한국에너지기술평가원은 국가에너지기술R&D 사업기획·평가·관리를 전담하는 산업통상자원부 산하기관이다.

 

에너지기술평가원 스마트수요관리PD는 에너지수요부문 디지털화를 통한 수요자원 확대와 에너지신시장 창출을 위해 노력하고 있다.

 

‘차세대 전기형 공동주택 제로에너지화 기술개발 및 실증’ R&D를 기획한 김지효 에너지기술평가원 스마트수요관리PD를 만나 과제기획 배경과 기술개발 시 주안점 등을 들었다.

 

 ■ 국내·외 건물부문 전기화 전환추세는

전 세계적으로 기후변화 대응을 위한 탄소중립 목표달성을 위해 건물부문에서 온실가스 배출 저감을 핵심과제로 삼는다.

 

특히 난방·급탕에 사용되는 가스보일러는 화석연료를 기반으로 많은 양의 이산화탄소를 배출하고 있으며 가스보일러 연료연소과정에서 이산화탄소뿐만 아니라 질소산화물 등 대기오염물질을 배출함에 따라 주요국에서는 가스보일러 사용을 규제하거나 단계적으로 퇴출하려는 정책을 추진 중이다.

 

 ■ 과제 기획배경은

건물부문 탄소중립 목표달성을 위한 전기화와 재생에너지를 연계한 히트펌프관련 기술개발·실증은 비주거용 건물이나 단독주택·저층 주거용건물 등을 중심으로 이뤄지고 있다.

국내 신축건물 대표유형이자 주된 에너지사용처인 고층 공동주택에서 전기화와 히트펌프를 이용한 냉난방공급시스템 기술개발·실증은 아직 초기단계다.

국내 대기업을 중심으로 유럽·북미에서 히트펌프를 주거용건물에 적용하는 제품을 판매하고 있지만 국내와 기후조건이 상이하며 바닥복사난방이 중심인 국내에서 자생적시장이 만들어지기 어렵다.

공간이 한정적인 공동주택에서 히트펌프를 적용하기 위해서는 다양한 시스템의 적용성 검토와 실증이 필요함에 따라 이번 과제를 기획했다.

 

과제핵심은 건물의 냉방·제습·난방·급탕·환기에서 소모되는 에너지를 100% 탄소중립 청정에너지로 달성하는 것이다. 복합신재생에너지기반 전기·열에너지 공급과 시스템 자율운전기술과의 융합을 통한 전전화(全電化)건물 구현을 통해 온실가스 감축량 20%를 달성하고자 한다.

 

 ■ 히트펌프시스템 구성 시 중점 고려사항은

지역과 환경조건에 따라 △적절한 열원선택 △냉매사이클 최적화 △고성능 열교환기 △냉난방전환효율 제어 등 히트펌프시스템 최적화기술이 필요하다.

히트펌프 소비전력패턴을 보완할 수 있는 신재생에너지, 에너지저장장치(ESS)운영 최적화와 이에 필요한 생산·소비예측 및 제어기술이 주요역할을 할 것으로 예상된다.

또한 주택환경에 맞춰 고온이 아닌 저온수로도 급탕할 수 있는 시스템이 구축돼야 하며 불필요한 에너지손실을 방지할 수 있는 순환펌프제어 최적화기술도 요구된다.

 

■ 과제목표 달성을 위해 필요한 노력은

주택용 전력은 누진제로 인해 난방·급탕에 100% 전력사용 시 전기요금 상승으로 인한 운영비용 증가와 가스보일러대비 초기설치비용이 증가될 우려가 있어 초기설치비 절감을 위한 방안을 고려해야 한다.

또한 온수생산·저장 시 국내 주거양식에 맞추기 위해서는 축열조가 활용된다. 이때 유발될 설비하중을 줄여 구조적 안정성을 갖춰야 하며 설비설치에 필요한 공간을 충분히 확보해야 한다.

 

■ 과제를 통한 기대효과는

화석연료 미사용으로 온실가스 직접배출을 제로화하며 전기기반시스템을 통해 재생에너지기반 생산전력으로 자립화를 통해 온실가스 간접배출도 최소화될 것이다.

또한 전력·열간 연계운영을 통해 전력망 변동성에 대응하는 복합에너지변환기반 Power To Heat(P2H)기술이 확보되며 유연자원으로서의 유효성과 시장성이 검증될 것으로 기대된다.

이를 통해 △에너지효율 향상 △탄소중립목표 달성 △재생에너지 활용 △에너지자립률 제고 등 모든 ZEB 핵심목표를 동시에 달성할 수 있는 미래형 시스템이 구축될 것으로 본다.

특히 높은 효율의 히트펌프 성능계수(COP)와 자가발전 재생에너지를 활용한 에너지자립건물 운영을 통해 전기요금도 추가로 절감될 것으로 기대된다.

연료비가 급등하고 있는 시기에도 비용안정성을 확보할 수 있으며 장기적인 에너지운영비용 감소와 ZEB인증등급 향상으로 이어질 것이다.또한 ZEB인증단계에 따른 △세제혜택△건축 인센티브 △국고보조금 혜택 등의 수혜를 받아 장기적인 의무대응비용 회피효과도 예상되고 있다.

사용자(입주민) 측면에서는 에너지자립건물 운영을 통해 전기요금이 추가절감되며 연료비 완전제거를 통한 장기적이고 지속적인 관리비 절감효과를 누릴 수 있다. 이를 통해 보일러대비 유지비용 절감효과를 체감할 수 있을 것이다.

 

또한 탄소중립 목표달성을 위해 ESG경영을 추진하고자 노력하고 있는 국내·외 흐름 속에서 저탄소건축물에 대한 투자매력 상승으로 임대·매각 시 프리미엄이 발생할 수 있다.

 

 ■ 사업화 계획은

ZEB인증을 기반으로 정책과 연계된 지속가능한 사업모델을 확보하며 실증단지 공동주택 기본설계를 바탕으로 확장형 설계시방서와 운영시뮬레이션기반 경제성 분석모델을 기반으로 민간확산을 추진할 예정이다.

또한 ESS, P2H, 시설물 유지관리 서비스플랫폼 등을 제공해 ‘설비+운영+유지관리’ 통합 수익모델로 확장할 계획이다.

 

 ■ 전기요금제 조정을 위한 한전 협력방안은

실증지 구축 후 급탕·난방부문 전기화에 대한 실측데이터를 수집한 후 이를 한국전력과 공유해 히트펌프 성능인증기준을 한전 기술인증과 연계할 예정이다.

이를 통해 히트펌프 전용요금제 도입을 제안하며 주택용 계시별요금제(TOU)와 연동을 위한 검토를 이어갈 예정이다. 또한 에너지공단과 연계해 ZEB인센티브와 전기요금 우대연동을 추진할 방침이다.

 

■ 컨소시엄에 조언한다면

기존 구축된 에너지설비를 활용하는 과제인 만큼 설비구성에 따른 기술적 어려움을 해소하고 연구결과를 극대화할 수 있는 적합한 실증사이트가 확보됐다.

 

실증 시 실사용자의 불편과 민원에 대한 철저한 준비와 대응 및 정부와 관련기관 협력을 추진해 제도개선점을 제안해주기 바란다.

이번 과제를 계기로 전기형 공동주택이 공공건물과 민간건설사로 확산될 수있는 기반이 마련되기를 바란다.