[인터뷰] 김민수 서울대학교 기계공학과 교수
[인터뷰] 김민수 서울대학교 기계공학과 교수
  • 홍시현 기자
  • 승인 2020.02.17
  • 댓글 0
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“수열은 엄청난 잠재력 보유한 열에너지원 ”
연간 온도 변화 작고 열교환 유리
신도시·지역 냉난방 확대 전망
정부 주도 민간 참여로 이어져야
 

[투데이에너지 홍시현 기자] 롯데월드타워는 수열에너지를 활용해 냉난방 부하 일부를 담당해 에너지 소비량 및 탄소배출량을 절감시켰다. 이와 같은 수열에너지 활용 모범사례로 여러 현장에서의 수열에너지 적용 및 검토가 이뤄지고 있다.   

지난해 10월 개정된 ‘신에너지 및 재생에너지 개발·이용·보급 촉진법’에 따라 수열에너지의 범위가 하천수 및 해층표면수로 확대된 것도 수열에너지 활성화의 힘을 실어주고 있다. 이에 대해 수열에너지가 에너지체계에 어떤 변화를 줄 수 있을지에 대해 김민수 서울대학교 기계공학과 교수를 만나 들어봤다. /편집자 주

수열에너지 시장 가치는

수열에너지는 외기와 비교해 연간 온도 변화가 작고 열교환에 유리해 열에너지원으로 적절하다.

하천수, 해수, 하수처리수 등을 열에너지원으로 활용하는 수열에너지는 공기보다 약 4배 수준으로 비열이 큰 물의 특성상 계절 변화에 따른 온도 변화가 외기보다 작다. 우리나라 하천수의 경우 하절기에 21~27℃, 동절기에 5~15℃ 정도 수준으로 대개 공기보다 열전달계수가 높은 물의 특성으로 외기와 비교해 열교환에 유리하다.

수열에너지는 지리적, 공간적 제약이 있지만 인근지역에서는 자원 접근성이 좋고 친환경적인 에너지다. 이러한 장점으로 북유럽의 경우 1980년대 초부터 수열에너지를 지역난방에 활용했고 일본에서는 1991년부터 수열에너지 활용 관련 기술개발에 착수했다.

국내 수열에너지사업은 K-water의 댐을 기반으로 2015년 기준 총 12개 사업소가 운영 중이다. 지난해 10월 개정된 신에너지 및 재생에너지 개발이용보급촉진법에 근거해 신재생에너지로서의 수열에너지 범위가 기존 해층표면수에서 현재 하천수 및 해층표면수로 확대됐다. 이는 관련 산업의 성장에 긍정적이다.

한국에너지공단 자료에 따르면 신재생에너지-히트펌프산업 매출의 내수시장은 2015년 29억원, 2016년 34억원, 2017년 47억원으로 시장이 계속 확대되고 있다.

신재생에너지 연간 생산량 중 수열에너지는 2015년 4,791TOE(Tonne of Oil Equivalent), 2016년 5,989 TOE, 2017년 7,941TOE로 활용 규모 또한 확대 중이다. 1TOE는 1,000만kcal의 발열량으로 이는 전력으로 1만1,534kWh으로 2017년 수열에너지 생산량은 약 9,000만kWh에 달한다.

국내 수열에너지 부존량은 우리나라 연간 에너지 소비량의 약 10% 수준에 열원 인근지역에서 자원 접근성이 좋고 에너지량 또한 막대한 규모의 에너지원이다.

우리나라 전체 수열에너지원의 부존량은 연간 19만1,811Tcal로 추정된다. 그 중 하천수의 부존량은 연간 17만8,119Tcal로 전체의 약 92.9% 수준이다.

전체 수열에너지 부존량은 약 19.18MTOE으로 2016년 기준 우리나라의 최종에너지 총 소비량인 178.71MTOE의 약 10.7%에 해당한다.

수열에너지원 중 부존량 및 에너지 비중이 가장 높으며 공간적 접근성이 좋은 하천수 열원을 활용할 수 있는 기술개발이 필요한 이유다.

수열에너지 확대에 따른 관련 산업(히트펌프) 변화가 기대되는 데

수열에너지가 활용이 확대되면 이에 맞춰 대용량 냉난방 히트펌프 개발이 필요하다.

수열에너지를 열원 또는 열침으로 활용하는 대용량 히트펌프가 개발될 경우 공기열원 히트펌프에 비해 열교환기의 부피가 작을 뿐만 아니라 COP가 높아 에너지절감 효과 또한 클 것으로 예상된다. 우리는 대용량 수열원 히트펌프를 수입에 의존하고 있다. 앞으로 대용량 수열원 히트펌프를 산업시설용, 신도시 지구 냉난방용, 상업용 빌딩 등으로 폭넓게 활용이 기대되는 만큼 우리 제품으로 대체가 가능해야 한다. 이럴 경우 국내 대용량 히트펌프시장 확대뿐만 아니라 세계 대용량 히트펌프 시장에도 진출해 해외 신흥시장에 대한 수출로 경제적 이득을 취할 수 있기 때문이다.

신재생에너지 인정 범위 확대로 제도적인 지원과 정부의 수열에너지 활용 장려 정책이 뒷받침을 해준다면 히트펌프 혹은 냉난방 관련 업체 또한 수열에너지를 활용하는 기술을 보다 적극적으로 개발에 나설 것이다.

 

수열에너지 활성화를 위한 선결 과제는

우선 수열에너지가 활성화되기 위해서는 수열에너지원인 수자원에 대한 관리가 선행돼야 한다.

우리나라의 강수량은 6~8월 여름철이 연간 강수량의 약 58%로 특정 계절에 편중돼 있어 수자원을 관리할 수 있는 인프라가 필수적이다. 수열에너지원의 대부분을 차지하는 하천수를 효과적으로 활용하기 위해서는 물 부족 현상을 해결하고 계절간 편차를 줄이며 수자원 관리시설에 대해서도 투자와 유지관리가 필요하다.

수열에너지원 활용 시 기술적인 문제도 해결돼야 한다. 해층표면수, 하천수, 하수처리수 등 수열에너지원은 오염도 및 부식성이 강해 이러한 수열원을 직접 이용할 시 열교환기 및 수배관 오염 등으로 장기적인 운용에 어렵다.

이러한 문제 해결을 위해 수열에너지원에 대한 전처리 기술개발과 함께 열교환기 오염과 부식에 대비해 내구성 확보가 있어야 하고 계절에 따라 열교환기나 배관이 동결되는 문제가 발생할 수 있고 수열원을 배관으로 가압해 이송할 때의 비용 또한 고려돼야 한다.

최근 수열에너지원에 대한 신재생에너지로서의 인정 범위 확대는 신재생에너지 보급 확대에 있어 고무적이며 다양한 수열원 활용에 대한 방안이 서둘러야 하는 이유이기도 하다.

현재 정부와 공공기관 주도 신재생에너지 개발·보급에서 민간기업의 참여로 확대돼야 한다.

수열에너지 활용 기술 보급 확대를 위해 제도적인 지원과 정부의 적극적인 장려 정책으로 공기업 및 정부 부처의 투자뿐만 아니라 민간기업의 수열에너지 활용 냉난방 기술개발에 대한 투자로 확대로 이어져야 한다.

 

 

 



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