기계硏, 온실 3중 열병합발전시스템 실증 성공…세계 처음

수소연료전지·태양열·히트펌프 복합열원

전기생산, 냉방, 난방 가능한 3중 열병합 기술

외부환경 영향 최소화 '스마트 온실' 무탄소 농장 기대

[대전=뉴시스] 온실 3중 열병합발전 시스템의 스마트팜 작물 실증 모습.(사진=기계연구원 제공) *재판매 및 DB 금지

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 한국기계연구원은 신재생에너지 복합열원을 활용해 계절별 원활한 에너지 공급과 탄소저감을 동시에 달성할 수 있는 통합 에너지 플랫폼을 개발, 실증에 성공했다고 16일 밝혔다.

기계연구원에 따르면 미래농생명공학연구단 이상민 단장과 무탄소발전연구실 김영상 책임연구원·박진영 선임연구원 공동연구팀이 연료전지, 태양열, 히트펌프, 흡착식 냉동기를 통합한 '온실 3중 열병합발전시스템'을 개발하고 스마트 온실에서 세계 처음으로 검증에 성공했다.

이 온실 3중 열병합발전시스템은 수소 고분자전해질막 연료전지(PEMFC), 공기열원 활용 히트펌프, 태양열 집열기, 흡착식 냉동기를 상호연계해 전기를 생산하고 이때 발생하는 열을 냉방 및 난방에 활용하는 기술이 핵심이다.

주간에는 태양열을 이용하고 야간 및 일사량 부족 시에는 연료전지와 히트펌프를 조합해 운전하는 등 전력 및 냉난방 에너지를 계절별, 시간대별로 효율적으로 생산하고 유연하게 공급할 수 있다.

기존 온실 냉난방 시스템은 주로 태양열이나 지열과 같은 단일 재생에너지 기반으로 설계돼 날씨 변화에 따라 에너지 공급이 불안정하거나 계절에 따른 운전효율 저하의 한계가 있었다.

이번 기술은 겨울철에는 연료전지 배열과 태양열 집열기에서 발생한 열에너지를 온수형태로 온실에 공급해 작물의 적절한 생육환경을 조성하며 여름철에는 생산된 온수를 흡착식냉동기의 열원으로 활용, 냉수를 생산하고 스마트 온실로 공급한다.

또 공기열원 히트펌프를 사용, 스마트 온실의 냉난방을 보조토록 해 추가적으로 혹한 및 폭염의 날씨에도 대응 가능하다.

연구팀은 다중 열원 간 상호보완 구조 및 통합 제어기술을 설계해 열원 간 상호 의존도를 낮추면서도 에너지 대응 안정성을 극대화했다.

개발한 시스템은 기존 온실용 히트펌프 시스템 대비 운영비를 36.5%, 이산화탄소 배출량은 58.1% 각 감소시켰다. 현재 이 시스템은 전북 전주시 농촌진흥청 국립농업과학원 내 실증 200평 규모 온실에서 토마토 재배에 이용 중이다.

이상민 단장은 "온실 3중 열병합발전 시스템은 외부 기상조건에 영향을 받지 않고 발전이 가능하고 특정 열원에 대한 의존도가 낮아 냉난방 수요 변동성이 큰 우리나라 환경에 적합하다"며 "수소 연료전지를 스마트팜에 적용한 최초의 사례로 신재생에너지를 기반으로 한 온실농업 에너지자립에 크게 기여할 것"이라고 말했다.


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