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[인터뷰] 홍희기 경희대 기계공학과 교수

“태양열, 열부하 대응 최적 E 보급촉진 기반 마련할 것”
태양열 냉방·산업공정열 공급기술 개발 진행
안정성·편의성 제고 운영시스템 필요성 강조

기록적인 폭염, 폭우 등이 발생하면서 기후위기는 우리 곁에 실재하는 재난으로 다가오고 있다. 이에 대응하기 위한 2050 탄소중립이 강조되면서 친환경적으로 열을 공급할 수 있는 태양열의 역할에 대한 기대가 증폭되고 있다. 

특히 급탕, 난방으로 한정되던 태양열 활용분야를 냉방, 산업공정열 등으로 확대하기 위한 연구가 이뤄지고 있어 향후 확산이 기대된다. 

태양에너지 활용성을 높이기 위한 연구를 수행하고 있는 홍희기 경희대 교수를 만났다.

■ 2050 탄소중립 달성에 있어 태양열의 역할은 
국가 에너지소비 전반에 걸쳐 열은 매우 중요한 역할로 소비되고 있다. 열이 필요한 곳에 열을 생산, 공급하는 것이 가장 경제적이고 효율적이다. 

건물 냉난방 및 온수급탕, 산업공정열, 스마트팜 내 작물재배를 위한 열공급 중 상당부분은 태양열로 충당할 수 있다. 전력을 통한 열공급은 전환과정에서 손실이 발생하기 때문에 열을 열로써 공급하는 것도 중요하다. 

이러한 열의 역할을 인지하지 못하고 건물의 전전화를 주장하는 것은 에너지에 대한 이해가 낮은 것으로 판단된다. 태양광으로 만든 전기로 온수를 생산하는 것만큼 어리석은 일이다. 히트펌프를 통해 승온할 경우 높은 효율이 기대되나 경제성이 고려되지 않은 판단이다.

■ 태양E 활용성을 높이기 위한 방안은
제습냉방, PVT 등이 있다. 제습냉방은 데시컨트냉방, 즉 제습제를 활용한 냉방이라는 표현으로 대체되고 있다. 10여년에 걸쳐 경동나비엔의 지속적인 노력과 개발로 상용화단계에 도달했으며 2023년 대량생산이 결정됐다.



덕트식이 아닌 냉매식 시스템으로 시공이 간편한 특징을 가지고 있으며 필요에 따라 덕트연결을 통해 환기도 수행할 수 있다. 여름철 잉여열로 냉방과 환기를 할 수 있다는 점에서 매우 친환경적인 시스템이다. 

이미 국내 골프장 클럽하우스 등에 PVT가 적용된 사례가 있으며 공동주택을 대상으로 공급이 이뤄지고 있다. PVT는 열과 전기를 동시에 생산하기 때문에 태양광발전대비 2.1배 수준의 CO₂ 절감효과가 있다. 



그러나 태양광발전과 달리 열을 활용하기 위한 배관을 연결해야 하기 때문에 설치상 제약이 발생키도 한다. 아파트 지붕이나 전면벽에 설치하는 경우 PVT를 통한 에너지생산효과를 극대화할 수 있으며 이렇게 생산된 전력은 건물 내 공용부에 활용하거나 계통연계를 통해 매전할 수 있다. 또한 생산된 열은 각 세대에 난방, 급탕으로 활용할 수 있다. 

이와 함께 냉난방 및 온수생산이 가능해 향후 역할이 기대되는 히트펌프는 사용하기 편리하고 효율적이다. 지열, 수열 등 적절한 열원을 활용할 수 있다면 COP도 향상되기 때문에 신재생에너지기기이면서 고효율에너지기기이기도 하다. 

다만 실제 활용환경에 따라 COP 변동이 있으며 설치비용이 높다는 단점을 가지고 있다. 열원의 온도가 낮을 경우 높은 COP를 기대하기 어려우며 태양열집열기, PVT에서 생산된 낮은 온도의 열원도 지열이나 수열원대비 높기 때문에 태양열과 히트펌프와의 연계는 태양열에너지 활용도, 접근성을 높이기 위한 방안으로 주목된다.

■ 태양열협동조합을 소개한다면 
태양열에 대한 연구는 석사과정에서부터 지속해오면서 축적된 기술과 결과물을 기술이전하는 수준으로는 시장에 태양열이 뿌리내릴 수 없다는 것을 깨달았다. 

국내 태양열기업은 대부분 영세하고 이에 따라 기술개발에도 제한적일 수밖에 없다. 태양열융합협회가 회원사의 공동발전을 도모하는 단체로 중요한 역할을 수행하고 있다면 태양열협동조합은 생산자 협동조합으로서 조합원들의 이익을 추구하는 기업으로서 설립됐다. 

단기적인 이익과 매출에 구애받지 않는 고장진단 컨트롤러 및 스마트유지관리시스템, PVT에 대한 검증을 거쳐 참여기업들의 시장진출에 일조하고 있다. 주로 수도권에 있는 태양열기업, 제로에너지빌딩 설계 및 요소기술 전문가, 컨설팅이 가능한 학계 전문가로 구성돼 있으며 현재까지는 에너지공단 시범보급사업으로 20개소 이상의 고장진단컨트롤러 및 운영 S/W를 납품했다. 

또한 3곳의 태양광 데시컨트 냉방에 스마트유지관리시스템을 적용해 운영하고 있다. 올해 하반기에도 보급사업에 적용할 예정이며 내년부터는 본격적인 태양열 냉방시스템 활성화에 기대가 크다. 

이와 함께 PVT가 에너지공단 보급사업에 포함될 경우 직접적인 영업도 가능할 것으로 판단된다. 

협동조합 역시 기업으로서 영리를 목적으로하는 단체다. 내년부터 1차적으로 매출향상에 집중할 계획으로 정규직 상근인력을 확보하면서 기업으로서 틀을 갖춰나갈 예정이다. 경희대 열환경제어연구실에서 원천기술을 개발하고 검증하면 협동조합은 시범보급을 통해 적용하는 등 협업관계를 강화해나갈 방침이다. 

아파트 지붕 및 전면벽 PVT적용과 함께 태양열 데시컨트 냉방 등이 주력아이템이 될 것으로 예상하며 모든 태양열시스템에 조합에서 보급하는 스마트O&M의 표준이 적용될 것으로 기대해본다. 고온다습하며 일조상태가 좋은 일본이나 중국 남부 등 인근 국가로 진출도 고려하고 있다.

■ 태양열이 확산되기 위한 과제는 
태양열에 대한 불신이 심화된 상황에서 태양열 보급을 확산하기 위한 정책을 실행하기에는 어려운 것이 현실이다. 보급 초기 가장 관리가 어려운 주체인 주택에 태양열을 우선적으로 보급하려 했던 것이 잘못된 접근이라고 판단된다. 

주택에 태양열을 적용하기 위해서는 소비자가 전혀 신경쓰지 않고도 안전하고 편리하게 운영돼야 한다. 향후 태양열 보급을 확산하기 위해서는 스마트유지관리를 가능케하는 것이 중요하다. 한국에너지공단의 보급사업을 통해 적용되고 있는 타 신재생에너지에도 소비자의 스마트폰 알람기능이 포함된 스마트유지관리시스템이 적용되는 것이 바람직하다. 



태양열은 여전히 마을회관, 복지시설 등에 냉난방 및 온수급탕용으로 설치, 보급할 수 있는 여지가 많다. 이와 함께 주택이나 건물뿐만 아니라 대규모 산업공정열에 적용하는 방안으로 일정비율 이상을 신재생열에너지로 충당토록 의무화하는 신재생열에너지의무화제도(RHO)를 도입해야 한다. 

태양열을 통한 산업공정열 공급은 관리도 편리하고 가시적인 효과가 빠르게 나타나기 때문에 소비자들의 호응도가 높은 편이다. 우리나라는 전력에 지나치게 편중된 정책을 40년 이상 지속하며 이러한 관행이 고착화된 상태다. 

현재도 PVT는 태양광도 아니고 태양열도 아닌 방치된 기술이다. 에너지공단은 보급사업 대상으로 다년간 검토만 진행하고 있다. 에너지기술평가원 지원사업에 이어 에너지공단 시범보급사업을 통해 충분히 검증됐음에도 사각지대에 놓여 있는 것이 단적인 예다. 이에 따라 PVT를 포함한 융복합 신재생에너지시스템에 대한 제도권 진입이 필요하다.