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태양광x태양열 복합패널과 축열, 지열히트펌프를 활용한 신재생 융복합 열에너지 공급시스템: 실증단지 시험운영 시작

2019.03.05

우리나라는 2015년 11월 파리에서 열린 유엔기후변화협약 당사국총회에서 2030년 배출전망치 대비 37%의 온실가스 감축을 약속하고, 이를 위해 2030년까지 신재생에너지보급률 11%를 달성하고자 에너지신산업을 육성하고 있습니다. 목표대로 신재생에너지 보급률을 높이기 위해서는 경제성이 우수한 신재생에너지 융복합시스템 개발이 필요합니다.


장한기술은 대규모 주거단지에 친환경 에너지를 공급하고, 제로에너지 빌딩의 보급 및 기존 건물의 그린리모델링을 활성화시키고자 태양광x태양열 복합패널(PVT)과 지열히트펌프를 연계하여 전기, 냉온열, 온수를 생산하는 신재생 융복합 에너지 공급시스템을 개발 중입니다. (한국에너지기술평가원 연구개발 과제) 여름에 생산한 태양열을 지중에 겨울철까지 저장해 두었다가 겨울철 난방 시 지열히트펌프의 열원으로 활용하는 방식으로, 국내에서는 처음 시도되는 기술입니다. 


2016년부터 유천써모텍, 한국기계연구원, 한국지질자원연구원과 함께 관련 기술 개발 및 품질 기준을 마련하였으며, 2018년 충북 음성군에 실증단지를 준공하여 9월부터 시험운영을 시작하게 되었습니다.



■ 신재생 융복합 열에너지 공급시스템 구성요소



- 태양광x태양열 복합패널(PVT)
- 온도성층화 수축열조
- 계간지중열교환기 축열시스템(BTES)
- 지열히트펌프(GSHP)
- 스마트제어기술



■ 신재생 융복합 열에너지 공급시스템 특징


1. 태양광x태양열 복합패널(PVT)
: 태양에너지로부터 전기와 열을 동시에 생산하여 동일 설치 면적에서 3~4배 많은 신재생에너지를 획득합니다.

  일반 태양광 패널(PV)보다 전력생산량이 10~20% 정도 더 높습니다.

2. 온도성층화 수축열조
: PVT에서 하루 동안 얻어진 열을 단기간 저장하는 축열 장치입니다. 지중축열조로 저장하기 전에 수축열조가

  버퍼탱크 역할을 하여 PVT로부터 열을 빠르게 얻을 수 있습니다.

3. 계간지중열교환기 축열시스템(BTES)
: 지반에 존재하는 토양 및 암반에 대용량 열에너지를 저장하여 열을 이용하는 시설입니다. 최소한의 손실로 

  장기간 열을 보존할 수 있도록 설계하여, 여름철 PVT를 통해 얻은 열을 겨울철에 난방열원으로 사용할 수 있습니다.


4. 지열히트펌프(GSHP)
: 녹색에너지기자재 인증을 받은 고효율 지열히트펌프로 모든 계절에 어떠한 부하 조건에도 맞는 냉난방 및 급탕

  공급이 가능합니다. 특히 고온수 생산을 하면서도 안정적으로 운전합니다.


5. 스마트제어기술
: 각 주택에 스마트제어기를 설치하여 에너지 시스템 전체를 최적제어 및 모니터링할 수 있습니다. IOT 기반 통합

  제어시스템으로 주택소유자의 모바일 기기 및 마을 공동형 에너지센터와 연결하여 실시간으로 필요한 데이터를

  송수신합니다.



■ 신재생 융복합 열에너지 공급시스템 기대효과 및 전망


신재생 융복합 열에너지 공급시스템은 태양열 에너지 이용을 극대화하여 화석연료 없이도 커뮤니티 에너지공급을 가능하게 하고 제로에너지 빌딩을 구현할 수 있는 친환경 기술입니다. 


PVT의 전력 생산 효율을 높이고 수명을 향상시키기 위해서는 획득한 열을 바로 사용하여 PV를 냉각하는 것이 좋습니다.
 신재생 융복합 열에너지 공급시스템은 계간축열조를 사용하여 여름철 낮에 많이 생산되는 태양열을 밤에 지중축열조로 저장하기 때문에 PV 냉각에 대해 확실한 해결책을 가지고 있습니다. 그리고 저장된 열을 겨울에 히트펌프의 열원으로 최대한 활용하여 난방성능을 높여줍니다. 지열히트펌프는 고온수 대온도차 방식을 채택하여 부하 측 순환 유량을 줄임으로써 펌프 동력비와 배관 공사비를 대폭 절감할 수 있습니다. 


신재생 융복합 열에너지 공급시스템 개발을 통해 그동안 단순히 지중열교환기로부터 채열하는 수준에 머물러있던 지열활용방식을 지중 열 저장 개념으로 확장하는 데 필요한 기초기술을 개발하여 계간축열을 이용할 수 있게 되었으며, 30년 이상 장기간 사용할 수 있는 탈착식(Add-on) PVT의 개발로 향후 건물 일체형, 공기식 PVT 등 다양한 응용제품의 개발이 기대되고 있습니다.

실증단지 시험 운영을 통해 태양광x태양열 복합패널 + 계간지중열교환기 축열시스템 + 지열히트펌프 시스템의 유용성이 입증되면, 신재생에너지 보급 촉진에 획기적인 전환점이 되어 국내뿐만 아니라 해외에도 연 1조 원 이상 대규모의 새로운 시장을 창출하고 친환경 일자리를 1,000개 이상 창출함으로써 경제발전에 기여할 것으로 보입니다. 


신재생 융복합 열에너지 공급시스템은 앞으로 에너지 자립마을과 제로에너지 빌딩 등 대규모 주거단지의 재생 열에너지 이용확대에 크게 이바지할 수 있는 매우 중요한 기술이 될 것입니다. 




[사진] (왼쪽)계간축열조 설치중 천공 및 배관시공 / (가운데) 제어 시스템 / (오른쪽) 지붕 위 PVT 설치 완료



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