[투데이에너지 홍시현 기자] 과연 온실가스를 어떻게 줄일까가 전세계적인 핫 이슈로 떠오르고 있다. 지난해 말 이 문제 해결을 위해 전세계 정상들이 프랑스 파리에 모여 기후협약을 체결하고 각 국가 실정에 맞는 목표치를 제시했다. 우리나라도 2020년까지 온실가스 배출을 37% 저감하겠다고 공표했다.

우리나라를 포함한 전세계 각 국은 자국이 제시한 온실가스 감축 목표치 달성을 위해 다각적인 방안들을 강구하고 있다.

국내 산·학·연에서는 모든 열원의 히트펌프를 신재생에너지기기로 지정해 온실가스 저감 목표치 달성과 히트펌프산업 발전을 꾀해야 한다고 주장하고 있다. 이번 특집호에서는 히트펌프의 신재생에너지기기 지정의 필요성을 다시 한 번 생각해 보는 계기가 되고자 마련했다.

■ 히트펌프의 신재생에너지 지정 답보

‘히트펌프와 신재생열에너지에 대한 고찰’(홍희기 경희대 교수, 이용주 한국소비자원 선임연구위원), ‘히트펌프 보급 정책 및 제도 현황’(김욱중 한국기계연구원 박사) 등 산·학·연의 많은 연구자들이 히트펌프의 신재생에너지 지정을 위한 수많은 발표 자료로 히트펌프의 신재생에너지기기로의 지정의 공감대는 형성이 됐다. 하지만 여전히 답보 상태에 빠져있다.

과거에 화석연료나 원자력이 아닌 에너지를 대체에너지, 자연에너지 등 다양한 용어로 사용하다가 최근에 신재생에너지로 정리됐다. 이 과정에서 재생에너지 8종류, 신에너지 3종류를 명시했다. 대체에너지는 기존의 에너지를 대체할 수 있는 자연에서 취할 수 있는 모든 에너지를 망라하지만 지금의 신재생에너지에는 법으로 명시된 에너지원들만 인정하고 있다. 그러다보니 이해관계가 얽히면서 새로운 에너지원을 포함시키는 것에 어려움이 따르고 있다.

신재생에너지 보급에 가장 큰 어려움은 기존의 화석연료 및 원자력에 비해 경쟁력이 떨어진다는 점이다. 어떠한 형태로든 보조와 의무화 등의 제도적·정책적 지원이 필요하다.

■ 히트펌프는 신재생에너지인가

최근에 해수열원에 이어 공기열원 및 하수열원 히트펌프를 신재생에너지의 범주에 포함시킬 것인가에 대한 논의가 진행되고 있다. 과연 히트펌프가 신재생에너지로 지정을 받을 수 있을까.

히트펌프는 압축기에서 소요되는 동력 1kW를 공급하면 증발기에서 주위(공기 또는 땅)으로부터 2kW를 흡수해 3kW를 생산한다. 전기히터가 효율이 100%라 해도 1kW의 전기를 공급하면 1kW를 생산하는 것과 비교하면 히트펌프는 확실히 고효율에너지기기이다.

또한 공기나 땅, 하천수와 같은 자연의 열을 흡수하게 되므로 자연에너지 즉 신재생에너지기기이다. 하지만 현행에서는 지열만 신재생에너지로 규정되고 있어 다른 자연의 열은 그냥 자연에너지다. 같은 효과를 가져 오더라도 땅이 아니면 안 된다는 이상한 원리가 작용하고 있는 것이다.

히트펌프의 성능을 나타내는 COPH는 제품 자체의 성능과 증발기·응축기 온도에 의해 결정된다. 즉 응축기와 증발기에 성능이 좋은 열교환기를 사용하고 마찰, 누설이 적은 압축기를 사용하면 성능이 향상된다.

또한 동일 제품이라도 증발기 온도가 높을수록 응축기 온도가 낮을수록 COPH는 좋아진다. 겨울철에 평균적으로 공기온도보다 지열온도가 높기 때문에 지열 히트펌프의 증발기 온도가 공기열원 히트펌프의 증발기 온도보다 높으며 전반적으로 COPH가 향상된다.

EU와 일본 심지어 중국에서도 공기열원 히트펌프는 신재생에너지로 간주하고 있다.


■ 일본의 히트펌프 신재생에너지 지정

일본정부는 CO₂감축효과가 큰 히트펌프 기술을 보급해 녹색사업을 확대하는 것을 주요 시책으로 책정하고 있다. 모든 열원의 히트펌프를 재생가능에너지로 인정해 지원정책을 시행하고 있다.

일본은 2010년 6월 내각회의에서 2020년까지 50조엔을 넘는 환경 관련 신규시장과 환경분야에서 140만명을 신규 고용, 일본의 민간 기반 기술을 활용해 세계의 온실가스 감축량을 13억톤 이상으로 할 것을 목표로 정했다.

이를 위한 주요 시책을 살펴보면 쾌적성과 생활의 질 향상을 통해 라이프스타일을 변혁을 추구하고 있다.

그 방안으로 친환경 주택의 보급, 재생 가능 에너지의 이용 확대, 히트펌프 보급 확대, LED와 유기 EL 등 차세대 조명의 100% 실현 등을 통해 주택·사무실 등의 탄소 무배출을 추진하고 있다.

또한 재생 가능 에너지 급속 확대 프로젝트를 진행한다. 고정가격 매수제도, 스마트그리드, 풍력발전, 목질 바이오매스의 열 이용, 공기열 이용, 지중열·태양열의 온수 이용 등을 통해 2020년까지 재생 가능 에너지 관련 시장 10조엔 달성을 목표로 하고 있다. 결국 일본의 녹색성장에서도 히트펌프의 역할이 상당한 비중을 차지하고 있음을 알 수 있다.

일본 주택에서 ‘에코큐트’는 단기간에 연간 약 3,000억엔의 신규시장을 창출했다. ‘에코큐트’는 히트펌프를 이용해 공기의 열로 물을 끓일 수 있는 전기 급탕기 중에서 냉매로서 프레온이 아니라 CO₂를 사용하는 기기를 지칭하는 말로 대기열을 이용하기 때문에 물을 끓일 때의 효율은 전기 에너지만 이용할 경우의 약 3배는 높은 효율을 나타낸다.

이로 인해 히트펌프 전체의 경제파급 효과는 2020년에 약 12조엔(직접 효과 약 3.3억엔, 생산유발 효과 약 8.4조엔)에 이를 전망이다. CO₂감축효과가 큰 연소식 열원 기기를 고효율 히트펌프 기기로 전환하는 것을 중심으로 하는 기기설비 도입 증가를 통한 고용 창출(파급 효과 포함)은 2020년에 약 23만명에 달할 것으로 예상된다. 

■ 중국의 히트펌프 신재생에너지 지정

중국정부는 지난해 말 공기열원 히트펌프를 신재생에너지기기로 승인했다. 중국의 경우 수 년 전부터 일부 지방정부에서 공기열원 히트펌프를 신재생기기로 분류해 지원정책을 펴 오던 중 지난해 말 중앙정부차원에서 승인이 났다.

중국정부는 공기열원 히트펌프를 신재생에너지기기로 인정하기에 앞서 중국 주방 도시 농촌 건설부(MOHURD)와 학계, 민간단체 등 7개 기관과 기업들이 공동으로 ‘신재생에너지 범주에 분석과 연구 기술의 및 공기열원 히트펌프 에너지’ 프로젝트로 이론적 근거를 마련했다.

이 프로젝트에 따르면 공기열원 히트펌프 에너지는 신재생에너지 범주에 지열에너지로 같은 재사용 가능한 에너지의 속성을 가지고 있고 그것의 개발과 활용은 열펌프에 달려 있다고 언급했다. 이에 따라 공기열에너지를 재생에너지 범주에 넣어야 한다고 결론을 내렸다. 이는 MOHURD가 공기열에너지를 재생에너지로 인식해야 한다고 공개적으로 밝힌 첫 번째  문서다.

이에 따라 공기열원 히트펌프를 신재생에너지 활용 기술로 분류를 제안하게 됐다. 특히 건물 에너지 공급분야에서 공기열원 히트펌프는 에너지절약 잠재력으로 냉동·난방, 제습, 건조 및 온수 등 에너지소비 모드의 최적화를 이뤄 해당 기술의 발달은 중국의 에너지절약에 중요한 역할을 할 것이라고 밝혔다. 

중국 내의 공기열원 히트펌프시장의 성장이 빠르게 진행되고 있다. 최근 몇 년 동안 공기열원 히트펌프의 장비 및 응용 프로그램, 즉 저온 가열 및 특수 산업분야뿐만 아니라 듀얼 소스와 트리플 소스 가열 응용 프로그램을 포함해 새로운 분야에 적용하고 있다. 결국 공기열원 히트펌프를 신재생에너지로 지정함으로써 중국 내 에너지산업의 발전뿐만 아니라 에너지절약 및 배출 감소를 촉진하고 중국의 공기열원 히트펌프산업에 기여할 것으로 전망하고 있다.

▲ 히트펌프 출고를 앞두고 마지막 점검이 이뤄지고 있다.

■ 국내의 제도의 무엇이 문제인가

현재의 ‘공공기관 신·증·개축 건물에 대한 신재생에너지 설치 의무화사업’에 제시된 단위에너지 및 원별 보정계수에서 히트펌프 중 유일하게 인정받고 있는 지열 히트펌프는 단위에너지생산량이 2,045kWh/kW·yr이다. COPH=3일 때 하루 8시간씩 겨울철 3개월간 사용했을 때 유사한 열 출력량을 나온다.

여기서 지열 히트펌프의 COPH를 일률적으로 3으로 책정한 것은 우수한 제품을 사용하지 말고 성능이 떨어지는 염가의 제품을 권장하는 것이다. COPH가 커지면 열 출력 및 신재생에너지의 양도 늘어난다.

더 큰 문제는 COPH=3일 때 압축기 소요동력 1kW를 투입하면 실질적인 CO₂저감효과인 신재생에너지는 0.25kW이나 현행 제도 계산에서는 3kW로 무려 12배나 크게 CO₂저감효과를 과장하고 있다. 이 정도가 절감된다면 놀라운 일이다. 이는 국제적인 신재생에너지 산정량 평가에도 어긋난다.

■ 우리의 제도를 어떻게 개정해야 하나

신재생에너지를 많이 보급하고 화석연료 대체 및 CO₂ 저감효과를 도모하고자 한다면 난방철 COPH>2.75인 모든 열원의 히트펌프를 신재생에너지에 포함시켜야 한다.

고성능 히트펌프가 높은 COPH를 보인다면 그만큼 CO₂저감효과가 있는 것이다. 제조업체 및 설치업자는 검증된 COPH를 제시하고 이 값을 이용해 단위 신재생에너지 생산량을 산출해야 한다. 근거가 희박한 원별 보정계수는 없애거나 최소한으로 적용해야 한다.

지열과 달리 공기열원은 수시로 온도가 변하므로 이를 고려해 설치지역의 월별·난방철 평균 COPH를 제시해야 한다. 발전배열, 해수나 하천수는 월별 평균수온에 근거한 COPH를 적용해 판단해야 한다.

그동안 시행해온 신재생에너지 의무할당제(RPS)는 전기생산 즉 발전과 관련된다. RPS 공급의무자는 발전설비 용량이 500kW 이상인 발전사업자가 대상이 되며 이 제도에 속하는 사업자들은 매년 2%부터 10%까지(2012년부터 2024년까지 점진적 증대)의 발전량을 신재생에너지지원으로 공급해야 한다.

2012년부터 시행된 신재생 전기에너지인 태양광, 풍력발전 등의 활성화에는 도움이 되었지만 태양열, 지열과 같은 신재생열에너지분야는 소외되는 경향으로 이를 보완하기 위한 제도가 신재생열에너지 의무화(RHO)라 할 수 있다. 

RHO제도는 1만㎡ 이상 신축 건축물을 대상으로 시행을 앞두고 원별 가중치가 조정되고 있다. 기존의 공공기관 신재생에너지 설치 의무화에도 새로운 가중치가 산정되고 있다.

결국 COPH>2.75인 모든 열원의 히트펌프를 신재생에너지기기로 인정하고 생산열량에서 투입된 전기에너지를 발전효율로 나눈 1차에너지를 차감한 것이 신재생에너지로 인정해야 한다.

■ 제도 보완해 히트펌프 시장 확대해야

신재생에너지는 화석연료의 대체와 CO₂저감에 있다. 신재생열에너지 기술 수준은 완성도가 높아 정책적인 지원이 이뤄진다면 단기간 내에 많은 보급과 CO₂저감의 견인차 역할을 할 수 있다.

CO₂저감효과를 일부 과장되게 평가하는 부분 등의 보완과 모든 자연에너지 열원의 히트펌프를 국제 기준에 맞춰 신재생에너지기기로 인정하면 관련 산업의 활성화로 이어질 수 있다.

지열 및 공기열원 히트펌프가 중요한 신재생에너지기기로 인정을 받고 시장도 확대되고 있다. 유럽에서 적용되고 있는 보급 정책과 제도 등을 벤치마킹할 필요가 있다.

또한 인접국가인 일본과 중국에서도 히트펌프의 신재생에너지기기 지정해 우리보다 한발 먼저 더 나아간 모습을 보여 우리나라도 국내외 히트펌프 시장 확대를 위해서는 조속한 개정이 요구되고 있다.

 

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