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[HVAC KOREA] 차세대 히트펌프 R&D 트렌드 공유

히트펌프얼라이언스, 정기세미나 개최


한국히트펌프얼라이언스는 5월24일 세텍 컨벤션센터 세미나실 1에서 업계 관계자 150여명이 참석한 가운데 기계설비전시회(HVAC KOREA) 부대행사로 ‘히트펌프얼라이언스 정기세미나’를 개최했다고 밝혔다. 차세대 히트펌프 정책 및 기술개발 동향을 주제로 열린 이번 세미나는 냉동공조 전문저널 칸kharn과 메쎄이상이 공동 주관사로 참여했다.

김민수 히트펌프얼라이언스 의장(서울대 교수)은 개회사를 통해 “선진국에서는 가정용뿐만 아니라 건물용, 산업용까지도 히트펌프로 전환되고 있다”라며 “히트펌프는 일단은 가정용으로 냉난방하는 기기 정도로 알고 있었지만 현재는 스팀을 만드는 산업용까지 확장되면서 우리나라에서도 스팀히트펌프 개발 정부 과제도 현재 진행되고 있는 상황”이라고 밝혔다. 

김 의장은 이어 “히트펌프 중요성은 전 세계적으로 강조가 되고 있으며 유럽에서는 2045년까지 건물용, 상업용, 산업용 등 열원 공급의 50% 정도를 히트펌프가 감당할 수 있도록 정책 방향이 제시되고 있다”라며 “이번 히트펌프얼라이언스 정기세미나에서 이슈가 되는 주제발표가 많은 만큼 유용한 정보를 얻어갈 수 있기 바란다”고 밝혔다. 

최준영 대한설비공학회 회장(히트펌프얼라이언스 기획위원장·KTL 박사)는 축사를 통해 “히트펌프얼라이언스가 창립된지 벌써 10년이 지났으며 매년 1~2회에 걸쳐 정기세미나를 개최하고 있다”라며 “창립 초창기에는 소규모로 세미나가 진행됐으나 어느 순간 관심을 받으며 참가신청자가 늘어나고 있으며 이번 세미나에서도 140여명 이상이 신청한 것으로 알고 있다”고 말했다. 

최 회장은 이어 “히트펌프 얼라이언스를 통해 히트펌프산업이 가야할 방향을 공유할 수 있도록 많은 관심을 가져달라”라며 “오늘 발표자는 히트펌프분야에서 가장 권위있는 분들인 만큼 좋은 정보를 얻어가고 히트펌프산업 활성화를 위한 다양한 의견을 나눌 수 있었으면 한다”고 덧붙였다. 

건물부문 탄소중립, 히트펌프 역할 커 

첫 발표에 나선 임현지 녹색에너지전략연구소 부연구위원은 ‘난방 탈탄소를 위한 글로벌 히트펌프 정책 동향’에 대해 발표했다.

녹색에너지전략연구소는 2014년 11월 설립된 비영리 민간 싱크탱크로 재생에너지를 중심으로 한 에너지전환을 위해 재생에너지 확대와 산업 육성을 위한 정책 개선 연구, 주민수용성 제고 연구, 에너지시스템 모델링 분석, 재생에너지 기반 전력시장 분석 연구 등을 수행하고 있다. 

우리나라 건물부문 에너지사용은 2018년 기준 4,480만TOE로 주거용 건물에서 화석연료 사용이 도시가스 47%를 포함한 60%를 차지하고 있다. 건물부문 온실가스 직접 배출량은 5,210만톤으로 국가 온실가스 배출량의 7%를 차지하고 있으며 간접배출 포함시 25%까지 올라간다.
건물부문 온실가스 배출량은 2020년부터 증가하는 추세이지만 정부정책은 탄소중립 달성에 불충분하다.

임현지 부연구위원은 “건물부문 탄소중립은 △건물에너지효율 향상(신축, 기축) △저탄소 청정에너지 보급 △에너지효율 향상 및 관리 등 4가지 주요 감축수단으로 구성돼 있다”라며 “그러나 정부안은 난방연료 전환 및 건물 신재생에너지 확대에 대한 구체적인 계획이 부재해 녹색에너지연구소는 정부안 대비 구체적인 탈탄소 계획을 담은 K-Map 2.0 시나리오를 마련했다”고 밝혔다.

K-Map 2.0 시나리오는 △신축 건물: 제로에너지건축물 의무화제도 강화(기준 상향) △기축 건물: 그린리모델링 연 2% 추진(민간보조금 신설) △신규 화석연료 보일일러 설치 금지(2030년부터) △노후 석탄·석유보일러 퇴출(2030년까지) △히트펌프 및 지역난방 확대 △건물 지붕태양광 의무화(2025년부터) 등을 제시하고 있다. 이를 통해 2018년 5,210만톤이었던 온실가스를 2030년 3,030만톤, 2050년 탄소중립을 달성할 수 있을 것으로 제안하고 있다.

글로벌 히트펌프 보급 동향을 보면 주거부문 최종 에너지소비의 약 80%가 난방에 사용되며 70% 이상이 여전히 화석연료(대부분 천연가스)에서 발생하고 있다. 유럽 내 건물 냉난방에 따른 온실가스 배출량이 12%를 차지하고 있어 EU는 러시아-우크라이나 전쟁 이후 에너지수입을 감소하기 위해 연간 히트펌프 판매량을 2배 늘리는 REPowerEU 목표를 수립했다.

유럽 히트펌프시장은 견인하는 트렌드는 △기술개발로 온도범위가 넓어져 더 큰 건물에도 사용가능(-25℃~65℃) △냉난방부문 탈탄소를 위해 건물에너지기준 강화, 보조금 확대 △규모 경제가 형성되며 생산비용 낮아짐 등이다. 

임 부연구위원은 “목표 달성을 위해서는 2026년까지 약 2,000만대의 히트펌프 설치, 2030년까지 약 6,000만대의 히트펌프를 설치해야 한다”라며 “2029년까지 화석연료보일러의 단독 사용 중단과 함께 히트펌프 확대를 위한 인센티브 등 수단을 제안하고 있다”고 밝혔다. 이어 “회원국들이 건물 화석연료보일러에 대한 보조금 마간기한을 2027년에서 2025년으로 앞당길 것을 권장하고 있다”라며 “이를 통해 건물에서의 가스수요를 2030년까지 2022년대비 40% 감축하고 주거부문은 온실가스 배출량도 46% 감축이 가능하다”고 덧붙였다.

미국의 경우 주거부문 에너지소비 중 냉난방 및 온수가 48%를 차지하고 있다. 2022년 430만대 이상의 히트펌프가 판매된 반면 가스보일러 판매는 약 390만대에 그쳤다. 이에 따라 히트펌프가 가스보일러 판매를 능가하며 시장점유율 50%를 초과달성했다. 특히 미국에서는 Air-to-air 히트펌프 시장점유율이 높으며 2021년 미국에서 건설된 단독주택의 39% 이상이 히트펌프를 주요열원으로 사용하고 있다.

임 부연구위원은 “미국 히트펌프시장 규모는 2022년 120억달러로 평가됐으며 2023년부터 2032년까지 연간 9% 이상 성장이 예상된다”라며 “현재 가장 많이 사용되고 있는 공기열원 히트펌프는 2030년까지 9.9%, 지열히트펌프는 12% 성장할 것으로 추정된다”고 밝혔다. 

국내 히트펌프 보급의 문제점으로 △제한적인 신재생에너지원 범위 △히트펌프 누진제 문제 △탄소중립 목표 내 히트펌프정책 부재 등을 들었다. 

임 부연구위원은 “2050 건물부문 탄소중립 달성을 위해서는 소형히트펌프 200만대, 중형 히트펌프 12만대, 대형 히트펌프 3만대 등 보급이 필요하며 도시가스 미공급지역 및 신축 주택을 중심으로 히트펌프보급 확대 계획 수립이 시급하다”라며 “신규 가스보일러 설치 금지나 건물 열에너지자립률 기준 도입, 성능기준을 충족하는 공기열원 히트펌프에 대해 재생에너지 인정 및 보조금 지급, 공동주택 중심의 국내 환경에서도 적용할 수 있는 기술을 상용화할 수 있도록 R&D 지원이 필요하다”고 강조했다. 

냉매 규제 대안 ‘암모니아’  

박용길 태화인더스트리 상무는 ‘자연냉매 적용 산업용 히트펌프 개발’에 대해 발표했다. 

1988년 설립된 태화인더스트리는 냉동냉장창고, 저온설비, 음료, 냉동편의식품 등 식품산업과 산업용 공조, 의약, 화학, 석유화학 등의 냉각공정 등 다양한 분야에 적용되는 산업냉동시스템 엔지니어링, 설비관련 장비 제조, 냉동기 판매 및 A/S 등을 영위하고 있다.

박용길 상무는 “탄소중립(Net-ZERO)는 6대 온실가스인 이산화탄소(CO₂), 메탄(CH₄), 아산화질소(N₂O), 수소불화탄소(HFCs), 과불화탄소(PFCs), 육불화황(SF₆)의 순배출량이 ‘0’이 되도록 한다는 의미로 배출량을 제거량과 동일하게해 실질적인 배출량을 ‘0’이 되도록 하는 것”이라며 “IPCC 제 6차 평가보고서에서 지속되는 온실가스 배출로 인한 온난화 심화로 거의 모든 시나리오에서 가까운 미래(2021~2040년)에 지구의 평균온도 상승이 1.5℃에 도달할 것이라고 분석하고 있다”고 밝혔다.

이어 “지구온난화를 제한하더라도 이미 발생한 비가역적 변화는 돌이킬 수 없으며 지구온난화가 진행될수록 이러한 급격한 비가역적인 변화와 함께 손실과 피해는 증가하며 적응한계에 도달하게 된다”라며 “지구온난화를 제한하기 위해 CO₂를 포함한 전체 온실가스 배출량과 제거량이 상쇄돼 순배출량이 ‘0’이 되는 탄소중립이 중요하다”고 밝혔다.

전 세계 에너지수요의 28%가 산업부문에서 발생하며 대부분을 화석연료가 충당하고 있다. 이에 따라 전기화가 탄소중립을 위한 대응방안 중 하나로 제시되고 있다. 전기화는 최종소비 관점에서 에너지사용을 화석연료에서 전기로 전환하는 기술을 보급하는 것으로 건물부문의 냉난방 설비 전기화를 위한 히트펌프, 산업부문 히트펌프, 전기오븐 등으로 전화되고 있다. 

박 상무는 “전기화에 의한 전력 수요증가로 온실가스 배출이 증가할 수 있으나 태양광, 풍력 및 수력 등 무탄소 전기에너지의 보급 및 확대에 따라 장기적으로 온실가스 감축수단으로 평가된다”라며 “탄소중립 대응 방안 중 하나인 ‘전기화’에서 히트펌프는 핵심수단 중 하나”라고 강조했다.

이어 “히트펌프는 버려지는 폐열을 이용해 유용한 에너지를 만들 수 있으며 열효율을 100% 이상 달성할 수 있는 유일한 기술”이라며 “산업부문에서 히트펌프 도입을 확대하는 것은 천연가스를 비롯한 화석연료에 대한 의존도를 낮추고 탄소중립 사회로의 전환 속도를 가속화시킬 수 있는 수단”이라고 강조했다.

태화인더스트리가 암모니아 냉매를 적용한 히트펌프를 개발한 배경은 전 세계가 몬트리올의정서 당사국총회에 이어 수소불화탄소(HFCs)까지 감축 합의하는 기칼리개정의정서를 채택하면서 HFC 감축 계획이 확정됐다. 우리나라의 경우 감축일정은 2024년 동결, 2029년 10% 감축, 2035년 30% 감축, 2040년 50% 감축, 2045년 80% 감축 등이다. 

특히 2023년 4월19일 ‘오존층보호법 시행령’이 본격 시행돼 제2종 특정물질로 구분된 HFCs에 대해 2024년부터 감축규제가 시작됐다. F-Gas 개정과 별개로 5개국이 PFAS 사용에 대한 공동 REACH 제한 제안 준비가 합의되기도 했다.

박 상무는 “암모니아(R717)는 증발 엔탈피가 높고 분자량이 낮은 특성으로 이미 상업 및 산업부문에서 150년 이상 냉매로 사용돼 왔으며 이로 인해 축적된 지식과 경험으로 산업용 히트펌프에 가장 적합한 냉매”라며 “암모니아는 독성과 폭발성을 가지기는 하나 시스템 설계, 설치, 유지보수 중 안전기준을 준수함으로써 최소화할 수 있다”고 강조했다.

태화인더스트리가 개발한 암모니아 히트펌프는 △냉동시스템 응축폐열, 폐수, 지열 등 다양한 열원 사용 가능 △폐열을 활용해 최대 90℃ 고온수 생산, 공급 △냉매충전량 최대 약 95kg 이하로 충전량 최소화 △콤팩트한 사이즈로 설치 면적 최소화 △연료비 감소 및 탄소배출 저감 기여 등이 가능하다. 현재 이마트(400kW)에 설치돼 운영 중이며 COP 6.38를 자랑한다.

히트펌프 기술개발 로드맵 작성

송찬호 한국기계연구원 히트펌프연구센터 센터장은 ‘히트펌프연구센터 및 히트펌프 기술개발 로드맵 소개’에 대해 발표했다. 

히트펌프연구센터의 슬로건은 ‘세상의 모든 열을 움직이는 히트펌프연구센터’로 4개 working Group, 2개 Steering Group 등으로 구성돼 있으며 24명이 현재 근무 중이다. 주요 연구분야는 △고효율 친환경 히트펌프시스템 기술 △히트펌프 핵심 기자재 기술 △히트펌프 응용 및 열에너지 네트워크 기술 △에너지시스템의 열공정 및 고성능 에너지변환기술 등이며 히트펌프기술 혁신으로 탄소중립에 기여할 수 있는 열에너지 토탈 솔루션 제공이 목표다.

현재 △화석연료 대체를 위한 300℃급 고온 히트펌프시스템 개발 △차세대 대체냉매 및 고효율 냉난방기기 핵심기술 통합 운영시스템 개발 △열에너지 다소비 산업설비 스마트설계 플랫폼 기술개발 및 실증개발 △차세대 냉난방기술 개발(알키미스) △소량 냉매사용 및 냉온수 동시 생산이 가능한 산업용 히트펌프 기술 △350kW급 자연냉매(R718) 적용 압축식 냉각기술 개발 등 R&D를 수행하고 있다. 

히트펌프기술개발 로드맵은 대한설비공학회와 한국기계연구원 히트펌프연구센터가 주관해 마련했으며 △산업용 히트펌프 △카르노배터리 △미활용에너지 히트펌프 △열에너지 네트워크 등에 기술개요, 글로벌 에너지 트렌드, 핵심Scope 등이 수록돼 있다. 또한 시장 및 기술동향, 이슈 및 전망, 비전 및 목표, 중점추진 방향, 전략품목별 기술개요 등으로 구성돼 있다.

산업용 히트펌프는 활용도가 높은 스팀생산 공급온도인 100~200℃의 열을 생산하는 히트펌프로 한정해 열원 종류, 용량 제약없이 실제 산업공정에서 요구되는 온도영역, 용량을 고려해 파급효과가 큰 과제로 구성됐다. 

카르노배터리는 고온 열생산, 고온 열저장, 열을 전기로 전환하는 발전 등 세 부분으로 구성해 기술방향을 수립했으며 미활용에너지 히트펌프는 미활용에너지 종류에 따른 주요 히트펌프기술개발 동향, 각 에너지특성에 적합한 히트펌프시스템의 기술개발 로드맵으로 구성됐다.

열에너지 네트워크는 지열원과 같은 열에너지소스를 공유하거나 빌딩 또는 지역간 온수, 냉수를 생산해 공급하는 시스템을 포함해 열에너지 네트워크 인프라, 양방향 열에너지수요, 공급에에 따른 열거래 현황을 파악해 제시됐다.

전략품목으로 산업용 히트펌프분야는 △스크류 압축기 적용 중소규모형 산업용 스팀히트펌프 △대용량 터보히트펌프 및 MVR 적용 산업용 스팀히트펌프를, 카르노배터리분야는 △자연냉매 활용 고온 히트펌프시스템 △콘크리트 구조체 기반 고체 열저장 기술개발 △고체 입자 기반 이동형 열저장시스템 △카르노배터리 장주기 ESS기술 등을 선정했다.

미활용에너지 히트펌프 전략품목은 △재생열원 하이브리드 Low GWP냉매 히트펌프 개발 및 실증 △자연냉매 냉각장치 활용 수열·지열 하이브리드 데이터센터 냉각시스템을, 열에너지 네트워크분야는 산업폐열을 이용한 열에너지 거래기술 개발 및 실증 등을 제안했다.

국가경쟁력 향상 ‘스팀히트펌프’ 개발 

조용훈 센추리 상무는 ‘보일러 대체 산업용 180℃급 고온 스팀히트펌프 기술개발 및 실증’에 대해 발표했다. 

스팀히트펌프는 국내대비 10여년 앞선 일본, EU 등 많은 선진국에서 관련 기술개발이 경쟁적으로 진행되고 있다. 스팀히트펌프 대용량화를 위한 핵심요소기기 상세설계 및 시스템설계, 운용에 필요한 기술적 난제 해결이 필요한 상황이며 산업공정에 적용 가능한 용량에 대한 요소 및 시스템기술을 개발하고 실증을 통한 신뢰성 확보가 필요하다.

특히 산업용 히트펌프는 고온부에 맞춰 개발돼야 하기 때문에 임계온도가 높은 저압냉매를 선정해야 하며 Low GWP냉매로의 전환을 위한 핵심요소기기 및 이를 활용한 고온 스팀히트펌프시스템 관련 국내 독자기술이 필요하다.

조용훈 상무는 “고온 히트펌프는 저탄소화, 탈탄소화를 위한 핵심기술로 다양한 산어분야에 적용이 가능하다”라며 “에너지효율 향상 및 저탄소화가 가능한 스팀히트펌프를 산업공정에 적용 시 산업현장에서는 에너지소비량 및 탄소배출권 비용절감을 동시에 달성할 수 있어 산업경쟁력 향상에 도움이 된다”고 밝혔다. 이어 “산업용 고온 히트펌프 세계시장은 2023년 40억1,700만달러 규모로 추정되며 2028년까지 연평균 상장률은 6.8%로 예측된다”라며 “미활용 열에너지를 재사용하는 고온 히트펌프는 에너지효율이 높아 국가 에너지소비량 절감에도 기여할 수 있다”고 강조했다. 

센추리는 이번 R&D를 통해 무급유 고온 스팀히트펌프(3MW/h)를 개발할 계획이며 국내 최초로 R1336mz 혼합냉매를 적용한 초임계 냉동사이클 최적화 기술을 개발한다. 압축기 8.3의 무급유 기반 터보냉동기 개발 및 자기베어링 기반 고속(1만8,000RPM) 회전장비 상용화에 나선다. 이를 위해 △저온부 폐열 공급 폐열회수 열교환기 및 축열조 설계기술 △고온 스팀히트펌프용 고효율 열교환기 설계기술 △증기발생기 및 MVR시스템 개발 및 실증 △고온 스팀히트펌프시스템 기술개발 및 실증 △디지털 트윈기반 스마트 최적운전제어 솔루션 통합관제시스템 구축 △실증사이트 구축 및 최적 운영기술 △성능평가 및 표준화기술 △고온 적용 Low GWP 냉매 분석 및 개발 등이 진행된다.

조용훈 상무는 “식품제조공정에 폭넓게 사용되는 고온히트펌프의 수요기업으로서 개발단계부터 양산 적용을 적극 추진해 공장 내 실증면적 확보 및 생산설비 레이아웃 배치 등을 사전에 반영해 실증할 계획”이라며 “기존 사용 보일러의 열량보일러 총합 8,085Mcal/hr 중 4,215Mcal/hr 사용을 목표로 하고 있다”고 밝혔다.

이어 “분야별 요소기술 개발과 시스템구축 및 현장실증을 통해 성과를 공인검증해 180℃ 고온히트펌프시스템 개발 및 실증으로 최종 개발목표를 발성하겠다”라며 “세계 최고 수준인 COP 2.5 산업용 고온히트펌프시스템을 성공적으로 상용화 개발해 세계시장을 개척하고 화석연료 에너지산업을 대전환해 2050 탄소중립 실행에 앞장서겠다”고 강조했다.

SSHP, 히트펌프시장 확대 기폭제

박창대 기계연구원 탄소중립기계연구소 박사는 '산업분야 히트펌프 확대 적용을 위한 과제'를 주제로 발표했다. 

산업부문 에너지원별 에너지사용현황에서 전기는 17%에 불과한 반면 석유류 5.4%, 가스류 44.2%, 석탄류 33.4%에 달한다. 탄소중립 효과를 효과적으로 달성하기 위해서는 제조업에 필요한 공정열을 친환경에너지로 대체하는 것이 필수다. 특히 열에너지 및 산업부문의 탈탄화는 필수적이며 잉여전력의 효율적 사용으로 분산에너지 확대로 시급하다.

에너지수급 밸런스오 열에너지 전기화 추세를 고려한 '열전기 저장시스템 기반 건물군 열에너지 수요관리 기술개발 및 실증' 과제가 선다코리아를 총괄주관으로 지역난방공사, GS파워, 기계연구원 등 12개 기관이 참여하는 R&D가 추진된다. 이번 R&D는 △분산에너지 활성화를 위한 출력제어 수요관리기술 확보 △동/하절기 피크전력 완화를 위한 수요관린 기술 확보 △열에너지 수요관리기술의 1년 이상 실증을 통한 기술 신뢰성 확보 등을 목표로 진행된다. 이를 위해 △양뱡향 열네트워크 최적 운전기술 개발 및 실증 △열에너지 생산, 저장, 운용기술 개발 및 실증 △가용용량평가 및 시장 시나리오 편익 분석 등이 연구될 예정이다.

박창대 박사는 "신축 건물 확산 가속화 정책과 분산에너지 활성화정책 추진에 따른 열에너지저장 중심의 열네트워크 최적 운영기술과 분산에너지 활성화와 출력제어에 대응할 수 있는 TES기반 열 네트워크 구축 및 실증연구를 통한 수요관리 핵심기술 확보가 시급한 상황에서 이번 R&D는 주목할 필요가 있다"고 밝혔다. 

국내에 -200°C 이하 증기를 사용하는 제조시설이 산업부문의 약 73%를 차지하고 있다. 독일은 -100°C 이하 온수에 대한 수요가 200°C 이하의 증기 수요와 비슷하며 미국은 -100~ 200°C의 열수요가 전체 산업 열수요의 25% 차지하며 100°C 미만은 19%다. 온도별 적용 가능 재생열에너지 시스템은 100°C 이하 열 수요(주로 공간난방과 온수)시 태양열시스템, 히트펌프가, 100~200°C 열수요(건조, 탈수, 증류, 살균, 조리 등의 산업공정을 위한 증기)는 태양열시스템, 고온히트펌프가 담당할 수 있다. 

박 박사는 "국내 산업폐열은 기업의 총 소비에너지량의 11.7%로 추잔되고 있으며 국외, 특히 EU는 산업공정에 소비된 열량의 16.7%, 산업 총에너지소비의 9.5% 수준"이라며 "고온히트펌프 증발열원으로 활용한 폐열의 양은 절대적으로 부족한 상황이며 COP 3.0 기준 증발열원의 양은 소비량의 67.7% 필요하다"고 밝혔다. 이어 "태양열 히트펌프 시스템은 고온히트펌프의 고온 증발 열원에 대응할 수 있는 거의 유일한 재생열에너지원이지만 지열, 연료전지 폐열, 공기열, 온배수, 하천수 등은 60 ℃ 이상 확보가 어렵다"라며 "태양열 및 집단에너지 고온히트펌프는 폐열 비율에 관계없이 산업용 LPG 보일러보다 경제성이 있으며 태양열히트펌프 DPP는 3.5년, 집단에너지 히트펌프 DDP는 0.8년에 불과하다"고 강조했다. 

박 박사는 특히 "고온히트펌프는 피크부하 저감, 잉여전력 섹터커플링뿐만 아니라 분산에너지 확대를 위해서도 중요하며 산업분야로의 HP 적용을 위해서 고온히트펌프 개발 및 적용 기술 개발이 필요하다"라며 "태양열은 고온히트펌프 열원으로 거의 유일한 재생에너지원이며 태양열 히트펌프(SSHP)는 성능과 경제성 모두 우수한 만큼 SSHP는 히트펌프시장을 크게 확대시킬 수 있다"고 강조했다. 

글로벌이슈 대응, 히트펌프 개발 지원 

이윤빈 에너지기술평가원 효율향상PD는 ‘히트펌프 R&D 트렌드 및 향후 방향’에 대해 발표했다. 

에너지효율 향상 및 최근 이슈에 대해 이윤빈 PD는 “산업분야는 에너지 네트워크 고효율화, 산업공정 고효율화, 고효율 자원화 플랫폼 구축 등 산업계에서 분산소비되는 에너지수요량 절감 기술이 주목받고 있다”라며 “건물분야는 스마트 에너지기술 융합 및 제로에너지 커뮤니티 글로벌 모델 구축을 위한 제로에너지빌딩 핵심부품, 기축 건물 최적화 등 건물에너지 수요량 절감기술은 물론 안정적인 에너지공급과 ICT기술의 급속한 발전으로 인한 에너지부분으로의 적용이 증가하고 있다"고 밝혔다. 

이 PD는 "전 세계는 에너지안보, 탄소중립을 위한 에너지효율정책을 강화하고 있으며 우리나라도 에너지 저소비 구조전환을 위한 효율혁신을 적극 추진 중"이라며 "고효율기자재 세계시장 진출과 에너지안보, 탄소중립 달성과 고효율기기, 설비 세계시장 진출을 위해 혁신기술인 히트펌프 기술 확보가 필요하다"고 강조했다. 

전 세계 히트펌프시장 규모에 대해 Markets and Markets은 2021년 기준으로 약 531억달러이며 2026년까지 연평균 9.5% 성장 전망을, Market.us는 2022년 기준 약 665억달러이며 2032년까지 연평균 8.8% 성장을 전망했다. 또한 Vantage Market Research는 2022년 기준 약 568억달러이며 2029년까지 연평균 9.2% 성장을, Grand View Research는 2023년 기준 약 887억달러이며 2030년 1,665억달러 규모로 성장할 것으로 예측하고 있다. 국내 히트펌프 시장 규모에 대해 Markets and Markets은 2020년 기준 20억8,300만달러이서 2026년까지 연평균 8.5% 성장을 전망하고 있다. 

히트펌프 기술분야 이슈는 △대용량 고온 히트펌프 △작동유체(HFOs, 자연냉매) △경제성(가정용, 한냉지성능, 미활용에너지 활용 확대, 지속적인 성장과 생태계 확대 △디지털화(센서 및 네트워크 기술, 대용량 이종 데이터 통합 분석 및 제어) △Low GWP 냉매 제품 및 시템 인증 및 실증인프라 구축 등이 있다. 이러한 이슈에 대응하기 위해 에기평은 △산업 공정 열에너지 전기화 전환을 위한 핵심 기술 개발 및 실증(2023년 4월~2027년 12월) △산업용 1,000RT 대온도차 히트펌프 시스템 핵심기술 및 실증·운영 기술 개발(2023년 4월~2027년 3월) 등이 과제에 착수했으며 올해 △자연냉매 적용 –100℃급 고효율 초저온 냉열설비 기술 개발 △냉매규제 대응 친환경 저온 콜드체인 냉동시스템 기술개발 △보일러대체 산업용 180℃급 고온스팀 히트펌프 기술 개발 및 실증 등을 추진 중이다. 

이 PD는 "가정용과 건물용 열공급을 위한 국내 기술은 세계적인 경쟁력을 확보했으나 대용량 열공급 시스템 및 친환경 냉매 기반 시스템 기술은 혁신 선도국대비 열세이며 탄소중립을 위한 열공급설비 탈탄소 전환과 에너지효율 초고효율화 기술 경쟁은 가속화되고 있다"라며 "에너지수요부문 열공급 핵심기기인 히트펌프는 냉매 대체(Low GWP)로 지각 변동이 일어나고 있으며 산업·건물부문 보일러 등 화석연료 기반 설비의 저탄소설비로의 대체와 더불어 키갈리의정서에 의해 HCFCs 2030년 전폐, HFC2045년까지 80% 감축 예정으로 글로벌 생태계 대전환이 진행 중"이라고 지적했다. 이어 "초격차 기술 확보를 위한 대용량/고온 열공급 및 극저온 열공급시스템 기술 개발과 더불어 글로벌 규제 대응 친환경 냉매 기술과 에너지통합관리기술을 개발해야 한다"고 강조했다.

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