그런데 최대전력수요는 경제가 성장함에 따라 지속적으로 증가하기 때문에 국가적으로는 매년 막대한 투자비를 들여 전력공급설비 건설이 필요하게 된다. 전기소비는 항상 일정한 것이 아니어서 시간대별, 계절별로 다르게 나타나고 있는데, 생활양식이 변화함에 따라 주간과 야간, 냉방부하가 집중되는 여름철과 기타 계절간에 부하격차가 더욱더 심하게 나타나고 있는 실정이다. 이와같이 변동하는 수요에 대응해 종래에는 어떻게 정확하게 미래의 전력수요를 예측하고 합리적으로 전원을 개발하며 효율적으로 계통을 구성할 것인가 하는 것이 전기사업자의 전통적인 과제가 되어 왔으나 최근에는 전력회사가 고객의 전기사용에 개입하여 전력공급에 유리한 방향으로 수요가 형성되도록 유도하는 전력수요관리를 적극 추진하고 있다.
전력 수요의 특성
우리나라는 계절변화가 뚜렷하여 계절에 따라 전력수요의 차이가 크게 나타난다. 기온이 비교적 온화한 봄·가을철에는 전력수요가 낮고, 기온이 가장 높은 여름철에 연중 최대를 기록한다. 매년 6월에 접어들면 냉방수요가 발생하기 시작해 기온이 올라가며 전력수요가 급격히 상승하기 시작해 7~8월 경에 연중 최대부하에 이르게 된다.
참고로 금년도 최대전력수요는 무더위가 기승을 부렸던 지난 7월29일 15시에 나타났으며 그 때의 수요는 5,126만4,000kW였으며 2003년 최대전력보다 8.2% 증가한 수준이었다. 최대수요 발생 당시 예비율은 12.2% 로 수급에 문제는 없었으나 그림에서 보는 바와 같이 특정한 시간대에 집중 가동되는 냉방수요는 연중최대 수요를 증가시킬 뿐만 아니라 주야간 전기사용의 격차도 크게 늘려 놓기 때문에 전원설비를 효과적으로 건설하고 경제적으로 이용하기 위해서는 냉방부하의 특정시간대 집중을 방지하고 다른 시간으로 이전하기 위해서는 다양한 전력수요관리 프로그램의 시행이 필요하다고 하겠다.
이와같은 관점에서 볼 때 축냉설비 보급은 피크부하를 경부하시간대로 이전시켜 최대부하의 억제와 기저부하조성을 동시에 추진하는 대표적인 DSM 프로그램이라고 할 수 있다. 주간에 가동할 냉동기를 심야시간에 가동하여 냉수 또는 얼음의 형태로 저장하였다가 주간에 사용하면 주간의 최대전력수요를 줄이는 결과가 되므로 전력사업에 있어서의 투자의 효율성을 높이는 가장 유익한 프로그램이 될 것이다.
축냉식 보급과 지원제도
축냉식 냉방설비는 80년대 중반에 수축열식 히트펌프를 한전 사옥에 시범설치하면서 도입됐다. 그러나 초기 도입된 수축열 히트펌프는 우리나라의 취약한 시공기술과 축열조 설치공간에 대한 이해부족 등으로 일반 보급에 어려움을 안고 있었다. 이를 보완하기 위해 얼음의 잠열을 이용해 축열조의 부피를 크게 축소한 빙축열 냉방시스템을 90년도에 도입하였고 한국전력과 정부의 지원제도가 마련·시행하면서 본격적으로 일반 건축물의 냉방설비로서 보급이 이뤄지게 됐다.
이 시스템은 주간냉방에 사용하는 냉열을 야간에 만들어 저장탱크에 저장해 두었다가 낮 시간에 이용하는 설비로서 축열조에 얼음을 저장하는 빙축열 시스템과 냉수를 저장하였다가 냉방에 이용하는 수축열 시스템 등이 보급되고 있다.
축냉시스템을 사용하는 경우 고객은 심야전력 요금을 적용받아 저렴한 냉방을 할 수 있을 뿐만 아니라 냉동기의 용량축소에 따른 수전비용의 감소, 고효율 운전에 따른 운전비 절감과 축냉설비의 최대장점인 고성능 냉방, 즉 대용량 냉방부하, 갑작스런 부하증가에 대한 속응성 등 여러가지로 편리한 냉방을 구현할 수 있게 된다.
축냉시스템은 심야전력을 이용하므로 일반전기식 냉방설비로 인한 피크증가를 억제할 수 있어 국가적인 에너지관리 측면에서 볼 때 가장 합리적인 설비로 평가되고 있다.
LNG와 같이 고가의 에너지원으로 생산하는 피크시간대의 전력소비를 저렴한 에너지원으로 구성된 심야시간대로 이전함에 따라 단위 냉방열량당 필요한 에너지원가를 비교하여 보면 심야전력 대비 일반전기는 3.5배, 가스냉방은 약 5.5배에 이르는 것으로 분석된다. 또한 전기 냉동기의 높은 COP로 인하여 1차 에너지소비도 타 에너지에 비해 훨씬 유리하다. 환경에 미치는 영향 측면에서도 CO2 배출량이 감소하고 타 시스템에 비해 온실가스 배출량도 훨씬 적다.
고객 입장에서 볼 때 축냉식 냉방설비가 일반 전기식이나 가스식 냉방설비에 비하여 초기투자비가 다소 많이 소요되지만 설치비 일부 무상지원 및 장기 저리융자 등을 통해 투자비 부담을 줄일 수 있다. 일반 전기요금의 1/3수준인 심야전력 요금을 적용하므로 운전비를 대폭 줄일 수 있기 때문에 축냉시스템의 설치비 증가는 대부분 3년 이내에서 회수가 가능하다.
축냉식 보급 추진현황
축냉시스템 보급 초기에는 축열조 설치에 대한 거부감과 초기투자비 부담 및 신기술에 대한 망설임 등으로 보급에 어려움이 많이 있었으나 한전과 정부의 적극적인 지원정책과 공급회사의 기술개발, 설계사무소의 관심 속에 지속적인 증가 추세를 보이고 있다. 특히 지난 99년이후 개발해 보급하고 있는 소형축냉식 에어컨의 확대로 매년 1,000호 이상의 신규 고객이 축냉시스템을 설치하고 있다.
그러나 최근에는 건축경기 침체가 장기간 계속됨에 따라 초기투자비가 많이 소요되는 축냉 시스템의 보급이 다소 주춤해 있는 실정이다. 이는 경기침체로 많은 고객들이 설비투자비를 줄이고자 중앙공급식 냉방설비를 기피하는 경향이 시장에 반영되고 있기 때문으로 분석된다. 이와같은 사정은 타 에너지 상품인 흡수식 냉온수기의 경우에도 비슷한 것으로 판단된다.
한편 축냉설비는 주로 업무용 빌딩, 백화점 상가 등 상업용 빌딩에 많이 설치돼 사용하고 있는데, 소형 축냉설비 보급에 따라 중소형 식당, 상가 등에도 보급이 늘어나고 있으며 산업용 등으로도 보급시장이 확대되고 있는 추세다.
보급지원 제도
축냉식 냉방설비를 설치하는 고객의 가장 큰 장점은 전기요금이 매우 저렴(심야시간대 전력에 대해서는 일반용 전기요금의 1/3수준)한 심야전력 요금을 적용받는데 있다. 축열률이 100%인 전축열방식의 냉방설비는 심야전력(갑)을 적용하고 축열률 40%∼99%까지의 부분 축열방식의 냉방설비는 심야전력(을) 요금을 적용한다. 또한 계절별 차등요금제도에 의하여 겨울에 사용하는 난방용 심야기기보다 15% 저렴한 요금을 적용한다.
축냉식 냉방설비를 설치하는 고객에게는 Peak 감소전력에 따라 설치비의 일부를 아래와 같이 무상 지원하고 있다. 예를 들어 Peak 감소전력이 1,000㎾라면 3억9,000만원의 설치지원금이 무상 지원된다. 또한 축냉식 냉방설비를 설치토록 설계에 반영한 설비설계사무소에 대해서는 설치비 무상 지원금의 5%를 설계장려금으로 지급하고 있다.
축냉식 냉방설비를 설치하는 고객에 대해서는 저리의 설치비를 융자해 주고 있다. 융자범위는 소요자금의 100% 이내로서 동일건물당 25억원까지이며 3.5%(국고채 수익율에 따른 변동금리)로 3년거치 5년 분할 상환 조건이다. 축냉식 냉방설비 설치시 투자액의 7%에 해당하는 금액을 소득세(또는 법인세)에서 공제받을 수 있다.
보급 확대방안
축냉식 냉방설비는 피크억제를 통한 전력수급안정, 건설투자 억제의 효과가 있을 뿐만 아니라 심야부하조성으로 화력발전의 효율향상 등 전기생산원가를 절감하는 가장 효과적인 프로그램이다.
따라서 향후에도 국가적 차원의 에너지 자원의 합리적 이용을 위해 보급확대를 위한 정책적 뒷받침이 지속되고 더욱 강화돼야 할 것으로 생각된다. 따라서 동 시스템의 보급 확대를 위해서는 먼저 축냉 시스템을 고객이 보다 편리하게 사용할 수 있도록 새로운 기술의 적극적인 개발 및 보급이 요구되고 있다.
최근의 냉방기기시장은 냉·난방 기능을 겸한 개별 냉방설비가 많이 보급되고 있음을 감안해 심야전력을 이용하는 축냉 시스템에도 최근 냉난방 겸용의 축열식 히트펌프 시스템이 개발 보급되고 있다. 히트펌프 시스템은 냉동기의 증발기에서 발생(열을 흡수)하는 냉열을 이용해 건물의 냉방에 이용하는 것 이외에 응축기에서 방출되는 고온의 열을 난방, 급탕 등에 이용하는 냉난방 겸용시스템이다.
최근 일반전기를 사용하는 공기열원식 히트펌프(EHP ; electric heat-pump)와 공기열원식 가스엔진히트펌프(GHP; gas-engine heat-pump 등)가 많이 보급되고 있는데 공기열원식 히트펌프는 외기온도가 내려가면 증발기에 공기중의 수분이 달라붙어 얼어버리므로 이를 제거하기 위한 제상운전에 소비되는 동력이 많아져 COP가 크게 떨어지고 히트펌프가 동작되지(난방이 되지) 않는 경우가 발생한다.
이와같은 문제점을 없애기 위해 심야전력 이용기기인 축열식 히트펌프는 건물에서 버려지는 폐열을 회수하는 수열원식과 지하의 안정된 열원을 이용하는 지열원식 히트펌프가 개발되어 보급되고 있다.
지열원 축열식 히트펌프 시스템은 히트펌프 유니트, 수축열조, 지열교환시스템으로 구성된다.
지하 50∼250m 깊이의 지중온도는 지상 외기온도(-10∼35℃)에 영향을 받지 않고 약 5∼20℃ 의 온도를 연간 항상 유지 가능하므로 지중에 지열교환파이프를 매설하고 물 또는 브라인을 순환시켜 지중의 열을 이용한다. 따라서 하계에는 냉방시 히트펌프에서 발생되는 고온의 열을 냉각탑(약 37℃)보다 온도가 낮은 지중(약 20℃)으로 배출하며 동계에는 난방시 히트펌프에서 필요한 열원을 외기(약 -10℃)보다 온도가 높은 지중(약 15℃)에서 확보할 수 있다. 따라서 냉각탑이 필요 없어 소음과 비산이 발생하지 않고 건물 외관을 해치지 않는 장점이 있다. 이 시스템은 지난 4월28일에 공공기관 대체에너지이용의무화 운용규정이 발효되어 3,000㎡이상의 공공건물 신축시 표준건축비의 5%이상의 대체에너지이용설비 설치를 의무적으로 설치하게 함에 따라 향후 공공건물에 많이 채택, 설치될 것으로 기대된다.
또한 그동안 축냉설비는 건물의 냉방용에 국한되어 보급됨에 따라 좁은 시장에서 과도한 경쟁이 불가피 하였다. 따라서 향후에는 산업용 냉동, 냉장 시스템 등 산업응용분야에도 축냉시스템 적용을 확대할 계획이다. 예를 들어 가열후 급속 냉각이 필요한 유제품 가공,
주류 및 음료생산 설비, 기타 치어양식이나 화훼재배 등 각종 산업분야에 축냉설비가 다양하게 보급될 수 있도록 심야전력 요금제도를 개선할 계획이며 식품매장 등에서 진열 및 저장에 소요되는 냉동부하인 쇼케이스에 축냉설비를 적용하는 방안도 기술개발을 추진중에 있다. 또한 축냉설비 보급확대를 위해 각종 제도개선을 추진할 계획으로 소형 축냉설비 보급을 촉진하기 위해 20kW이하의 축냉설비에 대해서도 부분 축열식으로 공급하는 방안 등을 추진할 예정이다. 물론, 이상과 같은 방안 이외에도 축냉설비 보급확대를 위해 필요한 경우 설치고객에 지원금 확대 등도 적극적으로 검토해 관련부처에 건의할 계획이다.