1. 머리말 : 신재생에너지의 배경과 가까운 미래

1.1 파리협정 및 “Fit for 55”의 영향

전력을 생산할 때 이산화탄소를 배출하지 않는 태양광발전, 풍력발전 등의 변동성 신재생에너지(VRE, Variable Renewable Energy)가 보급되면서 발전량의 변동 폭이 커 제어하기 힘든 신재생에너지 유래 전력 활용방법이 매우 중요한 과제로 떠오르고 있다. 일본은 2012년 7월부터 ‘전기사업자에 의한 신재생에너지 전기 조달에 관한 특별조치법(FIT법)’ 등의 경제적 인센티브도 부여되고 있어 크게 확산됐다. 그리고 파리협정의 2℃ 시나리오(2DS : The 2℃ Scenario) 실현, ESG나 SDGs 투자 등의 영향도 크다. 파리협정(Well Below 2℃)의 온실가스 배출 감축 목표로 인해 세계 각국에서 사업자의 Supply Chain 배출량을 가시화하려는 움직임이 활발해지고 있어 SBT(Science Based Targets)의 필요성이 높아지고 있다. 이러한 영향으로 예를 들면 JEPX (Japan Electric Power Exchange, 일본도매전력거래소)의 비(非)화석연료증서에 대한 도호쿠전력(주)의 거래량이 2018년에는 400만 kWh였으나 2020년에는 200억 kWh로 2년 동안에 500배로 약진했다. 게다가 PPA(Power Purchase Agreement, 전력판매계약) 모델은 보조사업 금액이 많아 성행하고 있다. 

2019년 7월에는 Ursula Gertrud von der Leyen

(우르줄라 폰 데어 라이엔, 독일)이 유럽연합(EU)의 집행기관·유럽위원회(EC) 위원장에 취임하면 2050년까지 유럽의 온실가스 배출 제로와, 2030년의 온실효과가스 감축 목표를 1990년 대비 40%에서 50%~55%로 끌어올리겠다는 유럽 그린딜(Euro-pean Green Deal)을 내걸었다. 이 정책의 패키지로는 “Fit for 55”가 있다. 이에 호응해 2020년 1월 유럽위원회는 유럽 그린딜 투자계획[The European Green Deal Investment Plan, 별칭 : 지속 가능한 유럽 투자계획(The Sustainable Europe Inves-tment Plan)]을 발표했다. 향후 10년간 유럽투자은행을 주축으로 민관이 힘을 합쳐 최소 1조 유로의 투자를 동원하기로 했다.

1.2  VPP에 의한 섹터 커플링 “Power to Heat”

날씨에만 의존해 안정적이지 않은 VRE의 잉여분을 축전하면 좋지만 도입비용이 큰 데다 수명도 길지 않은 단점이 있다. 최근에는 기술 확립으로 도입비용이 보다 저렴하고 수명이 긴 히트펌프에 의한 급탕의 저탕(貯湯)이라든가 냉난방, 가열·냉각 등의 축열에는 이점이 있다. 신재생에너지 관련 기술·산업이 앞선 독일은 섹터 커플링 개념이 “Power to Heat”, “Power to Gas”의 방향으로 나아가고 있다(Power : 전력, Gas : ≒수소). 특히 연중 내내 에너지 부하가 있는 저탕조 내장 중앙식 급탕 시스템 등의 건축설비 분야에서는 신재생에너지가 이용·활용되고 있다. 과거에는 급탕이나 욕조 승온(昇溫) 등의 가열에 잘 사용하지 않았던 히트펌프를 이용한다든가 배기열·잉여열·태양열 등에 의한 Free Heating 조합 가열 시스템 도입이 증가하고 있다.

건축설비 분야에서도 열원을 전기로 바꾸는 추세다. 특히 변동하는 전력공급을 효율적으로 활용하는 Smart Grid나 Demand Response, VPP(Virtual Power Plant, 가상 발전소) 등의 기술과 히트펌프 운전·저탕 예측제어 융합기술을 적용해 연중 내내 열부하가 있는 숙박시설, 의료시설, 사회복지시설, 스포츠시설 등의 급탕, 욕조, 온수풀, 가스 기화 등의 열원으로 이용하는 사례에 주목하고 있다.

한편 건축설비 분야에는 배기열·잉여열·태양열·히트펌프 등을 조합한 다(多)열원도 이용되고 있어 크로스 커넥션이나 급탕의 ‘재사용 금지’에 저촉되는 시스템 도입에 대한 우려를 떨쳐낼 수 없다.

1.3  갈라파고스화 하고 있는 일본의 신재생에너지

 현재 일본의 신재생에너지 정책이나 방향성은 유럽의 입장에서 보면 갈라파고스화 하고 있다. 일본은 신재생에너지의 거의가 신재생에너지 전력에 치우쳐 있다. 게다가 일본은 히트펌프를 이용하는 가운데 탈탄소·탈화석 연료효과가 높은 신재생에너지 열들 중에서 지중열 이용도 진척되지 않고 있다. 이를 배경으로 법령상 정의가 애매모호하다는 지적이 있다. 게다가 일본은 신재생에너지 열 도입에 대한 목표도 없다. 한편 유럽은 ‘신재생에너지 지령 REDⅡ (2018/2001/EU)’에서 히트펌프 이용을 포함한 태양열이나 지중열 등의 신재생에너지 열에 대해 정의하고 있다. 또한 신재생에너지 열의 이용을, EU 지령에 의거해 각 나라마다 책정하는 국가신재생에너지 행동계획에 따른 도입 목표를 명확하게 정하고 있다.

국제신재생에너지기구(IRENA)와 국제에너지기구(IEA) 등의 ‘Renewable Energy Policies in a Time of Transition : Heating and Cooling(이행(移行)기의 신재생에너지 정책 : 가온·냉각)’ 중에서 가온·냉각은 전 세계 에너지 소비량의 거의 절반을 차지하고 가온·냉각의 대부분이 화석연료에 의존하고 있어 온실가스 배출과 대기오염으로 이어진다고 기록돼 있는데 일본은 이 점에 대해서도 반영하고 있지 않다. 또한 신재생에너지 전력시스템의 유연성 향상이라든가 가온·냉각의 전기화(히트펌프 활용), 저온 태양열, 지열·지중열, 기타 신재생에너지 열의 열원을 통합해 지역의 열 공급(온냉열)을 개선하는 것에 대해서도 구체화 돼 있지 않다.

1.4  에너지 안전 보장으로서 VRE의 유효 활용

러시아와 우크라이나의 전쟁으로 인해 전 세계의 에너지 사정이 불확실해졌다. 과거에 전 세계는 두 차례 오일쇼크에 빠졌었다. 현재 석유 공급뿐만 아니라 LNG도 정체되는 리스크를 떠안고 있다. 일본은 1차 에너지의 약 40%가 석유이고 석유의 86%를 중동에 의존하고 있어 취약한 상태다. 에너지 안전보장 입장에서 보더라도 VRE의 보급과 유효 활용이 매우 중요하다.

경제·경영 측면에서도 VRE를 이용하면 화석연료 비용 급등이라든가 인프라 비용 급등의 리스크를 피할 수 있다는 점에서 장기적으로 전력비용 절감을 도모할 수 있을 것이다. 앞에서 말한 바와 같이 에너지원을 정세가 불안정한 중동지역의 석유에 의존하고 있는 취약성으로부터 가급적 피하는 것이 중요하다. 

21세기로 넘어가면서 중국, 인도 등 신흥국의 석유 수요가 증가하고 단기적인 가격 변동에 착안한 투기자금이 대거 유입되면서 원유가격이 요동칠 위험도 커지고 있다.

등유나 중유 등 화석연료를 취사 열원으로 하던 것을 VRE를 사용해 히트펌프의 열원으로 삼는다면 화석연료 등을 수입하기 위해 해외로 빠져나가는 돈을 국내로 환류하게 될 것이다.

1.5  재생에너지 열 이용 확대에 따른 식수 안전위생 확보에 대한 우려

에너지 안전보장 관점에서도 VRE로 히트펌프를 가동시켜 섹터 커플링의 하나인 “Power to Heat” 방향으로 나아갈 것으로 예상된다. 그러나 지금까지 신재생에너지 열을 사용한 시스템 중에는 식수를 오염시키는 시스템도 있으므로 주의한다.

2. 식수 배관설비와 공조 배관설비의 직접 연결로 인한 수질사고

2.1  크로스 커넥션의 자리매김 

본지 2022년 11월호 특집 3에 게재된 아사미 마리 저자 ‘대학병원의 오(誤)배관으로 인한 유아 환자 집단 발생’에 대하여 건축설비 측으로 해설한다.

건축기준법에 의한 건축기준법 시행령(1956년 정령 제338호) 제129조 2의 4 제2항에서는 이른바 크로스 커넥션을 금지하고 있다. ‘건축물에 설치하는 식수 배관설비(수도법 제3조 제9항에 규정된 급수장치에 해당하는 배관설비는 제외한다)의 설치 및 구조는 앞항 규정에 의하는 것 외에도 다음에서 정하는 바에 의해야 한다.’로 돼 있고, 제1호에서 ‘식수 배관설비(이것과 급수계통을 같이 하는 배관설비를 포함한다. 제1호부터 제3호까지 동일함.)와 기타 배관설비는 직접 연결하지 않는다.’고 했다.

건축기준법 시행령의 해설서로 자리매김하고 있는 

‘급배수설비 기술기준 동 해설 2006년판’에서 ‘직접 연결하지 않는다.’라는 말의 의미는 단순히 유체역학적으로 간접적임을 요구하는 것이 아니라 물의 역류에 충분히 조치하라는 것이다. 그리고 ‘역지밸브는 밸브좌(valve seat)에 이물질이 끼어들어갈 가능성이 있어 크로스 커넥션 상태에서 발생하는 역류를 방지할 수 없다’라고도 기록돼 있다.

<그림 1>은 집합주택 8층 거주자의 수도꼭지에서 욕조의 잔탕(remaining bath water)이 유출되는 문제가 발생한 사례의 개요도이다. 

정전으로 수수조의 양수펌프가 정지되면서 관내가 부압이 됨에 따라 6층 거주자의 순환식 자동 욕조형 Bath Heater의 욕조 잔탕(입욕제 사용)이 역류해 수직관 안에까지 도달했다. 복전(復電) 되면서 맨 처음 수도꼭지를 연 8층 거주자의 급수전에서 유출됐다. 역지밸브와 진공 브레이커(vacuum breaker) 등 5개의 역류방지 장치가 설치돼 있었지만 모두 작동하지 않았다. 이 급탕기는 제3자 인증기관의 인증을 받은 제품이다.

수도법 제16조에서 ‘수도사업자는 해당 수도로 물을 공급받는 자 급수장치의 구조 및 재질이 정령으로 정하는 기준에 적합하지 않을 때는 공급규정이 정하는 바에 따라 공급받는 자의 급수계약 신청을 거부 또는 급수장치가 그 기준에 적합하게 조치될 때까지 공급받는 자의 급수를 정지할 수 있다.’고 규정하고 있다. 이에 따라 수도법 시행령(1956년 정령 제336호) 제5조 ‘수도법 제16조 규정에 의한 급수장치의 구조 및 재질은 다음과 같이 한다.’로서 제6조에 ‘해당 급수장치 이외의 수관 및 기타 설비에 직접 연결돼 있지 않을 것’으로 정하고 있어 크로스 커넥션을 금지하고 있다.  

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전체 기사는 2022년 11월호 ‘월간 설비기술’에 게재되어 있습니다.(월간지 구입문의(02)2633-4995)

본 원고는 일본공업출판주식회사 발행하는 ‘建築設備と配管工事’잡지에서 발췌하여 번역한 것입니다.

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