GSHP(지중열원 히트펌프) 시스템은 열원으로서 지반의 막대한 열용량과 상대적으로 변동이 적은 온도 특성을 활용함으로써 날씨나 계절 변화와 무관하게 효율적이며 장기적인 열교환이 가능하다. 그 결과, 공기열원 히트펌프 시스템에 비해 더 높은 COP(성능계수)를 얻을 수 있다. GSHP 시스템의 장기적이고 안정적인 운전을 보장하기 위해서는 지반의 특성을 고려한 적절한 설계 및 운전 전략이 필요하다. 연간 난방·냉방 부하의 불균형이 큰 건물에서는 지배적인 부하가 지반에 열이 누적되도록 하여 지반 온도의 불균형을 초래할 수 있다. 또한 큰 부하를 처리하는 경우 다수의 지중 열교환기가 필요해질 수 있으며, 이때 각 열교환기 간에 열적 간섭이 발생할 수 있다. 이러한 간섭은 특정 지중 열교환기에서 과열 또는 과냉을 유발하여 궁극적으로 열교환 효율을 저하시킬 수 있다. 따라서 선행 연구에서는 GSHP 시스템의 장기적이고 안정적인 운전을 확보하기 위한 다양한 운전 전략이 제안되어 왔다. 대부분의 선행 연구는 간헐 운전(intermittent operation)과 지중 열교환기의 병렬 운전에 기반한 하이브리드 열원 조합을 제안하였다. 이러한 전략은 어느 정도 지반 온도 불균형과 열 축적을 완화하는 데 도움이 될 수 있으나, 부하 불균형이 심하고 열적 간섭이 발생하는 조건에서는 열 축적 문제를 충분히 해결하지 못할 수 있다. 또한 특정 지중 열교환기에서 나타나는 개별 과열 또는 과냉 조건은 다루기 어렵다. 이에 본 연구는 그룹/개별 운전(group/individual operation) 전략을 제안하고, 연중 냉방 부하가 지배적인 조건에서 동시에 역( Inverse ) 국내온수(DHW, Domestic hot water) 부하를 처리하는 상황을 가정하여, 전통적인 방법인 지중 열교환기만 사용하는 방식과 그 효과를 비교하였다. 지중 열교환기만을 사용한 경우, 냉방 부하의 지배로 인해 지반 온도가 지속적으로 증가하며, 지반 온도의 적절한 회복이 이루어지지 않아 지반 온도가 급격히 상승하는 것이 관찰되었다. 제안된 그룹/개별 운전 전략 또한 냉방 부하의 지배로 인해 지반 온도가 증가하는 경향을 보였으나, 지중 열교환기만 사용하는 경우에 비해 더 완만하게 증가함이 확인되었다. 이는 DHW 부하 처리를 위해 중앙 지중 열교환기가 개별적으로 운전되며 지속적으로 지반 열을 추출하기 때문이다. 그 결과, 그룹 운전 시 냉방 부하가 지배적인 주변부 지중 열교환기의 지반 온도는 열적 간섭으로 인해 부분적으로 회복될 수 있다.b

본 연구는 가스 히트펌프(GHP)에서 전기 히트펌프(EHP)로 전환할 때 대한민국의 전력 예비율(파워 리저브 마진)에 미치는 영향을 평가한다. 아울러 전력 공급 및 수요의 추세를 분석하여 예비 용량의 변화와 재생에너지 용량 확장에 따른 공급 안정성과 예비율의 변화를 함께 고찰한다. 본 분석은 두 시스템의 에너지 소비, 운용 비용 및 탄소 배출을 중심으로 GHP에서 EHP로의 전환 가능성과 지속가능성을 판단하고자 한다. 공공 및 일반 시설에 적용된 시뮬레이션 모델은 전력 수요 변화를 평가하며, 특히 첨두 전력 수요 시나리오에 중점을 둔다. 시뮬레이션 결과, 대한민국에서 GHP의 총 설치 용량을 EHP로 전환할 경우 전력 소비가 약 398.8 MW 증가하는 것으로 나타났으나, 대한민국에서 재생에너지의 비중이 증가함에 따라 전력망에 대한 영향은 미미한 수준인 것으로 확인되었다. 또한 EHP로 전환하면 연간 운용 비용을 2,089만 USD 절감할 수 있을 가능성이 있으나, CO2 배출은 증가할 수 있음을 보여준다. EHP 도입을 촉진하기 위한 정책 권고 및 전력 예비율 관리 전략도 논의된다. • 주요 국가의 전력 예비율 안정화 전략과 정책을 분석한다. • 국가 통계에 기반하여 대한민국의 전력 수요 구조와 예비율을 평가한다. • GHP에서 EHP로의 전환이 국가 전력 예비율에 미치는 영향을 정량화한다. • 전력 믹스의 탈탄소화 하에서 EHP의 향후 효율성과 환경 잠재력을 강조한다. • 재생에너지 확장 및 HVAC 시스템의 전기화에 대한 정책적 시사점을 제시한다.