태양열, 지열 등 신재생열에너지의 상호보완을 통해 안정적인 냉난방공급을 실현함으로써 스마트팜의 에너지자립을 달성하기 위한 ‘태양열, 지열 융복합 에너지생산·저장·관리 및 실증모델’ 과제가 진행중이다. 김민휘 한국에너지기술연구원 신재생열융합연구실 선임연구원은 태양열, 지열 융복합을 통한 에너지자립모델을 제시했다.
스마트팜 E자립률 80% 실현
태양열, 지열 융복합 에너지생산·저장·관리 및 실증모델과제의 실증대상지는 지난 9월 준공된 1만3,200m² 규모 부지에 구축된 여주 푸르메 소셜팜이다. 토마토를 재배하는 스마트팜인 푸르메 소셜팜에서 사용되는 에너지의 80%를 신재생에너지를 통해 자체생산한다는 특징을 가지고 있다.
주요 신재생에너지설비로는 △태양열집열기 △PVT △지열시스템 △계간축열조(STES+BTES) △NTES(Night Energy Storage) 등이다. 우리나라는 동절기, 하절기간 온도차가 큰 기후특성에 따라 생산과 수요가 불일치하는 현상이 발생한다.
이를 극복하기 위해 계간축열조가 적용됐으며 안정성이 우수한 탱크축열방식과 비용이 저렴한 지중축열방식이 복합적으로 적용됐다.푸르메 소셜팜에 적용된 태양열집열기는 462m²로 이를 통해 생산된 열 289MWh 중 190MWh는 탱크축열조에 저장되며 나머지 99MWh는 지중축열조에 저장된다.
주차장 지붕 등에 233m² 규모로 설치된 PVT에서 생산한 69MWh의 열은 지중축열조에 저장된다. 태양열집열기, PVT를 통해 생산된 신재생열에너지는 289MWh로 553MWh 수준인 온실 내 열부하의 52.3%를 충당하고 있으며 PVT에서 생산된 48MWh의 전력으로 190MWh 전력부하의 25.3%를 공급하고 있다.
지중축열방식에 활용되는 지열시스템의 일부를 하절기 냉방공급으로도 활용할 수 있기 때문에 쾌적한 작업환경을 조성할 수 있으며 고온으로 인한 작물의 생장저해도 예방할 수 있다.
이와 함께 야간에 열을 저장해 익일 난방, 급탕에 활용할 수 있도록 NTES가 적용됐고 갑작스러운 열손실, 고장으로 인한 시스템 정지 등에도 유연하게 대처할 수 있으며 안정적으로 난방을 공급할 수 있어 사고로 인한 생산량 손실도 대응할 수 있다.
김민휘 박사는 “실제운전 결과 전기보일러대비 70%의 에너지비용 절감을 실현했으며 신재생에너지가 실질적으로 농가의 이익이 되기 위해서는 초기투자비용 부담을 낮출 수 있는 지원과 탄소배출권거래제를 활용해 비용을 회수하는 방안이 있다”고 밝혔다.
