수열에너지는 도심에서도 안정적으로 활용할 수 있으며 탄소중립 기여도가 높은 대표적 재생에너지로 주목받고 있다.

 

그러나 국내는 수열에너지에 대한 공급의무제도나 성능기준이 마련돼 있지 않으며 수온변화, 열원가용성, 실운전성능 등에 대한 공공통계도 부족해 정책설계기반이 미흡하다.

이에 따라 최근 ‘한국형 건축물 에너지성능평가고도화 기술개발 연구단’이 구성돼 지열·수열 히트펌프 평가체계와 신재생복합열원기반 히트펌프 알고리즘개발을 추진하고 있다.

 

연구에 참여 중인 남유진 부산대학교 건축공학과 교수를 만나 국내·외 수열시장 동향과 제도적 과제 등을 들어봤다.

 

■ 국내·외 수열시장 동향은
국외 수열에너지시장은 호소수, 하천수이용기술 등을 중심으로 발전해왔다. 캐나다 온타리오주, 일본 하코자키 지구, 나카노지마 지구 등에 대형 수열시스템이 적용되고 있다.

특히 오사카에서는 하천수를 열원으로 활용해 냉방 시 31~36℃, 난방 시 3.8℃~5.3℃ 범위에서 열교환이 이뤄지며 히트펌프 성능계수(COP)는 3.4~5.3을 달성했다. 이를 통해 수열이 연중 활용가능하며 히트펌프와 상호보완적 운전이 가능한 저탄소열원임을 입증했다.

국내 수열시장은 아직 보급초기단계지만 최근 다양한 정책지원과 실증사례를 통해 빠르게 성장하고 있다. 현재 롯데월드타워, 부산에코델타시티(EDC) 스마트빌리지, 밀양정수장, 데이터센터 실증 등 다방면에서 적용 사례가 증가하고 있으며 대규모 클러스터 구축계획도 진행 중이다.

향후 성장핵심은 초기비용 완화, 다양한 수열원 확보, 실증데이터 확산, 데이터센터 및 공동주택적용 확산 등에 달려있다.

 

■ 수열에너지의 강점은
수열은 공기열원에 비해 연중 안정적인 온도를 유지한다는 점에서 우수한 기술로 인정될 수 있다. 지열원과 대비했을 때 여름철과 겨울철 활용에 어려움이 있지만 방대한 열원잠재력이 하천수, 호소수 등을 중심으로 존재하며 천공이나 지중열교환기 설치비용이 불필요하므로 건물적용에 있어 큰 장점을 가질 수 있다. 특히 수열원과 직접 열교환을 할 수 있어 수직밀폐형 중열교환기와 비교했을 때 열교환효율이 높다.

 

■ 수열시스템도입 시 중점적으로 고려해야 할 부분은
수열시스템에서 가장 중요한 것은 수열원 취수·환수시스템과 열교환기술이다. 특히 취수에 있어 지속가능하게 열원을 확보할 수 있어야 하며 수질이 좋지 않은 조건에서도 장기운전이 가능한 여과기술이 개발돼야 한다.

국외사례에 따르면 성공적인 수열원 이용사례는 대부분 대형시스템이며 2차측 건물들이 수열원특성에 맞춰 복합열원네트워크로 연계돼 있다.

이러한 사례를 볼 때 단 건물군이 단순히 냉방이나 난방위주 단일건물이 아닌 다양한 열수요를 갖춘 복합열원수요로 구성된다면 보다 성공적인 프로젝트가 구현될 것으로 기대된다.

 

■ 현재 법·제도상 한계는

현재 신재생에너지 인정범위에 하천수와 호소수 등이 수열로 인정되고 있으나 대부분 사례는 원수관로에서의 열원과 열교환하는 방식으로 이용되고 있으며 하천수와 직접 열교환을 하는 방식의 개발은 어려운 상황이다.

또한 하천수 이용 시 허가가 필요하며 취수·방류 시 검토해야할 규정이 상당히 엄격해 현재 상황에서는 원수관로를 관리하고 있는 한국수자원공사 등의 협조를 얻지 못하면 이용하기 어렵다.

이러한 한계로 인해 수열이 우수한 기술임에도 폭발적으로 확산되지 못하고 있다. 수열시스템의 획기적 보급을 위해서는 원수관로 외에 하천수와 호소수 등에서 직접 열원수를 취수하거나 열교환해 냉난방에 활용할 수 있는 기술개발이 활발하게 추진돼야 한다.

 

■ 수열 등 재생열에너지분야 활성화를 위해 제언한다면

신재생에너지설치의무화제도 개선을 통해 단위에너지생산량을 포함한 원별 보정계수 등이 조정돼야 한다. 또한 건축물에너지효율등급 인증평가 프로그램(ECO2) 내 계산로직알고리즘 개선이 필요하다.

 

현재 ECO2에 따라 단위면적당 1차에너지소비량이 결정되며 생산량도 용량에 맞게 계산되도록 하는 계산로직이 큰 영향을 미치고 있다.

지열과 수열시스템의 열생산량은 인정되지만 열을 생산하는 데 사용된 소비전력이 불리한 환산계수로 적용되면서 1차에너지평가에서 상대적으로 낮은효율로 산정돼 ECO2기준에서 지열·수열시스템이 실제 성능대비 과소평가되고 있다.

이점을 개선하기 위해 ‘한국형 건축물 에너지성능평가고도화기술개발 연구단’이 조직돼 ECO2 내에 히트펌프시스템이나 하이브리드시스템을 반영할 수 있는 방안에 대한 연구가 추진되고 있다.

기존 선진국 등에서 활용되고 있는 건축에너지평가체계와 연계해 수열시스템 효과성의 제도적 검증 등을 통해 ECO2를 고도화할 계획이다.

 

■ 재생열부문 활성화를 위한 RHO도입 필요성은
최종에너지소비중 약 48~50%가 열수요임에도 불구하고 정책의 중심은 전기화에 치우쳐 있는 상황이다. 실제로 산업, 주거, 상업부문 모두에서 열수요가 광범위하게 존재하므로 에너지전환의 절반은 열과 연관된다.

 

이에 따라 신재생열에너지공급의무화제도(RHO) 등 사용자중심 열에너지 의무화제도가 필요하며 COP와 CO₂강도 등에 대한 성능기준을 도입해야 한다.

 

또한 초기설치뿐만 아니라 운영이후 성능까지 반영하는 성과기반 모니터링체계를 설계해야 하며 △수온통계 △전력환산계수 △실효 COP 등 기초데이터를 공공인프라로 체계화할 필요가 있다.

이를 통해 RHO를 마련해 열부문 RE100 달성을 유도하고 전기중심에너지전환의 리스크를 줄일 수 있을 것으로 기대된다.

 

■ 마지막으로 하고싶은 말이 있다면
수열은 도심에서도 안정적이며 탄소중립 목표달성을 위해 효과적인 열원이다. △정량 △실적공시 △성과평가 △데이터인프라 등이 포함된 통합적 정책수립이 수열활성화의 핵심이 될 것이다.

향후 재생열에너지 활성화를 위한 간담회 등이 개최될 것으로 예상된다. 이때 수열을 비롯한 재생열에너지 관련업계에 효과적인 제도개선이 이뤄질 수 있도록 다양한 의견을 내주길 바란다.