통합 열관리 플랫폼 개발을 위한 주민공감현장문제해결사업은 R&D와 비R&D로 나눠 진행되고 있다. 한국생산기술연구원은 R&D부분 수행기관으로 통합 열관리 플랫폼에 적용되는 알고리즘과 열생산·저장·공급시스템 최적운영 기술, AI 기반 시설하우스 부하 예측기술을 개발하고 있다.
지역주민(농가, 발전사업자) 수익모델 개발로 열부하 및 전력사용량 등 실제 사용량 데이터를 기반으로 통합 열관리 플랫폼의 경제성 분석이 가능하며 리빙랩 운영 및 통합 열관리 플랫폼 적용 실증연구 수행으로 리빙랩 기반 실증 운영시험 결과 분석 및 상시 문제 해결 리빙랩을 운영 중이다. 이번 리빙랩 R&D 총괄을 맡고 있는 오승진 생기원 박사를 만나봤다.
■ 통합 열관리 플랫폼이 필요한 이유는
농업기술원, 농어촌공사 등에서 지속적으로 자연에너지 활용 난방비 절감 시범사업 및 히트펌프 보급사업 등 농업부문 에너지사용 절감을 위해 많은 노력을 했으나 열관리 플랫폼 부재로 인해 모니터링 및 관리가 어렵다.
특히 시설하우스에 열을 공급하는 난방방식(유류보일러, 히트펌프, 전기히터 등)에 대한 데이터 부재로 인해 현재 제주 농업의 열에너지 수요 파악이 어려운 상황이다. 잉여전력을 효과적으로 농업에 이용하기 위해서는 비중이 높아지고 있는 재생에너지원의 간헐적 발전 특성을 보완할 수 있도록 농업부문에 통합 열관리 플랫폼을 보급해 에너지사용현황을 모니터링하고 DB화가 필요하다.
■ 제주도가 플랫폼 개발에 최적인 이유는
제주도는 정책적으로 CFI2030 추진에 따라 2030년까지 도내 전체 에너지를 신재생에너지로 전환하고 있으며 사회적으로 급격한 신재생에너지 설비 증가에 따른 출력제한이 발생하고 있어 이를 농업부문에 적극적으로 활용할 필요가 있다.
또한 경제적으로 국제 유가 폭등에 따른 감귤하우스 경영난이 증가하고 있어 시설감귤은 타 시설작물에 비해 난방비 비중이 매우 높기 때문에 전전화가 시급하다.
■ 제주도의 재생에너지 생산현황 및 농가 에너지사용 실태는
2022년 기준으로 제주도 재생에너지 발전설비는 제주도 전체 전력생산설비 용량 총 2,181MW의 약 40%인 871MW이며 발전량 기준으로는 약 18.31% 로 전국 지방자치단체 중 1위다. 산업통상자원부의 제 10차 전력수급기본계획의 연도별 신재생에너지 설비 및 출력제어비중을 기반으로 2035년도 제주도 재생에너지 총 제어량을 산출하면 약 1,588GWh(출력제어비중: 24.65%)로 2021년 제주도 총 전력소비량(5,688GWh)의 약 28%에 해당한다.
제주도 시설하우스 난방방식의 약 90%는 유류 난방형 열풍기로 연간 전체 경영비 중 난방비 비중이 약 64%를 차지한다. 10a당 경영비 1,427만5,000원 중 922만원이 유류비로 지출되고 있다. 전력사용량(농림수산업부문) 또한 2011년대비 434GWh(1,011→ 1,445GWh)로 약 43% 증가했다.
■ 농업부문 탄소중립을 위한 시급한 과제는
농업부문 탄소중립을 위해 가장 중요한 사항은 전전화를 통한 에너지전환이다. 이를 위해서는 시설농가 난방방식에 대한 데이터가 필요하다. 또한 온실가스 배출을 최소화하기 위해서는 출력제한에 따른 잉여전력을 최대한 활용해야 한다. 이를 위해서는 시설농가의 에너지사용패턴 데이터를 수집하고 분석해야 한다. 이에 따라 통합 열관리 플랫폼 적용이 필요하다.
■ 축열기술이 필수인데
축열(TES: Thermal Energy Storage)기술은 열에너지 공급과 수요간 시간, 용량, 온도범위 등의 격차를 해소하기 위한 기술이다. 재생에너지 출력제한에 따른 잉여전력 활용을 극대화하기 위해서 꼭 필요하다. 축열기술로 수축열·잠열·흡착열시스템 등이 있으며 동일한 부피에 많은 양의 열에너지를 저장 가능하며 열에너지 수요처별 온도에 따라 열저장 온도를 결정할 수 있다. 기존 축열시스템대비 장기간 열저장이 가능하다는 차별성과 경쟁력을 가지고 있다.
■ 이번 연구의 최종 목표는
과학기술 기반 지역수요맞춤형 R&D를 수행하고 혁신기술을 보급함으로써 답보상태의 지역현안 문제를 해결해 제주특별자치도의 도정목표인 ‘CFI2030’ 구현이 가능하다. 재생에너지 초과전력을 제주도 시설하우스의 난방용으로 활용함으로써 출력제어 감소와 계통 안정성 및 유연성 확보를 도모하고 있다. 1차 산업 열공급부문 에너지전환(화석→ 재생에너지)을 통한 온실가스 배출저감 및 탄소중립 달성과 플러스 DR제도 개선을 통해 발전사업자 손실감소, 농가주민 경영비 절감 등 공생모델 창출이 가능하다.
■ 그동안 개발 성과는
통합 열관리 플랫폼 개발이 목표인 이번 주민공감현장문제해결사업의 총연구기간은 2022년 5월1일부터 지난 7월31일까지 진행됐다. 그동안 미활용 에너지 가용 열량 산출을 통해 축열조 상태기반 축·방열 스케쥴링 최적화 기술 개발, 에너지 부하예측에 따른 열 및 전력 공급 최적화 기술 개발을 목표로 진행됐다. 또한 통합 열관리 플랫폼의 경제성 분석으로 플러스 DR 연계 시 다양한 시나리오별 시뮬레이션이 가능하며 탄소 인센티브 수익 모델이 개발됐다.
■ 향후 활용계획 및 기대효과는
통합 에너지관리 플랫폼을 추후 건물부문으로 보급 확대를 통해 제주도 내 열공급부문 탄소중립을 추진할 예정이며 리빙랩 기반 실증 결과를 토대로 향후 분산에너지 특구사업으로 확대해 보급 및 적용을 계획하고 있다. 재생에너지 발전 출력제한문제 해결을 통한 경제적 손실 방지와 지자체 및 정부의 탄소중립 목표 달성, 지역주도의 재생에너지 확산체계 구축이 기대된다. 통합 열관리 플랫폼을 시설농가에 적용하기 위해서는 비용이 발생(센서류, 통신장비 등)한다. 이에 따라 통합 열관리 플랫폼 활성화를 위해 보급 사업 등의 적극적인 추진 계획이 필요한 실정이다.
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