탄소중립과 수열에너지, 국내의 현황은?

탄소중립과 수열에너지, 국내의 현황은?

대학생신재생에너지기자단 21기 박지원

 

 현재 전 지구적으로 기후의 변화가 심화되고 있으며, 이에 따라 환경문제의 심각성이 대두되고 있다. 사계절이 뚜렷하던 대한민국은 점차 봄과 가을이 짧아지고 여름과 겨울이 길어지고 있으며, 최근에는 기후변화로 인해 꿀벌들의 개체 수가 줄어 환경에 위협이 되기도 했다. 이 기후 위기는 왜 발생하고 있을까? 바로 '온실가스' 때문이다. 온실가스의 과도한 배출로 인하여 지구의 기온이 상승하게 되고, 그 결과 지구 기후 시스템의 균형이 무너지는 것이 바로 기후위기이다. 따라서 우리는 온실가스의 배출을 줄여야 하며 이를 위해서는 화석 연료의 사용을 줄이는 등 탄소의 배출량을 줄이기 위해 노력해야 한다. 

 

[탄소 중립]

 인간의 활동에 의한 온실가스의 배출을 최대한 줄이고, 남은 온실가스는 흡수, 제거하여 실질적인 탄소 배출량을 0(Zero)로 만드는 것이 바로 '탄소 중립'이다. 즉, 배출되는 탄소와 흡수되는 탄소의 양을 같게 하여 탄소의 순 배출량이 0이 되게 하는 것이며 이에 '넷-제로(Net-Zero)'라고 부르기도 한다.

 

 1992년 기후변화협약(UNFCCC) 채택 이후, 장기적인 목표로 지구 평균기온의 상승을 산업화 이전 대비 어느 수준으로 억제해야 하는 지에 대한 논의가 끝없이 지속되어 왔다. 이후 2018년 제 48차 IPCC 총회에서 파리협정 채택 시 합의되었던 1.5도 목표를 세웠다.

[자료 1. 2050 탄소중립 시나리오 최종안 총괄표]

출처 : 탄소중립녹생성장위원회

 

[수열 에너지]

 현재 탄소중립으로 나아가기 위한, 화석연료를 대체하기 위하여 많은 대안들이 등장하고 있고 태양광, 풍력 등 신재생에너지의 개발과 사용이 주로 주목받고 있다.  이번에는 이 중에서도 수열 에너지에 대해 소개하고자 한다. '수열 에너지'란 해수 표층 및 하천수에 저장된 열에너지를 의미하며, 주로 건물의 냉난방이나 농가와 산업체 등에 필요한 열원으로 이용된다. 물은 에너지를 축적하는 능력이 공기의 약 4배 정도가 된다. 즉 여름철에는 대기 중보다 차갑고, 반대로 겨울에는 대기보다 따뜻한 특성을 가지고 있다. 

 수심 100~200m 이상, 5도씨 이하의 차가운 온도의 해수를 이용하게 된다면 직접 열 교환에 의해 냉방이 가능하게 되며, 깊은 바다에서 분출되는 열수를 이용한다면 직접 열 교환에 의한 난방까지 가능해진다. 지구 표면 중 바다는 약 70%를 차지하고 있고, 지구상의 물의 대부분은 바다로 저장된다. 따라서 이 수열 에너지는 에너지원으로써 무한하다는 이점을 가진다.

 수열 에너지는 기존 냉난방을 대체할 수 있는 능력을 가지고 있다. 이 수열에너지를 냉난방에 활용하게 된다면 기존보다 에너지를 30% 절감할 수 있다. 또한, 이산화탄소와 미세먼지 배출량도 저감시킬 수 있으며 수열에너지는 다른 신재생 에너지에 비해 날씨의 영향을 덜 받기에 더욱 안정적인 공급이 가능해진다.

[자료 2. 하천수 수열에너지 냉난방 공급 개요도]

출처 : 경남신문

 

[국내 수열 에너지 활용 현황]

 아직 국내에서는 해외만큼 수열 에너지가 활용되고 있는 것은 아니다. 환경부에 따르면 전체 수열 에너지 생산량은 2018년 기준으로 전체 에너지 생산량의 0.1%에 불과하다. 

하지만 2020년 6월 정부는 2040년 표준석탄발전소 2기를 대체할 수 있는 수준의 에너지 생산을 목표로 하는 '수열 에너지 활성화 방안'을 발표하였고 다른 여러 건축물을 시범 사업 대상으로 선정하여 2023년부터 착공에 들어간다고 한다.

또한 최근 2022년 신재생 에너지원별 보정 계수 공청회가 열렸다. 이때 수열 에너지의 열원인 해수는 16% 증가하여 1.3으로 산정되었다. 보정 계수가 증가하였다는 뜻은 보정계수가 낮은 신재생에너지보다 적은 용량을 가지고 신재생 에너지 공급의무량을 채울 수 있게 된다. 

[자료 3. 롯데월드타워 ⓒ박지원]

국내에서 수열 에너지가 활용되고 있는 대표적인 사례는 롯데월드 타워이다.

서울시 송파구에 위치한 롯데월드 타워는 2014년부터 국내 최초로 광역상수도 원수를 활용하여 하루에 약 5만 톤의 한강물을 공급받아 수열에너지를 생산하고 있다. 전체 냉난방 에너지의 약 10% 정도를 수열 에너지로 대체한 것이다. 이를 통해 연간 7억원의 경제적 절감 효과와 온실가스 배출량을 38.5% 감축하는 효과를 보고 있다. 

 

또한 환경부는 올해 '친환경 수열 에너지 활성화 방안'을 발표했다. 2050년까지 수열 에너지 2GW를 도입하여 연간 2천 138GWh의 에너지를 절감하고 54만 7천 톤의 이산화탄소를 감축하는 것이 목표이다. 국가 수열 에너지 개발 목표량을 2030년, 2040년, 2050년 순으로 단계적으로 목표량을 달성하겠다는 계획을 세웠다. 

이렇게 발표된 정부 계획에 따라 K-water는 수열에너지의 초기 투자비 부담을 줄이기 위하여 '수열 에너지 보급사업'도 추진할 계획이다. 대형 건축물이나 지자체를 대상으로 수열에너지 관로 공사비나 건축물 내 냉난방 설치비 등 국고 지원 방안을 마련하고 있다고 한다.

[자료 4. 강원 수열에너지 융복합클러스터 조감도 ]

출처 : ZDNetKorea

또한 우리나라는 강원 융복합 클러스터를 탄소중립으로 조성하여 온실가스 배출을 제로로 만드는 계획을 발표하였다. 수열 융복합 클러스터는 소양강댐 심층수를 이용하여 대형 데이터 센터 3개소, 중형 데이터 센터 3개소, 스마트 팜에 약 1만 6천500RT의 수열 에너지를 공급하는 사업이다. 이 규모는 춘천시 동면 일대 24만 평에, 오는 2027년을 완공 목표로 추진되고 있다. 위에서 언급했던 롯데월드타워의 5배가 넘는 규모이며, 완공 시 전력 사용량을 최대 82%까지 절감할 것으로 예상된다.

 

[앞으로의 비전]

 수열 에너지는  전기를 많이 사용하는 데이터센터와 같은 에너지 다소비 시설에 적용 가능한 최적화된 에너지로 주목받고 있다. 심지어 수열에너지에 사용된 해수는 다시 바다로 방출되기 때문에 환경, 수질오염 및 생태계에 미치는 영향이 현저히 적다. 취수 온도와 방류 온도의 차이를 5도씨 이상 유지한다면 악영향 또한 미치지 않게 된다. 앞으로 기후 위기를 해결하기 위해 우리나라와 전 세계에서 추진될 탄소중립을 이루기 위해 발생할 에너지 대전환을 위하여 수열 에너지가 주목받게 될 것이다.

 

앞으로 우리가 사는 지구를 지키기 위해서는 환경의 보존을 위한 노력이 지속적으로 필요할 것이다. 앞으로 신재생에너지, 그 중 수열이 희망이 되어 활약하길 기대해 본다.

 

 

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수열에너지 에 대한 대학생신재생에너지기자단 기사 더 알아보기

1. "수열에너지, 탄소중립의 핵심키가 되다!", 16기 이나영, https://renewableenergyfollowers.org/2991

수열에너지, 탄소중립의 핵심키가 되다!

2. "수열 에너지가 불러온 나비효과 : 춘천 수열에너지 사업을 중심으로", 17기 손예지, https://renewableenergyfollowers.org/3123

수열 에너지가 불러온 나비효과 : 춘천 수열 에너지 사업을 중심으로

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참고문헌

[탄소중립]

1) 새만금개발청, 대한민국 정책 브리핑, "지구온도 1.5도 상승을 막는 탄소중립과 넷제로", 2022.06.16, https://www.korea.kr/news/policyNewsView.do?newsId=148902598 

[수열에너지]

1) 이슬기, "수열에너지로 탄소중립 완성을", 경남신문, 2022.06.28, http://www.knnews.co.kr/news/articleView.php?idxno=1379893