설비기술 기자 | 등록 2026.03.05 11:05
1. 수열시스템 과거 : 탄생 이전
수열에너지는 하천수, 상수도, 정수장 방류수 등
수자원의 비교적 안정적인 온도 특성을 활용하여
건물 냉난방에 적용하는 열원 활용 기술이다.
기술적으로는 수원(水源)의 열을 열교환기를 통해 회수한 후
히트펌프 시스템과 결합하여 냉난방을 수행하는 방식으로,
해외에서는 River Water Cooling, Seawater District Cooling,
Aquifer Thermal Energy Storage 등의 형태로 이미 상용화되어 있었다.
그러나 국내에서는 2010년대 중반까지 수열에너지가
제도적으로 명확한「신재생에너지」범주에 포함되지 않았으며,
기술적 가능성은 존재했으나 정책적 · 제도적 기반이 충분히 마련되지 않은 상태였다.
이러한 상황에서 국내 수열 도입의 전환점이 된 사례가
잠실 제2롯데월드(현 롯데월드타워) 프로젝트이다.
당시 초고층 건축물에 대한 서울시의 신재생에너지 의무비율은
일반 건축물보다 강화된 수준이었으며,
대형 복합건축물인 롯데월드타워에서 해당 기준을 충족하기 위해서는
기존 지열, 태양광, 연료전지 등의 신재생에너지로는 한계가 있었다.
도심 초고층 건축물의 경우 서울시 건축 조례에 의거하여
신재생 에너지 의무 사용 비중이 3% 이상으로 규정되어 있었으나,
2008년 제2롯데월드(현 롯데월드타워)는 심의 단계에서
랜드마크로서의 상징성과 모범적 선례 구축을 요구받으며
해당 기준의 두 배인 6%로 상향 조정되었다.
이를 만족하고자 설치할 수 있는 모든 신재생에너지
(지열, 태양광, 풍력, 연료전지, 폐열회수 등)를 사용했으나
서울시 기준을 충족하지 못하였으며 이에 대한 대안으로
서울시 기준을 만족시킬 수 있는 새로운 신재생에너지인 수열시스템을
그 당시 지식경제부(현재 산업통상자원부)와 함께 검토하기 시작하였다.
당시 신재생에너지 담당은 현재의 산업통상자원부였으며,
수자원을 관리하는 공사는 환경부 산하의 기관으로 있어 많은 어려움이 있었으나
2011년 2월 25일에 롯데 및 수자원공사 양사의 대표가
롯데월드타워 바로 앞을 지나는 광역상수망을 이용한
수열에너지 3,000USRt(전체 냉방부하의 10% 전후)를
설치하는 것으로 계약서를 체결하였다.
계약의 주요 내용은 수자원공사에서 원수를 1일 5만톤을 공급하는 것과
롯데에서는 이를 이용하면서 설치비 및 운영비를
연간 일정 금액 수자원공사에 지불하는 것으로 되어 있다.
이것이 국내 최초로 상업건물에 설치된 수열에너지 시스템이며
그 이전에 설치된 것은 모두 연구 및 과제를 위한
시범 적용 사업이나 연구과제에 의해 설치된 시스템이 전부였다.
이는 단순한 건물 설비 검토를 넘어, 국가 수자원 인프라를
에너지 열원으로 활용할 수 있는지 여부를 검증하는
초기 단계의 시범사업 성격을 지니고 있었다.
롯데월드타워에 설치된 수열시스템은 산업부에서는 최종적으로
신재생에너지 인증을 받지 못했으나 서울시에서는 수열시스템을
신재생에너지 사용으로 대체 인증을 받아 건축심의를 마칠 수 있었다.
신재생에너지를 인증받지 못한 가장 큰 이유는
수열에너지 히트펌프에 대한 인증기준이 없어서
성적서 발행이 불가능했기 때문으로 알고 있다.
롯데월드타워 수열 시스템은 국내 최초의 광역수열원 적용 사례로서,
대규모 초고층 건물에 수열을 부분 열원으로 도입함으로써 기술적 실현 가능성을 확인하였다.
또한 롯데에 설치된 수열에너지 시스템의 도입으로
건물 냉난방 에너지 사용량 및 비용의 절감 효과를 얻었고
수축열시스템을 국내 최초로 도입하면서
운전비를 타 시스템 대비 60% 이상의 절감 효과를 누릴 수 있었다.
기존 지열시스템에 한정이 되어 있던 건물 냉난방 신재생에너지를
수열에너지로 확대 가능성을 확인한 매우 의미있는 설치 사례이다.
현재 롯데월드타워 내 설치된 다양한 신재생 에너지원 중,
실질적으로 가장 높은 에너지 생산 기여도와 최장 가동 시간을 기록하며
핵심 열원 역할을 수행하고 있는 시스템이 바로 수열 에너지다.
다만, 당시에는 신재생에너지로서의 수열에너지 법적 지위가 명확하지 않았고,
요금체계 · 사용료 산정 · 수질 영향 등에 대한 제도적 기준 또한
체계적으로 확립되지 않은 상황에서의 설치 가동으로
초기에 많은 문제점이 도출된 것도 사실이다.
가장 큰 문제는 원수온도가 기존 설계시 조사한 것보다 낮아
겨울철 히트펌프 가동이 매우 어려운 것과
여름철 장마기간에 건물로 유입되는 한강의 이물질의 양이
초기 검토한 것보다 다양하게 많은 양이 들어와 시스템 가동에 영향을 받은 것이다.
추후 이러한 문제점은 산업부와 환경부의 과제를 통해
해결하고자 하는 정부의 노력이 있었다.
롯데월드타워의 수열에너지 시스템은 법 · 제도적으로 명확한
신재생에너지 지위를 확보하지 못한 과도기적 기술이며,
정책 확산보다는 개별 사례 중심의 기술 검증 단계의 프로젝트 였다.
그럼에도 불구하고 롯데월드타워 프로젝트는 한국수자원공사의
수열에너지가 제도권으로 편입되는 데 있어 중요한 선행 사례로 작용하였다.
이들 사례는 기술적 안전성, 경제성, 운영 가능성에 대한
실증 데이터를 축적하였으며, 이후 탄소중립 정책과
제로에너지빌딩 확대 정책과 결합되면서
수열에너지의 정책적 위상을 강화하는 기반이 되었다.
2. 수열시스템의 과거 : 태동기 (국내 수열에너지 도입 및 확산 과정 : 2012 ~ 2019)
국내 수열에너지 도입은 단일 프로젝트의 성공 이후 곧바로 확산된 것이 아니라,
약 10여 년간 기술 검증과 공공 실증을 거치며 점진적으로 확대된 과정을 보였다.
롯데월드타워 사례 이후 수열은 즉각적으로 민간 확산으로 이어지지 않았으며,
한국수자원공사 주관으로 실증사업이 확대 수행되었다.
한국수자원공사는 정수장 방류수, 댐 방류수, 원수 관로 등을 활용한
수열 적용 가능성을 다각도로 검토하였다.
일부 정수장 및 공공시설을 대상으로 추진된
수열 기반 냉난방 시스템의 시범 적용은
방대한 기술적 데이터를 축적하는 계기가 되었으며,
이러한 실증 데이터는 2019년 수열 시스템이
신재생 에너지 범주로 법적 편입되는 데 결정적인 밑거름이 되었다.
2010년대 후반에 들어서면서 건물부문의 에너지효율 강화 정책과
제로에너지빌딩(ZEB) 제도가 도입되었다.
이에 따라 히트펌프 기반 열원 시스템에 대한 관심이 증가하였고,
수열은 지열과 유사한 고효율 열원으로 재검토되기 시작하였다.
기존 국토부 산하의 한국수자원공사가 환경부산하로 편입이 되면서
수열에너지의 활성화가 새로운 흐름을 맞이하게 되는 계기가 되었다.
환경부 산하로 편입되면서 수열시스템은 제도적 지위에 대한 논의 본격화,
정수장 · 하수처리장 방류수 활용 사례 증가,
일부 공공청사 및 연구시설에서 부분 적용, 보조금 및 지원사업 대상 여부 등
다양한 가능성 등 많은 실증 및 연구결과를 바탕으로 신재생에너지로 편입되었다.
2019년 수열 에너지가 제도권 내 신재생 에너지 범주에 포함됨에 따라,
국내 수열 분야는 비로소 ‘개별 프로젝트 중심의 적용 단계’를 넘어
‘정책 기반의 확산 단계’로 진입하였다.
이를 기점으로 연구개발(R&D) 과제와 실질적인 설치 사례가
동시다발적으로 확대되는 양상을 보였으며,
2019년 이후 국내 수열 시스템 시장은
유례없는 급격한 변화와 성장의 시기를 맞이하게 되었다.
2019년 이전 정부에서는 우선 수열시스템의 기술확보에 힘을 쓰는 모습을 보였다.
이와 보조를 같이 하면서 산업부에서는 주로
‘미활용 에너지’를 어떻게 하면 대규모 건축물이나 산업 현장에
효율적으로 적용할 것인가에 대한 원천 기술 확보가 주를 이루었다.
해수 온도차 및 지표수 활용 기술 개발 (2010년대 초반) :
하천수가 신재생에너지로 인정받기 전, 산업부는 상대적으로
법적 지위가 명확했던 해수(海水)를 중심으로 수열원 활용 기술을 연구했다.
특히 해안가 인근 대형 플랜트나 건축물에 적용할 수 있는
대용량 해수 열교환기 및 부식 방지 기술 개발에 상당한 예산을 투입했다.
지하수 및 하수 처리수 연계 하이브리드 과제 :
하천수 대신 상수도나 지하수, 하수 처리수를 열원으로 활용하는 소규모 실증 과제들이 수행되었다.
이 시기 과제들은 단일 수열원보다는 지열이나 태양열과 결합된
‘하이브리드 시스템’을 통해 전체 에너지 효율을 극대화하는
제어 알고리즘 개발에 집중되었으나 신재생에너지 규정에 의해 실제 현장에 적용되지 못했다.
에너지 자립형 건축물 및 마이크로그리드 연계 연구 :
스마트 시티의 초기 모델로서 건축물의 에너지 자립률을 높이기 위한 방안 중 하나로
수열원을 포함한 미활용 에너지 네트워크 구성 연구가 진행되었다.
이 시기 환경부와 수자원공사는 하천수가 신재생에너지에 포함되지 않았던
법적 한계를 극복하기 위해, 광역상수도 원수나 댐 용수를 활용한
실증 사업을 통해 데이터베이스를 구축하는 데 집중했다.
또한 수자원공사가 환경부 산하로 편입이 된 2018년 이전에는
수자원공사의 주관으로 수열에너지 시스템의 연구실증이 진행되었다.
강원도 춘천지구에는 산업부와 수자원공사 공동으로
춘천지역에 소양강댐의 저층수를 활용하는 산업단지를
조성하는 모델을 구상하기 시작했으며,
당시에는 ‘미활용 에너지’를 통한 탄소 중립 및 지역 재생의 관점에서 접근하였다.
이는 현재의 강원 수열에너지 클러스터 사업의 기술적 모태가 되었다.
수자원공사는 관리 중인 정수장이나 댐 부대 시설에
소규모 수열 히트펌프를 설치하여 직접 운영하며 데이터를 축적하여,
수열시스템에 대한 에너지 절약 및 신재생에너지 확대를 위한
기본 자료들이 만들어 졌으며, 실제 운전 시의
전력 절감 효과와 장비 유지관리 특성을 연구했다.
2018년 환경부 산하로 편입이 되면서 수자원공사의 연구기관을 통해
수열 시스템 가동 시 발생하는 방류수가
하천 생태계에 미치는 영향을 사전에 검토하는 연구가 진행되었다.
이는 향후 법 개정 시 환경적 정당성을 확보하기 위한
기초 자료로 활용되었으며, 환경부의 정책적 지침 아래
수자원공사가 직접 추진한 초기 실증 사례들은
국내 수열에너지 기술의 신뢰성을 검증하는 중요한 시험대가 되었다.
.
전체 기사는 2026년 3월호 ‘월간 설비기술’에 게재되어 있습니다.
(월간지 구입문의(02)2633-4995)
본사의 승인 없이 무단전제 및 복제를 금합니다.
