난방(열)에너지를 전력에너지로 전환하기 전에 열에너지 효율화 선행은 필수이며
열저장시스템(상변화물질)은 가스난방을 감소시킬 수 있는 실현가능성 높은 기술
서울시 2050년까지 온실가스 순배출량을 제로화하는 탄소중립목표 수립
서울시는 2050년까지 탄소중립을 발표했다. ‘서울시 기후변화대응 종합계획’에는 온실가스 연간 배출량을 3,500만 톤으로 2005년 대비 30% 감소목표를 제시하고 있다. 서울시는 건물 부문이 서울시 온실가스 배출량의 68.7% 차지, 감축전략에서 우선순위를 차지한다. 그 전략으로 제로에너지 건물 의무화 조기 추진과 친환경적이고 지속가능한 재생에너지 발전 비중의 확대를 제시하고 있다.
서울시 에너지소비패턴을 고려한 새로운 재생에너지 발굴 필요
서울시 건물에서 사용하는 도시가스량의 약 56.6%가 주거건물의 난방 및 급탕용으로 사용되며 이는 서울시에서 사용하는 전체 에너지의 34%로 추정된다. 만약 화석연료(천연가스)가 단계적으로 중단되고 난방이 전기에너지로 사용될 경우가 증가한다면 난방(열)부하로 인한 전력망에 대한 수요가 극적으로 증가할 것으로 예상된다. 증가하는 전력수요를 기존 에너지 공급시스템에만 의존하기에는 전기에너지 요구량이 너무 크므로 난방(열)에너지를 전력에너지로 전환하기 전에 열에너지 효율화가 선행되어야 한다. 이러한 열에너지 효율화는 유럽 및 미국에서도 활발하게 진행되고 있다. 유럽에서는 최근 “Heat Roadmap Europe 2050(유럽 열 로드맵 2050)”을 발표하고 지역난방, 폐열활용 등의 활용으로 2050년까지 난방수요를 2005년 대비 62%까지 줄인 이후, 전기난방으로의 대규모 전환을 통해 온실가스 배출량을 추가적으로 줄일 수 있을 것으로 전망하고 있다. 미국은 난방을 전기에너지로 전환하여 공급된다면 겨울철 전기에너지 피크부하의 75%는 난방이 차지할 것으로 예상하고 있어 이를 대비하기 위한 기술개발에 박차를 가하고 있다.
열에너지 사용 효율화를 위한 주요기술로서 열에너지 저장시스템 기술
에너지 배터리 시장에서 열에너지 저장시스템은 전기화학 배터리 기술보다 저렴한 비용으로 적용될 수 있는 잠재력이 있지만 열에너지 저장시스템의 시장은 배터리보다 뒤처져 있다. 예측에 따르면 건물에 대한 전 세계 열에너지 저장시스템 용량은 향후 6년 동안 약 600MWh에서 약 3,300MWh로 증가할 것으로 예상된다. 오늘날 대부분의 열에너지 저장 기술이 완전히 개발되어 상용화되었거나, 데모 및 개발 단계에 있다. 몇 가지 핵심 기술은 관련 초기 자본 투자 요구 사항과 관련하여 표시 및 기술 위험 대 현재 개발 단계(즉, R&D, 실증 및 배포 또는 상용화 단계)이다.
잠열 저장 활용물질(상변화물질(PCM, Phase Change Materials))의 건물 활용성 증가
잠열 저장은 저장 시 열 흡수 또는 방출을 기반으로 한다. 열 축열 시스템은 상변화의 에너지 저장을 포함하며 상(고체액체, 액체→고체) 변화 시 잠열의 형태로 열저장하는 것으로서 건물 적용을 위하여 BASF, Dupont, Henkel, National Core 社 등에서 다양한 캡슐형 PCM 제품을 개발하였다. 독일에서는 축열건자재를 적용한 패시브 하우스 보급호가 추진되고 있으며, 중국에서도 최근 제품화 개발이 추진 중이다. 이 중에서도 신재생에너지와 연계한 열저장시스템으로서의 활용성이 가장 높다.
상변화물질–열저장시스템을 신재생에너지와 연계활용 기술 상용화, 선진사례 증가하고 있어 국산화를 위한 기술개발 필요
선진사례를 살펴보면 태양열 공기 히터, 온수난방･급탕, 히트펌프에는 상변화물질–열저장시스템이 상용화되어 사용하는 사례가 늘고 있다. 서울에서의 상변화물질–열저장시스템의 활용을 위해서는 서울 기후조건(온도, 습도, 일사량 등)에 필요한 가능성 검토(Feasibility)가 이루어진 후 기술의 국산화가 필요하다. 기술의 국산화 이후에도 실제 건물단위에 적용하는 파일럿 프로젝트가 반드시 수행되어야 하며 이는 공공건축물에서 진행할 수 있다. 소규모 난방 위주의 건물, 대규모 냉방 위주의 건물에서 활용 가능할 것으로 판단된다. 또한 장기적으로 아파트단지가 전체 주거세대의 약 55% 이상 차지하는 서울시에서 2050년 탄소중립을 달성하기 위해서는 장기적으로 공동주택 단지의 상변화물질–열저장시스템을 활용한 난방시스템에 대한 활용을 적극 검토할 필요가 있다.