[뉴스튜브=조행만 기자]   친환경 신재생에너지인 수열에너지가 도심 고층 건물의 냉 ·난방 및 탈탄소의 솔루션으로 주목받고 있다.

지난 18일 충주시 탄금공원 일원에서 도민, 유관기관 및 단체와 산업체 관계자 등이 참석한 가운데 열린‘2024 친환경 에너지 페스티벌’에는 물에너지 비전 선포와 더불어 각종 부대 행사와 세미나 등이 열렸다.

이중 수열에너지 활용을 통한 탄소중립 실현 심포지엄에는 많은 전문가들이 참여해 최근 들어 급격하게 증가한 기후재앙과 이에 따른 대책을 논의하는 자리를 가졌다.

특히, 도심 고층건물의 수열에너지를 통한 탄소중립 실현과 냉 ·난방 대책은 참석자들의 큰 관심을 받았다. 그 대표적 사례가 바로 서울 잠실의 롯데 월드타워다.

수자원공사에 따르면 이 대형 고층건물은 팔당댐에서 제공하는 수열에너지를 활용해 에너지 사용량의 35.8%를 절감하고 온실가스 배출량도 35.7%를 감축하는 것으로 알려졌다.

우리나라에선 최근 몇 년 동안 물 자원의 활용이 주요 이슈가 됐으며 지난 2019년 10월 시행령이 개정되면서 수열에너지원의 범위가 바닷물에서 하천수로 확대됐다. 그 결과, 정부는 상수도관과 하천수에서 생산되는 열에너지를 재생에너지원으로 공식 인정했다.

그 이후로 많은 실험과 조사가 진행됐고, 차가운 호수 물을 이용한 친환경 수열 에너지 융합 클러스터가 병원과 지구 단지를 포함한 대규모 프로젝트에서 개발되고 있는 중이다.

2050년, 건물 냉·난방 50% 증가

작금의 기후 재앙은 현대 사회에 중대한 도전 과제를 던져주고 있다. 산업혁명과 이후의 경제 성장으로 인해 전 세계 에너지 소비가 빠르게 증가한 결과, 온실가스 배출량도 증가함으로써 작금의 기상 재난을 촉발했다는 비판이 거세졌다.

이런 지적은 도심을 가득 채우고 있는 건물도 예외가 아니다. 국제에너지기구에 따르면 주거용 건물은 전 세계 최종 에너지 수요의 약 20%를 차지하며 전 세계 이산화탄소 배출량의 22%를 차지한다.

이런 추세라면 오는 2050년에는 건물을 냉 ·난방하는 데 필요한 에너지가 50% 증가할 것으로 예상되는 가운데 지속 가능한 발전을 위한 전 세계적인 노력에 건물 에너지 역시 중요한 과제로 부상했다.

이에 지난 몇 년간 각종 대체에너지 개발이 활발하게 연구되고 있는 가운데 수열에너지를 건물 냉·난방 및 저탄소 제로에너지 건물 전환 대책으로 만드는 기술이 활발하게 연구되고 있다.

히트펌프로 수열에너지 공급

수열에너지(Hydrothermal energy)는 물 온도가 대기 온도에 비해 여름 철에는 차갑고 겨울철에는 따뜻한 특성을 이용해 건물의 냉·난방을 유지하는 방식이다. 그 원리에 따르면 물은 비열(단위 질량의 물질 온도를 1℃ 높이는 데 드는 열에너지)이 공기의 약 4배 정도다.

따라서 여름철에는 하천이 대기보다 온도가 낮고 겨울철에는 하천이 대기보다 따뜻하다. 즉, 물이 공기보다 잘 데워지지도, 식지도 않는다. 수열에너지는 물의 온도가 여름에는 기온보다 차갑고 겨울에는 따뜻한 원리를 이용한다.

일반적으로 수열에너지를 활용하려면 히트펌프(Heat Pumps)라는 설비가 필요하다. 히트펌프와 같은 열교환 장치를 통해 건물, 주택 및 산업용시설에 냉난방 에너지를 공급할 수 있다.

이는 냉방 시에는 건물 안의 열을 수열원으로 방출하고, 난방 시에는 역으로 수열원의 열을 흡수해 건물로 공급하는 원리다. 이런 식으로 적은 전력만으로도 큰 열에너지를 만들 수 있으며 바다, 하천, 댐은 물론 수돗물과 하수도까지 활용할 수 있어 대규모 열 수요에 비용 절감 효과까지 누릴 수 있다.

코넬대, 수열에너지로 장비 냉각

미국, 프랑스, 캐나다 등 선진국에선 지난 1990년대부터 수열에너지 기술이 널리 활용되고 있는데 미국의 코넬대(Cornell University)는 수열에너지 시스템을 활용하는 대표적 외국 사례다.

코넬대 캠퍼스 안에는 X선, 전자, 양전자와 같이 물질의 궁극적 성질을 탐구하는 연구소들이 많다. 여기에는 엄청난 양의 에너지가 필요하고, 과열을 방지하기 위해 지속적으로 냉각수를 공급해야 하는 문제점이 있다.

일례로, 코넬대의 대표적 연구소인 윌슨 연구소는 코넬 고에너지 싱크로트론 소스(Cornell High Energy Synchrotron Source, CHES) 설비를 보유하고 있다. 윌슨 연구소에 따르면 이 장치는 세 가지 입자 가속기로 구성되며 일반 병원에서 사용하는 기계보다 천만 배나 많은 X선을 방출한다.

이 설비에 장치된 수백 개의 전자석은 약 1메가와트의 전력을 사용하기 때문에 과열되지 않도록 85도의 물로 일정하고 정밀하게 냉각해야 한다. 이외에도 가속기 빔 라인, 빔을 가속하는 초전도 무선 주파수 장치, 극저온 헬륨 등 냉방을 해야 하는 장비들이 수두룩하다.

이에 윌슨 연구소는 수십 년 동안 매일 10,000갤런(37,854 L)의 물을 증발시키는 4개의 거대한 냉각탑에 의존해왔으나 21세기 들어 이 연구소는 카유가 호수(Cayuga Lake) 깊은 곳에서 찬물을 끌어들여 쓰는 수열 에너지 시스템을 활용하기 시작했다.

이 호수 원천 냉각(LSC) 시스템은 대부분의 코넬 대학의 연구시설을 냉각하므로 이제 기존의 거대한 냉각탑들은 필요 없어졌다.

한편, 국내에선 수열에너지의 도심 고층건물 활용 사례로 잠실 롯데 월드타워가 꼽힌다. 롯데 월드타워는 2014년부터 전체 냉난방 수요의 약 10%를 수열에너지로 공급하고 있다.

롯데 월드타워는 원수를 사용해 전체 냉난방 부하의 10%를 3,000RT의 수원 히트펌프로 공급해 연간 60만 달러(한화 약 8억2천8백만원)의 냉·난방 비용을 절감하고 있다. RT(냉동톤)란? 0℃의 물 1톤을 24시간 동안에 0℃의 얼음으로 만들 때 필요한 열량의 단위(1RT = 3,024㎉/h = 3.51㎾, 1㎾=860 ㎉/h)

롯데 월드타워는 한강물을 이용한 수열에너지로 전체 냉난방의 10% 가량을 맡고 있으며 롯데 월드타워의 수열에너지 생산량은 시간당 3,000RT(냉동톤)로 알려져 있다.

조행만 기자 [chohang5@kakao.com]

출처: 뉴스튜브(https://www.newstube.kr/news/articleView.html?idxno=4471)