The Feasibility Analysis of Urban Unused Energy

네덜란드의 에너지업체인 Nuon은 암스테르담의 자위다스(Zuidas)에 지역냉방 시스템을 도입하기로 결정하고 스웨덴 업체(Capital cooling)와 계약을 2003년에 체결했다. ‘South Axis’라는 의미의 자위다스는 도심과 스키폴 공항 사이에 위치한 국제업무지구로, 네덜란드에서 현재 건물 밀도가 가장 높은 지역이다.⁶⁾ 특히 자위다스는 환경· 지속가능성· 삶의질에 중점을 두고 개발되었다는 점에서 의미가 있는 지역이다. 세부적으로는 전체 면적 2500만㎡ 중주택이 45%, 업무시설이 45%, 일반시설이 10%를 차지하고 있다.

자위다스의 지역냉방 시스템은 암스테르담 남서부에 위치한 인공호수(Nieuwe Meer)를 열원으로 사용하고 있다. 30m 깊이에서 펌프로 끌어올려진 저온수는 지역배관망의 온도를 낮추는 데 사용되며, 열을 흡수한 물은 다시 호수로 방류된다. 따라서 호수의 물이 건물에 직접 공급되는 것은 아니며, 냉각에 필요한 열만 흡수한 뒤 자연상태로 되돌아간다. 호수에서 유입되는 저온수는 온도가 5℃이며, 호수로 되돌아가는 물은 16℃이다.

그림 6.

자위다스의 호수열원 지역냉방 시스템

호수의 저온수를 이용해서 냉각된 물은 지역냉방 플랜트로부터 건물까지 배관망을 통해 공급된다. 건물로 공급된 냉각수는 실내 공기온도를 낮추는 데 사용된다. 배관망 중에서 가장 넓은 관의 지름은 700mm이며, 길이는 5.5km이다. 자위다스 지역냉방 시스템의 용량은 60MW로, 2012년까지 최대 냉방수요 76MW를 충당할 수 있도록 설계되었다. 지역냉방에서는 고객들에게 충분한 냉방 서비스를 보장해주는 것이 중요하기 때문에 자위다스 시스템은 50MW의 일반 냉각기를 추가로 설치해서 호수의 온도가 높을 때에도 냉방을 지속적으로 공급할 수 있도록 대비하고 있다.⁷⁾

그림 7.

자위다스의 지역냉방 배관망

자위다스 지역은 고밀도로 개발되었기 때문에 공공설비에 대한 접근성과 충분한 냉방용량의 확보가 중요한 지역이다. 그렇지만 중심도로인 Mahlerlaan의 지하공간은 당시 모든 공공설비들을 수용하기에 너무 좁다는 문제가 있었다. 이 문제를 해결하기 위해 시 당국은 공공설비터널(public utility tunnel)을 건설하기로 결정했다. 공공설비터널 계획의 주요 원칙은 모든 공공설비들을 전부 수용할 수 있어야 한다는 것이었다. 결과적으로 지금은 지역냉난방을 포함한 전기· 가스· 물· 하수· 우수· 통신 등의 모든 설비들이 공공설비터널을 이용하고 있다(Taselaar, 2008). 이터널은 두 개의 통로로 나뉘어져 있으며, 케이블과 배관이 벽을 따라 층층이 쌓여져 있다. 각각의 통로는 케이블 및 배관의 유지· 보수뿐만 아니라 추가 설치가 가능하도록 설계되었다. 터널의 상단부는 1.2m 두께의 흙으로 덮여 있는데, 이는 터널위로 지하수가 흐르고, 나무가 자라기에 충분한 두께이다. Mahlerlaan의 모든 건물들은 공공설비터널을 이용할 수 있도록 지하주차장으로 직접 연결되는 인입관을 설치해놓고 있다.

터널 건설과 케이블· 배관 설치에 1년 5개월이 소요되었으며, 공사가 완료된 2005년 3월부터 운영에 들어갈 수 있었다. 공공설비터널 건설사업은 시당국이 비용을 지불하고, 터널개발의 총괄책임은 암스테르담 터널국이 담당하는 것으로 결정되었다. 터널 건설에 들어간 비용은 800만 유로였으며, 공기업이 부담하는 터널 사용료는 연간 10만 유로로 책정되었다. 이후 터널은 시당국이, 개별 설비는 공기업들이 관리하는 방식으로 운영되고 있다.⁸⁾

그림 8.

Mahlerlaan의 공공설비터널

그림 9.

공공설비터널의 구조

유럽의회는 「재생가능에너지의 이용촉진에 관한 지침」을 2008년에 채택함으로써 해수· 하천수· 하수 등의 수열원 에너지(hydro-thermal energy)를 재생가능에너지에 포함시키고 있다. 구체적으로는 “열펌프에 의해 생성된 지열 및 수열원의 열에너지는 난방과 냉방에 사용되는 재생 가능에너지에 포함해야 한다”고 명시되어져 있다. 마찬가지로 네덜란드에서도 지표수를 사용하는 열펌프에 한해서 재생가능에너지로 분류하고 있다(김시헌, 2010). 이처럼 유럽과 네덜란드에서 미활용에너지에 대한 지원이 확대되는 추세 덕분에 Nuon은 네덜란드 정부로부터 보조금을 받아서 지역냉방시스템을 건설할 수 있었다. 보조금은 90만 유로였으며, 투자금액은 2500만 유로였다.⁹⁾

이로써 자위다스의 지역냉방 시스템은 기존의 건물용 냉각장치와 쿨링타워를 대체할 수 있었다. 기존의 건물용 냉각기는 성능계수(COP)¹⁰⁾가 2.5로 효율이 낮은 편인데 반해, 호수의 저온수를 이용하는 지역냉방의 COP는 10으로 효율이 매우 높기 때문에 경제성을 확보할 수 있었다. 일반적으로 호수열을 이용하는 지역냉방 시스템은 냉각탑을 이용하는 수냉식 건물냉방 시스템에 비해 에너지 소비가 83% 절약되며, 공냉식 시스템에 비해서는 더 많은 에너지가 절약되는 것으로 알려져 있다(Zogg et al., 2008). 자위다스는 전력소비 절감 덕분에 온실가스 배출량도 75% 줄일 수 있었다. 암스테르담에서 지역냉방 서비스를 공급받는 대표적인 기업으로는 AMRO, KPN, Eurocenter가 있으며, 이들은 지금까지도 전체 지역냉방 서비스의1/3을 차지하는 주요 고객으로 자리잡고 있다. 특히 이들은 컴퓨터와 기계 사용으로 인해 열 배출이 많기 때문에 지역냉방이 특히 필요한 업체들이다.¹¹⁾

스웨덴의 수도인 스톡홀름의 지역냉난방과 전기· 가스공급은 ‘스톡홀름 에너지(Stockholm Energi)’라는 업체가 전담하고 있다. 스톡홀름 에너지는 1969년 Värtan Plant의 완공을 시작으로 40여년 동안 시내와 교외에 지역난방을 공급하고 있다. 현재 스톡홀름 주민의 60%가 지역난방을 공급받고 있으며, 특히 시내에서는 전체 주민의 90%가 지역난방을 이용하고 있는 실정이다. 천연가스가 공급되지 않았던 스톡홀름 시내에는 초기부터 석유나 석탄을 연소시켜서 전기와 열을 함께 공급하는 열병합 발전(CHP:Combined heat and power)이 지역난방 시스템으로 도입되었다. 그러다가 1970년대 석유파동 이후 유가 상승으로 인해 상대적으로 전기요금이 저렴해지면서 경쟁력을 갖게 된 열펌프가 점차 늘어나기 시작했다.¹²⁾

스톡홀름에서 지역난방에 사용되는 에너지원은 매우 다양하다. 에너지원의 35%는 석유· 석탄 같은 화석연료이고, 26%는 쓰레기· 우드칩· 바이오연료이다. 나머지 26%는 열펌프를 통해 공급되는 해수· 하수 같은 미활용 에너지이며, 열펌프에 공급되는 전기가 13%를 차지하고 있다. 이 중에서도 바이오연료와 해수, 하수는 자연에서 얻을 수 있는 에너지이기 때문에 스톡홀름 지역난방의 절반 이상을 재생가능에너지가 차지하고 있다.

지역난방을 통해 공급되는 열에너지는 3,400MW이다.¹³⁾전체 길이 765km의 배관망은 중심부· 서북부· 남부 권역으로 구분되며, 이 배관망을 통해서 공급되는 난방 에너지는5,700GWh이다. Värtan Plant에서 담당하는 중심부 권역에는 해수를 열원으로 작동하는 열펌프가 설치되어져 있어서 2,600GWh의 열량을 공급하고 있다. 서북부 권역은 Hammarby Plant와 Högdalen Plant에서 담당하며, 공급되는 열은 각각 800GWh와 1,200GWh이다. Hammarby Plant에는 하수를 열원으로 하는 열펌프가 설치되어 있고, Högdalen Plant는 생활쓰레기와 바이오연료를 열원으로 하는 보일러가 설치되어져 있다. 남부 권역은 Hässelby Plant에서 담당하며, 바이오 연료를 이용해서 1,100GWh의 열을 공급하고 있다.

1969년에 완공된 Värtan Plant는 스톡홀름에서 가장 큰 지역난방 시설이며, 완공 당시에는 석유 보일러를 통해서 데워진 물이 배관망으로 공급되는 방식이었다. 이후 지역난방에 대한 수요 증가로 인해 전기보일러와 CHP 등이 지속적으로 추가되었다. 1,2차 석유파동 이후 Värtan Plant에는 1985년부터 1986년까지 6개의 열펌프가 설치되었으며, 이는 당시 세계에서 가장 큰 규모의 열펌프 시설이었다. 열펌프는 석유 대신 전기를 사용할 뿐만 아니라 바닷물에 포함된 막대한 열에너지를 사용할 수 있다는 측면에서도 큰 장점을 갖고 있었다.

특히 스톡홀름은 스웨덴에서 가장 큰 Malaren호와 발틱해가 만나는 연안에 자리잡고 있기 때문에 해수를 냉방용으로도 사용하기에 적합한 조건을 갖추고 있다. 발틱해로 흘러들어가는 Malaren호의 담수는 바닷물 보다 밀도가 낮아서 해수의 상층부로 이동한다. 이렇게 생성된 표면 조류는 해수를 다시 끌어당기고, 이를 대체하기 위해 발틱해로 부터 스톡홀름으로 향하는 해저의 조류가 만들어지게 된다. 이 조류는 해저의 차가운 물을 지역냉방 시스템까지 운반하는 역할을 한다. 해저의 바닷물이 스톡홀름으로 이동하기까지는 3개월의 시간이 소요된다. 따라서 7월에 플랜트로 취수된 유입수는 인근 해역에서 4월에 출발한 물이다. 특히 4월은 얼음이 녹는 시절이기 때문에 물의 온도가 매우 낮아서 냉각용으로 활용하기에 적합하다(Fermbäck, 1995).

스톡홀름은 지역난방용으로 여름에는 수심 5m, 겨울에는 15m에서 따뜻한 물을 취수해서 사용한 뒤 다시 5m 깊이에서 방류하고 있다. 취수구와 방류구의 온도는 2℃ 정도의 차이가 있다. 해수를 활용할 경우 염분으로 인한 부식이 발생할 수 있기 때문에 스톡홀름에서는 금속이 아닌 목재 취수관을 사용하고 있다. 기본적인 난방수요는 열펌프가 담당하고 있으며, 수요가 최고치에 달하는 동절기에는 전기보일러와 석유보일러를 보조로 사용하고 있다(박준택, 2010).

스톡홀름 지역냉방 플랜트의 경우에도 난방용 열펌프가 설치되어 있는 Värtan Plant와 가까운 곳에 위치해 있다. 지역냉방 플랜트에는 해수를 열원으로 하는 25MW급 4개의 열펌프가 설치되어 있다. 수심 20m 깊이에 위치한 2개의 취수구를 통해 열펌프로 유입된 차가운 해수는 6개의 열교환판을 통과하는데, 열교환판도 부식을 방지하기 위해 티타늄으로 만들어졌다. 이렇게 만들어진 냉각수는 플랜트에서 지름 800mm, 길이 4km의 수송관을 통해 시내로 공급된다.

플랜트에서 6℃ 이하의 온도로 차갑게 공급되는 냉각수의 경우 냉방수요가 많을 때는 최고 16℃의 온도로 회수된다. 지역냉방으로 공급되는 냉각수의 온도는 최소한 6℃로 품질이 유지되어야 하며, 냉방부하가 큰 여름철에는 시스템의 성능을 높이기 위해 온도를 더 낮춰서 공급해야 한다. 그렇지만 가을에는 수면뿐만 아니라 해저의 저온수조차도 지역냉방을 충당할 만큼 차갑지 않은 상태가 된다. 따라서 Värtan Plant에 설치되어 있는 다른 열펌프를 통해서 부족한 냉방 에너지를 공급하게 된다. 지역난방용으로 설치된 이 열펌프들은 지역냉방 사업을 지탱하고 지역냉방 플랜트의 입지를 정하는 데 있어서 중요한 요소로 작용했다(Fermbäck, 1995).

스톡홀름 지역냉방 사업의 초기에는 기존의 시설물을 이용해서 냉방을 공급할 수 있는 다양한 방안들이 제시되었다. 첫 번째는 지역난방에서 사용되는 기존의 열펌프를 그대로 사용하자는 제안이었다. 그렇지만 냉방수요가 최고조에 달하는 여름에는 난방 부하가 너무 낮고, 반대로 난방수요가 최고조에 달하는 겨울에는 냉방 부하가 낮다는 문제가 있었다. 이는 열펌프가 냉방을 공급하는 과정에서 열이 발생하기 때문에 그만큼 효율이 떨어지고 생산비용이 증가한다는 것을 의미한다.

두 번째는 스톡홀름 지하의 차갑고 깨끗한 하수를 이용하자는 제안이었다. 이 아이디어는 냉각된 물을 지상으로 끌어올린 뒤 열교환기를 통과시켜서 지역냉방 배관망으로 공급하자는 제안이었다. 스톡홀름의 하수가 차가운 이유는 주변 도시에서 열펌프를 작동시키는데 사용되었던 물이기 때문이다. 그렇지만 하수의 온도가 일정하게 유지되지 않을 뿐만 아니라 주변 도시에서도 지역냉방 사업을 계획하고 있었기 때문에 실현될 수 없었다.

마지막 제안이 바닷물을 이용하는 지역냉방이었다. 도시 내에 이미 냉각 플랜트가 있기는 하지만, 물의 온도가 높을 때의 냉방 수요를 만족하기 위해 완전히 새로운 설비를 도입해야만 했었다. 결국 지역난방용 해수 열펌프가 설치되어 있는 Värtan Plant와 가까운 곳에 냉각 플랜트를 건설하는 것으로 결정되었다. 기존의 도시기반시설인 열펌프를 사용할 경우 투자비용이 줄어들 수 있었다. 그렇지만 지역난방용 플랜트가 스톡홀름에서 4km 떨어진 Värtan에 위치해 있기 때문에 도시 중심부까지 냉각수를 이동하기 위한 수송관이 필요했으며, 이에 대한 투자가 수반되어야 했었다. 다행히도 수송관은 기존의 지역난방용 암반터널에 추가로 설치될 수 있었기 때문에, 수송관을 위한 추가적인 비용이 절감될 수 있었다(Fermbäck, 1995).

스웨덴 정부는 1차 석유파동 이후 석유의존도를 줄이는 것을 에너지 정책의 목표로 설정했다. 한편으로는 이산화탄소 배출을 줄이기 위해 탄소세를 부과하기도 했는데, 1984년부터는 탄소· 유황· 질소산화물· 항공· 건전지· 살충제· 상업시설도 세금 부과대상에 포함되었다. 게다가 탄소세가 1996년부터 탄소 1톤당 370크로나¹⁴⁾로 증액되면서, 재생가능에너지는 이런 세금이 면제된다는 장점이 있었다. 1994년부터는 지역난방용 재생가능에너지에 대해 보조금이 지급되기 시작했으며, 당시 보조금은 MWh당 90크로 나였다. 한편, 스웨덴 정부는 1997년부터 원자력 발전의 단계적 폐지를 촉진시키기 위한 수단으로 재생가능에너지와 에너지 효율개선에 수십억 달러를 지원하기 시작했다. 이런 정책들을 추진한 덕분에 스웨덴의 석유의존도는 1970년 77%에서 2006년 30%로 줄어들었으며, 재생가능에너지 공급비율은 1994년 22%에서 2005년 29%로 높아질 수 있었다.¹⁵⁾

지역난방이 운영되자 지역냉방을 바로 도입해야 한다는 의견도 있었지만 스톡홀름 에너지는 지역냉방 사업에 바로 착수하지는 않았었다. 그렇지만 에어컨에서 사용되는 프레온 가스인 CFC와 HCFC의 사용을 제한하는 정책이 국내외적으로 수립되자 스톡홀름 에너지는 1993년부터 지역냉방 사업을 시작하게 되었다. 이후 1994년 7월에 투자가 최종적으로 결정되었으며, 1995년부터는 지역냉방이 공급될 수 있었다(Fermbäck, 1995).

지역난방이 화석연료 중심의 기존 난방시스템을 대체하면서 건물마다 설치되어 있던 굴뚝이 매년 200개씩 사라지기 시작했다. 덕분에 스톡홀름의 공기가 맑아질 수 있었다. 또한 스톡홀름 에너지의 플랜트에서 배출되던 질소산화물· 황산화물· 먼지도 온도차 에너지를 사용하면서부터 점차 줄어들게 되었다. 1988년부터 1994년 사이에 질소산화물은 50%, 황산화물은 66% 감소했으며, 먼지 배출량은 61톤에서 53톤으로 줄어들었다.¹⁶⁾

이후 컴퓨터 사용이 늘어나면서 여름철뿐만 아니라 거의 1년 내내 냉방이 필요하게 되었다. 늘어난 냉방수요를 전통적인 개별 에어컨으로 공급할 경우에는 지역냉방에 비해 5배나 많은 전기를 사용할 수밖에 없다. 따라서 스톡홀름에서는 지역냉방을 공급함으로써 전통적인 냉각방식에 비해 전력 소비를 80% 가량 감소시킬 수 있었다. 특히 여름철 전기 사용량이 최고일 때뿐만 아니라 겨울철 전기사용량이 최고일 때에도 지역냉방은 전기 소비와 전력 부하를 줄이는 이중 효과가 있다(Euroheat & Power, 2006).

한편 지역냉방은 CFC와 HCFC 배출을 60톤 이상 감소시키는 부수효과도 있었다. 온실가스 배출량 역시 전통적인 냉각방식에서 KWh당 280g이었던 것을 60g으로 줄일 수 있었다. 게다가 개별 냉방장치가 지역냉방으로 대체되면서 소음이 사라졌을 뿐만 아니라 건물내 가용면적이 늘어나면서 건물주의 경제적 이득이 늘어나게 되었다. 예를 들면 어떤 건물은 지역냉방을 공급받음으로써 옥상 위의 냉각탑을 제거하고 대신에 펜트하우스를 만들 수 있었다.

이처럼 스톡홀름의 지역냉방은 시장에서 경쟁력을 확보할 수 있었기 때문에 정부의 간섭이나 장기 계약으로부터 자유로울 수 있었다. 따라서 개별 소비자와의 계약은 탄력적인 다양한 방식으로 체결될 수 있었으며, 때로는 지역난방과 통합된 패키지 상품도 판매될 수 있었다. 특히 지역냉방 시스템은 유연하기 때문에 추가적인 설비 투자 없이도 냉방수요에 따라 공급량의 조절이 가능하다는 장점도 갖고 있었다.

동경의 하코자키(箱崎) 지구는 하천수를 열원으로 지역 냉난방을 공급하는 일본 최초의 지역이다. 하코자키 지구는 1982년 오가와바타(大川端) 재개발 구상에 포함된 지역으로 미쓰이(三井) 창고를 중심으로 하는 물류시설 용도전환계획의 일환이었으며, 하코자키 지구의 지역냉난방 사업은 동경도의 공해방지대책이 발효되면서 추진될 수 있었다. 주식회사 동경전력이 1987년 12월 21일 사업허가를 받아 1989년 4월 1일부터 난방을 공급하기 시작했다. 미쓰이창고 지하3층에 위치하고 있는 플랜트를 통해 공급되는 담당구역의 면적은 25.4ha이며, 업무용 빌딩 5채와 주택100호에 지역냉난방이 공급되고 있다. 하코자키의 지역난방 사업이 지향하는 기본원칙은 첫째 믿을 수 있는 냉난방 설비, 둘째 에너지 절약 성능이 뛰어난 고효율 설비, 셋째 대기오염물질을 배출하지 않고 폐열 발생이 적은 친환경 설비, 넷째 저렴한 심야전력을 이용하는 경제성이 높은 설비, 다섯째 플랜트를 집약시킴으로써 공간을 절약하는 설비, 여섯째 운전관리가 용이해서 인력감축이 가능한 설비였다(박준택, 2003b).

하코자키 지구의 지역냉난방은 스미다강(隅田川)의 하천수를 열원으로 사용하고 있다. 스미다강의 수온은 여름철 25℃, 겨울철 8℃로 연간 변동폭이 20℃ 전후이며, 월간 변동폭은 2℃ 정도이다. 스미다강에서 취수된 하천수는 여름철에 냉방용으로, 겨울철에 난방용으로 활용한 뒤 다시 스미다강으로 방류된다. 지역냉난방으로 활용된 뒤 하천으로 방류될 때 유입 온도와의 차이는 여름철 +5℃, 겨울철 -3℃이다. 취수구에서 열펌프까지의 배관길이는 120m이다. 하코자키 지구에서는 온도를 높이고 내릴 수 있는 3대의 열펌프를 사용해서 지역난방용으로 47℃의 온수를 공급하고, 지역냉방용으로는 7℃의 냉수를 공급하고 있다. 또한 주택용으로는 60℃의 급탕용 온수도 공급하고 있다.

하코자키 지구는 하천수의 온도차 에너지를 이용해서 지역냉난방 사업을 진행하기에 적합한 세 가지 조건을 갖추고 있다. 첫째, 도시지역이라는 특성으로 인해 냉방과 난방에 대한 수요의 밀도가 높다는 장점이 있다. 둘째, 다양한 용도의 건물이 혼재되어 있는 덕분에 열수요가 평준화되어 있어서 지역냉난방을 운영하기에 적합한 지역이다. 셋째, 계획적인 재개발 방식으로 진행되었기 때문에 건설공정과 열수요에 대한 계획이 명확하다는 측면에서도 하코자키 지구는 지역냉난방 사업을 시행하기에 유리한 조건을 갖추고 있었다.

「신에너지이용 등의 촉진에 관한 기본방침」에 따르면 열펌프를 이용해서 하천수· 해수· 하수 등의 물을 급탕· 난방· 냉방 등의 용도로 이용할 경우 일본은 이를 ‘온도차 에너지’로 분류해서 ‘신에너지’에 포함시키고 있다. 이와 더불어서 일본 정부는 「에너지사용의 합리화에 관한 법률」, 「공장에서 에너지의 사용합리화에 관한 사업자의판단 기준」, 「신에너지이용 등의 촉진에 관한 특별조치법 시행령」, 「지구온난화 대책추진 대강」등의 법령을 토대로 온도차에너지의 활용을 촉진시키고 있다. 특히 동경도의 경우에는 미활용 에너지 열원으로부터 1km 이내의 구역을 ‘미이용에너지활용 지역냉난방 촉진지구’로 지정해서 사업을 지원하고 있다(산업자원부, 2007).¹⁷⁾

구체적으로 일본에는 미활용 에너지의 보급을 확대하기 위한 지원정책들이 다양하게 마련되어져 있다. 통상산업성은 신에너지보급계획을 수립한 지방자치단체에게 ‘지역의 신에너지도입 촉진대책비 보조금’을 지급하고 있으며, 민간사업자에게도 ‘신에너지사업자 지원사업’을 통해서 사업비의 1/3 이내에서 보조금을 지급하고 있다. 그밖에도 ‘지역에너지 개발이용 촉진대책비 보조금’은 온도차에너지· 지열· 폐열· 폐기물 등의 신에너지사업을 추진하는 지방공공단체와 민간사업자에게 자금을 저리로 융자해주는 제도이다. 마찬가지로 건설성도 하수로부터 열을 흡수하는 시설에 대해 보조금을 지급하고 있다. 환경청의 경우에는 ‘지구온난화 대책 지역추진계획 모델사업’을 추진하는 지방공공단체에게 비용의 50% 이내에서 보조금을 지급하고 있다.

하코자키 지구에서 하천수를 냉난방으로 이용하기 위한 시설에 투자된 비용은 6억엔이다. 하천수 열원 지역냉난방 시설을 통해서 이 지역은 온실가스를 33%, 이산화질소를 35% 줄일 수 있었다. 마찬가지로 냉각용 압축기의 동력소비를 13% 줄일 수 있었으며, 보조 냉각기의 성능계수(COP)도 20% 향상시킬 수 있었다. 끝으로 지역 냉난방 설비의 수돗물 사용량도 줄일 수 있었다. 즉, 이전에 사용되었던 6,485㎡의 수돗물을 하천수로 대체함으로써 용수를 별도로 공급받을 필요가 없어지게 되었다.

노르웨이의 수도인 오슬로 교외에 자리잡은 산드비카(Sandvika)는 1980년대에 빠르게 성장한 지역이다. 전체면적은 30만㎡로, 업무시설, 주택, 오락시설 등이 위치해있다. 에너지업체인 배룸(Baerum)은 오슬로 에너지국의 지원을 받아서 하수열 지역냉난방 사업에 착수했다. 이후 배룸은 의회결정으로 산드비카 전지역의 지역냉난방 공급을 책임지게 되면서 다양한 에너지원의 가능성에 대해 연구하기 시작했다. 연구결과 냉난방을 함께 공급할 수 있는 열펌프를 사용하는 방안이 비용을 가장 저렴하게 줄일 수있다는 결론에 이르게 되었다. 이로 인해 1986년부터 시스템 설계에 들어가 1987년 3월에는 지역난방 플랜트, 5월에는 배관망 공사를 시작할 수 있었다. 이후 1988년 여름에 시험가동을 거쳐, 1989년부터는 지역냉난방을 공급할 수 있었다(박준택, 2007).

오슬로에서는 지역냉난방 열원으로 터널을 따라 흐르는 하수가 사용되고 있다. 오슬로의 주요 지점에 연결되어 있는 하수터널은 암반을 파서 만든 지하동굴의 내부에 있으며, 노르웨이에서 가장 큰 기반시설 가운데 하나이다. 하수터널의 옆에는 기계실이 위치해 있는데, 이곳에 2개의 열펌프가 설치되어 있다. 이 2개의 열펌프를 통해서 산드비카 냉난방 수요의 80%를 충당하고 있다. 오슬로의 경우에도 최대 냉난방 부하에 대응하기 위해 석유 보일러 3대로 구성된 기존의 난방 플랜트와 전통적인 냉각기가 지역냉난방 시스템에 비상용으로 운영되고 있다. 이들 보조 설비들은 지하동굴에서 멀지 않은 거리에 위치해 있다.

열펌프에 필요한 하수는 하수터널에서 취수된 뒤 2단계의 여과처리를 받는다. 이렇게 정제된 하수는 열교환기를 통과해서 에너지가 회수된 뒤 다시 하수터널로 방류된다. 지역난방 배관망의 길이는 10km이고, 지역냉방의 배관망은 4km에 달한다. 열펌프 2대의 난방용량은 13MW이고, 냉방용량은 9MW이다. 하수열을 이용한 지역난방 공급량은 연간 47GWh, 지역냉방 공급량은 11GWh이며, 전체 지역냉난방 공급량 가운데 52%를 하수열로 공급하고 있다(Friotherm, 2005).

그림 10.

산드비카의 하수열원 열펌프자료: Friotherm, 2005.

1848년부터 오슬로 시정부는 하수처리장을 도시 중심부에 건설했었다. 그렇지만 1973년 이후 시정부는 30km 떨어진 외곽 지역에 대규모 하수처리장을 건설하기로 결정했다. 따라서 하수터널이 인구밀집지역의 지하를 통과할 수 밖에 없었다. 현재 오슬로의 하수터널은 동부 Bekkelaget과 서부 VEAS라는 처리장으로 하수를 이송하는 역할을 맡고 있다. 오슬로의 경계로부터 VEAS 하수처리장까지 터널의 길이는 42.3km에 달한다. 하수터널의 부피는 345,000㎥이고, 평균 유속은 2.4㎥/s이다. 욕실· 화장실· 싱크대 등에서 배출되는 하수는 막대한 양의 에너지를 보유하고 있다. 오슬로에서 도로 표면을 거쳐서 하수터널로 유입되는 우수와 하수의 평균 온도는 9.6℃이다. 산드비카플랜트는 터널 옆에 위치하고 있으며, 이런 하수를 열원으로 활용해서 지역냉난방을 공급하고 있다(Friotherm, 2005).

과거 노르웨이는 수력이 너무나도 풍부해서 다른 재생가능에너지에 대한 관심이 부족했던 게 사실이다. 그렇지만 최근 들어 국제적으로는 기후변화 문제에 대한 관심이 높아지고 국내적으로도 에너지원의 안정적인 공급이 중요해지면서 관련 정책에 변화가 생기기 시작했다. 1990년대까지만 해도 재생가능에너지 지원사업은 노르웨이 에너지국이 담당했었다. 그렇지만 2000년대 들어서는 에노바(Enova)라는 전문조직이 재생가능에너지와 에너지 효율개선 사업에 대한 지원업무를 담당하고 있다. 지원금은 1990년대와 마찬가지로 공공요금의 수수료를 통해서 확보되고있다. 2007년부터는 수수료뿐만 아니라 신에너지 펀드도 지원금에 추가되었다.¹⁸⁾

노르웨이에서 열펌프는 1976년 연구개발사업을 통해 시작되었으며, 1980년대부터는 설비투자를 지원하는 방식으로 전환되었다. 1990년부터 열펌프에 대한 실질적인 지원이 이뤄지기 시작했지만 당시까지는 아직 시범사업에 불과했으며, 1992년부터 주거· 산업부문에서 열펌프 설비에 대한 40%의 보조금이 지급되면서 보급이 늘어나게 되었다. 2002년부터는 에노바가 열펌프를 포함함 대안적인 난방시스템에 자금을 지원하기 시작했다. 초기에는 대형 프로젝트를 중심으로 사업이 진행되었지만 2006년부터는 일반 가정의 대체 난방시스템 도입과 에너지 절약 사업에도 에노바의 지원이 이뤄질 수 있었다(Eikeland, 2006).

산드비카에서는 난방과 냉방을 동시에 공급할 수 있도록 배관망이 함께 연결되어 소비자들이 비용을 절감할 수 있었다. 특히 북부 지역의 특성을 고려해 겨울철에 얼어붙은 도로의 표면을 녹이는 데에도 지역난방이 활용되고 있다. 한편으로는 지역냉난방을 도입함으로써 이산화황이나 질소산화물 같은 대기오염물질도 줄어들게 되었다. 결과적으로 초기의 투자비용과 운영비용을 고려하더라도 하천수를 사용하는 것은 경제적인 측면에서 대단히 합리적인 선택일 수 있었다. 즉, 건물마다 냉각탑을 별도로 설치하는 것보다 지역난방과 지역냉방을 결합하는 방안이 훨씬 더 경제적인 것으로 나타났다. 엔지니어들은 산드비카 플랜트에서 생산된 냉각수와 동일한 양을 개별 냉방기로 생산하려면 10배나 많은 전기가 필요했을 것으로 추정하고 있다(Friotherm, 2005).