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1 2010 년 8 월 Korea Institute of S&T Evaluation and Planning 제 3 호 주요국의녹색정책동향국내유기성폐자원에너지화 _ 엄태인저탄소녹색성장의실현을위한제로카본그린빌딩동향 _ 이건호, 이승언한국의스마트그리드기술개발추진정책 _ 엄영민기후변화영향평가및적응관련동향 _ 김연주, 채여라 녹색기술전략센터

2 주요국의녹색정책동향 3 국내유기성폐자원에너지화 11 저탄소녹색성장의실현을위한제로카본그린빌딩동향 45 한국의스마트그리드기술관련국내외기술동향 75 기후변화영향평가및적응관련동향 101

3 기후변화에대한대응은인류의생존과관련한전지구적인도전이며, 저탄소사회의실현은미래세대에대한책임입니다. 이러한전지구적 세대적책임을대내적으로는경제성장을견인하고대외적으로국격을제고하고자하는적극적인대안이 녹색성장국가전략 입니다. 녹색성장 은이제기후변화에대응하는확실한방법으로수용되고있으며, 이에따라녹색산업, 녹색기술에서의국가간경쟁도치열해지고있습니다. 녹색성장 을위해서는 기술혁명 이필수조건이며, 기술혁명을통한핵심원천기술의확보야말로 지속가능한 녹색성장을담보할수있습니다. 이에국가연구개발에대한기획 평가 조정을전담하고있는 KISTEP 은 녹색기술연구개발종합대책, 녹색기술개발과상용화전략 등녹색기술 R&D전략을수립함으로써녹색기술의혁명을위한이정표를제시하였습니다. 또한기술개발전략을구체화하기위해녹색기술에대한정부 R&D 투자의우선순위를설정하고, 관련국내외기술정책및동향을파악하여정책수립에반영하고있습니다. 이러한연속선상에서 KISTEP 은주요녹색기술에대한심층적인동향분석리포트인 Green-tech RESEARCH' 를발간하게되었습니다. 본 Green-tech RESEARCH 제3호 ' 는폐기물재활용, 친환경저에너지건축, 스마트그리드, 기후변화영향평가및적응기술등의국내외기술, 정책, 산업및시장동향을분석하고이에따른국내 R&D 전략에대한시사점을제공하고자하였습니다. 보고서발간을위해 Green-tech 전략 SEMINAR' 의발표및토론에참여해주시고, 그결과를원고로작성해주신엄태인교수님 ( 폐기물재활용 ), 이건호박사님 ( 친환경저에너지건축 ), 엄영민팀장님 ( 스마트그리드 ), 김연주박사님 ( 기후변화영향평가및적응 ) 등집필진에게깊은감사를드리며, 본심층분석자료가녹색기술정책및전략수립에유용한정보로활용되기를기대합니다. 마지막으로본 Green-tech RESEARCH 에수록된내용은필자의개인적견해이며, KISTEP 의공식적인의견이아님을밝힙니다 년 8 월 한국과학기술기획평가원원장이준승

4 주요국의녹색정책동향 주요국의녹색정책동향 1. 중국 2002년에너지소비세계 2위에등극한중국이올해미국을제치고세계최대에너지소비국으로부상할것이며, 2020 년에는중국의에너지소비량이세계에너지소비총량의절반이상을차지할것이라고중국의대표에너지전문가가전망했다. 중국에너지연구소저우다디 ( 周大地 ) 부이사장은지난 6월 19일에개최된 중국에너지전략과제12차 5 개년계획에너지발전포럼 에서 중국은개혁 개방정책이시행된지난 30 년간지속적으로높은성장세를유지함에따라에너지수요도급격히증대했다 며, 만일중국의에너지소비량이 2000 년이후평균수준인연간 8.9% 의증가속도를유지한다면, 2020 년에는중국에너지소비가 80억톤에달해세계에너지소비가운데절반이상을차지하게될것 이라고진단했다. 그는 ( 중국정부가목표한대로 ) 감축한다하더라도, 2020년이후중국에너지소비량은전세계의 30% 이상일것 이라고내다봤다. 이러한우려속에서, 이번포럼에서는중국의국가에너지전략과계획중에서 제12차 5개년계획 을심도있게논의하였다. 중국의국가에너지전략과계획 중국의국가에너지전략과계획은 3단계로, 국가전략 ( 50년까지) 중장기계획 ( 30년까지) 에너지발전제12차 5개년계획 ( 15년까지) 으로구분된다. 국가전략과중장기계획의세부내용은아직대외적으로공개되지않았지만, 저우부이사장은 중장기계획은과학, 고효율, 그린, 저탄소에너지전략 을의미하며, 에너지절약과 고효율 을기초로 과학 적으로 친환경 ( 그린 ) 에너지를개발하고, 이산화탄소배출량을효율적으로감축 ( 저탄소 ) 하는것이중장기계획의주요골자 라고설명하였다. 3

5 Green-tech Research 2010_03 호 제 12 차 5 개년계획 ( 11~ 15 년 ) 중국에너지발전 4 대중점전략확정 제12차 5개년계획 의주요내용은 석탄산업발전최적화 천연가스발전주력 대형수력발전소와원자력발전소건설로, 구체적으로는석탄의청정화와안정적생산가속화, 재생가능에너지발전, 자동차산업과건축업발전패턴전환등을실시한다는것이다. 중국국가에너지국 ( 局 ) 우인 ( 吴吟 ) 부국장은 저탄소화 가제12차 5개년계획기간동안에너지발전의가장중요한특징 이라고진단하고, 중국에너지발전 4대중점전략으로는 에너지절약우선 에너지관련과학기술독자개발 석탄의그린생산과청정이용촉진 전력 ( 電力 ) 위주의스마트에너지네트워크구축 이라고밝혔다. 4 대중점전략중 에너지절약 최우선 우부국장은에너지발전 4대중점전략중에서 에너지절약 을최우선으로추진할것을강조하였다. 특히 향후중국은건축용에너지소모가공업용에너지소모를초월할것이고, 그후교통용에너지소모가뒤를이을것 이라고예견하면서, 중국정부는공업용과교통용에너지절약을중점적으로추진하게될것 이라고역설하였다. 출처 1. 중국에너지발전 4대중점전략확정, 중국증권신문 ( 中国证券报 ) 중국에너지전략과 제12차 5개년계획 주요내용, 중국에너지신문 ( 中国能源报 ), 우리나라에너지산업 2050 년이후전환완성, 가치중국네트워크 ( 价值中国网 ), 미국 미국에너지부 (Department of Energy, DOE) 는지난 7월 14일 ARRA(American Recovery and Reinvetment Act) 경기부양책을통한전기차투자정책의경제적효과를분석한 Recovery Act Investments : Transforming America's Transportation Sector" 라는제목의보고서를발표하였다. 보고서에따르면 09년발표된 ARRA 를통한정부의재정지원이민간투자를유발하여신규일자리를창출하고, 차세대전지생산플랜트및제조라인을신설하였으며, 전국에전기차충전소가확대되는등자국내전기차산업을바닥부터새롭게구축하는데도움을주고있다고밝혔다. 4

6 주요국의녹색정책동향 전기차관련 ARRA 주요내용 DOE에서는 ARRA 이후전기차배터리및부품제조를위한 30개프로젝트에총 24억달러를지원하고있다. 9개공장을신설하고, 배터리부품제조를위해 11개공장을지원하며, 전기차주행과관련된부품제조를위해 10개의프로젝트를지원한다는내용이다. 또한전기차부품및배터리원천기술개발을위해 ARPA-E(Advanced Research Projects Agency-Energy) 프로그램과세제지원 (Advanced Energy Manufacturing Tax Credit Program) 에약 8천만달러를투자하고있다. < 전기차충전소증가추이 > < 전기차배터리원가변동추이 > ARRA 이후전기차산업의변화및정부지원에따른경제적효과 본보고서에서는 ARRA 이후미국내전기차산업의변화및정부지원에따른경제적효과를주로분석하고있는데, 가장큰효과는정부지원이민간의대응투자를촉발시킴으로써민 관의상호협력을통해전기차및전지산업이성장할수있는기반을마련하고있다는점이다. 대표적으로 ARRA 이후아홉개의차세대전지공장이신설되고있고, 이중네개공장은올해연말부터가동에들어갈예정이라고한다. 기존공장스물한곳에서도정부지원하에배터리및전기차부품을생산하게될것이라고한다. 이를통해 ARRA 시행이전에비해전기차용차세대전지생산량이전세계생산량의 2 %( 09년) 에서 2012년 20 %, 2015년 40 % 까지성장할것으로예상하였다. 5

7 Green-tech Research 2010_03 호 이러한플랜트증설및정부의적극적인지원은전지의단가를낮추는효과도가져온것으로보인다. ARRA 시행이전 100 마일 ( 약 160 km) 레인지의전기차생산을위해필요한전지의원가가 33,000 달러였던반면, ARRA 이후대규모내수생산에힘입어 2013 년말에는 16,000 달러, 2015년말에는 10,000 달러까지원가가낮아질것이며, 이는다시전기차에대한내수확대를가져올것으로분석하였다. 전기차보급을위한정책도함께수반되어, 2009년 500 곳에불과하던전기차충전소를 2012년까지 20,000 개이상증설될것이라고밝혔다. 출처 1. Department of Energy 홈페이지 ( 2. The Recovery Act : Transforming America's Transportation Sector, ' , DOE 3. 유럽 유럽연합 (EU) 집행위원회는지난 7월 19일 ( 월 ) 지속가능성장을위해내년도 제7차 R&D진흥프로그램 (Framework Programme Sevesn, 이하 FP7 ) 에 64억유로 ( 약 9조9천 200억원 ) 의예산을배정했다고밝혔다. 2007년시작되어 2013년종료되는 FP7은 7년간총 505억유로의규모로전세계에서단일 R&D 프로그램으로는가장규모가크며, 2011년도예산은 2010년예산 (57억유로 ) 보다 12% 가량증가한수치이다. 집행위원회는이를통해 16,000명의연구자가지원을받게되고, 165,000 개이상의일자리가신규로창출될것으로예상하였다. 2011년 FP7은기후변화, 에너지, 식량안보, 건강및고령화등이핵심주제로제시되었는데, 특히정보통신기술 (ICT) 에 12억유로, 의료기술분야에 6억유로, 환경관련연구에 2억유로가배정되는등프로그램전체예산의약 35% 가건강, 바이오기술, 환경및나노기술에집중되어있다. 이중에너지원개발및에너지효율화와관련하여제시된주요주제는다음과같다. 6

8 주요국의녹색정책동향 신 재생에너지기술 고효율집광형 (CPV) 태양전지, 모듈및시스템기술개발 태양전지제조과정및아키텍처의혁신기술개발및생산규모증대관련연구 규모의경제달성을위한집광형태양광 (CPV) 시스템의생산성및가격최적화이슈 태양광활용건축의표준화및실증연구 해상풍력발전소실증연구 해상풍력단지조성을위한디자인개발 집광식태양열발전 (CSP) 의에너지저장기술 집광식태양열발전 (CSP) 의열변환효율증대를위한유동체관련연구 새롭고지속가능한바이오에너지운반자 (carrier) 개발 열저장시스템소재관련연구 이산화탄소포집 저장및처리 (CCS) 기술 연소후포집과정의고효율화기술 발전소내 CO2 포집적용의최적화방안 CO2 포집기술의산업적용을통한온실가스감축및효율성향상방안 유럽 CCS 실증프로젝트네트워크지원 범유럽전력네트워크 범유럽전력송신시스템조정및안정화을위한혁신기술개발 범유럽전력송신네트워크의신뢰성평가를위한혁신전략수립 제조업및건축물의에너지효율화 저에너지건축실증연구 제조업의에너지효율화실증연구 저탄소공업단지의에너지효율화연구 출처 1. EU launches 6.4M FP7 call with promise to SMEs, ' , Science Business ( 2. FP7 홈페이지 ( 7

9 Green-tech Research 2010_03 호 4. 일본 일본종합과학기술회의전문가 TF는지난 5월 21일 2011년도과학기술의중요시책에대한액션플랜 ( 平成 23 年度科学 技術重要施 C 策アクション プラン ) 을통해 2011년에는다음과같은두가지액션플랜을제시하고, 이를선행적으로수행할것임을밝혔다. <2011 년도과학기술중요시책액션플랜 > 신성장전략의중요과제인그린이노베이션 (Green Innovation) 과라이프이노베이션 (Life Innovation) 이라는 2대혁신과제중특히구체적인실현목표가명확하며달성했을때효과가큰과제를중점적으로추진함 연구생산성향상에즉시효과가나타날것으로기대되는경쟁적자금사용규칙등을통일함 일본은신성장전략의핵심인그린이노베이션과라이프이노베이션을통해세계속에서한발앞서자국의강점을활용하여과제를해결하고, 그성과를국제사회로전개함으로써일본의성장을이끌어낸다는목표를갖고있다. 특히그린이노베이션은일본의강점인환경과에너지기술을국내외로보급 전개하는동시에돌파기술을개발하고그성과를활용함으로써저탄소 순환형사회로의이행, 국민생활의질향상, 신성장산업및신규고용창출, 환경선진국일본 구축을목표로하는신성장전략의엔진역할로규명되고있다. 종합과학기술회의는이번보고서를통해그린이노베이션을통한일본의미래상을 전지구적과제인기후변동문제를극복하고세계에서앞서나가는환경선진국일본 으로설정하고, 이를실현하기위해 1) 재생가능에너지로의전환, 2) 에너지공급 이용의저탄소화, 3) 에너지절약, 4) 사회인프라의녹색화라는네가지과제를제시하고, 각과제해결을위한추진방침을다음과같이제시하였다. 8

10 주요국의녹색정책동향 < 그린이노베이션을위한 2011 년도중점과제및추진방침 > 미래상중점과제추진방침 재생가능에너지로의전환 1 태양광발전등에의한재생가능에너지로전환촉진 - 태양광발전효율의비약적향상과비용절감, 국제경쟁력유지 - 스마트그리드에의한전력계통안정화 - 바이오매스이용의돌파기술개발과국제적전개 전지구적과제인기후변동문제를극복하고세계에서앞서나가는환경선진국일본 에너지공급이용의저탄소화에너지절약사회인프라의녹색화 2 원자력발전에의한사회의저탄소화추진 - 원자력발전이용의추진과해외수출등의국제적전개 3 화석자원의효율적사용 - 화력발전의고효율화와개발도상국등에대한국제적전개 - 이산화탄소회수 저장 (CCS) 과연계하여화력발전의온실가스제로화실현 - 제조과정의에너지절약과해외전개에따른시장확대 4 차세대자동차의보급에따른교통운수분야의저탄소화 - 플러그인하이브리드 / 전기자동차용축전지의비약적성능향상과비용절감 - 충전인프라나수소공급시스템, 스마트그리드개발및보급 5 사무실 주택의에너지절약화 - 에너지절약주택 : 단열재료등의개발과보급확대 - 열펌프의고효율화와저비용화 - 정치용 ( 定置用 ) 연료전지의효율과내구성향상과저비용화 - 고효율조명 (LED, 유기 EL) 의효율향상과저비용화 - 스마트그리드에의한사무실과주택의에너지관리 6 정보가전 정보통신기기등의에너지절약화 - 정보가전 ( 차세대디스플레이등 ) 의에너지절약화 - 정보통신기기의에너지절약화및네트워크시스템의최적화 7 환경선진기술로사회인프라의녹색화지원 - 환경기술의혁신과사회시스템 제도개혁을일체적으로추진 - 간편하고편리한도시생활, 사용하기쉽고효율적인교통체계, 안전하고안심할수있는커뮤니티등을실현 출처 년도과학 기술의중요시책에대한액션플랜, , 과학기술정책담당대신 9

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12 국내유기성폐자원에너지화 엄태인 ( 嚴泰仁 ) - 한밭대학교환경공학과교수 - 대덕대학조교수 (1990~1995) - 한국에너지기술연구원에너지환경연구부연구원 (1985~1990) - tiohm1@hanbat.ac.kr

13 요약 13 Ⅰ. 서론 14 Ⅱ. 기술개요 유기성폐자원건조특성 유기성폐자원건조기술 32 Ⅲ. 주요국동향분석 총괄 주요국동향 국내동향 국내외기술 ( 제품 ) 개발현황및문제점 국내외기술 ( 제품 ) 개발전망 37 Ⅳ. 시사점및정책제언 시사점 정책제언 40 참고문헌 41

14 국내유기성폐자원에너지화 요 약 최근정부의폐자원에너지화정책은 2007년기준폐자원가용량의 1.9% 인 22만톤에서 2020년까지 100% 인 1,169만톤의에너지화를목표로제시하였다. 우리나라가연성폐자원의대표주자인생활폐기물은 2008년기준 1900만톤이발생하였고사업장및건설폐기물이 1.1 억톤이발생하였으며, 이들전체중에서 5.2% 소각, 10.5% 매립, 82% 재활용하고 1.9% 는해양배출하고있다. 현재까지생활폐기물과사업장 ( 일반, 건설 ) 폐기물은재활용율이높고매립과해양배출이 12% 이상차지하고있으므로선별과건조과정을통하여가연성폐기물로활용이기대된다. 생활및사업장폐기물을제외한가연성폐자원은아래표에제시한바와같이유기성폐자원으로 2002 년기준 6.7천만톤이발생하였고 2010 년에는 6.9천만톤으로증가할전망이다. 특히이들폐기물중하수슬러지, 음식폐기물등은 2012 년부터해양배출이금지될예정이므로적정한육상처리방법이제시되어야한다. 향후생활, 사업장 ( 일반, 건설 ) 폐기물을직접소각하거나 RDF 보급을활성화하기위해서는소각로및 RDF 제조시설을생활폐기물발생장소와이동거리, 집단에너지화시생산에너지종류즉발전, 스팀, 온수등을활용처에적합하도록설계하여운영하여야생산에너지이용효율을극대화할수있다. 생활폐기물, 각종유기성슬러지, 음식폐기물, 축산분뇨등의가연성폐자원을에너지화하는공정에서필수적인과정이건조기술이다. 이들폐자원중에서생활폐기물을제외하면대부분함수율이약 80% 정도이므로이들을직접연소실에서단독또는석탄등과혼소할경우다량의수증기증발잠열로환경적으로안정적이고에너지이용면에서효율적인연소가불가능하다. 현재건조기술로는고함수유기성폐자원건조에투입되는에너지량보다건조후고형연료가갖는발열량이적어가연성폐자원에너지화정책의근간을위협하고있는실정이다. 기존고함수폐자원건조과정에서다량으로발생하는수증기는온도가약 100 정도이므로폐자원을예열정도는가능하지만낮은온도로인하여폐자원건조에직접으로이용하기에는한계가있다. 이를극복할수있는기술이기계적인에너지를이용한수증기압축기술을적용하여수증기온도를 170 정도까지상승시키면고함수폐자원건조에이용할수있어기존건조에너지의 50% 이하로운전이가능하다. 13

15 Green-tech Research 2010_03 호 Ⅰ. 서론 최근세계적으로인구의도시집중화와산업화의고도발전으로수질오염의악화를방지하기위하여근래하 폐수처리장의건설이본격화되면서처리장에서발생하는슬러지가또다른오염원으로대두되고있다. 슬러지는하수, 정수및폐수처리장에서수처리의최종단계에서발생하는폐기물로다량의수분과유기물, 무기물의고형분과미생물로이루어져있다. 이러한슬러지는수처리공정및화학공정의다양화로인하여유 / 무기화학폐기물등과더불어발생량이증가하고있는추세이며일반적으로처리장에서최종배출되는탈수케이크의슬러지는함수율이 75%~85% 이며, 유기성슬러지는고형물중유기성성분이 40 % 이상인슬러지이다. 국내에서발생하는하수슬러지량은 2005년기준연간약 257만톤으로발생량이전년도에비하여 6~7% 정도증가하고있으며이중에서해양투기 (77%), 재활용 (11%), 소각처리 (11%), 나머지 1% 정도를매립하고있는실정으로년간 198만톤정도가한반도인근해역에투기되어심각한해양오염의주범이되고있다. 표 1에제시한바와같이 2007 년환경부통계자료에의하면하수슬러지발생량은연간약 144 만톤이며이중에서해양투기 (63%), 재활용 (4%), 소각처리 (6%), 매립 (10%) 이고나머지 10% 정도를기타방법으로처리하고있다. 표 1. 슬러지종류별발생량 (2007 년 ) ( 단위 : 톤 / 년 ) 구분 발생량 처리방법 해양투기매립소각재활용기타 하수슬러지 1,444,401 (100%) 914,873 (63.3%) 147,897 (10.2%) 90,763 (6.3%) 55,667 (3.9%) 142,674 (9.9%) 폐수슬러지 3,633,166 (100%) 1,421,609 (39.1%) 272,995 (7.5%) 364,088 (10%) 1,072,576 (29.5%) 500,672 (13.8%) 14

16 국내유기성폐자원에너지화 2007년과 2005년하수슬러지발생량을비교하면년간 113만톤이급격히감소하였으며이것은하수종말처리장에혐기성소화시설구축과슬러지발생억제를위한노력의결과로판단된다. 하수슬러지의처분방안은육상매립, 퇴비화, 연료화, 고화, 소각, 용융, 열분해등이있으나 2012 년부터런던협약에의해향후하수슬러지해양투기가법적으로금지되면재활용을제외한나머지하수슬러지는소각처리가주처리기술로대두될수있으나이경우하수처리장에서발생하는슬러지의함수율이 70~90% 정도이므로이를탈수, 건조공정을거쳐최종함수율을 20% 이하로낮추어야하나현행기술로는이를달성하기위하여다량의에너지가필요하다. 하수슬러지내의수분은자유수 (free water), 내부수 (interstitial water ; 간극수 ), 표면 (surface water), 결합수 (bound water) 등으로구분되며하수슬러지수분중상당부분을차지하고있는것은슬러지표면에부착하고있는자유수이고, 슬러지의분자와분자사이에존재하는수분이내부수이며, 결합수는슬러지분자에화학적으로결합되어있다. 자유수와표면수는 100±5 에서건조되지만내부수와결합수는약 400 에서파괴및건조가일어나므로기존의건조방법으로는슬러지내부까지이높은온도를유지하기가곤란하다. 슬러지건조기술에서슬러지가열시나타나는슬러지의고응집특성 (high agglomeration characteristics) 에의한뭉침현상은고주파를이용한내부교란 (internal agitation) 에의한건조방법을제외하고는대부분비표면적의감소와표면탄화등건조의심각한장애요인이직 / 간접가열건조방법의경우공히발생하고있으며직접가열방식의경우에는비산회재의문제와악취의문제가보다심각한문제로나타난다. 슬러지내에복잡한수분결합형태로인하여결정이뚜렷한일반적인고형물과는달리초기에많은건조가일어나는항율건조기간이짧고 2단계로나누어지는감율건조기간이긴특성이지닐뿐만아니라임계수분함량이나타나는시점이명확하지않고복잡하다. 슬러지건조의복잡성을나타내는 mechanism 에대한구체적인예를들면감율건조기간의곡선이위로볼록한 convex 형태이면건조속도가증발한수증기가외부로배출되는속도에의하여좌우되는등슬러지내부의보다복잡한물질전달현상이중요한역할을한다. 결론적으로슬러지건조현상은전형적인결정체의건조보다도그기전이복잡하며응집에따른비효율과함께감율건조기간이긴특성을가지게되어건조효율이크게저하되는경향을가진다. 현재슬러지건조에사용하고있는열풍건조방식이나스팀을이용한스크류식건조방식에서는슬러지덩어리가건조되는과정을살펴보면슬러지주위의자유수와표면수가증발되면서슬러지비표면적의감소와표면탄화등으로슬러지덩어리표면이단단하게굳어지게되며이결과로슬러지내부수와결합수가증발되어표면으로배출되기어렵게된다. 특히열풍건조인경우는슬러지덩어리와고온의가스가대류열전달을일으켜슬러지에전달되는열량이적으므로 ( 열전달계수 : 75~140 W/ m2 ) 슬러지가열속도가떨어지고비산회재와악취문제가보다심각하다. 15

17 Green-tech Research 2010_03 호 국내와일본에서최근개발된유기성슬러지유중증발건조기술은가열기름을슬러지를잠기게하여수분을증발시키는방법으로서기름의비등점 ( 약 340 ) 보다훨씬낮은온도인 140~180 로가열된기름내에하수슬러지가침전하게되므로슬러지와가열기름이직접접촉하여열을전달하고건조된슬러지표면도기름속에존재하므로슬러지내부까지열이신속히전달되고결합수및내부수도쉽게증발되어배출된다. 가열기름조내에서슬러지의증발건조는일반적인대류열전달계수 (h) 의 15배 ( 열전달계수 : 2,500 W/ m2 ) 이상에육박하고, 건조특성곡선도감율건조기간후에다시아주높은최대값을가지는특이한양상을보이고있다. 최근에수행된일련의연구결과에의하면가열기름을이용한슬러지건조기술의 mechanism 은다음과같다. 1 물 (170 : 4.3 kj/kg. ) 에비하여비열이작은기름 (170 : 2.5 kj/kg. ) 의높은온도와활동성은슬러지수분의온도를증가시켜수증기증발현상에의해내부압력을증가시킨다. 2 슬러지내부압력의증가로슬러지내부의수분과외부증기와의물질전달통로역할을하는내부기공의구조가극대화한다. 따라서증가된수증기의압력과배출통로의확대는수증기를외부로배출시키고이에일시적으로형성되는슬러지내부의음압 (negative pressure) 은폐유의내부유입을순조롭게하여흡수 / 흡착과정을돕는작용을하게된다. 폐수슬러지에포함된다량의중금속으로인하여지하수오염및토양오염의주원인이될수있어향후중금속을제거할수있는처리공법이개발되어야한다. 폐수처리장에서발생하는슬러지의함수율이 70~90% 정도이므로이를탈수, 건조공정을거쳐최종함수율을 20% 이하로낮추어야하나현행기술로는이를달성하기위하여다량의에너지가필요하다. 유중증발건조기술을바탕으로향후중금속이다량으로포함된산업폐수슬러지를중금속이포함된폐유로증발건조할경우산업폐수슬러지와폐유에포함된중금속을모두건조슬러지에집중시켜고형연료를제조한후열분해용융장치를이용할경우산업폐수슬러지의유기물과폐유의기름성분은열분해되어양질의연료가스인수소와일산화탄소를약 50% 정도까지발생할수있고무기물과함께포함된중금속은열분해용융로하단에서용융슬래그로배출시켜유리화할수있으므로중금속용출이없는미세골재로재활이가능하다. 이와같이각종슬러지를처리하는방법으로소각, 용용처리, 다른가연성폐기물과혼합하여소각처리하는방법들이일본과유럽에서널리이용되고있다. 그러나국내에서는그동안육상매립정책으로상당량이매립장에매립되었으나 2007년부터육상매립에따른지구온실가스인메탄발생을방지하기위하여육상매립을제한하고해양배출도금지하고있으므로유기성슬러지의친환경적, 저에너지비용으로처리하는방법이핵심으로대두되었다. 국내에서유기성슬러지육상처리기술을접목하고자하는단계에서세계적인고유가와에너지원확보의어려움으로인하여저에너지를 16

18 국내유기성폐자원에너지화 사용하여고함수의슬러지를건조하여에너지원으로활용하고자하는노력을기울이고있다. 그러나폐수처리과정에서고형물응결을위해투입하는각종응집제영향으로탈수건조에큰어려움을야기하고있다. 일반적인탈수장치를통과한슬러지함수율이 80 % 이상이므로에너지원으로직접활용하기에는수분의증발잠열에의한다량의에너지가필요하므로슬러지연료화관점에서효과적인건조기술은중요하다. 현재유기성슬러지건조에사용되고있는교반식전도전열방식, 용기회전식전도전열방식과같은간접열전달방식및직접열풍건조방법은다량의에너지를필요하며, 악취가스발생과가연성가스에의한폭발의위험성이있다. 슬러지의건조특성을관찰하기위하여일정온도, 일정습도및유속을가지는열풍에의한슬러지중량감소와표면온도를기록해보면일반적으로건조과정은예열기간, 항율건조기간, 감율건조기간으로 3구간으로구분할수있다. 제1구간인예열기간은슬러지가예열되어함수율이서서히감소하는구간으로매우짧다. 제2구간은슬러지의표면증발량과수분의내부확산량이동일하여슬러지함수율이직선적으로감소되는항율건조기간이다. 제3구간은슬러지표면증발량이증가되는반면내부확산량은감소되어함수율의감소비율이느리게되어결국평형에도달하는감율건조기간으로온도, 습도등의가열기체조건과슬러지의형상에따라다른양상을나타낸다. 가열기체의의한슬러지건조기술은항율건조기간이매우길뿐만아니라감율건조기간도상당히길어서전체슬러지건조시간이길어지는문제점이있다. 이와같이슬러지건조시간이긴문제를해소하기위해서는각종폐수처리과정에서고형분의응집을촉진시키는고분자계통의응집제를무기물종류의응집제로대체되어야하나현재까지는응집성능과가격에서비교열세이므로어려움이있다 년부터우리나라도에너지자원고갈과고유가정책으로국가산업및일상생활에큰제약을받게되므로정부에서는이를타개하기위하여저탄소녹색성장정책을구축하게되었다. 최근세계적인저탄소녹색성장을견인하기위한방안의하나로가연성폐기물의연료화가중요한위치를차지하고있다. 특히유기성슬러지를건조하여폐기물고형연료로사용하기위해서는건조후함수율이 10 % 이하, 저위발열량이 3,000 kcal/kg 이상을유지하여야하고건조에투입되는에너지비용을최소화하기위하여짧은시간 (10~20 분 ) 내에건조가완료되어야한다. 그러므로기존의대류또는전도열전달을이용한슬러지건조는긴건조시간과낮은에너지이용효율로고비용건조기술이므로이를대체하기위하여본연구에서는하 폐수슬러지의건조를통한연료화에유중증발건조기술이이용될수있다. 그동안우리나라폐기물관리정책은재활용강화를통해폐기물관리정책은재활용강화를통해폐기물발생량을근본적으로줄이고발생된폐기물은신속하게처리하기위하여소각비율을늘리는데초점을맞춰져왔다. 그러나최근화석에너지자원고갈에대한우려와가격급등으로인한에너지수급에대한불안감이고조되면서재생에너지개발및보급에대한주요선진국들의관심도가집중 17

19 Green-tech Research 2010_03 호 되고있다. 재생에너지는태양광, 태양열, 바이오, 풍력, 수력, 해양, 폐기물, 지열등 8개로구분되며이중폐기물에너지의공급비율이상당하다는점을고려해볼때, 폐기물관리정책의변화는필연적일것으로생각된다. 2006년기준전세계총에너지소비량의재생에너지비율은 12.7% 이었으며이중폐기물에너지가 78.1% 를차지하였다. 유럽연합, 미국등주요선진국들은 2020년혹은 2050년까지지속가능한발전과저탄소에너지공급시스템을구축하기위한재생에너지비중확대계획을추진하고있어향후폐기물에너지보급량은계속해서증가될것으로기대된다. 지난 2009년 7월정부는 폐자원및바이오매스에너지대책 실행계획을발표하면서본격적인폐기물에너지화시대를예고하였다. 현재매립되거나단순소각되고있지만에너지잠재력이높은폐기물로는폐종이류, 폐합성수지류, 폐목재, 폐음식물류, 슬러지등을들수있다. 이들폐기물을이용해열, 전기, 수송연료등의에너지매체를생산하고이용할수있다면우리나라의에너지자립도는향상되고아울러화석연료사용으로인한기후변화문제에도적극대처할수있다. 표 2에유기성폐기물로분류될수있는것을나열하였으며, 이들중에서는가치가있어서유상으로매각가능한것과역으로그처리비용을부담하는것으로분류가가능하다. 유상으로매각하는것은사회적으로문제가되지않으며발생현장에서유용한용도로반출이되고있으나, 가치가없어자원화혹은처리하는과정에서비용이부담되는것은폐기물로분류되어수집운반과정을거쳐자원화되거나, 중간처리혹은최종처분 ( 매립, 해양배출 ) 되고있다. 여기에제시되어진각유기자원은관리주체가농림부, 산림청, 해양수산부, 환경부로분산되어있다. 즉농림부에서는폐기물보다는농업부산물이라는관점으로관리하고있으며, 산림청에서는임목계폐기물로관리하고있다. 가연성폐자원은아래표 3에제시한바와같이유기성폐자원으로 2002 년기준 6.7천만톤이발생하였고 2010 년에는 6.9 천만톤으로증가할전망이다. 특히이들폐기물중하수슬러지, 음식폐기물등은 2012년부터해양배출이금지될예정이므로적정한육상처리방법이제시되어야한다. 유기성폐기물은환경부의폐기물관리법에의해관리되고있으며, 통계상에나타나있는유기성폐기물은음식물류폐기물, 폐 하수슬러지, 축산폐수, 공동처리장에서발생하는슬러지류, 분뇨및정화조폐액등으로한정된다. 18

20 국내유기성폐자원에너지화 표 2. 유기성폐기물의종류및범위 구분개요 폐기물계농업계부산물임산계부산물 식품 폐기물 축산폐기물 목질계폐기물 각종 슬러지류 식품가공잔사음료수및식품산업에서발생되는각종박및잔사수산가공잔사수산물을가공하는통조림공장, 어시장등의잔사사업장계감량화의무대상사업장에서발생되는음식물류폐기물음식물류폐기물 가정계음식물류 폐기물폐식용유 가공공장잔사 생활계폐기물로서분류되는가정에서배출되는음식물류폐기물 가정및음식점, 사업장등에서발생되는식용유 우분뇨 우사에서발생되는것으로분과뇨가분리 ( 톱밥우사등 ) 돈분뇨 돈사에서발생되는것으로분과뇨과혼합된것이대부분 계분뇨 계사에서발생되는것으로대부분이고형상 건설폐재 건설공사장에서발생되는목재 수피통나무의외피 톱밥 목편 ( 목칩 ) 하수슬러지 분뇨슬러지 축분처리 슬러지 폐수처리 슬러지 집류및부산물 전지작업부산물 목계폐기물 목재의가공, 제재공정에있어서톱에의해서목재을자르는때에 배출되는목분 합판, 목재조각, 칩조각등목재가공공정에서발생하는잔폐재, 건설공사에서발생하는목재 하수처리장에서발생되는슬러지류 분뇨및정화조슬러지를수거하여처리하는과정에서발생되는 슬러지 축산폐수공동처리장에서발생하는슬러지 폐수의물리, 화학적, 생물적처리과정에서발생되는슬러지 볏짚, 보리짚, 왕겨 가로수가지치기후에배출되는것, 잔디를깎은후에발생되는것등 지역을개발하면서벌채하거나, 토지형질변경상에서발생하는목재 ( 나무뿌리등 ) 19

21 Green-tech Research 2010_03 호 그림 1에국내외에서널리이용되고있는유기성폐기물의처리및활용방안에대한체계를 제시하였다. 표 3. 유기성폐기물의발생현황 구분 2002년 2010년 2015년 음식물류폐기물 ( 천톤 / 년 ) 4,160 3,936 4,308 하수슬러지 ( 천톤 / 년 ) 2,073 2,216 2,316 폐수처리슬러지 ( 천톤 / 년 ) 4,211 4,125 4,072 분뇨처리슬러지 ( 천톤 / 년 ) 축산분뇨 ( 천톤 / 년 ) 56,648 58,747 59,890 동, 식물성잔재물 ( 천톤 / 년 ) 합계 ( 천톤 / 년 ) 67,926 69,840 71,368 출처 : 가연성폐자원에너지이용활성화방안 ( 한국폐자원에너지기술협의회, 2010) 그림 1. 유기성폐기물처리및활용체계 20

22 국내유기성폐자원에너지화 Ⅱ. 기술개요 1. 유기성폐자원건조특성 가. 유기성폐기물특성 유기성폐기물중상당량을차지하는슬러지는하수및폐수처리장에서발생하며그동안처리공정에서감량화를위한다양한연구를수행하여현재적용하고있으며주요영향인자는다음과같다. 1) 슬러지밀도 단위부피당질량으로나타내어지는밀도 ( 비중 ) 는슬러지의특성을결정짓는가장중요한인자이다. 슬러지는침전성을가지고있으며이침전속도를결정하는주요인자는비중이다. 비중의영향을주는인자로는입자의크기, 결합수 (bound water) 의양, 플럭의형성정도및슬러지의화학적조성이있다. 일반적으로비중이높은슬러지의경우침전성이좋고탈수능이비교적높아전처리를줄일수있다. 2) 슬러지고형분농도 슬러지의농도는부피당무게로나타내며적정한고형분함량을가져야만안정적인탈수가일어난다. 일반적으로 2차침전조에서배출되는고형분의함량은 0.8% 로이고형물질의함유량을 4% 까지농축하여슬러지부피를 1/5로줄일수있다. 농도를기준으로할경우 10,000mg/L 는 1wt% 와같은의미이다. 슬러지탈수에앞서적정한전처리를통해슬러지의고형분농도를 6 8wt% 까지농축시키는것이바람직하다. 슬러지의고형분의농축정도에따라적정탈수기의선정에영향을미치는주요인자로작용하기도한다. 3) 슬러지유동성 슬러지의유동학의이해는슬러지의이송, 펌프, 수두손실, 슬러지배관등을설계하는데중요한인자로작용한다. 슬러지운반에사용되는펌프는회전로브 (rotart-lobe) 펌프, 플런지 (plunger), 21

23 Green-tech Research 2010_03 호 원심, 동공이동 (progressing-cavity), 토크흐름 (torque-flow), 격막 (diaphragm), 고압피스톤 (high-pressure piston) 등이있다. 또한페리스탈릭 (peristaltic) 펌프나콘크리트슬러지 (concrete sludge) 펌프도슬러지운송에사용되기도한다. 격막과원심펌프는스컴운송에널리사용된다. 펌프의선정은일반적으로슬러지형태에따라선정되어지며, 슬러지형태는크게스크린찌꺼기, 그릴, 스컴, 1차슬러지, 화학침전및소화슬러지, 살수여상슬러지, 반송또는폐활성슬러지, 농축및고농도슬러지로구분되며적정펌프의선정은시스템의운전에중요한인자이다. 슬러지수송에서야기되는수두손실은슬러지의흐름성질, 관직경, 유속등에다라달라진다. 수두손실은고형물질및휘발성물질의함유량이증가할수록, 온도가낮을수록커진다. 휘발성물질의백분율 (%) 과고형물질의백분율 (%) 의곱이 600 이넘으면, 슬러지수송에곤란을겪게된다. 물, 기름및대부분의유체는층류의조건에서유속및점성과압력손실이정비례하는뉴톤 (Newtonian) 유체이다. 유속이임계치 (critical value) 보다증가하면유체의흐름은난류가된다. 농축된폐수의슬러지는비뉴톤 (Non-Newtonian) 유체이다. 비뉴톤유체는층류조건하에서압력손실이유속에비례하지않으며점성도일정하지않다. 층류및난류초기의수두손실계산은특정한방법을이용해야한다. 수두손실계산방법으로는 Darcy-Weisbach, Hazen Williams, 또는 Manning 등의식으로부터구한물의수두손실인자에 k를곱하여계산한다. 슬러지마찰로인한압력손실의결정은무차원의 Reynolds 수와 Hedstrom 수를이용함으로서알수있다. 4) 침전능 침전은탈수의한영역으로, 침전능을향상하기위해여러가지화학약품들을사용하고있다. 침전공정은수중에포함된입자성물질을슬러지로만드는과정으로, 슬러지의특징및약품처리방법에따라다양한침전속도를가지게된다. 슬러지의침전능을나타내는대표적인방법으로서는 1L 메스실린더를이용한 SVI (Sludge Volume Index) 를측정하는것이다. 활성슬러지를운전하는공정에서는플랜트를제어하는데간단하고비용이들지않은방법이기에널리이용되어지고있으며 30분간의침전후슬러지가차지하는부피를읽고슬러지의농도로나눈값이며그계산방법은아래와같다. 활성슬러지공정에서 SVI 값이 100 이하의조건에서는상당히좋은침전성을가진것으로평가되며그이상의수치에서는운전시문제가발생할경우도있다. 22

24 국내유기성폐자원에너지화 5) 입자의크기 슬러지의입도분포는크기뿐만아니라형태도다양하게변한다. 입자의크기에의한슬러지의특성을연구한많은연구자가있었지만슬러지의탈수와연관시키기에는어려움이있다. 슬러지탈수시입도의영향을가장잘제시한것을표 4에나타내었다. (Karr, 1976) 슬러지자체가많은슬러지입도분포범위를가지고있을뿐아니라이들입도의크기는시간의흐름과실험조건에따라다르게나올수있기때문이다. 표 4. 입자상물질의크기가탈수에미치는영향 Type of sludge Item Raw primary sludge Activated sludge Mixed digested sludge Specific resistance (m/kg) CST(sec) Total solids (mg/l) Rigid settleable (percent of total) Fragile settleable (percent of total) Supracolloidal (percent of total) True colloidal (percent of total) Dissolved (percent of total) 9,698 8,841 10,266 6,452 1,920 3,374 2,320 6,587 4, ,

25 Green-tech Research 2010_03 호 6) 수분분포 슬러지는크게물과고형질의혼합상태로볼수있는데, 혼합된물은슬러지입자특성에따라그결합력이다르기때문에탈수에크게영향을미친다. 물이고형질과혼합되면서서로결합하는힘은. 즉, 물분자가고형질과강하게결합되어있는비율이높을수록물분자를제거하기위하여외부의강한에너지를필요로하며, 만약물분자와고형질이결합력이없이독립적으로존재한다면물을제거하는데는어렵지않다. 물분자와고형질의결합상태에따른물의존재상태를분류하는데여러가지설명이있지만, 그림 2에제시한바와같이크게간격수, 모관결합수, 표면부착수및내부수로나뉘어진다. 간격수 (Cavernous Water) 는크고작은고형질에둘러싸여있는수분을말하며, 이는고형질과직접결합해있지않기때문에용이하게분리할수있는데자유수 (Free Water) 라고부르기도한다. 집합밀도가높은슬러지의고형물입자에수분이둘러싸이면모관현상을일으켜서모관결합수 (capillary water) 가된다. 모관결합수에는고형물질의접촉면으로이루어진모관에수분이쐐기상으로결합되어있는쐐기상모관결합수 (wedge shaped capillary water) 와고형물질의갈라진틈에채워져있는간격모관결합수 (cavernous capillary water) 로다시나눌수있다. 이들모관결합수는모세관압으로결합되어있는물이기때문에모세관의표면장력의합력과역으로작용하는것과같은힘이상을가하면결합수의제거가가능하다. 예를들면원심력, 진공압, 열침투력등을이용하여슬러지로부터모관결합수를제거할수있다. bound water free water interstitial water surface water 그림 2. 슬러지입자와수분모형도 24

26 국내유기성폐자원에너지화 이들수분의결합강도는내부수, 표면부착수, 쐐기상모관결합수, 간극모관결합수, 모관결합수의순서로저하되며슬러지건조과정을 3단계로나누어볼때모관결합수는건조 2단계 ( 항율건조기간 ) 에서내부수와표면부착수는건조 3단계 ( 감율건조기간 ) 에서증발되고내부수는세포액으로존재하기때문에건조로완전히증발시킬수없다. 슬러지개량은열적처리, 첨가물투입및약품처리로크게나뉠수있는데, 약품처리방법이현재가장많이적용되고있는방법이다. 약품처리시주입되는약품의종류와양을결정하는데영향을주는인자로는슬러지특성, 교반형태및사용될탈수기의종류등이있을수있다. 슬러지특성으로는슬러지의종류, 고형물질농도, ph와알카리도등이다. 1차슬러지, 폐활성슬러지및소화슬러지등은그적절한주입량범위가알려져잇다. 하지만 ph와알칼리도는특히무기개량제의개량성능에영향을미친다. 높은 ph를유지하기위해서는소석회를사용하면높은 ph로인한심한암모니아냄새와석회스케일문제가발생한다. 최근에고분자응집제제조기술이발달함에따라많이이용되고있지만, 가장큰이유는슬러지발생량이적고처리되는슬러지량에비해주입량이적으며소각시많은열량을내고, 소량의회분을발생시키기때문이다. 고분자응집제를사용하면, 응결되니플록이크기때문에필터를사용할때구경이큰것을여포로사용가능하므로배수능이높다. 또한고분자응집제는응집된슬러지입자의밀도를증가시킬수있기에원심분리탈수기의경우에계속적인탈수효율의유지가가능하고, 운전을용이하게한다. 그러나고분자응집제를첨가하여슬러지를개량할경우, 생성된입자는크지만슬러지가깨지기쉽기때문에, 슬러지와고분자응집제를혼합시킬경우, 강도를낮추고장시간에걸친응결과정과이송시의과도한난류의생성을억제해야한다. 슬러지개량의주요목적은탈수되어질슬러지의탈수속도를증가시키기위함이다. 이러한탈수속도의증가는슬러지내입도와내부구조에따라탈수효율이다르게나타난다. 현재가장널리사용되어지고있는고분자응집제는전하에따라양이온, 음이온, 비이온성으로크게분류되어지며, 양이온성고분자응집제는콜로이드의농도가상당히높은유기성슬러지에적합한경우로, 대개는유기물질 / 부유물질의비가 0.2 이상인경우에도효과적이다. 그리고벨트프레스를사용하는경우에는고분자응집제의분자량이큰것이유리한데, 이것은슬러지플록의밀도가높고저항성이커서탈수에아주적합하다. 음이온성고분자응집제는소수성무기응집제의경우에주로부유형태를취하고있는상태에사용할수있고, 금속수산화물슬러지에도사용할수있다. 이것은대개 kg/ss 정도로사용한다. 유기성슬러지와무기성슬러지를합한음이온성을사용할경우, 이온강도는위두슬러지에따라달라진다. 가압탈수기를사용할경우에는주로철염을사용하여미리응결을시키고난후, 고분자전해질을사용하여친수성슬러지를만든다. 25

27 Green-tech Research 2010_03 호 이와같이약품으로슬러지를응집또는응결시키는과정은크게전하중화와입자의가교작용이주요한작용기작이다. 생물학적폐활성슬러지의경우에서는전하중화기작이우세하고, 생물학적슬러지를고분자응집제로개량한경우에는입자사이의가교작용이우세하다. 대부분의부유슬러지입자는음으로전하되어있기에양이온응집제를사용해야한다. 그러므로입자사이의반발력이없어지고입자들은더많은충돌을할수있고플록을형성한후에침전농축된다. 슬러지처리공정에서주입량의결정은슬러지의특성이시간에따라변함을고려하면적정량을정확하게계산하기는어렵다. 특히안정화방식, 응집제종류, 열처리정도, 첨가제주입유무, 교반조건등다양한변수가상존하지만적정한범위를도출하는것은슬러지처리의필수조건이된다. 슬러지의물성은유기물의조성이나슬러지처리를위해적용하는소화등의물리적, 화학적처리여부에따라크게달라지며, 물성의변화에따라건조특성이크게변화된다. 슬러지의건조특성에가장큰영향을미치는인자는탈수성개선을위해투입하는응집제의종류및투입량으로, 최근하수슬러지탈수에주로사용하고있는고분자응집제는건조기의열교환접촉면을막히게하거나, 슬러지를덩어리화시키는데일조하여건조를어렵게하는것으로알려지고있다. 그림 3은고분자응집제가건조에미치는영향을나타낸것으로함수율이 65% 정도에서점성도가급격히증가했다가 40% 대에서다시원상태로회복되는것을볼수있다. 이구간을점성구간 (glue zone) 이라하며, 이구간에서는슬러지가아교처럼끈끈해지고수분증발율도현저하게떨어지게된다. 점성구간을벗어난슬러지에서는슬러지입자가쪼개지면서분진이발생하기시작하고 20% 이하로건조가되면더욱작은건조알갱이로쪼개지면서분진형태의슬러지가되는데이구간에서는분진의발화혹은폭발이발생할수있다. 26

28 국내유기성폐자원에너지화 그림 3. 수분율변화에따른점성도변화곡선 나. 유기성폐기물건조 1) 재료의함수율 (moisture content) 재료가함유한수분을나타내는방법으로는습한재료의중량을기준으로하는수분 (%) 과완전건조재료의중량을기준으로나타낸함수율이있는데공학계산에서는기준이변하지않는건량기준이편리하다. 즉, 습한재료의중량을 Ww[Kg], 건조재료의중량을 Wd라고하면각물질은일정한온도와습도의공기중에오래놓아두면일정량의수분을얻어평형에달한다. 평형상태에서고체가갖는수분을평형함수율이라고한다. 그리고고체가가진전체함수율과평형함수율의차를자유함수율이라고하는데일정한온도와습도의공기를사용하여건조하는경우제거되는함수율이다. 수분 = 함수율 = W w - W d W d 100[%] W w - W d W d [Kg H2O / Kg 건조고체 ] 27

29 Green-tech Research 2010_03 호 2) 평형함수율 각물질은일정한온도및습도의공기중에오래놓아두면일정량의수분을흡착하여평형에달하는데이때의함수율이다. 고체중에습윤기체와평형상태에서남아있는수분함량이다. 건조시킬수있는최저수분함유량이다. 접촉한공기의온도와습도가주어지면각물질에따라일정한값을나타낸다. 3) 자율함수율 일정한온도와습도의공기를사용하여전조하는경우제거되는함수율이다. 실제계가갖고있는함수율과평형함수율의차를말한다. 4) 항률건조속도 건조속도가일정한정속건조구간에서증발되는수분은입자표면에서포화수면을이루고있으므로수분의증발속도는입자표면으로의열전달속도에의하여결정되며, 입자에전달된열량은모두수분증발에사용된다. 여기에입자내부의온도구배와물질전달속도를무시하면건조속도는다음식과같이간략하게표시될수있다. 여기서열풍온도를 t[ ], 열풍공기의습도를 H[kg-H2O/kg- 건조공기 ], 재료의표면온도를 ti [ ] 에서대응하는포화습도를 Hi[kg-H2O/- 건조공기 ], ti에서대응하는증발잠열을 λi[kcal/kg], h를경막열전달계수 [kcal/m2hr ], kh를절대습도차를추진력으로할경우의물질전달계수 [kg/hr m2δh] 라한다. 5) 감율건조속도 감속건조구간에서증발하는수분은입자내부에존재하는수분이므로수분의건조속도는입자내부에서의물질전달속도혹은열전달속도에의하여결정된다. 여기서, K 는비례상수, we 는평형함수율, wc 는한계함수율, F 는자유함수율이다. 28

30 국내유기성폐자원에너지화 2. 유기성폐자원건조기술 건조기술은건조의목적이나방식, 건조기의형식에따라여러가지로분류하며, 각각의기술들에는나름대로의특징이있기때문에기술선정시신중을기할필요가있다. 건조기술은건조목적및건조방식에따라분류하며, 건조목적에따라완전건조기술과부분건조기술로, 건조방식에따라직접건조방식과간접건조방식으로구분한다. 가. 건조목적에의한분류 건조목적에따라건조기술을분류해보면건조슬러지를비료, 시멘트원료등으로직접이용하기위해적용하는완전건조기술과소각등의후속처리를위한전단계로적용하는부분건조기술이있다. 1) 완전건조기술 슬러지를농업용비료나산업용연료등으로재활용하기위해서는수분함량을 30% 이하의상태로건조시킬필요가있는데이때적용하는기술이완전건조기술이다. 완전건조된슬러지는슬러지의부피가감소되었을뿐만아니라고형물질 (DS) 의농도가높고부패, 변질의우려가낮으며고온의건조과정에서병원균이사멸되므로취급이용이하고위험성이낮다. 2) 부분건조기술 함수율이높은슬러지를직접소각하거나도시쓰레기를혼소할경우수분증발에많은연료가소모되므로소각로투입의전단계에서일정수준이하로함수율을낮추는조작을행하게되는데이때적용하는기술이부분건조기술이다. 부분건조시의건조율은후단공정에서발생되는폐열량혹은후단공정에서요구되는함수율등을기초로결정하게되는데별도의열공급이없는소각시설의경우발생되는폐열량을효율적으로이용하는차원에서수분함량을 60% 정도까지건조하는것이적정한것으로보고있다. 부분건조기술적용시의경제적효과에대해일본에서실시된실험결과에따르면초기시설투자비는건조-소각공정이직접소각공정의투자비보다약 10% 정도더소요되지만운영관리비면에서건조-소각공정이직접소각공정보다 20% 정도절약되어전체적으로약 15% 의절감효과가있는것으로보고되고있다. 29

31 Green-tech Research 2010_03 호 나. 건조방식에의한분류 하수슬러지의건조방식은열의이용방식에따라연소열을직접건조에이용하는직접건조방식과연소열로증기등을발생시켜간접열을이용하는간접건조방식이있다. 그특징을표 5에제시하였다. 1) 직접건조방식 직접건조방식은버너등의연소가스와슬러지를직접접촉시켜건조시키는방식으로직접접촉에의한건조방식이기때문에열효율면에서유리하고증기발생장치등이없기때문에시설이간단하다는장점이있지만, 건조과정에서머리카락등의연소되기쉬운물질들이일부연소되어악취가발생할뿐아니라슬러지로부터분리된수분이연소가스와함께방지시설쪽으로이송되므로이를처리하기위한방지시설의용량이커지고방지시설구성이어려운단점이있는것으로지적되고있다. 직접건조방식의대표적인건조기는드럼식건조기이며, 대부분건조효율을높이기위해내부에슬러지분쇄를위한회전축을설치하고있다. 2) 간접건조방식 간접건조방식은버너등의연소열로열매체유등을가열한후이를이용슬러지와접촉하는디스크등의열전달면을가열함으로써간접건조하는방식으로연소가스와건조가스의배출통로가분리되어있어악취물질의처리가용이하고부하변동에대응하기쉬우며수분량조절이용이하다는장점은있으나열전달면에슬러지가부착되어장애를일으킬가능성이높으며열매체유등의가열을위한별도의시설을설치하여야하는단점이있는것으로지적되고있다. 30

32 국내유기성폐자원에너지화 표 5. 직접건조방식과간접건조방식의비교 항목직접건조방식 ( 대류전열방식 ) 간접건조방식 ( 전도전열방식 ) 구조및원리 소각로에서발생하는연소가스와슬러지가건조기내에서직접접촉하여연소가스의대류에의하여슬러지를건조하는방식 소각로에서발생하는연소가스또는열교환에의하여생산된열매체 ( 또는 Steam) 의건조를위해설치된배관에통과시켜슬러지를건조하는방식 건조슬러지특성 후속공정연계용이성 함수율성상비중발열량안정성저장성퇴비화고화연료화소각용융 10% 이하분말, 입상 0.7이하 2,000Kcal/kg 내외 ( 습윤저위기준 ) 생물, 물리적으로안정가능양호양호양호우수우수 10% 60% 입상 0.7 ~ 1.1 1,500Kcal/kg 내외 ( 습윤저위기준 ) 생물, 물리적으로변화가용이불리우수우수우수양호 ( 열활용측면에서는우수 ) 양호 ( 열활용측면에서는우수 ) 열전달효율 높다 낮다 열회수효율 낮다 높다 열매체온도 200~ 전후의증기등 건조능력 크다 적다 설치비용 저렴 고가 설치면적 소 대 설비구성 간단 복잡 건조배가스량 대 소 건조속도 빠름 느림 유지보수성 용이 어려움 안전성 화재위험성산재 안전 건조기종류 회전, 밴드, 유동층, 기류, 분무 디스크, 패들, 원반, 씬필름 31

33 Green-tech Research 2010_03 호 3) 유중증발건조방식 기존의슬러지건조방법의한계를극복하기위하여비등열전달개념을이용한유중증발건조방법을적용하였으며이때비등열전달계수는매우높고기름을유중증발건조용기름으로사용할경우슬러지의수분보다분자량이가벼운기름성분이슬러지의수분과치환이잘일어나서슬러지건조속도가빠를뿐만아니라건조후슬러지의발열량이증가하여석탄보다약간낮은대체연료로사용이가능하다. 또한연료유외에폐유를슬러지건조에효과적으로이용할수있으므로기존소각처리시많은비용을절약할수있는장점도있다. 유중증발건조방법은식품및제과류제조및건조에적용하여식품에함유되어있는수분이식용유에의해감압, 승온하에서증발되는방법으로수분이빠른속도로제거되며식용유에의해영양분이증가되는장점이있다. 이방법에서사용되는튀김열매체인폐유의특성을이용하여가열된기름성분이슬러지의입자사이와조직중에들어가서수분과빠르게치환되므로비교적낮은온도에서도함유수분을효율적으로탈수시킬수있다. 일본에서최근음식물사료화에이용되고있는유온감압탈수법은농업폐기물, 수산폐기물, 축산폐기물등을유용하게재이용할목적으로 1960년대부터개발되기시작하였다. 국내에서유온감압탈수법에대한연구는 1995년부터동아대학교, 한림대학교와대경기계 ( 주 ) 등에서주로음식폐기물사료를위하여이루어졌으나현장적용에는어려움을겪고있는실정이다. 유중증발건조기술은대기압에서폐유를 120~170 정도로가열한후슬러지를일정량씩연속적으로기름에잠기도록투입하여기름의열이슬러지에전달되어슬러지에포함된수분이신속히증발하는비등열전달개념을도입하여짧은시간에수분을증발시켜기름을치환하게하는방법이다. 반면유온감압탈수기술은진공상태에서슬러지내부수분은뽑아내고기름성분이수분자리에치환되지못하도록진공상태를유지하는것으로서탈수한슬러지발열량이낮고슬러지탈수시간이일반건조시간보다더욱길다. 32

34 국내유기성폐자원에너지화 Ⅲ. 주요국동향분석 1. 총괄 2008년세계적인원유가격폭등과에너지원확보를위해녹색성장의기치아래미국, 일본, 유럽연합등에서유기성폐기물의친환경적인처리와에너지회수를위해범정부적으로노력을기울이고있다. 경제협력개발기구 (OECD) 산하국제에너지국 (International Energy Agency) 의 Energy Technology Perspectives 2008년자료에서온실가스저감을위한유기성폐기물의에너지화에대한방향과향후에너지시장에서차지하는중요성을강조하고있다. 일본의슬러지처리기술은 Ebara Corp. 를비롯하여 Hitachi Kiden Kogyo Ltd., Kurita Water Ind. Ltd., Kubota Ltd. 에서다양한기술을보유하고있으며일본내에도탈수, 건조및소각방식을이용하여슬러지를처리하고있다. 미국에서는 Texaco Inc., Enviro-tech Corp., UOP INC., Enviro-Gro Technologies 사등에서기계적탈수, 화학적탈수건조, 소각, 비료등다양한기술을적용하고있다. 독일등유럽에서는 LINDE-KCA Dresen GmbH, Allied Colloids GmbH, SASF Aktiengesellschaft 사등에서화학적처리, 소각등다양한설비기술을바탕으로세계적으로기술보급에노력하고있는실정이다. 일본의 ECO-Stage Eng. Co. Ltd. 에서는유온감압장치를이용하여하수슬러지를건조하고있으나현재보급실적은미미하나일본동경의 ALFO사에서유온감압기술을이용하여동경에서발생하는음식폐기물사료화설비운전중에있다. 또한일본의 Bio fuel사에서는하수슬러지를탄화후연료화하는설비를구축하여일부지역에서운전하고있으나운전비용이고가인것이단점으로지적되고있다. 미국의 Davy-Mckee 사, 프랑스 Entropie 사등에서는고온가스화기술을이용한슬러지처리연구를수행하고있으며케나다 Ensyn 사, 네덜란드 Fenose 사등에서는건식열분해기술을적용하여슬러지로부터오일및탄화물생산연구를수행하고있다. 오스트리아의앤드리지사의기술은건조한슬러지를 pellet 형태로제조하여생슬러지를표면에일정한두께로코팅하여함수율을 40% 이하로낮추어슬러지건조에서취약점인 'glue zone' 을줄이는방법과고온의열풍을이용하여건조하는기술로건조효율은양호하나상당히시간이길고건조된 pellet 표면을제거하는장치등에서대량의전기소비를요구하고대용량처리시설에서는건조에너지이용효율이다소떨어지는문제점이있다. 33

35 Green-tech Research 2010_03 호 2. 주요국동향 가. 미국 하수슬러지를 Biosolids 로정의하여자원의개념으로인식하여하수슬러지를유기비료등으로광범위하게사용하고있다. 표 6에서나타난바와같이 1998 년말기준으로퇴비화및농지주입이 47%, 고형화및건조화가 6% 로약 53% 를자원화로이용하고있다. 미국환경보호청 (EPA) 에서는 하수오니의재사용에관한법 을제정하여현재시행중에있다. 표 6. 미국의하수슬러지처리현황 계퇴비화 농지주입매립소각고형화 건조화기타 100% 47% 27% 16% 6% 4% 나. 일본 하수슬러지를비료화및농경지환원시각각의처리기준을설정하고이기준에적합하면처리가능한체계를유지하고있다. 일본의하수슬러지처리현황을표 7에나타내었다. 1997년기준으로하수슬러지가 1년에 170만여톤이발생하였으며, 그중 33% 가자원화되며자원화되는양의 41% 가녹농지에이용되고있다. 표 7. 일본의하수슬러지처리현황 구분 계 매립처분 유효이용 기타 발생량 ( 천톤 / 일 ) 1,710 1, 구성비 (%)

36 국내유기성폐자원에너지화 다. 유럽 유럽의하수슬러지녹농지이용현황을표 8에나타내었다. 표에나타난바와같이통상각국별로 40 50% 정도가녹농지로환원처리하고있으며, 그다음육상매립, 소각및건설자재화 ( 시험운영중 ) 로처리되고있다. 표 8. 유럽의하수슬러지녹농지이용현황 하수슬러지녹농지이용현황 영국프랑스스페인노르웨이스위스 44% 58% 50% 56% 45% 3. 국내동향 2008년 8월 15일정부의 저탄소녹색성장 의국가적인정책과 2009년 1월 6일 환경분야녹색성장실천계획 을통하여환경분야녹색성장 4대분야 49개실천과제를발표하였으며이를통하여에너지원확보와온실가스저감의이중목적을달성하기위한노력을기울이고있다. 폐기물에너지화 바이오매스에너지화 ( 목표 ) 12년까지가용폐기물의 39%(185 만톤 /480 만톤 ) 에너지화, 매립가스 308m3천톤 / 일, 소각여열 128만Gcal 회수 활용 효과 : 원유대체효과 4,304 억원, 온실가스 1,533 만톤감축 ( 시장전망 ) 2조 9천억원 ( 05) 17조 7천억원 ( 13) ( 목표 ) 폐자원 바이오매스에너지보급률 : 1.82%( 06) 7%( 30) ( 시장전망 ) 20조원 ( 05) 27조원 ( 12) 슬러지의해양투기가국제적으로금지되는것을계기로환경부는여러기관에슬러지탈수및건조기술에대한연구를수행하도록연구비를지원하여왔으나건조슬러지의함수율이 15% 정도인기술은상용화되지못하고있는실정이다. 35

37 Green-tech Research 2010_03 호 국내슬러지건조와관련된연구는한국에너지기술연구원, 한국기계연구원, 한국화학연구원, 고등기술연구원, 창원대학교, 한림대학교, 한밭대학교등많은기관에서 1990년중반부터다양한방법의연구를수행하여왔다. 민간기업에서는태영공업 ( 주 ) 에서 1990 부터밸트프레셔방식의고성능슬러지탈수설비를개발하여국내는물론동남아지역에수출하고있으며대기업에서는 2001 년부터삼성중공업 ( 주 ) 에서탄천하수처리장, LG건설 ( 주 ) 이중량하수처리장에건조장치를설치하여운전하고있다. 한국하이테크 ( 주 ) 에서는유기성슬러지탄화기술을개발하여실증을위한연구를수행하였고국내보급에앞장서고있으나높은비용과낮은효율성등으로어려움을겪고있다. 슬러지활용을위한연구는다양하게이루어져현대엔지니어링 ( 주 ), 홍진씨엔텍 ( 주 ) 등에서는퇴비화상용화연구를수행하였으며, 가스화및용융기술은대우건설 ( 주 ), 애드플라텍 ( 주 ) 등에서수행하였다. 가양, 난지하수처리장은삼성엔지니어링 ( 주 ) 에서소각방식을이용하여슬러지를처리하는기술을적용하여운전하고있는실정이다. 2008년 12월 5일환경신기술 호에서 저온폐열회수건조장치및 2중회전익혼합기를이용한에너지절약형하수슬러지연료화기술 로 ( 주 ) 포스코건설기술검증을받았으며국내보급을추진하고있으나슬러지건조시간이길어전체시스템이대규모인것이단점으로지적되고있다. 현대건설 ( 주 ) 에서도자체기술개발을통하여하수슬러지건조및연료화를위한실험을수행하고있으며일부대형건설사에서는독일, 일본등의외국슬러지건조기술을도입하여국내의대형하수처리장에적용하기위한노력도하고있다. 건민산업 ( 주 ) 에서도유온감압기술을응용한하수슬러지건조기술을개발하여국내중소하수또는폐수처리장의슬러지건조를통한연료화추진을하고있으나전체적인공정이다소복잡하고대규모국내보급실적이없는것이적용에큰어려움이다. 4. 국내외기술 ( 제품 ) 개발현황및문제점 국내슬러지처리기술은대부분탈수와건조장치를통과한슬러지함수율이약 30% 내외를유지한상태에서소각또는매립하는방법을주로이용하고있으나, 건조장치장기운전중하수슬러지에포함된응집제가건조장치내부면에강하게점착되어정상적이고장시간운전에어려움을겪고있는실정이다. 현행하수슬러지건조장치로는열풍건조, 증기를이용한스크류식건조장치등다양하게활용하고있으나하수슬러지의표면수분과자유수는신속히건조되나슬러지내부의결합수와내부수분의증발이원활하지못하여건조시간이약 40분정도로장시간임에도불구하고건조효율이낮은것으로판단된다. 현재건조장치에서건조한하수슬러지를생활폐기물소각로에서 36

38 국내유기성폐자원에너지화 혼소하고있으나하수슬러지에포함된다량의무기물과응집제로인하여화격자작동에문제를야기하고불완전연소된바닥재발생량이증가하고있는경우도있다. 또한하수슬러지를탈수후건조하여다시소각로에서소각하므로전체시설규모가크고발생하는하수슬러지가소량인중소규모도시인경우발생한슬러지를이동시문제점발생할수있다. 하수슬러지탈수및건조과정에서발생하는악취문제로도심에서운전하는것이민원발생의주원인이되고있다. 5. 국내외기술 ( 제품 ) 개발전망 2008년부터정부의핵심정책인 저탄소녹색성장 으로유기성슬러지건조를통한에너지화는매우중요한과제로대두되었고, 2012년부터발전소폐기물에너지원의무사용화 (RPS) 로유기성하수슬러지의폐기물에너지원으로중요한위치선점하고있다. 환경부에서폐기물에너지원인 RDF, RPF, TDF, WCF, SDF(sludge derived fuel) 법제화되어활성화에다양한노력경주하고있다. 2008년 5월에발표된환경부의자료에의하면 2011년말까지해양배출을원천적으로금지하고재활용을 18.5%(2007 년 ) 에서 69.5%(2011 년말 ) 로증가시킬계획에있으므로재활용기술의개발이활발하게진행될것으로예상된다. ( 표 9) 표 9. 하수슬러지처리목표 처리방법 2007년 2011년 해양배출 68.5% 0% 재활용 18.5% 69.5% 소각 11% 29% 매립 2% 1.5% 또한고유가시대의도래로에너지수급에대한우려와지구온난화를유발하는온실가스배출에대한대응의일환으로에너지화가강조되고있으므로하수슬러지의열화학적변환기술이강조될것으로판단된다. 하수슬러지를처리하는대표적인방법에는고형화, 건조, 소각, 탄화및연료화를들수있으며, 기술별장단점과특징을정리하면표 10과같다. 37

39 Green-tech Research 2010_03 호 항목 처리방안 표 10. 유기성슬러지처리방법별평가 고화건조소각탄화연료화 기술분류 슬러지를높은강도의슬러지자체열량과슬러지내수분을슬러지를무산소단일체에물리적으로각종폐유및직접또는슬러지내가연상태에서가열하면차단피막으로지방기름을이용하여간접방식으로열성분을단시간내에수분및가스가보호하고유해물질의건조와열량증가를접촉시켜수분을연소시켜감용, 무해, 발생하고잔존물에는용존성, 유독성, 동시에달성하여제거하여감량화하는안정화하는기술탄소를주체로하는독성을최소화하는고형연료를생산하는기술무기물이남는기술기술기술 기술분류 최종처리 중간처리 중간처리 최종처리 최종처리 시간당처리량 중 (30 분 ) 중 (40~60 분 ) 중 (30 분 ) 중 (40~100 분 ) 최소 (10 분 ) 처리부산물 형태 수요처확보장기보관성 경량골재, 복토재. 시멘트원료 건조슬러지소각재탄화물 고형연료 (4,500~ 6,000kcal/kg) 용이어려움어려움어려움용이 용이어려움용이용이용이 적용성탈수 건조 - 기술적측면 함수율 5~35% 13~20% 1% 1~5% 10% 이하 감량율 65~70% 75~78% 90% 95% 70% 화력발전소, 시멘트처리경량골재, 복토재, 고화, 퇴비화, 복토재시멘트원료연료제품회사, 열병합발전소부산물시멘트원료연료관리보통용이난이고난이보통 대기영향극소소중소소환경수질영향극소소소소소사회적소음진동중소중중소측면민원정도중중대소소 경제성 건설비 중 극소 중 소 소 운영비 소 대 중 소 중 면적 중 소 중 소 소 38

40 국내유기성폐자원에너지화 Ⅳ. 시사점및정책제언 1. 시사점 생활폐기물, 각종유기성슬러지, 음식폐기물, 축산분뇨등의가연성폐자원을에너지화하는공정에서필수적인과정이건조기술이다. 이들폐자원중에서생활폐기물을제외하면대부분함수율이약 80% 정도이므로이들을직접연소실에서단독또는석탄등과혼소할경우다량의수증기증발잠열로환경적으로안정적이고에너지이용면에서효율적인연소가불가능하다. 현재건조기술로는고함수유기성폐자원건조에투입되는에너지량보다건조후고형연료가갖는발열량이적어가연성폐자원에너지화정책의근간을위협하고있는실정이다. 기존고함수폐자원건조과정에서다량으로발생하는수증기는온도가약 100 정도이므로폐자원을예열정도는가능하지만낮은온도로인하여폐자원건조에직접으로이용하기에는한계가있다. 이를극복할수있는기술이기계적인에너지를이용한수증기압축기술을적용하여수증기온도를 170 정도까지상승시키면고함수폐자원건조에이용할수있어기존건조에너지의 50% 이하로운전이가능하다. 생활폐기물을이용하여고형연료화제품인 RDF 제조시설이수도권매립지, 부산시, 포항시, 나주혁신도시, 광주시등지방자치단체위주로보급되고있으며 RDF 제조분야의국내산업은 2006 년에강원도원주시에설치된생활폐기물 RDF 플랜트가유일하며, 이플랜트는한국기계연구원과 ( 주 ) 고려자동화가공동으로개발한국내기술의플랜트로서폐기물을하루 80 톤처리하는규모이고연간약 7,000 TOE 신재생에너지를생산한다. 그외에 ( 주 ) 바이오컨이유럽의 MBT공정과비슷한방식으로생활폐기물을처리하는소규모실험플랜트를보유하고있고, ( 주 ) 지환테크에서디스크선별기를사용하는미성형고형연료생산용실험플랜트를보유하고있다. 향후 RDF 보급을활성화하기위해서는 RDF 제조시설을생활폐기물발생장소와이동거리, 집단에너지화시생산에너지종류즉발전, 스팀, 온수등을활용처에적합하도록설계하여운영하여야생산에너지이용효율을극대화할수있다. 폐플라스틱을이용한고형연료인 RPF 제조분야의국내산업은 2003 년에 EPR 제도시행이후 10여개의업체가연간 20,000 30,000 TOE 정도의 EPR-RPF 를생산하여수요처에공급하고있다. 비EPR 이아닌사업장플라스틱을미성형상태로만들어서시멘트회사에무상으로실어주는업체가다수있으며, 근래에는성형RPF가유상거래가되기시작함으로서 ( 주 ) 삼호환경등일부업체는펠 RPF로전환하고있다. 39

41 Green-tech Research 2010_03 호 2. 정책제언 고함수유기성폐기물인유기성하수슬러지는함수율이약 80% 정도이므로건조기술을다양하게적용할수있고건조후발열량을증대시키기위해인위적으로다른고발열량물질을추가하는것을금지하여야하나, 건조과정에서일정량의다른물질이포함될수있으나현재시행규칙에서는전면혼합을금지하고있으므로건조기술의다양성을제한하는문제가있어일정한비율로제한하는조치가필요하다.( 예, 다른연료또는일반가연성물질 ( 지정폐기물제외 ) 포함비율 5% 이하 ) 아울러유기성하수슬러지고형연료를화력발전소에서만 5% 이하로혼합연소할수있도록제한하는것은고형연료이용처를제한하는것이므로다른이용처에서저공해연소장치와후처리시설을구비한경우는허가하는것이타당하다고사료된다.( 예 : 시멘트킬른, 제지공장유동층슬러지고형연료전용보일러등 ) 고함수유기성폐기물중에서유기성하수슬러지는고형연료로활용할수있는법적기준이마련되었으나하수슬러지발생량보다많은폐수슬러지의처리방안은현재마련되어있지않으므로향후에도계속해양배출을지속할경우런던협약에서규정한모든유기성슬러지해양배출전면금지를일부위반할가능성이있고, 또한육상매립시대량의온실가스 ( 메탄 ; CH4) 방출이예상된다. 아울러, 가축분료, 음식폐기물을소화시설에서바이오가스를생산후발생하는고형물의최종처리방안이불충분하여농가와바이오가스에의한처리시설에서처리하기가어렵고, 현재적절한방법이없다. 이를해소하기위해서는다음과같은대안이필요하다. 1) 폐수슬러지에는발생장소에따라다양한중금속이포함되어있으므로해양배출또는육상매립시심각한해양오염과지하수와토양오염을유발시킬수있으므로육상에서건조후친환경적인열적처리가타당하며, 방법으로는건조한폐수슬러지를고온열분해용융처리시설에서유기물은개질가스인 H 2, CO를생산하고원료및연료로사용하고, 중금속은무기물과더불어용융슬래그형태로배출시켜유리화를통하여고부가가치의몰타르용골재등을생산할수있다. 2) 음식폐기물은염분이포함되어있으므로건조후연료로사용할경우염분에의한연소실과열교환기등의부식이우려되나연소실에서염분을회수할수있는기술개발이완료되면전용연소장치에서연료로사용이가능하다. 40

42 국내유기성폐자원에너지화 < 참고문헌 > 1. Ministry of environment, Korea, (2005) 2. Peregrina, C., Arlabosse, P., Lecomte, D. and Rudolph, V.:Heat and mass transfe r during fry-drying of sewage sludge, Drying Technology, Vol. 24 (2006) 3. Peregrina, C., Arlabosse, P., Lecomte, D. and Arlabosse, P.: Immersion frying fo r the thermal drying of sewage sludge(an economic assessment), J. Environm ental Management, article in press (2007) 4. Arlabosse, P. :Study on thermal drying processes of municipal and indust rial se wage sludges, Report ni /1A; Ecole des minesd'albi Carmaux & Ass oiation RE.CO.R.D.: Albi, france, (2001) 5. Grater, H., Matter, M., Oeglmann, K. H., Hicks, M.D. : Drying of sewage sludge. An Important step in waste water disposal. Water Science and Technology, V ol. 22, No. 12, pp , (2000) 6. Vaxelaire, J., Bongiovanni, J.M., Mousques, P., Puiggali, J.R., : Thermal drying o f residual sludge. Water Research, Vol. 4, No. 17, pp , (2000) 7. Ressent, S. : State of the Art in Thermal Drying of Municipal and Industrial Sewa ge Sludge, Agence de l'eau Seine-Normandie: paris, france, (1998) 8. Chen, G., Yue. P.L., Mujundar, A.S. : Sludge dewatering and drying. Drying Tech nology, Vol. 20, No. 4, pp , (2002) 9. Kudra, T. : Sticky region in drying-definitions and identification, Dry ing Technol ogy, Vol. 21, No. 8, pp , (2003) 10. Lowe, P. : Developments in the thermal drying of sewage sludge, Journal of the Chartered Institution of Water and Environmental Management, Vol. 9, No. 3, pp. 306, (1995) 11. Arlabosse, P., Chavez, S. : Char acterization of some sewage sludge properties es sential for the design and management of thermal processes. Env ironment T echnology, (2005) 12. Miller, K.S., Singh, R.P, Farkas, B.E. : Viscosity and heat transfer coefficients f or canola, corn, palm and soybean oil. Journal of Food Processing and Prese 41

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44 국내유기성폐자원에너지화 ng the Water Distribution of Sewage Sludge, Water Science and Technology, vol.42, n.9, , (2000). 26. Mittelman (Ashkenazi), N.; Mizrahi, Sh. and Berk, Z, Heat and Mass Transfer in Frying, chap.12 in "Engineering and Food", McKenna, B.M. (ed), Elsevier Ap plied Science Publishers, (1984). 27. Niessen, W., Combustion and Incineration Processes. Applications in Environment al Engineering, 2nd edition, Marcel Dekker Inc.,(1995). 28. Farkas, B. E., Singh, R. P. and Rumsey, T.R., Modeling heat and mass transfer in immersion frying. I, model development, Journal of food engineering, vol. 29, pp , (1996). 29. Weibiao FU, Yanping Z.,Hongqiao H. and Yuning D., A study on Devolatilization of Large Coal Particle, Combustion and Flame 70, pp , (1987). 30. Kreith F., M.S. Bohn, Principle of Heat Transfer 5th ed., InfoAcess & Distributio n Pre.Ltd. p.a59, (1993). 31. Mathews J. H., Numerical Methods for Mathematics, Science, Engineering, Prentic e Hall, (1992) 32. 한국폐자원에너지기술협의회, 가연성폐자원에너지이용활성화방안, (2010) 43

45

46 저탄소녹색성장의실현을위한제로카본그린빌딩동향 이건호 ( 李健浩 ) - 독일 Berlin 공과대학건축과공학박사 - 한국건설기술연구원건축계획환경연구실연구위원 (2003 ~ ) - 독일 Berlin Herman Rietschel Institute 연구원 (2001 ~ 2002) - lee1ncdh@kict.re.kr 이승언 ( 李承彦 ) - 한양대학교공과대학건축공학박사 - 한국건설기술연구원건축계획환경연구실선임연구위원 (1985 ~ ) - 영국 Strathclyd University Research Scholar (1994 ~ 1995) - selee2@kict.re.kr

47 요약 47 Ⅰ. 서론 48 Ⅱ. 제로카본그린빌딩기술개요 제로카본그린빌딩개요 제로카본그린빌딩요소기술 51 Ⅲ. 주요국동향분석 녹색건축세계시장전망 주요국정책동향 58 Ⅳ. 국내동향분석 녹색건축국내건축동향 국내정책동향 국내연구동향 70 Ⅴ. 시사점및정책제언 72 참고문헌 73

48 저탄소녹색성장의실현을위한제로카본그린빌딩동향 요 약 기후협약을계기로세계는저탄소녹색성장이라는새로운패러다임의실현을가속화하게되었고, 이와발맞추어국내의경우도저탄소녹색성장기본법을제정하기에이르렀다. 우리나라의온실가스배출량은약 410백만톤 (CO2톤/ 년 ) 으로 OECD 국가중 10위에해당하며, 2013년이후에는 2차의무감축대상이될가능성이크므로이에대한적극적대응이절실히요구되는상황이다. 국제에너지기구 IEA의 2002년통계자료에따르면우리나라에너지소비량이이미세계 10위수준이며, 특히최근지속적인유가상승과온실가스배출량증가로인해산업별에너지효율화의개선이불가피한실정이다. 건축물은국내총에너지소비량의약 25%, 이산화탄소배출량의약 30~ 50% 를차지하고있다. 하지만경제성장과맞물려있어에너지소비를저감하기힘든산업이나수송분야와는달리, 건축분야는에너지저감을실현할수있는잠재력이높기때문에저에너지친환경건축또는제로에너지건물등저탄소녹색성장을실현하기위한다양한연구노력이필수불가결하다. 그러나, 건축분야에서에너지효율개선을극대화하여요구에너지량을최소화하더라도 100% 에너지자립을할수는없으며, 완벽한에너지자립이가능한제로에너지그린건축물이실현되기위해서는추가적으로신재생에너지를접목해야한다. 특히국내와같이고밀도개발이요구되는상황에서는단위면적당에너지소비량이상당히높아지므로신재생에너지를건축에접목하지않을수없다. 이에본보고서는신재생에너지가접목된차세대제로에너지그린건축물과저탄소녹색성장의실현을위하여저에너지친환경건축기술의국내외시장동향, 정책그리고연구기술분야에대한현황을분석하고자하며, 이를계기로건설분야의미래성장동력인그린홈의기술개발가능성과무한한신시장창출의잠재력을파악하게되기를기대한다. 47

49 Green-tech Research 2010_03 호 Ⅰ. 서론 국제에너지기구 IEA의 2002년통계자료에따르면대한민국의에너지소비량은세계 10위수준에이르고있고, 2013년이후 2차의무감축대상에포함될가능성이높아적극적인대응이필요하다. 경제성장과맞물려있어현실적인에너지절감대책의수립이난이한산업분야나수송분야에대비해서건축분야에서는에너지저감을실현할수있는잠재력이높기때문에 2020년까지국가온실가스감축목표 30% 달성을위한건축분야의역할은매우크다. 이를반영하듯정부의에너지효율개선전략은 2030 년까지건축분야에서 40% 이상을수립하고있으며, 반면상대적으로효율개선이어려운수송분야는 14%, 산업분야는 9% 를수립하고있다.( 그림1) 특히우리에게주어지게될이산화탄소배출할당량을해결하지못할경우생산량을감소하거나또는타국의탄소배출권을구매해야하는현실로인해이는산업전반에미치는영향이매우클뿐만아니라궁극적으로는국가의경쟁력약화라는매우중요한문제에당면하게된다. 그림 년목표의에너지이용저감률 48

50 저탄소녹색성장의실현을위한제로카본그린빌딩동향 정부는이런맥락에서 2017 년부터기존대비에너지소비를 90% 저감하는패시브하우스수준으로, 그리고 2025 년부터는에너지자립도 100% 를달성하는제로에너지하우스수준으로건축물을건설할계획을세웠으며, 2018년까지해마다신축과기존을포함하여약 10만호씩총 200만호의그린홈건설계획을밝힌바있다. 또한 2025 년부터는민간건축분야로확대하여제로에너지빌딩을의무화시키는중장기전략로드맵을수립하고있다. 이러한중장기로드맵에따른저탄소녹색성장을실현시키기위해서는, 저에너지친환경건축기술또는더나아가에너지자립도를달성하는제로에너지건축기술의연구개발을통한기술수준의업그레이드뿐아니라다양한핵심요소기술들의실증작업을통한조기상용화및실용화가바탕이되어야만가능하다. 그러므로본고찰에서는녹색건축의국내및해외선진국들의정책방향의현황과그리고이를실현할수있게하는기술개발현황에대해살펴보고자한다. Ⅱ. 제로카본그린빌딩기술개요 1. 제로카본그린빌딩개요 녹색성장실현을위한제로카본그린빌딩이라함은우선적으로적은에너지를필요로하는건물로써, 에너지체질을개선하여건물의에너지부하를최소화할수있도록디자인되어야하고, 그다음단계에서신재생에너지와접목된친환경고효율설비와조명을적용하여건물의에너지자립도를 100% 달성하는건축을의미한다. 이를위해서는 passive 형접근으로표현되는설계단계에서자연환기및자연채광컨셉을고려하여매스의설계가진행되어야하며, 벽과창을포함하는건물외피는창벽면적비를고려한고단열, 고기밀로설계됨과동시에, 특히창호부분은냉방기중유입일사량을최소화할수있도록설계되어야한다. 오피스의경우는이러한 passive 형설계만으로도난방부하가발생하지않는수준으로설계가가능하며, 냉방부하는건물디자인에따라 50~70% 가량저감할수있다. passive 형설계로건물의에너지부하를최소화한다음 active 형접근이필요하다. 최소화된에너지부하를기반으로하여고효율설비를적용하며, 이때신재생에너지와연동하여설비시스템을고려 49

51 Green-tech Research 2010_03 호 하여야한다. 특히지열, 태양열, 태양광, 풍력등의신재생에너지는건물의에너지자립도 100% 를실현하기위한필수기술이지만, 경제성의극복과함께고층으로개발되는국내도시의현실에따라이를최적화하여최대한적용할수있는설계및시공기술이필요하다. 특히향후에너지시장에서가장매력적인기술로평가되고있는것은태양광부분이다. 독일 WBGU 에따르면 2050 년이후에는세계의전체에너지수급에서가장큰비중을담당하게될에너지기술을태양광으로예측하고있고, 2100년이후에는세계의에너지수급에서태양광이차지하는비율이절대적인수치인 70% 이상으로확대될것으로판단하고있다. 이는세계가연간소비하는총에너지량과현재지구가보유한화석에너지원보유량그리고연간지구상에발생하는일사량을평가하여보면태양광분야가가지는영향력이얼마나높은가를알수있다.( 그림2) 이런맥락에서대형건물의경우태양광의역할을높이며, BEMS와같은에너지관리기술을통해운영되는건물에너지의운영관리에합리적으로대응하면제로카본그린빌딩의실현이가능할것으로판단된다. 그림 2. 세계적에너지보유량 vs 에너지소비량비교 ( 좌 ) 및 출처 : 독일 CWBGU 2050/2100 세계에너지이용추세예상. 이에따라추가적인에너지소비가발생하지않는제로카본그린건축의목표는다음과같이정의될수있다. - 고단열 / 고성능외피및일사조절형창호적용을통한건물부하 70% 저감 - 신재생에너지및고효율설비융통합을통한건물에너지자립도 100% 달성 - intelligent BEMS 기술로건물의에너지운영효율의획기적개선 50

52 저탄소 녹색성장의 실현을 위한 제로카본 그린빌딩 동향 그림 3. 녹색건축물 기술종합구성도(안). 출처 : 한국건설기술연구원 저탄소 녹색성장 대응 건축도시분야 미래기술/정책 전략연구 제로카본 그린빌딩 요소기술 가. Passive형 제로카본 그린빌딩 설계 및 시공기술(사례 그림4) Passive형 제로카본 그린빌딩 설계기술 건물에 일사, 바람과 같은 외부환경 요소들을 적극 유입하여 실내 에너지소비를 저감함과 동시에 거주쾌적성을 개선하며, 자연환기, 자연채광 등의 컨셉을 내부에 통합하는 설계기술이다. 또한 방향에 따른 창벽면적비의 조절, 아트리움, 외부차양, 이중외피 등을 건축설계에 반영해야 하며, 이때 건물의 배치, 높이, 용도(상업, 업무용, 교육시설, 전시시설 등)에 따라 합리적으로 설계될 수 있도록 주의를 기울여야 한다. Sc값 0.15~0.60 가변형 이중외피시스템 기술 난방기는 일사유입량을 60% 이상으로 최대화하며, 냉방기에는 일사유입량을 15% 이하로 저감하는 이중외피시스템 기술을 통해 창호부를 통한 에너지손실 및 획득을 획기적으로 개선하고자 하는 기술이다. 51

53 Green-tech Research 2010_03 호 열관류율 0.7 W/ m2 K 초단열더블 Low-e 코팅유리기술 0.1 Pa 이하에서의진공처리공정을통해 2,400mm 1,600mm 이상의대면적 (3.8m2) 진공유리생산기술과더블 Low-e 코팅유리의통합을통한초고단열실현기술이다. 열관류율 0.1~0.2W/ m2 K 이하고단열 / 고기밀외피시스템기술 복합단열재적용을통해단열재의열전도율을 0.02W/mK 수준으로획기적으로개선하며, 건식모듈화공법외단열설계기술을통해결로부위차단및 0.1W/m2K 이하를실현하는설계및시공기술이다. 자연채광 + 자연환기를위한 atrium, debis사옥, Berlin 합리적창면적비조절및외부차양적용, EU 특허청, Muenchen 단일향에다양하게적용된창호컨셉, Jumeirah 빌딩, Frankfurt am Main 태양광 + 자연환기 + 자연채광등통합교육시설, Akademie, Herne Sodingen Masdar Headquarters, Abu Dhabi, UAE 그림 4. 다양한 passive 형컨셉이적용된사례 52

54 저탄소녹색성장의실현을위한제로카본그린빌딩동향 나. Active 형제로카본그린빌딩설비및신재생에너지통합기술 ( 사례그림 5,6) 보급형제로카본그린빌딩구현고효율설비 + 신재생에너지융통합기술 기존공조기대비 80% 이상에너지저감을가능하게하는그린빌딩용도별고효율열교환시스템 + 설비시스템과그린빌딩의에너지자립도 100% 를실현하기위한신재생에너지시스템통합설계및시공기술이다. 빌딩 integrated 신재생에너지시스템기술 그린빌딩의에너지자립도 100% 달성을위해건축디자인과결부되는태양열 + 태양광 + 풍력등을건물의디자인에통합화하는기술이며, 고층건물의경우신재생에너지를적용할수있는면적이적음으로인해창또는외벽과같은건물외피에이를통합한다. 그림 5. 독일 Muenchen 시위치한 Bayerischer MotorWerkstatt Welt 옥상부전면에설치된태양광설비. 출처 : 53

55 Green-tech Research 2010_03 호 그림 6. 옥상부적용 1MW 급태양광시설 출처 : 상 ) 및지하 100m 구광산의배출메탄가스를이용한열병합발전소 ( 하 ), 독일 Herne Sodingen 시 Akademie Mont-Cenis 다. 지능형건물에너지관리시스템 (BEMS) 기술 ( 사례그림 7) 유지관리가용이하고에너지를 50% 이상저감건물복합에너지관리 지능형건물의에너지관리제어알고리즘을바탕으로 BAS, BEMS 표준모델시스템을제시를통해그린빌딩의효율적유지관리를하기위한기술이다. 열원기기 / 신재생에너지 / 공조시스템등설비별통합에너지분석 / 예측프로그램 유지관리상에서고장검출진단및처리를용이하게하며, 자동화설비의통신프로토콜표준화를통해웹기반통합관리시스템을운영하기위한프로그램기술이다. 54

56 저탄소녹색성장의실현을위한제로카본그린빌딩동향 그림 7. 상황실 ( 좌 ) 및 BEMS 를통한건물네크워크 ( 우 ) Ⅲ. 주요국동향분석 1. 녹색건축세계시장전망 지구온난화와기후변화에관한문제로인해선진국의건설산업은지속가능 (Sustainable) 또는녹색건설 (Green Construction) 이라는새로운패러다임으로빠르게전환하고있다. 세계적경기둔화추세에도불구하고, 글로벌건설시장은약진하며성장하고있고, 특히녹색건설시장은대부분국가의관심과투자가집중되고있는분야이며, 향후중장기적으로급등하게될것으로판단된다 년전세계건설시장의규모는 4조6천억달러였으나, Parent Industry 에해당하는건축시장이전체건설시장의 75% 로추정되므로, 이를고려한다면 2006년세계건축시장규모는 3조4천5백억달러수준으로판단된다. 2006년을기준으로 2007년부터 2011년까지매년연평균성장률 4.6% 로시장규모가확대되었으며, 2012년이후에는 5.6% 수준의연평균성장이예상된다. 친환경저에너지녹색건설시장의비중은전체시장대비 2008년 5% 에서 2012년 16% 까지증가할것으로판단되며, 2030년에는최대 60% 까지비중이증가할것으로예상된다. 1)2) ( 표1. 그림8) 특히 1) Global Insight. 26. sep ) Global Green Building Trends, McGraw Hill Construction,

57 Green-tech Research 2010_03 호 이와함께전세계적으로가장많은투자가이루어지고있는분야중하나인신재생에너지분야는건물과신재생에너지산업의융복합을통해온실가스감축과화석에너지대체하는시너지효과를창출할수있을것으로예상되며, 매년 60~70% 수준으로투자규모가급증하고있는세계각국에서경쟁이가장치열한부분중하나이다. 현재신재생에너지부분에있어서의투자비비중은풍력발전 43%, 태양광분야 24% 그리고바이오연료 17% 의순으로나타나고있으며 ( 그림9), 무엇보다신재생에너지분야는건축과에너지산업의연관효과로인해기존의에너지산업에대비 2~3배의신규일자리창출이가능할것으로판단되는분야임으로국가별관심도가매우높은분야라하겠다. 그러므로향후에너지자립도 100% 달성의제로카본그린빌딩실현을위해서는반드시신재생에너지기술의접목이필수적이며, 이러한신재생에너지기술이접목된제로카본그린빌딩은기술잠재력뿐만아니라경제성장잠재력도매우높다고판단된다. 표 1. 세계시장규모전망으로서세계건설시장의약 25~30% 를차지하는유럽건설시장을근거로녹색건설의시장규모를유럽의 4 배로가정함 ( 단위 : 백만달러, %) 년도별세계시장 ( 세계생산액 ) 연평균증가율 ( ) 녹색건축물 Parent Industry 저에너지친환경 녹색건축기술 3,608,000 4,561,000 7,054,000 12,164,000 - 주거용건물 ( 단독주택, 공동주택등 ), 비주거용건물 ( 사무소및점포, 공장및창고, 관공서, 기타등 ) 175, ,000 2,067,000 7,109,000 - 에너지절약을위한고효율건물외피건설산업 - 고효율단열재관련제조및시공산업 - 고효율건축설비 ( 공기조화, 냉동기, 보일러, 열교환기환기설비등 ) 제조산업 - 태양열, 태양광발전, 지열등신재생에너지관련산업 - 친환경에코건축자재산업 - 건물에너지관리관련센서, S/W, H/W 등관련산업 - 에너지자립형건물설계 / 시공 / 관리등관련산업 5.4% 21.2% 주 : 1) 자료출처 : Parent Industry 부문 - Grobal Insight(26 sep. 2007), 당해기술부문 - Global Green Building Trends, McGraw Hill Construction,2008 2) Parent Industry부문 - Global Insight 26 sep. 2007, 녹색건축부문 - Global Green Building Trends, McGraw Hill Construction, ) 실질가격기준은최초연도는경상가격으로이후전망은불변가격으로전망하며, 경상가격기준은실질성장에거시적인플레이션을포함한것이고, 실질가격기준은실질성장만변영하여거시적인플레이션효과는배제함 56

58 저탄소녹색성장의실현을위한제로카본그린빌딩동향 그림 8. 녹색건설기술의비중전망치 출처 : Global Green Building Trends, McGraw Hill Construction, 그림 9. 연도별신재생에너지산업투자액 ( 좌 ), 신재생에너지분야별투자비중 ( 우 ). 출처 : Global Trend in Sustainable Energy 2007, UNEP 57

59 Green-tech Research 2010_03 호 2. 주요국정책동향 가. 미국 미국의건설 R&D와관련한최상위정책은국가과학기술위원회 (NSTC) 의 Committee on Technology 산하 Infrastructure Subcommittee 를통해범부처워킹그룹을구성하여정책개발이이루어지며, 미국에너지부 (DOE) 는정부주관에너지절약사업및연구를총괄하고있다. 특히미국에너지부 (DOE) 산하의에너지효율, 재생가능에너지국 (EERE; Energy Efficiency and Renewable Energy) 은건물에너지관련연구프로그램인 BTP (Building Technologies Program) 를총괄하고있다.( 그림10) EERE 산하에는정부지원국립연구소가있고, 이중건물에너지관련연구소는 Lawrence Berkely National Laboratory(LBNL), National Renewable Energy Laboratory(NREL), Oak Ridge National Laboratory(ORNL) 등이대표적이다. 출처 : 그림 10. ZEB 실현을위한 EERE 개요. 58

60 저탄소녹색성장의실현을위한제로카본그린빌딩동향 건물에너지관련연구프로그램인 BTP(Building Technologies Program) 3) 는에너지효율, 재생가능에너지국 (EERE; Energy Efficiency and Renewable Energy) 에의해 1980 년부터추진되고있으며, 2005년빌딩기술중장기기술개발계획 ( ) 수립을통해빌딩기술개발연구, 개발, 실증프로젝트를추진하고있다. 이를통해건물부문에서 2007년 30% 에너지절약, 2020년에 70% 에너지절약목표를수립하였고, 현재에너지효율향상기술의수준을 20~30%, 2010~2015 년에너지효율향상 50% 실현으로 low-energy building 기술확보, 그리고 2020~2025 년에너지효율 100% 수준의 Net-zero energy building 기술을확보하고자한다. 미국 Zero Energy Building 연구의영역은수분조절, Ventilation, 고효율온수공급 (drop-in 히트펌프급탕시스템 ), 고효율조명 (LED 및 OLED), HVAC 공조시스템 ( 에어로졸덕트밀폐기술 ), High Reflection-wall( 반사형지붕, 고효율창문등으로정의하고있다. 특히창호부분에서는 2015 년까지태양빛의투과도를실내외조건에따라조절하는 1세대스마트윈도우로서단열성능이높은 Dynamic Windows 의실용화및내구성향상하며, 2020년까지고효율창호기반기술 (Enabling Technology) 과 Daylighting 을통한조명에너지의획기적저감을위한기술개발을목표로하고있다 년 EERE 는 Building Technologies Program 관련하여약 1억 4천만달러를지출하였으며, BTP 중 Emerging Technologies 분야는 2009 년도전체예산의 31% 에해당하는약 21.3 백만달러가집행되었다. 특히여기서주거및상업용건물의통합분야가차지하는비율은총 40% 에달할수준으로매우높다.( 그림11) 그림 11. EERE 의 Building Technologies Program 분야별예산비중 3) 건설교통기술특허 논문동향조사 (U-Eco City 편 ), 2007, 건설교통부, 한국건설교통기술평가원 59

61 Green-tech Research 2010_03 호 Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) 미에너지부 (DOE) 산하로창문 (Windows) 채광 (Daylight), 조명, 실내공기질 (indoor air quality) 등에초점을두어연구개발활동을수행하고있다. 최근미에너지부 (DOE) 는 LBNL 에제로에너지건물국가사용자시설 (Net-Zero Energy Buildings National User Facility) 의운영을위해 1,590 만달러를지원 4) 하였으며, 이는건물시스템통합네트워크즉, 제로에너지건물을위한주요기술과제를해결하도록설계된테스트베드의역할을수행할예정이다. National Renewable Energy Laboratory (NREL) 1977년태양광에너지연구개발을목적으로설립되었으며, 에너지절감건물기술, 재료, 설계, 건축기술을개발, 통합및실증하는데초점을맞추고있다. NREL 은 2025 년까지경제성이있는제로에너지빌딩을개발하고자하는미에너지부 (DOE) 를지원하고있다. 특히 NREL 은전환가능창문기술, 열교환기구축, 열역학및시스템엔지니어링에관한첨단재료연구를하고있고, 주거용건물뿐만아니라상업용건물의에너지효율을증가시키는빌딩디자인, 기술, 장비를검사하고평가하는역할을수행하고있다. Oak Ridge National Laboratory (ORNL) 미에너지부 (DOE) 산하의 Oak Ridge National Laboratory (ORNL) 는에너지절약연구의일환으로재실자가실제거주하는연구용시범주택들을설계및건설하여성능을검증하고있다. 이는주택에서에너지소비량을최소화함과동시에, 태양열과지열을이용하여건축부지내에서직접에너지를생산하는방식으로거주자의총에너지지출비용이제로가되도록하는제로에너지주택 (ZEH: Zero Energy House) 를시도하고있다. 주요주제는고효율유리창, 건물과연계된히트펌프, 지중열히트펌프, 태양광발전시스템 (PV 시스템 ), 구조단열판넬 (Structural Insulated Panel: SIP) 등의다양한에너지절약기술을사용하고있고, 2002 년 6월최초로제로에너지주택을건설한이후현재까지 5채의실험주택을테네시주내에건설하였다. Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) PNNL 의건축기술연구는국가건물의에너지효율성을제고하면서, 거주자의안전, 안락함및건강을증진하는통합솔루션 (multi-disciplinary solutions) 에초점을두고있다. 연구활동은자동화 4) 60

62 저탄소녹색성장의실현을위한제로카본그린빌딩동향 빌딩진단과조절, 에너지법규와표준, 시장전환 (market transformation), 에너지프로그램설계및실행분야에집중되어있고, 최근고체상태조명과마이크로기술기반의히트펌프분야에집중하고있다. 특히 PNNL 은자동화진단, 빌딩응용분야의무선기술에있어연구개발선도그룹으로미래의지능형건물에필요로하는기술과능력을개발하고있고, 개정된연방건물에너지법의공포를포함하여국가적인모델에너지법규 (national model energy codes) 의개정에기여하고있다. United States Green Building Council (USGBC) 미국그린빌딩협의회 (USGBC) 는미국의그린빌딩을대표하는기관으로서 LEED(Leadership in Energy and Environmental Design) 그린빌딩인증제도의실시를통해건물의디자인과적용기술을입증된환경평가기술을토대로건물의생애주기 (Life cycle) 관점에서환경성능을평가하여, 그린빌딩을건축시장을활성화하기위한환경성능평가제도를구축하였다. LEED Green Building Rating SystemTM 의적용을통해그린빌딩이되기위한필수조건으로에너지효율, 쾌적, 폐기물, 수자원뿐만아니라유해물질사용금지조항등건축전반에대한 10개항목을평가항목에반영하였다.( 표2) 표 2. USGBC 의그린빌딩인증을위한필수선행조건. 번호 항목 내용 1 석면사용금지 석면사용금지, 단기존건물로서이미석면이사용된건물이면관련기준에맞는석면처리계획제시 2 Building Commissioning 반드시 Building Commissioning 계획에의해건축행위추진 3 에너지효율 관련기준에따른에너지효율성확보 4 IAQ 관련기준에따른 IAQ 확보 오존층파괴물질 /CFCs 사용금지, 단기존건물이면 5년이내이러한물질처리 5 오존층파괴물질사용금지계획제시 6 금연 금연건물일것 7 폐기물재활용시설 관련기준에따른폐기물재활용시설확보 8 열적쾌적기준 관련기준에따른관련기준에따른열적쾌적기준만족 9 수자원보존시설 관련기준에따른수자원보전시설확보 10 수질확보 관련기준에따른관련기준에따른수질확보 출처 : 그린빌딩보급촉진을위한기획연구, 2002, 산업자원부 61

63 Green-tech Research 2010_03 호 나. 일본 일본경제산업성은 Cool Earth 에너지혁신기술계획 수립으로 2050 년까지온실가그감축을위해중점육성해야할 21가지를분야를선정하였으며, 에너지절약형주택과관련하여고효율단열재및창문재료를 2015 년까지실용화하기로하였다. 여기에는고효율조명, 열펌프, 에너지관리시스템등의그린빌딩에필요요소기술이정의되는기술들이다수포함되었다. 현재일본은주거용건물기준인환경공색주택기준을시행하고있으며, 비주거용그린빌딩등급기준을개발하였으며, 국토교통성의지원하에산 관 학공동프로젝트로서 CASBEE 를진행하고있다. 그림 12. CASBEE 프로젝트의조직도. 출처 : CASBEE(Comprehensive Assessment for Building Environmental Efficiency) 는일본국토교통성이학계와정부그리고기술개발업체와의공동작업을유도하여 2001년 4월일본지속가능빌딩컨소시엄 (JSBC: Japan Sustainable Building Consortium) 을조직하여, 건물에대한환경성능을평가하고다섯가지등급으로순위를매기는시스템으로개발되었다. JSBC와하위위원회및 The Institute for Building Environment and Energy Conservation(IBEEC) 의사무국은 CASBEE 를전반적으로관리하고있다. CASBEE 는새로운개념인건물환경효용성 (BEE: Building 62

64 저탄소녹색성장의실현을위한제로카본그린빌딩동향 Environmental Efficiency) 을기초로하여건물의크기및그위치에관계없이포괄적인평가를목적으로하고있고, 이에건물의평가는건물의생애주기에따라구분된 4개의프로그램으로구성하여, 계획 (Pre Design), 디자인 (Design), 운영 (Operation) 그리고리노베이션 (Renovation) 으로구분하였다. CASBEE 에의해건축물에대한포괄적이고정량적인평가가가능하게되었다. Sekisui (Japan) 일본의 Sekisui 는 1960년에설립되어 2009 년현재 16,215 명의임직원을근무하고있다. 건축물의설계및감리, 건축시공, 건축재료제조및판매등의사업을진행하고있고, 최근 Zero Emission House 관련연구에집중하고있으며 2008 년 7월홋카이도토유야호국제미디어부지내에 Zero Emission House 를건설하기도하였다. 저탄소사회의실현을위해가정용연료전지와태양전지를조합한스마트하우스의연구개발중에있고, 스마트하우스는정보기술을활용하여에너지소비기기의관리를통해에너지의관리를목적으로하는에너지운영관리시스템이탑재된하우스이다. 다. EU 최근기후변화의이슈화로인해 EU회원국들은 2020 년까지 1990 년대비에너지소비량 20% 그리고온실가스배출량 30% 를감축하는새로운정책에합의하는국가적기준과목표를설정하였다. 목표실현을위한주요정책분야는에너지효율개선, 청정에너지기술개발확대, 에너지수입원의다양화등을포함하고있고, 특히건축분야에서는 EU내에시공되는모든신축건축물을제로에너지건물로만들기위해에너지효율개선및관련정보를홍보하는데에역점을두고있다. 에너지절감에관련된규제를마련하고, 신재생에너지활용에대한지원을통해친환경건물투자를하도록유도하고있고, 특히친환경건물에대한인증제실시를통해건물의에너지효율에대한객관적지표를제시할수있게함으로투자비용의가치를시장에서인정받을수있도록하고있다. 건물의에너지효율에관한지침인 EPBD(Energy Performance of Buildings Directive) 는교토의정서상의 CO2 배출감축이행하기위한실질적조치의일환으로서, 2002 년건물의에너지효율에관한지침을제정후 2009년개정하였다.( 주요내용표3 참조 ) 표본지침에는신축건물뿐만아니라기존건물에대한지침을포함하고있으며, 신축건물의경우는 2015 년까지 Passive House 5) 수준으로 5) Pssive House 는태양에너지이외별도의난방요구가발생하지않는주택으로고단열고기밀컨셉을중심으로 3 중창설치및 30 cm가넘는단열재사용등을통해 90 년대기준대비약 90% 의난방에너지를저감할수있다. 63

65 Green-tech Research 2010_03 호 보편화하기위한전략을수립하였으며, 기존건물의경우는최저에너지효율기준으로적용대상이되는건물면적하한을하향조정하였다. 2006년 1월발효시점까지대부분회원국에서 EU 법령이행을위한국내입법조치가지연됨에따라, 2008년 11월집행위는제2차에너지정책검토의일환으로 EPBD 의일부조항을명료화하고, 적용대상을확대하는내용의개정안을제출하였다 년 4월유럽의회는본회의에서 2019 년부터모든신규건물에대해건물에서소비되는에너지량보다많은에너지를신재생에너지생산설비를통해자체생산할것을의무화하는내용의건물에너지효율기준에관한지침개정안을채택하였다. 표 3. EPBD의주요내용 요건 내용 대상 계산방법론건물에너지성능을종합적으로평가할수모든건축물 ( 신축 기존 ) ( 제3조 ) 있는계산방법론개발 에너지성능신축건축물신축및대규모개수시에너지성능요구요구사항 1000m2를초과하는기존건축물이대규모사항의최적기준의적용을의무화 ( 제4조 ~ 제6조 ) 개선될경우 건물에너지성능평가인증제도구축 건설 매매 임대차등건축물거래시에너지도든건축물 ( 신축 기존 ) 에너지성능증서성능평가증서획득 제시를의무화 1000m2를초과하는공공건축물및공공서비스를 ( 제7조 ) 공공건물및공공서비스를제공하는건축물에제공하는건축물 있어서에너지성능표시의무화 보일러 공조시스템의 보일러와공조시스템정기적인검사실행출력 20KW 를초과하는보일러 검사 ( 제8조, 제9조 ) 의무화 출력 12KW 를초과하는공조시스템 건축물에너지성능과관련하여평가 인증 평가사제도보일러 공조시스템검사를실시할수있는 ( 제10 조 ) 독립적인평가사양성 64

66 저탄소녹색성장의실현을위한제로카본그린빌딩동향 특히영국은 2008년 12월제로탄소주택정책을발표하였고, 본발표에서는 2016년부터영국에서짓는모든주택에서이산화탄소배출을완전히제로화할것이라고것을주요내용으로하고있으며, 이에따라건축 건설회사들은에너지효율, 태양광패널, 지역난방시스템등주택설계초기단계부터근본적인패러다임을바꾸는방법을모색할것을촉구하였다. 또한 2019년부터는주택뿐만아니라상업용건물까지확대하고 2050년까지는기존건물도 제로카본 에근접할수있도록난방시스템개조등다양한조치를취하도록제안하였다. 이에따라건물을사고팔때에너지인증서 (Energy Performance Certificates, EPC) 를의무적으로제시하며, 건물의에너지소비와관련된설계특성뿐만아니라실제사용하는에너지량을제시하도록하였다. Fraunhofer 독일의프라운호퍼는독일전역에 56개의산하연구기관을두고있고, 12,500 여명의과학자와엔지니어로구성된연간연구예산규모가 12억유로에달하는기초과학분야에서독일을대표하는세계최고연구기관중하나이다. 친환경제로에너지건축과관련하여 Fraunhofer ISE 및 Fraunhofer IBP가주도하고있다. Fraunhofer ISE(Institute for Solar Energy) 는 6개의주요연구영역에서 Energy Efficient Buildings 분야와특히태양열 / 태양광분야에초점을맞추고있고, 친환경건축및그린빌딩관련연구를 7개의영역으로분류하여프로젝트를수행하고있다.( 표4) Fraunhofer IBP(Institute for Building Physics) 는건축물관련된연구개발뿐만아니라시험및인증관련업무를수행하고있다. 표 4. Fraunhofer ISE 의건물에너지분야프로젝트 분야 solar Thermal systems Facades and Windows 프로젝트 Ray-Tracing to Analyse and Optimise Optical Reflectors Experimental Investigations of the Stagnation Behaviour of Solar Thermal Systems Stand-Alone Systems for Seawater Desalination in Real Operation FracTherm - Fractal Hydraulic Structures for Solar Absorbers and Other Heat Exchangers Paints, Lacquer, Plaster Thermal Insulation SOLABS Development of Coloured, Coverless facade collectors LATENT - Latent Heat Storage for Building Construction Systems VIP Development and Optimisation of Innovative, Extremely Good Thermal Insulation Systems 65

67 Green-tech Research 2010_03 호 Glazing WINDAT Windows as Renewable Energy Sources for Europe Solar-Control Glazing with Optically Functional Microstructures Photoelectrochromic Windows Photochromic Windows Building concept, Analysis and Operation Hot and Cold Storage Energy Efficient and solar Cooling Sun-Shading and Glare Integrated Planning Solar Control and Daylighting with Microstructures - "Mikrofun" Project Energy and Comfort Control for Building management systems (ECCO-BUILD) SWIFT - Switchable Facade Technology RADTOOLS - Further Development of Software Tool to Describe Complex Daylighting Systems SOBIC - Solar Building Innovation Center Development of Sun-Shading Systems Solar-Control Glazing with Optically Functional Microstructures New Building of Fraunhofer ISE, Freiburg Fraunhofer Building, Munich SOLVIS zero-emission factory, Braunschweig, Germany New Building for the Faculty of Microsystem Technology, University of Freiburg, Germany Passive Office Block Lamparter, Weilheim, Germany Administration Building of the german railway (DB AG), Hamm Energy efficient residential building in China SolarBau: MONITOR Energy Supply Concepts for Residential Buildings Energy Supply Concept for non-residential Buildings Passive Cooling and Thermal Comfort Daylighting Simulations and Planning Renovating in the Building Stock Simulation-assisted Development of Controls for Thermal Systems PCS Storage PCM-Zental MES SIB - Multi source Energy storage system integrated in building Solar Combi + Identification of most promising markets and promotion of standardised system configurations for the market entry of small combined solar heating & cooling applications SOLAIR - Increasing the Market Implementation of Solar Air-Conditioning Systems for Small and Medium Applications in Residential and Commercial Buildings 66

68 저탄소녹색성장의실현을위한제로카본그린빌딩동향 Energy Supply Systems for Buildings MITES- Micro Tri-generation System for Indoor Air Conditioning in the Mediterranean Climate Accompanying Research in the German National Programme "Solarthermie2000plus" on Solar Air-Conditioning Technologies MODESTORE Energy Efficient and Solar Cooling NEGEV, ISIS Heat pump in passive houses Fuel cells Mini-Co-Generation Plants Market Study on the Development of Passive Houses and 3 Litre Houses and the Building Technology Used Lighting Technology Microstructures for Light-directing and Other Optical Functions Optically functional and switchable coatings Building Research Establishment(BRE) BRE 는영국을대표하는건설부문특화연구소로세계최초로 1921 년에설립된건설연구소를모태로기존의방재연구소 (Fire Research Station) 와산림자원연구소 (Forest Products Research Laboratory) 가 1972 년에통합된영국최고의국립건축연구원으로건축, 환경, 제품인증등에관련된연구및컨설팅을진행하는 550 명의연구원이근무하고있다. 안전하고건강한실내환경조성을위한역할을수행하는 BRE 는 DOE(Department of Environment) 에대한정책자문과관련연구를주로담당하고있으며중점연구영역은건설재료및시공관리, 에너지효율, 구조, 환경공학, 방재및토질분야등이며최근에는친환경건설기술에관련된연구에주목하고있다. 라. 해외정책동향비교 최근기후변화관련에너지관련문제가대두됨에따라산업각분야에서에너지절감노력이진행되고있으며, 전세계에너지소비의약 25% 를차지하는건축관련분야에대한저에너지연구개발이빠르게확산되고있다. 특히선진국을중심으로세계대부분의국가들은제로카본그린빌딩의필요성을인지하여, 정부지원및산업육성지원정책들을시행하고있고, 현재전세계적으로녹색건설시장에서그린빌딩시장중심으로형성되고있지만, 아직까지는미국과유럽주도로제로에미션주택및건물에대한기술개발이이루어지고있다. 목표실현을위해각국가는다양한로드맵을제안하고있으며, 미국은에너지성 (DOE) 이 Building America 사업을기반으로하여, 시장을연계하는 67

69 Green-tech Research 2010_03 호 제로에너지타운보급하고자하며, 영국은 2016년부터전체주택을제로에너지주택으로보급하는것을이미선언하였다. 유럽연합은성능중심건물에너지관리 (EPBD) 를 2001년선포하고 2008년도부터시행착수하였으며, 일본은제로에미션시범주택을실현하고있다. 특히이와같이주요선진국은건축산업구조, 정책 / 제도전반의개혁및지원을통하여제로에너지건물의보급확대를위한시장전환에착수하였다. 이의일환으로미국은에너지안보법 (Energy Independence and Security Act) 과오바마-바이든플랜 (Obama-Biden Plan) 등과같은계획의수립을통해공공건물뿐만아니라공동주택으로까지에너지효율개선의지를확대하고있고, EU는빌딩에너지효율지침 (Energy Performance of Buildings Directive) 을통해건물의신축 / 매매 / 임대시에도인증서를구비하도록하여정책방안이시장에서보다원활하게자리잡을수있도록하고있다.( 표5) 이런노력을통해건물과신재생에너지산업의융복합은온실가스감축과화석에너지대체의시너지효과를창출할것으로예상하고있으며, 이는결국경제성장둔화라는모든국가들의공통된주제를해결하기위한하나의돌파구로서연관효과로인해기존의에너지산업대비 2~3 배의일자리창출이가능할것으로보고있다. 표 5. 그린빌딩관련국가별정책비교 국가미국일본 EU 내용 에너지안보법 (Energy Independence and Security Act of 2007) : 정부공공건물에너지효율화, 백열전구교체오바마 - 바이든플랜 (Obama-Biden Plan, 2008) : 매년 100 만가구의에너지효율화 (Weatherize One Million Homes Annually) 에너지사용합리화법 : 에너지효율기준을지속적으로강화하고있음 Cool Earth 에너지혁신기술계획 (2008) : 그린빌딩시장의기술로드맵포함 빌딩에너지효율지침 (Energy Performance of Buildings Directive, 2002) : 에너지효율평가기준마련및신축, 매매, 임대시인증서구비 20/20/20 실천계획 (20/20/20 plan, 2008) : 2020 년까지이산화탄소배출을 1990 년의 20% 수준으로감축, 신재생에너지비율 20% 까지확대, 효율성증진을통한에너지소비 20% 감축을목표로함 : 빌딩의에너지인증제도입촉구, 효율화규제의적용범위확대 68

70 저탄소녹색성장의실현을위한제로카본그린빌딩동향 Ⅳ. 국내동향분석 1. 녹색건축국내건축동향 현재국내건설시장규모는 2007년을기준으로하여 86,540백만달러 (112조원, 1300원 /$ 기준 ) 규모이며, 1996 년이후 11년간연평균 6.7% 의증가율을보이고있다. 여기서주거용 / 비주거용건물을포함하는건축시장은 2007년기준으로전체건설시장에서 73% 를차지하며, 이는지난 11년간평균 65% 에달하던전체건설시장에서건축시장의비중이최근 5년간확대되었음을의미한다. 표 6. 국내시장전망치. ( 단위 : 백만달러, %) 비고 국내건설수주액 86, , , ,417 성장률 3.4% 주택 47,975 56,704 74, ,511 토지조성 3,997 4,724 6,173 8,624 도로및교량 7,245 8,563 11,189 15,631 상하수도 1,190 1,407 1,838 2,568 녹색건설 3,020 41,813 52,558 69,950 녹색주택 2,399 33,208 41,741 55,555 생태적토지조성 생태도로 생태적물순환 출처 : 국가통계포털 ( 자료 69

71 Green-tech Research 2010_03 호 Global Green Building Trends, McGraw Hill Construction, 2008에따르면친환경저에너지건축물관련기술분야가기후변화협약의이행과유가변동등에따른그린빌딩, 그린홈보급확대와함께 2008년까지전체건설시장의 5% 에서 2012년이후 16%, 2030년에는최대 60% 까지비중이확대될것으로예상하고있는바, 국내전체건축시장도친환경저에너지건축기술의비중전망치는향후세계시장과동등한수준에이를것으로전망하고있다. 2. 국내정책동향 현재국내건설시장은연평균 6.7.% 성장할것으로전망하고있다. 특히국가온실가스배출의 30%~50% 를차지하는건물부문의혁신적온실가스배출저감을위한신기술개발및정책도입의필요성이국가에너지기본계획등에서강조되고있다. 이에따라에너지절약설계기준및고효율시스템보급중심으로건물부문효율화추진중에있으며, 에너지총량제및에너지등급인증제도확대도입되어현재시험운영중이다. 국내산업부문별중장기에너지효율화추진을위해지경부및국토부국가 R&D로 통합운영저에너지건물기술연구, 저에너지친환경공동주택개발 등과같은연구단규모의연구가진행되고있다. 이를통해기존대비 40% 내외의에너지소비를절감하고자하며, 2009년지식경제부는제로카본그린홈기술개발과제를발주함으로주택분야에서의제로카본실현을위한연구추진에이르렀다. 이와함께신재생에너지부분에서국내보급률은 2007년말기준 1차에너지소비의 2.39% 로서이는선진국의신재생에너지보급률덴마크 15.8%, 독일 6.9%, 미국 4.8%, 일본 3.0%, 영국 2.1% 대비매우낮은수준이다. 이런문제점개선을위해 1,000 m2이상공공건물의신, 개축및증축시에는총에너지부하량의 5% 이상을신재생에너지로사용하게하는설계의무화가추진중이다. 3. 국내연구동향 1999 년부터범부처적으로그린빌딩에관련된기준과법령이제정되어공포되는등친환경건축물에대한연구개발이진행되었다. 과학기술부는 1999년 5월과학재단이지원하는중점기술연구회인그린빌딩기술연구회가비주거용기준 ( 시안 ) 을개발하였으며, 산업자원부도산하에너지관리공단이지원하는그린빌딩보급촉진을위한기획연구에서비주거용기준을개발하였다. 건설교통부는 1999 년 6월생태도시조성핵심기술개발을건설교통기술혁신 5개년사업에포함시키고건축물의친환경적설계요령을공포하였으며, 대한주택공사의주택도시연구원은환경친화적주거단지조성을위한 70

72 저탄소녹색성장의실현을위한제로카본그린빌딩동향 인증기준인 KOEAM 2000을자체건설공동주택에적용하고업체의공동주체시공에대한인증기준으로활용하기위해개발하였다. 2008년 8월확정된국가에너지기본계획에서 건축물에너지효율등급제를모든건축물에확대하도록하는내용을포함하였으며 2009년초에마련된녹색성장기본법에서녹색건축물의확대를위한등급제시행규정을포함한건축물에너지절약을위한정책방향을제시하였다. 한국에너지기술연구원 지식경제부산하에속한한국에너지기술연구원의효율소재융합기술연구개발사업에건물에너지연구가포함되어있으며건물에너지연구센터에서그린빌딩관련연구를수행하고있다. 이미한국에너지기술연구원은 1994 년 ' 초에너지절약형건물기술개발및시범화 ' 연구를통해연간단위면적당에너지소비가일반건물의 1/5수준인 74.3Mcal/m2.y 건물을시공한바있고, 1994년 11월연구소자체중장기중점연구추진프로그램인 'Enertech 21 연구프로그램 ' 과 1996 년 5월 ' 에너지기술개발에관한기획연구 ' 를통하여그린빌딩기술연구 개발중장기계획을수립하였다. 현재그린빌딩및저에너지건물기술연구, 친환경건물시스템통합설계및건물공조시스템기술연구, 친환경건물인증, 건물에너지효율등급평가, 창호성능평가기술, 전기기기시험검사, 열병합시스템통합및네트워크기술, 지역냉난방및집단에너지기술, 유기랭킨, 스털링사이클이용열병합기술등의분야에초점을두고연구를수행중에있다. 한국건설기술연구원 지식경제부산하에속한한국건설기술연구원은건설기술선진화, 안전한 SOC 구축, 환경친화적건설을통해국가인프라의고도화, 재해로부터국민보호와국민삶의질향상을목표로 1983년설립된건설분야종합연구기관으로서구조, 도로, 지반, 수자원, 건설환경, 건축, 화재, 설비, 건설품질관리및인증등의건설분야전반을다루고있다 년생태도시조성핵심기술개발사업이후 2003년부터공동주택의에너지절감 50%, 환경부하절감 50%, 소재의재활용율 50% 등을목표로하는 Plus50 환경공생빌딩기술개발을 5년간실시하였으며, 이와함께종합건설기술연구소의특성에부합하기위해건축뿐만아니라도시부분에서의생태기능회복과에너지기술을종합적으로다루는도시기후영향최소화생태도시건축기술개발과제를 2008~2012 까지다루고있고, 현재는지식경제부 R&D로높은밀도가요구되는국내공동주택의현실에적용가능한제로카본그린홈기술개발과제를 2009 년이후수행중에있다. 친환경건축제로카본그린건축은건축도시연구본부의건축계획환경연구실및설비플랜트연구실등 2개연구실이집중하고연구하고있고, 현재친환경건물저에너지건축관련연구실별주요수행프로젝트는표와같다. 71

73 Green-tech Research 2010_03 호 표 7. 한국건설기술연구원의친환경건물관련프로젝트 연구실건축계획ㆍ환경연구실설비플랜트연구실 프로젝트명도시기후변화대응생태단지조성기술개발기후변화대응을위한건물에너지효율등급표시제도개발연구기후변화대응건축물의온실가스감축방안연구저에너지친환경공동주택지원정책개발능동형외피 / 공조시스템의융복합 모듈화설계기술및활성화방안제로에너지대응주거용건물의복합외피시스템개발에너지자원유효이용을위한순환형공급처리기술개발공조시스템의통합형온라인유지관리시스템개발지열원열펌프이용공동주택의성능평가및저온복사난방시스템개발생활폐기물관로이송시스템개발 Ⅴ. 시사점및정책제언 국내외적으로저탄소녹색성장실현을위한제로카본그린빌딩의연구와함께시장도지속적으로성장하고있다. 이는서두에서언급한바와같이기타산업분야에비해건축분야에서의에너지절감잠재력이높아정부의온실가스저감목표달성에기여율이가장높은분야중하나임으로향후제로카본그린빌딩은제도적강화를통한수요증대가예상된다. 미래의제로카본그린빌딩은건축의원초적인목적달성을넘어서 IT, BT, NT 등다양한산업분야가통합되어달성되어야하는통합적인기술분야로서시장뿐만아니라기술적성장잠재력이매우높다고해야할것이다. 특히현시점에서제로카본그린빌딩은국제적으로시범사업단계에서적용되고있는수준임으로, 향후본분야에서의기술경쟁력우위확보는국제기술경쟁력확보를통한세계시장의선도와새로운수출성장동력의발굴과도연관이높음으로인해국가정책적으로도매우중요한사업이라하겠다. 현재까지는신축건물중심에서의정책수립이당면과제였지만, 실제에너지효율의수준미달로인해에너지소비가매우많은기존의노후화된건물의높은수요와또한이의경우에너지절감효과가매우높음으로인해 72

74 저탄소녹색성장의실현을위한제로카본그린빌딩동향 기존건물에대한대응전략수립이건축분야에서의정부의에너지정책적실현을위해향후에는큰의미가있으리라판단된다. 특히새로운기술의적용에있어매우보수적인건축시장의특성으로인해개발된녹색요소 / 시스템기술이시장활성화에걸림돌이되는부분을극복해야할뿐만아니라, 동시에제로카본그린빌딩의실현을위해녹색요소 / 시스템기술을통합하는통합기술부분이선진국과의기술격차가존재하는미흡한부분임으로이에대해서는향후더욱적극적인전략수립이필요할것으로판단된다. 물론민간에서도개발된기술을적용함으로써그린빌딩시장의활성화를도모하고제로카본그린빌딩보급을조기실현시킬수있도록다양하고적극적인정부의인센티브제도운영이필요할것으로판단된다. 특히이러한제도적취지를보다합리적으로시장에반영하기위해기존의친환경인증기준또는에너지효율등급과같은인증시스템을상위에서통합하여운영할수있는제로카본표준인증시스템의기반을마련함으로써, 성능에대한예측뿐만아니라사후성능평가를통한전과정에대한검증이가능할수있도록준비하는것이필요할것이다. 국내외적인경기둔화로인해건설시장의미래도낙관할수만은없는상황인듯하다. 하지만이러한글로벌위기속에서도녹색건축분야에대한정부차원뿐만아니라민간부분에서의투자와기술개발그리고이를통한새로운시장발굴에대한강력한의지는앞으로도지속적으로성장할것으로판단된다. 이러한판단의가장큰이유는이미지구온난화로인한환경문제가범국가적문제로자리잡았으며, 이에대한합리적해결책도출이향후모든국가들의동일한목표임과동시에글로벌시장에서의녹색기술이주도해나갈중요한분야임이명확하기때문이다. < 참고문헌 > 1. 저탄소녹색성장대응건축도시분야미래기술 / 정책전략연구, 한국건설기술연구원, 국토해양부, 건설부분온실가스배출분석연구, 한국건설기술연구원, 국토해양부, 건축관련법령재정비연구, 한국건설기술연구원, 지식경제부, 에너지원단위개선 3개년계획개선 보완에관한연구, 한국건설기술연구원,

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76 한국의스마트그리드기술개발추진정책 엄영민 ( 嚴英敏 ) - 한국스마트그리드사업단정책기획팀장 - 전한국전력공사원자력발전소운영 ( 기술사 ) - 전한국전력거래소전력시장설계및운영시스템구축 - eomymeen@smartgrid.or.kr

77 요약 77 Ⅰ. 서론 79 Ⅱ. 기술개요 스마트그리드기술개요 스마트그리드 5 대분야별기술 81 Ⅲ. 주요국동향분석 총괄 주요국동향 86 Ⅳ. 국내동향분석 국내동향 90 Ⅴ. 시사점및정책제언 기술개발및산업화지원 성공모델의확산 인프라구축 법 제도적기반정비 98 참고문헌 99

78 한국의스마트그리드기술개발추진정책 요 약 기후변화시대의도래와산업간융 복합의가속화에따라전통적인굴뚝산업으로인식되어왔던전력산업의패러다임은기존의 저렴한요금, 전기공급확대 로부터 청정에너지의수용확대, 에너지이용효율의향상, 소비자의에너지절약참여 로전환할것을요구받고있으며, 특히신 재생에너지의확대, 전기차의보급을통하여온실가스를획기적으로감축하고, 소비자의자발적에너지절감등을통하여국가에너지의이용효율을향상시키기위해서는녹색성장이라는우리시대의아젠다를구체적으로실현하는도구로서 스마트그리드 라는국가차원의전력 IT 융합인프라구축이시급한상황이다. 전기소비자에게전기사용에관한정보를제공함으로써좀더똑똑한전력소비를유도하고소비자가원하는서비스를제공해줌으로써에너지의효율적활용에기여한다는단순한취지에서출발하였던스마트그리드는이제세계각국이막대한자금을투입하여스마트그리드를강력하게추진하고있는상황에이르렀으며, 우리나라는스마트그리드를조기에신성장동력산업으로육성하기위하여중점적으로추진하게될스마트그리드 5대기술개발분야를지능형전력망, 지능형소비자, 지능형운송, 지능형신재생, 지능형전력서비스로분류하여책임있게추진해나갈주관기관을지정, 운영하고있다. 2009년 2월, 우리나라는국가단위스마트그리드구축계획을녹색성장위원회에보고하는것을시작으로 6월에는산 학 연의견수렴을토대로만든 스마트그리드구축을통한저탄소녹색성장기반조성 이라는스마트그리드비전을발표하였으며, 2010 년 2월에는스마트그리드국가로드맵을확정, 발표하기에이르렀다. 세계적수준의전력 통신인프라를구비하고있으며, 반도체 디스플레이 가전산업등유관산업분야에세계최고수준의 Global-Top 기업群을보유하고있는우리나라는스마트그리드관련개발기술의실증을위하여제주도구좌읍지역을실증단지로지정하고, 세계최대 최첨단의스마트그리드실증단지를조기에구축하여관련기술의상용화 수출산업화촉진하기위한발판을만들어나가는일에박차를가하고있는중이다. 2009년말부터 2013년말까지약 3년여기간에걸쳐시행되는제주스마트그리드기술개발실증사업은제주실증단지에서는전력 (78 社 ), 통신 (66 社 ), 자동차 (6 社 ), 가전 (4 社 ) 업계가협력하여등이종산업간교류협력의장을마련하여실증을통한기술개발사업이본격적으로진행되고있으며 2010 년 11월 G20 정상회의기간을통하여수출산업화를위한대대적인홍보전략이추진될예정이다. 77

79 Green-tech Research 2010_03 호 앞으로우리나라스마트그리드구축사업을힘있게추진해나가기위해서는기술개발-표준화- 실용화에이르는전주기적기술개발추진, 내수활성화및해외시장진출지원을통한신성장동력창출, 제주실증단지를통한성공모델조기창출및단계적확산, 초기단계에있는스마트그리드인프라조기구축을위해적극적인인센티브제공, 유관산업간융합을통해신산업육성이가능하도록시장형성초기단계부터선제적관련법령개정및제도보완이필요하다. 78

80 한국의스마트그리드기술개발추진정책 Ⅰ. 서론 스마트그리드 (Smart Grid) 는기존전력망에정보기술 (IT) 을접목하여, 전력공급자와소비자가양방향으로실시간정보를교환, 에너지효율을최적화하는차세대전력망으로서, 향후미래에너지부문의인터넷역할을수행할것으로예측되고있는미래기술이다. 기후변화시대의도래와산업간융 복합의가속화에따라전통적인굴뚝산업으로인식되어왔던전력산업의패러다임은기존의 저렴한요금, 전기공급확대 로부터 청정에너지의수용확대, 에너지이용효율의향상, 소비자의에너지절약참여 로전환할것을요구받고있으며, 특히신 재생에너지의확대, 전기차의보급을통하여온실가스를획기적으로감축하고, 소비자의자발적에너지절감등을통하여국가에너지의이용효율을향상시키기위해서는국가차원의전력 IT 융합인프라구축이시급한상황이다. 2009년 2월개최된녹색성장위원회제1차보고 ( ) 에서는, 2030년까지세계최초로국가단위의지능형전력망 (Smart Grid) 구축계획이발표되었으며, 이를위해전문가로구성된 지능형전력망구축추진위원회 를구성하고 ( 09.3.), 단계적 체계적보급전략수립 ( 09.11) 계획이보고된바있다. 그동안우리나라는전력 IT( 지능형전력망기술 ) 종합대책 (2004 년 ) 을통하여기술개발전략을마련하고기술개발을진행하였으나 (2005~2011 년, 2,547 억원 ), 지능형전력망의개념, 범위, 추진체계, 재원조달등이종합적으로담긴청사진이부재하였으며이에대한사회적공감대형성이미흡하였던것이사실이다. 현재우리나라의기후변화대비정책은걸음마수준이지만선진국과의격차를따라잡기위해가속도를내고있다. 우리나라는이명박대통령이 2008 년 8.15 경축사에서저탄소녹색성장을새로운국가비전으로선포한이후정부의강력한지원정책과이를구체화하기위한연구와투자, 산업활동을지속하고있다. 세계시장녹색기술의상당부분이 IT 기술을바탕으로융합돼개발되고있다는점에서세계 IT 경쟁력을보유한우리나라가녹색성장의중심국으로성장할수있는가능성은충분하다. 특히녹색성장의플랫폼으로정의되고있는 ' 스마트그리드 ' 는이미세계규모의실증단지를제주도에구축하면서세계스마트그리드선도국가로서의입지를키워가고있는것이다. 한편, 우리나라의스마트그리드는현재기업의자발적인참여에의존하여지능형전력망관련기술개발, 실증단지, 표준화등을추진하고있으나, 법 제도적안정성이부재하여사업의안정적 체계적추진에한계가있는상황이고, 또한현행법 제도는발전, 송 배전, 판매등전력분야만을규정하고있어, 전력 IT 등산업간융합인프라를구축하고, 융합산업을육성 촉진하기에는미흡한실정이다. 79

81 Green-tech Research 2010_03 호 이에지능형전력망사업의안정적 체계적인구축및이용촉진, 관련산업을육성하기위한법 제도적인기반을조성하여전지구적인기후변화에능동적으로대처하고, 저탄소녹색성장형미래산업기반을조성함으로써에너지이용환경의혁신과국민경제의발전에기여하는계획을추진하여야할것이다. Ⅱ. 기술개요 1. 스마트그리드기술개요 스마트그리드 (SMART GRID) 에대한정의는국가별, 기관별로매우다양하게나타나고있다. 본보고서에서는스마트그리드를 기존의전력망 (Grid) 에정보통신기술 (ICT) 을접목하여공급자와소비자가양방향으로실시간전력정보를교환함으로써에너지효율을최적화하는차세대전력망 으로정의한다. 스마트그리드는전력망에서양방향실시간정보교환을통하여합리적에너지소비유도, 고품질의에너지및다양한부가서비스제공이가능하여지며, 개방형시스템이도입됨으로써신재생에너지, 전기차등청정녹색기술의접목ㆍ확장이용이하게된다. 그림 1. 스마트그리드개념도 출처 : 스마트그리드국가로드맵 80

82 한국의스마트그리드기술개발추진정책 특히, 우리나라의경우에는 GDP와대비한온실가스배출량이 OECD 국가평균의 1.6배, 일본의 2.9배수준 (IEA, 2007) 으로서온실가스의무감축및저탄소녹색성장을위한인프라구축이시급한상황에있다. 이러한측면을고려할때, 스마트그리드의도입을통해신재생에너지를확대보급하고전기차의보급을활성화하는것은저탄소녹색산업환경의기반을조성하는계기가될것이다. 우리나라는 국가에너지기본계획 에따라 2030 년까지에너지원단위 47% 향상을통해국가에너지효율을제고한다는목표를천명한바있으며, 전기소비절감을위하여차등제 누진제등요금제를운영중이나, 타에너지대비낮은가격및사용의편리성으로전력소비가날로증가하는추세에있다. 이러한상황은에너지자립사회구현및에너지저소비사회로의전환을불가피하게하고있다. 지금세계는스마트그리드시장선점을위한해외주요국들간의경쟁이심화되고있다. 2009년미국과중국은각각 45억불, 1천억불규모의투자계획을발표하는등세계각국이막대한자금을투입하여스마트그리드를강력하게추진함에따라우리나라도스마트그리드를조기에신성장동력산업으로육성할필요가있게되었다. 이에따라우리정부는스마트그리드의정책비전을 스마트그리드구축을통한저탄소녹색성장기반조성 으로정하고단계별추진목표를다음과같이설정하고있다. 1단계로세계최고수준 스마트그리드거점지구 구축 ( 2012년 ) 하고, 2단계로소비자중심 광역단위 스마트그리드구축 ( 2020 년 ) 하며, 마지막 3단계로세계최초 국가단위 스마트그리드구축 ( 2030 년 ) 한다는계획이다. 또한정부는스마드트그리드추진전략의방향을 에너지효율향상, CO2 배출저감, 신성장동력발굴및수출산업화, 국민삶의질향상 등으로설정하여추진하고있다. 2. 스마트그리드 5 대분야별기술 가. 지능형전력망 지능형전력망 (Smart Power Grid) 은다양한형태의소비 공급원과연계가자유로운개방형전력망을구축하는것이다. 이기술분야는새로운비즈니스모델을창출하고, 전력망의고장을사전에예측하고, 자동으로복구하는체제를구축하여고품질 고신뢰성이확보된전력을공급한다는기술적비전에따라다음과같은실행계획을가지고추진되고있다. 먼저, 고품질ㆍ고효율ㆍ고신뢰성추구를위해 1단계 ( 10~ 12) 에는지능형송배전시스템기반을구축하고, 2단계 ( 13~ 20) 에는지능형송배전시스템확대적용및실시간운영을목표로하고있으며, 81

83 Green-tech Research 2010_03 호 3단계 ( 21~ 30) 에는국가단위의지능형송배전시스템을구축함과동시에에너지통합스마트그리드체계를구축한다는계획이다. 그리고지능형전력설비및운영체계수출산업화를위해 1단계 ( 10~ 12) 에는배전지능화확대적용에따른지능형전력설비ㆍ기기에대한시험 인증을활성화하고, 2단계 ( 13~ 20) 에는지능형전력망과전력기기의적용과함께 DC배전시스템보급을통한관련산업을활성화할계획이며, 3단계 ( 21~ 30) 에는전력망요소기술및운영체계를통한해외시장진출을목표로설정하였다. 나. 지능형소비자 지능형소비자 (Smart Place) 는실시간으로제공되는에너지사용정보를활용하여에너지절감에참여하는소비자를육성하고, 전기요금에반응하여에너지를절약하는똑똑한가정용정보가전기기를보급한다는기술적비전에따라다음과같은실행계획을가지고추진되고있다. 먼저, 합리적인에너지소비를위한수요반응시스템개발을위해 1단계 ( 10 12) 에는상호호환성을고려한지능형계량시스템 (AMI) 과스마트미터를개발하고표준화하며, 지능형 In-Home 디바이스, 에너지관리시스템 (EMS) 등의기술개발과통신망표준화를추진할계획이고, 2단계 ( 13 20) 에는에너지소비를자동최적화할수있는 AMI기반통합에너지포탈시스템및 DR 연계시스템을개발하고, 소비자측전력거래기술및마이크로그리드와상호연계를추진할계획이다. 또한 3단계 ( 21 30) 에는융 복합서비스제공을위한시스템기술및컨텐츠를개발한계획이다. 그리고소비자프로슈머화및에너지관리서비스사업화를위해서는 1단계 ( 10 12) 에는빌딩 ESCO 사업, 스마트기기및솔루션판매활성화등을통해소비자의자발적에너지절약을유도하고, 2단계 ( 13 20) 로는다양한에너지정보및최적의에너지솔루션을제공하는에너지절약전문기업을활성화하여, DR, 잉여전력거래사업등이등장할것으로기대하고있다. 또한 3단계 ( 21 30) 에는가정과빌딩의신재생발전원을통해여분의전기를판매하여수익을창출하는프로슈머 (Prosumer) 가등장하는등다양한융복합서비스가제공될것으로기대하고있다. 다. 지능형운송 지능형운송 (Smart Transport) 은전국단위의충전인프라를구축하여어디서나전기차충전이가능하고, 특히전기요금이저렴한시간대에전기차를충전하고, 비싼시간대에전력을재판매하는 V2G(Vehicle to Grid) 시스템을구축한다는기술적비전에따라다음과같은실행계획을가지고 82

84 한국의스마트그리드기술개발추진정책 추진되고있다. 먼저, 전기차부품기술및 V2G/VPP 용기술개발과관련하여 1단계 ( 10 12) 에는전기차부품소재및충전장치기술개발, V2G용 PCS 기술개발, IT 서비스플랫폼기반기술개발등을실시하고, 2단계 ( 13 20) 에는저가고성능배터리및충전장치기술개발, V2G 계통연계 / 운용기술개발, IT 플랫폼고도화기술개발등을실시하며, 3단계 ( 21 30) 에는 Advanced EV 부품개발, 차세대충전장치개발, DSM VPP 기술개발등을수행할예정이다. 그리고전기차부품소재사업및충전인프라, V2G 서비스사업과관련해서는 1단계 ( 10 12) 에전기차충전서비스사업을위한법제도정비및인증체계를구축하고, 2단계 ( 13 20) 에는전기차충전서비스사업, 배터리임대및재생사업, V2G 서비스사업등이각광받는신비즈니스모델로부상할것으로예상하고있다. 또한 3단계 ( 21 30) 에는이동통신기술에기반을둔전기차운행이력관리및전기차전력정보제공등소비자맞춤형서비스, V2G 시스템을통해소비자는전력을저장 판매하여수익을창출하는등의서비스및산업이창출될것으로기대하고있다. 라. 지능형신재생 지능형신재생 (Smart Renewables) 은전국곳곳에마이크로그리드가도입되어스마트신재생에너지발전단지가구축되고, 건물마다소규모신재생발전이설치되어, 에너지자급자족이가능한가정 (Green Home) 과빌딩 (Zero-Energy Building), 마을 (Green Village) 이등장한다는기술적비전에따라다음과같은실행계획을가지고추진되고있다. 먼저, 스마트신재생발전의대량보급을위한운영기술개발및인프라구축과관련하여, 1단계 ( 10 12) 에는지능형신재생발전플랫폼의구축과실증이진행될계획이며, 2단계 ( 13 20) 에는지능형신재생발전안정적연계운영기술의확보를추진하고, 3단계 ( 21 30) 에는대규모신재생발전보급인프라를구축할계획이다. 그리고지능형신재생발전운영설비 시스템수출산업화와관련해서는 1단계 ( 10 12) 에독립발전사업을위한스마트신재생발전을활성화하고, 2단계 ( 13 20) 에구역전기사업용마이크로그리드기술을상용화하고, 3단계 ( 21 30) 에는신재생에너지의생산ㆍ판매사업을활성화할계획이다. 마. 지능형전력서비스 지능형전력서비스 (Smart Electricity Service) 는에너지절감이가능한여러요금상품이개발됨에 83

85 Green-tech Research 2010_03 호 따라다양한수요자의요구를충족시키기위하여전기소비자에게선택권을제공하고, 전력과정보 통신의결합으로다양한전력부가서비스를제공하며, 전력및파생상품거래가가능한실시간전력거래제도를확립한다는기술적비전에따라다음과같은실행계획을가지고추진되고있다. 먼저, 수요반응형, 소비자참여형전력서비스기반구현과관련하여 1단계 ( 10 12) 에는수요자원을활용할수있는기반을확보하고, 2단계 ( 13 20) 에는전력서비스를다양화하고, 3단계 ( 21 30) 에 IT기반의통합운영및광역거래시스템을구축할계획이다. 그리고다양한전력파생상품과관련해서는 1단계 ( 10 12) 에 RTP 시범사업및에너지솔루션산업을활성화하고, CRM 기반의고객특화형서비스및수요자원관리사업을개발할계획이며, 2단계 ( 13 20) 에는수요자원의시장참여를위한실시간 DR 시장운영및지능형거래시스템구축을통한지능형전력거래를시행하고, 도매전력의파생상품거래를운영할계획이다. 또한 3단계 ( 21 30) 에는 IT기반의실시간전력거래시스템의고도화를통한통합전력시장구축과국가간전력거래의시행, 스마트그리드통합솔루션수출사업의활성화를추진할계획이다. Ⅲ. 주요국동향분석 1. 총괄 최근세계주요국은기존전력시스템에대한문제점을종합적으로해결하는대안으로스마트그리드를도입하기위하여본격적으로자원투자를진행하고있다. 미국과 EU는노후된전력망을개선하고신재생에너지의보급을확대하고, 기후변화협약에적극적으로대처하기위하여스마트그리드를추진하고있다. 미국은 2007 년 에너지독립안보법 (EISA) 을제정하고, 2009 년오바마대통령이스마트그리드에 34억달러규모의예산지원을공식화였으며, EU는 기후및에너지패키지 ) 정책에서 " 온실가스저감, 재생에너지확대, 에너지효율달성 " 을목표로스마트그리드를추진하고있다. 중국, 인도등신흥국은급증하는전력수요에대응하기위해기존의전력망과연계한종합적이고효율화된신규전력망구축사업을추진하고있다. 특히, 중국은 2009년 9월에 2020년까지 4조 84

86 한국의스마트그리드기술개발추진정책 위안을투자하는 " 스마트그리드종합추진계획 " 을수립하고전국의전력망을스마트화한다는목표를설정하여추진하고있다. 표 1. 스마트그리드예상시장규모구분내용 2030 년까지누적시장규모 : 1경5,000 조원 - 발전시장규모 : 7,500 조원전력시장 - 송 배전시장규모 : 7,500 조원 출처 : World Energy Outlook 2008, IEA 2009 미국시장 : ( 09년) 23조 5,000억원 ( 14년) 47조원스마트그리드시장 세계시장 : ( 09년) 76조 2,000억원 ( 14 년 ) 188 조 5,000 억원 출처 : Zpryme Research & Consulting 2009 출처 : SBI Report 그림 2. 스마트그리드품목별세계시장규모 85

87 Green-tech Research 2010_03 호 2. 주요국동향 가. 미국 미국의스마트그리드정책은그동안송배전설비투자저조로전력인프라가낙후되어있는점을극복하기위하여전력망현대화를통한에너지효율및에너지안보향상에주안점을두고있다. 또한침체된미국경기를부양하기위해녹색뉴딜정책을추진하고있으며, 스마트그리드를활용한자국내경기부양에목표를두고있다. 미국의스마트그리드관련시장의여건과핵심기술의수준은높으나의사결정구조가복잡 ( 연방 州정부로분산 ) 한반면, 기술개발-실증-보급-사업화로이어지는전략설정능력이우수한것으로평가된다. 또한스마트그리드관련하여우리나라와미국정부, 민간단체간의협력협정 6) 체결로상호협력을통한시너지창출도기대되고있다. 스마트그리드와관련하여미국에서현재추진하고있는기술개발의주요내용은다음과같다. A System View of the Modern Grid( 07.1) : 현대화된송전망의비전, 특징, 요구사항을담고있는기초로드맵 에너지독립및안보법 (EISA) 제정 ( 07.12) : 스마트그리드지원체계마련 ( 설비투자시 20% 의연방보조금지급 ) 미국회복과재투자법 (ARRA) 제정 ( 09.2) : 경기부양을위해총 7870억 $(940조원 ) 지원, 스마트그리드관련투자포함, 스마트그리드상호운영성표준로드맵초안발표 ( 09.9) 스마트그리드투자사업 (SGIG) : 총사업비 81.7억 $(9.8조원 ), 스마트그리드실증사업 (SGDP) : 총사업비 16.5억 $(1.98조원 ) 등정부지원 송전망개선, 풍력보급, AMI 전기차보급, 통신 Web H/W을활용한 Smart Home 등의주력분야에대한핵심원천기술개발및표준화 ( 보안, 상호운용성, Upgradability) 선도 6) 지경부 -DOE(SOI), GWA-KSGA(MOU) 86

88 한국의스마트그리드기술개발추진정책 나. 영국 풍력발전소와지상송전망연결을위해 150억파운드 (27조원) 규모의신규송전망을건설한다는계획을발표하는등영국의스마트그리드정책은그동안대규모풍력발전소건설방침에따라신규로요구되는송전망구축시스마트그리드구축의필요성이제기된것을계기로출발하고있다 년 8월에는 Ofgem( 에너지규제기구 ) 이스마트미터에기반둔시범타운 Smart Grid City' 를선정하여건설한다는입장을발표하였는데, 이는향후 5년간 5억파운드 (9,000 억원 ) 의기금을조성하여, 2010년 4월부터 4개의 Smart Grid City를건설한다는계획으로구체화되었다. 한편, 영국은 2009년 10월부터 2010년 9월까지 600만파운드기금을조성하여스마트그리드기술을실증하는프로젝트가추진되고있으며, 2020년까지 80억파운드를투자하여 4,700 만개의전기및가스계량기를스마트미터로교체하는계획을추진하고있다. 영국의스마트그리드기술개발은스마트미터의보급에초점맞춰추진되고있으며 80억파운드 (14.9 조원 ) 를투자하여, 2020 년까지 2,200 만개가스계량기와 2,600 만개전기계량기를스마트미터로대체할계획이다. 이보급사업은 2008년 5월부터신축주택에대한스마트미터무상보급으로부터시작되며에너지다소비업체의경우스마트미터를의무적으로사용하도록하고, 5년내에모든소규모사업자까지확대토록권고하고있다. 이와관련하여 Ofgem 에서는 2007년 7월부터 2년간시범사업으로 15,000 가구 23,000 대에달하는스마트미터보급을추진한바있다. 다. 프랑스 프랑스는신환경법을제정하여온실가스배출량을 2020 년까지 1990 년대비 20% 수준으로감축하고, 2050 년까지 1/4수준으로감축한다는목표를수립하고있다. 또한 2020 년까지최종에너지소비대비신재생에너지의비중 2007년현재 12.2% 에서 23% 이상까지제고한다는방침을수립하였다. 이를위해방편으로스마트미터보급사업을통해민간의에너지소비행태에대한변화를유도한다는계획을수립하고있으며, 신재생에너지원과의통합, 고객수요를반영한부하관리, 전기차충전관리등이가능한지능형전력망구축등을구체적인실행계획으로제시하고있다. 프랑스의강력한온실가스배출량감축목표의설정과이에대한노력은우리나라와유사한것으로평가할수있다. 그러나프랑스의경우신재생에너지의비중목표를상당히높게설정한점을신재생에너지확산의측면에서벤치마킹이필요한것으로판단된다. 한편, 소비자배전회사간쌍방향통신, 시간별소비량측정및소비정보의실시간제공가능한 87

89 Green-tech Research 2010_03 호 계량기보급 (PLC기반) 등을위한 Linky 프로젝트 를추진하고있으며, 2009년부터 2010년까지 Lyon 시 (20만개), Tours 시 (10만개) 등에시범보급을추진하고있으며, 2012 년부터 2017 년까지프랑스전역총 3,500 만개를보급할계획이다. 라. 중국 중국은 2020년까지신재생에너지의비중을 15% 까지확대한다는계획하에, 2010년까지에너지집중도를 20% 까지감소하고, 2010년까지탄소배출을 10% 까지저감시킬계획이다. 그러나배전시스템과관련한자동화정도가초기단계에머물고, 규범및표준이부족하며, 외국설비기준이중국배전망의실제요구와불일치등의제한요소를가지고있다. 중국은세계에서가장큰시장중하나로대규모이익창출이가능하고, 신속한기술상용화와기기가격저감을통한스마Trip*le I(Intelligent, interactive, Integrated) Power System트그리드투자의장점을가지고있다. 한편중국은 2006 년부터 SG186 프로젝트를시작하여몽고내륙지방과산시지방과해안가지역을장거리초고압송전망 (HVDC) 확대하기위한막대한투자가진행되고있다. 이프로젝트는배전분야보다송전분야에, 특히석탄을주에너지원으로하는전력에집중하고있으며, 디지털전력그리드와정보유틸리티로구성되었다. 마. 이탈리아 이탈리아는 2020년까지전체전력소비의 20% 를신재생에너지원을사용하는것을목표를수립하였으며, 이를달성하기위해서는기존전력망에새로운관리시스템을도입해야한다는필요성이대되되었다. 특히, 도전 ( 盜電 ) 방지를위해원격검침에필요한스마트미터의보급과배전자동화시스템도입이절실하게요구되고있다. 이탈리아의현시스템은원격검침만가능하다는한계점을가지고있으나, 인터넷까지가능한고속 PLC기술의상용화를위해노력중이며, 이러한부분에서우리나라와의기술교류도가능할것으로예상된다. 한편, 스마트그리드기술을가정분야에적용한 TELEGESTORE 에 25억유로 (4조원) 를투자하여 3,100만개의스마트미터를보급하고 100,000개이상의배전변전소를자동화할계획이다. 88

90 한국의스마트그리드기술개발추진정책 바. 호주 호주는세계최대석탄수출국이자선진국중일인당탄소배출량이가장높은국가로서탄소오염의감축, 피할수없는기후변화에대한대응등에적극적이며, 특히스마트그리드는탄소오염감축을위한중요한방안으로추진중이다. 한편, Wimax는삼성과인텔중심으로개발된 Global Wibro 기술로서 Wimax기술로호주의스마트그리드를구성할경우우리기업의사업참여기회가확대될것으로전망된다. 호주정부는브로드밴드와스마트그리드, 스마트계량기를연계하여에너지효율화프로젝트인 National Energy Efficiency Initiative 를추진중이며약 1,040 억원을투자할계획이다. 이프로젝트는 GE-Grid NET, 호주내 WiMax 기반대규모스마트그리드사업추진을추진하고, WiMax 스마트계량기의 68만가구에보급할예정이다. 사. 일본 일본의경우태양광발전등신재생에너지의대폭적인확대에대비하기위한전력망확립을추진하고있으며, 최고의에너지기술, 신재생에너지유입에따른계통안정화, 저장장치등이핵심을이루고있다. 또한에너지관리 (EMS) 기술, 전기차상용화등은민간주도의 Bottom-up 형태로추진되고있다. 그러나일본의스마트그리드는분산전원보급에치중하면서 AMI보급과같은소비자측지능화에상대적으로소홀하다는평가가있다. 또한스마트그리드분야기술선진국이면서도국가로드맵수립과같은정책비전제시가늦어지고있다. 일본은우리나라의전력IT와비슷한개념의일본형스마트그리드 TIPS(Triple I(Intelligent, interactive, Integrated) Power System) 계획수립하여추진하고있으며, 천재지변과지형적한계로분산전원과저장장치에집중하고있다. 일본은전력망효율이높고원자력이용이어려운환경이므로스마트그리드의필요성이상대적으로적다고할수있다. 그러나높은기술력을가지고스마트그리드기술의수출산업화및미래대비를위해뉴멕시코주에서실증사업추진중에있다. 한국형스마트그리드추진시 TIPS처럼특수한주변여건의고려가필요할것으로보인다. 89

91 Green-tech Research 2010_03 호 Ⅳ. 국내동향분석 1. 국내동향 가. 정책동향 정부는 2010 년 1월 25일 스마트그리드국가로드맵 을확정하였다. 국가로드맵에서는 ' 스마트그리드구축을통한저탄소녹색성장기반조성 ' 을비전으로설정하고시범도시ㆍ광역시도등과같은지역에먼저거점을구축한뒤확산하는전략을통해국가단위의스마트그리드구축을오는 2030년에완료한다는계획을제시하고있다. 국가로드맵에서는전력IT 기술개발, 제주실증단지구축등개별사업으로추진중이던스마트그리드관련프로젝트를국가단위의종합계획으로구체화하였으며, 지능형전력망, 소비자, 수송, 신재생, 서비스등 5개분야에대한단계별기술개발및비즈니스모델을제시하였다. 스마트그리드를단순히전력사용의효율을높이는것을넘어, 비용절감과온실가스감축, 일자리창출, 내수와수출등막대한경제사회적효과를기대하고있다. 표 2. 스마트그리드국가로드맵수립경과 일자 내 용 09년 2월 국가단위의스마트그리드구축계획녹색성장위원회보고 09년 3월 국가로드맵총괄위원회및분과위원회발대식 09년 6월 스마트그리드비전발표 09년 9월 스마트그리드국가로드맵초안수립 09년 11월 스마트그리드국가로드맵초안녹색성장위원회보고 09년 11월 제1차공청회개최 ( 서울교육문화회관 ) 09년 12월 제2차공청회 ( 한국전력공사대강당 ) 10년 7월 지능형전력망구축및이용촉진에관한법률 ( 안 ) 입법예고 ( ) 90

92 한국의스마트그리드기술개발추진정책 스마트그리드국가로드맵의주요내용및추진방향은다음과같다. 1 기후변화대응노후된전력망을업그레이드하는차원에서미국에서시작됐던스마트그리드는전세계적인기후변화및환경이슈를타고전력망전체를친환경적이고도지능적인형태개념으로발전하였으며, 스마트그리드국가로드맵에서도기후변화에대응하기위한전략들이포함되어있다. 먼저 2020년까지 BAU 7) 기준 30% 탄소배출량감축목표 ( 월녹색위발표 ) 를달성을위한전력인프라구축을목표로 GDP 대비온실가스배출량이 OECD 국가평균치의 1.6배수준에달하는점을고려하여 8), 온실가스감축을위해신재생에너지, 전기차등청정에너지원, 환경친화적교통 가전등의보급을확대할계획이다. 신재생에너지및전기차보급을활성화하기위해서는기존의전력망으로는불가능하므로필수적으로스마트그리드구축이필요하다. 특히출력의변동이심한신재생에너지를자유롭게전력망에연계시킬수있는스마트한제어시스템구축이필수적이라고할수있다. 또한전기차의경우새로운요금제개발및부하의분산제어기술등이요구된다. 그림 3. 우리나라온실가스배출추이 출처 : UNFCCC 국가보고서, 에경연 7) BAU: Business As Usual ( 배출전망치 ) 8) 절대배출량은 OECD 내 9 위 ( 07 년기준 ), 연평균증가율 1 위 ( 05 년기준 ) 91

93 Green-tech Research 2010_03 호 2 에너지효율향상스마트그리드는전력공급자와소비자간의양방향실시간정보교환을통해에너지효율최적화를기본취지로삼고있다. 국가에너지기본계획 ( 08 년 ) 에서국가에너지효율선진국실현을위해 2030 년까지에너지원단위의 46.7% 향상을목표로설정 ( 연평균 2.6% 개선 ) 한점을감안하면, 고유가의지속및자원민족주의강화에따라지속가능한성장을위해서는에너지자립및에너지저소비사회로의전환이필수적인상황이다. 1998~2006 년동안에최종에너지소비증가율이도시가스 10.2%, 전력 7.6%, 열에너지 6.5% 順으로나타나고특정시간대에집중된전력소비의패턴으로인하여발전설비의이용효율이저하되고, 발전소건설에막대한투자비용소요되고있다. 또한에너지절약을위해전기요금차등제 누진제등을운영중이나, 낮은가격및사용의편리성으로전력소비는증가추세에있는상황에서스마트그리드가구축되면전력수요의분산및제어가가능해져에너지이용효율향상이가능해지고 2030년에이르러서는전력수요분산에의한최대전력 10% 감소목표를달성할수있게될것이다. 3 신성장동력창출 2009 년미국의스마트그리드시장규모는약 214억불 ( 연평균 14.9% 성장예상 ), 세계시장규모는약 693억불 ( 연평균 19.9% 성장예상 ) 에이를것으로예상된다. 또한 2007~2030년동안전세계전력분야투자예상금액이 13.6조불 (IEA/WEO 9) 2008) 에이르는등세계의스마트그리드시장은급격히성장할것으로전망된다. 따라서스마트그리드를반도체, IT의뒤를잇는우리의신성장동력으로육성할필요가있다. 2008년도우리나라중전기분야의세계시장점유율이약 2.3% 수준임을감안하면, 전력산업에 IT산업의경쟁력을결합시켜글로벌경쟁력을확보한다는취지의스마트그리드는전력과중전은물론, 통신 가전 건설 자동차 에너지등산업전반과연계되어큰파급효과를가져올것으로기대되고있다. 나. 시장및산업 우리나라는세계적수준의전력 통신인프라를구비하고있으며, 스마트그리드유관산업분야에 Global-Top 기업群을보유하고있다. 또한 2008년을기준으로송배전손실률은 4.02%, 호당정전시간은 16.1분으로세계최고수준을자랑하고있으며, 한국전력은전력품질및효율향상을위해송배전망지능화등에연간 4.7조원수준의투자를지속하고있다. 우리나라는 2008년을기준으로 9) IEA/WEO: International Energy Agency/World Economy Outlook ( 국제에너지기구 / 세계경제전망 ) 92

94 한국의스마트그리드기술개발추진정책 가전산업세계시장점유율 2.7%(7 위 ), 디지털 TV 시장점유율 33.4%, 휴대폰산업세계시장점유율 23.8%(2위 ) 수준 ( 09년전기연감 ) 에있으며, 세계최고수준의반도체 디스플레이 가전산업등스마트그리드유관기업을보유하고있다. 우리나라는 2005 년부터총 2,532 억원규모의예산을전력IT 기술개발을선제적으로투자하였으며, 중전 반도체등스마트그리드관련업종에서도상당한기술력을보유하고있다. 스마트미터의경우수용가별특성을고려하여경제형및일반형으로구분하여개발중이며, 2010 년부터연 130 만대 ( 경제형 100만, 일반형 30만 ) 를보급할예정이다. 전기차충전기의경우급속 완속등다양한충전방식을개발하고있으며, 이에대한표준화도추진중에있고, 2011 년부터보급이가능할것으로전망된다. 전력저장장치기술의경우세계유수의자동차업계에배터리를공급할정도로세계적수준의제조기술을보유하고있다. 다만, 원천기술 부품소재분야는일본등선진국에비해 3~5 년의기술격차가뒤지고있는것이현실이다. 기술개발성과의실증및비즈니스모델개발을위하여정부는제주도를실증단지로지정하고 IT 에너지등 170여개민간기업의참여를바탕으로 2013년까지 2,395 억원을투입하여실시간요금, 전기차충전, 신재생등에대한실증사업을진행하고있다. 다. 기술개발 1 전력IT기술개발사업 2005년부터전력산업계는발전 송배전 수용가 ( 스마트계량기포함 ) 등전력망전체를지능화하기위하여 10대국책과제를선정하여기술개발을 ( 11년완료 ) 추진하고있다. 동사업은산 학 연공동연구로추진되며, 한전, 효성, LS산전등 88개기관이참여하고있다. 또한총사업비 2,522 억원 ( 정부 : 1,267 억원, 민간 : 1,255 억원 ) 을투자 10) 하여 2005년부터 2011년까지수행될예정이며, 2005부터 2008년까지는기초연구를 2009년이후에는상용화연구에중점을두고추진중이다. 2 스마트그리드기술개발을위한실증단지조성스마트그리드기술의실증과관련하여제주도에세계최대 최첨단스마트그리드실증단지를구축하고, 관련기술의상용화 수출산업화를촉진할예정이다. 실증단지는제주도동북부에위치한구좌읍 ( 제주동북부소재 ) 을부지로, 1단계 ( ~2009.8) 에는부지확정 개념정립등기본설계를실시 10) 연도별정부예산액 ( 억원 ) : ( 05) 227 ( 06) 303 ( 07)295 ( 08)235 ( 09)168 ( 10) 27 ( 11) 13 93

95 Green-tech Research 2010_03 호 하고, 2단계 (2009.9~ ) 에는상세설계및인프라구축을, 3단계 (2012.1~ ) 에는신전력서비스위주의실증단지고도화설계및구축이추진될계획이다. 제주실증단지의기술개발과관련한사업분야는스마트그리드사업 5대분야와실증단지마스터플랜을합쳐 6개분야에대해과제형태로지원될계획이다. 표 3. 제주실증단지의사업분야 분야 Smart PowerGrid Smart Place Smart Transport Smart Renewable Smart Elec. Service 실증단지 MasterPlan 주요실증내용 [ 지능형송 / 배전망구축 ] 전력망의지능화및자동복구체계구축 [ 소비자중심의에너지효율화 ] 소비자 공급자간양방향통신기반의효율적에너지수요 공급체계구축 [ 전기운송수단확대기반구축 ] 전기차의운행핵심기술확보및중앙관제시스템구축 [ 녹색에너지활용기반구축 ] 신재생에너지원의전력계통연계및마이크로그리드운영플랫폼구축 [ 신전력서비스활성화 ] 통합운영센터구축 운영, 신전력서비스설계 ( 단, 국내형과제와해외진출형과제로구분 ) [ 실증단지운영계획수립 상시관리 ] 5개추진분야통합운영및상시관리 컨소시엄 선정 총지원예산 구성 ( 예시 ) 과제수 (4년간) 한전 중전기기 1개 195 억원 정보통신 가전 건설 중전기기 배터리 자동차 통신등전력저장장치 신재생발전원제작사등한전 거래소스마트그리드사업단 3개이내 ( 공모 ) 150억원내외 ( 과제별 50억원내외 ) 3개 120억원내외 이내 ( 과제별 40억원 ( 공모 ) 내외 ) 2개 100억원내외 이내 ( 과제별 50억원 ( 공모 ) 내외 ) 1개 ( 지정 ) 60억원내외 1개 ( 지정 ) 20억원내외 제주실증단지기술개발사업에는민간기업이다수참여한다. 이는 1990년대이후통신산업을중심으로산업별융합 ( 컨버전스 ) 이이루어져왔으나협력의범위와깊이에있어서는다소제한적이었다는평가에따른반성의결과이기도하다. 스마트그리드의경우거대한원전으로부터전력소비자말단의작은냉장고까지긴밀한조율이필요한시스템이므로, 제주실증단지에서는전력 (78 社 ), 통신 (66 社 ), 자동차 (6 社 ), 가전 (4 社 ) 업계가협력하는등이종산업간에전면적교류협력의장마련된것이다. 94

96 한국의스마트그리드기술개발추진정책 표 4. 제주실증단지의분야별 단계별기술개발목표 단계별추진방향지능형전력망지능형소비자지능형운송지능형신재생지능형서비스 1단계 ( 10~ 12) 2단계 ( 13~ 20) 3단계 ( 21~ 30) 실증단지구축및운용 ( 기술검증 ) 광역단위확장 ( 소비자측지능화 ) 국가단위완성 ( 전체전력망지능화 ) 지능형전력망기반기술개발 도시단위지능형전력망구축 국가단위의지능형전력망운영 실시간가격정보기반구축 AMI 기반 DR 시스템구축 AMI 기반자동전력거래 실증단지충전인프라구축 V2G 및 VPP 기술확보 EV 및충전서비스보편화 지능형신재생발전플랫폼구축 지능형신재생연계운영기술 대규모신재생보급인프라및실증확보구축 RTP 및실시간수요자원운영 지능형전력거래시스템구축 통합전력거래및서비스구축시스템구축 Ⅴ. 시사점및정책제언 1. 기술개발및산업화지원 신재생에너지발전, 전기차보급의핵심기술인에너지저장기술및전력망 IT화핵심기술, 보안기술개발등핵심기술개발에대한국가적지원이필요하다. 특히, 에너지저장, 양방향전력전송, 보안등의핵심기술개발계획을단계별로구체적으로수립할필요가있다. 또한배전망통합보안, 기기상호인증, 실시간암호화통신등보안요소기술및시스템등핵심기술개발계획을병행하여수립할필요가있다. 한편, 기술개발계획을수립함에있어서는제1차국가에너지기본계획 ( 08.8월), 신재생에너지기본계획 ( 월 ), 전기차산업활성화방안 ( 월 ) 등의전기차, 신재생에너지관련산업보급계획등과연계가필요하며, 이를통해녹색정책의일관성있는추진이바람직하다. 정부는중장기기술개발에중점적으로예산을투입하고, 단기상용화분야는실증등을통해민간투자가 95

97 Green-tech Research 2010_03 호 활성화되도록지원하는등정부와민간역할의분담이필요하다. 제주실증단지에서실증이완료된기술을중심으로, 스마트그리드의전국적인확산을도모하기위하여 2011 년에거점지구를지정하고이거점지구를통해스마트그리드및저탄소녹색성장을확산을위한거점으로활용하여야한다. 이와관련하여제주실증단지를통해검증된기술 제품, 우수비즈니스모델등은국가표준제정및보급사업시우선적으로지원하는정책을추진할필요가있다. 또한기술개발촉진및시장활성화를위해서는전기차, 전기차용충전기, AMR/IHD, 전력저장장치등우선적으로상용화가가능한제품에대한보급사업이추진되어야할것이다 년도 11월에개최되는 G20 정상회의등에서제주실증단지성과에대한국제적으로선보이고, 전력분야대규모투자국가와상호인정협정 (MRA 11) ) 을체결하는등해외시장진출을위한무역상기술장벽 (TBT 12) ) 해소노력이경주되어야한다. 그리고동아시아기후파트너쉽등개도국지원프로그램에서도스마트그리드구축을우선적으로포함시킴으로서잠재수출시장을개척해나가고자하는노력도필요하다. 2. 성공모델의확산 2010년부터민간기업으로구성된컨소시엄이주도가되어지능형소비자, 지능형운송, 지능형신재생등제주스마트그리드실증단지사업이추진되고있으므로, 이와같은실증의결과를국가로드맵에반영하는상시보완시스템이마련되어야한다. 스마트제품에대한인증제도가도입되어야하며해당제품을구입하는경우인센티브제도의도입도필요하다. 예를들어 AMI 시스템을구축한대형건물을대상으로스마트빌딩인증제도 13) 및 AMI 연계가전제품에대한스마트가전인증제도도입이고려될수있다. 또한전기차관련기술, 신재생에너지발전효율성제고관련기술, 전력저장장치관련기술등핵심분야기술개발에대한 R&D 세액공제가일몰형으로도입되어야한다. 그리고스마트그리드인증신제품에대한구매를지원하기위해서는그린홈 100만호보급사업, 수요관리사업, 지능형홈등관련분야정부사업과연계할필요가있다. 11) MRA: Mutual Recognition Arrangement( 상호인정협정 ) : 시험 인증등적합성평가절차를당사국간상호채택하는협정 12) TBT: Technical Barriers to Trade( 무역상기술장벽 ) : 무역상대국간의상이한표준, 기술기준등으로인해상품및서비스의자유로운이동을저해하는제반장애요소 13) 해외사례 ) 미국의 Smart Grid Label 제도 : 스마트그리드제품의보급확산을위해제품인증서를발급하고, EPAct 2005 에따른인센티브부여 96

98 한국의스마트그리드기술개발추진정책 3. 인프라구축 미국은스마트미터보급사업을활발하게추진하여애리조나, 캘리포니아등많은주에서 2012 부터 2015년까지보급을완료할예정이며, EU는스마트미터보급의경제성평가를 2012년까지완료하고경제성이인정되는경우 2020년까지 80% 이상을보급할예정이다. 이와관련하여우리나라에서도스마트미터설치의무화를통해 2020년까지전체수용가에대한스마트미터및양방향통신시스템이구축되도록하여야한다. 세계적으로전기차개발경쟁이심화되고있는상황에서충전인프라시장도새로운블루오션시장으로부상중이다. 충전인프라는전기차시장을선점하는데먼저풀어야할과제이다. 전기차보급의가장큰장애요인으로지적되고있는높은차량가격과짧은주행거리의문제는현재의관련업체들의기술력으로해결하기어려운실정이다. 이에가능한적은용량의전지를탑재하기위해서는전기차사용자의충전에대한불편함과불안감을해소해줄수있는수준의적절한충전인프라의구축이전제되어야한다. 충전인프라는전기차의보급을위한전제조건이면서, 동시에전기차의기술적인측면에도영향을주는중요한요소이다. 스마트그리드관련표준의개발과국제표준화활동을위한제도적뒷받침이신속하게마련되어야한다. 정부는지능형전력망의상호운용성보장과효율적운영을위하여스마트그리드기술, 제품및서비스에관한표준화를추진하여야하며, 스마트그리드표준의제 개정및유지관리등운영에관한사항은 산업표준화법 에따르도록하여야한다. 스마트그리드의국제표준화를촉진하기위하여정부는스마트그리드표준의국제적호환성을확대하기위하여국제표준화기구또는해외표준개발기관과의협력을강화하고국내스마트그리드표준이국제표준에반영될수있도록필요한시책을추진하여야한다. 그동안우리나라전력시스템은독립망으로구성되어있어상대적으로안전하다고인식되어왔으나향후스마트그리드가도입되는경우양방향통신, 외부망연동에따른보안위협이증가할것으로예상되는반면, 전력시스템의보안성강화를위한법, 제도적측면에서의체계적이고종합적인국가차원의정책이미흡한실정이므로스마트그리드보안강화대책이마련되어야한다. 첫째, 스마트그리드보안법제화및보안기술을개발하여에너지생산, 전송, 소비의전단계에서안전성과신뢰성이확보되어야한다. 둘째, 정부차원에서스마트그리드보안에대한가이드라인제시가필수적이며, 스마트그리드보안과제기획단계부터보안전문가를적극선임하여개발기술의보안성을필수적으로확보하여야한다. 셋째, 기존전력IT 관련과제의보안성검토및개선을시행한후보안전문기관의취약점분석, 제주실증단지를통하여보안성이검증되어야한다. 넷째, 통합실증단지구축을통해 97

99 Green-tech Research 2010_03 호 스마트그리드보안대책수립과전력IT 과제의보안성테스트를실시하고, 실증단지의전네트워크에대한보안성검증및개선이이루어져야한다. 4. 법 제도적기반정비 스마트그리드의조기구축및효율적인운영을위해재원조달, 세제지원등인센티브지원근거마련하기위하여 지능형전력망구축및이용촉진에관한법률 을제정하여야한다. 이법에는산업육성계획수립및위원회구성 운영, 인프라구축, 인센티브지원, 거점지구운영, 정보보호및보안, 인증제도, 재원조달방법등이포함될수있다. 전기사업법및주차장, 주택관련법령의개정을통해전기차충전소설치에필요한인 허가및시설 안전기준등을마련하여야한다. 전기차 충전기의안전기준, 충전소사업자의법적지위및전력거래기준, 충전소설치등에대한규정을전기사업법및주차장, 주택관련법령에반영하여야한다. 마이크로그리드시스템구축활성화를위한에너지저장장치의보급및지원방안이마련되어야하며, 소비자가잉여전력을전기판매업자에게판매하는가격등을규정하는전력시장운영규칙또는전기공급약관이마련되어야한다. 현행전기요금체계를원가기반의요금체계로전환해전력소비절약에대한소비자의인식을제고하여야하며, 이과정에서취약계층에대한지원은사회적합의를거쳐일반예산또는전력산업기반기금등을활용한직접지원제도로전환하여야한다. 또한시간대별차별화된요금 (RTP), To U 14), CPP 15) 제도와소비자별로선택가능한다양한요금제를개발하여소비자의선택권확대및에너지절약참여를확대하여야한다. 탄력적전기요금제등새로운제도는제주실증단지의운영결과를토대로설계하고거점지구부터우선적용이가능할것이다. 신재생에너지및전기차보급확대에따른중장기전력수급전망을고려하여발전설비확충계획이수립되어야하며, 전기차의일시충전에따른전력망부하급증등에대비한비상전력공급체계마련하여야하고, 소비자의안전한전기사용환경구축을위한지능형전기안전관리체계가도입되어야한다. 14) ToU: Time of Use ( 시간대별요금제 ) 15) CPP: Critical Peak Pricing ( 피크요금제 ) 98

100 한국의스마트그리드기술개발추진정책 < 참고문헌 > 1. 지식경제부 (2010), 스마트그리드국가로드맵. 2. 지식경제부 (2010), 지능형전력망구축및이용촉진을위한법률 입법예고 ( 안 ) 3. Department of Energy( 미국 )(2009), The SMART GRID : an introduction 4. FERC( 미국 )(2009), Policy Statement 5. FERC( 미국 )(2010), National Action Plan on Demand Response 6. Department of Energy( 미국 )(2007), Energy Independence and Security Act of

101

102 기후변화영향평가및적응관련동향 김연주 ( 金蓮柱 ) - 한국환경정책 평가연구원부연구위원 - NASA Goddard Institute for Space Studies ( ) 박사후연구원 - Harvard University ( ) 박사후연구원 - University of Connecticut 수문학박사 - yjkim@kei.re.kr 채여라 ( 蔡麗羅 ) - 한국환경정책 평가연구원부연구위원 - MIT ( ) 박사후연구원 - University of Cambridge 환경경영박사 - yrchae@kei.re.kr

103 요약 103 Ⅰ. 서론 104 Ⅱ. 기술개요 기후변화영향, 취약성, 적응의개념 기후변화영향평가및적응기술개요 107 Ⅲ. 국제동향분석 기후변화협약 미국 영국 호주 120 Ⅳ. 국내동향분석 121 Ⅴ. 시사점 122 참고문헌 124

104 기후변화영향평가및적응관련동향 요 약 기후변화의영향은자연환경및인간사회, 경제시스템에커다란영향을주고있고, 이러한영향과취약성에대응하기위해국내 외적으로완화 (mitigation) 와적응 (adaptation) 의노력이기울여져왔다. 기후변화대응하기위해완화조치만으로기후변화영향을피하는데한계가있고부정적영향을줄이거나최소화하기위한적응노력을취해야한다. 이에본내용에서는적응을초점으로국내외현황을살펴보고자한다. 기후변화영향평가및적응기술은기후변화영향감지기술, 기후변화영향및취약성예측기술, 기후변화적응기술로정리된다. 1) 기후변화영향감지는기후변화영향감시, 감시자료 DB구축및분석 평가를포함한다. 기후변화뿐아니라, 복합적이고종종서로연관되어있는기후외적요소가자연및인간시스템에영향을미치기때문에, 기후변화로나타나고있는시스템에대한영향을감지, 판별하는것은쉽지않다. 2) 기후변화영향및취약성예측은분야별기후변화영향예측모델링, 분야별시나리오산출, 분야별영향및취약성평가, 그리고통합영향및취약성평가를포함한다. 3) 기후변화적응기술은영향및취약성평가에따라기후변화의부정적영향을완화하고기후변화로인한기회로부터이익을취하기위한부문별대응을포함한다. 기후변화협약에서적응의중요성은 COP7 이후개발도상국을중심으로논의가전개되었고 2002 년 COP8 에서적응이슈를강조하는델리선언문 (Delhi Ministerial Declaration) 이채택되면서본격화되었다고볼수있다. 또한 2006 년 COP12 에서 기후변화영향, 취약성, 적응에관한나이로비작업프로그램 으로최종확정되었고, 기후변화영향, 취약성및적응평가방법및도구를개발하고지속가능한발전을염두에둔적응계획, 조치및활동계획으로발전을도모하고자했다. 미국의경우, 13개국가연구기관및부처의참여로구성된미국지구변화연구프로그램 (USGCRP: US Global Change Research Program) 을통해기후변화영향관련연구를통합관리, 조정하고있다. 영국의경우, 1997 년에기후변화영향에대한연구와, 국가및기업등다양한주체들의기후변화적응을지원하기위해영국기후영향프로그램 (UKCIP: UK Climate Impacts Programme) 을설립하여, 국가및지역적기후변화시나리오제공및기후변화영향분석, 기후변화적응에대한정책적보조, 기후변화연구지원을한다. 우리나라의경우, 2010 년 4월 저탄소녹색성장기본법 이시행됐고, 이에따라현재 국가기후변화적응대책 ( ) 이수립되고있으며, 향후지자체차원의세부이행계획수립이요구된다. 정부혹은지자체차원의적응대책수립에있어우선사항인기후변화영향및취약성평가는정부및민간연구소, 학교를중심으로이루어지고있으나, 이의신뢰성을향상시키기위한한국형평가모형구축등의기술개발이요구된다. 103

105 Green-tech Research 2010_03 호 Ⅰ. 서론 인간의활동으로인한기후변화는온도상승, 강수의양및패턴의변화, 해수면상승등의장기적인변화뿐만아니라, 극단적인기후현상의빈도와강도에미치는단기적인변화를포함한다. 지난 100년간전지구평균온도는약 0.74 C 증가를, 전지구평균해수면은 1961년부터 2003년까지 1.8mm/year 의상승률을보였다 년대이후열대및아열대지역에서가뭄이심화되었고호우빈도및대서양의허리케인강도도증가하였다. 우리나라의경우도, 6대도시의지난 100년간기온은약 1.7 C의상승을보였고이의 20-30% 는도시화효과로추정된다. 또한, 연평균강수량도 19% 증가한반면강우일수는감소하였다. 이러한기후변화의영향은자연환경및인간사회, 경제시스템에커다란영향을준다. 산림 해양 농업생태계, 수자원, 해양 수산자원, 보건, 기반시설등모든분야에나타나는영향의취약성을현세대와미래세대는직면하고있다. 기후변화영향과취약성에대응하기위해국내 외적으로완화 (mitigation) 와적응 (adaptation) 의노력이기울여져왔다. 과거에는기후변화의주요원인인온실가스배출을감축을통한완화정책에더많은노력을기울여왔으나, 2002년제8차기후변화협약 16) (United Nations Framework Convention on Climate Change: UNFCCC) 당사국총회 (Conference of Parties: COP) 에서적응을강조하는델리선언문 (Deli Declaration) 이채택되면서적응이관심을받기시작하였다. 2006년나이로비에서개최된총회에서기후변화영향, 취약성, 적응에관한나이로비작업프로그램 (Nairobi Work Programme on Impacts, Vulnerability and Adaptation to Climate Change) 채택이후적응의중요성이구체적으로부각되었다. 현재모든온실가스의배출을멈추어도약 1 C의온도상승은불가피하기때문에 ( 스턴보고서, 2006), 기후변화대응하기위해완화조치만으로기후변화영향을피하는데한계가있고부정적영향을줄이거나최소화하기위한적응노력을취해야한다. 따라서기후변화영향평가및적응은선택이아닌필수이고, 관련기술은녹색성장주요기술분야중하나로중요성을더해가고있다. 본내용에서는이의동향및이슈에대해자세히살펴보고시사점을도출하고자한다. 16) 기후변화협약 (United Nations Framework Convention on Climate Change: UNFCCC) 은이산화탄소, 탄소가스, 프레온가스등온실가스의방출을제한해지구온난화를방지하기위해체결한국제협약으로, 1992 년브라질리우데자이루에서체결됐다. 104

106 기후변화영향평가및적응관련동향 Ⅱ. 기술개요 1. 기후변화영향, 취약성, 적응의개념 기후변화영향및취약성평가를바탕으로한적응은완화와함께기후변화에대응하는중요한기술이다. 본내용에서는기후변화영향, 취약성, 적응의개념을살펴본다. 인간의여러활동들은기후변화를야기하였고이러한기후변화로인해한시스템은변화를겪게되는데, 그로인한변화를통틀어일반적으로 영향 이라고한다. 그러나일반적으로시스템 ( 동물, 식물, 인간, 생태계등 ) 은그영향을수동적으로받아들이지만은않는다. 영향에의한피해를최소화하기위해시스템은다양한형태의행동을취할수있는데, 식물, 동물, 생태계등은새로운지역으로이동할수있으며, 인간은행동양식을변화시키거나 ( 냉 / 온방, 식량작물의교체등 ) 타지역으로이주함으로써새로운기후에대처해나갈수있는것이다. 이러한대응은 자생적적응 을의미한다. 시스템이자생적인적응을함으로써전반적인영향에서완화된영향을뺀나머지를 순영향 이라고말하는데, 순영향만으로한시스템의취약성이결정되는것은아니다. UNDP(2005) 는시스템에가해지는순영향과그시스템이가지고있는적응능력을기반으로취약성을정의하였는데, UNDP(2005) 에따르면취약성이란노출, 교란이나스트레스로인해시스템이얼마나쉽게영향을받는가에대한정도이다. 또한, 기후변동성이나극단적인기상현상을포함하는기후변화의악영향에대하여시스템이받아들일수없는정도, 혹은대처할수없는정도로취약성이정의될수있다 (IPCC, 2001). 이러한취약성을기반으로하여기후변화를완화하는정책이나기후변화에적응하는정책을수립하게된다. 기후변화의영향, 취약성, 적응간의관계를표현한 < 그림 2-1> 은혼동하여사용하기쉬운개념인영향, 취약성, 자생적적응및능동적적응의차이를잘설명해준다. 기후변화에서적응이란기후상태 (climate condition) 가변화하는것에적응하기위해생태계또는사회경제시스템이취하는모든행동을의미한다. 적응 이라는개념은여러가지의미로해석할수있다. 먼저생태학적인적응은유기체 (organism) 가그들의환경에적합하도록진화하는과정을의미하며 (Lawrence, 1995), 이들이그들이처한환경에보다효과적으로반응하게변화하는것을의미한다 (Abercombie et al., 1997). 유기체 (organism) 라는단어를시스템 (system) 으로대체한다면, 좀더포괄적인범위를포함할것이다. 여러연구들에서기후변화에서의적응개념을정의한것을살펴보면다음과같다. 105

107 Green-tech Research 2010_03 호 - 기후변화가인간의인체건강, 복지 (well-being) 에주는나쁜영향을감소시키고, 기후환경이제공하는좋은점을취하기위한프로세스를의미한다 (Burton, 1992) - 적응은사회, 경제활동의실행가능성을향상시키는것과그들의기후현재변동과극단적인기후현상, 장기기후변화를포함하는취약성을감소시키는것을모두포함한다 (Smit, 1993). - 적응이라는개념은수동적, 능동적또는예상되는적응인것에상관없이기후변화로인해예상되는나쁜결과를개선하는도구로사용하는것을의미한다 (Stakhiv, 1993). - 기후변화적응은기후시스템의변화에대한사회의취약성을줄이는행동, 경제구조의적응모두를의미한다 (Smith et al., 1996a). IPPC(1996) 에의하면, 적응능력 (adaptability) 은실제기후변화또는예측된기후변화에실제로가능한시스템의구조나프로세스의적응정도를의미한다. 적응 (adaptation) 은자발적이거나계획적일수있으며, 기후상태에대한예측이나기후상태에대한반응에대응하기위해나타난다. IPCC 에서정의한적응의개념은적응의범위를자연계나사회경제적시스템으로제한하지않고현재또는미래의기후변화에대한것을모두포함하며, 기후변화로인한피해와편익측면에서의적응을모두고려한다. 또한, IPCC(2001) 에의하면적응 (adaptation) 은 기후자극과기후자극의효과에대응한자연, 인간시스템의조절작용 으로정의된다. 여기에기후변화의결과로발생하는새로운기회를활용하여기회로삼는행동또는과정까지를포괄한다. 즉, 적응과정을통해기후변화의부정적위험이감소되고오히려기후변화가유익한기회로활용될수있다. 적응은시점, 주체, 의도등에따라사전과사후적응, 개별과공공적응, 그리고자생적인적응과계획된적응으로각각구분된다 (IPCC, 2001a). 표1은주요국제기구의적응에대한정의를정리한것이다. 표 1에서나타난적응에대한정의는모두기본적으로기후변화와그변화에대처하는행위에대해언급한다. IPCC 에서기후자극이라고명명한용어는현재일어나고있는현상뿐만아니라미래에일어날현상까지도포함한다. UNDP 는기후변화에대처하는행위의구체적인형태를완화, 대처, 이용등의용어를사용하며이를적응과연계시킨다. UNFCCC는방제둑의건설, 기후에맞는재배농작물의변화등과같은보다구체적이고기술적인측면에서기후변화적응을설명한다. 영국의기후영향프로그램 (UK Climate Impact Programme) 은기후를지속적으로변화하는위험요인이라고보고, 기후에대한적응을세부분으로나눠서설명한다. 즉, 적응은 1 변화하는기후로인한위험을인지하고, 2 그위험과관련한부정적인영향을감소시키거나관리할수있는의사결정을하며, 3 이를긍정적으로이용할수있는기회를찾는다. 적응과정에서내려진결정은다시미래의기후조건에영향을미친다. 따라서적응은위에서열거한일련의과정에서나온결과물 ( 미래조건에영향을미치는정책이나물리적조건의변화등 ) 도포함하게된다 (UK CIP, 2003). 106

108 기후변화영향평가및적응관련동향 표 1. 적응의정의 기관명 IPCC UNDP 정의실제로일어나고있거나, 일어날것으로예상되는기후자극과기후자극의효과에대응한자연, 인간시스템의조절작용기후변화현상에수반된결과를완화, 대처하고이용하는전략을강화, 개발, 실행하는과정 UNFCCC 지역사회와생태계가변화하는기후조건에대응할수있도록취하는행동기후변화에관련된손해와그손해에따른위험을감소하고, 이익을파악하는과정, 혹은그 UK CIP 과정에서나온미래기후조건에영향을미치는결과물 출처 : Levina and Tirpak, 2006 재정리 2. 기후변화영향평가및적응기술개요 기후변화영향평가및적응기술은기후변화가자연및인간에미치는영향을감시, 평가, 대응하는시스템을구축하는기술, 미래의기후및사회경제변화시나리오에따른영향및취약성평가를바탕으로한적응및피해완화기술을포함하는공공기반기술이다. 단계별로 1) 기후변화영향감지기술, 2) 기후변화영향및취약성예측기술, 3) 기후변화적응기술로정리된다. 기후변화영향감지기술은기후변화영향감시, 감시자료 DB구축및분석 평가기술을포함한다. 기후변화뿐아니라, 복합적이고종종서로연관되어있는기후외적요소가자연및인간시스템에영향을미치기때문에, 기후변화로나타나고있는시스템에대한영향을감지, 판별하는것은쉽지않다. 이를극복하기위해기후변화에의해반응하는지표종 (indicator species) 을이용하여자연시스템에미치는기후변화의일반적영향을추론하는방법을이용된다. 여기서중요한부분은, 예상과일관성을갖고많은연구에서나타나는, 다양한시스템과지역에서반복적으로나타나는체계적변화를찾아내는것이중요하다. 또한기후변화의자연시스템의영향을추론하는데이용될수있는상당량의과거감시자료를확인, 분석, 종합하려는유기적노력이필요하다. 107

109 Green-tech Research 2010_03 호 인간의활동 기후변화 영향 온실가스배출저감을통한기후변화의완화 민감도 자생적적응 적응능력 기후변화취약성에대한계획된적응 순영향 취약성평가 - 취약성의지표 - 부문별취약성평가의통합 정책수립 출처 : IPCC(2001) 에서변용 그림 1. 기후변화의영향, 취약성, 적응간의관계 자연시스템에서기후변화로인한생물의변화는관찰될수있으나, 이의인과관계를찾는것은쉽지않다. 하지만기후변화외적요인이관찰된생물변화의원인이아니라는정도까지는불확실성을감소시킬수있다. 불확실성을줄이기위한방법으로는통계학적분석효과의극대화, 불확실한인자들의통제, 불확실한인자들로인한생물변화량의정량화가포함된다. 인간에의해집중적으로관리되는시스템 ( 예, 인간의질병과농작물 ) 의경우에는기후변화의직접적영향이완화되거나다른요인에의해희석되기쉽기때문에, 기후변화의영향을판별하는것은거의불가능하게된다. 예를들자면, 인간의질병은매개곤충 ( 예, 말라리아를옮기는아노펠레스모기 ) 의분포뿐아니라, 공중위생설비, 예방접종프로그램, 영양상태등과같은사회적인자들에의해영향을받는다. 따라서기후변화로인한영향을크게받는매개곤충의변화에대한지표로인간의질병발생기록을사용하는것은부적절하다. 기후변화영향및취약성예측기술은분야별기후변화영향예측모델링, 분야별시나리오산출, 분야별영향및취약성평가, 그리고통합영향및취약성평가를포함한다. 적절한영향예측을위해고려해야할사항을 IPCC는아래와같이제시한다. 108

110 기후변화영향평가및적응관련동향 1) 영향평가를위한적절한분석규모 2) 비교를위한기준선 3) 기후및사회경제적변화에대한통합시나리오의사용방법 4) 극단적인기후변상및기후변동 5) 점진적기후변화의영향을포함한평가방법론과평가도구 6) 온실가스배출을줄이기위한저감정책과취약성의연관 영향및취약성평가의최근의경향은다음과같다. 첫째, 기후변화영향은지역, 부문별 ( 자연생태계, 농업, 물관리등 ) 별로나타나고, 이의영향평가도지역, 부문별로수행되지만또한각부문간의상호작용을평가하는통합영향평가 (Integrated Assessment) 가시도되고있다. 통합영향평가는기후변화의영향을자연자원관리, 생태계의지속가능성, 경제발전등과같은넓은맥락에서파악하기위한노력이다. 둘째, 적응수준을고려하여영향및취약성을예측하는연구가일반화되고있다. 과거적응을고려하지않은연구들에서는자생적, 계획적적응을무시하기때문에잠재적영향과순연향을구분할수없었고, 따라서취약성평가에는한계가있었다. 셋째, 평균적기후조건의변화에대한적응에초점을둔영향평가가대부분이지만, 연도간의변동, 극단적인이상기후등의기후조건의변동성에대한적응에대한평가도이루어지고있다. 기후변화적응기술은영향및취약성평가에따라기후변화의부정적영향을완화하고기후변화로인한기회로부터이익을취하기위한부문별대응기술을포함한다표 2. 기후변화적응기술의역할은다음과같다. 1) 적응기술은냉방, 홍수예방, 관개, 자연재해에대한조기경보제도등은현존하는적응방안을지속적으로개발하고보완하는역할을한다. 일반적으로기술은계속되는기상관련위험에대한사회의취약성을낮추는역할을해왔다. 기후변화에따른많은연구결과는많은분야에있어서기후변화에의해위험이증가될것으로예측하고있다. 현재의많은기술들이기상과관계된위험을감소시키는데효과적인것으로나타나고있으므로적응기술은매우중요한의미를갖는다. 기술은지역적요구를충족시키며앞으로전망되는기후변화에대처하기위해지속적으로적응기술에대한개발과혁신이이루어져야한다. 기후변화에대한성공적인적응은새로운기술의개발없이도가능하다. 109

111 Green-tech Research 2010_03 호 2) 기후변화는지역사회와부문별로새로운문제를야기할것이므로적응은과거에는일어나지않았던새로운상황에대한준비를하는역할을한다. 이는새로운현상에대한대처를가능하게한다. 한계점을초과하는기온, 강수량, 해수면등의기후인자변화에대처하는기술개발과기술이전이매우중요하다. 3) 적응기술은사회경제적적응역량을향상시키는역할을한다. 기후변화에대한취약도는기후변화의정도뿐만아니라지역사회의사회, 경제, 환경적상황에의해결정된다. 기후변화에따른취약성을감소시키기위한성공적인적응정책은조건및관리방안을개선하는것을포함해야한다. 4) 적응기술을보험에적용할경우, 기온과강수량변화에대한한계값을확대함으로써, 사회기본구조 (infrastructure) 설계와장기투자의확실성을높이는데기여하며, 관리시스템에적응기술을적용할때는, 위치와행동을변화시켜중간보정을허용하고, 디프리에이션을증가시켜경제적수명을단축하는등취약한관리시스템의유연성을증대하는역할을하기도한다. 5) 적응기술은자연시스템의변화에대한적응능력증대에기여하기도한다. 생물종및유전자원보전, 복원뿐아니라생태계연결사업추진, 생태계및지표종모니터링, 외래종피해방지대책수립등의적응대책이수립되어추진되고있다. 110

112 기후변화영향평가및적응관련동향 표 2. 부문별적응계획의예, IPCC(2006) 부문 적응옵션 / 전략 정책의기본 이행관련핵심적제약과기회 ( 정서체 = 제약 ; 이탤릭체 = 기회 ) 물 천수답농사확대 ; 물저장및보전국가적물정책과수자원재정, 인적자원, 물리적장벽 ; 수자원기술 ; 물재사용 ; 담수화물사용및통합관리 ; 물관련유해요소통합관리 ; 다른부문과의시너지관개의효율관리 R&D 정책 ; 제도개혁 ; 모내기날짜조정과작물의다양성 ; 토지보유권및토지개혁 ; 기술및재정적제약 ; 새로운다양성 농업 작물재배치 ; 토지관리개선 ( 예 : 나무교육 ; 능력함양 ; 작물보험 ; 접근 ; 시장 ; 고위도지역에서더 심기를통한침식관리와토양보호 ) 재정적인센티브 ( 예 : 보조금과세금공제 ) 긴경작철 ; ' 신 ' 제품으로부터의세입 기반시설 / 거주지 ( 해안지역포함 ) 보건관광수송에너지 재배치 ; 방파제와폭풍해일방벽 ; 모래기후변화고려사항을설계에재정및기술적장벽 ; 재배치공간의언덕강화 ; 토지획득과해수면상승과결합하는기준및규정 ; 토지가용성 ; 통합정책및관리 ; 지속홍수에대비한완충지로서습지 / 소택지사용정책 ; 건물규격 ; 보험가능한개발목표와의시너지형성 ; 기존자연방벽의보호 보건조치계획 ; 응급의료서비스 ; 기후위험을인지하는보건한정된인간내성 ( 취약집단 ); 한정 기후민감성질병조사및제어 ; 안전한정책 ; 보건서비스강화 ; 지역된지식 ; 재정적능력 ; 보건서비스 물과위생개선 및국제협력 업그레이드 ; 삶의질개선 새로운관광지홍보 / 마케팅 ; 재정및 통합계획 ( 예 : 수송능력다른물류관련도전 ; 다른부문별에대한여행상품및수입원의다양화 ; 고위도부문과의연결 ); 재정적부정적영향가능성 ( 예 : 인공설제조는지역과빙하지대로스키슬로프이동 ; 인센티브 ( 예 : 보조금, 세금에너지사용을증가시킬수있음 ); ' 인공설제조공제 ) 신 ' 관광지로부터의세입더넓은이해관계자포섭기후변화고려사항을국가재편성 / 재배치 ; 온난화및배수를위한재정및기술적장벽 ; 덜취약한교통정책에통합 ; 특별상도로, 철도, 기타기간시설의설계경로의가용성 ; 기술개선및핵심황 ( 예 : 영구동토지역 ) 을위기준과기획부문 ( 예 : 에너지 ) 과의통합한 R&D 투자가공송전선및배전기간시설의강화 ; 국가적에너지정책, 규제, 중요대안사용 ; 재정및기술적장벽 ; 시설의케이블지하매설 ; 에너지효율 ; 회계및재정적인센티브로신기술수용 ; 신기술개발격려지역재생원료사용 ; 단독에너지원의존도대체에너지원사용을촉진 ; 자원사용감축기후변화를설계기준에통합 111

113 Green-tech Research 2010_03 호 Ⅲ. 국제동향분석 1. 기후변화협약 기후변화는전구적인현상이고이에대한대응마련도국제의제로부상했다. 기후변화협약 (UNFCCC) 에서는기후변화완화와적응을균형있게고려할것을명시하고있으나, 1995년제1회당사국총회 (COP) 의 Berline Mandate 로부터 2001 년 COP7 마라케시합의문 (Narrakesh Accord) 까지는적응에관련된내용들이기후변화협약에서매우적은부분만을차지하고있다고볼수있다. 그러나기후변화협약에서적응의중요성은 COP7 이후개발도상국을중심으로논의가전개되었고 2002년 COP8 에서적응이슈를강조하는델리선언문 (Delhi Ministerial Declaration) 이채택되면서본격화되었다고볼수있다. 기후변화적응과완화그리고지속가능발전을관심있게다룬당사국총회와그핵심결정사항을요약하면다음표 3과같다. 2004년 12월, 부에노스아이레스에서열린제10차기후변화협약당사국총회는협약하에서의 10년간의활동을정리할뿐만아니라, 2005 년 2월 16일교토의정서발효를위한준비회의의성격을갖는총회였다. 특히 COP10 에서의성과는적응을기후변화에대한국제적논의의주류로자리매김할수있게해주었다는점이다. 즉, 이상기상등기후변화의증거가늘어나고있다는인식에따라 COP10에서는 적응과반응에관한부에노스아이레스작업계획수립 에관한의제를채택하였다. 작업계획에는취약성에대한과학적평가및적응옵션마련, 최빈국에서의적응에대한 국가행동계획 (National Action Plans) 의지원, 적응을지속가능발전계획의주된이슈로채택하는등의내용이포함되어있다. COP10 은기후변화에있어서적응과완화는지속가능발전과밀접한관련이있으며, 다시지속가능발전을위한조치는적응과완화조치와맞물려있다는현재국제사회의인식을바탕으로하고있다. 이러한인식의변화는의제 21(Agenda 21; 1992), 새천년개발목표 (Millennium Development Goals; 2000), 지속가능발전을위한지구정상회의 (World Summit on Sustainable Development; 2002) 등이기후변화협약과연계되면서지속가능발전에대한논의가포함되었고, 특히적응과연결되었다는것을알수있다. 2005년 12월캐나다몬트리올에서개최된 COP11에서는마침내기후변화영향과적응 5개년작업계획이채택되었다. 작업프로그램에는프로그램목표, 활동영역, 절차및세부방식등이포함된다. 기후변화협약부속기구에서는적응과관련하여국제사회에서논의할주요이슈로방법론, 데이터 112

114 기후변화영향평가및적응관련동향 및모델링취급, 취약성평가, 적응계획, 조치및활동그리고지속가능발전과의통합등을강조하고있다. 기후변화에대한오랜논의과정은적응과완화그리고지속가능발전의이슈를통합하여평가할수있는정책이필요하다는방향으로나아가고있다. 특히위에제시한최근의 COP10 과 COP11 의동향은과거온실가스완화에주로관심을기울이고있던상황에서, 이미진행되고있는기후변화의영향에주목하고그에대응하는방식으로서의적응에대한논의에물꼬를튼셈이다. 결국국제사회에서는적응관련논의와전문적연구활동이활발해질전망이며이러한적응이슈는 2012년교토체제이후의기후변화협약협상전개에새로운변수로작용할수있다고전문가들은전망하고있다. 이러한과정에서 IPCC 에서발간하는평가보고서는기후변화협약이행에있어과학적, 정책적인판단을하는데크게기여하고있다. 특히 2006년 3월오스트리아비엔나에서열린관련워크샵에서는기후변화영향과적응 5개년작업계획에서우선적으로다루어야할사항에대한논의가있었으며, 그결과는제24차 SBSTA(Subsidiary Body for Scientific and Technological Advice: 기후변화협약의과학기술적자문을위한부속기구 ) 에보고되어당사국간의의견교환을거친후, 2006 년 11월제12차당사국총회에서 기후변화영향, 취약성, 적응에관한나이로비작업프로그램 (Nairobi Work Programme on Impacts, Vulnerability, and Adaptation to Climate Change) 으로최종확정되었다. 기후변화영향, 취약성및적응평가방법및도구를개발하고지속가능한발전을염두에둔적응계획, 조치및활동계획으로발전을도모하고자하는프로그램으로, 9가지분야에대한구체적인목표, 활동사항등을명시하였다. 각분야는 1) 방법및도구, 2) 자료및관찰, 3) 기후모델링, 시나리오, 다운스케일링, 4) 기후와연관된위험및극단사항, 5) 사회경제적정보, 6) 적응계획및실행, 7) 연구, 8) 적응기술, 9) 경제의다양화를포함한다. 최근기후변화프로그램은개발단계에서이행단계로전환되고있다. 2010년 5월제32차 SBSTA 회의는기후변화적응이행프로그램신설을, 제32차 SBI (Subsidary Body for Implmentation: 기후변화협약의이행부속기구 ) 회의는기후변화적응활동계획수립및이행 평가등을위한지표개발필요성을제안했다. 2010년 6월 AWG-LCA(Ad Hoc Working Group on Long-term Cooperative Action: 기후변화협약의장기협력행동에대한특별작업반 ) 에서기후변화로인한경제적피해등에지원할수있는펀드조성필요성을제기했다. 113

115 Green-tech Research 2010_03 호 표 3. 적응관련당사국총회핵심결정사항 구분 장소및일시 주요결정사항 - 마라케시합의문 COP7 마라케시, 모로코 - 지속가능발전을지지하면서적응과완화를위한기금 (fund) 설립 ( ) - 기술이전을위한프레임워크, 교토의정서를운용하기위한세부사항 합의 - 델리선언 (Delhi Ministerial Declaration) - 온실가스저감을통한기후변화완화문제와함께기후변화적응의 COP8 뉴델리, 인도중요성부각 ( ) - 인도등개발도상국들은선진국들이감축의무대상국가를확대하는 것보다도개발도상국의적응에대한지원과기술이전등이더욱 중요함을강조 COP9 - 기후변화에대한영향, 취약성, 적응및완화의과학적 기술적 사회 밀라노, 이탈리아경제적측면을각각독립된의제로다루기시작하면서적응에대한 ( ) 관심증대 COP10 부에노스아이레스, - 기후변화영향과적응조치에대한부에노스아이레스프로그램으로아르헨티나 5개년작업계획수립의제채택 ( 결정문 1/CP.10) ( ) COP11 몬트리올, 캐나다 ( ) - 기후변화영향과적응조치에대한 5개년작업계획채택 COP12 나이로비, 케냐 - 기후변화영향, 취약성, 적응에관한나이로비작업계획확정 ( ) - 작업계획의 9가지우선항목선정 출처 : 114

116 기후변화영향평가및적응관련동향 2. 미국 미국의경우, 13개국가연구기관및부처 17) 의참여로구성된미국지구변화연구프로그램 (USGCRP: US Global Change Research Program) 을통해기후변화영향관련연구를통합관리, 조정하고있다. 프로그램은 1990년에제정된지구변화연구법 (Global Change Research Act of 1990) 에근거해서설치되었으며, 이는 인간활동에의한그리고자연적인지구변화의과정을이해, 평가, 예측하고대응하기위한국가, 전세계의노력을뒷받침하기위한통합적인미국의연구프로그램 이라고 USGRCP 를명시하고있다. USGRCP 의주요연구분야는다음과같다. 1) 기후, 오존층, 토지피복의장, 단기변화에대한관측과이해 2) 위의변화가생태계및사회에미치는영향파악 3) 미래물리적환경의변화와이의변화에연계되어있는취약성및위험추정 4) 기후및전지구변화에의한위험과기회에대처하는효과적정책결정을위한과학적자료제공 프로그램은부처간작업그룹 (IWG: Interagency Working Group) 을통해다양한분야의기후및지구환경변화에관한연구를조정한다. IWG는 1) 대기구성 (Atmospheric Composition), 2) 기후변동및변화 (Climate Variability and Change), 3) 공보 보도 (Communications), 4) 생태계 (Ecosystem), 5) 지구탄소순환 (Global Carbon Cycle), 6) 지구물순환 (Global Water Cycle), 7) 인간영향및반응 (Human Contributions and Responses), 8) 국제연구협력 (Internation Research Cooperation), 9) 토지이용및피복변화 (Land Use and Land Cover Change), 10) 지구시스템관측 (Observing and Monitoring the Climate System) 에대한연구그룹을포함한다. 또한, 기후변화적응및완화정책결정을위한평가및정보개발등의정책결정보조는모든 IWGs 의의무적인역할이다. 17) 13 개 USGCRP 참여연구기관및부처 : Department of Commerce, Department of Defense, Department of Energy, Department of the Interior, Department of State, Department of Transportation, Department of Health and Human Services, National Aeronautics and Space Administration, National Science Foundation, Smithsonian Institution, Agency for International Development, Department of Agriculture, Environmental Protection Agency 115

117 Green-tech Research 2010_03 호 과학자들및이해당사자들의공동작업으로수행되는연구로축적된자료는국가전략수립및 IPCC에제공할국가보고서로활용된다. 2009년에미국의기후변화영향평가연구보고서 Global Change Impacts in the United States 를출판하였다. 2008년에출판된 Preliminary review of adaptation option for climate-sensitive ecosystems and resources는미국의생태계및자원의관리시스템을적응의관점에서평가하는통합보고서이다. 국가적인연구프로그램이외에주정부차원의영향평가및적응프로그램도진행중이다. 시카고주의경우, 광범위한영향평가및분석을바탕으로, 배출을줄이고기후변화에대처하기위한대책을수립한 Chicago Climate Action Plan을 2008년에확정했다. 2050년까지 1990년도의 GHG (Green House Gass) 수준의 80% 아래로, 2020 년까지는 25% 아래로줄이기위한목표를세우고이를위한전략과행동계획을수립했다. 1) 건물, 2) 에너지원, 3) 교통, 4) 폐기물, 5) 적응의 5개분야에대한전략을포함하고, 적응분야의경우 9가지세부분야의계획을포함한다. < 표4> 표 4. Chicago Climate Change Action Plan의적응부문세부계획 세부분야 적응계획 열관리 열반응계획업데이트, 취약계층에초점, 도시열섬현상과쿨핫지점 (cool hot spots) 에대한연구진행 혁신적인냉각추구 도시를냉각을위한혁식적인아이디어를찾고부동산소유주는녹색환경과에너지효율개선을위해노력시작 대기질보호 운전감소와발전소에서의배출완화프로그램을통한오존및전조물을줄이기위한노력 빗물관리 시카고유역계획을바탕으로 Metropolitan Water Reclamation District 와함께기후변화요인과비어있는토지에서의빗물관리추진 녹색도시구현을더위와홍수를관리하는시카고의녹색도시디자인계획의핵심단계구현. 이계획은 위한설계 빗물을모아주고더운날에는태양의강도반영 식물과나무의보존 변화하는기후에맞추어생장할수있는새로운식물목록소개. 변화하는기후에적응할수있는식물을바탕으로새로운경관조례초안작성 대중참여 사회봉사기관, 클럽등과같은많은영향을받는단체와기후연구결과공유. 각가구별로홍수와열파를줄이기위한단계설정 참여기업 비지니스와함께기후변화에대한취약점분석및행동 Green Steering Committee, Green Ribbon Committee 및지역사회지도자가어떻게 미래를위한계획 계획을구현하고평가할것인지, 개정권장과함께시장및모든시카고시민들에게 진행상황보고 116

118 기후변화영향평가및적응관련동향 3. 영국 영국의경우, 1997 년에기후변화영향에대한연구와, 국가및기업등다양한주체들의기후변화적응을지원하기위해영국기후영향프로그램 (UKCIP: UK Climate Impacts Programme) 을설립하였다. 환경식품농무부 (Defra: Department of Environment, Food and Rurual Affairs) 가주요한재원이며, 옥스퍼드대학 (Environmental Change Institute, Oxford University) 에위치한다. UKCIP 의주요역할은 1) 국가및지역적기후변화시나리오제공및기후변화영향분석, 2) 기후변화적응에대한정책적보조, 3) 기후변화연구지원을포함한다. UKCIP 는기후변화표준시나리오를제시하고있다. UKCIP02 (Secnarios of Fucture Climate Change in UK, 2002) 가 2002년에처음제공되었다. 2009년에 UKCIP02 가수정, 확대발전된 UKCP09 (UK Climate Projections, 2009) 가제공되었다. 이러한표준시나리오는기후변화영향평가등의다른연구에표준시나리오로사용되고있다. UKCIP 는기후변화영향평가를수행하고있다. UKCIP02 를이용하여섹터별, 지역별로수행된영향평가및적응연구를통합, 정리하여 Measuring Progress 를 2005년에출판하였다. 연구가진행된혹은진행중인부문들은수자원, 생물다양성, 농업, 해양환경, built 환경, 건강, 해안, 전통유산, 교통, 에너지, 관광, 공간계획, 사업, 정원, 지방정부를포함한다. UKCIP는적응분야에있어서적응계획수립을위한적응마법사 (Adaptation Wizard) 도구를개발하고, 적응대책의 DB(Adaptation Actions database) 를구축하였다. 적응마법사도구를이용하여대상시스템의현재, 미래기후에대한취약성을평가하고, 주요기후위험을줄이기위한옵션을찾아내고, 기후변화적응대책을개발하는과정을시작하는데도움을줄수있다. 즉, 기후변화적응대책을나열하기보다는, 시스템에맞는적응대책을준비할때필요한정보를제공한다 < 그림 3-1>. 또한영국정부는 2010년 3월부처별적응계획 (Departmental Adaptation Plans) 을발표하였고, 2001년까지영국정부의기후변화적응정책의중심적역할을담당하도록했다. 이후, 년까지법적구속력을가지는국가적응프로그램 (National Adaptation Programme) 수립을추진중이다. 부처별적응계획수립의기본방안은다음과같다. 117

119 Green-tech Research 2010_03 호 1) 중앙정부부처들이수립하며, 이해당사자및주요이행파트너들과공유 2) 온실가스감축및기후변화적응의통합적인방안추구 3) 2년후가장중요한이슈가될수있는문제에초점을맞춤 4) 한부처가아닌다른부처들과공통으로이슈가되는문제에대해논의 5) 다가오는기후변화극복을위한사회기반시설회복력향상노력 6) 발전적인기후변화적응진행을위한역량강화, 의사결정및분야별위험평가를위하여첫번째단계로연간검토작업을실행및 2년혹은 5년마다지속적인검토작업실행 7) 기후관련이해당사자에게부처별기후변화적응단계및진행방향제시 영국은 UKCIP 이외에도기후변화의모든문제를통합적으로연구하여, 기후변화와지속가능한발전과연계시키려는연구프로그램으로틴달센터 (Tyndall Centre) 를 2000년에발족했다. 센터의주요연구주제는 1) 기후변화연구통합체제구성, 2) 현사회의감축방안평가, 3) 기후변화적응전략연구, 4) 연안역보호연구를포함한다. 영국의경우지방자치단체차원의영향평가및적응대책도활발하게진행되고있다. London 시는런던기후변화적응전략 (London Climate Change Adaptation Strategy) 을세우고있다. 이는위험도를기준으로한접근방법을이용했다. 홍수 (Flooding), 가뭄 (Drought), 과열 (Overheating) 을포함한기상관련위험에취약하다고판단하고각각의위험도, 취약성을판정한후이에대한적절한예방, 대비, 대응, 복구의측면에서적응전략을도출했다. < 표3-3> 은부문별영향및취약성, 그리고적응대책을요약한다. 118

120 기후변화영향평가및적응관련동향 출처 : 그림 2. UKCIP's Adaptation Wizard 스크린샷 표 4. London Climate Change Adaptation Strategy 의영향및적응대책 부문 영향및취약성원인 적응대책 홍수 북해, 템즈강, 폭우 - 홍수취약지도제작홍수위험우선순위에따른계획수립 ; 홍수관련정보및데이터분석 - 홍수위험관리지침의우선순위결정 ; 홍수에의한대처및복원능력향상을위한인식증대 집중호우, 지하수재고감소, - 정기적물전략 (London Water Strategy) 검토 가뭄 증발산량증가, 공공물사용 - 물사용량감소및가뭄해소복원략향상을위한시차원의 증가 대책수립 과열 - 위험우선지역, 위험관리옵션확인여름철평균온도상승, - 도시지역내녹지공간을활용하기위한디자인가이드라인제공열파의강도와빈도증가 - 열파피난처의효과평가 119