[기획]온실, 데이터·에너지 결합한 첨단 생산시스템으로 진화

[농수축산신문=이남종 기자]

시설원예 농업이 ‘경험 중심’에서 ‘데이터 기반’으로 빠르게 전환되고 있다. 여기에 에너지 구조 변화까지 맞물리면서 온실 농업의 생산 방식 자체가 근본적으로 바뀌는 흐름이다. 단순히 자동화 수준을 넘어, 데이터와 에너지를 동시에 관리하는 ‘스마트 생산 시스템’으로 진화하는 단계에 들어섰다.

농촌진흥청 국립농업과학원이 개발한 ‘지능형 양액관리 시스템’과 ‘태양광·열(PVT) 기반 온실 냉난방 기술’은 이러한 변화를 대표하는 기술로 지난해 대표성과로 선정됐다.

두 기술은 각각 독립적인 성과에 그치지 않는다. 생산을 결정하는 데이터와 비용 구조를 좌우하는 에너지를 동시에 다루며, 스마트농업의 핵심 축을 하나의 체계로 연결했다는 점에서 의미가 크다.

# 경험농업에서 데이터농업으로…양액관리 기술 진화

온실 재배에서 양액 관리는 생산성과 품질을 좌우하는 핵심 요소다. 그러나 기존에는 농업인의 경험과 감에 의존하는 경우가 많아 정밀 관리에 한계가 있었다. 특히 작물 생육 단계에 따라 달라지는 양분 요구를 실시간으로 반영하기 어려웠다는 점이 문제로 지적돼 왔다.

이를 해결하기 위해 개발된 것이 인공지능 기반 지능형 양액 공급 시스템이다. 이 시스템은 작물 생육 단계와 근권 환경 데이터를 실시간으로 수집·분석해 최적의 양액 공급량을 자동으로 제어하는 구조다.

특히 장단기메모리(LSTM) 기반 인공지능 모델을 적용해 작물 상태를 예측하고, 이에 맞춰 양액 공급을 조절하는 방식이 도입됐다. 단순 제어를 넘어 ‘예측 기반 관리’로 발전한 것이다.

현장 실증 결과에서도 기술 신뢰성이 확인됐다. 양액 제어 정확도는 EC 89~99%, pH 96~98% 수준으로 나타났으며 실제 농가 적용에서도 안정적으로 작동했다.

또한 지능형 양액제어기 도입 시 생산성은 약 6% 증가하고 노동력은 최대 15% 감소하는 효과가 확인됐다. 이는 데이터 기반 농업이 단순 편의성을 넘어 실제 수익성과 직결된다는 점을 보여주는 대표적인 사례로 평가된다.

# 온실 에너지 구조 전환… PVT·히트펌프 기술 적용

온실 농업의 또 다른 핵심 변수는 에너지다. 최근 유가 상승과 전기요금 인상, 기후변화에 따른 냉난방 수요 증가가 겹치면서 에너지 비용 부담은 빠르게 커지고 있다.

이에 대응해 개발된 기술이 PVT와 공기열 히트펌프를 결합한 온실 냉난방 시스템이다.

이 시스템은 태양광과 열을 동시에 생산하는 PVT 패널과 공기열 히트펌프를 연계해 전력과 열에너지를 동시에 활용하는 구조다. 기존 히트펌프의 한계를 보완하면서 에너지 이용 효율을 높인 것이 특징이다.

특히 태양광 강도와 온도 차이를 반영한 제어 알고리즘을 적용해 에너지 활용 효율을 약 40%까지 개선했다.

동절기에는 외기온 –10도에서도 온실 내부를 10도 수준으로 유지했고 하절기에는 야간 냉방을 통해 외기 대비 최대 5.3도 낮은 온도를 확보했다.

이는 단순히 에너지 절감이 아니라, 작물 생육에 필요한 안정적인 환경을 유지할 수 있는 수준까지 기술이 발전했음을 의미한다.

＃ 에너지 비용 절감 현실화…농가 경영구조 변화

경제성 측면에서도 의미 있는 변화가 확인됐다. 딸기 재배 온실에 적용한 결과 등유 난방 대비 약 27.3%, 전기 난방 대비 약 37.1%의 에너지 비용 절감 효과가 나타났다.

이러한 비용 절감은 단순한 운영비 감소를 넘어 농가 수익 구조 개선으로 이어질 수 있다. 특히 에너지 비용이 높은 시설원예 농가에서는 경영 안정성을 높이는 핵심 요소로 작용할 가능성이 크다.

또한 전력 절감과 열에너지 효율 향상이 동시에 이뤄지면서 장기적으로는 에너지 자립형 온실 구축도 가능할 것으로 기대된다.

# 스마트농업 핵심은 ‘데이터+에너지’

이번 대표성과의 핵심은 두 기술이 결합된 구조에 있다. 데이터 기반 양액관리 기술은 생산성을 높이고 에너지 절감 기술은 비용을 낮춘다. 즉 스마트농업의 두 축을 동시에 해결한 셈이다. 앞으로 스마트농업은 단순 자동화가 아니라 ‘데이터 기반 의사결정’과 ‘에너지 효율 관리’가 결합된 형태로 발전할 것으로 전망된다.

# 농업·에너지·산업 연결…새로운 시장 형성

산업적 파급효과도 기대된다. PVT 기반 에너지 시스템이 확산될 경우 2030년까지 약 4.8조 원 규모의 투자와 8.6조 원의 생산 유발 효과가 기대된다. 또한 약 2400명의 고용 창출 효과도 예상된다. 이는 농업이 단순 생산 산업을 넘어 에너지, 데이터, 장비 산업과 결합된 복합 산업으로 확장되고 있음을 보여준다.

성제훈 농과원장은 “이번 연구결과는 단순 기술 개발을 넘어 농업의 방향성을 보여주는 사례로, 데이터 기반 양액관리와 신재생에너지 냉난방 기술은 향후 스마트온실의 표준 기술로 자리 잡을 가능성이 크다”며 “온실 농업은 이제 단순한 재배 공간이 아니라 데이터와 에너지가 결합된 첨단 생산 시스템으로 변화하고 있으며, 이러한 변화가 본격화되면서 농업은 점차 기술 중심 산업으로 재편되고 있다”고 말했다.