[테크블랙홀] WPD_PERS / 해수담화 시스템(기계연구원)

한국기계연구원 플랜트융합연구실(박창대 박사)은 태양에너지를 이용한 중소용량 해수담수화 장치 WPD와 다양한 지역의 전기 및 물 수요량에 완벽하게 대응이 가능한 해수 담수화 시스템 PERS를 개발하였습니다 더블유피디WPD와 퍼스PERS는 외부 에너지의 공급 없이 태양열 및 태양광을 이용하여 해수를 담수화하는 기술로서, 세계 최고수준의 중소용량 해수담수 기술입니다 이 기술은 수도시설이 없는 우리나라 도서지역과 중동, 동남아, 아프리카 등 물 부족 지역 및 전력망이 없는 전세계 모든 지역에 유용한 기술입니다 해수를 담수화하기 위해 널리 이용되는 역삼투법이나 감압 방식의 대용량 다중 효용법은 별도의 전기에너지를 필요로 하며 높은 초기 구축 비용과 그리고 유지/보수가 어려운 문제점이 있었습니다 따라서, 전력망이 없는 곳이나 중소용량의 설비로는 적합하지 않은 문제점을 가지고 있습니다 한국기계연구원이 개발한 세계 최고 수준의 신재생에너지 담수화 기술은 친환경적이며 별도의 에너지가 들지 않는 태양에너지 담수화 기술입니다 해수를 증발시킨 후 응축하면 담수를 얻을 수 있는데, 이 때 발생한 응축잠열을 반복적으로 재이용하여 효율을 극대화하는 태양열 다중효용증류법은 지금도 사용하고 있는 담수화기술입니다 WPD는 기존 방식에서 윅Wick을 사용하지 않기 때문에 구조가 간단해지고 열저항이 줄어들어 열성능이 향상됩니다 WPD는 제작 공정이 단순화되고 핵심 부품의 수가 줄어들어 시스템의 제작 단가를 내릴 수 있습니다 WPD는 태양열뿐만 아니라 다양한 폐열을 이용하여 해수를 담수화할 수 있기 때문에 일사조건이 나쁜 경우에도 담수생산이 가능합니다 WPD는 태양열 집열기를 이용하는 기존 태양열 해수담수기 대비 동일 면적에서 약 50~430%의 담수 생산량을 증대할 수 있고, 감압하지 않는 구조를 가지고 있어 유지 보수도 용이합니다 퍼스PERS 시스템은 한국기계연구원이 개발한 태양광 계간축수 담수화 시스템의 독자적인 명칭입니다 여기서 피븨PV는 태양광 발전시스템을, 이에스에스ESS는 에너지 저장장치를, 알오RO는 역삼투 담수 설비를, 에스더블유에스티SWST는 계간 물저장시스템을 의미합니다 대부분의 PV와 RO 시스템은 전기 에너지를 저장하는 ESS를 포함합니다 태양광 발전은 태양이 있을 때만 가능하고 물은 언제나 필요하기 때문에 태양이 없을 때 담수를 만들기 위해 전기 에너지를 저장해야 하기 때문입니다 문제는 ESS를 구성하는 배터리가 고비용, 고위험, 낮은 저장성이라는 약점을 가지고 있다는 점입니다 더구나 PV의 수명이 평균 25년인 반면 배터리는 평균 7년의 짧은 수명을 가지고 있어 배터리의 교체/유지 비용이 지속적으로 발생합니다 그러나, 한국기계연구원이 개발한 PERS는 ESS 배터리의 용량을 최소화하고 친환경 재생에너지를 사용하여 독립형으로 100% 전기와 물의 수요에 대응합니다 PERS는 전력 생산량이 많고 전기 수요 적을 때 ESS에 저장해야 하는 전력량의 일부를 RO설비에서 소비하여 물의 형태로 저장하는 Sector coupling 개념입니다 PERS의 핵심인 SWST 시스템은 지역별, 시간대별, 계절별로 각기 다른 일사량 및 물 수요 패턴에 대응하기 위해 계간 축수 방식을 적용하였습니다 더불어, PERS는 연간 일사량과 물 수요량, 계절별 소비량 등의 상세 데이터를 반영하고 시스템 최적화를 통하여 담수 생산 비용을 획기적으로 낮출 수 있습니다 이렇게 PERS는 ESS 없이도 일사조건과 상관없이 24시간 365일 안정적으로 물을 공급할 수 있는 시스템입니다 PERS는 기존의 PV-ESS 시스템과 비교하여 40%이상 향상된 BC ratio를 보여주고 있으며 이를 통해 신재생에너지 해수 담수시스템 중 세계에서 가장 저렴한 1톤당 일쩜사에서 일쩜팔달러1 4~1 8$의 생산단가를 달성했습니다 전 세계적 물 부족 문제는 점점 더 심각해지고 있으며, 이를 해결하기 위한 실효적 해결수단인 해수담수화 분야도 친환경 사회와 탄소중립 사회에 걸맞은 기술을 적용해야 합니다 이를 위한 신재생 해수담수화 기술은 선택이 아닌 필수적인 수단으로 고려해야 합니다 한국기계연구원이 세계 최저 담수 생산단가를 달성할 수 있는 태양에너지 해수담수기 설계 및 제작 기술을 더더욱 발전시켜 글로벌 리더로 우뚝 서겠습니다 감사합니다