스위스의 열펌프·열병합발전·냉각시설분야, 이러한 환경 신기술이 뜬다

- 에너지활용의 최적화, 신규 에너지원 개발 활발 –

- 산학 연관 공동노력이 신기술 개발 원동력 -

 

 

 

1. 열펌프시장을 위주로 한 시장동향

 

□ 열펌프 판매, 지난 26년간 꾸준한 성장세

 

 ○ 스위스 열펌프시장은 꾸준히 증가세로 지난 26년간(1982~2008년) 매출액이 10배 가량 신장됨.

 

 ○ 2008년 한 해만도 2007년 대비 23.6% 증가한 2만6670대가 판매됨.

  - 이 중 공기·물 열펌프가 58.3%, 밑바닥(sole)·물 열펌프는 39%, 물·물 열펌프는 2.7%의 시장점유율을 기록함.

  - 이용 용도에 따라 난방시설 개보수용이 주도적이며(2008년 1만5025대 판매), 신규 설치용(2008년 5645대 판매)도 증가추세임.

 

 ○ 한편 스위스 열펌프시장은 에너지효율성 증대 및 클린난방에 대한 관심증가로 2009년에도 15%의 판매성장이 예상됨.

 

스위스 열펌프시장 판매동향

주 : 세로측은 판매대수, 가로측은 연도표시

자료원 : 스위스 열펌프후원협회(FWS : Foerdergemeinschaft Waerme Pumpen Schweiz)

 

 ○ 스위스에서 열펌프는 주로 단독주택에 설치되며, 주요 고객은 단독주택 소유자나 주택조합 혹은 건설회사 등임.

 

2. 신기술 동향

 

난방이나, 냉방을 위한 에너지 생산에 있어 고효율성 및 친환경성이 강조되면서 열펌프, 열병합발전, 냉각시설 관련 신기술이 스위스시장 내에서 활발히 추진됨. 해당분야의 최근 신기술은 다음과 같음.

 

1) 열펌프

 

□ WEXA : 공기·물 열펌프의 에너지효율 상승을 위한 에너지 분석프로젝트(Energie-Anlayse zur Effizienzsteigerung von Luft/Wasser Waermepumpen)

 

열펌프의 효율성은 에너지원의 온도 및 방열판(heat sink)에 달려 있음. 그러나 실제 운영 시 발생하는 마찰 및 불가피한 유량(heat flow) 관련 온도격차는 열펌프의 효율성을 낮춤.

 

 ○ 이 프로젝트 내에서 열펌프 이용 시 에너지 손실원을 파악하고 계량화하기 위한 에너지분석이 다각적으로 실시됨.

 

 ○ 그 결과 가장 큰 에너지 손실원은 압축기(compressor)에 있으며, 에너지효율 상승은 압축기와 환기장치의 회전수 변화를 통해 달성됨이 밝혀짐.(이 내용은 국제에너지기구(IEA)에 의해 뉴스레터형식으로 발간됨.).

 

(상세내용은 루체른대학 사이트 참조 : www.hslu.ch)

 

□ 열펌프 이중사이클 프로젝트(Pompe à chaleur thermique à double cycle de ranking)

 

 ○ 스위스에서 판매되는 열펌프의 대부분은 전기압축기를 통해 작동됨. 그러나 열흡수 원칙에 따라 움직이는 열펌프 혹은 연소 모터 장착 열펌프도 있음.

 

 ○ 이 프로젝트는 가스열펌프를 발전시키는데, 여기서 생성된 열은 ORC 프로세스를 통해(Organic Rankine Cycle) 파동에너지 혹은 이용가능한 여열(餘熱)로 전환됨.

 

 ○ 해동 파동에너지는 열펌프의 압축기를 가동시킴.

 

(상세내용은 로잔공과대학 사이트 참조 : www.epfl.ch)

 

2) 열병합 발전설비

 

□ 바이오가스 열병합발전 최적화 프로젝트(Energetische Optimierung von Biogas)

 

열병합발전과 열펌프를 결합하는 것은 이산화탄소를 30~50% 감소시킬 수 있음. 해당 프로세스를 통해 효율성도 제고될 것으로 기대됨. 최근 들어 중간온도의 여열(餘熱) 혹은 유기연료의 연소를 이용해 전력을 생산하는 것이 추진됨.

 

 ○ 이 프로젝트 내에서 천연바이오가스로 운영되는 열병합발전설비의 효율성을 제고하는 여러가지 방법이 시도됨.

 

 ○ 연구의 핵심은 모터 연소과정의 효율성 제고 및 이용되지 않은 여열(餘熱)의 전력으로의 전환임.

 

 ○ 한편 새로운 종류의 해가 없으며 고온에 저항성이 강한 물질 연구가 활발히 진행되고 있음에도 불구하고 열병합발전의 성능 관련 열전환 연구는 향후 지속적으로 발전돼야 할 것으로 보임.

 

 (상세내용은 Empa사이트 참조 : www.empa.ch)

 

3) 친환경적인 냉각시설

 

□ 이산화탄소 지열센서(CO₂-Erdwaermesonde)

 

열펌프는 동적인 열순환과정을 통해 작동되는데, 이 과정에서 환경에 유해한 물질을 야기함. 한 예로 냉각설비는 FCKW 등 오존층을 파괴하고 온실가스를 야기하는 물질을 내포할 수 있음(대부분의 선진국에서는 사용금지). 이와 관련해 환경에 유해영향이 없는 매개를 개발하는 노력이 이어짐.

 

 ○ 이산화탄소와 같은 매개물이 지열센서에 활용됨. 한편 이 지열센서는 열기술적 조건 때문에 자유로운 대류(confection), 즉 이동펌프없이 작동됨.

 

 ○ 이미 순환 이동펌프의 배제를 통해서도 설비의 효율성이 5~8% 상승됨.

 

 ○ 한편 이어지는 과정에서 열펌프 자체가 이산화탄소를 매개로 작동될 수 있음.

 

 ○ 센서 및 열펌프는 직접적으로 연결될 수 있는데, 전제조건은 기름 사용없는 압축기가 이용되는 것임.

 

(상세내용은 루체른대학 사이트 참조 : www.hslu.ch)

 

□ 리마트학교에서의 열펌프 에너지 분석프로젝트(das Projekt Energieanalyse der Waermepumpe im Schulhaus Limmat)

 

취리히시 건설과는 2006년 취리히 내 리마트라는 학교에 열펌프를 설치함. 프로판 열펌프는 이 학교가 필요로 하는 난방 및 온수의 90%를 생산함.

 

 ○ 기존 리마트학교의 열펌프시설을 보강하는 프로젝트로 정확한 효율성 지수 외에 프로판의 효율성 및 개선 여지를 평가함.

 

 ○ 더 나아가 설비 컨셉트가 철저히 점검되며 개선책이 제시됨.

 

(상세내용은 Awtec사이트 참조 : www.awtec.ch)

 

3. 시사점

 

□ 스위스, 산학 연관 공동연구 활발

 

 ○ 스위스에서는 기업들이 자체 연구직원들을 활용해 실생활에 이용가능한 프로젝트를 집중추진함으로써 환경분야 신기술 개발에 박차를 가하고 있음.

 

 ○ 한편 기업의 프로젝트 책임자는 대학 연구기관에서 연구직을 겸임하는 경우가 많으므로 자연스럽게 기업과 대학의 공동연구가 추진됨.

 

 ○ 열펌프, 열병합발전 및 냉각설비 관련 신기술 프로젝트는 여러 협회, 칸톤(우리나라의 '도’에 해당) 등에 의해서도 재정적으로 후원됨. 대표적인 후원협회 및 후원칸톤은 다음과 같음.

  - 스위스 가스산업협회의 에너지연구기금(Energieforschungsfond der schweizerischen Gasindustrie, www.erdgas.ch), 악스포 천연전력기금(Axpo Naturstromfond, www.axpo.ch), 파트 칸톤(Kanton Waadt), 취리히 칸톤의 물, 에너지, 공기청(Amt fuer Abfall, Wasser, Energie und Luft des Kantons Zuerich), 취리히시의 건설과(Hochbauamt der Stadt Zuerich), 바젤시의 환경 및 에너지청(Amt fuer Umwelt und Energie des Kantons Basels) 등

 

□ 국제협력, 국제규격 및 국제에너지기구(IEA) 내에서 중점 추진

 

 ○ 스위스는 국제차원에서도 환경기술 개발에 적극적인데, 환경기술 국제협력은 국제규격 개발 활동 및 국제에너지기구(IEA)의 열펌프 프로그램에서 활발히 진행됨.

  - 2008년 5월 20~22일 취리히에서 국제에너지기구(IEA)의 9차 열펌프회의(9th International IEA Heat Pump Conference)가 개최됨. 이 행사에는 32개국 450명이 참가함.

 

 

자료원 : 상기 언급 프로젝트들은 스위스 에너지청의 추천사항임 ; 상세내용은 해당 프로젝트 내 사이트 참조