하수열을 이용한 지역냉난방 활용방안
하수열을 이용한 지역냉난방 활용방안
  • 박용한
  • 승인 2011.07.11 09:24
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▲ 박용한 SH공사 집단에너지사업단 단장
생활문화의 발달과 에너지 소비 급증은 자원의 유한성과 환경오염의 심각성으로 국내외적으로 강력한 대책이 구체화되고 있다.

신재생에너지 공급의무화(RPS:Renewable Portfolio Standard), 탄소배출권거래, 온실가스 에너지목표관리제, 부하관리제 등 각종 규제 제도가 시행되며 이로 인한 발전, 지역난방 분야의 에너지원료는 화석연료 사용량 감축과 신재생에너지 이용 노력이 절실히 요구되는 현실이다.

서울은 한강과 함께 서남, 탄천, 난지, 중랑의 4대 물재생센터를 갖고 있어 수자원이 풍부하고 주변 에너지밀도가 높은 지리적 강점을 갖추고 있다.

물재생센터에서 한강으로 방류하는 방류수만도 하루 평균 500만톤에 달하는 대규모로 이 방대한 물이 갖고 있는 온도차 에너지를 히트펌프에 활용할 경우 여러 지역에 냉·난방에너지로 활용할 수 있다.

히트펌프 이용기술은 1980년대부터 일본, 유럽 등에서 활용되어 왔지만 국내에서는 최근에 도입돼 2009년부터 일부지역의 난방에너지로 활용 중에 있다.

온도차에너지 활용은 히트펌프를 이용해 필요한 냉·온수에너지를 얻을 수 있으며 열원으로는 하수열, 강수열, 공기열, 지열 등 다양하다.

또 히트펌프는 냉동기 원리와 같은 냉매의 증발⇒압축⇒응축⇒팽창 과정에서 발생되는 응축기에서 난방열을 증발기에서 냉방열을 각각 얻을 수 있으며 단일 설비에서 냉·온수에너지를 용도에 따라 얻을 수 있는 특징이 있다.

국내 사용 사례로 대구 서부 하수처리장 100RT(에너지기술연구원 연구과제, 2007년)를 시작으로 한국지역난방공사(용인지사), GS파워(안양·부천열병합발전소), SH공사(목동열병합발전소) 등 다수의 시설들이 운영되고 있다.

최근 히트펌프는 흡수식이 개발돼 전기식 압축기의 전력 소비 문제를 해소하는 등 새로운 기술로 진보하는 추세에 있다.

서울 마곡도시개발지구에서는 하수열을 포함하는 신재생에너지를 전체 공급량의 56%를 공급토록 계획중이다.

서남물재생센터 방류수(173만톤/일, 약340G㎈/h 수준) 중 한강 수온에 영향이 없는 약 30%의 규모로 하수열 100G㎈/h을 활용할 계획으로 추진 중이고 연료전지와 소각열 등을 활용할 계획이다.

이와 관련해 하수열 온도차 에너지 히트펌프는 단일기기로 냉·난방열을 얻을 수 있고 여름철에는 냉방 기타 절기에는 난방에 이용 수 있다는 장점이 돋보인다.

성적계수(COP:Coefficient Of Performance)가 3.0~5.0으로 효율이 높고 하수, 하천수 등 다양한 에너지원을 필요 장소에 이용할 수 있다.

LNG사용 없이 냉·난방열을 생산해 대기환경을 개선하는 도시형에너지로 적합하다.

다만 동력으로 고급에너지인 전기를 이용하며 설비가격이 비싼 단점이 있다.

하지만 정부에서 온도차에너지(히트펌프)를 신재생에너지 분야에 포함 적용하게 되면 히트펌프 이용 확대가 예상되며 도시의 중·소규모 건물 냉·난방에너지로 활용될 전망이다.

온도차에너지 열원으로는 하수열, 강수열, 지열, 하수관로수, 상수도 등으로 다양화 될 것이다.

최근 히트펌프의 국내 제작이 가능해 설비 가격 부분과 동력을 전기가 아닌 열에너지로 가동할 수 있는 흡수식 히트펌프 기술이 도입되고 있는 등 히트펌프의 문제점에 대한 개선이 기대된다.

물재생센터 하수열 회수의 히트펌프(전기소비, 열생산)는 수소연료전지(열+전기생산)와 조합하는 도시형에너지로 열과 전기를 효율적으로 이용할 수 있을 것이다.

온도차에너지(히트펌프)는 도시에서 다양한 형태로 냉·난방에너지를 도시의 환경오염 없이 얻을 수 있어 대규모 택지개발지구내의 집단에너지로 활용할 수 있을 뿐만 아니라 중·소규모의 건물군까지 히트펌프의 이용 확대가 필요하다.

온도차에너지가 신재생에너지분야에 포함돼야 할 것이며 히트펌프 기자재분야의 개발(효율증대, 제조원가 인하)과 RPS대상 적용 및 정부자금 이용 등이 활발히 이루어져 산업계 발전은 물론 에너지절약과 환경오염저감에 기여토록 해야 할 것이다.