폭염 등 기후변화로 인한 이상기후를 극복할 수 있는 에너지자립도시가 개발된다. 에너지자립도시는 직접 에너지를 생산, 전달, 소비하는 에너지공급방식이 적용될 것으로 보인다.
과학기술정보통신부는 건물부착형 태양전지(BIPV), 전기·열·냉방 생산이 가능한 건물용 연료전지, 친환경적으로 수소를 생산하는 수소충전소 등 기후변화대응 기술을 기반으로 폭염 등 이상기후에 대응하기 위한 ‘도시 발전(發電) 시범프로젝트’ 추진을 검토한다고 밝혔다.
이번 ‘도시발전 시범프로젝트’는 폭염, 가뭄 등 기후변화로 인한 경제, 사회적 피해가 점차 심각해지는 상황에서 도시 내에서 에너지를 직접 생산해 근본적으로 기후변화에 대응하기 위한 전략을 담고 있다.
실제로 지구 면적의 2%에 불과한 도시에 전세계 인구의 절반 이상이 거주하면서 세계에너지의 78%를 소비하고 있다. 이에 따라 세계 이산화탄소 배출량의 70%를 도시에서 배출하고 있는 것이다.
도시에는 많은 건축물, 아스팔트, 자동차 등으로 인한 열섬현상(Urban Heat Island)이 나타나 에어컨 등 전력소비가 과다할 수밖에 없어 기후변화에 악영향을 미치는 악순환이 반복되고 있다.
이에 따라 도시에 적용 가능한 신재생에너지, 에너지관리시스템 등 기후변화 대응 기술을 중점적으로 개발하면 온실가스 감축에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
도시 발전(發電) 개념 및 특징
기존의 도시 에너지공급방식은 도시 외부 대규모 중앙집중형 발전소에서 일방적으로 수급받는 방식이었다면 도시 발전은 차세대 신재생에너지 분산발전을 중심으로 도시 내에서 에너지를 직접 생산-전달-소비하는 에너지 공급 방식을 말한다.
에너지는 다양한 신재생에너지원(태양광, 풍력, 연료전지 등)을 이용해 도시 내에서 자립 생산하고 전력 계통에 연계되지 않아도 독립적으로 에너지를 전달하고 AI, IoT, 빅데이터 등을 활용해 에너지 공급-수요 관리 최적화·지능화를 실현하는 것이다.
이에 따라 과기정통부는 이러한 악순환을 건물부착형 태양전지, 전기·열·냉방을 자체 생산하는 건물용 연료전지 등 기후기술을 활용해 극복코자 ‘도시발전 시범프로젝트’를 추진한다.
그동안 과기정통부는 온실가스 감축에 실질적으로 기여하고 새로운 기후산업을 창출할 수 있는 기후산업육성모델(22개)을 도출해 산업창출을 위해 필요한 기후변화 대응 원천기술을 지원해왔다.
기후변화 대응 기술의 공공 연구 성과를 도시발전의 실증단지로 연결해 도시 발전 시범프로젝트를 추진할 계획이다.
시범 프로젝트 추진 방안
‘도시 발전 시범프로젝트’는 2025년까지 도시발전 실증단지 구현을 목표로 과학기술 기반 핵심 기후변화 대응 기술 개발 지원, 기술 확산을 위한 실증 및 생태계 조성을 통해 지속가능한 혁신도시 실현이 중점적으로 추진된다.
먼저 기존의 여러 기후기술 중 도시 발전에 우선적으로 필요한 태양전지, 에너지저장 등 5대 분야의 혁신적 기술개발을 지원한다.
태양전지의 경우 기존 실리콘태양전지의 한계(심미성, 여유공간 필요) 극복을 위한 페로브스카이트, 염료감응 등 곡면 구현이 가능해 다양한 건물, 도로에 설치 가능하며 내구성도 강한 차세대 태양전지 기술을 개발한다.
에너지저장분야는 신재생에너지와 안정적으로 연계되는 안전성 기술개발 및 기존 전지의 폭발위험성 등 한계를 극복하기 위한 차세대 기술인 에너지저장용 핵심 소재 원천기술 및 신재생에너지+ESS 시스템 등을 개발한다.
수소·연료전지분야는 전기·열·냉방 생산이 모두 가능한 건물용 연료전지 기술개발 및 연료전지의 저가·고성능 소재 기술, 태양광 등을 활용한 수소생산이 가능한 친환경 수소충전소 확대를 위한 생산·저장 기술 개발이 핵심이다.
또한 내구성이 높으면서도 독립전원으로서 의미있는 발전 수준을 보일 수 있는 휴대용·IoT용 저전력 하베스팅 및 도로에 설치할 수 있는 대용량 하베스팅 기술의 고효율 소재·소자 원천기술 및 기반기술도 개발된다.
특히 신재생하이브리드) 도시 에너지 자립을 위해 분산된 전력뿐만 아니라 열에너지까지 예측, 통합 관리할 수 있도록 정보통신기술(ICT)을 활용해 통합에너지 운영·관리 기술개발 및 신에너지서비스(에너지거래, 프로슈머 등)에 대한 기반기술도 개발된다.
이를 위해 과기정통부는 2019년에 도시 기반시설(건물, 정류장 등)을 활용한 차세대 태양전지 기술, 친환경 수소생산 기술 및 재생에너지의 간헐성을 극복하기 위한 대용량 에너지저장기술 개발에 착수한다.
또한 기후기술의 연구성과를 도시발전에 실제 적용하기 위해 ‘소규모 선도사업’을 추진할 예정으로 올해 하반기부터 상세 기획해 2019년부터 출연(연) 중심으로 건물을 설계 및 구축한다.
중장기적으로 소규모 선도사업의 성과를 바탕으로 예비타당성 조사 규모의 ‘도시발전 연구개발 실증단지’ 조성도 추진할 계획이다.
마지막으로 도시발전의 프로젝트를 원활히 이행하기 위해 기후변화 대응 기술에 대한 투자도 지속 확대하고 도시발전을 위해 필요한 제도개선 사항을 지속 발굴해 개선하고자 한다.
도시발전 R&D 성과를 실생활에 적용한 실증단지도 조성된다. 이를 위해 출연(연) 중심으로 도시발전 혁신기술을 실증 기획·설계(2018∼2019)→실증 주택·건물 설계·구축(2020∼2021)→최적 운영 제어 실증(2022) 순으로 진행한다. 특히 도시발전 혁신기술 실증을 통해 성취한 연구결과를 실제 도시에 적용한 리빙랩(Living Lab) 프로젝트(예비타당성 조사 규모) 추진도 내년부터 검토키로 했다.
도시발전 관련 기후기술 연구개발 지속 확대, 관련 제도 개선 등을 위해 산업부 등 관계부처와의 협업 강화 및 제도 개선 사항을 지속적으로 발굴·개선키로 했다.
충북 진천 친환경에너지타운 주목
유럽 대부분의 스마트시티의 궁극적 목표는 에너지 사용량과 온실가스 배출량을 줄이는 친환경 도시를 표방하고 있으며 뉴욕은 2030년까지 도시에서 소비하는 모든 전력의 50%를 재생에너지로 공급하는 청정에너지기준 개정안을 채택했다.
일본의 후지사와시는 기존 공장 부지를 개발해 가정용 에너지관리시스템(HEMS), 태양광, 전기차·자전거 공유 등 에너지타운을 조성했으며 우리나라는 충북 진천 친환경에너지타운 등 실증도시 및 혁신도시를 선정해 친환경에너지 거점 개발 중이다.
충북 진천 친환경에너지타운은 진천 혁신도시 내 도서관, 어린이집, 보건지소, 고등학교 청소년문화센터, 통합제어관리실 등 공공기관의 에너지수요를 자체적으로 충당하는 실증단지로 주목받고 있다. 특히 봄∼가을 남는 열을 저장했다가 겨울에 공급하는 계간축열기술을 국내 최초로 실증하고 있으며 연간 열, 전기에너지의 100% 자립을 달성해 약 2억4,000만의 수익을 달성했다.
이진규 과기정통부는 제1차관 주재로 지난 17일 열린 신재생에너지 융‧복합 기술 발전 방안에 대한 ‘산학연 간담회’가 충북 진천 친환경에너지타운에서 개최한 것은 우연이 아니다. 바로 진천의 운영현황 및 성과를 공유하면서 도시발전 프로젝트에 대한 현장 의견을 수렴하기 위한 자리였던 것이다.
이번 간담회에서는 도시발전 프로젝트를 추진하면서 진천 친환경에너지타운의 성과를 벤치마킹(Benchmarking)하면서도 복잡한 도시 구조물들을 고려한 차세대 기후기술을 중심으로 추진해야하기 때문에 기술혁신이 반드시 뒷받침돼야 한다고 강조했다.
또한 각 기술이 확산되기 위해서 필요한 제도개선 사항에 대해서도 논의했으며 건물부착형 태양전지가 확산되기 위해서는 안전성, 심미성 기준 등이 강화될 필요가 있다고 제안했다.
이진규 차관은 “우리의 목표는 단순히 R&D 예산만 지원하는 것이 아니라 혁신적 기후기술이 기후산업 그리고 국민생활에 적용될 수 있도록 하는 것”이라며 “차세대 기후기술이 결집된 도시발전을 통해 폭염, 혹한 등 기후변화를 완화할 수 있도록 노력하겠다”고 밝혔다.
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