애플망고, 만감류 등 아열대작물 시설원예온실의 난방부하를 신재생열에너지로 100% 공급해 실질적인 에너지자립을 실현하는 ‘미래형 스마트 시설원예용 신재생 융복합시스템 개발 및 실증사업’ 성과가 기대된다. 곽희열 한국에너지기술연구원 신재생열융합연구실 책임연구원은 태양열, 지열에너지를 활용한 시설원예 에너지자립모델을 제시했다.
태양열·지열 하이브리드 농업모델 마련
이번 과제는 경북도 영천시가 추진하고 있는 3만6,727m² 규모 스마트팜 조성단지사업에 세부사업으로 추진되고 있다.
실증대상지는 8,000m² 규모로 이중 애플망고 재배시설은 2,818m², 만감류 재배시설은 2,112m²로 구성됐다. 실증대상지에는 태양열·지열히트펌프 하이브리드시스템이 적용됐으며 이를 통해 생산된 열은 아열대작물의 최적 생장온도를 유지하기 위한 유일한 난방원으로써 활용된다. 또한 스마트팜과 ICT기반 친환경에너지 융복합 기술접목을 통한 미래농업모델을 마련하고 선진농업인프라를 확보할 수 있을 것으로 기대된다.
시설원예에는 지열히트펌프가 주로 적용돼왔으나 난방중심 장기운전 시 지중온도가 하락하면서 성능이 저하되는 문제점이 빈번히 발생했다. 이와 함께 태양열만 활용하는 경우 난방부하에 대응하기 위해 태양열집열기 설치면적이 과도하게 증가하며 난방수요가 적은 하절기 잉여태양열로 인한 시스템과열 및 고장이 발생된다.
단일 신재생에너지원을 통한 시설원예 난방부하 대응의 한계점을 탈피하기 위해 태양열·지열히트펌프 하이브리드시스템 개발이 추진됐으며 이를 통해 적은 설비용량으로도 난방부하에 100% 대응할 수 있을 것으로 기대된다.
3차연도인 현재 설치된 태양열·지열히트펌프 하이브리드시스템의 실증운영이 진행되고 있으며 이를 통해 수집된 데이터를 바탕으로 에너지절감률 및 경제성을 평가할 계획이다.
시뮬레이션을 통해 난방부하를 계산한 결과 온실면적 2,314m²(약 700평) 기준 최대부하는 701kW, 연간 난방부하는 412kWh로 나타났으며 연간 300kW 이하 난방부하가 97.3%를 차지하고 있다.
곽희열 박사는 “태양열집열기 면적이 커질수록 축열조도 커져야 하며 이는 비용상승으로 이어지게 되기 때문에 30~50% 수준의 태양열 의존도가 가장 경제성이 있을 것으로 판단하고 있다”라며 “하절기 태양열 과열을 방지하기 위해 지열히트펌프로 낮아진 지중온도를 보상하기 위한 열로 활용하게 될 것”이라고 밝혔다.
