3과제 참여기관인 서울과기대 박창용 교수연구실(열유동-에너지시스템)의 연구목표는 2023년까지 수열에너지 통합플랫폼을 개발하는 것이다. 이번 과제를 통해 개발되는 수열에너지 통합플랫폼은 다양한 수열원을 이용하기 위한 수열원의 특성, 대상건물 혹은 적용지의 특성, 전 주기 환경영향평가, 경제성평가 등을 수행하는 역할을 할 예정이다. 박창용 교수는 “수열에너지를 활용하기 위한 경제성, 적지의 건물이나 지리 및 환경을 고려한 설계, 평가프로그램 도구가 필요하다”라며 “수열에너지 활용을 위한 객관적이고 직관적인 통합플랫폼이 수열에너지가 새로운 재생에너지로 자리매김하고 관련산업을 성장시킬수 있는 동력이 될 것”이라고 밝혔다. 이번 연구를 통해 박창용 서울과기대 교수연구실은 통합설계플랫폼의 전체적인 구성요소 분석 및 선정, 기술모델링, 잠재량 평가기준 개발, 이격거리 산정, 기타 지리적·환경적요인을 고려한 평가체계구축 등을 실현할 계획이다. 한편 연구에 앞서 박창용 교수 연구실은 전국 38개소에 광역원수관을 이용한 수열에너지 예상 활용적지 발굴하고 각 적지에 대한 경제성 평가 및 기초조사를 수행한 바 있다.
윤린 한밭대 교수는 2019년 수행한 환경부 연구용역인 ‘수열산업 활성화 방안’ 연구를 수행하며 하천수가 신재생에너지로 지정되기 위한 정책적 근거를 마련했다. 전국단위 수열 잠재량과 수열시스템의 환경적 영향, 산업파급효과, 향후 수열산업 육성방안에 대한 연구를 진행하며 하천수의 신재생에너지 편입에 기여한 공이 크다. 특히 최근 환경부가 공고한 ‘2020년도 환경기술개발사업 신규과제’의 3과제를 맡으며 국내 수열에너지 활용확대에 지속적으로 공헌하고 있다. 3과제를 총괄하는 윤린 교수를 만나 연구개발의 목표와 파급효과를 들어봤다. ■ 어떤 과제인가하천수, 원수, 댐 호소수 등 수열원을 이용해 건물의 냉난방, 집단에너지 공급, 열 네트워크의 공급원으로 활용하기 위해서는 수열시스템의 에너지효율성, 경제성, 환경영향 등이 사업 초기단계에 정확히 평가돼야 한다. 이를 위해서는 수열에너지시스템의 △전 공정모델링 프로그램 △수리해석 프로그램 △경제성평가 프로그램 △환경영향평가 프로그램이 개발되고 서로간 데이터베이스를 주고받는 통합플랫폼이 요구된다. 이번 과제는 이러한 플랫폼 개발을 4년 동안 완성하는 데 목적이 있다. 특히 제로에너지빌딩의 평가 프로그램인 건물에너지평가프로
후로스는 AI기반 COP예측 및 성능별 순차적 최적제어를 통한 에너지절감 실현을 목표로 수열R&D 2과제 ‘AI Sensing 및 EMS기반의 수열에너지 최적운영시스템’에 참여한다. 후로스의 관계자는 “현재 히트펌프시스템의 성능계수를 구하는 데 필요한 측정장치나 진단센서의 부족으로 인해 시스템 성능계수 측정 어려움이 있다”라며 “기존 수열에너지시스템은 온도, 압력측정 및 설정을 통한 단순제어로 운영되고 있다”고 말했다. 이어 “설정조건을 맞추기 위해 적은 부하에서도 다수 기기들이 전체 운영돼 에너지사용량이 증가하는 문제가 있다”고 지적했다. 이를 해결하기 위해 후로스는 COP 변수들을 실시간으로 계측해 성능 학습모델을 생성하고 각 히트펌프 COP 예측 및 성능진단으로 성능별 순차운영 및 유기적제어를 통해 수열히트펌프 운전최적화를 달성할 계획이다. 또한 딥러닝기반 AI센서기술을 도입해 측정정확도를 향상시키며 데이터패턴 분석을 통해 오차범위를 줄여 온도, 유량 등 계측센서의 성능 향상을 추진한다. 특히 후로스의 특허인 ‘BEMS 데이터를 이용한 에너지효율 분석시스템’을 적용해 관련설비, 센서성능을 진단하고 이를 바탕으로 설비, 센서의 효율 및 수명을 판단
신성엔지니어링은 2세부 과제 ‘취수연계시스템 개발 및 실증구축’에 참여한 1차연도에 실증단지조사 및 기본설계를 위해 △100RT급 온도적응형 열교환설비시스템 설계 및 구축 △냉각설비 및 모니터링시스템 P&ID 구성 △실증단지 전력·건축 구축 △취수기술조사 및 현장방안 도출 등을 수행한다. 2차연도에는 파일럿 설계 및 제작을 진행하며 △100RT급 모듈형 프리쿨링(freecooling) 공조시스템 개발 △수열데이터 통합모듈 시제품 개발 △모듈형 프리쿨링 공조시스템 기류해석 △10RT급 공기열원 냉각설비 설계 및 제작 등을 추진한다. 2022년도에 진행되는 3차연도에는 파일럿 구축 및 실증을 수행하기 위해 △150RT급 수열원 및 10RT급 공기열원 실증단지 구축 △모듈형 프리쿨링 공조시스템 제작 및 설치 △모니터링시스템 구축 △수열원설비 최전운전 제어시스템 구축 및 성능 최적화 등을 진행한다. 4차연도는 운영최적화 및 성능분석 단계로 △시스템 현장성능시험 및 운영변수 확정 △ 전력효율지수(PUE) 산정 및 기존 시스템대비 에너지절감률 분석 △에너지 시뮬레이션 및 분석 △수열원설비 최적운전 제어시스템 성능검증 및 고도화 등을 진행한다. 신성엔지니어링의 관
2세부 과제에 참여하는 디엠테크는 프리쿨링(free-cooling) 냉각설비의 데이터센터(IDC) 실증적용에 따른 수열원 온도대응형 냉각설비의 최적운전제어시스템 개발과 구축을 목표하고 있다. 디엠테크는 소양강에 구축될 테스트베드의 수열원설비 기능 요구에 따른 I/O 제어 및 시스템을 개발하고 수열원설비와 부하간 자동제어 및 제어 네트워크를 구성할 계획이다. 또한 수열원설비시설의 공간적 특성과 설비의 기계적 공정흐름, 전기제어 전장설계 등 상호유연성 최적화에 중점을 두고 추진할 예정이다. 특히 수열원설비 물리계층의 수평적 통합과 최적운전제어를 위한 IoT(사물인터넷) 플랫폼 개발·구축 외에도 수열원 설비운전 데이터의 정보화 및 지능분석을 위한 AI, 빅데이터플랫폼과의 수직적 통합도 중요과제로 수행할 계획이다. 디엠테크는 연차별 목표로 △1차연도 테스트베드 시설설계와 기계적, 기능적 세부 운영특성을 반영한 시스템 기본설계 △2차연도 수열원설비 및 부하간 자동제어 및 제어 네트워크 구성과 필요 I/O 노드, 컨트롤러 개발 △3차연도 실증사이트 내 최적운전제어시스템 구축 및 시운전 △4차연도 수열원 냉각공정 최적운전제어시스템의 기능 및 성능에 대한 단위 통합평가 등
한밭대 최종민 교수 연구팀은 ‘공조시스템 DB구축 및 에너지분석 시뮬레이션’을 목표로 환경부가 발주한 수열R&D의 2과제인 ‘수열원 활용 프리쿨링(free-cooling)형 공기조화시스템 개발’연구에 참여한다. 한밭대는 에너지분석을 위한 Lab Sscale 모델구축과 성능비교분석이 주요역할이다. 연구를 위해 △기존 IDC(Internet DataCenter) 공조시스템 현황·문제점 도출 △기존 IDC 공조시스템 운영현황·성능 DB(DataBase)구축 등으로 IDC 공조시스템의 현황을 분석할 계획이다. 이어 댐심층수 적용 IDC 프리쿨리형 공조시스템 성능실험 및 DB 구축을 위해 △댐심층수 연간 자원현황 분석 △댐심층수 적용IDC용 프리쿨링형 모사 공조시스템 설계·제작 및 운전모드 설계 △댐심층수 적용 IDC용 프리쿨링형 공조시스템 최적운전 및 성능 DB 구축 등을 진행한다. 에너지분석을 위한 다양한 부하를 적용, 패턴을 분석하고 ASHRAE Standard 기반모델로 자료를 구축한다. 여기에 성능DB를 적용 후 성능식을 추출하고 정확도 검증 및 시뮬레이션 모델을 탑재한다. Energy Plus 시뮬레이션을 위한 모델을 구축해 시스템별 에너지 및 댐심
수열에너지 대표기업으로 업계의 주목을 받고 있는 지엔원에너지(대표 민경천)는 국내 최초 대규모 수열 적용현장인 롯데월드타워에 3,000RT 규모 수열히트펌프를 적용한 신재생에너지 리딩기업이다. 국내 대표 랜드마크인 롯데월드타워는 광역상수를 활용해 전체 냉난방부하의 10%를 감당함으로써 연간 7억원의 에너지비용을 절감하고 있으며 2014년 준공 후 현재까지도 안정적인 운영을 하고 있다. 지엔원에너지는 이러한 수열에너지 적용 성공사례를 바탕으로 이번 수열R&D의 1과제인 ‘수열에너지를 활용한 수처리공정 개선기술개발’의 참여기관으로 선정됐다. 이번 과제에서 지엔원에너지는 막여과 플랜트 및 농축폐수 처리공정에 필요한 열에너지 소요량을 산정해 수열에너지 파일럿플랜트를 설계·구축하고 실증운전을 통해 최적제어 방안을 도출할 예정이다. 또한 에너지절감형 수열에너지 히트펌프시스템을 개발해 운영과정의 고효율화 및 에너지최적화를 담당하고 있다. 수처리 공정에서 제어수온대비 ±1℃ 이내의 적정수온을 유지하기 위한 안정성이 요구되고 있으며 기존 막여과 수처리 공정에서 사용되는 에너지소모량대비 수열시스템 활용 시 에너지의 10%를 절감해야 하는 만큼 전체적인 시스템최적화가 필
명지대 김한승 교수 연구팀은 환경부의 수열R&D 1과제인 ‘수열에너지를 활용한 수처리공정 개선기술 개발’에 위탁연구기관으로 참여해 수열에너지 막여과공정 및 농축폐수 처리공정 도입을 위한 영향인자를 분석하고 수열시스템 도입 후 효과에 대한 분석을 수행한다. 산업용수센터에서 이뤄지는 RO(Reverse Osmosis)공정은 삼투압 이상의 압력을 가해 염을 제거하는 공정으로 RO막 성능, 고압펌프 효율, 에너지회수장치 효율에 의해 효율성이 크게 좌우되는 경향이 있다. 특히 수온의 감소는 원수의 점도를 증가시켜 소모에너지량을 증가시키는 원인이다. 이번 연구는 이러한 문제를 해소하기 위해 수열에너지를 도입하고 최적 활용방안을 분석, 도출하는 데 목적이 있다. 1차연도에는 수열에너지를 통해 확보 가능한 유입수의 가온범위를 확립하고 온도조절이 가능한 Lab scale의 실험장치 구성 및 시운전을 실시한다. 인공원수를 이용한 수처리를 통해 수온, 메탄올주입률 등 적정 운전조건을 도출한다. 2차연도에는 유입수온에 따른 여과성능의 상관관계를 분석하고 미생물 군집분석을 통한 우점 미생물과 수처리효율과의 상관관계를 도출한다. 3차연도에는 세정농도·시간 등 부하량을 증가시켜
한국수자원공사(K-water) 연구원은 1967년 공사창립과 함께 시험연구소로 발족해 ‘세계 최고의 물종합 플랫폼기업’이 되기 위해 앞장서고 있는 물분야 종합연구기관이다. 물과 관련된 다양한 연구를 진행하는 △연구관리처 △물정책연구소 △유역물관리연구소 △스마트워터연구소 △물인프라에너지연구소 등 1처 4연구소로 구성됐다. 이중 물인프라에너지연구소는 댐이나 수도시설·수변단지를 대상으로 인프라 및 에너지에 관한 전반적인 연구를 진행하고 있다. 전통적으로 연구해온 수력에너지부터 태양광에너지, 수열에너지 등 신재생에너지분야에서도 꾸준한 성과를 내고 있다. K-water연구원에서 물인프라에너지연구소를 이끌고 있는 김진훈 연구소장을 만나 환경부의 수열에너지R&D에 대해 들었다. ■ 수열R&D 수주배경은물인프라에너지연구소는 하천수가 신재생에너지로 지정되기 이전부터 지속적인 수열에너지 연구를 진행해왔다. Kwater가 운영하고 있는 관로 내의 수열에너지 활용을 목적으로 10여년 전부터 연구를 수행해왔으며 성남, 청주, 금산, 밀양 등 정수장에서 작은 규모의 실증플랜트를 설치·운영한 바 있다. 차곡차곡 쌓아온 연구경험과 노하우를 바탕으로 환경부가 공고한 ‘수열활
환경부는 지난해 5월 통합물관리의 일환으로 직제령을 개정, 국내 물산업 진흥과 물 관련기업의 해외진출 등을 지원하기 위해 물산업협력과를 신설했다. 물산업협력과는 국가 중장기계획인 물산업진흥기본계획 수립을 담당하고 있으며 지난해 준공한 국가물산업클러스터를 기반으로 기술개발→실증테스트→사업화→국내·외 판로개척까지 물기업을 위한 원스톱지원을 하고 있다. 또한 한국물기술인증원 운영을 통해 물관리 기술 및 제품인증에 대한 전문성을 강화해 세계적인 수준의 인·검증체계를 구축하기 위해 노력하고 있다. 이와 함께 해수담수화·수열에너지·혁신형물기업 등 신산업 육성과 유망물기업 발굴 지원사업도 맡고 있으며 대한민국국제물주간, ODA사업 등을 통해 국내 물기업의 해외진출을 지원하는 국제협력업무도 주요업무 중 하나다. 환경부는 ‘수열활용 확대기술 및 환경적합성 기술개발사업’을 통해 관련R&D를 공고했으며 최근 수행기관이 확정됐다. 과제 담당자인 조용준 물산업협력과 사무관을 만나 수열에너지개발에 대한 필요성과 추진방향을 들었다. ■ 수열R&D 융·복합과제 필요성은EU는 2018년 ‘Heat Roadmap Europe’보고서를 통해 2050년까지 열에너지의 재생열원 비
지난해 하천수가 새로운 신재생에너지로 포함되고 친환경·저탄소에너지에 대한 중요성이 그 어느때보다 강조되는 현시점에서 수열에너지 보급·확대방안이 주목받고 있다. 환경부는 지난 6월 수열에너지를 활용한 융복합 클러스터 조성, 맞춤형 제도개선과 시범사업 추진, 핵심기술개발 등 중장기 실행계획이 담긴 ‘친환경 수열에너지 활성화 방안’을 공개했다. 이어 7월 발표된 ‘2020년도 환경기술개발사업 신규과제’에서는 수열에너지 활용확대 및 환경적합성 기술개발이 핵심이 되는 세 가지 연구과제가 포함돼 수열산업 활성화를 위한 정부의 적극적인 의지가 반영됐다. 이번 R&D공고는 하천수를 활용한 수열에너지 융·복합기술 및 환경영향 최소화기술을 개발하고 실증하는 3개 과제로 이뤄졌으며 2020~2023년까지 4년간 총 28억원의 연구비가 지원된다. △수열에너지를 활용한 수처리공정 개선기술 개발 △수열원 활용 프리쿨링(free-cooling)형 공기조화시스템 개발 △수열에너지 활용 통합설계 플랫폼구축 기술개발 등 과제가 포함됐다. 수처리공정 에너지절감 개발1과제인 ‘수열에너지를 활용한 수처리공정 개선기술 개발’은 산업용수센터에서 순수급 산업용수 공급을 위한 막여과 및 농축폐수
LH가 추진하고 있는 ‘제로에너지도시 및 제로에너지주택 실현을 위한 수열에너지 적용방안 연구’는 정부의 제로에너지건축물(ZEB) 활성화 정책에 부응하고 제로에너지도시(ZEC), 제로에너지주택(ZEH)에 효과적으로 신재생에너지를 적용하기 위해 시작됐다. 연구단은 산·학 협업을 통해 학계의 이론적 분석과 산업계의 실무경험이 상승효과를 낼 수 있도록 구성됐으며 풍부한 연구경험으로 수열에너지 적용을 통한 ZEB 실현목표를 달성할 수 있도록 7인의 연구원급 인력이 참여한다. 연구단은 △수열에너지 현황조사 △도시부분 수열에너지 적용 △주택부분 수열에너지 적용 △복합열원시스템 시범사업지구 적용 등 4개 분야로 팀을 구성했다. 연구총괄과 제4연구분야인 ‘복합열원시스템 시범사업지구 적용’을 맡은 김용찬 고려대 교수를 만나 과제 추진방향과 계획을 들었다. ■ 과제 연구방향 및 목표는국토교통부는 신기후체제 출범에 따라 건물부문 에너지절약 및 국가 온실가스 감축목표 달성에 앞장서기 위해 ZEB인증제를 2017년 1월20일부터 시행하고 있다. ZEB 국가로드맵에 따라 2016년 1월 ‘녹색건축물 조성지원법’을 개정해 제도적 기반을 마련했다. ZEB인증은 건축물 에너지효율등급 1++
한국토지주택공사(LH, 사장 변창흠)는 건물부문 기후변화 대응을 위해 반드시 필요하지만 그간 적용이 제한됐던 지열·수열 등 신재생열에너지분야의 적용성을 높이기 위해 관련분야 R&D에 선도적인 역할을 하고 있다.지난 7월 ‘제로에너지도시(ZEC) 및 제로에너지주택(ZEH) 실현을 위한 수열에너지 적용방안 연구’를 통해 수열을 중심으로 신재생열에너지의 융복합적 적용을 위한 연구에 착수했다. 배창영 LH 공공주택설비처 부장을 만나 연구배경과 전망에 대해 들었다. ■ 수열R&D 착수배경은LH는 ZEC와 ZEH 실현을 위해 구리갈매, 성남복정 등 2곳에서 ZEC 시범사업을 추진 중이며 과천, 인천검단 등 3곳에서 ZEH 시범사업을 추진 중이다. ZEC를 위한 기술요소 검토결과 태양광 이외에 도시차원에서 적용 가능한 기술요소가 많이 부족함을 체감했다. ZEH의 경우에도 태양광만으로는 에너지자립률 달성이 쉽지 않아 새로운 신재생에너지가 필요한 상황이다. 수열은 높은 에너지효율과 친환경성 등 장점이 많은 시스템으로 지난해 관련법령 개정으로 수열의 활용범위가 확대되면서 ZEC와 ZEH 실현에 기여할 수 있는 새로운 에너지원이라고 판단했다. LH가 추진 중인 도
한국토지주택공사(LH, 사장 변창흠)가 제로에너지도시, 제로에너지주택에 수열에너지 적용을 활성화하기 위한 시범사업에 착수한다. LH는 지난 7월30일 ‘제로에너지도시 및 제로에너지주택 실현을 위한 수열에너지 적용방안 연구’ 착수보고회를 개최하고 △고려대 △국민대 △한양대 △호서대와 함께 시범사업 추진을 위한 사전연구로 최적 적용방안에 대한 R&D에 돌입했다. 연구는 내년 7월까지 12개월간 진행된다. 이번 연구는 제로에너지건축물(ZEB) 활성화정책·로드맵에 의해 의무적용 대상이 확대되고 에너지자립률 목표는 강화되고 있지만 제로에너지도시(ZEC), 제로에너지주택(ZEH)에 효과적으로 신재생에너지를 적용하는 데 한계가 있다는 문제인식에 따라 착수됐다. 우리나라는 ZEB의 단계적의무화를 위한 로드맵을 수립하고 올해 1,000㎡ 이상 공공건축물에 ZEB인증 5등급 이상 의무화가 개시됐다. 이어 △2023년 500㎡ 이상 공공건축물 △2025년 1,000㎡ 이상 민간건축물 및 30세대 이상 공동주택 △2030년 500㎡ 이상 모든 건축물을 대상으로 ZEB인증 5등급 이상을 의무화할 방침이다. 이에 따라 2024년까지 ZEB 국내시장규모는 약 20조원까지 성장할
하나지엔씨(대표 박동일)는 코로나19의 발견 및 전 세계 유행 초기부터 관련 대응책을 선도적으로 마련해온 특수공조부문 대표기업이다. 1994년 설립 이래 의료복지시설분야에서 활동하며 △양·음압, 무균, 저체온, 로봇, 하이브리드, 라이브 등 수술실 △무균병실 △화상치료실 △국가음압격리병실 △양·음압병실 △실험동물사육시설 △생물안전시설 등은 물론 △이동형음압기 △이동형 음압검체실 △클린룸기기 등 특수 기계설비 관련분야에서 전문기업으로 성장했다. 국내 병원 클린룸시설 최다 실적을 보유한 하나지엔씨는 코로나19 전파방지를 위한 이동형 음압기를 선제적으로 개발, 보급하고 환자뿐만이 아니라 방역 최일선에서 종사하고 있는 의료진의 감염을 예방할 수 있는 의료진 보호용 이동형검체부스, 컨테이너형 검체실, 클린패널, 이온패널 등을 공급하고 있다. 환자‧의료진 보호 ‘우선’이동형 음압부스·음압기는 코로나19를 비롯한 신종플루, 사스, 메르스 등 호흡기 질환환자를 신속하게 격리치료할 수 있으며 감염병 환자들이 급속히 늘어날 때 신속하게 음압격리병상을 마련할 수 있는 중요한 수단이 되고 있다. 특히 실내·외 어느 장소에서든 감염병 환자를 격리 치료할 수 있는 음압실을 만들어 환
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