■ 3세부 과제 개념은‘양방향 Smart ZEC 통합 네트워크 기술개발’은 양방향 에너지거래를 위한 에너지 인프라 네트워크 및 데이터 네트워크 기술을 의미한다. 양방향 에너지거래를 구현하기 위해서는 열배관 및 배전망 인프라가 구성돼야 하며 정확하게 계측이 가능한 스마트계량기 적용기술이 필요하다. 이러한 인프라 네트워크가 구축되고 나면 빅데이터 플랫폼에서 다양한 데이터를 수집한다. 즉 데이터 네트워크를 활용한 도시단위 에너지 빅데이터 수집 기술, GIS 기반 에너지맵(파워맵, 히트맵) 구축기술, AI를 이용한 에너지 빅데이터 분석기술 등 다양한 서비스를 위한 기반 기술을 포함하는 개념이라고 할 수 있다. ■ ZEC 과제에서 3세부 과제의 의미는스마트 제로에너지시티 조성을 위해서는 인프라, 플랫폼, 서비스가 유기적으로 연계돼야만 한다. 이에 따라 Smart ZEC 과제는 인프라 Layer, 플랫폼 Layer 및 서비스 Layer의 Layering Architecture 과제로 구성돼 있다. 3세부 과제는 인프라 Layer와 플랫폼 Layer의 전반적인 연계역할을 하는 과제라고 할 수 있다. 열, 전기에너지 양방향 에너지거래가 가능한 인프라 설계, 계획이 수반돼야
국내 1위 지열시스템 전문기업 지엔원에너지는 Smart Zero Energy City 4세부 과제를 맡았다. 4세부 과제의 최종 목표는 신재생 및 미활용에너지를 포함한 다양한 열원(복수의 에너지 프로슈머)에서 생산되는 열에너지를 저장하고 거래할 수 있는 수요관리용 분산형 스마트 허브축열시스템의 구성 및 운용기술을 개발하고 실증하는 것이다. 지엔원에너지는 이미 지역난방공사 등 유관기관과 함께 축열시스템 중 하나인 BTES(Borehole Thermal Energy Storage)공법을 개발하고 있어 4세부 과제와 연관성을 고려할 경우 최적의 선택으로 보인다. 4세부 과제 총괄을 맡고 있는 민경천 지엔원에너지 대표를 만나봤다. ■ 4세부 과제의 목표는Smart Zero Energy City 4세부 과제는 신재생 및 미활용에너지를 포함한 다양한 열원에서 생산되는 열에너지를 저장했다가 복수의 프로슈머(prosumer)간 양방향 열거래를 지원하는 스마트 허브축열시스템 기술을 개발하는 것이 목표다. 이를 통해 복수의 대용량 신재생 열에너지(태양열, 지열, 수열, 연료전지 등) 저장 및 공급을 통해 열에너지 생산과 수요사이에 발생하는 시간적·양적 격차를 해소함으로써 도시
서울에너지공사(사장 박진섭)는 Smart ZEC 과제의 총괄기관이자 2세부과제인 ‘Cascade 열활용 지역냉난방 최적화 기술개발’ 주관기관이다. 이에 따라 이번 과제의 총괄연구전략을 수립, 구체화하고 단위사업의 통합 연계운영을 위한 기술 및 운영관리를 수행하며 Smart ZEC의 국내·외 홍보전략을 기획하고 있다. 세부과제인 ‘Cascade 열활용 지역냉난방 최적화 기술개발’의 핵심목표는 열수요에 따른 최적 열생산 기술을 캐스케이드(cascade) 방식으로 운영함으로써 열 네트워크 전체 에너지효율을 향상시키는 것이다. 서울에너지공사는 2세부과제 주관기관으로서 지역난방 회수열을 이용한 4세대 캐스케이드 실증사업을 진행하고 있다. 참여기관인 고등기술연구원은 광역-분산형 저온 미활용에너지 분석 및 열 네트워크 케스케이드 공정을 설계하는 역할을 맡고 있다. GS파워는 광역망 공급 지역난방 열원을 이용한 연료전지 폐열회수시스템을 실증한다. 고려대와 센추리는 유기랭킨사이클의 시뮬레이션 모델개발 및 최적실증을 수행한다. 더블유에이테크놀러지는 마곡지구의 열배관망 적정 해석모델을 개발하고 브이피코리아는 열네트워크 최적 운전관리플랫폼을 구축하고 있다. 4세대 지역난방 필요성
연세대 참여연구팀은 Smart ZEC 프로젝트의 1세부과제인 ‘마이크로 열 네트워크 기술개발’에 참여, 친환경에너지타운의 건물에서 수집한 데이터를 활용해 건물열에너지 수요 예측모델을 개발하는 역할을 수행한다. 1차연도는 실시간 열에너지 수요를 분석하고 예측기술 개발전략을 수립했다. 이를 위해 친환경에너지타운의 모니터링 정보를 분석하고 어린이집, 보건소, 도서관, 문화의집, 고등학교 등 5개 건물에서 소비되는 열에너지 수요의 주요변수를 도출했다. 데이터 전처리, 데이터 분리, 머신러닝 모델 구축, 예측 정확도 평가, 모델 최적화 등 5가지 프로세스를 기준으로 열에너지 수요예측을 위한 모델을 구축했다. 2차연도에는 열에너지수요 예측기술을 개발하고 예측검증을 위한 프로토타입 구축이 목표였다. 열에너지 수요 예측기술 개발은 △데이터수집 및 분석 단계 △Feature selection을 활용한 주요변수 추출 △건물별 중요도가 높은 공통 주요변수 선별 △예측모델 구축 등 4단계로 진행됐다. 진천 친환경에너지타운에서 수집되는 실내환경, 외부 기상환경, 열량 데이터는 시간단위로 정보가 축적되는 시계열 데이터 유형 및 자료의 양이 많은 고차원 데이터 특징을 가지고 있다. 어
1997년 금호미터텍으로 설립된 위지트에너지는 국내 최초로 5종 법정계량기를 개발한 전문기업이다. 높은 기술력을 바탕으로 현재 아시아, 유럽, 미국을 비롯한 세계시장으로 수출하고 있다. 에너지분야를 포함한 계량기관련 기술개발 및 생산과 판매 전문기업으로서 관련특허를 다수 보유하고 있으며 최근 IoT 기술도입 추세에 따라 계량된 에너지량을 실시간으로 모니터링하고 전송하는 분야에 대한 기술개발을 통해 성과를 도출하고 있다. 위지트에너지는 Smart ZEC 1세부과제인 ‘마이크로 열 네트워크 기술개발’ 참여기업으로 독립된 양방향 마이크로 열에너지 네트워크서비스 시스템 개발을 담당하고 있다. 이번 연구는 단위지역 내 분산설치된 신재생 및 미활용 기반 에너지설비에서 생산된 열에너지를 보다 효율적으로 이용하기 위해 열에너지 네트워크와 최적 관제시스템을 구축·운용하는 기술개발이다. 실증단지의 네트워크(배관망)를 양방향 열거래가 가능한 네트워크로 수정·보완하고 관련 실증연구를 수행함으로써 독립된 양방향 마이크로 열에너지 네트워크서비스 시스템을 개발하는 것이 목표다. 이와 함께 2,3세부 과제에서 개발하는 운용방안을 선행 실증함으로써 제기되는 문제점을 파악하고 개선하는 데
1999년 3월 설립된 브이피케이는 20여년의 CAE 엔지니어링과 10여년의 ICT융합 기술개발을 기반으로 종합에너지전문기업으로 도약하고 있다. 자동차 등 다양한 산업분야에 CAE Consulting 서비스 및 PLM(Product Lifecycle Management) 솔루션 공급하고 있으며 다수의 EMS(에너지관리시스템) 국책과제 수행과 IoT Device를 개발하는 ICT융합 사업 등을 진행하고 있다. 특히 에너지와 환경을 지능적인 관리시스템인 ITEM(Intelligent Thermal Energy & Environment Management system) 구축을 에너지사업의 최종목표로 선정하고 있다. Smart ZEC 2·4세부 참여다년간 축적된 기술을 바탕으로 브이피케이는 제로에너지시티 플랫폼인 SMART ZEC 과제에서 2세부와 4세부에 참여하고 있다. 2세부에서는 지속가능한 에너지전환을 목표로 저온 열에너지 열원을 활용하는 4세대 지역난방 적용 스마트 열 네트워크 구축을 위한 ICT 통합 운전관리 시스템 개발 및 열네트워크 운영관리 플랫폼 연구개발을 수행하고 있다. ICT 센서 기반의 열 네트워크를 구성하고 이를 중앙으로 연결해 광역망
국내 냉동공조산업의 선두를 달리며 기술발전을 이끌고 있는 센추리는 Smart ZEC 프로젝트의 2세부과제 ‘Cascade 열활용 지역냉난방 최적화’에 참여해 저온열 네트워크 구축을 위한 연구개발에 기여 하고 있다. 이번 과제에서 센추리는 m-CHP 배열 및 지역난방 공급수 연계 ORC(유기랭킨사이클) 발전시스템 시뮬레이터를 개발하고 이를 적용한 H2P(Heat-to-Power) 실증을 담당하고 있다. 이를 통해 ORC발전효율을 10% 달성하는 것이 목표다. 2차연도인 2019년 과제목표는 △ORC 성능예측 △배관시스템 최적설계 △주 제어시스템 및 알고리즘 설계 △DATA 분석을 통한 최적 설계조건 확인 및 ORC, 열교환기 선정이었으며 로드맵 상의 모든 세부목표를 달성했다. ORC 성능예측을 위해 최적 운영함수를 개발했으며 회수열 활용에 대한 연구를 진행했다. 배관시스템은 회수열 활용연구 결과를 토대로 개념설계 재검토를 실시했고 제어알고리즘 설계 및 ORC 선정 및 제작발주 단계에서는 실시설계 용역을 추진했다. 센추리의 관계자는 “열원의 온도를 고려해 100˚C 이하 구간에는 R134a를, 150˚C 정도에는 R245fa를 ORC 적용냉매로 선정했다”라며 “
3세부 과제에 참여하는 한국건설기술연구원은 4세대 지역난방방식에 필수적으로 필요한 ‘스마트 에너지 AP(Access Point) 유닛’을 개발한다. ‘스마트 에너지 AP 유닛’이란 유럽에서 지역난방 직접 열교환방식에 사용되고 있는 HIU(Heat Interface Unit)의 개념을 포함하며 저온(60℃ 이하) 온수를 공급받아 난방 및 온수를 세대 내에 공급하고 부문별 계량데이터를 통합관제센터로 전송하는 역할을 수행하는 장치를 말한다. 주요 구성품으로는 판형열교환기, 온수분배기, 유량제어밸브, 온도조절기, 난방, 온수, 수도, 전력량 통합계량기, 게이트웨이, 단열유닛(케이스) 등이 있다. 설치 위치는 공동주택의 경우 세대 공용부에, 단독주택은 수도계량기 주위의 외벽에 수납된다. ‘스마트 에너지 AP 유닛’에서 생산되는 실시간 정보(전력소비량, 난방소비량, 온수소비량, 수도소비량, 난방공급온도 등)는 ZEC 통합관제센터에 실시간 전송되고 운영프로그램에서 분석돼 고객의 스마트폰으로 에너지요금정보 등을 전달한다. 지난해 시작품을 개발했으며 올해는 현장 시범적용을 통해 성능을 검증하며 내년 부산 EDC내 단독주택단지에 실증할 계획이다. 한편 건설연은 도시단위 친환경
4차 산업혁명 시대의 5G는 이동통신을 넘어 차세대 네트워크 핵심 인프라 기술로 주목받고 있다. 차세대 실감형 미디어, 자율주행차, 스마트 제조, 디지털 헬스케어, 스마트 홈에 이르기까지 우리 생활의 거의 모든 영역에 큰 변화를 불러일으킬 것으로 예상되고 있다. 유엔젤은 이동통신 초기부터 LTE망까지 입증된 기술력과 상용화 서비스 노하우를 토대로 5G 서비스를 안정적으로 제공할 수 있는 5G 코어망 솔루션을 개발, 공급하고 있다. Smart ZEC 3세부 과제에 참여하고 있는 유엔젤은 기존 기술을 바탕으로 △ 에너지 빅데이터 처리 플랫폼 △에너지 데이터 분석을 위한 데이터 제공 프레임워크 △1, 2세부 마이크로 열 네트워크 연동 실증 △대용량 데이터 처리 성능 고도화 △연동 기능 및 에너지 빅데이터 처리 플랫폼 고도화 등 도시 단위 에너지 데이터를 수집 분석할 수 있는 빅데이터 플랫폼 구축을 담당하고 있다. 이를 위해 통합 네트워크 구성 노드 정보와 에너지 빅데이터 종류를 분석하고 인프라구성을 위한 시스템간 연동규격과 데이터 포맷을 정의한다. 실시간 데이터의 처리·변환과 배치성 데이터 저장·관리를 위한 기능이 구현되도록 플랫폼 구조를 설계한다. 다양한 그리드
기존 전력망에서는 전력 생산자(Producer)와 수요자(Consumer)라는 역할이 명확히 구분돼 있으며 수요자가 생산자로부터 전력망을 통해 전력을 구매하는 단방형적인 특징을 가지고 있다. 또한 생산자의 발전기로부터 송전망-배전망을 거쳐 수요자로 전달되는 계층적인 구조로 이뤄져 있다. 한남대의 관계자는 “기존 전력망이 갖고 있는 특징들은 Smart ZEC에서 목표로 하고 있는 에너지 프로슈머(Prosumer=생산자(Producer)+소비자(Consumer)) 기반의 양방향 전력 공급 및 거래를 구현하기 어렵다”라며 “특히 신규 전기서비스 제공 등 도시단위의 최적 에너지시스템의 구축 및 운영에 한계가 있다”고 지적했다. 3세부 과제 참여기관인 한남대는 기존 전력망이 가지고 있는 한계점을 탈피하기 위해 양방향 전력거래 등을 고려한 도시단위 최적 전기 네트워크(배전망) 설계뿐만 아니라 고품질, 고신뢰도의 전기서비스 제공을 위한 플랫폼 기반의 운영기술 개발을 목표로 하고 있다. 이를 위해 한남대는 연차별 연구목표로 △1차연도 도시단위 양방향 전력 공급 및 거래를 위한 최적 배전망 구성방안 검토 △2차연도 Smart ZEC 설치 예정지역을 대상으로 한 시뮬레이션 기
스마트 ZEC의 1세부 과제를 주관하는 한국에너지기술연구원(이하 에너지연)은 4세부과제 참여기관이기도 하다. 에너지연은 계간축열시스템이 포함된 독립형 열 네트워크인 진천 친환경에너지타운 구축 및 실증연구를 수행했으며 축열시스템 기술기준을 제정하고 관련 인증기관을 담당하고 있다. 특히 이번 과제에 참여하는 에너지연 신재생에너지연구소 연구팀은 태양열 및 지열 등 신재생열에너지 생산 및 공급기술과 관련 30여년에 걸친 실험용 주택, 실거주용 제로에너지하우스 설계, 시공, 모니터링 경험을 갖고 있는 등 현재 국내에서 가장 앞선 기술력을 보유하고 있다. 에너지연은 이번 4세부 과제에서는 복수의 열원설비 용량과 연계 허브축열시스템·제어 개념설계를 위해 각 단위건물 및 구역의 온열·냉열 부하를 산정하고 열거래 지원 허브축열시스템 및 제어개념을 설계할 계획이다. 이를 위해 적용 가능한 신재생열에너지설비를 선정하고 용량을 산정해 허브축열조 용량 산정, 복수의 열원 연계형 중장기 축열조개념을 정립하고 축열온도와 생산-활용시기를 고려해 중장기 축열조 타당성을 조사할 예정이다. 이를 바탕으로 열에너지 프로슈머를 설정해 허브축열시스템과 연계하는 배관망을 설계 및 구축하고 운전시나리
ZEC 4세부 참여기관인 한국수자원공사(K-water)는 수자원을 이용하는 국내 최대 공기업으로 스마트시티 국가 시범도시인 부산 EDC(Echo Delta City)의 시행사다. 제로에너지도시를 지향하는 EDC는 물, 태양광 등 신재생에너지를 활용해 온실가스 배출을 저감하고 친환경에너지를 통한 에너지자립률 100% 달성을 추진하고 있다. 롯데월드타워에 수열(3,000RT)을 공급 중이며 2025년까지 3,000억원을 투자해 강원도 수열에너지 클러스터를 조성할 예정이다. K-water는 스마트시티 내 공급지역 인근 지하대수층을 활용한 ATES(Aquifer-Thermal Energy Storage)기술을 검토하고 있다. 이 기술을 통해 하천수와 ATES를 결합한 도시단위 하이브리드 수열을 4세대 저온 열에 적용하고 기존의 집단에너지 고온 열공급망과 연계해 공급하는 모델을 개발할 계획이다. 또한 하천수, ATES시스템을 포함한 도시단위 하이브리드 수열 실증플랜트 구축을 지원하고 지하대수층 계간축열조 등 허브축열 네트워크 연계 및 운영을 지원할 예정이다. 특히 실증플랜트 운영결과를 분석 및 검증(타 신재생에너지와 연계)해 ATES를 활용한 계간축열조 성능분석 및
한국지역난방기술은 국내 열공급 배관망 설계 최고기술을 보유한 기업으로 20여년에 걸쳐 다양한 열배관망 해석과 그에 따른 설계, 운영실적을 Feedback 받아 구축된 최고의 전문가 집단과 최적의 열배관망 구성기술을 보유하고 있다. 특히 국내특허로 ‘열원의 공급온도에 따라 축열공간의 선택이 가능한 보어홀 방식의 계간축열 시스템’을 보유하고 있다. 이 특허는 BTES 또는 PTES(Pit Thermal Energy Storage)와 BTES가 결합된 시스템에서 축열공간의 열성층화를 통해 축열효율을 증대시키기 위해 고안된 기술이다. 지역난방기술은 4세부 과제에서 허브시스템 및 분산형 열원을 이용한 열공급시스템 설계를 위해 단기·장기 축열조 종류별 장단점을 조사해 한국에너지기술연구원과 함께 허브시스템 및 분산형 열원의 용량을 산정하고 이를 바탕으로 열공급시스템 계통도를 작성할 계획이다. 중장기 축열조 및 열 네트워크 설계 및 구축을 위해 ATES 및 BTES 적용에 대한 지질적합성을 검토하고 보완대책을 수립해 중장기 축열시스템 형식을 선정하고 열원-축열시스템-수요간 배관망 실시설계 및 구축을 감리할 예정이다. 이와 함께 중장기 축열조 구축을 지원하고 열 네트워크의
ZEC 4세부 과제에 참여하는 한양대 이동현상연구실은 수소연료전지, 에너지 네트워크 모델링 및 설계 프레임워크 등 시스템 해석 및 공정해석을 전문적으로 수행하는 연구실이다. 한양대는 고밀도 축열방안을 모색하기 위해 잠열축열 및 화학축열 등 고밀도 축열방안에 관한 선행 연구 및 기술자료를 수집 및 분석할 계획이다. 허브축열시스템 및 수열에너지 공급시스템 네트워크 공정의 모델링, 최적화 설계 및 시스템 해석을 위해 선행연구와 기술자료를 수집하고 열역학적 분석 및 사례 연구를 진행한다. 이를 통해 에너지효율 향상을 위한 핀치분석(pinch analysis), 전 공정분석(site analysis) 등 시스템적 기법 적용방안을 연구한다. Aspen HYSYS®, TRNSYS 등 상용 시뮬레이터를 활용해 허브축열시스템 열 네트워크 공정 시뮬레이션 및 시스템 해석을 진행할 계획이다. 이를 위해 허브축열시스템 수열에너지공급 네트워크 공정모델을 활용한 사례들을 조사하고 민감도 분석을 통해 효율적 열거래를 위한 주요 설계 및 운전변수를 도출할 예정이다. 이를 바탕으로 시스템적 기법을 적용해 허브축열시스템 열 네트워크에 대한 열역학적 분석 및 사례연구를 통한 에너지효율 향상방
1985년 대전 최초의 도시가스회사로 출범한 CNCITY에너지는 대전시와 계룡시 전역 약 60만가구에 도시가스를 공급하고 있으며 대전시 학하지구에는 열과 전기를 동시에 공급하는 구역전기사업을 운영하고 있다. CNCITY에너지는 단순한 가스와 연료 공급자를 넘어 에너지로 세상을 연결하겠다는 비전 아래 종합에너지서비스사업을 펼쳐나가고 있다. Smart ZEC 5세부과제에 참여하는 CNCITY에너지는 에너지신사업자를 위한 Allin-one 통합관제센터 구축을 담당하며 그간 쌓아온 에너지사업자로서의 노하우를 접목해 부산 EDC에 실현 가능한 사업모델 개발에도 일조할 계획이다. CNCITY에너지는 통합관제센터를 구축을 통해 에너지 서비스 제공 및 통합과금, 분산전원에 대한 안정적 운영이 가능한 모델을 정립하고 구현할 방침이다. CNCITY에너지의 관계자는 “도시의 스마트화가 진전됨에 따라 도시 자체의 에너지비용을 낮출 뿐만 아니라 시민들의 편의와 온실가스 감축 등이 연계된 솔루션 제공이 필요할 수 있을 것”이라며 “이번 과제 참여로 도시에 종합에너지서비스를 제공하기 위한 기반기술을 확보할 수 있을 것으로 기대하고 있다”고 밝혔다. 한편 CNCITY에너지는 최근 전국
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