환경부는 수열에너지 활용확대 및 환경적합성 기술개발을 골자로 하는 ‘2020년도 환경기술개발사업 신규과제’를 공고했다.

이번 과제는 하천수를 활용한 수열에너지 융·복합 기술 및 환경영향 최소화 기술을 개발하고 실증하는 3개 과제로 이뤄졌으며 2020년 9억8,200만원이 지원된다. △수열에너지를 활용한 수처리공정 개선기술개발(4억원 내외) △수열원 활용 프리쿨링(free-cooling)형 공기조화 시스템 개발(4억원 내외) △수열에너지 활용 통합설계 플랫폼구축 기술개발(2억원 내외) 등 과제가 포함됐다.

‘수열에너지를 활용한 수처리 공정개선 기술개발’ 과제는 수열에너지 적용을 통한 막여과 수처리공정 개선 복합기술을 개발하는 것으로 2020~2023년 동안 4년간 총 28억원 내외가 지원된다.

막여과 플랜트 적용을 위한 수열에너지 히트펌프시스템과 수열에너지 시스템을 적용한 막여과공정 기술을 개발한다. 세부기술로 방류수 폐열을 이용한 농축폐수 승온시스템을 구축하고 최적 운영기술을 개발한다.

이를 통해 막여과공정에서의 열에너지 복합활용을 위한 수열에너지 시스템과 방류수 폐열을 활용한 수열에너지 시스템을 실증한다. 수처리 공정에서 제어수온대비 ±1℃ 이내의 적정수온을 유지해야 하며 기존 막여과 수처리 공정에서 사용되는 에너지소모량보다 에너지를 10% 절감해야 한다.

히트펌프, 열교환기, 펌프 등으로 구성된 수열에너지 시스템과 다양한 계측기기를 활용한 최적제어 모니터링 시스템, 복합활용 수열시스템의 운전제어 알고리즘 및 운영기술 매뉴얼 등을 도출해야 한다.

‘수열원 활용 프리쿨링형 공기조화 시스템 개발’은 에너지다소비시설에 적용할 수 있는 심층 저온수 활용기술이다. 댐심층수 열원을 활용해 프리쿨링형 공기조화시스템을 개발하고 공조시스템 운영을 최적화한다.

세부적으로는 하천수·원수관로 직접취수, 관정취수, 간접취수 등 다양한 수열원 취수기술을 조사해 수중 이물질 유입방지 필터를 개발하고 최대 취수량, 최대 열원 활용량 산정기법 등을 개발한다. 

댐심층수를 열원으로 활용해 100RT급 프리쿨링형 냉각설비를 구축하고 수중 이물질 유입을 차단할 수 있는 하천수열원 취수시스템을 실증한다.

데이터센터(IDC)에 프리쿨링형 냉각설비를 실증적용할 때 연중 전력효율지수(PUE) 1.2 달성해야 하며 연중 전력사용량을 기존대비 30% 이상 절감할 수 있어야 한다. 또한 하천수 열원 취수시스템 부근 수질환경기준을 만족해야 한다.

이를 통해 △댐심층수 열원 활용 프리쿨링형 냉각시스템 △수열원 프리쿨링형 HVAC 최적 운영시스템 △수열원 연중 온도변화 및 온도차를 고려한 열교환 시스템 설계규격 △Pilot plant 최적 운영을 위한 열교환 설비 유지관리 기술 매뉴얼 △안정적이고 지속가능한 하천수 열원 취수시스템 △수열에너지 활용 시스템 용량 확대를 고려한 하천수 열원 취수방안 △하천수 취수 조건에 따른 직접 취수, 관정 취수, 간접 취수 방식들의 장단점 및 경제성 비교결과 △수열에너지 시스템 적용 하천수 취수에 대한 관련 법, 규정 검토 및 개정(안) △하천 수생태계 유지를 위한 취수 방류 모니터링 방안 △하천수 열원 취수시스템의 유지관리 방안 및 운영 기술 매뉴얼 등을 도출해야 한다.

‘수열에너지 활용 통합설계 플랫폼구축 기술개발’ 과제는 하천수 수열에너지의 통합설계 플랫폼을 구축하고 제로에너지건축물 적용방안을 도출한다.

하천수 등 수열원 온도분포 파악 및 예측모델과 다양한 건물부하 모델 및 수요처별 건물, 열 네트워크, 집단지역별 수열원 히트펌프 시스템(열교환기, 열교환 관로, 히트펌프) 설계도구 개발한다.

하천수, 하수 등 수열원에 대한 활용에 있어 온도영향, 재이용 이격거리 등 환경영향 평가도구는 물론 열적, 환경적 영향을 최소화하는 수열에너지 부존량 및 개발가능량 산정기법을 개발한다. 또한 수열에너지의 제로에너지건축물 도입에 대한 평가프로그램 적용방안을 만들어야 한다.

이를 통해 대상의 특성 및 환경영향 등을 고려한 통합시스템 설계프로그램을 개발하고 설치된 수열원 히트펌프 시스템의 최적 운전조건을 통해 일반운전대비 10% 이상 에너지절감 방안을 제시해야 한다. 또한 건물부하 기반 수열에너지 평가시뮬레이션을 통한 실증시스템 에너지소비량을 예측한다.

한편 이번 연구개발에 참여를 희망하는 기관, 단체 또는 사업자는 한국환경산업기술원 연구관리시스템(http://ecoplus.keiti.re.kr)에서 서식을 다운로드 받아 온라인으로 오는 8월10일까지 신청할 수 있다. 이번 사업에 대한 자세한 내용은 02-2284-1402, 1413로 문의하면 된다.