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태양광열 해수담수화 신시장 개척 ‘기대’

신재생융합 활용, 중동지역 1,000톤급 실증시험 추진



신재생에너지 융복합이 강조되고 있는 현 시점에서 태양광·태양열을 동시에 사용해 신시장을 개척하는 해수담수화 기술이 화두가 되고 있다.

한국태양에너지학회(회장 송두삼)은 4월4~5일 개최된 ‘2019 한국태양에너지학회 춘계학술대회’에서 태양광열 해수담수화 기술을 주제로 한 4개 발표가 진행됐다. △고집광 태양광열 병합발전 해수담수기술(이상돈 디에코에너지 연구소장) △고집광 태양광열 해수담수 플랜트의 설계개념(박창대 한국기계연구원 책임연구원) △태양광열 해수담수 플랜트의 중동지역 사업 조사현황(박헌균 온테스트 실장) △통합진단시스템 구축을 위한 인공지능 기반 연구동향 분석(오효근 경희대 학생) 등이다.

이번 기술은 열병합발전을 이용해 전력수급이 어려운 섬에 전기·열·담수를 동시에 공급하거나 담수를 얻기 힘든 중동지역 등에 수출해 그동안 존재하지 않았던 새로운 시장을 개척할 수 있다는 점에서 높은 평가를 받고 있다.

이상돈 디에코에너지 소장은 ‘고집광 태양광열 병합발전 해수담수 기술’ 발표를 통해 중동시장 진출을 위한 신재생에너지 해수담수화 융합기술개발을 목표로 진행해온 ‘신재생에너지 해수담수화 기술’을 소개했다. 이를 통해 태양광열시스템의 기술동향과 이러한 기술이 해수담수화에 어떻게 사용되는지 제시하고 전남 완도에 추진 중인 10톤급 시범시스템과 중동지역에 설치될 1,000톤급 실증시험에 대해 설명했다.

신해담 기술은 전기가 들어오지 않고 물이 필요한 바닷가 인근의 사막 또는 도서지역에서 담수를 만들 수 있으며 필요한 담수량 및 전기량에 따라 RO, MD, MED를 적절히 선택 및 조합해 사용할 수 있는 기술이다. 신재생에너지인 고집광 태양광·태양열 에너지만을 사용해 1일 1,000톤의 담수를 톤당 3.3kWh의 세계 최저 에너지로 생산할 수 있다. 지난 2월 완도 화흥포 일대 간척지에 해삼양식장을 조성하는 현판식을 개최했으며 해수를 이용해 매일 담수 10톤을 생산하는 시범시스템을 설치, 시운전할 예정이다. 

이상돈 소장은 “향후 중동지역 실증시스템 부지를 확정하고 현지 환경에 맞는 신재생에너지를 고려한 전략을 검토할 예정”이라며 “또한 전력, 담수, 토지, 환경 등 개발기술의 현지사정에 따른 다양한 사업화전략 및 경제성을 검토할 것”이라고 말했다.

박창대 한국기계연구원 책임연구원은 ‘고집광 태양광열 해수담수 플랜트의 설계개념’을 설명했다. 

최근 물 부족에 대한 우려가 전 세계적으로 나타나고 있으며 2050년 이후에는 전 세계 인구 중 70억명이 물부족 현상에 직면하게 될 것으로 전망된다. 또한 외딴지역. 섬, 개발도상국 등 많은 지역에서는 식수와 전력망에 대한 부족현상이 나타나고 있다. 

하지만 현재 상업적으로 사용되고 있는 MSF, MED, RO 등 담수화기술은 많은 에너지가 요구되고 있어 지배적인 에너지위기 이슈와 환경적 효과에 대해 적절한 대응이 어려운 상황이다. 태양에너지, 풍력, 폐열 등 담수화에 사용되는 신재생에너지는 그리드를 기반으로 한 서로간의 경쟁구도가 만들어지고 있다.

이중 태양에너지는 깨끗하고 지속가능한 에너지로서 어디에나 존재하며 전 세계 에너지소비의 6,000배가량의 총량을 보유하고 있다. 이에 따라 고집광 태양광열 융합기술을 이용한다면 일일 1,000톤급 해수담수 플랜트의 개념설계를 개발해 기존의 담수화기술을 뛰어남는 경제성 확보가 가능하다. 

박창대 책임연구원은 “이번 기술을 토대로 중동국가를 포함한 다양한 지역에 최적화된 비즈니스 모델 개발이 요구된다”라며 “특히 다양한 지역에 최적화된 태양광열 담수플랜트의 설계플랫폼 개발을 위한 설계기반을 마련하고 물 및 전기의 수요량에 대응할 수 있는 중소용량 태양에너지 담수플랜트 설계기술도 개발돼야 한다”고 설명했다.

박헌균 온테스트 실장은 ‘태양광열 해수담수 플랜트의 중동지역 사업 조사현황’을 소개했다.

현재 중동지역 해수담수화 시장의 유력한 후보군으로는 사우디, 쿠웨이트, UAE, 카타르, 이집트 등으로 조사됐으며 각각 시장규모와 확장성, 개방성 등에 대한 특징이 존재한다.

이중 쿠웨이트는 입헌군주제이자 의회가 발달했으며 세계 5위 석유 수출국, 전력·물 과소비 국가라는 특징이 있다. 특히 급격한 개발 및 인구증가로 해수담수화기술의 필요성이 높은 상황이다.

KISR(Kuwait Institute for Scientific Research: 쿠웨이트 과학원)은 석유, 물, 에너지 및 건물, 환경 및 생명과학 등 4개 연구부서로 이뤄져있으며 Doha 담수화 연구소를 운영, 다양한 해수담수화 기술을 연구하고 있다.

KISR에서는 쿠웨이트 내 신재생에너지-해수 담수화 과제를 위한 현지 부지의 요구조건을 만족하는 부지제공이 가능한 상황이다. 이에 따라 KISR 내 Bur Gudhai, Shuwaikh 2곳 답사 후 각 장소의 장단점 비교가 필요하다.

박헌균 실장은 “상대방이 큰 관심을 갖고 있는 프로젝트 진행 시 성공 가능성이 높다”라며 “백지상태에서 시작할 경우 정책구조 상 느린 의사결정이 장애가 될 수 있지만 현재 진행중인 프로젝트와 연계할 시 진행속도가 올라갈 것으로 예상된다”고 말했다.

오효근 경희대 학생은 ‘통합진단시스템 구축을 위한 인공지능 기반 연구동향 분석’을 발표했다.

최근 세계적으로 다양한 산업에서 인공지능 기법적용이 활발히 진행 중이다. 특히 빅데이터에 기반으로 한 머신러닝 기술과 딥러닝 기술을 산업용 플랜트에 적용하기 위한 많은 연구들이 진행되고 있다.

신재생에너지 발전 담수 융·복합 플랜트의 통합진단시스템 개발에 앞서 기존에 존재하는 다양한 인공지능 기법, 프로그래밍 툴, 진단 시스템에 대해 소개했다. 최종적으로 기존 연구들의 분석결과를 종합해 서로 다른 통합진단 시스템을 상호 비교분석 후 최적의 신재생에너지 해수담수화 융합 발전 담수 플랜트를 위한 AI기반의 통합진단시스템 개발을 위한 개념설계를 제시할 예정이다. 

AI기법은 △머신러닝 37% △딥러닝 14% △스마트그리드 6%로 분석됐으며 이중 머신러닝은 2001년부터 최근까지 증가하는 추세로 나타났다. Tool은 △Matlab 29% △Rstudio 13% △C++ 8% △Python 8%로 분석됐다. 진단분야는 △예측진단 75% △에너지운영 및 관리 12% △기타 13%로 분석됐으며 AI 기반 예측기술 발달로 예측진단이 높은 비율을 차지한 것으로 분석된다. AI 적용대상은 △건물 34% △플랜트 19% △발전소 16% △기타 31%로 분석됐다. 플랜트와 발전소부문을 합쳐 산업용이 전체 비율의 35%를 차지하고 있어 통합진단시스템 적용이 적절할 것으로 예상된다.

오효근 학생은 “AI 기반 통합상태 예측진단시스템을 구축하는 것이 이번 연구의 목적으로 통합진단시스템을 위한 AI 기법, Tool, 진단분야 등을 알아보기 위해 최근 연구동향 분석을 실시했다”라며 “추후 연구에서는 AI 기술, 신재생 에너지, 담수플랜트 예측진단 기본 설계에 관한 연구를 진행할 예정”이라고 밝혔다.