‘도심형 대량 신재생에너지 하이브리드 열공급 스마트 플랫폼’ 개발의 1차 워크숍(kick-off meeting)이 지난 18~19일 영종도 소재 네스트호텔에서 개최됐다.

이번 과제는 한국에너지기술평가원의 2017년 하반기 과제로 한국지역난방공사 미래개발원이 총괄주관을 맡고 한국건설기술연구원, 한국에너지기술연구원, 코텍엔지니어링, 브이피코리아, 고려대학교, 인천대학교 등 6개 기관이 참여했다.

국내 지역난방 열사용량은 지속적으로 증가하고 있는 가운데 신재생에너지를 이용한 지역열에너지 공급은 정부주도의 시범사업(친환경 에너지타운)이 진행되고 있다. 이러한 친환경 에너지타운은 진천, 홍천 등을 기점으로 전국으로 확산할 계획이지만 기존의 도심지역 지역난방과 연계되지 않고 있다. 

특히 전기분야에 치중된 신재생에너지 보급현황에서 탈피해 열분야에 대한 보완이 필요한 상황이다. 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.

이번 워크숍은 총괄주관인 지역난방공사 미래개발원과 6개 참여기관의 과제수행 역할과 목표를 점검하는 자리로 각 기관별 담당자들의 발표가 진행됐다.

과제의 최종목표는 도심지역의 신재생열에너지 공급을 위한 3종 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. 4세대 지역난방을 위해 현재 110℃로 공급되고 있는 지역난방수의 온도를 60℃ 이하로 낮춘다는 방침이다. 열공급사-수요자간 신재생열공급에 대한 신뢰성을 보장하기위해 MRV기술을 기반으로 하는 스마트 플랫폼(HMI S/W) 기술 개발도 이뤄진다.

특히 이번 과제의 실증실험을 위해 고양시 대화동에 위치한 복합타운이 대상이 됐다. 고양시 종합운동장 일대의 70만m² 부지에 진행될 이번 실증단지는 고양시에서 진행하고 있는 에너지자립도시의 일환으로 지역난방 공급지역이며 태양열·지열과 함께 열거래가 가능한 지역이다. 신재생에너지열원 중심의 특화전략을 수립하고 이를 통해 4차 산업혁명 시대를 선도할 세계적인 에너지허브도시로 도약한다는 방침이다.

총 4차년도로 진행되는 이번 과제는 △1차년도 실증사이트 협의 및 선정, 개념설계 △2차년도 상세설계, 설치 △3차년도 시범운전, 운영자료 분석 △4차년도 장기운전, 성능분석, 설비보완 등이 진행될 예정이다. 4차년도가 끝나는 시점에서 신재생에너지열 생산량은 1,279.4TOE다.

이번 과제에서 지역난방공사는 1차년도에 △지역난방-신재생열에너지원 연계방안 및 스마트 플랫폼 구축방안 수립 △통합 열공급 운영 관리시스템 계획수립을 실시한다. 2차년도에는 △지역난방-신재생열에너지원 연계 하이브리드 열공급시스템 설계 및 구축, 3차년도에는 △하이브리드 열공급시스템의 운영 및 모니터링, 분석 △사업화 전략 및 표준화 모델수립 검토를 수행한다. 4차년도에는 △하이브리드 열공급시스템의 안정적 운영 △하이브리드 스마트 플랫폼의 표준화방안 수립 △최종결과보고서 작성 등이 진행된다.

건설기술연구원은 1차년도에 △Smart Thermal Grid의 기술적 타당성 분석 △Smart Thermal Grid의 시뮬레이터 개발을 진행한다. 2차년도에는 △Smart Thermal Grid의 기본 및 실시설계 △저온배관 및 시공기술 개발 △태양열 집열시스템의 시공 및 시운전 등을, 3차년도에는 △Smart Thermal Grid의 실증(현장시공, 시운전 및 성능분석) △스마트 열량측정시스템 개발을 수행한다. 4차년도에는 △Smart Thermal Grid의 실증운영 및 결과분석 △설계 및 운영가이드라인 개발 등이 진행될 예정이다.

에너지기술연구원은 태양열 기반의 STG 설계 및 M&V기술개발을 담당한다. 1차년도에 △태양열 생산·저장시스템 구성도 제시 △해석모델 개발 △STG M&V 방법 조사 등을 수행하고 2차년도에 △태양열 생산·저장 시스템 개념·기본설계 △시스템 제어개념 수립 △STG M&V 개념·기본설계 제시 △STG 실증시스템 상세 설계 검토 등을 진행한다. 3차년도에는 △NRE Hybrid시스템 설계기술 개발 △NTR Hybrid 시스템 제어로직 개발 △STG M&V 기준안 제시 △STG 실증시스템 통합 운전 제어로직 검토를, 4차년도에는 NRE Hybrid 시스템 설계기술 개선 △제어로직 개선 △STG M&V 개선안 제시 △STG 실증시스템 운전 성능분석 등이 진행된다.

코텍엔지니어링은 이번 과제에서 지열, BTES(보어홀), 연료전지의 설계 및 시공부문을 담당한다. 1차년도에는 △지역난방 또는 타 열원과 연계된 지열시스템의 사례조사 △적용 예상현장의 지열시스템 설치가능여부 검토를 실시하고 2차년도에 하이브리드 열공급시스템과 연계된 지열시스템의 설계 △계간축열, 연료전지 설계 및 시공 등이 진행된다. 

브이피코리아는 1차년도에 △데이터 요구사항 분석 △벤치마킹 및 자료수집, 2차년도 △시스템 설계, 3차년도 △시스템 구현, 4차년도 △실증사이트 구축 △데이터획득 및 검증 △통합 플랫폼 개발 등을 진행한다. 특히 통합플랫폼에서는 하이브리드 열원 모니터링 시스템과 열거래 시스템을 통합해 양측의 연동시스템을 개발하고 검증 및 기술보완을 수행한다는 방침이다.

고려대학교 산학협력단의 최종목표는 신재생에너지열원의 활용 극대화 및 열원의 다중이용을 위한 대용량 고온형 히트펌프를 개발하는 것이다.

이를 위해 1차년도에 △다중열원 히트펌프 성능해설 프로그램 제장 △Lab-scale 다중열원 히트펌프 성능실험을, 2차년도에 △다중열원 히트펌프용 hybro module 기본설계안 도출 △플래시 및 다단 인젝션 적용 다중열원 히트펌프 설계 및 성능평가를 실시한다. 3차년도에는 △다중열원 히트펌프 제어알고리즘 도출 △기존 고온수 배관망과의 연계기술 개발을, 4차년도에 △친환경 Low GWP 냉매 선정 △다중열원 히트펌프 제어기술 검증 및 개선 등을 진행한다.

인천대학교는 스마트 운영체계 구축을 위한 알고리즘 및 주요 운영 프로세스, 관련규정 및 제도 개선방안을 연차별 목표에 맞춰 진행한다.

1차년도에는 △Smart Thermal Grid 운영을 위한 스마트 운영시스템 요구사항 분석 △집단에너지산업의 통합운영 시스템 벤치마킹 △스마트 운영 시스템 개념 설계를, 2차년도에는 △예측 알고리즘 설계 및 프로토타입 △최적화 일고리즘 설계 및 프로토타입을 개발한다. 3차년도에는 △통합운영 알고리즘 통합설계 △광역 네트워크와의 열거래 프로세스 설계 및 알고리즘 개발, 4차년도에는 △표준운영 프로세스 설계 △실증 데이터 분석 △열에너지 프로슈머를 위한 관련규정 및 제도 개선방안 도출 등이 진행될 예정이다.