<에너지효율향상제언 5-2> 심야전력 '비용절감'

◆보급 과제
냉난방 시스템 시장은 축열식 냉난방 시스템에 대해 에너지비용절약을 위한 농수산물, 임산물 및 가정용 냉난방 등에 심야전력을 사용하여 에너지비용의 절감과 국가적 차원의 에너지자원의 효율적인 이용이라는 측면에서 주시하고 있다.

값싼 심야전력은 주간 전력에 비하여 가격이 1/3~1/4 수준으로 이를 활용하여 야간 전력 비수기에 저온의 냉열, 잉여열을 생산 보관하고 주간에 이를 사용하는 축열식 열원 공급방식은 주로 공조분야에 적용되어 왔다.

현재에도 공조 분야에 주로 적용되어 에너지비용의 절감에 크게 한 몫을 하고 있다. 
그러나 이러한 에너지비용 절감에 크게 기여하는 축열 방식이 저온 냉장 분야 및 가정용 냉난방에 적용되지 못하고 있다.

이는 몇가지 기술적인 문제와 제도적인 제약이 원인이다. 이러한 문제가 해결된다면 매우 유용한 열원시스템 구성이 가능하다.
 

우선 기술적인 면에서 기존의 빙축열 시스템은 물을 얼렸다가 이를 녹이면서 냉열을 얻으므로 물의 상변화 온도인 0도 이하 영역의 온도 사용이 불가능하다. 열전달을 위한 최소한의 온도차를 감안하더라도 빙축열 방식으로 얻을 수 있는 온도는 5도 이상일 수밖에 없어 농산물, 임산물의 일반적인 보관 온도를 대응할 수 없다.

이러한 빙축열방식의 근본적인 문제는 약간의 첨가제(빙결억제제)를 포함한 죽 형태의 아이스슬러리(Ice slurry)를 사용하면 해결될 수 있다.

아이스슬러리는 첨가제가 포함된 수용액 또는 물과 얼음이 혼합된 이상물질로 현재 국내의 기술수준으로도 수용액이 첨가제 농도를 조절하여 영하 2~15도까지 사용이 가능하다.

아이스슬러리 중에서 얼음 분율이 30% 이하로 섞인 아이스슬러리는 일반적인 펌프로 물처럼 이송이 가능하여 이를 2차 냉매인 브라인으로 사용할 수 있으므로 저온 분야에도 빙축열 방식을 도입이 가능하다.

하지만 아이스슬러리 관련기술은 최근에야 안정적인 제빙 방식이 개발되어 보급되기 시작한 첨단기술이다. 국내의 경우 현재까지 저온 분야의 적용은 실질적으로 전혀 이루어지지 못하고 있다.

다행히 국내에서 경제성과 신뢰성을 확보한 제빙기가 개발되었다. 최근 에너지기술연구원, KIST, 생산기술연구원, 여수대 등에서 기본적이고 이론적인 수준의 연구가 이뤄지고 있다. 그러나 주로 배관과 열교환기 등에서의 성질, 유체 역학적 특성을 규명하는데 초점이 맞춰지고 있다.

한편 에너지기술연구원의 또 다른 연구팀에서는 아이스슬러리의 제빙에 관한 연구를 수행하고 있다. 하지만 실용화를 위해서는 보다 많은 실증적인 연구가 뒤따라야 할 상황이다.

지열, 태양열과 같은 신재생에너지 및 폐열 등 100도 이하의 저온 열원을, 히트펌프를 이용하여 난방에 이용하는 연구도 진행되고 있다. 이 역시 실용화와는 거리가 멀다.

장기적인 관점에서 저온 저장에서 필요로 하는 전력은 부하 특성상 하절기 피크시의 용량에 그대로 부담을 주고 있다. 예를 들면 국내의 농업용 저온 시설의 총 용량이 대략 19만 kW에 이르고 있어 피크 관리에 부담이 크다. 따라서 이를 관리해야 할 필요가 있다. 

이러한 부담을 줄이기 위해 빙축열 방식을 적용하여 피크부하를 경감하고 전기료를 절감하는 방안을 확보해야 할 필요가 있다.

결론적으로 현재 시점에서 고효율 축열축냉식 히트펌프시스템의 보급은 매우 시의 적절하며 유용한 냉난방 시스템이다. 또 국내 개발 보급되는 제품의 수준에 따라서는 선진국을 포함한 해외진출이 가능하다.