콜드체인산업이 발전함에 따라 상품을 안전하고 신선하게 보관할 수 있는 장소인 냉동·냉장창고의 효율적인 운영방안에 관심이 집중되고 있다.
냉동·냉장창고에서 사용되는 냉열을 저렴하게 공급받는다거나 물류창고의 시스템·구조적 접근방식을 개선하는 등 여러 가지 향상된 접근이 시도되고 있다.
지난 6월17~19일 개최된 대한설비공학회 2020년 하계학술발표대회에서도 이러한 냉동·냉장창고부문의 혁신안들이 여럿 발표됐다. △냉동·냉장창고의 LNG발전과 냉·온열 이용기술(이동건 티이컴퍼니 사장 겸 연구소장) △가스발전 기반 냉동창고의 경제적 효용성 검증(이석제 티이컴퍼니 상무) △최신 냉동냉장 물류창고의 운영현대화에 관한 연구(최근배 동원로엑스냉장 대표) 등이 업계의 주목을 이끌었다.
LNG냉열 활용 43% 운영비 절감이동건 티이컴퍼니 사장은 ‘냉동·냉장창고의 LNG발전과 냉·온열 이용기술’을 주제로 LNG발전 시 발생되는 냉열과 흡수식 냉온수기에서 생산된 냉수를 냉동·냉장시스템에 활용하는 방안을 소개했다.
LNG냉열은 -162℃의 LNG가 보유하고 있는 저온에너지로 우리나라에서는 2018년 기준 매년 720만Gcal(3,600만톤/년 ×1,000kg ×200kcal/kg)의 LNG냉열이 바다에 버려지고 있다.
이번 연구는 LNG발전 과정에서 버려지는 열원을 냉동기의 응축열원으로 사용할 시 운전압축비를 낮춤으로써 융·복합 냉동시스템의 COP를 향상시키는 것이 특징이다.
이동건 사장은 “이러한 시스템은 운전시간 단축 등 소비전력이 절감되고 실온과 증발온도와의 차이를 매우 작게 설정할 수 있어 착상에 의한 냉동기의 능력저하와 제품건조를 방지, 양호한 상태로 제품을 냉동·냉장보관 할 수 있다”라며 “모든 냉동·냉장, 공조설비에 적용할 수 있는 획기적인 에너지절약 최적화 시스템”이라고 설명했다.
이번 연구에 사용된 두산연료전지 발전기 Eco-440kw/h은 LNG 79.04kg/h(98.4Nm³/h)(94만9,560kcal/h)를 투입해 △전기에너지(37만9,824 kcal/h) △온열에너지(38만9,320kcal/h)를 생산했으며 기화과정 중 부수적으로 발생하는 냉열(1만5,807kcal/h)을 더해 종합효율은 약 83%로 나타났다.
동등한 조건의 기존 전기식시스템은 약 1억7,300만원/년의 운영비용이 해석됐고 개발시스템인 LNG냉열 융·복합 시스템은 약 9,800만원/년으로 약 7,500만원/년을 절감, 전체 절감률은 약 43%로 나타났다.
이동건 사장은 “이번 발명은 냉매의 증발온도에 이르기 위해 필요한 압력강하를 최적화해 적극적으로 응축온도를 저하시켜 운전함으로써 비엔탈피 차의 증가로 인해 냉동장치 운전시간을 단축할 수 있다”라며 “또한 냉동기의 전동기 또는 구동장치로의 입력전력을 작게 함으로써 COP를 향상시켜 에너지소비량 절감을 도모하는 신기술”이라고 설명했다.
열병합발전 배열활용 냉동창고 구축
이석제 티이컴퍼니 상무는 ‘가스발전 기반 냉동창고의 경제적 효용성 검증’을 발표했다. 열병합발전소의 폐열을 흡수식냉동기를 통해 운영비를 절감하는 에너지자립형 냉동창고 건설방안을 제시했다.
일반적으로 발전소에는 많은 폐열이 발생한다. 열병합발전소에서 발생하는 배열은 지역냉난방에 이용할 수 있지만 거리 및 용도에 제약이 있으며 냉동창고에 적용된 경우는 없다.
이석제 상무는 “티이컴퍼니의 폐열활용 시스템을 냉동창고에 적용할 경우 냉동창고가 부담하는 실질전력 비용을 KWh당 67원까지 낮출 수 있다”라며 “세계 LNG가격의 하향평준화 경향과 온실가스 및 운영비용 감소까지 고려하면 실질적 이득은 더 클 것으로 예상된다”고 설명했다.
또한 폐열을 이용한 시스템은 전력시설이 미비한 동남아국가에도 효과적으로 사용될 수 있다. 전력망이 부족한 국가에서 고압송전설비를 설치할 필요없이 LNG ISO 탱크를 이용해 에너지자립형 냉동창고를 건설하면 된다.
1MW급의 가스엔진발전기는 약 40%의 효율성을 보여주고 있으며 1MW의 전력을 생산하기 위해 시간당 173kg의 LNG를 소모한다. 한국의 도시가스 가격을 적용할 때 발전단가는 kW당 약 120원 정도이며 이는 냉동창고가 실질적으로 부담하는 kW당 100원에 비해 높다.
이석제 상무는 “폐열을 이용한 냉동사이클에서 응축 온도의 하락으로 실질 전기사용량은 50% 가까이 감소하며 현재 가스요금을 고려할 경우 에너지비용은 36% 절감된다”라며 “가스융복합시스템의 연료가격은 kW당 64원으로 볼 수 있다”고 말했다.
동원로엑스 냉장창고 운영사례최근배 동원로엑스냉장 대표는 ‘최신 냉동냉장 물류창고의 운영현대화에 관한 연구’를 통해 동원로엑스냉장의 냉동창고 운영사례를 소개했다.
이번 연구는 최근 성장세를 맞이하고 있는 콜드체인산업에 발맞춰 냉동냉장 물류센터의 운영현대화를 위한 변화를 분석하고 온·습도를 일정범위 내로 유지하기 위해 다양한 구조적 및 기계적 설치개선을 확인했다.
최근배 대표는 “오래된 냉장물류 창고들의 사례를 파악하고 동원로엑스냉장의 기계적·시스템적인 차이를 비교해 에너지세이빙 건물, 적재효율증대, 비용절감, 영업력강화, 공정개선으로 항목을 나눠 현대화에 맞게 개선된 사항들을 선정했다”고 말했다.
냉동기 배치를 중앙집중식+개별식의 중간형태를 채택함으로써 중앙집중식의 다품종의 보관 단점과 개별식의 유지비 과다 단점을 보완, 다품종 온도 다변화가 가능하게 개선됐다.
내부방열(전체방열)+외부방열을 적용함으로써 냉누설이 발생하는 것을 방지해 에너지를 절감하고 2,3층과 4층 일부를 외부방열로 4.4% 적재효율 증대의 개선효과를 얻었다.
볼세정기를 설치하면서 전력요금을 연간 6.2% 6,200만원 절감했고 미설치 시 3년에 1회 세관비용으로 지출되던 2,650만원을 절감할 수 있었다. 볼세정기 설치비용은 1억2,600만원으로 회수기한은 2년이다. 볼세정기를 통해 고압을 낮춰 냉동기의 전력을 최소화시킴으로써 원가절감을 이루고 수익구조를 개선할 수 있었다.
환기시스템을 적용함으로써 에틸렌가스를 배출하고 농산물의 보관기간 연장 및 청결도가 상승하는 효과가 있어 고객사로부터 호평을 받고 있다.
자동화설비를 통해 물량처리 능력이 180PLT/h→260PLT/h(44%) 증가했고 주행속도 부분에서 직선구간 120m/min→200m/min(66%), 곡선구간 30m/min→60m/min(100%)으로 증가했다.
최근배 대표는 “이번 연구를 통해 동원로엑스냉장은 여러 가지 변화를 시도함으로써 다 방면에서의 성과를 확인할 수 있었고 콜드체인산업의 선두주자로써 운영의 현대화를 이끌기 위해 많은 노력을 해왔고 앞으로도 지속적인 개발과 변화를 시켜 나갈 것”이라고 강조했다.
