재생에너지 중심의 전력 전환이 가속화되면서, 열에너지와 전력망 간의 연계 전략이 새로운 대안으로 주목받고 있습니다. 전통적인 전력망은 전기 흐름을 기반으로 운영되지만, 최근에는 전력과 열을 통합 관리하는 하이브리드 에너지 시스템이 에너지 최적화와 계통 안정성 측면에서 큰 가능성을 보여주고 있습니다. 본 글에서는 열저장 기술의 전략적 활용, 하이브리드망 구축 모델, 그리고 실시간 제어 연계 방안까지 폭넓게 살펴보며, 스마트계통 전환에 실질적 인사이트를 제공합니다.
열저장 기술과 전력계통의 효율적 결합 방안
열에너지는 전기에 비해 저장과 운반이 비교적 용이하다는 장점이 있습니다. 특히, 태양열·지열 등에서 생산된 열을 대규모 탱크나 PCM(상변화물질) 기반 저장 시스템에 저장한 후, 수요 시점에 맞춰 공급함으로써 전력 피크를 줄이거나 대체 수단으로 활용할 수 있습니다. 대표적인 사례로는 지역난방공사와 연계된 공동주택 열저장 시스템이 있으며, 이는 야간 시간대에 남는 전력을 열로 변환해 저장한 후, 아침 시간대에 난방 수요를 충족시키는 방식으로 운영됩니다. 이처럼 전력망에서 발생하는 전력잉여를 ‘열로 전환’하여 저장하는 전략은 ESS와 유사한 역할을 하면서도, 투자비는 낮고 운용기간은 더 길다는 장점이 있습니다. 독일의 경우, 열저장 시스템을 전력시장 내 잉여전력 처리 수단으로 제도화하고 있으며, 태양광 과잉시간대에 열 축 열기(HoT, Heat-only Thermal storage)를 활용하여 에너지의 로스율을 최소화하고 있습니다. 한국도 2026년부터는 태양광 중심의 전력잉여 발생 시간대가 오후 1~4시로 집중될 것으로 보이며, 이 시점에 열 축 열 기반 수요처(학교 급탕, 지역난방 보일러 등)를 연계한다면, 출력제어를 줄이고 유연성 자원으로 활용할 수 있습니다. 또한, 일부 산업체에서는 열과 전기의 시차 소비를 고려한 ‘온사이트 하이브리드 운영’을 도입하여, 에너지 효율성과 전력단가 절감을 동시에 실현하고 있습니다.
하이브리드망 설계 모델과 지역 기반 적용 사례
하이브리드 에너지망(Hybrid Energy Grid)은 전기망과 열망을 통합 설계하여, 단일 운영시스템에서 양쪽 에너지를 조절 가능한 형태로 구성됩니다. 이 모델은 특히 지역 단위의 에너지 자립, 냉난방 부하가 큰 건물군, 스마트시티 단지에 효과적으로 적용될 수 있습니다. 대표적인 사례로는 덴마크의 코펜하겐시가 있습니다. 이 도시는 폐열, 바이오매스 열, 태양열, 전기보일러, 대형 축열조를 통합해 하나의 열망으로 구성하고, 전력 잉여 발생 시 전기를 열로 전환해 저장하는 모델을 운영 중입니다. 이 시스템은 수요반응(DR)과 결합되어, 피크 타임에는 열공급량을 줄이고, 비피크 타임에는 보조열원을 가동함으로써 전력계통의 주파수 안정에도 기여합니다.
한국에서도 하이브리드망 실증사업이 일부 추진되고 있습니다. 세종시 스마트시티 시범단지에서는 열원 분산 운영과 연계된 통합제어 시스템이 구축되어 있으며, 수요 예측에 따라 냉난방 운전을 전력계통과 연동하여 최적화합니다. 또한 일부 산업단지에서는 폐열 회수 시스템과 태양광 연계를 통해 하이브리드 운영 효과를 검증 중입니다. 이러한 하이브리드망은 전통적 중앙집중형 에너지체계와 달리, 지역 기반의 자립성과 회복력을 높이는 데 효과적입니다. 특히 여름철 냉방 피크, 겨울철 난방 피크 시기에는 열수요 기반의 에너지 전환이 계통 부하를 분산시키는 데 핵심 역할을 합니다.
제어 연계 기술과 에너지관리 고도화 방향
열과 전력을 통합적으로 운영하기 위해서는 단순한 설비 설치를 넘어, 정교한 제어 시스템과 예측 기반 운영 기술이 반드시 필요합니다. 최근에는 EMS(에너지관리시스템)에 열저장 예측, 건물 수요제어, 날씨 데이터 연동이 포함되면서, 고도화된 제어 플랫폼으로 진화하고 있습니다. 이와 함께 디지털 트윈 기반의 시뮬레이션 기술도 적용되어, 실시간 운영 시나리오를 자동으로 생성하고 최적의 운전계획을 제시할 수 있습니다. 한, 정부는 ‘수요자원시장’에 열에너지를 간접 자원으로 등록할 수 있는 방안을 검토 중이며, 향후 VPP(가상발전소)와 연계한 열 DR 프로그램이 등장할 가능성도 제기되고 있습니다. 이러한 정책 변화는 기존의 전력 중심 유연성 자원 정책에서 벗어나, 실제 운영상 이질적인 에너지 형태들을 통합 관리하는 새로운 전력시장 구조로의 전환을 의미합니다. 결론적으로, 열에너지와 전력망의 연계는 계통안정, 에너지효율, 설비비용 절감이라는 세 마리 토끼를 동시에 잡을 수 있는 전략입니다. 특히 재생에너지 출력제어가 심화되는 환경에서는, 열저장 기술과 하이브리드망, 제어연계 전략이 필수적인 대안이 될 수 있습니다. 향후에는 지역 단위의 통합 에너지 전략 안에 열전환 연계가 명시적으로 포함되어야 하며, 정책·기술·시장 구조가 이 방향을 뒷받침해야 지속가능한 에너지 전환이 가능할 것입니다.