20022831 정 용 성 설계Ⅸ. 지열에너지란 ? 태양, 풍력, 바이오매스, 지열, 폐기물 에너지를 이용하는 신재생 에너지의 사용 은 지구온난화 문제를 해결하는 중요한 해결책으로 대두되고 있다. 이들 신재생 에너지 중 지열은 다른 재생 에너지와 달리 일중 또는 계절에.

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1 20022831 정 용 성 설계Ⅸ

2 지열에너지란 ? 태양, 풍력, 바이오매스, 지열, 폐기물 에너지를 이용하는 신재생 에너지의 사용 은 지구온난화 문제를 해결하는 중요한 해결책으로 대두되고 있다. 이들 신재생 에너지 중 지열은 다른 재생 에너지와 달리 일중 또는 계절에 상관없이 사용할 수 있는 장점이 있다. 이러한 장점과 천부 지열의 경우 지역적인 제한을 받지 않는 풍 부한 에너지원으로 장래에도 지속적으로 공급될 수 있는 매력적인 에너지이다. 지열에너지의 개념 일반적으로 지열에너지는 지구가 가지고 있는 지중 열에너지를 총칭하며, 지표면 으로 부터의 깊이에 따라 대략 10~20 ℃정도의 천부지열과 40~150 ℃이상의 심부 지열로 구분된다. 지열에너지의 활용 측면에서는 천부지열은 건축물 냉난방, 온실, 도로 융설 등에 활용되는 직접이용과 지열발전에 활용되는 간접이용기술로 분류 할 수 있다. 우리나라의 경우 화산활동과 관련된 고온성 지열에너지가 부존하지 않는 지역적 특성을 고려할 때, 지열에너지의 이용은 건축물의 냉난방에 직접 이용하는 천부지 열에너지를 이용한 기술로 한정되는 경향이 있다. Kagel and Gawell[8] 에 따르면 지열발전의 가동율 (capacity factor) 은 89 ∼ 97 로 재 생에너지에 의한 다른 발전 방법 ( 바이오, 80, 풍력,26 ∼ 40, 태양, 22.5 ∼ 32.2) 보다 높 다. 또한, 지열 에너지의 사용은 명백하게 화석연료의 사용을 저감할 수 있고 온실 가스의 배출을 줄일수 있는 장점을 가지고 있다

3 지열에너지의 특성 일반적으로 지열 혹은 지열에너지란, 태양 복사열과 지구내부에서 발생하는 열이 지중 ( 토양, 지하수, 지표수 등 ) 에 열의 형태로 저장된 것으로 정의된다. 그런데 육지 와 바다로 이루어진 지구는 그림과 같이 태양에너지의 51% 를 흡수하고 또한 이중 70% 를 방출하게 되는데 이러한 과정에서 지구가 축열하는 에너지량은 지구상의 인류가 필요로 하는 총에너지량의 5 배에 달하는 엄청난 에너지이다. 지열은 깊이에 따라, 지표면으로부터 100~200m 깊이까지의 천부지열과, 지하 200m 이하의 심부지열로 구분할 수 있다. 참고로 국내에서 상업적으로 보급되고 있 는 지열시스템은, 국내 지반특성을 고려하여 100~200m 깊이의 천부지열이 일반적 이다.

4 지열에너지이용 시스템의 종류 - 지중열교환기의 재질은 주로 HDPE( 고밀도 폴리에틸렌 ) 이 사용 ( 배관 속으로 물, 부동액 등이 순환하면서 열을 전달 ) - 지열교환기는 매설방법에 따라 수직형, 수평형, 지하수형, 연못형으로 분류 - 건물의 밀도가 높은 국내에서 적용된 사례는 대부분 가장 안정적으로 열취득이 가능한 수직형을 채택 - 건물의 기초공사와 함께 수평형을 적용한 사례도 확인 - 지하수형과 연못형은 지열교환기 단위길이당 열교환량이 높은 것으로 보고되고 있음 - 지하수형의 경우에는 지하수량의 변동 가능성 문제, 연못형의 경우에는 지리적 환경에 의존하는 경향이 강하다는 점이 지적

5 지열시스템의 냉 ` 난방 사이클

6 지열시스템의 장점 경제적관념 에너지절약 반영구적시스템 유지관리비 절약 기계실 면적 축소 기능적관념 연중 냉난방 및 급탕 공급 가능 공간별 개별제어 및 중앙제어 동시 수행 친환경적 시스템 원격자동제어

7 태양광기술의 정의 태양에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 태양전지 / 발전 시스템 기술로서 태양 의 복사에너지를 흡수하여 열에너지로 변환하여 이용하는 태양열발전과 달리 태양 광발전은 반도체 혹은 염료, 고분자 등의 물질로 이루어진 태양전지를 이용하여 태 양빛을 받아 바로 전기를 생성하는 기술 태양광발전시스템 태양광발전 시스템은 태양빛이 공급되는 낮에만 발전할 수 있고 밤에는 발전할 수 없는 단점이 있어 시스템 구성이나 부하의 종류에 따라서 그림과 같이 독립형, 계통 연계형과 하이브리드 시스템으로 분류

8 태양광발전시스템의 종류 계통연계형 시스템 주택용 및 공공 산업용 태양광발전의 가장 일반적인 형태이며 상용계통과 직접 연 계되어 시스템에서 발전된 전력을 부하에 공급하고 야간 혹은 우천 시에는 부족한 전력을 상용계통으로부터 공급받는 시스템 독립형 시스템 상용계통과 직접 연계되지 않고 태양광발전 시스템의 발전전력만으로 부하에 전력 을 공급하는 시스템이다. 야간 혹은 우천 시에 태양광 발전 시스템의 발전을 기대할 수 없는 경우에 발전된 전력을 저장할 수 있는 충방전 장치 및 축전지 증의 축전장 치를 접속하여 부족한 전력을 공급할 수 있는 시스템

9 하이브리드형 시스템 하이브리드 시스템은 태양광발전 시스템에 풍력발전, 열병합발전, 디젤발전 등의 타에너지원의 발전시스템과 결합하여 전력저장, 부하 혹은 상용계통에 전력을 공 급하는 시스템이다. 하이브리드 시스템은 시스템 구성 및 부하종류에 따라 계통연 계형 및 독립형 시스템에 모두 적용가능 태양광발전시스템의 종류

10 사례조사 말뫼시 - 스웨덴 최남단에 위치 - 시의 인구는 26 만 명으로 스웨덴 도시 중 세 번째로 인구가 많음 - 덴마크를 경유한 유럽대륙으로부터의 무역항으로서 중요한 도시로 성장 - 신재생에너지원으로 공급하기 위해 건축물마다 태양열, 태양광, 지열시스템을 구 축 - 해안에서 발생하는 에너지는 해상풍력 및 조력발전시설을 조성하여 지구에너지 공급시스템과 연계 - 연간 11GWh 의 에너지를 신재생에너지원으로 공급하기 위해 2MW 급 풍력발전 터빈 및 총 120 ㎡에 달하는 태양전지판을 조성하여 전력수요 충당 말뫼시 전경 신재생에너지 공급 시스템 개념도

11 사례조사 말뫼시 해상풍력발 전기 (2MKW 급 ) 태양에너지 공급설 비 조성 건축물 말뫼시

12 사례조사 네델란드 - 연립주택 - 수직형 지열히트펌프 시스템 - 열회수 장치 ( 성능 95%) - 수직형 지중영교환시스템의 복합시스템 적용 오스트리아 - 1 가구 /2 가구 주택 - 수평형 지열히트펌프시스템 - 수평형 지중열교환기와 결합된 DX(direct expansion)heat pump 시스템

13 사례조사 오스트리아 - 1 가구 /2 가구 주택 - 수직형 지열히트펌프 시스템 - 수직형 지중열교환기와 결합된 DX(direct expansion)heat pump 시스템 네델란드 - 연립주택 - 대수층열저장 시스템 - 태양열시스템

14 사례조사 벨기에 - 수직형 지열히트펌프 시스템 - 진공형 태양열 시스템 - 태양열 시스템 - 바이오매스 시스템 제로에너지 홈 - 수평형 지열히트펌프 시스템 ( 건축물의 기초 및 상하수도 시설과 통합되어 적용 ) - PV Solar 시스템 - 배수 열회수 시스템 - DX(direct expansion) heat pump 가 유럽 및 미국, 캐나다 등에서 적용이 증가하 고 있음 - 이 기술은 heat pipe 를 이용한 방식으로 수직형 BHE 시스템과 결합할 경우 냉방이 가능하고 천공비용이 저렴하다는 장점이 있어 국내 도심지의 부족한 대지면적을 고려할 때 적용이 필요한 기술

15 사례조사 - 태양에너지이용 시범주택 조선대 기숙사 - 태양광 53KW, 태양열 약 122 만 kcal - 대구 신천하수처리장 - 하수처리장을 활용한 발전설비 (479kwp)

16 주거용 건물의 에너지 원단위

17 중앙정부의 정책 ( 사업 ) 과 관련법 사업 / 법 령 주요내용 태양광 주택 10 만호 보급사 업 - 2004 년 시작 - 대상 : 일반주택, 공동주택 및 국민임대주택 - 태양광 발전설비의 범국민적 이용을 확대하여 관련기업의 안정적 투 자환경을 조성하고 태양광 시장창출과 확대를 유도하며, 기술발전을 통한 중장기 수출전략분야로 육성 신재생 에너지 설치 의 무화 제 도 - 2004 년 3 월 29 일 시행 - 공공기관이 신축하는 연면적 3,000 ㎡이상의 건축물에 대하여 총건 축공사비의 5% 이상을 신재생에너지 설치에 투자하도록 의무화하는 제도 - 근거법령 : 신에너지및 재생에너지 개발이용보급촉진법 제 12 조제 2 항, 동법시행령 제 15 조 - 국가기관 및 지방자치단체, 정부투자기관, 정부출연기관, 정부출자 기업체, 지방자치단체 및 정부투자본금의 100 분의 50 이상 또는 50 억 이상을 출자한 법인, 특별법에 의하여 설립된 법인 - 공공용시설 ( 군사시설 제외 ), 문화 및 집회시설, 종교시설, 의료시설, 운동시설, 교육연구시설 ( 각급학교제외 ), 노유자시설, 수련시설, 묘지 관련시설, 관광휴게시설, 판매 및 영업시설, 숙박시설, 위락시설, 업무 시설, 운수시설 등 그린빌 리지조 성사업 - 2002 년 시작 - 지자체가 신청, 지정부와 지자체의 비용으로 조성 - 그린 빌리지의 정의 : 신재생에너지로 에너지를 자금자족하는 약 50 호 규모의 환경친화적인 시범마을 - 사례 제주도 동광그린빌리지, 한경빌리지

18 산업집 적활성 화 및 공 장설립 관련 법 률 시행 령 - 2008 년부터 공장 건축물 옥상에 설치된 태양에너지 발전시설에 의 해 필요한 전기를 만들어 사용하는 것이 가능함 - 지정부 (2007 년 2 월 3 일 ) 는 태양에너지 ( 태양광, 태양열 ) 산업의 활 성화를 위해 국내 모든 공장건축물 옥상에 태양에너지 발전시설 설치 가 가능하도록 완화한 내용을 담은 법률 공표 - 현챙 이법 시행력은 산업단지 ( 산업시설구역 ) 내의 공장에만 제한된 규모로 사업용 태양에너지 발전시설 설치를 허용하고 있지만, 개정안 은 국토 및 유휴용지의 효율적 이용 차원에서 개별입지 공장을 포함 해 규모 제한 없이 모든 공장 건축물에 설치 가능하도록 완화함 신에너 지 및 재 생에너 지개발 이용보 급 촉진 법 - 우리나라에서 신재생에너지는 신에너지 및 재생에너지개발이용보 급 촉진법 제 2 조에 의해 기존의 화석연료를 변화시켜 이용하거나 햇 빛, 물, 지열, 강수, 생물 유기체 등을 포함하는 재생 가능한 에너지를 변 환시켜 이용하는 에너지를 말하며, 태양, 바이오, 풍력, 수력, 수, 연료 전지, 석탄액화, 가스화 및 중질산유, 가스화, 해양, 폐기물, 지열 등 1 개 분야가 있음 중앙정부의 정책 ( 사업 ) 과 관련법

19 계획대지 전남 여수시 만덕동 모사금 해수욕장 일대 - 모사금해수욕장 일대의 일부 가구를 대상지로 계획