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지앤지테크놀러지, 제주도에 최적화된 지열냉난방 시스템 개발

기사승인 2020.04.09  15:16:20

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[제주형 지열시스템 계통 모식도]

2030 탄소제로섬의 비젼을 가지고 있는 제주도에 적합한 지열냉난방 시스템을 개발 성공한 업체가 있어 해당 기술에 업계가 주목하고 있다.

기술개발을 한 업체는 지열기술 전문벤처기업인 (주)지앤지테크놀러지(대표 조희남)로서 이미 제주 서귀포에 위치한 헬쓰케어타운에 제주도 내 최대규모라 할 수 있는 160RT(1RT는 시간당 3,024Kcal의 열량규모를 말한다) 지열냉난방 시설을 설치한 업체이기도 하다.

제주도는 화산섬 특유의 지하수 흐름층이 형성되어 있고 일단 개발된 지하수 우물에서는 육지와는 다르게 다량의 지하수를 양수할 수 있는 특성을 가지고 있다. 또한, 지하수 우물로 지하수를 재 주입하게 될 경우에는 겹겹이 형성된 지질층으로 인해 주입되는 물량이 아무리 많다 할지라도 육지부와는 다르게 모두 재주입되는 특성을 가지고 있다. 또한 지하 암반에 형성되어 있는 지하수 흐름층에서는 지하수가 흐르는 유속이 육지 암반층보다는 10,000배 이상 빠른 것으로 알려져 있다.

한편, 제주도는 온실가스 감축을 위해 전체 에너지 사용량의 25~30%에 이르는 건축물의 냉난방 과정에서 사용되는 온실가스를 감축시키기 위해 필수적으로 적용되어져야 할 지열 확대가 그동안 시설비용과 운전비용에 대한 경제성을 맞추지 못해 어려운 측면이 많았다. 이로 인해 일부 대형 건축물에서는 아직도 경유보다 대기 오염도가 높아 환경성이 크게 떨어지고 온실가스 발생량이 큰 난방용 기름이 사용되어지고 있는 실정이다.

참고로 미국환경청(EPA)은 가장 친환경적이고 효율이 높고 경제성이 우수한 신재생에너지원으로 지열을 평가한 바 있으며 지열은 다른 에너지원보다 온실가스의 발생이 극히 작아 제주도가 제시한 2030 탄소제로섬 비젼 달성을 위해서는 가장 적극적으로 활용되어져야 할 최적의 신재생에너지원이라 할 수 있을 것이다.

반면, 제주도가 지열적용의 확대를 위해서는 여러 난관을 극복하여야만 하는데 가장 중요한 것이 제도적인 부문에서 발견되고 있다. 지하수 수질보전을 위하는 목적으로 지열공의 굴착심도는 년 평균 자연수위에서 30m를 초과할 수 없도록 하여 지열공 굴착 깊이에 제한을 두고 있으며 재주입공의 굴착 깊이 또한 제한을 두고 있는 중이다.

또한, 육지에서는 지열 냉난방에 사용되는 지하수의 경우에는 지하수 이용요금을 대통령령으로 부과를 면제하고 있는 반면 제주도에서는 열 사용한 모든 지하수를 지하수층에 재주입하더라도 50%만을 감면을 하고 있어 지열 운영과정에서의 경제성을 낮추고 있다.
 
지앤지테크놀러지가 개발한 지열 냉난방 기술은 이러한 제주도의 지하수 흐름층과 지하수 양수특성을 십분 활용한 것이다. 짧은 시간에 다량의 지하수를 양수하여 저수탱크에 저수한 상태에서 열교환되는 지하수를 2스텝이상의 다단으로 히트펌프에 공급하여 열교환이 되도록 하였다. 이후 히트펌프를 통과하면서 열교환 된 지하수는 재주입공으로 전량을 재주입하도록 한 구성으로 이뤄지도록 하고 있다.

저수탱크는 1단에서 열교환된 지하수를 재차 저수하여 2단 히트펌프로 공급 할 수도 있도록 하여 히트펌프가 운전 중 온도차가 낮게 운전될 경우에도 대응이 가능하도록  하였다. 다량의 지하수를 대형 수중펌프로 양수하여 저수탱크에 저장하고 각 히트펌프에 분배하여 공급하도록 함으로써 깊은 깊이에서의 지하수 양수에 따른 동력비를 결과적으로 절감시킬 수 있는 효과가 있다는 분석이다.

본 기술은 제주도내 제도적 한계인 지하수세의 절감을 위해서 별도의 공기열 히트펌프를 병행하여 설치 운용하도록 한 것이 또한 특징으로 보이고 있다. 제주도 기온 특성상 동절기에도 상온인 경우가 많은데 이런 날씨에는 공기열 히트펌프가 운전되도록 하고 기온이 영하로 떨어져 공기열 히트펌프가 기능을 다하지 못하는 상황에서 지열이 교대로 운전이 되도록 한 것이다. 공기열 히트펌프의 장점과 지열의 장점을 취하면서도 지하수 이용부담을 크게 낮출 수 있어 경제성을 확보하는데 어려움이 없을 것으로 평가되고 있다.

기술개발을 주도한 조희남 대표는 "육지에서는 200RT 규모의 냉난방 열량을 확보하기 위해서는 개방형 지열공을 8개공 내외를 개발하고 그 내부에 모두 수중모터펌프를 설치하여 운용하여야 하지만 본 기술을 적용하는 제주도에서는 지열공 1개 공과 그 내부에 설치되는 대형 수중펌프, 그리고 재주입공 1개 공만으로도 충분한 열용량이 확보될 수 있게 되었으며 그 동안 지열공 굴착비용이 육지보다 과대하게 소요되었던 상황을 지열공 수량을 최소로 제한 할 수 있게 되어 육지의 경우와 비교해도 지열공 굴착비에서 경제성을 확보할 수 있게 되었다"고 말했다.

이어 "또한 공기열 하이브리드 형태의 운용이 가능하여 지하수 사용을 최소화 할 수 있어 지열공 개발 축소와 함께 제주도 내 지하수 환경 보전을 확보하면서도 지열을 확대 적용할 수 있는 기술이 완성되었다”라고 하면서 제주도내 지열확대 적용을 통해 2030 탄소제로섬 비젼의 조기달성을 위해 기여하고 싶다"는 큰 기대감을 표현하였다.

 

황정은 기자 enter@jemin.com

<저작권자 © 제민일보 무단전재 및 재배포금지>
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