환경·에너지기업 SK에코플랜트가 고온에서 작동하는 고체산화물 연료전지(SOFC)의 고유 특성을 활용한 냉난방시스템 개발에 성공했다.
SK에코플랜트는 삼중테크와 함께 '연료전지 배열 활용 고효율 일체형 흡수식 냉난방시스템'의 특허를 취득하고 실제 프로젝트 적용을 추진한다고 21일 밝혔다. 배열은 연료전지 가동 시 발생하는 열을 의미한다.
해당 특허기술을 함께 개발한 삼중테크는 흡수식 냉난방기 전문기업이다. 최근에는 기존 대비 효율이 약 27% 개선된 차세대 흡수식 냉난방기를 상용화하는 등 기술력을 인정받고 있다.
흡수식 냉난방시스템은 압력에 따라 물의 증발·흡수 온도가 달라지는 원리로 작동한다. 물은 일반적으로 100℃가 되어야 끓지만, 흡수식 냉난방시스템은 진공에 가까운 압력(6.5mmHg)을 만들어 물이 5℃만 되어도 끓게 만든다.
낮은 온도에서 끓어오른 물은 증발하면서 주변을 시원하게 만드는 냉매 역할을 한다. 난방의 경우 공급받은 열량을 이용해 온수를 생산하고 열을 공급하면서 나오는 수증기는 다시 흡수해 순환 재사용되는 구조다.
이같은 흡수식 냉난방시스템은 기존에도 중앙공조 건물인 쇼핑센터, 병원, 사옥 등 중대형 건물의 냉난방용으로 널리 활용돼 왔다. 다만 기존 시스템이 온수를 사용하고 열원으로 가스, 석유 등 화석연료를 활용했다면 이번 특허는 그동안 버려지던 연료전지의 배기가스를 열원으로 활용한다는 점에서 의미가 있다. SK에코플랜트가 개발한 시스템의 경우 300~400℃의 연료전지 배열을 열원으로 7℃의 냉수를 생산해 건물 냉방에 활용한다.
SK에코플랜트는 그간 에너지 분야 기술을 주도해 왔다. △SOFC 최초 열회수시스템 자체 개발을 통한 난방 및 온수 공급 △연료전지 연계형 무정전전원장치 특허 취득 △연료전지 배가스 탄소 포집 및 활용(Carbon Capture and Utilization) 실증 △연료전지 배열 활용 냉난방시스템 특허 취득 등 성과도 이어지고 있다. 고온에서 작동하는 고체산화물 연료전지(SOFC)의 기본 특성을 활용해 다양한 기술 융복합을 기반으로 향후 분산에너지 활성화 특별법, 청정수소발전의무화제도(CHPS) 대응 역량도 강화해 나간다는 계획이다.
SK에코플랜트는 올해 하반기 설치하는 19.8메가와트(MW) 규모 연료전지 발전소에 해당 시스템을 적용할 방침이다. 올해 9월부터 착수해 내년 초에는 설치 완료 및 시운전이 진행될 예정이다. 현재 시뮬레이션 단계에서는 연료전지 2세트(SOFC 600kW 규모)에 흡수식 냉온수기를 적용할 경우 전력 생산은 물론 열에너지를 통해 35kW 에어컨 약 6대를 가동할 수 있을 전망이다. 연중 온도 유지가 필요한 약 990㎡(약 300평) 넓이의 서버실 냉방수요를 충당할 수 있는 규모다. SK에코플랜트는 폐열을 최대한 활용하기 위해 앞으로 진행될 설비용량 15MW 이상의 연료전지 전체 발전소에 흡수식 냉난방시스템을 적용해 전기실 등 냉난방 수요를 충당할 예정이다.
이번 특허는 데이터센터, 스마트팜 등 안정적인 전력공급은 물론 연중 일정한 온도를 유지해야 하는 시설에 적절하다는 평가다. 데이터센터는 서버 등 IT장비에서 발생하는 열기를 식히기 위해 24시간 냉방 가동이 필수다. 전체 데이터센터가 사용하는 에너지 비용의 40∼50%를 냉방용 전기요금이 차지할 정도다. 스마트팜 역시 연료전지 배열을 활용해 냉난방을 공급하면 계절적 제약 없이 작물을 재배할 수 있다. 연료전지 발전 과정에서 나오는 배출가스에 포함된 이산화탄소도 추가 활용이 가능하다.
임인묵 SK에코플랜트 에너지오퍼레이션 담당임원은 "흡수식 냉난방시스템을 연료전지 수요처에 통합 적용할 경우 비용 절감은 물론 냉난방에 따른 화석연료 대체효과도 기대된다"며 "SK에코플랜트는 다양한 응용기술 개발을 통해 고도화된 연료전지 및 관련 기술 수출에도 앞장설 것"이라고 밝혔다.
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