현재 지역난방시스템은 화석연료 중심의 고온 열공급 방식으로 운영되고 있다. 지역난방시스템의 핵심기술은 가스복합을 이용한 열병합발전소인데 에너지효율성이나 대기오염물질 배출 측면에서 일반적인 발전 및 난방방식에 비해 많은 장점이 있다.

하지만 최근 환경문제의 중요성이 강조되고 분산형 열원기술과 ICT 기술이 발전함에 따라 친환경 열원과 중·저열원을 이용하는 분산형 열네트워크, 소위 4세대 지역난방의 필요성이 크게 부각되고 있다.

특히 향후 2025년부터 신규건물 제로에너지하우스가 의무화되는 등 기존의 고온 열수요보다는 중·저열원 열수요가 늘어남에 따라 이를 위한 cascade 열공급 방식의 필요성이 증가하고 있다.

이에 따라 서울에너지공사는 이번 ‘Smart ZEC’의 제2세부과제인 ‘Cascade 열활용 지역냉난방 최적화 기술개발’을 수행하고 있다. 이번 과제의 목표는 열수요에 따라 최적의 열생산 기술을 캐스케이드(cascade) 방식으로 운영함으로써 열네트워크 전체의 에너지효율을 제고하는 것이다. 또한 서울에너지공사는 ‘Smart ZEC’ 과제 전체의 주관기관으로서 총괄연구전략을 수립, 구체화하고 단위사업의 통합적 연계 운영을 위한 기술개발 및 운영관리를 맡고 있다. 아울러 스마트 제로에너지시티에 대한 국내·외 홍보 전략을 기획하는 역할을 하고 있다.

서울 마곡지구 실증…중·저열원 활용
서울에너공사는 제2세부과제(cascade) 주관기관으로서 지역난방 회수열을 이용한 4세대 Cascade 실증사업을 진행한다. 고등기술연구원은 광역-분산형 저온 미활용에너지 분석 및 열네트워크 케스케이드 공정을 설계하는 역할을 맡고 있다. GS파워는 광역망 공급 지역난방 열원을 이용해 연료전지 폐열회수 실증시스템을 실증할 예정이다.

고려대학교와 센추리는 유기랭킨사이클(ORC)의 시뮬레이션 모델 개발 및 최적 실증을 수행한다. 더블유에이(WA) 테크놀러지는 마곡지구의 열배관망 적정 해석 모델을 개발하고 브이피코리아는 열네트워크 최적 운전관리플랫폼을 구축할 계획이다.

‘Cascade 열 네트워크 실증’은 서울에너지공사가 열을 공급하고 있는 서울 마곡지역을 대상으로 하고 있다. 세부사업 내용으로는 지역난방 회수열을 이용한 중저열원 난방, 연료전지 배열을 이용한 H2P 실증, 재생가능에너지 및 미활용에너지를 이용한 공동주택 및 제로에너지하우스 냉난방 실증 사업 등을 수행할 예정이다.

이번 사업을 통해 미활용 및 재생가능에너지 확대와 광역 열네트워크의 최적 운영을 실증할 수 있을 것으로 기대된다. 또한 중저열원 열원 시스템 관련 산업, H2P, P2H 등의 에너지 열-전기 전환기술산업, 통합 열시스템 운영 등 다양한 에너지신사업분야의 성장발판을 마련할 전망이다.

이러한 도시 시스템에 살고있는 거주자들은 분산형 열원 활용으로 보다 경제성이 높으면서 시스템적으로 안정된 열공급 서비스를 받을 수 있다. 열공급자 입장에서는 저렴한 유지보수비용과 유연한 피크관리 등이 이점이다. 특히 신재생에너지·미활용에너지 등 저온열원 활용으로 4세대 지역난방에 대한 기반이 마련되며 범지구적인 온실가스 저감활동에도 기여할 수 있다.