LNG 냉열, 신재생에너지 반열에 오르다

LNG 냉열, 신재생에너지 반열에 오르다

 

 2030년까지 재생에너지 발전 비중을 20%까지 늘리는 정부의 ‘재생에너지 3020 이행계획’이 발표되었다. 이 계획은 전문가들로 구성된 TF(Task Force; 특별 대책반)가 6개월여 동안 각계각층의 의견을 수렴해 마련한 것으로, 재생에너지 발전 비중을 높이기 위한 구체적인 이행 계획을 발표한 것이다.

 

[도표 1_ 신재생에너지 3020 이행계획 보급목표]

출처 : 산업통상자원부

 

 재생에너지를 통한 2030년까지 신규 설비용량(48.7GW)을 채우기 위한 주체별 공급 계획은 농가 태양광 15GW, 협동조합 등 소규모 사업 7.5GW, 주택 등 자가용 시설 확대가 2.1GW이다. 이들을 모두 합치면 24.6GW로 절반가량이 채워지며, 나머지 절반인 24.1GW는 공공기관이 수행하는 대규모 사업과 연계해 완성한다는 계획이다. 현재 재생에너지 발전비율이 7%정도인 우리나라가 20%가 되기 위해서는 태양광, 풍력 주력 발전소들은 물론 우리나라 실정에 맞는 재생에너지원을 개발해야 한다. 특히 우리나라는 바람의 질이 좋지 않고, 산악지형이 많고 토지가 좁아 태양광과 풍력 외에 다른 재생에너지원이 꼭 필요하다. 그러던 중 인천항만공사(IPA)가 ‘액화천연가스 냉열’을 신재생에너지로 인정받기 위한 노력을 기울이고 있다는 소식이 들려왔다.

 

1. 인천항만공사(IPA)의 ‘인천항 종합발전계획 2030’

 

 IPA는 2016년 12월 해양수산부에서 발표한 “인천항 종합발전계획”에 제시된 항만별 기능 재정립을 통한 경쟁력 강화 및 특성화, 국제도시를 선도하는 해양관광벨트 구축, 도시와의 상생 발전을 구현하는 항만공간 조성 등의 건설사업추진을 위해 올해 2,039억원을 배정하였고, 2019년 운영을 목표로 인천신항 배후단지에 조성하는 냉동냉장창고 클러스터의 경우 LNG인수기지에서 발생하는 초저온 냉열을 재활용할 계획이다. 따라서 만약 IPA가 액화천연가스(LNG) 냉열을 신재생에너지 범위에 포함시키는데 성공할 경우, 신재생에너지공급인증서(REC)를 발급받아 화석연료를 사용하는 발전소 등에 LNG 냉열을 판매할 수 있게 되는 것이다. 이렇게 되면 인천신항 배후단지 입주업체들에 LNG 냉열을 훨씬 저렴한 비용에 제공할 수 있다는 것이 IPA의 전망이다.

 2017년 9월 7일 인천항만공사(IPA)는 '액화천연가스(LNG) 냉열'을 신재생에너지로 지정받기 위한 연구용역에 착수했으며, 지난 17년 12월 12일 'LNG 냉열도 신재생에너지법상 신에너지로 포함하는 것이 정당하다'는 의견이 제시됐다고 밝혔다.

 

2. 우리나라의 액화천연가스(LNG) 이용

 

그렇다면 액화천연가스 냉열이란 정확히 무엇인가? 액화천연가스(LNG)는 익숙하지만 액화천연가스 냉열은 조금 생소하다. 하지만 액화천연가스 냉열의 필요성을 인식하기 위해서 잠시 우리나라가 다른 나라에 비해 얼마나 많이 LNG를 이용하는지 이해할 필요가 있다.

 우리나라의 가스산업은 1986년 10월에 인도네시아로부터 LNG가 처음 도입되면서 본격 시작하였고, 이 대부터 청정 에너지라는 도시가스에 의한 난방과 취사를 비롯한 공장의 산업용 연료로 보급되었다. LNG 저장탱크 건설과 가스 배관망이 구축되면서 청정성과 한경 친화적 에너지로 널리 인식되었고, 그 결과로 LNG 산업은 급속한 신장세를 계속하고 있다.

 국내에는 평택, 인천, 통영에 10기 정도의 초대형 저장탱크가 각각 건설되었고, LNG는 연간 약 1600만톤 정도가 수입되고 있으며, 일본 다음으로 가장 큰 천연가스 소비국으로 성장하였다. LNG는 프랑스를 비롯한 일부 유럽 국가에서 에너지원으로 사용하기 시작하였지만, 현재는 일본과 한국을 비롯한 대만, 중국, 러시아 등에서 에너지 다변화와 환경 친화적 오염원 관리라는 정책적 배려에서 LNG 사업의 지속적 사용 확대를 적극 추진하고 있는 가스기술 선진국으로 발돋움하고 있다.

[도표 2_ 2015년 LNG 주요 수입국 현황]

출처: BP 세계에너지통계리뷰 2016

 따라서, 우리나라는 유일한 대안으로 떠오른 청정에너지 자원인 LNG 산업을 육성하고, 새로운 가스 시스템 기술개발을 과감하게 추진하여 세계적으로 공존하고 통일되고 있는 선진 가스기술로 도약하여 기술 중심의 부가가치를 확보해야 한다. 즉, 천연가스를 생산하는 국가는 매장된 천연자원으로 부가가치를 추구하고, 우리나라는 천연가스의 저장, 운반, 이용 등에서 부가가치를 창출해야 하는 것이다. 이러한 사업의 일환으로 추진되고 있는 저장탱크의 멤브레인 고유기술 개발과 저장탱크 시스템의 국산화 정책은 성공적인 가스 프로젝트의 하나이고, 향후는 LNG의 거대한 소비에 따른 부산물, 즉 냉열 에너지를 지역 냉방 에너지 자원으로 개발하여 새로운 부가가치 창출에 노력해야 안정적인 가스기술 선진국이 되는 것이다.

  국내의 LNG 수입물량 1,600만톤을 기준으로 추정된 냉열 에너지 규모는 3.2조kcal로 지역공단이나 아파트의 냉방 시스템을 충분히 가동하고도 남을 정도의 막대한 에너지 자원이다. 이것은 년간 24.6만톤에 해당하는 LNG로 결코 적은 물량이 아니며, 이것을 버리지 말고 회수하여 활용한다면 경제적, 환경적으로 유익한 에너지원이 된다.

 

3. 액화천연가스 냉열

 

[그림 1_액화천연가스(LNG)의 유통 경로]

출처 : 현대 LNG 해운 홈페이지

 

 우리가 익숙한 액화천연가스(LNG)는 산지의 천연가스를 수송 및 저장하기 쉽도록 액화(-160℃)한 것으로 kg당 200kcal의 냉열에너지를 보유하고 있다. 천연가스를 액화하는 이유는 액화 시에는 기체상태에 비해서 약 600분의 1로 감소하기 때문에 동일한 부피에서 많은 양의 천연가스를 저장할 수 있으며, 수송에도 용이하기 때문이다. LNG를 연료로 사용하기 위해서는 펌프로 가압한 후에 해수를 이용해서 기화시키고 주 배관을 통해서 공급한다. LNG를 해수에 의해서 곧바로 기화하면 천연가스로부터 LNG를 만들기 위해서 소요된 전기에너지를 전혀 회수하지 못하는 셈이 되는 것이다. 따라서 LNG를 일반연료로 공급하기 위하여 인수기지에서 다시 기화시키는 과정에 냉열에너지가 무효하게 해수 중으로 버려지게 된다. 그러므로 이 냉열에너지를 발전에 효과적으로 이용하기 위한 기술이 LNG냉열 발전기술이라고 할 수 있다.

 우리나라에서도 LNG 냉열을 재활용해 다양한 산업분야에 저비용으로 냉동ㆍ냉장창고 건설과 운영이 가능한 물류센터를 신항 배후단지에 구축하고 창조산업을 도입할 필요가 있다. 이에 따라 건설비와 전기료를 크게 경감시켜 냉동ㆍ냉장창고 업체들의 운영비용 절감과 국가 에너지절약 시책에도 기여할 수 있다. 즉, 해당 규모에 냉열이 도입되면 기존 전기 냉각방식 물류센터에 비해 운영비를 무려 67%가량 절감할 수 있고, 건설비 역시 설계가 간소화돼 28% 절감하는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 냉열을 활용할 경우 지속적이고 안정적인 저온 형성이 가능하며, 신선식품 품질 유지도 탁월해 냉동·냉장 물류센터에 냉열이 적합한 것으로 알려지고 있다.

 일본의 경우 40년전부터 버려지는 LNG 냉열의 90%를 활용해 냉동창고 운영 등 부가가치를 창출하고 있다. 현재 일본은 공기액화 8개소, 냉열발전 16개소, 저온분쇄 1개소, 액화탄산 4개소, 저온창고 3개소를 가지고 있으며, LNG 냉열사업이 세계에서 가장 활발하게 이뤄지고 있다.

 

4. LNG 냉열의 향후 전망과 우리나라 현황

[사진 1_ 콜드체인 클러스터 조감도]

출처 : 인천항만공사 홈페이지

 앞서 언급했듯이, 인천항만공사(IPA)는 지난 16년 6월 20일 한국가스공사와 LNG냉열 이용 냉동,냉장 클러스타 사업 업무협약을 체결했고, 17년 9월 7일 LNG 냉열이 신재생에너지 범주에 포함도리 수 있는 법제화를 추진하기위해 중앙대 산학협력단에 법제화 검토를 용역의뢰했으며, 12일부터 15일에는 나흘간 일본 LNG 냉열창고 및 물류창고 벤치마킹고 ㅏ더불어 도쿄 지역 물류 기업 대산 인천항 설명회를 실시했다. 또 같은 해 12월 12일 LNG 냉열도 신재생에너지법 상 신에너지로 포함하는 것이 정당하다고 연구보고서에서 밝혔다. 또한 IPA는 공익사업의 일환으로 백혈병 등 소아암 환우 지원을 위한 햇빛나음발전사업 등을 추진함으로서 국가 공기업으로서 사회가치 실현에도 선도적 역할을 할 계획이다.

[사진 2_한국중부발전과 보령LNG터미널의 MOU]

출처 : 보령발전본부 제공

 한국중부발전도 보령 LNG터미널 냉열 활용 업무협약을 맺었다. 중부발전은 보령 LNG터미널에서 발생하는 냉열을 보령발전본부에 이송하고 활용하는 제반적인 업무를 수행하고, 보령 LNG터미널은 냉열활용에 필요한 부지 및 기술을 제공하기로 하면서 LNG터미널의 LNG저장탱크 3기에 저장되어 있는 액화가스의 냉열을 보령발전본부의 냉각계통 및 에어콘 등에 활용하여 1만 5000톤의 온실가스를 감축하는 효과를 기대할 수 있다고 밝혔다.

[그림 2_ 유진초저온의 LNG냉열활용 열원복합 최적화 시스템]

출처 : 유진초저온 홈페이지

 유진초저온은 평택 오성 외국인 투자산업단지에 LNG냉열기술과 태양광, 연료전지 등 관련 첨단 기술을 모두 융합해 에너지 절감에 최적화 설계된 세계최초의 초저온 물류센터를 착공중에 있다. 오성 초저온 물류 센터는 지하1층, 지상 7층 규모의 냉장창고 3개 동과 가공처리장, 사무연구동 등으로 구성되어 있으며 냉동, 냉장, 상온창고로 나뉘어 총 11만 4940톤의 농수축산물을 수용할 수 있는 규모다. 기존 LNG냉열 기술은 LNG가스기지 바로 옆에 위치해야 이용할 수 있었지만 유진초저온은 거리가 멀리 떨어져 있어도 활용 가능한 세계 최초 탱크로리 방식의 에너지 융복합기술을 도입해 입지의 한계를 극복했다. 유진초저온은 삼성SDS와 협력하여 자체 개발한 통합 물류 솔루션인 첼로(Cello)를 기반으로 다양한 혁신을 시도하여 고객들에게 안정적이고 차별화된 글로벌 물류 서비스를 제공하고 있다.

 LNG를 대규모로 사용하고 있는 일본과 한국이 도시의 인구 밀집 형태나 LNG 공급망 체계 등에서 대단히 유사하기 때문에 냉열 에너지를 이용한 지역 냉방 시스템 구축사업이 가장 유망하고, 향후에 대만과 중국 등에서 따라서 구축할 것으로 예상된다. 그중에서도 아파트라는 독특한 주거형태를 가지고 있는 한구에서 냉방 수요가 급증하고, 특히 문재인 정부의 6대 에너지 정책에 힘입어 LNG 사용량 증가에 따른 냉열 에너지 발생량도 많아졌기 때문에 냉열을 이용한 에너지 절감과 오염물질 배출량 감소가 향후 전망이 밝을 것으로 기대된다.

- 참고문헌

1. (2017.12) 재생에너지 3020 이행계획안. 산업통상자원부

2. 김청균(2002). 냉열 에너지를 이용한 지역 냉방 시스템 구축에 관한 연구. 한국가스학회 학술대회논문집, 27-38

3. 김영우·이중성·이종집·김동선·조정호(2017). 액화천연가스를 활용한 개방형 랭킨 사이클에 적용한 냉열 발전의 최적화에 대한 연구. Korean Hydrogen and Now Energy Society, Vol. 28, No. 3, 2017, pp,295~299

4. 장기창(2015). LNG 냉열 이용기술. 설비저널 제44권 2015년 2월호 15

5. “액화천연가스 냉열, 신재생에너지 포함 적합”_인천일보

6. “인천항만공사, 일본 LNG 냉열 시스템 벤치마킹 추진”_서울경제

7. "2017년 물류산업 10대뉴스“_코리아쉬핑가제트