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[기고] 가정용 m-CHP시스템 시장 현황과 과제손승길 연구소장(경동나비엔)
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[1344호] 승인 2018.05.09  23:15:40
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세대별 난방·전기생산 ‘소형 발전소’ 꿈 실현된다


난방·온수에 전력 수급까지 가능한 ‘완성형’ 시스템
시스템 보급 활성화 위해선 정부 설치보조금 절실
국내 130만호 보급 시 사회적 편익 8500억원 상회


 

 
 

스털링엔진 m-CHP 개요

m-CHP는 스털링엔진, 연료전지, 가스내연기관 등을 이용해 가정에서 필요한 전기와 온수를 동시에 생산하는 가정용 초소형 열병합발전 시스템이다. 

발전 폐열을 회수해 온수‧난방에 사용하기 때문에 화력발전에 비해 열효율이 훨씬 높고, 일반 가정용이어서 분산 발전시스템으로서 효과가 높다. 이 중에서도 소음과 진동을 최소화한 스털링엔진 m-CHP 시스템이 현재 국내에서 시장 진입 단계로 보급되고 있다.

스털링엔진은 1816년 영국의 목사 로버트 스털링(Robert Stirling)이 고안했다. 피스톤과 실린더로 이뤄진 공간 내에 헬륨 또는 수소를 넣어 밀봉하고, 외부에서 가열‧냉각을 반복해 피스톤을 구동하는 방식의 외연기관이다. 내연기관과 달리 유독가스 배출이 적고, 엔진구조가 단순해 내구성이 우수하고 대량생산 시 생산비용 감축이 용이하다.

스털링엔진 m-CHP는 스털링엔진 발전기와 가정용 콘덴싱보일러를 하나로 통합해 온수와 1kW 용량의 전기를 동시에 생산하는 친환경 에너지기기다. 국내에 이미 1200만대 이상 보급된 가스보일러와 외형이 유사하고, 사용연료와 설치방법도 동일해 가정용으로 최적화된 시스템인 것이다.

여기에 흡수식 냉온수기 등과 연계시키면 가스냉방까지 가능해 결국 냉난방과 발전을 동시에 구현할 수 있는 ‘토털(Total) 에너지 솔루션’을 제시한다고 볼 수 있다. 유럽에서는 이미 이러한 차세대형 에너지 시스템을 적용하고 있으며, 각 가정을 하나의 소형 발전소 개념으로 차츰 변화시키면서, 국가적으로도 에너지 운용 효율과 경제성을 높여나가고 있다.    

때문에 현실적으로 국내에서 판매되고 있는 스털링엔진 m-CHP의 경우 일반 가정용 콘덴싱보일러보다 가격이 비싸 시장 접근성이 다소 낮은 측면이 있지만, 수요가 커져 대량생산이 가능해지고 정부 보조금이 지원되는 시장 여건만 형성된다면 기존의 냉난방시스템을 상당수 대체할 수 있을 정도로 잠재성이 큰 기술이기도 하다.

 보일러업계는 최근 내수 정체기를 맞은 가정용 보일러시장에서 ‘초소형 열병합발전시스템(m-CHP, 전기발전보일러)’ 개발을 통한 새로운 성장동력 모색에 나서고 있다. m-CHP는 스털링엔진, 가스엔진, 연료전지, ORC(폐열회수발전) 등을 활용해 전기를 생산할 수 있다.

국내에서는 난방과 전기생산이 동시에 가능한 전기발전보일러에 대한 인지도가 낮은 상황이다. 이렇다보니 가시적인 보급성과는 포착되지 않고 있으나, 향후 성장 가능성만큼은 진취적으로 전망되는 상황이다.

전기발전보일러는 연간 보급대수 기준으로 세계 1위 보일러시장인 영국 등 유럽지역에서 현재 보급이 활성화되는 추세다. 요금상계처리 제도 및 부가세 면제, 보조금 지원 등이 적극 이뤄지고 있기 때문이다. 특히, 영국의 경우 정부에서 m-CHP 구매 시 부가세 12.5% 면제, kWh당 발전단가 12.5펜스(한화 약 250원), kWh당 역송전 단가 4.5펜스(한화 약 90원)를 지원하고 있다.

덕분에 지난 2013년 m-CHP의 글로벌 누적판매량은 29만1700대를 기록했고, 2014년, 2015년에도 6만대 이상의 판매고를 올리며 성장을 거듭하고 있다. 이미 해외에서는 현재 m-CHP 핵심기술 개발 및 시장 선점을 위한 제조업체 간 경쟁이 치열한 상황이다.

우리나라에서도 m-CHP의 효용성과 경제적 부가가치 창출에 대한 정부 및 유관기관의 관심이 높아지는 가운데, 시장성이 높을 것으로 전망되고 있다. 경동나비엔, 귀뚜라미 등 국내 업체들은 유럽, 일본과 대등한 상용화 기술을 이미 보유한만큼, 한국 시장의 기틀만 다져진다면 해외에서도 충분히 기술 경쟁력을 가질 수 있을 것으로 내다보고 있다.

   
▲ m-CHP용 스털링엔진으로 경동나비엔이 국내에서 처음 선보였다.


스털링엔진 m-CHP의 시장성

경동나비엔 미래에너지기준연구소 자료에 따르면 스털링엔진 m-CHP는 스털링엔진 폐열을 회수·재활용함으로써 발전효율 16%, 종합효율 97%의 초고효율을 달성했다. 

스털링엔진 m-CHP는 유럽에서 2010년 상용화됐고, 우리나라에서는 산업부 국책과제로 3년간의 개발연구를 통해 2012년 상용화에 성공했다. 현재 가스보일러 및 가스온수기 수요는 국내 시장 연 130만대, 세계 시장 연 1억대를 상회하고 있으며, 그 중에서 가스보일러 시장의 약 15%는 향후 엔진구동 m-CHP로 대체될 것으로 전망된다.

 월평균 전력사용량 430kWh 이상의 주택 130만 호에 스털링엔진 m-CHP를 보급할 경우, 연간 최대전력수요 감축 규모는 1.3GW(1,104억원), 온실가스 배출량 감축 규모는 322만 ton-CO2(634억원), 연료 수입비용 절감규모는 6,851억원으로 총 사회적 편익은 연 8,589억원이 될 것으로 추정된다.

 또한 월평균 전력소비량 430kWh, 열소비량 1,200kWh인 중소비형 가구에서 스털링엔진 m-CHP를 도입할 경우 에너지비용 절감액은 연간 69만원이며, 하절기에 m-CHP의 가동으로 발생되는 배열열원구동식(Heat-Driven) 제습냉방기나 흡수식, 흡착식 냉방기 등을 운전하는 데 사용할 경우 하절기 최대전력수요 추가적 감축 규모는 0.4GW(연간 340억원)로 추정된다.

   
▲  m-CHP의 계통도


m-CHP 국내 활성화를 위한 선결과제

스털링엔진 m-CHP가 국내에서 활성화되려면 관련 제도 마련 등 넘어야 할 산이 많다. 

현재 국내에선 연료전지가 신재생에너지 기기로 분류되면서 한전과의 계통연계(잉여 전기 역송전 연결)를 통한 전기요금 상계처리 제도 등이 이뤄지고 있다.

열과 전기를 동시에 생산하는 스털링엔진 m-CHP의 경우 한전과의 연계를 통한 요금 상계처리가 되지 않으면 사용자에게 에너지 절감액에 대한 실익이 없기 때문에 보급이 어려울 수밖에 없다. 

이런 점에서 최근 m-CHP도 한전과의 계통연계를 통한 전기요금 상계처리 제도가 통과돼 선결 과제가 해결됐다는 점은 매우 다행스러운 일이다. 

다만, 스털링엔진 m-CHP는 신재생에너지로 분류되지 못해 연료전지보다 4분의 1 수준 가격에 동일한 효능을 지니고 있음에도 불구하고 정부로부터 보조금 지원 혜택을 받지 못하고 있다.

따라서 가정용 신재생에너지 발전기기와 동일한 보조금 지급 기준을 적용한 관련 제도의 도입이 시급한 상황이다.

아울러 가격대가 저렴한 보일러 사용에 익숙한 국내 사용자들에게 전기발전 보일러라는 신개념 시스템을 어떻게 이해시키느냐가 관건이다.

이에 m-CHP 관련 제조업계의 홍보 노력이 뒷받침돼야 할 것으로 사료된다.  자가발전보일러의 기능을 적극 부각시킴으로써 기능적 잠재성에 충실한 홍보가 필요하다.

 

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