기후변화협약에 따른 전력시스템의 변화 - 1
(Power Systems for a Carbon-Constrained World)
기후변화협약에 따른 전력시스템의 변화 - 1
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  • 승인 2006.11.21 09:46
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기후변화협약 개요

지구온난화에 따른 기후변화에 적극 대처하기 위하여 국제사회는 1988년 UN총회 결의에 따라 세계기상기구(WMO)와 유엔환경계획(UNEP)에 '기후변화에 관한 정부간 패널(IPCC)'을 설치하였고, 1992년 6월 유엔환경개발회의(UNCED)에서 기후변화협약(UNFCCC)을 채택하였다.

기후변화협약에 의한 온실가스 감축은 구속력이 없음에 따라 온실가스의 실질적인 감축을 위하여 과거 산업혁명을 통해 온실가스 배출의 역사적 책임이 있는 선진국(38개국)을 대상으로 제1차 공약기간(2008~2012)동안 1990년도 배출량 대비 평균 5.2% 감축을 규정하는 교토의정서를 제3차 당사국총회(1997, 일본 교토)에서 채택하여 2005년 2월16일 공식 발효시켰다.

교토의정서에 명시된 온실가스 감축목표를 달성하기 위하여 선진국은 제1차 공약기간 이전부터 자국의 온실가스 감축을 위한 노력을 계속하고 있다.

EU는 2002년까지 기준년도인 1990년 배출량의 -2.9%의 감축성과를 보이고 있고, 2005년부터 지역 내 온실가스 배출권거래제도를 시행하고 있다.

교토의정서의 온실가스 감축 의무체계의 불합리성을 주장하는 미국도 신재생에너지 및 청정에너지기술에 투자를 집중하고 있으며 2012년까지 온실가스 배출집약도(온실가스 배출량/GDP)를 18%까지 감축한다는 자체 계획을 수립·시행하고 있고, 동북부 주를 중심으로 온실가스 배출권거래제도의 시행을 계획하고 있다.

일본의 경우도 국내외 감축 목표량을 설정하고, 청정개발체제·공동이행제 등을 통하여 국외협력사업의 활성화를 유도하는 한편, 2005년에는 온실가스 배출권거래제도를 시행했다.

우리나라는 현재 온실가스 감축 의무 국가는 아니나, 주요 온실가스인 이산화탄소의 배출량이 세계 9위이며 OECD 국가 중 이산화탄소 배출량 증가율 1위 국가로서, 제1차 공약기간 이후에는 구속적 형태로 온실가스 감축을 위한 국제적 노력에 동참해야 한다는 국제사회의 요구가 드세어질 것으로 예상된다.

온실가스 배출 부문별로 보면 에너지와 산업공정 부문이 전체 배출량의 94.7%를 차지하고 있다.

에너지 부문은 에너지이용 합리화 등으로 90년대 후반 이후 소비의 안정화를 보이나, 발전·수송 부문의 배출량이 지속적으로 증가했다.

우리나라는 철강, 석유화학, 시멘트 같은 에너지 다소비 업종이 차지하는 비중이 높기 때문에 에너지를 많이 쓰기도 하지만, 시민들이 생활 중에 소비하는 에너지량도 많아 국민 1인당 생활에너지(가정·상업 에너지) 소비량도 국민소득이 3배인 일본과 같은 수준이며 국민소득이 2배 정도 높은 이탈리아보다 더 높다.

그런데도 우리나라의 에너지 소비전망에 따르면 가정부문의 에너지 소비량은 앞으로도 꾸준히 늘어 2020년에는 2001년에 비해 거의 2배 가까이 되어 다른 선진국들이 2010년이 되면 에너지 소비가 줄어들거나 현 수준을 유지할 것으로 전망하는 것과 비교하면 문제가 심각하다.

특히 전기에너지는 전기 생산 단계의 에너지원과는 상관없이 최종 사용자 단계에서 청정에너지 형태로 사용되므로 온실가스 배출 제약이 시행될 경우 다른부문의 주요 에너지원이 전기로 변경될 것이 예상되어 미래의 모든 에너지 시나리오에서 전기의 사용량은 더욱 증가할 것으로 예측되고 있다.

따라서 전기의 생산, 소비와 관련된 기술 개발을 통해 전기에너지 분야에서의 온실가스 저감 방안을 확보하는 것이 더욱 중요한 의미를 갖게 된다.


전력산업의 기후변화협약에 대한 대응

기후변화협약에 따라 전력산업은 이산화탄소 배출 문제에 대한 해결책을 적극적으로 찾고 있으며, 가격 경쟁력이 있는 신·재생에너지원, 청정 석탄 기술, 새로운 원자력 발전 기술 등에 의해 2020년까지는 환경 친화적인 전기의 생산이 가능할 것으로 전망하고 있다.

이러한 청정에너지의 공급 노력과 함께 보다 효율적인 에너지의 사용을 통해 에너지 사용량 자체를 10~25% 줄이는 노력이 병행되고 있다. 이러한 노력은 혁신적인 디지털 기술의 발전과 맞물려 큰 성과가 기대되고 있다.

스마트 기기들은 양방향 통신에 의해 전력회사의 가격 신호에 응동하여 필요 전력량을 제어 가능하고, 이러한 기술들에 의해 보다 효율적인 발전 계획과 전기의 사용이 가능하게 되어 전체 시스템의 입장에서 최적화된 에너지 소비를 이룰 수 있다.

이러한 노력은 혁신적인 디지털 기술의 발전과 맞물려 큰 성과가 기대되고 있으며, 각 분야의 진행 사항을 간단히 언급하고자 한다.


(1) 신·재생에너지의 성능 향상과 비용 절감

1970년대의 오일 쇼크 후 신·재생에너지원에 대한 상업적인 관심은 크게 높아져 필요 기술의 발전은 있었으나 비용상의 문제로 투자자의 외면을 받았다가 1980년대 석유 가격이 안정화되면서 신·재생에너지원의 기존 에너지원과의 경쟁은 더욱 힘들어지게 되었다.

최근 석유 가격의 가파른 상승과 함께 기후변화협약이라는 새로운 문제로 인해 다시금 신·재생에너지원에 관심이 쏠리고 있다. 현재 이 분야에 대한 투자는 시장 경제 하에서 경제적 이윤을 고려하여 이뤄지고 있으며, 견고한 기술 기반이 뒷받침되어 과거와 달리 현실적 대안이 되고 있다.

일부 신·재생에너지원은 자체적으로 경제적 운용이 가능하여 기후변화협약에 의한 제약 조건들을 감안할 경우 신·재생에너지원들의 기존 화석연료 에너지원들에 대한 경쟁력이 개선될 것으로 예상된다.

최근 신·재생에너지원 중 풍력과 태양광 에너지원의 보급이 매년 20~30%씩 크게 늘고 있으나 풍력 터빈과 태양광 PV셀의 한정된 공급 체계로 인해 이러한 급격한 수요 증가는 오히려 해당 비용을 10~20% 증가시키고 있다.

그리고 이러한 증가에도 불구하고 전체 에너지원에서 신·재생에너지원이 차지하는 비중은 아직도 작아 미국의 경우 2004년 통계에 의하면 전체 전기 생산량의 9%를 차지하고 그 중 자원의 개발이 어느 정도 포화된 수력발전 6.8%를 제외할 경우 2.2% 이하만이 신·재생에너지원에 의한 전기 생산이라 할 수 있다. 우리나라의 경우 수력이 7.5%이고, 신·재생에너지원이 0.3% 이하(2006년 설비용량 기준)가 되어 그 비중이 훨씬 더 낮은 상황이다.

신·재생에너지원의 보급 확대를 위해서는 몇 가지 근본적인 문제의 해결이 필요한데 관련 산업이 최근 시작된 비교적 신생 산업이라는 점, 여러 자원들이 지역적으로 넓게 산재되어 있고 출력이 불연속적인 것 등이 그러한 문제에 포함된다고 할 수 있다.

관련 산업체에서는 이러한 문제의 해결을 위해 전력전자 기술, 에너지저장장치 기술을 활용하여 새로운 기술 개발을 진행하고 있다.

특히 풍력발전의 경우 지난 한 세기 동안 비약적인 기술 발전을 이루어 가장 경제적인 신·재생에너지원이 되었고, 대규모 풍력발전단지(wind farm)에서의 비연속적인 출력 특성이 전력계통에 미치는 영향을 줄이기 위한 연구가 계속되고 있다.

태양광의 경우 비싼 설치 비용으로 도매 전력 시장에서의 경쟁은 힘들지만 제한된 사용 용도에서는 그 유용성이 입증되고 있으며, 바이오매스(biomass)는 직접적인 발전과 액체나 가스 형태의 연료 생산 용도로 개발이 이뤄지고 있다. 바다의 파도를 이용한 에너지원들도 주목 대상이 되고 있고 소규모 발전이 현재 이뤄지고 있다.

앞으로 20년간 풍력과 바이오매스의 주도 하에 신·재생에너지원은 현재 규모의 두 배로 성장할 것이 예상된다.

신·재생에너지원들은 기후변화협약 등으로 강력한 공적 기관의 지원을 받고 있으며, 보다 강력한 기준의 제정 등으로 그 보급은 크게 늘어날 것으로 예상되고 있다.

미국의 경우 2020년까지 5만3000MW의 신규 신·재생에너지원의 보급을 계획하고 있으며, EU는 전력 시장의 21%를 신·재생에너지원이 차지한다는 목표를 세우고 있다.

진정한 의미의 신·재생에너지원의 보급 확대를 위해서는 산·학·연의 지속적이고 협력적인 연구와 개발을 통해 기기 개발 부분에서는 지속적인 비용 절감이 요구되고, 전력계통 부분에서는 신·재생에너지원의 성공적인 전력계통 연계와 다양한 분산 전원으로서의 활용이 가능하도록 해야 한다.

※ 다음호에 계속

/ 장길수, 고려대학교 공과대학 교수


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