수열에너지, 탄소중립의 핵심키가 되다!
수열에너지, 탄소중립의 핵심키가 되다!
16기 이나영
현재 세계가 하나돼 달성하고자 하는 목표가 있다.
바로 ‘탄소중립’인데, 우리나라는 올해까지 탄소 감축 목표치를 제시해야 하는 상황이다.
탄소 감축을 위해 필수불가결한 것이 바로 화석연료의 사용은 줄이고, 신재생에너지의 사용을 늘리는 일이다.
이때 핵심 키가 될 수 있는 에너지가 바로 ‘수열에너지’이다.
수열에너지, 우리가 평소에 신재생에너지로 많이 알고 있는 태양에너지, 풍력에너지, 지열에너지 등과는 달리 생소한 느낌이 들 수 있다.
수열에너지는 자연 상태에 존재하는 에너지원으로써 그 양이 무한하다. 쉽게 말해 하천수를 의미하는데 대규모의 열 수요를 충족시킬 수 있으며, 이 과정에서 연소가 필요 없어 친환경적이다. 2015년 '신에너지 및 재생에너지 개발·이용·보급 촉진법 시행규칙 일부 개정령'에 의해 수열에너지는 신·재생에너지의 하나로 지정되었다.
사실 작년 10월 전까지 해수의 표층열만을 이용할 때만 수열에너지는 신재생에너지로 인정받았었다. 그리고 작년 10월 드디어 하천수를 이용한 수열에너지 역시 신재생에너지에 포함되면서 이용가능성은 더더욱 늘어난 실정이다.
수열에너지는 해수 표층에 저장된 열에너지를 이용하여 냉난방에 활용하는 기술로 주로 하천 옆에 있는 큰 건물이나 농가, 산업체 등에 대규모 열원으로 이용된다.
[자료1. 수열에너지 원리]
출처:https://blog.naver.com/shp6300/221870157069
수열에너지는 위와 같은 원리로 이용되고 있다.
물은 비열이 매우 크기 때문에 여름철에는 대기보다 시원하고 겨울철을 따뜻하다는 특징이 있다. 이를 활용해 히트펌프에서 냉매의 기화 시 건물 안의 열을 흡수해 수열원으로 방출하고, 액화 시 수열원의 열을 흡수해 건물로 공급하여 냉난방을 하는 시스템이다. 쉽게 말해 히트펌프란 열을 옮겨주는 장치를 말한다.
이 시스템은 적은 전력으로 많은 양의 열에너지를 생산할 수 있어 매우 효율적이다.
수열에너지의 장단점은 무엇이 있을까?
우선 수열에너지의 장점을 간단히 말하자면 난방의 경우, 4 정도의 열을 생산해야한다고 했을 때 95% 효율성을 가진 보일러는 4.2 정도의 에너지가 필요하지만 수열은 1 정도의 에너지면 충분하다.
냉방의 경우 일반적으로는 실내의 열을 냉각탑을 통해 대기로 방출하나 수열에너지는 냉각탑을 제거하고 열은 수열원이 흡수하기 때문에 마찬가지로 에너지 소모가 거의 없다.
냉각탑이 필요 없다는 것은 냉각수와 동력비가 사용되지는 않는다는 것이고, 이는 곧 추가적인 환경개선의 효과를 지닌다.
한국수자원공사에 의하면 우리나라의 지표수는 크게 댐 및 저수지와 원수관로로 나눌 수 있다. 댐 및 저수지의 공급량은 1일 3,670만 톤이고 원수관로는 2,000만톤으로 이를 5℃ 온도차의 열을 뽑아 쓴다고 가정해 열량을 계산하면 댐 및 저수지의 부존량은 360만2,000RT이고 원수관로는 126만1,000RT로 총 486만3,000RT(1만7,102MW)로 절감율과 가동시간 그리고 이용률을 고려 시 연간 2,727만2,526MWh를 활용할 수 있다.
이는 신고리2호기 2016년 연간 발전량(697만5,411MWh)의 3.8배인 565만950TOE에 해당하는 에너지절감 및 약 1,237만 톤의 CO₂ 절감 효과와 동일하다.
수치로 보면 어마어마한 절감률을 보여주고 있다.
수열에너지의 단점으로는 앞서 말했듯이 물이 가까이 있는 수변지역이어야 한다. 우리나라의 경우, 하천수나 해수를 이용하기 때문에 반드시 근처에 이것들이 위치해 야한다. 뿐만 아니라 이용하려는 하천수나 해수의 적정온도를 늘 유지해야 한다는 단점이 있다. 수열에너지는 물이 가지고 있는 에너지(비열)가 크다는 특징을 이용하여 열을 흡수하고, 적절한 곳에 열을 방출하는 원리를 이용한다. 그러나 물이 적정온도를 가지고 있지 못하면 물이 에너지를 많이 축적하고 있지 못하거나 물이 과도하게 축적하고 있어 온도조절에 어려움을 겪을 가능성이 농후하다.
수열에너지가 아직까지도 생소한 이유 중 하나는 보급에 대한 정부의 대책이 늦어지고 있기 때문이다. 비슷한 예로 태양광에너지는 현재 우리나라의 대표적인 신재생에너지이다. 이 에너지가 빠르게 보급될 수 있었던 것은 RPS(Renewable Energy Portfolio Standard)와 같은 정부의 발 빠른 보급정책이 있었기 때문이다. 그러나 수열에너지 역시 RHO제도 도입을 추진하려 했으나 아직까지 논의되고 있지는 않다.
수열에너지는 어디에 사용되고 있을까?
선진국에서는 1980년대부터 오랜 시간동안 수열에너지를 이용하기 시작했으며, 일본 역시 1991년부터 수열에너지 기술 개발에 착수해왔다.
모두 우리나라보다 몇 발자국이나 앞서 수열에너지에 관심이 있었다는 것이다.
일본을 예를 좀 더 자세히 설명하자면 스미다강을 이용하여 기존설비 대비 18%의 에너지를 절감시켰다.
뿐만 아니라 오사카의 나카노시마 지구에서도 하천수를 이용하여 1차 에너지 27% 절감, CO₂는 47% 이상으로 줄여나가는 중이다.
[자료2. 수열에너지의 해외사례]
출처:k-water 홈페이지
위의 그림에 나타난 사례처럼 수열에너지의 규모가 굉장히 방대하다는 것을 알 수 있다.
우리나라에서는 가장 유명한 수력에너지 이용사례가 있는데 바로 롯데월드타워(지상 123층, 지하 6층)가 대표적이다.
롯데월드타워는 인근 광역상수의 열에너지를 이용한 수열시스템으로 일일 원수유량 5만m³이며 냉난방부하량 3,000RT를 감당하고 있다. 위의 사례들의 규모와 비교하면 터무니없이 적은 양이지만 시작점이라는 것에 의미가 있다. 롯데타워 외에도 광역상수가 적용되는 곳이 있는지 한국수자원공사가 사업계획을 발표하였고, 현재 여러 후보군이 언급되고 있다.
또 하나 소개할 곳은 부산광역시가 개발 중인 에코델타시티이다.
낙동강하구에 위치해 있으며, 도심 양측으로 하천수가 유입되게 돼있어 취수와 방류가 완벽히 분리될 수 있기 때문에 에너지 손실을 줄일 수 있다고 한다.
수열발전시스템은 특히나 부산 북항개발지역에 적용하게 되면 에너지를 기존발전시스템보다 50% 이상이나 절감이 가능하여 관계자들이 눈여겨보고 있다고 한다.
위에 소개한 우리나라의 사례들을 보니 이제 시작이라는 생각이 든다. 알다시피 우리나라는 3면이 바다로 둘러싸인 반도국가이다. 수열에너지는 이러한 우리나라의 지형에 가장 유용하게 쓰일 수 있는 신재생에너지라고 해도 과언이 아니다.
수열에너지는 특성상 ‘대규모’의 냉난방 시스템에 사용되기 때문에 집단에너지시스템을 적용할 수 있도록 도시개발계획을 수립해야한다.
현재 관련 기관들이 많은 노력을 하고 있으며, 환경부에서도 수열에너지의 발전을 위해 노력하겠다고 밝혔다.
수열에너지가 빠르게 발전, 보급되어 우리나라의 탄소절감에 큰 기여가 되었으면 좋겠다.
참고문헌[1]
(1)"수열에너지",두산백과,https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=3597275&cid=40942&categoryId=32375
(2)홍시현, "강력한 드라이브 걸린 ‘수열에너지", 투데이에너지, 2019.05.21 http://www.todayenergy.kr/news/articleView.html?idxno=213830
(3)이주엽앵커, 김영준 부장 "물에서 에너지를 얻는다", cpbcnews, 2020.4.11
http://www.cpbc.co.kr/CMS/news/view_body.php?cid=777096&path=202004
참고문헌[2]
(1)최인식,수열에너지 활성화 국제세미나,kharn news, 2019.06.09
http://www.kharn.kr/news/article.html?no=9900
참고문헌[3]
(1)오철 한국해양대학 교수,해양환경공단 블로그, "신재생에너지, 수열에너지_4편",2019.12.28
https://m.post.naver.com/viewer/postView.nhn?volumeNo=27167335&memberNo=4312606
