| 초록 |
<strong>1. 개요</strong><br /> <br /> 기후변화에 의한 지구온난화 현상에 대처하기 위해 21세기 내에, 세계는 온도 상승을 산업화 이전보다 최소 2℃ 이하로 낮추기 위해, 2015년 파리 유엔기후변화협약 당사국 총회인 COP21(con-ference of parties)에서 모든 국가가 온실가스 배출을 줄이기 위한 국가별 목표를 세워 실행하자고 하는 국가별 기여 방안인 INDC(Intended Nationally Determined Contribution)를 설정하여 이의 매 5년 주기의 상향된 NDC 목표 제출의무를 결의하였다. 여기서 우리 정부는 BAU(business as usual) 2030(2030년 CO2 배출 예상량)의 37%를 줄이겠다는 목표를 제시한 바 있다.<br /> <br /> 미전화(未電化) 지역 및 전기 사용 인구의 증가, 빅데이터와 IoT 등에 의한 데이터전송 및 컴퓨터연산량의 증가 등으로 전기 사용량이 지속적으로 늘고 있으며, ICT(Information & Communication Tech-nology)와 4차산업혁명이 촉발한 정보화 또는 디지털화 사회로의 전환으로 전기에너지 의존성은 더욱 커지고 있다. 이러한 전기에너지의 수요에 대응한 전기에너지의 생산이 화석연료에 의한 경우 많은 온실가스를 배출하고 있어 기후온난화에 많은 영향을 미치고 있다. 이 때문에 재생에너지 도입을 늘려 기존 화석발전원의 양을 줄임으로써 기후변화 문제에 대처하고자 하는 것이 21세기의 전 세계적인 추세인데, 이미 100%를 재생에너지로 공급하는 국가가 등장하고 있으며 가까운 미래에 대부분의 에너지를 재생에너지원으로부터 공급하겠다는 목표를 세우고 있는 국가가 늘어나고 있다.<br /> 전력의 생산에서부터 소비의 모든 단계는 선으로 연결되어 공간적 이동이 이루어지는데, 빛의 속도로 이동하는 전기의 속성으로 인해 생산과 동시에 소비가 이루어져야 하므로 공급과 수요의 균형(수급균형, 이 경우 우리나라 전력계통의 주파수는 60Hz를 유지)을 맞추는 것이 대단히 중요하다. 이와 같이 전력의 수급을 허용되는 범위(우리나라의 경우 주파수 60±0.2Hz) 내에서 균형적으로 유지하는 능력을 전력계통의 유연성(flexibility)이라고 정의하는데, 종래의 전력계통에서 수급균형은 변동하는 수요에 맞추어 발전력으로만 이에 대응하는 것이 가능했는데, 이는 변동 요소가 수요밖에 없어서 수요 변동에 맞추어 균형을 이룰 수 있도록 대형 집중형 발전기들(수력, 석탄, 가스 및 원자력 발전기 등)의 출력을 제어할 수 있었기 때문이다. 즉, 수요의 변동에 대해 발전력만으로 이를 추종하여 균형을 이루는 것이 가능하였다. 그러나 최근의 전력계통은 기존의 집중형 발전원과는 달리 태양광발전과 풍력발전과 같은 분산 발전원들이 많이 도입되었는데, 이 재생에너지원들의 경우는 태양의 변화와 바람의 변화에 따라 발전설비의 출력이 변동하는 간헐성과, 기상 환경에 따른 출력의 변동성, 태양빛과 바람 자원이 좋은 곳을 택해 입지함으로써 생겨나는 지역편중성 등으로 인해 계통의 전기 품질(주파수와 전압)을 저해하는 요소로 작용함으로써 계통의 유연성을 떨어트리게 된다. 더군다나 경제적, 기술적 요인으로 발전기의 출력변동 또는 정지를 하기가 어려운 대규모 발전원이 존재하기 때문에 도입된 재생에너지 발전시스템의 도입량이 늘어나게 되면 수요보다 많은 전력량이 생산될 수밖에 없다. 이를 잉여전력이라고 하는데, 이 잉여전력은 저장하지 않으면 국가 간 계통이 연계된 곳에서는 필요로 하는 곳으로 전송하여 활용이 가능하지만, 우리나라와 같이 고립된 계통에서는 출력을 제한할 수밖에 없다. 한편으로는 이들 재생에너지가 발전을 할 수 없는 경우, 또는 시간대에 대비하여 가스발전 및 석탄화력이 이들 재생에너지원의 출력을 대처해야 하는 모순이 생겨난다. 즉, 이산화탄소 배출을 줄이기 위해 도입한 재생에너지만큼의 화석연료 발전원이 동시에 준비되어야 한다.<br /> <br /> 이처럼 재생에너지는 온실가스 배출을 하지 않는 발전원이라는 긍정적인 효과와 함께 출력의 불확실성, 간헐성, 지역편중 등으로 인해 계통에 접속되는 양이 늘어날수록 전력계통의 유연성을 떨어트리는 부정적인 영향도 크다. 이들 재생에너지의 계통 운영에 미치는 부정적인 영향을 해소하기 위한 방법이 있다면 21세기 에너지산업의 화두인 3D, 즉 Decarbonization(탈탄소화), Decentraliza-tion(탈중앙화 또는 분산화), Digitalization(디지털화)을 통해 에너지 사용으로 인한 지구온난화를 완화시키는 데 큰 역할을 할 것이다. IRENA(International Renewable Energy Agency)에 의하면, 그림 1에서와 같이 현재 각국의 에너지정책 대비 재생에너지 도입과 에너지 효율 향상을 통해 90% 이상의 이산화탄소 배출을 감소시킬 수 있다고 전망한다.<br /> <br /> 그림 1. 현재 정책 대비 재생에너지 로드맵에 따른 에너지 관련 이산화탄소 배출 전망[3]<br /> <br /> 본 기고는 이와 같은 세계적인 에너지전환 흐름 속에서 재생에너지 문제와 3D를 실현하는 방안으로 유럽과 미국의 캘리포니아를 중심으로 활발히 전개되고 있는 에너지 캐리어로서의 용도와 장점을 활용한 수소의 생산과 이용 면에서의 재생에너지의 관계를 파악함으로써, 국내에서 급속히 전개되고 있는 수소경제를 기존의 천연가스에서 추출한 수소를 중심으로 한 활용에 중점을 두고 있는 것에서 탈피하여 재생에너지와 수전해에 의한 방법을 통해, 온실가스 배출이 없는 친환경적인 수소, 즉 그린수소를 생산하는 방법의 효과와 타당성에 대한 공감대를 형성하기 위한 목적으로 작성되었다. 전기분해에 의해 생산된 수소는 경제성, 기술적 한계 등으로 그렇게 주목받지 못했지만 오랜 기술개발을 통해 성숙된 기술을 기반으로 청정한 에너지 캐리어, 무한한 자원량, 수송, 연료, 산업 등 다양한 분야에서의 수요 증가와 함께 대량의 재생에너지 도입으로 생겨난 여러 가지 문제를 해결할 수 있는 자원으로 주목받고 있다. 이에 본고에서는 재생에너지의 본격 도입을 목표로 에너지의 전환 단계에 있는 우리 전력계통에 P2G(Power to Gas)라고 하는 수소와 전해장치의 활용방법과 접근방법을 소개함으로써 우리가 추구해야 할 방향을 수소의 활용 관점이 아닌 생산의 관점에서, 전력계통을 운영하는 측면을 고려한 재생에너지와 수소경제의 방향을 모색해보고자 한다.<br /> <br /> <strong>** 원문은 파일 다운받기를 해주세요 :-)</strong> |
