초록 ▼

세부과제 Ⅰ : 분산형 가상 다중발전 에너지수요관리 기술 개발
Ⅱ. 과제의 목표 및 내용
1. 배경 및 필요성
■ 배경
⋅정부에서는 제 2차 에너지공급 기본계획을 통해 ICT 기술을 활용한 분산형 전원 기반의 수요관리형 정책으로의 전환 천명
⋅정부의 온실가스 감축 목표 실행을 위한 온실가스 배출권 거래제 제 1차 계획기간 “국가 배출권 할당계획 발표에 따라 배출권 거래제의 조기 도입에 따른 실효적인 대응 방안 수립의 필요성 대두
⋅국내 제조 산업의 경쟁력 강화를 위한 『스마트제조

세부과제 Ⅰ : 분산형 가상 다중발전 에너지수요관리 기술 개발
Ⅱ. 과제의 목표 및 내용
1. 배경 및 필요성
■ 배경
⋅정부에서는 제 2차 에너지공급 기본계획을 통해 ICT 기술을 활용한 분산형 전원 기반의 수요관리형 정책으로의 전환 천명
⋅정부의 온실가스 감축 목표 실행을 위한 온실가스 배출권 거래제 제 1차 계획기간 “국가 배출권 할당계획 발표에 따라 배출권 거래제의 조기 도입에 따른 실효적인 대응 방안 수립의 필요성 대두
⋅국내 제조 산업의 경쟁력 강화를 위한 『스마트제조 3.0』전략 수립에 따라 IOT, CPS, 클라우드, 빅데이터 등 ICT 기술과의 융합을 근간으로 하는 신 산업 육성 정책이 본격적으로 추진되고 있음.
■ 필요성
⋅최근 국가 공공·사회 최우선 현안문제인 전력피크 발생시 전력수요관리에 필요한 실효적 대응기술 개발을 통한 기관 위상 제고의 필요성
⋅제2차 에너지기본계획의 주요 근간인 수요관리 중심의 에너지정책 전환 기조에 부합할 수 있는 ICT 기반 분산형 에너지수요관리 기술개발의 필요성
⋅도심지 및 산업단지 수요처를 고려한 컴팩트한 신 개념 대용량 열에너지 저장기술 개발을 통해 에너지수요관리 효율성 개선 방안 마련의 필요성
⋅상기한 대내⋅외적인 에너지사용 환경 변화에 효율적으로 대응할 수 있는 기술의 수요가 급격히 대두되고 있으며, 따라서 국가 에너지수급 안정을 달성하기 위한 1)에너지 이용 효율개선, 산업 경쟁력과 직결되는 온실가스 감축 목표 및 배출권 거래제 도입에 따른 2)국가 온실가스 저감 방안 수립, 그리고 제조산업을 포함하는 산업계의 3)에너지수요관리 기반의 신 산업 육성 정책에 부합할 수 있는 보급 모델 확립의 필요성에 대응하기 위한 스마트 에너지수요관리 기술의 획기적인 기술 프레임의 변화가 요구됨.

세부과제 Ⅱ : 중·저온 폐열 활용을 위한 열화학 열저장 기반 열택배용 열저장 장치 개발
Ⅱ. 과제의 목표 및 내용
1. 배경 및 필요성
- 최근 에너지의 질적 수요관리에 대한 관심이 높아지면서 Energy mapping을 통해 전체 에너지 공급-수요 체계내 엑서지 손실을 최소화하는 여러 시도가 이루어지고 있음
- 산업체에서 발생하는 폐열을 활용함에 있어 수요처와 연계가 필수적이나 거리에 따른 배관설치비용 대비 수익성으로 인해 공급 영역이 제한되고, 열생산 시점과 열수요 시점이 일치하기 어려움으로 인해 산업단지 구입 에너지의 11.7%가 폐열의 형태로 버려지고 있음
- 이러한 폐열원-수요처간 공간적 제약을 극복하면서도 생산-수요 시점 불일치의 시간적 제약을 극복하기 위한 방법으로서 열을 저장해 수요처까지 이동시켜 사용하는 방식의 수송형 열저장장치를 이용할 수 있음
- 수송형 열저장장치는 배관네트워크 없이도 수요처를 연계할 수 있는 효과적인 방법이나 기존 현열/상변화 물질을 이용하는 경우 편의성 확보 대비 낮은 열저장밀도로 인한 부피증가와 거리에 따른 열손실 증가에 따른 경제성 저하 문제가 있음
- 상기의 문제를 해결하는 방안 중 하나로 최근 유럽의 여러 연구기관에서는 열화학열저장 물질을 이용한 축열/방열 시스템에 대한 연구가 이루어지고 있음
- 열화학열저장(Thermochemical heat storage)은 기존 단일물질의 현열이나 상변화를 이용하는 방식과 달리 두 물질의 분리 결합에 의해 발생하는 흡착/탈착반응 또는 화학반응에 의한 발열 또는 흡열 현상을 이용
* 흡착/탈착 반응(Chemical adsorption/desorption: 경계면에서 용질분자가 고체표면의 계면에 붙거나 떨어져 나가는 현상
* 화학반응(Chemical reaction: 물질의 재배열에 따른 새로운 물질이 생성되는 현상
- 이는 기존 현열이나 상변화방식에 비해 수배 ~ 수십배의 높은 열저장밀도로 동일 축열량에서 작은 부피로 수송이 가능하며, 두 가지 물질의 분리결합을 축/방열에 이용하는 방식이므로 물질을 분리시켜놓으면 열손실이 발생하지 않아 폐열을 발생시마다 저장해 놓았다가 수요처 요청시 이송하여 사용하는 수송형 열저장장치(열택배) 시스템을 구성하는데 용이함
- 최근 유럽의 연구기관을 중심으로 중저온 폐열의 열이송 분야, 고온태양열의 야간발전분야, 화학 히트펌프 분야로 연구가 이루어지고 있으며, 세부 연구분야는 아래와 같음
* 활용 온도대에 맞는 축열 물질 선정
* 높은 열저장 밀도 확보 방안 및 이를 뒷받침하는 시스템 구조
* 장기 반복사용에 열화되지 않는 축열 소재 기술 개발
* 재료 특성에 맞는 축열 시스템 개발
* 열저장/열방출 성능 평가

세부과제 Ⅲ : 양방향 거래를 위한 건물 복합 에너지수요관리 핵심 기술 개발
Ⅱ. 과제의 목표 및 내용
1. 배경 및 필요성
□ 에너지 기술의 패러다임 변화에 대응
- 정부는 “제2차 에너지기본계획(2014)”에 따라 수요관리 중심의 에너지 정책 전환을 선포하였고 ‘35년 에너지수요의 13%, 전력수요의 15%를 절감하는 것을 목표로 함.
□ 에너지 관리기술 시스템의 성장에 대비
- 세계 EMS 시장은 가정용(HEMS), 건물용(BEMS) 및 산업용(FEMS)을 포함해서 ‘13 년 총 136억달러 규모에서 연평균 12.4% 증가하여 ’20년에는 총 308억달러 규모로 성장할 전망임 (Navigant Research, '13-‘15 발표 취합).
□ 열과 전기의 결합 산업의 성장성에 대비
- 열병합 발전은 열과 전기를 공급하는 시스템으로 2020년까지 유럽의 경우 총 발전 용량의 10%에 진입할 것으로 예측되고 있으며 우리나라도 2017년까지 2700MW 보급을 추진하고 있음.
- 최근에는 난방 및 전력에너지에 냉방까지 함께 공급되는 Tri-generation 시스템의 활용이 주목되고 있어 향후 열과 전기의 복합 발전 형태는 더욱 증가할 전망임..
□ 새로운 토탈 에너지 통합관리 기술의 필요성
- Smart City 등으로 대표되는 향후의 세계에서는 열과 전기 그리고 다양한 연료들에 대해 복합적인 에너지관리를 할 기술적인 필요가 증가하게 됨. 결국 그림과 같이 전기, 열, 연료 그리고 정보를 복합적으로 연계해서 에너지의 사용자가 요구하는 형태와 유형으로 공급하게 됨.
- 이 기술들은 기존의 전력망에 연결되므로 전력망과의 연계 기술을 확장 포함하는 형태가 됨. 이러한 복잡성으로 인하여 아직 국외 및 국내에서 심도 있게 연구된 사례가 미비하지만 그 중요성을 예측하여 볼 때 관련 분야들의 융합연구가 필요.

세부과제 Ⅳ : 하이브리드 열관리 기술 적용 마이크로 모빌리티 EV 배터리팩 시스템 개발
Ⅱ. 과제의 목표 및 내용
1. 배경 및 필요성
* 첨단기술의 융합과 혁신을 통해 [그림 1]과 같은 다양한 형태의 이동수단이 개발되고 있으며, 특히 도심 집중화로 인한 주차공간의 제약, 교통 체증 등으로 인해 마이크로 모빌리티 전기자동차(Micro Mobility Electric Vehicle)에 대한 기술개발이 활발하게 이루어지고 있음.
* 마이크로 모빌리티 EV 수요가 증대됨에 따라 2 ~ 6 kWh 급 배터리팩 개발에 대한 필요성이 증대되고 있으나, 이러한 배터리팩 개발이 중소기업 위주로 진행되고 있고, 아직은 개발 초기 단계임. [그림 2] 와 같이 배터리 셀을 단순하게 조합하여 패키징(packaging)하는 수준임(배터리 폭발에 대한 안전성 취약, 배터리 성능 및 내구성 악화).
*[그림 3]은 18650 배터리 셀을 4S4P 모듈로 제작하여 1C, 1.5C, 2C 방전 조건에서 온도를 측정한 것으로, 적절한 열관리를 하지 않는 경우 온도가 급격하게 상승됨.
* [그림 4]에서 보는 것처럼 리튬 배터리는 사용하는 온도에 따라 배터리 성능 및 수명이 크게 영향을 받기 때문에, 최근에 배터리 열관리 기술(배터리 최적 온도 및 균일 제어 등)에 대한 개발 필요성이 증가하고 있으며, 핵심 기술로 부상되고 있음.

세부과제 Ⅴ: KIER 열에너지 네트워크 기반 냉난방 기술 개발
Ⅱ. 과제의 목표 및 내용
1. 배경 및 필요성
<연구배경>
○ 열에너지네트워크
▪ 열에너지네트워크을 통하여 열에너지 이용률을 극대화하는 기술로 열에너지의 자립화를 통
한 온실가스 저감을 목표로 함
- 열에너지네트워크 : 폐기물, 바이오매스, 태양열, 지열 및 온도차에너지 등의 재생에너
지원에서 생산되는 다양한 온도대의 열원을 IT 융합기술에 의해 효과적 이용 기술
○ 열에너지네트워크 설계기술
▪ 열에너지네트워크 기반으로 열수요에 따른 열회수/열공급을 최적화하기 위하여 화학공정
설계에 준용되는 열교환네트워크를 기반으로 하여 수요처간의 열에너지네트워크를 구성
○ 국외기술현황
▪ 유럽을 중심으로 4세대 집단에너지 기술인 저온공급 열에너지 네트워크 기술이 실증단계
에 돌입하였으며 중소규모 사용자시설 대상 시범사업 진행 중
- 1세대(스팀), 2세대(100℃이상 온수), 3세대(100℃이하 온수)에서 4세대(신재생열원 이
용 가능 60℃이하 온수) 집단에너지 시대로 전환 중
▪ 덴마크, 오스트리아 등의 유럽국가에서는 광역 열배관 네트워크를 통한 집단에너지 공급사
업이 활성화
- 덴마크 코펜하겐과 트라이앵글 지역(콜딩, 미들파트 등)에 다수의 지방자치단체가 설립
한 공기업이 광역망을 구축․운영
▪ 지역 난방을 위해 CHP와 흡수식 히트펌프 간의 열에너지 네트워크가 Riga 시에서 2010년
부터 구축 후 운영되고 있으며 열병합 발전소(48 MW전기/48 MW 열) 스팀을 재활용 통
해, 연간 5,200 시간 운전을 및 천연가스 사용량을 842 ton m3/year 저감 달성
▪ 북미에서는 에너지 관련 전문기업 및 국가별 R&D program을 가동하여 현재의 기술 수준
을 격상하려는 노력을 하고 있음. 2020년 연구과제 종료를 목표로 ORNL에서는 에너지네
트워크의 생산단가 절감, 에너지 효율성 제고, 배출물 감소 시스템 등의 연구를 진행중임.
○ 국내기술현황
▪ 열에너지네트워크 관련된 연구는 국내 기반이 취약한 편이며, 주로 해외의 기술에 의존
▪ 사업자 필요에 의해 지역적 소규모 폐열 및 발전배열 등에 미활용열 공급사례는 있었으나, 체계적 대규모 미활용 열거래는 부재
▪ 최근 한국지역난방공사에서 수도권 서남부지역의 미활용 열에너지를 집단에너지사업에 활용하는 수도권 그린히트 프로젝트를 추진 중
<필요성>
○ 열에너지네트워크 기술은 재생에너지와 미활용에너지를 이용 열에너지 활용도를 최적화하기 위한 기술로 수요의 많은 부분을 차지하는 열에너지의 활용도를 극대화 할 수 있기에 열에너지의 경제적인 생산 및 효율적인 분배가 가능함.
○ 기존에는 주로 이론적 기반을 중심으로 지역난방 중심으로 실증, 상용화되고 있기에, KIER 본원에 상존하는 다양한 에너지 간의 네트워크를 구성함으로써 에너지절감을 위한 최적안을 설계하고 이를 기반으로 실증, 운용하는 기술이 필요함.
○ 열에너지 네트워크 연구 분야에서 KIER의 선도적인 역할을 지속하기 위한 전략의 일환으로 KIER가 제시한 열공급플랜트 대상 열네트워크 개념을 작은 규모의 냉난방 공급 시스템

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 3
• 세부과제 목차 ... 5
• 분산형 가상 다중발전 에너지수요관리 기술 개발 ... 6
• 표지 ... 6
• 목차 ... 8
• 2015년도 주요사업 연차(최종)평가 보고서 ... 10
• Ⅰ. 일반현황 ... 10
• Ⅱ. 과제의 목표 및 내용 ... 11
• Ⅲ. 추진 전략 ... 14
• Ⅳ. 추진 실적 ... 17
• Ⅴ. 향후 계획 ... 61
• 중·저온 폐열 활용을 위한 열화학 열저장 기반 열택배용 열저장 장치 개발 ... 63
• 표지 ... 63
• 목차 ... 65
• 2015년도 주요사업 연차(최종)평가 보고서 ... 67
• Ⅰ. 일반현황 ... 67
• Ⅱ. 과제의 목표 및 내용 ... 68
• Ⅲ. 추진 전략 ... 70
• Ⅳ. 추진 실적 ... 72
• Ⅴ. 향후 계획 ... 101
• 양방향 거래를 위한 건물 복합 에너지수요관리 핵심 기술 개발 ... 102
• 표지 ... 102
• 목차 ... 104
• 2015년도 주요사업 연차평가 보고서 ... 106
• Ⅰ. 일반현황 ... 106
• Ⅱ. 과제의 목표 및 내용 ... 107
• Ⅲ. 추진 전략 ... 109
• Ⅳ. 추진 실적 ... 111
• Ⅴ. 향후 계획 ... 131
• 하이브리드 열관리 기술 적용 마이크로 모빌리티 EV 배터리팩 시스템 개발 ... 132
• 표지 ... 132
• 목차 ... 134
• 2015년도 주요사업 연차(최종)평가 보고서 ... 136
• Ⅰ. 일반현황 ... 136
• Ⅱ. 과제의 목표 및 내용 ... 137
• Ⅲ. 추진 전략 ... 140
• Ⅳ. 추진 실적 ... 143
• Ⅴ. 향후 계획 ... 150
• KIER 열에너지 네트워크 기반 냉난방 기술 개발 ... 151
• 표지 ... 151
• 목차 ... 153
• 2015년도 주요사업 연차(최종)평가 보고서 ... 155
• Ⅰ. 일반현황 ... 155
• Ⅱ. 과제의 목표 및 내용 ... 156
• Ⅲ. 추진 전략 ... 158
• Ⅳ. 추진 실적 ... 160
• Ⅴ. 향후 계획 ... 170
• 끝페이지 ... 170