전력을 이용한 열에너지 생산‧저장과 열 네트워크 최적화를 통한 수요관리기술 개발이 실증을 전제로 추진된다. 건물 내 열에너지 사용 비중이 50% 이상을 차지하며 전기압축식 히트펌프를 이용한 열에너지 전기화 추세가 가속되고 있어 주목받고 있다.
한국에너지기술평가원은 ‘2024년 에너지기술개발사업 신규 연구개발과제’로 ‘열․전기 저장시스템 기반 건물군 열에너지 수요관리 기술개발 및 실증’ 연구과제를 공고했다.
정부는 2027년까지 건물부문에 대해 370만TOE 절감을 목표로 제로에너지 신축건물 확산 가속화정책과 분산에너지 활성화 정책을 추진한다. 건물단위 재생에너지 활용확대에 따라 수요와 공급의 밸런스를 고려한 열에너지 저장(TES: Thermal Energy Storage) 중심의 섹터커플링(P2H) 설계와 사용자 수요패턴 예측결과에 대응하는 공급제어 운영기술이 필요한 때이다.
기존 보급된 전력부하 평준화용 TES가 출력제어에도 대응할 수 있는 기술개발 및 적용방안이 필요하며 2050 탄소중립을 위한 녹색건축 활성화정책 추진에 맞춰 재생에너지와 에너지저장을 연계한 에너지 네트워크최적화로 에너지자립률을 제고해야 한다.
이에 따라 추진되는 이번 R&D는 건물 내 에너지 수급 밸런스와 히트펌프를 이용한 열에너지의 전기화 추세를 고려해 TES 기반 열 네트워크를 구축하며 1년 이상 실증연구를 통해 분산에너지 활성화 및 출력제어에 대응할 수 있는 수요관리 핵심기술을 확보하는 것이 목표다. 5곳 이상에서 총 500kWe 이상 집합 수요자원을 대상으로 하는 피크전력 감소와 출력제어 대응 TES 및 열 네트워크 실증 및 제도 연계 방안을 연구한다.
구체적인 연구내용은 △분산에너지 활성화를 위한 양방향 열 네트워크 최적화 기술개발과 실증 △출력제어 대응 잉여전력 활용 열에너지 생산‧저장‧운용기술 개발과 실증 △분산에너지활성화 특별법 발효 및 VPP시장 개설에 따른 유연성 자원으로서 가용용량 평가와 향후 시장 시나리오에 따른 편익 분석 등을 포함한다.
상용화된 에너지설비들이 대상이기 때문에 구성 설비에 의한 기술적 문제는 없으며 출력제어 상황을 모사하는 실증운전이 가능하므로 해당 지역이 아니여도 무관하다.
그러나 재생에너지 포함 에너지설비와 열 네트워크 및 축열시스템 구축 비용이 과다할 경우 구축된 시스템을 활용할 수 있는 실증사이트 제시가 필요하다.
또한 제도부재로 인한 실증대상 건물 소유주 또는 사용자 참여 확대를 위한 보상방안 및 제도 검토, 규제 해결방안 검토가 필수이며 고밀도 축열재 개발 시 화학적‧물리적으로 안전한 소재인지 사전 확인을 해야 한다.
필요 요소·제반기술은 △재생에너지 설비와 TES 기반(B_ESS 포함) 열 네트워크 설계․구축 기술 △출력제어 대응이 가능한 지능형 양방향 열 네트워크 실시간 제어 기술 △원격제어 기반 건물군 열 네트워크용 수요관리 플랫폼 및 auto-DR 관제 기술 △부하관리 외 출력제어 대응 기능을 포함하는 기존 건물용 TES 운용 기술 및 유연성 자원으로서 가용용량 평가 기술 △고밀도 축열을 위한 축열재·축열조 설계와 축열시스템 운영관리 기술 등이다.
이번 과제는 연구개발 과제별 안전관리계획을 제출해야 하며 적정하지 않다면 지원을 제외한다. 5∼60℃의 냉·온수를 취급하며 펌프 등 회전기기가 많은 시스템이 대상이므로 이에 대한 안전관리 규정을 준수해야 하며 고밀도 축열을 위해 PCM을 사용할 경우 부식성 및 안전성과 내구성 등에 대한 사전 점검 및 확인을 해야 한다.
이번 R&D는 45개월 이내 기간으로 진행되며 총 정부지원 연구개발비는 160억원 내외로 1차연도에 30억원 내외가 지원된다. 주관연구개발기관은 기업이 담당해야 하며 중소‧중견기업의 참여가 필수다.
전력을 이용한 열에너지 생산‧저장과 열 네트워크 최적화를 통한 수요관리기술 개발이 실증을 전제로 추진된다. 건물 내 열에너지 사용 비중이 50% 이상을 차지하며 전기압축식 히트펌프를 이용한 열에너지 전기화 추세가 가속되고 있어 주목받고 있다. 
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