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대성히트펌프, 제주형 그린하우스 표준모델 개발

지열·태양광 융복합…삼부기업·KRAAC·KTL 참여


국내 건물용 및 가정용 지열 보급에 앞장서온 대성히트펌프(대표 유지석)가 열분야 신재생에너지 보급 불모지인 제주도에 신재생에너지융합 그린하우스 표준모델을 개발한다. 이번 모델개발은 에너지기술평가원으로부터 수주받은 ‘신재생에너지를 융합한 제주형 그린에너지 하우스 표준모델 개발’ 사업 일환으로 진행된다.  

개발기간은 2018년 10월부터 2021년 9월까지 36개월간이며 대성히트펌프가 주관기관이다. 참여기관은 지열에서 가장 중요한 제주형 지중열교환기를 개발하는 제주 토속기업인 삼부기업, 지중열교환기 및 히트펌프 성능 및 표준을 담당할 한국냉동공조인증센터(KRAAC), 태양광모듈 성능인증을 담당하는 한국산업기술시험원(KTL) 등이다.

대성히트펌프의 관계자는 “제주의 경우 Carbon Free Island Jeju by 2030 프로젝트가 추진되고 있으나 대부분 풍력과 태양광으로 보급될 뿐 지열에너지의 보급은 전무한 실정”이라며 “제주도의 지하수법과 지질 및 지형의 특성을 종합적으로 고려한 지열 냉난방시스템의 설계 및 시공기술 개발은 국토의 신재생에너지 균형발전에 없어서는 안될 꼭 필요한 이슈”라고 밝혔다. 

신재생 보급 미진한 제주도 
국내 신재생에너지보급량은 전국적으로 태양광 450만kW, 지열 98만kW가 보급돼 있지만 제주에는 태양광 12만kW(3%), 지열설비 8,944kW가 설치돼 있어 설치비율은 각각 3%, 0.9%에 불과한 상황이다.  

제주도는 기후변화에 대응하고 에너지자립을 위한 저탄소 녹색성장모델인 ‘Carbon Free Island Jeju by 2030’ 프로젝트 추진을 통해 청정에너지 및 온실가스감축 관련 기술개발, 설비보급, 인프라 구축 등 다각적으로 노력하고 있다. 

그러나 일부 신재생설비의 경우 지리적 환경, 관련법 등으로 보급에 제한적인 요소가 발생하고 있다. 특히 제주도는 지열을 활용할 수 있는 최적의 지질(현무암) 및 환경(국내 최대 연강수량)에도 불구하고 지열시스템의 보급성장률이 내륙지역(연간 10%)에 비해 매우 낮은 상황이다. 

이는 지역특성에 적합한 지열시스템 기술개발의 부재와 함께 지하수 관련법으로 현재 지열시스템을 적용하는데 한계가 있다. 이는 결국 지열+태양광 신재생융복합시스템 적용이 현실적으로 힘든 상황이다.  

또한 제주형 신재생 융복합시스템의 표준, 제도, 정책적 부재로 인해 제주도 기후 및 지형에 적합한 신재생에너지의 단위기술, 에너지의 융복합 및 통합솔루션 기술 개발이 이뤄지지 못하고 있다. 특히 제주도의 지열 보급률이 매우 낮은 것은 내륙에서는 보급단계에 있는 ‘신재생 그린에너지 주택보급사업’이 제주도에는 모델 조차도 개발돼 있지 않기 때문이다. 

이에 따라 제주지역 신재생 융복합시스템의 보급 확대와 신재생에너지 기본계획 목표달성을 위해 정부주도의 연구개발 및 실증투자가 반드시 필요한 상황이다. 이에 따른 제주도 지하수법, 지질 및 지형 특성 등을 종합적으로 반영한 제주도에 적합한 지열 냉난방시스템 설계 및 시공기술 개발을 통해 ‘제주형 그린하우스 표준 모델’ 개발이 시급한 실정이다. 

지열공 1개로 다주택에 열원공급 

이번 기술개발은 하나의 천공에 20RT 이상의 대용량 지열원과 태양광발전이 융합해 여러 가구에 열원 및 전력을 공급하는 시스템으로 시공비절감, 에너지효율 상승 등 기존 기술대비 매우 혁신적인 시스템이 될 것으로 기대된다. 



대성히트펌프의 관계자는 “현재 내륙에 보급되는 주택용 신재생에너지시스템은 여러 공의 지중열원을 하나의 주택으로 공급되는 지열시스템과 태양광시스템을 개별 또는 융합형태로 보급하는 시스템이었다”라며 “그러나 제주형 그린에너지하우스 신재생융합시스템은 하나의 지열원시스템에서 다주택으로 공급되는 지열시스템과 태양광이 융합된다는 측면에서 기존 시스템과의 차별성을 가진다”고 강조했다. 

지열히트펌프 1대로 급탕과 난방, 냉방과 급탕을 공급해 별도의 냉방과 급탕의 추가시설이 불필요할 뿐만 아니라 기존 지열시스템의 경우 난방용 버퍼탱크가 필요하나 이번에 적용될 시스템은 인버터기술을 적용해 버퍼탱크 없이 직접 난방코일에 열을 공급, 난방함으로써 설치비 및 효율을 증대하는 것이 이번 기술개발의 핵심이다.

또한 제주지역의 지하수법을 준수하면서 지열공 1개에서 20RT 이상의 열량을 얻을 수 있는 제작 및 설치가 용이한 지중열교환기를 개발하고 염분을 포함하고 있는 해풍과 바람이 강한 제주의 특성을 반영한 모듈 및 설치기준을 개발하게 된다. 

특히 기존 그린에너지하우스에 없던 IoT를 기반으로 적산전력계, 지열시스템용 열량계, 통신장치를 활용해 빅데이터 취득 및 분석이 가능한 시스템을 구축해 통합 모니터링이 가능한 스마트 솔루션을 개발하는 것이다. 이를 통해 소비자가 언제, 어디서나 제품의 상태를 쉽게 확인하고 조작할 수 있을 것으로 보인다.

연중 영상의 기온 및 다습한 제주도의 기후특성에 따라 에너지 사용량 등 제주도의 환경적, 기후적 요인에 따른 주택에너지(전기 및 열) 소비패턴을 분석해 제주 맞춤형 그린하우스 에너지관리, 적정 냉난방온도, 습도환경 및 급탕을 위한 소비절감형 설계가 가능할 것으로 기대된다.

개발되는 대용량 제주형 지중열교환시스템은 제주의 상위 지하수와 간접적으로 열교환하는 시스템으로 내륙에 적용되는 개방형시스템에 비해 설치가 용이하고 지중열교환기의 사후관리가 가능해 지중열원에 대한 데이터의 신뢰성을 향상시킬 수 있을 것으로 전망된다. 

이로써 개발된 기술은 제주 전 지역에 고루 분포된 고용량 지열에너지를 활용해 그린하우스뿐만 아니라 리조트, 호텔, 공공건물, 시설원예 등에 적용될 수 있어 기존 기술대비 매우 다양한 기능적 확장성을 가질 것으로 예상된다.

대성히트펌프의 관계자는 “제주의 경우 육지와 달리 매우 엄격한 지하수법이 적용되고 지열공 굴착의 경우도 화산섬의 특성으로 육지와 다를 수밖에 없어 어떻게 최적의 비용으로 지열 및 태양광을 효율적으로 보급하는가가 이번 과제의 가장 중요한 핵심”이라며 “이번 과제를 통해 제주에 신재생열에너지보급이 확산돼 제주가 신재생 전기뿐만 아니라 열분야에서도 많은 혜택을 누릴 수 있는 계기가 됐으면 한다”고 밝혔다.