히트펌트에서 수력발전까지 에너지기술의 총집합

8. 스터링(Stirling) 엔진

스터링엔진(Stirling Engine)이란 실린더와 피스톤으로 이루어진 공간 내에 수소나 헬륨 등 작동가스를 밀봉하고 이를 외부에서 가열 냉각시킴으로써 피스톤을 상하로 움직여 기계적에너지를 얻게 되는 외연기관(External Combustion Engine)이다.

실제로는 실린더 내의 작동가스를 가열기, 재생기, 냉각기로 구성된 열교환기를 통해 가열 또는 냉각시킴으로써 그 팽창과 수축에 따라 피스톤이 상하운동을 하게 하여 동력을 얻게 된다.

이것은 가솔린 엔진 등 내연기관에 비하여 열효율이 더 높고 소음과 진동이 적다. 연료로는 석유류 외에 천연가스와 석탄, 신탄 등의 고체연료 또 공장폐열과 태양열 등도 다양하게 이용될 수 있을 것으로 기대되고 있다.

스털링엔진의 역사는 매우 오래되었고 그 원리는 1816년 영국의 목사 스털링이 발명한 것으로 알려졌다. 그러나 이것은 한동안 증기기관과 내연기관의 빠른 발전 때문에 거의 자취를 잃어버렸다.

그러다가 근래에 와서 관련 기술, 특히 내열재료와 씰(Seal)기술의 발전, 그리고 에너지절약과 대체에너지의 중요성이 강조되면서 이 엔진의 개발이 다시 시작되었다.

이것은 엔진으로서 열역학적 이론상 가장 높은 효율을 가지며 또 연소할 때 폭발행정이 없어서 엔진의 진동, 소음이 낮고 또 폐가스의 정화도 유용하며 뿐만 아니라 외연기관이기 때문에 석유, 천연가스를 비롯하여 목질계 연료, 공장폐열, 태양열 등 여러 가지 열원을 이용할 수 있는 특징이 있는데 이 엔진은 공조(Air Conditioning)시설의 동력원과 산업분야의 여러 용도에 쓰일 이동식 동력원 등으로 응용될 것으로 기대되고 미국과 일본에서 연구개발이 진행되고 있어 머지않아 열효율 35% 및 엔진 수명 10년까지 달성될 것으로 보인다.

이 밖에도 주택밀집지역의 열병합발전시스템으로도 유망해 보이고 태양열발전용 및 인공심장의 동력원 등 특수용도까지 매우 광범위하게 이용될 전망이다.

9. 지역난방

일개의 도시 또는 일정한 지역 내의 주거용, 상업용, 공공용 수용가에 집중된 열원시설에서 그들이 필요로 하는 난방, 급탕 및 냉방에 필요한 열을 개별의 열 생산시설(유류, 가스보일러 등)을 갖추지 않고 집중화된 대규모 열 생산시설로부터 경제적으로 생산된 열을 배관망을 통하여 공급하는 방식이다.

지역난방열의 공급은 다음과 같은 과정을 통해서 이루어진다. 열생산시설에서 만들어진 지역난방 열매를 보온이 양호한 배관망을 통해 수용가 열교환기실까지 공급한다.

열교환기실까지 공급된 지역난방 열매는 별도의 수용가용 열교환기를 통하여 수용가 내부 순환 온수에 열을 전달한 뒤 다시 열생산시설로 회수된다. 열교환기실에서 열을 전달받은 수용가 온수는 각 세대 또는 빌딩의 각 층에 공급된다.

10. MVR 시스템

기계적증기재압축시스템(Mechanical Vapor Recompression System)이라 불리는 이 시스템은 제품생산공정에서 발생하는 저온 폐열의 자기증발증기나 간접 열교환에 의한 열 매체 증발증기를 모터 또는 터빈구동방식의 압축기로 흡입, 압축시켜 생산공정의 가열 열원으로 재사용하는 기술이다.

이 시스템은 원래 증발공정의 배출증기를 재압축하는 데서 시작된 것으로 기계적 압축을 위한 전기에너지(전력)와 회수증기(유류)와의 가격대비로 그 경제성이 결정되고 식품 및 석유화학산업의 증발 및 증류공정 등에서 적용 효과가 크다고 하나 응용방식의 다양성과 적용공정에 따른 시스템 제어기술의 난이성으로 일반화된 시스템 개발에는 어려움이 있다.

또한 시스템의 주기기인 압축기의 국내설계 및 제작기술이 아직은 미흡하므로 낮은 효율 및 과다한 초기 투자비가 확대 보급에 문제점으로 지적되고 있는 바, 설계와 제작기술의 확보가 우선으로 선행되어야 할 것이다.

11. MVR을 이용한 해수담수화 기술

해수담수화란 바닷물에 녹아있는 염분을 제거하여 사람이 먹고 사용할 수 있는 담수로 바꾸어 주는 기술로 가장 간편하고 오래된 방법은 바닷물을 끓여 생긴 수증기를 응축시켜 담수를 얻는 방법이다. 이는 1953년 R. Hawkins가 신대륙 항해 시 증발기를 사용하여 해수를 담수화한 것이 그 시초이며 본격적인 해수담수화 시설은 1960년 중동의 쿠웨이트에 설치한 하루 4,000m3 용량의 플랜트였다. 이후 증발법을 포함하여 역삼투막(RO)법, 전기투석법, 냉동법 등 다양한 해수담수화 기술들이 개발됐으나 현재까지 가장 주목받고 있는 기술은 증발법과 역삼투막법이라고 할 수 있다.

그러나 증발법은 단순하고 유지관리가 용이하지만 단위생산 수량당 에너지비용이 너무 비싸다는 단점을 가지고 있으며 역삼투막법은 에너지소비량은 비교적 낮지만 막의 성능 및 수명을 유지하기 위한 주기적인 세척과 필터교환 등 전처리과정이 복잡하여 유지관리가 불편한 단점을 가지고 있다.

이에 따라 한국에너지연구소에서는 기존 증발법의 장점은 그대로 유지하면서 역삼투막 기술과 비슷한 수준의 낮은 에너지소비량을 갖는 증기재압축(MVR)식 해수담수화시스템을 개발하기 위하여 지난 10여 년간 전(前) 과학기술부와 전(前) 산업자원부 지원으로 연구소 내에 설치된 다목적용 MVR Pilot Plant를 이용한 해수담수화시험 운전 결과, 저에너지비용의 새로운 해수담수화 기술의 상용화 가능성을 확인하였다.

MVR 증발법은 기존의 증발방식의 장점을 그대로 유지하면서 보일러의 생증기 대신에 자체발생 증기의 재압축에 필요한 약간의 전력만을 필요로 하므로 아래에서처럼 기존 증발방식들과 비교하면 에너지의 대폭 절감은 물론 추가적인 보일러 시설 및 응축에 필요한 냉각수가 필요없는 기술로 보수유지 및 자동제어가 용이하다.

원래 이 기술은 1, 2차 Oil Shock 시 주로 식품공장의 물엿, 포도당, 과당, 맥즙농축 공정의 에너지절약기술로 도입되었고 근래에는 펄프공장의 흑액농축 및 주정공장의 주정폐액 처리, 도금폐액처리, 음식물쓰레기 탈수여액처리, 농·축산 및 생선가공 배출액처리 등 각종 산업분야의 에너지절약형 환경기술로 그 응용범위가 확대되고 있다. 특히 대형 보일러시설이 필요 없고 자동제어가 용이하며 설치면적이 작아서 섬지역이나 군부대시설, 중소형 단위공장에서 풍력 또는 디젤발전을 이용한 On-Site 용 담수화 또는 공업용수화 분야에 그 응용 잠재력이 매우 높은 기술이다.

최근 한국에너지기술연구소에서는 이와 같이 다양한 응용분야에 적합한 최적 MVR증발시스템을 개발하기 위해 연구소 내에 시간당 증발량 0.4톤 규모의 다목적용 MVR증발 Pilot Plant를 건설하여 각종 수요조건에 대비한 최적설계자료를 확보하고 있으며 1차로 해수담수화 운전을 성공적으로 완료하였다.

12. TVR시스템

열 압축시스템(Thermal Vapor Recompression System)이란 Jet Pump(Ejector)의 여러 기능 중에서 고압의 증기를 구동원으로 하여 저압의 폐증기를 흡입·압축한 후, 압축된 토출 증기를 공정의 가열 열원으로 재사용하는 기능(열압축기: Thermo Compressor)을 이용한 폐열회수 시스템이다.

원래 시스템의 주기기인 Steam Ejector는 고진공도를 요하는 단위조작에 주로 이용하며 시설투자비가 낮고 기기의 설치 및 운전의 용이성으로 석유화학 및 식품 등 각종 산업공장에서 발생하는 저온 폐열을 회수하기 위한 목적으로 그 종류 및 응용범위가 매우 다양하다.

대표적인 응용분야로써는 석유화학, 식품, 제지, 제철, 화력발전 등의 증기순환(페열회수) 및 진공장치로 이용된다.

13. IGCC(석탄가스화 복합 발전)

석탄을 연소하면 일반적으로 산성비를 유발하는 유황산화물(SOx)과 질소산화물(NOx)이 발생하며 석탄회분에 의한 분진 등이 발생하고 있어 미국, 일본, 호주 등 선진국에서는 석탄을 깨끗하게 사용하기 위한 석탄 청정이용기술을 적극적으로 개발하고 있다.

이러한 석탄 청정이용기술 가운데 석탄가스화 복합 발전(Intergrated Gasification Combined)은 재래식 미분탄 방식과 비교하면 환경보전 측면에서 매우 우수한 특성을 지니고 있으며 경제적인 측면에서도 2000년대 초 미분탄 발전소와 경쟁할 수 있을 것으로 예상한다.

이 방식은 석탄을 가스화하여 정제한 후 가스터빈 연료로 사용하여 발전하고 그 배열을 이용하여 증기를 발생시킴으로써 증기터빈을 구동하는 복합발전시스템으로 석탄처리설비, 석탄가스화설비, 가스정제설비(탈황, 탈분진), 복합발전설비 등으로 구성되어 있다.

우리나라에서는 정부의 대체에너지 개발사업으로 출연 연구기관 및 대학에서 이 기술을 개발하고 있으며 미분탄 화력발전보다 공해문제 및 지구 온난화 문제 등 환경 측면에서 유리하기 때문에 발전소 건설에 따른 입지선정 등에 어려움이 적을 것으로 예상된다.

또한 핵심기술의 국산화를 통하여 연관된 첨단기술 분야의 기계, 시스템, 재료, 설계 등과 같은 분야에서 국제 경쟁력을 배양할 수 있고 석탄으로부터 화학 공업원료를 추출하는 기술의 기반확립에 많은 도움을 줄 것으로 보고 있다.

14. CWM(석탄, 물 혼합연료)

석탄슬러리 연료는 Oil과 같은 방법으로 탱크저장, 펌프에 의한 배관수송, 버너에 의한 연소가 가능하도록 제조된 것으로써 석탄(65%)+물(35%)+첨가제(미량)를 분쇄, 혼합 및 안정화 과정을 거쳐 유체상의 연료로 만든 것을 말한다.

이 연료의 특성을 살펴보면 액체연료와 같은 방법으로 저장, 수송, 연소할 수 있으며 선박에 의한 수송 시 부두 하역시설이 크게 간편한 이점이 있다.

또한 석탄의 수송, 저장, 분쇄 시 발생하는 비산분진에 의한 환경공해가 없고 화재의 위험이 없으며 다른 석유대체연료에 비해 비교적 빠른 시기에 실용화할 수 있고 대량의 석유대체와 경제성이 높다.

15. 석탄 액화 기술

석유자원은 지역적으로 상당히 편재되어 있다는 점 때문에 공급 및 가격의 불안정성을 충분히 내포하고 있다. 최근 석유수급이 비교적 원활하여 에너지수급이 원만하지만 중·장기적으로는 원유의 증산이 한계에 이르고 생산량 감소 현상이 일어나게 되므로 세계적으로 액체연료가 부족하리라 예상된다.

석탄 액화 기술의 기본원리는 고체상태인 석탄을 액체연료로 전환하기 위해 고온(430~460℃) 및 고압(약 100~280기압)의 반응조건하에서 수소를 첨가해서 생성물의 수소/탄소 비를 1.5~2.0 정도로 증가시킴으로써 에너지 밀도가 높고 수송 및 보관이 용이한 청정 인조원유를 제조하는 기술을 의미한다.

이 기술은 이미 2차 세계대전 중에 독일에서 자국의 부족한 항공기 및 휘발유 연료를 충당하기 위하여 최초로 개발되었으며 현재는 미국, 일본, 영국, 서독 그리고 캐나다와 같은 선진국을 중심으로 경제성 향상을 위하여 국가적인 차원하에서 반응조건의 완화와 품질개선을 위한 연구가 중점적으로 수행되고 있다.

특히 대표적인 석탄 액화 공정으로 미국은 촉매이단공정인 CTSP(Catalytic Two Stage Process)과 일본의 NEDOL 공정으로써 각기 DOE 및 New-Sunshine 계획의 지원으로 Pilot 규모로 개발되어 연구되고 있으며 주요개발 대상 핵심기술로는 반응효율의 극대화 및 최적화를 위한 고활성 신촉매 개발기술 및 공정 최적화라 할 수 있다.

현재 석탄 액화 기술은 배럴당 35달러 정도가 되지만 핵심기술개발 및 주변기술(고/액 분리효율 상승)을 통해 배럴당 25달러 정도로 낮추기 위한 연구를 수행 중에 있으며 국내는 한국에너지기술연구소에서 1kg/hr 용량의 연속식 액화 시험설비를 통해 반응 및 공정효율 개선연구가 수행되고 있다.

굴뚝과 소음이 없는 발전 ‘연료전지’가 온다 

2018년 글로벌 80억 달러 규모… 대기업·중소기업 등 적극 진출 나서

수소와 산소의 전기화학반응을 통해 연소과정 없이 전기와 열, 물을 생산하는 고효율ㆍ친환경발전설비인 연료전지가 최근 각광을 받고 있다. 

1839년 영국에서 처음 그 원리가 발견됐지만 환경파괴 이슈가 현재처럼 심각하지 않아 화석연료를 사용하던 과거에는 주목을 받지 못했다. 하지만 1990년대 상용화에 성공한 후 저변이 크게 확대되고 있다. 

연료전지 전문업체 관계자는 “석탄 등 화학에너지를 열에너지 → 운동에너지 → 전기에너지로 순차적으로 변환시켜 전기로 만드는 기존 화력발전과 달리, 연료의 화학에너지를 직접 전기에너지로 바꿔주기 때문에 에너지 손실이 적어 발전설비 중 효율이 가장 높다”고 말했다. 연료전지 원리는 ‘물의 전기분해’ 역반응. 물을 전기로 분해하면 수소와 산소가 발생하는데, 역으로 수소와 산소를 반응시켜 전기와 열을 얻는 원리다. 연료공급기(MBOP)가 수소와 산소를 발전기(Stack)에 공급하면, 발전기가 수소와 산소의 전기화학반응을 일으켜 전기와 열, 물을 생성한 뒤 전기를 전력변환기(EBOP)로 보내고, 이후 전력변환기는 생성된 직류전기를 교류전기로 변환해 각 가정 등에 공급한다. 

수소는 LNG나 석유, 메탄올 같은 화석연료로부터 얻고, 산소는 공기 중에서 얻는다. 수소를 얻기 위한 기초 연료가 화석연료지만 전기를 얻고 나오는 부산물이 화력발전에서는 이산화탄소인 반면, 연료전지는 물이어서 친환경 에너지로 분류된다. 이런 점 때문에 연료전지는 1969년 아폴로 11호에 탑재된 후 현재까지 우주선의 전력 및 식수 공급원으로 쓰이고 있다.

연료전지, 전세계 연평균 80% 이상 성장세  

현재 연료전지 시장은 전세계적으로 연평균 80% 이상의 높은 성장세를 보이고 있다. 정부도 2018년까지 글로벌 연료전지 시장규모가 60억달러까지 확대될 것으로 보고, 2009년 1월 향후 대한민국을 이끌 22개 신성장동력 중 연료전지 발전시스템을 선정했다. 2018년까지 전세계시장의 40%를 점유하고, 9대 국가 수출산업으로 키워 2013년 1만명, 2018년에는 6만8,000명의 고용창출효과를 낸다는 계획이다. 그러나 국내 업체들 가운데 세계 유수업체들과 어깨를 견줄 수 있는 곳은 아직 포스코파워뿐이다. 2007년 연료전지 사업 시작 이후 현재까지 서울, 부산, 대구 등 국내 16개 지역에 총 40MW 규모의 연료전지를 설치해 가동 중이다. 이는 연간 동탄신도시 규모의 5만 가구가 사용하는 전기와 1만7,000 가구가 사용할 수 있는 열을 생산하는 규모다. 특히 지난달에는 핵심설비인 발전기 제조공장을 준공해 연산 100MW 규모의 연료전지를 자체 생산할 수 있는 체제를 갖췄다. 

포스코파워는 이를 바탕으로 2013년까지 경기 화성 발안산업단지에 세계 최대 규모인 총 60MW 규모의 연료전지 발전소를 설치하기 위한 MOU도 다음달 7일 경기도 등과 체결하기도 했다. 전력거래소에 따르면 지난달 기준 국내 건설된 발전용 연료전지 규모는 39.25MW로 이 중 포스코파워가 31.65MW를 설치했다.

그러나 포스코파워가 독점한 발전용 연료전지 시장에 다른 국내기업들도 적극 뛰어들고 있어 경쟁체제가 조성될 조짐을 보이고 있다. 두산중공업은 국책과제와 자체개발을 통해 현재 포스코파워가 독점하고 있는 용융탄산염형 연료전지(MCFC·Molten Carbonate Fuel Cell) 분야에 도전장을 내밀었다. 300kW급을 상용화하고 향후 용량을 다양화한다는 전략이다.

특히 아직 상용화되지 않았으나 MCFC에 이은 차세대 연료전지로 인식되는 고체산화물형 연료전지(SOFC·Solid Oxide Fuel Cell)에는 현재 포스코파워와 삼성SDI 등이 연구를 진행하고 있다.

연료전지차 시장 10년 후 100만대 전망

연료전지 시장이 확대되면서 연료전지자동차에 대한 수요도 지속적으로 증가할 전망이다. 전문조사기관인 파이크리서치는 ‘연료전지자동차’라는 보고서에 따르면 전기자동차의 연속선상에 있는 연료전지자동차가 전세계 승용차와 버스운송 시장에서 점점 큰 점유율을 차지할 것이라고 밝혔다. 

보고서는 전기자동차와 달리 주행거리나 충전 횟수 제한같은 부문을 신경쓰지 않아도 탄소배출 제로의 효과를 볼 수 있다는 점을 연료전지자동차의 장점으로 꼽았다. 특히 여객 자동차 시장에서 연료전지방식이 각광을 받으며 2015년 상용화를 위한 본격적인 시장움직임이 일 것으로 예상했다. 

보고서는 2010년부터 본격적인 상용화 이전 기간인 2014년까지 약 1만대, 2015년까지 57,000대의 연료전지 자동차가 배치되고 이후부터 매년 39만대의 시장성장이 있을 것으로 예측했다. 

한편 3세대 태양전지로 일컬어지는 연료감응형 태양전지 관련 시장이 오는 2013년께 본격 열릴 것이라는 분석 결과가 나왔다. 전문조사기관 솔라앤에너지 최근 `염료감응형 태양전지의 기술 동향과 시장전망(2008~2015)'이라는 보고서에서 올해 초까지는 소형 염료감응형 태양전지가 시장의 대부분을 차지할 것으로 예상되나, 내년 이후로 삼성SDI, 동진쎄미켐, 티모와 같은 한국 업체와 코러스, 샤프, DNP, 3G 솔라등과 같은 해외 업체들의 제품이 출하되면서 오는 2013년경에는 본격적인 상업화가 이뤄질 것으로 전망했다.

또한 보고서는 염료감응형 태양전지의 응용제품으로는 현재 건물 일체형 태양전지(BIPV)가 가장 유력해 시장의 50% 이상을 차지할 것으로 보인다고 설명했다. 아울러 현재 주요 시장을 형성하고 있는 포터블 전자 기기용 충전기 시장도 20% 내외로 발전할 것으로 보인다고 덧붙였다. 염료감응형 태양전지는 기존의 실리콘 태양전지에는 못 미치지만 향후 10~11% 정도의 상용화 효율을 가지며 저가의 제조설비 및 공정기술로 인해 발전단가를 1/3~1/5 수준으로 낮출 수 있고, 유연한 기판에 투명한 태양전지로 응용 가능한 장점 등으로 전세계적으로 집중적인 연구가 행해지고 있다.

한편 대지진으로 원전폭발사고를 겪은 일본에선 원전대신 지열발전을 확대하고 있다. 일본은 전 세계 화산 활동의 10%를 차지하며 온천도 많아 지열에너지를 더 개발할 수 있는 환경을 갖추고 있기 때문이다. 

하지만 활용사례는 미미한 형편이다. 현재 일본에는 18개의 지열발전소가 있고 전체 전력 생산량에서 차지하는 비율이 0.3%에 불과하다. 미국 정책연구소에 따르면 일본이 지열발전을 확대하면 전력공급량을 현재 535MW에서 8만MW까지 늘릴 수 있다. 하지만 지열보급이 쉽지 않은 것은 온천 관광업자들의 반대와 높은 설치비가 걸림돌로 작용하고 있기 때문이다. 

미국은 지열에너지 생산에서 세계 1위의 자리를 지키고 있다. 현재 발전용량은 3,102MW이며 15개주에서 146개 지열발전 프로젝트를 개발중에 있으며 몇 년 안에 지열에너지 생산이 약 3배 정도 증가할 것이라고 미지열에너지협회는 전망한다. 

태양열 47% 지열로 보유 경제성과 효율성 갖춘 청정 에너지

지열에너지는 물, 지하수 및 지하의 열 등의 온도차를 이용하여 냉ㆍ난방에 활용하는 기술이다. 

태양열의 약 47%가 지표면을 통해 지하에 저장되며, 이렇게 태양열을 흡수한 땅속의 온도는 지형에 따라 다르지만 지표면 가까운 땅속의 온도는 개략 10℃〜20℃정도 유지해 열펌프를 이용하는 냉난방시스템에 이용할 수 있다. 우리나라 일부지역의 심부(지중 1~2 km) 지중온도는 80℃ 정도로서 직접 냉난방에 이용 가능하다. 지열을 회수하는 파이프(열교환기) 회로 구성에 따라 폐회로(Closed Loop)와 개방회로(Open Loop)로 구분된다. 일반적으로 적용되는 폐회로는 파이프가 밀폐형으로 구성되어 있는데, 파이프 내에는 지열을 회수(열교환)하기위한 열매가 순환되며, 파이프의 재질은 고밀도 폴리에틸렌이 사용된다. 폐회로시스템(폐쇄형)은 루프의 형태에 따라 수직, 수평루프시스템으로 구분되는데 수직으로 100〜150m, 수평으로는 1.2〜1.8m정도 깊이로 묻히게 되며 상대적으로 냉난방부하가 적은 곳에 쓰인다. 

개방회로는 수원지, 호수, 강, 우물 등에서 공급받은 물을 운반하는 파이프가 개방되어 있는것으로 풍부한 수원지가 있는 곳에서 적용이 가능하다. 

폐회로가 파이프내의 열매(물 또는 부동액)와 지열이 열교환 되는데 반해 개방회로는 파이프 내에서 직접 지열이 회수되므로 열전달 효과가 높고 설치비용이 저렴한 장점이 있으나 폐회로에 비해 운전 유지보수 주의가 필요하다. 

최초 지열시스템 스위스에서 개발

1912년 스위스의 Heinrich Zoelly가 처음 특허를 출원하면서 ‘지열원 열펌프시스템’으로 소개됐다. 1976년 미국 오클라호마주립대학에서 파이프를 지중에 매설하는 지중열교환기를 개발하여 실용화 기반을 마련했다. 1996년 오클라호마 주립대학에서 슬린키(Slinky) 방식의 지중 열교환기를 개발하여 건물 냉난방에 적용됐다. 

1997년 스위스에서는 말뚝형 지중 열교환기를 개발하여 스위스공항에 시범 적용됐다. 일본은 지열 열펌프 시스템의 초지 투자비를 절감시킬 수 있는 분야와 도로 제설(Snow Melting) 분야에 많은 투자를 하고 있다. 

미국 IGSHPA나 ASHRAE는 지열 열펌프 시스템에 대한 실제 적용성 검증 후, 매년 고성능, 다기능의 지열 열펌프 및 지중 열교환기 설치 방법 개발하고 있다.   

현재, 세계적으로 자국의 지중 및 기후조건에 적합한 지열이용시스템을 개발하여 보급하는데많은 투자를 하고 있으며, 특히 냉각탑이나 태양열 집열기 등을 지열 시스템과 혼용하여 중대규모 건물에 적용하는 복합(hybrid) 시스템 개발에 주력하고 있다.  

전 세계적으로 다양한 분야에서 지열 에너지를 활용하고 있다. 2005년도를 기준으로 지열에너지 이용 시설의 용량은 28,269 MWt이며, 연간 273,372 TJ(75,943 GWh)을 이용하고 있다.  2000년 대비 용량은 두 배 증가, 이용량은 43%(연간 7.5%) 증가하고 있다.  

가장 큰 부분을 차지하고 있는 분야가 지열원열펌프시스템을 이용한 건물 냉난방시스템이다. 지열원열펌프시스템이 전세계 지열 에너지 이용량(시설용량 및 이용량) 증가에 주도적 역할을 하고 있다. 

2005년 기준, 지열 에너지 이용 시설용량 중 54.4%(15,384 MWt), 지열 에너지 이용량 중 32% (87,503 TJ/year)가 지열 열펌프 시스템이 차지했다. 설치 건수는 2000년 대비 약 3배 증가했다.  일부 지역에 대한 지중온도 측정 결과 연중 13~15℃의 일정온도를 유지하고 있어, 지열 열펌프 시스템의 열원으로 우수하다.   

일본, 싱가폴, 프랑스, 독일 등은 폐기물 소각율이 높아 고도의 소각기술을 보유하고 있다.  미국 등에서도 폐기물 종류에 따라 기술이 상용화되고 있다.  

우리나라, 기후조건상 지열에너지 보급에 양호 

우리나라의 기후조건에서는 최소 0.3 이상의 가동률(연간 2,000~ 3,000시간 운용가능)을 보이기 때문에 매우 양호한 보급 환경을 갖추고 있다.   

해마다 연구개발에 대한 투자가 증가하고 있으며, 주로 기초 연구와 실증 연구에 집중하고 있다. 중대형 소각시스템이 상용화 된 상태다.  

국내의 지열 열펌프 시스템 보급은 10여개 업체가 주로 외국과 기술을 제휴를 맺고 열펌프를 수입하여 시공·보급하고 있는 단계이다. 

2005년까지 에너지관리공단에 신재생에너지 전문기업으로 등록된 전체 60여개 업체 중, 지열 관련 업체는 약 24개 업체로 40% 점유하고 있다. 2003년 이후 지열 열펌프시스템 보급 증가와 함께 관련 업체도 양적으로 증가하고 있다. 24개의 업체 중, 지열 시스템만 시공하는 업체는 12개이다. 지열관련 24개 업체 중 2004년도 매출실적을 신고한 업체는 10여개로 이들 업체의 종사인원은 총 130여명이다. (업체당 평균 11명), 매출은 약 175억원(업체당 평균 15억원) 정도이다.   

대규모 실용화 단계에 진입하기 위해, 초기 투자비 절감기술 개발과 지열 자원에 대한 체계적 정보망 구축 필요하다. 외국의 장비와 설계공법 등을 적용하는 경우가 많고, 국내의 지질 및 기후조건, 시공조건등을 고려한 신뢰성 및 공사비 검토 필요하다.   

열펌프 유닛인 경우 외국제품(미국)을 수입하여 시공하고 있는 수준이다. 대표적인 유닉제품 제조업체들은 ClimateMaster, Econar, Florida Heat Pump, Trane,  WaterFurnace 등이다. 

현재 일부 국내업체에서 열펌프 유닛을 제작하고 있으나, 신뢰성을 확보하지 못하고 있으며, 국산 장비 및 재료에 대한 성능 검증이 필요하다. 2005년도에 수직형 지열 열펌프 시스템 시공기준(안) 마련했다.  

열펌프 유닛, 지중 열교환기, 전체 시스템에 대한 인증제도 구축 중이다. 일부 업체에서 시공하고 있는 지하수 이용 시스템에 대하여 지하 환경영향 평가 필요하다.  

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