바이오매스 공장, 브리티시컬럼비아 대학의 목표 달성 지원

대학 바이오매스 공장의 배출 감소

해결 과제

  • 브리티시컬럼비아 대학(UBC)은 온실 가스 배출을 줄이기 위한 노력의 일환으로중앙 난방 시설을 목표 대상으로 설정

솔루션

  • 통합 아키텍처 시스템 – ControlLogix PAC 두 대로 시스템 제어 관리
  • 인텔리전트 모터 컨트롤 – PowerFlex 40 및 PowerFlex 700이 통합된 CENTERLINE 2100 모터 컨트롤 센터 세 개. 인버터가 공장을 위한 완벽한 모터 컨트롤 제공
  • 비쥬얼라이제이션 및 정보 소프트웨어 – FactoryTalk View ME 및 FactoryTalk View SE 소프트웨어가 운영에 대한 실시간 데이터 제공.FactoryTalk Historian ME 소프트웨어가 Nexterra 서버에 시설 데이터 보고
  • 설계 및 납품 – Nexterra, 로크웰 오토메이션 모션 및 제어 기술로 열병합 시설의 개발 주도

결과

  • 온실 가스 배출량 매년 6,000톤 절감

배경
브리티시컬럼비아 대학의 밴쿠버 캠퍼스는 도심에 있습니다.이 커뮤니티의 1,000에이커 면적의 캠퍼스에는 학생, 교직원, 주민 5만여 명이 일하고, 배우고, 생활하고 있습니다.2012년까지 이 대학은 캠퍼스에서 사용할 열을 생산하기 위해 천연가스 연료로 가동되는 중앙 난방 시설에 의존했고, 전력망을 유지하기 위해 BC Hydro로부터 전기를 구입했습니다.지속 가능성에 앞장서는 기관으로서 이 대학은 온실 가스(GHG) 배출을 줄이기 위해 노력했습니다.2009년에 이 대학은 캠퍼스에 재생 연료로 가동되는 열병합(CHP)발전소를 설계 및 건설하는 데 착수했습니다.

과제
브리티시컬럼비아 대학(UBC)은 GHG 배출 감소에 앞장서는 기관으로서 자부심을 갖고 있습니다.2007년에 이 캠퍼스는 교토 의정서 목표를 달성했습니다.GHG 배출을 더욱 줄이기 위한 도전적인 목표를 세우기 위해 이 대학은 같은 해에 기후행동계획(Climate Action Plan)을 수립했습니다.이 계획에 따라 UBC는 2007년부터 2015년까지 현재 배출량을 1/3로 줄이겠다고 약속했습니다. 2050년에는 탄소 중립을 달성하겠다는 목표를 세웠습니다.이러한 과제에 더해 UBC는 등록과 연구 활동 증가로 인해 캠퍼스 규모가 대폭 확대될 것으로 예상했습니다.

이러한 증가를 수용하기 위해 이 대학은 수백 만 제곱피트의 건물 여러 채를 추가로 건설할 계획을 세웠는데, 이러한 건물에는 열과 전력이 필요합니다.UBC는 자체 GHG 배출을 줄일 뿐만 아니라, 커뮤니티에서 채택할 수 있는 혁신적인 재생 에너지 기술의 허브가 되길 원했습니다.브리티시컬럼비아에서는 2007년 7월부터 대학과 같은 공공 기관에 주 탄소세가 적용되었습니다. "하나의 커뮤니티로서 우리는 지속 가능성 부문의 진정한 리더가 되길 원했습니다.우리가 에너지 사용과 GHG 배출을 줄이지 못한다면 어떻게 다른 사람들이 그렇게 할 것을 기대할 수 있겠습니까?" 브리티시컬럼비아 대학의 전략적 이니셔티브 책임자인 Brent Sauder의 말입니다."우리는 커뮤니티 내에서 혁신과 새로운 기술을 주도하기 위해 GHG에 관한 도전적인 약속을 활용하길 원했습니다."

솔루션
이 대학은 배출을 줄이기 위한 첫 단계로서 GHG를 배출하는 건물이나 기술을 파악해야 했습니다.UBC는 GHG를 배출하는 캠퍼스의 모든 시설을 조사했습니다.조사 결과 가장 많은 배출을 발생시키는 시설은 실험실, 강의실 건물 및 주거 시설에 열을 공급하는 캠퍼스의 중앙 난방 시설이었습니다.대학의 간부들은 캠퍼스에서 사용할 열을 생산하기 위해 건물의 가스 연소 시스템을 재생 바이오매스 연료를 사용하는 바이오매스 시스템으로 확대시켜야 한다고 결정했습니다.

이 대학은 캠퍼스 특유의 에너지 요구 사항은 물론 도시 캠퍼스에 재생 에너지 시스템을 제공하는 방법을 이해하는 에너지 시스템 공급업체를 모색하기 시작했습니다.캐나다와 미국에서 바이오매스 가스화 프로젝트를 성공적으로 수행한 바 있으며, 밴쿠버에 본사를 둔 가스화 시스템 개발업체이자 공급업체인 Nexterra Systems Corp.가 이 대학의 요건에 들어맞았습니다.Nexterra는 상당한 기술 전문성을 제공했으며, 또한 UBC와 협력하여 캐나다 및 브리티시컬럼비아 정부 기관과 민간 조직으로부터 프로젝트를 위한 자금을 확보했습니다.

Nexterra는 깨끗한 나무 폐기물(예: 펠릿, 건설 부산물)과 목재 제조 잔여물인 목질 바이오매스로 가동되는 CHP 시설을 설계, 개발 및 구축했습니다.

Nexterra 열병합 발전 시스템은 수상 경력이 있는 대형 목조 건축물에 있습니다.Nexterra 바이오매스 가스화 시스템은 바이오매스를 합성 가스로 변환합니다.매일 두세 차례 트럭 한 대 분량의 목질 바이오매스가 시설에 도착합니다.통합 화면 및 자석 시스템에서 지나치게 크거나 목질이 아닌 재료를 자동으로 제거합니다.가스화 장치가 바이오매스를 깨끗한 가연성의 합성 가스로 변환합니다.

UBC의 새로운 바이오에너지 연구 및 개발 시설(BRDF)은 Nexterra의 독점 가스화 시스템과 이 회사 고유의 합성 가스 정화 기술을 사용하는 북미 최초의 CHP 시스템입니다.BRDF는 내부 연소 엔진을 가동할 수 있는 엔진 등급의 합성 가스를 발생시켜 열과 전력을 생산합니다.

이 시스템에는상업용 열 모드와 데모 CHP 모드라는 두 가지 주요 작동 모드가 있습니다.열 모드에서는 산화제가 합성 가스를 연소시키면, 고온 연도 가스가 보일러를 통해 전달되어 증기를 생산합니다.이 증기는 대학의 기존 배분 시스템을 통해 캠퍼스 건물을 난방하는 데 사용됩니다.

데모 모드에서는 합성 가스가 불순물이 제거되어 알맞은 상태가 된 후 냉각 및 여과되어 열과 전기를 생성합니다.그런 다음 합성 가스가 발전기를 가동하는 고효율의 내부 연소 엔진으로 주입되어 전기가 생성되고 기존 전력망을 통해 UBC 캠퍼스 전체에 배분됩니다.

또한 이 시스템은 엔진 열과 배기가스를 회수하여 캠퍼스 난방을 위한 증기를 추가로 생성합니다.

프로세스를 제어하는 것은 프로세스 자체만큼이나 중요합니다.Allen-Bradley® ControlLogix®의 컨트롤러(PAC) 두 개가 이 시스템의 제어를 관리합니다.시설 운전자는 FactoryTalk View Machine Edition(ME) 및 FactoryTalk View Site Edition(SE) HMI 소프트웨어를 통해 운영을 모니터링하고 시스템 및 장비 수준의 문제를 사전에 바로잡을 수 있습니다.또한 FactoryTalk Historian 소프트웨어는 Nexterra가 시설의 운영을 실시간으로 지원할 수 있는 Nexterra 서버에 시설 데이터를 보고합니다.

컨트롤러의 통합형 플랫폼과 단일 프로그래밍 환경 덕분에 현장 시설 운전자가 유지보수할 예비 부품이 더 적습니다.플랫폼의 엄격한 운영 제어를 통해 바이오매스를 요구되는 정밀도로 처리하는 동시에 대학의 야심 찬 배기가스 감소 목표를 달성할 수 있습니다.

"로크웰 오토메이션 기술의 상호 연결성과 폭넓은 도입 범위 덕분에 솔루션을 매우 효율적으로 구현할 수 있었습니다." Nexterra의 전기 및 제어 관리자인 Quamar Jutt의 말입니다."우리는 플랫폼에서 플랫폼으로 프로그램을 변환하는 대신에 CHP 시스템과 같은 주요 제품을 개선하는 데 리소스를 집중할 수 있습니다."

플랫폼의 개방성도 EtherNet/IP™ 네트워크를 통해 GE 엔진과 통합하는 일을 손쉽게 했습니다.Allen-Bradley PowerFlex® 40 및 PowerFlex 700 인버터와 연결된 Allen-Bradley CENTERLINE® 2100 모터 컨트롤 센터(MCC) 세 개가 공장 전반의 모터 컨트롤을 제공합니다.

결과
BRDF는 2012년 9월에 운영을 시작한 이래로 캠퍼스의 연간 증기 요구의 평균 12%를 공급하고 있습니다.이 시스템은 증기를 생산하는 데 사용되는 화석 연료를 대체함으로써 GHG 배출을 상당히 줄였습니다.또한 대기 배출이 허용된 수준 내지 그보다 훨씬 아래로 유지되고 있습니다.운영 첫 해에 이 시설은 11만 5,000MMBtu 이상의 천연가스를 대체했습니다.그 결과 GHG 배출이 연간 6,000톤 줄었는데, 이는 1,250대의 차량이 도로에서 사라진 것과 동일한 효과입니다.운전자가 시스템 사용에 익숙해짐에 따라 수치는 계속 증가할 것입니다.

EtherNet/IP는 ODVA의 상표입니다.오늘날 BRDF는 UBC의 "살아있는 실험 공간(Campus as a Living Laboratory)" 이니셔티브의 성공을 보여 줍니다.이 시설의 연구실에서 학생과 교수는 이들의 대체 에너지원 프로젝트를 완수합니다.새로운 형태의 지속 가능한 청정 발전에 대해 배우기 위해 첫 두 해 동안 1,000여 명이 이 공장에 방문하는 등 관광객이 끊이지 않고 있습니다.

이 대학과 Nexterra는 시설의 기술을 더욱 발전시키기 위해 계속 노력해나갈 것입니다.이러한 노력에는 청정 합성 가스를 최첨단 바이오연료, 재생 가능한 수소 및 기타 제품으로 변환하는 것이 포함됩니다.

위에서 언급한 결과는 브리티시컬럼비아 대학이 로크웰 오토메이션의 제품과 서비스를 타 제품과 함께 사용하여 얻은 결과입니다.구체적인 결과는 고객마다 다를 수 있습니다.

고객 성공사례

고객이야말로 우리에게 가장 중요합니다. 우리는 경청하고,생각하고 그리고 고객 여러분들의 요구를 충족하기 위해 노력합니다. 다른 고객분들이 경험한 성공 사례를 공유하는 공간으로 산업군,서비스 그리고 제품별로 필터기능을 통해 원하는 사례를 열람할 수 있습니다.