스다 레이지(Suda Reiji) 일본환경기연㈜ 환경계획부 전임부장

중국의 GDP(국내 총생산)는 1978년의 3,645억원에서 2007년에는 약 25조원에 달하며, 30년간 69배로 확대됐다. 이전 중국의 인구는 9.6억명에서 13.2억명으로 1.4배 증대했고, 경제발전에 불가결한 에너지 소비량도 5.7억t(표준 석탄 환산 t：1t=29.3GJ)에서 26.6억t으로 4.7배 급증했다(그림 1).

1993년 중국은 석유 수출국에서 순수입국으로 전환하고, 2003년에는 국제 원유가격의 급등으로 전대미문의 에너지 부족에 직면했다. 그 후로는 에너지 절약형 사회의 구축이 경제와 사회의 지속적 발전에 불가결하다고 판단하고, 2005년에는 에너지 절약 10대 중점 프로젝트의 실시 및  2006년 재생 가능 에너지법을 시행하는 등 다양한 에너지 정책을 내세우고 있다. 특히 현재 에너지 소비 구조가 석탄 70%, 석유 20%, 천연가스 3.5% 등 화석연료 중심으로 이루어지고 있는 사실에 대해, 2007년에는 2010년까지 재생 가능 에너지의 비율을 10%로 끌어올리는 ‘재생 가능 에너지 발전 제11차 5개년 계획’을 발표, 태양열 온수기의 이용에도 상당한 기대를 걸고 있는 상황이다.

태양열 이용기기의 보급 상황

IEA 자료에 의하면, 2006년 말 전 세계의 태양열 이용 기기의 가동집열면적은 1억8,250만㎡를 기록했다. 그 중 중국은 9,300만㎡로 약 51%를 차지해 제2위인 터키(945만㎡)를 큰 폭으로 따돌리며 월등한 1위를 차지했다. 게다가 그 내역은 진공 유리관식이 90%, 평판식이 10%로, 일본(721만㎡)의 평판식 92%, 진공 유리관식 2%, 공기식 6%라고 하는 내역과 확연히 다르다.

이번 현지조사에서 확인한 결과, 1998년에 1,500만㎡였던 중국의 보유집열 면적은 연 20~30%의 성장을 거쳐, 2008년에는 1억2,500만㎡에 달하며 11년간에 8.3배로 증대했다. 뿐만 아니라 연간 생산량은 350만㎡/년에서 3,100만㎡/년으로까지 확대되었다(그림 1).

태양집열기의 종류와 구조

중국의 태양집열기는 크게 평판형과 진공관형으로 나뉜다. 진공관형은 전유리 진공관형과 금속-유리구조 진공관형이 있다. 또 후자 타입에는 U형관식과 히트 파이프식의 2종류가 있다(그림 2). 중국에서 가장 많이 보급되어 있는 것은 전유리 진공관형 집열기를 사용한 자연순환식 태양열 온수기이다. 강제순환식의 태양열 온수기에는 U자형 금속-유리 구조 진공관형 집열기가 사용되고 있다.

그림 3은 전유리 진공 태양집열관의 구조와 구성부품을 나타낸 것으로, 가늘고 긴 U자형의 형상을 유리로 만들어, 내부(실선부분)를 진공으로 하고, 안쪽 유리관의 표면에 방사율이 0.05인 선택 흡수 도장(막)을 입혀 집열효율의 향상을 도모하고 있다. 이 선택 흡수 도장은 진공집열관의 핵심 기술로 중국 청화대학의 은지강(Yin Zhigiang) 교수가 1979년경에 연구 개발해 특허를 취득한 것이다.

참고로 종래 일본에서 사용되어오던 강제순환식의 진공관 집열기는 진공 유리관의 내부에 집열판과 집열관을 설치하고 있어 중국의 집열기와는 구조가 완전히 다르다.

제조업체의 동향

중국의 태양열 이용 산업은 재생 가능 에너지 분야에서는 유일한 산업으로 인정받고 있어 독자적인 개발에 의해 자국 시장을 전개하며 오늘날까지 발전했다. 현재의 태양열 온수기의 제조업체는 3,000개사 이상이 있으며, 그 중 규모가 큰 업체는 1,400개사이고, 핵심 기업은 100개사, 1억위안(약 15억엔) 이상의 매출 기업은 20개사 이상이다.

2008년 중국의 태양열 온수기의 판매액은 430억위안(6,450억엔)으로 전년 대비 증가율은 34.3%, 수출액은 1억달러(100억엔)로 증가율은 53.8%를 기록했다. 주로 유럽, 미국, 아프리카, 동남아시아 등의 80개국에 수출하고 있다.

중국이 태양열 온수기를 보급하는 이유

중국에서 태양열 온수기가 급속히 보급된 배경에는 에너지 공급과 관련되는 인프라 설비가 발달하지 않은 농촌지역을 중심으로 확대된 점이 꼽혔지만, 이 정도까지 보급된 정확한 원인은 파악할 수 없었다. 이번 현지조사에 근거해 ‘왜 중국에서는 진공관 태양열 온수기가 보급되었는가’를 정리했다. 

중국은 1980년 말부터 1990년 초 무렵까지 급탕이 없던 시대였기 때문에 저렴한 온수기의 개발이 필요했고, 이를 목표로 삼았다. 1980년대에는 평판형 태양열 온수기가 주류를 이뤘으나, 동결 문제 해결에 있어서는 실패하고 말았다. 청화대학의 은지강 교수는 1970년부터 1980년에 걸쳐 진공관 집열기의 독자 개발로 동결 문제를 해결했으며, 핵심 기술인 태양광 선택 흡수막의 도금 도장을 간이화하는데 성공했다. 이를 통해 중국은 태양열 에너지의 생산 효율을 향상시킬 수 있었고, 품질 향상과 비용 삭감에 성공했다.

이후 중국은 태양열 온수기의 시스템화 특허 기술을 학생에게 교육시켜 1992년부터 각지에서 양산화에 돌입했다. 선택 흡수막의 특허도 무상으로 공개해 저렴한 태양열 온수기(2,000~ 3,000위안)를 공급하기 시작했다. 사회적으로는 1976년 이후의 개혁 개방정책에 의해, 국민의 생활 수준이 향상되어 농촌지역에서도 구입이 가능해졌다. 이는 종래의 전기 온수기와 비교해서 약 3년 만에 회수할 수 있는 저렴한 태양열 온수기를 중국의 독자적인 기술로 공급할 수 있게 되었던 것이 보급·확대의 큰 요인이 되었다. 게다가 중국 국토에서 얻을 수 있는 태양에너지 양이 상당히 풍부한 것도 성공요인 중 하나이다.

제품 비용과 에너지 비용의 현상

이번 현지조사에서는 국내 제2위의 점유율을 차지하는 산동 역락서특신능원(力諾瑞特新能源) 유한공사의 공장을 방문했고, 집합주택이나 연수 숙소 등의 설치 사례의 시찰과 청강회를 실시했다. 이러한 조사결과를 바탕으로, 태양열 이용 제품의 비용과 에너지 비용의 현상을 정리하면 다음과 같다.

제품 비용

• 자연순환식 태양열 온수기(1.5~4㎡ 타입)
  3,000~4,500위안(4만5,000~6만엔)→1만5,000~3만엔/㎡
• 강제순환식 집열기·저탕 탱크 분리 시스템(3.0㎡：탱크 용량 150L)
  2만위안(30만엔)→10만엔/㎡
• 강제순환식 전유리 진공관형 급탕 시스템(175㎡：탱크 용량 10㎥)
  30만위안(450만엔)→2.6만엔/㎡

기존의 온수기 비용

• 탱크식 전기 온수기
  1,000~3,000위안(1만5,000~4만5,000엔)
• 소형 순간식 전기 온수기
  1,000~5,000위안(1만5,000~7만5,000엔)
• 가스 순간식 급탕기
  3,000~6,000위안(4만5,000~9만엔)

에너지 비용

• 전력 비용
  상해시 주택용：0.4~0.6위안/kWh(6~9엔/kWh)
  북경시 주택용：0.55위안/kWh(8.3엔/kWh)
• 가스 비용
  북경시 주택용：2.4위안/㎥(36엔/㎥)
  (주)3만4,000kJ/㎥

태양열 온수기의 향후 동향

이번 현지조사에서 방문한 중국 건축과학연구원에서의 청강회에 따르면, 2020년의 태양열 온수기 보급 목표는 3억㎡이고, 태양광발전 보급 목표는 180만kW로 하고 있다. 장기적으로는 2030년 5억㎡, 2050년 10억㎡를 보급하겠다는 목표도 설정되어 있다.

강제 설치 정책의 동향

이미 중국의 일부 도시에서는 태양열 온수기의 강제 설치 정책이 실시되어 12층 이하의 신축건물에는 설치가 의무화 되고 있다(하이난성, 센젠시, 옌타이시, 쉬저우시 등). 국가적인 차원에서 검토를 시작했기 때문에 향후 중국 태양열 온수기의 동향이 주목되고 있다.

농촌과 도시에서의 전망

라이프라인이 정비되지 않아 소득이 낮은 농촌지역에서는 계속해서 저렴하고 간편한 진공관형의 자연순환식 태양열 온수기의 보급이 예상된다.

한편, 도시지역에서는 주택의 대부분이 집합주택으로, 종래는 사진 1과 같이 옥상에 각 가구용의 자연순환식 태양열 온수기를 설치해 이용했지만, 경관상의 문제도 있어 향후에는 디자인적으로도 뛰어난 주동(住棟) 센트럴 방식과 주호(住戶) 분산 방식의 강제순환식 태양열 온수기의 개발이 진행되어 보급·확대해 나갈 것으로 예상된다.

주동 센트럴 방식은 옥상에 집열기와 저탕 탱크를 집중 설치해, 각 가구에 온수를 공급하는 방식이며(사진 2), 주호 분산 방식은 베란다 난간부분 등에 집열기와 저탕 탱크를 설치해, 각 가구에서 독립된 방식이다(사진 3, 사진 4).

건축 일체화 집열기의 개발

도시지역의 집합주택용으로서 건축과 일체화한 집열기의 개발이 진행된다. 특히 디자인상의 자유도가 높고 강제순환식 시스템에 사용할 수 있는 평판형 집열기가 재평가될 것으로 기대된다.

공조용 기기 등의 개발

가정용의 온수 이용 이외에는 태양열을 이용한 냉난방 공조 시스템의 연구가 진행되고 있으며, 각 지구의 기상 특성에 맞춘 시스템 만들기와 본격적 보급이 진행된다. 더욱이 농업이나 공업 등에도 이용을 확대해 나갈 가능성이 있다. 다만 진공관형의 자연순환식 태양열 온수기 외에는 이니셜 코스트가 높아 향후 태양열 이용 발전에는 중국 경제의 발전이 열쇠가 될 것이다.

마지막으로

이번 기사는 코다마 유이치로 교수(코베예술공과대학)를 단장으로 하고, 보가키 카즈아키 교수(도쿄도 시립대학)를 부단장으로 한 관계자 10명에 의해 2009년 6월에 실시한 ‘중국 태양열 이용의 현상과 동향 조사’의 성과에 의한 것이다. 단장·부단장을 비롯한 조사단의 모든 분들과 조사단의 방문을 허락해 주신 중국 건축 과학 연구원과 중국 자원 종합 이용 협회 가재생능원 산업 위원회 및 산동역락서특신능원 유한공사의 관계자 여러분께 감사 말씀을 전한다.

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