최적화로 E 생산단가 5% 절약
2012년 이후 세계 수준 상용화

광역에너지시스템은 에너지의 효율을 최대한 높일 수 있다. 또 사용 범위도 무궁무진하다.
에너지이용효율 극대화를 위해 다양한 정책이 추진되고 있는 가운데 광역에너지네트워크 구축이 높은 관심을 받고 있는 것은 경제성이 높을 뿐 아니라 기술개발을 통해 해외진출까지도 가능하기 때문이다.

특히 지역난방 등 대규모의 에너지공급시스템이 확대되고 있는 상황에서 분산돼 있는 에너지시스템을 네트워크로 연결, 효율적인 관리가 가능하게 하는 광역에너지네트워크는 에너시시스템을 한단계 업그레이드 시킬 수 있는 혁신으로도 평가받는다.

이같은 광역에너지네트워크 구축의 핵심에는 지식경제부 에너지기술혁신(ETI)프로그램 프로젝트형사업 총괄주관기관인 서울과학기술대학교  ‘광역에너지네트워크연구단(단장 김래현 교수)’이 서 있다.

광역에너지네트워크연구단에는 서울과학기술대학교를 비롯해 한국지역난방공사, LS엠트론 등이 주관기관으로, 한국지역난방기술(주) 외에 다수의 기업이 공동참여하고 있다.

연구단은 고효율 광역에너지 이용기술개발 및 네트워크 구축을 통한 상용화 확립을 목표로 △광역에너지 통합관리 최적화 및 기술평가 시스템 기술 △광역에너지 이용 고효율 융복합 최적화 기술 △광역에너지 이용 장거리 열수송 및 저장 최적화 기술 등 핵심기술을 개발하고 있다.

지역별 열수요처에 따라 고온부터 저온까지 단계적 배열을 통한 최적의 고효율 에너지이용시스템을 개발하고 광역에너지를 이용한 고효율 네트워크시스템 구축을 기반으로 에너지절약 및 신규 사업을 창출한다는 것이다.

이를 위해 광역에너지 통합관리 최적화 및 기술평가 시스템 기술, 하수 열원을 이용한 2000RT급 터보열펌프, 광역에너지 이용 장거리 열수송 및 저장 최적화 기술을 개발하게 된다.

연구단은 이미 지난 2007년부터 2010년까지 1단계로 핵심기술개발·시범사업을 실시했다. 이중 광역 에너지 통합관리 최적화 및 기술평가 시스템 기술을 개발하면서 통합 관리 시스템 구성, DH 네트워크의 최적제어 시스템 개발, 광역 DH 네트워크 최적화 구현, 지리정보(GIS) 시스템 활용, 지역 열 수요 예측 시스템 구축이라는 성과를 얻었다.

연구단은 2010~2012년 실용화·사업화 모델 단계를 거쳐 2012년 이후 실용화·신규사업창출 단계에 들어서게 된다.

성공적으로 개발이 완료되면 에너지네트워크 모델 및 원천기술 확보를 통해 수입대체 및 기술수출은 물론 최적화를 통한 대상지역의 생산단가를 최대 5%까지 절감해 연간 1,760억원의 수입대체 및 1,540억원의 수출효과를 거둘 수 있을 것으로 기대된다.

특히 도시주거형 사업과 산업단지형 사업에도 활용이 가능해 국내 에너지이용효율화는 물론 해외진출 가능성도 크다는 평가다.

김래현 연구단장은 “광역에너지네트워크는 에너지이용효율을 최대화시키는 것은 물론 기술개발을 통해 새로운 비즈니스모델을 만들 수 있는 의미있는 사업”이라며 “기술개발 후 상용화를 통해 우리나라 에너지산업 발전에 기여하겠다”고 밝혔다.

 

김래현 단장

인터뷰 : 김래현  광역에너지네트워크연구단장

광역에너지네트워크 통해 “합리적 에너지 사용 가능”

△광역에너지네트워크의 중요성을 설명해달라.
광역에너지네트워크란 말 그대로 도시 전체의 네트워크를 통해 에너지를 효율적이고 통합적으로 운영하는 기술, 즉 도시 에너지 공급과 활용의 극대화를 꾀하는 것이다. 특히 광역에너지네트워크 시스템은 석유와 같은 기존의 에너지원뿐만 아니라 신재생에너지 등 다양한 에너지원을 적재적소에 전달하는 기술이어서 활용도가 대단히 높다.

에너지네트워크는 일반 가정에서 쓰지 않는 공간까지 들어오던 냉난방을 차단·제어하고 필요한 곳에는 더 보내는 등 개별적인 제어 및 관리가 가능하다. 에너지 낭비가 없는 합리적인 사용이 가능해지는 것이다.

△국내외 현황은 어떠한가.
유럽 등 해외에서는 이 같은 제어시스템이 잘 구축돼 있다. 하지만 주로 소규모 집단에너지 기술이 발달돼 있어 우리나라와 같이 광역권 도시가 발달한 나라에는 실제 적용에 맞지 않는 부분이 있다. 그럼에도 국내 에너지네트워크 관리 시스템은 ABB 등 외국계 기업들의 기술로 대부분 관리되고 있는 실정이다.

해외 시스템의 국내 운영은 A/S나 필요한 추가 옵션 등의 요청과 설치가 원활하지 않은 문제가 있었다.

그렇게 시작된 것이 바로 광역에너지네트워크 연구다. 더 넓은 지역에 개별적이고 세밀한 에너지 제어관리기술을 국내 실정에 맞게 운전자들의 현장의 소리 하나하나를 반영했다.

광역에너지 이용 네트워크를 구축하기 위해 기술개발이 필요한 핵심 분야로는 IT기술과 접목한 광역 네트워크 열공급 최적화 통합시스템 구축기술, 발생되는 배열을 이용한 미활용에너지 이용기술, 다양한 열원을 이용한 열수송 및 축열기술 등이다.

그러나 이러한 연구에도 적용처를 확보하지 못해 실용화되지 못한 문제점이 있었다. 이 때문에 시범사업 선정 및 구축, 현장적용을 통한 핵심기술 개발 및 상용화 모델 도출에 나서게 된 것이다.

△광역에너지 네트워크의 장점은
광역에너지 공급 및 네트워크를 구축함으로써 자립형 에너지 도시와 산업단지를 확립할 수 있다.

첫 번째로 광역에너지는 에너지효율이 높은 시스템으로 도시 에너지의 20~30%를 절약 가능케 한다. 또 첨단 에너지 공급으로 도시의 가치를 증대시킨다.

다음으로 안정성이 뛰어나다. 자립형 에너지원의 확보(전기 및 열원 생산)로 안정적인 에너지 수급을 가능케 한다. 즉 정전사태와 같은 비상시에도 도시 기반시설의 운영을 가능하게 한다.
마지막으로 청정에너지원 사용에 따른 온실가스 저감 등 환경개선 효과를 가지고 있다.
마지막으로 쾌적성과 편리성이 높다. 에너지 중앙공급을 통해 24시간 연속 난방 등 사용자 중심의 에너지 환경이 구축되는 것이다.

△앞으로의 계획은
에너지원은 안정적으로 쓰고 싶을 때 쓰고 싶은 곳에 사용할 수 있어야 한다. 그러려면 다양한 에너지원의 통합적인 이용이 필요하다.

광역에너지네트워크 연구단은 이러한 솔루션 개발을 위해 IT기술, 최적화 기술을 이용한 시스템 개발을 한 지 3년을 맞았다.

결국 에너지를 효율적으로 쓰기 위해서는 가장 높은 온도에서 낮은 온도까지 모두 쓸 수 있어야 하며 열원을 원하는 곳에 원하는 온도로 보내고 어떻게 열 생산계획을 잘 짤 것인가가 중요한 문제인 것이다.

버려진 열원(미활용에너지)을 이용하는 데 중요한 것이 히트펌프와 장거리 열수송과 저장 기술이다.

현재 이를 위해 광역에너지네트워크 연구단은 통합관리 최적화 및 기술평가 시스템 기술, 하수 열원을 이용한 2000RT급 터보열펌프 개발, 광역에너지 이용 장거리 열수송 및 저장 최적화 기술을 연구해 나가고 있다. 이를 통해 연간 128만TOE의 에너지를 절감할 수 있을 것으로 연구단은 예상한다.

연구단의 최종목표는 에너지 생산단가를 최소 3% 이상 절감하는 광역에너지네트워크 최적화와 통합관리시스템 구축이다.

△핵심기술개발 현황은
핵심기술개발 및 시범사업의 1단계는 2007년부터 2010년까지 강남지역 지역난방공사와 연계해 수서지구의 실시간 데이터를 통한 네트워크 시스템 시연을 한 결과 성공적으로 마무리됐다.

2단계는 실용화ㆍ사업화 모델로 2010년부터 2012년까지 중랑, 마곡 지구 등 도시주거형 사업화모델 적용, 부천, 시화 단지 산업단지형 사업화 모델 적용을 통해 실용화 및 경제성을 평가할 계획이다.

연구단은 2012년부터를 상용화와 신규사업 창출을 목표로 ‘세계수준의 사업화 모델을 통한 신규사업 창출로 수익의 극대화를 추구해 나갈 계획이다.

현재 광역에너지네트워크연구의 사업화에 따른 기대효과로 생산단가의 3~5% 절감, 연간 752억원의 수입대체효과(2012년 기준 80%대체)와 연간 738억원의 수출효과(전체 세계 시장 점유율 5%기대)가 기대된다.

또 국가 기가산업의 외국 의존도를 탈피하고 에너지 최적화 기술 인력 양성도 기대하고 있다.
 

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