[시평] 열에너지 네트워크 구축으로 열도 스마트하게
[시평] 열에너지 네트워크 구축으로 열도 스마트하게
  • 투데이에너지
  • 승인 2013.10.14
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▲ 김민수 교수 서울대학교 기계항공공학부
[투데이에너지] 열은 우리가 살아가는데 꼭 필요한 에너지로 가열, 난방, 온수, 조리 등에 널리 이용되는 기본적인 에너지의 형태다. 우리는 이러한 열을 얻기 위해서 석유, 가스 등 다양한 에너지원을 이용하지만 최근 들어서는 전기를 많이 이용하고 있다.

전기를 이용한 열의 발생은 쉽고 편하기는 하나, 석유나 가스를 때면 100을 얻는 것을 전기를 이용하면 40정도밖에는 얻지 못하니 비효율로 말하면 으뜸이다.

그럼에도 불구하고 산업, 상업, 가정에서 전기를 이용해 열을 얻는 경우는 점점 늘고 있다. 이로 인해 심화되는 전력수급 불균형을 해소하고 전기이용효율을 높이고자 전기에너지 네트워크 즉, 스마트그리드가 고안됐다.

이때 에너지간 잉여량, 혹은 부족량을 주고받을 수 있게 하는 것이 중요한데 이러한 과정에서는 전기를 저장하기 위한 수단과 전기의 수송이 매우 중요하다.

이러한 생각은 전기에너지와 함께 일상에서 매우 많이 사용되는 열에너지에 대해서도 적용해 볼 수 있다. 열에너지 네트워크는 열에너지의 생산과 수요처간 불균형을 극복해 에너지이용효율을 높이기 위한 방식이며 현재까지 상용화된 사례로서는 지역난방을 들 수 있다.

열에너지 네트워크가 현실화되기 위해서는 기존에 이용되는 단위기기의 에너지이용효율 향상과 함께 열수송의 어려움을 해결해야 하며 열을 지속적으로 공급 및 저장할 수 있는 시스템의 구축이 필요하다.

전기를 모아두는 수단으로 축전지가 이용되듯이 열을 모아두는 수단으로 축열재가 이용된다.

축전지를 이용한 전기에너지의 저장시, 변환효율, 저장용량, 내구성 측면에서 어려움이 많듯이 열에너지의 저장 역시 손실 없이 열을 모아두는 것은 매우 어렵다.

신뢰성 있는 냉열 및 온열 축열재의 개발과 최적의 축열조 개발을 통해 열에너지의 효율적인 저장 및 방출이 가능하다. 더욱이 잠열축열방식을 겸함으로써 현열축열시스템의 축열 밀도를 향상시켜야 한다.

또한 다양한 온도의 열원을 만드는 것은 전체 열에너지 네트워크의 효율을 향상시키기 위해서 중요하다.

미지근한 물은 용도가 적지만 따뜻한 물은 용도가 많고 온수보다는 온도가 높은 스팀의 용도가 더 다양한 것은 자명하다. 이는 보일러를 가동하는 대신에 열펌프를 이용함으로써 이룰 수 있다.

열펌프는 열에너지 네트워크에서 에너지 이용 효율을 높이고 다양한 온도 대역의 열원을 만들어 공급할 수 있다.

최근에 국가 연구개발 과제로서 스팀을 만들어 공급할 수 있는 열펌프의 개발이 진행되는 것은 고무적인 일이다.

저온열원을 고온열원으로 만드는 열펌프와 수급불균형에 따른 열에너지 저장용 축열시스템을 이용하면 스마트 연계망을 구축할 수 있다.

여기에 버려지는 열에너지의 재활용을 도입하면 효율을 상당히 향상시킬 수 있다.  열에너지 네트워크상에서 이러한 에너지들을 활용할 수 있는 방안을 찾는 것도 큰 숙제이다.

한 가지 유념할 점은 에너지 변환기기를 거치면서 손실이 발생한다는 점이다. 이를 유념하며 열과 전기를 통합한 에너지 네트워크 시스템을 구축한다면 전력난의 해소 및 열에너지의 합리적 이용에 큰 도움이 될 것이다.

샤워를 하기 위해 찬 물을 보일러로 가열하고 이렇게 가열된 물이 매우 뜨겁기 때문에 다시 찬물에 섞어 온도를 조절하는 방식은 합리적인(스마트한) 열에너지 이용 방식이 아니다. 찬물을 조금만 가열해 샤워에 필요한 온도로 만들어 쓰는 것이 상대적으로 스마트한 열에너지의 이용 방법이다. 스마트한 우리가 이제는 열을 스마트하게 이용해야 하는 때가 왔다.


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