한국에너지기술연구원(KIER)은 이번 과제 총괄주관기관으로 핵심적인 역할을수행하고 있다. 전체 기술시스템 방향을 설정하고 통합적 기술개발을 이끌며 실증과 정책연계를 유기적으로 연결하고자 노력하고 있다.

 

김종규 에너지기술연구원 신재생시스템실장을 만나 과제 개발방향 등을 들었다.

 

 ■ 컨소시엄을 소개하면
이번 과제는 수열에너지 변동성 대응과 효율적 활용을 위한 ‘대규모 중앙집중형 실증플랜트 기술’을 개발하고자 하는 국가 연구개발 과제다.

과제를 통해 건물부문 에너지절감과 탄소중립 실현을 위한 핵심인프라기술로서 수열원 변동에 대응할 수 있는 대용량 열에너지시스템 실증과 최적화 운영기술을 확보하고자 한다.

이러한 실질적이고 중장기적인 목표를 실현하기 위해 다양한 전문역량을 가진 기관들이 협력하는 형태의 대규모 컨소시엄을 구성해 기술개발부터 실증, 경제성평가와 제도화 연계까지 전 주기를 포괄하는 통합적 체계를 갖추고자 했다.

 

 ■ 과제 참여배경은
국내 에너지정책은 더 이상 전통적인 에너지자원에 의존할 수 없는 구조로 전환되고 있다. 이를 위해 다양한 재생에너지자원 발굴과 복합활용기술 개발이 중요한 국가 과제가 되고 있다.

 

이러한 흐름 속에서 수열에너지는 그동안 상대적으로 주목받지 못했지만 도시 내 안정적인 저온 열원으로서 높은 활용가능성을 가진 자원이다.

 

특히 수열원은 태양광이나 풍력처럼 간헐성이 심하지 않으며 일정한 온도범위를 유지할 수 있어 건물냉난방부문에서 효율적인 활용이 가능하다.이에 따라 도시단위 재생에너지 자립률을 높이는 데 매우 적합한 자원이며 온실가스 감축과 에너지복지 실현이라는 두 마리 토끼를 잡을 수 있는 전략적 대안으로 부상하고 있다.

 

에너지기술연구원은 그동안 에너지기술분야에서 다수 핵심기술 개발과 실증을 주도해 왔다. 특히 △히트펌프 △축열 △에너지시스템 통합·운영 제어기술 등 수열활용과 밀접한 기술역량을 다수 확보하고 있다.

 

이러한 기술기반을 바탕으로 수열원을 포함해 △지열 △하천수 △중수 △정수 등 다양한 열원을 통합한 에너지믹스모델을 구축하고자 과제에 참여했다.

 

 ■ 담당역할과 개발방향은
수열에너지는 수온과 수량 등 외부환경 영향을 많이 받는 재생에너지자원으로 단일기술보다 다양한 에너지기술융합이 요구된다.

 

에너지기술연구원은 열원·축열·부하를 연계하는 통합설계·운영제어기술을 중점적으로 개발하며 △AI기반 스마트 운전제어시스템 △고효율 다중열원 운전시나리오 △축열·히트펌프 최적운전기술 등을 중심으로 연구를 진행할 계획이다.

 

 ■ 연도별 계획은

과제수행기간인 5년간 2단계로 구성해 과제를 수행할 예정이다. 1단계인2027년 12월까지 △실증플랜트 시공 △시운전 △동절기 대응기술시험 등을 마칠 예정이다.

 

이를 위해 수열원과 에너지믹스기반 수열원시스템 운영시스템 제어로직 개발·검증과 실증시스템 운전성능 정밀계측방안 상세설계·성능측정방안을 수립할 예정이다.

 

 2단계에서는 △수열원·재생에너지믹스 △축열 △AI제어기반 대용량 수열시스템 신뢰성·성능검증기술 등을 개발한다. 에너지믹스와 AI 기반 수열실증시스템 장기운용·제어로직 개선·검증뿐만 아니라 측정불확도를 고려한 에너지믹스기반 수열실증시스템 장기성능 측정연구를 진행한다.

 

에너지기술연구원은 과제가 단순히 ‘기술구현’에 그치지 않고 △제도화 △표준화 △민간확산 등을 고려한 후속전략까지 설정하고 있다.

 

이를 위해 한국수자원공사(K-water), LH, 삼성물산 등 수요기관과 긴밀한 협력체계를 유지하며 실증결과를 기반으로 △표준모델 수립 △정책제안 △제도설계 방향성까지 반영하는 것을 목표로 한다.

 

 ■ 기술개발 시 주안점은
수열원은 하천수, 정수, 유출지하수 등과 같은 도시 내 저온수원을 의미하며 계절·시간대·기후에 따라 수온과 수질·수량 등이 지속적으로 변동한다.

이러한 물리·화학적 변동성은 △시스템안정성 △효율성 △내구성 등에 직결되는 중요한 요소다. 이에 따라 수열원의 다양한 특성에 능동적으로 대응할 수 있는 핵심요소기술 개발을 중점 추진할 계획이다.

 

 ■ 과제 성공에 있어 핵심은
이번 과제에서 구축될 초대형 수열 실증플랜트는 단순한 기술시험용 설비를 넘어 도심 대규모 건축물의 실질적인 냉난방을 100% 수열에너지로 담당하는 시스템으로 계획되고 있다.

과제성공 핵심은 개발된 기술이 실제 현장에서 안정적으로 작동하는 것이며 확산가능성과 제도적 수용성까지 확보되는 것이다.

먼저 기술적으로는 △히트펌프 △축열 △제어시스템 △수질모니터링 △운전알고리즘 등을 통합하는 것이 중요하다. 운영 측면에서는 다양한 수열원을 실제부하와 연계실증하며 전 계절 조건에서 성능을 검증하는 것이 무엇보다 중요하다.

특히 동절기 수열동결 위험이나 수질이슈 및 히트펌프 변동부하 대응 등 문제가 반복되기 때문에 이를 실증단계에서 충분히 해결할 수 있는 운영시나리오 구축이 필수적이다.

마지막으로 실증결과를 바탕으로 설계·시공·운전기준 표준화안을 마련하며 수열에너지설계 가이드라인과 같은 제도화 결과물까지 도출하고 수혜기관과 연계협업을 통해 민간시장 확산기반을 마련할 방침이다.

 

■ 이번 과제를 통한 기대효과는
수열원이라는 재생가능한 도시열원을 기반으로 대규모 건물냉난방을 안정적으로 운영할 수 있는 통합기술이 개발될 예정이다.이는 도심지 수열기반 에너지시스템 실현가능성을 보여주는 대표사례가 될 수 있다.

 

냉난방시스템으로 수열에너지를 활용한 도심형 건축물 확산의 출발점이 될 이번 실증플랜트를 기반으로 △설계기준 △운전매뉴얼 △정책 가이드라인 등이 마련돼 수열에너지의 민간확산과 제도화를 앞당길 수 있다.

 

이를 통해 향후 △공동주택 △공공건물 △상업건물 등 다양한 공간에서 수열에너지시스템 보급이 확대될 것으로 예상한다. 이는 곧 건물부문 △에너지절감 △온실가스 저감 △에너지복지 실현으로 이어지게 될 것이다.