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하절기 피크예방 핵심설비 전력대체냉방 ‘부각’

최대전력수요 매년 증가…가속화 전망
전력냉방부하 30%, 수요관리 강구해야
가스냉방·지역냉방·축열, 피크분산 열쇠



전력피크의 계절이 돌아왔다. 2011년 전국에서 일어난 정전사태인 블랙아웃으로 정부는 매년 동절기·하절기 전력사용량을 예의주시하며 전력예비율 관리에 촉각을 곤두세우고 있다.

특히 이상기온의 영향으로 하절기 평균기온이 점점 오르고 있고 이에 따른 냉방수요도 증가하고 있다. 냉방이 난방만큼 사람이 살아가는 데 필수조건이 된 현재시점에서는 하절기 냉방으로 인한 전력피크관리가 중요해지고 있다.

지난 5년간 최대전력수요는 △2015년 7,692만kW △2016년 8,518만kW △2017년 8,459만kW △2018년9,248만kW △2019년 9,031만kW씩 꾸준히 상승해왔다. 전력냉방부하 역시 △2015년 1,892만kW(24.5%) △2016년 2,407만kW(28.3%) △2017년 2,172만kW(25.7%) △2018년 2,829만kW(30.6%) △2019년 2,546만kW(28.2%)씩 증가하며 전체 전력량의 30%가량을 차지하고 있다.

최근 5년간 하절기 최대 전력피크 당시 예비율은 △2015년 16.5% △2016년 8.5% △2017년 12.3% △2016년 8.5% △2019년 6.7%를 기록하며 예비전력은 유지하고 있지만 그 여유분이 줄어들고 있는 것을 볼 수 있다.

이러한 전력사용량 증가세는 매년 늘고 있으며 눈 앞에 펼쳐진 4차 산업혁명의 물결 앞에서 이러한 현상은 더욱 가속화될 것으로 전망된다.


4차 산업혁명의 대표적 산업이라 할 수 있는 AI, 자율주행, 데이터센터 등은 모두 많은 양의 전력을 필요로 한다. 정보의 홍수라는 말이 보여주듯 데이터는 무한히 쌓이고 이를 저장하는 데이터센터는 웬만한 중소도시가 사용하는 전력량을 소비하고 있다.

또한 정부는 탈석탄·탈원전을 기반으로 한 깨끗하고 안전한 에너지로의 전환을 목표로 정책을 펼치고 있지만 기존에 사용하던 에너지의 효율화를 게을리 한다면 에너지전환은 성공하기 힘들다고 전문가들은 입을 모으고 있다.

가장 시급히 해결해야 하는 발등 위의 불은 단연 냉방에너지일 것이다. 이를 해결하기 위해 정부는 제3차 에너지기본계획에 비전력 에너지확대, 비전기식 냉방확대를 명시하고 후속조치를 밟아가고 있다.

2030년까지 가스냉방을 현재의 두 배 수준으로 늘려 전체 냉방부하의 20%를 감당할 예정이다. 지역냉방은 2021년까지 제습냉방, 흡수식 냉동기의 효율을 제고하고 저온수구동 저전력 흡착식 냉동기 개발을 추진한다. 반면 대체냉방수단으로써 가장 처음 시작된 축열산업은 매년 축소되는 정부지원금으로 돌파구 마련에 머리를 싸매고 있다.

이번 기획에서는 하절기 전력피크 저감에 기여하고 에너지전환을 앞당기는 비전력 냉방에 대해 알아본다. 

노후 가스냉방기기, 교체지원 마련해야
리나라는 냉방의 전력의존도가 높아 하절기 전력피크가 발생하고 있으며 전기냉방의 꾸준한 증가가 주원인으로 작용하고 있다. 최근 기후변화로 인한 폭염 등 예측하기 어려운 냉방전력 수요 증가에 대비하기 위해 냉방에너지원을 보다 다양화할 필요성이 커지고 있다.

가스냉방은 전기냉방을 대체해 하절기 전력피크를 완화할 수 있는 합리적인 수단이다. 가스는 기존 공급시설을 활용, 수요변동에 따른 유연한 공급이 가능하므로 급격한 냉방수요 증가에 효과적 대응이 용이하다. 동고하저의 가스수요패턴이 개선돼 가스저장설비의 효율적 운용에도 기여할 수 있다.

국회와 관련업계에서도 가스냉방 확대 필요성을 지속 제기해 왔으며 제3차 에너지기본계획(2019년 6월)에도 가스냉방 보급확대가 포함됐다.

우리나라와 기후 및 천연가스 이용조건이 유사한 일본의 경우 2010년 동일본대지진 이후 가스냉방 비중이 우리나라의 2배인 20%대를 유지하고 있다.

2018년 말 기준 국내 약 1만5,000개 건물에 총 427만RT의 가스냉방이 보급돼 있다. 가스냉방 보급용량은 매년 증가 세이나 신규설치는 2016년 이후 하락세를 보이고 있다.

가스냉방은 전체 냉방수요의 약 10% 수준에 정체하고 있으며 전력냉방 부하 증가속도대비 가스냉방 보급속도 둔화로 가스냉방 비중은 2012년 12.6%에서 2014년 15.5%로 고점을 찍은 이후 2016년 11.8%, 2018년 10.8%까지 하락세를 면치 못하고 있다.


2011년부터 가스냉방 설치비의 약 10%를 지원하고 기기별 효율과 용량 등에 따라 차등 지급해 고효율기기 보급을 유도하고 있다. 10년간 운영 시 가스냉방이 전기냉방대비 13~21% 저렴하나 고가의 초기투자비와 유지관리비용 부담은 보급 장애요인으로 작용하고 있다.

또한 공공기관 비전기식의무화 시행 전 냉방기 도입완료 기관과 기부채납 건물(민간→공공)은 의무적용에서 제외돼있다.

업계의 한 관계자는 “의무화 시행(2011년 7월) 전에 냉방기 도입이 완료된 공공기관에 증설, 부분개체 시 일정 비율의 비전기식 냉방설비를 사용토록 의무화한 부분은 잘 지켜진다면 국가 전력피크 부하절감에 큰 효과가 있을 것으로 예상된다”라며 “공공기관에서 규정이 잘 지켜질 수 있도록 하는 모니터링과 상벌의 제도화가 필요하다”고 지적했다.

흡수식의 경우 부품 국산화 완료됐지만 GHP 주요부품인 압축기는 해외에서 수입 중이다. 엔진은 자동차용 엔진을 활용함에 따라 제품가격 인하 및 성능개선에 한계가 존재한다. 기기사 중심의 소극적 마케팅 구조로 인한 체계적 홍보한계로 가스냉방의 효용성에 대한 소비자 인식이 부족한 상황이다.

특히 가스냉방 보급확대에 따른 최대 수혜는 어쩌면 도시가스업계일 것이다. 하지만 일본의 경우 도시가스업계가 GHP를 비롯해 가스냉방 보급확대를 위해 기술개발, 마케팅비용을 제조사와 함께 투자하고 있지만 국내 도시가스업계에서는 기술개발 및 마케팅에 투자했다는 소식은 듣지 못했다.

산업부에서는 ‘가스냉방 보급확대를 통한 전력피크 저감 및 에너지이용 합리화’를 비전으로 가스냉방 활성화에 나서고 있다. 추진방향으로 △공공부문 선도와 민간부분 인센티브를 통한 수요확대 △가스냉방 보급활성화를 위한 기반조성 등으로 정하고 설치지원제도 개선을 통한 가스냉방 경제성 보완, 공공기관 의무화 대상 확대 및 사각지대 해소에 나서고 있다. 

또한 가스냉방 신규 수요 창출 및 제품 경쟁력강화를 위해 소규모 GHP 및 고효율 흡수식기기 고급 여건을 조성하고 공공부문 수요를 추가로 발굴할 계획이다. 여기에 핵심부품 국산화 및 전용화 기술개발과 가스냉방 마케팅협의체 구성을 통한 홍보도 강화할 예정이다.

업계의 한 관계자는 “설치지원금을 인상해 민간보급 확대를 유도했으나 6월19일 공고된 2020년 가스냉방설비 설치지원 사업 집행계획에 따르면 전체 장려금 예산은 전년보다 5% 축소된 63억6,000억원이었다”라며 “특히 ‘사업기간 내 조기 예산소진 시 사업종료’ 조항을 여전히 포함하고 있어 예산소진 이후 대책에 대한 고민이 필요하다”고 지적했다.

특히 국가의 에너지정책과 연계된 중장기 가스냉방 보급 목표 설정이 필요하며 현재 천연가스를 사용하는 GHP만 가스공사를 통해 지원금을 받을 수 있는 구조에서 LPG용 GHP에 대한 설치지원금제도도 필요하다.

흡수식냉온수기는 신축건물에 설치되는 것보다 기존에 설치돼 노후화된 동일기종 제품을 교체하는 시장이 늘어나고 있으며 영세한 설비업체가 공사를 맡는 경우가 대부분이라 성능 및 품질보다는 가격위주의 시장으로 형성돼 있다.

‘건축물의 냉방설비에 대한 설치 및 설계기준’에서 일정 규모의 건축물에 중앙집중 냉방설비 설치 시 주간최대냉방부하의 60% 이상을 축냉식, 가스냉방방식, 지역냉방방식 등으로 적용토록 돼 있지만 동 기준의 제2조에는 단순히 기존 냉방설비를 교체하는 경우는 누락돼 있어 오래된 흡수식냉온수기만을 교체하는 경우 다른 전기식 냉방설비를 적용해도 무방한 것으로 인식되고 있다.

특히 교체시장이 많은 비중을 차지하는 흡수식냉온수기의 경우 단순 냉방설비 교체 시에도 가스냉방이 적용될 수 있도록 설계기준 개정이 필요한 상황이다. 또한 예산부족으로 흡수식냉온수기만 교체시 노후화된 냉각탑이나 펌프류의 성능이 떨어진 상태로는 신설된 흡수식의 성능을 100% 발휘할 수 없는 만큼 흡수식뿐만 아니라 냉각탑, 펌프 등 연동설비 교체 시에도 추가적으로 지원할 수 있는 방안이 시급하다고 업계 관계자들은 지적한다.


위기의 축냉시장, 해법이 안보여
축열식 냉난방시스템은 전력대체냉방 중 가장 먼저 시작됐다. 국내 축열시장은 1992년 열렸지만 업계에서는 최근 2~3년을 가장 어려운 시기라고 느끼고 있다.

1992년부터 2017년까지는 일부라도 시장이 조금씩은 커지고 있다고 느꼈으나 2019년부터 시장이 급격하게 줄어들고 있기 때문이다.

실제로 축냉설비 접수현황과 지원금 현황을 보면 축냉업계의 엄살이 아니라는 것을 알 수 있다. 축냉설비 접수현황을 보면 △2014년 120호 △2015년 11호 △2017년 228호 △2018년 127호 △2019년 96호로 2017년 최대 접수 이후 급속도로 줄어들고 있다.

축냉설비 지원금 현황을 보면 2014년 이후 축냉설비 지원금은 연평균 12% 축소되고 있다. 지난해 축냉설비 지원금은 2014년의 ‘반토막’으로 줄어들었다. 

업계의 한 관계자는 “무상지원금이 계속해 지연되거나 축소되면 축열시스템을 설치하는 건물주들이 축열시스템을 계속해서 사용해야 하는지에 대한 의구심이 생기기 마련”이라며 “한전이나 산업부에서는 문제가 없다고 이야기하나 실제 시장의 반응은 지원금에 대해 매우 민감하게 반응하고 있다”고 지적했다.


결국 시장에서의 의구심을 해결하기 위해서는 축열시스템에 대한 지원정책이 확대되는 것밖에 없다. 특히 지원금도 적기에 지급되지 못하고 있어 체감하는 어려움은 가중되고 있다. 이는 축냉설비가 설치대상 건축물 준공시까지 장기간(1~3년) 소요돼 신청규모와 지급시점의 지원금 예산이 연계되지 못하고 있어 발생하고 있는 현상이다.

이에 따라 한전은 당해연도 전력산업기반기금 소진 시 지원금 지급요청서 접수를 중단할 계획이다. 다만 축냉설비 심야전력 전력공급과 관련된 전기사용신청접수는 가능하다.

이처럼 축냉시장이 축소되는 원인은 지역냉난방지역 확대로 건물은 지어지고 있으나 건물에 냉난방을 모두 지역열원으로 해야 하는 의무지역 확대와 신재생에너지 사용량 증대로 건물 냉난방에 신재생에너지 적용이 크게 늘어나고 있는 것이 주요원인으로 꼽힌다. 또한 건설경기가 아파트 위주로 흘러가며 중앙식 냉난방이 들어가야 할 절대 건물의 수가 감소하는 것과 지원금 축소는 축냉시장 축소의 결정타가 되고 있다.

업계의 한 관계자는 “지금의 축냉시장은 위기”라며 “이러한 사실을 알면서도 현재 관련업체들은 당장 본인의 먹거리는 없어지지 않겠지하는 자만적인 생각이 지배하는 것 같다”고 지적했다.

결국 새로운 먹거리는 찾아내지 않고 기존처럼 타성에 젖어 내일을 준비하지 못하면 축냉시장은 퇴보할 수밖에 없다는 뜻이다.

업계의 또 다른 관계자는 “정부에서는 현재 주고 있는 무상지원금 자체를 줄이거나 없애려 한다”라며 “지금까지 아무 소리없이 한전에 기대어 무엇인가 해주겠지하고 기다리는 소극적인 자세로는 힘든 시기를 버티기 어려울 것이며 이는 곧 회사의 존립에도 영향을 줄 수 있다”고 강조했다.

난국을 벗어나기 위해서는 정부의 정책에 가장 효율성 높은 시스템이 축냉시스템이라는 것을 강조해야 하는 상황이다.

업계의 한 관계자는 “빙축열 냉방시스템 위주였던 2000년 초반에는 에너지는 많이 사용하나 운전비가 싸니까 쓴다는 인식이 많았으나 2020년 현재에는 빙축열 냉방시스템에 비해 히트펌프를 사용한 축열식 냉난방시스템 보급이 매우 활성화되고 있다”라며 “축열식 냉난방시스템의 경우 기존 시스템에 비해 20~30% 이상 에너지를 절감할 수 있는 매우 우수한 기기”라고 밝혔다. 이러한 패러다임의 변화를 시장과 정부에 적극적으로 홍보해 축열시스템의 활성화가 이뤄질 수 있도록 노력해야 한다.

지역냉방, 1석3조 대체냉방
지역냉방은 집단에너지로 공급되는 중온수를 냉방에 활용하는 대표적인 비전력냉방의 한 분야다. 집단에너지는 LNG열병합발전소에서 전기와 열을 동시에 생산할 때 가장 효율이 높기 때문에 냉방부하로 인한 전력피크가 우려되는 하절기 열수요만 확보된다면 최고의 선택지가 될 수 있다. 지역냉방은 이러한 하절기 열수요를 창출하는 동시에 냉방부하를 감당할 수 있으며 열병합발전소의 가동률을 높여 부족한 전력도 생산할 수 있는 1석3조의 대체냉방방식이다.

지역냉방은 집단에너지사업자로부터 공급받은 중온수를 사용자측 기계실에서 흡수식냉동기로 냉열을 생산, 건물 각 세대 및 실로 전달하는 중앙집중식 방식과 각 세대에서 직접 소규모로 냉방을 하는 개별방식인 데시컨트 냉방(제습냉방)이 있다.

흡수식냉동기를 사용해 냉방을 생산하는 중앙집중식 방식은 전력피크 및 온실가스 저감효과를 인정받아 한국에너지공단에서 매년 지역냉방보조금 예산을 편성해 집행하고 있다.

2019년 집행한 지역냉방보조금은 31억8,040만원으로 중온수 흡수식냉동기 총 2만9,183RT 용량, 96대를 지원했다. 이중 설치지원금은 29억36만원이며 설계보조금은 2억8,004만원이다.


업계에 따르면 국내 중온수 흡수식냉동기시장은 약 1,000억원 정도로 유지되고 있는 것으로 알려졌다. 중온수 흡수식냉동기 시장은 약 10년전부터 지역냉방의 확대에 힘입어 시장규모가 증가해왔다. 하지만 지난 3년 전부터 국내 저온수2단흡수식냉동기시장은 2기신도시(동탄, 김포한강, 하남, 위례, 청라, 광교 등)의 주요건물이 완공되고 3기신도시 건축물량 감소 등으로 인해 꾸준히 감소하는 상황이다.

흡수식냉온수기시장은 민수시장과 관공서의 개보수 물량 중심의 일부 수요만 남아 현재 흡수식시장의 전망이 밝지만은 않다는 것이 업계의 의견이다.

업계의 한 관계자는 “고효율인증제도와 가스냉방지원금, 지역냉방지원금, 열공급허가 등과 관련돼 제정된 법규와 규정이 세계시장에서 일반적으로 적용되는 기준(ARI560, JIS B 8243 등)에 적합하지 않다”라며 “또한 시장의 다양성을 방해하는 지나친 규제로 흡수냉동기의 기술개발과 시장확대에 부정적인 영향을 주고 있어 공정한 시장질서, 세계시장으로 확대라는 기준을 가지고 학계·산업계의 전문가 등으로 구성된 위원회를 만들어 현실에 적합한 법규와 제도를 만들어 가야 한다”고 지적했다.

또한 저온수2단흡수식냉동기는 기존 지역난방 고시지역에서 중대형 이상 상업용 건물에만 적용토록 돼 있으나 에너지이용합리화와 지구온난화 방지를 위해 아파트 등 주거시설에도 적극적인 적용이 필요하다는 의견도 도출되고 있다.


데시컨트 냉방은 기존에 제습냉방으로 불려오던 제습제를 이용한 냉방기술이다.

제습이라는 용어로부터 가정용 제습기를 연상하기 때문에 제습에 초점을 둔 에어컨기술인 것으로 오해하는 경우가 많았으며 냉각제습의 경우에도 제습냉방 용어를 사용해 용어오용 문제도 존재했다.

이러한 문제를 해소하고 제습제 이용 냉방기술과의 차별점을 명확히 하기 위해 대한설비공학회는 2017년 제습냉방을 데시컨트 냉방으로 개칭한 바 있다.

데시컨트 냉방기술은 데시컨트(제습소재)를 이용해 공기 중 습기를 제거하고 제습소재에 흡착, 흡수된 수분을 날려 보내 제습소재를 재생할 때에 열을 이용한다는 점이 큰 특징으로 열을 이용해 냉방을 공급한다.

국내에서는 한국과학기술연구원(KIST)이 에너지절약기술개발사업으로 1999년부터 3년간 ‘냉동기가 없는 냉방시스템개발’을 진행한 것이 최초의 데시컨트 냉방관련 연구다.

KIST는 기초기술의 내구성 향상을 위한 기술개발을 지속했으며 이를 바탕으로 지역난방공사의 지원으로 공동주택 세대별 데시컨트 냉방시스템 시작품 개발을 진행했다.

2010년부터는 축적된 기술을 바탕으로 지역난방공사가 주관하고 KIST, 귀뚜라미 등이 참여한 에너지자원기술개발사업이 수행됐다. 이 과제에서 기본적인 데시컨트 냉방시스템에 전기식 히트펌프를 추가해 에너지효율과 냉방출력을 크게 향상시킨 하이브리드 데시컨트 냉방시스템이 개발, 신축 공동주택 40세대에 적용돼 기술검증 및 보급 타당성이 확인됐다.

실증시험을 통해 전기식 에어컨대비 48%의 전력사용량절감효과가 입증됐으며 냉방기 가동 2시간 내 휘발성 유기화합물, 알데하이드, 부유세균 등 실내 오염물질이 40% 이상 감소되는 것이 확인됐다.

하지만 데시컨트 냉방기술의 시장보급은 아직 미약한 실정이다. 소용량 데시컨트 냉방기의 가정용 보급은 세계 최초로 시도되는 것으로 민간기업이 단독으로 부담하기에는 사업 리스크가 상당히 큰 상황이다.

업계의 한 관계자는 “전력생산 부분에 집중돼 있는 신재생에너지 관련 정부정책을 전력수요관리 측면으로 확대해야 한다”라며 “기존 전기식기기에 대한 전력수요 감축효과만큼을 신재생에너지 활용으로 인정하고 지원함으로써 온실가스 감축효과에 비례하는 지원이 가능해지고 관련기술간 선의의 경쟁으로 전체적인 기술 향상에도 도움이 될 것”이라고 강조했다.

또 다른 관계자는 “1등급 가전제품을 사용하는 사용자에 대한 환급정책과 같이 제습냉방기를 사용하는 세대, 건물에 대해서 일종의 보조금을 지급하는 형태로 지원하고 전기자동차 구입 시 지자체에서 보조금을 지원하는 것처럼 제습냉방기를 설치하는 세대 및 건물에 보조금을 지원하는 방안이 필요하다”라며 “또한 산업현장에 엄청난 폐열들이 발생하는 데 이러한 폐열을 활용한 제습냉방시스템을 적용하는 기업에 대해서는 탄소배출권을 판매할 수 있도록 국가적 지원정책이 마련돼야 한다”고 주장했다.


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