탄소중립, RE100, 넷제로 등 현재 재생에너지에 대한 관심이 높아지면서 국내 전력과 발전에 대한 관심도 높아지고 있다. 재생에너지뿐만 아니라 신재생에너지에 대해서도 관심이 높아지고 있다. 재생에너지(신재생에너지) 현황 및 이슈에 대해서 알아보기로 하겠다.
재생에너지(신재생에너지) 현황 및 이슈
지금이야 누구나 쉽게 언제든지 전기를 사용할 수 있는 사회지만 불과 5~60여 년 전만 해도 그렇지 않았다. 불과 5~60여 년 전만 해도 전력공급이 충분하지 못해 제한 송전이 시행됐었다. 65년의 전력보급률은 도시 50% 정도, 농촌 10% 정도로 도시의 전력 공급이 공장의 가동에 포커스가 맞춰져 있었음을 감안하면 사실상 전기와는 거리가 멀었던 시절이라 할 수 있다. 그리고 본격적인 전국적 규모의 전력 망 보급도 이때부터 이뤄지기 시작했다.
현재 국내의 송전망은 상시 가동되는 전라도와 경상도의 원전과 충청도, 강원도의 화력발전소가 서울과 대도시 및 주요 산업단지로 전력을 송출하고 있고 발전비용이 다소 비싼LNG 복합발전은 인천과 수도권 지역 등에 배치되어 있다. 즉, 발전비용이 싸고 상시 가동되는 전기는 장거리 송전으로 전력망에 가해지는 추가적인 부담 없이 송전효율을 높이고 발전비용이 비싼 전기는 중단거리 운송을 통해 비용 상승을 최소화하고 송전망에 가해지는 부담을 줄이는 방식이다.
재생에너지는 이러한 송전망을 구축할 수가 없다. 재생에너지는 전력생산이 안정적인 원자력이나 화력과 달리 변동성이 매우 크고 지형과 환경의 영향을 많이 받는다. 이는 다른 방식으로 이야기하자면 전략적인 분포와 배치를 통한 전력 생산과 송전 효율의 극대화를 추구했던 과거의 방식이 통하지 않는다는 것을 의미한다.
한국의 기후도 재생에너지 생산에 여러모로 불리한 조건인 측면이 있다. 우리나라는 폭염과 혹한으로 인해 여름과 겨울에 전력소비량이 급증하는 형태를 보인다. 하지만 정작 여름은 장마, 태풍, 집중호우로 인한 일조량 감소로 태양광 발전량이 줄어들고 겨울이라 해서 딱히 풍력발전이 더 많이 늘어나는 것도 아니기 때문이다. 이런 재생에너지 생산에서 에너지 저장 시스템인 ESS가 필수적으로 논의되는 것도 바로 그런 이유이다. ESS를 통해 재생에너지가 가진 극심한 변동성을 최소화하자는 것이다. 물론 여기서도 발전지역의 분포가 환경에 따라 불균형적으로 흩어진 특성상 송전에서 발생하는 손실과 비용의 문제가 기존의 발전보다 높다.
이러한 어려움에도 불구하고 이것이 넷 제로를 거부하고 RE100을 거부해야 할 이유는 되지 못한다. 우리나라는 이미 세계에서 손꼽히는 경제국가이자 산업국가이기 때문에 선진국들이 이러한 흐름에 참여할 것을 요구하고 있고 그렇지 못한다면 우리의 산업과 수출도 그만큼 힘들어지는 것은 불 보듯 뻔하다. 단기적으로는 탄소배출권과 REC(신재생에너지 공급인증서)의 구매를 통해 재생에너지로 가는 길을 확충할 수도 있다. 하지만 정말로 이를 해결하기 위해선 결국 기존의 방식이 아닌 새로운 전력체계의 재편을 요구하고 있는 상황이라 할 수 있다. 현재 우리나라 경제 앞에 던져진 숙제라 할 수 있다.
피할 수 없으면 적극적으로 대응하고 오히려 주도적으로 앞서 나아가려고 하는 것이 좋을 때가 있다. 물론 현재 처한 여건이나 환경적인 요인이나 기타 관계된 사회적, 산업적 여건이 좋지 않을 수 있지만 그렇다고 전 지국적인 대세를 거스를 수는 없다. 오늘은 재생에너지(신재생에너지) 현황 및 이슈에 대한 내용을 알아보겠다.
재생에너지 (신재생 에너지)는 무엇인가?
세계 인구는 계속해서 증가하고 있고 산업은 갈수록 성장하고 있다. 그에 따라 에너지 수요 또한 증가하고 있다. 하지만 석탄이나 석유 같은 화석 연료는 한정적이다. 전 세계적으로 대체 에너지 사용을 늘려야 한다. 대체 에너지는 자연적으로 보충되고 무한정하게 공급된다. 수력 발전, 태양광, 풍력 에너지, 바이오매스, 지열 난방이 여기에 해당된다. 이러한 설비와 시스템은 온실 가스나 오염 물질을 배출하지 않는다. 그러므로 환경과 건강에 유익한 방식으로 에너지를 생산할 수 있다.
부가적인 이점도 있다. 재생 에너지를 사용함으로써 화석 연료 수입에 대한 의존도를 낮출 수 있다. 그럼으로써 돈을 절약할 뿐만 아니라 자주권을 높일 수 있다. 대체 에너지를 둘러싼 하이테크 산업 또한 부상하고 있다. 재생 에너지 시장이 2025년에 1조 5120억 달러 규모로 성장할 것으로 전망된다.
신재생 에너지원에는 어떤 것들이 있나?
신재생 에너지원으로는 태양광, 풍력, 수력, 지열, 바이오매스 등 다섯 가지를 들 수 있다.
태양 에너지와 태양광발전
태양은 지구로 엄청난 양의 에너지를 방사한다. 이론적으로는 한 시간 동안 비추는 에너지로 지구 전체가 1년 동안 쓸 전기를 공급할 수 있다. 태양광 모듈이 세계 각국의 건물 지붕이나 공터에 설치되고 있다. 태양광 모듈은 실리콘 반도체를 사용해서 태양광을 전기로 변환한다. 햇빛으로 열을 생산할 수도 있는데, 태양광 집열기는 햇빛으로 기름이나 물을 데운다. 이렇게 데워진 물로 난방을 할 수 있다.
현재 세계 최대 태양광 단지는 중국에 있다. 롱양샤 댐 태양광 단지는 4백만 개 이상의 패널로 이루어졌으며, 약 850MW의 전기를 생산한다. 이것은 14만 가구에 공급하기에 충분한 에너지이다.
풍력 에너지
바닷가 어느 지역을 가나 쉽게 풍력 터빈을 쉽게 볼 수 있다. 바람이 로터를 회전시키면, 발전기가 운동 에너지를 전기로 변환한다. 자전거의 다이나모(dynamo)와 같은 원리이다.
세계 최대 풍력 터빈은 독일 슈투트가르트 인근 가일도르프에 있으며, 높이가 246.5미터이고 출력은 3.4 메가와트(MW)이다.
수력발전
흐르는 물로 에너지를 생산할 수 있다. 수력 발전은 강이나 댐에 터빈을 설치해서 물살의 힘이 터빈 휠을 추진시키고 이것이 발전기를 구동한다.
세계 최대 수력발전소는 중국의 삼협댐에 있다. 이 발전소는 높이 185미터, 길이 2,309미터이며 출력은 22.5 기가와트(GW)이다.
바이오매스
또 다른 에너지원으로 식물 및 축산 폐기물이 있다. 이러한 바이오매스를 보일러에서 연소시키면 열이 발생되어 물을 데울 수 있다. 이로부터 발생되는 증기로 터빈을 구동하여 전기를 생산한다. 석탄을 태우는 전통적인 발전소와 같은 원리이다.
바이오매스 발전소는 폐열을 난방에 활용하여 효율을 극대화할 수 있다. 세계 최대의 바이오매스 발전소는 폴란드 남부의 폴라니스에 있으며, 200MW의 전기를 제공한다.
지열 에너지
지구는 안으로 들어갈수록 뜨거워진다. 내부로 100미터 들어갈 때마다 온도가 3°C씩 상승한다. 이 열을 활용해서 전기를 얻을 수 있다. 지열 발전소의 거대한 드릴이 수백 미터 깊이로 땅을 파고, 펌프를 사용해서 뜨거운 지구 내부로 물을 주입한다. 이 깊이에서는 차가운 물이 곧바로 증기로 변해서 터빈과 발전기를 구동한다.
재생 에너지 저장 이슈
신재생 에너지는 해결해야 할 과제를 안고 있다. 햇빛의 양이 일정하지 않고 바람은 변덕이 심하다. 따라서 조건이 좋을 때 생산된 에너지를 저장하여야 한다. 그러려면 어떻게 해야 할까?
전기 에너지 저장 장치
- 신재생 에너지로부터 생산된 전기를 배터리와 슈퍼커패시터(supercapacitor)에 저장할 수 있다. 다만 아직은 저장할 수 있는 양이 많지 않다.
- 전기를 기체로 변환하는 방법을 사용할 수도 있다. 전기분해 플랜트는 여분의 전기를 사용해서 물을 화학적 원소인 산소와 수소로 분해한다. 수소는 에너지원으로 저장할 수 있다. 회수 단계에서 연료 전지가 수소의 화학 에너지를 전기로 변환한다.
자연적 저장 방법
- 저수지: 신재생 에너지로 생산된 여분의 전기로 펌프를 구동해서 물을 고지대의 저수지로 끌어올린다. 이 물을 다시 아래로 흘려보내서 터빈을 구동하고 에너지를 회수할 수 있다.
- 또 다른 방법으로는, 여분의 전기로 컴프레서를 작동시켜서 소금 동굴이나 해저의 암반층 같은 지하의 압축 공기 저장소로 공기를 주입할 수 있다. 에너지 회수를 위해서는 압축 공기를 터빈으로 주입해서 발전기를 구동한다.
전 세계 신재생 에너지 현황
IRENA (국제 재생 에너지 기구)에 따르면, 2018년에 전 세계적으로 재생 에너지를 사용한 생산량이 2,799GW에 달했다. 이것은 전세계 전력 생산량의 거의 1/3에 해당한다. 이 중에서 수력 발전 (1,140GW)이 가장 큰 비중을 차지하고, 풍력 (622GW)과 태양광 (584GW)이 뒤를 이었다.
최근에 재생 에너지 생산량은 오세아니아 (17.7퍼센트)에서 가장 빠르게 증가했으며, 그다음은 아시아 (11.4퍼센트)와 아프리카 (8.4퍼센트) 순이다.
