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스테판 렌즈 IEA 의장, “건물·산업부문 열수요 대응히트펌프 역할 매우 중요”

IEA, 2050년 건물난방수요 55% 히트펌프 대체
냉방수요 급증 전망…히트펌프 효율개선 필요

세계 에너지사용량의 절반은 가정, 산업 등 다양한 분야에서 사용되는 열에너지다. 국제에너지기구(IEA)는 ‘2050 Net-Zero’ 로드맵 목표를 달성하기 위해 건물난방수요의 55%를 히트펌프를 통해 공급해야 할 것으로 보고 있다. 

이는 전 세계 히트펌프가 10배 더 필요하다는 것을 의미한다. 또한 IEA에 따르면 냉방에 대한 수요도 향후 수십년간 급증하고 냉방전력소모는 2030년까지 40% 늘어날 것으로 예상된다. 

그러나 이러한 대규모 히트펌프 설치수요 외에도 신규 설치되는 히트펌프가 효율적으로 기능할 수 있도록 기존 에너지시스템에 통합하는 문제와 간헐적인 신재생에너지 전력비율이 높아질 경우 전력망이 안정적으로 운용될 수 있도록 유연성을 제공하는 것이 당면과제로 남아있다. 

IEA는 히트펌프기술이 냉난방 및 냉동을 안정적으로 공급함과 동시에 △경제성 △고효율 △친환경 △저탄소에너지 등에 대한 초석이 될 수 있도록 연구를 진행하고 있다. 

스테판 렌즈(Stephan Renz) IEA 히트펌프 기술협력프로그램(HPT TCPs) 의장은 ‘탄소중립을 위한 히트펌프 기술개발 국제협력 현황’ 발표를 통해 △공동주택에서의 히트펌프 사용 △지열히트펌프의 성능 △첨단냉방기술 △냉매 △히트펌프 IoT △다중벡터에너지시스템 히트펌프 △고온용 히트펌프 등 다양한 히트펌프 기술협력프로그램 연구성과를 공유했다. 

산업부문 히트펌프시장 급성장 전망
IEA는 석유공급 차질에 대한 대응을 위해 1974년 설립됐으며 현재는 모든 연료, 기술에 대한 접근과 에너지의 지속가능성에 대해 활동하고 있다. IEA의 미션은 모든 사람을 위한 안전하고 지속가능한 에너지미래를 형성하기 위해 정부 및 산업과 협력하는 것이다. 

IEA의 2021년 보고서에 따르면 2025년까지 석탄소비는 감소하고 석유사용은 정체기에 접어들며 신재생에너지와 천연가스는 가파르게 상승할 것으로 전망된다. 

이에 따라 CO₂ 배출이 점차 감축될 것으로 예상된다. 2050년까지의 부문별 CO₂ 배출량 감소전망을 살펴보면 전원부문은 가장 중요한 감축분야로 2040년에 탄소중립을 달성할 것으로 전망된다. 건물부문 에너지믹스를 보면 2010년대비 2025년에 전력은 2배 수준의 비중을 차지하며 대부분의 에너지수요가 전기로 전환될 것으로 보인다. 



이는 건물 냉난방을 히트펌프가 담당한다는 것을 의미하며 건물부문 탄소배출 저감은 히트펌프에 필요한 전력 또한 CO₂ 배출이 없어야 한다는 것을 전제한다. 

IEA의 2050 탄소중립 로드맵에 따르면 건물부문 탄소중립은 건물의 85% 이상이 Zero Carbon Ready 건물로 전환돼야 한다는 조건을 제시하고 있다. 이는 제로에너지빌딩 확대, 최종 난방수요의 80% 절감이 우선돼야 하며 절감된 난방수요의 50% 이상을 히트펌프로 공급하는 것을 통해 실현할 수 있을 것으로 보고 있다. 

산업부문에서도 히트펌프는 탄소중립에 매우 중요한 역할을 수행할 전망이다. 이를 위해서는 2050년까지 매달 500MW에 달하는 히트펌프를 설치해야 한다. 경공업의 경우 현재 열수요의 20%를 전기로 대응하고 있으나 2025년에는 약 65%로 증가할 것으로 예상된다. 

다만 건물과 특성이 다른 산업부문의 사용온도, 공급방식 등 특성을 반영한 개선이 필요하며 이에 대한 조사가 선행돼야 한다. 일반적으로 보일러 대신 히트펌프를 적용하는 것으로 생각할 수 있으나 업계는 효율성을 유지하기 위해 보일러 대신 히트펌프를 설치하는 것이 유일한 해결책이라고 보지 않기 때문이다. 

냉방효율 개선 ‘과제’
현재 히트펌프는 주로 난방, 급탕 등에 집중돼있으나 냉방은 건물에서 가장 빠르게 증가하는 에너지수요처로 주목받고 있다. 30~40년 후에는 현재 냉방수요에 따른 전력소비량대비 2배가 될 것으로 보인다. 

그러나 히트펌프의 냉방효율은 높지 않은 상황으로 최소효율에 가까운 수준으로 평가받고 있다. 즉 시장이 에너지효율 잠재력을 따라자기 못하고 있음을 의미한다.고효율기술이 개발되더라도 이를 확산할 수 있는 효율적 방안이 마련돼야 한다. 

예를 들어 미국의 경우 시장에서 유통되고 있는 제품 중 최소한의 비용으로 구매할 수 있는 제품을 구매하고 있다. 

미래형 히트펌프기술 국제협력 추진
IEA의 HPT TCPs는 히트펌프기술의 연구, 개발, 실증 등을 수행하고 있다. 세계 각국의 기술자들이 공동으로 연구를 진행하고 있으며 다양한 성과를 도출하고 있다. 

지난 2018년부터 2023년까지 △저렴하고 경쟁력있는 난방기술 △보다 효율적인 냉방 및 공조 △유연하고 지속가능하며 깨끗한 시스템솔루션 △디지털화 및 IoT △신규 또는 특수시장 및 설비 △낮은 GWP의 신규 및 대체, 천연냉매 등 분야에서 연구를 수행하고 있다. 

또한 2023년부터 2028년까지 우선적으로 연구할 분야를 제시하기도 했다. △시스템 통합 △견고하고 지속가능하며 경제적인 가치사슬 △운영범위 및 어플리케이션 확장 △신기술 및 신냉매 등이다. 시스템 통합은 섹터커플링, 에너지효율성, 유연성, 탄력성, 저장, 디지털화 등에 대한 것으로 작게는 건물, 크게는 도시수준에 대한 통합에너지시스템에서 히트펌프의 역할과 히트펌프를 통한 섹터커플링 실현, 히트펌프 평가방법이 연구된다. 



견고하고 지속가능하며 경제적인 가치사슬은 히트펌프를 위한 순환경제시스템, 새로운 비즈니스모델, Plug and Play·자가 커미셔닝, 확장을 위한 표준화 등에 대한 연구가 포함됐다. 운영범위 및 어플리케이션 확장은 모든 기후 및 신시장, 새로운 어플리케이션 및 새로운 수요를 충족하기 위한 것이다. 

이를 위해 △산업용 히트펌프 △지역냉난방용 히트펌프 △특수조건의 건물리모델링을 위한 히트펌프 △냉각제습건조를 위한 히트펌프 △저온히트펌프 등이 연구될 예정이다. 

신기술 및 신냉매는 새로운 히트펌프기술과 Low GWP 및 안전성을 갖춘 냉매를 위한 것으로 비증기 압축기술, Low GWP냉매의 효율적 작동, 구성요소 및 시스템, Low GWP냉매 사용에 따른 안전조치 등이 연구된다.