기후위기로 인해 탄소중립에 대한 열망이 전 지구로 확대되며 세계 각국은 에너지전환을 시행하고 있다. 지금껏 석탄 등 화력발전과 원전 등 기존 에너지원을 주로 사용해왔다면 이제는 친환경요소를 활용한 에너지원을 만들어내는 데 주력하고 있다. 이를 위해 각국은 정책적 지원을 통해 재생열에너지를 중심으로 한 에너지활용을 적극 권장하거나 의무화하는 등 일관된 방향으로 로드맵을 제시하고 있다.  

양이원영 더불어민주당 국회의원은 칸kharn과 공동으로 7월28일 국회의원회관 제2세미나실에서 ‘재생열에너지 활성화 국회토론회’를 개최했다. 

권영호 태양열융합협회 회장(대독 이도성 부회장)은 개회사를 통해 “국내 최종에너지 소비 형태 중  순수 전력소비 비중이 약 20% 수준임을 감안하면 열에너지 탄소배출 감축이 탄소중립을 위한 전력부문 탄소중립에 뒤지 않음을 이해하며 정책 방향도 균형있는 추진 전략이 마련돼야 할 것”이라며 “아울러 분산에너지 활성화 특별법이 전기부문만의 활성화 법이 되지 않았으면 하며 탄소중립정책이 전기부문의 단일에너지원을 사용하는 시스템이 아닌 보다 다양한 신재생에너지를 효율적으로 사용할 수 있는 시스템을 통해 안정성을 확보하는 정책이 추진되는 계기가 됐으면 한다”고 말했다. 

양이원영 의원은 환영사를 통해 “일정 규모 이상 신축건물이나 열공급사업자를 대상으로 일정 비율 이상 재생열에너지를 의무적으로 공급하도록 하는 RHO(재생열에너지공급의무화제도) 도입이 무산되는 등 아쉬움이 크다”라며 “균형있는 에너지산업 생태계 구축을 위해 재생열에너지산업 활성화가 꼭 필요한 시점”이라고 밝혔다. 

조일현 에너지경제연구원 박사는 ‘재생열에너지 보급 활성화 장벽’라는 주제를 통해 △재생열에너지 보급 실태 분석 △재생열에너지 보급의 경제적 장벽 △재생열에너지 보급의 비경제적 장벽 등의 순으로 발표를 진행했다. 

국내 열부문은 RHO(Renewable Heat Obligation) 도입 논의에 그쳤을 뿐 주요 정책적 목표 및 수단이 부재하다. RHO는 지난 2015년 독일이 시행하기 시작한 재생에너지도입을 목적으로 일정비율 이상 재생에너지를 의무적으로 사용할 것을 규정한 제도다.  

연구 이후 지난 2년간 에너지가격상승과 에너지안보위기 및 러시아-우크라이나 전쟁 등으로 인한 공급망 위기가 파장을 일으켰다. 이는 에너지를 중심으로 국제정세의 변수로 작용하며 신재생열에너지도입이 어려움을 겪는 원인으로 작용했다.  

건축물에 적용되는 재생에너지를 자가형 태양광, 태양열, 수열, 지열 등으로 구분했을 때 자가형 태양광은 보급세가 빠르게 증가했다. 반면 당시 지열은 보급세가 주춤했고 태양열은 오히려 하락했으며 수열은 보급 초기 단계였다.

 

정책적 수단은 크게 재생열에너지설치 의무화나 인센티브 제공 등이 있다. 인센티브 제공측면에서는 에너지생산과 에너지설비설치 등에 대한 지원이 있다. 에너지생산에 대한 지원과 관련 전력대비 거래하기 어렵기 때문에 에너지생산에 대한 다양한 지원은 열부문에 적용하기 쉽지 않다. 

현재 건축물 냉난방에 사용되는 재생에너지비중은 약 3% 정도이며 재생전력을 제외했을때 지열과 태양열의 영향력은 극히 미미하다. 이와 관련 재생에너지분야에서 앞서나가는 유럽을 예로 들면 유럽의 재생에너지비중은 22% 수준으로 우리나라에 비해 월등히 높다. 

소비자와 기업을 대상으로 무엇이 재생열에너지보급의 장애요소인지 신재생에너지를 설치한 1,000여세대를 대상으로 조사한 결과 경제성이 가장 큰 장애요인이었다. 이때 태양광은 수용성확보가 부족했다는 결과를 도출할 수 있었다. 설비설치 및 운영 만족도는 태양열은 태양광대비 유의미하게 낮은 것으로 나타났다. 주택에 설치한 사람들을 대상으로 보급 활성화를 위해 무엇이 필요한지 물은 결과 태양열은 보조금과 에너지생산량에 대한 개선 요구, 지열은 설비설치단계 초기 정보 제공에 대한 개선 요구가 많았다.  

한국에너지공단 보급사업에 참여한 기업을 대상으로 보급상 애로사항을 청취한 결과 태양열과 지열에 대한 공통적인 애로사항으로 재생열에너지 의무화사업에서 전기와 열에너지간 구분이 없으며 신재생에너지공급비율 산정에 불리하다는 점이 가장 큰 어려움으로 나타났다. 공공건축과 제로에너지건축에 있어서도 의무화비율을 맞추는데 열이 건물에 많이 사용되고 있음에도 의무화 수단 달성이 용이한 태양광을 설치해 공급목표를 달성한 반면 재생열에너지는 선택받지 못해 공급할 기회가 없다. 

전기와 비교해 볼 때 설비초기 비용이 높다는 점도 보급의 애로사항으로 지적됐다. 

태양열만 놓고보면 주택보다 온수를 상시 사용하는 상업‧업무용 건물이나 공장 등 장소에 설치되는 것이 에너지개선효과가 크다는 업계의 의견이 있었다. 이에 대해 전문가들의 공감이 컸다. 정책적으로는 주택용보다는 에너지절감효과가 크게 나타날 수 있는 곳에 설치될 수 있도록 유도하는 전략이 필요할 전망이다.   

  

태양열의 경우 초기에 설치가 잘못된 사례가 있었다. 이로 인한 부정적 인식 때문에 보급에 애로사항이 있는 것으로 파악됐다. 지열은 공동주택 적용이 필요하지만 이에 대한 기술적인 부분이나 사례가 부족해 건축사와 시공사가 활용을 기피하는 것으로 나타났다. 

전문가를 대상으로 재생열 보급을 위해 개선될 점에 대해 AHP(Analytic Hierarchy Process)평가를 실시했다. AHP는 정량적‧정성적 기준을 모두 고려해 합리적이며 현실적인 의사결정을 지원하고 정부의 예비타당성 조사 종합평가 등에 활용되고 있는 계층화 분석법이다. 

종합적인 분석 결과, 원활한 재생열 보급을 위해서는 정책, 경제성, 수용성, 기술 등의 순으로 개선이 필요한 것으로 나타났다. 기술보다는 수용성 문제가 크다. 태양열의 경제성 측면에 있어 초기 설치비가 높다는 점은 개선이 필요해 보인다. 지열의 경우 경제성을 확보한 상태에서 정책적 부분, 특히 재생열 보급수당과 목표 측면에서 개선이 필요하다고 평가됐다. 

재생열에너지 보급 활성화 장벽은 우선순위에 따라서 △정책수단 △목표 △경제성 △수용성 △기술 등이다. 정책수단 측면에서 열과 전기가 구분되지 않아 설치나 의무화 달성이 용이한 태양광만 선택되고 재생열 보급이 되지 않는 문제가 있다. 목표 측면에서 전력부문과 비교해 재생열만의 장기적‧구체적 보급 목표가 필요함을 시사하는 대목이다. 

열부문은 지열이나 태양열같은 경우 수출이나 해외 진출은 어려운 상황이다. 결국 국내시장에 한정될 수 밖에 없다. 

경제성 측면에서는 높은 초기비용이 문제다. 가능하다면 융자지원사업이나 대여사업 같은 경우도 경제성 문제를 완화할 수 있을 것으로 보인다. 수용성 측면에서는 열에너지에 대한 가치 평가로 초기에 잘못 설치돼 생긴 부정적 인식 개선이 필요하다. 특히 태양열은 설비설치효과가 큰 곳에 먼저 설치되도록 정책적 유도가 필요하다.

기술은 큰 장벽으로 평가받지는 않았지만 보급 활성화를 위해 열거래에 대한 연구해야 한다. 태양열과 관련 태양광 패널과 태양열 집열기를 이용해 전력과 온열을 생산하는 복합 기술인 PVT(Photovoltaic Thermal) 냉방기술을, 지열분야에서는 공동주택 적용방안의 기술개발이 필요하다. 

조일현 박사는 “탄소중립을 위해 재생에너지 확대 보급이 필요하다”라며 “그러나 현재 전력과 열부문의 불균형이 문제가 있어 재생열 확대를 위해 정책적 지원, 관심, 보급장벽 제거 등을 위한 노력이 필요한 상황”이라고 강조했다.

조성구 태양열융합협회 위원장은 ‘태양열산업 활성화를 위한 정책 제안’이라는 주제를 통해 탄소중립시대 글로벌 태양열 정책 추이 분석 및 동조화 방안을 발표했다. 

세계적으로 최종 에너지사용량의 약 50%가 열에너지이며 전체적으로 사용되는 에너지량이 565EJ(엑사줄, 10^18J)이다. 열에너지 중 신재생열에너지 비율은 10% 정도로 냉난방에너지를 고려하면 90%가 화석에너지와 바이오매스이며 재생에너지가 10%를 차지한다. 

에너지 패러다임도 서서히 변화하고 있다. 지금까지는 가스, 전기, 열 등이 독립적으로 사용됐지만 향후 통합망 형태로 운영될 것으로 보인다. 이렇게 되면 예를 들어 PVT를 통해 생산되는 열과 전기는 열 그리드와 전기그리드로 분해되며 히트펌프는 전기그리드에서 전기를 받아 열을 생산해 열그리드로 보내게 된다. 또한 열저장시 여름철에 열그리드로부터 열을 받아 저장했다가 동절기에 열그리드로 다시 보내지는 것이다. 이렇게 연계된 방식의 통합망으로 운영되기에 태양열은 열생산과 열소비간 탈동조화(Decoupling)가 아주 뚜렷한 에너지원이다. 탈동조화란 2개 이상의 대상이 각각 같은 성향을 띄는 것이 아닌 독립적인 성향을 띠는 것을 뜻한다. 이로 인해 태양열은 통합에너지망을 고려해 적용성이 급변할 수 있다. 

글로벌 탄소저감 수단은 1~6순위까지 존재한다. 신재생에너지는 에너지전환을 통해 25%, 에너지 수요감축 및 에너지효율 향상으로 25%, 전력화로 20%, 수소로 10%, 화석에너지 CCS(탄소포집저장)와 바이오에너지 CCS 등은 각각 6%, 14% 등의 비율을 보인다. 

특히 수송부문‧열부문의 전력화 이전 반드시 재생전력비율 제고와 송배전인프라가 확충되는 것은 필수다. 전력화는 매우 난이도가 높으므로 최종 사용처에서 재생열 사용을 최대화해야 한다는 전제가 필요하다. 이는 부하저감에 따른 전력화 부담 감소로 전력화 확산이 훨씬 수월해질 수 있기 때문이다. 

신재생에너지 관련 주요 지표에 따르면 글로벌 수준의 신재생에너지 전력비율은 최근 26%로 2050년 90%수준까지 목표치가 설정돼 있다. 신재생에너지비율은 2050년 79%로 목표가 세워져 있다. 국내의 경우 2034년까지 25.8%, 신재생에너지 13.7%로 글로벌 목표치와 격차가 크다. 

특히 전력화 관련 올해 21% 수준에서 2050년 50% 목표치를 설정한 상태다. 주목할 점은 2050년 재생전력 비율이 90%인데 비해 전력화가 50%로 설정돼 있다. 이는 전력화가 상당히 어렵다는 뜻을 담고 있다. 그만큼 송배전인프라 확충이 쉽지 않으며 전력화를 더 편리하게 추진하기 위해 재생열보급을 최대로 늘려야 한다는 의미도 갖는다. 

2019년 기준 OECD 국가별 최종에너지소비 중 재생에너지비중 1위는 아이슬란드로 81%에 달하며 이는 OECD 평균인 23.42%대비 상당히 높은 수치다. 그러나 대한민국은 3.36%로 OECD 최하위를 기록했다. 

2019년 OECD 국가별 인당 CO₂배출량 순위에서 우리나라는 5위에 자리했다. 이로 인해 국제사회로부터 ‘기후 깡패’라는 오명을 받고 있다. 

현행 기준으로 세계 각국의 정책 시행 등을 고려했을 때 2050년까지 배출량 저감 추세는 2030년까지는 재생전력 확대가 되며 석탄전력은 급격히 사라질 것으로 예상된다. 이를 위한 주요 수단으로 CBM제도와 같은 Carbon Pricing 제도가 널리 퍼지면서 내연 기관차가 급격히 쇠락할 것으로 보인다. 2050년까지는 수송부문과 연료로써의 오일 사용도 급격하게 줄어들 것으로 기대된다. 승용차와 트럭 등은 전기화가 적용될 것이며 히트펌프가 난방부문에서 중요한 역할 담당할 것으로 예측된다. 여기서 히트펌프는 재생전력과 재생열을 이용한 수단을 의미한다. 

IRENA(국제신재생에너지기구)는 현 단계에서 에너지전환 속도와 심도를 가속시키기 위해서는 냉난방부문‧수송부문 등에서 보다 강한 정책적 수단이 요구된다고 주장한다. 국내상황은 냉난방부문과 관련 언급조차 되고 있지 않아 심각하다.

 

IRENA가 각국에 주문하는 것은 냉난방부문의 탈탄소화를 위해 △건축법 개정 △에너지효율기준 상향 △신재생 기반(태양열, 지열, 히트펌프)의 냉난방 의무화 등을 통해서만이 탈탄소화를 이룰 수 있다고 거듭 강조한다.   

  

태양열의 경우 산업용으로 전체 설비 계획량의 2/3를 10년 내 모두 설치해 시급하게 전력화로 전환해야 한다는 의미가 담겨있다. 이를 위해 태양열 집열기가 연간 평균 2,500만m² 정도가 설치되고 있는데 이것을 6배 늘린 연평균 1억6,500만m²까지 설치해야 한다고 주장한다.

 

태양열시스템의 경제성 측면을 고려하면 2019년 덴마크에 설치한 태양열 기반 지역난방시스템의 LCOH(Levelized Cost of Hydrogen: 균등화수소원가)를 조사한 결과 시간당 kw가 4.5cent로 산출됐다. LCOH는 수소 생산을 위한 총 자본비와 운전비를 총 수소생산량으로 나눠 계산하는 균등화 수소생산단가를 의미하며 보통 ‘kg당 가격’으로 표현되는 수소생산 경제성 분석 지표로 사용된다. 또한 이 수치가 작을수록 가격적 측면에서 경쟁력이 높다는 분석이 가능하다. 지난해 국내 일반 지역난방시스템의 LCOH를 환산한 결과 6.8cent가 나왔다. 

조성구 위원장은 “태양열 기반 지역난방시스템이 일반 지역 난방시스템대비 약 30% 이상 LCOH가 작다는 결론을 얻을 수 있다”라며 “이를 통해 태양열이 경제성을 충분히 가지고 있다고 할 수 있다”고 밝혔다.  

이동원 에너지기술연구원 박사는 ‘지열‧수열에너지산업 활성화 정책 제안’이라는 주제를 통해 △국내 에너지이용 실태 △히트펌프 이용 △지열 및 수열 히트펌프 △관련 제도 및 제안 등을 발표했다. 

국내 에너지원 현황에 따르면 1차에너지가 3억50만toe이며 최종에너지는 2억1,580만toe이다. 이중 산업원료로 쓰이는 것을 제외하고 순수 에너지사용량만 고려하면 최종에너지는 열에너지(74%)와 전력(26%)으로 구성된다. 

신재생에너지는 전체 에너지의 6%로 우리나라의 에너지수입의존도는 약 94%에 달한다. 나머지 6%가 신재생에너지로부터 생산된다. 이에 따라 우리나라의 에너지자립률은 5~6%정도다. 이중 태양광이 신재생에너지 전체 비중 가운데 38%로 가장 많으며 바이오폐기물을 소각한 열병합발전이 주를 이루고 있다. 

일반적으로 주거용 건물은 열에너지 공급이 많다. 그러나 일반용이나 상업용 건물에서 가스나 지역난방보다는 전력이 73%로 많은 비중을 차지한다. 이로 인해 전력에너지가 중요하다고 생각할 수 있으나 유입 전력을 열에너지로 전환돼 사용하는 경우가 많으며 업무용 건물에서도 최종적으로 사용하는 열에너지가 50%가 넘는다. 

이러한 내용은 일본이나 영국에도 비슷한 사례가 있는데 외국에서도 건물에서 쓰이는 에너지의 절반 이상이 열에너지다. 산업용은 훨씬 더 열에너지 사용이 많다. 이에 따라 업무용 건물에 공급된 전력의 약 30~35%는 열에너지로 변환되는 것으로 추정된다. 

전력을 열에너지로 변환하는 가장 쉬운 방법은 전기보일러를 사용하면 된다. 그러나 전기보일러 사용은 특수한 경우에서만 활용돼야 하기에 일반적으로 압축식 히트펌프를 사용한다. 히트펌프는 저온의 열원으로부터 열을 고온의 열원으로 전력을 이용해 역으로 이동시킨다. 또한 투입 전력보다 많은 냉열과 온열을 동시에 얻을 수 있다. 이것이 히트펌프를 활용할 수 밖에 없는 이유다. 

히트펌프와 비교되는 가스보일러는 중동 같은 독특한 이해관계가 있는 지역을 제외한 유럽이나 미국 등 주요국에서 퇴출수순을 밟고 있다. 히트펌프를 활용해 많은 열에너지를 생산하는 방식이 됐기 때문이다. 히트펌프 성능이 어떤 열원을 활용하느냐에 따라 다르기 때문에 히트펌프 운용 시 기술적 문제가 존재한다. 전 세계적으로 가장 많이 사용되는 히트펌프는 공기열원을 기반으로 많이 사용해 냉방 시 필수적으로 활용한다. 

그러나 난방이나 온수용으로 사용 시 우리나라 겨울철 온도가 일본보다 낮기 때문에 성능이 좋지 않다. 공기열원 히트펌프는 우리나라에서 겨울철 사용 시 효용성이 떨어지므로 하천수나 해수를 활용한 수열히트펌프를 이용하면 공기대비 안정성‧효율성 등이 뛰어나다. 

가장 좋은 히트펌프 열원은 지열이다. 우리나라는 10~15m 이하에서 약 16℃수준에서 연중 동일 온도 유지가 가능하다. 미국의 환경보호청(EPA)도 건물 냉난방에 지열 히트펌프 사용 시 가장 에너지효율적이면서 환경친화적이며 비용절감효과가 크다고 인정했다. 

우리나라에서 운영 중인 공공기관 신재생에너지설비설치의무화제도와 제로에너지건축물 의무화 로드맵 등은 국토부 주도로 마련됐다. 이러한 제도들에 의해 공공부문 신축건물 건축 시 신재생설비설치가 일정 비율 이상 의무화되도록 하고 있다.

 

사실 신재생에너지의무화를 통해 신재생에너지전력화와 신재생열에너지설비를 구분하지 못하면서 사용자 수용성이 떨어진다. 또한 태양광발전에만 많이 치중되는 문제를 유발하는 점과 신재생에너지생산량 산출 시 각 신재생에너지설비별 보정계수를 이용해 지난해부터 재생열부문이 그나마 증가하는 모습을 보여왔다. 

그러나 BIPV(건물일체형 태양광발전)이나 SOFC(고체산화물 연료전지) 등에 대한 배점이 과도하게 높다는 의견도 있다. 또한 건축물의무화제도 역시 민간건물에도 신재생에너지설비수치를 증가시키려고 하는 것이 현재 추세인데도 건축물에 적용할 수 있는 신재생에너지설비는 상당히 제한돼 있다. 

신재생에너지설비의무화비율이 늘어나며 건축면적 제한으로 연료전지 산정계수가 높아 이를 활용하면 된다고 생각할 수 있다, 그러나 현 기술 수준을 감안할 때 연료전지 수용성이 많이 낮으며 고효율 연료전지의 장점에도 불구하고 4~50%정도만 사용할 수 있어 한계가 명확하다. 

이동원 박사는 “그린수소 생산기술, 연료전지 수용성 기술 등이 미흡해 현 시점에서 연료전지는 궁극적으로 사용돼야 함에도 불구하고 사용에 있어 시기상조”라며 “태양열‧지열‧수열 등 재생열 기반 히트펌프를 사용하는 것이 최선의 대안이라고 생각한다”고 밝혔다. 

 

이어진 토론에서는 홍희기 경희대 교수가 좌장을 맡아 김광원 에너지공단 신재생에너지센터 정책팀장, 조희남 한국지열협회 회장, 조성구 태양열융합협회 발전위원장, 임효재 호서대 지열인력양성센터장, 박창대 한국태양에너지학회 수석부회장, 이성락 설비기술협회 감사 등이 재생열부문 관련 열띤 토론을 펼쳤다. 

김광원 팀장은 “전기나 열, 에너지, 수송 등에서 특정 수단을 배제한채 일부 에너지원만을 활성화한다고 오해하고 있다”라며 “용역을 통해 경제성을 분석해 특정 수단에 편중되지 않도록 하는 것이 중요하다”고 주장했다. 

조희남 회장은 “정부지원을 통해 지열 시설 운영에 있어 계측설비가 운영되는 과정에서 탄소배출권 거래가 활성화 될 필요가 있다”라며 “탄소배출권 거래를 통해 저리로 융자나 보조가 이뤄지는 부분을 고려해 균형을 상계시켜 나갈 수 있도록 해야 한다”고 말했다. 

조성구 위원장은 “탄소중립이라는 중차대한 목표 달성을 위해 법제화‧의무화 논의가 필수”라며 “이 과정에서 주민수용성 이슈가 불거질 가능성이 커 정부차원에서 수용성을 높이기 위한 홍보 등이 필요할 것”이라고 밝혔다. 

임효재 센터장은 “현재 신기술을 고려한 시공기준을 개정하는 과정에서 기술적 백데이터가 있어야 한다”라며 “연구개발과 연계해 객관성을 확보해 시공기준 개정에 보탬이 돼야 하나 국가지원이 전무한 상황”이라고 지적했다. 

박창대 수석부회장은 “무자격 기업이 난립해 시장혼란이 야기되고 가정용‧건물용에 한정되는 등 문제가 있다”라며 “산업용으로 확대해 관련 시스템‧설비 규모 등을 크게 증가시키며 수용성도 향상할 수 있는 시너지를 유도하는 것이 중요하다”고 강조했다. 

이성락 감사는 “2030 국가 온실가스 감축 당성과 제로에너지건축물 확산시키기 위해 3가지를 강조하고 싶다”라며 “지열용 검토서 작성과 승인절차 간소화, 온실가스 감축을 위해 민간 공동주택 재생열 사용 의무화와 제로에너지건축물의 에너지자립률 산정시 열원기기 효율에 대해 손실을 환산해 재생열에너지 총생산량을 적용해야 한다”고 구체적 방안을 제시했다.