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스페셜리포트

[ZEC 4세부 총괄] 민경천 지엔원에너지 대표

허브축열시스템 기술개발 핵심
프로슈머간 열거래시장 창출
RHO 도입·활성화 긍정 역할



국내 1위 지열시스템 전문기업 지엔원에너지는 Smart Zero Energy City 4세부 과제를 맡았다. 4세부 과제의 최종 목표는 신재생 및 미활용에너지를 포함한 다양한 열원(복수의 에너지 프로슈머)에서 생산되는 열에너지를 저장하고 거래할 수 있는 수요관리용 분산형 스마트 허브축열시스템의 구성 및 운용기술을 개발하고 실증하는 것이다. 지엔원에너지는 이미 지역난방공사 등 유관기관과 함께 축열시스템 중 하나인 BTES(Borehole Thermal Energy Storage)공법을 개발하고 있어 4세부 과제와 연관성을 고려할 경우 최적의 선택으로 보인다. 4세부 과제 총괄을 맡고 있는 민경천 지엔원에너지 대표를 만나봤다.

■ 4세부 과제의 목표는
Smart Zero Energy City 4세부 과제는 신재생 및 미활용에너지를 포함한 다양한 열원에서 생산되는 열에너지를 저장했다가 복수의 프로슈머(prosumer)간 양방향 열거래를 지원하는 스마트 허브축열시스템 기술을 개발하는 것이 목표다.

이를 통해 복수의 대용량 신재생 열에너지(태양열, 지열, 수열, 연료전지 등) 저장 및 공급을 통해 열에너지 생산과 수요사이에 발생하는 시간적·양적 격차를 해소함으로써 도시단위의 열에너지 수요관리에 기여할 수 있다.

또한 허브축열시스템을 통해 복수의 열에너지 프로슈머간 양방향 열거래를 실증함으로써 열에너지의 생산 및 소비 주체를 다변화하고 분산에너지원을 활성화할 수 있도록 허브축열조의 효율을 개선할 계획이다.

■ 4세부 과제의 의미는
Smart ZEC 통합과제는 스마트에너지서비스의 핵심인 양방향 에너지거래 생태계 조성을 위한 인프라분야에 해당하는 1세부, 2세부, 3세부 과제와 빅데이터 플랫폼 및 에너지거래·운영 플랫폼 등의 플랫폼분야에 해당하는 3세부과제 및 5세부과제, 그리고 스마트에너지 허브기술을 위주로 한 4세부과제(열거래를 위한 복합 및 분산형 스마트 축열시스템 개발) 등 총 5개 과제로 구성돼 있다.

통합 과제의 목표인 ‘Smart ZEC(Zero Energy City) 구현을 위한 도시단위 통합에너지 운영시스템 개발’의 달성을 위해 4세부 과제에서 개발예정인 ‘스마트 허브 축열시스템’의 성공적인 실증이 필수적이며 도시단위 확대 적용을 통해 양방향 에너지공급이 이뤄지는 스마트 제로에너지시티 구현에 있어 매우 중요한 역할을 할 것이다.

■ 열거래를 위한 축열시스템의 역할은 
정부는 ‘재생에너지 3020 이행계획’ 및 ‘스마트시티 국가 시범도시 기본구상안 수립현황 및 향후 추진계획’ 등을 통해 분산에너지원, 에너지신산업, 수요관리서비스산업 육성, 스마트 에너지 인프라구축 등을 주요 국정과제로 추진 중이다.

연료전지, 지열, 수열 등 신재생열에너지 보급 확대를 위해서는 열에너지생산뿐만 아니라 효율적 이용을 위한 저장 및 공급 기술의 개발과 실증이 선결조건이다.

신재생에너지 또는 미활용에너지는 그 특성상 중앙집중식보다는 분산형으로 에너지생산이 이뤄지며 열에너지의 생산자이면서 소비자인 프로슈머간 또는 집단열에너지 사업자와의 양방향 열거래를 중심으로 열에너지 생산 및 소비가 이뤄질 예정이다.

다발적이며 시간격차를 두고 발생하는 열에너지 생산과 소비에 효과적으로 대응하기 위한 열에너지 허브시스템(축열시스템)의 도시단위 적용을 대비해 축열시스템 기술개발과 실증을 통한 검증이 반드시 필요하다.

■ 현재 실증 준비단계 및 진행상황은
현재 실증을 위해 해외 사례를 조사하고 실증단지에 적용할 설비용량을 산정하기 위해 신재생에너지 자원조사를 진행 중이다. 또한 과제를 통한 실증범위를 명확히 하고 예산범위 내에서 높은 효율을 내는 축열조 방식을 선정하기 위해 전기관이 협의 중이다.

■ 선진국의 기술개발 현황은
독일을 중심으로 2013~2018년까지 양방향 열네트워크 기술이 적용된 프로젝트가 진행된 바 있으며 다양한 열원온도를 이용한 캐스케이드방식 열공급 기술이 적용돼 열네트워크망에 연결된 커뮤니티는 다양한 온도의 열원을 활용함에 따라 높은 에너지효율을 유지할 수 있다고 피력했다.

최근 들어 양방향 열공급방식 관련 논문들이 2018년도에 Applied Energy지와 Energy지 등에 게재된 바 있어 관련연구가 태동단계임을 알 수 있다. Applied Energy지에 실린 한 논문은 양방향 열네트워크 기술은 소비자와 공급자가 하나의 열네트워크망으로 연결돼 양방향열거래를 통한 최적의 열성능 및 최저 비용의 열거래 방식이 적용됐다. 대상기술에서 소비자는 필요한 열량정보를 중개인에게 전달하며 중개인은 시스템에 연결된 공급자에게 소비자의 수요량을 전달해서 이중 가장 경제적인 조합을 선택해 열거래가 이뤄진다.

Energy지에 실린 양방향 열네트워크기술은 분산형 열발전소와 연결된 수요자로 구성돼 있는데 발전소에서는 일정한 온도의 열을 구축된 네트워크망을 통해 수요자에게 공급하고 열생산 설비(히트펌프, 냉동기)가 구성된 수요처는 열네트워크망에 공급된 열을 이용해 건물의 냉난방에 이용하는 방식이다. 이 방식은 수요처가 필요한 온도에 맞게 냉난방이 이뤄져 열성능을 극대화할 수 있다.

4세대 지역난방과 관련 유럽에서는 신재생에너지 확대에 따른 미래 환경변화에 대응하는 신지역난방시스템으로 저온열원을 활용한 4세대 방식을 확대 도입하고 있으며 UNEP(유엔환경계획)에서도 적극 권장하고 있다.

또한 집단에너지는 온실가스 저감 효과와 에너지효율 제고가 가능해 독일, 프랑스, 덴마크 등 유럽 국가들의 지역난방정책 동향이 지역난방+신재생에너지로 전환 중이며 신재생을 활용한 집단에너지 사업모델(신재생에너자+집단에너지)과 수축열조 및 계간축열조를 활용해 효율적인 도시 열공급모델의 적극적인 기술개발 투자가 확대 중이다.



■기대효과는
복수의 프로슈머간 양방향 열거래를 지원하는 허브축열시스템 기술개발을 통해 생산자 및 소비자간 에너지의 시간적·양적 격차를 해소함으로써 에너지의 효율적 이용이 가능하다.

이를 통해 국가단위의 에너지 수요관리 및 절감에 기여하고 신재생에너지 저장기술 확보를 통해 확대 보급에 기여해 화석연료 사용을 감소시키는데 큰 도움이될 것이다.

또한 프로슈머간 열거래시장 창출 및 활성화를 통해 에너지산업 다변화 및 신산업을 창출하고 다양한 신재생열에너지설비의 효율적인 운용을 통해 RHO(Renewable Heat Obligation: 신재생열에너지공급 의무화)제도 도입 및 활성화에 긍정적 영향을 미칠 것으로 판단된다.

뿐만 아니라 열에너지사업의 다변화를 통해 에너지를 통한 수익 집중 현상이 완화돼 에너지 민주화에 기여할 것으로 기대된다.

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