고효율 에너지전환·탄소배출 저감… 태양에너지 활용도 높인다
고효율 에너지전환·탄소배출 저감… 태양에너지 활용도 높인다
  • 김하늬 기자
  • 승인 2023.04.04 09:23
  • 댓글 0
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[공학저널 김하늬 기자] 최근 탄소중립의 중점 과제로 에너지 수요의 전기화를 통한 탄소저감이 강조되고 있다. 이에 따라 친환경 재생에너지 기술로서 태양광 발전기술과 같은 재생전력 발전기술에 대한 정부 기술 개발 지원과 보급사업 또한 활발하게 이뤄지고 있다. 태양광 발전기술은 태양에너지를 이용하는 기술로, 이처럼 태양에너지를 이용하는 신재생 에너지기술로는 태양열 이용기술과 태양광 조명기술이 있다. 태양광 발전 위주의 지원에서 더 나아가 태양열과 태양광 조명을 포함한 ‘태양에너지 기술’에 대한 관심이 모아지고 있다. 이러한 다양한 태양에너지 기술을 이용해 더욱 효과적인 탄소배출 저감이 가능할 것으로 기대를 모으고 있다.

이에 <공학저널>은 에너지 기획을 마련했다. 이번 호에서는 에너지 관련 기술과, 신재생에너지에 대해 알아보고 한국에너지기술연구원 신재생열융합연구실 이경호 실장(사진)을 만나 신재생 열융합 기술 등에 대한 주요 기술에 대해 기획취재를 진행했다. <편집자 주>

INTERVIEW. 한국에너지기술연구원 신재생열융합연구실 이경호 실장

Q. 한국에너지기술연구원 신재생열융합연구실에서는 어떠한 연구가 진행되고 있는지.

현재 신재생에너지와 열에너지를 융합한 시스템(신재생에너지+열융합)과 재생열시스템 열공급기술(재생열+다분야 융합) 개발 및 실증연구를 주로 수행하고 있습니다. 최근에는 핵심기술 역량 축적을 위해 요소기술 개발의 비중도 늘려가고 있습니다. 연구 분야는 건물 및 도시에너지, 스마트팜과 산업공정, 에너지시스템 통합 등 다양한 분야에 대한 기술 적용 연구를 진행하고 있습니다.

Q. 현재 중점적으로 추진하고 있는 연구는.

신재생에너지통합플랫폼 분야의 연구로서 도시 신재생에너지 보급을 위한 신재생열융합 기술연구를 추진 중에 있습니다. 또한 건물과 도시 뿐만 아니라 스마트팜, 산업공정, 섹터커플링 등 다양한 분야의 신재생열 융합기술 적용을 위한 핵심기술로서 중온형 집열기, 벽면일체형 태양광열 집열모듈, 고효율 열저장조 등의 요소기술과 시스템 레벨의 설계 및 운영기술도 중점개발기술로 추진하고 있습니다.

진행 중인 연구과제는 크게 건물 및 도시에너지 분야, 스마트팜 분야, 산업공정열 분야, 시스템 통합분야로 구분할 수 있을 것 같습니다.

‘건물 및 도시에너지’ 분야에서는 신재생에너지 기반의 열융합기술 그리고 재생열기술을 건물과 도시분야에 적용하기 위한 태양광, 태양열, 태양광열, 수열 히트펌프, 열저장 기술 등을 융복합해 적용·실증하는 연구가 진행되고 있습니다. 최근 구역 규모의 실증연구는 부산의 EDC 에코델타스마트시티 국가시범도시 내 스마트빌리지 56세대 주거건물에 에너지융복합 설비가 구축되었으며, 에너지자립률 100% 수준 검증을 위한 기술 실증과 건물 간 에너지공유 연구가 진행 중입니다.

‘스마트팜’을 대상으로 한 연구개발 과제로는 태양열을 계간 축열 방식의 히트펌프식 열공급시스템과 태양열을 이용한 지열히트펌프 지열원 재생 그리고 SOFC 배열활용에 대한 실증연구가 포항과 영천, 진주 등의 온실에 적용되어 실증연구가 진행되고 있습니다.

또한 ‘산업공정열’ 분야를 대상으로 산업가열공정의 에너지소비 절감과 탄소배출 저감을 위해 태양열 기술을 적용하는 연구가 진행 중입니다. 150℃ 수준까지 고효율 집열이 가능한 평판형 집열기 개발과 고효율 열저장조 개발을 통해 히트펌프와 태양열을 융복합한 시스템 적용 실증연구입니다. 또한 태양열 등 재생열 기반의 증발식 담수화기술 사업화를 준비 중입니다.

‘에너지통합’ 분야 연구로는 제주에서의 태양광과 풍력 보급 증가로 재생전력의 과잉공급으로 인한 계통 불안 현상인 셧다운 출력제어 회수율이 매년 크게 증가하고 있어, 이러한 잉여재생전력을 열로 변환해 이용하기 위한 연구가 진행 중에 있습니다.

한국에너지기술연구원 신재생열융합기술 연구 개요
한국에너지기술연구원 신재생열융합기술 연구 개요

Q. 태양열에너지의 중요성과 그 이유는.

태양열에너지 기술은 태양에너지를 이용한 에너지기술 중 한 분야입니다. 매우 효율적인 에너지변환 기술로서 비용·효과적인 측면에서 에너지전환에 크게 기여할 수 있는 잠재력을 가진 기술이지만 다소 저평가되어온 기술이라고 생각합니다.

태양열 기술은 열수요의 전기화를 위한 기술과 비교했을 때 비용 면에서 더 유리하다고 볼 수 있으며, 태양열을 이용한 열저장 기술은 가장 큰 규모의 에너지저장용량이 가능하다고 알려져 있습니다. 에너지저장용량은 전기에너지시스템의 유연성 제공에 있어 매우 중요한 특성이므로 태양열을 이용한 열저장으로 전기에너지시스템의 안정적 운영에 크게 기여할 수 있습니다.

또한 태양열 기술의 에너지밀도는 태양광 발전기술에 비해 더 높다고 할 수 있습니다. 이 특성은 매우 중요한데 건물 등과 같이 제한된 설치면적과 분산형 에너지설비의 설치 필요성 측면에서 높은 에너지생산밀도가 필요하기 때문입니다.

이러한 효율과 설치면적, 단위에너지생산 단가, 에너지 유연성 등을 고려할 때에 지열을 이용한 히트펌프 기술과 열저장을 함께 이용해 제로에미션 건물이나 그린 리모델링과 같은 개념을 구현하기에 고려돼야 할 필수적인 기술이라고 할 수 있습니다.

Q. 현재 태양열 에너지 분야 국내 시장 상황과 기술 발전 상황은 어떤지.

재생 열에너지로서 대표적인 설비기술이 태양열 기술이며, 수열과 지열을 열원으로 한 히트펌프설비 등이 포함됩니다. 태양열 설비는 2000년 이전까지는 가정용 자연순환 태양열온수기 보급 위주로 이루어진 후에 2000년대 이후로 강제순환방식의 태양열 시스템 보급이 수영장, 목욕시설이나 복지시설 등을 대상으로 이뤄졌습니다. 2009년부터 그린홈 보급사업 등 주택의 난방 및 급탕용 태양열시스템으로 보급이 확산됐습니다.

국내 태양열 설비는 평판형 집열기와 진공관형 집열기 위주로 보급이 이루어지고 있으며 진공관형 집열기는 중국에서 전량수입에 의존하고 있는 상황입니다. 평판형 집열기에 대해서는 효율 개선을 위한 기술 개발 노력이 산발적으로 이루어져 왔으며 아직 세계 최고 수준인 스위스 TVPSolar사의 진공식 평판형 집열기 성능에는 많이 부족한 수준입니다.

Q. 태양열 에너지 분야 기술 발전과 보급 확산을 위해 정책적·사회적으로 필요한 점은 무엇이라고 생각하는지.

태양열 기술은 주로 주택이나 건물 단위의 급탕온수를 위한 열공급설비로 보급지원제도가 마련돼있어 주택과 건물 위주로 보급이 이루어져 왔습니다. 그렇지만 태양열설비 보급확대와 관리의 효율성, 경제성 확보 등 여러 가지 측면을 고려하면 대규모 태양열설비 보급으로 보급대상이 이루어져야 하는 것이 바람직합니다. 예를 들면 최근 유럽에서는 기존 도심 지역난방에 분산형의 태양열 설비를 직접 연결하는 방식의 태양열 지역난방기술에 대한 관심이 높아지고 있습니다. 또한 산업공정에 가열용으로 태양열설비를 대규모로 설치하는 사업이 전 세계적으로 확대되는 추세를 보이고 있습니다. 우리나라도 이러한 대규모 태양열설비를 설치해 운영할 수 있는 시스템 개발과 실증연구를 진행하고 보급사업으로 발전시켜나가야 할 것입니다.


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