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특별기획

[HVAC KOREA] 수열에너지 활성화 국제세미나

수열에너지 친환경·경제성 ‘주목’



전 세계적인 온실가스 감축요구에 따라 정부는 2030년까지 BAU대비 37% 감축목표를 세우고 기존 에너지원을 중심으로 보급확대에 나서고 있지만 아직 목표달성에는 미흡하다는 의견이 지배적이다.

이러한 상황에서 친환경성과 경제성을 동시에 갖춘 에너지원으로써 수열이 주목받고 있다. 또한 하천수가 오는 10월부터 신재생에너지로 인정받는 개정안이 입법예고됨에 따라 수열에너지 활용에 대한 잠재력과 가능성에 대해 관련산업의 시선이 집중되고 있다.

이에 따라 ‘수열에너지 활성화 국제세미나’에서는 수열에너지의 필요성과 잠재력, 해외 및 국내 사례연구 등을 통해 이러한 궁금증에 대한 해답을 제시했다.

왜 수열에너지인가
첫 번째 발표는 홍희기 경희대 교수가 ‘왜 수열에너지인가’라는 주제로 진행했다. 



홍희기 교수는 신재생에너지가 왜 필요한 것인지에 대한 근본적인 질문을 던지고 국내 보급현황과 이에 따른 파생효과에 대해 설명했다.

대부분의 이산화탄소는 산업, 발전, 수송, 건물분야에서 배출되기 때문에 정부의 온실가스 감축 목표달성을 위해서는 적극적인 노력이 필요하고 이를 가능케 하는 강력한 수단이 효율향상 및 신재생에너지 보급확대로 지목되고 있다.

신재생열에너지 중 수열에너지는 지열과 마찬가지 히트펌프로 물의 온도를 회수해 건물의 냉난방 및 급탕에 이용하는 원리를 따르고 있다. 결국 수열에너지 활용을 위해서는 히트펌프 기술이 담보가 돼야 한다는 의미다.

정부의 제도적인 뒷받침도 요구된다. 태양광처럼 전기를 생산할 수 있는 신재생에너지가 빠르게 확대될 수 있었던 배경이 RPS(Renewable Energy Portfolio Standard)다. 신재생열에너지도 이와 같은 RHO(Renewable Heat Obligation)제도 도입을 검토한 바 있으나 현재까지도
아무 소식이 없는 상태다.

홍희기 교수는 “신재생열에너지는 이미 기술의 완성도가 높아 정책적인 지원이 뒤따르는 경우 단기간 내에 많은 보급과 CO₂ 저감의 견인차 역할이 가능하다”라며 “CO₂ 저감효과를 일부 과장되게 평가하는 부분 등을 보완한 후 모든 자연에너지 열원의 히트펌프를 국제 기준에 맞춰 신재생에너지기기로 인정해야 한다”고 강조했다.

수열활용 대표사례 롯데월드타워
임영민 지엔원에너지 이사는 ‘롯데월드타워 수열에너지 이용사례’ 발표를 통해 광역상수를 적용해 냉난방을 사용하고 있는 국내 대표 수열에너지 적용 랜드마크인 롯데월드타워를 소개했다. 



롯데월드타워에 적용된 수열히트펌프는 인근을 지나가는 광역상수의 원수가 보유하고 있는 열에너지를 이용하는 친환경시스템으로 일일 원수유량 5만m³이며 냉난방부하량 3,000RT를 감당하고 있다. 건물 주변에 관경 800mm의 분지관로에서 원수를 안정적으로 공급이 가능하기 때문에 랜드마크 건물에 적용시킬 친환경시스템으로서 좋은 여건이 갖춰진 셈이다.

임영민 이사는 “한국에너지공단이 발표한 ‘신재생에너지원별 상한설치단가 기준’에 따르면 신재생에너지 중 지열 및 수열 냉난방시스템의 투자비용이 가장 적다는 장점도 있었다”라며 “광역상수를 건물로 연결시키는 배관은 기존 복정관로를 사용했기 때문에 함께 검토됐던 신규관로 매설과 비교해 저렴한 27억5,000만원의 공사비가 소요됐다”고 말했다. 이어 “광역원수 관로 내 물의 온도에너지를 히트펌프를 통해 회수해 실내로 공급함에 따라 기존 냉난방시스템에 비해 20~40% 에너지절감 효과가 나타났다”고 설명했다.

광역상수 이용검토사례
김동룡 한국수자원공사 차장은 ‘광역상수도 수열에너지 최적 이용검토사례’를 통해 해외 수열에너지 이용사례와 이미 국내에 적용된 롯데월드타워 외에도 광역상수가 적용 가능한 사업검토내용을 발표했다.



수도권 광역상수도는 총 길이 1,078km에 일일 450만톤의 원수가 이동하는 길이다. 광역상수를 이용한 냉난방시스템은 이러한 원수배관이 지나가는 길 인근에 위치한 건물이 이용할 수 있고 멀리 떨어질수록 배관 매설비용이 커지므로 적정 위치가 중요하다.

김동룡 차장은 “위치적 제약은 있지만 지열시스템과 비교해 많은 장점을 보유하고 있다”라며 “우선 부지를 활용하기 쉽지 않은 대도심에서는 지열용량 확보를 위한 천공부지가 부족한 경우가 많지만 광역상수는 이러한 단점을 극복하고 있다”고 말했다. 이어 “특히 천공 후 유지보수나 용량증가가 불가능한 지열시스템의 단점 역시 제거했다”라며 “또한 공사기간이 짧고 굴착소음과 비산먼지가 없어 공사 시 민원이 발생하지 않는다”고 설명했다.

광역상수를 이용한 수열 냉난방시스템 적용이 가능한 예로 서울 영동대로 복합환승센터가 있다. 기본계획에 포함된 냉각탑을 제거해 주변 건물의 열섬현상을 해결하고 설계 컨셉인 보행자 중심의 지상공간 구성에 기여할 수 있다.

또한 00전자 양재R&D 캠퍼스는 기존에 사용하던 냉각탑을 대체해 연간 운전비의 55%인 4억9,000만원을 절감할 수 있으며 투자비 회수년도는 6.25년으로 전망된다.

이 외에도 △광교 경기도청 신청사 △상암지구 지역냉방시설 냉각탑 대체 △압구정 H백화점 △삼성병원 냉각탑 대체 등 다방면에서 광역상수 사용에 대한 제안과 검토가 진행되고 있다.

생활배수 활용 지역냉난방사업
김경민 한국지역난방공사 책임연구원은 ‘생활배수를 활용한 지역냉난방 공급사업’을 발표했다.

정부의 에너지전환과 제로에너지건물 확대 정책기조에 따라 에너지공급 사업자는 체질개선을 요구받고 있다. 화석연료 사용의 최소화를 위한 도심인근 미활용열원 확보가 절실한 상황에서 지역난방과 연계를 위한 최적 미활용열원의 조건으로는 대기보다 열이용 온도조건이 유리해야 하고 열 사용처 가까이에 존재하며 온도가 일정해야 한다는 단서가 붙는다.

여러 미활용열원 중 생활배수는 건물 내 온수사용 등으로 연중 12~24℃를 유지하고 있으며 도심 인근에 물재생센터가 위치해 있어 이러한 조건을 충족시키고 있다.

현재 국내 하수열을 직접 회수해 사용하고 있는 사례도 있다. △용인하수열(6.6Gcal/h, 55->70℃) △부천하수열(7.74Gcal/h, 55->80℃) △탄천하수열(63Gcal/h, 55->70℃) △서남하수열(32Gcal/h, 55->80℃) 등이 대표적이다.

지역난방과 미활용열 연계를 위해서는 60~70℃의 저온 열네트워크를 구축해야 하며 저온의 미활용열과 지역난방 연계 시, 재가열이 필요하다. 이에 따라 도심형 열네트워크 모델이 제안된다. 양방향 열거래는 스마트변온소 이후에서 이뤄지는 열네트워크시스템으로 주열수송관의 공급온도와 회수온도 변화를 주지 않아 대형 CHP의 성능저하가 일어나지 않는다. 변온소 이후는 저온열수송망(공급 60~70℃, 회수 30~40℃, 6bar 이내)으로 사용자 간 발생하는 잉여열 거래(거래펌프 동력절감)가 가능하다.

김경민 책임영구원은 “도심형 열네트워크 모델을 통해 현행 지역난방시스템의 제한적 열거래를 양방향 열거래시스템으로 전환시킬 수 있으며 4세대 지역난방을 위한 기반을 마련할 수 있다”고 말했다.