하수와 연료전지의 조합

KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2015-02-12

나가오현 마츠모토시는 시내의 정화센터에 출력 315kW의 연료전지시스템을 도입한다. 쓸모 없었던 소화가스(메탄가스)를 이용하여 발전하고 2015년 2월부터 신전력으로 프리미엄 가격으로 판매한다. 하수처리 시 발생하는 소화가스를 이용한 발전설비가 나가노현 마츠모토시에 완성되어 운전을 개시하였다. 메타워터사가 시로부터 설계, 조달, 건설을 수주하여 료시마(両島)정화센터에 연료전지시스템을 포함한 소화가스 발전설비를 설치하였다. 연간 발전량은 약 168만 kWh로 예상되고 있다. 발전한 전력은 신전력인 에나리스에 판매된다. 고정가격매입제도(FIT)의 판매가격보다 높고 프리미엄 가격으로 20년간 판매하는 형태이다. 마츠모토시가 투자한 사업비는 4억 4,000만 엔을 전력판매로 회수한다. 사업을 기획한 발단은 하수처리 시 남는 슬러지에 있다. 세균의 활동을 빌려 슬러지를 분해하면 메탄가스와 이산화탄소를 주성분으로 하는 소화가스가 연간 약 110만 m3 발생한다. 가연성가스이다. 세균의 활동을 활발하게 하기 위해서는 슬러지를 분해하는 슬러지 소화조를 일정 온도로 유지할 필요가 있다. 발생한 소화가스의 30~40%를 가온에 이용하였으며 나머지는 소각처분하고 있다. 그래서 출력 105kW의 연료전지시스템을 3기 도입하여 소화가스를 연료로 한 발전을 시작한다. 연료전지시스템을 도입한 이유는 4가지 있다. 효율이 높다는 것, 유지관리가 용이하다는 것, 소음 및 진동을 발생시키지 않는다는 것, 배기가스를 발생시키지 않는다는 것이다. 도입한 연료전지는 후지전기의 인산형연료전지(PAFC)로 발전효율이 약 40%로 높다. 연료전지는 효율이 높지만, 원래 소화가스가 가지고 있던 화학에너지 중 60% 정도가 전력이아니라 열로 변해버린다. 이 열도 버리지 않는다. 고온수의 형태로 설비로부터 열을 이용하는 설계를 채용하였다. 열교환기 및 소화가스를 이용한 온수히터에 고온수를 통과시켜 더욱 온도를 높여 슬러지 소화조의 가온에 이용한다. 태양광발전의 보급에는 고정가격매입제도가 큰 영향을 미쳤다. 마츠모토시의 정화센터의 계획을 보면 소화가스의 이용에서도 강한 영향이 있다는 것을 알 수 있다. 마츠모토시에는 주요 정화센터가 두 군데 있다. 료시마 정화센터와 미야부치(宮渕)정화센터이다. 슬러지 소화조를 갖추고 있는 정화센터이며, 소화가스의 이용은 미야부치정화센서가 선행적으로 실시하고 있다. 2012년에 마이크로 가스터빈(출력 95kW 2기)을 설치한 소화가스 발전설비의 설계가 시작되고 2013년에 가동하였다. 미야부치에서는 전력판매를 하고 있지 않으며, 센터 내에서 모두 전력을 소비하고 있다. 센터의 연간 소비전력량 630만 kWh 중 23.8%에 해당하는 150만 kWh를 발전 가능하다. 그 후 2012년에 고정가격매입제도가 시작되어 현재와 동일한 39엔(세금별도)이라는 판매가격도 결정되었다. 료시마정화센터의 사례에서는 민간업자의 기술 및 노하우를 살리기 위해 설계시공을 한꺼번에 발주하는 제안방식을 채용하였으며, 2013년 9월에는 메타워터가 설비 건설공사를 4억 1,790만 엔에 수주하였다. 사업비 4억 4,000만 엔과의 차액이 발생한 이유는 경제산업성의 정책이었다. 마츠모토시가 사업계획을 추진하는 중 경제산업성이 제도를 변경하여 설비의 일반적인 인증범위를 변경하였다. 그 결과 소화조를 움직이는 전력을 소화가스 발전으로 담당하는 것이 필요하게 되어 소화조의 전기배선 및 제어반 등의 공사비용이 추가되었다. (그림 1) 완성된 소화가스 발전설비　 (그림 2) 연료전지가 동작하는 메커니즘 (그림 3) 정화센터의 설비와 도입한 소화가스 발전설비 1yh20150212metawater_fc_590px.jpg 2yh20150212metawater_reaction_590px.jpg 1yh20150212metawater_system_590px.jpg http://www.itmedia.co.jp/smartjapan/articles/1502/10/news049.html