[분산형 전원, 열병합발전 ③] 저탄소 녹색 성장의 첨병, 집단에너지 사업

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[분산형 전원, 열병합발전 ③] 저탄소 녹색 성장의 첨병, 집단에너지 사업 _ 현실적이고 실효성 있는 정책 마련을

2012년 1월 11일 (수) 11:09:47 | 지면 발행 ( 2011년 12월호 - 전체 보기 )

우리나라는 2009년 기준 에너지 소비량이 2억 2700만toe로 세계 10위며, 석유 소비량은 8위, 전력 소비량은 9위다. 또한, CO2는 전 세계 배출량의 1.7%를 차지한다. 더욱이 공급 에너지의 96%를 수입에 의존하며, 신재생에너지(2.4%) 등 국내 에너지 생산량은 극히 미약해 에너지 안보에 취약한 상황이다. 이처럼 경제 규모에 비해 높은 수준인 에너지 소비와 CO2배출량을 동시에 줄이는 방안은 무엇일까. 집중된 에너지 생산 시설에서 생산한 전기와 열(냉 · 난방)을 주거 · 상업 지역 및 산업단지 사용자에게 판매하는 '집단에너지 사업'을 들 수 있다. 에너지 이용 효율을 높이는 반면, 온실가스 주범인 CO2를 줄이기에 저탄소 녹색 성장의 중요한 수단이다. 집단에너지 사업은 주로 열병합발전 설비를 갖추고 전기와 열을 생산해 전기는 전력거래소에 판매(한전으로 역송전)하고, 전기 생산 과정에서 나온 배열을 지역 내에 냉 · 난방용으로 공급하므로 효율적이다. 2009년 기준 기존 방식에 비해 연료 사용량을 23%(98만 3000toe) 줄임으로써 약 720만 5000배럴의 석유 수입 대체 효과를 거뒀다. 전력 수급에 비상이 걸린 지금, 분산형 전원으로서 집단에너지의 역할 대두와 함께, 이를 재정립해야 한다는 논의가 한창이다.

정리 윤홍로

집단에너지란 많은 수의 사용자를 대상으로 공급하는 열 또는 전기며, 집단에너지 사업이란 난방용 · 급탕용 · 냉방용 열 또는 열과 전기를 공급하는 사업으로 자가 소비량을 제외한 열 생산 용량이 시간당 500만㎉ 이상인 '지역 냉난방 사업(District Heating and Cooling)'과 산업단지에 공정용 열(증기) 또는 열과 전기를 공급하는 사업으로 자가 소비량을 제외한 열 생산 용량이 시간당 3000만㎉ 이상인 '산업단지 집단에너지 사업(Industrial Cogeneration)'을 말한다. 집단에너지 사업으로 열과 전기를 사용자에게 공급하는 경우 열과 전기를 동시에 생산하는 시설의 열 생산 용량이 전기 생산용량보다 커야 한다.
우리나라는 1, 2차 국제 석유 파동으로 에너지 절약 추진 대책의 중요성을 인식했으며, 1980년대 국민 소득 향상에 따른 에너지 소비 형태 변화와 대기환경 문제 등으로 말미암아 새로운 에너지 정책을 수립해야 했다. 이것이 열과 전기를 동시에 생산하며, 환경오염을 최소화하는 집단에너지 공급 방식을 도입한 배경이다.

집단에너지 공급 방식은 먼저 산업단지인 울산석유화학단지(1972년)와 여천석유화학단지(1976년)에 처음 적용했으며, 가정 · 상업 부문은 1984년 관련 규정을 법제화해 1985년 서울 목동(목동 열병합발전소)에 처음 적용했다. 1980년대 후반 서울 인구 분산과 주택난을 해소하고자 분당 · 고양 · 평촌 · 산본 · 부천 중동 등 수도권 신도시에 열 공급이 이뤄졌다. 수도권 5개 신도시 200만 호 건설을 추진하는 과정에서 집단에너지 공급 방식은 빠르게 성장했다. 여기에 힘입어 1991년 12월 <집단에너지사업법>을 제정하고, 5년마다 집단에너지 공급기본계획을 수립해 공고하도록 했다. 이와 함께 1992년 5월 지역난방 사업 추진 주체로 한국지역난방을 특별법상 공공 법인인 한국지역난방공사(한난)로 전환했다. 이러한 정부의 강력한 보급 정책에 힘입어 한난은 1990년대 들어 수원 · 송파 등 수도권 지역과 대구 · 청주 · 김해 · 양산 등 비수도권 지역의 지역난방 사업을 추진했다. 또한, 지자체 주도지역난방 사업도 확대했다.

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주거 · 상업 부문 최초로 1985년 서울 목동에 집단에너지 사업을 도입한 후 2010년 말 현재 25개 사업자가 주택(1488만 세대)의 13.5%인 201만여 세대에 공급하고 있다. 그중 지자체(13.6%)와 공기업(60.5%) 등 공공 부문이 74.1%(149만 호)를 차지한다.

집단에너지 사업과 효과
집단에너지의 확대 보급에 따른 편익은 에너지 절감, 대기 환경 개선, 분산형 전원 역할, 사용자 편익, 신재생에너지 활용 등 다양하다.
먼저, 일반 화력발전소에 비해 에너지 투입량을 줄임으로써, 그만큼 화석연료 수입을 억제한다. 지경부 자료에 따르면 2009년 기준 기존 발전 방식 대비 지역 냉난방 사업은 24.8%(136만 9000toe/년), 산업단지 집단에너지 사업은 31.3%(231만 1000toe/년)의 화석연료 사용량을 절감했다.
toe(tonnage of oil equivalent)는 각종 에너지원을 원유 1톤이 발열하는 칼로리를 기준으로 표준화한 단위로, 1toe는 원유 1톤(7.41배럴)의 발열량 1000만㎉를 기준으로 하며 석탄 1.55톤, 천연가스 1150㎥에 해당한다. 이처럼 에너지 투입량을 줄임으로써 자연 화석연료를 연소시키는 과정에서 나오는 대기 오염 물질과 온실 가스(CO2) 배출량도 줄었다.
대기 오염 물질의 경우 지역 냉난방 사업은 27.4%(4514톤/년)를, 산업단지 집단에너지 사업은 12.3%(2만 8367톤/년)를 줄였다. CO2의 경우 지역 냉난방 사업은 42.1%(670만 톤 CO2/년)를, 산업단지 집단에너지 사업은 27.1%(619만 9000톤 CO2/년)를 줄였다. CO2 1톤은 서울↔부산(왕복 820㎞)을 2000㏄급 휘발유 승용차로 7번 주행하거나, 26인승 이상 경유 버스로 2.5회 운행할 때 배출되는 양이다.
또한, 주거 · 사무실 · 상업 · 산업 등 개별 냉난방시설(자가 보일러, 발전기, 굴뚝 등)을 한 곳에 모음으로써 도심 환경을 개선하며, 집단에너지 사업용 열병합발전 시스템은 화석연료 외에 자원 회수 시설의 쓰레기 소각열, 산업 공정 폐열, 매립 가스(LFG : Land Fill Gas), 태양열, 우드 칩, 지열 등 다양한 에너지를 활용할 수 있다. 그러나 우리나라 미이용 에너지의 활용률은 3~4%대로 매우 낮은 수준이다. 참고로 매립 가스의 경우, 2009년 전국 18개 매립장에 설치한 매립 가스 자원화 시설에서 전기 또는 가스 연료를 생산 판매해 541억 원의 수입을 창출했다. 매립 가스에 포함된 약 50%의 메탄(CH4)을 대기로 방출하지 않고 포집해 전기를 생산하는 등 신재생에너지 자원으로 활용함으로써 화석연료 대체, 온실가스 감축, 기후 변화 방지, 탄소 배출권 확보, 매립장 인근 지역 악취 민원 방지 등 다양한 효과를 거둔 것이다.

집단에너지 사업 보급 정책
정부는 2008년 '제1차 국가 에너지 기본 계획'에 집단에너지 초기 성장 단계 진입에 따른 소비자의 선택권을 보장하고, 시장 원리를 점진적으로 확대적용한다는 내용을 담았다. 열 요금제 개선, 지역냉난방 확대, 지역 지정 제도 점진적 완화 등 자율 시장 환경을 조성하기로 한 것이다. 그해 9월 '기후변화 대응 종합 기본 계획'에 열병합발전을 통한 환경 친화적 열원을 2012년까지 총 30개 단지에 추가공급하기로 했다. 이 계획에 전력거래소 판매 가격인상과 연료비 부담 완화 등 열병합발전에 인센티브를 주는 내용을 담았다.
2009년 11월 '제3차 집단에너지 공급 기본 계획'에서 2013년까지 총 주택(1558만 세대)의 16.3%인 245만 세대에 집단에너지를 공급하기로 했다.
이에 따른 예상 투자비는 2009년 6,444억 원, 2010년 9,524억 원, 2011년 1조 1,751억 원, 2012년 8,423억 원, 2013년 4,928억 원으로 총 4조 3,070억 원이다. 이를 통해 2013년 기준 지역냉 · 난방은 에너지 210만 6000toe(연평균 절감률 24.8%), CO2 1030만 7000톤, SOx · NOx · Dust 6943톤 감소를, 산업단지는 에너지 320만 2000toe(연평균 절감 예상율 31.3%), CO2 858만 9000톤, SOx · NOx · Dust 3만 9307톤 감소를 목표로 한다.

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이렇듯 우리나라는 전력과 마찬가지로 집단에너지 정책도 녹색 성장과 기후 변화 협약 대응 등에 초점을 맞추고, 열병합발전을 통한 친환경적 열원 확대, 집단에너지 보급 확대, 지역냉방 확대 등을 정책 과제로 제시했다. IEA 역시 열병합발전을 CO2 배출량을 줄이는 효과적인 발전 형태로 인정하며, 덴마크 · 독일 · 네덜란드 등은 열병합발전을 장려하고자 발전 차액 제도를 시행한다.
집단에너지는 전체 발전량에서 어느 정도 비중을 차지할까. 2009년 기준 집단에너지를 제외한 전체발전량은 41만 1375GWh며, 집단 에너지 발전량은 2만 2229GWh로 집단 에너지 사업은 우리나라 전체 발전량의 5.1%에 불과하다. 한편, 지역난방사업자의 경우 한난(일원 가락한라아파트), 인천공항에너지(인천국제공항 지역) 및 케너텍(사당 극동아파트), 수완에너지(광주 수완, 하남2), 대구도시가스(대구 죽곡), 대한주택공사(아산 배방), 부산정관에너지(부산 정관), 경기CES(양주 고읍), 중부도시가스(천안 청수), 충남도시가스(대전 학하), 삼천리(광명 역세권), 삼성에버랜드(아산 탕정) 등이 해당 사업 지구 내에 '구역전기 사업자'로 전기를 직접 판매하고 있다.

여름철 전력 피크, 지역 냉방으로 대응
9 · 15 정전 사태 이후 집단에너지 사업인 지역냉난방 사업 중 하절기 전력 피크 완화를 위한 지역냉방에 대한 관심이 높다. 2009년 말 기준 냉방 시장 점유율은 전기 84%, 가스 10%, 빙축 4%순이다. 지역 냉방은 집단에너지 시설에서 공급하는 열매체(온수)를 흡수식 냉동기 등에 이용해 냉방하는 전기 대체 냉방 방식이다. 우리나라는 지역 냉방을 1993년부터 분당 등 지역난방 공급 지역을 중심으로 보급했으며, 2011년 6월 현재 530여 개 건물과 100여 세대 공동주택에 보급돼 있다.
정부는 여름철 전력 피크 부하를 완화하기 위한 방편으로 지역 냉방을 확대 보급하고자 올해부터 지역 냉방 설치(설계) 보조금을 지원하고 있다. 냉동기 용량(RT)당 최대 7만 원까지, 설계 보조금은 RT당 1만 원 등이다. RT는 지역 냉방 설비의 용량단위로, 1RT는 3024㎉/h로 3.52㎾에 해당한다.
에관공 관계자는 "하절기 잉여열인 열병합발전배열과 소각 폐열 활용을 통한 지역 냉방 확대 보급 시 최대 전력 수요 12.1㎿를 억제하며, 연간 1565toe의 에너지 절감 효과를 얻을 수 있다"면서, "매년 증가하는 전기 냉방 수요를 대체해 전력 피크부하를 줄이며, 열 수요가 거의 없는 열병합발전소의 가동률을 높여 집단에너지 시설의 활용도를 높이는 등 에너지 효율 향상에 이바지할 것이다"라고 말한다.

신재생에너지로 발전 원가 절감
지경부는 지난해에 이어 올해 3월 1일부터 지역난방 요금을 1% 인하하고, 주거용 오피스텔에도 주택용 요금을 적용하고 있다. 한난과 GS파워 · 삼천리 등 21개 집단에너지 사업자가 공급하는 서울 · 안양 등 전국 36개 지역 공동주택 173만 세대(전체 1488만 세대의 11.6%)와 건물 2631개소다.
고유가 속에서도 지역난방 요금을 인하한 요인은 무엇일까. 한난 관계자는 "집단에너지는 열과 전기를 동시에 생산하며, 소각열 · 폐열 등 저가 열원을 사용할 수 있는 효율적인 난방 시스템이다"면서, "실제로 2010년 상반기 대비 하반기 LNG 요금 등이 0.9% 인상됐으나, 소각열 등의 활용 증대로 말미암아 1.9% 원가 인하 효과가 발생해 전체적으로 1.0% 인하할 수 있었다"라고 설명했다.

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집단에너지 지역난방 요금 조정으로 물가는 0.0016% 인상 억제 요인이 발생했으며, 지역난방을 사용하는 전용 면적 85㎡(32평형) 아파트 기준가구는 연간 난방비를 약 7,000원 줄였다. 전용 면적 85㎡ 기준 연간 난방비를 보면 지역난방은 71만원인 데 비해 LNG 개별난방은 85만 원, 중앙난방은 133만 원이다.

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정부의 집단에너지 관련 정책 방향은 집단에너지 사업 경쟁 여건 조성 및 사업 활성화, 집단에너지 사용 연료 공급 체계 개선 및 다변화, 지역난방 확대 · 보급을 위한 기반 구축 등이다.
집단에너지 추진 정책은 ▲미활용 에너지 및 신재생에너지 활용 증대 - 2020년까지 집단에너지 총 열 공급량의 20%를 신재생에너지로 공급(집단에너지 사업 경쟁력 제고). ▲지역 냉방 보급 확대 - 냉방 요금 인하 및 보조금 지원으로 지역 냉방 사용자의 경제성 확보(2013년까지 공동 주택 3만 세대에 공급). ▲사용자 권리 보호 강화 - 열원에 대한 소비자의 선택권 확대 및 집단에너지사업의 부실화 사전 차단(열 공급의 안정성). ▲열 요금 제도의 합리적 개선 - 사업자의 원가 절감 노력을 유도하고, 사용자의 효율적 에너지 활용을 지원하도록 요금제개편 추진. ▲소비자 에너지 효율 향상 - 단열 기준강화와 세대 수질 배관 수질 개선 등 사용자 설비효율 개선을 위한 종합 대책 마련. ▲집단에너지 R&D 활성화 - 집단에너지 대형 CHP 분야를 국가 R&D 전략 로드맵 기술 분야에 신설. ▲집단에너지 산업 해외 진출 확대 등이다.
집단에너지 사업 지원 정책은 ▲지역 지정 제도 - 집단에너지 공급 대상 지역 내 사용자는 해당 지역사업자가 공급하는 열을 의무적으로 사용 ▲자금지원 - ESCO를 이용해 열병합발전 사업을 할 경우 설치 자금 100% 지원(지원 규모 - 500억 원 이내, 대출 기간 - 3년 거치 7년 분할 상환, 금리 - 고정 금리 2.75%, 변동 금리 2.25%). ▲세제 지원 - <조세특례법>에 의해 열병합 및 집단에너지 설치자는 투자 금액의 10%에 상당하는 금액을 소득세 또는 법인세에서 공제. ▲부지 지원 - 정부는 택지 개발 시 집단에너지 타당성이 있으면, 개발 사업자에게 필요한 부지 확보를 요청함(개발 사업자는 토지 이용계획에 반영해야 함). ▲시설 지원 - 국가 및 지자체는 집단에너지 사업에 필요한 공공시설 재원을 우선적으로 지원해야 함. ▲사용 연료 부과금 면제 - 열병합발전의 경우 황산화물에 대한 부과금 면제 등이다.
지경부는 특히 최근 친환경 집단에너지 사업과 관련해 각 지역 열병합발전소의 통합 운영, 소각열 · 폐열 등의 이용 확대, 지역 냉난방 확대 보급 등을 통해 지역난방 사업자의 원가 경쟁력을 지속적으로 강화하기로 했다. 열병합발전소 간 열 배관 구축을 통한 발전소 통합 운영으로 열 생산 원가를 절감하며, 집단에너지 시설에 RDF · 우드 칩, 하수열 등 활용할 수 있는 신재생에너지 시설 설치를 유도하겠다는 것이다. RDF(Refuse Derived Fuel)는 도시 쓰레기 중에서 가연성 물질만 고른 뒤 가공해 만든 원료고, 우드 칩은 목질 바이오매스를 잘게 파쇄破碎한 나무 조각으로 보일러 등의 연료로 사용한다.
또한, 동고하저冬高夏低의 열 수요 패턴 개선과 여름철 최대 전력 수요 억제를 위해 지역 냉방 보급 확대를 통해 최적의 에너지 믹스를 실현하겠다는 것이다. 올해 20억 원을 투자한 지역 냉방 설치 보조 시범 사업을 통해 경제성과 소비자 만족도를 검증해, 그 결과를 바탕으로 2012년부터 지역 냉방을 확대 보급하기로 했다.
정부 정책이 과연 제대로 이행될지, 얼마나 실효성이 있는지 미지수다. 집단에너지 사업 보급 확대의 걸림돌 역시 원가에 못 미치는 값싼 요금이다.
집단에너지 사업은 주로 어느 정도 수요를 확보할 수 있는 택지 개발 지구나 산업 개발 단지, 역세권 등에서 이뤄진다. 상대적으로 지가地價가 비싼 곳에 열병합발전 생산 설비와 전기 · 열 공급 설비를 갖추고, 이를 운영 · 관리한다. 그뿐만 아니라 열병합발전용 주 원료인 LNG 가격은 고공 행진 중이지만, 요금은 제자리걸음이다. 상황이 이런데 집단에너지 사업이 아무리 공공재적 성격이 강하다지만, 갈수록 수익성이 떨어지는 사업에 참여할 민간 업체가 과연 몇이나 될까. 또한, 언제까지 집단에너지사업 지역 내 소비자에게 그들이 가진 선택권을 무시한 채 해당 지역 사업자가 공급하는 열과 전기를 의무적으로 사용하도록 강제할 수 있을까. 현재 상황으로 볼 때 열병합발전용 에너지원을 미이용 또는 신재생에너지로 다변화하지 않으면, 열병합발전은 원전과 같은 기저 발전에 밀려 중단 내지 폐지될 것이 자명하다.

가스에서 전기와 열을 생산, 높은 효율로 에너지를 유효하게 활용
가정용 가스 엔진 열병합발전 시스템

혼다Honda가 범용 사업으로 '가정용 가스 엔진 열병합발전 시스템'을 개발한 것은 2002년이었다. 이 제1세대 시스템은 이후 노리쓰Noritz, 초후[長府]제작소 등이 공동 개발한 급유 설비 시스템과 결합해 2003년부터 '에코윌Ecowill'이란 명칭으로 일본 내 가스사업자를 통해 판매 중이다.
열병합발전 시스템은 한 에너지에서 두 에너지(전기와 열)를 추출해 내기에 높은 에너지 효율을 자랑한다. 그동안 공장이나 호텔 등에 설치하는 대형 시스템이 주류를 이뤘으나, 최근 가정에서 에너지 소비가 늘면서 혼다는 자사가 보유한 소형 엔진과 발전기 기술을 이용해 가정에 설치할 수 있는 소형 사이즈의 가정용 열병합발전 시스템을 개발했다. 가정에서 발전하고 가동 시 발생하는 배열을 이용함으로써 에너지 절약과 광열비 절감이 가능하다.
제1세대 시스템의 에너지 이용률은 85%다. 2006년 제2세대를 발표한 데 이어 올해 선보인 제3세대는 에너지 이용률을 92%(전기 에너지 26.3%+열 에너지 65.7%)까지 향상시켰다. 또한, 설치에 있어 큰 영향을 미치는 안길이를 380㎜에서 298㎜로 박형화하고 건물 벽면과의 설치 간격을 10㎜까지 축소했다.
이 가정용 열병합발전 시스템은 2003년 판매를 시작한 이래 2010년 5월 누적 출하 대수 10만 대를 달성했다.
한편, 국내 도시가스 공급 업체인 삼천리는 2009년 11월, 국내에서 처음으로 혼다의 1㎾급 가정용 열병합발전 시스템을 도입해 시범 운영을 시작한다고 밝혔다. 당시 도입한 시스템은 제2세대로 에너지 이용률 85.5%(전기 에너지 22.5%+열 에너지 63.0%)다. 삼천리는 그동안 구축해 온 분산형 열병합발전의 성능 평가 기술을 바탕으로 이 시스템의 성능, 경제성, 내구성 등을 평가 · 분석할 계획이었다. 실제로 수원 역사驛舍를 비롯해 경기 지역 병원과 아파트에 도입해 시범 사업을 진행했으나 LNG 가격 폭등으로 관련 사업은 현재 주춤한 상태라고 삼천리 관계자는 전했다.