온실가스 증가에 따른 지구온도 상승을 억제하기 위해 파리기후협약에 따른 신기후체제가 출범해 신재생에너지 산업의 중요성이 확대되고 있다.
정부는 신재생에너지 중 수열에너지에 주목하고 있으며 국내 14개 하천을 수열에너지에 활용할 경우 표준원전 약 20기를 대체할 것으로 평가하고 있다. 그러나 수열에너지를 활성화하기 위한 하천수활용 관련법령, 건축물 냉방설비 설치기준, 신재생에너지 지원제도 등 제도적 기반과 기술의 국산화 필요성이 대두되고 있다.
산업통상자원부 산하 한국에너지기술평가원은 2020년 하반기 신재생에너지기술개발 사업 신규지원 대상과제에 ‘수열냉난방 및 재생열 하이브리드시스템 기술개발 및 실증’을 용역을 발주해 한국수자원공사 컨소시움이 수주했다.
이번 과제는 2020년부터 2023년까지 39개월간 진행되며 하천수 이용 하이브리드 냉난방시스템 기술개발 및 실증과 성능평가 체계를 구축하게 된다. 실증사이트는 경기도 과천에 위치한 K-water 한강유역본부에 마련된다.
한국수자원공사(K-water)의 조용 박사가 R&D총괄을 맡으며 핵심개발목표인 △하천수 열교환기 기술개발은 한국기계연구원, 장한기술, 한양대 △수열원 히트펌프 기술개발은 LG전자, 충남대, 숭실대 △축열식 하이브리드시스템 기술개발은 한국에너지기술연구원, 에너지관리기술, 고려대 △시험평가 및 표준화 기술개발은 한국냉동공조인증센터, K-water △취수 및 이송관로 기술개발은 K-water, 군산대 등이 맡아 진행한다.
이번 R&D를 통해 △대형 히트펌프시스템 국산화 △저GWP 친환경냉매 이용 히트펌프시스템 기술개발 △인증제도 운영을 위한 신재생에너지 설비인증 및 시공기준 △하천수 취수 및 수열 관로매설에 대한 국가기준 등의 기대효과가 예상된다.
수열원 HP 국산화·성능평가 체계 마련
하천수열 이용 시 가장 큰 문제는 열교환기 부식과 스케일이 발생할 경우 효율이 하락해 안정적인 운영이 어렵다는 것이다. 열교환기 안정성 확보를 위해 △하천수에 의한 부식, 스케일 방지 및 친환경세정 기술개발 △하천수 취수·방수 및 열교환시스템 운영기술 개발 등을 진행된다.
또한 세계적인 HFC규제가 시행되고 2050년 탄소중립사회를 선언한 만큼 친환경냉매를 이용한 히트펌프 성능개선이 필요하다. 이를 위해 △대용량·고효율기술 개발 △무급유 수열원 원심식 히트펌프시스템기술 개발 △시스템운영 및 운전최적화 기술개발 등이 추진된다.
축열식 하이브리드시스템 기술개발은 △하천수 온도변화에 운전저하 최소화 △시스템 설계·제어기술개발 △열원설비 융합 최적운전 제어기술개발 등으로 이뤄진다.
특히 수열원 히트펌프가 제성능을 발휘할 수 있도록 △수열원 특성에 맞는 히트펌프 유닛의 평가방법 및 설비 구축 △대용량(1,000RT급) 수열원 히트펌프 유닛 성능평가장치 개발 △대용량 히트펌프 신재생에너지 KS표준 개발 등을 통해 시험평가 기반 구축과 시공기준 및 신재생에너지 인증표준이 마련된다.
또한 하천수 취수 및 이송관로 구축·운영을 위해 △하천수 취수방안 분석과 활용방안 도출 △관로 네트워크시스템에 대한 CDF 해석기술개발 △수충격 예측 시뮬레이션 △완화설비 설계기술 개발 등이 진행된다.
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