에기硏, 신재생에너지 기반 '플러스에너지커뮤니티 플랫폼' 실증
기존 제로에너지건물 4채에 최신기술 접목, 최고의 자립률 달성
[이투뉴스] 탄소중립 실현을 위해 에너지를 소비만 하는 공간이었던 건물이 앞으로는 에너지를 생산하고 남는 에너지를 외부에 공급할 수 있는 에너지 프로슈머로 거듭날 수 있는 기반이 만들어지고 있다. 신규 및 노후 건축물 에너지자립화를 넘어 도시단위의 커뮤니티 에너지 공유를 위한 플랫폼 개발이 가시화되고 있기 때문이다.
한국에너지기술연구원(김종남 원장)은 대전 본원에 있는 노후 건축물을 태양광·태양열, 연료전지, 에너지저장 등 융복합 신재생에너지 기술을 적용해 리모델링한 결과 144%의 높은 에너지자립률을 보였다고 밝혔다. 이번 실증연구는 도시형 신재생에너지 플러스에너지커뮤니티 에너지공유 플랫폼(K-PEC) 개발을 위해 이뤄졌다.
도시발전을 위한 신재생 기반 플러스에너지커뮤니티 플랫폼은 실증대상인 건물 4채(주거용 2채, 비주거용 2채) 중 제로에너지하우스인 주거용 건물에 태양광(PV), 태양광·열(PVT), 고분자 연료전지(PEMFC), 에너지저장장치(ESS) 등 최신 기술을 접목했다.
1998년부터 에너지자립주택 연구를 해 온 연구원은 2002년 국내 최초로 ‘제로에너지 솔라하우스(ZeSH-1)’를 지었고, 2005년에는 독일의 패시브하우스를 능가하는 신재생하이브리드시스템을 적용한 ZeSH-2를 내놨다. 실증모델은 이 2채를 주택 자가소비율 및 커뮤니티 에너지자립률을 고려한 설계와 최신기술을 접목해 플러스에너지하우스(KePSH-1 & 2)로 탈바꿈시킨 것이다.
이전 지붕형 건물일체형 태양광(BIPV) 및 지붕거치형 태양광·열(PVT) 모듈로 6.6kW의 생산설비에 그쳤던 ZeSH-1을 모두 21.4kW(15.1kW BIPV+4.3kW BIPVT+2kW PEMFC)의 신재생설비를 갖춘 건물로 바꿨다. 더불어 전기저장(BESS), 열저장(TESS), P2H(Power to Heat, 잉여전기열변환), 히트펌프 활용기술 등을 적용해 KePSH-1 리모델링을 완료했다.
지붕형 BIPV와 벽면형 BIPVT 모듈로 6.45kW의 신재생에너지 용량을 보유했던 ZeSH-2 역시 고도의 에너지자립율을 확보할 수 있도록 8.3kW BIPV, 3.3kW BIPVT, BESS, TESS, P2H, 지열냉난방 히트펌프 등을 적용해 KePSH-2로 변신했다.
연구진은 지난해 리모델링을 완료한 주거용 건물 KePSH-1과 KePSH-2를 올해 1월부터 4월까지 시운전해 144%의 에너지자립률을 실증했다. 또 이를 건축물 에너지효율등급 인증평가 프로그램(ECO2)을 이용해 시뮬레이션한 결과 연간 에너지자립률 166.3%를 얻었다.
에너지기술연구원은 에너지공유 커뮤니티 실증대상인 비주거건물 2채에 대해서도 올 8월까지 리모델링을 완료해 에너지자립 및 자가소비에 대한 시운전을 시작할 계획이다. 이를 통해 모두 4채로 이루어진 소규모 커뮤니티에서 에너지자립률 100% 달성을 목표로 하고 있다. 또 2단계(2022∼2023년)에는 에너지공유 통합 운영시스템을 구축해 최적화 실증을 추진할 계획이다.
특히 도시형 BIPV 시범적용 및 발전성능 측정을 통한 차세대 기술 실증 연구로 산·연 협력을 할 수 있도록 KPEB-2에는 코오롱글로벌과 신성이엔지에서 개발한 유색 태양광패널 ‘솔라스킨’ 4.8kW를 적용했다. 이밖에 KPEB-1에는 벽면형 컬러 BIPV 40kW와 히트펌프를 적용해 오는 8월까지 리모델링을 완료할 예정이다.
설치가 마무리되면 솔라스킨을 비롯해 적용된 건물에너지 요소기술들의 내구성 및 발전성능 등 성능평가를 진행한다. 또 태양광 예보기술을 활용해 전체 커뮤니티 에너지자립률 향상과 에너지공유를 통한 자가소비율 향상, 커뮤니티 에너지 운영시스템 최적화, 커뮤니티 내 열에너지 네트워크 검증 등을 수행한다.
에너지기술연구원은 플러스에너지커뮤니티 플랫폼 연구결과를 접목할 경우 도시재생을 통한 에너지자립률 향상, 공공부지 또는 노후 캠퍼스를 활용한 도시 에너지공급 플랫폼 구축 등에 활용할 수 있을 것으로 기대하고 있다.
연구책임자인 김종규 책임연구원은 “커뮤니티 단위의 제로에너지 1등급 설계, 전기·열 복합에너지공유 플랫폼 설계 등을 적용·구현 중이며, 이 기술들이 실제 도시단위 스마트빌리지 실증을 통해 검증되고 활용될 수 있도록 관련 연구를 진행할 것”이라고 말했다.
채덕종 기자 yesman@e2news.com