한국에너지기술연구원은 4월14일 경북 포항시 북구에 위치한 동서네 농장에서 농림축산식품부의 지원사업인 ‘태양열 계간축열 열공급시스템 실증설비’ 준공식을 개최했다.

이날 행사는 양진혁 농림식품기술기획평가원 선임연구원, 이경호 에너지연 책임연구원, 정재용 세한에너지 상무, 박종일 에스앤지에너지 대표, 한상훈 동서네 농장 대표 등이 참석했다.

총괄책임자인 이경호 에너지연 책임연구원은 인사말을 통해 “농식품부와 많은 분들의 도움으로 태양열과 같은 기술이 시설원예분야에 상용화될 수 있도록 해야겠다는 마음가짐으로 연구에 열심을 다했다”라며 “기후변화 적응형 작물로 아열대 작물이 적합하다고 생각했으며 수익성 등을 따져봤을 때 아열대 작물이 난방 위주이기 때문에 태양열기술을 공급할 수 있는 실증을 해야겠다고 판단했다”고 말했다.

이어 “부지가 연약지반이라서 기초 말뚝공사가 필요했으며 △평판형 집열설비 △진공관형 집열설비 △히트펌프시스템 △장·단기축열조 △온실 내부 난방용팬코일 유닛 △얕은 지중축열 △운영제어시스템 등이 결합된 대규모 사업이었다”라며 “농장주께서 난방을 효율적으로 운영해 사업에 적극 참여해주신 덕분에 히트펌프와 태양열설비의 가능성을 다시 한 번 확인할 수 있는 사업이었다”고 강조했다.

사회를 맡은 실무담당자인 주홍진 에너지연 선임연구원은 사업을 간략하게 소개했다.

주 선임연구원은 “본 사업의 목적은 농산업 현장에서 생산가능한 친환경 신재생에너지를 안정적으로 생산·소비할 수 있는 시스템 구축을 목적으로 갖고 있다”라며 “현재 이 설비는 2020년 4월29일부터 2023년 6월30일까지 39개월 동안 난방실증을 진행 중”이라고 밝혔다.

이어 “산·학·연 컨소시엄 형태로 구성된 이번 사업은 태양열 계간축열 열공급 시스템 구현으로 난방에너지공급 100% 실증 및 아열대작물 에너지비용절감형 산업화 모델 제시를 목표로 한다”라며 “에너지기술연구원이 주관하고 세한에너지, 에스앤에너지, 대전대학교, 경북농업기술원이 참여했다”고 말했다.

설비소개는 실증설비와 온실의 각 책임자가 담당했다. 특히 태양열 계간축열 열공급시스템이 어떻게 가동되고 있는지와 농장주 입장에서 본 실증설비효과 설명이 주로 이뤄졌다.

꿈의 실온 18℃ ‘달성’ 

태양열 계간축열 열공급시스템을 설계한 한광우 에너지연 선임연구원은 “이번 시스템은 간단하게 설명하자면 태양열을 여름과 가을 동안 모아서 겨울과 봄에 에너지를 사용하는 설비”라며 “계간축열조는 용량이 350톤 정도이기 때문에 겨울과 봄 동안 사용할 수 있는 에너지를 저장할 수 있다”고 설명했다. 

이어 “특히 이번사업은 열공급이 온실전체에 고르게 돼 온실 내 사각지대 없이 생육이 잘 됐다”라며 “보통 신재생에너지를 활용하면 온실 내부온도를 18℃로 맞추는 것을 ‘꿈의 온도’라고 부르는데 이번 실증설비는 야간에 18℃를 유지했을뿐만 아니라 계간축열조에서 온도를 낮추는 설비를 거쳐 히트펌프를 활용해 에너지 효율을 5배 높이는 성과를 거뒀다”고 밝혔다.

이와 함께 히트펌프 도입으로 태양열설비의 규모를 줄여 설비가 차지하는 면적을 줄여 비용절감의 효과도 있었다.

열효율 최적화·비용절감 등 일석이조 ‘히트펌프’

한광우 선임연구원의 설비 전반에 대한 간략한 소개에 이어서 주홍진 선임연구원의 자세한 소개가 있었다. 

주 선임연구원은 “기계실이 330m2(100평) 정도 되는데 350톤 탱크가 가장 많은 공간을 차지한다”라며 “탱크에 50cm 정도되는 단열재를 적용했으며 100톤짜리 버퍼탱크를 함께 사용해 350톤 계간축열조에 모인 에너지를 온실에 공급하기 전 가공하는 역할을 한 공간에서 이뤄지도록 했다”고 설명했다.

이어 “버퍼탱크는 바로바로 열공급을 하기위함과 비용절감을 위해 단열 두께를 얇게 했으며 인버터펌프를 활용해 온실로 공급할 수 있도록 했다”라며 “히트펌프에서도 열을 끌어다 쓸 수 있는 펌프와 평판형 태양열 집열설비, 진공관형 집열설비, 판형 열교환기가 기계실에 함께 설계돼 있다”고 전했다. 

특히 판형 열교환기는 태양열 집열기로부터 획득한 열을 계간축열조에 공급하는 역할을 해 계간축열조에 열을 공급하는 핵심역할을 하고 있다. 또한 열비환기 설치를 통해 태양열 에너지를 버퍼탱크에도 공급할 수 있도록해 효율을 더욱 높였다.

원격농업 핵심설비 ‘모니터링시스템’

주홍진 선임연구원은 센서와 모니터링시스템에 대한 소개를 이어 나갔다. 특히 모니터링시스템은 에너지연과 대전대학교가 협업한 결과물로 향후 발전가능성이 높다.

주 선임연구원은 “실증설비에는 약100여개의 온도센서와 유량계 전력량 센서 등이 설치돼 있다”라며 “센서들을 통해 모니터링 화면에 실시간으로 데이터가 전송돼 현 상태와 문제, 솔루션 등을 알 수 있다”라고 밝혔다. 

이어 “대전대학교에서 구축한 고장진단 알고리즘이 포함돼 있는데 태양열 시스템에 문제가 생기면 연구진들에게 문자 메시지를 보내도록 구축이 돼있다”라며 “계속 시스템 운영을 하지 않아도 모니터링을 할 수 있어 농민 분들께 더 많은 편리함을 제공할 수 있다”고 설명했다.

태양열·지중축열 ‘결합’

이경호 책임연구원은 태양열에너지와 함께 지중축열을 함께 적용했음을 소개하며 히트펌프까지 함께 사용됐을 때 에너지효율이 기존대비 5~6배 높음을 강조했다.

이 책임연구원은 “태양열 집열설비와 함께 500톤 규모의 지중축열시스템도 지하에 구축을 했다”라며 “지중열은 깊은 천공을 통해 뽑아 히트펌프와 결합해 사용을 많이 하는데 계간축열조의 열획득량이 용량을 초과하면 지중축열조에 열을 공급해 열을 저장했다가 겨울에 열을 뽑아서 쓰는 구조로 수축열탱크와 지중열탱크를 동시에 사용하고 있다”고 말했다.

이어 “지중열교환기라는 안전창치로 열을 보관하면서 모을 수도 있는 개념과 히트펌프가 복합적으로 사용되는 기술은 향후 발전가능성이 무궁무진하다”고 밝혔다.

온실 속 병충해 예방·인력효율화 ‘히트펌프’

안영섭 에너지원 선임연구원은 온실에서 아열대 작물의 최적화된 재배환경을 만들기 위해서는 냉난방공조의 히트펌프가 중요함을 강조했다. 

안 선임연구원은 “기계실에서 따뜻한 온수가 만들어지면 배관을 통해 온수가 들어오는데 이를위해 총5개의 어레이가 있다”라며 “어레이별로 온도센서가 있어서 각각 평균온도를 재고있는데 18℃로 맞춰놓으면 어레이들이 각 부위별로 난방을 한다”고 전했다.

이어 “밤이나 추울때는 난방으로 18℃를 맞추며 낮이나 더울때는 차가운 바람이 나와서 18℃를 유지한다”라며 “팬코일유닛이 여름에 온도를 유지하는 장치인데 한라봉 온실에만 30개 있어 각각 어레이 별로 많게는 7개 적게는 4개가 설치돼 있다”고 설명했다.

이와 함께 팬코일유닛은 바람을 일으켜 만감류의 꽃잎을 떨어뜨려 곰팡이병을 예방하는 효과도 있다. 온실에서 팬코일유닛은 작물생산량 향상에 핵심역할을 하고 있다. 

난방비 절감·생산량 향상 농가 만족도 ‘최상’

한상훈 동서네 농장 대표는 “한라봉·천혜향 온실탐방 가이드를 하며 태양열 계간축열설비를 설치한 후 전기요금 절감효과를 체감했다”고 말했다. 특히 만감류는 온도에 민감해 겨울철에도 일정한 온도를 유지하기 위해 난방을 사용해야 하는데 히트펌프를 사용하면 겨울철 유류비 절감과 여름철 전기요금 절감에 눈에 띄는 효과가 있었다.

한 대표는 “지난 겨울은 등유 보일러로 난방을 한번도 안하고 등유 보일러를 사용한 것보다 더 많은 꽃을 피우게 만들 수 있었다”라며 “히트펌프를 활용하면 온실 전체에 따뜻한 바람이 골고루 퍼지기 때문에 비용절감과 온실 내 사각지대 해소에 많은 도움이 된다”고 밝혔다.

이어 “에너지효율도 등유로 18℃로 유지할 수 있는 난방기는 이번 설비가 유일하다”라며 “원래는 새벽 1시에 나와서 온도체크를 통해 난방온도를 조절했어야 하는데 모니터링시스템을 통해 모바일로 체크가 가능하며 문제가 생기면 SNS로 내용이 오기 때문에 안심할 수 있어 좋다”고 전했다.

이와 함께 한 대표는 “태양열 계간축열설비의 초기비용이 비싸다는 점”을 지적하며 “정부에서 이와 관련된 자금 지원정책이나 대단위 농장을 타겟으로 한 시장확대를 주도해야 한다”고 대책마련을 촉구했다.