현재 우리나라의 농가당 경지 규모는 1.4ha로 선진국에 비해 아주 적은 경지 규모를 가지고 있어 농가에 대한 규모를 확대하여 경쟁력을 가질 필요가 있다. 따라서 정부는 간척지 사업의 용도로 대규모 시설원예 단지를 계획하여 우리나라의 농가의 경쟁력을 보충하고자 노력하고 있다. 시설원예의 경우 외피가 비닐, 유리 등 열관류율이 높은 재료들을 사용하여 겨울철 난방 시 많은 에너지를 소비한다. 이에 대비하여 대규모 시설원예의 에너지원으로 미활용 에너지를 사용하고자 하는 연구들이 많이 진행되고 있으며, 본 연구 또한 농가 경쟁력 증진에 이바지하고자 한다.
본 연구에서는 선행연구로 검증된 시뮬레이션 모델링을 바탕으로 많이 고려되고 있는 미활용 에너지 중 효율이 좋을 것으로 판단되는 발전소 온배수와 소각시설 열원을 선정하여 각 조건에 따른 에너지 패턴과 경제성 분석을 실시하였고, 각 산업폐열원의 실질적인 적용 가능성에 대해 평가하였다.
본 논문의 주요 연구결과를 요약하면 다음과 같다.

(1) 두 가지 열원에 대한 각 조건에 따른 온도 패턴 분석결과, 발전소 온배수와 소각시설 여열 모두 거리가 증가함에 따라 온도가 감소하는 경향을 보인다. 본 연구의 고려대상이었던 HDPE 관과 이중 단열관 중에서는 이중 단열관이 더 적은 온도 감소를 보인다. 또한, 발전소 온배수와 소각시설 여열의 출수 온도 패턴에서 다른 점으로는 발전소 온배수의 경우 Heat Pump 용량의 직접적인 영향을 받아 유량이 일정하기 때문에, 저온, 중온, 고온의 재배 작물에 상관없이 출수 온도의 차이가 없다. 하지만, 소각시설 여열의 경우 Heat Pump를 사용하지 않고 직접적인 열량으로 시설원예 단지의 필요 부하량을 충족시키기 때문에 사용지로 보내지는 유량에 영향을 받아 생육조건에 따라 유동적이게 된다.
(2) 각 열원에 따른 에너지 패턴 관련해서는, 발전소 온배수의 경우 Heat Pump의 성능곡선인 COP로 확인이 가능하며, 그에 따른 결과 값을 전기에너지로 확인이 가능하다. 반면에 소각시설 여열의 경우 시설원예 요구부하에 각 거리 조건의 열 손실량의 합으로 확인이 가능하기 때문에, 거리에 따른 열 손실량이 중요한 인자라고 할 수 있다. 발전소 온배수의 경우 거리에 따른 COP의 차이가 미미한 것으로 나타났다. 그 이유는 COP의 경우 거리에 따른 온도차에 주로 영향을 받게 된다. 발전소 온배수의 거리에 따른 온도패턴은 열원이 이동하는 동안 약 0.5m3/s의 큰 유량으로 이동하기 때문에 거리가 증가하여도 온도차가 아주 미미하다. 따라서 그에 따른 COP성능계수가 거리의 증가에도 불구하고 거의 동일한 값을 가져 전기기사용량 또한 미미한 것으로 나타났다. 소각시설 여열의 경우 거리에 따른 열손실량을 확인하였는데, HDPE관의 경우 거리에 따라 1km 기준 2 MWh, 16km 기준 40 MWh로 열 손실량이 큰 것으로 확인되었으며, 이중 단열관의 경우 1km 기준 2 MWh, 16km 기준 약 8MWh로 상대적으로 차이가 미미하지만, 발전소 온배수에 비해 더 많은 양의 열량이 손실된다.
(3) 각 열원의 초기투자 비용으로는 발전소 온배수의 경우 Heat Pump의 설치비용과 배관 매설비용이 해당되며, 배관에 대한 매설 비용으로는 HDPE배관은 1km당 762,194,000원의 비용이 소모되며, 이중 단열관의 경우 1km당 1,809,078,000원으로 이중 단열관이 두 배 이상의 비용이 소요되는 것으로 확인되었다. 소각시설 여열의 경우의 초기 투자비용으로는 오로지 소각시설에서 시설원예단지로 연결되는 배관의 매설비용에 기인하며 1km 당 HDPE 관 314,254,000원, 이중 단열관 1km 당 878,283,000원의 비용이 소모되는 것으로 확인된다. 따라서 두 열원 모두 배관에 따른 영향이 큰 것으로 판단된다.
(4) 각 열원의 경제성 분석결과, 발전소 온배수의 경우 비용회수 기간은 HDPE 관의 경우 1km 기준 저온, 중온, 고온 재배작물 별로 약 13.71 년, 10.74 년, 9.33 년으로 나타났으며, 거리가 증가하여 16km기준 약 28.32 년, 22.19 년, 19.28 년으로 나타났다. 또한 이중 단열관의 경우 1km기준 약 15.04 년, 11.78 년, 10.24 년으로 나타났으며, 거리가 증가하여 16km기준 약 49.63 년, 38.89 년, 33.83 년으로 나타나 재질에 상관없이 고온의 작물일수록 적은 회수기간을 나타내었다. 소각시설의 비용회수 기간은 HDPE 관의 경우 1km 기준 저온, 중온, 고온 재배작물 별로 약 0.6년, 0.4년, 0.3년으로 나타났으며, 거리가 증가하여 16km 기준 약 223.3년, 15.0년, 8.4년으로 나타났다. 또한, 이중 단열관의 경우 1km 기준 약 1.5년, 1.0년, 0.8년으로 나타났으며, 거리가 증가하여 16km 기준 약 29.5년, 17.9년, 13.5년으로 나타났다. 두 열원 모두 고온의 재배 작물일수록 빠른 회수기간을 보이는 것으로 나타났다. 발전소 온배수를 이용할 경우 Heat Pump 설치비용과 배관 매설비가 포함된 초기투자비가 운영에 따라 절감되는 비용보다 월등히 큰 금액을 차지한다. 또한, 거리에 따라 매설비용이 HDPE관에 비해 이중 단열관이 2배 이상 높아 늦은 회수기간을 보이므로 HDPE관을 이용하는 것이 적합할 것으로 판단된다. 소각시설 여열을 열원으로 하는 시설원예단지의 경우 초기투자비용이 배관매설비용만 산정하기 때문에 배관매설비용에 따른

In this study, the thermal effluent from a power plant and the heat source from an incineration facility, which are thought to have high efficiency, were selected among a variety of unused energy sources that have been actively researched; and their practical feasibility was evaluated by analyzing the energy pattern and economic feasibility depending on each condition using the simulation modeling that had been verified.
The major conclusions are summarized as follows;

(1) For the temperature patterns of the two heat sources depending on each condition, both the thermal effluent from a power plant and the residual heat from an incineration facility showed decreased temperature as the distance increased. Comparing an HDPE pipe and a double insulated pipe, the double insulated pipe showed a smaller temperature decrease. Also, in the case of the difference in the temperature pattern between the thermal effluent from a power plant and the residual heat from an incineration facility, for the thermal effluent from a power plant, there was no difference in the discharge water temperature regardless of low-, medium-, and high-temperature cultivated crops because the flow rate was constant since it was directly affected by the capacity of a heat pump. However, for the residual heat from an incineration facility, the temperature varied depending on the growth condition because the required load of the horticulture facility was satisfied by direct heat without the use of a heat pump and thus it was affected by the flow rate.

(2) In the case of the energy pattern depending on each heat source, for the thermal effluent from a power plant, the pattern can be examined based on COP which is expressed in performance curve of a heat pump, and the result value can be examined as electricity consumption. On the other hand, for the residual heat from an incineration facility, the energy pattern can be examined based on the sum of heat loss in each distance for the required load of the horticulture facility, and thus heat loss depending on the distance is an important factor. For the thermal effluent from a power plant, the difference in COP depending on the distance was insignificant. As it is affected by temperature difference depending on distance and the temperature difference depending on the distance was insignificant, the resultant COP performance coefficient had almost identical values and thus the difference in electricity consumption was also insignificant. For the residual heat from an incineration facility, the examination of the heat loss depending on the distance indicated that the heat loss for the HDPE pipe was large (2 MWh for 1km and 40 MWh for 16km), and the heat loss for the double insulated pipe was relatively insignificant (2 MWh for 1km and about 8MWh for 16km). However, the amount of heat loss was larger than that of the thermal effluent from a power plant.

(3) In the case of the initial investment cost of each heat source, for the thermal effluent from a power plant, heat pump installation cost and pipe laying cost are included. For the pipe laying cost, the costs were 762,194,000 won per 1km for the HDPE pipe, and 1,809,078,000 won per 1km for the double insulated pipe. Thus, the cost for the double insulated pipe was more than twice that for the HDPE pipe. In the case of the initial investment cost for the residual heat from an incineration facility, only the laying cost of the pipe that connects from the incineration facility to the horticulture facility is included; and the costs were 314,254,000 won per 1km for the HDPE pipe, and 878,283,000 won per 1km for the double insulated pipe. Therefore, for both of the two heat sources, the effect of the type of pipe was found to be large.

(4) For the analysis of the economic feasibility of each heat source, in the case of the thermal effluent from a power plant, the payback periods of the HDPE pipe for the low-, medium-, and high-temperature cultivated crops were about 13.71, 10.74, and 9.33 years, respectively, based on 1km distance; and about 28.32, 22.19, and 19.28 years, respectively, based on 16km distance. Also, the payback periods of the double insulated pipe were about 15.04, 11.78, and 10.24 years, respectively, based on 1km distance; and about 49.63, 38.89, and 33.83 years, respectively, based on 16km distance. Thus, the payback period was short for the high-temperature crop regardless of the pipe material. In the case of the incineration facility, the payback periods of the HDPE pipe for the low-, medium-, and high-temperature cultivated crops were about 0.6, 0.4, and 0.3 years, respectively, based on 1km distance; and about 223.3, 15.0, and 8.4 years, respectively, based on 16km distance. Also, the payback periods of the double insulated pipe were about 1.5, 1.0, and 0.8 years, respectively, based on 1km distance; and about 29.5, 17.9, and 13.5 years, respectively, based on 16km distance. For both of the two heat sources, the payback period was short in the case of the high-temperature cultivated crop. For the thermal effluent from a power plant, the proportion of initial investment cost was significantly higher than the saved cost, and thus the use of the HDPE pipe would be appropriate. Therefore, for the horticulture facility where the heat source is the residual heat from an incineration facility, it would be economical to heat the high-temperature cultivated crop using the HDPE pipe. However, when the distance was more than 10km, the amount of saved heat was not large compared to the initial investment cost, and thus the use of the HDPE pipe would be inappropriate.

In this study, the temperature pattern, energy pattern, and economic feasibility were analyzed and compared when two heat sources were applied to a horticulture facility. Also, the energy performance was examined using variables such as the growth condition of each cultivated crop, pipe material, and distance. It is thought that the results of t