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그림 1: 이샬렌느 폐수 처리장의 새로운 열병합 발전 장치가 용기에 설치되었습니다. 슬러지에서 회수되는 바이오 가스를 사용하여 연간 150,000kWh의 전력이 생산되고 있습니다. 출처: Busch (부쉬) 진공 솔루션.

적은 에너지로 에너지 생산

1974년 시운전이 완료된 이후 스위스 보 주에 위치한 이샬렌느 폐수 처리 공장은 바이오 가스 회수 방식으로 전력을 생산하고 있습니다. 2020년 5월에는 소화조에서 슬러지를 혼합하기 위해 사용 중이던 오래된 오일 윤활 피스톤 컴프레서 2대가 Busch (부쉬) 진공 솔루션의 MINK 클로 압축기 1대로 교체되었습니다. 이를 통해 이러한 공정에 필요한 전력량을 최대 40%까지 줄일 수 있었습니다. 처리장 책임자에게 있어, 이는 에너지를 생산하기 위해 필요한 에너지가 감소한다는 것을 의미합니다.
이샬렌느 처리 공장은 보 주의 수도인 로잔 인근에 위치한 이샬렌느시에서 운영하며 이샬렌느, 모틸리에즈 및 빌라흐-르-떼후와 마을의 폐수를 처리합니다. 그리고 거의 최대 용량 제한인 10,000명에 해당하는 인구를 수용하도록 설계되었습니다. 이샬렌느 하우트-탈렌트 지역에 대한 캔톤의 계획에는 향후 이러한 운영을 보다 경제적으로 효율화하기 위한 노력으로 2025년까지 폐수 처리를 통합하는 것이 포함됩니다. 또한, 계획의 목표는 미세 오염 물질의 처리를 개선하는 것입니다. 향후 계획은 이샬렌느 처리 공장이 다른 모든 지역 하수 처리장을 대체한 후 총 9개 지방 자치 단체의 폐수를 처리하는 것입니다. 이를 달성하기 위해 이샬렌느 처리 공장은 총 26,000명의 인구 규모를 처리할 수 있는 용량으로 확장될 예정입니다.
2019년에는 새로운 열병합 발전 장치(그림 1)가 이미 처리장에 건설되었으며, 바이오 가스 공장에서 연간 150,000kWh의 전력이 생산되고 있습니다. 열병합 발전 장치에서 회수된 온수는 주로 소화조의 슬러지를 데우거나 실내를 데우는 등 발전소 자체에서 사용됩니다. 또한 소화조에서 바이오 가스를 회수하는 과정(그림 2)의 경제성을 향상하기 위해 350 세제곱 미터 용량의 소화조 내 바이오 가스 순환을 최적화하기로 결정했습니다. 소화조에서 생성되는 바이오 가스의 일부는 슬러지로 재공급됩니다. 이를 위해 바이오 가스는 소화조 상단에서 흡입되어 컴프레서로 압축된 후 소화조 하단의 슬러지로 다시 공급됩니다. 바이오 가스는 슬러지를 통과한 후 소화조 상단에서 다시 수집되어 라인을 통해 중간 저장소의 가스탱크로 공급됩니다. 가스탱크에서 바이오 가스는 열병합 발전 장치로 바로 이동됩니다. 현재는 하루 20시간 동안 작동하며 야간 중 몇 시간 동안만 작동이 중단됩니다.
바이오 가스의 순환 공정에는 다음과 같은 이점이 있습니다. 1. 농축된 슬러지는 소화조에서 38°C까지 가열됩니다. 슬러지에 바이오 가스를 가득 채우면 열이 고르게 분배됩니다. 2. 슬러지를 혼합하면 소화조 바닥에서의 침전물 수집 및 압축을 방지할 수 있습니다. 3. 슬러지를 통해 기포가 상승함으로써 슬러지의 미생물 분해 과정이 향상되어 궁극적으로는 가스 수율이 향상됩니다. 4. 슬러지를 통한 바이오 가스의 순환으로 기계적으로 혼합할 필요성도 제거됩니다.
2대의 피스톤 컴프레서가 1974년에 설치되어 바이오 가스를 슬러지에 혼합하는 기능을 수행했지만, 1대는 다른 컴프레서에서 장애가 발생한 경우 공정을 진행할 수 있도록 중복 요소로 설계되었습니다. 그러나 실제로는 컴프레서 1대의 용량으로는 충분하지 않아 컴프레서 2대가 항상 작동하며 중복 기능으로 사용되고 있지 않습니다. 두 컴프레서 모두에는 정격 전류가 6.7kW인 모터가 장착되었습니다.
다국적 그룹인 Busch (부쉬) 진공 솔루션의 자회사이고 스위스 기업인 Busch AG의 공정 엔지니어와 상담한 후, 운영자는 Busch (부쉬)로부터 MINK 클로 압축기(그림 3)를 구입하기로 결정했습니다.
이 컴프레서는 ATEX 인증(II 2G IIB3 T3 (i)/II 3G IIB3 T4(o))을 획득하였으며, 그러므로 역화 방지기가 더 이상 필요하지 않습니다. 또한, 가변 속도 구동이 장착되어, 소화조의 요구 사항에 따라 체적 유량을 정확하게 조정할 수 있습니다.
MINK 클로 압축기는 2020년 5월부터 작동 중이며 일반적으로 4.5kW의 전력 소비량과 일정한 0.6bar 압력의 최대 부하로 작동합니다. 각각 1대의 6.7kW 모터가 장착된 두 개의 구형 피스톤 컴프레서의 전력 소비와 비교할 때, 이는 이론적으로 에너지가 65% 이상 절감되는 것입니다.
MINK 클로 압축기는 오일을 전혀 사용하지 않고 바이오 가스를 압축합니다. 이러한 공정은 컴프레서의 비접촉 작동 원리에 의해 가능하며, 이는 내부 가동 부품이 서로 또는 하우징과 접촉하지 않음을 의미합니다. 결과적으로 연 2회 수행해야 하는 윤활유 공급 피스톤 컴프레서와 달리 오일을 교환할 필요가 없습니다. 각 컴프레서에서 나온 4.5L의 오일이 바이오 가스와 접촉함에 따라 오래된 오일의 적절한 폐기가 필요했습니다. MINK 클로 압축기에는 내부 기어 박스가 있습니다. 여기에는 0.85L의 기어 박스 오일이 들어 있습니다. Busch (부쉬)는 예방 조치로 작동 시간이 20,000시간 미만이면 오일 교환과 연간 육안 검사를 통해 상태 및 오일양을 확인할 것을 권장합니다.
작업자는 운영 첫 몇 개월 동안 또 다른 이점도 발견했습니다.
“클로 압축기 이전에 사용했던 피스톤 컴프레서 보다 소음 레벨이 매우 작았습니다. 소음 레벨이 절반 이상 감소한 것입니다.“