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 수처리공정 시 수온저하에 따른 공급압력 증가를 방지하고 미생물서식에 적합한 적정온도를 유지시키는 데 필요한 에너지사용을 줄이기 위한 연구다.
특히 겨울철 수온하강으로 인해 전력 및 LNG 사용량이 증가하는데 수열에너지를 활용해 이러한 에너지비용을 줄일 수 있다. △막여과 플랜트 적용을 위한 수열에너지시스템 개발(20RT) △방류수 폐열을 이용한 농축폐수 승온시스템 구축(20RT)이 진행된다.
1과제는 한국수자원공사(K-water)가 주관해 △실증플랜트 운영 및 데이터분석 △수처리시스템 운영기술 개발을 맡는다. 참여기업인 지엔원에너지는 △에너지소비 절감 수열에너지히트펌프시스템 개발 △파일럿플랜트 운영 및 최적제어시스템 개발을, 대한공조는 △히트펌프시제품 제작, 파일럿플랜트 설치 △에너지절감 분석 고효율 운전기술 개발을 담당한다. 명지대는 공동연구기관으로서 △수열활용에 따른 막여과 공정, 폐수처리공정효과 분석 △막수명연장 효과연구 △SBR공정효율 평가를 수행할 예정이다.
IDC 프리쿨링시스템 개발
2과제인 ‘수열원활용 프리쿨링(freecooling)형 공기조화시스템 개발’은 데이터센터(IDC: Internet DataCenter) 에너지사용량의 폭발적인 증가에 대응하기 위해 연중 저온열원의 안정성을 보유한 댐심층수를 활용, 데이터센터 운영비용의 큰 비중을 차지하고 있는 냉각부하를 감당하는 것이다.
이번 과제에서는 소양강댐 심층수를 활용한 프리쿨링 공기조화시스템 실증단지(100RT급)를 구축해 향후 강원도에서 추진될 춘천 수열에너지 융복합클러스터의 기술적 기반을 마련한다.
2과제 역시 K-water가 주관하며 △수열원 공급방식 및 사용방식 △테스트베드 심층수온 조사 및 분석 △하천수 열원 취수시스템 수질조사 및 결과분석 등을 맡는다. 참여기관인 신성엔지니어링은 △100RT급 온도적응형 열교환설비시스템 설계 및 구축 △수열원 활용 프리쿨링형 냉각설비 실증적용 △실증단지 구축·시험 및 결과분석 등을, 후로스는 △수열원 설비상태 통합모니터링시스템 개발 △이물질 부착방지를 위한 방오기술 개발 △취수시스템 유지관리 방안 및 운영기술매뉴얼 작성 등을 수행한다. 한밭대는 △에너지분석을 위한 Lab Scale 모델구축 및 성능비교분석을 진행할 예정이다.
수열 통합설계플랫폼 구축 3과제인 ‘수열에너지 활용 통합설계플랫폼 구축 기술개발’은 하천수 등 수열원의 온도분포를 파악하고 예측모델을 개발한다.
주거용건물, 호텔, 데이터센터, 병원 등 다양한 건물의 부하모델을 분석하고 수요처별 건물, 열네트워크, 집단지역별 수열원히트펌프시스템 설계도구를 개발한다. 수열원 활용에 따른 온도영향 분석 및 이격거리 검토 등 환경평가도구 개발 및 수열에너지시스템의 제로에너지건축물도입 평가 설계프로그램 적용방안을 연구한다.
3과제는 주관기관인 한밭대와 서울과학기술대가 전공정 수열원히트펌프시스템을 세부기관과 공동개발하고 △하천수 수온상승 예측툴 개발과 환경영향을 고려한 잠재량 산정방법 도출 △제로에너지하우스 건축물프로그램 등록 등을 담당한다. 협동연구기관인 부산대와 고려대는 △전 공정 수열원히트펌프 모델링툴 개발 △맞춤형 수열원히트펌프 모델링 개발 △경제성평가 툴인 LCC툴과 환경영향평가툴인 LCCP툴 개발 등을 담당한다.
수처리공정 에너지절감 개발
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