한국에너지기술연구원은 지난 3월18일부터 19일까지 이틀간 에너지기술연구원이 총괄로 참여하고 있는 ‘수열에너지활용기술 및 에너지믹스기술개발’ R&D의 2차연도 워크숍을 진행했다고 밝혔다.

 

이번 과제를 통해 중대형 수열에너지 실증플랜트가 구축되며 동절기 수열원시스템의 효율향상을 위한 재생에너지 믹스와 AI기반 최적운영제어기술을 적용한 수열시스템기술 등이 개발될 예정이다.

 

 

이번 R&D는 △한국수자원공사 △이젠엔지니어링 △신성이엔지 △에스엠이앤지 △고려대학교 △서울과학기술대학교 △경북대학교 △한밭대학교 등이 참여하는 ‘수열원 변동대응 대규모 중앙집중형 수열에너지 실증플랜트 기술개발’과 △나인와트 △웹스 △인하대학교 △서울과학기술대학교 △조선대학교 등이 참여하는 ‘동절기 저온수열원대응 안정적 운영 및 AI기반시스템 최적운영기술’과제가 진행된다. 수혜기관은 △미래에셋자산운용 △한국토지주택공사 △삼성물산 등이다.

 

이번 워크숍에서는 총괄·세부기관 연구책임자와 책임연구원, 환경부·환경산업기술원 관계자 등이 참석한 가운데 △총괄 및 세부기관 연구 진행사항 공유 △연차별 성과지표 점검 △실증대상지 건물 및 실증설비 구축일정 점검 △실증시스템 수열원 믹스·재생에너지믹스·히트펌프 시스템·기계실 배치·제어설계·AI 최적운영기술 등 세부 주제별 점검 등이 진행됐다.

 

에너지연 컨소, 수열시스템 개발 본격화

총괄주관기관인 에너지기술연구원은은 1차연도에 △수열원·재생에너지믹스, 축열, AI제어를 고려한 수열시스템 개념설계 △에너지믹스기반 수열원시스템 최적운영기술개념 수립·개발 △실증시스템 정밀계측방안 개념 수립 등을 진행했다.

 

월간 공정회의를 통해 2027년 말 준공예정인 실증지에 대용량 수열원 히트펌프시스템 개념설계와 배치안을 수립했으며 수열원 히트펌프 압축기타입과 용량별 효율분석을 통해 터보 방식 압축기가 효율이 우수함을 알아냈다.

 

또한 PVT시스템 용량과 설치방안 등을 설계하며 난간부와 옥상부 하중계산을 기반으로 한 설치방안을 제시했다. 이어 범용 에너지관리프로그램용 최적제어 모델을 개발했으며 데이터 소급성 확보계획과 측정불확도 추정방법을 수립했다.

 

2차연도에는 상세설계에 들어가며 △재생에너지믹스 이용을 위한 축열조 연계방식 실시설계 검토 △수열원 히트펌프시스템 기본설계 및 배치설계 △통합제어로직 개발 △AI기반 제어시스템 시운전 및 개선 △실증대상건물 실시설계를 고려한 관제점 수립 및 계측센서 배치설계 등을 진행할 예정이다.

 

 

수자원공사는 1차연도에 수열공급관로 조사와 기초 유동해석을 위해 수열원공급시스템 현장자료조사와 CFD 유동해석을 진행했다. 이를 통해 배관간격이 멀어질수록 차압이 감소하며 공급배관 700mm, 회수배관 600mm 사용시 가장 낮은 차압이 나타남을 분석했다. 또한 실증지인 K-Project의 수열원현황을 조사하고 한각유역본부 수열냉난방시스템 SPF를 분석했다. 월별 SPF는 3.04~4,79, 냉난방기간 SPF는 3.48로 조사됐다. 또한 수질계측을 위한 수조형상 검토, 가변속 인버터 제어펌프 적용 검토 등도 이뤄졌다.

 

2차연도에는 수열시스템 공급 및 회수관로 CFD 유동해석 및 수열시스템 수충격분석 등을 수행할 계획이며 수열에너지 활성화를 위한 정책제안을 추진할 예정이다.

 

실증플랜트 최적설계와 시공 및 유지관리 기술개발을 맡은 이젠엔지니어링은 지난해 △다양한 원수에 대한 수처리방안 연구 및 실증 △배치검토 등을 수행했다. 또한 태양광열 패널 및 우수조를 이용한 히트펌프시스템에 대한 특허를 출원했다.

 

2차연도에는 △기존 설계 3단 여과장치 오토스트레이너로 변경 △축열조를 이용한 열원보상 검토 △배치검토 △최적설계 및 시공 등을 수행할 예정이다.

 

 

신성이엔지는 1차연도 연구를 통해 모터고장예측모듈 개발을 진행하며 △예지보전알고리즘의 수열시스템 적용가능성 검토 △테스트베드를 통한 실측데이터 수집 및 알고리즘 유효성 검토 △예지보전용 AIU 학습용 장치 개발 등을 수행했다. 또한 Auto-tuning PID를 개발했다.

 

2차연도에는 제작된 예지보전시스템을 활용한 사내 테스트베드 실측과 수열원 시스템환경에 맞는 시스템을 구성할 예정이다. 또한 변경된 시스템 구성에 따른 알고리즘 고도화 작업을 진행할 방침이다. 또한 Auto-tuning PID 개발을 이어가며 환경인프라 무선센싱기술 개발을 이어간다.

 

에스엠이앤지는 1차연도 연구를 통해 △수열원의 공급현황 미 시스템검토 △현황조사 △수열원 수질 및 이물질분석 △수열원 실증현장 취수장검토 및 현장조사 △국내·외 자동이물질분리기시스템 현황조사 △이물질분리 형식·계통검토 등을 수행했다. 또한 정책제안을 통해 수열에너지 냉난방 단독운전기준 정립하도록 이끌었다.

 

2차연도에는 △수열원 이물질 자동분리·통합제어최적화연구·설계 △수열원 이물질 자동분리시스템 필터링시스템 설계·전산유체해석 등을 수행할 예정이다.

 

요소기술 성능해석과 수열시스템 동적시뮬레이션 프로그램 개발을 수행하는 고려대학교는 지난해 복합 수열원 히트펌프시스템 동적시뮬레이션 개발을 위해 △히트펌프시스템 요소부품 모델링 △동적시뮬레이션 운전모드 개발 △시뮬레이션 냉난방모드 성능분석 등을 수행했다.

 

2차연도에는 건물부하 모델링과 수열원시스템 시뮬레이션 개발과 시뮬레이션 검증 등을 수행하며 실증건물부하 모델링을 진행할 방침이다.

 

서울과학기술대학교는 1차연도에 수열원 탐색과 기초문헌을 확보했으며 정수 수열시스템의 수온과 수질을 모니터링했다. 또한 수열에너지시스템에 영향을 미치는 부식인자와 염소소독에 따른 미생물의 변화를 분석했다.

 

올해는 △수열원 탐색 및 수온·수질자료 지속확보 △정수수열시스템 모니터링 계절별 데이터확보·수질변화인자 해석 △하천수 수열시스템 모니터링시스템 구축·데이터확보 등을 수행한다.

 

경북대학교는 수열원별 수문학적 안정성 평가를 위한 자료조사 및 분석 △수열에너지 수문학적 안정성 평가를 위한 수열원별 평가기법 개발 △사회·경제적 평가방안 조사 등을 진행했다. 2차연도에는 수열에너지 수문학적 안정성 평가기술 개발과 수열에너지에 대한 평가방안 조사 등을 이어간다.

 

수전환 히트펌프 현안대응과 성능지표 개발, 열원안정성 확보를 담당하는 한밭대학교는 △대용량 물·물 히트펌프 유닛현안 분석 △인증 히트펌프 유닛성능데이터 수집 및 분석 △대용량 물·물 히트펌프 유닛구조 개선 등을 수행했다.

 

2차연도에는 대용량 수열히트펌프 유닛현안 분석과 모사시스템 성능데이터 취득 및 인증히트펌프 유닛 DB화를 수행할 계획이다.

 

장한기술 컨소, AI기반 동결예방기술·최적제어 개발 박차

 

장한기술 컨소시엄은 △동결예방기술 △재생에너지연계 복합열원 저장·활용기술 △AI기반 고효율 운전·최적제어기술 등을 개발해 동절기 저수온 수열원 대응 안정적 운영 및 AI기반 시스템 최적운영기술 개발을 수행하고 있다.

 

장한기술은 1차연도 연구를 통해 △AI기반 수열원시스템 제어개념 설계 △수열원 열교환기 동결예방 설계 △유량분배를 고려한 동결 신속제거 열교환기 설계 등을 수행했다.

 

2차연도에는 △수열원 열교환기 동결생성감지·제거기술 개발 △수열원 열교환기 동결예방 등을 이어간다.

 

 

AI플랫폼기술과 AI기반 수열원 에너지시스템 분석서비스와 모듈실행플랫폼 구축을 개발하는 나인와트는 1차연도에 △RAG대응 데이터베이스 설계 △데이터베이스 통신연계테스트 △UI/UX프로토타입 개발을 진행했다. 2차연도에는 △UI/UX 고도화 △대학개발모델 이식·웹스 DB서버 연동 △플랫폼 사전테스트 및 On-premise체계 전환대비 등의 연구를 수행한다.

AI연계 하이브리드형 최적제어시스템 개발을 담당하는 웹스는 AI연계 하이브리드형 최적제어시스템을 개발해 △플랫폼연계 통합제어시스템 구조설계 △이기종 프로토콜 통합인터페이스 개발 △사전검증현장 인프라 구축 등을 진행했다.

 

2차연도에는 △제어데이터 정규화모델 및 핵심변수 관리체계 구축 △관계기반 계통통합제어 고도화 알고리즘 개발 △실운전데이터 수집관리·AI제어연계 인프라 구성 등을 수행한다. 이를 통해 수열시스템 제어핵심변수의 태깅과 관계정의 전처리 정규화 데이터를 실시간으로 제공하는 기능이 구현될 것으로 기대된다.

 

에이전트기반 최적제어기술개발을 진행하는 인하대학교는 △제어변수기반 수요예측모델 개발을 수행했다. 실증건물은 동일공간에서 AHU와 FCU를 모두 사용하지만 서로 다른 기준으로 제어하도록 개발했다.

 

2차연도에는 수요예측기반 최적 축열온도제어기술을 개발하며 수요예측기반 최적축열온도제어기술을 연구한다. 이를 통해 수열원시스템 동절기 효율향상 및 AI기반 최적운영제어기술로드맵이 구축될 것으로 기대된다.

 

판형열교환기 동결가시화실험장치를 개발한 서울과학기술대학교는 1차연도 연구를 통해 △열교환기 결빙예측모델 개발 △열교환기 오염예측모델 개발 △데이터 검증을 위한 열교환기 실험장치 구축 및 실험 △실제운전데이터를 통한 데이터분석 등을 수행했다. 올해는 △프로그램기반 열펌프 성능예측모델 개발 △성능변화 측정을 위한 열펌프 시험장치 구축 등을 수행한다.

 

조선대학교는 지난해 복합열원 축열조 최적화기술을 개발했으며 타 재생에너지믹스를 통한 복합열원 생산·저장 예측모델 기초설계를 실시했다. 2차연도에는 타 재생에너지 믹스를 통한 복합열원 생산·저장예측모델을 지속적으로 개발하며 복합열원기반 축열조의 열·유동특성과 최적제어 기술개발을 통해 축열조 설계 파라미터에 따른 축열조 내부유동과 열적특성을 분석한다.

 

한편 이번 과제는 2029년 12월31일까지 진행된다.