현 지역난방은 장거리 열수송관을 이용한 열 공급 방식으로 열손실(10~30%)이 있는데요, 이에 따라 지역난방 공급권역 내 신재생에너지원 및 분산전원과 연계한 열 그리드와 저온 열 공급방식을 보유한 4세대 지역난방*의 필요성이 증대 되었습니다.
*4세대 지역 난방 : 현재 운영 중인 3세대 지역난방은 90~100도의 열을 공급하지만, 4세대는 분산 열원을 이용하여 50~60도로 공급하여 열손실을 감소시키고, 전체 지역난방시스템의 효율을 향상시킴.

그렇다면 지금부터 스마트 열 그리드가 무엇인지, 그리고 4세대 지역 난방의 필요성에 대해서 알아볼까요?


[스마트 열 그리드란]
스마트 열 그리드는 스마트 그리드*를 열 부문으로 확장한 개념으로, 디지털 기술을 이용한 실시간 모니터링 및 분산에너지원을 바탕으로 열 공급을 최적화하는 네트워크입니다.
*스마트 그리드 : 전기 공급자와 생산자에게 전기 사용자 정보를 제공함으로써 보다 효과적으로 전기 공급을 관리할 수 있게 해주는 서비스. 전기와 정보통신 기술을 활용해 전력망을 지능화‧고도화해 고품질 전력서비스를 제공하고 에너지 이용 효율을 극대화 함.

기존과 달리 다양한 열원을 활용하고 효율적 열 공급, 공급자와 사용자 간의 양방향 열 거래, 열 사용량 예측을 통한 잉여열 감소 등이 스마트 열 그리드의 특징입니다!

[4세대 지역난방 도입, 서둘러야 할까]
최근 건물의 단열 효율을 증가시켜 열 사용량을 줄이고, 공급온도를 낮춰 열 손실을 줄이고, 신·재생에너지 및 미활용에너지를 주로 활용하는 지역난방이 세계적인 추세라고 합니다.
이러한 경향을 4세대 지역난방이라고 함축하고 있는데요. 국내에서도 장기적인 측면에서 4세대 지역난방을 구축해야 한다는 의견이 제기되고 있다고 합니다.
4세대 지역난방은 지역난방 인프라 구축의 동기, 난방 온도, 에너지원 등에서 다양한 면에서 기존 지역난방과는 다른 차이점을 보이고 있습니다.

먼저 4세대 지역난방은 기존의 중앙 집중 방식만으로 열을 공급하는 것이 아니라 신·재생에너지원을 사용해 온실가스 배출량을 줄이거나, 신·재생에너지원만으로 열을 공급 등 여러 시도들을 합니다. 이는 지속가능하고 환경친화적인 에너지 전환을 꿈꿀 수 있죠.
더불어, 신·재생에너지원은 일반적으로 원하는 시간에 즉각적으로 생산을 할 수 없는 경우가 많고, 낮은 온도로 생산되는 것이 대부분이기 때문에 에너지 저장 시스템을 함께 운영하기 위한 연구도 이어지고 있다고 합니다.

두 번째로 열병합 발전, 보일러 등 중앙열원에서 생산해 사용자에게 공급하는 열의 온도를 기존보다 저온으로 혹은 신·재생에너지원의 열 생산온도 수준으로 감소시키는 것이 4세대 지역난방의 최근 경향인데요, 이는 고온의 열 공급으로 인한 배관에서의 열 손실을 감소시키기 위함이라고 합니다.

최종적으로 4세대 지역난방은 스마트 열 그리드를 도입하는 것이 마지막 단계라고 합니다.
효율적으로 열을 공급하거나 사용하는 방식, 공급 및 사용자 간의 양방향 열 거래, 열 사용량 예측을 통한 잉여열 감소 등 전체적인 지역난방의 효율적인 운영을 위한 내용을 담고 있죠.

[4세대 지역난방 사업 국·내외 사례]
지역난방은 초기부터 효율적인 열 공급을 위해 폐열을 활용한 열병합발전(CHP)*을 도입해왔습니다. 그리고 2018년에 들어서는 4세대 지역난방을 위한 사업이 진행되고 있는데요.
*열병합발전(Combined Heat and Power) : 전기 발전에 사용된 남은 잉여 열을 지역난방에 활용해 송전손실을 감소시키고 송배전 시설 회피 등의 사회적 편익을 제공

제 2차 에너지기본계획에 따라 분산형 전원을 2035년까지 15%로 확대하는 목표를 제시했으며, 2017년에는 집단에너지 사업을 분산형 전원으로 명확히 규정하였습니다.

그렇다면 해외는 어떨까요?
최근 지역난방 선진국가인 유럽을 중심으로 고온 열 공급방식인 3세대에서 미활용 및 재생에너지를 활용한 저온 열원 중심의 4세대로의 전환을 꿈꾸고 있습니다.
아직까지 4세대 지역난방의 대규모 운영 사례는 없지만 독일이나 네덜란드 등 유럽의 지역난방 선진국에서는 부분적인 열 그리드 실증사업이 진행되고 있는데요.
독일은 4세대 지역난방 시스템을 통해 기존 열 네트워크의 회수열을 소넨베르크 지구의 신축 건물에 저온으로 공급해 에너지 손실을 최소화하고 있습니다.
그리고 네덜란드 헤이그에서는 2015년 스마트 열 그리드로의 발전 전망을 포함한 열 이니셔티브 선언으로 열에너지를 최적으로 이용할 수 있도록 하고 있죠.

여전히 기술 개발이나 제도개선, 정책제언 등으로 4세대 지역난방 전환을 위한 준비는 충분하지 않기 때문에 꾸준한 노력과 분석을 이어나가야겠죠.
4세대 지역난방은 지역난방사업자가 별도의 열원설비 설치 없이도 수요개발이 가능하기 때문에 빠른 시일 내에 국내 지역난방 문제를 해결할 수 있길 바랍니다.

내용 출처
한국에너지공단 에너지이슈브리핑, 스마트 열 그리드 및 4세대 지역난방 소개
서울 에너지공사, 4세대 지역난방으로의 전환을 위한 기술적 검토

이미지 출처
– 게티이미지뱅크(www.gettyimagesbank.com)