01분반 8조

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : P2H 기술 기반 교내 시설물 냉방 시스템 개선

영문 : Improvement of P2H Technology-Based On-Campus Facilities Cooling System

과제 팀명

히트다 Heat!

지도교수

서명원 교수님

개발기간

2024년 9월 ~ 2024년 12월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 환경공학부 20198900** 김**(팀장)

서울시립대학교 환경공학부 20198900** 김**

서울시립대학교 환경공학부 20198900** 양**

서울시립대학교 환경공학부 20198900** 임**

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

 본 과제는 대학 캠퍼스 내 인문학관을 대상으로 Power to Heat 기술을 활용한 에너지 시스템 설계를 목표로 한다. 인문학관 옥상에 설치된 태양광 패널에서 생산된 총 전력량에서 수요 전력량을 제외한 잉여 전력을 열에너지로 변환하여 축열조에 저장하고, 이를 냉방 시스템에 보조하는 방식으로 잉여 전력을 효과적으로 활용한다. 기존 에너지 시스템과 비교 분석을 통해 에너지 절감 효과와 탄소 배출 저감 효과를 평가하며, 환경적, 경제적, 사회적 기대 효과를 도출한다.
 또한 신재생에너지의 간헐성을 극복하고 에너지 활용도를 극대화하는 실질적인 해결책을 제안하며, 나아가 시립대학교 대학 캠퍼스 전반에 적용 가능하고 지속 가능한 에너지 관리 모델을 제시하고자 한다.

개발 과제의 배경

신재생 에너지 이용 확대에 따른 문제 발생 현황

 탄소중립 실현을 위해 신·재생에너지로의 전환이 필수적이라는 인식이 확산되고 있지만, 신·재생에너지 확대에 따른 전력 계통의 불안정성은 여전히 주요 문제로 지적되고 있다. 특히, 제주도의 사례를 보면 총 발전설비 용량 약 2,000MW 중 신·재생에너지 설비는 약 760MW로 전체의 38%를 차지하며, 신·재생에너지 설비의 높은 출력 변동성이 계통 운영에 부담을 주고 있다. 실제로 제주도에 설치된 풍력발전의 1분 출력 변동률은 최대 20%로, 화력발전의 약 2%에 비해 10배 이상 크며, 이러한 출력 변동성은 전력계통의 안정적 운영을 어렵게 한다[14][19].
 전력계통의 안정성은 전기 주파수의 변동과 직결된다. 주파수 변동이 심할 경우 전력 품질 저하와 더불어 계통의 신뢰성에도 큰 위협이 될 수 있다. 현재 제주도는 풍력발전의 출력을 제한하여 주파수 변동 문제를 관리하고 있으나, 이는 근본적인 해결책이 아니기 때문에 신재생에너지 비율이 더욱 증가할 미래를 대비하기 위한 대책이 필요하다.

섹터 커플링 기술

 이 문제를 해결하기 위한 방안으로 섹터 커플링(Sector Coupling) 기술이 주목받고 있다. 섹터 커플링은 전력 부문에서 발생한 잉여 전력을 다른 에너지 형태로 전환하여 활용하는 기술이다. 특히 Power to Heat(P2H)는 잉여 전력을 열 에너지로 변환하여 난방, 냉방 등 다양한 용도로 사용하는 효과적인 기술로, 재생에너지의 간헐성을 극복하고 에너지 활용도를 극대화할 수 있다.
 전문가들은 이러한 전력계통 불안정 문제가 제주도에 국한되지 않고 향후 3~5년 내 육지에서도 발생할 가능성이 크다고 전망하고 있다[26]. 이에 본 과제는 해당 기술을 교내 인문학관에 적용하여 재생에너지의 활용도를 높이고, 잉여 전력을 효율적으로 활용할 수 있는 방안을 모색하고자 한다. 인문학관 옥상에 설치된 태양광 패널에서 생산된 전력을 열 에너지로 전환하여 축열조에 저장하고, 냉난방 시스템에 활용함으로써 신재생에너지 확대와 탄소중립 실현에 기여할 수 있는 에너지 시스템을 설계한다. 이를 통해 기존 시스템과의 비교 분석과 더불어 환경적·경제적 효과를 평가하고, 대학 캠퍼스에서 지속 가능한 에너지 관리 모델을 제시하고자 한다.