WHRS, 저온 폐열회수장치,

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서론
현대 산업사회에서 에너지 효율성은 점점 더 중요한 과제가 되고 있습니다. 특히 화석 연료를 사용하는 산업 공정과 운송 분야에서 발생하는 막대한 양의 폐열은 심각한 에너지 손실을 야기하고 있습니다.

폐열회수시스템(Waste Heat Recovery System, WHRS)은 이러한 에너지 손실 문제를 해결할 수 있는 혁신적인 기술입니다. WHRS는 산업 설비나 엔진에서 발생하는 미활용 열을 포집하고 이를 유용한 전기 에너지로 변환하는 시스템입니다.

Climeon의 WHRS 기술은 특히 주목할 만합니다. 이 시스템은 다음과 같은 주요 특징을 가지고 있습니다:

고온(HT)과 저온(LT) 냉각 시스템을 통한 효율적인 열 변환
Organic Rankine Cycle(ORC) 기술을 활용한 전력 생산
선박, 산업 공정, 발전소 등 다양한 분야에 적용 가능
Climeon의 WHRS는 단순히 에너지를 절약하는 것을 넘어, 버려지는 열을 가치 있는 전기 에너지로 전환함으로써 산업의 지속가능성을 높이는 혁신적인 솔루션입니다.

WHRS의 작동 원리 - 열사이클 및 순환 과정
Climeon의 폐열회수시스템(WHRS)은 유기 랭킨 사이클(Organic Rankine Cycle, ORC) 기술을 통해 혁신적인 열 에너지 변환 과정을 구현합니다. 이 시스템의 핵심은 비독성이고 불연성인 특수 유기 작동 유체를 사용하는 폐쇄 루프 배관 시스템입니다.

열 순환 과정은 다음과 같이 진행됩니다:

폐열원(예: 주 엔진의 스캐벤지 에어 냉각 시스템)에서 고온의 열을 포집합니다
특수 설계된 펌프 시스템이 작동 유체의 압력을 높이고 증발기로 이송합니다
열교환기를 통해 폐열로 작동 유체를 효율적으로 증발시킵니다
고효율 터빈을 통해 작동 유체를 팽창시켜 전기를 생산합니다
다른 열교환기에서 작동 유체를 냉각하고 응축시킵니다
적응형 제어 시스템으로 전체 성능을 자동화하고 최적화합니다 
이 과정을 통해 Climeon의 WHRS는 연간 약 210 kW의 평균 순 전력을 생산하며, 연료 소비를 225 MT/년 절감하고 700 MT/년의 CO2 배출을 저감할 수 있습니다.

WHRS의 작동 원리 - 열 회수 및 증기 발생
Climeon의 폐열회수시스템(WHRS)은 주 엔진에서 발생하는 다양한 열원을 효율적으로 포집하고 전기 에너지로 변환하는 혁신적인 기술입니다.

열 회수 과정은 주로 두 가지 주요 열원에서 시작됩니다:

자켓 냉각 시스템(Jacket Cooling): 엔진 자켓에서 발생하는 고온의 냉각수 열
스캐벤지 에어 냉각 시스템(Scavenge Air Cooling): 터보차저에서 나오는 고온 공기
열 회수 프로세스는 다음과 같은 단계로 진행됩니다:

1단계 열교환기(1st Stage SAC)에서 터보차저의 뜨거운 공기를 초기 냉각
2단계 열교환기(2nd Stage SAC)에서 추가로 공기 온도 낮춤
회수된 고온 열을 유기 랭킨 사이클(ORC) 시스템으로 전달
ORC 시스템에서는 특수 설계된 유기 작동 유체를 사용하여 열을 전기로 변환합니다:

고온의 폐열로 작동 유체를 가열하고 증발
증발된 유체로 고효율 터빈을 구동
터빈 회전을 통해 전기 발전
이 혁신적인 시스템은 연간 평균 235kW의 순 전력을 생산할 수 있으며, 이는 연간 약 260톤의 연료 절감과 880톤의 CO2 배출 감축으로 이어집니다. 이러한 Climeon의 WHRS 기술은 에너지 효율성과 환경 지속가능성을 동시에 추구하는 혁신적인 솔루션입니다.

WHRS의 작동 원리 - 응축 및 재순환
Climeon의 WHRS 시스템에서 응축 및 재순환 과정은 에너지 효율성의 핵심입니다. 터빈에서 팽창된 작동 유체는 고성능 열교환기를 통과하며 냉각 및 응축 단계를 거칩니다.

응축 프로세스는 다음과 같은 단계로 진행됩니다:

터빈을 통과한 고온/고압 작동 유체를 전문 설계된 열교환기로 이송
열교환기에서 작동 유체를 효율적으로 냉각하고 액체 상태로 응축
냉각수 시스템(Cold Water Flow)을 통해 열 제거 및 온도 조절
재순환 단계에서는 응축된 작동 유체를 다시 시스템에 주입합니다:

특수 설계된 펌프 시스템이 작동 유체의 압력을 높임
저압 액체 상태의 작동 유체를 증발기로 이송
폐열원에서 다시 가열되어 증발 준비
이 폐쇄형 루프 시스템은 비독성이고 불연성인 특수 유기 작동 유체를 사용하여 지속적인 에너지 변환을 가능하게 합니다 19. 전력 생산 후 남은 잉여 증기(Surplus Steam)는 추가 열 활용을 위해 재활용되거나 배출됩니다.

적응형 제어 시스템은 전체 응축 및 재순환 과정을 자동으로 모니터링하고 최적화하여, 에너지 효율을 극대화하고 시스템의 지속적인 성능을 보장합니다.

응용 분야 - 산업 프로세스와 발전소
Climeon의 폐열회수시스템(WHRS)은 다양한 산업 분야와 발전소에서 혁신적인 에너지 효율화 솔루션을 제공합니다. 산업 프로세스에서 WHRS는 제조, 금속 가공, 화학 공정 등에서 발생하는 고온의 폐열을 효과적으로 포집하고 전기 에너지로 변환합니다.

예를 들어, 제조 공정에서 발생하는 고온의 배기가스나 열 폐기물은 전통적으로 대기로 방출되었습니다. Climeon의 WHRS는 이러한 폐열을 HT(고온) 및 LT(저온) 냉각 시스템을 통해 포집하고, 유기 랭킨 사이클(ORC) 기술로 전력을 생산합니다.

발전소 분야에서 WHRS는 더욱 중요한 역할을 합니다. 화력 발전소에서 발생하는 대규모 폐열은 기존에는 거의 활용되지 않았지만, Climeon 기술은 이를 효율적으로 회수할 수 있습니다. 주요 엔진의 스캐벤지 에어 냉각 과정에서 발생하는 고온 폐열을 활용하여 연간 약 210kW의 순 전력을 생산할 수 있습니다.

이러한 WHRS 적용은 상당한 경제적, 환경적 이점을 제공합니다:

연료 소비 절감: 연간 최대 225 MT
CO2 배출량 저감: 연간 약 700 MT
발전 효율: 200 g/kWhe
Climeon의 혁신적인 WHRS 기술은 산업 프로세스와 발전소에서 버려지는 에너지를 활용함으로써, 에너지 효율성 향상과 지속가능한 발전에 기여하고 있습니다.

응용 분야 - 선박/해운 산업
Climeon의 폐열회수시스템(WHRS)은 해운 산업에서 혁신적인 에너지 효율화 솔루션을 제공합니다. 주로 컨테이너선의 주 엔진에서 발생하는 폐열을 활용하여 전기를 생산하는 이 기술은 해양 운송 분야의 지속가능성을 크게 향상시키고 있습니다.

해상에서 WHRS는 주로 두 가지 주요 열원을 활용합니다:

자켓 냉각 시스템(Jacket Cooling): 엔진 자켓에서 발생하는 고온의 냉각수 열
스캐벤지 에어 냉각 시스템(Scavenge Air Cooling): 터보차저에서 나오는 고온 공기
이 시스템의 성능은 매우 인상적입니다. 14,000~17,000 TEU 규모의 컨테이너선에서 Climeon WHRS는 연간 다음과 같은 놀라운 결과를 달성합니다:

평균 순 전력 생산: 235 kW
연료 절감량: 260 톤/년
CO2 배출 저감: 880 톤/년 
특히 주목할 만한 점은 이 시스템이 단순히 전기를 생산하는 것을 넘어 증발기를 통해 담수 생산까지 가능하다는 것입니다. 주 엔진의 부하가 높을 때 추가적인 에너지 활용이 가능하며, 전기 생산 시 연비도 크게 향상됩니다.

Climeon의 WHRS는 Tier II 조건의 다양한 선박에 적용 가능하며, 특히 컨테이너선, 대형 화물선 등에서 그 효과가 두드러집니다. 이 혁신적인 기술은 해운 산업의 에너지 효율성을 높이고 환경 부담을 획기적으로 줄이는 중요한 솔루션으로 자리 잡고 있습니다.

응용 분야 - 기타 폐열원
Climeon의 WHRS 기술은 전통적인 산업 분야를 넘어 다양하고 혁신적인 폐열원에서도 그 잠재력을 발휘하고 있습니다. 특히 열교환기 회로, 폐열 회수 회로, 배기가스 열 회수 회로 등 다양한 환경에서 적용 가능성을 보여주고 있습니다.

데이터 센터는 WHRS의 혁신적인 적용 사례 중 하나입니다. 서버와 컴퓨팅 장비에서 발생하는 대량의 열을 포집하여 전기 생산에 활용할 수 있습니다. 50-355 kW의 순 전력 출력과 1000-4000 kW의 열 흡수 능력을 가진 Climeon의 시스템은 데이터 센터의 에너지 효율을 크게 향상시킬 수 있습니다.

지열 발전소와 같은 재생에너지 시설에서도 WHRS는 중요한 역할을 할 수 있습니다. 지열 발전소에서 발생하는 중저온 열원을 효율적으로 활용하여 추가 전력을 생산할 수 있으며, 이는 전체 발전 효율을 높이는 데 기여합니다. 80-100°C의 회수수 온도를 활용하여 ORC 시스템을 통한 전력 생산이 가능합니다.

산업용 폐열원 중에서도 특히 시멘트 공장, 제철소, 유리 제조 공장과 같은 고온 공정 산업은 WHRS의 잠재적 활용도가 높습니다. 이러한 산업 공정에서 배출되는 고온의 가스와 폐열을 포집하여 전기 에너지로 전환함으로써, 연간 260톤의 연료 절감과 880톤의 CO2 배출 저감 효과를 기대할 수 있습니다.

Climeon의 WHRS 기술은 비가연성 및 비독성 작동 매체를 사용하므로, 식품 가공, 제약 산업과 같은 엄격한 안전 규제가 적용되는 분야에서도 안전하게 적용될 수 있습니다. 이러한 다양성은 WHRS 기술이 미래 에너지 효율화의 핵심 솔루션임을 보여줍니다.

환경적 이점 - 화석연료 절감
Climeon의 폐열회수시스템(WHRS)은 화석 연료 사용 절감에 혁신적인 접근을 제공합니다. 이 기술은 버려지는 열을 유용한 전기 에너지로 전환함으로써 화석 연료 소비를 획기적으로 줄일 수 있습니다.

해운 산업에서의 성과를 보면, 14,000-17,000 TEU 규모의 컨테이너선에서 Climeon WHRS는 연간 260톤의 중질유(HFO) 사용을 절감할 수 있습니다. 이는 단일 선박에서 발생하는 상당한 연료 절감으로, 연간 CO2 배출을 약 880톤 감축하는 효과가 있습니다.

산업 프로세스에서도 비슷한 성과를 보입니다. 스캐벤지 에어 냉각 시스템을 활용한 WHRS는 연간 약 225톤의 연료를 절감하고, 700톤의 CO2 배출을 저감할 수 있습니다. 이러한 수치는 단순한 에너지 절약을 넘어 실질적인 화석 연료 소비 감소를 의미합니다.

특히 주목할 점은 발전 효율성입니다. Climeon WHRS는 발전 시 200 g/kWhe의 효율을 달성하며, 평균 210-235 kW의 순 전력을 생산합니다 27. 이는 기존에 버려지던 폐열을 직접 전기 에너지로 전환함으로써 화석 연료 사용을 직접적으로 대체하는 혁신적인 접근입니다.

제조, 해운, 발전소 등 다양한 산업 분야에서 Climeon의 WHRS는 화석 연료 소비 절감의 새로운 가능성을 제시하고 있습니다. 이 기술은 단순히 에너지를 절약하는 것을 넘어, 지속 가능한 에너지 미래를 향한 중요한 한 걸음을 내딛고 있습니다.

환경적 이점 - 탄소 배출 및 에너지 효율
Climeon의 폐열회수시스템(WHRS)은 탄소 배출 감소와 에너지 효율 향상 측면에서 혁신적인 솔루션을 제공합니다. 특히 해운, 산업, 발전 분야에서 그 환경적 이점이 두드러집니다.

탄소 배출 감소 측면에서 WHRS는 놀라운 성과를 보입니다. 14,000-17,000 TEU 규모의 컨테이너선에서 연간 약 880톤의 CO2 배출을 저감할 수 있으며, 이는 단일 선박에서 달성할 수 있는 상당한 환경 개선 효과입니다. 산업 프로세스에서도 연간 700톤의 CO2 배출을 줄일 수 있어, 기후변화 대응에 실질적으로 기여하고 있습니다.

에너지 효율성 측면에서도 Climeon WHRS는 탁월한 성능을 보입니다. 발전 효율은 200 g/kWhe로, 기존 시스템에 비해 현저히 높은 수준입니다. 평균 210-235 kW의 순 전력을 생산하며, 이는 버려지던 폐열을 유용한 에너지로 전환하는 혁신적인 접근입니다.

연료 절감 효과 또한 매우 인상적입니다. 해운 산업에서는 연간 약 260톤의 중질유(HFO) 사용을 절감할 수 있으며, 산업 프로세스에서는 연간 225톤의 연료를 절약할 수 있습니다. 이러한 연료 절감은 직접적인 경제적 이익뿐만 아니라 환경 보호에도 크게 기여합니다.

Climeon WHRS는 단순한 에너지 절약 기술을 넘어, 지속 가능한 미래를 위한 혁신적인 환경 솔루션으로 평가받고 있습니다. 폐열을 활용한 전력 생산은 화석 연료 의존도를 낮추고, 탄소 배출을 획기적으로 줄이는 중요한 접근 방식입니다.

환경적 이점 - 재생 가능 에너지원 활용
Climeon의 폐열회수시스템(WHRS)은 단순한 에너지 절감 기술을 넘어, 실질적인 재생 가능 에너지원으로 발전할 잠재력을 지니고 있습니다. 폐열을 재생 에너지원으로 간주할 수 있는 이유는 그 근본적인 에너지 변환 메커니즘에 있습니다.

일반적으로 버려지던 열에너지를 전기로 변환하는 WHRS는 실질적으로 '숨겨진 재생 에너지원'으로 볼 수 있습니다 52. 특히 지열, 산업 폐열, 데이터 센터 열 등 다양한 열원을 활용할 수 있어 재생 에너지 생태계에 중요한 역할을 할 수 있습니다.

예를 들어, 지열 발전소와 WHRS의 통합은 매우 혁신적인 접근입니다. 80-100°C의 중저온 열원을 유기 랭킨 사이클(ORC) 시스템을 통해 추가 전력으로 변환할 수 있으며, 이는 기존 지열 발전의 효율성을 크게 향상시킬 수 있습니다.

데이터 센터와 같은 현대 디지털 인프라에서도 WHRS는 재생 에너지 전략의 중요한 부분이 될 수 있습니다. 서버와 컴퓨팅 장비에서 발생하는 대량의 열을 50-355 kW의 순 전력으로 변환할 수 있으며, 1000-4000 kW의 열 흡수 능력을 가지고 있어 에너지 효율성을 획기적으로 개선할 수 있습니다.

또한, Climeon의 WHRS는 태양광, 풍력 발전소와 같은 재생 에너지 시스템과 상호 보완적으로 작동할 수 있습니다. 간헐적인 재생 에너지원의 한계를 보완하여 안정적인 전력 공급을 지원할 수 있는 잠재력을 지니고 있습니다.

이러한 접근은 단순한 기술적 혁신을 넘어, 지속 가능한 에너지 생태계를 구축하는 중요한 전략이 될 수 있습니다. WHRS는 버려지는 열을 유용한 전기 에너지로 전환함으로써, 재생 가능 에너지의 새로운 지평을 열고 있습니다.

결론
Climeon의 폐열회수시스템(WHRS)은 현대 산업이 직면한 에너지 및 환경 도전 과제에 대한 혁신적인 솔루션을 제시합니다. 이 기술은 단순한 에너지 효율화 도구를 넘어, 지속 가능한 미래를 향한 중요한 전환점을 마련하고 있습니다.

해운, 산업, 발전 분야에서 WHRS는 놀라운 성과를 입증했습니다. 14,000-17,000 TEU 규모의 컨테이너선에서 연간 260톤의 연료를 절감하고 880톤의 CO2 배출을 저감할 수 있으며, 이는 기존 에너지 시스템의 한계를 극복하는 혁신적인 접근입니다.

Climeon의 WHRS 기술은 유기 랭킨 사이클(ORC) 기반의 독창적인 접근으로 폐열을 효율적으로 전기 에너지로 전환합니다. 200 g/kWhe의 발전 효율과 235 kW의 순 전력 생산 능력은 이 기술의 잠재력을 명확히 보여줍니다.

향후 WHRS 기술은 더욱 광범위한 산업 분야로 확장될 전망입니다. 데이터 센터, 지열 발전소, 제조 공정 등 다양한 열원에서의 응용 가능성은 무한합니다. 특히 재생 에너지 생태계와의 통합을 통해 에너지 전환의 새로운 패러다임을 제시할 것으로 기대됩니다.

결론적으로, Climeon의 WHRS는 버려지는 열을 가치 있는 에너지로 전환함으로써 지속 가능한 미래를 향한 혁신적인 길을 열고 있습니다. 이 기술은 단순한 기술적 해결책을 넘어, 글로벌 에너지 전환과 기후변화 대응의 핵심 전략으로 자리 잡을 것입니다.