[5월 특집][기고]4차 에너지 혁명, 신재생에너지 하이브리드 기술로
[5월 특집][기고]4차 에너지 혁명, 신재생에너지 하이브리드 기술로
  • 투데이에너지
  • 승인 2017.05.16
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이의준 한국에너지기술연구원 책임연구원

▲ 이의준 한국에너지기술연구원 책임연구원, 한국지열에너지학회 부회장
[투데이에너지]  신재생에너지 보급 현안: 신재생에너지 융합 활성화

대한상의(大韓商議) 보고서에 따르면 우리나라의 신재생에너지가 전체 발전량에서 차지하는 비중은 1.6%로 경제협력개발기구(OECD) 국가 중 최저 수준이다.

미국(13%), 일본(11%)의 7분의 1수준이며 노르웨이(97%), 오스트리아(68%), 독일(21%) 등 에너지 선진국들과는 비교조차 어려운 상황이다. 

현재 국내 신재생에너지 보급목표는 2025년까지 1차 에너지의 11%, 전력량의 13.4%로 설정하고 있다. 또한 국내 공공건물 신재생에너지 의무화 비율은 연면적 1,000m²  이상의 신축, 증축, 개축을 하는 건물을 대상으로 의무화 비율을 목표로 하며 2017년 현재 21%를 의무공급비율로 정하고 있다.

아울러 정부에서는 건축물에서 배출되는 온실가스 배출전망치(BAU)대비 26.9%를 감축하기 위한 전략으로 지난 2014년 12월 ‘제1차 녹색건축물 기본계획’을 수립했다. 이에 따라 제로에너지빌딩을 공공건물에 2025년 의무화, 민간건물에 2030년 의무화를 목표로 설정하고 있다.

이러한 상황에서 지난 3월15일 국회신재생에너지포럼과 한국신재생에너지학회는 ‘2030년 신재생에너지 목표 확대와 차기 정부 정책 과제 토론회’를 개최했다. 위 토론회에서는 2030년 국가 전력 생산량의 20%를 신재생에너지로 확충하는 목표가 제안됐다.

국내 신재생에너지 이용 의무화 시행 이후 국내 신재생에너지 이용 기술이 한 단계 진보하고 있다. 하지만 로컬 신재생에너지의 획기적인 보급에는 이르지 못하고 있으며 이에 따라 국가 보급 목표에 달성에 대응할 수 있는 신재생 융합 기술 개발이 주목받고 있다.

4차 에너지 혁명은 스마트 로컬 태양·지열 하이브리드기술로

최근 일본 에너지시장 개방과 선진국 에너지시장의 변화를 바탕으로 우리나라에서는 다가오는 현안인 경제 민주화, 에너지 민주화 그리고 4차 산업혁명 변화에 따른 에너지산업의 변화가 주목받고 있다.

이러한 변화 중 하나는 기존의 대규모 중앙 발전 형태에서 소규모 분산형 발전 형태로 바뀌고 있는 흐름이다.

공급자 중심에서 수요자 중심으로 에너지시스템이 로컬화가 돼 가는 과정에서 보다 효율적이고 지능적인 에너지기술들이 개발되고 있다.

최근 에너지기술과 지능형 통신기술이 융합돼 수요 및 공급 부하에 따라 적절하게 에너지를 저장하고 공급하는 Energy Cloud 형태의 기술이 주목받고 있다. 이러한 변화는 제4차 산업혁명(IT시대에서 DT시대로)과 같이 제4차 에너지혁명이 함께 다가오고 있다고 할 수 있다.

이러한 변화에서 미래 에너지시장에서 대응 할 수 있는 기술로 태양-지열 하이브리드기술이 주목받고 있다. 예로 IEA SHC Task 44에서 소개된 로컬 태양 지열 하이브리드기술이 있다.

이 기술은 태양광열(Photovoltaic-Thermal)기술과 지열히트펌프(Ground Source Heat Pump)기술을 융합하고 있다.

태양광열기술은 태양광과 태양열기술이 융합된 형태로 전력생산과 열생산이 동시에 가능하다. 이 기술은 기존 태양광시스템대비 높은 발전효율 및 추가적인 열생산 능력을 가지고 있다.

태양광열-지열 하이브리드기술은 지열히트펌프기술과 태양열광기술과의 융합을 통해 지중열교환기 용량의 절감과 지중열 및 태양열의 계절별 시간별 효과적 활용을 통해 히트펌프의 연간 효율 SCOP 개선이 가능한 효과적인 신재생에너지 융합화 기술이다. 

이러한 장점을 토대로 개별 신재생에너지원의 장점을 부각시키고 단점을 보완하는 태양에너지-지열 하이브리드기술이 주목받고 있다.

또한 융합기술의 효과를 극대화하기 위해서는 Energy Cluod 형태의 저장 및 지능형 수요/공급 기술의 접목이 필요하며 이를 기반으로 한 태양 지열 하이브리드 스마트 열전기 복합 생산시스템 기술 개발이 진행 중이다.

건강 식품은 로컬 푸드! 건강 에너지는 로컬 태양-지열 에너지!

신재생에너지 하이브리드기술의 핵심은 부하 근처에 공급 기술을 두고 공급 기술의 에너지원은 바로 그 부하 근처의 신재생에너지원을 효과적으로 다수 활용해 경제성과 신뢰성 제고를 확보하는 기술이다.

지난 2014년 한국에너지기술연구원과 캐나다 국립에너지기술연구원(CanmetENERGY)이 Micro-Generation 공동연구를 진행한 태양광열 지열 하이브리드기술에서는 다중 부하(주거 비주거 냉난방 전력 부하)에 대한 SISO(System Integration System Optimization) 방안을 제시하고 있다.

위 연구에서는 부하와 공급을 최적화하는 Fuzzy Logic 제어기술을 이용해 태양 지열 하이브리드시스템의 최적화를 수행했다.

해석 결과에 따르면 다중부하 건물에서의 로컬 태양-지열 하이브리드시스템은 기존 냉난방 설비와 지열히트펌프시스템(26.9% 에너지절감)과의 비교에서 70.4% 정도의 획기적인 에너지절감 효과를 보여줬다. 

나아가 IEA Energy Award(2013)를 수상한 캐나다의 드레이크 랜딩 솔라 커뮤니티(Drake Landing Solar(+Geo) Community)와 같은 실증 기반 조성을 통한 마을 단위의 태양-지열 하이브리드기술이 도입되고 있다.

이러한 차세대 융합시스템의 4차 산업혁명 에너지기술 선도와 기반구축을 위한 정책 연구들이 필요하다. 국내에서는 IEA Annex54 post MG로 연구 수행을 계획 중이고 태양-지열 하이브리드 에너지의 적극적인 연구개발 및 상용화가 필요한 시점이다.

더불어 우리나라의 신재생에너지 보급을 앞서 설명한 경제협력개발기구(OECD) 회원국들과 유사한 수준으로 보급하기 위해서는 신재생에너지 정책과 기술 개발의 전략적 일관성이 필요하다.

특히 차기 정부의 키워드가 될 에너지 민주화 달성을 위해서도 현재 국회 계류 중인 중소규모 전기사업법 통과가 필요하다. 기존의 신재생 전기 보급 중심의 RPS 제도 역시 제도 본연의 정신에 근거해 신재생 열에너지 정책도 반영돼야 한다.

건강한 미래 신재생에너지, 스마트한 로컬 태양 지열 하이브리드 에너지기술로 핵심 기술 개발과 정책적인 기반 마련으로 우리나라의 글로벌한 강소 에너지 중소기업 양성의 기반이 구축될 수 있기를 기대해 본다.


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