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[HVAC KOREA] 한전 수요관리사업 사업설명회

수요관리 관련 해외동향 및 최신기술 발표



22~24일까지 킨텍스에서 개최된 2018 한국건축기계설비전시회(HVAC KOREA)의 부대행사로 한국전력 수요관리사업설명회가 열렸다. 

파리기후변화 협약체결로 온실가스 저감에 대한 전 세계적 관심이 더욱 높아지고 있는 가운데 우리나라도 에너지신산업 등 새로운 정책을 펼치고 있다. 한국전력은 국내 최대 수요관리기관으로 축냉설비, 심야히트펌프, ESS식 냉난방설비 등 보급에 앞장서 관련시장을 만들어내고 있다. 

이번 사업설명회에서는 올해 한전이 추진할 수요관리사업과 함께 관련시장의 최신 기술 및 동향에 대해 알아보는 시간이 됐다.

첫 번째 발표자인 한국냉동공조인증센터의 서정식 박사는 ‘축냉설비의 최신 기술 및 정책 동향’을 발표했다.

정부의 7차 전력수급계획 방향은 에너지신산업 연계 부하관리, 에너지효율향상 등을 통해 2029년 기준 전력소비량 14.3%, 최대전력 12% 저감계획을 반영해 전망하고 있어 수요관리 및 부하이전 기기로써 축열식 냉난방설비의 역할 및 필요성이 강조되고 있는 시점이다.

축열식 냉방설비는 축열조, 냉동기(히트펌프), 순환펌프를 이용한 축냉(열)으로 심야전력을 사용하며 축열방식에 따라 빙축열, 수축열로 구분된다. 냉방전용에서 냉난방 겸용으로 확대되고 있어 하절기 피크저감 및 냉난방 겸용 기술이 개발되고 있다. 또한 △혼합축열 △잠열축열 △원격관리 및 BEMS 도입 △ESS식 냉난방설비 등 다양한 기술들이 접목되고 있다.

일본에서는 동일본대지진 이후 전력수급 대란에 대응하기 위해 에너지효율 개선 및 화석연료 사용저감의 강화와 전력수급 밸런스를 의식한 에너지관리가 추진되고 있다. 이의 일환으로 자가발전설비의 활용, 공조설비의 열원 변경 등 전기사용에서 연료·열 사용으로 전환을 보이고 있다. 또한 전기를 소비하는 기계·기구의 축전지, 축열시스템 활용과 사업자의 에너지사용 합리화, 전기수요 평준화 등 다양한 조치가 취해지고 있다.

서정식 박사는 “결과적으로 전력수급계획의 수요관리를 위해 축열식 냉난방설비의 수요확대가 필요하며 이는 부하이전을 통한 전력수요관리 및 중소기업(엔지니어링) 활성화에 기여할 것으로 보인다”라며 “또한 축열식 냉난방설비의 냉방기술에서 냉난방기술로 확대되는 과정에서 혼합축열, 잠열축열 등 다양한 기술도입과 제도관리의 절충점이 검토돼야 한다”고 말했다. 이외에도 축열식 냉난방 설비의 이해 및 정량적 효과에 대한 지속적 홍보, 축열식 냉난방설비의 운영 및 지속적인 모니터링의 필요성을 강조했다. 

임효묵 대성마리프 본부장은 ‘ESS와 TES’를 주제로 발표했다.

ESS는 에너지공급을 안정화시킴으로써 생산의 불안정성을 극복하고 에너지 생산설비 이용을 합리화한다. 또한 스마트 그리드의 핵심 수단임과 동시에 공급 에너지의 품질을 향상시키고 신뢰성 증대를 가져온다. 친환경 에너지라는 특성이 있어 신재생에너지의 이용 확대에 기여할 수 있다.

임효묵 본부장은 “열저장 시스템인 TES는 검증된 고효율·중밀도의 에너지저장 시스템 중 하나로 인정받는다”라며 “특히 최종 사용 목적인 열적인 용도에는 최적의 경제적 시스템”이라고 설명했다. 전기에너지를 열에너지로 변환해 저장·이용하는 형식으로 △안정적인 저장 △고효율 △대용량 △높은 저장밀도 △높은 경제성 △시스템의 열화가 적음 △환경적 부담이 적음 등이 특징이 있다.

하지만 TES는 전기에너지로 재변환이 어렵고 관리가 불편하다는 단점이 있다. 특히 잠열축열 방식의 상변화 과정의 열전달률 저하에 의한 효율저하 문제해결이 필요하며 혼합축열, 냉·온열 동시 이용 시스템 등 이용효율 및 용도확대로 경쟁력 강화가 요구된다.

축열 시스템의 완성도를 높여 이용이 간편한 시스템 및 장비개발이 필요한 상황으로 물을 순환하는 시스템 관리의 까다로움은 큰 해결 과제로 남아있다. 냉방 및 난방 이용대의 온도 중심 시스템에서 저온영역으로 확대가 필요하다.

김승대 이젠엔지니어링 본부장은 ‘혼합축열 냉난방설비 사업 방향’을 발표했다.

사용자들이 냉난방시스템을 선정할 때 가장 먼저 고려하는 사항은 초기투자비다. 하지만 온실가스배출로 인해 지구온난화는 가속화되고 환경문제는 이제 인류의 생존을 위협하고 있다. 건물에너지 총 사용량의 50%가 냉난방시스템이라는 사실은 기존설비 개선을 위한 이유가 되고 있다.

결국 냉난방만 해결하면 된다는 인식에서 벗어나야 한다는 것이다. 기존의 전기식 냉방기 및 가스보일러는 시스템이 간단하고 초기투자비가 저렴하다는 장점이 있지만 혼합축열 히트펌프시스템대비 운전비 300% 이상, 에너지 150% 이상의 추가사용이 필요하다. 또한 가스냉온수기는 운전비 250%, 에너지 200% 이상, 개별 냉난방시스템은 운전비 300% 에너지 150% 이상의 손실이 발생된다.

김승대 본부장은 “이러한 문제는 공기열원 히트펌프를 이용한 혼합축열 냉난방시스템으로 해결이 가능하다”라며 “혼합축열 냉난방시스템은 심야시간(23시~09시) 히트펌프 운전으로 여름철은 축열조에 얼음을 저장하고 겨울철은 온수를 저장해 야간에 축열된 열에너지를 주간에 방열, 건물 냉난방에 이용하는 시스템”이라고 설명했다.

냉동기를 히트펌프로 대체해 기존 빙축열시스템의 단점을 개선했고 Ice-Bar 축열재 채택으로 축열조의 체적을 감소, 축·방냉 효율을 대폭 향상시켰다. 대온도차 및 저온운전도 가능해 다양한 냉난방온도대를 구현했다.

황선진 캐리어에어컨 이사는 ‘고온수 히트펌프 활성화 방안’을 발표했다. 현재 고온수 히트펌프시장은 2014년 한전보급사업 이후 설치지원금으로 인해 누적보급 2만2,400여대에 이르렀다.

현재 한전보급사업이 전체 시장의 85%로 대다수 시장을 차지하고 있으며 일반 급탕·난방용으로는 사우나, 체육시설, 숙박시설 등에서 지원제도는 없으나 온수를 많이 사용하는 시설 위주로 경제성을 인정받아 점차 확대되고 있다. 원예시설, 양식장, 축산시설 등에서도 지자체 지원제도를 통해 보급되고 있다.

황선진 이사는 “고온수 히트펌프시장 활성화를 위해서는 히트펌프를 신재생에너지로 지정하는 등 정부의 정책적 지원이 필요한 것으로 보인다”라며 “또한 농어촌 보급사업 및 사회복지시설, 한전지원사업 확대, 제조사의 연구개발 등이 필수요건”이라고 말했다.

김영수 M2파워 대표는 ‘ESS식 냉난방설비 설치사례’를 소개했다.

ESS식 냉난방설비는 새벽에 ESS에 축전한 심야전기를 사용하는 전기식(EHP) 냉난방기로 EHP 정격소비전력의 98% 피크를 감축할 수 있다. 축열식 냉난방시스템과 비교하면 ESS식 냉난방시스템은 주간시간대 전력사용량의 40% 이상을 심야시간대로 부하이전하는 것은 동일하지만 피크시간대 3시간 동안은 ESS로 전력을 공급하기 때문에 전력사용량이 없다는 특징이 있다.

엠투파워는 2014년 세계 최초로 ESS식 냉난방설비를 개발해 업계에 많은 주목을 받았다. 또한 2016년 한전·엠투파워·삼성전자 등 3사는 전력수요관리 신규기기로 개발중인 ‘ESS식 냉난방설비’의 규격제정을 위한 기술협약을 체결한 바 있다.

이를 통해 2017년 9월 제1회 월드스마트시티위크 10대 우수기업에 선정, 과기정통부 장관상을 수상했으며12월에는 대한민국 환경·에너지대상으로 산업부 장관상을 수상한 바 있다.

한전은 ‘2018년 부하관리기기 보급사업’을 설명했다.

2017년 부하관리기기 보급사업으로 36.8MW의 피크억제효과를 가져왔으며 올해는 58억6,800만원 예산으로 35.8MW의 피크억제를 목표하고 있다.

ESS식 냉난방설비 보급은 여름철 최대전력의 20%를 점유하고 있는 냉방부하 이전 등 수요관리를 위해 EHP에 대한 적극적 대응이 필요한 상황에서 정부의 에너지신산업(ESS) 확성화 정책과 맞물려 사업화가 추진됐다.

ESS식 냉난방설비의 EHP 한랭지 난방 소비전력, ESS 운영에 필요한 PCS와 BS의 운전소비전력 합이 계약전력 산정기준이며 ESS가 별도 옥외함에 설치 시 옥외함의 운전소비전력을 추가로 합산해 산정한다.

ESS식 냉난방설비의 심야전력 사용범위는 ESS와 ESS운영에 필요한 설비 및 중간부하시간대, 최대부하시간대 냉난방에 필요한 열을 생산하는 설비로 하며 열을 사용하기 위한 설비는 상시전력으로 분류한다.