신재생에너지 복합열원으로 농업 분야 에너지 자립, 탄소저감을 동시 달성할 수 있는 에너지 플랫폼이 개발돼 실증에 성공했다.이산화탄소 배출량을 절반 이상, 운영비는 3분의 1 이상 절감했다.
한국기계연구원(원장 류석현)은 이상민 미래농생명공학연구단장, 무탄소발전연구실의 김영상 책임연구원 및 박진영 선임연구원팀이 '온실 3중 열병합발전 시스템'을 개발했다고 16일 밝혔다.
수소 고분자전해질막 연료전지(PEMFC), 공기열원 활용 히트펌프, 태양열 집열기, 흡착식 냉동기를 연계해 전기를 생산하고, 발생 열을 냉난방에 활용하는 기술이다. 주간에는 태양열을 이용하고 야간 및 일사량 부족 시에는 연료전지·히트펌프를 조합해 운전하는 등 전력과 냉난방 에너지를 계절·시간대별로 효율적으로 생산하고 유연하게 공급할 수 있다.
겨울철 연료전지 배열과 태양열 집열기 발생 열에너지를 온수 형태로 온실에 공급해 작물 생육환경을 조성한다. 여름철에는 생산 온수를 흡착식냉동기 열원으로 활용해 냉수를 생산하고 스마트 온실로 공급한다. 또 혹한·폭염 날씨에 대응, 공기열원 히트펌프를 사용해 스마트 온실 냉난방을 보조한다.
연구팀은 다중 열원 간 상호 보완 구조 및 통합 제어기술로 에너지 대응 안정성을 극대화했고 단계별 출력 조절이 가능한 연료전지, 사용전력 대비 5.2배 이상 온열을 생산할 수 있는 온도 상승용 히트펌프, 연료전지 발전 용량에 맞는 공기열원 히트펌프, 주간 일사를 활용하는 태양열 집열기를 개발했다. 실시간 모니터링 및 제어가 가능한 운영 시스템도 구축했다. 또 저온 열원(65~70도)으로도 냉수 생산이 가능한 흡착식 냉동기를 시스템에 적용했다.
기존 온실용 히트펌프 시스템 대비 운영비를 36.5%, 이산화탄소 배출량을 58.1% 감소시켰으며 이를 활용해 전주시 농촌진흥청 국립농업과학원 내 200평 규모 온실에서 토마토를 6개월 이상 재배하고 있다.
이상민 단장은 “온실 3중 열병합발전 시스템은 계절변화 등 냉난방 수요 변동성이 큰 우리나라 환경에 적합하다”며 “수소 연료전지를 스마트팜에 적용한 최초 사례로 신재생에너지를 기반으로 한 온실 농업 에너지 자립에 크게 기여할 것으로 기대한다”고 밝혔다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
