오기대 전력연구원 배전연구소 선임연구원

□ 연구개발 배경 및 개요
최근 정부에서는 온실가스 저감을 목표로 저탄소 녹색성장기본법을 제정하고 공공기관을 중심으로 에너지 절약 및 신재생에너지 확대보급 정책을 강화하고 있다. 이에 타 신재생에너지에 비해서 생산단가가 상대적으로 저렴한 지열 냉난방 시스템의 적용 사례가 증가하고 있다. 하지만, 대규모 냉난방 부하를 만족하는 지중 열교환기를 건물주변 협소한 부지에 설치시 발생하는 시공 및 공사비 증가의 문제점들 때문에 적용에 한계가 있는 실정이다.
이에 한국전력공사에서는 향후 확대될 신재생에너지 수요에 대한 선제적인 대응기술 개발을 목표로 기존 지열냉난방 시스템의 단점인 초기 공사비와 설치공간 확보 문제를 동시에 해결할 수 있는 고효율 에너지파일에(그림 1) 대한 표준설계시스템(설계프로그램)을 개발하였다(‘10. 5월 ~ ’13. 4월). 그리고 금년 5월부터 수원인근 154kV 호매실 변전소에서 장기신뢰도 검증을 위한 실증시험을 추가로 수행하고 있다.
 
□ 고효율 에너지파일 설계프로그램 개발

열교환기 설치장면

한국전력공사에서는 기존대비 열교환 성능이 약 20% 우수한 고효율 에너지파일의 열교환 형상 및 이에 대한 해석모델을 제안하고 이를 통한 지열시스템의 장기 성능 및 설치 규모를 산정할 수 있는 설계프로그램을 개발하였다. 기존의 해석모델들은 열교환기 형상을 선형이나 원통형으로 단순 가정함으로써 복잡한 열교환기의 열적거동을 정확하게 예측하지 못하여 30%이상의 예측오차를 나타냈다. 반면, 본 기술은 3차원 형상정보를 반영함으로써 주변지반의 열교환 상태 예측 오차를 5 % 이내로 줄여 신뢰도를 획기적으로 향상시켰다. 또한, 20년 이상의 장기 운전에 따른 지중온도 변화로 인한 성능저하까지 고려한 설계가 가능하다

□ 기대효과 및 향후계획
본 기술개발을 통하여 경제성 및 시공성이 뛰어난 고효율 에너지파일의 적용을 위한 기틀을 마련하였으며, 한국전력공사에서는 수원인근에 154kV 호매실변전소에서 장기신뢰성 검증을 위한 추가 실험을 수행한 이후, 타 건물에 확대 적용할 예정이다

에너지파일 실증 및 원격모니터링 시스템

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