여러 신재생에너지원을 융복합해 에너지자립을 목표로 하고 있는 친환경에너지타운에 대한 관심이 높아지고 있다. 특히 진천의 친환경에너지타운은 태양열을 주 에너지원으로 사용할 예정이라 그 활용방안에 대한 업계의 이목이 집중되고 있는 실정이다.
이동원 한국에너지기술연구원 친환경에너지타운구축사업단장은 대한설비공학회의 ‘2016년 하계 학술발표대회’에서 ‘계간축열조를 이용한 태양열 및 히트펌프 시스템의 융복합 이용방안’ 논문을 발표, 태양열 에너지 활용방안에 대해 소개했다.
태양열 시스템 이용의 문제점 중 하나는 계절간 열에너지 수요에 대응하기 곤란하다는 점이다. 여름철 열에너지 수요가 적을 때 태양열 시스템은 과잉의 열에너지를 생산하고 겨울철에는 생산량이 수요에 비해 많이 부족해 보조열원이 필요하다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 이동원 단장은 대용량 계간(季間)축열조를 설치해 여름철 잉여 열원을 저장했다가 겨울철에 이를 활용하는 방법을 제시했다. 대용량 축열조 설치에 따른 경제성 및 열손실 문제가 있지만 이 부분을 어느 정도 받아들일 수 있는 상황이라면 고려할 수 있는 대안이다.
최근에 구축되고 있는 진천 친환경에너지타운은 각종 신재생에너지 설비를 융복합 이용해 인근 6개의 공공건물에 에너지를 공급한다는 계획이다. 이 중 태양열 시스템 기반으로 생산된 열에너지는 계간축열조에 저장했다가 공급함으로써 열에너지 자립을 실현할 예정이다.
공공건물들의 난방 및 급탕부하는 약 570MWh, 그리고 냉방부하는 가장 큰 건물인 학교를 제외하고 약 130MWh로 추정된다. 이러한 예상 부하에 대응하는 각 신재생열에너지 설비의 용량은 이미 결정됐는데 태양열 집열기 약 1,600㎡, 보조열원 설비인 지열원 히트펌프 50RT와 수질복원센터의 하수처리수를 열원으로 하는 수열원 히트펌프 100RT 그리고 계간축열조 약 4,000㎥ 등이다.
태양열 시스템으로 생산된 열에너지는 계간축열조에 저장되며 필요 시 열교환기를 통해 각 공공건물로 55℃ 정도의 온수를 공급한다.
여름철 계간축열조 내온수 온도는 그 이상 상승하지만 배관망을 통한 공급과정에서의 열손실을 최소화하기 위해 공급되는 온수 온도를 제한할 것이다. 계간축열조 내 온수를 모두 이용하게 되면 40℃의 온수가 남게 되어 더 이상 직접 공급할 수 없는 수준이 된다.
계간축열조 내 더 이상 직접 공급할 수 있는 수준의 온수가 존재하지 않는 경우 내부 40℃ 이하의 잔열을 수열원 히트펌프의 증발열원으로 활용해 버퍼 축열조 내 온수를 55℃ 이상으로 상승, 부하측에 공급한다. 이러한 잔열 이용에 의한 온수공급을 통해 계간축열조 내 온도가 15℃ 이하로 낮아지는 경우 지열원 히트펌프가 마지막으로 보조열원으로써 운전된다.
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