전 세계적인 온실가스 감축요구에 따라 정부는 2030년까지 BAU대비 37% 감축목표를 세우고 산업 각 분야에 동참을 요구하고 있다.
에너지절약기기 및 솔루션 확대와 재생에너지 3020 등 세부계획 수립을 통해 기존 에너지원을 중심으로 보급확대에 나서고 있지만 아직 목표달성에는 미흡하다는 의견이 많다.
최근 광역상수열을 활용해 롯데월드타워에 적용, 경제성 및 실효성을 입증받고 있으며 이미 신재생에너지로 지정된 해수열을 사용해 효율적이고 경제적인 시스템을 구축한 현장이 늘어나는 등 수열에너지가 온실가스 목표달성을 위한 새로운 에너지원으로 주목받고 있다.
이에 따라 수열에너지의 종류와 특장점을 살펴보고 우수사례 및 활용잠재력을 조명해본다.
에너지정책 목표달성 ‘수열’ 주목
우리나라는 탈원전, 파리기후변화협약 이행을 위해 정부 및 지자체의 온실가스 감축정책을 점점 강화해 나가고 있다.
이를 위한 다양한 정책이 펼쳐지고 있는 가운데 정부는 ‘제4차 신·재생에너지 기술개발 및 이용·보급 기본계획(2014~2035)’을 수립해 총 에너지소비 중 신재생에너지 비중을 2035년 11%까지 확대하기 위한 신재생에너지원별 기술개발 및 보급 세부추진 계획을 수립했다.
이의 일환으로 공공기관 신재생에너지 설치의무화사업의 의무공급비율은 매년 증가해 2019년 27% 이상이고 내년부터는 최대 비율인 30% 이상이 적용된다. 서울시는 환경영향평가를 위한 신재생에너지 적용비율을 2018년부터 16%로 고시했으며 민간건물에도 적용하고 있다.
하지만 정부와 지자체가 신재생에너지 공급의무비율을 아무리 높여도 태양광모듈이나 지열 천공면적, 기계실 공간 등을 확보하지 못한다면 비율충족은 고사하고 신재생에너지를 통한 탈원전정책 달성은 힘든 길이 될 것으로 보인다.
특히 서울시처럼 인구밀도가 높은 도시는 전기를 생산하는 태양광과 풍력만으로는 신재생에너지 비율충족이 힘든 만큼 직접 건물냉난방에 사용할 수 있는 열에너지도 적극적으로 활용돼야 할 전망이다.
이러한 맥락에서 서울시는 ‘신재생에너지 시설의 에너지생산량 산정지침’을 개정하고 신재생에너지로 건물의 에너지사용량을 12% 이상 충족 시 나머지 4%는 대체에너지(열병합발전, 상수열, 하수열, ESS)로 인정하는 등 유연한 정책을 펼치고 있다.
특히 해수열 외의 광역상수, 상·하수, 하천수 등 수열에너지는 아직 신재생에너지로 포함되지 못한 미활용에너지이지만 높은 경제성과 온실가스 저감효과를 꾀할 수 있어 대도시에서 활용하기 적합한 에너지로 주목받고 있다.
온실가스 저감·도심열섬 방지·높은 경제성 ‘장점’
현재 수열은 신재생에너지로 인정받고 있는 해수를 제외하고도 호소수, 하천수, 상·하수, 광역상수(원수) 등이 있다. 특히 하천수, 상·하수, 광역상수 등은 수요처가 밀집된 도시 인근에 대량으로 존재하며 곳곳에 이미 상·하수도 및 광역상수도 관로가 갖춰져 있어 에너지를 활용할 수 있는 인프라가 구축돼 있다.
물의 온도는 대기온도와 다르다. 물은 하절기에 대기보다 5℃가량 차갑고 동절기에 10℃가량 따뜻하다.
이러한 물과 대기의 온도차를 이용해 여름에는 실내를 시원하게, 겨울에는 따뜻하게 냉난방하는 기술이 수열에너지다. 열회수장치인 히트펌프를 통해 수열냉방을 하면 건물 내부의 열을 물을 통해 밖으로 내보내 시원해지고 난방을 하면 물에서 발생한 열을 건물 안으로 공급해 따뜻해진다.
특히 수열난방은 연료를 연소하지 않아 온실가스 배출량을 감축할 수 있고 수열냉방은 여름철 더운 바람을 내뿜는 실외기로 인한 도심 열섬현상을 방지한다. 전기·화석연료대비 냉난방 비용을 20~50%까지 절감할 수 있어 경제적이기까지 하다. 수열에너지 공급원은 바닷물, 하천수, 하수, 댐 저장수, 발전소 냉각수 등 무궁무진한 만큼 개발가능성 또한 높게 평가받고 있다.
미국이나 유럽은 모든 물은 지열에너지로 분류하고 땅과 물을 가리지 않고 지열에너지로 이용하며 수십 년간 관련기술을 발달시켜왔다.
우리나라는 삼면이 바다로 둘러싸여 있고 수도권에는 한강, 충청권에는 금강, 호남에는 영산강 그리고 영남에는 낙동강이 흐르고 있어 어느 나라보다 수자원이 풍부한 자연조건을 갖추고 있다. 또한 대도시 근처에 어마어마한 수자원을 보유하고 있음에도 불구하고 이를 이용해 에너지를 취득한 사례는 매우 미미한 실정이다.
한강물을 수열원 히트펌프의 열원으로 이용하면 한강변에 위치한 공공주택, 업무용 빌딩, 상업용 빌딩 등 모든 건축물에 사용 가능하다는 언론보도와 보고서들을 쉽게 찾아 볼 수 있다.
한국수자원공사 자료에 따르면 우리나라의 지표수는 크게 댐 및 저수지와 원수관로로 나눌 수 있다. 댐 및 저수지의 공급량은 1일 3,670만톤이고 원수관로는 2,000만톤이다. 여기에서 5℃ 온도차의 열을 뽑아 쓴다고 가정해 열량을 계산하면 댐 및 저수지의 부존량은 361만9,000RT이고 원수관로는 138만1,000RT로 총 500만RT(1만7,581MW)이다.
절감률과 가동시간, 이용률을 고려하면 연간 2,727만2,526MWh를 활용할 수 있다. 이는 신고리2호기의 2016년 연간 발전량(697만5,411MWh)의 3.9배인 580만9,048toe에 해당하는 에너지절감 및 약 1,271만톤의 CO₂ 절감효과와 동일하다.
대도시 인근의 광역상수도는 1일 830만톤이 공급되고 온도차 5℃로 이용 시 신고리2호기의 2016년 연간 발전량의 31%인 46만6,547toe에 해당하는 에너지절감 및 약 100만톤의 CO₂ 절감효과를 기대할 수 있다.
광역상수, 도시인근 비고갈성 에너지원
최근 롯데월드타워에 성공적으로 적용, 운영되고 있는 광역상수 원수를 활용한 수열에너지는 사회기반 시설로 투자한 관로시설을 활용하므로 적은 비용으로 대규모 개발이 가능하고 열수요가 많은 도시 인근지역에서 풍부하게 얻을 수 있는 비(非)고갈성 에너지자원이다.
즉 광역상수도의 약 50%가 수도권에 집중돼 있는 만큼 신재생에너지로 편입될 경우 신재생에너지 적용비율을 충족시키는 데도 크게 기여할 것으로 예상된다.
광역상수는 뛰어난 유동성을 보유하고 수원의 양이 방대함에 따라 사용연수에 따른 열손실이 미미해 지속적으로 냉난방에 사용할 수 있는 특징이 있다.
광역상수 원수의 연간 온도대는 여름철의 경우 평균 20~25℃이며 겨울철은 평균 3~5℃의 온도분포를 보이고 있다. 여름철은 외기온도보다 낮고 겨울철은 높아 냉난방에 유리한 온도조건을 유지하고 있으며 열용량도 공기에 비해 상대적으로 매우 크기 때문에 에너지효율 확보에 유리하다.
광역상수를 활용한 냉난방시스템 적용 시 냉각탑이 사용되지 않아 소음·진동, 열섬현상 및 백연현상을 사전에 방지할 수 있으며 냉각수 비산에 따른 유해물질 확산도 차단할 수 있다. 또한 신축건물 및 기존건물에 광역상수 원수관망 인입공사만 추가적으로 수행하면 되기 때문에 구축이 용이한 특징이 있다.
광역상수 원수는 배관을 통해 상시 이송되기 때문에 자체적인 열복원력이 우수하다. 이에 따라 광역상수 원수를 이용해 냉난방에 활용한 후 배관으로 회수해도 온도증가는 미미하며 정수장 방류장에서의 온도변화 또한 극히 적다.
수도권에 공급되는 광역상수도는 팔당댐에서 보내지는 원수다. 댐에 저장된 원수를 공급하는 광역상수는 다른 신재생에너지에 비해 설치면적에 대한 큰 제약사항이 없다.
광역상수를 이용한 기술은 대형관로를 따라 흐르는 원수를 수열원 히트펌프의 열원으로 이용해 건물의 냉난방에너지로 활용하는 것이다. 난방은 대기보다 높고 냉방은 대기보다 낮은 물의 온도차를 활용하면 공기식 히트펌프보다 높은 성능을 얻을 수 있다.
광역상수는 운전비 절감 측면에서는 매우 유리하지만 적용현장에 따라 관망과의 거리조건이 경제성평가에 중요한 요인으로 작용하기 때문에 이러한 공사환경 등을 세밀하게 검토하는 것이 중요하다.
국내 최초로 광역상수를 이용해 냉난방을 하고 있는 대표적인 사례가 롯데월드타워이며 안정적인 운영으로 운영비절감과 온실가스 저감효과를 톡톡히 보고 있다.
이러한 현장실증을 토대로 한국수자원공사는 서울시, 서울에너지공사와 ‘수도권광역상수도를 활용한 수열 냉난방’ 보급확대를 위한 다각적 방안을 모색 중이다. 이외에도 현대자동차그룹과 ‘신사옥 수열에너지 개발’, 강원도와 ‘수열에너지 융·복합 클러스터 공동개발’ 사업을 진행하고 있다. 또한 수열에너지 중심의 ESCO(Energy Service COmpany)사업 신규 진출로 영역확대 및 수익 다변화를 도모하고 광역상수도를 활용한 ESCO사업모델 발굴 등 수열에너지 개발에 힘쓰고 있다.
해수열, 기상조건 영향없는 무한에너지
현재 신재생에너지로 인정받고 있는 해수열은 자연열원으로 동결온도가 –1.9℃로 낮아 저온까지 열이용이 가능하다는 특징이 있다. 특히 외기에 비해 여름철은 평균 7℃가 낮고 겨울철은 10℃가 높다. 연간·일간 온도변화폭이 적고 야간이나 강우 시에도 태양에너지처럼 기상조건에 영향을 받지 않는 안정된 열원이라는 것이 장점이다.
열원으로서의 해수는 부존량이 거의 무한하며 대규모 열수요에 대응 가능하다. 우리나라는 삼면이 바다로 둘러싸여 있어 해수열을 활용하기 용이한 지리조건을 보유하고 있다.
이는 건물냉난방, 급탕열원 외에도 지역냉난방, 공장열원, 온실, 수산양식장 등 다양한 분야에서 활용이 가능하다.
해수를 열원으로 이용하기 위해서는 연안 바다 수심 약 5~50m 이내의 저층에 존재하는 온도가 안정된 해수를 취수구를 이용해 끌어올려 열교환 후 다시 배출한다. 열교환기에 의해 열교환 후 히트펌프의 열원으로 이용하는 간접식과 직접식이 있다.
하지만 해수열 활용은 해안주변의 열수요처가 요구되며 수송거리가 멀면 취수비용이 증가한다. 표층수의 경우 어패류 부착 등 열교환기의 파울링 대책기술이 요구되며 해수의 부식성으로 인한 내식성 재질이 필수다. 또한 해역이용 협의 등의 행정절차 및 추가비용 발생 가능성이 존재한다.
국내 수열에너지 활용사례
서울시 송파구 신천동에 위치한 롯데월드타워에는 3,000RT 규모의 광역상수를 이용한 수열 히트펌프가 설치, 운전되고 있다. 롯데월드타워에 적용된 광역상수도 수열 히트펌프는 냉방 시 히트펌프 응축기에서 발생된 열을 원수에 버리고(냉각탑 역할) 난방 시 원수가 가지는 열을 히트펌프 증발기를 통해 흡수해 실내로 공급하는 방식이다.
롯데월드타워 주변에 관경 800mm의 광역 1단계 분지관로가 설치돼 있어 관 갱생 후 20년간 5만톤/일의 원수를 안정적으로 공급 받아 전체의 10%에 해당되는 냉난방부하를 감당하고 있다.
값싼 심야전력으로 수축열조를 구축해 운영함에 따라 연간 운영비 절감, 히트펌프의 효율증가, CO₂ 발생량 저감 등의 이점을 얻을 수 있다. 2019년 현재 냉온수기 사용 운전비대비 14억원을 절감하고 있으며 축열조설치에 대한 투자비 회수기간은 3년 이내다.
부산 롯데마트는 국내 최초로 상업용 대형건물에 해양에너지 이용 냉난방시스템을 도입한 대표적인 표본이다. 건물 연면적 6만2,775m²에 연간 냉방부하 1만351Gcal, 난방부하 4,869Gcal를 사용하며 지난 2014년 8월 준공됐다.
사업추진 전 경제성 검토를 위해 ‘부산 롯데타운 마트 및 타워동 해수열시스템 기본설계 용역’을 실시했으며 해수 취·배수관 설치허가, 공유수면 점용사용 허가 등을 취득했다.
부산 롯데마트 해수열 이용 냉난방시스템은 신재생에너지인 해수열 히트펌프시스템 도입으로 에너지비용 절감 및 환경개선에 기여하며 하절기 냉방을 위한 해수냉각시스템 도입으로 냉각탑 800평(2,644m²) 부지를 타용도에 활용할 수 있었다.
강원도 쏠비치 삼척리조트는 해안 인근에 위치해 해수열에너지의 장점을 극대화할 수 있었다. 총 15억4,000만원의 비용으로 난방 1,750kW, 냉방 500RT급 시스템을 설치, 에너지절감량 131toe, CO₂저감량 255.5ton효과를 얻었다. 투자회수기간은 6년이다.
강원도 고성군에 위치한 해양심층수연구센터는 해안가 200m 이내에 HDPE관을 설치하고 해수 심층수를 직접 취수해 냉난방에 사용하고 있다. 판형열교환기에 의한 간접이용방식으로 60RT 탠덤형 히트펌프를 통해 COPc 6.0~12, COPh 2.8~3.5의 성능을 확보했다.
한국해양대학교는 표층수를 이용해 냉난방에 사용한 사례다. 해수온도차를 이용한 75RT 규모의 냉난방시스템을 구축해 지상 6층, 연면적 2,632m² 규모의 건물에 적용했다. 건물에서 30~50m 떨어진 수심 10m 이하의 해수를 사용하고 있으며 기존 냉난방기에 비해 54%의 에너지절감 효과가 나타났다.
해외 수열에너지 활용사례
이미 유럽과 미국 등 선진국에서는 지열에 하천수, 호소수, 해수 등을 포함시켜 그 영역을 넓히고 신재생에너지 보급률을 제고하는 중요한 수단으로 적용하고 있다.
최근 해외사례로 주목할 만한 점은 스웨덴 스톡홀름의 대규모 수열에너지 지역난방시스템이다. 이 도시는 14개의 섬으로 이뤄져 있으며 주변의 해수를 비롯한 하수, 호수, 지하수를 히트펌프를 통해 시 전체 지역난방열원의 44%를 충당하고 있다.
수열을 이용한 지역난방이 화석연료 중심의 기존 난방시스템을 대체하면서 스톡홀름은 건물마다 있던 굴뚝이 매년 200개씩 사라지고 공기도 맑아지는 효과를 얻었다. 1988년부터 1994년 사이에 질소산화물은 50%, 황산화물은 66% 감소했으며 먼지배출량은 61톤에서 53톤으로 줄어들었다.
이후 컴퓨터 사용이 늘어나면서 데이터센터에 거의 1년 내내 냉방이 필요하게 됐는데 늘어난 냉방수요를 전통적인 개별 에어컨으로 공급하려면 지역냉방에 비해 5배나 많은 전기가 필요하다. 스톡홀름에서는 이를 수열을 이용한 지역냉방으로 공급하며 전력소비를 80%가량 감소시킬 수 있었다.
가장 최근 완공된 해수열 히트펌프 시스템은 총 용량 420MW의 히트펌프 열생산을 통해 연간 5,700GWh의 열을 도시에 공급하고 있다.
교육기관의 대규모 적용사례로는 미국 뉴욕주 코넬대학교가 대표적이다.
코넬대학교는 인근 저지대 지역에 위치한 댐의 물을 양수해 여러 건물의 냉난방에너지로 활용하고 있다. 특히 재생에너지열원인 호수를 이용해 대학 전체의 냉난방을 담당하는 사례를 이미 2000년 초반에 완성해 운용하고 이를 지열발전 등과 융복합으로 발전시켜 스마트에너지그리드를 구성했다. 이를 통해 연간 10억원의 냉난방비용을 절감하고 지속가능한 친환경성을 구현하고 있다.
지난 2015년에는 15년간 사고없이 운영했던 호수수 취수배관 시스템에 대해 설치 이후 첫 청소작업을 펼쳐 화제가 되기도 했다.
캐나다 동남부에 위치한 토론토에서는 온타리오 호수 수심 83m에 흡입 HDPE 파이프를 이용해 연평균 4℃ 정도의 물을 끌어올려 정수처리를 하고 있다. 이와 같은 정수처리과정에서 토론토는 상수도에 추가적인 열공급을 하지 않고 있으므로 시민들은 연중 4℃의 차가운 상수를 공급받고 있다.
온타리오 호수의 낮은 온도를 이용해 토론토 시내 2,900만ft² 규모의 고층빌딩들에 냉방을 공급하고 있으며 기존의 냉방시설과 비교해 전력사용량 90%, 7만9,000톤의 CO₂ 배출억제 효과를 가져왔다. 이는 1만5,800대의 차량이 도로에서 사라진 것과 같은 효과다.
중국에서 열린 ‘상하이 엑스포’의 경우 인근 하천수를 활용한 지열시스템을 통해 전시장 전체의 냉난방을 해결했다. 일본 하코자키지구의 스미다는 하천수를 이용해 냉난방에너지를 업무용 건물과 주택 등에 공급하며 적극적으로 수열원을 활용하고 있다.
도심 수열 적용 현장검토
전 세계 데이터량은 2020년까지 2015년대비 5배 이상 폭증할 것으로 예상된다. 이 같은 급속한 데이터 증가에 따라 데이터센터는 지속적으로 증설될 것이며 국가 기반시설로 관리될 전망이다.
광역상수열 도입을 가정한 A데이터센터의 서버용량은 46MW이며 냉방부하는 1만2,500RT다. 냉방시간은 데이터센터 특성상 365일 내내 가동된다.
연간 운전비는 터보냉동기·수축열·광역수로 시스템을 구성할 경우 터보냉동기·냉각탑시스템보다 약 65% 경제적인 것으로 예측된다. 이는 여름철 기계식 냉방기간에는 냉각탑 제거에 따른 소비동력 절감 및 저렴한 심야전기를 통한 수축열조 활용으로 주간의 냉동기 소비동력이 동시에 절감됐기 때문이다.
또한 냉동기가 운전되지 않는 Free Cooling 기간에도 냉각탑을 사용하지 않고 광역상수 인입펌프만 운전되기 때문에 추가 에너지절감이 가능하다. 최종 운전비를 고려할 경우 약 30% 이상 절감이 가능할 것으로 예상된다.
데이터센터와 성격은 다르지만 특수목적을 위한 R&D센터에서도 광역상수를 활용한 에너지절감량 확보가 예상된다. 측정대상이 된 B R&D센터는 연면적 5만평에 냉방부하 5,000RT를 사용하고 있다. 냉난방시스템은 흡수식냉동기·지역난방과 히트펌프 및 광역상수를 활용한 수축열시스템과 비교했다.
검토결과 연간 운전비는 광역상수 및 히트펌프 이용 시 지역난방과 흡수식냉동기 사용에 비해 약 60% 이상 저렴한 것으로 계산됐으며 초기투자비는 180% 정도로 예측된다. 연간 운전비 절감비용이 약 16억원으로 회수기간이 2년 이내여서 매우 경제적이다.
또한 상업·문화, 통합역사 및 환승센터 등 복합시설로 구성된 C지하공간은 공조면적 5만8,330m², 냉방부하 2,700RT, 난방부하 4,780RT로 지어질 예정이다. 지하공간의 특성 상 환경성, 안전성, 쾌적성에 대해 우선적으로 고려되며 이를 만족시키는 냉난방시스템 선정이 필요하다.
서울시 및 철도 구간이 나눠져 있으며 양쪽 모두 광역상수를 이용한 운전비용은 흡수식냉동기 사용대비 약 30%, 48% 수준으로 매우 우수한 것으로 나타났다. 서울시 구간은 냉방 및 난방을 모두 수행하기 때문에 운전비 절감률도 철도구간에 비해 우수한 것으로 분석됐다. 두 구간 모두 3년 이내에 초기투자비를 회수할 수 있을 것으로 예측된다.
지하공간에 광역상수 수축열시스템을 적용할 경우 경제적인 장점도 뛰어나지만 환경성, 쾌적성도 향상된다. 냉각탑이 필요없기 때문에 열섬 및 백연현상을 사전에 방지하고 보행자의 쾌적성을 보장한다. 또한 냉각탑으로부터 나오는 고온다습한 외기 및 냉각수 비산으로부터 야기되는 유해물질을 사전에 차단할 수 있어 이로 인한 민원도 예방할 수 있다. 냉각탑이 필요 없기 때문에 공간을 보다 더 효율적으로 활용할 수 있다.
또한 서울시 송파구는 지난해 지자체 최초로 건축주들에게 유출지하수를 냉난방 대체에너지로 사용하도록 독려하고 있어 수열에너지에 대한 관심을 타 지자체에 확산시키는 역할을 하고 있다.
송파구는 지하수보전과 에너지절약을 위해 하루 300톤 이상의 유출지하수가 발생하는 지하철역사·터널·전력구·통신구 및 1일 30톤 이상 유출지하수가 발생하는 건축물을 대상으로 신축허가 시 ‘유출지하수 활용 냉난방시스템’ 설치를 적극 안내 및 권고하고 있다.
지하철이나 건축물 등 대규모 개발 공사에서 발생하는 유출지하수는 송파구의 경우 지하철역사 기준 하루평균 4,700여톤에 이르고 있다. 이러한 대량의 유출지하수를 친환경적으로 재활용하는 방안을 적극적으로 홍보 및 안내함으로써 미활용에너지산업 발전을 이끈다는 계획이다.
유출지하수의 대부분은 하수구로 버려지고 있어 이에 대해 부과되는 하수도 요금 역시 건물주에게는 부담으로 다가온다.
그러나 ‘유출지하수 활용 냉난방시스템’을 설치하면 지하수의 일정한 온도를 이용해 냉난방을 할 수 있다. 송파구는 이를 통한 에너지요금 감소와 화석연료 사용절감으로 인한 환경보호 등 1석2조 효과를 노리고 있다.
건축주는 저렴한 에너지를 사용할 수 있고 구와 정부는 에너지절감 목표에 기여할 수 있어 서로 좋은 기회가 될 수 있다는 설명이다.
송파구에 따르면 ‘유출지하수 냉난방시스템’을 통해 기존 냉난방에 필요한 에너지비용에서 50% 이상을 절감할 수 있고 버려지던 유출지하수에 대한 하수도 요금도 청구되지 않아 건물주가 부담하는 초기 투자비용은 약 18개월 이후 회수 가능할 것으로 예상된다.
단순히 눈에 보이는 경제적 효과 이외에도 소중한 자원인 지하수를 땅속으로 재주입시켜 지하수를 보전하고 이를 통한 도로함몰 예방에도 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
강원도는 소양강댐 저온냉수(6~8℃)의 수열에너지를 활용, 서버냉방비용을 획기적으로 절감하고 소양호 수상태양광발전단지(200MW급 규모)에서 생산되는 친환경에너지를 데이터센터에 직접 공급, 세계에 없던 친환경 데이터센터 집적단지 조성에 박차를 가하고 있다.
소양강댐은 댐구조 특수성으로 인해 연중 6~8℃ 수온을 보유하고 하루 평균 400~500만톤의 방류수를 하류로 배출하고 있다. 이로 인해 급탕가열비용으로 연간 60억원이 소모되고 시민생활 불편을 초래하고 있다. 이러한 차가운 냉수를 수열에너지로 냉난방에 활용할 경우 막대한 에너지비용 절감이 가능하다.
이러한 댐 방류수 활용에 가장 적합한 에너지소비처는 데이터센터다. 연중 365일 가동하고 냉방부하 48% 점유로 ‘전기먹는 하마’라는 오명을 탈피할 수 있다.
춘천은 지진 등 자연재해가 적고 기온이 낮아 대한민국 공냉식 데이터센터의 명당으로 이름이 알려져있다. 이러한 천혜의 데이터센터 최적입지지역에 수열을 적용할 경우 공랭식을 채택하고 있는 네이버 데이터센터 ‘각’의 냉방비용과 비교한 결과 연간 40억원을 절감할 수 있다는 분석이 나온다.
그동안 규제와 불편의 상징인 ‘물’을 신산업 육성을 위한 자원으로 활용, 첨단 IT기업유치 및 첨단농업단지 조성 등을 통한 일자리 창출, 장기적으로는 빅데이터산업 육성을 위한 초석으로 활용하는 것이다.
이를 통해 춘천을 세계적인 데이터센터 메카로 조성하고 대한민국의 빅데이터 산업수도로 성장시킨다는 계획이다.
대한민국을 상징하는 건축물 중 하나인 국회에도 광역상수열 도입 검토가 이뤄졌다. 국회 프레스센터, 스마트워크센터는 정부부처의 세종시 이전에 따른 국회와 정부 간 협업시스템 강화 및 사무공간 확보가 요구되고 있다.
또한 국회 출입기자 증가로 기자회견장 및 기자실 공간부족을 개선하고 방송시설을 보완할 필요성도 높아지고 있다. 당초 계획됐던 GHP는 90dB의 소음으로 민원제기의 원인이 되며 진출입부의 열섬효과도 예측된다.
광역상수열 도입검토결과 이러한 문제를 해소할 수 있으며 연간 운영비가 33% 절감되는 것으로 나타났다. 특히 온실가스 저감을 강조하고 있는 정부정책에도 걸맞게 온실가스 배출량을 51% 감축할 수 있다.
수열 신재생 확대, 해묵은 과제
지난 2017년 12월21일 국무총리 주재로 개최된 제21차 국정현안점검조정회의는 호소수(소양강댐 냉수)를 신재생에너지 범위에 포함시키겠다는 최종 결정을 내렸다. 하지만 주무부처인 산업통상자원부의 후속조치는 1년이 지난 현시점까지도 이뤄지지 않고 있다.
우리나라는 현행법률 상 해수만을 제한적으로 신재생에너지로 인정하고 있다. 호소수, 하천수, 상·하수도, 광역상수도와 관련된 열원의 범위확대 문제는 여러 기관 및 업계 등의 이해관계로 오랜시간 관철시키지 못한 해묵은 과제다.
탈원전 및 기후변화협약 이행을 위한 온실가스 배출을 감소시키기 위해서는 물에너지의 신재생에너지 편입이 시급한 상황이다.
학계, 산업계, 정치권의 다양한 반대의견이 지속적으로 표출됨에 따라 수열에너지에 해수열 외 담수열을 추가하라는 요구는 산업부 담당자의 부담을 가중시킬 수 있지만 당장 상위법을 고치기 어렵다면 시행규칙을 바꾸는 선에서 수열원 사용이 가능토록 하는 것도 대안이 될 수 있다.
‘신에너지 및 재생에너지 개발·이용·보급 촉진법 시행규칙’에서 지열에너지 설비는 ‘물, 지하수 및 지하의 열 등을 온도차를 변환시켜 에너지를 생산하는 설비’로 정의돼 있다. 한국에너지 공단의 ‘신재생에너지 설비의 지원 등에 관한 지침’에서 물(호소수, 하천수, 상·하수도, 원수)을 이용한 지열시공 방법을 추가적으로 명시하면 법령을 개정하지 않고도 효율이 높은 수열에너지를 사용할 수 있다.
현재 한국에너지공단의 ‘신재생에너지 설비의 지원 등에 관한 지침’에는 수직밀폐형, 지중수평형, 에너지파일형, 스탠딩컬럼웰형 등 지중열교환기 시공방법 4가지만 명시하고 있어 지하수, 지표수의 활용은 제외돼 있다.
민간참여 확대 인센티브 마련 ‘시급’
우리나라는 건물냉난방에 전체 에너지의 25%를 사용하고 있다. 비용도 엄청나지만 에너지자원 확보도 갈수록 어려워지고 있는 실정이다.
미국과 유럽에서는 2030년까지의 지열 보급계획을 수립, 국가별로 건물 냉난방에너지의 20~60%까지를 지열로 대체한다는 계획을 추진하고 있다.
우리나라도 공공의무화제도, 그린홈 100만호제도, 시설원예사업 등 다양한 정부정책을 추진하고 있다. 그러나 민간부문의 참여가 없으면 에너지절감 효과는 극히 제한적일 수밖에 없다.
한국수자원공사에서 인구밀집지역인 수도권을 중심으로 광역상수도 관로망을 구축하고 이를 공급하려는 적극적인 의지를 보이고 있다. 이러한 활동은 우리나라 신재생에너지 스펙트럼의 확대를 통해 국가에너지 계획에 적극 부응할 뿐만 아니라 관련시장의 고용증대와 기술수준을 한 단계 향상시킬 것이 확실하다.
정부와 지자체는 에너지다소비 대형건물의 광역상수도 열원을 이용한 냉난방시스템 도입을 적극 권장함과 동시에 적절한 인센티브제도를 도입해 민간부문으로 보급확산을 지속적으로 유도해야 할 것이다.
최근 롯데월드타워에 성공적으로 적용, 운영되고 있는 광역상수 원수를 활용한 수열에너지는 사회기반 시설로 투자한 관로시설을 활용하므로 적은 비용으로 대규모 개발이 가능하고 열수요가 많은 도시 인근지역에서 풍부하게 얻을 수 있는 비(非)고갈성 에너지자원이다.
현재 신재생에너지로 인정받고 있는 해수열은 자연열원으로 동결온도가 –1.9℃로 낮아 저온까지 열이용이 가능하다는 특징이 있다. 특히 외기에 비해 여름철은 평균 7℃가 낮고 겨울철은 10℃가 높다. 연간·일간 온도변화폭이 적고 야간이나 강우 시에도 태양에너지처럼 기상조건에 영향을 받지 않는 안정된 열원이라는 것이 장점이다.
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