재생에너지가 세계 에너지시장 성장을 주도하고 있고 앞으로도 그 추세는 지속될 것으로 보인다. 하지만 발전부문에서 재생에너지 비중 증가는 전력시스템의 안정성에 문제를 야기할 것으로 보인다. 우리나라를 비롯한 세계 주요 국가들이 에너지 전환을 위해 재생에너지 보급 확대를 추진하고 있으나 재생에너지 발전량 확대에 따른 전력 시스템 불안정성 증가는 재생에너지 보급에 장애물로 인식되고 있다. 에너지경제연구원이 최근 발표한 ‘국제 신재생에너지 정책 변화 및 시장분석’ 연구보고서에서는 재생에너지 보급 증가에 따라 관심이 증대되고 있는 출력 제한과 수전해 기술의 동향을 분석하고 있다. 그 내용을 정리해 본다. <변국영 기자>

▲재생에너지 동향

전력부문에서 재생에너지의 성장이 두드지고 있다. 전력 중 재생에너지 발전비중은 1990년 19.4%에서 2017년 24.5%로 늘었다. 이러한 전력부문의 성장은 태양광과 풍력을 중심으로 보급이 증가하고 있기 때문이다.

태양광과 풍력의 가격은 계속 하락하고 있다. 2010년부터 2018년까지 태양광 LCOE는 77% 하락, 육상풍력의 경우 35%, 해상 풍력은 20% 떨어져 신규 보급되는 발전전원 중 가장 비용이 낮은 에너지원이 태양광과 풍력인 지역이 늘어났다.

2018년도에 중국의 정책 변화로 태양광에 대한 투자가 감소하면서 전 세계 재생에너지 투자액이 2017년 대비 줄었다. 하지만 투자 감소에도 불구하고 재생에너지 가격 하락으로 오히려 보급은 증가했다. 전력부문에서 보급 확대를 위한 규제나 인센티브를 부여한 국가가 계속 늘어났고 재생에너지 보급 수단인 경매는 계속 확대되고 있다.

태양광은 2018년 중국 시장이 2017년 53.1GW에서 45GW로 축소되었음에도 중국 외 지역에서 보급이 빠르게 증가해 처음으로 100GW 넘어 108GW를 보급했다. 중국은 시장 축소에도 불구하고 여전히 가장 큰 시장이다. 태양광 제조업은 2018년 중국의 정책 변화에 따라 가격이 급락해 경쟁력이 부족한 기업은 한계로 몰리고 있다.

풍력은 2018년 51GW를 보급해 50GW 수준으로 최근 안정적으로 보급되고 있다. 역시 중국이 가장 큰 시장이고 2018년 신규 보급 상위 국가로는 중국 다음 미국, 독일, 인도, 브라질이었다. 향후에는 해상풍력의 성장세를 눈여겨 볼만하다. 전 세계적으로도 해상풍력은 빠르게 성장할 것으로 전망된다.

▲재생에너지 출력 제한

세계적으로 재생에너지 전력 생산이 증가하면서 재생에너지 전력 출력이 제한되는 상황이 빈번하게 발생하게 됐다. 출력제한의 원인으로는 송전 혼잡, 계통 안정화 유지, 전압 및 주파수 안정화, 공급과잉에 따른 배분 계통의 과부화 방지 등으로 송전 혼잡과 계통 안정화 유지가 출력 제한의 주요 요인으로 꼽힌다.

자동식 출력 제한 방법은 관리 시스템을 이용해 자동으로 재생에너지 발전소에 신호를 보내 출력을 제한한다. 자동식 출력제한은 수동식 대비 높은 비용 효율성과 출력 제한량 감소 등의 장점을 가지고 있다.

출력 제한은 재생에너지 사업 수익성에 영향을 미치므로 재생에너지 발전사와 구매자 모두에게 중요하지만 보상체계가 미진한 경우가 존재한다. 출력 제한량은 재생에너지 사업의 경제성에 영향을 미치지만 전망이 쉽지는 않다.

재생에너지 비중이 높아짐에 따라 출력 제한이 증가하면서 보상기준에 대한 논의가 더 활발하게 진행되고 있으며 출력 제한에 대해 구매자와 발전사 공동으로 비용을 부담하는 방식으로 변화하고 있다.

▲그린수소 생산

수전해 기술에는 알카라인 수전해, 고체고분자 수전해, 고체산화물 수전해 기술이 있다. 최근 성능 개선, 수소 생산 가격 하락, 용량 증가 등이 수전해 연구 방향이다. 수소충전소, 대용량 에너지 저장, P2X 등 대규모·대용량 시장이 부상할 전망이다. 특히, P2X 기술은 변동성이 큰 재생에너지 증가로 전력계통을 안정화 시키는 유연성 자원으로 부상하고 있다.

재생에너지를 활용한 주요 수소 프로그램으로는 독일의 베를린-브란덴브르크 국제공항 수소충전소, 독일의 아우디 e-gas 프로젝트, Energiepark Mainz 프로젝트 등이 있다. 현재 일부 기업이 P2X 사업을 추진하고 있지만 경제성이 부족하고 대부분 파일럿 또는 실증사업이다.

일본의 수소 기본 전력 시나리오, 영국의 DTU 서비스 제도, 유럽의 FCH-JU, EU의회의 HyLAW, 덴마크의 대용량 수전해 설비 보급 로드맵, 독일의 수전해 사업화 로드맵, 호주의 수소 로드맵 등은 재생에너지를 이용한 수전해 기술을 개발하고 사업화를 지원한다.

▲정책 변화에 민감

재생에너지는 가격경쟁력을 갖췄으나 여전히 재생에너지 보급은 정책의 변화에 민감하게 반응하고 있다. 2018년도 태양광 시장의 가장 큰 이슈는 중국의 FIT 요율 삭감과 보조금이 필요한 신규설비에 대한 규제로 관련 산업은 즉각적으로 반응하고 영향을 받았다. 2019년 베트남의 태양광 시장 급성장은 2019년 6월 30일까지 높은 FIT 요율을 받을 수 있기 때문이다.

이렇듯 재생에너지 시장은 아직 정책에 의해 보급이 좌지우지되는 상황으로 그 영향이 크기 때문에 각국의 정책 변화에 지속적인 관심을 기울일 필요가 있다. 특히 우리나라 재생에너지 기업들의 해외 진출에 대한 관심이 높아지는 상황에서 지역별로 변화하는 정책과 시장에 대한 정확하고 시의적절한 정보 제공의 중요성이 커지고 있다.

태양광, 풍력 제조는 상위 업체 중심으로 시장이 재편되는 상황이다. 태양광 제조 전 가치사슬을 따라 중국이 차지하지는 비중이 크고 계속 확대되고 있다. 인도의 경우 모듈 수입 비중이 높아 자국 산업을 키우기 위해 2018년 세이프가드 관세를 부과했으나 중국산의 경쟁력 때문에 자국 내 제조업 신규 투자 유치 및 확대에 난항을 겪고 있다. 풍력터빈 제조사의 경우 상위 5개사의 시장점유율은 2014년 48%에서 2018년 64%로 늘어났다.

우리나라는 제조업에 강점을 가지고 있어 태양광과 풍력 시장이 성장하며 기회를 가질 것으로 기대했으나 많은 기업이 경쟁력을 갖추지 못하고 시장에서 퇴출당했다. 제조 측면의 산업 경쟁력을 키우기 위한 노력은 필요하겠지만 신중한 접근이 필요하다.

▲출력 제한 감소 방법

재생에너지 발전량의 확대는 출력 제한을 확대시킬 것으로 예상되고 있다. 따라서 풍력 및 태양광 에너지 비중이 높아짐에 따라 향후 출력 제한 가능성을 완화시킬 수 있는 전략의 중요성이 대두되고 있다. 정부 및 전력 관련 기업들은 출력 제한을 완화하기 위한 다양한 해결책을 준비해야 한다.

가장 효과적인 방법은 선로 용량을 확대하는 것이다. 예측 기술 개선으로 시스템 내 재생에너지원을 효율적으로 관리할 수도 있다. 정확한 재생에너지 발전 예측으로 발전사들은 하루 전 시장에 적극 참여할 수 있을 것이다. 시스템 예비력 관리와 기존 발전소의 운영방식을 바꾸어 출력 제한을 감소시킬 수 있다. 시장 기반의 자동 출력 제한 방법은 출력 제한 시행에 소요되는 시간을 줄이고 운영 효율을 높여 출력 제한량을 감소시킬 수 있다.

출력 제한을 감소시키는 방법 중 하나는 전력계통에 유연성 자원을 제공하는 것이다. 수요관리, 배터리 등이 유연성 자원으로 고려되고 있다. 또 하나 장기적으로 고려할 수 있는 것은 P2G 기술이다.

출력제한을 감소시키기 위한 장기적 방안으로 거론된 P2G 기술에서 가장 중요한 것은 깨끗한 수소를 생산하는 것이다. 그린 수소를 얻는 방법 중 가장 주목받고 있는 방법은 수전해 기술이다.

하지만 재생에너지를 이용해서 수소를 생산하는 것은 경제성도 없지만 기술적으로 풀어야할 문제들이 적지 않다. 현재 재생에너지 이용 그린 수소 생산의 첫 번째 당면 목표는 경제성이 아니라 기술적 완성도를 높이는 것이다. 재생에너지 이용 수전해 기술은 그리드 연계 수전해 대비 부하 변동을 대응하는 기술, 대면적 기술, 수소생산 단가 저감 기술이 필요하다.
 

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