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.  

‘그린 홈’ 100만 가구 사업에 지열에너지 적극 지원

신재생에너지 가운데 태양광과 풍력 다음으로 시장성을 높이 평가받고 있는 에너지가지열이다. 국토가 좁고 부존자원이 빈약한 우리나라의 실정에 맞는 에너지 기술로 지열에너지에 대한 적극적인활용이 필요하다는 분석이 나오면서 정책과 지원이 본격화해야 한다는 지적이 나왔다. 

산은기술평가원은 최근 ‘녹색성장동력 IV 지열에너지’보고서에서 21세기 변화하는 산업 패러다임 속에서 신재생에너지로 대표되는 녹색산업의 경쟁력이 기업의 생존과 국가의 위상을 결정하는 필수요건이 되고 있다고 밝혔다. 

보고서에 따르면 지열에너지(Geothermal Energy)는 풍력이나 태양광과 달리 기상변화에 관계없이 24시간 일정하게 운전될 뿐만 아니라 소요면적이 가장 작은 재생에너지로 주목받고 있다. 

이에 정부는 신재생에너지 주택(Green Home) 100만 호 보급 사업의 일환으로 일반주택 및 공동주택에 지열에너지 시스템인 수직밀폐형으로 설치시할 때 설치비 일부를 무상으로 지원하고 있다. 지원규모는 호당 17.5kW 이하(5RT 이하)이며, 지원비율은 최대 50%이다. 현재 국내 지열에너지 지원과 투자현황을 보면 시설원예에 대한 지원이 늘어 지난해 33개 농가에 160억원이 지원되고, 제2롯데월드를 비롯해 1,000RT 이상의 대형화가 진행되고 있다. 행정중심 복합도시 정부청사는 1,300RT, 서울시 신청사는 1,100RT, 국립생태원은 1,200RT 등이 추진되고 있다.

심부지열 에너지 개발도 지속해야 

한편 학계에선 심부지열 에너지 개발의 필요성을 주장하고 있다. 서울대 에너지시스템공학관계자는 “심부지열 에너지 개발의 필요하다”고 밝혔다.  

이 관계자에 따르면 프랑스 슐츠 지열발전소는 유럽 연합의 주도로 1987년 이래 실시한 장기적인 연구개발의 결정체로 지하 5km 이상 시추된 3개의 시추공을 중심으로 다양한 현지실험이 실실해 폐기물 지하 처분장 등과 관련분야에서 인용돼 큰 파급효과를 낳고 있다고 밝혔다. 

또한 프랑스의 수도 파리의 인근 지역은 약 25만명의 인구가 약 2km 심도의 34개의 시추공에서 생산된 지열로 난방을 하고 있으며 전력설비로 환산하면 이는 200MW가 넘는 규모이다. 

이처럼 심부지열을 이용해 난방을 하고 발전을 하는 것은 더 이상 꿈이 아니라 현실이 되고 있으며 국제에너지기구는 2050년까지 지열발전에 의하여 전 세계 전력량의 3.5%에 해당하는 총 200GW급의 전력을 생산해 이중 50% 이상이 비화산지대의 지열발전에 의해 공급 가능할 것으로 전망하고 있다. 

우리나라의 경우도 2010년 12월부터 지식경제부의 지원으로 심부지열발전 사업이 5년 예정으로 시작돼 포항지역에서 2개의 심부시추를 실시해 지열발전소를 건설할 예정이다. 

5km 당 100억원대에 이르는 막대한 시추 비용, 심부암반에서의 인공저류층 생성가능여부에 대한 불확실성, 지열에너지개발에 따른 주민수용성 등은 국내 최초의 지열발전소 건설의 장애요인으로 꼽힌다. 

특히 국내에 존재하는 자원개발 경험이 부족하다 보니 심부암반에 대한 정보가 부족해 외국의 많은 사례에서처럼 자원개발 시 사용된 수백개의 시추공에서 획득한 직간접적인 정보를 활용하기 힘들다는 점에서 초기투자의 불확실성이 상대적으로 높다고 할 수 있다. 

하지만 우리나라도 지난 9월 개최된 국제에너지기구 산하 지열에너지 실행위원회에서 한국지질자원연구원 송윤호 박사가 부위원장으로 피선이 되는 등 국제학계에서는 꾸준히 학술활동을 펼쳐 본격적인 지열에너지 사업을 실시할 수 있는 인적 역량을 갖춰 가고 있다.

총 475억원이 소요되는 국내최초의 지열발전소사업에서 심부지열에너지 개발은 지표에서 이뤄지는 실험이나 지질조사로는 한계가 있으며 반드시 지하심부로 접근해 실증을 실시해야 한다. 그런 면에서 이번 시도를 통해 얻어질 국내 과학기술계의 경험은 금액으로 환산할 수 없는 소중한 것이며, 외국 학계에서도 아시아 최대의 비화산지대 지열발전소 건설 사업에 비상한 관심을 이미 표하고 있다. 

미국, 지열에 3,800만달러 투자 계획 발표  

미국이 지열에 대한 대규모 투자계획을 발표했다. 최근 미국 에너지부(DOE)는 차세대 지열 기술과 가격 경쟁력 확보에 3,800만달러를 투자할 계획이다. 

지열에너지 분야에서는 앞으로 3년간 14개 주에서 32개의 프로젝트를 통해 지열자원 탐사와 특성분석, 굴착, 열저장기법 등을 연구함으로써 지열에너지의 활용을 높이고 자국의 화석연료 의존도를낮출 계획이다. 

프로젝트는 전국의 각 대학 연구시설에서 진행되며 차세대 지열에너지 개발과 현장검증, 실증테스트 등을 거쳐 채택된 프로젝트는 에너지부와 보증기금의 지원을 받게 된다. 

국내 신재생에너지 공공부문 의무사용 제도로 본격화

‘잠실 제2롯데월드, 서울시 신청사, 행복도시 정부청사, 경북 신청사’

이들의 공통점은 모두 대형 지열 설비 설치공사가 진행되고 있다는 것이다. 제2롯데월드의 설치규모는 3,000RT(냉동톤). 민간공사임에도 불구하고 100억원 이상을 투자해 아시아 최대 규모로 진행 중이다. 서울시 신청사는 1,100RT, 행복도시 정부청사 2단계 1·2구역은 2,500RT, 경북도청 신청사는 2,000RT 등 모두 대형 지열 냉·난방설비가 도입되고 있다.

이처럼 대형 지열프로젝트가 하나둘 모습을 드러내면서 지열에너지 산업에 대한 시장이 본격화하고 있는 모습니다. 하지만 일각에선 지열에너지가 더 성장하기 위해선 일반 주택이나 상업용 시설로 확대돼야 한다고 지적한다. 현재 국내 지열산업은 공공의무화사업, 시설원예 지열난방 보급사업, 그린홈 100만호 사업 등 국책사업 위주로 진행되고 있다. 한국지열협회 관계자는 “우리나라에서는 1년에 1,000세대에 지열이 보급되고 있다”면서 “선진국과 함께 가기 위해선 보다 많은 투자와 사업이 진행돼야 한다”고 말했다. 

신재생에너지 공고의무화제도 이후 급성장세 

우리나라는 2004년 ‘공공의무화제도’가 도입된 후 지열 시장이 급속한 성장세를 보이고 있다. 최근에는 지열전문기업만 2,200개를 넘어서고 관련 공무원들의 지열에 대한 관심도 확대되고 있다.  

하지만 여전히 답보상태다. 다른 재생에너지의 경우 설비의 규모가 커 큰 부지의 땅이 필요하다. 지열도 많은 부지가 필요하지만 땅속에 묻히기 때문에 눈에 띄지 않는다. 정부도 설치 후 눈으로 확인하고 홍보 

효과도 누릴 수 있는 다른 재생에너지를 선호하는 게 아니냐는 지적이다. 

또 다른 이유로는 중소기업 위주의 시스템을 들 수 있다. 지열은 태양광, 풍력 등과 달리 제품위주가 아닌 공사위주의 시스템이다. 

특히 태양광의 경우 반도체와 연관된 사업이므로 대기업이 아니고선 손을 댈 수조차 없다. 반면 지열의 경우 토공사, 배관공사, 기계설치공사 등이 연계돼 하나의 큰 틀을 이룬다. 중소기업이 하기에 적합한 특성을 갖고 있는 것이다.

업계 관계자는 “토공사, 배관공사, 기계설치공사 등은 우리나라가 세계적인 수준에 있는 기술들이므로 오히려 유리한 위치”라면서 “공사위주의 시스템이므로 고용창출의 효과도 매우 높을 것”이라고 말했다.

그는 “미국이나 유럽에서는 지열을 주로 난방에 이용해 왔지만 우리나라는 난방은 물론 냉방도 사용하는 기후적 특성을 갖고 있으므로 난방만 하는 나라보다 효율을 월등히 높일 수 있다”면서 “에너지의 97%를 수입에 의존하는 우리나라에서 수입대체, 환경개선, 고용창출을 동시에 이룰 수 있는 지열산업의 육성이 절실하다”고 강조했다. 

현대건설, 지열 이용한 에너지 절감 기술 개발  

현대건설이 국내 건설사 가운데 앞서 지열에너지 시장에 본격 참여했다. 특히 친환경 그린도시를 신성장사업으로 육성한다는 목표를 세워 앞서 가고 있다. 

현대건설은 단순한 건축물을 넘어 지구라는 삶의 터전에 보다 안전하고 친화적인 ‘환경친화적인 생활공간’을 만들어 환경과의 조화를 이루겠다는 뜻에서 이를 실현하는 핵심 기술 중 하나는 ‘하이브리드 지열 냉난방시스템’을 내세우고 있다. 

건축물의 냉·난방을 위해 건물 저수조의 열(熱)과 지열을 이용해 에너지를 절감하는 기술이다. 이밖에 조류·파력 복합발전 시스템과 차세대 석탄가스화, 건물의 에너지소비량 분석 기술 등의 개발에도 한창이다.

경기도 김포시에 들어선 ‘김포고촌 힐스테이트’ 아파트의 자연 채광 주차장 진입로의 지붕을 반투명 아크릴로 제작해 전기값을 아끼는 동시에 지하 주차장에도 햇빛이 환하게 들어오도록 했다. 

지열에너지 보급 1위국, 스웨덴 

지열에너지 관련 사업은 해외 여러나라서 적극 추진되고 있다. 지열에너지 관련 전 세계 지열보급 1위인 스웨덴(인구 700만명)이다. 이 나라는 매년 4만가구에 가정용 지열설비가 설치되고 있다. 800만명 인구의 스위스는 매년 1만가구에 보급되고 있다. 이들 국가는 장기적으로 신축건물에 모두 신재생에너지를 적용할 계획이다.

미국에서는 매년 15만대의 가정용 지열히트펌프가 설치되고 있다. 용량을평균 3RT(10.5kw)로 가정할 경우 매년 157만5,000kW의 열원을 지열이 공급하고 있다. 지열의 평균 COP(성능계수)를 3.0으로 가정할 경우 시간당 100만kW의 에너지를 지열에서 얻는 셈이다. 또 1년에 3,000개 정도의 학교를 신축 또는 개보수하고 있는데 이들 학교의 90%정도에 지열이 도입되고 있다. 

평균적인 열원설비 용량은 200RT다. 이는 189만kW의 지열설비가 매년 보급되는 것으로 여기서도 시간당 120만kW의 에너지를 지열에서 얻게 된다. 가정용, 학교와 더불어 공공·상업용 시설에 지열설비를 도입할 경우 매년 시간당 300kW의 에너지를 지열에서 얻고 있다. 이는 100만kW급 발전소 3기의 출력에 해당하는 양이다.

2015년까지 지열에너지 시장이 2~3배 성장할 것으로 전망되는 가운데 세계 최대 지열 생산국인 미국이 기술개발과 전문가 양성에 힘을 쏟아야 한다는 지적이 나왔다. 

지열 기업 최고경영자들이 지열에너지협회 투자 포럼에서 “미국이 국제 지열 시장에서 리더십을 펼칠 기회를 갖고 있음에도 세계적인 기술 이용 확대보다 자국내 사업에 집중함으로써 호기를 놓칠 수 있다”고 경고했다. 

칼 가웰 지열협회 이사는 미국내에서 현재 20억~30억달러가 188개 지열 사업에 투자되고 있고 2013년까지 70억달러가 추가로 투입될 것이라고도 밝혔다. 투자확대는 미국 지열기술 발전을 의미한다고 덧붙였다. 

전력 100%를 청정에너지를 이용해 생산하는 아일랜드와 지열 생산량 부문 세계 최고인 미국은 지열 산업 발전에서 큰 이득을 취할 수 있는 입장에 서 있다고 전문가들은 보고 있다. 

양국은 수십억달러의 가치를 지닌 기술과 장비, 상담 서비스를 다른 국가에제공해 세계 지열 생산량을 높일 수 있다고 판단하고 있다. 

올라푸르 라그나 그림손 아이슬란드 대통령은 “기술적 노하우를 지닌 지열 전문가들과 엔지니어링 기업들 사이에서 경주가 시작됐다”며 “세계 청정 에너지를 확대하기 위해서는 미국이 리더십을 유지하고 경주에 앞장 서는 것이 중요하다”고 말했다.

세계 선진국, 2015년 지열 발전 2배 증가 예상    

미국은 5년 내에 자국내 지열 이용이 2~3배 증가할 것으로 전망하고 있다. 그러나 이번 포럼에 모인 경영인들은 진짜 기회는 세계 지열 시장을 선점하는데 있다고 주장했다. 

이를 위해 미국은 다른 국가와의 협력과 전문가 양성에 관심을 기울여야 한다고 강조했다. 

아이슬란드 은행의 아니 매그너슨 지속가능 에너지 팀장은 “미국에서 청정에너지 기회에 대한 많은 논의가 이뤄지고 있으나 세계적으로 보면 청정 에너지 기회는 충분하지 않다”며 “미국의 지열 경쟁력을 세계로 퍼뜨릴 필요가 있다”고 말했다. 

지열발전 사업은 일반적으로 우물을 깊게 파고 뜨거운 물을 지면으로 퍼 올려 전기를 생산하는 것으로 이뤄져 있다. 가정 난방과 비닐 하우스에서도 많이 이용되고 있다. 

미국은 지열로 3,100MW를 생산해 지열 발전 부문에서 세계 1위다. 뒤이어 필리핀이 1,970MW, 인도네시아가 1,198MW, 멕시코 958MW 순이다. 

세계 지열 의회(The World Geothermal Congress)는 전 세계적으로 지열 용량이 1만700MW에 달할 것으로 추산했다. 현재 24개국이 지열을 이용하고 있으며 11개국은 개발 중이다. 

지열 전문가들은 현재 진행 중인 사업을 통해 세계 지열 용량이 2015년까지 두 배 이상 늘어날 것으로 추산했으며, 큰 사업 기회가 열릴 것으로 내다봤다.

일본 기업이 지열(地熱) 발전에 본격적으로 참여한다. 종합상사인 마루베니(丸紅)는 2013년도를 목표로 도호쿠(東北)와 홋카이도(北海道)에 지열 발전소를 건설하기로 했다.

마루베니는 지열 발전 전담 조직을 두고 도호쿠와 홋카이도에 1〜2개소의 발전소를 건설하기로 했으며, 후보지 선정작업에 착수했다. 사업비는 1개소당 100억엔(약 1천500억원) 규모이며, 엔지니어링회사와 국내외의 금융기관에 출자를 요청하고 있다.

마루베니 외에 국제석유개발과 JFE엔지니어링 등도 지열 발전 참여를 검토하고 있다. 이들 업체는 재생가능에너지로 발전한 전력을 전량 발전회사가 매입하는 제도가 내년에 시작되는데다, 지열 개발과 관련한 규제 완화도 이뤄지고 있어 채산성이 있다고 보고 지열 발전을 서두르고 있다. 

지열 발전은 기상 조건에 좌우되는 태양광이나 풍력 발전에 비해 출력이 안정적인 것으로 알려지고 있다.지열의 발전 비용은 1kW당 20엔 전후로 태양광 발전(40엔 전후)에 비해 저렴하고 화력발전(10엔)과의 차이가 크지않다.

일본 국내에서 상용 지열 발전소는 1999년 도쿄전력이 출력 3천300kW의 소규모로 처음 건설한 이후 채산성 때문에 추가로 건설되지않고 있다. 화산이 많은 일본은 원자력발전소 20기분에 해당하는 2천만kW 이상의 지열 발전 잠재력이 있지만 현재 활용되고 있는 것은 약 50만kW에 불과하다

이에 비해 우리나라는 100만 호 보급사업을 통해 1년에 10만 호, 그 가운데 지열은 1,000가구에 보급되는 정도에 그치고 있다. 우리나라 인구의 7분의 1에 불과한 나라에서 40배 이상의 지열 설비가 설치되고 있는 것. 인구와 가구를 따져보면 스웨덴의 지열시장은 우리나라의 280배다.

업계 한 관계자는 “우리나라 전체 가구수인 1,500만 가구를 모두 지열설비로 바꿀 경우 매년 1,000가구씩 설치하게 되면 1만5,000년이 걸린다는 공식이 성립된다”고 말했다.

글로벌 지열에너지 시장 2013년 3천억달러 전망

지열이 신재생에너지 시장에서 태양광 다음으로 효율적인 에너지원으로 각광받고 있다. 

한국에너지관리공단에 따르면 신재생에너지설비 인증제품의 지열분야 시장수요가 꾸준히 증가한 것으로 나타났다. 

지난해 공단이 신재생에너지 설비 인증을 받은 제품의 판매실적을 분석한 결과를 보면 지열이 태양광 다음으로 큰 비중을 차지했다. 태양광 77.6%에 비해 지열 비중(9.1%)은 크게 차이 나지만 공공기관 설치 의무화와 그린홈 100만 호 보급사업, 그리고 최근의 일본 원전폭발 사태에 따른 세계 각국의 원전축소와 재생에너지 확대 계획에 따라 기술개발 및 보급확대가 가속화하고 있다.

지열에너지는 과거에는 높은 지온경사가 보장되는 미국 서부, 필리핀, 일본 등 화산지대나라의 전유물로 인식이 됐으나 최근에는 한국처럼 비화산지대에서도 지열을 적극적으로 이용하려는 움직임이 활발하다. 

특히 원예시설이나 축사에 지열히트 펌프 냉난방 시스템을 설치할 때 정부가 지원하고 있어 겨울철 난방비를 75%까지 줄이는 등 관심을 받고 있다. 그러나 보조비율이 80%여도 설치비가 고가여서 포기하는 사례도 있어 융자제도 등 보완책이 필요한 것으로 지적되고 있다. 

농가 지열냉난방시스템 경유 대비 70% 에너지절약

2004년부터 공공기관의 신재생에너지 설비 설치 의무화로 인해 건물에 지열을 이용한 냉난방시설을 도입이 늘어나고 있다. 이는 경제적으로도 기존 에너지비용을 60~70%까지 절감할 수 있고 환경적으로도 유해물질을 배출하지 않아 지열은 최소공간에 최대효과를 내는 그린에너지로 인식이 확산되고 있다. 

정부는 그린홈 100만 호 보급사업 등 신재생에너지 주택보급을 적극 추진하기 위해 지난 2009년 5월부터 지열냉난방 전기요금 누진제를 폐지하고 지자체와 함께 시설원예 농가에 설치 보조금을 지급하고 보급 확대에 노력하고 있다.  

용인시는 시설원예를 운영하는 농가 33곳에 9억8,000만원을 들여 에너지절감시설을 지원했다. 특히 지열냉난방시스템은 지난해 시가 시범적으로 농가 한 곳에 설치한 결과 에너지절감 효과가입증돼 올해 보급농가를 10곳으로 늘렸다. 시는 농가 에너지절감시설의 효과를 경유 사용시에 대비해 분석한 결과 지열냉난방 시스템은 경유대비 70%의 효과가 있다고 밝혔다.  

국내 도시 가운데 녹지비율이 가장 높은 그린시티로 건설되는 세종시는 태양열, 태양광, 지 열 등을 도입, 2020년까지 전체 에너지 소비량의 15%를 공급할 계획이다. 

겨울철 눈 녹이는 데에도 톡톡한 효과를 보고 있다. 터널과 공동주택 등지에선 지열을 눈 녹이는 데에 유용하게 사용하고 있다. 스프링 파이프를 땅 표면 바로 밑에 깔아 도로표면에 쌓인 눈을 녹이고 있다. 

제주도. 포항 등 지열발전소 건립 및 개발 추진 

국내는 제주도에 지열발전소 건립을 추진중에 있다. 현재 한국동서발전과 지열개발 전문기술업체인 이노지오테크놀로지, 그리고 친환경 건설업체인 휴스콘 건설이 2015년까지 5MW 규모의 지열발전소 건립을 추진중이다. 제주도청은 올해부터 본격적인 건립에 들어갈 것이라고 밝혔다.  

제주도가 지열발전소에 관심을 갖게 된 것은 제주 혁신도시의 주요 전력 공급원으로 삼을 수 있기 때문. 제주도는 ‘탄소없는 섬’ 정책에 따라 태양광과 풍력 등 신재생에너지를 적극 개발하고 있다. 그러나 태양광과 풍력은 낮과 밤에 따라, 날씨에 따라 발전량이 달라진다. 따라서 혁신도시에 안정적인 전력을 공급하려면 24시간 일정량의 발전이 가능한 지열발전소가 필요하다는 것이다. 

휴스콘 건설은 초기 자금은 국내에서, 중장기 자금은 해외에서 조달한다는 계획이다. 제주도는 이를 계기로 2020년까지 20MW 규모의 지열발전 능력을 갖춰 안정적인 전력을 확보할 예정이다. 그렇게 되면 제주도는 더 전력공급이 원활해지고 싼 가격에 전력공급이 가능해질 전망이다. 

최근에는 포항시가 흥해 성곡리에 지열발전소를 건립하는 MOU를 체결했다. 포항시는 자원에너지탐사개발 전문업체인 넥스지오와 총사업비 500억원(국비 200억, 민자 300억) 규모의 지열발전소 건립을 위한 MOU를 체결했다. 포항시 북구 흥해읍 성곡리 일대에 건립될 지열발전소는 1.5MW급으로, 1,000여 가구가 동시에 사용할 수 있는 용량이다. 이 사업은 2013년까지 1단계 공사로 지하 3km에서 섭씨 100도 이상의 열원을 확보한다는 방침이다. 또한 2단계에서는 지하5km 내외의 심부 시추를 통해 물을 끌어올려 전기터빈을 돌리는 방식의 심부 지열발전소로서 2015년 준공되며 이후 최대 20MW까지 발전량을 확대할 계획이다. 

해외, 일본.미국 등 지열발전 연구 활발 

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.  

지열에너지 제도정비 및 지원정책 보강돼야 

지열에너지가 새로운 에너지원으로 장점이 부각되고 있지만 아직 보급 초기단계여서 제도정비 등 넘어야 할 산이 많다. 정부지원책이 보강되면서 업체가 늘고 있지만 특별히 규모나 기술력을 갖춘 기업은 나타나지 않고 있다. 게다가 흡사 초기 태양열 시장과 비슷한 양상을 띄어 업계 내부에서 경계의 목소리도 높아지고 있다.

한 기관 관계자는 “시공업체가 없어져서 A/S 받을 길이 막막하다는 전화를 가끔 받는다”며 “한 번 설치하면 최하 20년, 길게는 50년까지 사용해야 하기 때문에 기술력이 입증된 곳에 맡겨야 한다”고 강조했다. 

하지만 딱히 기술력이 입증됐다고 할 수 있는 기업이 아직 없다는 게 문제다. 

경쟁입찰 방식으로 사업이 추진되는 것도 부실시공의 원인이 되고 있다. 저가 입찰방식에 하도급으로 공사를 진행하는 체계여서 능력이 검증되지 않는 업체가 선정될 수 있기 때문이다. 또한 설계와 시공 수주를 따로 추진하다보니 중간 비용이 많이 소요된다. 이에 따라 입찰방식으로 무능력한 업체를 선정해 에너지효율성이 떨어지면 예산낭비만 하는 꼴이 된다는 지적이 제기되고 있다. 

고유가로 인해 지열 설치가 활발한 농가의 경우 경쟁입찰 방식에선 어떤 의견도 낼 수 없고 잘못될 경우엔 모든 부담을 떠안아야 한다. 

이에 기존 설치농가에선 기술제한 입찰방식으로 전환할 것을 주장하고 있다. 수주를 희망하는 업체가 지열히트 방식, 비용, 효율성 등을 제안하는 방식이다. 설계와 시공이 가능한 업체를 대상으로 동시 수주를 하면 비용절감 효과도 얻을 수 있다.

저가 입찰 방식에선 업체가 부실하지 않아도 부실시공이 될 가능성이 많다. 정해진 단가를 맞추려면 아무래도 넣어야 할 것보다 빠지는 게 많기 때문이다. 따라서 사업 방식의 변경은 불가피할 것으로 보인다. 

‘땅속’ 열기가  에너지로 전환돼 지열로 재탄생

히트펌프 2014년 20조규모 예상 원예·축사농가 냉난방비 70% 절약

하늘에 ‘태양’이 있다면 지상엔 ‘지열’이 있다.

땅속의 열을 에너지로 전환하여 활용하는 지열에너지 시장이 본격화하고 있다. 특히 자연환경 조건으로 태양광고 함께 효율성이 높은 신재생에너지원으로 각광받고 있다.

지열에너지는 태양 복사열이나 지구 내부의 마그마열이 토양, 지표수, 공기 및 지하수에 저장된 무한 재생에너지를 말한다. 지열의 활용은 열에너지를 직접이용(Direct Use)하는 건물 냉난방용 ‘히트펌프’와 증기를 간접이용(Indirect Use)하여 전력을 생산하는 ‘지열발전’으로 구분한다. 

‘히트펌프’는 2014년 20조원 규모의 시장을 형성하여 보일러 대체기술로 급부상할 것으로 예상됐다. ‘히트펌프’는 1970년대 오일쇼크 이후 본격적인 적용이 시작돼 유럽과 일본에서는 1990년대 후반부터 상용화됐다. 

2001년 미국 환경보호국은 현존하는 냉난방 기술 중에서 지열히트펌프의 효율이 가장 높은 것으로 공인하였으며, 소모되는 에너지보다 3~4배 많은 에너지를 자연(지열)에서 추출하는 고효율 시스템으로 평가받고 있다.

지열발전, 비화산지대로 개발 가능해져  

‘지열발전’은 중저온 지열수로도 발전할 수 있는 최신기술과 비화산지대에서도 발전 가능한 열수를 생산하는 신공법이 등장함에 따라 향후 잠재적인 개발 경제성이 크게 향상된 것으로 분석되었다.

1905년 이탈리아에서 개발이 시작되었으며 화산지대의 지열발전은 석탄화력발전의 발전단가에 근접한 경제성을 확보하여 자생적 성장이 가능한 것으로 평가된다. 지열에너지 관련 산업은 일본과 유럽(프랑스, 독일, 덴마크 등)이 기술적 우위를 점하여 주도하고 있는 것으로 나타났다. 

히트펌프 시장에서 국내 LG전자와 삼성전자가 고도의 기술수준을 확보하고있으나 해외시장에서의 인지도와 제품군이 부족한 상태이다. 지열발전 시장은 북미와 유럽 업체들이 탐사와 시추분야를 주도하고 있으며, 발전설비는 일본업체들의 시장점유율이 68%에 달한다. 지열발전은 국내에서는 미개척 분야로 일부 중소벤처기업이 지질탐사에 대한 기초 기술을 확보하고 있는 상태다. 

산은기술평가원 관계자는 “지열에너지를 우리나라의 차세대 녹색성장 동력사업으로 육성하기 위한 지원이 필요하고, 지열발전의 경우 동남아 화산지역 사업에 프로젝트파이낸스 진출을 검토할 필요가 있다.”고 밝혔다.

한국지열협회 관계자는 “단독주택 및 시설원예 위주로 이뤄지는 현재 지열시장의 범위를 넓혀 공동주택 전체에서 지열 냉·난방을 지원할 수 있는 시스템을 개발해야 한다”면서 “주택 시장은 200조원을 형성하는 거대한 시장이 될 것”이라고 말했다. 그는 “지열의 경우 수출할 것이 없어 100% 내수 가능한 에너지원”이라며 “국내 연간 17조원의 시장을 형성하고 고용창출 및 취업유발에 큰 역할을 할 것”이라고 주장했다. 

지하수 지열협회 관계자는 “세계적으로 식생활용수를 절대적으로 지하수에 의존하는 국가가 전체 국가의 40%에 육박한다”면서 “지열에너지시스템의 경우도 우리나라에서는 이미 열효율성과 경제성이 입증됨에 따라 지하수·지열분야의 관계자들이 할 일이 많다는 것을 의미한다”고 강조했다.

한국지열협회 관계자는 “현재 국내에서 각광받고 있는 태양광과 풍력은 대부분 난방 사용이 불가능하다”며 “지열 냉·난방을 위해서는 히트펌프가 필수적으로 필요하고 히트펌프는 경제성이 뛰어나 지열 냉·난방의 전망이 밝다”고 말했다. 

지열 냉·난방 설비를 기존 시스템과 비교했을 경우 냉방은 50%, 난방은 77% 절감할 수 있다는 것. 히트펌프는 여름철 땅속 일정한 온도를 끌어와 실내를 시원하게 유지하고 겨울철에는 땅속 온도를 히트펌프로 높여 실내를 데운다. 특히 지열은 태양광과 풍력이 가동시간에 제한을 받는 것과는 달리 하루 24시간 사용 가능하다. 한편, 지열에너지 관련, 해외 각국이 정부 차원의 정책 및 지원이 전반적으로 진행되는데 반해 국내는 태양광, 풍력이 반도체, 발전시스템 등 산업연계가 가능한 반면, 지열은 연관성이 적다는 이유로 산업정책이 미흡하다는 점이 지적되고 있다. 

현재 국내 지열산업은 ▶ 공공의무화사업 ▶ 시설원예 지열난방 보급사업 ▶ 그린홈 100만 호 사업 등 국책사업 위주로 진행되고 있는데, 이같은 속도로는 지열에너지 산업의 급격한 성장이나 발전은 기대하기 어렵다는 것이다. 

한국지열협회 한 관계자는 “우리나라에서는 1년에 1,000세대에 지열이 보급되고 있다”면서 “선진국의 추세와는 너무 차이가 커 과연 2020년에 신재생에너지 강국으로의 진입이 가능할지 의문”이라고 말했다.

활성상태 점검 시 COS 개방한 상태에서 정전작업 해야

1. 사고개요

가) 사고내용: 배전반 감전사고

나) 발생장소: 건물 내부

다) 행위형태: 기기점검

라) 전압용량: 22.9kV

마) 피해정도: 사망 

2. 사고내용

전기안전관리자는 주 변압기 전단의 컷아웃스위치(COS) 퓨즈가 단선된 것을 발견하다 관리자가 퓨즈교체 및 설비에 대한 육안점검을 실시한 후 컷아웃스위치(COS)를 투입하는 순간, 주 변압기에서 단락스파크가 발생함과 동시에 전단 컷아웃스위치 퓨즈가 용단되어 전기안전관리자가 전업사에 점검을 의뢰하였고, 전업사 소속 재해자가 변전실에 도착하자 전기안전관리자는 그때까지의 상황을 성명하고 고장구간 자동개폐기(ASS)가 고장 난 상태이므로 파워퓨즈 전단까지는 22.9kV 전압이 충전된 상태라는 사실을 주지시켰다. 220V 배전반부터 MOLD반의 점검을 한 후, 파워퓨즈가 설치된 배전반 내부상태를 점검하는 중 22.9kV 충전전로에 직접 접촉하여 감전 사망한 사고이다.

3. 사고 원인

1) 특별 고압인 22.9kV 충전전로에 근접하여 전기설비 상태를 점검하면서 접근한계거리인 30cm 이내로 접근

2) 전로의 인입점에 설치된 개폐기의 고장으로 후단의 전로가 활선인 상태에서 무리하게 전기설비를 점검

4. 사고 재발 방지 대책

1) 특별 고압인 22.9kV 충전전로에 근접하여 점검할 경우에는 활선 경보기 및 절연 안전도구(안전모, 절연장갑, 절연장화) 등을 착용한 상태로 작업하고 접근한계거리 이내로 접근 금지

2) 활성 상태에서 점검을 할 경우에는 반드시 전력공급회사에 연락하여 전단의 컷아웃스위치를 개방한 상태에서 정전작업 절차에 따라 수행해야 한다. 

COS는 TRIP이 아니고 FUSE로 용단 되는 것

Q. 과부하시 어떻게 트립이 되나요? 순간적으로 내려가나요? 아님 한참 후에 내려가나요?

A. 차단기로써 조건은 첫째가 차단속도입니다. 그리고 아크소호입니다. 차단속도가 느리면 문제가 생깁니다. 해서 전압이 높으면 높을수록 차단기의 속도가 중요 합니다. 일반적으로 MCCB나 ELB등의 차단기는 자체가 과전류를 검출 그 전류에 따라 특성에 따라 한시적으로 어느시점이 되면 순간적으로 동작을 합니다. 이것을 한시동작 이라 합니다.

단락과 같이 사고전류가 흐를 경우엔 순시에 동작 되도록 하고 있습니다. 하지만 ACB, VCB, GCB등과 같은 차단기는 별도의 검출장치 OCR에서 신호를 받아 차단동작을 합니다. OCR에서 트립특성을 가지고 순시, 한시, 반한시특성을 가지고 Time Ounting되어 차단기에 신호를 줍니다.

Q. 한 현장에 같은 용량에 모터(압축기용)  760KW가 2개 있습니다. 1개는 380V 760kW, 다른 1개는 3,300V 760kW. 몰론 전류는 상상히 차이가 있고요. 아시는 분께서 왜 같은 용량인데 전압을 따로 쓴건지? 장단점이 먼지 물어보셨는데 속쉬원한 답변도 못드렸네요. 제가 아는 장단점은 첫째, 저압은 초기 설치비 저렴, 케이블 굵어지고, 나중에 전기세가 많이 나간다. 둘째, 고압은 설치비 비싸고, 나중에 전기세가 저압에 비해 세이브 된다. 이렇게 알고 있는데 속시원한 명쾌한 답변 아시는분은 답변 부탁드리겠습니다.

A. 저압으로 760kW Motor를 사용하려면 굉장히 어려워 집니다. 760kW를 사용 할수있는 380V를 수전 받을수 있을까요? 문제는 단순히 Motor 하나만을 생각하면 안됩니다. 760kW Motor을 사용하기 위해서는 그 Motor를 사용 할 수있는 조건을 만들어야 합니다. 저압으로 만드는 변압기가 더 필요 합니다. Cable이 굵어지면 Cable가격 & 공사비가 무진장 비싸집니다. 그리고 공사도 어려워 집니다.

그리고 나중에 Motor의 덩치가 커지기 때문에 Maintenance는? 예로 380V로 할 경우 약 1300A가 흐릅니다.(그리고 기동도 어떻게 시킬지) Motor에 그런 Cable 공사 할수있을지? 해서 결정 할때는 나름 경제성을 분석하여 가장 경제적인 방법을 선정 하는것입니다. 그래서 전기설계를 할때는 먼저 부하계산을 하고 수전용량을 정하고 수전전압을 정하고 수전방식을 그리고 변전실위치를 정하고 관련기기들을 정하고 기기배치를 하고 보호방식 또 전력계통등을 가지고 설계를 하는것 입니다.

Q. 3상변압기 병렬운전 조건에서 상회전 방향이 같을것이 있는데 “상회전” 무엇인가요? 

A. Motor가 돌아가는방향이나 발전기가 돌아가는 방향과  같이 전기도 돌아가는 방향이 있습니다. 해서 상회전을 점검시 검상기에 3상 전원 R, S T상을 연결하면 어느 한 방향으로 돌아갑니다. 해서 만약 다른 변압기와 병렬로 할경우 또는 다른 전원으로 Motor같은 회전기기를 돌릴경우 방향을 같게 하기위하여 검상기를 가지고 그 방향이 같은지 Check하고 서로 같도록 합니다.

Q. 제가 한번씩 발전기 시운전을 시킬땐 수동으로 돌린 후 시운전 버튼을 눌려 발전기를 약 4,5분간 가동시킵니다. 그런데 옆에 보면 ACB 자동 수동 되어있고 밑에 ACB 투입 차단 버튼이 있습니다. 이건 언제 써먹을 수 있는건지요? 발전기는 밧데리의 힘으로 돌아가지 않습니까.?

A. ACB 자동 수동 되어있고 밑에 ACB 투입 차단 버튼은 수동 조작 할경우에 사용합니다. 현재 발전기를 

Test할때 자동으로 놓고 발전기를 Running하므로 전압이 발생이 되면 ACB가 자동으로 투입 될것입니다. 만약 수동으로 놓았을경우에는 정전이 되어 발전기가 돌아갔을때에도 ACB가 투입되지 않습니다. 해서 평상시에는 항상 자동으로 놓아야 합니다. 수동은 자동으로  ACB가 투입되지 않을 경우에 하는것 입니다. 

Q. 1250KVA(변압기 800KVA 1대, 300KVA 1대, 150KVA 1대)수전용량에 22.9KV로 수전받는 공장에서 일하고 있는 초보 전기기사 입니다. 공장은 30년이 넘었고 리모델링도 하지 않아 분전반에 누전차단기가 설치되지 않았고 대신 배선용차단기만 있습니다. 근무시간에 갑자기 전 공장의 형광등이 번쩍거려서 변전실로 달려갔습니다. 메인 VCB와 각 변압기별 ACB와 보호계전기(OCR과 OCGR만 있습니다)는 동작하지 않았고 VCB판넬의 전압계를 보니 22.9KV보다 낮은 값이 표시되었 습니다. 원인을 찾아보니 한전측 책임분계선 전봇대의 COS 3개중 한개가 트립되어 있었습니다. 공장의 모든 전원을 차단하고 전기안전공사에 연락하여 전기를 다시 복구하였는데 안전공사분들 말씀이 공장측 과전류로 인해 COS가 트립되었을 거라 하셨습니다. 여기서 의문점이 생기는데 한전측 COS가 트립되기 이전에 공장의 VCB나 ACB가 동작해야 하는것 아닌가요? 그리고 공장내 모든 전기를 다시 재 투입하고 잠시 현장을 돌아보고 있는데 150KVA 변압기와 연결된 판넬에 OCGR이 뜨면서 트립되었습니다. OCGR이 뜬 원인은 공조기쪽 히터라인의 누전 때문이었는데요. 혹시 그럼 한전측 COS가 트립된 것이 공조기쪽 히터라인의 누전 때문이었을까요?

A. COS(Cut Out Switch)는 TRIP이 되는것이 아니고 FUSE로 용단 되는것입니다. 컷아웃스위치는 FUSE가 용단이 되면 정확히 동작하여 퓨즈홀더가 개방되고  가스방출에 의해 Drop-Out 형식으로 개폐 상태를 지상으로부터 쉽게 확인할 수 있는 구조로 되어 있습니다.

안전공사에서어떻게 복구를 하였는지? VCB UVR와 그리고 ACB는 UVT가 검출하면 TRIP이 되었을것입니다. 그런데 UVR은 1상을 가지고 검출, UVT는 단상으로 검출 제어전원으로 사용 하기 때문에 실제 용단된 FUSE가 다른상 일 경우에는 그럴 수 있습니다. 

150KVA 변압기 2차 지락은 COS와는 무관 할 것입니다. COS FUSE의 용량이 1250kVA정도의 용량이고 각 변압기에는 ACB차단기등도 있어 지락을 차단 하였을것이고 실제 차단도 했으니까요.

Q. 전압 220 V 제가 일하는 곳에 선이 고작 가지고 있는 게 600(v) CV 3.5sq 3c급인데 허용전류가 몇 A인가요? 30A ELB 에 cv 3.5sq 사용해도 가능 한가요?

A. 한전 가이드북에 의하면 2심 기준으로 CV Cable 2.5sq의 허용전류는 36A이고, 4sq의 허용전류는 49A로 나와 있으니까 3심3.5sq는 약 38A정도라고 보면 되겠습니다. 단상 220V라면 부하설비는 7KW 이내에서 사용하시면 되겠네요. 참고로 IV전선이나 VV케이블 4sq의 허용전류는 40A입니다. 아주 오래된 케이블이 아니라면 30A ELB에 사용하시는데 무난하겠습니다. 

Q. 케이블헤드의 용도가 무엇인가요? PT에 연결된 VS의 이름도 궁금합니다.

A. 케이블헤드란 Cable 머리라는뜻입니다. 고압은 저압과 달라 전압이 높아 절연이 매우 중요 합니다. 해서 Cable 끝처리를 잘 하여야 합니다. 그래서 Cable 끝처리를 잘 할수 있도록 만들어진 단말제를 말 합니다. VS는 Voltage Selector (전압 절환) S/W를 말합니다. VS는 Panel에서 R, S, T상의 전압을 1개의 S/W로 돌려 절환이 가능 합니다.

Q. 초보 전기쟁이입니다. ups bypass 넘어가는 원인이랑 조치 사항좀 알려주십시오.

정격: 7.5kva/220v  Batt: 217v 

Input: 203v/15A  Ouput: 223.6v/10.4A

A. BY - PASS의 조건은 Inverter측의 fuse가 나갔다든지 TR이 나갔다던지 Charger쪽의 사고로 Battery가 완전 방전이 될경우등 Inverter 출력전압이 정상적으로 나오지 않을 경우에 절체가 됩니다. 그리고 먼저 BY - Pass로 넘어가면 일단 Inverter측의 사고로 보고 원인을 찾아야 합니다. 그 원인 대부분은 UPS 전면 Panel에서 Arlam과 함께 표시가 될것입니다. 그때는 정전만 되지 않으면 크게 문제가 없으므로 만약의 정전시를 대비하고가능한 그 상태를 유지하고 바로 전문 업체를 Call하는것이 좋습니다. 항상 Manual을 보시면서 그 기능에 대하여는 숙지를 하셔야 합니다.

Q. 전압은 전위차입니다. 전위차는 전하량이 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동하게 되는 것이고 여기서 실제 회로에서 저항이 전위차를 만드는 역활을 하는 것입니까? 추측이 맞다면 저항으로 인한 전위차가 회로의 전원부에 발전기로 전류와 전압을 공급하면서 전기회로가 구성이 되는거죠?

A. 전하는 전기량으로써 +전하와 -전하가 있는데 양은 똑 같이 존재합니다. +전하가 모이는곳이 +전위가 되고 -전하가 모이는곳이 -전위가 되는것입니다. 그래서 전하량은 그냥 +전하량, -전하량 이라 하고 그양이 같아 양을 가지고 높다 낮다 하지 않습니다. 그냥 + 전하가 모인곳이 전위가 높고 -전하가 모인곳이 전위가 낮다 라고 합니다. 

해서 전하량이 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동하는것이 아니고 +전하가 전위가 높기 때문에 +전하가 -전하 쪽으로 이동 하면서 전류가 흐른다고 예기를 하여야 합니다. 그리고 저항이 전위를 만드는것이 아니고 저항은 단순히 +전하와 -전하가 서로 만나는 길을 하는 역활을 하여 +전하와 -전하가 다시 결합하여 일을 하게 하는 역할을 하는것입니다. 여기에서 +전하의 이동은 전류의 흐름이고 -전하의 이동은 전자의 이동이라 생각을 하면 쉽게 이해를 할것입니다. 전기란 즉 발전기에서 +전하와 -전하를 만들어 분리시켜 전압(전위)을 만들고 저항을 연결하여 +전하가 -전하로 전류이동을 하면서 일을 하도록 하는것 입니다.

Q. 에어컨 전력은 2.2.kw 이고 정격전류는 10A  기동전류는 56A입니다. 차단기는 20A 누전차단기 이고 전선은 2.0mm 전선입니다. 에어컨 까지 거리는 20M 정도. 처음에는 차단기가 가끔 한 번씩 떨어져서 후쿠 메타 로 재보니 정격전류가 15A 에서 17A 정도 나옵니다. 다른 콘센트 부하 2A 정도. 에어컨이 좀 돌다가 떨어지길래 과부하인가 해 가지고 다른 콘센트 부하를 안 쓰고 돌리니까 15A정도 나오고 에어컨이 돌아가더군요. 

그런데 한 보름정도 지나가지고 또 차단기가 떨어지길래 보니 이번에는 에어컨 켜면 차단기가 바로 떨어져버리고 후쿠메타를 거니 기동전류가 47A까지 올라가면서 바로 차단기 불꽃 튀면서 떨어집니다. 똑같은 에어컨이 한대 더 있어서 재어 봤습니다.

2층(잘 됨) - 기동전류 35A까지 올라가다가  떨어져서 운전전류 12A 정도로  돕니다 (정격은 10A)

3층(차단기 트립) - 기동전류 47A까지 올라가면서 차단기 바로 떨어져 버림

질문 1) 정격 기동전류가 56A 인데요 지금까지는 차단기 안 떨어지고 잘 씀 (20A차단기) 기동전류가 47A 까지 올라가서 차단기 떨어지는데 차단기 용량부족인가요? 아니면 에어컨 쪽 문제인가요?

전에 글 읽어보니 기동전류는 차단기에서 견뎌서 정격전류로 차단기 선정한다는 글을 본것 같아서요. 정격전류가 10A 인데 실제 전류는 15A 먹으면 뭐가 문제인지?

질문 2) 만약 차단기를 30A로 바꿔야 한다면 선은 2mm인데 선도 바꿔야 하는지요? 2mm 로 사용할수 있는 전류치가 25A 언저리로 알고 있는데 차단만 30A로 바꿔도 가능할런지? 천정이 밀폐되어 있어서 작업하기 힘듬

A. 질문 1의 답변) 차단기는 과전류 보호방식이 열동형으로 되었습니다. 동일한 전류에도 기계적인 오차가 있을 수 있구요. 잦은 동작으로 그 오차가 커진 경우도 있습니다. 주변의 온도에 관련되어 같은 전류에도 동작되는 값에 오차가 있구요. 누전 차단기이므로 회로의 절연저항도 측정해 보시구요. 정격을 넘으면 원인부터 해결 하셔야지 않습니까? 컴프레서의 기계적인 문제라면 외부에서 판단이 쉽지 않습니다.

질문 2의 답변) 2mm전선에 30A사용 하셔도 됩니다. 모든 전기기는 과부하 정격이라는 것이 있어서 순간적인 과부하는 관계없습니다. 단, 선로의 포설길이, 과부하 시간등을 고려 하여 사용 하시면 문제 없습니다. 모든 전기기기는 문제의 현상이 열로서 나타납니다. 발열을 우선 관찰 하세요. 차단 시에 불꽃이 튀는 것은 전류가 있기 때문입니다.

바이오가스, 바이오디젤 등 활성화 위해 가격 현실화 필요 

바이오가스 에너지로 생산한 전력의 판매가가 태양광보다 너무 낮아 축산분뇨를 이용한 신재생 에너지사업 활성화에 걸림돌이 된다는 주장이 제기되고 있다. 

제주도는 농업회사법인인 (주)제주축산바이오(대표 양용만)가 양돈 분뇨를 처리하는 과정에서 나오는 바이오가스 에너지로 발전기를 돌려 전기를 생산하는 바이오가스 플랜트를 제주에서는 처음으로 지난해 10월 준공했는데, 하루 평균 양돈분뇨 50T을 투입해 총 18만3천477kWh의 전력을 생산했다.

제주축산바이오는 생산한 전력을 한국전력에 팔아 모두 2천278만원의 수입을 올렸으나 정부가 고시한 바이오가스 에너지의 전력 판매가격이 너무 낮아 경영에 어려움을 겪고 있다는 것. 정부가 고시한 신재생 에너지별 전력 판매단가가 kWh당 바이오가스가 72.7〜85.7원으로 태양광 646〜716원보다 최대 10배나 싸고, 풍력 107.3원보다도 훨씬 낮아 수익성이 떨어지기 때문이다.

신재생 에너지 선진국인 독일은 바이오가스의 전력 판매단가를 태양광의 50% 수준으로 적용, 관련 산업을 적극적으로 육성하고 있다.

바이오가스 상용화 현실성 담보해야

이처럼 바이오가스 상용화를 통한 효율적 이용을 위해서는 실현 가능한 중장기 국가목표를 수립하고 정책의 일관성을 위해 액션 플랜을 수립해야 한다는 지적이 제기되고 있다. 이와 함께 바이오가스 에너지화 사업을 주관하는 통합조직이 필요하며 재정, 기술, 사업, 정책, 기획을 통합한 태스크포스를 운용해야 한다는 주장도 있다.  

환경부와 한국환경공단이 주최하는 제6차 바이오가스 포럼이 생산・이용 활성화를 주제로 포럼이 개최됐다.  

이날 주제발표자로 나와 유럽의 바이오가스 정책을 소개한 이영민 리-텍 솔루션 대표이사에 따르면 유럽은 신재생에너지의 가장 주요한 세 가지 요인으로 ▶독점을 배제한 상대적 경쟁력 확보 ▶친환경적이며 지속 가능 ▶안정적 공급 등을 꼽는 가운데 이들 세 가지 요인을 충족하는 대표적인 신재생에너지원으로 바이오가스를 선정해 상용화에 적극 나서고 있다. 

유럽의 신재생에너지 2020 액션 플랜에 의하면 2020년 분담목표 20%를 달성하기 위해서는 바이오에너지의 역할이 중요하며 바이오에너지의 최소 25% 이상을 바이오가스가 담당할 것으로 예측됐다. 

이 액션 플랜에서 바이오가스는 활용성이 우수하고 열과 전기의 동시 생산에 유용하며, 차량연료 적용성이 우사하고, 기존 천연가스와 혼용이 가능하다는 평가다. 

아울러 지속가능한 공급이 가능한데다 다양한 폐기물의 확보 용이성, 천연가스의 수입대체 가능 등 다양한 장점을 갖고 있어 최우선적으로 추진할 에너지라고 평가됐다. 

유럽의 바이오가스 2020 로드맵과 함께 유럽협의회는 지난해 5월 바이오가스 맥스 프로그램을 채택, 공식적으로 지원하고 나섰다. 이에 따르면 2020년 수송용 연료 신재생에너지 목표의 3분의 1을 바이오가스로 활용한다는 것이다. 

이와 함께 바이오가스를 차량연료로 정제해 가스차량에 적용, 시범운행하는 바이오 맥스 프로젝트가 진행 중으로 여기에는 7개국 32개 협력업체가 참여하고 있다. 바이오가스의 에너지화 정책을 발표한 이재덕 환경부 자원순환국 폐자원에너지팀 사무관에 따르면 2014년까지 하루 4758톤 규모의 바이오가스화 시설 21개소를 운영할 계획으로, 이같은 생산규모는 도시가스로 환원 시 11만 가구가 사용할 수 있는 물량이다. 

환경부는 바이오가스의 실효성을 높이기 위해 바이오가스 자동차연료 제조기준을 신설하고, 도시가스로 공급할 수 있도록 하는 등 관련제도의 개선을 지속적으로 추진한다는 계획이다. 

또한 매립가스 자원화와 관련한 데이터베이스 구축을 추진하고, 관계부처의 R&D사업과 민간업계의 신기술 개발 지원을 더욱 강화할 방침이어서 바이오가스의 활성화가 한층 탄력을 받을 것으로 기대된다. 

바이오디젤, 2012년부터 혼합 의무화에 따른 문제  

정부가 2012년부터 경유와 바이오디젤 혼합을 의무화했다. 하지만 원료 수급 문제와 소비자 가격부담 등 해결해야 할 문제들이 산적해 있다. 

지식경제부는 폐식용유나 팜유, 대두유 등을 사용한 바이오연료 시장을 키우겠다는 목표로 2012년부터 바이오디젤 혼합 의무화를 도입했는데 당초 2013년으로 예정됐던 혼합 의무화 도입이 1년 빨라진 것은 바이오디젤 면세 혜택 종료가 내년으로 앞당겨졌기 때문.

면세혜택 종료와 혼합 의무화 도입이 이어지지 않는다면 영세기업들이 줄지어 문을 닫을 수 밖에 없다는 바이오디젤 업계 목소리가 적극 반영된 것. 하지만 실효성에 대한 논란이 커지고 있다. 

국내 바이오디젤 제품 중 70%가 팜이나 대두 등 수입원료를 사용하고 있어 수급과 가격 측면에서 한계가 있다. 정부가 야심차게 준비했던 유채단지 시범사업은 실패했고 폐식용유 활용량을 늘여도 지난 4년간 원료 수입의존도는 개선되지 않았다. 새롭게 떠오른 대안은 돼지기름 같은 동물성 바이오디젤과 해조류 등 차세대 바이오연료이다. 

또 장기적으로는 현재 R&D를 진행하고 있는 해조류 등에서 바이오디젤을 추출한다면 지금보다 원료 해외의존도는 줄어들 것으로 본다. 또 다른 문제는 가격이다. 현재 바이오디젤 가격은 곡물가 상승으로 경유가의 2배 수준이며, 2020년 이후에나 경유 수준으로 떨어질 전망이다. 면세혜택이 종료되고 바이오디젤 혼합이 의무화된다면 가격 부담은 온전히 소비자의 몫이다. 

종합상사, 바이오디젤 준비‘팜오일’ 사업 확대

종합상사들이 장기적으로 바이오디젤 생산을 위한 원료 확보를 차원에서 팜(Palm) 농장 인수와 팜오일(CPO: Crude Palm Oil) 생산에 나서고 있다. 

관련업계에 따르면 LG상사, 삼성물산, 대우인터내셔널 등이 인도네시아 등지에서 팜오일 관련 사업을 추진하고 있다. 

팜오일은 팜나무 열매를 순수 압착 방식을 통해 추출하는 식물성 유지로, 전 세계적으로 가장 수요가 많고 경제성이 높은 식용유지 중 하나다. 

코트라(KOTRA)에 따르면 지난 10년간 팜오일 소비자시장은 평균 12%가량 고속 성장했으며, 최근에는 친환경 대체 에너지인 바이오디젤 등으로 산업용 수요가 증가하고 있다. 팜 농장은 해마다 40~50만ha씩 증가하는 추세를 보이고 있다.

종합상사들은 1차적으로 팜오일의 경제성에 최종적으로 바이오디젤용 원료 확보에 주목해 팜 농장 사업을 시작했다. 

국내 기업 중 처음으로 팜 농장 사업에 진출한 삼성물산은 2008년부터 인도네시아 수마트라섬에 서울시 면적의 40%(2만4천ha)에 달하는 대규모 팜(Palm) 농장을 운영해오고 있다. 

바이오디젤 원료확보 차원에서 인수된 농장은 바이오 디젤과 식용유의 원료가 되는 팜오일을 연간 10만T 이상 생산할 수 있는 시설을 갖추고 있다. 삼성물산은 현재 이 농장에서 생산된 팜오을을 말레이시아와 싱가포르 등 동남아에 판매해 수익을 내고 있다. 

LG상사는 2009년 인도네시아 서부 칼리만탄 스카다우군(郡)에 있는 1만6천ha 규모의 팜농장을 2천700만달러에 인수하는 것을 시작으로 팜오일 사업에 돌입했다. 

최근 팜오일 생산공장을 착공한 LG상사는 내년 말 공장이 완공되면 연간 4만T 규모의 팜오일을 생산할 예정이라고 밝혔다. 또한 설비 증설과 추가 농장 확보를 통해 팜오일 생산을 8만T까지 늘려갈 계획이다.  

이 외에도 대우인터내셔널은 인도네시아 팜(Palm)농장 ‘PT. 바이오인티 아그린도(Bio Inti Agrindo)’ 지분 85%를 570억원에 매입키로 했다고 발표했다. 당시 회사는 농장 개발을 통해 팜오일 생산을 위해 주식을 취득했다고 밝혔다. 

그러나 팜오일 생산의 다음 단계이자 최종 목표 단계인 바이오디젤 생산 및 상용화는 아직 숙제로 남아있다. 

그동안 눈치만 보고 있던 GS칼텍스와 GS글로벌이 공동설립한 GS바이오가 본격적인 상업활동을 시작한다.

GS바이오는 최근 GS칼텍스 바이오디젤 공급사 입찰에서 선정돼 기존 엠에너지, 애경유화, 단석산업 등과 함께 6개월간 바이오디젤을 공급한다.

GS바이오는 지난 4월 여수국가산업단지 내 2만945m2 부지에 400억원을 투자해 바이오디젤 생산시설(연간12만㎘)과 글리세린 생산시설(연간 1만2000㎘), 유지 정제시설(12만㎘)을 건설하고 지경부에 바이오디젤 생산업 등록을 마쳤다.

또한 전라남도와 MOU를 체결, 석유대체연료.보조사료 제조업 등의 인허가, 폐식용유 수집, 바이오디젤 생산용 농작물을 위한 해외 대규모 농장 확보 등에서도 지원을 받는다.

GS칼텍스는 월평균 9,500톤 정도의 바이오디젤을 구매하고 있으며 엠에너지, 단석산업, 애경유화에서 공급받게 될 물량은 월 1,000~2,000톤 수준으로 결정된 것으로 전해졌다. 

중견업체의 바이오에너지 사업 본격 참여  

중견 업체의 움직임도 빨라지고 있다. 한전산업개발과 전남대는 인도네시아 자카르타에서 보그르대(총장 수하르디얀토)와 ‘바이오에너지 기술개발 및 산업화 추진을 위한 양해각서(MOU)'를 체결했다.

한전산업개발은 이번 MOU를 통해 현지 대학과 팜 부산물과 임산목재를 이용한 바이오에너지 기술개발, 인력양성과 교류사업, 투자 및 사업의 현지화 추진 등을 협력키로 했다.

앞서 지난 5월 한전산업개발은 보고르대와 전남대에 ‘바이오매스 산업화센터'를 개설하고 이번 해외사업 추진을 준비해 왔다. 

이날 협약식에서 김영한 한전산업개발 사장은 수하르디얀토 보그로대 총장, 김윤수 전남대 총장 등과 양국간 우호적 관계를 더욱 공고히 하고 국내외 산업협력체계의 모범사례로 만들자고 뜻을 모았다.

최근 교육과학기술부가 바이오 에너지 연구 개발전문 기업인 에이스하이텍(주)과 지난 5월30일 기술료 2억원(경상실시료: 순이익의 15%)에 기술이전 계약을 체결했다.

교육과학기술부는 글로벌프론티어사업 (재)차세대 바이오매스 연구단(연구단장 양지원)과 한국해양연구원 부설 극지연구소(소장 이홍금)의 기본사업 지원으로 한국생명공학연구원 정원중 박사 연구팀, 극지연구소 최한구 박사 연구팀, 충남대학교 박연일 교수 연구팀 공동으로 ‘북극 해양에서 분리한 지질(脂質, Lipid) 고생산 미세조류 활용 기술’을 개발, 에이스하이텍에 기술이전 했다. 

미세조류(Microalgae)는 광합성 색소를 가지고 독립 영양생활을 하는 수중 하등식물이다. 세포에 함유하고 있는 지질을 이용하여 석유자원을 대체할 차세대 바이오 에너지원으로서 큰 기대를 받고 있는 생물이다.

광합성을 통해 유기물을 만드는 때에 태양에너지 이용률이 높고, 현재까지 학계에 보고된 미세조류 중에서 지질함량을 가장 많이 함유한 종에 버금가는 많은 지질을 확보하고 있어 이번 기술이전은 미세조류를 이용한 바이오 에너지 산업화 연구가 더욱 가속시킬 것으로 기대하고 있다.

이번 기술이전 된 북극 미세조류의 저비용・고생산 산업화를 위해 바이오 에너지 기술개발 전문 회사인 에이스하이텍은 현재 특허 출원 중인 ‘밀킹(Milking) 기술’을 통한 세포 비파괴 추출공법과 혼합배양 통한 세포 고밀도 배양공법 등의 기술을 적용할 예정이다. 

이 기술을 기반으로 한 추가 바이오에너지 연구개발을 위한 공동연구 또한 한국생명공학연구원, 극지연구소, 충남대학교, 에이스하이텍에서 5년간 수행할 계획이다. 앞으로 6개월 동안 시범사업을 진행할 예정이며, 향후 부가가치가 큰 바이오에너지, 바이오화합물, 항산화 물질을 대량 생산할 수 있을 것으로 기대된다.