[기획] 스마트시티, 에너지 자립률 제고 ‘핵심’
[기획] 스마트시티, 에너지 자립률 제고 ‘핵심’
  • 홍시현 기자
  • 승인 2021.06.28
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지열, 수열 등 신재생에너지 인프라 확대 필요
RHO, RHI 등 도입과 미활용 에너지 활용 검토
대한설비공학회 하계학술대회 특별세션으로 ‘스마트시티 에너지 인프라·기계설비 시스템 적용 동향’ 세미나가 진행되고 있다.
대한설비공학회 하계학술대회 특별세션으로 ‘스마트시티 에너지 인프라·기계설비 시스템 적용 동향’ 세미나가 진행되고 있다.

[투데이에너지 홍시현 기자] 스마트시티는 기존 화석연료 등을 통한 에너지공급에서 벗어나 도시 내에서 신재생에너지를 활용한 에너지 자립이 핵심 중 하나다. 이에 따른 에너지원의 융복합이 스마트시티의 승패를 좌우한다고 볼 수 있다. 

스마트시티에서 에너지 자립을 위한 방안과 과제에 대한 논의가 지난 24일 대한설비공학회 하계학술대회 특별세션으로 ‘스마트시티 에너지 인프라·기계설비 시스템 적용 동향’ 세미나가 마련돼 관심을 받았다. 

정부 스마트시티 추진전략
김강문 국토교통부 도시경제과 사무관은 “정부에서는 △맞춤형 도시모델 조성 △스마트시티 기반 구축 △혁신 생태계 조성 △글로벌 네트워크 구축 등 추진전략을 통해 시민의 일상을 바꾸는 혁신의 플랫폼, 스마트시티를 조성해 나갈 예정이다”라고 설명했다. 

국내에서는 세종과 부산이 대표적인 스마트시티로 조성된다. 

세종은 △모빌리티 △헬스케어 △교육 △에너지 △거버넌스 △문화 △일자리 등 7대 혁신요소를 담고 있다. 특히 에너지의 경우 CEMS(건설기술용역 통합관리시스템)와 이웃 간 전력거래, 제로에너지건축이 핵심이다.

부산은 지역의 이점을 활용해 에너지공급을 다양화한다. 물 순환 전 과정(강우-하천-정수-재이용)에 물과 관련된 모든 첨단기술 구현을 통해 한국형 물 특화 도시로 조성된다. 또한 부산 시범도시의 첫 입주단지(스마트빌리지 56세대)에는 단지 전체를 수열과 지열, ESS, 태양광·열 등을 이용한 제로에너지 주택으로 조성한다. 

정부에서는 스마트시티 기반 구축을 위한 국가전략프로젝트에 5년간(2018~2022년) 1,287억원과 총 76개 기업, 대학교, 연구기관 등이 참여한다. 또한 장학금, 인턴십 등을 지원해 혁신인재를 육성한다. 

혁신 생태계 조성을 위해 스마트시티 조성-운영 전 과정의 지원을 위한 법률 제정과 다양한 혁신산업이 육성될 수 있도록 과감한 규제 개선이 추진 중이다. 동시에 정부기업-시민협력 거버넌스 구축·운영된다. 

부산 EDC 스마트시티 수열 활용
조해진 한국수자원공사 스마트에너지 담당은 “도시에서 소비되는 에너지의 100%를 신재생에너지로 생산해 지속가능한 에너지 자립도시로 조성할 계획”이라며 “주변의 풍부한 물을 활용해 냉·난방을 위한 열에너지 공급, 연료전지발전소, 친환경 열에너지 공급체계, 에너지저장장치(ESS) 도입, 에너지 자립률 100% 시범마을 조성, 열과 전기의 통합 운영을 통해 에너지비용이 저렴한 도시를 만들겠다”라고 밝혔다. 

부산 스마트시티의 가장 큰 특징은 국내 최초로 도시단위에서 물의 가진 온도차를 활용한 열에너지(수열에너지)를 활용해 저렴하면서도 효율 높은 시스템을 도입한다는 것이다. 이를 위해 SPC(특수목적법인)를 구성해 단계별 수열에너지 공급시스템을 구축(5개소)하고 운영관리를 통해 도시 전체 10%(면적 기준)에 열에너지를 공급한다. 

또한 도시 내 사용되는 모든 에너지를 신재생에너지로 자체 확보한다. 60MW 규모(2만4,500가구가 1년 사용 가능한 전기량)의 연료전지발전소를 구축해 도시 내 전기사용량의 100%를 친환경 신재생에너지로 공급한다. 도시에서 발생하는 소각열, 하수열 등을 재활용해 도시의 열에너지로 공급하는 친환경 열에너지 공급체계가 구축된다. 사용 후 남는 에너지는 ESS를 활용해 저장 후 거래하는 시스템이 도입된다. 

이렇게 조성된 열에너지 공급시스템은 패시브(단열과 기밀성능 강화) 기술과 액티브(신재생에너지) 기술을 통해 제로에너지 주택에 공급된다. 

SPC(특수목적법인)에서는 도시 내 사용되는 열과 전기를 통합관리하고 에너지 수요량 등을 고려한 가장 저렴한 에너지를 생산, 공급해 에너지효율을 극대화하고 소비자의 에너지비용을 줄인다. 남은 에너지는 개인과 개인, 기업 등에 거래할 수 있는 플랫폼도 구축·운영된다. 

 

에너지 자립 R&D 실증
김민휘 한국에너지기술연구원 신재생열융합연구실 선임연구원은 “지속가능한 스마트 에너지공유 커뮤니티 구축과 비즈니스모델 창출로 에너지 복지 생태계 조성을 위한 저탄소 에너지고효율 건축기술 개발사업이 진행 중”이라며 “커뮤니티 내 에너지효율 60%, 냉난방부하 50% 향상, 에너지 자립률 100%, 저탄소 에너지효율화 리모델링 패키지 공사비용 절감 등이 연구 목표”라고 설명했다. 

부산 EDC 스마트시티에서는 저탄소 에너지공유 커뮤니티 통합 실증이, 시흥시 스마트시티에서는 저탄소 에너지효율화 리모델링 최적 모델 구축이 추진된다.  

부산 스마트빌리지(단독주택단지 56세대)에 태양광(Solar Pro)와 공기열/지열원 히트펌프를 설치해 시뮬레이션 결과 커뮤니티 에너지자립률 117%, 에너지효율 향상 25% 등으로 나왔다. 실증을 위해 스마트빌리지에 전기/기계설비를 6월 말부터 구축, 시운전 9~11월, 12월 준공을 거치면 보다 정확한 결과가 도출될 것으로 기대된다. 

지속가능 스마트 에너지 생태계 조성
차희훈 GS건설 책임연구원은 “스마트시티 기술 중 에너지분야의 경우 도시의 지속발전 가능성 확보를 위한 주요 요소기술이다”라며 “도시 단위의 에너지 자립은 연간 에너지 생산량과 공급량이 Net Zero인 상태를 의미해 도시 체계 구축을 위해서는 에너지 인프라 및 네트워크, 플랫폼과 함께 이에 대한 서비스 계획이 필요하다”라고 강조했다. 

스마트시티의 에너지 자립을 위해서는 사업 대상지의 지구단위계획 분석을 통한 용도별 분류, 도시 구축 계획 로드맵을 반영한 용도별 에너지원 단위 및 부하량 산정 등 대상지의 에너지 수요를 분석하고 에너지효율화, 신재생에너지 등을 통한 에너지분야 계획 방향을 수립해야 한다. 

또한 도시통합에너지(전기, 열, 자원) 운영서비스와 도시통합 검침서비스를 적용하고 다양한 스마트에너지솔루션 적용 및 연계 그리고 열/전기 통합관리 및 최적 부하 매칭 가능한 도시에너지 최적 설계 등을 통한 에너지 최적 운영 및 거래 등의 다양한 서비스 제공을 통한 지속가능한 스마트 에너지 생태계 조성이 필요하다.

AMI 빅데이터 플랫폼 
이창훈 한국스마트그리드사업단 단장은 “실시간으로 전력가격 및 사용정보를 소비자에게 전달해 수요반응을 가능케 하고 공급자에게는 더욱 정확한 수요예측 및 부하관리가 가능해야 한다”라고 주문했다. 즉 양방향 통신 기반의 디지털 계량기와 기타 전기사용정보 전달 및 제어장치로 구성된 기반 인프라(AMI)가 구축돼야 한다. 

국내 AMI 빅데이터 기술은 낮은 수준이지만 시장규모는 2019년 전년대비 10.9% 증가한 1조6,733억원으로 성장하고 있다. 정부에서도 2023년까지 빅데이터 활성화를 위해 약 7조7,500억원을 투입해 빅데이터 플랫폼 및 센터 구축을 지원할 예정이다. 

AMI 빅데이터 플랫폼 구축은 에너지원별 빅데이터시스템 간의 상호운용성 확보 및 에너지포털 서비스 확장, 빅데이터 활용 전기요금 연간 5% 이상 절감, 제3의 사업자의 에너지신산업 참여 유도 등 상당한 효과가 기대된다. 

신재생에너지 인프라 확대방안
이재하 지엔원에너지(주) 책임연구원은 “스마트시티의 에너지원으로 지열, 수열, 연료전지 등 신재생에너지 인프라를 확대해야 한다”라며 “신재생에너지 인프라 확대를 통한 효과적인 온실가스 감축이 이뤄질 수 있도록 전략적 목표 및 계획을 수립해야 한다”라고 주장했다. 

국내 열 공급을 위해 소비되는 에너지 비중과 이에 대한 화석에너지원에 대한 의존도 등을 고려했을 때 신재생에너지 보급을 통한 온실가스 감축률은 상당할 것으로 예상된다. 

국내 조성 중인 스마트시티는 에너지 자립률을 높이기 위해 지열, 수열, 연료전지 등 신재생에너지의 역할이 큰 비중을 차지한다. 

지열은 인류가 사용하는 냉난방시스템 중 가장 효율적인 시스템이지만 초기 공사비용이 크다는 단점이 있다. 

수열은 에너지 절감 및 CO₂ 발생 감축, 미세먼지 저감 등 효과와 냉방장치에 필요한 냉각탑이 제거할 수 있다. 하지만 물의 성분 때문에 필터의 주기적 교체와 해수는 염분 때문에 시스템 부식을 유발하고 단수 등의 단점이 있다. 

연료전지는 화력 또는 디젤발전 등과 다르게 연소과정이 없으므로 저공해 에너지시스템이며 모듈형태로 제작이 가능해 발전규모 조절이 용이하고 설치면적에 제약이 적다. 단점은 비싸다는 것이다. 

결국 신재생에너지의 효율적인 조합이 우선적으로 고려돼야 한다. 

신재생에너지 확대를 위해서는 전략적 목표 및 계획 수립과 함께 EU 주요국에서 시행 중인 열공급부문 신재생에너지 확대를 위한 제도(RHO, RHI 등)와 자연 온도차나 폐열 등과 같은 미활용 에너지원을 신재생에너지 인정 범주에 포함하는 방안에 대한 검토가 필요하다. 


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