기계연구원 ‘온실 3중 열병합발전 시스템’ 개발
연료전지, 태양열, 히트펌프 통합해 실증
최종 목표는 탄소 배출 없는 온실 시스템 구축
한국기계연구원(이하 기계연)은 세계 최초로 개발한 신재생에너지 활용 ‘열병합발전 시스템’을 전북 전주시 농촌진흥청 국립농업과학연구원 내 약 660㎡(200평) 규모 첨단 온실에 적용했다.
기계연 산하 미래농생명공학연구단과 무탄소발전연구실의 연구단이 참여해 연료전지, 태양열, 히트펌프, 흡착식 냉동기를 통합한 ‘온실 3중 열병합발전 시스템’을 개발, 6개월 넘게 실증을 이어가고 있다.
안정적인 에너지 공급 가능
기존 온실 냉난방 시스템은 주로 태양열, 지열 같은 단일 재생에너지 기반으로 설계되어 날씨 변화에 따라 에너지 공급이 불안정하다. 또 계절에 따라 냉난방 효율이 떨어지는 한계가 있다.
기계연 무탄소발전연구실의 김영상 책임연구원은 “전기 생산 시 발생하는 연료전지 배열, 태양열 집열기, 히트펌프 간 효율적인 가동으로 기존 대비 안정적인 에너지 공급이 가능하다”고 한다.
작물 생장에 맞춘 에너지 제어 시스템
온실에 필요한 열 공급 열원이 다양한 만큼, 이를 연계해 효율적으로 에너지를 생산하는 일이 매우 중요하다. 연구팀은 재배 작물에 따라 필요한 만큼 에너지를 공급하는 제어 시스템을 구축하는 데 집중했다.
농촌진흥청에서 작물 생장에 필요한 온도를 알려주면, 이 데이터에 맞춰 현장에서 대응하는 구조로 실증을 진행 중이다. 작물의 재배 온도에 맞게 효율적으로 에너지를 생산하는 에너지 관리 시스템이 구축될 전망이다.
탄소 배출 낮추고 운영 효율 높여
그냥 버려지던 연료전지 배열을 물을 데우는 데 활용함으로써 히트펌프의 부하를 줄일 수 있다. 이는 에너지 비용 절감, 이산화탄소 배출 저감 효과로 이어진다.
김영상 책임연구원은 “3중 열병합시스템을 적용하면 기존 온실용 히트펌프 대비 운영비는 36.5%, 이산화탄소 배출량은 58.1%가 줄어드는 효과가 있다”고 한다.
비싼 연료전지, 사업화 걸림돌
연료전지, 태양열, 히트펌프, 흡착식 냉동기가 통합된 ‘온실 3중 열병합발전 시스템’ 사업화의 걸림돌은 역시나 인프라 구축에 드는 비용이다. 현장의 연구원들도 이 말에 동의한다.
현재 상용화된 연료전지시스템만 해도 용량에 따라 1,000만 원대부터 많게는 1억 원대에 이른다. 각종 보조금을 받더라도 감당하기 쉬운 금액이 아니다.
‘무탄소’ 온실을 향한 노력
3중 열병합발전 시스템의 최종 목표는 탄소 배출이 없는 온실 운영에 있다. 이를 위해서는 현장에서 재생에너지와 연계한 그린수소를 생산해 연료전지에 직접 공급하는 방안이 마련돼야 한다. 그러자면 태양광, 수전해 시설 등이 별도로 추가되어야 한다.
기계연은 이곳 현장에서 쌓은 실증 데이터가 농업 부문의 탈탄소화에 큰 도움이 될 것으로 판단하고 있다. 또 이산화탄소를 포집해서 시설 내 작물에 투입해 생장을 돕는 CCU(탄소 포집·활용) 연구에도 관심을 두고 있다.
