국내 에너지분야 섹터커플링 연구·기술개발 활성화를 위한 산·학·연 협력체계 구축이 본격화되고 있다.

 

섹터커플링 에너지리더스포럼(이하 포럼)은 지난 7월2일 포럼 사단법인화 추진을 위한 첫 총회를 열며 에너지산업 전환을 위한 기술·정책 협력 방향을 논의했다.

 

이날 총회에는 포럼 임원과 산·학·연 회원 등 150여명이 참석해 섹터커플링의 필요성을 공유했으며 각 분과별 추진 방향과 포럼 발전 방안을 주제로 패널 토의를 진행했다.

 

 

고정식 포럼 의장은 개회사를 통해 “에너지수요·공급수단을 최적화된 통합시스템으로 구축하는 것이 중요하다”라며 “이를 위해 고도화된 솔루션과 제도적 변화가 필요하다”라고 말했다.

 

이어 “포럼을 포함한 에너지 유관기관의 지성을 모아 실용적이며 공학적인 솔루션을 제시해 공학·기술기반 국내 에너지정책이 일관적으로 추진되길 바란다”라며 “향후 포럼이 산업체와 정책당국간 활발한 소통에 크게 기여하길 기대한다”고 말했다.

 

이경수 산업부 에너지정책과 과장은 축사를 통해 “섹터커플링은 탄소중립 목표 달성에 기여하며 재생에너지의 변동성 대응이 가능한 효과적인 혁신기술”이라며 “새정부의 기후위기 대응 정책방향에 정확히 부합하는 의제로 새로운 비즈니스모델 확립과 신산업창출이 기대되는 분야”라고 말했다.

 

이어 “국내 섹터커플링기술은 소규모 기술개발과 실증수준에 머물러있어 아쉽다”라며 “본격적으로 섹터커플링 활용 위해 기술혁신·법적제도적기반마련·시장창출이 필요할 것으로 보이는데 정부도 힘을 다해 지원방안을 찾을 것”이라고 강조했다.

 

포럼 추진방안·섹터커플링 필요성 공유

원장묵 포럼 단장은 발제를 통해 포럼 추진배경과 운영방안을 소개했다.

 

섹터커플링은 분산에너지기반에서 에너지공급과 수요의 균형을 위한 커뮤니티 내 에너지 최적전환네트워크시스템이다.

 

과기부는 섹터커플링을 에너지가치사슬에서 다양한 형태의 에너지생산·전환·활용기술을 통합·연계해 전력-비전력 부문간 전환(P2X) 및 공급-수요부문 균형화 등을 실현하는 기술적 수단으로 정의하고 있다.

 

섹터커플링은 변동성과 전송의 어려움이 있는 재생에너지 공급과 유연성 확보에 기여할 수 있는 시스템으로 화석연료중심 중앙집중형 에너지공급체계의 전환이 필요한 상황에서 수요맞춤형 섹터커플링 융합기술 확보가 시급한 상황이다.

 

전 세계에서도 섹터커플링에 대한 기술개발이 활발한 가운데 국제재생에너지기구(IRENA)는 섹터커플링의 중요성을 강조하고 있으며 유럽 등 선진국들도 섹터커플링을 에너지전환 핵심기술로 활용하고 있다.

국내에서도 국가에너지기술개발 계획 내에서 에너지섹터커플링기술의 중요성이 증대되고 있다. 분산에너지 활성화 특별법 시행으로 탄소중립 핵심의제로 재생에너지를 다양한 에너지로 전환하는 섹터커플링 기술확보와 미래 최적에너지믹스체계로의 전환을 목표로 하고 있다. 21대 대통령공약집에도 전력공급 유연화 강화 위한 섹터커플링 연구개발·투자확대할 것이라고 밝힌 바 있다.

 

원장묵 포럼 단장은 “AI·IoT·빅데이터 등 ICT기술을 에너지분야에 접목한 새로운 비즈니스모델을 발굴해야 한다”라며 “에너지디지털화·융복합화 등으로 수직적 에너지체계에서 수평적 에너지통합체계로 전환해 에너지신시장 창출해야한다”고 말했다.

 

현재 국내에서는 10대 정부프로젝트 내에서 2,197억원 규모 섹터커플링 과제를 수행 중이다. 주요 섹터커플링 기술로는 △P2G △Power to EV △P2H 등이 있다.

 

P2G는 잉여전력을 활용해 물을 분해한 뒤 수소형태로 전환하는 것으로 P2G 도입을 통해 재생에너지 잉여전력을 수송·발전 등 분야에서 활용할 수 있다.

 

Power to EV와 P2H는 재생에너지 잉여전력을 전기차 배터리저장이나 열의 형태로 저장·전환하는 부문간 연계기술로 출력제어 외 재생에너지 잉여전력을 수송·냉난방부문의 전환기술로 효용성·유연성을 제고할 수 있다.

 

원장묵 포럼 단장은 “커뮤니티 에너지믹스 구축을 통해 전기·열·가스 그리드의 섹터커플링 전환 기술을 확보하며 국가 에너지 최적운영네트워크시스템 구축이 필요하다”라며 “관련내용을 정리해 11월 중순 정부에 건의할 예정”이라고 말했다.

 

한편 에너지커뮤니티 차원에서는 지자체·공단 등 특정 커뮤니티 내 에너지공급과 수요부문 균형화와 열·전기·가스 네트워크 최적화가 중요하다.

 

이를 위해 에너지솔루션을 제안해 에너지관리시스템 혁신, 밸류체인 내 혁신으로 서비스비용 저감해 수익구조를 만들며 데이터 디지털화시키며 플랫폼 내 토탈에너지솔루션 제공해야 한다.

 

포럼은 네트워크에 대한 정책·기술플랫폼 구축해 선순환적 에너지기술혁신 정책생태계 구축을 목표로 향후 섹터커플링기술을 실증단지에 현장적용할 방침이다.

 

원장묵 포럼 단장은 “포럼에서 제안된 주요이슈와 실천방안은 에너지기술개발 중장기정책수립·연구기획에 반영할 것으로 기대한다”라며 “지속가능한 포럼운영을 위해 9월 중 승인받아 사단법인화할 예정이며 섹터커플링 비전선포식 11월에 개최할 예정”이라고 말했다.

 

분야별 섹터커플링 정책·기술제안 활발

김형중 한국에너지공단 분산에너지 실장(정책제도분과장)은 국내·외 에너지시스템 고도화·경쟁화로 인해 에너지 융합과 통합이 필수적인 상황에서 섹터커플링의 중요성을 강조했다.

 

현재 미국에서는 전기와 수소에 대한 섹터커플링이 활발한 상황으로 전기차를 활용한 차량-전력먕 연계(V2G)사업도 지속 추진중이다.

 

유럽은 전기·수소·난방·수송 등의 부문간 통합을 강조하며 에너지공급·수요측면 다변화와 P2G·P2H·V2G 등에 대한 실증·확산을 적극추진하고 있다.

 

특히 섹터커플링 활용이 가장 활발한 독일에서는 산업·난방부문 탈탄소화를 중점목표로 열병합, 수소 ,전기차 등을 통합연계하고 있다. 일본과 중국도 전력잉여분을 활용해 수소를 생산하는 등 섹터커플링 기술에 대해 주목하고 있다.

 

국내에서도 제3차 에너지기본계획에서부터 전력·비전력을 연계한 시장구축과 사업자육성과 관련한 내용을 담아 섹터커플링 기술개발이 본격화됐다.

 

이후 분산에너지 활성화 추진계획과 집단에너지 공급기본계획 등에서도 P2H 등을 활용해 지역단위 에너지생산·소비환경 조성을 위한 섹터커플링의 활용을 강조했다.

 

지난해에는 미래지역에너지 생태계 활성화사업의 일환으로 제주도에서 잉여전력을 활용해 가상발전소(VPP)기술기반 P2H·ESS 복합시스템 구축과제가 진행 중이다.

 

또한 이번달 내 선정이 예상되는 분산에너지 특화지역 구축에 따라 제주도에서는 V2G모델을 실증하며 적용할 수 있도록 고도화할 것으로 예상된다.

 

김형중 에너지공단 실장은 “전력시장 선진화를 위해 VPP를 활용하며 분산에너지 특화지역 내에서 ESS판매 테스트를 진행 중”이라며 “에너지 공급·소비에서 지역단위·에너지원 밸런스를 유지할 수 있는 방안이 중요할 것”이라고 강조했다.

 

상병인 한양대학교 화학공학과 교수(에너지전환기술분과장)는 신재생 전력수급 불안정 해소를 위해 유연성자원 확보가 중요하다고 강조했다.

 

전력뿐 아니라 수송, 열 등 연동 통한 전체적 선순환흐름이 중요하며 이를 위해 발전, 난방, 수송을 연결하는 시스템을 전환기술측면 지원이 시급하다.

 

이 때 대용량 전기, 축열등 저장하는 시스템과의 연계방안 마련이 필요하며 이러한 시스템이 기존 인프라와 잘 연결될 수 있도록 해야 한다.

 

대표적인 섹터커플링 기술 중 하나인 P2G는 전력을 수소, 매탄 등 가스형태로 전환하는 기술이다. 태양광 생산 후 전기를 배터리에 저장할 때 상당히 많은 배터리가 필요하며 전력안정성 위해 배터리 많이 사용하게 된다.

 

이에 따라 안정적으로 대용량을 장기저장하거나 기존 인프라시스템을 활용하는 방안으로 암모니아, 메탄가스를 만든다음 액화시켜 LNG 등으로 만드는 방안이 검토되고 있다. 또한 Power To Methane을 활용해 촉매공정 파일럿프로젝트나 Power to Chemical 등을 접목하는 방안도 고려되고 있다.

 

상병인 포럼 에너지전환기술분과장은 “P2G기술이 단순히 가스에 머물지 않고 연료(Fuel) 등으로 폭넓게 에너지전환되길 바란다”라며 “섹터커플링은 탄소중립 목표 조기실현에 기여할 수 있는 혁신적인 에너지원으로 새로운 인프라 건설 없이도 실현가능한만큼 에너지전환분과에서 구체적 활용 방안을 모색할 것”이라고 말했다.

 

박시삼 앱트뉴로사이언스 부사장(열에너지기술분과장)은 열에너지에 대한 명확한 정의를 기반으로 한 정책·목표수립의 중요성을 강조했다.

 

국내의 경우 최종에너지소비 비중이 48%에 달하는 열에너지 분야가 탄소중립 정책 및 에너지정책 내에서 정의와 목표설정이 미흡하다.

 

이에 따라 전기와 열에너지를 구분해 정의하도록 법이 개정돼야 하며 재생열에너지와 미활용열에너지 등 열에너지종류와 개념 확대·정립도 필요하다. 또한 한정돼있는 재생에너지 범위도 확장하는 등의 보완도 필요하다.

 

최근 열에너지부문에서는 중앙집중형에서 분산형으로 패러다임이 전환되고 있다.

 

이에 따라 30℃ 이하 저온 냉난방배관망을 활용한 집단냉난방시스템 필요성이 증대해 에너지패러다임 전환에 대응가능한 저엑서지 집단냉난방시스템 개발의 필요성이 강조되고 있다.

 

유럽은 지난 2018년부터 5세대 집단냉난방시스템을 적용해 개별건물 최적화운영을 통한 시스템 효율을 향상시키고 있다. 특히 P2H를 통해 에너지저장하며 계간축열을 이용해 열을 저장하는 D2GRID 프로젝트도 성황리에 진행 중이다.

 

유럽은 4~5세대 집단냉난방시스템을 분산형 열에너지 패러다임 전환을 위한 방안으로 도입하고 있지만 국내도입은 아직 미흡한 상황이다.

 

박시삼 포럼 열에너지분과장은 “국내는 열에너지에 대한 정책제도가 미흡하며 유럽 등에서 활발히 사용되고 있는 열원인 공기열이 신재생에너지범위에 없다”라며 “정책·제도적지원이 시급한 상황”이라고 말했다.

 

한편 다양한 섹터커플링 활용방안 중 가장 사업화가능성이 높은 시스템은 P2H시스템이다. 최종에너지소비유형 비중이 높은 열에너지로의 전화를 위해서는 P2H 기술에 대한 수요와 시장성장 가속화가 이뤄지고 있으며 그 중 가장 효율이 좋은 히트펌프의 시장성장률이 뚜렷하다.

 

정책지원·시장트렌드 변화에 따라 히트펌프시장이 빠르게 성장하고 있으며 화석연료 이용 냉난방공급 제한에 따라 더욱 성장세가 가파르다.

 

박시삼 열에너지분과장은 “국내도 세계흐름에 맞춰 정책펼쳐 열에너지보급을 확산해야 한다”라며 “포럼을 통해 분산에너지활성화특별법과의 연계를 통한 열에너지활성화방안 마련하며 열에너지 인센티브 등에 대한 부분을 제안할 것”이라고 말했다.

 

이백행 한국자동차연구원 수석연구원(모빌리티기술 분과장)은 모빌리티부문 섹터커플링 활용방안에 대해 발표했다.

 

미국은 파워월기반 기정용 및 커뮤니티형 VPP 프로그램을 운영 중이며 유럽은 카쉐어링과 연계한 V2G시스 템을 도입했다.

 

국내도 현대건설에서 전기차를 활용한 전력중개거래 생태계 조성 연구개발을 진행 중이며 제주도에서는 전기차 배터리를 활용해 스테이션을 구축하며 스마트 충방전시스템 개발 실증사업을 추진하고 있다.

 

국내 모빌리티부문 섹터커플링 활성화를 위해서는 자동충전·자동주차기술기반 V2X 에너지인프라 구축이 필요할 것으로 예상된다.

 

이백행 포럼 모빌리티기술분과장은 “모빌리티분야 내에서 다양한 시스템들이 도입가능할 것으로 보인다”라며 “충전이 필요한 전기자동차를 충전하며 주차빌딩 등에 주차된 자동차를 이동형 ESS로 활용해 에너지이용최적화를 구현하는 에너지관리시스템 등도 도입가능성이 높다”고 말했다.

 

섹터커플링, 경제성·시장성 확보 통한 성장 기대

포럼 분야별 추진방안 제언에 이어 상병인 한양대 교수를 좌장으로 패널토론이 진행됐다.

 

이상학 한국전자기술연구원 에너지연구소 소장은 “포럼 성장을 위해서는 단·중장기 단계별 성장목표가 필요하다”라며 “단기적으로는 추구하는 섹터커플링 개념을 명확히 규정해 포럼홍보를 강화해야 한다”고 말했다.

 

이어 “탄소중립목표 달성을 위한 방법론으로서 섹터커플링이 필요하다고 생각하며 이를 위해 기존 화석연료와 대비했을 때 경제성을 확보하는 것이 중요하다”라며 “포럼을 통해 치밀한 정책적 근거와 기술적 근거를 확보해 섹터커플링을 활용하는 이유를 명확히 제시할 수 있기를 바란다”고 말했다.

 

김준범 한양대 교수는 “탄소중립 목표 달성을 위한 방안으로 섹터커플링은 시의적절하며 중요한 과제다”라며 “재생에너지는 출력의 간헐성이 있는데 전기는 수요와 공급이 거의 일치되게 해야만 효율이 높다”라고 말했다.

 

이어 “포럼 구성원을 관련분야 전문가들이 한 데 모여 역량과 의지를 결집해야 한다”라며 “국가 탄소중립 달성을 위한 새로운 성장동력이 되길 바란다”고 말했다.

 

정택중 한국에너지융합협회 대표는 “재생에너지 보급이 확산되며 재생에너지와 IT를 결합하며 섹터커플링이 활성화된다면 새로운 비즈니스 모델 창출될 것으로 생각한다”라며 “RE100 달성을 위해 재생에너지를 급격히 공급할 때 발생하는 문제를 해결할 방안으로 다양한 에너지신산업이 나올 것으로 기대한다”고 강조했다.

 

이어 “우리나라 전력시장규모는 6~7위지만 전력시장 내에서의 성장잠재력을 잘 활용하지 못하고 있다고 생각한다”라며 “섹터커플링 이슈를 기반으로 시장창출을 위해 포럼참여자들이 의견을 모아 우리나라를 섹터커플링기술 적용이 활발한 공간으로 구축하길 바란다”고 말했다.

 

구영모 한국자동차연구원 연구소장은 “모빌리티분야가 어떻게 에너지활용할 지에대해 많은 역할을 하도록 노력할 것”이라며 “자율적으로 재원을 활용하기 위해 관련산업 전문가들이 다양한 의견을 모아주길 바란다”고 말했다.