[영국] 버려지는 폐열을 활용하기 위한 노력


지구상에 있는 수 백만명의 사람들은 가정을 따뜻하게 유지하는데 있어 경제적 여력이 부족하다. 그렇지만 에너지 시스템에서 손실되는 열은 이러한 문제를 해결할 수 있는 해답이 될 수 있을 것으로 보인다.

가치있는 에너지가 열의 형태로 외부로 빠져나가는 것을 방지하기 위해서는 지금보다 더 많은 노력이 필요하다. 이는 단지 건물의 외풍을 막는 것만이 최선의 방법이 아니라는 것을 의미한다. 발전소는 냉각탑을 통해 대량의 에너지를 낭비하고 있다. 버려지는 에너지를 환산하면 영국 내 모든 가정에서 사용하는 에너지의 1/3에 해당한다. 영국의 산업계는 2백만 가구 이상에 난방을 제공할 수 있는 열을 잃어버리고 있다. 이 열을 저장하는 것은 재생가능 에너지(Renewable Energy) 관리에 도움을 주며, 비용 면에서 배터리를 이용하는 것보다 우수하다.

Buro Happold가 지난 2013년에 수행한 연구에 따르면 런던에 폐열을 이용하면 도시 전체에 충분한 난방에너지를 제공할 수 있는 것으로 나타났다. 여기서 필요한 것은 폐열원과 새로운 기반시설에서 필요로 하는 열 수요를 서로 연결하는 전략이다. 이와 관련한 이니셔티브가 현재 수행 중이며, 이들은 런던 지하철과 전력 네트워크 상의 변압기에서 발생하는 폐열을 활용하고자 한다.

스칸디나비아와 동유럽의 지역사회는 종종 열원을 공유하고 있다. 고객은 열 네트워크(Heat Network)에 연결되어 단열이 우수한 파이프를 통해 온수를 제공받을 수 있다. 각각의 건물에 보일러를 설치하는 대신 열 교환기를 이용한다. 열교환기는 지하에 매장된 파이프에서 난방시스템 내부로 열을 전달하도록 되어 있다. 폴란드 바르샤바의 경우 전쟁 후 재건시에 개인용 보일러들이 네트워크로 대체되어 지역 공해 절감에 큰 역할을 한 바 있다.

영국에서 셰필드(Sheffield)나 노팅엄과 같은 도시들은 폐기물 소각로에서 발생하는 열을 분배하기 위한 네트워크를 이용하는데 있어 개척자라 할 수 있다. 가정 폐기물을 소각하면 대량의 열이 생산되고 이 에너지를 연료 부족 및 탄소발자국(Carbon Footprint)을 해결하는데 활용할 수 있다. 셰필드는 이미 도시 중심에 50 km의 열파이프(Heat Pipe)를 갖고 있으며, 지역 폐목재를 이용하는 신규 발전소는 재생가능한 전기와 함께 열네트워크에 에너지를 공급하고 있다.

대부분의 산업공정은 필요한 시기에 열을 생산하기 어렵게 되어 있다. 그렇지만 열 네트워크에서는 단열성이 우수한 온수탱크를 이용하여 에너지를 며칠 동안 저장할 수 있다. 지하 깊은 곳의 시추공은 1년 내내 열을 저장할 수도 있을 것이다. 전체적으로 본다면 열의 형태로 저장된 에너지는 배터리에 저장되는 전기보다 비용면에서 우수하다고 할 수 있다.

에너지 저장은 셰필드가 산업 폐열을 이용하기 위한 계획 중 일부이지만 이에 대한 혜택 범위는 매우 넓다. 간헐성이 높은 재생가능 에너지가 그리드로 유입되는 양이 증가함에 따라 대규모 열저장은 전기 생산의 융통성을 제고할 것으로 기대된다. 재생가능 에너지에서 과잉의 에너지가 발생하면 이를 열로서 저장할 수 있다는 것이다.

영국에서 생산되는 에너지는 미국과 비슷한 수준인 44%가 열로 사용되고 있으며, 에너지 저장기능을 가진 열 네크워크는 국가 에너지 시스템을 보다 효율적이면서 지속가능하게 만드는데 중요한 역할을 할 것이다. 심지어 더운 기후를 가진 지역에서는 유사한 지역 냉방시스템 시장이 성장하고 있다.

에너지 정책과 관련된 사람들은 이제 막 어떻게 하면 열과 전기를 가장 최적으로 제공할 수 있는가에 대해 보다 전체적인 측면에서 생각하기 시작하였다. 보다 심도깊은 고민이 수반된 정책이 없다면 배출목표를 충족시키지 못할 정도의 많은 에너지가 난방에 사용될 것이다. 보다 효율적인 에너지 시스템은 직접적으로 전기사용자에게 요금을 낮추는데 기여하면서 동시에 탄소배출 및 공해문제를 절감할 수 있다.

[출처 = KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』/ 2015년 8월 26일]

 

We need to do more to prevent valuable energy being lost to the environment as heat. It's not just draughty buildings – power stations lose a vast amount of heat through their cooling towers or dumped into waterways, equivalent to a third of all home energy use, while UK industry wastes enough heat to warm more than two million households. Storing this heat can even help us manage renewable energy – at lower cost than batteries.

A 2013 study by Buro Happold showed that tapping into the waste heat rejected into London's environment could provide enough warmth for the whole city. What's needed is a strategy to "join the dots" between waste heat sources and demand for heat using new infrastructure. Early initiatives are currently underway, looking to capture waste heat from the London Underground and from transformers on the power network to heat homes.

In Scandinavia and Eastern Europe, communities often share their heat sources, with customers connected to a "heat network" carrying hot water in well-insulated pipes. Instead of having boilers in individual buildings, they have heat exchangers which pass heat from pipes buried under the street outside to heating systems inside. For example, in Warsaw individual boilers were replaced with a network during post-war reconstruction leading to big reductions in local air pollution.

In the UK, cities such as Sheffield and Nottingham have pioneered these networks to distribute heat from waste incinerators. Burning off household waste produces a lot of heat, and putting this energy to use helps the cities to tackle fuel poverty and reduce their carbon footprints. Sheffield already has 50km of heat pipes in its city centre, and a new power station fuelled with locally sourced waste wood will generate renewable electricity and also energy to feed into an extended heat network.

Industrial processes rarely produce heat at the right time to meet demand, but energy can be stored in these heat networks by using large, well-insulated hot water tanks that can hold the energy for several days. Boreholes deep underground could store heat between whole seasons. After all, energy stored as heat costs far less per unit than electricity stored in batteries.

Energy storage would be part of any plan for Sheffield to make use of industry's wasted heat, but the benefits could extend much wider than the city itself. As increasing amounts of intermittent renewable energy are fed into the national grid, large heat stores for power stations with a heat network allow for flexible electricity outputs. At times of excess electricity production from renewables, this energy could be taken from the grid and stored as heat.

Since heating uses up 44% of the UK's energy, and a similar amount in the US, heat networks with energy storage can play a major role in making national energy systems more efficient and sustainable. Even in warmer climates, there is a growing market for district cooling systems which operate on similar principles.

People working in energy policy are only just beginning to think in a more holistic way by considering how best to provide heat and electricity. So much energy is needed for heating that we won't meet our emissions targets without a joined-up policy. A more efficient energy system, where heat is valued, preserved and put to use, can lower people's bills while at the same time reducing carbon emissions and air pollution.

[원문출처 : http://phys.org/news/2015-08-opinion-underused-energy-sourcewasted.html]