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한국에너지기술연구원 기획기사

[투데이에너지] (시평) 탄소중립 시나리오와 화력발전

  • 작성일 2021.11.10
  • 조회수 4192

[이재구 한국에너지기술연구원 FEP융합연구단 단장]


지난달 18일 개최된 2050 탄소중립위원회 제2차 전체회의에서는 2050탄소중립 시나리오안과 2030 국가 온실가스 감축목표를 2018년 배출량대비 40% 감축하는 상향안을 최종 확정했다. 제조업 비중이 높은 기업들은 온실가스 감축을 위해 다방면으로 노력 중이나 기술적, 경제적으로 많은 어려움을 예상하고 있다.

 

최근 세계적으로 친환경 에너지 수요증가로 인한 원자재 값 상승과 화석연료 생산량 감소로 인한 연료비 상승으로 경제 전반에서 물가가 상승하는 그린플레이션 우려가 커지고 있다.

 

한편 유럽에서는 기상이변으로 인한 풍력발전량 감소로 천연가스 수요가 급증해 가스비, 전기요금이 오르는 에너지 대란을 겪고 있다. 재생에너지 보급 출발이 늦은 우리나라도 유럽의 현 상황을 선례로 삼아 에너지안보를 유지하면서 동시에 탄소중립을 추진해야 하는 당분간 조심스러운 시험기간이 돼야 할 것이다.

 

감축목표 상향안에는 전기·열 생산에 소요되는 탄소배출을 최소화하기 위해 석탄발전을 중단해야 한다는 내용을 담고 있다. 향후 이에 따른 발전소 잔존 가치의 매몰 등으로 발전사의 경제적 손실 회피방안과 효율적 활용방안에 대한 지원책이 마련돼야 할 것이다. 2050 탄소중립에너지기술로드맵 청정화력분야에서는 보일러나 터빈에서 사용하는 화석연료를 수소, 암모니아로 전환하거나 재생에너지 이용을 통해 이산화탄소를 배출하지 않거나 혹은 획기적으로 저감하는 기술로드맵을 작성 중에 있다.

 

운영 중인 발전소를 무탄소 연료전환만으로 기존 발전설비를 활용하고자 하는 전략이다. 소규모 연료전환이기는 하겠지만 폐지발전소 부지에서 발전사와 지자체, 주민이 협력해 육해상 폐기물 에너지화 단지로 활용한다면 화석연료대체와 환경문제를 조금이나마 해결할 수 있지 않을까 생각해 본다.

 

독일은 ‘Towards a Climate-Neutral Germany by 2045’ 보고서에서 2050년 기후중립을 2045년으로 앞당길 수 있는가에 대한 시나리오를 발표했다. 빠른 달성을 위해 20451차 에너지 소비량을 2018년대비 50%를 줄이고 1차 에너지에서 재생에너지 비중을 85%로 늘리는 동시에 전기화 및 수소이용을 확대하는 것으로 구성돼 있다. 우리나라도 추진방향은 독일과 유사하나 기본적인 전제인 에너지 소비량을 어떻게 획기적으로 줄일 수 있느냐와 재생에너지 보급률을 얼마나 향상시킬 수 있느냐가 탄소중립 달성의 관건이 될 것이다.

 

특이사항으로 독일은 재생에너지 변동성 일부를 주변국가와 거래를 통해 해결 가능하다는 점이 우리와는 다르다. 전반적으로 재생에너지 변동성 문제를 해결하기 위해서는 섹터커플링이 중요한 것으로 보고되고 있다.

 

전력분야에서 재생에너지의 그리드 탄력성, 안정성 및 성능을 증대시키기 위해서는 부하추종을 위해 최소 10시간 정도는 미리 저장한 에너지로부터 전력을 생산할 수 있어야 한다. 경제적인 대용량 장주기 에너지 저장설비가 필요한 이유이다.

 

잉여전력을 화력발전소에서 열로 저장(P2H)하는 기술은 폐지대상 발전소 보일러를 열저장설비로 교체해 이용하는 것이다. 열저장 설비에는 용융염과 같은 고밀도 열저장 매체, 열교환기, 히트펌프 기술을 접목하고 증기터빈은 변경없이 유지해 기존 발전소 운영설비를 활용하는 기술이다. 연소 보일러와 병행 운전 또는 보일러 없이 열저장설비만으로 운전하고 나머지 발전소 인프라는 그대로 활용하는 것이다. 본 기술에 대해 독일 RWE에서는 화력발전을 열저장 발전소로 시범 전환하는 프로젝트를 수행했으며 앞으로 석탄 화력발전이 폐지되면 완전히 열저장 설비로만 운전할 계획에 있다.

 

국내 연구결과에 따르면 100~1,000MW 규모로 대용량 전력 저장 시 열저장 발전소는 배터리 방식보다 저장시간 및 저장용량 측면에서 효율적인 것으로 보고되었다. 양수발전은 댐 건설을 위해 적합한 부지확보가 어렵고 수소의 경우 고비용 문제가 있는 반면 기존 노후화된 화력발전소 인프라를 유지, 활용하는 열저장 발전소는 경제성이 있는 것으로 분석됐다.

 

제주도의 경우에는 신재생에너지 발전시설이 급증해 생산전력이 남아도는 현상이 발생함으로써 풍력발전기 가동 중단 및 태양광발전 출력제어 횟수가 해마다 급증하고 있다.

 

아임계 화력발전소에서 열저장 발전기술을 연계해 성공한다면 제주도에서 재생에너지 확대 및 계통 안정성 확보에 크게 기여할 수 있을 것이다.

 

에너지 안보와 진정한 탄소중립을 위해서 화력발전에서도 단순히 폐쇄만이 해법이 아닌 다양한 활용방안 및 대안 마련을 위해 지속적인 노력이 이뤄져야 할 것이다.


기사원문링크 : http://www.todayenergy.kr/news/articleView.html?idxno=241933

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