2018년 한국에너지기술평가원의 브랜드과제인 Smart Zero Energy City사업의 1세부과제는 ‘마이크로 열 네트워크 기술개발’로 기존 중대형 열배관망과 연결되지 않은 독립된 다수지역에 분산 설치된 열에너지설비를 효율적으로 이용하기 위한 기술이다.
열에너지의 생산자이자 소비자인 프로슈머(prosumer)와 소비자 사이에 소규모 열배관망을 구축하고 양방향 열에너지거래가 가능토록 네트워크를 구축, 운용하는 기술이다.
1세부과제는 진천 친환경에너지타운을 구축하고 실증연구를 수행하고 있는 한국에너지기술연구원이 주관기관이다. 참여기업으로 연세대, 위지트에너지, 공항시설관리가 각각 영역을 나눠 실시간 열에너지 수요예측, 네트워크 관제시스템 개발, 실증단지 구축 등을 수행하고 있다.
1세부과제를 총괄하고 있는 이동원 에너지기술연구원 책임연구원을 만나 과제 진행상황과 남은 일정을 점검해봤다.
■ 1세부과제를 설명한다면
1세부과제인 ‘마이크로 열 네트워크기술개발’은 기존 열 네트워크(지역난방, 광역망)와 연계되지 않은 독립된 소규모 열 네트워크에서 복수의 열에너지 프로슈머간 열거래 기술을 실증하는 연구다. 실증을 위해서는 실증대상 사이트가 있어야 하는데 마침 에너지기술연구원 연구팀이 과학기술정보통신부의 지원으로 신재생 및 미활용 열에너지를 이용해 에너지자립단지를 구축한 진천 친환경에너지타운사업을 수행했기 때문에 이를 실증단지로 제안했다.
실증단지에서 열에너지를 공급받고 있는 공공건물은 모두 6개인데 이중 서전고 등을 복수의 열에너지 프로슈머로 선정해 열거래 기술을 실증하는 연구다.
■ 과제의 진행상황은 어떠한가
기존 친환경에너지타운에서는 통합제어관리실에서 각 공공건물로 단방향 열공급이 이뤄졌다. 친환경에너지타운 내 서전고를 또 하나의 열에너지 프로슈머로 전환시키기 위한 배관 수정작업이 1차연도에 진행됐다.
2차연도인 2019년에는 열거래를 위한 제어방법과 제어기기 등이 설치돼 열거래를 모사하는 실증운전을 수행했다. 난방기간 동안 20일과 냉방기간 동안 16일 등 총 36일간 실증운전이 이뤄졌다.
이 기간 중 통합제어실의 태양열시스템과 지열 및 하수열 히트펌프에서 생산된 열을 일방적으로 공급하던 방식에서 벗어나 서전고의 흡수식 히트펌프에서 생산된 냉온열을 공공건물로 공급하는 실증운전을 수행했다. 이러한 실증운전을 통해 복수의 열에너지 프로슈머간 열거래에 대한 기반기술을 확보할 수 있었다.
■ 함께 참여한 기업들의 성과는
1세부과제는 주관기관인 에너지기술연구원 외 △연세대 △위지트에너지 △공항시설관리 등 3개 기관이 참여했다.
연세대는 실증단지에서 생산되는 각 공공건물의 부하에 대한 빅데이터를 활용해 실시간 에너지 수요예측 및 공급자원 평가를 수행함으로써 열거래의 스케줄을 제시하는 연구를 수행하고 있다. 위지트에너지는 열거래 제어 및 운용을 위한 관제시스템 구축을 담당하고 있다. 이들의 연구결과는 3차연도부터 적용돼 열거래 운용에 활용할 예정이다.
공항시설관리는 신재생에너지 전문기업이면서 한국전력에서 인증한 축냉설비 전문기업이다. 과기부 친환경에너지타운 사업부터 참여해 진천 친환경에너지타운은 물론 열거래를 위한 열 네트워크 실시설계를 수행한 기업이다.
이들 참여기관은 계획된 연구내용을 충실히 수행하고 있으며 관련기술에 대한 노하우를 축적하고 있어 연구과제 진행에 큰 기여를 하고 있다.
■ 실증단지의 건물·설비 운영상황은
진천 친환경에너지타운은 2014년 대통령 지시로 수행된 범부처사업인 친환경에너지타운사업의 과기부 시범사업이다.
정부지원금 105억원과 지자체 부담금 30억원을 이용해 지역단위에서의 에너지자립을 실현한 실증단지다.
제로에너지주택·건물 등에 대한 실증사례는 많았지만 신재생 및 미활용에너지를 융복합 이용해 지역단위 제로에너지화를 이룬 첫 사례라고 할 수 있다.
설치된 설비는 태양열 집열기 1,800m²와 계간축열조 4,000m², 지열 및 하수열원 히트펌프 150RT, 태양광발전 800kW급 등이다.
이러한 신재생에너지설비를 통해 생산된 열 및 전기에너지를 이용해 연간 약 600MWh의 열부하와 800MWh의 전력부하를 갖는 6개 공공건물에 에너지를 공급하고 있다. 진천 친환경에너지타운사업의 가장 큰 장점은 에너지설비를 구축하는 데 그치지 않고 그후 2년 이상의 실증연구를 통해 관련 데이터수집은 물론 이를 통한 최적설계 및 제어기술을 확보할 수 있었다는 점이다. 이는 타 유사사업과의 가장 큰 차별성이다.
■ 과제에 따른 기대효과는
프로슈머간 열거래는 열에너지의 효율적 이용에 도움을 줄 뿐만 아니라 에너지신산업 창출에도 기여할 전망이다. 건물의 에너지설비는 최대부하에 대응할 수 있도록 설치됐다. 그러나 최대부하는 연중 며칠에 불과하기 때문에 대부분의 설비는 부분부하 운전을 하게 되고 이에 따른 설비비 및 운전비용 손실은 불가피한 실정이다.
만약 건물간 에너지거래가 가능하다면 고효율(고성능) 에너지설비를 갖고 있는 건물에서 생산된 에너지를 인근 건물로 판매하고 특정건물의 부하가 증가하면서 점차 에너지를 판매하는 건물이 늘어날 수 있다.
이 경우 필요한 에너지는 고효율설비에서 생산된 에너지를 순차적으로 이용할 수 있어 에너지의 효율적 이용이 가능하다.
또한 에너지설비를 갖출 수 있는 여건이 충분한 건물은 플러스에너지건물이 될 것이며 여기서 생산된 에너지를 인근건물에 판매해 수익을 창출할 수 있다.
수요자는 여러 에너지공급자들을 비교해 자신에게 적절한 에너지공급방식을 채택함으로써 에너지비용을 낮출 수 있는 기회를 얻게 된다. 에너지수요자는 기존 한국전력공사와 한국지역난방공사에서 일률적인 단가로 일방적으로 공급받던 에너지수요공급체계에서 상품을 고르듯 여러 에너지공급자를 비교검토해 자신에게 적절한 에너지공급방식을 선택할 수 있게 되는 것이다.
■ 남은 일정 및 계획은
올해 3차연도에는 참여기관이 개발한 열공급 스케줄과 제어관리시스템을 적용해 열거래 실증운전을 수행할 예정이다.
또한 4차연도에는 본 사업의 3세부 과제에서 개발하고 있는 통합에너지 거래플랫폼을 적용함으로써 도시단위 에너지그리드 상 공급 및 거래에 대한 신기술을 실증할 예정이다.
또한 올해는 진천 친환경에너지타운 내 신축되는 진천군 육아종합지원센터를 또 하나의 열에너지 프로슈머로 전환하는 작업도 수행할 예정이다. 진천군의 협조에 감사하며 진천 친환경에너지타운이 신재생 및 미활용에너지를 이용한 국내 최초의 에너지자립 커뮤니티를 넘어 미래에너지신산업인 열거래를 실현하는 최첨단 실증단지로 전환하는 데 총력을 기울일 예정이다.
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