섹터커플링 에너지리더스포럼은 섹터커플링기술의 성장동력화를 위한 정책과 연계, 기술적 주요이슈를 발굴·분석해 정부 등에 정책·R&D전략을 제언하는 시스템을 구축해 에너지생태계와 가치창출 지원을 목적으로 설립된 사단법인이다.

원장묵 섹터커플링 리더스포럼 운영위원회 위원장을 만나 분산에너지에 있어 섹터커플링의 중요성과 5세대 집단냉난방 특징을 들었다.

 

■ 탄소중립 대응 기후테크 동향은
최근 전 세계적으로 기상재해가 증가하면서 기후위기가 현실로 다가오고 있다.

 

전 세계가 기후변화에 대응하기 위한 ‘탄소중립 기후테크’가 새로운 글로벌 패러다임으로 대두되고 있다. 국내와 일본, 유럽연합(EU) 등 전 세계 2/3가 넘는 국가들이 탄소중립을 지향하고 있다.

석탄발전 비중이 높으며 제조업 비중이 높은 우리에게 ‘2050 탄소중립’ 실현은 기업과 국민에게 엄청난 부담을 주는 도전적인 과제다. 이를 위해서는 획기적 탄소감축을 가능하게 하는 기후테크 R&D를 통한 혁신과 생태계 마련이 무엇보다도 중요하다.

 

국내는 단순히 온실가스 저감을 통해 탄소중립을 실현하는 것에서 탈피해 경제성장과 삶의 질 향상을 고려해 탄소중립을 실현하는 것을 목표로 하고 있다.

기존 기후변화정책은 목표할당량 달성을 위한 규제강화 방식으로 시장산업 위축과 기업경쟁력 약화라는 부작용을 일으키며 기업이 탄소감축 참여를 회피하는악순환적인 구조였다.

그러나 새로운 탄소중립전략은 정부정책을 통한 가용기술 확보로 시장과 산업을 활성화시켜 기업의 경쟁력 강화와 시장을 창출하는 선순환적 산업구조를 통해 기업이 자발적으로 온실가스 감축을 유도하는 정책이다.

 

이에 따라 탄소중립의 혁신목표는 기술경쟁력 확보를 통해 경제성장과 온실가스간의 탈공조화(Decoupling)를 실현하는 것이라고 볼 수 있다.

 

 

■ 섹터커플링·분산에너지 도입배경은
최근 탄소중립 목표 실현을 위해서 재생에너지사용 확대가 요구되고 있지만 이와 동시에 재생에너지로 인한 전력수급 불안정성 문제도 대두되고 있다. 이에 따라 전력공급시스템 효율성을 증대시키며 최종 수요부문의 에너지전환을 가능하게
하는 에너지통합연계시스템인 섹터커플링의 역할이 강조되고 있다.

 

정부에서 발표한 ‘탄소중립 기술로드맵’에서는 섹터커플링 최종수요부문의 전력화와 다양한 형태의 에너지저장·전환·사용기술을 이용한 전력·비전력과 공급·수요부문을 유기적으로 연계하는 섹터커플링 기술개발·실증연구와 비즈니스모델 개발에 관한 주요내용을 포함하고 있다.

이에 따라 변동성과 불확실성이 높은 재생에너지를 △열 △가스 △액상연료 등 다양한 형태 에너지로 전환해 사용하는 에너지원간 연계시스템과 대규모 수용가의 에너지최적화를 위한 다양한 에너지원 네트워크 운영기술 등 에너지 섹터커플링시스템을 통해 분산에너지에 기반한 미래 최적에너지믹스체계 확립과 탄소중립 대응의 핵심 아젠다로 추진을 목표로 한다.

 

■ 섹터커플링 활성화에 있어 분산에너지의 역할은
분산에너지시스템 변화는 공급과 수요의 불일치 이외에 △계통유연성 저하 △에너지시스템 비용 상승 등 문제를 해결하기 위해 섹터커플링기술을 활용한 지역단위 에너지시스템의 통합적인 최적화 필요하며 장기적 관점에서 섹터커플링은 시·공간적으로 효과적인 에너지원 투입에 따라 에너지시스템 비용을 줄일 수 있다.

또한 최근 재생에너지 확대에 따른 변동성 문제 해결이 요구되며 이러한 문제를 해결하기 위해서는 분산에너지에 기반한 커뮤니티단위의 에너지원 공급·수요균형화체계 관점에서 섹터커플링기술이 필요하다.

이를 위해서는 단일기기 성능향상 기술개발과 함께 다양한 에너지장치의 SI(system Integration)을 통한 에너지시스템 최적화 운영을 위한 R&D정책이 수반돼야 한다. 다중에너지사업 주체별 이해관계로 인한 개별 에너지간 경쟁·대립구도를 탈피해 단일에너지형태시장 중심이 아닌 새로운 수익구조 창출이 필요하다.

또한 전기화(Electrification)가 주를 이루는 시대적 상황에서 다양한 형태 에너지를 연계해 최적 통합에너지 네트워크 시스템 기술개발이 시급하다.

 

■ 국내 집단냉난방 동향과 5세대 집단냉난방 도입 시 주안점은
한국에너지기술연구원에서 운영한 진천 친환경에너지타운에서는 4세대 지역냉난방과 유사한 태양열 등 신재생에너지 융복합설비를 이용한 계간축열식 블록히팅시스템에 대한 실증설비를 국내 최초로 구축했다.

또한 부산 EDC 스마트빌리지에서는 지열·수열원 히트펌프와 축열조를 활용한 커뮤니티단위 4세대 지역냉난방기술을 적용해 5세대 지역냉난방의 기본이 되는 열에너지설비에 대한 설계·시공 및 운용기술을 보유하고 있다.

향후에는 최근 유럽을 중심으로 실증연구가 활발히 진행 중인 5세대 지역냉난방시스템에 대한 국내 최초 실증 운영을 통해 효율적인 집단에너지시스템의 국내도입 방안 마련이 시급한 실정이다.

국내도 진천 친환경에너지타운과 부산 EDC 스마트빌리지에서의 실증경험을 기반으로 잉여에너지의 섹터커플링 중 P2H기술이 적용된 5세대 지역냉난방 기술개발 달성 기간을 단축시키고 실증기간을 확보할 수 있어야 한다.

5세대 지역냉난방시스템 개발과 구축을 위해서는 △분산형 히트펌프 △저엑서지(exergy)시스템 △네트워크 밸런싱기술을 활용한 차세대 지역냉난방 공급기술개발이 필요하다.

특히 지중축열조(또는 축열조) 등이 포함된 저엑서지기반 5세대 양방향 열그리드 최적화 운영 알고리즘 개발과 인프라구축 설계·운영기술을 확보해야 한다. 설계·운영 기술뿐만 아니라 실증연구기반 구축을 위한 신재생에너지기반 분산에너지원과 에너지원 계통을 연계해 커뮤니티내 에너지수요·공급에 능동적으로 대응할 수 있는 복합에너지시스템과 네트워크의 최적 설계·운영관리기술 확보도 시급하다.

 

■ 분산에너지 확대를 위해 개선해야할 정책·제도를 제언한다면

분산에너지 활성화 추진전략의 제도들이 실제 산업현장에 연착륙할 수 있도록 지속적으로 제도개선이 필요하다. 섹터커플링으로 연계되는 에너지부문별 변환과 에너지생산·변환부문 등 모든단계에서 섹터간 연계를 고려해 신규투자가 가능하도록 법·제도를 검토해야 한다.

또한 분산자원 유연성 검증을 위한 대형 실증인프라를 확충하고 산업단지를 대상으로 기술수용성 검증 완화를 추진해야 한다.

국내는 재생에너지 변동성에 대응할 수 있는 유연성 제공시스템의 계통연계 실증 인프라가 부재해 신기술시장 진입을 위한 트랙레코드가 부족하며 온실가스 감축사업관련 인증제도가 다소 부족한 상황이다.

이에 따라 산업체 적용과 실증에 다소 한계가 있어 산업단지 내 에너지사업의 경우 자발적인 거래를 촉진하기 어려운 규제들이 일부 존재해 이에 대한 면밀한 검토가 필요하다.

신규 에너지원뿐만 아니라 신규사업과 제품개발에 따른 관련 인증제도가 다소 미흡해 개발된 신기술을 검증할 수 있는 종합실증 인프라 확충과 함께 분산자원 유연성 인증제도 연계를 추진해야 한다.

규모의 경제 측면에서는 중소기업은 기술개발을 통한 시장 불확실성 제거와 핵심부품 개발에 집중하며 이를 통합해 수익성이 보장된 비즈니스로의 확대는 대기업이 추진하는 형태로 역할분담을 추진해야 한다.

이와 함께 연구소는 기반기술의 대규모 실증을 주도함으로써 기술의 실효성을 시장에 전할 수 있는 역할을 담당하고 대학은 기술다양성을 추구하는 동시에 원천기반기술 확보에 주력해야 한다.