Steam 시스템 최적화의 이점

지난 몇 년간 기후 변화에 대한 진전 보고서를 살펴보면 축하할 만한 일이 거의 없다는 것을 알 수 있습니다. 우리는 지구의 온도 상승을 제한하지 못하면 우리 모두에게 끔찍한 결과를 초래할 것이라는 사실을 잘 알고 있습니다. 하지만 넷 제로 목표를 달성하는 데 필요한 신속한 조치는 이루어지지 않고 있습니다. '0을 향한 레이스'라면 왜 단거리 달리기보다는 세발자전거 경주처럼 느껴질까요?

2022년 초로 거슬러 올라가 보세요. 전 세계는 엄청난 팬데믹으로부터 회복하고 있었고 경제는 재건되고 있었습니다. 하지만 기후 변화와 관련해서는 상황이 나아지고 있다고 생각했지만 단점도 있었습니다. 전기와 열로 인한 CO2 배출량이 사상 최고치를 기록하면서 국제 에너지 기구(IEA)가 명확한 행동 지침을 발표하게 되었습니다. 

효율성을 위한 최적화가 새로운 뉴스가 아닌 이유..

과학 기반 목표를 가진 2,731개 기업이 진전을 보이고 있는 것은 고무적인 일이며, 저희도 그 중 하나입니다. 현재에 집중하고 현상 유지가 내러티브를 지배하도록 허용하지 않음으로써 진전이 이루어지고 있습니다. 회사마다 목표를 달성하는 방식은 다르지만 공통적인 주제는 효율성입니다. 

이는 작년 9월에 발표된 바이든-해리스 행정부의 산업 탈탄소화 로드맵의 핵심 메시지 중 하나였습니다. 세계에서 두 번째로 이산화탄소 배출량이 많은 국가로서, 이를 해결하기 위한 세부적인 목표에 대한 진전은 환영할 만한 일입니다. 이 보고서는 미국 에너지 관련 CO2 배출량의 30%가 산업에서 발생한다는 점을 인식하고 CO2 배출량이 가장 많은 5대 산업인 석유 정제, 화학, 철강, 시멘트, 식음료 부문이 나아가야 할 방향에 초점을 맞추고 있습니다. 

이 보고서는 네 가지 핵심 기술 요소 중 다음과 같은 결론을 내립니다: 

"에너지 효율은 근본적인 탈탄소화 전략이며 단기적으로 온실가스 배출 감축을 위한 가장 비용 효율적인 옵션입니다."⁵ 

미국 정부만이 기후 재앙을 막기 위한 청사진의 일부로 효율성을 꼽은 것은 아닙니다. IEA는 같은 달에 에너지 효율성에 대한 추적 보고서를 발표하며 다음과 같이 강조했습니다: 

"에너지 효율은 2050년 순배출량 제로 시나리오에서 에너지 수요를 피하기 위한 가장 큰 단일 조치이며, 전기화, 행동 변화, 디지털화 및 재료 효율성과 밀접하게 관련된 조치이기도 합니다."⁶ 

효율성을 높이는 것만큼 비즈니스에 도움이 되는 일은 없다고 생각할 수도 있습니다. 매일의 의제에 포함되어 있습니다. 그렇다면 왜 우리는 끊임없이 그 중요성을 상기해야 할까요? 

또한 단순히 보일러를 에너지 효율이 높은 보일러로 교체하는 것이 합리적일 수 있지만, 전체 산업용 증기 시스템이 반드시 더 효율적이라는 의미는 아닙니다. 증기 수요를 과소 또는 과대 추정하고, 시스템을 잘못 관리하며, 시스템을 최적 효율 이하로 운영하는 것은 전체 효율을 저하시키는 일반적인 요인입니다. 

증기 시스템 최적화 평가

거의 10년 전, 유엔공업개발기구(UNIDO)는 산업용 증기 시스템의 에너지 효율 잠재력을 조사한 보고서를 발표했습니다.⁷ 목표는 어떤 효율성 측정이 비용 효율적인지 입증하고 그 가치를 추정하는 것이었습니다. 중국이 테스트 사례로 선정되었습니다. 

미국, 유럽, 중국의 증기 전문가 7명에게 자문을 구해 어떤 공통 에너지 효율 조치를 포함해야 하는지, 에너지 절감 효과와 이를 구현하는 데 드는 비용을 결정했습니다. 

다른 국가와 달리 중국의 에너지 소비 패턴은 산업 부문이 주도하고 있습니다. 2019년 제조업은 중국 전체 에너지 소비의 약 55%를 차지했으며, 제조업 부문 에너지의 59.6%는 석탄에서 나왔습니다.⁸ 

기술적으로 실현 가능한 9가지 조치에 동의한 전문가들은 2가지를 제외한 모든 조치가 비용 효율적이며 잠재적으로 연간 CO2 배출량을 201.23MtCO2 감축할 수 있다는 사실을 발견했습니다. 모든 조치를 고려하면 증기 발생에 사용되는 총 연료의 약 26%를 기술적으로 절감할 수 있습니다.

이 연료 절감량은 전 세계 160여 개국의 1차 에너지 사용량보다 더 많은 양입니다. 

이 표에는 9가지 증기 시스템 효율 측정값이 선택된 값과 함께 나열되어 있습니다: 

중국의 산업용 증기 시스템 효율화 조치에 대한 연간 누적 연료 절감 및 CO₂ 배출 감소, 효율성 개선 비율 및 수명 잠재력을 최종 CCE(보존 에너지 비용)로 평가한 결과입니다

순 배출량 제로를 향한 실질적인 진전을 이루기 위한 7년이라는 시한을 생각해보면, 이러한 조치의 수명은 증기 시스템을 최적화하는 것이 어떻게 실질적인 변화를 가져올 수 있는지 보여줍니다. 한 가지 개선 사항도 분명 영향을 미치지만, 전체 시스템이 최적화되었을 때 그 혜택은 더욱 커집니다. 

이러한 조치의 대부분은 발전 수단에 관계없이 모든 증기 시스템에 적합합니다. 주요 변수는 분명히 CO2 배출량에 미치는 영향입니다. 

시진핑 중국 국가주석은 청정 에너지의 필요성을 인식하고 2060년까지 탄소 중립 국가를 달성하겠다고 밝혔습니다. 이미 2021년에 전 세계 총액(7,550억 달러)의 3분의 1이 넘는 2,660억 달러를 투자하는 등 청정 에너지 전환에 대한 세계 최대 투자국입니다. 

하지만 증기 보일러의 평균 수명이 30년 이상이기 때문에 화석 연료에서 벗어나는 데는 시간이 걸립니다. 현재에 집중하고 가능한 모든 효율성 수단을 활용하면 배출량 감소를 달성할 수 있습니다. 

증기 시스템에서 효과적인 최적화 달성

이 글의 서두에서 다룬 에너지 통계와 순배출량 제로 목표 달성을 위한 앞으로의 과제로 돌아가서, '효율성'에 대한 일반화가 실제로 어떻게 실행에 옮겨질 수 있는지 살펴보는 것이 유용합니다. 

이러한 조치 중 어느 것도 개발을 기다리고 있지 않습니다. 모두 기술적으로 가능하며, 대부분의 경우 비교적 단기간에 비용 효율적입니다. 그리고 가장 중요한 것은 다른 신기술이 아직 진화 초기 단계에 있는 동안 가시적인 혜택을 누릴 수 있다는 점입니다. 

UNIDO 보고서가 발표된 이후 증기 시스템을 최적화할 수 있는 잠재력도 발전했습니다. 디지털 트랜스포메이션이 빠르게 도입되고 있는 지금, 최적화가 가장 효과적인 위치에 대한 지식이 훨씬 더 많아졌습니다.  이는 IPCC가 올해 보고서에서 강조한 내용입니다: 

효율성에 관한 한, 모든 국가에는 모든 상자를 체크하는 최고 성과자와 최적화에 대해 한 번도 생각해 본 적이 없는 아웃라이어가 있을 것입니다. 하지만 개선의 여지는 항상 존재합니다. 

최신 디지털 인사이트를 통해 증기 시스템의 에너지 효율 기회에 대한 상세한 기술적 평가를 얻을 수 있는 이보다 더 좋은 기회는 없었습니다. 이보다 더 큰 위험은 없었습니다. 빌 게이츠가 "나쁜 소식은 헤드라인이지만 점진적인 개선은 헤드라인이 아니다"라고 말한 것처럼 기후 변화와 관련된 실망스러운 뉴스가 더 많이 나올 수도 있습니다 


¹: 2021 년 전 세계 CO2 배출량이 역사상 최고 수준으로 반등 - 뉴스 - IEA
²: 청정 에너지 성장이 석탄 및 석유 사용 증가의 영향을 상당 부분 상쇄함에 따라 2022 년 전 세계 CO2 배출량이 당초 우려했던 것보다 적게 증가했습니다. - 새 소식 - IEA
³: https://www.ipcc.ch/report/ar6/wg3/downloads/report/IPCC_AR6_WGIII_FullReport.pdf 
⁴: IPCC, 1.5°C 이내로 유지하라는 '최종 경고' 발표 - 과학 기반 목표
⁵: DOE 산업 탈탄소화 로드맵 | 미국 에너지부
⁶: 에너지 효율 - 분석 - IEA
⁷: 중국 산업용 증기 시스템의 에너지 효율 잠재력(unido.org)
중국 산업용 증기 시스템의 에너지 효율 잠재력(unido.org) 연구 작성 당시 중국에서는 석탄 연소 보일러가 약 80~85%, 석유 및 가스 연소 보일러가 약 15%, 기타 연료(예: 전기, 바이오매스 등)를 사용하는 보일러가 전체 보일러 용량의 5% 미만을 차지했습니다.
⁸: 중국의 에너지 발자국은 어떻게 변화하고 있나요? | 차이나파워 프로젝트(csis.org)
⁹: 중국 - 국가 및 지역 - IEA