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도심형 하이브리드 열공급 플랫폼 개발

총괄-지역난방公, 건설硏·에너지硏·코텍·VP 등 참여


전기분야에 치중된 신재생에너지 보급을 열분야에 확대, 적용하기 위한 ‘도심형 대량 신재생에너지 하이브리드 열공급 스마트 플랫폼’이 개발된다.

한국에너지기술평가원의 2017년 하반기 과제로 선정된 이번 개발과제는 한국지역난방공사 미래개발원이 총괄주관을 맡고 참여기관은 한국건설기술연구원, 한국에너지기술연구원, 코텍엔지니어링, 브이피코리아, 고려대학교, 인천대학교 등 6개 기관이다.

이번 과제의 핵심은 도심지역의 신재생열에너지 공급을 위한 2종 이상의 하이브리드 열공급시스템을 개발하는 것으로 전기분야에 치중된 신재생에너지 보급을 열분야에 확대, 적용하는데 기여할 것으로 기대된다.

또한 4세대 저온지역난방과 연계기술로 개발되며 연중 안정적인 열공급 및 신재생열 이용율 제고를 위해 태양열-지열-연료전지 등을 복합 활용하는 신재생융복합 기술 및 장기 열저장기술 개발이 핵심이다. 

특히 열공급사-수요자간 신재생열공급에 대한 신뢰성을 보장하기위해 MRV기술을 기반으로 하는 스마트 플랫폼(HMI S/W) 기술 개발도 이뤄진다.

시장 및 기술 현황은

국내 지역난방 열사용량은 지속적으로 증가하고 있으나 열원은 석탄, LNG 등과 같은 화석연료의 비중이 매우 높으며 신재생에너지를 이용한 지역열에너지 공급은 정부주도의 시범사업(친환경 에너지 타운)이 진행되고 있다.

친환경 에너지타운은 진천, 홍천 등에 조성돼 있으며 향후 지역의 자발적인 참여를 통해 전국으로 확산할 계획이지만 에너지자립이 필요한 지역에 신재생에너지를 이용한 공급을 목표로 진행 중이며 기존의 도심지역 지역난방과 연계되지 않고 있다. 

기존의 고온 지역난방시스템은 100℃ 정도의 고온수를 공급하고 수요처에서 열교환해 사용하는 방식이나 4세대 지역난방으로 불리는 저온 지역난방시스템은 60℃ 정도의 중온수를 수요처에 직접 순환시키는 방식이다. 



저온 지역난방시스템은 축열된 열에너지를 활용하기 양호한 온도대의 공급수를 사용함으로써 태양열 계간축열 블록히팅시스템과 연계운전하기에 적합하다. 

실제로 유럽연합의 국가들은 지역난방을 적극적으로 활용하고 있으며 규모도 증가하고 있는 추세다. 지역난방에 재생에너지를 활용하기 위해서는 계절적인 변화가 큰 재생에너지의 특성상 축열시스템이 필수적이다. 이에 따라 유럽연합의 국가들은 재생에너지를 이용한 계간축열 블록히팅시스템을 구축해 기존의 고온 지역난방시스템과 연계해 사용 중이다. 재생에너지는 주로 태양열과 바이오(우드칩 등), 폐열, 수열원 등이 사용되고 있다.  

2007년 이후 유럽연합의 지역난방 열사용량은 증가하고 있으며 화석연료의 사용은 줄어들고 재생에너지, 폐열 활용이 증가하고 있다. 유럽연합의 지역냉난방은 전체 Heating & Cooling 에너지 공급량의 8~10%를 차지하며 이중 약 25%가 재생에너지다.

기술개발 필요성   

지구온난화 방지 및 지속가능한 에너지개발에 부합하는 국가적인 신재생에너지 보급목표 달성을 위해 신재생열에너지분야 지원제도 강화가 필요하다. 현재는 전기분야에 치중된 신재생에너지 보급 현황에서 탈피해 열분야에 대한 보완이 필요한 상황이다. 

계절에 따른 에너지수요변화에 맞춰 신재생에너지 공급 조절이 필요하다. 예를 들어 잠재량이 큰 태양열-축열 이용확대를 통한 계절간 생산-수요 불균형을 해소할 수 있다. 

또한 신재생에너지 열공급시스템의 효율을 향상시키기 위한 저온 지역난방 기술과 신재생에너지 열공급시스템의 스마트 플랫폼화 기술 개발이 필요하다. 여기에 태양열, 지열, 연료전지 등 신재생에너지 열공급망 구축관련 기술과 다양한 신재생에너지를 복합적으로 집적하고 이용할 수 있는 기술, 신재생에너지 열공급 네트워크(하드웨어)와 이를 이용한 열거래 및 RHO(열공급 의무화)제도 활성화를 위한 스마트 플랫폼 기술 개발이 시급하다.

최종 기술개발 목표


이번 과제의 최종 기술개발 목표는 △대량 신재생에너지 열공급을 위한 스마트 설계 플랫폼 개발 및 실증 △신재생에너지 분산열원의 공급제어, 스마트 운영관리 플랫폼 개발 및 실증 △스마트 열공급시스템 운영관리를 위한 MRV 분석 및 설계기술 개발 등 3가지다.

이를 위해 Smart Thermal Grid 구축을 위한 설계기술과 신재생융합과제의 취지에 맞도록 신재생에너지 열원 3종(태양열+지열+연료전지 배열) 이상을 이용해 건물군 연간 열부하대비 신재생에너지 열원 공급 비중 30% 이상의 도심형 대량 하이브리드 열공급 스마트 플랫폼 개발한다. 

특히 4세대 지역난방을 위한 저온 열 네트워크의 열공급 온도 60℃ 이하의 Smart Thermal Grid 구축을 위한 설계 플랫폼 개발 및 실증, 태양열 등의 신재생에너지 열원 활용 극대화를 위한 계간축열조의 열공급 비중은 신재생에너지 열원 공급량대비 30% 이상의 계간축열 공급시스템, 신재생에너지 열원의 활용 극대화 및 열원의 다중이용을 위한 대용량 고온형 캐스캐이드 히트펌프 등이 개발된다.

특히 경기도 고양시 일산서구 대화동 일대의 고양복합타운(가칭)에 현장실증도 진행될 예정이다. 복합타운에는 고양체육관, 종합운동장, 일산서부경찰서, 스포츠타운, 일산서구청, 대화역 공영주차장, 농수산물유통센터, 시민공원, 공동주택, 대화중학교 등이 위치해 있으며 검토대상면적만 70만m²다. 검토대상면적 건물군 중 일부 건물에 저온 배관망을 구축해 Smart Thermal Grid를 실증할 계획이다. 

고양시는 이를 바탕으로 ‘고양형 에너지자립도시’를 추진하고 태양열 지역난방, 계간축열, 하이브리드 열공급 등 특화전략도 수립한다는 방침이다.