산업용 히트펌프, 400℃ 이하 공정열 탈탄소 수단으로 부상
에너지데일리 · · EnergyNews 요약
에너지경제연구원은 '산업용 히트펌프 기술 동향과 시사점' 자료를 통해 폐열회수 기반 히트펌프가 산업부문 에너지 전환 수단으로 확대되고 있다고 분석했다. IEA는 2021년 'Net Zero by 2050'에서 경공업 분야 400℃ 이하 공정열 탈탄소화에 히트펌프가 중요한 역할을 할 것으로 전망했고, IRENA는 2022년 보고서에서 1.5℃ 경로상 히트펌프 보급이 2050년 건물부문 2억9000만대, 산업부문 8000만대에 이를 것으로 예측했다.
현재 개발 중인 히트펌프 모델은 공급 온도 120∼200℃, 가열능력 1∼10MW 범위에 집중돼 있으며, IEA HPT Project 68 보고서에 따르면 160℃ 이상 초고온 히트펌프 비중이 증가하고 있다. 일본은 2011년 상용화된 KOBELCO-SGH165가 MVR 연계로 165℃ 증기를 공급했고, Mayekawa는 암모니아·펜테인 냉매 기반 145℃ 캐스케이드 히트펌프를 개발했으며, 미국은 MVR을 활용한 185∼300℃ 증기 생산에 중점을 두고 있다.
실증은 식음료·재료소재·펄프제지 산업이 전체의 약 68%를 차지하며, 국내는 연구개발은 진행 중이나 독일·덴마크·일본 대비 산업공정·지역난방 설치 운영 사례가 부족한 것으로 지적됐다.
이 글에 나온 용어
히트펌프COP
heat pump
히트펌프는 전기로 냉매를 압축·팽창시켜 낮은 온도의 열을 끌어올려 높은 온도의 공간으로 옮기는 장치다. 열을 만들어내는 것이 아니라 옮기는 것이므로, 투입한 전력량보다 더 많은 열을 공급할 수 있다. 이 성능을 나타내는 지표가 COP(성적계수)로, COP = 공급한 열에너지 / 투입한 전기에너지 로 정의되는 무차원 값이다. 전기 저항식 히터의 COP 가 1 인 데 비해 히트펌프는 조건에 따라 1 보다 크며, 바깥 공기가 차가울수록 끌어올려야 할 온도차가 커져 COP 는 낮아진다. 실무에서는 정격 조건의 COP 뿐 아니라 한 계절 전체 평균 성능을 나타내는 SCOP 나 냉방 기준 지표도 함께 본다. 건물 난방을 전기로 전환하는 수단으로 다뤄져 제로에너지건축물 설계에서 자주 등장한다.
지역난방
district heating
지역난방은 한 곳의 열생산시설에서 만든 온수를 배관망으로 여러 건물에 보내 난방과 급탕에 쓰는 방식이다. 각 세대나 건물이 개별 보일러를 두는 대신 중앙에서 열을 만들어 나눠 쓰기 때문에, 개별 연소 설비와 그에 따른 배기가 아파트 단지 안에서 사라진다. 열원으로는 열병합발전소의 회수열, 소각장 폐열, 산업체 폐열, 첨두부하용 보일러 등이 쓰인다. 각 건물에는 열교환기와 열량계가 설치되어 사용한 열량(Gcal 또는 MWh) 만큼 요금이 부과된다. 배관 길이가 길수록 수송 중 열손실이 생기므로, 열수요가 밀집한 신도시나 대규모 단지에 적합하다.
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