장한기술은 신재생에너지기반 축열냉난방·열교환시스템을 개발해 지속가능한 에너지기술을 선도적으로 보급하고 있다. 밀폐식팽창탱크, 부스터펌프, 판형열교환기, 냉난방 순환펌프, 축열시스템 등 다양한 요소기술을 바탕으로 하이드로닉스와 열에너지연계·에너지믹스 최적화 관련기술을 보유하고 있다.
이번 과제 세부과제 연구책임자인 박형준 장한기술 상무를 만나 컨소시엄 소개와 기술개발 방향 등을 들었다.
■ 과제 참여배경은
우리나라는 2050 탄소중립 목표달성을 위해 재생에너지자원 발굴과 복합활용기술 개발을 통한 에너지전환기술·AI기술 확보를 중요한 국가과제로 삼고 있다.
이러한 기술과 시장흐름 속에서 높은 활용가능성이 있는 수열에너지와 HVAC 지능화는 그동안 외면됐던 경향이 있다.장한기술은 이번 과제를 통해 수열원을 포함한 다양한 열원을 통합해 에너지믹스와 수열에너지 안정적 운영을 지능화함으로써 우리나라 탄소중립에 기여하고자 과제에 참여했다.
■ 담당역할과 개발방향은
장한기술은 세부과제 ‘동절기 저수온수열원대응 안정적 운영과 AI기반 시스템 최적운영 기술개발’ 주관기관으로서 역할을 수행한다.
세부과제에서는 수열열교환시스템 동결예방기술과 겨울철 안정성·성능향상을 위한 재생에너지믹스·축열조연계 열원보상 기술뿐만 아니라 에너지공급과 수요예측을 진행한다.
또한 현장데이터를 기반으로 고효율운전·최적운영·유지관리가 가능한 다중시스템 AI기반 최적제어기술을 확보하고자 한다.
하천수나 정수 등 수열원은 대기온도에 영향을 받으며 겨울철 수온이 낮은 경우 열교환기 내부 동결발생으로 충분한 난방용량 확보에 어려움이 있다. 겨울철 난방용량 확보와 수열시스템효율유지를 위한 지열과 태양열 등 다른 재생에너지와 에너지믹스, 축열조 열원공급 등 대응기술을 개발하고 수열원공급·수열히트펌프 부하운전·축열조 활용 등을 고려한 다양한 운전제어가 가능한 제어시스템 개발기술을 확보하고자 한다. 이를 통해 열에너지 수요·수열원특성 예측에 기반한 안정적이며 고효율인 중앙제어 운영기술을 개발할 것이다.
이번 과제는 기술개발에 그치지 않고 기술을 검증하고 실증 후 상용화 기술을 확보하는 것이 목표다. 이를 위해 총괄과제 주관기관인 에너지기술연구원과 공동연구개발기관인 한국수자원공사(K-water) 및 수요기관과 협력체계를 구축하고 있다.
■ 개발될 주요기술을 소개하면
먼저 겨울철 수열원 열교환기 동결예방 솔루션기술이다. 겨울철 5℃ 이하 수열이용 시에도 열교환기 동결우려가 없도록 동결생성 감지와 제거운전 등을 통한 솔루션을 개발할 예정이다.
또한 ‘재생에너지 연계 복합열원 저장 및 활용기술’로 겨울철 사용안정성을 향상하며 성능향상을 위한 재생에너지를 연계해 복합열원 축열조 최적화 기술개발을 실시한다.
AI 기반 고효율 운전 및 최적운영기술개발을 통해 에너지공급과 수요예측을 실시할 예정이며 현장데이터를 기반으로 고효율 운전·최적운영과 유지관리가 가능한 다중시스템 AI기반 최적제어 기술을 확보하고자 한다.
■ 연도별 과제진행 계획은
2027년까지 예정된 1단계에서는 △열교환기 동결예방기술 △재생에너지·축열연계 동절기 성능 향상 방안 △AI기반 최적운전·성능분석기술에 대한 검증·고도화를 계획 중이다.
2단계에는 검증이 완료된 △열교환기 동결예방 기술 △재생에너지믹스 이용 동절기 안정성 향상기술 △AI 기반 최적제어기술을 실증건물을 대상으로 운영하며 상용화를 진행할 계획이다.
■ 수열기술개발 주안점은
수열에너지시스템 성능을 개선하며 효율을 향상하기 위해 다중시스템 AI기반 제어모델을 개발할 때에는 안전한 에너지 데이터관리와 실시간 시뮬레이션을 위한 경량화된 현장기반 실시간 운영 프로그램이 필요하다.
또한 수열히트펌프 주요 운영데이터를 AI기반 알고리즘으로 분석해 성능저하와 고장을 예측해 시스템 신뢰성을 높이는 기술을 확보하고자 한다.
수열시스템의 겨울철 난방운전의 동결·열교환기 오염물 축적을 감지하며 효과적으로 시스템을 운전하기 위한 AI기반 예측·대응 기술 검증에 주력하고자 한다.
■ 과제 성공 핵심은
개발기술 검증과 실증현장에서 안정적인 운영이다. 기술적 측면에서는 요소기술을 통합하는 것이 중요하며 다양한 수열원을 실 건물과 연계해 목표성능을 달성하는 것이 중요하다.
특히 수열동결위험이나 수질이슈가 검증·실증단계에서 충분히 해결될 수 있도록 운영제어시스템을 구축해야 한다.마지막으로 세부과제 공동연구개발기관과의 소통과 총괄과제 공동연구개발기관·수요기관과 연계협업도 중요한 요소다.
■ 이번 과제를 통한 기대효과는
수열원을 포함한 다양한 열원을 통합해 에너지믹스와 수열에너지 안정적 운영을 지능화해 우리나라 2050 탄소중립 목표달성에 기여하고자 한다.
과제 수행기간동안 에너지믹스를 활용한 에너지효율 향상, 동절기 수열원시스템 안정성 강화, 수열원과 지열 등 재생에너지 열원을 이용한 히트펌프시스템의 AI기반 지능형제어시스템 보급활성화 등을 기대하고 있다.
또한 대규모건물의 냉난방을 안정적으로 운영하는 기술을 확보해 서울과 같은 도시의 주요열원으로 수열에너지가 자리잡아 ‘탄소중립, AI, 에너지전환’이라는 미래형 HVAC의 한 축이 되기를 기대한다.
■ 마지막으로 하고 싶은 말이 있다면
장한기술은 기술과 시장변화 흐름을 놓치지 않고 남들보다 앞선 기술제품을 선보이는 것을 목표로 하고 있다. 모두가 망설일 때 가장 먼저 도전하는 퍼스트 펭귄(First Penguin) 정신을 유지해 국가 탄소중립 목표달성을 위한 기술을 지속적으로 개발할 예정이다.