시설원예 에너지자립형 계간축열기반 신재생 융복합시스템 적용성 분석 (Applicability of a Renewable Energy Convergence System based on Seasonal Thermal Energy Storage for Greenhouse)

서지정보

· 발행기관 : 대한설비공학회
· 수록지 정보 : 설비공학 논문집 / 33권 / 8호 / 395 ~ 403페이지
· 저자명 : 김민휘, 김득원, 이동원, 허재혁

초록

본 연구에서는 시설원예의 에너지자립과 난방에너지 소비량 및 연간 난방공급을 위한 운영비용 절감을 위한 방안으로 태양열 및 계간축열기반 신재생에너지 융복합시스템을 제안하였다. 제안된 시스템의 실증단지 적용을 위해 시스템 설비의 설계를 진행하고 제안된 시스템에 대한 요소 기술별 운영 결과 분석을 통해 적용성을 평가하였다. 이후, 현재 일반적으로 적용되고 있는 전기히터 방식대비 에너지절감효과를 운영비용을 산정하여 분석하였다. 그 결과, 태양열 집열기 및 태양광열 집열기를 통해 집열된 온열량을 산정하고, TTES와 BTES에 축열한 후 직접공급방식과 히트펌프의 열원으로 활용한 간접공급방식에 대해서 분석하였다. 그 결과, 본 제안된 시스템은 10.0%의 직접 태양열 의존율을 나타내었으며, 히트펌프의 열원으로 활용한 총 태양열 의존율은 41.2%를 보이는 것으로 분석되었다. 또한, 연간 전력소비량을 비교하였을 때, 전기히터를 사용하는 방식 대비 66.5%의 전력 절감율을 보이는 것으로 확인되었으며, 운영비용 측면에서 73% 이상의 운영비용 절감효과를 보일 수 있는 것으로 확인되었다.
향후, BTES에 대한 시뮬레이션에 대해 실증연구를 통해 얻어진 결과를 바탕으로 BTES의 운영에 따른 온도분포 및 축열량에 대한 분석 및 평가가 필요할 것으로 판단되며, 본 설계 시뮬레이션에서 반영되지 못한 BTES를 활용한 냉열 생산에 대한 부분도 실증연구를 통해 검증할 예정이다.
본 제안된 시스템에서, 보조열원인 지열원 히트펌프는 난방운전 뿐만 아니라, 냉방운전을 통해 시설원예의 휴작기를 줄여 농가소득증대와 작물 성장에 도움을 줄 수 있다. 하지만, 본 연구에서는 이러한 냉방운전 공급에 따른 정량적인 소득증대에 대한 영향은 다루지 않았으나, 향후 실증연구를 통해 냉방운전에 대한 실증 결과를 분석하고, 경제성 분석을 통해 농가 소득증대에 미치는 영향을 다룰 예정이다.

영어초록

This study investigated the energy performance of renewable energy convergence system based on the seasonal thermal energy storage for zero energy greenhouse. The proposed system was integrated with photovoltaic and solar thermal (PVT) system, solar thermal (ST) system, two types of seasonal thermal energy storages, and hybrid source heat pumps. The flat-plate type ST panel is integrated with tank type seasonal thermal energy storage (TTES) and the PVT is integrated on the borehole type seasonal thermal energy storage (BTES). The produced thermal energy through the ST system is mainly stored into the TTES. When the temperature of TTES is higher than the target temperature, the produced thermal energy from ST is stored into the inner BTES. The produced thermal energy through the PVT system, mainly stored into the outer BTES. The three types of heat pumps were used to assist the TTES and BTES. The one hybrid heat pump uses the air source and heat of TTES to produce the cooling and heating water for greenhouse. Another hybrid heat pump uses the air source and heat of BTES, and the other heat pump uses ground source. The energy performance of the proposed system was analyzed by TRNSYS software. The test site of greenhouse has 3,942 m2 of total area and the proposed system serves cooling and heating energy. It was found that the proposed system showed 10.0 % of direct solar fraction and 41.2 % of total solar fraction.

참고자료

· 없음