산업부문의 탈탄소화가 글로벌 에너지전환의 핵심과제로 부상하면서 화석연료 보일러를 대체할 수 있는 고온·대용량 히트펌프시장이 빠르게 확대되고 있다. 특히 산업용 히트펌프의 공급온도가 기존 60~90℃ 영역을 넘어 100℃ 이상으로 높아지고 증기생산까지 가능해지면서 식품, 화학, 배터리, 섬유, 지역난방 등 열집약산업의 전기화 수단으로 활용범위가 넓어지고 있다. 코플랜드(Copeland)는 100년 이상 축적한 압축기 기술과 산업용 냉동·히트펌프 전문브랜드 Vilter, 최근 인수한 독일 SPH Sustainable Process Heat의 고온 히트펌프기술을 결합해 이러한 시장 변화에 대응하고 있다. 코플랜드는 전 세계 2억대 이상의 압축기 설치실적과 40개국 이상, 약 1만8,000여명의 인력을 기반으로 HVAC, 콜드체인, 산업용 애플리케이션을 전개하고 있으며 산업용 히트펌프분야에서는 고온·대용량 공정열과 증기생산을 핵심시장으로 확대하고 있다. 특히 Vilter는 150년 이상 산업용 냉동·압축기시장에서 기술을 축적해 온 브랜드다. 식품가공과 냉장창고부터 재생에너지, 지역난방까지 연속운전과 높은 신뢰성이 요구되는 산업현장을 중심으로 적용돼 왔다. 코플랜드는
산업부문의 탄소중립이 전력사용 효율화에서 ‘열의 탈탄소화’로 확대되면서 고온 산업용 히트펌프시장이 새로운 전환점을 맞고 있다. 화학·식품·제약·제지·섬유 등 산업공정에서 사용되는 고온수와 증기를 화석연료 대신 전기 기반 히트펌프로 생산하고 공정에서 버려지는 폐열을 다시 열원으로 활용하는 기술이 핵심 수단으로 부상하고 있다. 글로벌 냉동·공조 압축기 전문기업 BITZER는 이러한 산업열 전환에 대응해 고온·대용량 산업용 히트펌프를 전략적 성장분야로 확대하고 있다. 왕복동(Reciprocating), 스크류(Screw), 스크롤(Scroll), 로터리(Rotary) 압축기를 모두 보유한 폭넓은 압축기 포트폴리오를 기반으로 산업용 히트펌프의 온도와 용량, 냉매 선택 폭을 넓히고 있으며 열교환기와 전자부품, 인버터, 디지털서비스까지 통합해 시스템 전체의 효율과 운전 신뢰성을 높이는 전략이다. 특히 최대 120℃ 출수가 가능한 CSH2T 고온용 컴팩트 스크류 압축기를 중심으로 산업 공정열과 증기생성, 지역난방 등 기존 보일러가 담당해 온 고온 열수요시장까지 히트펌프 적용영역을 확대하고 있다. 90년 압축기 기술… 산업용 HP로 확장 BITZER는 90년 이상 냉동공조
솔스티스(Solstice)가 건물 냉난방과 급탕부터 산업폐열 회수, 고온 공정열 및 스팀 생산까지 대응하는 HFO 기반 히트펌프 냉매 포트폴리오를 제공한다. 41~150℃ 공급온도에 맞춰 A1등급 비가연성 냉매와 A2L등급 약가연성 냉매를 구성해 산업별 공정조건과 설비용량, 운전효율 및 안전요건에 따라 선택할 수 있도록 했다. 히트펌프는 기존 건물 냉난방과 급탕을 중심으로 사용됐지만 산업현장에서 발생하는 폐열을 회수해 고온수와 공정열, 스팀을 생산하는 산업용 설비로 적용범위가 넓어지고 있다. 냉매와 압축기기술 발전으로 기존 60℃ 이하 저온영역에서 80~100℃ 공정열은 물론 100~150℃ 고온열과 스팀 생산까지 대응하면서 다양한 열원과 목표온도에서 안정적으로 운전할 수 있는 냉매의 역할도 커지고 있다. 폐열회수·공정 전기화로 적용범위 확대 산업용 히트펌프시장의 주요 수요는 폐열회수와 공정열의 전기화에서 발생한다. 산업현장에서는 폐수와 냉각수, 배기가스, 건조·냉각공정에서 발생한 열이 저온폐열 형태로 버려진다. 산업용 히트펌프는 이러한 열을 회수해 공정에서 다시 사용할 수 있는 온도로 높여 공급하는 설비다. 회수한 열을 세척수와 급탕, 건조·예열공정 등에
센추리가 산업공정에서 발생하는 폐열을 활용해 180℃ 이상의 고온 스팀을 생산하는 MW급 산업용 히트펌프 개발에 나서며 화석연료 보일러 대체시장 공략을 본격화하고 있다. 1968년 설립된 센추리는 냉난방기와 냉동기를 비롯해 산업기계, 조선·원전용 HVAC까지 사업영역을 구축해 온 국내 냉동공조 전문기업이다. 센추리가 현재 집중하고 있는 기술은 기후에너지환경부에너지수요관리 핵심기술개발사업으로 추진 중인 ‘보일러 대체 산업용 180℃급 고온 스팀히트펌프’다. 산업공정에서 보일러가 담당하던 고온 스팀 공급을 전기기반 히트펌프로 대체해 산업부문의 에너지효율을 높이고 탄소배출을 저감하는 것이 목표다. 개발 중인 시스템은 공정에서 약 90℃로 배출되는 폐열을 회수해 히트펌프로 승온한 뒤 증기발생기와 기계식 증기재압축기(MVR)를 연계해 180℃ 이상의 고온 스팀을 생산하는 방식이다. 압축기 용량은 1.5MW급, 전체 시스템 용량은 약 3.7MW급이며 LowGWP 냉매인 R1336mzz(Z)를 적용했다. 무급유 터보압축기·MVR로 ‘스팀 직접생산’ 센추리 고온 히트펌프의 핵심 경쟁력은 고온수 생산에 그치지 않고 산업공정에서 직접 사용할 수 있는 스팀까지 공급할 수 있다는
열구동냉동기 전문기업으로 냉동공조분야 삼중테크(대표 최종완)는 고효율 냉난방시스템과 친환경에너지 솔루션을 개발·공급하며 산업용 공조시장에서 경쟁력을 높이고 있다. 주요 제품은 △연료전지 등에서 발생하는 배열인 저온 배가스 구동 흡수식 냉동기 △가스엔진 등에서 발생하는 배열인 배가스와 저온 온수 동시 구동 하이브리드 흡수식 냉동기 △액침냉각열 및 산업공정 등에서 발생하는 배열인 초저온 온수구동 흡착식 냉동기 △세계 최고 효율의 3중 효용 흡수식 냉동기 등이다. 저온 배가스 구동 흡수식 냉동기는 SOFC 연료전지나 소성로 등에서 발생되는 300℃ 내외의 배가스를 열원으로 활용해 냉수를 생산하는 제품이다. 국내 최초로 개발된 제품으로 현재 다수 현장에 보급되고 있으며 24시간 365일 안정적으로 운영돼 에너지절약과 탄소중립에 기여하고 있다. 초저온 온수 구동 흡착식 냉동기는 액침냉각·산업공정에서 발생되는 55~60℃의 초저온 온수를 열원으로 활용해 냉수를 생산하는 제품으로 현재 국책과제를 통해 개발돼 시제품 평가와 실증 단계에 이르렀다. 특히 PAFC 연료전지와 △태양열 △산업공정 △4세대 지역난방 등에서 발생되는 65~70℃ 온수로 구동되는 흡착식 냉동기는 현재
월드에너지(대표 류진상)는 지난 2004년 설립된 산업용 흡수식 냉동기·히트펌프 전문기업이다. 제1종 흡수식 히트펌프와 제2종 흡수식 히트펌프인 흡수식 히트트랜스포머를 모두 상용화해 공급하고 있다. 제1종 흡수식 히트펌프는 증기·온수·연소열 등의 구동열원을 투입해 저온폐열을 회수하며 이를 공정이나 지역난방에 사용할 수 있는 온수로 전환하는 제품이다. 구동열 1.0을 투입하면 저온폐열을 약 0.8추가로 회수해 1.8의 유효열을 생산할 수 있다. 제2종 흡수식 히트펌프인 흡수식 히트트랜스포머는 별도의 외부 구동열원이 필요하지 않다. 산업공정에서 발생하는 중온폐열 자체를 구동에너지로 사용해 폐열의 일부를 더 높은 온도의 고온수나 증기로 전환한다. 일반적으로 투입된 폐열 가운데 약 50%를 고온의 유효열로 회수하며 COP는 약 0.5다. 나머지 열은 냉각수로 방출된다. 흡수식 히트트랜스포머는 전동압축기를 사용하지 않고도 100℃ 이상의 고온수와 저압증기를 생산할 수 있어 화학·석유화학·식품 등 증기수요가 큰 산업에 적합하다. 기존 보일러가 연료를 새로 연소해 증기를 생산하는 것과 달리 공정에서 이미 발생한 폐열을 이용하므로 연료비와 탄소배출을 줄일 수 있다. 월드에
아진피앤피(대표 김진두)는 ‘Recycling Nature, Resolve Energy’라는 슬로건에 함축돼 아래 자연에서 온 자원을 다시 자연으로 돌려보내는 재순환의 가치를 실현하며 그 과정에서 수반되는 에너지 문제를 기술적으로 해결하는 것을 목표로 사업을 추진 중이다. 전통적인 종이건조공정의 운영방식으로 막대한 스팀을 화석연료에 의존해 사용해 왔지만 에너지시장의 불확실성과 강화되는 배출규제대응을 위해 근본적인 에너지구조혁신이 절실했다. 특히 연료를 태워 스팀을 활용한 후 남은 폐열이 그대로 버려지는 일방향적 선형에너지구조를 개선하는 것이 핵심 과제였다. 공정 데이터 분석결과 외부로 배출되는 배기가스와 온수 등 버려지는 폐열의 자원화 가능성을 확인했다. 이를 대용량 고온 히트펌프 기술을 통해 회수하고 승온해 공정에 재투입함으로써 화석연료 사용량을 획기적으로 감축하는 기술타당성을 확보해 산업용 히트펌프도입을 결정했다. 산업용 히트펌프 적용… 약 8억원 요금절감 기대 아진피앤피는 현재 기후환경에너지부 산하 한국에너지기술평가원 지원으로 진행되는 ‘산업용 1,000RT 대온도차시스템 히트펌프 핵심기술 및 실증·운영 기술’ 개발과제의 핵심 실증기업이자 총괄책임기관으
LG전자는 오랜기간 축적해 온 칠러, 압축기, 열교환기, 인버터, 제어기술을 바탕으로 산업용 히트펌프를 미래 성장사업으로 육성하고 있으며 산업현장의 에너지전환을 지원하는 다양한 솔루션 개발에 역량을 집중하고 있다. 최근 다양한 산업현장에서 실증프로젝트를 수행하며 적용가능성을 검증하고 있으며 데이터센터와 지역난방분야로도 사업영역을 확대하고 있다.산업용 히트펌프는 △고효율 압축기 △친환경 냉매 △고효율인버터 △열교환기 △제어기술 △시스템 엔지니어링역량 등이 유기적으로 결합됐을 때 산업현장에서 요구하는 고온·대용량·고신뢰성 확보가 가능하다. LG전자는 산업용 히트펌프 핵심기술을 자체확보했을 뿐만 아니라 무급유 마그네틱 베어링기술과 다단압축기술을 보유하고 있다. 무급유 마그네틱 베어링기술을 통해 유지관리부담을 줄이고 장기간 높은 효율을 유지할 수 있으며 고온운전과 대용량화를 동시구현할 다단압축기술을 통해 산업용 보일러를 대체할 수 있는 수준의 열에너지 생산기술 확보에 집중하고 있다. 이를 통해 산업현장에서 요구하는 신뢰성과 효율을 동시제공한다. 또한 산업공정·발전소·데이터센터 등에서 발생하는 저온폐열을 회수해 고온의 유용한 에너지로 전환하는 기술을 기반으로 산업전기
한국펄프·종이공학회는 국내 제지 및 펄프산업의 학술적 발전과 기술혁신을 이끌어가는 핵심 연구단체다. 최근 가장 큰 화두인 탈플라스틱과 순환경제 실현은 물론 에너지효율화와 탄소중립기술 등 제지산업의 지속가능한 미래를 위해 활발하게 연구교류와 정책제언을 이어가고 있다. 김진두 한국펄프·종이공학회 회장을 만나 국내 제지산업에서의 열에너지사용특성과 히트펌프도입 시 기대효과 등을 들었다. ■ 국내 제지산업에서 열에너지사용이 갖는 중요성은 제지공정은 에너지소비가 많은 공정이다. 특히 종이를 생산할 때 머금고 있는 수분을 완전히 말려야 하는 건조공정은 제품생산에 필수적인 핵심단계로 건조부에서 공장 전체 에너지사용량의 60~70% 이상을 열에너지(스팀) 형태로 사용하게 된다. 이때 상당량의 열에너지를 대부분 LNG나 석탄같은 화석연료기반 보일러에 절대적으로 의존해서 만들고 있다. 막대한 열에너지사용을 어떻게 효율화하고 화석연료 의존도를 낮추느냐가 제지업계 전체의 원가경쟁력과 탄소중립을 결정짓는 가장 중요한 열쇠다. ■ 제지스팀 건조공정의 에너지수요특성은 24시간 365일 단 1초의 중단도 허용하지 않는 고온·고압 포화스팀의 연속성과 균일성이다. 제지공장의 초지기는 한 번
한국에너지기술연구원 에너지변환연구실은 탄소중립 실현과 에너지효율 향상을 위해 산업과 건물의 열에너지 전기화 히트펌프기술, 반도체용 냉열공급기술, 자연냉매와 Low GWP(지구온난화지수)냉매 활용기술, 재생에너지 변동성 흡수를 위한 카르노배터리기술 등을 연구하고 있다. 열에너지 전기화를 위한 산업용·건물용 히트펌프의 구성기기 개발과 시스템 최적화를 연구하고 있는 최봉수 한국에너지기술 연구원 책임연구원을 만나 국내 산업부문의 열에너지 사용특성과 산업용 히트펌프 활용방안 등을 들었다. ■ 에너지연에서 수행한 산업용 히트펌프 연구사례는 현재 수행하고 있는 산업용 히트펌프 관련과제는 크게 세 가지가 있다. 첫째는 초저습 드라이룸의 에너지절감을 위한 기술개발 및 실증과제로 이차전지용 제습시스템의 냉동기와 보일러를 대체하기 위한 히트펌프 개발을 담당하고 있다. 기존에는 냉동기의 냉수와 보일러의 스팀을 제습시스템의 열원으로 활용했지만 하나의 히트펌프로 냉열과 고온열을 함께 공급해 에너지와 온실가스배출을 동시에 저감할 예정이다. 기존 히트펌프 연구사례대비 증발온도와 응축온도의 온도차가 90℃ 이상으로 크며 120℃까지 열공급이 가능해야 하기 때문에 히트펌프를 캐스케이드구조로
한국기계연구원 히트펌프연구센터는 지난 2024년 설립된 열에너지 전문 연구조직으로 산업공정·건물·데이터센터·에너지 인프라의 열을 효율적으로 생산·이용·순환시키는 기술을 연구하고 있다. 송찬호 기계연 히트펌프연구센터장을 만나 산업부문 탄소중립에 히트펌프의 역할과 연구동향 등을 들었다. ■ 산업부문 탄소중립에 있어 산업용 히트펌프의 역할은 산업에서 소비되는 에너지 중 상당 부분은 열이며 여전히 보일러와 직접연소에 의존한다. IEA에 따르면 열은 2024년 세계 최종에너지 소비의 거의 절반이며 2021년 기준 이 열의 53%는 산업공정에 쓰였다. 산업용 히트펌프는 전기를 그대로 열로 바꾸는 전기히터와 달리 주변이나 공정의 열까지 끌어올리므로 투입 전력보다 큰 열량을 공급할 수 있다는 점이 핵심이다. 재생전력 확대와 결합하면 연료연소를 전기기반 고효율 열생산으로 전환하는 P2H의 핵심설비가 된다. 특히 △식품 △제지 △화학 △섬유 △건조·증발·세정 등 100~200℃ 열수요가 반복되는 공정부터 보급효과가 크다. 다만 감축량은 △전력의 탄소배출계수 △기존 연료 △온도상승폭 △운전시간 등에 따라 달라지므로 현장별 에너지·탄소수지를 함께 평가해야 한다. ■ 산업용 히트펌
한국에너지기술평가원은 건물·가정부문 히트펌프보급 확대부터 산업용 보일러 대체를 위한 고온·대용량 히트펌프 개발까지 부문별 열에너지 전기화를 위한 연구개발을 지원하고 있다. 이길봉 에너지기술평가원 효율향상PD를 만나 국내·외 산업용 히트펌프 기술개발 동향과 국내 기술수준, 향후 R&D 방향을 들었다. ■ 현재 추진 중인 히트펌프 관련 R&D를 소개하면 건물·가정부문에서는 공동주택 적용과 히트펌프 보급확대를, 산업부문에서는 산업용 보일러 대체를 위한 온도·용량 확대 및 공정적용 확대를 위한 R&D를 진행하고 있다. 건물‧가정부문에서는 가스를 전혀 사용하지 않는 100% 전기화 공동주택을 목표로하는 R&D를 진행하고 있다. 기축주택을 대상으로 공동주택 히트펌프보급에 필요한 설계기준, 운전기준 등을 도출할 예정이다. 자연냉매인 프로판을 적용한 냉난방‧급탕일체형 공기 대 물(ATW) 히트펌프연구도 진행 중이다. 이번 과제를 통해 히트펌프 개발뿐만 아니라 현재 부족한 ATW 히트펌프의 고효율제품 인증기준을 수립할 예정이다. 산업부문에서는 제지산업 폐열을 활용해 100℃ 이상의 열원을 생산하는 산업용 대용량 대온도차 히트펌프개발 연구가 진행되
에너지경제연구원은 열에너지 탈탄소관련 연구들을 다수 수행해오고 있다. 최근에는 히트펌프를 포함한 다양한 청정전환기술과 가스보일러 비용연구 등 국내 열에너지전환을 효과적으로 추진하기 위한 연구주제를 개발 중이다. 열에너지전환을 위한 전략·계획수립기반연구와 히트펌프 보급로드맵 지원연구 등을 수행하고 있는 오세신 에너지경제연구원 선임연구위원을 만나 산업용 히트펌프의 중요성과 관련 정책·제도개선방향을 들었다. ■ 산업용 히트펌프가 산업부문 열에너지 탈탄소화에서 갖는 중요성은 국내 최종에너지소비에서 열에너지가 차지하는 비중이 절반정도이며 이중 약 70%는 산업부문이 차지하고 있다. 이에 따라 최종에너지소비의 약 35% 정도는 산업부문 열에너지소비다. 또한 국내 최종에너지소비의 60%는 산업부문에서 나온다. 산업부문 에너지소비의 50% 이상이 열에너지소비다. 이에 따라 산업의 열에너지소비는 대부분 화석연료에 의존하고 있기 때문에 청정 전환이 당연히 요구될 수밖에 없다. 특히 업종에 따라 소비하는 열의 온도가 낮게는 수십℃에서 높게는 수천℃로 다양하기 때문에 공급온도가 200℃를 넘기 어려운 산업용 히트펌프의 활용은 제한될 수밖에 없다. 그럼에도 불구하고 IEA에서 전
산업부문 탈탄소화가 글로벌 에너지전환의 핵심과제로 부상하며 산업용 히트펌프에 대한 관심이 높아지고 있다. 산업부문은 가열과 예열, 건조, 증발, 살균, 증류 등 다양한 공정에서 막대한 열에너지를 필요로 한다. 특히 국내 제조업은 국가경제에서 차지하는 비중이 높은 만큼 산업부문의 에너지소비와 온실가스 배출을 줄이기 위한 열에너지전환이 중요하다. 산업용 히트펌프는 산업공정에서 발생하는 폐열이나 미활용열원을 회수해 필요한 온도까지 높인 뒤 공정 가열과 예열, 건조 등에 다시 활용하는 기술이다. 열다소비산업은 공정에서 저온·중온폐열이 발생하는 동시에 일정한 온도대의 열수요도 지속적으로 발생해 히트펌프를 적용할 경우 에너지절감 효과를 확보하기에 유리하다. 최근에는 공급온도와 가열능력을 높이고 친환경냉매를 적용하는 한편 증기재압축기술(MVR)과 연계해 고온스팀까지 공급하는 기술개발이 진행되면서 산업용 히트펌프의 적용영역도 확대되고 있다. 이번 기획에서는 산업부문 열에너지 탈탄소화를 위한 산업용 히트펌프의 역할과 기술개발 동향을 살펴보고 보급확대를 위한 경제성 확보방안과 실증·제도·표준화 과제를 알아본다. 산업에너지 절반 이상 ‘열’… 전기화 필요성 확대 국내 최종에너지
AI 데이터센터와 바이오, 첨단 제조시설 등 미션크리티컬 인프라가 빠르게 확대되면서 빌딩운영에서도 정밀제어와 운영안정성, 에너지효율을 동시에 확보해야 하는 요구가 커지고 있다. 이에 따라 다양한 설비와 운영데이터를 통합하고 AI를 기반으로 상태를 예측·최적화하는 자율형 빌딩의 중요성이 높아지고 있다. 존슨콘트롤즈는 고효율 HVAC장비와 Metasys 빌딩자동화시스템(BAS), OpenBlue 디지털 에코시스템을 결합해 자율형 빌딩 구현을 지원하고 있다. 김대현 존슨콘트롤즈코리아 솔루션아키텍처매니저를 만나 자율형 빌딩의 핵심기술과 존슨콘트롤즈의 플랫폼 및 국내시장 전략을 들었다. ■ 최근 스마트빌딩시장 변화는 AI 데이터센터, 바이오, 첨단 제조시설, 대형병원 등 새로운 인프라가 빠르게 늘어나면서 빌딩 운영환경도 변화하고 있다. 이러한 시설은 온도·습도·압력 등을 더욱 정밀하게 제어해야 하며 이에 따른 에너지사용도 크게 증가한다. 기존 BMS와 BEMS만으로는 이러한 요구에 대응하는 데 한계가 있어 AI와 데이터기반 플랫폼의 역할이 더욱 중요해지고 있다. 스마트빌딩은 설비제어나 운영효율화를 넘어 △에너지효율성 △지속가능성 △운영성능 향상 △실사용자 웰빙 등 조
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