시장동향 - 해외


미래 도시 에너지 시스템에서 히트펌프의 역할

 

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미래 도시 에너지 시스템에서 히트펌프의 역할

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스웨덴 왕립공과대학(KTH), 독일 프라운호퍼 태양에너지 시스템 연구소

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출처 : HPT M. Vol.35 No 1/2017

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앞서 발표한 논문에서 스마트 그리드에서 히트펌프의 역할을 전체론적 관점에서 다룬 적이 있다. 스마트 그리드 히트펌프의 주요 분야를 세 가지로 구분해 보았다 : 안정적이며 경제적인 전력망 운영, 재생에너지원 통합, 탄력 전기료 체제하의 운영. 이 세 가지 영역에서 스마트 제어 히트펌프가 재생에너지원을 더 많이 공유하고, 미래의 중요한 “프로슈머”가 주체가 되는 분 산 에너지 시스템으로의 이동이 보다 수월하도록 도와줄 수 있다. 본고에서는 짧게 나마 미래의 도시 에너지 시스템에서 히 트펌프의 역할을 네 가지 영역으로 나누어 간략히 요약해 보았다. 전체론적 접근법의 일환으로 미래 에너지 시스템으로 가는 통합 ‘설계-치수화-제어’ 개념도 소개한다.

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서론

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우리는 아래와 같은 새로운 에너지 패러다임을 향해 가고 있다 :

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i. 간헐적이며 분산된 재생에너지원 성장

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ii. 국지 에너지 생산자이자 소비자(프로슈머)의 역할 을 하는 가구가 수없이 등장

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iii. 교통부터 건물 난방과 냉방까지 모든 에너지 분야의 전력화 심화 소수의 대형 발전소를 세워 항시 수요를 충족하는 기존의 전력 시스템은 이런 변화에 대처하기에 문제 가 있다.

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태양열과 풍력 같이 본질적으로 간헐성과 변동성을 지닌 재생에너지원이 점차 침투하면서 안 정적이면서 수익성 있게 전력 시스템을 운영해야 한 다는 문제에 직면하였다. 이를 위해서는 공급과 수요 앞서 발표한 논문에서 스마트 그리드에서 히트펌프의 역할을 전체론적 관점에서 다룬 적이 있다.

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스마트 그리드 히트펌프의 주요 분야를 세 가지로 구분해 보았다 : 안정적이며 경제적인 전력망 운영, 재생에너지원 통합, 탄력 전기료 체제하의 운영. 이 세 가지 영역에서 스마트 제어 히트펌프가 재생에너지원을 더 많이 공유하고, 미래의 중요한 “프로슈머”가 주체가 되는 분산 에너지 시스템으로의 이동이 보다 수월하도록 도와줄 수 있다.

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본고에서는 짧게 나마 미래의 도시 에너지 시스템에서 히 트펌프의 역할을 네 가지 영역으로 나누어 간략히 요약해 보았다. 전체론적 접근법의 일환으로 미래 에너지 시스템으로 가는 통합 ‘설계-치수화-제어’ 개념도 소개한다.

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양측에서 늘어난 유연성을 포용할 수 있도록 에너지 인프라를 업그레이드 해야 한다. 배터리나 열 저장장치에 연 결된 열-전력 시스템 등의 단기 에너지 저장 방식으로 필요한 유연성을 일부 확보할 수 있다.

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본고에서는 미래 에너지 시스템에서의 히트펌프의 역할을 다루고, 히트펌프가 이 과정에서 어떠한 방법으로 에 너지 절약과 동시에 수요 측면에서 최저화 된 운영에 기여할 수 있는 지를 조명해 본다. 여기에서는 여러가지 중 요한 개념을 짧게나마 간략히 언급하고 [1]에서 좀 더 깊이 있게 다루기로 한다.

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히트펌프 표준 가정용/경공업 히트펌프는 2016년에 나온 IEC 60335-2-40판이 국제 사용기준이다(2013년판을 개정한 판 본이다). 유럽에서는 이 표준의 이전 버전을 약간 수정한 EN 60335-2-40를 사용하며, EU 기계류 지침(EU Machinery Directive)과 EU 저전압 지침(EU Low Voltage Directive)과 조화를 이루고 있다.

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그러나 본고를 작 성할 당시, EN 판본은 여전히 2002년에 나온 IEC 60335-2-40가 기준이었다. EN 판본을 여러 차례 개정해도, 여러 면에서 시대에 뒤쳐져 있다. EN 신판 제작 작업을 하고 있지만, 여러 이유로 지연되고 있다.

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 ISO 5149는 또 다른 국제표준으로, 원칙적으로는 히트펌프를 포함한 모든 시스템을 포괄한다. 그러나 용도 별 표준 EN이나 IEC 60335-2-40를 좀 더 많이 사용한다. 아직은 ISO 5149를 고려할 가치가 있으며 경우에 따라 서는 EN이나 IEC 60335-2-40에서도 이 표준을 요구하기도 한다.

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EN 60335-2-40에서는 기계적 강도에 대 한 조항에서 ISO 5149 안전 요건을 따르도록 하고 있다. 새로 나온 IEC 60335-2-40는 좀 더 구체적인데, 여기 에서는 건설 강도(Construction Strength)와 IEC 표준에서 아직 다루지 않은 부분에 대해서는 ISO 5149만 따 르도록 하였다.

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EU에서는 ISO 5149 같이 모든 시스템을 포괄하는 EN 378도 있다. EN 378-2는 EU 압력장비 지침 과 비슷하게 맞추었으며 가연성 냉매용이다. 파이프 가 DN25 보다 크거나 용기의 최대 허용 압력이 50 bar-l 이상인 시스템은 기본적으로 압력장비 지침 을 따라야 한다.

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압력장비 지침을 준수하려면 EN 378-2를 따르는 것이 가장 간단하다. 결국 우선적으로 고려해야 할 표준은 EN이나 IEC 60335-2-40이지만, EN 378와 ISO 5149도 서로 연 관이 있을 수 있다. 다행히 이 세 표준 요건이 꽤 유 사하고, 특히 EN 378와 ISO 5149는 매우 잘 맞아떨 어진다.        

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중략...