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2022년 08월 18일 (목)
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[수열에너지로 탄소중립 완성을] (2) 해외 사례-캐나다 토론토

깊은 호수물 냉기 활용해 도시 식힌다

  • 기사입력 : 2022-06-29 22:16:38
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  • “지금 인터뷰 하고 있는 이곳 냉방도 온타리오 호수물 냉기로 하는 걸요”

    앤웨이브(ENWAVE社) 에이미 제이콥스(Amy Jacobs) 영업관리 담당 상무가 별일 아닌 듯 이야기한다. 그도 그럴 것이 캐나다에서 가장 큰 도시, 인구 300만의 토론토는 지난 2004년 여름부터 농구경기장인 스코샤뱅크 아레나를 비롯해 토론토 시청사, 리츠칼튼 호텔, 토론토 종합병원 등 100여개가 넘는 주요 건물들의 냉방을 온타리오 호수를 이용한 수열에너지로 하고 있다. 면적 1만8960㎢, 경상남도(1만540㎢) 1.7배 정도 되는 넓이를 자랑하는 이 바다 같은 호수는 어떻게 도시의 열을 잠재울까.


    ◇심층호소수 냉방시스템(DLWC)

    온타리오 호수물(호소수)을 끌어다 사용하는 이 시스템은 심층호소수 냉방(Deep Lake Water Cooling, 이하 DLWC)이라 불린다. 냉방 용량이 7만5000RT로 수열에너지로 세계 최대 규모인 DLWC 사업은 도시를 재개발하는 과정에서 토론토지역난방공사(현 앤웨이브社)가 토론토시 지원을 받아 1971년부터 가동된 온타리오 정수장을 활용한 냉방사업을 추진하면서 비롯됐다. 1997년 체계적인 환경영향평가를 거쳐 2002년 공사에 착공했다.

    이들은 설비를 건설하는 동안 호수 생태계에 미치는 영향을 최소화하기 위해 섬세한 노력을 기울였다. 물고기 산란기에는 프로젝트를 중단했고, 민감한 생물들을 방해하지 않도록 수중 카메라를 설치해 수중생물들을 면밀히 모니터링했다. 2004년 여름, DLWC을 이용한 냉방 공급을 시작했고 이 시스템 덕분에 토론토시는 매년 9만㎿(메가와트) 전기를 절약하고 있다. DLWC는 18년간 식수 사고없이 안전하게 운영되면서 기존 냉방 설비와 비교했을 때 90% 정도 에너지를 절감하는 효과를 내며 이산화탄소 배출량을 7만9000여t 줄이고 있다.


    ◇심층호소수 냉방(DLWC) 과정

    도시 남쪽으로 온타리오 호수 5.6㎞지점, 수중 83m 아래 수온은 연중 평균 4℃씨를 유지한다. 차갑고 밀도가 높으며 바닥으로 가라앉아 수열에너지 활용에 이상적인 물을 세 개의 파이프로 끌어다 토론토섬 정수처리장에서 여과한 뒤 터널을 통해 에너지변환센터로 흘려보낸다. 이동하느라 수온이 약간 올라 4.4℃가 된 정수는 열교환센터에서 열교환을 한다. 정수에서 뽑아낸 차가운 호수물의 냉기를 도시 내부 순환 파이프물로 전달해 건물들을 식히는 데 쓰이게끔 하고, 정수는 도시 내부 순환 파이프물로부터 빌딩을 식히고 난 더운 기운을 전달받아 4.4℃에서 12.2℃로 온도가 오른 상태에서 식수로 공급된다. 정수를 거친 호소수와 열교환을 위해 도시 내부와 건물을 계속 순환하는 두 물은 각기 다른 배관에 있어 섞이거나 서로 닿지 않은 채 열교환을 한다.

    DLWC 시스템 도입을 위한 착공 당시 온타리오 호수 바닥에 가라앉을 파이프를 설치하는 모습
    DLWC 시스템 도입을 위한 착공 당시 온타리오 호수 바닥에 가라앉을 파이프를 설치하는 모습
    4번째 취수구 확장 프로젝트를 위해 항구 아래 건설 중인 터널. /ENWAVE/
    4번째 취수구 확장 프로젝트를 위해 항구 아래 건설 중인 터널. /ENWAVE/

    ◇DLWC 장점

    DLWC와 같은 수열에너지를 사용하더라도 실내 냉방 설비는 기존 에어컨과 똑같은 외형을 하고 있다. 다만 외부 설비에서 차이를 확인할 수 있다. DLWC는 기존 냉방 설비에서 필수적이었던 환경오염을 야기시키는 냉매와 열을 뿜어내는 냉각탑이 필요 없어 도시 열섬현상을 줄이는 데 기여한다. 오존층을 파괴하는 것으로 밝혀진 표준 에어컨 시스템의 일반적 냉매인 염화불화탄소(CFC) 약 4만5000㎏를 줄일 수 있고 냉각탑을 대체함으로써 7000t의 수자원을 절약할 수 있기 때문이다. 기후변화에 따라 기존 에어컨 판매 증가로 더 많은 냉각탑 열이 도시열섬 현상을 낳고, 다시 기후변화를 재촉하는 악순환을 끊어내는 데 도움을 준다. 또한 도시 전체의 전력 부하 부담도 낮출 수 있으며 DLWC 시스템으로 냉방을 하는 빌딩들은 지속적으로 공급되는 호수물을 활용한 에너지를 사용하기 때문에 기존 화석연료 에너지가격 변동위험으로부터 비교적 자유로워 전력 요금 상승 우려가 적다.

    토론토시 수자원 관리부장인 윌리엄 페르난데스(Willam Fernandes)씨는 “DLWC의 성공적인 결과로 다른 지방 자치 단체에서 시스템 적용 관련 문의를 해오는 경우가 늘고 있다”며 “DLWC뿐 아니라 폐수 활용에 대한 관심도 뚜렷이 증가하고 있다”고 말했다.

    오는 7월 세계적인 인기가수 두아 리파(Dua Lipa) 콘서트가 예정된 이곳은 2만여명을 수용할 수 있는 스코샤 뱅크 아레나(Scotia Bank Arena)다. 미국프로농구(NBA) 토론토 랩터스, 북미아이스하키리그(NHL) 토론토 메이플리프스의 홈경기장이기도 하다. 관중, 관객들의 열기를 필수적으로 식혀야 하는 이곳도 온타리오 호수의 냉기를 이용한 수열에너지로 냉방한다.
    오는 7월 세계적인 인기가수 두아 리파(Dua Lipa) 콘서트가 예정된 이곳은 2만여명을 수용할 수 있는 스코샤 뱅크 아레나(Scotia Bank Arena)다. 미국프로농구(NBA) 토론토 랩터스, 북미아이스하키리그(NHL) 토론토 메이플리프스의 홈경기장이기도 하다. 관중, 관객들의 열기를 필수적으로 식혀야 하는 이곳도 온타리오 호수의 냉기를 이용한 수열에너지로 냉방한다.

    ◇DLWC 확장

    평균 기온의 상승과 데이터 센터나 병원 등 한겨울에도 냉방이 필요한 건물들이 늘어나면서 토론토시는 향후 몇 년 내로 냉방 수요가 35% 증가할 것이라 예상했다. 또한 토론토의 기후변화 행동 전략은 2020년까지 온실 가스(GHG) 배출량을 30%, 2030년까지 65% 줄이는 것을 목표로 하는데 빌딩에서 내뿜는 온실가스가 토론토시 전체 온실가스 배출량의 절반 이상을 차지했기에 재생가능한 냉난방 시스템 확대가 필수적이었다.

    토론토시와 앤웨이브사 등은 논의 후 1억 캐나다달러(한화 약 1000억원) 규모의 DLWC 시설 확장을 결정했다. 환경영향평가 등을 거쳐 DLWC 착공 20주년을 맞는 지난 2021년부터 취수량을 늘려줄 4번째 파이프를 증설하고 있으며 정수장을 통과하지 않고 호소수를 바로 시내로 잇는 새로운 터널을 뚫고 있다. 2024년 예정대로 완공이 될 경우 냉방 가능 용량이 2만6000t 늘어나게 돼 40~50개 건물에 냉방을 추가 공급할 수 있을 것으로 예상한다. 기존에는 도시 내부 순환 파이프물은 폐회로 형태로 갇혀 순환했지만 확장 이후에는 호소수 원수를 냉방에 활용한 뒤 호수에 되돌려보내는 경로도 마련할 계획이다. 열교환에 쓰인 호소수를 다시 호수로 보낼 때 호수 환경에 영향을 미치지 않도록 적정한 온도를 설정한다는 방침이다.


    단순히 호소수 공급량이 크게 늘어나는 것 이외에도, 이번 확장 사업은 정수 과정을 거치지 않고 심층원수를 그대로 공급받을 수 있는 라인을 확충해 운영 상의 유연성을 확보했다는 것에 의미가 있다. 건설 중인 4번째 취수구와 새로운 터널은 식수와 결부되지 않는 만큼 이 회사가 직접 제어하고 사용할 수 있는 원수를 활용해 다른 지역 빌딩이나 지역 단위 에너지 시스템에 다양한 수열에너지 시스템을 적용해볼 수도 있게 된다. 또한 도시내부 순환 파이프물 공급이 중단되는 등의 비상 사태가 발생해도 DLWC 시스템으로 냉방 공급을 받는 고객 빌딩에 계속해서 냉방을 공급할 수 있는 예비 방안을 마련하게 된다.

    앤웨이브(ENWAVE) 에이미 제이콥스(Amy Jacobs) 상무는 “기존 DLWC 시스템에 문제가 생기거나 할 때 대처할 수 있는 회복력이 커지는 일이다”며 “확장된 시설들은 기존 시설보다 활용도가 더 높을 것으로 기대하고 있다”고 밝혔다.

    ☞ RT·냉동톤이란= 0℃물 1t을 24시간 내 0℃ 얼음으로 만드는 데 필요한 열량. 1RT는 28㎡, 약 8평 방에 1시간 동안 에어컨을 틀 수 있는 에너지양


    [인터뷰] 에이미 제이콥스 앤웨이브 상무

    “수열에너지, 탄소중립에 적합한 대안… 세계 최초 도심 대형 우물로 열 배터리 활용”

    에이미 제이콥스 앤웨이브 상무
    에이미 제이콥스 앤웨이브 상무

    -기후위기 가중된 상황에서 탄소중립에 기여하고 있는 소감은.

    △탄소 배출량이 많은 시스템으로 발전한 전력사용을 줄임으로써 얻을 수 있는 효과가 큰데, 개별 빌딩이 따로 설비하지 않고, 시스템을 지역 단위로 연결하면서 90% 이상 전력을 아낄 수 있어 DLWC과 같은 수열에너지는 탄소중립에 가장 적합한 선택지라고 본다.

    개인적으로도 환경에 도움이 될 수 있어 뿌듯하고, 매년 사람들이 점점 기후위기에 관심을 갖는 방향으로 나아가고 있어 좋게 생각하고 있다.

    -DLWC 시스템 기술에 대한 관심이 늘고 있나.

    △잠재고객인 다른 지자체 혹은 연방정부 등이 방문하기도 하고, 6월 초에는 국제적 에너지 관련기구인 IDEA(지역단위 에너지협회) 2022년 컨퍼런스가 열리는 동안 전 세계 50여명이 넘는 에너지 사업 관계자들의 종일 견학이 예정돼 있다. 호수로 보트를 타고 나가 거대한 터널 공사를 직접 보는 등 이번 확장을 체험할 수 있는 기회다. 수열, 지열에너지 활용이 늘어날 것으로 예상되면서 이번 컨퍼런스 말고도 코로나 동안 열지 못했던 견학 요청이 쇄도하는 등 관심이 증가하고 있음을 몸소 느낀다.

    -수열을 이용한 또다른 프로젝트도 있을까.

    △토론토 도심 한가운데서 매우 깊고 큰 구멍을 파낸 ‘더웰(THE WELL : 우물)’ 프로젝트가 있다. 300만 평방피트(약 843만평) 규모의 상업 판매, 주거공간(2000세대) 개발 프로젝트로 800만ℓ 규모의 탱크를 빌딩 지하주차장 7층(약 45m) 아래 묻어서 이 우물물을 열 배터리로 활용한다. DLWC 시스템에서 냉각수가 우물로 유입돼 차가워지면 밤새 전력 수요가 낮을 때 그 냉기를 저장하고 낮시간 때에 에너지로 쓰이게끔 하는 구조다.

    토론토 도심 한가운데 구멍을 파낸 ‘더웰(THE WELL : 우물)’.
    토론토 도심 한가운데 구멍을 파낸 ‘더웰(THE WELL : 우물)’.

    이 시스템에선 난방도 가능하다. 축열 시스템은 여러 곳에서 진행 중이지만 이 같은 규모를, 도심 한가운데서 진행하는 것은 우리가 최초라 할 수 있다.

    이 같은 열 저장 시설, 지역 에너지 네트워크는 에너지 공급을 분산하고 전력망 부하를 줄이며, 지속가능한 에너지의 제공 기회를 늘려줄 것으로 기대한다.

    글·사진=이슬기 기자

    ※이 기사는 지역신문발전위원회 지원을 받았습니다.

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