응용대상이 다름에 따라 분포식 에너지시스템은 빌딩형과 구역형 두 가지로 구분된다. 빌딩형 시스템은 하나의 빌딩 혹은 하나의 기관에 에너지를 공급하는 시스템이고 에너지 공급 대상은 호텔, 병원, 백화점, 사무실 등이다. 구역형 시스템은 보통 규모가 비교적 크고 하나의 구역 내 다수 기관에 에너지를 공급하는 시스템이며 에너지 공급대상은 공업단지, 상업구 등이다. 현재 중국은 공업화와 도시화가 동시에 빠르게 발전하는 단계에 있으며 여러 공업, 상업과 첨단기술단지가 통일적으로 계획되고 건설되고 있는데 이것은 구역형 시스템의 보급응용에 기회를 제공하였다. 하지만 전통적인 용량 최적화, 입지 최적화, 수송 시스템 최적화, 생산 배치 최적화 문제의 복잡성으로 인해 현재 사용 가능한 구역형 시스템 최적화 배치방법과 소프트웨어가 적고 기존의 연구도 시스템 구조가 간단하고 설비유닛 모형이 보잘 것 없으며 모형 통용성이 떨어지고 자동화 정도가 약한 등 문제가 존재한다.

위에서 서술한 문제를 해결하기 위해 중국과학원 공정열물성연구소 에너지동력연구센터 연구원은 다년간 쌓은 단일 에너지 스테이션(energy station) 시스템의 전체 상태 최적화 배치방법 기초에서 상부구조 방법을 응용시키고 구역 에너지 계획이론을 결부시켜 두 가지 유형의 구역형 분포식 에너지 공급시스템 최적화 배치모형을 확대시켰다. 한 모형은 분산배치형[그림1(a)], 즉 에너지 공급시스템 분산배치가 각 건출물 내부에 대한 것으로서 건축물 내부 시스템에서 생성된 에너지는 우선적으로 자체의 수요를 만족시키고 여분의 에너지는 에너지 공급시스템을 통해 기타 건물에 수송된다. 다른 모형은 집중배치형[그림1(b)], 즉 에너지 공급시스템 배치가 건축물 외부에 대한 것으로서 건물과 거리가 비교적 먼 에너지 스테이션에서 중간 전압과 수증기 생산을 진행하고 건물과 가까운 분배소에서 저압, 냉수와 온수의 생산을 진행하며 각 에너지는 상응되는 에너지 공급시스템을 통하여 에너지 스테이션, 분배소, 건물 사이에서 운송되고 최종적으로 각 건물의 부하 수요를 만족시킨다.

두 가지 최적화 배치 모형에서 4가지 특징이 있다.
첫째, 에너지 스테이션 사이트(site), 시스템 형식, 설비 수량과 용량, 에너지 수송 시스템의 자동 선택과 파라미터(parameter)의 최적화를 실현할 수 있다.
둘째, 배치 최적화 동시에 운행 최적화를 고려한다.
셋째, 빠르게 해답을 구하는 동시에 상대적으로 정확한 모형구조와 파라미터를 보장한다. 예를 들면, 주 설비에 대해 부분 부하율과 환경온도의 영향을 고려한다면 최적화 배치 결과를 더욱 확실하게 한다.
넷째, 가스터빈, 내연 기관, 잔열 보일러, 흡수식 냉동기 등 상용 기술 외 재생 가능에너지기술과 에너지 저장기술을 포함시킨다.

확대 모형을 이용하여 광주시 한 상업지구를 연구대상으로 하고 구역형 분포식 에너지 공급시스템 최적화 설계 사례 연구를 전개하였고 두 가지 모형의 가능성과 유효성을 검증하였다. 연구는 정해진 조건에서 두 가지 구역형 시스템은 모두 현저한 경제이익을 가졌고 전통적인 “도시 가정용 전기+가스보일러+전기냉동기” 에너지 공급방식과 비교할 때 전자는 매년 25%의 비용을 절약하고 후자는 14% 절약하며 증가된 투자비용은 모두 3년 내에 회수될 수 있다고 밝혔다.

관련된 두 편의 논문은 최근 학술저널 Energy에 발표되었다.

그림 1: 두 가지 구역형 분포식 에너지 공급시스템 설명도
그림 2: 집중 배치형 시스템 에너지 운송시스템 설명도

 

[출처 = KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』/ 2015년 12월 2일]