우리나라 전체 온실가스 배출량 가운데 건물 부문이 차지하는 비중은 21.9%에 달한다. 도시 에너지의 대부분이 건축물에서 사용되기 때문이다. 건축물의 온실가스 배출을 잡지 않으면 기후위기에 효과적으로 대응하기 어려운 이유다. 생존 가능한 도시로 탈바꿈하기 위해서는 건축물부터 제로 에너지로 바꿔야 한다. 최근 한국에너지기술연구원이 자체 생산해 남은 에너지를 옆 건물에 공급할 수 있는 플러스 에너지 커뮤니티 플랫폼 개발에 성공했다. 에너지 프로슈머의 새로운 방향을 제시하고 있는 에너지연을 찾아가봤다. (편집자 주)
8일 오전 대전 유성구에 위치한 한국에너지기술연구원 내 건물 4채(주거용 2채, 비주거용 건물 2채)가 한데 자리 잡고 있는 플러스에너지커뮤니티.
에너지기술연이 구축한 ‘도시형 신재생에너지 플러스에너지 커뮤니티’ 조감도. 주거용 주택(KePSH-1·2)과 비주거용 건물(KPEB-1·2)에 태양광, 태양광·열, 연료전지 등 신재생에너지를 적용해 열과 전기를 각 건물과 공유할 수 있다.
제로에너지 건축물답게 건물들의 외벽과 지붕에는 건물일체형 태양광·열 모듈(BIPVT)이 감싸고 있었다. 태양광을 받아 전기를 생산하는 건물일체형 태양광(BIPV)과는 달리 BIPVT는 태양광과 태양열을 동시에 생산해 열과 전기를 건물에 제공하는 차세대 태양광 발전 시스템이다.
주거용주택과 비주거용 건물에는 총 21.4kW의 신·재생에너지 생산설비뿐만 아니라 전기저장(BESS), 열저장(TESS), 잉여전기열변환(P2H), 히트펌프 활용기술들이 접목돼 자체 생산한 전기와 열을 소비하고 있었다.
계단을 이용해 지하실로 내려가자 남는 전기와 열을 저장하는 에너지저장, 열저장장치들이 자리 한켠을 차지하고 있다. 여기서 생산된 전기와 온수를 건물끼리 서로 공유해 사용하는 식이다. 과거 건물은 에너지를 소비하는 공간에 불과했지만 이제는 에너지를 스스로 생산하고 남는 에너지를 다른 건물로 공급할 수 있는 에너지 프로슈머(생산자+소비자)로 거듭나고 있는 것이다.
‘이렇게 생산한 에너지로 일상 생활이 가능할까?’에 의문을 품고 주거용 겸 실험공간으로 사용중인 건물안으로 신발을 벗고 들어가자 냉장고, 컴퓨터, 에어프라이어기 등 가전제품 등이 시선을 사로잡았다. 여는 가정집과 흡사한 모습이다. 이곳은 에너지연 연구진이 실험을 위해 번갈아가며 숙식도 해결하고 연구도 하며 에너지를 쓰고 있는 공간이기도 하다.
김종규 에너지기술연 책임연구원은 “노후 건축물을 리모델링해 1월부터 4월까지 주거용 건물 2채에서 시운전을 해본 결과 현재 144%의 에너지 자립률을 보이고 있다”며 “내가 원하는 에너지를 100% 사용하면서 남는 에너지 44%는 이웃이 활용할 수 있다는 의미”라고 설명했다.
이는 옆 방에 설치해 놓은 대형스크린(도시형 신재생에너지 기반 플러스에너지커뮤니티 통합모니터링 시스템)에서도 확인할 수 있었다.
김종규 에너지기술연 책임연구원이 도시형 신재생에너지 기반 플러스에너지 커뮤니티 통합모니터링 시스템을 설명하고 있다.
건물 4채의 총 소비전력과 총 발전전략 통계는 물론 건물 요소별 전력 사용량(조명, 전열, 냉난방, 급탕 등)이 실시간으로 변하고 있었다. 태양이 내리 쬐는 날씨 덕분인지 실시간 소비전력량은 2.8kW로 실시간 발전전력 8.8kW 보다 월등히 낮았다. 사용한 에너지보다 생산한 에너지가 훨씬 많다는 의미다. 겨울보다 비교적 에너지를 적게 쓰는 봄과 여름, 가을을 포함하면 연간 에너지자립률은 166.3%로 더 높다는게 김종규 책임연구원의 설명이다.
건물 바깥으로 나가자 또다른 주거용 건물 1채와 비주거용 건물 2채가 보인다. 이 건물에도 지붕형 건물일체형태양광발전시스템(BIPV)과 벽면형 태양광열(BIPVT), 지열 냉난방 히트펌프와 같은 기술이 적용됐다. 눈에 띄는점은 검은색이나 푸른빛이 도는 태양광 패널이 아닌 건물과 일체형으로 보이는 하얀색 패널이었다.
플러스에너지 커뮤니티는 도시형 BIPV 등 차세대 기술 실증을 위한 테스트 베드로도 활용되고 있다. 에너지연은 코오롱글로벌과 신성이엔지가 개발한 유색 태양광 패널인 ‘4.8㎾급 솔라스킨’과 ‘40㎾급 벽면형 컬러 BIPV’ 등을 적용, 내구성과 에너지 발전 성능을 평가할 계획이다.
김종규 책임연구원은 “말하지 않으면 태양광 패널인지도 모를 정도로 최대한 미관을 고려해 설계했다”며 “밝은 회색, 하얀색 등 색깔이 있는 태양광 패널 제작에 코오롱글로벌, 신성이엔지, 에이비엠 등의 기업도 힘을 보태고 있다”고 말했다.
유색(하얀색) 태양광 패널인 솔라스킨이 적용된 비주거용건물.
에너지기술연은 지난해부터 2023년까지 신재생에너지 기반 도시형 플러스에너지 하우스 구현을 위한 연구개발 사업을 진행하고 있다. 연구진은 총 4개 건물로 이뤄진 커뮤니티의 전체 에너지 자립률 100% 달성을 목표로 하고 있으며, 내년에는 에너지공유 통합 운영시스템을 구축, 실증에 본격 나설 예정이다.
그렇다면 연구진이 보유한 기술로 우리 실생활에 적용할 에너지 주거환경 구현은 가능한걸까.
김종규 책임연구원은 “도시형 에너지공유 플랫폼 기술로 다양한 실험과 연구, 검증을 해보다보면 상황별, 주거형태별에 맞는 가이드라인을 제시할 수 있을 것”이라며 “다만 효율이 높은 연료전지와 태양광 패널을 도입해 경제성을 확보해야 할 과제도 안고 있다”고 말했다.
이에따라 에너지연은 이번 연구결과를 활용해 앞으로 도시재생을 통한 에너지자립률을 높이고, 공공부지나 노후 캠퍼스에 도시 에너지공급 플랫폼을 구축하는 등 신도시 에너지 자립화 기반을 만들 계획이다.
김 책임연구원은 “실현 가능한 것은 폐교 건물을 활용해 신재생에너지를 공급할 수 있는 허브로 만들어 남는 에너지는 인근 건물로 보내는 형태가 될 수 있다”며 “장기적으로는 리모델링을 통한 건축시장 활성화 및 신도시 에너지 자립화 등에 활용돼 탄소중립과 그린뉴딜에 기여할 수 있을 것”이라고 말했다.
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