러-우 전쟁 여파...유럽 지역난방 에너지 전환 가속화(EURACTIV, 2022.4.1.)

▶ 유럽, 러시아발 에너지 위기로 인한 가스 대체 연료 대응책에 고심

● EU는 기후 목표 달성을 위해 비용 효과적이고 온실가스 배출량이 석탄의 절반이라는 이유로 지역난방 연료를 석탄에서 천연 가스로 대체하려는 계획을 세웠음.

● 그러나 러시아발 에너지 위기로 인해 석탄과 가스의 경제성이 낮아지면서 다양한 대체 연료 대안에 주목함. 현재 대두되는 것으로 폐열, 대규모 히트펌프, 바이오매스가 있음.

● 폐열의 경우, 산업과 전력 부문의 폐열을 회수한다면 현재 건물 난방에 사용되는 천연가스의 절약과 추가 발전설비 설치가 필요 없음. 그러나 폐열 회수 및 분배에 필요한 새로운 파이프라인 인프라 구축에 복잡한 행정절차와 정치적 무관심으로 오랜 시간이 걸릴 수 있음.

● 덴마크, 핀란드, 스웨덴에서는 대규모 히트펌프를 이용한 지역난방의 열 공급이 증가하고 있으며, 벌목으로 인해 지속가능성 측면에서 문제가 있는 바이오매스도 현재의 지정학적 상황으로 비용 경쟁력이 증가하면서 주목받고 있음.

● 특히 연말까지 러시아산 가스 배제를 선언한 폴란드는 탈탄소화 전략에서 가스 자체를 배제하긴 어려워 고효율 열병합 발전소(CHP)를 통해 가스 수요를 50% 줄이는 방법이나 새로운 가스 공급처의 다각화를 고려중임.

출처: Gas crisis accelerates energy transition in district heating ？ EURACTIV.com

국가 간 기술 교류를 통한 지역 에너지 혁신 기대(EVER-GREEN ENERGY, 2022.3.24.)

▶ 탈탄소화 사회 전환에 지역 에너지 네트워크 중요

● 핀란드는 선진적인 에너지 시스템을 이끌고 있음. 2035년까지 화석 연료가 없는 국가가 되기 위해 지역 에너지 시스템을 핵심 전략으로 평가하고 미개발된 폐열원 활용을 위한 투자 및 개별 건물과 분산된 주거 지역에 히트펌프 사용을 확대 중임.

● 영국은 현재 지역 에너지 시스템을 사용하여 전체 난방 부하의 2%를 충당 중이며 2050년까지 국가 건물 난방 수요의 약 20%를 지역 에너지 시스템으로 공급할 것을 목표로 함.

● 미국은 소비 에너지의 40%를 건물 냉난방에 사용하고 있으며 이는 탈탄소화 사회 달성에 가장 큰 과제로 남아있음. 현재 기존 시설의 개체를 통해 지역 에너지 시스템을 증기 기반에서 온수로 전환하는데 중점을 두고 있음.

● 미국의 유틸리티 시스템 운영 및 자문 회사인 EVER-GREEN ENERGY의 CEO는 영국과 핀란드와의 기술 및 아이디어 교류의 중요성과 현대화된 지역 에너지 시스템은 안정적이고 효율적이며 점점 전력화될 것이며 지역 에너지 네트워크가 탈탄소화 사회 전환에 중요한 역할을 할 수 있는 입증된 기술이라고 언급함.

출처: Strengthening Connections ？ Looking to Finland and the United Kingdom for Innovations in District Energy | Ever-Green Energy

히트펌프를 통한 산업 분야 전기화의 잠재력 높아(ACEEE, 2022.3.30.)

▶ 탈탄소화 및 에너지 안보를 위한 히트펌프 기술 채택 가속화 필요

● 미국 에너지 효율 경제 위원회(American Council for an Energy-Efficient Economy, ACEEE)의 보고서에 따르면 산업용 히트펌프(IHP)를 적용할 경우 미국의 산업 에너지 사용량을 최대 3분의 1로 줄이며 900만 대의 자동차 배출 탄소량에 해당하는 배출량을 줄일 수 있다고 언급함.

● 현재 미국 대다수 지역에서 에너지 안보로 인한 천연가스 가격 상승으로 전기의 경제성이 높게 평가되고 있음. 미국 에너지 소비 및 온실가스 배출량의 25%이상을 산업부문이 차지하고 있고 온실가스 감축을 위해 이를 전기화하는 것이 필요함. 따라서 산업계가 재생에너지 전기를 사용하는 IHP 채택을 가속화하는 것이 중요함. 

● 기존 대비 향상된 IHP는 이전의 2배 온도인 최대 160℃의 열을 제공하여 광범위한 요구 사항을 충족시킬 수 있으므로 열사용 비율이 높은 식품, 제지, 화학약품 제조 산업군의 열 공급에 적합함.

● ACEEE의 연구에 의하면 IHP로 달성할 수 있는 성과는 다음과 같음.
­- 연간 270만-310만 가구의 에너지 사용량 절감
­- 연간 650만-940만 대의 자동차에 해당하는 배출량 감축
­- 5GW/년의 추가 전력을 사용하여 IHP를 작동시켜 전기화를 촉진

● IHP는 2-3년 동안 투자 회수가 가능하지만 새로운 기술에 대한 불확실성 때문에 투자의 어려움이 있음. 따라서 IHP 보편화는 시범사업에 대한 지원, 정책 활성화, 산업 분야에 청정전력 제공을 위한 인프라 개발 등의 이해 관계자들의 인식 제고가 필요한 상황임.
※ 최근 전기화는 기계·시스템 전반에 필요한 동력을 화석연료 대신 신재생에너지원으로 생산된 전력의 소비로 정의됨.

출처: It’s Time to Electrify Industry’s Process Heat―with Heat Pumps | ACEEE

가정 난방에 친환경 지열 히트펌프 주목(The Washington Post, 2022.3.29.)

▶ 지속 가능한 지역난방 시스템으로서 지열 히트펌프에 대한 관심 커져

● 지열 히트펌프는 일반 히트펌프와 시스템은 유사하지만 외부 공기 대신 지열을 사용하여 난방, 냉방, 온수 등을 제공한다는 점에서 특별하며 탄소저감 및 기존 대비 더 적은 전력이 필요하므로 그리드 안정성의 이점이 있음.

● 지열 히트펌프 시스템은 우물과 유사한 개방형(open-loop)과 수평형, 수직형, 연못/호수형의 3가지 밀폐형(closed-loop)으로 총 4가지 유형이 있음. 지열 히트펌프는 기후, 토양 조건, 사용 가능 토지, 설치비용 등을 고려해 가정 에너지용으로 가장 적합한 시스템으로 평가될 수 있음. 현재 설치 시 가장 적은 면적의 토지를 사용하는 수직 지열 히트펌프가 보편적임.

● 미국 에너지부의 기술 관리자는 지열은 지역난방에 활용할 수 있는 지속가능한 에너지원이며 지열 히트펌프의 좋은 프로젝트로 Whisper Valley를 언급함. 오스틴 지역의 주거 개발 계획인 Whisper Valley는 지역 사회의 지열 에너지 그리드, 태양광 발전, 고급 배터리 저장 및 관리 기술을 결합하여 에너지 제로 주택을 제공하는 것을 목표로 함.

● 다수의 유틸리티 기업에서 지열 히트펌프가 그리드의 부담을 줄여주므로 리베이트를 제공하고 있으며, 연방정부는 지열 히트펌프에 대한 연방 세금 공제를 2023년 12월 31일까지 연장함. 최근 지열 히트 펌프는 미국의 모든 주에 설치되어있으며 에너지부는 GeoVision 분석을 통해 2050년까지 2,800만 가구에 보급 가능하다고 예상함. 

출처: Geothermal heat pumps provide earth-friendly energy for homes - The Washington Post

EU, 탈탄소화 로드맵을 통한 지역난방 강화(EURACTIV, 2022.4.5.)

▶ 폐열과 재생에너지 이용 지역난방 시스템 개발을 독려

● 작년에 발표된 에너지 효율 지침(EECD)의 개정안에 따르면 EU의 인구 5만 명 이상의 지방 자치 단체는 지역 냉난방 탈탄소화 로드맵을 준비해야함.

● EU 난방 시장의 약 10%를 차지하는 지역난방 네트워크는 연료로 천연가스 30%, 석탄 26%를 사용하고 있음. 그러므로 이를 재생 에너지로 전환하는 것이 탈탄소화를 위해 시급함.

● Euroheat&Power의 회장은 유럽 전역의 투자 동향을 보면 기후 목표가 있는 모든 도시들은 산업이나 데이터 센터에서 발생하는 폐열과 재생 에너지에 기초한 지역난방을 개발할 것이며 지역난방의 기반시설 구축은 지하 파이프 네트워크가 필요하므로 지방 당국의 개입이 필요하다고 언급함.

● IEA DHC의 관리자는 지역난방 시스템보다 상대적으로 적은 투자 리스크로 단기간에 기후 목표를 달성 가능한 히트펌프 같은 개별난방 시스템을 향한 과도한 개발 집중을 지적하며 이를 보완할 법적 틀이 필요함을 강조함.

출처: https://www.euractiv.com/section/energy/news/eu-bets-on-local-planning-to-boost-district-heating/

독일, 라인 강에 지역난방 목적의 히트펌프 설치(Renewables Now, 2022.4.5.)

▶ 지역난방 네트워크를 위한 대규모 히트펌프 프로젝트 진행

● 독일의 에너지 기업인 MVV Energie AG는 만하임의 라인 강 주변의 석탄 화력 발전소 부지에 20 MW급의 히트펌프를 건설함. 동사는 동 지역에 2030년까지 100% 녹색지역난방을 공급할 계획임.

● 이번 프로젝트는 독일 연방경제기술부(BMWK)의‘지역난방 네트워크의 대규모 열펌프’의 일환으로 독일 전역에 다양한 에너지원을 기반으로 증설될 히트펌프 5종 중 하나임.

● Siemens Energy AG에서 공급하는 히트펌프는 열용량 20 MW, 전력용량 약 7 MW로 유럽의 세계 최대 규모 중 하나이며, 2023년부터 3,500가구에 난방을 제공하고 탄소배출량을 매년 10,000톤 감축할 것으로 예상됨.

● 만하임의 라인 강 및 네카어 강에 히트펌프가 설치된다면 대략 50,000가구에 난방 공급이 가능한 최소 500 MW 열용량 잠재력을 가지고 있음.

출처: https://renewablesnow.com/news/work-begins-on-20-mw-river-heat-pump-in-mannheim-779772/

캐나다, 도시 간 협력으로 하수도 폐열 활용한 지역난방 실현(HPAC, 2022.3.28.)

▶ 하수도 폐열로 온수 및 난방을 제공하는 ‘새퍼튼 지역 에너지 시스템’

● 새퍼튼 지역 에너지시스템은 메트로 밴쿠버 근처 하수처리장에서 전기 히트펌프로 저온의 폐열을 회수하여 뉴웨스트민스터의 가정과 기업에 난방과 온수를 제공하도록 설계됨.

● 이 시스템은 기존 난방 에너지원에 비해 연간 약 8,600톤의 온실가스 배출량을 저감 하고 작동 수명 기간 동안 125,000톤 이상의 배출량을 줄일 수 있음.

● 메트로 밴쿠버는 이 프로젝트를 위한 최대 $1,800만의 자금 원조를 약속했으며 추가 지원하기 위해 유사한 프로젝트를 모색 중임.

● 최근 뉴웨스트민스터 의회는 새퍼튼 프로젝트를 실현 가능하게 하는 새로운 지역 에너지 조례를 검토하기 시작했으며 정부의 다른 규정에서 지원 가능한 추가 자금을 찾는 중임. 또한, 시와 프레이저 보건당국은 새 시스템의 주요 사용자로 로열 콜롬비아 병원을 참여시키기 위해 노력 중임.

출처: https://www.hpacmag.com/green-technology/sapperton-district-energy-system-closer-to-reality/1004134381/

스웨덴의 혁신적인 폐열 회수 실증 프로젝트(CORDIS, 2022.4.5.)

▶ 연료전지로 구동되는 소규모 데이터센터의 폐열을 지역난방에 활용

● EU 자금 지원의 WEDISTRICT 프로젝트는 재생 에너지원과 폐열 회수를 적용한 지역난방 및 냉방 시스템의 실증을 목표로 하고 있으며, 현재 스웨덴, 스페인, 폴란드, 루마니아에 위치한 4개의 실증 부지를 소유함. 스웨덴 RISE 연구소는 WEDISTRICT의 일원임.

● RISE는 룰레오에 폐열 활용 목적으로 연료전지로 구동되는 소규모 데이터 센터를 설립함. 연료전지는 Edge 데이터 센터에서 사용할 전력을 생산하고 발생한 잉여 열과 온수를 지역난방 및 냉방 그리드에 제공함.

● 바이오가스가 연료인 고체 산화물 연료전지(SOFC)가 도입되며 전기 효율은 약 60%임. 650℃의 고온에서작동하기 때문에 폐열을 난방 및 냉방에 활용할 수 있음.

● 하지만 예열 시간이 오래 걸려 이를 보완하기 위해 상단 컨테이너에는 연료전지가, 하단 컨테이너에는 데이터센터가 서로 겹쳐진 상태로 설치됨.

● 또한, 두 컨테이너 내에서는 소규모 폐열 재사용 사이클이 있음. 데이터센터의 액침 냉각 탱크에서 발생하는 열은 연료 전지의 공기 흡입구를 예열하여 최적 작동 온도인 35℃로 외부의 공기를 가열해줌.

● 2년간의 날씨 데이터 기반의 예측으로 지역난방을 공급할 때, 시스템이 연간 약 8,000시간 동안 작동 가능하다고함.

출처: https://cordis.europa.eu/article/id/436169-innovative-waste-heat-recovery-experiment-in-sweden