되어 있는 다른 열병합발전 기술의 설명 참조 적용 분야 CHP 개념의 선택은 다양한 요인을 기반으로 하며, 심지어 유사한 에너지 요구사항을 지 니는 경우에도 동일한 현장은 없다. CHP 설비의 초기선택은 때때로 다음 요인들에 의해 직접적으로 좌우된다. CHP 설비에서의 열 이용(열, 양으로 환산)을 충족시킬 수 있는 온도 등의 요구사항이 충분하다는 것이 결정적인 요인임 현장의 기초 하중 전기 요구사항, 즉, 현장 전기 요구사항이 그 아래로는 거의 떨어지 지 않는 수준 열 및 전력의 요구사항이 동시적임 전기가격에 비해 싼 연료 가격 높은 연간 운영시간(4,000-5,000 시간 이상의 총 하중 시간) 일반적으로, CHP 설비는 중압 또는 저압 증기의 범위 안에 있는 온도에서 의미가 있는 열요구사항을 지닌 설비에 적용 가능하다. 현장에서의 열병합발전의 잠재성에 대한 평가 에서 현저한 열 요구사항의 감소가 예상되지 않아야 한다. 그렇지 않으면, 열병합발전 설 비는 너무 큰 열 요구사항으로 설계되어, 열병합발전 단위설비가 비효율적으로 운영될 수 도 있다. 182 에너지 효율

217 3 장 2007년도에는 상대적으로 소규모의 CHP들이 경제적으로 적당했다 (Atrium 병원, 부록 7.7 의 예제 2 참조). 다음 단락들은 어떤 유형의 CHP가 다른 조건에서 일반적으로 유용할 수 있는지를 설명하고 있다. 그러나 한정되는 숫자는 예시적인 것이며, 지역의 조건에 따라 달라질 수 있다. 일반적으로, 전기는 현장 요구사항이 달라짐에 따라 국가적인 네트워크에 서 판매될 수도 있다. 설비 모델링( 참조)은 잉여 에너지의 판매와 구매를 관리할 뿐 아니라, 생성 및 열회수 시스템의 최적화에 유용하다. CHP 유형의 선택 증기 터빈은 다음과 같은 현장 조건에 적합하다 전기 기본하중이 3-5MW e 이상임 낮은 값의 공정 증기 요구사항이 있으며 따라서 동력 대비 열 요구 비율은 1:4보다 크게 됨 저렴하고, 낮은 수준의 프리미엄 연료가 유용함 적당히 작은 공간이 유용함 (예: 노 또는 소각로에서 발생하는) 고급 공정 폐열이 사용가능함 기존 보일러 설비는 교체될 필요가 있음 열 대비 전력 비율이 최소화 되어야 함. CHP 설비에서 배압 수준은 최소화되어야 하 며, 전력 대비 열비율을 최대화하기 위해 고압수준은 최대화되어야 함(특히 재생연료 가 사용되는 경우) 가스 터빈은 다음의 조건에서 안정적이다. 열 대비 전력 비율이 최대화 되도록 계획되어 있음 전력요구사항이 지속적이며 3MW e 이상임(집필 시기에 더 소규모의 가스 터빈은 시장 에 막 출시되고 있었음) 천연 가스가 유용함(이는 한정적인 요인은 아님) 특히 500 C 이상의 온도에서 중압/고압 증기 또는 온수에 대한 높은 요구사항이 있음 450 C 또는 그 이상의 고온가스에서의 요구가 존재함 배출가스는 이를 냉각시키기 위해 대기와 희석될 수 있거나, 공기 열교환기를 통과함 (증기터빈이 구비된 복합화 력의 이용 역시 고려함) 내연기관 또는 왕복엔진은 다음과 같은 현장조건에서 적절할 수 있다. 전력 또는 공정이 주기적이거나 불연속적임 저압 증기 또는 중간 또는 낮은 온도의 온수가 필요함 열수요에 비해 높은 전력수요가 있음 천연 가스가 유용함 가스를 동력으로 하는 내부 연소 엔진이 선호됨 천연 가스가 유용하지 않음 석유 또는 LPG 를 동력으로 하는 디젤 엔진이 적합할 수 있음 전기하중이 1MW e 보다 작아야 함 스파크 이그니션 (0.003 에서 10MW e 사이에서 유 용한 단위 설비) 전기하중은 1MW e 보다 커야 함 압축 이그니션(3에서 20MW e사이의 단위설비)에서 경제적 측면 경제적 측면은 연료와 전기가격, 열비용, 하중 요인 및 효율 사이의 비율에 따라 달라 짐 경제적 측면은 열 및 전기의 장기간 수송에 따라 매우 달라질 수 있음 수익성 에너지 과세 정책, 에너지 시장의 자유화 같은 정책적 지원 및 시장 메커니즘 이 중요한 효과를 지님 시행의 동인 정책적 지원 및 시장 메커니즘 (위의 경제적 측면 참조) 에너지 효율 183

218 3 장 사례: Äänekoski CHP 발전소, 핀란드 소재. Rauhalahti CHP 발전소, 핀란드소재. 소다회설비soda ash plant에서 이용됨, LVIC-S BREF 참조 Bindewald Kupfermühle, DE: 제분 공장: 연간 t 의 밀과 호밀 맥아 제조소: 연간 35000t 의 맥아 Dava KVV, Umea CHP 폐기물-에너지화 설비, 스웨덴 Sysav, Malmö CHP 폐기물-에너 지화 설비, 스웨덴 참조 정보 [65, Nuutila, 2005], [97, Kreith, 1997] [127, TWG, 128, EIPPCB, 140, EC, 2005, 146, EC, 2004] 삼중열병합발전 설명 삼중열병합발전은 일반적으로 전기, 온수 또는 증기 및 냉수의 3가지 유용한 에너지 생성 에 연료를 전환하는 것을 뜻한다. 삼중열병합발전 시스템은 실제로 냉수를 생성하는데 열 의 일부를 이용하는 흡수냉각장치를 장착한 열병합발전 시스템이다(3.4 및 그림3.18 참조). 그림 3.18은 냉수 생성의 두 가지 개념, 전기를 이용하는 압축기 냉각장치와 리튬 브로마 이드 흡수 냉각장치 내에서의 회수열을 이용하는 삼중 열병합발전을 비교하고 있다. 그림에서와 같이, 열은 배출가스 및 엔진 고온냉각회로 모 두에서 회수된다. 삼중열병합발전의 유연성은 압축기 냉각장치 또는 직접 연소된 보조 보 일러를 통해 제공되는 충전 제어 수용능력을 이용함으로써 향상될 수 있다. 184 에너지 효율

219 3 장 전기 및 열의 분리 생산 난방 모드 10 MW fe 냉방 모드 11 MW e 연료 입력 난방 모드 23 MW f 냉방 모드 25.3 MW f 냉방 모드 10 MW e 압축기 냉각기 보일러 터미널 총 효율, 난방 모드 56% 총 효율, 냉방 모드 59% 추가 연료 삼중열병합발전: 발전, 열 생산 및 흡수 냉각 연료 입력 23 MW f 압축기 냉각기 추가 연료 난방 시스템 냉방 시스템 최대 터미널 총 효율, 난방 모드 77% 총 효율 냉방 모드 65% 보조 보일러 추가 연료 전기 동력 연료 동력 냉각기 동력 열 동력 그림 3.18: 대규모 공항의 에너지 분리 생산과 비교한 삼중열병합발전 [64, Linde, 2005] 단일 단계 리튬 브로마이드 흡수식 냉각기는 에너지원으로 최저 90 C의 온수를 사용할 수 있으며 2단계 리튬 보로마이드 흡수식 냉각기는 약 170 C 가 되어야 하며 이를 위해 대개 는 증기 가열 방식을 채택한다. 6 C- 8 C 의 물을 생산하는 단일 단계 리튬 브로마이드 흡수식 냉각기의 냉난방 효율(COP)은 약 0.7이며 이 경우 2단계 냉각기의 냉난방 효율은 약 1.2다. 이는 이들 냉각기가 열원 능력의 각각 0.7배 또는 1.2배에 해당하는 냉각 능력을 발휘할 수 있음을 의미한다. 엔진 구동 CHP 설비에는 단일 단계 및 2단계 시스템을 적용할 수 있다. 그러나 엔진의 잔존열이 배기 가스 및 엔진 냉각 과정에서 나누어지므로 단일 단계가 보다 더 적합하며 이는 더 많은 열이 회수되어 흡수식 냉각기로 이동할 수 있기 때문이다. 달성된 환경 편익 삼중열병합발전의 주요 이점은 일반 발전에 비해 현저히 낮은 연료 투입만으로도 동일한 산출물을 확보할 수 있다는 데 있다. 에너지 효율 185

220 3 장 회수열을 계절에 따라 겨울에는 난방용으로 사용하고, 여름에는 냉방용으로 사용하는 유 연성 때문에, 설비 전체의 효율을 높게 유지하면서 가동 시간을 극대화하는 효율적인 방 안이 되고 있다. 소유주와 환경 양측에 모두 편익을 제공한다(그림 3.19 참조). 전기 엔진1 엔진 2 구매 1월 6월 12월 가열 및 냉각 엔진1 엔진 2 압축기 냉각장치 냉각 보일러 가열 1월 6월 12월 그림 3.19: 삼중열병합발전, 연중 지속적인 최적 설비 가동 실현 [64, Linde, 2005] 가동 원리 및 제어 전략은 중요하기 때문에 적절하게 평가되어야 한다. 흡수식 냉각기의 냉각수 생산 능력 전체를 가동해서 최적의 해결 방안을 얻는 경우는 매우 드물다. 공기조 절을 예로 들면 대다수 연간 냉각 수요는 최대 냉각 능력의 70% 선에서 해결할 수 있으 며 남은 30%는 압축기 냉각장치에 보충된다 이런 방식으로 전체 냉각기에 대한 전체 투자비용을 최소화할 수 있다. 매체통합적 영향 없음 운영 데이터 제출된 데이터 없음 적용 분야 삼중 병합발전 및 분산 전력 생산 온수 및 냉각수 분배는 전기보다 힘들고 비용이 많이 들기 때문에 삼중열병합발전은 자동 적으로 분산 전력 생산 방식을 채택하고 발전 설비는 온수 또는 냉각수 소비자의 인근에 위치하게 된다. 설비 효율을 최대화하려면 온수와 냉각수의 공통적 필요에 기초해야 한다. 발전소가 온수 및 냉각수 소비자 인근에 위치한다면 배전 비용은 보다 낮아진다. 삼중열병합발전은 냉각 기를 포함시킴으로써 진일보한 열병합발전이다. 회수열을 설비 가동 시간 내내 효과적으 로 사용할 수 만 있다면 그와 같은 추가 투자의 이점은 사라진다. 186 에너지 효율

221 3 장 그러나 열을 전부 사용할 수 없는 기간이 있거나 또는 열 수요는 없지만 냉각수 또는 공 기의 수요가 있는 기간이 있는 한 이러한 추가 투자는 그 대가를 받게 된다. 예를 들어, 삼중열병합발전은 건물의 공기조절에 사용되며, 겨울철의 난방 및 여름철의 냉방 또는 한 개 지역에서는 난방 다른 지역에서는 냉방을 실시할 때도 사용된다. 다수의 산업 시설 및 공공 빌딩은 이러한 혼합 냉난방 필요를 가지고 있으며 양조장, 쇼 핑몰, 공항, 병원 등을 예로 들 수 있다. 경제적 측면 제출된 데이터 없음 시행의 동인 비용 절감 사례 Madrid Barajas Airport, ES(부록 참조) Atrium Hospital, NL(부록 7.7 참조) 참조 정보 [64, Linde, 2005, 93, Tolonen, 2005] 지역 냉방 설명 지역 냉방은 열병합발전의 다른 측면으로서 열병합발전에서 중앙 관리 방식으로 생산된 열을 흡수식 냉각기를 구동시키는 데 사용하며 전기는 송전선망에 판매된다. 또한 열병합 발전은 냉각 에너지의 중앙 관리 생산 및 배분으로 지역 냉방(DC)을 공급할 수 있다. 냉 각 에너지는 별도의 분배 네트워크로 이송된 냉각수를 통해 고객에 공급된다. 지역 냉방은 계절 및 기온 변화에 따라 여러 방식으로 생산될 수 있다. 겨울에 적어도 북 유럽에서는 바다에서 나오는 찬 물을 이용해서 냉방을 실시한다(그림 3.20 참조). 여름에는 흡수 기술을 사용해서 지역 냉방을 생산한다(그림 3.21 참조). 지역 냉방은 공기조절, 업무 용 및 상업용 빌딩의 냉방, 주거용 빌딩의 냉방 등에 각각 사용된다. 에너지 효율 187

222 3 장 바다로 배출되는 냉각수 바다에서 유입되는 냉각수 역류 냉각기 바다 펌프 지역 냉방 네트워크 w w 지역 냉방 생산은 계절에 좌우됨 *는 수온을 가리킴 그림 3.20: 외기냉방(free cooling) 기술을 사용한 겨울철의 지역 냉방 [93, Tolonen, 2005] 열 발생 장치 응축기 난방 네트워크 수증기 물 용액 열 교환기 흡수기 증발기 해수 열 교환기 지역 냉방 네트워크 바다 펌프 w w *는 수온을 가리킴 **는 실온을 가리킴 그림 3.21: 여름철의 흡수기술을 이용한 지역 냉방 [93, Tolonen, 2005] 188 에너지 효율

223 3 장 달성된 환경 편익 핀란드 헬싱키에서의 지역난방(DH) 및 지역 냉방(DC)의 친환경 효율의 향상으로 다음과 같은 다수의 지속 가능한 목표가 달성되었다. 온실가스 및 질소 산화물, 아황산가스, 미립자 등 기타 배출물이 크게 감소했다. 전기 소비의 감소는 날씨가 더운 날 건물의 냉방기로 인한 전기 소비량의 피크를 줄 일 수 있다. 10월부터 5월까지는 차가운 바닷물을 이용하기 때문에 모든 지역 냉방 에너지는 재생 가능하며, 연간 지역 냉방 소비의 30%를 차지한다. 따뜻한 계절에는 흡수식 냉각기가 바다로 폐기되는 CHP 설비 잉여열을 사용한다. CHP의 연료 소비량은 증가하지만 별도의 건물 냉방 시스템을 운영하는 경우에 비교 하면 전체 연료 소비량은 오히려 감소하게 된다. 지역 냉방을 사용하면서 유해한 소음 및 진동이 사라졌다. 냉방 장치가 들어섰던 공간을 다른 목적에 활용할 수 있게 되었다. 응축기 안의 물에서 서식하는 미생물로 인한 문제를 피할 수 있다. 건물에 한정된 압축 냉각에 비해 지역 냉방 공정에서는 유해 물질(예: CFC 및 HCFC 화합물)이 증발되지 않는다. 지역 냉방은 도시경관을 개선한다. 운영 장치 및 파이프는 외부에 드러나지 않는다. 건물 옥상의 커다란 응축기나 창가에 여러 대의 냉각기를 설치할 필요가 없다. 지역난방 및 지역 냉방 시스템의 내구연한은 건물용 장치에 비해 훨씬 길다. 예를 들 어, 냉각 설비의 내구연한은 분리형 장치의 2배며, 지역난방 및 지역 냉방의 기술적 내용 연한은 100년이 넘는다. 매체통합적 영향 배분 시스템 설치의 영향 운영 데이터 신뢰도 높음 적용 분야 이 기술은 용도가 광범위하지만 현지 사정에 따라 차이가 있다. 경제적 측면 배분 시스템 구축에 대규모 투자가 필요하다. 시행의 동인 제출된 데이터 없음 사례 핀란드의 Helsinki Energy 네덜란드의 암스테르담에 있는 지역 냉방 공급 시설 인근의 깊은 호수 참조 정보 [93, Tolonen, 2005], [120, Helsinki Energy, 2004] 에너지 효율 189

224 3 장 3.5 전력 공급 서론 공공 전력은 전압 및 전류가 3상, 120도 간격의 사인파로, 50Hz(유럽)으로 변동하는 고압 송전선망을 통해 공급된다. 전압은 송전 중의 전류 손실을 최소화하기 위해 고압으로 송 전한다. 사용 장비에 따라 차이가 있지만 전압은 현장에 유입될 때 또는 특정 장비에 근 접해서 낮추는데 산업용은 440V로, 업무용은 240V로 각각 낮춘다. 이중 공급 시스템에서의 저항과 일부 장비 및 용도가 공급에 미치는 영향 등 여러 요인이 에너지 공급 및 사용에 영향을 미친다. 안정된 전압 및 왜곡되지 않은 파형은 전력 시스 템에서 꼭 필요한 주요 요소다. EU 25개국에서 2002년 전기 에너지 소비량은 2,641TWh이며 망 손실은 195TWh에 달했다. 이를 소비량이 큰 분야 순으로 분류하면 산업 부문이 1,168TWh(44%)로 1위이고 그 다음 이 일반 가정의 717TWh(27%), 3위는 620TWh(23%)인 서비스 부문이다. 이 3개 부문이 전 체 소비의 약 94%를 차지하고 있다 역률 수정 설명 다음과 같은 다수의 전기 장치에는 유도성 부하가 있다. AC 단상 및 삼상 모터 가변 속도 드라이브(3.6.3참조) 변압기(3.5.4 참조) 고강도 방전 조명(3.10 참조) 이들 모두 유효전력과 무효전력을 필요로 한다. 유효전력은 유용한 기계 동력으로 전환되 고 무효전력은 기기의 자기장을 유지하는 데 사용된다. 무효전력은 주기적으로 발전기와 부하 사이를 양방향 이동한다(공급원과 동일한 주파수). 커패시터 뱅크 및 매설 케이블 또 한 무효전력을 받는다. 유효전력과 무효전력의 벡터 합으로 피상전력을 얻는다. 전력 유틸리티 및 네트워크 운영 자는 반드시 이러한 피상전력을 만들어서 송전해야 한다. 이를 위해서는 발전기, 변압기, 송전선, 개폐 장치 등은 유효 전력만 받아들이는 경우보다 더 큰 정격 용량을 수용할 수 있을 정도로 커야 한다. 전력 공급 유틸리티는(현장 안 또는 현장 밖 모두) 장비 및 전력 손실로 인한 추가 비용 문제에 직면하게 된다. 그러므로 외부 공급자는 이것이 특정 한계값을 초과하면 무효전력 에 대해 추가 요금을 징수하게 된다. 통상 cosφ가 1.0와 0.9인 목표 역률이 명시되며 이때 무효전력량이 현저히 감소된다. 부록 7.17의 간략한 설명을 참조한다. (전기) 역률 = 유효전력 피상전력 예를 들어, 아래 그림 3.22의 전력 삼각형을 이용하면 유효전력 = 100kW 및 피상전력 = 142kVAr 이면, 역률 = 100/142 = 0.70 이다. 190 에너지 효율

225 3 장 이것으로 보아 전기 유틸리티에서 공급되는 전류의 70%만이 유용한 일을 창출하는 데 사 용되고 있음을 알 수 있다(상세한 설명은 부록 7.17 참조). 실제전력 = 100 kw 피상전력 = 132 kva 무효전력 = 100 kvae r 그림 3.22: 무효전력 및 피상전력 부하에 콘덴서를 설치하는 것 등을 통해 역률이 수정되면 전력 공급 회사에서의 무효전력 의 도출의 전부 또는 일부를 제거할 수 있다. 역률 수정은 물리적으로 부하 가까이에서, 그리고 정교한 기술을 사용할 때 가장 효과적이다. 시간 경과에 따른 장비의 유형 및 공급물 목록의 변동이 있기 때문에 시간이 지나면 역률 이 변할 수 있다. 따라서 주기적으로 점검해야 한다(현장에서 사용하는 용도에 따라 차이 가 있으며 점검 주기는 3년에서 10년 사이에 적정 간격으로 함). 또한 역률을 수정하는 데 사용하는 커패시터도 시간이 지나면 상태가 악화되기 때문에 정기적인 검사가 필요하다 (가동 중에 커패시터가 뜨거워지는지 살피는 것은 가장 손쉬운 점검 방법이 됨). 기타의 조치의 예시는 다음과 같다. 유휴 또는 부하가 적은 모터를 최소화한다(3.6참조). 정격 전압을 상회하는 장비 가동을 하지 않는다. 모터에 번아웃 이 발생하면 에너지 효율이 높은 모터로 교체한다(3.6참조). 에너지 효율이 높은 모터라 하더라도 부하의 변동은 역률에 상당한 영향을 미친다. 모터는 정격 용량 범위 내에서 가동해야 높은 역률 설계가 주는 유익을 얻을 수 있다 (3.6참조). 달성된 환경 편익 공급자와 소비자 모두에게 유익한 에너지 절감 아래의 표 3.21은 EU 산업 전체에서 달성된 역률 0.95(지연)의 효과를 제시하고 있다. EU 25개국의 산업 역률 유효전력TWh cosφ 무효전력TVA rh 피상전력TVAh 추산 역률 목표 역률 표 3.21: 2002년 EU 25개국의 산업용 전력 소비량 추산 [131, ZVEI,140, EC, 2005] EU 전반적으로 볼 때 산업에 대한 역률 수정이 이루어지면 31TWh의 전력을 절감할 수 있을 것으로 추산된다. 그러나 이러한 가능성 중 일부만 활용되고 있는 것이 현실이다. 이 러한 추산은 EU 25개국의 산업 및 서비스 부문의 전체 소비가 1,788TWh이고 이중 산업 부문에서 65%를 차지했던 2002년의 전기 소비량을 기준으로 산출한 것이다 TWh 는 8백만 가구의 전기 소비량, 약 2,600기의 풍력 발전기, 약 10기의 가스 화력 발전소, 2-3기의 원자 력 발전소의 발전량에 해당된다. 또한 CO 2 12Mt에 해당된다. 에너지 효율 191

226 3 장 설비에서 역률을 0.73에서 0.95로 보정하면 전력 소비의 0.6%를 절감할 수 있다(0.73은 산 업 및 서비스 부문 추산치). 매체통합적 영향 보고된 바 없음 운영 데이터 보정되지 않은 전력 공급은 설비의 송전 시스템에서 전력 손실을 초래한다. 지나친 하강 은 모터 및 기타 유도 장비의 과열 및 조기 고장을 일으킬 수 있다. 적용 분야 모든 현장 경제적 측면 외부 공급업자는 설비의 보정 계수가 0.95 미만인 경우 과도한 무효 전력에 대해 추가 요 금을 부과할 수 있다(부록 7.11 참조). 전력 보정 비용이 낮을 경우 신규 장비(예: 고효율 모터)로 전력 보정 문제를 해결할 수 있다. 시행의 동인 설비 안에서와 외부 송전선망 모두에서 전력 절감 내부 전력 공급 시스템 수용력의 증대 장비 신뢰도 개선 및 비가동 시간의 감소 사례 광범위하게 사용됨 참조 정보 추가 정보는 부록 7.17 참조 [130, US_DOE_PowerFactor, 131, ZVEI] 고조파 설명 비선형 부하가 있는 특정 전기 장치는 공급에서 고조파를 일으킨다(사인파에 왜곡된 파형 이 가미됨). 비선형 부하의 예로는 정류기, 특정 형태의 전기 조명, 전기 아크로, 용접기, 스위치 모드 전력 공급 장치(SMP), 컴퓨터 등이 있다. 필터를 적용해서 고조파를 감소 또는 제거할 수 있다. EU는 역률 개선 방안으로 고조파에 대한 한도를 규정하고 있으며 EN 및 EN 와 같은 표준을 설정하고 스 위치 전력 공급 장치에 고조파 필터를 갖출 것을 요구하고 있다. 달성된 환경 편익 전력 절감 매체통합적 영향 보고된 바 없음 192 에너지 효율

227 3 장 운영 데이터 고조파는 다음과 같은 문제를 일으킬 수 있다. 회로 차단기의 작동으로 인한 불편함 UPS 시스템 및 발전기 시스템의 오작동 계측 문제 컴퓨터 오작동 과전압 문제 고조파는 일반 전류계로는 탐지할 수 없으며 True RMS Meter 를 사용해야 한다. 적용 분야 모든 현장은 고조파를 일으키는 장비를 조사하고 확인해야 한다. 경제적 측면 장치의 오작동으로 인한 손실 시행의 동인 장비의신뢰도 개선 비가동 시간의 손실 감소 고조파로 인한 접지의 전류 감소 고조파 발생 시 설계 접지를 초과하는 안전 문제 사례 광범위하게 사용됨 참조 정보 [132, Wikipedia_Harmonics, 135, EUROELECTRICS, 136, CDA] 공급의 최적화 설명 저항 손실은 케이블에서 발생한다. 따라서 다량의 전력을 소비하는 장비는 최대한 인접한 고압 공급 장치로부터 공급되어야 한다. 예를 들어, 변압기는 가능한 한 가까운 장소에 설 치해야 한다. 장비에 연결되는 케이블의 용량은 불필요한 저항 및 열과 같은 손실을 예방하기 위해 아 주 크게 해야 한다. 전력 공급은 변압기 같은 고효율 장치를 사용함으로써 최적화해야 한 다. 기타의 고효율 장비로서 모터는 3.6, 압축기는 3.7, 펌프는 3.8을 각각 참조한다. 달성된 환경 편익 제출된 데이터 없음 매체통합적 영향 제출된 데이터 없음 운영 데이터 전력을 사용하는 모든 대형 장비는 변압기 인근에 위치하도록 계획한다. 모든 현장의 케이블 상태를 점검하고 필요한 경우 용량을 크게 늘린다. 에너지 효율 193

228 3 장 적용 분야 장비의 신뢰를 높임 비가동 시간의 손실 감소 가동 내구연한에 근거한 비용 추산 경제적 측면 장비 비가동 시간 및 전력 소비 절감 시행의 동인 비용 사례 광범위하게 사용됨 참조 정보 [135, EUROELECTRICS, 230, Association, 2007] 변압기의 에너지 효율 관리 설명 변압기는 공급 전기의 전압을 변화시키는 장치다. 이러한 변압은 반드시 필요한데, 송전 전압이 산업 기계에서 사용되는 것 보다 높기 때문이다. 송전 시스템의 높은 전압은 송전 선의 에너지 손실을 감소시켜 준다. 변압기는 정적 기계로서 여러 개의 강자성체로 된 코어로 구성되어 있다(그림 3.23 참조). 1차 코일 2차 코일 그림 3.23: 변압기 다이어그램 [245, Di Franco, 2008] P 1을 변압기에 입력되는 전력, P 2는 출력전력, P L을 손실이라고 할 때의 전력 균형은 다음 과 같다. 또한 변압기 효율은 다음과 같이 표시할 수 있다. 식 3.9 식 에너지 효율

229 3 장 손실에는 철 구성품에서의 손실 및 동 구성품에서의 손실 등 두 가지 주요한 유형이 있 다. 철의 손실은 이력현상 및 코어 플레이트 내부의 와전류 때문에 발생한다. 이 손실은 V 2 에 비례하며, 공칭 전력 Pn(= P2)의 약 0.2%에서 0.5%가 된다. 구리의 손실은 구리 코일 의 줄효과 때문에 발생하며, I 2 에 비례하고 공칭 전력 P n(부하의 100%)의 약 1%에서 3% 사이로 추산된다. 변압기는 평균 100% 미만의 부하율 χ에서 작동하므로(P effective = χp n ) 변압 효율과 부하율 의 관계는 그림 3.24의 곡선을 따른다(250kVA 변압기). 이 경우 변압기는 약 40%의 부하 율에서 극대점을 갖는다. 효율 손 실 -W 부하율 % 그림 3.24: 철, 구리, 효율 및 부하율 손실의 관계 [245, Di Franco, 2008] 변압기의 전력에 상관없이 효율과 부하율의 관계는 평균적으로 공칭 부하의 약 45%에서 결정되는 극대점을 항상 나타낸다. 이와 같은 뚜렷한 성질 때문에 변전소에서 다음과 같은 옵션을 평가할 수 있다. 총 전기부하가 40%-50%P n 보다 낮은 경우 여러 변압기의 전원을 끊고 최적 부하율에 근접한 다른 변압기에 부하를 걸어 에너지를 절감한다. 위와 반대의 상황(총 전기부하가 75%P n 보다 높을 때)에서는 용량의 추가만이 유일한 해결 방안이다. 변압기 변전소에 동력 재공급 또는 업데이트할 때 저손실 변압기를 설치하되 20%-60%까지의 손실 감소를 가져올 수 있는 변압기를 채택한다. 달성된 환경 편익 2차 에너지 자원의 소비 감소 매체통합적 영향 확인된 내용 없음 운영 데이터 변압기 변전소에는 대체로 필요량 보다 많은 기기가 설치되어 평균 부하율이 낮다. 유틸 리티 관리자들이 오랫동안 이러한 잉여 시설을 유지 관리하여 변압기 고장 발생에 대비한 지속적 전력 공급을 염두에 두었기 때문이다. 에너지 효율 195

230 3 장 적용 분야 최적화 기준은 모든 변압기실에 적용할 수 있다. 부하의 최적화는 25%의 사례에서 적용 가능한 것으로 추산된다. 산업 시설에서 매년 신설 또는 동력이 재공급되는 변압기는 5%로 추산되며 이러한 신설/ 동력 재공급 사례에 저손실 변압기를 사용하면 좋다. 경제적 측면 일반 변압기 대신 저손실 변압기를 설치하는 경우 또는 현재 가동 중인 저손실 변압기를 대체하여 설치하는 경우, 변압기의 연간 가동률이 매우 높은 점을 고려할 때 투자액 회수 기간은 대체로 짧다. 시행의 동인 에너지 및 비용의 절감 사례 변압기실을 재정비할 때 전력이 각각 200, 315, 500 및 1,250kVA인 신규 변압기 4대를 새 로 설치하는 것으로 계획하면 투자 회수 기간은 1.1년으로 추산된다. 참조 정보 [228, Petrecca, 1992, 229, Di Franco] 3.6 전기모터 구동 서브 시스템 28 서론 모터 구동 서브 시스템의 에너지 효율은 (운영)공정의 수요 및 구동되는 기계의 가동 방식 을 살펴봄으로써 평가할 수 있다. 이는 시스템 접근법으로 최대 에너지 효율 이득을 발생 시키며(1.3.5 및 참조), 이 장에서의 관련 절들에서 다루고 있다. 시스템 접근법을 통 한 절감은 개별 구성 요소를 고려했을 때 획득할 수 있으며 30% 이상이 될 수 있다(1.51 및 3.7의 압축공기시스템 참조). 전기모터 구동 서브 시스템은 전력을 역학적 동력으로 전환한다. 대다수 산업 현장에서 적용될 때는 기계에 회전력으로 전달된다. 전기모터는 펌프, 팬, 압축기, 믹서, 컨베이어, 디바킹 드럼, 그라인더, 톱, 압출성형기, 원심분리기, 프레스, 압연기 등 대부분의 산업 기 계의 원동기다. 전기모터는 유럽의 주요 에너지 소비원이다. 모터의 전기 소비량에 대한 다음과 같은 추 산을 참고하기 바란다. 산업계에서 전력의 약 68%를 소비하며 이는 1997년 소비량으로 707TWh에 해당된다. 서비스부문 전기 소비의 1/3을 차지한다. 28 이 문서에서 시스템 이라는 용어는 연결된 물건 및 기기로서 HVAC, CAS와 같은 특정 목적을 위해 함께 작 동되는 것을 지칭한다. 시스템 경계에 관한 설명을 참조한다. 이 시스템은 모터의 서브 시스템(또는 구성 시 스템)을 포함한다. 196 에너지 효율

231 3 장 전기모터 구동 서브 시스템 이 시스템은 서브 시스템 또는 일련의 구성 요소로서 구성 내용은 다음과 같다. 동력 공급 장치 제어 장치(예: AC 드라이브, 아래 전기모터 참조) 전기모터, 일반적으로는 유도 전동기 기계적 전동 커플링 구동되는 기계(예: 원심 펌프) 에너지 효율이 높은 재래식 펌프 시스템의 설계가 그림 3.25에 제시되어 있다. 재래식 펌프 시스템 시스템 효율 = 31 표준 모터 효율=90% 펌프 효율 = 98% 교축 효율 = 66% 파이프 효율=69% 입력 동력 100 출력 동력 31 펌프 효율 77% 정격 출력 흐름의 60% 가변 속도 드라이브 효율=96% 에너지 효율적 펌프 시스템 시스템 효율=72% 고효율적인 모터 효율=95% 커플링 효율=99% 저마찰 파이프 효율=90% 입력 동력 43 출력 동력 31 더욱 효율적인 펌프 효율=88% 정격 출력 흐름의 60% 그림 3.25: 에너지 효율이 높은 재래식 펌프 시스템 설계 [246, ISPRA, 2008] 구동 기계 부하 기계라고도 부르는 이 구동 기계는 산업 설비의 궁극적 목적과 관련된 부가가치 작 업을 수행한다. 수행된 작업은 다음과 같은 이유로 두 개의 주요 범주로 분류할 수 있다. 구동 기계는 압력 변경(예: 압축, 펌핑) 등 특성을 바꾸고 물리적 형상(예: 분쇄, 신선, 금속 압연)을 변경한다. 압력 변경 기능으로서 보다 큰 시스템에 장착되어 사용되며 이 문서에서 보다 상세하게 다루고 있다 펌프(20%), 3.8 참조 팬(18%), 3.9참조 공기 압축기(17%), 3.7참조 냉각 압축기(11%), 3.4.2참조 물질/물체를 이동 또는 운송한다(예: 컨베이어, 크레인, 호이스트, 윈치). 컨베이어(4%), 기타 용도(30%) (여기서 %는 EU 15개국의 시스템 유형에서 사용되는 모터 에너지를 가리킴) 에너지 효율 197

232 3 장 모터 시스템의 전기 소비는 다음과 같은 여러 요인의 영향을 받는다. 모터 효율 적절한 크기 모터 제어: 작동/멈춤 및 속도 조절 공급 전력의 품질 기계적 전송 시스템 유지 보수 관행 최종 사용 기기의 효율성 절감 가능성을 실제 편익으로 전환하려면 사용자는 모터에 앞서 모터의 서브 시스템이 장 착되어 있는 전체 시스템을 최적화해야 한다(1.4.2, 및 이 장의 개별 시스템 항목 참 조). 기계적 전동 장치 기계적 전동장치는 구동되는 기계 및 모터를 기계적으로 연결한다. 이는 단순하지만 견고 한 결합으로서 기계의 축단, 모터, 변속장치, 체인 또는 벨트 드라이브, 유압 커플링 등을 연결한다. 이러한 유형의 연결은 구동 시스템의 추가 동력 손실을 발생시킨다. 전기모터 전기모터는 DC모터(직류)와 AC모터(교류) 두 개 그룹으로 분류할 수 있다. 두 개 유형 모 두 산업에서 사용되지만 과거 수십 년간의 기술 발전 경향은 AC모터 쪽으로 크게 기울고 있다. AC모터의 강점은 다음과 같다. 견고하고 설계가 단순하며, 유지 보수가 거의 필요 없다. 효율성이 높다(특히 고출력 모터의 경우). 가격이 비교적 저렴하다. AC유도전동기는 이러한 장점 때문에 널리 사용되지만 한 가지 회전 속도로만 작동한다. 부하가 불안정하면 속도를 변경해야 하며 모터 앞에 드라이브를 설치해서 속도를 변경하 면 에너지 효율이 가장 높다. 전원을 단독으로 공급받는 전기모터는 가장 일반적인 유형의 산업 전기모터다. 이들은 에 너지 전환 과정에 적극 참여하는 단일 다상 권선 세트를 갖추고 있다. 이와 같은 단일 전 원 공급 모터는 다음과 같은 조건에서 가동된다. 유도전동기(비동기). 시동 토크를 나타내며 단독 기기로서의 독립적 가동이 가능하다. 유도전동기 기술은 최대 수 메가 와트 범위 내의 모터에 적합하다. 동기식 모터. 기본적으로 단일 속도 기기이며 유용한 시동 토크를 만들어내지 않는다. 시동 및 가동을 위해서는 전자식 제어기와 같은 보조 수단이 필요하다. 동기식 모터 는 석유화학 산업의 압축기와 같은 고출력이 요구되는 용도로 종종 제작된다. 영구자석 (PM), 즉 유도전동기를 사용하여 얻을 수 있는 것 보다 낮은 회전 속도를 요구 하는 용도에 적합한 브러시리스(brushless) 동기식 모터는 DC 기술에서 비롯된 것이다. 소 위 제지 또는 보드 기계의 섹셔널 드라이브(sectional drive)와 같은 낮은 속도의 적용 분야 (220rpm 600rpm)에서 기계적 전동 장치(변속 장치)는 종종 제거되고 PM 모터를 사용하는 데, 그 결과 시스템의 전체 효율은 향상된다. 198 에너지 효율

233 3 장 그림 3.26: 정격 출력 24MW의 압축기 모터 [95, Savolainen, 2005] DC 모터의 강점은 전통적으로 속도의 전기적 제어가 용이하다는 데 있었다. 또한 시동 토 크가 높으며, 이러한 강점은 일부 적용 분야에서 유리하게 작용한다. 그러나 전력전자 구 성품 및 제어 알고리즘의 빠른 발전은 AC 기술의 위상을 크게 높여 이제는 AC에 대한 DC 기술의 우월성이 사라졌다. 현대식 AC모터 및 드라이브는 많은 점에서 DC모터 및 드 라이브를 능가하고 있다. 다르게 말하면, 제지기계 와인더의 속도 및 토크 제어와 같은 가 장 엄격한 요건을 요구하는 적용 분야에서도 이제는 AC모터 및 드라이브를 사용할 수 있 게 되었다. 제어 장치 이 장치는 모양이 아주 단순한 스위치 또는 접촉기이며 모터를 주기기에 연결 또는 분리 할 때 사용한다. 이러한 연결 또는 분리 작업은 수동 또는 제어 전압을 이용한 원격 제어 로 처리할 수 있다. 모터 보호 기능은 이러한 장치 내에 통합되어 있으며, 모터 기동기는 안전 기능이 내장된 스위치다. 모터를 주기기에 연결하는 보다 진보된 방식으로는 소프트 스타터(스타델타 시동기)가 있 다. 이 기기는 AC 모터의 감속 시동을 가능하게 하여 시동 중 소위 돌입 전류를 감소시킴 으로써 기계 및 퓨즈를 보호할 수 있다. 소프트 스타트 기능이 없다면 AC모터는 시동과 함께 정격 속도까지 급속히 가속된다. 항간에 소프트 스타터에 대한 오해와 함께 에너지 절감 효과가 있다는 주장이 있지만 소프트 스타터는 결코 에너지 절감 장치가 아니다. 이 장치가 에너지 효율에 기여하는 유일한 방법은 사용하지 않을 때 모터를 꺼두는 것이 다. 모터 제어 장치는 전기모터의 출력(속도 및 토크)을 조절할 수 있다. AC 드라이브의 작동 원리는 송전선망 전력의 주파수(유럽의 경우 50Hz)를 모터용 다른 주파수로 전환하여 모 터의 회전 속도를 줄인다. AC모터의 제어 장치는 다음과 같이 부를 수 있다. 에너지 효율 199

234 3 장 주파수 변환기 가변 속도 드라이브 (VSD) 조정 가능 주파수 드라이브 (AFD) ASD 및 VFD를 종종 결합해서 사용 산업 현장의 실제 사용자들은 모터 인버터 또는 간단히 인버터 라 부름 모터 구동 시스템은 EU 산업 에너지의 약 65%를 소비한다. EU-15 SAVE 조사 결과를 보면 AC 드라이브를 사용하는 EU 15개국 산업의 에너지 절감 가능성은 연간 43 TWh/yr 이며, 전기모터 자체의 효율 개선을 통한 절감은 연간 15 TWh/yr이다. 모터 구동 시스템의 에너지 효율 개념에 접근하는 방법은 두 가지가 있다. 하나는 개별 구성 요소 및 이들의 효율을 확인하고 고효율 장치만 채택하는 방법이다. 다른 하나는 앞 서 서론에서 살펴본 바와 같은 시스템 접근법으로서 전체 시스템의 절감은 보다 현저히 높다 에너지 효율적인 모터(EEM) 설명 및 운영 데이터 (전기모터 ENE 기술의 달성된 환경 편익, 매체통합적 영향, 적용 분야, 경제적 측면, 시행 의 동인, 사례, 참조 정보 등에 관한 세부사항은 참조). 에너지 효율적인 모터(EEM) 및 고효율 모터(HEM)는 보다 높은 에너지 효율을 제공한다. 추가로 소요되는 최초 구입비용은 20kW를 상회하는 모터의 경우 20%-30%, 15kW 미만의 모터는 50%-100% 높으나 에너지 절감 범주에 따라 차이가 있다(범주 별로 강철 및 구리 추가 사용량이 다름). 그러나 1kW 15kW 모터의 경우 2%-9%의 에너지를 절감할 수 있다. 감소된 손실로 모터의 온도 상승폭이 낮아지므로 모터 권선 절연 및 베어링의 수명은 증 가한다. 따라서 다수의 경우에 다음과 같은 혜택을 얻을 수 있다. 신뢰도가 증가한다. 비가동 시간 및 유지 보수비용이 감소한다. 열응력에 대한 내성이 증가한다. 과부하 조건 처리 능력이 개선된다. 비정상 작동 조건에 대한 저항과 저전압, 과전압, 상불평형, 비정상적 전압파형 및 전 류파형(예: 고조파)이 개선된다. 역률이 향상된다. 소음이 줄어든다. 범유럽적으로 적용되는 전기기계 및 전력전자 제조업자 유럽 위원회(CEMEP) 와 유럽연 합 위원회 간의 합의에서는 유럽에서 제조되는 대다수 전기모터의 효율을 명시하고 있다. 유럽의 모터 등급 분류 계획은 100kW 미만의 모터에 적용되며 기본적으로 3개 등급의 효 율을 확립하여 고효율 모델 출시를 장려하고 있다. EFF1(고효율 모터) EFF2(표준효율 모터) EFF3(저효율 모터) 200 에너지 효율

235 3 장 이러한 효율 수준은 2극 및 4극 3상 AC 농형(squirrel cage) 유도전동기에 적용된다. 이 유 도 전동기는 정격 400V, 50Hz의 S1 준수 등급으로서 출력은 1.1kW에서 90kW이며 시장에 서 가장 많이 판매되고 있는 제품이다. 그림 3.27은 출력의 함수로 나타낸 3개 유형의 모 터 에너지 효율을 제시하고 있다. 그림 3.27: 3상 AC 유도전동기의 에너지 효율 에코설계(EuP)지침 으로 EFF3 및 EFF2 등급의 모터가 2011년까지는 모두 제거될 것으로 보인다. 국제전기기술위원회(IEC) 는 이 문서 작성 당시 새로운 국제 등급 계획을 준비 중이었는데 여기서는 EF2 및 EFF# 모터가 함께 최하위 등급이 되고, EFF1 위로 최상위 프리미엄 등급을 신설하고자 했다. EU-SAVE PROMOT 프로젝트에서 권장하는 Motor Master Plus 29 및 EuroDEEM 30 같은 적정 컴퓨터 소프트웨어를 사용하면 모터를 선택할 때 상당히 유용할 수 있을 것이다. 적정 모터 선택의 문제는 EuroDEEM 데이터베이스 31 를 사용하면 해결할 수 있는데 이 데 이터베이스는 24개 모터 제조사의 3,500개가 넘는 유형의 모터 효율을 비교할 수 있는 자 료를 보여준다 적정 모터 크기 설명 및 운영 데이터 (전기모터 ENE 기술의 달성된 환경 편익, 매체통합적 영향, 적용 분야, 경제적 측면, 시행 의 동인, 사례, 참조 정보 등에 관한 세부사항은 참조) 29 미국 정부의 에너지부에서 주관한다. 30 유럽연합 위원회 DG TREN에서 장려하고 있다. 31 유럽연합 위원회에서 출판했다. 에너지 효율 201

236 3 장 전기모터는 실제 가동에 필요한 부하보다 큰 용량을 사용하는 경우가 많다. 모터가 전부 하 상태에서 가동되는 경우는 거의 없다. 유럽연합에서 실시한 현장 조사 결과를 보면 모 터는 정격 부하의 평균 60%선에서 가동되고 있음을 알 수 있다. 모터는 전부하의 60%-100% 사이에서 최대 효율을 달성할 수 있다. 유도전동기 효율은 일 반적으로 전부하의 75% 인근에서 정점에 도달하며 50% 부하점에 이르기까지는 비교적 균 일하다. 전부하의 40% 미만에서 전기모터는 적정 가동 상태에 이를 수 없으며 효율은 급 격히 떨어진다. 용량이 큰 모터의 경우 정격 부하의 30% 미만에서도 비교적 높은 효율을 유지할 수 있다. 적절한 펌프 용량을 채택하는 경우 다음과 같은 혜택을 얻을 수 있다. 모터를 피크에서 가동할 수 있게 하여 에너지 효율 향상 역률이 낮아져 선로 손실 감소 가동 속도가 약간 낮아지고 그 결과 팬 및 펌프의 전력 소비 감소 효 율 (%) 부하 (%) 그림 3.28: 전기모터의 효율과 부하 가변 속도 드라이브 설명 및 운영 데이터 (전기모터 ENE 기술의 달성된 환경 편익, 매체통합적 영향, 적용 분야, 경제적 측면, 시행 의 동인, 사례, 참조 정보 등에 관한 세부사항은 참조) 가변 속도 드라이브(VSD)를 이용한 모터 속도 조정은 상당한 에너지 절감을 가져오며 공 정 관리의 개선, 마모율 및 소음 감소 등의 효과가 있다. 부하의 변동이 있는 경우 VSD는 전기에너지 소비를 줄일 수 있는데 특히 원심 펌프, 압축기 및 팬이 적용되는 곳에서 4%-50% 범위의 절감이 가능하다. 원심기계, 분쇄기, 기계공구와 같은 재료 가공 분야와 와인더, 컨베이어, 엘리베이터 등 재료 취급 분야 모두 VSD를 사용할 경우 에너지 소비 및 전반적 성능 두 가지 점에서 혜택을 얻을 수 있다. 이외에도 VSD는 다음과 같은 혜택이 있다. 구동 장치의 유용한 가동 범위 확장 선로에서 모터를 분리하여 모터 응력 및 비효율을 감소 다중 모터를 정확하게 동기화 변동하는 가동 조건에 대응하는 속도 및 신뢰도 개선 202 에너지 효율

237 3 장 VSD는 모든 적용 분야, 특히 부하가 일정할 때(예: 유동상 공기(fluid bed air) 입력 팬, 산 화 공기 압축기)는 적용할 수 없는데 이는 VSD가 에너지 입력의 3%-4%를 상실하기 때문 이다(전류상의 수정 및 조정) 전동 손실 설명 및 운영 데이터 (전기모터 ENE 기술의 달성된 환경 편익, 매체통합적 영향, 적용 분야, 경제적 측면, 시행 의 동인, 사례, 참조 정보 등에 관한 세부사항은 참조) 샤프트, 벨트, 체인, 기어 등 전동( 傳 動 )장치는 반드시 적절한 설치 후 이를 관리해야 한 다. 모터에서 부하사이의 전달 시스템에서의 손실은 0%~45%로 변화가 크다. 모터에서 부 하에 이르는 전달 시스템은 V벨트 대신 동조 벨트를 사용한다. 재래식 V벨트보다는 톱니 바퀴가 있는 V벨트가 효율이 높다. 헬리컬 기어는 웜 기어보다 효율이 높다. 직접 연결 방식이 가장 좋으며(기술적으로 가능한 경우), V벨트는 사용하지 말아야 한다 모터 수리 설명 및 운영 데이터 (전기모터 ENE 기술의 달성된 환경 편익, 매체통합적 영향, 적용 분야, 경제적 측면, 시행 의 동인, 사례, 참조 정보 등에 관한 세부사항은 참조) 5kW를 초과하는 모터는 고장을 일으킬 수 있으며 내구연한 내에 수차례 수리해야 하는 경우가 자주 발생한다. 실험실 시험 결과를 보면 부적절한 모터 수리는 모터 효율을 0.5%-1% 감소시키며 때로 낡은 모터의 경우 최대 4%까지 떨어지는 것으로 나타났다. 수리할 것인지 교체할 것인지를 결정하고, kwh당 전기 비용, 모터 동력, 평균 부하율, 연 간 가동 시간 등을 고려해야 한다. 수리 과정 및 수리업체를 신중하게 선택해야 하며 수 리업체는 제조사로부터 인정을 받은 업체라야 한다(에너지 효율 모터 수리업자, EEMR). 일반적으로 오래 사용한 모터라면 신규 EEM을 구입하여 고장난 모터를 교체하는 것은 좋 은 선택이 될 수 있다. 예를 들어, 연간 가동 시간이 4,000 시간인 시설에서 20kW-130kW 의 모터의 전기 비용이 kwh당 0.06유로일 때 EEM으로 교체하면 투자액 회수 기간은 3년 미만이 된다 리와인딩 설명 및 운영 데이터 (전기모터 ENE 기술의 달성된 환경 편익, 매체통합적 영향, 적용 분야, 경제적 측면, 시행 의 동인, 사례, 참조 정보 등에 관한 세부사항은 참조) 모터 리와인딩은 산업 현장에서 널리 행해지고 있다. 모터를 새로 구입하는 것보다 비용 이 저렴하고 빠르기 때문이다. 그러나 리와인딩은 모터 효율을 영구적으로 1% 이상 감소 시킨다. 따라서 수리 과정이나 수리업체 선정에 신중을 기해야 한다. 수리업체는 제조사에 서 인증을 받은 업자(에너지 효율 모터 수리업체, EEMR)라야 한다. 모터를 새로 구입하는 데 소요되는 추가 비용은 향상된 에너지 효율로 빠른 시간 내에 회수할 수 있기 때문에 리와인딩은 내구연한 동안 모터에 소요되는 비용을 생각하면 그리 경제적이라고 할 수 없 다. 그림 3.29는 리와인딩과 비교한 새 모터의 비용을 동력의 함수로 표시한 것이다. 에너지 효율 203

238 3 장 리와인딩 신규 모터 비 용 (EUR HT) 동력 (kw) 그림 3.29: 리와인딩 대비 신규 모터의 비용 전기모터 ENE 기술의 달성된 환경 편익, 매체통합적 영향, 적용 분야 및 기타 고려 사항 달성된 환경 편익 표 3.22 는 모터 구동 서브 시스템에 적용되는 중요한 에너지 절감 방안을 제시하고 있다. 표의 수치는 대표적이지만 이 방안의 적용 분야는 해당 설비의 특성에 따라 다르다. 모터 구동 서브 시스템의 에너지절감 방안 전형적 절감 범위 (%) 시스템 설치 또는 개조 에너지 효율적인 모터(EEM) 2-8 정확한 용량 1-3 에너지 효율적인 모터 수리(EEMR) 가변 속도 드라이브(VSD) 고효율 전동장치/감속기 2-10 전력 품질 제어l 시스템 가동 및 유지 보수 윤활, 조정 및 튜닝 1-5 표 3.22: 모터 구동 서브 시스템 동력에너지 절감 방안 매체통합적 영향 속도 조절기 등으로 인한 고조파는 모터 및 변압기에 손실을 초래한다(3.5.2참조). EEM 을 생산하려면 보다 많은 자연자원(구리 및 강철)이 소요된다. 적용 분야 전기를 사용하는 거의 모든 산업 설비에서 전기모터 드라이브를 사용한다. 특정 방안의 적용 분야 및 에너지 절감 정도는 설비의 규모 및 특성에 따라 차이가 있다. 전체 설비 및 설비 안의 시스템을 평가한 후에야 어떤 방안이 적용 가능하고 또 실익이 있는지를 판단할 수 있다. 이러한 평가는 유자격 드라이브 시스템 서비스 공급업체나 사 내 유자격 엔지니어가 실시해야 한다. 특히 VSD 및 EEM과 관련해서 중요한데, 잘못되면 204 에너지 효율

239 3 장 에너지 절감보다는 에너지 과소비를 초래할 위험이 있기 때문이다. 기존 적용 분야의 부 품 교체에서부터 신규 드라이브 설계를 적용하는 일이 매우 중요하다. 평가 결론을 통해 시스템에 적용할 수 있는 방안을 확인할 수 있으며 추정 절감액, 소요 비용, 비용 회수 기간 등을 알 수 있다. 예를 들어, EEM은 효율이 낮은 모터에 비해 보다 많은 재료(구리 및 강철)를 사용해서 생 산된다. 그 결과 EEM은 효율이 높을 뿐 아니라 슬립 주파수도 낮다(이는 rpm 증가를 초 래). 또한 공급 전원으로부터 일반 모터보다 높은 시동 전류를 끌어온다. 다음 예시에서는 EEM이 최적 해결 방안이 될 수 없는 사례를 제시하고 있다. HVAC 시스템을 전부하 조건에서 가동할 때 EEM으로 교체하면 환기팬의 속도를 증 가시키고(이는 낮은 슬립 때문임) 이어 토크 부하를 증가시킨다. 이 경우 EEM을 사용 하면 일반 모터를 사용하는 것보다 에너지 소비가 더 많아진다. 설계 목표를 최종 rpm을 증가시키지 않는 데 두어야 한다. 연간 가동 시간이 1,000-2,000 미만인 경우(단속 구동 장치), EEM은 에너지 절감을 가 져오지 않는다(아래 경제적 측면 참조). 자주 켰다 껐다를 반복해야 하는 경우, 보다 높은 시동 전류 때문에 EEM의 절감 효 과는 사라진다. 주로 부분 부하 상태에서 오래 가동하는 경우(예: 펌프), EEM 사용에 따른 에너지 절 감은 미미하며, VSD는 에너지 절감 증대 효과를 가져 온다. 경제적 측면 EEM 모터 가격은 재래식 모터에 비해 약 20% 높다. 그림 3.30은 제품 수명이 다할 때까 지 가동에 따른 관련 비용의 근사값을 보여준다. 내구 연한 동안의 모터 사용에 따른 소요 비용의 분류 에너지 유지보수 투자금 그림 3.30: 내구연한 동안의 전기 모터의 소요 비용 모터를 구입 및 수리할 때 다음 사항을 감안해서 에너지 소비 최소화 방안을 강구해야 한 다. AC 드라이브의 투자액 회수는 1년 미만의 기간에도 가능하다. 고효율 모터는 에너지 절감에 대한 투자액 회수 기간이 길다. 고장난 일반 모터를 리와인딩하는 것과 비교하여 보다 높은 효율을 가진 모터를 새로 구 입하는 등의 이러한 에너지 효율 기술의 투자액 회수 계산 방식은 다음과 같다. 투자액 회수(연수) 식 3.11 에너지 효율 205

240 3 장 여기서: cost HEM = 신규 고효율 모터의 구입 비용 cost old = 기존 모터의 리와인딩 비용 cost electricity = 전기료 kw = 모터 가동 시 평균 소요 전력 시행의 동인 AC 드라이브는 기기 제어 목적으로 설치하는 경우가 많다. 모터 선택에는 안전, 품질 및 신뢰도, 무효 전력, 유지 보수 간격 등 다른 중요한 요 인도 있다. 사례 광업회사인 LKAB(스웨덴)는 연간 1,700GWh의 전기를 사용하며, 이중 90%를 15,000 개의 모터를 가동하는 데 사용한다. 이를 고효율 모터로 전환한 후 LKAB는 연간 수 십만 달러의 전기료를 절감하고 있다. Heinz 식품 가공 공장(UK) - 신설 에너지 센터는 AC 드라이브로 제어하는 연소용 에 어팬 덕분에 에너지 효율이 14% 향상될 것으로 기대하고 있다. 이 에너지 센터는 보 일러 4대를 갖추고 있으며 기존 보일러 설비를 대신하고 있다. 참조 정보 [137, EC, 139, US_DOE, 231, 모터 챌린지 프로그램, 232, ] 3.7 압축공기시스템(CAS) 설명 압축 공기는 대기압보다 높은 압력에서 저장 및 사용되는 공기다. 압축 공기 시스템은 특 정 공간을 차지하는 일정 질량의 공기를 받아 이를 보다 작은 공간에 압축하여 넣는 역할 을 한다. 압축 공기는 산업 전력 소비의 10%를 차지하며 유럽 15개국에서 연간 80TWh 이상 소비 한다. 압축 공기는 다음과 같은 두 가지 방식으로 사용된다. 산업 공정의 구성 요소로 사용된다. 비활성 공정 공기를 제공하기 위한 낮은 순도의 질소 공급 산화 공정에서 낮은 순도의 산소 공급(예: 폐수 처리) 청정실의 오염 물질 등으로부터의 보호 고온 공정에서의 교반(예: 철강 및 유리) 유리 섬유 및 유리 용기의 블로잉 플라스틱 성형 유압을 이용한 분류 작업 에너지 매개 수단으로서 사용된다. 압축 공기 장비의 구동 유압 액추에이터의 구동(예: 실린더) IPPC 적용 분야에서 압축 공기는 주로 산업 공정의 구성 요소로 사용된다. 압력, 압축공기 순도 및 수요 프로파일은 공정 자체에서 미리 결정된다. 206 에너지 효율

241 3 장 압축 공기는 열 또는 열을 함유한 물질로 인한 발화 또는 폭발 위험이 적어 본질상 깨끗 하고 안전하다. 이런 이유로 화학 및 관련 산업의 위험 구역에서 널리 사용된다. 전기와는 달리 환류 파이프/케이블이 필요하지 않으며, 구동 수단으로 사용될 때 높은 동력 밀도를, 용적형 도구로 사용될 때는 낮은 회전 속도에서도 정압의 일정 토크를 각각 제공한다. 이 는 여러 적용 분야의 전기 장치와 비교되는 장점이다. 또한 변동하는 생산 요건(종종 대량 생산 환경에서)에 적응하기 쉽고 자체 유압 논리 제어를 사용한다. 그리고 쉽게 설치할 수 있다(이제는 보다 저렴한 전자 제어 장치의 출현으로 점차 대체 되가는 과정에 있음). 유압식 기계 장치는 짧고 빠르고 낮은 힘의 선형 전달에 종종 사용되거나 조립 기구 또는 공정(수동 또는 자동)의 구동에서와 같이 저속에서 높은 힘을 만들어 낸다. 동일한 목적에 사용할 수 있는 전기 장치가 있다. 짧고 빠른 운동을 위한 스트로크 자석 및 높은 힘을 내는 나사산 로드 드라이브가 나와 있다. 그러나 유압식 공구는 낮은 동력 대비 중량비 때문에 매우 편리하며 과열이 발생하지 않고 유지 비용이 적어 오랫동안 유용하게 사용할 수 있다. 그러나 다른 구동력이 없을 때는 압축 공기를 사용하는 대신 다른 대안을 고려해야 한다. 압축 공기는 종종 설비 설계의 필수 구성 부분으로서 시설의 전반적인 압축 공기 요구량 과 나란히 분석해야 한다. IPPC 적용 분야에서 CAS는 중요한 에너지 사용자이며 시설의 전체 에너지 소비에서 차지하는 비율은 5%-25%로 가변적이다. 에너지 효율에 대한 관심 때문에 압축기 및 관련 장비 제조사는 기존 CAS의 최적화뿐만 아니라 에너지 효율이 보 다 높은 새로운 대안의 설계를 위한 기술 및 수단을 개발했다. 최근에는 투자가 수명주기 비용분석 결과에 좌우되고 있는데 이러한 경향은 신규 CAS 공 급에서 특히 두드러지게 나타난다. 에너지 효율은 CAS 설계에서 주요 매개변수로 간주되 며, 기존 CAS에는 아직도 최적화 여지가 남아있다. 대규모 압축기의 수명은 약 15-20년 정도로 추산된다. 이 기간 동안 설비의 수요 프로파일은 변동되어 재평가가 필요하다. 더 욱이 새로운 기술이 등장하면서 기존 시스템의 에너지 효율 개선이 불가피해지고 있다. 에너지 매개체(예: CAS)의 선택은 적용 현장의 많은 매개변수에 좌우되며 사례별로 이를 분석하지 않으면 안 된다. CAS의 에너지 효율 대다수의 대규모 장치산업에서 압축 공기는 산업 공정의 불가결한 구성 요소가 되고 있 다. 이러한 적용 분야의 대부분에서 주요 부분의 재설계 없이도 현재 있는 상태 그대로 이용할 수 있는 기술이기도 하다. 이러한 여건에서 CAS의 에너지 효율은 주로 그리고 유 일하게 압축 공기의 생산, 처리 및 배분의 효율성에 의해 결정된다. 압축 공기의 생산, 처리 및 분배의 에너지 효율은 시스템의 계획, 제조 및 유지의 질에 의 해 미리 결정된다. 전문 설계의 목적은 해당 설비에 적합한 압축 공기를 공급하는 데 있 다. 해당 설비 및 압축 공기 수요를 적절히 파악한 후 에너지 효율 기술을 적용해야 할 것이다. 양질의 데이터베이스의 지원을 받는 신뢰할 수 있는 압축 공기 시스템 검사를 포 함하는 에너지 관리 시스템에 이러한 기술을 통합해야 한다(2.1 및 참조). 2000년 유럽의 SAVE 프로그램 주관으로 CAS의 에너지 효율 잠재력을 분석하는 연구를 실시했다. IPPC시설의 CAS는 대체로 일반 산업의 평균 CAS보다 큰 규모지만, 이 연구는 모든 적용 분야를 망라하기 때문에 CAS의 에너지 효율을 개선하는 관련 조치에 관한 만 족할만한 개요를 제공한다. 에너지 효율 207

242 3 장 CAS의 에너지 절감 방안을 요약하면 아래 표와 같다(표 3.23). 에너지 절감 조치 % 적용 가능성(1) % 이득(2) % 잠재 기여도(3) 주석 시스템 설치 또는 개조 드라이브 개선 (고효율 모터) 드라이브 개선 (속도 제어) 압축기 업그레이드 정교한 제어 시스템 사용 회수된 폐열의 타 기능 전용 냉각, 건조, 필터링의 개선 다중 압력 시스템을 포함하는 전체 시스템 설계 마찰 압력 손실 감소 (예: 파이프 직경을 늘림으로써) 특정 최종 사용 장치의 최적화 시스템 가동 및 유지 보수 소규모 시스템(<10kW) 에서 비용 효과가 가장 높음 가변 부하 시스템에 적 용 가능. 다중 기계 장 치가 있는 설비는 한 대의 기계에만 가변 속 도 드라이브를 장착해 야 함. 예상되는 이득은 단일 기계 설비 및 다 중 기계 설비 모두 전 체 시스템이 개선 됨. 전기가 유용한 열로 전 환되었기 때문에 이득 은 전기 소비량이 아닌 에너지로 표시됨 보다 빈번한 필터의 교 환은 여기에 포함되지 않음(아래 내용 참조) 공기 누출 감소 가장 큰 잠재 이득 보다 빈번한 필터 교환 총 32.9 범례: (1) 이 조치를 적용할 수 있고 또 비용 효과가 있는 CAS의 % (2) 연간 에너지 소비의 % 감소 (3) 잠재적 기여도 = 적용 분야 * 감소분 표 3.23: CAS 에너지 절감 조치 [168, PNEUROP, 2007] 공구 가동을 목적으로 압축 공기를 사용하는 경우 기계적 효율 의 정의는 공구의 샤프트 동력을 공구에서 소비되는 압축 공기를 생산하는 데 필요한 전체 입력 전력으로 나눈 값 이고, 일반적으로 10%-15% 범위 이내라는 점을 고려해야 한다. 208 에너지 효율

243 3 장 달성된 환경 편익 CAS의 설계 또는 변경에 사용되는 대다수 기술의 목표는 해당 시스템의 에너지 효율을 향상시키는 데 있다. CAS의 에너지 효율 개선이 가져오는 간접적 편익으로는 소음 발산 의 감소 및 냉각수의 사용을 꼽을 수 있다. CAS 및 압축기의 내용 연한이 비교적 장기간 이므로 대체 장비에 소요되는 원자재 사용량이 낮은 수준에 머물게 된다. 매체통합적 영향 소음과 오일 증기가 CAS에서 방출되는 것의 전부다. 에너지 사용에 관한 CAS의 기타 환 경 영향은 그리 크지 않다. 대다수 설비에서 CAS는 독립적인 서브 시스템이며 이 서브 시스템을 변경하더라도 대부 분은 다른 시스템이나 공정에 영향을 미치지 않는다. CAS의 에너지 사용에 대해서는 다 른 공정과 연계해서 살펴봐야 한다(3.1참조). 운영 데이터 CAS의 구성 부분 CAS는 설비와 독립된 다음과 같은 4개의 서브 시스템으로 구성된다. 압축 공기 발생 압축 공기 저장 압축 공기 처리 압축 공기 분배 이외에 열회수 또는 응축수 처리와 같은 보조 시스템이 있다. 서브 시스템의 전형적인 구 성 부분에 대해서는 표 3.24를 참조한다. 발생 저장 처리 분배 보조 시스템 압축기 저장 탱크 건조기 파이프 열회수 제어기 필터 밸브 응축수 배수 냉각기 표 3.24: CAS의 전형적인 구성 부분 [168, PNEUROP, 2007] 그림 3.31은 CAS의 전형적인 구성 부분을 보여 준다. 분배 시스템 제어기 압축기 저장 탱크 압축 공기 처리 응축수처리 그림 3.31: 압축공기시스템(CAS)의 전형적인 구성 부분 [168, PNEUROP, 2007] 에너지 효율 209

244 3 장 대다수의 설비에는 중앙관리식 압축 공기 처리 시스템 및 대규모 분배 시스템을 갖춘 다 중 압축기 스테이션이 있다. 이외에 직기 또는 유리 제조 장치와 같은 기계류에는 종종 전용 압축공기시스템이 있다. 특정 용도에 맞는 표준 시스템 설계는 존재하지 않는다. 공 정과 매개변수에 맞춰 적절한 구성 부분을 채택하고 이들 사이의 상호 작용을 관리하는 일이 필요하다. 압축기 유형 효율은 압축기의 유형과 설계에 따라 달라진다. 효율과 직결되는 가동비용 문제는 압축기 를 선택하는 데 있어서 가장 중요한 요인이다. 그러나 압축 공기의 양과 질은 선택을 결 정하는 주요 원인이 된다. 공기 압축기 기술은 용적형 압축기 및 다이나믹형 압축기 두 가지로 분류된다. 아래의 그 림 3.32는 이를 더욱 세분화한 압축기 유형을 보여 준다. 공기 압축기 유형 다이나믹형 압축기 용적형 압축기 회전식 왕복동식 이젝터형 원심분리기형 축형 베인형 액체 고리형 스크류 형 로브형 단동식 복동식 자유 피스톤식 래비린스형 다이어프램 형 그림 3.32: 압축기 유형 [168, PNEUROP, 2007] 용적형 압축기는 최초 압력의 공기가 차지하는 공간을 축소시킴으로써 주어진 공기 양의 압력을 증가시킨다. 이 유형의 압축기는 왕복동식 및 회전식의 두 가지 기본 유 형으로 나와 있다. 이 두 유형은 관련 기술에 따라 다음과 같이 다시 세분할 수 있다. 왕복동식 압축기는 낮은 압력의 공기를 높은 압력의 공기로 압축하기 위해 실린 더 안에서 피스톤 운동을 활용한다. 단동식 및 복동식 두 가지 유형이 있다. 회전식 스크류 압축기는 40마력(30kW) 500마력(373kW) 범위의 산업용 압축기의 주류를 이룬다. 급유 또는 무급유 두 가지 유형이 있다. 회전식 압축기는 단순한 디자인, 설치의 용이성, 유지 보수의 용이성 및 낮은 비용, 장구한 내구 연한, 합 리적인 가격 등 많은 장점 때문에 높은 인기를 누리고 있다. 다이나믹형 압축기는 회전하는 연속흐름 기계로서 안에서 빠르게 회전하는 부분이 통 과하는 공기를 가속하고 속도를 압력으로 전환하는데, 일부는 회전 부분에서 다른 일 부는 고정된 디퓨저 및 블레이드에서 이루어진다. 다이나믹형 압축기의 용량은 작업 압력에 따라 현저한 차이가 있다. 210 에너지 효율

245 3 장 적용 분야 각각의 CAS는 전문적인 설계 지식과 특별 기술이 요구되는 복잡한 적용 분야다. 설계는 다음과 같은 다수의 매개변수에 따라 다르다. 수요 프로파일(피크 수요 포함) 필요한 압축 공기의 질 압력 건물 및 설비로 인한 공간적 압박 예를 들어, ISO 은 세 가지 유형의 오염 물질에 대해 압축 공기를 분류하고 있다. 다양한 적용 분야에서 필요한 순도의 광범위한 분포를 보여주는 여러 등급으로 나뉜다. 고체 입자 8 등급 습도 및 물 10 등급 전체 오일 함유량 5 등급 이것 외에 완전히 서로 다른 시스템에 대한 에너지 효율 기술의 적용을 평가하는 것은 불 가능하다. 이를 그림 3.33에서처럼 이는 두 개의 수요 프로파일로 나타낼 수 있다. 공기 수요 프로파일 1 용 량 l/s 일요일 월요일 화요일 수요일 목요일 금요일 토요일 시간 공기 수요 프로파일 2 용 량 l/s 일요일 월요일 화요일 수요일 목요일 금요일 토요일 시간 그림 3.33: 서로 다른 수요 프로파일 에너지 효율 211

246 3 장 아래에서 설명하고 있는 기술에서 가능성을 개괄적으로 살펴 볼 수 있도록 했다(3.71내지 참조). 전문적인 시스템 및 수요 분석은 CAS 신규 설계 및 최적화의 전제 조건이다. 2장에서 설명한 바와 같이 복잡한 시스템의 변경은 사례별로 평가하지 않으면 안 된다. 경제적 측면 유럽의 압축 공기 가격은 회사마다 차이가 있으며 Nm 3 당 EUR 0.006에서 EUR 0.097까지 큰 차이를 보인다(2006년의 전기료는 핀란드의 EUR 0.052/kWh에서 덴마크의 EUR /kWh까지 그 차이가 현저함. 전기 요금의 NUS 컨설팅 조사 결과임). 이중 75%는 에 너지가 차지하며, 투자비용 및 유지 보수비용은 각각 13%와 12%에 불과하다(5년간 연 6,000 시간 사용 기준). 비용 차이는 주로 최적화된 설비와 최적화가 안 된 설비 사이의 차이 때문이다. 따라서 신규 설비의 설계나 기존 설비의 가동에서 이와 같은 핵심 매개변 수를 반드시 고려해야 한다. 압축 공기의 에너지 비용은 Wh/Nm 3 로 표시한 특정 에너지 소비량(SEC)으로 나타낸다. 공 칭 흐름 및 7bar의 압력에서 가동하는 정확한 크기로 설계된 설비를 잘 관리하려면 아래 의 수식을 판단 기준으로 참조하면 좋을 것이다(여러 압축기 기술 참조). 85Wh/Nm 3 < SEC < 130Wh/Nm 3 [194, ADEME, 2007] 이 비율은 압축 공기 설비의 설계 및 관리의 질을 나타낸다. 이 수치는 급격히 나빠지고 그에 따라 압축 공기 값이 크게 상승될 수 있으므로 항상 이를 모니터링하고 현재의 상태 를 파악하고 있어야 한다(2.16 벤치마킹 참조). 회원국의 단체 및 제조사를 중심으로 에너지 효율 개선 방안을 솔선해서 시행하고 있으 며, 시행 결과 위에서 설명한 기술을 적용했을 때 투자 수익률이 높은 것으로 나타났다. 시행의 동인 에너지 효율 개선 및 투자비용 회수 기간이 짧다는 점이 이 기술의 적용을 유도하고 있다 (일반적인 시장의 힘). 사례 광범위하게 사용됨 참조 정보 [190, Druckluft, 191, Druckluft, 193, Druckluft] [168, PNEUROP, 2007, 169, EC, 1993, 194, ADEME, 2007] [189, Radgen&Blaustein, 2001, 196, Wikipedia] 시스템 설계 설명 오늘날 다수의 기존 CAS가 업데이트된 설계를 갖추지 못하고 있다. 설비의 내구연한을 거치면서 압축기를 추가로 설치하고 여러 차례 다양한 기술을 적용하면서 본래의 시스템 과 조화시키는 재설계 과정을 생략했기 때문에 CAS의 성능이 적정 수준 이하로 떨어지는 경우가 자주 발생했다. 압력 값은 CAS의 기본 매개변수다. 적용 분야에 따라 차이가 있지만 여러 압력 수요로 인해 높은 효율을 가져오는 낮은 압력과 규모가 작고 값이 저렴한 장치를 사용할 수 있는 높은 압력 사이에서 선택을 해야 한다. 소비자의 대다수는 약 6bar의 압력을 사용하지만 최대 13bar의 압력을 요구하는 경우도 있다. 압력을 선택할 때 모든 장치에 필요한 최대 압력에 맞추어서 선택하는 경우가 종종 있다. 212 에너지 효율

247 3 장 압력이 지나치게 낮으면 장치의 오작동을 일으키지만 필요 이상으로 높은 압력은 장치에 문제는 없더라도 효율을 떨어뜨린다. 많은 경우 8bar 또는 10bar의 시스템 압력이 요구되 지만 공기의 대부분은 압력 축소 밸브의 작용으로 6bar로 조절된다. 필요 총량의 95%를 충족하는 압력을 선택하고 나머지에 대해 소규모 압력 증가 장치를 사용하는 데는 최고의 기술이 요구된다. 운영자는 6bar 이상이 필요한 장치 또는 서로 다 른 두 개의 압력을 요구하는 장치 즉 하나는 높은 압력, 다른 하나는 6.5 bar를 요구하는 장치를 제거한다. 저장 용적의 선택은 또 다른 기본 매개변수다. 압축 공기 수요는 수많은 다양한 장치에서 발생하며 대부분이 간헐적으로 가동된다. 따라서 공기 수요의 변동폭이 매우 크다. 저장 용적은 압력 수요의 변동을 줄여주고 단시간의 피크 수요를 채우는 데 유용하다( 참 조). 수요의 변동폭이 안정되면 보다 작은 압축기를 안정적으로 가동할 수 있기 때문에 대기 시간이 감소하고 전력 소비 또한 감소한다. 시스템에 여러 대의 공기탱크를 설치할 수 있 다. 짧은 시간의 수요가 발생하는 곳에 전략적으로 공기탱크를 설치하면 효과가 크며 장 치의 피크 수요를 충족하고 시스템의 압력을 낮출 수 있다. 압축공기시스템의 세 번째 기본 설계 문제는 파이프 작업의 규모와 압축기의 위치 문제 다. 시스템에서 모든 유형의 장애, 제한 또는 조잡한 시공 상태 등은 길이가 긴 배관과 함 께 공기 흐름을 방해하고 압력을 떨어뜨린다. 분배 시스템에서 압력 하강이 가장 크게 발 생하는 부분은 소형 호스, 튜브, 끼움-맞춤식 연결 장치, 필터, 조절기, 윤활유 공급장치 등 사용 지점이다. 공기 수요는 수년에 걸쳐 종종 조직적으로 증가하여 이전에 설치된 직경이 작은 지선에 서 많은 양의 흐름을 운반해야 하는데 이것이 압력 손실을 일으킨다. 설비의 장치를 더 이상 사용하지 않는 경우도 있다. 이와 같이 사용하지 않는 장치로 흐르는 공기 흐름은 가능하면 분배 시스템으로 되돌아가 가동 장비에 영향을 주지 않는 상태에서 이를 차단해 야 한다. 적절하게 설계된 시스템이라면 압력 손실은 사용 지점에서의 압축기 배출 압력의 10% 미 만으로 나타난다. 이를 달성하려면 정기적인 압력 모니터링, 정격 조건에서 압력 하강이 낮은 건조기, 필터, 호스, 끼움-맞춤식 연결 장치 등의 선택, 공기가 분배 시스템을 통과하 는 거리의 단축, 공기의 신규 수요가 있을 경우에는 배관 직경을 재계산 하는 등 일련의 조치를 실시해야 한다. 전체 시스템 설계 의 요체는 압축 공기 사용의 설계 기능이다. 압축 공기의 부적절한 사 용이 발생할 수 있다. 예를 들어, 적절한 압력 수준에 도달하기 위한 확장 후 과도한 가압 상태가 발생하는 경우다. 그러나 이것이 실제로 발생하는 경우는 매우 드물다. 최근에는 업계의 대다수 사람들이 압축 공기가 중요한 비용 요인임을 잘 알고 있다. 달성된 환경 편익 압축공기시스템 설계를 최신 기술로 유지하여 전기에너지 소비를 줄인다. 매체통합적 영향 제출된 데이터 없음 운영 데이터 효율을 높이려면 더 많은 우수한 장비가 있어야 한다( 예: 보다 크고 많은 튜브, 필터) 에너지 효율 213

248 3 장 적용 분야 압축공기시스템 전체의 50%로 추산되는 시스템이 전체 설계를 수정함으로써 개선될 수 있는 것으로 나타났다. 이를 세분하면 압력을 낮추고 탱크 크기를 적정화함으로써 9%(전 체의 50%), 배관의 압력 손실을 낮춤으로써 3%(전체의 50%)의 개선을 가져올 수 있어 결 과적으로 6%의 에너지 절감[6% = 0.5 x( )]을 실현할 수 있다. 이러한 시스템 설계에는 특정 최종 사용 장치도 포함되는데 모든 시스템의 5%에서 수요 를 약 40% 줄일 수 있으며 이로 인해 2%( 0.05 x 0.4)의 에너지가 절감될 수 있다. 경제적 측면 및 시행의 동인 압력 조정 및 파이프 재설치 등 압축공기시스템의 보정 비용은 계산하기 어렵고 특정 설 비의 사정에 크게 좌우된다. 중간 크기인 50kW 시스템의 절감액은 다음과 같이 추산할 수 있다. 50kW x 3000 h/yr x EUR 0.08/kW x 10 % = EUR 1200/yr 중요한 수요자 가까이에 90리터 탱크 추가 설치, 20미터의 배관, 10개의 호스 및 디스커넥 터 교체 등 이러한 시스템의 대규모 보정 비용은 약 EUR 2,000이며 투자 원금 회수 기간 은 1.7년에 불과하다. 압력 조정만 하는 경우 비용은 이보다 훨씬 적게 소요된다. 그러나 어떠한 경우에도 수요를 충족하는 최소한의 압력, 즉 최저 허용 압력을 염두에 두고 실시 해야 한다. 경제적 측면은 압축공기시스템의 보정 작업을 촉발하는 요인이다. 가장 큰 장애물은 압축 공기시스템에 관한 지식 및 숙련된 직원의 결여다. 기술 담당자는 압축 공기가 고가라는 점을 알고 있을 것이다. 그러나 비효율은 명백하게 드러나는 것이 아니기 때문에 운영자 는 심도 있는 지식을 갖춘 직원을 보유하지 못하는 것이다. EU의 여러 국가에서 압축 공기 지식 보급에 적극 나섬으로써 이행을 촉진하게 되었고 모 두에게 혜택이 돌아가는 상황이 조성되었다. 압축공기시스템 소유주는 보다 낮은 비용으 로 생산할 수 있게 되고 압축기 및 기타 장치의 공급업체의 수익이 늘어나고 발전소의 대 기 오염 물질 배출이 줄어들어 환경 보호에 기여하게 되었다. 사례 제출된 데이터 없음 참조 정보 [168, PNEUROP, 2007, 194, ADEME, 2007] 가변 속도 드라이브(VSD) 설명 압축기의 가변 속도 드라이브(VSD, 참조)는 사용자가 공정에서 요구하는 공기 요건 이 하루 중 시간에 따라, 일주 중 날짜에 따라 변동폭이 클 때 유용하게 사용된다. 부하/ 탈부하, 변조, 용량 조절 등 재래식 압축기 제어 시스템은 이러한 공기 수요의 변동을 추 적한다. 그러나 이러한 제어 노력이 주파수 변환 및 높은 대기 시간을 초래하면 그에 따 른 에너지 효율 감소가 발생한다. 그러나 VSD 압축기에서 전기모터의 속도는 압축 공기 수요에 비례해서 변하기 때문에 에너지 절감 폭이 매우 크다. 연구 결과를 보면 대다수 압축 공기 사용 현장에서 공기 수요의 변동폭이 중간 정도에서 큰 폭에 이르고 있으며 이로 보아 가변 속도 드라이브 압축기를 적용하면 에너지 절감 가 능성은 매우 크다고 판단된다. 달성된 환경 편익 에너지 절감 214 에너지 효율

249 3 장 매체통합적 영향 없음 운영 데이터 독립된 실험실에서 실시한 테스트 결과를 보면 전형적인 공기 수요 패턴을 대상으로 가동 했을 때 에너지를 크게 절감할 수 있다는 사실이 밝혀졌다. 압축기의 가변 속도 드라이브 는 에너지 절감 외에 다음과 같은 혜택을 가져온다. 압력이 매우 안정적이며, 이로써 일부 민감한 공정에서 가동상의 공정 안정성이 달성 된다. 재래식 드라이브에 비해 역률이 매우 높다. 이것이 무효전력을 낮춘다. 시동 전류는 모터의 전부하 전류를 상회하지 않는다. 그 결과 사용자는 전기 구성품 의 정격을 낮출 수 있다. 또한 시동 시 피크 전류를 피할 수 있어 유틸리티 회사에서 부과하는 벌금을 물지 않아도 된다. 피크 절약은 자동으로 실현된다. VSD 기술은 낮은 속도에서 부드러운 시동을 가능하게 하여 전류 및 토크 피크를 제 거할 수 있으며 이로써 기계적 마모 및 전기적 응력을 감소시키고 압축기의 수명을 연장시킨다. 압축기를 필요할 때만 가동하기 때문에 소음이 감소한다. 적용 분야 가변 속도 드라이브는 금속, 식품, 섬유, 제약, 화학 설비 등 변동폭이 매우 큰 압축 공기 수요 패턴이 나타나는 광범위한 산업의 여러 형태의 운영 방식에 적절하게 적용할 수 있 다. 압축기를 지속적으로 전부하로 또는 그와 근접하게 운전하면 실제적 편익을 달성할 수 없다(아래 사례 참조). VSD 압축기를 기존 압축 공기 설비에 적용할 수 있으며, 한편 VSD 제어기를 기존의 고 정 속도 압축기에 통합할 수 있다. 그러나 VSD 조절기와 모터를 함께 조달하면 속도 범 위 내에서 최대의 효율을 내도록 조율이 된 상태가 되므로 보다 우수한 성능을 얻을 수 있다. VSD는 구형 압축기와의 부조화 가능성 때문에 최신 압축기에 한해서 적용하는 것 이 좋다. 확신이 서지 않으면 제조사 또는 CAS 전문가에게 문의하여 도움을 청한다. 다수의 CAS에 이미 가변 속도 드라이브로 구동되는 압축기가 설치되어 있기 때문에 산업 전반의 추가 적용 가능성은 약 25%다. 압축기 한 대에 가변 속도 드라이브를 장착한 CAS 의 평균 이득은 약 15%지만 절감 폭은 최대 30%에 이른다. 보다 많은 CAS에서 가변 속 도 드라이브로 구동되는 압축기를 유익하게 활용할 수 있을 것으로 사료된다. 경제적 측면 압축기의 수명 주기 비용의 약 80%는 에너지가 차지한다. 나머지 20%는 투자비와 유지 보수용이다. 가변 속도 드라이브 사용으로 15%의 에너지가 절감되는(낮게 잡은 추산치) 설비는 12%의 수명 주기 비용을 절감할 수 있으며, 이때 가변 속도 압축기 투자 비용(재 래식 압축기 대신 사용하는 경우)은 수명 주기 비용에 2%-5%를 추가하는 정도에 불과하 다. 시행의 동인 경제적 측면 및 환경적 관심이 주요 동인이다. 사례 영국 하틀풀 소재 Norwegian Talc Ltd에서 18개월 된 낡은 스크류 압축기에 대해 BS 1571 에 준한 용량 시험을 실시했다. 50% 배출 가동 조건에서 9.4kW(전부하 동력의 9%) 의 에 너지 절감을 실현할 수 있었으며 부하를 더 줄이면 이보다 더 큰 폭의 절감이 가능할 것 으로 보였다. 그러나 전부하 상태에서 에너지 소비는 인버터의 동력 손실로 인해 4% 증가 할 것이기 때문에 VSD는 장시간 전부하 상태에서 가동하는 압축기에는 사용하지 말아야 한다. 에너지 효율 215

250 3 장 참조 정보 [168, PNEUROP, 2007, 194, ADEME, 2007, 195, DETR] 고효율 모터(HEM) 설명 고효율 모터에 대한 공식 정의는 없지만 일반적으로 손실이 최저 수준으로 감소된 모터를 지칭한다. 고효율 모터는 전기적 손실 및 기계적 손실을 최소화하여 에너지 절감을 실현 한다. 세계 도처에서 여러 분류법을 사용하여 고효율 모터를 다른 모터와 구분하고 있으 며 EFF1, NEMA 프리미엄 등은 이러한 예에 속한다(3.6.1참조). 달성된 환경 편익 에너지 절감 매체통합적 영향 전류 흡인이 낮음 열 생성이 낮음 운영 데이터 제출된 데이터 없음 적용 분야 모터 손실은 모터의 사용 장소, 사용 목적과 상관없이 발생한다. 이는 고효율 모터는 사용 장소를 가리지 않고 어디서든 사용할 수 있다는 의미다. 고효율 모터는 대다수의 대규모 시스템에 사용되며(75%), 나머지 25%는 소규모 시스템에 사용되고 있다. 경제적 측면 1%-2%에 불과한 효율성 증가라 하더라도 모터의 전체 수명을 생각할 때 절감 누적분은 결코 작다고 할 수 없다. 시행의 동인 비용 절감 사례 제출된 데이터 없음 참조 정보 [168, PNEUROP, 2007, 194, ADEME, 2007, 195, DETR] CAS 마스터 제어 시스템 설명 대다수 IPPC 적용 시스템에서 CAS는 다중 압축기 설비라 할 수 있다. 이와 같은 다중 압 축기 설비의 효율은 CAS마스터 제어를 통해 상당히 향상될 수 있는데, 마스터 제어는 운 영 데이터를 압축기와 교환하고 개별 압축기의 가동 모드를 부분적 또는 전체적으로 제어 한다. 이러한 마스터 제어의 효율은 통신 링크의 성능에 따라 크게 다르다. 통신 링크는 단순한 부동( 浮 動 ) 릴레이 접점에서부터 자동 프로토콜을 이용하는 네트워크에 이르기까지 다양하 다. 통신 성능의 증대는 그만큼 압축기로부터 제한 없이 운영 데이터를 불러올 수 있기 때문에 개별 압축기의 가동 모드를 제어하고 CAS의 전제 에너지 소비를 최적화하는 데 유용하다. 216 에너지 효율

251 3 장 마스터 제어의 제어 전략은 개별 압축기의 특성, 특히 제어 모드를 감안한 것이어야 한다. 실례를 들어 설명하기 위해 공통적인 압축기 유형의 제어 모드에 관해 언급하고자 한다. 개별 압축기에서 가장 많이 사용하는 제어 모드는 다음과 같다. 부하, 대기 시간, 정지 사이의 전환 주파수 제어 정교한 압축기 및 마스터 제어의 주요 특징을 요약하면 다음과 같다. 최첨단 통신 특성(예: 자동 프로토콜 기반 통신) 개별 압축기의 운영 데이터에 대한 CAS 마스터 제어의 광범위한 사용 모든 압축기 가동 모드에 대한 CAS 마스터 제어의 포괄적 제어 CAS 특성의 인식을 포함하는 마스터 제어 전략의 자체 학습에 의한 최적화 부하가 걸리고, 대기 중인, 그리고 정지된 고효율 압축기들의 결합을 결정하고 활성화 하며 총 자유공기 방출 수요(FAD)에 맞추기 위한 이러한 동작 상태 사이의 전환 불변 속도 특히 낮은 주파수에서의 비효율적 장시간 가동을 피할 수 있는 FAD 수요 의 단시간 변동폭을 보상하기 위한 효과적인 가변 주파수 압축기의 제어 전환 빈도수 및 고정 속도 압축기의 대기 시간 최소화 수요 패턴 주기(예: 일일 또는 주간 교대 및 작업장 패턴)의 인식을 포함하는 총 FAD 수요의 정교한 예측 방법 및 모델 원격 감시, 설비 데이터 수집, 유지보수 계획, 원격 서비스 및 웹 서버를 통한 사전 가공 작동 데이터의 공급 압축기 외에 CAS 기타 구성 부분의 제어 달성된 환경 편익 에너지 효율의 향상 흡인된 전류 및 생성된 열이 낮음 매체통합적 영향 없음 운영 데이터 단독 압축기 설비: 압축기가 고정된 속도에서 지속적으로 최적 효율 상태로 가동하면 CAS의 최적 가동 조건이 발동한다. 그러나 공기 수요가 지속적이지 않은 경우 장시 간의 대기 시간 동안의 정지/대기 상태는 효율적인 해결책이 될 수 있다. 주파수 제어를 할 수 없는 압축기는 부하, 대기 및 정지 사이를 전환하며 고정 속도 에서 가동하면서 부하 상태에서는 100%(FAD), 대기 또는 정지 상태에서는 0%(FAD) 가 된다. 정지시키는 것보다 대기 모드에 두는 것이 더 나은 경우가 종종 있는데 압 력 조절이 전기 구동 모터의 허용 시동 주파수보다 더 빈번하게 100% FAD와 0% FAD 사이의 변동을 초래하는 경우가 이에 해당한다. 이런 경우에는 대기 모드에 두 어야 한다. 대기 모드에서의 전력 소비는 전부하 상태의 20%-25%로 보면 된다. 정지 상태로 전환 후 의 압축기 환기로 인한 손실 및 드라이브 모터의 시동 손실은 추가로 발생하는 손실이다. 단독 압축기 설비의 경우 필요한 전환 빈도는 부하 프로파일, 저장 탱크 크기, 허용 압력 밴드 및 FAD 등의 직접적 영향을 받는다. 에너지 효율 217

252 3 장 이와 같은 제어 매개변수를 잘못 선택하면 불연속 모드로 가동되는 고정 속도 압축기의 평균 효율은 연속 모드에서 최고 속도로 가동되는 경우에 비해 현저히 감소한다. 이런 경 우 정교한 불연속 가동 압축기의 프로세스 매개변수를 최적화하기 위한 마스터 제어의 채 택은 CAS의 효율을 개선하는 효과적인 수단이 된다. 복잡한 마스터 제어에는 모터의 온 도(측정 또는 추정)가 즉각적인 재시동을 허용하는 경우 압축기를 직접 정지시킴으로써 대 기 상태 및 여러 전략을 사용하는 전환 빈도를 최소화하도록 설계 및 프로그램이 구성되 어 있다. 고정 속도 압축기는 대기 시간을 최소화할 수만 있다면 에너지 효율이 대단히 높아진다. 주파수 제어 압축기에서 압축기 구성 부분의 가동 속도는 최고 속도와 최저 속도 사 이에서 지속적으로 변동한다. 일반적으로 제어는 최고 속도와 최저 속도인 4:1과 5:1 사이에서 작용하며 용적형 압축기(예: 스크류 압축기)의 FAD는 가동 속도에 대충 비 례한다. 주파수 컨버터의 내재적 손실 및 비동기식 구동 모터의 유도 손실 때문에 구 동 시스템의 효율은 고정 속도 드라이브에 비해 감소된다(전부하에서 3%-4% 감소, 부분 부하에서는 이보다 높음). 이외에 용적형 압축기의 효율(예: 주유 및 건조 가동 스크류 압축기)은 낮은 가동 속도에서 설계점 가동에 비해 현저히 감소한다. 단일 압축기 설비에서 이러한 부정적 효과는 고정 속도 압축기에서 발생하는 대기, 환기 및 시동 손실을 제거할 때 가변 주파수 압축기의 적절한 조절 특성에 의해 보전된다. 제 한된 제어 범위 때문에 가변 주파수 압축기에서도 FAD 수요가 낮을 때 약간의 대기, 정 지 및 시동 손실이 나타난다. 다중 압축기 설비: 다중 압축기 설비의 경우 위 설명처럼 단순하지 않다. 여기서는 여러 압축기의 복잡한 결합, 전이, 가동 모드를 통제하는 마스터 제어를 통해 수시로 변동하는 FAD 수요를 맞춘다. 또한 가변 주파수 압축기가 포함된 경우 이들의 가동 속도를 제어하여 고정 속도 압축기들의 대기 상태 및 전환 빈도를 최소화해야 한다. 가변 주파수 압축기를 다중 압축기 설비에 통합하는 작업은 비교적 작은 저장 용량, 현저 히 및 급속하게 변동하는 FAD 수요, 여러 대의 압축기 및 압축기의 불충분한 크기 배분 등의 특성을 가진 CAS에서 매우 성공적으로 달성된다. 한편 합리적으로 압축기 크기가 배분된 CAS는 마스터 제어를 통해 전환 빈도 및 대기 시간이 낮은 다수의 각기 다른 압 축기를 활성화함으로써 생성된 FAD를 정확하게 FAD 수요에 맞게 조정할 수 있다. 마스터 제어는 다수의 압축기를 공통 압력 밴드 위에서 가동하여 규명된 최저 압력을 적 절한 측정점에서 유지한다. 이로써 케스케이드 설계에 비해 확실한 에너지 절감이 달성된 다. 정교한 마스터 제어는 전환 빈도의 증대 없이 압력 밴드를 좁혀주고 압축기의 대기 시간을 허용하는 전략을 구사한다. 좁아진 압력 밴드는 평균 배압을 더욱 낮추므로 부하 상태의 압축기의 비에너지 요구량 및 인공적인 후처리 수요를 줄여준다. 적용 분야 SAVE 연구 결과를 보면 정교한 제어 시스템의 개조는 기존 CAS의 20%에 적용이 가능하 며 비용 효과가 있는 것으로 나타났다. IPPC설비의 대규모 CAS에서의 정교한 마스터 제 어의 사용은 최신 기술로 간주되어야 한다. 218 에너지 효율

253 3 장 시스템 설계 단계에서 처음에 압축기를 선택할 때 또는 주요 구성 부분(압축기)을 교체할 때 정교한 마스터 제어의 수행을 계획한다면 최대의 에너지 절감을 실현할 수 있다. 이 경우 마스터 제어 및 압축기 제어의 선택은 기술이 앞선 포괄적이고 호환성이 있는 통신 능력을 갖춘 것이 되도록 주의를 기울여야 한다. CAS의 긴 수명 때문에 이와 같은 최적 시나리오는 실현하기 그리 쉽지 않다. 그러나 기 존 CAS를 정교한 마스터 제어로 개조하고, 발전적 대체 방안이 없다면 낡은 압축기를 부 동( 浮 動 ) 릴레이 접점을 경유하여 연결하더라도 상당한 에너지 절감을 실현할 수 있다. 경제적 측면 마스터 제어 시스템을 새 CAS에 통합할 경우의 비용 효과는 수요 프로파일, 전선 길이, 압축기 유형 등과 같은 여건에 의해 좌우된다. 이 경우 평균 에너지 절감은 12%로 추산된 다. 개조의 경우, 기존 CAS의 마스터 제어 시스템, 낡은 압축기의 통합과 새로운 제어 계 획 등은 또 다른 불확실성의 원인이 되지만 비용 회수 기간은 대체로 1년 미만이다 시행의 동인 가장 중요한 시행의 동인은 에너지 절감이다. 그러나 다른 동인도 작용한다. 정교한 마스 터 제어 및 압축기 제어에서 앞선 통신 능력이 입증되면 마스터 제어에서 포괄적인 운영 데이터를 수집할 수 있게 된다. 이점은 다른 특성과 함께 사전 계획된 또는 상태에 기초 한 유지 보수, 원격 서비스, 원격 감시, 설비 데이터 수집, 압축 공기 원가 계산 및 이와 유사한 서비스의 근거를 제공한다. 이러한 일련의 서비스는 유지 보수 비용 절감 및 가동 기회의 증대에 기여하고 압축 공기 생산 비용에 대한 보다 높은 경각심을 갖게 한다. 사례 영국 솔리헐 소재의 포드 자동차회사(구 랜드로버)에서 컴퓨터로 처리하는 압축기 제어 시 스템을 설치해서 압축 공기 생산비를 18.5% 감축했다. 시스템을 설치하고 생산 중단 없이 가동했다. 시스템의 전체 비용에 대한 투자비 회수 기간은 16개월이었으며 이는 3대 또는 4대의 압축기를 이용하는 대부분의 압축공기시스템에서 재현할 수 있는 수준이다. 이는 아래의 사례에서와 같이 대규모 압축 공기 사용자들에게 전기 비용을 절감할 수 있는 단 순하지만 신뢰도 높은 기회를 제공한다. 잠재적 사용자: 3대 또는 4대의 압축기를 사용하는 모든 압축기 실 투자비용: 시스템 관련 전체 비용은 EUR 44,900였으며 이 중 EUR 28,300은 자본 비 용이었다(1991년 가격). 달성된 절감액: 600,000kWh(2,100GJ/yr, EUR 34,000/연(1991 가격)에 해당 됨 비용 회수 기간: 1.3년(제어기로부터의 직접적 이익), 8개월(누출 감소분 감안 함) (GBP 1 = EUR , 1991년 1월) 필요한 투자비용은 최근 들어 현저히 하락했다. 따라서 자본 비용은 EUR 38,300에서 1998 년에는 EUR 5,060으로 감소되어야 하며, 1998년 랜드로버보다 낮은 전기 비용에도 불구하 고 회수 기간은 3개월 미만으로 나타났다. 참조 정보 [113, Best practice programme, 1996] 에너지 효율 219

254 3 장 열회수 설명 산업용 공기 압축기에서 사용하는 대부분의 전기 에너지는 열로 변환되며 변환된 열은 외 부로 향하게 된다. 대다수의 경우 적정 설계의 열회수 장치는 이러한 가용 열에너지의 상 당 부분을 회수하여 수요가 있을 때 공기 또는 물을 데우는 데 사용한다. 달성된 환경 편익 에너지 절감 매체통합적 영향 없음 운영 데이터 두 가지 다른 열회수 시스템을 사용할 수 있다. 공기 가열: 공냉식 패키지 압축기는 공간 난방, 산업 건조, 오일버너 또는 기타 더운 공기가 필요한 장치의 흡인 공기 예열 등을 위한 열회수에 적합하다. 대기 공기가 압 축기 냉각기를 통과하면서 압축 공기 공정으로부터 열을 추출한다. 패키지 압축기는 일반적으로 캐비닛으로 둘러싸여 있고 그 안에 열 교환기와 팬을 갖추고 있으므로 필요한 시스템 변경은 단지 도관을 추가하고 팬을 하나 더 설치해서 도관의 부 하를 처리하고 압축기 냉각팬의 배압을 제거하면 된다. 이러한 열회수 시스템은 힌지가 달린 간단한 배출구로 조절할 수 있으며 이 배출구에는 자동 온도 조절식 제어 장치가 달 려 있다. 공간 난방을 위한 열회수는 수냉식 압축기의 경우 열 교환 추가 단계가 필요하고 가용 열 의 온도가 낮기 때문에 효율이 떨어진다. 수냉식 압축기는 대부분 규모가 크기 때문에 공 간 난방을 위한 열회수는 바람직하다. 물 가열: 공냉식/수냉식 패키지 압축기의 윤활유 냉각기에서 폐열을 추출하여 온수를 생산하기 위해 열 교환기를 사용할 수 있다. 설계 유형에 따라 차이가 있지만 열 교 환기는 비음용수 또는 음용수를 생산할 수 있다. 온수가 필요하지 않은 경우 윤활유 는 표준 윤활유 냉각기로 내보낸다. 온수는 중앙관리식 난방 또는 보일러 시스템, 샤워 시스템, 산업 세척 공정, 도금 작업, 히 트펌프, 세탁 또는 기타 온수가 필요한 적용 분야에서 사용된다. 적용 분야 열회수 시스템은 대부분의 압축기 시장에서 옵션 품목으로 제공되며 압축기 패키지에 통 합되거나 외부 시스템으로서 사용할 수 있다. 기존 CAS는 대개는 매우 쉽게 경제적인 비 용으로 개조할 수 있다. 열회수 시스템은 공냉식 및 수냉식 압축기 둘 다 적용할 수 있다. 경제적 측면 산업용 공기 압축기가 사용하는 전기 에너지의 80%-95%가 열에너지로 변환된다. 대부분 의 경우 제대로 설계된 열회수 장치라면 이러한 열에너지의 약 50%-90%를 회수하여 공기 또는 공기를 가열하는 유용한 일을 해내는데 전혀 문제가 없다. 에너지 절감 잠재력은 압축공기시스템, 가동 조건 및 효율적 활용에 따라 다르다. 220 에너지 효율

255 3 장 압축공기시스템으로부터 회수 가능한 열은 보통은 직접 증기 생산을 하기에는 불충분하 다. 냉각 공기 입구 위의 공기 온도 25 C - 40 C 및 물 온도 50 C - 75 C를 얻을 수 있다. 주유식 스크류 압축기의 에너지 절감 계산 예시가 아래의 표 3.25에 제시되어 있다. 공칭 출력 압축기 회수 가능 열 (공칭 출력의 약 80% ) 연간 연료 절감 연간 가동 시간 40,000 일때 연간 비용 EUR 0.50/l 연료유 kw kw 리터/연 EUR/연 ,330 18,165 표 3.25: 비용 절감 예시 [168, PNEUROP, 2007] 연간 비용 절감(EUR/연) = 압축기 공칭 출력(kW) x 0.8 x 가동 시간/연x 연료유 비용(EUR/l) 총 발열량(kWh/l) x 난방유 효율 식3.12 여기서: 연료유 총 발열량 = 10.57(kWh/l) 가열 효율 = 75% 시행의 동인 비용 절감 사례 제출된 데이터 없음 참조 정보 [121, Caddet Energy Efficiency, 1999, 168, PNEUROP, 2007] 압축공기시스템의 누출 감소 설명 압축공기시스템(CAS)의 누출 감소는 다른 것과 비교할 수 없을 정도의 에너지 이득을 달 성할 수 있는 잠재력이 있다. 누출은 시스템 압력(게이지)에 정비례한다. 모든 CAS에서 누 출 발생이 있으며 생산 중은 물론 24시간 내내 누출이 발생한다. 누출로 인한 압축기 용량 상실은 관리 상태가 우수한 대규모 시스템인 경우 10% 미만이 어야 한다. 소규모 시스템의 권장 누출율은 5% 미만이다. 오랫동안 운영하면서 규모가 커 졌으나 관리 상태가 불량한 CAS의 경우 누출량은 최대 25%에 이른다. 따라서 압축공기시스템의 예방적 유지 보수 프로그램에는 반드시 누출 예방 조치 및 정기 누출 검사가 포함되어야 한다. 일단 누출이 발견되어 이를 수리하면 시스템을 재평가해야 한다. 검사는 다음과 같은 내용을 포함한 것이어야 한다. 누출량 산정: CAS의 누출량을 산정하는 모든 방식은 시스템에 수요를 발생시켜서는 안 된다. 바꾸어 말하면 공기를 소비하는 모든 장치의 가동을 중지해서 공기 소비가 오로지 누출 때문에만 발생하도록 여건을 만들어야 한다. 에너지 효율 221

256 3 장 압축 공기 소비 측정기기를 설치한 경우 직접 측정이 가능하다. 시동/정지 장치가 장착된 압축기를 사용하는 CAS의 누출량은 총 측정 시간에 대한 압축기의 가동 시간(부하가 걸린 시간)을 측정함으로써 산정할 수 있다. 대표값을 얻 으려면 측정 시간은 최소 5회의 압축기 시동을 포함해야 한다. 압축기 용량에 대한 백분율로 표시된 누출은 다음과 같이 계산한다. 누출(%) = 100 x 가동 시간/측정 시간 다른 제어 전략을 갖춘 CAS에서의 누출은 압축기와 시스템 사이에 밸브가 설치된 경 우에 가능하다. 밸브의 하류 쪽으로 흐르는 전체 부피와 압력 게이지가 필요하다. 시스템을 가동 압력(P1)에 맞추고 압축기는 스위치를 끄고 밸브를 닫는다. 시스템이 P1에서 보다 낮은 압력인 P2로 떨어지는 데 소요되는 시간을 측정한다. P2는 가동 압 력(P1)의 약 50%가 되어야 한다. 누출 흐름은 이제 다음과 같이 계산할 수 있다. 누출량(m 3 /min) = 시스템 부피(m 3 ) x (P1(bar)-P2(bar)) x 1.25/t(분) 승수 1.25 는 시스템 압력 하강과 함께 감소되는 누출을 보정하기 위한 것이다. 압축기 용량의 백분율로 표시되는 누출량은 이제 다음과 같이 계산한다. 누출량(%) = 100 x 누출량(m 3 /min)/압축기 입구 부피유량(m 3 /min) 누출 감소: 누출을 막는 작업은 연결 부위를 조이는 일처럼 간단할 수도 있으며 커플 링, 피팅류, 파이프 구간, 호스, 조인트, 드레인, 트랩 등 고장난 장치를 교체하는 일처 럼 복잡해 질 수도 있다. 대다수의 경우 누출은 불량한 배관 실링 때문에 발생한다. 사용하지 않는 장비나 시스템은 사용되는 CAS의 여타 부분과 분리시켜야 한다. 누출을 줄일 수 있는 또 다른 방법은 시스템의 가동 압력을 낮게 유지하는 것이다. 누출 주변의 낮은 수준의 차압은 누출 유량을 감소시킨다. 달성된 환경 편익 에너지 절감 누출은 에너지 낭비의 원인이 될 뿐만 아니라 다른 가동 손실을 초래한다. 누출은 시스템 압력을 떨어뜨리고 이는 공기를 사용하는 장치의 효율성을 떨어뜨리며 이는 다시 생산성 을 감소시킨다. 이외에 장비의 순환을 보다 빈번하게 하기 때문에 거의 모든 시스템 장비 (압축기 패키지 포함)의 수명을 단축시킨다. 증가된 가동 시간은 추가 유지 보수의 필요를 발생시키고 예정에 없는 비가동 시간이 증가한다. 마지막으로 공기 누출은 불필요한 압축 기 용량 추가의 원인이 된다. 매체통합적 영향 보고된 바 없음 운영 데이터 누출은 산업 압축공기시스템의 에너지 낭비의 중요한 원인이 되고 있으며 종종 20%-30% 의 압축기 출력 낭비를 초래한다. 관리 상태가 적절하지 못한 설비의 경우 전체 압축 공 기 생산 능력의 20%에 해당하는 누출이 발생할 수 있다. 한편 누출을 미리 예방하고 대처한다면 규모가 큰 CAS라 하더라도 누출을 압축기 출력의 10% 미만으로 줄일 수 있다. 222 에너지 효율

257 3 장 누출 탐지에는 다음과 같은 여러 가지 방법이 있다. 규모가 큰 누출에서 나오는 소음을 찾는다. 붓에 비눗물을 묻혀 의심이 가는 지점에 바른다. 초음파 음향 탐지기를 사용한다. 수소 또는 헬륨을 사용하여 가스 누출 부위를 추적한다. 누출은 시스템의 모든 부문에서 발생할 수 있으며 가장 취약한 부문은 다음과 같다. 커플링, 호스, 튜브 및 피팅류 압력 조절기 개방된 응축수 트랩 및 차단 밸브 파이프의 조인트, 단절 부위, 배관 실링 압축 공기 공구 적용 분야 모든 CAS에 적용 가능함(표 3.23 참조) 경제적 측면 누출 탐지 및 수리비용은 개별 CAS에 따라 차이가 있으며 유지보수 직원의 기량에 영향 을 받는다. 중간 크기인 50kW CAS의 전형적인 절감액은 다음과 같다. 50kW x 3000h/연 x EUR 0.08/kWh x 20% = EUR 2400/연 정기 누출 감지 및 보수비용은 연간 EUR 1000가 소요된다. 누출 감소는 폭넓게 실시할 수 있으며(80%), 이득 또한 크기 때문에(20%) CAS의 가장 중 요한 에너지 소비 절감 방안이 될 수 있다. 시행의 동인 제출된 데이터 없음 사례 1994년 데이터를 기준으로 했을 때 Van Leer(UK) Ltd는 EUR 7.53/1000m 3 의 비용으로 압축 공기 1,000m 3 를 생산하기 위해 179kWh를 사용했다. 누출 감소 노력으로 연간 189,200kWh 를 절감했으며 이는 연간 EUR 7,641에 해당된다. 이는 압축 공기 공급 원가를 25% 절감 한 것과 같다. 누출 조사비용 EUR 2,235 및 보수 작업에 추가로 EUR 2,874(부품 교체 재 료비 및 인건비)를 사용했다. 연간 절감액 EUR 7,641을 감안할 때 누출 감소 프로그램은 9개월의 투자비용 회수 기간을 달성할 수 있었다(GBP 1 = EUR , 1994년 1월 1 일 현재). 참조 정보 [168, PNEUROP, 2007] 필터 관리 설명 불량한 청소 상태 또는 필터를 자주 교환하지 않을 경우 등 필터를 제대로 관리하지 않으 면 압력 손실이 발생할 수 있다. 달성된 환경 편익 에너지 절감 오일증기 및 미립자배출 감소 에너지 효율 223

258 3 장 매체통합적 영향 필터사용의 증가 및 사용 후 폐기 운영 데이터 제출된 데이터 없음 적용 분야 모든 CAS 경제적 효과 표 3.23 참조 시행의 동인 제출된 데이터 없음 사례 제출된 데이터 없음 참조 정보 압축기로의 외부 찬 공기 공급 설명 메인 압축기 스테이션은 압축 공기 주 수요 부하 가까이에 위치하는 경우가 많은데 이는 선로를 따라 발생하는 압력 하강을 줄이기 위한 조치다. 메인 스테이션을 지하에 설치하 거나 설비 안의 내실에 두기도 한다. 이런 경우 압축기에 공급하는 신선한 공기가 결여되 어 모터는 외부 공기 온도보다 높은 주위 공기를 압축할 수 밖에 없게 된다. 열역학적으 로 더운 공기의 압축은 찬 공기 압축보다 더 많은 에너지를 필요로 한다. 기술 문헌에서 는 압축기 입구의 공기 온도가 5 오를 때마다 2%의 전력이 더 필요하다고 밝히고 있다. 이러한 에너지는 단순히 외부 공기를 공급함으로써 절감할 수 있는 것이다. 특히 겨울철 에는 장소에 따라 차이는 있지만 외부 온도와 내부 온도의 차이는 5 C의 여러 배가 되며 그만큼 절감폭도 커진다. 외부와 압축기 입구 또는 압축 공기 스테이션 전체를 연결하는 도관을 설치할 수 있다. 도관의 길이에 따라 팬을 설치하면 좋을 것이다. 이러한 에너지는 계획 단계에서 고려해야 한다. 외부 흡입구는 북쪽 면이나 적어도 대부분의 시간 동안 그 늘이 형성되는 쪽을 택해야 한다. 달성된 환경 편익 1차 에너지 자원 소모가 줄어든다. 일반적으로 압축기는 전기모터로 구동한다. 매체통합적 영향 알려진 바 없음 운영 데이터 압축기에서 방출하는 다량의 열 때문에 이러한 열의 회수 여부와 상관없이 CA(압축 공기) 스테이션의 실내 온도는 항상 높다. 겨울철에도 실내 온도가 30 C-- 35 C에 이르는 경우가 빈번하게 발생한다. 외부와 내부의 온도 차가 클수록 전력 절감 폭은 그만큼 커진다. 이러 한 절감은 가동 중인 압축기의 가동 시간 동안 증가한다는 점을 잊지 말아야 한다. 224 에너지 효율

259 3 장 적용 분야 압축기 입구 공기 온도를 외부의 찬 공기를 공급해 낮추는 일은 언제든 가능한 일이다. 벽체의 둥근 구멍을 열고, 또 외부 흡입구와 압축기 흡입구를 도관으로 연결하는 것만으 로도 충분할 수 있다. CA 스테이션의 설치 장소가 외부와의 접근이 어렵게 된 경우라면 실내의 환기를 개선해야 한다. 문제점 있는 설치 장소의 절반 정도는 이런 방식을 적용해 서 해결할 수 있을 것으로 예상된다. 경제적 측면 압축기에 유입되는 공기의 온도를 줄이면 경제적 이득이 되는 결과를 가져온다. 예를 들 면, 차가운 외부 공기의 유입은 값을 지불하지 않아도 된다. 그리고 압축기 가동 시간의 감소(kWh 절감) 및 전력 공급의 감소(kW 절감)를 달성할 수 있다. 표 3.26은 이러한 기술을 이용해서 성취되는 절감에 대한 평가 내용을 제시하고 있다. 이 예시는 실제 에너지 진단에서 추출한 것이다. 내용 값 단위 공식 비고 A 현재 설치된 압축기 출력 135 kw - B 가동시간/연간, 전부하 2000 h/yr - C 필요한 에너지 kwh AxB D 감소된 공급 공기 온도 5 C - 추산 E 절감율 2.00 % - 기술 문헌 F 연간 전기에너지 절감 5400 kwh CxE G kwh 가격 EUR/kWh - 평균 H 연간 경제적 절감액 717 EUR/year FxG I 투자 5000 EUR - 도관 및 팬 L 세전 내부 수익률(IRR) 6.7 % - 비용-수익 분석 (*) M 순 정량값 536 EUR - 비용-수익 분석(*) N 비용 회수 7.0 연 - 비용-수익 분석(*) (*) 10년 수명 및 이자율 5% 표 3.26: 외부 찬 공기를 압축기에 공급해서 획득한 절감 내용 시행의 동인 간편한 설치 에너지 및 비용의 절감 사례 이탈리아 소재의 반도체 공장 참조 정보 [229, Di Franco, 231, The motor challenge programme, 233, Petrecca, 1992] 에너지 효율 225

260 3 장 압력 수준의 최적화 설명 생성된 압축 공기의 압력이 낮을수록 생산의 비용 효율은 그만큼 더 높아진다. 그러나 모 든 능동적 소비 주체는 항상 충분한 압축 공기를 공급받을 수 있어야 한다. 개선된 제어 시스템을 통해 피크 압력을 줄일 수 있다. 압력 범위를 좁혀 생성된 압축 공기의 압력을 줄이는 방법은 다양하다. 이러한 방안을 아래에 요약하고 그림 3.35에 제시해 놓았다. 압축기의 기계적 스위치를 통한 직접 조정. 압축기의 압력 범위를 조정하는 가장 경 제적인 방법은 기계적 스위치를 사용하는 방법이다. 설정 시간이 스스로 변동되는 경 우가 많기 때문에 이러한 제어 스위치를 수시로 재조정해 주어야 한다. 주파수변환압축기 또는 적정 크기의 압축기를 이용한 지능형 제어. 압력 범위는 피크 부하 압축기로의 기능을 하고 스피드 드라이브를 특정 압축 공기 필요량에 따라 조정 하는 주파수변환압축기 또는 가장 적절한 크기의 압축기로 전환해 주는 마스터 제어 를 통해 재조정된다. 압력 범위를 한계선까지 감축(최적 지능형 제어). 지능형 제어 시스템은 압축기 네트 워크가 공급 부족 제한선 바로 위까지만 가동하도록 압력 범위를 감소시킨다. 이러한 제어 시스템의 여러 효율이 그림 3.34에 제시되어 있다. 압력(bar) 현재의 시스템 최적화 기계적 제어 지능형 제어 최적화 지능형 제어 그림 3.34: 여러 종류의 압축기 제어 [28, Berger, 2005] 226 에너지 효율

261 3 장 그림 3.34에 대한 설명은 다음과 같다. 다양한 제어 시스템의 붉은색 수평 선분은 생성된 압축 공기의 평균 압력을 나타낸 다. 현재 시스템의 대각선 무늬로 채워진 노란색 막대에서 압축 공기의 평균 압력이 8.2bar임을 알 수 있다. 수직무늬의 녹색 막대에서 기계적 스위치는 0.4bar의 차이(미리 정한 하한선 및 상한 선 사이의 차이)를 두고 설정할 수 있음을 알 수 있는데 이는 허용치 때문이다. 따라 서 압축 공기는 7.8bar에서 생성된다. 이는 첫 번째 피크 부하 압축기가 시동되는 지 점이 7.6bar에서 변동되지 않는다는 가정에 근거한 것이다. 지능형 제어 시스템의 푸른 색 막대는 전체 압축기 스테이션의 압력 범위를 0.2bar로 좁힐 수 있다. 이 제어 시스템은 압력 변화율에 반응한다. 첫 번째 피크 부하 압축기 가 시동되는 지점이 향후에도 미리 정한 압력 하한선에서 변하지 않는다면 평균 압력 은 7.7bar가 된다. 다른 압축기 스테이션과 비교했을 때 7.7bar의 압력은 아직도 상당히 높다. 두 번째 피크 부하 압축기(=연속된 압축기)의 스위치가 켜지는 압력 한계치는 6.8bar이므로, 이는 압축 공기의 하한선으로 간주된다. 이 압력은 유사한 압축기 스테이션의 압력과 일치한다. 이 경우의 평균 압력은 6.9bar다. 달성된 환경 편익 생산 현장에서 1bar의 압력을 줄이면 6%-8%의 에너지를 실제로 절감할 수 있다. 또한 압 력을 줄이면 누출도 함께 감소된다. 매체통합적 영향 제출된 데이터 없음 운영 데이터 제출된 데이터 없음 적용 분야 지능형 제어 시스템 및 최적 지능형 제어 시스템에서 사용할 수 있는 VSD 기반의 압축기 제어는 신규 구입의 경우에 한해 비용 효과가 높은 것으로 밝혀졌는데 이는 제조사에서 기존 압축기에 주파수 변환기를 설치하는 것을 권장하지 않기 때문이다 경제적 측면 최적 지능형 제어의 경우 압축 공기의 압력을 평균 8.2bar에서 6.9bar로 줄일 수 있는데 이 는 9.1%의 에너지 절감에 해당된다. 제어의 최적화에 소요되는 비용은 미미하지만 연간 수백만 MWh를 절감할 수 있으며 이를 금액으로 환산하면 수만 유로가 된다(예: 500kW 성능의 압축기에서 연간 400MWh의 절감을 달성할 수 있으며 연 가동 시간이 8,700시간이 면 연간 EUR 20,000를 절감할 수 있음). 시행의 동인 원가 절감 사례 랜드로버(영국)에서 컴퓨터로 처리하는 압축기 제어 시스템 설치 후 압축 공기 생산 비용 을 18.5% 절감할 수 있었다. 시스템 전체 비용을 감안했을 때 비용 회수 기간은 16개월로 나타났다. 압축 공기 누출 부위를 보수한 후 추가로 20%를 더 절감할 수 있었다. 참조 정보 [227, TWG, 244, Best practice programme] 에너지 효율 227

262 3 장 사용 변동폭이 큰 곳 가까이에 저장하는 압축 공기 설명 압축 공기 저장 탱크는 CAS에서 사용 변동폭이 매우 큰 곳에 가까이에 둔다. 달성된 환경 편익 피크 수요를 고르게 한다. 피크 수요를 줄임으로써 시스템이 요구하는 압축기의 용량도 감소한다. 부하는 보다 균일하게 분포되며 압축기는 효율성이 가장 높은 부하에서 가동된 다. 매체통합적 영향 제출된 데이터 없음 운영 데이터 제출된 데이터 없음 적용 분야 수요 변동 폭이 매우 큰 영역이 있는 모든 경우에 적용한다. 사용 범위가 넓다. 경제적 측면 자본 비용 및 가동비용의 감소 시행의 동인 제출된 데이터 없음 사례 제출된 데이터 없음 참조 정보 제출된 데이터 없음 3.8 펌프 시스템 설명 펌프 시스템은 세계 전기 수요의 거의 20%를 차지하며, 산업 설비 운영에 소요되는 에너 지의 25%-50%를 사용한다. 펌프 시스템은 다음과 같은 여러 부문에서 폭넓게 사용되고 있다. 산업 서비스 식품 가공 화학 물질 석유 화학 제약 상업 및 농업 서비스 도시 상하수도 서비스 가정용품 펌프는 유동체를 운반하는 방식에 따라 터보 펌프(rotodynamic pump) 및 용적형(positive displacement) 펌프로 구분된다. 산업 시설에서 펌프는 대부분 전기모터로 구동되며 대규모 산업 시설의 경우 증기 터빈을 사용하기도 한다(또는 독립형 왕복기관을 사용하는 경우도 있음). 228 에너지 효율

263 3 장 터보 펌프(보통 원심성)는 유동체 안에서 회전하여 접선에 따라 작용하는 가속도를 유동체 에 전하고 그 결과 유동체 에너지를 증가시키는 블레이드 임펠러에 기초하고 있다. 펌프 의 목적은 이러한 에너지를 유동체의 압력 에너지로 전환하여 관련 파이프 시스템에서 사 용할 수 있게 하는 데 있다. 모터 다음으로 원심 펌프는 가장 흔한 기계이며 상당량의 에 너지를 소비한다. 용적형 펌프는 고정된 양의 유동체를 분리하여 액체를 이동시키며 이후 분리된 양을 배출 파이프에 밀어 넣는다. 용적형 펌프는 다시 다음과 같이 세분화된다. 회전식(예: 로터리 베인 펌프). 고압 유압 펌프, 에어컨의 냉매 라인의 배출을 포함하 는 저진공 적용 분야에 일반적으로 사용된다. 왕복식(예: 다이어프램 펌프). 다이어프램 펌프는 뛰어난 흡입 양정(suction lift) 특성이 있으며 일부는 저유량의 저압 펌프로 사용된다. 뛰어난 건식 운전 특성이 있으며 저 전단 펌프다(예: 고형 분자를 분쇄하지 않음). 슬러지 및 석질이 많이 함유된 슬러리 와 같은 고형 성분이 많은 액체를 처리할 수 있다. 테프론 다이어프램, 볼 체크 밸브, 유압 엑추에이터 등이 장착된 다이어프램 펌프는 정확한 양의 화학용액을 고압에서 (350bar) 산업용 보일러 또는 공정조로 이송하는 데 사용된다. 다이어프램 펌프는 의 학, 제약, 식품 관련 사용처에 오일 없는 공기를 공급하는 데 사용된다. 펌프 시스템에서 사용되는 에너지 및 물질은 펌프의 설계, 설비의 설계, 시스템의 가동 방 식 등에 따라 차이가 있다. 원심 펌프는 일반적으로 가장 경제적인 선택이다. 펌프는 단일 단계 또는 다단계로, 고압/저압 형성 등을 위해 사용된다. 중요한 목적으로 사용될 경우 종종 짝을 이루어 하나는 작동 상태, 다른 하나는 대기 상태를 유지하며 사용되기도 한다 펌프 시스템의 목록 및 평가 설명 및 운영 데이터 (펌프 시스템의 ENE 기술에 관한 달성된 환경 편익, 매체통합적 영향, 적용 분야, 경제적 측면, 시행의 동인, 사례, 참조 정보는 참조) 적용 가능한 에너지 절감 조치를 모색해 펌프 시스템을 최적화하는 첫 단계는 설비 안의 펌프 시스템의 목록에 주요 가동 특성을 넣어 작성하는 일이다. 목록은 두 단계로 작성할 수 있다( 및 부록 참조). 기본 시스템 개요: 컨설팅 회사 기록 또는 다음과 같은 데이터를 수집하기 위한 단순 한 측정으로 구성된다. 예를 들어, 에너지 소비가 가장 많은 50대 펌프 목록(펌프 정격 출력): 크기 및 유형 각 펌프의 기능 이러한 펌프 각각의 전력 소비 수요 프로파일: 일간/주간 변동 추정치 제어 시스템 유형 연간 가동 시간 및 연간 에너지 소비량 펌프의 문제점 또는 유지 보수 문제 에너지 효율 229

264 3 장 대부분의 회사에서 소속 직원이 자력으로 이러한 데이터의 대부분을 수집할 수 있다. 시스템의 가동 매개변수의 측정 및 문서화: 다음과 같은 요소를 측정하고 문서화하는 작업은 모든 펌프실에서 실시하면 좋고, 특히 대규모 시스템(100kW 초과)에서는 반드 시 실시해야 한다. 이러한 데이터의 수집에는 상당한 수준의 전문 지식이 필요하며, 내부 직원 또는 제3자 엔지니어를 투입해야 한다. 펌프실의 다양성 때문에 평가 작업에서 살펴야 할 점을 명확한 목록으로 만들어 제시하는 일은 불가능하다. 그러나 내지 3.8.6에서 처리해야 할 중요 문제의 유용한 목록을 상 세히 다루고 있다 펌프 선택 설명 및 운영 데이터 (펌프 시스템의 ENE 기술에 관한 달성된 환경 편익, 매체통합적 영향, 적용 분야, 경제적 측면, 시행의 동인, 사례, 참조 정보는 참조) 펌프는 펌프 시스템의 심장이다. 공정의 필요에 맞추어 선택하게 되는데 우선 정압 수두 및 유량을 고려한다. 또한 시스템, 액체, 기압 특성 등이 선택의 고려 요인이다. 효율적 펌프 시스템을 구축하려면 그림 3.35에서처럼 최대 효율점에 최대한 근접한 가동 점을 갖는 펌프를 선택해야 한다. 피크 효율 흐름 설계 부하 흐름 그림 3.35: 피크 효율 흐름 대 수두, 전력 및 효율 [199, TWG] 그림 3.36은 여러 유형의 펌프에서 총수두의 범위를 주어진 속도의 펌프 용량의 함수로 나타내고 있다. 230 에너지 효율

265 3 장 속도 2900 RPM 총 수 두 용량 그림 3.36: 펌프 용량 대 헤드 [199, TWG] 펌프 시스템의 75%는 크기가 과잉으로 설계 되었으며, 이중 상당수가 적정 크기 대비 20% 이상의 과잉 설계로 추산된다. 과잉 크기로 설계된 펌프는 에너지 낭비의 가장 큰 요 인으로 꼽힌다. 과잉 크기의 펌프 선택은 다음과 같은 이유 때문에 비용 효율 및 에너지 효율 모두 감소 한다. 자본 비용이 높다 필요 이상의 압력으로 유입되어 에너지 비용이 높다. 과다한 교축, 대규모 측관 흐름 또는 불필요한 펌프의 가동 때문에 에너지가 낭비된다. 과다 크기의 펌프가 발견되면 이를 교체하기 전 임펠러의 조정 및 변경, 가변 속도 제어 기의 사용 등 용량을 줄일 수 있는 기타의 방법과 연관지어 교체 여부를 결정해야 한다. 원심 펌프 임펠러의 조정은 과다 크기의 펌프를 보정할 때 가장 비용이 적게 드는 방법이 다. 펌프 임펠러를 조정하거나 펌프 케이스에 대한 제조사 권장 크기 제한의 범위 내에서 펌프 임펠러의 직경을 변경함으로써 수두를 10%-50% 줄일 수 있다. 선택된 사용처에 높은 압력의 흐름을 공급하고 시스템의 나머지 부분은 저압 및 저출력에 서 가동하기 위한 부스터 펌프를 사용함으로써 전체 시스템의 에너지 요구량을 줄일 수 있다. 유럽의 조달 종목 의 수중 펌프 항목을 보면 요구 부하점에서 높은 효율을 보이는 고효율 펌프를 선택하는 간단한 방법을 제시하고 있다. 이 방법은 서 다운로드할 수 있다. 에너지 효율 231

266 3 장 파이프워크 시스템 설명 및 운영 데이터 (펌프 시스템의 ENE 기술에 관한 달성된 환경 편익, 매체통합적 영향, 적용 분야, 경제적 측면, 시행의 동인, 사례, 참조 정보는 참조) 파이프워크 시스템은 펌프 성능의 선택을 결정한다. 사실 파이프워크의 특성을 펌프의 특 성과 결합해야 아래의 그림 3.37에서와 같이 펌프 설비의 필요 성능을 얻을 수 있다. 펌프 곡선 시스템 곡선 유량 그림 3.37: 펌프 헤드 대 유량 배관 시스템과 직접 관련된 에너지 소비는 시스템의 파이프, 밸브 및 기타 장치에서 이송 되는 액체의 마찰 손실의 결과로 발생한다. 이러한 손실은 유량의 제곱에 비례한다. 마찰 손실은 다음과 같은 방식으로 최소화할 수 있다. 지나치게 많은 밸브를 사용하지 않는다. 배관에 지나치게 많은 밴드(특히 만곡부가 심하게 굽은 형태)를 사용하지 않는다. 파이프워크의 직경이 너무 작지 않아야 한다 유지 보수 설명 및 운영 데이터 (펌프 시스템의 ENE 기술에 관한 달성된 환경 편익, 매체통합적 영향, 적용 분야, 경제적 측면, 시행의 동인, 사례, 참조 정보는 참조) 과다한 펌프 정비는 아래와 같은 현상의 징후로 보아야 한다. 펌프의 캐비테이션 심하게 노후된 펌프 가동에 적합하지 않는 펌프 일정한 수두 및 흐름에서 조절되는 펌프는 용량이 과다한 펌프로 보아야 한다. 제어 밸브 에서 압력이 떨어진다면 에너지가 낭비되고 있는지 살펴보아야 한다. 이런 경우 에너지 낭비는 압력 하강 및 흐름에 비례한다. 232 에너지 효율

267 3 장 펌프에서 소음이 발생한다면 과중한 교축 또는 과잉 흐름을 의심해봐야 한다. 소음 제어 밸브 또는 측관 밸브에서 나는 소음은 높은 압력 하강 및 그에 상응하는 높은 에너지 손 실을 의미한다. 펌프의 성능 및 효율은 시간이 지나면서 노후화된다. 펌프 구성 부분 즉 뒷판, 임펠러, 넥 부시(throat bushings), 링, 슬리브 베어링 등의 과도한 틈새 때문에 발생한 내부 누출로 인 해 펌프 용량 및 효율이 떨어진다. 모니터링 테스트를 통해 이를 탐지한 후 임펠러를 교 체 또는 수리하여 크기를 줄이면 매우 큰 에너지 절감 효과를 거둘 수 있다. 상당한 성능 변화를 감지하면 일단 내부 틈새를 의심하고 점검 후 원상 회복시켜야 한다. 펌프에 코팅을 입히면 마찰 손실을 줄일 수 있다 펌프 시스템의 제어 및 조절 설명 및 운영 데이터 (펌프 시스템의 ENE 기술에 관한 달성된 환경 편익, 매체통합적 영향, 적용 분야, 경제적 측면, 시행의 동인, 사례, 참조 정보는 참조) 펌프는 여러 개의 운전점을 포함한 것이어야 하며 이중 가장 큰 흐름 및 수두가 펌프의 정격 운전을 결정한다. 펌프 시스템에서 제어 및 조절 시스템은 수두 압력 및 흐름의 운 전 조건을 최적화할 수 있기 때문에 중요하다. 아래와 같은 기능이 있다. 공정 제어 시스템 신뢰도 제고 에너지 절감 흐름 및 압력 변화가 큰 펌프의 경우 정상 흐름 또는 압력이 최대치의 75% 미만이면 과 다 교축(throttling), 대량의 측관 흐름(제어 시스템 또는 데드헤드 보호 구멍으로부터의) 또 는 불필요한 펌프의 가동 등으로 인해 에너지가 낭비되고 있다고 봐야 한다. 다음과 같은 제어 기술을 사용할 수 있다. 불필요한 펌프를 닫는다. 쉽지만 소홀히 취급되는 경향이 있는 이와 같은 방안은 설 비에서 사용하는 물 또는 기타 주입된 액체가 현저히 감소하면 실시할 수 있다(따라 서 전체 시스템을 평가할 필요가 있음). 전기모터의 가변 속도 드라이브는 시스템의 변동하는 요구량에 펌프 출력을 맞출 때 최대의 절감 효과를 달성할 수 있다. 그러나 다른 용량 제어 방법에 비해 투자비용이 매우 높다. 모든 경우 부하가 일정할 때 등 모든 경우에 사용할 수 없다(3.6.3참조). 다중 펌프는 가변 속도, 측관 또는 교축 제어 등의 대안을 제시한다. 시스템의 흐름이 낮을 때 다른 펌프를 최대 효율로 가동하면서 한 두 대의 펌프를 닫을 수 있기 때문 에 절감할 수 있다. 펌프 부하가 최대 단일 용량의 절반에 미치지 못할 경우 다수의 소형 펌프를 고려해봐야 한다. 다중 펌프 시스템에서 잉여 용량의 우회, 불필요한 펌 프 가동, 과도한 압력의 유지 및 펌프 사이의 다량의 흐름 증가분 때문에 에너지 손 실이 발생한다. 펌프의 배출을 조절함으로써(밸브를 사용해서) 원심 펌프를 제어하면 에너지를 낭비 하게 된다. 그러나 교축 조절은 널리 이용되는 다른 두 가지 대안 즉 제어를 아예 하 지 않거나 바이패스를 이용한 조절 보다는 에너지 낭비가 적다. 따라서 교축은 최적 의 선택은 아니지만 펌프 에너지 절감 수단이 될 수 있다. 에너지 효율 233

268 3 장 정 격 출 력 (kw) 흐름(M 3 /h) 그림 3.38: 터보형 펌프에서 두 가지 펌프 제어 시스템의 에너지 소비 예시 모터 및 전동 장치 3.6의 전기모터 구동 서브 시스템을 참조한다. 펌프 요구량에 맞는 정확한 크기의 펌프에 맞추어 작업을 진행하는 일이 매우 중요하다(3.6.2참조) 펌프 시스템의 ENE 기술을 위한 달성된 환경 편익, 매체통합적 영 향, 적용 분야 및 기타 고려 사항 달성된 환경 편익 일부 연구 결과에서 펌프 시스템에서 사용되는 에너지의 30%-50%는 장치 및 제어 시스템 의 변경을 통해 절감할 수 있는 것으로 나타났다. 매체통합적 영향 보고된 바 없음 적용 분야 특정 방안의 적용 분야 및 비용 절감 정도는 해당 설비 및 시스템의 크기, 특성에 따라 차이가 있다. 시스템 및 설비의 필요를 평가한 후에야 어떤 방안이 정확하게 비용 효과가 있는지를 알 수 있다. 이러한 평가 작업은 외부의 유자격 펌프 시스템 서비스 공급자 또 는 사내 유자격 엔지니어가 실시할 수 있을 것이다. 이러한 평가작업의 결론 부분은 시스템에 적합한 방안을 찾아 확인하고, 절감액, 실시 비 용, 비용 회수 기간 등을 포함한 것이어야 한다. 경제적 측면 펌프 시스템은 종종 15-20년간 사용할 수 있다. 따라서 시스템 수명 기간 내내 발생하는 비용을 초기 비용(구입비용)과 비교해봐야 한다. 펌프는 일반적으로 개별 구성품으로 구매하게 되며 펌프가 독립적인 기능을 하는 것이 아 니라 시스템의 일부로서 기능을 하기 때문에 비용 혜택을 제대로 평가하기 위해서는 시스 템 전체를 고려해야 한다. 234 에너지 효율

269 3 장 유지 보수 비용 최초 비용 에너지 비용 기타 비용 그림 3.39: 중간 크기 산업용 펌프의 전형적 수명 주기 비용 [200, TWG] 시행의 동인 에너지 절감 및 비용 절감 사례 최적화 기술이 널리 사용되고 있음 참조 정보 [170, EC, 2003, 199, TWG,200, TWG] 3.9 난방, 환기 및 공기조절(HVAC) 시스템 소개 전형적인 HVAC 시스템은 난방 또는 냉방 장치(보일러는 3.2, 열펌프는 참조), 펌프 (3.8), 및 팬, 파이프 네트워크, 냉각기(3.3.3), 열교환기(3.3.1) 등으로 구성되며 공간 또는 공정으로부터 열을 운반 또는 흡수한다. 그림 3.40에서는 HVAC 시스템의 개략도를 제시 하고 있다. 연구 결과를 보면 HVAC 시스템에서 냉각기/열펌프가 약 60%의 에너지를 사용하고 주변 장치에서 나머지 60%를 소비하는 것으로 나타났다. 에너지 효율 235

270 3 장 열회수 (3.3) 냉각기 (3.3.3) 열교환기 (3.3.1) 펌프 시스템 (3.8) 환기 (3.9.2) - 공기 처리 장치 - 팬 코일 - 도관 그림 3.40: HVAC 시스템 개략도 난방 및 냉방 설명 IPPC 설비에는 다양한 난방 및 냉방 작업이 포함된다. 이를 적용 및 사용하는 문제는 산 업 부문이나 지역에 따라 차이가 있으며 다음과 같은 용도로 활용된다. 만족할 만한 작업 조건 유지 제품 품질 유지(예: 냉장실) 투입 자재 품질 및 처리 특성의 유지, 예를 들어, 스칸디나비아의 밀폐된 폐기물 저장 구역, 표면 처리 금속 산업에서의 부식 방지부품 처리 이 시스템은 국소적으로(예: 저장소의 장비용 IR가열기) 또는 중앙 관리식으로 (예: 사무실 의 에어컨디셔닝 시스템) 가동된다. 공간 난방/냉방의 에너지 소비는 상당하다. 예를 들어, 프랑스에서는 약 30TWh이며 이는 연료 소비의 거의 10%를 차지한다. 산업용 건물에서의 높은 난방 온도는 흔히 볼 수 있으 며 1-2 를 낮추는 것은 어렵지 않다. 반대로 냉방의 경우도 1-2 를 올리더라도 쾌적 함이 크게 손상되지 않는다. 이러한 조치는 직원의 태도 변화가 필요하다는 것을 암시하 며, 이를 실천하기 위해서는 직원의 인식 전환을 위한 정보 확산 운동을 벌여야 한다. 236 에너지 효율

271 3 장 에너지 절감은 다음과 같은 두 가지 방법으로 성취할 수 있다. 냉방/난방의 필요를 다음과 같은 방식으로 줄인다. 단열재 설치 효율성이 높은 유리창 침입의 감소 도어의 자동 닫힘 탈성층화 비생산 기간 동안(프로그램 제어) 낮은 온도 설정 설정 온도 감소 다음 방식을 통한 난방 시스템의 개선: 폐열회수 또는 이용(3.3 참조) 열펌프 사용하지 않는 빌딩 구간의 온도 하향 조절을 포함하는 복사 난방 및 국소 난방 시스 템 달성된 환경 편익 제출된 데이터 없음 매체통합적 영향 제출된 데이터 없음 운영 데이터 난방 설정 온도를 1 C 내리고 에어컨의 온도를 1 C 올리면 에너지 소비를 약 5%-10% 줄 일 수 있으며 감소폭은 실내와 실외의 평균 온도차에 따라 차이가 있다. 일반적으로 에어 컨의 온도를 올리면 온도차가 크기 때문에 절감폭이 더 커진다. 이는 절감폭을 일반화한 것에 불과하며 실제 절감폭은 지역에 따른 기후에 따라 다르다. 비운영 기간 동안의 난방/냉방을 제한하여 일일 8시간 작업 기준으로 했을 때 설비의 전 기 소비량의 40%를 절감할 수 있다. 사용하지 않는 구간의 온도 하향 조절 및 사용 구간 의 국소 복사 난방과 함께 난방 제한을 실시하면 사용 구간의 비율에 따라 차이는 있지만 에너지 절감은 거의 80%에 달한다. 적용 분야 직원을 대상으로 한 최저 온도 규정, 제품 품질 유지를 위한 최대 온도 등 온도를 설정할 때 다른 기준을 이용할 수 있다. 경제적 측면 제출된 데이터 없음 시행의 동인 제출된 데이터 없음 사례 제출된 데이터 없음 참조 정보 [278, ADEME], [234, PROMOT, 260, TWG, 2008] 에너지 효율 237

272 3 장 환기 설명 환기 시스템의 적절한 작동은 많은 산업 설비에서 필수적으로 실현되어야 하며 다음과 같 은 기능을 한다. 구내에서 발생하는 공해 물질 및 열 배출로부터 직원을 보호한다. 제품 품질을 보호하는 데 필요한 청결한 작업 환경을 유지한다. 환기 시설은 상호 작용하는 여러 부분으로 구성된다(그림 3.41참조). 이를 예시하면 다음과 같다. 공기 시스템(흡입구, 분배기, 전달망) 팬(팬, 모터, 전송 시스템) 환기 제어 및 조정 시스템(예: 흐름 변화, 중앙 관리식 기술 관리(CTM)) 에너지회수 기기 공기 청정기 선택한 여러 유형의 환기 시스템(공기 조절 장치 유무에 상관없이 일반 환기, 특별 환기) 일반 환기 균일한 환경 조건을 생성하여 작업장 전체를 처리하는 것을 목표로 한다. 제거/축출 팬 운반 네트워크 공기 흡인 공정 흡인 일반 환기, 공기조절 일반 환기 추출 워크 스테이션 공정 환기 공정의 중심부에 통합되어 오염 물질의 제거, 기계의 냉각, 냉각 또는 가열된 공기를 순환시킨다. 특별 환기 오염 물질원 또는 열원에 최대한 근접한 공기 흡입구가 있다. 그림 3.41: 환기 시스템 238 에너지 효율

273 3 장 신규 또는 업그레이드한 시스템의 설계 최적화 설명 환기 시스템의 요건을 확실히 알아야 적절한 선택과 설계를 할 수 있다. 다음과 같은 내 용이 포함된다. 청정 공기 흡인 작업 구간 내의 쾌적함 또는 건강 개선 또는 제품 보호를 위한 환경 조건(예: 온도, 압력, 습도)의 유지 자재 운반 연기, 먼지, 습기 및 위험 물질의 제거 그림 3.42의 흐름도를 이용하면 특정 상황에 가장 적합한 에너지 효율 선택 방안을 결정 할 수 있다. 오염물질을 제거해야 하나? - 공정에서 나오는 오염 물질 - 공정열 - 제한된/벽으로 둘러싸인 공간에 사람들이 있음 그렇다 아니다 환기 불필요 오염물질원/열원은 국소적인가 아니면 분산되어 있는가? 국소적 특수 환기 시스템 설치 분산 효율이 높은 일반 환기 시스템 설치 그렇다 공기 조절이 필요한가? 아니다 집중식 또는 집중 배제식 공기 처리 시스템 중 양자택일 에너지회수 장치 설치 현 작업장에서 오염물질을 재생 이용할 수 있나? 그렇다 공기 청정기 설치 아니다 단속적, 가변적인 필요에 직면하고 있나? 효율이 높은 시스템의 설계 (예: 낮은 압력 손실, 밀폐, 균형) 그 렇 다 수동 또는 자동 제어 시스템 설치 아니다 효율이 높은 환기 시스템 설치(예: 고효율 모터 및 팬, 최적 전동 장치) 설비 성능 그림 3.42: 환기 시스템의 에너지 사용 최적화를 위한 흐름도 에너지 효율 239

274 3 장 상호작용 및 이들의 상대효과 특히 팬과 공기 도관 시스템 사이의 상호작용 및 상대효과 는 높은 손실율의 원인이 되고 있다. 따라서 반드시 통일성 있는 접근법으로 기능 사양과 최적 에너지 효율 요건을 모두 충족하는 시스템 설계에 임해야 할 것이다. 다음과 같은 유형의 환기 시스템이 사용된다(그림 3.41 참조). 일반 환기: 이 시스템은 용적이 매우 큰 작업 구간의 환기에 이용된다. 여러 유형의 청정 공기 환기 시스템이 사용 가능하며 환기가 필요한 시설, 오염, 공기 조절의 필요 여부 등에 따라 차이가 있다. 공기 흐름은 에너지 소비에 영향을 미치는 주요 요소다. 공기 흐름이 적을수록 에너지 소비도 그만큼 적다. 특별 환기: 이 환기 시스템은 오염원에 최대한 근접하여 배출 가스를 제거하기 위한 것이다. 일반 환기 시스템과 달리 오염원인 국소 배기가스에 직접 작용한다. 이 시 스템은 오염 물질이 방출되는 즉시 특수 흡입 장치를 통해 포집하여 작업 구간 전역 에 확산되는 것을 예방하는 장점이 있다. 이 환기 시스템의 장점을 요약하면 다음과 같다. 운전자와의 접촉을 피할 수 있다. 작업장의 공기를 전부 환기시키지 않아도 된다. 위 두 시스템 모두 추출된 공기는 처리 후 대기 중으로 배출된다(CWW BREF 참조). 달성된 환경 편익 환기 시스템은 기업에서 소비하는 전기의 10%를 차지한다. 에어컨을 함께 작동하는 경우 이 비율은 더 커질 것으로 추산된다. 매체통합적 영향 보고된 바 없음 운영 데이터 팬: 팬은 설비 전기 소비의 주요 원인이다. 유형, 크기 및 제어는 에너지 관점에서 중 요한 요인이다. 효율이 높은 팬을 선택한다는 것은 크기가 작은 팬을 선택할 수 있다 는 의미이므로 구입 가격 면에서 절약할 수 있게 된다. 설비를 설계 또는 변경할 때 중요한 사항으로는 다음과 같은 것이 있다. 효율이 높은 등급의 팬: 팬의 최대 효율은 일반적으로 60%-85% 사이이며 팬의 유 형에 따라 차이가 있다. 제조사는 효율이 보다 높은 등급의 팬을 개발하고 있다. 최적 효율에 최대한 가깝게 작동하는 팬: 단독 팬인 경우 효율은 가동률에 따라 변동한다. 따라서 반드시 설비에 적합한 정확한 크기의 팬을 선택해야 최대 효율 에 근접한 작동이 가능하다. 공기 시스템: 공기 시스템의 설계는 다음과 같은 특정 조건이 충족될 때 에너지 효율 이 높아진다. 도관은 반드시 직경이 충분히 큰 것을 사용해야 한다(직경이 10% 증가하면 흡인 력은 72% 감소). 압력 손실이 적은 원형 도관은 동일 구간에서 직사각형 도관보다 성능이 우수하 다. 유량이 길지 않게 하고 흐름을 방해하는 장애 요인을 제거한다(예: 만곡부, 좁은 구간). 240 에너지 효율

275 3 장 시스템의 밀폐 상태, 특히 조인트에서의 밀폐 상태를 확인한다. 시스템의 균형 상태는 설계 단계에서부터 확인해서 모든 사용처 에서 필요한 환 기를 공급받을 수 있게 해야 한다. 시스템 설치 후에 균형 작업을 하게 되면 도관 의 일부에서 단엽댐퍼(single leaf dampers)를 설치해야 하는 경우가 생기며 이는 압 력 및 에너지 손실로 이어진다. 전기모터(및 팬 연결): 정확한 유형 및 크기의 모터를 선택해야 한다(3.6의 전기모터 구동 서브 시스템 참조). 공기흐름 관리: 공기흐름은 환기 시스템 에너지 소비의 기본적인 매개변수다. 예를 들어, 흐름을 20% 줄이면 팬에서 소모되는 에너지는 50% 감소한다. 대부분의 환기 설비는 항상 최대치에서 가동하지는 않는다. 따라서 팬의 가동 속도를 아래의 요건 (예시)에 맞추어 조절해야 한다. 생산(예: 생산량, 제품 유형, 기계 장치 켜짐/꺼짐) 기간(연, 월, 일 등) 사람에 의한 작업 구간의 점유 검출기, 시계, 프로세스 구동 제어장치 등을 반드시 분석하고 제어된 환기 시스템을 설계 해야 한다. 송풍(신선한 공기의 흡인)을 추출(오염된 공기의 제거)과 결합하는 이중 흐름 은 공기 흐 름의 제어를 원활하게 하고 프로세스 에어컨 및 에너지회수 관리 시스템에 의한 제어 등 이 보다 용이해진다. 자동 제어를 설치하면 환기 시스템을 여러 매개변수(측정 또는 한정 된 것 등)를 사용해서 제어하고 항상 최적 가동 상태를 유지할 수 있다. 수요에 맞춰 공기 흐름을 바꾸는 다양한 기술이 있지만 이들 모두의 에너지 효율이 동일 한 것은 아니다. 모터의 에너지 소비를 최적화하는 한편 팬의 가동률을 조정하기 위한 전자 속도 제어 기를 사용하여 에너지를 현저히 절감할 수 있다. 프로펠러 팬의 날개 각도를 변경하면 실질적인 에너지 절감이 가능하다. 에너지 회수 시스템: 환기 중인 건물에 에어컨이 설치되어 있는 경우 새롭게 발생하 는 공기 필요량을 재조정해야 하며 이때 많은 에너지가 소모된다. 에너지 회수 시스 템(교환기)은 작업 구간에서 제거된 오염된 공기에 들어 있는 에너지를 회수하는 데 활용할 수 있다. 에너지 회수 시스템을 선택할 때 다음과 같은 세 가지 매개변수를 점검해야 한다. 열효율 압력 손실 오염되었을 때의 반응 공기 여과: 공기 여과를 통해 환기 중인 건물 안의 공기를 재사용할 수 있다. 따라서 대체가 필요한 공기 흐름은 감소하며 상당한 에너지를 절감할 수 있다. 환기 시설을 설계할 때 공기 여과기의 선택이 권장할만하며 설계 단계에서 선택하면 나중에 따로 설치할 때보다 추가 비용이 덜 든다. 잔존 오염 물질을 재사용할 수 있는지 반드시 점검해야 한다. 재사용이 가능하다면 다음과 같은 매개변수를 파악해야 한다. 재사용 효율 압력 손실 여과기가 오염되었을 때의 반응 기존 설비의 가동 개선에 관해서는 를 참조한다. 에너지 효율 241

276 3 장 적용 분야 모든 시스템 또는 업그레이드할 때 적용할 수 있다. 경제적 측면 감사를 실시한 대다수 설비에서 에너지 절감 가능성은 소비량의 최대 30%에 달하는 것으 로 밝혀졌다. 3년 이내에 투자비용을 회수할 수 있는 다양한 에너지 절감 방안이 있다. 시행의 동인 작업장에서의 보건 및 안전 비용 절감 제품 품질 사례 광범위하게 사용됨 참조 정보 [202, IFTSCMI, 1999] 설비의 기존 환기 시스템 개선 설명 환기 시스템을 개선하면 때로는 다음 분야의 개선도 함께 발생한다. 직원의 편안함 및 안전 제품 품질 기존 환기 시스템은 다음과 같은 세 가지 수준에서 개선될 수 있다. 설비의 가동 최적화 설비의 유지 보수 및 감시 계획 도입 효율이 높은 기술 해결책에 대한 투자 달성된 환경 편익 환기 시스템의 모든 매개변수를 최적화한 후 가동 관련 에너지 비용의 평균 30%를 절감 할 수 있다. 매체통합적 영향 보고된 바 없음 운영 데이터 에너지 진단(포괄적 감사) 설비의 내용을 파악한다는 것은 설비의 성능을 개선하는 선행 조건이 된다. 설비 진단을 통해 다음 사항을 실현할 수 있다. 환기 시스템 성능의 평가 압축 공기 생산에 필요한 비용의 결정 오작동의 탐지 정확한 크기의 신규 설비 선택 설비의 유지 보수 및 감시 환기 시스템의 에너지 소비는 동일한 서비스에 대해 시간의 경과에 따라 증가한다. 효율 성을 유지하려면 시스템을 감시하고 필요한 경우 유지 보수를 실시한다. 이러한 유지 보 수는 시스템의 수명을 연장시키는 한편 상당한 에너지 절감을 가져온다. 유지 보수의 내 용을 살펴보면 그 구성 내용은 다음과 같다. 242 에너지 효율

277 3 장 누출 탐지 및 공기 도관 시스템의 보수 다음과 같은 이유 때문에 필터의 정기적인 교환 특히 공기 청정 기기 필터를 교환해 야 한다. 필터가 노후되면 압력 손실이 급속히 증가한다. 필터의 미립자 제거 효율이 시간의 경과에 따라 떨어진다. 오염물질 제거와 관련된 보건 및 안전 기준 적합성 점검 설비의 핵심 값(전기 소비량, 기기 및 공기 흐름의 압력 손실)의 정기적 측정 및 기록 가동 즉각적인 대책 가능한 곳엔 환기를 정지 또는 감소시킨다. 환기 시설의 에너지 소비는 송풍량과 직접 연관된다. 송풍량을 결정하는 요인은 다음과 같다. 운영자의 입회 오염원의 수효 및 오염 물질의 유형 각 오염원의 배출 속도 및 분포 막힌 필터를 교체한다. 에어 시스템의 누출부위를 수리한다. 공기를 조절하는 경우 설정 상태를 특정 필요량에 맞게 점검 및 확인한다. 효과적인 간단한 대책 워크스테이션에 적절한 흡입기를 장착한다. 오염 물질 흡입기의 수량, 모양 및 크기를 최적화하여 오염 물질 제거에 필요한 공기 흐름을 (최대한) 줄인다(STM BEEF 참조). 실제 필요량에 맞게 환기 흐름을 조절한다. 다양한 조절 방식을 이용할 수 있다 환기의 정지 및 시동 시 기계 장치에 의한 자동 조절이 되게 한다(대부분은 기 계 공구 또는 용접 토치를 사용함). 오염 물질 배출이 있으면 자동으로 환기 작동이 이루어지게 한다. 예를 들어 오염 성분이 처리 탱크에 들어가면 오염 물질 배출 속도가 변경된다. 오염 성 분이 잠기면 환기 장치는 가속도를 내고 여타 시간에는 감소된다. 사용하지 않을 때는 수동 또는 자동으로 탱크를 닫는다(STM BREF 참조). 흐름을 조절하는 경우, 모든 가동 상태에서 건강 유지에 필요한 조건이 충족되고 있는지 반드시 확인해야 한다. 공기 도관 시스템은 균형 있게 가동되어야 하며 특정 시점에 과다 환기가 발생하 지 않도록 해야 한다. 균형 작업은 전문 회사에 맡겨 처리하면 좋을 것이다. 비용 효과가 큰 대책 가변 흐름이 있는 곳은 팬에 전자 속도 제어기(ESC)를 장착한다. 고효율 팬을 설치한다. 설비에서 요구하는 필요량에 맞는 최적 가동률을 가진 팬을 설치한다. 고효율 모터를 설치한다(예: EFF1 등급). 환기관리 시스템을 중앙관리식 기술관리 시스템(CTM)에 통합한다. 설비의 가동을 감시하기 위한 계측 장치(유량계, 전력 계량기)를 설치한다 오염된 공기를 추출할 때 대량의 에너지 손실을 막기 위한 공기 여과기를 공기 도관 시스템에 통합시키고 에너지 회수 장치 설치의 타당성을 조사한다. 전체 환기 시스템을 변경하여 이를 일반 환기, 특별 환기, 프로세스 환기 등으로 분리할 수 있는지를 조사한다. 에너지 효율 243

278 3 장 적용 분야 모든 기존 시스템에 적용할 수 있다. 경제적 측면 대다수 설비 감사 결과에서 에너지 절감은 소비량의 최대 30%까지 가능한 것으로 확인되 었다. 2년 이내에 투자비용을 회수할 수 있는 여러 방안이 있다. 시행의 동인 작업장의 보건 및 안전 조건 원가 절감 제품 품질 사례 광범위하게 사용됨 참조 정보 [202, IFTSCMI, 1999] 외기냉수냉방(Free Cooling) 설명 산업 공정 및 공기조절 목적의 냉방은 에너지 효율 관점에서 볼 때 외기냉수냉방 기술을 채택하여 향상될 수 있다. 외기냉수냉방은 외부 공기 엔탈피가 내부 공기 엔탈피보다 적 을 때 발생한다. 이 냉방은 주위 공기를 사용하기 때문에 비용이 발생하지 않는다. 비용 발생이 없는 이와 같은 이점을 직접 또는 간접 냉방이 필요한 시스템에 활용할 수 있다. 대개는 간접 방법이 사용되며 추출-재순환 공기 시스템으로 구성된다(그림 3.43 참 조). 자동 조정 밸브를 사용하여 조절한다. 외부의 찬 공기를 사용할 수 있을 때(예: 외부 습구 온도가 필요한 냉각수 설정 온도 밑으로 떨어 질 때) 밸브는 자동으로 찬 공기 유입 을 늘리며 동시에 내부 재순환을 최소한으로 줄여 외기냉수냉방을 최대한 활용할 수 있게 해준다. 이러한 기술을 이용하면 연중 특정 기간 및 야간에 냉동 장치를 사용하지 않아도 된다. 외기냉수냉방을 활용할 수 있는 기술적 가능성은 다양하다. 그림 3.43에서는 외기냉 수냉방을 채택한 간단한 설비가 제시되어 있다. 외부 찬 공기 자동 조절 3방향 밸브 열부하로부터 열부하로 외기냉수냉방 장치 (열 교환기) 냉각기 더운 배출 공기 그림 3.43: 외기냉수냉방 실시 개념도 244 에너지 효율

279 3 장 열부하에서 회수되어 냉각기로 들어간 물은 자동으로 3방향 밸브를 통해 외기냉수냉방 장 치로 유입된다. 여기서 물은 이미 냉각된 상태이므로 냉각기의 열부하를 줄이고 압축기의 에너지 소비량도 감소된다. 주위 온도가 회수된 물 온도 밑으로 더 많이 떨어질수록 외기 냉수냉방 효과는 더욱 커지며 에너지 감소폭 또한 그만큼 더 커진다. 달성된 환경 편익 일반적으로 냉각기는 전기모터로 구동되며 가끔 흡열식 구동장치를 사용하는 경우도 있 다. 따라서 보다 적은 양의 1차 에너지를 소비한다. 매체통합적 영향 알려진 바 없음 운영 데이터 주위 온도가 열 부하에서 회수된 물의 온도보다 최소 1 C 낮으면 외기냉수냉방의 최상의 조건을 갖추었다고 볼 수 있다. 예를 들어, 그림 3.4.3에서 T1(열부하에서 회수된 물의 온 도)이 11 C일 때 T2(외부 공기 온도)가 10 C 밑으로 떨어지면 외기냉수냉방이 작동된다. 적용 분야 외기냉수냉방은 특정 조건에서 적용 가능하며 간접 사용의 경우 주위 공기 온도가 반드시 냉각기로 회수되는 냉각액 온도보다 낮아야 하며, 직접 사용의 경우 외부 공기 온도가 온 도 요구량 이하로 떨어져야 한다. 장비 설치를 위한 여분의 공간이 있어야 한다. 실제 적용 가능성은 약 25%다. 외기냉수냉방 교환기는 기존 냉각 시스템 및 신규 시스템에 설치할 수 있다. 경제적 측면 외기냉수냉방 기술을 채택하면 여러 경제적 이점을 누릴 수 있다. 예를 들어, 냉기 조달에 비용이 들지 않는다. 압축기 가동 시간이 줄어 사용하지 않게 된 전기량만큼 에너지를 절 감할 수 있으며, 전력 공급 비용을 줄일 수 있다. 신규 또는 기존 설비의 업그레이드 프로젝트에서 계획 단계부터 외기냉수냉방의 타당성을 검토하는 것이 좋다. 투자비용 회수 기간은 신규 시스템의 경우 12개월이면 충분하고 기 존 시설의 경우에는 최대 3년이 소요된다. 시행의 동인 설치 용이성 에너지 및 비용 절감 사례 광범위하게 사용됨 참조 정보 [240, Hardy, 241, Coolmation] 에너지 효율 245

280 3 장 3.10 조명 설명 인공조명은 전세계 에너지 소비량에서 중요한 부분을 차지한다. 사무실에서 전체 에너지 소비의 20%-50%는 조명이 차지한다. 중요한 점은 일부 건축물의 경우 조명 에너지의 90% 이상이 과다한 조명으로 인한 불필요한 비용이라는 것이다. 그러므로 조명은 오늘날 에너 지 사용의 핵심 구성 요소이며 특히 대형 업무용 빌딩 및 기타 용도의 대형 빌딩은 조명 에너지 사용에서 다른 여러 대안을 활용할 수 있는 여지가 많다. 모든 건축물의 에너지 필요량을 최소화할 수 있는 다양한 기술이 있으며 이를 요약하면 다음과 같다. a) 각 구간의 조명 요구량 확인 이는 특정 과업에 대해 필요한 조명을 결정하는 기본 개념이다. 조명 유형은 사용 목적에 따라 일반 조명, 국소 조명 또는 작업 조명으로 분류되며 주로 조명 기구에서 나오는 빛 의 분배에 따라 구분한다. 통로 조명에 필요한 빛의 양은 컴퓨터 워크스테이션 조명에 필 요한 빛의 양보다는 훨씬 적다. 일반적으로 에너지 사용은 조명도 수준에 비례한다. 예를 들어, 회의실을 포함한 작업 환경에는 800룩스의 조도를 선택하고, 건물의 복도에는 400룩 스를 선택한다. 일반 조명은 장소의 포괄적 조명을 위한 것이다. 실내에서 이는 테이블 또는 바닥 위 의 기본적인 전등이나 천장에 매단 조명 기구가 여기에 속한다. 실외에서는 주차장의 일반 조명은 10-20룩스에 불과하며 이는 보행자나 자동차 운전자들이 이미 어두움에 익숙해진 상태이므로 해당 구간을 통과하는 데 많은 빛이 필요하지 않기 때문이다. 작업 조명은 독서 또는 자재 검사와 같이 주로 기능적이며 높은 집중도가 필요한 목 적에 사용된다. 예를 들어, 인쇄 품질이 조악한 경우 최대 1,500룩스의 작업 조명이 필요하며 검사 업무나 외과 수술에 필요한 조도는 이 보다 더 높아야 한다. b) 조명 품질의 분석 및 설계 최적의 자연 채광을 위한 공간 계획과 실내 설계의 통합. 자연 채광을 많이 이용하면 에너지 소비가 감소할 뿐만 아니라 건강 및 신체 기능에 좋은 영향을 미친다. 자연 채광 이용의 최적화 인공조명이 필요한 모든 활동의 스펙트럼 고찰 현존 최량의 에너지 보존 기술을 반영하는 조명 기구 및 램프 선택 전기 조명의 유형에는 다음과 같은 것이 있다. 백열구(incandescent light bulbs): 전류가 가는 필라멘트를 통과하여 이를 가열하고 여 기시키는 과정에서 빛을 발산한다. 전구를 둘러싼 유리는 공기 중의 산소가 뜨겁게 달구어진 필라멘트를 파괴하는 것을 막아준다. 백열전구의 장점은 수 볼트에서 몇 백 볼트에 이르는 광범위한 범위에서 사용할 수 있도록 생산할 수 있다는 점이다. 백열 전구는 발광 효율이 상대적으로 낮기 때문에 점차 형광등, 고휘도 방전 램프, 발광 다 이오드 등으로 대체되고 있다. 246 에너지 효율

281 3 장 아크 램프(arc lamp) 또는 가스방전 램프: 아크 램프는 전기 아크(또는 전류 아크)로 빛을 만들어 내는 램프 종류를 통칭하는 용어다. 램프는 주로 텅스텐으로 만든 두 개 의 전극으로 구성되는 데 이 전극은 가스에 의해 분리된다. 일반적으로 이 램프는 불 활성 기체(아르곤, 네온, 크립톤 또는 크세논) 또는 이러한 가스의 혼합물을 사용한다. 대다수 램프는 이외에 수은, 화학 나트륨 및 금속 할로겐 화합물 등을 함유한다. 일반 형광 램프는 실제로는 저압 수은 아크 램프이며 사용 자재에 따라 여러 종류의 제품 으로 생산된다. 번개는 자연적인 아크 램프의 일종이라 할 수 있으며 일종의 섬광등 이기도 하다. 램프의 유형은 네온, 아르곤, 크세논, 크립톤, 화학 나트륨, 금속 할로겐 화합물, 수은 등 전구 안에 들어 있는 가스의 이름을 붙인다. 가장 흔한 아크 또는 가 스 방전 램프로는 다음과 같은 것들이 있다. 형광 램프 금속 할로겐 화합물 램프 고압나트륨 램프 저압나트륨 램프 아크 또는 가스 방전 램프의 전기 아크는 전압에 의해 이온화된 가스로 구성되며 따라서 전기 전도력을 갖는다. 아크 램프를 킬 때 아크 점화를 위해서는 매우 높은 전압이 필요 하다. 이를 위해 종종 이그나이터 라고 부르는 전기 회로가 필요하다. 이 회로는 보다 큰 회로인 안정기 의 일부를 구성한다. 온도 및 시간에 따라 램프의 전기적 특성이 변하므로 안정기는 적합한 전압 및 전류를 램프에 공급하는 역할을 한다. 안정기를 설계할 때 램프 의 수명이 다하도록 안전한 작동 조건 및 일정한 출력을 유지할 수 있게 한다. 아크의 온 도는 섭씨 수천 도에 이른다. 아크 또는 가스 방전 램프는 수명이 길고 광효율이 매우 높 지만 제조 과정이 복잡하고 또 가스 속을 정확한 전류가 흐를 수 있게 해주는 전자 장치 가 필요하다. 유황 램프: 유황 램프는 고효율의 풀 스펙트럼 무전극 조명 시스템이며 마이크로웨이 브 복사로 여기된 유황 플라스마에 의해 빛이 생성된다. 형광등은 예외로 하고 유황 램프의 예열 시간은 낮은 주위 온도에서도 다른 가스방전 램프에 비해 현저히 낮다. 20초 이내에 최종 광속(luminous flux)의 80%까지 도달하며 램프는 전원을 차단한 후 약 5분 이내에 다시 켤 수 있다. 유기발광 다이오드(OLED)를 포함하는 발광 다이오드: 발광 다이오드(LED)는 좁은 스 펙트럼의 잡음광을 방출하는 반도체 다이오드다. LED 기반 조명의 중요한 장점은 입 력 전력 단위당 광출력으로 측정했을 때 효율성이 매우 높다는 데 있다. LED의 방사 층 물질이 유기 화합물인 경우 이를 유기발광 다이오드(OLED)라고 한다. 일반 LED와 비교했을 때 OLED는 가벼우며, 폴리머 LED는 신축성이 있다. 두 가지 유형 모두 상 업적으로 이용되고 있지만 산업 차원의 이용 실태는 아직도 제한적이다. 아래의 표 3.27에서와 같이 램프의 효율성은 유형별로 큰 차이가 있음을 알 수 있다. 에너지 효율 247

282 3 장 품명 광 스펙트럼 공칭 효율 (lm/w) (1) 수명 (평균 고장 간격, MtBF) (시간) 색 온도 (2) (kelvin) 색 연색 지수 (4) 백열등 연속적 온백색 (황색을 띤) 100 할로겐램프 연속적 온백색 (황색을 띤) 100 형광 램프 금속할로겐 화합물 램프 수은 계열 +형광체 백색(녹색을 띤) 준연속적 차가운 백색 고압나트륨 Broadband (3) 핑크색을 띤 오랜지 0-70 저압나트륨 Narrow line (3) 황색, 연색 거의 없음 0 유황 램프 연속적 연한 녹색 79 발광 다이오드 (황갈색 및 적색광) (청색 및 녹색광) (백색) (1) 1lm = 1cd sr = 1lx m 2.(2) 색온도는 유사한 스펙트럼을 방사하는 검정색 물체의 온도다(3). 이 스펙트럼은 검 정색 물체의 스펙트럼과는 아주 다르다.(4) 연색지수(CRI)는 빛을 받은 여러 물체의 색깔을 재현하는 광원의 능 력을 말한다. 표 3.27: 여러 유형의 램프의 특성 및 효율 효율이 가장 높은 전구는 저압나트륨 램프다. 거의 단색인 오렌지빛을 내며 색 인식을 심 하게 왜곡시킨다. 이런 이유 때문에 실외 공공 조명에 널리 사용된다. 저압나트륨 램프는 광오염을 발생시키며 이것은 광대역 또는 연속 스펙트럼과는 반대로 쉽게 여과된다. 조명 유형과 같은 옵션에 관한 데이터는 그린 라이트 프로그램 을 통해 확인할 수 있다. 이 프로그램은 자발적 예방 조치로서 파트너 라 부르는 비주거용 전기 소비자(공공 및 민 간)들을 유럽연합 위원회 지침을 따라 (1)경제성이 있거나 (2)조명 품질의 유지 또는 개 선이 가능할 때는 에너지 효율이 높은 기술을 채택할 것을 권장한다. c) 조명 관리 사용자 감지 센서, 타이머 등 조명 사용을 줄일 수 있는 조명 관리 제어 시스템 채택 을 강조한다. 건물 사용자가 가장 효율이 높은 방식으로 조명 기구를 사용할 수 있도록 훈련한다. 에너지 낭비를 최소화할 수 있는 조명 시스템을 유지한다. 달성된 환경 편익 에너지 절감 매체통합적 영향 수은등, 형광등 등 특정 유형의 램프는 수은 및 납과 같은 독성 화학물질이 들어 있다. 사 용 후에는 램프는 재생하거나 처리 규정에 따라 폐기한다. 248 에너지 효율

283 3 장 운영 데이터 용도 또는 환경에 따라 정확한 광도 및 컬러 스펙트럼을 공급할 수 있어야 한다. 그렇지 않은 경우 에너지 낭비를 발생시킬 뿐 아니라 과다 조명은 잦은 두통, 스트레스, 혈압 상 승 등 유해한 신체 및 심리적 효과를 발생시킨다. 이외에 섬광 또는 과다한 빛은 업무 효 율을 떨어뜨린다. 인공적인 철야등( 徹 夜 燈 )은 여성의 불규칙한 생리 주기와 관련이 있다. 표 3.28의 측정 및 검증(M&V) 옵션을 이용하여 기준선 및 설치 후 모델을 구축하고 효과 를 평가할 수 있다. M&V 옵션 절감액 계산 방법 비용 옵션A: 장치의 변경에 대한 물리적 평가를 중점으로 하여 시방서에 준 한 설치가 이루어졌는지를 확인한 다. 중요 성능 요인(예:와트수)을 즉 즉석 또는 단기 측정 결과, 석 측정 또는 단기 측정으로 결정하 측정점의 수효에 따라 다르지만 컴퓨터 시뮬레이션 및 이력 고 가동 요인(예: 조명 가동 시간)을 프로젝트 비용의 약 1.5% 데이터를 이용한 공학 계산 이력 데이터 또는 즉석/단기 측정의 분석 결과를 기준으로 결정한다. 성 능 요인 및 적정 가동 상태는 매년 측정 또는 점검한다. 옵션B: 절감액은 프로젝트 완성 후 측정 대상 시스템의 수 및 유 장치 또는 시스템에 대해 계약 기간 측정 데이터를 이용한 공학 형, 분석 및 측정 기간 등에 따 내내 실시한 단기 또는 연속 측정 계산 라 다르나 프로젝트 비용의 3%- 결과에 따라 결정된다. 성능 및 가 10% 동 인자 둘 다 감시한다. 옵션 C: 프로젝트 완료 후 건축물 또는 설비 전체의 절감액을 현재년 도 및 과거년도의 유틸리티 미터 및 서브 미터 이력데이터를 이용하여 결정한다. 다변량(시간 또는 월간) 회 귀 분석에 단순 비교하는 기법을 이용한 유틸리티 미 터(또는 서브미터) 데이터 의 분석 분석 매개변수의 수 및 복잡성 에 따라 다르지만 프로젝트 비 용의 1%- 10% 옵션D: 설비의 구성 부분 및 설비 전체의 시뮬레이션을 통해 절감액을 결정한다. 에너지 시뮬레이션/모델링 의 조정, 시간 또는 월간 유틸리티 비용 데이터 및 최종 사용자 미터링 데이터 로 조정 평가 대상 시스템의 수 및 복잡 성에 따라 다르나 프로젝트 비 용의 3%- 10% 표 3.28: 조명 시스템에서 실현 가능한 절감액 여기서는 조명과 관련된 규약만을 발췌해서 실었다. 전체 규약은 에서 다운로드 가능하다. 적용 분야 각 사용처의 조명 요구량의 확인, 자연광 사용의 최적화 활동계획, 사용 목적에 적합한 조 명 기기 및 램프의 선택, 조명 관리 등은 모두 IPPC 설비에 적용되는 사항이다. 자연광의 사용을 최적화하기 위한 공간 계획의 통합과 같은 기타의 측정치는 신규 또는 업그레이드 된 설비에 한해 적용된다. 에너지 효율 249

284 3 장 경제적 측면 녹색 라이트 투자는 입증된 기술, 제품 및 서비스를 사용하여 조명 에너지를 30%-50% 줄이고 수익률은 20%-50%에 달한다. 원금 회수 계산은 ECM BREF의 기술을 활용한다. 시행의 동인 작업장에서의 건강 및 안전 에너지 절감 사례 광범위하게 사용됨 참조 정보 [209, Wikipedia, 210, EC, 2000] [210, EC, 2000, 238, Hawken, 2000, 242, DiLouie, 2006] [211, ADEME, 1997, 212, BRE_UK, 1995, 213, EC, 214, EC, 1996, 215, Initiatives, 1993, 216, Initiatives, 1995, 217, Piemonte, 2001, 218, Association, 1997, 219, IDAE] 3.11 건조, 분리 및 농축 공정 설명 건조는 에너지 집약형 공정이다. 다른 여러 기법의 사용 또는 이들 기법을 결합하면 에너 지 절감을 가져올 수 있기 때문에 여기서는 분리 및 농축 기법과 함께 고찰하고자 한다. 열은 대류(직접 건조기), 전도(접촉 또는 간접 건조기), 적외선, 마이크로웨이브 또는 고주 파(방열 건조기) 또는 이들의 결합에 의해 운반된다. 대다수 산업용 건조기는 뜨거운 공기 또는 직접 연소 가스를 건조 매개체로 사용하는 대류식이다 분리는 혼합물을 구성이 각기 다른 최소 두 개의 흐름(제품-제품 흐름 또는 제품-폐기물 흐름)으로 변환하는 공정이다. 따라서 분리 기술은 서로 다른 물질 또는 순수 물질이 들어 있는 혼합물에서 원하는 제품을 여러 단계 또는 크기로 분할하여 고립시키는 기술이다. 이 기술은 폐기물 흐름을 분리시키는 데 사용되기도 한다(CWW BREF 참조). 분리 공정은 분리 장치에서 발생하며 분리구배(separation gradient)를 위해서는 분리제가 적 용된다. 여기서는 분리의 여러 원칙 및 사용된 분리제에 따라 분리 방법을 분류했다. 여기서는 모든 분리 기술을 상세하게 다루는 대신 에너지 절감 잠재력이 큰 부분에 집중 하고자 한다. 개별 방법의 상세 내용은 참조 정보를 참고하기 바란다. 분리 기술의 분류 시스템에의 에너지 투입 이 기술의 상세 분류는 시스템에 공급되는 아래와 같은 여러 유형의 에너지를 고려하 여 구성된다. 열(증발, 승화, 건조) 복사에너지 압력(기계적 증기 재압축) 전기(가스의 전기 여과, 전기 투석) 자성(자석 이용)(철금속 및 비철금속, 비금속 EFS 참조) 동역학(원심분리) 또는 위치에너지(경사분리) 250 에너지 효율

285 3 장 시스템으로부터의 에너지 회수 냉각 또는 동결 (응결, 석출, 결정화 등) 역학적 장벽 필터 또는 막 (나노, 울트라 또는 정밀 여과, 가스 침투, 분급) 기타 물리화학적 상호 작용 (용액/석출, 흡수, 부상, 화학 반응) 밀도, 극성 등 물질의 다른 물리적 또는 화학적 특성의 차이 앞서 언급한 분리 원리 또는 분리제의 결합을 이용하면 하이브리드 결합 기술이 탄생하며 이를 예시하면 다음과 같다. 증류 (증발 및 응축) 투과증발 (증발 및 막) 전기투석 (전기장 및 이온교환 막) 원심분리 (운동에너지 및 위치에너지) 최적기술 또는 기술결합의 선택 설명 분리 기술 선택은 한 가지 이상의 해결책을 얻을 수 있다. 선택은 공급 재료의 특성 및 출력 요구량 그리고 설비 유형 및 부문과 관련된 다른 제약 조건의 영향을 받는다. 분리 공정은 그 자체에도 제약 조건이 있다. 기술은 단계적으로 사용된다. 예를 들어, 두 가지 기술 또는 같은 기술을 두 단계로 또는 여러 기술을 결합해서 사용한다. 달성된 환경 편익 에너지 사용의 최소화. 두 개 이상의 분리 단계 또는 사전 처리가 가능한 경우 상당량의 에너지를 절감할 수 있다(아래 사례 참조). 매체통합적 영향 보고된 바 없음 운영 데이터 분리 기술 채택 전에 고려해야 할 공급 재료와 관련된 요인, 최종 제품 또는 공정은 다음 과 같다. 공급 재료 유형, 모양 액상 페이스트(pasty) 과립상, 파우더 섬유질 평면 벨트 이미 형태를 갖춤 역학적으로 부서지기 쉬움 열민감도 습기 함유량 처리해야 할 유량/분량 적용 가능한 경우 모양 및 크기 에너지 효율 251

286 3 장 방울의 크기(size of droplets) 점성 최종 제품 사양 습기 함유량 모양 및 크기 품질 색상 산화도 맛 공정 배치/연속적 열원 화석 연료(예: 천연 가스, 연료, 석탄) 전기 재활용 가능한 것(예: 태양열, 나무) 열전달 수단 대류(열기, 과열 증기) 전도 열복사(복사에너지: 적외선, 마이크로웨이브, 고주파) 최대 온도 용량 체류 시간 제품에 대한 역학적 작용 기술적, 경제적, 에너지 및 환경적 관점에서 최상의 해결책을 규명하기 위한 타당성 조사 가 반드시 필요하다. 요건을 정확하게 한정해야 한다. 공급 재료 및 제품의 매개변수(질량 및 흐름 특성), 특히 제품의 습기 함유량: 최종 잔존 습기는 건조되기 매우 어렵고, 에너지 소비 또한 크다. 사용 가능한 모든 유틸리티 목록(전기, 냉동, 압축공기, 증기, 차거나 뜨거운 기타의 것) 및 이들의 특성 사용 가능한 공간 가능한 사전 처리 공정의 폐열회수 가능성 높은 에너지 효율의 유틸리티 장비 및 공급원(예: 고효율 모터, 폐열 사용) 제안서의 비교 분석은 기술적, 경제적, 에너지 및 환경적 근거에 따라 실시해야 한다. 유틸리티, 배출물 처리 등을 포함하는 동일한 경계선 내에서 각각의 환경적 영향(공기, 물, 폐기물 등)을 고려 유지 보수 및 안전을 고려 운전자의 훈련 시간 및 소요 비용을 계량화 서로 다른 크기의 분리 공정 에너지 소비량이 그림 3.44에 제시되어 있다. 252 에너지 효율

287 3 장 증발, 증류 건조 투과 증발 역삼투 (지원 있음. MVC, 진공) 나노 여과 한외 여과 원심 분리 원심 여과 정밀 여과 에 너 지 소 비 가스 침투 액체 여과 원심분리기 경사 분리 사이클론 가스 여과 부상 가스의 전기 여과 w w w 분류 분급 경사 분리 분리 대상의 크기 그림 3.44: 분리 공정의 에너지 소비 [248, ADEME, 2007] 적용 분야 적절한 기술의 확인 작업은 모든 경우에 적용된다. 신규 장치는 비용-수익을 기초로 하거 나 생산 품질 또는 처리량을 기준으로 설치된다. 경제적 측면 제출된 데이터 없음 시행의 동인 비용 절감 제품 품질 공정 작업량 사례 액체를 건조시킬 때(예: 분무건조) 사전 처리는 막여과(역삼투, 나노여과, 한외여과 또는 정밀여과)로 한다. 막여과는 증발 건조보다는 10~1000배 정도 낮은 에너지 소비 규모를 가 지며, 첫 번째 사전 처리 단계에 활용된다. 예를 들어, 건조 산업에서 우유는 분무 건조 전에 76%의 수분 함유량으로 농축된다. 에너지 효율 253

288 3 장 참조 정보 [201, Dresch_ADEME, 2006] 기계적 공정(Mechanical processes) 설명 기계적 공정의 에너지 소비는 열건조 공정 보다는 수십배 정도 낮다(그림 3.44 참조). 건조 대상 물질이 허용하는 범위 내에서 주로 기계적 분리 공정을 사용함으로써 전체 공 정에서 소비하는 에너지양을 줄일 것을 권장한다. 일반적으로 대다수 제품은 기계적 사전 처리를 통해 평균 습기 함유량(제거해야 하는 액체 질량과 건조 물질의 질량 사이의 비율) 인 40%-70%로 맞출 수 있다. 허용되는 물질의 부하 및 경제적 배출 시간은 실제 현장에 서 기계 공정의 사용을 제한하는 요인이 되고 있다. 때로 열처리 전의 기계적 공정이 권장되기도 한다. 용액 또는 부유물을 건조시킬 때(예: 분무 건조) 사전 처리에 막 여과(역삼투, 나노여과, 한외여과 또는 정밀여과)를 사용할 수 있다. 예를 들어, 낙농 산업에서 우유를 분무 건조 전에 76%의 수분 함유량으로 농축할 수 있다. 달성된 환경 편익 제출된 데이터 없음 매체통합적 영향 제출된 데이터 없음 운영 데이터 제출된 데이터 없음 적용 분야 제출된 데이터 없음 경제적 측면 제출된 데이터 없음 시행의 동인 제출된 데이터 없음 사례 제출된 데이터 없음 참조 정보 [2004, IFTS_CMI, 1999] 254 에너지 효율

289 3 장 열 건조 기술 에너지 소요량 및 효율 계산 설명 건조는 여러 산업 부문에서 흔히 사용되는 방법이다. 건조기 시스템에서 습기를 함유한 물질을 먼저 증발 온도까지 가열하면 수분은 항온에서 증발된다. 여기서: Q th =(c Gm G + c Wm W) ΔT + m DΔH V 식 3.13 Q th = kwh/h 로 표시한 가용 출력 m G,m W = 건조 물질의 질량 흐름 및 kg/s로 나타낸 물의 비율 ΔT = 켈빈온도로 나타낸 가열 온도 변화 m D = kg/s로 표시한 단위 시간당 물의 증발량 c G, c W = kj/(kg K)로 표시한 건조 물질 및 수분 비율의 비열용량 ΔH V = 증발 온도에서의 물의 증발열(100 C에서 약 2,300kJ/kg) 증발 수분은 건조실의 공기를 이용하여 제거된다. 투입 공기 용적을 가열하는 데 필요한 동력 수요 Q pd (유용한 출력 Q th 제외)는 식 3.14에서 나타낸 바와 같이 계산할 수 있다. 여기서: Q pd =V CpdΔT pd 식 3.14 Q pd = 입력공기 가열에 필요한 kwh/h 표시의 동력 수요(배기열 손실) V = 투입공기의 m 3 /h 표시 유량 c pd = 20 C 및 1,013mbar에서의 공기의 비열용량(약 2 kj/m 3 K) ΔT pd = 켈빈으로 표시한 외기 및 배출공기의 온도차 설비의 열 손실(예: 표면 손실)은 이러한 열 수요에서 여유 있게 감당할 수 있어야 한다. 이러한 시스템 손실은 유지 동력 Q hp(가동 온도에서의 시스템 무부하 동력 수요, 재순환 공기에 한정)와 같다. 전체 열 요구량이 식 3.15에 제시되어 있다. 여기서: Q I = 동력 입력 요구량 Q hp = 무부하 시스템의 동력 수요 Q I = Q th + Q pd + Q hp 식 3.15 점화 열효율을 반드시 참작해야 하는 경우가 있다. 이에 대한 결과 출력 Q total이 식 3.16에 제시되어 있다. Q total = Q I/η fuel 식 3.16 에너지 효율 255

290 3 장 여기서: Q total = 전체 동력 출력 fuel = 열효율 여러 유형의 건조기에서 최대 증발 능력 상태와 최대 부하에서 kg당 증발 수분의 특정 2 차 에너지 소비량이 그림3.45에 제시되어 있다. 비교를 쉽게 하기 위해 대류 건조기는 전 기 저항 가열법을 사용하는 것으로 가정했다. 특 정 에 너 지 소 비 량 (kwh/kg) 대 류 드 식 라 이 챔 어 버 대 류 드 라 연 이 속 어 식 마 이 크 로 드 웨 라 이 이 브 어 챔 버 마 연 이 속 크 식 로 드 웨 라 이 이 브 어 단 파 방 열 건 조 기 중 파 방 열 건 조 기 장 파 방 열 건 조 기 그림 3.45: 수분 증발 시 여러 유형의 건조기의 특정 2차 에너지 소비량 대역폭 [26, Neisecke, 2003] 달성된 환경 편익 제출된 데이터 없음 매체통합적 영향 제출된 데이터 없음 운영 데이터 에 명시되어 있는 바와 같이 건조 전 사전 처리 방안으로 기계적 분리 공정을 사용 하면 대다수의 경우에 에너지 소비를 현저히 줄일 수 있는 것으로 나타났다. 건조기의 공기 습도 최적화는 건조 공정의 에너지 소비량을 최소화하는데 대단히 중요한 역할을 한다. 적용 분야 제출된 데이터 없음 경제적 측면 제출된 데이터 없음 시행의 동인 제출된 데이터 없음 사례 제출된 데이터 없음 참조 정보 [26, Neisecke, 2003, 203, ADEME, 2000] 256 에너지 효율

291 3 장 사례 제출된 데이터 없음 참조 정보 [26, Neisecke, 2003, 203, ADEME, 2000] 직접 가열 설명 직접 가열은 주로 대류를 통해 이루어진다. 따뜻한 가스나 뜨거운 가스, 보통 (연료의 연 소 가스와 혼합할 수 있는) 공기나 증기( 참조)가 건조할 물질을 통과하거나 물질 의 위 또는 주변을 지나가며, 회전 드럼 속이나 랙 또는 지그(racks or jigs) 위에서 사용할 수 있다. 대표적인 직접 건조 시스템은 다음과 같다. 유동 가스: 예: 부유 고형물의 경우 회전 드럼, 건조 오븐 또는 화로, 터널 건조기, 스파이럴 벨트 건조기, 상자 건조기 예: 고형물의 대규모 교반의 경우 순환 장치, 일괄 건조기, 고정식 랙 건조기 예: 유동상, 스핀 플래시 건조 달성된 환경 편익 특히 직접 연소로 따뜻해진 고온의 공기를 이용한 직접 가열은 간접 시스템, 보일러 및 증기 파이프 배관에서 발생하는 다량의 열 손실을 방지할 수 있다. 매체통합적 영향 확인된 사항 없음 운영 데이터 건조, 제거되는 물질 및 액체는 시스템에 적합하고 안전해야 한다(예: 천연 가스를 이용한 직접 가열의 경우 가연성이 아니어야 함). 적용 분야 광범위하게 사용됨 경제적 측면 제출된 사항 없음 시행의 동인 비용 감소 공간 단순성(예: 공기 건조는 증기의 필요성이 줄어듦) 사례 유기 화학물질, 비료, 식료품 및 모래를 건조하는 드럼의 회전 같이 다양한 산업에서 광범 위하게 사용된다. 또한 금속의 표면 처리 및 지그의 건조 구성품 등에도 사용된다. 건조기 는 지그 배관의 마지막 단계이며, 처리 용액 및 린스를 저장하고 있는 선행 탱크와 함께 사용할 수 있는 크기의 탱크다. 지그는 처리 탱크 속에 있기 때문에 건조기 속으로 낮춰 지고 올려진다. 건조기는 자동으로 열리는 뚜껑과 함께 장착할 수 있다. 참조 정보 [263, Tempany, 2008, 266, Ullmann's, 2000] 에너지 효율 257

292 3 장 간접 가열 설명 직접 가열은 전도를 이용해 이루어진다. 열은 가열된 표면을 통해 건조해야 할 물질로 전 달된다. 물질은 정지해 있거나 한 곳의 고온 표면에서 다른 곳의 표면으로 지속적으로 이 동할 수 있다. 대표적인 간접 건조 시스템은 다음과 같다. 직물, 종이 같은 평평한 스트립 물질 또는 광범위한 용도의 드럼 건조기. 보통 증기를 이용해 내부가 가열된 회전 수평 실린더 주위로 습한 물질을 둘러싼다. 유기 물질 또는 무기 물질 같은 저점도 물질에는 롤러 건조기가 일반적으로 사용된 다. 물질은 얇은 층의 형태로 가열된 롤러로 흘러가며, 건조된 고형물은 필름, 박편 또는 분말 같은 스크레이퍼 블레이드로 제거된다. 점성 물질의 건조 도구는 다음과 같다. (추가 건조를 위한 짧은 단분절을 생산하는) 홈이 파인 롤러 건조기 홈통에서 회전하는 1개 또는 2개의 아르키메데스 스크루를 사용하는 공동 스크루 건조기. 스크루는 뜨거운 물, 포화 증기 또는 뜨거운 기름 등을 이용해 가열한다. 교반기 및 니더가 장착된 접촉식 건조기인 모든 위상 건조기. 보호물, 뚜껑, 공동 메인 로더 및 디스크 요소 등은 증기, 뜨거운 물 또는 뜨거운 기름으로 가열한다. 입상 물질의 건조 도구는 다음과 같다. 드럼 내부의 가열된 파이프 또는 가열된 드럼의 튜브 안에 건조할 물질이 있는 회전식 건조기. 이런 물질들은 공기 속도가 낮아 분체 물질에 유용하다. 가열된 용기에서 회전하는 패들이 장착된 스크루 컨베이어 가열된 깔대기 모양의 재킷에서 회전하는 원뿔 모양의 교반기가 장착된 콘 웜 건 조기 가열된 트레이가 장착된 트레이 건조기 안에 들어 있는 물질이 튜브의 가열된 표면과 순간적으로 접촉하는 나선관식 건 조기. 용매 회수와 함께 밀봉이 가능하며, 유기 용매 제거에 사용할 수 있다. 달성된 환경 편익 제출된 데이터 없음 매체통합적 영향 이 공정에는 표면 가열 후 물질 가열의 두 단계가 있기 때문에 열의 전달에 따른 손실로 인해 직접 가열보다 많은 에너지를 이용할 수 있는 가능성이 있다. 운영 데이터 설명 참조 적용 분야 이러한 건조기에는 유기 용매를 제거할 때와 같은 특수한 기능들이 있다. 경제적 측면 제출된 사항 없음 시행의 동인 직접 가열을 적용할 수 없는 경우 또는 다른 오염물질이 있는 경우와 같은 적용분야. 사례 광범위하게 사용됨 참조 정보 [264, Tempany, 2008, 266, Ullmann's, 2000] 258 에너지 효율

293 3 장 과열 증기(Supearheated steam) 설명 과열 증기는 기존의 압력에서 물의 끓는점보다 높은 온도로 가열된 증기다. 물과 접촉해 존재할 수 없을 뿐만 아니라 물을 함유할 수도 없으며, 완전 가스 형태와 유사하다. 또한 과충전 증기, 무수 증기 및 증기 가스라고도 한다. 과열 증기는 (가열 유체가 제품과 직접 접촉하고 있는 경우에는) 임의의 직접 건조기, 예를 들면 분무 건조, 유동상, 분류층 등에 서 고온의 공기 대신에 가열 유체로 사용할 수 있다. 달성된 환경 편익 장점은 열전달을 할 뿐이며 물질(물) 전달이 아니라는 점이다. 건조기의 크기가 비교적 작 기 때문에 열 손실도 그만큼 적다. 또한 제품에서 발생하는 에너지(잠열)는 기계식 증기 재압축 방식(MVR)을 통해 용이하게 건조기에서 재활용하거나 다른 공정에서 사용해 에너 지 절감을 증대시킬 수 있다. 배기 가스의 양이 제한적이기 때문에 휘발성 유기화합물(VOC)의 처리가 비교적 용이하다. 이러한 화합물들은 쉽게 재생할 수 있다. 매체통합적 영향 감열성 제품은 고온으로 인해 손상될 수 있다. 운영 데이터 에너지 소비는 열회수가 없는 경우 약 670kWh/t 증류수이며, 열회수가 있는 경우 kWh/t(예:MVR)이다. 증기 온도를 통해 제품의 최종 습도 및 건조(drying kinetic)를 제어할 수 있기 때문에 공정 제어는 비교적 용이하며, 공기를 제거하면 화재 및 폭발의 위험을 줄일 수 있다. 적용 분야 직접 건조기는 과열 증기를 방법으로 개조할 수 있다. 제품 품질을 보증할 수 있도록 테 스트를 실시해야 하며, 경제적 계산이 이루어져야 한다. 경제적 측면 투자는 일반적으로 특히 MVR을 사용할 때 높다. 시행의 동인 에너지 절감은 시행을 위한 첫 번째 동인이 된다. 특히 농산식품산업에서 보다 훌륭한 제 품 품질(예: 보다 우수한 색상, 산화의 부재)이 자주 보고된다. 사례 Sucrerie Lesaffre(Nangis, 프랑스): 과열된 증기를 이용하는 비트 펄프의 건조 적용 분야: 슬러지, 비트 펄프, 알팔파, 세제, 기술 세라믹, 목재 기반 연료 등. 참조 정보 [208, Ali, 1996] 에너지 효율 259

294 3 장 건조 공정의 열회수 설명 건조는 대개 고온 공정이며, 폐열은 회수가 가능하다. 건조 공정이 가열 유체로서 고온의 공기를 사용하는 직접적인 공정일 경우에는 직접 방식으로 회수한다. 버너에 이르기 전에 배기 공기와 신선한 공기를 직접 혼입한다. 배기 공기가 지나치게 오염되어 있는 경우(예: 먼지, 습기), 건조할 제품 또는 건조 공기를 예열하기 위해 열 교환기를 통해 배기 공기에서 발생하는 열을 재활용 (3.3.1 참조)한다. 또는 특히 가열 유체가 과열 증기인 경우( 참조)에는 기계식 증기 재압축 방식 (MVR)을 이용해 배기 증기(3.3.2 참조)를 압축해 간접 방식으로 재생한다. 여기서는 직접 재활용 방식만을 검토한다. 달성된 환경 편익 에너지 사용의 최소화 매체통합적 영향 열회수를 통해 버너에 이르기 전에 공기를 예열하면 온도-습도 함량에 영향을 주어 건조 공정을 방해할 수 있다. 열 교환기가 없는 경우에는 오염물질이 나타날 수 있다. 건조 온 도를 정확하게 제어하기 위해 조절을 해야 할 수도 있다. 운영 데이터 에너지는 항상 대기가 차가울 때(예: 겨울) 절감되는 양이 더 많다. 최소한 5%의 에너지가 절감될 것으로 예상된다. 적용 분야 이러한 기술은 거의 모든 연속 고온의 공기 대류식 건조기(예: 터널, 오븐, 드럼)에 사용된 다. 버너 조정 및 팬, 파이프 지름, 조절 밸브 및 경우에 따라 열 교환기 등 여러 구성품 의 크기 조절에 주의를 기울여야 한다. 열 교환기에는 스테인리스 스틸을 사용해야 한다. 건조기 버너가 연료와 함께 작동할 때, 배기 가스에는 황과 SO2가 함유되며, 응축이 발생 하는 경우에는 열 교환기를 손상시킬 수 있다. 경제적 측면 원금 회수 기간은 에너지 비용, 건조기의 증발력 및 운행 시간에 따라 크게 다를 수 있다. 반드시 에너지 가격의 상승에 대한 가설을 이용한 모의 실험을 실시해야 한다. 시행의 동인 에너지 절감을 통한 비용 절감 사례 설비 비트 펄프 건조(Cambrai, 프랑스): 배기가스에 대한 열회수 참조 정보 [203, ADEME, 2000] 260 에너지 효율

295 3 장 증발을 이용한 기계식 증기 재압축 방식 또는 열펌프 기계식 증기 재압축 방식(MVR) 또는 열펌프와 결합된 증발에 의한 농축은 폐기물 처리에 아주 효율적인 기술이다. 특히 이 기술을 이용하면 폐수의 재활용이 가능한 것은 물론이 고 처리 시설로 보내지는 폐기물 용량을 적은 비용으로도 크게 줄일 수 있다. 설명 1톤의 물을 증발시키려면 700kWh/t-800kWh/t의 에너지가 필요하다. 기계식 증기 재압축 방 식(MVR)(3.3.2 참조)을 포함한 열펌프 같은 열회수 솔루션 또는 열압착을 이용한 다중 효 용 증발기를 이용해 에너지 수요를 줄일 수 있다. 매체통합적 영향 폐수의 농축에는 여러 가지 관리 및 처리 기술이 필요하다(즉, 이제는 더 이상 폐수 배출 에 적합하지 않을 수 있음). 운영 데이터 몇 가지 유형의 증발기 및 비소비량이 표 3.29에 함께 제시되어 있다. 증발기 유형 1, 2, 3 특정 소비량 kg 증기/twe 1 (kwh) 전기 kwh/twe 1 1단계 1200 (960) 10 2단계 650 (520) 5 열압착 기능이 있는 1단계 (400) 5 3단계 (320) 5 열 압착 기능이 있는 6단계 (100) 5 MVR 기능이 있는 1단계 0-20 (8) MVR 기능이 있는 2단계 0-20 (8) 열펌프 주: 1. twe: 증발된 물의 톤 수 2. 여러 가지 제품 농도에 대한 평균값 3. 마지막 열은 보조 소비량과 일치한다(예: 펌프, 냉각탑). 표 3.29: 증발기 유형 및 비소비량 적용 분야 기술의 선택은 제품의 특성 및 농도에 따라 다르다. 실행 가능성 테스트가 필요할 수 있 다. 경제적 측면 사례별로 판단 시행의 동인 비용 절감. 생산 시스템 처리량의 증가 및 제품 품질의 향상 사례 ZF Lemforder Mecacentre는 자동차 산업에 필요한 여러 가지 품목을 제조한다(예: 서스펜 션 또는 스티어링 볼, 스티어링 칼럼). 이 회사는 ISO 인증을 획득하는 과정에 있던 1998년에 가공품에서 물을 농축하기 위해 MVR 증발기를 설치했다. 설치된 장비는 7.2kWh의 전력으로 시간 당 최대 120리터의 폐수를 농축하며, 생산 시스템에서 월 20m3-25m3의 정화된 물을 재활용할 수 있다. 잔류 농축액 폐기물은 적절한 폐기물 관리 처리 설비로 보내진다. 에너지 효율 261

296 3 장 투자비용: EUR 91,469 획득된 연 절감 비용: EUR 76,224 투자액 회수 기간: 14개월 참조 정보 [26, Neisecke, 2003, 197, Wikipedia,, 201, Dresch_ADEME, 2006] [243, R&D, 2002] 건조 시스템 단열의 최적화 설명 모든 가열 장비와 마찬가지로, 오븐, 증기 파이프 및 응축액 파이프 같은 건조 시스템을 절연하면 열 손실을 줄일 수 있다( 파이프 참조). 사용된 절연체의 유형 및 필요한 두께는 시스템의 작동 온도, 건조되는 물질 및 물 이외의 액체가 제거되고 있는가의 여부 또는 수증기가 오염될 가능성이 있는가의 여부(예: 산성 증기)에 따라 다르다. 취성, 기계적 손상, 절연, 습기의 활동(예: 응축된 수증기, 증기 누수) 또는 화학물질과의 접촉으로 인해 시간이 흐를수록 기능이 떨어질 수 있기 때문에 절연을 유지해야 한다. 절 연의 손상 여부는 육안 점검 또는 적외선 방식으로 확인할 수 있다 을 참조한다. 달성된 환경 편익 에너지 절감 매체통합적 영향 확인된 사항 없음 운영 데이터 고온 표면이 사람과 접촉할 가능성이 있는 경우, 최대허용 표면 온도는 50 C다. 절연은 누수 또는 부식된 부분에 적용될 수 있으며, 정기 점검을 통해 이러한 점들을 확 인해야 한다. 적용 분야 대형 건조 시스템의 절연 및 설비 교체 경제적 측면 경제적 측면은 프로젝트를 기준으로 계산 시행의 동인 비용 절감, 보건과 안전 사례 광범위하게 사용됨 참조 정보 [265, Tempany, 2008, 268, Whittaker, 2003] 에너지 효율

297 3 장 복사에너지 설명 적외선(IR), 고주파(HF) 및 마이크로웨이브(MW) 같은 복사에너지에서는 에너지가 열복사 를 통해 전달된다. 건조와 경화 사이에는 다음과 같이 일정한 차이가 있다는 점을 참고한 다. 건조는 용매 분야의 온도를 증발의 잠열까지 또는 잠열 이상으로 올려야 하는 반면, 경화 기술은 교차 결합(중합) 또는 다른 반응을 위한 에너지를 제공한다. 코팅의 건조 및 경화는 STS BREF에서 논의된다. 이러한 기술은 산업 생산 공정에서 제품을 가열하는 데 적용되기 때문에 건조 공정에서도 적용될 수 있다. 복사에너지는 단독으로 사용하거나 전도 및 대류와 결합해 사용할 수도 있다. 달성된 환경 편익 복사 에너지는 이러한 공정에서 에너지 절감을 가능하게 하는 다음과 같은 몇 가지 특성 이 있다. 에너지의 직접 전달. 복사에너지는 중간 매개체를 사용하지 않고 발생원에서 제품으 로 에너지를 직접 전달할 수 있다. 따라서 열 전달은 특히 환기 시스템을 통해 열 손 실을 피할 경우 최상이 된다. 이런 특징을 통해 상당량의 에너지를 절감할 수 있다. 예를 들면, 페인트 건조 공정의 경우에는 폐기 가스와 함께 약 80%의 에너지가 추출 된다. 높은 출력 밀도. 복사너지의 출력의 표면(IR) 또는 부피(HF, MW)밀도는 고온의 공기 대류와 같은 재래식 기술과 비교해 높다. 이러한 점은 생산 속도를 높이는 요인이며, 페인트 같은 생산 단위당 에너지 비율이 높은 제품의 처리를 가능하게 한다. 에너지 집중. 에너지를 제품의 필요한 부분에 집중시키는 것이 용이하다. 제어 유연성. 열 관성은 복사에너지에서는 낮으며, 출력 변동은 크다. 유연한 제어 기 능을 이용해 에너지를 절감하고 양질의 제조품을 만들 수 있다. 매체통합적 영향 보고된 바 없음 운영 데이터 공기는 열전달을 위한 중간 매개체가 아니지만 증기나 다른 용매를 추출하는 데 사용할 수 있기 때문에 배기 공기는 일반적으로 훨씬 낮다. 따라서 배기 가스의 처리가 용이하며 비용도 적게 소요된다. 기타 IR 고유의 달성된 편익은 다음과 같다. 직접 가열: 고온의 공기 배기 저감 및 그로 인한 에너지 절감, 고온의 유체 운반이 적 거나 전혀 없음 장비 크기의 축소 비교적 간편한 조절 설비의 개조 기타 HF 및 MW 고유의 달성된 편익은 다음과 같다. 직접 가열: 고온의 공기 배기 저감 및 그로 인한 에너지 절감, 고온의 유체 운반이 적 거나 전혀 없음 체적 가열을 통해 신속한 건조 및 손실 감소 가능 선택적 가열. 물을 선택적으로 가열할 수 있다. 제품의 크기가 파장과 비슷한 경우 균일한 가열 가능 효율적인 열전달 이종 제품의 비균일 가열이 발생해 제품 품질 불량의 원인이 될 수 있다. 에너지 효율 263

298 3 장 IR은 다음과 같은 몇 가지 단점이 있다. 비교적 큰 투자 규모(20%-30%) 특히 건축업자들이 우선적으로 선택하는 대상이 아닌 대개 평형 또는 단순형 제품의 경우 HF과 MW는 다음과 같은 몇 가지 단점이 있다. 비교적 큰 투자 규모(20%-30%) 대개 건축업자들이 우선적으로 선택하는 대상이 아님 적용 분야 복사에너지, 특히 IR은 전도 또는 대류와 결합해 설비의 개량에 사용되거나 생산 라인을 끌어 올리는 데 사용된다. 몇 가지 장점(신속한 조치, 최종 제품의 품질, 에너지 절감)에도 불구하고 복사에너지는 산 업 분야에서 공통적으로 이용되고 있지는 않지만, 오늘날에는 엄청난 에너지 절감 가능성 이 있는 것으로 알려져 있다. IR의 이용 가능 분야는 다음과 같다. 페인트, 잉크 및 니스의 경화 종이, 판지의 건조, 섬유의 예비건조 화학 및 플라스틱 산업의 분말 건조 HF의 이용 가능 분야는 다음과 같다. 대형(단일 결정) 제품: 화학 산업의 섬유(전선의 릴), 세라믹 분말 HF는 다음 제품의 건조에 사용될 수 있다. 대형(단일 결정) 제품(목제, 농공업) 또는 평평한 제품 화학 및 의약품(진공 상태) 경제적 측면 투자는 일반적으로 재래식 기술보다 많은 비용(20%-30%)이 소요된다. 시행의 동인 복사에너지는 콤팩트 시스템으로 이어진다. 가용 공간 부족이 동인이 될 수 있다. 또한 기 존의 생산 라인(특히 IR의 경우)을 개선하는 데 사용될 수 있다. 사례 Biotex는 라텍스 베게를 생산하는 프랑스 기업이다. 베게는 건조하기가 상당히 어려우며, 사용하는 동안 문제가 발생하지 않도록 습도 함량이 1% 미만이어야 한다. 대류 터널(충돌 제트)은 우수한 생산 품질을 달성하기에 충분하지 못했으며, 많은 양의 에너지를 소비했 다. 터널의 생산에서 HF 시스템의 실행은 품질을 기준으로 한 요구사항을 충족했으며, 베 게 당 생산 시간을 8배 감소하는 것과 함께 생산 단위당 에너지 소비량 41%(주요 에너지) 정도 줄었다. 대류 터널에서는 베게에 19%-45%의 습도가 남아 있으며, HF는 1%를 달성한 다. 원금 회수 기간은 4년이었다. 참조 정보 [204, CETIAT, 2002, 205, ADEME,, 206, ADEME, 2002] 264 에너지 효율

299 3 장 컴퓨터를 이용한 공정 제어/열 건조 공정의 자동화 설명 열 건조 공정이 적용되는 대다수의 분야에서, 건조기는 일반적으로 목표값 규격 또는 주 요 선호도값(운영자 경험)을 이용해 제어한다. 체류 시간, 작업 처리 속도, 시작 습도 함 량, 온도 및 제품 품질 등은 모두 제어 매개변수로 사용된다. 여전히 높은 사용 수명을 제 공하고 있지만 선형 특성이 있고 간섭이 적은 습도 센서는 습도 함량을 결정하기 위해 필 요하다. 컴퓨터는 이러한 측정 결과를 실시간으로 계산해 건조 공정의 수학 모델에서 계 산된 목표값과 비교한다. 이러한 과정에는 건조 공정 및 적절한 소프트웨어에 대한 정확 한 지식이 필요하다. 제어 장치는 목표값과 실제값을 비교해 일치하는 제어 변수를 변경 한다. 여러 가시 설비에서 얻은 사례들을 통해 경험에 의존하는 재래식 제어 장치의 사용과 비 교해볼 때 5%-10% 절감을 달성할 수 있는 것으로 나타났다. 달성된 환경 편익 제출된 데이터 없음 매체통합적 영향 제출된 데이터 없음 운영 데이터 제출된 데이터 없음 적용 분야 제출된 데이터 없음 경제적 측면 제출된 데이터 없음 시행의 동인 제출된 데이터 없음 사례 제출된 데이터 없음 참조 정보 [207, ADEME, 2000] 에너지 효율 265

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301 4 장 4 최적실용가능기술 4.1 머리말 본 장 및 그 내용을 이해하기 위해 다시 본 문서의 서문과 특히 아래에 인용된 본문을 주 목한다. 서문의 3절에서 IPPC 지침 및 BAT의 정의에 대한 관련 법적 의무 이 지침의 목적은 부록 I에 수록된 활동들로 인해 발생하는 오염에 대한 통합 예방 및 제 어를 달성함으로써 전반적인 환경 보호 수준을 높이는 것이다. 지침의 법률적 토대는 환 경 보호와 관련이 있다. 지침의 실행은 또한 EC의 산업 경쟁력을 통한 지속 가능한 발전 같은 집행위원회의 다른 목적도 고려하고 있다. 보다 구체적으로 말하면, 지침은 운영자와 규제 기관이 모두가 시설의 오염 및 소비 잠재 력을 통합적으로 주목해야 하는 산업 분야 시설에 대한 허가 시스템을 지원한다. 이런 통 합 접근법의 전반적인 목적은 환경 전반에 대한 보호 수준을 높일 수 있도록 산업 공정의 관리 및 통제 방법을 개선하는 것이 되어야 한다. 이러한 접근법의 중심에는 3조에 제시 된 바와 같이 운영자들이 환경성과(environmental performance)를 개선할 수 있도록 하는 최적실용가능기술 을 적용해 오염 방지를 위해 필요한 모든 적절한 예방 조치를 취한다는 일반 원칙이 있다. '최적실용가능기술'이란 용어는 지침의 2(12)에 정의되어 있다. 또한 지침 부록IV는 예상되는 비용, 편익, 경계 및 예방의 원리를 염두에 두고 최적실용가 능기술을 결정할 때 전체적으로 또는 특별한 경우에 고려해야 할 항목을 수록하고 있다. 이러한 고려 대상에는 제17(2)조에 따라 위원회에서 발표한 정보가 포함된다. 허가를 관장하는 관할 당국은 허가 조건을 심사할 때 3조에 기술된 일반 원칙을 고려해야 한다. 허가 조건에는 배출 한계값이 포함되며, 필요한 경우 동등한 매개변수 또는 기술 측 정값을 이용해 이러한 한계값을 보충 또는 대치할 수 있다. 지침 제9(4)조는 다음과 같이 규정하고 있다. (환경 품질 기준environmental quality standards의 준수 외에), 배출 한계값, 이와 동등한 매 개변수 및 기술 측정값은 특정 기술 사용을 지정하지는 않지만, 최적실용가능기술에 근거 한 것이어야 하며 해당 설비의 기술적 특성, 지리적 위치 및 현지 환경 조건 등을 감안해 야 한다. 어떠한 경우에도 허가 조건은 장거리 또는 경계를 넘는 오염(transboundary pollution)의 최 소화 요건을 포함한 것이어야 하며 이를 통해 전체 환경에 대해 높은 환 경 보호 수준을 확보할 수 있어야 한다.) 회원국은 지침의 11조에 따라 관련 기관이 최적실용가능기술을 따르거나 최신 기술발전에 대해 알 수 있도록 해야 한다. 에너지 효율 267

302 4 장 서문의 6절에서, 본 문서의 이해 및 사용 방법 이 문서에 수록된 정보는 특정 사례에서 에너지 효율에 대한 BAT를 결정하는 데이터로 사용하기 위한 것이다. BAT를 결정하고 BAT에 근거한 허가 조건을 설정할 때 에너지 효 율을 포함하는 환경 전체를 대상으로 높은 수준의 환경 보호를 달성하고자 하는 목표를 항상 염두에 두어야 한다. 본 장(4장)에서는 일반적 의미에서 BAT와 호환가능한(compatible) 다양한 기술을 제시한다. 이는 BAT 기반의 허가 조건을 결정할 때, 사용된 에너지 효율 기술의 평가 지표로서 활 용되거나 9(8)에 따르는 포괄적 규칙을 설정하기 위한 것이다. 그러나 강조하고 싶은 점은 이 문서가 허가에 필요한 에너지 효율 가치 자체를 제시하는 것은 아니라는 점이다. 적정 허가 조건을 결정할 때 현지의 요인, 즉 해당 설비의 기술적 특성, 지리적 위치, 업그레이 드의 경제적, 기술적 실행 가능성 등을 함께 고려해야 한다. 환경 전체를 대상으로 높은 수준의 환경 보호를 달성하는 단일 목표의 경우에도 다양한 유형의 환경 영향 사이에서 절충적인 판단을 해야 하는 경우가 종종 있으며, 이러한 판단은 현지 여건의 영향을 받게 되는 경우가 많다. 따라서 이 장에서 제시되어 있는 기술이 반드시 모든 설비에 적절한 것이라고 할 수 없 다. 한편 장거리 또는 경계를 넘는 오염의 최소화를 포함하는 높은 수준의 환경 보호를 반드시 달성해야 하는 관점에서 볼 때 허가 조건은 단순히 현지 여건만을 기초로 설정해 서는 안 된다는 점을 알 수 있다. 따라서 허가 당국에서 이 문서의 정보를 충분히 고려하 는 것은 극히 중요한 일이라 하겠다. (위에서 요약한 바와 같이) 통합 접근법 및 매체통합적 효과의 균형을 유지해야 하는 필요 성의 결과로서, 에너지 효율은 궁극적으로 설비 전반을 고려해야 한다. 즉, 해당 설비의 모든 활동 또는 시스템의 에너지 효율을 동시에 극대화하는 것이 불가능 할 수도 있다. 총에너지 효율을 극대화하면서 동시에 다른 소비 및 배출을 최소화하는 것이 불가능 할 수도 있다(예: 에너지를 사용하지 않고 배출을 줄이는 것이 불가능할 수 있음). 1가지 이상의 시스템에 대한 에너지 효율은 설비에 대한 전반적인 최대 효율을 달성 하기 위해 최적화 안 될 수 있다 및 을 참조한다. 에너지 효율 및 제품 품질 같은 다른 요소의 극대화와 공정의 안정성 사이의 균형을 유지할 필요가 있다. 폐열 및 잉여열 또는 재활용이 가능한 에너지원의 사용은 사용 중인 에너지 효율이 낮은 경우에도 다른 연료를 사용하는 것보다 지속 가능한 것일 수 있다. 따라서 에너지 효율 기술은 에너지 효율 최적화 로 제안될 수 있다. 본 장에서 설명한 기술은 다음의 여러 단계를 포함한 반복적인 공정을 통해 평가되었다. IPPC 지침의 영역 안에서 주요 에너지 효율 문제의 확인(서문 및 범위 32 참조) 주요 문제들을 처리하는 데 가장 많이 관련되어 있는 기술의 검토 EU와 전세계의 자료를 기준으로 달성 가능한 최고의 에너지 효율의 확인 32 다른 법률 및 정책과의 인터페이스는 물론이고 IPPC 지침의 에너지 효율 및 본 문서 영역에 대해서는 서문 및 범위에서 논의된다. 본 문서에서는 재생 가능한 에너지원의 사용 같은 문제를 논의하지 않을 것이라는 점 에 대해 그 부분에서 이미 결론을 내렸다. 268 에너지 효율

303 4 장 성과 수준이 달성되었던 조건(비용, 매체통합적 영향, 기술의 실행의 주요 동인 등)의 검토 지침의 2(12)조 및 부록 IV에 따라 일반적인 의미의 최적실용가능기술(BAT)의 선택 유럽 IPPC 사무국 및 관련 기술작업그룹(TWG)을 통한 전문적 판단이 본 문서에서 정보를 설명하는 이러한 각 단계 및 방법에서 주요한 역할을 했다. 가능한 경우에는 비용 관련 자료를 앞 장에서 설명한 기술에 대한 설명과 함께 제시했다. 이러한 자료들은 관련된 비용의 규모에 대해 대략적으로 나타낸다. 하지만 기술을 적용하 는 데 실제로 소요되는 비용은 세금, 수수료 및 관련된 시설의 기술적 특성과 관련된 특 수한 상황 등에 따라 크게 다르다. 본 문서에서 그런 현장 고유의 요인들을 모두 평가할 수는 없다. 비용 관련 자료가 없는 상황에서, 기존의 시설에 대한 관찰 결과를 토대로 기 술의 경제적 가능성에 대한 결론이 도출된다. 본 장의 일반적인 BAT는 기존 시설의 현재 성능 또는 신규 시설에 대한 제안 여부를 판 단할 수 있는 참고 기준이라고 생각된다. 이와 같은 방법으로 일반적인 BAT는 적절한 BAT 기반 조건을 결정하거나 IPPC 지침의 9(8)에 따른 일반적인 제약 규정을 확립하는 데 유용할 것이다. 신규 시설들은 여기서 설명된 일반적인 BAT 또는 그 이상의 수준에서 수행하도록 설계할 수 있는 것으로 예상된다. 또한 기존 시설은 기술 및 경제적 적용 가 능성에 따라 일반적인 BAT 또는 그 보다 나은 수준으로 개선될 수 있을 것으로 예상된 다. BAT 참고 문헌은 법적으로 구속력이 있는 기준을 설정하지는 않지만, (수요 산업별 BREF 에 제시된 에너지 효율 또는 등가 매개변수 및 기술 조치(9(4))를 포함해) 특정 기술을 사 용할 경우의 달성 가능한 배출한도 및 소비한도에 대해 회원국 및 일반인에게 산업 지침 에 대한 정보를 제공하도록 계획되어 있다. 특정 경우에 대한 조건은 IPPC 지침의 목적 및 지역적 고려 사항들을 생각해서 결정해야 한다. 공통 BAT의 확인 모든 IPPC 부문의 에너지 효율에 대한 수평적 접근법은 에너지가 모든 설비에서 사용되 며, 공통 시스템 및 장비가 많은 IPPC 부문에서 발생한다는 전제를 바탕으로 하고 있다. 따라서 특정 활동과 관계없이 에너지 효율에 대한 공통으로 사용되는 옵션을 확인할 수 있다. 이러한 점을 기준으로 전반적으로 높은 수준의 에너지 효율을 달성할 수 있는 가장 효과적인 조치를 포함하는 BAT를 달성할 수 있다. 이러한 방법은 공통지침이기 때문에, BAT는 하나의 현장 안에 있는 공정, 장치 및 시스템의 상호 작용을 고려해야 하고 주요 산업별 BREF보다 광범위하게 고려되어야 한다. 에너지 효율 및 관련 에너지 소비 수준에 대한 공정 고유의 BAT는 해당 산업분야별 BREF에 제시되어 있다. 이러한 사항들 중의 몇 가지에 대해서는 [283, EIPPCB]에 요약되 어 있다. 따라서 특정 설비에 대한 BAT는 관련 분야별 BREF 내의 BAT 요소, 다른 산업분야의 BREF에서 발견할 수 있는 관련 활동에 대한 BAT 및 본 장에서 설명한 일반적인 BAT 요 소의 조합이다. 모든 설비에 대한 일반적인 사항은 4.2에서 확인할 수 있으며, 일정 시스 템, 공정, 활동 또는 장비에 대한 관련 BAT는 4.3에 제시되어 있다(관계에 대해서는 그림 4.1에 제시되어 있음). 본 장뿐만 아니라 2장과 3장에서는 고려할 수 있는 기술의 포괄적 목록을 제시하지 않으 며, 따라서 IPPC 및 BAT의 범위 안에서 동등하게 유효할 수 있는 다른 기술들이 존재하 거나 개발될 수 있다. 에너지 효율 269

304 4 장 BAT의 실행 신규 시설 및 현저하게 업그레이드된 시설 또는 공정에서 BAT을 실행하는 것은 일반적으 로 문제가 되지 않는다. 대부분의 경우에는 에너지 효율을 최적화하는 것은 경제적으로 의미가 있다. 기존의 기반시설 및 지역환경으로 인해, 기존 설비의 안에서 BAT를 시행하 는 것은 일반적으로 쉽지 않다. 이러한 설비 개조의 경제 및 기술적 시행 가능성을 고려 해야 한다(아래에 수록된 서문 및 설명 참조) ECM REF는 다음 요인들과 관련이 있다 [167, EIPPCB, 2006]. 신규 설비 또는 주요 부분을 업그레이드하는 경우, 기술의 선택에 대한 책임의 단계 (즉, 설계를 더 이상 효율적인 비용으로 변경할 수 없는 지점) 장비의 수명 및 설계 투자 주기에서 설비의 위치 공정의 복잡성 및 설비에서 사용된 기술의 실제 선택 생산 능력, 용량 및 생산되고 있는 제품의 혼합 적용되고 있는 처리의 유형 및 품질 요구사항 가용 공간 운영자가 요구하는 시간동안의 비용, 가용성 및 기술의 신뢰성 (일정한 구조 변경을 포함해) 설비 내에서 활동을 변경하는 데 필요한 시간 및 변경 사항을 생산 요구사항에 최적화하는방법 현재의 환경 조치의 비용 대 편익 신기술 및 최근에 주목받고 있는 기술 비용 및 매체통합적 영향 그럼에도 불구하고, 본 문서에서는 신규 설비와 기존 설비를 구분하지 않는다. 그러한 구 분만으로는 산업 현장의 운영자들이 BAT를 채택하도록 자극이 되지 않기 때문이다. 일반 적으로 에너지 효율 조치와 관련되어 있는 원금 회수가 있으며, 에너지 효율에 부가된 높 은 중요성으로 인해 비용 인센티브를 포함한 많은 정책 시행 조치들을 이용할 수 있다. 유럽 및 MS 행동 계획 및 규정에 대한 정보는 부록 7.13에서 확인할 수 있다. 일부 기술은 지속적으로 적용할 수 있는 반면에, 기타의 기술들은 주기적으로 부분 또는 전체를 적용할 수 있다. 예를 들면, 유지보수 업무는 매일 수행할 수 있지만, 기타의 업무 는 적절한 시기에 수행한다. 예를 들면, 장비 정비는 가동 중단 시간에 수행한다. 몇 가지 기술은 아주 바람직하며 빈번하게 실행되지만, IPPC 지침에서는 검토되지 않는 제3자의 이용 가능성 및 협조(예: 열병합발전)가 필요할 수 있다. 본 장을 이해하는 데 유용한 사항들 본 문서를 작성하는 과정에서, 기술 및 그에 따른 BAT의 적용을 검토할 때 유용한 순서 가 있다는 것이 분명해졌다. 이러한 사항은 아래의 BAT 절의 순서와 그림 4.1에 제시되어 있다. 우선 첫 번째로 해야 할 일은 공정에 포함된 활동들 중에서 핵심 공정을 선택하고 운영하 는 것이다. 이러한 점들에 대해서는 첫 번째 참고 기준인 주요산업분야별 BREF에서 논의 된다. 일부 경우에는 설비에서 여러 관련 활동에 적용할 수 있는 기술에 대해서는 LCP, WI 또 는 WT BREF 등 별도의 주요산업분야별 BREF에서 논의된다. 하지만 에너지 효율은 공통의 문제이며, 산업분야별 BREF에서 다루지 않고 여러 부문에 걸쳐 일정하게 다뤄야 할 필요가 있는 측면들이 있다. 이러한 점들에 대해서는 본문에서 다루고 있다. 270 에너지 효율

305 4 장 첫 번째 단계는 4.2.1에 명시되어 있는 에너지 효율 관리 시스템(ENEMS)을 기반으로 하는 행동 프로그램이다. 이러한 프로그램은 (i)산업분야별 BREF에서 언급된 EMS을 통해서 다 룰 수 있으며, (ii)해당 EMS는 별도의 ENEMS을 통해서 개정하거나 (iii) 보충할 수 있다. 특정 BAT는 기존 설비를 개조하거나 신규 설비를 개발할 때 적용한다 는 ENEMS의 일부 절에 대한 시행을 지원한다. 여기에는 기술에 대한 자세한 설 명을 하는 BAT가 포함되어 있다. 4.3에는 몇 가지 공통적인 시스템, 공정, 설비의 에너지 효율에 영향을 주면서 수직 BREF 에서는 자세히 논의되지 않는 관련 활동이나 장비에 대한 BAT가 포함된다. 이러한 사항 들은 설비를 평가하는 과정에서 확인할 수 있다. 많은 경우에, 추가 정보는 앞의 장에서 논의된 여러 가지 사항에서 적용 분야 란 제목으 로 요약되어 있다. 여기에서는 BAT가 적용되는 설비, BAT를 적용하는 빈도 및 복잡성과 같은 해당 정보를 제공한다. 에너지 효율 271

306 4 장 분야별 BREF에서의 에너지 및 관련 BAT EMS 또는 다른 시스템에서 에너지 효율 관리를 위한 문제를 다루고 있는가? 설비 수준에서의 ENE BAT BAT 1: ENEMS 기존 설비 (a) 최고경영층의 확약 (b) 에너지 효율 정책의 정의 (c) 목적과 목표의 계획 및 수립 (d) 절차의 시행과 운영 (e) 벤치마킹 (f) 성과의 점검 및 시정 조치 (g) ENEMS의 검토 (j) 신규장치 설계 시 장치의 영구 가동 중단으로 인한 환경 영향 고려 기존 설비의 업그레이드 또는 신규 설비 (k) 에너지 효율 기술의 개발 및 ENE 기술의 발전을 따른다. 설비 수준의 ENE BAT BAT 1(c): 목적 및 목표의 수립 BAT 2: 지속적인 환경 개선 BAT 3: ENE 감사의 수행 BAT 4: ENE 측면 및 옵션을 확인하기 위한 감사 BAT 5: BAT 4를위한 적절한 도구의 사용 BAT 6: (열병합발전을 포함한) 에너지 회수를 최적화할 수 있는 기회의 확인 BAT 7: 시스템 접근법의 시행 BAT 11: 공정 통합에 의한 ENE의 추구 BAT 1(d): 절차 1) 구조 및 책임 2) BAT 13: 교육, 인식 및 적격 3) 의견 교환 4) 직원 참여 5) 문서 작성 6) BAT 14: 효율적 공정 제어 7) BAT 15: 유지보수 8) 비상시 준비 및 대응 9) 에너지 효율 관련 법률 및 계약의 준수 보장 BAT 1(e): 벤치마킹 및 비교 BAT 8: ENE 지침 확립 BAT 9: 체계적인 비교의 수행 BAT 1(f): 성과 점검 1) BAT 16: 모니터링 및 측정 2) 시정 및 예방조치 3) 기록의 유지 4) BAT 3 및 4: 별도의 감사 또는 내부 감사 BAT 1(g): ENEMS의 검토 BAT 12: 추진력의 유지 BAT 1(k): ENE 기술의 개발 BAT 7: ENE에 대한 시스템 접근법 BAT 6: 에너지 회수를 최적화할 수 있는 기회의 확인 BAT 10: ENE 기술의 개발 또는 선택을 포함한 ENE 설계(EED) BAT 11: 공정 통합에 의한 ENE의 추구 다음과 같은 관련 활동을 위한 다른 분야별 BREF의 자료 및 기술: 연소 및 증기를 위한 대규모연소설비(LCP) 현장 소각을 위한 폐기물소각(WI) WT: 예: 연료로 사용을 위한 폐기물의 준비 BAT 3: ENE 감사 BAT 7:시스템접근법 4.3 시스템 공정 또는 활동 수준의 ENE BAT BAT 17: 연소 BAT 18: 증기 시스템 BAT 19: 열회수 BAT 20: 열병합발전 BAT 21, 22 및 23: 전력 공급 BAT 24: 전기모터 구동 서브시스템 BAT 25: 압축공기시스템 BAT 26: 펌프 시스템 BAT 27: HVAC(가열, 환기, 공기 조절) BAT 28: 조명 시스템 BAT 29: 건조 및 분리 그림 4.1: 에너지 효율과 BAT 사이의 관계 272 에너지 효율

307 4 장 4.2 설비 수준에서 에너지 효율을 달성하기 위한 최적실용가능기 술 설비 수준에서 에너지 효율을 전달하기 위한 핵심 요소는 BAT 1에 설명된 공식적인 관리 접근법이다. 이러한 방법은 다음 절에서 BAT을 통해 확인할 수 있다 에너지 효율 관리 많은 에너지 효율 관리 기술이 BAT로 판단된다. 에너지 효율 관리 시스템의 범위(예: 설 명의 수준) 및 특성은 일반적으로 다음과 같은 구성 공정 및 시스템(ENEMS)(예: 표준화 또는 비표준화)의 에너지 요구사항은 물론이고 설비의 특성, 규모 및 복잡성과 관련이 있 다(2.1 참조). 1. BAT는 지역 환경에 따라 적절하게 다음의 모든 특징들을 결합하는 에너지 효율 관리 시스템(ENEMS)을 준수 및 실행하는 기술이다(2.1 참조. 아래의(a), (b) 등과 같은 문자는 2.1의 해당 문자와 같은 것들이다). a. 최고 경영층의 확약(최고 경영층의 확약는 에너지 효율 관리 성공적인 적용을 위 한 전제 조건으로 간주됨). b. 최고 경영층에 의한 설비에 대한 에너지 효율 정책의 정의 c. 목적과 목표의 계획 및 수립(BAT 2, 3 및 8 참조) d. 다음 사항에 특별한 주의를 기울이는 절차의 실행과 운영 i) 구조 및 책임 ii) 교육, 인식 및 적격성(BAT 13 참조) iii) 의견 교환 iv) 직원 고용 v) 문서 정리 vi) 효과적인 공정 제어(BAT 14 참조) vii) 유지보수(BAT 15 참조) viii) 비상 준비 및 대응 ix) 에너지 효율 관련 규정 및 (해당하는 계약이 존재하는 경우) 계약의 준수 보호 e. 벤치마킹: 검증된 자료를 이용할 수 있는 경우, 시간의 경과에 따른 에너지 효율 지표의 확인 및 평가, 부문의 체계적이고 칙적인 비교, 에너지 효율에 대한 국가 자원 또는 지방 차원의 벤치마킹(2.1(e), 2.16 및 BAT 9 참조) f. 다음 사항들에 특별한 주의를 기울여 성과의 점검 및 시정 조치 i) 모니터링 및 측정(BAT 16 참조) ii) 시정 및 예방 조치 iii) 기록의 유지 iv) 에너지 효율 관리 시스템이 계획된 장치들에 적합한가의 여부 및 적절하게 실행 및 유지되었는가의 여부를 판단하기 위한 독립적인(가능한 경우) 내부 감사(BAT 4 및 5 참조) g. 최고 경영층에 의한 ENEMS 및 지속적인 적절성, 적합성 및 효율성에 대한 검토 에너지 효율 273

308 4 장 (h)와 (i)의 경우, 아래의 에너지 효율 설명 및 외부 검증에 대한 자세한 특징 참고 b. 새로운 장치를 설계할 경우, 장치의 영구 가동 중단으로 인한 환경 영향 고려 c. 에너지 효율적 기술의 개발 및 후속 에너지 효율 기술의 개발 이런 요소들이 기존의 관리 시스템의 일부를 형성하도록 하거나 별도의 에너지 효율 관리 시스템을 실행해 ENEMS는 달성될 수 있다. 보조 조치로서 3가지의 추가 특징을 고려할 수 있다. 이런 특징들에는 장점이 있지만, 이 러한 특징들을 갖추지 않은 시스템이 BAT가 될 수 있다. 이 세 가지의 추가 단계는 다음 과 같다. (2.1(h) 참조) 설비의 중요한 환경적 측면을 설명하는 정기적인 에너지 효율 진술서의 작성 및 발표(및 가능한 경우 외부 검증)를 통한 부문 벤치마크와의 비교는 물론이고 환경 목적 및 목표에 대한 연별 비교 가능 (2.1(i) 참조) 공인 인증기관 또는 외부 ENEMS 검증자의 검사 및 검증을 받은 관리 시스템 및 감사 절차 (2.1 참조, 적용 분야 2) 다음과 같은 국내 또는 국제적으로 승인된 임의적 시스템에 대한 준수 및 실행 DS2403, IS 393, SS627750, VDI Richtlinie No. 46 등 (EMS에 에너지 효율성 관리를 포함할 때) EMAS 및 EN ISO 14001:1996. 이러한 임의적 조치를 통해 ENEMS의 신뢰성을 높일 수 있다. 하지만 비표준화 시스템은 적절하게 설계 및 실행된 경우에 한해 동일한 효과를 낼 수 있다. 적용 분야: 모든 설비. 이러한 ENEMS 적용의 범위 및 특성(예: 설명의 수준)은 설비의 특 성, 규모 및 복잡성, 구성품 공정 및 시스템의 에너지 요구사항에 따라 다르다 목적과 목표의 계획 및 수립 지속적인 환경 개선 환경 관리 시스템의 중요한 측면은 지속적인 환경 개선이다. 이러한 과정은 설비의 에너 지, 원료 및 물 소비와 배출 사이의 균형 유지를 필요로 한다(1.1.6 및 참조). 계획에 따른 지속적 개선으로 에너지 절감을 위한 최상의 비용 대 편익 (및 기타 환경상의 편익) 을 달성할 수 있다. 2. BAT는 종합적인 기준에 따라 조치 및 개선에 대한 계획을 수립하고, 단기 및 중 장기적으로는 비용 대 편익 및 매체통합적 영향을 고려하여 환경에 대한 설비의 영향을 지속적으로 최소화하는 기술이다. 적용 분야: 모든 설비. 지속적으로 는 시간이 경과하면서 조치가 반복된다는 것을 의미한다. 즉 모든 계획 수립 및 투자 결정은 운영이 환경에 미치는 영향을 줄이기 위한 장기적인 목표 전반을 고려해 야 한다. 이러한 점은 단기적인 조치를 피해 가용 투자를 보다 장기적으로 훌륭하게 이용 할 수 있도록 하는 것을 의미할 수 있다. 예를 들면 핵심 공정에 대한 변화는 보다 많은 투자를 필요로 하며 실행 기간이 더 길어질 수도 있지만, 에너지 사용 및 폐기물 배출을 보다 많이 줄일 수 있다(2.2.1의 예시 참조). 274 에너지 효율

309 4 장 환경상의 혜택은 선형이 아닐 수 있다. 예를 들면, 10년 동안 매년 2%의 에너지를 절감 할 수 있다. 이러한 과정은 ENE 등의 투자를 반영하는 점진적인 것이 될 수 있으며(2.2.1 참조, 마찬가지로 매체통합적 영향이 될 수도 있다. 예를 들면, 공기 오염을 줄이기 위해 에너지 소비를 늘려야 할 수도 있다. 절대로 환경에 영향을 주지 않을 수는 없으며, 추가 조치에 대한 비용 대 편익이 거의 없 거나 전혀 없는 시기가 있을 수 있다. 하지만 보다 장기적으로는 기술 변경 및 비용(예: 에너지 가격)에 따라서는 실행 가능성이 또한 바뀔 수 있다 에너지 효율적 설비 측면 및 에너지 절감 기회 확인 에너지 효율을 최적화하기 위해, 에너지 효율에 영향을 주는 설비의 측면을 확인 및 정량 화할 수 있다(2.11 참조). 그런 다음 위의 BAT 2에 따라 에너지 절감을 확인, 평가, 우선 순위 결정, 실행할 수 있다(2.1(c) 참조). 3. BAT는 감사의 실행을 통해 설비 중에서 환경 효율에 영향을 주는 측면들을 확인 하는 기술이다. 감사가 시스템 접근법과 일치하는 것이 중요하다(BAT 7 참조). 적용 분야: 모든 기존 설비 및 업그레이드 또는 개축 계획 수립 이전. 감사는 내부적으로 실행하거나 외부감사를 실행할 수 있다. 감사의 범위 및 특성(예: 설명의 수준, 감사 사이의 시간)은 설비의 특성, 규모 및 복잡성, 구성품 공정 및 시스템의 에너지 소비에 따라 다르다(2.8 참조). 예를 들면, 많은 시스템 및 모터 같은 개별 에너지 사용 구성품이 장착된 대형 설비에서는 필요 한 정보 및 중요한 용도에 대한 자료 수집을 우선순위로 정할 수 있다. 소형 설비에서는 현장검사(walk-through)형태 감사로 충분할 수 있다. 설비에 대한 첫 번째 에너지 감사는 에너지 진단이라고도 할 수 있다. 4. 감사를 수행할 경우, BAT는 감사에서 다음과 같은 측면들을 확인하도록 해야 한 다(2.11 참조). a. 설비 및 구성 시스템과 공정의 에너지 사용 및 유형 b. 에너지 사용 장비, 설비에서 사용되는 에너지의 유형과 양. c. 다음과 같이 에너지 사용을 최소화할 수 있는 가능성 운영 시간 조절/감소, 예를 들어 사용하지 않을 때 전원 차단(예: 3.6, 3.7, 3.8, 3.9, 3.11 참조) 절연의 최적화(예: 3.1.7, 및 참조) 설비, 관련 시스템, 공정 및 장비 최적화(3장 참조) d. 대체 에너지원을 사용하거나 보다 효율적인 에너지, 특히 다른 공정 또는 시스템 에서 발생한 잉여 에너지를 사용할 가능성(3.3 참조) e. 다른 공정 또는 시스템에 대해 잉여의 에너지를 사용할 가능성(3.3 참조) f. 열 품질을 업그레이드할 가능성(3.3.2 참조) 에너지 효율 275

310 4 장 적용 분야: 모든 설비. 감사의 범위 및 특성(예: 설명의 수준)은 설비, 규모 및 복잡성, 구 성공정 및 시스템의 에너지 소비에 따라 다르다. 시스템 및 공정을 최적화하기 위한 기술의 사례는 3장의 관련 절에 제시되어 있다. 5. BAT는 에너지 최적화를 확인 및 정량화하는 것을 지원하기 위해 다음과 같은 적 절한 도구 또는 방법론을 사용하는 기술이다. 에너지 모델, 데이터베이스 및 균형산정(2.15 참조) 핀치 방법론(2.12 참조), 엑서지 또는 엔탈피 분석(2.13 참조) 또는 열경제학(2.14 참조) 같은 기법 평가 및 계산(1.5 및 참조). 적용 분야: 모든 부문에 적용 가능. 적절한 도구의 선택 여부는 부문에 따라 다르며, 현장 의 규모, 복잡성 및 에너지 사용에 따라 다르다. 이러한 점은 현장 고유의 특성이며, 관련 절에 논의되어 있다. 6. BAT는 3.2, 3.3 및 3.4에 명시되어 있는 사항들과 같이 설비 내, 및 설비 내 시스 템 사이에서(BAT 7 참조) 또는 제3자와의 사이에서 에너지 회수를 최적화할 수 있는 기회를 확인하는 기술이다. 적용 분야: 에너지 회수 범위는 열에 대한 적합한 용도의 존재 여부 및 회수된 양에 따라 다르다(3.3 및 3.4, 부록 및 참조) 시스템 접근법은 및 BAT 7에 설명되 어 있다. 기회는 감사 결과 또는 다른 조사의 결과 같이 업그레이드 또는 신규 설비를 고 려하거나 (근접한 활동에서 영여열의 사용가능성이 확인되는 것과 같이) 지역적 상황이 변 화하는 다양한 시기에 확인할 수 있다. 제3자와의 협력 또는 계약은 운영자의 통제 범위 밖에 있을 수도 있기 때문에 IPPC 허가 의 범위를 벗어날 수도 있다. 공공 기관은 해당 협약을 권장하거나 제3자인 경우가 많다 에너지 관리에 대한 시스템적 접근 주요 에너지 효율성 증대는 설비 전반에 대한 검토 및 다양한 시스템의 필요성 및 사용에 대한 평가, 관련 에너지 및 상호 작용을 통해 달성될 수 있다(1.3.5, 및 참조). 7. BAT는 설비에서 에너지 관리에 대한 시스템적 접근법을 사용해 에너지 효율을 최적화하는 기술이다. 전반적으로 최적화에 대해 고려해야 할 시스템에는 다음과 같은 것들이 있다. 공정 장치(분야별 BREF 참조) 다음과 같은 가열 시스템 증기(3.2 참조) 뜨거운 물 냉각 및 진공(ICS BREF 참조) 다음과 같은 모터 구동 시스템 압축 공기(3.7 참조) 펌프(3.8 참조) 조명(3.10 참조) 건조, 분리 및 농축(3.11 참조). 276 에너지 효율

311 4 장 적용 분야: 모든 설비. 이러한 기술 적용의 범위 및 특성(예: 상세 정도, 최적화의 빈도, 한 번에 고려해야 할 시스템)은 설비의 특성, 규모 및 복잡성, 구성공정, 시스템의 에너지 요구사항, 적용을 고려하는 기술 같은 요인에 따라 다르다 에너지 효율 목적 및 지표의 확립 및 검토 정량화 되고 기록된 에너지 효율 목적은 에너지 효율을 달성하고 유지하는 데 무엇보다 중요하다. 개선을 해야 하는 분야는 감사를 통해 확인할 수 있다(BAT 3 참조). 에너지 효 율 조치의 효율성을 평가할 수 있도록 지표를 확립해야 한다. 공정 산업의 경우, 우선적으 로 생산 또는 서비스 처리량(예: GJ/t제품, 1.3 참조), 이른바 생산 단위당 에너지 소비량 (SEC)에 관련된 지표가 있다. (SEC 같은) 단일 에너지 목표를 설정할 수 없는 경우 또는 그러한 목표가 유용한 경우, 개별 공정, 장치 또는 시스템의 단일 개체의 효율을 평가할 수 있다. 공정에 대한 지표는 대개 관련 산업분야별 BREF에 제시되어 있다(개요에 대해서 는, [283, EIPPCB] 참조). (생산률, 제품 유형 같이) 생산 매개변수는 다양하며, 측정된 에너지 효율에 영향을 줄 수 있다. 또한 여러 가지 변수를 설명할 수 있도록 기록해야 하며, 적용된 기술을 이용해 에 너지 효율을 실현할 수 있도록 해야 한다(1.4 및 1.5 참조) 에너지 사용 및 전달은 복잡할 수 있으며, 평가되는 설비 또는 시스템의 범위는 시스템 전체를 기준으로 신중하게 정의 해야 한다(1.3.5, 및 BAT 7 참조). 에너지는 1차 에너지 또는 여러 가지 장치에 대한 2차 에너지를 기준으로 계산한다(예: 공정 열의 경우 GJ/t의 증기 열로 표현, 참조). 8. BAT는 다음 사항들을 모두 수행해 에너지 효율 지표를 확립하는 기술이다. a. 설비 및 필요한 경우에는 개별 공정, 시스템 또는 장치에 대한 적절한 에너지 효 율 지표의 확인하며, 시간의 경과에 따라 또는 에너지 효율 조치를 실행한 후에 변화를 측정한다(1.3 및 참조). b. 지표와 관련된 적절한 범위에 대한 확인 및 기록(1.3.5 및 참조) c. 관련 공정, 시스템 또는 장치의 에너지 효율 변화의 원인이 되는 요인들에 대한 기록 및 확인(1.3.6 및 참조) 적용 분야: 모든 설비. 이러한 기술 적용의 범위 및 특성(예: 설명의 수준)은 설비의 특성, 규모 및 복잡성, 구성공정 및 시스템의 에너지 소비에 따라 다르다. 2차 에너지 또는 최종 에너지는 보통 현재의 상황을 모니터링하는 데 사용된다. 일부 경 우, 예를 들면 전기와 증기가 통합 에너지 효율 지표로 모두 제시되는 펄프 및 종이 산업 에서는 2개 이상의 2차 또는 최종 에너지 지표를 사용하는 것이 가장 편리하다. 에너지 벡터 및 장치의 사용 (또는 변경)을 결정할 때에도 에너지 지표를 2차 에너지 또는 최종 에너지로 사용할 수 있다. 하지만 지역적인 환경에 따라 1차 에너지 또는 탄소 균형 같은 다른 지표를 사용해 2차 에너지 벡터 및 매개통합적 영향을 설명할 수 있다. 에너지 효율 277

312 4 장 벤치마킹 벤치마킹은 패러다임 무지 33 를 극복하는 것은 물론이고 설비의 성능 및 에너지 효율 조치 의 효율성을 평가하기 위한 강력한 도구다. 자료는 산업분야별 BREF, 무역협회 정보, 국 가 지침 문서, 공정에 대한 이론적 에너지 계산 등에서 확인할 수 있다. 자료는 공급 재료 의 유형 등에 대해 공통점이 있어야 하며, 수정해야 할 경우도 있다. 자료를 보호하는 것 이 가능하다고 해도 에너지 소비가 생산 비용의 중요한 부분인 경우는 자료의 기밀 유지 는 중요할 수도 있다(2.16 참조). 또한 BAT 8의 에너지 지표 확립을 참조한다. 벤치마킹은 또한 공정 및 작업 방법에도 적용될 수 있다(2.5 및 2.16 참조). 9. BAT는 검증된 자료를 이용할 수 있는 경우에 분야와의 체계적이고 규칙적인 비 교, 국가 차원 또는 지역 차원의 벤치마킹을 수행하는 기술이다. 적용 분야: 모든 설비. 설명의 수준은 설비의 특성, 규모 및 복잡성, 구성공정 및 시스템의 에너지 소비에 따라 다르다. 기밀 유지 문제를 다뤄야 할 수도 있다(2.16 참조). 예를 들 어, 벤치마킹의 결과는 기밀 상태로 유지될 수도 있다. 검증된 자료에는 BREF의 자료 또 는 제3자가 검증한 자료가 포함될 수 있다. 벤치마킹의 기간은 분야에 따라 다르며, 벤치 마킹 자료가 단기간에 빠르게 또는 크게 변하는 경우는 드물기 때문에 보통 장기간(즉 수 년)이다 에너지 효율적 설계(EED) 신규 설비, 장치 또는 시스템의 계획 수립 단계(또는 현재 진행 중인 주요 개량)는 공정, 장비 및 장치 시스템의 내구연한 에너지 비용을 검토하고, 최상의 내구연한 비용으로 가 장 에너지 효율적인 옵션을 선택할 수 있는 기회가 된다(2.1(c) 참조). 10. BAT는 신규 설비, 장치 또는 시스템의 계획이나 중요한 개량 계획을 수립할 때 (2.3 참조) 다음의 사항들을 모두 고려해 에너지 효율을 최적화하는 기술이다. a. 에너지 효율적 설계(EED)는 계획적인 투자에 대한 정의가 분명하지 않은 경우에 도 개념설계/기본설계 단계의 초기 단계에 시작된다. EED는 입찰 절차에서도 고 려되어야 한다. b. 에너지 효율적 기술의 개발 또는 선택(2.1(k) 및 참조) c. 설계 프로젝트의 일부로서 또는 별도로 기존의 자료를 보충하거나 알고 있는 지 식을 보충하기 위해 추가로 자료를 수집해야 할 수도 있다. d. EED 작업은 에너지 전문가가 수행해야 한다. e. 에너지 소비의 초기 계획에서는 또한 어떤 당사자들이 프로젝트 조직에서 향후 에너지 소비에 영향을 줄 것인가 하는 문제를 처리하고 해당 당사자들과 함께 미 래의 에너지 효율 설계도 최적화해야 한다. 예를 들면, 설계 매개변수를 지정할 책임이 있는 (기존) 설비의 직원 등이 있다. 33 패러다임 무지(blindness)는 지배적인 패러다임이 실행 가능한 대한을 보지 못하도록 방해하는 경우, 즉 우리 는 항상 이 방법대로 해왔기 때문에 우리가 하고 있는 방법이 최선이다. 라는 경우에 발생하는 현상을 설명 하는 데 사용되는 용어다. 278 에너지 효율

313 4 장 적용 분야: 모든 신규 설비 및 현저하게 개량한 설비, 주요 공정 및 시스템. 관련 사내 ENE 전문 지식(예: 에너지 집약 산업)을 이용할 수 없는 경우, 외부 ENE 전문 지식 이용 을 모색해야 한다(2.3 참조) 공정 통합강화 원료 사용 최적화와 같이 공정 통합 시도에 따라 얻을 수 있는 몇 가지 추가 혜택이 있 다. 11. BAT는 설비 내에서 또는 제3자와 2개 이상의 공정 또는 시스템 사이의 에너지 사용을 최적화하는 것(2.4 참조)이다. 적용 분야: 모든 설비. 이러한 기술 적용의 범위 및 특성(예: 설명의 수준)은 설비의 특성, 규모 및 복잡성, 구성공정 및 시스템의 에너지 요구사항에 따라 다르다. 제3자와의 협력 또는 계약은 운영자의 통제 범위 밖에 있을 수도 있기 때문에 IPPC 허가 의 범위를 벗어날 수도 있다. 공공 기관은 해당 협약을 권장하거나 제3자인 경우가 많다 에너지 효율 제안의 추진력 유지 현재 진행 중인 에너지 효율에 대한 시간의 경과에 따른 개선을 달성하려면, 에너지 효율 프로그램의 추진력을 유지해야 한다. 12. BAT는 다음과 같이 다양한 기술을 이용해 에너지 효율 프로그램의 추진력을 유 지하는 기술이다. a. 생산 단위당 에너지 효율 관리 시스템의 실행(2.1 및 BAT 1 참조) b. 에너지 효율에 대한 의무 및 신용을 모두 사용자/요금 지불인에게 전가하는 실제 사용량(측정된)에 근거한 에너지 사용 계산 c. 에너지 효율을 위한 재정적 수익 센터의 설립(2.5 참조) d. 벤치마킹(2.16 및 BAT 9 참조) e. 운영 우수성 같이 기존의 관리 시스템에 대한 새로운 시각(2.5 참조) f. 변경 관리 기술 이용(또한 운영상 탁월성의 특징, 2.5 참조) 적용 분야: 모든 설비. 하나 또는 몇 가지의 기술을 모두 사용하는 것이 적절할 수 있다. 이러한 기술 적용의 범위 및 특성(예: 설명의 수준)은 설비의 특성, 규모 및 복잡성, 구성 공정 및 시스템의 에너지 소비에 따라 다르다. 기술 (a), (b) 및 (c)는 참조된 몇 곳의 관련 절에 따라 적용 또는 유지된다. (d), (e) 및 (f) 같은 기술의 적용 빈도는 ENE 프로그램의 성과가 평가될 수 있도록 장기간의 간격이 있어야 하며 몇 년이 걸릴 수 있다. 에너지 효율 279

314 4 장 전문 인력 보유 에너지 효율 관리의 실행 및 제어를 위해 인적 자원이 필요하며, 에너지에 영향을 줄 수 있는 직원은 교육을 받아야 한다(2.1 (d)(i) 및 (ii), 2.6 참조). 13. BAT는 다음과 같은 기술을 사용해 에너지 효율 및 에너지 사용 시스템의 전문 인력을 보유하는 기술이다. a. 숙련된 직원의 채용 또는 직원의 교육. 교육은 사내 직원이나 외무 전문가, 공식 적인 교육 과정 또는 자체 연구/개발을 통해 전달할 수 있다(2.6 참조). b. 직원을 채용해 오프라인에서 정기적으로 한시적/특별 조사를 수행(원래의 설비 또 는 다른 설비에서, 2.5 참조) c. 현장 사이의 사내 자원 공유(2.5 참조) d. 한시적 조사를 위해 적절한 능력을 갖춘 컨설턴트의 기용(예: 2.11 참조) e. 전문가 시스템 또는 기능 아웃 소싱(예: 부록 7.12 참조) 적용 분야: 모든 설비. 이러한 기술 적용의 범위 및 특성(예: 상세 정도)은 설비의 특성, 규모 및 복잡성, 구성공정 및 시스템의 에너지 요구사항에 따라 다르다 효율적 공정 제어 14. BAT는 다음과 같은 기술을 이용해 공정에 대한 효율적인 제어가 실행되도록 하 는 기술이다. a. 절차가 알려지고, 이해되며, 준수되도록 하기 위한 시스템 배치(2.1(d)(vi) 및 2.5 참조) b. 주요 성과 매개변수가 확인되도록 하며, 에너지 효율을 위해 최적화되도록 하고, 모니터링 되도록 하는 것(2.8 및 2.10 참조) c. 매개변수 문서화 또는 기록(2.1 (d)(vi), 2.5, 2.10 및 2.15 참조) 적용 분야: 모든 설비. 이러한 기술 적용의 범위 및 특성(예: 상세 정도)은 설비의 부문, 특성, 규모 및 복잡성, 구성공정 및 시스템의 에너지 요구사항에 따라 다르다. 280 에너지 효율

315 4 장 유지보수 에너지를 사용하고 제어하는 장비의 최대한 적절한 시기의 체계적 유지보수 및 수리는 효 율을 달성하고 유지하는 데 필수적인 요소다(2.1(d)(vii), 2.9 및 BAT 1 참조). 15. BAT는 다음과 같은 모든 사항들을 적용해 에너지 효율을 최적화할 수 있도록 설 비의 유지보수를 실행하는 기술이다. a. 유지보수의 계획 수립 및 실행을 위한 책임에 대한 분명한 할당 b. 장비 고장 및 결과는 물론이고 해당 장비에 대한 기술적인 설명, 기준을 근거로 유지보수를 위한 체계적인 프로그램 확립. 몇 가지 유지보수 활동 일정은 설비의 가동 중간 기간에 가장 적합하게 정할 수 있다. c. 적절한 기록 유지 시스템 및 진단 검사를 통한 유지보수 프로그램 지원 d. 정기적인 유지보수, 고장 또는 이상이 있을 시 에너지 효율의 손실 가능성 또는 에너지 효율을 개선할 수 있는 경우의 확인 e. 누수, 장비 파손, 베어링 마모 등과 같이 에너지 사용에 영향을 주고 제어할 수 있는 요소 확인 및 가능한 빠른 시간 안에 조정. 적용 분야: 모든 설비. 이러한 기술 적용의 범위 및 특성(예: 상세 정도)은 설비의 특성, 규모 및 복잡성, 구성공정 및 시스템의 에너지 요구사항에 따라 다르다. 신속한 수리는 제 품 품질 및 공정 안정성 유지가 운영 설비(예: 유동 장비 또는 고열 장비 등이 포함될 수 있음) 수리 시의 보건 및 안전 문제와 균형을 이루어야 한다(해당되는 경우) 모니터링 및 조치 모니터링 및 조치는 에너지 관리 같이 계획-실시-확인-조치 시스템으로 확인하는 과정에서 필수적인 부분이다(2.1). 또한 공정의 효율적인 제어의 일부분이다(BAT 14 참조). 16. BAT는 정기적으로 모니터링 및 조치를 시행하기 위해 문서화된 절차를 확립 및 유지하는 것이며, 이러한 점은 에너지 효율에 중요한 영향을 줄 수 있는 운영 및 활동의 주요 특성이다. 2.10에는 몇 가지 적절한 기술이 제시되어 있다. 적용 분야: 모든 설비. 이러한 기술 적용의 범위 및 특성(예: 상세 정도)은 설비의 특성, 규모 및 복잡성, 구성공정 및 시스템의 에너지 요구사항에 따라 다르다. 에너지 효율 281

316 4 장 4.3 시스템, 공정, 활동 또는 장비의 에너지 효율 달성을 위한 최적실용가능기술 머리말 은 시설 전반에 대한 확인 및 다양한 시스템의 필요성 및 목적, 시스템의 관련 에너 지 및 그 상호작용의 중요성을 밝히고 있다. BAT 7에서는 설비에서 공통적으로 발견되는 사례들을 제시하고 있다. 4.2에서는 모든 시스템, 공정 및 관련 활동에 일반적으로 적절한 BAT가 있다. 여기에는 다음 사항들이 포함된다. 시스템 및 성과의 분석과 벤치마킹(BAT 1, 3, 4, 8 및 9) 비용 대 편익 및 매체통합적 영향을 고려해 에너지 효율을 최적화하기 위한 조치 및 투자 계획 수립(BAT 2) 신규 시스템의 경우, 설비, 장치 또는 시스템의 설계 및 공정의 선택 시에 에너지 효 율 최적화(BAT 10) 기존 시스템의 경우에는 정기적인 모니터링 및 유지보수를 포함한 운영 및 관리를 통 한 시스템의 에너지 효율 최적화(BAT 14, 15 및 16 참조) 따라서 본 절에 설명되어 있는 BAT에서는 4.2의 일반적인 BAT가 아래에 설명된 시스템 의 최적화 일부로서도 적용되는 것으로 가정한다 연소 연소는 (시멘트와 석회 제조, 제강 같은) 직접 가열과 (발화 증기 보일러 시스템 및 발전 시설 같은) 간접 가열에 가장 널리 사용되는 공정이다. 따라서 연소의 에너지 효율을 위한 기술은 해당하는 산업분야별 BREF에서 다뤄진다. 관련 활동의 연소 같은 다른 경우에 대 해서는 LCP BREF의 범위에서 다음과 같이 기술한다. '소형 장치는 50MW를 초과하는 대형 시설을 구축하기 위한 설비에 추가될 수 있다. 이러 한 점은 기계식 발전 및 발열을 위해 사용되는 모든 종류의 재래식 발전 설비(예: 상용 보 일러, 통합 가열 및 발전 설비, 직접 가열 설비)는 본 (LCP BREF) 작업에서 다루고 있다. 17. BAT는 다음과 같은 관련 기술을 통한 연소의 에너지 효율을 최적화하는 기술이 다. 산업분야별 BREF에 제시되어 있는 부문에 고유한 사항들. 표 4.1에 제시되어 있는 사항들. 282 에너지 효율

317 4 장 연소가 산업분야별 BREF에 포함되지 않는 경우의 영역 및 관련 활동에 관한 기술 2006년 7월 LCP BREF 내의 연료 유형별 및 장별기술 이 문서(ENE BREF) 내의 장별 기술 석탄 및 갈탄 갈탄 예비건조 석탄 기화 연료 건조 바이오매스 및 토탄 5.1.2, 액체 연료 가스 연료 바이오매스 기화 나무껍질 압착 가압 가스의 에너지 회수을 위한 팽창 터빈 열병합발전 배출 감소 및 보일러 성능을 위한 연소 조건의 첨단 전산 제어 직접 가열을 위한 연소 가스의 열 함량 이용 낮은 잉여 공기 열병합발전 잉여공기의 감소를 통 한 배기가스 유량의 감소 에너지 효율 283

318 4 장 연소가 산업분야별 BREF에 포함되지 않는 경우의 영역 및 관련 활동에 관한 기술 2006년 7월 LCP BREF 내의 이 문서(ENE BREF) 내의 연료 유형별 및 장별 기술 장별 기술 석탄 및 갈탄 바이오매스 및 토탄 액체 연료 가스 연료 배기가스 온도의 저하 다음을 이용한 연소 가 스 온도의 감소 과충전을 위한 계산된 안 전 요인 외에 최대 성과를 위한 치수 표시 열전달률 증가 또는 열전 달 표면 증가나 개선을 통 한 공정에 대한 열전달 증 가 연소 가스의 폐열을 재생 하기 위해 추가 공정(예: 절감 장치를 이용한 증기 생성)의 결합을 통한 열회 수 공기 또는 물 예열 장치의 설치 또는 연소 가스의 열 교환을 통한 연료의 예열. 높은 화염 온도가 필요한 경우(유리, 시멘트 등)에는 공정에 예열이 필요하다는 점을 참고한다. 높은 열전달 효율을 유지 할 수 있도록 재나 탄소 입자로 덮이는 열전달 표 면의 세척. 정기적으로 작 동하는 그을음 송풍기는 대류 영역을 깨끗한 상태 로 유지할 수 있다. 연소 영역의 열전달 표면의 세 척은 일반적으로 검사 및 유지보수를 위해 가동 중 단 동안 이루어지지만, 경 우(예: 정제장치 가열기)에 따라서는 가동 중에 세척 할 수 있다. 배기가스에서의 낮은 CO 농도 열 축적 냉각탑 배출 냉각 시스템의 다양한 기술 (ICS BREF 참조) 에너지 효율

319 4 장 연소가 산업분야별 BREF에 포함되지 않는 경우의 영역 및 관련 활동에 관한 기술 2006년 7월 LCP BREF 내의 이 문서(ENE BREF) 내의 연료 유형별 및 장별 기술 장별 기술 석탄 및 갈탄 바이오매스 및 토탄 액체 연료 가스 연료 폐열을 이용한 연료가스의 예열 연소공기의 예열 열회수 방식 및 축열식 버너 버너 조절 및 제어 연료 선택 산소 발화(산소 연료) 단열을 통한 열손실 저감 노 입구를 통한 손실의 감소 유동층 연소 표 4.1: 에너지 효율을 향상시키기 위한 연소 시스템 기술 배기가스 온도의 감소 연소가스의 열교환을 통한 연료의 예열(3.1.1 참조) 높 은 화염 온도가 필요한 경 우(유리, 시멘트 등)에는 공정에 예열이 필요하다는 점을 참고한다 배기가스 온도의 감소: 연소 가스의 열교환을 통 한 공기 예열기 설치 ( 참조) 높은 화염 온도가 필요한 경우(유리, 시멘트 등)에는 공정에 예 열이 필요하다는 점을 참 고한다. 이용 중인 ENE가 낮은 경우 라도, 비화석연료의 사용이 보다 지속 가능할 수 있다는 점을 참고한다 증기 시스템 증기는 비독성적 특성, 안정성, 낮은 비용 및 높은 비열, 사용상의 유연성으로 인해 널리 사용되는 열전달 매개체다. 보일러의 열효율처럼 쉽게 측정할 수 있는 것이 아니기 때문 에 열 이용 효율이 무시되는 경우가 많다. 적절한 모니터링과 결합해 BAT 5의 도구와 같 은 것들을 이용해 판단할 수 있다(2.10 참조). 18. 증기 시스템을 위한 BAT는 다음과 같은 기술을 이용해 에너지 효율을 최적화하 는 기술이다. 산업분야별 BREF에 제시되어 있는 부문에 고유한 사항들. 표 4.2에 제시되어 있는 사항들. 에너지 효율 285

320 4 장 증기 시스템이 산업분야별 BREF에 포함되지 않는 경우의 영역 및 관련 활동에 관한 기술 ENE BREF의 기술 혜택 본 문서의 절 설계 에너지 효율적인 설계 및 증기 분배 에너지 절감을 최적화함 2.3 배관 구조의 설비 교축장치(Throttling) 및 배압 터빈의 이용(PRV 대신에 배압 터빈을 활용) 저압 서비스 상태에서 증기 압력을 제거하는 데 더 효과적인 방법을 제공. 크기 및 경제 적 측면이 터빈의 사용에 적합한 경우에 적 용 가능 운영 및 제어 운영 절차 및 보일러 제어를 개선 에너지 절감을 최적화함 순차적인 보일러 제어의 이용(2개 이 상의 보일러를 갖춘 현장에만 적용) 에너지 절감을 최적화함 배기가스 격리 댐퍼의 설치(2개 이상 의 보일러가 있는 현장에만 적용) 생성 에너지 절감을 최적화함 다음 사항들을 이용한 공급수의 예열 폐수 연소가스를 이용한 예열기 배출가스에서 유효열을 회수하며 공급수 예 응축액 가열을 위한 공기가 제거된 열을 통해 유효열을 시스템으로 다시 전달 공급수 공급수 공기제거와 가열에 사용된 증기를 열교환기로 응축 열전달면 상의 물때 침전물의 예방 및 제거(보일러 열전달면의 세척) 연소가스에서 증기로의 효과적인 열전달을 촉진 수처리 향상으로 보일러 파열을 최소 파열과 에너지 손실을 줄일 수 있도록 보일 화 함. 총 용존 고형물 자동 제어설 러 용수 내의 총 용존 고형물의 양을 줄임 비의 설치 보일러에서의 열손실을 줄이고 보일러 효율 보일러 내화성의 추가/복원 을 복원함 2.9 탈기기 유출율을 최적화함 증기의 회피 가능한 손실을 최소화 보일러 단순환에서의 손실을 최소화 에너지 절감을 최적화함 보일러 유지보수를 시행 2.9 분배 (특히 아래의 문제들을 해결할 수 있 도록) 증기 분배 시스템을 최적화함 사용하지 않는 라인으로부터 증기를 격리 증기의 회피 가능한 손실을 최소화하며 배관 및 장비 표면에서의 에너지 손실을 감소시킴 증기 파이프 및 응축액 반환 파이프 에서의 단열 (증기 시스템 배관, 밸 배관 및 장비 표면에서의 에너지 손실을 감 브, 부속품 및 용기가 단열이 잘된다 소시킴 는 가정 하에) 증기 트랩 제어 및 수선 프로그램의 구현 회수 응축 시스템으로 유입되는 활성 증기 통과 정도를 줄이고 최종 이용단계의 열이동의 효 과적인 운영을 촉진함. 증기의 회피 가능한 손실을 최소화함 2.9 및 및 에너지 효율

321 4 장 증기 시스템이 산업분야별 BREF에 포함되지 않는 경우의 영역 및 관련 활동에 관한 기술 재사용을 위해 보일러로 이동하는 응 응축액 내의 열에너지를 회수하며, 에너지 축액의 수집 및 반환 (응축액 회수의 및 화학약품 처리를 줄여 시스템에 추가되는 최적화) 보충수의 양을 감소시킴 플래시 증기의 재사용 (저압 증기를 반환되는 응축액 내의 유효에너지를 사용함 만들기 위한 고압 응축액의 사용) 보일러 파열에서 에너지를 회수함 파열흐름 내의 유효 에너지를 시스템으로 재 이동(회수)시켜 에너지 손실을 줄임 년 7월 LCP BREF 내의 연료 유형별 및 장별기술 석탄 및 갈탄 바이오매스 및 토탄 액체 연료 가스 연료 가압가스의 에너지 용량을 회수하기 위한 확장 터빈 및 터빈 날의 교체 높은 증기 매개변수로을 위한 고급 물질의 이용 초임계 증기 매개변수 4.4.3, 단 재가열 4.4.3, , , 7.4.2,7.5.2 축열식 공급수 4.2.3, 직접 가열을 위한 연소 가스의 열 함 량 이용 열 축적 가스터빈 및 추후 회수 보일러의 전 산화된 첨단 통제 표 4.2: 에너지 효율을 개선하기 위한 증기 시스템 기술 열회수 주요 유형의 열회수 시스템은 3.3에 설명되어 있다. 열교환기(3.3.1 참조) 열펌프(3.3.2 참조) 열교환 시스템은 많은 산업 분야에서 널리 사용되면서 우수한 결과를 얻고 있으며, BAT 5 및 11을 실행하는 데 광범위하게 사용된다. 열펌프의 사용은 점차 늘어나고 있다. 폐열 또는 잉여열 사용은 사용 중인 에너지 효율이 낮은 경우에도 주요 연료를 사용하는 것보다 지속 가능한 것일 수 있다. 열회수는 생산 곡선에 일치하는 수요가 없는 경우에는 적절하지 않다. 하지만 열회수의 적용 사례는 점차 증가하고 있으며, 그 중에는 설비의 범위를 벗어나서 사용되는 사례가 많이 발견되고 있다. 3.4 및 부록 7.10을 참조한다. 냉각 기술 및 관련 BAT에 대해서는 ICS BREF에서 설명하고 있으며, 여기에는 열 교환기 의 유지보수를 위한 기술이 포함되어 있다. 에너지 효율 287

322 4 장 19. BAT는 다음과 같은 두 가지 방법을 모두 이용해 열교환기의 효율을 유지하는 기 술이다. a. 효율에 대한 정기 모니터링. b. 찌꺼기의 방지 또는 제거 을 참조한다 열병합발전 여러 국가 차원의 정책 및 인센티브는 물론이고 열병합발전에 대한 지침 2004/8/EC 및 에 너지 세제에 대한 지침 2003/96/EC의 채택을 통해 EC 차원에서 지원되는 열병합발전에 대 해서는 상당한 관심이 있다. 상대적으로 소규모의 설비는 현재 경제적 측면이 있을 수 있 으며, 인센티브를 이용할 수도 있다. 많은 경우에는 지역 당국의 지원으로 인해 열병합발 전을 성공적으로 설치할 수 있었다. 3.4 및 부록 및 를 참조한다 에서 설명한 바와 같이, 장치 모델링을 통해 잉여 에너지에 대한 판매 및 구매는 물 론이고 발전 및 열회수 시스템의 최적화를 지원할 수 있다. 20. BAT는 설비의 범위 안팎에서 (제3자와 함께) 열병합발전의 가능성을 모색해보는 기술이다. 적용 분야: 제3자와의 협력 또는 계약은 운영자의 통제 범위 밖에 있을 수도 있기 때문에 IPPC 허가의 범위를 벗어날 수도 있다. 열병합발전은 ENE 최적화만큼이나 경제적 조건에 따라 크게 달라질 수 있다. 가능성이 확 인되고 발전업체 또는 잠재적 고객의 입장에서 투자, 잠재적 협력업체의 확인 시에 또는 경제 환경의 변화(예: 열, 연료 가격)에 따라 병합발전의 기회를 모색해봐야 할 것이다. 일반적으로 다음과 같은 경우에 열병합발전을 고려해볼 수 있다. 열 및 전력의 수요가 동시에 발생한다. 열 수요(현장에서 또는 현장 밖에서)는 수량(연간운영 시간), 온도 등을 기준으로 CHP 발전에서 발생하는 열을 이용해 충족할 수 있으며, 열 수요가 크게 감소할 것으 로 예상되지 않는다. 3.4에서는 열병합의 적용, 여러 가지 유형의 열병합(CHP) 발전소 및 개별 경우의 적용 분 야에 대해서 논의한다. 성공적인 실행은 전기의 가격과 관련해 적절한 연료 또는 열 가격에 따라 좌우된다. (지 역, 지방 또는 중앙 정부 차원에서의) 공공 기관은 해당 협약을 권장하거나 제3자인 경우 가 많다 전력 공급 전력 공급량 및 전력 이용 방법은 에너지 효율에 영향을 줄 수 있다. 3.5를 참조한다. 이 점에 대해서는 이해하기 어려울 수 있으며, 대개는 간과되는 부분이다. 대개는 설비 내부 또는 외부 공급 그리드의 비생산적인 전기와 같은 에너지 손실이 있게 마련이다. 또한 설 비의 배전 시스템의 용량 손실이 있을 수 있으며, 이런 요소는 전압 강하로 이어져 모터 및 기타 장비의 과열 및 조기 고장의 원인이 될 수 있다. 또한 전기를 구매할 때 요금이 상승하는 요인이 되기도 한다. 288 에너지 효율

323 4 장 21. BAT는 적용 분야에 따라 표 4.3의 사항들 같은 기술을 이용해 지역 배전업체의 요구사항에 따른 역률을 증가시키는 기술이다(3.5.1 참조). 기술 AC 회로에 축전기 설치를 통한 무효전력의 양 축소 공회전 또는 부하가 가벼운 상태의 모터의 운전 최소화 정격 전압 이상에서 장비의 운전 방지. 모터를 교체하는 경우, 에너지 효율적 모터 사용 (3.6.1 참조) 적용 분야 모든 경우. 낮은 비용 및 장기 지속. 하지만 숙련된 적용이 필요하다. 모든 경우 모든 경우 교체 시에 표 4.3: 에너지 효율을 개선하기 위한 역률 시정 기술 22. BAT는 전력 공급의 고조파(harmonics) 여부를 점검하고, 필요한 경우 여과기를 적 용하는 기술이다(3.5.2 참조). 23. BAT는 적용 분야에 따라 표 4.4의 사항들을 같은 기술을 이용해 전력 공급 효율 을 최적화하는 기술이다. 기술 적용 분야 본 문서의 절 전력 케이블이 전력 수요에 대해 가동 중단 시 등 장비를 사용하고 있지 적절한 크기를 가지고 있도록 한 않은 경우, 또는 장비를 배치하거나 재 다. 배치 하는 경우 기존 설비의 경우: 현재의 부하계수 전원이 연결된 전압기를 정격 전력 가 40% 아래에 있는 경우 및 변압기 보다 40%-50% 정도 이상의 부하에 가 2개 이상인 경우 서 작동하는 상태를 유지한다. 교체 시에는 손실이 적은 변압기를 40%-75%의 부하로 사용한다 고효율/저손실 변압기를 사용한다. 교체 시 또는 수명 시간 비용 편익이 있는 경우 전류 수요가 전원에 가장 가깝게 높은 장비(예: 변압기)를 사용한다. 장비를 배치 또는 재배치할 때 표 4.4: 에너지 효율을 개선하기 위한 전력 요인 기술 전기 모터 구동 서브시스템 34 전기 모터는 산업에서 널리 사용되고 있다. 전기 효율이 높은 모터(EEM) 및 가변속 드라 이브(VSD)으로 교체하는 것은 에너지 효율을 고려할 때 가장 쉽게 선택할 수 있는 방법 중 하나다. 하지만 이러한 과정은 모터가 설치된 시스템 전반을 고려해 이루어져야 하며, 그렇지 않을 경우에는 다음과 같은 위험이 있다. 시스템의 사용 및 크기를 최적화하고 이어서 모터 구동 요구사항을 최적화함으로써 얻을 수 있는 잠재적인 이점의 손실. VSD를 잘못된 상황에 적용할 경우 에너지 손실. 34 본 문서에서 시스템 은 특정 목적, 예를 들면 CAS의 환기같이 함께 작동하는 연결 품목 또는 장치 세트를 의미한다 및 1.5.1의 시스템 범위에 대한 논의를 참조한다. 이러한 시스템에는 보통 모터 서브시스템(또 는 구성시스템)이 포함된다. 에너지 효율 289

324 4 장 전기 모터를 사용하는 주요 시스템으로는 다음과 같은 것들이 있다. 압축 공기(CAS, 3.7 참조) 펌프(3.8 참조) 난방, 환기 및 공기 조절(3.9 참조) 냉방(ICS BREF 참조). 24. BAT는 다음 순서로 전기 모터를 최적화한다(3.6 참조). 1. 모터가 속한 시스템 전체를 최적화한다(예: 냉각 시스템, 참조) 2. 그런 다음 적용 분야에 따라 표 4.5의 기술 중에서 1가지 이상 적용해서 해당 시 스템의 모터를 새롭게 결정된 부하 요구사항에 맞도록 최적화한다. 구동 시스템 에너지 절감 방법 적용 분야 본 문서의 절1 시스템 설치 또는 개량 에너지 효율적 모터 사용(EEM) 수명 비용 편익 적절한 모터 크기 수명 비용 편익 가변속도 드라이브(VSD) 설치 보안 및 안전상의 요구사항 에 따라 VSD의 사용이 제 한될 수 있다. 부하에 따라. 가변 부하 시스템을 갖춘 복수의 기계 시스템(예: CAS)에서는 1개의 VSD 모 터만을 사용해야 최적화할 수 있다는 점을 참고한다 고효율 변속기/감속기 설치 수명 비용 편익 용도: 가능한 경우에는 직접 커플링 V벨트 대신에 동조 벨트 또는 톱니바퀴가 있는 모두 V벨트 웜 기어 대신에 헬리컬 기어 에너지 효율적 모터 수리(EEMR) 또는 EEM로 교 체 리와인딩: 리와인딩을 피하고 EEM로 교체하거나 인증된 리와인딩 계약자(EEMR)를 사용한다. 수리 시에 수리 시에 전력 품질 관리 수명 비용 편익 3.5 시스템 작동 및 유지보수 윤활, 조정, 조율 모든 경우 2.9 참고1: 매체통합적 영향, 적용 분야 및 경제적 측면에 대해서는 3.6.7에 제시되어 있다. 표 4.5: 에너지 효율을 개선하기 위한 전기 모터 기술 3. 에너지 사용 시스템이 최적화된 경우에는 표 4.5 및 다음과 같은 기준에 따라 나 머지(최적화되지 않은) 모터들을 최적화한다. i. EEM와 교체를 위해 연간 2000 시간 이상 운행하는 나머지 모터들을 우선순 위로 결정한다. ii. 20% 이상의 운전 시간 동안 50% 이하의 용량으로 운전하는 가변 부하를 구 동하는 전기 모터 및 2000시간 이상 운전하는 가변 부하 구동 전기 모터에는 가변속도 드라이브를 장착하는 것을 고려한다. 290 에너지 효율

325 4 장 압축공기시스템(CAS) 압축 공기는 공정의 일부로서 또는 역학적에너지를 제공하기 위해 광범위하게 사용되고 있다. 또한 폭발, 발화 등의 위험이 있는 경우에 널리 사용된다. 많은 경우에는 (저품질 질 소를 불활성 환경으로서 제공, 또한 송풍, 몰딩 또는 혼합용) 공정의 중요한 부분으로 사 용되며, 기계적 효율을 평가하기는 어렵다. 일부의 경우, 어셈블리 툴 같은 소형 터빈을 구동하는 경우에는 전체 효율이 낮으며, 보건 및 안전 제약 사항이 없는 경우에는 다른 드라이브와의 교체를 고려할 수 있다(3.7 참조). 25. BAT는 적용 분야에 따라 표 4.6의 사항들을 같은 기술을 이용해 압축공기시스템 (CAS)을 최적화하는 기술이다. 기술 적용 분야 본 문서의 절 시스템 설계, 설치 또는 개량 복수 압력 시스템을 포함한 시스 신규 시스템 및 대폭 업그레이드 템 전반 설계 업그레이드 압축기 신규 시스템 및 대폭 업그레이드 냉각, 건조 및 여과 기능 개선 여기에는 보다 빈번한 여과기 교체가 포함되지 않는다(아래 참조) (예를 들면 파이프 직경을 늘림으 신규 시스템 및 대폭 업그레이드 로써) 마찰 압력 손실 저감 드라이브의 개량(고효율 모터) 비용 측면에서 소형(10kW 미만) 시 스템에 가장 효율적 3.7.2, 3.7.3, 드라이브의 개량(속도 제어) 가변 부하 시스템에 적용 가능. 복수 의 기계 설비에서는 1대의 기계만 가 변속도 드라이브를 장착할 수 있다 정교한 제어 시스템의 사용 전기는 유용한 열로 전환되기 때문에 폐열의 재생 또는 다른 기능의 사 전기 소모가 아니라 에너지라는 점에 용. 서 이익이 있다는 점을 참고한다 외부 찬공기를 흡입 공기로 이용 통로가 있는 경우 변동이 심한 용도 가까운 곳에 압 모든 경우 축 공기의 저장 시스템 작동 및 유지보수 몇 가지의 최종 사용 장치의 최적 모든 경우 화 공기 누수의 감소 모든 경우. 최대의 잠재 이익 보다 빈번한 여과기 교체 모든 경우에 검토 작동 압력의 최적화 모든 경우 표 4.6: 에너지 효율을 개선하기 위한 압축공기시스템 기술 펌프 시스템 펌프 시스템이 소모하는 에너지의 약 30%-50%는 장비 및 제어 시스템 변경을 통해 절감 할 수 있다(3.8 참조). 펌퍼 가동에 사용되는 전기 모터에 대해서는 BAT 24 참고. 하지만 VSD(주요 기술)의 사 용에 대해서는 표 4.7에서도 제시되어 있다. 26. BAT는 적용 분야에 따라 표 4.4의 기술을 이용해 펌프 시스템을 최적화하는 기 술이다 에너지 효율 291

326 4 장 기술 적용 분야 본 문서의 절 추가 정보 설계 펌프를 선택할 때 지나치게 새로운 펌프의 경우: 모든 경우 크지 않도록 하며, 지나치 기존의 펌프의 경우: 수명 비용 편익 게 큰 펌프를 교체한다. 펌프의 올바른 선택이 작업 새로운 펌프의 경우: 모든 경우 에 적합한 올바른 모터와 기존의 펌프의 경우: 수명 비용 편익 일치하도록 한다. 파이프 구조 시스템의 설계 (아래의 분배 시스템 참조) 펌프 에너지 폐기물의 최대 단일 배출원 제어 및 유지보수 제어 및 조절 시스템 모든 경우 불필요한 펌프의 가동 중단 모든 경우 변속 드라이브(VSD) 사용 복수의 펌프 사용 (단계별 차단) 수명 비용 편익 흐름이 일정한 경우에 는 적절하지 않음 펌프 흐름이 최대 단일 용량의 절반 이 하인 경우 의 BAT 24 참조 정기 유지보수. 예기치 않 았던 유지보수가 과도해지 는 경우, 다음 사항에 대해 모든 경우. 필요에 따라 수리 또는 교체 점검한다. 한다. 공동 현상 마모 적절치 않은 펌프 종류 분배 시스템 조작 및 유지보수를 용이하 (변경을 포함한) 설계 및 설치 시의 모 게 하는 데 적합한 밸브 및 든 경우. 유자격 기술 조건이 필요할 수 밴드의 수를 최소화한다. 있다. 지나치게 많은 밴드를 이용 (변경을 포함한) 설계 및 설치 시의 모 하지 않도록 한다 (특히 단 든 경우. 유자격 기술 조건이 필요할 수 단한 밴드). 있다. 파이프 구조 지름이 지나치 (변경을 포함한) 설계 및 설치 시의 모 게 작지 않도록 한다 (정확 든 경우. 유자격 기술 조건이 필요할 수 한 배관 구조) 있다 표 4.7: 에너지 효율을 개선하기 위한 펌프 시스템 기술 교축 제어는 바이패스 제어 또는 제어가 없는 경우보다 에너지 낭비가 적다는 점을 참고 한다. 하지만 모든 경우에는 에너지가 소모되며, 펌프의 크기 및 사용 빈도에 따라 교체 여부를 검토해야 한다. 292 에너지 효율

327 4 장 난방, 환기 및 공기조절(HVAC) 시스템 대표적인 HVAC 시스템은 다음과 같은 기능들의 일부 또는 전부를 갖추고 있는 장비로 구성된다. 시스템 가열(보일러(3.2 참조), 열펌프(3.3.2 참조)) 냉각(3.3 참조) 펌프(3.8 참조) 공간 또는 공정에서 발생하는 열을 전달하거나 흡수하는 열교환기(3.3.1 참조) 공간 가열 및 냉각(3.9.1 참조) 도관을 통해 열교환기에서 공기를 추출하거나 열교환기로 제공하는 팬 또는 외부 공 기를 추출 또는 제공하는 환기(3.9.2 참조) 연구를 통해서 HVAC에 있는 약 60%의 에너지는 냉각 장치/열펌프에서 소비하며, 나머지 40%는 주변 기계에서 소비한다. 공기 조절 기능은 유럽, 특히 남부 유럽에서 점차 사용이 증가하고 있다. 환기는 많은 산업 설비가 기능을 하는 데 필수적인 요소다. 환기는 건물 내의 오염물질 및 열배출로부터 직원을 보호한다. 제품 품질을 보호하기 위해 청결한 작업 환경을 유지한다. 요구사항은 보건, 안전 및 공정 고려사항에 따라 결정될 수 있다(3.9 참조). 27. BAT는 다음과 같은 기술을 이용해 난방, 환기 및 공기조절 시스템을 최적화하는 기술이다. 환기, 공간 난방 및 냉각의 경우, 적용 분야에 따른 표 4.8의 기술 냉각의 경우, 3.2 및 3.3.1, BAT 18 및 19 참조. 펌프의 경우, 3.8 및 BAT 26 참조 냉각, 냉방 및 열교환기의 경우, (본 문서의) 3.3 및 BAT 19는 물론이고 ICS BREF 참 조 에너지 효율 293

328 4 장 에너지 절감 방법 적용 분야 본 문서의 절 설계 및 제어 시스템 설계 전반. 다음의 경우에 여러 지 역을 별도로 확인하고 장비를 갖춘다. 일반 환기 특별 환기 공정 환기 신규 시스템 및 대폭 업그레이드. 수명 비용 편익에 따라 업그레이드를 고려한다 흡입구의 수, 형태 및 크기를 최적화한다. 신규 시스템 및 대폭 업그레이드 다음과 같은 팬을 사용한다 고효율 팬 모든 경우에 비용 면에서 효율적 최적의 효율로 운영되도록 설계된 팬 이중 흐름 환기에 대한 고려를 포함해 기 신규 시스템 및 대폭 업그레이드 류를 관리한다 공기시스템 설계 도관이 충분한 크기다. 순환 도관 구불어진 부분이나 좁은 단면 같이 긴 길이와 장애물을 피한다. 신규 시스템 및 대폭 업그레이드 전기 모터를 최적화하고 VSD 설치를 고려 한다. 자동 제어 시스템을 사용한다. 중앙 집중식 기술 관리 시스템과 통합한다. 도관 시스템에 대한 공기 여과기와의 통합 및 배기 공기에서 열회수(열교환기) , , 모든 경우. 효과적인 비용의 개조 3.6, 3.6.3, 및 BAT 24 일체 새로운 제품 및 대폭 업그레이드. 모든 경우에 효율적인 비용 및 용이한 업그레이드 신규 시스템 및 대폭 업그레이드. 수명 비용 편익에 따라 개조를 고려한다. 여기서 열 효율, 압력 손실 및 정기 세척의 필요성 등의 문제를 고려한다. 다음 사항에 따라 가열/냉각 필요성을 줄인 다. 건물 단열 효율적인 유리 공사 공기 유입 감소 문의 자동 폐쇄 모든 경우를 고려하고, 비용 편익에 따라 실행한다 성층 파괴 비생산 기간의 설정 온도의 저하(프로그 램 조절) 난방 온도 저하 및 냉방 온도 상승. 다음 사항들을 통해 난방 시스템의 효율을 향상시킨다. 폐열의 재생 또는 사용(3.3.1) 열펌프 모든 경우를 고려하고, 비용 편익에 따라 실행한다 건물 비점유 지역의 낮춰진 설정 온도와 결합된 복사 및 국지 난방 시스템 외기 냉방의 사용을 통한 냉방 시스템의 특정 환경에 적용 가능. 효율을 향상시킨다 유지보수 가능한 경우에는 환기를 정지하거나 줄인 모든 경우 다 시스템이 밀폐되어 있는지 확인하고, 결합 모든 경우 부분을 점검한다 시스템의 균형이 유지된 상태인지 점검한 모든 경우 다 기류를 관리하고 최적화한다. 모든 경우 공기여과. 다음을 최적화한다. 재활용 효율 압력 손실 정기 여과기 세척/교체 시스템의 정기 세척 모든 경우 표 4.8: 에너지 효율을 개선하기 위한 난방, 환기 및 공기조절 시스템 기술 294 에너지 효율

329 4 장 조명 직장에서의 보건 및 안전은 조명 시스템 요구사항의 우선적인 기준이다. 조명 시스템의 에너지는 특정 사용 요구사항에 따라 최적화될 수 있다. 3.10을 참조한다. 28. BAT는 적용 분야에 따라 표 4.9의 사항들 같은 기술을 사용해 인공조명 시스템 을 최적화하는 기술이다. 기술 조명 요구사항의 분석 및 설계 예정된 임무를 위해 필요한 광도 및 분광 성분을 기준 모든 경우 으로 조명 요구사항을 확인한다. 적용 분야 자연광의 사용을 최적화할 수 있도록 공간과 활동의 계획을 세운다. 정상적인 운영 또는 유지보수 재 배치를 통해 달성할 수 있는 경 우에는 모든 경우에 고려한다. 구 조 변경, 예를 들면 건물 작업이 필요한 경우에는 신규 설비 또는 업그레이드된 설비 예정된 용도를 위한 구체적인 요구사항에 따라 설비와 수용을 기준으로 한 비용 편익. 램프를 선택한다. 운영, 제어 및 유지보수 센서, 타이머 등을 포함한 조명 관리 제어 시스템을 모든 경우 사용한다. 가장 효율적인 방법으로 조명 장비를 이용할 수 있도 록 건물 거주인을 교육한다. 모든 경우 표 4.9: 에너지 효율을 개선하기 위한 조명 시스템 기술 건조, 분리 및 농축 공정 액체에서 (일반적으로) 고형물을 분리하는 과정은 1가지 이상의 단계를 통해 수행될 수 있 다. 필요한 제품을 달성하기 위해 필요한 공정 단계를 최적화해, 상당한 수준의 에너지를 절감할 수 있다. 2가지 이상의 기술을 조합해 에너지 효율을 최적화할 수 있다(3.11 참조). 29. BAT는 적용 분야에 따라 표 4.10의 사항들 같은 기술을 이용해 건조, 분리 및 농 축 공정을 최적화하고, 열 공정과 결합해 기계적 분리를 이용할 수 있는 기회를 확보하고자 하는 기술이다. 에너지 효율 295

330 4 장 기술 적용 분야 추가 정보 본 문서의 절 설계 특정 공정을 충족할 수 있 도록 최적의 분리 기술 또 모든 경우 는 기술의 조합(아래)을 선택한다. 조작 다른 공정에서 발생한 잉 여열을 이용한다. 기술의 조합을 이용한다. 여과, 막여과 같은 기계적 공정 다음과 같은 열 공정 직접 가열 건조기 간접 가열 건조기. 복수의 효과 직접 건조 과열 증기 (MVR 및 열펌프를 포함한) 열회수 설비의 (또는 제3자로부터의) 잉 건조는 잉여열을 이용할 여열 이용 가능성에 따라 다르 수 있는 좋은 용도이다. 다. 모든 경우에 고려한다. 공정별. 최소의 에너지 소비 수 준에서 높은 건조성을 달성하려 면, 다른 기술과 조합하여 이 공 정을 고려한다. 생산 이익, 예를 들면 제 품 품질 개선, 생산량 증 가를 이룰 수 있다. 에너지 소비의 동적 범위 는 몇 단계 더 낮출 수 있지만, 높은 비율의 건조 성은 달성하지 못한다. 널리 사용되지만, 이 표의 다른 대류식 (직접) 열 건조기 옵션들에 대한 고려를 통해 효율 는 에너지 효율이 최저인 을 향상시킬 수 있다. 옵션이 될 수 있다. 열 및 복사 기술, 과열 증기 참 조 대류식 (직접) 열 건조기 는 에너지 효율이 최저인 옵션이 될 수 있다. 직접건조기는 과열 증기를 이용 해 개조할 수 있다. 높은 비용으 이 공정에서 열을 회수할 로 인해 수명 비용 편익 평가가 수 있다. 필요하다. 높은 온도는 제품을 손상시킬 수 있다. 거의 모든 연속 고온의 공기 대 류 건조기를 고려한다. 모든 시스템을 고려한다. 개량할 건조 시스템의 단열 최적화 수 있다. 쉽게 개량할 수 있다. 에너지를 건조할 구성품에 직접 적용. 콤팩트하다. 다음과 같은 복사 공정 보다 효율적인 가열. 공기 추출에 대한 필요성을 줄인 적외선 방식(IR) 대류 또는 전도와 결합해 다. 고주파(HF) 생산량을 끌어 올릴 수 기판 크기에 따라 제한을 받는 마이크로웨이브(MW) 있다. IR. 높은 비용으로 인해 수명 비용 편익 평가가 필요하다. 제어 열 건조 공정의 자동화. 모든 경우 경험에 의존하는 재래식 제어장치와 비교해 5% - 10% 를 절약할 수 있다 표 4.10: 에너지 효율을 개선하기 위한 건조, 분리 및 농축 시스템 기술 296 에너지 효율

331 5 장 5 에너지 효율의 유망기술 5.1 무화염 산화(무화염 연소) 설명 상당히 넓은 연소 구역에서 재래식 화염의 열점 이 없이 화염 온도(고온 공기 연소 기술 (HiTAC) 또는 무화염 연소)가 균일한 새로운 연소 모드에서는 열회수식 및 축열식 버너가 사용된다. 무화염 연소는 극단적으로 열 챔버의 강한 연소 및 내부 재순환 기술을 사용했던 열연소 모드에 해당한다. 축열식 버너의 작동 원리가 그림 5.1에 제시되어 있다. 가스 굴뚝 열교환기 예열 공기 전도( 轉 倒 ) 시스템 공기 굴뚝 그림 5.1: 축열식 버너의 작동 원리[277, ADEME] HiTAC 버너에는 1구 버너 및 2구 버너 등의 두 가지 유형이 있다. 1구 HiTAC 버너는 공 기 흡입구 및 연소 가스 배출구로 둘러싸인 1개의 연소 노즐로 만들어진 단일 화염이 특 징이다. 이러한 단일 화염은 냉각 및 가열 기간에 연료 분사 노즐의 축을 따라 커진다. 연 료가 동일한 노즐을 통해 연속적으로 공급되며, 이와 같은 방식으로 단일 화염이 영구적 인 위치에서 형성될 수 있다. 재생기가 연로 분사기의 노즐 주변에 위치해 있기 때문에 화염의 위치는 가열 및 냉각기간 사이에서 거의 변하지 않는 상태를 유지한다. 2구 HiTAC 버너에서는 2개의 분리된 고주기 재생 버너가 있다. 2개의 버너는 노의 벽에 위치해 있으며, 쌍을 이루어 작동한다. 한 세트의 밸브가 필요한 교환 시간에 따라 공기와 연소 가스의 방향을 바꾼다. 일반적으로 몇 쌍의 버너가 함께 작동한다. 이러한 유형의 HiTAC에서는 재생기의 가열 및 냉각기간 사이의 교환 시간에 따라서 화염이 하나의 버너 에서 다른 버너로 이동한다. 에너지 효율 297

332 5 장 연소 제품을 통해 예열된 공기(>1000 ºC)가 오븐에 공급된다(그림 5.1). 재래식 시스템에서 는 그런 공기 예열을 통해 화염의 일부에서는 온도가 아주 높은 수준까지 올라가기 때문 에, NOx 배출 수준이 높다. 반대로 무화염 산화 시스템에서는 공기 흡입 및 가스 공급 입 력이 높은 주입 속도로 별도로(극단적으로 강한 연소) 이루어진다. 버너 및 연소실 구조, 고속의 유동 가스는 연소 제품을 버너로 재순환시킨다. 이러한 점은 O 2의 국지 농도 및 화염의 열희석(thermal dilation) 저하의 요인이 된다(2개의 NOx 형성원). 열회수식 축열 시스템에서 예열한 고온의 연소 온도(>1000 C)는 이러한 연소 모드의 점화 및 지속 가능성을 가능하게 한다. 따라서 연소는 챔버의 전체 용량으로 분배된다. 화염은 육안으로 관찰할 수 없다. 챔버 내 부의 온도 및 구성의 상대적 균일성은 공정의 주요한 특징 중의 하나다. 무화염 산화의 원리는 또한 예열된 공기 연소는 없지만 높은 공정 온도(800 C)에서 실행 할 수 있다. 이런 경우, 공정은 화염을 점화해 주어야 한다. 달성된 환경 편익 시험에 따르면 HiTAC 버너의 효율이 재래식 제트 버너보다 35% 높게 상승했다. 고효율 외에도, HiTAC 버너는 불꽃 용량이 크기 때문에 열전달 계수가 상승하는 요인이 된다. 시 험에서 사용된 연료는 LPG(프로판)이었다. 그림 5.2에는 HiTAC 및 재래식 버너를 위한 에 너지 균형에 대해서 제시하고 있다. 재래식 버너 HiTAC 버너 부하 굴뚝 손실 복사 손실 원인불명 손실 그림 5.2: 재래식 버너와 HiTAC 버너의 시험 노 순열산출량[17, Åsbland, 2005] 무화염 연소 기술은 연소 제품의 순환(3% O 2에서 200mg/Nm 3 미만)이 강력하기 때문에 NOx 배출을 크게 줄인다. 그림 5.3에서와 같이 이러한 기술은 온도가 최고로 올라가지 않 도록 할 수 있다. 이 그림에서는 연소 온도와 O 2 농도의 함수로 서로 다른 연소 방식 사 이의 비교 내용이 제시되어 있다. 298 에너지 효율

333 5 장 높은 NO X 배출 수준 공기 II: 고온의 화염 연소 III: 무화염 연소( % 재순환) 공기 가스 연 소 온 도 I: 재래식연소 (20% 재순환) 가스 온 도 연소 없음 온 도 길이 길이 연소 산소% 그림 5.3: 무화염 연소 조건 무화염 산화 모드에서는 최고 온도가 낮아지기 때문에, 오븐의 평균 온도 수준은 버너 (내 화물질의 오븐에 대한 매개체 영향과 함께) 가까운 부분의 국지적인 과열이 없어도 올라 간다. 제품에 대한 열전달은 크게 증가하고, 소음은 상당히 줄어든다. 이러한 조건은 다음 과 같은 상황의 원인이 된다. 9%-40%의 에너지 절감. 6%-80%의 NOx 배출 감소. 매체통합적 영향 제출된 데이터 없음 운영 데이터 HiTAC 노에서는 다음과 같은 사항들을 달성할 수 있다. 높은 에너지 이용 효율 또는 CO 2 배출 감소 보다 균일한 온도 프로필 낮은 NOx 및 CO 배출 낮은 연소 소음 예비 에너지 절감 장치의 필요성이 없음 소형 연소 가스 튜브 일정한 온도 배분 열전달 강화 제품 품질 생산성 증가 노와 튜브의 수명 연장 HiTAC 기술에서는 연소 공기가 고속으로 노 안으로 주입되기 전에 상당히 고온까지 예열 된다. 무화염 연소 모드로 작동하면 연료가 아주 낮은 산소 수준에서 완전히 연소되도록 할 수 있다. 이러한 방법을 통해 화염을 보다 길게 만들 수 있으며, 연소 속도를 늦추고, 연소 온도를 재래식의 온도 연소 노의 연소 온도보다 낮게 유지할 수 있다. 이로써 화염 온도 분배를 보다 일정하게 할 수 있으며, NOx 배출을 낮출 수 있다. 화염은 공정이 진행 되는 동안 엷은 초록색으로 변하는 특징이 있다. 에너지 효율 299

334 5 장 이러한 연소 기술은 또한 분리된 연소의 개념을 이용하며, 고온의 공기를 노 안으로 주입 한다. 이로써 노의 성능을 향상시킬 수 있으며, 연료 절감 효과를 높일 수 있다. HiTAC의 산업적 적용을 위해, 연료 노즐 및 연소 공기 노즐은 버너에서 서로 일정 거리 떨어진 상태로 배열된다. 연료 및 고온 공기는 빠른 속도로 노 속으로 직접 주입된다. 따 라서 버너 가까운 구역의 가스는 완전히 혼입되며, 산소의 압력이 부분적으로 낮아진다. 예열된 공기의 온도가 연료의 자동 점화 온도를 초과하는 경우에는 압력이 부분적으로 낮 아진 산소와 함께 이 구역으로 직접 주입되는 연료의 연소 안정성이 가능하다. 산업용 노에서는 고성능 열교환기를 사용해 800 C-1,350 C의 연소 공기를 얻을 수 있다. 예를 들면, 고주기로 전환된 현대식 축열식 열교환기는 폐열의 90% 정도를 회수할 수 있 다. 따라서 대량의 에너지를 절감할 수 있다. 적용 분야 무화염 연소 기술을 사용하는 축열식 버너를 적용할 수 있는 가열 노는 유럽 전역의 일부 부문에서 널리 확산되어 있다. 해당 부문에는 철강, 벽돌과 타일, 비철 금속, 주조 등이 포 함되며, 글을 저술할 당시에는 소형 유리 노의 일부 적용 분야가 포함될 가능성이 있다. 예를 들면, EU에서 소요되는 1차 에너지의 5.7%가 철강 산업에서 사용된다. 에너지는 또 한 이러한 산업의 생산 단가에서 높은 비중을 차지한다. 버너에 적합하도록 노를 설계해야 하기 때문에 이러한 기술을 항상 기존의 공정 라인에 적용할 수 있는 것은 아니다. HiTAC 버너를 사용하기 위해서는 또한 대기의 순도가 상당 히 요구된다. 공정 가스를 이용하는 경우에는 HiTAC 버너를 사용해야 하는 노에 먼지가 지나치게 많이 존재한다. 경제적 측면 이러한 기술의 단점은 버너의 투자비용이다. 하지만 원금 회수 기간은 대개 3-5년 이하이 다. 따라서 노의 높은 생산성 및 질산의 낮은 배출은 비용 대 편익 분석에서 중요한 요인 이다. 시행의 동인 노의 높은 생산성 및 질산의 낮은 배출이 중요한 요인이다. 사례 철강 제조업체인 스웨덴 Borlänge의 SSAB Tunnplåt는 walking beam furnace에 HiTAC 기술 을 이용하는 한 쌍의 축열식 버너를 설치했다. 노는 시간당 300톤의 총용량으로 강판을 예열한다. 버너에 사용되는 연료는 중유다. 설비는 2개의 버너로 구성되어 있으며, 축열식 모드로 60초를 주기로 연소 연료를 바꾸면서 연소하며, 매 분마다 폐기 가스를 흡입한다. HiTAC 버너는 이전에는 버너가 설치되지 않았던 노의 예열 구역에 설치되며, 예열 구역 다음에는 가열 구역(구역 2)이 있다. 신규 설비의 용량은 구역 2 용량의 약 10%다. 각 HiTAC 버너의 용량은 약 2MW이며 노에 설치된 버너의 총수는 119개다. 기름 발화 노(oil-fired furnace)의 한 쌍의 버너에 대한 이러한 장시간 시험에서는 상당한 수준의 신뢰성이 있고, 설비에 대한 유지보수의 필요성이 낮았던 것으로 밝혀졌다. 일반 열회수식 버너 시스템과의 비교에서 높은 열회수율로 인해 약 12%의 연료를 절감할 수 있는 것으로 나타났다. 한 쌍의 축열식 버너의 크기는 노의 생산성을 2% 정도 높일 수 있도록 만들어졌다. 또한 HiTAC 버너와 가까운 곳에서 이루어지는 연소 가스에 함유된 NOx의 함량에 대한 측정을 통해 한 쌍의 HiTAC 버너는 약 150ppm(O 2 함량 4%)의 전체 NOx 농도량에 특별한 영향을 주지 않았다. 300 에너지 효율

335 5 장 참조 정보 [17, Åsbland, 2005], [26, Neisecke, 2003], [277, ADEME]. 5.2 압축 공기 에너지 저장 설명 압축 공기 에너지 저장(CAES)은 에너지(보통 오프 피크 시간대의 전력망에서 발생하는 에 너지)를 이용해 공기를 압축하고, 후에 해당 에너지를 이용해 필요에 따라 잉여 에너지를 생성하는 복합 에너지 저장 기술이다. 압축 공기는 대개 적절한 지하 갱도 또는 소금 바 위 안에 만들어진 동굴에 저장된다. 달성된 환경 편익 편익은 적용 분야에 따라 다르다. 압축 공기 에너지 저장은 전력망에 대한 대량의 풍력 에너지 공급이 원활이 이루어지도록 하거나 발전소의 시동 및 가동 중단 횟수를 줄일 수 있다. 매체통합적 영향 공기를 저장하기 위해 사용되는 동굴을 만들어야 하는 경우에는 환경적인 단점이 있을 수 있다. 운영 데이터 아래에 사례로 제시되어 있는 발전소의 전력망에서 발생하는 잉여 전력은 압축기를 구동 할 전기 모터에서 사용된다. 압축 공기는 냉각되어 대형 동굴을 충전하는 데 사용되며, 가 열한 다음에 변형된 가스 터빈에 공급된다. 압축 공기에서 발생하는 에너지는 연소 공정 에 공급된 에너지와 함께 터빈단(turbine stage)을 구동하며, 이에 따라 발전기를 통해 변환 되어 다시 전력망에 공급된다. 적용 분야 운영 중인 발전소는 2곳이 있다. 압축 공기 에너지 저장은 전기에너지의 발전 및 소비의 시기를 분리해서 사용하기 때문에 에너지 효율 기술이라기보다는 에너지 관리다. 하지만 저장 효율이 80% 이하이기 때문에 에너지는 손실된다. 이 기술은 적절한 압축 공기 저장소에 이를 수 있는 통로와 압축 공기를 생성할 수 있는 잉여 오프 피크 에너지가 있는 경우에 적합할 수 있다. 경제적 측면 경제적으로 실행 가능한 시나리오에는 다음과 같은 세 가지가 있다. 중앙관리식 장치(300MW, 상업적으로 가장 유망) 분산형 장치(50MW) 낙도(30MW). 시행의 동인 필요할 때 에너지를 전달할 수 있도록 저장의 필요 사례 설비 1978년에 Hundorf(Germany)에 건설된 290MW 발전 설비 및 1991년에 Alabama주 McIntosh(US)에 건설된 110MW 발전 설비. 세 번째 CAES 상업용 발전소(2700 MW)는 Ohio주 Norton(US)에 건설할 계획이다. 참조 정보 [281, EWEC, 2004] [282, Association] 에너지 효율 301

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337 6 장 6 끝맺는 말 6.1 작업의 시기 및 진전 기술 작업 그룹(TWG)의 회의의 개시회의(kick-off meeting)은 2005년 5월에 개최되었으며, 첫 번째 초안은 협의를 위해 2006년 4월에 발표되었다. 두 번째 초안은 최적실용가능기술 (BAT)에 대한 제안과 함께 자문을 받기 위해 2007년 7월에 발표되었다. 최종 TWG 미팅 은 2007년 11월에 개최되었다. 6.2 정보의 출처 에너지는 현대 사회와 산업에서 여러 형태로 사용된다. 에너지 효율의 중요성은 산업 혁 명에서 최초의 증기 기관이 개발되면서 인식되었다. 에너지 및 에너지 전환에 대한 연구 를 열역학이라고 하며, 본 문서에서 간단하게 언급된 열역학 기본법칙은 이 시대(증기기관 의 시대)까지 거슬러 올라간다. 보다 최근에는 연소로 인한 기후 변화의 영향 및 에너지 공급 단가와 안보는 주목을 받는 문제가 되었으며, 많은 이해관계와 공개 정보를 만들어 냈다. 정보 교환 시에 사용되는 많은 자료는 년에 이루어진 연구에서 확보된 것 들이지만, 중요한 핵심 개념은 바뀌지 않았기 때문에 1990년대 이후의 자료도 일부 포함 되어 있다. 에너지 효율에 대해 이용할 수 있는 막대한 양의 자료는 아주 광범위한 주제와 관련이 되 어 있지만, 모든 자료가 IPPC와 관련된 것은 아니다. 또한 공통 BREF의 범위가 아주 넓을 수 있다는 것을 발견하는 것이 보통이며, 이러한 문제들은 모두 정보 교환을 다루는 문제 에 추가될 수 있다. 따라서 본 문서를 작성하는 과정에서는 유럽 차원 및 설비 차원에서 IPPC의 실행을 지원할 수 있도록 최적실용가능기술(BAT)에 대한 정보를 제공해 에너지 효율을 IPPC 지침의 핵심 고려사항으로 다루는 데 집중했다. 자료는 주로 정보 유형별로 널리 분포되어 있다. 주로 에너지 집약 산업(예: 유리, 화학, 야금)에서 발생하는 특정 자료 여러 부문에 걸친 기술에 대한 자료(예: 연소, 증기, 모터 드라이브, 펌프, 압축 공기) IPPC 규모에 대한 자료는 물론이고 모든 산업 및 사업에 대해 에너지 효율에 대해 만들어진 일반 자료 사용된 정보의 출처 또한 EU의 자금 지원을 받는 프로젝트, 회원국 및 기타 국가(주로 미 국과 일본)의 에너지 효율 프로그램, 교재는 물론이고 산업 논문 및 저널. 광범위한 대중 과 관련해 에너지 효율을 달성할 수 있도록, 이러한 많은 문서는 여러 설비 또는 기업을 조합해 사용된 (보통) 1가지 이상의 기술에 대한 사례를 제시한다. BREF 개요 및 지침에 따른 개별 기술의 확인 및 설명이 필요했기 때문에 이러한 점은 자료를 제공해야 하는 과 제에 추가되었다. 기술 및 기술을 함께 이용할 수 있는 방법에 대한 이해를 돕기 위해, 부 록에 많은 사례를 제시해 서로 비교하고 있다. 에너지 효율에 대한 모범 사례 및 BAT 지침은 오스트리아, 독일, 네덜란드 및 영국 등의 회원국에서 제공받았다. 이러한 사항들을 통해 훌륭한 개요 작성이 가능했지만, 다음과 같 은 기술 또는 산업 고유의 출처에서 보다 자세한 자료들을 이용할 수 있었다. 예를 들면, 프랑스는 개별 기술, 문제 및 사례에 대해 100건 이상의 문서를 기고했으며, 핀란드는 11 건 이상의 문서를 기고했다. 스페인은 이러한 작업에 대한 과학적인 이해를 지원하기 위 해 열역학의 기초에 대한 검토를 제공했으며, 이는 부록의 형태로 포함되었다. 에너지 효율 303

338 6 장 산업에서 직접 확보한 데이터는 압축 공기 제조업체는 물론이고 주요 에너지 집약 산업 (화학 및 석유화학, 폐기물 소각, 철강)에서 작성된 것이다. 기타 비에너지 집약 산업의 에 너지 사용 시스템, 기술 및 사례에 대한 자료는 EU의 자금 지원을 받는 프로그램 및 회원 국에서 비롯된 것들이다. 자료의 주요 출처는 TWG에서 제공한 두 개의 초안에 이르는 설명과 그에 첨부된 약 2,300건의 설명이 추가 되었다. 추가 정보를 찾아 개별 기술 및 설명을 분명하게 밝히고 검증하기 위해 의견을 교환했다. 다른 많은 출처 중에서는 온라인 백과사전인 Wikipedia을 이용해 일부 용어를 분명하게 밝혔으나, 그 효용성에 대해서는 의견이 분분하다. 일부 TWG 회원국은 이전에 검토되었던 전통적인 출처 및 참고 문헌을 선호하는 반면에, 기타 의 회원국들은 이러한 전통적인 출처에 비해 쉬운 접근법을 받아들였다. Wikipedia 정의는 BAT 결론 같은 핵심 분야에서는 이용된 적이 없다. 개별 기술을 통해 달성된 에너지 효율에 대해서는 정보가 거의 없었으며, 일부 여러 부문 에 걸친 기술과 사례에서 일반적이고 직접적인 에너지 절감에 대한 극히 제한적인 자료만 이 있었다. 따라서 2장과 3장 및 부록의 사례에서 몇 가지 기술과 관련해 일부 지시값이 제시되기는 했지만 개별 기술에 대한 에너지 효율값에 대해 결론을 내리는 것은 불가능했 다. 이러한 점은 현장 차원에서 기술을 선택할 때 다양한 에너지 절감 정도에 대한 유용 한 정보를 제공할 것으로 생각된다. 정보는 또한 현장 방문에서 확보되기도 했으며, 회원국 및 여러 산업 사이의 양자간 회담 에서도 확보되기도 했다. 자료를 다루고 이용하는 과정에서 발생할 수 있는 추가 문제는 많은 문서(또는 여러 출처 에서 얻은 접근법)가 동일한 결론에 이르는 경로가 다르다는 점과 동일한 기술에 관련이 없는 이름이 사용되는 경우가 빈번했다는 점이었다. 이러한 점은 예상 문서에서 자료를 찾지 못했을 수도 있거나 전자 또는 수동 조사에서 확인하는 것이 쉽지 않았음을 의미했 다. 출처가 항상 IPPC 유형 설비를 대상으로 한 것은 아니었거나 주제가 중복되는 경우도 있었다. 예를 들면 설비의 여러 부분이 가열, 환기 또는 냉각에 관한 것이었다. 건축 기술 에서는 이러한 주요 분야를 HVAC(난방, 환기 및 공기 조절)로 언급하고 있다. 하지만 대 부분의 자료는 사무실 및 상업용 건물에서 추출할 수 있는 것으로 생각되며, 이러한 방법 이 산업 공정에서 발생하는 연기의 환기 같은 산업 상황에도 적용되는 것인가의 여부 또 는 보다 많은 자료를 추가해야 하는 것인가의 여부는 분명하지 않다. 6.3 합의의 정도 2007년 11월에 개최된 최종 TWG 회의에서는 문서의 형식 및 고려해야 할 기술에 대한 높은 수준의 합의가 이루어졌다. 무엇보다 중요한 것은 결론을 IPPC 지침의 범위 안에서 모든 산업 및 설비에 대한 공통 BAT로서 표현할 수 있다는 점에 대해 완전한 합의가 있 었다는 점이다. 어떠한 의견 차이도 기록되지 않았다. (상당히 다양한 산업 및 적용 분야를 다루는) 이러한 공통적 문서에서는 각 기술의 에너지 효율값에 대한 자료를 확인할 수 없었다. 하지만 다음과 같은 두 가지 점을 주목해야 할 것이다. 합의된 핵심 BAT는 에너지 효율 기술의 선택을 이용해 각 설비에서 자체의 ENE 표 시에 대해 합의하고 이러한 점에 대해 자체의 성과를 측정해야 한다는 것이었다. 첫 번째 라운드의 산업분야 공정별 BREF에 대한 핵심 에너지 효율 기술 및 자료에 대해서는 [283, EIPPCB]에 요약되어 있다. 304 에너지 효율

339 6 장 6.4 향후 정보 수집 및 조사를 위한 지식 및 권장사항 사이의 격차 및 중복 데이터 사이의 격차 및 중복 기술에 대한 데이터 다음 문제들에 대해서 제출된 데이터 또는 명확성의 결여(또는 분명한 결여)가 있었다. 에너지 효율 설계(EED): 제출된 자료에서는 외부 에너지 효율성 전문가의 기용 및 (예: 사용 수명 비용보다는 최저 초기 자본 비용을 제출하는 경우) 에너지 효율의 극 대화를 통해 이익을 얻지 못하는 입찰자 또는 제조업체의 확인(폐기)을 통한 에너지 효율 증대가 있는 것으로 나타났다. 하지만 에너지 집약 산업에서는 상당한 내부 전 문 인력을 보유하고 있으며 이런 문제들이 내부적으로 충분히 해결되고 있다고 생각 했지만, BAT에 이러한 기술을 포함시키는 것을 포함해 어떠한 결론에도 이르지 못했 다. 에너지 효율적 설계에서 이러한 두 가지 기술을 적용하는 경우에는 여러 가지 사 례에 대한 자세한 정보가 필요하다. 효율적 공정 제어: BREF를 업데이트할 때에는 산업분야에 대해 제어와 관련된 특정 기술 및 매개변수를 조사한다. 모니터링 및 측정은 모두 에너지 효율을 달성하는 데 중요한 것들이다. 2.10에서 사용 한 자료가 유용하기는 하지만, 모든 부문에서 사용할 수 있는 가능한 기술의 범위를 모두 반영하지는 못한다. 이러한 점은 원본 문서에서 자료를 제시했던 의도가 결여되 어 있다는 것을 나타낸다. 직접 본 문서에서 참고해 적절한 기술을 설명하는 것은 산 업분야별 BREF에 유용할 것이다. 본 문서의 개정을 위해서는 모니터링 및 측정에 대 한 자세한 정보도 필요하다. 연소 및 증기: 이 주제에 대한 정보는 많다. 이러한 주제들에 대해서는 LCP 정보 교 환 작업에서 역학적 동력 및 열발전에 사용된 모든 종류 및 크기의 재래식 발전소, 즉 LCP에 대한 50MW IPPC 한계값 내외의 발전소를 포괄한 것으로 기술하는 LCP BREF에서 길게 다루고 있다. 하지만 ENE를 위한 정보 교환 기간에 LCP BREF에서 발견되지 않은 추가 정보 중에 많은 정보가 제공되었다. 결론은 본 문서의 LCP BREF에서 발견된 기술을 수록하고 참고하는 것이었으며, 추가 기술을 덧붙이는 것이 었다. 다음 사항들에 대한 추가 정보가 필요하다. 현재 대규모 설비에서 사용되지 않는 연소 또는 증기 시스템에 대한 기술 예를 들면, LCP BREF에서는 FBC(fluidised bed combustion)가 설명되고 있지만 이 기술은 보다 널리 사용되고 있으며, 다른 부문의 가용성 및 장단점에 대한 개요는 본 문서에서 유용하다. 또한 고온 무화염 연소(5.1)도 참조한다. 증기: 증기가 가열 및 공정을 위한 BAT로 이용되는 시기를 확인하기 위해 자료가 필요하다. 열회수: 열교환기 및 열펌프를 위한 BAT의 확인을 뒷받침할 수 있는 자료가 누락되 어 있다. 난방, 환기 및 공기 조절(HVAC): 3.9는 환기 시스템에 대한 자료를 중심으로 구성된 다. 하지만 (펌프 및 열교환기 같은) HVAC 시스템에 대한 다른 구성품에 대한 참고 가 이루어지기는 하지만, (인용된 EU 웹 사이트에서 확보하는 자료를 포함해) 일관적 인 방식으로 HVAC에 대한 자료는 이용할 수 없다. 에너지 효율 305

340 6 장 본 공통 BREF에서 사용하기 위해 또는 산업분야별 BREF를 위해 이러한 자료를 수집 할 수 있다. 냉각 시스템: 이 시스템에 대해서는 HVAC 부문에서 다룰 것으로 예상되었다. 하지만 (특정 식료품의) 부패하는 원료 및 제품을 저장하기 위한 지역 대규모 냉각에는 EU의 사업 부문에서 상당량의 에너지가 소모되며, 검토를 위해서는 자세한 정보가 필요하 다. 몬트리올 의정서에 대한 최근의 논의에 관한 UN 환경기구 자료는 너무 늦게 전 달받아 본 문서에 포함시킬 수 없었다. 중요한 기술은 산업용 냉방 장치에 올바른 냉 동물질(과 그에 따른 올바른 장비 시스템)을 사용하는 것이다. 중요한 점은 다음과 같 은 사항들로 생각된다. 냉각물질은 오존 파괴 가능성이 없는 것은 물론이고 지구 온난화 가능성을 줄이 고 에너지 수요를 더 낮춘는 것이어야 한다. 장비를 교체하거나 사용 중단하는 동안은 물론이고 장비를 조작하는 동안 방출된 위험을 관리하기 위해 장비 및 처리 기술을 이용한다. 더 많은 정보가 필요하다. 냉각 시스템: 이 주제는 ICS BREF(산업용 냉각 시스템)에서 다루고 있다. ICS BREF 의 냉각을 위한 1차 BAT 결론은 (동일한 공정이나 설비의 일부 또는 설비의 외부가 될 수 있는) 다른 시스템의 열 수요의 전부 또는 일부를 충족할 수 있도록 하나의 배 출원에서 발생하는 잉여열을 이용하는 것이다. ICS BREF에서 확보된 여러 가지 1차 BAT 연구 결과는 사용자들에게 도움이 될 수 있도록 본 문서에 요약되어 있다. 전력 공급을 위한 전력 수정: 두 개의 출처에서 0.95를 다음을 목표 역률로 제시했다. 하지만 이러한 역률에 대한 수정은 아크 노와 같은 활동을 통해서는 경제적으로 얻을 수 없다. 다른 산업 활동에 대해서는 어떤 역률이 적절한지 확인하지 못했기 때문에, 어떤 값을 달성해야 하는가 및 달성된 값이 산업에 고유한 것인가에 대한 합의가 이 루어지지 못했다. 이 점에 대해서는 자세한 자료가 필요하다. 산업분야별 BREF를 업 데이트할 때에는 적절한 산업 고유의 역률을 확인해야 한다. 압축 공기 시스템(CAS): 압축 공기의 사용이 BAT인 경우를 확인할 수 있는 정보가 부족했다. 확실히 주요한 공정 활동(예: 공정 가스, 송풍 유리 같은 낮은 등급의 질소 를 생산하는 활동)에 통합하는 경우에는 쉽게 교체할 수 없다. 하지만 어셈블리 공구 의 운반 매개체와 같은 일부 공통 활동에 대해서는 CAS의 사용이 BAT인 경우에 대 해 자문하기 위해서는 보다 많은 자료가 필요하다. 적절한 현실적인 에너지 효율 벤 치마크가 제공되었지만, 지나치게 일반적이어서 BAT와 함께 사용할 수 없다. 압축기 형식 등에 따른 벤치마크를 유출하기 위해서는 자세한 정보가 필요하다. 건조 및 분리 기술: 이러한 기술은 핵심 BAT 결론과 마찬가지로 기술적으로 실행 가 능한 경우에 제품을 건조할 때 두 가지 이상의 단계를 이용하기 위해, 예를 들면 가 열 건조 단계 이전에 기계적 분리를 이용하기 위해 함께 배치되었다. 하지만 여기서 설명되지 않은 건조 및 분리를 위한 분야 및 기술이 여전히 있다. 다음 사항에 대해서는 어떠한 자료도 전달받지 못했다. 진공 시스템 건물 단열: 쉽게 사용할 수 있는 형태로 제공된 자료가 없다. 문 및 창문 같은 건물 입구의 열 손실/이득에 대한 제어 컨베이어, 압축 공기를 이용한 분말 이동 등과 같은 내부 운반 시스템 306 에너지 효율

341 6 장 권장사항 위에서 확인된 격차는 본 문서를 검토할 때 또는 (ICS BREF 및 CWW BREF 등과 같은) BREF 시리즈의 다른 관련 수평 문서를 검토할 때 자세한 정보를 이용해 다뤄야 한다. 비용 자료 많은 BREF와 마찬가지로, 대부분의 기술에 대한 비용 및 비용 편익 자료가 부족했다. 크 기 및 적용 분야가 산업에 따라 다르기 때문에 이러한 점은 공통 BREF에서 다루기가 어 렵다. 일부 경우에는 이러한 점이 부록에 제시되어 있는 사례를 이용해 다뤄진다 구체적인 운영 데이터 본 문서를 작성하는 과정에서는 여러 설비 형식에서 설명되는 다양한 기술을 평가하는 데 이용할 수 있는 에너지 효율 자료를 모색했다. 특히 3장과 부록의 사례에 일부 직접적인 자료가 포함되어 있다. 하지만 공통 BREF 문서에서 다루는 여러 설비와 공정의 아주 다 양한 적용 분야으로 인해 보다 구체적인 운영 관련 자료를 제공할 수는 없었다(아래의 참조). 또한 대개 장비 및 기술에 대한 비용의 범위와 같은 비용 자료를 확립하기가 어려웠다. 권장사항 다시 본 문서를 검토할 때에는 장비 공급업체가 작성한 것 같은 에너지 소비 또는 효율성 에 대한 일반적인 자료를 찾아야 할 것이다. 산업분야별 BREF를 검토할 때에는 특정 공정의 에너지 효율을 평가하는 데 도움을 줄 수 있도록 공정 고유의 에너지 자료를 업데이트하는 (또는 현재 그러한 자료가 존재하지 않 는 경우에는 해당 자료를 제공하는) 데 각별한 주의를 기울여야 한다. 자료는 관련 부문에 대한 의미 있는 수단으로 제공될 것이다(1.4절의 논의 참조). 자료에서는 신규 설비와 기존 설비를 구별해야 하며, 경우에 따라 기타 설비 또는 공정 차이, 지역적 차이 등을 구별해 야 한다. 또한 본 문서를 검토할 때에는 기술, 장비 및 설비의 사용자, 제조업체 및 공급업체가 제 공하는 비용자료를 포함해 기술을 적용하는 비용에 대한 일반적인 자료를 찾아야 한다 연구 과제 및 추가 작업 일반적으로 말해서, 에너지 효율에 대한 상당량의 연구가 진행 중에 있으며, 미래의 연구 를 위해 새롭게 확인된 일반 분야는 없었다. 새로운 공정 기술에 대한 연구는 일반적인 기준 보다는 분야별 또는 제품별 기준에 따라 수행될 가능성이 더 많다. 하지만 일정한 분야의 연구는 에너지 효율을 개선하는 발전으로 이어질 수 있는 것으로 생각할 수 있다 는 점을 참고하는 것이 중요하다. 이러한 연구들을 통해 (제품 수율 또는 품질 증가나 배 출물질 감소와 같은) 다음과 같은 여러 가지 이점들을 통합할 수 있었을 것이다. 핵심 공정 기술(예: 촉매, 생물공학/생물촉매 접근법) 전도 또는 대류 가열 보다는 특정 복사 파장(예: 건조보다는 코팅 시스템의 경화 기 술을 사용해 반응을 유발할 수 있는 마이크로웨이브)을 이용 새로운 적용 분야에 열회수 이용(예: 집약적 가축 장치의 열회수, 열펌프의 이용) 공정 집적화. 에너지 효율 307

342 6 장 다음과 같은 두 가지 분야에서 추가 작업이 강력하게 필요한 것으로 확인되었다. 위의 6.4.1에서 확인된 분야에 대한 것과 같은 보다 많은 자료 다음과 같은 경우에 기존의 첨단 기술의 사용을 촉진하기 위한 보다 많은 검증 프로 젝트 및 프로그램 자료가 부족하다. 이러한 기술이 현재 하나의 산업에서만 사용되고 있거나 산업계의 이해가 제한적 이다. 일정 분야에 대해 새로운 기술의 이해 부족 이유는 한 운영자가 감수해야하는 손실, 예를 들면 연속 공정에 대한 공정 조건을 바꾸는 과정에서 감수하는 위험 및 양질의 제품/생산 처리량 시간의 손실 가능성 때문이다. 구체적인 사례는 고온 무화염 연소다. 이 사례는 일본의 제강 분야에서 상업적으로 적용 되고 있다. 또한 미국 및 기타 지역의 제강, 벽돌 및 타일, 비철금속, 주조에서도 이용되고 있으며, 소형 유리 노에서 사용될 수도 있다. 제강에 적용하기 위한 EU의 시험 프로젝트 는 만족스러운 것으로 결론이 났지만, 기술은 연구된 사례에서 에너지 소비량을 약 30% 절감할 수 있었음에도 불구하고 실제 상업적으로 실행되고 있는 것으로 알려진 경우는 없 다. EC는 자체의 RTD 프로그램을 통해서 청정 기술, 최근의 폐기물 처리 및 재생 기술, 관리 전략 등을 다루는 일련의 프로젝트에 착수 및 지원하고 있다. 이러한 프로젝트들은 잠재 적으로 미래의 문서 검토에 유용하게 기여할 가능성이 있다. 따라서 독자들에게는 본 문 서의 영역에 관련되어 있는 일정한 연구 결과가 있을 경우 EIPPCB에 통보할 것이 요청된 다(본 문서의 서문 참조). CORDIS 프로그램에서 현재 EU의 자금 지원을 받은 에너지 효율 관련 프로젝트에 대해서 는 프로젝트 데이터베이스를 확인할 수 있다. 이 프로그램은 시간이 지남에 따라 변경되며, 현재 통용 중인 사례 몇 가지를 제시하면 다음과 같다. 주름 보호(rumpling protection) 터빈 블레이드의 금속 표면에 대한 온도 및 스트레스 유도 주름에 대해 보호하기 위한 박막 세라믹 코팅의 개발 SRS NET 및 EEE: 새로운 에너지 기술, 에너지 최종 사용 효율성 및 에너지 RTD에 대한 과학적 기 준 시스템 생물 목표 유럽 펄프 및 제지 산업의 빠른 변화를 위한 새롭고 혁신적인 공정 FENCO-ERA: 무배출 발전소를 지향하는 화석에너지 기술에 대한 제안. 새롭고 깨끗한 여러 가지 에너지 기술 평가 시스템 6.5 이 문서의 재검토 에너지효율을 위한 기술에 대한 자료는 대개 최근( ) 자료이며, 가까운 미래에 크 게 바뀔 가능성은 없다. 문서 구조는 추가 정보를 많이 설명하고 본 문서에서 보다 자세 한 격차를 확인할 수 있도록 한 두 번째 초안에서 크게 바뀌었다(위의 참조) 이러한 격차를 메우는 일은 유럽 산업에 이익이 될 것이며, 이러한 점에 대한 검토는 2013년도에 검토되어 대략 2015년에 결론이 날 수 있을 것이다. 308 에너지 효율

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352

353 용어 용어 용어 기호 µm 마이크로미터(1µm=1 0-6m) - 대략, 다소간 C C(섭씨 온도) 0 주변 조건 ΔT 온도 차이(증가) ε 에너지 효율 σ 엔트로피 생성 J/K η 열효율 A A A(암페어) 전류의 SI 기호 AC 교류 전류 AEA 오스트리아 에너지국, AEA 기술(영국 컨설턴트) aka ~로도 알려져 있음 AN 질산암모늄(NH 4NO 3) APH 공기 예열기 API 미국석유협회 첨단 제품 품질 계획은 제품이 고객을 만족시킬 수 있도록 하는 데 필요한 단계들을 정의하고 확립하는 체계적인 방법이다. 이로 APQP 써 모든 필요한 조치가 적절한 시기에 완료되도록 하는 데 관련 된 모든 행위자들과의 의견 교환이 촉진된다. 대규모 국제 표준 기구. 원래는 미국 검사 및 방법 학회, 현재는 ASTM 국제 ASTM AT 오스트리아 atm 대기(1atm = N/m 2 ) av 평균 B B 엑서지 bar bar(1.013 bar = 1atm) bara 절대압 의미 barg BAT BOOS Bq BREF BTEX C C C C 4 stream CAES CAS 대기압력과 가스압력 사이의 차이를 의미하는 압력 게이지. 해 수면에서는 공기 압력이 0bar 게이지 또는 절대압이다. 최적실용가능기술 가동 중단된 버너 방사성 핵종의 베크렐(s -1 ) 활동 BAT 참고 문헌 벤젠, 톨루엔, 에틸벤젠, 크실렌 속도[m/s] 비압축성 물질의 비열 J/(kgK) 모두 4개의 탄소 원자 함유 한 분자 혼합물. 일반적으로 부타디엔(C 4H 6) 부틸렌-1, 부틸렌-2 및 이소부틸렌(C 4H 8) N-부탄 및 이소부텐(C 4 H 10 ) 압축 공기 에너지 저장 압축공기시스템 에너지 효율 319

354 용어 공동 현상 CC CCGT CCP CDM CEM CEMS CEN CENELEC CFB CFBC CFC CHP CIP cm COD COP COPHP COPR c p 용어 지속적인 개선 CP 매체통합적 영향 CTM c v cv D d DBB DC DC DCS DDCC DE 의미 액체가 충분히 낮은 압력의 영향을 받을 때에는 파열되어 공동을 형성 할 수 있다. 이러한 현상을 캐비테이션 생성이라고 하며, 빠르게 회전하 는 임펠러 또는 프로펠러의 블레이드 뒤 또는 표변 진동하는 물속(또는 일반적으로 액체 속)에서 충분한 진폭과 가속도와 함께 발생한다. 공동 현상은 보통 원치 않는 발생이다. 프로펠러 및 펌프 같은 장치에서는 공 동 현상으로 인해 상당한 정도의 소음이 발생하고, 구성품에 대한 손상, 진동 및 효율성 저하의 원인이 된다. 공동의 붕괴는 상대적으로 낮은 에 너지 사건이지만, 상당히 국지화되며 강철 같은 금속을 부식시킬 수도 있다. 공동의 붕괴로 인한 피팅은 구성품을 크게 마모시키며, 프로펠러 또는 펌프의 수명을 크게 단축시킬 수 있다. 복합 발전 복합 발전 가스 터빈 석탄 연소 제품 청정개발체제 지속적인 배출 모니터링 지속적인 배출 모니터링 시스템 유럽 표준화 기구 유럽전자기술표준화위원회 순환 유동상 순환 유동상 연소 염화불화탄소는 염소, 플루오르 및 탄소로 구성된 화합물이다. CFC는 대류권에서 상당히 안정적이다. 또한 성층권으로 이동한 후 강한 자외선 으로 인해 파괴되면서 오존층을 파괴하는 염소 원자를 방출한다. 통합 가열 및 발전 설비(열병합발전) 자체 세정 시스템 센티미터 화학적 산소 요구량: 산소로 표현되고 (약 150 C에서) 화학적으로 폐수 에 포함된 물질을 산화하는 데 필요한 이크롬산칼륨의 양 성능 계수(예: 열펌프의 경우) 열펌프 주기의 성능 계수 냉동 주기의 성능 계수 정압에서의 비열J/(kgK) 매년 에너지 관리 결과를 개선하고, 효율을 높이며, 불필요한 소비를 피하는 과정 특정 열용량으로 곱한 물질 유량 물/공기/흙 배출물질, 에너지 사용, 원료의 소비, 소음 및 물 추출(즉 IPPC 지침에서 요구하는 모든 것)에 대한 환경적인 영향 계산 중앙 관리식 기술 관리 정적 비열J/(kgK) 제어 체적 일 건식 바닥 보일러. 전기 장치 산업에서 가장 공통적으로 사용되는 유 형의 석탄 연소 노는 건식의 바닥 분탄 보일러이다. 분탄은 건식 바닥 보일러에서 연소될 때, 연소되지 않은 물질 또는 재의 약 80%가 연소 가스로 혼입되어 포착된 후에 비산회로 재생된다. 재의 나머지 20%는 건식 바닥재로 짙은 회색의 입상, 다공성, 주로 물속에서 수집되는 모래 크기의 물질이다. 직류 전류 직접 냉각 분산제어시스템 직접 디지털 연소 제어 독일 320 에너지 효율

355 용어 DH DK E E E e EA EAM EDTA EEI EFF EGR EIF EII EIPPCB ELV EMAS 배출 용어 EMS EN ENE ENEMS 에너지 감사 에너지 성능 EO EOP, EoP EPC EPER ESCO/ESCo E T EU-15 EU-25 EVO F f FAD FBC FBCB f g FI FMEA 지역난방 덴마크 FR G g 중력가속도(m/s 2 ) g 그램 의미 액서지 J 특정 흐름 단위 질량당 엑서지 J/kg 에너지 감사 에너지 감사 모델 에틸렌다이아민 테트라아세트산(ethylenediamine tetraacetic acid) 에너지 효율성 지표 EU 집행위원회와 EU 모터 제조업체(CEMEP)가 수립한 모터 효율 분류 기준 kW의 정격으로 저전압의 2극 및 4극 모터에 적용되는 EFF1 (고효율 모터), EFF2(표준 효율 모터) 및 EFF3(저효율 모터) 효율성에 대 한 3가지의 효율성 분류 수준이 있다. 배기 가스 재순환 에너지 강도 인자 에너지 강도 지수: 오일 정제에 대한 솔로몬 협회의 벤치마킹 지수 유럽 IPPC 사무국 배출 한계값. 일정한 특별 매개변수, 농도 또는 배출 수준을 기준으로 표현되고 1개 이상의 기간에 초과될 수 없는 물질 유럽 공동체 환경 친화적인 경영 및 감사 정책 설비의 개별 또는 분산된 배출원에서 공기, 물 또는 땅 속으로 배출되 는 물질, 진동, 열 또는 소음의 직접 또는 간접적인 배출 환경 관리 시스템 유럽 표준 에너지 효율 에너지 효율 관리 시스템 에너지 소비, 보존 잠재력 및 적절한 효율 기준의 확인 과정 도출된 결과 대비 소비된 에너지의 양. 생산 단위당 에너지 소비량이 낮을수록 에너지 성과는 높다. 에너지 생산량 사후 처리 에너지 성과 계약 유럽오염배출등록 에너지 서비스 회사 총에너지 J EU의 15개 회원국 EU의 25개 회원국 효율성 평가 기구 포화 용액 토출 공기량(free air delivery) 유동상 연소 유동상 연소 보일러 포화 증기 및 포화 액체의 속성 차이 핀란드 고장 모드 및 영향 분석. 고장과 관련된 위험을 제거 또는 최소화할 목 적으로 고장이 발생하기 전에 잠재적(설계 및) 공정 고장 확인을 위한 체계적 공정 프랑스 에너지 효율 321

356 용어 용어 g 포화 가스 G 깁스 자유에너지 G 기가(10 9 ) GJ 기가 줄 GMO 유전자변형체 GPM 단위 분 당 갤런 재생 가능한 사항의 사용을 늘리기 위한 시장 기반 도구. 친환경 증명 친환경 증명서 서는 재생 가능한 에너지의 환경적 가치를 나타낸다. 증명서는 생산된 에너지와 별도로 거래할 수 있다. GT 가스 터빈 GTCC 가스 터빈 복합 발전 GW 기가와트(GW) GWh 기가와트 아워(GWh) GWh e 기가와트 전기 GWP 지구온난화지수 H H 엔탈피 J h 비엔탈피 J/kg h 시간 해머 유체 해머, 물 해머 참조 고조파 기본 주파수의 정수배( 整 數 倍 ) 주파수의 주기적 파동. 효율적 전력(clean power)의 장애물이다. HCV 열량이 높을수록 높은 연소값 HCFC 수소화염화불화탄소. 모든 할로겐이 염소나 플루오르로 교체되지는 않 는 등급의 할로알케인. HDPE 고밀도 폴리에틸렌 HF 고주파 복사 3-30 MHz의 전자기복사. HFO 중유 HiTAC 고온 공기 연소 기술 HMI 인간 기계 인터페이스 HP 고압 HPS 고압 증기. 압력이 높은 대기보다 훨씬 높은 증기 HRSG 열회수 증기 발전기. 고압 국제전기기술위원회 및 국가별 위원회(IEE, IEEE, VDE 등)는 고압 회로를 교류 전류의 경우 1,000V 이상 및 직류 전류의 경우 최소한 HV 1,500V를 가진 회로로 정의하며, 저전압( V AC 또는 V DC) 및 초전압 회로(<50 V AC 또는 <120 V DC)로 분류한다. 이는 전기 기기의 안전성의 맥락에 있는 것이다. HVAC 난방, 환기 및 공기 조절 수소탈황반응(HDS) 장치. 이 장치는 석유 정제 산업에서 널리 사용되고 전자양수처리장치 있으며, 또한 자주 전자양수처리장치로 언급되고 있다. 이 장치는 촉매 화학 공정을 이용해 천연가스와 가솔린이나 휘발유, 제트 연료, 등유, 디 젤 연료 및 연료유 같은 정제 석유 제품에서 황(S)을 제거한다. Hz 헤르츠(Hz) I ID 내경 IE 아일랜드 IEA 국제에너지기구 IEC 국제전기기술위원회 IEF 정보교환포럼(IPPC 지침의 체계 내의 비공식협의체) IGCC 가스화복합발전 의미 322 에너지 효율

357 용어 설비 IPCC IPPC IR 용어 의미 IPPC 지침의 부록 I에 수록된 1개 이상의 활동 및 해당 현장에서 수행 되는 활동과 기술적 관련성이 있고 배출 및 오염에 영향을 줄 수 있는 기타 직접 관련 활동을 수행하는 고정 기술 장치 기후변화에 관한 정부간협의체 통합오염예방 및 제어 적외선 복사. 파장이 가시광선보다는 길지만 테라헤르츠 방사선 및 마 이크로웨이브보다는 짧은, 즉 750nm-1mm인 전자기복사. 내부 수익률 국제표준화기구 국제표준화기구 환경 관리 표준 이탈리아 IRR ISO ISO IT J J 줄 JRC 공동연구센터 K K 켈빈(0 o C=273.15K) kcal 킬로칼로리(kcal)(1kcal=4.19kJ) kg 킬로그램(kg) kj 킬로줄(kJ)(1kJ=0.24jkcal) KN 운동에너지 J kpa 킬로파스칼(kPa) kt 킬로톤(kt) kwh 킬로와트 아워(kWh)(1kWh=3600kJ=3.6MJ) L l 리터(l) LCP 대형 연소 설비 LCV 열량이 낮을수록 낮은 연소값 대개는 토요타 생산 시스템(TPS)에서 유래했지만 다른 출처에서도 유 래한 종합 공정 관리 원칙. 전반적인 고객 가치를 개선하기 위해 원래의 린 생산 방식 토요타 7가지 폐기물 의 저감에 대한 집중한 것으로 유명해졌다. 린은 대개 공정 변수의 축소(또는 원활한 대화)에 대한 방법론의 강조로 인해 6개 시그마와 결합된다. LDPE 저밀도 폴리에틸렌 LFO 경질 연료유(HFO보다 경량) LHV 저위발열량 lm 루멘(lm): 광선속의 SI 단위. 1lm=1cd 1sr=1lux m 2 LP 저압 저압 증기: 대기압보다 낮거나, 대기압과 동일 또는 대기압보다 크게 LP 증기 높지 않은 압력을 가진 증기 LPG 액화석유가스 LPS 저압 증기 (기호: lx) 조도의 SI 단위. 광도 측정법에서 인간 밝기 지각으로 표준 lux 화된 모델의 광도 함수에 따라 가중된 파장과 함께 광도의 측정 방법으 로 사용된다. 영어에서"lux"는 단수 및 복수로 사용된다. LVOC 최대 용량의 유기 화학물질(BREF) M m 질량 m 미터 M 메가(10 6 ) m/min 미터/분 m 2 평방미터 m 3 입방미터 MBPC 모델 기반 예측 제어 mg 밀리그램(1mg =10-3 gram) 에너지 효율 323

358 용어 용어 의미 MIMO 다중입출력 MJ 메가줄(MJ)(1MJ=1000kJ=10 6 joule) mm 밀리미터(1mm=10-3 m) 체계적, 정기적 또는 즉각적인 감독, 검사, 표본 추출 및 측정의 절차를 모니터링 바탕으로 배출 또는 다른 매개변수의 실제값 및 변화량을 평가 또는 결 정하기 위한 공정 또는 기타 배출량 또는 배출된 오염물질의 경향에 대 한 정보를 제공하기 위한 평가 방법 MP 중압 MPS 중압 증기 MRC 의학 연구 위원회 MS 회원국 측정 시스템 분석. 측정 공정 내의 변화량이 전반적인 공정 변화량에 MSA 얼마나 많은 영향을 주는가에 대해 판단하기 위해 실험 및 수학을 이용 하는 방법 Mt 메가톤(Mt)(1Mt=10 6 tonne) MTBF 평균 무고장 시간 mv 밀리볼트(mV), 10-3 볼트, 1볼트의 1/1000 MV 메가볼트(MV) 10 6 볼트, 볼트 MVR 기계식 증기 재압축 시스템. 열펌프의 일종. M&V 측정 및 검증 MW 마이크로웨이브. 파장이 1mm-1m인 전자기복사. MW e 메가와트(MW e)(에너지) MWh e 메가와트 아워(MWh e)(전력) MWh h 메가와트 아워(MWh h)(전력) MW th 메가와트(MW th)(에너지) N N 노즐 n.a. 해당 되지 않음 또는 이용 불가(문맥에 따라) n.d. 자료 없음 ng 나노그램(ng)(1ng=10-9 gram) NG 천연가스 Nm 3 표준 입방미터(Nm 3 )( kpa, 273K) NMHC 비메탄 탄화수소 NMVOC 비메탄 휘발성 유기화합물 유효흡입양정(net positive suction head). 종합 유압 회로의 단면에서 해 당 단면의 압력과 수증기 압력의 차이를 나타낸다. 펌프 조작에서 이러 NPSH 한 매개변수의 두 가지 측면을 각각 NPSH(a) 유효흡입양정(가용)과 NPSH(r) 유효흡입양정(필수)이라고 한다. 여기서 NPSH(a)는 펌프 흡입 포트에서 계산되며, NPSH(r)는 펌프가 공동 현상 없이 견딜 수 있는 NPSH 한계다. " 검색할 수 있다. O OECD 경제협력개발기구 OFA 상단 공기(overfire air) 설비를 운영 또는 제어하는 자연인이나 법인 또는 설비에 대해 국가 운영자 법률에서 규정되어 있는 경우에는 설비의 기술적 기능에 대한 결정적인 경제권을 위임 받은 자연인이나 법인 ºR 랜킨 도(ºR) 오토 사이클 4행정 기관 P P 페타(10 15 ) P, p 압력 Pa 파스칼 PCB 다염소화벤젠(polychlorinated benzenes) PCDD 다이옥신계 화합물(polychlorinated-dibenzo-dioxins) 324 에너지 효율

359 용어 용어 PCDF PDCA PFBC PI PID PLC PM 오염물질 ppb ppm ppmvd PRV PT Q Q Q QFD QMS R R R&D R u 정품 적시(right first time) ROI S S s s 포화증기 SAVE 프로그램 SCADA SE SEC SEI 현열(sensible heat) SG 6 시그마, 6-cs SME SPC SPD 비소비량 SPOT 변패도(staleness) 정상상태(steady state) 의미 퓨란계 화학물(Poly Chlorinated Dibenzo Furan) 계획-실행-검토-조치 주기 가압 유동상 연소 공정통합 비례-적분-미분 제어 프로그램형 논리 제어 영구자석 환경에 피해를 주거나 영향을 줄 수 있는 개별 물질 또는 물질 그룹 십억분율 백만분율(중량 기준) 건식가스에 대한 부피 기준 백만분율 감압밸브 위치에너지 열 J 열소비율 품질 기능 전개(quality function deployment) 품질 경영 시스템(quality management system) 기체상수 J/(gK) 연구 개발 일반 기체상수 J/(molK) 품질 관리 시스템. 전체 품질 관리에 대한 개념 전체. 여기에는 고객들 에게 실수를 하지 않겠다는 약속이 있다. 이러한 접근법을 위해서는 모 든 수준의 직원이 이러한 목표를 달성하는 데 전념하고 목표 달성에 대 한 책임을 진다. 때로는 품질 주기가 이러한 공정에서 도움을 줄 수 있 는 방법으로 사용한다. 투자수익률 엔트로피 J/K 비엔탈피 J/(kgK) 초 끓는점 온도에 있는 증기 현재 완료된 EC 에너지 효율 프로그램. supervisory control and data acquisition 스웨덴 생산 단위당 에너지 사용량 지속 가능 에너지 아일랜드. 지속 가능 에너지의 개발을 촉진하고 돕기 위한 기구 대류나 전도 또는 두 가지 모두를 통해 주변보다 높은 온도를 가진 본 체가 전달하는 열에너지. 현열은 본체 질량, 본체의 비열 용량 및 (추론 된) 기준 온도보다 높은 물체의 부산물이다. 증기 발생기 예상치 못한 고장의 가능성이 표준 편차의 6배 이내로 제한된 품질 시 스템(여기서, 시그마는 표준 편차이며, 6-σ는 백만개 당 3.4의 결합) 중소기업 통계적 공정 관리 생산 용량 또는 실제 생산(예: 톤당 질량 또는 생산 단위당 질량) 같은 기준 근거와 관련된 소비 증기 설비 최적화 도구 과도한 작업, 지루함 또는 나이의 결과로서 신선도를 잃은 상태. 지루 하며 진부해진 결과로 독창성이 없음 현재 상태 변수를 변화시키려고 하는 과정이 진행 중임에도 불구하고 모든 상태 변수가 일정한 상태. 에너지 효율 325

360 용어 용어 의미 압력과 일치하는 비등점보다 높은 온도로 가열된 증기. 물과 접촉해 과열 증기 존재할 수 없을 뿐만 아니라 물을 함유할 수도 없으며, 완전 가스 형태 와 유사하다. 또한 과충전 증기, 무수 증기 및 증기 가스라고도 한다. T t 시간 t 톤(1000kg 또는 10 6 g) T 온도 T 테라(10 12 ) t/yr 1년 당 톤 TAC 총 허용 농도 TDS 총 용해 고형물 TEE 이탈리아에서 백색 인증서를 나타내는 약어, 백색 인증서 참조. 드라이브 샤프트를 포함해 모터 및 제어장치 조합. 여기서 AC 공급 다이리스터 드라이브 전류는 다이리스터 위상 제어를 통해 DC 모터에 가변 전압을 제공한 (thyristor drive) 다. TOC 총 유기탄소 회사 또는 회사의 일부를 이끄는 최고 권한을 가진 사람 또는 사람들 최고 경영층 의 집단. 최고 품질 관리는 지속적인 피드백에 대한 대응으로 현재의 개선 과 정을 통해 제품과 서비스의 품질 향상을 추구하는 조직 경영에 대한 포 TQM 괄적이고 체계적인 접근이다. TQM 공정은 계획, 실시, 확인 및 조치 (PDCA 주기)의 네 개의 연속적인 범주로 나뉜다. TWG 기술 작업 그룹(technology working group) U U 내부에너지 J u 단위 질량 당 내부에너지 J/kg UHC 연탄화수소 무정전 전원장치. 상용 전원을 이용할 수 없을 때 별도의 전원에서 전 UPS 기를 공급해 연결된 장비에 전기가 지속적으로 공급되도록 하는 장치 V V 용량 v 비체적 m 3 /kg V 볼트. 전위차 또는 기전력의 SI 단위 볼트-암페어: 전기 용어에서 1볼트의 기전력( 起 電 力 )에서 1암페어의 전 류에 상당하는 교류 전류 회로에 흐르는 전력의 양을 의미한다. 비반응 VA 회로에 대한 와트에 상당한다(업계에서는 보통 kv로 표시한다. 10kVA = 10,000와트 용량(여기서 SI 접두어 k는 킬로와 동일함), 10MVA = 10,000,000와트 용량(여기서 M은 메가와 동일함) VAM 비닐아세테이트 모노머 휘발성 유기 화합물. 대기조건 하에서 충분히 기화시킬 수 있을 정도 의 높은 증기 압력을 가진 화합물. 알데히드, 케톤 및 탄화수소 등의 다 VOCs 양한 분자가 포함된다. 페인트, 인쇄 잉크, 접착제, 일부 연료 등을 위한 용매에서 공통적으로 발견된다. STS BREF 참고 vol-% 부피 백분율 (또한% v/v) 소용돌이꼴(volute) 원심 펌프의 모터를 보호하고 있는 나선형 케이스 W W 일 J 326 에너지 효율

361 용어 용어 수격( 水 擊 ) 작용(water hammer) 습한 수증기 WBB(wet bottom boiler) 백색 인증서 WI wt-% W-t-E X x X Y yr Z Z z 의미 (보다 일반적으로는 유체 해머). 갑자기 멈추게 하거나 방향을 바꾸게 할 때 움직이는 유체의 운동에너지로 인해 발생하는 압력 서지 또는 압 력파. 압력 변화가 급격한 경우에는 유체 압축성에 따라 다르다. 예를 들면, 밸브가 파이프라인 시스템의 종단에서 갑자기 닫히는 경우에는 파 이프 안에서 수격파가 전달된다. 건물의 증기 가열 시스템도 수격 작용 에 취약할 수 있다. 증기 시스템에서는 증기의 일부가 증기 파이프의 수 평 방향에서 물로 응축할 때 수격 작용이 가장 빈번하게 일어난다. 그 결과 증기는 물을 들어 올리며, 산탄(slug) 을 형성해 빠른 속도로 파이 프의 굽은 부분으로 보내지면서 세게 두드리는 소음을 일으키며 파이프 에 강한 스트레스를 가한다. 이러한 조건은 보통 응축물 배수 전략이 부 실할 때 발생한다. 물을 머금은 증기는 기계적으로 떠 있는 상태를 유지한다. 안개 증기 라고도 한다. 습식 바닥 보일러. 젖은 바닥 노를 포함하는 보일러. 미분탄 연료 발화 를 위해 사용되는 보일러의 일종이다. 습식 바닥 보일러에서는 바닥 재 가 용해된 상태를 유지하며, 액체 형태로 꺼내진다. 습식 바닥 노의 회 호퍼(ash hopper)에는 급냉수가 담겨져 있다. 용해된 슬래그가 냉수와 접 촉하면, 즉시 파쇄되어 결정화되고 작은 알갱이를 형성한다. 습식 바닥 보일러는 많은 양의 재가 발생하는 가연성이 낮은 석탄의 경우에 선호 된다. 하지만 투자비용 및 유지보수 비용이 많이 소요되기 때문에 비교 적 적게 세워진다. 에너지 효율 조치를 위한 거래 시스텝과 결합해 에너지가 절감되도록 해, 일정한 부문의 운영자(도매업자, 소비자 등)가 에너지를 절감하도록 하기 위한 시장 기반 도구. 절감되는 에너지의 양은 백색 인증서라고 하는 것을 통해 검증 및 인증된다. 폐기물 소각 중량 백분율 (또한 % w/w) 폐기물 에너지화 몰분율, 품질 품질 년 압축계수 상승, 위치 에너지 효율 327

362

363 부록 7 부록 7.1 에너지와 열역학 법칙 [269, Valero, 2007] 산업 시설에서의 에너지 진단을 위한 감사 과정은 에너지가 사용되는 곳에 대한 이해를 위해, 그리고 효율적인 에너지의 사용과 관리를 위해 매우 중요하다. 감사를 위해 장비 및 해당 공정에 대한 질량, 에너지, 엑서지의 균형을 유지하는 것이 필요하다. 그런 후에 에 너지 효율을 향상시키고 결과적인 에너지의 낭비를 최소화하기 위한 권장사항을 제시하는 것이 가능하다. 열역학은 에너지와 다양한 개념, 특정 형태의 에너지를 다른 형태로 보존 하는 방법, 균형상태의 시스템과 활용되는 다양한 시스템을 다루는 기본 과학이다. 본 문 서는 산업 내의 에너지 사용과 에너지 효율에 대해 특히 중요한 영역에 집중함으로써 열 역학의 기본적인 개념을 요약한다. 대학 수준의 문헌에서 자세한 설명을 확인할 수 있다( 의 참고 목록 참조) 일반 원리 시스템과 과정의 특징 (주: 상징이나 공식이 차원이 있는 경우에 대해서는 SI에 제시되어 있음) 열역학 시스템은 고려 대상이 되는 명시된 경계 내 물질 이다. 시스템과 관련하여 외부적 인 모든 것은 주변 이라고 불린다. 시스템은 개방 또는 고립된 것으로 고려된다. 시스템과 주변 사이에 물질의 교환이 없다면 시스템은 고립된 것으로 간주되며, 교환이 발생한다면 시스템은 개방된 것으로 간주된다. 공학자들이 자주 발견하게 되는 매우 중요한 시스템의 유형은 정상흐름 시스템 이며, 유 동체가 통과할 수 있는 고정된 공간의 시스템으로 정의된다. 시스템의 내부에 존재하든 그 경계에 존재하든 상관없이, 이러한 유동체는 시간이 경과해도 변화하지 않는 특징이 있다. 일반적인 예로는 공기 압축, 가스 터빈, 증기 터빈, 보일러, 펌프, 열교환기 등이 있 다. 모든 장치 각각은 하나 이상의 유동적 흐름이 유입 및 유출된다는 공통점이 있다. 이 러한 특징을 지닌 장치들은 정상흐름 시스템(정상상태) 또는 유동 시스템(안정된 흐름 체 적)이라고 알려져 있다. 시스템의 성격을 특징이라고 한다. 온도, 부피, 압력, 또는 질량은 특징의 가장 일반적인 예다. 특징이 시스템의 크기에 독립적이라면 특징이 강하다고(intensive) 간주되며, 특징의 값이 시스템의 크기나 정도(질량, 부피, 총에너지)에 따라 다르다면 특징은 광범위한 (extensive) 것으로 간주된다. 광범위한 특징을 시스템의 총질량으로 나눌 때, 결과적인 특 징은 특정 결과라고 불린다. 시스템의 상태는 특징에 의해 설명되는 시스템의 조건이다. 상태방정식은 물질의 특성에 관련된 방정식이다. 평형상태에 있는 시스템은 주변으로부터 고립되어 있다면 변화가 없다. 시스템이 거치는 변화는 공정이라고 알려져 있다. 특징이 시간의 경과에 따라 변하지 않는다면 시스템은 정상상태에 있다고 할 수 있다. 시스템이 공정의 끝에서 원래의 조건이나 상태로 돌아간 다면, 시스템은 순환을 한 것이다. 원 상태로 돌릴 수 있는 공정(가역적 공정)이란 과정이 실행된 후 공정에 관여된 모든 것이 원래의 조건이나 상태로 돌아갈 수 있는 공정을 말한 다. 원 상태로 돌릴 수 없는 공정(비가역적 공정)이란 원래의 조건이나 상태로 돌아갈 수 없는 공정을 말한다. 마찰이나 비평형의 잠재력이 관여된 공정은 돌이킬 수 없다. 모든 실 제적인 공정이 비가역적이라도 가역적 공정에 대한 연구는 시스템과 공정의 행동 한계를 이해하는 데 매우 유용하다. 에너지 효율 329

364 부록 에너지 저장과 전달의 형태 에너지 저장 에너지는 다양한 형태로 저장될 수 있다. 열역학 적용에 관련된 가장 중요한 형태는 내부 에너지, 운동에너지, 위치에너지다. 자기력, 전기력, 표면 장력 효과 등 다른 형태의 에너 지는 특정 경우에만 중요하며 여기에서는 에너지로 고려되지 않는다. 에너지는 줄((J)이나 킬로와트/시간(kWh) 등 다른 단위로 측정된다. 내부에너지(U)는 미시적 형태의 에너지, 즉 물질의 원자나 분자의 운동, 위치, 내부 상태와 관련되어 있다. 일부 참조 프레임워크에 대해, 전체적으로 시스템의 운동에 관련된 에너지는 운동에너지 KN이라고 불린다. 운동에너지는 다음과 같이 표시할 수 있다. 식 7.1 여기서: C =일부 고정된 참조 프레임워크에 대한 시스템의 속도 m = 운동체의 질량 중력 위치에너지의 변화인 PT는 지구 중력장 전체로서의 시스템 위치에 관련되어 있으며 다음과 같이 표시할 수 있다. 식 7.2 여기서: g = 중력가속도 z = 일부 임의적으로 선택된 참조 프레임워크 중심의 높이 운동, 위치, 내부에너지로 구성된 시스템의 에너지는 다음과 같이 표시할 수 있다 에너지 전달 식 7.3 위에서 논의한 시스템의 전체 에너지를 구성하는 에너지의 형태는 정적인 형태의 에너지 며 시스템 내에 저장될 수 있다. 그러나 에너지는 하나의 형태에서 다른 형태로 변환될 수 있으며 시스템 간에 전달될 수 있다. 개방 시스템의 경우, 에너지는 일이나 열전달을 통해서 전달될 수 있다. 열과 일은 최종 상태뿐만 아니라 공정의 세부사항에 따라 다르기 때문에 특징이 아니다. 에너지 전달률은 와트(watt)로 표시된다(1와트 = 1 줄/1 초). 열 열(Q)은 두 개 사이의 온도 차이로 인해 하나의 질량에서 다른 질량으로 전달되는 에너지 로 정의된다. 열은 일 이외의 과정이 진행되는 동안 고립시스템으로 전달되는 에너지의 양을 말한다. 에너지 전달은 감소하는 온도의 방향에서만 발생한다. 330 에너지 효율

365 부록 열은 전도, 대류, 복사의 세 가지 서로 다른 방식으로 전달된다. 전도는 입자 간의 상호작 용에 의해 에너지가 더 많은 물질 입자로부터 에너지가 더 적은 인접 입자로 전달되는 것 이다. 전도는 고체, 액체, 가스에서 발생할 수 있다. 대류는 특정 온도의 고체 표면 과 근 처의 또 다른 온도의 움직이는 가스 또는 액체 간의 에너지 전달이다. 열복사는 원자나 분자의 전자적 구성 변화로 인해 물질에서 배출된다. 에너지는 전자파에 의해 전달되며 전파를 위한 매개체를 요구하지 않으며 진공 상태에서도 발생할 수 있다. 일 일(W)에 대한 열역학적 정의는 다음과 같다. 시스템이 외부적인 것에 미치는 유일한 효과 가 중량을 들어 올리는 것이면, 이때 시스템이 외부에 일을 했다고 한다. 열과 마찬가지로 일은 전달되는 에너지다. 일에 의한 에너지 전달률은 힘이라고 불리며 SI 시스템에서의 단 위는 W로 표시된다 열역학 제1법칙 및 제2법칙 열역학의 두 가지 주요한 일반적인 법칙은 (1)에너지는 보존되며 (2) 다른 변화없이 낮은 온도에서 높은 온도로 열이 전달되는 에너지 전달(저온부에서 고온부로 열이 전달)은 불가 능하다는 것이다. 달리 말하면, 열 자체는 낮은 온도에서 높은 온도로 흐르지 않는다. 열역학의 제1법칙 또는 제2법칙이 충족되지 않으면 공정은 발생하지 않는다 열역학 제1법칙: 에너지 균형 열역학 제1법칙은 일반적인 물리학의 원칙이며 에너지가 보존된다고 제시한다. 이 법칙은 다양한 방식으로 제시될 수 있지만, 모두 본질적으로 동일한 의미를 가지고 있다. 다음은 일반적인 설명에 대한 예다. 에너지가 한 형태에서 다른 형태로 변환될 때마다 에너지는 항상 보존된다. 에너지는 생성되거나 파괴되지 않는다. 모든 에너지의 총량은 특정 시스템에서 일정하다. 순환적인 방식으로 운영되는 시스템에 추가되거나 해당 시스템에서 제거된 순 에너지 는 시스템에서 생산되거나 소비된 일의 형태로서 순 에너지 와 같다. 두 개 이상의 상태 사이에서 단열과정을 거치는 고립 시스템에 의해 실행된 순 일 의 값은 단열과정의 세부사항이 아니라 오직 최종 상태 에 따라 다르다 고립계의 에너지 균형 고립 시스템의 경우, 제1법칙은 시스템 에너지의 변화가 열과 일에 의해 시스템으로 전달 되는 순 에너지 전달 과 동일하다고 제시한다. 식 7.4 식 7.4에서는 기호에 대한 일반적인 의미를 사용했다. 열이 시스템에 전달될 때 열은 양 (+)이며, 시스템이 일을 할 때 일은 양(+)이다. 에너지 효율 331

366 부록 개방 시스템의 에너지 균형 열역학에 대한 대부분의 공학적 적용은 대상 부피(control volume)에 기초해서 실행된다. 이 경우, 질량 보존 원칙이 적용된다. 대상 부피내의 질량의 누적 시간변화율은 경계 안과 경계 전체의 총질량 흐름율의 차이와 같다. 해당 시스템에 대한 에너지변화율은 다음과 같다. 식 7.5 식 7.6 식 7.6에서, h는 시스템에 유입 및 유출되는 흐름의 비엔탈피다. 식 7.7 정상 시스템의 경우, 열과 일에 의한 질량 변화율과 에너지 전달률은 시간의 경과에도 일 정하다. 식 7.8 여기에서, 정상상태의 경우 열역학 제1법칙은 다음과 같이 표시된다. 식 제1법칙: 열효율 및 실행계수(coefficient of performance) 일반적으로, 열 시스템의 효율은 생산된 유용한 에너지와 사용된 에너지의 양 사이의 관 계를 나타낸다. 열 엔진의 열효율은 일의 순산출로 변환된 열투입의 일부다. (무차원) 식 7.10 다른 효율 지표로는 냉각 사이클 COPR 및 열펌프 사이클 COPH에 대한 실행 COP 의 계 수가 있다. 이는 다음과 같이 주어진다. 식 7.11 식 에너지 효율

367 부록 열효율과는 달리 COP 값은 1 보다 클 수 있다. 이는 냉각된 공간에서 제거된 열량이 일 투입량보다 클 수 있음을 의미한다 열역학 제2법칙: 엔트로피 열역학의 제2법칙을 통해 변환이 가능하거나 가능하지 않은 유형을 파악하고 어떤 방향으 로 변환이 발생하는가를 파악할 수 있다. 제1법칙같이 제2법칙도 많은 다양한 방식으로 제시될 수 있다. 제1및 제2법칙은 아래에 제시되어 있다. 평형상태의 단일 근원(source)으로부터 열교환 이외의 다른 효과 없이 일을 하는 엔진 을 제작하는 것은 불가능하다. 열 엔진은 항상 열을 열에너지 저장소(reservoir)로 보내 야 하며, 저온의 열에너지 저장소에서 고온의 저장소로 아무런 효과 없이 열을 전달 할 수 있는 순환적 장치는 없다. 일반적이고 적용 가능한 방식으로 제2법칙을 설명하려면 엔트로피의 개념이 필요하다 엔트로피 두 개의 안정된 시스템 상태가 서로 다른 내부적이고 가역적인 과정에 의해 연결되었을 때, 교환된 열을 온도로 나눈 량의 합계는 경로에 좌우되지 않는다. 이는 시스템의 상태 특성(또는 상태의 특성)에 좌우되는 성질이 존재함을 의미한다. 엔트로피의 변화는 다음과 같이 정의된다. 엔트로피 변화 엔트로피 전달 가역적 과정 식 7.13 엔트로피는 추상적인 특징이며 무질서의 측정치로 간주될 수 있다. 엔트로피를 활용하여 제2법칙의 형태를 더 자세히 소개할 수 있다. 엔진의 엔트로피 그리고 엔진과 상호작용하는 주변 요소의 총 엔트로피는 비가역과정 인 경우 증가해야 한다. 고립 시스템의 엔트로피 증가를 시키는 공정만이 발생할 수 있는 유일한 과정이다(이 러한 설명은 엔트로피 증가 법칙으로 알려져 있음) 고립 시스템의 엔트로피 균형 대부분의 실제 공정의 비가역적 특성에 의해 엔트로피는 보존되지 못한다. 고립된 시스템 에 대한 엔트로피 균형은 다음과 같이 표시된다. 엔트로피 변화 엔트로피 전달 엔트로피 생성 식 7.14 에너지 효율 333

368 부록 식 7.14의 오른쪽에 제시된 첫 번째 용어는 공정이 진행되는 동안 시스템으로 또는 시스 템으로부터 발생하는 열전달과 관련 있으며 열전달에 동반되는 엔트로피 전달로 해석될 수 있다. 양(+)의 값은 엔트로피가 시스템 안으로 전달됨을 의미하며 음(-)의 값은 엔트로 피가 시스템의 밖으로 전달됨을 의미한다. 이 용어는 엔트로피 생성이라고 불리며 공정에 서 발생하는 비가역성을 설명한다. 엔트로피 생성은 비가역성이 발생할 때 마다 정(+)이며 비가역성이 발생하지 않는 이상적인 경우에는 0이다. 이제, 엔트로피 생성을 통한 비가역성의 양은 간단한 엔트로피 균형을 통해서 측정될 수 있다. 비가역성은 에너지 저급화 과정과 소위 에너지 절감 및 보존 기술을 이해하는 데 있어서 핵심적이다. 에너지는 파괴되지 않고 저급화되는 한편, 에너지 분석의 주요 현안은 공정에서 비가역성을 찾아내고 이를 방지하기 위한 해결책을 제공하는 것이다 개방 시스템의 엔트로피 균형 과정이 진행되는 동안 대상 부피 안의 엔트로피 비율은 [ 열전달 자체에 의해 대상 부피 경계 를 통과하는 엔트로피 전달률 ], [질량 흐름에서 대상 부피 안으로 들어오는 엔트로 피 순전달률], [비가역성의 결과로서 대상 부피의 경계 안에서 생성되는 엔트로피의 비율] 을 합한 것과 같다. 엔트로피 변화율 열에 의한 엔트로피 전달률 질량에 의한 엔트로피 전달률 엔트로피 생성율 식 7.15 m is i 및 m es e란 용어는 질량 흐름 안 밖으로 전달되는 엔트로피의 전달률을 나타낸다. Qj 는 순간 온도가 Tj인 경계 상의 위치에서 발생하는 열전달의 시간변화율을 나타낸다. 비 Qj/Tj 비율은 수반되는 엔트로피 전달의 비율(엔트로피 전달률)을 나타낸다. 는 대상 부 피 내의 비가역성으로 인해 발생하는 엔트로피 생성의 시간변화률을 나타낸다 엑서지(Exergy) 분석 엑서지 열역학 시스템의 엑서지(어떤 에너지로부터 이론적 그리고 가역적으로 끄집어낼 수 있는 최대의 유용한 역학적 일에 상당하는 양)는 이론적으로 유용한 최대의 양으로서, 시스템이 환경과 완전한 열역학적 평형 상태일 때 획득 가능하다(시스템이 이러한 환경과 상호 작 용할 경우만). 시스템은 주변과 열역학적 평형상태에 있을 때 사장 상태(dead state)가 된다 고 할 수 있다. 사장 상태에서, 시스템은 주변의 온도와 압력 하에 있으며 운동에너지나 위치에너지를 가지고 있지 않으며 주변과 상호작용 하지 않는다. 엑서지는 시스템의 상태 가 환경으로부터 분리된 정도를 측정한 것이다. 일단 환경이 구체화되면, 값은 시스템만을 위한 특성 값의 측면에서 엑서지로 할당될 수 있으며 시스템 특징으로 간주될 수 있다. 식 7.16에서처럼, 엑서지의 값은 음(-)이 될 수 없으며 보존되지 않고, 비가역성에 의해 파 괴될 수 있다. 단위 질량에 기초한 특정 엑서지는 다음과 같다. 아래 첨자 0은 사장 상태를 의미한다. 식 에너지 효율

369 부록 대상 부피의 경계 전체에 걸친 질량 흐름의 경우 엑서지 전달을 질량과 일 흐름을 동반한 다. 이는 특정 흐름 엑서지 또는 물질 흐름의 물리적 엑서지로 불리며 다음과 같이 도출 된다 엑서지 균형 식 7.17 고립 시스템의 엑서지 균형은 에너지와 엔트로피 균형의 결합으로 획득될 수 있다. 고립 시스템의 엑서지 변화는 열을 동반하는 엑서지 전달량 과 일을 동반하는 엑서지 전달량 의 합에 엑서지 파괴량 을 뺀 것과 같다. 최종 식은 다음과 같다. 엑서지 변화 열을 동반하는 엑서지 전달 일을 수반하는 엑서지 전달 엑서지 파괴 식 7.18 T 0 와 P 0 는 주변 환경의 온도와 압력을 의미한다. Tj는 열전달이 발생하는 표면 온도다. 개방 시스템 안의 엑서지 변화율은 다음과 같이 도출된다. 엑서지 변화율 엑서지 전달률 엑서지 파괴율 식 제2법칙 효율: 엑서지 효율 성과의 열효율과 계수는 열역학의 제1법칙에 기반하며 최고의 가능한 성과를 표시하지 않 는다. 그러나 엑서지 효율이나 제2법칙 효율은 이러한 결함을 극복하며 가역적 운영에 대 한 대략적인 측정치를 제공한다. 엑서지 효율은 열역학적으로 효율적인 에너지원의 이용 을 열역학적으로 비효율적인 이용 과 구별하는 데에 유용하다. 엑서지 효율은 열 시스템 의 기능을 향상하기 위해 필요한 공학적 조치의 효율성을 평가하기 위해 사용될 수 있다. 엑서지 효율은 회수된 엑서지와 공급된 엑서지 간의 비율 로서 일반적인 형태로 정의된 다. 회수됨 공급됨 (무차원) 식 7.20 엑서지 효율은 분석된 시스템에 따라서 많은 다양한 방식으로 표시될 수 있다. 열엔진의 경우, 공급된 엑서지는 엔진에 전달된 열의 엑서지 감소로서, 이는 공급된 열의 엑서지와 거부된 열의 엑서지 간의 차이이다. 일의 순산출은 회수된 엑서지다. 냉장고 또는 열펌프 의 경우, 공급된 엑서지는 투입된 일이며 회수된 엑서지는 열펌프를 위한 고온 매개체에 전달되는 열의 엑서지와 냉장고를 위한 저온 매개체로부터 전달된 열의 엑서지다. 에너지 효율 335