에너지경제연구원은 지난 11월24일 한국과학기술회관에서 에너지경제연구원 연구성과 발표회를 개최했다고 밝혔다. 이번 행사에는 △김현제 한국에너지경제연구원 원장 △이창근 한국에너기술연구원 원장 △김난근 한국전기연구원 원장 등 150여명이 참석했다.

 

파리협정 10주년을 맞이해 탄소중립과 재생에너지전환에 대한 노력이 더욱 절실해지고 있는 가운데 에너지경제연구원은 국내 에너지산업 흐름을 전망하며 에너지정책을 전문으로 연구해 에너지정책을 제안하고 있다.

 

이번 행사는 에너지경제연구원의 올해 연구성과를 공유하는 자리로 마련됐으며 연구진들의 연구성과 발표와 토론 등으로 구성돼 전문가, 관계자들의 인사이트가 국내 에너지정책 단단히하는 밑거름을 마련했다.

 

 

김현제 에너지경제연구원 원장은 개회사를 통해 “에너지경제연구원은 올해 기본·일반연구사업을 통해 다양한 현안을 심도깊이 연구해온 연구기관으로서 오늘 이 자리는 단순한 성과 공유를 넘어 관련 업계관계자들의 고견을 들어 정책실효성을 확립하며 향후 연구방향을 정립하기 위한 소중한 행사”라며 “건물부문 탄소중립을 위한 열에너지 전략과 재생에너지 확산 전략 등을 다룰 것”이라고 말했다.

 

이어 “내년에 연구원 창립 40주년을 맞아 앞으로도 중추적 싱크탱크 역할을 수행하며 국가 에너지정책 설계와 연구에 실효적·심층적으로 기여할 것”이라며 “지속가능한 미래를 만드는 데 밑거름이 되도록 힘써주길 바란다”고 강조했다.

 

이한주 경제·인문사회연구회 이사장은 영상축사를 통해 “국내 에너지정책 연구의 중심축으로서 안정적인 에너지수급체계 구축 등에 기여해온 에너지경제연구원이 탄소중립이라는 새로운 패러다임 전환기에 다시 한번 중요한 역할을 해주길 바란다”라며 “그동안 정부 정책결정에 합리적 근거를 제시하며 산학계와 지식을 축적해 확산해온 노력과 성과는 우리 사회가 함께 쌓아온 소중한 자산”이라고 말했다.

 

이어 “이번 발표회를 통해 그동안의 축적된 연구가 정책과 사회적 가치로 연결되는 중요한 과정이 이루어지고 있다”라며 “오늘 발표회의 목표인 정책 공공성 강화의 길에 있어 날카로운 질문과 의견, 그리고 작은 합의의 씨앗이 정책의 틀을 더욱 단단하게 만들 것으로 기대한다”이라고 강조했다.

 

열에너지 전환기술 LCOH 비교연구 수행
오세신 에너지경제연구원 연구위원은 ‘탄소중립 이행을 위한 건물부문 열에너지 이용기반 구축’ 연구성과를 공유했다.

 

최근 열에너지정책을 일원화해 재정립하는 것이 NDC 달성에도 중요하다는 시각이 부각되고 있다. 이에 따라 에너지경제연구원은 열에너지정책 합리적 수립에 있어 근거기반이 필요하다는 관점아래 3년에 걸쳐 병렬적으로 연구를 진행해왔으며 올해가 마지막 연도다.

 

이번 연구는 2050 탄소중립 목표달성을 위한 사회·정책적 요구가 커지는 가운데 국내 탄소중립 전략의 접근방법을 재평가하며 탄소중립정책에서 열에너지비중 강화를 위한 방안을 모색하기 위해 수행됐다.

 

연구진들은 1차연도에 열에너지 정의, 서비스소비·온실가스 배출량 분석, 정책기반구축사례 등을 연구하며 부문별 열에너지소비와 온실가스 배출량을 추정했다.

 

2차연도에는 에너지전환에 따른 에너지시스템 변화 분석, 냉난방 전력수요 추정, P2H 잠재량 분석 등을 실시했다.

 

3차 연도인 올해는 국내·외 탄소중립형 열에너지 보급·정책 동향, 탄소중립형 열에너지기술 LCOH 비교, 정책 수립 방안 등을 다뤘다. 특히 건물 난방 중심의 주요 열에너지 전환기술 LCOH 분석을 통해 각 기술의 비용수준을 비교했다.

 

연구진은 탄소중립형 열에너지를 신재생열과 폐열 등으로 정의했으며 태양광 잠재력과 중복되는 부분을 감안해 태양열을 제외하고 지열·바이오매스·히트펌프 등을 분석했다.

 

전 세계 지열에너지소비의 80%는 열부문에서 활용되지만 건물 열소비에서 지열비중은 1% 수준으로 매우 작다 하지만 잠재력이 높아 여러 국가에서 지열산업 육성정책을 추진 중이다. 

 

바이오매스의 전 세계 열에너지사용은 2023년 기준 16EJ이며 2030년 18EJ로 증가할 전망이다. 탄소중립 정책이 강화될 경우 24EJ까지 확대될 것으로 예상된다. 주로 도심보다는 비도심지역 중심으로 확대가 이뤄지고 있으며 열병합발전의 기존연료가 석탄인 국가에서는 바이오매스를 대체연료로 검토 중이다.

 

수소혼합소는 도시가스 배관망에 수소를 혼입해 난방에 활용하는 사례는 아직 부재하지만 일부 국가와 중국에서 난방 부문의 탈탄소수단으로 고려되고 있다.

 

히트펌프는 최근 10여년간 연평균 10% 이상 성장다. 하지만 지난해 판매량이 감소했으며 하반기부터 회복세가 관측되고 있다. 이는 경기둔화와 천연가스가격 하락 등으로 인한 가스보일러 대체수요 지연 및 EU 히트펌프지원정책 수립지연 등이 지체원인으로 분석된다.

 

현재 국내 신재생열에너지 비중은 2023년 기준 1차에너지의 5.7%이며 이중 열에너지는 18.8%에 불과하다. 바이오·폐기물 의존도가 90% 이상으로 열에너지 비중이 매우 적다. 집단에너지에서도 미활용열을 활용하고 있으나 국내 집단에너지 열공급은 10% 이내로 의미있는 수준은 아니다.

 

건물난방관련 공급전환 정책은 제2차 탄소중립녹색성장기본계획, 제5차 신재생에너지기본계획, 수소경제 활성화 로드맵, 집단에너지기본계획 등에 선언적인 문구나 방향성은 존재하지만 구체적 활성화 전략이 부족해 실효성이 낮다는 평가다.

 

연구진은 건물 열에너지 전환기술의 비교분석을 위해 LCOH 분석을 수행했다. 분석대상은 △개별난방(가스보일러, 지열·수열·공기열 HP, 수소혼소 보일러) △지역난방(가스 CHP+가스보일러, 수소혼소 CHP+전극보일러, 바이오매스 CHP+전극보일러)이다.

 

시나리오는 총 5개로 설정했으며 기준 시나리오는 탄소비용 미반영 상태이며 시나리오 1은 최근 3년 배출권가격을 반영했다.

 

시나리오 2는 시나리오 1에서 배출권가격이 5만원으로 상승하는 것으로 구성했다. 시나리오3은 배출권가격 5만원 상승, 전력배출계수는 50% 감소하는 것으로 설정했다.

 

시나리오4는 배출권가격이 5만원 상승하며 수소가격이 절반수준으로 하락한 것으로 구성했다. 시나리오 5는 위 조건에 더해 수열·공기열 히트펌프의 구매비 하락을 반영했다.

 

분석결과 기준 시나리오에서 기존 화석연료 기반 난방기술이 가장 낮은 LCOH를 보였다. 대안기술중에서는 개별난방은 지열이 가장 낮고 공기열이 가장 높았으며, 지역난방은 바이오가 수소혼소 모델보다 낮았다.

 

시나리오 1 결과에 따르면 기존 기술의 LCOH 구조가 유지돼 자발적 탈탄소화 확산이 어렵다는 분석이다. 시나리오 2에서는 개별난방 기준 가스보일러와 지열 히트펌프의 LCOH가 거의 비슷해졌다. 지열·수열 히트펌프는 냉난방을 함께 활용하는 높은 이용률을 반영했기 때문이다. 

 

지역난방의 경우 수소혼소·바이오 CHP 모두 보조열원으로 전극보일러를 사용해 전기 소비가 많아 기존 CHP대비 격차를 크게 줄이지 못했다.

 

시나리오3은 기존기술과 대안기술간 LCOH 격차가 줄어들었으며 지열히트펌프를 제외한 제외한 대부분 대안기술이 기존 화석난방 대비 경쟁력을 확보하지 못했다.

 

시나리오4는 수소혼소 보일러의 LCOH가 크게 낮아졌다. 개별난방에서 가스보일러와 비슷한 수준까지 떨어졌지만 지역난방은 여전히 기존 CHP·바이오 CHP 대비 높았다.

 

마지막 시나리오에서는 개별난방은 지열과 수열 공기열이 모두 가스보일러 대비 비용경쟁력을 확보했다. 투자비 하락폭은 기술별로 차이가 있으며 공기열원 히트펌프의 경쟁력 개선은 투자비 50% 감소 및 전기요금 누진제해소가 크게 작용했다.

 

오세신 박사는 “히트펌프 보급 지체요인은 △높은 초기 설치비 △급탕용 축열조 설치에 따른 공간문제 △공동주택 표준모델 부재 등이 있다”라며 “보급활성화를 위해 열에너지 정책 거버넌스 확립과 경제적여건 조성 등을 통해 국내시장 경쟁력을 확보해야 한다”고 강조했다.

 

이어 “탄소중립을 위한 탈탄소화 필요성 인식과 다양한 수단 발굴, 합리적 열에너지 정책 수립이 중요하다”며 “산업·건물부문별 목표설정을 통해 국가 탄소중립 달성의 효율성과 효과성을 높여야 한다”고 말했다.

 

실제 건물 E사용량 기반 GR 정책효과 분석
김종우 에너지경제연구원 연구위원은 ‘공공건물 중심 건물그린리모델링(GR) 정책효과 분석 및 활성화방안’ 연구결과를 공유했다.

 

최근 수립된 NDC에 따라 2035년까지 53~61%까지 상당한 감축이 요구된다. 2030 NDC 상향안기준 건물부문 2018년대비 32.8%라는 상당수준 요구되지만 현재까지 뚜렷한 성과를 확인하기 어려운 상황이다.

 

건물부문 중장기 목표 달성과 탄소중립사회 전환을 위해서는 노후 건물 효율 향상 등 저탄소 전환이 핵심이다.

 

국내 건축물의 대부분은 30년 이상 경과한 노후 건축물로 에너지효율이 낮다. 이에 따라 기존건물 에너지성능개선을 통한 감축이 건물부문 핵심수단으로 자리 잡고 있다.

 

정부도 녹색건축 확대를 위한 활성화 방안의 하나로 GR 사업을 핵심과제로 선정해 전면적 제도개선을 추진 중이다.

 

국내 공공건축물 GR사업은 최초 사용승인일로부터 10년 이상 경과한 건물을 대상으로 진행된다. 신청주체(중앙·지자체) 및 건물규모에 따라 지원한도·보조율이 다르게 적용된다.

 

주요기술은 내·외부 단열, 바닥단열, 고효율 냉난방장치 교체 등 에너지 관련 필수공사와 선택공사, 부대공사 등이다.

 

지난 2020~2024년 총 3,470동이 GR 지원을 받았으며 투입예산은 국비·지방비 포함 1조 3,334억 원이다. 지원건수의 경우 2020~2021년 이후 감소추세를 나타내고 있어 최근 발표된 제3차 녹색건축기본계획에서 공공건축물대상 단계별 의무화 방안이 담겼다.

 

김종우 에경연 연구위원은 “건물부문 핵심 수단인 GR의 중요성이 커지고 제도개편도 예고됐지만 실증기반 정책효과 분석 연구는 미흡하다”라며 “건물에너지해석시뮬레이션(ECO2)프로그램 등 실험환경에서의 사전적 예측이 아닌 실제 건물 에너지사용량을 활용한 정책효과 분석이 필요하다”고 말했다.

 

이에 따라 에경연은 탄소중립 이행을 위한 건물부문 핵심수단인 GR사업의 정책효과를 마이크로데이터로 실증분석하고 정부의 중장기 정책수립을 지원하기 위한 기초자료와 정책시사점을 도출하기 위해 공공건물 GR사업의 에너지절감효과 분석을 수행했다.

 

연구대상은 2020~2021년 GR 지원을 통해 시공이 완료된 어린이집·보건소·의료시설 등 총 522동이다. 연구진들은 선정 이후 설계·준비기간과 실제 공사기간을 고려해 시공 전후 최소 1년 이상의 에너지 사용데이터 확보가 가능한 건물을 대상으로 했다.

 

연구진들은 국토안전관리원, 한국부동산원, 건축HUB, 브이월드, 기상청 API허브 등을 활용해 △공공건축물 리스트 △에너지성능보고서 △건물에너지사용량 △건물대장정보 △온·습도냉난방도일 등을 DB화했다.

 

기초통계결과 엔지니어링 예측치 기준 건물 에너지사용량은 105kWh/㎡에서 72kWh/㎡로 나타났으며 예측치 대비 약 33kWh 차이가 나타났다. 실제 건물에너지사용량 113kWh/㎡에서 88kWh/㎡로 나타나 즉 시뮬예측치와 건물에너지실제사용량은 면적단위로만 보더라도 상당차이를 보였다.

 

분석방법론은 동적·정적모델을 활용했다. 개별 건물별 GR공사 완료 시점이 다른 특성으로 인해 일반 이중차분법(DID)적용이 어려워 점진적 DID(Staggered DID) 방법을 사용했다.

 

엔지니어링 예측량과 실제사용량 비교결과 공사 전후 에너지사용량 점들은 45도선에 가깝지 않고 원형 분포에 가까워 사전예측치가 실제효과보다 과장된 것으로 분석됐다.

 

에너지원별 정책효과 분석결과 전기는 동적모델 기준 GR공사 이후 약 –2.0kWh/㎡ 수준의 감소효과가 나타났으며 12개월간 유사한 수준이 유지됐다. 이는 추정치가 실제보다 GR 효과를 과대평가했음 의미한다. 정적모델에서도 GR은 전기사용량 감소에 기여하는 것으로 나타났다.

 

도시가스의 경우 동적모델에서는 공사 전·후 사용량 차이가 유의하지 않았으며 일부 시점에서는 오히려 증가했다. 정적모델에서도 모형에 따라 상이한 결과가 나타나 도시가스 절감효과는 통계적으로 강건하지 않아 일관된 절감으로 보기 어렵다고 평가됐다.

 

건물용도별 효과 분석에서는 보건소가 가장 큰 절감효과(–1.6~ –2.7kWh/㎡)를 보였으며, 다음이 어린이집(–1.01kWh/㎡)이었다. 의료시설은 통계적으로 유의하지 않았다.

 

기술요소별로는 가장 많이 적용되는 벽체단열공사가 전력·도시가스 모두에서 유의한 절감효과를 보였다. 반면 폐열회수형 환기장치는 추가 전력소모로 인해 전기사용량을 증가시키는 것으로 나타났다.

 

한편 제3차 녹기본에 따르면 연면적 3,000㎡ 이상 공공건축물 중 에너지소비량 보고·공개 대상 건물 약 4,225동이 의무화 대상이 될 전망이다.

 

연구진들은 국내상황을 반영해 공공건축물 도입시 GR에 따른 온실가스 감축량을 분석했다. 추정결과 2026~2030년 동안 연평균 900만㎡에 GR을 적용할 경우 누적 약 0.22MtCO2eq 감축이 가능하며 소요 재정은 연간 약 4조3,000억원 규모로 예상된다.

 

엔지니어링 예측 대비 실제 절감효과는 약 65% 수준이었다. 이는 ECO2 프로그램의 오류뿐만 아니라 정책설계·운영단계의 요인도 영향을 준 것으로 보인다. 이에 따라 오차요인을 체계적으로 진단해 제도개선에 반영하는 정책환류 구조를 마련이 시급한 과제로 분석된다.

 

김종우 연구위원은 “연면적 1,000㎡ 이상 건물의 비전기식 냉방설비 의무비율 규제로 인해 공공건물은 전기식 히트펌프 교체가 제한되고 있다”라며 “향후 건물 전기화 추세를 반영한 규제유연화가 필요하다”고 강조했다.

 

이어 “단계적 의무화 시 지자체 재정부담 확대가 예상되는 만큼 중앙정부 보조금·지방기금 등을 활용한 재정지원체계 구축하고 선택과 집중형 지원으로 제한재원 내 효과를 극대화해야 한다”라며 “건물부문 목표달성을 위해서는 공공부문이 민간 확산 이전에 선도적 역할을 충실히 수행해 향후 민간부문까지 확대될 수 있도록 노력해야 한다”고 말했다.

 

건물부문 탈탄소화방안 제언

 

연구성과 발표에 이어 이창근 한국에너지기술연구원 원장이 좌장을 맡아 토론이 진행됐다. △권필석 녹색에너지전략연구소장 △문현석 서울연구원 탄소중립센터장 △임승빈 한국에너지기술평가원 수요관리실장 △정구형 한국전기연구원 에너지신산업연구센터장 등이 패널로 참여했다.

 

좌장을 맡은 이창근 에너지기술연구원 원장은 “NDC 목표달성을 위해서는 모든 기술과 에너지정책이 반영돼야 한다”라며 “이를 위해 정책과 연구방향이 함께 나아가야 한다”고 강조했다.

 

권필석 녹색에너지전략연구소장은 “유럽의 탈탄소 로드맵에 따르면 연간 연면적 1~3% 리노베이션(Renovation)을 권고하고 있다”라며 “이러한 권고가 이주·비용부담이나 공간 사용 문제, 건물주·세입자간 갈등 등 고려해야 할 부분이 많지만 건물부문 탈탄소화 가속을 위해서는 우리도 도입을 고려해야 한다”고 밝혔다.

 

이어 “현재 국내에 설치된 가스보일러는 약 1,500만대로 추산되며 연간 70~80만대가 히트펌프로 전환되고 있다”라며 “현 추세가 이어지면 히트펌프 전환까지 최소 15년 이상 소요될 것이며 여타 국가와 비교해도 굉장히 더딘 속도”라고 지적했다.

 

권 연구소장은 이어 “히트펌프 보급 활성화를 위해 히트펌프 전용 전기요금제도 마련이나 설치비용 지원 등 활성화를 위한 기반 마련이 시급하다”라며 “산·학·연을 비롯해 정부와 시민사회 모두가 함께 건물부문 탈탄소화를 위한 노력을 해야 한다”고 전했다.

 

문현석 서울연구원 탄소중립센터장은 “현재 국내 건물의 98%는 기존건물이며 이 중 50%는 노후건축물인 것으로 분석된다”라며 “이에 더해 서울시 온실가스 배출량 68%가 건물부문이 차지하고 있어 건축물의 탈탄소 전략이 매우 중요해졌다”고 강조했다.

 

이어 “GR은 기존 건물의 에너지낭비를 줄이면서 건물부문 탄소배출 절감의 해법이 될 수 있다”라며 “현재 공공건축물 중심으로 진행되고 있는 GR이 민간건축물까지 확산될 수 있도록 후속 연구가 필요하다”고 밝혔다.

 

문 센터장은 “GR이 민간까지 확산되기 위해선 대중적 인식전환·확신이 매우 중요하다”라며 “실내환경 개선 및 쾌적성 확보, 중장기적인 에너지비용 절감 등 GR을 통해 얻을 수 있는 효과를 시민사회가 경험하고 이해할 수 있게 노력해야 한다”고 말했다.

 

 

임승빈 한국에너지기술평가원 수요관리실장은 “최근 2050 탄소중립과 NDC 목표 상향 이후 열에너지분야가 기술개발의 핵심 축으로 떠오르고 있다”라며 “이번 정부에서는 환경부가 기후에너지환경부로 확대 개편되며 수소열산업정책관에 열산업혁신과가 신설되고 제7차 에너지이용합리화기본계획에도 열혁신분야가 별도 구성되고 있다”고 밝혔다.

 

이어 “열에너지는 전기화, 고효율화, 빅데이터기반 운영 최적화, 유연성 자원 확보 등이 핵심 축이며 이중에서 기존 가스·유류기반 난방을 대체하고 냉난방·급탕을 통합하는 전기식 히트펌프가 핵심기술로 주목받고 있다”라며 “에기평에서는 한랭지에서도 효율을 유지하는 고성능 히트펌프를 비롯해 공동주택 가스배관을 대체하는 공기열기반 시스템과 냉난방·급탕을 일체형으로 처리하는 전기식시스템을 중점지원하고 있다”고 소개했다. 

임 실장은 이어 “정책과 기술이 통합되지 않으면 결과나 성과가 도출되기 어렵다”라며 “정책방향이 기술수요를 명확히 제시하고 개발된 기술이 다시 제도와 정책으로 돌아가는 선순환구조가 필요하다”고 강조했다.

 

정구형 한국전기연구원 에너지신산업연구센터장은 “건물 난방부문 탄소중립이 매우 어려운 과제이지만 가장 실현가능하면서 효과적인 대안은 난방전기화(전기식 히트펌프)”라며 “전기식 히트펌프 보급이 확대돼야 하지만 현재 초기 투자비용과 운영비용 부담 때문에 확산이 제대로 이뤄지고 있지 않다”고 지적했다.

 

이어 “이를 해결하기 위해선 전기요금 부담을 줄이는 전기난방 전용요금제를 신설하거나 히트펌프 전기사용을 누진제에서 분리하는 방식을 검토해야 한다”라며 “다만 국내 전기요금은 총괄원가 기준으로 설계돼 있어 전기 난방요금을 지나치게 우대하면 그 부담이 다른 소비자에게 전과되는 구조적 문제가 발생할 수 있어 사회적 비용과 혜택을 모두 고려한 정교한 개편이 필요하다”고 강조했다.