[특집] 동·하절기 피크전력 해결책 ‘가스 냉난방’

[이투뉴스] 여름철보다 겨울철 피크전력이 이슈로 떠오르면서 이 모두를 해결하는 가장 합리적인 대안으로 가스 냉난방 보급을 요구하는 목소리가 크다. 난방전력 대체효과가 냉방전력 대체효과의 1.63배에 달한다는 연구결과가 이런 요구에 힘을 더하고 있다.

가스 냉난방은 하절기 가스수요 확대와 전력피크 수요 대체와 함께 동절기 가스수요 저감과 전력피크 수요 대체를 꾀하면서 발전소 추가 건설회피로 온실가스 배출량을 20% 가까이 줄이는데다 전력 송배전망 부하를 줄이는 등 일석삼조의 효과를 거둘 수 있는 시스템이다.

발전설비의 효과적 운영을 통해 국가 전체의 편익 증진에 기여함은 물론 에너지원 간 균형발전을 꾀하고, 기후변화협약 등 세계적 환경문제에 대한 대응 차원의 긍정적 효과가 분명하다는 점에서 정부가 보다 확고한 정책적 의지를 가져야 한다는 지적이 나온다.

하절기와 동절기의 피크전력 문제를 해결하기 위한 가장 합리적인 방안으로 가스 냉난방 보급 확대를 촉구하는 객관적 근거도 연구를 통해 확인됐다.

하절기와 동절기에 발생하는 피크전력은 주로 냉방과 난방에 기인하는데, 전반적인 온난화 추세 속에서 예측하기 어려운 급작스런 폭염이나 한파가 발생하는 빈도는 갈수록 높아지고 있는 실정이다. 이에 따른 전력수요 급증을 완화하기 위해서는 전기와 가스 등 에너지원의 기본 특성에 부합하는 국가적 대응전략이 시급하다.

전기와 가스의 에너지원 특성을 살펴보면 편리성 부문에서 전기는 1차 에너지로부터 발전과정을 통해 생산되는 고급에너지로서 다른 형태의 에너지로 용이하게 전환되며, 사용 편리성이 매우 우수하다. 가스는 1차 에너지로 연소에 의해 간단히 열로 변환되며, 열기관을 통해 열에서 전기를 얻을 수 있다.

수요변동에 따른 공급유연성은 전기의 경우 발전소는 대부분 대규모이며, 급격한 수요 증가에 대응이 어렵다. 급격히 수요가 늘어날 때 대규모 정전 등의 문제가 야기되며 설비 증설 시에는 과잉투자 및 과도한 설비 예비율이 또 다른 문제로 고민거리다. 반면 가스는 공간적·시간적 수요변동에 대한 유연한 공급이 가능해 급격한 냉난방 수요 증가에 효과적인 대응이 가능하다.

저장성의 경우도 가스가 한단계 위라는 평가가 나온다. 전기는 저장이 어려우며, 전지 등을 이용한 저장은 단위중량 당 충전량이나 출력 등이 매우 낮기 때문에 시간적 수요변동에 대한 대응이 어렵다. 반면 가스는 고밀도로 손실 없이 저장이 가능하다.

◆가스 냉난방 피크전력 대체효과

최근 정시영 서강대학교 교수가 연구한 가스 냉난방기의 하절기 및 동절기 피크전력 대체효과 보고서에 따르면 난방전력 대체효과가 냉방전력 대체효과의 1.63배에 달하는 것으로 나타났다.

연구진이 국내 냉방기 제품을 분석한 결과 2012년 연구에서 결정한 가스냉방 전력대체효과인 RT당 0.95kW는 적절한 산정수치인 것으로 확인됐다. 일본 도쿄가스에서 현재 사용하고 있는 가스냉방 전력대체효과도 RT당 1kW로 국내 연구결과인 RT당 0.95kW 보다 약간 큰 값이다. 결과적으로 가스냉방 전력대체효과는 RT당 0.95kW가 적절한 산출이라는 판단이다.

일본의 경우 피크전력 발생 시 가스 기기에 의한 전력대체 효과는 하절기 냉방만을 다루고 있다. 하절기 냉방에서는 전기 열원을 가스 열원으로 대체할 수 있지만, 난방은 대부분 유류나 가스보일러에 의해 공급되다보니 동절기 전력대체 효과는 고려하고 있지 않는 것으로 보인다.

그러나 국내 실정은 다르다. 동절기에 상업·공공 부문의 40% 이상이 전기 난방을 이용한다는 점에서 동절기 가스냉방에 의한 전력대체 효과에 대한 논의와 분석이 필요하다.

연구진은 냉방과 난방의 용량이 동일하면 실외기와 실내기의 송풍기에 소요되는 부대 전력은 냉·난방 시 동일하고, 실외기와 실내기의 송풍기에 소요되는 부대 전력은 동일 용량에 대해 전기식과 가스식에서 동일하며, 최대 난방부하가 발생하는 조건은 건구 -13.7℃, 습구 -15℃인 혹한조건을 가정해 분석했다.

이러한 조건에서 국내 시판되는 EHP와 GHP를 분석한 결과 난방 시 전력대체효과는 열난방 kW 당 0.49kW로 산정됐다. 가스 흡수식냉난방기에서 난방용량은 냉방용량의 90% 정도이므로 기기의 냉방용량을 기준으로 한 난방 시 전력 대체효과는 0.49 x 0.9 X 3.517의 산식을 통해 RT당 1.55kW로 추산됐다.

◆국가적 차원의 편익

이 같은 냉난방 피크전력 대체효과는 국가적으로 연간 2486억원 상당의 경제적 편익을 거두는 것으로 나타났다.

가스 냉난방기의 총보급 용량을 기준으로 한전 전력통계속보에 근거한 분석은 냉방 피크전력은 하계 피크전력에서 비냉난방기 피크전력을 뺀 수치이며, 난방 피크전력은 동계 피크전력에서 비냉난방기 피크전력을 뺀 수치다. 가스냉방 전력대체 효과는 RT당 0.95kW를 적용했으며, 가스난방 전력대체 효과는 RT당 1.55kW를 적용하고, 동시사용률은 0.8을 적용시켰다.

연구결과 가스 냉난방의 발전소 건설 회피효과는 전력피크 감소효과를 2595㎿로 산정할 때 공조기기 투자비 연간 환산액 373억원을 감안해 연간 총대체효과에서 공조기기 투자비 연간 환산액을 뺀 1733억원 상당의 발전소 건설회피효과를 거두는 것으로 나타났다. 1㎿당 6700만원의 발전소 건설 회피효과가 발생하는 셈이다.

결과적으로 가스냉난방기기의 난방 시 대체전력은 RT당 1.55㎾, 냉방 시 대체전력은 RT당 0.95㎾로 난방전력 대체효과가 냉방전력 대체효과보다 1.63배 정도 큰 것으로 나타났다. 가스냉방기기 평균수명을 15년으로 잡을 때 2015년 설치용량으로 2486억원 상당의 발전소 건설 회피효과를 거둔 셈이다.

가스냉방은 전기에서 가스로 냉방수요를 이전해 동·하절기 전력피크와 동고하저의 가스 수요패턴 문제를 동시에 해결할 수 있는 효과적인 수단이다. 전체 냉방시장에서 가스냉방이 차지하는 비중을 10%P 높이면 매년 약 3000억원 상당의 에너지 수요관리효과가 발생한다. 전기·가스 수요패턴 균등화로 LNG발전소 5기, LNG저장탱크 3.5기 건설비용이 줄어든다는 얘기다.

여기에 문재인 정부의 탈(脫)원전·석탄 정책과도 맞물려 가스냉난방 보급 확대는 당위성을 지닌다.

이에 따라 가스 냉난방이 국가 에너지이용효율에 기여하는 편익을 감안해 연간 지원예산을 현실화하고, 기후변화 대응과 에너지전환 정책에 긍정적 효과가 분명한 만큼 가스 냉난방에 대한 정책적 의지가 재정립돼야 한다는 목소리가 높다.

채제용 기자 top27@e2news.com