한국지역난방공사는 기업부설연구소인 미래개발원을 통해 정부의 집단에너지(열에너지)분야의 정책방향과 연계해 안정적인 열공급, 사용자의 편의성 강화, 원가인하 및 에너지신사업 발굴을 위한 연구개발을 진행하고 있다. 미래개발원은 국내 집단에너지사업자(37개) 가운데 유일한 전문 연구기관으로 집단에너지의 확대보급을 위한 핵심 전문기술을 개발하고 미래인재를 양성하고 있다.

대표적인 연구분야로는 △집단에너지관련 신기술 개발 △신재생에너지와의 융복합 기술개발 △효율향상 기술개발 등이 있다. 이러한 연구성과의 공유, 각종 기술표준 제·개정을 위한 기반마련 및 집단에너지 관련 정책개선 추진 등을 통해 연구개발 성과가 국내 집단에너지분야 산업 활성화에 기여할 수 있는 기반을 구축하고 있다.

미래개발원을 이끌고 있는 최윤수 원장은 기술분야에 대한 다양한 직무경험을 가지고 있다. 5년간 감사팀장을 역임하면서 집단에너지분야의 발전방향에 대한 이해의 폭을 넓혔고 통합운영센터장으로서의 직무경험은 효율향상과 원가절감을 위한 다양한 연구과제 기획과 성과창출에 중요한 경험이 됐다. 본사와 지사근무를 균형있게 경험해 현장의 다양한 문제점을 해결하는 데도 적임자라는 평을 받고 있다.

특히 공사 내에서는 HRD(Human Resources Development: 인적자원개발)분야 전문가라는 평가도 받고 있어 미래개발원의 인재양성 목표달성에도 크게 기여하고 있다. 최윤수 원장을 만나 미래개발원의 운영방안과 국내 집단에너지산업에 대한 현안과 나아갈 방향에 대해 들었다.

■ 미래개발원을 이끌어 나가는 철학이 있다면
평소 직원들에게 ‘3C’를 강조한다. 3C란 △Communication △Cooperation △Coordination을 말하는데 Communication은 말 그대로 소통이다. 상하좌우간의 유연하고 긴밀한 소통을 중요하게 생각한다. Cooperation이란 수직적인 힘의 통합을 의미한다. 일정한 목표달성을 위해 동질적인 일을 수행할 때 힘이 최대로 모아지도록 부서 내에서 상·하가 서로 협력하는 것이다. 마지막으로 Coordination은 이질적인 힘의 통합으로 같은 목표이지만 서로 다른 일을 수행하는 부서간 상호 협조하는 것이다.

결국 다른 계층 및 부서와 소통하고 협력해나가는 것이 가장 중요하다는 의미다. 이러한 3C를 제대로 실천할 때 조직이 활성화되고 성과를 낼 수 있다. 3C는 모든 연구와 교육의 출발점으로 삼고 있는 ‘정확한 현상파악’을 위해 꼭 필요한 과정이기도 하다.

미래개발원의 모든 연구결과는 미래를 준비하는 데 실용적인 도움이 돼야만 한다. 또한 현업부서의 애로사항에 솔루션을 제공할 수 있어야 하기 때문에 현업부서와의 활발한 의사소통이 매우 중요하다.

이를 위해 지사를 순회하면서 연구성과를 공유하고 토론하는 시간을 자주 갖는다. 예전에는 공문을 통해 소통했다면 이제는 현장에 찾아가 머리를 맞대고 지혜를 나눔으로써 현상을 정확히 파악하고 이를 바탕으로 문제의 근본을 파고들어 해결책을 찾아낼 수 있다.

앞으로도 현업부서를 찾아가 현장의 의견을 적극적으로 청취할 계획이다. 교육분야도 ‘집단에너지 관련 타 사업자를 위한 전문교육과정’을 운영하겠다는 비전을 가지고 집단에너지 기술공유 아카데미과정을 시행하고 있다. 열수송분야, 고객기술분야, 열원운영분야에 총 120명의 인원이 교육을 신청해 진행하고 있는데 지속적으로 내용을 보완해 실질적인 도움이 될 수 있도록 할 방침이다.

■ 집단에너지산업의 현안은
CHP(열병합발전) 기반의 집단에너지는 국가적으로 에너지이용효율 향상과 온실가스 및 미세먼지 저감 등 환경적 편익이 뛰어난 사업으로써 지속적인 확대보급이 필요하다. 하지만 다양한 편익대비 보상체계가 부족할 뿐만 아니라 타 산업과의 차별적인 시장제도로 인해 사업경제성이 악화되고 있다. 대규모 택지개발도 감소하고 있고 건축물의 단열기준이 강화되는 등 산업성숙기 진입에 따른 수요감소로 사업의 지속성장을 위한 동력확보 기반 마련이 필요한 시점이다.

또한 집단에너지는 친환경적이고 안정적인 에너지로써 신재생 및 미활용에너지와의 연계를 통해 신재생에너지의 단점인 간헐적인 측면을 보완할 수 있기 때문에 신재생에너지 보급확대에 기여가 가능한 이점이 있다. 이런 장점이 부각되고 인정받을 수 있다면 집단에너지산업의 미래는 국가 에너지정책에 기여하고 사용자들에게 다양한 편익을 제공할 수 있는 역할을 수행할 수 있다.

시설의 유지관리 측면에서는 현재 약 2,000km 이상에 달하고 있는 공사보유 열수송관의 지속적인 관리 및 진단 기술개발, 효율적인 유지보수 기술개발이 향후 집단에너지사업의 경제성에 지대한 영향을 미치게 될 것이므로 이에 대한 연구도 중요하게 인식하고 있다.

지역난방공사 기준으로 지역난방 사용자 세대수도 148만호(2017년 기준)에 이르고 있다. 이에 따른 장기 사용자도 증가하고 있어 사용자 설비진단 및 유지보수 기술개발, 기술지원 사업, 재정적인 지원사업 확대 등에 대한 방안도 매우 필요한 상황이기 때문에 착실히 대응전략을 마련, 추진하고 있다.

■ 패시브하우스·제로에너지빌딩과의 접점은
독일에서 추진되고 있는 패시브하우스와 제로에너지건물의 기반은 단열을 강화한 단열주택이라고 볼 수 있다. 즉 단열강화를 통한 열 사용량 및 온실가스를 줄이는 정책방향은 올바른 방향이고 국내에서도 충분히 적용 가능한 부분이다.

하지만 단독 위주의 독일 주거문화와 달리 국내 주거문화는 아파트와 같은 공동주택의 보급률이 높아 신재생에너지시설의 설치면적에 제한을 받는 등 건물에서 모든 에너지를 자체적으로 생산·소비하는 것에는 한계가 있다. 이에 따라 국내에서는 도시 주변 신재생에너지와 미활용에너지를 연계해 활용할 수 있는 지역냉난방이 해결책이 될 수 있다. 모든 에너지는 열이라는 형태로 변경이 가능하기 때문이다.

앞으로 개발되는 모든 도시는 에너지를 중심으로 개발될 필요가 있다. 국내의 기존 스마트시티는 도로 등의 건설과 정보통신 기술 등을 기반으로 삶의 만족도를 높이기 위한 도시로 구축됐다. 하지만 새로 개발되는 세종 5-1지구 등 스마트시티는 기존과 다르게 온실가스 문제해결을 위해 스마트 에너지시스템 기반으로 구축돼야 한다.

이를 위해 새로 개발되는 도시에서 활용 가능한 신재생에너지와 미활용에너지를 기반으로 전기와 냉난방을 공급할 수 있도록 에너지망을 구축해야 한다. 그리고 구축된 에너지망에서 에너지를 단계적으로 분배하고 사용하기 위한 수요관리시스템(전기자동차 시설 및 주거, 상가 건물 분배를 통한 도시 에너지 관리시스템)을 통해 에너지를 효율적으로 사용하도록 도시계획이 이뤄져야 한다.

이와 같이 도시계획을 수립할 때 현재 존재하는 수없이 많은 기술과 솔루션의 올바른 선택을 통해 세부 로드맵을 세우는 과정이 필요하고 토론을 통해 발견된 문제점을 해결하기 위한 또 다른 기술과 솔루션을 찾아 하나하나 문제를 해결해 가는 과정이 필수적이다.

이러한 과정을 통해 스마트시티는 다양한 에너지솔루션을 가진 기업들을 중심으로 구축될 것이고 이는 국가 경쟁력을 가진 신사업으로 성장할 것이며 지속가능한 도시건설로 이어질 것이다.

■ 4세대 지역난방 기술개발은
온실가스 저감을 위해서는 화석연료 기반의 전기와 열공급이 아닌 신재생에너지를 기반으로 하는 전기와 열 공급 시스템으로 변화해야 한다.

그러나 신재생에너지로 열을 만드는 것은 매우 어렵고 도시와 같은 인구밀집지역에 필요로 하는 대규모 열을 공급하는 것 또한 힘든 일이다. 그 이유는 신재생에너지가 풍부한 지역은 한정됐고 만약 많은 열을 생산한다고 하더라도 열이 전기보다 장거리 수송이 어렵기 때문에 신재생에너지로만 열을 공급하는 것은 매우 제한적이기 때문이다.

이에 따라 도심지역 내에 구축돼 있는 지역난방시스템과 도시 안에서 새로 개발된 신재생에너지(또는 미활용 열에너지)를 결합해 사용하는 것이 온실가스를 줄이면서 에너지를 효율적으로 사용하는 가장 이상적인 열공급 시스템이라고 볼 수 있다.

하지만 신재생에너지로 현재의 지역난방시스템과 같은 100℃ 이상의 중온수를 만드는 것은 매우 어렵고 효율도 낮다. 신재생에너지를 이용해 효율적으로 만들 수 있는 열의 온도는 대략 70℃ 전후가 된다고 알려져 있다. 국제적으로 70℃ 전후의 열을 활용하기 위해 만들어진 개념이 4세대 지역난방이다. 즉 4세대 지역난방의 기반은 신재생에너지라고 할 수 있다.

“우리는 도시에 지역난방시스템과 신재생에너지를 어떻게 연결할 것인가?”라는 물음을 가지고 현재 많은 연구들이 진행되고 있다. 열원분야에서는 신재생에너지와 미활용에너지를 활용하기 위한 생산시스템뿐만 아니라 연계시스템 개발을 위한 연구들이 진행되고 있으며 열수송분야에서는 중저온의 열을 효율적으로 이송하기 위한 저온 열수송관 연구, 열수송관의 온도 측정기술 연구 등을 진행하고 있다. 열사용분야에서는 열사용량을 IoT를 이용해 측정하고 최적으로 열을 공급하는 시스템을 개발하고 있다.

■ 지역냉방 연구성과와 현재 사업화 현황은
하절기 잉여열을 활용하는 지역냉방의 확대보급을 위해 현재 개발하고 있는 기술분야는 흡수식냉동기, 제습냉방기, 흡착식냉동기가 있다.

흡수식냉동기의 경우 효율을 높인 고효율 2단 흡수식냉동기를 개발 및 상용화해 이미 보급 중에 있고 정부의 설치보조금 제도를 통해 만족도가 높은 것으로 평가받고 있다. 최근에는 기기 본체 외에 시스템 측면에서의 효율성을 높이기 위한 냉수 및 냉각수 펌프에 대한 동력비 절감 연구를 진행 중에 있으며 연구종료 시 사용자의 편익으로 돌아갈 것으로 예상된다.

제습냉방기의 경우 대부분의 공동주택에 설치 가능한 정격 냉방능력 5~11kW급 제품을 개발했으며 현재는 공동주택을 비롯한 유치원, 사무실 등의 다양한 현장에서 실증을 진행하고 있다. 시스템 측면의 냉방효율 및 운전로직 개선 등을 통해 운영비 절감 및 품질을 향상시키고 있으며 실증사이트를 더욱 확대해 나갈 예정이다. 아울러 제습식 지역냉방의 확대보급을 위해 신규 공동주택단지를 발굴, 시범사업을 추진할 방침이다.

흡착식냉동기의 경우 2017년 국가R&D사업으로 선정돼 정격 냉방능력 35kW급 시제품 개발을 목표로 연구하고 있고 향후 관련실증을 준비 중이다. 기술적 특성 상 저온의 난방수를 이용할 수 있기 때문에 향후 신재생 및 미활용에너지 등과 연계한 지역냉방에 효과적일 것으로 예상된다.

■ 중소기업과 동반성장에도 힘쓰고 있는데
미래개발원은 중소기업의 경쟁력 강화 및 외산 제품의 국산화 추진 등 공사의 공적기능 강화를 위해 보다 많은 중소기업에게 기술이전하는 것을 목표로 하고 있다.

2007년 처음으로 통상실시권을 유상 허여한 이래, 현재까지 유상 3건, 무상 4건 등 중소기업에 총 21건 기술이전을 실시했다. 특히 지역냉방과 사용자설비 기술개발을 유도하기 위해 관련기술의 통상실시권을 무상이전하고 있다.

그동안 진행했던 통상실시권 무상이전 중 주요성과는 먼저 2010년에 체결한 ‘저온수 2단 흡수식냉동기’가 있다. 중소기업과 공동으로 수행한 연구과제를 통해 발명한 특허권으로 지역냉방 확대보급과 관련시장 조성을 위해 무상허여를 실시했다. 그 결과 2014년 기준 시장의 80% 이상을 점유했으며 열배관 투자비 절감과 회수온도 저하로 발전기 효율 상승 등 효과를 가져와 2단 냉동기 활성화에 큰 역할을 했다.

이후 고효율제품 시장 활성화를 통한 사용자 편익증진 및 지역냉난방 경쟁력 강화를 위해 ‘흡수열 열교환기를 이용한 고효율 저온수 2단 흡수식 냉동기’를 중소기업 8개에 무상이전하는 성과를 냈다.

2016년에 체결한 ‘열사용시설 통합배관 활성화관련 특허권 2건’은 무상허여를 통해 통합배관 세대급탕열교환기 예열재열 시스템 도입장려를 통한 회수온도 관리로 사업자 발전출력 생산성 향상에 기여가 가능했다.

또한 열사용시설 열량계용 초음파 유량부의 개발업체 발굴을 통해 관련기기의 품질향상을 도모하고자 중소기업 1곳에 기술이전을 추진하고 있다. 이번 계약이 추진되면 중온수에 사용이 가능한 초음파 유량계 시장이 활성화될 것으로 기대하며 적산열량계 장치의 안정적인 수급환경이 조성될 전망이다.

■ 대표적인 연구성과를 소개한다면
지역난방공사는 지역냉난방 사용자 기술개발을 위해 많은 노력을 하고 있으며 대표적인 성과로 ‘공동주택 세대용 스마트미터 개발’을 들 수 있다.

스마트미터의 개발은 지역난방 사용자 세대측의 난방 및 급탕계량기의 관리부실, 부정 열사용 등으로 인한 요금민원 증대 문제 등을 해결하기 위해 추진했고 2017년 6월 한국기계전기전자시험연구에서 제품의 형식승인을 취득해 상용화 제품인증을 완료했다.

이후 성남의 K아파트(약 1,000세대)를 대상으로 2017년 12월부터 2018년 2월까지 실증시험을 진행해 올해 5월말 관련분석을 완료했으며 향후 확대보급을 위한 홍보 및 후속연구를 추진할 예정이다.

또한 판교 열병합발전소의 배출가스를 활용해 미세조류를 배양, 미세조류의 광합성 작용을 통해 CO₂ 배출을 저감하고 고가물질을 생산할 수 있는 기술을 현장에 적용해 실증에 성공했다. 해당 기술을 통해 배기가스 내 CO₂의 30% 저감이 가능하며 항산화 건강기능식품 등을 생산할 수 있는 고가의 원료를 생산할 수 있다.

이러한 결과를 바탕으로 2017년 12월 에너지 R&D 혁신·우수성과 대상기관으로 선정돼 산업부 장관상을 수상한 바 있다.

■ 국내 최초 열수송관 성능시험센터를 건설하고 있는데
국내에 지역난방시스템이 도입된 이후 약 30년이 경과되고 있다. 현재까지 지역난방공사는 관로길이를 기준으로 2,000km가 넘는 지역난방수 운송용 열수송관을 지중에 매설했는데 이 중 20%가 넘는 열수송관이 20년 이상 장기사용된 배관이다. 안전하고 효율적인 에너지수송을 위해서는 지속적인 배관망 진단 및 수명평가가 필수적이다. 지금까지는 국내에 열수송관 전문시험기관이 없어 관련 시험장치를 보유한 해외기관에 의뢰해 소량의 시험평가를 높은 비용을 들여 수행해왔다.

지역난방공사는 지난 20년간 축적된 열수송분야의 연구노하우를 기본으로 스웨덴 RISE, 독일 FFI 등 지역난방 선진국인 유럽의 전문연구기관과의 기술협력체계를 구축해 향후 체계적인 열수송관 상태진단 및 수명평가를 위한 자체 시험인프라 구축사업을 추진했다.

그 결실로 오는 12월 개관 예정인 ‘열수송관 성능시험센터’에는 열수송관의 수명예측 및 열성능 진단을 위한 ‘가속노화시험장치’, ‘열수송관용 열전도율시험장치’ 등 7개 핵심시험장치를 갖출 예정이다.

2019년부터 정상운영을 시작해 다수의 실측 데이터를 축적 및 분석해 공사 내부적으로는 장기사용 열수송관의 비용효율적인 유지보수전략 수립을, 외부적으로는 국내 열수송관의 품질향상 및 국제화를 위한 국가 표준화 추진의 선도적 역할을 수행할 것으로 기대된다.

특히 열수송관 성능시험센터는 국내 집단에너지 사업자에게 공개운영할 예정으로 성능시험 대행, 관련기술 공유 및 교육프로그램 개발 등 국내 집단에너지산업 발전을 위한 지역난방공사의 공적 역할수행에 기여할 것이다.

■ 지자체 협업의 대표적 사례는
에너지신사업 추진부서를 중심으로 지자체들과의 업무협의가 이뤄지고 있다. 대표적인 사례로는 세종시 5-1지구 사업 추진 및 서울시 잠실지역 국제교류복합지구 사업 추진 등이 있으며 두 가지 모두 친환경 신재생에너지를 기반으로 한 에너지 자립도시를 건설하기 위해 지역난방공사가 참여해 에너지이용계획 수립을 진행하고 있다.

■ 올해 연구과제 및 중장기 연구방향은
열생산분야에서는 현장개선 및 효율향상을 위한 연구과제 수행에 초점을 두고 과제를 추진할 방침이다. 열수송분야에서는 ‘열수송관 성능시험센터’를 오는 12월까지 완공할 계획이며 이에 대한 시험장치 제작도 동시에 진행을 하고 있다.

열사용자분야에서는 사용자 품질향상 및 편의성 개선을 위해 스마트미터 후속연구 개발, 배관의 수질 모니터링 기술개발을 추진하고 있다. 신재생에너지와의 융·복합에 대한 다양한 분야의 국가 R&D과제를 수행하고 있고 신규로 제안되는 과제에도 적극 참여할 예정이다.

또한 최근 미세먼지가 국가적으로 커다란 이슈가 되고 있는데 지역난방공사는 열병합발전을 통해 열과 전기를 동시에 생산하기 때문에 다른 발전방식에 비해 에너지이용효율이 높을 뿐만 아니라 비교적 깨끗한 배기가스를 배출하는 것으로 평가된다. 하지만 대기환경 오염을 최소화하기 위해 미세먼지의 성상확인과 대기환경에 미치는 영향에 대한 연구, 2차 미세먼지 발생을 줄이기 위한 배출가스 중 질소산화물 제거기술에 대한 연구 등을 진행할 예정이다.

중장기적으로는 기존 설비의 최적화 및 효율향상 기술을 비롯해 신재생을 연계한 집단에너지 활성화를 위한 기술개발과 하절기 전력피크 감소 등 국가적 편익이 큰 지역냉방 활성화를 위한 기술개발 및 집단에너지 기술표준 및 인증체계 개발 등을 계획대로 추진할 예정이다.