한국에너지기술평가원은 6월19일부터 21일까지 용평리조트에서 개최된 대한설비공학회(회장 최준영) 하계학술발표대회 특별세션으로 ‘제1회 에너지수요관리기술개발사업 기술공유회’를 개최했다.
좌장 임승빈 한국에너지기술평가원 실장은 “이번 기술공유회를 시작으로 지속적으로 과제를 발표하며 의견을 듣는 자리를 마련할 예정이다”라며 이번 설명회 취지를 소개했다.
6월20일 오전세션에는 ‘산업용 1,000RT 대온도차 히트펌프시스템 핵심기술 실증·운영기술 개발 연구과제’를 진행하는 △아진피앤피(3세부) △엘지전자(1세부) △힉스프로(2세부) 등 과제 책임자들이 발표했다.
이번 과제는 총 3개 세부과제로 구성된다. 제1세부는 대용량 히트펌프를 개발하며 제2세부는 히트펌프 요소기술 개발을 진행하고 제3세부에서 실질적인 히트펌프시스템 건조공정 실증·평가를 진행한다.
히트펌프시스템 건조공정 실증
아진피앤피는 현장에 대한 각 세부과제를 통해 개발된 대용량 히트펌프와 요소기술을 바탕으로 히트펌프시스템 건조공정 실증을 진행중이다. 설계에 필요한 여러 가지 개발인자를 제공하며 이에 따라 세부 설계가 차질없이 진행될 수 있도록 기반을 구축하고 있다.
김진두 아진피앤피 대표는 “국내·외 폐열회수를 통한 에너지절감시스템 사례조사·현장방문을 통해 폐열회수 히트펌프시스템 적용사례를 조사하며 제지산업 공정 에너지절감 기술검토를 통한 실증적용대상을 구체화하고 있다”라며 “공정현장 파악을 통한 시스템 적용사이트 확립작업도 진행중이다”라고 밝혔다.
대기·수질환경 등 현장환경분석도 진행중이다.
김 대표는 “수질환경 분석 결과 수질에 따라 열전달기술이 변동될 수 있다는 결과가 도출돼 여러 가지 측정장비를 설치해 수질변화를 측정 중”이라며 “후드배기 폐열에너지 현황을 파악하기 위한 시스템 개발과 측정이 이뤄지고 있으며 협의를 통해 히트펌프 부하변동폭을 줄일 방법에 대한 기초데이터를 수집중”이라고 전했다.
아진피앤피는 한국기계연구원과 폐열 배출현황 분석과 건조공정 및 통합시스템 해석 등을 진행했다.
김 대표는 “건조공정 및 통합시스템 해석을 진행해 각각에 들어가는 스팀유량을 정확히 측정함으로써 정확한 데이터를 찾기 위한 시도를 진행하고 있다”라며 “폐열을 모두 활용한다면 사용하는 에너지의 35~40%는 바로 공급할 수 있도록 전략을 세울 수 있는 획기적인 시스템을 구축할 수 있을 것”이라고 기대했다.
승압설비는 히트펌프가 산업에서 일반적으로 쓰는 최적의 고온스팀을 만들지는 않기 때문에 잠열을 끄집어낸 열을 어떻게 처리할 수 있는지가 중요하다.
김 대표는 “TVR(Thermal Vapor Recompression)·MVR(Mechanical Vapor Recompression) 등 여러 형태를 검토중이다”라며 “향후 경제성·운영성을 고려한 승압설비를 어떤 형태로 구축할지 선정할 예정”이라고 말했다.
아진이앤피는 한국기계연구원과 히트펌프 MVR 연계시스템사이클 해석 등 히트펌프 열원온도 유지를 위한 축열조 개념을 설계하며 히트펌프 응축기 열원온도에 따른 성적계수(COP)분석을 통해 100℃ 전후에서 통합COP가 최대임을 알아냈다. 또한 서울대학교와 대온도차 히트펌프 특성을 분석하고 판형열교환기해석모델을 검증 중이다.
1,000RT급 대용량히트펌프 개발
이기욱 LG전자 팀장이 ‘대용량 대온도차 히트펌프 핵심기술 개발’을 주제로 다음 발표를 이어갔다.
이 팀장은 “2050 탄소중립으로 나아가기 위해 신재생 전기에너지를 사용하는 시스템이 핵심이다”라며 “산업공정에서 기존 화석연료를 연소하는 방법에 대한 대안은 산업용 히트펌프가 가장 현실적”이라는 점을 언급했다.
LG전자는 이번 연구를 통해 Low GWP 냉매와 무급유압축기를 적용하는 1,000RT 대용량·70℃ 대온도차 히트펌프를 개발하는 것을 목표로 난방능력이 3,500kWth 이상이며 COP가 3인 히트펌프를 설계하고 있다.
냉매는 GWP10 이하인 R1233zd를 사용해 무급유 베어링·고온공을 목표로 냉매특성을 고려해 압축기 소형화를 위한 리턴채널 최적화 설계 등 압축기 상세설계를 진행했다.
LG전자는 압축기 구조 상세설계 및 내압강도 안정성을 확보하고 압축기 회전속도 범위를 설계하고 있다.
이 팀장은 “압축기 저압부는 40℃ 승온시험을 진행해 시험용 저압부 압축기 제작 및 성능평가를 진행했다”며 “고효율 임펠러 운전범위를 넓게 해 신뢰성을 확보하고 있다”고 전했다.
압축기 고압부는 자기베어링 부품 재질 특성을 고려해 고온 갭 센서 특성해석· 신경망 제어연구를 바탕으로 갭센서 몰딩을 만들었다.
이 팀장은 “갭센서기술을 개발해 고장을 해결하기 위한 자기베어링을 개발함으로써 압축기 고부하 및 서지를 감지헐 수 있으며 기기가 망가져도 자기베어링 전류를 이용해 회전체 서지를 감지할 수 있는 기술”이라고 말했다.
히트펌프 요소기술 개발
힉스프로는 고온스팀제조용 히트펌프를 적용해 실제사이즈 응축기와 증발기를 만들고 습증기·물판형열교환기 등을 개발중이다.
힉스프로는 한국생산기술연구원과 습공기·물열교환기 성능평가에 쓰인 기존 습공기와 물 열교환기 시험을 실시했으며 고려대학교와 터보히트펌프용 증발전열관과 응축전열관을 개발했고 응축기·증발기용 물펌프 유량을 최적할 예정이다.
정 대표는 “올해부터 힉스프로와 함께한 한국냉동공조인증센터는 산업용 히트펌프 국내외 표준안에 대해 살펴보고 있으며 내년에는 산업용 히트펌프 표준화 완전개발을 진행할 예정”이라고 밝혔다.
좌장 임승빈 한국에너지기술평가원 실장은 “이번 기술공유회를 시작으로 지속적으로 과제를 발표하며 의견을 듣는 자리를 마련할 예정이다”라며 이번 설명회 취지를 소개했다.
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