기후변화협약에 따른 CO₂규제에 대응할 수 있는 효과적인 방안으로 연료전지, 스털링엔진 및 내연기관(ICE) 등을 이용한 가정용 열병합발전시스템(m-CHP)이 주목받고 있다. 유럽, 일본, 미국 등을 중심으로 상용화 개발 및 보급 단계에 접어들고 있다.
우리나라도 연료전지는 이미 신재생에너지설비로 지정돼 보급이 이뤄지고 있으며 스털링엔진 m-CHP는 경동나비엔이 국책과제를 통해 기술개발이 완료하고 ‘하이브리젠 SE’라는 제품명으로 상용화했다.
이제 남은 것은 내연기관(ICE)을 이용한 m-CHP다. 2013년 12월부터 2016년 9월까지 국책과제로 기술개발이 진행됐으며 최근 최종보고서가 에너지기술평가원에 제출된 것으로 확인돼 관련업계의 주목을 받고 있다.
ICE m-CHP 개발은 국내 전력사용 증가에 따른 발전소 및 송변전설비 증설 비용 해소와 대규모 블랙아웃(Black-out)에 대비한 자가발전과 송전손실 제로화를 통해 에너지절감 및 여름철 가스수요관리에 효율적인 대응이 가능해 진행됐다.
당시 핵심기술인 내연기관 및 열병합발전시스템은 국내 첫 신규 개발기술로 개발 완료 및 상용화 검토 후 국내시장에 열병합발전시스템 보급뿐만 아니라 국제시장 진출도 가능할 것으로 예상돼 주목을 받았다.
특히 가스엔진 국산화 개발로 기술경쟁력 확보는 물론 원가경쟁력도 확보해 세계시장에서 우수한 경쟁력을 갖춰 시장 진입이 가능할 것으로 전망됐다.
이처럼 기술개발 효과에 대한 장밋빛 전망으로 관심을 끈 ‘1kWe급 내연기관(ICE)을 이용한 가정용 열병합 발전시스템 개발’은 테너지가 총괄주관기업이었으며 △져스텍 △대성히트펌프 △(주)귀뚜라미 △이노엔(주) △(주)나노켐 △한국에너지기기산업진흥회 △한국기계연구원 △상명대학교 서울산학협력단 등이 참여했다.
테너지는 ICE m-CHP 의 핵심인 가스엔진을 개발했으며 귀뚜라미는 엔진 배열 및 실린더 냉각수 열을 회수하는 열교환시스템과 이를 연계하는 초고효율 콘덴싱 기술개발, 축열조를 연계하는 난방·온수시스템 일체형 인테그레이션 기술개발을 담당했다.
에너지기기산업진흥회는 가정용 열병합 발전시스템 성능평가 기술개발 및 표준화를 담당해 KS표준 등을 개발했다.
이번 기술개발을 통해 가정용 열병합발전용 내연기관뿐만 아니라 전체 발전시스템 국산화 개발을 완료했으며 △종합효율 97.3% △발전효율 28.3% △엔진효율 31.0% △발전기 및 인버터 효율 92.1% △NOx 6.6ppm 등을 달성했다. 특히 세계 최고 수준의 가정용 열병합발전용 내연기관 및 발전시스템을 양산 중인 Honda의 Ecowill 사양대비 우수한 성능을 보인 것으로 알려지고 있다.
기대효과는 무엇인가
개발에 참여한 기업들은 개발기술을 활용해 2년 이내에 양산화 개발을 추진 예정이며 이를 통해 월평균 400kW 이상의 전력을 사용하는 42만세대 규모의 국내 신규시장과 일본 누적 판매 수량 14만1,000대 규모의 국외시장 진출이 가능할 것으로 보고 있다.
열병합발전시스템의 열에너지를 이용해 제습냉방 등 하절기 냉방시스템 활용이 가능하며 Back-Up 보일러 개발에 따른 고효율, 친환경 프리미엄 보일러 기술력을 활용한 수출용 보일러 기술개발에 활용할 계획이다.
또한 열병합발전, Back-Up 보일러, 축열조 등을 연계한 가정용 소형열병합발전시스템은 향후 발전용량이 큰 상업용 열병합발전기술을 활용을 통한 LINE-UP 구축이 가능할 것으로 예상하고 있다.
특히 가스엔진 국산화 개발은 소형 열병합발전시스템의 국산화를 가능케 하며 가스엔진 열병합발전시스템은 향후 태양광 등 하이브리드 기술과의 연계 및 가격경쟁력 확보를 통해 신규시장 진출과 신규 사업의 수익창출에 큰 역할을 할 것으로 기대된다.
연구에 참여한 한 기업 관계자는 “열병합발전시스템 제품은 성능과 신뢰성이 검증돼 보급화가 진행 중인 유럽, 일본, 미국 등 선진국이 주요 시장”이라며 “일본의 경우 연평균 1만대 규모의 판매 시장규모를 형성돼 있으며 양산화를 통한 제조원가 300만원의 가격경쟁력과 품질경쟁력을 기반으로 선진 해외시장 진출 시 점유율 증가가 기대된다”고 강조했다.
목록
