한국에너지기술연구원 재생에너지연구소 신재생열융합연구실은 태양열기술 연구와 신재생에너지 기반의 열융합 연구를 통해 에너지 기술개발 및 성과확산에 기여하고 있다. 주요 연구분야는 태양열 집열, 축열, 활용기술 및 신재생 열융합연구다. 

주요 연구 주제는 △비용효율 향상을 위한 태양열에너지 핵심 요소기술 △다양한 신재생열원과 히트펌프 등 고효율 열공급시스템과의 융복합 △신재생열기반 융복합시스템의 열관리 및 축열제어 △제로에너지(플러스에너지) 주택/건물/커뮤니티 및 도시를 위한 핵심 열공급기술 △태양열 등 간헐적 신재생열원의 안정적 공급 및 전력 등 에너지 수요관리 대응을 위한 열에너지 저장(축열) 기술 △재생열기반 스마트팜 △해수담수화 및 산업 공정열 △태양열발전 플랜트 및 태양연료용 열화학싸이클 등이며 태양열 집열기 및 온수기에 대한 KS인증 성능시험을 수행하고 있다. 

에너지기술연구원 에너지네트워크연구실은 열에너지저장시스템(TESS) 관련 연구로 현열축열방식인 대수층 계간축열(ATES) 기술을 활용한 융복합 에너지팜 연구를 진행하고 있다. 또한 차세대 열저장기술로 장기간 저장에도 열손실이 거의 없는 열화학 열저장 연구와 동절기 차가운 자연냉열을 효율적으로 확보해 초고단열 지중 축냉시스템에 저장했다가 하절기 온실냉방에 사용하는 계간 축냉 및 진공단열재(VIP) 기반 온실 냉방기술도 개발하고 있다. 

신재생열융합연구실은 부산 EDC 어반테크하우스에 열거래를 위한 복합 및 분산형 스마트 허브축열시스템을 개발하고 있다. 이는 신재생 및 미활용에너지를 포함한 다양한 열원에서 생산되는 열에너지를 저장했다가 복수의 열에너지의 프로슈머간 양방향 열거래를 지원하는 스마트 허브축열시스템을 개발하는 것으로 신재생 및 미활용에너지이용 도시단위 대용량 허브축열시스템 개발 및 실증, 열에너지 프로슈머간 양방향 열거래를 지원하는 허브축열시스템 개발 및 실증, 도시열부하 및 다중 수열원 기반 에너지통합 플랫폼 연계기술 개발 및 실증이 진행된다. 

또한 부산 EDC스마트빌리지에 ‘저탄소 에너지고효율 건축기술 개발’ 과제 일환으로 탄소 에너지공유 플랫폼기술 개발, 전력 및 열복합에너지시스템을 포함한 에너지공유 커뮤니티 구축기술도 개발, 적용할 계획이다.  

수열냉난방 및 재생열 하이브리드시스템 기술개발 및 실증 과제에도 참여하고 있다. 열원의 온도특성에 상관없이 냉난방에너지를 공급하기위해 열원믹스 기술을 적용한 하천수 열원이용 하이브리드 냉난방시스템기술을 개발, 실증해 성능평가 체계를 구축하는 과제다. 이를 위해 △안정적인 효율 확보를 위한 하천수 열교환기술 △친환경 냉매이용 수열원 하이브리드시스템 설계·구축, 운영기술 △시험평가 기반 구축 및 기술표준·인증체계·설치시공기준 △하천수 취수 및 이송관로 설계, 구축 및 운영기술 등을 개발하고 있다. 

또한 재생에너지 출력제한을 이용한 P2H시스템 과제에도 참여한다. 이번 과제는 변동성 재생에너지 출력제한과 과전압 해소 등 전려계통 유연성 제고로 전력공급의 신뢰성, 안정성 향상 등 전기의 품질을 유지하고 열에너지 중심의 전환-저장-활용시스템 구축 등 섹터커플링기술을 개발한다. 이를 위해 △친환경 멀티소스 열원 하이브리드시스템 △P2H기반 고효율 열생산 및 저장기술 △P2H기반 열에너지 공급 및 소비네트워크 기술 △출력제한 대응 P2H 플랫폼 및 표준화 기술 등을 개발할 계획이다. 

특히 냉난방공조를 필요로하는 원예시설에서 재생에너지이용을 통한 경영비용 절감을 위해 계간축열식 태양열설비와 지열히트펌프를 융복합 이용하는 에너지생산 저장 및 관리시스템 구축과 실증을 위한 ‘에너지자립형 온실 구현을 위한 재생에너지융복합 시스템’을 푸르메 여주팜에 적용, 실증하고 있다.  

건물부문 온실가스 감축을 위한 신규 및 리모델링시장 진입기술 확보를 위한 난방 급탕에너지소비량 감소 30% 달성을 위한 ‘건물일체형 태양광열시스템(BIPVT)을 위한 잠열축열 및 허브축열시스템’도 개발해 에너지기술연구원 KPEC(KIER Plus Energy Community)에 적용했다. 

에너지네트워크연구실은 농업에너지 자립형 산업모델 기술개발사업 실증사업으로 ‘융복합(대수층 계간축열, 바이오설비, 수열히트펌프) 에너지 생산･관리 및 실증모델 구축’ 사업을 진행 중이다. 새로운 온실 에너지공급모델을 제시하는 것이 목표인 이번 과제를 통해 기존 개방형 지열방식대비 에너지이용효율이 높은 계간축열기능을 더하고 지역 실정 맞춤형 하천수열 및 바이오설비(목재펠릿보일러)를 융복합화한 새로운 방식의 온실에너지 공급모델이 될 것으로 기대된다.   

에너지기술연구원은 TESS 실증사례로 다수 보유하고 있다. 충북혁신도시에 구축된 진천친환경에너지타운에는 태양열집열기(1,600m²), 히트펌프(50RT(175 KW) 3대), 연료전지(10kW) 등 3개 열원과 계간축열조(4,000m³), 심야축열조(200m³) 등 2대의 축열조가 적용돼 있다. 

분석결과 계간축열조와 연계된 태양열시스템으로부터 약 63%의 난방 및 온수급탕 열원이 직접 공급했으며 남은 열로 히트펌프의 저온열원으로 활용해 만든 에너지까지 포함하면 약 80%의 열에너지(약 480MWh)를 공급하고 있다. 부족한 열에너지는 지열과 하수열을 열원으로 이용하는 히트펌프를 통해 공급하고 있다. 여름철 냉방기간 중에는 냉수를 생산해 고등학교를 제외한 5개 공공건물의 냉방열원으로 활용하고 있다. 또한 상대적으로 전기료가 저렴한 심야에 히트펌프를 가동해 생산된 냉·온열을 축열조에 저장했다가 주간에 공급함으로써 전력부하를 평준화하는데 크게 기여하고 있다.

한국중부발전 제주화력본부에서 방류되는 온배수를 활용해 시설온실에 냉온수를 공급하기 위한 300RT(150RT×2대)용량의 발전소 온배수 이용 수열원 히트펌프시스템도 구축, 운영되고 있다. 이를 통해 2018년 하절기에 수행된 냉방운전을 통해 약 3km의 원거리로 열원을 이송하는 기술을 검증했으며 원격 모니터링 등 온배수 이용 시스템의 신뢰성을 입증했다.

건설기술연구원 환경공생빌딩에 적용된 신재생에너지 하이브리드 열공급시스템은 태양열(994m3), 지열히트펌프(25RT 2대), 연료전지(10kW), 태양열축열조(40m3), 지열/연료전지배열 축열조 10m3로 구축됐다. 이는 도심지역의 신재생열에너지 공급을 위한 2종 이상의 하이브리드 열공급시스템을 개발했다는 의미가 크며 전기분야에 치중된 신재생에너지 보급을 열분야에 확대, 적용하는데 기여할 것으로 기대되는 실증현장이다. 

특히 4세대 저온지역난방과 연계기술로 개발돼 연중 안정적인 열공급 및 신재생열 이용율 제고를 위해 태양열-지열-연료전지 등을 복합 활용하는 신재생융복합 기술 및 장기 열저장기술 개발이 핵심이다.