한국에너지기술평가원 스마트수요관리PD의 역할은 에너지수요부문 디지털화를 통해 수요자원을 확대하며 에너지신시장을 창출하는 것이다.

 

최근 산업통상자원부 P2H보급 확대 노력에 따라 다양한 R&D 과제를 관리하고 있다.

 

김지효 에너지기술평가원 수요관리PD를 만나 P2H 동향과 R&D 진행현황 등을 들었다.

 

 ■ 탄소중립에 있어 P2H의 중요성은
정부가 발표한 국가 온실가스 감축목표(NDC)에 따르면 2030년까지 신재생에너지를 발전량 기준 30.2%까지 보급할 것을 목표로 하고 있다.

 

온실가스 배출에 있어 P2H는 중요한 요소로 작용한다. 히트펌프는 1의 전기로 3~4의 열을 생산할 수 있는 고효율 장비로 기존 연소방식보다 온실가스배출 저감효과가 크다.

건물부문에서 P2H 활용 시 지역난방 등과 연계해 대규모 축열조를 이용한 차세대 집단냉난방시스템을 구축함으로써 시간대별 수요에 대응할 수 있으며 탄소중립형 도시열공급시스템 구축에 기여할 수 있다.

 

■ 관련 R&D 진행현황은
지난 2021년 발표된 ‘2050 탄소중립 에너지기술 로드맵’에서 전력계통 유연성을 확보하는 하나의 방안으로 섹터커플링전략이 포함됐다. 주요내용으로는 P2X를 통한 재생에너지 연계 재전력화와 대규모 기계적·열화학적 에너지저장시스템 이용 등이 포함됐다.

한국지역난방공사는 지난 2022년 재생에너지 잉여전력 부문간 연계 기술개발 사업을 통해 20MW급 중앙급전형 P2H시스템과 소규모 통합발전소 연계형 P2H 실증설비를 구축해 전기보일러기반 열생산·저장기술 개발을 통한 지역에너지 연계 플랫폼을 실증하고 있다.

시범사업을 통해 P2H 운영기술·사업모델을 개발하며 전력계통 유연성 확보와 재생에너지 활용 극대화를 위해 P2H기술 상용화·확대를 위한 제도적 지원방안을 포함한 사업화방안 도출을 진행하고 있다.

또한 제주에너지공사와 한국에너지기술연구원 등에서는 제주 서부농업기술센터에 지하수열과 공기열 등 복합열원을 활용한 고효율히트펌프와 축열조를 기반으로 한 P2H시스템을 구축하고 자체개발한 플러스DR(Demand Response) 운영시스템을 적용해 전력거래소의 수요관리시장 참여 실증을 진행한다.

전력계통 유연성 제고로 전력공급 신뢰성·안정성 향상 등 전기품질을 유지하며 열에너지 중심 전환·저장·활용시스템 구축 등 P2H 기술개발 고도화를 추진하는 동시에 △건물 △상업 △농수산업부문 P2H기술도입을 통해 에너지이용합리화·효율화·탈탄소화를 추진하고 있다.

 

 ■ ‘100% 전기에너지 기반 P2H 복합 에너지시스템 기술개발’ 추진배경은

지금까지 건물부문 탄소중립을 위한 전기화와 재생에너지를 연계한 히트펌프관련 기술개발과 실증연구는 비주거용 건물이나 단독주택·저층 주거용건물을 중심으로 추진됐다.

 

국내 신축건물 대표 유형이자 주된 에너지 사용처인 고층 공동주택에서 전기화와 히트펌프를 이용한 냉난방 공급시스템 효율화를 달성하기 위한 기술개발·실증은 아직 초기단계다.

 

대기업 중심으로 유럽과 북미에서 히트펌프를 주거용건물에 적용하는 제품을 판매하고 있지만 국내와 기후조건이 상이하며 바닥복사난방중심 국내시장에서 자생적 시장이 만들어 질 수 없으며 대형 상업용 건물에 주로 판매돼 주거용 건물에는 설치사례가 미흡하다.

국내 신축건물의 대부분을 차지하며 에너지소비 밀집도가 높아 탄소중립 달성이 쉽지 않은 공동주택에 대해 주거쾌적성을 만족하며 에너지효율화·재생에너지 활용성을 높이는 전기화기술을 국내 건설시장에 제공해야 한다.

현재 국내에 판매되고 있는 공기열 히트펌프시스템은 공동주택 난방·급탕 특성과 상이하므로 △거주자 온열쾌적감 확보 △건설사가 수용가능한 추가 기술개발 △실제 운용을 통한 실증성과 확보 △국내 주거양식에 맞추기 위해 온수생산·저장 시 축열조 등 활용이 필요하다.

또한 설비하중이 유발하는 구조적 안전성과 설비설치에 수반되는 공간확보 문제를 해결할 필요성이 있다. 공동주택에 대한 수요자원을 확보해 전력피크를 유발하지 않는 기술전환을 유도하고 향후 재생에너지 도입에 따른 출력제한 문제를 해소하기 위해 고효율 저손실 재생열에너지 활용기술, 공동주택 세대별 에너지효율화, 단지 전체 에너지관리비용 절감 등이 함께 고려돼야 한다. 이에 따라 입주자에게 기존 에너지요금 과금체계대비 불리하게 적용되지 않도록 개선하기 위해 과제를 기획했다.

 

 ■ 시장활성화를 위해 필요한 정책이나 기술은
P2H기술을 공동주택에 구축할 경우 현 주택용 누진 전기요금제 하에서 비교적 낮은 가격의 도시가스 및 지역난방 사용을 높은 가격의 전기사용으로 대체할 경우 시장에서 수용성이 낮으며 민원발생 우려가 있어 북미와 유럽시장 및 정책을 검토해 히트펌프 공동주택시장 진입 및 보급 활성화를 위한 합리적 전기요금체계 등 제도적 기반이 필요하다.

또한 기존 가스보일러대비 세대기준 5배 이상 투자비가 필요해 전기형 공동주택 주요기술인 히트펌프 적용에 제약이예상된다.

 

이에 따라 초기투자비 상승에 대한 지원정책이 필요하다.기존 공동주택 운영관리자의 히트펌프 유지관리능력 부족에 따른 문제발생 우려도 있어 해결방안 제시가 필요하다.

 

또한 공동주택 건설여건 상 히트펌프 중 공기열원 활용이 가장 현실적이지만 신재생에너지법에서는 지열·해수열·하천수열을 활용한 히트펌프만을 재생에너지로 인정하므로 관련정책 지원혜택에 대한 검토가 필요하다.

 

 ■ 향후계획은
재생에너지 변동성으로 인한 계통 불안정성을 해소하기 위해 에너지원(전력·열·연료·수송)간 △생산 △저장 △전환 △소비를 유기적으로 연계운영할 수 있는 에너지통합 복합에너지시스템 기술을 에너지수요가 다양한 복합시설 대상으로 구축·실증해 적정성과 시장성을 검증할 것이다.

 

 ■ 마지막으로 하고 싶은 말이 있다면
현재 진행되고 있거나 준비하고 있는 P2H관련 국가 R&D들이 향후 2030 국가 온실가스 감축목표 달성과 2050 탄소중립 실현에 기여하며 국가의 새로운 에너지믹스 공급구조에서 우려되는 전력망 불안정 해결에 기여할 수 있는 기술로 자리매김하기를 기대한다.