[투데이에너지 김보겸 기자] 한국생산기술원 내 국제지열연구센터가 2013년 11월28일 호남권지역본부에서 개소식을 갖고 지열산업에 적용할 수 있는 심부시추기와 심부지열 활용기술개발, 기업지원, 국제교류 협력 사업에 나섰다.
지열산업 육성을 위해 광주시와 전남대, 조선대, 생기원, 한진디엔비, 넥스지오 등 산·학·연·관이 업무협약을 맺고 공동연구에 뜻을 모았었다.
매년 8% 이상 성장하고 있는 지열산업은 물, 지하수, 지하의 열 등의 온도차를 이용해 냉난방에 활용하는 재생에너지 기술로 지하 500m 미만의 열을 이용하는 천부지열과 그 이상의 열원을 이용하는 심부지열로 구분한다.
이에 김영원 한국생산기술원 국제지열연구센터장을 만나 향후 지열발전과 기술개발된 대구경에 대해 들어봤다. /편집자 주
△국제지열연구센터의 주요 업무는
한국생산기술연구원 내 국제지열연구센터는 2013년 산업통상자원부, 광주광역시 및 한국생산기술연구원이 국내지열기술을 국제적인 수준으로 도약시키고 향후 국내 지열산업의 고도화 및 보급활성화를 위해서 설립된 국내 최초의 지열전문연구소이다.
연면적 800m² 규모로 현재 총 10명의 연구인력이 지열신기술에 대한 연구에 몰두하고 있다.
주요 업무로는 국제적 수준의 도심형 대용량 지열냉난방 기술의 개발, 보급형 심부지열에너지 개발, 국제공동연구 추진 및 해외 네트워크를 통한 선진기술 벤치마킹, 국내기업의 해외 진출 지원 등 국내지열기술의 고도화 및 선진화가 주된 업무이다.
주력으로 추진하는 기술분야로는 대구경/고속시추기술 개발, 대구경/대용량 지중열교환기 기술 개발 및 소형 바이너리 발전코어 기술 개발을 추진하고 있다.
△국제지열연구센터의 주요 활동 내용과 올해 계획은
올해 주요 활동으로는 지열 바이너리 발전기술과 관련해 유럽 주요 기관과 해외 네트워킹을 추진하고 있다. 국내 바이너리 발전기술은 최근 정부연구개발 사업을 통해 많은 발전을 거듭해 왔으나 선진국에 비해 실증운전기술에 대한 경험이 부족하며 일부 핵심기술(터빈/발전기 전력안정화 기술 등)은 단기간에 습득이 어렵다.
이러한 기술의 선진화를 위해서 독일 및 프랑스의 선진기관들과 국제 네트워킹을 진행 중에 있고 지난 4월에 프랑스에서 기술 미팅을 가진 바 있다. 올해는 이러한 해외네트워킹을 강화하는 동시에 계획된 연구개발 업무인 자체 연구개발 중인 대구경 지열플랜트 실증 연구에 집중할 계획이다.
△국내 지열에너지에 불리한 보정계수에 대한 생각은
지열업계에서 끊임없이 나오는 얘기인데 지열보정계수는 재조정이 돼야 한다. 국내 신재생에너지 보급이 태동하던 2000년대 초 정부에서 타 신재생에너지와의 보급 형평성을 고려해서 만들었다. 보정계수는 동일 건물에 신재생에너지 적용 시 시공단가를 고려해 원별 설치 용량을 정부에서 책정하는 파라미터와 같은 것이라 할 수 있다. 지열의 경우 다른 에너지원에 비해 보정계수가 상대적으로 낮아(연료전지대비 약 1/10 수준) 소비자가 에너지원을 선택하는 과정에서 지열이 후순위로 밀리는 결과를 초래해 지열 보급 활성화의 걸림돌로 작용하고 있어 반드시 재조정 돼야 할 것으로 판단된다.
△현재 개발 중인 대구경 지열냉난방 기술개발 배경은
지열에너지는 미 환경청에서 현존하는 공기조화 시스템 중 에너지효율성이 가장 높은 에너지원으로 평가하고 있다.
이러한 지열에너지 자원은 국내 2000년 초반에 도입되기 시작해 비약적인 성장을 했다.
현재까지는 대부분 정부주도 하에 산업육성이 추진돼 왔으나 최근 들어 이러한 지열산업은 민간주도 비중이 확대되고 있는 실정이다.
이러한 사실은 지열에너지 활용이 기존 냉난방 시스템과의 경쟁력을 확보하고 있다는 사실의 증거이며 향후 지열 보급은 더욱 더 그 성장세가 가속화될 전망이다.
정부는 2014년 제4차 신재생에너지 기본계획을 발표했고 이는 향후 2035년까지 신재생에너지 보급 목표를 단계적으로 설정하고 이를 달성하기 위한 국가 추진 계획을 다루고 있다.
이 중 지열은 연평균 18% 이상 성장을 목표로 하고 있으며 6개의 세부추진 과제를 담고 있다. 필자는 한국에너지공단으로부터 지원된 최근 5년간 지열 보조금사업 현황을 분석했다.
지열 보조금사업의 종류로는 주택지원, 건물지원 및 융복합지원사업 등이 있다. 이중 주택지원사업의 경우 2015년 지원금은 2013년대비 약 80% 수준으로 감소했으며 건물지원의 경우는 2015년 정부 지원금은 2013년대비 약 65% 수준 감소했다.
2013년 신설된 융복합지원사업을 고려하더라도 정부에서 지원하는 지열 보조금은 2014년대비 2015년 85% 수준으로 감소했다.
그러나 국내시장 규모 즉 정부지원사업 및 민간자체사업을 합한 전체 시장규모는 매년 약 6~9%로 꾸준한 성장세를 보이고 있는 것으로 파악되며 2015년 국내 시장규모는 약 3,500억원 수준인 것으로 지열업계는 추정하고 있다.
상기에 언급한 바와 같이 이러한 성장을 견인하는 동력은 민간주도의 지열시장이 점차적으로 확대되고 있기 때문인 것으로 분석된다.
특히 민간이 주도하는 도심형 지열시장은 더욱 늘어날 전망이다. 서울시 청사는 전체 냉난방의 약 20%를 지열로 이용하고 있고(설치규모 약 1,000RT) 서울시는 2015년 9월부터 10만m² 이상의 신축건물에는 신재생에너지 비율을 14% 이상 설치하는 것을 의무화하고 있다.
이러한 제도적 변화 환경에 최근 서울시내 대용량 도심형 지열 냉난방사업 수주가 지속적으로 이어지고 있다. 즉 아모레퍼시픽 신사옥(용산역 인근 위치)에 지열 냉난방이 약 1,000RT가 설치됐고 현대건설은 문정동에 2,000RT급을 설치중이며 이외 연세대학교 1,750RT, 신반포 대림 e-편한세상 800RT, 응암동 대림 e-편한세상 7,500RT 등 민간 주도의 대규모 도심형 지열냉난방사업의 수요가 지속적으로 늘어나고 있다.
이러한 도심형 대용량 지열 냉난방시스템 시공 시 천공부지가 항상 문제가 되고 있다. 이러한 천공부지를 획기적으로 줄이면서 인구밀도가 높고 국토면적인 좁은 국내환경에 최적화된 대용량 지열냉난방사업에 대응하고자 기술 개발에 착수했다.
△대구경 지열냉난방 기술의 개발 진행 현황은
대구경 지열냉난방 기술은 비정상(unsteady) 지열정 열량 산출 모델링 기술, 공경 및 지중열교환기 설계/제조기술, 공벽안정화 기술, 심도가변형 유체 순환 기술 및 다상유체 열전달 촉진/제어 기술 등을 포함한다.
현재까지 모델링 연구는 마친 상태이고 현장에서 실증연구를 수행 중이다. 작년까지 20RT의 열량 생산을 목표로 심도 200m급의 대구경 지열플랜트 실증 연구를 진행했고 지중열교환기의 열손실이 약 2% 미만이다.
올해에는 또 다른 실증 부지에 심도를 500m로 확장 천공을 해 내년까지 최대 50RT의 열량 생산을 목표로 도심형 대구경 지열냉난방 실증사업을 수행할 예정이다. 단일공 기준 40RT의 열량 생산에 성공할 경우 용량 2,000RT급 지열냉난방 시공 시 기존 수직밀폐형대비 천공 면적을 약 12배 이상 감소시킬 수 있을 것으로 전망하고 있다. 현재 상기 기술과 관련한 특허를 15건 출원 또는 등록을 마친 상태이다.
△최근 개최한 ‘지열에너지 보급 및 정책 자문위원회’ 결과는
‘지열분야 보급 및 산업육성방안 연구’라는 과제를 한국생산기술연구원, 이노지오테크놀로지, 블루이코노미전략연구원이 함께 수행하고 있는데 이번 사업의 일환으로 상기 자문위원회를 개최했다.
이번 사업의 궁극적인 목표는 제4차 신재생에너지 기본계획 이행이다. 구체적으로 지열분야의 상세한 사업계획을 도출하기 위한 정책 제안이다.
정책 자문위원회에 앞서 먼저 지열 관련 산·학· 연 전문가들의 설문조사가 진행됐는데 많은 분들이 참여 해줬다. 설문조사는 천부지열과 심부지열 2가지로 나눠져 진행됐다.
천부지열의 경우 주요 키워드는 앞서 언급한 지열보정계수 재산정, 개방형 지열 확대, 지열이용검토서 간소화 방안 마련에 관한 내용이 압도적이었다. 심부지열의 경우 지열 이용권과 관련한 법제화 마련, 사업의 리스크를 최소로 하기 위한 정부차원에서 지원책 마련, 선진국 수준의 연구개발 투자 등에 대한 내용이 화제였다.
한편 정책자문위원회에서는 사업 참여 3개 기관(생산기술연구원, 이노지오테크놀로지, 블루이코노미전략연구원)에서 사업기간 동안 수행한 연구내용을 발표했고 이어서 한국지열에너지학회 김영일 서울과기대 교수의 진행 하에 국내 최고의 지열분야 전문가(민기복 서울대 교수, 민경천 코텍엔지니어링 부사장, 강한기 이젠이엔지 대표, 윤운상 넥스지오 대표)들의 정책자문이 있었다.
정책자문의 내용은 앞서 언급한 설문조사 내용과 많은 공통점이 있었다. 이달 사업이 종료되는데 설문결과와 정책자문 결과를 최대한 반영해 사업 최종보고서를 작성해 현실성 있는 범위 내에서 정책을 제안하고 현재의 제도 개선에 적극적으로 반영될 수 있도록 노력할 예정이다.