미활용 수열에너지 산업육성을 통한 에너지자립 제고
미활용 수열에너지 산업육성을 통한 에너지자립 제고
  • 성백진 기자
  • 승인 2019.11.05 13:56
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-미활용에너지 학술강연회 열려

- 국내외 다양한 수열에너지 관련 정책 및 활용사례 소개

- 수열에너지 타 신재생에너지 대비 에너지절감효과 뛰어나

 

대한설비공학회 미활용에너지전문위원회(위원장 김시헌)는 10월 10일 한국과학기술회관에서 ‘미활용 수열에너지 산업육성을 통한 에너지자립 제고’를 주제로 ‘미활용에너지전문 학술강연회’를 개최했다.

이날 학술강연회에는 산·학·연 관계자 60여명이 참석해 미활용 수열에너지에 관한 기술 및 시장동향, 관련사례 등에 대한 정보를 공유했다.

김시헌 미활용에너지전문위원회 위원장(안양대 교수)는 개회사를 통해 “우리나라는 온실가스 감축목표보다 더 많은 양의 온실가스를 배출하고 있으며 그 양도 늘어나고 있어 이런 점 때문에 앞으로 수열에너지의 역할이 매우 중요하다”고 강조했다.

이어 김 위원장은 “다른 나라는 온실가스 감축목표를 산정 시 수열 전 부분을 포함하고 있는 반면 우리나라는 신재생에너지의 수열에너지의 범위가 기존 해수의 표층에서 올 10월부터 하천수가 신재생에너지로 인정받는 등 수열에너지의 신재생에너지 확대 기틀을 마련했다“며 ‘이번 세미나가 수열산업 육성과 활성화에 일조하길 바란다”고 밝혔다.

김민수 설비공학회 선출직부회장(서울대 교수, 아래 사진)은 축사에서 “신재생에너지 관련해서는 지구온난화 유발 및 온도상승을 가중시키는 온실가스 배출 감축을 위해서는 에너지를 효율적으로 써야 하지만 우리나라는 섹터별로 구체적으로 어떻게 해야 할지에 대해서는 아직도 먼 미래의 얘기로 생각하는 분들도 있다“며 ”선진국들은 체계적이고 지속적인 온실가스 감축 정책을 펼치고 있는 만큼 우리나라도 에너지효율 합리화에 대한 지속적인 계획과 추진이 필요하다”고 말했다.

이날 강연회에서는 △산업체 미활용에너지 이용기술 및 적용사례(정운 수성엔지니어링 부장) △수열에너지를 이용한 대형 히트펌프 기술 및 적용사례(강태진 LG전자 책임) △해외 데이터센터 폐열 활용사례와 국내 적용을 위한 정책지원 방향(오세신 에너지경제연구원 연구위원) △수열산업 생태계 및 비즈니스 모델(김시헌 안양대학교 교수) △해수를 열원으로 이용하는 ‘블루 데이터센터’의 타당성 평가(임승택 선박해양플랜트연구소 책임연구원) △수열에너지 열이용사업의 리스크와 그 대책(박준택 과학기술협동조합 박사) 등이 발표됐다.

 

산업체 미활용에너지 이용기술 및 적용사례

정운 수성엔지니어링 부장

 

정운 수성엔지니어링 부장은 ‘산업체 미활용에너지 이용기술 및 적용사례’를 발표에서 미활용에너지 활용을 통해 실제 산업현장을 개선, 에너지 및 운영비 절감을 실천한 사례에 대해 소개했다.

정운 부장은 산업현장 개선 사례로 공정용 스팀생산에 가열로(샤프트로) 연도의 배열을 이용한 군포의 000공장과 공정용 스팀 생산에 재증발증기를 재압축해 이용한 시화00공장을 소개했다.

군포00공장은 샤프트를 통해 500℃ 고온의 배기 폐열을 대기 중으로 방출하는 현장이다. 개선을 위해 배기가스 배출 후단에 시간당 1.3톤의 스팀을 생산하는 폐열보일러를 설치하고 배기열을 회수해 스팀 생산 후 수요처에 공급했다.

이를 통해 연간 8,400만원의 에너지비용 및 254t CO₂ 탄소배출량 감소효과를 거두었다.

ESCO 사업으로 진행된 이 사업장은 전체 사업비 3억7,486만원이 투입됐으며 투자회수기간은 4.5년(55개월)으로 나타났다.

바이오디젤을 생산하는 시화의 00공장은 보일러실과 오일정제 과정에서 배출되는 1.3ton/h의 재증발 증기 중 0.7ton/h의 증기를 TVR(Tehrmal Vapor Recompressor)로 회수해 공정용 스팀으로 활용한 사례이다.

TVR는 고압(15barG) 스팀이 분사노즐을 통해 압력 에너지가 속도에너지로 변환되어 빠른 속도로 노즐을 떠날 때, 흡입실(Suction Chamber)로부터 저압스팀(1barG)이 흡입되어 디퓨저 목부(Diffuser Throat)를 통과하면서 고압의 스팀과 균일하게 혼합된다. 디퓨저 목부를 지나 속도에너지는 압력에너지로 재변환되고 특정 배출압력까지 압축되어 증압의 스팀 형태로 배출시키는 구조로 재증발 증기를 재압축한다.

시화00공장의 재증발 증기량은 1,364kg/hr이며 회수 시 유효절감금액은 연간 2억1700만원으로 나타났다. 초기 투자비는 4억9000만원이며 투자비 회수기간은 2.3년이다.

 

수열에너지를 이용한 대형 히트펌프 기술 및 적용사례

강태진 LG전자 책임

 

강태진 LG전자 책임은 ‘수열에너지를 이용한 대형 히트펌프 기술 및 적용사례’ 발표에서 “기존 자연에 버려졌던 폐열을 생태학적으로 영향을 주지 않는 온도차를 이용하는 대형 히트펌프 적용으로 기존에 이용하지 않았던 폐열회수 및 활용이 가능하다”며 “하천수, 하수처리

수, 열병합발전소 폐열 등 도시기반시설로부터 폐열 및 산업단지 폐열을 터보 히트펌프로 회수 및 이용할 수 있다”고 설명했다.

터보 히트펌프 시스템은 적은 양의 에너지로 열역학적 사이클을 구동해 낮은 온도의 열에너지를 높은 온도의 열에너지로 펌핑하는 장치로 고효율 COP를 구현, 최대 80℃의 온수생산이 가능하다. 특히 화석연료 대비 최대 30%의 비용으로 열 생산이 가능하며 온실가스 배출도 최대 80%까지 감소시킬 수 있다.

강태진 책임은 “히트펌프의 일반적인 운전은 70~80%의 열원과 20~30%의 전기에너지를 이용해 100% 온열을 공급하는데 이 열원의 대부분을 하수열 등 미활용 에너지원으로부터 흡수하므로 효율이 매우 높고 에너지 절감 및 CO2 배출 감축 효과가 매우 뛰어나다”며 “하수열을 이용한 히트펌프는 에너지 측면에서 상당히 큰 장점이 있다”고 강조했다.

이어 강태진 책임은 수열원 터보히트펌프를 적용한 열병합발전소(가스터빈, 연료전지), 디스플레이 패널 생산공정, 하수처리수 에너지활용 지역난방, 제지공장, 아파트단지 등 사례를 소개했다.

 

해외 데이터센터 폐열 활용사례와 국내 적용을 위한 정책지원 방향

오세신 에너지경제연구원 연구위원

 

오세신 에너지경제연구원 연구위원은 ‘해외 데이터센터 폐열 활용사례와 국내 적용을 위한 정책지원 방향’ 발표에서 데이터센터의 에너지소비 전망과 에너지효율, 해외 데이터센터 폐열 활용 및 지원사례, 국내 데이터센터 현황과 전망 및 관련 지원제도, 제도개선 방안 등에 대해 소개했다.

오세신 연구위원은 “영국 가디언지는 2025년까지 ICT 산업이 전 세계 전력소비의 20%를 차지하고 그중 데이터센터가 ICT 전력소비의 절반 이상 차지할 것으로 전망했다”며 “앞으로 에너지 및 기후정책에서 데이터센터의 에너지효율 및 절감이 보다 중요하게 다루어지는 것이 필요하다”고 강조했다.

데이터센터의 에너지소비 구조는 냉방과 IT장비, 손실이 각각 50:35:15의 비율을 나타내고 있다.

오세신 연구위원은 “전 세계 데이터센터의 PUE는 2013년 기준1.65 정도이고 특히 MS사 데이터센터의 최근 PUE는 1.2 수준까지 개선됐다”며 “이에 비해 국내 데이터센터의 평균 PUE는 2.0을 상회하고 있어 냉방에너지 절감을 통한 PUE 개선 여지가 많다”고 지적했다.

PUE(Power Usage Effectiveness)는 평균 전력효율지수로 데이터센터 총 전력량을 IT장비 전력량으로 나눈 값이다. PUE는 1에 가까울수록 전력 효율이 좋은 데이터센터로 평가된다.

국내 데이터센터는 2000년대 이후 연평균 6% 이상 급증하면서 최근 2년간 데이터센터의 전력소비량은 연평균 5.5%씩 증가해 산업용 전력소비 증가율(1.0%)에 비해 가파른 증가세를 기록하고 있다. 2016년 기준 데이터센터 전체의 전력소비량은 산업용 전력소비 대비 1% 수준이다.

미국, 중국을 비롯해 스웨덴, 덴마크. 핀란드, 노르웨이 등 유럽국가에서는 데이터센터에서 발생하는 폐열을 지역냉난방에 활용해 지역난방으로는 인근 가구나 사무실, 지역냉방으로는 데이터센터의 냉방에너지로 공급하는 사례가 많이 나오고 있다. 또한 각국 정부에서도 데이터센터의 폐열을 적극 활용할 수 있는 다양한 지원제도를 도입, 시행하고 있다.

오세신 연구위원은 “우리나라도 △에너지이용합리화법 △신에너지 및 재생에너지 개발·이용·보급 촉진법 △집단에너지사업법 △온실가스 배출권 할당 및 거래에 관한 법률 등 관련법이 있지만 실제로 데이터센터에 적용하기에는 미흡하거나 실효성에 한계가 있다”며 “데이터센터의 폐열을 친환경 미활용에너지로 지위를 격상하거나 도시개발 단계에서부터 데이터센터와 집단에너지를 동시에 고려하는 등 법적 체계 마련이 필요하다”고 언급했다.

 

수열산업 생태계 및 비즈니스 모델

김시헌 안양대 교수

 

김시헌 안양대 교수는 ‘수열산업 생태계 및 비즈니스 모델’ 발표를 통해 수열에너지 시장현황과 데이터센터를 비롯해 지역난방, 빌딩 냉난방에 수열에너지를 적용할 수 있는 다양한 사례 및 관련 사업모델을 소개했다.

수열에너지는 타 신재생에너지와 비교해 설치비가 적고 에너지절감 효과가 뛰어나 투자비회수기간이 짧은 이점이 있다.

특히 냉난방 수요가 집중돼 있는 도심지나 대규모 산업지역에는 수열에너지를 공급할 수 있는 상하수 인프라가 잘 갖춰져 있어 비즈니스 모델 확대를 위해서는 관련 법규 정비나 지원제도 도입 등이 필요한 실정이다.

김시헌 교수는 “수열산업의 생태계 구조 및 비즈니스 가치사슬에는 정부나 지자체, 각종 펀드, 토목·기계·전기·제어 등 설치사업자, 1차 수요자 및 최종 소비자 등이 유기적으로 연결돼 있다”며 “수열산업의 활성화를 위해서는 인허가 및 정책 결정권자들의 수열에 대한 관심과 인식이 확산될 수 있도록 관련 산학연이 홍보 및 시공협업 등에 함께 노력해야 한다”고 말했다.

 

해수를 열원으로 하는 블루 데이터센터의 타당성 평가

임승택 선박해양플랜트연구소 책임연구원

 

임승택 선박해양플랜트연구소 책임연구원은 ‘해수를 열원으로 하는 블루 데이터센터의 타당성 평가’ 발표에서 국내외 그린 데이터센터 구축 및 계획 사례와 정부 연구과제로 시행한 블루데이터센터의 경제적 타당성과 적용성 및 기대효과에 대해 설명했다.

임승택 책임연구원은 “데이터센터는 4차 산업혁명을 위한 핵심 기반시설인 반면 서버냉각 및 가동에 막대한 전력이 소모되어 ‘전기 먹는 하마’라고도 불리는 에너지 다소비 시설이다”며 “저전력·고효율 데이터센터, 온실가스 배출 저감형 친환경 데이터센터의 구축을 위한 시스템 효율화 및 자연에너지 이용의 다각화 모색이 요구되고 있다”고 말했다.

동해연안 해양심층수(원수 5℃ 이하)와 연안저층수(원수 10℃ 이하)는 좋은 수열원으로 배출수를 이용해 수산양식, 주택 및 공공건물 냉난방 등 활용시 지역경제 활성화를 기대할 수 있다.

임승택 책임연구원은 “ 10,400RT 블루데이터센터와 615RT 냉난방 및 240kW 태양광발전의 어촌마을 조성시 데이터센터 화석연료 저감량은 연간 4,041TOE, 어촌마을 포함시 4,2453TOE, 이산화탄소 배출은 데이터센터 8,844톤(t CO2), 전체 9,266톤(t CO2)의 감축효과를 기대할 수 있다”며 “해수열을 이용한 블루 데이터센터 클러스터 조성을 통해 4차산업혁명을 지원하기 위한 융복합 재생에너지의 적용 및 RE100 친환경 데이터센터 구축을 위한 핵심기술 확보가 가능하다”고 밝혔다.

 

수열에너지 열이용사업의 리스크와 그 대책

박준택 과학기술협동조합 박사

 

박준택 과학기술협동조합 박사는 ‘수열에너지 열이용사업의 리스크와 그 대책’ 발표를 통해 국내 수열에너지 대표 활용사례인 부산 롯데타원 및 잠실 롯데월드타워 등의 소개와 수열에너지 열이용 절차 및 관련 법령, 수열에너지사업 운영 시 발생할 수 있는 리스크에 대해 소개했다.

박준택 박사는 “수열에너지 열이용사업의 중대한 리스크는 다른 신재생에너지에 비해 적지만 사업계획단계에서 환경, 자원, 성능 리스크에 대한 대책, 운전관리단게에서의 채열량, 자원량 감소 등 리스크에 대한 대책이 매우 중요하다”며 “집단에너지사업법, 도로법, 하수도법, 하천법 등 법률 상 수반되는 행정절차는 물론 환경·자원·성능 등 리스크를 해결해야 하며 체크리스트를 작성해 대응할 수 있어야 한다”고 말했다.


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