기계연 ‘탄소 감축·비용 절감’ 열공급 솔루션 개발

(대전=뉴스1) 이동원 기자 = 한국기계연구원 탄소중립기계연구소 박창대 책임연구원 연구팀이 산업 현장의 열공급 설비를 친환경·고효율 시스템으로 전환하는 통합 솔루션을 개발했다고 22일 밝혔다. 설비 비교·최적화 설계 플랫폼 ‘iTOP’과 태양열 히트펌프 기반 고온 열공급 시스템 ‘SoHProtes’를 함께 개발해 실제 산업 현장 실증에도 성공했다.

연구팀이 개발한 iTOP은 사업장의 위치, 부지 면적, 필요 온도, 열 사용량, 폐열 유무, 부하 패턴 등 조건을 입력하면 21종 이상의 열공급 설비를 동시에 비교·분석하는 설계플랫폼이다. 가스보일러, 전기보일러, 전극보일러, (고온) 히트펌프, 태양열 시스템, 열병합설비 등을 대상으로 동적 성능 시뮬레이션과 경제성 분석을 수행해 최적 설비 조합과 공정설계 결과를 제공한다.

함께 개발된 SoHProtes는 태양열 집열기를 고온 히트펌프의 열원으로 활용해 폐열이 부족한 곳에서도 60도 이상 고온의 열에너지를 안정 공급한다. 태양열 부족 시 축열조와 히트펌프를 연계하는 하이브리드 제어로 연중 안정적 운영이 가능하다.

실증 결과 SoHProtes는 기존 가스보일러 대비 44%의 탄소 배출 감축, 4000톤 이상의 이산화탄소 저감 효과와 약 3년의 투자회수기간을 확인했다. 식품, 화학, 제지, 섬유 등 200도 이하 열공정을 사용하는 산업 현장의 탄소중립 전환에 기여할 것으로 기대된다.

박창대 책임연구원은 “iTOP과 SoHProtes는 산업 현장에 최적화된 고효율 친환경 열공급 시스템으로, 화석연료 의존 산업의 탄소중립 실현에 크게 기여할 것”이라며 “AI 기술 접목으로 설계 플랫폼 고도화를 추진 중”이라고 밝혔다.

이번 연구는 기후에너지환경부 지원 과제인 ‘산업공정용 열공급을 위한 태양열 융합 열공급시스템 개발 및 스마트 O&M 시스템 개발(주관기관 S&G 에너지)’을 통해 수행됐다. 연구성과는 국제학술지 Energy Conversion and Management를 비롯해 Renewable Energy 등 다수의 SCI급 학술지에 게재됐으며, ‘산업공정용 태양열 히트펌프 시스템’, ‘태양열 히트펌프 융합 시스템 및 설계 플랫폼을 이용한 설계 방법’ 등 관련 특허도 출원했다.

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