생활공간의녹색혁명, 제로에너지빌딩 고효율빌딩설계와신재생에너지생산을통해외부로부터추가적인에너지공급없이생활을영위할수있는상상속의건물이현실화되고있다. 제로에너지빌딩이란무엇이며, 주요선진국과기업들이어떠한노력을기울이고있는지살펴본다. 도은진책임연구원 do.eunjin@lgeri.com 금융위기이후세계를이끌어갈새로운성장동력으로녹색산업이주목받고있다. 녹색성장이라는말은지나가는한순간의화두가아니라, 새로운경제패러다임으로자리잡아가고있다. 이제는환경에대한영향을고려하지않고심지어환경을훼손해가면서추구해온양 ( 量 ) 위주의경제성장방식에서벗어나환경을고려하고, 환경보존과성장의공존을추구하는질 ( 質 ) 위주의경제성장이요구된다. 지금까지시장가격에는환경에대한영향이비용으로고려되지않았다. 이때문에단 < 그림 1> 환경경제효율성 (eco-dfficiency) 관점의경제성장 지시장에서비용을치르는원자재나서비스, 노동력에대한비용만을고려하여최소한의비용으로최대의이윤을확보하는노력을기울였다. 그러나질위주의경제성장패러다임하에서는환경경제효율성 (eco-efficiency) 을중시해야한다. 경제적효율성뿐만아니라생태적효율성까지같이고려해야하는것이다. < 그림 1> 과같이이제는환경비용을내부화함으로써환경친화적인생산과소비를추구하고, 환경을고려하는경제성장을추구해야한다. 이러한상황하에서는환경비용을최소화하는것이기업과국가의핵심경쟁력이될수있다. 환경비용에대한경쟁우위를가질수없는기업과국가는시장에서도태될수밖에없는상황이도래한것이다. 가격 이익 (Profit) 시장비용 (Market Cost) 시장비용효율성관점 (Market cost efficiency) 비용효율성 (Cost efficiency) 추구영역 이익 (Profit) 환경비용 (Ecological Cost) 시장비용 (Market Cost) 환경경제효율성관점 (Eco-efficiency) 주 : 1992 년 WBCSD(World Business Council for Sustainable Development) 에서최초로제기된개념, 경제적효율성 (economic efficiency) 과생태적효율성 (ecological efficiency) 의합성어 저탄소녹색성장과빌딩따라서이제는환경을고려하는질위주의경제패러다임에맞는새로운생활방식이필요하다. 비록당장은불편하고비용이올라갈수밖에없지만, 이러한불편을감수하는노력을더이상미룰수는없다. 모든생활에서환경에대한영향을줄이고, 기후변화의주범인이산화탄소배출을줄이기위해화석연료에기반한에너지소비를최소화하는노력이필요 LG Business Insight 20089 7 8 37
전체에너지소비중 36% 를차지하는건물부문을제외하고저탄소녹색성장을논의하는것은무의미하다. < 그림 2> 에너지사용비중 부문별에너지사용비중 산업용 29% 운송용 30% 주거용 27% 상업용 9% 기타 5% 자료 : IEA('08), SG Equity Research 하다. 건물부문 36% 난방 (Space Heating) 전기 전자기기 (Appliances) 온수 (Water Heating) 요리 (Cooking) 조명 (Lighting) 주거부문의에너지사용비중 4% 3% 19% 19% < 그림 2> 에서보듯이우리는전체에너지 의 36% 를아파트, 주택등주거공간과백화점, 병원, 학교등상업용및공공용건물에서사용하고있다. 실제자동차나공장에서의에너지소비보다우리가자고먹고생활하는주택과빌딩의에너지소비가더큰것이다. 주택의경우만보면따뜻한생활을누리기위한난방에가장많은에너지를투입하고있고, 그다음으로각종전기 전자기기나물을데우는데많은에너지를소비하고있다. 하이브리드자동차를타고친환경제품을소비하는것만으로는결코지구온난화를막을수없는것이다. 특히건물의경우한번만들어지면오랜기간환경에영향을미치는특성을가지고있다. 우리나라의경우 20~30년만지나면재건 축, 재개발이논의되면서기존의건물을밀어버리고새로짓는일들이빈 55% 번하지만, 이것이일반적인현상은아니다. 유럽의경우를보면주택의 60% 이상이 1975년이전에지어진건물이다. 전통과역사를사랑하는입장에서는바람직한측면도있으나, 가장큰문제는현재건물대비막대한난방비용을소모하는것이다. 과거에지어진건물의경우단열에큰신경을쓰지못했기때문에 에너지를먹는하마 와같다. < 그림 3> 에서보듯이오래된주택은현재일반적인유럽주택과비교하면 2배, 저에너지주택 (low energy home) 에비하면 18배이상의에너지를소비하고있다. 이와같이전체에너지소비중가장큰비중을차지하고, 한번지어지면오랜기간환경에영향을미치는건물을제외하고저탄소녹색성장을논의한다는것은어쩌면무의미할수도있다. 제로에너지빌딩이란? 이러한관점에서최근논의되고있는것이외부에너지에의존하지않는 제로에너지빌딩 이다. < 그림 4> 와같이제로에너지빌딩은에너지효율성을극대화하고건물자체에신재생 38 LG Business Insight 2009 7 8
제로에너지빌딩은외부로부터추가적인에너지공급없이생활을영위할수있는공간이다. 에너지설비를갖춤으로써외부로부터추가적너지를제공하다가막상바람이멈추거나밤인에너지공급없이생활을영위할수있는이되면에너지를생산할수없게된다. 따라공간이다. 제로에너지빌딩이되기위해서는서기존전력망과의연계를통해에너지를주크게 3가지조건이필요하다. 고받는과정이필요하다. 즉자체적으로생산첫째는고효율저에너지소비의실현이다. 되는양이충분할때는이를외부에공급하단열, 자연채광, 바닥난방, 고효율전자기기고, 부족한시기에는외부로부터에너지를받사용등을통해일상생활에필요한난방, 조으면서연간기준으로제로 (Net Zero) 를달성명등의에너지소비를최소화하는것이가장하는과정이필요하다. 물론자체생산되는기본적인조건이다. 에너지를저장해서사용하는것도가능하며, 두번째는건물에자체적인에너지생산이경우전력망과의연계는필요없을수있설비를갖추어야한다. 태양광, 풍력등자체적다. 그러나현재의에너지저장기술을고려하인신재생에너지생산설비를갖추고생활에면전력망을통해에너지를주고받는것에비필요한에너지를자체적으로생산하는것이필해원가가더높기때문에전력망과의연계를요하다. 에너지절감이제로에너지빌딩의실우선적으로고려하게된다. 현을위한필요조건이라면신재생에너지에의한에너지 < 그림 3> 건축시기에따른연간난방비용비교생산은충분조건이라할것이다. 세번째는전력망과의연계다. 제로에너지빌딩이라면자체에너지설비를갖추기때문에전력망과의연계는필요하지않다고생각유럽주택의할수있다. 그러나태양광, 60% 점유풍력등신재생에너지는계절이나시간, 바람등외부환 1975년이전에현재유럽 2010년유럽주택구분건축된주택표준주택주택기준경에의해에너지를생산할수있는양에큰편차가존재연간난방비용 * (100m2 기준 ) 한다. 바람이잘불거나햇빛난방비 95% 절감이강할때는필요이상의에자료 : Saint-Gobain, SG Equity Research, * 유가 $90/Barrel 기준 저에너지주택 (Low energy home) 2,210 1,000 360 120 LG Business Insight 2009 7 8 39
최근에너지효율을높이는기술과더불어신재생에너지관련기술이발전하면서제로에너지빌딩이현실로다가오고있다. 기술발전으로제로에너지빌딩실현가시화아직제로에너지빌딩은생소한개념이다. 저에너지빌딩이나그린빌딩과같이건물의에너지효율을높이고환경영향을줄이는데관심의초점이모여있다. 그러나최근에너지효율을높이는기술못지않게신재생에너지관련기술이발전하면서가장이상적인건물형태인제로에너지빌딩이상상이아닌현실로다가오게되었다. 신재생에너지관련기술이발전하고정부지원이확대되면서건물에신재생에 제로에너지빌딩과스마트그리드 최근화두가되고있는스마트그리드도제로에너지빌딩의실현을앞당기기위해중요한요소중하나다. 전력은시간대별로원가에큰차이가존재한다. 우리나라의경우전력생산에있어기저부하 (base load) 를위해서는원자력과같이상대적으로원가가낮은에너지원을사용하지만, 피크타임의첨두부하 (peak load) 를위해서는가스, 석유등고가의에너지원을사용하기때문이다. 그러나현재전력의가격구조는이러한원가차이를소비자가에반영하지않고평균원가를기준으로가격을산정한다. 그러나스마트그리드를통해실시간원가가소비자가격에반영되면전력소비패턴에큰변화가발생할것이다. 그동안경제성부족으로채택되지못했던신재생에너지의경제성에대한인식을변화시킬수있다. 예를들어태양광의경우평균전력원가대비상대적으로높은비용을지불해야하기때문에채택하기어렵지만, 가장수요가많은낮시간대의전력원가가가격에반영되면원가차이는크게줄어들게된다. 앞으로태양광의보급이확대되어전체적인투자비용이감소하게되면기존전력에대비해서도최소한낮시간대에는경제성을확보할수있게되는날이머지않았다. 너지를접목시키는데관심이높아지고, 중앙집중형전원에서벗어나분산전원을활용하는것에대한장점이부각되면서단순히건물의에너지효율을높이는것을넘어외부로부터에너지공급없이자체적으로에너지를생산하고소비하는제로에너지빌딩이부각하게된것이다. 특히태양광의경우지금까지는주로건물의지붕을활용하는것으로제한되어있었으나, 최근에는건물일체형태양광발전 (Building Integrated Photovoltaic, BIPV) 시스템과같이건물전체외벽에전지판을설치하여전기를생산하는수준으로발전하면서태양광을도입하는방법이다양해지고있다. 또한각국정부가신재생에너지의보급을촉진하기위해다양한세제혜택과의무할당제를실시하는영향도크다. 태양광발전설비를구입하는기업과개인에대해세금을환급해주는 ITC(Investment Tax Credit) 제도나친환경적인전기발전량에대해세금을환급해주는 PTC(Production Tax Credit) 제도, 전력회사가친환경전기를일정비율이상사용하도록의무화한 RPS (Renewable Portfolio Standard) 제도등은신재생에너지의보급을앞당기는수단으로작용하고있다. 또한중앙집중형발전설비에의존하는것에서벗어나소비처가있는곳에발전기를설치, 운영하는분산전원에대한관심이높아진것도제로에너지빌딩발전에큰영향을 40 LG Business Insight 2009 7 8
금년 4 월 EU 의회는 2019 년부터 EU 내에서지어지는모든신규건물을대상으로제로에너지화를의무화했다. 미치고있다. 신재생에너지와같은분산전원의경우중앙집중형발전대비초기설치비용과유지 보수비가높아지는단점이있으나에너지효율증대, 전력관련인프라구축비용감소및에너지안보측면에서장점을가지고있기때문이다. 제로에너지빌딩실현을위한각국의노력금년 4월 23일 EU의회는제로에너지빌딩실현에있어의미있는발표를했다. 2019 년부터 EU 내에서지어지는모든신규건물을대상으로 건물내에서소비하는에너지보다더많은에너지를생산하도록규정 하였다. 즉모든신축건물의제로에너지화를의무화한것이다. 이뿐만아니라기존건물의경우에도대규모수리를수행할때에는국가에서정한최소에 너지효율표준을충족시켜야한다고규정하였다. 그리고이를위해 2011년중순까지모든 EU 회원국들은건물의에너지효율을높이는것과관련된시설에어떻게재정적지원을할것인지대책을수립하고, 기존빌딩을제로에너지빌딩으로전환하기위한국별목표를제시하라고요구하였다. EU 회원국중하나인영국은이러한 EU 의회의발표가있기전인작년 12월이미 제로탄소주택정책 을발표했다. 영국의주택담당장관인마가렛베켓 (Margaret Beckett) 의원은 2016 년부터영국에서짓는모든주택에서이산화탄소배출을완전히제로화할것 이라고발표하며, 이에따라모든건축 건설회사들은에너지효율성, 태양광패널, 지역난방시스템등주택설계초기단계부터근본적으 < 그림 4> 제로에너지빌딩달성을위한조건 에너지수요 외부에너지유입량 에너지절감 (60~70%) 고효율저에너지소비를통한에너지사용최소화 2000 2020* 제로에너지빌딩으로의발전 자체에너지생산량 에너지생산 (30~40%) 태양광, 풍력등신재생에너지원을통한자체에너지생산 자료 : DOE(2006), * 미국의제로에너지빌딩실현목표년도 LG Business Insight 2009 7 8 41
영국정부는작년 12 월, '2016 년이후신축주택의이산화탄소배출을완전히제로화할것 ' 이라고발표했다. 로새로운방법을모색할것을촉구했다. 이제최소한 EU에서는이상으로만생각되던제로에너지빌딩이현실화되는날이머지않게된것이다. 영국런던인근에있는베드제드 (BedZED) 주택단지는유럽의이러한분위기를잘대변해 준다. 2000년부터조성되어 2002년입주하기시작한이곳은약 100여가구가거주하는영국최초이자가장규모가큰탄소제로주거단지로유명하다. 자선단체인피버디트러스트 (Peabody trust) 는런던남부왈링톤 (wallington) 의가동이중단된오수처리시설 분산전원의장점 분산전원에대한정의는명확하지않다. 2007년에너지경제연구원에서발간한보고서에따르면 설비용량 20MW 이하의공급설비를갖추고배전망 154kV 이하에접속하는자원 으로정의하고있다. 그러나최근태양광, 풍력등신재생에너지에대한관심이커지면서분산전원과신재생에너지를동일시하는측면이있다. 그러나우리나라의경우를보면대관령과같이전력소비처와는멀리떨어져있으나바람이풍부한지역에풍력발전소를짓는경우가많다. 이경우이글에서다루는분산전원의취지와는맞지않기때문에이글에서의분산전원은신재생에너지로구성된소용량발전설비를기반으로소비처와인접한곳에서전력을생산하는경우에한정하였다. 이경우원자력이나화석연료로전기를발생시키는중앙집중형전원대비분산전원의장점은다음과같다. 먼저분산형전원은송 배전및변전과정에서의손실을최소화할수있다. 국내에서흔히볼수있는중앙집중형발전소는소음, 환경오염, 대지확보등의문제로실제전기를소비하는수요처와는멀리떨어져있는것이일반적이다. 특히원자력발전소의경우비상시여러가지피해발생에대한우려로수요처와멀리떨어져지어진다. 이때문에일반가정이나빌딩까지전기를보내기위해서는송 배전설비와전압을변화시키거나교류를 직류로바꾸기위한변전설비가필수다. 먼거리를이동하거나변전하는과정에서불가피하게에너지손실이발생한다. 이에반해분산형전원은수요처와인접해있어송 배전및변전과정에서의손실을최소화할수있다. 또한분산전원이확대되면전력관련인프라구축비용을크게줄일수있다. 우리나라와같이전력에대한수요가지속적으로증가하는경우안정적인전력공급을위해서는첨두부하 (peak load) 를충족하기에충분한발전용량을확보하고이를원활하게공급할수있는전력망을구축하는것이불가피하다. 이때문에매년막대한비용을발전소및전력망건설에투자하고있으며, 기존설비의유지, 보수에도적지않은비용이소요된다. 이에반해분산전원의보급이확대되면대형발전소를신규로건설할필요성이줄어들고, 장거리송전을위한전력망투자도줄일수있다. 추가적으로분산전원은에너지안보측면에서도큰장점을가진다. 전쟁이발발하거나테러로인해대형발전소가공격받게되면그피해는엄청나다. 대형발전소의경우한도시전체의전력공급을담당하는경우도있는데, 그발전소가피해를입는다면도시전체가마비될수도있다. 이에반해분산전원은사고발생시에도피해지역이제한되어피해를최소화하고조기수습이가능해진다. 42 LG Business Insight 2009 7 8
일본은최근주택부문에탑러너 (Top Runner) 제도를도입하는방안을검토하고있다. 부지를정부로부터싸게매입하여친환경, 에너지제로주거단지로조성하였다. 먼저에너지효율성을높이기위해건물을남향으로배치하고 3중유리와 30cm 두께의슈퍼단열재를설치하였다. 굴뚝을특수제작하여실내환기및온도조절에활용하고, 태양광및산업폐기물을활용하여단지에필요한에너지를공급할수있도록하였다. 모든주택의지붕에태양광패널을설치하고단지내에있는열방합발전소에서산업폐기물인목재를소각하여열과전기를생산한다. 이와같이에너지효율을높이고신재생에너지를활용하는것에더하여빗물과오수를이용하는시스템과물절약변기, 에너지절감가전기기등을활용하고, 이동에따른에너지소비를줄이기위해재택근무를위한사무실, 공동차량제도및전기차활용등을지원하고있다. 그리고이러한주택단지를부자를위해공급하는것이아니라저소득층및소방관, 공무원, 경찰등이입주할수있도록임대및공동소유방식을채택하여사회계층간통합에도기여하는측면을보여주고있다. 유럽이제로에너지빌딩에있어가장앞서가고있지만, 일본의노력도무시할수없다. 일본은최근국토교통성에서주택부문에탑러너 (Top Runner) 제도를도입하는방안을검토하고있다. 탑러너제도는전기제품등의에너지절약기준을설정할때현재상품화되어있는제품중가장우수한것을탑러너로정하고, 그수치를기준으로향후예상되는기 술혁신정도를추가해수년후의기준을설정하는규제방법이다. 일본은 1998년자원에너지청에서이제도를도입하여자동차, 에어컨, TV, 냉장고등 20개이상품목의기준을설정하였으며, 관련제품의발전에큰역할을한것으로평가받고있다. 따라서주택부문에도이제도를도입한다면에너지효율개선에큰도움이될것으로예상된다. 이미일본은 2008년 6월 G8 정상회담에서제로에미션하우스 (Zero Emission House) 를공개한바있다. 건설업체인세키수이 (Sekisui House) 를비롯하여마쯔시다 (Matsushita), 샤프 (Sharp) 등일본을대표하는 41개의건축, 전자업체가참여하여태양광발전, 진공단열재, 가정용연료전지, LED 조명등총 43개의첨단기술을선보임으로써일본의앞서가는친환경기술력을자랑했다. < 그림 5> 일본의제로에미션하우스 지붕녹화태양광발전진공단열재고효율급탕기풍력발전전기자동차가정용연료전지친환경시멘트진공단열유리 LG Business Insight 2009 7 8 43
구글은 2006 년본사에태양광발전시스템을설치함으로써전체전기사용량의 30~40% 를충당하고있다. 태양광발전시스템이설치된구글본사전경 미국의경우지금까지는유럽이나일본에비해에너지, 환경문제에뒤쳐져있었던것이사실이다. 그러나오바마정부가들어서면서에너지독립에대한관심이고조되고있으며, 2020년에는제로에너지하우스를달성하겠다는목표를제시하고있다. 미국정부의노력과는별개로첨단 IT기업인구글등기업들의관심도높아지고있다. 구글은 2006년마운틴뷰에있는본사에태양광발전시스템을설치함으로써전체전기사용량의 30~40% 를충당하고있다. 총 9,200 개가넘은패널을통해시간당 1.6MW, 하루총 10MWh에달하는전기를생산하고있다. 이는캘리포니아에거주하는 1,000 여가구가하루에소비하는전기량과맞먹는다. 또한태양광패널중약 3,000 여개를주차장에설치하여직원들의차에무 상으로에너지를제공하고있다. 직원들이전기차를구입할경우 50% 의자금도지원해준다. 또한금년 2월 10일에는가전제품의소비전력량을표시하는웹어플리케이션인 파워미터서비스 의시험판을발표한바있다. 이는가정의전력소비량을전력회사에분단위로통지하는스마트미터 (Smart Meter) 를이용하는것으로미래가정에너지정보관리서비스까지진출하고자하는구글의노력을엿볼수있다. 우리나라도적극적인관심필요지금까지제로에너지빌딩의개념및주요선진국과기업들의노력에대해알아보았다. 앞에서살펴본바와같이전체에너지의 36% 를차지하는생활공간의에너지소비를줄이고, 신재생에너지를통해제로에너지라는목표를달성하는것은저탄소녹색성장에있어매우중요한분야중하나다. 물론아직제로에너지빌딩이현실화되었다기보다는주요선진국의중장기목표속에존재하고, 시범단지설치수준에머무르고있는것이현실이다. 그러나기술적으로는큰장벽이없기때문에이미개발되어있는기술을어떻게활용하고개선할지가과제다. 유럽의경우제로에너지빌딩실현에대한구체적인목표년도 44 LG Business Insight 2009 7 8
우리나라도종합적인시각에서의그린홈정책을통해제로에너지빌딩시대를앞당겨야할것이다. 를제시하여소비자와관련기업의변화를촉구하고있다. 아직시장초기단계임을감안, 정부가나서서규제와지원을통해보급을확대하고있으며, 이를통해시장을키우고규모의경제를통한가격하락을유도하고있다. 최근우리나라도이러한추세에발맞춰그린홈사업을적극추진하고있다. 그런데시작단계부터부처간업무중복과접근방식의차이로그개념과목표가분명하지않다는문제점이지적되고있다. 지식경제부는 그린홈 100만호보급사업 을통해태양광과태양열, 지열, 연료전지등신재생에너지를활용하는주택 100만호를 2020년까지조성하겠다고발표한반면, 국토해양부는 그린홈 200만호건설사업 을통해 2018년까지단열, 태양광창호등친환경건축자재를활용한에너지절약형주택 100만채를신축하고, 기존주택중 100 만채를개 보수하겠다고발표했다. 그린홈이라는명칭은동일하지만접근방식에는차이가있는것이다. 지식경제부의경우신재생에너지를보급하는데중심이있는반면, 국토해양부는건자재를비롯한건설쪽에초점이맞춰져있다. 이러한차이점이발생한원인에는여러가지가있을수있다. 저탄소녹색성장을위한각부처의노력은적극적인반면, 부처간업무를조정할기구가부족한것이한원인이다. 또한그린홈에대한보다종합적인시각도요구된다. 앞에서언급한바와같이주택이나빌딩의에너지문제를해결하기위해서는에너지 효율성제고및신재생에너지를통한에너지공급이필요하다. 그리고더나아가제로에너지빌딩을실현하기위해서는전력망과의연계도고려해야한다. 단열등에너지효율성이확보되지않은건물에신재생에너지설비를설치하는것은새는독에물붓기와같으며, 에너지절약만을강조해신재생에너지에대한중요성을간과한다면미래의성장동력을잃는잘못을범할수있다. 또한에너지저장설비가미비한상태에서전력망과의연계가부족하면신재생에너지를통해공급되는에너지의활용에한계가있을수밖에없다. 우리나라는이미하이브리드자동차를개발했고, 화학이나철강산업과같은에너지다소비업종의에너지절약노력도지속되고있다. 이제는에너지소비에서가장큰비중을차지하는주택과빌딩에도더욱관심을기울여야할시점이다. 주택과빌딩같은건물은한번지으면최소 20~30년간은쉽게바꿀수없다. 석유가전혀나지않는우리의현실을고려할때건물의에너지소비를줄이고, 더나아가제로에너지화를달성하는것은더이상미룰수없는중요한과제다. 이제종합적인주택관련에너지정책의시각에서그린홈정책을추진하고, 나아가제로에너지빌딩이라는목표에대해서도적극적인관심을기울여야한다. 앞으로 10년후쯤에는우리나라에서도전혀전기세를신경쓰지않는제로에너지주택, 제로에너지빌딩이곳곳에건설되어있는모습을기대해본다. www.lgeri.com LG Business Insight 2009 7 8 45