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일본의 바이오매스 보일러 적용 사례 조사 결과
  • 한국에너지정보센터
  • 승인 2018.12.03 23:19
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바이오매스 에너지의 이용을 촉구하는 정책을 세우려면사례 분석이 필수적이다. 즉 지금까지의 사례에서 문제와 그 해결책을 찾아 이를 정책에 반영해야 한다. 물론 선행사례에 대한 분석이 없었던 것은 아니다. 하지만 구체적인 문제점을 분석하여 과제를 추출하고, 개선안을 이끌어 내기에는 불충분했다.

이에 이 연구에서는 사례를 통해 수집한 데이터를 기반으로 어떤 개선안이 도출되었으며, 이를 어떻게 정책에 반영하면 좋을지 제시하고 있다. 이 연구에서는 일본 전국의 바이오매스 보일러 도입 사례 중에서 연료의 종류, 이용 형태(온수/증기/전기) 등이 망라되어 있는 것들을 선정했다. 또한 조사 과정에서 도입 경위를 파악하고, 이를 기반으로 정량적인 데이터를 분석하기 위해 노력했다. 그렇다면 일본 바이오매스 보일러 도입 사례 조사를 기반으로 바이오매스의 이용 과제와 앞으로의 방향성에 대해 알아보자

 

바이오매스 도입 시 고려해야 할 요소들

바이오매스 도입 시 ‘경제성 확보’나 ‘주변 환경 고려’의 요소를 고려하지 않는 경우가 많다. 실제로 많은 사례에서 경제성을 확보에 대한 검토는 사후에 이루어지는 경우가 많아 채산성에 문제가 생기게 된다. 따라서바이오매스를 도입할 때에는 ‘삼림자원의 활용, 지역산업 배려, 경제성 확보, 주변 환경 고려’라는 요소를 반드시 검토해야 한다.

일본 우에노무라 지역의 사례를 보면 해당 지역의 삼림 자원량을 조사함으로써 바이오매스인 펠렛 생산 가능량을 파악했다. 이를 기반으로 적합한 시스템의 규모와 라인을 검토한 뒤 이를 장비 사양에 적용하여 펠렛생산 공장 장비를 발주했다. 즉 보일러 제조사의 일방적인 제안이 아닌 도입하고자 하는 지역의 환경을 고려하여 시스템을 구축한 것이다.

이 사례에서 알 수 있듯 합리적인 기본 구상 책정이 문제 해결의 포인트라고 할 수 있다. 즉 시스템 도입을 위해서는 앞서 언급한 요소들을 고려하여 조건에 맞게 반영한 후 추진해야 한다. 그 과정에서 전문가의 검수를 받아야 하며, 운용 단계에서도 전문가의 검토가 필요하다. 물론 그렇게 검토 받은 결과는 다음 사업에 반영하여 개선해 나가야 한다.

또한 앞서 이야기 한 ‘채산성 문제’를 해결하려면 열수요의 양을 파악할 필요가 있다. 열 수요의 변동에 맞춰 적절한 시스템을 설계하지 않으면 효율을 달성할 수 없기 때문이다. 따라서 채산성을 안정적으로 확보하기 위해서는 안정된 열 수요와 보일러 아래 저탕조(온수탱크)의 적절한 조합으로 일정한 연소(운전)와 가동률을 확보하는 것이 필수적이다.

따라서 바이오매스의 특성을 고려하여 안정적인 운전과 가동 시간의 확보를 우선으로 계획을 세워야 한다. 이를 위해서는 효율적인 플래닝이 가능한 기술자와 전문가의 육성이 필수적이다. 또한 열 수요를 추계(推計)하는 방법과 보일러 시스템의 설계 노하우를 개발과 축적이 이루어져야 할 것이다.

 

연료 조달 계획을 세우는 방법

연료 조달 계획은 보일러와 칩의 조화에 대한 이해를 기반으로 이루어져야 한다. 하지만 실제로 연료 조달 계획을 세울 때는 칩 형상에 대한 정보가 정리되지 않은 채 진행되는 경우가 많다. 연료 형상이 중요한 이유는 절삭 칩과 파쇄 칩의 특성이 다르기 때문이다. 이러한 형상과 품질은 연소에 미치는 영향이 크기 때문에 관련 정보와 노하우를 알아두는 것이 필수적이다. 실제로 파쇄 칩의 경우 보일러의 칩 반송 시스템에서 칩이 걸리는 문제가 발생할 수 있으므로 사전 대비가 필요하다.

칩의 형상, 품질과 함께 중요하게 알아두어야 할 것이 바로 ‘수분’이다. 증기 보일러를 도입한 어느 사례에서는 보일러 카탈로그에 나와 있는 대응 가능한 칩의 수분 기준과 실제 칩 수분량 사이에 차이가 있어, 연소시 문제가 빈번히 발생하는 경우가 있다. 이 외에 수분관리의 필요성을 인지하지 못해 제지용 칩과 연료용 칩을 혼용하여 고장으로 연결되는 사례도 있다.

따라서 작업자는 연료용 칩의 성질을 이해하고 함유율(건량 기준)/수분(습량 기준)의 차이나 칩핑 방식 등에 따른 연소의 차이를 알아두어야 한다. 또한 어떠한보일러에 어떠한 칩이 적합한지에 대한 정보를 정리하여 작업자가 이를 이해하고 현장에서 적용할 수 있는 환경을 만들어야 할 것이다.

보조금 지원 정책의 한계를 보완하려면

현재 일본에서는 바이오매스 보일러의 도입을 촉진하기 위해 보조금이 지급된다. 여기에서 문제는 100% 보조금에 의존하여 도입하거나, 지방자치단체의 소유를 조건으로 시설을 도입하는 경우 감가상각이나 금리,가동 시간) 확보의 중요성이 낮아진다는 것이다. 이것이 바이오매스 보일러의 도입이 민간 분야의 확대로 이어지고 있지는 않은 이유다.

이를 해결하려면 지방자치단체에 의한 도입이라 하더라도 세금 부담을 덜기 위해 비용을 절감하려는 노력이 필요하다. 이를테면 보일러를 선택할 때 가능한 많은 사례의 정보를 수집하여 비용이나 성능을 파악해 두어야 한다. 그 중에서도 총체적인 사업 비용 절감을 고려한 건축이나 저장 탱크 설계 등이 가능해야 한다. 특히 앞서 이야기한 ‘연료 조달 계획’과 관련하여 연
소된 칩과 보일러의 조합이 표준화되어 있지 않아 연료걸림 등의 문제가 발생할 수 있기 때문에 칩의 특성에 맞춘 보일러의 선정과 규격화 작업이 필요하다. 보일러 가격의 벤치마크(기준이 되는 지표)를 설정하는 것도 함께 이루어져야 한다.

 

보일러 운용 시 칩의 관리

앞서 언급했듯 연료의 수분 관리는 곧 성공의 포인트라고 할 수 있다. 특히 임지잔재(사용하지 않은 재료)의 경우 원료 단계에서 수분 관리가 필수적으로 이루어져야 한다. 유럽에서는 자연 건조한 후 현지에서 칩화하여 저장 탱크에 수송하는 시스템이 구축되어 있다. 하지만 칩 상태에서 수분을 건조시키는 것은 보통 어려운 일이 아니다. 이에 일본에서도 그 사례가 적어 대안으로서 칩 생산 시스템의 구축이 필요한 상황이다.

현재 일본에서는 대부분 넓은 공장에서 임지잔재를 직접 건조하고 있다. 이 경우 여러 번의 운송 경비, 토장(임시 집재장) 관리비 등의 경비가 들기 때문에 이 부분에 대한 개선이 필요하다. 또한 제재 공장의 단재(端材) 중에 배판 부분은 생재(生材)에서 제재(製材)를 작업하는 단계에서 부산물이 나와 수분 함량이 높아진다.

이를 건조시키는 토장의 확보나 화석 연료에 의한 강제건조 등의 과제가 남아 있다. 만약 수분이 높은 칩을 제지용 칩으로써 판매할 수 있다면 원료 수입 시 트럭의 중량을 측정할 때 제지용과 연료용을 구별하여 집적하고 칩화하는 방법을 적용할 수 있다. 또한 수분이 높은 생(生)칩이라고하더라도 안정된 연소 일정을 확보할 수 있다면 스토커 식 등의 생칩 대응 보일러에서 연소할 수 있다. 단지 수분이 더 높은 칩이 혼입될 가능성을 배제할 수 없어 다시 DSS(Daily Start & Stop) 운전하는 경우 연료 효율이 현저히 낮아질 수 있다.

유럽에서는 대규모가 아니라면 칩화 후에 바람이 잘통하는 장소(경우에 따라서는 태양열 집열기 등을 사용하여) 자연 건조하는 경우도 있어 일본에서도 이를 연구할 필요가 있다. 따라서 현재로서는 수분 관리 방법의 정리가 되어야 한다. 또한 수분(무게)를 기준으로 한제지용 칩과 연료용 칩의 구별 방법을 고려해야 한다.

더불어 임지잔재의 건조 방법의 확립과 보급이 진전되어야 하며, 칩 생산 방법의 확립과 생칩 건조 방법의 보급, 연료용 칩의 규격 책정이 이루어져야 한다.

 

부하추종성이 낮은 바이오매스 보일러

바이오매스 보일러는 부하의 변동에 맞춰 그 즉시 출력을 조절하기 어렵다. 바이오매스 보일러는 부하추종성이 낮기 때이다. 이에 원칙적으로는 안정적인 24시간 연속 운전이 필요하다. 일일 변동이 적은 가동 스케줄을 실현하거나, 하루만 운전하는 경우라 하더라도 안정적인 가동을 유지하는 것이 포인트다.

게다가 불완전 연소 등으로 인해 보일러가 부하 과다로 고장이 날 수도 있다. 또한 DSS운전(Daily Start & Stop운전)에 의한 문제도 무시할 수 없다. 예를 들어 이번에 사례 조사를 진행한 일본의 한 온욕시설에서는 야간에 열 수요가 없기 때문에 DSS운전을 실시하고 있다. 그러나 매일 아침 열량 부족을 보완하기 위해 병용하는 백업용 화석연료 보일러의 가동률이 높아 화석연료의 절감을 실현하기 어렵다.

또한 야간 열 수요가 없는 경우 중화모드를 사용한 사례가 있으나 수분 함량이 높은 연료에서는 애당초 중화모드에 의한 연소가 유지되지 않는다. 이에 불완전한 연소나 진화, 보일러 청소 빈도의 증가 등의 문제로 연결된다. 보일러와 저탕조의 조합으로 설비를 최적화하여 야간에는 저탕조용으로 운전하는 것이 원래의 바이오매스 보일러의 이용 방법이다.

앞으로의 방향성으로는 안정적인 운전이 가능한 시스템을 구축해야 한다. 여기에서 열 수요의 파악이나 연료의 품질과 보일러의 상성 등 계획 단계에서의 포인트를 조절하는 것이 중요하다. 보일러 시스템에 맞는 가동 전략도 필요하다. 특히 수분 함량이 높은 칩을 연소할 수 있는 유동상 보일러는 연속 운전이 기본이다.

한편 중화모드는 과제가 많다. 또한 안정된 기본 열원으로써 바이오매스 보일러를 응용하거나 수요 증가 시의 에너지 조달을 위한 백업 보일러의 효과적인 이용이 필요하다. 이처럼 최적의 보일러 운용은 유지관리 비용을 낮춰주기도 한다. 보일러 제조사에서 실시하는 보수 점검
방식은 일반적으로 비용이 많이 들기 때문에 러닝코스트 절감을 실현하기 어렵다. 이에 관리자 스스로 보일러의 유지보수를 진행함으로써 비용을 줄일 수 있다.

따라서 작업자는 바이오매스 보일러의 특성(부하추종성이 낮은 안전 운전이 기본)이나 일상적인 보수, 점검에 대한 정보와 노하우를 숙지하고 있어야 한다.

 

결론

일본 사례 조사를 통해 현재로서 발견된 가장 큰 문제는 경제성 확보를 위한 검토와 조사가 미흡하다는 것이다. 이는 경제성 검토에 필요한 정보가 부족하다는 문제와 연관되기 때문에 앞으로 더욱 폭넓고 방대한 정보를 수집하고 정리할 필요가 있다. 또한 활용 가능한 노하우는 하드웨어(장비) 측면에 집중되어 있어 계획,설계, 설비 도입, 운용 등에 관계된 소프트웨어 측면의 보완과 개발이 절실하다.

따라서 지원 방안을 구축할 때 이러한 측면의 지원을 고려해야 한다. 이를테면 각 지역에 맞는 시스템 계획,설계와 관계된 지원(전문가에 의한 경영 진단 실시 등)이 이루어져야 한다. 또한 바이오매스 보일러 보급을 위한 정보 정리(제품 정보, 가격 등의 벤치마크)도 필수적이다. 이 외에도 연료 종류에 맞는 시스템 등의 기술적 정보의 정리와 개발 등도 필요하다.

이를 경제성을 확보하고, 최종적으로는 비용 절감을 실현하는 기술 개발은 바이오매스 보일러의 보급 확대로 연결될 수 있다. 물론 기업이나 관리자 측면에서도 각자의 전략 진행 후 성과 리뷰를 철저히 실시하여 문제에 대책을 수립하고 그 결과를 피드백, 혹은 지혜의 공유에 활용하는 등 후속 작업이 뒷받침 되어야 한다.

한국에너지정보센터  kecenter@hanmail.net

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