당진형 에너지 믹스전략에 대한 방안은?
석탄연료를 LNG발전, 암모니아 발전(해외 수소수입) 등을 고려하여 앞으로 수소경제 생태계 조성에 초점을 맞춰 당진형 에너지 믹스전략을 수립해 나가야 할 것이다.
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기사입력 : 2022.09.01 06:33
탄소중립에서 주된 내용은 화석연료를 청정에너지로 전환시켜 나가는 에너지 전환이다. 물론 에너지 효율성제고, 자원순환체제 확립 등도 뒤따라야 할 사항이지만 우선 청정에너지 전환에 대한 기준이 설정되어야 탄소중립이 추진될 수 있는 것이다.
그런데 당진시는 당진화력발전과 현대제철에서 석탄을 주로 사용하고 있으며 이로 인하여 전체 온실가스 배출의 75%나 차지하고 있는 실정이어서 "석탄을 어떻게 전환시켜 나가야 될 것인지?"가 당진 탄소중립 기본계획에 핵심 내용으로 자리를 잡아야 할 것이다.
이를 위해서는 전체적인 에너지원의 강점과 약점을 충분히 고려해서 이를 바탕으로 당진형 에너지 믹스 방안을 설정하여 탄소중립을 추진해 나가야 할 것이다.
첫째, 석탄화력발전 진로 모색
석탄 발전은 2018년 이후 감소세로 전환되고 있다. 전체 발전량에서 차지하는 비중도 빠르게 하락하는 추세이다.
석탄 발전설비용량은 2018년 기준 36,970MW(31.0%)이며, 제9차 전력수급기본계획에 따르면 2030년 32,612MW(18.9%)까지 축소될 계획이어서 당진시도 절반가량의 석탄화력발전을 전환 내지 폐기를 준비해 나가야 한다.
2030국가온실가스감축목표(NDC)에 따르면 역시 석탄 발전량은 2018년 기준 239.0TWh (41.9%) 규모이나 2030년 133.2TWh(21.8%)까지 감소토록 계획하고 있다.
제9차 전력수급기본계획에 따르면 석탄화력발전 설비는 2020년 58개소에서 2034년 30개소로 감축할 계획이어서 역시 절반가량이 감소될 계획이다.
이와 같은 계획은 석탄화력발전의 온실가스 배출량은 천연가스발전 대비 2배 이상, 미세먼지(PM10) 배출량은 33배, 초미세먼지(PM2.5) 배출량은 66배 수준이어서 온실가스 감축목표와 미세먼지 감축목표를 달성시켜 나가기 위해서는 절대적으로 감축시켜 나가야 할 대상인 것이다,
그렇지만 가장 큰 문제는 폐기에 따른 좌초자산화를 최소화해야 되는 방안이 마련되어야 하는 것이다. 탄소중립 이행 과정에서 발생하는 좌초자산에 대해 국가적 차원에서 어떻게 보상할 것인지 등에 대한 방안이 마련되어야 한다는 것이다. 국내 석탄발전소를 ‘40년까지 모두 폐쇄할 경우 손실액은 1,060억 달러로 분석되며, 이에 따른 투자자 손실, 근로자 실업, 지역경제 위축 등의 문제가 우려된다는 것이다,
A발전소의 경우 석탄발전소 잔존가치가 ‘21년 2,529억원 → ’30년 447억원로 5분의 1이상 감축된다. 그래서 일본의 경우에는 암모니아와 가스, 영국은 바이오매스(우드펠렛), 미국 리파워링(가스혼소이용)으로 전환을 계확하고 있다.
당진시도 암모니아와 가스 전환방안을 제시하여 좌초자산화에서 오는 피해를 최소화시켜 나갈 수 있는 방안을 마련해야 된다. 일부 국가에서는 위기대응시스템으로서 일부 유지하는 설비와 효율 향상, CCUS, 연료전환 등 기술개발을 통해 좌초자산을 활용하는 방안을 모색하기도 하고 있으나 향후 석탄화력발전은 에너지 전환 등에 초점을 맞춰 나가는 중앙정부의 방안을 수용하는 것이 대세라고 여겨진다.
둘째, 천연가스 발전전환
천연가스 발전은 석탄화력에서 재생에너지로 전환시켜 나가는 가교역할을 담당할 에너지원으로 세계 각국에서 적극적으로 활용하고 있다.
당진시는 2025년 LNG생산기지 4기가 가동되므로 천연가스 발전전환에 최적지로 평가되고 있다. 더욱이 영국에서는 LNG 저장, 유통시스템을 그대로 수소 저장, 유통시스템으로 활용하는 실험에서 성공적인 사례를 갖고 있어 LNG저장 유통시스템을 향후 2040년 수소생산비용이 화석연료에 접근하게 되면 전환시켜 나갈 수 있어 수소경제도시를 만들어 나가는데 최적 방안이 될 수 있다.
제9차 전력수급기본계획에 따르면 천연가스 발전설비용량은 2018년 기준 37,851MW(31.8%)이며 2030년 55,496MW(32.1%)까지 증설될 계획이어서 설비용량 비중은 소폭 증가에 그치고 있어 어려움을 예상된다.
더욱이 천연가스 발전량은 2018년 기준 152.9TWh(26.8%) 규모이나 국가온실가스감축목표(NDC)에 따르면, 2030년 119.5TWh (19.5%)까지 크게 감소시켜 나갈 것으로 계획하고 있어 걱정이 된다.
그렇지만 천연가스 발전은 석탄화력의 대체재 및 유연성 자원으로서 탄소중립 전원 완성까지의 기간을 책임질 전환기 기술로 평가되고 있어 한국형 녹색분류체계(K-Taxonomy)에 천연가스가 포함시켜 ‘30~’35년까지 한시적으로 인정되며 온실가스 배출량 기준을 충족해야 된다는 의견이 지배적이어서 해소될 가능성도 높다고 할 것이다,
천연가스 가격은 지난 10년간 안정적인 수준을 유지해왔으나 2021년부터 공급망 차질이 발생하면서 가격이 급등하고 있다.
더욱이 최근 러시아발 공급 부족으로 유럽과 아시아 지역에서 물량경쟁이 발생함에 따라 국제 천연가스 시장은 수요자 시장에서 공급자 시장으로 전환, 천연가스 가격 불안정성이 심화되고 있다.
1980년대 북해유전이 개발될 당시에는 200m 이내의 얕은 수심에서 석유를 채굴했으나 최근에는 해수면에서 12㎞까지 채굴되고 있어 심해유전에서 원유를 채굴해도 생산원가는 배럴당 80달러 수준에 불과하다. 그렇지만 미국에서 세일가스 개발기술이 발전되면서 가스 생산원가는 30, 40달러 수준에 머물러 있어 앞으로 가격불안정 요인이 해소되면 안정된 가격수준이 유지될 것이다.
또한 남북경협문제가 해결될 경우 러시아 가스 파이프 연결될 가능성이 높아 그 역시 기대되는 부문이라고 할 것이다.
한편 저탄소 무탄소 전원으로서 천연가스 발전을 활용하기 위해 무엇보다도 탄소포집·저장·활용의 시장경쟁력 확보를 위한 연구개발 및 투자가 뒷받침되어야 할 것이다.
셋째, 재생에너지 전환
2021년 재생에너지 발전량은 전년 대비 15.2% 증가한 43,085GWh로 2007년 이후 연평균 17.6% 수준으로 꾸준히 증가하고 있다. 그래서 전체 에너지원에서 재생에너지 발전량이 차지하는 비중은 2007년 1.1%에서 2021년 7.5%로 6.4% 증가하고 있는 실정이다.
제9차 전력수급기본계획에 따르면, 0재생에너지 발전설비용량은 2018년 기준 13,413MW (11.3%)이며 2030년 58,043MW(33.6%)까지 증설될 계획이어서 3배나 늘린다는 계획이다.
국가온실가스감축목표(NDC에 따르면 재생에너지 발전량은 2018년 기준 35.6TWh(6.2%) 규모이며, 2030년 185.2TWh(30.2%)까지 5배나 늘린다는 계획이다.
그렇지만 윤석열 정부가 출범하면서 재생에너지를 너무나 많은 비용부담이 되는 에너지원으로 평가하고 있다. 즉 바람이나 햇볕의 간헐성으로 불안정한 전력생산, 소량 생산으로 이를 를 전력망에 연결하는 송전선로 및 에너지 저장설비 부족, 전력계통의 유연성 미흡으로 부정적인 영향을 받고 있다. 특히 재생에너지 발전량 비중이 높은 제주도의 경우 전력 과잉공급으로 2020년 77회에 걸쳐 출력제어가 실시됨에 따라 19,449MWh의 전력 손실이 발생한 사례를 들어 재생에너지 생산 위주의 계획에서 많이 후퇴하여 활용방안을 전제로 한 생산방식으로 전환하는 추세이다.
특히 태양광발전의 잉곳은 100%, 웨이퍼는 93.4% 중국에 의존(‘21년)하고 있어 잉곳·웨이퍼의 무역수지 적자는 연간 약 2.6억 달러에 이르고 있다. 그리고 풍력발전에서도 대용량 발전시스템의 무역수지 적자는 연간 약 2천3백만 달러에 달하며, 국가별 수입의존도는 중국 44.5%, 독일 24.5%, 덴마크 15.7% 수준(‘20년)이나 된다.
당진시도 재생에너지 전력생산 확대는 지속적으로 추진되어야 할 사항이나 중앙정부의 기본 방향을 주시해 활용방안도 감안한 생산설비를 염두에 두어야 할 것이다.
넷째, 원자력 발전 건설문제
원자력 발전량은 10년 이상 비슷한 수준을 유지하고 있으며, 발전량 비중은 2018년 저점을 기록한 이후 다시 반등하고 있다. 즉 2021년 원자력 발전량은 전년 대비 1.4% 감소한 158,015GWh로 2007년 이후 연평균 0.7%수준의 증가율을 기록하며 비슷한 수준의 발전량을 유지하고 있다.
제9차 전력수급기본계획에 따르면, 원자력 발전설비용량은 2018년 기준 21,850MW(11.8%)이며, 2030년 20,400MW(11.8%)까지 축소될 계획이다. 그렇지만 윤석열 정부에서도 탈원전 폐지를 주장하고 있으나 원전건설에는 한계성을 안고 있다는 사실을 인지하여 제10차 전력수급 기본계획에서도 5%내외 증가에 그치고 있다.
유럽연합에서 ‘그린 택소노미’에 원전을 포함시키고 있지만 고준위 방사성폐기물 처분장 EU기준에 의하면 2050년 이전까지 고준위 방사성폐기물 처분장을 확보하고 운영할 세부계획을 제시할 필요가 있다는 조건이 있어 사실상 별다른 효과가 없다.
우리나라는 미 포화상태에 도달한 월성 원전을 시작으로 고준위 방사성폐기물 포화상태인데도 불구하고 최종처분시설을 확보하지 못해 원전 부지에 임시 저장 중이다. 그리고 사용후핵연료와 고준위 방사성폐기물 처리를 위한 고준위 특별법안이 국회에 상정(‘21.11)되었으나, 지역주민 수용성 등의 문제에 직면해 있는 실정이다.
일부에서는 당진화력과 태안화력의 송전설비를 활용하기 위해서 당진서산 지역이 원전 발전의 최적지로 거론되고 있으나 사실상 이의 실현성은 거의 희박한 것으로 판단된다고 할 것이다.
다섯째, 일본에서의 암모니아로 전력 생산
지금까지 암모니아는 생산량의 80% 이상을 식물에 질소를 공급하는 ‘비료’의 원료로 쓰였다. 하지만 세계적으로 탄소중립 달성에 대한 논의가 활발해지면서 최근 5년 새 암모니아가 무탄소 연료로 현재 일본, 유럽, 호주 등지에서 암모니아를 발전원으로 사용하기 위한 연구·개발이 진행 중이다.
일본은 2019년 경제산업성 산하에 ‘암모니아 에너지 위원회’를 구성, 지난해 말 ‘2050 탈탄소 사회 실현을 위한 녹색성장 전략’을 발표하며 2030년까지 발전용 석탄 20%를 암모니아로 대체하겠다는 획기적인 계획을 발표했다.
지난 3월 일본의 중공업 회사인 IHI가 천연가스와 액체 암모니아를 3대7로 섞어 세계 최초로 2000㎾급 가스 터빈을 운전하는 데 성공했다. 6월에는 일본 발전기업 JERA와 IHI가 협력해 아이치현에 있는 1GW급 발전소를 개조한 뒤 석탄에 암모니아 20%를 섞어 운영하는 시범사업을 진행 중이다.
JERA는 “대규모 상업용 석탄화력발전소에서 석탄과 암모니아를 섞어 발전할 수 있는지 확인하고 2024년까지 암모니아 비중을 늘려나갈 예정”이라고 밝혔다. 이에 안정적인 암모니아 공급망 확보하기 위해서 호주 기업 우드사이드에너지와 업무 협약을 맺고 암모니아의 상업적 생산을 위한 연구·개발에 나서기로 했다.
암모니아를 발전원으로 사용하는데 간접적인 탄소 배출 문제를 해결해야 한다.
현재 암모니아는 1909년에 개발된 ‘하버-보슈법’을 활용해 생산되고 있는데, 수소와 질소에 고열과 고압을 가해 두 원소를 결합시켜 암모니아를 만드는 방식이다. 여기에서 합성에 사용할 수소를 천연가스에서 추출하는 과정에서 이산화탄소가 만들어지기 때문이다.
물을 전기로 분해하는 방식도 있지만 이 과정에서 많은 양의 전력이 필요하다. 만약 석탄화력으로 생산된 전력를 활용하게 되면 천연가스에서 수소를 추출할 때보다 2배 이상 많은 탄소를 간접적으로 배출하게 된다.
이런 문제를 해결하기 위해 천연가스로 수소를 만들 때 발생하는 이산화탄소를 ‘탄소 포집 기술’로 모아 다른 곳에 활용하는 방식이 주목받고 있다.
따라서 물을 전기로 분해해 수소를 만들 때 태양광, 풍력 등 재생에너지로 생산된 전기를 활용하는 방식으로 그린 수소를 활용방안을 모색되고 있다.
현재 노르웨이, 독일, 프랑스, 호주 등 대부분의 국가는 청정 암모니아의 대량 생산에 초점을 맞추고 연구·개발을 진행 중이다.
당진시 에너지 믹스 전략은 석탄연료를 어떤 청정에너지로 전환시켜 나가느냐에 초점을 맞춰질 수밖에 없으며 이는 LNG발전, 암모니아 발전(해외 수소수입) 등을 고려하여 앞으로 수소경제 생태계 조성에 초점을 맞춰 나가야 할 것이다.
