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[현장에서] 열부문 탄소중립, 무탄소 집단에너지가 최적

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Name 관리자
Date 2022-05-11
Views 145
Link http://www.e2news.com/news/articleView.html?idxno=241718
Origin 이투뉴스

김경민 한국지역난방공사 미래개발원 책임연구원
전기+열 생산 재생에너지 포용하는 그린허브 활성화 필요

"열네트워크 확대, 도시계획으로 재생에너지열 사용자 연계"


▲김경민 한난 책임연구원

[이투뉴스] 2019년말부터 전 세계는 코로나로 인해 유례없는 위기를 겪고 있다. 의학기술이 획기적으로 진보했음에도 불구하고 전염병에 대한 위기는 아직도 진행 중이다. 이러한 코로나 바이러스는 “인간의 활동에 의해 기인되었다”는 것이 전문가들의 분석이다. 현재 글로벌 보건 위기를 극복한 포스트-코로나 시대에는 기후 위기가 우리 삶의 토대를 위협할 것으로 보고 있다. 이와 같은 징후로 2019년과 2020년은 가장 무더운 해로 기록되었으며 온난화(Global Warming)와 기상이변(Extreme Weather)으로 상징되는 해였다. 이 또한 “인간의 화석연료 사용 활동에 기인한 이산화탄소를 비롯한 온실가스 농도가 높여졌기 때문”으로 분석되고 있다. 더욱이 러시아-우크라이나 전쟁으로 인한 에너지 위기와 원자재 가격 급등은 더욱 탈화석연료의 중요성을 일깨우고 있다.

IPCC 제5차 평가보고서(2014)의 온실가스별 글로벌 배출량 비율을 살펴보면 이산화탄소 76.0%, 메탄 15.8%, 아산화질소 6.2%, 산업용 가스 2.0% 등이며, 경제 부문별로는 전기/열 생산 25%, 농축산업 24%, 산업 21%, 교통 14%, 건물 6.4%, 기타에너지 9.6%로 구성된다. 수치에서 보듯이 지구 온난화의 주요 원인은 탄소배출이며, 전 경제 부문에서 온실가스를 배출하고 있는 것을 알 수 있다.

이와 같은 기후위기 극복을 위해 우리나라를 비롯한 많은 국가에서 탄소중립을 선언하였고, 우리나라도 2021년 5월 탄소중립위원회를 설립하여 2050 탄소중립 시나리오와 2030 NDC 목표를 발표하였으며, 탄소중립 기본법을 제정하여 2018년 대비 40%의 온실가스를 감축하는 것을 명문화하였다. 우리나라 2030 NDC 목표 달성을 위해서는 연평균 4.17%의 탄소배출 감축을 이행해야 하는데, 일본 3.56%, 미국 2.81%, EU 1.98%에 비해 감축률이 높은 수준이다. 결국 탄소중립을 위해서는 RE100(Renewable Energy 100, 기업이 사용하는 전력에너지 100%를 재생에너지로 충당) 추진과 동시에 CF100(Cabon Free 100, 사용에너지 100%를 무탄소에너지로 공급)을 목표로 삼아야 한다.

◆열에너지 무탄소화의 중요성 및 제약
글로벌 최종에너지소비를 부문별로 구분해보면 전기에너지 부문이 17%, 수송에너지 부문이 32%, 열에너지 부문이 51%에 이르고 있으며, 열에너지 부문에서 이산화탄소 배출량이 40% 이상 발생되는 것으로 보고되고 있다. 하지만 국내 재생에너지 생산량의 점유비율을 비교해보면 열이 27%, 전기가 73%로, 전기에너지 부문에 편중되어 있는 것을 볼 수 있는데, 이는 현재까지 신재생에너지의 보급이 전기에너지 위주로 진행된 것에 기인 한 것이다. 탄소중립 목표를 달성하기 위해서는 열에너지 부문에서도 신재생에너지 보급 활성화가 필요하다. 열에너지의 무탄소화가 탄소중립 목표를 달성하는데 매우 중요한 역할을 할 수 있기 때문이다.

 

▲2018년도 부문별 최종에너지 소비 비중(출처 : Renewables 2021 Global Status Report)

전기에너지에 비해 열에너지는 지역적·수송적 한계, 시간적·계절적 변동, 다양한 사용환경 등 활용에 있어 불리한 점을 가지고 있다. 열에너지는 전기에너지와 달리 생산 후 사용하기 위한 수송거리가 제한적이고, 수송시간차가 발생하기 때문에 잉여의 열에너지를 활용하기 어렵다. 따라서 열에너지는 사용자 근처에서 생산하여 바로 사용하거나 축열조 등을 이용하여 저장한 후 사용하여야 한다.

더욱이 무탄소 열원은 수요에 대한 시간적·계절적 변동이 크기 때문에 생산 시기와 사용 시기가 시간적·계절적으로 맞지 않는다는 문제점을 가지고 있다. 또한 열에너지는 난방용, 급탕용, 산업공정열 등 다양한 사용조건과 다양한 사용온도가 존재하기 때문에 사용환경에 대한 제약이 존재한다. 그리고 신재생 기반 열에너지 보급 확산의 가장 큰 장벽은 경제성이라고 할 수 있다. 기존 화석에너지보다 높은 비용이 소요되고 설비 관리를 위한 전문성이 요구되기 때문이다. 더욱이 무탄소 전기에너지에 비해 규제와 정책, 제도와 시장 사이의 차이가 크다는 점도 불리하게 작용하고 있다.

전기와 다르게 열 부문에서 의무화가 늦어지는 이유는 스페인의 태양열에너지 의무화 사례에서 알 수 있다. 즉 열사용 설비는 사용자측에 설치된다는 특성이 있어 사용자가 직접 검토 후 설치해야 함에 따라, 비전문가에 의한 설치와 시공이 만연할 가능성이 크다. 더불어 소비자의 무탄소 열에너지 설비에 대한 선택권이 없어 설비의 질과 가격의 하락이라는 문제로 이어지는 문제가 드러났다.

특히 공급체인이 기존에는 제조업자, 설치업자, 소비자에서 의무화 도입 후 제조업자, 유통업자, 건설업자, 영세설치업자, 소비자 등으로 복잡하게 바뀌면서 저가와 저질의 시장이 범람하는 결과를 초래했다. 이러한 사례를 통하여 의무화를 추진하는데 있어 전문가 양성과 관리체계, 공급체인 관리 등도 매우 중요하다는 것을 알 수 있다.

◆무탄소 열에너지 보급을 위한 분산형 집단에너지
무탄소 열에너지를 이용하기에 기술적으로 적합한 것은 건물부문으로, 주택·상업·공공 건물에서 소비하는 열에너지가 60℃이하의 낮은 온도이기 때문이다. 이와 같은 특징으로 태양열, 지열, 수열 및 도시배열 등 저온의 열에너지를 활용하기에 용이하다는 장점이 있다. 또한 앞서 언급한 지역적·수송적 한계와 시간적·계절적 변동에 대응하고 무탄소 열에너지의 이용률을 높이고 열에너지 전문가에 의한 확대 보급을 위해서는 집단에너지 열수송관망과 전문인력을 활용하는 것이 최선일 것이다.

이에 따라 국내외에서는 4세대 지역난방으로 지칭되는 새로운 지역난방시스템 도입을 추진하고 있다. 하지만 일부에서는 4세대 지역난방 도입을 저온 재생에너지 열원 활용을 위해 모든 열네트워크를 4세대 지역난방으로 변경하는 것으로 잘못 인식하고 있는 경우도 있는데, 이보다는 지역 특성에 맞게 1세대부터 4세대라 불리는 다양한 열네트워크가 혼합된 구성이라고 말할 수 있다.


▲한국지역난방공사의 분산형 집단에너지 개념도

한국지역난방공사 역시 무탄소 열에너지 확대와 기존 집단에너지 사업 확대를 위해 분산형 집단에너지 플랫폼 기술을 공사 미래개발원에서 실증하여 기술을 검증했으며, 현재는 울산 수소시범도시 적용을 통해 사업을 검증하고자 하고 있다. 지역난방공사의 분산형 집단에너지 플랫폼 기술은 크게 3가지로 그린허브(舊스마트변온소), 스마트열그리드, 디지털전환으로 나눌 수 있다. 그린허브를 통해 분산형 집단에너지는 주변 환경으로부터 에너지를 얻는 무탄소 열에너지의 활용도를 높이고, 사용환경에 맞춰 에너지 품질 조절하여 사용자에게 스마트열그리드를 통해 적절히 에너지를 수송하고 분배하는 차세대 에너지시스템을 말한다.

무탄소 열에너지의 형태 및 크기에 따라 그린허브의 구성을 달리하여 열을 생산하며, 중온수 지역난방 연계 공급과 스마트미터 등을 통한 디지털전환을 바탕으로 시간별·계절별 열공급 품질(공급온도와 유량)을 조절하여 열을 사용자에게 공급함으로써 만족도를 향상시키는 기술이다. 이를 통해 무탄소 열에너지 생산시설의 가동률을 높이고, 공급지역 내 전기 및 열 생산 비율을 조절할 수 있어 분산에너지 확대를 위한 기반시스템이라 할 수 있다.

◆전문가에 의한 도시에너지 계획과 관리 절실
분산형 집단에너지(4세대 지역냉난방) 보급 확산을 위해서는 유럽과 같이 공기열, 하수열 등을 신재생에너지에 포함하는 등 신재생 열에너지의 종류를 더욱 다양하게 인정하고 도시배열 등 폐열도 대체 수단으로 활용할 수 있도록 허용해 나가야 한다. 또 시간적·공간적 제약을 최소화하기 위해서는 상당한 비용을 감수하더라도 열수송관망 확대를 추진해야 한다. 열네트워크를 통해 시간적·공간적 문제를 해결할 수 있기 때문이다.

인프라 확대 전에 가장 먼저 해야 할 것은 도시에너지계획일 것이다. 지역 내에서 생산할 수 있는 무탄소 열에너지 조사를 통해 가장 가까운 사용자와 연계하여 안정적으로 공급, 사용할 수 있도록 방법을 제시해줄 수 있기 때문이다. 또한, 스페인의 태양열에너지 의무화 보급정책 실패 사례로부터 알 수 있듯이 무탄소 열에너지 확산을 위해서는 시장 규모를 파악하고, 기술 표준화를 통해 설비가 제조되고 설치되어야 하며, 사후관리 체계가 수립될 수 있도록 전문가 양성이 필요하다.

따라서 무탄소 열에너지 보급 확산을 위해 정부로부터 재정적으로 투자보조, 공공구매, 조세감면, 우대융자 등이 지원되어야 하며, 재정지원 외적으로는 의무화, 기술교육훈련, 정보인지제고, 표준화 등이 이루어져야 한다.

한국지역난방공사 미래개발원 김경민 책임연구원


 

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