[지식정보] 빌딩 완전 전기화(Electrification) 기술과 도전

빌딩 완전 전기화는 우리가 시작해야 하는 장기적 가능성 과제다. 전체 전기 자산의 광범위한 채택이 최소 5년에서 10년 이내에는 달성될 것으로 보이지는 않지만 이미 움직이고 있다. 건물에서 전기화를 향한 움직임과 화석 연료 연소에서 벗어나는 움직임이 잘 진행되고 있으며, 정통한 부동산 소유주와 개발자는 이미 이를 수익에 고려하고 평소와 같이 비즈니스에 영향을 미칠 수 있는 전략을 세우기 시작했다.

공평한 방식으로 상업용 부동산 부문을 완전히 전기화하고 궁극적으로 탈탄소화하려면 도시, 부동산 업계, 유틸리티, 서비스 제공업체 및 건물 입주자 간의 협력이 필요하다.

도시는 자체 포트폴리오에서 새로운 전기화 기술을 시험하고 완전 전기 건물에 대한 정책과 인센티브를 제공하며 이러한 시스템을 설계 및 관리할 수 있는 인력을 개발할 수 있다. 소유자와 개발자는 신규 및 기존 건물을 화석 연료 연소 시스템에서 멀리하고 전력망에 대한 수요를 줄이기 위해 심층 에너지 개조에 투자하는 비용을 계산하고 구축하기 시작할 수 있다. 기반 시설 이해 관계자와 유틸리티 제공업체는 발전 문제를 해결하고 재생 가능한 전력원을 개발 및 장려하며 증가하는 건물 및 전기 자동차 수요에 대한 그리드 준비를 보장할 수 있다. 서비스 제공업체는 업계 동향과 모든 전기를 사용하는 비즈니스 사례에 대해 고객을 교육할 수 있다. 세입자와 거주자는 인식 부족으로 인해 가스를 피하는 대신 인덕션 스토브와 같은 가스 대안에 대해 스스로 교육할 수 있다.

이미 가스 사용 금지 건물 건설 법안을 만든 도시와 지자체 수에서 알 수 있듯이 개발자는 점점 더 엄격해지는 에너지 규정 및 건물 정책을 빠르게 충족해야 한다. 또, 재정적, 기술적, 환경적 비즈니스 사례가 더욱 명확해지고 설득력이 높아지고 있다. 증가하는 추세를 무시하는 소유자, 개발자 및 투자자는 자산의 조기 노후화 위험을 감수하고 나머지 시장이 화석 연료에서 멀어지면서 증가하는 운영비와 자본 비용에 직면하게 된다. 이제 부동산도 전기 자동차의 미래 전략 같은 고민을 해야 할 때다.

자료: URBANLAND.ULI.ORG/ SUMMER 2021, Airport connections Development ties travel, logistics, and cyberspace

ULI의 Electrify THE MOVEMENT TO ALL-ELECTRIC REAL ESTATE

델코지식정보

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1. 빌딩 전기화를 가능하게 하는 기술들 Technologies That Enable an Electric Building

상업용 건물에서 대부분의 연료 연소는 공간 난방에 사용되며, 그다음은 물 난방에 사용된다. 오늘날의 시장은 완전 전기 건물을 개발하거나 개조하기 위한 기성품(off-the-shelf) 기술 솔루션을 제공하고 있다.

아래 표에서는 일반적으로 사용되는 연료 연소 기술 대안으로 완전 전기를 요약하고 있다. 표에 설명된 기술 중 일부는 최근에야 인기를 얻었지만 많은 기술이 다양한 산업 분야에서 수년간 사용되었다. 이 목록이 완전하지는 않지만, 전기 건축 기술을 고려할 때 좋은 출발점이 될 수 있다.



전기 대체 기술은 전기화 및 탈탄소화 경로의 일부일 뿐이다. 완전 전기식 건물은 다음 표와 같이 효율적인 건물 설계 및 기술을 통합하여 최고 성능의 건물과 가장 매력적인 재무 비즈니스 사례를 만들어야 한다.



2. 빌딩 전기화(Building Electrification)의 도전 과제

오늘날 시장의 현실에서 모든 상업용 건물의 전기화는 아직 비즈니스에 적합하지 않다. 해결 과제에는 새로운 개발에 상충되는 건물 코드(building codes), 건물의 물류 개조, 장비 비용 선행투자, 사회적 형평성 문제, 거주자 선호도, 유틸리티 인프라 등이 포함된다. 부동산 회사는 전기화로 전환함에 따라 몇 가지 문제에 직면하고 있다. 그러나 많은 회사와 이해 관계자는 이미 이러한 장애물을 극복하기 위한 전략을 파악하고 있다.

빌딩 코드 상충 Conflicting Building Codes

캘리포니아는 30개 이상의 도시와 카운티에서 완전 전기식 신규 건설을 요구하거나 권장하는 완전 전기식 건물 정책을 주도하고 있다. 그러나 주정부의 현재 건물 에너지 코드는 완전 전기 건물이 코드를 충족하는 여부는 모호하다. Title 24(건물 에너지 효율 표준)는 건물 거주자의 에너지 효율성과 비용 효율성을 보장하는 데 도움이 된다. 3년마다 업데이트되는 가장 최근의 2019년 라운드에서는 완전 전기 단독 주택 및 저층 주거 설계에 천연가스와 동등한 자격으로 전기화 지위를 부여하고 있다. 규정 준수를 위한 자체 기준이 있습니다. 완전 전기식 건물 설계에 대한 업데이트된 컴퓨터 모델링 가용성이 부족하다. 때문에, 완전 전기식 고층 다가구 및 사무실 속성에 대한 처벌이 증가할 수 있다. 이로 인해 캘리포니아의 일부 개발자는 가능한 모든 전기식 신규 개발을 설계하고 있다. 비즈니스 사례를 구축하고 시장 활용을 촉진하려면 정책, 강령, 인센티브 간의 더 나은 조정이 필요하다.

빌딩을 물류로 개조 Building Retrofit Logistics

기존 건물을 완전 전기로 개조하는 것은 복잡하고 비용이 많이 든다. 건물을 개조할 때 부동산 소유자와 투자자는 공간 난방 및 냉방 장비의 예상 수명, 장비의 물리적 공간, 날씨 및 기후 관련 문제를 고려해야 한다.

개조 타이밍 TIMING THE RETROFIT

빌딩 기술 시스템의 수명 주기는 전기 교체 물류를 어렵게 만들 수 있다. 대부분의 공간 난방 및 냉방 시스템은 10~30년의 긴 수명 주기를 가지고 있다. 포트폴리오 전체의 모든 가스 시스템을 한 번에 교체하는 대신, 건물 소유주는 각 기술의 사용 수명이 다함에 따라 전환하는 방식으로 시스템을 천천히 업그레이드하고 있다.

또한, 시스템 교체 시기가 맞춰져도 세입자 임대 기간이 현실적으로 수행할 수 있는 작업과 시기에 영향을 미칠 수 있다. 전기 장비 업그레이드에 대한 투자를 효율성 및 지속가능성에 대한 니즈와 수요에 일치시키는 것은 어려울 수 있다. 가능하면 임차인과 거주자의 교체기를 활용하는 것이 가장 좋지만, 많은 업그레이드가 장기 일정에 따라 계획되고, 임대 갱신 또는 장비 고장 시점에 구현된다.

콜로라도에 기반을 둔 소규모 개발 회사인 Morgan Creek Ventures는 모든 전기 표준을 충족하기 위해 2020년에 2003 LEED Platinum 건물을 개조하기 시작했다. 그러나 전체 건물에서 난방 및 냉방 시스템을 가스 시스템에서 완전 전기 시스템으로 변경하는 것은 훨씬 더 어렵다. 의도하지 않은 결과를 피하기 위해, 의무화된 에너지 규정에 비추어 주의해야 한다. 가능한 도전이지만, 회사는 완전 전기 개조 도전을 극복하기 위해 최선을 다하고 있으며, 이를 핵심 전략으로 계속 통합하고 있다.



충분한 공간 확보

고려해야 할 또 다른 요소는 가스에서 전기 빌딩 시스템으로 업그레이드할 때 각 장비의 물리적 공간이다. 1:1 비율에서 일부 전기 시스템은 가스 시스템보다 크기가 더 크다. 예를 들어, 모든 가스 시스템에 이중 공간 난방 및 냉각 기능이 있는 것은 아니지만, 많은 전기 시스템에는 있다. 하지만 일부 가스 시스템은 냉각기 또는 잠재적으로 배관과 쌍을 이루어야 하는 것이 있다.

가스에서 전기 시스템으로 전환할 때 중앙 플랜트의 일부 재구성이 필요할 수 있지만, 설치 공간만이 결정의 유일한 결정 요소일 필요는 없다. 기본 빌딩 시스템의 전체 네트워크를 1:1 비교가 아니라 상호 연결된 것으로 볼 필요가 있다.

기후를 고려하기

추운 날씨는 추가적인 기술적 장애물이 생긴다. 예를 들어, 열펌프 시스템은 외부 공기를 내부로 전달하여 작동하기 때문에 극한의 온도에서 덜 효율적으로 작동할 수 있다. 이 기술은 온도 장애물을 극복하기 위해 최근 몇 년 동안 크게 개선되었지만, 일부 지역에서는 여전히 문제가 될 수 있다. 일반적으로 시스템은 4~5℃ 이상의 온도에서 가장 잘 작동하지만, 건물 소유주는 시스템 부분을 부분 또는 완전히 둘러싸서 장비를 보호할 수 있다.

Northeast Energy Efficiency Partnership은 -15℃ 낮은 온도를 고려하여 최신 버전의 ccASHP 사양을 충족하는 ccASHP(한랭 기후 공기 소스 열 펌프) 시스템 목록을 갖고 있다. 그러나 현재 연구에 따르면 열펌프는 가정을 화씨 -24℃까지 가열할 수 있으며 메인州는 2025년까지 100,000개의 열펌프를 설치하는 목표를 채택하여 이 기술에 대한 확신을 보여주고 있다.

2019년 Oak Ridge 국립 연구소 연구에 따르면, 지나치게 높거나 낮은 주변 온도, 가뭄, 홍수, 강풍과 같은 기후 시나리오는 발전, 송배전, 최종 사용에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 열펌프와 같은 기술은 과거 영하의 온도에서 작동하지 않았지만, 오늘날의 모델은 점점 더 탄력적이 되고 있다. 궁극적으로 극한의 환경에 있는 부동산 소유주는 열펌프가 자산에 가장 적합한 기술인지 고려해야 한다.

선행 비용 Upfront Costs

재정적 여유가 있는 경우에도, 유사한 가스 연료 교체에 비해 전기 장비의 초기 및 증분 비용 때문에 업그레이드를 방해할 수 있습니다. 새로운 개발에서 기본 건물이 완성되면 모든 전기 장비로의 전환과 같은 변경이 어렵고 비용이 많이 들 수 있다. 그러나 증가된 초기 비용을 운영비 감소, 일상적 유지비 감소, 알려지지 않은 미래 규제 영향 등과 분리하는 것은 근시안적 안목이다. 신축 또는 건물 개보수 동안 전기화에 대한 투자의 장기적인 이점은 긍정적인 수익을 올린다.

소규모 건물 소유주가 완전 전기 기술을 사용하도록 돕기 위한 과제를 극복한 회사의 한 예는 BlocPower의 열펌프 개조 사업이다. 그것은 일시적 돈 지출이나 대출이 필요하지 않은 임대 모델을 사용한다. 대신 가스 청구서, 유지비 등을 제거하면서 낮고 예측 가능한 월별 지불액이 적용된다.

세입자가 탄소 발자국 감축을 추구하는 경향이 늘면서, 혼합 연료 건물에 대한 수요가 감소하고 있다. 그렇다고 기존 혼합 연료 건물을 개조하여 저탄소 순수 전기 건물로 전환하는 것은 비용 측면에서 어려울 수 있다. 가스에서 전기 난방으로 전환할 수 있는 현재 기술은 아직 비용 효율적이지 않은 부분이 있다.

사회적 평등성 우려 Social Equity Concerns

저소득 유색인종 커뮤니티는 화석 연료 사용의 건강, 환경 및 경제적 영향을 불균형적으로 겪고 있다. 이러한 지역사회는 더 건강한 실내 공기질, 에너지 효율 시스템으로 인한 에너지 비용 절감, 새로운 일자리 창출을 통한 전기화의 혜택을 누릴 수 있다. 그러나 기존 자산을 모든 전기에 맞게 개조하는 선행 비용 때문에 평등한 전환을 지원하려면 대상 투자 및 권한 있는 지역사회가 좋다.

건물 전기화는 거주자와 지자체에 이점이 있지만 공평하게 추구되어야 한다. 즉, 환경 및 사회 정의를 실천하는 커뮤니티가 오염을 일으키고 더 비싼 가스 기기를 사용하는 않고, 혜택을 받을 수 있도록 보장해야 한다. 이러한 지역사회는 더 깨끗한 공기, 더 건강한 가정, 좋은 일자리, 권한 있는 근로자를 포함해야 한다. 또한, 전기화의 주요 이점에 접근하고 저렴한 청정 에너지 및 에너지 효율성에 대한 접근을 확대하여 월별 에너지 요금을 줄여야 한다.

상승하는 가스전송비용과 분배비용(GAS TRANSMISSION AND DISTRIBUTION COSTS)

천연가스 시스템은 값비싼 유지 관리 요구사항과 노후화된 인프라 운영 비용 증가에 직면해 있기에, 증가하는 송배전 비용은 소비자에게 전가된다. 가스 그리드에 남아있는 사람들은 증가하는 송배전 비용 부담을 공유하게 될 것이다. 예를 들어, Southern California Gas 및 Pacific Gas 및 Electric 유틸리티 회사는 이미 2022년까지 각각 30% 및 15%의 요금 인상을 요청하고 있다.


가스 비용 상승은 부유한 소비자가 건물 시스템을 모든 전기로 전환하고 저소득 지역사회가 가스 기반 시설 비용의 부담을 떠맡게 됨에 따라 심각한 사회적 형평성 격차를 유발할 수 있다. 이는 이미 불공평한 시스템을 악화시키고 모든 전기로 업그레이드할 여유가 없거나 우선순위로 지정할 수 없기에 더 높은 가스 요금으로 저소득 가정에 부담을 준다. 또한, 유틸리티 비용이 상승함에 따라 이러한 가계는 장기적으로 부채와 경제적 어려움에 더 깊이 빠질 위험이 있다. 하지만 동일한 가격으로 가스를 사용하는 가계도 가스 시스템을 사용하기에 주택 대안이 부족하다.

전기 비용의 중가 INCREASING ELECTRICITY COSTS

현재 시장에서 전기는 천연가스보다 비싸다. 소유주는 건물 전체를 전기로 만들기로 결정할 수 있지만, 거주자는 공과금을 지불하는 상황에서 또 다른 형평성 문제가 나타난다. 거주자가 전기 요금을 지불하지만, 천연가스 요금은 집주인이 부담하는 경우가 많은 공동주택에서 특히 느껴진다.

자산이 모두 전기로 전환되면, 늘어난 전기 사용량에 대한 부담은 주민들에게 돌아간다. 이것이 모든 전기를 피해야 하는 이유는 아니지만, 해결해야 할 사회적, 인종적 불평등을 야기할 수 있다. 이론적으로 집주인은 없어진 가스 요금을 기준으로 세입자의 임대료를 낮출 수 있지만 실제로는 그렇지 않을 수 있다.



입주자 선호 Occupant Preference

많은 소유주와 개발자는 기존 가스 대안이 더 편안하고 익숙한 가운데, 새 전기 제품에 대한 임차인과 거주자의 반발에 대해 우려하고 있다. 특히 스토브가 여기에 해당한다. 일부 상업용 레스토랑 세입자는 가스 연결 없이 공간 임대를 거부하기까지 한다. 이로 인해 많은 개발자는 특정 레스토랑 세입자를 유치하려는 경우 전기 건물에 대한 계획을 폐기하거나 1층 레스토랑 세입자만을 위한 특수 가스 라인을 설치한다. 이는 공간을 임대하거나 판매할 때 문제가 될 수 있다. 그러나 이러한 상황은 빠르게 변화하고 있다. 2020년 컨슈머 리포트에 따르면 상위 8개 제품 중 6개가 전기 제품이며, 상위 2개는 인덕션 스토브다.

샌프란시스코에 있는 Brookfield의 Pier 70 Building 12와 같은 주요 재개발은 장기적으로 계획하면서 단기적으로는 소매 임차인을 달래는 방법을 찾고 있다. HVAC 및 배관 수준에서 현장 연소로 인한 화석 연료 사용과 배출물을 제거하고 지속 가능한 구조를 추구하고 있다. 건물의 유일한 가스 라인은 Market Hall의 세입자가 가스레인지를 사용 때문이다. 하지만, 전체 외식 업계가 인덕션 요리를 수용하고 편안하게 만드는 것은 시간문제일 뿐이다.

향후 이러한 불가피성을 설명하기 위해 Point Energy Innovations는 Market Hall 레스토랑 세입자가 모든 전기 제품을 더 빨리 선택하도록 장려하고 유지 관리할 수 있을 정도로 전기 서비스 규모를 확대했다. 다른 프로젝트에서는 가스 라인이 완전히 제거되어 프로젝트 규모에 따라 상당한 비용 절감이 가능했다. 남부 캘리포니아 에디슨(Southern California Edison)과 퍼시픽 가스 앤 일렉트릭(Pacific Gas and Electric)과 같은 유틸리티 회사조차도 요리에 가스 사용을 줄이기 위해 요리사가 사용할 수 있는 모든 전기 조리기구와 옵션을 수용하고 전시하는 Foodservice Technology Center를 보유하고 있다.

인덕션 쿡탑은 높은 수준의 에너지 효율성을 제공할 뿐만 아니라 많은 소비자와 요리사가 비인덕션 전기 대안으로 발견하는 느린 조리 시간을 해결합니다. 인덕션 쿡탑은 또한 가스 쿡탑이나 전기 쿡탑에서 볼 수 없는 건강 및 안전상의 이점을 제공한다. 쿡탑에서 팬을 제거하는 즉시 냉각되기 때문이다.

이전 버전의 인덕션 쿡탑에는 특별한 냄비와 팬이 필요했지만, 최신 모델은 주철, 스테인리스 스틸, 이중 금속 냄비와 프라이팬과 호환된다. 그럼에도 Morgan Creek Ventures는 다가구 개발에서 모든 인덕션 모델에 전념하는 개발자 중 하나다. Morgan Creek은 새로운 입주자에게 입주 선물로 냄비와 프라이팬을 나누어 기술에 대한 입주자의 불확실성을 해결한다.

Thomas Keller와 같은 저명한 미슐랭 스타 셰프들은 음식을 고르고 빠르게 가열하는 능력 때문에 French Laundry 및 Per Se와 같은 레스토랑에서 인덕션 쿡탑을 선택하고 있다. Nestlé와 같은 대규모 식품 및 음료 회사도 참여하고 있다. 테스트 키친 본부 전체가 인덕션 스토브가 있는 전기식이다. 그리고 인덕션 쿡탑은 다가구 건물과 특정 고급 레스토랑에 비교적 새롭지만 유람선, 접객업, 패스트 캐주얼 식당과 같은 산업에서는 수백, 심지어 수천 명의 사람을 위한 음식을 효율적으로 생산하기 위해 수년 동안 이 쿡탑을 사용해 왔다.

그럼에도 지금은 광범위한 교육과 인식은 여전히 ​​더 많은 요리사, 거주자 및 세입자가 완전 전기로 전환하는 이점을 이해하도록 하는 중요한 단계다. 소비자와 업계를 교육하기 위해 많은 비정부 조직과 기업에서 이미 캠페인을 진행하고 있다. 예를 들어, Building Decarbonization Coalition의 The Switch Is On 캠페인20은 가스 쿡탑의 대안에 대해 소비자를 교육하고 알리는 데 도움이 되며, Food Service Technology Center는 인덕션 쿡탑과 같은 주방 장비에 대한 에너지 효율성 전문 지식과 분석을 제공한다.

유틸리티 인프라 Utility Infrastructure

일부 지역에서는 건물 소유주와 개발자가 순수 전기 건물에서 증가하는 전력 수요가 전력망 기반 시설에서 공급할 수 있는 것보다 많다고 우려하고 있다. 특히 건물에 전기 자동차 충전이 이어진다면 더욱 어려워진다고 생각한다.

전기 유틸리티 그리드는 장단기적으로 다양한 방식으로 과세될 수 있다. 폭염이나 한파와 같은 수요 증가는 준비되지 않은 방식으로 그리드에 과도한 부담을 줄 수 있다. 대규모 건물 전기화는 전기 시스템을 겨울 피크 시스템으로 전환할 것이며, 이는 겨울에 재생 가능 에너지 활용이 약해지기에 더 어려운 문제가 된다.

다른 경우, 전기 자동차(EV) 충전소와 같이 거주자가 요청한 건물 편의 시설은 유틸리티와 개발자가 건물과 충전소의 온라인 전환에 협력하지 않으면 그리드에 큰 영향을 미칠 수 있다. 그리고 더 많은 개발자가 계류 중인 지역 전기화 규정을 앞지르기 위해 움직이면서 더 높은 비율의 순수 전기 자산을 제공할 수 있다. 이는 전력망이 처리할 수 있는 것보다 더 빨리 부담으로 올 수 있다. 일부 유틸리티는 가장 가까운 변전소의 인프라 문제로 인해 추가 EV 충전소에 대한 개발자의 요청을 이미 거부했다.

솔루션은 부동산과 유틸리티 간의 파트너십이 필요하다. 부동산 소유자와 개발자는 건물 수준에서 에너지 효율성과 그리드 상호작용을 개선하여 시스템의 전체 수요를 줄이거나 이동함으로써 전력망에 대한 스트레스를 해결할 수도 있다.





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