본 연구에서는 대학 기숙사의 에너지 부하량과 부하 패턴을 분석하고 이를 통해 기숙사에 적용 가능한 소형열병합발전 시스템의 용량 증가에 따른 경제성 분석과 CO2 저감량, TOE를 분석하고 각 운전방법에 따른 경제성 분석 및 CO2 저감량, TOE를 분석해 기숙사에 가장 적합한 최적의 운전방법을 도출하였다.
기숙사의 월별 전력부하량은 거의 일정하지만 열부하량은 계절에 따라 많은 차이를 보였다. 그리고 일정한 전력부하로 인해 열전비는 열부하 패턴과 유사한 패턴을 보였다. 열부하가 많은 겨울철에는 열전비가 최고 5.5까지 나타났다. 일반적으로 가스 엔진 소형열병합발전의 열전비는 1.67이므로 열전비가 높은 겨울철에는 높은 열부하에 적절히 대응하기 위한 보조 보일러의 가동이 필요하다는 것을 알 수 있다. 또한 열전비가 0.5 정도인 여름철에는 소형열병합발전의 가동율이 낮아질 것이며 발전으로 인해 발생한 배열을 저장할 수 있는 저탕조의 운영이 필요할 것이다.
현재 대학교 기숙사에 적용되는 에너지 요금 체계에서는 소형열병합발전의 용량을 증가시켜도 투자회수기간을 통한 경제성은 나타나지 않았다. 하지만 CO2 배출량과 TOE를 비교해 본 결과, 소형열병합발전 용량에 따라 CO2 배출량은 약 9.1% 감소하고 TOE는 약 11% 감소함을 알 수 있었다. 또한 소형열병합발전의 용량이 80 kW 부근에서 CO2 배출량과 TOE이 수렴하는 것을 알 수 있었는데, 이는 소형열병합발전의 용량이 무한이 증가하더라도 대상건물인 기숙사의 에너지 부하가 소형열병합발전의 운전조건에 항상 적합한 부하량을 가지지 못하기 때문에 80 kW 부근에서 수렴하게 된다.
전력요금이 저렴한 대학교 기숙사와 같은 교육시설에서 소형열병합발전은 투자회수기간을 통한 경제성은 나타나지 않았지만 환경, 에너지 측면에서 각각 9.1%, 11%의 저감효과를 보였다. 그리고 현재 기숙사 건물에 적용되는 전기요금을 1.4배 증가시킨 경우 20년, 3배 증가시킨 경우 4.2년의 투자회수기간을 나타내었다. 투자회수기간을 10년을 목표로 한다면 현 전기요금보다 약 1.8배 증가시켜야 함을 알 수 있었다.
소형열병합발전을 설치하게 될 경우 소형열병합발전의 운전방법에 따라 본 대학 기숙사의 에너지 부하패턴을 적용하여 분석한 결과 가동율을 바탕으로 한 시스템 총 에너지 비용은 optimal operation method가 가장 낮은 것으로 나타났다. 또한 CO2 배출량을 분석한 결과 optimal operation method 운전방법에서 CO2 배출량과 TOE가 가장 낮은 값을 보였다. 이와 같은 내용을 바탕으로 현 대학 기숙사에 비용에 대한 경제적 손실을 감안하고 환경, 에너지 측면에서 시스템을 적용한다면 시스템의 최적의 운전방법은 CO2 배출량과 TOE가 가장 낮은 optimal operation method 임을 알 수 있었다.
그 외 소형열병합발전 설비의 시스템 가동율 증가에 따른 환경적, 에너지적 경제성을 증가시키는 방안으로 노현극(1998)등이 제안한 복합 부하 패턴 형성을 통한 소형열병합발전 방법이 있다. 이는 에너지 사용 부하 중 전력부하가 치중된 건물과 열부하가 치중된 건물에 대해 두 건물에 소형열병합발전 설비를 동시에 적용함으로써 시스템의 가동율을 증가시키는 방법이다. 이처럼 기숙사의 경우 겨울철 열전비가 5 이상으로 열부하가 치중되므로 이때 열부하가 적고 전력부하가 많은 연구동 등에 소형열병합발전 설비의 발전전력을 연계함으로써 열전비를 소형열병합발전 설비의 열전비와 비슷한 1.6 수준을 유지함으로써 시스템의 가동율을 향상시키는 방안이 제안될 수 있을 것이다. 또한 전력 연계를 학교 내 건물이 아닌 외부 건물과 연계할 수 있다면 상대적으로 전력요금이 비싼 외부 건물에 대한 전력부하에 따른 비용을 줄일 수 있어 더욱 높은 경제성을 나타내리라 판단된다.
이와 같은 다양한 방법을 통해 대학교 기숙사에 적용 가능한 소형열병합발전의 경제성 분석과 최적 운전방법에 대해 분석하였다. 실제 적용되는 시설에서 이론 최대치에 가까운 에너지 저감효과를 얻기 위해서는 보다 다양한 복합 시스템이 구축되어 보다 다양한 조건에서 소형열병합발전이 운전되어야 할 것이다.