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Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering

Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering

ISO Journal TitleKorean J. Air-Cond. Refrig. Eng.
  • Open Access, Monthly
Open Access Monthly
  • ISSN : 1229-6422 (Print)
  • ISSN : 2465-7611 (Online)

  1. 한국에너지기술연구원 선임연구원 ( Senior Researcher, Korea Institute of Energy Research, 152 Gajeong-ro, Daejeon, 34129, Korea )
  2. 한국에너지기술연구원 기술원 ( Engineer, Korea Institute of Energy Research, 152 Gajeong-ro, Daejeon, 34129, Korea )
  3. 한국에너지기술연구원 책임연구원 ( Principle Researcher, Korea Institute of Energy Research, 152 Gajeong-ro, Daejeon, 34129, Korea )



Thermal network(열 네트워크), Thermal energy prosumer(열에너지 프로슈머), Bi-directional heat supply/heat trade(양방향 열공급/열거래), Experimental analysis(실증연구)

1. 서 론

신재생에너지 등 친환경에너지 이용과 분산에너지 시스템 확대가 요구되면서, 전력 부문뿐만 아니라 열에너지 부문에서도 저온 열공급 기반의 4세대 지역난방 및 열에너지 거래/공유에 대한 관심이 증가하고 있다. 이 중 건물 간 열에너지 거래는 한 건물에서 잉여 열에너지가 발생하는 경우는 물론, 열원설비의 경제성이나 친환경성 등을 감안하여 열원설비를 공유한다는 개념에서 운영될 수 있다. 즉, 각 건물의 최대부하에 맞추어 설치된 열원설비들을 부분부하 시 여러 조건을 감안하여 선택적으로 운전하고, 생산된 열에너지를 여러 건물이 나누어 사용하도록 하는 것이다. 이러한 열에너지 거래 또는 공유는 분산에너지 시스템의 효율성과 신재생 열에너지의 활용성을 높이는데 기여할 수 있다.

더불어, 최근 탄소중립과 RE100과 같이 신재생에너지를 기반으로 한 건물 및 커뮤니티의 에너지공급에 대한 관심도가 높아지고 있다. 이에, 가장 설치가 용이한 태양광을 기반으로 건물 및 커뮤니티에 적용이 활발하게 진행되고 있다. 하지만, 이러한 태양광 발전량의 증대로 인해 잉여 전력에 대한 계통연계의 문제점, 간헐적인 발전으로 인해 태양광의 계통연계에 대한 부담이 증대됨에 따라 건물 및 커뮤니티에서의 자가소비에 대한 관심도가 높아지고 있다. 이에 따라, 잉여전력을 열로 변환하거나 태양광 발전설비 대신 태양열 집열기를 설치하여 건물 혹은 커뮤니티에 활용하는 방식에 대한 연구과 관심을 받고 있다.(1-5)

이를 구현하기 위해서는 기존의 지역난방과 같이 중앙냉난방의 공급뿐만 아니라, 전력 프로슈머와 동일한 개념의 열 프로슈머를 구현하여 열네트워크에 잉여열 공급에 따른 열에너지 공유 및 거래가 가능할 것이다. 최근 양방향 열네트워크에 대한 다양한 연구들이 진행되고 있다. Pipiciello et al.(1)에서는 지역난방에서 양방향 열네트워크를 구현하기 위한 bidirectional substation에 대한 파일럿 설비를 구축하고 다양한 제어방안에 따른 실험을 통해 양방향 열네트워크에 대한 구현 가능성을 검증하였다. Wirtz et al.(2)은 5세대 지역냉난방을 구현하기 위한 양방향 열네트워크에 대한 에너지 밸런스를 유지하는 방법론에 대해 분석하였다. Lorenzen et al.(3)은 Wilhelmsburg 지역에서 스마트 열그리드 구현을 위한 설계와 양방향 열네크워크 구현시 고려해야 할 사항들에 대해서 분석하였다. Rosemann et al.(4)에서는 지역난방에 분산형 태양열 시스템의 적용을 위한 제어방안과 그에 따른 배관의 온도, 압력분포에 대한 분석을 에뮬레이션을 통해 진행하였다. Heymann et al.(5)은 지역난방에 분산형 태양광 시스템의 적용을 위한 두 가지 방안에 대해서 나타내고 각 방식에 대한 운영방안을 나타내었다. Kauko et al.(6)은 저온지역난방에서 dynamic modeling을 통한 프로슈머의 적용성을 분석하였다. Dymola 프로그램을 활용하여 주택, 지역난방, 프로슈머를 모델링한 후 운영에 따른 경제성 및 CO2절감효과 등을 분석하였다. Postnikov et al.(7)은 지역난방에서 프로슈머를 적용하여 운영 시 최대 난방부하에 대한 피크부하 절감과 비용 최적화 운영을 위한 시뮬레이션 분석을 진행하였다. 지금까지 살펴본 바와 같이, 현재 양방향 열네트워크에 대한 필요성이 증대되고 있으며, 이에 따른 연구 또한 확장되어 나가고 있다. 최근 열 프로슈머에 대한 파일럿 스케일의 운영이 진행되었으나,(1) 실제 건물의 운영과 같이 양방향 열네트워크에 대한 실증 연구가 진행된 바는 없다.

두 곳의 열에너지 프로슈머를 설정하고 열거래를 위한 배관망 수정방법과 이를 이용한 실증운전 결과를 제시한 이전의 연구(8)에서는, 서로 다른 열원설비를 갖고 있는 건물 간 열에너지 공유를 실증하면서 여름철 및 겨울철 대표적인 날의 양뱡향 열공급 적용 가능성을 검증한 바 있다. 본 연구에서는 선행연구에서 동일한 실증단지인 진천 친환경에너지타운 내 기존 중앙냉난방방식의 열공급설비 및 열에너지 프로슈머 운영을 기반으로, 신축된 공공건물을 기존 네트워크에 편입하고 또 하나의 프로슈머로 전환시킨 후, 양방향 열공급이 가능하도록 배관망을 수정하고 제어 시스템을 구축하였다. 이를 통해 서로 다른 열원설비를 갖추고 있는 열에너지 프로슈머 건물 3동과 열원설비가 없는 4동의 건물 등 총 7동의 건물이 열 네트워크로 연결되었고, 이들 사이 열에너지 공유에 대한 실증운전을 수행하였다. 실증운전은 여름철 및 겨울철 각각 5주 이상 수행하였다. 본 연구를 통해 냉열 및 온열 열프로슈머 건물에 대한 운영 가능성을 입증하였고, 향후 열프로슈머의 구현을 통한 열공유 및 거래를 위한 기초연구로 활용될 수 있다.

2. 보완된 양방향 열 네트워크

2.1 기존 열 네트워크 및 양방향 열공급

기존 열 네트워크는 진천 친환경에너지타운으로 불리는 충북 혁신도시 내 공공건물 단지에 구축되어 있으며, 이 단지에는 충북교육청의 S고등학교와 5동의 진천군 공공건물 등 총 6동의 건물이 있었다. 이들 건물의 주 열원설비는 1,600 ㎡의 태양열 집열기와 4,000 ㎥의 계간축열조 등으로 구성된 태양열 시스템이며, 보조열원설비로써 지열원 및 하수열원 히트펌프, 그리고 계간축열조 내 저온의 잉여열을 증발열원으로 활용하는 히트펌프 등 175 kW급 히트펌프 3대가 통합제어실에 설치되었다. 이 중 총 350 kW급의 지열원 및 하수열원 히트펌프는 여름철 냉수 생산도 가능하므로, 공조부하가 큰 고등학교를 제외한 공공건물에는 여름철 냉방용 냉수도 공급하고 있다. 통합제어실에서 생산된 냉온열 에너지는 자체 소비하면서 배관망을 통해 나머지 5동(또는 고등학교를 제외한 4동)의 건물로 열에너지를 공급할 수 있도록 되어 있으며, 고등학교는 냉방설비로써 별도의 약 1,000 kW급 흡수식 히트펌프를 설치하여 사용하고 있다. 이에 따라 고등학교 측 기계실은 통합제어실에서 공급되는 온열을 받을 수 있는 열교환기와 자체 흡수식 히트펌프를 운전하여 생산된 냉열을 각각 실내 측에 공급할 수 있도록 배관이 구성되어 있다.

이전의 연구(8)에서는 열원설비가 설치된 통합제어실과 고등학교를 열에너지 프로슈머로 선정하고, 각 프로슈머가 또 다른 프로슈머 및 열원설비가 없는 다른 4동의 건물에 열에너지를 공급하는 양방향 열공급 실험을 수행하였다. 즉, 임의로 계획된 열공급 스케쥴에 따라 일정 시간동안에는 통합제어실에서 생산된 열에너지를 자체 소비하면서 5동의 공공건물에 공급하다가, 그 후에는 고등학교에서 생산된 열에너지를 통합제어실을 거쳐 다른 공공건물들로 공급하는 양방향 열공급 실험을 수행한 것이다. 열원설비 및 밸브의 제어를 통해 이러한 양방향 열공급이 원활하게 이루어지는 것을 확인한 바 있다.

2.2 보완된 열 네트워크

2020년 초 실증단지 내 준공된 육아종합지원센터(이하 육아센터)를 기존 열 네트워크에 편입시키고, 또 한 곳의 열에너지 프로슈머로 전환시키기 위한 공사를 진행하였다. Fig. 1과 같이 공공건물 중 상대적으로 부하가 적은 보건소와 어린이집으로 연결된 배관에서 분기하여 육아센터까지 확장하였으며(검은색 점선), 연결 배관 사이에 Fig. 2(a)에 나타낸 바와 같이 밸브와 펌프를 설치하여 양방향 열공급이 가능하도록 하였다. VH1 및 VH2 밸브와 연결배관은 고등학교를 프로슈머로 전환시키기 위해 이미 설치했던 설비이며, 육아센터를 프로슈머로 전환시키기 위해서 통합제어실 내에 VC1 및 VC2를, 그리고 육아센터 내에 VC3 및 VC4 등의 밸브와 연결된 배관(붉은색), 그리고 펌프 등을 추가로 설치하였다.

Fig. 1 Overview of Jincheon eco-friendly energy town.
../../Resources/sarek/KJACR.2021.33.9.456/fig1.png

Fig. 2 Detailed bi-directional thermal network and additional pipeline in babycare center.
../../Resources/sarek/KJACR.2021.33.9.456/fig2.png

Fig. 3 Photos of bi-directional network construction and pipeline of babycare center.
../../Resources/sarek/KJACR.2021.33.9.456/fig3.png

육아센터는 자체 30 RT급 지열원 히트펌프가 설치되어 있으므로 독립적인 냉난방이 가능한데, 통합제어실이나 고등학교로부터 열에너지를 공급받기 위해서 또는 다른 건물로 열에너지를 공급하기 위해서 열교환기를 추가 설치하였다. 이를 위해 육아센터에는 기존 배관 외에 별도의 배관 및 밸브 등을 Fig. 2(b)의 붉은색 가는 선과 같이 추가하였다. 육아센터의 열원설비는 용량이 작기 때문에 네트워크 내 모든 건물에 열에너지를 공급하는 것은 무리였으며, 따라서 냉난방 부하가 상대적으로 작은 인근 어린이집과 보건소로만 열공급이 가능하도록 하였다. Fig. 3은 보완된 네트워크 공사 및 육아센터 내 추가된 기계실 배관 등의 사진을 보여주는데, 네트워크 보완 시에는 급탕용 온수배관도 함께 설치하였다.

2.3 양방향 열 네트워크 운용

Table 1에서는 양방향 열공급 운전방식에 대해 10가지의 운영모드로 구분하고, 이에 대한 실증을 진행하였다. 통합제어실에서는 태양열 시스템과 다양한 열원을 활용하는 히트펌프에서 생산된 열에너지를, 그리고 고등학교에서는 흡수식 히트펌프를 통해 생산된 열에너지를 자체 소비하면서 모든 건물에 공급할 수 있다. 반면 육아센터는 지열원 히트펌프에서 생산된 열에너지를 자체 소비하거나 두 동의 건물에만 공급할 수 있도록 하였다. 이러한 운영 네트워크 구성을 통해 열네트워크에 포함된 7개의 건물은 3개의 건물에서 생산된 잉여열을 다양한 방안으로 선택적으로 받을 수 있다. 예를 들어 1번 운전방식은 열원설비를 갖추고 있는 고등학교와 육아센터는 자체 열원설비를 이용하여 냉난방을 수행하고, 다른 건물들은 통합제어실에서 공급하는 열에너지를 이용하는 방식이다. 이와는 달리 9번 운전방식은 통합제어실은 자체 냉난방을 하고, 고등학교를 포함한 3개 건물은 고등학교의 열원설비인 흡수식 히트펌프에서 생산된 냉온열을 공급받아서, 그리고 육아센터를 포함한 3개 건물은 육아센터의 지열원 히트펌프에서 생산된 냉온열을 공급받아서 냉난방을 수행하는 운전방식이다. 이러한 운영모드를 통해, 향후 열에너지 거래가 이루어지게 된다면, 네트워크에 포함된 건물들은 열 프로슈머가 생산하는 열에 대한 가격 등 정보를 전달받아 선택적으로 열 공급을 받을 수 있게 되어 다양한 양방향 열거래가 운용될 수 있다.

본 실증운전에서는, 열거래에 대한 정보를 제외하고, 임의의 스케쥴에 따라 각각의 운전방식으로 제어하면서 의도한 열공급이 적절하게 이루어지는지 확인하였다. 각 운전방식에 따른 밸브 및 펌프의 제어방법 중 Fig. 4의 대표적인 사례를 보면, Fig. 4(a)는 육아센터도 통합제어실이나 고등학교에서 생산된 열에너지를 공급받는 경우이며, Fig. 4(b)는 육아센터에서 생산된 열에너지를 다른 두 건물과 함께 공유하는 경우의 제어방법이다.

Table 1. Mode of operation for bi-directional thermal network

Operation mode

Management center

High

school

Youth

center

Library

Public health center

Childcare center

Babycare center

1

TES

GHP

TES

TES

TES

TES

GSHP

2

TES

TES

TES

TES

TES

TES

GSHP

3

TES

GHP

GHP

GHP

GHP

GHP

GSHP

4

TES

TES

TES

TES

TES

TES

TES

5

TES

GHP

TES

TES

TES

TES

TES

6

TES

GHP

GHP

GHP

GHP

GHP

GHP

7

TES

GHP

TES

TES

GSHP

GSHP

GSHP

8

TES

TES

TES

TES

GSHP

GSHP

GSHP

9

TES

GHP

GHP

GHP

GSHP

GSHP

GSHP

10

Freeze protection operation using TES

TES : heat supply from solar thermal with seasonal thermal energy storage(STES)/heat pumps(TES) in management center

GHP : absorption heat pump in high school, GSHP : ground source heat pump in babycare center

Fig. 4 Schematic of bi-directional thermal network.
../../Resources/sarek/KJACR.2021.33.9.456/fig4.png

3. 실증운전 및 결과 분석

실증대상인 진천 친환경에너지타운 내 7동의 건물 중 통합제어실, 고등학교, 그리고 육아센터에서 생산하는 열에너지를 공유하기 위한 다양한 방식의 열공급 실증운전을 수행하였다. 실증운전에서는 운전 스케줄에 따라 각 열원설비에서 생산되어 직접 또는 축열조에 저장되었다가 공급되는 열량을 순환수 입출구 온도차와 유량을 30초 간격으로 측정하여 산정하였다. 배관에서의 열손실을 감안하면 생산해서 공급된 열량과 실제 부하측에 전달된 열량에 다소 차이가 있겠지만, 열손실은 무시하고 열공급량을 바탕으로 결과를 분석하였다.

3.1 냉방기간 양방향 열공급 실증운전 결과

Fig. 5는 냉방기간 중 대표일(2020년 8월 25일)의 양방향 열 네트워크 운용 중 실시간 열공급량을 나타낸 그래프로써, 열공급 주체를 구분하여 나타내었고 공급된 냉열을 음수로 표현한 것이다. 이 날의 열공급 운전 스케쥴은 Table 2와 같으며, 흡수식 히트펌프에서 생산된 냉열은 고등학교와 기타 공공건물로 공급된 양을 구분하였다. 그래프에서 간헐적으로 계간축열조 방열량이 양수로 나타난 것은 태양열 시스템을 통해 생산되어 계간축열조에 저장된 온열이 냉방기간에도 급탕용으로서 각 건물에 공급된 것을 의미한다. 운전방식 변환 시 배관 내 온도가 역전되면서 수 분간의 짧은 시간동안 온열공급처럼 계산된 부분은 무시하였다.

오전에는 통합제어실의 심야축열조에 저장되었던 냉열을 우선적으로 공급하는데 치중하였고, 오후 전력 피크시간대인 12시부터 15시까지는 전력요금이 상승하므로 상대적으로 운전비용이 낮은 고등학교의 흡수식 히트펌프에 의한 열공급을 주로 하였다. 한편, 경부하시간대 통합제어실의 히트펌프를 이용해 생산되어 심야축열조에 저장된 냉열은 오전에 전부 소진되었기 때문에, 오후에 공급된 심야축열조 방열량은 해당 시간에 히트펌프가 운전하여 공급한 양이다. 이 날 하루 열에너지 공급량을 산정하면, 통합제어실의 태양열 계간축열조를 통한 온수급탕 공급량은 170.8 kWh, 통합제어실 히트펌프 연계 심야축열조 공급 냉열량은 1,647.1 kWh, 육아센터 지열원 히트펌프 생산 냉열공급량은 370.5 kWh, 고등학교 흡수식 히트펌프 생산 공공건물 및 학교 냉열공급량은 각각 378.1 kWh와 1,162.6 kWh 등이다.

Fig. 5 Operation profile of cooling mode in typical day(’20. 08. 25).
../../Resources/sarek/KJACR.2021.33.9.456/fig5.png

Table 2. Mode of operation schedule in typical cooling day(’20. 08. 25)

Time

Operation mode

Management center

High

school

Youth

center

Library

Public health center

Childcare center

Babycare center

07:00~10:00

7

TES

GHP

TES

TES

GSHP

GSHP

GSHP

10:00~12:00

5

TES

GHP

TES

TES

TES

TES

TES

12:00~14:00

6

TES

GHP

GHP

GHP

GHP

GHP

GHP

14:00~15:00

3

TES

GHP

GHP

GHP

GHP

GHP

GSHP

15:00~21:00

1

TES

GHP

TES

TES

TES

TES

GSHP

Fig. 6 Daily operation results of cooling mode.
../../Resources/sarek/KJACR.2021.33.9.456/fig6.png

Fig. 6은 냉방기간 중 실증운전을 수행한 4주 동안 다양한 운전방식 스케줄에 따라 일별 공급된 냉열량을 열공급 주체를 구분하여 막대그래프로 나타낸 것이다. 실증운전 초기이기 때문에 에너지절약 효과 등을 고려하기 보다는 다양한 운전방식의 전환이 가능한지에 초점을 맞추어 운전된 결과이다. 휴일에는 열공급 전환을 하지 않았으며 건물들의 특성상 냉방부하도 없거나 극히 적었으므로 나타내지 않았다. 계간축열조에서 급탕용으로 모든 건물에 공급된 온열량도 나타내지 않았다.

3.2 난방기간 양방향 열공급 실증운전 결과

Fig. 7은 난방기간 중 대표일(2021년 2월 16일)의 실시간 열공급량을 공급 주체를 구분하여 나타낸 그래프로써, 역시 고등학교의 흡수식 히트펌프에서 생산된 온열은 고등학교 자체 난방과 기타 공공건물의 난방을 위해 공급된 양을 구분하였다. 한편, 이 날의 열공급 운전 스케줄은 Table 3과 같은데, 밤 11시부터 다음 날 아침까지 주기적으로 짧은 시간동안 계간축열조에서 공급되는 온열은 열 네트워크의 동파방지를 위한 것이다.

난방공급이 시작되면 계간축열조에 난방을 위해 공급 가능한 온도(본 실증운전에서는 48℃) 이상의 온열이 있는 경우 계간축열조에서, 그렇지 않은 경우 심야축열조에 저장되었던 온열을 우선적으로 사용하였다. 오전 9시부터 오후 1시까지는 고등학교의 흡수식 히트펌프에 의한 난방공급이 이루어졌으며, 이후 오후 5시까지는 통합제어실과 육아센터의 히트펌프에서 생산된 온열이 각각 고등학교 등 4동의 건물과 3동의 건물에 온열을 공급하였다. 이 시간 중 통합제어실 계간축열조로부터의 난방공급이 이루어진 것은, 오전부터 태양열 시스템에서 생산된 열이 계간축열조에 축적되어 난방 공급이 가능한 온도 이상의 온열이 저장되었기 때문이다. 계간축열조에 축적된 온열이 모두 소진되면, 다시 통합제어실의 히트펌프에서 생산되어 심야축열조에 저장된 온열이 공급되는 것을 볼 수 있다. 난방부하가 급격히 줄어든 오후 5시 이후에는 통합제어실이 고등학교와 육아센터를 제외한 건물들에 난방공급을, 그리고 프로슈머인 두 건물은 자체 난방을 수행하였는데, 육아센터의 경우 업무가 일찍 종료되어 난방부하가 없었기 때문에 열원설비의 운용이 나타나지 않는 상태이다. 이러한 운전방식은 오후 9시 난방 종료시간까지 진행되었다.

이 날 하루 난방을 위해 공급된 온열량을 산정하면, 통합제어실의 태양열 계간축열조 온열공급량(온수급탕+난방)은 798.7 kWh, 통합제어실 히트펌프 연계 심야축열조 공급 온열량은 2,270.5 kWh, 고등학교 흡수식 히트펌프 생산 공공건물 및 학교 온열공급량은 각각 1,063.2 kWh와 473.5 kWh, 육아센터 지열원 히트펌프 생산 온열공급량은 295.2 kWh 등이다.

Fig. 8은 난방기간 중 실증운전을 수행한 4주 동안 다양한 운전방식 스케줄에 따라 일별 공급된 온열량을 열공급 주체를 구분하여 막대그래프로 나타낸 것이다. 냉방기간과 마찬가지로 휴일에는 양방향 열공급을 하지 않았으며 건물들의 특성상 난방부하가 없거나 극히 적었으므로 나타내지 않았다.

Fig. 7 Energy supply profile of heating mode in typical day(’21. 02. 16).
../../Resources/sarek/KJACR.2021.33.9.456/fig7.png

Fig. 8 Daily operation results of heating mode.
../../Resources/sarek/KJACR.2021.33.9.456/fig8.png

Table 3. Mode of operation schedule in typical heating day(’21. 02. 16).

Time

Operation mode

Management center

High

school

Youth

center

Library

Public health center

Childcare center

Babycare center

07:00~09:00

4

TES

TES

TES

TES

TES

TES

TES

09:00~13:00

6

TES

GHP

GHP

GHP

GHP

GHP

GHP

13:00~17:00

8

TES

TES

TES

TES

GSHP

GSHP

GSHP

17:00~21:00

1

TES

GHP

TES

TES

TES

TES

GSHP

23:00~07:00

10

Freeze protection operation

4. 결 론

본 연구에서는 기 구축된 진천 친환경에너지타운의 소규모 냉난방 열 네트워크를 기반으로, 3곳의 열에너지 프로슈머가 존재하는 네트워크 수정방안을 제안하고 양방향 열공급 실증운전을 수행하였다. 선행연구에서는 6동의 건물을 대상으로 하는 중앙공급방식 열 네트워크의 배관 및 밸브를 수정 보완하여, 기존 통합제어실 외에 고등학교를 열에너지 프로슈머를 설정하고 양방향 열공급 시운전을 수행한 바 있다. 본 연구에서는 자체 열원설비를 갖추고 추가 건설된 육아센터 건물을 열 네트워크에 편입하고, 이 건물 역시 열에너지 프로슈머의 역할을 수행할 수 있도록 배관 및 밸브 등을 보완하였다. 이로써 3곳의 열에너지 프로슈머가 총 7동의 건물에 열에너지를 공급할 수 있는 확장된 열 네트워크를 완성하였으며, 이를 대상으로 양방향 열공급 실증운전을 수행하였다.

본 연구에서는 총 10가지 운영모드의 양방향 열 네트워크 설비 운전방식을 도출하고, 이를 바탕으로 실증운전을 통해 각각의 열에너지 프로슈머가 다양한 운전방식에 따라 원활한 냉난방 열공급이 가능한지 여부를 검증하였다. 양방향 열공급에 대한 실증운전은 여름철 및 겨울철, 각각 5주 및 6주간 진행되었는데, 이 중 대표 일에 대한 난방 및 냉방 운용결과로 적용 가능성을 검증하고 4주간의 운전결과 데이터를 정리하여 나타내었다. 그 결과, 하루 중 일부 시간에서는 기존 통합제어실에서 중앙공급 방식으로 태양열과 지열원 및 하수열원 히트펌프를 이용하여 네트워크 내 건물에 온열 및 냉열 공급이 이루어지고, 일부 시간에서는 또 다른 프로슈머인 고등학교 측 흡수식 히트펌프 또는 육아센터의 지열원 히트펌프 운전을 통해 생산된 열에너지를 제시된 10가지의 운영모드로 건물에 공급하는 것이 가능함을 확인하였다.

제안한 양방향 열공급 네트워크 구축방법은 복수의 열에너지 프로슈머가 있는 열 네트워크 상에서 건물 사이 열거래를 구현하는데 활용할 수 있으며, 실증운전 결과는 경제성이나 친환경성 등을 감안하여 각 열에너지 프로슈머가 열에너지 공급량을 적절히 분담하도록 하는 최적의 양방향 열공급 운전방안을 도출하는데 기여할 수 있다.

후 기

본 연구는 한국에너지기술평가원의 에너지기술개발사업(과제번호 : 2018201060010A)의 연구지원을 받아 수행되었음.

References

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Pipiciello M., Caldera M., Cozzini M., Ancona M. A., Melino F., Di Pietra B., 2021, Experimental Characterization of a Prototype of Bidirectional Substation for District Heating with Thermal Prosumers, Energy, Vol. 223, pp. 120036DOI
2 
Wirtz M., Kivilip L., Remmen P., Müller D., 2020, Quantifying Demand Balancing in Bidirectional Low Temperature Networks, Energy and Buildings, Vol. 224, pp. 110245DOI
3 
Lorenzen P., Janßen P., Winkel M., Klose D., Kernstock P., Schrage J., Schubert F., 2018, Design of a Smart Thermal Grid in the Wilhelmsburg District of Hamburg : Challenges and Approaches, Energy Procedia, Vol. 149, pp. 499-508DOI
4 
Rosemann T., Löser J., Rühling K., 2017, A New DH Control Algorithm for a Combined Supply and Feed-in Substation and Testing through Hardware-in-the-loop, Energy Procedia, Vol. 116, pp. 416-425DOI
5 
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