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태양열協, 산업 활성화 방안 모색

산·학·연·관 참석 합동세미나 개최


한국태양열협회(회장 권영호)는 지난 10월31일부터 11월1일까지 제주도 더 스테이 센추리 호텔에서 태양열산업 활성화를 위해 산·학·연·관 관계자 50여명이 참석한 가운데 합동세미나를 성황리에 개최했다고 밝혔다. 이날 세미나에는 이용필 산업부 신재생에너지정책과장, 유인성 경남도 에너지산업과 주무관, 김의경 신재생에너지센터 실장, 박병춘 에너지공단 본부장, 홍희기 경희대 교수, 김준태 공주대 교수, 백남춘 에너지기술연구원 박사 등이 참석했다.  

권영호 회장은 인사말을 통해 “현재 에너지선진국들은 파리기후변화협약을 준수하기위한 각종 기본계획 및 수행계획을 발표하고 있으며 태양열분야에서도 많은 계획들이 성공적으로 추진되고 있다”라며 “우리나라도 에너지기본계획에서 태양열설비의 보급성장 전망치를 11%로 예상하고 있다”고 밝혔다.

권 회장은 이어 “하지만 국내 태양열산업은 기술개발이 미흡하고 설치된 설비에 대한 관리를 못해 소비자만족부분에서 낮은 점수로 인해 존폐위기까지 몰리는 급박한 상황에 직면해 있다”라며 “특히 재생에너지 3020 이행계획에서는 전력수급에 대한 계획만 있지 신재생에너지 열분야에 대해서는 제대로 된 이행계획이 없다”고 지적했다. 

권 회장은 “현재는 4차 산업혁명시대로 초연결성, 초지능화, 빅데이터 등의 특성을 갖고 있으며 융합화에 기반해 모든 것이 상호 연결되고 지능화된 사회로 변화하고 있다”라며 “태양열산업분야도 4차 산업에 걸맞는 기술개발로 국가에너지정책에 기여할 수 있는 토대를 마련해야 한다”고 밝혔다.

권 회장은 특히 “오늘 이 자리에 모인 분들은 태양열설비의 중요성과 우수성을 다시 한번 알릴 방안이 무엇인지, 태양열산업의 중추역할이 될 수 있는 기술개발과 적용방안이 무엇인지 허심탄회한 논의를 해달라”고 강조했다.

이용필 산업부 과장은 축사를 통해 “전세계적으로 기후변화 대응해 화석연료에서 청정에너지로 전환하고 있으며 어느 누구의 책임이 아니라 전세계 모두가 동참해야 할 과제”라며 “기후변화 대응을 보면 우리나라처럼 자원빈국뿐만 아니라 러시아, 사우디아라비아 같은 자원부국도 재생에너지 확대에 적극 나서고 있어 전 세계적으로 재생에너지 발전비중이 신규 설비 투자부문에서 이미 원전을 추월했고 기술발전 추세는 더욱 가속화될 것”이라고 밝혔다.  



이 과장은 이어 “전 세계적으로 재생에너지 발전분야를 중심으로 진행되고 있으며 우리나라는 선진국대비 재생에너지 보급은 후발주자이지만 2030년 재생에너지 발전비중을 20%까지 높이겠다는 목표를 현실화하기 위해 보급 확대와 경쟁력 강화를 착실하게 추진하고 있다”고 밝혔다. 

세우고 지난해 3020이 진행돼 설비가 빠르게 보급되면서 목표용량의 2배 가까이 설치됐고 2017년 태양광설비가 2016년까지 보급된 것을 추월할 정도로 활발하게 보급되고 있다. 

이 과장은 “지난해 기준 신재생에너지는 1차 에너지 중 5.8%를 담당했으며 이중 태양열의 비중은 0.2% 정도”라며 “안타깝게도 태양열설비로 생산한 에너지생산량은 2017년에 비해 오히려 감소한 것으로 나타났다”고 우려를 표명했다. 이어 “우리나라 태양열시장은 정부사업을 중심으로 온수, 급탕용 시장이 처음부터 형성돼 왔지만 1997년 심야온수기 등장으로 경쟁력 약화, 사후관리 문제로 인해 시장이 지속적으로 축소돼 왔다”라며 “이러한 시장 축소가 기업들의 수익성 악화, 설비투자 미비로 이어져 2017년 기준 국내 산업규모는 170억원 정도로 측정되고 있다”고 지적했다.  

특히 정부는 태양열산업의 기술경쟁력 제고를 위한 R&D와 정부 보급사업도 지속적으로 추진하고 있으나 지원규모가 점차 감소하고 있다. 실제로 R&D는 연간 25억원 정도로 4~5년 전에 비해 2배 이상 줄었으며 보급사업도 120억원 정도에 불과하다. 공공기관 설치의무화 제도를 통해 재생에너지 열설비들이 활용되고 있으나 최근 태양광, 지열을 중심으로 시장이 형성되며 태양열설치는 오히려 감소하고 있다.
 
이 과장은 “이런 현실을 극복하고 태양열산업이 재도약하기 위해서는 태양열산업이 처한 현실을 정부도, 학계도, 산업계도 정확히 평가하고 진단해 앞으로 나아갈 방향을 재정립해야 한다”라며 “태양열에너지가 활용될 수 있는 분야, 계절적 특성, 소비자 재평가를 받을 수 있도록 해야 하는 중요한 시점으로 타 재생에너지원 대비 서비스를 경쟁력 있게 가져갈 수 있는 기술개발에 고민해야 할 시기”라고 지적했다.

이 과장은 이어 “전력분야에 비해 태양열업계의 만남의 시간이 그동안 부족했던 것이 사실이지만 이번에 좋은 기회가 마련된 것 같다”라며 “현재 제5차 신재생에너지기본계획 수립과정에 있으며 재생에너지 3020 전략이 전력생산 재생에너지 중심이라면 제5차 본계획은 전력뿐만 아니라 열, 수송분야에 정책에 반영도 적극 검토하고 있다”고 강조했다. 

태양열 활성화 방안 제시 

김의경 에너지공단 신재생에너지센터 산업실장은 ‘태양열 KS인증 및 보급활성화 방안’을 발표했다. 신재생에너지설비 KS인증제도는 국가의 신재생에너지보급 정책목표 달성을 위해 일정 수준 이상의 설비에 대해 인증을 발급하고 KS마크 표시를 허용하는 국가제도다. 태양열분야 KS표준은 △태양열 집열기(39개 모델) △태양열 온수기(7개 모델) 등 2개로 현재 총46개 모델이 인증을 받았다. 

태양열분야 주택 지원실적은 2019년 8월 누적기준 1,264억원이 지원돼 2만7,000호에 설비가 보급됐다. 주택지원분야 올해 예산은 55억원이다. 건물지원사업 지원실적은 2019년 8월 누적기준 726억원, 1,991개소에 보급됐으며 올해 지원예산은 51억원이다. 지역지원사업은 2019년 8월 누적기준 17개 기자체 대상으로 699개 사업이 시행돼 883억원이 지원됐다. 올해 지원예산은 260억원이다. 융복합지원사업으로 2019년 8월 기준 누적 4만3,935m², 443억9,000만원이 지원됐다.

김 실장은 “태양열보급 활성화를 위해 공기식 태양열, 태양광열 복합모듈(PVT) KS인증 품목 확대를 추진하고 태양열 냉난방시스템, 태양열 스마트팜, 제로에너지빌딩 등 실증형 R&D를 추진해야 한다”라며 “R&D결과물에 따른 적합성인증 및 시범보급사업을 추진할 수 있을 것”이라고 밝혔다.

김 실장은 이어 “지자체와 연계한 정부 보급사업에 적극 참여하는 한편 건축사협회 등과 연계한 설계사무소 협력으로 에너지절약설계기준, 녹색건축인증 등에 태양열분야 반영을 추진해야 한다”라며 “LH, 수자원공사 등 국내 스마트시티 시범사업 추진주체와 협력으로 스마트시티 구축사업의 영역확보 등 신규 프로젝트에 적극 참여해야 한다”고 강조했다. 

이경호 한국에너지기술연구원 박사는 ‘해외 태양열 기술개발 동향’을 통해 국제에너지기구(IEA) 태양열분야 지원프로그램, 해외 태양열 관련 전문연구기관, 국제태양열분야 학술대회 등에서 추진되고 있는 기술개발 현황에 대해 발표했다. 

IEA SHC의 비전은 2050년 건물 냉방 및 난방 에너지수요의 50% 이상을 태양에너지로 공급하고 농업 및 산업분야의 태양열공급에 크게 기여해 태양열 냉난방을 통해 전세계적인 이산화탄소 감축과 파리국제협약 목표 도달에 기여하는 것이다. 미션은 다양한 분야의 국제협력연구와 정보교환 및 시장과 정책제안으로 기술적이든 비기술적이든 모든 장애요소를 해결함으로써 태양열냉난방시스템 보급률 증대를 위해 노력하는 것이다. 

수행 중인 국제협력과제는 △차세대 태양열 냉난방 기술 △대규모 태양열냉난방시스템의 지역냉난방망 통합연계 기술 △공조 및 조명을 위한 건물일체화 태양외피시스템 기술 △태양광열 복합모듈 집열기와 새로운 솔루션 기술 등이 있다. 

독일 Frounhofer ISE도 △건축적으로 잘 통합된 히트파이프형 파사드 집열기 △최적화된 태양광열 복합집열기 △흡착식 집열기 개발 △온도최적화된 태양열주택의 열생산 △태양열 공동주택의 열공급 손실 저감 기술 등을 개발하고 있다. 또한 태양열시스템 표준화에 의한 비용 절감, 집열기 과열방지 기술 개발도 수행하고 있다.
    
오스트리아와 스위스도 태양열을 이용할 수 있는 기술개발 키워드가 △계간축열 △제로에너지빌딩 △스마트제어 △냉난방 △PVT 등이며 유럽의 신재생에너지학회인 ‘EUROSUN 2018’에서도 △태양열 냉방 △대규모 태양열 △태양에너지 연계 히트펌프 △디지털기술적용 등이 핵심 키워드였다.

이경호 박사는 “해외에서는 태양열집열기, 태양광열복합 집열기, 태양열-히트펌프 복합시스템, 지능형제어, 대규모 태양열, 계간축열 등 다양한 요소기술 및 시스템레벨 연구개발에 집중하고 있다”라며 “또한 단독이나 공동주택 등 건물단위 제로에너지주택, 건물 태양열시스템 적용, 저온 지역난방시스템 등과 태양열연계 지역에너지시스템 효율화도 진행되고 있다”고 밝혔다.

이 박사는 “국내에서는 타에너지원과 융복합시스템 방식의 기술개발과 태양열시스템의 비용 저감, 신뢰성 향상, 디지털지능화 연구가 필요하다”라며 “태양열 냉방, 태양열 고밀도 축열 등 차세대 태양열 요소 및 응용기술 개발과 국제협력연구 강화가 필요하다”며 국내 연구방향에 대해 제언했다.

김준태 공주대 교수는 ‘모듈러방식의 공기식 BIPVT시스템’에 대해 발표했다. 이번 시스템은 건물외피를 통해 필요한 열원 및 전기를 생산하고 건축 마감방식의 기술로 공장에서 생산된 모듈러방식의 공기식 BIPVT 컬렉터가 건물공조시스템과 통합돼 제어되는 신재생에너지 활용기술이다. 

또한 제어를 통해 하절기에는 열기를 배출하고 동절기에는 기존 건물 설비시스템에 연계해 집열된 열원을 이용하기 위한 AHU시스템이 통합된 건물 외피시스템이다. 집열된 공기열원을 건물 난방열원으로 직접 이용하면서 BIPVT 컬렉터의 과열방지로 전기효율을 증진시키는 효과도 크다.

특히 공장에서 생산하는 모듈러 건축방식으로 현장조립을 최소화하고 쉽게 시공이 가능한 모듈러 건축 및 결합기법의 태양에너지 외피시스템이다. 

김준태 교수는 “기존 BIPV시스템대비 최종 건물적용 시 동작출력을 10% 증진시키며 공장에서 생산하는 모듈러방식의 BIPVT 결합기법 및 제작 설계기술을 개발했다”라며 “모듈려방식의 공기식 BIPVT 컬렉터를 이용한 환기 및 난방을 위한 AHU을 개발하고 주간 이용 건물에 적용 가능한 BIPVT시스템을 설계 및 개발하고 기존 건축물에서 실증했다”고 밝혔다.

공기식 BIPVT와 AHU시스템 실규모 현장 적용을 위한 천안소재 차암초등학교 증축건물을 실증평가 대상 건물로 선정, 설치했다. 실증대상지로 선정된 초등학교는 기존 4층 건물에서 1개층을 증축할 예정이었으며 증축부의 남측입면에 BIPVT 컬렉터가 적용됐다.

홍희기 경희대 교수는 ‘제로에너지(ZEB) 주택용 태양열설비’에 주제발표했다. 홍 교수는 “제로에너지빌딩은 패스브하우스와 에너지절약설비, 신재생에너지를 결합한 건물로 이중 주택에서 에너지를 생산할 수 있는 것은 태양열밖에 없다”고 강조했다

태양열을 이용한 냉방시스템은 대표적으로 흡수식 냉방과 제습냉방이 존재하며 태양열+흡수식 냉방은 서울시 신청사가 대표적인 적용사례다. 반면 제습냉방은 흡수식 냉방에 비해 소형시스템으로 주택 및 중소형 건물에 적용이 적합하다. 

홍 교수는 “제습냉방시스템은 제습로터, 현열로터, 가열코일, 증발식 냉각기로 구성돼 있으며 현열로터는 부피가 크고 가격이 비싸 단위 세대용으로 사용화가 어렵다”라며 “증발식 냉각기는 한정적 체적에서 열효환 면적을 이상적으로 증가시키기 어려워 이를 해결하기 위해 현열로터를 대체하는 하이브리드 제습냉방기가 개발됐으며 유럽, 일본보다 최소 5년 이상 앞선 기술”이라고 밝혔다.

홍 교수는 특히 “모든 시스템은 사용자가 의식하지 않고 사용할 수 있는 시스템을 갖추는 것이 필수”라며 “이를 위해 IoT적용 태양열 고장진단 및 유지관리시스템을 개발했다”고 강조했다.

이 시스템은 태양열시스템 고장의 예보 및 원인을 진단하고 알려주는 feedback/feedforward 스마트 무선 전송시스템으로 태양열시스템 주요 고장항목에 대해 실시간 모니터링, 이상 감지시 스마트기기로 팝업알람으로 알려준다. 

정재용 세한에너지 상무는 태양열산업 발전을 위한 신재생에너지 보급사업의 제도개선 방안과 이에 따른 대안적 해결방안을 제안함으로써 태양열산업 활성화에 기여하고 연관 산업의 동반성장을 촉진하기 위한 ‘태양열 보급 활성화를 위한 건의사항’을 발표했다.  

먼저 건물지원사업 지원 대상 및 범위 확대를 제안했다. 이는 건물소유주에 따라 지원대상이 달라 소비자혼란이 초래되고 있어 개선할 것을 제안한 것으로 현재 경로당 및 마을회관은 건물소유주에 따라 건물지원사업 및 지역지원사업 대상지로 나뉘게 돼 있다.

건물지원사업 신청 시 융복합사업에 가점을 부여하고 사업비를 우선 배정할 수 있도록 보완함으로써 사회복지시설 및 공동시설의 적용범위가 확대돼 지역에너지 보급정책 불균형을 해소할 수 있으며 농어촌 주민의 열에너지사용 비용 절감, 혹서기·혹한기에 쉼터 활용 및 지역주민 사랑방으로 효과적으로 운영할 수 있을 것으로 기대된다. 특히 다양한 기술 적용에 따른 기업R&D 경쟁력 및 기술력 강화에 기여할 수 있다. 
 
정 상무는 “태양열설비의 지원범위가 20m² 이하/호(세대)로 난방을 원하는 소비자가 요구를 충족할 수 없어 사업대상지가 축소됨에 따라 수요가 감소하고 있다”라며 “태양열을 이용한 기술개발 의지 상실로 단순 온수설비만을 보급하고 태양열발전설비 등 전기보일러사용으로 비효율적으로 에너지가 사용되고 있다”고 지적했다. 

개선방안으로 4계절 태양이용 효율을 극대화시킬 수 있는 태양열 건조설비나 제습냉난방설비 등 융합설비 설치 시 면적제한을 해제함으로써 2020년 시행되는 제로에너지빌딩 의무화에 열에너지사용 실용적 보급모델 연구개발 동기를 부여하고 태양열설비의 여름철 부하관리 미흡에 따른 시스템결함도 해소될 수 잇을 것으로 기대된다. 

사업관리(사업발주 등)를 지자체가 위탁관리함으로써 부실시공을 초래하고 있다지는 지적돼 제기됐다. 현재 지자체에서는 지방계약법에 의거해 전기공사업(태양광), 기계설비공사(태양열, 지열), 난방시공업(태양열)을 대상ㅇ로 공개입찰로 시공자를 선정하고 있다. 이에 따라 신재생에너지설비의 시공실적이 전무한 시공업체가 수주받는 등 전문성이 결여되고 있으며 입찰 자격조건만 갖춘 업체 낙찰 시 불법 하도급으로 시공되는 경우도 상당수 발생하고 있다. 

정 상무는 “에너지공단 사업의 공개 평가절차를 거쳐 선정된 참여기업은 공개입찰로 선정된 기업과 동일여건으로 별도 입찰절차 없이 수행할 수 있도록 하고 융복합사업 등 공공기관이 주관해 전문기업 컨소시엄 형태로 참여할 수 있도록 해야 한다”고 강조했다.

보급사업 참여 전문기업이 대상지의 사전조사부터 참여함으로써 사업 관련 기초자료를 수집해 타당성을 검토해 정확성은 물론 시공·의무사후관리 전문성을 확보할 수 있어 효율적인 시스템 운영이 가능하다. 특히 의무사후관리기관 이후에도 지속적인 사후관리 체계 마련이 용이할 것으로 기대된다.