수요관리(DSM: Demand Side Management)란 최소의 비용으로 소비자의 전기에너지 서비스 욕구를 충족시키기 위해 소비자의 전기사용 패턴을 합리적인 방향으로 유도하기 위한 전력회사의 제반활동이라고 정의하고 있다.

원래 수요관리(DSM)라는 용어는 1970년대 미국에서 시작해 점차 각국으로 확산됐으며 그동안 이론적 경제성과 높은 잠재적 기여도에도 불구하고 종전 전력회사 공급측 위주의 전력수급계획 추진에 따라 별 관심을 받지 못했다.

그러나 전원입지 확보난 가중, 건설에 따른 막대한 투자재원 조달문제, 환경규제 강화 등으로 공급설비의 적기확보가 어려워지고 최근 최소비용계획(least cost planning)의 일환으로 공급측 대안과 수요측 대안의 최적조합을 찾는 통합자원계획(Integrated Resource Planning) 개념의 확산으로 수요관리 방안을 전력수급계획에서 필수적인 고려사항으로 간주하게 돼 수요관리의 중요성이 더욱 강조되고 있다.

전력은 국내 전체 에너지소비의 30% 이상을 차지하고 있으며 사용의 편리함으로 인해 소비량이 계속 증가되고 있다.

이에 따른 공급설비(발전소, 송배전설비) 확충이 필요하나 여기에는 막대한 비용 및 환경문제를 일으킨다.

또한 국제적인 의무사항인 기후변화협약에 효과적인 대응은 모든 국가에 대해 공통 현안 문제로 대두되고 있으며 국제유가 불안과 맞물려 에너지원의 수입 감소 등 에너지사용에 따른 비용 최소화 문제는 곧 국가경쟁력에 직결되는 상황에 이르게 됐다.

이에 따라 전력수요관리를 통한 전력수요의 전략적인 저감 및 부하평준화를 통해 사용설비의 이용효율을 높이고 공급설비 투자를 지연시킴으로써 사회적인 에너지자원의 효과적인 배분을 이룰 수 있다.

또한 공급설비 투자정책에서 전환해 사용자측에서 에너지절약을 도모하도록 하는 전력수요관리정책이 경제성측면에서 우수하고 친환경적인 방법으로 대두됐다.

다시 말해 수요관리의 궁극적인 목적은 전력수요를 합리적으로 조절해 부하율 향상을 통한 원가절감과 전력 수급안정을 도모함과 동시에 국가적인 에너지자원 절약에도 기여하는데 있다.

수요관리의 유형

한국전력이 실시하고 있는 수요관리는 부하관리(DR: Demand Response)와 효율향상(EE: Energy Efficiency)으로 나뉜다.

먼저 부하관리는 피크를 억제하고 심야수요를 증대시킴으로써 최대부하와 최저 부하간 차이를 감소시켜 부하평준화를 도모하고 전력공급설비의 이용효율을 향상시키기 위해 시행되고 있다.

효율향상은 효율향상은 전기의 이용효율 향상을 통해 전력수요(kW 및 kWh)를 절감시켜 에너지자원을 절약하고 환경을 보전하는데 목적이 있기에 고효율기기 기술개발 및 보급 촉진을 통해 효율향상을 유도하는 사업이다.

전력피크 분산 핵심 ‘축냉설비’

우리나라는 계절변화가 뚜렷해 계절에 따라 전력사용량의 변화가 크게 나타난다. 기온이 비교적 온화한 봄·가을철에는 전력수요가 낮고 여름철과 겨울철에는 최대전력수요를 기록한다.

하루 중 전력수요가 가장 낮은 시간은 새벽 4시~6시경이며 7시부터 수요가 증가하기 시작해 11시에 오전 피크를 이뤘다가 점심시간에 약 400만kW 정도의 일시적 수요감소가 생겼다가 다시 증가해 15시경에 피크(Peak)를 이룬다. 이후 전력수요는 17시까지 이어지다가 한낮의 더위가 점차 누그러지기 시작하는 18시부터 20시까지 약 300만kW가 감소했다가 21시부터 급격히 하락하는 패턴을 보인다.

이러한 전력수요의 변화에 따라 여름철 주간에 일시적으로 발생되는 냉방용 전력수요를 공급하기 위해 막대한 비용을 투입해 전력설비를 건설해야 한다.

그러나 야간에는 전력수요가 떨어짐으로써 전력설비 이용률이 저하돼 전력공급원가가 상승하는 요인으로 작용하게 된다. 특히 냉방기 보급 확대에 따른 최대전력이 지속 증가하고 있다.

이에 따라 여름철에 낮에 일시적으로 집중되는 전력수요를 심야시간대로 분산시키면 설비투자비 절감은 물론 전력수요가 적은 심야시간대의 수요가 증가해 전력설비 이용률이 향상되는 일석이조의 효과를 거둘 수 있다.

이를 위해 한전이 수행하고 있는 수요관리설비가 바로 ‘축냉설비’다. 축냉설비는 심야시간(23:00~09:00)대에 전기를 사용해 얼음이나 냉·온수를 생산·저장했다가 주간 및 저녁시간대(09:00~23:00)에 냉·온열을 이용할 수 있는 기능을 갖춘 설비를 말한다. 주간 냉방부하 이전을 통한 피크억제 및 심야시간대 부하율 향상에 기여하고 있다.

축열식냉난방설비 보급으로 주간 냉방부하 이전을 통한 부하율 향상과 피크를 억제하고 저원가 에너지원으로 대체효과를 거둘 수 있다. 또한 가스발전소 등 고원가 발전설비의 가동이 집중되는 주간시간대 냉방부하의 심야시간 이전을 통한 석탄 등 저원가 에너지로 대체할 수 있다.

축방열 방법에 따른 빙축열과 수축열 방식으로 나뉜다. 빙축열식(Ice Storage)은 심야에 얼음을 얼려 냉기를 저장하고 주간시간에 이용하는 방식이며 수축열식(Chilled Water)은 심야에 물을 이용해 냉·온열을 저장하고 주간시간에 이용하는 방식이다.

축냉설비는 2009년 229호에 66MW를 보급해 최정점을 기록했으나 2010년 94호에 35MW로 급감한 이후 정체를 보이고 있다. 2015년 기준 총 5,405호에 1,046MW가 공급됐다. 현재 한전의 축냉설비 인증을 받은 기업은 40개사다.

고효율 냉동기, RT별 차등 지원

한전은 2011년부터 건물 냉동기 효율화를 통한 에너지절약 및 냉방부하 감소를 위해 고효율 냉동기에 대해서도 설치장려금을 지원하고 있다.

지원대상 고효율 냉동기는 냉동효율을 극대화한 고효율압축기를 사용하고 최적의 전열관 배열과 냉매 분배시스템을 통해 효율을 향상시킨 제품이다. 열교환기의 효율을 전(Full)부하에서 10~13%, 부분부하에서 24% 향상시킨 2단 압축방식을 채용해야 한다.

원심식 냉동기는 2,000RT, 스크류 냉동기는 500RT 이하가 지원대상이며 RT별로 차등지원하고 있다. 2011년부터 2015년까지 총 119대 17억2,200만원이 지원됐으며 올해 보급목표는 35대에 4억6,600만원을 지원할 계획이다.

신규 지원대상된 고효율 항온항습기

항온항습기는 일정한 기간 동안 정해진 온·습도 조건을 정해진 정밀도 내로 유지하며 단순한 냉각뿐만 아니라 지정된 운전조건에 온도, 습기, 공기청정, 공기확산을 동시에 조절해 주는 기기다.

24시간 연속 사용하는 항온항습기의 전력사용량이 증가함에 따라 고효율기기를 보급해 소비전력을 줄이고 에너지소비효율을 향상시킬 필요성이 대두됨에 따라 한전이 움직이기 시작했다.

항온항습기는 2005년 이후 IT산업의 급속한 성장으로 보급량이 급증해 2014년까지 국내에 8만9,134대가 보급된 것으로 집계됐다. 이중 한국에너지공단의 고효율에너지기자재인증을 받은 제품은 전체의 약 10%에 그치는 것으로 알려졌다.

고효율 항온항습기는 일반 항온항습기대비 소비전력을 약 5~15% 절감할 수 있으나 40~60% 높은 단가로 인해 초기 시장진입에 어려움을 겪고 있는 상황이다.

이에 따라 한전은 도서관, 문서고 등 항온·항습이 필요로 하는 곳에 24시간 사용되고 있어 전력소비를 줄이고 에너지소비효율을 향상을 위해 올해 신규로 지원대상에 포함했다. 지원 대상은 5RT이하 고효율 항온항습기에 대해 지원되며 올해 예산은 3억원이다.

10RT 이상 대용량 항온항습기는 에너지절감 측면에서 일반기기와 고효율기기의 차이가 커 투자비 상환기간이 2년으로 짧기 때문에 민간에서 직접 비용을 투자할 수 있다. 하지만 5RT 이하는 투자비 회수기간이 3년으로 나타나 초기투자비 부담을 줄여주기 위해 한전이 지원대상에 포함시켰다.

한전의 관계자는 “이번 지원은 한국에너지공단에 신고된 5RT 이하 고효율 항온항습기 중 한전이 승인한 제품을 설치한 고객이 대상”이라며 “다만 공공기관 건축물 및 국공립기관, 지자체 소유시설, LH·SH아파트 등 공공기관 에너지이용 합리화 추진에 관한 규정 2조에 해당되는 곳은 지원대상에서 제외된다”고 밝혔다.

가장 핫한 ‘심야히트펌프보일러’

2000년대초 고유가로 심야전력을 이용한 난방수요가 급격하게 증가했다. 이에 따라 고가의 LNG발전소가 가동되는 등 문제점이 발생하고 LNG나 등유로 직접 난방하는 방식보다 효율이 낮아 국가적인 에너지낭비요인으로 작용하고 있다.

심야전력을 이용하는 심야전기보일러는 히터를 사용하는 제품으로 에너지효율이 매우 낮고 지난 1998년부터 본격적으로 보급된 심야전기보일러 노후화로 교체수요도 발생하고 있었다.심야 시간대에 히터를 작동시켜 데운 후 저장한 온수를 순환모터로 순환, 난방하는 방식이 심야전기보일러다. 이에 반해 축열식 히트펌프보일러(심야히트펌프)는 심야전력으로 공기열원 히트펌프를 가동해 발생시킨 온수를 전용 축열조에 저장했다가 난방에 사용하는 시스템이다. 히터는 열효율이 낮은 반면 심야히트펌프는 흡수한 대기열 에너지를 이용하기 때문에 기존 제품대비 소비전력량을 획기적으로 줄일 수 있다.

한전은 에너지효율이 기존 심야전기보일러대비 2~3배 높은 히트펌프를 활용한 보일러로 대체하기 위한 사업을 준비했다.

이에 따라 한전과 LG전자는 기온변화에 따른 에너지효율을 측정하기 위해 한랭지 강원 원주, 일반지 경기 안성,온난지 경남 창원 등 3개 지역에서 지난 2011년 11월부터 2012년 4월까지 15kW 용량의 히트펌프보일러 실증시험을 실시했다.

그 결과 전력사용량은 평균 1만6,262kWh, 비용은 약105만원 정도 줄어들 것으로 예측된다는 결과를 얻어내며 심야히트펌프 보급에 탄력을 받았다.

한전의 관계자는 “심야히트펌프는 냉매를 압축시켜 저온(10~30℃)을 고온(80℃)으로 만들어 난방하는 보일러로 기존 심야전기보일러대비 소비전력이 약 50% 절감된다”라며 “고객설비 효율향상 지원으로 에너지사용 및 설비이용을 효율화하고 원가 이하인 심야전력 감축으로 영업손실 축소, 정부정책 부응 및 효율향상사업 지속 추진을 통한 에너지절감 도모 등의 효과가 기대된다”고 밝혔다.

한전은 5kW 초과~10kW 이하 200만원, 10kW 초과~15kW 이하 250만원의 설치지원금을 책정했으며 기존 심야전기보일러 사용고객이 동일 또는 하위난방능력의 히트펌프보일러로 교체 시나 기초생활수급자, 차상위계층의 순수주거용(10kW까지) 및 사회복지시설(용량제한 없음)의 신규심야전력(갑) 신청고객을 지원대상으로 정했다.

보급 첫해인 2014년 725대, 2015년 2,370대가 공급됐으나 올해 상반기기준 4,133대가 보급됐다. 특히 올해 보급목표수량 5,520대, 사업비 138억원원을 책정했으나 모두 소진되고 추가로 47억7,000만원을 배정했다. 현재 심야히트펌프 보급사에 참여하고 있는 기업은 △경동나비엔 △귀뚜라미 △대성히트펌프 △삼성전자 △캐리어에어컨 △하이에어코리아 △LG전자 △MTS 등 8개사다.

당초 심야히트펌프시장은 심야전기보일러 시장점유율 60~70%를 장악하고 있던 가정용보일러사인 경동나비엔이나 귀뚜라미에 유리할 것으로 점쳐졌으나 막상 뚜껑을 열어보니 사실상 캐리어에어컨, LG전자 등 에어컨기업이 득세하고 있다.

결국 심야히트펌프보일러가 물을 데우는 보일러라는 역할을 하지만 제품원리는 에어컨이라는 점에서 에어컨기업들이 초기 시장을 주도하고 있는 것으로 풀이된다.

내년이 기대되는 ‘ESS식 냉난방설비’

정부의 에너지신산업(ESS: Energy Storage System, 에너지저장시스템) 활성화 정책관련 사업모델 발굴 및 사업화를 추진하고 있다. 이에 따라 여름철 개별냉방설비에 대한 부하이전을 통한 피크억제 및 부하율 향상 등 적극적인 대응이 필요함에 따라 한전은 신규 수요관리사업에 ‘ESS식 냉난방설비’를 도입키로 했다.

ESS식 냉난방설비는 심야시간대(23시~9시)에 ESS를 충전한 후 냉난방 최대부하시간대(3h 이상)에 냉난방설비(EHP: Electric Heat Pump, 시스템에어컨) 전용으로 방전해 냉난방하는 설비로 주간시간대 전력사용량의 40% 이상 부하이전이 기대되는 설비다.

ESS식 냉난방설비심야전력기기 계약종별은 심야전력(을)Ⅱ(24시간 전력공급)이며 주간사용량의 40% 이상을 ESS에 축전해 최대부하시간대 3시간 이상 방전해야 한다.

냉난방 최대부하시간대(3h) 고객의 ESS 방전을 유도하기 위해 최대부하시간대 사용량에 대해 초과사용부가금이 부과돼 피크억제로 발전소건설 회피에 기여할 것으로 기대된다. 또한 보급활성화 및 경쟁력 확보를 위한 공공기관에 의무설치하는 ‘공공기관 에너지이용합리화 추진에 관한 규정’ 개정을 추진하고 기반기금 지원을 위해 ‘전력효율향상사업 관리지침’ 개정이 이뤄지고 있다.

한전은 ESS식 냉난방설비 보급을 위해 지난 2월 삼성전자와 엠투파워와 기술규격 제정관련 MOU를 체결했으며 한국냉동공조인증센터에 ‘ESS식 냉난방설비 기술, 운영기준제정 및 적정지원금 산정 관련규정’ 제정 용역을 시행했다. 이를 바탕으로 현재 8개소에 내년 3월까지 ESS식 냉난방설비 시범운영을 시행할 계획이다.