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성지공조기술·미코파워, SOFC 활용 극대화 ‘맞손’

SOFC 배열활용 냉난방시스템 공동개발 협약
운전특성 고려 축열시스템 연계…효율성 증진



고체산화물 연료전지(SOFC)와 흡수식 냉온수기의 결합을 통해 SOFC의 효율성, 경제성 등이 강화될 것으로 기대된다. 

성지공조기술(대표 김성현)과 미코파워(대표 하태형)는 5월30일 분당에 위치한 성지공조기술 사옥에서 ‘SOFC를 적용한 냉각탑 일체형 냉난방시스템(이하 SOFC적용 냉난방시스템)’ 공동개발을 위한 업무협약을 체결했다. 

세계적인 탄소중립 달성 움직임에 따라 주요 에너지원으로 수소가 주목받고 있다. 기존 화석연료기반 발전효율은 40~50% 수준이며 기타 열역학적 손실 및 기계적 손실로 인해 발전시설 전체에서 열에너지의 약 3~8%가량이 사용된다. 이에 따라 투입에너지에 발전시설에서 소비되는 에너지도 포함시키는 송전단열효율은 37~41% 수준으로 낮아진다. 

연료전지의 경우 지속적인 기술개발에 대한 투자를 통해 발전효율이 40~60% 수준으로 향상됐으며 기존 화석연료기반 발전과 비교했을 때 효율적인 면에서 앞서고 있다. 

그러나 2021년 10월 기준 5년간 700억원의 정부지원을 통해 660여곳 공공·민간건물에 설치된 연료전지의 72%가 한달 이상 가동되지 않은 것으로 나타났다. 또한 2020년 기준 단 한 차례도 운전되지 않은 연료전지는 34%에 달하는 것으로 파악됐다. 

연료전지는 보급이 적극적으로 이뤄지고 있음에도 활용이 저조한 상황이다. 연료전지는 전력을 생산하기 위해 LNG를 소비하며 이때 사용되는 LNG비용대비 한국전력에서 공급받는 전력단가가 더 저렴하기 때문이다. 

온실가스 배출을 줄여 탄소중립을 달성하기 위해 보급되고 있는 연료전지가 제대로 활용되기 위해서는 사용자가 체감할 수 있는 경제성 확보방안을 마련해야 한다. 이번 성지공조기술과 미코파워의 협약을 통해 돌파구가 마련될 수 있을 것으로  대된다. 

미코파워의 관계자는 “이번 협약을 통해 국내 중대형 건물을 대상으로 공급할 SOFC적용 냉난방시스템은 SOFC에서 발생하는 배기가스를 직접 흡수식 냉온수기의 열원으로 사용하므로 높은 가격의 히트펌프가 필요하지 않은 시스템이다”라며 “개별 적용대비 경제성을 확보할 뿐만 아니라 소모전력 절감을 통해 5~6%의 에너지비용을 절감할 수 있다”고 밝혔다. 

이어 “미코파워와 성지공조기술의 협력으로 친환경적인 동시에 경제적인 융복합사업모델을 발굴했다는 의미가 크다”고 덧붙였다. 

SOFC 기반 효율적 냉난방시스템 고안 
성지공조기술은 에너지절감, 친환경을 중심으로 기술개발에 지속투자하고 있으며 주요 사업분야는 냉각탑 제조 및 제어기술로 냉동기 소비에너지를 절감할 수 있는 시스템을 공급하고 있다. 

미코파워는 국내 1호 SOFC분야 KS인증, 국내 최고 종합효율인 99.9% 기록 등 탁월한 기술력을 갖춘 SOFC전문기업이다. 건물 비상전원, 스마트팜 등 연료전지 시장을 확대하며 신재생에너지 선도기업으로 입지를 다져가고 있다. 

기존 흡수식 냉온수기는 냉각탑은 옥상에, 냉동기는 기계실에 분리, 설치돼왔으며 냉각수펌프의 필요양정이 높기 때문에 많은 동력을 소비한다. 

성지공조기술은 이를 개선하기 위해 냉각탑과 냉동기를 일체화한 일체형 냉동기를 개발했다. 일체형 냉동기는 냉각수펌프의 필요양정이 최소화됐기 때문에 에너지절감을 실현할 수 있으며 이를 강점으로 시장에서 주목을 받아왔다. 

이에 그치지 않고 성지공조기술은 추가적인 에너지절감을 실현할 방안으로 연료전지에 주목했다.

초기에는 고분자전해질 연료전지(PEMFC)를 선정해 생산된 전력과 열로 흡수식 냉동기를 구동하고자 했다. 그러나 PEMFC에서 생산되는 열은 흡수식 냉동기의 온도조건보다 낮아 급탕으로 사용하는 방향으로 개발을 추진했으나 경쟁력이 크지 않았다. 



이에 따라 PEMFC대비 높은 온도의 열을 생산할 수 있는 미코파워의 SOFC에 주목하고 이번 협약을 체결하게 됐다.

SOFC는 상시발전이 가능한 연료전지로 건물에 필요한 전기와 열을 모두 공급하고 건물에서 발생하는 탄소배출을 저감할 수 있는 고효율 저탄소 발전원으로 알려져있다. 

SOFC가 생산하는 열은 흡수식 냉온수기의 온도조건에 부합하나 PEMFC와 다르게 운전·정지에 시간이 필요해 상시가동에 유리하다. 또한 건물 내 냉방은 하루 24시간 중 짧게는 8시간, 길게는 12시간 가동하므로 상시가동을 통해 SOFC에서 생산된 열의 일부는 버려질 우려가 있다. 



이에 따라 성지공조기술과 미코파워는 열이 버려지는 것을 방지하고자 축열설비와 연계된 SOFC적용 냉난방시스템을 고안했다. 냉난방을 사용하지 않는 시간대에 생산되는 열을 흡수식 냉온수기를 통해 축열조에 저장하고 냉난방부하가 급증하는 낮시간에 활용함으로써 전체적인 COP를 제고할 수 있다. 

성지공조기술의 관계자는 “100RT 규모의 냉난방부하가 예상되는 건물을 예로 들면 흡수식 냉온수기 60RT, 축열조 40RT로 시스템을 구성해 냉난방부하에 효율적, 경제적으로 대응할 수 있다”라며 “이와 함께 축열조를 설치함에 따라 흡수식 냉온수기와 냉각탑의 용량을 줄일 수 있는 효과가 있다”고 밝혔다. 

이어 “SOFC적용 냉난방시스템은 전기식 냉동기를 사용하는 기존 시스템대비 약 5~6%의 에너지비용을 절감할 수 있다”라며 “초기투자비는 기존 냉난방시스템대비 높을 수 있으나 SOFC를 통해 생산되는 전력과 열을 100% 가까이 활용할 수 있어 탄소중립에 가까운 시스템이 될 것으로 기대된다”고 덧붙였다. 

하태형 미코파워 대표는 “미코파워는 SOFC의 경제성, 사용성을 제고하기 위한 방안을 지속 검토해왔으며 성지공조기술의 협약제안이 매우 반가웠다”라며 “SOFC가 적극적으로 보급되기 위해 기술력을 고도화하는 것도 필요하지만 단독으로 SOFC가 사용되기보다 다양한 기술과의 융합을 통해 새로운 가능성을 마련하는 것이 중요하며 이것이 우리나라 산업이 나아가야 할 방향”이라고 강조했다. 

이어 “NEP인증을 취득한 미코파워와 우수조달기업인 성지공조기술의 뛰어난 기술력이 시너지효과를 창출할 것으로 기대한다”라며 “성공적인 성과를 도출하기 위해 미코가 가진 국내·외 네트워크를 적극 활용할 방침”이라고 덧붙였다. 

김성현 성지공조기술 대표는 “이번 협약으로 사용자에게 경제적 이득을 안겨줄 수 있는 시스템을 개발하기 위해 노력할 것”이라며 “단순히 SOFC와 흡수식 냉동기를 결합하는 것이 아닌 융합을 통해 새로운 가치를 창출할 수 있을 것”이라고 밝혔다. 

이어 “성지공조기술의 일체형 냉동기는 기계실면적 불필요, 투자비 회수기간 단축 등의 강점을 가지고 있으며 이를 미코파워의 SOFC와 결합한다면 독보적인 가치를 고객에게 제공할 수 있을 것”이라고 강조했다.