[4차 산업혁명 이끌 농기계기술] 산업폐열 분포지도 및 농업적 활용모델

온실난방·농산물건조 등 농업활용 위한 6개 모델개발
농업시설 난방비절감 통한 농가소득보전에 큰 기대

강연구 국립원예특작과학원 시설원예연구소 연구사

산업폐열 활용 위한 기초연구

산업폐열이란 연료의 연소열을 산업적으로 활용하거나 처리하는 과정에서 재활용되지 못하고 버려지는 열로서, 농업에서 활용할 수 있는 산업폐열은‘ 발전소의 온배수열, 쓰레기소각장의 소각열, 그리고 일반 제조업체의 폐열’등이 있다.

이중 발전소 온배수열의 활용사업은 이전 정부의 24개 핵심 개혁과제로 추진되는 ‘에너지 신산업’의 8대 과제 중 하나에 포함됐다. 발전소에서 전기를 만들 때 가동되는 터빈을 바닷물로 냉각시키는데, 터빈을 냉각시킨 후 온도가 상승한 바닷물을 다시 바다로 배출하는데, 이것을 온배수라 하며 온도는 20∼30℃ 정도로 아직 따뜻하기 때문에 사용할 수 있는 열에너지가 남아 있다.

우리나라에서 배출되는 온배수의 양은 한해 무려 564억톤에 이르며, 이것을 열에너지로 사용하면 매년 4300만 톤의 석유를 대체할 것으로 추정되고 있다. 그러나 이러한 막대한 에너지는 전체의 1%도 채 쓰이지 못 하고 바다로 배출되고 있는 실정이다.

이와 같은 막대한 에너지 자원을 농업에 활용하기 위해 농촌진흥청은 농업분야에서 국내 최초로 ‘화력발전소 온배수열을 이용한 온실 냉난방시스템’을 연구개발해, 이 시스템을 제주 서귀포시 소재 1.5ha 규모의 망고 재배온실에 적용했다.

이 시스템에 의해 한해에 에너지비용을 기존 유류 난방기 대비 약 89%정도 절감할 수 있어 발전소 온배수를 농업적으로 활용한 모범적인 사례가 된 바 있다. 이와 같이 우수한 현장실증 연구결과를 바탕으로 2015년 온배수를 포함한 바닷물이 수열에너지 부분으로 신재생에너지에 포함됐으며, 또한 같은 해부터 농식품부에서는 화력발전소의 온배수열 뿐만 아니라 소각장 및 일반 제조업체의 폐열을 농업분야에 이용하도록 ‘폐열 재이용시설 지원사업’을 펼치고 있다. 이 폐열 재이용시설 지원사업은 지방자치단체와 농업인 또는 농업법인 등을 포함하는 추진단을 구성해 사업을 신청할 수 있다.

그런데 농업인이나 지자체의 관련 공무원은 발생되는 산업폐열의 양이 얼마 정도인지, 그 폐열을 이용하면 얼마만큼의 온실면적을 난방할 수 있는지, 건조에 이용하면 몇 kg의 건조물을 건조할 수 있는지, 농가주택난방에 이용하면 몇 가구를 난방할 수 있는지에 대한 정보를 가지고 있지 않다.

따라서 산업폐열을 이용하기 위한 장치들의 규모, 크기, 용량을 계산해 내기란 쉬운 일이 아니다. 이와 같은 이유로 농업인이나 지자체 공무원들이 보다 쉽게 접근해 농식품부에서 시행하고 있는 ‘폐열재이용시설 지원사업’에 공모(지원)할 수 있도록 ‘산업폐열의 분포지도’를 작성하고 ‘산업폐열의 농업적 활용 모델’을 개발했다.

산업폐열이란 연료의 연소열을 산업적으로 활용하거나 처리하는 과정에서 재활용되지 못하고 버려지는 열로서, 농업에서 활용할 수 있는 산업폐열은‘발전소의 온배수열, 쓰레기소각장의 소각열, 그리고 일반 제조업체의 폐열’ 등이 있다.

이중 발전소 온배수열의 활용사업은 이전 정부의 24개 핵심 개혁과제로 추진되는 ‘에너지 신산업’의 8대 과제 중 하나에 포함됐다. 발전소에서 전기를 만들때 가동되는 터빈을 바닷물로 냉각시키는데, 터빈을 냉각시킨 후 온도가 상승한 바닷물을 다시 바다로 배출하는데, 이것을 온배수라 하며 온도는 20∼30℃ 정도로 아직 따뜻하기 때문에 사용할 수 있는 열에너지가 남아 있다.

그런데 농업인이나 지자체의 관련 공무원은 발생되는 산업폐열의 양이 얼마 정도인지, 그 폐열을 이용하면 얼마만큼의 온실면적을 난방할 수 있는지, 건조에 이용하면 몇 kg의 건조물을 건조할 수 있는지, 농가주택난방에 이용하면 몇 가구를 난방할 수 있는지에 대한 정보를 가지고 있지 않다. 따라서 산업폐열을 이용하기 위한 장치들의 규모, 크기, 용량을 계산해 내기란 쉬운 일이 아니다. 이와 같은 이유로 농업인이나 지자체 공무원들이 보다 쉽게 접근해 농식품부에서 시행하고 있는 ‘폐열 재이용시설 지원사업’에 공모(지원)할 수 있도록 ‘산업폐열의 분포지도’를 작성하고 ‘산업폐열의 농업적 활용 모델’을 개발했다.

산업폐열 분포지도

‘산업폐열 분포지도’는 공공성이 강한 발전소 22개소, 쓰레기 소각장 41개소 그리고 이미 농업에 폐열을 활용하고 있거나, 활용하고자 하는 의지가 있는 일반 제조업체 3개소를 포함해 총 66개소의 폐열 발생원을 기본 데이터로 구성했다. 또한 분포지도에 포함되어 있다고 해서 모두 농업적으로 활용 가능하고, 포함되어 있지 않다고 해서 모두 농업적으로 활용 가능하지 못하다는 뜻은 아님을 밝혀 둔다.

산업폐열 분포지도의 메인 페이지에 각 도가 표시된 전체지도가 표시된다. 예를 들어 충청남도를 마우스로 클릭하면 충청남도에 위치한 폐열 발생업체인 발전소, 쓰레기 소각장 등이 표시된다. 여기서 특정 폐열업체를 클릭하면 즉, 태안화력을 클릭하면 상세지도와 함께 폐열 발생업체 위치, 연간 폐열 발생량, 인근 농지면적 그리고 주요작물, 특산물, 유망작물 등 작물정보를 알 수 있다. 또 폐열 발생량의 ‘데이터 보기’를 클릭하면, 월별 온배수 배출량, 온배수 온도, 배출열량, 시간당 배출량 등 상세한 정보를 얻을 수 있다.

충청남도 내 다른 곳을 보고 싶으면 분포지도로 돌아가서, 우측상단의 시·군을 클릭하면 종전의 화면으로 되돌아간다. 이번에는 충청남도에서 당진화력을 클릭하면 마찬가지로 상세지도와 함께 폐열 발생업체 위치, 연간 폐열 발생량, 인근 농지면적 그리고 주요작물, 특산물, 유망작물 등 작물정보를 알 수 있다.

위에서는 충청남도만 예를 들었는데 메인 페이지의 각 도가 표시된 전체지도로 돌아가서 원하는 도를 클릭하면 해당 도의 폐열발생업체가 표시되고, 해당 도의 폐열발생업체를 클릭하면 위에서 말한 바와 같이 해당 폐열 발생업체 위치, 연간 폐열 발생량 등의 정보를 알 수 있다.

산업폐열 활용모델

산업폐열의 농업적 활용모델은 발전소 폐열(온배수), 소각장과 제조업체 폐열 즉 폐열 두 종류와 온실난방, 농산물 건조, 주택난방 즉, 활용형태 세 종류를 조합해 총 여섯 개의 모델을 개발했다.

예를 들면, 메인 페이지에서 ‘발전소-온실’을 클릭하면 발전소 온배수를 이용한 온실난방시스템의 계통도가 표시된다. 열교환 탱크에서 온배수로부터 열을 흡수하고, 히트펌프는 이 열을 이용해 40∼50℃의 온수를 만들고, 이 온수를 저장탱크에 저장했다가 온실을 난방하는 시스템이다.

여기서는 PE파이프 열교환기, 히트펌프, 축열조 등이 이 시스템의 핵심 구성요소가 되며, 산업폐열 활용모델은 이와 같은 핵심 구성요소에 대한 기초 설계값을 산출하는 프로그램이다.

이와 같이 산업폐열을 농업에 이용하고자 할 때, 각 구성요소의 용량, 크기 등 설계기준을 농업인, 관련 공무원에게 제공함으로써 폐열 재이용시설 지원사업을 구상하는 기초설계 자료로 이용할 수 있다. 또한 참고값을 클릭하면 폐열정보, 작물생육 적정온도 등을 참고할 수 있다.

기대효과

‘산업폐열의 분포지도’와 ‘산업폐열의 농업적 활용모델’은 그 자체로 당장 경제적 효과가 나타나는 것은 아니지만, 그 잠재력은 매우 크다고 할 수 있다. 앞서 말한 ‘화력발전소 온배수열을 이용한 온실 냉난방시스템’과 더불어 소각장·제조업에서 배출되는 폐열을 재활용 하게 되면 농업시설의 난방비절감을 통한 농가의 소득보전과 농업분야의 이산화탄소 배출저감에도 크게 기여할 것으로 예상된다.

폐열 재이용시설 지원사업은 2015년에 시작해 당진시, 하동군, 곡성군, 제주시, 태안군, 서귀포시가 선정되었으며, 곡성군과 제주시가 2016년 말 냉난방 시스템을 완공해 사용 중이다. ‘산업폐열분포지도와 농업적 활용 모델’이 산업폐열의 농업적 활용확대에 길잡이 역할을 해줄 것을 바란다.

편집부 alnews@alnews.co.kr

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