농업생산은 태양과 자연환경에 절대적으로 의지하고 있지만. 시설농업은 하늘의 변화를 어느정도 대응 할 수 있다 관행 농업이 열심히 일하면서 하늘의 보살핌을 기다리는 것이라면 시설농업은 자신이 어떻게 하는가에 따라 많은 것이 달라질 수 있다.
외부를 비닐 혹은 유리로 막아 해빛은 들어오고 열과 기타 에너지는 밖으로 나가지 못하게 하거나, 식물 생육에 필요한 환경을 만들기 위한 시설과 그것을 운영 할 수 있는 능력이 먼저 필요하다.
시설재배에서 난방은 전체 생산, 운영 비용에서 약 30% 이상 찾이하게 되고. 인건비와 기타 종자 비료등 직접 생산 비용을 절감하기 어려운 상황에서 결국 난방 비용을 얼마나 효율적으로 사용하는가에 따라 수익율이 달라진다.
현재 개발되어 적용하고 있는 수 많은 에너지 관련 기술들이 시설재배에 적극적으로 유입되고 있으며, 좋은 결과를 가져 오기도 하지만. 재배와 생산이라는 환경에서 단순히 단열과 에너지 절감만 할 수는 없다. 작물 생육환경을 우선으로 해야 하는 과정에서 일반 산업용 에너지 절감 기술을 바로 도입하기는 어렵다.
한국 시설농업의 고질적인 문제인 1-2 W 온실의 다중 비닐과 다겹 보온스크린 등은 작물 생육환경보다는 에너지 절감에 목적을 가지고 있으며 이로인해 작물 생육이 불량해지는 문제가 있다. 일정 규모 이상의 시설재배에서는 가장 중요하게 생각하는 것이 재배 생산하고 있는 식물의 생육환경. 그리고 에너지의 효율적 활용이다. 다중 비닐을 설치하고, 다겹 스키린을설치해 난방비를 절감하면서 시설내 과습된 환경을 막기 위해 제습기를 설치하는 현상들. 각종 지원으로 설치 비용을 절감 할 수 있다 하지만 과연 설치비용 만큼 에너지 절감이 되는지는 의문이다. 또한 비닐과 난방 스크린의 수명이 4~5년 내로 짧아 에너지 절감률과 환경 불량으로 발생하는 생산성 감소와 병충해 관리 비용 증가를 비교 한다면 결코 이익 이라 할 수 없다.
상업적 생산은 잉여생산과 잉여 수익이 발생 할때 가능하다고 한다면 기업형 농장의 경우 계속 유리온실을 신축해 나가고. 유리온실에서는 다겹 스크린이나 다중 비닐을 사용하지 않는다는것은. 오히려 난방비 절감이 가져오는 한계를 분명히 보여주고 있는 현실이라 할 수 있다.
지열이 신재생 에너지로 각광받고 농가에 도입하는 사래가 많지만. 도입 초기 부터 분명히 반대 하는 입장이었다. 설치 비용도 높지만 유지관리 비용이 계속 상승하고 장기적으로 무한하지 않는 지열(한국 방식일 경우) 사용에 문제가 있어, 지금은 농가들에게 외면받고 있는 상황에서 공기열을 이용하거나 다른 방안을 적극적으로 도입하려 하고 있지만. 선진 농업국에서는 대부분 지열 보다는 효율이 좋은 열병합 발전을 사용한다. 에너지 소비가 아니라 에너지를 발전 생산하는 과정에서 발생하는 열과 연소 과정에서 배출되는 GAS 중 다수를 찾이하는 CO2를 온실의 광합성에 활용함으로서 에너지효율을 높이고 있다. 국내 농사용 전기가 저렴하고 일반 산업전기 또한 발전단가 이하로 공급되고 있는 상황에서 열병합 발전의 도입의 필요성이 낮다. 하지만 규모화된 시설재배 단지에서는 에너지 비용과 CO2 구입비용을 비교하면 LNG의 열효율성이 높고 사용의 편리성으로 인해 적극적으로 검토하는 곳이 늘어나고 있다.
진안군에서 신축하는 온실에 국내 최초로 열병합 발전시스템을 도입하기로 하고 있는 상황에서 열병합 발전시스템 (C.H.P)에 이해를 돕기 위해 전기공학, 특히 발전 설비를 전공한 엔지니어 입장에서 간단히 정리한다.
네덜란드의 농업 생산지역 중 가장 첨단을 모아 놓은 A7 지역. 시설의 단위가 20ha ~ 50ha까지 유리온실이 설치되고 있다. 온실 하나가 6만평에서 15만평까지의 설치되는것은 에너지를 효율적으로 활용할 수 있다는 전제조건이 있기 때문이다.
지난번 진안 농가들의 선진 농업견학에서 A7 단지를 방문했을때. 가장 중요하게 설명하는 것이 열병합 발전시스템이다. 유리온실 집단 단지내 발전회사가 있고. 이네들이 온실 내부에 설치된 열병합 발전을 운영하고 전력을 판매 하는 역활을 하게 된다.
방문농가는 20ha 의 유리온실에서 1,000KW 의 발전시스템 2대를 사용해 생산한 전기는 전력 계통망으로 판매하고. 열과 CO2를 온실에 이용하고 있다. 열병합 발전으로 에너지 비용을 절반 이하로 줄일 수 있다는 설명.
설치비용은 전액 발전회사가 투자 설치하고 농가에서는 사용하는 열량만큼 차감해 가는 방식. 한국에서도 아파트나 대형 전기와 난방이 필요한 곳에 많이 설치되고 있으며 국내에서도 자채 기술로 열병합 발전기를 제작하는 곳이 많이 있다. 다만 아직 재배 생산 단지에 설치한 경험이 없어 몇가지 수정하고 보완해야 하는 부분이 있다.
온실을 얼마나 크게 설치 할 수 있는가는 아직도 활발히 논의하고 있다.
온실을 구성하고 있는 철과 알미늄 그리고 유리의 경우 열팽창계수가 서로 달라 온실면적이 크면 클수록 시설의 안전에 문제가 될수 있다. 작업의 효율성을 위해서는 넓으면 좋겠지만 구조적인 안전성과 비용에 따른 문제로 인해 적정규모에 대한 논의가 활발히 연구 토론되고 있다. 국내 전문가들이 유리온실 1,000평 설치하는것 보다 단동온실 100개가 훨신 효율적이다 주장하는것과는 개념이 다르다.
지금까지는 온실 길이는 200m 를 넘지 않고 폭은 작업의 효율성 때문에 작업장 기준으로 200m를 넘지 않은것이 대부분 이었다 4ha(12,000평) 혹은 8ha 를 넘지 않는것이 일반적이었으나. 시스템의 발달. 그리고 작업도구들의 자동화로 인해 50ha 까지 온실을 단일 규모로 설치하고 있다.
열병합 발전의 개념도.
난방에너지원은 석탄과 벙커등 가격이 저렴하고 열 효율이 높은것을 선호 했으나. 공해 발생과 기타 유지 관리 및 시설비용을 효율적으로 할 경우 가장 에너지 효율이 좋은것이 LNG 사용이다. 하지만 시설이 있는 지역에 LNG 배관이 지나가지 않으면 사용하기 어렵다. 단순한 에너지 비용만으로 비교 해도 LNG가 경쟁력 있지만 이것을 난방 온수 보일러가 아니라 발전기로 사용한다면 더큰 효율이 발생한다. 일반적으로 벙커나 경유 보일러 효율은 85~90%라 주장하지만 자체 발열량을 빼고 온실로 실재 투입되는 열량을 계산한다면 60% 이내라 볼 수 있다. 농가에서 많이 사용하는 벙커의 경우 또한 예열과 기타 비용을 계산한다면 과연 보일러 제작사들이 주장하는 효율까지 나오기 어렵고 유지 관리 비용까지 생각 했을때 L.N.G 는 경쟁력이 높다.
원자력 발전이 전력 생산비용이 가장 저렴하다고 하지만 농업생산 온실에서 전기를 이용한 난방은 점차 규제가 많아 질것으로 예상된다. 갑.을.병으로 나누어져 있던 농업용 전기요금이 병으로 통합됬고, 400KW 이상 사용 농가의 경우 산업용 으로 전환해야 한다는 것이 한전 관련자들의 주장이다. 또한 1,000KW 이상 수전 설비를 하기 어려운 현실에서 3,000평 이상 시설재배를 할경우 열병합 발전을 검토해야 하며. 지열처럼 정부 지원이 뒤 따른다면 열병합 발전 CHP를 도입하는 농가가 늘어갈 것으로 예상된다.
( 계통도 설명을 글로 작성하려고 하니 복잡한 전문용어가 많아서 그냥 패스 )
열병합 발전기 1,000KW 급이다. 현재 4,000KW 까지 개발되어 설치되고 있으며 국내에서는 약 400KW 까지 개발되어 있다.
발전하는 과정에서 발생하는 열을 손실로 처리하지만 난방으로 사용 할 경우 손실률이 낮아진다.
열병합 발전이 도입되고 나서는 온실 공조 시스템이 발달하게 된다.
온실의 규모가 커지고 높이가 높아지면서 내부 공기의 흐름을 제어해야 하는 경우가 발생한다.
작년 전시회에서 온실용 고조 시스템의 인기가 높았고 관련 회사에서 다양한 시설을 전시 했었다.
가격을 떠나 아주 만족했었던 공조 시스템.
하나의 시스템으로 다양한 운전이 가능하다. 아직 가격이 높지만 곧 수요가 있어 가격이 낮아지지 않을까 기대 하고 있다.
기술은 단계적 발전을 하게 되지만 어느 순간 폭팔하듯이 기술이 발달하는 경우가 있다.
새로운 이론과 학설이 증명되면서 기술 폭발이 있을 수 있고 대부분 10년 주기로 시설농업에서 기술 혁명과 폭발이 일어나게 된다.
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