[투데이에너지 홍시현 기자] 정부의 그린뉴딜 정책에 따른 관련 산업이 이슈로 부각되고 있다.
태양광·열, 지열 등 기존 신재생에너지에 수열까지 신재생에너지로서의 가능성을 보여주며 점차 이들 신재생에너지의 활용 범위가 확장되는 추세이며 정부 또한 신재생에너지 활용에 강력한 의지를 표명한 상태다.
신재생에너지 적용이 증가함에 따라 이와 밀접한 관계인 히프펌프산업 역시 업계의 핫 아이템으로 인식되고 있다. 이러한 히트펌프산업의 국내외 동향을 한 눈에 확인할 수 있는 자리인 ‘2020 한국히트펌프얼라이언스 정기세미나’가 지난 11일부터 13일까지 부산 벡스코에서 열린 ‘2020 국제환경에너지산업전’ 부대행사로 마련돼 많은 관심을 받았다.
민경천 지엔원에너지 대표
■스마트시티와 신재생열에너지 보급현황
민경천 지엔원에너지 대표는 “4차 산업혁명에 맞춰 우수한 정보통신(ICT) 기술을 바탕으로 스마트 시티 정책이 선도적으로 추진되고 있으며 정부에서도 세종5-1 생활권, 부산 에코델타시티를 국가시범도시로 선정해 사업을 진행 중”이라며 “스마트 시티의 핵심은 에너지 자립이고 이를 위해서는 신재생 열에너지를 얼마나 잘 적용하느냐가 관건”이라고 강조했다.
현재 국내에서는 지역 사회에 필요한 전기와 열을 신재생에너지를 활용해 생산하는 ‘자립형 스마트 시티’사업에 중점을 두고 있다. 최근에는 세종과 부산을 비롯한 다른 지역에서도 친환경 미래에너지 도시를 조성하기 위한 노력을 기울이고 있다. 특히 4계절이 뚜렷한 우리나라의 특성상 냉난방 등에 필요한 열에너지 문제를 재생에너지 적용으로 해결이 가능하다.
부산에코델타 스마트 시티에는 최근 부각되고 있는 수열을 비롯해 지열, 태양열 등 다양한 신재생 열에너지로가 적용된다. 연료전지 및 장기축열조(ATES) 규모도 조만간 결정될 예정이다.
민경천 대표는 “국내 뿐만 아니라 국외에서도 신재생에너지를 활용한 프로젝트가 활발히 진행되고 있다”라며 “신재생에너지 활용 증가는 히트펌프 등 관련 산업의 성장을 이끌 것”이라고 밝혔다.
서울 롯데월드타워는 국내에서 수열에너지를 활용한 대표적인 사례로 3,000RT 수열용량으로 전체 냉방부하의 15%를 담당하고 있다. 이를 통해 동일 용량의 흡수식냉온수기대비 총 에너지 사용량의 약 35.8%, CO₂ 배출량의 35.7% 절감해 연간 7억원 에너지 비용을 줄였다.
해외의 경우 태양열에너지를 활용한 캐나다 알버타주 52개 단독주택, 수열에너지를 활용한 네덜란드 암스테르담 자위다스 지역냉방시스템과 스웨덴 스톡홀름, 노르웨이 산드비카 수열지역냉난방, 일본 하코자키 수열지역냉난방 등이 신재생에너지를 활용한 대표사례로 평가된다.
이와 같이 국내외에서 신재생에너지 활용이 늘어나면서 관련 연구도 활발히 진행 중이다. 강원도 수열에너지 융복합 클러스터 조성, 종합환경연구단지 수열공급 시범사업, 남동발전 양식장 등 국내 수열에너지 활용 프로젝트가 추진 중이며 산업부, 국토부, 환경부 등 정부 부처에서도 신재생에너지 활용 프로젝트 과제도 진행 중이다.
이성주 이너지테크놀러지스 상무
■스마트팜산업에서 히트펌프 역할
이성주 이너지테크놀러지스 상무는 “1년 365일 일 한다는 농업에 대한 선입견이 스마트팜을 통해 변화하고 있다”라며 농업분야에 신재생에너지 활용이 늘어나고 있음을 설명했다.
농업의 문제점은 고령화다. 노동수익성이 높지 않으며 초기 진입비용과 진입교육에 대한 지원부족, 도시생활에 익숙한 생활패턴 변화에 대한 거부감으로 신규 유입인구가 감소하고 있다. 이를 해결하기 위해 ICT 융합기술이 접목된 ‘스마트팜’이 대안으로 떠오르고 있다.
전북과 경북에는 대단위 스마트팜 혁신밸리가 조성돼 있다. 작물의 연중재배를 위해서는 시설온실 재배가 필수로 난방 뿐 아니라 냉방도 필수적인 요건으로 변화되고 있어 전북 혁신밸리는 지열 80%, 보일러 20%를, 경북은 지열냉난방 80%, 보일러 20%를 적용해 운용 중이다. 연료비는 히트펌프를 적용할 경우 기존 연료비(등유)의 13% 수준으로 크게 낮출 수 있어 지자체에는 이를 적극 지원하고 있다.
스마트팜 혁신밸리 히트펌프시스템은 냉난방 동시형 히트펌프 적용으로 에너지 및 하자를 감소시킨다. 작물의 다양성으로 4배관시스템으로 냉난방이 연중공급과 주야간 교차 공조가 가능하다. 온수 저장조와 냉수 저장조 등 별도 조성하고 중소형 개발 팬코일 기류공급으로 실별, 작물별로 공조가 가능하다.
조성구 이맥스시스템 부사장
■PVT+히트펌프 이용한 ZEB 에너지 자립화 시스템
조성구 이맥스시스템 부사장은 “패시브와 액티브 요소가 결합된 제로에너지빌딩(ZEB)은 정부의 의무화 정책으로 더욱 확대될 전망”이라며 “한장의 모듈로 전기와 열을 동시에 만드는 태양광+태양열 하이브리드 모듈(PVT) 활용이 늘어날 것으로 기대한다”고 밝혔다.
PVT는 PV(태양광)발전에 영향을 안주면서 일사광선의 최대 68%를 추가로 열로 변환할 수 있는 상호보완적 태양에너지시스템이다.
전·열을 동시에 생산해 지붕이나 파사드의 단위변적당 에너지생산량이 증대되고 PV시스템의 발전효율 또한 증대시키는 효율적 시스템이다.
ZEB용 PVT시스템은 태양에너지를 이용한 전력 및 냉온열 자립화 시스템을 사용해 ZEB에서의 기존 화석에너지를 완전 대체한다.
ESS가 구비된 ZEB용 PVT에 히트펌프를 이용한 에너지 자립화 시스템을 통해 생산된 전력 및 열에너지를 수요시간대에 유효 적절하게 분배함으로써 에너지효율을 극대화시킨다.
또한 IoT기능의 고장진단 및 모니터링 기능을 통해 사용자의 편의성 제고 및 시스템의 신뢰성 극대화를 실현한다.
이러한 장점으로 ZEB에 필수적인 고효율의 액티브시스템으로 자리매김과 세계적으로 초기시장인 ZEB용 PVT+히트펌프를 이용한 에너지 자립화 시스템의 해외시장 진출의 교두보가 마련될 것으로 기대된다.
최준영 한국산업기술시험원 박사
■새로운 히트펌프 냉매로서 가연성 냉매의 국내 KS 적용
최준영 한국산업기술시험원 박사는 “히트펌프를 포함한 냉동공조시스템의 안전한 설계·제작·설치와 운영을 장려하기 위해 국제표준인 ISO 5149 시리즈와 IEC 60335 시리즈가 존재한다”라며 “오존층파괴와 지구온난화 문제에 대응해 관련업계는 대체 냉매의 도입을 가속화하고 있으며 새로운 냉매 및 혼합 냉매의 도입에 맞춰 새로운 표준의 제정이 필요하다”고 설명했다. 특히 약가연성 냉매의 사용이 확대됨에 따라 안전한 냉매 사용에 대한 새로운 표준의 제정이 시급하다.
최근 개정된 ISO 5149-1,-2,-3,-4 와 IEC 60335-2-40 Ed. 6.0은 냉동공조설비 주변에서 인명, 재산 및 환경에 대한 피해들을 최소화하기 위한 시스템을 제작하기 위한 자세한 사양을 포함하고 있다. 또한 인명과 재산의 안전 요구 사항을 명시하고 환경 보호를 위한 지침을 제공하며 냉동시스템의 작동·유지 보수·수리 및 냉매 회수 절차를 규정하고 있다. 인명과 재산에 대한 위험은 주로 냉동 사이클 내에서 발생하는 압력과 온도에 의한 위험뿐만 아니라 냉매의 물리 및 화학적 특성과 연관돼 있으며 고온 방출, 액체 슬러깅, 오작동 또는 부식, 침식, 열응력, 피로 응력, 액체 해머, 진동으로 인한 기계적 강도의 저하와 같은 모든 압축시스템에 공통적으로 발생하는 위험을 고려해야 한다. 공기보다 무거운 냉매 증기가 정체돼 있지 않도록 환기구 및 배기구가 적절한 위치에 있도록 하거나 기계실에는 산소 결핍 경보기 또는 냉매 증기 경보기에 의해 제어되는 기계식 환기시스템이 고려되는 등의 안전장치가 고려돼야 한다.
현재 개발되고 있는 Low-GWP 냉매가 많은 경우 약가연성 특성을 가지고 있어 ISO 5149 및 IEC 60335-2-40에서 규정된 안전 및 환경 요구 사항을 적용하기 위해서는 국내 냉동공조시스템 설치 위치를 고려해 표준을 보완해야 한다. 분리형 에어컨 및 히트펌프의 실외기를 옥외에 설치하는 경우 냉매 충전량의 제한이나 별다른 안전 규정이 필요하지 않다. 그러나 국내의 경우 실외기를 기계실 또는 옥외가 아닌 비점유 지역(실외기실, 반지하)에 설치하는 경우가 있어 이를 고려한 냉매의 허용 충전량과 안전 대책의 보완이 필요하다. 이러한 내용을 포함해 최근 국내 KC 안전 표준과 KS 표준이 개정을 준비하고 있다.
황준현 매그플러스 대표
■소량 냉매사용·냉온수 동시생산이 가능한 산업용 히트펌프 기술개발
황준현 매그플러스 대표는 “산업용 90℃ 고온수와 5℃ 냉수 동시생산이 가능한 히트펌프를 개발 중이며 압축기 병렬운전으로 추가 용량 라인업 구축 및 건물공조용 파생상품 개발을 확대하고 있다”며 기술개발 현황을 소개했다.
매그플러스는 기계산업핵심기술개발사업의 주관기관으로 한국기계연구원과 한국생산기술연구원, 충남대학교와 ‘소량 냉매사용 및 냉온수 동시생산이 가능한 산업용 히트펌프 기술개발’을 진행 중이다.
이 기술은 대 온도차 동시 냉난방 히트펌프로 산업 공정용 에너지 소비를 줄이며 Low GWP 냉매를 활용해 지구온난화 감축 정책 대응, 무급유 터보 압축기로 경제성 및 사업화를 도모하는 것이다.
기술적 완성을 위해서는 정부의 지원이 요구된다.
고난도·고신뢰성 하이테크시스템으로 세계시장 경쟁력 확보를 위한 지원과 국내 관련 업체들의 F-gas 규제에 적극적 대처 분위기 조성, 세계시장 최초 제품 개발로 이를 최대 에너지 소비분야인 산업 공정에 활용될 수 있도록 해야 한다.
무급유 터보식 냉매압축기 및 Water chiller분야에서의 독보적인 기술을 보유하고 있는 매그플러스는 500RT Class 냉매압축기를 개발 중이며 기 개발 터보형 냉매압축기 적용한 Water chiller 개발을 완료했고 2Ch 400RT급을 개발 중이다.
고지훈 한국수자원공사 차장
■지속 가능한 친환경 수열에너지의 전망과 향후 과제
고지훈 한국수자원공사 그린에너지처 차장은 “수열에너지 확대를 위해서는 대용량 국산 수열원 히트펌프 개발과 안정성 성능 확보를 위한 하천수 열교환 기술개발, 축열식 하이브리드시스템 개발, 시험평가 기반 구축 및 기술표준·인증, 국가 제로에너지 건물도입 평가 제도 마련 등이 필요하다”라며 친환경 수열에너지 확대를 위한 핵심 기술을 설명했다.
조명래 환경부 장관은 지난 4월 롯데월드타워 수열설비 설치 현장을 방문해 “수열에너지가 새로운 산업의 성장과 일자리 창출이 가능한 녹색산업의 한축으로 성장할 것으로 기대된다”라며 “앞으로도 친환경 물에너지 활용을 확대해 새로운 성장동력을 창출하고 기후변화에도 효과적으로 대응하겠다”며 수열에너지에 대한 높은 기대감을 나타냈다. 조 장관의 발언 이후 수열에너지 지원단 발족 및 관련 R&D과제가 추진 중이다.
수열에너지 확대를 위해서는 외산 대형 시스템 수입을 대체할 대용량 국산 수열원 히트펌프 개발과 저GWP 친환경 냉매시스템 기술, 전세계 HFC 사용 규제 대응 R1233zd 국산화 시스템 기술 등이 요구된다.
하천수에 의한 부식·스케일 발생을 늦추거나 방지함으로써 열교환기 세정 주기를 단축해 시스템의 안정적 효율을 확보하고 하천수 취수, 방수 및 열교환시스템 설계 및 운영 기술, 부식·스케일 방지 및 친환경 세정 기술 등도 뒷받침해야 한다.
또한 수열원의 특성에 맞는 수열원 히트펌프 유닛의 평가 방법 개발 및 평가설비 구축 그리고 대용량 HP 신재생 KS 표준 개발도 풀어야 할 숙제다.
