†To whom correspondence should be addressed. E-mail: Introduction
기후위기 극복을 위해 지구촌 사회는 2015년 파리협정에서 2050년까지 지구 평균기온 상승을 산업화 이전 대비 2℃ 보다 낮은 수준, 더 나아가 1.5℃ 수준으로 억제하는 탄소중립사회로의 전환에 합의를 하였다. 이에 따라 2020년 말 대한민국 역시 2050 탄소중립을 선언하였으며, 이를 달성하기 위한 다양한 전략과 계획을 마련하여 추진되고 있다(Ministry of Land, Infrastructure, and Transport, 2021; 2050 Carbon Neutrality Committee, 2021; Joint Ministries, 2022a; Joint Ministries, 2022b; Joint Ministries, 2023; Yoo and Yoon, 2023). 탄소중립 사회로의 전환을 위해서는 화석에너지에 의존하고 있는 최종에너지의 사용특성에 대한 철저한 분석을 통하여 부문별 사용특성에 맞는 대책을 체계적으로 세워 나갈 필요가 있다.
최종에너지는 주로 열에너지, 전기에너지, 동력에너지로 사용된다(Choi, 2019: Lee, 2021). 열에너지는 온도 조절에 사용되는 에너지로, 국제재생에너지기구(IRENA)에 따르면 2019년 세계 최종에너지 소비 중 49%를 차지했고, 국제에너지기구(IEA)는 열에너지가 전기 소비의 2배 이상인 약 50%로 가장 큰 비중을 차지한다고 보고했다(IRENA, 2020). 이에 따르면 열에너지는 80% 이상이 화석연료를 통해 공급되어 온실가스 배출이 많다. 대한민국도 열에너지 비중과 온실가스 배출이 높을 것으로 예상되지만, 이에 대한 이해와 정확한 파악이 부족하다. 그 비중이 1~2% 내외로 매우 낮게 추산되어 왔는데, 이는 열에너지를 수요자가 아닌 공급자 중심의 관점에서 집단에너지(지역난방)만을 대상으로 하여 적용했기 때문이다(Oh and Jin, 2021; Oh, 2023). 하지만 우리가 소비하는 화석연료, 전력, 신재생에너지 등 최종에너지의 상당 비중이 열을 소비하기 위한 목적에서 열의 형태로 전환되어 활용되고 있으며 해외에서는 이를 기준으로 삼는다(Oh, 2020; Korea Energy Economics Institute, 2023c; Lee, 2023; IEA, 2024). 따라서 낮게 평가된 대한민국에서의 열에너지 비중은 우리가 소비하는 에너지에서 열이 가지고 있는 실질적인 중요성과는 큰 괴리를 나타내며, 이렇게 과소평가된 인식으로 인해 실질적 의미에서 열에너지를 위한 국가통계 및 정책 수립으로 이어지지 못하고 있는 실정이다. 다시 말해, 정책 결정자들이 정확한 에너지 소비 현황 및 실태를 파악하지 못하는 것이, 효과적인 에너지 감축 방안을 마련하는 데 걸림돌이 되고 있다. 일부 보고된 선행연구(Park and Oh, 2023; Jin et al., 2023, Cho et al., 2023)에서는 제한된 국가통계들의 정보들을 활용하여 한국의 열에너지 사용량을 도출하고 있으나 3년마다 발간되는 에너지총조사 보고서와 IEA의 자료(IEA Energy Efficiency Indicators) (IEA, 2024)를 이용하는 등, 복잡한 과정과 여러 가정으로 에너지 통계에 대해 깊은 이해가 없는 정책결정자, 일반인, 혹은 관련 연구자들이 이해하기 어렵다는 한계가 존재한다.
열에너지는 가정/상업/공공 분야에서 난방, 냉방, 온수, 취사 용도로 사용되며, 산업 분야에서는 고온 열을 제공하는 데 필수적이다. 전기에너지는 국가 계획에서 주목받고 있지만(Ministry of Trade, Industry, and Energy, 2020a; Ministry of Trade, Industry, and Energy, 2020b; Ministry of Trade, Industry, and Energy, 2020c), 비중이 더 큰 열에너지에 대한 대책은 부족하다. 열에너지 소비 실태 파악이 미흡해 관련 통계와 정책이 부족하며, 에너지 전환 정책 수립이 에너지 소비 특성을 고려해 효과적으로 이루어지고 있다고 보기 어렵다. 본 연구는 2018년을 기준으로, 에너지 소비 관점에서 국가 열에너지 통계를 재산정하고 산업, 건물, 수송 분야별로 열에너지를 구분하였다.
Materials and Methods
기존 열에너지 통계는 집단에너지(지역난방)에 국한된 공급 중심의 분석으로 열에너지 소비 비중이 총 최종에너지의 1-2%로 과소평가되었다. 이러한 접근은 실제 에너지 소비 구조를 반영하지 못하고, 정책 수립에 필요한 통계적 기초 자료로서 한계를 가진다. 본 연구에서는 이와 같은 문제를 해결하기 위해 기존 통계의 한계를 보완하고, 에너지 소비 관점에서 재산정한 열에너지 비중을 제시하였다. 이를 통해 총 최종에너지 소비의 55%를 열에너지로 산정하였으며, 기존 통계와 본 연구의 재산정 방식 간의 차이를 명확히 비교할 수 있도록 Table 1에 요약하였다.
본 연구에서 국가 열에너지 통계치를 재산정하기 위하여 국가에너지통계의 공식기관인 산업통상자원부와 에너지경제연구원이 발표하는 2018년도 에너지통계연보의 개정 에너지밸런스 자료(Korea Energy Economics Institute, 2023a)를 사용하였다. 에너지통계연보는 에너지 흐름을 공급 관점에서 파악할 수 있는 공식 통계자료이며 에너지원들 각각의 공급 통계(대한석탄협회에서 유/무연탄 공급자료 등), 통관 및 수입정보, 경제사회 지표, 그리고 해외자료를 통합하여 작성한 통계자료이다. 2030년 국가 온실가스감축목표(NDC) (Joint Ministries, 2021a)와 2050년 탄소중립 달성목표(Joint Ministies, 2021b)의 기준 연도가 되는 2018년, 즉 온실가스 배출이 가장 많은 연도를 분석 기준 연도로 선택하였다.
본 연구에서는 에너지 통계연보를 바탕으로 최종에너지 및 화석에너지 소비 통계의 기본 틀을 유지하면서, Figure 1과 같이 두 가지 방식으로 열에너지를 산정하였다. 일차에너지 공급, 일차 에너지 소비, 최종 에너지 소비에 대한 용어 정의는 에너지경제연구원의 정의(Korea Energy Economics Institute, 2023a)를 활용하였고, 이 중에서 일차에너지 공급으로부터의 최종 에너지 소비까지의 에너지 소비 흐름을 분석하였다 (Table 2). 첫 번째 방식은 비전력부문과 전력부문의 열에너지를 구하고, 최종에너지에 대한 비중을 산정한 것이다. 비전력부문은 석탄, 석유, 가스 등 화석에너지 사용량으로부터 열에너지를 계산하였고, 전력부문에서는 전력 에너지가 산업, 건물(가정/상업/공공)에서 소비된 이후 열에너지로 전환되는 비율을 고려하여, 각 분야별 전력소비량에 열에너지 비중을 곱해 산정하였다. 여기서 산업과 건물은 전력 소비 후 열에너지로의 전환만을 고려한 결과를 나타낸다. 전력 에너지가 산업분야와 건물 분야에서 열에너지로 사용되는 비중은 2023년 에너지경제연구원 연구 결과(Korea Energy Economics Institute, 2023)를 이용하였다. 두 번째 방식은 최종에너지를 산업, 건물, 수송 분야로 나누어 각 분야별 열에너지를 계산한 것이다. 이 경우 산업과 건물은 전력뿐만 아니라 화석연료 소비를 포함한 모든 에너지 소비를 대상으로 하며, 수송 분야는 주로 역학적 에너지로 사용되므로 열에너지에서 제외된다. 일부 석유 상품의 경우 연료별 탄소몰입률을 적용해 열에너지 기여도를 계산하였다. 석유는 석유화학 원료(납사가 석유화학상품으로서 고정) 혹은 수송 연료로 사용되며, 이 두 경우 원칙적으로는 모두 열에너지에 포함시키지 않았다. 그러나 납사의 경우 일부 납사가 석유화학 공정의 연료로 사용되는 관계로 열에너지 산정을 위해 1996 IPCC GL에서 제공하는 연료별 탄소 몰입률 자료 중 납사에 해당하는 값(75%, 즉 25%만 열에너지 기여)을 적용하였다(Houghton et al., 1996).
Result and Discussion
Figure 2에는 2018년 기준 대한민국 화석에너지별 사용특성을 포함하는 1차에너지(a)와 최종에너지(b)를 나타내었다. Figure 2(a)는 보는 바와 같이 1차 에너지 공급은 2018년 기준 3.01억 TOE로 석유가 1.14억 TOE(38%)로 가장 많고 석탄(A)이 0.91억 TOE(30%), 가스(C)가 0.55억 TOE(18%), 기타(D, 원자력, 신재생 등)가 0.40억 TOE(13%)로 구성되며 최종에너지에서 화석에너지 비중이 86%에 달한다. 사용되는 화석에너지를 해당 화석에너지 단위로 나타내면 석유는 11.6억 배럴, 석탄은 1.41억톤, 가스는 0.4억톤이 된다. 이와 같이 1차에너지의 화석연료에 대한 이와 같은 과도한 의존도는 글로벌 에너지 사용 특성에서도 거의 동일하다(Yoon, 2024). 반면 Figure 2(b)에서 볼 수 있듯이 최종에너지 전환 과정에서 손실이 발생하여 최종에너지(final energy)는 2.14억 TOE (71%)이다. 1차 에너지(Primary energy)는 가공이나 변환 과정도 거치지 않은 자연상태 에너지를 지칭하는 반면 최종에너지는 유효에너지로 소비자에게 제공되는 에너지로 1차에너지에서 전력 생산 과정 등에서 에너지 손실 부분을 빼고 남은 부분이다. 따라서 석탄, 석유, 가스 등을 이용하여 전력을 생산하거나 LNG를 도시가스로 전환하거나 집단 너지를 생산하기 위한 과정에서 발생된 에너지 손실은 총량은 약 0.87억 TOE (29%)임을 알 수 있다. 최종에너지에는 1차 에너지와 구별되게 전력(Electricity, E, 0.44억 TOE)이 포함되어 있고 최종에너지의 21%이다. 전력 생산에 많은 양이 사용되는 석탄과 가스와는 다르게 석유의 1차 에너지 사용 특성은 전력 생산에 사용되는 석유가 거의 없기 때문에 석유 1차 에너지와 최종에너지는 거의 동일하다. 최종에너지로는 석유가 1.00억 TOE(47%)로 가장 큰 비중을 차지하며 전력(0.44억 TOE, 21%), 석탄(0.34억 TOE, 16%), 가스(0.26억 TOE, 12%), 기타(0.01억 TOE, 4%), 순으로 구성된다. 기타에너지에는 지역난방, 신재생, 바이오 및 폐기물 등이 포함된다. 최종에너지에서도 석탄, 석유, 가스의 구성도가 75%(1.60억 TOE)로, 대한민국의 화석에너지 의존도가 매우 높다는 것을 확인할 수 있다. Figure 2 (c)에는 Figure 2 (a)와 (b)에서 설명한 1차에너지가 최종에너지로 전환되는 에너지 흐름을 알기 쉽게 나타낸 생키 다이어그램이다. Figure 2 (c)에서 볼 수 있는 바와 같이 석탄의 약 2/3는 전력생산으로 1/3은 최종적으로 석탄형태로 사용되는 에너지이고 석유는 전환 손실되는 부분이 없이 최종에너지로 사용된다. 가스의 약 1/2은 전력 생산으로 약 1/2 최종적으로 가스형태로 사용됨을 알 수 있다.
Figure 3는 대한민국 화석에너지별 비전력 1차에너지(또는 최종에너지)에서 열에너지 특성을 세분화하여 석탄(a), 석유(b), 가스(c), 기타 에너지(d)로 각각 나타내었다. 그리고 화석에너지원별 열에너지 값을 합산하여 비전력 부문 열에너지 총합을 Figure 3(e)에 나타내었다. Figure 3(a)에서 볼 수 있듯이 석탄이 갖는 1차에너지 0.91억 TOE(Figure 2(a))에서 전력생산에는 0.23억 TOE가 사용되는 반면, 전력생산 과정에서 0.34억 TOE의 손실이 발생한다. 이는 석탄의 약 2/3에 해당한다. 나머지 1/3의 석탄은 비전력생산 부문인 철강(A1)에 0.28억 TOE가 사용되었고 화학 및 석유화학(A2), 기타(비금속, 비철금속, 기타제조, A3)에 각각 3백만 TOE, 기타 부문에 3백만 TOE가 사용되었다. 석탄 사용의 열에너지 부분은 석탄을 이용한 전력(A4)과 전력과정의 손실 부분(A5)을 제외한 1차금속(A1), 비금속(A2), 기타(비금속, 비철금속, 기타제조, A3)분야에 사용되는 에너지합으로 나타낼 수 있고 이는 석탄 최종에너지의 0.34억 TOE로 석탄사용의 37%에 해당된다. 요약하면 2018년 기준으로 1차 에너지석탄의 약 2/3(약 0.55억 TOE)정도가 전기를 생산하는데 사용되었고, 나머지 1/3(0.32억 TOE)정도가 산업분야에 사용 되었다. 일반적으로 석탄은 단순연소 목적의 연료탄과 철강 생산을 위한 코크스 생산과 같은 원료탄으로 구분되지만 코크스의 경우 코크스 열량을 이용한다는 점에서 연료와 같은 성격이라 Figure 2(a)의 분석에서는 구분하지 않았다.
Figure 3(b)에서 볼 수 있듯이 석유의 최종 에너지 사용 특성은 납사 등의 비에너지 부문(B1, 0.52억 TOE, 석유 중 52%))과 경유 및 휘발유와 같은 에너지유 부문(B2, 0.48억 TOE, 석유 중 48%)으로 거의 동등하게 나눈다. 비에너지 부문은 크게 납사(naphta) (B1-1), 아스팔트(B1-2), 기타(윤활기유, 용제 등, B1-3))로 구분했고 에너지유 부문은 경유(B2-1), 휘발유(B2-2), 기타에너지유(B2-3), LPG(B2-4)로 구분하였다. 일반적으로 석유는 비에너지, LPG, 에너지유로 분류하지만 본 연구에서는 LPG의 경우 에너지유와 용도가 비슷하기 때문에 에너지유와 LPG를 묶어 분류하였다. 2018년 기준으로 석유는 1차에너지의 38%에 해당하는 1.14억 TOE이다. 여기에서 비에너지 부문과 에너지유 부문을 제외한 나머지 양은 1.4백만 TOE로 약 1.2% 수준으로 매우 미미한데 발전과 지역난방 등 에너지전환에 사용되었다.
석유 비에너지(B1, 0.52억 TOE)는 납사가 0.43억 TOE, 83% 정도로 대부분을 차지하고, 아스팔트(백만 TOE)와 다양한 비에너지(7백만 TOE)가 나머지를 차지한다. 참고로 기타 비에너지에는 윤활기유, 파라핀왁스, 석유코크 및 기타 제품 등이 속한다. 연구방법 부분에서 언급하였듯이 납사를 제외한 아스팔트와 기타 비에너지는 열에너지 획득을 위해 연소되지 않으며 따라서 열에너지 산정에서 배제된다. 납사는 IPCC에서 제안한 75% 탄소몰입률을 고려할 경우 열에너지로 활용되는 납사(0.14억 TOE)가 열에너지로 분류된다.
석유 에너지유(B2, 0.48억 TOE)로 분류한 경유(0.22억 TOE, 에너지유 중 45%), 휘발유(0.10억 TOE, 에너지유 중 21%), 기타 에너지유(0.05억 TOE, 에너지유 중 11%, 항공유와 중유 등)와 LPG(0.11억 TOE, 에너지유 중 23%)로 나누어진다. 경유의 경우(B2-1) 대부분(0.19억 TOE, 86%)이 수송에 사용되며, 나머지는 산업분야(2백만 TOE, 9%)와 가정/상업/공공 분야(1백만 TOE, 5%)에 사용되었는데 이 부분은 열에너지로 분류하였다. 휘발유의 경우(B2-2), 거의 전량이 수송분야에 이용되므로 열에너지 부문에 포함되지 않는다. 중유와 항공류가 포함된 기타 에너지유(B2-3)의 경우 수송에 3백만 TOE, 가정/상업/공공에 백만 TOE, 산업에 백만 TOE이 해당되며, 산업과 가정/상업/공공에 해당하는 에너지는 열에너지로 포함하였다. LPG의 경우(B2-4), 세부적으로는 프로판(6백만 TOE)와 부탄(5백만 TOE)로 양분된다. 프로판의 경우 산업에 4백만 TOE, 가정/상업/공공에 1백만 TOE, 수송에 70만 TOE가 사용되었다. 부탄의 경우 수송에 4백만 TOE, 산업에 1백만 TOE, 가정/상업/공공에 20만 TOE가 사용되었다. 프로판과 부탄을 합쳐서 LPG 에너지를 재분류하면, 산업에 5백만 TOE, 수송에 4백만 TOE, 가정/상업/공공에 1백만 TOE로 정리되고 수송분야 이외는 열에너지로 포함하였다. 즉 LPG는 수송분야에서 33%를 사용하며 나머지 67%가 열에너지로 사용되었다. 요약하면 최종에너지에서 석유의 열에너지 사용은 납사의 일부분(B1-1, 0.1억 TOE), 경유의 열에너지 사용부문(B2-1, 0.03억 TOE), 휘발유의 열에너지 사용부문(B2-2, 0.04억 TOE), 기타에너지에서 열에너지 부분(B2-3, 0.03억 TOE), LPG의 열에너지 사용 부분(B2-4, 0.08억 TOE)를 합하여 0.30억 TOE가 됨을 알 수 있고 석유 최종에너지의 30%에 해당된다.
Figure 3(c)에 볼 수 있듯이 가스가 갖는 1차 에너지는 0.55억 TOE로 가정/상업/공공(C1), 산업(C2), 수송 및 손실(C3), 전력(C4), 전력손실(C5)로 구분하여 나타내었다. 가스가 갖는 1차에너지에서 전력생산에 0.13억 TOE가 사용되고 전력생산과정 0.16억 TOE 손실이 발생하는데, 이는 가스의 약 53%에 해당한다. 전력손실(0.16억 TOE)을 뺀 부분이 최종에너지 0.40억 TOE가 된다. 나머지 분야로 가정/상업/공공 분야에 사용되는 가스는 대부분이 가정(0.11억 TOE)에 사용되었고, 나머지는 상업/공공 분야(4백만 TOE)에 사용되었다. 산업 분야에 사용되는 가스는 총 9백만 TOE로, 석유화학에 3백만 TOE, 조립금속에 2백만 TOE), 1차금속에 1백만 TOE, 기타산업에 3백만 TOE가 사용되었다. 참고로 기타 산업은 음식 담배 및 비금속 산업을 포함한 다양한 산업을 뜻한다. 결론적으로 가스 열에너지는 0.25억 TOE로 가스 1차 에너지의 약 44%이다.
Figure 3(d)에 기타에너지 세분화로 지역난방(D1, 3백만 TOE)과 신재생(7백만 TOE, D2)에너지가 포함 되어있다. 신재생에너지에는 태양력, 풍력, 지열, 바이오, 폐기물 등이 포함된다. 또한 여기서 말하는 지역난방이 바로 국가통계자료에서 주로 언급되는 열에너지에 해당하며 집단에너지라는 용어로 쓰이기도 한다(Jin et al., 2023). 지역난방은 전체 최종에너지의 1.4% 가량에 해당하며 이는 현 국가에너지통계의 열에너지에 해당된다. 본 연구에서는 가스에 사용되는 신재생에너지와 지역난방 모두(0.10억 TOE)를 열에너지로 포함하였다.
Figure 3(e)에는 최종에너지에서 화석에너지원별(석탄, 석유, 가스, 기타; Figure 3(a)~(d)) 추출한 비전력 부문 열에너지 합을 나타내었다. Figure 3(e)에 볼 수 있듯이 2018년 기준 최종에너지에서 총 열에너지의 양은 석탄은 0.34억 TOE 석유는 0.30억 TOE, 가스는 0.24억 TOE, 기타에너지 부문 0.10억 TOE를 모두 합하면 0.99억 TOE이다. 비전력 부문 열에너지에서 석탄은 35%, 석유는 31%, 가스는 25%, 기타는 10%이다. 이는 비전력 부문 에너지(1.70억 TOE)의 58%이고, 최종에너지(2.14억TOE)의 46%에 해당하고 비전력 부문 열에너지의 화석연료 비중은 90%이다.
Figure 4에 대한민국 전력부문 최종에너지 분야별(산업, 수송, 가정/상업/공공) 특성(a)과 전력부문 분야별 열에너지 특성(b)을 나타내었다. Figure 4(a)에서 볼 수 있듯이 전력은 산업분야에서 0.24억 TOE(I, 53%), 가정분야에서 6백만 TOE(III, 14%), 상업/공공부문에서 0.14억 TOE(IV, 33%) 이용되며 수송분야에서는 매우 소량(30만 TOE)만 사용되었다. 최근 전기차의 보급이 활발해지기는 하지만 수송분야의 전력사용은 많지 않음을 알 수 있다. Figure 4(b)에서는 볼 수 있듯이 전력부문 열에너지는 산업에 8백만 TOE, 가정에 1백만 TOE, 상업/공공에 0.10억 TOE 사용되었다. 총 전력 에너지(0.45억TOE) 중 전력 열에너지는 전력 열에너지 총합은 0.19억 TOE로 약 43%이며, 최종에너지(2.14억 TOE)의 9%이다. 한편, 2023년에 발간된 에너지경제연구원의 열에너지 보고서 연구결과에 따라 전력을 이용하여 열에너지를 소비하는 비중은 산업부문의 경우는 33%, 가정은 19%, 상업/공공은 68%라는 결과를 적용하였다(Korea Energy Economics Institute, 2023b; Korea Energy Economics Institute, 2023c).
Figure 5는 최종에너지에서 비전력부문 열에너지(Figure 3(d))와 Figure 4(b)의 전력부문 열에너지를 합쳐서 비전력/전력 부문 총 열에너지를 산정한 결과이다. 비전력 에너지는 비전력 열에너지(ⅰ) 수송(ⅱ) 기타 (ⅲ)으로 정리하였고 전력 부문(전력(ⅳ))을 비전력/전력부문 총에너지를 산정할 때 포함하였다. 수송은 석유와 가스에서 유래한 것이고, 전력은 석탄과 가스에서 유래한 것이다. 기타에는 납사로 고정, 아스팔트 및 기타 비에너지유가 포함된다. Figure 5(a)에서 볼 수 있듯이 비전력 열에너지는 0.99억 TOE(46%)로 최종에너지의 46%라는 점에서 비중이 매우 크다. 나머지는 수송 0.36억 TOE(17%)와 기타 0.35억 TOE(20%)이다. 여기에서 기타에 해당되는 에너지는 석유화학제품에 고정된 납사 가 대부분이다.
한편, 전력 0.44억 TOE (최종에너지의 21%) 중 전력부문 열에너지는 0.19억TOE (Figure 4(b))이고, 열에너지로 전환되지 않은 전력은 0.25억 TOE(최종에너지의 12%)이다. 전력 열에너지인 0.19억TOE와 비전력 열에너지인 0.99억 TOE를 합치면 최종에너지에서 열에너지의 양은 총 1.18억 TOE임을 알 수 있고 이는 최종에너지의 55%를 차지한다. 이러한 수치는 기존에 국내에서 인식되고 있는 열에너지 비중인 1~2%와 비교할 때 매우 큰 차이를 보이지만 국제기구의 열에너지 비중 결과는 물론 최근의 열에너지를 보고한 선행연구의 값인 48%와 유사한 값을 보인다(Korea Energy Economics Institute, 2023c).
Table 1에 Figure 3-4의 결과를 활용하여 최종에너지와 총 열에너지에서 전력/비전력 부문의 열에너지 비중을 정리하였다. Table 1에서 볼 수 있는 바와 같이 비전력 열에너지는 0.99억TOE, 전력 열에너지는 0.19억 TOE으로, 각각 최종에너지의 46%, 9%이므로 총 열에너지의 비중은 55%이다. 지만 선행연구에 의하면 전력 부문 열에너지 부문이 21%로 나타난 반면, 본 연구에서는 9%로 산정되었다. 또한 수송 분야 역시 선행연구에서는 27%로 나타난 반면, 본 연구에서 는 17%로 산정되었다. 이와 같은 차이는 납사와 같은 비전력에너지로 고려하는 방식의 차이에서 설명된다. 또한, 각각 총 열에너지에 대한 비율이 84%, 16%으로, 화석에너지에 의한 비전력 열에너지 비중이 훨씬 크다는 것도 파악할 수 있다.
Figure 6에 산업, 건물, 수송 세 분야를 나누어 최종에너지 특성(a)과 최종에너지 중에서 열에너지 특성(b)을 나타내었다. 이는 Figure 2(b)에서 최종에너지를 석탄 석유 가스의 화석에너지원별로 나타낸 것과 구별된다. Figure 6(a)에서 보면 최종에너지에서 산업 분야(X)은 1.43억 TOE(61%), 건물 분야(Y, 가정/상업/공공)는 0.47억 TOE(20%), 수송 분야(Z)는 0.43억 TOE(19%)이다. Figure 6(b)에서는 Figure 6(a) 결과를 열에너지, 전력, 기타로 먼저 세분화하였고 산업, 건물 분야별 열에너지를 파악하고자 했다. 수송 분야는 열에너지로 포함되지 않으므로 제로(0)로 처리하였다. 산업 분야는 납사 등 산업원료(X1), 전력(X2), 열에너지(X3)로 건물 분야는 전력(Y1)과 열에너지(Y1)로 나타내었다. 추가적으로 Figure 6(c)와 6(d)은 산업과 건물 분야는 100%를 기준으로 나타내었다.
Figure 6(b)에서 보면 산업 분야는 총에너지는 납사 등 산업원료가 0.47억 TOE, 산업전력이 0.16억 TOE, 산업 열에너지 0.80억 TOE로 나타난다. 반면 건물 분야는 총에너지는 건물전력 0.1억 TOE, 건물 열에너지 0.38억 TOE로 나타난다. 수송 분야는 0.43억 TOE이다.
Figure 6(c)에서 보면 산업 분야의 최종에너지는 1.43억 TOE이며, 산업 열에너지가 0.80억 TOE로 산업분야는 총에너지의 56%이고 최종에너지에서 열에너지(1.18억TOE)의 68%에 해당된다. 나머지는 납사 등 산업원료가 0.47억 TOE(산업 분야의 33%), 열에너지를 제외한 전력이 0.16억 TOE로 산업 분야의 12% 차지한다. 산업 분야에서 열에너지가 과반 이상의 높은 비율을 차지하는 것을 확인할 수 있다.
Figure 6(d)에서 보면 건물 분야의 최종에너지는 0.47억 TOE이며, 열에너지가 0.38억 TOE로 건물분야는 최종에너지의 80%이며 이는 최종 열에너지(1.18억TOE)의 32%에 해당한다. 나머지는 열에너지를 제외한 전력이 0.10억 TOE(건물 분야의 20%)이다. 건물분야는 열에너지는 주로 난방, 냉방, 취사, 온수를 위한 것이다.
Table 2에 Figure 6의 결과를 이용하여 최종에너지와 총 열에너지에서 산업과 건물 분야의 열에너지 비중을 정리하였다. Table 2에서 볼 수 있는 바와 같이 산업 분야의 열에너지는 0.80억 TOE, 건물 분야의 열에너지는 0.38억 TOE로 각각 최종 열에너지에 대한 비율이 68%, 32%으로, 산업에 의한 열에너지가 더 크다. 또한, 각각 최종에너지의 37%, 18%이므로 총 열에너지 비중은 약 55%라는 것도 파악할 수 있다.
Figure 7는 위의 Figure 2~6 결과를 최종에너지에서 열에너지로의 에너지흐름을 알기 쉽게 Sankey 다이어그램으로 나타낸 것이다. Figure 7에서 볼 수 있듯이 석탄 석유 가스 전력과 같은 에너지원이 산업 가정/상업/공공 분야는, 수송 분야를 거쳐서 열에너지와 납사와 같은 에너지원, 열에너지가 아닌 전력, 수송에너지로 구분되는지 매우 입체감 있게 볼 수 있다. 석탄의 경우 대부분이 열에너지에 포함된다. 이러한 특징은 이미 석탄의 2/3가 전력 생산에 사용되고 남은 분야이기 때문이다. 석유의 경우는 절반 정도는 화학산업의 자원으로 사용되고 납사 전환 과정에서 일부가 열에너지로 포함된다. 나머지 석유에너지는 수송 분야에 사용되지만 열에너지에 포함되지는 않는다. 전력 부문 산업과 가정/상업/공공 분야에 전력에너지로 사용되어 열에너지로 포함되는 것을 볼 수 있다. 가스의 경우는 산업과 가정/상업/공공 분야에 사용되고 대부분이 열에너지 사용됨을 알 수 있다.
Conclusion
본 연구는 에너지 공급 통계인 에너지통계연보를 활용해 에너지 소비 관점에서 2018년 대한민국 열에너지를 간략히 재산정했다. 최종에너지를 비전력과 전력으로 나눠 열에너지를 구하고, 이를 산업, 건물, 수송 분야별로 분석한 결과, 열에너지가 최종에너지의 55%를 차지했으며, 비전력 부문이 46%, 전력 부문이 9%로 나타났다. 산업 분야는 37%, 건물 분야는 18%를 차지했고, 각각 총에너지의 68%와 32%가 열에너지에 해당했다. 이는 에너지 관련 국제기구 보고와 기존 연구 결과와 일치하는 신뢰성 있는 결과이다.
이 결과는 탄소중립을 위해 산업과 건물 분야에서 열에너지 감축 및 전환이 필요함을 시사한다. 저탄소 열원인 지열, 태양열, 히트펌프, 바이오매스 등이 대안으로 거론되며, 각 기술의 개발 단계와 적용 가능성이 다르므로 국가 차원의 전략이 필요하다. 현재 열에너지 통계는 집단에너지 공급량에 한정되어 있으나, 석탄, 석유, 가스, 전력의 열에너지 소비를 포함한 통계 재산정이 중요하다.
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