1. 머리말

신재생에너지의 하나로 자연의 온도차 에너지를 이용하는 지하수 열 이용이 있다. 지하수는 대수층으로 불리는 투수성 좋은 지층에서 퍼 올려진다. 지중열을 이용하는 것에 비해 그 열용량이 커 열원으로서의 이용 포텐셜이 높고 온도가 안정적이다. 더욱이 발밑에 잠자는 이 대수층을 거대한 축열조에서 발견해 사계절에 걸쳐 냉방 시에는 온축열을, 난방 시에는 냉축열을 지하에 저장함으로써 보다 많은 온도차 에너지로 이용할 수 있다. 이러한 배경 하에 네덜란드는 2,000년 이후로 대수층 축열 시스템(이후 ATES)이 급속도로 보급돼 현재 3,000건 이상의 플랜트가 가동되고 있다. 최근에는 중국도 대수층 축열에 대해 인지하면서 실용 시스템으로 보급하기 시작했다. 일본은 연구개발 목적의 가설 설비에서 실적이 있지만 네덜란드·중국과 같이 대규모로 시스템을 실용한 예가 드물어 그 시스템의 구축·운용·유지보수 기술이 확립되지 않다. 

이에 본고에서는 대규모 ATES의 일본사회 실장 제1탄으로서 미쓰비시중공업 서멀시스템즈(주)의 공장 공조에 도입한 설비 개요와 그 운용결과를 소개한다.

2. 배경·목적

2.1  배경

미쓰비시중공업 서멀시스템즈는 미쓰비시중공업 그룹사로서 터보냉동기 등의 열원기기 제조·서비스, 냉열 플랜트의 설계·시공 엔지니어링을 실시하고 있다. 2017년 9월 다카사고제작소(효고현 다카사고시)에서 고베조선소(효고현 고베시)로 생산 거점을 옮기면서 그 제조 공장에 공조 시스템을 도입할 필요가 있었다.

공장과 같이 대공간 공조에 사용되는 중앙열원 방식의 열원기는 연소식 흡수 냉온수기가 널리 채택돼 왔으나 환경부하가 높다는 문제가 있다. 한편 환경부하를 궁극적으로 억제한 시스템으로서 터보 히트펌프를 열원으로 하는 ATES가 있는데 지반침하·법률규제 등의 과제가 있어 아직 사회 구현에는 이르지 못했다.

그 대처로는 미쓰비시중공업의 리포트(2020)에 제시된 지침으로 “고객이 안고 있는 ‘경제발전과 환경부하 경감의 양립’이라는 과제”를 해결하기 위해 ATES 사회 구현의 모범을 지향하기로 했다.

2.2  목적

본 시스템에 에너지 절감·CO₂배출량 감축·열섬(heat island) 완화·지구 친화적인 ATES를 도입한 목적은 다음과 같다.

① 에너지 절감(공조 전력량 저감), 공장 전체의 피크전력 저감

② 대규모 ATES의 사회구현 제1탄으로서 환경성의 CO₂배출량 감축 대책 강화 유도형 기술개발·실증사업의 성과를 널리 보급한다. 

③ 신재생에너지(지중열 이용 히트펌프 시스템) 이용 및 효율적인 에너지 공급 시스템으로서 저탄소화를 추진하는 모델로 대처한다. 

④ 공장 작업자의 작업환경 개선

⑤ 중장기간의 운용 데이터를 입수해 지중에 미치는 영향 평가라든가 열원 우물의 유지관리 방법을 입안한다. 

3. 실증설비의 개요

본 설비는 터보 히트펌프 2대(1대는 백업)로 공장 전체에 냉난방을 공급한다. 본 설비에 사용한 전체 설비 시스템의 계통도를 <그림 1>에, ATES와 비교 대상인 종전 시스템의 열원설비를 <표 1>에, 건물 개요를 <표 2>에 각각 나타낸다.

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전체 기사는 2022년 12월호 ‘월간 설비기술’에 게재되어 있습니다.(월간지 구입문의(02)2633-4995)

본 원고는 일본공업출판주식회사 발행하는 ‘建築設備と配管工事’잡지에서 발췌하여 번역한 것입니다.

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