최근 유럽에서는 탈탄소화를 위한 고효율 산업 전기화 기술로서 산업용 히트펌프가 주목받고 있다. 특히 산업용 히트펌프의 연구개발이 활발해지고 있을 뿐만 아니라 다수의 제품이 시장에 등장하고 도입사례도 증가하고 있다.

본지는 이번 호(2022년 2월호)부터 한국의 산업용 히트펌프의 연구개발이나 보급 확대를 위한 활동에 참고가 될 것으로 생각되는 유럽 산업용 히트펌프의 시장 현황(제품과 도입사례) 및 개발 동향에 대해 일본 전력중앙연구소의 조사자료를 번역, 연재한다.

연재 주요 내용

[유럽의 산업용 히트펌프 시장개관]

- 16개 업체에서 30종류의 산업용 히트펌프가 제품화되어 있다. 공급온도는 100°C 미만인 제품의 비율이 높지만 160°C 공급이 가능한 제품도 있다.

- 식품산업으로의 도입사례가 비교적 많고 특히 냉온수 동시 이용 형태가 많이 보이고 있다. 그중에서도 노르웨이 유제품 공장에서는 완전 전기화(Electrification)를 달성하고 있다.

- 히트펌프 도입 시 컨설팅 회사가 공장의 에너지를 분석해 히트펌프의 사양이나 프로세스로의 통합 방법을 제안한 사례도 볼 수 있다.

[유럽의 산업용 히트펌프 개발동향]

- 100~-200°C까지의 공급이 가능한 고온 히트펌프의 개발과 실증이 활발해지고 있다.

- 건조공정을 대상으로 한 프로젝트를 많이 볼 수 있으며, 5개의 건조 공정용 히트펌프의 개발 및 실증 프로젝트가 진행 중이다.

- 산업용 히트펌프의 개발과 실증 및 시장투입 전의 성능평가와 신뢰성 확보를 목적으로 대용량 고온 히트펌프의 성능평가가 가능한 2개의 시험설비가 정비됐다.

[산업용 히트펌프 보급 확대를 위한 시사점]

- 유럽의 컨설팅회사와 같이 공장의 프로세스와 히트펌프에 관한 양쪽 모두의 지견을 가지고, 공장과 메이커 사이에서 활동할 수 있는 플레이어가 필요하다.

- 히트펌프 연구개발 프로젝트 수행시 기기 개발까지의 R&D가 주류지만 개발단계에서 사용자도 참가한 실증시험까지를 포함한 RD&D(연구개발 실증, Research Development & Demonstration)가 필요하다.

고효율 산업 전기화 기술로서 산업용 히트펌프 주목

히트펌프는 1차 에너지 소비량의 감소, 온실가스 배출량의 감소 및 재생가능 에너지 사용량의 증가를 도모하기 위한 중요 기술로 인지 돼 공조 및 급탕 등에 이용돼 왔다.

최근 고온수나 급탕, 증기를 공급할 수 있는 이른바 고온 히트펌프가 개발되면서 산업용 가 열 공정에 대한 도입이 주목받고 있다. 일본은 2016년 5월에 의회에서 결정된 ‘지구온난화 대책 계획’에 따라서 2030년에 2013년 대비 온실가스를 26% 삭감해야 한다. 그 계획에서 산업용 히트펌프에 대해서는 2030년까지 설비용량 1,673천kW의 도입이 전망되고 있어, 135만ton-CO2의 배출 삭감 효과가 기대되고 있다.

또한 2016년 9월에 제정돼 2019년 7월 에 개정된 '에너지절약 기술전략 2016'에서 는 고효율 열 공급, 열에너지의 효과적 이용, 제조 프로세스의 에너지절약(이하 에너지절약) 이라는 점에서 산업용 히트펌프는 중요한 기술로 자리매김하며 공적인 연구개발자금이 투입되고 있다.

이러한 산업용 히트펌프에 대한 기대는 유럽에서도 높아지고 있다.

산업용 히트펌프는 1980년대에 석유위기 이후 에너지절약의 관점에서 활발하게 연구개발이 이루어졌으나, 유가가 비교적 낮았던 1990년대와 2000년대에는 논문발표 수에서 보듯이 산업용 히트펌프에 대한 관심이 떨어졌기 때문에 연구활동이 저하됐다. 2015년 파리협정 이후에는 에너지절약뿐 아니라 완전 전기화에 의한 탈탄소화의 관점에서 고효율 산업 전기화 기술로서 산업용 히트펌프가 다시 주목받으며 최근 유럽연합(EU)이나 각국의 연구개발 자금이 투자되면서 산업용 히트펌프의 개발과 실증이 활발해지고 있다. 일본에서는 2000년대부터 고온 히트펌프의 개발이 활발해져 2008년부터 고온 공급 히트펌프, 2009년부터 급탕 공급 히트펌프, 2012년부터 증기 공급 히트펌프의 도입사례가 보고되고 있다. 하지만 유럽에서는 2010 년대부터 고온 히트펌프의 개발이 활발해졌다. 본 조사데이터는 최근 특히 2010년대 유럽의 산업용 히트펌프의 연구개발, 제품 및 도입사례의 동향을 파악하는 것이 목적이며 조사방법은 문헌조사를 기본으로 했지만, 국제회의에서 얻은 정보나 연구기관 및 제조업체와의 토론에서 얻은 정보도 보완적으로 활용됐다.

산업용 히트펌프의 개요-2월호 참조

산업용 히트펌프의 정의-2월호 참조

산업용 히트펌프의 종류-2월호 참조

(다음 호에 계속)