연구보고서
보고서명탄소중립 추진을 위한 공동주택 난방의 전력화 방안 연구
보고서명(영문)Electrification of Space Heating in Multi-Unit Dwellings for Achieving Carbon Neutrality
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국문초록
- 1. 연구의 필요성 및 목적
■ 연구의 필요성
○ 정부는 2030년 국가 온실가스 감축목표(NDC) 달성 및 2050년 탄소중립을 위해 건물 부문 온실가스 직접 배출량을 2018년 대비 2030년까지 32.8%, 2050년까지 88.1% 감축하겠다는 목표 설정
- 건물 부문 온실가스 직접 배출량의 60% 이상을 차지하는 가정 부문 감축이 핵심으로, 2020년 가정 부문 에너지소비의 65%를 차지하는 난방용 에너지소비가 주요 배출 요인
- 우리나라 주택의 80% 이상은 화석연료를 난방에 사용하고 있어, 건물 부문 감축목표 달성을 위해서는 난방을 위한 화석연료 소비량을 줄이거나 다른 에너지원으로 대체하는 것이 중요
○ 난방용 에너지원의 전력화를 건물 부문의 탄소중립 수단으로 제시한 해외와 달리 우리나라는 난방 에너지원의 대체보다는 에너지효율 향상에 주력
- IEA, 영국, 미국 등은 건물 부문의 탄소중립을 위해 에너지효율 향상과 난방․취사용 에너지원의 대체가 모두 필요하다고 강조하며, 에너지원 대체의 방향으로 온도차 에너지를 이용한 전력화(electrification) 제시
- 우리나라는 제로에너지건축물, 그린리모델링 등 건축물 에너지효율 향상의 중요성을 강조하며, 난방․취사용 에너지원의 대체 방향에 대해서는 구체적 계획이 발표되지 않은 상황
■ 연구의 목적
○ 본 연구는 가정 부문의 화석연료 난방을 대체하기 위한 수단으로 전력화의 방안과 영향을 분석하는 것이 목적
- 본 연구에서 난방의 전력화는 현재 해외에서의 정의를 준용하여 자연의 온도차 에너지를 이용한 히트펌프 시스템 기반의 난방 전력화를 의미
- 우리나라 주거 양식의 약 80%를 차지하는 공동주택에 초점을 맞춰, 현재 개별난방․중앙난방 등에 사용되는 화석연료를 대체하는 수단으로 난방 전력화 대안과 방향을 분석
2. 연구내용 및 주요 분석 결과
■ (제2장) 건물 난방의 탈탄소화 대안: 전력화
○ 건물 난방의 탈탄소화 방안을 온도차 에너지, 무탄소 연료, 기타(태양열)로 구분하여 주요 특징 개관
- (온도차 에너지) 여름철에는 대기온도보다 낮고 겨울철에는 대기온도보다 높은 자연의 열원인 지열·수열·공기열을 이용한 전기히트펌프 시스템으로 대류난방과 복사난방에 모두 적용 가능
- (무탄소연료) 수소 혼입/전소, 연료전지, 바이오연료, 전력 등 온실가스를 직접 배출하지 않는 에너지원을 사용하는 난방방안
○ 국제기구(IEA·IRENA) 및 주요국(영국·독일·미국)의 건물 부문 탄소중립 전략에서 나타난 난방 전력화 대안 분석
- (주요국) 건물 부문 온실가스 감축의 핵심수단으로 에너지효율 향상과 난방용 에너지원의 대체를 제시하며, 지열·공기열 등을 열원으로 활용하는 전기히트펌프 보급 확대를 주요 정책방향으로 설정
- (국제기구) 탄소중립 경로 또는 1.5℃ 시나리오를 달성하려면 건물의 에너지효율 향상만으로는 부족하므로 냉‧난방 시스템을 전기히트펌프를 이용해 전력화할 필요성이 있다고 제시
○ 에너지원의 국내 수급여건, 온실가스 감축 기여도, 공동주택 적용 가능성 등을 검토한 결과 “지열·수열·공기열 등 온도차 에너지를 열원으로 활용하는 전기히트펌프 시스템”, 즉, 난방의 전력화가 유력한 대안
- (수급) 온도차 에너지는 열원의 수급문제가 적은 편이나, 수소나 바이오연료는 국내 수급에 어려움이 있을 것으로 예상됨. 태양열은 태양광과 입지를 경쟁하므로, 태양열의 국내 수급여건은 녹록치 않은 것으로 판단
- (감축 기여도) 수전해수소 생산에 필요한 전력소비량과 전기보일러의 효율을 고려하면 수소 난방과 전기보일러는 온도차 에너지에 비해 불리
- (공동주택) 지열, 수열, 태양열은 단지·동 단위에서 적용 가능하며, 공기열은 세대 단위에서도 적용 가능함. 수소 혼입과 연료전지는 세대별 난방방식과 호환가능하나, 수소 전소는 안전성 문제로 단지·동 단위에서 적용하는 것이 적절
■ (제3장) 공동주택 난방 전력화의 장애 요인과 극복 방안
○ (제도적 요인) ① 난방방식 전환에 대한 정책목표 부재, ② 신재생에너지 인정 범위의 제한성, ③ 제로에너지건축물 의무화제도의 한계 등
- 난방방식 전환에 대한 방향이 설정되지 않았으며, 정부의 신·재생에너지 정책은 전력에 치우쳐 신·재생열의 보급 확대에 대한 정책의지가 미흡한 수준
- 현행법은 지열, 수열(하천수 및 해수 표층수)만 신·재생에너지로 인정하므로, 나머지 수열원이나 공기열은 신·재생에너지 보급정책의 혜택을 받지 못함.
- 제로에너지건축물 의무화제도의 에너지자립률 산정방식은 신·재생전력과 신·재생열 간 경쟁을 야기하여, 신·재생전력에의 쏠림 현상을 강화시킴.
○ (경제적 요인) ①높은 초기투자비, ②인센티브 제도의 한계 등
- 전력화 대안은 화석연료 난방에 비해 초기투자비는 높은 반면 운영유지비는 낮은 편이나, 경제성을 확보하려면 냉·난방 설비를 모두 교체할 필요가 있어 민간의 자발적 투자를 기대하기 어려움.
- 전력화 대안의 인센티브 제도로 ‘신재생에너지보급(주택지원)사업’과 ‘히트펌프 보일러 설치사업’을 활용할 수 있음. 그러나 주택지원사업의 신·재생열 지원대상은 제한적인데다가 지원 규모도 축소되는 추세이며, ‘히트펌프 보일러 설치사업’은 에너지복지 성격에 가까워 확장성에 한계
○ (기타 요인) ①기축 공동주택 적용의 한계, ②에너지의 비효율적 이용 등
- 기축 공동주택에는 다른 열원에 비해 공기열 적용 가능성이 높은데, 개별난방 방식의 기축 공동주택에 공기열을 적용할 경우 공간과 안전상의 문제를 야기할 수 있음.
- 건축물 에너지성능이 충분히 확보되지 않은 기축 건축물 대상으로 난방 전력화 대안 적용 시 에너지의 비효율적 이용을 심화시킬 수 있음.
○ 제도적·경제적·기타 장애 요인의 해소는 상호 연계성을 고려하여 추진하되, 제도적 장애 요인의 해소 선결이 중요(<표 1>)
- 재생열 보급목표를 설정하고 별도의 재정지원체계를 마련하는 등 난방에 특화된 전략을 추진하는 영국·독일 사례를 참고하여, 건물의 난방방식 전환에 대한 국가 차원의 목표와 전략을 마련하는 것이 중요
■ (제4장) 공동주택 난방 전력화의 전력수요 영향
○ 에너지경제연구원 EGMS의 가정 부문 모듈을 모형으로 사용, 3개 시나리오를 분석하여 가정 부문 탄소중립 경로를 탐색함.
- EGMS는 에너지경제연구원 장기 에너지 전망 및 제2·3차 에너지기본계획의 기준 시나리오 전망에 사용된 상향식 모형
- 건물 부문 감축목표를 준용하여 가정 부문 온실가스 직접 배출량이 2018년 31.1백만톤→2030년 20.9백만톤(△32.8%)→2050년 3.7백만톤(△88.1%)로 감소하는 경로를 탄소중립 경로로 정의
- 기준 역할을 하는 REF 시나리오와 비교 역할을 하는 EFF 시나리오 및 NZE 시나리오를 작성. EFF 시나리오는 에너지효율 향상(현 수준 대비 에너지원단위가 2027년 25% 개선→2030년 30% 개선→2040년 40% 개선)을 가정하며, NZE 시나리오는 에너지효율 향상에 더하여 탄소중립 경로 달성에 요구되는 전력화 등 감축수단을 추가하였음.
○ (시나리오 분석 결과) 가정 부문 탄소중립 경로를 달성하려면 에너지효율 향상만으로는 부족하여 난방과 취사의 전력화가 병행되어야 하고, 이 경우 2050년 전력수요는 현 수준 대비 약 2배 증가
- EFF 시나리오는 2030년 감축목표는 달성하나 2050년 감축목표는 달성하지 못해 난방과 취사의 탈탄소화가 필요하며, 난방 탈탄소화의 수단 중 하나로 전력화가 중요
- 탄소중립 경로 달성을 위해서는 2035년 석탄·등유 보일러의 신규 설치 제한, 2040년 LPG·도시가스 보일러의 신규 설치 제한을 목표로 지금부터 화석연료 보일러의 점진적 축소와 더불어 히트펌프 시스템과 지역난방을 확대하는 난방방식 전환 필요
- 가정 부문 전력수요는 모든 시나리오에서 증가하며, NZE 시나리오에서의 전력수요는 2020년 74.1 TWh에서 2050년 152.0 TWh까지 증가 전망
○ (공동주택 난방 전력화) 탄소중립 경로 달성 시, 2050년 공동주택의 난방설비 중 히트펌프 시스템이 차지하는 비중은 23%까지 확대되며 이로 인해 전력수요는 50.0 TWh 증가할 것으로 전망
- 현재 공동주택 난방설비의 0%를 차지하는 히트펌프 시스템의 비중은 2030년 이후 빠르게 확대되어 2050년에는 23%을 차지하며, 지역난방도 같이 확대되어 그 비중이 2020년 22%에서 2050년 65%까지 증가
- 난방 전력화에 따른 2050년 전력수요 증가분은 50.0TWh로, 에너지효율 향상이 목표에 미치지 못하거나 전망에 비해 지역난방 역할이 축소될 경우 전력수요가 더 크게 증가할 가능성이 있음.
3. 결론 및 정책 시사점
■ 결론
○ 건물 에너지효율 향상만으로 가정 부문의 탄소중립 경로 달성이 불가능하므로, 우리나라도 국제기구 권고 및 주요국 사례를 참고하여 난방방식의 탈탄소화 방안을 모색할 필요
- 난방 탈탄소화 방안 중 에너지원의 국내 수급여건, 온실가스 감축 기여도, 공동주택 적용 가능성 등을 종합적으로 고려할 때, 지열·수열·공기열을 활용하는 전기히트펌프 시스템, 즉, 난방 전력화가 유력한 대안
○ 가정 부문 탄소중립 경로를 달성하려면 2030년 이후부터는 본격적으로 난방의 전력화를 추진해야 하므로, 그전까지 제도적·경제적 장애요건을 해소하고 최적의 난방 전력화 대안을 모색하는 노력이 필요
- 2030년 전까지 공동주택이라는 주거양식의 특성을 고려하면서 지역별 특성과 기축·신축·리모델링 등의 여건이 반영된 최적의 난방 전력화 대안을 도출하기 위한 다양한 시도가 필요함.
- 공동주택의 난방 전력화는 발전 부문 탈탄소화 속도에 맞춰 추진되어야 하며, 국가 전체적으로 에너지소비의 비효율성을 야기하지 않도록 신중하고 체계적인 접근 필요
■ 정책 시사점
○ 에너지효율 향상만으로는 가정 부문 탄소중립 경로를 달성할 수 없으므로 건물의 에너지효율 향상과 난방방식의 전환이 동시에 추진되어야 함.
- 건물 에너지효율 향상 및 수요관리 강화에 초점을 맞춘 정부의 정책 방향은 난방 전력화 등 추가적 감축수단을 제시하는 방향으로 수정될 필요
○ 공동주택 난방의 탈탄소화 대안으로 지열·수열·공기열 등 자연의 온도차 에너지를 열원으로 활용하는 전기히트펌프 시스템이 유력
- 또 다른 유력 대안인 수소 혼입/전소, 연료전지 등 수소 활용 방식은 높은 해외 수입 비중, 수소 혼입의 낮은 온실가스 감축 기여도, 수전해수소 생산에 필요한 전력 소비량 등을 종합적으로 감안한다면 공동주택 난방에 활용하기에는 비효율적
○ 공동주택 난방의 전력화를 추진하기 위해서는 먼저 난방방식 전환의 정량적 목표를 설정하고 이를 달성하기 위한 단계별 과업을 담은 로드맵 작성이 필요
- 난방방식 전환에 대한 정부 차원의 비전과 목표를 설정하고, 이를 달성하기 위한 단계별 세부 과업을 담은 로드맵이 우선적으로 작성되어야 함.
- 건축 당시의 난방방식이 고정되는(lock-in) 경향이 있는 공동주택 특성을 고려할 때, 로드맵을 통해 신축·개축 등의 시점에 난방방식 결정의 세부 방향을 설정할 필요
○ 신재생에너지 보급제도와 건축물 에너지효율 향상 관련 제도의 개선을 통해 난방 전력화의 제도적·경제적 장애 요인의 해소 필요
- 주요국 사례 및 우리나라 발전 부문의 온실가스 감축 속도 등을 종합적으로 고려하여 신·재생에너지원의 인정 범위를 적기에 확장할 필요
- 신·재생전력과 신·재생열 간 경쟁구도를 야기하는 제로에너지건축물 의무화제도, 그린리모델링 제도, 주택지원사업 등 현행 제도를 정비하여 신·재생전력과 신·재생열의 조화로운 보급 확대 추구
○ 난방 전력화에 따른 전력수요 증가가 에너지시스템에 미치는 부담을 최소화하기 위해서는 전기히트펌프를 섹터커플링의 요소로 활용하는 것이 중요
- 신재생에너지 발전량 확대에 따른 변동성을 흡수하는 단주기 저장수단으로 히트펌프를 활용하여 난방 전력화와 섹터커플링을 연계하여 추진