국내 해수온도차발전-히트펌프 사이클 적용성 검토

Abstract

산업혁명 이후, 산업을 포함한 생활 전반에서 전 세계 에너지소비량은 가파르게 증가하고 있다. 한국을 기준으로 사용된 에너지의 양은 1997년 144.5백만TOE에서 2019년 231.4TOE로 약 60%가 증가하였다. 증가하는 에너지 수요를 충족하기 위해 화석연료 사용량이 증가하게 되었고 이는 지구온난화, 미세먼지 농도 증가 등 에너지의 안정적인 공급 문제 뿐 아니라 사용에 따른 환경과 인류의 안전 문제에 까지 이르게 되었다. 이러한 기후위기 대응을 위해 선진국을 중심으로 국제사회의 합의하에 2016년 파리기후변화협정이 체결되었다. 파리협약은 지구 평균 온도 상승을 2℃아래로 억제하고, 1.5℃를 넘지 않도록 노력하는 것을 목표로 내걸고 있다. 목표달성을 위해 한국은 2030년까지 2017년 배출량 대비 24.4% 감축을 제시하고 있으며 2025년 이전 감축목표 상향을 적극 검토할 것을 명시하고 있다. 에너지 수요는 점진적으로 증가하는 상황에서 탄소배출량을 줄이기 위해서는 신재생에너지의 확대를 통한 청정에너지 생산이 필요하다. 태양광, 풍력, 바이오매스 등 에너지 수요 충족 및 탄소배출 저감을 위해 다양한 분야의 신재생에너지 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 해수온도차발전과 해수히트펌프를 융복합한 사이클의 국내 적용성 검토를 수행하였다. 국내 해수온도차발전은 표층수온의 문제로 여름철에만 가동이 가능한 문제가 있다. 하지만 여름철 냉방, 겨울철 난방이 필요한 한반도의 기후를 고려할 때 여름철 OTEC 운전을 통한 신재생 에너지 생산 및 직접냉방, 겨울철 해수히트펌프 운전을 통한 난방을 통해 신재생에너지 생산 및 소요에너지 절감의 효과를 볼 수 있다. 2019년과 2020년 수온과 기온을 기준으로 해수온도차발전, 심층수 배출수를 이용한 직접냉방 및 해수히트펌프를 이용한 난방운전을 시뮬레이션 하였으며, 연간 발전량, 에너지 절감량을 비교하였다.