소형 가스열병합 발전 시스템 (에너지 신문 2003-01-07 자에서 발췌)

[정인철]

신년특집/ 소형 가스열병합 시스템

에너지 효율향상·환경개선·수요관리 모두에 최적효과

도시가스사, 집단에너지사업자, ESCO 등 관심 높아
정책적 배려를 통한 인센티브 제공은 보급확산의 필수


효율적인 에너지이용과 에너지원간 적정 수급을 위해서 소형 가스열병합발전의 보급을 모색하기 위한 노력이 지속적으로 이뤄지고 있다.
에너지원간의 수요관리가 향후 에너지정책의 핵심으로 떠오르는 가운데 소형가스열병합발전은 동절기에 수요가 급증돼 있는 천연가스(LNG)의 수요를 분산시킬 수 있는 가장 큰 대안으로 떠오르고 있는 것이다.
국가적인 장기 전력수급 차원에서 살펴보아도 대규모 전원 및 송변전 설비의 입지확보의 어려움으로 인해 충분한 전력예비율 확보가 불안정하고 천연가스의 하절기 수요부족으로 천연가스 저장설비의 확충 한계를 감안할 경우 전력과 천연가스 모두의 수요를 관리할 수 있는 지대한 효과를 거둘 것으로 기대되고 있다.
특히 기후변화협약을 통해 지구의 환경오염을 90년대 수준으로 낮추자는데 전세계가 합의함에 따라 청정연료인 LNG를 사용하는 소형가스열병합발전의 보급은 기후변화협약을 능동적으로 대응하기 위한 유력한 대안으로 떠올랐다.
이러한 여러면을 고려해 볼 때 분산형 전원으로서 소형가스열병합시스템은 전력수급문제와 환경문제, 그리고 천연가스 수요개발이라는 대명제하에서 에너지 절약 및 효율적인 이용을 도모하는 종합 에너지시스템으로 각광받고 있는 것이다.
가스열병합 발전 시스템은 도시가스를 연료로 한 가스엔진·터빈으로 발전을 해 배열을 냉난방이나 급탕에 이용하는 시스템으로 높은 이용효율성, 환경친화성, 전력 및 천연가스 부하평준화에 기여한다.
시스템의 이용효율은 발전기 및 열교환기 효율과 전기부하 및 열부하에 따라 다르게 나타나기는 하지만 일반적으로 기존 시스템이 30∼40% 정도의 효율을 갖는데 비해 열병합시스템은 효율을 75∼80%까지 높이면서 이산화탄소를 50% 절감할 수 있어 막대한 경제적 효과를 얻을 수 있는 고효율발전시스템이다.
일반적인 화력발전방식은 최대의 전력만을 생산하는데 중점을 두는데 반해 열병합시스템은 종합 에너지시스템에 대한 에너지의 효과적인 이용방안으로써 단일 열원으로부터 열에너지와 전기에너지를 동시에 생산함으로써 열손실을 최소화하고 에너지 이용효율의 극대화를 얻는 것이다.
열병합시스템은 크게 산업체 및 지역난방의 중대형 열병합과 일반 건물에 설치하는 소형 열병합 설비로 나눌 수 있다.
중대형 열병합은 가스요금에 비해 심야 전력요금의 단가가 상대적으로 저렴하기 때문에 국가적 자원의 보급 활성화 노력에도 불구하고 부진한 상태에 있다.
그러나 최근에는 효율이 높고 투자비가 저렴한 팩키지 가스터빈의 개발로 인해 경제성의 변화를 기대할 수 있게 됐다.
반면 천연가스를 사용하는 소형가스열병합시스템은 단위건물 내에 설치해 건물에 필요한 전력 및 냉난방열원을 직접 공급하므로 에너지 이용효율을 극대화시킬 수 있으며, 중대형 발전설비에 비해 초기투자비가 상대적으로 저렴해 에너지 수입 및 사용실태가 우리나라와 비슷한 일본을 중심으로 많은 발전과 보급이 이뤄지고 있다.
열병합발전 사업은 국가전체의 에너지 이용효율을 높일 수 있고 시장잠재력이 상당함에도 불구하고 정책적 관심의 결여, 제도점 미비 등으로 인해 보급이 매우 미미한 실정이다.
그러나 향후 전력산업의 구조개편과 대형발전소 건설에 따른 입지 여건 약화 그리고 투자의 불확실성으로 중소규모의 분산형 발전설비의 보급은 확대될 것으로 전망된다.
국민 생활수준 향상에 따른 냉난방 에너지소비는 급격히 증가할 것으로 전망돼지만 대규모 전원의 건설은 입지확보의 곤란으로 인해 전원계획이 지연되고 있으며 이러인해 충분한 예비율 확보가 힘들어지고 있기 때문이다.
이와같은 상황에서 그동안 선진국을 중심으로 소용량의 분산배치가 가능한 발전설비인 소형 열병합에 대한 연구 및 개발이 이뤄져 왔으며, 현재 일본, 미국, 유럽을 비롯한 많은 국가에서 보급이 활성화되고 있다.
전기는 동절기에 소비가 적은 반면 가스는 동절기에 수요가 피크를 나타내는 특성을 갖고 있으며, 전기와 가스단가의 특성도 피크부하에 따라 TDR조정용 가중치가 적용되고 있다.
따라서 고층빌딩, 백화점, 호텔, 병원, 공장 등 대형건물에 설치하는 소형 열병합 설비는 전기 수전단가가 비싼 하절기에 집중적으로 운전하기 때문에 여름철 첨두부하 해소에 따른 전력 예비율을 높일 수 있어 전력 예비율 확보를 위한 발전소 건설비용 절감은 물론 하절기 LNG소비량 증가에 따른 저장설비 건설비용도 절감할 수 있다.
또한 열병합설비는 단위건물 내에 설치해 건물에 필요한 전력 및 냉난방열원을 직접 공급함에 따라 기존 대규모 전원 형태의 발전소 입지선정에 따른 부지난 해소와 발전소 건설에 따른 각종 민원 및 송배전설비의 투자비용을 줄일 수 있다.
즉 Base Load는 전력회사가 투자하더라도 피크부하를 완층할 수 있는 부문은 대용량 수요처가 직접 투자해 자가소비 형태를 취하는 것이 국가의 경쟁력을 높일 수 있을 것이다.
결국 에너지이용효율 향상에 따른 에너지절약 뿐만 아니라 환경오염 절감에 큰 기여를 할 수 있는 소형 열병합설비 도입을 적극적으로 추진해야 한다는 중론이다.
에너지경제연구원 김종덕 박사는 ‘가스 열병합발전 보급촉진을 위한 제도개선 방안연구’를 통해 소형가스열병합발전은 원거리 지역의 경우에 중안선로에의 연계보다 열병합발전에 의한 전력공급이 저렴할 수 있다고 지적하고 정부와 민관이 다양한 인센티브와 정책적 지원이 이뤄져야 한다고 밝힌 바 있다.
현재 도시가스사, 지역난방사, ESCO(에너지절약전문기업) 등 다양한 사업자들이 소형가스열병합발전에 대해서 관심을 보이고 사업을 추진하고 있다.
가장 큰 보급장애요인인 경제성의 문제를 정부의 정책적 배려로 극복하고 계통연계에 대한 가이드라인을 제정한다면 소형가스열병합발전은 21세기 에너지 수요관리의 핵심으로 자리매김할 것이다.




★ 소형가스열병합발전 기술개발 어디까지 왔나

기술수준 선진국 비해 크게낮아

지속적인 연구개발 중…향후 시장성 높아
고효율화·저공해화·저비용화가 추세

소형가스열병합발전에 사용되는 시스템은 가스터빈 및 가스엔진이 주류를 이루고 있다
가스터빈은 발전용량이 상대적으로 큰 산업용 대규모 열병합발전에, 발전용량이 적은 경우는 가스엔진 시스템이 많이 사용된다.
최근에는 주 사용에너지원으로 매장량이 풍부하고 연료자체의 탄소성분이 적어 이산화탄소 총량규제에 적합한 천연가스 이용 가스엔진 및 가스터빈을 구동하는 열병합발전이 주목받고 있다.
소형열병합발전시스템은 가스터빈, 가스엔진 등을 포함한 구성기기 기술과 함께 제어, 엔지니어링, 다양화·표준화 등 시스템 기술, 계통연계, 도입·운용평가, 보급체제 정비, 유지관리 등 실용화 보급기술이 함께 이뤄져야 올바른 성장을 지속할 수 있게 된다.
아직 국내기술이 많은 분야에서 세계적 수준과는 거리가 있는 것이 사실이지만 관련연구에 대해 활발한 연구가 이뤄지고 있어 앞으로의 전망이 어둡지만은 않다는 분석이다.


가 스 터 빈- 고효율^저NOx가 핵심

　100MW이상은 복합사이클에 의한 고효율화 형태의 전기사용용, 10MW이하의 경우는 산업용, 1000kW이하는 열효율이 낮아 비상용으로 주로 사용되는 가스터빈 시스템은 왕복운동기관에 비해 열효율은 낮지만 고온의 배기열을 많이 이용할 수 있고 소형계량, 저공해 및 취급이 용이하기 때문에 열병합용으로 수요가 급증하고 있다.
현재 세계적으로 가스터빈은 고효율화, 저NOx화, 연료의 다양화를 위해 다양한 기술개발이 이뤄지고 있다.
국내에서도 80년대 초반 항공기 엔진 창정비 사업의 일환으로 기술개발이 시작된 이래 현재는 한전과 두산중공업은 GE, 삼성은 카와사키, 한라중공업은 Simens, 현대는 Westinghouse와 기술제휴에 따른 면허생산으로 어느 정도의 생산기술을 확보하고 있고 초보적 단계이지만 산업용 국산 가스터빈엔진 시제품이 완성된 바 있다.
그러나 아직까지 가스터빈 자체제작기술 수준의 척도인 터빈입구온도가 1000℃에 머무르고 있어 1500∼1600℃에 이르고 있는 선진국에 비하면 효율이나 성능면에서 크게 부족한 상태이다.


가스엔진 열병합시스템- 소형열병합발전 설비 주류

　가스엔진은 국내 거의 모든 소형 열병합발전설비에 채용되고 있을 정도로 이 분야에서 높은 인기를 누린다.
일본의 Nigata, Yamma, 유럽의 MAN-B&W, Wartsila, 미국의 Caterpillar, Cummins 등은 90년초 이미 상품화를 마친 이후 가스터빈과 마찬가지로 고효율, 고성능, 저공해, 콤팩트, 저COST화와 신뢰성 향상 등을 위해 세계적으로 활발한 연구 개발을 진행중이다.
국내에서는 엔진제작사들이 엔진 원천기술을 외국 선진사로부터 도입·생산하는 기술제휴 생산방식에서 출발해 현재는 자체 개발수준을 이루기 위한 노력이 지속적으로 이뤄지고 있다.
국내 업체중에서는 STX가 국내 열병합용 가스엔진 업체 중 가장 활발한 활동을 하고 있는데 열효율 31.4%(CNG), 32.2%(LPG), NOx 123.7ppm(02 13% 기준, CNG)의 가스엔진을 개발완료해 인터콘티넨탈, 부산 롯데호텔 등에 설치한 바 있다.
대우종합기계도 100kW급 열병합 발전용 가스엔진을 개발했는데 이는 최대 85%의 총열효율을 달성할 수 있을 것으로 예측된다.
가스엔진은 열효율과 안전성이 뛰어나고 가스연료를 사용해 엔진의 수명이 길고 유지관리가 쉽다는 장점이외에도 발전규모가 15kW에서 2,000kW이상의 다양한 수요에 대응할 수 있다는 특징이 있다.



★ 기고/ 정장섭 이사장(에너지관리공단)

열병합발전 보급확대의 길

에너지이용효율 향상^CO₂ 배출저감에 탁월
국내실정 적합한 지원제도 확립해야

세계적으로 쾌적한 생활환경에 대한 욕구가 높아지고 있어 에너지사용량은 늘어나고 있는 반면, 이산화탄소 등 기후변화를 일으킬 수 있는 온실가스에 대한 국제적인 규제가 가시화되고 있어 온실가스를 배출하지 않는 자연에너지나 신에너지를 통한 발전이 이를 해소할 수 있는 방안으로 많은 기대를 모으고 있다.
그러나 아직까지 신·재생에너지의 경우 국가에너지시스템에 기여하는 정도는 미미한 실정에 있어 경제적이고 이용합리성이 높을 뿐만 아니라 이산화탄소 배출량 저감에 기여할 수 있는 발전시스템으로서 분산형 전원인 열병합 발전 기술이 선진국을 중심으로 관심의 대상이 되어 오고 있다.
가까운 일본에 있어서의 천연가스 열병합 발전기술은 이미 1981년도에 최초로 가스엔진 발전기를 설치한 이래 2000년말 현재까지 설치용량은 221만㎾, 설치건수는 1,413건에 이르고 있다.
이러한 괄목할 만한 성과는 무엇보다도 정부차원에서 천연가스 열병합 발전기술 보급촉진을 위한 지원제도를 강력하게 시행했기 때문이라고 볼 수 있다.
일본에서는 열병합 발전의 보급촉진을 위한 지원제도로서 시스템 설치비용의 일부를 보조해 주는 보조금 지원 및 계통연계 가이드 라인 등을 제정하여 시행함으로서 1989년부터 1990년도에 보급이 크게 증가되었다.
일본의 열병합 발전설비에 관한 보조금 제도로는 1993년도에 신설된 ‘환경조화형 에너지Community 형성촉진사업’ 이외에 1997년 6월에 시행된 ‘신에너지이용등의 촉진에 관한 특별조치법(신에너지법)’에 근거하여 천연가스 열병합발전을 채용하는 사업자에 보조하는 것으로 되어 있으며, 같은 해에 ‘신에너지사업자지원대책사업’, ‘지역신에너지도입촉진사업’이 신설되었다.
또한 1998년부터는 ‘에너지사용합리화사업자지원사업’도 신설되었으며, 이러한 사업은 모두 신에너지·산업기술종합개발기구(NEDO)가 정부로부터 보조를 받아 실시하고 있는 지원제도이다.
일본의 예에서도 볼 수 있듯이 현재 국내에서 그 보급의 초기시점에 있는 천연가스 열병합 발전의 보급 촉진을 위한 효과적인 방안으로는 에너지관리공단에서의 에너지이용합리화자금에 의한 금융지원 이외에 시스템의 설치자 및 설계자에게 혜택을 줄 수 있도록 한국가스공사의 재원으로 ‘설치 장려금 지원제도’를 운용할 필요가 있다.
특히 투자비 경감을 위해 전력산업기반기금을 이용한 ‘보조금지원제도’를 조속히 신설하여 운영하여야 할 것이다.
보조금 지원규모는 보급이 미진한 해를 기준으로 설치비의 1/2 수준까지 지원하는 등 탄력적으로 운용하여 1/3∼1/2 수준에서 지원하는 지원방안이 합리적일 것이다.
이상과 같은 보조금 제도와 함께 계통연계 가이드 라인의 제정도 보급촉진을 위한 선결 과제이다.
현재 열병합 발전설비 도입에 따른 각종 인허가 문제와 규제가 복잡한 실정에 있어 한전계통과의 병렬운전에 대한 어려움으로 인해 보급의 장애요인이 되고 있다.
천연가스 열병합 발전에 의해 생산된 전력과 한전 전력계통과의 연계된 상태에서 효율적으로 운전할 수 있기 위해서는 계통연계 가이드 라인을 용량별로 세분화하여 구체적으로 제시할 필요가 있다.
열병합 발전은 열과 전력의 수요를 적절히 조합하면 80%를 넘는 높은 종합열효율의 달성이 가능하여 에너지절약뿐만 아니라 수요관리측면에서 보면 전력 및 가스수급 안정에 크게 기여할 수 있는 기술이다.
뿐만 아니라 기후변화협약 관련 온실가스 배출규제에 효과적으로 대응할 수 있는 대책기술의 하나이다.
이와 같은 열병합 발전기술이 국내에 정착되기 위해서는 선진국에서의 지원제도에 대한 운영실태를 좀더 상세히 파악하여야 하며, 전문조사기관에서의 지원제도 운영방안에 대한 조사를 통하여 국내 실정에 적합한 지원제도를 확립하는 노력이 요구된다.



★ 소형가스 열병합 보급의 장애요인은

경제성 확보와 계통연계 가이드라인 미개정

인허가 절차 복잡·열병합용 LNG요금 마련필요
에관공 제도개선 및 인센티브안 마련 중 활성화 기대


소규모가스열병합발전의 보급이 부진한 것은 크게 경제성 확보가 어려울 뿐 아니라 계통연계 가이드라인이 미 개정되고 인허가 절차가 복잡하기 때문이라는 분석이다.
경제성 측면을 먼저 살펴보면 산업용 열병합과 소수력 등은 인센티브를 통해 회피비용을 보존해 주고 있는 반면, 소형가스열병합은 사용자 입장에서 에너지 비용을 절감할 수 있는 설비임에도 불구하고 초기투자비용과 운용비용을 고려할 때 경제성의 문제가 보급활성화에 큰 장애요인이 되고 있는 실정이다.
현재 집단에너지 및 산업체의 열병합, 소수력 등의 경우 금융지원 및 세제혜택이 석유사업법, 에너지이용합리화법 및 조세감면 규제법에 규정돼 있지만 배전계통에 연계되는 소형 열병합에 대해서는 아직 제도적인 지원책이 충분히 확립돼 있지 않아 아직까지 경제성 측면에서 어려움을 겪고있는 것이다.
가스열병합에 대한 국내 지원제도는 에너지이용합리화법에 의해 자금대출과 조세만면 규제법 제25조에 의거한 법인세(소득세)공제 정도.
반면 국외의 경우 열병합 도입시 초기투자비의 상당부분을 보조금 형태로 지원함으로써 초기투자비에 대한 부담을 줄여 열병합 보급을 유도하고 있다.
특히 유럽의 일부 국가는 소형열병합이 피크전력의 증가에 따른 발전소 건설비용을 감소키키고 각종 환경문제와 민원발생 요인을 줄이기 때문에 그 대가로 건설비용의 일부를 열병합보조금으로 지원하는 정책을 유지하고 있다.
수입관세 부과에서도 소형열병합은 750KVA 이하 발전기에 대한 8%의 수입관세가 부과되고 있는데 열병합설비의 국산화가 이뤄지지 않고 대부분의 열병합설비와 유지보수에 필요한 부품들을 수입에 의존해야 하는 현실을을 고려할 수입관세를 낮추거나 폐지하는 것이 필요하다는 지적이다.
이와함께 소형가스열병합의 에너지원으로 사용되는 LNG에 대한 특소세, 안전관리 비용, 수입관세 부과로 인해 경쟁력이 낮아지므로 이를 개선할 여지가 있는 것으로 판단된다.
　이러한 경제성의 문제와 함께 계통연계 가이드라인 미개정 및 인허가 절차의 복잡성도 보급의 큰 장애요인이다.
소형열병합설비는 전력계통과 연계된 상태여야만 수용가에게 보다 안정적인 전력을 공급할 수 있고 전기사업자도 전력설비를 효과적으로 이용할 수 있다.
그러나 한전계통과 연계하기 위해 자가용 전기설비의 수전측에서는 역성 및 비동기 투입 방지를 위한 저전약계전기, 유효전력계전기, 무효전력계전기, 주파수계전기를 설치해야만 하고 사업용 전기설비(한전)의 송전측에는 수용가 부담으로 무전압확인장치를 설치를 의무화하는 등 의무화하고 있는 등 계통연계의 가이드라인이 복잡해 보급의 장애요인이 되고 있다.
소형가스열병합이 널리 보급된 일본은 지난 95년 계통연계 가이드라인을 제정한 후 소형 열병합발전설비의 보급활성화를 위해 단계적으로 계통연계 가이드라인을 개정 간소화한 바 있다.
선로 무전압확인장치에 대해서는 역송 전력이 있는 경우 전송차단장치 및 단독운전 점출기능(능동적 방식에 한함)을 갖는 장치를 설치하고 그들 각각의 차단기에 의해 연계를 차단할 시에는 생략 가능하도록 개정 간소화한 것이다.
전문가들은 국내에서 사용하고 있는 대부분의 계전기가 수동적 방식이고 발전기 보호를 위해 사용되는 Fast Decoupling Relay 역시 수동적 방식이기는 하지만 능동적 방식의 계전기인 df/dt 계전기를 사용할 경우 일본 가이드라인을 만족해 생략 가능할 수 있다는 견해를 나타내고 있다.
이러한 문제점과 함께 열병합용 LNG 요금의 경쟁력 부재도 보급에 큰 문제점으로 지적된다.
소형가스열병합의 투자는 LNG의 수요관리 차원에서 LNG저장탱크 건설비용을 절감시키는 효과가 있으므로 현재 LNG에 부과되는 특소세, 안전관리 비용, 수입관세를 감면해 경쟁력 있는 열병합 전용요금 신설 및 설계장려금, 설치 지원금이 지급하는 제도적 마련이 시급하다는 지적이다.
현재 에너지관리공단을 중심으로 다양한 인센티브와 정책개선 작업이 이뤄지고 있어 조만간 국내도 경쟁력있는 소형가스열병합을 가능하게 하는 방안이 마련될 전망이다.
표는 에너지관리공단이 밝힌 열병합 전용요금 개정(안)과 설계 장려금 설치 지원금 시설(안)이다.



★ 유럽 미국 일본 열병합 보급율 높아

소규모 가스엔진 시스템 설치가 대다수
국내는 19개소 84,307kW 가동 불과해

유럽, 미국, 일본의 경우 발전설비용량의 상당부문을 열병합이 차지할 정도로 보급이 활성화돼 있다.
미국의 경우 지난 78년 공익사업 규제법을 입법화해 열병합설비 및 대체에너지 설비의 도입 활성화를 위해 제도적으로 뒷받침함으로써 기술개발을 자연스럽게 유도해 GRI 등 관련 연구기관을 중심으로 활발한 연구가 진행돼 현재 가스터빈과 엔진 열병합 보급대수(이하 모든 통계는 가스연료를 사용하는 열병합 설비로 민생용 용도에 한정됨)가 874대 143만9,100kW에 달한다.
엔진열병합의 경우 1,000kW이하 용량이 주로 설치돼 있고 가스터빈열병합은 1,000∼5,000kW정도의 용량에서 활발히 보급돼 있다. 건물용도면에서는 학교, 병원, 아파트, 스포츠센터 등이 월등히 많다.
일본은 정부가 중심이 돼 새로운 에너지 정책을 도입해 80년대 중반부터 하드웨어 관련 기술개발 뿐만 아니라 계통연계 기술요건 가이드라인 등을 포함하는 제도 및 정책연구를 꾸준히 진행시켜 현재 소형 열병합시스템 분야가 가장 체계적으로 발전된 국가라 할 수 있다.
2001년말 현재 총 1,477대 47만8,100의 설비용량을 갖췄으며, 가스엔진열병합은 1,000kW이하에서 가스터빈열병합은 1,000∼3,000kW정도의 용량에서 가장 활발히 보급되고 있다.
일본도 병원, 업무용빌딩, 복지시설, 숙박시설이 다른 용도에 비해 사용빈도가 높다.
열병합 설비의 도입에 있어 100여년의 전통을 가진 유럽에서도 93년 Cogen-Europe를 설립해 소형 열병합시스템의 보급활성화의 일환으로 열병합의 장애요인을 파악하고 이를 정책적, 제도적으로 없애기 위한 조정작업, 회원국가간의 정보 및 기술교환, 국가적인 차원의 열병합 장려기관의 설립촉진, 국제적인 활동 및 협조, 출판활동, 학술대회 개최 등을 통하여 열병합관련 기술개발 및 도입촉진을 활동을 지속적으로 해오고 있다.
EU 평균을 보면 약 10% 정도를 열병합을 통해 전력을 생산하고 있으며, 특히 덴마크, 네덜란드, 핀란드 순으로 전체 발전량 중 열병합의 비중이 높다.
영국을 예로들면 열병합 보급용량은 4,632MW, 보급대수는 1,556대로 이중 100kW미만의 열병합 보급대수는 724대이고 1,000kW미만의 열병합 보급대수는 1,283대에 달해 소형 열병합의 보급이 활발한 상황이다.
국내에서는 천연가스를 이용해 모두 19개소 84,307kW가 가동중에 있다.
이 중 가스 열병합 설치 업체는 16개소 70,667kW이고 발전설비 설치업체 중 현재 가동중인 업체는 총 14개소 77,322kW이다. 가동중인 업체 중 가스열병합 설치업체는 11개소 63,592kW이다.
이와같은 설치용량은 국내 총 전력발전량의 0.14%에 불과하며, 정부가 계획하는 2006년까지 소형 열병합 설치용량 1,400MW에 비해 상당히 적은 수준이다.
국내에 설치된 열병합 설비를 용량별 설치대수로 보면 1,000kW∼2,000kW급이 11대로 가장 많고 2,000kW∼3,000kW급이 9대로 비중이 높은 편이다.
전반적으로 1,000kW∼3,000kW급 열병합설치가 가장 많이 보급되어 있지만 최근에 설치되고 있는 용량추세를 보면 1,000kW급 이상의 열병합 설비보다는 500kW 미만의 작은 용량의 열병합 설비의 보급이 점차 늘어가고 있는 추세이다.
우리나라와 해외를 비교해 볼 경우 가장 큰 특징은 국외의 경우 가스터빈 열병합보다 가스엔진 열병합시스템의 보급이 활발하다는 점을 들 수 있다



★ Co-Gen + CES 궁합 최적

청정연료인 LNG 사용하고 적용기술 완료돼
全생활에너지 공급, 미래 핵심에너지사업 부상


소형가스열병합발전 시스템을 확대, 보급하는데 있어 가장 현실성이 높은 사업은 구역형집단에너지시스템(CES)에의 적용이다.
CES(Community Energy System)란 고층빌딩, 호텔, 병원 등 에너지다소비건물 밀집지역에서 개별 건물별로 에너지공급시설을 갖추는 대신 한곳의 소형열원시설을 만들어 일정 건물군에 대해 경제적으로 생산된 냉·온수 및 필요한 전기를 일괄 공급하는 사업으로써 국내에서도 집단에너지사업자, 도시가스사업자, ESCO(에너지절약전문기업)를 중심으로 관심이 집중되고 있다.
CES는 대상구역의 여건에 따라 히트펌프, 빙축열, 태양열, 풍력 등 다양한 에너지원을 사용할 수 있지만 무엇보다 소형가스열병합발전설비를 사용하는 것이 현재로서는 에너지이용효율을 높이고 제어가 가장 용이한 상황이다.
CES가 대부분 도심 빌딩 밀집지역을 중심으로 보급되는 것으로 예상됨에 따라 청정에너지인 도시가스(LNG)를 사용하는 소형가스열병합 시스템이 현재로서는 이에 가장 부합되며, 이미 실용화기술에 대한 검증이 끝나 적용에 문제가 없기 때문이다.
　소형가스열병합발전이 열과 전기를 동시에 생산한다면 CES는 이보다 한단계 발전해 열과 냉방, 그리고 전기까지 실생활에 필요한 모든 에너지를 공급한다는 의미에서 분산형 에너지공급시스템으로의 가능성은 더욱 높다.
지역냉난방 시스템과 산업체를 공유하는 복합화된 사업으로 연결시켜 연간 이용률을 높일 수도 있어 사업의 경제성을 크게 향상시킬 있을 것으로 전망된다.
특히 에너지를 자가소비하는 대신 생산된 난방, 냉방에너지와 전기를 판매한다는 측면에서 21세기에 가장 촉망받는 신에너지사업이다.
CES를 도입할 경우의 에너지시스템은 열병합발전기로부터 생산되는 열은 기저부하로 이용하고 부족분은 보조보일러에서 공급하게 된다.
열병합발전기에서 생산되는 전력은 자체사용하고 부족분은 한전으로부터 수전받을 수 있으며, 하절기에는 열병합 발전기의 생산열 만으로 급탕열을 공급하고 Heat Pump 등으로 냉방에너지를 대체할 수도 있다.
CES의 보급가능성이 높은 것은 기존 개별난방에 비해 다양한 장점이 있기 때문이다.
공동주택지역에 도입할 경우 일반 개별 또는 중앙난방식 아파트보다 입주자의 선호도가 높아져 분양이 보다 잘 되고 24시간 연속난방으로 쾌적한 주거생활 조성을 꾀할 수 있다.
또한 자가전력 생산으로 인해 입주자에게 저렴한 난방비 및 공동전기료 부담이 가능하게 되는 등 일반적으로 대규모 지역난방 시설공급과 동일한 장점을 확보할 수 있을 것으로 여겨진다.
국가적으로도 장거리 대구경의 열수송관 설치길이 단축으로 열손실 및 투자비 경감을 통해 국가적에너지 절약이 가능하다.
특히 에너지절약과 환경개선 측면을 살펴보면 CES에 소형 열병합 발전설비를 가동할 경우 개별난방에 비해 20∼30%의 에너지절감효과를 거둘 수 있어 연료절감에 따른 대기오염물질감소로 도심지내의 대기환경 개선효과를 통해 기후변화협약에 능동적으로 대처할 수 있게 된다.
CES가 기존 시스템에 비해 경제적인 효과가 크게 뛰어나지는 못한다 가정해도 건물옥상에 쿨링타워와 굴뚝이 필요없는 등 건물의 외관모양 향상으로 건물의 가치를 올릴 수 있을 뿐 아니라 도시미화에 기여할 수 있다는 점도 고려해야 한다.
사용가의 입장에서도 에너지원에 아웃소싱이 가능해 초기 투자비 및 관리비 등 부대 운영비용 감소를 꾀할 수 있어 전체적인 비용면에서 큰 절약효과를 볼 수 있고 나날이 강조돼 가는 환경오염 방지라는 대명제에 대해서도 CES는 크게 기여할 수 있게 될 것이다.
CES를 선택할 경우 개별적인 냉, 난방 생산 설비가 불필요해 기존 기계실 면적보다 최고 70%의 공간을 더 활용할 수 있어 임대수익 증대에도 효과적이라는 점도 CES도입이 매력적인 이유다.
이러한 다양한 장점으로 인해 CES사업은 유럽과 일본 등 선진국에서 크게 발달해 보급되고 있는데 최근 LNG시대를 맞이하고 소형 고효율 원동기 기술의 발달로 인해 보급은 더욱 확산될 전망이다.
국내에서 CES를 도입한 충청남도 계룡대 육·공군아파트 단지(총 41동 1,560세대로 난방 연면적 28,233평)를 예를 들 경우 325kW급 LNG열병합발전기 1식과 수영장용으로 220kW급 1식, 9.0Gcal/h 규모의 고효율보일러와 축열조, 전기자동화설비를 각각 1식을 채택해 난방연료로 사용하는 LNG를 기존방식에 비해 20.1% 줄어든 2,733m3만 사용해 5억8,053만5천원의 에너지비용을 절감했다.
한전전기 사용량도 열병합발전으로 생산되는 전기를 사용함에 따라 기존방식이 5,908MWh에 비해 37.9%, 3,669MWh 줄어든 2,239MWh로 줄였으며, 연료인 LNG사용량과 전기절감량을 모두 포함하면 기존방식에 비해 34.8% 줄어든 2,742toe를 사용해 금액으로 10억669만1천원의 에너지비용 절감효과를 거뒀다.
한세대당 연간 에너지비용절감액이 92만3천원에 이르는 계룡대 육·공군아파트는 단순투자비 회수기간도 비교적 단기간인 4.1년에 불과해 국내에서 CES의 도입가능성을 더욱 높여주고 있다.
그러나 아직 국내에서는 CES도입이 전력판매회사의 경영수지 약화요인이 될 수 있다는 점에서 전력회사에서는 미온적인 반응을 보이고 있으나 전력산업 구조개편으로 인해 전력회사의 거부감이 다소 완화되고 있는 등 여건은 나아지고 있다.
현재 선진국들은 CES에 보급확대를 위해 다양한 인센티브를 마련하고 있다.
덴마크의 경우 50세대 이상 다세대 주택 건설시 CES를 법적으로 의무화시켜 보급하고 있고 92년부터는 kWh당 16원(원화로 환산), 99부터는 11원을 보조금으로 지급하고 있다.
건물이 밀집돼 있고 비교적 소규모로 개발되는 도시재개발지역, 신규 택지개발지구내의 건물밀집지역 및 열부하가 높은 업무, 숙박시설, 호텔, 콘도 등 휴게시설이 밀집된 관광단지, 기존택지지역에서 유틸리티설비의 개체시점이 유사한 단지군, 건물 자가용 열병합발전 도입가능대상 건물 및 인근 건물들에 CES는 유효한 에너지시스템으로 활용이 가능하다.
열병합발전, 흡수식냉동기 설비를 주력으로 하는 CES사업이 일본의 경우처럼 가스외에 지하철폐열, 하수폐열 등 미활용에너지와 심야전력 등 다양한 에너지원을 사용할 경우 미활용에너지 이용 및 에너지의 효율적 이용이라는 이중의 효과를 거두게 될 것이다.
또한 CES는 소규모의 시장에 집중하고 각각의 환경에 맞는 최적 시스템 도입이 가능하기 때문에 도입자의 마케팅 요구 충족과 효율적 투자, 운영이 가능하다.
이에따라 정부도 장기적인 집단에너지산업의 활성화 차원에서 신규 건물밀집지역 등에 CES설치를 활성화하고 자유로운 사업참여를 유도하는 한편 CES공급지역내에 난방·냉방·전기를 일괄공급하는 방안을 마련하고 집단에너지사업용 및 CES사업용 LNG 등 연료가격 제도를 마련해 보급확대를 이룩한다는 계획이다.
일부 선진국에 CES가 에너지 절약과 쾌적한 도시환경을 제공하는 21세기 선진형 에너지공급 시스템으로 상수도 및 연료공급과 함께 도심에 갖추어야 할 도시 기반시설의 하나로 여겨지는 것처럼 국내에서도 이를위한 정책적준비와 민간기업의 도전은 계속되고 있다.

<종합취재 서민규 기자>

2003-01-07 11:21:52