탄소중립이란 배출원이 배출한 만큼을 흡수원이나 다시 흡수하도록 해 실직적인 온실가스 배출량은 ‘ZERO(0)’로 만드는 것을 의미한다. 정부는 신재생에너지공급의무화(RPS)비율을 2026년까지 법정상한힌 25%로 단계적으로 상향할 예정이다. 또한 정부는 2050년까지 온실가스 국내 순배출량 ‘0’ 달성을 의미하는 탄소중립을 실현하기위해 ‘미래생존을 위한 마지막 기회’라는 슬로건을 내걸고 2050 탄소중립 시나리오를 심의, 확정했다.
제주도는 제주도를 탄소없는 섬으로 만들기위해 2012년 CFI(Carbon Free Island) 2030'계획을 수립하고 재생에너지보급 확대정책을 시행해 왔다. 2022년 2월 기준 제주도 신재생에너지설비용량은 828MW에 달하며 2020년도 발전비중은 약 20%를 달성했다.
그러나 목표에 도달하기도 전부터 수요와 공급 불일치, 즉 전기소비량보다 생산량이 더 많아지게 되자 결국 제주도는 재생에너지설비의 가동을 강제로 중단하는 출력제한(Curtailment)을 시행하고 있다.
2016년 6회였던 재생에너지 출력제한은 2017년 14회, 2018년 15회, 2019년 46회, 2020년 77회로 급증하다 2021년 64회로 다소 감소하는 것으로 나타났다. 이는 4월부터 HVDC 제1연계선 70MW 역전송 효과였다.
재생에너지 보급과 확산으로 인한 출력제한 문제는 국내뿐만 아니라 선진국 및 동남아시아에서 빈번하게 발생하고 있으며 다양한 대응책이 강구되고 있다. 베트남은 2045년까지 재생에너지비중을 75%로 계획하고 있으며 지속적인 보급과 확산으로 과잉생산되는 출력제한이 발생하고 있다.
대응책 마련이 시급한 가운데 에너지기술평가관리원이 발주한 ‘재생에너지 출력제한을 이용한 P2Heat 기술개발’은 열에너지 중심의 전환·저장·활용시스템 구축 등 섹터커플링 기술개발 고도화와 건물, 상업, 농·수산업 부문의 섹터커플링기술 도입으로 에너지이용 합리화, 효율화 및 탈탄소화를 추진하기 위해 마련됐으며 제주에너지공사 컨소시움(이하 제주컨소)이 최근 수주했다. 제주컨소에는 △제주대 △에너지기술연구원 △생산기술연구원 △한화에너지 △인터텍 △에코브레인 △냉동공조산업협회 등이 참여하고 있다.
특히 제주컨소에 참여하고 있는 한화에너지는 베트남 캄람지역에 100MW급 태양광발전소를 운영하고 있으며 2021년 출력제한으로 전년대비 13% 이상 매전량이 감소할 정도로 출력제한을 대응한 기술개발 필요성을 어떤 기관, 기업보다 P2H기술의 중요성을 알고 있다. 제주컨소는 이번 R&D를 통해 국내 기술개발 및 실증연구를 토대로 베트남 및 동남아시아에 출력제한 대응 솔루션과 기술을 개발하고 해외진출을 도모할 계획이다.
섹터커플링 기술개발 고도화
재생에너지 출력제한 대응 P2H 시스템 기술개발의 연구목표는 변동성재생에너지(VRE) 출력제한(curtailment) 및 과전압 해소 등 전력계통 유연성 제고로 전력 공급의 신뢰성, 안정성 향상 등 전기의 품질을 유지하고 열에너지중심의 전환-저장-활용 시스템 구축 등 섹터커플링 기술개발 고도화를 추진하는 것이다. 또한 건물, 상업, 농수산업부문 섹터커플링기술 도입을 통한 에너지이용 합리화, 효율화 및 탈탄소화도 추진한다.
제주에너지공사의 관계자는 “전 세계적 기후위기에 따른 탄소중립 글로벌 뉴노멀 탄소중립 선언, 신재생에너지산업 중요성 확대 등이 세계적 흐름이다보니 탄소중립 여정이 본격화됐으며 에너지부문이 국내 탄소배출량의 87%를 차지하는 만큼 탄소중립의 핵심”이라며 “분산에너지 활성화, 출력제한 해소를 위한 제주지역에 대한 관심이 증가하고 있어 이를 위한 P2Heat 등 에너지통합시스템(섹터커플링) 기술개발이 필요하며 국내 최종에너지소비의 약 30% 이상을 차지하는 열에너지의 탈탄소화가 시급한 상황”이라고 밝혔다.
이 관계자는 “제주도 탄소중립 실현 및 재생에너지 출력제한을 이용한 P2Heat시스템 개발로 탄소없는 섬 제주도를 실현하는 한편 전국 1위 재생에너지 경쟁력과 산업부문별 P2H 연계로 탄소중립 동력화와 국내 확산 모델을 제시할 것”이라고 강조했다.
올해부터 2025년까지 총 106억원 내외 연구개발비가 지원되는 이번 과제는 시작품 단계에서는 출력제한에 대응하는 플러스 수요반응 자원 정확성 및 실효성을 위한 플랫폼을 개발하고 경제성 분석 및 수요관리 프로그램 연계 비즈니스모델을 개발하게 된다. 또한 에너지원별, 수요처별 에너지사용데이터 기반 빅데이터 분석 및 열에너지 공유거래 모델도 개발한다.
실용화단계에서는 초과전력 활용 MW급 친환경 멀티소스 열에너지 생산기술 및 공급-소비 최적화 P2Heat 기술과 2개소 이상 이종 대형 열에너지 수요처에 적합한 축열조, 열매체 등을 이용한 전력-열소비 기술을 개발할 계획이다. 또한 재생에너지 초과전력 연계 공동 축열 및 열분배기술, 열택배에 의한 농수축산시설 열공급 적용 및 실증도 진행한다.
‘탄소없는 섬, 제주(CFI JEJU)’ 프로젝트 이행을 위해 설립된 제주에너지공사는 이번 P2H 과제의 총괄주관이다. 현재 동복북촌, 행원, 가시리, 김녕, 신창 등 56MW 풍력발전단지를 운영하고 있으며 P2G, ESS 등 재생에너지 출력제한 완화사업을 추진하고 있다. 참여기관인 제주대학교 산학협력단은 열에너지 및 에너지모니터링 선행연구실적을 보유하고 있어 이번 과제에서 기 구축 시설농가와 실증사이트 연계를 맡았다.
에너지기술연구원은 계간축열시스템이 포함된 독립형 열네트워크인 진천 친환경에너지타운 구축 및 다수의 실증과제를 수행한 경험이 풍부하며 생산기술연구원은 예열연소 부하를 절감하는 배열회수 열에너지저장시스템과 150℃ 이하 저온 열회수를 위한 열화학식 복합축열 소재 및 시스템을 개발, 이번 과제에서 역할이 크다.
종합에너지 솔루션 보유기업인 한화에너지는 신재생에너지 에너지자립률 100%, 태양광·풍력·ESS 및 마이크로그리드 솔루션을 적용해 죽도 에너지자립섬 구축을 수행했으며 PV·ESS·EMS·MG 관리시스템에 대한 전문성을 바탕으로 설계, 분석, O&M 등 에너지생산 프로세스 전반에 걸친 종합적인 에너지솔루션을 보유하고 있다.
온배수열, 해수열, 지하수열 등 수열원 기반 열에너지 및 환경시설제어, 통합관리 전문기업 인터텍은 수열원 열에너지 활용 기반 농가시설온실 냉난방시스템 설비 및 공사는 물론 열에너지 기반 공장 및 건축물, 타운하우스 냉난방설비 공사 및 ICT기반 에너지모니터링 및 운영제어기술과 플랫폼 개발 역량이 뛰어나다.
P2H 연계 플러스DR 플랫폼을 개발할 에코브레인은 기상예측자료 기반 재생에너지 발전 출력 예측기술과 전국계통 재생에너지 통합관제 모니터링시스템을 구축했으며 태양광, 풍력 등 재생에너지 발전사업에 맞춤형 정보를 제공하고 국가 그리드 그린에너지 빅데이터센터를 구축했다.
냉난방설비(TC86)관련 KS표준 표준개발협력기관(COSD)이며 단체표준 25개를 제정한 경험이 풍부한 한국냉동공조산업협회는 국내 안전규격, 표준화 활동은 물론 국제적 환경규제 및 친환경 정책 등 방향 수립을 위한 세계냉동공조협의회(ICARHMA) 활동을 바탕으로 이번 R&D를 통한 독자적인 표준 개발에 역량을 발휘한다.
