소규모 열 네트워크를 이용한 양방향 열공급 실증연구 (Feasibility Study of Bi-Directional Heat Supply in a Small Thermal Network)

서지정보

· 발행기관 : 대한설비공학회
· 수록지 정보 : 설비공학 논문집 / 33권 / 1호 / 31 ~ 41페이지
· 저자명 : 김민휘, 이동원, 김득원, 허재혁

초록

본 연구에서는 기 구축된 진천 친환경에너지타운의 소규모 냉방 및 난방 열 네트워크를 기반으로, 양방향 열공급이 가능한 수정 열네트워크를 제안하고 실증운전을 수행하였다. 기존 소규모 중앙공급방식 열 네트워크의 배관 및 밸브를 수정 보완하여 양방향 열공급이 가능하도록 구성하였으며, 이로써 기존 열에너지 프로슈머 외에 별도의 열원설비가 설치된 건물이 또 하나의 프로슈머로 구현되었다.
양방향 열 네트워크 설비의 제어 방안을 도출하고, 이를 바탕으로 실증운전을 통해 각각의 프로슈머가 냉난방 공급을 원활하게 진행할 수 있는지를 검증하였다. 양방향 열공급에 대한 실증운전은 여름철 및 겨울철 각각 2주~3주간 진행되었는데, 이 중 대표 일에 대한 난방 및 냉방 운용결과로 적용 가능성을 검증하였다. 그 결과, 기존 통합제어실이 태양열과 지열원 및 하수처리수열원 히트펌프를 이용하여 다른 건물에 온열 및 냉열을 공급하다가, 일부 시간동안 또 하나의 프로슈머인 학교 측 흡수식 히트펌프의 운전을 통해 열에너지를 공급하는 것이 가능함을 검증하였다.
난방운전 실험기간 동안, 총 공공건물의 난방부하 중 기존 중앙공급방식으로 31.7%의 난방을 담당하고, 학교의 흡수식 히트펌프를 통해 68.3%를 담당한 것으로 나타났다. 이 중, 학교의 흡수식 히트펌프의 생산량 중 55.8%는 학교에서 자체 소비하였으며, 나머지 44.2%의 열이 공공건물로 공급될 수 있음을 확인하였다.
냉방운전의 경우, 총 공공건물의 냉방부하 중 기존 중앙공급방식으로 34.1%의 냉방을 담당하고, 학교의 흡수식 히트펌프를 통해 65.9%를 담당한 것으로 나타났다. 학교의 흡수식 히트펌프의 생산량 중 81.0%는 학교에서 자체 소비하였으며, 나머지 19.0%의 열이 공공건물로 공급되었음을 확인하였다.
이러한 양방향 열공급 실증운전 결과는 열거래로 쉽게 전환될 수 있으며, 경제성이나 친환경성 등 제반 요소를 감안하여 각 열에너지 프로슈머가 공조용 열에너지 공급을 적절히 분담하도록 하는데 필요한 기술적 자료로 활용될 수 있다. 추후 양방향 열공급 또는 열거래와 관련된 실증연구를 좀 더 수행하고 분석하면 양방향 열거래의 경제성과 친환경성 등을 평가할 수 있는 기술적 자료를 확보할 수 있을 것으로 판단된다.

영어초록

In this study, the existing small-scale centralized-district cooling and heating system was retrofitted to form a small-scale heat network with two thermal-energy prosumers, and we empirically analyzed the feasibility of this bi- directional thermal network. In the experimental test, we identified the operation status of a small-scale thermal network based on existing solar thermal and geothermal heat pumps and modified it to form a bi-directional thermal-network system. The bi-directional heat supply was created by calibrating two thermal-energy prosumers to supply heat at predetermined times and converting the absorption heat pump in another building into another thermal prosumer. This experiment confirmed that bi-directional thermal transfer can be accomplished in a thermal network as well as in the conventional heat-supply method. The results of these empirical experiments also showed that the use of bi-directional thermal networks in heat transactions is economically feasibility and eco-friendly.

참고자료

· 없음