‘Smart Zero Energy City’ 프로젝트는 한국에너지기술평가원이 지난해 기획한 12개 브랜드과제 중 하나다. 브랜드과제는 상호연계성이 있는 세부과제 3~6개를 통합형 과제로 묶어서 연차별로 진행시킴으로써 전체적인 R&D 성과를 극대화시키는 프로그램이다.

과제를 하나하나씩 진행하면 연결성이 떨어지고 정책변화 등에 따라 후속과제가 어려워질 수 있지만 브랜드과제로 묶어 놓으면 안정성 있게 큰 분야를 통합해서 해결할 수 있는 시스템이다.

이번 Smart ZEC 과제는 총 6개의 세부과제로 기획됐다. 올해 3개 과제를 출범하고 나머지 3개는 내년과 후년에 연차별로 진행시킬 예정이다. 대형 프로젝트이기에 한 번에 6개를 동시 진행하면 큰 비용이 단기간에 소요되는 문제도 있고 선행기술 연구를 마쳐야 후행과제를 진행시킬 수 있기에 나눠 진행한다.

과제를 기획하고 총괄하고 있는 원장묵 에너지기술평가원 수요관리PD를 만나 Smart ZEC의 차별성과 향후 기대효과를 들어봤다.

■ 기존 도시단위 과제와 차이점은
국토부에서 진행하는 스마트시티가 있고 산업부에서 추진하는 스마트에너지시티가 있다. 이번 과제는 스마트에너지시티 안에서 수요관리 부분만 떼어서 연구를 진행하는 것이다. 쉽게 말해 스마트에너지시티라는 큰 분야에서 수요관리를 특화시킨 과제다.

이미 실증사업이 진행되고 있는 친환경에너지타운은 바이오폐기물을 활용하거나 혐오시설, 유휴시설 등에 태양광 같은 신재생에너지를 설치한다든지 에너지공급 및 생산을 친환경적으로 해보겠다는 것에 초점이 맞춰져있다. 바이오 자원이 많으면 바이오, 유휴부지와 광조건이 풍부하면 태양광 등 그 지역에 특화된 에너지를 활용하는 것이다.

제로에너지빌딩은 단열·기밀을 강화시키는 패시브 기술과 신재생에너지나 고효율 설비를 사용하는 액티브 기술을 활용해 건물에너지를 nearly zero로 만드는 개념이다. 다만 무조건 신재생에너지를 많이 넣으면 비용이 너무 커지니까 비용효과적이면서 제로에너지에 가깝게 한다.

제로에너지빌딩은 건물 내에서의 최적화이고 친환경타운은 지역의 특정 열원에 국한하는 것이다.

Smart ZEC로 개발하려는 것은 건물과 건물에 대한 네트워크 기술이다. 다양한 친환경 열원을 사용하고 열병합, 지역난방 등 가용할 수 있는 자원들을 합쳐 그 지역에 토탈에너지솔루션을 제공하는 것이 Smart ZEC의 차별성이다.

■ 열네트워크가 중심인데
지금까지 스마트그리드에 대한 연구는 많이 진행했지만 서멀그리드에 대한 연구는 이번이 처음이다.

6개의 세부과제 중 마이크로 열 네트워크 기술은 서멀그리드를 어떻게 운영할 것인가에 대한 과제이고 캐스케이드 열활용 지역냉난방 최적화는 4세대 지역냉난방기술이다. 신재생에너지나 미활용에너지는 온도가 비교적 낮기 때문에 이를 지역냉난방에 활용하려면 저온열 활용기술이 개발돼야 한다.

양방향 Smart ZEC 통합 네트워크는 도시단위에서 서멀그리드와 스마트그리드를 묶는 기술이다. 이는 경제성을 높이기 위한 것으로 이미 개발된 전기분야 기술들을 가져와 접목시킬 예정이다.

추후 진행될 과제는 계간축열 등을 이용, 계절별·시간대별 축열·축냉 기술을 스마트에너지 허브시스템 등으로 공고할 예정이다. 또한 전기나 열 거래시스템의 플랫폼을 만들어서 통합운영 체계를 만들고 서비스할 수 있는 내용도 있다. 가상에너지 네가와트 발전시스템은 에너지절감된 양 자체를 네가와트 발전 개념에서 사용하는 형태다.

마지막 단계에서는 열과 전기를 묶어 전체적인 통합플랫폼 및 거래시스템을 만들 예정이다.

■ 스마트 제로에너지시티 미래상은
이러한 스마트 제로에너지시티에 사는 사람들은 에너지에 대한 선택권을 가질 수 있다.

기존에는 에너지를 활용하는 방식이 전기 위주였고 열은 등한시됐다. 열은 쉽게 버려지거나 손실되는 일이 많았는데 스마트 제로에너지시티에서는 남는 열을 회수해 거래할 수 있고 자원을 효율적으로 사용함으로써 사용자들은 좀더 저렴한 가격으로 냉난방을 할 수 있다.

에너지를 종합적으로 사용할 수 있는 것은 결국 에너지효율화와 효용성이 높다는 뜻이 된다.

우리나라는 열의 온도가 달라도 가격이 일정하지만 외국은 온도에 따라 다른 가격을 지불한다. 예를 들어 100℃ 열을 100원에 산다면 80℃의 열은 80원에 살 수 있다. 80℃ 열을 사서 히트펌프를 이용해 100℃로 사용하고 남는 열은 다시 팔 수 있다.

물론 제도가 우선적으로 수반돼야겠지만 열 거래가 이뤄진다면 가정에서 태양열을 이용해 90℃ 열을 만들면 열 사업자에 팔 수도 있다. 실제 서비스까지는 한전이나 지역난방공사, 지역사업자 등과 풀어야 할 과제가 많이 남아있다.

■ Smart ZEC에 따른 기대효과는
스마트 제로에너지시티가 만들어지면 에너지 단위기술들을 종합적으로 사용해 에너지사용을 최적화, 에너지 저소비사회를 구현하는 데 도움이 될 것이다. 이번 과제는 지금까지 개발된 단위기술들을 서로 연계시켜서 전체 시스템에 대한 최적화 기술을 만든다는 것에 큰 의미가 있다.

에너지공급 및 전달, 수요활용 등 시스템기술을 가장 효율적으로 최적화시킬 수 있다면 거래시스템과 합쳐져 새로운 비즈니스 모델이 나올 수 있다. 서멀그리드로 열 거래만 돼도 하나의 시장이 형성되는 것이고 여기에 ESS 등 다른 기술들을 융합시키면 지금은 생각하지 못하는 에너지신시장과 서비스산업이 나올 수 있다.

개발된 에너지효율화 기술과 센서, 통신, SW 등 IT기술을 접목해 에너지이용 효율을 증진하고 IT 산업진흥을 도모함으로써 에너지+IT에 대한 새로운 비즈니스군 발굴도 기대된다.

특히 에너지네트워크 및 통합관제플랫폼 등 효율적인 에너지운영·관리를 통해 도시뿐만 아니라 국가단위의 에너지절감으로 도시관리 및 에너지비용 절감과 함께 신규 설비 투자억제 등 국가적 에너지경쟁력 제고에도 기여할 것으로 보인다.