신재생에너지 적용에서 가장 큰 약점으로 지적되는 것은 계절에 따른 생산과 수요의 불일치다. 난방이 필요하지 않은 하절기 열생산이 가장 많이 이뤄지며 난방이 가장 중요한 동절기 열생산효율이 낮기 때문이다. 대안으로 열그리드가 주목받고 있으나 농촌 특성이 반영된 시스템이 부재한 상황이다. 윤시원 한국에너지기술연구원 에너지네트워크연구실 연구원은 ‘농촌형 에너지그리드 모델개발 및 적용평가 연구’를 주제로 농촌특성을 고려한 신재생에너지 기반 분산형 마이크로 에너지그리드솔루션에 대해 소개했다.
농가별 분산형 E그리드 실현
농업부문 탄소중립을 달성하기 위해서는 재배시설에서 가장 많이 사용하는 에너지형태인 열을 태양열, 지열, 태양광 등 신재생에너지로 공급하는 것이 핵심이다. 계절에 따른 생산과 수요의 불일치를 해소하기 위한 방안으로 축열설비가 주목받고 있다.
또한 각 수요처에 분산형 발전원, 열원 등을 구축한다면 남는 에너지를 수요처간 거래해 신재생에너지를 효율적으로 사용할 수 있다. 이번 연구는 농가의 에너지자립뿐만 아니라 에너지저장 및 거래를 통한 효율적 에너지 사용을 실현하기 위해 추진되고 있다.
윤시원 연구원은 “현재 에너지그리드 구축이 진행되고 있으며 자연냉열, 야간 복사열 등을 통해 냉열을 생산할 수 있는 기반을 마련하고 있다”라며 “난방의 경우 발전과 온열을 동시에 생산할 수 있는 PVT와 소형풍력을 적용해 전력을 생산하고 온열을 히트펌프의 열원으로 활용할 계획”이라고 밝혔다.
실증대상지에는 최대한 에너지를 생산, 활용할 수 있도록 PVT, 소형풍력과 함께 △열회수 복사열흡수 벽체 △축냉조 △축열조 △버퍼탱크 △복사냉각 △하이브리드열원 히트펌프 등이 적용됐다.
연구진은 에너지밸런스 계산을 기반으로 수요처 냉난방부하를 예측하기 위해 에너지설비 전용 해석프로그램을 개발할 계획이다. 이와 함께 복사냉각을 이용한 냉열생산 및 제습모듈을 개발하고 있다.
온실은 상대습도가 높아 야간시간 응결로 인한 곰팡이 등 병해가 발생할 우려가 있어 제습이 필요하다. 복사냉각은 동력없이 차가운 표면을 조성할 수 있어 복사냉각 장치 표면에서 응축을 실현해 제습할 수 있다.
현재까지 5℃ 수준의 표면온도 저하시키는 성과를 거뒀다. 또한 PV패널 온도상승에 따른 효율저하를 방지하기 위해 온열을 회수, 저장하고 이를 히트펌프 열원으로 활용해 COP를 향상하고 있다.
윤시원 연구원은 “최적제어, 시스템 고도화를 통해 농촌에 적합한 지능형 마이크로그리드 사업화모델을 마련할 것”이라고 밝혔다.
