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강석원 ( Sukwon Kang ),백이장 ( Yee Paek ),재경권 ( Jae Kyung Jang ),진경 ( Jin Kyung Kwon ) 한국농업기계학회 2018 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.23 No.2
시설원예 재배면적이 약 5만4천ha 정도로 정체에도 불구하고, 매년 시설원예 가온재배 면적은 매년 증가하고 추세에서 2016년 약간 감소하였으나, 시설원예농가의 난방비가 차지하는 비중이 선진국에 비해30~50% 높은 수준이다. 시설원예 난방에 가장 많이 소요되는 에너지원을 밝히기 위해 최근 에너지 소비변화를 살펴볼 필요가 있다. 난방연료별 시설원예 면적을 살펴보면 유류는 2015년까지 약 1만5천ha까지 증가하다가 2016년 약간 감소하는 경향이 있으며, 전체 난방연료별 시설원예 면적의 80.5%를 차지하고 있다. 전기는 2011년 이후 연평균 18%씩 증가 하여 1천5ha를 차지하고 있다. 최근 2017년 에너지총조사보고서에 따르면, 2016년 농림업분야에서 전체 에너지 소비는 2013년에 비해 2.2% 감소한 2,333천toe (Ton of Oil Equivalent)였으며, 농업기계용은 주요 농기계보유대수 감소로 에너지소비량이 감소하였으나, 건물용과 장비 및 설비용은 지속적으로 증가하고 있다. 에너지원별로 전체농림업 에너지 비중에서 전력은 50.6%, 석유는 45.8%를 차지하여, 2009년 정부의 농기계사업 융자지원 정책으로 농산물전기건조기 생산업체 수의 증가 추세에 따라, 농용 전기난방기, 전기 온풍기 등의 보유대수 증가 및 사용 증가로 전력소비량이 증가에 따른 것으로 보인다. 2016년 농림업에서 사용한 전력량인 13,738.5GWh는 태양광발전량(2016년)의 2.6배에 해당하며, 태양광발전으로 충당하기 위해서는 11.4GW의 태양광발전설비(365일, 3.3h/일 발전가정)가 필요하며, 설치에 필요한 토지면적은 최대 18만8천ha (발전당 1,653m<sup>2</sup>/100kW)로, 이는 시설원예 재배면적의 3.5배에 해당한다. 겨울철 난방뿐만 아니라 여름철 냉방수요로 농업분야에서의 전력사용량은 늘고 있으며, 지속적으로 신재생에너지원의 활용방안 연구가 필요가 있다.
축산폐수 이용 미생물연료전지의 물-에너지-식량 넥서스 상호연계분석
강석원 ( Sukwon Kang ),장재경 ( Jae Kyung Jang ),강연구 ( Young Koo Kang ),김영화 ( Young Hwa Kim ),성제훈 ( Je Hoon Sung ) 한국농업기계학회 2016 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.21 No.2
물, 식량 등의 자원안보와 관련하여 지속가능한 자원관리의 개념으로 물, 식량, 에너지 자원의 연계성을 해석하고 통합적인 관리를 제시하기 위하여 넥서스(Nexus) 개념이 제시되고 있다. 이에 따라 물, 식량, 에너지를 주요 요인으로 설정하고 요인들 간의 상호연관 및 관련 세부요인들을 통합적으로 고려하는 넥서스 관련 연구가 국·내외적으로 수행되고 있다. 이러한 추세에 따라 축산폐수를 이용한 미생물연료전지 시스템에서의 요인들 간의 상호 연계성을 해석하였다. 자원적 관점으로는 미생물연료전지는 폐수를 정화하여 식량생산에 필요한 농업용수를 공급하고, 발생되는 농업부산물을 소비한 가축으로부터 발생되는 분뇨는 미생물연료전지 운영을 위한 자원(가축분뇨)을 공급받는다. 또한, 에너지 관점에서는 미생물연료전지에서 전기에너지를 회수하고, 저 전력 소비가 가능한 미생물연료전지 시스템의 운전을 통해서 소비에너지를 절감시킨다. 물-에너지-식량 넥서스 분석을 통해 자원과 에너지에 대한 관리 시나리오의 적용과 자원별 영향을 전체적인 시각으로 살펴볼 수 있었다. 향후 축산폐수 미생물연료전지의 실험에서 얻은 에너지절감을 포함한 정량적 에너지 생산량 데이터는 자원별 지속 가능성을 평가 및 비교하는데 활용될 수 있을 것이다.
빗물저장시설 용수 및 온실온도에 따른 물 대 공기 히트펌프의 냉방 성능 분석
강연구 ( Younku Kang ),강석원 ( Sukwon Kang ),장재경 ( Jaekyoung Jang ),김영화 ( Youngwha Kim ),성문석 ( Moonseok Sung ),허영길 ( Younggil Hur ) 한국농업기계학회 2016 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.21 No.2
제주지역에서는 시설하우스만을 고려하면 빗물이용(저장)시설이 569개소, 저장량 7.9만 톤에 이른다(2014년). 본 연구에서는 제주지역 빗물저장시설 내 빗물을 농업용수로 사용할 뿐만 아니라 히트펌프와 연계하여 냉난방 열원으로 이용하고자 하였으며, 여름철 갈수기 즉 열방출원(heat sink)이 최소인시기의 빗물이용시설 이용 물 대 공기 히트펌프시스템의 냉방성능을 분석하였다. 또한 본 연구에서 적용한 히트펌프는 국내 기업에서 제작한 10RT 규모의 물 대 공기 방식이며, 100톤 규모의 빗물이용시설에 약 20톤의 농업용수를 채운 상태에서 물 대 공기 히트펌프시스템의 응축기 물 입출구 온도, 증발기 공기 입출구온도(Pt 100Ω, Albohn, Germany)와 소비전력(CW240, Yokogawa, Japan)을 측정하여 냉방성능을 분석하였다. 실험온실은 330㎡규모의 망고온실로, 냉방실험은 8월 12일 야간에 온실온도를 34.7℃에서 20℃ 수준으로 냉방하며 수행하였으며, 온실 온도는 약 20℃로 설정하였다. 330㎡규모의 온실을 34.7℃에서 20℃ 내외로 냉방하기 위해 총 6시간이 소요되었다. 이때 외기온은 30.5℃에서 21.7℃로 하강하였다. 히트펌프의 증발기 입구 공기온도가 30℃에서 냉방성능계수는 약 3.2으로 나타났으며 증발기 입구 공기온도가 하강하면서 냉방성능계수도 하강하여 20℃에서 약 2.1로 나타나, 증발기 입구 공기온도가 1℃하강하면서 냉방성능계수는 0.1하강하는 것으로 나타났다. 냉방열량 또한 냉방성능계수와 같이 증발기 입구 공기온도가 하강함에 따라 하강하였으며, 30℃에서 39.8kW, 20℃에서 25.9kW 수준으로 나타났다. 반면 히트펌프의 소비전력은 증발기 입구 공기온도가 30℃에서 20℃로 변하는 동안 큰 변화를 보이지 않았으며, 30℃에서 12.6kW, 20℃에서 12.3kW의 전력을 소비하는 것으로 나타났다. 열방출원(heat sink)로 작용하는 빗물이용시설 내 용수의 응축기 입출구 물온도차에 대한 냉방성능계수 및 냉방 열량은 의 변화는 응축기 입출구 물온도차가 크면 클수록 증가하는 현상으로 보였으며, 응축기 입출구 물온도차가 5.4℃에서 냉방성능계수는 3.2, 냉방열량은 40.7kW 수준, 4℃에서는 각각 2.2, 27.6kW 수준으로 나타났다. 감귤류, 망고 등은 아직까지는 냉방에 대한 요구가 크지 않지만, 빗물이용시설에 충분한 용수를 확보한 후 냉방을 수행하는 것이 좋을 것으로 사료되었다.