정수경
(Sookyung Jeong)
1
김종현
(Jonghyun Kim)
2
김영일
(Young Il Kim)
3†
-
서울연구원 연구위원
(Research Fellow, The Seoul Institute, Seoul 06756, Korea)
-
한국폴리텍대학 서울정수캠퍼스 지능형에너지설비과 조교수
(Assistant Professor, Department of Intelligent Energy Facility, Seoul Jungsu Campus
of Korea Polytechnic, Seoul 0439, Korea)
-
서울과학기술대학교 건축학부 교수
(Professor, School of Architecture, Seoul National University of Science and Technology,
Seoul 01811, Korea)
Copyright © 2016, Society of Air-Conditioning and Refrigeration Engineers of Korea
키워드
에너지 효율 인센티브, 지열냉난방시스템, 열에너지정책, 재생열인센티브
Key words
Energy efficiency incentives, Geothermal heating and cooling systems, Heat energy policy, Renewable heat incentive
1. 서 론
기후변화로 인한 지구의 평균기온 상승을 억제시키기 위해 우리나라를 포함한 주요국들이 탄소중립을 선언하였다. 우리나라의 2030년 온실가스 감축 목표(NDC
상향안)는 2018년 직접배출량 727.6백만 톤 대비 40%를 감축하여 436.6백만 톤을 달성하는 것으로, 전환, 산업, 건물, 수송 등 부문별
감축과 함께 산림흡수원 및 국외감축 등의 방법을 추가적으로 활용하고자 한다. 건물 부문은 제로에너지건축 및 그린리모델링을 통한 에너지 효율향상, 고효율기기
보급 및 에너지 수요관리, 태양광․지열․수열 등의 청정에너지 보급 확대 등의 감축 수단으로 제시하였으며, 2018년 52.1 CO2eq.을 2030년까지
35.0 CO2eq.로 감축하는 것을 목표로 하고 있다.(1)
2022년 우리나라 가정 부문에서 가장 많이 소비된 에너지 상품은 도시가스로 49.4% 비중을 차지하고, 그 다음으로 전기 29.1%, 지역난방 10.1%,
석유 8.7%, 신재생에너지 1.9%, 석탄 0.8% 순이다.(2) 가정부문 에너지 소비에 가장 큰 영향을 미치는 것은 냉난방에너지이며, 에너지원을 전통에너지(도시가스, 에어컨 등)에서 지열냉난방시스템 등의 친환경에너지로
대체하여 온실가스 배출 감소에 직접적으로 기여할 수 있다.
지열을 활용한 냉난방 시스템은 지하에 설치된 지중열교환기를 통해 열에너지를 교환하고 지상에 설치된 히트펌프가 수송된 열에너지를 냉난방에너지로 전환하여
공급하는 기술로, 전통적인 화석연료를 대체할 수 있는 친환경적이고 효율이 높은 기술이다. 하지만, 높은 초기 설치비용과 운영비용이 시스템 보급 확대에
큰 장애물로 작용하고 있다.
우리나라는 전기에너지 대비 열에너지 관련 정책이 미흡하나, 최근 서울시에서 지열 보급 활성화 종합계획을 발표하면서 지열 보급 확대를 위한 초석을 다졌으며,
이는 국내 열에너지 보급의 마중물이 될 것으로 기대하고 있다.(3) 본 연구에서는 지열냉난방시스템 보급 관련된 정책 및 제도에 대해 검토하고, 효율적인 지열냉난방시스템의 운영비 보조 방안을 제안하고자 한다.
2. 연구방법
본 연구는 서울시의 지열 보급 활성화 종합계획을 기반으로 민간 부문의 지열 확산 유도를 위한 제도 검토 및 운영방안을 제안하였다. 서울시는 설치비,
운영비, 의무화 도입 등의 내용을 종합계획에 담았으나, 본 연구에서는 운영비 지원을 중점으로 분석하였다. 우선적으로 국내외 열에너지 정책 현황을 검토하였고,
운영비를 지원한 영국 사례를 상세 검토하여 더 효율적인 운영비 지원 방안을 제안하였다.
3. 국내외 열에너지 정책 현황
3.1 국외 열에너지 정책 현황
재생에너지 중 열 공급 비중을 확대하기 위한 정책은 독일의 재생열에너지 의무화 제도(RHO, Renewable Heat Obligation), 영국의
재생열 인센티브제도(RHI, Renewable Heat Incentive), 프랑스의 Heat Fund가 대표적이다(Table 1). 독일의 RHO제도는 50 m2 이상 신축 건물에 대해 의무화 대상으로 하며, 기존 건물에는 재생에너지 난방 설치 시 보조금 및 저리 융자를 제공하고 있다. 영국의 RHI제도는
전 세계에서 최초로 시작된 운영비 지원 제도로 바이오가스, 바이오매스, 태양열, 지열 등의 열원에 대해 분기별로 운영 보조금을 지원하여 보급 확대에
기여하였으나 2022년 3월부터 신규 신청을 받지 않고 있다. 영국은 RHI제도를 대체하는 제도로 2022년 4월부터 BUS(Boiler Upgrade
Scheme)을 통해 저탄소 난방 시스템 설치를 위한 보조금을 지원하고 있다. 프랑스의 Heat Fund는 2009년 시작된 설치 보조금 지원 사업으로,
바이오매스, 지열, 태양광, 폐열회수 등의 시스템 설치비를 보조하며, 2050 탄소중립을 목표로 현재까지도 활발하게 사업 지원 중에 있다. 또한,
프랑스는 신축건물에 재생열에너지를 사용해야 하는 기존보다 더 강력한 규제인 RE2020(Reglementation Environnementale 2020)을
2022년부터 시행한다. 우리나라는 2013년부터 2016년까지 독일의 RHO 제도를 벤치마킹한 신재생열에너지 공급의무화제도 도입을 검토하였으나,
신재생열에너지산업의 공급능력 등을 감안하여 시행시기 확정 등의 논의과정에서 무산되었다.(4)
또한, 최근 국제에너지기구(IEA)가 2025년 가스․석유보일러 퇴출을 권고함에 따라 독일, 영국, 프랑스 등 유럽 주요 국가에서 가스보일러의 신규설치를
금지하는 법안이 통과되면서 히트펌프의 사용 확대가 기대되면서 지열냉난방시스템 보급에 기여할 수 있을 것으로 예측하고 있다.(5)
Table 1 International thermal energy policies
|
Country
|
Scheme
|
Time of introduction
|
Content
|
|
Germany
|
RHO
|
2009
|
․ As a mandatory supply system, it requires regulated entities to cover a certain
percentage of their total heat production or supply with renewable heat sources, with
additional weighting assigned according to the type of renewable energy source.
․ Energy source : Solar thermal, biogas, biomass, geothermal, and unused heat
|
|
UK
|
RHI
|
2011
(terminated in 2023)
|
․ As a renewable heat operating cost support system, it provides subsidies for the
production costs of renewable energy heat production methods.
․ Energy source : Solar thermal, biogas, biomass, geothermal, etc.
|
|
France
|
Heat Fund
|
2009
|
․ The targeted sectors are collective housing, tertiary, agriculture and industry.
․ Energy source : biomass (forestry, agriculture, production and thermal recovery
of biogas, etc.), geothermal energy, heat pumps and solar thermal.
|
* Source: Official Energy-related websites for Germany, UK and France.
3.2 국내 열에너지 정책 현황
우리나라는 2017년 ‘재생에너지 3020 이행계획’을 통해 2030년까지 재생에너지 발전량 비중을 20%까지 늘리는 것을 목표로 제시하였고, 2018년부터
2030년까지의 신규설비 95% 이상을 태양광(63%), 풍력(34%) 등의 청정에너지로 공급할 계획을 담았다. 하지만, 본 계획은 전력에 집중되고
열생산 등은 포함되지 않아 열에너지 보급의 정책 지원에는 한계가 있다.
2019년 발표된 제3차 에너지기본계획에 열, 가스 등의 비전력 에너지 활용 확대를 위한 주요 과제로 미활용 열 사용 확대, 비전기식 냉방 확대,
LNG 냉열 활용 확대를 담고 있다. 이후, 관련 기본계획에 열에너지의 활용 확대 방안이 포함되었으며, 이러한 국내 열에너지 정책 현황을 Table 2에 요약하였다.
제5차 집단에너지 공급 기본계획에는 분산에너지 확산을 위해 4세대 지역난방시스템 구축 시 재생열에너지(지열, 태양열, 수열) 활용 확대 방안 검토
계획을 제안하였고, 제5차 신재생에너지 기본계획에도 비전력 신재생에너지원의 확산 기반 마련을 위해 신재생 열에너지 보급 활성화를 위한 제도 도입방안(대상범위,
인센티브 또는 의무화 등)을 마련하겠다고 하였으나 아직까지는 지지부진한 실정이다.
2022년 저탄소 녹색성장 기본법이 폐지되고 제정된 기후위기 대응을 위한 탄소중립․녹색성장 기본법에 따라 2023년 수립한 “탄소중립․녹색성장 국가전략
및 제1차 국가 기본계획”에는 청정에너지 전환을 위한 재생에너지 보급 기반 마련 등의 과제를 포함하고 있으나, 비전력에너지 관련 과제는 포함하고 있지
않다.
상기에 기술한 에너지 공급 및 소비 분야의 기본계획과 별개로, 제로에너지건축물 인증 의무화가 공공에서 민간으로 확대(2025년)되면서 재생열에너지의
보급 확산도 기대되고 있으나, 열에너지에 대한 정부의 제도적인 지원(보급사업, 인센티브 등)은 여전히 부족하다.(6)
Table 2 Basic plan for heat related issues in Korea
|
Basic plan
|
Time of announcement
|
Content
|
|
3rd Basic Energy Plan
(2019~2040)
|
2019.06
|
․ (Supply) Expansion of the utilization of non-electric energy, etc.
․ (Demand) Introduction of building energy efficiency evaluation system, strengthening
of building equipment standards, etc.
|
|
5th Basic Plan for District Heating Supply
(2019~2023)
|
2020.02
|
․ (Supply) Promotion of energy transition in the heat sector - Expansion of renewable
heat supply (geothermal, solar thermal, hydrothermal)
|
|
5th Basic Plan for Renewable Energy
(2020~2034)
|
2020.12
|
․ (Supply) Expansion of renewable heat energy utilization and supply, promotion of
balanced distribution of renewable energy between power and heat
|
|
1st Basic Plan for Carbon Neutrality and Green Growth (2023~2042)
|
2023.04
|
․ (Supply) Further expansion of clean energy
․ (Demand) Expansion of zero-energy buildings, promotion of the use of hydrothermal
energy for building heating and cooling
|
* Source : Website for Ministry of Trade, Industry and Energy (MOTIE).
서울시는 지열에너지 누적 1 GW 보급 달성을 위한 ‘서울시 지열 보급 활성화 종합계획’을 발표(2023년 11월)하였다. 이에 공공부문에서의 지열
보급 선도하기 위해 가락시장 등에 지열설비를 도입하여 지열 랜드마크를 조성하고, 민간부문의 지열 설치 확산을 유도하기 위해 서울형 지열 인센티브(설치비,
운영비)를 신설 등의 추진전략을 담았다.
지열냉난방시스템은 타 신재생에너지 대비 초기투자비가 높아 에너지원으로의 선택이 제한되고 있다. 따라서, 민간의 비용부담을 경감시키기 위해 설치비를
지원하는 시범사업 후 연차별로 지원금액을 지속적으로 확대하는 것을 계획 중에 있다. 또한, 소규모 설비의 민간건축물에 대해 지열 생산량에 비례하여
보조금을 지원하는 것을 계획하였다. 이를 위해, 열생산량 실측을 위한 열 운영 모니터링시스템(REMS)을 2024년 하반기까지 구축하고자 하며, 구체적인
운영비 지원 방안에 대해서는 공개되지 않았다.
3.3 영국의 재생열에너지 인센티브 제도 분석
영국의 재생열에너지 인센티브제도는 2011년 도입되었으며, 재생에너지 난방기술에 투자하기로 한 주택보유자 및 주택 임대인에게 실측 기반으로 운영비를
보조하는 제도이다. 지원기술은 바이오매스, 태양열, 히트펌프, 바이오가스, 심부지열, 폐기물에너지 등이며 기술과 인가일에 따라 다른 요율을 적용하며,
총 지급기간은 7년이다. 현재까지 누적 지출 금액은 약 12조 원(£7,557 m), 23/24 기준 예산은 약 2조 원(£1,166 m)이며, 2023년
3월 신규신청을 마지막으로 받았으며, 기 신청받은 건물의 마지막 지원금이 2029년 지급되면서 종료될 예정이다(Table 3).(7)
영국은 난방에너지의 생산량(kWh)에 요율을 곱하여 보조금을 계산한다. 요율은 건물 유형과 용량에 따라 다르며 등급을 나누어 초기보조금(Tier 1),
지속보조금(Tier 2)을 다르게 책정하여 초기에 더 높은 요율을 적용하였다. 지열히트펌프에 대한 지원제도는 비주거 건물에 먼저 도입되었고, 2014년에
주거용 건물에도 도입되었으며, 해마다 다른 요율을 발표한다. 가장 최근에 발표된 2024~2025의 요율은 비주거용 건물(nDRHI, Non-domestic
Renewable Heat Incentive)은 1.62~13.01 펜스/kWh(약 26~208 원/kWh), 주거용 건물(DRHI, Domestic
Renewable Heat Incentive)은 25.79~28.10 펜스/kWh(약 413~450 원/kWh)이다. 이는 2023~2024년 대비
요율이 소폭 증가한 값이다(Table 4).(8)
영국은 재생열에너지 인센티브 제도를 통해 많은 성과를 거두었지만 2023년 폐지하였고, 재생열에너지 인센티브 제도보다 효율적이고 직접적인 지원을 위해
보일러 업그레이드 제도(Bus, Boiler Upgrade Scheme)에 2025/2026~2027/2028에 약 2.6조 원(£1,545 bn)의
예산을 확보하였다.(9)
Table 3 RHI Budget cap in UK (unit: million pound)
|
Year
|
11/12
|
12/13
|
13/14
|
14/15
|
15/16
|
16/17
|
17/18
|
18/19
|
19/20
|
20/21
|
21/22
|
22/23
|
23/24
|
|
Sum
|
1
|
16
|
53
|
168
|
365
|
640
|
780
|
900
|
1,010
|
1,150
|
983
|
1,048
|
1,166
|
|
nDRHI
|
1
|
16
|
53
|
145
|
289
|
521
|
684
|
774
|
855
|
921
|
983
|
926
|
1,059
|
|
DRHI
|
-
|
-
|
-
|
23
|
77
|
91
|
105
|
118
|
133
|
148
|
143
|
122
|
107
|
|
Accrued
|
1
|
17
|
70
|
239
|
604
|
1,125
|
1,810
|
2,584
|
3,439
|
4,360
|
5,342
|
6,391
|
7,557
|
Table 4 nDRHI and DRHI Tariff rates for ground source heat pumps in the UK (2023-2025)
|
Building type
|
Eligible capacity
|
Date of accreditation
|
Tariff rate(pence/kWh)
|
Tier
|
|
2024-25
|
2023-24
|
|
nDRHI
|
Less than 100 kW
|
Before 21 January 2013
|
7.33
|
6.97
|
N/A
|
|
Between 21 January 2013 and 31 March 2016
|
13.01
|
12.37
|
Tier 1
|
|
3.89
|
3.70
|
Tier 2
|
|
Between 1 April 2016 and 1 April 2020
|
11.80
|
11.35
|
Tier 1
|
|
3.53
|
3.39
|
Tier 2
|
|
On or after 1 April 2020
|
11.80
|
11.35
|
Tier 1
|
|
3.53
|
3.39
|
Tier 2
|
|
100 kW and above
|
Before 21 January 2013
|
5.40
|
5.13
|
N/A
|
|
Between 21 January 2013 and 31 March 2016
|
13.01
|
12.37
|
Tier 1
|
|
3.89
|
3.70
|
Tier 2
|
|
Between 1 April 2016 and 1 April 2020
|
11.80
|
11.35
|
Tier 1
|
|
3.53
|
3.39
|
Tier 2
|
|
Between 1 April 2020 and 30 June 2020
|
10.62
|
10.21
|
Tier 1
|
|
3.17
|
3.05
|
Tier 2
|
|
Between 1 July and 30 September 2020
|
8.51
|
8.18
|
Tier 1
|
|
2.53
|
2.43
|
Tier 2
|
|
Between 1 October 2020 and 31 December 2020
|
6.79
|
6.53
|
Tier 1
|
|
2.02
|
1.94
|
Tier 2
|
|
On or after 1 January 2021
|
5.44
|
5.23
|
Tier 1
|
|
1.62
|
1.56
|
Tier 2
|
|
DRHI
|
-
|
Between 4 April and 31 March 2016
|
28.10
|
26.71
|
-
|
|
Between 1 April 2016 and 13 December 2016
|
25.50
|
24.52
|
|
Between 14 April 2016 and now
|
25.79
|
24.80
|
* Source : ofgem homepage.
4. 지열 냉난방 시스템 보급을 위한 효율적인 운영비 지급 방안 제안
상기에 분석한 영국의 열에너지인센티브제도는 열을 생산하기 위한 전력소비량(kWh)에 지원단가(펜스/kWh)를 곱하여 지원금을 지급하는 방식으로, 시스템의
성능 및 효율은 고려하지 않은 것뿐만 아니라 과다한 예산이 필요하다. 또한, 히트펌프를 사용한 지열 냉난방시스템의 경우 전력소비량에 지원단가를 단순하게
곱하여 지원한다면 동일 용량에서 효율이 낮은 지열 설비가 더 높은 보조금을 지원받는 모순된 구조이다.
따라서, 기존의 영국 계산식을 벤치마킹한 계산식 (전력소비량(kWh)×지원단가(펜스/kWh))이 아닌 시스템 성능계수 (COPsys)가 반영된 새로운 지원금 계산식(전력소비량(kWh)×(측정된COPsys–기준COPsys)×지원단가(원/kWh))을 제안한다. 이는 시스템의 기준 시스템 성능계수(COPsys, system coefficient of performance)를 설정하고, 측정된 COPsys에서 기준COPsys를 제외한 값을 기존의 보조금 계산식에 곱하는 것으로, 효율적인 예산 지원이 가능하며 기업의 지열 설비 효율을 높이는 기술개발에 긍정적인 영향을 미칠
수 있다. 기준COPsys는 신재생에너지 설비 지원 등에 관한 지침의 지열이용검토서 평가기준에 따라 냉방은 3.75, 난방은 3.15를 제안한다.
냉난방 에너지원의 20%를 지열로 공급 가능한 10만 m2 건물의 경우, 요율을 70 원/kWh 가정하고, 난방/냉방COPsys 3.5/4.0인 경우에는 연간 약 800만 원 지원(난방은 5,376,000원(1,344,000원×4개월), 냉방은 2,520,000원(840,000원×
3개월)), 4.5/5.0인 경우에는 약 2.6백만 원 지원 가능(난방은 16,128,000원(4,032,000원×4개월), 냉방은 10,080,000원
(3,360,000원×3개월)이다(Table 5). 평균단위면적당 부하 50 W/m2, 일일 운전시간 8 시간/일, 일 운전일수 24 일/월으로 가정하였다.
영국의 재생열에너지 인센티브 제도를 벤치마킹하여 지열냉난방시스템의 보급을 위한 운영비 지원 방안을 Table 6과 같이 제안한다. 영국은 재생열에너지의 공급기반이 취약하여 시장기반 조성을 목적으로 지원을 시작한 반면, 본 제안은 신재생에너지 균형 보급을 위해
기존 지원이 미비하였던 지열 설비에 대해서만 지원하는 것으로 계획하였다. 규제 대상은 영국이 태양열, 바이오가스, 바이오매스, 지열 등을 활용한 난방에
대해 지원한 것 대비하여 지열을 활용한 난방과 냉방 운영비를 지원하는 것으로 계획하였다. 보조금 지급을 위해 영국과 동일하게 실측기반으로 미터링을
설치하여 측정하여야 하고, 영국의 계산식은 과도한 예산 낭비가 우려되므로 본 논문에서 제안한 신규 계산식인 (전력소비량(kWh)×(측정된COPsys–기준COPsys)×지원단가(원/kWh))를 적용하고 예산에 맞추어 지원단가를 책정하여야 한다.
Table 5 Subsidy based on COPsys(70 KRW/kWh tariff rate, assuming 20% geothermal installation in 100,000 m2total floor area building)
|
Measured COPsys
|
Electricity consumption
(kWh/month)
|
Subsidy for electricity cost
(KRW/month)
|
|
Heating
|
Cooling
|
Heating
|
Cooling
|
Heating
|
Cooling
|
|
3.0
|
3.5
|
320,000
|
274,286
|
-672,000
|
-960,000
|
|
3.1
|
3.6
|
309,677
|
266,667
|
-216,774
|
-560,000
|
|
3.15
|
3.75
|
304,762
|
256,000
|
0
|
0
|
|
3.3
|
3.8
|
290,909
|
252,632
|
610,909
|
176,842
|
|
3.4
|
3.9
|
282,353
|
246,154
|
988,235
|
516,923
|
|
3.5
|
4.0
|
274,286
|
240,000
|
1,344,000
|
840,000
|
|
3.6
|
4.1
|
266,667
|
234,146
|
1,680,000
|
1,147,317
|
|
3.7
|
4.2
|
259,459
|
228,571
|
1,997,838
|
1,440,000
|
|
3.8
|
4.3
|
252,632
|
223,256
|
2,298,947
|
1,719,070
|
|
3.9
|
4.4
|
246,154
|
218,182
|
2,584,615
|
1,985,455
|
|
4.0
|
4.5
|
240,000
|
213,333
|
2,856,000
|
2,240,000
|
|
4.1
|
4.6
|
234,146
|
208,696
|
3,114,146
|
2,483,478
|
|
4.2
|
4.7
|
228,571
|
204,255
|
3,360,000
|
2,716,596
|
|
4.3
|
4.8
|
223,256
|
200,000
|
3,594,419
|
2,940,000
|
|
4.4
|
4.9
|
218,182
|
195,918
|
3,818,182
|
3,154,286
|
|
4.5
|
5.0
|
213,333
|
192,000
|
4,032,000
|
3,360,000
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Table 6 Comparison of operating expense subsidy plan between new proposal and the UK
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Category
|
New proposal for operating expense subsidy plan
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Renewable heat incentive in UK
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Features
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Support is provided only for geothermal facilities, which previously received insufficient
support, to balance the distribution of new and renewable energy.
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Focus on creating a market base due to the weak foundation for heat supply using renewable
energy.
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Related subjects
|
Geothermal facilities(cooling COPsys of 3.75 or higher, heating COPsys of 3.15 or higher)
* capacity unspecified
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Introduced in non-residential buildings in 2011 and residential buildings in 2014
(New applications ended in March 2023)
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Energy sources
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Geothermal
(Support for heating and cooling using geothermal energy)
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Solar thermal, biogas, biomass, geothermal
(Support for only heating using geothermal energy)
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Verification method
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Based on measurement
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Based on measurement
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Verification/ Support timing
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Undecided
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Subsidies paid quarterly for 7 years
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Correlation
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(Electricity consumption (kWh) × (Measured COPsys - Standard COPsys) × Subsidy unit price (KRW/kWh))
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Electricity consumption (kWh) × Subsidy unit price (pence/kWh)
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tariff rate
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Undecided
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(Non-residential) 1.62-13.01 pence/kWh,
(Residential) 25.79-28.10 pence/kWh in 2024-2025
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5. 결 론
본 연구에서는 최근 서울시에서 발표한 서울시 지열 보급 활성화 종합계획을 바탕으로, 지열 냉난방 시스템의 보급을 위해 보조금을 지급할 경우 효율적인
운영비 지급 방안을 제시하였다. 영국의 재생열에너지 인센티브 제도(RHI)의 운영현황을 검토하고 문제점을 분석하여 시스템의 운영효율을 반영한 새로운
계산식인 (전력소비량 (kWh)×(측정된COPsys–기준COPsys)×지원단가(원/kWh)를 제안한다. 해당 계산식을 통해 보조금이 지급될 경우 효율적인 설비를 설치하고 운영되는 건물에 더 높은 보조금이 지급되어
지열냉난방시스템 기업의 기술발전을 독려할 수 있으며, 한정된 예산 안에서 더 많은 지열 설비를 지원할 수 있으므로 보급 확대에 크게 기여할 수 있을
것으로 기대된다.
다만, 특정분야의 기술에 대해서만 운영비를 지급하는 것이 아닌 열에너지 활성화를 위해 태양열, 바이오가스, 바이오매스, 지열 등의 모든 재생열에너지에
대해 운영비 지급의 필요성 및 지원방안에 대한 검토도 선행되어야 한다.