[공학저널 김하늬 기자] 최근 친환경 에너지의 대명사로 떠오르고 있는 수열에너지는 열을 이용할 때 연료의 연소 과정 없이 하천수와 대기의 온도차를 이용하는 방식으로 친환경적인 신재생에너지로 손꼽히고 있다.
현재 대규모의 열 수요를 충족시킬 수 있는 수열에너지를 활용한 다양한 시스템 개발이 이루어지고 있으며, 정부에서는 요소기기 핵심 기술개발과 함께 상용화를 위한 사업과 실증 연구를 추진 중이다.
이를 바탕으로 환경부가 밝힌 수열에너지 생산 추진 목표는 오는 2025년 264MW, 2030년 510MW, 2040년 1001MW로 표준석탄화력발전 2기(1기 500MW), 표준원전 1기(1000MW)를 대체할 수 있는 규모다.
이렇듯 관련 사업과 투자를 기반으로 수열에너지의 보급과 성장은 꾸준히 증가할 것으로 예측되고 있다. 이에 따라 관련 기관들의 기술개발 연구도 한창이다.
그중 한국수자원공사(K-water)는 그 이름에 걸맞게 물 에너지를 활용한 다양한 기술개발과 연구를 진행하고 있다. 하천수 열원을 활용한 수열에너지에 대한 연구, 수력발전에 대한 연구, 수상태양광에 관련한 연구, 그린수소 등 분야도 다양하다.
특히 K-water연구원 물에너지연구소에서는 현재 대한민국 하천수의 열원을 활용한 수열에너지의 고효율 냉·난방 시스템을 제공하는 친환경 에너지 연구에 집중하고 있다. 주요 연구로는 ‘수열 냉·난방 및 재생열 하이브리드 시스템 기술 개발 및 실증’, 그리고 ‘수열원활용 프리쿨링형 공기조화 시스템 개발’이 대표적인 과제로 손꼽힌다.
우선 연구소는 ‘수열 냉·난방 및 재생열 하이브리드 시스템 기술 개발 및 실증’을 통해 열원의 온도특성에 상관없이 냉·난방 에너지를 공급하기 위해 열원믹스 기술을 적용한 하천수의 열원을 이용해 하이브리드 냉·난방시스템을 개발하는 연구를 진행 중이다.
현재 성능평가 체계 구축을 목표로 하고 있으며, 대용량 수열전용 히트 펌프를 개발할 예정이다. 이와 함께 축열식 하이브리드 시스템을 제작·구축해 운전의 지속성 향상, 최적 제어 운영을 계획하고 있다.
또한 대용량 수열전용 히트 펌프를 개발 예정이며 축열식 하이브리드 시스템 제작·구축해 운전의 지속성 향상, 최적 제어 운영을 계획하고 있다. 그중 LG전자에서 500RT급 수열이용 히트펌프 시스템을 설계·개발해 검증하고 있다.
‘수열원활용 프리쿨링형 공기조화 시스템 개발’의 경우 소양강댐 심층수를 열원으로 활용해 발열량이 많은 데이터센터의 냉방을 관리하는 기술 개발이 이뤄지고 있다.
특히 댐 심층수 취수부의 경우 최근 4년간 월별 평균 수온이 17°C 이하로 관리되기 때문에 냉방만을 관리하는 데이터센터에 최적화된 기술로 손꼽히고 있으며, 기존 공기열원 대비 연중 전력 사용량을 30%이상 절감할 것으로 예측되고 있다.
이에 연구소는 해당 연구를 위해 100RT(냉동톤) 규모의 Pilot plant를 구축하고 데이터센터의 열부하를 모사해 실제 연중 데이터센터의 전력효율지수(PUE : 총 전력사용량/IT장비 전력 사용량)의 목표치 달성과 연중 전력사용량 감축을 목표로 연구를 진행 중이다.
해당 과제는 한밭대 등 산학협동을 진행 중인 과제로 한밭대는 Lab. Scale 공기조화기의 DB 구축 및 에너지 시뮬레이션을 맡고 있다.
K-water연구원 물에너지연구소 조용 박사(사진)는 “K-water연구원 물에너지연구소는 수열에너지 연구를 통해 정부의 친환경 정책과 탄소중립을 위한 세계 각국의 노력에 발맞추어 기후 위기에 대응하며 친환경 물에너지 산업에서 선도적인 역할을 하고 있다”며 “수열에너지를 활용한 시스템뿐만 아니라 물에너지를 활용한 모든 연구에 노력을 기울이고 있으며, 물을 활용한 기술로 미래를 대비하고 있다”고 설명했다.
이와 함께 조 박사는 K-water 과제를 통해 더욱 효율적으로 수열에너지 시스템을 발전시키고자 많은 연구를 진행 중인 상황에서 개발된 기술의 사업화를 위한 아낌없는 제도적 지원이 뒷받침돼야 한다고 강조했다. 수열에너지에 대한 기준 확립뿐만 아니라 추가 시공기준 및 신재생에너지 인증표준 개발을 통한 제도연계가 필수적이라는 것.
이를 위해 물에너지연구소는 현재 진행 중인 과제를 통해 신재생에너지 수열원의 인증체계 확보를 위한 시공기준 및 가이드라인도 개발할 예정이다. 수열원 KS표준 개발 시 국제표준검토를 바탕으로 해외수출 인증취득의 애로사항을 해소할 수 있도록 수열원 KS표준(안), 인증기준(안) 개발과 유관기관에 대한 제도 연계도 함께 진행한다는 방침이다.
조 박사는 “수열에너지 산업의 발전을 위해 무엇보다 신·재생에너지 공급인증서(REC) 가중치 부여, 히트펌프 시험방안에 대한 KS기준의 정립이 필요하다”며 “이러한 정책과 기술표준이 마련된다면 수열에너지 관련 산업의 발달에 큰 기여를 할 것”이라고 전했다.
