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신재생E 활용성·효율성 제고 박차

에기평, ‘2022년도 제1차 에너지기술개발사업 신규지원대상과제’ 공고

에너지기술평가원은 1월20일 ‘2022년도 제1차 에너지기술개발사업 신규지원대상과제’를 공고했다. 

이번 에너지기술사업 신규지원대상과제 중 신재생융합분야는 태양열, 가축분뇨, 섹터커플링 등으로 구분된다. 신재생융합분야 태양열 연구개발과제는 ‘산업공정용 열공급을 위한 태양열 융합 열공급시스템 개발 및 스마트O&M시스템 구축 기술개발’이며 가축분뇨 연구개발과제는 ‘태양열(광), 지열 등 재생에너지를 이용한 바이오매스(가축분뇨) 고체연료화 모델 개발 및 경제성, 환경성을 위한 선행조사·연구’이다. 

섹터커플링 연구개발과제는 △재생에너지 출력제한을 이용한 P2Heat 기술개발 △집단에너지 연계 전기보일러 구동 전력·열 변환 및 저장기술개발 등으로 구성됐다. 

산업부문 탄소중립방안 태양열 ‘주목’
‘산업공정용 열공급을 위한 태양열 융합 열공급시스템 개발 및 스마트O&M시스템 구축 기술개발’의 연구기간은 4년 이내로 총 80억원의 정부지원연구개발비가 지원된다. 

국가 총 에너지 중 약 60%가 열에너지 형태로 최종소비되고 있지만 대부분 화석에너지를 열에너지로 변환해 사용하고 있다. 탄소중립 달성을 위해서는 가스, 유류 등 화석연료 기반 보일러, 냉동기 등의 열에너지를 환경친화적인 태양열·히트펌프 융합시스템을 통해 공급해 산업부문 온실가스 감축을 실현해야 한다. 

태양열시스템은 에너지전환 손실이 없고 성숙한 기술로서 기존 산업공정에 필요한 열에너지 중 43% 이상을 태양열시스템으로 공급 가능하다. 태양열시스템과 히트펌프 등의 융복합시스템은 산업공정에 필요한 열을 고온수 또는 증기의 형태로 공급하고 순환수를 재가열해 고효율 열공급시스템을 구성할 수 있을 것으로 보인다. 

이번 과제를 통해 산업공정에 활용할 수 있는 태양열융합 열공급 설계·시스템 구축, 산업공정열 공급을 위한 태양열 핵심 기자재의 내구성, 신뢰성 향상 기술개발 및 산업공정열 공급시스템의 스마트O&M 서비스플랫폼을 개발한다. 

산업공정용 열공급을 위한 태양열융합 열공급 설계 및 시스템을 구축하기 위해 태양열·히트펌프·온수가열탱크 융합시스템 최적설계 및 열공급 기술과 공정 잉여폐열과 태양열열원을 이용한 냉난방 및 공조시스템 연계기술을 개발한다. 

특히 산업공정열은 안정적이며 지속적인 열공급이 가능해야 하므로 전일사 이용가능한 중온형 태양열집열기 핵심기술 개발이 추진된다. 기술개발 요소로 △중온 작동온도 태양열집열기 효율 향상 기술 △중온용 태양열 집열기 과열방지를 위한 구조 및 제어기술 △집열기 결로방지를 위한 중온용 소수성 단열구조 기술개발 등이 있다. 

가축분뇨 활용성·경제성 확보방안 마련
‘태양광(열), 지열 등 재생에너지를 이용한 바이오매스(가축분뇨) 고체연료화 모델 개발 및 경제성, 환경성을 위한 선행조사·연구’의 연구개발 기간은 6개월 이내로 5억원의 연구개발지원금이 투입된다. 

현재 가축분뇨 발생량의 85% 이상이 농경지에 살포되고 있어 이로 인해 농경지 양분과잉, 수질오염 등이 사회·환경에 큰 문제로 대두되고 있다. 그동안 많은 가축분뇨 퇴·액비화사업과 규격화되지 않은 자원화사업은 가축분뇨의 자원화, 에너지화 등 경제성을 갖추지 못했다. 

이번 과제를 통해 기존 고형연료사업의 실패사례 등을 연구하고 자원화의 환경성, 경제성 등 선행연구·검토해 경제성, 환경성 등을 갖춘 가축분뇨 자원화 모델사업이 추진될 것으로 기대된다. 

주요 연구내용으로는 △타부처 가축분뇨 자원화사업 실패사례 등 선행조사·연구 △환경성, 경제성을 갖춘 가축분뇨 자원화 신규 생산모델 개발·연구 등이 있다. 

선행조사·연구를 위해 환경부, 농식품부의 기존 사업추진사례를 전수조사해 문제점을 파악하고 가축분뇨 자원화사업의 기초방안을 제시한다. 또한 △생산 △운반 △처리 △에너지화 △DB공유 등 각 부처별 협업방안을 도출한다. 

가축분뇨 자원화 신규 생산모델을 개발하기 위해 규격화, 고품질화를 위한 태양열, 수열, 지열 등 재생에너지 활용기술을 제시한다. 에너지절감을 위한 공정개선 및 자동제어시스템 기술이 연구되며 경제성을 확보하기 위한 REC 가중치 적정모델이 개발된다. 

P2Heat기술 개발…재생E 변동성 보완
‘재생에너지 출력제한을 이용한 P2Heat 기술개발’은 열에너지 중심의 전환·저장·활용 시스템 구축 등 섹터커플링 기술개발 고도화와 건물, 상업, 농·수산업 부문의 섹터커플링기술 도입으로 에너지이용 합리화, 효율화 및 탈탄소화를 추진하기 위해 마련됐다. 

연구기간은 4년 이내로 총 106억원의 정부지원연구개발비가 투입되며 1차연도에는 21억원이 지원된다. 

이번 과제의 최종목표는 재생에너지 초과전력을 활용하는 히트펌프, 축열조, 보일러 연계시스템 운영을 통한 플러스 수요반응자원 등록 및 활용시스템을 구축하는 것이다. 

주요 연구내용으로는 △초과전력 활용 MW급 친환경 멀티소스 열에너지 생산기술 및 공급·소비 최적화 P2Heat 기술개발 △2개소 이상 이종 대형 열에너지 수요처에 적합한 축열조, 열매체 등을 이용한 전력·열소비 기술개발 △출력제한에 대응하는 플러스 수요반응자원의 정확성 및 실효성을 위한 플랫폼 개발 △경제성 분석 및 에너지 수요관리프로그램 연계 비즈니스 모델개발 등이 있다. 

공급·소비최적화 P2Heat 기술개발을 위해 공기열, 지열, 수열 등 멀티소스 및 기기·설비연계 하이브리드시스템 기술, 축열·축냉 등 전부하·부분부하 운전대응기술 등 개발이 추진된다. 또한 전력부하 증대를 위한 전력·열소비 실증설비를 2개소 이상, 신규 2MW 이상 구축한다. 

이종 대형 열에너지 수요처에 적합한 전력·열소비 기술을 개발하기 위해 다양한 소비처에 적합한 부하조절 및 유연운전을 위한 복합시스템 구축기술과 재생에너지 초과전력 연계 공동축열 및 열분배기술, 장기축열에 따른 열손실 저감기술 등의 연구가 추진된다. 

전기보일러 활용 열저장기술 개발
‘집단에너지 연계 전기보일러 구동 전력·열 변환 및 저장기술개발’의 연구개발기간은 4년 이내로 총 93억원의 정부지원연구개발비가 지원된다. 

이번 과제의 최종 목표는 5MW 이상 전기보일러와 집단에너지시스템을 연계하는 전력·열간 에너지변환 및 저장, 활용기술 개발이다. 이를 통해 변동성재생에너지 출력제한 및 과전압 해소 등 전력계통 유연성제고를 통한 공급의 신뢰성·안정성을 제고하고 전기의 품질을 유지할 수 있을 것으로 기대된다. 또한 열에너지 중심 전환·저장·활용시스템 구축 및 주·보조시스템 연계 운영기술이 개발될 전망이다. 

주요 연구내용은 △전력계통 유연성 확보용 MW급 전기보일러의 Pilot Plant 건설 △집단에너지 연계 P2eB(Boiler) 실증운영 데이터 취득시스템 구축 △상변화물질을 이용한 에너지저장 기술개발 및 실증 △지역에너지 자립을 위한 열·전기 통합관리 플랫폼 실증 등으로 구성됐다. 

MW급 전기보일러 Pilot Plant를 건설하기 위해 5MW 이상 전기보일러 집단에너지 열원 내 건설설계·연계 건설기술을 개발한다. Pilot Plant는 에너지변환(전기→열) 목표효율 98% 이상, 생산열 100% 저장·사용하는 것이 목표다. 

상변화물질을 이용한 에너지저장 기술개발 및 실증을 위해 지역난방 열공급을 위한 전기보일러, 고온 히트펌프 등을 활용한 전력·고온열변환 및 상변화 축열저장시스템을 개발한다. 또한 수축열조 방열 시 재가열 지역난방 열공급시스템을 개발·실증한다. 

이와 함께 지역난방 공급·환수관 상변화물질 저장 및 활용기술과 4세대 지역난방 적용기술을 개발·실증한다. 

지역에너지 자립을 위한 열·전기 통합관리플랫폼 실증은 전기보일러·열병합발전(CHP) 연계 운전기술 개발 및 실증, 사업화모델 개발, VPP 분산에너지 지역자립, P2Heat 결합 및 운영기술 개발·실증 등을 통해 이뤄질 예정이다.