[인더스트리뉴스 권선형 기자] 에너지 프로슈머로서의 건물로 탈바꿈하기 위해 신규건축물 뿐 아니라 노후화된 기존 건축물, 더 나아가 도시단위의 커뮤니티 에너지 공유를 위한 플랫폼 개발에 국내 연구진이 나서고 있어 눈길을 모은다.

한국에너지기술연구원(원장 김종남)은 도시형 신·재생에너지 플러스에너지커뮤니티 에너지공유 플랫폼(K-PEC, KIER Plus Energy Community) 개발을 위해 대전 본원 내 기존 노후 건축물 리모델링을 통해 신·재생에너지 융복합 기술을 적용해 실증한 결과 144%의 높은 에너지자립률을 보였다고 5월 10일 밝혔다.

에너지연은 기관 주요사업인 ‘도시발전을 위한 신·재생에너지 기반 플러스 에너지커뮤니티 플랫폼 개발’ 사업의 소규모 에너지공유 커뮤니티 실증 대상인 원내 건물 4채(주거용 2채, 비주거용 건물 2채) 중 제로에너지하우스인 주거용 건물 2채에 태양광(PV), 태양광·열(PVT), 고분자 연료전지(PEMFC), 에너지저장장치 등 신·재생에너지 최신 기술을 접목했다.

1998년부터 초에너지절약형 실험용 건물을 지어 에너지자립주택 연구를 해 온 에너지연은 2002년 국내 최초로 개발한 ‘제로에너지 솔라하우스1(Zero Energy Solar House; ZeSH-1)’와, 2005년 당시 독일의 패시브하우스를 능가하는 신·재생하이브리드시스템을 적용해 개발한 ZeSH-2에, 주택 자가소비율 및 커뮤니티 에너지자립률을 고려한 설계로 최신기술을 접목해 플러스에너지하우스(KIER Energy Plus Solar House; KePSH-1 & 2)로 탈바꿈시켰다.

지붕형 건물일체형 태양광(BIPV) 및 지붕거치형 태양광·열(PVT) 모듈로 총 6.6kW의 신·재생에너지 설비를 갖췄던 ZeSH-1에는, 총 21.4kW의 신·재생에너지 생산설비(15.1kW BIPV + 4.3kW BIPVT + 2kW PEMFC)뿐만 아니라, 전기저장(BESS), 열저장(TESS), P2H(Power to Heat, 잉여전기열변환), 히트펌프 활용기술 등을 적용해 KePSH-1 리모델링을 완료했다. 또한 지붕형 BIPV와 벽면형 BIPVT 모듈로 총 6.45kW의 신·재생에너지 용량을 보유했던 ZeSH-2가 고도의 에너지자립률을 갖는 KePSH-2로 변모하는 데에는 8.3kW BIPV, 3.3kW BIPVT, BESS, TESS, P2H, 지열 냉난방 히트펌프 등을 적용했다.

제로에너지 커뮤니티 보급모델 확보

연구진은 1차년도인 2020년에 이같이 리모델링한 주거용 건물 KePSH-1과 KePSH-2를 2021년 1월부터 4월까지 시운전해 일반적인 가구의 소비량 기준으로 144%의 에너지자립률을 실증했다. 이를 건축물 에너지효율등급 인증평가 프로그램(ECO2)을 이용해 시뮬레이션했을 때 연간 에너지자립률 166.3%를 얻었다.

건축물 에너지효율등급 인증평가 프로그램(ECO2)을 이용한 주거용 건물의 에너지자립률 [자료=한국에너지기술연구원]

연구진은 에너지공유 커뮤니티 실증 대상인 원내 건물 4채 중 비주거건물 2채에 대해서도 올해 8월까지 리모델링을 완료해 에너지자립 및 자가소비에 대한 시운전을 시작할 계획이다. 이를 통해 주거건물(KePSH-1 & 2)과 비주거건물(KPEB-1 & 2) 총 4채로 이루어진 소규모 커뮤니티에서 전체 에너지자립률 100% 달성을 목표로 하고 있다. 또한, 2단계(2022~23년)에는 에너지공유 통합 운영시스템을 구축해 최적화 실증을 추진할 계획이다.

특히, 도시형 BIPV 시범적용 및 발전성능 측정을 통한 차세대 기술 실증 연구로 산·연 협력을 활성화하고 신기술 도시보급에 크게 기여할 수 있도록 비주거건물 KPEB-2에는 코오롱글로벌과 신성이엔지에서 개발한 유색 태양광 패널인 ‘솔라스킨’ 4.8 kW를 에이비엠과 협업·적용한다. KPEB-1에는 벽면형 컬러 BIPV 40 kW와 히트펌프를 적용해 오는 8월까지 리모델링을 완료할 예정이다.

플러스에너지커뮤니티 조감도 [사진=한국에너지기술연구원]

연구진은 향후 ‘솔라스킨’을 비롯해 적용된 건물에너지 요소기술들의 내구성 및 에너지 발전성능 등 장기 성능평가를 진행한다. 2022년부터 시작되는 2단계 연구에서는 1단계에서 적용된 신·재생에너지 요소기술들과 연구원의 태양광 예보기술을 활용해 전체 커뮤니티 에너지자립률 향상과 에너지공유를 통한 자가소비율 향상, 커뮤니티 에너지 운영시스템 최적화, 커뮤니티 내 열에너지 네트워크 검증 등을 수행한다. 이를 통해 차세대 기술이 도심 에너지 공유 플랫폼 구축의 에너지생산 요소기술로 효율적으로 활용될 수 있도록 통합적 연구를 수행할 계획이다.

에너지연은 플러스에너지커뮤니티 플랫폼 연구결과를 활용해 향후 도시재생을 통한 에너지자립률 향상, 공공부지 또는 노후 캠퍼스를 활용한 도시 에너지공급 플랫폼 구축, 리모델링을 통한 건축시장 활성화 및 신도시 에너지 자립화 등에 활용할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

연구책임자인 김종규 책임연구원은 “이번 과제를 통해 커뮤니티 단위 제로에너지 1등급 설계, 전기·열 복합에너지공유 플랫폼 설계 등을 적용·구현 중이며, 소규모 커뮤니티에서 확보되는 핵심기술들은 실제 도시단위의 스마트빌리지 실증을 통해 검증되고 활용될 수 있도록 대내외 관련 연구를 연계하여 진행하고 있다”고 말했다.

에너지연 김종남 원장은 “이번 연구를 통해 커뮤니티 에너지의 자가소비율을 높이는 실효성 있는 다양한 실증운영으로 제로에너지 커뮤니티 보급모델을 확보해 재생에너지의 도시보급 잠재력을 높이고 탄소중립 및 그린뉴딜에 기여할 것으로 기대한다”고 밝혔다.

[권선형 기자 (news@industrynews.co.kr)]

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