농업은 기존 유목생활을 하던 인류가 고정적인 터전을 잡고 생활할 수 있는 기반을 마련하게 된 계기가 됐으며 생존을 위해 가장 중요한 산업으로 자리매김하고 있다. 농업은 현재까지 인력과 자연환경에 의존해온 산업이었다. 그러나 기후변화에 따라 가뭄, 폭우 등과 함께 온도환경의 변화로 작물생산의 안정성이 낮아지고 있다. 이에 따라 자연환경의 변화에도 안정적으로 농산물을 생산하기 위한 방안으로 시설하우스, 스마트팜 등이 확산되고 있으며 농업의 선진화가 진행됨에 따라 농업부문에서 소비되는 냉난방에너지가 증가하고 있다. 특히 우크라이나-러시아 전쟁으로 인해 식량 등 자원의 무기화가 진행되면서 식량안보 확보가 국가 주요과제로 부상하고 있다. 스마트팜, 시설하우스 등을 통한 식량자급률 제고가 시급해지면서 농업부문 에너지소비량은 지속 증가할 전망이다. 현재는 단순히 농업부문 에너지소비량 증가에 대응하기 위한 방안을 마련해야 할 뿐만 아니라 이를 탄소중립에 기여할 수 있는 방향으로 접근해야 한다. 또한 에너지안보가 대두됨에 따라 작물생산에 필요한 에너지를 최소화해야 한다. 이에 따라 정부는 2050년까지 농식품분야 온실가스 배출량 38% 감축을 목표로 설정하고 ‘농업·농촌 탄
아열대 과일의 생육환경을 조성하기 위해서는 하절기를 제외한 대부분의 기간에 난방이 필요해 높은 에너지비용을 부담해야 한다. 이를 극복하기 위한 방안으로 ‘태양열을 활용한 에너지 생산·저장·관리 실증모델 구축사업’이 추진되고 있다. 이경호 에너지기술연구원 신재생열융합연구실장은 아열대 과일 생육환경을 조성하기 위한 태양열에너지 활용방안에 대해 소개했다. 농업부문 태양열 활용방안 확보 기대포항시 홍해읍에 소재한 이번 연구의 실증대상지는 3,300m²(약 1,000평) 규모 아열대 과일농장이다. 온실에 적합한 태양열에너지 활용을 통해 아열대 과일 대상 난방중심 온실재배시설의 에너지절감방안이 도출될 것으로 기대된다. 특히 기존 태양열의 약점이었던 하절기 태양열집열기를 통해 생산되는 잉여열을 계간축열조에 저장하고 동절기 등 난방이 필요한 시기에 사용해 생산, 수요의 불일치를 해소할 수 있을 전망이다. 전체 시스템의 효율성을 제고하기 위해 지중축열과 온실 하부에 수직형 지중열교환기를 배치하는 방식을 적용했다. 실증대상지인 아열대 과일농장은 비닐온실로 국내 대부분의 시설원예설비가 비닐온실방식을 적용하기 때문에 기술개발이 완료된다면 전국 온실에 적용할 수 있을 것으로 전망된
지열에너지는 대규모 재배시설에 적용할 경우 우수한 경제성을 확보할 수 있어 현재까지 대규모 농가를 중심으로 적용돼왔다. 그러나 국내 재배시설 중 중소규모 온실비중이 압도적으로 높기 때문에 경제성을 갖춤과 동시에 중소규모 재배시설에 적합한 지열에너지 시스템을 개발하는 것이 중요하다. 윤영직 한국에너지기술연구원 에너지네트워크연구실 책임연구원은 ‘지열을 활용한 에너지생산·관리 실증모델 구축’에 대해 소개했다. 실제 부하 대응·열거래 실현국내 시설원예설비의 98%는 중소규모 비닐하우스이며 농가의 주요 에너지원으로 사용되는 농업용 전력은 생산원가 이하로 저렴하게 공급되고 있음에도 농가운영비 중 난방비 비중이 높은 상황이다. 이번 연구는 에너지연과 숙명여대 산학협력단과 함께 진행하는 과제로 에너지연은 열네트워크 구축, 분산형 열원기반 열에너지 거래모델, 스마트 열량시스템 구축 등에 대한 연구를 진행하고 있다. 또한 최적 난방열 공급을 위한 열그리드, 지열에너지, 축열설비 등의 시공·설치를 수행하고 있다. 실증대상은 파프리카온실과 양계장이며 각각 약 6,611m²(2,000평), 330m²(100평) 규모로 두 온실을 열그리드로 연결해 실증을 진행하고 있다. 파프리카온실
전 세계적으로 무탄소 에너지원으로 주목받고 있는 수소연료전지 중 발전효율이 가장 높은 고체산화물연료전지(SOFC)를 농업분야에 적용하는 방안을 마련하기 위해 ‘SOFC를 활용한 에너지생산·관리 및 실증모델 구축’ 과제가 추진되고 있다. 홍종은 한국에너지기술연구원 고온에너지전환연구실 선임연구원은 농업부문 SOFC 적용을 통한 에너지자립, 상생촉진방안을 소개했다. E자립·탄산시비 동시 해결실증대상지는 충남 부여군 소재 우듬지영농조합의 약 6,600m²의 시설 원예단지로 방울토마 토를 재배하고 있다. 공기열 히트펌프와 축열설비가 이미 적용돼있으며 히트펌프를 통해 생산된 냉온수를 축열조에 저장해 활용하고 있다. 현재까지 SOFC는 건물용이나 대규모 발전시설 구축에 주로 적용돼왔다. 그러나 타 수소연료전지대비 높은 효율과 함께 열을 생산할 수 있기 때문에 시설원예에 적합할 것이라는 의견이 지속 제기돼왔다. 이번 실증을 통해 농업 에너지생산의 고효율화를 실현할 수 있을 것으로 기대된다. 홍종은 선임연구원이 추진하고 있는 이번 과제는 SOFC시스템모델을 사업화해 친환경·고효율 On-Site 농업에너지 생산·소비자립형 시설원예모델을 실현하는 것을 목표로 하고 있다. 특히
태양열, 지열 등 신재생열에너지의 상호보완을 통해 안정적인 냉난방공급을 실현함으로써 스마트팜의 에너지자립을 달성하기 위한 ‘태양열, 지열 융복합 에너지생산·저장·관리 및 실증모델’ 과제가 진행중이다. 김민휘 한국에너지기술연구원 신재생열융합연구실 선임연구원은 태양열, 지열 융복합을 통한 에너지자립모델을 제시했다. 스마트팜 E자립률 80% 실현태양열, 지열 융복합 에너지생산·저장·관리 및 실증모델과제의 실증대상지는 지난 9월 준공된 1만3,200m² 규모 부지에 구축된 여주 푸르메 소셜팜이다. 토마토를 재배하는 스마트팜인 푸르메 소셜팜에서 사용되는 에너지의 80%를 신재생에너지를 통해 자체생산한다는 특징을 가지고 있다. 주요 신재생에너지설비로는 △태양열집열기 △PVT △지열시스템 △계간축열조(STES+BTES) △NTES(Night Energy Storage) 등이다. 우리나라는 동절기, 하절기간 온도차가 큰 기후특성에 따라 생산과 수요가 불일치하는 현상이 발생한다. 이를 극복하기 위해 계간축열조가 적용됐으며 안정성이 우수한 탱크축열방식과 비용이 저렴한 지중축열방식이 복합적으로 적용됐다.푸르메 소셜팜에 적용된 태양열집열기는 462m²로 이를 통해 생산된 열 28
열에너지, 목재펠렛보일러와 대수층 축열시스템(ATES)의 융복합을 통해 각 신재생에너지원의 단점을 보완해 안정적으로 화훼생장에 적합한 환경을 조성하기 위한 ‘ATES, 수열, 펠릿보일러 융복합 에너지생산·관리 및 실증모델 구축’ 과제가 3차연도를 맞이하며 성과의 가시화가 기대된다. 오정석 한국에너지기술연구원 에너지네트워크연구실 책임연구원은 농업부문 수열에너지 적용 가능성에 대해 소개했다. E생산 간헐성 극복…면세유대비 50% 절감실증대상지는 영산강 유역에 위치한 장미화훼단지로 약 3,300m² 규모의 연동형 온실로 구축됐다. 이번 과제를 통해 ATES, 수열에너지, 목재펠릿보일러 등 농가 에너지효율화에 기여할 수 있는 잠재력을 보유하고 있으나 확산되지 않아 활용이 미흡한 에너지를 기반으로 농가보급형 에너지자립모델을 마련할 수 있을 것으로 기대된다. ATES, 수열에너지, 목재펠릿보일러 기반 농가보급형 에너지자립모델을 적용할 경우 재배시설 운영비의 약 30~50%를 차지하는 에너지비용 부담을 덜고 분산형 에너지자립을 실현함으로써 기존 중앙집중식 에너지공급체계의 에너지수요관리의 한계를 극복할 수 있을 전망이다. ATES는 연평균 10~15℃를 유지하는 충적층,
동절기 차가운 대기를 활용해 딸기 등 저온성 작물의 연중생산을 실현하는 ‘계절간 자연냉기 저장·이용 기반 차세대 신재생 스마트 온실냉방기술’ 과제가 실적용을 앞두고 있다. 윤영직 한국에너지기술연구원 에너지네트워크연구실 책임연구원은 자연냉기를 효율적으로 저장할 수 있는 기술과 향후 추진계획에 대해 소개했다. 자가기포현상 적용 열교환장치 실증 예정하절기 높은 기온으로 인해 시설재배농가는 작물생육환경을 유지하기 위해 난방에너지대비 3배에 달하는 냉방에너지비용을 부담해야 한다. 이로 인해 하절기에 재배를 포기하는 경우가 빈번하게 발생하고 있다. 이번 과제는 전력소모가 거의 필요하지 않으면서 겨울철 차가운 공기로부터 냉열을 효과적으로 확보해 초단열 축냉조에 저장, 여름철 온실냉방에 사용하는 기술을 위해 추진됐다. 이를 통해 기존 냉방방식대비 에너지절감 및 온실가스 배출저감효과를 거둘 것으로 기대된다. 윤영직 책임연구원 연구팀은 최근 동절기 차가운 공기로부터 냉열을 효과적으로 확보할 수 있는 고성능·무동력 열교환장치 기술개발에 성공했으며 랩스케일 실증 및 파일럿 스케일 실증을 통해 우수한 성능을 입증했다. 기존 열교환장치 대부분은 내부 열전달매체가 물-물, 공기-공기
신재생에너지 적용에서 가장 큰 약점으로 지적되는 것은 계절에 따른 생산과 수요의 불일치다. 난방이 필요하지 않은 하절기 열생산이 가장 많이 이뤄지며 난방이 가장 중요한 동절기 열생산효율이 낮기 때문이다. 대안으로 열그리드가 주목받고 있으나 농촌 특성이 반영된 시스템이 부재한 상황이다. 윤시원 한국에너지기술연구원 에너지네트워크연구실 연구원은 ‘농촌형 에너지그리드 모델개발 및 적용평가 연구’를 주제로 농촌특성을 고려한 신재생에너지 기반 분산형 마이크로 에너지그리드솔루션에 대해 소개했다. 농가별 분산형 E그리드 실현농업부문 탄소중립을 달성하기 위해서는 재배시설에서 가장 많이 사용하는 에너지형태인 열을 태양열, 지열, 태양광 등 신재생에너지로 공급하는 것이 핵심이다. 계절에 따른 생산과 수요의 불일치를 해소하기 위한 방안으로 축열설비가 주목받고 있다. 또한 각 수요처에 분산형 발전원, 열원 등을 구축한다면 남는 에너지를 수요처간 거래해 신재생에너지를 효율적으로 사용할 수 있다. 이번 연구는 농가의 에너지자립뿐만 아니라 에너지저장 및 거래를 통한 효율적 에너지 사용을 실현하기 위해 추진되고 있다. 윤시원 연구원은 “현재 에너지그리드 구축이 진행되고 있으며 자연냉열,
애플망고, 만감류 등 아열대작물 시설원예온실의 난방부하를 신재생열에너지로 100% 공급해 실질적인 에너지자립을 실현하는 ‘미래형 스마트 시설원예용 신재생 융복합시스템 개발 및 실증사업’ 성과가 기대된다. 곽희열 한국에너지기술연구원 신재생열융합연구실 책임연구원은 태양열, 지열에너지를 활용한 시설원예 에너지자립모델을 제시했다. 태양열·지열 하이브리드 농업모델 마련이번 과제는 경북도 영천시가 추진하고 있는 3만6,727m² 규모 스마트팜 조성단지사업에 세부사업으로 추진되고 있다. 실증대상지는 8,000m² 규모로 이중 애플망고 재배시설은 2,818m², 만감류 재배시설은 2,112m²로 구성됐다. 실증대상지에는 태양열·지열히트펌프 하이브리드시스템이 적용됐으며 이를 통해 생산된 열은 아열대작물의 최적 생장온도를 유지하기 위한 유일한 난방원으로써 활용된다. 또한 스마트팜과 ICT기반 친환경에너지 융복합 기술접목을 통한 미래농업모델을 마련하고 선진농업인프라를 확보할 수 있을 것으로 기대된다. 시설원예에는 지열히트펌프가 주로 적용돼왔으나 난방중심 장기운전 시 지중온도가 하락하면서 성능이 저하되는 문제점이 빈번히 발생했다. 이와 함께 태양열만 활용하는 경우 난방부하에 대응
기후변화, 인구증가, 환경오염, 식품안정성, 푸드 마일리지 추구 등으로 인해 도시형 스마트팜시장이 급격하게 성장하고 있다. 다만 이는 도시의 전력소비 증가를 유발하기 때문에 장거리 공급에 따른 에너지손실이 지속될 것으로 보인다. 이에 따라 도시형 스마트팜의 에너지사용을 최소화하면서 안정적으로 운영할 수 있는 방안이 필요하다. 이경호 한국에너지기술연구원 신재생열융합연구실장은 ‘차세대 에너지저감형 도시스마트팜’ 연구를 통해 조명부하, 냉난방부하 최적화를 실현하고 있다. 초기투자비·E소비 절감 구현도시형 스마트팜은 신선한 식품을 빠르게 공급할 수 있으며 운반거리 축소에 따른 탄소배출을 줄일 수 있어 지속 성장할 것으로 예상된다. 도시형 스마트팜이 증가함에 따라 도시에서의 에너지소비 또한 증가하고 있다. 현재 도시형 스마트팜의 경우 광량, 온·습도 등 재배작물의 생육환경을 온전히 제어하는 식물공장형으로 구축되고 있으며 여기에 필요한 에너지를 전기로 충당하고 있다. 노지농업대비 도시형 스마트팜에서 사용하는 에너지는 800배에 달하는 것으로 나타났으며 경제성을 확보하기 위해서는 에너지소비와 초기설치비를 저감하는 것이 중요하다. 이경호 실장은 “도시형 스마트팜에서 사용되
“스웨덴은 2022년 UN의 지속가능개발목표지수 3위를 기록한 탄소중립 선도국으로 1990년에서 2017년간 스웨덴의 GDP는 50% 증가한 반면 탄소배출량은 26% 절감하는 등 경제성장과 탄소저감의 동시에 달성할 수 있다는 가능성을 입증했습니다“ 스웨덴은 탄소감축과 경제성장이 반비례관계에 있다는 논리를 깨고 탄소감축과 경제성장을 동시에 이뤄내며 글로벌 탄소중립 선도국가로 자리매김하고 있다. 특히 2045년 세계 최초의 화석연료를 사용하지 않는 복지국가를 목표로 설정해 이를 달성하기 위한 다양한 방안을 도출하고 있다. 또한 가스, 난방, 전기, 농업 등 22개 산업분야별 로드맵을 수립해 산업특성에 맞는 탄소중립 방향성을 제시한 바 있다. 스웨덴은 단순히 자국 내 탄소중립을 실현하는 것에서 나아가 글로벌 탄소중립을 위해 다양한 국가에 선도기술과 노하우를 공유하고 있다. 이러한 활동의 일환으로 지난해 5월 국내 최초의 외국계 민·관연합인 ‘한국+스웨덴 녹색전환연합’을 출범하며 한국의 탄소중립에 기여하기 위한 실질적인 활동을 펼치고 있다. 다니엘 볼벤(Daniel WOLVÉN) 주한스웨덴 대사를 만나 스웨덴의 탄소중립 성과와 한국의 탄소중립을 촉진하기 위한 스웨덴
태풍, 가뭄, 폭염, 폭우 등 전 세계적으로 기후위기에 대해 인식하고 이에 대한 대응방안으로 탄소중립을 강조하고 있다. 우리나라도 지난 여름 이상폭우로 인한 인명피해, 재산피해 등을 겪으며 기후위기의 심각성을 느끼며 탄소중립을 통한 환경보전의 중요성을 공감하고 있다. 현재까지 태양광, 풍력 등 신재생에너지 전력을 통한 탄소중립이 강조돼왔다. 그러나 글로벌 최종 에너지소비형태를 살펴보면 전체 에너지 중 열이 51%를 차지하고 있다. 열에너지 소비에 따라 발생하는 온실가스의 양은 전체의 40% 이상을 차지하고 있는 것이 현실이다. 우리나라 또한 최종 에너지소비형태 중 27%가량이 열에너지임을 감안하면 탄소중립을 위한 열에너지의 역할은 매우 크다. 특히 주요 에너지소비처인 건물 및 산업부문에서 열에너지 활용비중은 77% 수준으로 전력대비 3.3배 이상이기 때문에 이에 대한 방안마련이 시급하다. 정부도 열에너지부문 탄소배출 감축의 중요성을 인지하고 관련정책을 마련해야 한다. 최근 개최된 태양에너지학회 추계학술대회에서는 태양열 특별세션이 마련되는 등 태양열의 탄소중립 달성과 태양열산업을 육성하기 위한 방안이 논의됐다. 이번 기획을 통해 열에너지부문의 효율적인 탄소중립
태양열융합협회는 탄소중립정책에 부합하는 태양열산업의 기술혁신과 태양열에너지와 다양한 에너지원이 융합하는 편리한 열에너지 보급 확대에 노력하고 있다. 특히 제로에너지건물 등과 같은 미래 에너지사용 패러다임에 적합한 하나의 열에너지시스템을 공급받고자 하는 니즈에 적극 대응하기 위해 지난해 12월 한국태양열협회에서 한국태양열융합협회로 명칭을 변경했다. 권영호 한국태양열융합협회 회장을 만나 우리나라 탄소중립 달성을 위한 태양열의 역할과 향후 협회 운영방향에 대해 들었다. ■ 태양열의 중요성은 탄소중립을 실현하기 위해서는 전력부문의 신재생에너지 도입만으로는 불가능하다. 또한 효율적인 에너지사용을 간과하지 않아야 한다. 지난 2021년에 발표된 2050 탄소중립 시나리오에는 저탄소·청정에너지 보급에 관해 명시하고 있으며 냉난방 및 급탕 시 태양광, 지열, 수열 등 신재생열에너지의 사용비중을 확대하는 한편 지역난방에 연료전지, 발전소 폐열 등 청정열을 적극 활용한다고 명시돼있다. 아쉽게도 태양열에너지에 대한 직접적인 언급은 없으나 안전하고 효율이 우수한 태양열융합시스템의 열에너지공급은 건물부문 온실가스 배출량 감축에 지대한 효과를 보일 것으로 기대하고 있다. 시장에 공급
온실가스를 감축하기 위한 방안으로 에너지구조 개혁, 재생에너지의 확대가 이뤄지고 있다. 그러나 가변성 재생에너지로 인한 전력망 불안정성이 증가하고 있으며 출력제한도 빈번해지고 있다. 생산된 재생에너지를 효율적으로 활용하기 위해서는 유용성 자원의 필요성이 제기되고 있으며 이를 실현하기 위한 방안으로 에너지원간 섹터커플링이 주목받고 있다. 진태영 부연구위원을 만나 냉난방부문 섹터커플링기술인 P2H(Power to Heat)기술 현황과 국내 도입 시 고려사항 등에 대해 들었다. ■ P2H란P2H는 냉난방에 잉여전력을 활용하는 기술로 전력을 활용해 열을 생산할 수 있는 히트펌프 및 전기보일러, 저장기술인 축열조가 주요기술로 적용된다. 초창기에는 수요관리효과에 주목해 적용되기 시작했다. 전 세계 최종에너지소비 중 약 50%가량이 난방을 위한 소비가 차지하고 있으며 바이오매스, 폐기물 등을 제외하면 태양열 및 지열은 열부문 에너지소비에서 약 10%만을 차지하고 있다. 이에 따라 재생에너지 전력으로 냉난방 수요를 충당 혹은 일부 대체할 경우 효과적일 것으로 보이며 냉난방 대부분을 화석연료에 의존하고 있는 우리나라에서는 P2H가 냉난방 탈탄소화에 기여할 수 있을 것이다.
태양광·열시스템인 PVT는 기존 태양광모듈과 태양열집열기가 동일한 설치면적에서 전력과 열을 동시에 생산할 수 있는 특징을 가지고 있다. 특히 우리나라의 경우 국토가 좁고 도심에 건물이 밀집돼있어 건물부문 2050 탄소중립 달성과 관련제도 대응방안으로 주목받고 있다. 다만 PVT제품의 성능을 정확하게 평가할 수 있는 제도적 기반이 마련돼있지 않은 상황으로 신재생에너지 보급사업 등 관련 보급사업의 지원을 받을 수 없어 보급이 미진한 실정이다. PVT 복합모듈의 열·전기 통합성능시험 및 평가방법을 연구하고 있는 주홍진 한국에너지기술연구원 책임연구원을 만났다. ■ 신재생열융합연구실을 소개한다면 신재생열융합연구실은 태양열기술 연구와 신재생에너지 기반 열융합 연구를 통해 에너지기술 개발 및 성과확산에 기여하고 있다. 주요 연구분야로는 태양열 집열·축열·활용기술과 신재생열에너지 융합연구 등이다. 주요 연구주제로는 비용효율 향상을 위한 태양열에너지 핵심요소기술, 신재생열원과 히트펌프 등 고효율 열공급시스템과의 융복합, 신재생열에너지 기반 융복합시스템의 열관리 및 축열제어 등이 있다. ■ 열분야 탄소중립의 중요성은 2020년 에너지총조사에 따르면 △산업 60.2% △수송 2
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