1. 연구의 필요성 및 목적

■ 연구의 필요성

○ 전 세계적으로 탈탄소화 정책은 발전과 수송 부문을 중심으로 추진되어 오다가, 2016년 EU 열 전략이 발표되며 히트펌프를 핵심 수단으로 산업 부문과 건물 부문의 열에너지 소비의 탈탄소화가 중요 과제로 부각됨.

- IEA도 2022년 세계 최종에너지 소비의 절반 가까이가 열에너지 소비에 해당하며, 온실가스의 38%가 열에너지 소비로부터 발생한다고 분석함.

- 이와 같은 인식이 전 세계적으로 확산되고 열 소비를 탈탄소화하기 위한 정책들이 발굴 및 개발되며 히트펌프 기술이 재조명을 받기 시작함.

○ 이러한 국제적인 추세와 대조적으로 우리나라에서는 냉방용을 제외하면 현재 난방과 급탕 용도에서 히트펌프는 많이 활용되지 못하고 있음.

- 근본적으로 난방과 같은 열 소비에 대한 탈탄소화가 국내 탄소중립 정책에 서 아직 주목받지 못하고 있기 때문임.

■ 연구의 목적

○ 히트펌프의 국제적 시장 동향과 관련 정책을 분석하고, 한국에서의 난방 및 급탕용 히트펌프 보급의 장애요인을 파악하여 해결 방안을 제시하는 것을 목적으로 함.

2. 연구내용 및 주요 분석 결과

■ (제2장) 세계 히트펌프 시장 동향

○ 히트펌프는 외부 열원의 열에너지를 이용해 어떠한 열매체를 낮은 온도에서 높은 온도로 높이는 기술을 말하며, 작동 원리에 따라 압축식, 흡수식, 흡착식 등으로 분류되는 히트펌프 중 정책적으로 중요하게 다루어지는 압축식 히트펌프를 다룸.

- 히트펌프는 압축기와 열교환기로 구성되며, 압축기는 순환 과정에서 냉매를 압축 및 팽창시키고, 열교환기는 증발 및 팽창 과정에서 흡열 및 방열하는 역할을 함.

- 히트펌프는 에너지효율에 대한 성능을 나타내는 성능계수(Coefficiecnt of Performance, COP)가 얼마나 되느냐가 탈탄소화 기술로서 히트펌프의 가치를 판단하는 중요한 지표가 됨.

- 공기열을 열원으로 사용하는 가정용 히트펌프의 경우 COP 4 정도 나올 수 있으며, 산업체에서 발생하는 폐열을 열원으로 활용하는 대형 히트펌프는 COP가 8 정도까지 가능한 것으로 파악됨.

○ 2023년을 제외하면 최근 10년에 가까운 기간 동안 전 세계적으로 히프펌프의 연간 판매량을 빠르게 증가함.

- 2023년을 포함하더라도 미국의 히트펌프 판매량은 2014년 대비 54% 증가했으며, 유렵은 200% 이상 증가함.

- 미국도 2023년 전년 대비 17%의 판매량이 감소했으나, 다른 난방기기에 비해 판매량이 높은 것으로 나타남.

- 유럽도 2023년 전낸 대비 5% 감소했으나, 이는 국제 천연가스 가격이 하락하면서 전기요금이 상대적으로 비싸진 것과 EU의 히트펌프 지원책인 Heat Pump Action Plan의 수립이 지연되었기 때문으로 유추됨.

- 중국의 히트펌프 판매량은 최근까지 빠르게 증가함을 유추할 수 있음.

○ 공기열 히트펌프는 과거 공기-공기(Air-to-air) 히트펌프가 판매의 대부분이었다면, 최근에는 공기-물(Air-to-water) 히트펌프의 비중이 점차 증가하는 추세임.

- IEA에 따르면 2021년과 2022년에 세계 건물용 히트펌프 판매 증가율은 각각 13%와 11%를 기록했는데, 이 가운데 공기-물 히트펌프의 판매 증가율은 같은 기간 24%로 동일한 증가율을 기록함.

- 공기-공기 히트펌프와 공기-물 히트펌프의 판매 비중은 약 30:70 정도나 바닥 난방이 가능한 공기-물 히트펌프의 비중이 점차 확대됨.

■ (제3장) 주요국의 히트펌프 보급 정책

○ EU는 2021년 ‘Fit for 55’를 발표하여 신기후 체제를 공식화한 가운데 2022년 REPowerEU를 발표하며 4개의 핵심 정책과제를 발표함.

- REPowerEU의 핵심 과제 중 하나인 ‘청정에너지전환의 가속화’는 Fit for 55에서 요구하는 화석연료의 시장 퇴출 속도의 상향을 목표로 설정하고 이를 위한 구체적 실천 방안을 제시함.

- 이밖에 재생에너지 지침(EU Renewable Energy Directive)과 에너지 세제 (EU Energy Taxatiojno Directive)를 통해 회원국들에게 히트펌프를 보급할 수 있는 여건을 제공함.

○ 독일은 2030년까지 독일 내 히트펌프 6백만 대를 설치하겠다는 목표를 2022년 11월에 발표하였고, 이를 위해 2024년부터 히트펌프의 판매 대수를 연간 50만대 이상으로 확대하는 목표를 수립하여 국가에너지기후계획(NECP)에 반영함.

- 2020년 제정한 건물에너지법(GEG)를 통해 신도시와 구도시를 구분해 차별화된 탈탄소화 방안을 제시하며, 신규 개발 지역의 최소 65% 이상을 재생에너지를 사용하도록 의무화함.

○ 영국은 열·건물 전략(Heat and Building Strategy)을 2021년 수립하여 2030년 목표로서 1990년 대비 온실가스 배출을 68% 이상 감축할 것을 공식화함.

- 열·건물 전략에서 제시하는 25개의 정책목표 중 약 10개가 모두 히트펌프에 초점을 맞추고 있을 정도로 히트펌프를 건물 부문 탈탄소화의 가장 중요한 수단으로 고려함.

- 보일러 전환 지원 제도(BUS)를 통해 화석연료 난방기기를 히트펌프나 바이오매스 보일러로 교체할 때 소요되는 투자 비용 일부를 정보가 보조하여 화석연료 보일러의 시장 퇴출을 유도함.

○ 프랑스는 2023년 9월에 2027년까지 자국내 히트펌프 생산량을 현재의 3배 수준인 연간 1백만 대로 늘리고 설치 인력을 3만명 육성하겠다고 발표함.

- 2024년 갱신해 제출한 국가에너지기후계획(NECP)에 따르면 열 부문 재생에너지 비중 목표를 2030년과 2035년에 대해 각각 45%와 55%로 설정하여 2021년 대비 비중을 2배 이상 확대하는 목표를 제시함.

- 또한, Ma Prime Renov를 통해 노후 건물의 에너지효율 개선 투자에 금융지원을 제공할 때 히트펌프도 지원 대상에 포함시키고 소득에 따라 지원 비율을 차등함.

○ 미국 에너지부는 2021년 히트펌프를 포함한 청정 에너지기술 연구와 상용화를 가속화하는 방안으로 E3 이니셔티브를 출범하였고, 주택과 상업 건물에 사용하는 고효율 히트펌프 온수기의 상용화를 촉진함.

- 미국은 히트펌프 보급을 활성화하기 위해 세액공제를 하거나 리베이트 등을 지급하는 제도를 채택함.

- 이와 함께 연방 정부 차원에서 국방물자생산법에 근거해 히트펌프를 포함한 5개의 핵심 에너지기술의 자국 내 생산을 확대하기 위해 히트펌프 제조기업을 지원함.

○ 일본은 2021년 지구온난화대책계획에서 히트펌프 보급 목표를 명확히 밝히고, 가정용, 업무용, 산업용으로 구분해 목표를 설정함.

- 2020년 가정용 히트펌프 온수기는 약 746만 대에서 2030년 1,590만 대, 상업용 히트펌프 온수기는 약 5.5만 대에서 14만 대, 산업용 히트펌프는 약 168MW에서 1,673MW 규모로 확대할 목표를 설정함.

○ 중국은 2021년 ‘2030년이전탄소정점달성행동방안’을 발표하여 총 에너지소비에서 비화석연료 비중을 2025년 20%, 2035년 25%까지 확대하여 탄소배출의 정점에 도달하겠다는 목표를 제시함.

- 건물 난방의 청정에너지 사용을 촉진하기 위해 열병합발전과 산업 폐열, 원자력 난방, 바이오매스, 지열, 태양열과 함께, 히트펌프를 적극적으로 고려할 것임을 밝힘.

■ (제4장) 국내 히트펌프 시장 현황 및 장애 요인

○ 국내 히트펌프에 대한 정부 차원의 공식적인 판매나 보급 통계는 존재하지 않아, 한국냉동공조산업협회의 통계가 시장 상황을 가늠할 수 있는 현실적인 자료임.

- 2024년 에어컨을 포함한 국내 히트펌프 시장 규모는 약 28.9억 달러로 부문별로는 가정용 히트펌프 19.8억 달러, 상업용 히트펌프 6.7억 달러, 산업용 히트펌프가 2.6억 달러에 이를 전망임.

- 용량별로는 10kW 미만이 14.3억 달러, 10~20kW 규모가 8.9억 달러, 20~30kW 규모가 3.6억 달러, 30kW 초과가 2.1억 달러로 예상됨.

○ 국내 히트펌프와 관련한 법률은 ‘신에너지 및 재생에너지 개발·이용·보급촉진법’, ‘집단에너지사업법’, ‘에너지이용 합리화법’ 등이 있으며, 주로 설치비 보조형태의 지원사업이 주를 이루고 있음.

- 친환경에너지보급사업, 에너지효율향상 지원사업, 농업에너지이용효율화사업등을 통해 히트펌프 설치와 필요한 비용을 지원하고, 국고와 지방비, 융자, 자부담을 일정 비율로 조달함.

- K-water와 환경부가 협력하여 수열에너지 설비를 설치하는 민간사업자나 지자체에 설치비 절반을 지원함.

- 이는 해외의 보조금, 소득세 환급, 부가세 환급, 저리 대출 등 다양한 방식보다는 제한적인 형태의 지원이 이뤄지는 상황임.

○ 국내 히트펌프 보급 여건을 살펴볼 때 다음과 같은 장애요인이 존재하는 것을 분석됨.

- 첫째, 도시가스 보일러 대비 높은 초기 투자비용으로 인한 경제적 부담

- 둘째, 가스보일러보다 물리적으로 큰 설치 면적

- 셋째, 공동주택 건설사와 입주자 모두 히트펌프 난방시스템을 선호하도록 유인할 요인 부족

- 넷째, 히트펌프를 활용한 재생에너지 열원의 범위의 제한성

- 다섯째, 낮은 가스요금과 전기요금 누진제에 따른 높은 연료비 부담

- 끝으로 히트펌프의 품질 보증 및 KS 인증 기준의 미비가 지적됨.

■ (제5장) 소형 건물 난방 및 온수용 공기열 히트펌프 경제성 분석

○ 가스보일러와 가정용 공기열 히트펌프에 대한 열생산균등화비용(Levelized Cost of Heat, LCOH) 분석을 통해 히트펌프의 보급 가능성과 한계를 경제성 측면에서 살펴봄.

- 2023년 전국 평균 가구당 전력소비량과 도시가스 개별 난방용 소비량을 기초로 현행 전기요금과 도시가스 요금을 반영하여, 가스보일러와 공기열 히트펌프를 사용할 때 발생하는 연료비를 추정함.

- 히프펌프 사용 시 도시가스를 통해 난방한 열량만큼을 히트펌프로 대체하여 소비하는 것을 가정함.

- 공동주택 난방을 가정하여 히트펌프를 설치하는 경우(850만원)를 가정하였고, 별도의 축열조(550만원)는 설치하는 것을 고려하지 않음.

- KDI의 사회적 할인율(4.5%)를 적용하고 가스보일러의 수명은 10년, 히트펌프의 수명은 15년으로 가정하였으며, 별도의 성능저하율을 고려하지 않음.

- 도시가스 보일러의 효율은 보일러 평균(87%)과 콘덴싱 보일러(92%)의 두 가지를 가정하여 각각 분석함.

- 설치비 지원 50%와 70%, 전용요금제 120원/kWh(부가세 불포함)와 60원/kWh(부가세 포함)으로 구분하여 정책효과를 살펴봄.

- SCOP(Seasonal Coefficient of Performance)가 변화해도 히트펌프의 가격은 변하지 않는다는 가정 하에 SCOP 변화에 따른 히트펌프의 LCOH를 도출함.

○ 가스보일러와 히트펌프의 LCOH는 아래와 같이 추정됨.

- 가스보일러 LCOH: 38.13원/MJ(콘덴싱 전제), 40.32원/MJ(평균 전제)

- 콘덴싱 전제 히트펌프 LCOH: 67.91원/MJ(SCOP 3.0), 63.52원/MJ(SCOP 3.5), 60.03원/MJ(SCOP 4.0)

- 평균 전제 히트펌프 LCOH: 70.05원/MJ(SCOP 3.0), 65.37원/MJ(SCOP 3.5), 62.21원/MJ(SCOP 4.0)

- SCOP가 상승하여도 가스보일러보다 높은 수준의 LCOH가 추정됨.

○ 정책지원 방법에 따른 LCOH를 추정하였고, 정책적으로 의미있는 기준을 발견함.

- SCOP 3.0에서 SCOP 5.0까지 변화할 때, 설치비 지원이 가장 효과적으로 LCOH를 낮추는 정책 방안인 것을 확인함.

- 히트펌프 전용 요금제는 SCOP가 낮은 제품일 때 상대적으로 효과가 있는 것으로 분석되었으며, SCOP가 개선될 때는 LCOH 하락에 큰 효과가 없는 것으로 분석됨.

- 소비자가 히트펌프를 사용하기 위해서는 SCOP가 콘덴싱 전제 시 3.32, 보일러 평균 전제 시 3.14는 되어야 가스보일러와 동일한 수준의 연료비를 기록하여, 정책적으로도 지원 대상이 되는 히트펌프의 최소성능을 정하는데 있어 참고할 필요가 있음.

3. 결론 및 정책 시사점

■ 결론

○ 국내에서 히트펌프가 정부의 정책적 지원 없이 자연적으로 보급 확대되기란 매우 어려운 상황임.

- 우리나라의 주요 건물 난방 수단인 도시가스 보일러와 비교해 보면 고정비와 연료비에서 모두 경쟁력을 갖기 어려운 구조임.

- 공동주택이 일반화되어 있는 국내 주거 체계에서 건설사들이 자발적으로 도시가스 보일러를 히트펌프로 대체할 유인도 존재하지 않음.

○ 이러한 장애 요인들을 극복하고 우리나라에서 히트펌프 보급의 활성화를 기대하기 위해서는 정부의 적극적인 의지가 반드시 정책에 반영되어야 할 것임.

■ 정책 시사점

○ 국가적인 열에너지 탈탄소화 정책의 중요성과 히트펌프의 정책적 가치를 인식해야 하는 부분과 직접적인 지원을 위한 제도를 어떻게 설계할 것이냐로 구분할 수 있음.

○ 열에너지 탈탄소화의 중요성 및 히트펌프 가치에 대한 인식 제고가 시급히 필요함.

- 2021년 기준 우리나라의 최종에너지 소비 중 열에너지 소비를 목적으로 하는 에너지 비중은 약 48%이며, 이를 위해 투입되는 1차 에너지의 80%는 화석연료에 기반함.

- 유럽연합과 미국, 일본, 중국 등은 열에너지 탈탄소화를 위한 정책 수립과 추진에 적극적인 반면, 우리나라는 탄소중립 정책에서 열에너지에 대한 반영이 거의 이루어지지 않음.

- 히트펌프 보급을 통해 산업 부문과 건물 부문에서 어느 정도의 온실가스 감축이 가능한지를 체계적으로 평가해야 함.

○ 히트펌프 보급 로드맵 및 활성화 대책 수립을 통한 구체적 탄소중립을 위한 방안의 마련이 필요함.

- 히트펌프의 시기별 보급 목표를 건물과 산업 부문으로 구분해 히트펌프 방식별로 설정하는 것이 필요함.

- 히트펌프의 구매 및 설치 시 비용의 일부를 지원하는 보조금 프로그램이나구매 비용 일부를 세액에서 공제하는 세제 지원제도, 히트펌프 소비 전력에 대한 요금 할인 등의 구체적 방안 마련이 필요함.

- 공동주택 건설사나 입주자가 자발적으로 히트펌프를 설치할 유인의 마련이 필요함.

- 국내 히트펌프 제조산업을 육성하기 위해 국가적으로 히트펌프 기술과제를 발굴하고 민간 개발을 지원해야 함.

- 재생에너지로 인정받을 수 있는 히트펌프의 열원을 기존의 지열과 수열에서 공기열과 일부 폐열(하수열)로 확대하는 것이 필요함.

- 마지막으로 히트펌프의 성능 기준을 방식별로 구분해 인증하는 제도의 구축이 필요함.

요약 ⅶ

제1장 서론 1

1. 연구 배경 및 목적 1

제2장 세계 히트펌프 시장 동향 5

1. 히트펌프 기술의 개요 5

1.1. 작동 원리 5

1.2. 성능 8

2. 세계 히트펌프 시장 동향 9

2.1. 경제권역별 시장 동향 9

2.2. 히트펌프 방식별 시장 동향 12

제3장 해외 히트펌프 보급 관련 정책 동향 15

1. 유럽 15

1.1. EU 15

1.2. 독일 21

1.3. 영국 24

1.4. 프랑스 27

2. 미국 29

2.1. 히트펌프 보급 정책 29

2.2. 히트펌프 지원 제도 29

3. 일본 31

3.1. 히트펌프 보급 정책 및 목표 31

3.2. 히트펌프 지원 제도 32

4. 중국 33

4.1. 히트펌프 보급 정책 및 목표 33

4.2. 히트펌프 지원 제도 34

제4장 국내 히트펌프 시장 및 장애요인 분석 37

1. 국내 히트펌프 시장 동향 37

2. 국내 히트펌프 관련 정책 분석 및 장애요인 판별 43

2.1. 국내 히트펌프 관련 정책 43

2.2. 히트펌프 장애요인 판별 46

제5장 소형 건물 난방 및 온수용 공기열 히트펌프 경제성 분석 51

1. 균등화열생산비용 분석모형 51

2. 균등화열생산비용 분석 53

2.1. 데이터 설명 53

2.2. 분석을 위한 전제 57

3. 균등화열생산비용 분석 결과 59

3.1. SCOP 변화에 따른 균등화열생산비용 분석 결과 59

3.2. 정책 지원 및 SCOP 변화에 따른 균등화열생산비용 분석 결과 60

4. 소결 및 정책 시사점 66

4.1. 소결 66

4.2. 정책 시사점 66

제6장 결론 및 정책적 시사점 69

1. 결론 69

2. 정책적 시사점 70

2.1. 열에너지 탈탄소화의 중요성 및 히트펌프 가치에 대한 인식 제고 70

2.2. 히트펌프 보급 로드맵 및 활성화 대책 수립 71

참고문헌 73