연구보고서
보고서명
세계 히트펌프 시장 및 정책 동향과 국내 시사점
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국문초록
- 1. 연구의 필요성 및 목적
■ 연구의 필요성
○ 전 세계적으로 탈탄소화 정책은 발전과 수송 부문을 중심으로 추진되어 오다가, 2016년 EU 열 전략이 발표되며 히트펌프를 핵심 수단으로 산업 부문과 건물 부문의 열에너지 소비의 탈탄소화가 중요 과제로 부각됨.
- IEA도 2022년 세계 최종에너지 소비의 절반 가까이가 열에너지 소비에 해당하며, 온실가스의 38%가 열에너지 소비로부터 발생한다고 분석함.
- 이와 같은 인식이 전 세계적으로 확산되고 열 소비를 탈탄소화하기 위한 정책들이 발굴 및 개발되며 히트펌프 기술이 재조명을 받기 시작함.
○ 이러한 국제적인 추세와 대조적으로 우리나라에서는 냉방용을 제외하면 현재 난방과 급탕 용도에서 히트펌프는 많이 활용되지 못하고 있음.
- 근본적으로 난방과 같은 열 소비에 대한 탈탄소화가 국내 탄소중립 정책에 서 아직 주목받지 못하고 있기 때문임.
■ 연구의 목적
○ 히트펌프의 국제적 시장 동향과 관련 정책을 분석하고, 한국에서의 난방 및 급탕용 히트펌프 보급의 장애요인을 파악하여 해결 방안을 제시하는 것을 목적으로 함.
2. 연구내용 및 주요 분석 결과
■ (제2장) 세계 히트펌프 시장 동향
○ 히트펌프는 외부 열원의 열에너지를 이용해 어떠한 열매체를 낮은 온도에서 높은 온도로 높이는 기술을 말하며, 작동 원리에 따라 압축식, 흡수식, 흡착식 등으로 분류되는 히트펌프 중 정책적으로 중요하게 다루어지는 압축식 히트펌프를 다룸.
- 히트펌프는 압축기와 열교환기로 구성되며, 압축기는 순환 과정에서 냉매를 압축 및 팽창시키고, 열교환기는 증발 및 팽창 과정에서 흡열 및 방열하는 역할을 함.
- 히트펌프는 에너지효율에 대한 성능을 나타내는 성능계수(Coefficiecnt of Performance, COP)가 얼마나 되느냐가 탈탄소화 기술로서 히트펌프의 가치를 판단하는 중요한 지표가 됨.
- 공기열을 열원으로 사용하는 가정용 히트펌프의 경우 COP 4 정도 나올 수 있으며, 산업체에서 발생하는 폐열을 열원으로 활용하는 대형 히트펌프는 COP가 8 정도까지 가능한 것으로 파악됨.
○ 2023년을 제외하면 최근 10년에 가까운 기간 동안 전 세계적으로 히프펌프의 연간 판매량을 빠르게 증가함.
- 2023년을 포함하더라도 미국의 히트펌프 판매량은 2014년 대비 54% 증가했으며, 유렵은 200% 이상 증가함.
- 미국도 2023년 전년 대비 17%의 판매량이 감소했으나, 다른 난방기기에 비해 판매량이 높은 것으로 나타남.
- 유럽도 2023년 전낸 대비 5% 감소했으나, 이는 국제 천연가스 가격이 하락하면서 전기요금이 상대적으로 비싸진 것과 EU의 히트펌프 지원책인 Heat Pump Action Plan의 수립이 지연되었기 때문으로 유추됨.
- 중국의 히트펌프 판매량은 최근까지 빠르게 증가함을 유추할 수 있음.
○ 공기열 히트펌프는 과거 공기-공기(Air-to-air) 히트펌프가 판매의 대부분이었다면, 최근에는 공기-물(Air-to-water) 히트펌프의 비중이 점차 증가하는 추세임.
- IEA에 따르면 2021년과 2022년에 세계 건물용 히트펌프 판매 증가율은 각각 13%와 11%를 기록했는데, 이 가운데 공기-물 히트펌프의 판매 증가율은 같은 기간 24%로 동일한 증가율을 기록함.
- 공기-공기 히트펌프와 공기-물 히트펌프의 판매 비중은 약 30:70 정도나 바닥 난방이 가능한 공기-물 히트펌프의 비중이 점차 확대됨.
■ (제3장) 주요국의 히트펌프 보급 정책
○ EU는 2021년 ‘Fit for 55’를 발표하여 신기후 체제를 공식화한 가운데 2022년 REPowerEU를 발표하며 4개의 핵심 정책과제를 발표함.
- REPowerEU의 핵심 과제 중 하나인 ‘청정에너지전환의 가속화’는 Fit for 55에서 요구하는 화석연료의 시장 퇴출 속도의 상향을 목표로 설정하고 이를 위한 구체적 실천 방안을 제시함.
- 이밖에 재생에너지 지침(EU Renewable Energy Directive)과 에너지 세제 (EU Energy Taxatiojno Directive)를 통해 회원국들에게 히트펌프를 보급할 수 있는 여건을 제공함.
○ 독일은 2030년까지 독일 내 히트펌프 6백만 대를 설치하겠다는 목표를 2022년 11월에 발표하였고, 이를 위해 2024년부터 히트펌프의 판매 대수를 연간 50만대 이상으로 확대하는 목표를 수립하여 국가에너지기후계획(NECP)에 반영함.
- 2020년 제정한 건물에너지법(GEG)를 통해 신도시와 구도시를 구분해 차별화된 탈탄소화 방안을 제시하며, 신규 개발 지역의 최소 65% 이상을 재생에너지를 사용하도록 의무화함.
○ 영국은 열·건물 전략(Heat and Building Strategy)을 2021년 수립하여 2030년 목표로서 1990년 대비 온실가스 배출을 68% 이상 감축할 것을 공식화함.
- 열·건물 전략에서 제시하는 25개의 정책목표 중 약 10개가 모두 히트펌프에 초점을 맞추고 있을 정도로 히트펌프를 건물 부문 탈탄소화의 가장 중요한 수단으로 고려함.
- 보일러 전환 지원 제도(BUS)를 통해 화석연료 난방기기를 히트펌프나 바이오매스 보일러로 교체할 때 소요되는 투자 비용 일부를 정보가 보조하여 화석연료 보일러의 시장 퇴출을 유도함.
○ 프랑스는 2023년 9월에 2027년까지 자국내 히트펌프 생산량을 현재의 3배 수준인 연간 1백만 대로 늘리고 설치 인력을 3만명 육성하겠다고 발표함.
- 2024년 갱신해 제출한 국가에너지기후계획(NECP)에 따르면 열 부문 재생에너지 비중 목표를 2030년과 2035년에 대해 각각 45%와 55%로 설정하여 2021년 대비 비중을 2배 이상 확대하는 목표를 제시함.
- 또한, Ma Prime Renov를 통해 노후 건물의 에너지효율 개선 투자에 금융지원을 제공할 때 히트펌프도 지원 대상에 포함시키고 소득에 따라 지원 비율을 차등함.
○ 미국 에너지부는 2021년 히트펌프를 포함한 청정 에너지기술 연구와 상용화를 가속화하는 방안으로 E3 이니셔티브를 출범하였고, 주택과 상업 건물에 사용하는 고효율 히트펌프 온수기의 상용화를 촉진함.
- 미국은 히트펌프 보급을 활성화하기 위해 세액공제를 하거나 리베이트 등을 지급하는 제도를 채택함.
- 이와 함께 연방 정부 차원에서 국방물자생산법에 근거해 히트펌프를 포함한 5개의 핵심 에너지기술의 자국 내 생산을 확대하기 위해 히트펌프 제조기업을 지원함.
○ 일본은 2021년 지구온난화대책계획에서 히트펌프 보급 목표를 명확히 밝히고, 가정용, 업무용, 산업용으로 구분해 목표를 설정함.
- 2020년 가정용 히트펌프 온수기는 약 746만 대에서 2030년 1,590만 대, 상업용 히트펌프 온수기는 약 5.5만 대에서 14만 대, 산업용 히트펌프는 약 168MW에서 1,673MW 규모로 확대할 목표를 설정함.
○ 중국은 2021년 ‘2030년이전탄소정점달성행동방안’을 발표하여 총 에너지소비에서 비화석연료 비중을 2025년 20%, 2035년 25%까지 확대하여 탄소배출의 정점에 도달하겠다는 목표를 제시함.
- 건물 난방의 청정에너지 사용을 촉진하기 위해 열병합발전과 산업 폐열, 원자력 난방, 바이오매스, 지열, 태양열과 함께, 히트펌프를 적극적으로 고려할 것임을 밝힘.
■ (제4장) 국내 히트펌프 시장 현황 및 장애 요인
○ 국내 히트펌프에 대한 정부 차원의 공식적인 판매나 보급 통계는 존재하지 않아, 한국냉동공조산업협회의 통계가 시장 상황을 가늠할 수 있는 현실적인 자료임.
- 2024년 에어컨을 포함한 국내 히트펌프 시장 규모는 약 28.9억 달러로 부문별로는 가정용 히트펌프 19.8억 달러, 상업용 히트펌프 6.7억 달러, 산업용 히트펌프가 2.6억 달러에 이를 전망임.
- 용량별로는 10kW 미만이 14.3억 달러, 10~20kW 규모가 8.9억 달러, 20~30kW 규모가 3.6억 달러, 30kW 초과가 2.1억 달러로 예상됨.
○ 국내 히트펌프와 관련한 법률은 ‘신에너지 및 재생에너지 개발·이용·보급촉진법’, ‘집단에너지사업법’, ‘에너지이용 합리화법’ 등이 있으며, 주로 설치비 보조형태의 지원사업이 주를 이루고 있음.
- 친환경에너지보급사업, 에너지효율향상 지원사업, 농업에너지이용효율화사업등을 통해 히트펌프 설치와 필요한 비용을 지원하고, 국고와 지방비, 융자, 자부담을 일정 비율로 조달함.
- K-water와 환경부가 협력하여 수열에너지 설비를 설치하는 민간사업자나 지자체에 설치비 절반을 지원함.
- 이는 해외의 보조금, 소득세 환급, 부가세 환급, 저리 대출 등 다양한 방식보다는 제한적인 형태의 지원이 이뤄지는 상황임.
○ 국내 히트펌프 보급 여건을 살펴볼 때 다음과 같은 장애요인이 존재하는 것을 분석됨.
- 첫째, 도시가스 보일러 대비 높은 초기 투자비용으로 인한 경제적 부담
- 둘째, 가스보일러보다 물리적으로 큰 설치 면적
- 셋째, 공동주택 건설사와 입주자 모두 히트펌프 난방시스템을 선호하도록 유인할 요인 부족
- 넷째, 히트펌프를 활용한 재생에너지 열원의 범위의 제한성
- 다섯째, 낮은 가스요금과 전기요금 누진제에 따른 높은 연료비 부담
- 끝으로 히트펌프의 품질 보증 및 KS 인증 기준의 미비가 지적됨.
■ (제5장) 소형 건물 난방 및 온수용 공기열 히트펌프 경제성 분석
○ 가스보일러와 가정용 공기열 히트펌프에 대한 열생산균등화비용(Levelized Cost of Heat, LCOH) 분석을 통해 히트펌프의 보급 가능성과 한계를 경제성 측면에서 살펴봄.
- 2023년 전국 평균 가구당 전력소비량과 도시가스 개별 난방용 소비량을 기초로 현행 전기요금과 도시가스 요금을 반영하여, 가스보일러와 공기열 히트펌프를 사용할 때 발생하는 연료비를 추정함.
- 히프펌프 사용 시 도시가스를 통해 난방한 열량만큼을 히트펌프로 대체하여 소비하는 것을 가정함.
- 공동주택 난방을 가정하여 히트펌프를 설치하는 경우(850만원)를 가정하였고, 별도의 축열조(550만원)는 설치하는 것을 고려하지 않음.
- KDI의 사회적 할인율(4.5%)를 적용하고 가스보일러의 수명은 10년, 히트펌프의 수명은 15년으로 가정하였으며, 별도의 성능저하율을 고려하지 않음.
- 도시가스 보일러의 효율은 보일러 평균(87%)과 콘덴싱 보일러(92%)의 두 가지를 가정하여 각각 분석함.
- 설치비 지원 50%와 70%, 전용요금제 120원/kWh(부가세 불포함)와 60원/kWh(부가세 포함)으로 구분하여 정책효과를 살펴봄.
- SCOP(Seasonal Coefficient of Performance)가 변화해도 히트펌프의 가격은 변하지 않는다는 가정 하에 SCOP 변화에 따른 히트펌프의 LCOH를 도출함.
○ 가스보일러와 히트펌프의 LCOH는 아래와 같이 추정됨.
- 가스보일러 LCOH: 38.13원/MJ(콘덴싱 전제), 40.32원/MJ(평균 전제)
- 콘덴싱 전제 히트펌프 LCOH: 67.91원/MJ(SCOP 3.0), 63.52원/MJ(SCOP 3.5), 60.03원/MJ(SCOP 4.0)
- 평균 전제 히트펌프 LCOH: 70.05원/MJ(SCOP 3.0), 65.37원/MJ(SCOP 3.5), 62.21원/MJ(SCOP 4.0)
- SCOP가 상승하여도 가스보일러보다 높은 수준의 LCOH가 추정됨.
○ 정책지원 방법에 따른 LCOH를 추정하였고, 정책적으로 의미있는 기준을 발견함.
- SCOP 3.0에서 SCOP 5.0까지 변화할 때, 설치비 지원이 가장 효과적으로 LCOH를 낮추는 정책 방안인 것을 확인함.
- 히트펌프 전용 요금제는 SCOP가 낮은 제품일 때 상대적으로 효과가 있는 것으로 분석되었으며, SCOP가 개선될 때는 LCOH 하락에 큰 효과가 없는 것으로 분석됨.
- 소비자가 히트펌프를 사용하기 위해서는 SCOP가 콘덴싱 전제 시 3.32, 보일러 평균 전제 시 3.14는 되어야 가스보일러와 동일한 수준의 연료비를 기록하여, 정책적으로도 지원 대상이 되는 히트펌프의 최소성능을 정하는데 있어 참고할 필요가 있음.
3. 결론 및 정책 시사점
■ 결론
○ 국내에서 히트펌프가 정부의 정책적 지원 없이 자연적으로 보급 확대되기란 매우 어려운 상황임.
- 우리나라의 주요 건물 난방 수단인 도시가스 보일러와 비교해 보면 고정비와 연료비에서 모두 경쟁력을 갖기 어려운 구조임.
- 공동주택이 일반화되어 있는 국내 주거 체계에서 건설사들이 자발적으로 도시가스 보일러를 히트펌프로 대체할 유인도 존재하지 않음.
○ 이러한 장애 요인들을 극복하고 우리나라에서 히트펌프 보급의 활성화를 기대하기 위해서는 정부의 적극적인 의지가 반드시 정책에 반영되어야 할 것임.
■ 정책 시사점
○ 국가적인 열에너지 탈탄소화 정책의 중요성과 히트펌프의 정책적 가치를 인식해야 하는 부분과 직접적인 지원을 위한 제도를 어떻게 설계할 것이냐로 구분할 수 있음.
○ 열에너지 탈탄소화의 중요성 및 히트펌프 가치에 대한 인식 제고가 시급히 필요함.
- 2021년 기준 우리나라의 최종에너지 소비 중 열에너지 소비를 목적으로 하는 에너지 비중은 약 48%이며, 이를 위해 투입되는 1차 에너지의 80%는 화석연료에 기반함.
- 유럽연합과 미국, 일본, 중국 등은 열에너지 탈탄소화를 위한 정책 수립과 추진에 적극적인 반면, 우리나라는 탄소중립 정책에서 열에너지에 대한 반영이 거의 이루어지지 않음.
- 히트펌프 보급을 통해 산업 부문과 건물 부문에서 어느 정도의 온실가스 감축이 가능한지를 체계적으로 평가해야 함.
○ 히트펌프 보급 로드맵 및 활성화 대책 수립을 통한 구체적 탄소중립을 위한 방안의 마련이 필요함.
- 히트펌프의 시기별 보급 목표를 건물과 산업 부문으로 구분해 히트펌프 방식별로 설정하는 것이 필요함.
- 히트펌프의 구매 및 설치 시 비용의 일부를 지원하는 보조금 프로그램이나구매 비용 일부를 세액에서 공제하는 세제 지원제도, 히트펌프 소비 전력에 대한 요금 할인 등의 구체적 방안 마련이 필요함.
- 공동주택 건설사나 입주자가 자발적으로 히트펌프를 설치할 유인의 마련이 필요함.
- 국내 히트펌프 제조산업을 육성하기 위해 국가적으로 히트펌프 기술과제를 발굴하고 민간 개발을 지원해야 함.
- 재생에너지로 인정받을 수 있는 히트펌프의 열원을 기존의 지열과 수열에서 공기열과 일부 폐열(하수열)로 확대하는 것이 필요함.
- 마지막으로 히트펌프의 성능 기준을 방식별로 구분해 인증하는 제도의 구축이 필요함.