저탄소 발전원 중심 전력믹스 핵심… CCUS 등 활용 전력부문 탄소중립 달성
재생에너지 발전량 예측 가능성 제고… 안정적·유연한 백업설비 체계 구축해야
정부는 지난달 15일 ‘2050 장기저탄소발전전략(LEDS)’과 ‘2030 국가온실가스감축목표(NDC)’ 정부안을 확정됐다. 장기저탄소발전전략은 ‘지속가능한 녹색사회 실현을 위한 대한민국 2050 탄소중립 전략’이라는 이름으로 ‘2050년 탄소중립을 목표로 나아가겠다’는 비전 아래 5대 기본방향과 부문별 추진 전략이 추진된다. 이 목표는 단순히 우리만의 목표가 아니라 국제사회에 대한 약속이다. 이로써 우리나라는 기후위기 대응을 위한 미래 청사진을 가지고 탄소중립의 대장정에 나서게 됐다. 부문별 비전가 전략을 알아본다. <변국영 기자>
▲재생에너지 중심 전력 공급
온실가스 배출 없이 친환경적으로 전력을 생산하고 활용을 확대하는 것은 우리나라 2050 비전을 달성 하는데 있어 가장 중요한 요소다. 저탄소 발전원을 중심으로 전력믹스를 개선해야 하며 나아가 CCUS 기술 등을 적극 활용해 전력 부문의 탄소중립 달성이 필요하다.
전력 부문은 2030 NDC 달성과 2050 탄소중립을 위해서도 가장 핵심적인 부문으로 혁신적인 재생에너지 보급과 화석연료 발전에 대한 CCUS 기술 적용을 전제로 한다. 앞으로 태양광, 풍력을 기반으로 한 재생에너지 중심으로 전력공급 체계가 전환돼야 하며 화석연료 발전원의 경우 기저발전원의 역할에서 재생에너지의 불완전성을 보충하기 위한 전력원으로 역할이 바뀔 것이다. 이 경우 CCUS 기술의 연계를 적극 검토할 필요가 있다.
한편, 전력 외 부문의 탄소중립을 위해서는 깨끗하게 생산된 전기, 수소의 활용성이 높아질 필요가 있으며 이에 따른 전력 수요 증가가 예상된다. 늘어나는 전력 수요를 고려해 안정적인 전력 공급 체계 구축과 함께 전력수요 증가를 합리적으로 관리할 엄격한 수요관리 정책이 필요하다.
2050년 전력 부문의 탄소중립을 위해서는 전력 생산의 중심이 태양광과 풍력 등 청정에너지를 핵심으로 한 재생에너지가 돼야 한다. 우리나라에서 재생에너지 연간 발전 비중은 2010년에는 1.2%에 불과했지만 2018년 4.2%(폐기물 제외)로 약 3.5배 증가하는 급격한 상승을 이뤄냈다. 이러한 성장세는 2030년까지 재생에너지 발전 비중 20%라는 목표 아래 RPS제도, 한국형 FIT 도입 등 재생에너지 보급 확산을 위한 다양한 정책 지원에 힘입어 얻어낸 결과다.
나아가 문재인 정부는 2019년 5월에 수립한 제3차 에너지기본계획을 통해 2040년까지 최대 35%를 재생에너지를 활용해 전력을 보급하겠다는 야심찬 목표를 세웠으며 2050년에는 이러한 보급 추세가 더욱 가속화돼 재생에너지가 우리나라의 가장 주요한 발전원이 될 것으로 전망된다.
한편, 지속적인 기술 개발로 인한 재생에너지 생산 원가 하락과 4차 산업기술과 연계한 계통의 유연성 증대는 이러한 재생에너지 보급 추세를 강력히 견인하는 요소로 작용할 것이다. 태양광의 경우 투자비가 평균 374만5000원/kW(2011년)에서 164만8000원/kW(2017년)으로 떨어졌으며 풍력(육상)의 경우도 투자비가 257만6천원/kW(2012년)에서 210만2000원/kW(2017년)으로 하락하는 등 재생에너지 투자비가 획기적으로 감소하고 있다.
이러한 재생에너지 생산 원가 감소 추세는 미래에 더욱 가속화될 것으로 보인다. 에너지경제연구원 보고서에 따르면 현재 태양광, 풍력의 생산원가의 경우 화석연료 기반의 발전원보다 높지만 2030년경에는 석탄, LNG 등 화석연료 기반의 발전원과도 가격 경쟁을 할 수 있을 정도의 경쟁력을 갖출 수 있을 것으로 예상되고 그 이후에는 경제성에 근거해 자생적인 재생에너지 확산이 가능할 것으로 보인다.
우리나라는 산업 혁신과 온실가스 감축을 위해 수소를 중요한 에너지원으로 삼고 이를 적극 활용해 세계 최고 수준의 수소경제 선도국가로 도약하기 위한 수소경제 활성화 로드맵을 2019년에 발표한 바 있다.
수소경제 활성화 로드맵의 핵심은 재생에너지를 활용한 그린수소 생산기반을 구축하고 이를 통해 생산된 수소를 연료전지, 다양한 모빌리티 등에 활용해 기존 탄소자원 중심의 에너지 패러다임을 친환경 에너지원인 수소 중심으로 전환하겠다는 것이다.
이를 위해 우리나라는 2040년까지 8GW 규모의 발전용 연료전지 설비를 구축할 예정이며 그 이후에도 지속적으로 연료전지 규모를 확대할 예정이다. 그리고 그린수소 공급 비율 확대를 위해 다양한 정책을 펼칠 것이다.
전력 부문에서 화석연료를 사용하기 위해서는 이산화탄소의 포집･저장･활용(CCUS) 기술이 필요하다. 석탄발전과 LNG 발전소에서 배출되는 이산화탄소가 대기로만 배출되지 않는다면 두 발전 방식은 재생에너지 확대에 따른 변동성 문제 해결과 에너지 안보 강화 차원에서 지속적으로 중요한 역할을 할 수 있다. 우리나라는 앞으로도 문재인 정부의 핵심 국정과제인 석탄발전소의 과감한 감축을 추진해 나갈 예정이며 이에 따라 2050년까지 석탄발전소의 온실가스 배출을 획기적으로 줄일 수 있을 것으로 기대한다.
한편, LNG 발전의 경우 태양광, 풍력 중심의 재생에너지 시대로 가기 위한 징검다리로서 전력 피크 등 예기치 못한 전력 공급 사태에 대비하고 에너지 안보 강화를 위한 공급 다변화 전략 차원에서 일정 수준의 역할을 지속할 것으로 전망된다.
CCUS는 우리나라의 2030년 NDC 달성을 위해서도 중요한 이산화탄소 감축 옵션이다. 우리나라는 2030년까지 약 1000만톤CO2eq.를 감축할 수 있는 기술개발 및 실증기반 조성을 목표로 정부 차원의 전폭적인 R&D 지원을 추진하고 있으며 이러한 CCUS 활용성은 전력 부문의 탄소중립을 위해 향후 기술 발전이 필요한 상황이다. 다만, CCUS 확대를 위해서는 기술 발전에 따른 CCUS의 비용 하락, 대규모 저장소 및 사회적 수용성 확보, 규제와 인센티브의 병행을 통한 충분한 시장 유인책 형성이 중요하다. CCUS의 기술발전이 충분히 성숙되고 활용 방안을 극대화할 경우 석탄 기반의 발전원에서 배출되는 이산화탄소는 물론 LNG 발전에도 상당 부분 적용할 수 있을 것으로 예상된다.
▲재생에너지 기술적 제약 극복
태양광, 풍력으로 대표되는 재생에너지는 자연의 무한한 에너지를 공급 기반으로 한다. 즉, 한번 시설을 설치하면 한계비용을 거의 발생시키지 않고 온실가스 배출이 전혀 없는 깨끗하고 무한한 에너지원을 공급할 수 있는 친환경 에너지원이다.
하지만 재생에너지가 석탄, 원자력, LNG 등 안정적으로 전력을 공급해온 기존의 전통적인 에너지원을 뛰어 넘어 주력 에너지원으로서의 역할을 하기 위해서는 자연을 활용함에 따라 불가피하게 발생하는 변동성, 간헐성에 대한 문제를 반드시 해결해야 한다.
4차 산업기술에 따른 정보통신기술(ICT) 기반의 고도화된 네트워크, 혁신적으로 발전 중인 에너지저장시스템(ESS), 차세대 에너지원인 수소 등은 이러한 재생에너지의 단점을 극복하고 에너지 전환이 성공하는데 큰 역할을 할 것이다.
재생에너지의 변동성과 간헐성 문제를 해결하기 위한 가장 핵심과제는 재생에너지 발전량의 예측 가능성을 높이고 안정적이고 유연한 백업설비 체계를 구축하는 것이다. 이를 위해 우리나라의 기상 상황, 재생에너지 종류, 설치 지역, 설비 규모 등을 종합 고려한 재생에너지 발전량을 사전에 정확히 예측할 수 있어야 한다.
아울러, 재생에너지의 변동성을 줄이도록 현재 하루 전에 전력 공급량을 결정하는 경직된 전력 체계를 선진화해 실시간으로 대응할 수 있는 실시간 전력시장 운영체계를 구축해야 하며 필요에 따라 재생에너지의 다양한 제어 기술과 에너지 저장시스템을 활용해 전력망을 상시 안정적으로 운영할 수 있는 기반을 조속히 조성해야 한다. 우리나라가 현재 개발 중인 재생에너지 종합관제 시스템, 실시간 전력시장 체계 등이 변동성 문제를 해결하기 위한 좋은 대안이 될 것이다. 한편, 재생에너지의 간헐성과 피크 부하를 안정적으로 관리하기 위한 다양한 에너지원으로의 전환 또는 에너지 저장시스템의 활용도 중요하다.
그린수소를 활용한 연료전지, 에너지저장시스템(ESS), 양수 발전 등은 잉여 재생에너지 생산량을 저장할 수 있는 좋은 기술적, 환경적 기회를 제공할 것이며 이를 통해 재생에너지의 간헐성 문제를 해결할 수 있다. 아울러, CCUS와 결합한 화석연료 기반의 발전원도 재생에너지의 간헐성을 보완하는 중요한 백업설비로서 역할을 할 수 있을 것이다.
기존의 중앙 집중형, 일방향성 방식의 전력망 구조에서 탈피해 분산형, 참여형, 다방향성의 특성을 가진 전력망으로 전환하는 것이 주요 전략이다. 예를 들어 태양광 패널은 건물, 토지, 운송수단 등 설치 장소를 가리지 않고 누구나 설치할 수 있으며 풍력발전의 경우도 이미 마을, 협동조합 등 지역 주민이 직접 보급에 참여해 이익을 공유하는 다양한 사업 모델이 개발됐다.
