산업통상자원부는 집단에너지 핵심설비인 열병합발전기기를 통해 단순히 산업단지나 지역에 공급하는 열원 외에도 시설원예농가와 같은 인근지역의 수요처를 개발, 사업자들이 영역을 확장시킬 수 있는 방안 마련에 고심하고 있다.
이에 따라 산업부는 국가 열지도 작성을 비롯해 시설원예농가에 에너지와 이산화탄소(CO2)를 동시에 공급함으로써 에너지소비효율을 높이고 온실가스도 감축할 수 있도록 하는 기술을 적극 육성하겠다는 의지를 보이고 있다.
이에 힘입어 일부 사업자들을 필두로 시범사업이 진행되고 있어 살펴봤다. / 편집자주
열병합발전설비의 활용도가 점차 다양해지고 있다. 에너지소비효율을 향상시키는 것과 더불어 온실가스 감축까지도 기여하고 있는 열병합발전설비는 초기비용부담과 주민기피시설로 그 성능을 온전히 인정받지 못한 채 정부의 지원 없이는 자립하기 힘든 애물단지로 전락해 왔다.
그동안 우리나라는 열병합발전설비에 대해 분산형전원으로써 특정지역을 위한 열과 전기를 생산하는 설비로만 활용해 왔기 때문이다.
무엇보다 정부가 열판매요금을 관할해 옴에 따라 원가에도 못 미치는 요금산정 등이 문제로 대두됐지만 이 역시 지난 8월 산업부가 연료비연동제를 대폭 개선, 연료 값에 따라 열요금을 산정할 수 있는 기준을 마련했다.
또한 총괄원가제를 도입, 시장기준가격의 10% 한도 내에서 사업자별 요금을 적용키로 함으로써 사업자들은 아직도 부족하지만 그나마 숨통이 트였다는 반응을 보이고 있다.
다만 정부는 사업자들이 단순히 주어진 상황에만 매진할 것이 아니라 보다 넓게 보고 사업을 확장할 수 있는 방안을 강구해야할 것이라고 지적하고 나섰다. 이의 일환으로 정부는 시설농가들을 대상으로 열병합발전설비를 보급할 수 있는 방안을 모색하고 있는 것으로 알려졌다.
국내 시설농가의 경우 생산비의 30%를 난방비로 지출해 시설농업 선진국에 품질뿐만 아니라 가격경쟁력이 떨어짐으로써 FTA시장 환경에서 고전을 면치 못하고 있다. 난방비 절약의 목적으로 난방방식을 기존 화석연료에서 전기난방으로 됐고 이로 인해 값싼 농사용 전기공급 증가로 국가 부담이 증가하고 있는 것이 현실이다.
이에 따라 CO2와 열에너지가 모두 필요한 시설원예농가 등을 대상으로 지역난방 후 회수되는 열을 화훼농가에 2차로 공급, 회수온도를 낮춤으로써 열병합발전설비의 효율도 극대화하고 사업확장에도 기여할 수 있도록 하는 연구를 한국지역난방공사를 통해 실시하고 있다.
◈회수열 적용 사례 - 한국지역난방공사
최근 지역난방공사는 산업부의 발주로 대규모 일산지역의 화훼농가 ‘고려원’에 회수열공급 시범사업을 실시하고 있다. 회수되는 지역난방열배관을 화훼농가로 우회시켜 공급하는 방식이다.
열병합발전설비의 효율개선으로 2000년 이전과 이후의 설비 효율이 각각 다르기 때문에 회수열 농가 공급사업은 2000년 이전 설비 지역에만 해당한다.
기존 지역난방열은 100~120℃로 가정에 송열된다. 이 열이 주거지역에 열을 주고 회수되는 온도는 보통 50~60℃다. 하지만 열병합발전설비의 경우 회수온도가 낮을수록 효율이 높아지기 때문에 최근 설치되는 설비들의 경우 회수온도가 20~30℃인 것을 감안하면 화훼농가에 열을 공급하기에 충분하다는 것이다.
이에 따라 산업부는 공기업인 한난을 통해 회수열활용 시범사업에 착수했다.
국내 전체 원예시설의 면적은 2013년 말 기준 5만1,058ha에 달한다. 더구나 대부분의 시설들이 대도시권 인근지역에 밀집해 있다고 산업부는 분석했다. 그 중 국내 난방을 필요로하는 원예시설은 같은해 기준 1만3,980ha로 나타났다. 이는 전체 원예시설 면적의 약 27%에 해당한다.
에너지원별로는 유류, 전기, 고체연료, 지열, 가스 등으로 나눌 수 있는데 전체 난방열을 사용하는 원예시설 중 60.5%가 경유를 사용하고 있으며 중유 11.2%, 등유 10.1% 순으로 나타났다. 그 다음이 전기인데 전기 역시 5.4%에 불과했으며 가스를 활용한 난방은 0.2%에 불과한 것이 현실이다. 그 원인은 경유난방열이 초기투자비가 가장 저렴하기 때문인 것으로 나타났다. 하지만 난방비는 면세경유를 사용한다고 하더라도 12만~14만원/Gcal로 농가 난방비 부담이 큰 상황이다.
이에 따라 산업부는 한난을 통해 농업용 집단에너지사업을 지난 2014년부터 추진해 오고 있다. 아직은 저온중수로 가능한지, 공급관에서도 혼합이 가능한지 등 사업추진 준비단계로 올해 1월부터 시범사업을 시작했다. 올해 말에는 보급·확대가 가능한지 여부에 대한 결과를 도출할 계획이다.
한난이 시범사업을 하고 있는 고려원의 경우 지난 6월 말 기준 운영결과는 매우 만족스런 수치를 보였다. 상반기 6개월 운영 결과 집단에너지를 통한 열요금은 Gcal 당 7만원으로 열생산 원가 수준이어서 올해 말까지 운영을 하더라도 난방비가 약 4,200만원에 그칠 것으로 전망됐다. 이는 고려원의 지난해 에너지비용 6,400만원이었던 것에 비해 약 2,200만원이 절감된 금액이다.
여기에 자체 열생산시설 미가동에 따른 운영의 편익 및 안전성까지 확보되면서 만족도가 더욱 높아진 것으로 드러났다. 이를 바탕으로 2016년부터는 한난의 기존 운영 중인 열원 및 열배관을 활용해 열공급을 한다는 방침이다. 기존 열공급지역 인근 시설원예단지가 그 대상이다. 한난은 따라서 고양시의 주교화훼단지와 원당화훼단지, 나주시의 산포면 일원 등을 대상지역으로 보고 있다.
다만 일산의 경우 사례가 있고 화훼농가에서도 효율을 입증해 주고 있는 만큼 어렵지 않게 추진되고 있는 반면 나주의 경우는 집단에너지에 대한 이해가 부족한데다 한난과 원예농가간 열공급에 대해 다른 입장을 보이면서 수월하지 않은 모습을 보이고 있다.
산업부는 내년에 기존 열원 활용사업이 무리 없이 진행된다면 2단계 사업으로 신규 및 기존 원예시설 밀집지역 대상으로 신규열원 설치사업에 대해서도 구상하고 있다. 예를 들면 새만금 간척지 내 농업용지, 진주 신규 원예단지 등이 그 대상에 포함된다.
앞으로 정부는 농업용 집단에너지 관련 정부부처 및 공공기관간 협업체제를 구축, 중앙정부에서는 산업부와 농림부의 법령 및 제도개선 등의 정책을 수립하고 한국농어촌공사에게는 수요처와 농가 공급방안을 모색하게 할 계획이다. 또한 지방정부에는 민원해소와 인허가, 사업지선정, 지원금 등을, 한난은 집단에너지사업을 추진함으로써 농업용 집단에너지사업의 서클체인을 만들어 나갈 방침이다.
◈CO2 회수 농가공급 사례 - RNP 엔터프라이즈 & GE Jenba cher
최근 시설농가들도 전기와 열을 생산, 난방에 사용하고 그 과정에서 부수적으로 발생하는 온실가스, 즉 CO2를 GE Jenba cher의 특화된 기술로 재가공해 농작물의 품질 및 생장을 도울 수 있도록 제작된 천연가스 열병합발전설비 도입에 관심이 높아지고 있다.
농가에 열병합발전설비를 도입하게 되면 농가들은 생산되고 남은 전기매전을 통해 연료비 부담을 줄일 수 있으며 국가적으로는 농사용 전기사용을 줄여 전력예비율을 높이는 일거양득의 효과를 거둘 수 있다.
GE Jenba cher의 가스엔진은 도시가스를 사용해 엔진에서 발생되는 열로 난방문제를 해결하고 추가로 생산되는 전기를 매전해 도시가스연료비를 일부 보전할 수 있다. 이는 여타 열병합발전설비와 같다. 다만 GE Jenba cher는 배기가스에 포함된 온실가스인 CO2와 질소산화물을 정화해 온실에 활용할 수 있도록 특화된 기술을 접목, 전기생산과정에서 발생하는 온실가스 발생을 Zero화 하고 있다.
특히 우리나라의 경우 수도권을 제외한 대부분의 농가 밀집지역에 도시가스가 공급되지 못하고 있는 실정이다. 하지만 GE Jenba cher의 가스엔진은 도시가스배관이 연결돼 있지 않아도 LNG위성기지를 설치, 탱크로리를 통해서도 가스공급이 가능함에 따라 그동안 도시가스사에 주어졌던 시설유지보수비용에 대한 부담도 줄일 수 있다.
무엇보다 시설농가의 입장에서는 난방비에 대해 예민할 수 밖에 없다. 연간 2만5,858Gcal를 소비하는 10ha 규모 유리온실 농가의 경유난방기와 가스엔진사용 시 난방비용 부담을 비교해보면 연간 연료비는 각각 34억8,514만4,000원(경유 1,240원/ℓ 기준), 49억4,124만8,000원(가스 900원/Nm3 기준)이나 경유난방기는 CO2 구매비용 21억원이 별도로 들어간다. 각각의 유지보수비용 등 기타 비용을 총 결산해보면 경유난방기는 55억8,514만4,000원이었으며 열병합발전설비는 56억9,089만9,000원으로 열병합발전설비가 다소 높게 나왔다. 그러나 열병합발전설비의 경우 전기를 생산하기 때문에 지난 6월 기준 SMP가 103원/kW이었던 것을 감안하면 여기에서 발생된 전기로 약 26억4,172만원 정도를 부가수익으로 얻을 수 있다.
다만 국내농가에는 열병합발전설비 도입이 시도만 되고 있고 정책적으로 안정화 돼 있지 않기 때문에 이에 대한 사례는 전무한 것이 사실이다. 열병합발전의 우수성에도 불구하고 미개척분야이다 보니 정부가 적극적으로 나서서 정책을 만들어줘야 한다는 것이 관련업계의 주장이다.
최근 GE Jenba cher 가스엔진의 국내 영업을 맡고 있는 RNP엔터프라이즈는 GE Jenba cher와 호남권 파프리카 농장에 설비 도입을 추진하고 있다. 하지만 해당 농가는 초기투자자금으로 인해 발전설비 설치 부지만 남겨놓은 채 온실을 건축하고 있는 것으로 알려졌다.
개별 농가가 이 시설을 도입하기에는 턱없이 높은 가격이기 때문에 업계 전문가들은 정부가 나서서 저리융자나 전력기반기금 지원 또는 ESCO사업의 일환으로 편입시키는 등의 방안을 마련해야 한다고 강조하고 있다.
무엇보다 GE Jenba cher의 가스엔진은 지난 1985년 이미 공해물질 저감시스템인 LEANOX· Control을 개발, 적용해 왔으며 2007년에는 세계 최초로 24기통 엔진을 개발, 세계시장 점유율 39%를 차지할 만큼 설비의 효율을 톡톡히 인정받고 있다.
우리나라는 2020년까지 온실가스 감축안 37%를 발표함에 따라 농가의 온실가스 배출량도 무시할 수 있는 상황은 아니다. 이러한 가운데 정부의 적극적인 지원을 통해 설비들이 갖춰진다면 시설농가뿐만 아니라 국가적 차원에서도 에너지절약과 온실가스 감축이라는 두 마리 토끼를 잡을 수 있는 기회가 될 것으로 분석된다.
네덜란드를 비롯한 유럽국가에서 CO2의 공급수단으로 가스엔진인 열병합설비가 각광을 받고 있다. 즉 시설농가 난방의 대안으로 보일러를 대신해 천연가스 열병합발전설비를 도입, 전기와 열을 생산함으로써 난방에 활용하고 그 과정에서 부수적으로 발생하는 CO2를 정화해 온실에 공급하는 방식이다. 이는 농작물의 품질 및 생장을 극대화할 뿐만 아니라 대기환경 개선에도 도움을 주고 있다.
모든 원예작물 및 채소류는 광합성을 위해 이산화탄소가 필요하며 그린하우스의 이산화탄소 농도가 1,000ppm인 경우 생산성이 약 130%까지 증가하는 결과를 얻었다.
따라서 네덜란드에서는 오래전부터 액화이산화탄소나 보일러, 가스엔진을 이용해 온실 내에 일정수준의 이산화탄소 농도를 유지, 생산시기를 단축시키고 품질 좋은 작물을 재배하고 있는 것이다.
유럽국들은 우리나라와 달리 대규모 집단에너지사업을 하지 않는다. 말 그대로 분산형전원으로써 남지도, 모자라지도 않도록 설계해 열과 전기, 배출되는 CO2까지 남김없이 활용하는 시스템을 도입하고 있는 것이다.
네덜란드가 그린하우스에 가스엔진을 통한 이산화탄소를 공급하기 시작한 시기는 지난 1993년이다. 그러나 생산된 전기를 판매, 사용할 곳이 없어 보급이 쉽게 이뤄지지 않았었다. 그러던 중 2001년을 기점으로 네덜란드 정부가 그린하우스에서 생산된 전기를 국가전력망에 연결, 매전을 할 수 있도록 허용하면서 급격하게 설치·보급된 것이다.
네덜란드 그린하우스 가스엔진 설치 현황을 살펴보면 2001년 그린하우스 가스엔진은 500MW에 불과했으나 전력판매를 시작으로 2012년에는 약 3,500MW로 확대되는 성과를 보였다.
네덜란드는 온실에 실제적용 시 난방수요만 보는 것이 아니라 CO2의 필요량이 열병합발전설비 설치기준이 된다. 작물과 기후에 따라 다르지만 1ha 당 0.43Gcal(500kW)를 기준으로 보고 있다. CO2는 채소류의 경우 1ha 당 250~300g/h, 꽃의 경우 1ha 당 75~175kg/h를 충족시켜야 한다. 통상 가스엔진이 천연가스 1Nm3를 연소하면 약 1.78kg의 CO2를 발생시키는 만큼 토마토 재비 시 3MW의 전기와 3Gcal의 열을 생산하는 엔진 2대를 가동하면 난방해결은 물론 1,000ppm의 CO2도 얻을 수 있다. 아울러 천연가스 사용량도 637Nm3에 불과하다.
현재 네덜란드는 총 전기사용량의 10~15%를 그린하우스에서 공급, 전력난해소에 기여하고 있다. 이에 따라 생산되고 남은 전기는 매전을 통해 시설농가의 고민거리인 연료비 부담을 크게 저감시켜 시설농가의 자립 및 산업발전에 기여하고 있다는 것이다.
이들 농가에서는 GE Jenba cher의 가스엔진을 도입하고 있다. GE Jenba cher의 가스엔진이 농가가 에너지를 직접 생산하고 거기에서 발생하는 이산화탄소를 작물에 영양분으로 다시 제공함으로써 탄소배출 Zero를 실현할 수 있도록 원스톱 멀티시스템을 갖추고 있기 때문이다.