기후변화협약에 따른 전력시스템의 변화 - 2
(Power Systems for a Carbon-Constrained World)
기후변화협약에 따른 전력시스템의 변화 - 2
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  • 승인 2006.11.24 14:55
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※ 지난호에 이어서


(2) 석탄 화력발전 기술의 향상

미국의 경우 석탄에 의한 발전이 전체 전기 생산량의 절반 이상을 담당하고 우리나라는 30% 수준에 이르고 있다. 따라서 직접적으로 석탄 발전에 의해 방출되는 온실가스를 감축하는 것은 전력 생산에서의 큰 경제적인 충격이 없이 기후변화협약 기준을 달성할 수 있는 중요한 수단이 된다. 이를 위해 다음에 요약된 연구들이 현재 진행 중이다.

- 석탄발전 방식의 효율을 증대시켜 그로 인한 온실가스의 배출을 줄이는 연구가 진행되어 USC(ultra-supercritical) 발전소의 보급이 이뤄지고 있으며, 다른 유해 물질의 방출을 줄이는 CFB(Circulating Fluidized-Bed) 기술, 고농축 이산화탄소 형태로 방출하여 재처리와 정화를 하는 산소 연소 기술 등이 개발되고 있다.

- IGCC(Integrated Gasification-Combined-Cycle) 과정은 방출 가스를 수소와 이산화탄소로 이뤄진 합성 가스 형태로 만들어 보다 경제적으로 이산화탄소를 제거하는 것이 가능하여, 미국의 경우 에너지성의 청정 석탄 프로그램과 EPRI의 CoalFleet 프로그램으로 기술 개발을 진행 중이다.

- 탄소 추출과 저장을 위한 기술 개발이 진행되었으나 적용 가능 시스템의 규모가 작아 미래 이산화탄소 배출량을 고려하여 성능과 비용면에서의 큰 개선이 요구되고, 저장된 이산화탄소의 장기간 유지를 위해서는 정부 차원에서의 보증과 승인을 필요로 한다. 이와 함께 chilled-ammonia 공정과 같은 새로운 이산화탄소 추출 기술의 개발이 이뤄지고 있다.


(3) 원자력발전 비중 확대

전세계 440개소 정도의 원자력발전소에서 세계 총 전력의 17%를 생산하고 있다. 우리나라의 경우 원자력 발전에 대한 의존도가 더욱 커서 설비 기준 27.3%, 전력 생산량 측면에서는 40.2%를 원자력 발전이 담당하고 있다.

온실가스 배출과는 무관한 발전 방식으로서 원자력발전에 의한 전기 생산 비용에는 온실가스 제약으로 인한 영향이 없어 기후변화협약에 의해 그 역할이 더욱 커질 수 있다.

하지만 미국의 경우 지난 30년간 새로운 원자력발전소의 건설이 없었으며, 원자력 발전의 여러 불확실성으로 인해 kW당 1700달러 정도의 비용으로 건설이 가능할 경우 경쟁력이 있는 것으로 조사되고 있으며, 보다 안정적인 발전 방식으로 인식되는 노력이 요구된다.


(4) 에너지 효율의 향상

에너지 사용 기기들의 효율 향상을 통해 온실가스 배출량을 줄일 수 있으며, 기후변화협약에 대응할 수 있는 가장 경제적인 해결 방안이라 할 수 있다.

에너지 효율의 향상은 여러 형태로 진행되고 있으며 그 중 대표적인 3가지 형태를 간략하게 설명하고자 한다.

에너지 효율 향상의 첫 번째 형태는 최종 사용자의 응동이나 별도의 노력을 필요로 하지 않는 형태이다. 컴퓨터 하드웨어 관련 기술의 개발로 점점 그 크기는 작아지고 연산 속도는 빨라져 실제적인 에너지 효율이 향상되는 효과를 얻는 것 등과 같이 시장 경제 하에서 기술의 발전에 의해 이뤄지는 영구적인 에너지 효율의 향상이 포함된다.
이러한 형태의 또 다른 예는 정부 등에서 기준을 제시하여 기기의 에너지 효율 향상을 강제하는 것인데 미국의 냉장고 에너지 효율이 EPA의 ENERGY STAR 프로그램이 실시된 1970년대 이후 급격히 좋아진 것이 그 예가 된다. 이러한 형태의 에너지 효율 향상에는 추가적인 냉난방에 의한 에너지 손실을 줄이기 위한 빌딩 등의 방열 설비 기준 제정, 배선 설비 기술의 발달 등이 포함된다.

두 번째 형태는 최종 사용자의 응동에 의한 것으로 전력회사의 가격 신호에 따라 전력 기기의 가동 및 운용 방식을 바꾸고 이러한 반응의 결과로 전력 수요가 최고가 되는 시점에서 그 양을 줄여 발전설비 증설을 피해 결과적으로 온실가스 배출량을 줄이는 것이다. 기존의 전력회사에서 DSM(Demand Side Management)사업으로 진행되던 것으로 대규모 산업용 부하가 주 대상이 되며 가정용은 전력 수요에 따른 냉방설비 가동 등이 해당된다.

세 번째 형태는 스마트 시스템에 의한 에너지 효율 향상이며, 두 번째 형태를 자동화하여 최종 사용자가 직접 반응하지 않더라도 기기 레벨에서 양방향 통신에 의해 기기의 동작과 운용이 최적의 에너지 효율을 유지한 채 이뤄지도록 하는 것이다. Southern California Edison社에서 제안한 유비쿼터스 형광등 사업은 계약된 상업용·교육용·산업용 건물의 조명설비를 전력회사에서 온·오프와 밝기 조정이 가능하게 하여 해당 시설의 조명 부하 소비를 50%까지 줄일 수 있다.

또 하나의 예는 자동화된 에어컨의 동작이다. 기기에서 정보의 수신을 통해 내일의 날씨가 덥다고 예측이 되고 전력시장에서의 전기 가격이 높을 것으로 예상이 되면 사용자가 미리 입력한 가능 온도 범위와 냉방 비용 제한치에 대한 설정을 만족시키기 위해 전기 가격이 싼 시간대에 미리 에어컨을 가동시켜 가장 더운 시기에는 가동하지 않고도 설정 온도 범위를 맞출 수 있도록 하는 것이 가능하게 된다. 이러한 방식은 보다 창의적인 부하 레벨에서의 조정을 가능하게 하고 이를 위한 기술 개발이 꾸준히 이뤄지고 있다.


결언

지구상 모든 나라의 에너지 정책 결정과 전력계통 장기 계획에 큰 영향을 주는 것이 바로 기후변화협약이다.

사용이 편리한 전기에너지는 그 사용량이 매해 증가하고, 전기 철도의 보급 확대 등을 포함한 다른 부문의 전기에너지로의 전환으로 인해 전기에너지 부문에서의 온실가스 배출량 감소 노력은 추가적으로 요구받고 있다.

화석 연료를 이용한 발전 기술 개발과 신·재생에너지원의 발전 비중을 높이는 전기 생산자 입장에서의 적극적인 감소 정책과 함께 에너지 효율의 향상을 통해 에너지 소비량을 줄여 적은 비용으로 온실가스 배출을 이룰 수 있는 사용자 입장에서의 노력이 동시에 요구된다.

특히 신·재생에너지원의 계통 연계에 따른 근본적인 문제점을 해결하여 성공적으로 신·재생에너지원이 전력계통에 연계될 수 있도록 관련 연구를 지원하고, 신·재생에너지원 등의 이산적으로 분포한 에너지원의 확대 보급과 디지털 기술의 비약적인 발전에 의해 스마트 기기들과 같은 양방향으로 응동하는 부하들의 도입이 증대되는 새로운 전력 환경에 적합한 혁신적인 전력인프라의 설계가 필요하다고 생각한다.


장길수 / 고려대학교 전기공학과 교수

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