정부가 2022년을 2050 탄소중립 달성의 원년으로 선포한 상황에서 탄소중립을 달성하기 위한 신재생에너지가 강조되고 있다. 뿐만 아니라 에너지의 효율적 사용을 통한 에너지소비량 절감도 또 하나의 탄소중립 달성방안으로 각광받고 있다. 

신재생열에너지 전문기업 제이앤지(대표 박종우)의 공기열 축열시스템은 에너지효율화 방안으로 △병원 △미술관 △체육시설 등 냉난방부하가 높은 다중이용시설에서 적용이 확대되고 있다. 

제이앤지는 2006년 전주대 벤처창업관 입주를 통해 설립됐으며 △공기열원 축열 히트펌프 △수열원 축열 히트펌프 △지열원 축열 히트펌프 등에서 ‘한국전력 심야전력기기인증’을 취득하는 등 축열기술에 대한 경쟁력을 인정받았다.

축열기술은 저렴한 심야시간 저렴한 전기로 전기구동식 냉동기, 히트펌프를 이용해 열을 축열조에 저장했다가 냉난방부하가 높은 낮시간에 활용하는 기술로 열에너지에 대한 공급과 수요간 격차를 해소할 수 있다. 

제이앤지는 2015년 전주고려병원에 360RT 규모 공기열원 인버터스크롤칠러를 활용한 축열시스템을 설치해 현재까지 안정적으로 운영하고 있다. 전주고려병원은 공기열 축열시스템 적용 이전 흡수식 냉온수기(250RT)와 1.5톤 관류형 증기보일러로 냉난방 및 급탕을 공급하고 있었으며 신축동 확장과정에서 냉난방시스템 개선필요성이 대두돼 공기열 축열시스템을 적용했다.

전주고려병원 공기열 축열시스템의 핵심인 히트펌프는 냉방 130kW, 난방 140kW를 공급할 수 있는 LG전자의 40RT급 공기열 히트펌프 총 9대가 적용됐다. 이를 통해 기축동, 신축동 양쪽에 냉난방을 공급하고 있다. 

김광수 전주고려병원 원무부장은 “기존 흡수식 냉온수기를 14년가량 사용해오면서 많은 문제점이 발생했으나 공랭식 축열시스템을 적용한 후 냉난방 운전에 대한 편의성이 향상돼 환자들에게 쾌적한 환경을 손쉽게 제공할 수 있다”라며 “특히 냉난방비용에 대한 부담으로 인해 하절기, 동절기 등 냉난방시기를 결정하는데 많은 고민이 필요했으나 공기열 축열시스템 적용으로 기존대비 60% 이상 냉난방비용을 절감할 수 있어 상시가동해 환자 만족도를 향상시킬 수 있었다”고 밝혔다. 

전주고려병원의 공기열 축열시스템 적용은 인근 주민의 민원해결에도 큰 도움이 됐다. 기존 흡수식 냉온수기의 특성상 옥상에 냉각탑이 설치돼있었다. 냉각탑에서 발생하는 소음과 백연으로 인한 라지오넬라균 등 병원균에 대한 우려로 인근주민과의 갈등이 지속돼왔다. 

공기열 축열시스템은 냉난방공급을 위해 히트펌프를 사용하며 백연이 없어 라지오넬라균 우려가 없다. 또한 소음도 적으며 제이앤지는 소음피해를 최소화하기 위해 방음벽을 설치했다. 

이와 함께 전주고려병원은 신축동에 FCU를 추가로 설치해 환자의 온도쾌적성을 높일 방침이다. 이러한 증설결정은 360RT규모의 공랭식 축열시스템이 설비증설에 따른 부하증가에도 충분히 대응할 수 있어 가능한 결정이었다. 

김광수 원무부장은 “기존 냉난방시스템대비 경제성은 우수하면서 부하대응용량도 커 환자 만족도를 향상시킬 수 있는 방안으로 FCU설치를 결정했다”라며 “겨울철에 50℃ 축열조를 활용해 하루종일 난방해도 축열조 온도저하는 1~2℃ 수준으로 효율면에서 아주 우수하다”고 밝혔다. 

이어 “갑작스러운 부하증가에 대응하기 위한 주간운전기능도 탑재돼있으나 5년간 가동한 적이 없어 FCU 추가설치에도 안정적으로 시스템이 운영될 것으로 기대하고 있다”고 덧붙였다. 

제이앤지의 관계자는 “기후변화에 따라 이상고온, 이상한파 발생이 지속되고 있으며 이에 따라 냉난방, 급탕을 위한 에너지소비가 증가하는 추세로 탄소중립을 달성하기 위해 에너지소비를 줄이면서 쾌적한 재실환경을 유지하는 것이 중요해지고 있다”라며 “공랭식 축열시스템은 이러한 니즈에 대한 최적 대응방안으로 에너지를 효율적으로 사용하면서 기존 시스템대비 더욱 쾌적한 환경을 제공할 수 있다”고 밝혔다. 

이어 “제이앤지는 공기열 축열시스템에 대한 신뢰도를 제고하기 위해 안정성을 인정받은 LG전자의 제품을 적극 도입하고 있다”라며 “열을 저장해 사용하는 공기열 축열시스템의 특성상 히트펌프의 예상치 못한 고장이 발생할 경우에도 안정적으로 냉난방을 공급할 수 있어 냉난방이 영업에 미치는 영향이 큰 병원, 상업시설, 숙박시설 등 다중이용시설에도 적합하다”고 강조했다. 

태양광, 풍력 등 변동성을 가진 신재생에너지원을 통한 발전에도 공랭식 축열시스템은 좋은 에너지효율화방안이 될 것으로 기대된다. ‘Carbon Free Island 2030(CFI 2030)’ 계획을 수립하고 태양광, 풍력 등 신재생에너지 보급에 힘쓰고 있는 제주도의 신재생에너지설비용량은 2022년 2월 기준 828MW이며 2020년도 기준 신재생에너지 발전비중은 20%에 달한다. 제주도의 신재생에너지 보급은 활발히 이뤄지고 있으나 기후환경에 따라 발전량이 변동되는 태양광, 풍력 등의 특성으로 인해 제주도는 출력제한으로 골머리를 앓고 있다. 

제주도의 출력제한은 신재생에너지 확대에 따라 증가하고 있으며 2016년 6회에서 2020년 77회로 급증했다. 

수소생산, 역송전 등 다양한 방안으로 출력제한을 해소하기 위해 노력하고 있으나 신재생에너지 보급이 지속 확대될 것을 감안한다면 추가적인 대안을 마련해야 한다. 

보편적으로 공기열 축열시스템은 저렴한 심야시간대 전기를 활용해 에너지비용을 낮추는 것이지만 제주도와 같이 낮시간대 신재생에너지 발전량이 급증하는 특성에 따라 과잉발전 전력을 저렴하게 공급받아 열로 저장할 수 있다. 

이를 통해 과잉발전에 따른 출력제한을 해소할 뿐만 아니라 신재생에너지 발전량이 적은 야간에 활용함으로써 공급과 수요의 균형을 맞출 수 있어 향후 100% 신재생에너지 공급을 달성할 경우에도 변동성에 대응하기 위한 예비설비 등을 설치하지 않아도 된다. 

실제로 제이앤지는 제주도의 김창열미술관에 공기열 축열시스템을 적용한 바 있다. 향후 공기열 축열시스템이 확대되고 신재생에너지 출력제한 대응 공급망 연계가 이뤄진다면 균형잡힌 에너지소비구조를 완성할 수 있을 것으로 기대된다. 

제이앤지의 관계자는 “현재 제주도, 전남도 등의 신재생에너지는 생산위주로 구성돼있으며 효율적 소비에 대한 검토가 부족한 상황으로 어렵게 생산한 신재생에너지를 낭비하고 있다”라며 “저장효율이 우수한 공기열 축열시스템으로 신재생에너지 전환에 대한 안정성을 확보할 수 있을 것”이라고 밝혔다.