농촌진흥청(청장 권재한)은 온실에서 소비되는 에너지를 실시간 점검(모니터링)하는 시스템 ‘젬스(GEMS)’를 개발하고 농가 현장에서 실증 시험을 진행했다.
시설원예는 작물 생육에 적합한 환경을 조성해 재배하는 방식으로 온도, 습도와 광 환경을 조절하기 위해 많은 에너지가 든다. 특히 경영비의 20% 이상을 차지해 농가에 부담이 되는 겨울철 난방비는 농가 소득 감소의 주요 원인 중 하나로 손꼽힌다. 이에 에너지를 효율적으로 소비하기 위한 과학적인 모니터링이 필요한 상황이다.

국립농업과학원 농업공학부 유인호 에너지환경공학과장은 “국내외적으로 온실 에너지를 실기간으로 모니터링하는 시스템은 없었다”며 “다만, 유사한 사례로 지난 2019년부터 2022년까지 농림축산식품부 지원사업으로 실시한 ‘에너지 진단 컨설팅 사업’이 있었다”고 설명했다.

이어 “당시 사업은 에너지 전문가가 직접 농가를 방문해서 열화상 카메라 등의 에너지 진단 장비를 활용해 일회성으로 알려주는 것이었다”며 “반면에 젬스(GEMS)는 전문가 컨설팅 없이 실시간 원격 계측이 가능하고 농업인이 언제 어디서든 정보를 실시간으로 확인해 제어할 수 있다는 장점이 있다”고 강조했다.

젬스(GEMS)는 ‘온실 에너지 모니터링 시스템(Greenhouse Energy Monitoring System)’의 약자로 에너지 측정 장비, 화면 표시 장치(디스플레이), 통신장비 등으로 구성돼 있다. 전기는 전력측정기, 기름은 기름탱크 수위 감지기(센서)를 이용해 소비량을 측정한다. 연중 에너지를 점검(모니터링)할 수 있어 난방뿐만 아니라 냉방 에너지 측정에도 활용할 수 있다.

젬스(GEMS)를 통해 점검(모니터링)한 에너지 소비량은 웹 서버에 저장된 후 다양한 그래프로 정리돼 농업인에 제공된다. 농업인들은 농가 현장에 설치된 모니터, 개인용 컴퓨터, 휴대전화 등으로 온실 에너지 소비 현황을 확인할 수 있다. 화면도 단순하게 구성해 누구나 직관적으로 이해할 수 있게 했다.

젬스(GEMS)가 제공하는 정보는 ∆설비별 당일 실시간 누적 에너지 사용량, ∆월별 전체 에너지 사용량, ∆이번 달 설비별 누적 소비량 비율, ∆어제 동 시간 대비 에너지 사용률과 에너지 과다·과소 소비 시 경보, ∆다른 농가 대비 사용량 비교, ∆하루 최저기온과 에너지 소비량 정보(데이터) 등이다.

인공지능 기술 활용, 에너지 소비량 예측 모델 개발
농촌진흥청은 이와 함께 인공지능 기술을 활용해 ▲외부기온과 난방설정온도가 예년과 비슷할 때 에너지 소비량이 어떻게 될지 그 추이를 예측하는 ‘에너지 소비량 추이 예측 모델’, ▲난방설정온도는 평년과 같고 외부기온이 평년보다 높거나 낮을 때 에너지 소비량이 어떻게 될지 예측하는 ‘외기온 변화에 따른 에너지 소비량 예측 모델’, ▲외부기온은 평년과 같고 난방설정온도를 높이거나 낮췄을 때 에너지 소비량이 어떻게 될지 예측하는 ‘난방 설정 온도 변화에 따른 에너지 소비량 예측 모델’ 등 에너지 소비량 예측 모형(모델) 3종을 개발했다.

유인호 에너지환경공학과장은 “기상청에서 올겨울 외부기온이 평년보다 높다거나 낮을 거라고 예보를 하면 농업인들이 ‘난방설정온도를 지금처럼 가져가면 올겨울에는 난방비가 얼마쯤 들겠구나’ 하고 예상하거나 ‘난방설정온도를 높이거나 낮추면 난방비가 얼마쯤 들겠구나’ 하고 예측해 볼 수 있다”며 “이를 통해 환경변화에 따라 온도관리를 어떻게 하는 것이 효율적일지 농업인들이 판단할 수 있는 근거를 갖게 된다”고 설명했다. 이어 “앞으로 현장 실증연구를 통해서 농업인들이 관심 있는 항목을 추가 발굴해서 새로운 모델을 추가할 계획”이라고 덧붙였다.

이 모형을 활용하면 환경변화에 따른 에너지 소비량을 예측하고 농가가 효율적인 에너지 소비와 관리를 할 수 있다. 현재는 개발자가 직접 예측값을 구해 농가에 알려주고 있으나 앞으로는 농업인이 직접 설정 조건을 입력해 예측값을 계산할 수 있도록 할 계획이다.

젬스 보급 많아져 타 농가와 비교하면

에너지 절감 방안 찾는데 도움될 것
농촌진흥청은 토마토 농가 3곳, 딸기 농가 3곳, 국립농업과학원 딸기 온실 1곳에 젬스(GEMS)를 설치해 실증 시험을 거쳤다. 담양과 양평 딸기 농가를 대상으로 지난 2024년 12월부터 2025년 1월까지, 겨울 2개월 동안의 제곱미터(㎡)당 에너지 소비량, 딸기 1kg 생산 시 에너지 소비량 등을 비교한 결과, 농가가 보온과 난방 설비 구성, 운영 방안 등을 조정하면 에너지 소비를 줄일 수 있음을 확인했다.

담양 딸기 농가인 네자매 농원(대표 정재식)은 젬스(GEMS)가 제공하는 ‘하루 최저기온과 에너지 소비량 데이터’를 보고 기상청에서 기온이 낮을 것으로 예보한 날에는 난방 온도를 1도(℃) 정도 낮게 설정해 소비량을 지난해 10% 정도 절감했다.

정재식 대표는 “실시간으로 전기와 기름 소비량을 한눈에 쉽게 볼 수 있어서 편리했다”며 “앞으로 젬스 사용 농가가 많아져 다른 농가와 에너지 소비량을 비교할 수 있다면 에너지 절감 방안을 찾는 데 크게 도움이 될 것”이라고 높이 평가했다. 이어 “정부 보조금이 많으면 더욱 좋겠지만 100% 자부담을 투자해 설치해도 충분한 가치가 있다고 생각한다”고 덧붙였다.

젬스(GEMS) 설치비용은 난방기, 양액기, 주 전기 등 3가지 소비량을 측정할 때를 기준으로 농가당 600~700만원 정도로 예상된다. 정부 지원을 받으면 300만원 정도로 예상돼 난방비(12∼3월) 약800만원 기준으로 10% 절감하면 4년 이내 설치비용 회수가 가능할 것으로 예상된다. 특히 난방비가 많은 장미(7,000만원/ha), 파프리카(6,000만원/ha), 토마토(3,800만원/ha), 오이(2,500만원/ha) 등의 시설에 적용하면 절감 효과는 더욱 크게 나타난다.

농가 보급용 ‘젬스’ 설치비용
온실 종류·규모 상관 없이 600~700만원 수준
유인호 에너지환경공학과장은 “농가 보급용 젬스(GEMS)는 측정 대상 설비를 난방기, 양액기, 전체 3종류로 정했다”며 “여러 설비 중에서 난방기와 양액기만 선정한 이유는 온실에 투입되는 에너지 중 난방기가 90% 이상을 차지하고 있고, 양액기가 3% 정도를 차지하고 있기 때문”이라고 설명했다. 이어 “농가 보급용은 온실의 종류나 규모에 상관이 없이 600~700만원 정도면 설치할 수 있지만, 측정하려는 설비의 개수에 따라 달라진다”고 덧붙였다.

농촌진흥청은 지난해 12월 젬스(GEMS) 관련 기술 특허를 출원했으며, 올해 2월 산업체에 기술이전을 마쳤다. 이를 통해 제품 생산과 상용화를 추진할 계획이며, 2026년까지 추가적인 현장 실증연구를 통해 농업인이 원하는 기능과 활용 방안을 찾아 시스템을 개선해 나갈 계획이다. 또한, 농림축산식품부 ‘스마트팜 ICT 융복합확산사업’에 젬스(GEMS)가 포함될 수 있도록 정책 부서와 지속 협의할 예정이다.

농촌진흥청 이승돈 국립농업과학원장은 “그동안은 주로 생산량을 높이기 위한 온실 환경관리가 이뤄졌으나 생산량이 많더라도 에너지 소비량이 많으면 실제 농가 소득은 줄어들 수밖에 없었다”며 ”젬스가 보급된다면 농가 경영비 절감은 물론 지속 가능한 농업 실현에 크게 도움이 될 것“이라고 말했다. 이어 ”앞으로 사용 농가의 목소리를 적극 반영해 현장이 필요로 하는 기능을 추가하고 활용도를 높여나가겠다”고 덧붙였다.