양방향 열거래를 위한 허브축열시스템의 냉/난방기간 실증운영결과 분석

• Published in: 설비공학 논문집, 36(6) Vol. 36; no. 6; pp. 289 - 299
• Main Authors: 김득원(Deukwon Kim), 이동원(Dongwon Lee), 김민휘(Minhwi Kim), 허재혁(Jaehyeok Heo), 허준(Joon Heo), 민경천(Kyoungchon Min)
• Format: Journal Article
• Language: Korean
• Published: 대한설비공학회 01.06.2024
• Subjects: 기계공학; Heat trading(열거래); Hub Thremal energy Storage(허브 축열조); BTES(보어홀을 활용한 지중축열조); Heat pump(히트펌프); ATES(대수층을 활용한 지중축열조)
• ISSN: 1229-6422; 2465-7611
• DOI: 10.6110/KJACR.2024.36.6.289

본 연구에서는 다양한 재생에너지열원을 활용하여 실증단지 내의 각 수요처에 필요한 열에너지의 100%를 태양열, 지열, 수열 등을 통해 공급하고 있다. 허브축열조를 활용한 양방향 열거래를 통해 상당량의 운영비용절감효과를 확인하였다. 주요 내용은 아래와 같다. (1) 열생산량에 따른 순 에너지절감량은 26.0 TOE로 측정되었으며, 순 온실가스절감량은 109.4 tCO2eq.로 측정되었다. (2) 허브축열조를 통한 양방향 열거래 운전으로 열공급이 이루어질 경우 일반적인 열공급운전대비 18.5% 운영비용 절감을 예상할 수 있다. 실증단지 내 장기축열조(ATES와 BTES)가 안정적으로 운전될 경우 더 높은 온실가스 절감효과를 기대할 수 있다. 또한, 향후 각 건물의 열부하 증가에 따른 정상적인 열공급 운전이 진행될 경우 현재보다 더 높은 운영비용 및 탄소 절감효과를 기대할 수 있다. 본 연구에서는 허브축열조를 통한 양방향 열거래시스템의 기술적 가능성을 확인하였으며, 기존 중앙집중식 열공급 방식과 비교하여 프로슈머 간 열설비의 공유 및 다양한 열원설비의 활용으로 안정적인 열공급의 가능함을 확인하였다. 또한, 유휴시간대의 열원설비 가동으로 장비 가동률을 높일 수 있으며, 다양한 전력요금제의 사용을 통해 경제적인 열생산의 가능함을 확인하였다. 양방향 열거래를 지원하는 허브축열시스템은 4세대 지역난방시스템에 효과적으로 적용될 수 있는 열에너지시스템으로, 열원설비와 운영요금의 다원화를 통한 열공급 안정성 향상과 운영비용 절감을 실현하고, 프로슈머건물의 열부하 수요패턴의 다양화를 통해 재생에너지의 간헐성문제를 효과적으로 해결할 수 있다. 열부하에 따른 적정설비의 설계를 통해 보다 효과적인 허브축열시스템이 구축될 것으로 예상되며, 향후 연구에서는 이를 보완하여 경제적이고 효율적인 시스템설계를 통해 한층 더 발전된 허브축열시스템의 가상 모델을 구축할 것이다. The imperative of climate change calls for carbon reduction throughout diverse sectors, and within the HVAC industry, leveraging renewable energy emerges as a pivotal strategy for carbon mitigation. The heat pump(HP) system stands out as an advanced technology for the efficient exploitation of renewable energy, having attained significant technological sophistication and being adopted for a wide range of applications. This investigation embarked on empirical research aimed at augmenting the effective deployment of HP systems, with a special emphasis on the heat pump integrated with thermal energy storage (HP-TES). A novel hub thermal energy storage(hub TES) framework, facilitating bidirectional heat exchange and optimizing the use of the HP system, was developed and empirically assessed. Employing a hub TES system of 400-ton capacity situated in Busan Myeongji International City resulted in operational cost savings of approximately 18.5% when juxtaposed with conventional central heating supply systems. The introduction of the hub TES system, underpinning bidirectional heat trading, effectively mitigated the fluctuating nature of renewable energy sources by catering to diverse thermal demands. Furthermore, the study verified the dual benefits of enhanced heat supply stability and reduced operational costs through the communal utilization of thermal infrastructure. KCI Citation Count: 0