분산형 열에너지의 개념 정의 및 적용
: 수도권 그린히트 사업을 중심으로*
Definition and Application of the Concept of Disributed Heat Energy
: Focusing on the Green Heat Project
진상현** Sang-Hyeon Jin 요약: 박근혜 정부의 「제2차 에너지기본계획」은 중앙집중형이 아닌 분산형으로 에너지를 공급하겠다는 정책 패러다임의 전환을 보여주고 있다. 그렇지만 정작 산업단지의 폐열을 지역난방용으로 공급할 수 있도록 허가한 다는 내용의 「대기환경보전법」 시행령 개정은 주변 지역의 환경오염으로 인해 반발을 불러일으키고 있다. 이처 럼 잉여 폐열의 활용이 논란을 빚고 있는 상황에서 발표된 ‘수도권 그린히트 사업’은 경제성이 없는 낭비성 열에 너지 프로젝트일 뿐만 아니라 분산형 에너지에 부합되지 않는다는 문제까지 제기되며, 사회적 혼란을 일으키고 있다. 이에 본 논문에서는 ‘분산형 열에너지’에 대한 개념 정의를 토대로 수도권 그린히트 사업의 정합성을 이 론적·실증적인 차원에서 검토하고 있다. 연구결과 수도권 그린히트 사업은 버려지던 열에너지를 활용한다는 측 면에서 바람직한 방향의 사업이기는 하지만 분산형 열에너지의 개념에 부합되지 않을 뿐만 아니라 해외의 다른 사례와 비교해서도 중앙집중형 열에너지 사업의 변형인 것으로 판단되었다. 따라서 향후의 열에너지 사업은 중 앙정부가 아닌 지방정부가 주도하는 방식으로 진행되어야 한다는 정책적 함의가 결론으로 제시될 수 있었다. 핵심주제어: 중앙집중형 에너지, 미활용 에너지, 집단에너지, 에너지계획, 열거래망
Abstract: ‘The Second National Energy Plan’ of The Park Geun-hye government showed a policy paradigm shift from centralized energy to distributed energy in 2014. However, the revision of the ‘Clean Air Conservation Act’, which tries to permit the supply of waste energy as heat energy in some industrial complexes, causes social problems due to local environment pollution. In this context, the Green Heat Project, which was announced in 2013, has provoked similar social and environmental controversies, because it is not economical and does not accord with the concept of distributed energy. This paper, therefore, tries to define the concept of distributed heat and apply this definition to the Green Heat Project. As a result of the research, the Green Heat Project can be seen as a desirable program because it facilitates the utilization of unused heat. However, the project does not go well with distributed heat and is similar to a centralized heat project in comparison with other oversea heat projects. In conclusion this paper suggests that distributed heat energy projects have to be pushed forward
* 본 논문은 『열에너지 국가정책 비판과 수도권 난방에너지의 공공적 대안』의 일부를 재구 성한 글이며, 2014년도 산업통상자원부의 재원으로 한국에너지기술평가원(KETEP)의 지 원을 받아 수행된 연구 과제이다(No. 20144010200670). 자료 조사를 도와준 김동형 군 에게 감사드리는 바이다.
Ⅰ. 서론
2014년에 수립된 박근혜 정부의 「제2차 에너지기본계획」은 몇 가지 측면에서 흥미로운 정책적 전환을 보여주고 있다. 먼저 공급관리 중심의 정책 패러다임을 수요관리 중심으로 전환하겠다는 방향으로 국정 운영의 기조를 재설정하고 있다. 물론 전기요금의 현실화가 배제된 실효성 없는 목표이기는 하지만, 선언적인 측면 에서만이라도 의미는 있을 수 있다. 한편으로는 기존의 중앙집중형이 아닌 분산형 으로 에너지 공급정책의 전환을 제시하는 부분도 흥미로운 변화라고 할 수 있다. 일반적으로 분산형 에너지란 기존의 중앙집중형 공급방식에 대비되는 개념으 로 정의된다. 즉, 멀리 떨어진 외곽 지역의 대규모 발전소로부터 도시 지역까지 에 너지를 전송하는 중앙집중형과 반대되는 방식이 분산형 에너지라고 할 수 있다. 도시화 및 산업화와 더불어서 고착되었던 중앙집중형 에너지 공급방식이 최근 들 어 밀양, 청도, 가평 등의 송전탑 갈등을 일으키며 위기에 직면해 있다. 이처럼 에 너지의 소비지와 공급지가 분리된 시스템의 비효율성으로 인해 분산형 에너지에 대한 관심이 국내외적으로 높아지고 있는 실정이다(Rifkin, 2011). 한편으로 분산형 에너지의 보급 확대는 환경문제와도 관련되면서 갈등을 빚고 있다. 환경부는 산업단지의 열병합 발전시설에서 발생하는 폐열을 인근 주거지역 의 난방용으로 공급할 수 있도록 허가하는 내용의 「대기환경보전법」 시행령 개정 안을 2015년 4월 14일에 입법예고한 바 있다.1) 이로 인해 주거용 난방 기업의 협 의체인 도시가스협회는 석탄을 이용하는 잉여열이 공급될 경우 비산먼지와 폐 수 발생 등의 주변지역 환경오염이 불가피할 것이라며 반대 입장을 표명한 상태이 다.2) 1) “산단 열병합 지역난방 공급, 파란 예고: 환경부, 대기환경보전법 시행령 개정 공포”, 투데이에 너지, 2015.5.8. 2) 그밖에 분산형 에너지 보급사업이 환경영향평가에서 제외되는 문제도 지적된 바 있다(한 화진, 2000). 한편으로는 집단에너지 사업의 온실가스 감축의무와 관련해서도 논란이 진행 되고 있다(연익준 등, 2002; 신춘환·박도현, 2014).and operated by local governments.
이처럼 잉여 폐열의 활용이 환경문제로 인해 논란을 빚고 있는 상황에서 산업통 상자원부는 분산형 열에너지인 「수도권 그린히트 사업」을 최근에 발표한 바 있다. 간단히 요약하자면, 이 프로젝트는 인천 지역에서 발생하는 폐열을 가져다가 서울 지역의 난방용 열에너지로 활용하겠다는 중앙정부의 사업이다. 그렇지만 이번 프로 젝트가 발표되자마자 경제성이 결여된 낭비성 사업이라는 반발뿐만 아니라 분산형 에너지에 부합되지 않는다는 문제 제기까지 이루어지면서 사회적 혼란이 발생하고 있다. 이에 본 논문에서는 ‘분산형 열에너지’에 대한 개념 정의를 토대로 수도권 그 린히트 사업의 정합성을 검토하고자 한다. 또한 선진국의 광역 열에너지 사업들과 비교함으로써 실증적인 차원에서의 정책적 함의를 도출하고자 한다. 구체적으로 2장에서는 한국의 분산형 에너지 정책과 수도권 그린히트 사업 관 련 논란을 간략히 살펴본 뒤, 3장에서 유럽의 대표적인 광역 열에너지 네트워크 사례를 검토하고 있다. 4장에서는 분산형 전력이라는 통상적인 개념을 활용해서 분산형 열에너지에 대한 개념 정의를 시도하고 있다. 또한 이렇게 정의된 분산형 열에너지라는 개념을 수도권 그린히트 사업에 적용함으로써 개념적·실증적 정합 성을 검토하고 있다. 끝으로 5장에서는 열에너지 관련 정책적 함의를 결론으로 제 시하고 있다.
Ⅱ. 분산형 에너지 정책과 수도권 그린히트 사업
1. 분산형 에너지 정책 분산형 에너지라는 정책 기조의 전환을 파악하기 위해서는 먼저 에너지계획의 체계부터 이해할 필요가 있다. 한국은 2006년에 「에너지기본법」을 제정함으로써 그동안 난립되었던 관련 계획들을 체계적으로 정비할 수 있었다.3) 즉, 지금은 「에 3) 2006년의 「에너지기본법」제정을 계기로 기존에는 「에너지이용합리화법」을 근거로 수립되 던 에너지기본계획이 2008년부터 제1차 계획으로 위상이 재정립될 수 있었다. 그렇지만 2009년 12월에 「녹색성장기본법」이 제정되면서, 기본법이 아닌 「에너지법」으로 다시 강등 되고 말았다. 이로 인해 지금은 법적 체계의 혼란이 빚어졌다는 비판이 제기되고 있다(진상 현, 2013).너지기본계획」을 최상위 계획으로 수요와 공급 측면의 하위계획들이 유기적인 관 계를 맺으며, 일관성을 확보하는 체계가 구축되어져 있다(<그림 1> 참조). 따라서 에너지정책의 패러다임 전환을 확인하기 위해서는 에너지기본계획부터 살펴보아 야 한다. 국내에서 분산형 에너지에 대한 정책적 관심이 본격화된 시점은 2014년 「제2 차 에너지기본계획」부터라고 할 수 있다. 물론 2008년에 수립된 「제1차 국가에너 지기본계획」에서도 분산형 에너지에 대한 언급이 이루어진 바 있다.4) 즉, 분야별 대책 가운데 하나로 ‘에너지 사용 효율의 개선’ 정책 로드맵에서 공공 부문의 분 산전원 보급확대가 명시되기는 했었다. 그렇지만 패러다임의 전환이라고 할 정도 의 방향 재설정이 아닌 세부 사업의 하나로만 포함되었을 뿐이다.5) 「제2차 에너지기본계획」에서는 정책의 패러다임을 근본적으로 전환하기 위한 6대 중점과제를 제시하고 있다. 그 중에서 첫 번째가 ‘수요관리 중심의 에너지정 책 추진’이었으며, 다음으로 두 번째가 ‘분산형 발전시스템의 구축’이었다.6) 즉, 중 앙집중적인 대규모 설비의 기존 에너지 공급방식에서 탈피해 전력의 15% 이상을 분산형 전원으로 공급하겠다는 정책 전환을 제시한 것이다.7) 정부는 분산형 에너 지로의 전환을 통해서 입지 및 환경 갈등을 해소할 뿐만 아니라 중소·중견기업의 참여기회를 확대한다는 목표를 추구하고 있었다. 2. 열에너지 거래 및 광역네트워크 구축 계획 분산형 에너지로의 전환이 2008년 1차 기본계획에서 언급되었다가 2014년 2 차 기본계획에서 명확히 제시되었듯이, 수도권 그린히트 사업에 대한 내용도 최 4) 에너지기본계획에 대한 법률 조항이 「녹색성장기본법」 제41조로 이관되면서, 1차 계획의 「국가에너지기본계획」이라는 명칭이 2차 계획에서 「에너지기본계획」으로 변경되었다. 5) 2002년에 수립된 「제2차 국가에너지기본계획」에서는 연료전지 사업의 일환으로 ‘도시지 역의 주택용 분산형 대체에너지 전원 보급’ 정도만이 언급된 상태였다. 6) 나머지 중점과제는 에너지정책의 지속가능성 제고, 에너지 섬 탈피를 위한 에너지안보 강 화, 에너지원별 안정적 공급체계 구축, 국민과 함께하는 에너지정책 추진이었다. 이처럼 대 부분은 에너지기본계획의 과거 정책목표들이 계승된 것으로 판단된다. 즉, 나머지 중점과 제는 직전인 2008년에 수립된 1차 계획의 5대 비전 및 10대 이행과제와 큰 차이가 없었다. 7) 2014년 현재 분산형 전원의 전력공급 비중은 5% 수준에 불과하다.
근에서야 본격적으로 다뤄지기 시작했다. 즉, 에너지기본계획의 하위계획으로 2009년에 수립된 「제3차 집단에너지 공급 기본계획(이하 집단에너지계획)」8)에서 는 열거래 시스템의 구축에 대한 방향이 제시될 수 있었다.9) 구체적으로는 인접한 집단에너지사업자 사이의 열배관망을 연계해 잉여열을 교환함으로써 수익성을 높이겠다는 계획이 제시된 것이다. 여기서 한 발 더 나아가 전국적인 열수송 관로 를 구축함으로써 전체 지역난방 사업자를 효율적·체계적으로 관리하겠다는 전망 도 제시될 수 있었다. 이후 2014년에 발표된 「4차 집단에너지계획」에서는 8대 정책과제의 하나인 ‘미 활용 열에너지를 통한 저비용 구조로의 전환 촉진’이라는 항목에서 열네트워크 구축 방안을 본격적으로 제시하고 있다. 즉, 수도권 서부지역 발전사와 집단에너 지사업자 간의 열거래망을 구축함으로써 미활용 열에너지의 활용을 극대화시킨 다는 전략이었다. 이로써 산업통상자원부는 2013년에 사업계획이 발표된 이래로 8) 집단에너지계획은 「집단에너지사업법」 제3조에 의거해 5년마다 수립하도록 지정된 법정계 획이다. 그렇지만 1993년 9월에 1차 계획, 2002년 12월에 2차 계획이 수립된 이래로 2009 년에서야 3차 계획이 발표될 수 있었다(송유나 등, 2014). 다행히도 4차 계획은 5년만인 2014년에 정상적으로 공고되었다. 9) 그렇지만 3차 계획에서는 핵심 사업이 아닌 기타 사업으로 제시되었다. 당시 주요 정책과 제로는 집단에너지 사업의 경쟁여건 조성 및 사업 활성화, 집단에너지 사용연료의 다변화, 지역냉방 확대·보급을 위한 기반 구축, 열요금 제도의 개선방안 강구, 집단에너지 설비의 에너지효율성 제고, 에너지복지의 강화 등이었다. 에너지 기본계획 국가 에너지·자원 기술개발 기본계획 기후변화 대응전략 수요 측면 공급 측면 에너지이용 합리화 기본계획 집단에너지 계획 해외자원개발 기본계획 석유비축 계획 전력수급 기본계획 천연가스 장기수급계획 석탄산업 장기계획 신재생에너지 기술개발 및 보급계획 <그림 1> 에너지 분야 계획의 체계도 자료: 「제1차 국가에너지기본계획(2008~2030)」, 국가에너지위원회 2008.8.27 수정.
논란을 빚고 있는 수도권 그린히트를 법정 계획에 포함시킴으로써 정부의 사업 강 행 의지를 다시 한 번 보여줄 수 있었다.10) 3. 수도권 그린히트 사업 산업통상자원부는 수도권 그린히트 사업의 타당성에 대한 연구용역을 2013년 3월 한국지역난방공사에 요청했다. 실제 연구용역은 한국지역난방기술과 딜로이 트안진회계법인의 컨소시엄이 수행하는 것으로 같은 해 6월에 계약이 체결되었 다. 이후 3차례의 전문가 자문회의와 부처간 협의가 진행되었고, 연구용역 보고 서의 초안이 12월에 발표되었으며, 공청회 및 간담회를 통해서 이해관계자의 의 견수렴이 이루어졌다. 이와 관련해서 한국개발연구원은 수도권 그린히트 사업의 비용·편익 비율이 1.1이기 때문에, 경제적으로 타당한 사업이라는 평가를 2015년 10월에 제출한 상태이다. 그렇지만 2016년 1월에 산업통상자원부는 한국지역난 방공사가 주관하는 추가적인 검증 용역을 진행해, 사업의 최종 추진여부를 2016 년 6월까지 결정할 예정이었다. 그렇지만 열요금과 관련해서 지역난방공사와 발 전사의 견해 차이가 좁혀지지 않으면서, 지금은 사업이 무기한 연장되면서 철회가 고려되는 상황이다.11) 요약하자면, 수도권 그린히트 사업은 수도권에 네트워크를 구축해 외곽 지역의 미활용 열에너지를 서울의 집단에너지 사업자에게 공급하는 광역 열거래 사업이 라고 할 수 있다. 물론 구체적인 사업구간은 몇 차례의 조정이 있었다. 가장 먼저 발표된 2013년 12월의 보고서에 따르면, 사업은 2단계로 구분해서 시행되는 것 으로 밝혀져 있었다. 그렇지만 2014년 6월에 제출된 최종 사업계획서에서는 인천 에서 사당을 연결하는 1-1구간만 진행하는 것으로 확정되었다. 수도권 그린히트 사업의 개념 및 세부 구간은 <그림 2, 3>을 참고할 수 있다. 이런 맥락에서 2013년 6월에 발표된 보고서 초안은 수도권 내에서 활용 가능 10) 물론 「4차 집단에너지계획」보다 1년 가까이 앞서 발표된 「2차 에너지기본계획」에도 6대 중점과제 가운데 집단에너지 사업의 ‘지속가능 성장기반 마련’에 동일한 내용의 수도권 그 린히트 사업이 포함되어져 있다. 다만 ‘분산형 발전시스템 구축’이 아닌 ‘에너지원별 안정적 공급체계구축’의 하위 항목으로 분류되었다. 11) “본질 잃은 수도권 그린히트, ‘철회수순’ 밟나,” 투데이에너지, 2016.8.24.
한 열에너지의 잠재량이 1,137만Gcal에 달할 것으로 추정했으며, 이를 위해 1단 계 5,000억원과 2단계 4,000억원의 자금이 소요될 것으로 예상했었다.12) 최종 사업계획서에서는 수도권 서부 지역의 발전소와 매립지에서 발생하는 연간 287 <그림 2> 현행 열거래 방식(左)과 수도권 그린히트 사업(右)의 비교 자료: 한국지역난방공사, 2014. <그림 3> 수도권 그린히트 사업의 세부 구간 자료: 한국지역난방공사·Deloitte, 2013. 12) 공급 가능한 열수요는 740만Gcal로, 배관망 길이는 1단계 87㎞와 2단계 68㎞인 총 155 ㎞에 달하는 것으로 추정되었다.
만Gcal를 서울의 집단에너지사업자를 포함한 잠재수요 282만Gcal에 공급하는 것으로 산정되었다.13) 이와 관련해서 광역 열네트워크 건설비는 3,656억원, 소매 사업자의 투자비는 185억원이 필요할 것으로 추정되었다. 수도권 그린히트 사업은 보고서의 초안이 공개된 이후 다양한 차원에서 논란이 진행되었다. 먼저 도시가스업계는 수치가 정확하지 않을 뿐만 아니라 중복 투자를 고려하지 못한 졸속 연구용역이라며, 전면 재검토해야 한다는 반대 입장을 강력 하게 표명했었다.14) 학계에서도 사업의 필요성, 경제성 등에 대한 논란이 이루어졌 었다.15) 한 가지 흥미로운 부분은 주관부서인 산업통상자원부 자체적으로도 사업 을 둘러싼 쟁점에 대한 사전 검토가 체계적으로 진행되었다는 사실이다.16) 수도권 그린히트 사업의 문제점을 정리하면 다음과 같다(송유나 등, 2014). 첫 째, 보고서 초안과 최종 사업계획서에서 제시된 열 공급량이 크게 변했을 뿐만 아 니라 이유를 명확히 설명하지 못해 신뢰성을 잃고 있다. 둘째, 수도권 그린히트 사 업의 열공급망과 기존 민간독점망과의 충돌이 제대로 고려되지 않고 있다. 셋째, 부적절한 방식으로 열수요가 추정되었을 뿐만 아니라 미래의 열원 건설계획이 반 영되지 않았다는 문제도 있었다. 넷째, 소요 비용의 급격한 축소에 대한 설명이 거 의 이루어지지 않고 있다. 다섯째, 광역 열네트워크의 운영과 관련해서도 시장의 정상적인 작동 가능성에 대한 문제까지 제기되었다. 결과적으로 산업통상자원부가 제시한 수도권 그린히트 사업은 기존 에너지정 책의 패러다임 전환이라는 측면에서는 의미를 부여할 수 있겠지만, 다양한 사회 적 갈등을 빚고 있는 실정이다. 이에 본 논문은 2013년 사업계획서에서 언급·소 개된 유럽의 열에너지 정책과 사례를 3장에서 살펴봄으로써 수도권 그린히트 사 13) 최종 사업계획서인 1-1구간의 배관망 길이는 주배관 52.7㎞와 수열관 4.4㎞로 총 57.1㎞ 이다. 14) “수도권 그린히트 프로젝트 쟁점은?,” 에너지데일리, 2014.1.24. 15) 김상기 등(2015)은 수도권 그린히트 사업의 비용-편익 비율이 1.72에 달할 정도로 경제 성이 대단히 높다고 평가한 반면에, 박희천 교수는 경제성을 포함해서 수도권 그린히트 사업의 문제점을 상세하게 지적할 수 있었다(“논란의 핵, 수도권 그린 히트 프로젝트 전문 가의 눈으로 해부해 본다,” 가스신문, 2014.1.27). 16) 당시에 검토된 쟁점은 에너지 절감 효과, 전력시장 영향, 광역 열네트워크의 열배관 손실, 사업으로 인한 도시가스 손실, 소비자 선택권이라는 크게 다섯 가지였다(산업통상자원부 내부자료, “「수도권 Green Heat 프로젝트」 주요 쟁점 Book,” 2014.3.24).
업과의 관련성을 검토해보고자 한다. 이후 4장에서는 본격적으로 분산형 열에너 지라는 개념을 정의내린 뒤, 이를 수도권 그린히트 사업에 적용하는 방식으로 개 념적·실증적 정합성을 판단하고자 한다.
Ⅲ. 유럽의 열에너지 정책 및 사례
1. 유럽연합의 열에너지 로드맵 유럽연합은 최근에 발표된 「열에너지 로드맵(Heat Roadmap EUROPE 2050)」을 통해서 열에너지에 대한 관점과 전망을 체계적으로 보여주고 있다 (Euroheat & Power, 2013). 이번 「열에너지 로드맵」은 유럽연합에서 열에너지 의 보급을 확대하기 위한 시나리오를 구체적으로 제시하고 있다. 이후 유럽연합은 27개 회원국에 열에너지 로드맵을 확대·적용해나갈 계획이다. 이 로드맵에서 제 안하고 있는 기본적인 방향은 다음과 같다. 즉, 도시 지역을 중심으로 지역난방을 장려하고, 교외에서는 가급적 재생가능한 열에너지를 사용하도록 권고한다는 것 이다(윤태연, 2014). 구체적으로 유럽연합에서는 2050년을 목표로 에너지 부문의 불확실성을 최소 화하기 위해 새로운 난방 전략의 구축에 관한 단계적 접근을 제안하고 있다. 첫 번째인 「1단계 로드맵 연구(the first heat roadmap study)」는 현행 열에너지의 수요와 공급을 분석한 뒤, 기존에 추진 중이거나 이미 계획된 정책수단을 포함한 시나리오에 근거해 지역난방의 확대를 통한 유럽 열에너지 공급계획의 수정을 제 안하고 있다. 두 번째인 「2단계 로드맵 연구(the second heat roadmap study)」 는 최종에너지의 절약에 초점을 맞춘 지역난방의 확대라는 2050년 기한의 장기 시나리오도 제안하고 있다. 경제적인 측면에서 유럽의 지역난방은 시장의 20%를 차지할 정도로 이미 경쟁 력을 확보하고 있다. 특히 프랑스, 독일, 네덜란드, 벨기에의 경우에는 열에너지 시 장에서 지역난방이 유럽연합 27개국의 평균인 15%을 상회하는 21%의 점유율을보여주고 있다. 유럽연합은 지역난방의 시장 점유율이 60% 수준까지 가능할 것 으로 전망하고 있다. 이는 에너지 공급을 위한 자본의 한계비용이 60%까지 체증 없이 유지될 것이라는 연구결과를 근거로 수립된 것이다(<그림 4> 참조). 이 같은 정책목표를 달성하기 위해서는 폐열과 재활용 열을 포함하는 다양한 에너지원의 확보가 관건이라고 할 수 있다.
자료: Euroheat & Power, 2013.
<그림 4> 유럽내 지역난방 보급 관련 자본의 한계 비용 2. 광역권 열에너지 공급 관련 유럽 사례 1) 덴마크 코펜하겐 광역권의 지역난방 ‘수도권 그린히트’ 사업계획서에서 언급되었던 유럽의 광역지역난방 사례는 보 다 자세히 검토해 볼 필요가 있다. 왜냐하면 이들 유럽 사례를 토대로 한국의 그 린히트 사업이 구상되었기 때문이다. 이에 본 논문에서는 코펜하겐 광역권과 트 라이앵글 지역의 사례를 중점적으로 살펴보고자 한다. 먼저 ‘코펜하겐 광역권 (Greater Copenhagen)’17)의 지역난방시스템은 도시에 필요한 열에너지의 98% 프랑스 벨기에 독일 네덜란드 전체 평균 열시장의 점유 비중 한 계 자 본 비 용 (유 로 /G J ) 1 0 10% 0% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% 3 5 7 2 4 6 8 17) 코펜하겐 광역권은 덴마크의 수도인 코펜하겐이 포함된 광역 행정구역을 가리킨다. 이 광 역권의 총 인구는 2014년 현재 193만명에 달하며, 그 중에서 도시 지역의 인구는 124만 명 가량이다.
18) 본 논문의 유럽 사례에서 공급면적은 지역난방의 실제 면적이 아니라 규모를 파악하기 위 해서 표시된 해당 지역의 가로와 세로 길이를 의미한다. 19) 1972년에 설립된 덴마크의 에너지 공기업이며, 2000년대 이후로는 전력사업에도 참여하 고 있다. 20) 1909년에 설립된 스웨덴의 전력 공기업이며, 덴마크·핀란드·독일·네덜란드 등에서도 사업 을 진행하고 있다. 를 공급할 정도로 대규모이다. 코펜하겐의 지역난방은 쓰레기 소각로의 폐열과 열 병합발전을 통해서 생산된 열에너지를 광역 배관망으로 공급하는 방식이다. 결과 적으로 코펜하겐의 지역난방은 이산화탄소 배출을 줄이고 오염물질을 저감할 뿐 만 아니라 개별난방을 대체함으로써 수 만개의 굴뚝을 제거하는 성과를 거둔 것 으로 평가되고 있다(NYC Global partners, 2011). 덴마크는 역사적으로 수자원이 부족한 국가였다. 그래서 수력발전을 보완하기 위해 열병합발전에 기반한 지역난방 네트워크를 1920년대부터 구축하기 시작했 다. 이후 1970년대의 석유파동을 경험한 뒤, 지방자치단체와 에너지 기업의 지원 을 바탕으로 종합적인 열 공급 계획이 덴마크 전역에 본격적으로 도입되기 시작 했다. 특히 1979년에 「열공급법(Heat Supply Act)」이 제정되면서 지역난방사업 이 본격적으로 추진될 수 있었다. 코펜하겐의 지역난방은 광역권이라는 대규모 지역에 열에너지를 공급하고 있 으며, 공급면적은 대략 20㎞×35㎞이다.18) 이 지역에서 코펜하겐의 지역난방은 연간 33,000TJ의 열을 공급하고 있다. ‘코펜하겐 에너지’라는 업체는 DONG Energy19)와 Vattenfall20)을 통해서 증기 배관망을 운영하고 있다. 최근에는 증기 배관망 대신에 열 손실이 적고 에너지 효율이 높은 온수 배관망으로 전환하는 작 업을 진행하고 있다(강재성, 2016). 코펜하겐의 지역난방 시스템은 4개의 열병합발전소와 3개의 소각장을 중심으 로 열에너지를 공급하고 있다. 2009년에는 Vattenfall이 소유하고 있는 열병합 발전소의 설비 개선작업이 실시되었다. 에너지 효율이 낮아진 노후 열병합발전의 가동을 중단한 뒤, 덴마크 최초의 바이오매스 열병합발전소가 건설되었다. 이 열 병합발전소는 바이오매스를 주요 에너지원으로 운영되며, 석탄과 석유를 보조 연 료로 사용하고 있다. 왜냐하면 화석연료에 부과되는 세금과 배출권거래제 덕분에 유럽에서 바이오매스를 기반으로 하는 열병합발전은 비용적인 측면에서도 경쟁
자료: NYC Global partners. 2011. <그림 5> 코펜하겐 광역권의 지역난방 시스템 력을 확보할 수 있었기 때문이다. 또한 코펜하겐의 지역난방 시스템은 소각열을 이용한 열병합발전을 통해서도 상당한 이윤을 얻고 있다. 현재 코펜하겐 열 수요의 30%를 소각열로 공급하고 있 는데, 이는 코펜하겐의 폐기물 관리전략과도 관련이 있다. 코펜하겐은 체계적인 폐기물 관리시스템을 구축해, 분리수거·재활용·소각이라는 방식으로 쓰레기를 처 리하고 있다. 결과적으로 코펜하겐에서는 3% 정도의 쓰레기만이 매립되고 있을 뿐이다. 2) 덴마크 트라이앵글 지역의 열네트워크 덴마크의 트라이앵글 지역(Triangle Region)은 6개의 지방자치단체가 자발적 으로 구성한 협의체이다.21) 트라이앵글 지역은 덴마크의 중남부 지역에 위치하고 있으며, 자국 내에서 세 번째로 높은 성장률을 보이고 있다. 또한 이 지역은 대규 모 기업형 농업뿐만 아니라 덴마크에서 가장 큰 두 개의 에너지 기업이 위치해 있 어서 에너지 허브의 역할도 맡고 있다. 21) ‘트라이앵글 지역’의 소속 지자체는 Billund, Fredericia, Kolding, Middelfart, Vejen, Vejle이다. 인구는 35만명이며, 면적은 3,450㎢이다. 트라이앵글 협의체는 1960년대 에 산업·통신 관련 협력을 위해 설립되었으며, 이후 다양한 분야로 활동 영역이 확대되 었다(http://regions202020.eu).
22) 열에너지 네트워크를 공동으로 운영하는 4개 지자체는 Fredericia, Kolding, Middelfart, Vejle이다.
23) International District Energy Association(w w w.districtenergy.org/ blog/2013/06/24/tvis-in-denmark-wants-green-energy-from-dong-energy). 24) Tvis. “Multicity District Heating”(www.tvis.net/om-tvis/nyhedsbrev). 25) Skærbækværket 열병합발전소는 전체 에너지의 69%를 차지한다. 트라이앵글 지역의 4개 지방자치단체는 55,000가구의 28만명에게 친환경적인 지역난방을 공급하고 있다.22) 이 지역의 열에너지는 지자체가 공동으로 소유·운 영하는 공기업인 Tvis가 담당하고 있다. 구체적으로 지역난방이 공급되는 면적은 27㎞×23㎞이며, Tvis는 83㎞의 열 배관망과 47개의 밸브를 운영해 6,000TJ의 열에너지를 공급하고 있다.23) 트라이앵글 지역은 열에너지의 60%가 배관망을 통해 분배되고 있으며, 나머지 는 개별적인 방식으로 소비되고 있다. 지역난방은 주로 열병합발전이나 전용 보일 러를 통해 공급이 이루어지는데, 지역 발전소, 석유화학 정유시설, 소각장에서 발 생하는 폐열도 활용하고 있다. 트라이앵글 지역의 지역난방 현황을 보다 자세히 살펴보면 <그림 6>과 같다. 즉, 열배관망을 이용해서 도시 전역으로 지역난방이 공급되는 상황이다.24) Tvis에 가장 많은 에너지를 공급하는 업체는 fredericia에 위치하고 있는 DONG Energy의 Skærbækværket 열병합발전소이다.25) 나머지 열에너지는 산 업용 폐열과 소각열로 공급되는데, 산업용 폐열은 SHELL-Refinery로 부터 공급 <그림 6> 트라이앵글 지역의 열네트워크 1 <그림 7> 트라이앵글 지역의 열네트워크 2 자료: www.tvis.net/ledningsnettet 자료: www.tvis.net/om-tvis/nyhedsbrev
받고 있다.26) 한편으로 콜딩(Kolding) 지역에 위치한 25MW의 소각열 발전소인 TAS는 전체 수요의 5%를 충당하고 있다. 또한 2018년까지는 바이오매스 발전소 를 추가로 건립함으로써 화석연료 의존도를 낮춰나갈 계획이다. 3) 핀란드 헬싱키의 지역난방 핀란드의 수도인 헬싱키는 냉난방 분야의 효율개선과 탄소배출 및 대기오염 저 감을 위해 지역에너지 사업을 1950년대부터 추진해온 도시이다. 헬싱키의 에너지 공급 시스템은 초기부터 경제성을 확보한 대안으로 구축될 수 있었다. 결과적으 로 시민들뿐만 아니라 열공급 업체인 ‘헬싱키 에너지(Helsinki Energy)’에게 상 당한 이윤을 보장함으로써 지역경제에도 기여한 것으로 평가받고 있다. 따라서 헬 싱키의 지역난방 시스템은 소비자, 에너지업체, 시정부를 포함한 지역사회 전체에 이익을 제공한 모범적인 사례라고 할 수 있다(Riipinen and Wirgentius, 2010). 헬싱키는 전 세계의 수도 가운데 가장 북쪽에 위치한 도시이며, 인구는 60만명 정도이다. 헬싱키는 기후 조건 때문에 연중 내내 난방이 필요한 지역이며, 열 수요 의 3분의 1은 온수로 공급되고 있다. 특이하게도 헬싱키는 짧은 여름철에 냉방이 필요한 딜레마에 처해있다. 왜냐하면 대부분의 건물들이 추운 겨울에 최적화되어 서 역설적으로 냉방 수요가 다른 지역에 비해 더 많기 때문이다. 헬싱키 에너지는 핀란드에서 가장 큰 에너지 기업으로, 지자체 소유의 공기업이 다. 헬싱키의 지역난방은 산업계와 지자체의 원만한 협력에 기반한 것으로 평가받 고 있다. 1953년 이후 헬싱키 에너지는 열병합발전을 통해 지역난방을 공급하고 있으며, 1963년부터는 지역냉방도 제공하기 시작했다. 유럽연합은 헬싱키 에너지 의 효율적인 냉난방시스템을 ‘최적기술(Best Available Technology)’로 인정했 을 정도이다. 헬싱키 에너지는 열에너지의 90%를 지역난방으로 공급하고 있다. 현재 핀란드 전체 열에너지의 93%가 지역난방으로 공급되는데, 그 중에서 헬싱키 에너지가 25%를 담당하고 있다. 헬싱키 에너지가 열에너지를 공급하는 면적은 대략 17.5㎞ 26) SHELL-Refinery는 프레데리치아(Fredericia) 지역에 위치한 북해산 원유의 정제공장 이며, 여기서 생산된 여열은 Tvis 열 수요의 25%를 충당하고 있다.
27) 지역난방이 공급되는 건물은 건축용적 17,000만㎥, 바닥 면적 6,000만㎡이며, 열 부하 는 3,350MW 수준이다. 헬싱키 지역난방의 수용가는 일반 주택이 58%로 가장 많고, 사무실이 13%, 공공기관이 8%를 차지하고 있다.
<그림 8> 헬싱키 지역난방 시스템의 개념도 <그림 9> 헬싱키의 에너지 터널
자료: Riipinen, 2013. 자료: Riipinen and Wirgentius, 2010.
×12.5㎞로, 전역에 열 배관망을 구축해놓고 있다. 배관망의 길이는 1,350㎞에 달 하며, 매년 35㎞의 배관망 확장 공사가 추가적으로 진행되고 있다. 또한 55㎞의 주배관망은 지하 40~70m의 에너지 터널에 설치되어져 있어서, 열 손실이 6%에 불과할 뿐만 아니라 안정적인 배관망의 유지관리가 가능하다는 장점을 지니고 있 다.27) 헬싱키 에너지는 3개의 대규모 열병합발전소로부터 대부분의 열에너지를 공 급받고 있으며, 추가적으로 13개의 열전용 보일러와 1개의 히트펌프, 5개의 열에 너지 저장소를 활용하고 있다. <그림 8>에서 왼쪽에 위치한 Salmisaari 열병합 발전소는 석탄을 연료로 사용하며, 230MW의 전력과 480MW의 열 생산이 가 능하다. 중앙에 위치한 Hanasaari 열병합발전소도 석탄을 사용하며, 228MW 의 전력과 420MW의 열에너지를 공급하고 있다. 마지막으로 오른쪽에 위치한 Vuosaari 열병합발전소는 천연가스를 이용해 630MW의 전력생산과 580MW의 열 공급이 가능하다. 헬싱키 에너지가 지역난방을 위해 사용하는 연료의 전체 비 율을 살펴보면, 천연가스가 60%, 석탄 35%, 히트펌프 3%, 석유 2%이다.
자료: GLA. 2011. <그림 10> 런던 템즈 게이트웨이 열 네트워크 사업 자료: Newham London. 2013. <그림 11> 뉴햄 자치구의 열 배관 사업 4) 영국의 런던 템즈 게이트웨이 열 네트워크 사업 ‘런던 템즈 게이트웨이 열 네트워크 사업(The London Thames Gateway Heat Network)’은 저탄소 지역난방 네트워크를 구축하고자 했던 런던 개발청과 지방정부에 의해 추진되었다(GLA, 2009). 2010년부터 2019년까지 추진될 예정 이었던 이 사업은 템즈강 인근에 위치한 12만 가구와 건물에 열에너지를 공급할 계획이었으며, 사업이 완료될 경우 40년 동안 연간 10만톤에 달하는 이산화탄소 배출을 감축할 수 있을 것으로 추정되었다. 구체적으로는 다양한 생산자로부터 열에너지를 구입해 소비자에게 공급·판매하는 형태로 운영될 예정이었다. 대표적 으로는 바킹(Barking) 발전소에서 생산된 열에너지와 설탕 제조업체인 테이트앤 라일(Tate & Lyle)의 폐열을 포함해서 여러 발전소와 공급자에 의해 생산된 열에 너지를 9.8㎞×14.8㎞ 면적에 판매한다는 계획이었다.
28) Greater London Authority(http://mqt.london.gov.uk/mqt/public/question. do?id=47091). 이 사업의 총괄 업체인 SPV(Special Purpose Vehicle)는 열 배관망의 건설 에 대한 투자와 운영을 맡았다. 구체적으로 열 배관 건설을 위한 재정은 정부가 6,000만 파운드를 부담하고 SPV를 포함한 민간에서 9,000만 파운드를 조달할 예정이었다. 이로써 런던 템즈 게이트웨이 열 네트워크는 지방자치단체 차원의 지 역난방 가운데 영국에서 가장 큰 규모의 사업으로 기대되었다. 그렇지만 이 사업은 런던 개발청의 투자계획위원회에 의해 2011년 4월 중단 하는 것으로 결정되고 말았다. 위원회는 열에너지에 대한 시장의 수요가 부족하 다고 판단해 중단하기로 결정했으며, 여건이 개선될 경우에 한해서 향후에 재추 진이 가능한 것으로 정리되었다. 현재 템즈 게이트웨이 열 네트워크 사업은 상당 히 축소되었으며, 런던 광역시는 기존 사업계획의 일부로 포함되었던 뉴햄 자치구 의 열 네트워크 사업만을 추진하고 있을 뿐이다.28) 뉴햄 자치구의 열 배관 사업은 9.6㎞×2.7㎞의 면적에 열에너지를 공급하는 작은 규모이다.
Ⅳ. 분산형 열에너지의 개념과 수도권 그린히트 사업
1. 분산형 전력의 개념 정의 수도권 그린히트 사업이 분산형 에너지로의 정책전환에 부합되는지를 판단하 기 위해서는 개념 정의부터 살펴볼 필요가 있다. 그렇지만 분산형 열에너지에 대 한 포괄적인 개념 정의는 국내·외에서 별도로 이루어지지 않은 실정이다. 대신에 국제적으로는 분산형 전력에 대한 개념이 일반적으로 통용되고 있다. 이에 본 논 문에서는 분산형 전력이라는 통상적인 개념을 토대로 분산형 열에너지에 대한 개 념 정의를 시도하고자 한다. ‘분산형 전력(distributed electricity)’은 19세기말 전력사업 초창기의 공급형 태로 등장했었다. 그렇지만 이후에는 규모의 경제를 달성하기 위해 고압 송전망과대규모 발전시스템을 특징으로 하는 중앙집중적인 형태로 변하게 되었다. 최근 들 어 기술혁신과 더불어서 규제환경이 변하면서 분산형 전력에 대한 관심이 다시금 높아지고 있다. 분산형 전력은 대규모 전력시스템으로 구성된 ‘중앙집중형 전력 (centralized electricity)’에 반대되는 개념이며, 지리적으로 분산된 발전소에서 생산되는 전력은 물론이고 에너지 저장과 수요관리를 포함하는 포괄적인 개념으 로도 사용된다(EP, 2010). 영국 산업혁신기술부(DBIS: Department for Business, Innovation & Skills) 의 정의에 따르면, ‘분산형 전력(embedded generation)’은 지역적인 송배전망에 연결된 모든 발전소에 해당되는 개념이라고 한다. 이런 분산형 발전소에는 가스터 빈, 열병합발전, 연료전지, 재생가능에너지 등의 기술이 적용된다. 그리고 대부분 의 경우 에너지를 소비하는 장소에 같이 위치하고 있기 때문에, 고압의 송전 시스템 이라는 중간과정을 최소화함으로써 보다 저렴한 비용으로 전력을 공급할 수 있는 분산된 송배전망을 보유하고 있다. 따라서 분산형 전력은 중앙집중형 전력에 비해 규모가 작을 뿐만 아니라 경제적인 측면에서 효율성이 높다는 특징이 있다. 이상에서 살펴본 바와 같이 분산형 전력에 대해 전반적으로 합의된 개념이 존 재하는 것과 달리, 사용되는 용어에 있어서는 조금씩 차이가 있다.29) 게다가 분산 형 전력의 구체적인 개념 정의에 대해서도 완벽하게 일치된 견해가 존재하지 않는 실정이다(이근대, 2007; 김영창, 2011). 다만, 분산형 전력과 관련해서 일반적으 로 통용되는 기준은 발전기술·발전용량·공급지역·소유형태라는 네 가지라고 할 수 있다. 이상의 네 가지 기준을 조금 더 자세히 살펴보면 다음과 같다. 1) 발전기술 분산형 전력은 먼저 발전기술을 기준으로 개념이 정의될 수 있다. 예를 들면, 풍 력, 태양광, 바이오매스, 지열, 수력, 해양에너지 등을 활용해서 생산되는 전력을 의미하며, 열병합발전도 분산형 전력으로 분류될 수 있다(IEA, 2008; US EPA, 29) 분산형 전력은 영어권에서도 다양한 용어가 사용되고 있다. 즉, decentralized electricity, distributed power generation, distributed energy system, on-site power generation, dispersed generation 등의 용어들이 동일한 개념으로 사용되고 있었다(김호용 등, 1996).
자료: http://www.knowledgeworks.co.kr <그림 12> 중앙집중형 및 분산형 전력의 개념도 이처럼 적용되는 기술을 기준으로 분산형 전력을 개념 정의할 경우에는 이해가 쉽고 정책적 활용이 용이하다는 장점이 있지만, 몇 가지 측면에서 문제를 지니고 있다. 먼저 재생가능에너지가 활용될 수 있는 규모는 나라마다 상이하며, 발전기 술 하나만으로 분산형 전력의 개념을 정의내리기에는 한계가 존재할 수밖에 없다 (김영창, 2011). 실제로 최근에 보급이 확산되는 해상 풍력발전의 경우에는 또 다 른 중앙집중형 전력의 형태를 띠고 있으며, 사막에 설치되는 대규모 태양광의 경 우에도 광역 송배전망을 전제로 하기 때문에 분산형으로 분류되기에는 문제가 있 다. 또한 발전기술을 기준으로 분산형 전력을 정의내릴 때 재생가능에너지를 강조 하는 경우가 자주 있는데, 분산형 전력의 발전기술로 가장 많이 사용되는 에너지 는 사실 재생가능에너지가 아니다. 즉, 화석연료인 천연가스를 사용하는 기술이 가장 많이 도입되어져 있으며, 피크수요를 충당하기 위한 용도나 비상용 발전기로 가솔린이나 디젤을 활용하는 기술도 널리 사용되고 있는 실정이다(IEA, 2009). 2008; EP, 2010). 국제에너지기구(International Energy Agency)에서도 소규 모의 분산형 전력에 적용 가능한 기술로 바이오, 천연가스, 풍력, 태양광, 소수력, 지열, 연료전지 등의 기술을 소개한 바 있다(IEA, 2009). 최근에 기존의 중앙집중 형 발전시스템을 분산형 발전으로 전환하는 사업(REV: Reforming the Energy Vision)을 적극적으로 추진하고 있는 뉴욕시는 분산형 전력을 ‘태양광, 풍력, 열 병합발전, 에너지 저장 기술을 활용해 비용을 줄이는 발전’으로 정의 내렸을 정도 이다(NYS DPS, 2014).
2) 발전용량 분산형 전력의 개념을 정의내리는 두 번째 기준은 발전용량이다. 일반적으로 분산형 전력은 발전용량과 관련해서 소규모 발전으로 정의되는 경향이 있다. 국 제에너지기구도 분산형 전력을 ‘저압의 지역 송배전 네트워크와 연결된 현지의 소 규모 발전’으로 정의내리고 있다(IEA, 2009). 또한 영국의 에너지·기후변화위원회 에서는 ‘송배전망에 연결할 수 없을 정도로 먼 지역에 자리잡은 소규모의 발전 형 태’를 분산형 전력으로 정의하고 있다(UK ECCC, 2009). 유럽연합 집행위원회 에서 추진하는 ‘DG-GRID(Distributed Generation-grid) 프로젝트’에서는 구 체적인 용량 수치를 제시하는 방식으로 분산형 전력의 개념을 정의하고 있다(EP, 2010). 예를 들면, 수력발전의 경우 10MW 이하, 열병합발전은 50MW 이하일 경 우에만 분산형 전력으로 분류하고 있다. 영국의 런던광역청에서도 분산형 전력을 규모에 따라 3개 유형으로 구분해서 설명하고 있다(GLA, 2011). 즉, 독립전원에 가까운 소규모와 지역발전으로 분류되 는 중·대규모로 나눠서 분산형 전력을 정의하고 있다(GLA, 2013). 한편으로 런던 에서는 사업의 예산 규모에 따라 규모를 구분하기도 했는데, 1억 파운드를 초과할 경우 대규모로 보았으며, 그 이하를 중간 규모로 규정할 수 있었다(<표 1> 참조). 3) 공급지역 세 번째는 전력이 공급되는 지역을 기준으로도 분산형 전력에 대한 정의 <표 1> 분산형 전력·에너지의 유형 (런던의 규모 기준) 구분 유형 내용 개별 소규모 에너지는 단일 사업에 의해 공급·배분되지만, 수용가는 단일 대형 건물 또는 최대 3,000명의 고객을 대상으로도 가능함. 발전소는 소비자가 소유할 수도 있지만, 소유하지 않을 수도 있음. 소규모 지역난방과의 결합도 가능함. 또한 사업비용이 1,000만 파운드에 달하는 3MW 규모의 열병합발전이 통합된 형태도 존재함. 집단 중규모 한 개 이상의 지역에 전력을 공급하며, 네트워크가 반드시 필요함. 수요와 고객의 숫자는 다양할 수 있으며, 통상적으로 전체 40MW에 달하는 여러 개의 발전소가 결합된 형태를 지님. 최대 2만 가구에 공공기관, 상업용 건물에 공급이 가능함. 설비는 주로 제3자에 의해 소유·운영되며, 건설비용은 최대 1억 파운드까지 소요됨. 대규모 장기간에 걸쳐 진행된 대규모 기반시설이 존재함. 일반적으로는 10만명 이상의 고객을 대상으로 하는 수십 킬로미터의 네트워크가 필요하며, 여러 개의 전력 및 열공급 설비가 필요함. 배관망 관련 비용이 1억 파운드 이상이 소요되며, 몇몇 주체들이 전체 시스템을 분할·소유하는 구조임. 공사기간은 5~10년 가까이 소요됨. 자료: GLA. 2011.
가 이루어질 수 있다. 유럽연합은 EU-DEEP(EUropean Distributed EnErgy Partnership)사업에서 ‘고압의 송전망을 갖추지 않고 분산된 위치에서 전력을 생산·공급하는 발전소’를 분산형 전력으로 정의하고 있다(EP, 2010). 분산된 위치 에서의 전력공급이란 수요처와 공급지가 엄밀하게 일치한다는 의미가 아니라 지 역적인 전력망과 생산규모라는 상대적인 개념이다. 이러한 기준에 따라 발전소가 물리적으로 흩어져 입지할 경우, 크게 두 가지 측 면에서 이점을 지니게 된다. 첫째, 현지의 수요에 입각해서 발전소의 규모가 결정 되기 때문에 기본적으로 수요에 민감하게 반응할 수 있다. 따라서 분산형 전력은 지역의 수요를 효과적으로 관리할 수 있기 때문에, 에너지 공급의 안정성 확보가 가능하다(IEA, 2009). 둘째, 고압의 송전망이 불필요하기 때문에 보다 저렴한 비 용으로 전력을 공급할 수 있다(UK ECCC, 2009). 마이크로 그리드(Micro-Grid)는 소비자의 신뢰와 전력의 품질을 향상시키기 위해 도입된 시스템으로, 공급지역이라는 기준에 의거해 분산형 전력으로 설명될 수 있는 공급형태이다. 마이크로 그리드는 다양한 재생가능에너지 및 에너지 저 장장치를 채택한 분산형 전력과 소비자로 구성되며, 단독 운전이 가능한 소규모 배전망으로 정의된다(이계병 등, 2009). 따라서 광역 전력망으로 부터 독립적으 로 존재할 수도 있고, 전체 전력시스템에 연계될 수도 있는 작은 단위의 시스템이 다. 특히 다수의 소규모 분산형 전력이 넓은 범위의 배전망에 분포되어 지역에 전 력과 열을 공급하는 것을 특징으로 한다(조창희 등, 2011). 4) 소유형태 네 번째는 소유형태에 따라 분산형 전력을 정의내리는 방식이다. 분산형 전력에 의해 생산된 전력은 생산자에 의해 소비되는 특징을 지닌다. 이때 발전소의 소유 자는 전력시장의 직접적인 소비자일 수도 있지만 지방자치단체나 개인 투자자, 토 지 소유자 같은 소비 지역의 이해관계자일 수도 있다(EP, 2010). 또한 물리적으로 광범위하게 분산되면 발전소의 수가 늘어날 뿐만 아니라 지역의 송배전망을 이용 하는 소비자의 전력공급에 대한 참여가 늘어나게 된다(IEA, 2009). 결과적으로 에너지 공급에의 소비자 참여는 곧 바로 효율성 제고로 이어지게 되면서, 효과적
2. 분산형 열에너지의 개념 정의 및 적용 1절에서 살펴본 바와 같이 ‘분산형 전력’에 대한 개념 정의 및 유형 구분 작업은 세계적으로 여러 학자와 기관에 의해 이루어진 상태이다. 그렇지만 정작 ‘분산형 열에너지’에 대한 개념 정의 및 유형 구분 작업은 전혀 이루어지지 않았던 게 사실 이다.30) 왜냐하면 열에너지는 물리적 특성상 발생하는 지역에서 소비되거나 버려 질 수밖에 없기 때문이다. 이처럼 열에너지는 기본적으로 지역적·분산적인 에너 분류기준 내용 자료 분산형 전력 중앙집중형 전력 발전기술 · 재생가능에너지(태양광, 풍력 등)· 열병합발전(가솔린, 디젤 등) · 석탄 및 천연가스 화력발전· 원자력발전 · EP, 2010 · IEA, 2009 · NYS DPS, 2014 발전용량 · 일반적인 소규모 발전 · DG-GRID: 수력발전(10MW 이하), 열병합발전(50MW 이하) · 최대 발전용량에 한도 없음 · DG-GRID: 수력발전(10MW 이상), 열병합발전(50MW 이상) · IEA, 2009 · UK ECCC, 2009 · EP, 2010 공급지역 · 소비지에서의 전력 생산· 고압 송전망의 배제 · 수요지와 공급지의 분리· 고압 송전망의 구비 · EP, 2010 · IEA, 2009 · UK ECCC, 2009 소유형태 · 소비자에 의한 전력 생산· 지역 이해관계자에 의한 전력 생산 · 중앙정부 소유의 발전업체· 전문 민간 발전업체 · EP, 2010 <표 2> 분산형 전력의 개념 정의와 분류 기준 30) 다만 런던 개발청의 경우에는 분산형 에너지라는 개념과 관련해서 규모를 기준으로 전력 과 열을 통합해서 언급하고 있기는 하지만, 이 둘을 엄밀히 구분하지는 않고 있다(GLA, 2011). 인 에너지 공급을 가능하게 만든다는 장점이 있다. 소유형태 측면에서의 분산형 전력은 미래학자인 앨빈 토플러(Alvin Toffler)의 「제3의 물결(The Third Wave)」에서 제시된 ‘프로슈머(prosumer)’라는 개념이 에너지 분야에 적용된 것으로도 해석될 수 있다. 프로슈머란 생산자(producer) 와 소비자(consumer)가 결합된 합성어로, 생산·소비의 경계가 허물어지면서 생 산에 참여하는 소비자가 늘어나는 현상과 관련된 개념이다. 이때 에너지라는 측 면에서 분산형 전력은 전력생산 과정에 지역의 소비자가 참여함으로써 효과적인 전력공급이 이루어진다는 특징을 지니고 있다. 이상에서 살펴본 분산형 전력의 개념 정의와 관련된 네 가지 기준을 정리하면 <표 2>와 같다.
지원이기 때문에 굳이 중앙집중형과 분산형으로 구분해서 개념을 정의할 필요가 없었을 수도 있다. 이에 본 논문은 분산형 전력의 개념을 정의하는 데 사용되었던 네 가지 기준, 즉 발전기술·발전용량·공급지역·소유형태라는 기준을 이용해서 ‘분산형 열에너 지’에 대한 개념 정의를 시도하고자 한다. 첫째, 열기술과 관련해서는 재생가능에 너지나 온도차 에너지가 분산형으로 분류되는 반면에 화석연료나 원자력뿐만 아 니라 폐열이나 소각열 같은 재활용 에너지의 경우에도 중앙집중형으로 분류될 수 있다.31) 둘째, 열용량과 관련해서 일반적인 소규모 열에너지는 분산형으로, 대규 모 열에너지는 중앙집중형으로 구분이 가능하다.32) 셋째, 공급지역을 기준으로는 소비와 공급이 지역 내에서 일치할 경우에는 분산형으로, 다른 지역의 열에너지 에 의존할 경우에는 중앙집중형으로 구분될 수 있다. 넷째, 소유형태와 관련해서 는 직접적인 소비자뿐만 아니라 확대된 소비자 개념인 지역의 이해관계자들이 열 공급에 참여하는 구조일 경우에는 분산형으로, 국가와 대규모 민간기업 등의 전 문판매업체가 별도로 존재할 경우에는 중앙집중형으로 구분이 가능하다. 그렇지만 분산형 열에너지의 개념 정의에서도 분산형 전력과 동일한 한계가 존 재할 수밖에 없다. 즉, 분산형 전력과 마찬가지로 분산형 열에너지의 경우에도 기 술을 중심으로 한 유형구분이 가장 쉽지만 가장 적절하지 않은 자의적 분류기준 일 수 있다. 예를 들면, 재생가능에너지로 구분된 바이오매스 보일러도 대용량으 로 설치되면 중앙집중형의 열공급이 가능하며, 미활용 에너지로 분류되는 해양 열에너지의 경우에도 기술적으로는 대규모 열공급이 가능하기 때문이다. 그나마 열용량을 기준으로 할 경우에는 기준 수치를 얼마로 정하느냐가 관건이겠지만, 일 반적으로 적용 가능한 기준일 수 있다.33) 마찬가지로 공급지역과 소유형태의 경우 31) 그렇지만 기술이라는 기준을 고려하지 않을 경우에는, 최근에 늘어나고 있는 석탄화력 및 원자력발전소의 온배수 조차 분산형으로 고려될 가능성이 있다(“한수원, 원전 온배수열 활용 기대,” 투데이에너지. 2016.2.3). 32) 실제로 정부도 공급 규모를 분산형의 기준으로 검토한 바 있다(“분산전원으로서 집단 에너지 범위 윤곽: 산업부·전력거래소, 500MW 이하 및 154kV 접속으로 제한,” 이투뉴 스. 2015.6.1). 33) 다만 분산형 전력에서 살펴본 것처럼 특정 용량을 설정해서 소규모와 대규모를 구분하는 작업은 본 논문의 범위를 넘어서는 부분일 수 있다. 이는 개인적인 차원의 연구 주제라기 보다는 국제기구나 국책 연구원을 통해서 진행되어야 할 사항이다. 이때 런던에서 분산형 으로 제시된 수용가구수와 사업금액 등이 참고자료가 될 수 있을 것이다.
에는 지역의 범위와 소비자의 범위를 어떻게 설정하느냐에 따라 의미가 조금씩 달 라지기는 하지만 일반적으로 통용될 수 있는 기준이라고 판단된다. 그렇다면 이상의 네 가지 기준, 즉 열기술·열용량·공급지역·소유형태를 이용해 서 수도권 그린히트 사업이 분산형 열에너지로 분류될 수 있는 지를 최종적으로 점검해야 할 것이다. 첫째, 열기술이라는 측면에서 수도권 그린히트는 화석연료 발전소의 폐열이 주요 열원이기 때문에 중앙집중형으로 분류될 수밖에 없다.34) 둘 째, 용량이라는 측면에서 대규모 열공급 계획을 갖고 있을 뿐만 아니라 런던의 분 류 기준을 따르더라도 규모가 크기 때문에 중앙집중형으로 구분되어져야 한다.35) 셋째, 공급지역이라는 기준에 의거해 판단할 경우에도 수도권 그린히트는 인천의 열에너지를 지역에서 소비하지 않고 서울로 공급하겠다는 사업이기 때문에 당연 히 중앙집중형으로 분류되어져야 할 것이다. 넷째, 소유형태와 관련해서도 열에너 지의 공급자인 발전소는 소비자인 서울의 시정부나 이해관계자들이 소유한 지역 업체가 아니라 중앙정부가 설립한 국영 공기업이기 때문에 소유가 분리되었다는 측면에서 중앙집중형으로 구분될 수 있다. 이처럼 네 가지 기준으로 검토했을 때, 수도권 그린히트 사업은 어떤 측면에서도 분산형이 아닌 중앙집중형 열에너지로 분류되는 것이 타당할 것으로 판단된다. 34) 물론 매립지의 바이오가스라는 신재생에너지를 일부 활용한다는 계획이 포함되어져 있기 는 하지만, 열공급 비중이 작기 때문에 기술적으로는 폐열에너지로 분류하는 게 타당할 수 있다. 35) 유럽 열에너지 네트워크 사업과의 규모 비교는 3절에서 본격적으로 다뤄질 것이다. 분류기준 내용 분산형 열에너지 중앙집중형 열에너지 열기술 · 재생가능에너지(지열, 바이오매스 등)· 온도차 에너지(하천, 호수, 해양 등) · 화력 및 원자력· 재활용 에너지(폐열, 소각열 등) 열용량 · 소규모 열에너지 · 수용가 10만 가구 이하 · 대규모 열에너지 · 수용가 10만 가구 이상 공급 지역 · 분산된 위치에서의 열공급(열병합 등)· 고온·고압 광역 열배관망의 배제 · 수요지와 공급지의 분리· 고온·고압 광역 열배관망의 보유 소유 형태 · 소비자에 의한 열 생산 · 지역 이해관계자에 의한 열 생산 · 중앙 정부 소유의 열 공급업체 · 민간의 전문 열 공급업체 <표 3> 분산형 열에너지의 개념 정의와 분류 기준
3. 유럽 광역 열에너지 사업과의 비교·검토 2절에서는 본 논문에서 정의된 개념적 기준을 적용했을 때, 수도권 그린히트 사 업이 분산형 열에너지에 부합되지 않는다는 사실이 밝혀질 수 있었다. 그렇다면 이제는 다른 유럽 사례들과의 비교를 통해서 수도권 그린히트 사업이 분산형 열 에너지에 부합되는지를 실증적으로 검토해볼 필요가 있다. 왜냐하면 개념 정의에 의한 이론적인 검토뿐만 아니라 유럽 사례와의 비교를 통한 실증적 검토가 보다 현실적인 함의를 제공해줄 수 있기 때문이다. 결과적으로 3장에서 살펴본 다른 유럽 사례들과 비교했을 때에도 수도권 그린 히트 사업은 분산형이라고 하기에 규모가 지나치게 크다는 문제가 확인되었다. < 표 4>를 보면 수도권 그린히트는 최대 규모의 해외 열네트워크 사업이었던 런던 의 템즈 게이트웨이 사업보다도 월등히 큰 규모이고, 1-1사업만으로도 코펜하겐 광역권 사업에 상응하는 규모이며, 전 구간의 사업을 보면 비교할 수 없을 정도로 큰 대규모 사업이라고 할 수 있다.36) 따라서 수도권 그린히트 사업이 분산형 열에 너지로 분류되거나 에너지기본계획의 분산형 에너지 확대에 부합되는 사업인지 는 의심스러울 수 밖에 없다. 사례 규모 열량 수용가 추진주체 코펜하겐 35㎞×20㎞ 33,000TJ 27만 가구 코펜하겐 광역권 트라이앵글 27㎞×23㎞ 6,000TJ 28만명 트라이앵글 지역협의체 헬싱키 17㎞×12㎞ 6,800GWh 13,600명 헬싱키 에너지 런던 템즈 9㎞×2㎞ (9㎞×14㎞) 12만 가구 런던 개발청 수도권 그린히트 (전체 46㎞×60㎞)36㎞×10㎞ 산업통상자원부(한국난방공사) <표 4> 유럽 광역 열에너지 네트워크 사업과 수도권 그린히트의 비교 36) 코펜하겐 광역권 사업은 내용적으로는 중심 시가지의 자급적인 열네트워크 사업이 중심 이며 외곽지역으로 배관망이 일부 확장된 형태임에 반해, 수도권 그린히트는 기본적으로 인천이라는 타 지자체의 열원을 30㎞ 이상 끌어와서 소비와 공급이 분리된 중앙집중형 방 식으로 큰 차이가 있다.
Ⅴ. 결론 및 정책적 함의
본 논문에서는 최근에 난방용으로 관심이 높아진 미활용 열에너지에 대해 검토 해보았다. 사실 난방에너지는 산업화와 더불어서 그 동안 커다란 변화를 겪었다. 산업화 이전까지만 해도 지금의 바이오매스로 분류되는 목재가 주요 난방연료였 으며, 1970년대 들어서는 연탄이 대표적인 가정용 난방연료로 등장했었다. 1980 년대를 거치면서 석유가 그 자리를 대신했으며, 1990년대 이후로는 천연가스가 난방용 연료로 대부분 사용되고 있다. 그리고 이제는 지금까지 경제성 결여로 인해 활용되지 못했던 폐열 에너지를 난 방용으로 활용하려는 시대적 전환이 진행되는 상황이다. 이런 맥락 하에 중앙정 부는 미활용 열에너지를 난방용으로 공급한다는 정책기조를 가지고 수도권 그린 히트 사업을 추진한 것이다. 이에 본 논문에서는 현 정부가 추진하는 수도권 그린 히트 사업이 난방용 연료의 전환이라는 시대적 추세에 부합되는 사업이라는 측면 에서 긍정적인 평가를 내릴 수 있었다. 즉, 천연가스에 비해 탄소 함량이 적을 뿐 만 아니라 기존에 버려지던 폐열을 재활용하는 열에너지 관리시스템을 구축하 는 프로젝트라는 측면에서 일단은 바람직한 방향의 사업이라고 판단된다(진상현, 2008). 그렇지만 본 논문에서 검토한 바와 같이 수도권 그린히트 사업은 분산형 열에너지라는 개념에 부합되지 않을 뿐만 아니라 다른 유럽 사례와의 실증 비교 에서도 변형된 중앙집중형의 열네트워크 사업인 것으로 확인되었다.37) 이제 한국은 난방용 연료의 전환뿐만 아니라 전력 중심의 기존 ‘주전종열(主電 從熱)’ 방식에서 벗어나 열에너지 중심의 ‘주열종전(主熱從電)’ 방식으로 정책 패 러다임을 바꿔야 한다(진상현, 2009; 진상현·홍은정, 2013). 왜냐하면 한국처럼 송배전망이 전국적으로 구축되어 있어서 전력을 쉽게 판매할 수 있는 나라에서는 거래가 어려운 열에너지 중심으로 재생가능에너지 보급에 대한 정책적 지원체계 를 마련해야 하기 때문이다. 또한 한국은 전력으로 공급가능한 생태자원이 풍부 37) 물론 수도권 그린히트 사업은 2014년 「2차 에너지기본계획」에서 6대 중점과제 가운데 ‘분산형 발전시스템 구축’이 아닌 ‘에너지원별 안정적 공급체계구축’의 하위 항목으로 분 류되어져 있기는 하다. 그렇지만 분산형 에너지로의 전환을 중요한 정책기조로 제시해 놓 고는 정작 분산형인 기존의 열에너지를 새롭게 중앙집중형으로 추진한다는 것은 정부 정 책의 모순을 보여주는 것일 수 있다.하지 못한 반면에, 냉난방에 활용 가능한 하천, 해양, 호수, 하수, 지열, 폐열 등의 미활용 에너지원이 풍부하기 때문에 전력이 아닌 열에너지를 중심으로 정책을 수 립해야 한다. 최근 들어 정부는 수도권 그린히트 사업을 포함해서 열에너지에 대한 관심이 많은 것처럼 보인다. 예를 들면, 산업통상자원부는 최근에 폐열에너지의 활용을 촉진시키기 위한 「신에너지 및 재생에너지 개발·이용·보급 촉진법」의 시행령과 시 행규칙을 개정한 상태이다.38) 그렇지만 이러한 법률 개정이 정책기조를 열 중심으 로 변경하기 위한 패러다임 전환의 일환이라고 하기에는 근본적인 한계를 지니고 있다. 왜냐하면 기본적으로 폐열은 재생가능에너지가 아니기 때문에, 신재생에너 지법에 기반한 지원이 바람직하지 않을 수밖에 없다. 예를 들면, 석탄화력발전에 서 발생하는 폐열은 근본적으로 고갈성 화석연료의 에너지가 전환된 것이며, 이 는 신재생에너지가 지양해야 할 바로 그 에너지원이기 때문이다.39) 이번의 법률 개 정은 열을 중심으로 정책적 우선순위를 부여하는 것처럼 보이지만 사실은 전력의 경제성을 높이기 위한 조치라고도 판단된다.40) 수도권 그린히트 사업의 경우에도 겉으로는 열에너지 중심의 사업인 것처럼 보 이지만 사실은 변형된 주전종열 방식의 사업이라고 할 수 있다. 왜냐하면 발전소 에서 생산된 전력의 수익성을 높이기 위해 관련 법률을 개정한 뒤, 열에너지를 소 비하기 위한 인프라 구축사업의 일환으로 수도권 그린히트가 추진되고 있기 때문 이다. 게다가 지방정부가 배제된 중앙정부 주도 하의 추진·운영이라는 절차적인 측면에서도 분산형 열에너지로 분류될 수 없는 실정이다.41) 38) “신에너지 및 재생에너지 개발·이용·보급촉진법 시행령 일부개정령(안) 입법예고,” 산업통 상자원부, 2014.7.21. 39) 신재생에너지 개념의 정책적 타당성과 논란에 대해서는 진상현·한준(2009)을 참고할 수 있다. 40) 그밖에도 정부는 최근에 울산 석유화학산업단지의 폐열을 활용하는 방안을 발표한 바 있 다. 이는 수도권 그린히트에 비해 지역단위에서 추진되는 소규모의 분산형 열에너지사업 으로 분류될 수는 있지만, 역시나 추진 주체라는 측면에서 지방정부보다는 중앙정부가 주 도한 사업이라는 측면에서 한계를 지니고 있다(“산업단지 폐자원을 지역사회 에너지로 활 용,” 산업통상자원부 2014.7.23). 41) 폐열 에너지를 이용하는 사업은 기본적으로 분산형 에너지에 가까운 특성을 지니고 있다. 그렇지만 본 논문에서 검토한 바와 같이 ‘수도권 그린히트 사업’의 경우에는 규모가 지나 치게 클 뿐만 아니라 석탄 화력을 이용하고 중앙정부가 사업을 주도했기 때문에, 분산형 보다는 중앙집중형에 가까운 것으로 판단된다.
이에 본 논문에서는 중앙정부가 주도했던 수도권 그린히트 사업을 포함한 열에 너지와 관련해서 지방정부의 대안적인 역할 및 방향을 결론으로 제시하고자 한 다. 즉, 열에너지 확대라는 패러다임의 전환을 추구한다면, 향후의 열에너지 사업 은 중앙정부가 아닌 지방정부가 주도하는 방식으로 사업이 진행되어야 할 것이다 (진상현·김대현, 2013). 이때 수도권 그린히트처럼 지자체간 협력이 필요할 경우에 는 협동조합 방식의 지역협의체 구성도 대안이 될 수 있을 것이다.42) 한편으로는 지방정부의 열에너지 계획을 취합해서 중앙정부의 「집단에너지공급 기본계획」을 상향식으로 수립하는 방안도 고려해볼 필요가 있다. 결론적으로 중앙정부가 주도 하는 현행 방식이 아니라 ‘분산형 열에너지’의 시대에 지방정부가 주도하는 방식 의 제대로 된 그린히트 사업이 필요할 것으로 판단된다.43) 참고문헌 강재성, 2016, “덴마크 지역난방산업의 역할과 과제,” 『세계 에너지시장 인사이트』, 16(24), 울산: 에너지경제연구원. 김상기·김래현·유승훈, 2015, “수도권 그린히트 프로젝트의 경제적 타당성 분석,” 『에너지공 학』, 24(1), pp.32-41. 김영창, 2011, “분산형 전원과 신재생에너지,” 『한국에너지기후변화학회 추계학술대회 학술 지』, pp.20-42. 김호용·김재언·김응상·이승재, 1996, “분산형전원의 배전계통 도입전망과 대책,” 『전기학회 지」, 45(10), pp.23-31. 42) 현실적으로는 지자체간 협동조합 방식의 협의체가 상당히 어려울 수 있다. 왜냐하면 국내 에서는 최초의 지자체 협동조합이 실패해 환경부 산하의 ‘수도권 매립지 관리공사’로 전환 된 전례가 있기 때문이다. 43) 본 논문의 정책적 함의와 관련해서는 지방정부가 에너지정책을 주도할 수 있도록 법률에 근거한 권한의 위임, 예산의 배분, 기술적 지원 등이 필요할 수 있다. 특히나 중앙정부와 대립되는 자체적인 에너지 정책을 수립하고 있는 서울시나 경기도의 사례에서처럼 지역에 서의 요구가 늘어나고 있기 때문에, 지방자치 20년을 맞이한 상황에서 에너지분권 또는 에너지자치의 확대가 시급한 실정이다. 이와 관련해서 구체적으로는 최근 들어 논의가 이 루어지고 있는 지역에너지공사의 설립을 중앙정부가 지원하는 것도 한 가지 방안일 수 있 을 것이다.
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