LNG 냉열 이용에 대한 설명
LNG 냉열 이용 기술은 액화천연가스(LNG)가 기화하는 과정에서 발생하는 -162℃의 극저온 냉열 에너지를 회수하여 활용하는 친환경 에너지 기술입니다. LNG 냉열은 버려지는 에너지를 재활용한다는 점에서 에너지 효율을 높이고 환경 부하를 줄이는 데 기여합니다.
1. LNG를 연료로 사용할 때의 환경적 이점
LNG는 석탄이나 석유와 같은 다른 화석 연료에 비해 연소 시 환경 오염 물질 배출량이 현저히 적어 친환경적인 연료로 평가받고 있습니다. LNG를 연료로 사용할 때 얻을 수 있는 주요 환경적 이점은 다음과 같습니다.
1) 대기오염 물질 배출 감소:
- 황산화물 (SOx) 거의 발생 없음: LNG는 황 성분을 거의 포함하지 않아 연소 시 황산화물 배출이 극히 미미합니다. 황산화물은 산성비의 원인이 되며 호흡기 질환을 유발하는 대기오염 물질입니다.
- 분진 (PM) 배출량 현저히 적음: LNG는 액체 상태에서 기체 상태로 완전 연소되기 때문에 석탄이나 중유 연소 시 발생하는 분진(미세먼지) 배출량이 매우 적습니다. 미세먼지는 호흡기 질환, 심혈관 질환 등 건강에 악영향을 미치는 주요 대기오염 물질입니다.
- 질소산화물 (NOx) 배출량 감소: LNG 연소 기술 발달로 저 NOx 버너 등을 적용하여 질소산화물 배출량을 석탄이나 석유 대비 현저히 줄일 수 있습니다. 질소산화물은 스모그, 산성비의 원인이 되며 호흡기 질환을 유발하는 대기오염 물질입니다.
2) 온실가스 배출량 감소:
- 이산화탄소 (CO2) 배출량 감소: LNG는 단위 발열량당 이산화탄소 배출량이 석탄이나 석유에 비해 적습니다. 특히 석탄에 비해서는 약 50% 수준으로 이산화탄소 배출량을 줄일 수 있습니다. 이산화탄소는 지구 온난화의 주요 원인 물질입니다.
- 메탄 (CH4) 배출량 감소 노력: LNG 주성분인 메탄은 이산화탄소보다 강력한 온실가스이지만, LNG 생산 및 공급 과정에서의 메탄 누출을 줄이기 위한 기술 개발 및 노력이 지속되고 있습니다.
3) 수질 및 토양 오염 저감:
- 해양 오염 위험 감소: 석유와 달리 LNG는 액체 상태로 누출되더라도 증발하여 소멸되므로 해양 오염 위험이 상대적으로 적습니다.
- 토양 오염 가능성 낮음: LNG는 누출 시 토양 오염 가능성이 석유에 비해 낮습니다.
4) 친환경 에너지 시스템 구축 기여:
- 신재생에너지와 연계 용이: LNG는 신재생에너지 발전의 간헐성을 보완하는 백업 전원 역할을 할 수 있으며, 수소 생산의 원료로도 활용될 수 있어 친환경 에너지 시스템 구축에 기여할 수 있습니다.
- 도시가스 보급 확대: LNG를 기반으로 한 도시가스 보급은 가정 및 산업 부문의 연료를 청정 에너지원으로 전환하는 데 기여합니다.
물론 LNG 또한 화석 연료이므로 연소 시 이산화탄소를 배출하며, 생산 및 운송 과정에서 온실가스 누출 가능성이 존재합니다. 하지만 현 시점에서 LNG는 다른 화석 연료에 비해 상대적으로 환경 친화적인 에너지원이며, LNG 냉열 이용 기술과 같은 효율적인 활용 방안을 통해 환경 부하를 더욱 줄여나갈 수 있습니다.
2. LNG 냉열 이용 시 검토사항
LNG 냉열 이용은 에너지 효율을 높이고 환경 부하를 줄이는 효과적인 기술이지만, 시스템 구축 및 운영 시 다음과 같은 사항들을 종합적으로 검토해야 합니다.
1) 냉열 수요처 확보 및 연계:
- 경제성 확보의 핵심: LNG 냉열은 -162℃의 극저온 에너지이므로, 이를 효과적으로 활용할 수 있는 냉열 수요처가 필수적입니다. 냉동·냉장 창고, 액화산소·질소 생산 시설, 드라이아이스 제조 시설, 발전소 냉각, 지역 냉방 등 냉열 수요처를 확보하고 LNG 기화 설비와 연계하는 것이 경제성 확보의 핵심입니다.
- 수요처와의 거리 및 배관: LNG 기화 설비와 냉열 수요처 간의 거리가 멀면 배관 설치 비용이 증가하고 냉열 손실이 발생할 수 있으므로, 최적의 입지 선정 및 배관 시스템 설계가 중요합니다.
2) 기술적 검토:
- 열교환 효율 및 최적화: LNG 냉열과 냉열 수요처 간의 열교환 효율을 극대화하는 열교환기 설계가 중요합니다. 판형 열교환기, 핀튜브 열교환기 등 다양한 종류의 열교환기 중 최적의 모델을 선정하고, 시스템 운전 조건에 맞춰 효율을 극대화해야 합니다.
- 안전성 확보: LNG는 가연성 물질이며, 극저온 상태이므로 안전 관리가 매우 중요합니다. 설비 설계, 시공, 운전 과정에서 화재, 폭발, 누출 사고 예방을 위한 안전 대책을 철저히 수립해야 합니다. 관련 법규 및 안전 기준을 준수해야 하며, 안전 관리 시스템 구축 및 운영 인력 교육이 필수적입니다.
- 운전 제어 시스템: LNG 기화량 변동, 냉열 수요 변동 등 운전 조건 변화에 유연하게 대응할 수 있는 자동 제어 시스템 구축이 필요합니다. 효율적인 에너지 관리를 위한 실시간 모니터링 및 데이터 분석 시스템도 고려할 수 있습니다.
- 시스템 신뢰성 및 유지보수: LNG 냉열 이용 설비는 장기간 안정적으로 운전되어야 하므로, 설비의 내구성 및 신뢰성을 확보하고, 유지보수가 용이하도록 설계해야 합니다. 정기적인 점검 및 유지보수 계획 수립이 중요합니다.
3) 경제성 분석:
- 초기 투자비 및 운영비: LNG 냉열 이용 설비 구축에는 열교환기, 배관, 펌프, 제어 시스템 등 초기 투자비가 발생하며, 운전 시에는 펌프 동력, 유지보수 비용 등이 발생합니다. 초기 투자비, 운영비, 에너지 절감 효과, 정부 지원 정책 등을 종합적으로 고려하여 경제성을 면밀히 분석해야 합니다.
- 에너지 절감 효과: LNG 냉열 이용을 통해 얻을 수 있는 에너지 절감량 및 비용 절감 효과를 정확하게 예측하고, 투자 회수 기간을 산정해야 합니다. 에너지 가격 변동, 설비 수명 등을 고려한 장기적인 경제성 분석이 필요합니다.
- 정책 지원 및 인센티브: 정부 및 지자체의 LNG 냉열 이용 사업 지원 정책, 세제 혜택, 인센티브 등을 활용하여 경제성을 높일 수 있는 방안을 모색해야 합니다.
4) 환경성 평가:
- 에너지 효율 향상 및 환경 부하 감소 효과: LNG 냉열 이용을 통해 에너지 효율을 얼마나 향상시키고, 온실가스 및 대기오염 물질 배출량을 얼마나 감소시킬 수 있는지 정량적으로 평가해야 합니다.
- 친환경 이미지 제고: LNG 냉열 이용 시설 구축은 기업 및 지역 사회의 친환경 이미지 제고에 기여할 수 있습니다.
- 규제 및 인허가: LNG 냉열 이용 시설 구축 및 운영에 필요한 환경 관련 규제 및 인허가 사항을 사전에 확인하고 준비해야 합니다.
5) 사회적 수용성:
- 지역 사회와의 소통 및 협력: LNG 냉열 이용 시설은 안전성, 환경 영향 등에 대한 지역 주민들의 우려를 야기할 수 있습니다. 사업 추진 과정에서 지역 사회와 충분히 소통하고 협력하여 사회적 수용성을 확보하는 것이 중요합니다.
- 홍보 및 교육: LNG 냉열 이용 기술의 친환경성, 안전성, 경제성 등을 적극적으로 홍보하고, 주민들의 이해를 높이기 위한 교육 프로그램을 운영할 수 있습니다.
3. 냉동·냉장 창고에 LNG 냉열을 이용할 때의 계통도 및 설정온도 설명
냉동·냉장 창고는 LNG 냉열을 효과적으로 활용할 수 있는 대표적인 냉열 수요처입니다. LNG 냉열을 냉동·냉장 창고에 이용하는 계통도는 다음과 같습니다.
계통도 설명:
- LNG 기화 및 냉열 발생: 액체 상태의 LNG는 기화기(Vaporizer)를 통과하면서 기체 상태로 변환됩니다. 이 과정에서 -162℃의 극저온 냉열이 발생합니다. 기화기는 해수 기화기, 공기 기화기, 연소식 기화기 등 다양한 종류가 사용될 수 있으며, LNG 냉열 이용 시스템에서는 냉열 회수 효율을 높이기 위해 해수 기화기 또는 공기 기화기를 주로 사용합니다.
- 냉열 매체 순환: 기화기에서 발생한 LNG 냉열은 열교환기(Heat Exchanger)를 통해 냉열 매체 (부동액, 브라인 등) 로 전달됩니다. 냉열 매체는 펌프(Pump)에 의해 순환하면서 냉열을 냉동·냉장 창고로 운반합니다.
- 냉동·냉장 창고 냉방: 냉열 매체는 냉동·냉장 창고 내부에 설치된 냉각 코일(Cooling Coil)을 통과하면서 공기와 열교환하여 창고 내부를 냉각시킵니다. 냉각 코일은 공기 강제 순환 방식 또는 자연 대류 방식이 적용될 수 있습니다.
- 냉열 매체 환수 및 재순환: 냉동·냉장 창고에서 열교환을 마친 냉열 매체는 온도가 상승한 상태로 열교환기로 되돌아와 LNG 냉열과 다시 열교환하여 냉각됩니다. 이러한 냉열 매체의 순환 과정을 통해 냉동·냉장 창고는 지속적으로 냉방됩니다.
- 기화된 LNG 연료 공급: LNG 기화 과정에서 얻어진 기체 상태의 천연가스는 연료 배관을 통해 발전소, 산업 시설, 도시가스 공급망 등으로 공급되어 연료로 활용됩니다.
어류 냉동 창고 설정 온도 가정 및 설명:
냉동·냉장 창고에 보관하는 식품의 종류에 따라 적정 설정 온도가 다릅니다. 어류의 경우 장기간 신선도를 유지하고 품질 저하를 최소화하기 위해서는 급속 냉동 후 -25℃ 이하의 온도에서 보관하는 것이 일반적입니다.
- 급속 냉동: 어류를 단시간에 -40℃ ~ -50℃ 이하의 극저온으로 냉각시켜 얼음 결정을 미세하게 만들어 세포 손상을 최소화하는 기술입니다. LNG 냉열은 급속 냉동 시스템의 냉열원으로 활용될 수 있습니다.
- 보관 온도: 급속 냉동된 어류는 -25℃ 이하의 냉동 창고에 보관하여 신선도를 장기간 유지합니다. LNG 냉열은 냉동 창고의 보관 온도를 유지하는 데 효과적으로 활용될 수 있습니다.
예시:
- 참치: -50℃ ~ -60℃ (초저온 냉동 보관)
- 연어: -25℃ ~ -30℃ (냉동 보관)
- 오징어: -20℃ ~ -25℃ (냉동 보관)
- 새우: -18℃ ~ -20℃ (냉동 보관)
위 계통도는 냉동·냉장 창고에 LNG 냉열을 이용하는 기본적인 시스템 구성이며, 실제 시스템 설계 시에는 창고 규모, 냉방 부하, 보관 식품 종류, 에너지 효율 목표, 경제성 등을 종합적으로 고려하여 최적의 시스템을 구축해야 합니다.
결론적으로, LNG 냉열 이용 기술은 에너지 효율 향상과 환경 부하 감소에 기여하는 유망한 기술입니다. 냉동·냉장 창고와 같은 냉열 수요처에 LNG 냉열을 효과적으로 활용하여 에너지 절약 및 친환경적인 사회 구축에 기여할 수 있도록 지속적인 기술 개발 및 투자가 필요합니다.