산업적으로 활용가치는 있지만 그동안 이용되지 못하고 버려진 에너지인 미활용열에 대한 연구가 활발하게 진행될 예정이다.
한국에너지기술평가원(원장 황진택)은 ‘2017년도 에너지기술개발사업 제2차 신규지원 대상과제’ 공고를 통해 이 같은 내용을 밝혔다. 2030년 온실가스 절감 목표량을 달성해야 하는 상황에서 버려지는 미활용에너지 사용을 확대한다면 그만큼 화석연료 사용이 줄어들 전망이기에 이번 연구에 의미가 크다.
이번 공고로 발표된 미활용에너지 R&D부문은 △미활용열과 지역난방을 연계한 IoT 융복합 도심형 열네트워크 모델 개발 △대규모 미활용 열원 최적화 시스템 실증 △공공시설(지하철,지하상가 등) 내 미활용에너지를 이용한 냉난방시스템 개발 △산업체 미활용열 활용 열전발전시스템 및 비즈니스모델 개발 등이 있다.
정부는 미션이노베이션 로드맵(2016), 온실가스 감축기술전략로드맵(2011년), 제4차 신재생에너지 기본계획 등을 통해 전기에너지 중심에서 수송·열에너지로 시장을 확대하고 공공부문을 중심으로 한 대규모 선도투자를 진행하고 있다.
특히 해외에서는 미활용 열을 이용한 에너지신산업이 적극 추진되고 있는 상황이다. 일본은 모든 미활용 열을 신재생에너지로 인정을 추진하고 있으며 스위스는 발전소 폐열을 이용할 경우 정부 인센티브 확대를 검토하고 있다. 네덜란드, 오스트리아, 프랑스는 미활용을 열을 이용해 효율향상 시 재생에너지에 포함시키고 미국은 MCFC 배가스를 이용한 추가 발전기술을 선도하고 있어 우리나라도 이러한 미활용열부문의 연구개발이 시급한 실정이다.
이에 따라 이번 ‘미활용열과 지역난방을 연계한 IoT 융복합 도심형 열네트워크 모델 개발’에서는 연료전지, 온배수열과 같은 신재생에너지와 지역난방 열을 연계한 에너지신산업 비즈모델을 발굴한다. △열네트워크 커뮤니티 열망기술 △수요처 열 전기에너지 네트워크 최적제어·관리기술 △저온 발전기술 등이 개발된다. 수요예측 기반 지능형 IoT 관제 기술과 열배관 모니터링용 분포형 광계측기 및 운용시스템 기술도 함께 개발된다.
‘대규모 미활용 열원 최적화 시스템 실증’은 정유·석유화학공정 등에서 발생되는 대규모 미활용 열원의 경제성을 확보하기 위해 캐스케이드 형태로 활용할 수 있도록 시스템으로 통합하고 패키지화하는 새로운 사업화 모델을 제시한다.
각각 개별적인 기술을 통합하고 용량 밸런스를 최적화해 최종적으로 시스템효율을 극대화하고 현장설치가 용이하도록 패키지화한다. 정유·석유화학공정 등 대규모 미활용 저위열원활용의 경우 ORC(유기랭킨사이클)발전, 흡수식 냉동기 및 히트펌프 등 요소기술을 결합해 경우 경제성을 확보할 수 있다. 사용자 요구에 따라 열생산과 전력생산이 상호전환 가능한 맞춤형 에너지 공급·생산 및 잉여 열에너지 재활용 시스템은 기존 자가열병합 발전시스템에 IoT기반 EMS와 폐열에너지를 재활용하는 ORC 적용한 하이브리드 복합발전시스템으로 기대된다.
‘공공시설(지하철, 지하상가 등) 내 미활용에너지를 이용한 냉난방시스템 개발’은 많은 시민들이 이용하는 지하철의 안전사고를 예방 및 지하철 수익구조 개선을 위한 열환경 개선의 일환이다. 지하철에서 회수된 에너지의 수요처가 다양하므로 관련기술 개발을 통해 에너지절감 및 온실가스 감축효과가 클 것으로 예상된다.
50RT 이상 규모의 지하철 미활용에너지를 활용하는 히트펌프 시스템 구축함으로써 최적 열회수기술을 개발한다. 역사의 공기질개선 및 에너지효율 향상을 위한 환기 공기 열회수과 오염물질 저감 표면처리 기술, 지하수 열원대응 내부식 열교환기 기술 등이 포함됐다. 온수, 냉난방, 공기청정(에어커튼 등) 등 사용자 요구에 대응하는 히트펌프 시스템을 설계하고 적용사이트별 경제성 분석을 실시한다.
산업폐열회수 시장은 연평균 6.5%대로 성장하고 있으며 2018년 시장규모는 약 53조원까지 증가할 것으로 전망된다. 특히 국내 미활용 산업폐열은 연간 에너지소비량의 19.7%를 차지하고 있으므로 이를 전력생산에 재활용할 수 있는 방안마련을 통해 시장경쟁력을 확보할 필요성이 높다.
이번 ‘산업체 미활용열 활용 열전발전시스템 및 비즈니스모델 개발’ 과제는 산업체 미활용 폐열회수를 위한 열전소자 기반 발전(전력생산) 기술, 경제성 있는 열전발전 시스템 단가 제시, 산업체 실증을 통한 실제적인 비즈니스모델 개발 및 사업화 기반 마련 등이 포함됐다. 에너지 신산업창출을 위해 순수 국산기술을 활용한 친환경 열전발전시스템과 계통연계를 포함해 현장적용 가능한 발전시스템 기술개발이 진행될 예정이다.
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