가변형 장치 기술 노하우로, 태양열 손실·집열기 파손 방지한다
가변형 장치 기술 노하우로, 태양열 손실·집열기 파손 방지한다
  • 김하늬 기자
  • 승인 2023.03.23 11:38
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[공학저널 김하늬 기자] 2050 탄소 중립을 달성하기 위한 노력이 이어지면서 태양열에너지 시장은 새로운 국면을 맞이하고 있다.

화석연료를 대체할 수 있는 재생에너지 중 태양열은 에너지 변환 시 손실이 적어 열에너지 생산에 최적인 에너지원으로 손꼽힌다.

2021년 국제에너지기구(IEA)에서 발행한 에너지 로드맵 보고서 ‘Net Zero by 2050’에 따르면 Net Zero 배출 시나리오를 충족하기 위해서는 재생에너지 발전 기술뿐만 아니라 건물과 산업부문에서 태양열의 비율이 2020년 기준 2% 수준에서 2030년 5%, 2050년 12%까지 증가해야 하는 것으로 조사됐다.

그간 대부분 온수·급탕용에 국한된 활용으로 위축된 국내 태양열 시장은 기업의 인력이나 생산시설 등의 투자가 매우 저조한 상황이었다. 하지만 최근 정부를 비롯한 주요 기업은 태양열에너지 관련 기술력 향상과 더불어 시장의 신뢰도를 높이기 위한 투자와 지원을 아끼지 않고 있다.

특히 ㈜에스앤지에너지는 태양열 분야에서 30여 년간 축적해온 기술과 노하우를 바탕으로 현장 여건과 부하 패턴에 적합한 고효율 KS 인증 태양열집열기를 개발했으며, 최적의 시스템 설계를 통해 태양열에너지의 최대 효율 구현에 앞장서고 있다.

지난 1998년 설립된 에스앤지에너지는 주택용 태양열온수기, 중대형 태양열시스템, 태양광 발전사업의 국내 보급·기술 향상을 통해 국내 최고의 기술과 시공능력을 보유한 신재생에너지 전문기업으로, 자체 설계, 시공 및 사후관리팀을 구성해 토탈 솔루션을 제공하고 있다.

국제·국내 특허를 획득한 가변형 패킹기구를 구비한 태양열집열기 제작기술은 에스앤지에너지의 큰 강점으로 손꼽힌다. 태양열집열기 내부 열매체관(주관)이 집열 온도에 따라 위치가변적으로 수축·팽창해 집열기 파손을 방지할 수 있도록 한 것이다.

자동 습기 조절기능을 갖춘 태양열집열기 제작기술을 기반으로 열매체관 팽창 시 집열기 측면 공기빼기 장치를 통해 집열기 내부 습기를 외부로 배출해 집열기 효율을 향상시키는 방식이다.

이뿐만 아니라 에스앤지에너지의 드레인 다운식 태양열시스템의 제어 기술 또한 눈여겨 볼만하다.

이 기술은 태양열 축열조가 만축열 됐을 때 외부의 태양열집열기 및 배관 내 열매체를 열매체 보충탱크로 전부 환수해 태양열집열기 내부 유체로 인한 과도한 열팽창을 해소할 수 있어 태양열집열기와 시스템 배관 파손을 방지할 수 있다.

여름의 태양 복사열에 의한 집열기·배관의 열팽창을 방지하는 것은 물론 겨울 영하의 기온에서도 동파가 발생하지 않도록 돕는 기술이다.

이와 함께 에스앤지에너지는 태양열에너지 변환 시 열손실을 최소화하는 순차식 차온 제어기술을 개발·적용하고 있어 눈길을 끌고 있다.

태양열시스템 가동 시 집열부를 먼저 순환시킨 후 집열기 고온 센서와 축열조 저온 센서의 설정값이 만족 됐을 때 2차측 축열부를 순환시켜 축열조 열손실을 방지하는 것이다. 즉, 집열기와 배관 내 열매체 온도가 예열 과정을 자동적으로 거치며 시간을 두고 축열탱크가 작동하기 때문에 원천적으로 열손실을 줄이는 방식이다.

이외에도 발코니, 베란다, 벽면 등에 설치가 가능해 공간활용도가 높은 베란형 집열기, 공원이나 휴게시설 등 상부에 설치해 하부공간 활용이 가능한 케노피형 집열기, 작동 소비전력 최소화 및 설치 공간이 부족한 현장을 위한 에너지팩시스템 구축 기술을 보유하고 있다.

에스앤지에너지 박종일 대표이사(사진)는 “에스앤지에너지는 태양열을 이용해 가정용 온수를 생산하는 태양열온수기를 시작으로, 복지시설이나 병원 등에서 사용하는 중·대형 태양열 급탕설비, 산업공정용 태양열시스템, 태양열 건조시스템, 태양광 주택 등 기존 시장과 차별화된 사업 분야를 점차 확대하고 있다”며 “최근 하절기에 풍부한 태양열을 저장하고 그 열을 동절기 난방부하에 활용해 에너지를 절감하는 태양열 계간축열시스템 시공까지 사업영역을 확장하고 있다”고 설명했다.

이러한 기술중심의 설계·시공 기술 노하우를 바탕으로 에스앤지에너지는 국내뿐만 아니라 해외시장까지 진출을 모색하고 있다.

이에 최근 에너지 기술 개발 기관인 한국에너지기술연구원의 기술지도와 지원을 받고 있으며, 농림수산부 ‘태양열을 활용한 에너지 생산, 저장, 관리 및 실증모델 구축과제’와 산업통상자원부 ‘산업공정용 열공급을 위한 태양열 융합 열공급시스템 개발 및 스마트 O&M 시스템 구축기술개발 과제’의 연구개발을 공동으로 진행하고 있다.

박 대표는 “국내 시장은 저온용 태양열 시장이 대부분이며, 중온용 태양열 시장은 거의 없는 상태나 마찬가지다. 온실가스 감축 목표를 달성하기 위해서는 재생에너지 전력과 더불어 태양열과 같은 재생에너지 열 사용 확대가 중요하다”며 “이에 산업공정용 중고온 열 수요 대체를 위해 정부의 에너지기술개발자금을 지원받아 주요 연구기관, 대학 등과 함께 120~180℃ 수준의 온도 범위 집열이 가능한 고효율 태양열집열기와 열저장 기술을 개발하고 있다”고 말했다.

특히 에스앤지에너지는 ICT활용 제어 시스템 적용을 통해 태양열과 히트펌프를 결합한 ‘산업공정용 열공급을 위한 태양열, 히트펌프 융합 열공급 및 스마트 O&M 기술’을 비지니스모델로 개발에 박차를 가하고 있다.

이를 통해 태양에너지의 간헐성을 보완하고 에너지사용량이 많은 산업공정열을 태양열로 대체해 ‘한 차원 높은 태양열 시대’를 주도한다는 계획이다.

박 대표는 “에스앤지에너지는 태양열 이용 계간축열시스템 보급·확대를 위해 저가형 고효율 계간축열을 위한 시스템 설계방법, 고온용 태양열집열기 LFR(Linear Fresnel Reflector) 기술을 개발할 예정”이라며 “앞으로도 지속적인 기술 개발로 태양에너지 분야를 리드하고, 설계에서 시공, 사후관리까지 원스톱 제공을 통해 태양열 기술이 온실가스 감축과 에너지전환에 기여할 수 있도록 노력할 것”이라고 전했다.


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