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[현장탐방] 한강홍수통제소

친환경 건물로 탈바꿈, 수열E 보급 선도모델 기대
100RT 수열E 시스템 적용 E·CO₂ 저감 실현


환경부(장관 한화진)의 수열에너지 시범사업을 통해 설치된 수열에너지시스템이 선도모델로써 향후 수열에너지 보급확산에 역할을 수행할 것으로 기대된다.

환경부의 수열에너지 시범사업은 2020년부터 추진됐으며 △한강홍수통제소(광역원수 활용) △한강물환경연구소(북한강 활용) △인천 종합환경연구단지(아라천 활용) 등 총 3곳에 대해 진행됐다. 

이중 한강홍수통제소는 지난 2021년 4월 준공된 첫 사례로 1년6개월이 지난 현재까지 안정적으로 운영되고 있다. 원수인입공사는 2021년 2월 시작됐으며 4월 시운전까지 약 3개월 미만의 공사가 진행됐다. 

한강홍수통제소는 여름철 홍수를 과학적으로 관리하고 생활용수, 공업용수, 농업용수 등의 효율적인 배분을 통해 홍수와 가뭄피해를 예방하는 환경부 소속기관이다. 수문관척, 정보통신기술, 전산시스템을 통해 수위, 강수량, 유량 등을 조사, 분석하고 홍수 및 가뭄을 예보하는 한편 상하류의 적정한 물배분을 통해 안정적인 물공급을 실현하고 있다. 

수질오염없는 친환경E ‘수열’ 
수열에너지는 해수, 하천수, 하수, 댐저장수 등 물과 대기의 온도차를 이용해 냉난방에 사용하는 친환경에너지다. 냉방 시 건물 내 열을 물로 방출해 실내온도를 낮추며 난방 시에는 물에서 열을 회수해 난방을 공급하는 원리로 작동한다.

수열에너지를 통한 냉방 시 압축기는 기체상태의 냉매를 고온·고압으로 압축하고 이 냉매는 응축기에서 수열을 이용해 액화되며 응축열을 방출하면서 온도가 낮아진다. 액화된 냉매는 증발하며 주변열을 흡수해 냉방을 공급하고 증발되며 다시 압축기로 돌아가게 된다. 

수열에너지는 열원으로 활용되는 물이 순환하는 △열교환기 △팽창탱크 △환수펌프 등 순환계와 획득한 열을 냉난방에 활용하는 사용계가 물리적으로 분리돼있어 수질오염 우려가 없는 것이 특징이다. 

지난 2019년 하천수가 신재생에너지원으로 인정되면서 많은 관심을 받고 있다. 또한 지난 8월 하천수에 대한 보정계수 1.3이 신설됨에 따라 보급기반이 마련된 바 있다. 

서울시 서초구에 위치한 한강홍수통제소에 적용된 수열에너지시스템의 규모는 100RT로 50RT급 수열히트펌프 2대가 적용됐다. 이를 통해 기존 한강홍수통제소의 연간 냉난방 용량 200RT 중 100RT 친환경 에너지로 공급함으로써 CO₂ 85톤을 저감하는 효과를 얻을 수 있을 것으로 기대된다.

수열에너지를 통해 생산된 냉난방에너지는 지하 1층, 지상 5개층으로 구성된 한강홍수통제소의 지상 전층에 공급되고 있으며 주요공급범위는 △정보관리실 △정보통신실 △스마트워크센터 △수자원정보센터 △예보통제과 등이다. 

이는 실별 직원 상주여부 및 활용도에 따라 산정된 것이다. 한강홍수통제소는 광역원수(한강)를 활용하기 위해 270m의 관로를 구축했다. 

한강홍수통제소 수열에너지시스템을 구성하는 주요장비는 △50RT급 수열히트펌프 2대 △1차 수열순환펌프(원수, 1,260LPM×13M×2.7kW, 1대) △2차 수열순환펌프(대류, 620LPM×15M×3kW, 2대) △냉온수 순환펌프(470LPM×33M×7.5kW, 2대) △판형열교환기(349.4kW, 1대) △팽창탱크(100ℓ) △부동액탱크(400ℓ) △이물질분리기(222m³/h) 등이다. 

기존 흡수식대비 경제·환경효과 확실
한강홍수통제소는 기존 200RT규모 흡수식 냉온수기가 있었으나 노후화로 인한 운전 및 유지관리비용 상승이 골칫거리였다. 흡수식 냉온수기 운전을 위한 냉각탑 및 냉각탑 펌프운전대비 수열에너지의 광역상수 가압펌프운전을 통해 약 70%의 운전비용을 저감할 수 있게 됐다. 

평상시에는 100RT 규모 수열에너지시스템이 작동하며 냉난방부하 피크시에는 기존 흡수식 냉온수기가 보조열원으로 활용되고 있다. 

또한 흡수식 냉온수기는 증발 및 비산에 따라 냉각수를 주기적으로 보충해야 했으나 수열에너지시스템은 보충이 필요하지 않아 비용이 발생하지 않는다. 특히 냉각수 입구 운전가능 온도를 2~35℃로 설계했으며 20~25℃ 범위로 유지되는 여름철 한강의 특성에 따라 고효율로 운전할 수 있어 에너지절감을 실현했다. 

다만 여름과 겨울 온도차가 큰 우리나라 특성상 겨울철 광역원수의 최저 수온이 평균 2℃ 수준으로 원수측 열교환기 동파가능성이 있으며 원수배관을 통해 공급되는 광역원수의 수온이 낮아 성능저하 우려가 있다. 

이를 해결하기 위한 방안으로 원수배관과 히트펌프 사이에 부동액을 적용해 최대 -2℃까지 시스템이 운영될 수 있도록 검토하고 있다. 

이와 함께 열원을 광역원수로 사용한다는 특성상 발생할 수 있는 이물질 유입을 예방하기 위해 원심분리형식의 이물질분리기가 적용됐으며 이를 통해 안정적인 운영을 실현했다. 에너지절감 등의 효과와 함께 공간 및 환경적 효과도 우수하다. 

기존 시스템대비 수열에너지시스템은 지상에 설치되는 설비가 적어 지상공원화, 옥상녹지화 등 공간활용도가 높은 것이 특징이다. 또한 냉각탑이 필요하지 않아 냉각탑에서 발생하는 백연으로 인한 민원이 없으며 라지오넬라균 우려가 없고 열섬효과가 없는 등 환경적 효과도 입증했다.