열병합발전소의 측정기술은 여러 사양들이 동시에 필요한 경우가 대부분이다.

열병합 발전소의 효율은 어떤 측정기술을 선택하는지에 따라 크게 영향을 받는다. 계측장비는 타입별로 다양하여 제조업체는 고객의 다양한 요구사항을 충족시키기 위해 여러 가지 솔루션이 가능한 기술을 개발하고 있다.

필자: Gerhard Renz, Business Development Industrial Gauges

독일 정부는 2050년까지 전체 전기의 80 %를 재생에너지로 생산하겠다는 목표를 세웠다. 열병합발전소(CHP)는 일반적인 에너지원으로 이미 도처에서 자리잡고 있으며 앞으로도 그 역할이 계속 확대될 것으로 보인다. 열병합발전소는 독일의 이러한 목표를 달성하는 데 크게 기여할 것으로 보인다. 열병합발전소의 가장 매력적인 부분은 열과 전력의 결합 원리에 있으며, 열과 온수로 만들어진 에너지가 전기를 만드는데 활용되고 있다. 이는 효율적인 면에서 실제수요 이상을 충족하고 있다. 열병합발전소는 광범위한 도달 범위를 가지고 있어, 출력에 따라 일반 가정이나 상업시설, 공공부문에 전기를 공급하고 있다.

열병합발전소는 전기 출력에 따라 분류된다.

축열 시스템을 갖춘 열병합발전소 개략도

전기는 출력에 따라 2.5kW 미만은 나노 타입, 10kW 미만은 마이크로 타입 그리고 50kW 미만 출력은 미니타입으로 분류되고, 대형 발전소는 100kW에서 4,000kW 사이의 출력을 생성한다. 나노 타입은 주로 단독주택이나 연립주택에 설치되며, 마이크로 또는 미니 타입은 다가구 주택, 공공기관, 기업체 또는 산업체에 적용된다. 대규모 열병합발전소는 분산형 공급의 근간을 이루고 있으며, 바이오 가스플랜트와 결합하여 적용된다. 열병합발전소의 원료는 80 %가 가스로 운영되고 있으며 나머지는 목재팰릿이나 오일이 사용되고 있다.

열병합발전소는 가동 최적화를 위하여 특정 측정기술이 요구된다. 이 기술을 통해 친환경적이며 발전의 높은 효율을 보장된다. 계측장비는 온도, 압력, 레벨의 측정량에 초점을 맞추고 있다. 발전소의 유형마다 요건이 다르기 때문에 패키지 제조업체는 다양한 측정장비를 확보하기 위하여 WIKA와 같은 공급업체를 선택하고 있다. WIKA는 완벽한 솔루션을 제공하고 있으며, 모든 측정이 가능한 제품군을 보유하고 있다.

WIKA 레벨 스위치 OLS-C01, RLS-1000

열병합발전소 건설에는 다양한 컨셉트와 타입이 있어 일련의 표준제품 외에 용도별로 특수 제작된 개별 솔루션이 필요하다. 필수 제어와 모니터링 업무를 고려하여 전자식 계측기를 선호한다. 전자식 계측기는 고정된 위치의 특정 시퀀스를 원격으로 또는 스마트폰 애플리케이션으로 모니터링할 수 있다. 온도 측정을 위하여 스크류 인(screw-in), 플러그 인(plug-in), 접촉식 온도센서는 건설 유형과 공간에 따라 발전소에 더 많이 설치된다. 특히 Pt100, Pt1000, KTY 및 NTC 측정소자가 일반적으로 사용되며 이들은 열교환기와 가열 및 냉각 회로의 온도를 기록하고 제어하는 역할을 하며, 엔진 오일의 온도를 측정하는 데에 사용된다. 냉각 회로의 유압과 압력은 압력 스위치를 사용하여 점검하고, 압력 스위치는 안전 기능을 동시에 수행한다. 측정된 값이 사전에 정의된 포인트 위 또는 아래를 통과하면 장치는 경고 신호를 보내거나 엔진을 끄는 동작을 한다. 압력 센서는 냉각 회로뿐만 아니라 엔진의 상류측 압력을 모니터링하고 제어장치에 연속적인 신호를 공급한다. 플로트 스위치(Float switches)는 플랜트의 크기에 따라 1 ~ 3 개의 오일 레벨을 측정하는 데 좋은 장점을 가지고 있다.

바이오 가스플랜트와 같은 대형 열병합발전소의 계측장비에 대한 요구사항은 훨씬 다양하며, 높은 수준의 내구성, 기능성, 견고성과 정밀성이 필수적이다. 엔진의 규모가 상당히 크기 때문이다. 작은 발전소는 Sachs 또는 Stirling 단일 실린더 엔진에 의해 구동되지만 대형발전소는 최대 12개의 실린더가 있는 엔진으로 구동된다. 이때 엔진과 난방 회로, 실린더 헤드 그리고 배기 파이프는 반드시 온도를 측정해야 엔진 효율과 모든 실린더의 동시성(synchronism)에 대한 결론을 도출할 수 있다. 실린더 헤드의 고온 (최대 700 ° C), 배기 파이프, 미네랄 절연케이블이 있는 내열 써모커플을 사용하여 측정을 수행해야 한다.

WIKA 압력센서/스위치 A-10, PSD-30, PSM01

엔진에 의해 전달되는 진동은 측정기술의 또 다른 도전과제이다. 광학식 레벨스위치(optoelectronic level switch)는 엔진오일 수준을 점검할 때 권장되고 있다. 이 장치는 엔진블록의 진동에 강하며 높은 온도에서도 사용할 수 있다.

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

열병합발전소의 규모가 클수록 계측기가 갖춰야하는 조건은 더욱 까다롭고 엄격하다. 그리고 작은 타입의 계측기는 연관된 작업을 위해 많은 측정지점을 통합해야 한다. 전통적인 공급업체 전략과 배치되더라도 기술적, 경제적 관점에서 열병합발전소 제조업체와 운영자 그리고 모든 서비스 제공자 간의 협력이 매우 중요하다.