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[인터뷰] 김경민 한국지역난방공사 탄소중립연구부 박사

“열네트워크, 시간·공간 불균형 극복
생산·수요처간 E효율 향상 핵심”
저온 재생열·미활용E 이용율 향상, 탄소중립 관건


한국지역난방공사는 탄소중립 도시 구축을 위해 필요한 분산에너지(저온 미활용열, 신재생에너지, 수소에너지 등)와 안정적으로 에너지공급을 해줄 수 있는 집단에너지를 융합하는 도심형 열네트워크 모델인 그린허브를 개발하고 있다. 

김경민 지역난방공사 미래개발원 탄소중립연구부 박사는 열네트워크 모델 개발을 위한 분산형 집단에너지 플랫폼과 그린허브 모델 실증을 위한 설비 구축 및 데이터 확보에 집중하고 있다. 김경민 박사를 만나 열에너지 네트워크 기술의 필요성 등에 대해 들어봤다. 

■ 열에너지 네트워크 기술이 탄소중립 핵심기술에 선정됐는데 
Renewables 2021 Global Status Report에 따르면 글로벌 최종에너지소비를 열, 수송, 전력 등 세 가지로 나눠보면 열 51%, 수송 32%, 전력 17%로 에너지를 사용하고 있다. 이처럼 열의 형태로 많은 에너지가 최종적으로 사용되는 것을 알 수 있다. 

그러나 신재생에너지보급은 전기에너지 위주로 진행되고 있다. 탄소중립을 위해서는 열부문에서도 신재생에너지보급 활성화가 필요하다는 것이 국내외 전문가들의 의견이다. 즉 열에너지의 무탄소화가 탄소중립 목표를 달성하는데 매우 중요한 역할을 할 수 있기 때문이다. 

■ 열에너지 네트워크 기술은 어떤 기술인가
1970년대 제1·2차 석유파동으로 원천적 에너지절약 추진대책이 시급해졌으며 1980년 이후 국민소득 향상에 따른 에너지소비 패턴의 다변화, 국내 대기오염과 지구온난화라는 환경문제 등에 대처할 새로운 에너지정책의 필요성이 제기되면서 산업공정(전력생산 포함) 후 버려지던 열에너지를 사용하기 위해 도입된 기술이 열에너지 네트워크 기술이다. 우리나라에서는 1972년과 1976년 울산과 여천 석유화학단지에 도입됐으며 1980년대에는 아파트 및 빌딩 등 가정 및 상업부문에 도입되기 시작했다.
 
열에너지 네트워크 기술은 에너지효율 향상을 위해 열에너지 생산과 수요처간 시간적·공간적 불균형을 극복해 에너지이용효율을 높이기 위한 기술이다.

과거 열에너지 네트워크 기술은 100℃ 이상 산업공정열을 활용하기 위한 기술개발에 초점이 맞춰져 있었다면 현재는 폐열의 50% 이상을 차지하고 재생에너지로 생산이 가능한 100℃ 이하 미활용 열에너지를 활용하는 방식의 열에너지 네트워크 기술을 개발하고 있다. 열에너지 네트워크 기술은 크게 두 가지로 나눌 수 있는데 하나는 공간적 불균형을 해소하기 위한 열수송기술과 시간적 불균형을 해소하기 위한 열저장기술이다.

■ 현재 국내 기술 수준을 평가한다면
1980대 후반부터 신도시를 중심으로 지역난방이 보급되면서 지역난방공사를 중심으로 지역난방 열네트워크 기술을 국내에 맞게 표준화했으며 2000년대 중반 이후로는 지역난방공사와 민간사업자의 중대형 열병합발전소가 크게 증가하면서 100℃ 이상 중온수를 열원간 연계하거나 사용자에게 적절히 분배하는 열네트워크 기술이 크게 발전했다. 이와 같은 중온수 열네트워크 기술은 해외와 기술적으로 동등하거나 우위에 있는 것으로 사료된다.

최근에는 기후변화에 대한 중요성이 부각되면서 탄소배출을 줄이기 위해 저온(100℃ 이하)의 재생에너지 또는 미활용에너지를 이용하는 기술이 중요해지면서 건물과 연계하는 지역난방 열네트워크 기술에 대한 중요성이 부각되고 있다. 이에 따라 최근에는 저온 열에너지 네트워크 기술과 관련한 다양한 열네트워크 모델 창출에 대한 연구가 진행됐으며 전체 열에너지 네트워크 기술이 나가야할 방향을 제시했다. 
하지만 실증연구에서는 대부분의 실증규모가 도시단위가 아닌 건물 또는 단지 규모로 연구가 진행돼 기술 확산에는 한계를 드러내고 있다. 이는 국내 주거건물은 아파트 형태로 열밀도가 높고 4계절이 뚜렷해 시간별 열부하 차이가 크기 때문이다. 더욱이 전기와 다르게 열네트워크를 구축하는 비용이 높은 것도 한계로 드러나고 있다. 




■ 글로벌 기술수준과 비교한다면
국내 중온수 열네트워크 기술은 표준화돼 있으며 보급률이 높아지고 있어 해외와 비교했을 때 동등하거나 높은 기술을 보유하고 있다. 하지만 최근 탄소중립과 함께 부각되고 있는 저온 열네트워크 기술은 국내 재생에너지 부족과 폐열 발생지역과의 먼 이격거리, 높은 인구밀도에 의한 높은 열밀도, 뚜렷한 4계절로 인해 적절한 해답을 찾고 있지 못하고 있는 실정이다. 더욱이 전력 생산 재생에너지에 대한 지원과 투자가 열 생산 재생에너지보다 높기 때문에 기술적 격차가 해외와 비교했을 때 점점 커지고 있다.

■ 보급 확대 기대효과는 
열에너지 네트워크 기술은 에너지효율 향상을 위해 열에너지 생산과 수요처간 시간적·공간적 불균형을 극복해 에너지이용효율을 높이기 위한 기술이다. 즉 열에너지 네트워크 기술 보급이 많아질수록 에너지효율이 향상되고 탄소배출은 줄어들게 될 것이다. 최근 연구되고 있는 저온 열네트워크 기술은 저온의 재생에너지와 미활용에너지의 이용율을 높여 더욱 더 탄소배출을 줄일 수 있을 것이다.

■ 기술 수준 향상을 위해 꼭 필요한 것이 있다면  
국내 저온 열네트워크 기술 향상을 위해서는 도심 내 대규모 실증단지를 구축하고 저온 열원별 열네트워크 실증을 통해 구축비용부터 운영비용 등을 산출하고 이를 기반으로 정부 및 지자체 지원에 대한 방향을 정립해야 한다. 
100℃ 이상의 중온수 열네트워크는 표준화돼 있는데 반해 저온수 열네트워크는 열원에 따라 규모나 재원 마련이 다르기 때문이다. 또한 전기 생산 재생에너지와 동등한 수준의 지원정책과 연구개발, 인력양성 투자가 이뤄진다면 열에너지의 탄소중립 속도도 빨라질 것이다. 

■ 제도(정책)상 풀어야할 과제가 있다면
열에너지의 탄소중립을 위해서는 유럽, 일본과 같이 공기열, 하수열 등을 재생에너지에 포함해 신재생열에너지의 종류를 더욱 다양하게 인정하고 도시배열 등 폐열도 대체 수단으로 활용할 수 있도록 허용해 나가야 한다.

또한 대규모로 얻을 수 있는 폐열 활용의 시간적·공간적 제약을 최소화하기 위해서는 정부와 지자체의 상당한 사회적 비용을 감수하더라도 열수송관망 확대를 추진해야 한다. 열네트워크를 통해 시간적·공간적 문제를 해결할 수 있기 때문이다.

열네트워크 확대 전에 우선적으로 해야 할 것은 도시에너지계획 수립일 것이다. 또한 지역 내에서 생산할 수 있는 무탄소 열에너지와 도시폐열조사를 통해 가장 가까운 사용자와 연계해 안정적으로 공급해 사용할 수 있도록 방법을 제시해 줘야 한다. 그리고 기술 표준화를 통해 설비가 제조되고 설치돼야 하며 사후관리 체계가 수립돼야 할 것이다.





■ 지역난방공사의 경쟁력은 
열에너지 네트워크 기술로 대표되는 것이 지역난방이다. 이에 따라 다른 기관보다 지역난방공사가 기술과 관련 경쟁력이 높을 수밖에 없다고 생각한다.
특히 중온수 열네트워크를 기반으로 한 열저장시스템 운영, 열원간 연계를 통한 열거래 및 최적운영에 대한 경험이 가장 큰 경쟁력이다. 즉 열에너지와 관련 열생산, 수송, 사용에 대한 많은 데이터를 보유하고 있다는 것이 가장 큰 경쟁력이다. 

■ 마지막으로 하고 싶은 말이 있다면  
해외 많은 국가에서는 재생열에너지의 이용성을 높이는 매개수단으로 열에너지 네트워크 보급을 확대하고 제도적 장치를 마련해 지원하고 있다. 또한 재생열에너지의 종류도 확대해 에너지효율을 높이고 있다. 이처럼 국내에서도 탄소중립으로 가기 위해서는 재생열에너지와 미활용 열에너지에 대한 관심과 산업이 커져야 한다. 또한 대부분 발전분야에 치우쳐 있는 정부지원을 재생열에너지와 미활용 열에너지 공급으로 확대해야 한다. 이를 통해 열에너지 네트워크산업이 활성화 된다면 열에너지 네트워크 기술은 2050 탄소중립 달성을 이루는 중요한 역할을 할 것이다.

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