그린뉴딜 위한 집단에너지 역할 모색

2020-11-04

한난, ‘2020 집단에너지 컨퍼런스’ 개최

국내 집단에너지산업의 현황을 진단하고 나아갈 방향을 점검할 수 있는 자리가 마련됐다. 한국지역난방공사와 한국집단에너지협회는 11월3일 ‘한국판 그린뉴딜을 위한 집단에너지의 역할’을 주제로 ‘2020 집단에너지 컨퍼런스’를 개최했다. 이번 행사는 코로나19에 따른 사회적거리두기 실천을 위해 유튜브를 통한 온라인 행사로 진행됐다.

집단에너지는 열병합발전, 신재생에너지 시설을 활용해 지역냉난방 및 전기를 공급하며 국가에너지 효율향상에 크게 기여하고 있는 시스템으로 최근 분산에너지의 중요성이 부각되면서 분산자원으로서 집단에너지의 역할이 크게 확대되고 있다.

코로나19로 인해 경제뿐만 아니라 일상생활에 큰 충격이 발생했으며 이후 뉴노멀시대를 맞이해 산업전반의 패러다임 변화가 예고되고 있는 상황이다. 이에 따라 정부는 글로벌 경제 선도국가 도약을 목표로 한국판뉴딜을 발표하고 그린뉴딜을 핵심축으로 추진하고 있다. 탄소의존 경제에서 저탄소경제로의 패러다임 전환인 느린뉴딜에 있어 친환경에너지인 집단에너지는 중요한 역할을 수행할 것으로 기대된다.

이러한 뉴노멀시대를 준비하며 그린뉴딜의 성공적 달성을 위해 개최된 이번 ‘2020 집단에너지 컨퍼런스’는 집단에너지의 역할에 대한 산·학·연 전문가들의 논의의 장을 마련했다.



황창화 한난 사장(집단에너지협회 회장)은 개회사를 통해 “집단에너지 열병합발전은 화석연료 기반이지만 발전 후 남는 열을 난방에 이용해 에너지를 절감하고 그만큼 대기오염물질 배출이 적은 효율적인 에너지이자 수요지 인근의 분산자원으로서 역할이 확대되고 있다”라며 “기존 중앙집중형 에너지공급시스템에서 분산화는 세계적 흐름이며 우리가 반드시 가야할 길”이라고 말했다. 이어 “2020 집단에너지 컨퍼런스가 뉴노멀 시대를 준비하며 그린뉴딜의 성공적 달성을 위한 집단에너지 역할에 대한 지혜를 나눌 수 있는 계기가 되기를 바란다”고 말했다.



김성환 국회의원은 축사를 통해 “대한민국은 2050년 탄소제로사회로의 방향성을 설정했지만 이는 결코 쉬운 문제가 아니다”라며 “200년 전 영국에서 처음으로 증기기관차를 타며 산업혁명을 세상에 알렸던 것처럼 한난과 집단에너지 관계자들이 탈탄소 사회로 전환의 견인차 역할을 하길 바라며 국회에서도 열심히 도울 것”이라고 말했다.



주영준 산업부 에너지자원실장은 “그린뉴딜이 성공하기위해서는 민관이 함께 기술혁신과 사회구조 전환을 이뤄내는 것이 중요하며 그린에너지가 핵심과제가 될 것”이라며 “저탄소체제로 전환하기 위해서는 수요지 인근의 에너지 생산 및 공급·분산화가 필수과제로 집단에너지는 열과 전기를 동시 공급함으로써 미래 분산에너지시스템 구현에 기반이 될 수 있는 충분한 잠재력을 지니고 있다”고 말했다.

이번 컨퍼런스는 조용성 에너지경제연구원 원장의 기조강연을 시작으로 △신재생 수소(그린뉴딜을 위한 신재생에너지와 집단에너지의 융합) △디지털뉴딜(스마트한 집단에너지를 위한 전략) △분산에너지(분산에너지로서 집단에너지의 역할) △에너지효율·환경(친환경 집단에너지) 등 4개 세션으로 진행됐다.

조용성 에너지경제연구원 원장은 기조연설을 통해 ‘한국판 뉴딜을 위한 집단에너지의 역할’을 발표했다. 



코로나19가 에너지전환에 미치는 영향은 매우 크다. 우리나라를 비롯한 전 세계 국가들은 그린뉴딜이라는 새로운 카드를 제시하고 있다. 그린뉴딜은 2008년 글로벌 금융위기 시절 UNEP에서 처음 제안한 개념으로 지난해 10월 유럽에서 그린딜을 발표, 지난 2월에는 미국 하원에서 그린뉴딜 결의안을 상정한 바 있다.

우리나라는 지난 7월 한국판뉴딜의 핵심을 그린뉴딜로 설정하면서 인프라, 에너지를 녹색으로 전환해 넷제로를 지향한다는 개념이다. 그린뉴딜은 재정투자를 확대해 궁급적으로 에너지전환 이행을 촉진하는 데 기여할 수 있으며 집단에너지는 이러한 과정에서 큰 역할을 할 것으로 기대된다.

조용성 원장은 “집단에너지는 에너지신산업 활성화를 위한 플랫폼으로서 수열을 포함한 재생에너지, 가상발전소, 연료전지, ESS, 전기차 등을 연결하는 개념으로 활용할 수 있다”라며 “이 과정에서 분산에너지로서의 경쟁력 강화가 중요한 요인이 되며 집단에너지가 갖고 있는 편익과 가치를 가격에 반영, 공정가격 형성을 함께 고민해야 한다”고 설명했다.

이와 함께 4세대 지역난방시스템 활용기반구축 및 국가열지도를 활용한 집단에너지 미활용열 활용 사업모델 발굴, 재생열 지원 및 의무제도 검토 등의 필요성도 강조했다.

그린뉴딜과 집단에너지
1세션인 신재생·수소(그린뉴딜을 위한 신재생에너지와 집단에너지의 융합) 세션은 이윤청 한국한공대 교수가 좌장을 맡아 진행됐다. △스마트히트그리드 국내 적용여건 및 방향(강재성 에경연 박사) △분산형 집단에너지 플랫폼(김경민 한난 책임연구원) △수소도시와 집단에너지(왕광익 안양대 교수) 등의 주제발표가 이뤄졌다.

강재성 박사는 ‘스마트히트그리드 적용여건 및 방향’에 대해 발표했다. 

기존 1·2·3세대 지역난방시스템에서 열손실이 증가하며 에너지이용효율 향상 및 재생에너지 활용확대의 필요성이 높아짐에 따라 저온수 공급이 가능한 지역난방시스템으로 전환 및 미활용 재생에너지 및 소비자 잉여열을 연계시킬 수 있는 방안이 요구되고 있다. 

이를 위해 ICT기술을 활용, 운영최적화 및 통합제어를 위한 네트워크 지능화를 나타내는 개념이 스마트히트그리드다. 이는 저온열을 활용할 수 있는 4세대 지역난방, 상온열을 활용할 수 있는 5세대 지역난방시스템이 적용될 수 있는 전제요소가 되고 있다.



강재성 박사는 “국내는 재생에너지 열생산설비용 부지확보제한, 기피시설에 대한 민원, 1·2차측 온도제약으로 인한 저온열원 연결제한, 2중보온배관을 이미 적용하고 있어 배관열손실 개선효과 미미 등 유럽의 4세대 지역난방 및 스마트히트그리드의 기술적 요소 적용에는 제약이 존재하지만 ‘더욱 효율적인 지역난방시스템’으로 전환이라는 기본개념은 지향해야 한다”라며 “이를 위해 연구개발의 활성화 및 사업모델 다양화를 진행하고 폐열·잉여열을 활용할 수 있는제도를 지원해야 한다”고 말했다.

김경민 한난 책임연구원은 ‘분산형 집단에너지 플랫폼’을 발표했다.

우리나라는 국내 총 인구의 91.8%가 도시에 거주하고 있어 도시에서 사용되는 에너지의 효율화가 시급한 실정이다. 특히 2050년까지 화석연료기반의 열공급을 0%로 감축시키겠다는 현정부의 의지에 따라 제로에너지건물 확대 및 에너지효율 향상, 재생에너지 비중확대 등이 강조되고 있다. 이는 분산전원 확대 및 열병합발전 전환, 미활용에너지 활용 등 집단에너지가 기여할 수 있는 부분이 상당히 클 것으로 보인다.

한난은 분산형 집단에너지 플랫폼 사업화를 위해 현재 제한적 열거래 방식의 지역난방을 4세대 지역냉난방, 마이크로 열네트워크, 디지털화를 통한 저온 열네트워크를 구축할 계획이다.

이러한 분산형 집단에너지 플랫폼의 핵심이 되는 것이 스마트 변온소다. 지역난방열원과 4세대 지역난방을 연결시키는 역할인 스마트 변온소는 △신재생에너지 △미활용열 △히트펌프 △변온변유량 열공급 △디지털화, 자동화 △ORC발전을 통해 사용자 간 잉여열을 거래할 수 있다.



김경민 책임연구원은 “현재 지역난방공사 미래개발원 부지에서 지역난방열을 활용한 ORC발전사이클을 설계, 열부하 연동 저온발전기술을 실증하고 있다”라며 “이를 통해 미래도시 설계, 도시재생, 디지털트윈시티 개발에 기여할 것으로 기대된다”고 말했다.

왕광익 안양대 교수는 ‘수소도시와 집단에너지’를 발표했다.

수소도시는 도시 내 수소생태계가 구축돼 수소를 주된 에너지자원으로 활용하면서 도시혁신을 시민지 체감하는 개념으로 2022년까지 울산, 안산, 전주 완주 등 3개 시범도시에 수소배관을 설치, 연료전지 및 수소차·수소버스 등을 운영할 계획이다.

현재 LNG를 개질해 얻는 그레이수소에서 향후 물을 전기분해해 얻는 그린수소로 발전을 위해서는 신재생에너지 연계가 필수적이다. 이를 위해 3개 시범도시와 함께 삼척을 R&D 특화도시로 조성해 태양광 등 재생에너지를 이용한 그린수소 생산, 소규모 에너지자립타운 기술을 개발할 계획이다.

분산에너지로서 집단에너지
2세션은 분산에너지(분산에너지로서 집단에너지의 역할) 세션은 유승훈 서울과기대 교수가 좌장을 맡았다. △재생에너지 확대에 따른 집단에너지 영향(전영환 홍익대 교수) △재생에너지 복합이용을 통한 저온열공급 및 열거래 실증사례(이동원 한국에너지기술연구원 박사) △집단에너지 분산편익(이창호 한국전기연구원 박사) 등 주제발표가 진행됐다.

전영환 홍익대 교수는 ‘재생에너지 확대에 따른 집단에너지의 영향’을 발표했다.

2030년까지 신자생에너지원 발전비중을 20%로 확대한다는 정부방침에 따라 신재생에너지 설비용량은 2017년 11.3GW에서 2030년 58.5GW로 증가될 방침이다. 특히 변동성 전원인 풍력 및 태양광은 2030년 기준 신재생에너지 전체 설비용량의 87.6%를 차지할 것으로 예상된다.

전영환 교수는 “에너지전환정책에 대해 집단에너지는 Power-to-Heat technologies를 통한 Sector Coupling 시스템이 요구된다”라며 “에너지전환시대 대응을 위해 발전기 외 열생산시스템을 구축해 열제약 발전량을 완화할 필요가 있으며 재생에너지 과잉공급 시 열생산을 통해 효율적인 에너지활용이 가능할 것”이라고 말했다.

이동원 에너지기술연구원 책임연구원은 ‘재생에너지 복합이용을 통한 저온 열공급 및 열거래 실증사례’를 발표했다.



과기부 친환경에너지타운 시범사업을 통해 충북 혁신도시 내 수질복원센터 및 인근 공공건물을 대상으로 신재생에너지 융복합 이용을 통한 단위지역 에너지자립 실증이 추진됐다.

이번 실증사업에서 총 온열 공급량은 1,209.6MWh로 온수급탕 열량은 전부 태양열시스템(계간축열조)를 통해 공급됐다. 난방열량 972.8MWh의 60.7%는 태양열을 통해, 39.3%는 히트펌프를 통해 공급됐다.

이러한 실증부지는 산업부의 ‘Smart Zero Energy City’사업에 적용해 복수의 열에너지 프로슈머간 양방향 거래를 구현하기 위한 테스트베드로 활용 중이다.

이동원 책임연구원은 “신재생에너지를 이요해 에너지자립을 위한 집단에너지 공급시스템을 구축하고 개별단위 신재생에너지 적용에서 탈피해 커뮤니티 단위에 적용, 열네트워크에서 양방향 열공급에 대한 기술적 검증을 실현했다”고 밝혔다.

집단에너지 스마트화
3세션인 디지털뉴딜(스마트한 집단에너지를 위한 전략) 세션은 정재동 세종대 교수가 좌장을 맡았다. △지역난방 사용자시설의 digitalization 기술(이재용 한국에너지기술연구원 박사) △빅데이터/AI기반 통합운영 체계 고도화(송상화 인천대 교수) △공간정보 플랫폼을 활용한 지역난방 혁신사례(최지훈 한난 차장) 등의 주제발표가 진행됐다.

이재용 에너지기술연구원 책임연구원은 ‘지역난방 사용자시설의 digitalization 기술’을 발표했다.

산업, 정부는 digitalization을 위한 적극적인 움직임을 보여주고 있으며 데이터확보의 중요성이 부각되고 있다. 하지만 지역난방공사 사용자시설의 digitalization은 부족한 현황이다. 사용자시설 기계실 중 30~40%는 수동제어, 수동데이터 수집을 하고 있으며 주거부문 에너지의 80% 이상을 차지하는 열에너지관리에 대한 개선이 요구되고 있는 상황이다.

이재용 책임연구원은 “사용자시설의 digitalization은 에너지효율향상 및 다양한 개선사항을 유도할 수 있으며 유럽의 사례에서 효율향상, 낮아진 환수온도, 고장진단 등 효과를 확인할 수 있었다”라며 “한국도 한난맵에 사용자시설 내 에너지데이터를 결합하는 적극적인 시도가 필요하다”고 말했다.

송상화 인천대 교수는 ‘빅데이터/AI 기반 통합운영체계 고도화’를 발표했다.

스마트 분석 플랫폼은 △실시간 상태파악(Descriptive) △미래 상태 예측(Predictive) △최적 대응방안 도출(Prescriptive) 등 3단계 기능구현을 목표로 발전하고 있다. 현재 상용화된 플랫폼 수준은 1단계인 실시간 현황파악 단계로 PREDIC 등 스마트 분석플랫폼들은 미래 예측단계로 진화하고 있으나 최적화된 대응방안 도출단계까지 발전하지는 못한 상황이다.

집단에너지 시스템은 지역별 분리구조에서 통합 네트워크 형태로 변화하고 있어 네트워그 설계와 함께 최적운영계획 수립이 요구되고 있다. 특히 Deep Planning 알고리즘을 활용해 빠르게 CHP별 운전여부를 판단함으로써 경제운전 최적화 전 데이터 전처리 과정에서 불필요한 CHP를 제거할 수 있고 실시간 대응이 필요한 상황에서 최적화 가동 없이 경제운전 방향성을 설정할 수 있어 주목받고 있다.

친환경 집단에너지 사례
4세션인 에너지효율·환경(친환경 집단에너지) 세션에서는 △저탄소 사회로의 전환을 위한 그린뉴딜(유승직 숙명여대 교수) △제로에너지주택 열에너지 통합운영 방안 제언(이명주 명지대 교수) △국내 EERS제도 운영현황과 한난 대응전략(김인수 가천대 교수) 등의 주제가 발표됐다.

유승직 숙명여대 교수는 ‘저탄소 사회로의 전환을 위한 그린뉴딜’을 발표했다.

한국형 그린뉴딜의 10대 과제 중 스마트 그린산업단지, 그린리모델링, 그린에너지 등은 집단에너지 사업의 열수요와 생산의 혁신적인 변화를 가져올 것으로 예측되고 있다.

IEA 보고서에 따르면 코로나19의 영향으로 2020년 에너지소비가 5% 줄면서 화석연료의 감소가 뚜렷하게 나타나고 있다. CO₂배출량은 7% 감소했지만 에너지부문에 대한 투자 역시 18% 줄어들었다. 또한 현재 신규 석탄·가스 발전원보다 낮은 비용으로 태양광 중심의 성장이 이뤄질 것이며 재생에너지 발전은 2030년까지 전력수요 증가의 80%를 담당할 것으로 예측된다.

유승직 교수는 “그린뉴딜과 온실가스 저감정책이 강화될수록 집단에너지 사업자들에게는 단기적으로 이익이 될 것이 분명하지만 장기적 대응 수립이 요구되는 상황”이라며 “국가적인 측면에서 분산형 에너지공급원으로서 열병합발전의 역할이 증가할 것이지만 탈탄소화, 재생에너지 증가에 따른 천연가스의 역할 등에 대한 고민이 필요하다”고 말했다.

이명주 명지대 교수는 ‘제로에너지주택 열에너지 통합운영방안 제언’을 통해 노원이지하우스에 적용한 지열에너지시스템의 3년간 운영데이터를 기반으로 지역난방과의 연계필요성을 설명했다.

노원이지하우스는 2년8개월가량의 태양광생산량과 지열히트펌프 운전 전력량을 비교해 약 28% 잉여전력을 확인했으며 이는 조명, 환기분야에 충당해 제로에너지를 달성한 것으로 평가받고 있다.



특히 지열히트펌프는 온수생산 유량에 따라 4℃ 승온하는 영역에서 최대 성능이 나오도록 설계를 했으며 80일 정도 연속운전을 할 때 성능이 점차 떨어지다가 2일간의 휴지기를 가진 후 성능이 향상된 것을 알 수 있었다.

이명주 교수는 “4세대 지역난방과 지열에너지 생산의 조합으로 겨울철 열에너지를 공급할 때 지열에너지 생산 운영스케줄에 따라 지역난방과 조합하거나 일정 온도상승구간에서 역할을 분담한다면 시스템 향상이 기대된다”라며 “지열과 지역난방의 조합을 위한 연간 운영스케줄의 최적화 실증과제가 필요할 것으로 보인다”고 말했다.

김인수 가천대 교수는 ‘국내 EERS 운영현황과 한난의 대응전략’을 발표했다.

EERS(Energy Efficiency Resource Standards: 에너지공급자 효율향상의무화 제도)는 에너지공급자에게 연도별 에너지 절감목표를 부여하고 목표달성을 위한 에너지효율향상 투자사업 의무를 부과하는 것으로 2018년 한전, 2019년 가스공사 및 지역난방공사를 시범사업으로 추진했다.

한난의 경우 3개사 중 절감량은 목표대비 350% 초과달성했다. 하지만 목표달성을 위한 수단이 세대난방설비 효율화가 90%를 차지하고 있는 만큼 한 가지 사업에 집중된 것을 개선해야 할 부분이다.

김인수 교수는 “EERS 수단을 다양화할 필요가 있으며 설비뿐만 아니라 창호, 단열 등과 같이 열에 간접적으로 영향을 주는 분야도 고려해야 할 것”이라며 “또한 한전처럼 AMI를 보급하거나 관련 인프라 구축에 필요한 비용을 기금을 통해 마련하는 것도 방법”이라고 말했다.
최인식 기자 ischoe@kharn.kr
저작권자 2015.10.01 ⓒ Kharn


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