올해 전 지구는 기후위기를 직접 체험하고 있다. 특히 우크라이나-러시아간 전쟁은 에너지가격 급상승을 가져와 에너지전환의 가속화를 앞당기고 있다. 기후위기를 늦출 수 있는 방안으로 전지구적으로 탄소중립 실현을 위한 정책이 시행되고 있으며 탄소중립 실현을 앞당길 수 있는 히트펌프에 대한 관심이 높아지고 있다.
한국히트펌프얼라이언스가 9월1일 부산 BEXCO에서 개최한 ‘2022년도 정기세미나’에 150여명이 참석하며 히트펌프에 대한 뜨거운 관심을 확인할 수 있었다.
김민수 히트펌프얼라이언스 공동의장(서울대 교수)은 개회사를 통해 “인류가 생존에 위협을 받고 있다는 데 공감을 하면서 전 세계가 탄소중립으로 하겠다고 나서고 있다”라며 “우리나라는 히트펌프에 대한 인식이 낮지만 유럽은 태양광, 풍력과 함께 신재생에너지이용 기기로서 탄소중립에 기여하는 기기로 히트펌프를 인정하고 있다”고 밝혔다.
이어 “공기열원이든 태양열을 이용하든, 또는 복합적으로 이용하든 탄소중립으로 가는 방향에서 히트펌프가 중요한 역할을 할 수 있다”라며 “히트펌프얼라이언스는 글로벌 정보를 공유하고 자 이번 세미나를 개최하게 됐다”고 강조했다.
임춘택 에너지경제연구원 원장은 축사를 통해 “탄소중립 에너지기술 15대 분야 중 하나로 히트펌프를 인식했었다”라며 “재생에너지로서 에너지전환의 주력이 전력분야에 치중돼 있지만 열이 차지하는 비중이 대단히 크다”고 밝혔다.
이어 “탄소중립분야 중 히트펌프가 산업, 건물, 수송 등 3개 분야에서 큰 역할을 할 수 있다”라며 “우리나라는 전 세계 어디보다도 도시에 특히 아파트 보급률이 높기 때문에 개별가구를 중심으로 히트펌프시장 형성이나 기술적으로 어려움이 있지만 아파트단지나 산업단지 등 대규모 단지를 대상으로 ‘규모의 경제’를 키워나간다면 히트펌프가 굉장히 중요한 역할을 할 수 있을 것”이라고 밝혔다. 이어 “에너지경제연구원에서는 히트펌프 인식 개선, 제도 개선 등 히트펌프 발전을 위해 지원하겠다”고 강조했다.
유럽, 히트펌프 전환 가속화
첫 발표에 나선 이길봉 에너지기술연구원 책임연구원은 ‘글로벌 히트펌프 기술-정책 트렌드’에 대해 발표했다.
IEA의 Net Zero by 2050 자료에 따르면 탄소중립으로 가기위해서는 에너지시스템의 전기화가 핵심이다. 이를 위해 2040년까지 발전부문에서의 zero emission를 달성해야 하며 수송뿐만 아니라 건물, 산업부분에서 히트펌프가 중요한 역할을 수행해야 한다.
EU 재생에너지지침은 폐열을 재생에너지 보급목표 달성을 위한 수단으로 인정하고 있어 열부문 재생에너지비중을 2030년까지 매년 1.3%p씩 확대해 재생에너지 달성목표치의 40%까지 재생열에너지가 감당토록 할 계획이다. 또한 지역냉난방 공급자가 최종소비자에게 에너지성능 및 재생에너지성능, 재생에너지비중 정보를 제공토록 하고 있으며 대규모 바이오매스, 태양열, 지열로부터의 냉난방 공급을 수용하기 위해 회원국의 지역난방 인프라 개발해야 한다.
이길봉 박사는 “2020년 이후 유럽을 중심으로 재생열에너지 보급 정책이 새롭게 제시돼 화석연료 금지, 가스 또는 석유 보일러의 신규 설치를 금지함으로써 재생열에너지 보급을 유도하고 있다”라며 “유럽 주요 3개국인 독일은 RHO를, 영국은 RHI를, 프랑스는 태양열과 지열에 보조금을 제공하고 있으며 미국 캘리포니아는 히트펌프 의무화와 재정을 지원하고 있다”고 밝혔다.
독일이 2009년 도입한 RHO(Renewable Heat Obligation)제도는 건축물 열에너지 사용량의 일정비율을 재생에너지원을 통해 생산·공급토록 의무화한 제도로 50m² 이상 신축 주거용, 비주거용 건물에 적용된다.
2011년 영국이 도입한 RHI(Renewable Heat Incentive)제도는 화석연료 등을 통한 열 생산에 비해 경제성이 떨어지는 재생에너지 열 생산방식에 대해 장기적(20년) 재정 지원을 통해 생산비용 차액을 보조해주는 제도이지만 화석보일러대비 히트펌프의 높은 초기투자비비용을 극복 못해 2022년 3월31일 종료됐다.
이 박사는 “현재 유럽 내 에너지가격 변동으로 히트펌프가 가스보일러대비 가격경쟁력을 확보했다”라며 “이는 러시아의 우크라이나분쟁으로 촉발된 러시아산 가스수급 불안정으로 EU의 에너지보안이 위협당하고 있기 때문”이라고 지적했다.
이에 따라 EU는 올해 3월 에너지 자립도를 높이기 위해 히프펌프 설치 확대 계획인 ‘REPower EU Plan’을 수립하고 2026년까지 약 2,000만대, 2030년까지 6,000만대 설치를 목표로 하고 있다. 특히 설치율을 높이기위해 장비생산을 늘리고 자금조달이 용이토록 지원할 계획이다.
영국은 히트펌프 보급률이 낮지만 우크라이나 사태 때문에 선호도가 높아지고 짐에 따라 보일러 대체 보조금(Boiler upgrade grant)제도를 운영하고 있다. 이는 화석연료 보일러를 히트펌프와 같은 저탄소기술로 전환 시 보조금을 지원하는 제도다. 45kW 이하 공기열원, 지열, 수열 등 열원과 상관없이 히트펌프에 대해 보조금을 지원한다. 이를 통해 9만대의 히트펌프가 설치될 것으로 예상하고 있다.
건물부문 열수요, 히트펌프 담당
남유진 부산대학교 교수는 ‘탄소중립을 위한 히트펌프의 역할과 최신 활용 기술’을 통해 “코로나19로 역성장에 빠졌던 세계건설시장이 본격적인 회복세에 진입함에 따라 신규발주 확대 및 글로벌 공급망 회복에 따른 기자재 인력수급이 원활해지고 기존 현장의 정상화 움직임 확대될 것”이라며 “전세계적 기후변화에 대응하기 위한 탄소중립 전략을 실시하며 신재생에너지 보급이 활발하게 진행될 것”이라고 전망했다.
2017년 기준 건물 건설 및 운영은 전 세계 최종 에너지 사용량의 36%, 에너지 관련 이산화탄소 배출량의 39%를 차지하며 건물 및 건설부문은 에너지 배출량에서 가장 큰 비중을 차지하고 있다. 국가별 Net zero Emission Building을 위해 개인 및 공공건축물의 탄소배출량을 0으로 만드는 의무화 정책이 2050년까지 계획돼 실시될 예정이다.
특히 건축부문의 재생에너지사용은 36%에서 77%로 증가할 것이며 건물에너지소비의 최대 3/4을 재생에너지로 공급이 가능하며 전 세계적으로 Transforming Energy Scenarip에 따라 2050년까지 신재생에너지 사용 및 보급은 크게 성장할 것으로 전망된다.
남유진 교수는 “건물부문의 전력수요는 전력수요의 강력한 성장과 난방의 전기화 증가로 기기효율 개선에도 불구하고 2050년까지 70% 증가할 것으로 예상된다”라며 “건물부문에 적용되는 신재생에너지는 바이오매스, 태양패널, 지열시스템, 히트펌프 등으로 구성되며 2050년까지 신재생에너지사용량 증가할 것이며 히트펌프는 시장이 증가함에 따라 건축부문의 열수요의 27%를 공급할 것으로 예상된다”고 밝혔다.
지역별 히트펌프시장은 아시아-태평양지역이 연평균성장률 16.24%로 증가해 가장 높은 성장률을 보이고 있으며 유럽지역은 연평균 성장률 9.91%로 증가하고 있다. 글로벌 히트펌프 시장 규모는 2025년까지 1,025억달러에 이를 것으로 예상되며 히트펌프시장은 매년 높은 성장률을 보일 전망이다.
남 교수는 “탄소규제가 전 세계적으로 강화되는 흐름과 더불어 정부의 친환경정책에 따라 신재생에너지를 활용한 고효율 친환경 난방설비인 히트펌프에 대한 수요도 증가할 것”이라며 “2020년 공공건물 제로에너지빌딩 의무설치 비율과 2025년 민간건물 제로에너지의무화에 따라 시범적으로 공동주택에 지열에너지를 이용한 냉난방 및 급탕 활용이 실증되고 있다”고 밝혔다.
남 교수는 이어 “히트펌프는 단독으로 사용되기 보다는 시스템과의 적합성 여부가 매우 중요하기 때문에 설계단계에서부터 각 장비의 특성을 파악하고 부속기기간 연계성을 통한 시스템관리가 이뤄지는 것이 에너지를 절감하고 온실가스를 저감하는 핵심기기이 될 것으로 전망된다“고 강조했다.
히트펌프 활용 최신기술은 △태양열 연계 히트펌프시스템 △태양광열-지열원 히트펌프시스템 △태양광열-공기열원 히트펌프시스템 등이 있으며 최근 인공지능을 활용한 히트펌프 제어시스템도 신기술로 각광받고 있다.
차세대 VRF히트펌프 개발
이공훈 기계연구원 박사는 ‘건물용 차세대 히트펌프 개발 동향’ 주제발표를 통해 “글로벌 냉매 규제에 대응하기 위해 차세대 대체 냉매 및 고효율 냉난방기기 핵심 기술·통합 운영시스템 개발이 필요하다”라며 “냉매 개발·혼합 기술, 냉매 안전성 평가 기술. 냉매 물성 측정·평가 기술, 대체 냉매 적용시스템 기술 등 냉매 개발에 필요한 기술 개발이 추진 중”이라고 밝혔다.
EU의 ‘Fit For 55’는 탄소중립의 중간과정으로 2030년까지 최소 55%의 온실가스 배출을 저감하기위해 고효율시스템과 화석연료대신 신재생에너지로 전환하는 계획이다.
이공훈 박사는 “유럽 각국은 기후위기에 선제적으로 대응하기위해 히트펌프와 같은 신재생 난방시스템이 발달했으며 기존 화석연료보일러를 저탄소 난방시스템으로 교체하고 있다”라며 “여러 유럽국가들이 히트펌프 설치에 대한 인센티브를 제공하고 있으며 중단기적으로 히트펌프가 주거용으로 CO₂배출 절감을 위한 효과적인 기술로 인정하고 있다”고 강조했다.
2020년 전세계 난방수요의 7%를 히트펌프가 담당하고 있으며 2020년 코로나19 펜데믹으로 3% 감소했으나 유럽(7.4%)과 미국(9.4%)은 증가추세다. 지속 성장하고 있는 유럽의 히트펌프시장은 공기열원(Air-to-Air)과 수열원(Air-to-Water) 비중이 크며 2030년경 공기열원 히트펌프시장은 6~7배 증가할 것으로 EHPA는 전망하고 있다.
글로벌 VRF시장은 2020년대비 2021년 15.5% 증가했으며 중국, 일본, 한국이 큰 시장을 형성하고 있다. 중국은 특히 지난 1년간 20.7% 증가했으며 미국시장도 지속적으로 증가할 것으로 전망된다. 아시아와 유럽은 성숙된 시장으로, 미국, 중동, 인도, 아프리카는 상대적으로 신시장으로 평가받고 있다.
히트펌프기술은 △고효율 냉매압축기 △고효율 컴팩트 열교환기 △히트펌프 제어기술 △Low GWP 냉매 적용이 핵심이며 VRF 히트펌프기술은 △Heat Recovery VRFs △저온성능 △인텔리전스 △IAQ △디자인 △안전성 △Low GWP 냉매 등이 핵심기술로 평가받고 있다.
이공훈 박사는 “글로벌 냉매규제에 따른 대체냉매시장은 선택이 아닌 필수”라고 강조했다. 실제로 몬트리올의정서(1987년)는 ODP규제(CFC 계열 냉매)를, 교토의정서(1997년)는 HCFC계열 냉매 규제를, 파리협약(2015년)과 키갈리협약(2016년)은 HFC계열 냉매의 포괄적 규제를 시작했다.
기계연구원은 이공훈 박사를 총괄연구자로 차세대 대체냉매 및 고효율 냉난방기기 핵심 기술·통합 운영시스템을 개발하고 있다. 친환경 냉매(GWP 10 이하, A2L 이하) 개발 및 성능평가 인프라 구축, 대체냉매 안정성 평가기술 개발, 대체냉매 적용 VRF 히트펌프시스템 최적화 기술 개발 등이 세부개발목표다.
P2H, 신재생 잉여전력 해결방안
허재혁 한국에너지기술연구원 박사는 ‘탄소중립 핵심기술, P2H에서 히트펌프의 역할’에 대해 주제발표했다.
재생에너지 기반 섹터커플링 개념은 독일 에너지전환 정책에서 처음 제시됐으며 전력을 다른 형태의 에너지로 변환해 사용 및 저장하는 시스템을 말한다. 가변성이 있는 재생에너지전력을 다른 형태의 에너지로 변환해 사용, 저장하고 발전, 난방, 수송부문을 연결하는 시스템으로 P2H로 섹터커플링 기술 중 하나다.
허재혁 박사는 “최종에너지기준 열에너지는 55.1%, 원료사용분을 제외하면 열에너지사용은 74%에 달하며 산업(에너지), 주거 및 상업, 수송용 소비는 각각 38.6%, 17.3%, 18.8%에 해당한다”라며 “주거용 및 상업용 건물의 열에너지사용비율은 각각 60%, 50% 이상이며 업무용 건물에 공급되는 전력의 1/3은 열에너지로 변환돼 이용되고 있다”고 밝혔다.
제주도는 대형 화력발전소에서 분산형 재생에너지발전소로 전환 중이며 2020년 제주지역 변동성 신재생에너지 발전량점유율은 18%에 이른다. 이에 따라 제주도는 유연성 문제가 발생하는 3단계에 해당돼 계통안정운영을 위해 출력제한(Curtailment)을 시행 중이다. 실제로 제주는 2015년부터 출력제어가 발생해 2019년부터 급격히 증가했으며 2020년 7월 약 13.7GWh 출력제어가 발생했다. 이는 제주 전체 신재생발전량의 4.14%에 해당한다.
제주도는 출력제어를 최소화하기 위한 방안으로 제주에너지공사를 주관으로 에너지기술연구원, 생산기술연구원, 인터텍, 냉동공조산업협회 등 기관이 참여해 ‘재생에너지 출력제한을 이용한 P2H 기술’을 개발하고 있다.
이번 과제는 △공기열원, 수열 등 2종 이상 열원을 이용해 높은 효율로 재생에너지 전기에너지를 열에너지로 변환하고 다양한 소비처에 공급-관리하는 ‘친환경 멀티소스 열원하이브리드 기술’ △출력제한에 따른 잉여 전기에너지를 히트펌프 및 전기히터 등을 이용해 열에너지로 변환시켜 저장하는 기술인 ‘P2H 기반 고효율 열생산 및 저장기술’ △재생에너지 초과전력을 열에너지로 효율적으로 변환하고 고밀도 축열시스템에 저장후 소비처 열수요 변동부하에 효과적으로 분배·공급하는 양방향 열에너지 네트워크기술인 ‘P2H 기반 열에너지 공급 및 소비네트워크 기술’ △제주지역 신재생 출력제어 발생 시 이를 플러스DR플랫폼을 통한 운영으로 수요증대를 통해 출력제어량을 감소시키는 ‘축력제한 대응 P2H플랫폼 및 표준화 기술’ 등을 개발한다.
에너지기술연구원은 P2H 기반 고효율 열생산 및 저장기술 개발 세부과제를 맡아 연차별로 축열식 하이브리드시스템 기본설계(1차년도), 축열식 하이브리드시스템 최적화 설계(2차년도), 축열식 하이브리드시스템 구축 및 성능분석기술 개발(3차년도), 축열식 하이브리드시슽템 실증 운용 및 성능분석(4차년도) 등을 수행할 예정이다.
실증사이트로 △제주종합경기장 △도련, 삼양농가시설온실 △외도실내수영장 △서부기술농업센터 △한화리조트 △제주의료원 등을 선장했다.
허재혁 박사는 “신재생 잉여전력 해결방안은 다양하며 즉각적 해결방법보다는 여유를 갖고 장기적 해결방안 모색이 필요한 상황에서 신재생에너지 확대 보급에 따른 섹터커플링기술 도입은 필수”라며 “P2H시스템은 플러스DR 등 수요반응제도 확립을 통해 활성화할 수 있으며 기존 축냉시스템제도 및 규정을 활용해 무분별한 도입을 방지해야 한다”고 밝혔다.
허 박사는 이어 “추후 육지에 발생할 수 있는 출력제한에 대비해 대용량 히트펌프 국산화기술 배양이 필요하다”라며 “P2M, P2G대비 기술적이나 경제성 측면에서 경쟁력을 강화해야 한다”고 강조했다.
흡수식 HP 확대, 폐열회수단가 인상 필요
류진상 월드에너지 대표는 ‘흡수식 히트펌프 시장동향과 설치사례’에 대해 발표했다.
흡수식 히트펌프는 흡수식냉동기의 냉동사이클을 이용해 폐열을 회수하는 기기로 온수, 증기, 연소열 등으로 구동돼 구동열이 생산되는 온수에 그대로 전달돼 운전비용이 낮은 것이 특장이다. 또한 흡수식냉동기와 같이 진공상태에서 운전되므로 흡수식냉동기와 같은 관리가 필요하다. 흡수식 히트펌프는 1종과 2종, 1종-2단으로 구분된다.
월드에너지는 다양한 흡수식 히트펌프를 수출해 왔다. 지난 1994년 핀란드에 수출한 흡수식 히트펌프는 배기가스 폐열을 회수하는 장비로 기존 열공급설비인 4MW 보일러를 대체해 120℃ 온수를 생산, 지역난방용으로 활용되고 있다. 국내에서는 금호화학(2016, 2018년)이 대표적인 현장이며 △ASL Rimini(이탈리아, 2018년) △Klaipeda시 지역난방용(리투아니아 2020년) △부천공공하수처리 등에 공급했다.
부천공공하수처리장에 흡수식 히트펌프가 설치돼 연간 2만2,101Gcal(소각영 12만1,987Gcal의 18%) 하수열을 회수해 하수열 판매금액은 연간 3억8,000만원(Mcal당 17원기준 추정, 연운전시간 7,000시간, 일 19.2시간)이다. 흡수식 히트펌프 투자 비용 총 25억원(흡수식 히트펌프 구매가 8억원, 하수펌프와 배관공사비용 17억원)으로 투자회수기간은 6.6년이 소요된다.
류진상 대표는 “국내 시장은 전기와 가스 등 에너지가격이 상승하고 있으나 전기가격(특히 산업용)이 낮으며 에너지다소비기업인 화학이나 열공급회사는 보수적 성향으로 매우 소극적인 시장이면서 에너지관련 기초기술도 부족하다”라며 “반면 유럽은 연 6.3%의 꾸준한 성장세를 보이고 있으며 우크라이나 전쟁으로 가스가격 상승, 탄소제로 바이오매스 보일러의 사용 증가 등으로 국내 시장과는 다른 양상”이라고 지적했다.
류 대표는 “흡수식 히트펌프 확대를 위해 현재의 폐열회수단가인 Mcal당 8~25원은 너무 낮은 만큼 경제성을 반영한 폐열회수단가인 약 Mcal당 50원으로 인상해야 한다”라며 “배기가스 수증기열 회수를 유럽수준인 30℃ 이하로 내려 수증기열을 회수, 백연도 동시에 해결할 수 있다”고 지적했다. 이어 “하수열회수도 12~29℃온도 수준으로 회수가 필요하다”라며 “대용량 열회수가 필요한 지역난방현장에서는 흡수식 히트펌프가 유리하다”고 강조했다.
냉난방설비 렌탈서비스 도입
강한기 이젠엔지니어링 대표는 ‘지열시스템을 활용한 스마트팜 에너지 절감 사례’를 통해 새로운 비즈니스 모델인 히트펌프 시스템 렌탈 서비스를 제안했다.
강한기 대표는 “탄소중립 2050, 탈석탄, LNG가격 인상 등으로 에너지사용비용이 급속히 증가하고 있어 고효율 냉난방시스템시장이 확대될 것으로 예상된다”라며 “스마트팜 작물 재배 시 가장 문제가 되는 부분이 탄소배출량 증가와 난방에너지 사용량 증가”라고 지적했다.
또한 “지구온난화 및 기후변화 등으로 인해 사회적 책임을 다하는 ESG경영이 기업가치의 핵심으로 인식되는 사회적 환경이 조성되고 있다”라며 “지구온난화로 인해 홍수, 가뭄, 태풍 등 자연재해가 증가하고 있어 사회적 비용도 증대되고 있다”고 덧붙였다.
농업은 소득 정체 및 농가인구 감소, 투자위축 등에 따른 성장률 정체로 위기를 맞고 있으며 스마트팜은 에너지비용을 절감시켜 농가소득을 향상시켜 투자를 촉진하는 사업이다. 하지만 겨울철 하우스 재배 작물 증대로 난방에너지 사용량이 증가되고 있어 고가의 에너지비용으로 인해 수익성이 감소되고 있다. 농가는 에너지비용 절감을 위해 비닐하우스에 많은 지열시스템을 설치했으나 실제 효율이 우수하게 돌아가는 시스템이 많지 않아 농가들이 지열시스템에 대한 불신이 높아 선뜻 투자에 나서지 못하고 있다.
이젠엔지니어링의 개방형 지열시스템은 기존 지열시스템의 문제점을 해결했으며 추가 기술개발을 통해 성능 및 효율을 개선했으며 신개념 시스템 렌탈 방식을 도입해 농가의 초기투자비용 및 운전에 대한 문제점을 해소했다.
이젠엔지니어링은 스마트팜에 냉난방시스템(지열 히트펌프+수축열) 및 모니터링을 구축해 시험 결과 난방에너지 소비량을 60% 이상 절감해 농가수익을 증대했으며 동시에 이산화탄소 저감, 과실 생산량 증가, 시스템 원격 제어를 통한 운영 부담 감소 등 상당한 효과를 거뒀다.
강한기 대표는 “에너지 및 운전비 절약형 개선 냉난방시스템을 제안했으며 농장주 부담을 최소화하기 위해 기존 설비도 재활용했다”라며 “개선 시스템의 운전비 및 에너지절감이 매우 우수한 것으로 예측됐으며 농장주의 설비투자비 부담으로으로 인해 대응 전략으로 냉난방설비 렌탈서비스를 적용했다”고 강조했다.
냉난방설비 렌탈서비스는 일반적인 판매방식이나 농어촌 지원사업과 다른 전략으로 제품에 대한 선투자하고 에너지절감비용으로 회수하는 방식이다. 시스템에 대한 성능보증과 유지보수 및 운전비 절감이 가능한 신개념 지열시스템 수의계약인 것이다.
강 대표는 “향후 신재생열에너지 결합 냉난방시스템은 다열원 히트펌프와 축열 냉난방시스템을 결합해야 한다”라며 “작물 및 부하특성을 파악해 시스템설계 및 시공이 필요하며 농가부담 최소화를 위해 최대시스템 설치가 아닌 최적시스템 설치, 하나의 열원이 아닌 하이브리드 열원을 통한 최대효율 및 최소 운전비 시스템 제안이 필요하다”고 강조했다.
K-water, 수열E실증 현장 확보 앞장
조용 한국수자원공사 박사는 ‘수열에너지 확산보급을 위한 수열 냉난방 히트펌프 개발 및 실증’을 통해 “국내 14개 하천 수열원 잠재량 활용 시 표준원정 약 20기 대체 효과가 있다”며 적극적인 수열원 활용을 주장했다.
하천수는 하천의 지표면에 흐르는 물 또는 저장돼 있는 물로 정의하고 있으며 하천수를 취수해 처리과정을 거치지 않은 관로수의 경우 하천수의 성격이 그대로 유지된 하천수로 보고 잇다. 이미 프랑스, 캐나다, 네덜란드, 스위스 등에서는 에서는 수열원을 이용한 사업이 진행되고 있으며 국내에서도 2006년부터 수자원공사도 총 13개소에서 673RT의 수열에너지를 활용 중이다. 또한 롯데월드타워 3,000RT(전체 부하의 10%), 한강홍수통제소, 부산 EDC 스마트빌리지 등에 수열에너지를 활용하고 있다.
수열에너지의 하천수 활용방안은 직접취수, 관정취수, 수중 열교환 등이 있으며 대용량시스템에는 직접취수 방법이 적합하다. 하천수 활용에 기존 관로인프라 이용 시 경제성 확보도 용이하다.
하천수의 수열잠재량은 14개 하천 잠재량 활용시 표준원전 약 20기 대체 효과가 있지만 △동절기 난방 시 동파 △수충력 사고 △하천수 유입 이물질 등은 수열에너지활용을 위해 극복해야 할 기술이다.
한국수자원공사는 수열에너지 활성화를 위해 2020년부터 LG전자, 에너지기술연구원, 냉동공조인증센터, 기계연구원, 장한기술, 한양대 등이 참여하는 ‘수열 냉난방 및 재생열 하이브리드 시스템 기술 개발 및 실증’ 과제를 수행하고 있다.
이번 과제에서는 △안정적 성능 확보를 위한 하천수 취수 및 열교환 기술 △친환경 냉매이용 수열원 히트펌프 성능 개선 기술 △축열식 하이브리드 냉난방 시스템 최적설계-성능예측-운영 기술 △대용량 히트펌프 시험평가 기반 구축 및 기술표준·인증 등을 추진한다. 현재 K-water 한강유역본부를 수열시스템 실증사이트로 선정하고 500RT급 수열원 히트펌프설비를 설치해 실증을 진행할 예정이다. 특히 1,000RT급 수열원 히트펌프 유니트 성능평가설비 설계도 진행하고 있다.
조용 박사는 “터보압축기, 자기베어링 및 갭센서 관련 핵심기술 확보 및 향상을 통한 수열전용 친환경 대용량 히트펌프를 개발하고 있다”라며 “대국민 수용성 확대 및 홍보를 위해 홍보관을 구축해 수열에너지의 랜드마크로 활용할 계획”이라고 밝혔다.
조 박사는 특히 “수열히트펌프 KS인증 표준 및 시공기준을 위한 실증테이터를 제시해 기존 냉난방시스템과 성능을 비교하겠다”고 강조했다.
현재 K-water는 실증사이트 확장방안으로 △비영리 의료법인 시설 리모델링을 계획하고 있는 삼성서울병원 △열원설비 노후에 따른 개·대체 계획을 갖고 있는 무역센터(코엑스) △공간 복합개발 및 통합역사가 구축될 영동대로 복합환승센터 △업무, 숙박, 문화, 판매시설 등 신축이 진행될 현대GBC 등에 수열에너지 공급방안을 협의하고 있다.
김민수 히트펌프얼라이언스 공동의장(서울대 교수)은 개회사를 통해 “인류가 생존에 위협을 받고 있다는 데 공감을 하면서 전 세계가 탄소중립으로 하겠다고 나서고 있다”라며 “우리나라는 히트펌프에 대한 인식이 낮지만 유럽은 태양광, 풍력과 함께 신재생에너지이용 기기로서 탄소중립에 기여하는 기기로 히트펌프를 인정하고 있다”고 밝혔다. 
임춘택 에너지경제연구원 원장은 축사를 통해 “탄소중립 에너지기술 15대 분야 중 하나로 히트펌프를 인식했었다”라며 “재생에너지로서 에너지전환의 주력이 전력분야에 치중돼 있지만 열이 차지하는 비중이 대단히 크다”고 밝혔다. 
유럽, 히트펌프 전환 가속화 
건물부문 열수요, 히트펌프 담당 
차세대 VRF히트펌프 개발 
P2H, 신재생 잉여전력 해결방안 
흡수식 HP 확대, 폐열회수단가 인상 필요
냉난방설비 렌탈서비스 도입 
K-water, 수열E실증 현장 확보 앞장
목록
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10